实验三单片机工业顺序控制（设计型）
一、实验目的与要求
1．学习和掌握单片机工业顺序控制程序的应用编程;
2．熟悉和掌握单片机中断功能的使用。
二、实验仪器
1、DJ-598KC单片机开发系统 1台
2、仿真器（EASYPROBE） 1只
3、PC 机 1台
三、实验容 (2学时)
在工业控制中,象冲压、注塑、轻纺、制瓶等生产过程,都是一些连续生产过程,按某种顺序有规律地完成预定的动作,对这类连续生产过程的控制称顺序控制,象注塑机工艺过程大致按“合模→注射→延时→开模→产伸→产退”顺序动作,用单片机最易实现。
设由单片机P1.0～1.6控制注塑机的七道工序,模拟控制七只发光二极管的点亮,低电平有效,设定每道工序时间转换为延时时间,P3.4为开工启动开关,高电平启动。P3.3为外部故障输入模拟开关,低电平报警,P1.7为报警声音输出,设定前6道工序只有一位输出,第七道工序三位有输出。
（1）实验电路及接线图
（2）实验程序框图
四、实验步骤：
按图接好连线。执行程序,把K1接到高电平,观察发光二极管点亮情况,确定工序执行是否正常,然后把K2置为低电平,看是否有声音报警,恢复中断1.报警停,又从刚才报警时一道程序执行下去。可用单步、单步跟踪,非全速断点、全速断点,连续执行功能调试软件,直到符合自己程序设计要求为止。
五、实验参考程序
①汇编代码程序：(E:\DJ51\598KASM\HW04.ASM)
ORG 0000H
LJMP PO10
ORG 0013H
LJMP PO16
ORG 0190H
PO10:MOV P1,#7FH
ORL P3,#00H
PO11:JNB P3.4,PO11 ;开工吗?
ORL IE,#84H
ORL IP,#04H
MOV PSW,#00H ;初始化
MOV SP,#53H
PO12: M OV P1,#7EH ;第一道工序
ACALL PO1B
MOV P1,#7DH ;第二道工序
ACALL PO1B
MOV P1,#7BH ;第三道工序
ACALL PO1B
MOV P1,#77H ;第四道工序
ACALL PO1B
MOV P1,#6FH ;第五道工序
ACALL PO1B
MOV P1,#5FH ;第六道工序 ACALL PO1B
MOV P1,#0FH ;第七道工序
ACALL PO1B
SJMP PO12
PO16:MOV B,R2 ;保护现场
PO17:MOV P1,#7FH ;关输出
MOV 20H,#0A0H ;振荡次数
PO18: S ETB P1.7 ;振荡
ACALL PO1A ;延时
CLR P1.7 ;停振
ACALL PO1A ;延时
DJNZ 20H,PO18 ;不为0转
CLR P1.7
ACALL PO1A ;停振
JNB P3.3,PO17 ;故障消除吗?
MOV R2,B ;恢复现场
RETI
PO19:MOV R2,#10H
ACALL DELY ;延时1
RET
PO1A:MOV R2,#06H
ACALL DELY ;延时2
RET
PO1B: M OV R2,#30H
ACALL DELY ;延时3
RET
DELY: P USH 02H
DEL2: P USH 02H
DEL3: P USH 02H ;延时
DEL4: D JNZ R2,DEL4
POP 02H
DJNZ R2,DEL3
POP 02H
DJNZ R2,DEL2
POP 02H
DJNZ R2,DELY
RET
END
②C代码程序：(E:\DJ51\51C\HW04.C)
#include
sbit P1_7=P1^7;
sbit P3_3=P3^3;
sbit P3_4=P3^4;
void delay(unsigned int i)
{
unsigned int j,k;
for(k=0;k for(j=0;j<100;j++); } void int1_int(void) interrupt 2 { EX1=0; while(P3_3==0) { P1_7=1; delay(1); P1_7=0; delay(1); } EX1=1; } void main(void) { EA=1; EX1=1; PX1=1; P1=0x7f; while(1) { while(P3_4==1) { 1) { P1=0x7e; delay(500); P1=0x7d; delay(500); P1=0x7b; delay(500); P1=0x77; delay(500); P1=0x6f; delay(500); P1=0x5f; delay(500); P1=0x0f; delay(500); } } } } 六．思考：修改程序,使每道工序中有多位输出。七．实验报告要求 1．画出实验的硬件电路图及设计程序流程图； 2．整理实验程序清单，并给程序加详细注释； 3．总结实验中出现的问题并进行解决的方法； 4．给出实验结果及对实验的改进意见。 过程控制实验 实验报告 班级:自动化1202 姓名:杨益伟 学号:120900３21 2015年１0月 信息科学与技术学院 实验一过程控制系统建模 作业题目一: 常见得工业过程动态特性得类型有哪几种?通常得模型都有哪些？在Ｓimｕlｉnｋ中建立相应模型,并求单位阶跃响应曲线、 答:常见得工业过程动态特性得类型有:无自平衡能力得单容对象特性、有自平衡能力得单容对象特性、有相互影响得多容对象得动态特性、无相互影响得多容对象得动态特性等。通常得模型有一阶惯性模型,二阶模型等、 单容过程模型 1、无自衡单容过程得阶跃响应实例 已知两个无自衡单容过程得模型分别为与,试在Siｍulinｋ中建立模型,并求单位阶跃响应曲线。 Simuｌinｋ中建立模型如图所示: 得到得单位阶跃响应曲线如图所示: 2、自衡单容过程得阶跃响应实例 已知两个自衡单容过程得模型分别为与,试在Sｉmulinｋ中建立模型,并求单位阶跃响应曲线。 Ｓimulink中建立模型如图所示: 得到得单位阶跃响应曲线如图所示: 多容过程模型 3、有相互影响得多容过程得阶跃响应实例 已知有相互影响得多容过程得模型为,当参数, 时,试在Ｓiｍｕlink中建立模型,并求单位阶跃响应曲线在Ｓimｕlink中建立模型如图所示:得到得单位阶跃响应曲线如图所示: 4、无相互影响得多容过程得阶跃响应实例 已知两个无相互影响得多容过程得模型为(多容有自衡能力得对象)与(多容无自衡能力得对象),试在Simuｌink中建立模型,并求单位阶跃响应曲线。 在Simuｌink中建立模型如图所示: 得到得单位阶跃响应曲线如图所示: 河北工业大学计算机硬件技术基础（MCS-51）2007年课程设计 报告 一、题目：工业顺序控制 二、问题的提出 1．目的： （1）培养学生综合利用MCS-51单片机的软硬件知识进行程序设计的能 力，解决一些实际问题。 （2）进一步加深对MCS-51单片机内部结构和程序设计方法的理解。 （3）提高学生建立程序文档、归纳总结的书面表达能力。 （4）通过查阅和网上搜索资料，提高学生独立获取知识的能力。 （5）在设计的全过程中，通过理论与实践相结合，培养和提高学生的实 践能力和创新能力。 三、总体设计 1、分析问题的功能 在工业控制中，像冲压、注塑、轻纺、制瓶等生产过程，都是一些继续生产过程，按某种顺序有规律的完成某种预定的动作，对这类继续生产过程称为顺序控制，倒注塑机工艺大致按“合模－注射－延时－开模－产伸－产退”顺序工作。 P1.0~P1.6代表控制注塑机的七道工程，模拟控制七只发光二极管的点亮，低电平有效，设每道工序时间为延时，P3.4为开工启动开关，低电平启动，P3.3为外部故障输入模拟开关，低电平报警，P1.7为报警输出，前六道工序只有一位输出，第七道工序中有三位输出。 2、系统总体结构设计 根据上述问题描述，本设计运用了两个中断，一个外部INT1中断,一个定时 器T/C1中断， 四、详细设计： 1、画出电路图； 2. 流程图 3、设计中的主要困难及解决方案 1）困难1 实现蜂鸣器与故障中断的同步 解决方法：当语句LOOP: JNB P3.3,LOOP 循环执行时，开定时器不断给蜂鸣器高低方波，这样，只要定时器一直开着，蜂鸣器就一直处于鸣响状态，直到外部中断解除。 LOOP: JNB P3.3, LOOP SETB P1.7 CLR ET1 RETI 定时器停止工作，工程回到端点继续执行。 2）困难2 各工序的用时应该不同 我们准备了几个不同的子程序，每个灯亮时就可以调用不同的子程序了，这样等量的时间就不同了。 三、程序清单 ORG 8000H AJMP MAIN ORG 8013H LJMP INT1SV ORG 801BH LJMP T1S MAIN: MOV SP, #5FH SETB EA ；允许CPU中断 SETB EX1 ；允许INT1中断 CLR IT1 ；INT1为电平触发 L0: JNB P3.4, L1 AJMP L0 ；是否开工？ L1: ；第一道工序 SETB P1.7 CLR P1.0 ACALL DLAY L3: SETB P1.0 ；第二道工序 CLR P1.1 ACALL DLAYA AJMP L4 L4:SETB P1.1 ；第三道工序 CLR P1.2 ACALL DLAYB AJMP L5 L5: SETB P1.2 ；第四道工序 实验一、单容水箱特性的测试 一、实验目的 1. 掌握单容水箱的阶跃响应的测试方法，并记录相应液位的响应曲线。 2. 根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相关的方法确定被测对象的特征参数T和传递函数。 二、实验设备 1. THJ-2型高级过程控制系统实验装置 2. 计算机及相关软件 3. 万用电表一只 三、实验原理 图2-1单容水箱特性测试结构图由图2-1可知，对象的被控制量为水箱的液位H，控制量（输入量）是流入水箱中的流量Q1，手动阀V1和V2的开度都为定值，Q2为水箱中流出的流量。根据物料平衡关系，在平衡状态时 Q1-Q2=0 (1) 动态时，则有 Q1-Q2=dv/dt (2) 式中 V 为水箱的贮水容积，dV/dt为水贮存量的变化率，它与 H 的关系为 dV=Adh ,即dV/dt=Adh/dt (3) A 为水箱的底面积。把式(3)代入式(2)得 Q1-Q2=Adh/dt (4) 基于Q2=h/RS，RS为阀V2的液阻,则上式可改写为 Q1-h/RS=Adh/dt 即 ARsdh/dt+h=KQ1 或写作 H(s)K/Q1(s)=K/(TS+1) (5) 式中T=ARs,它与水箱的底积A和V2的Rs有关:K=Rs。 式(5)就是单容水箱的传递函数。 对上式取拉氏反变换得 (6) 当t—>∞时,h(∞)=KR0 ,因而有K=h(∞)/R0=输出稳态值/阶跃输入当 t=T 时，则有 h(T)=KR0(1-e-1)=0.632KR0=0.632h(∞) 式(6)表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图 2-2 所示。当由实验求得图2-2所示的阶跃响应曲线后,该曲线上升到稳态值的63%所对应的时间,就是水箱的时间常数T。该时间常数 T也可以通过坐标原点对响应曲线作切线，切线与稳态值交点所对应的时间就是时间常数T,由响应曲线求得K和T后,就能求得单容水箱的传递函数。如果对象的阶跃响应曲线为图2-3,则在此曲线的拐点D处作一切线，它与时间轴交于B点,与响应稳态值的渐近线交于A点。图中OB即为对象的滞后时间τ,BC为对象的时间常数T,所得 的传递函数为： 四、实验内容与步骤 1．按图2-1接好实验线路,并把阀V1和V2开至某一开度,且使V1的开度大于V2的开度。 2．接通总电源和相关的仪表电源,并启动磁力驱动泵。 工业过程自动化技术专业（中德技术学院）人才培养方案 一、专业代码、名称 560303，工业过程自动化技术（专科） 二、培养目标 本专业培养具有良好的思想道德品质、国际视野和科学人文素养，具备生产过程自动化技术领域所需的职业素养、工程技术基础理论和一定的工程实践能力，能够从事系统分析、系统设计、系统运行等方面工作的应用型人才。 三、培养要求 本专业学生主要学习电路分析、电子技术、控制理论、单片机原理及应用、系统工程、检测技术及仪表、计算机控制技术与应用、工业过程控制及运动控制等方面的基本理论和基本知识，使学生受到较好的工程实践基本训练。 本专业培养的毕业生必须达到如下知识、能力和素质的培养要求： 1.掌握自动化专业必需的数学、自然科学、工程基础和专业相关知识，能够将所学知识用于解决工业生产过程控制系统中的问题。 2.能够针对工业生产过程控制系统及其网络的设计、开发、构建、实现、应用与改进等复杂工程问题给出设计方案；能够设计出满足控制系统特定需求的各个单元和系统，能够在该设计环节中激发创新意识，并综合考虑社会、健康、安全、法律、文化以及环境等因素。 3.能够选择与使用典型的检索工具获取技术资源，能够使用相关的硬软件设计、开发、仿真软件对控制系统及其网络的设计、开发、构建、实现、应用与改进等复杂工程问题进行模拟和预测。 4.了解自动化专业领域和相关行业工程背景和应用现状，能够对其经济效益和社会影响进行合理分析和评价，在设计过程中综合考虑法律、安全、健康以及文化等制约因素，并能理解应承担的责任。 5.能够了解自动化领域相关职业和行业的生产、设计、研究与开发在环境保护和社会可持续性发展等方面的方针、政策，并能够理解和评价自动化工程实践对环境、社会可持续发展的影响。 6.具有人文社会科学素养、社会责任感，能够在自动化工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范，履行责任。 7.能够在多学科和交叉学科背景下的自动化工程实践团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。 8.能够与业界同行进行有效沟通和交流，能够根据需要撰写报告和设计文稿，能够在公众场合陈述发言、清晰表达或回应指令。能顺利阅读本专业的外文资料，具有一定的国际视野，能在跨文化背景下进行沟通和交流。 9.具有自主学习和终身学习的意识，有不断学习和适应发展的能力。 四、主干学科 控制科学与工程、电气工程。 五、核心知识领域 控制理论、电路与电子技术、检测技术与仪表、计算机控制技术、工程设计、电力电子、电机拖动及运动控制、过程控制工程。 六、核心课程 郑州大学 全日制博士学位研究生培养方案 学科名称：化工过程机械 学科代码：080706 培养单位名称：化工与能源学院 郑州大学研究生院 2013年6月8 日 郑州大学化工与能源学院 全日制博士学位研究生培养方案 一、学科名称、代码 学科名称：化工过程机械 学科代码：080706 二、专业简介 化工过程机械学科属于动力工程及工程热物理一级学科，面向化工、石油化工、炼油与天然气加工、轻工、核电与火电、冶金、环境工程、食品及制药等流程工业，以机械、过程、控制一体化的连续复杂系统为研究对象，主要研究流程工业中处理气、液和粉体等物质所必需的高效、节能、安全、环保的设备和机器及其关键技术。本学科是一个专业面广，为国民经济多个行业服务的涵盖机械、化工、控制、信息、材料和力学等多个学科的交叉型学科。其主要理论基础是固体力学、流体力学、热力学、传热学、传质学、化工过程原理和控制理论等学科。本学科与其一级学科中的其它二级学科有着相同的学科基础和内在联系，并和其它一级学科如机械工程、化学工程与技术、食品科学与工程、材料科学与工程、环境科学与工程等学科相互交叉与渗透。本学科所对应的本科专业为过程装备与控制工程。 郑州大学化工过程机械2005年获得博士学位授予权。 目前该学科拥有过程传热与节能河南省重点实验室、换热设备河南省工程实验室、工业节能技术与装备河南省高校工程技术研究中心、生态化工河南省高校工程技术研究中心等科研平台基地。近几年本学科主持承担或完成了许多国家级和省部级科研项目以及中石化、 河南煤业化工集团、中国平煤神马集团等大型企业相关课题，取得了突出成绩，获得了国家科技进步二等奖2项、国家科技进步三等奖2项以及20多项省部级科技成果奖。经过多年的建设与发展，目前该学科具有国家教学名师1名，学科已经形成了一支年龄、学历、职称结构合理，研究力量雄厚，充满朝气与创新精神的“学科带头人＋创新团队”的学科队伍。学科的科研环境、科研条件和人才培养条件优越，学科管理规范，为博士研究生的培养提供了良好的环境和条件。 三、培养目标 博士研究生必须认真学习掌握马列主义、毛泽东思想、邓小平理论、“三个代表”重要思想和科学发展观；热爱祖国，品行端正，具有严谨求实的科学态度、勇于创新的工作作风和良好的科研道德；身心健康。 博士研究生应掌握本学科坚实宽广的基础理论和系统深入的专门知识；了解本学科有关研究领域国内外的学术现状和发展趋势；熟练掌握本学科的现代实验方法和技能；掌握科学研究的基本技能和方法；具有独立从事高水平科学研究的能力，并能够做出具有创造性的成果；至少熟练掌握一门外国语；达到《中华人民共和国学位条例》规定的博士学位学术水平。 四、修业年限 博士研究生的基本学制为以 4 年为基础的弹性学制。硕博连读研究生的基本学制为6 年（含硕士阶段2 年）。博士研究生申请学位最长年限为8 年，即自研究生入学之日起到校学位委员会讨论通过其学位论文的时间为8 年。 