温度闭环控制系统的设计和实现 程序

温度闭环控制系统的设计和实现 程序
温度闭环控制系统的设计和实现 程序

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文件名:ACC6-2-1.C

功能描述:实现温度闭环控制,采用位置式PID算法

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#include

#include

#include

/*****************************************

宏定义

*****************************************/

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

#define ADC_0 XBYTE[0x7ff0] //定义模数转换IO地址

#define DAC_1 XBYTE[0x7ff2] //定义D/A第一路的IO地

#define DAC_2 XBYTE[0x7ff3] //定义D/A第二路的IO?

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函数声明

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void pid(void);

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全局变量定义

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sbit str = P1^7;

sbit DOUT0 = P1^4; //PWM输出

uint data time; //声明变量,用于定时

uchar data t0_h,t0_l; //用于存储定时器0的初值

char TK=100; //声明采样周期变量,//采样周期=TK*10ms char TC=0; //TK的变量

char SPEC=50; //转速给定值

char IBAND=20; //积分分离值

float kp=6.8; //比例系数

float ti=600; //积分系数

float td=50; //微分系数

int FPWM,TKMARK; //PWM标志

int AAA1,V AA; //PWM高电平变量

int BBB,VBB; //PWM低电平变量

int ADMARK,ADV ALUE; //转速、转速计算标志和转速累加变量int YK; //电机转速值

char EK,EK_1; //当前采样的偏差值

float ZEK; //上一次采样的偏差值

char AEK,AEK_1; //偏差的变化量

int UK; //当前时刻的D/A输出

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温度电压对照表

*****************************************/

char code a[0x1ff]={0x14,0x14,0x14,0x14,0x14,0x14,0x14,0x14,0x14,0x14,

0x15,0x16,0x17,0x18,0x19,0x1a,0x1b,0x1c,0x1d,0x1e,0x1e,0x1f,0x20,0x21,

0x22,0x23,0x24,0x25,0x26,0x27,0x28,0x29,0x2a,0x2b,0x2c,0x2d,0x2e,0x2f,

0x31,0x32,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x37,0x38,0x39,0x3a,0x3b,0x3c,0x3d,

0x3e,0x3f,0x40,0x42,0x43,0x44,0x45,0x46,0x47,0x48,0x49,0x4a,0x4b,0x4c,

0x4d,0x4e,0x4f,0x50,0x4f,0x50,0x51,0x52,0x53,0x54,0x55,0x56,0x57,0x58,

0x59,0x5a,0x5b,0x5c,0x5d,0x5e,0x5f,0x60,0x61,0x62,0x63,0x64,0x64,0x65,

0x65,0x66,0x66,0x67,0x68,0x69,0x6a,0x6b,0x6c,0x6d,0x6e,0x6e,0x6f,0x6f,

0x70,0x71,0x72,0x73,0x74,0x75,0x76,0x77,0x78,0x79,0x7a,0x7b,0x7c,0x7d,

0x7e,0x7f,0x80,0x81,0x82,0x83,0x84,0x84,0x85,0x86,0x87,0x88,0x89,0x8a,

0x8b,0x8c,0x8d,0x8e,0x8f,0x90,0x91,0x92,0x93,0x94,0x95,0x96,0x97,0x98,

0x99,0x9a,0x9b,0x9b,0x9c,0x9c,0x9d,0x9d,0x9e,0x9e,0x9f,0x9f,0xa0,0xa1,

0xa2,0xa3,0xa4,0xa5,0xa6,0xa7,0xa8,0xa9,0xaa,0xab,0xac,0xad,0xae,0xaf,

0xb0,0xb0,0xb1,0xb2,0xb3,0xb4,0xb4,0xb5,0xb6,0xb7,0xb8,0xb9,0xba,0xbb,

0xbd,0xbe,0xbe,0xc1,0xc2,0xc3,0xc4,0xc5,0xc6,0xc8,0xca,0xcc,0xce,0xcf,

0xd0,0xd1,0xd2,0xd4,0xd5,0xd6,0xd7,0xd8,0xd9,0xda,0xdb,0xdc,0xdd,0xde,

0xe3,0xe6,0xe9,0xec,0xf0,0xf2,0xf6,0xfa,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,

0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,

0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff,0xff};

/*****************************************

主函数

*****************************************/

void main(void)

{

TMOD = 0x01;

time = 10; //定时10ms

t0_h = (65536-1000*time)/256; //计算定时器0初值

t0_l = (65536-1000*time)%256;

t0_l = t0_l+20; //修正因初值重装而引起的定时误差

TH0 = t0_h;

TL0 = t0_l;

IT1 = 1; //边沿触发中断

EX1 = 1; //开外部中断1

ET0 = 1; //开定时中断0

TR0 = 1; //启动定时器

DAC_1= 0x80; //D/A清零

DAC_2= 0x80;

ADV ALUE=YK=EK=EK_1=AEK=ZEK=0; //变量清零

UK=TKMARK=BBB=VBB=ADMARK=TC=0;

FPWM=0x01; //变量赋初值

AAA1=V AA=0x7f;

str =0;

EA = 1; //开总中断

while(1)

{

for(;;) if(TKMARK==0x01) break; //判采样周期到否

TKMARK=0x00;

for(;;) if(ADMARK==0x01) break; //判A/D采样完成否

ADMARK=0x00;

YK=a[ADV ALUE];

pid(); //调用PID程序计算控制量

if( UK <= 128) AAA1=0x10; //如果控制量太小,赋极值,此值能使温度启动 else AAA1=UK-128;

BBB=0x7f-AAA1;

DAC_1=SPEC+128; //给定值送D/A第一路输出

DAC_2=YK+128; //转速值送D/A第二路输出

}

}

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PID算法(位置式)

*****************************************/

void pid(void)

{ float K,P,I,D;

EK=SPEC-YK; //计算偏差

AEK=EK-EK_1; /*△EK*/

if ( (abs(EK)>IBAND) || ti==0) I=0;//判积分分离值

else

{

ZEK=ZEK+EK; //计算积分项

if(ZEK>127) ZEK=127;

if(ZEK<-128) ZEK=-128;

I=ZEK*TK;

I=I/ti;

}

P=EK; //比例项

D=td*AEK; //计算微分项

D=D/TK;

