自动控制实验一
实验一三相异步电动机点动、自锁、正反转控制系统实验
一、实验目的
1、通过实验，掌握电机电气技术实验装置的工作原理及操作方式，掌握实验过程的安全操作及注意事项。并通过实验进一步加深理解点动控制和自锁控制的特点以及在机床控制中的应用。
2、掌握三相异步电动机正反转的原理和及控制方法以及电机正反转控制线路的不同接法。
3、了解PLC常用资源的意义及应用过程。并学会用PLC实现三相异步电动机正/ 反转（互锁）控制的编程控制方法。达到加深理解PLC程序控制方式与继电器线路控制方式的不同。
二、实验设备
三、实验原理
实验前要检查控制屏左侧端面上的调压器旋钮须在零位，开启电源总开关，
按下“启动”按钮，旋转调压器旋钮将三相交流电源输出端U、V、W的线电压调到220V。再按下控制屏上的“停止”按钮以切断三相交流电源。以后在实验接线之前都应先切断三相交流电源。
1. 三相异步电动机点动控制线路：
按图2-1接线。接线时，先接主电路，它是从220V三相交流电源的输出端
U、V、W开始，经三刀开关Q、熔断器FU、FU、FU、接触器KM主触点到电动机M 的三个线端A、B C的电路，用导线按顺序串联起来，有三路。主电路经检查无误后，再接控制电路，从熔断器FU插孔V开始，经按钮SB常开、接触器KM线圈到插孔W检查无误后，启动电源进行实验：(1)按下控制屏上“启动” 按钮；(2)先合Q,接通三相交流220V电源；(3)按下启动按钮SB,对电动机M 进行点动操作，比较按下SB和松开SB 时电动机M的运转情况。
2. 三相异步电动机自锁控制线路：
按下控制屏上的“停止”按钮以切断三相交流电源。按图2-2接线，检查无
3. 三相异步电动机点动、自锁控制线路:
按下控制屏上“停止”按钮切断三相交流电源后, 后通电实
验。
4. 接触器联锁正反转控制线路：
(1) 按下“停止”按钮切断交流电源。按图2-5接线。。经指导老师检查无误后, 按下“启动”按钮通电操作。
(2) 合上电源开关Q,接通220V三相交流电源。
⑶按下SB，观察并记录电动机M的转向、接触器自锁和联锁触点的吸断情况。
(4)按下SB，观察并记录M运转状态、接触器各触点的通断情况。
⑸再按下SB，观察并记录M的转向、接触器自锁和联锁触点的吸断情况
图2-1点动控制线路2-2
2-3接线，检查无误
22 0V
误后，启动电源进行实验。220V
自锁控制线路
图
220V
2 20 V
5. 按钮联锁正反转控制线路： (1)按下“停止”按钮切断交流电源
动”按钮通电操作。合上电源开关
⑵ 按下SB ，观察并记录电动机M 的
转向、各触点的吸断情况。
⑶ 按下SB ,观察并记录电动机M 的转向、各触点的吸断情况。(4)按下SB , 观察并记录
电动机M 的转向、各触点的吸断情况。
6. 按钮和接触器双重联锁正反转控制线路：
(1)按下“停止”按钮切断三相交流电源按图2-7接线。经检查无误后，按下“启 动”按钮
通电操作。 合上电源开关Q ,接通220V 交流电源。
⑵ 按下SB ，观察并记录电动机M 的转向、各触点的通断情况。 ⑶ 按下SB ,观察并记录电动机M 的转向、各触点的通断情况。 ⑷ 按下SB ,观察并记录电动机M 的转向、各触点的通断情况。
图2-3点动、自锁控制线路 按图 2-6接线。经检查无误后，按下“启
Q ,接通220V 三相交流电源。
Q i
F U 4
KM
M 2 KM 1
F R i
图2-5接触器联锁正反转控制线路
L i L 2
L 3
M K
7. 采用PLC 控制线路实验:
图2-8、2-9是PLC 控制电机联锁正反的主电路及控制电路接线图。按照以 下步骤完成实验，并验证实验结果。实验步骤：1.分析PLC 控制系统的输入和输 出；2.根据控制要求画出各输入输出的时序关系图；3.由时序关系图，结合三菱 FX 2N - 32MF 的继电器配置画出梯形图；4.由梯形图结合三菱FX2N — 32MR 的指令系 统编写指令程序；5.将程序输入FX-20P-E 手提编程器，并进行程序执行验证；
6. 将验证后的程序写入PLC 进行控制实践，观察并记录分别合上正转按钮、反 转 按钮、
停止按钮后电机的转动情况，验证其是否满足控制要求
L i
220V l_3
L 3
Qi
U
FU 4
KM 2
SB i
B 2
KM i
FR i
1
U F
220V L 2
图2-6按钮联锁正反转控制线路 图2-7按钮和接触器双重联锁正反转控制线路
U F
U F U F
四、实验现象记录
1. 三相异步电动机点动控制线路：按下SB1,电动机M 即运转，松开SB1,电动机 M 即停
止运转，长按SB1,电动机的转速r=1500r/min ，点动SB1,电动机的 转速
r=800r/min 。
2. 三相异步电动机自锁控制线路：按下启动按钮SB2,松手后电动机M 连续运转； 按下SB1,松手后电动机即停止运转。
3. 三相异步电动机点动、自锁控制线路：按下启动按钮
SB2松手后电动机仍继
续运转；运转半分钟后按下SB3然后松开，电动机即停止运转；连续按下和 松开，此时属于电动控制状态。
4. 接触器联锁正反转控制线路：按下 SB1, KM1显示灯亮,KM2不亮,此时电动 机处于正
转；按下SB3 KM1和KM2均不亮,此时电动机停止运转；再按下SB2, KM2亮,KM1不亮，此时电动机处于反转。
5. 按钮联锁正反转控制线路：按下 SB1, KM1显示灯亮,KM2不亮,此时电动机 处于正
转；按下SB3 KM1和KM2均不亮,此时电动机停止运转；再按下 SB2, KM2亮,KM1不亮，此时电动机处于反转。
6. 按钮和接触器双重联锁正反转控制线路：按下 SB1, KM1显示灯亮，KM2不亮, 此时
电动机处于正转；按下 SB2, KM2亮，KM1不亮，此时电动机处于反转。 按下SB3
KM1和KM2均不亮，此时电动机停止运转； 7. 采用PLC 控制线路实验（程序指令）：
C C11
PLC
FlU 电
1—I
1 1
V
SBI r
V 1
A 1
X2
KM1 SB3 丁
YI V i
T
A J
KM
i ai
KMl
Y2
r
图2-9 PLC 控制系统接线图
图2-8主电路
源
LD X1; OR Y1 ANI X2 ANI X3 ANI Y2 OUT Y1 LD X2
五、讨论题
1. 试分析什么叫点动，什么叫自锁，并比较图
2-1和图2-2的结构和功能上有
什么区别？
答：点动：在某一工作状态中对电动机的控制要求是一点一动，
即按按一次按钮
