控制设计论文范例

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控制设计论文

控制设计论文范文1

(一)基于工作过程,构建课程设计体系

通过钢铁企业调研、专家座谈和毕业生调查等方法,确定材料成型及控制工程专业培养的目标岗位,确定各个岗位的代表性工作任务,然后分析每个岗位的典型工作任务,根据工作任务提炼为行动领域,按照教育教学方法将行动领域转化为学习领域,再转化为该学习领域课程。

(二)多方参与,提高教学质量

在课程设计资源整合时,与中冶赛迪、重钢股份有限公司等单位的行业专家、校外兼职教师进行沟通、协商,共同确立改革方案。校内专业教师主要负责调研资料的整理、课程理论基础的搜集论证,以及协调校内外教师的工作。行业专家主要负责学生的现场实践工作,并指导校内教师,确保课程设计体系的准确性。校外教师有选择地参与课程的教学过程,提供相关的实践案例。在课程设计的实施过程中,坚持行业专家、校内专业教师和校外兼职教师的多元化教学,改善教学效果,提高教学质量。

(三)采用任务驱动,重点培养实践能力

按照教学大纲的要求确定课程设计教学内容,课程设计的内容要体现项目导向任务驱动的教学理念。具体做法是根据教学大纲设计学习情境,在各种学习情境下分解具体任务。如加热炉课程设计,其典型任务是熟练掌握加热工艺要求,并对加热生产过程进行控制,根据该典型任务确定加热炉设计的下分任务,包括燃料燃烧计算、炉子的热工制度(包括炉温制度、供热制度、炉压制度及钢种的加热工艺制度)和炉膛主要尺寸的确定、炉膛热交换和金属加热时间计算、炉体结构及烟囱等辅助设备的设计,在具体的设计过程中只需进行下分任务的设计即可。

(四)坚持行动导向,注重实践能力培养

以加热炉课程设计为例,一方面通过一个个下分任务的完成,使学生能够在完成每一个下分任务的同时,不断积累经验,逐步掌握加热工艺制度制订的方法,充分利用所学理论知识,逐步建构较为完整的加热炉作业区工艺和设备情况,明确加热岗位的任务和职责,初步形成职业习惯,毕业后可以直接胜任加热岗位工作。另一方面,该课程设计结合操炉工考试相关的内容,引入行业标准,实现理论和实践的融通,提高学生的实际应用水平。

二、基于“工作过程”法的设计思路

(一)以能力为本位,确定课程设计教学目标

课程设计教学目标,是学生通过课程设计的实践锻炼在职业能力和知识认知上要达到的具体标准,它既是课程教学的龙头,又是课程教学质量评价的依据,因此必须认真分析和论证。以加热炉课程设计为例,笔者根据分析论证,确定其课程目标为:(1)能力目标。学会制订加热工艺制度(包括加热温度、加热速度、加热时间);能正确进行炉膛尺寸设计,熟练掌握不同钢种的加热要求。(2)知识目标。熟悉加热制度制订的依据,掌握炉型特点和结构设计的要求;熟练掌握加热的特点和要求,准确掌握不同加热缺陷的特点和判断。

(二)以工作过程为导向,选取教学内容

同样以加热炉课程设计为例,通过在特定条件下进行加热炉初步设计(包括燃料燃烧计算、炉子的热工制度和炉膛主要尺寸的确定、炉膛热交换和金属加热时间计算、炉体结构及烟囱等辅助设备的设计),要求学生把理论和实践结合起来,培养学生综合应用所学的理论知识去分析和解决工程实际问题的能力,帮助学生巩固、深化和拓展知识面,使之得到一次较全面的设计训练,为实际工程设计奠定基础。

(三)以项目教学为手段,实现教学目标

课程设计教学充分体现了专业性、应用性和实践性。加热炉课程设计的具体思路是:首先,明确该课程与专业、职业的关系,确定该课程是材料成型及控制工程专业的核心课程。其次,进行学习情境和任务的设计,即确定教学内容。如在确定加热温度的过程中既考虑避免出现过热过烧,还要考虑Si、Mn等合金元素的影响及加热目的,从而进行综合确定。最后,进行考核与评价。通过聘请赛迪工业炉和重钢集团的专家进行现场数据对比分析,确定设计与现场生产的差距,从而确定合理的评价体系,促进课程设计的不断完善。

(四)构建多元化、开放式的教学评价体系

仍以加热炉课程设计为例,从入炉到出炉采用流程化作业,根据工艺的各个环节,将每一段的温度、速度和炉压确定有机结合起来,制订适合生产现场的工艺制度。在考核方面进行多元化考核,在结束设计后,学生采用答辩的方式将自己的设计思路、理念和工艺规程进行有效整合,老师结合学生的答辩提出问题,最后送行业专家评阅,从而实现过程性考核和结果性考核的有机结合。

