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1、 机电液控制综合实验机电液控制综合实验 实验指导书实验指导书 (配套教材: 机电传动控制 、 液压与气压传动 ;适用专业:机械设计制造及其自动化配套教材: 机电传动控制 、 液压与气压传动 ;适用专业:机械设计制造及其自动化) 吴何畏 邬国秀 吴艳花 程昊 刘宏伟 编 襄樊学院机械与汽车工程学院襄樊学院机械与汽车工程学院 目目 录录 实验一 PLC 程序设计与对象控制实验(4 学时).3 实验二 过程自动化控制-计算机控制系统(2 学时).4 实验三 过程自动化控制-PLC 单/双容液位控制(2 学时) .8 实验四 闭环调速系统-单/多闭环(2 学时).11 实验五 闭环调速系统-变频调速(
2、2 学时).15 实验六 PLC 控制-液压系统(2 学时).18 实验七 PLC 控制-十字滑台(2 学时).30 实验八 液压回路的设计安装与调试(6 学时).40 实验九 气压回路的设计安装与调试(6 学时).41 实验十 继电-接触器控制线路的安装调试(4 学时) (选做).42 实验十一 工业自动化控制系统(4 学时) (选做).44 实验一实验一 PLC 程序设计与对象控制实验(程序设计与对象控制实验(4 学时)学时) 一实验目的一实验目的 1、熟悉 PLC 编程原理及方法 2、掌握定时器使用方法 二二. 实验内容实验内容 编写控制程序,使用 PLC 数字量输入、输出控制红绿灯。
3、三实验方法三实验方法 INPUT 00 接 PO1 启动信号 OUTPUT 01 接交通灯插孔 TL1;绿灯 OUTPUT 02 接交通灯插孔 TL2;黄灯 OUTPUT 03 接交通灯插孔 TL3;红灯 OUTPUT 04 接交通灯插孔 TL4;绿灯 OUTPUT 05 接交通灯插孔 TL5;黄灯 OUTPUT 06 接交通灯插孔 TL6;红灯 四四. 编程要求编程要求 1 秒 3 秒 红红 红绿 红黄 1 秒 黄红 绿红 红红 运行 PLC 程序;进入 WINDOWS;PLC 辅助程序;点击“交通灯”图标;观 察结果。 五五. 实验报告实验报告 1. 写出 I/O 分配表、程序梯形图。 2
4、. 仔细观察实验现象,认真记录实验中发现的问题、错误、故障及解决方法。 实验二实验二 过程自动化控制过程自动化控制-计算机控制系统(计算机控制系统(2 学时)学时) 一、实验目的一、实验目的 1)了解计算机控制系统的基本构成。 2)掌握本装置计算机实时监控软件的使用 3)熟悉计算机控制算法。 4)掌握计算机控制的参数整定方法。 二、实验设备二、实验设备 1)TKGK-1 过程控制实验装置 2)GK07-2 交流变频器 3)计算机及实时控制软件 4)GK-03 单片机控制屏(本实验使用 GK-03 单片机控制屏进行 A/D、D/A转换) 三、实验原理三、实验原理 与常规仪表控制系统相比,计算机控
5、制系统的最大区别就是用微型机及A/D、D/A 转换卡来代替常规调节器。基本构成框图如下: D / A 计 算 机 控制器与 执行机构 被控对象 A / D 传感变送器 计算机根据测量值与设定值的偏差,按程序设定的算法进行运算,并将结果经 D/A 转换器输出。控制算法有位置式,增量式,和速度式。为了使采样时间间隔内,输出保持在相应的数值,在 D/A 卡上设有零阶保持器。 四、实验步骤四、实验步骤 (一) 、监控软件的使用及安装说明: 1、计算机硬件要求: CPU:486 以上。 内存:32MB 或更多。 硬盘:1GB。 操作系统:Windows95/98/NT。 显示器:800600。 串行口:
