自動化課程設計--位置和轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　課程設計報告</b></p><p>　　設計題目：位置和轉(zhuǎn)速雙閉環(huán)控制系統(tǒng)設計</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1.引言3</b></p><p>　　1.1課題的背景3</p><p

2、>　　1.2課題的內(nèi)容（三道題）3</p><p>　　1.3課題的意義4</p><p>　　1.4課設的主要任務4</p><p>　　1.5課設的具體安排5</p><p><b>　　2正文5</b></p><p>　　2.1儀器與設備5</p><

3、p>　　2.1.1系統(tǒng)的硬件組成5</p><p>　　2.1.2系統(tǒng)的軟件通信10</p><p>　　2.1.3系統(tǒng)整體運行原理11</p><p>　　2.2實驗原理11</p><p>　　2.2.1羅克韋爾PLC基礎編程原理11</p><p>　　2.2.2變頻器520編程原理14<

4、/p><p>　　2.2.3威綸觸摸屏編程原理15</p><p>　　2.2.4 EB8000人機界面使用原理15</p><p>　　2.3解題思路與方案程序15</p><p>　　2.3.1第一題15</p><p>　　2.3.2第二題16</p><p>　　2.3.3第三題

5、17</p><p>　　2.4實驗效果的觀測與分析19</p><p>　　2.4.1實驗結(jié)果數(shù)據(jù)19</p><p>　　2.5實驗錯誤20</p><p>　　2.5.1錯誤的產(chǎn)生20</p><p>　　2.5.2錯誤的解決20</p><p><b>　　3結(jié)論2

6、1</b></p><p>　　3.1實驗改進21</p><p>　　3.1.1發(fā)現(xiàn)的問題21</p><p>　　3.1.2改進方案21</p><p>　　3.2實驗基本結(jié)論23</p><p>　　3.3梯形圖編程技巧收獲24</p><p>　　3.4心得感悟..

7、................................................................................................................22</p><p><b>　　4參考文獻25</b></p><p><b>　　5附錄23</b></p&g

8、t;<p><b>　　引言</b></p><p><b>　　1.1課題的背景</b></p><p>　　可編程控制器自從問世至今[1]，發(fā)展的非常迅速?？删幊炭刂破髯鳛楫敶娍匮b置的主導，以作為一個獨立的工業(yè)設備列入生產(chǎn)當中。特別是20世紀80年代以來，隨著大規(guī)模集成電路和微型計算機技術(shù)的發(fā)展，以16位及32位微計算機為核心

9、的PLC得到了迅速的發(fā)展，從而使得PLC在設計上、使用性能方面以及價格方面都取得了很大的突破，在控制能力得到了很大的提高的同時，功耗以及體積也相對減少好多，性能得到了提升并且成本也得到了節(jié)約，而且隨著遠程I/O和通信網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)處理以及圖像顯示等技術(shù)的發(fā)展，使PLC的應用領(lǐng)域不斷擴大。PLC己成為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)自動控制的一大支柱設備，作為自動化專業(yè)的學生，要在今后的工作崗位充分發(fā)揮自動化技術(shù)的優(yōu)越性，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)制造等行業(yè)的高度自動化，PL

10、C技術(shù)無疑是我們必須掌握的基本技能，因此，此次課設以ROCKWELL850PLC為學習對象，結(jié)合520變頻器、電機、滑塊、威綸觸摸屏等組成一個簡單的自動控制系統(tǒng)，通過簡單的軟件學習和編程學習，加上在專業(yè)課上學到的自動控制的理論知識，完成一系列任務，達到我們對PLC的更深層面的學習和認識。</p><p>　　1.2課題的內(nèi)容（三道題）</p><p>　　定位跑：滑塊移動指定距離</

11、p><p>　　要求在屏幕上顯示當前距離，計時時間和變頻器給定頻率。輸入量包含啟動、停止和回原點按鈕，以及滑塊運動目標位置。所有顯示和輸入精度均為小數(shù)點后兩位。目標位置輸入的默認值為10.00cm。距離輸入和當前位置顯示單位為cm，變頻器給定頻率單位為Hz，計時時間單位為s。計時要求從按下啟動按鈕開始，滑塊到達目標位后停止計時，并將運行時間顯示在屏幕上。若在運行途中按下停止或回原點按鈕，則要直接將計時時間清零，在回原

12、點過程中不計時。</p><p>　　折返跑：滑塊進行三次折返運動后停止</p><p>　　要能夠輸入三個折返點以及最后停止點的位置。三個折返點默認值分別為10.00cm，5.00cm，15.00cm，最后停止點的默認值為0.00cm。計時要求使用四個顯示控件分別顯示每一段計時時間。三個按鈕要求同上題。顯示要求同上題。</p><p>　　跨欄跑：滑塊到指定位置按

13、照指定的速度通過，到達最終位置總時間最短為優(yōu)勝。此題要求加入當前速度顯示，以及該設備所能夠達到的最大速度，單位cm/s。三個指定位置分別為7cm，14cm，21cm，最終停止于25cm處。三個位置處的經(jīng)過速度由屏幕輸入，但輸入的不是真實速度，而是一個百分比，各處的真實速度要通過這個百分比乘以最大速度得到。顯示要求包含計時時間，當前位置，實際速度，計算得到的速度給定和通過各處的實際速度值。不需要顯示當前給定頻率。</p>&

14、lt;p>　　屏幕要求：觸摸屏畫面共做四個，一個主畫面三個分畫面，主畫面中包含三個分畫面的進入按鈕即可，分畫面可以返回至主畫面。</p><p>　　按鈕要求：三個按鈕均要求使用復歸型按鈕。啟動按鈕按下后滑塊開始移動；如果滑塊已在目標位，則按下后滑塊不移動。停止按鈕按下后滑塊若正在運行，則立即停止；若滑塊未移動，則保持停止?；卦c按鈕按下后滑塊若正在移動，則立刻停止當前移動，運行至原點后停止；否則直接回歸至

