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5MN预拉伸试验机测控系统的设计与研究

作　者: 宋跃辉
导　师: 吴运新
学　校: 中南大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 预拉伸试验机数据采集测控系统软件设计抗干扰
分类号: TH87
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

预拉伸试验是消除材料的残余应力的重要方法。为了满足预拉伸实验的特殊运动状态以及各种功能要求，同时节省资源和资金，本文设计了预拉伸试验机的数据采集处理及测控系统，其研究工作主要包括以下几个方面：首先，介绍了拉伸机的结构，工作原理，并在此基础上设计了系统的硬件组成。系统确定了采用数据采集卡和PLC加上位机控制软件的方案，实现数据采集和控制两个模块功能。其次，完成了相应的软件设计。软件设计包括上位机软件设计和PLC程序设计。上位机软件采用Visual Basic设计，主要包括数据采集、数据处理、脉冲信号采集、与PLC通信控制、数字量输出，速度闭环控制等功能；PLC程序设计主要完成对预拉伸试验机的开关量控制。再次，对数据处理算法和系统的抗干扰进行了研究。对常用的数据处理方法进行了介绍，并详细描述了本系统所采用的数据处理算法。分析了本系统的干扰源，针对不同的干扰源给出了相应的抗干扰措施，这对系统稳定性有重要的意义。最后，对设计的系统进行了模拟实验调试。通过调试，其数据采集处理和PLC控制程序都能稳定可靠的运行，达到系统设计的目的，对比与普通液压预拉伸试验机具有更强的数据处理功能，更好的兼容性。上位机软件开发的数据采集系统能用于多种数据采集场合，具有很好的软件扩充性。对于其它类似系统的设计具有重要的参考与借鉴意义。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-14
  1.1 课题来源及研究意义  7
  1.2 测控技术的现状与发展趋势  7-9
    1.2.1 测控技术的现状与发展趋势  7-8
    1.2.2 液压拉伸试验机控制系统概述  8-9
  1.3 数据采集系统和 PLC 的发展趋势  9-12
    1.3.1 数据采集系统发展趋势  9-10
    1.3.2 PLC 发展趋势  10-12
  1.4 研究内容  12-14
第二章测控系统的总体设计及速度控制研究  14-31
  2.1 预拉伸试验机概述  14-18
    2.1.1 预拉伸试验机的基本组成  14-15
    2.1.2 预拉伸试验机的技术参数  15-16
    2.1.3 预拉伸试验机的结构概述  16
    2.1.4 预拉伸试验机的液压系统  16-18
  2.2 预拉伸试验机测控系统的设计原则和任务  18-19
    2.2.1 预拉伸试验机预拉伸实验工作过程  18
    2.2.2 控制系统设计的基本原则  18
    2.2.3 设计的基本任务  18-19
  2.3 测控系统的方案设计  19-24
    2.3.1 测控系统的方案设计与硬件选择确定  19-20
    2.3.2 系统的功能实现  20-21
    2.3.3 系统的硬件选择  21-24
  2.4 预拉伸试验机速度控制研究  24-30
    2.4.1 电液比例变量泵调节系统特性分析  24-25
    2.4.2 电液比例变量泵的简化数学模型  25-26
    2.4.3 数字 PID 控制器的设计  26-28
    2.4.4 速度的控制的放大电路设计  28-30
    2.4.5 PID 参数的确定  30
  2.5 本章小结  30-31
第三章上位机软件设计  31-43
  3.1 开发平台简介  31-32
  3.2 上位机软件的设计方案  32-35
    3.2.1 软件设计性能要求  32-33
    3.2.2 软件实现的具体功能  33-34
    3.2.3 软件实现的程序流程  34
    3.2.4 模块化程序设计  34-35
  3.3 系统各功能模块的软件设计  35-42
    3.3.1 数据采集卡调用模块程序设计  35-36
    3.3.2 数据采集模块程序设计  36-38
    3.3.3 数据处理模块程序设计  38-40
    3.3.4 速度闭环控制模块程序设计  40-41
    3.3.5 其它模块功能  41-42
  3.4 本章小结  42-43
第四章 PLC 程序设计及通信研究  43-55
  4.1 PLC 编程软件 Step7 简介  43-44
    4.1.1 Step7 编程软件基本特点  43
    4.1.2 模块化编程  43-44
  4.2 PLC 控制程序设计  44-46
    4.2.1 PLC 的控制功能  44-45
    4.2.2 PLC 的I/O 地址分配  45
    4.2.3 控制面板设计  45-46
    4.2.4 程序流程图  46
  4.3 上位机与 PLC 通信研究  46-54
    4.3.1 数据通信概述  47
    4.3.2 PLC 自由通讯方式  47-48
    4.3.3 通信协议的制定  48-52
    4.3.4 通信程序的设计  52-54
  4.4 本章小结  54-55
第五章系统的数据处理方法和抗干扰研究  55-66
  5.1 引言  55
  5.2 数据处理方法研究  55-60
    5.2.1 数字滤波方法  55-58
    5.2.2 采样数据的平滑处理方法  58-60
  5.3 系统的抗干扰研究  60-65
    5.3.1 测控系统中的主要干扰源  60-62
    5.3.2 硬件抗干扰措施  62-64
    5.3.3 软件抗干扰设计  64-65
  5.4 本章小结  65-66
第六章系统实验调试  66-72
  6.1 实验的总体设计  66-67
    6.1.1 实验目的  66
    6.1.2 实验设备  66-67
  6.2 实验调试  67-68
    6.2.1 硬件调试和安装  67-68
    6.2.2 软件调试  68
  6.3 实验结果  68-71
  6.4 本章小结  71-72
全文总结  72-73
参考文献  73-77
致谢  77-78
攻读硕士学位期间主要的研究成果  78

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