机电液控制综合实验

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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