工控机实验报告

工业控制计算机实验报告

电气211

宋少杰

2120302078

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，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

立并运行虚拟的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A D590。

系统框图如图1-1 所示：

图

1-3

图 1-1系

统框图

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 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 U SB 总线 接口上的 N I 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,得到控制温度 变化的输出量,再经过 N I 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： 单端输入的输入信号均以共同的地线为基准.这种输入方法主要应用于输入信号电压较高(高于1 V),信号源到模拟输入硬件的导线较短(低于15 ft),且所有的输入信号共用一个基准地线.如果信号达不到这些标准,此时应该用差分输入。

对于差分输入,每一个输入信号都有自有的基准地线;由于共模噪声可以被导线所消除,从而减小了噪声误差.单端输入时, 是判断信号与 GND 的电压差. 差分输入时, 是判断两个信号线的电压差. 信号受干扰时, 差分的两线会同时受影响, 但电压差变化不大. (抗干扰性较佳) 而单端输入的一线变化时, GND 不变, 所以电压差变化较大(抗干扰性较差)。

差分信号和普通的单端信号走线相比，最明显的优势体现在以下三个方面：

a.抗干扰能力强，因为两根差分走线之间的耦合很好，当外界存在噪声干扰时，几乎是同时被耦合到两条线上，而接收端关心的只是两信号的差值，所以外界的共模噪声可以被完全抵消。

b.能有效抑制EMI，同样的道理，由于两根信号的极性相反，他们对外辐射的电磁场可以相互抵消，耦合的越紧密，泄放到外界的电磁能量越少。

c.时序定位精确，由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点，而不像普通单端信号依靠高低两个阈值电压判断，因而受工艺，温度的影响小，能降低时序上的误差，同时也更适合于低幅度信号的电路。目前流行的LVDS（low voltage differential signaling）就是指这种小振幅差分信号技术。

2.dasylab 相对于n i 其他软件有什么优缺点？

答：dasylab 相对于n i 其他软件：

(1) 专业图形化高速数据采集、显示、控制、分析软件包；

(2) 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) 多种功能模块，可方便的完成数据采集、显示、存储、分析、统计、运算、控制、触发等各种功能；

(4) 实时曲线显示频率高；

(5) 支持W indows 环境D DE(动态数据交换)、GUI(图形用户界面)；

(6) 支持几十家专业数据采集厂家的硬件产品。较其它利用汇编语言或高级语言编写源代码实现分析控制系统的软件，编程更方便、效率更高。

3.利用你的发散思维，罗列出d asylab 的应用场合，越多越好。

答： dasylab可用于医学、建筑、国防、通信、航天、航空、气象、勘测等领域。

4.给出一个你心目中d asylab 的理想应用，用简单的d asylab 模块画出来并辅以简洁的说明。

答：用 Dasylab 软件实现基本的 PID 温度控制算法。

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

同实验一。

三、实验内容

1．利用N Imax 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 2-1 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。

实验搭建的控制电路如图: