控制系統(tǒng)綜合設(shè)計課程任務(wù)書2011

1、自動化專業(yè)控制系統(tǒng)綜合設(shè)計課程任務(wù)書鹽城工學(xué)院電氣學(xué)院2011年12月30日控制系統(tǒng)綜合設(shè)計實施方案一、目的與任務(wù)本課程設(shè)計是自動化專業(yè)教學(xué)中的一項重要專業(yè)實踐環(huán)節(jié)，為了使學(xué)生對在以后的就業(yè)中可能接觸到的生產(chǎn)現(xiàn)場、生產(chǎn)過程和測控系統(tǒng)的設(shè)計有較為深刻的認(rèn)識，本次課程設(shè)計重點是要求學(xué)生能夠設(shè)計完成一個實際的應(yīng)用系統(tǒng)。通過設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)，使學(xué)生對所學(xué)的傳感器、微機原理、計算機網(wǎng)絡(luò)、組態(tài)軟件等方面的知識有更進一步的深刻的認(rèn)識和掌握，培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)專業(yè)知識和技能分析解決實際問題的能力，熟悉技術(shù)設(shè)計工作的一般程序和方法。它對幫助學(xué)生全面深入地掌握測控類課程教學(xué)內(nèi)容、培養(yǎng)學(xué)生的實踐和實際動手能力、提高學(xué)

2、生全面素質(zhì)具有很重要的意義。該課程以現(xiàn)場總線技術(shù)為主線，綜合運用所學(xué)的工業(yè)數(shù)據(jù)通訊與控制網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)代測控技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)、計算機語言等方面的知識，通過課程設(shè)計，學(xué)生能掌握現(xiàn)場總線分布式控制系統(tǒng)的技術(shù)、體系結(jié)構(gòu)、總線節(jié)點開發(fā)和設(shè)計方法。目的是經(jīng)課堂教學(xué)與實驗，綜合運用現(xiàn)場總線技術(shù)知識進行工業(yè)分布控制系統(tǒng)的構(gòu)建及應(yīng)用。二、課程設(shè)計要求通過設(shè)計，要求學(xué)生在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨立完成所分擔(dān)的課題設(shè)計內(nèi)容。包括：正確選擇方案。正確進行器件的選擇，軟硬件設(shè)計及調(diào)試；根據(jù)課題設(shè)計要求進行必要的實驗、調(diào)試；繪制相應(yīng)的原理圖；編制軟件程序，實現(xiàn)相應(yīng)的功能；編寫設(shè)計說明書；參加答辯。設(shè)計要求包括：（1）初步掌握測控

3、系統(tǒng)的分析、設(shè)計的基本方法。完成測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖的繪制，完成一份課程設(shè)計說明書。（2）掌握工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線分布控制系統(tǒng)的基本概念、特性、體系結(jié)構(gòu)、互連協(xié)議、工業(yè)現(xiàn)場實現(xiàn)等理論；（3）掌握工業(yè)控制總線、現(xiàn)場節(jié)點設(shè)備軟、硬件平臺，即CAN控制局域網(wǎng)總線、以太網(wǎng)總線等各種總線的總線標(biāo)準(zhǔn)，完成基于不同總線的現(xiàn)場節(jié)點結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)設(shè)計；要求能初步應(yīng)用各類編程軟件開發(fā)工具進行總線和節(jié)點的開發(fā)。三、課程設(shè)計題目（一）基于組態(tài)的工業(yè)以太網(wǎng)總線溫度控制系統(tǒng)設(shè)計1系統(tǒng)模型 基于以太網(wǎng)總線，構(gòu)建分布式電烤箱溫控系統(tǒng)，采用單片機、PC、控制軟件編程技術(shù)，實現(xiàn)電烤箱溫控系統(tǒng)設(shè)計。以工業(yè)以太網(wǎng)教學(xué)實驗開發(fā)平臺為基礎(chǔ)，利

