智能检测和控制技术的应用
来源：维思自动化发布时间:2016-11-22 10:27:00
一、智能检测和控制技术
智能检测与控制技术是以计算机为核心部件，将信号检测、数据处理与计算机控制为一体的一种新兴综合技术，它既能完成较高层次信号的自动化检测，又具有多种智能控制作用。
1.智能检测与控制枝术概述
21 世纪是高度信息化的时代。信息是事物和现象属性的反映。它可通过一定形式的信号表现出来。人们要了解、研究、掌握事物和现象的属性，只要把信号检测出来，然后进行各种处理和分析，就可以达到定性、定量地认识和改造世界的目的。这样，检测与控制技术就成为一门重要的学科。
在科学试验和工业生产过程中，为了及时了解工艺和生产过程的情况，需要对描述被控对象特征的某些参数进行检测，其目的是为了准确获得表征它们的有关信息，以便对被测对象进行定性了解和定量掌握。检测工作可以在一个物理变化过程中进行，也可在此过程之外或过程结束后对提取的样本进行操作，前者称为“在线”检测，后者称为“离线“检测。
智能检测就是利用计算机及相关仪器，实现检测过程的智能化和自动化。智能检测包括测量、处理、性能测试、故障诊断和决策输出等内容。由于智能检测能充分开发和利用计算机资源，在人工最少参与的条件下，以获得最佳和最满意的结果，并具有测量速度快、出力能力强、工作可靠、使用方便灵活和能实现现监测、诊断、管理一体化等优点，所以得到人们的普遍关注。
智能检测和控制技术指能自动获取信息，并利用有关知识和策略，采用实时动态建模、在线识别、人工智能、专家系统等技术，对被测对象（过程）实现检测，监控、自诊断和自修复。智能检测与控制技术能有效地提高被测对象（过程）的安全性和获得最佳性能，并使系统具有高可靠性和可扩展性。传感技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信号分析与处理技术、数据通信技术、模式识别技术、可靠性技术、抗干扰技术、人工智能等的综合应用，就构成了智能检测与控制技术。
监控系统主要由检测、输人、接口、计算机、输出和执行器六部分组成。
1.数据检测部分
数据检测部分主要由传感器和检测、测量仪表组成。检测的信号有三种形式：
（1）模拟量：检测的各种模拟信号，由相应的传感器转换成电信号，经过多路模拟开关，将模拟信号转换成计算机能接收的数字信号，然后通过端口A送入计算机。
（2）数字量：待测的某些数字量通过传感器转换成二进制信号，经过放大（或衰减）以与接口电路的要求相适配，再经端口B 送入计算机。
（3）开关量：当行程开关或限位接点接适时产生的突变电压就是开关量。待测的各种开关信号，首先将其转换成直流电压，且大小要与接口电路相适配，然后经端口 C 送入计算机。
2.输入部分
输入部分包括输入通道和输入接口等，它是用来把模拟量、数字量、开关量按要求传送给计算机。
3.计算机外围设备
计算机的内部设备包括微处理器（CPU）及组成内存的只读存储器（ROM）和可读写存储器（RAM）,其外部设备有打印机（PR）、显示屏（CRT）、键盘（KB）磁盘驱动器或磁带机、绘图机等。它们各自均需通过相应的接口与计机的内部总线相连。
检测的各种俭号，经过适当变换后，在程序控制下由端口 A. B，C送入计算机。各端口的启动及其工作顺序也是程序控制下自动进行。键盘可以输入有关的操作命令，并能监视各传感器与通道的工作。检测的有关信息可以在显示设备显示出来，或通过记录装置记录出被测参数随时间的变化关系。ROM 通常用以存放固定程序，ROM作为用户的工作区域，用来存放程序与数据。
计算机用来完成数据采集、分析处理、 识别报警、监测控制等。
4.输出部分
计算机的输出信号也有模拟量、数字量、开关量
（1）模拟量控制信号：计算机产生的控制信号经端口F送入D/A（数/模）转换器转换成模拟信号，通过多路切换开关去驱动执行器和调节过程的有关参数。
（2）数字量控制信号：计算机产生的数字量控制信号经端口E和放大电路，然后作为数字量输出并驱动执行器动作。数字量输出分串行和并行两种。串行用于远距离数字传输和信息交换；并行方式传输速度快，但所需导线跳数多，适合于近距离传输。
