PLC实验教学系统的设计与实现

PLC实验教学系统的设计与实现（共10篇）

篇1：PLC实验教学系统的设计与实现

PLC实验教学系统的设计与实现

摘要：为了满足PLC实验教学的需要，本文提出保留核心硬件、把被控系统虚拟化的方案，设计出一套适合实验教学、安全易用、功能齐全的PLC实验装置。该实验装置具备传统实验系统的直观性、系统性，具备虚拟实验系统的低成本、开放性。实验系统主要包括：电源、主电路、PLC的输入/输出线路、被控对象模块和虚拟运行平台等。

关键词：PLC 实验教学 单片机 虚拟系统

中图分类号：TM571.61 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）02-0000-00

引言

现有的PLC实验系统的构建模式可以分为三类：传统实验系统；模拟实验系统；虚拟实验系统。

其中传统实验系统的的优点是能建立系统的整体概念，直观，易于理解，缺点是价格昂贵，实验内容有限，被控对象易损坏导致维护困难、成本高，学生操作时易发生危险等；虚拟实验系统的优点是成本低，易于维护，操作安全，直观，实验内容多样等，缺点是没有了PLC实物，使整个实验内容都是“虚假”了。

如何构建一个功能完善的实验系统，既能直观的动态显示被控系统的工作情况，又能突破空间限制、解决经费不足的问题，是本文研究的主要内容。系统设计目标

解决高校实验教学经费不足的问题；解决PCL课程实验中被控制对象建立难的问题；在实验室环境下帮助学生建立起实际的PLC控制系统概念；建立一个开放的、友好的PLC课程实践学习环境；延长实验设备的使用寿命，减轻教师进行设备维护的劳动强度。系统构成和特点

PLC实验教学系统保留PLC及其外围线路，建立真实的PLC控制系统的概念；同时通过虚拟仿真技术建立被控对象仿真模型，模拟实际被控系统的工作运行状况，满足多个实验内容的需求，使系统运行过程和结果直观、调试方便。

2.1 PLC实验教学系统的构成

PLC实验教学系统的构成如图1所示，PLC和I/O设备建立真实的PLC控制线路，然后用被控对象模块完成模拟被控系统的功能，最后将模块模拟的运行数据以动画形式呈现在虚拟运行平台。

2.2 PLC实验教学系统具有以下特点

（1）PLC电气硬件电路的设计要满足实物设备、被控对象和其他形式连接的需要。建立真实的PLC外围线路，既可以用其连接真实的被控设备并控制设备状态，也可以将PLC程序的执行结果传递给被控对象，通过虚拟运行系统显示状态。

（2）被控对象的设计要保证足够的开放性、通用性和真实性。1）开放性：被控对象可以通过更改模块系统程序，来实现跨系统、跨平台的连接和实验；2）通用性：被控对象虽然是单一不变的，但是可以在不增加投入、不改变硬件的前提下完成多个实验内容，减少维护成本，增加系统的利用率；3）真实性：系统通过被控对象来代替被控设备，虽然要通过被控系统软件平台来显示运行情况，但是整个实验系统有真实的PLC以及外围线路作为前提，所有的执行结果和反馈信号都从对象的运行得到，而不是读取的PLC的运行数据。系统设计

3.1 PLC线路

PLC实验教学系统中的PLC设备将采用西门子公司的S7-200 CPU 226CN型号的主模块，选择数字量输入/输出混合模块EM223作为数字量I/O扩展模块（可根据实际控制需要进行取舍），选择模拟量输入模块EM231和模拟量输出模块EM232作为模拟量I/O扩展模块。

以PLC的外围线路为例如图2所示。即PLC的 I/O电路主要是说明PLC的输入/输出端口与I/O设备的连接关系。输入设备连接到PLC的输入端口，给PLC的运行提供动作指令和参数反馈，可手动给定也可自动反馈；输出设备连接PLC的输出端口，接收PLC程序的运行结果并执行，控制用电设备的运行状态。

3.2 被控对象模块

被控对象模块通过单片机电路的运行来模拟被控系统。其功能是模拟被控设备的运行，按照PLC系统的执行结果进行动作并反馈被控设备的状态和参数给PLC；同时，嵌入式被控对象模块给虚拟被控系统运行平台提供运行数据。被控对象模块的硬件结构包括：电源电路、控制单元电路、输入采集电路和输出驱动电路以及通信电路。如图3所示为被控对象模块的控制单元电路板。

3.3 虚拟运行平台

虚拟运行平台是建立在被控对象模块基础上的一个图形界面虚拟显示系统，其工作过程是读取被控对象模块的数据，然后通过虚拟的系统界面动态表示系统运行的过程。

虚拟运行平台的被控系统界面虽然是虚拟的，即用图形界面表示实际的被控设备，但它不是完全通过仿真软件虚拟的，也不是通过读取PLC数据实现的上位机监控，而是建立在真实的硬件和真实的运行数据基础上的，是真实控制结果的图形画面显示。这样可以降低实验成本，使用方便，通用性好，同时又具备系统、直观和真实的效果。图4为智能交通灯的虚拟运行平台界面。结语

该PLC实验教学系统在保证良好经济性的前提下，能够系统的、直观的、真实的实现PLC控制系统的硬件连接、程序设计、调试和运行演示。系统从硬件结构上遵循了真实PLC控制系统的结构流程，便与学生建立与工业现场相匹配的系统概念，并能够直观的看到调试和控制的结果，从而提高教学效果，满足社会生产对PLC技术人才的需求。

篇2：PLC实验教学系统的设计与实现

关键词：水泥灌浆机 可编程控制器 CP1H 世纪星水泥灌浆机自动控制系统的组成及工作过程

1.1 系统组成根据水泥灌浆机自动控制系统的工艺要求，水泥灌浆机控制系统的组成包括上水，上水泥，上添加剂、混炼器里搅拌、储存罐储存，泥浆出料等，具体工艺工艺流程图如图1所示。

图1 水泥灌浆机工艺流程图

其中当启动水泥灌浆机后，水泥灌浆机把水泥、水、添加剂等按照一定的配比自动进料，然后搅拌，灌浆，搅拌好的水泥浆储存在搅拌器中，搅拌器的双层叶片不停的搅拌，主要为了防止在灌浆过程中水泥浆凝固，当水泥浆到达一定的存储数量时泥浆泵把搅拌器中的水泥浆压出灌浆机。

1.2 水泥灌浆机工作过程

根据水泥灌浆机自动控制系统的设计目的和设计要求，水泥灌浆机自动控制系统具体的工作过程如下：

1.2.1 水泥灌浆机的启动

当水泥灌浆机处于起始位置，按下启动按钮，则水泥灌浆机启动，水泥灌浆机进入工作状态。

1.2.2 上水，上水泥，上添加剂

启动后，水泥灌浆机分别上水，上水泥，上添加剂。当水、水泥和添加剂达到所需重量时，进入混炼器搅拌。

1.2.3 混炼器搅拌并储存

当水、水泥和添加剂进入混炼器搅拌时，搅拌一定时间，使其充分搅拌后，泥浆进入储存器里储存，然后等待出料信号出料。

1.2.4 泥浆出料

当储存器里水泥储满后，系统有报警信号提示储存器已满。当给出料信号后，水泥灌浆机里的泥浆出料。系统的硬件选型

本系统采用OMRON公司的CP1H-XA40DR-A型PLC作为水泥灌浆机自动控制系统的控制器。日本OMRON公司CP1H系列可编程序控制器的体积小、可靠性高，功能强而价格较低，应用较为广泛。PLC外部接线图如图2所示。

