2022年自动化课程设计报告 .pdf

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1、信息学院自动化专业课程设计报告-1-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140X 班学号： 2014XXXX姓名： XXX指导教师：闫士杰钱晓龙设计时间： 2017 年 6 月 19 日2011年 7 月 7 日名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 38 页 - - - - - - - - - 信息学院自动化专业课程设计报告-2-目录1. 引言 . 31.1 课题的背景 . 3 1.2 课题的内容（三道题）. 3 1.

2、3 课题的意义 . 4 1.4 课设的主要任务 . 4 1.5 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 . 5 2.1.2 系统的软件通信 . 102.1.3 系统整体运行原理. 11 2.2 实验原理 . 11 2.2.1 罗克韦尔 PLC基础编程原理 . 11 2.2.2 变频器 520编程原理 . 14 2.2.3 威纶触摸屏编程原理. 152.2.4 EB8000 人机界面使用原理 . 162.3 解题思路与方案程序 . 16 2.3.1 第一题 . 16 2.3.2 第二题 . 17 2.3.3 第三题 . 182.4 实验效果的观

3、测与分析 . 20 2.4.1 实验结果数据 . 20 2.5 实验错误 . 21 2.5.1 错误的产生 . 21 2.5.2 错误的解决 . 213 结论. 22 3.1 实验改进 . 22 3.1.1 发现的问题 . 22 3.1.2 改进方案 . 223.2 实验基本结论 . 24 3.3 梯形图编程技巧收获 . 24 3.4心得感悟 .224 参考文献 . 25 5 附录. 23 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 38 页 - - - - - -

4、- - - 信息学院自动化专业课程设计报告-3-1. 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

5、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）1 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

6、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。2 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名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，

7、共 38 页 - - - - - - - - - 信息学院自动化专业课程设计报告-4-10.00cm，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。3 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

8、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。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。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

9、的基本方法。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 课设的主要任务完成所用软件（包括屏幕、PLC等）的下载、安装、建立工程；根据题目要求完成三道题目名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - -

10、 - - - - 第 4 页，共 38 页 - - - - - - - - - 信息学院自动化专业课程设计报告-5-仔细检查程序，完成实验效果验收考核撰写课程设计报告并进行答辩1.5 课设的具体安排6 月 19 号：自动化专业课程设计动员大会6 月 20 号-6 月 21 号：课程设计培训课程6 月 22 号-6 月 29 号：课程设计实验训练6 月 31 号：课程设计程序验收7 月 1 号-7 月 6 号：课程设计报告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

11、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名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 38 页 - - - - - - - - - 信息学院自动化专业课程设计报告-6-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 8085 8086 80286 存储器

12、：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 220V b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、名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - -

13、- - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 38 页 - - - - - - - - - 信息学院自动化专业课程设计报告-7-ASC /BASIC 模块、通信模块* 编程设备：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

14、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

15、 520 系列变频器由一个电源模块和一个控制模块组成。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 38 页 - - - - - - - - - 信息学院自动化专业课程设计报告-8-图 2.5 Rockwell 520变频器实物图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 。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

16、)/ 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。显示和控制按键名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 38 页 - - - - - - - - - 信息学院自动化专业课程设计报告-9-图 2.6 变频器显示与控制按键功能图3) 威纶触摸屏 :

17、 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 威纶触摸屏实物图其具有以下特点：1、支持 65536 色显示2、支持 windows 平台所有矢量字体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

18、，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、温控表等在本次课程设计中主要用到的功能元件有如下几种：表 2.1 各元件的功能名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 38 页 - - - - - - - - - 信息学院自动化专业课程设计报告-10-4) 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.

19、 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。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - -

20、- 第 10 页，共 38 页 - - - - - - - - - 信息学院自动化专业课程设计报告-11-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

21、实验原理2.2.1 罗克韦尔 PLC基础编程原理基本梯形图指令：基本梯形图指令可分为：警报指令、算术指令、ASCLL串行端口指令、二进制指令、布尔指令、通信指令、比较指令、计数器指令、数据转换指令、数据操作指令、高速计数器指令、输入/ 输出指令、中断指令、运动控制指令、过程控制指令、程序控制指令、比例积分微分指令、实时时钟指令、连接字指令、字符串操作指令、计数器指令。本次课程设计主要用到的指令有如下几个：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 38 页 - -

