论文一种自动化综合实训项目设计方案，该文是设计方案自考开题报告范文与设计方案和实训和自动化相关自考开题报告范文.
一、引言
目前各地方二本院校大力推动应用型本科教学改革.学生在校期间多次参加生产见习、暑期见习,“卓越本科生”培养计划等实践教学活动的逐步推动,希望学生在毕业前能掌握本专业工程实践基本技能.教师大力进行双师型培训,深入生产一线,推动教学改革,目的是希望教学内容能更加贴近生产实践.为体现和验证教学效果,针对某几门课程进行综合性实训项目的设计变得尤为重要,甚至会影响到专业课程最终的教学效果.
地方二本院校在进行实验室建设时,实验实训设备配套一般方案为：实验设备台套数多,挂箱多,主要针对专业基础、专业必修等某门特定课程进行选配.实验项目难度不大,项目较多,分组人数少,学生能在课程学习过程中进行探索和实验.实训设备台套数较少,主要针对某几门专业核心课程进行综合训练,难度较大,设备体积大、成本高.对实训设备的操作需要使用者有安全操作意识、扎实的专业基础以及较强的实践动手能力,这样直接导致分组人数多,只有少数人有机会直接操作实训设备,实训效果大打折扣.任课教师或实验教学人员如能够综合多套实验设备及挂箱功能,自行开发适应本校学生层次、教学状况的综合实训项目,将大大提高设备使用率和使用效果.［1］
二、系统硬件解决方案
工业现场车床、传送带、风机无处不在,转速是最常见的被控量,选择三相异步电动机的转速作为被控量形成闭环控制,能满足实训内容的广泛性和典型性需要.本实训系统由控制器、执行器、被控对象以及转速反馈装置组成.控制器选择西门子S7-200系列224CN（DC/DC/RLY）基本模块,搭配EM235模拟量输入/输出扩展模块,输出选择电压型单极性0V-10V.执行器选择西门子420系列小功率变频器,并工作于模拟量输入调节频率模式.被控对象选择较小功率三相异步电动机,体积小、重量轻、安全.反馈装置选择常见1024线光电编码器,连接PLC高速脉冲输入端进行转速反馈.HMI设备选择MCGS7寸黑白触摸屏,用于输入各项控制参数,输出相关波形.HMI设备与PLC通信采用RS232.本系统构成示意图如图1所示.［2］
三、系统软件解决方案
PID控制从出现到广泛应用已历经多年,由于它算法经典,控制效果良好,具有一定的鲁棒性,目前仍然广泛应用在过程控制、机床控制等生产过程中.传统PID算法由于各参数固定,在控制过程中不能修改,因此目前提出了大量改进型PID算法,如：比例可变,积分分离,带死区的PID算法等,控制效果已经得到了广泛的验证.本实训项目控制算法拟使用比例可变的PID算法实现.［3］
使用PID算法控制转速时,比例越大,上升时间越短,快速性越好,但同时稳定性降低,超调量较大,调整时间较长.如果单纯直接降低比例系数,虽然稳定性有所好转,但快速性大打折扣.为了兼顾启动过程中的快速性要求及启动结束后稳定性的要求,希望比例系数可变.偏差较大时采用较大比例系数,偏差较小时采用较小比例系数,各参数均可根据经验或多次试验获得.
实现比例可变的PID控制涉及PLC基本逻辑指令、算数运算指令、高速计数指令、定时中断指令、PID指令等.PID程序的编写可使用西门子PID指令,或PID配置向导.参数预调使用系统自带参数配置工具,以减少参数调节工作量.人机交互使用常见实验台配套MCGS触摸屏及其组态软件,内容包含控制参数设置、给定、反馈显示等.
实训项目主体程序包含PID运算及偏差实时运算程序、PID系数赋值程序、高速计数器初始化程序和定时中断转速计算程序.
四、HMI监控界面
人机交互在实训项目中起到参数输入和结果输出的重要作用.HMI界面包含按钮输入、数据输入/显示、数据输出、文本信息以及趋势图.系统监控界面如图2所示,输入各项数据后,点击启动按钮系统开始工作,可在右侧趋势图中观察实时转速变化.当设置比例1和比例2参数相同时,系统等同于普通PID单闭环控制.当设置两比例系数为不同值时,可通过合理设置分离值,构成比例可变的PID单闭环控制；不同分离值所得效果可直接体现在趋势图中,直观,易于讲解.
五、控制效果
控制系统转速趋势图如图3所示,图a中为P1等于0.8,P2等于0.3,积分系数为0.05,等于50；b中参数除外,其余参数与图a设置相同,控制效果区别明显；图c,d中为P1等于P2等于0.3,设置无效时转速趋势图,图c为PI控制,图d为P控制,能够体现两种控制的快速性、稳定性和准确性.从硬件到软件,直至最终控制效果,经历了一套完整的系统设计、程序编写、结果论证的过程,能够满足一般本科院校相关专业对自动化综合实训的要求.
六、结束语
实训方案综合考虑PLC控制器、HMI设备、上位机、模拟量控制、改进型PID算法等内容,从硬件到软件,直至最终控制效果,经历了一套完整的系统设计、程序编写、结果论证的过程,能够满足一般本科院校相关专业对自动化综合实训的要求.
本方案除能够实现比例可变的PID算法外,如将监控界面两比例系数设置为相同,系统即可实现常规P、PI、PD、PID控制,无需改动程序.如需控制不同被控对象（如温度）,只需改动输入/输出部分硬件、软件和趋势图输出范围,适应性强.本项目既可作为高年级综合实训项目,也可用于低年级教学演示,应用范围广泛,具备较强的推广价值.后续可在本项目基础上,探讨比例1、比例2以及分离值的自适应设置,可向高级自动控制算法方向发展.
参考文献：
［1］李春燕.高校分类应从“本科教学工程”抓起：兼论应用型本科的“本科教学工程”建设［Ｊ］.海南师范大学学报（自然科学版）,2014.
［2］石淮.西门子S7-200PLC模拟量输入处理方法的应用研究［Ｊ］.中国高新技术企业（中旬刊）,2012.
［3］朱盈,朱俊.多种PID控制及其仿真比较［Ｊ］.工业控制计算机,2010.
结论，该文是关于设计方案和实训和自动化方面的设计方案论文题目、论文提纲、设计方案论文开题报告、文献综述、参考文献的相关大学硕士和本科毕业论文.
参考文献：
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