三、基于“工作过程”法的实践效果

2012年下半年开始用基于“工作过程”法对材料成型及控制工程专业的课程设计类实践课进行改革,将现场数据采集和课堂工艺设计有机结合起来,经过两年的教学实践,采用平时观察、访谈等方式分析了该方法的实施效果。

(一)提高了学生的学习兴趣

采用基于“工作过程”法,将现场的工艺设计搬到课程设计里面,利用课程设计完成现场工艺参数的选择和确定,利用课程设计解决现场的实际问题,显著提高了学生的学习兴趣。

(二)提高了课程设计的学习效果

基于“工作过程”法将理论课程和实践课程有效结合起来,将知识体系进行重新构建,扩展了学习的时间和空间,为学生的深入思考和广泛交流提供了便利,加深了学生对理论知识的理解,能够从生产实际出发,主动提出问题、分析问题和解决问题,使学生从以前的不问所以然的埋头计算变成了分析工艺参数和处理现场问题的参与者,从而促进了对知识的理解与应用。

四、结语

控制设计论文范文2

系统构成,以夏季空调制冷为例:通常中央空调的循环水系统关键是包括着两个水循环系统,也就是使用敞开式系统冷却水循环系统以及使用封闭式系统冷冻水循环系统,以及制冷机组和风机盘管与冷却塔。需要进行降温的房间之内会装设风机,这里的风机关键是进行冷空气吹入至房间,进而能够促使房间内热交换程度加快便于实现降温。工作原理,为了能够促使室内温度保持在一个非常舒适的范围之内,冬季的室内温度过低时中央空调体系会把循环热水送进风机盘管中,再将室外的低温空气进行循环经过风机盘管时,对应低温空气同样是和风机盘管铝片实行热交换来把风机盘管铝片热量传送于低温空气中,促使低温空气在进行加热之后送进房间之内,促使其室内温度得以有效升高;在夏季的室温过高时,中央空调系统就会运用水泵把经过制冷器主机所提供的冷冻水循环式送进风机盘管内,以便于在温度降低时风机盘管之内铝片及循环进的室外高温空气进行接触时能够展开热交换,最终将所得到的冷空气送进室内进行降温。

2基于LonWorks的中央空调智能控制系统

该空调机组所控制的相关现场总线系统工作原理是温湿度控制器测出温度以及湿度之后,再经过运算得到对应阀门调节输出,此时的输出是经过Lon网络送至对应智能阀处以产生阀门开度。智能阀数量以及空调系统结构有着极大的关联。开关量控制器是用在启停机组上的,以便于有效监测空调实时状态以及进行警报。

2.1系统硬件设计

关于智能阀门设计,相关智能阀门应该是直接连接于Lon网络之上的,并经过Lon总线接收其阀门的开度指令,此指令是以网络对应变量形式出现的。智能阀门关键硬件设计,从某种程度上来讲智能阀门是要求对应运算量和储存容量较少的,所以运用了神经元NeuronMC143120芯片和FTT-10A式的双绞线变压器耦合收发器,还有其电源是运用了LM2575式的降阶电压调节器芯片,其在进行滤波之后可以获得非常稳定的+5V电压,串行A/D转换器是使用TCL1549芯片,这样可以充分的满足于对应阀门开度有效控制精确度,继电器是使用了JGX-1F型式的固态继电器,该型号的继电器驱动能力较大且生命周期较长。

2.2温湿度控制程序软件有效实现

温湿度控制器是最关键的主控制器,其是要求具备较大储存空间以及处理能力,所以是使用了3150CPU模块。关于温湿度控制程序软件的实现应该分为两大部分,节点内部功能,这包括着相关模拟量采集以及处理和显示,并且具有四个PID回路,可以充分的达到参数修改以及运算和网络变量形式输出结果至其余控制器或者是智能阀处;还有就是主控制器,也就是温湿度控制器务必要具有及上位机可以通信的功能。依据其工艺技术的要求,温湿度控制器之内具有专门开辟的储存区域,这是存放上位机组态之后所形成的相关程序链,并且控制器经过详细分析程序能够对储存区域之内各类数据展开分析,再合理的调用子程序来充分实现各类功能及完成控制。

