简单顺序控制系统的设计实验

《简单控制系统的设计》作业设计方案第一课时引言：本作业设计旨在帮助学生加深对简单控制系统的理解，提高学生的实际操作能力和创新思维。

通过设计一个简单的控制系统，学生将能够掌握控制系统的基本原理和实现方法，并在实践中培养解决问题的能力。

一、作业内容：1. 设计一个简单的温度控制系统，要求能够实现在设定温度范围内保持恒温。

2. 使用Arduino或Raspberry Pi等开源硬件平台进行搭建，并编写相应的控制程序。

3. 要求控制系统能够实时监测环境温度，并根据设定值分别启动加热或制冷设备。

4. 学生需要设计原理图、程序代码，并进行实际的硬件搭建和调试。

二、作业步骤：1. 硬件准备：准备Arduino或Raspberry Pi开发板、温度传感器、继电器模块、加热或制冷设备等硬件材料。

2. 硬件连接：将温度传感器和继电器模块连接到开发板上，并连接相应的加热或制冷设备。

3. 软件编写：学生需要编写相应的控制程序，实现对温度传感器数据的读取和对加热或制冷设备的控制。

4. 调试测试：学生需要对控制系统进行调试测试，验证系统的稳定性和准确性。

5. 报告撰写：学生需要撰写控制系统设计原理、程序代码、实验步骤和结果分析等内容的实验报告。

三、作业要求：1. 学生需要独立完成控制系统的设计和搭建，不能抄袭他人作品。

2. 学生需要按时提交实验报告，并参与实验结果的讨论和分享。

3. 学生需要积极思考控制系统设计过程中的问题，并提出改进意见。

4. 学生需要在实践中培养团队合作和创新意识，共同探讨解决方案。

结语：通过本次作业设计，相信学生将能够深入理解简单控制系统的设计原理和实现方法，提高实际操作能力和创新思维，为将来的科研和工程实践打下坚实基础。

希望学生们能够认真对待这次作业，并在实践中不断学习和成长。

第二课时一、设计背景本次设计方案是针对《简单控制系统的设计》这门课程的一项学生作业设计方案。

控制系统是现代工程领域中非常重要的一个概念，通过对控制系统的设计实践，可以帮助学生更好地理解控制系统的原理和应用。

plc简单课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解PLC（可编程逻辑控制器）的基本概念、工作原理和结构组成。

2. 学生能掌握PLC编程的基本指令，如逻辑运算、定时器和计数器等。

3. 学生了解PLC在工业自动化中的应用领域，如顺序控制、过程控制和运动控制等。

技能目标：1. 学生能运用PLC编程软件进行简单程序的编写、调试和运行。

2. 学生能分析并解决简单的PLC控制系统问题，具备一定的故障排查能力。

3. 学生能通过小组合作，完成一个简单的PLC控制系统设计。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对PLC技术的兴趣，激发学生探索工业自动化的热情。

2. 培养学生的团队协作意识，提高沟通与协作能力。

3. 培养学生的创新精神和实践能力，使其认识到PLC技术在现实生活中的应用价值。

课程性质：本课程为实践性较强的学科，结合理论教学与实际操作，使学生掌握PLC技术的基本知识和技能。

学生特点：学生具备一定的电工电子基础知识，对PLC技术有一定的好奇心，动手操作能力较强。

教学要求：教师需结合课本内容，采用讲授、示范、实践等教学方法，引导学生主动参与，注重培养学生的实际操作能力和解决问题的能力。

同时，关注学生的学习进度，确保课程目标的实现。

通过对课程目标的分解，为后续的教学设计和评估提供依据。

二、教学内容1. PLC概述- PLC的定义、发展历程和分类- PLC的工作原理、结构和功能2. PLC编程基础- 编程语言：指令表、梯形图、功能块图等- 基本指令：逻辑运算指令、定时器指令、计数器指令等- 编程软件的使用：安装、操作界面、编程与仿真3. PLC控制系统设计- 设计原则和步骤- 顺序控制设计：起保停电路、选择电路、并行电路等- 应用实例分析：交通灯控制系统、电梯控制系统等4. PLC控制系统调试与维护- 调试方法与步骤- 常见故障分析与排查- 维护与保养措施5. PLC在工业自动化中的应用- 应用领域：顺序控制、过程控制、运动控制等- 实际案例分析：生产线控制、仓储物流控制等教学内容安排与进度：第一周：PLC概述、工作原理与结构第二周：PLC编程基础、基本指令学习第三周：编程软件的使用、简单程序编写与调试第四周：PLC控制系统设计、应用实例分析第五周：PLC控制系统调试与维护、故障排查第六周：PLC在工业自动化中的应用、实际案例分析教学内容与课本关联性：以上教学内容紧密结合课本，按照教材章节顺序进行组织，旨在确保学生掌握PLC技术的基本知识和应用能力。