22、- - - - - - - 信息学院自动化专业课程设计报告-12-图 2.10 常用梯形图指令高速计数器的参数配置：图 2.9 HSC 高速计数器梯形图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 38 页 - - - - - - - - - 信息学院自动化专业课程设计报告-13-图 2.10 HSC 重要参数变量赋值图IPID 功能块：图 2.11 IPIDCONTROLLER功能块图图 2.12 IPID块的工作原理图其主要功能参数如下表所示：名师资料总结 - -

23、 -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 38 页 - - - - - - - - - 信息学院自动化专业课程设计报告-14-表 2.2 IPID块重要参数功能表使用 IPID 功能块时，需根据自动控制原理及实际控制目标选择合适的PID参数。达到最优控制，以下是通过使用 IPIDController 函数实现自动调节的一般步骤：* 将设定点重置为零；* 将 Auto 模式切换为 False ；* 设置增益参数；* 设置自动调节参数，包括初始加载值、输出的分步变更、 完成自动调节的估计

24、时间以及自动调节重置；* 将 Initialize 和 AutoTune 设置为 TRUE ，注意，当将 AutoTune 设为True 时，输出会变为 Load 的值；* 观察到过程值快速增加， 直至其接近其饱和点， 观察过程值的稳定和波动情况；* 设置偏移量；* 将 Initialize 设为 False ；* 控制器开始自动调节。 等待 ATWarning 变为 2（2 表示已执行自动调节） ；* 将 AutoTune 设为 False ；* 观察调节值出现在 OutGains 中；* 将参数从 OutGain 传输到 My_Gains；* 观察使用调节的增益参数更新控制器。2.2.2

25、变频器 520编程原理编程和参数：PowerFlex 520系列变频器中， Connected Components Workbench 软件既可离线 ( 通过 USB) 上传参数配置到变频器， 也可在线 ( 通过以太网连接 )使用。其名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 38 页 - - - - - - - - - 信息学院自动化专业课程设计报告-15-主要含有的模块有：参数组、基本显示组、基本编程组、端子块组、通信组、逻辑组、高级显示组、高级编程组、网络参

26、数组、已修改参数组、故障和诊断组、AppView参数组、 CustomView参数组。故障处理：变频器的状态始终受到监视。发生任何更改都会在集成的液晶显示屏上显示。故障是指导致变频器停止的状况。总共有两种故障类型：表 2.3 变频器故障类型表RS485(DSI)协议：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。PID 设置：PowerFlex 520 系列变频

27、器具备内置PID(比例、积分、微分) 控制回路。 PID回路可用于将过程反馈 ( 例如压力、流量或张力 ) 保持在一个理想的设定值。 PID回路会从基准值中减去PID 反馈，并生成一个误差值。 PID 回路基于 PID增益对误差作出反应，并输出一个频率，尝试将误差值减小到0。2.2.3 威纶触摸屏编程原理在有关触摸屏编程学习中， 我通过这次课程设计主要学会了以下几个方面的知识：工程的建立、 PLC的选择、通讯参数的设置、简单画面的制作和模拟、工程的下载、画面的下载、下载文件夹的选择、工程的编译和下载、系统参数的设置、标签和图形的选择、数据格式和键盘属性的设置、图库的建立、动画的制作、数据的采样

28、、趋势图的设计、历史数据的显示等。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 38 页 - - - - - - - - - 信息学院自动化专业课程设计报告-16-2.2.4EB8000 人机界面使用原理这次课设对 EB8000人机界面的学习重点就学会如何设定MT8000 系列人机界面的 IP 地址、日期与时间、上传/ 下载程序的密码、调整LCD亮度，以及查看系统的版本号等。制作一个工程画面的基本步骤为：1、选择所使用的机型； 2、选择所连接的PLC ，并设定好与PL

29、C的通讯参数和连接的串口；3、利用软件提供的各种元件编辑画面程序。 4、保存和编译文件； 5、离线模拟，查看编写画面的布局效果。6、将画面程序下载到人机界面里面。2.3 解题思路与方案程序2.3.1 第一题解题思路：将RA功能块中直接控制电机的启动设为START_Zong, 停止设为STOP_Zong, setfwd 设为 YOU ，setrev 设为 ZUO 。屏幕上的变量按键分别对用梯形 图中的 变量START启 动 ,STOP 停止 ,gohome 回 原点 ,_location当 前 位置,displaytime2计时时间 ,import目标位置 ,frequency频率。当摁下屏幕上