图2 PLC外部线图系统功能图及I/O分配

3.1 功能图

根据系统的具体流程可知，水泥灌浆机控制系统的工作方式分为手动和自动两种，其自动功能表图如图3所示。

图3 水泥灌浆机控制系统功能图

水泥灌浆机自动控制系统中分为手动控制和自动控制，手动控制时，按下启动后，水泥灌浆机上水，上水泥和上添加剂，然后进入混炼器搅拌，定时一定时间后，使其充分搅拌，进入搅拌器存储，当给出料信号后，泥浆出料，当按下停止键后，泥浆停止出料。自动控制时，按下启动键后，水泥灌浆机同自动时一样上水，上水泥和上添加剂，然后进入混炼器搅拌，定时一定时间进入搅拌器存储，当给出料信号时泥浆出料，当达到储存器容量下线时，返回，开始新的上料过程。

3.2 I/O分配

输入：本控制系统有十二个输入点，启动按钮一个，停止按钮一个，开关有两个，分别为手动开关和自动开关。信号开关有五个，分别为手控电机信号，水称重信号，水泥称重信号，添加剂称重信号及出料信号。停止出料开关一个，储存器容量下限行程开关一个，储满传感器一个。

输出：本控制系统有七个输出点，这七个输出点分别为启动指示灯，上水，上水泥，上添加剂，搅拌存储，泥浆出料及储满报警指示灯。组态监控设计

本系统在设计组态监控时使用的世纪星组态开发软件，本系统的组态监控画面设计如图4所示。

图4 组态界面图

第一步是先开始运行并进行选择手动/自动控制。按照要求，水泥灌浆机启动后首先上水，然后再上水泥，最后再上添加剂。当上料结束后，水、水泥和添加剂进入混炼器搅拌。当水、水泥和添加剂在混炼器里搅拌一定时间后，进入储存罐里储存。当储存罐里的泥浆储满时，水泥灌浆机储满报警。当给个出料信号后，泥浆出料。系统的运行与调试

首先，在电脑上安装上OMRON CX-ONE软件;然后在CX-Program软件中编写控制程序，并在电脑上进行初步仿真调试，测试程序无编写错误后，再到实验室进行实物仿真按外部接线图连好实物，并将PLC程序下载到PLC中。然后将PLC和世纪星组态软件进行链接。

按照系统的工作顺序对系统进行控制，观察PLC控制的各个输出端口是否按照编程好的顺序进行工作，对系统进行合理的适当的调整。

参考文献：

篇3：PLC实验教学系统的设计与实现

中国电梯行业业内的2012年统计数据显示, 全国电梯从业人员的缺口在50万以上, 严重时多达百万, 而且从业人员整体素质低下, 无证上岗现象严重。为了提高电梯的安全性、可靠性, 满足广大电梯企业对安装、维保人员的市场需求, 解决从业人员专业技术水平及业务能力低下、人员匮乏的现状, 进而培养出高素质的电梯从业工程技术人才, 我们开发了教学用四层电梯模型机。

开发本电梯模型机的目的基于以下几点:

(1) 实现教学用四层电梯模型机的自动化控制;

(2) 掌握PLC控制系统的软硬件设计以及调试的方法;

(3) 促使学生理论与实践深度融合, 提高学生的动手操作能力。

1 控制系统的硬件设计

1.1 模型机的组成

电梯模型机主要包括机房、控制柜、井道、厅门及轿厢五个部分[1,2]。

(1) 控制柜部分由总电源、PLC、控制电源、变频器等组成;

(2) 机房部分由电磁制动器、曳引机、限速器等组成;

(3) 轿厢部分由轿厢、导靴、安全钳、平层装置、轿厢内指导灯、轿厢照明等组成。

(4) 井道部分由导轨、缓冲器、限速器、极限开关、平层感应器、限速器等组成;

(5) 厅门部分由厅门、上下呼按钮、楼层显示装置等组成。

整个模型机安置在面积为40 cm×30 cm的底板上, 电气控制部分安装在控制柜内, 电梯模型机的各项性能指标通过PLC来实现, 其重量约为50 kg, 高度约为150 cm。

1.2 模型机主要功能介绍

模型机可实现的主要功能如下[1]:

(1) 确定电梯上行或下行的运行方向;

(2) 记忆并响应上行或下行的呼梯信号;

(3) 顺向呼梯信号优先响应, 到达指定楼层后, 呼梯信号解除;

(4) 电梯到达所指定的楼层时, 所在楼层的指示灯将闪烁3 s, 梯门处于开启状态;

(5) 不仅具有上限位及下限位保护功能, 还具有互锁功能, 使电梯运行平稳、高效;

(6) 可以显示呼梯信号及电梯所处楼层。

电梯模型机采用常使用的曳引式电梯结构。其滑轮组由两个动滑轮和一个定滑轮组成, 可以减小所需的牵引力, 拖动电机为电压为AC380V、功率为120 W。其结构与实际电梯基本相同, 其功能与实际电梯的基本一致。模型机的大部分部件均是采用透明材料制成, 这就有利于观察电梯的内部结构, 运行过程中的每一个动作看起来都非常直观;可以很直观地了解并掌握电梯的基本结构、动作原理[2,3,4]。

1.3 I/O分配

模型机选用三菱FX2n-64MR作为电梯的控制单元, 其输入点数与输出点数均为32个。模型机具有上限开关、下限开关、开门限位、关门限位、上下呼梯等25个输入信号;抱闸继电器、开门继电器、关门继电器、楼层指示灯、牵引电机正转及反转等23个输出信号。输入点分配详情见表1, 输出点分配详情见表2。

2 控制系统软件设计

PLC电梯控制系统的关键环节软件设计部分。在进行软件设计时, 要本着功能完善、程序设计简单、易读、易改的原则[4,5,6]。利用PLC的各种指令进一步优化编写的程序, 尽可能缩短控制系统程序扫描时间, 进而保证电梯运行精度。控制系统设计流程图详情见图1。

根据电梯的控制要求, 电梯总是按照一定的程序重复地进行上下行、开关门动作。其过程为:给出上呼或下呼信号, 判断电梯运行方向, 启动运行, 到达层站时执行开门、关门。其工作原理图详情见图2, 根据电梯模型控制系统的功能, 进而编制出满足模型机相关功能的梯形图。

3 模型机的工作过程

模型机的轿箱通过交流电机来拖动, 交流电机的额定电压为380 V。电梯轿箱的上升与下降分别用Y30及Y31来控制。在PLC编程时, Y30与Y31进行互锁, 是为了防止意外而造成电源短路。

