工业计算机实验报告

1、实验一A/D 、 D/A 转换实验一、实验目的1 .了解温控系统的组成。2 .了解NI 测量及自动化浏览器的使用并对数据采集卡进行设置。3 .了解Dasylab 软件的各项功能，并会简单的应用。4 .通过实验了解计算机是如何进行数据采集、控制的。二、实验设备微型计算机、NI USB 6008 数据采集卡、温度控制仪、温箱。三、实验内容1 了解温度控制系统的组成。2仔细观察老师对数据采集卡输入输出任务建立的过程及设置还有dasylab 基本功能的演示。3 仔细阅读dasylab 相关文档，学习帮助文件tutorial 了解其基本使用方法。4动手实践，打开范例，仔细揣摩，并独立完成数据采集卡输入输

2、出任务的建立并建立并运行单独的AD 及 DA 系统，完成之后，按照自己的需要及兴趣搭建几个简单的系统运行。四、温控系统的组成计算机温度控制系统由温度控制仪与计算机、数据采集卡一起构成，被控对象为温箱, 温箱内装有电阻加热丝构成的电炉，还有模拟温度传感器AD590。系统框图如图1-1所示：计箕机状字拧制器数据采斗:卡信号转换电压放火温度传感器ADSg。nr M ；：惟流装置电炉加 温空捽制仪图M 系统出图五、温控仪基本工作原理温度控制仪由信号转换电路、电压放大电路、可控硅移相触发器及可控硅加热电路组成。被控制的加热炉允许温度变化范围为0100c.集成电路温度传感器AD590（AD590温度传感器

3、输出电流与绝 对温度成正比关系，灵敏度为1uA/K）.将炉温的变化转换为电流的变 化送入信号转换、电压放大电路.信号转换电路将AD590送来的电流 信号转换为电压信号，然后经精密运算放大器放大、滤波后变为05V 的标准电压信号，一路送给炉温指示仪表，直接显示炉温值。另一路送给微机接口电路供计算机采样.计算机通过插在计算机USB总线接 口上的NI USB 6008 12位数据采集卡将传感器送来的 05V测量信 号转换成0FFFH的12位数字量信号，经与给定值比较，求出偏差值, 然后对偏差值进行控制运算，得到控制温度变化的输出量，再经过NIUSB 6008将该数字输出量经12位D/A转换器变为05

4、V的模拟电压信号送入可控硅移相触发器,触发器输出相应控制角的触发脉冲给可控硅 , 控制可控硅的导通与关断, 从而达到控制炉温的目的。六、思考题1 .数据采集系统差分输入与单端输入有些什么区别？各有什么优缺点？单端输入：输入信号以共同的地线为基准，判断信号与 GND的电压差。优点：连接较短，所有输入信号与信号源共地缺点：抗干扰能力差差分输入：判断两个信号线的电压差，每个输入信号都有自己的基准地线。优点：可以有效抑制共模干扰信号，提高采集精度缺点：接线较单端复杂2 .dasylabgXt于ni其他软件有什么优缺点？Dasylab都是用一些功能模块来建立系统，模块间用“导线”连接，相对于 NI其 他

5、软件而言编程更方便，效率更高，功能更直观，图形化的界面，无需繁琐的编程工作， 满足非专业编程人员的测试需要，通过多种功能模块的搭建可方便完成数据采集、显示、存储、分析、统计、运算、控制、触发等各种功能3 .利用你的发散思维，罗列出dasylab!勺应用场合，越多越好。利用Dasylab以应用于各种工业控制场合进行控制系统的搭建、测试，如温度 控制，液面控制，压力控制，流量控制等。4 .给出一个你心目中dasylab的理想应用，用简单的dasylab模块画出来并辅以简洁的说明。利用 Dasylab 设计一游泳池温度液面高度控制系统模块如图1-2 所示：图1-2说明：利用Slider分别设置给定的

6、液面高度和温度，并通过 Scaling进行换算， 通过Recorder显示给定液面高度和温度，Analog Input对水池温度、液面 高度进行数据采集输入，通过 Scaling进行换算通过Recorder显示当前液 面高度和温度，通过对 PID参数设置来调节泳池液面高度和温度，通过 选择合适的参数获得最佳的响应曲线，最后通过模块Analog Output进行输出，从而达到温度液面高度控制作用。七、实验总结通过本次实验了解了温控仪的组成和基本工作原理，如何对数据采集卡进行 设置，以及对DasylabW了简单的认识，通过阅读相关帮助文件学会了如何用 Dasylab设计简单的控制系统，通过实验了结

