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材料制造数字化技术基础
第2次开课
开课时间: 2020年10月09日 ~ 2021年04月14日
学时安排: 2-4小时每周
当前开课已结束 已有 381 人参加
立即自学
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课程详情
课程评价(2)
spContent=本课程以计算机数字化基础知识为起点,着重介绍了以工控机和PLC为核心的材料制造数字化控制过程中,信号的采集、处理、传输和控制的基本原理、方法和特点。课程分为理论知识、设备参观和实验操作三大板块。通过学习,使同学们能够了解和初步掌握数字化技术在材料制造和加工过程中如何应用。
本课程以计算机数字化基础知识为起点,着重介绍了以工控机和PLC为核心的材料制造数字化控制过程中,信号的采集、处理、传输和控制的基本原理、方法和特点。课程分为理论知识、设备参观和实验操作三大板块。通过学习,使同学们能够了解和初步掌握数字化技术在材料制造和加工过程中如何应用。
—— 课程团队
课程概述

随着数字计算机、信息技术和网络技术的快速发展,数字化技术已渗入到社会生活的各个领域。我国目前的强国战略把基于数字化技术的智能制造作为引领制造业转型升级的主要方向。学习数字化技术,对于我们更好地了解数字化技术,促进数字化技术与材料制造技术的融合发展,具有重要意义。

数字化技术应用于不同的领域,与不同的技术相结合,就形成不同领域的数字化技术。比如,数字化技术与规划设计相结合,就形成数字化设计技术;与企业管理相结合,就形成数字化管理技术;与生产制造过程相结合,就形成数字化制造技术。本课程以计算机数字化基础知识为起点,着重介绍了以工控机和PLC为核心的材料制造数字化控制过程中,信号的采集、处理、传输和控制的基本原理、方法和特点。通过学习,使同学们能够初步掌握数字化技术的基础知识,熟悉其基本原理、方法和特点,提高数字化技术的应用能力。

本课程注重理论和实践相结合,既有循序渐进的理论知识介绍,又有具体详细的实验操作演示,虽是一门面向材料科学与工程专业的本科生专业基础课程,对其他专业的同学了解数字化技术在过程控制领域的应用也具有一定的借鉴和参考意义。


授课目标
  1. 使学生初步掌握数字化技术的基础知识;

  2. 熟悉工控机、PLC等数字化控制系统的基本组成、原理及编程方法;

  3. 熟悉数字化控制系统的信号采集、处理和传输的基本方法和原理;

  4. 熟悉数字化控制的基本方法、原理和特点;

