2023学年完整公开课版仪表概述

任务1认知智能仪表1.1智能仪器概述1.2智能仪器应用实例简介1.3本课程的内容、教学目标及要求思考题与习题4）几种典型的现场总线（1）HART总线。最早的现场总线系统HART（HighwayAddressableRemoteTransducer）是美国Rosemount公司于1986年提出并研制的一种通信协议，得到了80多家著名仪器仪表制造商的支持，这种被称为可寻址远程传感器高速通道的开放通信协议，可以在现有模拟信号传输线上实现数字信号通信。它在常规模拟仪表的4～20mADC信号的基础上迭加了FSK（FrequencyShiftKeying）数字信号。这种通信协议既可以用于4～20mADC的模拟仪表，也可以用于数字式通信仪表。它属于模拟系统向数字系统转变过程中的过渡性产品，因而在当前的过渡时期具有较强的市场竞争力，

得到了广泛的应用。

（2）CAN总线。CAN是控制器局域网络（ControllerAreaNetwork）的简称，是由德国BOSCH公司为汽车的监测、控制系统而设计的总线式串行通信网络，适合于工业设备和监控设备之间的互联。CAN可以多主方式工作，网络上任意节点均可主动向其他节点发送信息。网络节点可按系统实时性要求分成不同的优先级，一旦发生总线冲突，会减少总线的仲裁时间。CAN采用短帧结构，每一帧为8个字节，数据的出错率极低，被认为是最有发展前途的现场总线之一。其传输介质可用双绞线、同轴电缆或光纤，通信速率最高达1Mb/s，传输距离可达10km。其总线规范已被ISO国际标准组织制定为国际标准，并广泛应用于离散控制领域。它也基于OSI模型，但进行了优化，

抗干扰能力强，

可靠性高。

（3）LonWorks总线。LonWorks是美国Echelon公司推出的一种功能全面的测控网络，主要用于工厂及车间的环境、安全、保卫、报警、动力分配、给水控制、库房和材料管理等。该总线技术的核心是具备通信和控制功能的Neuron芯片。Neuron芯片是高性能、低成本的专用神经元芯片，能实现完整的LonTalk通信协议。该协议支持双绞线、同轴电缆、光纤、射频、红外线、电力线等多种通信介质。目前，LonWorks在国内应用最多的是电力行业，如变电站自动化系统；另外，楼宇自动化和住宅自动化也是其主要应用行业之一。

（4）PROFIBUS总线。PROFIBUS（ProcessFieldBus）是由西门子等十几家公司、研究所共同推出的符合德国国家标准DIN19245和欧洲标准EN50170的现场总线标准。协议包括Profibus-DP、Profibus-FMS、Profibus-PA三部分。Profibus-DP用于分散外设间的高速数据传输，适合于加工自动化领域；Profibus-FMS适用于纺织、楼宇自动化、可编程控制器、低压开关等；而Profibus-PA则是适于过程自动化的总线类型。该总线的最大特点是具有在防爆危险区内连接的本征安全特性，是一种面向工业自动化应用的现场总线系统。

（5）基金会现场总线FF。FF（FoundationFieldbus）是由现场总线基金会提供的一种全新概念的通信标准，是在过程自动化领域得到广泛支持和具有良好发展前景的技术，主要用于工业过程控制和制造业自动化环境。FF总线分低速H1和高速H2两种通信速率。H1的传输速率为31.25kb/s，通信距离可达1900m，可支持总线供电，支持本质安全防爆环境。H2的传输速率可为1Mb/s和2.5Mb/s两种，其通信距离分别为750m和500m。物理传输介质可支持双绞线、光缆和无线发射，协议符合IEC1158-2标准。FF总线的主要技术内容包括FF通信协议,用于完成开放互连模型中第2～7层通信协议的通信栈，用于描述设备特征、参数、属性及操作接口的DDL设备描述语言、设备描述字典，用于实现测量、控制、工程量转换等应用功能的功能块，实现系统组态、调度、管理等功能的系统软件技术以及构筑集成自动化系统、网络系统的系统集成技术。

