計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課件：課堂專題討論1

1、第39講課堂專題討論（一）課堂討論（一） 2.討論課小組報(bào)告順序表 3.教師總結(jié)1.第1講時(shí)關(guān)于討論課的安排回顧本課程第1講時(shí)關(guān)于討論課的安排： （1）本學(xué)期在課程最后，有2講是討論課。 （2）討論課內(nèi)容可以是與本課程相關(guān)的大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放項(xiàng)目、參加科研訓(xùn)練項(xiàng)目、第二課堂的設(shè)計(jì)制作項(xiàng)目、自選項(xiàng)目等。 （3）全班同學(xué)分成6組，每組設(shè)一個(gè)組長(zhǎng)，配備指導(dǎo)教師（課程組老師）。課后報(bào)分組結(jié)果。 （4）項(xiàng)目答辯。每組由組長(zhǎng)代表本組匯報(bào)所做工作（10分鐘PPT），課程組老師提問(wèn)，小組回答。 （5）答辯結(jié)果作為平時(shí)成績(jī)一部分。返回1. 第1講時(shí)關(guān)于討論課的安排2. 討論課小組報(bào)告順序表組號(hào)題目組

2、員報(bào)告人1基于Smart700和S7-200的小功率加熱體溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)韓笑,陳緒申,陶亮,李悅江,臧祥庭祝寧2基于研華PCI板卡的數(shù)據(jù)采集與控制于春雷,童有超,劉壯,于道林,邵顯超戈海龍3基于PCI-1220運(yùn)動(dòng)控制卡的兩軸步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)張 航,陶 亮,李顯鵬,王天剛,袁德海,宋 凱盧 濤基于Smart700和S7-200的小功率加熱體溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程專題討論(1) 主講：祝 寧小組成員：韓笑,陳緒申,陶亮,李悅江,臧祥庭匯報(bào)內(nèi)容1、引言2、系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)3、系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)4、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)5、系統(tǒng)調(diào)試及運(yùn)行6、結(jié)束語(yǔ)1、引言在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，溫度控制的應(yīng)用占有相當(dāng)大的比

3、例，準(zhǔn)確地測(cè)量和有效地控制溫度是優(yōu)質(zhì)、低耗、高產(chǎn)和安全運(yùn)行的重要條件。Smart700是德國(guó)西門(mén)子公司推出的用于控制與監(jiān)視自動(dòng)化過(guò)程的HMI（Human Machine Interface）設(shè)備，具有強(qiáng)大且豐富的通訊能力，可以和S7-200 PLC組成完美的小型自動(dòng)化解決方案。S7-200CPU 224XP本機(jī)集成14輸入/10輸出共24個(gè)數(shù)字量I/O點(diǎn)，2輸入/1輸出共3個(gè)模擬量I/O點(diǎn)，是具有模擬量I/O和強(qiáng)大控制能力的新型CPU。1、引言考慮到Smart700觸摸屏和S7-200PLC的上述優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合小功率加熱體溫度監(jiān)控的需要，小組開(kāi)發(fā)了基于兩者的小功率加熱體溫度控制系統(tǒng)。該溫度控制系統(tǒng)

4、包括整體方案設(shè)計(jì)、硬件實(shí)現(xiàn)、軟件設(shè)計(jì)三部分。2、系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)以小功率加熱體為被控對(duì)象，以S7-200PLC為控制器，以溫度傳感器和變送器為反饋元件，以Smart700實(shí)現(xiàn)小功率加熱體溫度的實(shí)時(shí)在線監(jiān)控。整體方案設(shè)計(jì)如下：加熱體溫度經(jīng)溫度傳感器和變送器測(cè)量，輸出010V電壓信號(hào)（對(duì)應(yīng)溫度0100），電壓信號(hào)輸入S7-200PLC中，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)數(shù)字PID調(diào)節(jié)器，將控制量進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成010V電信號(hào)送給調(diào)功器，通過(guò)改變加熱絲兩端有效電壓的大小達(dá)到控制溫度的目的。PID相關(guān)參數(shù)通過(guò)Smart700傳給S7-200。小功率加熱體溫度控制系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)圖如圖1所示