7、了计算机是如何进行数据采集控制 的，对计算机在工业控制领域的应用有了一定了解。实验二 基于 DASYLab 的的温度控制系统设计实验一、实验目的利用Dasylata件实现基本的PID温度控制算法。二、实验设备同实验一。三、实验内容1.利用NImax建立数据采集卡的输入输出任务。在前面实验的基础上，在DASYLab工作区搭建完整的P、PI、PD、PID 控制电路，设置相应的参数，运行程序查看控制效果。2分别搭建模入、模出通道并验证其有效性3 .在选取系统提供的PID模块，创建完整PID系统，添加合适的辅助模块，观察温度曲线。在做好一组算法曲线之后，打开温箱外壳，自然冷却，待温度低于30度时装回外

8、壳，再做另外一种算法。对上课所学内容一一印证。4 .在有时间的情况之下，参考图2-1自行搭建PID系统。观察此次实验曲线和前面的采样曲线有什么区别？到达峰值的时间？超调量的大小等。四、实验原理（见实验一）五、PID实验说明参考程序示意如图2-1所示：g 524。PID Loop and Displays图2-1基于DASYLab的PID控制程序示意图图2-1是本次实验的最小系统示意图，完整的、功能相对完善的图请同学自行完成当给定温度为40 C时，控制电流曲线和测量温度值、误差变化如图2-2所示:OGzMDQ S:5b：S DQ;5bM iD.oboO »C.0200图2-2 PID控

9、制响应曲线1:设定温度值2:测量温度值3:误差有关上面给出程序框图的说明:1）图2-1程序框图为最小系统仅供参考，各人可根据自身的具体情况做适当的修改，譬如图2-2的PID控制响应曲线上面有毛刺，不平滑,如果考虑在内，应当怎样去除毛刺？构建出一个实际应用的仪器面板J史,川瑜 jInput and Displays应当如何做？2） 上面的图示并未反映各个模块具体是怎么配置的情况，请自行分析，适当地设置。3）有关PID参数的整定，请按照教科书或参考材料上的介绍的方法先做一个规划，有序地进行。六、实验步骤1 .实验前认真阅读注意事项；2 .检查温控箱和数据采集卡的连线是否接好；3 .打开电脑，确定温

10、控仪是否处在机控状态；4 .用NI max软件对数据采集卡进行配置（建立输入输出任务）。然后 进入 NI DASYLab 软件界面，点击老师通过电子教室分发的相关文档学习了解usb 600& ni max软件的设置，dasylabfi勺基本用法；5 .选取模入通道模块、系统自带PID模块、模出通道及一些虚拟仪表等构成闭环；6 .设定合适的PID参数；7 .设定好以后点击启动按钮开始实验，观察实验现象；8 .做完一种算法实验后，关掉温度控制仪电源，打开温箱的外壳，使其自然冷却。9 .待炉温下降至30度以下，选择另外一种算法，用上述同样的方法重复前面的步骤实验；10 .观察此次实验曲线和前

11、面的采样曲线有什么区别：包括到达峰值的时间，超调量的大小等。11 .完善最小系统，加上滤波等模块，建立仪器面板等组成一个较为实用的系统。七、实验注意事项1 . 确定温控仪处在机控状态。控制方式一定要处于机控，否则可能炉温上升过快，采样失败，更有可能导致炉温过热，烧毁电炉。2 .升温时电流大小达到0.9A左右3 .温度给定设在40度左右，以延长电炉的寿命并缩短实验时间。4 .采样期间因其过程较慢，要耐心等待。5 .每过一段时间用手触碰温箱的外壳，如果手感觉不烫，就说明温度没有失控。6 .务必先预习DASYLab 帮助中 “ Basic、s Tutorial 部分内容，而后再设 ”计编程，以免浪费

12、时间。7.先利用控制模块组中的PID模块组成系统并改变参数做实验，然后 不使用控制模块组中的PID模块，自行搭建PID控制模块试试。8.因预习时同学们手头不一定有数据采集卡，因此可以暂时用声卡或信号发生器代替，到实际做实验时将其替换回即可。八、实验步骤：1 .建立输入输出任务后进入NI DASYLab软件界面，搭建PID控制 系统：图2-3基于DASYLab的PID控制程序示意图对Scaling中的a、b参数分别J设置为20和0,将Slider调至2V,电机 启动按钮开始实验，通过观察Recorde冲曲线得最终稳定温度值为43度，对Scalinga数进行彳正，将b参数设置为“ -3”，a保持不

