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1、信息学院自动化专业课程设计报告东北大学自动化专业课程设计报告设计题目：位置和转速双闭环控制系统设计班级：自动化 班学号： XXXX姓名：XXX指导教师：闫士杰 钱晓龙设计时间： 目录1.引言31.1课题的背景31.2课题的内容（三道题）31.3课题的意义41.4课设的主要任务41.5课设的具体安排52正文52.1仪器与设备52.1.1系统的硬件组成52.1.2系统的软件通信102.1.3系统整体运行原理112.2实验原理112.2.1罗克韦尔PLC基础编程原理112.2.2变频器520编程原理142.2.3威纶触摸屏编程原理152.2.4 EB8000人机界面使用原理152.3解题思路与方案程
2、序152.3.1第一题152.3.2第二题162.3.3第三题172.4实验效果的观测与分析192.4.1实验结果数据192.5实验错误202.5.1错误的产生202.5.2错误的解决203结论213.1实验改进213.1.1发现的问题213.1.2改进方案213.2实验基本结论233.3梯形图编程技巧收获24 3.4心得感悟.224参考文献255附录231. 引言1.1课题的背景可编程控制器自从问世至今1，发展的非常迅速。可编程控制器作为当代电控装置的主导，以作为一个独立的工业设备列入生产当中。特别是20世纪80年代以来，随着大规模集成电路和微型计算机技术的发展，以16位及32位微计算机为核
3、心的PLC得到了迅速的发展，从而使得PLC在设计上、使用性能方面以及价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时，功耗以及体积也相对减少好多，性能得到了提升并且成本也得到了节约，而且随着远程I/O和通信网络、数据处理以及图像显示等技术的发展，使PLC的应用领域不断扩大。PLC己成为现代工业生产自动控制的一大支柱设备，作为自动化专业的学生，要在今后的工作岗位充分发挥自动化技术的优越性，实现工业生产制造等行业的高度自动化，PLC技术无疑是我们必须掌握的基本技能，因此，此次课设以ROCKWELL850PLC为学习对象，结合520变频器、电机、滑块、威纶触摸屏等组成一个简单的自动控制系
4、统，通过简单的软件学习和编程学习，加上在专业课上学到的自动控制的理论知识，完成一系列任务，达到我们对PLC的更深层面的学习和认识。1.2课题的内容（三道题）定位跑：滑块移动指定距离要求在屏幕上显示当前距离，计时时间和变频器给定频率。输入量包含启动、停止和回原点按钮，以及滑块运动目标位置。所有显示和输入精度均为小数点后两位。目标位置输入的默认值为10.00cm。距离输入和当前位置显示单位为cm，变频器给定频率单位为Hz，计时时间单位为s。计时要求从按下启动按钮开始，滑块到达目标位后停止计时，并将运行时间显示在屏幕上。若在运行途中按下停止或回原点按钮，则要直接将计时时间清零，在回原点过程中不计时。
5、折返跑：滑块进行三次折返运动后停止要能够输入三个折返点以及最后停止点的位置。三个折返点默认值分别为10.00cm，5.00cm，15.00cm，最后停止点的默认值为0.00cm。计时要求使用四个显示控件分别显示每一段计时时间。三个按钮要求同上题。显示要求同上题。跨栏跑：滑块到指定位置按照指定的速度通过，到达最终位置总时间最短为优胜。此题要求加入当前速度显示，以及该设备所能够达到的最大速度，单位cm/s。三个指定位置分别为7cm，14cm，21cm，最终停止于25cm处。三个位置处的经过速度由屏幕输入，但输入的不是真实速度，而是一个百分比，各处的真实速度要通过这个百分比乘以最大速度得到。显示要求
6、包含计时时间，当前位置，实际速度，计算得到的速度给定和通过各处的实际速度值。不需要显示当前给定频率。l 屏幕要求：触摸屏画面共做四个，一个主画面三个分画面，主画面中包含三个分画面的进入按钮即可，分画面可以返回至主画面。l 按钮要求：三个按钮均要求使用复归型按钮。启动按钮按下后滑块开始移动；如果滑块已在目标位，则按下后滑块不移动。停止按钮按下后滑块若正在运行，则立即停止；若滑块未移动，则保持停止。回原点按钮按下后滑块若正在移动，则立刻停止当前移动，运行至原点后停止；否则直接回归至原点后停止。1.3课题的意义此次课设以ROCKWELL850PLC的学习为主，学习用PLC控制自动控制系统的基本方法。
7、为了完成三道题目的要求，必须首先从对PLC等硬件组成系统的了解开始，进一步掌握相关软件的安装、使用等，然后要在深刻理解850编程原理和对应屏幕编程原理的基础上，不断锻炼自己的思维编程能力，在拥有严谨逻辑的基础上，把学到的专业知识灵活运用，才能把三道题目的要求一一实现。在这个过程中，还要求我们掌握处理常见错误能力、团队合作能力以及独立思考能力。1.4课设的主要任务l 完成所用软件（包括屏幕、PLC等）的下载、安装、建立工程；l 根据题目要求完成三道题目l 仔细检查程序，完成实验效果验收考核l 撰写课程设计报告并进行答辩1.5课设的具体安排l 6月19号：自动化专业课程设计动员大会l 6月20号-
