综合自动化实验中心

1、实验室简介

西南交通大学信息科学与技术学院综合自动化实验中心是在原来的自动化专业实验室基础上,引进了PLC实验装置而形成的实验中心,主要面向全院与自动化、交通控制有关的专业基础及专业课程的实验教学工作。近年来,在教育部和我校专项资金的支持下经过自动化系教师和实验室工作人员的认真工作,实验中心在本科实验教学和实验室建设方面取得了较大的发展。目前,实验中心在犀浦新校区拥有固定资产近800万元,建筑面积约300平方米;实验设备200余台套,每年完成近500本科生的教学实验任务。中心每年都有多名教师与实验人员一起开发新实验、自制实验设备并指导实验,曾多次荣获校、院教学改革优秀奖。

2、实验课程介绍

实验中心主要承担自动化(含交控)专业、物联网专业的专业实验课程。 开设的实验课程如下:

序号

课程名称

面向专业

1

PLC原理及应用实验

自动化大二

2

计算机控制系统实验

自动化大三

3

自动检测技术实验

自动化、交控大三

4

自动控制原理实验

自动化、交控大三

5

传感技术实验

物联网大二

1) PLC原理及应用实验

a) 培养目标

PLC原理与应用实验》是一门实践性很强的课程,实践环节至关重要,只有通过实际操作,才能学通学透可编程序控制器技术。本课程较多地选择了以可编程序控制器控制系统的硬件和软件设计为内容的课程设计和毕业设计,力求使在校学习的学生能够尽快地掌握这一先进技术,毕业后能达到一个较高的起点和水平。

根据实验教学的基本要求,使学生掌握PLC的软、硬件方面的基本知识,掌握PLC的工作原理、特性、性能和基本应用场所及其编程。本实验课教学是以学生事先预习教科书和实验指导书为主,学生预先进行硬件电路设计与程序编制,教师加以对难点、重点讲解的配合。由学生接线、调试程序,从而独立完成实验内容。

通过实验,是学生应达到以下能力:

i. 掌握step 7开发环境的使用方法;

ii. 掌握梯形图编程语言;

iii. 掌握对若干指定被控对象用PLC进行编程控制的方法;

iv. 了解一个PLC控制系统的开发流程。

b) 实验项目

Step7基本指令操作

    天塔之光控制

    液体混合模拟控制

    数码显示模拟控制

    舞台灯光模拟控制

      Y/△电机模拟控制

    电梯控制

    实验液位控制实验

    挖掘机控制

2) 计算机控制系统实验

a) 培养目标

该实验课程是《计算机控制系统》课程的单列实验课,通过实验环节,使学生掌握计算机控制系统分析方法、设计理论和设计技术,培养学生系统设计(包括系统方案设计、数字控制器设计、过程通道设计、应用软件设计)和系统调试的能力,以此加深学生对理论知识的理解和对应用技术的掌握。

本实验课程采用计算机控制技术教学实验装置,要求学生完成过程通道和数据采集处理、开环系统的数字程序控制、数字PID控制、最小拍控制系统、直流电极闭环调速控制系统、温度闭环控制系统等设计内容的实验。通过这些实验,使学生对计算机控制系统的控制规律,计算机控制系统的设计方法以及如何应用不同的设计方法对系统进行设计和控制有一个整体的认识。

b) 实验项目

    信号的采样与保持

    积分分离PID控制

    帯死区的PID控制

    最小拍控制系统

    数字滤波

    大林算法

    直流电机调速控制及温度闭环控制系统的设计与实现

    计算机控制系统的时域分析

    计算机控制系统稳定性分析

3) 自动检测技术实验

a) 培养目标

传感器技术(非电量测量技术)是现代科学技术中的一个重要领域。本课程在简要介绍传感器的基本概念,包括数学模型、基本特性和发展前景的基础上,详细介绍了目前工业常用传感器的工作原理、内部结构、测量电路设计和相关应用技术。在介绍近代新型传感技术时,结合了近年发展迅速的单片智能传感器和智能化测量仪表,为自动化专业学生今后从事工程应用打下基础。