模型机控制系统作为一个人机交互式的系统, 在运行过程中存在很多不确定因素。这就需要在能够实现电梯的基本控制功能的基础上, 根据不确定的输入信号以及电梯所处于的状态控制电梯的运行。当控制系统工作时, PLC根据接收到轿厢和厅门控制系统的功能信号、楼层的呼叫信号以及井道与变频器的状态信号, 经过程序的判断、运算, 进而实现电梯运行的控制。PLC根据控制系统的要求, 向变频器发出上行下行信号、启动信号、加/减速运行信号以及制动停梯信号。由变频器按照一定的控制规律、控制算法进而来控制电机, 进而完成电梯的工作全过程[4,5,6,7]。

4 控制系统的调试及运行情况

4.1 控制系统的调试

针对一个PLC控制系统, 首先要对其功能进行设计, 就是根据被控对象工艺要求, 明确控制系统需要完成什么样的工作, 完成工作需要什么样的条件。其次, 要对PLC控制系统进行功能分析, 进而提出PLC控制系统的规模、结构形式、I/O点数、控制信号的种类等。最后根据控制系统的分析结果, 确定PLC控制系统所需要的机型以及系统的具体配置[5,6,7,8]。

调试步骤:

(1) 在总装调试前, 用户要把编写的程序进行模拟调试, 模拟调试无误后, 把PLC接到控制系统里进行总装调试;

(2) PLC的外部硬件接线检查, 确保接线正确;

(3) 将模拟调好的用户程序下载到用户存储器中进行调试, 确保PLC控制系统各部分的功能均达到既定的要求, 并能协调一致, 成为一个完整PLC控制系统;

(4) 如果调试结果达不到控制系统的要求, 可通过调整硬件以及软件的方法进行优化;

(5) 调试完成后, 将程序固化在EPROM内。

4.2 控制系统的运行情况

(1) 按下呼叫按钮, PLC检测到上呼信号或下呼信号以后, 便会控制轿厢运行到所指定楼层。电梯上升过程中, PLC只执行上行信号, 不执行下行信号, 并且只保持上行指示灯点亮, 反之亦然。

(2) 如果同时按下多层反向外呼信号按钮, 则轿厢将优先运行到最远端发出的反向外呼信号所在的楼层, 然后再按顺序执行其他楼层发出的外呼信号。

(3) 轿厢平层后开门, 延时5 s后自动关门。

(4) 在上升或下降过程中, 开门、关门按钮将处于无效状态。在开门、关门以及5 s延时时间内, 轿厢即不能上升也不能下降。

(5) 轿厢当前所在的楼层用七段数码管显示, 上行与下行用指示灯来指示。

(6) 经过验证, 模型机运行情况良好、达到预期效果。

5 结语

此教学用四层电梯模型机具有效果直观, 可操作性强等优点, 选用功能较强的PLC作为模型机的控制单元, 符合我国当前中低速电梯控制系统的实际情况, 非常适合电梯从业人员岗前培训, 也可以满足高职院校教、学、做一体化的教学模式。由于所具有的功能与现实生活中所使用的电梯基本一致, 工作人员可以不在施工现场, 而提前编制出符合要求的控制程序, 进而提高电梯调试效率。模型机可以在不同的方式下运行, 实现电梯的相关功能, 克服了传统的教学模型功能单一、仅能够以演示为主的局限性, 为教学和科研提供了优质的实验平台, 具有一定的实用价值与推广价值。

摘要：介绍了教学用四层电梯模型机, 使用三菱PLC作为核心控制单元来完成电梯相应功能。重点介绍了电梯模型机的硬件、软件设计以及调试运行情况。所研制的电梯模型机具有效果直观, 可操作性强等优点, 克服了传统的教学模型功能单一、仅能够以演示为主的局限性, 不仅适合高职院校教、学、做一体化的教学模式, 同时也为电梯从业人员的岗前培训提供了便利, 不仅具有一定的实用性, 还具有一定的推广价值。

关键词：电梯模型机,PLC控制系统,设计与实现

参考文献

[1]史先传.基于PLC控制的小型电梯模型的研制[J].微计算机信息, 2008 (13) :59-61.

[2]刘明.四层电梯教学模型PLC控制系统的设计[J].中小企业管理与科技, 2009 (03) :165-166.

[3]潘先荣.基于S7-200PLC控制的四层电梯模型设计[J].工业控制计算机, 2013 (01) :95-97.

[4]魏佳, 闫挺.6层电梯模型控制系统的PLC设计与调试[J].科技信息, 2011 (22) :240-241.

[5]王宏, 王子成, 崔光照.基于组态软件的PLC电梯控制和仿真研究[J].制造业自动化, 2013 (02) :109-112.

[6]杨小林, 潘丽萍.电梯模型在可编程控制器实践教学中的应用[J].实验室研究与探索, 2013 (02) :45-48.

[7]陈钢.使用PLC测试软件进行PLC电梯程序错误分析[J].可编程控制器与工厂自动化, 2011 (10) :51-54.

篇4：PLC实验教学系统的设计与实现

【关键词】PLC；工业控制系统；设计；实现

1.基于PLC工业控制系统的设计

控制系统的核心是软件，整个工业控制系统的控制调度、逻辑运算、数据处理、参数存储、状态显示等环节。其中主要包含了主控PC程序、界面PC程序、PLC程序及动画PC程序，但从整体来看，PC程序和PLC程序是最为重要的。

在工业控制系统当中，PLC程序主要是起到生产线全过程控制、数据采集处理及逻辑运算的作用，在PLC内部结构中包含了有电源模块、内部存储器模块、CPU模块等，而这些模块根据一定的规则可以实现自由组合与配置。在实际的工业控制系统设计上，为了进一步方面其设计与调试，因此往往会根据控制系统的实际需要来实现生产线上所有设备的手动、半自动与自动控制操作，因此PLC程序在设计上也应该与此三种控制模式对应，具体如下。

1.1自动模式

在生产线处于自动运行状态时，PLC会自动进入自动模式并受到远程主控PC的程序控制及运行，在连续性的完成控制动作之后便不再受到文本显示器的控制。

1.2半自动模式

如果生产线处于调试或错误状态时，PLC程序能够进入到半自动模式中，此时PLC半自动动作将会受到文本显示器的控制来完成操作。

1.3手动模式

如果生产线处于调试或错误状态时，PLC程序能够进入到手动模式中，同半自动模式一样，PLC手动动作将会受到文本显示器的控制来完成操作。

其次，PLC工业控制系统主控PC程序的设计本身就是极为复杂的一项工程，因此要想搭建出一个功能强大、科学合理的程序框架极为重要，正因如此在PLC程序的整体设计上更应该引起重视。根据现代经典程序设计方法来看，PC程序的设计首先要对其实际需求，即哪些功能需要得以实现进行分析，同时在PC程序与其他设备间关系上的处理上也要合理对待。此外，各程序模块的划分、各模块相应功能的实现都应该得到考虑，在这些功能都得到实现之后再行调试程序模块并进行整体性能上的优化。