3中央空调节能理论分析

中央空调系统是经由制冷主机以及冷却泵和冷冻泵,还有冷却塔风机和风机盘管所组成的。应该说其制冷主机是经过压缩机来促使制冷剂快速冷冻循环水温度降低,通常通过制冷主机进行制冷之后的水温度大约是7摄氏度,这也是中央空调的冷源提供场所。冷冻水泵主要是将冷冻水进行加压至空调系统的对应末端系统,冷却水是经过冷却水泵将对应制冷主机中热量充分带走,通过冷却塔将这些热量有效的释放至空气中,之后就会回到冷水机组中。冷却风机能够合理的带动空气进行快速运动,经过空气带走冷却水热量,同时能够有效促使蒸发以致水温迅速降低。温度降低之后相关冷却水会进行再次循环,并进入制冷主机中,再次带走制冷机所存在的多余热量。中央空调系统可以说是多变量复杂且时变的系统,相关过程要素主要是非线性以及大滞后、强耦合的关系。模糊控制是基于模糊集合论以及模糊语言变量、模糊逻辑推理的计算机智能化控制理论,能够充分的适应于中央空调各个方面控制要求及需求。模糊控制下的变频调速技术能够充分达到中央空调水系统极好的温差变以及压差变和流量变的运行模式,可以促使控制系统具备极高跟随性以及应变能力,还能够依据相对被控制的动态过程特性识别来自主调节其运行参数,以便于得到最优化控制效果。模糊控制能够充分地适应于多变性特征,不过也正是因为该类复杂非线性才促使模糊控制极好地控制并克服了对应被控中央空调各个方面的要求及需求,进而实现极高的控制能力以及最佳运行状态。停机控制也就是确保空调区域完成运作后还能够具备较为舒适的环境,并有效计算出能够提前停止空调的最长时间。并且,在停止运用空调区域之前就有效控制区域空调关闭。

4结束语

控制设计论文范文3

在温度控制过程中,单一的定值开关控制方式会产生较大的温度迟滞现象,对于加热箱等干燥设备的干燥效果差、干燥品质低;但是在普通的干燥设备中,单纯采用PID控制方式会使控制系统变得复杂,对于硬件的要求程度高,在持续高温环境下精度也随之降低,故障率高。为了解决这一问题,本文设计一种单片机温度控制系统,该系统使用两种功率大小不同的加热方式。加热元件使用红外加热管,功率大的加热管起主要的加热作用,正常工作时处于启动状态。功率较小的加热管起辅助加热作用,在测量温度高于目标温度时立即停止加热,当温度低于目标温度时开启加热;但当温度高于目标温度上限一定值时,主加热管也停止工作,同时引风机开启,辅助降温。对于一般的电加热干燥设备而言,此方案能够满足实际生产的需要,并且温度延迟效果低,节能效果显著。

2系统硬件电路设计

2.1系统主结构设计

该温度控制系统由主控制系统、温度采集模块、温度显示模块、温度动态控制系统、报警模块和按键控制系统组成。

2.2单片机主控系统

作为温度控制系统的核心部分,单片机承载着对温度信息的处理、按键的扫描识别、温度动态控制系统的协调、输出显示温度和报警的任务。本文采用的AT89C52单片机是美国ATMEL公司生产的低电压、高性能CMOS8位单片机。其内部有8k字节可重擦写Flash闪存,成本低廉,兼容MCS-51系列的所有指令,程序语言丰富;与AT89C51相比,存储空间更大,中断源更多,方便后期其他模块的添加;技术成熟,因此在自动控制等领域被广泛采用。AT89C52单片机主控制系统与其他模块连接原理图如图2所示。P1.0~P1.4口为键盘输入端口,通过对应按键对目标温度的上下限进行设定。数字温度传感器总线与单片机的P1.7口相接,经过单片机处理之后,测得的温度输出至P0口,通过LCD1602显示出来。温度动态控制信号通过单片机P2.4~P2.6口传输。加热管和散热风扇采用的是220V的交流电,温度控制口接相应控制电路的继电器,通过继电器控制加热、散热部分的工作。

2.3温度采集模块

DS18B20是由美国DALLAS公司生产的数字温度传感器,它通过单总线协议依靠一个单线端口进行通讯。其仅占用一个单片机的I/O口,无需其他任何外部件,把环境温度直接转化成数字信号,以数字码方式串行输出,从而简化了传感器和微处理器之间的接口。该传感器可以单个于单片机连接实现温度采集功能,在需要采集多点温度数据时,只需将多片DS18B20同时挂在一条总线上,由软件对每个温度传感器的ROM编码进行识别即可,具有成本低、结构简单、供电方式多样、方便扩展和可靠性高等优点。

2.4温度动态控制系统

温度动态控制系统主要由加热管、引风机、继电器等构成。单片机的P2.4口接主加热管的控制继电器,通过输出高低电平来实现主加热管的启动和停止;单片机的P2.5口与控制调温加热管的继电器相连;降温风机控制继电器控制端和高温报警电路,与单片机的P2.6口相连。

3系统软件设计

3.1主程序流程图

系统开机启动后,通过温度控制按键设定干燥温度范围;由传感器DS18B20采集实时温度,通过控制系统的对比给出控制信号,同时定时对按键进行扫描,以随时调整目标温度范围。