15、原點后停止。</p><p><b>　　1.3課題的意義</b></p><p>　　此次課設以ROCKWELL850PLC的學習為主，學習用PLC控制自動控制系統(tǒng)的基本方法。為了完成三道題目的要求，必須首先從對PLC等硬件組成系統(tǒng)的了解開始，進一步掌握相關(guān)軟件的安裝、使用等，然后要在深刻理解850編程原理和對應屏幕編程原理的基礎上，不斷鍛煉自己的思維編程能力，在擁

16、有嚴謹邏輯的基礎上，把學到的專業(yè)知識靈活運用，才能把三道題目的要求一一實現(xiàn)。在這個過程中，還要求我們掌握處理常見錯誤能力、團隊合作能力以及獨立思考能力。</p><p>　　1.4課設的主要任務</p><p>　　完成所用軟件（包括屏幕、PLC等）的下載、安裝、建立工程；</p><p>　　根據(jù)題目要求完成三道題目</p><p>　　仔

17、細檢查程序，完成實驗效果驗收考核</p><p>　　撰寫課程設計報告并進行答辯</p><p>　　1.5課設的具體安排</p><p>　　6月19號：自動化專業(yè)課程設計動員大會</p><p>　　6月20號-6月21號：課程設計培訓課程</p><p>　　6月22號-6月29號：課程設計實驗訓練</p&

18、gt;<p>　　6月31號：課程設計程序驗收</p><p>　　7月1號-7月6號：課程設計報告</p><p>　　7月7號：課程設計結(jié)題答辯</p><p><b>　　2正文</b></p><p><b>　　2.1儀器與設備</b></p><p>

19、;　　2.1.1系統(tǒng)的硬件組成</p><p>　　本次課程設計實驗系統(tǒng)的硬件部分主要由羅克韋爾850PLC、變頻器520、威綸觸摸屏、絲桿及滑塊4部分組成。每一部分硬件特性的簡單介紹如下：</p><p>　　羅克韋爾850PLC：</p><p>　　圖2.1 Rockwell 850 PLC實物圖</p><p>　　850PLC的功能

20、圖如下圖所示</p><p>　　圖2.2 PLC的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　850PLC的組成部分如下圖所示</p><p>　　圖2.3 PLC的基本組成</p><p><b>　　* CPU 模塊：</b></p><p>　　微處理器：Z80A 8031 8085 8086 802

21、86</p><p>　　存儲器： 系統(tǒng)存儲器：ROM</p><p>　　用戶存儲器：RAM EPROM E2PROM</p><p><b>　　* I/O 模塊：</b></p><p>　　數(shù)字量：采用光電耦合器或隔離脈沖變壓器，與CPU 隔離，防干擾</p><p>　　a．交流：

22、110V 220V</p><p>　　b．直流： 24V 12V 或5V TTL 電平</p><p>　　c．繼電器型：無源輸出</p><p>　　模擬量：直流信號（4~20mA 1~5V –10V~+10V 0~10V）</p><p>　　a．滿足IEC 標準的直流信號轉(zhuǎn)換成8 位、10 位、12 位的二進制信號</p>

23、<p>　　b．將CPU 的二進制信號轉(zhuǎn)換成滿足IEC 標準的直流信號給執(zhí)行機構(gòu)</p><p>　　* 特殊模塊：高速計數(shù)、熱電偶或熱電阻、各種定位模塊、各種編碼器模塊、</p><p>　　ASCⅡ/BASIC 模塊、通信模塊</p><p>　　* 編程設備：專用、電腦</p><p>　　* 電源模塊：將交流? 直流 外

24、掛、內(nèi)置</p><p>　　850PLC工作原理如下圖所示</p><p>　　圖2.4 850PLC的工作原理</p><p>　　* 上電及內(nèi)部處理：</p><p>　　上電后對整個系統(tǒng)進行一些初始化工作。如：硬件初始化，I/O 模塊配置檢查，停電保護，設定及其它初始化處理。</p><p><b>

25、　　* 掃描過程：</b></p><p>　　輸入掃描：在具體的用戶程序執(zhí)行前，每次掃描過程都首先要讀入各輸入模塊的全部輸入狀態(tài)，存放在數(shù)據(jù)存儲器中（如輸入映像表）在一個掃描周期時不變的。</p><p>　　程序掃描：CPU 處于運行狀態(tài)，順序執(zhí)行程序，在梯形圖中，程序按先左后右，先上后下的次序執(zhí)行，通過邏輯判斷和算術(shù)運算將每步的結(jié)果寫入相關(guān)的存儲器中。</p>

26、<p>　　s 輸出掃描：將數(shù)據(jù)存儲器（如輸出映像表）當中的輸出信號送至個輸出模塊，再經(jīng)過輸出模塊鎖存、隔離和功率放大后，驅(qū)動外部負載。</p><p>　　如在程序執(zhí)行期間，向輸出模塊傳送數(shù)據(jù)，可采用“立即輸出指令”。</p><p>　　掃描周期= 程序執(zhí)行時間+ I/O 掃描時間。</p><p>　　程序執(zhí)行時間：1~10ms/k 指令（CPU

27、 的運算速度）。</p><p>　　I/O 掃描時間：I/O 點的情況（內(nèi)存+擴展）<4.5ms。</p><p>　　變頻器520：電源和控制模塊PowerFlex 520 系列變頻器由一個電源模塊和一個控制模塊組成。</p><p>　　圖2.5 Rockwell 520變頻器實物圖</p><p><b>　　變頻器啟

28、動任務列表</b></p><p>　　1） 斷開機器電源并將其上鎖。</p><p>　　2） 驗證斷路裝置上的交流線路電源是否處于變頻器的額定值范圍內(nèi)。</p><p>　　3） 確認數(shù)字量控制電源均為 24 V。</p><p>　　4） 檢查接地、接線、連接和環(huán)境兼容性。</p><p>　　5）