K=kp*(P+I+D); //计算比例项

if(K>127) K=127; //判控制量是否溢出,溢出赋极值

if(K<-128) K=-128;

UK = K;

EK_1=EK;

UK=UK+128;

}

/**********************************************

函数名:INT1

功能:1号外部中断服务程序

参数:无*

返回值:无*

***********************************************/

void int1() interrupt 2 using 2

{

ADV ALUE=ADC_0; //读取A/D转换结果,并置标志ADMARK=0x01;

}

/**********************************************

函数名:Timer0

功能:定时器0中断服务程序

参数:无

返回值:无

***********************************************/

void Timer0() interrupt 1 using 1

{

str = 1;

TH0 = t0_h; //重新装入初值

TL0 = t0_l;

if(TC

else {TKMARK=0x01;

TC=0x00;

}

if (FPWM==0x01)

if(V AA!=0x00)

{ V AA=V AA-1;

DOUT0 = 0; //P1.4清零,温度开始升高

}

else

{ FPWM=0x02;

VBB=BBB/2;

}

if(FPWM==0x02)

if(VBB!=0x00)

{ VBB=VBB-1;

DOUT0 = 1; //P1.4置一,温度开始降低

}

else

{ FPWM=0X01;

V AA=AAA1/2;

}

str = 0;

}

51系列单片机闭环温度控制 实验报告

成绩: 重庆邮电大学 自动化学院综合实验报告 题目:51系列单片机闭环温度控制 学生姓名:蒋运和 班级:0841004 学号:2010213316 同组人员:李海涛陈超 指导教师:郭鹏 完成时间:2013年12月

一、实验名称: 51系列单片机闭环温度控制实验 ——基于Protuse仿真实验平台实现 基本情况: 1. 学生姓名: 2. 学号: 3. 班级: 4. 同组其他成员: 二、实验内容(实验原理介绍) 1、系统基本原理 计算机控制技术实训,即温度闭环控制,根据实际要求,即加温速度、超调量、调节时间级误差参数,选择PID控制参数级算法,实现对温度的自动控制。 闭环温度控制系统原理如图: 2、PID算法的数字实现 本次试验通过8031通过OVEN 是模拟加热的装置,加一定的电压便开始不停的升温,直到电压要消失则开始降温。仿真时,U形加热器为红色时表示正在加热,发红时将直流电压放过来接,就会制冷,变绿。T端输出的是电压,温度越高,电压就越高。

8031对温度的控制是通过可控硅调控实现的。可控硅通过时间可以通过可控硅控制板上控制脉冲控制。该触发脉冲想8031用软件在P1.3引脚上产生,受过零同步脉冲后经光偶管和驱动器输送到可控硅的控制级上。偏差控制原理是要求对所需温度求出偏差值,然后对偏差值处理而获得控制信号去调节加热装置的温度。 PID控制方程式: 式中e是指测量值与给定值之间的偏差 TD 微分时间 T 积分时间 KP 调节器的放大系数 将上式离散化得到数字PID位置式算法,式中在位置算法的基础之上得到数字PID 增量式算法: 3、硬件电路设计 在温度控制中,经常采用是硬件电路主要有两大部分组成:模拟部分和数字部分,对这两部分调节仪表进行调节,但都存在着许多缺点,用单片机进行温度控制使构成的系统灵活,可靠性高,并可用软件对传感器信号进行抗干拢滤波和非线性补偿处理,可大大提高控制质量和自动化水平;总的来说本系统由四大模块组成,它们是输入模块、单片机系统模块、计算机显示与控制模块和输出控制模块。输入模块主要完成对温度信号的采集和转换工作,由温度传感器及其与单片机的接口部分组成。利用模拟加热的

基于PLC的温度控制闭环系统

1 绪论 1.1 课题背景 随着现代工业的逐步发展,在工业生产中,温度、压力、流量和液位是四种最常见的过程变量。其中,温度是一个非常重要的过程变量。例如:在冶金工业、化工工业、电力工业、机械加工和食品加工等许多领域,都需要对各种加热炉、热处理炉、反应炉和锅炉的温度进行控制[1]。这方面的应用大多是基于单片机进行PID控制,然而单片机控制的DDC系统软硬件设计较为复杂,特别是涉及到逻辑控制方面更不是其长处,然而PLC在这方面却是公认的最佳选择。 随着PLC功能的扩充在许多PLC控制器中都扩充了PID控制功能,因此在逻辑控制与PID控制混合的应用场所中采用PLC控制是较为合理的,通过采用PLC来对它们进行控制不仅具有控制方便、简单和灵活性大的优点,而且可以大幅度提高被测温度的技术指标,从而能够大大提高产品的质量和数量。因此,PLC对温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的控制问题。这也正是本课题所重点研究的内容。 1.2 研究的主要内容 本课题的研究内容主要有: 1)温度的检测; 2)采用PLC进行恒温控制; 3)PID算法在PLC中如何实现; 4)PID参数对系统控制性能的影响; 5)温控系统人机界面的实现。

2 基于PLC的炉温控制系统的硬件设计 2.1系统控制要求 本PLC温度控制系统的具体指标要求是:对加热器加热温度调整范围为0℃—150℃,温度控制精度小于3℃,系统的超调量须小于15%。软件设计须能进行人机对话,考虑到本系统控制对象为电炉,是一个大延迟环节,且温度调节范围较宽,所以本系统对过渡过程时间不予要求。 2.2系统设计思路 根据系统具体指标要求,可以对每一个具体部分进行分析设计。整个控制系统分为硬件电路设计和软件程序设计两部分。 系统硬件框图结构如图所示: 图2.1系统硬件框图 被控对象为炉内温度,温度传感器检测炉内的温度信号,经温度变送器将温度值转换成0~10V的电压信号送入PLC模块。PLC把这个测量信号与设定值比较得到偏差,经PID运算后,发出控制信号,经调压装置输出交流电压用来控制电加热器的端电压,从而实现炉温的连续控制。 2.3系统的硬件配置 2.3.1 S7-200PLC选型 S7-200 系列 PLC 是由德国西门子公司生产的一种超小型系列可编程控制器,它能够满足多种自动化控制的需求,其设计紧凑,价格低廉,并且具有良好的可扩展性以及强大的指令功能,可代替继电器在简单的控制场合,也可以用于复杂的自动化控制系统。由于它具有极强的通信功能,在大型网络控制系统中也能充分发挥作用[2] S7-200系列可以根据对象的不同, 可以选用不同的型号和不同数量的模块。并可以将这些模块安装在同一机架上。 SiemensS7-200 主要功能模块介绍: (1)CPU 模块S7-200的CPU 模块包括一个中央处理单元,电源以及数字I/O 点,这些都被集成在一个紧凑,独立的设备中。CPU 负责执行程序,输入部分从现场设备中采集信号,输出部分则输出控制信号,驱动外部负载.从 CPU 模块的功能来看, CPU

