计算机控制技术课件：课堂专题讨论1

1、第39讲课堂专题讨论（一）课堂讨论（一） 2.讨论课小组报告顺序表 3.教师总结1.第1讲时关于讨论课的安排回顾本课程第1讲时关于讨论课的安排： （1）本学期在课程最后，有2讲是讨论课。 （2）讨论课内容可以是与本课程相关的大学生创新训练项目、实验室开放项目、参加科研训练项目、第二课堂的设计制作项目、自选项目等。 （3）全班同学分成6组，每组设一个组长，配备指导教师（课程组老师）。课后报分组结果。 （4）项目答辩。每组由组长代表本组汇报所做工作（10分钟PPT），课程组老师提问，小组回答。 （5）答辩结果作为平时成绩一部分。返回1. 第1讲时关于讨论课的安排2. 讨论课小组报告顺序表组号题目组

2、员报告人1基于Smart700和S7-200的小功率加热体温度控制系统设计韩笑,陈绪申,陶亮,李悦江,臧祥庭祝宁2基于研华PCI板卡的数据采集与控制于春雷,童有超,刘壮,于道林,邵显超戈海龙3基于PCI-1220运动控制卡的两轴步进驱动系统设计张 航,陶 亮,李显鹏,王天刚,袁德海,宋 凯卢 涛基于Smart700和S7-200的小功率加热体温度控制系统设计计算机控制技术课程专题讨论(1) 主讲：祝 宁小组成员：韩笑,陈绪申,陶亮,李悦江,臧祥庭汇报内容1、引言2、系统整体方案设计3、系统硬件实现4、系统软件设计5、系统调试及运行6、结束语1、引言在工业生产过程中，温度控制的应用占有相当大的比

3、例，准确地测量和有效地控制温度是优质、低耗、高产和安全运行的重要条件。Smart700是德国西门子公司推出的用于控制与监视自动化过程的HMI（Human Machine Interface）设备，具有强大且丰富的通讯能力，可以和S7-200 PLC组成完美的小型自动化解决方案。S7-200CPU 224XP本机集成14输入/10输出共24个数字量I/O点，2输入/1输出共3个模拟量I/O点，是具有模拟量I/O和强大控制能力的新型CPU。1、引言考虑到Smart700触摸屏和S7-200PLC的上述优点，结合小功率加热体温度监控的需要，小组开发了基于两者的小功率加热体温度控制系统。该温度控制系统

4、包括整体方案设计、硬件实现、软件设计三部分。2、系统整体方案设计系统以小功率加热体为被控对象，以S7-200PLC为控制器，以温度传感器和变送器为反馈元件，以Smart700实现小功率加热体温度的实时在线监控。整体方案设计如下：加热体温度经温度传感器和变送器测量，输出010V电压信号（对应温度0100），电压信号输入S7-200PLC中，经过A/D转换转化为数字信号，通过数字PID调节器，将控制量进行D/A转换，转换成010V电信号送给调功器，通过改变加热丝两端有效电压的大小达到控制温度的目的。PID相关参数通过Smart700传给S7-200。小功率加热体温度控制系统整体方案设计图如图1所示

5、。2、系统整体方案设计图1 小功率加热体温度控制系统结构图3、系统硬件实现将西门子Smart700通信口和S7-200Port0端口通过PPI/PPI电缆线连接。温度对象输出端子UOUT+、UOUT-分别接S7-200模拟量输入端子A+、M，实现温度检测。温度对象输入端子UIN+、UIN-分别接S7-200模拟量输出端子V、M，实现控制量输出。Smart700的供电端子接+24VDC电源。计算机控制技术实验平台如图2（a）所示，实验系统硬件连接线路图如图2（b）所示。3、系统硬件实现图2（a） 计算机控制技术实验平台3、系统硬件实现图2（b） 温度控制系统硬件连接线路图4、系统软件设计S7-2

6、00PLC程序开发 Smart700触摸屏监控界面开发4、软件设计S7-200程序开发图3（a） 温度控制系统程序设计流程图4、软件设计S7-200程序开发点击桌面图标 ，即进入西门子S7-200编程软件STEP7-Micro Win4.0界面，如图3（b）所示。将工控机USB端口与S7-200Port1端口用PC/PPI电缆连接，并给PLC上电。点击左侧浏览条中“通信”按钮，弹出通信对话框如图3（c）所示，双击刷新，查找PLC，建立连接。图3（b） STEP7-Micro Win4.0界面图3（c） 通信对话框4、软件设计S7-200程序开发利用PID指令向导配置PID子程序。分配PLC变量

7、地址如图3（d）所示。图3（d） PLC变量地址分配4、软件设计S7-200程序开发编写温度控制系统PLC程序。将所编程序下载到S7-200中运行。4、软件设计Smart700监控界面点击桌面图标 ，即进入西门子Smart700组态软件 WinCC flexible界面，建立新项目，选择设备Smart700，如图4（a）所示。点击确定按钮，进入项目开发界面，如图4（b）所示。图4（a） 设备选择对话框图4（b） WinCC flexible开发界面4、软件设计Smart700监控界面将工控机USB端口与触摸屏通信端口用PC/PPI电缆连接，并给触摸屏供24VDC。在触摸屏设备中选择“Trans