五、专业与研究方向 研究方向为： 实验一P1口亮灯实验 实验目的 ⑴学习P1口的使用方法； ⑵学习延时子程序的编写。 实验预备知识 ⑴P1口对准双向口，每一位都可独立地定义为输出线或输入线。 ⑵本实验中延时子程序采用指令循环来实现，机器周期(12/6MHz)*指令所需机器周期数*循环次数，在系统时间允许的情况下可以采用此方法。 实验内容 P1作为输出口，接八只发光二极管，编写程序，使发光二极管循环点亮。 程序流程 实验电路 实验步骤 P1.0～P1.7用插针连至L1～L8，运行程序后，观察发光二极管闪亮移位情况。 思考 改变延时常数，使发光二极管闪亮时间改变。 修改程序，使发光二极管闪亮移位方向改变。 实验二 P3.3口输入，P1口输出 实验目的 掌握P3口P1口简单使用。 实验内容 P3.3口输入一脉冲，P1口按位加一方式点亮发光二极管。程序流程 实验电路 实验步骤 ⑴P3.3用插针连至K1，P1.0～P1.7用插针连至L1～L8。 ⑵编译、装载、连续运行。 ⑶开关K1每拨动一次，L1～L8发光二极管按位加一点亮。 思考 修改程序，使发光二极管左移方式点亮。 实验三工业顺序控制(中断控制) 实验目的 掌握工业顺序控制程序的简单编程：中断的使用。 实验预备知识 在工业控制中，象冲压、注塑、轻纺、制瓶等生产过程，都是一些继续生产过程，按某种顺序有规律地完成预定的动作，对这类继续生产过程的控制称顺序控制，倒注塑机工艺过程大致按“合模→注射→延时→开模→产伸→产退”顺序动作，用单片机最易实现。 实验内容 MCS-51的P1.0～P1.6控制注塑机的七道工序，现模拟控制七只发光二极管的点亮，低电平有效，设定每道工序时间转换为延时，P3.4为开工启动开关，高电平启动。P3.3为外部故障输入模拟开关，低电平报警，P1.7为报警声音输出，设定6道工序只有一位输出，第七道工序三位有输出。 程序流程 实验一：系统认识及对象特性测试 一 实验目的 1了解实验装置结构和组成及组态软件的组成使用。 2 熟悉智能仪表的使用及实验装置和软件的操作。 3熟悉单容液位过程的数学模型及阶跃响应曲线的实验方法。 4学会有实际测的得单容液位过程的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数，辨识过程的数学模型。 二 实验内容 1 熟悉用MCGS 组态的智能仪表过程控制系统。 2 用阶跃响应曲线测定单容液位过程的数学模型。 三 实验设备 1 AE2000B 型过程控制实验装置。 2 计算机，万用表各一台。 3 RS232-485转换器1只，串口线1根，实验连接线若干。 四 实验原理 如图1-1所示，设水箱的进水量为Q1，出水量为Q2，水箱的液面高度为h ，出水阀V2固定于某一开度值。根据物料动态平衡的关系，求得： 在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得： 式中，T 为水箱的时间常数（注意：阀V2的开度大小会影响到水箱的时间常数），T=R2*C ，K=R2为单容对象的放大倍数，R1、R2分别为V1、V2阀的液阻，C 为水箱的容量系数。 阶跃响应曲线法是指通过调节过程的调节阀，使过程的控制输入产生一个阶跃变化，将被控量随时间变化的阶跃响应曲线记录下来，再根据测试记录的响应曲线求取输入输出之间的数学模型。本实验中输入为电动调节阀的开度给定值OP ，通过改变电动调节阀的开度给定单容过程以阶跃变化的信号，输出为上水箱的液位高度h 。电动调节阀的开度op 通过组态软件界面有计算机传给智能仪表，有智能仪表输出范围为：0~100%。水箱液位高度有由传感变送器检测转换为4~20mA 的标准信号，在经过智能仪表将该信号上传到计算机的组态中，由组态直接换算成高度值，在计算机窗口中显示。因此，单容液位被控对象的传递函数，是包含了由执行结构到检测装置的所有液位单回路物理关系模型 有上述机理建模可知，单容液位过程是带有时滞性的一阶惯性环节，电动调节阀的开度op ，近似看成与流量Q1成正比，当电动调节阀的开度op 为一常量作为阶跃信号时，该单容液位过程的阶跃响应为 需要说明的是表达式（2-3）是初始量为零的情况，如果是在一个稳定的过程下进行的阶跃响应，即输入量是在原来的基础上叠加上op 的变化，则输出表达式是对应原来输出值得基础上的增量表达的是，用输出测量值数据做阶跃响应曲线，应减去原来的正常输出值。 五、实验步骤 A 、熟悉用MCGS 组态的智能仪表过程控制系统 1、设备的连接和检查 计算机过程控制实验报告 实验1 单容水箱液位数学模型的测定实验 1、试验方案： 水流入量Qi 由调节阀u 控制，流出量Qo 则由用户通过负载阀R 来改变。被调量为水位H 。分析水位在调节阀开度扰动下的动态特性。 直接在调节阀上加定值电流，从而使得调节阀具有固定的开度。（可以通过智能调节仪手动给定，或者AO 模块直接输出电流。） 调整水箱出口到一定的开度。 突然加大调节阀上所加的定值电流观察液位随时间的变化，从而可以获得液位数学模型。 通过物料平衡推导出的公式： μμk Q H k Q i O ==, 那么 )(1 H k k F dt dH -=μμ， 其中，F 是水槽横截面积。在一定液位下，考虑稳态起算点，公式可以转换成 μμR k H dt dH RC =+。 公式等价于一个RC 电路的响应函数，C=F 就是水容，k H R 0 2= 就是水阻。 如果通过对纯延迟惯性系统进行分析，则单容水箱液位数学模型可以使用以下S 函数表示： ) 1()(0 += TS S KR S G 。 相关理论计算可以参考清华大学出版社1993年出版的《过程控制》，金以慧编著。 2、实验步骤： 1) 在现场系统A3000-FS 上，将手动调节阀JV201、JV206完全打开，使下水箱闸板具有 一定开度，其余阀门关闭。 