3.2温度数据读写子程序设计

由于DS18B20单总线通讯方式的特殊性,传感器读写温度数据具有严格的时序要求。工作时序包括初始化、读时序和写时序。单片机的命令和温度数据的传输都从执行单片机写时序的指令时开始,对于单片机需要DS18B20送回数据,要在写时序命令执行之后再启动写时序指令才能完成对数据的接收。总线通讯方式使得硬件电路的连接变得简单,但也使得程序部分变得复杂。本文采用的是一个传感器,因此在串口通讯时不需要识别传感器的序列号,程序中写入跳过读ROM序列号步骤。

3.3按键扫描子程序

由于不同的加热干燥对象对温度的要求不同,加热的温度控制部分要能够方便、快捷地设置温度上、下限。在干燥物的不同阶段,干燥的温度有所不同,在干燥过程中温度的范围需要做出调整。这就要求温度的上、下限设置在干燥的过程中也能够执行。因此,单片机在执行温度采集、显示和控制的同时,也要时刻监视按键是否被按下,对温度设定进行调整。针对这一问题,在程序中加入一个按键扫描子程序,定期执行按键的扫描功能,同时也要有中断子程序保持设定完温度之后单片机可以继续刚才未完成的工作。因此,按键扫描程序设计的思路是:在开机启动阶段,通过按键对控制温度范围进行初设定;在工作过程中,单片机定期对按键进行扫描,判断是否有按键被按下,如果有按键被按下,则加入一个外部中断,单片机转而执行干燥温度范围调整指令;待任务完成之后,继续返回执行温度控制命令。

4proteus仿真结果

温度控制系统硬件电路设计部分在proteus软件上完成,当C语言程序在keil软件上编译调试成功之后,导入单片机进行系统总调试。温度采集模块:DS18B20的温度实时数据能够有效地显示出来;键盘控制模块,相应按键按下之后,程序立即响应指定的动作指令;温度控制模块:采集的温度低于设定低温下限时加热管工作,高于温度上限时停止加热并且风扇开启降温;报警模块同样工作正常。调试后的温度显示结果如图4所示。LT、HT分别表示设定的温度下限与上限,1602的第2行显示实时温度。

5结论

1)功率不同的加热管承担不同的功能,大功率红外加热管起主要加热功能,小功率加热管控温,使得温度滞后幅度变小,减少能源浪费,节电效果显著。

控制设计论文范文4

该系统每条生产线由立式上料机、高速除磷机、多道被动轧机、主动轧机、辊缝调整、在线质量检测、中频退火、废钢剪切装置、夹送装置、吐丝机、输送辊道、集卷站组成。三条生产线配合地辊运输机、上料机液压站、轧机稀油站、集卷站液压站、卸卷站液压站以及打包机组成系统。热轧光圆盘条通过立式上料机进入高速除磷机去除表面氧化皮,然后进入被动轧机,由主动轧机带动将钢筋压扁,主动轧机将钢筋轧出花纹,通过辊缝调整调节压轧量。轧出花纹的钢筋进中频退火装置对钢筋加热退火,通过废钢剪切装置将不合格的废钢碎断处理,成品钢筋经夹送装置送入吐丝机。吐出的盘圆钢筋经输送辊道冷却后送入集卷站收集,成卷后的钢筋经地辊运输机送至打包机打包,最后经卸卷站送出系统运至仓库。

2控制系统

2.1系统组网

考虑到生产系统的稳定性以及中频退火干扰等因素,我们选择了市场上技术比较成熟应用较广的西门子系统。生产线CPU采用S7-317-2PN,地辊运输机和各个液压站采用S7-315-2PN,稀油站采用S7-312C+以太网模块,这样所有的设备均能通过以太网连接至中控室交换机,通过中控室工程师站调试设备更改程序,通过操作员站远程操作设备,查询各个设备的工作状态、故障内容等信息。在线测径仪采用天津兆瑞公司的最新产品,通过以太网通信,能够实时显示钢筋的基圆尺寸、纵肋高度等信息,为在线质量检测提供了可靠保证,也为在线质量自动调整提供了前提。所有设备通过工业以太网连接至主操作室交换机,实现实时监控与数据交换。

2.2生产线主站与远程IO组态

生产线CPU采用S7-317-2PN,按照距离远近将设备分成7个从站,采用ET200S和ET200M的远程IO,所有站通过工业以太网与主站CPU连接,7个从站分别是上料机站、轧机站、飞剪吐丝辊道站、集卷站、中频1站、中频2站和中频3站。在需要操作和监控的地方设置了触摸屏,采用西门子的MP277触摸屏,通过以太网与主站PLC通信。

2.3主站PLC与变频器DP通信

现场变频器均采用伟肯NXP系列,通过调取伟肯提供的GSD文件,对各个变频器组态。根据工艺及机械要求,包括上料机的送料小车、旋转小车和升降台共3台变频器;轧机部分1台变频器;废钢剪切装置1台变频器;夹送装置1台变频器;吐丝机1台变频器;输送辊道8台变频器;集卷站的升降台、托盘、小车3台变频器。共计18台变频器,通过DP总线实时传递启停信号和速度指令。