动一次，连续按则连续动，不按则不动，这种动作常称为“点动”或“点车”。 自锁：是在接触器线圈得电后，利用自身的常开辅助触头保持回路的接通状 态。图2-2比图2-1多了热继电器FR1和接触器SB2，以及辅助触头KM1热 继电器可以实现过载保护，SB2和辅助触头KM1可以实现自锁控制，图2-1 没有此功能。
2. 图2-2电路能否对电动机实现过流、短路、欠压和失压保护？
答：能。①、图2-2中是用热继电器FR 作为过流保护装置，热继电器 FR 的发热 元件串
在电动机的主回路中，而其触点则串在控制电路接触器线圈的回路 中，当电动机过载时，热继电器的热元件就会发热，将其在控制电路内的动 断触点断开，控制器线圈失电，触点断开，电动机停转；②、断器 FU 是该 电路的短路保护元件，熔断器串于被保护的电路中，当电路发生短路或者严 重过载时，它的熔体能自动迅速熔断，从而切断电路，使导线和电气设备不 致损坏；③、触器线圈KM1是该电路的欠压（失压）保护元件，在图所示的 自动控制线路中，若电路暂停供电或电压降低，接触器线圈就失电，触点断 开，电动机脱离电源而得到保护，过后当电源电压恢复时，不重新按启动按
钮，电动机就不会自动启动
3. 接触器和按钮的联锁触点在继电接触控制中起到什么作用？
OR Y2 ANI X1 ANI X3 ANI Y1 OUT Y2 END
m
t
自动控制matlab实验
《自动控制原理与系统》 实验报告 院系：材料科学与工程学院 班级： 1204022 姓名：朱子剑 学号： 120402227 时间： 2014 年 12 月
实验一控制系统的时域分析 一、实验目的 学习利用MATLAB进行控制系统时域分析，包括典型响应、判断系统稳定性和分析系统的动态特性； 二、实验方法 （一）四种典型响应 1、阶跃响应： 阶跃响应常用格式： 1、；其中可以为连续系统，也可为离散系统。 2、；表示时间范围0---Tn。 3、；表示时间范围向量T指定。 4、；可详细了解某段时间的输入、输出情况。 2、脉冲响应： 脉冲函数在数学上的精确定义： 其拉氏变换为： 所以脉冲响应即为传函的反拉氏变换。 脉冲响应函数常用格式：①； ② ③ （二）分析系统稳定性 有以下三种方法： 1、利用pzmap绘制连续系统的零极点图； 2、利用tf2zp求出系统零极点； 3、利用roots求分母多项式的根来确定系统的极点 （三）系统的动态特性分析 Matlab提供了求取连续系统的单位阶跃响应函数step、单位脉冲响应函数impulse、零输入响应函数initial以及任意输入下的仿真函数lsim. 三、实验步骤 (一) 稳定性
已知系统的传递函数 2 32 21 () 6116 s s G s s s s ++ = +++， 1）绘制系统的零、极点图 2）求系统的极点 3）试问该系统的稳定性 num=[1 2 1];den=[1 6 11 6];G=tf(num,den); pzmap(G); p=roots(den) p = -3.0000 -2.0000 -1.0000 1）系统的零极点图 2）系统的极点 S1= -3.0000；s2=-2.0000；s3=-1.0000 3）由计算结果可知，该系统所有的极点均无正实部，故系统稳定。（二）阶跃响应 二阶系统 1）绘制系统的单位阶跃响应曲线
自动控制原理实验
自动控制原理实验 实验报告 实验三闭环电压控制系统研究 学号姓名 时间2014年10月21日 评定成绩审阅教师
实验三闭环电压控制系统研究 一、实验目的： （1）通过实例展示，认识自动控制系统的组成、功能及自动控制原理课程所要解决的问题。 （2）会正确实现闭环负反馈。 （3）通过开、闭环实验数据说明闭环控制效果。 二、预习与回答： （1）在实际控制系统调试时，如何正确实现负反馈闭环？ 答：负反馈闭环，不是单纯的加减问题，它是通过增量法实现的，具体如下： 1.系统开环； 2.输入一个增或减的变化量； 3.相应的，反馈变化量会有增减； 4.若增大，也增大，则需用减法器； 5.若增大，减小，则需用加法器，即。 （2）你认为表格中加1KΩ载后，开环的电压值与闭环的电压值，哪个更接近2V？ 答：闭环更接近。因为在开环系统下出现扰动时，系统前部分不会产生变化。故而系统不具有调节能力，对扰动的反应很大，也就会与2V相去甚远。 但在闭环系统下出现扰动时，由于有反馈的存在，扰动产生的影响会被反馈到输入端，系统就从输入部分产生了调整，经过调整后的电压值会与2V相差更小些。 因此，闭环的电压值更接近2V。 （3）学自动控制原理课程，在控制系统设计中主要设计哪一部份？ 答：应当是系统的整体框架及误差调节部分。对于一个系统，功能部分是“被控对象”部分，这部分可由对应专业设计，反馈部分大多是传感器，因此可由传感器的专业设计，而自控原理关注的是系统整体的稳定性，因此，控制系统设计中心就要集中在整个系统的协调和误差调节环节。 二、实验原理： （1）利用各种实际物理装置（如电子装置、机械装置、化工装置等）在数学上的“相似性”，将各种实际物理装置从感兴趣的角度经过简化、并抽象成相同的数学形式。我们在设计控制系统时，不必研究每一种实际装置，而用几种“等价”的数学形式来表达、研究和设计。又由于人本身的自然属性，人对数学而言，不能直接感受它的自然物理属性，这给我们分析和设计带来了困难。所以，我们又用替代、模拟、仿真的形式把数学形式再变成“模拟实物”来研究。这样，就可以“秀才不出门，遍知天下事”。实际上，在后面的课程里，不同专业的学生将面对不同的实际物理对象，而“模拟实物”的实验方式可以做到举一反三，我们就是用下列“模拟实物”——电路系统，替代各种实际物理对象。
实验室设备管理系统
实验室设备管理系统 第一章系统概述 1.1系统开发背景 一个现代化的实验室设备系统在正常运行中总是面对大量的使用者，仪器以及两者相互作用产生的借用仪器。人工管理既浪费人力物力财力，又容易导致各种错误的发生。为了方便实验室管理，得开发一个更好更高效的软件来管理。实验室管理系统，是为了实现实验室管理而设计的，它也是现在各个部门的一个重要环节。 实验室是所有高校、研究机构必不可少的基本构成单位。特别是高校，实验室的设备管理需要一套稳定、高效的管理办法。就我校情况看来，目前我校的实验室设备管理还处于较原始的手工阶段，缺少一套实用可靠的管理系统软件。随着电气化教学和无纸化办公的一步步完善，利用计算机管理系统管理我校的实验室设备势在必行。因此，本项目拟开发一个实验室设备管理系统。 本系统将建立一个实验室设备管理平台，记录实验室所有的实验设备，并及时反应设备的运转状况，使用情况，以供本科生和研究生及其他试验人员合理的安排实验，达到工作效率的最优。 1.2项目设计基本原理 软件工程是一门从技术和组织管理两个角度研究如何用系统化、规范化和数量化等工程原理也方法去进行软件开发和维护的学科。软件工程学研究的范围非常广泛，包括技术方法、工具和管理等许多方面。软件生命周期的各个阶段可分为：采用软件工程的技术方法开发本系统，通过以上八个阶段组成软件的生存期，它是指从提出开发要求开始直到该软件报废为止的整个时期。分阶段进行，就把规模庞大、结构复杂和管理复杂的软件变的容易控制和管理。基于此思想，本系统开发实际可行的软件，方便毕业时信息的管理。