30、 START 时，编程完成 4 个任务即可，分别是 : startflag置 1；YUO+START_Zong（线圈跟随）；引入变量 a，控制计时器工作；引入变量 middlevariable且置 1，然后与 startflag一起实现当滑块所处位置大于目标位置后，立即停止（stop1 ）并且将 middlevariable置 0 利用 middlevariable和 MOV 将停止时刻的时间显示在屏幕上。当摁下屏幕上 STOP 键时，编程完成3 个任务即可，分别是：由 stop1 、STOP 、STOP2 共同控制 STOP_Zong 以控制电机的停止；将 a 复位为 0，此时计时器使能端为

31、0，计时器清零；通过 MOV 块将 0 赋给屏幕上的计时显示时间变量displaytime2; 当摁下 gohome键，编程完成 4 个任务即可，分别是：START_Zong 和 ZUO同时线圈跟随，以此达到摁下gohome ，立即反向启动的目的；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 38 页 - - - - - - - - - 信息学院自动化专业课程设计报告-17-将 a 置 0，此时计时器使能端为0，计时器清零；通过 MOV 块将 0 赋给屏幕上的计时显示

32、时间变量displaytime2; 引入标志变量 FLAG1 ，将其置 1，然后由 FLAG1控制功能块（ =），以完成在第一个转折点立即向左ZUO2 折返；由 startflag和 flag1 、flag2控功能块（ =），以完成在第三个转折点立即向左ZOU1 折返，然后由 startflag和 flag3 、flag4控功能块（ =），以完成在第三个转折点仍然保持右行YOU2 ，然后由 startflag和 flag5 、flag6控功能块（=），以实现到达终点目标位置时， 立即停止，此时激发的是 STOP2 。将 a 置 1，控制计时器开始计时；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载

33、- - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 38 页 - - - - - - - - - 信息学院自动化专业课程设计报告-18-由 flag1 控制 MOV ，将第一段内的计时时间dispalytime2赋给 time1 ；由flag1 、flag2控制 MOV ，将第二段内的计时时间（dispalytime2-time1）赋给time2 ； 由flag2 、 flag3 、 flag5控 制MOV ， 将 第 三 段 内 的 计 时 时 间（dispalytime2-time1-time2）赋给 time

34、3 ；由 flag3 、flag4 、flag5 、flag6控制 MOV ，将第四段内的计时时间（dispalytime2-time1-time2-time3）赋给time4 ；通过此程序组实现在折返点处将每一时刻的计时时长定格在屏幕上；当摁下屏幕上 STOP 键时，编程完成4 个任务即可，分别是：startflag复位为 0；将 a 置 0，此时计时器使能端为0，计时器清零；通过 MOV 将 0 赋值给 time1/2/3/4，实现计时器全部归0；STOP2 、STOP3 、STOP 、STOP4 均可控制 stop_zong ，实现电机停止。当摁下 gohome键，编程完成 3 个任务即

35、可，分别是：将 a 置 0，此时计时器使能端为0，计时器清零；通过 MOV 将 0 赋值给 time1/2/3/4，实现计时器全部归0；引入变量 FLAG8 ，将其置 1，然后由 FLAG8控制功能块（ =）指令，实现当当前位置大于各个指定点时，flag置 1，当滑块位置在 7,14,21 时，分别置 flag6,7,8，为 1；然后由各个flag控制MOV指令，将各个时刻的speednow 赋值给speednow1/2/3 ，以实现定格在屏幕上。当摁下屏幕上 START 时，编程完成 7 个任务即可，分别是 : startflag置 1；YUO+START_Zong（线圈跟随）；引入变量 a

36、，且置 1，控制计时器工作；由 startflag控制(=) 和（=) ， 以实现到达终点目标位置时， 立即停止，此时激发的是 stop3; 由 startflag和 flag2/3/4控制 MOV ，实现在非减速段，滑块以最大频率50 赫兹运行，到达运行时间最短；一摁 START, 将 flag5/6/7/8置 0。当摁下屏幕上 STOP 键时，编程完成5 个任务即可，分别是：startflag复位为 0；将 a 置 0，此时计时器使能端为0，计时器清零；通过 MOV 将 0 赋值给 displaytime2，实现计时器全部归0；STOP2 、stop3 、STOP 均可控制 stop_zo

37、ng，实现电机停止 ; 通过 MOV 将 0 赋值给 speednow1/2/3 ，实现速度显示全部归0。当摁下 gohome键，编程完成 3 个任务即可，分别是：START_Zong 和 ZUO同时线圈跟随，以此达到摁下gohome ，立即反向启动的目的；将 a 置 0，此时计时器使能端为0，计时器清零；通过 MOV 块将 0 赋给屏幕上的计时显示时间变量displaytime2; 引入标志变量 FLAG1 ，将其置 1，然后由 FLAG1控制功能块（ =）, 以实现退回到原点处时，立即停止，此时激发的是STOP2 ；名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - -

38、- - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 38 页 - - - - - - - - - 信息学院自动化专业课程设计报告-20-通过 MOV 将 0 赋值给 speednow1/2/3 ，实现速度显示全部归0。题目程序：见附录。2.4 实验效果的观测与分析2.4.1 实验结果数据A.实验一中，各功能均顺利实现，停止点误差约为0.010.08 ；B.实验二中， 各功能均顺利实现， 在四个折返点均可正常折返， 计时功能也可正常运行，停止点误差约为0.010.06 ；C.实验三中， 各功能均顺利实现， 在三个跨栏点处的速度偏差较小，停止点误差约

39、为 0.040.08 。2.4.2 数据误差分析本次课程设计实验的误差主要由以下几个因素引起：滑块及丝杆系统的本身机械误差；整个自动化控制系统的稳态误差；程序不够合理引来的误差（比如有些瞬时的上升沿或者下降沿会带来不准确因素）；PLC 程序运行时的扫描顺序也会对程序的准确度带来影响，从而影响系统的误差；在设定 HSC计数脉冲时，滑块每前进1cm ，计数脉冲增加多少，此过程测量值会因为设备、人为读数等方面因素造成很大的误差，造成_localtion当前位置误差较大，从而影响到后续一系列程序的最终结果；第三小题中， 到指定位置的速度为50 乘以相应百分比， 所测得速度与滑块的最大速度进行比较， 判

40、断误差， 而最大速度的测定方法为，让滑块以给定频率 50 赫兹运行，看滑块从头到尾所用时间，二者相除即可得到最大速度。那么可以看出，在这个过程中，一定会存在很多误差。例如计时器是否能够准确停止，滑块是真的从头到尾，还是被堵转在终点，等等，因此所带来的误差必然比较大。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 38 页 - - - - - - - - - 信息学院自动化专业课程设计报告-21-2.5 实验错误2.5.1 错误的产生本次课程设计的整个实验过程中共出现了三

41、次较为严重的实验错误，其中两个为系统硬件方面遇到问题，另一个为程序编写方面遇到的问题。实验第一天发现启动后，滑块在达到最终点（丝杆末端）后，此时再次按回原点，滑块静止不动。实验第三天， 发现滑块无论如何都不动作， 变频器也没有在正常运行的状态，在无数次重新下载和修改程序后，系统依然无法运行，错误持续了整整一早上。实验前三天， 无论如何都无法完成第一题的程序，最终程序还少一个回原点功能，不能完成程序的原因在于无法理清楚各个功能键的关系，总是动一发而前全身，尝试了很多次依然没有找到好的解决方案，错误持续2 天。2.5.2 错误的解决上述实验过程中出现的错误都是为比较严重的，是妨碍我们顺利完成课设的

42、几道坎，不过也正是这几个问题让我受益匪浅，错误的解决有的靠老师，有的靠学长，还有自己问同学摸索出来的，好在最终都解决了，各个问题对应的解决方案如下。滑块在到达丝杆末端时，若不能及时停止，而是已经堵转了一会儿，那么在此反向运行时，只有丝杆转向改变而滑块不会运行，经发现是滑块被稍稍卡住了，此时用手轻轻拨动滑块，即可继续正常反向运行。第二个错误真的是浪费了一早上的时间，尝试了各种各样的方法都不奏效，后来才发现是桌子上的急停按钮被人摁下，以及HSC配置出现错误，两个因素导致根本无法启动变频器和滑块。解决时，我将急停按钮旋出。 然后将 HSC中的 hsc_sts 和 hsc_info两个变量删除，至此问

43、题顺利解决。此问题其实不仅是第一小题的问题，而是所有题目程序编写中都要遇到的问题。为了区分不同的按键功能，使它在完成一个按键所对应得功能时不会对其他按键对应的功能产生影响，必须要引入间接变量。例如，不能用start或者 stop 直接去控制 RA块中的启动和停止，因为这样必然就会出现混乱，而为名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 38 页 - - - - - - - - - 信息学院自动化专业课程设计报告-22-了区分，解决逻辑更时特别麻烦。所以，我们引入一个