29、確認已根據(jù)控制接線圖正確設置灌入型 (SNK)/ 拉出型 (SRC) 跳線。</p><p>　　6） 按應用要求進行 I/O 接線。</p><p>　　7） 對電源輸入和輸出端子接線。</p><p>　　8） 確認所有輸入都已連接到正確的端子并已安全固定。</p><p>　　9） 收集并記錄電機銘牌和編碼器或反饋設備信息。確認電機連接

30、。</p><p>　　10） 確認變頻器的輸入電壓。確認變頻器是否位于接地系統(tǒng)上。</p><p><b>　　顯示和控制按鍵</b></p><p>　　圖2.6 變頻器顯示與控制按鍵功能圖</p><p>　　威綸觸摸屏:威綸觸摸屏是威綸通觸摸屏（人機界面）的簡稱。是威綸通公司的一款產(chǎn)品。</p>&

31、lt;p>　　圖2.7 威綸觸摸屏實物圖</p><p><b>　　其具有以下特點：</b></p><p>　　1、支持65536色顯示</p><p>　　2、支持windows平臺所有矢量字體</p><p>　　3、支持BMP，JPG，GIF等格式的圖片</p><p>　　4、兼

32、容EB500的畫面程序，無需重新編程，輕松實現(xiàn)產(chǎn)品升級</p><p>　　5、支持USB設備，譬如U盤、USB鼠標、USB鍵盤、USB打印機等</p><p>　　6、支持歷史數(shù)據(jù)、故障報警等，可以保存到U盤或者SD卡里面，并且可轉(zhuǎn)換為Excel可以打開的文件</p><p>　　7、支持U盤、USB線和以太網(wǎng)等不同方式對HMI畫面程序進行上下載</p>

33、;<p>　　8、支持配方功能，并且可以使用U盤等來保存和更新配方，容量更大</p><p>　　9、支持三組串口同時連接不同協(xié)議的設備，應用更加靈活方便</p><p>　　10、支持自定義啟動Logo的功能，且支持“垂直”安裝的模式</p><p>　　11、支持市場上絕大多數(shù)的PLC和控制器、伺服、變頻器、溫控表等 </p><

34、;p>　　在本次課程設計中主要用到的功能元件有如下幾種：</p><p>　　表2.1 各元件的功能</p><p><b>　　絲桿及滑塊:</b></p><p>　　圖2.8 滑塊及絲桿實物圖</p><p>　　2.1.2系統(tǒng)的軟件通信</p><p>　　Micro850 控制器具

35、有以下嵌入式通信通道：</p><p>　　?非隔離式 RS-485 組合端口 </p><p>　　?非隔離式 USB 編程端口 </p><p>　　Modbus是一種半雙工主站從站式通信協(xié)議。Modbus網(wǎng)絡主站會對位和寄存器進行讀取和寫入操作。Modbus協(xié)議允許一個主站與最多247個從站設備進行通信。</p><p>　　Power

36、Flex 520 系列變頻器支持 RS485 (DSI) 協(xié)議，可配合羅克韋爾自動化外圍設備高效工作。另外，還支持某些 Modbus 功能進行簡單的聯(lián)網(wǎng)。PowerFlex 520 系列變頻器可在 RTU 模式下使用 Modbus 協(xié)議實現(xiàn)RS485 網(wǎng)絡上的多點連接。</p><p>　　2.1.3系統(tǒng)整體運行原理</p><p>　　整個系統(tǒng)就是一個簡單的自動化控制系統(tǒng)。通過編寫程序，

37、使PLC通過變頻器控制電機的正反轉(zhuǎn)方向和速度，然后在通過絲桿控制滑塊，實現(xiàn)滑塊的前進、后退以及加速、減速運行，最終可以通過特定程序完成題目要求。在實現(xiàn)了基本的功能的基礎上，還要考慮自動控制系統(tǒng)的要求，即穩(wěn)、準、快。即要求動作時間短、超調(diào)小、穩(wěn)態(tài)誤差小，實現(xiàn)系統(tǒng)在靜、動性能指標的雙優(yōu)。</p><p><b>　　2.2實驗原理</b></p><p>　　2.2.1羅

38、克韋爾PLC基礎編程原理</p><p><b>　　基本梯形圖指令：</b></p><p>　　基本梯形圖指令可分為：警報指令、算術(shù)指令、ASCLL串行端口指令、二進制指令、布爾指令、通信指令、比較指令、計數(shù)器指令、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換指令、數(shù)據(jù)操作指令、高速計數(shù)器指令、輸入/輸出指令、中斷指令、運動控制指令、過程控制指令、程序控制指令、比例積分微分指令、實時時鐘指令、連接字

39、指令、字符串操作指令、計數(shù)器指令。</p><p>　　本次課程設計主要用到的指令有如下幾個：</p><p>　　圖2.10 常用梯形圖指令</p><p>　　高速計數(shù)器的參數(shù)配置：</p><p>　　圖2.9 HSC高速計數(shù)器梯形圖</p><p>　　圖2.10 HSC重要參數(shù)變量賦值圖</p>

40、<p><b>　　IPID功能塊：</b></p><p>　　圖2.11 IPIDCONTROLLER功能塊圖</p><p>　　圖2.12 IPID塊的工作原理圖</p><p>　　其主要功能參數(shù)如下表所示：</p><p>　　表2.2 IPID塊重要參數(shù)功能表</p><p&

41、gt;　　使用IPID功能塊時，需根據(jù)自動控制原理及實際控制目標選擇合適的PID參數(shù)。達到最優(yōu)控制，以下是通過使用 IPIDController 函數(shù)實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)的一般步驟：</p><p>　　* 將設定點重置為零；</p><p>　　* 將 Auto 模式切換為 False；</p><p><b>　　* 設置增益參數(shù)；</b><