以卷烟生产设备为例，生产卷烟所需的卷接、制丝及包装设备，PLC控制系统在卷烟生产线中起着决定性作用，从某种程度上来说，PLC是否能够准确的接受指令并严格按照程序执行命令关系到产品的生产质量与效率。当前我国大多数卷烟设备PLC主要为两种模式，即整体式与模块式，二者各有优劣。整体式PLC体积小，但是输入输出端子个数固定，而模块式PLC则可以结合所需来进行拓展，但是它一旦发生故障很容易由于接线处较为复杂难以找出问题所在。总而言之，虽然PLC在卷烟生产线的生产中有着很强的抗干扰能力，但是在实际的生产运行当中，其存在的干扰问题还是比较复杂的， 因此PLC工业控制系统的设计必须要对这一个问题加以考虑，避免运算或程序错误现象的发生。

另外，PLC的上位机为主控PC，它的任务主要是负责向PLC程序发出控制命令，并写入执行控制任务的时间，然后PLC程序能够读取到当前设备的工作状态、时间及自检时间参数等指标。但是对于界面PC来说，界面PC的客户机才是主控PC，它只需要接受界面PC所发出的操作指令，并反馈相应的工作状态与信息即可。需要注意的是，就主控PC自身来看，它还需要对各个设备反馈的各类状态、数据与命令分类进行计算、存储与转发工作，如果从整体结构上进行细分，一般分为下列三个重要模块。

（1）数据库模块，负责主控PC对系统所收发的命令进行分类计算、存储与转发。

（2）PLC通讯模块，实现主控PC同PLC之间控制命令与数据的相互传输。

（3）PC间通讯模块（一般为界面PC同动画PC间的通讯模块），实现此二者之间的数据、控制命令的相互传输。

2.生产线控制系统的调试与生产

2.1控制系统模板的测试

众所周知，工业控制系统的调试模块大多都集中在PLC、液压及机械等硬件设备的调试上，但是液压、机械设备经常会因为来自于外部条件及现场环境的影响，因此人们很大程度上都会在PLC、液压、机械设备的调试上进行调整，以最大限度的降低外部环境对硬件设备所造成的影响。

就机床而言，它有着复杂的结构、繁琐的工序，而且在各个执行结构的运动位置上都有着较为严格的限制条件，因此在编写PLC整体程序之前首先应该对该设备内部各机构单独的进行编程设计，在此过程中可以通过运用文本显示器等设备进行严格的调试，从而保证其准确性，如果在此过程中出现错误则应该及时调整，一直到正确调试通过。其次，在单独机构调试无误、完毕之后应将机床内的各机构程序进行整合，同时在PLC端口接入到临时主动PC时开始在线控制机床的整体动作，尽可能的实现主控PC收发命令的良好效果。最后在PLC整体程序确认无误之后就可以同主控PC联机，进而让主控PC能够达到控制所有工位、所有设备的远程控制的目的，并系统调试整个生产线。

2.2生产线的初始化

通常情况下在生产线控制系统整体运行之前应该对生产线上各机构设备进行初始化工作，在这一环节中主要包含设备复位及设备自检这两个方面。设备复位实际上就是让所有设备内所有机构回复到初始位置，这一过程有利于下一步生产环节的运行；设备自检则不断会对设备上所有传感器进行检测，而且还会对所有执行动作参数预先采集并发送到生产线上，确保设备在自动模式生产过程中实现同实际执行时间的对比。总的来说，如果设备复位和设备自检过程中如果工业控制系统出现了错误信息，那么就必须要严格的按照错误信息来重新进行调试，直至设备复位及设备自检顺利完成，这样便可以开始正常的工作运行。

2.3生产线的正式运行

对于生产线而言，其正式的工作运行是通过界面PC直接进行控制和操作的，工作人员只需要在界面PC上进行简单的操作就能够达到控制整个生产线运行的目的。下面给出了一则表格，反映出了生产线在正常的工作运行当中实际性能指标同手动作业的比较：

生产性能指标对比表

从上表可以明显的看出，生产线投入正常的运行工作之后能够达到最初设计的要求，而且同传统的手动作业方式相比具有效率高、耗时小、人员少、安全、灵活的特点。生产线控制操作人员仅仅只需要在控制室利用界面PC就能够实现整条生产线的全面控制，即使在运作当中会出现错误，控制系统也能够自动停止生产线，从而避免安全事故问题的发生。值得一提的是，在发生错误之后能够在界面PC上反映出具体的出错设备与信息，这对于方便工作人员检修、调试具有重要的作用。

3.结语

总而言之，PLC作为现代控制技术的核心内容，已经成功的设计并实现了生产线的全自动控制，当前很多单位都已经将PLC应用到生产运行当中并取得了良好效果。从整体上看，通过大量的生产测试表明，PLC工业控制系统的技术指标能够达到拟定的要求，这对于全面提高生产工作自动化程度、降低生产现场的风险有着重要意义。 [科]

【参考文献】

[1]侯美华.可编程控制器在工业控制中的应用[J].电气开关，2000（06）.

[2]张兰训，苏元敏.浅谈PLC在工业控制系统的发展特点[J].商场现代化，2008（24）.

篇5：PLC实验教学系统的设计与实现

在现代板坯连铸系统中，变频调速控制技术已在各个设备中广泛应用;主要包括推钢机、火焰切割机、输送辊道、扇形段辊道、结晶器振动、中间罐车以及大包回转台等。一般来说，PLC 是通过 Re-mote I/O Scanner 通讯方式来把控制命令传输给变频器的，与此同时，变频器也将其实时状态反馈给 PLC 系统。另外，控制程序主要借助 MOV 指令来把速度、正反转以及启动停止命令以信息的形式传送给变频器，然后利用变频器的变频调速功能对整个系统进行自动控制。

3.2 铸流自动跟踪技术

铸流自动跟踪系统主要是利用物理上的光电转换原理进行工作的，通过增量式编码器来完成自动跟踪。增量式编码器可以直接利用光电转换原理来输出 A、B 以及 Z 相三组方波脉冲;其中，A、B两组方波脉冲的相位差为 90°，所以能够比较方便的判断出旋转方向;与此不同的 Z 相每转一个脉冲，所以其常应用与对基准点的科学准确定位。增量式编码器的技术含量较高，其平均寿命可达几万小时以上，而且其构造原理较为简单，抗干扰的能力较强，有较高的可靠性，比较适用于长距离的传输。一般来说，A-B 增量型编码器多安装在扇行段驱动辊的电机上，铸流 PLC 依据增量式编码器发送的脉冲数来自动计算并完成浇注模式、送引锭模式下的铸坯测长、电力测速以及二冷区配水等全自动控制。

3.3 大包下渣检测技术

大包下渣检测技术是用于检测包内钢水含渣量的.一项技术。这个系统主要通过高度自动化、智能化的平衡补偿技术并比较钢渣与钢水导电率来检测钢渣在钢水中的含量，其中还要用到电磁感应的物理原理来对含量进行检测，然后会通过声光报警的方式提醒相关操作者及时发出大包水口关闭信号或自己手动关闭大包滑动水口，以此来控制大中包中钢水的钢渣含量，进而提高钢水的清洁度，提升其质量;除此之外，还有效避免了繁琐的除渣工作，也可以提高钢坯质量。

3.4 液面自动控制技术

液面自动控制是通过涡流传感器来对拉坯及浇钢的速度进行调节的一项技术。一般来说，涡流传感器具有连续测量结晶器钢水液面的功能，它可以输出一系列模拟数据，一般包括随液面高度线性变化的电压以及电流，再把信息传送给液面调节系统，以此完成对拉坯以及浇钢速度的自动控制，使钢水液面得以稳定在预定高度。这样一来，就可以有效的提高连铸机的工作效率，提升其工作质量，防止溢钢及漏钢事故的发生，对钢坯的质量进行有效的保证。