（5）现场总线仪表FCS——结构特点现场总线仪表FCS现场总线仪表FCS（4）

——FF仪表产品LD302：(FF)压力变送器TT302：(FF)温度变送器现场总线仪表FCS

——总线分布结构现场总线系统是企业的底层网络现场总线仪表FCS

——数据访问标准：OPC现场总线仪表FCS

——FCS较DCS的诸多优点1全数字化2全分布3双向传输4自诊断5节省布线及控制室空间6多功能仪表7开放性8互操作性9智能化与自治性全分布、网络集成式控制系统现场总线仪表FCS

——仪表与控制系统构成间的联系：单回路控制系统现场总线仪表FCS

——仪表与控制系统构成间的联系：串级控制系统现场总线仪表FCS

——工程师站控制系统演示使用SmarSysCon5.01.2智能仪器应用案例

1.2.1电话遥控的基本原理电话遥控的最初目的是想利用电话线路，实现远距离操纵家用电器电源的接通或断开。其遥控接收控制器（即电话遥控器）的基本结构如图1-2所示。

图1-2电话遥控器的组成

电话遥控器的基本工作原理是，当远处的遥控者通过电话线路拨通本机电话时，遥控器的检测与控制电路根据设定的振铃次数自动地将电话线路与译码电路接通，遥控者即可通过远处的电话机的按键向电话遥控器输入开、关家用电器的密码信号。当译码电路收到按键信号并确认为正确的命令后，直接控制开、关电路动作，以打开或关闭家用电器的电源开关；如果接收的是非法命令，则立即挂机，从而实现了家用电器远距离遥控的功能。

1.3本课程的内容、教学目标及要求

1.3.1课程内容及教学目标本课程的主要内容及教学目标包括三个方面：一是通过介绍智能仪器的基本组成结构、工作原理、智能仪器的典型处理功能以及智能仪器的数据通信方式，使学生初步了解智能仪器的结构主要包括哪几部分，它是如何工作的；智能仪器与传统的仪器仪表有何区别，它们的主要特点是什么；智能仪器的智能化主要表现在哪些方面，有哪些典型的处理方法；智能仪器是如何进行数据通信的，有哪些数据通信方式等。二是通过三种不同类型且具有代表性的智能仪器的组成原理及应用实例，进一步阐述智能仪器各主要部件的电路结构、工作原理，智能仪器的特点以及不同类型仪器的软、硬件设计思路；并对智能仪器使用中的常见故障、故障产生的原因及其处理方法，智能仪器的抗干扰措施等作了详细的介绍（第7章），使学生进一步熟悉实际的智能仪器的主要部件、仪器的基本结构，深入了解其工作原理、调试及使用方法等，为今后的应用作好准备。三是对智能仪器的最新发展成果进行了论述，并对个人仪器、虚拟仪器以及现场总线仪器等新一代智能仪器作了重点介绍（第8章），使学生了解智能仪器的最新进展和发展趋势，并初步掌握上述三类新型智能仪器的基本结构、

性能及特点，

为今后的专业拓展打下良好的基础。

1.3.2课程学习要求本课程在学习的过程中，要求学生能紧密结合先修的《单片机应用技术》、《电子技术基础》等课程内容进行学习。智能仪器是以智能芯片（通常是单片计算机）为核心部件，以检测、输入通道、输出控制、显示等电子电路为外围部件组成的。因此，学生应在较好地掌握上述几门课程的基础上，着重学习智能仪器的基本组成，了解智能仪器的典型处理方法并初步掌握智能仪器的故障诊断与调试技术，学会智能仪器的使用与维护方法，以达到初步掌握并能较好地应用智能仪器的目的。

此外，在学习的过程中，还应注重实验、实训课程（或课程设计）的训练，关键把握好学习的四个环节：①课前预习，着重了解将要学习的内容，并对不易理解的地方做好记号，上课时注意听讲；②课内认真听讲、积极思考并参与讨论；③实验、实训时一定要自己动手做，学会分析、解决问题的基本方法，增强自己的实践动手能力；④课后抓紧复习，及时巩固课堂所学的内容。除此之外，还应注重知识