5、。2、系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)圖1 小功率加熱體溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3、系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)將西門(mén)子Smart700通信口和S7-200Port0端口通過(guò)PPI/PPI電纜線連接。溫度對(duì)象輸出端子UOUT+、UOUT-分別接S7-200模擬量輸入端子A+、M，實(shí)現(xiàn)溫度檢測(cè)。溫度對(duì)象輸入端子UIN+、UIN-分別接S7-200模擬量輸出端子V、M，實(shí)現(xiàn)控制量輸出。Smart700的供電端子接+24VDC電源。計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)如圖2（a）所示，實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件連接線路圖如圖2（b）所示。3、系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)圖2（a） 計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)3、系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)圖2（b） 溫度控制系統(tǒng)硬件連接線路圖4、系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)S7-2

6、00PLC程序開(kāi)發(fā) Smart700觸摸屏監(jiān)控界面開(kāi)發(fā)4、軟件設(shè)計(jì)S7-200程序開(kāi)發(fā)圖3（a） 溫度控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)流程圖4、軟件設(shè)計(jì)S7-200程序開(kāi)發(fā)點(diǎn)擊桌面圖標(biāo) ，即進(jìn)入西門(mén)子S7-200編程軟件STEP7-Micro Win4.0界面，如圖3（b）所示。將工控機(jī)USB端口與S7-200Port1端口用PC/PPI電纜連接，并給PLC上電。點(diǎn)擊左側(cè)瀏覽條中“通信”按鈕，彈出通信對(duì)話框如圖3（c）所示，雙擊刷新，查找PLC，建立連接。圖3（b） STEP7-Micro Win4.0界面圖3（c） 通信對(duì)話框4、軟件設(shè)計(jì)S7-200程序開(kāi)發(fā)利用PID指令向?qū)渲肞ID子程序。分配PLC變量

7、地址如圖3（d）所示。圖3（d） PLC變量地址分配4、軟件設(shè)計(jì)S7-200程序開(kāi)發(fā)編寫(xiě)溫度控制系統(tǒng)PLC程序。將所編程序下載到S7-200中運(yùn)行。4、軟件設(shè)計(jì)Smart700監(jiān)控界面點(diǎn)擊桌面圖標(biāo) ，即進(jìn)入西門(mén)子Smart700組態(tài)軟件 WinCC flexible界面，建立新項(xiàng)目，選擇設(shè)備Smart700，如圖4（a）所示。點(diǎn)擊確定按鈕，進(jìn)入項(xiàng)目開(kāi)發(fā)界面，如圖4（b）所示。圖4（a） 設(shè)備選擇對(duì)話框圖4（b） WinCC flexible開(kāi)發(fā)界面4、軟件設(shè)計(jì)Smart700監(jiān)控界面將工控機(jī)USB端口與觸摸屏通信端口用PC/PPI電纜連接，并給觸摸屏供24VDC。在觸摸屏設(shè)備中選擇“Trans

8、fer”啟動(dòng)下載，然后點(diǎn)擊WinCC flexible中下載按鈕下載工程，如圖4（c）所示，即建立了工控機(jī)與Smart700的連接。圖4（c） 下載工程對(duì)話框4、軟件設(shè)計(jì)Smart700監(jiān)控界面在WinCC flexible開(kāi)發(fā)界面左側(cè)“通訊”組，設(shè)置觸摸屏與PLC連接，連接對(duì)話框、變量對(duì)話框如圖4（d）所示，如此即建立了PLC與Smart700的連接。圖4（d） 變量地址設(shè)置5、系統(tǒng)調(diào)試及運(yùn)行溫度控制系統(tǒng)監(jiān)控界面包括主頁(yè)面、實(shí)時(shí)曲線畫(huà)面、報(bào)警查詢畫(huà)畫(huà)、用戶登錄畫(huà)面、操作手冊(cè)畫(huà)面等。5、系統(tǒng)調(diào)試及運(yùn)行5、系統(tǒng)調(diào)試及運(yùn)行輸入正確的用戶名和密碼，通信指示燈呈綠色時(shí)，開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。點(diǎn)擊“手動(dòng)模式”按鈕，