42、/p><p>　　* 設置自動調(diào)節(jié)參數(shù)，包括初始加載值、輸出的分步變更、完成自動調(diào)節(jié)的估計時間以及自動調(diào)節(jié)重置；</p><p>　　* 將 Initialize 和 AutoTune 設置為 TRUE，注意，當將 AutoTune 設為 True 時，輸出會變?yōu)?Load 的值；</p><p>　　* 觀察到過程值快速增加，直至其接近其飽和點，觀察過程值的穩(wěn)定和波動

43、情況；</p><p><b>　　* 設置偏移量；</b></p><p>　　* 將 Initialize 設為 False；</p><p>　　* 控制器開始自動調(diào)節(jié)。等待 ATWarning 變?yōu)?2（2表示已執(zhí)行自動調(diào)節(jié)）；</p><p>　　* 將 AutoTune 設為 False；</p>

44、<p>　　* 觀察調(diào)節(jié)值出現(xiàn)在 OutGains 中；</p><p>　　* 將參數(shù)從 OutGain 傳輸?shù)?My_Gains；</p><p>　　* 觀察使用調(diào)節(jié)的增益參數(shù)更新控制器。</p><p>　　2.2.2變頻器520編程原理</p><p><b>　　編程和參數(shù)：</b></p

45、><p>　　PowerFlex 520系列變頻器中，Connected Components Workbench 軟件既可離線(通過USB)上傳參數(shù)配置到變頻器，也可在線(通過以太網(wǎng)連接)使用。其主要含有的模塊有：參數(shù)組、基本顯示組、基本編程組、端子塊組、通信組、邏輯組、高級顯示組、高級編程組、網(wǎng)絡參數(shù)組、已修改參數(shù)組、故障和診斷組、AppView參數(shù)組、CustomView參數(shù)組。</p><

46、p><b>　　故障處理：</b></p><p>　　變頻器的狀態(tài)始終受到監(jiān)視。發(fā)生任何更改都會在集成的液晶顯示屏上顯示。故障是指導致變頻器停止的狀況?？偣灿袃煞N故障類型：</p><p>　　表2.3 變頻器故障類型表</p><p>　　RS485(DSI)協(xié)議：</p><p>　　PowerFlex 52

47、0 系列變頻器支持 RS485 (DSI) 協(xié)議，可配合羅克韋爾自動化外圍設備高效工作。另外，還支持某些 Modbus 功能進行簡單的聯(lián)網(wǎng)。PowerFlex 520 系列變頻器可在 RTU 模式下使用 Modbus 協(xié)議實現(xiàn)RS485 網(wǎng)絡上的多點連接。</p><p><b>　　PID設置：</b></p><p>　　PowerFlex 520 系列變頻器具備

48、內(nèi)置PID(比例、積分、微分)控制回路。PID回路可用于將過程反饋(例如壓力、流量或張力) 保持在一個理想的設定值。PID回路會從基準值中減去PID反饋，并生成一個誤差值。PID回路基于PID增益對誤差作出反應，并輸出一個頻率，嘗試將誤差值減小到0。</p><p>　　2.2.3威綸觸摸屏編程原理</p><p>　　在有關(guān)觸摸屏編程學習中，我通過這次課程設計主要學會了以下幾個方面的知識

49、：工程的建立、PLC的選擇、通訊參數(shù)的設置、簡單畫面的制作和模擬、工程的下載、畫面的下載、下載文件夾的選擇、工程的編譯和下載、系統(tǒng)參數(shù)的設置、標簽和圖形的選擇、數(shù)據(jù)格式和鍵盤屬性的設置、圖庫的建立、動畫的制作、數(shù)據(jù)的采樣、趨勢圖的設計、歷史數(shù)據(jù)的顯示等。</p><p>　　2.2.4EB8000人機界面使用原理</p><p>　　這次課設對EB8000人機界面的學習重點就學會如何設定M

50、T8000系列人機界面的IP地址、日期與時間、上傳/下載程序的密碼、調(diào)整LCD亮度，以及查看系統(tǒng)的版本號等。</p><p>　　制作一個工程畫面的基本步驟為：1、選擇所使用的機型；2、選擇所連接的PLC，并設定好與PLC的通訊參數(shù)和連接的串口；3、利用軟件提供的各種元件編輯畫面程序。4、保存和編譯文件；5、離線模擬，查看編寫畫面的布局效果。6、將畫面程序下載到人機界面里面。</p><p&g

51、t;　　2.3解題思路與方案程序</p><p><b>　　2.3.1第一題</b></p><p>　　解題思路：將RA功能塊中直接控制電機的啟動設為START_Zong,停止設為STOP_Zong, setfwd設為YOU，setrev設為ZUO。屏幕上的變量按鍵分別對用梯形圖中的變量START啟動,STOP停止,gohome回原點,_location當前位置,

52、displaytime2計時時間,import目標位置,frequency頻率。</p><p>　　當摁下屏幕上START時，編程完成4個任務即可，分別是:</p><p>　　startflag置1；</p><p>　　YUO+START_Zong（線圈跟隨）；</p><p>　　引入變量a，控制計時器工作；</p>&

53、lt;p>　　④引入變量middlevariable且置1，然后與startflag一起實現(xiàn)當滑塊所處位置大于目標位置后，立即停止（stop1）并且將middlevariable置0</p><p>　?、堇胢iddlevariable和MOV將停止時刻的時間顯示在屏幕上。</p><p>　　當摁下屏幕上STOP鍵時，編程完成3個任務即可，分別是：</p><

54、p>　　由stop1、STOP、STOP2共同控制STOP_Zong以控制電機的停止；</p><p>　　將a復位為0，此時計時器使能端為0，計時器清零；</p><p>　　通過MOV塊將0賦給屏幕上的計時顯示時間變量displaytime2;</p><p>　　當摁下gohome鍵，編程完成4個任務即可，分別是：</p><p>