2.4控制要点

2.4.1生产线自动化控制

生产线的自动化主要体现在全自动上料机、全自动集卷站、全自动地辊运输线上。全自动上料机从上料到送料再到换料,基本实现一键式操作,每次只需在原料接头后按按钮确认即可,整机包括二十余个接近开关和五个光电开关,为自动化提供条件。全自动集卷站与全自动地辊运输线互相配合,实现自动落料,自动剪切,自动换料架,整机也有十余个接近开关和数个光电开关。全自动地辊运输线由百余节轨道组成,料架在运输线上自动运行,完成卸料。

2.4.2生产线速度匹配

由于整条生产线从上料到集卷为一整条长丝,因此对生产线的速度匹配提出了较高要求,特别是轧机与夹送电机之间,夹送电机太快容易将钢筋拉细,太慢又容易堆钢,在电机的控制模式上选择了速度控制与转矩控制相结合的方式,满足了控制要求。吐丝机的速度决定了产品的圈形大小,而且速度的快慢与圈形的大小并不是线性的关系。最终,通过生产实践,吐丝机的速度采用自动调整加手动微调的方式进行控制,满足了产品质量要求。

2.4.3轧机闭环控制与中频退火

无论是生产线速度匹配还是中频退火都要求轧机速度稳定,对轧机变频器采取带编码器的闭环矢量控制方式,基本满足要求。中频退火作为整条生产线的工艺核心,基本满足了输出稳定、响应迅速、高效节能的要求,为生产高性能产品提供了依据。而轧机与中频的工艺配方也为全线的自动化与高速生产提供了保证。该工艺配方是合力公司几年来生产实践的结晶,具有很高的实用性和适应性,能够保证产品质量。

2.4.4飞剪碎断

生产线启动时中频退火的启动过程中产生质量不能达标的废钢,为满足生产质量要求,需要将之从成品中去除,于是便有了飞剪碎断装置。该装置是在原来的定尺剪切的基础上改装得来,用变频器替换了伺服控制器,这就对变频器的启动加速和制动减速性能提出了很高要求。如果加速时间过长,在切到半圈内不能达到生产线速度,就会产生堆钢。如果中频退火达到规定温度,在停切时不能及时停车,就会造成飞车,影响生产线连续运行。最终采用凸轮控制模式,满足了生产工艺要求,既不会使变频器加速报警,又保证了及时制动。

3结语

控制设计论文范文5

1.1控制系统总体结构

为了满足废墟灾难环境中的控制需求,设计了蛇形机器人控制系统。控制系统上层是监控系统,通过ZigBee无线模块给主控系统发送控制蛇步态的指令,如蜿蜒、蠕动、翻滚、分体等。主控系统的音视频信息和惯导、温度、湿度、压力、有害气体等传感器信息分别通过1.2G无线收发模块和ZigBee模块传输给监控系统显示。主控模块通过ZigBee无线模块与从控系统进行通信,以控制其实现相关的步态。

1.1.1主控系统

主控系统主要由ARM核微处理器STM32、无线通信模块以及传感器组成。主控系统通过无线模块接收监控系统的控制指令,并根据指令决定搜救机器人的运动步态、运动方向以及到达目标的位置;传感器收集灾难环境中音视频、温度、湿度、有毒气体以及红外测距信息,微处理器根据测距信息选择合适的运动步态,并将控制指令通过无线模块发送给从控系统去执行。

1.1.2从控系统

从控系统使用了和主控制器一样的高速ARM处理器,可同时控制18路PWM舵机。从控系统通过ZigBee无线模块从主控制系统获得控制指令,通过PWM信号控制关节机构运动。

1.2步态控制

Serpenoid曲线用来规划蛇形机器人的运动轨迹,并确定搜救机器人的驱动函数。

2实验平台

2.1蛇形机器人简介

该机器人具有如下几个特点:1)采用3D打印而成,既缩短了加工周期又节约了成本;2)通过ADAMS软件仿真,进行了机械结构设计,直线长度为2m,具有6个正交关节和1个分体机构,腿部具有变形机构,可以进行站立、卧倒、蜿蜒、蠕动、分体、翻滚等步态;3)机器人采用6V,4500mAh的电池供电,确保机器人能够连续运动0.5h以上。

2.2平台搭建

按照前文所述,搭建了柔性变形蛇形机器人控制系统的整套硬件电路。

3实验结果

3.1通信实验

蛇形机器人上位机监控界面,上位机通过远程监控搜救机器人自主移动、翻越障碍物、爬坡等实验,通过无线模块实时传输机器人所处环境的各种传感器信息,并能综合各种环境信息通过无线模块控制机器人运动。实验验证了蛇形机器人控制系统可实现多信息的实时准确无线通信,能够满足复杂搜救环境的通信需求。