1.3数据库系统设计及范式分析 数据库设计主要是进行数据库的逻辑设计，即将数据按一定的分类、分组系统和逻辑层次组织起来，是面向用户的。数据库设计时需要综合企业各个部门的存档数据和数据需求，分析各个数据之间的关系，按照DBMS提供的功能和描述工具，设计出规模适当、正确反映数据关系、数据冗余少、存取效率高、能满足多种查询要求的数据模型。 数据库设计的步骤是; 1数据库结构定义：目前的数据库管理系统（DBMS）有的是支持联机事务处理CLTP （负责对事务数据进行采集、处理、存储）的操作型DBMS，有的可支持数据仓库、有的联机分析处理CLAP（指为支持决策的制度对数据的一种加工操作）功能的大型DBMS，有的数据库是关系型的，有的可支持面向对象数据库。针对选择的DBMS，进行数据库结构定义。 2数据表定义：数据表定义指定义数据库中数据表的结构，数据表的逻辑结构包括：属性名称、类型、表示形式、缺省值、效验规则、是否关键字、可否为空等。关系型数据库要尽量按关系规范化要求进行数据库设计，但为使效率高，规范化程序应根据应用环境和条件来决定。数据表设计不仅要满足数据存储的要求，还要增加一些如反映有关信息、操作责任、中间数据的字段或临时数据表。 3存储设备和存储空间组织：确定数据的存放地点、存储路径、存储设备等，备份方案，对多版本如何保证一致性和数据的完整性。 4数据使用权限设置：针对用户的不同使用要求，确定数据的用户使用权限，确保数据安全。 5数据字典设计：用数据字典描述数据库的设计，便于维护和修改。
自动控制原理控制系统的频率特性实验报告
肇庆学院 工程学院 自动控制原理实验报告 12 年级 电气一班 组员：王园园、李俊杰 实验日期 2014/6/9 姓名:李奕顺 学号：201224122130老师评定 ________________ 实验四：控制系统的频率特性 一、实验原理 1.被测系统的方块图：见图4-1 将频率特性测试仪内信号发生器产生的超低频正弦信号的频率从低到高变化， 并施加于 被测系统的输人端［r(t)］，然后分别测量相应的反馈信号 ［b(t)］和误差信号［e(t)］的对数幅 值和 相位。频率特性测试仪测试数据经相关运算器后在显示器中显示。 根据式(4 — 3)和式(4 — 4)分别计算出各个频率下的开环对数幅值和相位， 在半对数座标 纸上作出实验曲线：开环对数幅频曲线和相频曲线。 系统(或环节)的频率特性 幅值和相角： G (j 3)是一个复变量，可以表示成以角频率 3为参数的 G(j 3)= G(j 3)|/G(j 3) (4 — 1) 本实验应用频率特性测试仪测量系统或环节的频率特牲。 图4-1所示系统的开环频率特性为： G 1(j 3)G 2(j 3) B(j 3) 」 B(j 3) E(j 3) E(j 3) E(j 3) (4—2) 采用对数幅频特性和相频特性表示，则式( 20lgG1(j 3) G2(j 3)H(j 3)= 2 叫鵲 = 20lgB(j 3) -20lg E(j 3) (4— 3) G 1(j 3)G 2(j 3)H(j 3) 二 B(j 3)- . E(j 3) (4—4) 图4-1 被测系统方块图 4— 2 )表示 为:
根据实验开环对数幅频曲线画出开环对数幅频曲线的渐近线，再根据渐近线的斜率和转 角频确定频率特性（或传递函数）。所确定的频率特性（或传递函数）的正确性可以由测量的相频曲线来检验，对最小相位系统而言，实际测量所得的相频曲线必须与由确定的频率特牲（或传递函数）所画出的理论相频曲线在一定程度上相符，如果测量所得的相位在高频 （相 对于转角频率）时不等于-90 ° （q —p）[式中p和q分别表示传递函数分子和分母的阶次], 那么，频率特性（或传递函数）必定是一个非最小相位系统的频率特性。 2.被测系统的模拟电路图：见图4-2 图4-2被测系统 二、实验内容 （1）将U21 DAC单元的OUT端接到对象的输入端。 ⑵将测量单元的CH1 （必须拨为乘I档）接至对象的输出端。 ⑶将Ul SG单元的ST和S端断开，用排线将ST端接至U26控制信号单元中的PB0。（由于在每次测量前，应对对象进行一次回零操作，ST即为对象锁零控制端，在这里，我们用8255的PB0 口对ST进行程序控制） ⑷在PC机上分别输入角频率为1, 10,100,300，并使用“ +”、“―”键选择合适的幅值，按ENTER键后，输入的角频率开始闪烁，直至测量完毕时停止，屏幕即显示所测对象的输出及信号源，移动游标，可得到相应的幅值和相位，得到的实验波形图如图4-3到图4-10所示： 图4-3输入频率为1的波形图1
实验室信息管理系统(LIS)解决方案教学内容
康师傅检验信息管理系统 解决方案 2010-04-06 康师傅软件股份公司
一、 产品概述 康师傅检验信息管理系统是将实验室的分析仪通过计算机网络连接起来,采用科学的管理思想和先进的数据库技术,实现以实验室为核心的整体环境的全面管理，为临床提供全面的医学检验服务。它集样本管理、资源管理、流程管理、网络管理、数据管理(采集,传输,处理,输出,发布) 、报表管理等诸多模块为一体,组成一套完整的、符合实验室管理规范的综合管理和检测质量监控体系,既能满足实验室日常管理要求,又保证各种实验分析数据的严格管理和控制。 系统应支持条形码管理，具有医嘱和检验仪器双向自动传输功能。检验仪器应通过终端服务器的方式直接接入HIS 系统的主干网络。 二、 仪器连接 SYSMEX UF-100 SYSMEX UF-50 桂林优利特-300 桂林优利特-100 迪瑞H-300 罗氏MODULAR P+P 分析仪 电解质分析仪AVL-988-3 贝克曼LX-20 SYSTEM KX21 SYSMEX 9000/RAM-1 贝克曼库尔特 ACL-200 贝克曼库尔特 ACL-9000 SYSMEX 1800I 雷勃MK-3 罗氏E170 罗氏Light Cycle 中佳放免分析仪精子分析仪普利生NA6 细菌鉴定仪HX-21
三、检验流程 四、集团化医院网络布局 医院一医院二医院三需求说明： 1）医生根据登陆的医院科室申请检验医嘱 2）样本采样可以实行集中和分散两种方式