44、变量start_zong，stop_zong 用它们去控制真的电机启停，而它们又分别由其他start和 stop 去控制，这样就可以实现，在某一处我需要停止时，只是单纯激发了stop_zong ，实现了停止功能，而不会引起其他的程序的运行。3 结论3.1 实验改进3.1.1 发现的问题实验误差较大， 因为没有引入 PID 算法，尤其是第三小题， 只有引入 PID 算法才能使指定点的速度准确且满足全程运行时间最短（不能因为追求速度准确，而在指定前很远处就开始减速，这样做不满足生产实际的要求）。3.1.2 改进方案加入 IPID 功能块，通过使用 IPIDController 函数实现自动调节的一

45、般步骤在前面部分已经详细介绍， 下文会重点说明如何完成自动调节过程中的P、I 、D增益参数的配置（包括理论和实际两个方面）。理论知识根据所学理论知识我们知道PID 的调节方法以及其各个参数的变化对系统输出的影响，这里总结如下：负反馈自动控制理论也被称为负反馈控制理论。首先检查系统接线， 确定系统的反馈为负反馈。例如电机调速系统，输入信号为正，要求电机正转时，反馈信号也为正（ PID算法时，误差 =输入- 反馈），同时电机转速越高，反馈信号越大。其余系统同此方法。PID 一般表达式PID 模拟算法： U(t)=P*e(t)+ 1/Ti* 0te(t)dt+Td*de(t)/dt （1）PID 数

46、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）其中 P 为比例增益； Ti 为积分时间常数； Td 为微分时间常数； PID 调节器要调节的也就是这三个参数。 e(t) 为输入误差； Ts 为数字 PID运算的采样周期。PID 调试一般原则名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 22 页，共 38 页 - - - - - - - - - 信息学院自动化专业课程设计报告-23-a.

47、 在输出不振荡时，增大比例增益P。b. 在输出不振荡时，减小积分时间常数Ti 。c. 在输出不振荡时，增大微分时间常数Td。一般步骤a. 确定比例增益 P 确定比例增益 P 时， 首先去掉 PID的积分项和微分项， 一般是令 Ti=0、 Td=0（具体见 PID 的参数设定说明），使PID 为纯比例调节。输入设定为系统允许的最大值的 60%70%，由 0 逐渐加大比例增益P，直至系统出现振荡； 再反过来，从此时的比例增益P逐渐减小，直至系统振荡消失， 记录此时的比例增益P，设定 PID 的比例增益 P为当前值的 60%70%。比例增益 P调试完成。b. 确定积分时间常数Ti 比例增益 P确定后

48、，设定一个较大的积分时间常数Ti 的初值，然后逐渐减小 Ti ，直至系统出现振荡，之后在反过来，逐渐加大Ti ，直至系统振荡消失。记录此时的 Ti ，设定 PID 的积分时间常数 Ti 为当前值的 150%180%。积分时间常数 Ti 调试完成。c. 确定积分时间常数Td 积分时间常数 Td 一般不用设定，为0 即可。若要设定，与确定 P 和 Ti 的方法相同，取不振荡时的30% 。d. 系统空载、带载联调，再对PID参数进行微调，直至满足要求。P:Kc 增大, 系统余差减小 , 但不能消失 . 随着 Kc 的增大 , 相应的过渡过程由不振荡变为临界振荡或衰减振荡. I: 积分作用能消除余差

49、.Ti 小表示积分作用强 , 积分作用越强 , 过渡过程的振荡越剧烈 . D:在比例作用的基础上增加微分作用将使系统的过度过程的振荡程度降低,提高了系统的稳定性 . 但微分作用不能太强 . 即 Td 不能太大 . 否则会因反应速度太快引起系统剧烈振荡实际操作在实际配置参数过程中，我根据的方法主要是“试凑法”，且只配置了 PI 参数。首先根据经验填入比例参数，然后根据滑块运行效果适当改变 K 值，同时尝试引入I 参数，每次更新参数后，都要根据自动调节的一般步名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - -

50、- - - - 第 23 页，共 38 页 - - - - - - - - - 信息学院自动化专业课程设计报告-24-骤重新来一遍，直到观测到误差基本在允许范围内且效果较好，就可以固定PI参数了。3.2 实验基本结论采用合适的 PID算法可以在很大程度上减小稳态误差、提高动态性能， 对整个自动控制系统的“稳、准、快”指标均带来一定的好处。PID 三个参数要综合考虑，一般先将I,D 设为 0，调好 P,达到基本的响应速度和误差，再加上I, 使误差为 0，这时再根据实际情况考虑是否需要再加入D,总之三个参数要反复调试，最终达到较好的结果。3.3 梯形图编程技巧收获通过这次课程设计编程的学习， 让我