3.2移动性能实验

经过多次实验,不断地调试分别实现了自主柔性变形蛇形机器人蜿蜒、蠕动、分体、翻滚等平面和立体运动步态,运动平稳,曲线平滑,蜿蜒运动速度可达0.5m/s。通过穿越狭小空间、翻越障碍物、爬坡等试验,验证了蛇形机器人在不同的环境中,具有良好的多步态运动稳定性和自主移动性能。蛇形机器人在模拟灾难场景中的各种运动步态。

4结束语

控制设计论文范文6

系统由上位机和下位机组成。其中,上位机安装了组态软件服务器,负责接收发回来的数据和发送相应的命令;下位机由网关和节点组成。其中,节点是由电源模块、ZigBee模块、传感器、太阳能板、电磁阀等部分组成。在稻田池块处放置节点,根据水稻生长时期和土壤状况确定传感器埋设深度,实时监测池块变化。设计时,在池块中布置8个节点,网关与节点中采用ZigBee树状网络通讯,网关与上位机采用GPRS通讯,系统网关和节点都通过太阳能板供电。节点实时采集传感器的数值,经ZigBee传输到网关,数据实时显示在组态屏上,网关将数据融合后由GPRS传送到上位机。上位机软件接收并处理数据,根据相应的预设参数和采集回来的参数,会自动控制电磁阀启停功能。同时,网关还可以监测电池电量的参数,并传送至上位机。

2系统设计

2.1网关控制芯片的设计

STC12C5A60S2/AD/PWM系列单片机是宏晶科技生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机,是高速/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机,指令代码完全兼容传统8051,但速度快8~12倍;内部集成了MAX810专用复位电路、2路PWM、8路高速10位A/D转换(250K/s),针对电机控制,适用于强干扰场合。

2.2节点驱动电路的设计

采用驱动继电器控制电磁阀的方式。为了提高系统的可靠性,采用5V继电器。继电器使用ULN2803驱动,ULN2803使用5V供电,STV12C5A60S2的输出信号经74HC14传输到ULN2803。

2.3传感器的选择

传感器测量部分包括土壤水分、池块温度和池块水位。各部分的选型如下:1)测量池块温度。选用DSl8B20温度传感器,与传统的热敏电阻不同,其可直接将被测温度转换为串行数字信号,供单片机处理。测量温度范围为-55~+125°C,在-10~+85°C范围内精度为±0.5°C,适合于恶劣环境的现场温度测量。2)测量池块水位。选用GB2100A液位传感器,供电范围5~12V,具有信号隔离放大、截频干扰设计及抗干扰能力强等特点。根据寒地水稻控制灌溉技术规范,水稻生育转换期要提前晒田,并在生育期转换问题上提出“时到不等苗苗到不等时”的调控方法。“时到不等苗”,即不管水稻处于哪个生育期(分蘖末期除外),土壤水分到了土壤控制下限则灌水至上限,土壤水分未达到控制下限,不需要灌水;“苗到不等时”即水稻生长发育到分蘖末期,不管土壤水分是否控制到下限,都要及时排水晒田。过了分蘖末期,到了拔节孕穗期,(需水敏感期)则必须灌水至土壤水分上限。因此,采用HS-102STR土壤水分传感器,它是一款基于频域反射原理,利用高频电子技术制造的高精度、高灵敏度的测量土壤水分的传感器,通过测量土壤的介电常数,能直接稳定地反映各种土壤的真实水分含量。

2.4ZigBee网络的设计

ZigBee网络采用TI公司最新一代ZigBeeSOC芯片,芯片供电电压为3.3V,内部已集成了一个8051微处理器与高性能的RF收发器。该芯片在无外加功放情况下通信距离可以达到1600m。采用TI公司的ZigBee2007/PRO协议栈作为开发背景,在IAREmbeddedWorkbench环境下开发。启动网关后允许采集节点与其连接,接收节点的数据信息;然后,数据通过ZigBee传送至网关,网关将其打包成规定的数据帧格式,经由GPRS传送至上位机。

2.5通讯协议

在网关与上位机之间通过GPRS通讯,设计的数据格式参考了常见的Modbus-RTU协议的格式,由设备地址、功能码、数据、结束符组成。采用求和校验方式,即将功能码和数据位的5个字节数据(BIT2-BIT6)相加求和,取低16位写入校验位。设备地址为设定的网关地址,在本设计中定义为4A01,功能码用于区分实现不同的功能,包括继电器控制、读取采集节点数值、读取电池电量等。其中,功能码4B1x用于实现继电器控制,数据位000000表示继电器闭合,FFFFFF表示继电器断开;读取电池电量检测功能码531x,即数据位000000表示电量低,FFFFFF表示电量高;采集传感器数据功能码73xx,即功能码7311代表1号节点的1号温度传感器。例如,上位机发送:4A014B110000005C0D0A,即表示发送继电器1闭合命令。