9、輸入設(shè)定值60.0、回路輸出期望值40.0%，當(dāng)溫度檢測(cè)值基本穩(wěn)定后，輸入PID調(diào)節(jié)參數(shù)，點(diǎn)擊“自動(dòng)模式”按鈕，可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)模式無(wú)擾動(dòng)切換。針對(duì)溫度控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，經(jīng)多次現(xiàn)場(chǎng)在線整定，適合本系統(tǒng)的PID參數(shù)為：比例增益系數(shù)Kc=10.0，積分時(shí)間常數(shù)Ti=1.0min，微分時(shí)間常數(shù)Td=0.0min。6、結(jié)束語(yǔ)小組設(shè)計(jì)了一種基于Smart700和S7-200的小功率加熱體溫度控制系統(tǒng)。首先對(duì)溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行整體方案設(shè)計(jì)。然后進(jìn)行了硬件實(shí)現(xiàn)和軟件設(shè)計(jì)，利用STEP7-Micro Win4.0對(duì)S7-200進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)，利用WinCC flexible對(duì)Smart700進(jìn)行監(jiān)控界面開(kāi)發(fā)。最后

10、，對(duì)溫度控制系統(tǒng)進(jìn)行了在線調(diào)試。系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果證明：該溫度控制系統(tǒng)控制精度為0.2，系統(tǒng)調(diào)節(jié)時(shí)間短，設(shè)備兼容性好，達(dá)到了溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，實(shí)驗(yàn)效果良好。匯報(bào)結(jié)束！基于研華PCI板卡的數(shù)據(jù)采集與控制報(bào)告人：戈海龍小組成員：于春雷,童有超,劉壯,于道林,邵顯超計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程專題討論(2)內(nèi) 容 概 要1.引言2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟4.調(diào)試運(yùn)行結(jié)果5. 結(jié)束語(yǔ)引言 溫度的檢測(cè)和控制在理論上發(fā)展比較成熟, 但在實(shí)際測(cè)量和控制中, 如何保證快速實(shí)時(shí)地對(duì)溫度進(jìn)行采樣, 確保數(shù)據(jù)的正確傳輸, 并能對(duì)所測(cè)溫度場(chǎng)進(jìn)行較精確的控制, 仍然是目前需要解決的問(wèn)題。 本系統(tǒng)利用研華PCI板卡采集數(shù)據(jù)并

11、輸出控制量，根據(jù)PID算法控制爐溫，在Visual C+平臺(tái)下開(kāi)發(fā)了人機(jī)界面，得到了良好的控制效果。 1.系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 以管式電阻爐作為被控對(duì)象，溫度變送器把爐溫信號(hào)轉(zhuǎn)化為0-10V電壓信號(hào)，由PCI-1713U采集進(jìn)計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)經(jīng)PCI-1720U卡輸出，控制爐溫穩(wěn)定在設(shè)定值。 軟件采用Visual C+ 6.0軟件來(lái)設(shè)計(jì),系統(tǒng)控制規(guī)律采用比較成熟的PID算法。 左圖所示為研華PCI-1713模擬量輸入卡。該板卡具有32 路單端或16 路差分模擬量輸入，或組合輸入方式，12位A/D轉(zhuǎn)換分辨率，A/D轉(zhuǎn)換器的采樣速率可達(dá)100 kHz，每個(gè)輸入通道的增益可編程，卡上有4K采樣FIFO緩沖器，

12、2500VDC 隔離保護(hù)，支持軟件、內(nèi)部定時(shí)器觸發(fā)或外部觸發(fā)。 右圖為研華PCI-1720U模擬量輸出卡。該板卡具有四路12 位D/A 輸出通道，多種輸出范圍。由于能夠在輸出和PCI總線之間提供2500VDC的隔離保護(hù)，PCI-1720非常適合需要高電壓保護(hù)的工業(yè)場(chǎng)合。2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟 ActiveDAQ控件的安裝 研華公司提供的ActiveDAQ控件是一套高效數(shù)據(jù)采集開(kāi)發(fā)組件，可以方便的應(yīng)用于Visual C+、Visual Basic以及支持Active控件的組態(tài)軟件中，通過(guò)控件的屬性、事件、方法可以很方便的對(duì)控件進(jìn)行編程，用來(lái)開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)采集的各種功能，包括模擬量輸入輸出（軟件/中斷/DMA

