39 课堂专题讨论(1).pptx

第1页：第39讲课堂专题讨论（一）

第39讲课堂专题讨论（一）

第2页：课堂讨论（一）

课堂讨论（一）

• 讨论课小组报告顺序表
• 教师总结
• 第1讲时关于讨论课的安排

第3页：回顾本课程第

回顾本课程第

• 本学期在课程最后，有2讲是讨论课。
• 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。
• 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。
• 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。
• 答辩结果作为平时成绩一部分。

第4页：讨论课小组报告顺序表

讨论课小组报告顺序表：下表列出相关数据。

第5页：基于Smart700和S7-200的小功

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

第6页：汇报内容

汇报内容

• 引言
• 系统整体方案设计
• 系统硬件实现
• 系统软件设计
• 系统调试及运行
• 结束语

第7页：1 引言

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。

第8页：1 引言

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。•该温度控制系统包括整体方案设计、硬件实现、软件设计三部分。

第9页：2 系统整体方案设计

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0～10V电压信号（对应温度0～100℃），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0～10V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。

第10页：2 系统整体方案设计图1小功率加热体温度

2 系统整体方案设计图1小功率加热体温度：系统结构图

第11页：3 系统硬件实现

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。

第12页：3 系统硬件实现图2（a）计算机控制技术

3 系统硬件实现图2（a）计算机控制技术：3、实验平台

第13页：3 系统硬件实现图2（b）温度控制

3 系统硬件实现图2（b）温度控制：系统硬件连接线路图

第14页：4 系统软件设计

4 系统软件设计：S7-200PLC程序开发•Smart700触摸屏监控界面开发

第15页：4 软件设计——S7-200程序开发图3

4 软件设计——S7-200程序开发图3：）温度控制系统程序设计流程图

第16页：4 软件设计——S7-200程序开发

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

第17页：4 软件设计——S7-200程序开发

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变量地址如图3（d）所示。图3（d）PLC变量地址分配

第18页：4 软件设计——S7-200程序开发

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。

第19页：4 软件设计——Smart700监控界面

4 软件设计——Smart700监控界面：①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

第20页：4 软件设计——Smart700监控界面

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“Transfer”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

第21页：4 软件设计——Smart700监控界面

4 软件设计——Smart700监控界面：④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

第22页：5 系统调试及运行

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。

第23页：系统调试及运行

5 系统调试及运行

第24页：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，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。

第25页：6 结束语

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-MicroWin4.0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，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。

第26页：本讲结束

本讲结束：本页为本讲内容的收束页。

第27页：基于研华PCI板卡的数据采集与控制报告人

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)

第28页：内容概要

内容概要

• 引言
• 系统设计方案
• 系统设计步骤
• 调试运行结果
• 结束语

第29页：引言温度的检测和控制在理论上发展比较成熟

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。

第30页：1 系统设计方案以管式电阻炉作为被控对象

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。

第31页：左图所示为研华PCI-1713模拟量输入

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，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。

第32页：2 系统设计步骤①ActiveDAQ控件

2 系统设计步骤①ActiveDAQ控件：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++、VisualBasic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）、数字量输入输出、脉冲量输入输出等。

第33页：启动Visual

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“MFCAppWizard(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。

第34页：为了实现温度采集与控制输出

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 andControls”选项，在弹出的对话框中单击“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。⑥用编辑器为对话框添加其他控件并设置相关属性

第35页：设置好的程序界面如图所示

设置好的程序界面如图所示

第36页：添加成员变量

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AddVariables按钮，依次为控件增加成员变量。

第37页：切换到“建立类向导”的Message

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

第38页：void CSJCJDlg::

void CSJCJDlg::：;//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.SetChannel(0);//通道号0m_daqao.SetOutputRate(500);//输出频率}void CSJCJDlg::OnCancel()

第39页：void CSJCJDlg::

void CSJCJDlg::：;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data[num]=(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(data[num]<=100.0){m_dqwd.Format("%3.1f",data[num]);