2) 在控制系统A3000-CS 上，将下水箱液位（LT103）连到内给定调节仪输入端，调节仪 输出端连到电动调节阀（FV101）控制信号端。 3) 打开A3000-CS 电源，调节阀通电。打开A3000-FS 电源。 4) 在A3000-FS 上，启动右边水泵（即P102），给下水箱（V104）注水。 给定值 图1 单容水箱液位数学模型的测定实验 第1章前言 随着工业的发展，人们越来越重视科学、稳定以及环保的生产生活方式；上述生产方式有赖于生产机器的稳定高效的运行，高效的运行可以利用一定的技术手段对设备进行改造达到目的，相应的，由于高效的生产方式，能量消耗的增加必然造成设备热能的散失加剧，这些热能使得设备的内部部件老化程度加快甚至故障，那么相应的冷却系统也就应运而生了。 水冷以其卓越的散热效果以及其经济性而倍受青睐，但是在水资源日益缺乏的今天，一次性的水冷无论从它的环保性以及其花费来说都不是好的选择，那么，一个经济高效的水循环系统就满足上述要求。 现在的水循环系统已经得到了广泛的运用，从大的如核电站，钢铁机加工企业到小的如电子，IT行业都有涉及，这其中前者占有绝大部分的份额。近些年，国家提出的节能减排的要求更加速了高效环保的水循环冷却系统的发展，这方面的技术也越来越受重视。 在PLC还未出现时候，传统的工业控制用的是继电器控制，这种控制电路有着不可抗拒的不利因素：安装不便，检修不易，不经济，抗干扰能力差；PLC 以其安装方便，经济耐用，可靠性高，抗干扰能力强等优点在近些年发挥了重大的作用，不少厂家纷纷把以前烦琐的线路改造成PLC控制。 所以，PLC及相关系统电路设计及运用对电气方向的大学生来讲是必备的技能，基于PLC的工业水循环电控系统的设计不论从技术的角度还是从发展的潜力都有着相当大的意义。 本篇论文从主电路的设计，控制检测电路的设计，电气设备的选择，PLC 的控制线路以及端口的分配和编程集中反映了工业水循环的电控系统的设计，调试，运用，从理论上描述了PLC控制水循环的运行机制，起到抛砖引玉的作用。 第2章可编程控制器的概述 可编程控制器，简称PC或PLC。它是20世纪70年代以来，在集成电路、计算机技术的基础上发展起来的一种新型工业控制设备。由于它具有功能强、可靠性高、配置灵活、使用方便以及体积小、重量轻等优点，近年来，已被国内外广泛应用于自动化控制的各个领域，并已成为实现工业自动化的支柱产品。为了更好的认识可编程控制器，现在将从以下几个方面加以介绍。 2.1 可编程控制器的由来与定义 2.1.1可编程控制器的由来 20世纪60年代，计算机技术已开始应用于控制领域，但由于计算机技术本身的复杂性，编程难度高，难以适应恶劣的工业环境以及价格昂贵等原因而未能广泛应用于工业控制。1968年美国最大的汽车制造商——通用汽车公司，为适应汽车型号的不断翻新，想寻找一种方法，在汽车设计时以尽可能减少重新设计和更换继电器控制系统，降低成本，缩短时间。设想把计算机的完备功能、灵活性和通用性等优点和继电器控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，做成一种能适应工业环境的通用装置。并把计算机的编程方法和输入方法加以简化，用面向控制过程、面向问题的“自然语句”进行编程，使得不熟悉计算机的人也能方便使用。装置的要求充分体现在提出的招标指标中： 1）编程简单，可在现场修改程序； 2）维护方便，最好是插件式； 3）可靠性高于继电器控制柜； 4）体积小于继电器控制柜； 5）可将数据直接送入管理计算机； 6）在成本上可与继电器柜竞争； 7）输入可以是交流115V； 8）在扩展时，原有系统只需作很小变更； 9）输出交流115V以上，2A以上，能直接驱动电磁阀； 10）用户程序存储器容量至少能扩展到4K。 根据招标要求，一年以后，美国数字设备公司率先研制出第一台可编程控 PLC原理及应用实验报告 课程题目 学院名称 专业名称 学生姓名 学生学号 指导老师 设计（论文）成绩 教务处制 2016年月日 第一章 可编程控制器的概述 可编程序控制器，英文称Programmable Logical Controller ，简称PLC 。 它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应 用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控 制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接 口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 是微机技术与传统的继电接触控制技 术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的复杂接线、可靠性 低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到 现场电气操作维修人员的技能与习惯，特别是PLC 的程序编制，不需要专门的计 算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使 用户程序编制形象、直观、方便易学；调试与查错也都很方便。用户在购到所需 的PLC 后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序的编制工作， 就可灵活方便地将PLC 应用于生产实践。 一、可编程控制器的基本结构 可编程控制器主要由CPU 模块、输入模块、输出模块和编程器组成（如下图 所示）。 二、可编程控制器的工作原理 可编程控制器有两种基本的工作状态，即运行（RUN ）状态与停止（STOP ）状态。 