3.5 红外定尺技术

所谓的红外定尺即是通过红外摄像的方式对钢坯进行相关数据识别。利用红外摄像设备对红热钢坯进行远距离实时成像，将所成图像转化为数字化信息，然后传送给 CPU，再利用 CPU 的计算与模糊识别功能对数字化信息进行相关计算与识别处理，再按照提前设定的定尺长度向 PLC 传送切割切割信号，使 PLC 控制火焰切割机对钢坯进行切割。这个系统的技术含量较高，一般具备操作维护简单、控制精度高以及检测可靠的特点，在钢坯处理中发挥非常重要的作用。

4 结束语

综上所述，在板坯连铸系统之中 PLC 控制的应用，对于准确、快速控制的实现，连铸自动化水平、铸坯质量与产量的提高具有非常重要的作用，而且能够降低能源消耗，降低机械故障的停机率，使得铸机的作业率得以有效提高，除此之外，还大大改善了工作环境，提高了工人的工作效率。因此，PLC 控制系统在板坯连铸系统之中值得推广应用。

参考文献

[1]黎华.PLC 在 4 号板坯连铸系统中的应用[J].柳钢科技，2007(1)：23-24.

[2]冯科，韩志伟，毛敬华.连铸板坯质量控制的系统技术[J].钢铁技术，2010(5)：7-9.

篇6：PLC实验教学系统的设计与实现

《高等数学》网络教学系统的设计与实现

网络教学系统采用B/S结构模式,利用ASP技术,选取Dreamweaver为开发工具,通过ODBC数据源访问数据库,探讨<高等数学>网络教学系统的主要功能和总体的设计思想,来实现师生的互动性.

作 者：徐海娜 作者单位：浙江海洋学院,浙江,舟山,316000刊 名：硅谷英文刊名：SILICON VALLEY年，卷(期)：“”(12)分类号：G43关键词：ASP技术 网络教学 高等数学

篇7：PLC实验教学系统的设计与实现

文献综述

前言

本人的论题为《教学质量网络测评系统的设计与实现》。对于当今的信息时代，网络高度普及，网络给我们带来了高速、效率、便捷的生活，在我们的生活中起到了越来越重要的作用。

新华社记者从16日在北京召开的互联网大会上了解到，截至今年3月底，我国网民数量已达4．77亿。出席当天签约大会的工业和信息化部电信管理局副局长王建文表示，我国互联网近年来飞速发展，截至今年3月底，我国已备案网站数量达到382万个，互联网正对社会、经济、文化等各个领域产生巨大影响。

于是，各种测评系统，借助网络这一媒质应运而生。教学质量网络测评系统，是借助于网络的教育质量测评系统，具有测评迅速、便于统计、计算结果等特点。为推进质量监控保障体系，提高教师的教学水平和教学质量，培养适应时代需要，具有创新精神和实践能力的全面发展的优秀人才，网上教学评估系统展现了其重要性。

本文根据目前国内外学者对教学质量网络测评系统的研究成果，借鉴了他们的成功经验。这些文献给与本文很大的参考价值。本文主要查阅进几年有关教学质量网络测评系统的设计与实现的文献期刊。

北京化工大学北方学院毕业设计（论文）——文献综述

随着科学技术的进步，网络时代的开始，随着计算机网络及其相关技术的发展和不断完善，尤其是在初步实现教育信息化的今天，人们正在企图以计算机网络为操作平台，探讨教学质量评估技术，保证评估结果的公平、公正，从而提高其效率与效益，促进我国教育事业的发展。教学质量网络测评系统克服了传统评教模式的缺陷，突出了交互性、实时性、有效性和人性化等特点。

网络系统基本实现了通过管理员登录，对后台进行管理，通过教师登录，查看学生对教师的评价，通过学生登录进行了教师评测。教学质量测评系统借助了网络平台，充分发挥学生在教师教学质量评价中的积极作用，通过教学质量评估，进一步加强人才培养工作的宏观管理与指导，促进各部门重视和支持人才培养工作，推动学校自觉地按照教育规律不断明确办学指导思想、坚持教育创新、深化教学改革、加强教学基本建设、强化教学管理、全面提高教育质量和办学效益，具有更加深远的意义。目前，我国的教学质量网络测评系统在近几年来，有了很大的发展。

其中，盛彤彤、唐文（2003）在《教育质量网络测评简析》中指出：教学质量测评工作对于保证人才培养质量，实现教学规模与质量的协调发展意义重大。长期以来,我国高校的教学质量测评方式为表格或图表式，这种方式具有一定的局限性；而网络测评是将互联网的便捷性、信息化和传统表格的简洁明了性相结合的一种全新的测评方式。文章在结合南京医科大学网络测评实践经验的基础上，详细分析了网络测评的优点，针对在实践中出现的一些问题，提出了优化网络测评的建议。

杨青（2010）在《基于ASP技术的教学测评网站的设计与实现》中则指出：随着科学技术的飞速发展，网络正以前所未有的速度步入现代生活。学校作为教育部门，正面临着现代教育改革的新气象，而教育信息化就是其兴起的方向。教学测评网站便是网络教育化的重要形式之一。网站主要包含四大功能模块：学生模块；管理部门模块；教师模块；教务处模块。通过本网站的应用，教师能及时了解自己的情况，了解自己的教学效果和失误等相关信息。同时对于学生来说，会给出更真实客观的评价，也有利教师个人信息的保护。大大提高教师的个人业务水平及整个学院的教学质量。

黄伟建、黄伟力和王飞（2003）在《网上教学质量测评系统的研究》中主要介绍了测评的算法和系统的研制与开发。该系统主要是针对教学质量的测评、统计和分析而研制的，但通过动态的改变评价指标体系和评价等级，可以广泛应 2 北京化工大学北方学院毕业设计（论文）——文献综述

用于各种人员素质测评、科室工作评价、产品质量鉴定、企业评估等对模糊事物进行综合评判的场合。

同时，我国学者赵振辉和杨文斌（2008）《基于Web的教学质量测评系统研究》曾提出教学质量测评是一项主观性很强的工作。通过分析高校教学质量测评系统普遍存在的局限和待解难题，运用先进的网络技术和模糊综合评判数学模型，在校园网络环境下设计并实现了基于Web的教学质量测评系统。

在网络测评系统的设计与实现方面，张京彬、余胜泉（2004）的《网络测评系统的体系结构与功能》强调本系统的核心是建立一个基于标准大数据量多媒体试题库基础上的网络测评模式和框架，从逻辑上看主要包括系统标准多媒体试题库，组卷策略库，规范试卷库和测试，规范作业库和自测以及评价分析和数据挖掘等六个子系统。

王宇、才国清和王兴伟（2010）《基于Web Service的系统集成技术在网络教育平台中的应用》提出通过Web Service方式在教学管理模块中实现，在实时教学系统中进行访问。这样保证了两个模块之间可以很容易的分离和整合，也可以工作在不同的操作系统平台上（Windows或Linux等）