（3）开关量控制信号：计算机产生的开关量控制下信号经端口D并进行电压转换后，驱动有关设备（如马达的启停、加热器的通电与断电等）。
5.接口
接口在智能检测与控制中占有十分重要的地位。在许多情况下，接口问题往往成为系统成功的与否的关键。接口主要以下功能。
（3）编码与译码：在许多情况下需要进行代码转换，以便了解信息的含义或便于进一步处理，如二进制与十进制的转化和设备译码等。
（4）数据缓冲：用来协调计算机与外围设备速度上的差异。
6.执行器
可用于完成执行动作的器件有电气开关(如继电器、操作开关)，电磁式执行机构（如电磁铁、电磁离合器），执行电动机（如直流伺服电机、交流伺机电机、步进电机），气动和电动执行器（如气动阀、电动阀），液压执行器(如液压缸、液压马达) 等。
从上面得分析可以看出，智能检测与控制是以计算机为核心部件，检测仪表检测的信号经放大、转换，再通过输入端口送入计算机进行分析、比较、识别和处理。对于正常情况，计算机自动进行巡回监测，并将检测结果在显示屏上以图形和数字方式进行实时显示。如果发现异常情况，计算机立即进行报警并发出指令，通过执行器对检测对象进行实时控制。
智能检测与控制系统根据监控对象的不同，可分为在线和实时两类。在线和实时是两个不同的概念。在线不一定是实时，而实时必定是在线，在线方式不一定要求实时。实时是指信号的输入、计算、分析、处理和输出都必须在一定时间内完成，亦即及时，如果超出了这个时限，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。实时的概念不能脱离具体过程，如炼钢炉的炉温，如果延迟1s 可仍然认为是实时；而一个系统，当目标状态量变化时，一般在数毫秒之内及时控制，否则就不能击中目标。
二、智能检测与控制技术应用范围
智能捡测与控制技术应用范围是相当广泛的。在这些应用中，计算机起着核心作用。下面列举他在某些领域中的工程应用。
1. 工业生产
（1）运行数据采集和控制：计算机的任务使是对生产设备情况进行监视和数据采集。计算机通常接有运行数据采集终端，它一方面承担数据的直接采集和控制任务，一方面负责与操作者进行通信。交互控制联系。计算机可以对单一产品从开始直至装配的整个生产过程进行跟踪，不合格产品沿着它的流程返回跟踪检查，由此接到生产装置的薄弱环节，运行数据采集往往和生产控制联系在一起。例如，在生产铝合金的过程中，借助计算机可以选出正确的配方，对炼出合金进行分析，并且根据加料计算，对配方进行合理调整。
（2）质量检查与控制：目前，计算机己越来越多地用于质量检查与控制。如一台正常运行的柴油将产生一定的噪音频谱，一旦出现噪音频谱异常，就预示着机器将在短期内出现故障。一台装在柴油机上的计算机监控系统能够及时发现这些潜在的故障并进行相应的预防性措施，使潜在故障能够及时得到排除。这种原理还可用于工厂纺织图案过程的监视，或者薄膜和薄膜板外表面的监视等。
（3）检验设备自动化；检验设备主要用于产品的中间检查和最后检查，目前越来越多的采用计算机，检验没备通常装有检查程序，合格的产品可顺利通过生产线，对于有缺陷的产品能自动找出原因。
（4）性能检测和故障诊断；性能检测主要包括产品出厂前的性能检验，设备维修过程中的定期检测，系统使用过程中的连续监测；故障诊断主要包括故障检测和分析，故障识别与预测，故障维修与管理，它既可用于电系统，也可用于非电系统，既可用于军事，可用也民用等方面。
除此以外，智能检测与控制技术也大量应用于其他各种行业的制造与捡测、工业生产的自动化过程。如造纸机监测与控制、轧钢机监测控制，高炉炼铁自动化、水泥生产自动化。炼油过程自动化、化工工艺过程自动化，运输器械监测与控制、仓库货架管理等。
2. 能源技术
智能检测与控制技术可以应用于能源技术的许多领域。例如，在各种类型的发电厂中（热电站，水电站、原子能电站），计算机可以承担装置的监视和安全技术等任务。此外，装置的控制任务也逐渐采用计算机。
在能源分配领域采用计算机也很有意义。其主要任务是能源的最佳分配计算，它可以根据精确测到的动态负荷进行计算，如电网中，变电站的总和控制系统，无功补偿装置等，因而可以获得很大的经济效益.