分院信息科学与工程学院专业自动化学生姓名XXX 学号XXX设计题目四台电动机顺序起、停的MCGS设计内容：1、了解MCGS的组成及工作原理2、完成四台电机顺序起、停的PLC设计及仿真，四台电机能按照要求完成正常的起、停运转仿真要求：1、按实验要求选择PLC型号，画出系统设计流程示意图2、设计梯形图，指令表,完成调试3、设计系统的操作面板，进行仿真实现实时监控4、进行总结，编写课程设计报告，形成符合要求的书面文档进度及安排：1、收集课程设计的资料及其相关背景（2天）2、设计实验的总体方案（2天）3、硬件电路和软件程序的设计（2天）4、软硬件的调试，写实验报告（2天）5、修改实验报告，打印（2天）指导教师（签字）：年月日分院院长（签字）：年月日随着计算机技术和网络技术的飞速发展，为工业自动化开辟了广阔的发展空间，用户可以方便快捷地组建优质高效的监控系统，并且通过采用远程监控及诊断、双机热备等先进技术，使系统更加安全可靠，在这方面，MCGS工程组态软件将为您提供强有力的软件支持。

MCGS是一套32位工控组态软件，可稳定运行于Windouws95/98/Me/NT/2000等多种操作系统，集动画显示、流程控制、数据采集、设备控制与输出、网络数据传输、双机热备、工程报表、数据与曲线等诸多强大功能于一身，并支持国内外众多数据采集与输出设备，广泛应用于石油、电力、化工、钢铁、矿山、冶金、机械、纺织、航天、建筑、材料、制冷、交通、通讯、食品、制造与加工业、水处理、环保、智能楼宇、实验室等多种工程领域。

本课题的主要内容为基于MCGS的四台电动机的顺序起、停的PLC的控制实训。

此仿真系统由上位机和下位机两部分组成，上位机主要用来完成仿真界面的制作工作，下位机则用来完成PLC程序的编写，最后，进行上位机设计结果与下位机结果的配合，完成整个系统的设计连接。

利用组态软件模拟PLC的控制对象，我们不需要实物而仅通过微机显示器就可以检验所编程序的正确与否和执行结果，为PLC的试验教学提供了一条新途径。

输入地址输出输出顶料到位开关顶料复位开关推料到位开关I0.0I0.1I0.2顶料推料Q0.0Q0.1表1I/O地址分配表图1自动供料系统结构图将初始步预置为活动步。

根据以上分析，绘制顺序功根据顺序功能图，利用SCR指令的方法[6]编写该控制的梯形图程序，如图4所示。

在SCR段中用的常开触点驱动该步中为ON的输出点的线圈，利用转换条件对应的触点（或者电路）来驱动转换到后续步图3顺序功能图程序调试该控制过程的软件设计以及硬件连接完成后，查程序是否有误，各执行机构动作是否发生冲突。

检查无误后下载运行程序。

经过实验表明，程序编写无误，可以满足控制要求。

进行自动供料系统的程序设计，程序设计方法简单易被接受，易于掌握，不仅避免了传统的继电器控制电路设计中对设计人员经验要求高的问题，的稳定性和控制过程的可靠性也得到显著提高。

应用于实际生产，提高工作效率。

参考文献:[1]覃娟.基于PLC和MCGS的自动供料单元控制系统设计[J].装备制造技术，2016（2）：119-122.[2]于成龙.基于PLC控制的高炉自动化上料系统的应用与分析[J].自动化应用，2020，3：27-29.[3]祁伟.PLC技术视角下锰铁高炉自动上料控制系统研究[J].工业加热，2019，48（9）：33-36.[4]王晓燕.基于PLC的液晶玻璃基板自动上料控制系统[J].兵器装备工程学报，2019，2：33-36.[5]戴冠秀，刘太湖，巩敦卫，等.PLC在运料小车自动控制系统中的应用[J].工矿自动化，2005（6）：57-59.图2PLC外部接线图图4梯形图程序。

plc顺序启停课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解PLC（可编程逻辑控制器）的基本原理和功能，掌握顺序启停控制的基本概念；2. 学生能够掌握PLC编程软件的使用，并学会编写顺序启停控制程序；3. 学生能够理解并描述顺序启停控制系统中输入、输出信号的传递过程及其逻辑关系。