55、;　　START_Zong和ZUO同時線圈跟隨，以此達到摁下gohome，立即反向啟動的目的；</p><p>　　將a置0，此時計時器使能端為0，計時器清零；</p><p>　　通過MOV塊將0賦給屏幕上的計時顯示時間變量displaytime2;</p><p>　?、芤霕酥咀兞縁LAG1，將其置1，然后由FLAG1控制功能塊（<=）,以實現(xiàn)退回到原點

56、處時，立即停止，此時激發(fā)的是STOP2。</p><p><b>　　題目程序：見附錄</b></p><p><b>　　2.3.2第二題</b></p><p>　　解題思路：將RA功能塊中直接控制電機的啟動設為START_zong,停止設為STOP_zong, setfwd設為YOU，setrev設為ZUO。屏幕上的

57、變量按鍵分別對用梯形圖中的變量START啟動,STOP停止,gohome回原點,_location當前位置,frequency頻率，time1/2/3/4分別為4個轉(zhuǎn)折段的計時器，point1/2/3以及l(fā)astpoint為4個轉(zhuǎn)折點。其中g(shù)ohome、ZUO1、ZUO2均可控制ZUO，STRAT、YOU1、YOU2均可控制YOU，且gohome、ZUO1、ZUO2、ZUO，STRAT、YOU1、YOU2均可控制START_zong。&

58、lt;/p><p>　　當摁下屏幕上START時，編程完成7個任務即可，分別是:</p><p>　　startflag變量置1；</p><p>　　將flag1—flag6復位為0；</p><p>　　由startflag和flag1控功能塊（>=），以完成在第一個轉(zhuǎn)折點立即向左ZUO2折返；</p><p>

59、　?、苡蓅tartflag和flag1、flag2控功能塊（<=），以完成在第二個轉(zhuǎn)折點立即向右YOU1折返；</p><p>　?、萑缓蠓智闆r討論，以最終點大于point3還是小于point3為區(qū)分，可分為兩種情況：</p><p>　　最終點小于point3,則由startflag和flag3、flag2控功能塊（>=），以完成在第三個轉(zhuǎn)折點立即向左ZOU1折返，然后由st

60、artflag和flag3、flag4控功能塊（<=），以實現(xiàn)退回到原點處時，立即停止，此時激發(fā)的是STOP3。</p><p>　　最終點大于point3,則由startflag和flag5、flag2控功能塊（>=），以完成在第三個轉(zhuǎn)折點仍然保持右行YOU2，然后由startflag和flag5、flag6控功能塊（>=），以實現(xiàn)到達終點目標位置時，立即停止，此時激發(fā)的是STOP2。<

61、/p><p>　?、迣置1，控制計時器開始計時；</p><p>　?、哂蒮lag1控制MOV，將第一段內(nèi)的計時時間dispalytime2賦給time1；由flag1、flag2控制MOV，將第二段內(nèi)的計時時間（dispalytime2-time1）賦給time2；由flag2、flag3、flag5控制MOV，將第三段內(nèi)的計時時間（dispalytime2-time1-time2）賦給t

62、ime3；由flag3、flag4、flag5、flag6控制MOV，將第四段內(nèi)的計時時間（dispalytime2-time1-time2-time3）賦給time4；通過此程序組實現(xiàn)在折返點處將每一時刻的計時時長定格在屏幕上；</p><p>　　當摁下屏幕上STOP鍵時，編程完成4個任務即可，分別是：</p><p>　　startflag復位為0；</p><p

63、>　　將a置0，此時計時器使能端為0，計時器清零；</p><p>　　通過MOV將0賦值給time1/2/3/4，實現(xiàn)計時器全部歸0；</p><p>　?、躍TOP2、STOP3、STOP、STOP4均可控制stop_zong，實現(xiàn)電機停止。</p><p>　　當摁下gohome鍵，編程完成3個任務即可，分別是：</p><p>

64、　　將a置0，此時計時器使能端為0，計時器清零；</p><p>　　通過MOV將0賦值給time1/2/3/4，實現(xiàn)計時器全部歸0；</p><p>　　引入變量FLAG8，將其置1，然后由FLAG8控制功能塊（<=）,以實現(xiàn)退回到原點處時，立即停止，此時激發(fā)的是STOP4。</p><p><b>　　題目程序：見附錄</b><

65、/p><p><b>　　2.3.3第三題</b></p><p>　　解題思路：將RA功能塊中直接控制電機的啟動設為START_zong,停止設為STOP_zong, setfwd設為YOU，setrev設為ZUO。屏幕上的變量按鍵分別對用梯形圖中的變量START啟動,STOP停止,gohome回原點,_location當前位置,frequency頻率，point1/2

66、/3/4為4個輸入點，speed1/2/3為3個點處的速度百分比，speednow1/2/3為滑塊經(jīng)過三點的速度值，speednow為全程各個時刻的速度值，displaytime2為全程計時時間。</p><p>　　一旦PLC運行，程序就需完成以下任務：</p><p>　　通過減法器指令減去0.5，將point1/2/3分別變?yōu)閜oint_1/_2/_3，此步驟的目的是把要減速的點向前

67、推進0.5，使在規(guī)定點前0.5處開始減速；</p><p>　　通過微分器，輸入當前位置和一個短時間，輸出即可得到當前的滑塊速度，注意此處的速度為全程各個時刻的速度值；；</p><p>　　通過（>=）指令，實現(xiàn)當當前位置大于各個指定點時，flag置1，當滑塊位置在7,14,21時，分別置flag6,7,8，為1；</p><p>　　④然后由各個flag控

68、制MOV指令，將各個時刻的speednow賦值給speednow1/2/3，以實現(xiàn)定格在屏幕上。</p><p>　　當摁下屏幕上START時，編程完成7個任務即可，分別是:</p><p>　　startflag置1；</p><p>　　YUO+START_Zong（線圈跟隨）；</p><p>　　引入變量a，且置1，控制計時器工作；&