5.2 闭环电子控制系统的设计与应用(1)

如图所示是JN6201集成电路鸡蛋孵化温度控制器电路图,根据该原理图完成1~3题。 1.该电路图作为控制系统的控制(处理)部分是IC JN6201,当JN6201集成输出9脚长时间处于高电平,三极管V2处于截止状态,继电器释放,电热丝通电加热。 2.安装好调试时,先将温度传感器Rt1放入37℃水中,调整电位器Rp1,使继电器触点J-2吸合,再将温度传感器Rt2放入39℃水中,调整Rp2,使继电器触点J-2释放。 3.调试时发现,不管电位器Rp1和Rp2怎么调,继电器J 始终吸合,检查电路元器件安装和接线都正确,用万用表测三极管V2集电极电位,在不同的调试状态分别为2.8V 和0V ,可知电路发生故障的原因是( B ) A.二极管V6内部断路 B.三极管V3内部击穿(短路) C.电阻R4与三极管V3基极虚焊 D.继电器线圈内部短路 如图所示是运算放大器鸡蛋孵化温度控制器电路图,根据该原理完成4~6题。 4.该电路作为控制系统的输出部分是继电器J 、电热丝等,当电路中集成运放2脚的电位低于3脚的电位,三极管V3处于饱和状态,继电器J 吸合,电热丝通电加热。 上限 V2饱和导通时候Uce 电压降0.2V ,所以留下来给集电极2.8V ,截止时候0V

5.安装好后调试时,将温度传感器Rt 放入39℃水中,调R4,使电压U2=U3,集成运放输出端6脚的电压为0V ,电路实现39℃单点温度控制。 6.调试时发现,将温度传感器Rt 放入高于39℃水中,继电器吸合;将温度传感器Rt 放入低于39℃水中,继电器释放,出现该故障现象的原因可能是( A ) A.集成运放2脚与3脚接反 B.二极管V4接反 C.电阻R2断路 D.三极管V3损坏 如图所示是晶体管组成的水箱闭环电子控制系统电路,根据该原理图完成7~9题。 7.该电路作为控制系统被控对象的是水箱内的水,水箱的水位从a 点降到b 点的过程中,三极管V1处于饱和状态,三极管V2处于截止状态,继电器触点J-1处于吸合状态。 8.安装调试时,将三个水位探头按图中的高低放入空玻璃杯中,如果电路正常,电路通电后,继电器J 吸合;向玻璃杯中加水,到达a 点时,继电器J 释放;接着将玻璃杯中的水排出,水位降到b 点以上时,继电器J 释放;水位降到b 点以下时,继电器J 吸合。 9.调试时发现,玻璃杯中的水位在b 点以下时,继电器J 就吸合;水位加到b 点,继电器J 就释放。出现该故障现象的原因是( D ) A.继电器J 没用 B.三极管V1损坏 C.二极管V3接反 D.电路没接J-1触点,b 点直接接到了电阻R1 如图所示是555集成电路组成的水箱水位闭环电子控制系统电路图, (第4~6题) (第7~9题) R4 10k ?R5 4.7k R3 4.7k

实验八单闭环温度恒值控制系统

实验八单闭环温度恒值控制系统 一、实验目的 1.理解温度闭环控制的基本原理; 2.了解温度传感器的使用方法; 3.学习温度PID控制参数的配置。 二、实验设备 1.THKKL-6型控制理论及计算机控制技术实验箱; 2.PC机1台(含软件“THKKL-6”、“keil uVision3”及“Easy 51Pro”); 3.51单片机下载线; 4.USB数据线。 三、实验原理 1.温度驱动部分 该实验中温度的驱动部分采用了直流15V的驱动电源,控制电路和驱动电路的原理与直流电机相同,直流24V经过PWM调制后加到加热器的两端。 2.温度测量端(温度反馈端) 温度测量端(反馈端)一般为热电式传感器,热电式传感器式利用传感元件的电磁参数随温度的变化的特性来达到测量的目的。例如将温度转化成为电阻、磁导或电势等的变化,通过适当的测量电路,就可达到这些电参数的变化来表达温度的变化。 在各种热电式传感器中,已把温度量转化为电势和电阻的方法最为普遍。其中将温度转换成为电阻的热电式传感器叫热电偶;将温度转换成为电阻值大小的热电式传感器叫做热电阻,如铜电阻、热敏电阻、Pt 电阻等。 铜电阻的主要材料是铜,主要用于精度不高、测量温度范围(-50℃~150℃)不大的的地方。而铂电阻的材料主要时铂,铂电阻物理、化学性能在高温和氧化性介质中很稳定,它能用作工业测温元件和作为温度标准。铂电阻与温度的关系在0℃~630.74℃以内为Rt=R0(1+at+bt2) 式中Rt――温度为t ℃时的温度;R0――温度为0℃时的电阻; t――任意温度;a、b――为温度系数。 本实验系统中使用了Pt100作为温度传感器。 在实际的温度测量中,常用电桥作为热电阻的测量电阻。在如图15-1中采用铂电阻作为温度传感器。当温度升高时,电桥处于不平衡,在a,b两端产生与温度相对应的电位差;该电桥为直流电桥。