技能目标：1. 学生能够独立操作PLC编程软件，完成顺序启停控制程序的编写；2. 学生能够运用所学知识，分析和解决顺序启停控制系统中的实际问题；3. 学生能够通过小组合作，完成顺序启停控制系统的搭建和调试。

情感态度价值观目标：1. 学生能够培养对PLC技术及其应用的兴趣，激发学习自动化技术的热情；2. 学生能够树立正确的工程观念，认识到自动化技术在工业生产中的重要性；3. 学生能够在团队合作中培养沟通、协作能力，增强解决问题的信心和责任感。

课程性质：本课程为实践性较强的学科课程，结合理论知识与实践操作，培养学生对PLC顺序启停控制技术的应用能力。

学生特点：学生具备一定的电气基础和逻辑思维能力，对PLC技术有一定了解，但编程和实际操作能力有待提高。

教学要求：教师需结合理论讲解与实践操作，引导学生主动探究，注重培养学生的动手能力和实际应用能力，确保课程目标的实现。

在教学过程中，将目标分解为具体的学习成果，以便于教学设计和评估。

二、教学内容1. 理论知识：- PLC基本原理与结构；- 顺序启停控制原理；- PLC编程语言及编程方法；- 顺序启停控制程序设计方法。

2. 实践操作：- PLC编程软件操作；- 顺序启停控制程序编写与调试；- 顺序启停控制系统搭建与运行；- 故障分析与处理。

3. 教学大纲：- 第一周：PLC基本原理与结构学习，顺序启停控制原理介绍；- 第二周：PLC编程语言及编程方法学习，案例分析；- 第三周：顺序启停控制程序设计方法讲解，实践操作指导；- 第四周：学生分组进行PLC编程软件操作，编写顺序启停控制程序，并进行调试；- 第五周：学生分组搭建顺序启停控制系统，进行运行测试，故障分析与处理。

实验五控制系统的PID 校正器设计实验一、实验目的1．了解PID 校正器的数学模型。

2. 学习PID 校正的原理及参数整定方法。

3．学习在Simulink 中建立PID 控制器系统的模型并进行仿真。

二、相关知识PID 控制器（Proportion Integration Differentiation，比例积分微分控制器）作为最早实用化的控制器已有70 多年的历史，是目前工业控制中应用最广泛的控制器。

PID 控制器由于其结构简单实用，且使用中无需精确的系统模型等优点，因此，95%以上的现代工业过程控制中仍然采用PID 结构。

PID 控制器由比例单元P、积分单元I 和微分单元D 三部分组成，其结构原理框图如图6-1 所示。

简单来说，PID 控制器就是对输入信号r(t)和输出信号c(t)的差值e(t)（即误差信号）进行比例、积分和微分处理，再将其加权和作为控制信号u(t)来控制受控对象，从而完成控制过程的。

图1.8 PID 控制器结构原理框图PID 控制器可用公式（1-1）描述。

式中，KP、KI 和KD 分别为比例、积分和微分系数；TI 和TD 分别为积分和微分时间。

一个PID 控制器的设计重点在于设定KP、KI 和KD 三个参数的值。

实际使用时，不一定三个单元都具备，也可以只选取其中的一个或两个单元组成控制器。

1. 比例控制器P比例控制是最简单的控制方法之一。

比例控制器的输出与输入误差信号成比31例关系，其传递函数如公式（1-2）所示。

式中，KP为比例系数（增益），其值可正可负。

比例控制只改变系统增益，不影响相位。

仅采用比例控制时系统输出存在稳态误差。

增大KP可以提高系统开环增益，减小系统稳态误差，但是会降低系统稳定性，甚至可能造成闭环系统的不稳定。

2. 积分控制器I积分控制器的传递函数如公式（1-3）所示。

式中，KI为积分系数。

积分控制器的主要作用是消除系统的稳态误差。

但是，积分单元的引入会带来相位滞后，为系统的稳定性带来不良影响，设置积分控制器可能造成系统不稳定。

实验五双气动缸自动顺序控制系统的设计实验学时：2学时实验类型：综合性实验实验要求：必修一、实验目的本实验是一个集液压技术、电子技术、和传感器技术等多门学科相结合的综合性实验项目，着重培养学生运用本所学的基本理论、专业知识，并通过实际回路的构建和设计，培养学生的动手能力和创新能力。

二、实验内容1、本实验要求设计双气动缸顺序控制回路2、控制方式采用行程控制的形式3、用位置传感器进行位置信号的采集，设计两个位置量4、用继电器电路进行顺序动作的自动控制5、在实验台上搭建具体控制系统三、实验原理１）气动回路的设计双气动缸自动顺序动作典型方式有图1、图2、图3三种形式，不考虑活塞杆的伸出、缩回的停留时间。