  5. 熟悉数字化控制系统的构建方法,初步具备数字化技术的应用能力。

课程大纲
绪论
课时目标:了解数字化化技术的基本概念、发展过程及其特点,数字化制造的基本内容,了解数字化在现代制造业中的地位,熟悉典型的数字化控制系统的基本组成,通过设备参观介绍,熟悉数字化技术在材料加工和制造中的应用。
1.1 数字化的概念
1.2 数字化制造的基本内容
1.3 数字化在现代制造业中的地位
1.4 数字化控制系统
1.5 数字化设备参观
数字化技术基础
课时目标:掌握基本的数字逻辑基础知识,其中包括:掌握数制的表示方法及其相互之间的转换,掌握二进制的算术和逻辑运算,熟悉逻辑门电路、加法器电路和其他逻辑门电路等在计算机电路中的作用。了解微处理器的基本结构、类型、特点和分类,熟悉通用高性能微处理器和嵌入式微处理器的基本特点及其发展趋势。
2.1 数字逻辑基础
2.2 微处理器
工控机控制技术
课时目标:熟悉工控机的基本组成及特点,组态控制的基本原理与方法,掌握工控机数据采集与控制卡的基础知识,了解工控机的编程方法,熟悉工控机数据采集控制系统的组建与功能。
3.1 工控机基本组成及特点
3.2 工控机数据采集与控制卡基础知识
3.3 工控机的编程与组态
PLC控制技术
课时目标:了解PLC的产生、发展、定义、特点、基本组成及其工作原理,掌握PLC的编程方法,熟悉PLC控制系统的设计方法及组建过程。
4.1 PLC概述
4.2 PLC组成及工作原理
4.3 PLC编程技术
4.4 PLC控制系统
信号的数字化采集
课时目标:熟悉信号的基本概念,了解信号的传感和数字化采集过程,了解信号调理在信号采集过程中的意义,熟悉数字采样定理在信号采集中过程中的作用,熟悉A/D转换的基本方法和A/D转换器的工作原理,了解A/D转换器的基本性能指标,熟悉数字化数据采集系统的基本组成、设计和构建方法。
5.1 信号的基本概念
5.2 信号的传感
5.3 信号的数字化采集
5.4 数字化数据采集系统
数字化信号的处理
课时目标:熟悉数字化信号的基本类型,了解数字化信号处理的基本概念、作用和特点,熟悉数字信号处理的基本过程及方法,掌握几种基本的数字信号滤波处理方法及其算法,熟悉数字信号输出过程中数字量和模拟量信号的基本输出方法,熟悉模拟量输出时D/A转换的方法及其D/A转换器的工作原理。
6.1 信号处理的基本概念
6.2 数字信号滤波
6.3 数字信号的输出
数字化信号的传输
课时目标:了解通信系统的组成、分类,熟悉模拟通信和数字通信的区别。了解数据通信的基本传输介质、通信方式及其主要通信技术指标。了解数字化信号传输过程中常用的数据编码技术、数据调制技术、同步控制技术和差错控制技术等技术常识。
7.1 数据通信概述
7.2 数字化信息传输技术
自动控制理论基础
课时目标:了解自动控制的基本概念和原理,熟悉控制系统的基本形式和分类。了解拉普拉斯变换及其反变换,熟悉控制系统的数学模型及其用传递函数来构建一些典型的控制系统环节,熟悉自动控制系统的基本要求,了解控制系统在时域和频域的性能指标,熟悉控制系统的稳定条件和劳斯稳定性判据。
8.1 引言
8.2 控制模型和传递函数
8.3 自动控制系统性能
数字化控制方法
课时目标:熟悉并掌握PID控制方法及其在计算机数字化控制中的实现方法,熟悉PID控制中每个单独控制环节的作用及其常用组合方式,了解PID控制参数整定的基本过程。了解计算机控制中常用的其他现代控制方法,如串级控制、自适应控制、模糊控制、神经网络控制等。通过一些方法举例,熟悉这些基本控制方法在材料加工与制造中的应用。
9.1 PID控制方法
9.2 其他控制方法
9.3 材料制造过程控制方法举例
材料制造数字化技术实验
课时目标:通过实验视频的观看,了解实验的基本过程和实验要求,熟悉PLC和工控机实现数字化控制的基本原理。有条件的同学可以以实验视频为指导,自己动手实际操作一下实验过程,掌握相关实验技能。实验分两大部分,其中,实验一至三为PLC实验,通过实验掌握PLC控制系统的构建方法,掌握PLC的编程方法和调试技巧;实验四至八为基于工控机数据采集和控制卡构建的热处理炉温控制系统实验,通过实验熟悉炉温信号的采集、处理过程,以及采用PID控制方法,通过整定PID参数实现中碳钢回火热处理温度变化的精准控制。
10.1 实验一 PLC试验箱的基本使用方法
10.2 实验二 交通灯控制实验
10.3 实验三 轧钢工艺自动控制实验
10.4 实验四 数字化炉温测控实验基础
10.5 实验五 信号采集与分析实验
10.6 实验六 信号处理实验
10.7 实验七 炉温控制PID参数整定
10.8 实验八 45#钢回火热处理实验
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预备知识

计算机文化基础、电工学、材料科学基础

证书要求

为积极响应国家低碳环保政策, 2021年秋季学期开始,中国大学MOOC平台将取消纸质版的认证证书,仅提供电子版的认证证书服务,证书申请方式和流程不变。

 

电子版认证证书支持查询验证,可通过扫描证书上的二维码进行有效性查询,或者访问 https://www.icourse163.org/verify,通过证书编号进行查询。学生可在“个人中心-证书-查看证书”页面自行下载、打印电子版认证证书。

 

完成课程教学内容学习和考核,成绩达到课程考核标准的学生(每门课程的考核标准不同,详见课程内的评分标准),具备申请认证证书资格,可在证书申请开放期间(以申请页面显示的时间为准),完成在线付费申请。

 

认证证书申请注意事项:

1. 根据国家相关法律法规要求,认证证书申请时要求进行实名认证,请保证所提交的实名认证信息真实完整有效。

2. 完成实名认证并支付后,系统将自动生成并发送电子版认证证书。电子版认证证书生成后不支持退费。


参考资料

1、唐新华,材料制造数字化控制基础,上海交通大学出版社 2015

2、杨海成,数字化设计制造技术基础, 西北工业大学出版社,2007

3、N. P. Mahalik, 机电一体化――原理、概念、应用, 科学出版社,2008

4、戴梅萼等,微型计算机技术及应用,清华大学出版社,2008

5、金敏,嵌入式系统组成、原理与设计编程,人民邮电出版社,2006

6、薛迎成,工控机及组态控制技术原理及应用(2版),中国电力出版社,2011

7、黄石生,弧焊电源及其数字化控制,机械工业出版社,2008

8、王振清,材料工程计算机测控,北京航天航空大学出版社,2004

9、吴亦锋等,PLC及电气控制,电子工业出版社,2012

10、祝常红等,数据采集与处理技术,电子工业出版社,2008.

11、胡广书,数字信号处理导论,清华大学出版社,2013

12、张树京等,信息传输技术原理及应用,电子工业出版社,2011

13、李正军,现场总线与工业以太网及其应用技术,机械工业出版社,2011

14、付家才等,现代工业控制基础,哈尔滨工程大学出版社,2003

15、刘立君,材料成形控制工程基础,北京大学出版社,2009

16、陈善本等,智能化焊接机器人技术,机械工业出版社,2006


上海交通大学
5 位授课老师
唐新华

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教授

张轲

张轲

教授

王敏

王敏

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