随着国民经济建设的发展，如何使用能源也需要认真考虑，在工业中，可以利用计算机对尖峰负荷进行监视，那家单位如果超过商定的最高负荷，电力部门将予以处罚。采用这种措施可以起到合理利用能源的目的。
3. 交通技术
在国外，智能检测与控制已广泛用于公路交通管理。计算机对十字路口交通灯的控制原则是：车辆和行人的平均等待时间为最短。
智能检测与控制技术同样可以用于飞机的飞行监视以及铁路动力中的信号进行控制，目前已相当普遍。随着计算机成本不断下降，计算机已开始在汽车中得到应用。例如，利用计算机控制时速以及燃料的燃烧，不仅可以节省能源，而且有利于环境保护。
4.试验室自动化
智能检测与控制技术在实验室自动化中也很普遍，许多物理和化学实验设备对数据采集的能力要求都很高，各种类型的谱仪就属于这一类。谱仪要收集那些随时间变化、反映被测物质特性的各种信号，可以利用计算机进行数据采集和预处理，并将分析得到的结果用来控制分析仪器或用于事物管理，从而提高了仪器的利用率。例如，用在医院化验室中的监算计，负责把属于某个病人的所有分析结果汇总在一起，并打印出来，作为结果的记录以便保存。
5. 军事领域
美国研制出的电子哨兵，由数个电子传感器组成。他能精确地侦查周围运动、振动、磁场和声音的情况，并能及时将所侦查的信息传送给便携式电脑。此外，电子哨兵还能配有在黑暗中监视物体运动的远红外摄像机，执勤时可提供24 小时图像监视。电子哨兵的出现，大大减少了高科技战争中人员的伤亡，同时又能准确圆满地完成警戒任务，为未来战争解决了站岗放哨这一难题。
6. 医疗领域
智能检测与控制技术在医疗领域的应用也十分引入注目. 在医疗领域，有许多问题，如果不采用计算机就无法解决，或者时解决也十分烦琐。许多医疗结果的检查都必须用图像表示，计算机就可以负责图像的收集、处理、鉴定及输出。图像处理方面的例子有：
（1）透视图像，采用计算机后，透视图像的质量得到大幅度提高.
（2）计算机断层摄影图像的构成。
（3）核医学图像。计算机可参与核医学图像的构成。
（4）超声波图像。
（5）细胞标本图像。例如用于癌症的早期诊断，计算机负责图像自动处理，
对所得细胞数据进行统计处理和归纳，以供诊断使用。
除了图像处理外，计算机还可以用来处理那些采用各种检查方法所得到的人体生物信号，其中比较重要的生物信号就是心电图. 目前已经有许多经过医疗实践考验的程序，可供计算机心电图使用。此外，在脑电图、肌电图、眼底电图中也可采用计算机进行处理。
在医院，可以将病人身上所测得的生物信号(如心电图、血压、脑电图等) 输入到计算机中，通过计算机来监视病理变化，一旦出现某种变化，计算机特发出信号，通知值班护士或医生。当然，在这种情况下，对计算机系统的安全可靠性有比较高的要求。除此以外，智能检测与控制技术在医学科学研究领域中，诸如神经生理学领域、心理学试验方面也都占有较重要的地位。
上述所列是智能检测与控制技术在某些应用领域的侧面，它的应用领域相当广泛。
智能检测与控制技术是以计算机为核心部件，将信号检测、数据处理与计算机控制为一体的一种新兴综合技术，它既能完成较高层次信号的自动化检测，又具有多种智能控制作用。
1.智能检测与控制枝术概述
21 世纪是高度信息化的时代。信息是事物和现象属性的反映。它可通过一定形式的信号表现出来。人们要了解、研究、掌握事物和现象的属性，只要把信号检测出来，然后进行各种处理和分析，就可以达到定性、定量地认识和改造世界的目的。这样，检测与控制技术就成为一门重要的学科。
在科学试验和工业生产过程中，为了及时了解工艺和生产过程的情况，需要对描述被控对象特征的某些参数进行检测，其目的是为了准确获得表征它们的有关信息，以便对被测对象进行定性了解和定量掌握。检测工作可以在一个物理变化过程中进行，也可在此过程之外或过程结束后对提取的样本进行操作，前者称为“在线”检测，后者称为“离线“检测。