13、 变。2 .PID参数调节：待炉温下降至30度以下，调节PID Control模块设置PID算法，改变 P、I、D的参数后点击开始按钮开始实验，观察 Recorde用曲线，然 后选择另一种实验步骤，重复上述步骤观察 Recorded曲线的变化情 况，对比几次算法所产生的曲线，选择响应最佳的那一种算法。由于本次实验时间有限，通过改变几次 PID参数后得出最佳响应参数 为P=10, I=0, D=0,此算法下输出响应如图2-4所示：图2-4 PID控制响应曲线1:设定温度值2:测量温度值3:误差九、实验思考题：1.现在的温控系统只能控制炉温的上升，炉温的下降要靠自然冷却，所以在此期间无法通过计算机

14、控制，如果是由你来设计一个温度控制系统，应该如何改进，以便炉温的上升和下降都能用计算机控制？可在输出中增加一风扇驱动模块，当炉温高于设定值时，驱动风扇使温度 下降，当炉温低于设定值时风扇不工作，利用PID模块对风扇转速进行调节, 由于本次实验中传感器对炉温的变化反应灵敏，故风扇功率不宜过大，否 则会导致温度下降过大。2对于数据采集过程中产生的毛刺，如何去除？用哪个模块？简要说明之。在输入模块后增加一数字滤波器模块，模块在 Module>>SignalAnalysis>>Digital Filter中，采用低通、巴特沃思滤波器，设置如图2-5所示图2-5数字滤波器参数设置

15、3.感觉温度上升太慢，要针对这点改进，即做到温度上升较快，而又满足控制优化的目标，应当如何改进，给出dasylabW实际连线图，并 简要说明之。要使温度上升较快而又满足控制优化目标则应对 PID模块进行调整，实验中 只有PID环节而没有反馈环节，因此可以可PID加一反馈环节，如图2-6所示：图2-6 PID环节调整通过改变反馈环节的参数，并和PID环节一起调整则能起到温度上升较快且 满足控制优化目标。十、实验总结：通过本次实验了解了如何用Dasylabffi现基本的PID算法，以及如何通过改变 PID算法是得到最优温度响应曲线。对 PID在工业控制领域的应用有了一定了解。 由于本次实验每次获得

16、响应曲线时间较长，所以每次实验时需有一定耐心，不能过于急躁，否则容易忽略一些细节上的错误导致实验效率低下。实验时可以发现，曲线有很多毛刺，以及其他干扰，故在搭建系统是必须考虑滤波，而在实际测量中则应考虑现场干扰对测量系统的影响，以及如何减小干扰对系统的影响。实验三 基于DASYLab的网络测控一、实验目的：通过实验了解网络测控系统的组成及应用前景。二、实验设备：同实验一三、实验内容：不相邻的同学二人一组，在前面实验的基础上，一人设置成服务器， 另一人设置成客户机，在原有程序基础上加入网络传输等模块并合理 地配置之后，双方启动程序，服务器端向客户机端发送数据，在观察 结果无误之后，二人交换服务器

17、与客户机的角色直至完成实验。四、实验步骤：1、网络测试系统组成：在对某型号的武器装备试验进行测试时，由于试验现场环境恶劣且具 有危险，而且要求对该信号进行定期或不定期的监测， 在这种情况下, 我们采用了网络测试技术，具测试连接如图 3-1所示。传感器 M频喙 -服务器 =客户机图3-1系统构成框图图中的Dewebook是集信号调理和A/D数据采集功能于一身的仪器， 由在试验现场的电脑（服务器）通过1394 口的数据线与其连接，运行 虚拟仪器软件Dasylab10.0的程序对其进行控制。将测试数据采集后, 存入服务器的同时通过LAN网络发送给远端的客户机，由客户机进行数据整理、分析2、TCP/I

18、P网络设置:2.1 设置IP地址:服务器IP地址如图3-2所示:图3-2服务器IP地址客户机IP地址如图3-3所示:MJsepscby>ipconf ig indows IP 配置无线局域网适配器0001： 髓的.嬴静：媒体已断开以太网适配器本地连接;.:.:2001：250:1001：21S4：b52a：1023：Aeef：aca4.：feH0:：hS2A：1023：aeef：aca4zl3.：115.i54.93.119.:2b5.2bS.254.l1.：ieBB：=203：F£F：fel2：dd613115_154_92_1图3-3客尸机IP地址2.2 建立两机间的网络通

19、讯：在客户机WINDOWS桌面下，点击 开始”，在点击 运行”，键入 “command令点击 确定”。在出现的DOS界面下PING服务器 的IP地址，即键入“ping 7回车后如出现图3-4所示, 即表明两电脑之间的网络可以互联互通。I mJse>pinor 115154.9317Li5154.154.1S4.154.)Jin JtrJrr7 ? ? ?_» Jx 1 1- 1-3 3333 7 7 y?nooD具有32字节的聚据, 1=字巧=3普 3<ln 1=工节=32时也-TT=32 时也E=千p=32 时|0'2 ns<lns

