材料成型控制综合实验教学大纲
英文名称： Automation in materials processing-comprehensive experiment
课程编码：1071063
学 时：32 学 分：1
课程性质：限选课 课程类别：专业实验、实践
先修课程：计算机程序设计、材料成型控制基础 开课学期：第六学期
适用专业：材料成型及控制工程
一、课程的性质与任务
本课程是材料成型及控制工程专业学生的一门专业基础实验课程，是一门注重工程实践的实验课程。该课程综合了自动化领域常用的工控机控制（IPC）、可编程逻辑控制器控制(PLC)、单片机控制(SCM)等方面的知识，向学生教授其在材料成型及控制工程领域的应用，并引导学生利用实验项目，进行相关程序的设计和调试以实现控制要求。旨在使学生获得常用控制手段的知识和应用系统设计的基本理论、基本知识与基本技能，掌握IPC/PLC/SCM应用系统各主要环节的设计、调试方法，初步具备在相关专业领域应用单片机技术的能力。以此加强对学生动手能力和设计能力的培养，增强学生的就业竞争力。
二、教学目标与要求
2.1 教学目标
1、使学生掌握在工业计算机(IPC)平台上，利用VB进行程序设计的方法，掌握利用VB和access数据库，实现工业测控功能的方法，能利用IPC平台实现控制目标。
2、使学生掌握可编程序控制器（PLC）的使用方法，掌握其编程软件及其与计算机的通讯接口编程方法，能利用PLC平台实现控制目标。
3、使学生掌握单片机（SCM）的编程方法和接口技术等方面的知识，能利用SCM平台实现控制目标，培养学生的单片机应用能力。
2.2 课程能力矩阵
序号能 力程 度VB+数据库
方向实验PLC方向实验SCM方向实验报告
通用实验：温度控制及数据采集实验课程项目设计通用实验：直流电机正反转控制及调速实验课程项目设计通用实验：模拟钢筋闪光对焊机自动焊接时序控制过程实验课程项目设计
1能够利用常用的自动控制平台，完成材料成型专业领域的控制任务（对应毕业要求4-3）了解认知
初步掌握+
综合运用
2使学生掌握在工业计算机(IPC)平台上，利用VB进行程序设计的方法，掌握利用VB和access数据库，实现工业测控功能的方法，能利用IPC平台实现控制目标。（对应毕业要求6-2）了解认知+
初步掌握++
综合运用+
3使学生掌握可编程序控制器（PLC）的使用方法，掌握其编程软件及其与计算机的通讯接口编程方法，能利用PLC平台实现控制目标。（对应毕业要求6-2）了解认知+
初步掌握++
综合运用+
4使学生掌握单片机（SCM）的编程方法和接口技术等方面的知识，能利用SCM平台实现控制目标，培养学生的单片机应用能力。（对应毕业要求6-2）了解认知+
初步掌握++
综合运用
2.3目标能力达成度的评价
目标能力1、2、3和4的达成度通过实验项目考试和实验报告综合评价。
2.4 教学安排
本课程的教学安排分为两个部分：第一部分，通用性演示实验；第二部分，各方向设计性实验。
学生在完成第一部分三个通用演示实验的基础上，能够对自动控制在材料成型中的应用有初步的认识，并且具备一定的编程能力。此时再进行第二部分的分方向综合实验设计，选择一个方向深入学习，强化设计编程能力，综合运用所学知识解决工程控制问题。
三、课程的基本内容与教学要求
实验1 VB+数据库方向通用实验-温度控制及数据采集实验
[教学目的与要求]
使学生了解计算机语言VB、数据库软件Access、采集板卡在材料成型中的应用情况，具备基本的运用能力。包括：
1.学会使用智能仪表控制温度。
2.了解基于PC的数据采集控制系统控制温度的基本方法。
[主要教学内容]
1.了解安东LU-906M智能仪表的使用方法。
2.连接智能仪表实验线路：