6、COM1 2、软件使用:将计算机的串口 COM1 与单片机控制屏的 RS232 口连接好。 点击按钮,进入用户登录状态。按提示填写“用户名称”与“个人代号”,然后按“确定”键,完成登录。进入控制界面,即可进入实验操作。 点击按钮,出现装置流程示意图。 装置流程示意图装置流程示意图 点击按钮,进入测量状态, 界面上显示相应参数值。点击按钮或 “压力”、“液位二”、“流量”、“温度”,可实现上位机的监测(即数据采样作图) 。 过程曲线图过程曲线图 点击按钮,选择控制参量, (注:默认为液位 1,由 GK03 的第一路输出口输出;若同时选择第二个控制参量,其输出口为 GK03 的第二路输出口) 。再
7、点击按钮,可实现计算机控制。点击“算法”的下拉键,出现下拉菜单,如图所示 算法选择菜单算法选择菜单 选择所需算法,本装置采用的算法为选择所需算法,本装置采用的算法为 P,PI,PID 三种算法,其他算法仅提供用户作进一步研究时的参考。三种算法,其他算法仅提供用户作进一步研究时的参考。 算法简要说明: 模糊控制算法:只需设定控制值。 神经元控制算法:1、2、3均为神经元网络的权值系数,其值自行定义。范围一般在 840 左右。 P、PD、PI、PID 控制算法:为计算机增量型控制算法,KP为比例系数;Ki为积分系数:Kd为微分系数。 积分分离控制算法:设定参数有 KP、Ki、Kd、a,a 表示积分
8、分离度,一般范围为“010”。 死区 PID 控制算法:设定参数有 KP、Ki、Kd、a。a 表示积分分离度。 不完全积分控制算法:设定参数有 KP、Ki、Kd、KL。KL表示微分作用的比例系数。一般范围为“010”。 (二) 、选择 PID 算法对上水箱液位进行控制 1)将计算机与单片机控制屏结合使用,对上水箱液位进行直接数字 DDC控制实验。系统连接图自拟。 (单片机控制屏仅起 A/D、D/A 转换的作用) 2) 、设置适当的作图时间间隔和给定值,调整 PID 参数 K、Ti、Td、直到得到较好的过程控制实时曲线。 3) 、对不同 PID 参数下的实时控制曲线进行比较,分析各参数变化对控制
9、质量的影响。 4) 、自行选择其他控制算法进行实验,了解不同算法的控制质量。 五、实验报告要求五、实验报告要求 1) 、将上述实验结果整理好,写出参数整定的具体步骤及整定数值,整理出系统的结构图。 2) 、简述 PID 参数对系统性能的影响。 六、 思考题六、 思考题 1)计算机控制和常规仪表控制有什么区别? 2)在本计算机控制系统中,单片机控制屏起什么作用? 3)三种算法如何实施?如用 C 语言如何编制? 实验三实验三 过程自动化控制过程自动化控制-PLC 单单/双容液位控制(双容液位控制(2 学时)学时) -应用应用 PPI/PC 通讯电缆、通讯电缆、MCGS 组态软件组态软件 一、实验目
10、的一、实验目的 1) 、了解 S7200PLC 可编程控制器的模拟量输入/输出控制功能。 2) 、熟悉 PLC 可编程软件、MCGS 组态软件的使用。 3) 、通过对单/双容小水箱液位 PID 调节组态软件的使用,熟悉 PLC 的编程及 MCGS 软件的组态方法。 二、实验设备二、实验设备 1) 、TKGK-1 型过程控制实验装置 2) 、交流变频器(GK07-2) 、 S7200PLC(GK08) 3) 、计算机、MCGS 软件、PPI/PC 电缆线一根 三、实验原理三、实验原理 图 4-1 PLC 的单容上水箱水位控制系统 测量值信号由 S7-200PLC 的模拟量输入通道进入,经程序比较