单闭环温度恒值控制

单闭环温度恒值控制 姓名: 学号: 班级: 实验指导老师: 一、实验目的 1.理解温度控制的基本原理。 2.了解温度传感器的使用方法。 3.学习温度PID控制参数的配置。 二、实验设备 1.THBCC-1型信号与系统控制理论及计算机控制技术实验平台。 2.THBXD数据采集卡一块(含37芯通信线、16芯排线和USB电缆线各1根)。 3.PC机1台(含软件“THBCC-1”)。 三、实验内容 1.设计并实现具有一个积分环节的二阶系统的最少拍控制。 2.设计并实现具有一个积分环节的二阶系统的最少拍无纹波控制,并通过混合仿真实验,观察该闭环控制系统输出采样点间纹波的消除。 四、实验原理 1.温度驱动部分 该实验中温度的驱动部分采用了直流15V的驱动电源,控制电路和驱动电路的原理与直流电机相同,直流15V经过PWM调制后加到加热器的两端。 2.温度测量端(温度反馈端) 温度测量端(反馈端)一般为热电式传感器,热电式传感器式利用传感元件的电磁参数随温度的变化的特性来达到测量的目的。例如将温度转化成为电阻、磁导或电势等的变化,通过适当的测量电路,就可达到这些电参数的变化来表达温度的变化。 在各种热电式传感器中,已把温度量转化为电势和电阻的方法最为普遍。其中将温度转换成为电阻的热电式传感器叫热电偶;将温度转换成为电阻值大小的

热电式传感器叫做热电阻,如铜电阻、热敏电阻、Pt 电阻等。 铜电阻的主要材料是铜,主要用于精度不高、测量温度范围(-50℃~150℃)不大的的地方。而铂电阻的材料主要时铂,铂电阻物理、化学性能在高温和氧化性介质中很稳定,它能用作工业测温元件和作为温度标准。铂电阻与温度的关系在0℃~630.74℃以内为 Rt=R0(1+at+bt2) 式中Rt――温度为t ℃时的温度;R0――温度为0℃时的电阻; t――任意温度;a、b――为温度系数。 该实验系统中使用了Pt100作为温度传感器。 在实际的温度测量中,常用电桥作为热电阻的测量电阻。在如图15-1中采用铂电阻作为温度传感器。当温度升高时,电桥处于不平衡,在a,b两端产生与温度相对应的电位差;该电桥为直流电桥。 3.温度控制系统与实验十三的直流电机转速控制相类似,虽然控制对象不同,被控参数有差别,但对于计算机闭环控制系统的结构,却是大同小异,都有相同的工作原理,共同的结构及特点。 五、温度测量及放大电路图和温度控制系统的框图

试验一典型环节的电路模拟与软件仿真

THKKL-6型 控制理论·计算机控制技术实验箱 Control Theory & Computer Control-based Technology Experimental Case 实验指导书

目录 第一部分使用说明书 (1) 第一章系统概述 (1) 第二章硬件的组成及使用 (2) 第二部分实验指导书 (5) 第一章控制理论实验 (5) 实验一典型环节的电路模拟 (5) 实验二二阶系统的瞬态响应................................................................... 错误!未定义书签。 实验三高阶系统的瞬态响应和稳定性分析........................................... 错误!未定义书签。 实验四线性定常系统的稳态误差........................................................... 错误!未定义书签。 实验五典型环节和系统频率特性的测量............................................... 错误!未定义书签。 实验六线性定常系统的串联校正........................................................... 错误!未定义书签。 实验七典型非线性环节的静态特性....................................................... 错误!未定义书签。 实验八非线性系统的描述函数法........................................................... 错误!未定义书签。 实验九非线性系统的相平面分析法....................................................... 错误!未定义书签。 实验十系统能控性与能观性分析........................................................... 错误!未定义书签。 实验十一控制系统极点的任意配置....................................................... 错误!未定义书签。 实验十二具有内部模型的状态反馈控制系统....................................... 错误!未定义书签。 实验十三采样控制系统的分析............................................................... 错误!未定义书签。 实验十四采样控制系统的动态校正....................................................... 错误!未定义书签。 第二章计算机控制技术基础实验 .............................................................. 错误!未定义书签。 实验一A/D与D/A转换.......................................................................... 错误!未定义书签。 实验二数字滤波器................................................................................... 错误!未定义书签。 实验三离散化方法研究........................................................................... 错误!未定义书签。 实验四数字PID调节器算法的研究 ...................................................... 错误!未定义书签。 实验五串级控制算法的研究................................................................... 错误!未定义书签。 实验六解耦控制算法的研究................................................................... 错误!未定义书签。 实验七最少拍控制算法研究................................................................... 错误!未定义书签。 实验八具有纯滞后系统的大林控制....................................................... 错误!未定义书签。 实验九线性离散系统的全状态反馈控制............................................... 错误!未定义书签。 实验十模糊控制系统............................................................................... 错误!未定义书签。 实验十一具有单神经元控制器的控制系统........................................... 错误!未定义书签。 实验十二二次型状态调节器................................................................... 错误!未定义书签。 实验十三单闭环直流调速系统............................................................... 错误!未定义书签。 实验十四步进电机转速控制系统........................................................... 错误!未定义书签。

转速电流双闭环不可逆直流调速系统的设计

武汉理工大学华夏学院 信息工程课程设计报告书 课程名称运动控制系统 课程设计总评成绩 学生专业班级自动化1113 学生姓名、学号10212411322 指导教师姓名李文彦 课程设计起止日期2014.9.9--2012.9.17

