工控实验报告

工业控制计算机实验报告

实验一A/D、D/A 转换实验

一、实验目的

1.了解温控系统的组成。

2.了解NI 测量及自动化浏览器的使用并对数据采集卡进行设置。

3.了解Dasylab 软件的各项功能，并会简单的应用。

4.通过实验了解计算机是如何进行数据采集、控制的。

二、实验设备

微型计算机、NI USB 6008 数据采集卡、温度控制仪、温箱。

三、实验内容

1．了解温度控制系统的组成。

2．仔细观察老师对数据采集卡输入输出任务建立的过程及设置还有dasylab 基本功能的演示。

3．仔细阅读dasylab 相关文档，学习帮助文件tutorial 了解其基本使用方法。

4．动手实践，打开范例，仔细揣摩，并独立完成数据采集卡输入输出任务的建立并建立并运行单独的AD 及DA 系统，完成之后，按照自己的需要及兴趣搭建几个简单的系统运行。

四、温控系统的组成

计算机温度控制系统由温度控制仪与计算机、数据采集卡一起构成，被控对象为温箱,温箱内装有电阻加热丝构成的电炉，还有模拟温度传感器AD590。系统框图如图所示：

五、温控仪基本工作原理

温度控制仪由信号转换电路、电压放大电路、可控硅移相触发器及可控硅加热电路组成。被控制的加热炉允许温度变化范围为0～100℃.集成电路温度传感器AD590(AD590 温数据采集卡温度控制仪

温箱度传感器输出电流与绝对温度成正比关系,灵敏度为1uA/K).将炉温的变化转换为电流的变化送入信号转换、电压放大电路.信号转换电路将AD590 送来的电流信号转换为电压信号,然后经精密运算放大器放大、滤波后变为0～5V 的标准电压信号，一路送给炉温指示仪表,直接显示炉温值。另一路送给微机接口电路供计算机采样.计算机通过插在计算机USB 总线接口上的NI USB 6008 12 位数据采集卡将传感器送来的0～5V 测量信号转换成0～FFFH 的12 位数字量信号,经与给定值比较,求出偏差值,然后对偏差值进行控制运算,得到控制度

变化的输出量,再经过NI USB 6008 将该数字输出量经12 位D/A 转换器变为0～5V 的模拟电压信号送入可控硅移相触发器,触发器输出相应控制角的触发脉冲给可控硅,控制可控硅的

导通与关断,从而达到控制炉温的目的。

六、思考题

1.数据采集系统差分输入与单端输入有些什么区别？各有什么优缺点？

答：差分输入的是将两个输入端的差值作为信号，这样可以免去一些误差。单端信号是相对于差分信号而言的，单端输入指信号有一个参考端和一个信号端构成，参考端一般为地端。差分输入的优点是测量精度较高可以抑制干扰信号，缺点是连线较为复杂。单端输入的优点是连线简单，缺点是精度不够高。

2.dasylab相对于ni其他软件有什么优缺点？

答：（1）dasylab拥有专业图形化高速数据采集、显示、控制、分析软件包。

(2)易用的图形化界面,无需繁琐的编程工作,满足非专业编程人员的测试需要

(3)支持各种总线的硬件产品，与康泰公司数据采集硬件完美配合使用，此外还支持数十家专业数采厂家的硬件产品。

(4) DASYLab是多功能组态软件包，采用全模块化设计，无需任何编程经验，即可轻松搭建数据采集、分析、显示、控制软件。

3. 利用你的发散思维，罗列出dasylab的应用场合，越多越好。答：dasylab可以应用在各种自动控制领域，dasylab可以用在电压、电流、流量、压力控制及测量领域，也可以模拟各种虚拟仪器。

4.给出一个你心目中dasylab的理想应用，用简单的dasylab模块画

出来并辅以简洁的说明。

答：通过dasylab用于每天的污染指数的测量，对于每天污染指数进行测量，并且对于数据进行分析，记录其峰谷值，以及污染指数变化的周期。将其测量以及分析所得数据绘制成图表，以供研究污染指数的变化趋势。

七、实验小结

通过第一次实验，我对于dasylab有了初步的了解。Dasylab这款软件对于初学者来说是比较容易上手的，友好的图形界面有效的能够使使用者对于所需要的系统进行模拟，简洁明了的图形界面免去了使用者对于编程方面能力的需求。在免去编程能力的需求的同时又拥有大量控件，可以满足所有的模拟要求，对于多种不同输入情况下的系统状态都能进行模拟，是一款非常优秀的软件。

实验二基于DASYLab的的温度控制系统设计实验

一、实验目的

利用Dasylab 软件实现基本的PID 温度控制算法。

二、实验设备

微型计算机、NI USB 6008 数据采集卡、温度控制仪、温箱。

三、实验内容

1．利用NImax 建立数据采集卡的输入输出任务。

在前面实验的基础上，在DASYLab 工作区搭建完整的P、PI、PD、PID 控制电路，设置相应的参数，运行程序查看控制效果。

2．分别搭建模入、模出通道并验证其有效性

3. 在选取系统提供的PID 模块，创建完整PID 系统，添加合适的辅助模块，观察温度曲线。在做好一组算法曲线之后，打开温箱外壳，自然冷却，待温度低于30 度时装回外壳，再做另外一种算法。对上课所学内容一一印证。

