控制系统综合设计课程任务书2011

自动化专业
控制系统综合设计课程
任务书
盐城工学院电气学院
2011年12月30日
控制系统综合设计实施方案
一、目的与任务
本课程设计是自动化专业教学中的一项重要专业实践环节，为了使学生对在以后的就业中可能接触到的生产现场、生产过程和测控系统的设计有较为深刻的认识，本次课程设计重点是要求学生能够设计完成一个实际的应用系统。

通过设计应用系统，使学生对所学的传感器、微机原理、计算机网络、组态软件等方面的知识有更进一步的深刻的认识和掌握，培养学生综合应用所学专业知识和技能分析解决实际问题的能力，熟悉技术设计工作的一般程序和方法。

它对帮助学生全面深入地掌握测控类课程教学内容、培养学生的实践和实际动手能力、提高学生全面素质具有很重要的意义。

该课程以现场总线技术为主线，综合运用所学的工业数据通讯与控制网络、现代测控技术、计算机网络、计算机语言等方面的知识，通过课程设计，学生能掌握现场总线分布式控制系统的技术、体系结构、总线节点开发和设计方法。

目的是经课堂教学与实验，综合运用现场总线技术知识进行工业分布控制系统的构建及应用。

二、课程设计要求
通过设计，要求学生在指导老师的指导下，独立完成所分担的课题设计内容。

包括：正确选择方案。

正确进行器件的选择，软硬件设计及调试；根据课题设计要求进行必要的实验、调试；绘制相应的原理图；编制软件程序，实现相应的功能；编写设计说明书；参加答辩。

设计要求包括：
（1）初步掌握测控系统的分析、设计的基本方法。

完成测控系统结构原理图的绘制，完成一份课程设计说明书。

（2）掌握工业以太网和现场总线分布控制系统的基本概念、特性、体系结构、互连协议、工业现场实现等理论；
（3）掌握工业控制总线、现场节点设备软、硬件平台，即CAN控制局域网总线、以太网总线等各种总线的总线标准，完成基于不同总线的现场节点结构和系统设计；要求能初步应用各类编程软件开发工具进行总线和节点的开发。

三、课程设计题目
（一）基于组态的工业以太网总线温度控制系统设计
1．系统模型
基于以太网总线，构建分布式电烤箱温控系统，采用单片机、PC、控制软件编程技术，实现电烤箱温控系统设计。

以工业以太网教学实验开发平台为基础，利用组态软件
编写一上位机软件，模拟调试以现场总线为基础的热电偶温度检测模块与数字量输出模块的控制。

其中热电偶温度检测功能模块为只读数据，数字输出为可配置数据。

利用功能模块检测温度，通过数字输出通道来控制继电器开关，实现温度控制。

2．综合设计实现的基本功能
控制烤箱温度，量程范围0～100℃, 超调量不超过5％。

3．综合设计的具体要求
(1) 温度传感器选用J型热电偶；设计出温度检测的硬件控制系统，给出硬件系统的电路原理图。

（2）实现热电偶温度检测系统软件设计，量程范围0～100℃，采用组态软件进行分布式电烤箱温度控制系统监控软件设计，完成系统整体集成，调试运行。

（二）煤矿瓦斯检测报警系统设计
1．系统模型
综合运用气体传感器、单片机及其他外围设备设计一个针对瓦斯气体的检测与报警系统，当煤矿中瓦斯气体的浓度达到一定值时发出报警信息。

以工业以太网教学实验开发平台为基础，利用组态软件编制一上位机软件，模拟实现以现场总线为基础的煤矿瓦斯检测报警系统设计。

其中瓦斯检测采用气体传感器实现，采用以太网模块对气体传感器信号进行检测，实时显示、报警。

2．综合设计实现的基本功能
检测瓦斯浓度，通过组态界面显示，当达到一定浓度时实时报警，切断开关。

3．综合设计的具体要求
（1）构建控制报警系统硬件框架，给出硬件系统的电路原理图。

（2）根据系统设计要求实现的功能利用组态软件进行系统性能设计。

（三）基于工业以太网总线的直流(DC)电机调速系统设计
1．系统模型
典型的DC电机通过改变输入电压来改变电机在负载条件下的转动角速度。

以单片机控制系统核心部分，单片机主要完成采集数据并将数据送给PC机进行相应处理 ,电机转速信号的采集均由单片机系统自行完成,然后通过现场总线将转速信号实时地传送给PC 机进行处理。

以工业以太网教学实验开发平台为基础，利用组态软件编写一上位机软件，模拟实现以现场总线为基础的直流(DC)电机调速系统设计。

利用功能模块输出电压变化，改变电机转速；电机的起、停控制由功能模块完成。

2．综合设计实现的基本功能
控制直流电机的启停、改变输入电压（0-10V）来改变电机转速，测量直流电机的转速。

3．综合设计的具体要求
（1）构建直流(DC)电机调速系统硬件框架，给出硬件系统的电路原理图。

（2）根据系统设计要求实现的功能利用组态软件进行系统性能设计。

（四）基于以太网总线的自动门控制系统设计
1．系统模型
通过对系统要求和功能进行分析 ,提出了系统整体设计方案。

步进电机转速信号的采集均由单片机系统自行完成,然后通过现场总线将转速信号实时地传送给PC机进行处理。

以工业以太网教学实验开发平台为基础，模拟实现自动门控系统的设计。

利用功能模块检测光电开关的信号及步进电机的起、停和方向控制，通过实验平台上的步进电机模拟电动门，光电开关信号来模拟实现人的进出。

利用组态软件编写一上位机软件，实现对光电开关的检测及电机的控制。

2．综合设计实现的基本功能
有人来到门前，门打开；人离开时，门自动关上；记录人数（最好是进出人数）；
3．综合设计的具体要求
（1）给出硬件系统的电路原理图
（2）对整个系统进行构建，根据系统设计要求实现的功能利用组态软件进行系统性能设计。