第40页：ek[0]=ek[1]=0

ek[0]=ek[1]=0：;//PID算法if(num>1){ek[num]=data1[num]-data[num];data2[num]=kp*(1+ts/ti+td/ts)*ek[num]-kp*(1+2*td/ts)*ek[num-1]+kp*td/ts*ek[num-2];ek[num-2]=ek[num-1];ek[num-1]=ek[num];}if(data2[num]<0.0){data2[num]=0.0;}if(data2[num]>10.0){data2[num]=10.0;}m_daqao.OpenDevice();//打开AO通道设备m_daqao.RealOutput(data2[num]);//控制量输出

第41页：系统硬件结构

系统硬件结构

第42页：调试运行结果①程序启动后

调试运行结果①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。

第43页：结束语本实验以电加热炉为控制对象

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。

第44页：本讲结束

本讲结束：本页为本讲内容的收束页。

第45页：基于PCI-1220运动控制卡的两轴步进

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

第46页：目录1.引言2.设计任务3.整体方案设计

目录1.引言2.设计任务3.整体方案设计

• 运行结果
• 总结

第47页：1 引言步进电机的控制方式有

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。

第48页：2 设计任务系统设计以研华工控机为支撑单

2 设计任务系统设计以研华工控机为支撑单：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。

第49页：整体方案设计系统结构图

3 整体方案设计系统结构图

第50页：3.1 硬件设计系统硬件主要由工控机

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。

第51页：PCI-1220运动控制卡

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

第52页：步进电机驱动器

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。

第53页：步进电机驱动器与PCI-1220运动控制

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PCI-1220运动控制卡

第54页：系统运用面向对象的VC++6.0中的MF

系统运用面向对象的VC++6.0中的MF：C应用程序对控制界面进行设计。控制界面如下图：3.2软件设计

第55页：界面制作过程

界面制作过程

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第61页：调用控制卡提供的动态链接库AdvMotA

调用控制卡提供的动态链接库AdvMotA：PI.dll里的功能函数来编写插补程序，调用的函数流程图如下

第62页：编写逐点比较法程序控制步进电机系统完成直

编写逐点比较法程序控制步进电机系统完成直：线和插补运动，这里我们以第一象限直线和逆弧为例。程序流程图如下：第一象限直线插补程序流程图第一象限逆弧逐点比较法插补流程图3.3轨迹规划

第63页：第一象限直线插补程序如下

第一象限直线插补程序如下：f=0;QD[0]=m_Q1，QD[1]=m_Q2;ZD[0]=m_Z1，ZD[1]=m_Z2;x=m_Q1,y=m_Q2;n=(labs(m_Z1-m_Q1)+labs(m_Z2-m_Q2))/m_p;while(n!=0){if(f>=0){ x=x+1*m_p;pulse[0]=1*m_p;pulse[1]=0;Result = Acm_GpMoveDirectRel(m_GpHand,pulse,&AxisNum);f=f-m_Z2;}else{ y=y+1*m_p;pulse[0]=0;pulse[1]=1*m_p;Result = Acm_GpMoveDirectRel(m_GpHand,pulse,&AxisNum);f=f+m_Z1;}n=n-1;}

第64页：运行结果

4 运行结果

第65页：5 总结在我们的设计过程中

5 总结在我们的设计过程中：遇到了很多困难，比如学习VC++编写控制程序，学习如何调用动态链接库函数等，但是经过老师的帮助和我们的团结协作，最终完成了设计任务。这次设计的步进驱动系统经验证，较好的完成了控制要求和轨迹规划任务，人机界面友好，响应速度快，可靠性高。

第66页：本讲结束

本讲结束：本页为本讲内容的收束页。

第67页：主讲教师对课堂专题讨论（一）进行总结

主讲教师对课堂专题讨论（一）进行总结

第68页：本讲结束

本讲结束：本页为本讲内容的收束页。