69、lt;/p><p>　?、苡蓅tartflag控制(>=)和（<=）和乘法器，以實現(xiàn)在各個點處的速度給定為50赫茲乘以一個百分比，從而完成減速“跨欄跑”，很明顯，此處程序組需要由3段組成，分別設定每個點附近的速度值；</p><p>　?、萦蓅tartflag和flag5控制(>=)，以實現(xiàn)到達終點目標位置時，立即停止，此時激發(fā)的是stop3;</p><

70、p>　　⑥由startflag和flag2/3/4控制MOV，實現(xiàn)在非減速段，滑塊以最大頻率50赫茲運行，到達運行時間最短；</p><p>　?、咭晦鬝TART,將flag5/6/7/8置0。</p><p>　　當摁下屏幕上STOP鍵時，編程完成5個任務即可，分別是：</p><p>　　startflag復位為0；</p><p>

71、;　　將a置0，此時計時器使能端為0，計時器清零；</p><p>　　通過MOV將0賦值給displaytime2，實現(xiàn)計時器全部歸0；</p><p>　?、躍TOP2、stop3、STOP均可控制stop_zong，實現(xiàn)電機停止;</p><p>　?、萃ㄟ^MOV將0賦值給speednow1/2/3，實現(xiàn)速度顯示全部歸0。</p><p&g

72、t;　　當摁下gohome鍵，編程完成3個任務即可，分別是：</p><p>　　START_Zong和ZUO同時線圈跟隨，以此達到摁下gohome，立即反向啟動的目的；</p><p>　　將a置0，此時計時器使能端為0，計時器清零；</p><p>　　通過MOV塊將0賦給屏幕上的計時顯示時間變量displaytime2;</p><p>

73、;　?、芤霕酥咀兞縁LAG1，將其置1，然后由FLAG1控制功能塊（<=）,以實現(xiàn)退回到原點處時，立即停止，此時激發(fā)的是STOP2；</p><p>　?、萃ㄟ^MOV將0賦值給speednow1/2/3，實現(xiàn)速度顯示全部歸0。</p><p><b>　　題目程序：見附錄。</b></p><p>　　2.4實驗效果的觀測與分析<

74、/p><p>　　2.4.1實驗結(jié)果數(shù)據(jù)</p><p>　　實驗一中，各功能均順利實現(xiàn)，停止點誤差約為0.01~0.08；</p><p>　　實驗二中，各功能均順利實現(xiàn)，在四個折返點均可正常折返，計時功能也可正常運行，停止點誤差約為0.01~0.06；</p><p>　　實驗三中，各功能均順利實現(xiàn)，在三個跨欄點處的速度偏差較小，停止點誤差約

75、為0.04~0.08。</p><p>　　2.4.2數(shù)據(jù)誤差分析</p><p>　　本次課程設計實驗的誤差主要由以下幾個因素引起：</p><p>　　滑塊及絲桿系統(tǒng)的本身機械誤差；</p><p>　　整個自動化控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差；</p><p>　　程序不夠合理引來的誤差（比如有些瞬時的上升沿或者下降沿會帶來

76、不準確因素）；</p><p>　　PLC程序運行時的掃描順序也會對程序的準確度帶來影響，從而影響系統(tǒng)的誤差；</p><p>　　在設定HSC計數(shù)脈沖時，滑塊每前進1cm，計數(shù)脈沖增加多少，此過程測量值會因為設備、人為讀數(shù)等方面因素造成很大的誤差，造成_localtion當前位置誤差較大，從而影響到后續(xù)一系列程序的最終結(jié)果；</p><p>　　第三小題中，到指定

77、位置的速度為50乘以相應百分比，所測得速度與滑塊的最大速度進行比較，判斷誤差，而最大速度的測定方法為，讓滑塊以給定頻率50赫茲運行，看滑塊從頭到尾所用時間，二者相除即可得到最大速度。那么可以看出，在這個過程中，一定會存在很多誤差。例如計時器是否能夠準確停止，滑塊是真的從頭到尾，還是被堵轉(zhuǎn)在終點，等等，因此所帶來的誤差必然比較大。</p><p><b>　　2.5實驗錯誤</b></p

78、><p>　　2.5.1錯誤的產(chǎn)生</p><p>　　本次課程設計的整個實驗過程中共出現(xiàn)了三次較為嚴重的實驗錯誤，其中兩個為系統(tǒng)硬件方面遇到問題，另一個為程序編寫方面遇到的問題。</p><p>　　實驗第一天發(fā)現(xiàn)啟動后，滑塊在達到最終點（絲桿末端）后，此時再次按</p><p>　　回原點，滑塊靜止不動。</p><p&g

79、t;　　實驗第三天，發(fā)現(xiàn)滑塊無論如何都不動作，變頻器也沒有在正常運行的狀態(tài)，在無數(shù)次重新下載和修改程序后，系統(tǒng)依然無法運行，錯誤持續(xù)了整整一早上。</p><p>　　實驗前三天，無論如何都無法完成第一題的程序，最終程序還少一個回原點功能，不能完成程序的原因在于無法理清楚各個功能鍵的關(guān)系，總是動一發(fā)而前全身，嘗試了很多次依然沒有找到好的解決方案，錯誤持續(xù)2天。</p><p>　　2.5.