在运行状态，可编程序控制器通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为 了使可编程序控制器的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执 行一次，而是反复不断地重复执行，直至可编程序控制器停机或切换到STOP 工作状态。 除了执行用户程序之外，在每次循环过程中，可编程序控制器还要完成内部处理、 通信处理等工作，一次循环可分为5个阶段（如图所示） 在内部处理阶段，可编程序控制器检查CPU ，模块内部 的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内 部工作。 在通信服务阶段，可编程序控制器与带微处理器的智能 装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。 在输入处理阶段，可编程序控制器把所有外部输入电路的 接通/断开（ON/OFF ）状态读入输入映像寄存器。 在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态输入模块CPU 模块输出模块可编程序控制器编程装置接触器电磁阀指示灯电源 电源 限位开关选择开关按钮 东南大学自动化学院 实验报告 课程名称：过程控制实验 实验名称：水箱液位控制系统 院（系）：自动化专业：自动化姓名：学号： 实验室：实验组别： 同组人员： 实验时间： 评定成绩：审阅教师： 目录 一、系统概论 (3) 二、对象的认识 (4) 三、执行机构 (14) 四、单回路调节系统 (15) 五、串级调节系统Ⅰ (18) 六、串级调节系统Ⅱ (19) 七、前馈控制 (21) 八、软件平台的开发 (21) 一、系统概论 1.1实验设备 图1.1 实验设备正面图图1.2 实验设备背面图 本实验设备包含水箱、加热器、变频器、泵、电动阀、电磁阀、进水阀、出水阀、增压器、流量计、压力传感器、温度传感器、操作面板等。 1.1.2 铭牌 ·加热控制器： 功率1500w，电源220V（单相输入） ·泵： Q40-150L/min，H2.5-7m，Hmax2.5m，380V，VL450V， IP44，50Hz，2550rpm，1.1kw，HP1.5，In2.8A，ICL B ·全自动微型家用增压器： 型号15WZ-10，单相电容运转马达 最高扬程10m，最大流量20L/min，级数2，转速2800rmp，电压220V， 电流0.36A，频率50Hz，电容3.5μF，功率80w，绝缘等级 E ·LWY-C型涡轮流量计： 口径4-200mm，介质温度-20—+100℃，环境温度-20—+45℃，供电电源+24V， 标准信号输出4-20mA，负载0-750Ω，精确度±0.5%Fs ±1.0%Fs，外壳防护等级 IP65 ·压力传感器 YMC303P-1-A-3 RANGE 0-6kPa，OUT 4-20mADC，SUPPLY 24VDC，IP67，RED SUP+，BLUE OUT+/V- ·SBWZ温度传感器 PT100 量程0-100℃，精度0.5%Fs，输出4-20mADC，电源24VDC 南京晓庄学院电子工程学院 实验报告 课程名称：单片机系统设计与应用 姓名：森 专业：电子信息科学与技术 年级：14级 学号：05 2016年12 月1 日 实验项目列表 序号实验项目名称成绩指导教师 1 单片机仿真软件的使用 2 单片机I/O接口应用实验——流水灯 3 外部中断实验——工业顺序控制模拟 4 定时/计数器实验——矩形波 5 定时/计数器实验——计数器 6 综合实验 7 8 9 10 注: 1、实验箱端口为com6。 2、芯片选择切换到51 3、停止运行使用实验箱上的复位按钮 实验室号：___ 实验时间：成绩： 实验一仿真软件的使用 1．实验目的和要求 1）熟悉Keil C51软件界面，以及编辑、编译、运行程序的步骤； 2）掌握单片机仿真软件使用和调试的方法。 2．实验原理 Keil C51软件使用 在Keil C51集成开发环境下，建立一个工程并编辑源程序，熟悉Keil C51集成开发环境下各种菜单、命令的使用。 3．主要仪器设备（实验用的软硬件环境） 安装有Keil C51软件的PC机1台 4．操作方法与实验步骤 Keil C51软件使用 （1）建立用户文件夹 （2）建立工程 （3）建立文件并编码。输入以下源程序，并保存在项目所在的目录中 （4）把文件加入工程中 （5）编译工程。编译时观察在界面下方的“Build”页中的到编译错误信息和使用的系统资源情况等。 （6）调试。利用常用调试命令，如复位、运行、暂停、单步、单步跳过、执行完当前子程序、运行到当前行、下一状态、打开跟踪、观察跟踪、反汇编窗口、观察窗口、代码作用范围分析、1#串行窗口、内存窗口、性能分析、工具按钮等命令进行调试，观察并分析调试结果。 （7）目标代码文件的生成。运行生成相应的.HEX文件。 5．实验内容及程序 1）从DATA区地址起始地址为40H的连续10个内存单元的内容传送到XDATA区起始地址为2000H的10个内存单元中。 注意：DATA区地址起始地址为40H的连续10个内存单元必须先赋初值。 P83-5源程序 #include #include 《过程控制系统实验报告》 院－系： 专业： 年级： 学生姓名： 学号： 指导教师： 2015 年6 月 过程控制系统实验报告 部门：工学院电气工程实验教学中心实验日期：年月日 姓名学号班级成绩 实验名称实验一单容水箱液位定值控制实验学时 课程名称过程控制系统实验及课程设计教材过程控制系统 一、实验仪器与设备 A3000现场系统，任何一个控制系统，万用表 二、实验要求 1、使用比例控制进行单溶液位进行控制，要求能够得到稳定曲线，以及震荡曲线。 