亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        基于多課程應(yīng)用的溫度控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2016-12-21 08:40:42魏艷紅
        實(shí)驗(yàn)室研究與探索 2016年8期
        關(guān)鍵詞:溫度控制機(jī)電電路

        魏艷紅, 許 昌, 吳 霞

        (中國計(jì)量學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院,浙江 杭州 310018)

        ?

        基于多課程應(yīng)用的溫度控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        魏艷紅, 許 昌, 吳 霞

        (中國計(jì)量學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院,浙江 杭州 310018)

        結(jié)合機(jī)械電子專業(yè)的學(xué)科特點(diǎn),基于多課程交叉融合的培養(yǎng)需求,設(shè)計(jì)了PLC的溫度控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),系統(tǒng)具備溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控、溫控曲線的準(zhǔn)確跟蹤等功能。以PLC為控制核心,采用V/F轉(zhuǎn)換器和PLC的高速計(jì)數(shù)功能實(shí)現(xiàn)了串行A/D轉(zhuǎn)換, 并利用PLC的定時(shí)器產(chǎn)生脈寬調(diào)制(即PWM)波形替代了D/A模塊;軟件上設(shè)計(jì)了溫度控制曲線,并采用分段擬合的方法修正頻率-溫度曲線,彌補(bǔ)了常規(guī)PID算法的缺陷,實(shí)現(xiàn)了溫度的閉環(huán)控制。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)資源進(jìn)行搭建,降低了實(shí)驗(yàn)成本,提高了實(shí)驗(yàn)設(shè)備的利用率。

        V/F轉(zhuǎn)換; PWM; 分段擬合; 機(jī)電綜合實(shí)踐

        0 引 言

        機(jī)電綜合實(shí)踐課程設(shè)計(jì)是機(jī)械電子專業(yè)學(xué)生的必修實(shí)踐類課程,是對(duì)學(xué)生所學(xué)專業(yè)知識(shí)的一次綜合考查[1]。在2周內(nèi),學(xué)生按照老師布置的任務(wù)和要求,獨(dú)立設(shè)計(jì)一套完整的機(jī)電控制系統(tǒng),并完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告??紤]到機(jī)械電子專業(yè)的人才培養(yǎng)需求,該系統(tǒng)涉及模擬電子測(cè)量電路方面的知識(shí)、數(shù)字電路知識(shí)的應(yīng)用、自動(dòng)控制理論算法的具體應(yīng)用,以及工業(yè)自動(dòng)控制方面可編程邏輯控制器(PLC)[2]的相關(guān)應(yīng)用等。

        課程設(shè)計(jì)時(shí)間短暫,涉及的知識(shí)面比較廣,綜合性較強(qiáng),如何為學(xué)生搭建一個(gè)可行的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),從而提升學(xué)生的實(shí)踐能力和教學(xué)效果,是機(jī)電綜合實(shí)踐課程教學(xué)中亟待解決的問題[3-5]。為此,本文設(shè)計(jì)了一個(gè)加熱爐的溫度控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),包括Pt100的測(cè)量電路、電壓/頻率(U/F)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)、PID算法的應(yīng)用、PLC的控制等環(huán)節(jié),集合了“檢測(cè)技術(shù)”、“電路”、“電子技術(shù)”、“自動(dòng)控制理論”、“可編程控制器原理及應(yīng)用”、“數(shù)控技術(shù)”等多門課程的知識(shí),打破了課程間的壁壘,進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了不同課程間實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)的有效銜接和知識(shí)融合[6-7]。

        1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        1.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理

        溫度控制系統(tǒng)如圖1所示。溫度控制實(shí)現(xiàn)過程如下:首先Pt100測(cè)量及放大電路將加熱爐的溫度轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)傳送給U/F轉(zhuǎn)換器,U/F轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào),發(fā)送到PLC的高速計(jì)數(shù)器。通過PLC編程,實(shí)現(xiàn)輸入電壓的測(cè)量,獲得當(dāng)前爐溫值。然后PLC將系統(tǒng)設(shè)定的溫度值與反饋溫度值進(jìn)行比較,經(jīng)過PID運(yùn)算后,輸出不同脈寬的波形,控制固態(tài)繼電器的通斷,進(jìn)而控制加熱爐電阻絲兩端的平均電壓,最終控制加熱爐的溫度[8-9]。

        圖1 系統(tǒng)框圖

        1.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        1.2.1 溫控曲線的形成

        實(shí)際PLC控制系統(tǒng)中,不同的應(yīng)用對(duì)象需要的溫度控制曲線不同。因而,在PLC控制程序方面,也需要考慮溫度控制曲線的實(shí)現(xiàn)[10-11]。