智能检测就是利用计算机及相关仪器，实现检测过程的智能化和自动化。智能检测包括测量、处理、性能测试、故障诊断和决策输出等内容。由于智能检测能充分开发和利用计算机资源，在人工最少参与的条件下，以获得最佳和最满意的结果，并具有测量速度快、出力能力强、工作可靠、使用方便灵活和能实现现监测、诊断、管理一体化等优点，所以得到人们的普遍关注。
智能检测和控制技术指能自动获取信息，并利用有关知识和策略，采用实时动态建模、在线识别、人工智能、专家系统等技术，对被测对象（过程）实现检测，监控、自诊断和自修复。智能检测与控制技术能有效地提高被测对象（过程）的安全性和获得最佳性能，并使系统具有高可靠性和可扩展性。传感技术、微电子技术、自动控制技术、计算机技术、信号分析与处理技术、数据通信技术、模式识别技术、可靠性技术、抗干扰技术、人工智能等的综合应用，就构成了智能检测与控制技术。
监控系统主要由检测、输人、接口、计算机、输出和执行器六部分组成。
1.数据检测部分
数据检测部分主要由传感器和检测、测量仪表组成。检测的信号有三种形式：
（1）模拟量：检测的各种模拟信号，由相应的传感器转换成电信号，经过多路模拟开关，将模拟信号转换成计算机能接收的数字信号，然后通过端口A送入计算机。
（2）数字量：待测的某些数字量通过传感器转换成二进制信号，经过放大（或衰减）以与接口电路的要求相适配，再经端口B 送入计算机。
（3）开关量：当行程开关或限位接点接适时产生的突变电压就是开关量。待测的各种开关信号，首先将其转换成直流电压，且大小要与接口电路相适配，然后经端口 C 送入计算机。
2.输入部分
输入部分包括输入通道和输入接口等，它是用来把模拟量、数字量、开关量按要求传送给计算机。
3.计算机外围设备
计算机的内部设备包括微处理器（CPU）及组成内存的只读存储器（ROM）和可读写存储器（RAM）,其外部设备有打印机（PR）、显示屏（CRT）、键盘（KB）磁盘驱动器或磁带机、绘图机等。它们各自均需通过相应的接口与计机的内部总线相连。
检测的各种俭号，经过适当变换后，在程序控制下由端口 A. B，C送入计算机。各端口的启动及其工作顺序也是程序控制下自动进行。键盘可以输入有关的操作命令，并能监视各传感器与通道的工作。检测的有关信息可以在显示设备显示出来，或通过记录装置记录出被测参数随时间的变化关系。ROM 通常用以存放固定程序，ROM作为用户的工作区域，用来存放程序与数据。
计算机用来完成数据采集、分析处理、 识别报警、监测控制等。
4.输出部分
计算机的输出信号也有模拟量、数字量、开关量
（1）模拟量控制信号：计算机产生的控制信号经端口F送入D/A（数/模）转换器转换成模拟信号，通过多路切换开关去驱动执行器和调节过程的有关参数。
（2）数字量控制信号：计算机产生的数字量控制信号经端口E和放大电路，然后作为数字量输出并驱动执行器动作。数字量输出分串行和并行两种。串行用于远距离数字传输和信息交换；并行方式传输速度快，但所需导线跳数多，适合于近距离传输。
（3）开关量控制信号：计算机产生的开关量控制下信号经端口D并进行电压转换后，驱动有关设备（如马达的启停、加热器的通电与断电等）。
5.接口
接口在智能检测与控制中占有十分重要的地位。在许多情况下，接口问题往往成为系统成功的与否的关键。接口主要以下功能。
（1）传送控制：接口能使计算机与外设之间的操作同步；请求数据并使数据按正确的程序出现以形成控制信号；监视计算机与外设之间的通信。
（2）数据传送：提供串行或并行的传输方式。（3）编码与译码：在许多情况下需要进行代码转换，以便了解信息的含义或便于进一步处理，如二进制与十进制的转化和设备译码等。