2、使用比例积分控制进行流量控制，能够得到稳定曲线。设定不同的积分参数，进行 比较。 3、使用比例积分微分控制进行流量控制，要求能够得到稳定曲线。设定不同的积分参数，进行比较。 三、实验原理 (1)控制系统结构 单容水箱液位定值(随动)控制实验，定性分析P, PI，PD控制器特性。 水流入量Qi由调节阀u控制，流出量Qo则由用户通过负载阀R来改变。被调量为水位H。使用P,PI , PID控制，看控制效果，进行比较。 控制策略使用PI、PD、PID调节。 (2)控制系统接线表 使用ADAM端口测量或控制量测量或控制量标号使用PLC端 口 锅炉液位LT101 AI0 AI0 调节阀FV101 AO0 AO0 四、实验内容与步骤 1、编写控制器算法程序，下装调试；编写测试组态工程，连接控制器，进行联合调试。这些步骤不详细介绍。 2、在现场系统上，打开手阀QV-115、QV-106，电磁阀XV101（直接加24V到DOCOM，GND到XV102控制端），调节QV-116闸板开度(可以稍微大一些)，其余阀门关闭。 3、在控制系统上，将液位变送器LT-103输出连接到AI0，AO0输出连到变频器U-101控制端上。 注意：具体哪个通道连接指定的传感器和执行器依赖于控制器编程。对于全连好线的系统，例如DCS，则必须安装已经接线的通道来编程。 4、打开设备电源。包括变频器电源，设置变频器4-20mA的工作模式，变频器直接驱动水泵P101。 5、连接好控制系统和监控计算机之间的通讯电缆，启动控制系统。 6、启动计算机，启动组态软件，进入测试项目界面。启动调节器，设置各项参数，将调节器的手动控制切换到自动控制。 7、设置PID控制器参数，可以使用各种经验法来整定参数。这里不限制使用的方法。 五、实验结果记录及处理 六、实验心得体会： 比例控制特性：能较快克服扰动的影响，使系统稳定下来，但有余差。 比例积分特性：能消除余差，它能适用于控制通道时滞较小、负荷变化不大、被控量不允许由余差的场合。 比例微分特性：对于改善系统的动态性能指标，有显著的效果。 南昌大学实验报告 实验类型：□ 验证 □ 综合 □ 设计 □ 创新 实验日期： 实验成绩： 实验一 单容自衡水箱液位特性测试实验 一、实验目的 1．掌握单容水箱的阶跃响应测试方法，并记录相应液位的响应曲线； 2．根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相应的方法确定被测对象的特征参数K 、T 和传递函数； 3．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。 二、实验设备 1．实验对象及控制屏、SA-11挂件一个、SA-13挂件一个、SA-14挂件一个、计算机一台（DCS 需两台计算机）、万用表一个； 2．SA-12挂件一个、RS485/232转换器一个、通讯线一根； 3．SA-21挂件一个、SA-22挂件一个、SA-23挂件一个； 4．SA-31挂件一个、SA-32挂件一个、SA-33挂件一个、主控单元一个、数据交换器两个，网线四根； 5．SA-41挂件一个、CP5611专用网卡及网线； 6．SA-42挂件一个、PC/PPI 通讯电缆一根。 三、实验原理 所谓单容指只有一个贮蓄容器。自衡是指对象在扰动作用下，其平衡位置被破坏后，不需要操作人员或仪表等干预，依靠其自身重新恢复平衡的过程。图2-1所示为单容自衡水箱特性测试结构图及方框图。阀门F1-1、F1-2和F1-8全开，设下水箱流入量为Q 1，改变电动调节阀V 1的开度可以改变Q 1的大小，下水箱的流出量为Q 2，改变出水阀F1-11的开度可以改变Q 2。液位h 的变化反映了Q 1与Q 2不等而引起水箱中蓄水或泄水的过程。若将Q 1作为被控过程的输入变量，h 为其输出变量，则该被控过程的数学模型就是h 与Q 1之间的数学表达式。 根据动态物料平衡关系有 Q 1-Q 2=A dt dh (2-1) 将式(2-1)表示为增量形式 ΔQ 1-ΔQ 2=A dt h d (2-2) 式中：ΔQ 1，ΔQ 2，Δh——分别为偏 离某一平衡状态的增量； A ——水箱截面积。 在平衡时，Q 1=Q 2，dt dh ＝0；当Q 1 发生变化时，液位h 随之变化，水箱出 图2-1 单容自衡水箱特性测试系统 口处的静压也随之变化，Q 2也发生变化 （a ）结构图 （b ）方框图 。由流体力学可知，流体在紊流情况下，液位h 与流量之间为非线性关系。但为了简化起见，经线性化处理后，可近似认为Q 2与h 成正比关系，而与阀F1-11 单片机课程设计单片机实现的顺序控制 内部编号：（YUUT-TBBY-MMUT-URRUY-UOOY-DBUYI-0128） 电气及自动化课程设计报告题目：单片机实现的顺序控制 课程：单片机系统设计与Proteus仿真 学生姓名： 学生学号： 年级： 专业： 班级： 指导教师： 2015年9月 目录 一、课程设计性质和目的 单片机课程设计是《单片机原理与应用及C51程序设计》课程结束后的一门综合性实践课。利用所学知识用单片机实现顺序控制。所选题目《单片机实现的顺序控制》紧密结合所学的主要内容，加深巩固所学知识，同时对所学内容进行扩展，有一定的深度和广度。通过电路设计、安装、调试等一系列环节的实施使我对单片机有了更进一步的了解，并且是我有了以下收获。 （1）加强了对单片机和C语言的认识，充分掌握和理解设计各部分的工作原理、设计过程、选择芯片器件、模块化编程等多项知识。 （2）用单片机模拟实现具体应用，使个人设计能够真正使用。 （3）把理论知识与实践相结合，充分发挥个人能力，并在实践中锻炼。（4）提高了利用已学知识分析和解决问题的能力。 