        以某段溫控曲線的形成為例進(jìn)行介紹,曲線可分成兩種情況:一是斜坡部分;二是平臺(tái)部分。斜坡部分的主要參數(shù)有斜坡斜率和斜坡時(shí)間;平臺(tái)部分的主要參數(shù)有平臺(tái)溫度值和平臺(tái)時(shí)間(恒溫時(shí)間)。下面主要介紹斜坡部分的積算過程,見圖2。

        程序設(shè)計(jì)中,對(duì)時(shí)間軸以2 s為單位進(jìn)行分割,即采樣周期為2 s,斜坡斜率K即為平臺(tái)的溫差除以斜坡時(shí)間,則某一瞬間的溫度Ti為

        圖2 溫控曲線積算示意圖

        (1)

        其中:

        1.2.2 頻率-溫度曲線分段擬合

        在PLC編程中,可直接調(diào)用三菱系列PLC自帶的PID 指令[12-14]。但是,在調(diào)用PID指令前,需將采樣頻率換算為實(shí)際溫度值[15-16]。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中,采樣頻率隨溫度的變化近似為線性關(guān)系,可將頻率-溫度曲線分成若干段,取每段曲線上的起點(diǎn)和終點(diǎn)(x0,y0)、(x1,y1)來分段擬合直線方程。設(shè)定x為采樣頻率,y為對(duì)應(yīng)的溫度值,直線方程見式(2)。PLC每次讀入采樣頻率后,先判斷曲線所在的分段,根據(jù)該段直線的斜率和起點(diǎn),得到對(duì)應(yīng)的溫度值,

        (2)

        2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的具體應(yīng)用

        溫度控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)主要包括:①根據(jù)系統(tǒng)要求,進(jìn)行U/F轉(zhuǎn)換器和Pt100測(cè)量電路的設(shè)計(jì);②根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求繪制電氣控制圖,搭建控制系統(tǒng);③根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的要求,考慮系統(tǒng)的軟件流程和算法;④通過監(jiān)控上位機(jī)和示波器波形,不斷修改程序,最終達(dá)到所需要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。將上述實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分成不同的設(shè)計(jì)任務(wù),如硬件電路的設(shè)計(jì)及調(diào)試、電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及連接、PLC程序的編寫及調(diào)試、PID算法的具體應(yīng)用等。學(xué)生可根據(jù)自己的專業(yè)特長(zhǎng)選擇設(shè)計(jì)內(nèi)容,最終以小組的形式進(jìn)行綜合調(diào)試。因考慮到課程設(shè)計(jì)的時(shí)間比較短,上位機(jī)界面的程序和部分示例電路圖可直接分發(fā)給學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)研究,學(xué)生可在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)出更為完善和復(fù)雜的機(jī)電控制系統(tǒng)。

        2.1 Pt100放大電路

        Pt100主要用于測(cè)量加熱爐的溫度,其放大電路示例電路見圖3,圖中:Pt100采用橋式接法;

        (3)

        其中,R為Pt100的阻值,0~100 ℃對(duì)應(yīng)100.0~138.5 Ω。

        圖3 PT100放大電路

        輸出電壓:

        (4)

        2.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)調(diào)試

        圖4是利用 VB6.0 的 MSComm 控件進(jìn)行設(shè)計(jì)的上位機(jī)界面,學(xué)生可直接在界面上設(shè)置階梯曲線的各個(gè)溫度值,并利用其寄存器進(jìn)行PLC程序設(shè)計(jì)。圖5為系統(tǒng)響應(yīng)曲線,從圖中可以看出,斜坡曲線系統(tǒng)超調(diào)量很小,階梯曲線超調(diào)量較大,且調(diào)整時(shí)間較長(zhǎng)。