课程设计基本要求 课程设计是工科学生十分重要的实践教学环节,通过课程设计,培养学生综合运用先修课程的理论知识和专业技能,解决工程领域某一方面实际问题的能力。课程设计报告是科学论文写作的基础,不仅可以培养和训练学生的逻辑归纳能力、综合分析能力和文字表达能力,也是规范课程设计教学要求、反映课程设计教学水平的重要依据。为了加强课程设计教学管理,提高课程设计教学质量,特拟定如下基本要求。 1. 课程设计教学一般可分为设计项目的选题、项目设计方案论证、项目设计结果分析、答辩等4个环节,每个环节都应有一定的考核要求和考核成绩。 2. 课程设计项目的选题要符合本课程设计教学大纲的要求,该项目应能突出学生实践能力、设计能力和创新能力的培养;该项目有一定的实用性,且学生通过努力在规定的时间内是可以完成的。课程设计项目名称、目的及技术要求记录于课程设计报告书一、二项中,课程设计项目的选题考核成绩占10%左右。 3. 项目设计方案论证主要包括可行性设计方案论证、从可行性方案中确定最佳方案,实施最佳方案的软件程序、硬件电路原理图和PCB图。项目设计方案论证内容记录于课程设计报告书第三项中,项目设计方案论证主要考核设计方案的正确性、可行性和创新性,考核成绩占30%左右。 4. 项目设计结果分析主要包括项目设计与制作结果的工艺水平,项目测试性能指标的正确性和完整性,项目测试中出现故障或错误原因的分析和处理方法。项目设计结果分析记录于课程设计报告书第四项中,考核成绩占25%左右。 5. 学生在课程设计过程中应认真阅读与本课程设计项目相关的文献,培养自己的阅读兴趣和习惯,借以启发自己的思维,提高综合分和理解能力。文献阅读摘要记录于课程设计报告书第五项中,考核成绩占10%左右。 6. 答辩是课程设计中十分重要的环节,由课程设计指导教师向答辩学生提出2~3个问题,通过答辩可进一步了解学生对课程设计中理论知识和实际技能掌握的程度,以及对问题的理解、分析和判断能力。答辩考核成绩占25%左右。 7.学生应在课程设计周内认真参加项目设计的各个环节,按时完成课程设计报告书交给课程设计指导教师评阅。课程设计指导教师应认真指导学生课程设计全过程,认真评阅学生的每一份课程设计报告,给出课程设计综合评阅意见和每一个环节的评分成绩(百分制),最后将百分制评分成绩转换为五级分制(优秀、良好、中等、及格、不及格)总评成绩。 8. 课程设计报告书是实践教学水平评估的重要资料,应按课程、班级集成存档交实验室统一管理。

实验十五 单闭环温度恒值控制系统

实验十五单闭环温度恒值控制系统 一、实验目的 1.理解温度闭环控制的基本原理; 2.了解温度传感器的使用方法; 3.学习温度PID控制参数的配置。 二、实验设备 1.THBCC-1型信号与系统?控制理论及计算机控制技术实验平台 2.THBXD数据采集卡一块(含37芯通信线、16芯排线和USB电缆线各1根) 3.PC机1台(含软件“THBCC-1”) 三、实验原理 1.温度驱动部分 该实验中温度的驱动部分采用了直流15V的驱动电源,控制电路和驱动电路的原理与直流电机相同,直流15V经过PWM调制后加到加热器的两端。 2.温度测量端(温度反馈端) 温度测量端(反馈端)一般为热电式传感器,热电式传感器式利用传感元件的电磁参数随温度的变化的特性来达到测量的目的。例如将温度转化成为电阻、磁导或电势等的变化,通过适当的测量电路,就可达到这些电参数的变化来表达温度的变化。 在各种热电式传感器中,已把温度量转化为电势和电阻的方法最为普遍。其中将温度转换成为电阻的热电式传感器叫热电偶;将温度转换成为电阻值大小的热电式传感器叫做热电阻,如铜电阻、热敏电阻、Pt 电阻等。 铜电阻的主要材料是铜,主要用于精度不高、测量温度范围(-50℃~150℃)不大的的地方。而铂电阻的材料主要时铂,铂电阻物理、化学性能在高温和氧化性介质中很稳定,它能用作工业测温元件和作为温度标准。铂电阻与温度的关系在0℃~630.74℃以内为Rt=R0(1+at+bt2) 式中Rt――温度为t ℃时的温度;R0――温度为0℃时的电阻; t――任意温度;a、b――为温度系数。 该实验系统中使用了Pt100作为温度传感器。 在实际的温度测量中,常用电桥作为热电阻的测量电阻。在如图15-1中采用铂电阻作为温度传感器。当温度升高时,电桥处于不平衡,在a,b两端产生与温度相对应的电位差;该电桥为直流电桥。 4.温度控制系统与实验十三的直流电机转速控制相类似,虽然控制对象不同,被控参数有差别,但对于计算机闭环控制系统的结构,却是大同小异,都有相同的工作原理,共同的结构及特点。 四、实验步骤 1、实验接线 1.1 用导线将温度控制单元24V的“+”输入端接到直流稳压电源24V的“+”端; 1.2 用导线将温度控制单元0~5V的“+”输入端接到数据采集卡的“DA1”的输出端,同时将温度变送器的“+”输出端接到数据采集卡的“AD1”处; 1.3打开实验平台的电源总开关。 2、脚本程序的参数整定及运行

单闭环温度控制系统

单闭环温度控制系统实验 姓名: 徐天富 学号: 0707030115 班级:2007级自动化1班 实验指导老师:___万敏___ 成绩:____________________ 一、实验目的 1.理解温度闭环控制的基本原理; 2.了解温度传感器的使用方法; 3. 学习温度PID 控制参数的配置。 二、实验数据或曲线 1.实验数据表 实际温度T 30℃ 35℃ 40℃ 45℃ 50℃ 电压pv -1.018066 -1.187744 -1.346436 -1.514893 -1.647949 偏差ei 0.661934 0.492256 0.333564 0.165107 0.032051 控制量op 3.500 3.500 3.500 3.500 3.500 2.参考程序 dim pv,sv,ei,ex,ey,k,ti,td,q0,q1,q2,op,x,Ts,ux,tv sub Initialize(arg) WriteData 0 ,1 end sub sub TakeOneStep (arg) pv = ReadData(1) '当前测量值 sv=50 '设置温度 k=20 ti=5 td=0 Ts=0.1 '采样时间100ms ei=((sv-35)/30+1.18) -abs(pv) '当前偏差 q0=k*(ei-ex) '比例项 if Ti=0 then q1=0 else q1=K*Ts*ei/Ti '当前积分项 end if q2=k*td*(ei-2*ex+ey) /Ts '微分项 ey=ex ex=ei op=op+q0+q1+q2 if op>=3.5 then op=3.5 end if if op<=1 then op=1 end if tv=35+30*(abs(pv)-1.18) TTTRACE "温度=%f",tv '输出温度 TTRACE "op=%f",op TTRACE "ei=%f",ei TTRACE "pv =%f",pv WriteData op ,1 end sub sub Finalize (arg) WriteData 0 ,1 end sub

最新过程控制工程模拟试卷(含答案)