图5-1 方式一A缸推出→B缸推出→B缸返回→A缸返回图5-2 方式二A缸推出→B缸推出→A缸返回→B缸返回图5-3 方式三A缸推出→A缸返回→B缸推出→B缸返回图5-4 气动顺序控制回路设计方案２）继电器电气控制回路设计控制方式采用行程控制：在每个气缸活塞杆的伸出的两个位置放置传感器，采集位置信号。

图5-5 方式一继电器控制回路图图5-6 方式二继电器控制回路图图5-6 方式二 A缸推出→B缸推出→A缸返回→B缸返回继电器控制回路图图5-7 方式三继电器控制回路图三种继电器控制回路设计过程中，可以在FluidSIM环境下，利用计算机进行仿真设计，不断进行控制回路的调试、修改和完善。

3）在FESTO实验台上构建实际控制回路在气动系统回路设计和控制回路设计完成的基础上，在FESTO气动实验台上进行实际控制回路的搭建。

四、实验仪器4.1 气动回路部分实验设备（1）气泵：气源装置；（2）过滤调压组件（二连件）；（3）分气块；（4）电磁阀：可以选用3位5通双电控电磁阀（中位机能O型）、2位5通双电控电磁阀以及2位5通单电控电磁阀；（5）气缸：可选用一般无杆气缸或带位移量传感器的无杆气缸；（6）气管。

4.2 电气部分实验设备（1）电源：24V DC；（2）电信号开关单元：启动开关可选用常开式、常闭式，自动复位，手动复位；（3）继电器单元：触点可以选择常开式或常闭式；（4）传感器：可以选用磁电式接近开关、电信号行程开关（左接触式、右接触式）、电感式传感器、电容式传感器以及光电式传感器；（5）连接电缆：导线组。

简单控制系统的教学设计一、教学目标：1.理解什么是控制系统，掌握控制系统的基本原理和组成部分。

2.掌握控制系统的设计方法，能够根据实际情况设计简单控制系统。

3.培养学生的动手能力和解决问题的能力。

二、教学内容：1.控制系统的定义和基本原理。

2.控制系统的组成部分，包括传感器、执行器、控制器和控制对象。

3.控制系统的设计方法，包括开环控制和闭环控制。

三、教学过程：1.导入（10分钟）通过展示一个简单的控制系统实例引导学生思考什么是控制系统，并简要介绍控制系统的定义和基本原理。

2.理论讲解（30分钟）（1）控制系统的组成部分：传感器、执行器、控制器和控制对象。

分别介绍它们的作用和常见的类型。

（2）控制系统的设计方法：开环控制和闭环控制。

分别介绍它们的原理、特点和适用场景。

3.实例分析（30分钟）选择一个简单的实际问题，例如温度调节系统。

通过分析问题要求和系统的组成部分，引导学生思考如何设计一个控制系统来实现温度调节。

鼓励学生积极参与，提出自己的思路和解决方案。

4.设计实践（40分钟）组织学生分成小组，每个小组选择一个实际问题进行控制系统的设计。

鼓励学生自己动手搭建系统，并运行实验，观察系统的控制效果。

教师及助教在一旁指导和解答学生提出的问题。

5.总结（10分钟）学生小组之间进行互相展示，分享各自的设计思路和实验结果。

教师总结控制系统的设计方法和注意事项，再次强调控制系统的重要性和应用领域。

四、教学资源：1.课件：包括控制系统的定义、组成部分和设计方法的介绍。

2.实验设备：可提前准备一些基础的传感器、执行器和控制器，供学生使用。

3.实验材料：例如温度调节系统所需的温度传感器、加热器等。

4.辅助工具：例如计算器、螺丝刀等。

五、教学评价：1.实验报告：要求学生写出自己设计的控制系统的详细方案和实验结果。

2.分组展示：根据学生的展示内容、设计思路和实验结果进行评价。

3.课堂讨论：根据学生的问题和参与度进行评价。

《FPGA系统设计》实验报告》交通灯控制系统的设计实验一 .实验目的了解交通灯及控制系统的控制及其显示模块。

二．实验要求1.交通灯从绿色变成红色时，要经过黄色的过渡，黄色灯亮的时间为5秒:2.交通灯从红色变成绿色时，不要需要经过黄色灯的过渡，直接由红色变成绿色，绿色灯点亮的时间为25秒，红色灯点亮的时间为20秒;3.各种灯点亮时，要实现时间的倒计时显示。