4、用組態(tài)軟件編寫一上位機軟件，模擬調(diào)試以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的熱電偶溫度檢測模塊與數(shù)字量輸出模塊的控制。其中熱電偶溫度檢測功能模塊為只讀數(shù)據(jù)，數(shù)字輸出為可配置數(shù)據(jù)。利用功能模塊檢測溫度，通過數(shù)字輸出通道來控制繼電器開關(guān)，實現(xiàn)溫度控制。2綜合設(shè)計實現(xiàn)的基本功能控制烤箱溫度，量程范圍0100, 超調(diào)量不超過5。3綜合設(shè)計的具體要求(1) 溫度傳感器選用J型熱電偶；設(shè)計出溫度檢測的硬件控制系統(tǒng)，給出硬件系統(tǒng)的電路原理圖 。（2）實現(xiàn)熱電偶溫度檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計，量程范圍0100，采用組態(tài)軟件進行分布式電烤箱溫度控制系統(tǒng)監(jiān)控軟件設(shè)計，完成系統(tǒng)整體集成，調(diào)試運行。（二）煤礦瓦斯檢測報警系統(tǒng)設(shè)計1系統(tǒng)模型綜合運用氣

5、體傳感器、單片機及其他外圍設(shè)備設(shè)計一個針對瓦斯氣體的檢測與報警系統(tǒng)，當(dāng)煤礦中瓦斯氣體的濃度達(dá)到一定值時發(fā)出報警信息。以工業(yè)以太網(wǎng)教學(xué)實驗開發(fā)平臺為基礎(chǔ)，利用組態(tài)軟件編制一上位機軟件，模擬實現(xiàn)以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的煤礦瓦斯檢測報警系統(tǒng)設(shè)計。其中瓦斯檢測采用氣體傳感器實現(xiàn)，采用以太網(wǎng)模塊對氣體傳感器信號進行檢測，實時顯示、報警。2綜合設(shè)計實現(xiàn)的基本功能檢測瓦斯?jié)舛龋ㄟ^組態(tài)界面顯示，當(dāng)達(dá)到一定濃度時實時報警，切斷開關(guān)。3綜合設(shè)計的具體要求（1）構(gòu)建控制報警系統(tǒng)硬件框架，給出硬件系統(tǒng)的電路原理圖 。（2）根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求實現(xiàn)的功能利用組態(tài)軟件進行系統(tǒng)性能設(shè)計。（三）基于工業(yè)以太網(wǎng)總線的直流(DC)電機調(diào)

6、速系統(tǒng)設(shè)計1系統(tǒng)模型典型的DC電機通過改變輸入電壓來改變電機在負(fù)載條件下的轉(zhuǎn)動角速度。以單片機控制系統(tǒng)核心部分，單片機主要完成采集數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)送給PC機進行相應(yīng)處理 ,電機轉(zhuǎn)速信號的采集均由單片機系統(tǒng)自行完成,然后通過現(xiàn)場總線將轉(zhuǎn)速信號實時地傳送給PC機進行處理。以工業(yè)以太網(wǎng)教學(xué)實驗開發(fā)平臺為基礎(chǔ)，利用組態(tài)軟件編寫一上位機軟件，模擬實現(xiàn)以現(xiàn)場總線為基礎(chǔ)的直流(DC)電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計。利用功能模塊輸出電壓變化，改變電機轉(zhuǎn)速；電機的起、停控制由功能模塊完成。2綜合設(shè)計實現(xiàn)的基本功能控制直流電機的啟停、改變輸入電壓（0-10V）來改變電機轉(zhuǎn)速，測量直流電機的轉(zhuǎn)速。3綜合設(shè)計的具體要求（1）構(gòu)建直流(