《过程控制工程》考试试题 一、填空(20分) 1、定值控制系统是按()进行控制的,而前馈控制是按()进行控制的;前者是()环控制,后者是()环控制。前馈控制一般应用于扰动()和扰动()与扰动()的场合。 2、串级控制系统能迅速克服进入()回路的扰动,改善()控制器的广义对象特性,容许()回路内各环节的特性在一定的范围内变动而不影响整个系统的控制品质。 二、试写出正微分与反微分控制作用的传递函数,画出它的阶跃响应,并简述各自的应用场合。(15) 三、前馈控制适用于什么场合?为什么它常与反馈控制构成前馈—反馈控制 系统?对于扰动至测量值通道的传递函数为,控制作用对测量通 道的传递函数为的前馈—反馈控制系统,试求前馈控制规律 。(20分) 四、甲的正常流量为240kg/h,仪表量程为0~360kg/h;乙的正常流量为120NM3/h,仪表量程为0~240NM3/h。设计控制乙的单闭环比值控制系统,画出流程图并计算引入开方运算与不引入开方运算所分别设置的比值系数。(15分)

五、如图示的加热炉,采用控制燃料气的流量来保证加热炉出口温度恒定。(20分) 1、总进料量是主要扰动且不可控扰动时,设计合理的控制方案,并作简要说明。 2、当燃料气阀前压力是主要扰动且不可控扰动时,设计合理的控制方案,并作简要说明。 六、APC的涵义是什么?它主要包括哪些控制系统?(10分) 一、答: 1.定值控制系统是按(偏差)进行控制的,而前馈控制是按(扰动)进 行控制的;前者是(闭)环控制,后者是(开)环控制。前馈控制一般应用于扰动(可测)和扰动(显著)与扰动(频繁)的场合。

2.串级控制系统能迅速克服进入(副)回路的扰动,改善(主)控制器 的广义对象特性,容许(副)回路内各环节的特性在一定的范围内变动而不影响整个系统的控制品质。 二、答: 理想微分作用:;。 由于理想微分作用对高频分量要有巨大的 放大能量,无法达到。因此,实际情况: ;阶跃响应曲线如图: 当时,为正微分作用;如果则为反微分作用;当时,为 的单纯比例作用。 1.微分作用可以使系统开环频率特性幅值比增大,相位提前。微分作用量适当,可以使系统的稳定域度提高,最大偏差减小,回复时间缩短;对温度和成分控制系统,往往引入微 分控制。对真正的时滞,微分作用不能改善控制品质。对噪声大的对象,微分作用会把这些高频干扰放大的很厉害,将使系统的控制质量降低。因此,对流量和液位控制系统,一般不引入微分作用。如实必要,须先将测量信号滤波。 2.反微分作用常常用在噪声很大的流量系统控制。 三、答:

温度闭环控制电路设计

大连民族大学 温度闭环控制设计电路仿真 专业:通信工程 学生姓名:熊和艳 指导教师:吴宝春老师 完成时间:2015年4月26日

一、设计内容 1.通过运算差分放大电路将温度传感器的阻值变化转化为电压信号的变化放大。 2.利用A/D转换实现魔力信号到数字信号的转换,根据模拟电路部分电路原理计算得出最后电压与温度值的关系,并通过数码管显示温度的值,实现温度的测量。 3.并利用比较器来实现对温度的控制,通过设定温度上下限可使整个系统工作于一个限定的温度范围内。 4.报警设置,当被测温度超出温度范围时,进行相应的报警设。 5.学会系统仿真、测量和测试。 二、方案实现及设计思路 1.当温度小于等于20℃时,系统自动加热。 2.当水温高于或等于50℃时,系统停止加热。 3.并用数码管显示温度情况,水温测量用热敏电阻,加热、停止加热用不同的发光二极管。 4.系统流程图: 电路仿真及调试方案设计电路设计器件设计机构设计

方案设计:按照要求,将电路划分为若干模块,从而将一个大的系统划分为小的单元电路,并分配各单元模块要完成的任务,确定各模块间输入输出关系,最后决定各单元电路的组成方式。 电路设计:电路设计是按功能模块确定的单元电路设计。在该部分中,要详细拟定单元电路组成,性能指标及前后电路关系,明确采用的算法,理清思路。 器件设计:是在单元电路的结构确定后,根据单元电路的功能,确定具体器件型号及计算相应的系数,计算量较大。主要分为①阻容原件的设计;②分立元件的选择;③模拟集成电路的相关计算。 电路仿真测试:使用Proteus 软件仿真,争取实现各单元的具体功能。 三、设计方法及步骤 1.系统框图 ⑴信号调理模块 由于被测是温度,由设计要求,温度检测用热敏电阻。而热敏电阻将温度转化成电阻值的变化,故在系统中由信号调理电路作用是将温度的变化这样一个非电量转化成电信号,然后加以放大。以便后一温度显示 检测对象 信号调理 水温检测 加热、停止、状态显示 加热、停止检测

基于S7-300PLC单闭环比值控制系统设计与实现 - 副本

摘要 在石油、化工生产过程中过程中,要求两种或多种物料成一定比例关系,一旦比例失调,会影响生产的正常进行,影响产品质量,所以严格控制其比例。尤其在生产中,经常需要两种或两种以上的物料按一定比例混合或进行化学反应,如果比例失调,轻则造成产品质量不合格,重则会造成生产事故或发生人身伤害,给企业带来较大的损失。例如氨分解工艺中的氨分解炉,入炉煤气和空气应保持一定的比例,否则将使燃烧反应不能正常进行,而煤气和空气比例超过一定的极限将会引起爆炸。比值控制的目的就是为了实现几种物料符合一定比例关系,以使安全生产正常进行。 在实际的生产过程控制中,比值控制系统除了实现一定比例的混合外,还能起到在扰动影响到被控过程质量指标之前及时控制的作用.而且当最终质量指标难于测量,变送时,可以采用比值控制系统,使生产过程在最终质量达到预期指标下安全正常地进行,因为比值控制具有前馈控制的实质。 关键词:比值控制;流量;可编程控制器;PID控制