二、软件介绍 1、 Proteus Protues软件是英国Lab Center Electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前比较好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。 Proteus是世界上着名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、 PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多种编译器。 2、 Keil uVision4 《过程控制系统》实验报告 学院：电气学院 专业：自动化 班级：1505 姓名及学号：任杰311508070822 日期：2018.6.3 实验一、单容水箱特性测试 一、 实验目的 1. 掌握单容水箱阶跃响应测试方法，并记录相应液位的响应曲线。 2. 根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相关的方法确定被测对象的特征参数T 和传递函数。 二、 实验设备 1. THJ-FCS 型高级过程控制系统实验装置。 2. 计算机及相关软件。 3. 万用电表一只。 三、 实验原理 图1 单容水箱特性测试结构图 由图 2-1 可知，对象的被控制量为水箱的液位 h ，控制量（输入量）是流入水箱中的流量 Q 1，手动阀 V 1 和 V 2 的开度都为定值，Q 2 为水箱中流出的流量。根据物料平衡关系，在平衡状态时02010=-Q Q （式2-1），动态时，则有dt dV Q Q = -21，（式2-2）式中 V 为水箱的贮水容积，dt dV 为水贮存量的变化率，它与 h 的关 系为Adh dV =，即dt dh A dt dV =（式2-3），A 为水箱的底面积。把式（2-3）代入式（2-2）得dt dh A Q Q =-21（式2-4）基于S R h Q =2,S R 为阀2V 的液阻，（式2-4）可改写为dt dh A R h Q S =-1，1KQ h dt dh AR S =+或()()1s 1+=Ts K s Q H （式2-5）式中s AR T =它与水箱的底面积A 和2V 的S R 有关，（式2-5）为单容水箱的传递函数。若令()S R S Q 01=,常数=0R ，则式2-5可表示为()T S KR S R K S R T S T K S H 11/000+-=?+= 对上式取拉氏反变换得()()T t e KR t h /01--=（式2-6）,当∞→t 时()0KR h =∞,因而有()0/R h K ∞==输出稳态值/阶跃输入，当T t =时，()() ()∞==-=-h KR e KR T h 632.0632.01010，式2-6表示一阶惯性响应曲线是一单调上升的指数函数如下图2-2所示 当由实验求得图 2-2 所示的阶跃响应曲线后，该曲线上升到稳态值的 63%所对应的时间，就是水箱的时间常数 T 。该时间常数 T 也可以通过 坐标原点对响应曲线作切线，切线与稳态值交点所对应的时间就是 时间常数 T ，由响应曲线求得 K 和 T 后，就能求得单容水箱的传递函 数如式（2-5）所示。 如果对象的阶跃响应曲线为图 2-3，则在此曲线的拐点 D 处作一切线，它与时间轴交于 B 点，与响应稳态值的渐近线交于 A 点。图中OB 即为对象的滞后时间 实验三单片机工业顺序控制（设计型） 一、实验目的与要求 1．学习和掌握单片机工业顺序控制程序的应用编程; 2．熟悉和掌握单片机中断功能的使用。 二、实验仪器 1、DJ-598KC单片机开发系统 1台 2、仿真器（EASYPROBE） 1只 3、PC 机 1台 三、实验容 (2学时) 在工业控制中,象冲压、注塑、轻纺、制瓶等生产过程,都是一些连续生产过程,按某种顺序有规律地完成预定的动作,对这类连续生产过程的控制称顺序控制,象注塑机工艺过程大致按“合模→注射→延时→开模→产伸→产退”顺序动作,用单片机最易实现。 设由单片机P1.0～1.6控制注塑机的七道工序,模拟控制七只发光二极管的点亮,低电平有效,设定每道工序时间转换为延时时间,P3.4为开工启动开关,高电平启动。P3.3为外部故障输入模拟开关,低电平报警,P1.7为报警声音输出,设定前6道工序只有一位输出,第七道工序三位有输出。 （1）实验电路及接线图 （2）实验程序框图 四、实验步骤： 按图接好连线。执行程序,把K1接到高电平,观察发光二极管点亮情况,确定工序执行是否正常,然后把K2置为低电平,看是否有声音报警,恢复中断1.报警停,又从刚才报警时一道程序执行下去。可用单步、单步跟踪,非全速断点、全速断点,连续执行功能调试软件,直到符合自己程序设计要求为止。 五、实验参考程序 ①汇编代码程序：(E:\DJ51\598KASM\HW04.ASM) ORG 0000H LJMP PO10 ORG 0013H LJMP PO16 ORG 0190H PO10:MOV P1,#7FH ORL P3,#00H PO11:JNB P3.4,PO11 ;开工吗? ORL IE,#84H ORL IP,#04H MOV PSW,#00H ;初始化 MOV SP,#53H PO12: M OV P1,#7EH ;第一道工序 ACALL PO1B MOV P1,#7DH ;第二道工序 ACALL PO1B MOV P1,#7BH ;第三道工序 ACALL PO1B MOV P1,#77H ;第四道工序 ACALL PO1B MOV P1,#6FH ;第五道工序 ACALL PO1B过程控制实验报告
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