热电偶接智能仪表输入端，智能仪表输出端接继电器线包，继电器输出端接电热杯，智能仪表RS232通讯接口接计算机串口。
3.智能仪表初始设置：设置给定值 ，输入类型（热电偶为K型），输出方式等记录。
4.打开电源，启动计算机软件程序，观察仪表及计算机的数据变化，保存实验过程温度曲线。
5.了解PC数据采集控制系统控制温度的基本方法。
6.连接数据采集卡实验线路：
热电偶接信号调理模块输入端，信号调理模块输出端连接到AD端子板，DO端子板输出端接信号调理模块，信号调理模块输出端连接继电器线包控制线，继电器常开接电热杯。AD、DO端子板接USB7333数据采集卡。
7.USB7333数据采集卡接计算机，启动温度控制软件程序，设定温度，开始实验，观察继电器及计算机的数据变化，保存实验过程温度曲线及文件。
[实验重点]
1．利用PC进行数据采集和输出控制
[本章难点]
1． PC和采集板卡的通讯、数据传输
实验2 PLC方向通用实验-直流电机正反转控制及调速实验
[教学目的与要求]
1.熟悉可编程序控制器的使用方法。
2.练习梯形图编程，PLC编程软件及计算机和通讯接口输入、修改和调试程序。
3.练习辅助继电器和定时器的使用。
4.观察利用可编程序控制器对简单系统进行控制的过程。
[主要教学内容]
用三菱FX2N型PLC实现直流电机正反转控制及调速。
1.教会学生如何分析被控对象，理出控制要求。
2.指导教师演示直流电机正反转控制及调速的过程。
3.编制出相应的梯形图，转换成指令之后，写入PLC中进行调试。
4.利用上位机实现控制要求，并显示相关状态和参数。
上位机软件：采用力控组态软件。
[实验重点]
1．利用PLC编程软件实现控制功能
[本章难点]
1．上位机和PLC的通讯及数据采集处理
实验3 SCM方向通用实验-模拟钢筋闪光对焊机自动焊接时序控制过程实验
[教学目的与要求]
利用DVCC-52S单片机实验仪了解模拟钢筋闪光对焊机自动焊接时序控制过程。
[主要教学内容]
根据钢筋闪光对焊机自动焊接时序工作流程，找出参数需要控制,在DVCC-52S单片机实验仪上进行模拟。利用台式计算机进行单片机程序编译且与DVCC-52S单片机实验仪通讯借以调试程序，用DVCC-52S单片机实验仪上的指示灯及显示屏再现钢筋闪光对焊机自动焊接时序控制状态。
[实验重点]
1．利用单片机实现钢筋闪光焊接的时序控制
[本章难点]：
1．计算机汇编语言的编程、调试
实验4 IPC方向设计性综合实验
一、数据采集实验
[教学目的与要求]
1、熟悉基于PC的数据采集控制系统的用途及配置。
2、学会使用数据采集卡完成计算机数据采集工作。
[主要教学内容]
熟悉实验设备仪器，了解数据采集控制系统的组成和数据采集卡的初始硬件设置 。设置采集卡为单端输入，电压0-10V，安装数据采集卡驱动程序。
A、模拟信号输入A/D实验步骤
1、调节电位器，用万用表测量电位器输出端与模拟地之间电压值，观察电压值变化。
2、将可调电位器模拟输入信号端与模拟信号输入A/D （CH1～CH4）端连接。
3、启动软件测试程序进行“增益”，“采集方式”，“显示”设置，点击“开始采集”按钮，调节电位器观察计算机显示数据的变化。
B、模拟量输出控制D/A实验步骤
1、将DA1～DA4之一接电机输入端（红＋），模拟地接电机输入端（黑－）。
2、启动软件测试程序，改变输出数字值，观察电机的转速变化和数字电压表显示的变化。
C、开关量输入及输出实验步骤
1、将DO1～DO4接发光二极管输入端（红），启动软件测试程序，点击计算机程序界面输出测试的绿灯，观察发光二极管变化。
2、将DI1～DI4接自锁按钮输入端，按下按钮观察软件测试程序中输入状态显示的变化。