8、fer”启动下载，然后点击WinCC flexible中下载按钮下载工程，如图4（c）所示，即建立了工控机与Smart700的连接。图4（c） 下载工程对话框4、软件设计Smart700监控界面在WinCC flexible开发界面左侧“通讯”组，设置触摸屏与PLC连接，连接对话框、变量对话框如图4（d）所示，如此即建立了PLC与Smart700的连接。图4（d） 变量地址设置5、系统调试及运行温度控制系统监控界面包括主页面、实时曲线画面、报警查询画画、用户登录画面、操作手册画面等。5、系统调试及运行5、系统调试及运行输入正确的用户名和密码，通信指示灯呈绿色时，开始实验。点击“手动模式”按钮，

9、输入设定值60.0、回路输出期望值40.0%，当温度检测值基本稳定后，输入PID调节参数，点击“自动模式”按钮，可以实现手动/自动模式无扰动切换。针对温度控制系统的特点，经多次现场在线整定，适合本系统的PID参数为：比例增益系数Kc=10.0，积分时间常数Ti=1.0min，微分时间常数Td=0.0min。6、结束语小组设计了一种基于Smart700和S7-200的小功率加热体温度控制系统。首先对温度控制系统进行整体方案设计。然后进行了硬件实现和软件设计，利用STEP7-Micro Win4.0对S7-200进行程序开发，利用WinCC flexible对Smart700进行监控界面开发。最后

10、，对温度控制系统进行了在线调试。系统调试结果证明：该温度控制系统控制精度为0.2，系统调节时间短，设备兼容性好，达到了温度控制系统的设计要求，实验效果良好。汇报结束！基于研华PCI板卡的数据采集与控制报告人：戈海龙小组成员：于春雷,童有超,刘壮,于道林,邵显超计算机控制技术课程专题讨论(2)内 容 概 要1.引言2.系统设计方案3.系统设计步骤4.调试运行结果5. 结束语引言 温度的检测和控制在理论上发展比较成熟, 但在实际测量和控制中, 如何保证快速实时地对温度进行采样, 确保数据的正确传输, 并能对所测温度场进行较精确的控制, 仍然是目前需要解决的问题。 本系统利用研华PCI板卡采集数据并

11、输出控制量，根据PID算法控制炉温，在Visual C+平台下开发了人机界面，得到了良好的控制效果。 1.系统设计方案 以管式电阻炉作为被控对象，温度变送器把炉温信号转化为0-10V电压信号，由PCI-1713U采集进计算机，计算机经PCI-1720U卡输出，控制炉温稳定在设定值。 软件采用Visual C+ 6.0软件来设计,系统控制规律采用比较成熟的PID算法。 左图所示为研华PCI-1713模拟量输入卡。该板卡具有32 路单端或16 路差分模拟量输入，或组合输入方式，12位A/D转换分辨率，A/D转换器的采样速率可达100 kHz，每个输入通道的增益可编程，卡上有4K采样FIFO缓冲器，

12、2500VDC 隔离保护，支持软件、内部定时器触发或外部触发。 右图为研华PCI-1720U模拟量输出卡。该板卡具有四路12 位D/A 输出通道，多种输出范围。由于能够在输出和PCI总线之间提供2500VDC的隔离保护，PCI-1720非常适合需要高电压保护的工业场合。2.系统设计步骤 ActiveDAQ控件的安装 研华公司提供的ActiveDAQ控件是一套高效数据采集开发组件，可以方便的应用于Visual C+、Visual Basic以及支持Active控件的组态软件中，通过控件的属性、事件、方法可以很方便的对控件进行编程，用来开发数据采集的各种功能，包括模拟量输入输出（软件/中断/DMA

13、）、数字量输入输出、脉冲量输入输出等。 启动Visual C+ 6.0，单击“文件”菜单中的“新建”命令，以显示新建对话框，如图5所示，然后选择“MFC AppWizard(exe)”类型，输入需要创建的工程名称“SJCJ”，并设置好存放目录。 按照弹出的应用向导对话框依次填写，第1步选择基于对话框，其他均采用默认。 单击“完成”按钮，将会弹出一个关于新工程信息的对话框。单击“确定”按钮，这样MFC向导便自动生成一个名称为“SJCJ”的工程。 为了实现温度采集与控制输出，添加DAQAI和DAQDO控件。“工程”菜单的“增加到工程”的“Components and Controls”选项，在弹出

14、的对话框中单击“确定”按钮，再在弹出的对话框中单击“确定”按钮关闭对话框，所选择的控件就会出现在“控件工具栏”中，然后将其添加到对话框中相应位置。 用编辑器为对话框添加其他控件并设置相关属性 设置好的程序界面如图所示 添加成员变量，在“查看”菜单中或在对话框上单击鼠标右键，打开“建立类向导”中的Member Variables标签，选中所需的空间ID号，双击鼠标左键或单击Add Variables按钮，依次为控件增加成员变量。 切换到“建立类向导”的Message Maps标签页或在对话框中双击每一个按钮，为控件添加消息响应函数void CSJCJDlg:OnButton8() /输入板卡选择