集中采样：系统中所有标本可以进行集中采样，然后根据执行科室进行标本分拣，将标本送到各自医院对应的检验科室 分散采样：用户根据登录医院查询对应医院的标本进行采样后，送到对应的检验科室 3）各检验科室收到标本后，进行标本接收上机 4）标本完成检验后，完成采集结果和报告审核，同时报告可以在各自医院的医生工作站进行浏览和打印 五、产品特点 ?使用高性能的数据库平台 ?使用专业的数据采集器(终端服务器)连接检验分析仪器 ?实现样本全程状态监控和周转时间(TAT)管理 ?使用条码管理，实现双向通讯和标本管理 ?符合临床实验室管理系统标准和管理规范 ?提供专业规范的检验报告和个性化报告定制服务 ?提供完善的质量控制体系 ?支持ASTM,HL7, SNOMED,NCCL等医疗行业相关标准 ?支持报告以Web，手机短信，电子邮件多种形式进行访问和发布 ?提供丰富的查询和统计功能 六、产品功能 1检验申请 1.1 医生或护士可在临床工作站录入检验医嘱形成检验申请单； 1.2 技师可在标本登记中录入检验申请单； 1.3 自动根据录入的医嘱取得标本类型，医嘱数量和容器类型； 1.4 可以接受来自外部系统的检验申请； 1.5 支持打印多种形式的检验申请单。
自动控制系统实验报告
自动控制系统实验报告 学号： 班级： 姓名: 老师：
一．运动控制系统实验 实验一.硬件电路的熟悉和控制原理复习巩固 实验目的：综合了解运动控制实验仪器机械结构、各部分硬件电路以及控制原理，复习巩固以前课堂知识，为下阶段实习打好基础。 实验内容：了解运动控制实验仪的几个基本电路： 单片机控制电路（键盘显示电路最小应用系统、步进电机控制电路、光槽位置检测电路） ISA运动接口卡原理（搞清楚译码电路原理和ISA总线原理） 步进电机驱动检测电路原理（高低压恒流斩波驱动电路原理、光槽位置检测电路）两轴运动十字工作台结构 步进电机驱动技术（掌握步进电机三相六拍、三相三拍驱动方法。） 微机接口技术、单片机原理及接口技术，数控轮廓插补原理，计算机高级语言硬件编程等知识。 实验结果： 步进电机驱动技术： 控制信号接口： （1）PUL：单脉冲控制方式时为脉冲控制信号，每当脉冲由低变高是电机走一步；双 脉冲控制方式时为正转脉冲信号。 （2）DIR：单脉冲控制方式时为方向控制信号，用于改变电机转向；双脉冲控制方式 时为反转脉冲信号。
（3）OPTO ：为PUL 、DIR 、ENA 的共阳极端口。 （4）ENA ：使能/禁止信号，高电平使能，低电平时驱动器不能工作，电机处于自由状 态。 电流设定： （1）工作电流设定： （2）静止电流设定： 静态电流可用SW4 拨码开关设定，off 表示静态电流设为动态电流的一半，on 表示静态电流与动态电流相同。一般用途中应将SW4 设成off ，使得电机和驱动器的发热减少，可靠性提高。脉冲串停止后约0.4 秒左右电流自动减至一半左右（实际值的60％），发热量理论上减至36％。 （3）细分设定： （4）步进电机的转速与脉冲频率的关系 电机转速v = 脉冲频率P * 电机固有步进角e / (360 * 细分数m) 逐点比较法的直线插补和圆弧插补： 一．直线插补原理： 如图所示的平面斜线AB ，以斜线起点A 的坐标为x0，y0，斜线AB 的终点坐标为(xe ，ye)，则此直线方程为： 00 00Y Ye X Xe Y Y X X --= -- 取判别函数F ＝(Y —Y0)(Xe —Xo)—(X-X0)(Ye —Y0)
自动控制原理实验报告73809
-150-100 -50 50 实验一 典型环节的模拟研究及阶跃响应分析 1、比例环节 可知比例环节的传递函数为一个常数： 当Kp 分别为0.5，1，2时，输入幅值为1.84的正向阶跃信号，理论上依次输出幅值为0.92，1.84，3.68的反向阶跃信号。实验中，输出信号依次为幅值为0.94，1.88，3.70的反向阶跃信号， 相对误差分别为1.8%,2.2%,0.2%. 在误差允许范围内可认为实际输出满足理论值。 2、 积分环节 积分环节传递函数为： （1）T=0.1(0.033)时，C=1μf (0.33μf )，利用MATLAB ，模拟阶跃信号输入下的输出信号如图： T=0.1 T=0.033 与实验测得波形比较可知，实际与理论值较为吻合，理论上T=0.033时的波形斜率近似为T=0.1时的三倍，实际上为8/2.6=3.08，在误差允许范围内可认为满足理论条件。 3、 惯性环节 i f i o R R U U -=TS 1 CS R 1Z Z U U i i f i 0-=-=-=15 20
惯性环节传递函数为： K = R f /R 1,T = R f C, （1） 保持K = R f /R 1 = 1不变，观测T = 0.1秒，0.01秒（既R 1 = 100K,C = 1μf ， 0.1μf ）时的输出波形。利用matlab 仿真得到理论波形如下： T=0.1时 t s （5%）理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为：（400-300）/300=33.3%,读数误差较大。 K 理论值为1，实验值2.12/2.28， 相对误差为（2.28-2.12）/2.28=7%与理论值 较为接近。 T=0.01时 t s （5%）理论值为30ms,实际测得t s =40ms 相对误差为：（40-30）/30=33.3% 由于ts 较小，所以读数时误差较大。 K 理论值为1，实验值2.12/2.28， 相对误差为（2.28-2.12）/2.28=7%与理论值较为接近 （2） 保持T = R f C = 0.1s 不变，分别观测K = 1，2时的输出波形。 K=1时波形即为（1）中T0.1时波形 K=2时，利用matlab 仿真得到如下结果： t s （5%）理论值为300ms,实际测得t s =400ms 相对误差为：（400-300）/300=33.3% 读数误差较大 K 理论值为2，实验值4.30/2.28， 1 TS K )s (R )s (C +-=
电力拖动自动控制系统试验报告
； 电力拖动自动控制系统实验报告 实验一双闭环可逆直流脉宽调速系统 一，实验目的： 1.掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的组成、原理及各主要单元部件的工作原理。 2.熟悉直流PWM专用集成电路SG3525的组成、功能与工作原理。 3.掌握双闭环可逆直流脉宽调速系统的调试步骤、方法及参数整定。 二，实验内容： 1.PWM控制器SG3525的性能测试。 2.控制单元调试。 3.测定开环和闭环机械特性n=f(Id)。