13、）、數(shù)字量輸入輸出、脈沖量輸入輸出等。 啟動(dòng)Visual C+ 6.0，單擊“文件”菜單中的“新建”命令，以顯示新建對(duì)話框，如圖5所示，然后選擇“MFC AppWizard(exe)”類型，輸入需要?jiǎng)?chuàng)建的工程名稱“SJCJ”，并設(shè)置好存放目錄。 按照彈出的應(yīng)用向?qū)?duì)話框依次填寫(xiě)，第1步選擇基于對(duì)話框，其他均采用默認(rèn)。 單擊“完成”按鈕，將會(huì)彈出一個(gè)關(guān)于新工程信息的對(duì)話框。單擊“確定”按鈕，這樣MFC向?qū)П阕詣?dòng)生成一個(gè)名稱為“SJCJ”的工程。 為了實(shí)現(xiàn)溫度采集與控制輸出，添加DAQAI和DAQDO控件。“工程”菜單的“增加到工程”的“Components and Controls”選項(xiàng)，在彈出

14、的對(duì)話框中單擊“確定”按鈕，再在彈出的對(duì)話框中單擊“確定”按鈕關(guān)閉對(duì)話框，所選擇的控件就會(huì)出現(xiàn)在“控件工具欄”中，然后將其添加到對(duì)話框中相應(yīng)位置。 用編輯器為對(duì)話框添加其他控件并設(shè)置相關(guān)屬性 設(shè)置好的程序界面如圖所示 添加成員變量，在“查看”菜單中或在對(duì)話框上單擊鼠標(biāo)右鍵，打開(kāi)“建立類向?qū)А敝械腗ember Variables標(biāo)簽，選中所需的空間ID號(hào)，雙擊鼠標(biāo)左鍵或單擊Add Variables按鈕，依次為控件增加成員變量。 切換到“建立類向?qū)А钡腗essage Maps標(biāo)簽頁(yè)或在對(duì)話框中雙擊每一個(gè)按鈕，為控件添加消息響應(yīng)函數(shù)void CSJCJDlg:OnButton8() /輸入板卡選擇

15、/ TODO: Add your control notification handler code herem_daqai.SelectDevice();/選擇模擬量輸入設(shè)備m_daqai.SetStartChannel(0);/通道號(hào)0m_daqai.SetSampleRate(500);/采樣頻率m_daqai.OpenDevice();void CSJCJDlg:OnButton9()/輸出板卡選擇/ TODO: Add your control notification handler code herem_daqao.SelectDevice();/選擇模擬量輸出設(shè)備m_daqao

16、.SetChannel(0);/通道號(hào)0m_daqao.SetOutputRate(500);/輸出頻率void CSJCJDlg:OnCancel() /關(guān)閉程序按鈕設(shè)置/ TODO: Add extra cleanup herem_daqai.CloseDevice();/關(guān)閉板卡模擬量輸入端口m_daqao.CloseDevice();/關(guān)閉板卡模擬量輸出端口KillTimer(1);/終止時(shí)鐘CDialog:OnCancel();代碼實(shí)現(xiàn)：void CSJCJDlg:OnTimer(UINT nIDEvent) /時(shí)鐘消息 / TODO: Add your message handle

17、r code here and/or call default if(num199) renew(); m_dqdy.Format(%3.1f,m_daqai.RealInput(1);/獲取AI通道數(shù)據(jù)（電壓值），以保留1位小數(shù)的格式顯示 datanum=(float)(m_daqai.RealInput(1)*10);/獲取AI通道數(shù)據(jù)（溫度值） m_daqao.OpenDevice(); m_daqao.RealOutput(m_daqai.RealInput(1);/獲取AO通道數(shù)據(jù)（電壓值）,并由板卡輸出 if(datanum1)eknum=data1num-datanum; dat

18、a2num=kp*(1+ts/ti+td/ts)*eknum- kp*(1+2*td/ts)*eknum-1+kp*td/ts*eknum-2; eknum-2=eknum-1;eknum-1=eknum; if(data2num10.0)data2num=10.0;m_daqao.OpenDevice();/打開(kāi)AO通道設(shè)備m_daqao.RealOutput(data2num);/控制量輸出系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)調(diào)試運(yùn)行結(jié)果 程序啟動(dòng)后，選擇模擬量輸入板卡PCI-1713U、模擬量輸出板卡PCI-1720U。 設(shè)置好溫度設(shè)定值SP、采樣周期Ts、比例增益Kp、積分時(shí)間常數(shù)Ti、微分時(shí)間常數(shù)Td。 點(diǎn)