通过实验的基本训练,使学生能达到以下要求:

i. 自行预习实验,完成实验和撰写实验报告。

ii. 学会使用CSY-10B传感器与转换技术教学实验系统。

iii. 深入理解各种不同的传感器及测量电路的工作原理。对测量结果进行正确的分析和处理。

b) 实验项目

    应变片实验

    测量单元实验

    电涡流式传感器实验

    差动变压器实验

    电容式/热电式传感器实验

    光电/霍尔式传感器实验实验

    数字式温度检测实验

    基于单片机的智能温度仪的设计与实现

4) 自动控制原理实验

a) 培养目标

《自动控制原理A实验》通过实验介绍有关自动控制的基本概念和方法,并掌握如何应用Matlab进行控制系统的分析和设计。实验主要包括:典型系统模拟研究、瞬态响应及稳态性能分析,系统校正及系统状态反馈与极点配置,典型非线性环节及分析,基于MATLAB分析系统特性分析等。通过实验使学生进一步理解控制系统的工作原理、性能特点、系统参数变化与性能的关系,以及系统校正的效果,加深理解控制理论的基本概念,提高和培养学生的动手实践能力。

《自动控制原理A实验》是以验证实验为主,研究型实验为辅。通过七个必选实验和两个可选实验的实践,使学生进一步理解控制系统的工作原理、性能特点、系统参数变化与性能的关系,以及系统校正的效果,加深理解控制理论的基本概念,提高和培养学生的动手实践能力。

通过实验环节,使学生掌握:

i. 对典型环节进行研究,掌握典型系统的瞬态响应和稳态性能分析。

ii. 能够根据自动控制原理的理论基础,进行系统校正,状态反馈与极点配置,采样系统的分析与校正研究。

iii. 能够掌握典型非线性环节及系统分析。

iv. 能够使用MATLAB进行系统特性分析,实现状态反馈和极点配置。

b) 实验项目

    典型环节的模拟研究

    典型系统的瞬态响应和稳态性能分析

    系统校正的研究

    状态反馈与极点配置

    采样系统的分析与校正研究

    典型非线性环节

    非线性系统分析

    基于MATLAB分析系统特性

    基于MATLAB实现状态反馈和极点配置

3、指导团队介绍

由于自动化专业多门课程包括课内实验或单列实验,另外有教师申报了SRTP项目、工程实践项目、个性化实验项目,这样就形成了综合自动化实验中心的指导团队,团队包括实验室定编人员2名,兼职教师11名,平均年龄40岁。其中高级职称5人,中级职称8人,具有博士学位9人。指导团队教师的研究领域涉及智能控制、网络化控制、图像处理、智能交通系统、DSP开发、非线性控制理论等,能够为实验课程的教学和实验项目的开发提供强大的技术支持。

4、实验平台介绍

1) 工业化网络控制实验系统

    为了满足我校本科教学中关于自动化专业实践教学的要求,通过购买QSTIA300-III型全集成工业自动化实验装置、QSTIA200-III型全集成工业自动化实验装置、CAN总线控制系统、RS-485总线控制系统、控制实物对象模块(ACT-YK水槽液位控制、PLC-XCII小车运动控制系统II、门禁系统、3层电梯系统、交通信号灯模块)以及计算机,目前已建成三层网络PLC控制系统、三层网络CAN总线控制系统、两层网络RS-485总线控制系统。

 

2) GE FANUC自动化PLC网络控制系统

    与美国GE公司联合共建的西南交通大学GE Fanuc自动化综合实验室由1PAC SYSTEM RX7i双机热备冗余PLC系统、1PAC SYSTEM RX3i多通道多功能数据通信网络PLC系统、2套标准北美培训系统、1套标准现场总线和10VersaMax PLC单机系统组成,配置了roficy Process Systems I/O with IFIX软件包、Proficy Historian历史数据库以及数据信息发布系统。通过该实验室的建设使我校信息与控制类专业学生能够在控制系统和生产管理软件应用领域得到真正的培训,获得GE Fanuc自动化的软硬件产品相关知识,并通过综合型、创新型实验的开设,明确当今自动化领域的发展方向,提高实际系统设计的能力。

3) 无线传感网络实验系统

    无线组网通信是目前工业控制、计算机应用、家庭自动化等方面技术发展的一个热点。无线传感网络实验平台集成GPRS/GSMWIFI、蓝牙、zigbee四种无线模块,含传感器模块:电机/蜂鸣器、温度和光敏、湿度、加速度,采用ARM9处理器,能够提供当今新近发展的无线网络通讯技术,使学生跳出课本到实际应用中去,完成毕业设计或者产品应用的完整开发,目前已建成无线传感网络实验系统。

5、实验室开放项目

目前实验室已经开放的项目有:

    基于水槽液位的自动化网络控制系统设计

    基于PLC的智能交通灯自动化网络控制系统的设计

    个性化虚拟人实现

    基于GE-PLC的交通灯控制实验

    基于GE_PLC的小车控制实验

    基于GE_PLC的液位控制实验

    基于iFix的液位控制组态软件设计