4.闭环控制特性n=f(Ug)的测定。 三．实验系统的组成和工作原理 GM *U*. 'U00ASR GD PWM ACR DLD UPW ＋＋UU i - ； 图6—10 双闭环脉宽调速系统的原理图 在中小容量的直流传动系统中，采用自关断器件的脉宽调速系统比相控系统具有更多的优越性，因而日益得到广泛应用。 双闭环脉宽调速系统的原理框图如图6—10所示。图中可逆PWM变换器主电路系采用MOSFET 所构成的H型结构形式，UPW为脉宽调制器，DLD为逻辑延时环节，GD为MOS管的栅极驱动电路，FA为瞬时动作的过流保护。 脉宽调制器UPW采用美国硅通用公司（Silicon General）的第二代产品SG3525，这是一种性能优良，功能全、通用性强的单片集成PWM控制器。由于它简单、可靠及使用方便灵活，大大简化了脉宽调制器的设计及调试，故获得广泛使用。 四．实验设备及仪器 1．MCL系列教学实验台主控制屏。 2．MCL—18组件（适合MCL—Ⅱ)或MCL—31组件（适合MCL—Ⅲ）。 3．MCL—10组件或MCL—10A组件。
4．MEL-11挂箱 5．MEL—03三相可调电阻（或自配滑线变阻器）。 6．电机导轨及测速发电机、直流发电机M01（或电机导轨及测功机、MEL—13组件。 7．直流电动机M03。 8．双踪示波器。 五．注意事项 1．直流电动机工作前，必须先加上直流激磁。 2．接入ASR构成转速负反馈时，为了防止振荡，可预先把ASR的RP3电位器逆时针旋到底，使调节器放大倍数最小，同时，ASR的“5”、“6”端接入可调电容（预置7μF）。 3．测取静特性时，须注意主电路电流不许超过电机的额定值（1A）。 4．系统开环连接时，不允许突加给定信号U起动电机。g5．起动电机时，需把MEL-13的测功机加载旋钮逆时针旋到底，以免带负载起动。 6．改变接线时，必须先按下主控制屏总电源开关的“断开”红色按钮，同时使系统的给定为零。7．双踪示波器的两个探头地线通过示波器外壳短接，故在使用时，必须使两探头的地线同电位（只用一根地线即可），以免造成短路事故。 8．实验时需要特别注意起动限流电路的继电器有否吸合，如该继电器未吸合，进行过流保护电路调试或进行加负载试验时，就会烧坏起动限流电阻。 六．实验方法 采用MCL—10组件 1．SG3525性能测试 分别连接“3”和“5”、“4”和“6”、“7”和“27”、“31”和“22”、“32”和“23”，然后. '． ； 打开面板右下角的电源开关。 （1）用示波器观察“25”端的电压波形，记录波形的周期，幅度（需记录S1开关拨向“通”和“断”两种情况） （2）S5开关打向“OV”, 用示波器观察“30”端电压波形，调节RP2电位器，使方波的占空比为50％。 S5开关打向“给定”分别调节RP3、RP4，记录“30”端输出波形的最大占空比和最小占空比。（分别记录S2打向“通”和“断”两种情况） 2．控制电路的测试 （1）逻辑延时时间的测试 S5开关打向“0V”，用示波器观察“33”和“34”端的输出波形。并记录延时时间。 t= d（2）同一桥臂上下管子驱动信号死区时间测试 分别连接“7”和“8”、“10”和“11”，“12”和“13”、“14”和“15”、“16”和“17”、“18”和“19”，用双踪示波器分别测量V和V以及V和V的死区时间。GSVT2VT4VT3GSVT1GSGS。。。。t= d.VT1.VT2 t= d.VT3.VT4注意，测试完毕后，需拆掉“7”和“8”以及“10”和“11”的连线。 3．开环系统调试 （1）速度反馈系数的调试 断开主电源，并逆时针调节调压器旋钮到底，断开“9”、“10”所接的电阻，接入直流电动机 M03，电机加上励磁。
实验室信息管理系统
实验室信息管理系统，Laboratory Information Management System 一、实验室信息管理系统(LIMS)介绍： 1、实验室信息管理系统即LIMS的概念： LIMS是英文单词Laboratory Information Management System的缩写。它是由计算机硬件和应用软件组成，能够完成实验室数据和信息的收集、分析、报告和管理。LIMS基于计算机局域网，专门针对一个实验室的整体环境而设计，是一个包括了信号采集设备、数据通讯软件、数据库管理软件在内的高效集成系统。 它以实验室为中心，将实验室的业务流程、环境、人员、仪器设备、标物标液、化学试剂、标准方法、图书资料、文件记录、科研管理、项目管理、客户管理等等影响分析数据的因素有机结合起来，采用先进的计算机网络技术、数据库技术和标准化的实验室管理思想，组成一个全面、规范的管理体系，为实现分析数据网上调度、分析数据自动采集、快速分布、信息共享、分析报告无纸化、质量保证体系顺利实施、成本严格控制、人员量化考核、实验室管理水平整体提高等各方面提供技术支持，是连接实验室、生产车间、质管部门及客户的信息平台，同时引入先进的数理统计技术，如方差分析、相关和回归分析、显着性检验、累积和控制图、抽样检验等，协助职能部门发现和控制影响产品质量的关键因素。 2、与LIMS相关的国际标准 标准规范的制定与实施，体现了高新技术的发展和产品成熟的标志。为提高分析数据质量，已将其纳入法制轨道，七十年代提出了质量管理（QC）概念，九十年代，各行业的标准化组织相继制定和颁布了各种管理标准，质量保证规范和各种技术协议，对推动高新技术的发展、改进产品质量，提高生产效率产生了重大影响。 实验室的质量保证/质量管理的国际标准如下： 由于计算机在实验室普遍应用，增订了优良的自动化实验室规范(GALP) ,它对实验室的方法、职责、管理和使用计算机处理实验室数据等，都制订了技术细则。美国环保局(EPA)制订了有关健康和环境产品的管理规范。美国材料测试协会ASTM, 官方分析化学协会（AOAC）, 美国实验室联合委员会(ACIL), 制订了许多相关的标准和协议。欧共体(EEC)颁布了实验室认证指南, 促使欧共体成员国成为 (EEC) 认证的实验室，这些实验室出示的证书，为欧共体各国认可，打开了商品流通的渠道。国际标准化机构ISO, 制订的ISO-9000系列规范成为国际公认的标准，国内一些企业已通过I SO认证，或正在努力实施。 由于分析仪器的计算机硬软件各不相同，尤其是分析数据缺乏标准，制约了实验室的自动化和信息资源的开发和共享，这已成为科学仪器厂商和分析化学家的共识。ASTM颁布了分析化学技术有关的规范，其中有1998年公布的色谱分析数据交换协议(AIA)，协议制订了原始数据文件和结果文件的标准化格式和结构，其目的是1〕有利于各厂商的仪器之间传输数据，2〕为LIMS提供了通信接口，3〕可将数据链接到文档环境和电子表格中，4〕数据存档。还有分析数据交换和信息存储标准(ADISS)，这是一种面向分析数据对象的标准，已被分析仪器与数据通信标准委员会，美国质谱协