孙更新、宾晟、周峰（2010）在《学校教学情况网络测评系统的功能需求》中指出数据库设计是管理信息系统开发过程中非常重要的一个环节，在进行数据库设计时，应该准确了解用户需求，以便设计出符合实际需要的数据库。查询统计非常及时方便，大大提高了教学管理的效率和水平。系统的实际运行证明，测评系统中数据库的设计是规范的，运行是稳定的、可靠的，完全满足系统的要求。

吴震慧（2008）的《基于B／S模式高校教学质量评测系统》列举了采用先进的ASP.NET动态网页技术结合SQL Server2005数据库开发网上教学质量评测系统。该系统克服了传统评教模式的缺陷，突出了交互性、实时性、有效性和人性化等特点。

外国学者Fernandes和Domingos（2009）在《The evaluation of learning in the Portuguese Education System》中写到The main purpose of this paper is to discuss the major features of the learning evaluation system as applied to pupils from the basic and secondary levels, such as proposed by the Portuguese curriculum.MOHD Nazri Ismail（2008）在《Evaluation of Network Management System Prototype》中提出：We present the framework development ofnetwork 3 北京化工大学北方学院毕业设计（论文）——文献综述

management system.This researchdesigns for network management systemmonitoring in Local Area Network(LAN)environment and this software will undergoevaluation process using qualitative approach.We propose an enhanced equation to evaluate theperformance of network traffic management viaQueuing theory.For this research, focus groupsare being used to develop survey instruments formeasuring network administrator satisfactionwith software network management system(NMS).4 北京化工大学北方学院毕业设计（论文）——文献综述

结

论

通过以上文献综述，不难发现：

网上教学评估系统对学校的管理工作更加重要，是一个重要辅助办公管理工具。其系统坚持以教学质量评估为重点。通过教学质量评估评估，进一步加强人才培养工作的宏观管理与指导，促进各部门重视和支持人才培养工作，推动学校自觉地按照教育规律不断明确办学指导思想、坚持教育创新、深化教学改革、加强教学基本建设、强化教学管理、全面提高教育质量和办学效益。

开发本系统后，学生可随时登陆校园网，通过给老师打分，给老师留言，给老师写信等方式与老师交流。老师也可通过校园网查看自己的得分和学生的留言，及时了解学生的建议，从而能对症下药，改进教学手段。

相对于传统的教学评估工作本系统有着全面的优势：

（1）将教学评估终端在网上实现，学生在网上填写评估单，在线提交。省去传统的教务处收发评估单程序，节省宝贵的人力物力和期末时间。

（2）后台程序根据录入的数据进行计算，直接得到评估的结果。而不是现在的工作人员将学生填好的教学评估单按照教师、课程先分类，再输入电脑进行数据处理。

（3）评估方法、评估项目可以灵活更换，得出的评估结果更客观、公正。这是在手工操作情况下几乎不可能实现的。

篇8：PLC实验教学系统的设计与实现

一、研究背景

在现代社会环境下, 随着现代科学技术的发展以及自动化程度的高速进步, 一些精密仪器的使用和应用也在不断地趋向于小型化、智能化以及网络化。单片机由于功能强、价格低等特点, 加上开发周期长, 抗干扰能力差, 不能够较好地适应于现代复杂的工业现场环境, 导致其使用效果较差, 但是ARM系统的开发与应用却对其使用要求相对较高。与此同时, PLC测控系统的应用却在很大程度上解决这些问题, 其功能丰富, 而且性能稳定, 构造简单、易于操作, 更为主要的是测量精度高、开发环境相地简单、抗干扰能力强、能够完全适应于复杂的作业环境, 有效地满足了现代化测控工作中, 对在线测验控的要求。因此, 基于PLC的小型测控系统是现代测控工作的首选。

二、工作原理

该系统的工作原理主要是建立在形位公差检测的原理上, 通过电感器的作用, 将几何量以及尺寸变化, 一一转化为微电感电压信号, 并在滤波、相敏整流的作用下, 通过AD采集模块, 使其传送到CPU, 进行进一步的数据处理, 最后, 再将数据传入TP170A触摸屏显示。另外, 在触摸屏内, 配置有各种各样的设置参数、I/O控制等, 这些相关的数据会通过PLC反馈出来, 结合系统中的编程控制器, 丰富模块功能, 提高系统性价比, 不仅方便实用, 而且性能优异, 可靠性高。目前其已经广泛应用于各种测控领域中, 加上开放的编程程序, 可以根据客户要求, 量身定制自己所需要的测量程序, 并且可以进行随时修改, 从而更好地满足不同用户的不同需求。此外, 系统在测量时, 主要采用的比较法, 一般情况下, 其测量精度可以达到0.1μm, 4h漂移≤lμm, 所以, 可以完全满足于多数计量室、实验室的同时使用以及各种在线检测的共同使用。

三、系统设计与实现

首先是系统硬件配置。一般而言, 系统的硬件配置主要包括以下方面:一套测量机械机构、CPU224XPCNAC/DC继电器、4支中原量仪DG一8ZG/C笔式电感传感器、4通道信号调理电路、14输入/10输出、5.7寸触摸屏TP170A、4通道模拟量输入模块EM231、320X300×210电箱一个 (具体的电气原理图如图1所示) 。并且还有2个RS-485接口, 一个用于联网通讯, 一个用于连接解屏, 并且与EM231模块结合起来, 可以全面实现数据的采集, 最大限度地满足了传感器的需求, (图2为电感传感器信号调理电路示意图) 。

其次是软件设计。在测控制系统中, 最为常用的滤波方法是就是中位值平均滤波、算术平均值滤波以及限幅滤波, 而本系统主要采用的是前者, 具体的方法是将取7个数据, 将最大值和最小值去掉, 取所有数据的平均值, 并且利用形位公差检测的原理, 计算出所需要的平均值, 这种方法的最大优点就是可以克服偶然因素所造成的干扰素, 而且能够适应于随机干扰信号进行滤波处理, 具体的程序流程如图3所示:

第三是参数设置。对于参数的设置主要是与触摸屏有关, 具体可以运用专用的Pro Tool软件进行开发, 结合电感器作用, 合理处理所有的几何量以及相关的数据参数变化, 使其有效地转化为微电感电压信号, 经过相敏整流的处理与作用, 得到相关的属性地址, 并且利用AD采集模块, 得到相对应的变量地址, 在到达CPU后会由系统进行数据处理, 在这个过程中, 数据传入TP170A触摸屏, 并且显示出来, 这时相关的设置参数、I/O控制反馈给PLC, 再利用编程控制器的作用, 使模块功能作用得到全面发挥, 实现数据的二次交换, 优化系统性能。

另外是标准件子程序, 在相对测量中, 标准件子程序的应用, 既方便实用, 而且可靠性高, 是经过计量部门在高等级的测量仪器下所标定的尺寸值, 其与被测工件的测量位是等同的, 在各种测控领域中得到了广泛应用, 校对过程需要在测量工件之前, 需要应用相关编程程序, 进行参数设置与分析, 并结合客户要求, 制定需要的测量程序, 并且根据实际需求, 进行随时修改, 以便于提高测量的精度, 同时, 还可以最大限度地满足于用户需求。