        圖4 溫度控制曲線設(shè)定界面

        圖5 系統(tǒng)響應(yīng)曲線

        3.3 自制系統(tǒng)對(duì)機(jī)電綜合實(shí)踐課程教學(xué)的幫助

        搭建了以PLC為核心的加熱爐溫度控制系統(tǒng),學(xué)生可利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)資源搭建一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),并在線調(diào)試修改程序。同時(shí)觀察加熱爐的溫度在變化過程中各模塊輸出波形的變化。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中,既鍛煉了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力,又加深了對(duì)以往所學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的理解,同時(shí)理論聯(lián)系實(shí)際,課堂知識(shí)也得到了具體的應(yīng)用。這種做法不僅有效利用了實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的教學(xué)資源,節(jié)省了硬件成本;同時(shí)調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性,讓學(xué)生從“我得學(xué)”變成“我要學(xué)”。 學(xué)生為了解決系統(tǒng)中存在的問題,必須主動(dòng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料,包括以往的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目指導(dǎo)書、產(chǎn)品說明書、電路設(shè)計(jì)示例、PLC編程技巧、PID算法原理等。同時(shí),在PLC程序的設(shè)計(jì)中,學(xué)生可根據(jù)課堂學(xué)到的理論知識(shí),靈活運(yùn)用編程技巧,加深了對(duì)課堂知識(shí)的理解,提高了編程能力。該課程設(shè)計(jì)綜合性較強(qiáng),系統(tǒng)調(diào)試時(shí)間久,碰到有難題的地方時(shí),學(xué)生可采取小組討論的方式進(jìn)行解決。在整個(gè)課程設(shè)計(jì)的過程中,學(xué)生起主導(dǎo)作用,指導(dǎo)教師可針對(duì)實(shí)驗(yàn)涉及的相關(guān)理論知識(shí)、波形測(cè)試、數(shù)據(jù)處理、設(shè)備使用等各方面進(jìn)行輔助性指導(dǎo)。

        3 結(jié) 語

        設(shè)計(jì)了一款融合多課程應(yīng)用的溫度控制系統(tǒng),并將其應(yīng)用于機(jī)電綜合實(shí)踐課程的實(shí)踐教學(xué)中,鍛煉了學(xué)生的實(shí)踐能力,收到了良好的教學(xué)效果。該系統(tǒng)可進(jìn)一步完善和改進(jìn),比如不使用PLC自帶的PID指令,讓學(xué)生自己編寫PID算法的運(yùn)算過程,溫度的顯示模塊也可以試著讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)。

        [1] 王謝勇, 郭 輝, 王 紅. 構(gòu)建多元化實(shí)踐教學(xué)體系的改革與實(shí)踐[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理, 2007, 24(7): 123-126.

        [2] 馬秀坤, 史運(yùn)濤, 王 捷. PLC實(shí)踐教學(xué)在應(yīng)用型人才培養(yǎng)中的探索與創(chuàng)新[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理, 2011, 28(3):228-231.

        [3] 那景芳, 徐小平, 段建民. 多層次內(nèi)容循環(huán)漸進(jìn)實(shí)踐教學(xué)模式的研究與實(shí)踐[J]. 實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理,2010,27(2):107-115.

        [4] 梁 麗. 構(gòu)建分層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系培養(yǎng)創(chuàng)新型人才[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2014, 33(7): 217-219.

        [5] 宋國利,蓋功琪,蘇冬妹. 開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的研究與實(shí)踐[J]. 實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2010, 29(2):91-94.

        [6] 胡世軍, 張紅香, 張代錄. PLC 應(yīng)用于溫度控制系統(tǒng)的研究[J].鍛壓技術(shù),2014,1:118-120.

        [7] Li Shengduo, Liu Lishan, Hu Caiqi.PLC Innovative Experimental Platform and Study on Experimental Teaching[J].Advances in Electrics,LNEE155, 2012: 45-53.

        [8] 李金城. PLC模擬量與通信控制應(yīng)用實(shí)踐[M].北京:電子工業(yè)出版社,2011:147-156.

        [9] 秦春斌,張繼偉.PLC基礎(chǔ)及應(yīng)用教程[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社, 2011:154-158.

        [10] 李江全,王建平.三菱FX系列PLC數(shù)據(jù)通信及測(cè)控應(yīng)用 [M].北京:電子工業(yè)出版社,2011:139-178.

        [11] 方 紅, 李紅連. 嵌入式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)PID溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 [J].制造業(yè)自動(dòng)化,2013(8):21-23.

        [12] 王 艷, 劉承林, 司長(zhǎng)策. PLC和模糊PID在退火爐溫控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].自動(dòng)化與儀表,2014(2):33-36.

        [13] 李俊秀,趙黎明.可編程控制器應(yīng)用技術(shù)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo) [M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2002:160-169.

        [14] 王 寧, 虎恩典, 王志剛. 基于S7-300 PLC與觸摸屏的燒結(jié)爐溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化,2014(21):115-117.

        [15] 王 鵬, 鄭博聞, 秦付軍. 電鍋爐智能控制系統(tǒng)及其FPGA實(shí)現(xiàn) [J].中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報(bào),2014(5):224-227.