三．实验操作步骤假设十字路口的方向为xy两方向，对两个方向需要两个控制模块来控制交通灯的点亮，还需要时间倒计时显示，即需要显示模块，因此系统的总设计模块图由三大模块组成，分别是xy两方向的控制模块，显示模块。

其中显示模块又由三个子模块构成，分别是数码管选择模块，数据分配模块，数码管驱动模块。

控制模块的设计控制模块是控制系统的核心部分，它实现了交通灯的三种颜色的交替点亮和时间倒计时的控制。

x方向控制代码如下：LIBRARY IEEE;USE IEEE .STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY CORNA ISPORT (CLK:IN STD_LOGIC;R,G,Y:OUT STD_LOGIC;TIMH,TIML:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0));END CORNA;ARCHITECTURE CORNER OF CORNA ISTYPE RGY IS (GREEN,YELLOW,RED);BEGINPROCESS(CLK)VARIABLE A:STD_LOGIC;VARIABLE TH,TL:STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);VARIABLE STATE:RGY;BEGINIF(CLK'EVENT AND CLK='1')THENCASE STATE ISWHEN GREEN=>IF A='0'THENTH:="0001";TL:="1001";A:='1';G<='1';R<='0';Y<='0';ELSEIF NOT(TH="0000" AND TL="0001")THENIF TL="0000" THENTL:="1001";TH:=TH-1;ELSETL:=TL-1;END IF;ELSETH:="0000";TL:="0000";A:='0';STATE:=YELLOW;END IF;END IF;WHEN YELLOW=>IF A='0' THENTH:="0000";TL:="0100";A:'1';Y<='1';G<='0';R<='0';ELSEIF NOT(TH="0000" AND TL="0001")THEN TL:=TL-1;ELSETH:="0000" ;TL:="0000";A:='0';STATE:=RED;END IF;END IF;WHEN RED=>IF A='0' THENTH:="0010";TL:="0100";A:='1';R<='1';Y<='0';G<='0';ELSEIF NOT(TH="0000" AND TL="0001")THEN IF TL="0000"THENTL:="1001";TH:=TH-1;ELSETL:=TL-1;END IF;ELSETH:="0000";TL:="0000";A:='0';STATE:=GREENEND IF;END IF;END CASE;END IF;TIMH<=TH;TIML<=TL;END PROCESS;END CORNER;在以上程序中，实体部分定义的输入时钟信号clk为1Hz的脉冲信号，r、g、y为接水通灯的信号，timh 和timl为时间显示信号的十位和个位值。

plc顺序控制课课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握PLC顺序控制的基本原理和方法，能够熟练使用PLC进行简单的顺序控制设计。

具体来说，知识目标包括：掌握PLC的基本组成和工作原理；理解PLC的程序结构和编程语言；熟悉PLC的输入输出接口和信号类型。

技能目标包括：能够使用PLC编程软件进行程序设计；能够进行PLC的输入输出信号连接和调试；能够分析和解决PLC顺序控制过程中出现的问题。

情感态度价值观目标包括：培养学生对PLC技术的兴趣和热情；培养学生的创新意识和团队合作精神；培养学生的工程实践能力和职业道德。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括PLC的基本原理、PLC的程序设计方法、PLC的输入输出控制和PLC的工程应用。

具体来说，教学大纲如下：1.PLC的基本原理：介绍PLC的定义、组成、工作原理和分类。

2.PLC的程序设计方法：介绍PLC的编程语言、程序结构、指令系统和解题方法。

3.PLC的输入输出控制：介绍PLC的输入输出接口、信号类型、接口电路和故障诊断。

4.PLC的工程应用：介绍PLC在工业自动化中的应用案例和设计方法。

三、教学方法为了实现本课程的教学目标，我们将采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法。

具体来说：1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握PLC的基本原理和程序设计方法。

2.讨论法：通过小组讨论，培养学生的思考能力和团队合作精神。

3.案例分析法：通过分析实际案例，使学生了解PLC在工程中的应用和解决问题的方法。

4.实验法：通过动手实验，使学生熟悉PLC的输入输出控制和调试方法。

四、教学资源为了支持本课程的教学内容和教学方法，我们将准备以下教学资源：1.教材：选择一本与课程内容相关的教材，作为学生学习的主要参考资料。

2.参考书：提供一些与PLC技术相关的参考书籍，供学生深入学习和参考。

3.多媒体资料：制作一些与课程内容相关的多媒体课件和视频资料，丰富学生的学习体验。