20、KinsTTL=64TTL-64TTL=64TTL=fi405 n0 氐据 计已梦g 充电2 名%毫二 9 JA in-胃 P送园取 的餐 7已计E 1,:估回 n包的一一 15数行瓯 5.返MJse3-4图3-4两机通讯正常截图反之，表明两机之间通讯失败。需要检查网络，直至出现图的显示。3、Dasylab软件设计与模块设置：3.1 服务器的Dasylab程序设计：在试验现场的服务器运行主程序如图3-5所示:图3-5服务器的Dasylab程序界面程序的主要模块有信号发生器、数字示波、工程量转换、数据存盘、和网络传输。 在Dasylab程序界面下点击“measuremen的下拉菜单，点击“rem

21、otecontrol来进行远程控制的设置，定义此机为服务器。口令"Passwor的以不设置。 如图3-6所示：图3-6定义服务器在服务器主程序下双击 “NETOUTPUT00模块,进行网络输出模块设置。在“data transfe选项'中点选“blocks,'即网络间以“blocks的方式传输数据，较“Single Value昉式会占用更多的计算机资源和网络带宽，但数据传输正确且几乎无迟滞性，现有的计算机性能都能满足要求。如图3-7所示：图 3-7 Net Output 设置3.2 客户机的Dasylab程序设计：在试验远端的客户机运行主程序如图 3-8所示:图3-8

22、客尸机的Dasylab程序界面程序的主要模块有网络接收、数据写盘、数字显示。在Dasylab程序界面下点击“measuremen的下拉菜单，点击“remote control来进行；远程控制的设置，定义此机为客户机，受名为 依然Fantasy-PCT的服务器控制。在客户机主程序下双击“NETINPUT0O模块，进行网络模块的设置，在 “NetworkConnection '的设置中，点击 “ComputerName 的“Browse选择与其相连的服务器名称。点击“ModuleNamS的“ Browse选择服务器的网络输出模块名称。在“ Optio般置中钩选，意思是如服务器重起试验，本机

23、停止且重起试验。其它可保持缺省设置。如图3-9所示：N?t InputModule nanfte: Net inputOODescriptim：0 12 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15|J 0| »| 0| | 0| 0| 0| 0| $| $| $| »| 0| 0| 0|Channel name:Met inpi* 0UKUM：VCmwMMn画一| Restart if serveimp曰dly 恒或却kNetwork connect onComputet nanne: -f-v?>l-antasy-PCE：u'k. mMo

24、dule name:网络输出Browse. IPas5vjoid-Tine zone© Client O Server O UTC* ；- . 图 3-9 Net Input 设置至此，完成了网络化的模块设置和程序设计。4、运行：4.1 运行服务器的Dasylab程序：对信号发生器015个通道分别设置为075V的恒定电压，工程量转换模块分别进行INn-1-INn运算（其中IN9保持不变），转换为。C,在变换和Scaling模块中分别对04通道求绝对值以及10倍放大，运行服务器程序如图3-10所示：1 002.003M4.005.006 007 00)Ww9W13 0014.0015.

25、00u工程匚示单AY-iKi力q岩L匕3* Be il。A6b 口5?MH T2M耙12 HH 壮但弱1204 35仲时45s>r»w* ,|t-Rwm?t- Jh mn s.RkHTBT *|" VhivH RBcantar ' 4acormr户小4uRv:=44bt 1Z-Kcnw "1q图3-10服务器程序运行结果4.2 远端的客户机上运行 Dasylab程序:如图3-11所示：图3-11客户机程序运行结果由服务器和客户机运行结果可以看出，两程序的输出相同。五、实验思考题1 .如何查看本机的ip地址？对于WIN7系统打开网络和共享中心再点击本地

26、连接，点击详细信息，即可 查看本机ip地址，如图3-12所示：方通芟31.Intemet图3-12查看本机IP2 .10开头的ip地址属于哪一类地址有什么特点？以10开头的IP地址是一个B类的IP地址，此类IP地址主要应用在采用 TCP/IP协议互联单位局域网或校园网络内部。B类IP地址中网络的标识长度为16位，主机标识的长度为16位，B类网络地址适用于中等规模的网络， 每个网络所能容纳的计算机数为6万多台。B类IP地址地址范围 -55B 类 IP 地址的子网掩码为 ,每个 网络支持的最大主机数为256的2次方-2=65534台。3 .怎样知道本机到目标机的网络通道是畅通的？在运行栏里输入ping+目标主机IP+-t然后回车，就能看到是否与目标主机 连通，如图3-13所示：Piny