（4）数据缓冲：用来协调计算机与外围设备速度上的差异。
6.执行器
可用于完成执行动作的器件有电气开关(如继电器、操作开关)，电磁式执行机构（如电磁铁、电磁离合器），执行电动机（如直流伺服电机、交流伺机电机、步进电机），气动和电动执行器（如气动阀、电动阀），液压执行器(如液压缸、液压马达) 等。
从上面得分析可以看出，智能检测与控制是以计算机为核心部件，检测仪表检测的信号经放大、转换，再通过输入端口送入计算机进行分析、比较、识别和处理。对于正常情况，计算机自动进行巡回监测，并将检测结果在显示屏上以图形和数字方式进行实时显示。如果发现异常情况，计算机立即进行报警并发出指令，通过执行器对检测对象进行实时控制。
智能检测与控制系统根据监控对象的不同，可分为在线和实时两类。在线和实时是两个不同的概念。在线不一定是实时，而实时必定是在线，在线方式不一定要求实时。实时是指信号的输入、计算、分析、处理和输出都必须在一定时间内完成，亦即及时，如果超出了这个时限，就失去了控制的时机，控制也就失去了意义。实时的概念不能脱离具体过程，如炼钢炉的炉温，如果延迟1s 可仍然认为是实时；而一个系统，当目标状态量变化时，一般在数毫秒之内及时控制，否则就不能击中目标。
二、智能检测与控制技术应用范围
智能捡测与控制技术应用范围是相当广泛的。在这些应用中，计算机起着核心作用。下面列举他在某些领域中的工程应用。
1. 工业生产
（1）运行数据采集和控制：计算机的任务使是对生产设备情况进行监视和数据采集。计算机通常接有运行数据采集终端，它一方面承担数据的直接采集和控制任务，一方面负责与操作者进行通信。交互控制联系。计算机可以对单一产品从开始直至装配的整个生产过程进行跟踪，不合格产品沿着它的流程返回跟踪检查，由此接到生产装置的薄弱环节，运行数据采集往往和生产控制联系在一起。例如，在生产铝合金的过程中，借助计算机可以选出正确的配方，对炼出合金进行分析，并且根据加料计算，对配方进行合理调整。
（2）质量检查与控制：目前，计算机己越来越多地用于质量检查与控制。如一台正常运行的柴油将产生一定的噪音频谱，一旦出现噪音频谱异常，就预示着机器将在短期内出现故障。一台装在柴油机上的计算机监控系统能够及时发现这些潜在的故障并进行相应的预防性措施，使潜在故障能够及时得到排除。这种原理还可用于工厂纺织图案过程的监视，或者薄膜和薄膜板外表面的监视等。
（3）检验设备自动化；检验设备主要用于产品的中间检查和最后检查，目前越来越多的采用计算机，检验没备通常装有检查程序，合格的产品可顺利通过生产线，对于有缺陷的产品能自动找出原因。
（4）性能检测和故障诊断；性能检测主要包括产品出厂前的性能检验，设备维修过程中的定期检测，系统使用过程中的连续监测；故障诊断主要包括故障检测和分析，故障识别与预测，故障维修与管理，它既可用于电系统，也可用于非电系统，既可用于军事，可用也民用等方面。
除此以外，智能检测与控制技术也大量应用于其他各种行业的制造与捡测、工业生产的自动化过程。如造纸机监测与控制、轧钢机监测控制，高炉炼铁自动化、水泥生产自动化。炼油过程自动化、化工工艺过程自动化，运输器械监测与控制、仓库货架管理等。
2. 能源技术
智能检测与控制技术可以应用于能源技术的许多领域。例如，在各种类型的发电厂中（热电站，水电站、原子能电站），计算机可以承担装置的监视和安全技术等任务。此外，装置的控制任务也逐渐采用计算机。
在能源分配领域采用计算机也很有意义。其主要任务是能源的最佳分配计算，它可以根据精确测到的动态负荷进行计算，如电网中，变电站的总和控制系统，无功补偿装置等，因而可以获得很大的经济效益.