15、/ TODO: Add your control notification handler code herem_daqai.SelectDevice();/选择模拟量输入设备m_daqai.SetStartChannel(0);/通道号0m_daqai.SetSampleRate(500);/采样频率m_daqai.OpenDevice();void CSJCJDlg:OnButton9()/输出板卡选择/ TODO: Add your control notification handler code herem_daqao.SelectDevice();/选择模拟量输出设备m_daqao

16、.SetChannel(0);/通道号0m_daqao.SetOutputRate(500);/输出频率void CSJCJDlg:OnCancel() /关闭程序按钮设置/ TODO: Add extra cleanup herem_daqai.CloseDevice();/关闭板卡模拟量输入端口m_daqao.CloseDevice();/关闭板卡模拟量输出端口KillTimer(1);/终止时钟CDialog:OnCancel();代码实现：void CSJCJDlg:OnTimer(UINT nIDEvent) /时钟消息 / 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);/获取AI通道数据（电压值），以保留1位小数的格式显示 datanum=(float)(m_daqai.RealInput(1)*10);/获取AI通道数据（温度值） m_daqao.OpenDevice(); m_daqao.RealOutput(m_daqai.RealInput(1);/获取AO通道数据（电压值）,并由板卡输出 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();/打开AO通道设备m_daqao.RealOutput(data2num);/控制量输出系统硬件结构调试运行结果 程序启动后，选择模拟量输入板卡PCI-1713U、模拟量输出板卡PCI-1720U。 设置好温度设定值SP、采样周期Ts、比例增益Kp、积分时间常数Ti、微分时间常数Td。 点

19、击“开始实验”按钮，系统开始进行数据采集，并在相应区域显示出温度变化曲线、以及历史采样数据等信息。结束语 本实验以电加热炉为控制对象，通过PCI-1713U板卡进行温度数据采集（AI通道），在IPC中利用Visual C+ 软件编写增量式PID控制算法，得到的控制量由PCI-1720U板卡输出（AO通道），并作用于加热炉，整个系统为一单闭环PID温度控制系统，实验结果表明，该控制方法能够起到良好的控制效果。 在实验过程中，还存在一些问题，虽然我们通过试凑法得到了比较理想的PID参数，但从实验结果看出，系统依然存在小幅超调等问题，在设定值变化的情况下，实际值不能迅速跟踪设定值，当然这也源于炉温是

20、一个大滞后环节，在以后的学习过程中，我们可以尝试更先进的控制方法，比如模糊PID控制以及神经网络控制等先进智能控制方法。报告结束！基于PCI-1220运动控制卡的两轴步进驱动系统设计计算机控制技术课程专题讨论(3) 主讲：卢 涛小组成员：张 航,陶 亮,李显鹏, 王天刚,袁德海,宋 凯 目录 1.引言 2.设计任务 3.整体方案设计 4.运行结果 5.总结 1.引言步进电机的控制方式有：单片机系统控制、PLC控制、专用系统控制和运动控制卡控制。单片机系统成本低，但开发难度大、周期长，适用于大批量产品。PLC 控制适用于运动过程简单、运动轨迹固定的设备。专用控制系统用于专业行业或专用设备，如数控

21、车床。而运动控制卡控制由于计算机的强大功能，具有较强的柔性， 可用于运动过程和运动轨迹较复杂的设备。本系统采用工控机+运动控制卡的方式，基于VC+ +6.0开发了两轴步进驱动系统，并通过实验验证控制效果。 2.设计任务系统设计以研华工控机为支撑单元，PCI-1220运动控制卡为位控模块，XY运动平台为被控对象，通过VC+6.0编写逐点比较法程序，实现XY两轴直线和圆弧插补运动。3.整体方案设计 系统结构图3.1 硬件设计系统硬件主要由工控机、PCI-1220运动控制卡、步进电机驱动器及XY工作平台构成。工控机：主要负责控制系统状态显示，发送控制指令，外部信号IO的监控及运动轨迹规划等工作。PCI-1220运动控制卡：PCI-1220是一款两轴步进、伺服电机控制卡。该卡能够提供各种运动控制功能，如单轴点动、连续运动、两轴直线，圆弧插补，T/S曲线加/减速等。关于进一步的应用，提供了Windows 动态链接库和丰富直观的例程，可以减少编程的工作量。 PCI-1220步进电机驱动器：步进电机驱动器内置TB6560AHQ驱动芯片，将电脉冲信号转化成角位移来驱动步进电机运转。XY工作平台：工作平台由成90度正交的X，Y轴及接近开关构成。其中X,Y轴均由步进电机、减速机、导轨及传送带构成。步进电机驱动器与PCI-1220运动控制卡接线图：步进电机驱动器