工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與工業(yè)以太網(wǎng)若干關鍵技術.pdf

1、針對工業(yè)過程需要的參數(shù)意義和特點，研究流程工業(yè)制造過程的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集技術和實時以太網(wǎng)現(xiàn)場總線技術，其中包括：基于電容壓力測試技術、接觸式溫度測試技術、非接觸式溫度測試技術、數(shù)據(jù)融合技術以及實時工業(yè)以太網(wǎng)技術。該技術可有效地解決工業(yè)現(xiàn)場參數(shù)高精度數(shù)據(jù)采集和網(wǎng)絡傳輸問題，對于提高我國制造業(yè)裝備的自動化水平具有重要意義。論文主要研究內容如下： (1)研究了電阻電容耦合測量問題，提出了一種變頻率方波激勵電阻電容解耦測量的新方法，該方法利

2、用了阻容網(wǎng)絡幅頻特性，使用兩種頻率激勵下阻容網(wǎng)絡輸出電壓的比例關系進行解耦測量，有效消除激勵源幅值對測量精度的影響。研制了石油勘探MEMS電容加速度傳感器數(shù)據(jù)采集器，采用方波激勵檢測差動微小電容變化信號，設計了差動電容變換電路、放大電路和濾波電路，應用改進的提升小波算法對信號進行降噪處理，使測量電路信噪比得到較大提高。 (2)在研究工業(yè)常用接觸式溫度測量技術基礎上，設計了熱電阻溫度傳感器測量的連續(xù)式非線性A/D轉換電路，給出了三

3、線制引線電阻補償方法，得出了引線電阻對測量精度影響率為-4/R的結論。研究了連續(xù)式非線性A/D轉換電路校正傳感器和電橋非線性技術，提出了應用加權最小二乘參數(shù)估計方法尋找校正電路的最佳參數(shù)，并根據(jù)最佳參數(shù)進行了電路設計。針對熱電偶溫度傳感器的非線性，應用多項式擬合方法進行非線性校正，每個傳感器分5段，分別對K，E，T，J，S,B,N，W和R型熱電偶的非線性擬合出了4次校正多項式，保證了傳感器非線性校正精度在傳感器的全溫度范圍內優(yōu)于0.1℃

4、，并用DUT數(shù)據(jù)采集模塊對各種型號熱電偶測溫精度進行驗證，獲得了大量實測數(shù)據(jù)。 (3)研究了輻射溫度測量技術，設計了棱鏡分光比色輻射溫度測量電路，使用高分辨率．A/D轉換器和量程切換技術解決低溫段輻射能量小、信號靈敏度低，而高溫段信號幅值大，動態(tài)范圍要求高的矛盾，應用黑體爐標定技術和數(shù)字校準方法以及4次擬合校正技術提高溫度測量精度。研究了基于圖像顏色的高溫物體溫度測量方法，采集黑體爐各典型溫度下的彩色圖像，確立HSV空間彩色模型

5、圖像數(shù)據(jù)與溫度數(shù)據(jù)的對應關系，利用神經網(wǎng)絡對識別器進行訓練，實現(xiàn)用圖像顏色非接觸溫度測量。 (4)研究了加權最小二乘數(shù)據(jù)融合方法，對各傳感器測量值的方差進行在線估計，根據(jù)方差調整加權最小二乘融合算法的權值。研究了傳感器的分組組合方式，給出了分組融合算法的最優(yōu)分組原則，從理論上證明了基于最優(yōu)分組原則下融合算法的最小方差特性。以燒水過程為對象，建立加熱過程模型，將沸騰狀態(tài)檢測轉化為升溫速率均值變點檢測問題，并采用累積和(CUSUM)

6、控制圖方法進行變點檢測，給出了加熱過程升溫速率及噪聲方差的在線估計方法，實現(xiàn)對沸騰狀態(tài)的快速準確的判斷。 (5)研究實時以太網(wǎng)技術基礎上，深入研究了EPA以太網(wǎng)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的系統(tǒng)模型、通信模型和實時通信技術，設計了實時通信調度方法，定義了網(wǎng)絡通信服務和系統(tǒng)管理服務。開發(fā)了EPA現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)軟硬件產品，將IEC61131-3功能塊規(guī)范應用于實時以太網(wǎng)現(xiàn)場總線分布控制系統(tǒng)中。研究了網(wǎng)絡系統(tǒng)的實時性測試方法，給出了描述EPA實

7、時性的參數(shù)定義和測試方法，開發(fā)了實時性測試平臺，并對“863”項目組的各單位設備進行了測試驗證。以工業(yè)過程常用參數(shù)檢測技術和實時控制網(wǎng)絡技術為研究對象，給出了各種常用參數(shù)檢測方法和數(shù)據(jù)處理方法以及網(wǎng)絡系統(tǒng)互聯(lián)與協(xié)調工作技術和方法，獲得了多項國家863項目以及省市項目支持，開發(fā)了多個的軟硬件產品，并得到了推廣和應用，獲得了遼寧省科技進步二等獎和大連市科技進步一等獎等多個獎勵。期望該研究對于解決工業(yè)過程現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與系統(tǒng)控制問題提供一種新的