11、测量值与设定值的偏差,然后通过对偏差的 P 或 PI 或 PID 调节得到控制信号(即输出值) ,并通过 S7-200PLC 的 AO 通道输出。用此控制信号控制变频器的频率,以控制交流电机的转速,从而达到控制水位的目的。S7-200PLC 和上位机进行通讯,并利用上位机 MCGS 组态软件实现给定值和 PID 参数的设置、手动/自动无扰动切换、实时过程曲线的绘制等功能。 四、实验步骤:四、实验步骤: 1) 、 利用 S7-200PLC (带模拟量输入/输出模块) 、 上位机及组态软件 MCGS、交流变频器、TKGK-1 型实验装置等按图 16-1 组成一个单回路水位控制系统。 2) 、打开
12、GK-08 的电源开关,并将 PLC 置于 STOP 工作方式。 3) 、开启电脑,安装所需软件,将提供的 S7-200PLC 演示程序 plcpid.mwp下载到 PLC 中,然后将 PLC 置于 RUN 工作方式。 4) 、点击“tkgk-1.mcg”,进入 TKGK-1 型单容(上水箱)液位控制演示程序控制界面,如图 16-2 所示。 图 16-2 5) 、分别在 P、PI、PID 三种控制方式做实验,整定相应的 PID 控制参数 6) 、运行:在设定好给定值后,即可进入自动运行状态。彩色柱状图直观的显示了给定值 SV、测量值 PV、输出值 OP 的动态变化值。实时曲线所记录的是当前实验
13、的数据,实时数据将自动保存在历史曲线数据库里,供以后查询。 7) 、待被控水箱水位趋于稳定后,加入一定的正(或负)阶跃信号(即增加或减小设定值) ,观察输出值和测量值的变化规律,记录一条完整的过渡过程曲线。 8) 、按如图所示接成双容液位控制系统,再按照前面的步骤进行实验,并记录相关数据。 五、实验要求五、实验要求 1) 、摘记实验数据,分析实验曲线,比较 P、PI、PID 控制下的超调量、余差、调节时间、抗扰动性能有什么不同? 2) 、在相同的控制参数下,比较单容和双容水箱的过程曲线,看它们的稳定性、调节时间、超调量有什么不同 3) 、模仿本系统提供的程序,自己设计一个液位控制系统。编写 S
14、7-200PLC的程序,并用 MCGS 进行组态。 实验四实验四 闭环调速系统闭环调速系统-单单/多闭环(多闭环(2 学时)学时) 一、实验目的一、实验目的 1. 了解闭环调速系统的系统结构框图和硬件组成 2. 掌握单闭环、多闭环直流调速系统的工作原理并进行性能分析; 3. 掌握调节器参数调节对系统性能的影响 二、实验设备二、实验设备 序号 名 称 备 注 1 EL-MC-II 型电气综合实验台 2 三相 220V 异步电机 负载 3 直流电机 4 数字示波器 选用 三、实验线路和原理三、实验线路和原理 1. 异步电机位置调节器线路原理 异步电机位置调节器框图 根据闭环控制系统的一般设计原则,
15、 在本实验中首先设计好电流调节器的参数;然后把整个电流调节器看作是转速调节系统中的一个环节,再设计转速调节器;设计好转速调节器后,将转速调节器作为位置调节系统的一个环节,由位置调节器给定速度参考。如果在控制系统没有选择速度环或电流环作为内环,则需要增加一个 PID 设置。 2. 位置调节器参数调节 与速度和电流调节器不同的是,位置调节器采用 PID 调节,其传递函数的一般形式为: )1 ()1 (_1)(11 1dfdi pKzzSTsKSTszKKzR+= 式中Kp为比例系数,Ki为积分系数,Kd为微分系数,Kdf为微分系数的滤波项,Ts_S为位置环采样时间,它与速度环采样时间相等。通常通过给闭环结构的期望动态性能, 使闭环系统可以获得所希望的Kp, Ki和Kd