2.6节点供电电路的设计

对于分散在池块的采集节点,由于距离控制室较远,因此供电采用太阳能电池板与铅蓄电池相结合的方式。在阳光良好、太阳能电池板输出充足的时候,采用太阳能电池板供电,同时对铅蓄电池进行浮充;当太阳能电池板输出不足或者出现故障时,切换到铅蓄电池端,利用电池进行供电。在系统的设计上,采用一只1N5819二极管作为太阳能电池板与铅蓄电池的切换开关:当太阳能电池板输出充足时,则太阳能电池板具有优先权;当太阳能电池板输出不足不能为系统正常供电时,则二极管导通,采用铅蓄电池供电,以保证系统能够连续工作。

2.7系统软件设计

系统软件主要是靠对单片机编程实现。其中,对上位机无线通信时,响应帧在上位机链接单元中自动生成,在单片机中无需用户再编写通信程序。因此,单片机编程主要解决的是现场电磁阀的开启和关闭控制、模拟量的数据的采集和处理,同时也可接收上位机发送的控制指令完成相应的控制操作。系统软件的实现可以让操作员位于监控中心的计算机终端,进行远程手动、半自动和全自动控制,各项操作无需人进行,节省了人力资源,操作的准确性、连贯性比以往得到显著提高,从而大幅度提高了生产效率。

2.8上位机组态程序设计

MCGS是北京昆仑通态自动化软件科技有限公司研发的一套基于Windows平台的、用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统。该产品以搭建战略性工业应用服务平台为目标,可以为企业提供一个对整个生产流程进行数据汇总、分析及管理的有效平台,使企业能够及时有效地获取信息,及时地做出反应,以获得最优化的结果。MCGS软件具有网络监控、数据采集和处理、趋势曲线、报表输出、动画显示等功能,同时支持多种GPRS模块,能够在灌溉远程控制中发挥其优越性。

3安装调试

本研究选用方正研究院的试验地块,地势较平坦,选取8个下位机基站对水稻内环境进行监测,检验系统的各项性能指标。节点无线通讯模块的天线高度为1.5m,与上位机间距分别为45~55m,每个工作节点下设1个温度传感器、1个液位传感器和1个土壤水分传感器,分别监测池块的温度、水位和土壤水分。

4结果与分析

对系统进行连续7天试验,运行状况良好,当时为水稻分蘖前期。

5结论

控制设计论文范文7

系统以MSP430F2616微控制器为核心,这款单片机有良好的低功耗性能,适宜开发家用电子产品。当系统上电运行后,WSN节点会通过湿度测量模块对当前湿度进行采集,湿度测量模块选用HS1101湿敏电容与NE555构成多谐振荡器,以此将空气湿度变化转变为电容值的变化,单片机通过采集多谐振荡脉冲频率,可得到湿度值。STC12C5A50S2单片机获得湿度值后,通过NRF24L01传递给主控单片机并显示于TFT液晶,用户可通过按键(“加湿开”、“加湿关”、“干燥开”、“干燥关”“、复位”)进行人机交互。湿度数据与预设湿度范围相比较,若超出范围,MCU可通过控制继电器来驱动加湿与抽湿执行机构。此外,主控系统拥有华为GTM900-CGSM通信模块,支持短信查询功能,用户可借由手机软件平台对湿度进行查询与控制现信息的远距离传输与闭环控制。为满足系统供电需要,选用220V-12V电源适配器进行供电输入,作为加湿器,抽湿器电源;开关集成稳压芯片LM2596输出5V为单片机、NRF24L01模块、TFT液晶逻辑供电;线性稳压元件LM1117稳压输出3.3V为无线主接收模块、TFT液晶背光供电。

2系统软件设计

主程序开始,先初始化各个模块,然后等待命令,若有命令则判断是控制命令还是查询命令,若为查询命令,则向客户端发送信息,若为控制命令,执行控制动作;若无控制命令,判断无线接收数据,若有则做数据处理,若无则数据更新显示,并返回等待命令。

3实验测试及分析

3.1测试方案

系统测试采用先模块单独调试再系统联调的方法。①测试电源模块的输出,得到功率,电压电流信息。②硬件仿真测试单片机,测试液晶显示是否正常。③湿度传感器测试湿度是否采集值成正比,同时测试加湿干燥机构在供电正常情况下能否正常工作。④用PC机的串口调试和GSM模块之间串行通信。⑤整机系统连接好,重复以上步骤,测试数据接收。通过以上测试,可判断整机运行是否正常。

3.2测试数据

测试数据包括以下四部分:①通过万用表测试电源模块的输出:+5V和+3.3V的误差在±0.1Y以内,接上所有负载后输出的电流达1A;②通过设置不同的标准状态值:测试到系统的超标自动发送短信至终端功能正常;③终端发送查询指令至系统:测试到手持机终端接收到的数据和TFT液晶显示屏显示的数据完全吻合;④终端发送控制信息至系统:得到动作与指令相同。