19、擊“開(kāi)始實(shí)驗(yàn)”按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并在相應(yīng)區(qū)域顯示出溫度變化曲線、以及歷史采樣數(shù)據(jù)等信息。結(jié)束語(yǔ) 本實(shí)驗(yàn)以電加熱爐為控制對(duì)象，通過(guò)PCI-1713U板卡進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)采集（AI通道），在IPC中利用Visual C+ 軟件編寫(xiě)增量式PID控制算法，得到的控制量由PCI-1720U板卡輸出（AO通道），并作用于加熱爐，整個(gè)系統(tǒng)為一單閉環(huán)PID溫度控制系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該控制方法能夠起到良好的控制效果。 在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，還存在一些問(wèn)題，雖然我們通過(guò)試湊法得到了比較理想的PID參數(shù)，但從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出，系統(tǒng)依然存在小幅超調(diào)等問(wèn)題，在設(shè)定值變化的情況下，實(shí)際值不能迅速跟蹤設(shè)定值，當(dāng)然這也源于爐溫是

20、一個(gè)大滯后環(huán)節(jié)，在以后的學(xué)習(xí)過(guò)程中，我們可以嘗試更先進(jìn)的控制方法，比如模糊PID控制以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制等先進(jìn)智能控制方法。報(bào)告結(jié)束！基于PCI-1220運(yùn)動(dòng)控制卡的兩軸步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)課程專題討論(3) 主講：盧 濤小組成員：張 航,陶 亮,李顯鵬, 王天剛,袁德海,宋 凱 目錄 1.引言 2.設(shè)計(jì)任務(wù) 3.整體方案設(shè)計(jì) 4.運(yùn)行結(jié)果 5.總結(jié) 1.引言步進(jìn)電機(jī)的控制方式有：?jiǎn)纹瑱C(jī)系統(tǒng)控制、PLC控制、專用系統(tǒng)控制和運(yùn)動(dòng)控制卡控制。單片機(jī)系統(tǒng)成本低，但開(kāi)發(fā)難度大、周期長(zhǎng)，適用于大批量產(chǎn)品。PLC 控制適用于運(yùn)動(dòng)過(guò)程簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)軌跡固定的設(shè)備。專用控制系統(tǒng)用于專業(yè)行業(yè)或?qū)Ｓ迷O(shè)備，如數(shù)控

21、車(chē)床。而運(yùn)動(dòng)控制卡控制由于計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能，具有較強(qiáng)的柔性， 可用于運(yùn)動(dòng)過(guò)程和運(yùn)動(dòng)軌跡較復(fù)雜的設(shè)備。本系統(tǒng)采用工控機(jī)+運(yùn)動(dòng)控制卡的方式，基于VC+ +6.0開(kāi)發(fā)了兩軸步進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證控制效果。 2.設(shè)計(jì)任務(wù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)以研華工控機(jī)為支撐單元，PCI-1220運(yùn)動(dòng)控制卡為位控模塊，XY運(yùn)動(dòng)平臺(tái)為被控對(duì)象，通過(guò)VC+6.0編寫(xiě)逐點(diǎn)比較法程序，實(shí)現(xiàn)XY兩軸直線和圓弧插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)。3.整體方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.1 硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件主要由工控機(jī)、PCI-1220運(yùn)動(dòng)控制卡、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及XY工作平臺(tái)構(gòu)成。工控機(jī)：主要負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)狀態(tài)顯示，發(fā)送控制指令，外部信號(hào)IO的監(jiān)控及運(yùn)動(dòng)軌跡規(guī)劃等工作。PCI-1220運(yùn)動(dòng)控制卡：PCI-1220是一款兩軸步進(jìn)、伺服電機(jī)控制卡。該卡能夠提供各種運(yùn)動(dòng)控制功能，如單軸點(diǎn)動(dòng)、連續(xù)運(yùn)動(dòng)、兩軸直線，圓弧插補(bǔ)，T/S曲線加/減速等。關(guān)于進(jìn)一步的應(yīng)用，提供了Windows 動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)和豐富直觀的例程，可以減少編程的工作量。 PCI-1220步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)置TB6560AHQ驅(qū)動(dòng)芯片，將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成角位移來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。XY工作平臺(tái)：工作平臺(tái)由成90度正交的X，Y軸及接近開(kāi)關(guān)構(gòu)成。其中X,Y軸均由步進(jìn)電機(jī)、減速機(jī)、導(dǎo)軌及傳送帶構(gòu)成。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器與PCI-1220運(yùn)動(dòng)控制卡接線圖：步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器