随着国民经济建设的发展，如何使用能源也需要认真考虑，在工业中，可以利用计算机对尖峰负荷进行监视，那家单位如果超过商定的最高负荷，电力部门将予以处罚。采用这种措施可以起到合理利用能源的目的。
3. 交通技术
在国外，智能检测与控制已广泛用于公路交通管理。计算机对十字路口交通灯的控制原则是：车辆和行人的平均等待时间为最短。
智能检测与控制技术同样可以用于飞机的飞行监视以及铁路动力中的信号进行控制，目前已相当普遍。随着计算机成本不断下降，计算机已开始在汽车中得到应用。例如，利用计算机控制时速以及燃料的燃烧，不仅可以节省能源，而且有利于环境保护。
4.试验室自动化
智能检测与控制技术在实验室自动化中也很普遍，许多物理和化学实验设备对数据采集的能力要求都很高，各种类型的谱仪就属于这一类。谱仪要收集那些随时间变化、反映被测物质特性的各种信号，可以利用计算机进行数据采集和预处理，并将分析得到的结果用来控制分析仪器或用于事物管理，从而提高了仪器的利用率。例如，用在医院化验室中的监算计，负责把属于某个病人的所有分析结果汇总在一起，并打印出来，作为结果的记录以便保存。
5. 军事领域
美国研制出的电子哨兵，由数个电子传感器组成。他能精确地侦查周围运动、振动、磁场和声音的情况，并能及时将所侦查的信息传送给便携式电脑。此外，电子哨兵还能配有在黑暗中监视物体运动的远红外摄像机，执勤时可提供24 小时图像监视。电子哨兵的出现，大大减少了高科技战争中人员的伤亡，同时又能准确圆满地完成警戒任务，为未来战争解决了站岗放哨这一难题。
6. 医疗领域
智能检测与控制技术在医疗领域的应用也十分引入注目. 在医疗领域，有许多问题，如果不采用计算机就无法解决，或者时解决也十分烦琐。许多医疗结果的检查都必须用图像表示，计算机就可以负责图像的收集、处理、鉴定及输出。图像处理方面的例子有：
（1）透视图像，采用计算机后，透视图像的质量得到大幅度提高.
（2）计算机断层摄影图像的构成。
（3）核医学图像。计算机可参与核医学图像的构成。
（4）超声波图像。
（5）细胞标本图像。例如用于癌症的早期诊断，计算机负责图像自动处理，
对所得细胞数据进行统计处理和归纳，以供诊断使用。
除了图像处理外，计算机还可以用来处理那些采用各种检查方法所得到的人体生物信号，其中比较重要的生物信号就是心电图. 目前已经有许多经过医疗实践考验的程序，可供计算机心电图使用。此外，在脑电图、肌电图、眼底电图中也可采用计算机进行处理。
在医院，可以将病人身上所测得的生物信号(如心电图、血压、脑电图等) 输入到计算机中，通过计算机来监视病理变化，一旦出现某种变化，计算机特发出信号，通知值班护士或医生。当然，在这种情况下，对计算机系统的安全可靠性有比较高的要求。除此以外，智能检测与控制技术在医学科学研究领域中，诸如神经生理学领域、心理学试验方面也都占有较重要的地位。
上述所列是智能检测与控制技术在某些应用领域的侧面，它的应用领域相当广泛。