自动控制实验
实验1控制系统的复数域数学模型一实验要求 掌握复数域数学模型即传递函数的表示方法，能够熟练对各种表示进行相互转换。 二实验步骤 （1）熟悉课本41页传递函数的各种表示方法，包括一般形式、零极点形式和部分分式形式。熟悉控制系统中常用的连接方式，包括串联、并联和反馈连接。（2）掌握在Matlab中各种形式转换的函数：tf2zp();zp2tf();residue()等。 掌握各种连接方式在Matlab中的表示方法：series();parallel();feedback()等。（3）在Matlab中输入课本42页中例2－16的程序，观察并记录结果。 Num=[2 4];den=[1 9 23 15]; Sys1=tf(num,den) [z,p,k]=tf2zp(num,den); Sys2=zpk(z,p,k) [r,pp,kk]=residue（num,den) >>Transfer function: 2 s + 4 ----------------------- s^3 + 9 s^2 + 23 s + 15 Zero/pole/gain: 2 (s+2) -----------------
(s+5) (s+3) (s+1) r = -0.7500 0.5000 0.2500 pp =-5.0000 -3.0000 -1.0000 kk =[] （4）在Matlab中输入课本42页中例2－17的程序，观察并记录结果。num1=[1 1];den1=[1 5 6];sys1=tf(num1,den1); num2=[1];den2=[1 4];sys2=tf(num2,den2); sys3=tf(1,1); [num,den]=series(num1,den1,num2,den2); sys=tf(num,den); sysb=feedback(sys,sys3) Transfer function: s + 1 ----------------------- s^3 + 9 s^2 + 27 s + 25 （5）编程实现思考题中所要求的内容。 三思考题 （1）已知两个系统的传递函数分别为
自动控制原理实验1-6
实验一MATLAB 仿真基础 一、实验目的： （1）熟悉MATLAB 实验环境，掌握MATLAB 命令窗口的基本操作。 （2）掌握MATLAB 建立控制系统数学模型的命令及模型相互转换的方法。 （3）掌握使用MATLAB 命令化简模型基本连接的方法。 （4）学会使用Simulink 模型结构图化简复杂控制系统模型的方法。 二、实验设备和仪器 1．计算机；2. MATLAB 软件 三、实验原理 函数tf ( ) 来建立控制系统的传递函数模型，用函数printsys ( ) 来输出控制系统的函数，用函数命令zpk ( ) 来建立系统的零极点增益模型，其函数调用格式为：sys = zpk ( z, p, k )零极点模型转换为多项式模型[num , den] = zp2tf ( z, p, k ) 多项式模型转化为零极点模型 [z , p , k] = tf2zp ( num, den ) 两个环节反馈连接后，其等效传递函数可用feedback ( ) 函数求得。 则feedback （）函数调用格式为： sys = feedback （sys1, sys2, sign ） 其中sign 是反馈极性，sign 缺省时，默认为负反馈，sign ＝-1；正反馈时，sign ＝1；单位反馈时，sys2＝1，且不能省略。 四、实验内容： 1.已知系统传递函数，建立传递函数模型 2.已知系统传递函数，建立零极点增益模型 3．将多项式模型转化为零极点模型 1 2s 2s s 3s (s)23++++=G )12()1()76()2(5)(332 2++++++= s s s s s s s s G 12s 2s s 3s (s)23++++= G )12()1()76()2(5)(3322++++++=s s s s s s s s G
lims实验室信息管理系统38276
实验室信息管理系统,Laboratｏｒy Informatｉon Mａnaｇement Sｙsｔｅm 一、实验室信息管理系统(LIMＳ)介绍: １、实验室信息管理系统即LIMS的概念: ＬIMS是英文单词Laborａtｏｒy IｎｆorｍａtioｎＭａnagemenｔSysｔem的缩写。它是由计算机硬件和应用软件组成,能够完成实验室数据和信息的收集、分析、报告和管理。LIMS基于计算机局域网，专门针对一个实验室的整体环境而设计，是一个包括了信号采集设备、数据通讯软件、数据库管理软件在内的高效集成系统。 它以实验室为中心,将实验室的业务流程、环境、人员、仪器设备、标物标液、化学试剂、标准方法、图书资料、文件记录、科研管理、项目管理、客户管理等等影响分析数据的因素有机结合起来，采用先进的计算机网络技术、数据库技术和标准化的实验室管理思想,组成一个全面、规范的管理体系，为实现分析数据网上调度、分析数据自动采集、快速分布、信息共享、分析报告无纸化、质量保证体系顺利实施、成本严格控制、人员量化考核、实验室管理水平整体提高等各方面提供技术支持,是连接实验室、生产车间、质管部门及客户的信息平台，同时引入先进的数理统计技术,如方差分析、相关和回归分析、显著性检验、累积和控制图、抽样检验等,协助职能部门发现和控制影响产品质量的关键因素。 ２、与LＩMＳ相关的国际标准 标准规范的制定与实施，体现了高新技术的发展和产品成熟的标志。为提高分析数据质量，已将其纳入法制轨道,七十年代提出了质量管理(QＣ)概念，九十年代,各行业的标准化组织相继制定和颁布了各种管理标准，质量保证规范和各种技术协议，对推动高新技术的发展、改进产品质量,提高生产效率产生了重大影响。 实验室的质量保证/质量管理的国际标准如下： 由于计算机在实验室普遍应用，增订了优良的自动化实验室规范(GＡLＰ) ,它对实验室的方法、职责、管理和使用计算机处理实验室数据等，都制订了技术细则。美国环保局（EPA)制订了有关健康和环境产品的管理规范。美国材料测试协会ASＴM， 官方分析化学协会（AOＡC）, 美国实验室联合委员会(ACIL), 制订了许多相关的标准和协议。