80、2錯誤的解決</p><p>　　上述實驗過程中出現(xiàn)的錯誤都是為比較嚴重的，是妨礙我們順利完成課設的幾道坎，不過也正是這幾個問題讓我受益匪淺，錯誤的解決有的靠老師，有的靠學長，還有自己問同學摸索出來的，好在最終都解決了，各個問題對應的解決方案如下。</p><p>　　滑塊在到達絲桿末端時，若不能及時停止，而是已經(jīng)堵轉(zhuǎn)了一會兒，那么在此反向運行時，只有絲桿轉(zhuǎn)向改變而滑塊不會運行，經(jīng)發(fā)現(xiàn)是滑

81、塊被稍稍卡住了，此時用手輕輕撥動滑塊，即可繼續(xù)正常反向運行。</p><p>　　第二個錯誤真的是浪費了一早上的時間，嘗試了各種各樣的方法都不奏效，后來才發(fā)現(xiàn)是桌子上的急停按鈕被人摁下，以及HSC配置出現(xiàn)錯誤，兩個因素導致根本無法啟動變頻器和滑塊。解決時，我將急停按鈕旋出。然后將HSC中的hsc_sts和hsc_info兩個變量刪除，至此問題順利解決。</p><p>　　此問題其實不僅是

82、第一小題的問題，而是所有題目程序編寫中都要遇到的問題。為了區(qū)分不同的按鍵功能，使它在完成一個按鍵所對應得功能時不會對其他按鍵對應的功能產(chǎn)生影響，必須要引入間接變量。例如，不能用start或者stop直接去控制RA塊中的啟動和停止，因為這樣必然就會出現(xiàn)混亂，而為了區(qū)分，解決邏輯更時特別麻煩。所以，我們引入一個變量start_zong，stop_zong用它們?nèi)タ刂普娴碾姍C啟停，而它們又分別由其他start和stop去控制，這樣就可以實現(xiàn)，

83、在某一處我需要停止時，只是單純激發(fā)了stop_zong，實現(xiàn)了停止功能，而不會引起其他的程序的運行。</p><p><b>　　3結(jié)論</b></p><p><b>　　3.1實驗改進</b></p><p>　　3.1.1發(fā)現(xiàn)的問題</p><p>　　實驗誤差較大，因為沒有引入PID算法，尤

84、其是第三小題，只有引入PID算法才能使指定點的速度準確且滿足全程運行時間最短（不能因為追求速度準確，而在指定前很遠處就開始減速，這樣做不滿足生產(chǎn)實際的要求）。</p><p><b>　　3.1.2改進方案</b></p><p>　　加入IPID功能塊，通過使用 IPIDController 函數(shù)實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)的一般步驟在前面部分已經(jīng)詳細介紹，下文會重點說明如何完成自

85、動調(diào)節(jié)過程中的P、I、D增益參數(shù)的配置（包括理論和實際兩個方面）。</p><p>　　理論知識—根據(jù)所學理論知識我們知道PID的調(diào)節(jié)方法以及其各個參數(shù)的變化對系統(tǒng)輸出的影響，這里總結(jié)如下：</p><p><b>　　負反饋</b></p><p>　　自動控制理論也被稱為負反饋控制理論。首先檢查系統(tǒng)接線，確定系統(tǒng)的反饋為負反饋。例如電機調(diào)速

86、系統(tǒng)，輸入信號為正，要求電機正轉(zhuǎn)時，反饋信號也為正（PID算法時，誤差=輸入-反饋），同時電機轉(zhuǎn)速越高，反饋信號越大。其余系統(tǒng)同此方法。</p><p><b>　　PID一般表達式</b></p><p>　　PID模擬算法：U(t)=P*[e(t)+ 1/Ti*∫0te(t)dt+Td*de(t)/dt] （1）</p>&l

87、t;p>　　PID數(shù)字算法：U(K)=P*{[e(K)-e(K-1)+Ts/Ti*e(K-1)+Td/Ts*[e(K)-2e(K-1)+e(K-2)]]}+ U(K-1)（2）</p><p>　　其中P為比例增益；Ti為積分時間常數(shù)；Td為微分時間常數(shù)；PID調(diào)節(jié)器要調(diào)節(jié)的也就是這三個參數(shù)。e(t)為輸入誤差；Ts為數(shù)字PID運算的采樣周期。</p><p><b>　　

88、PID調(diào)試一般原則</b></p><p>　　a.在輸出不振蕩時，增大比例增益P。</p><p>　　b.在輸出不振蕩時，減小積分時間常數(shù)Ti。</p><p>　　c.在輸出不振蕩時，增大微分時間常數(shù)Td。</p><p><b>　　一般步驟</b></p><p><b

89、>　　a.確定比例增益P</b></p><p>　　確定比例增益P 時，首先去掉PID的積分項和微分項，一般是令Ti=0、Td=0（具體見PID的參數(shù)設定說明），使PID為純比例調(diào)節(jié)。輸入設定為系統(tǒng)允許的最大值的60%~70%，由0逐漸加大比例增益P，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；再反過來，從此時的比例增益P逐漸減小，直至系統(tǒng)振蕩消失，記錄此時的比例增益P，設定PID的比例增益P為當前值的60%~70%。

90、比例增益P調(diào)試完成。</p><p>　　b.確定積分時間常數(shù)Ti</p><p>　　比例增益P確定后，設定一個較大的積分時間常數(shù)Ti的初值，然后逐漸減小Ti，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，之后在反過來，逐漸加大Ti，直至系統(tǒng)振蕩消失。記錄此時的Ti，設定PID的積分時間常數(shù)Ti為當前值的150%~180%。積分時間常數(shù)Ti調(diào)試完成。</p><p>　　c.確定積分時間常數(shù)

91、Td</p><p>　　積分時間常數(shù)Td一般不用設定，為0即可。若要設定，與確定 P和Ti的方法相同，取不振蕩時的30%。</p><p>　　d.系統(tǒng)空載、帶載聯(lián)調(diào)，再對PID參數(shù)進行微調(diào)，直至滿足要求。</p><p>　　P:Kc增大,系統(tǒng)余差減小,但不能消失.隨著Kc的增大,相應的過渡過程由 不振蕩變?yōu)榕R界振蕩或衰減振蕩.</p>&l

92、t;p>　　I:積分作用能消除余差.Ti小表示積分作用強,積分作用越強,過渡過程的振蕩越劇烈.</p><p>　　D:在比例作用的基礎上增加微分作用將使系統(tǒng)的過度過程的振蕩程度降低,提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性.但微分作用不能太強.即Td不能太大.否則會因反應速度太快引起系統(tǒng)劇烈振蕩</p><p>　　實際操作—在實際配置參數(shù)過程中，我根據(jù)的方法主要是“試湊法”，且只配置了PI參數(shù)。首先根