最后是测量。在校对完成后, 放入被测工件, 传感器此时变化量为△L, 那么当前工件的测量值=标准件值 (L) +△L。

四、效果分析

该系统的应用运行状态良好, 并且已经投入到大量的生产与应用中, 一方面, 既可以解决单片机开发周期长, 抗干扰能力差的问题, 而且还可以适应于现代复杂的工业现场环境, 并且具有良好的使用效果, 有效满足于ARM系统的开发与应用对测量系统的高要求。另外, 该系统的应用灵活性高, 数据显示清晰, 稳定可靠, 所检测的产品质量及效率均显著提高。

五、结语

总而言之, 随着现代科学技术的发展以及自动化程度的高速进步, 一些精密仪器的使用和应用也在不断地趋向于小型化、智能化以及网络化, 因此, 必须要加强PLC的小型测控系统的深入研究, 满足在线测验控要求, 顺应现代测控工作的发展趋势。

参考文献

[1]胡勇.基于PLC的物流传输带智能测控系统设计[J].西南大学学报 (自然科学版) , 2010, v.32;No.18505:166-170.

[2]官洪民.基于PLC蒸柜测控系统设计[J].工业控制计算机2011, v.2404:108-109.

[3]孙彬, 张斌.基于PLC的小型测控系统的设计与实现[J].工具技术2011, v.45;No.45810:73-75.

[4]赵峰.基于PLC热工量综合测控系统设计与实现[J].机械制造与自动化, 2011, v.40;No.21706:194-197.

篇9：PLC实验教学系统的设计与实现

关键词：PLC；变频器；组态软件技术；设计

1 概述

随着电子技术和自动化控制技术应用范围的不断扩大，交流变频调速在工业电机领域得到了迅猛发展。可编程控制器（PLC）作为继电器的替代装置，具有操作便捷、性能可靠、通用灵活、人机交互、寿命长等多项优势，已经被广泛应用于现场数据的采集和设备控制环节；组态软件技术可用于定制满足用户需求的功能工具，显示电机转速或对其进行调速控制；利用PLC控制器，组态软件技术和变频器，可对电动机进行变频调速试验。本文将对PLC控制电机变频调速试验系统的设计与实现展开分析。

2 关键技术分析

2.1 变频器调速原理

变频器是通过改变电机的供电电压和供电频率而进行的一项节能措施，同时还能达到提高生产效率，产品质量以及实现生产自动化的目的。变频器主要包括主电路和控制电路两部分，其中主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，主要由交-直变换电路、能耗电路、直-交变换电路和缓冲电路构成；而控制电缆则是给主电路提供控制信号的回路部分，包括运算电路、检测电缆、驱动电路、输入/输出电路、速度检测电路以及保护电路。

2.2 组态软件技术

组态软件是随着计算机技术的发展而逐渐被研发并应用起来，该技术通过提供良好的人机界面，使技术人员用最简单的方法按照自己的需求组装控制系统。组态的涵义是利用计算机软件工具对各项资源进行配置，使其能够按照预先设置的目标自动完成任务，所配置的资源既可以是计算机，也可以是各类软件，配置后的组态软件就成为具有监控和数据采集功能的软件平台工具，功能也由早期的人机图形界面扩展至实时数据库、实时控制、监控、数据采集、通信、开放数据接口、对I/O设备的支持等，可执行多种任务，运行可靠，应用范围极广。

2.3 PLC技术

PLC技术设计的目的是取代继电器盘，在继电器操作简单、成本低廉等优点上，进一步提高反应时间、控制精度、工艺可更改性、功能扩展性等，以适应现代化生产线的工艺要求。随着电子技术的不断进步，大规模集成电路的研发和应用使8位微处理器和位片处理器相继问世，进一步推动了PLC技术的发展，使该项技术增加了数值运算，扩大了输入输出规模，部分PLC已经可以取代某些模拟控制装置和小型机的DDC系统。

3 系统软件设计与功能实现

本文以提升机为例，对其电机改进设计进行分析：

3.1 系统软件设计

首先，PLC控制软件的设计。PLC控制软件的主要功能是对提升机的启动、停止、加速、减速、匀速等过程进行控制，同时采集信号，用于后期的逻辑处理；设计时应包括主程序、故障处理子程序和中断子程序，共计三个模块；PLC具有多种功能，因此其涉及的参数较多，主要有变频器复位、电机正反转、安全报警、故障、多段频率、启动、停止、上升、下降、松绳、复位、过卷等。其次，变频器参数设置。变频器与PLC的连接方式如下：变频器的DI1和DI2分别接PLC的Q0.0以及Q0.1，而变频器的AI1则与PLC的DA连接。变频器运转控制通过外给定方式实现，然后借助自动补偿方式对转矩进行补偿，电机的控制模式则可选择速度传感器矢量进行控制。编程时，变频器的10Hz与DA的给定值6400对应，其余频率则可按照正比进行适当的增加或减少，一般频率浮动范围控制在0.2-50Hz内。

最后，触摸屏监控系统设计。根据生产实际需求选择对应的触摸型，本次试验所选用的为威纶通公司的产品，型号为MT6100iv3，该产品性能可靠、操作简单，使用寿命长；利用EB8000对触摸屏界面进行编译和设计，然后下载到触摸屏即可。

3.2 PLC组成及其功能实现

第一，微处理器（CPU）。CPU是计算机系统的核心部件，同时也是PLC控制系统的核心组成部分，对整个系统的运转起着指挥和调节作用。一般CPU处理器有单片机、位片式处理器和通用处理器等，CPU位数越多，PLC档次越高，对电机进行变频调节效率也越高。单片机或8位微处理器一般用在小型PLC控制器中；而单片机或16位微处理器则用于中型PLC控制器中；位片式微处理器用于大型PLC控制器中。

第二，存储器。PLC使用的存储器一般分为系统类和用户类，系统类用于存储系统程序，而用户类则用于存储用户所编制的控制代码。CMOSRAM是一种随机存储器，能耗低，价格合理，使用寿命可长达5-8年左右。

第三，编程器。编程器是PLC的重要外围设备，能为用户提供程序写入功能，还能对程序进行检查和调试。编程器一般分为图形编辑器和简易编程器两大类，可实现指令编程、梯形图编程、脱机和联机编程等；而简易编程器的功能较少，用于小型PLC较为合适。

第四，I/O扩展单元。I/O扩展单元用于输入或者输出点数的扩展，若扩扎点数超过了PLC限制，就需要扩展单元进行扩展，确保输入/输出点数在PLC规定范围内。

4 结束语

PLC控制电机变频调速试验系统具有节能、高效、适应性强等多项优点，该系统是利用变频技术、PLC技术以及组态软件技术将传感设备、控制设备与电机结合在一起，实现了对电机设备的合理控制，保障电机运行的稳定性；除此之外，PLC控制系统还能对电机的故障检修与修复提供便利，当设备出现故障后，系统可自动对故障的位置及原因进行分析，并将分析结果提供给维修人员，帮助维修人员尽快排除故障，确保电力系统运行的安全性。

参考文献：

[1]王建伟.基于PLC的电机变频调速试验系统开发[D].中北大学，2010.