欧共体(EEC)颁布了实验室认证指南, 促使欧共体成员国成为 (EEC) 认证的实验室,这些实验室出示的证书，为欧共体各国认可，打开了商品流通的渠道。国际标准化机构ＩＳＯ, 制订的ＩSO-9００0系列规范成为国际公认的标准，国内一些企业已通过ISO认证,或正在努力实施。 由于分析仪器的计算机硬软件各不相同，尤其是分析数据缺乏标准,制约了实验室的自动化和信息资源的开发和共享,这已成为科学仪器厂商和分析化学家的共识。AST M颁布了分析化学技术有关的规范,其中有199８年公布的色谱分析数据交换协议(ＡI Ａ)，协议制订了原始数据文件和结果文件的标准化格式和结构,其目的是１〕有利于各厂商的仪器之间传输数据，2〕为LIMS提供了通信接口,3〕可将数据链接到文档环境和电子表格中,4〕数据存档。还有分析数据交换和信息存储标准(ADＩSＳ），这是一种面向分析数据对象的标准，已被分析仪器与数据通信标准委员会，美国质谱协会、
自动控制原理实验书(DOC)
目录 实验装置介绍 (1) 实验一一、二阶系统阶跃响应 (2) 实验二控制系统稳定性分析 (5) 实验三系统频率特性分析 (7) 实验四线性系统串联校正 (9) 实验五 MATLAB及仿真实验 (12)
实验装置介绍 自动控制原理实验是自动控制理论课程的一部分，它的任务是：一方面，通过实验使学生进一步了解和掌握自动控制理论的基本概念、控制系统的分析方法和设计方法；另一方面，帮助学生学习和提高系统模拟电路的构成和测试技术。 TAP-2型自动控制原理实验系统的基本结构 TAP-2型控制理论模拟实验装置是一个控制理论的计算机辅助实验系统。如上图所示，TAP-2型控制理论模拟实验由计算机、A/D/A 接口板、模拟实验台和打印机组成。计算机负责实验的控制、实验数据的采集、分析、显示、储存和恢复功能，还可以根据不同的实验产生各种输出信号；模拟实验台是被控对象，台上共有运算放大器12个，与台上的其他电阻电容等元器件配合，可组成各种具有不同系统特性的实验对象，台上还有正弦、三角、方波等信号源作为备用信号发生器用；A/D/A 板安装在模拟实验台下面的实验箱底板上，它起着模拟与数字信号之间的转换作用，是计算机与实验台之间必不可少的桥梁；打印机可根据需要进行连接，对实验数据、图形作硬拷贝。 实验台由12个运算放大器和一些电阻、电容元件组成，可完成自动控制原理的典型环节阶跃响应、二阶系统阶跃响应、控制系统稳定性分析、系统频率特性测量、连续系统串联校正、数字PID 、状态反馈与状态观测器等相应实验。 显示器 计算机 打印机 模拟实验台 AD/DA 卡
实验一一、二阶系统阶跃响应 一、实验目的 1．学习构成一、二阶系统的模拟电路，了解电路参数对系统特性的影响；研究二阶系统的两个重要参数：阻尼比ζ和无阻尼自然频率ωn对动态性能的影响。 2．学习一、二阶系统阶跃响应的测量方法，并学会由阶跃响应曲线计算一、二阶系统的传递函数。 二、实验仪器 1．自动控制系统实验箱一台 2．计算机一台 三、实验原理 模拟实验的基本原理： 控制系统模拟实验采用复合网络法来模拟一、二阶系统，即利用运算放大器不同的输入网络和反馈网络模拟一、二阶系统，然后按照给定系统的结构图将这些模拟环节连接起来，便得到了相应的模拟系统。再将输入信号加到模拟系统的输入端，并利用计算机等测量仪器，测量系统的输出，便可得到系统的动态响应曲线及性能指标。 若改变系统的参数，还可进一步分析研究参数对系统性能的影响。 四、实验内容 构成下述系统的模拟电路，并测量其阶跃响应： 1．一阶系统的模拟电路如图
自动控制实验指导书
第一章THBCC-1型控制理论实验平台硬件组成及使用 一、直流稳压电源 “THBCC-1”实验平台有两个直流稳压电源，主要用于给实验平台提供电源。其中一个直流稳压电源有±5V/0.5A、±15V/0.5A及+24V/1.0A五路，每路均有短路保护自恢复功能。它们的开关分别由相应的钮子开关控制，并由相应发光二极管指示。其中+24V主要用于温度控制单元和直流电机单元。 实验前，启动实验平台左侧的空气开关和实验台上的电源总开关。并根据需要将±5V、±15V钮子开关拔到“开”的位置。 另一个直流稳压电源的功能与前一个相比，是无+24V直流电源。 实验时，也可通过2号连接导线将直流电压接到需要的位置。 二、阶跃信号发生器 “THBCC-1”实验平台有两个阶跃信号发生器，主要提供实验时的给定阶跃信号，其输出电压范围约为-10V~+10V，正负档连续可调。使用时根据需要可选择正输出或负输出，具体通过“阶跃信号发生器”单元的钮子开关来实现。当按下复位按钮时，单元的输出端输出一个可调(选择正输出时，调节RP1电位器；选择负输出时，调节RP2电位器)的阶跃信号(当输出电压为1V时，即为单位阶跃信号)，实验开始；当不按复位按钮时，单元的输出端输出电压为0V。 注：单元的输出电压可通过实验台上左面板的直流数字电压表来进行测量，同时可通过2号连接导线将阶跃信号接到需要的位置 三、函数信号发生器 “THBCC-1”实验平台有两个函数信号发生器，一个为低频函数信号发生器，主要用于低频信号输出；另一个为函数信号发生器，主要用于高频输出。 低频函数信号发生器由单片集成函数信号发生器专用芯片及外围电路组合而成，主要输出有正弦信号、三角波信号、方波信号、斜坡信号和抛物坡信号（其中斜坡、抛物坡信号在T1档输出）。输出频率分为T1、T2、T3三档。其中正弦信号的频率范围分别为0.1Hz～3.3Hz、2Hz～70Hz、64Hz～2.5KHz三档，V p-p值为14V。 使用时先将信号发生器单元的钮子开关拔到“开”的位置，并根据需要选择合适的波形及频率的档位，然后调节“频率调节”和“幅度调节”微调电位器，以得到所需要的频率和幅值，并通过2号连接导线将其接到需要的位置。 而用于高频输出的函数信号发生器主要输出有正弦信号、三角波信号、方波信号，输出频率分为T1、T2、T3三档，其中正弦波频率可达90k左右，V p-p值为14V。 四、锁零按钮 锁零按钮用于实验前运放单元中电容器的放电。当按下按钮时，通用单元中的场效应管处于短路状态，电容器放电，让电容器两端的初始电压为0V；当按钮复位时，单元中的场效应管处于开路状态，此时可以开始实验。 注：在实验时，必须用2号导线将通用单元（U3～U14）的G输出端与U0输出端相连时，锁零按钮才有效。 五、频率计 “THBCC-1”实验平台有两个频率计，一个为低频频率计，主要用于测量低频函数信号
自动控制原理课程设计实验