8、6月21号：课程设计培训课程l 6月22号-6月29号：课程设计实验训练l 6月31号：课程设计程序验收l 7月1号-7月6号：课程设计报告l 7月7号：课程设计结题答辩2正文2.1仪器与设备2.1.1系统的硬件组成本次课程设计实验系统的硬件部分主要由罗克韦尔850PLC、变频器520、威纶触摸屏、丝杆及滑块4部分组成。每一部分硬件特性的简单介绍如下：1) 罗克韦尔850PLC：图2.1 Rockwell 850 PLC实物图850PLC的功能图如下图所示图2.2 PLC的系统结构图850PLC的组成部分如下图所示图2.3 PLC的基本组成* CPU 模块： 微处理器：Z80A 8031 80
9、85 8086 80286 存储器： 系统存储器：ROM 用户存储器：RAM EPROM E2PROM* I/O 模块： 数字量：采用光电耦合器或隔离脉冲变压器，与CPU 隔离，防干扰a交流： 110V 220Vb直流： 24V 12V 或5V TTL 电平c继电器型：无源输出 模拟量：直流信号（420mA 15V 10V+10V 010V）a满足IEC 标准的直流信号转换成8 位、10 位、12 位的二进制信号b将CPU 的二进制信号转换成满足IEC 标准的直流信号给执行机构* 特殊模块：高速计数、热电偶或热电阻、各种定位模块、各种编码器模块、ASC/BASIC 模块、通信模块* 编程设备：
10、专用、电脑* 电源模块：将交流 直流 外挂、内置850PLC工作原理如下图所示图2.4 850PLC的工作原理* 上电及内部处理：上电后对整个系统进行一些初始化工作。如：硬件初始化，I/O 模块配置检查，停电保护，设定及其它初始化处理。* 扫描过程： 输入扫描：在具体的用户程序执行前，每次扫描过程都首先要读入各输入模块的全部输入状态，存放在数据存储器中（如输入映像表）在一个扫描周期时不变的。 程序扫描：CPU 处于运行状态，顺序执行程序，在梯形图中，程序按先左后右，先上后下的次序执行，通过逻辑判断和算术运算将每步的结果写入相关的存储器中。s 输出扫描：将数据存储器（如输出映像表）当中的输出信号
11、送至个输出模块，再经过输出模块锁存、隔离和功率放大后，驱动外部负载。如在程序执行期间，向输出模块传送数据，可采用“立即输出指令”。扫描周期= 程序执行时间+ I/O 扫描时间。程序执行时间：110ms/k 指令（CPU 的运算速度）。I/O 扫描时间：I/O 点的情况（内存+扩展）4.5ms。2) 变频器520：电源和控制模块PowerFlex 520 系列变频器由一个电源模块和一个控制模块组成。图2.5 Rockwell 520变频器实物图v 变频器启动任务列表1） 断开机器电源并将其上锁。2） 验证断路装置上的交流线路电源是否处于变频器的额定值范围内。3） 确认数字量控制电源均为 24 V
12、。4） 检查接地、接线、连接和环境兼容性。5） 确认已根据控制接线图正确设置灌入型 (SNK)/ 拉出型 (SRC) 跳线。6） 按应用要求进行 I/O 接线。7） 对电源输入和输出端子接线。8） 确认所有输入都已连接到正确的端子并已安全固定。9） 收集并记录电机铭牌和编码器或反馈设备信息。确认电机连接。10） 确认变频器的输入电压。确认变频器是否位于接地系统上。v 显示和控制按键图2.6 变频器显示与控制按键功能图3) 威纶触摸屏:威纶触摸屏是威纶通触摸屏（人机界面）的简称。是威纶通公司的一款产品。图2.7 威纶触摸屏实物图v 其具有以下特点：1、支持65536色显示2、支持windows平
13、台所有矢量字体3、支持BMP，JPG，GIF等格式的图片4、兼容EB500的画面程序，无需重新编程，轻松实现产品升级5、支持USB设备，譬如U盘、USB鼠标、USB键盘、USB打印机等6、支持历史数据、故障报警等，可以保存到U盘或者SD卡里面，并且可转换为Excel可以打开的文件7、支持U盘、USB线和以太网等不同方式对HMI画面程序进行上下载8、支持配方功能，并且可以使用U盘等来保存和更新配方，容量更大9、支持三组串口同时连接不同协议的设备，应用更加灵活方便10、支持自定义启动Logo的功能，且支持“垂直”安装的模式11、支持市场上绝大多数的PLC和控制器、伺服、变频器、温控表等 v 在本次
14、课程设计中主要用到的功能元件有如下几种：表2.1 各元件的功能4) 丝杆及滑块:图2.8 滑块及丝杆实物图2.1.2系统的软件通信a. Micro850 控制器具有以下嵌入式通信通道：非隔离式 RS-485 组合端口 非隔离式 USB 编程端口 b. Modbus是一种半双工主站从站式通信协议。Modbus网络主站会对位和寄存器进行读取和写入操作。Modbus协议允许一个主站与最多247个从站设备进行通信。c. PowerFlex 520 系列变频器支持 RS485 (DSI) 协议，可配合罗克韦尔自动化外围设备高效工作。另外，还支持某些 Modbus 功能进行简单的联网。PowerFlex 520 系列变频器可在 RTU 模式下使用 Modbus 协议实现RS485 网络上的多点连接。2.1.3系统整体运行原理整个系统就是一个简单的自动化控制系统。通过编写程序，使PLC通过变频器控制电机的正反转方向和速度，然后在通过丝杆控制滑块，实现滑块的前进、后退以及加速、减速运行，最终可以通过特定程序完成题目要求。在实现了基本的功能的基础上，还要考虑自动控制系统的要求，即稳、准、快。即要求动作时间短、超调小、稳态误差小，实现系统在静、动性能指标的双优。2.2实验原理2.2.1罗克韦尔PLC基础编程原理l 基本梯形图指令：基本梯