目录 1设计背景 (1) 1.1课题研究的背景和意义 (1) 2比值控制系统概述 (2) 2.1比值控制系统定义 (2) 2.2比值控制原理 (2) 2.3比值控制系统特点 (2) 2.4比值控制系统的类型 (3) 2.4.1开环比值控制系统 (3) 2.4.2单闭环比值控制系统 (4) 3流量比值控制系统方案设计 (7) 3.1系统方案设计 (7) 3.2系统硬件设计 (7) 4上位机组态与程序设计 (10) 4.1WinCC的发展及应用 (10) 5PID参数整定及系统调试 (12) 5.1PID控制器 (12) 5.1.1PID控制器的优点 (13) 5.1.2控制规律的选择 (13) 5.2PID控制器参数的调节及其对控制性能的影响 (14) 5.2.1比例控制对控制性能的影响 (14) 5.2.2积分控制对控制性能的影响 (15) 5.2.3微分控制对控制性能的影响 (17) 5.3控制系统的整定 (18) 5.3.1控制系统整定的基本要求 (18) 5.3.2调节器参数的整定方法 (18) 5.4调节器参数的整定及调试 (20) 总结 (23) 参考文献 (24)

51系列单片机闭环温度控制实验报告

成绩: 综合实验报告 题目:51系列单片机闭环温度控制 班级: 小组成员: 指导教师: 完成时间:2015年11月

一、实验名称: 51系列单片机闭环温度控制实验 ——基于Protuse仿真实验平台实现 基本情况: 1.实验项目组长: 2. 小组成员: 3.具体分工:负责程序编写,主要负责查询资料与实验报告撰写。 4.实验要求: ①设计硬件电路: 温度检测:采用热电偶或热电阻 温度给定:采用电位器进行模拟电压给定,0——5V AD转采用12位转换 显示采用8位LED,或者LCD1602显示 键盘4X4,PID等参数通过键盘设置。 ②软件 控制算法:数字PID,参数在线修改。 显示窗口:显示温度的设置值SV、温度的实际值PV。 实际温度值,温度峰值、峰值时间等通过串口上传到上位机(选做)

二、实验内容 1、系统基本原理(实验原理介绍) 根据实验要求,温度闭环控制,即对加温速度、超调量、调节时间级误差参数,选择PID控制参数级算法,实现对温度的自动控制。 闭环温度控制系统原理图如下: 2、PID算法的数字实现 本次试验通过8031通过OVEN 是模拟加热的装置,加一定的电压便开始不停的升温,直到电压要消失则开始降温。仿真时,U形加热器为红色时表示正在加热,发红时将直流电压放过来接,就会制冷,变绿。T端输出的是电压,温度越高,电压就越高。 8031对温度的控制是通过可控硅调控实现的。可控硅通过时间可以通过可控硅控制板上控制脉冲控制。该触发脉冲想8031用软件在P1.3引脚上产生,受过零同步脉冲后经光偶管和驱动器输送到可控硅的控制级上。偏差控制原理是要求对所需温度求出偏差值,然后对偏差值处理而获得控制信号去调节加热装置的温度。 PID控制方程式: 式中e是指测量值与给定值之间的偏差 TD 微分时间 T 积分时间 KP 调节器的放大系数

经典的闭环控制系统方框图12例

经典的闭环控制系统方框图12例 闭环电子控制系统:由信号正向通路和反馈通路构成闭合回路的自动控制系统,又称反馈控制系统。 基于反馈原理建立的自动控制系统。所谓反馈原理,就是根据系统输出变化的信息来进行控制,即通过比较系统行为(输出)与期望行为之间的偏差,并消除偏差以获得预期的系统性能。 闭环电子控制系统必须符合两个条件: (一)它的核心是电子技术; (二)有反馈。反方把人划入控制系统,这个控制系统的核心就不单单是电子技术,故不能称为闭环电子控制系统。但因为存在反馈,可称为闭环控制系统。 同开环控制系统相比,闭环控制具有一系列优点。在反馈控制系统中,不管出于什么原因(外部扰动或系统内部变化),只要被控制量偏离规定值,就会产生相应的控制作用去消除偏差。因此,它具有抑制干扰的能力,对元件特性变化不敏感,并能改善系统的响应特性。但反馈回路的引入增加了系统的复杂性,而且增益选择不当时会引起系统的不稳定。为提高控制精度,在扰动变量可以测量时,也常同时采用按扰动的控制(即前馈控制)作为反馈控制的补充而构成复合控制系统。 闭环控制系统框图 给定量

一、家用压力锅工作原理 二、投篮 三、供水水箱的水位自动控制系统 给定量 被控量 给定量

四、加热炉的温度自动控制系统 五、抽水马桶的自动控制系统 六、花房温度控制系统 被控量 给定量 被控量 给定量 被控量 给定量

七、夏天房间温度控制系统 八、家用电饭锅保温控制系统 九、家用电冰箱温度控制系统 给定量 被控量 房内实给定量 被控量 控制量 给定量 被控量 控制量

十、宾馆使用多台热水器串联电辅助加热自动控制系统 十一、粮库温、湿度自动控制系统 十二、自动保温电热水壶控制系统 被控量 给定量 被控量 冰箱实 给定量 被控量 粮库内 给定量(设定控制量

基于PID算法的模拟温度闭环控制系统课程设计报告

计算机控制技术课程设计 学院: 专业: 班级: 学号: 姓名: 指导教师: 时间:

基于PID算法的温度仿真 温度是工业对象中一种重要参数,特别在冶金、化工、机械各类工业中,广泛使用各种加热炉、热处理炉和反应炉等。用微型计算机对炉温进行控制,无论在控制品质,节约能源,还是在改善劳动环境等方面都显示了巨大的优越性。本报告介绍了温度测量及自动控制系统的软件设计。 一、课设内容 实现用PID闭环控制温度系统的仿真。 二、总体方案 温度信号经过PID控制算法的处理,输出相应的控制信号。此次课程设计侧重PID温度控制算法的实现。 三、控制系统分析: 零状态下,输入为单位阶跃信号R的输出反馈给输入。在参数给定值R的情况下,给定值R与反馈值比较得到偏差,