4. 在有时间的情况之下，参考图自行搭建PID 系统。观察此次实验曲线和前面的采样曲线有什么区别？到达峰值的时间，超调量的大小等。

四、实验原理

（见实验一）

五、PID 实验说明

参考程序示意如图所示

基于DASYLab的PID控制程序示意图

图是本次实验的最小系统示意图，完整的、功能相对完善的图请同学自行完成。当给定温度为40°C时，控制电流曲线和测量温度值、误差变化如图所示。

PID控制响应曲线1：设定温度值2:测量温度值3：误差

有关上面给出程序框图的说明：

1）上图程序框图为最小系统仅供参考，各人可根据自身的具体情况做适当的修改，譬如下图的PID控制响应曲线上面有毛刺，不平滑，如果考虑在内，应当怎样去除毛刺？构建出一个实际应用的仪器面板应当如何做？

2) 上面的图示并未反映各个模块具体是怎么配置的情况，请自行分

析，适当地设置。

3）有关PID参数的整定，请按照教科书或参考材料上的介绍的方法先做一个规划，有序地进行。

六、实验步骤

1.实验前认真阅读注意事项；

2.检查温控箱和数据采集卡的连线是否接好；

3.打开电脑，确定温控仪是否处在机控状态；

4. 用NI max软件对数据采集卡进行配置（建立输入输出任务）。然后进入NI DASYLab软件界面，点击老师通过电子教室分发的相关文档学习了解usb 6008、ni max 软件的设置，dasylab 的基本用法；

5.选取模入通道模块、系统自带PID 模块、模出通道及一些虚拟仪表等构成闭环；

6.设定合适的PID 参数；

7.设定好以后点击启动按钮开始实验，观察实验现象；

8.做完一种算法实验后，关掉温度控制仪电源，打开温箱的外壳，使其自然冷却。

9.待炉温下降至30 度以下，选择另外一种算法，用上述同样的方法重复前面的步骤实验；

10.观察此次实验曲线和前面的采样曲线有什么区别：包括到达峰值的时间，超调量的大小等。

11.完善最小系统，加上滤波等模块，建立仪器面板等组成一个较为

实用的系统。

七、实验注意事项

1. 确定温控仪处在机控状态。控制方式一定要处于机控，否则可能炉温上升过快，采样失败，更有可能导致炉温过热，烧毁电炉。

2.升温时电流大小达到0.9A 左右。

3.温度给定设在40 度左右，以延长电炉的寿命并缩短实验时间。

4.采样期间因其过程较慢，要耐心等待。

5.每过一段时间用手触碰温箱的外壳，如果手感觉不烫，就说明温度没有失控。

6.务必先预习DASYLab帮助中“Basics、Tutorial”部分内容，而后再设计编程，以免浪费时间。

7.先利用控制模块组中的PID模块组成系统并改变参数做实验，然后不使用控制模块组中的PID模块，自行搭建PID控制模块试试。8.因预习时同学们手头不一定有数据采集卡，因此可以暂时用声卡或信号发生器代替，到实际做实验时将其替换回即可。

八、实验结果

实际连线图如下：

实验情况如下：

九、实验思考题

1.现在的温控系统只能控制炉温的上升，炉温的下降要靠自然冷却，所以在此期间无法通过计算机控制，如果是由你来设计一个温度控制系统，应该如何改进，以便都能用计算机控制？

答：应在温控系统中加入一个可以用于冷却的风扇装置，当需要降温时通过程序开启风扇使其温度降低，降低到所需温度时再通过程序控制使其关闭。

2. 对于数据采集过程中产生的毛刺，如何去除？用哪个模块？简要说明之。

答：毛刺可以利用数字低通滤波器去除。在输入模块后面加入一个Digital Filter即可。

3. 感觉温度上升太慢，要针对这点改进，即做到温度上升较快，而又满足控制优化的目标，应当如何改进，给出dasylab 的实际连线图，并简要说明之。

答：想要使温度上升较快并且满足控制优化的目标可以再PID环节中引入反馈，通过对于反馈参数的设置完成所需的控制要求，如下图所示。

实验三基于DASYLab的网络测控

一、实验目的：

通过实验了解网络测控系统的组成及应用前景。

二、实验设备：

微型计算机、NI USB 6008 数据采集卡、温度控制仪、温箱。

三、实验内容：

不相邻的同学二人一组，在前面实验的基础上，一人设置成服务器，另一人设置成客户机，在原有程序基础上加入网络传输等模块并合理地配置之后，双方启动程序，服务器端向客户机端发送数据，在观察结果无误之后，二人交换服务器与客户机的角色直至完成实验。