（五）基于组态的CAN总线温度控制系统设计
1．系统模型
基于CAN总线，构建分布式电烤箱温控系统，采用单片机、PC、控制软件编程技术，实现电烤箱温控系统设计。

以iCAN 教学实验开发平台为基础，利用组态软件编写一上位机软件，实现以CAN 总线为基础的热电偶温度检测模块与数字量输出模块的控制。

其中热电偶温度检测模块iCAN为只读数据，数字输出为可配置数据。

利用iCAN模块检测温度，通过数字输出通道来控制继电器开关，实现温度控制。

2．综合设计实现的基本功能
控制烤箱温度，量程范围0～100℃,超调量不超过5％。

3．综合设计的具体要求
(1) 温度传感器选用J型热电偶；设计出温度检测的硬件控制系统，给出硬件系统的电路原理图。

（2）实现热电偶温度检测系统软件设计，，采用组态软件进行分布式电烤箱温度控制系统监控软件设计，完成系统整体集成，调试运行。

（六）基于CAN总线的直流(DC)电机调速系统设计
1．系统模型
典型的DC电机通过改变输入电压来改变电机在负载条件下的转动角速度。

以iCAN 教学实验开发平台为基础，利用组态软件编写一上位机软件，实现以CAN总线为基础的直流(DC)电机调速系统设计。

利用iCAN模块输出电压变化，改变电机转速；电机的起、停控制由iCAN功能模块完成。

2．综合设计实现的基本功能
控制直流电机的启停、改变输入电压来改变电机转速，测量直流电机的转速，对直流电机脉冲数进行计数。

3．综合设计的具体要求
（1）构建直流(DC)电机调速系统硬件框架，给出硬件系统的电路原理图与PCB图。

（2）根据系统设计要求实现的功能利用组态软件进行系统性能设计。

(七) 基于CAN总线的自动门控制系统设计
1．系统模型
以iCAN 教学实验开发平台为基础，模拟实现自动门控系统的设计。

利用iCAN模块检测光电开关的信号及步进电机的起、停和方向控制，通过实验平台上的步进电机模拟电动门，光电开关信号来模拟实现人的进出。

利用组态软件编写一上位机软件，实现对光电开关的检测及电机的控制。

2．综合设计实现的基本功能
有人来到门前，门打开；人离开时，门自动关上；记录人数（最好是进出人数）；
3．综合设计的具体要求
（1）给出硬件系统的电路原理图
（2）对整个系统进行构建，根据系统设计要求实现的功能利用组态软件进行系统功能设计。

(八) 基于组态的锅炉液位监控系统设计
1、系统模型
以iCAN 教学实验开发平台为基础，模拟实现锅炉液位监控系统的设计。

利用组态软件编写一上位机软件，实现对光电开关的检测及电机的控制。

2、实现的基本功能
（1）锅炉液位界面设计，若是动态画面要求能看出液位的波动；
（2）当前液位实时显示；
（3）液位上下波动范围最大为50~100m；
（4）液位低于55m或高于95m时报警鸣叫。

3．综合设计的具体要求
（1）给出硬件系统的电路原理图
（2）对整个系统进行构建，根据系统设计要求实现的功能利用组态软件进行系统功能设计。

四、推荐参考文献
[1] 于洋.《测控系统网络化技术及应用》，机械工业出版社
[2] 李正军.《计算机测控系统设计与应用》，机械工业出版社
[3]李江全.《计算机测控系统设计与编程实现》，电子工业出版社
[4]周立功主编.《工业以太网系统教程》
[5] 周立功主编.《iCAN教学实验开发平台实验指导》
五、设计分组68
六、时间安排：第十九周、第二十周
序号时间(天) 内容安排
1 0.5 布置课程设计任务
2 1 系统总体方案设计
3 0.5 硬件系统搭建
4 3 程序设计
4 2 调试
5 2 书写设计报告
6 1 答辩
七、课程设计报告写作要求
1、封面
2、内容提要
3、目录
4、正文
（1）概述。

本题目的意义、本人所做的工作及系统的主要功能；
（2）系统工作原理，设计流程及描述，设计步骤；
（3）程序代码、实验仿真结果。

5、课程设计体会
6、参考文献
八、考核办法及成绩：
1、考核办法：由平时检查、提问抽查、课程设计完成情况与课程设计报告质量及面
试等几方面结合起来考虑。

学习与设计态度的认真性，课堂知识理解掌握的深入程度，软件应用的熟练程度，设计方案的正确性或合理性，图文的质量效果，是否独立完成，是否具有独立分析解决问题的能力和创新精神等。

2、考核成绩：成绩按优、良、中、及格、不及格五级分制评定。

优：学习与设计态度很认真，设计方案正确或合理，图文质量好，独立完成。

良：学习与设计态度认真，设计方案基本正确或合理，图文质量较好，独立完成。

中：学习与设计态度较认真，设计方案基本正确或合理，图文质量一般，独立完成。

及格：学习与设计态度一般，设计方案有几处错误，图文质量一般，存在小错误。

不及格：学习与设计态度很不认真，设计方案有原则错误，图文质量差，或抄袭行为严重。

本课程设计环节考核按教学大纲要求具体实施，要求每一个学生独立提交一份自己设计的控制系统设计报告。

控制系统综合设计
专业
学生姓名
班级
学号
完成日期
盐城工学院电气学院
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Nur für den persönlichen für Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.
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