3.3结果分析

经过各项性能的测试,系统指标和参数基本达到预期的效果,如果能考虑到实际的能效,系统将更加完善。

4结束语

控制设计论文范文8

1.1机械设计自动化设备安全评估的基本模式

要对机械设计自动化设备进行安全评估,其出发点为逻辑控制管理,根据相关的安全评估结果使机械设计方案得到进一步的优化,从而使得机械设计自动化设备符合全部的安全要求,更好的实现机械设备在使用过程中的安全操作及安全控制管理。在进行机械设计的过程当中,要严格遵照国家的相关进行设计工作,使得所设计及制造的机械自动化设备的工艺操作流程得到较好的安全保证,从而使得自动化安全系统的设计得到更深一步的优化,质量水平进一步的提升。

1.2机械设计自动化设备安全评价

机械设计自动化设备安全评价工作的主要内容是对相关的安全风险进行综合且全面的分析,并对机械设备存在的安全风险进行全面的分析及优化,从而有效的增强机械设备安全能力,为机械的安全操作及全面的安全管理工作创造更加优越的条件。在机械设计的整个过程当中,要将设计方案及设备控制模式两者进行密切的联系,从而使得机械设备的整体控制能力均得到提高。此外,在进行机械设计自动化设备安全风险评价时,要对存在的诸多安全危险点进行彻底的、详尽的分析,使得机械设备自动化安全能力及机械控制管理工作质量都得到全面提升。在机械设备自动化控制管理中,要特别强调安全限制的作用,在机械设备的使用过程中要严格遵守安全使用章程,在机械的有效寿命周期内,要时刻对机械自动化设备进行安全控制管理,从而避免因人为操作不当而造成的安全事故,全面发挥机械设备的安全及控制水平。基于对机械自动化设备的正确操作及使用,可以较好的实现对机械的安全风险分析,有助于机械安全控制管理水平的完善及提高。

1.3机械设计中自动化设备的风险评定

机械设计中要对设备进行自动化安全风险评定,才能更好的减少安全风险,对机械设备的正常运行创造良好的条件。随着机械自动化水平越来越高,机械设备的风险评价迭代过程越来越复杂,需要从风险识别的全过程出发,不断加强自动化设备安全管理,提高机械设备的安全自动化控制能力。机械设计中自动化设备的风险识别要从信息确认开始,保证机械设计风险自动化迭代符合安全控制的要求。

2机械设计自动化设备安全控制的基本原则

2.1机械设计自动化设备安全控制要符合机械功能要求

在进行机械设备自动化设备安全控制管理时,最基本的要求就是要满足机械设备的使用功能,即其各项安全自动化控制功能要得到全面的保障。机械设计自动化设备安全控制要符合核心功能的要求,保证机械信息和设备控制能够符合技术指标的要求。在机械自动化设备的具体操作过程当中,要结合其设计、制造及相应的安全操作规程等多个方面的因素,进行全面的安全掌控,进而从基础上提升机械设备的自动化安全控制管理水准。

2.2机械设计自动化设备安全控制要利用先进技术

我国原有的机械设备自动化技术水平与西方技术发达国相较起来,还存在着较大的差距,要想使我国的相应技术得到快速的提升,就要虚心向先进国家学习,学习其先进行设计及制造技术和先进的安全管理技术。机械设计自动化设备安全管理不管从产品还是从系统角度出发,不断提高机械设备自动化安全控制能力。机械设计自动化设备安全控制要以技术为主,才能保证机械能够完成智能化功能,同时能够满足人性化的安全管理要求。机械设计自动化安全设备管理要对各种加工设备的框架进行优化,从安全管理的角度出发,不断增加输出设备的功能。在能量转换机械设备的过程中需要保证各种能量转换能够安全可靠,提高机械设备的安全控制能力。

2.3机械设计自动化设备控制要坚持安全性和可靠性原则

机械设计自动化设备控制要从产品故障管理角度出发,保证机械设备能够进行自动化故障处理,提高机械设备的控制管理能力。机械自动化控制与产品优化是紧密结合在一起,机械自动化产品要和安全智能化控制紧密融合,保证各种机械设备的诊断、处理和监控能够符合安全控制的基本原则。机械设计自动化设备控制要从操作环节出发,减少机械事故发生的几率,通过对机械设计自动化设备的安全控制,可以提高机械设备的灵敏度。机械设备安全控制管理要从方便操作的角度出发,不断优化设计方案。机械设备中各种自动化产品的功能要进行有效的监控,保证操作流程能够符合设备控制管理的要求。通过对机械设备各种安全程度的控制,达到优化操作的总体目标,从而能够全面实现机械设备的自动化控制和管理。机械设备自动化控制系统的安全指标要从不同的周期出发,积极引进新的技术方案,从而能够对安全控制的措施进行全面的分析,提高机械设备的综合管理水平。

3结语