上海电力学院 自动控制原理实践报告 课名：自动控制原理应用实践 题目：水翼船渡轮的纵倾角控制 船舶航向的自动操舵控制 班级： 姓名： 学号：
水翼船渡轮的纵倾角控制 一．系统背景简介 水翼船(Hydrofoil)是一种高速船。船身底部有支架，装上水翼。当船的速度逐渐增加，水翼提供的浮力会把船身抬离水面(称为水翼飞航或水翼航行，Foilborne)，从而大为减少水的阻力和增加航行速度。 水翼船的高速航行能力主要依靠一个自动稳定控制系统。通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。因此，设计上要求系统使浮力稳定不变，相当于使纵倾角最小。 航向自动操舵仪工作时存在包括舵机（舵角）、船舶本身（航向角）在内的两个反馈回路：舵角反馈和航向反馈。 当尾舵的角坐标偏转错误!未找到引用源。，会引起船只在参考方向上发生某一固定的偏转错误!未找到引用源。。传递函数中带有一个负号，这是因为尾舵的顺时针的转动会引起船只的逆时针转动。有此动力方程可以看出，船只的转动速率会逐渐趋向一个常数，因此如果船只以直线运动，而尾舵偏转一恒定值，那么船只就会以螺旋形的进入一圆形运动轨迹。 二．实际控制过程 某水翼船渡轮，自重670t，航速45节（海里/小时），可载900名乘客，可混装轿车、大客车和货卡，载重可达自重量。该渡轮可在浪高达8英尺的海中以航速40节航行的能力，全靠一个自动稳定控制系统。通过主翼上的舵板和尾翼的调整完成稳定化操作。该稳定控制系统要保持水平飞行地穿过海浪。因此，设计上要求该系统使浮力稳定不变，相当于使纵倾角最小。
上图：水翼船渡轮的纵倾角控制系统 已知，水翼船渡轮的纵倾角控制过程模型，执行器模型为F（s）=1/s。 三．控制设计要求 试设计一个控制器Gc（s），使水翼船渡轮的纵倾角控制系统在海浪扰动D （s）存在下也能达到优良的性能指标。假设海浪扰动D（s）的主频率为w=6rad/s。 本题要求了“优良的性能指标”，没有具体的量化指标，通过网络资料的查阅：响应超调量小于10%，调整时间小于4s。 四．分析系统时域 1.原系统稳定性分析 num=[50]; den=[1 80 2500 50]; g1=tf(num,den); [z,p,k]=zpkdata(g1,'v'); p1=pole(g1); pzmap(g1) 分析：上图闭环极点分布图，有一极点位于原点，另两极点位于虚轴左边，故处于临界稳定状态。但还是一种不稳定的情况，所以系统无稳态误差。 2.Simulink搭建未加控制器的原系统（不考虑扰动）。
实验室智能监控系统设计
实验室智能监控系统设计 摘要：设计了一种基于PLC+STM32的智能实验室SCADA系统。RTU硬件采用分散式的结构，将原来由一个MCU完成的复杂任务分散给多个MCU共同完成，系统可靠性和数据处理速率得到大幅度提高。RTU软件遵循可配置性原则，每个GPIO可以针对不同的用途重新配置成，提高了软件的开发效率。调试结果表明，该系统运行稳定，保证实验室各环境参数满足设定要求。关键词： SCADA；实验室；监控系统；分散式 实验室是进行各种实验工作的特殊环境。为了保证整个实验室系统安全可靠地运行，实时检测、监控实验室各项环境参数，保证实验室状态稳定，并在发生意外或者系统出现故障时，自动采取一定的保护措施，设计一种智能实时监控系统是非常必要的。本文提出一种分散式结构的SCADA智能实验室系统，将原本由一个MCU处理的复杂任务分散给多个MCU 共同处理，从而使系统的可靠性、稳定性及处理数据速度、系统效率大幅度提高，增强了系统的可扩展性和可改造性。数据采集与监控系统SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)是以计算机、通信网络为基础的生产过程控制与调度自动化系统。通过对现场的运行设备进行监视和控制，实现数据采集、设备控制、测量、参数调节及各类信号报警等功能[1]。根据SCADA系统结构，该智能实验室SCADA系统由RTU、HMI、TCOM 3个层次构成。远程控制单元RTU(Remote Terminal Unit)(即传统的下位机),主要负责实验室参数采集和控制；人机接口HMI(Human Machine Interface)，主要负责提供良好的人机接口；远程通信网TCOM(Telecommunication)，用于HMI与各RTU之间的通信。1 总体架构智能实验室总体架构由房间控制系统、气流控制系统(即通风柜控制系统和阀控制系统)、远程控制系统及人机接口部分组成。。 房间控制部分是实验室监控系统的核心，连接着PLC、阀控制器、通风柜控制器以及触摸屏，主要负责采集房间参数，并发送命令给PLC、阀控制器、通风柜控制器，以控制整个实验室的正常运行。气流控制部分和阀控制器主要根据房间控制器发送参数和命令，PID调节房间送/排风，在保证房间最小换气次数的前提下，保证房间的负压环境。远程控制部分由远程PC和PLC组成，用户可以通过PC机的上位机软件发送命令给PLC和房间控制器，从而达到远程控制整个系统的效果。人机接口除了远程PC外，每个房间控制器都配有一台7英寸液晶触摸屏，用户可以通过触摸屏发送命令给房间控制器，控制整个系统的运行。此外，监控系统还包含报警装置，当房间参数超出设定值，或者出现毒气泄漏等危险情况时即刻发出报警信号。2 房间控制部分房间控制部分由房间控制器和传感器组成。房间控制器以STM32F105RB处理器为主控制MCU，通过AI模块采集温度、湿度、压力、风量等信息，并通过DI模块采集开关量信息，通过AO模块调节系统的送/排风量和温度，通过DO模块改变系统各开关量的输出状态，房间控制部分结构。 STM32F105RB是基于ARM CORTEX-M3核的32位RISC处理器，相比ARM7速率提高1/3，功耗降低3/4，最高运行频率可以达到72 MHz。配备CAN模块、RS485串口模块、电源模块、8位DI及6位DO模块。不仅涵盖了现有的STM32F103的功能，而且在此基础上增加了网络功能[2]。温度检测模块采用瑞士伟拓Vector室内温度传感器SRA-T1，EEPROM自动保存最值记录，具有掉电存储功能。SRA-T1室内温度变送器感温敏感元件是NTC电阻，变送器电路的微处理器每秒对温度采样一次。滤波时间计算信号平均值，并且根据湿度量程做线性变换，然后产生信号输出，保证外部干扰对此变送器影响最小。默认滤波平均时间10 s，测量范围0~+50℃(+32~+122°F)。本系统每个房间配置一个SRA-T1室内温度传感器，采用24 V直流供电，输出0~10 V电压，接入房间控制器的AI模块。房间控制器将电压转换为温度，