93、據(jù)經(jīng)驗填入比例參數(shù)，然后根據(jù)滑塊運行效果適當改變K值，同時嘗試引入I參數(shù)，每次更新參數(shù)后，都要根據(jù)自動調(diào)節(jié)的一般步驟重新來一遍，直到觀測到誤差基本在允許范圍內(nèi)且效果較好，就可以固定PI參數(shù)了。</p><p><b>　　3.2實驗基本結(jié)論</b></p><p>　　采用合適的PID算法可以在很大程度上減小穩(wěn)態(tài)誤差、提高動態(tài)性能，對整個自動控制系統(tǒng)的“穩(wěn)、準、快”指

94、標均帶來一定的好處。PID三個參數(shù)要綜合考慮，一般先將I,D設為0，調(diào)好P,達到基本的響應速度和誤差，再加上I,使誤差為0，這時再根據(jù)實際情況考慮是否需要再加入D,總之三個參數(shù)要反復調(diào)試，最終達到較好的結(jié)果。</p><p>　　3.3梯形圖編程技巧收獲</p><p>　　通過這次課程設計編程的學習，讓我在PLC梯形圖的編程方面有了很大的進步。對梯形圖編程的主要感悟和理解有以下幾條：&l

95、t;/p><p>　　永遠不要偷懶，如果自己的思維邏輯沒那么強，那就乖乖多設幾個變量，中間變量能夠幫助你只去控制要完成部分的程序，從而不會牽扯到其他程序段，引起邏輯混亂，這一點真的很重要。例如我們在此次編程時，屏幕上的START和真正控制電機的啟動的并不是一個變量，而是由其間接控制；</p><p>　　深刻體會到了線圈的跟隨作用。這個跟隨作用聽起來容易，但未必能真正理解，在實際編程時，往往簡

96、單的線圈就可以完成，而我們就會想復雜，想著怎么置位，然后又處心積慮想著怎么復位，往往使程序復雜化了。線圈的跟隨作用適用于像電機啟動或者左右方向的這類變量的控制，因為他只需要一下置1就可以一直保持運行，而線圈的跟隨又會同時具有跟隨后自己復位的功能。</p><p>　　有一個置位S就必須有復位R。真的在開始編程時沒注意這個法則，導致程序功能紊亂不說，很多程序甚至是一次性程序，所以必須遵循這個法則。</p>

97、;<p><b>　　3.4心得感悟</b></p><p>　　三周的課程設計結(jié)束了，此次課程社會真的學會了很多東西，即使做得不那么圓滿，但也讓我對PLC甚至自動化專業(yè)有了更進一步的認識。在這次的課程設計中不僅檢驗了我所學習的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設計過程中，與同學分工設計，和同學們相互探討，相互學習，相互監(jiān)督。學會了合作

98、，學會了運籌帷幄，學會了寬容，學會了理解，也學會了做人與處世。</p><p>　　課程設計是大學學習生涯的重要組成部分，尤其是對于我們學習自動化學科有著很大的幫助。課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，著是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程．”千里之行始于足下”，通過這次課程設計，我深深體會到這句千古名言的真正含義．我今天認真的進行課程設計，學會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮

99、中奔跑打下堅實的基礎。</p><p>　　我們在課上學習到的全部是理論知識，課程設計正好可以將我們所學到的知識應用于實際。在直流控制系統(tǒng)的課上，我們學習了有關(guān)自動控制系統(tǒng)和PID調(diào)節(jié)的一些知識，在課堂上由于學習的比較倉促，再加上沒有系統(tǒng)的復習，導致理論知識比較匱乏。但在這次課程設計中，我深刻體會到了自動控制系統(tǒng)的控制過程，以及控制系統(tǒng)的每個環(huán)節(jié)。錢老師讓我們做三道題目,目的就是為了讓我們了解控制系統(tǒng)的每個環(huán)節(jié)。

100、平時總生活在書本上的東西也一下間出現(xiàn)在了我們面前，PLC、變頻器、并且對自動控制系統(tǒng)進行控制的各個軟件，我們可謂是大開眼界。之后學長親自教授了我們有關(guān)各個軟件的基本使用方法。通過老師出的若干個讓我們設計的題目，我們鞏固了對這幾款軟件的理解。也對我們接下來調(diào)節(jié)PID參數(shù)打好了基礎。在進行梯形圖編程時，我有充分體驗到了團隊力量的偉大。每個人都有所擅長和有所不擅長，但是只要將每人所擅長的部分融合在一起就是成功。大家在一起集思廣益，小組之間也互

101、相討論，相互指點，團隊的力量總是可以事半功倍。</p><p>　　在此特別感謝我們的老師和學長。老師們嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣，而學長們循循善誘的教導和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪；這次課設的每個實驗細節(jié)和每個數(shù)據(jù)，都離不開老師和學長的細心指導。謝謝你們嚴謹又寬容的態(tài)度，幫助我很順利的完成了這次課程設計，再次表達衷心的感謝！</p><p><b>

102、　　4參考文獻</b></p><p>　　[1]王玉鐸.可編程控制器特點及發(fā)展趨勢[J].科技傳播.2013.(20):214+145.</p><p>　　[2] 王建輝 顧樹生.自動控制系統(tǒng)[M].北京.清華大學出版社.2007</p><p>　　[3] 羅克韋爾工程師.850編程手冊，</p><p>　　http://

103、literature.rockwellautomation.com/idc/groups/literature/documents/um/2080-um002_-zh-e.pdf</p><p>　　[4]王敏. PID調(diào)節(jié)及參數(shù)整定[J]. 科技創(chuàng)新導報,2009,(31):57.</p><p><b>　　5附錄</b></p><p>

104、<b>　　屏幕截圖：</b></p><p><b>　　程序：</b></p><p><b>　　第一題定位跑：</b></p><p><b>　　第二題折返跑：</b></p><p><b>　　第三題跨欄跑：</b>&l