[2]刘玉娥.PLC控制电机变频调速试验系统的设计与实现[J].电子技术与软件工程，2013，18：190.

[3]刘瑞杰，常宇.PLC控制电机变频调速试验系统的设计与实现[J]. 黑龙江科技信息，2015，27：35.

篇10：PLC实验教学系统的设计与实现

1、引言在传统的实验教学中，实验教师要求学生在每次实验前对将要做的实验进行预习，并完成实验预习报告。在实际教学中教师发现，有很多同学虽然预习报告写得很好，但对实验的基本知识和内容并不了解，原因是部分学生的实验预习报告是抄袭实验讲义或其它同学而来的。那么如何有效地督促学生进行实验前的预习，达到真正的实验预习目的就是一个急需解决的难题。笔者提出了一个利用现代网络技术，进行网上预习测试的方法来解决这一难题。具体的做法是：在每次实验前，学生通过IE浏览器验证登录到网上实验预习测试系统中，完成网上测试并由计算机立即给出成绩。这样就能轻松完成测试任务。

2、网上实验预习测试系统的设计

网上实验预习测试系统设计时必须考虑以下因素：一是系统要简单易操作。该系统只是考查学生的实验预习情况，如是否了解本次实验所需仪器、实验的基本原理、基本概念等，所以考题要求简单、明了，系统也要简单易操作。二是要进行时间限定。要求每位学生的考试不超过二十分钟;三是要求计算机能够立即自动评卷;四是要求考试系统能随机组题，并产生多套试卷;五是考试系统要有一定的安全性、平台通用等。

2.1系统设计

本系统在体系结构上采用了基于B/S方式的Web三层模型：在此模型中，客户机上运行的应用程序是IE浏览器，中间层是Web服务器和服务器扩展程序，底层是数据库服务器。当用户通过浏览器向网络上的服务器发出请求时，Web服务器将其转换成数据库服务器能够接受的形式，再通过数据网关与数据库进行数据交换，对数据库的访问和应用程序的执行在服务器上完成。在B/S三层体系结构下,表示层、应用逻辑层、数据服务层被分为三个相对独立的单元，如图1所示。

表示层(Presentation)即Web浏览器。该层位于客户端，它的任务是向Web服务器提出服务请求， Web服务器对用户进行身份验证后用HTTP协议把所需的主页传送给客户端，并把它显示在Web浏览器上。

应用逻辑层(BusinessLogic)即具有应用程序扩展功能的Web服务器。该层中包含系统的事务处理逻辑，位于Web服务器端。它的任务是接受用户的请求。其过程是：首先执行相应的扩展应用程序与数据库进行连接，通过SQL等方式向数据库提出数据处理申请，然后等待数据库服务器将数据处理的结果提交给Web服务器，最后由Web服务器传送回客户端。

数据服务层(DataService)即数据库服务器。该层位于数据库服务器端。它的任务是接受Web服务器对数据库操作的请求，实现对数据库查询、修改、更新等操作，把运行结果提交给Web服务器。

2.2功能设计

本系统在功能上要求简单方便，系统分为学生和教师两个模块。学生模块完成学生登录验证、密码修改、网上考试的功能。教师模块由用户管理、题库管理、随机组卷、修改密码四个模块构成。系统功能结构如图2所示。主要模块功能介绍如下：

学生模块是考试系统的一个核心模块，其功能对登录的学生进行验证，验证后允许其参加考试，并由系统自动进行倒计时，时间一到立即锁定计算机，不允许考生继续答题;另一个重要功能是实现考生的考试结果的提交功能，在这个功能中，考生只要确定自己答卷完毕，按一个确定键即可完成提交和自动评分功能。自动评分过程是：系统收到考生提交的答卷后，根据题目在试题库中的编号找出其标准答案，对照标准答案对考生答卷进行批改并计分，把成绩返回给考生。

教师模块中的重要模块有题库管理、随机组卷、用户管理三个模块。用户管理模块主要实现用户的添加、查询、浏览、编辑、删除功能。题库管理模块是教师模块中的核心模块之一，主要由试题检索、知识点管理、选择题管理和填空题管理模块组成。完成试题检索功能，知识点的添加、删除、编辑、浏览功能，选择题和填空题的添加、删除、编辑、浏览功能等。随机组卷功能经过设定考试名称、总分、题型分布、分值分布、知识点范围、考试时间和试卷有效期，再设定参加考试的.学生就可以为每个考生随机组出一套试卷。

2.3数据库设计

考试系统中数据库设计是考试系统开发成功关键。根据前面提出的要求，在分析考试系统的数据流后，经过认真的数据库设计，得出了一系列高效的、明确的数据表。其中对于题库的设计是按一种题型一个表的方案来设计的，由于自动评分、考试时间等条件的限制以及功能简化的要求，本系统中只采用了答案唯一的选择题和填空题表。本系统中用到的重要的数据表有：题库表、试卷表、考生表、知识点表、试卷考生表、教师表等六种数据表。主要数据表字段意义及关联关系如图3所示：

该图中表1中的知识点字段关联不同题型的数据表如表2中的知识点字段，通过该字段，对考题抽取范围的知识点进行限制;表3试卷表中不同题型的知识点范围字段也分别与不同题型表中的知识点字段字段进行关联，系统出卷时受这些关联字段的条件限制。表3中试卷号字段与表4中试卷号字段关联，将抽取的试卷分配给不同考生。表4试卷考生表中的学号字段与表5学生表中的学号字段关联，以此获得学生信息。

2.4安全设计

考试系统安全设计十分重要，在设计时从以下几个方面考虑了系统的安全性。

登录验证。本系统在考生登录和管理员登录时都必须经过密码验证，只有验证通过方可登录，否则不允许登录。用户登录后，系统会自动记录用户的登陆时间、IP地址，以及离线时间等信息。

数据库安全考虑。为了防止题库文件被非法下载，采用数据库改名方法来控制。

页面安全控制。每一个页面通过一个会话级变量session(“logon”)验证是否为合法用户，如果不合法，则自动转到登陆页面。通过程序控制服务器缓存页面的读取，这样保证用户离开考试后，非法用户不能利用服务器缓存的页面非法进入系统。另外，还进行响应时间控制等。

3、网上预习测试系统的实现技术

网上预习测试系统主要采用ASP加数据库技术来实现。系统采用动态网站编程语言ASP内嵌VBScript、JavaScript脚本，查询语言采用通用SQL查询语句。后台数据库选用了微软的ACCESS，因为本系统数据量不大，ACCESS数据库可以满该系统需要。可视化网站制作工具采用流行的Dreamweaver4.0软件。

ASP技术是目前网站开发中常用的并为编程者所熟知的一种技术，通过使用ASP的组件和对象技术，用户可以直接使用ActiveX组件调用对象方法和属性，以简单的方式实现强大功能、动态、交互的高性能WEB应用程序。并且ASP程序运行在服务器端，安全性好。运用ASP提供的对象,可轻松实现服务器与客户端的信息交换、客户端之间的信息交换等。在ASP程序中，使用ADO组件来访问后台数据库。运用结构化查询语言SQL(Structured Query Language)来对数据库进行各种编辑、插入、更新、创建等操作。

4、结束语