经过PID 调节器运算产生相应的控制量,PID 调节器的输出作为被控对象的输入信号,是输入的数值稳定在给定值R 。 通过PID 算法控制系统在单位阶跃信号R(t)的激励下产生的零状态响应。传递函数表达式为: 经过Z 的反变换后得差分方程为: 四、软件设计 P ID 调节由比例调节、积分调节、微分调节三者组成,是技术最成熟、应用最广泛的一种调节方式。PID 调节的实质就是根据输入的偏差值,按比例、积分、微分的函数关系进行运算,运算结果用于控制输出。在实际应用中,根据被控对象的特征和控制要求,可灵活地改变PID 的结构,取其中一部分环节构成控制规律,如比例调节、比例积分调节、比例积分微分调节等。 PID 算法表达式: ??????++=?dt t de T dt t e T t e p K t P D I )()(1)()()( (1) 当采样周期T 很小时dt 可以用T 近似代替,)(t de 可用)1()(--t e t e 近似代替,“积分”用“求和”近似代替,即可作如下近似

《自动控制技术》章节测试题(全)

第一章单闭环直流调速系统 1-1 自动控制技术概述 1、根据不同的信号源来分析,自动控制包含(ABC)几种基本控制方式。 A开环控制 B闭环控制 C 复合控制 D人为控制 2、在自动控制系统中,若想稳定某个物理量,就该引入该物理量的(B ) A.正反馈 B.负反馈 C. 微分负反馈 D. 微分正反馈 3、控制系统输出量(被控量)只能受控于输入量,输出量不反送到输入端参与控制的系统称为(A)。 A、开环控制系统 B、闭环控制系统 C、复合控制系统 D、反馈控制系统 4、闭环控制系统是建立在(B)基础上,按偏差进行控制的。 A、正反馈 B、负反馈 C、反馈 D、正负反馈 5、闭环控制系统中比较元件把(A)进行比较,求出它们之间的偏差。 A、反馈量与给定量 B、扰动量与给定量 C、控制量与给定量 D、输入量与给定量 6、比较元件是将检测反馈元件检测的被控量的反馈量与(B)进行比较。 A、扰动量 B、给定量 C、控制量 D、输出量 7、偏差量是由(B)和反馈量比较,由比较元件产生的。 A、扰动量 B、给定量 C、控制量 D、输出量 8、在生产过程中,如温度、压力控制,当(D)要求维持在某一值时,就要采用定值控制系统。 A、给定量 B、输入量 C、扰动量 D、被控量 9、开环控制系统可分为(A C)。 A、按给定量控制的开环控制系统 B、按输出量控制的开环控制系统 C、前馈控制系统 D、按输出量控制的反馈控制系统 E、按输入量控制的反馈控制系统 10、自动控制系统的信号有(A B C D)等。 A、扰动量 B、给定量 C、控制量 D、输出量

11、开环控制系统和闭环控制系统最大的差别在于闭环控制系统存在一条从被控量到输出端的反馈信号。(√)12、偏差量是由控制量和反馈量比较,由比较元件产生的。(×) 1-2 调速系统性能指标 1、调速控制系统的性能指标主要指:( CD ) A最高转速 B最低转速 C调速范围 D静差率 2、静差率和机械特性的硬度有关,当理想空载转速一定时,特性越硬,则 静差率(A) A.越小 B.越大 C.不变 D.不确定 3、控制系统能够正常运行的首要条件是(B) A.抗扰性B.稳定性C.快速性 D.准确性 4、调速范围是指电动机在额定负载情况下,电动机的(B)之比。 A、额定转速和最低转速 B、最高转速和最低转速 C、基本转速和最低转速 D、最高转速和额定转速 5、直流调速系统的静差率与(A C)有关。 A、机械特性硬度 B、额定转速 C、理想空载转速 D、额定电流 6、由晶闸管可控整流供电的直流电动机,当电流断续时,其机械特性具有(A C)特点。 A、理想空载转速升高 B、理想空载转速下降 C、机械特性显著变软 D、机械特性硬度保持不变 7、静差率与机械特性硬度以及理想空载转速有关,机械特性越硬,静差率越大。 (×) 1-3 直流电机的调速方案 1、调节他励直流电动机的转速主要有以下几种方式:(BCD) A 调节电机接线方式B调节电枢供电电压C调节励磁磁通D改变电枢回路电阻 2、自动控制的直流调速系统主要的调速方法是( B ) A.减弱励磁磁通 B.改变电枢电压 C.改变电枢电流 D.改变电枢回路电阻

单容水箱液位恒值控制系统设计

过程控制系统课程设计 专业:自动化 设计题目:单容水箱液位恒值控制系统设计 班级:自动化0841学生姓名:王欢 学号:15 指导教师:尹振红 分院院长:许建平 教研室主任:方健 电气工程学院

一、课程设计任务书 1. 设计内容 针对某厂的液位控制过程与要求实现模拟控制,其工艺过程如下:用泵作为原动力,把水从低液位池抽到高液位池,实现对高液位池液位高度的自动控制。具体设计内容是利用西门子S7-200PLC作为控制器,实现对单容水箱液位高度的定值控制,同时利用MCGS组态软件建立单容水箱液位控制系统的监控界面,实现实时监控的目的。 2. 设计要求 1)以RTGK-2型过程控制实验装置中的单个水箱作为被控对象、PLC作为控制器、静压式压力表作为检测元件、电动调节阀作为执行器构成一个单容水箱单闭环控制系统,实现对水箱液位的恒值控制。 2)PLC控制器采用PID算法,各项控制性能满足要求:超调量≤15%,稳态误差≤±0.1;调节时间ts≤60s; 3)组态测控界面上,实时设定并显示液位给定值、测量值及控制器输出值;实时显示液位给定值实时曲线、液位测量值实时曲线和PID输出值实时曲线;并能显示历史曲线。 4)选择合适的整定方法确定PID参数,并能在组态测控界面上实时改变PID参数; 5)通过S7-200PLC编程软件Step7实现PLC程序设计与调试; 6)分析系统基本控制特性,并得出相应的结论; 7)设计完成后,提交打印设计报告。 3. 参考资料 1)邵裕森,戴先中主编.过程控制工程(第2版).北京:机械工业出版社.2003 2)崔亚嵩主编.过程控制实验指导书(校内) 3)廖常初主编.PLC编程及应用(第2版).北京:机械工业出版社.2007 4)吴作明主编.工业组态软件与PLC应用技术.北京:北京航空航天大学出版社.2007 4. 设计进度(2011年12月5日至2011年12月19日) 时间设计内容 2011.12.5 布置设计任务、查阅资料、进行硬件系统设计 2011.12.6~7 编制PLC控制程序,并上机调试;

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