D、将测试结果（测试程序软件界面），保存到WORD界面。
[实验重点]
1．利用PC进行数据采集和输出控制
[本章难点]
1． PC和采集板卡的通讯、数据传输
二、温度控制实验
[教学目的与要求]
1、掌握计算机控制温度系统的工作原理。
2、了解计算机控制程序的功能。
3、学会使用智能数字控制仪表控制温度的基本方法。
4、学会使用计算机控制温度的基本方法。
[主要教学内容]
A、PC数据采集卡控制加热杯温度实验
1、将开关量输出“红+”接“信号调理”输入端“红+”，数字地接“信号调理”输入端“黑-”；“信号调理”输出端接继电器线包，继电器常开接电热杯控制线路，
2、将热电偶通过连接端子板接实验箱热电偶输入端，注意正负，“信号调理”输出端“红+”接模拟输入信号端A/D （CH1～CH4），“信号调理”输出端“黑-”接模拟地
3、电热杯电源接220V，热电偶插入电热杯，启动软件程序，选中电热杯加热程序，设定温度，开始实验，点击“开始按钮”开始加热，观察继电器的动作和计算机屏幕上的加热曲线图，保存实验过程温度曲线及文件。
4、在Access2003 或Excel 2003 打开保存的文件。
B、智能数字控制仪控制加热杯温度实验
1、根据智能数字控制仪表后面板示意图说明接线
5、6、7接热电阻；8、9接电热杯；13、14接AC 220V；26、27、28接计算机通讯RS232
串口。
2、接通智能仪表电源。
仪表面板：
PV显示测量值，SV显示控制值， SET 参数设定键。
控制（一级）主要参数设定：
在仪表PV测量值显示状态下，按压SET键，仪表转入控制参数设定状态：
CLK设定参数禁锁：CLK=00无禁锁（设定参数可修改），CLK≠ 00，132，CL禁锁（设定参数不可修改），K=132进入二级参数设定
AL1 设定控制目标值，
DIP 设定SV显示内容参数，DIP=1 显示AL1设定值
按住SET键5秒后，仪表自动回到测量值显示状态；不按SET键，30秒后仪表自动回到测量值显示状态；按压复位键，仪表自检后即进入测量值显示状态。
内部（二级）主要参数设定：
在仪表一级参数设定状态下，修改CLK=132 后，同时按下SET键和▲键5秒，仪表进入二级参数设定：
SL0=8 输入传感器分度号， SL0=8为Pt100热电阻
SL1=0 设定小数点位置，SL1=0为无小数点
SL2=1 设定控制或报警方式，SL2=1 为下限控制或报警
SL5=1 闪烁报警
SL7=3 断线时有报警输出
dE=02 设定与计算机通讯时本仪表的设备号
Bt=5 串口通讯波特率设定，Bt=5 为通讯波特率9600bps
记录设定的参数。
3.接通电热杯电源，智能仪表工作，观察智能仪表的显示，继电器的开关动作状态，报警灯状态。
4.启动计算机软件程序，观察仪表及计算机的数据变化。
[实验重点]
1．利用PC进行数据采集和输出控制
[本章难点]
1． PC和采集板卡的通讯、数据传输
实验5 PLC方向设计性综合实验
一、用PLC实现水塔水位控制系统模拟实验
[教学目的与要求]
1.熟悉可编程序控制器的使用方法。
2.练习梯形图编程，PLC编程软件及计算机和通讯接口输入、修改和调试程序。
3.练习辅助继电器和定时器的使用。
4.观察利用可编程序控制器对简单系统进行控制的过程。
[主要教学内容]
用三菱FX2N型PLC实现水塔水位模拟控制，见图3-4-1所示。
1.在充分分析被控制对象的前提下，弄清楚其工作过程，写出控制要求。
2.编制出相应的梯形图，转换成指令之后，写入PLC中进行调试。
3.利用上位机实现控制要求，并显示相关状态和参数。
上位机软件：可用力控、组态王、Vb、Vc、LabView、Labwindow等等。
[实验重点]