7、DC)電機調(diào)速系統(tǒng)硬件框架，給出硬件系統(tǒng)的電路原理圖。（2）根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求實現(xiàn)的功能利用組態(tài)軟件進行系統(tǒng)性能設(shè)計。（四） 基于以太網(wǎng)總線的自動門控制系統(tǒng)設(shè)計1系統(tǒng)模型通過對系統(tǒng)要求和功能進行分析 ,提出了系統(tǒng)整體設(shè)計方案。步進電機轉(zhuǎn)速信號的采集均由單片機系統(tǒng)自行完成,然后通過現(xiàn)場總線將轉(zhuǎn)速信號實時地傳送給PC機進行處理。 以工業(yè)以太網(wǎng)教學(xué)實驗開發(fā)平臺為基礎(chǔ)，模擬實現(xiàn)自動門控系統(tǒng)的設(shè)計。利用功能模塊檢測光電開關(guān)的信號及步進電機的起、停和方向控制，通過實驗平臺上的步進電機模擬電動門，光電開關(guān)信號來模擬實現(xiàn)人的進出。利用組態(tài)軟件編寫一上位機軟件，實現(xiàn)對光電開關(guān)的檢測及電機的控制。2綜合設(shè)計實現(xiàn)的基

8、本功能有人來到門前，門打開；人離開時，門自動關(guān)上；記錄人數(shù)（最好是進出人數(shù)）；3綜合設(shè)計的具體要求 （1）給出硬件系統(tǒng)的電路原理圖 （2）對整個系統(tǒng)進行構(gòu)建，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求實現(xiàn)的功能利用組態(tài)軟件進行系統(tǒng)性能設(shè)計。（五）基于組態(tài)的CAN總線溫度控制系統(tǒng)設(shè)計1系統(tǒng)模型基于CAN總線，構(gòu)建分布式電烤箱溫控系統(tǒng)，采用單片機、PC、控制軟件編程技術(shù)，實現(xiàn)電烤箱溫控系統(tǒng)設(shè)計。以iCAN 教學(xué)實驗開發(fā)平臺為基礎(chǔ)，利用組態(tài)軟件編寫一上位機軟件，實現(xiàn)以CAN總線為基礎(chǔ)的熱電偶溫度檢測模塊與數(shù)字量輸出模塊的控制。其中熱電偶溫度檢測模塊iCAN為只讀數(shù)據(jù)，數(shù)字輸出為可配置數(shù)據(jù)。利用iCAN模塊檢測溫度，通過數(shù)字輸

9、出通道來控制繼電器開關(guān)，實現(xiàn)溫度控制。2綜合設(shè)計實現(xiàn)的基本功能控制烤箱溫度，量程范圍0100,超調(diào)量不超過5。3綜合設(shè)計的具體要求(1) 溫度傳感器選用J型熱電偶；設(shè)計出溫度檢測的硬件控制系統(tǒng)，給出硬件系統(tǒng)的電路原理圖 。（2）實現(xiàn)熱電偶溫度檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計，采用組態(tài)軟件進行分布式電烤箱溫度控制系統(tǒng)監(jiān)控軟件設(shè)計，完成系統(tǒng)整體集成，調(diào)試運行。（六）基于CAN總線的直流(DC)電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計1系統(tǒng)模型典型的DC電機通過改變輸入電壓來改變電機在負(fù)載條件下的轉(zhuǎn)動角速度。以iCAN 教學(xué)實驗開發(fā)平臺為基礎(chǔ)，利用組態(tài)軟件編寫一上位機軟件，實現(xiàn)以CAN總線為基礎(chǔ)的直流(DC)電機調(diào)速系統(tǒng)設(shè)計。利用iCAN

10、模塊輸出電壓變化，改變電機轉(zhuǎn)速；電機的起、?？刂朴蒳CAN功能模塊完成。2綜合設(shè)計實現(xiàn)的基本功能控制直流電機的啟停、改變輸入電壓來改變電機轉(zhuǎn)速，測量直流電機的轉(zhuǎn)速，對直流電機脈沖數(shù)進行計數(shù)。3綜合設(shè)計的具體要求（1）構(gòu)建直流(DC)電機調(diào)速系統(tǒng)硬件框架，給出硬件系統(tǒng)的電路原理圖與PCB圖。（2）根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求實現(xiàn)的功能利用組態(tài)軟件進行系統(tǒng)性能設(shè)計。 (七) 基于CAN總線的自動門控制系統(tǒng)設(shè)計1系統(tǒng)模型以iCAN 教學(xué)實驗開發(fā)平臺為基礎(chǔ)，模擬實現(xiàn)自動門控系統(tǒng)的設(shè)計。利用iCAN模塊檢測光電開關(guān)的信號及步進電機的起、停和方向控制，通過實驗平臺上的步進電機模擬電動門，光電開關(guān)信號來模擬實現(xiàn)人的進出