四、实验步骤：

1、网络测试系统组成：

在对某型号的武器装备试验进行测试时，由于试验现场环境恶劣且具有危险，而且要求对该信号进行定期或不定期的监测，在这种情况下，我们采用了网络测试技术，其测试连接如图3-1所示。

图3-1 系统构成框图

图中的Dewebook是集信号调理和A/D数据采集功能于一身的仪器，由在试验现场的电脑(服务器)通过1394口的数据线与其连接，运行虚拟仪器软件Dasylab10.0的程序对其进行控制。将测试数据采集后，存入服务器的同时通过LAN网络发送给远端的客户机，由客户机进

行数据整理、分析。

2、TCP/IP网络设置：

2.1 设置IP地址：

在服务器上设置IP地址如下：IP地址(I)：192.168.0.228；子关掩码(U)：255.255.255.0。在客户机上设置IP地址如下:IP地址(I)：192.168.0.225；子关掩码(U)：255.255.255.0。

2.2 建立两机间的网络通讯：

在客户机WINDOWS桌面下，点击“开始”，在点击“运行”，键入“command”命令,点击“确定”。在出现的DOS界面下PING服务器的IP地址，即键入“ping 10.0.1.1现图2所示，即表明两电脑之间的网络可以互联互通。

反之，表明两机之间通讯失败。需要检查网络，直至出现图3-4的显示。

3、Dasylab软件设计与模块设置：

3.1 服务器的Dasylab程序设计：

在试验现场的服务器运行主程序如下图所示：

程序的主要模块有信号发生器、数字示波和网络传输。Dasylab程序界面下点击“measurement”的下拉菜单，点击“remote control”,来进行远程控制的设置，定义此机为服务器。口令“Password”可以不设置。如图3-6所示：

图3-6定义服务器

在服务器主程序下双击“NET OUTPUT00”模块,进行网络输出模块设置。在“data transfer”选项中点选“blocks”，即网络间以“blocks”的方式传输数据，较“Single Values”方式会占用更多的计算机资源和网络带宽，但数据传输正确且几乎无迟滞性，现有的计算机性能都能满足要求。如图3-7所示：

图3-7 Net Output设置

3.2 客户机的Dasylab程序设计：

在试验远端的客户机运行主程序如图3-8所示：

图3-8 客户机的Dasylab程序界面

程序的主要模块有网络接收数字显示。

在Dasylab程序界面下点击“measurement”的下拉菜单，点击“remote control”,来进行远程控制的设置，定义此机为客户机，受名为“IAD10”的服务器控制。

在客户机主程序下双击“NET INPUT00”模块，进行网络模块的设置，在“Network Connection”的设置中，点击“Computer Name”的“Browse”,选择与其相连的服务器名称。点击“Module Name”的“Browse”,选择服务器的网络输出模块名称。在“Option”设置中钩选，意思是如服务器重起试验，本机停止且重起试验。其它可保持缺省设置。

至此，完成了网络化的模块设置和程序设计。

4、运行：

4.1运行服务器的Dasylab程序：

运行服务器程序如图3-10所示：

图3-10 服务器程序运行结果

4.2远端的客户机上运行Dasylab程序：

如图3-11所示：

图3-11 客户机程序运行结果

由服务器和客户机运行结果可以看出，两程序的输出相同。

五、实验思考题

1.如何查看本机的ip地址？

答：运行->cmd->在命令行中输入ipconfig即可查询到本机ip地址2. 10开头的ip地址属于哪一类地址有什么特点？

答：10开头是内网IP，属于B类ip地址。内网的计算机以NAT（网络地址转换）协议，通过一个公共的网关访问Internet。内网的计算机可向Internet上的其他计算机发送连接请求，但Internet上其他的计算机无法向内网的计算机发送连接请求。

3.怎样知道本机到目标机的网络通道是畅通的？

答：运行->cmd->ping + 目标主机IP，若请求不超时则网络通道是畅通的。

4.举出你一个你熟悉的网络测控案例，并用dasylab 绘出来，简要说明之。

答：利用网络测控可以进行对于各种数据进行采集并进行加密，并通过网络将加密过后的数据传送到服务器。下图中上半部分的过程即为数据采集以及加密阶段。同时服务器可以接受加密后的数据，并进行解密，并根据解密后的数据绘制对应的图像。下图中下半部分的过程即为数据解密阶段以及图像绘制过程。

六、实验心得

通过这三个实验，我初步了解了dasylab的用法，并且了解了其在工业控制过程中的用法与作用。这三个实验中包括了A/D、D/A转换、温度调控实验以及网络测控实验，包含了数据转换、参数控制、网络通信等方面的内容，能够使得我们能够将书本上学习到的控制方法通过简单直观的方式通过dasylab进行运用和实验。通过dasylab成熟的图形界面，即使没有编程基础，我们也能够模拟整个控制过程，完成对于所需要操作的控制目标。