1．利用PLC编程软件实现控制功能
[本章难点]
1．上位机和PLC的通讯及数据采集处理
二、用PLC实现十字路口交通灯模拟控制实验
[教学目的与要求]
1.熟悉可编程序控制器的使用方法。
2.练习梯形图编程，PLC编程软件及计算机和通讯接口输入、修改和调试程序。
3.练习辅助继电器和定时器的使用。
4.观察利用可编程序控制器对简单系统进行控制的过程。
[主要教学内容]
用三菱FX2N型PLC实现十字路口交通灯模拟控制，见图3-5-1所示。
1.在充分分析被控制对象的前提下，弄清楚其工作过程，写出控制要求。
2.编制出相应的梯形图，转换成指令之后，写入PLC中进行调试。
3.利用上位机实现控制要求，并显示相关状态和参数。
上位机软件：可用力控、组态王、Vb、Vc、LabView、Labwindow等等。
[实验重点]
1．利用PLC编程软件实现控制功能
[本章难点]
1．上位机和PLC的通讯及数据采集处理
实验6 SCM方向设计性综合实验
一、单片机测定直流电机转动速度实验
[教学目的与要求]
1、熟悉单片机定时/计数功能，掌握中断使用方法。
2、掌握显示数据的编程方法。
3、掌握按键编程方法。
[主要教学内容]
1、利用单相全波整流及直流电动机调速系统电气控制实验仪上脉冲产生电路检测电机转动速度并显示。实验仪上有八位LED共阴极显示块，显示块高四位在电机运行时显示RUN字符，低四位显转速。
2、启动钮启动电机运行并显转速，按停止钮终止电机运行。
3、用红外测速仪验证所显转速。
[实验重点]
1．利用单片机实现钢筋闪光焊接的时序控制
[本章难点]：
1．计算机汇编语言的编程、调试
二、模拟磨损试验机测定试件磨损次数装置实验
[教学目的与要求]
1、熟悉单片机定时/计数功能，掌握初始化编程方法。
2、掌握顺序控制程序的简单编程。
3、掌握显示数据的编程方法。
[主要教学内容]
1、利用单相全波整流及直流电动机调速系统电气控制实验仪上脉冲产生电路检测电机转动次数并显示。实验仪上有八位LED共阴极显示块，软件设定预置数，计到数后电机停止运行。
2、开机前，显示预置数。计数过程中在预置数范围内时，可随时停车并保持已计数值，再按启动钮继续计数或按清除钮删除计数值，重新运行并计数。
3、磨损试验机测定试件磨损次数装置如图3-16-1所示。
[实验重点]
1．利用单片机实现钢筋闪光焊接的时序控制
[本章难点]：
1．计算机汇编语言的编程、调试
四、课程考核方式
本门课程依据全程监控的理念进行考核。课程考核包括4个部分，分别为出勤、项目考核、实验报告。具体要求及评分方法如下：
1. 出勤成绩占总成绩的40%，课程的所有环节均要求学生参与并签到，不得缺勤，每缺勤一次扣5分，扣完40分为止。
2. 项目考核成绩占总成绩的50%，本门课程有5次实验考核，要求学生以3人小组形式在规定的时间内完成，并在课堂内接受指导老师的考核。未按时完成者，该次考核成绩按零分计。
3. 实验报告的成绩占总成绩的10%，要求学生根据自己的设计和调试结果，认真撰写，独立完成并按时提交。未按时提交者或有有抄袭现象的，成绩按零分计。
五、课程教材及主要参考书
[课程教材]：
[1] 方培泉、刘拥军、车小莉、周世恒. 计算机在材料科学与工程中应用综合实验，西南交通大学出版社，2007
[课程主要参考书]：
[1] 吴昌平. Visual Basic程序设计（第2版）.人民邮电出版社
[2] 李春葆，张植民. Visual Basic数据库系统设计与开发. 清华大学出版
[3] 周航慈．单片机程序设计基础．北京：北京航天航空大学出版社
[4] 胡汉才．单片机原理及其接口技术．北京：清华大学出版
制定人：谭克利
审定人：刘拥军
批准人：陈辉
2016年6月