        [16] 李金城. 三菱FX2N-PLC功能指令應(yīng)用詳解[M].北京:電子工業(yè)出版社, 2013:332-344.

        Design of Temperature Control Experiment System Based on Multi-course Application

        WEIYan-hong,XUChang,WUXia

        (College of Mechanical & Electrical Engineering, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China)

        Based on characteristics of mechanical electronics speciality and requirement of multi-course application, a temperature control system is designed using PLC. The system has many features such as real time monitoring of temperature, accurately tracking of temperature control curve. Furthermore, it has two main advantages. The first one is to use voltage/frequency converter and high-speed counters of PLC for analog /digital conversion, the second one is using the PLC’s timer to produce PWM (pulse width modulation) curve instead of D/A module. In the software design, the temperature control curve is employed, and also the PID algorithm is adopted to form a closed-loop control. Meanwhile, the piecewise fitting method is used to make up for the defects of conventional PID algorithm by modifying the curve of frequency and temperature. The system is applied for teaching of Mechatronics practice course in the form of open experimental teaching. It is devised by using the existing laboratory resources, so it reduces the hardware cost and improves the utilization rate of equipment.

        V/F converter; PWM; piecewise fitting; mechatronics practice

        2015-11-26

        國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(61203113);浙江省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(LY15F030012)

        魏艷紅(1982-),女,山西朔州人,碩士,實(shí)驗(yàn)員,主要從事單片機(jī)控制系統(tǒng)和PLC數(shù)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

        Tel.:13335883482;E-mail:weiyanhongwyh@163.com

        許 昌(1956-),男,浙江杭州人,碩士,教授,現(xiàn)為中國計(jì)量學(xué)院機(jī)電學(xué)院機(jī)械電子學(xué)科負(fù)責(zé)人。

        Tel.:18958002258;E-mail:xuchang@mail.hz.zj.cn

        G 642.423; TM 571.61

        A

        1006-7167(2016)08-0061-03

        猜你喜歡
        溫度控制機(jī)電電路
        船舶主機(jī)溫度控制方法優(yōu)化
        電路的保護(hù)
        解讀電路
        簡(jiǎn)述機(jī)電自動(dòng)化在工程機(jī)械制造中的應(yīng)用
        高速公路站級(jí)機(jī)電維護(hù)管理模式創(chuàng)新探討
        巧用立創(chuàng)EDA軟件和Altium Designer軟件設(shè)計(jì)電路
        電子制作(2019年24期)2019-02-23 13:22:20
        基于MATLAB模擬混沌電路
        電子制作(2018年17期)2018-09-28 01:56:44
        機(jī)械制造過程中機(jī)電自動(dòng)化的應(yīng)用
        電子制作(2018年10期)2018-08-04 03:24:44
        鍛造溫度控制
        基于模糊控制的PLC在溫度控制中的應(yīng)用
        電子制作(2016年21期)2016-05-17 03:53:01
        a级毛片内射免费视频| 国产av一级片在线观看| 久久aaaa片一区二区| 丰满人妻被黑人猛烈进入| 97久久精品人人妻人人| 亚洲av粉嫩性色av| 精品女同一区二区三区免费战| 免费人成激情视频在线观看冫| 欧美精品久久久久久久自慰| 99在线国产视频| 一区二区三区国产精品麻豆| 亚洲日韩在线中文字幕综合| 日本免费人成视频播放| 免费一级黄色大片久久久| 青青草视频免费在线播放| 日本丰满老妇bbw| 亚洲av第一页国产精品| 亚洲韩国在线| 亚洲成人av一区二区| 人妻 偷拍 无码 中文字幕| 无码国产精品一区二区vr老人| 无码av永久免费大全| 成人影院在线观看视频免费| 妺妺窝人体色www聚色窝| 中文字幕在线亚洲一区二区三区| 加勒比熟女精品一区二区av| 丁香婷婷在线成人播放视频| 99精品国产在热久久| 国产高清吃奶成免费视频网站| 久久精品国产亚洲av日韩精品| 国产精品久人妻精品老妇| 亚洲av无码一区二区三区性色 | 亚洲写真成人午夜亚洲美女| 一本色道无码道在线观看| 亚洲AV秘 无码一区二p区三区 | 深夜日韩在线观看视频| 亚洲日韩激情无码一区| 国内少妇人妻丰满av| 91大神蜜桃视频在线观看| 爽爽影院免费观看| 国产又滑又嫩又白|