11、。利用組態(tài)軟件編寫一上位機軟件，實現(xiàn)對光電開關(guān)的檢測及電機的控制。2綜合設(shè)計實現(xiàn)的基本功能有人來到門前，門打開；人離開時，門自動關(guān)上；記錄人數(shù)（最好是進出人數(shù)）；3綜合設(shè)計的具體要求（1）給出硬件系統(tǒng)的電路原理圖 （2）對整個系統(tǒng)進行構(gòu)建，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求實現(xiàn)的功能利用組態(tài)軟件進行系統(tǒng)功能設(shè)計。(八) 基于組態(tài)的鍋爐液位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計1、系統(tǒng)模型以iCAN 教學(xué)實驗開發(fā)平臺為基礎(chǔ)，模擬實現(xiàn)鍋爐液位監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計。利用組態(tài)軟件編寫一上位機軟件，實現(xiàn)對光電開關(guān)的檢測及電機的控制。2、實現(xiàn)的基本功能（1）鍋爐液位界面設(shè)計，若是動態(tài)畫面要求能看出液位的波動；（2）當(dāng)前液位實時顯示；（3）液位上下波動范圍

12、最大為50100m；（4）液位低于55m或高于95m時報警鳴叫。3綜合設(shè)計的具體要求（1）給出硬件系統(tǒng)的電路原理圖 （2）對整個系統(tǒng)進行構(gòu)建，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求實現(xiàn)的功能利用組態(tài)軟件進行系統(tǒng)功能設(shè)計。四、推薦參考文獻(xiàn)1 于洋.測控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)及應(yīng)用，機械工業(yè)出版社2 李正軍.計算機測控系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用，機械工業(yè)出版社3李江全.計算機測控系統(tǒng)設(shè)計與編程實現(xiàn)，電子工業(yè)出版社4周立功主編.工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)教程 5 周立功主編.iCAN教學(xué)實驗開發(fā)平臺實驗指導(dǎo)五、設(shè)計分組 68六、時間安排：第十九周、第二十周序號時間(天)內(nèi)容安排10.5布置課程設(shè)計任務(wù)21系統(tǒng)總體方案設(shè)計30.5硬件系統(tǒng)搭建43程序設(shè)計

13、42調(diào)試52書寫設(shè)計報告61答辯七、課程設(shè)計報告寫作要求 1、封面 2、內(nèi)容提要 3、目錄 4、正文 （1）概述。本題目的意義、本人所做的工作及系統(tǒng)的主要功能；（2）系統(tǒng)工作原理，設(shè)計流程及描述，設(shè)計步驟； （3）程序代碼、實驗仿真結(jié)果。5、課程設(shè)計體會 6、參考文獻(xiàn) 八、考核辦法及成績：1、考核辦法：由平時檢查、提問抽查、課程設(shè)計完成情況與課程設(shè)計報告質(zhì)量及面試等幾方面結(jié)合起來考慮。學(xué)習(xí)與設(shè)計態(tài)度的認(rèn)真性，課堂知識理解掌握的深入程度，軟件應(yīng)用的熟練程度，設(shè)計方案的正確性或合理性，圖文的質(zhì)量效果，是否獨立完成，是否具有獨立分析解決問題的能力和創(chuàng)新精神等。2、考核成績：成績按優(yōu)、良、中、及格、不及格五級分制評定。優(yōu)：學(xué)習(xí)與設(shè)計態(tài)度很認(rèn)真，設(shè)計方案正確或合理，圖文質(zhì)量好，獨立完成。良：學(xué)習(xí)與設(shè)計態(tài)度認(rèn)真，設(shè)計方案基本正確或合理，圖文質(zhì)