东北大学PLC课程设计报告

1.概述1.1 总体安排与时间分配本次课程设计历时三周，每周有不同的任务，大致进度安排如下：第一周：安装控制所需软件，分析系统的组成和工作原理，学习相关软件的操作和梯形图中相关指令块的使用。第二周：按拟定的实验方案进行实验。利用实验室现有设备，指定题目，自拟实验提纲，做出实验结果。第三周：分析并优化系统，撰写课程设计报告，进行实验的原理深入分析和论证，组织答辩，按时交课程设计报告。1.2 Micro850控制器Micro850控制器是一种可以内置I/O模块，又可以外挂扩展I/O模块的经济型控制器。Micro850控制器可以嵌入2-5个模块不等，并且最多支持4个扩展I/O模块。该控制器还可以采用任何一类2等级额定24V直流输出电源，如采用符合最低规格的可选Micro800电源模块，按照其I/O点数分为两种款型：24点和48点。CCW是Micro800系列控制器的程序开发软件，在这个软件中，不仅可以组态Micro800系列控制器，还可以组态触摸屏和变频器。下面以创建一个工程来介绍这款软件：1.双击图标，打开软件2.在Device Toolbox中，点开文件夹Controller,选2080-LC50-24QWB，双击或者拖动它3.双击Micro850，在新出现的窗口中，将鼠标移动到插件模块单击右键选择ADD中的New-LD,点击open，便出现编程界面4 .打开Toolbox,点击文件夹Ladder前的加号，其下方为指令集，可选择需要指令编制程序5编译：在工具栏中找到编译按钮6.下载：在工具栏中找到下载按钮1.3 WEINVIEWHMI组态软件WEINVIEWHMI组态软件EasyBuilder8000（简称EB8000）是台湾威纶科技公司开发的新一代人机界面软件，适用于本公司MT8000和MT6000系列所有型号的产品。相对于以往产品，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，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，我们也可以为您特殊的控制器开发驱动程序12、支持离线模拟和在线模拟功能，极大的方便了程序的调试13、强大的宏指令功能，除了常用的四则运算、逻辑判断等功能外，还可以进行三角函数、反三角函数、开平方、开三次方等运行，同时，还可以编写通讯程序，与非标准协议的设备实现通讯连接14、强大的以太网通讯功能，除了可以与带以太网口的PLC等控制器通讯外，还可以实现HMI之间的联网，通过Internet或者局域网对HMI和与HMI连接的PLC等上下载程序，维护更加便利15、支持VNC（虚拟网络计算机）功能。只要任何有网络的地方，在IE浏览器里面输入需要的IP地址和密码，即可监视现场的HMI和机器的运行情况。2.课程设计任务及要求2.1 设计任务通过对相关编程软件的学习，能自主设计出控制电动机正转，反转，定点启停等程序，能熟练应用EB8000软件编制触摸屏控制程序实现对速度，距离，运动方向等的控制。能进行相关故障处理，能分析并改正程序错误，能进行相关故障处理。2.2 设计要求以小组为单位，按照相关要求，自主设计出相关程序控制电机在不同状态下的运动，包括百米冲刺，跨栏，折返跑。具体介绍如下：百米冲刺：滑块以恒定转速运动到指定位置并停止，同时通过屏幕显示当前滑块前进距离和时间。跨栏：滑块首先以50Hz的频率前进，每到一个跨栏点滑块自动改变频率前进一小段距离，接着继续以50Hz的频率前进，直到到达终点位置，实时显示时间并自动停止。折返跑：首先，滑块从零点到达指定的第一个折返点，然后自动返回并到达第二折返点，接着返回终点并自动停止。其中，第一位置最大，第二位置最小。3. 理论设计3.1系统设计3.1.1 系统结构框图如图3-1所示。执行机构被控对象控制器PLC 变频器 异步电机 测量变送编码器 图3-1 系统结构框图3.1.2 系统工作原理控制系统可分为五个部分：控制器采用AB公司的Micro850系列PLC；执行机构使用的是PowerFlex 525变频器，通过对不同输入频率的控制可控制电机的速度，关于变频器的原理此处不再赘述。三相异步电动机作为被控对象。在不同的项目中，分别以速度，运动位置作为被控量；在测量变送环节选用增量式光电编码器,每转输出脉冲个数为1000，通过对计数脉冲个数的简单计算，可得到滑块前进的距离，也就是电机前进的距离。器显示器选用威纶触摸屏，通过对EB8000与CCW进行编程，并通过有效地址将两者结合起来，实现人机3.2.3系统硬件连接原理图如图3-2所示。变频器三相输出与电机相连，光电编码器的A,B两相输出接到PLC的高数计数器入口，触摸屏，PLC，变频器通过交换机用网线互联，同时连接PC机。PC机交换机触摸屏PLC变频器异步电机编码器 图3-2 系统硬件连接原理图4. 系统设计 4.1百米冲刺4.1.1 编程结果见附录图A.14.1.2程序分析：第一，由高速计数器记录光电编码器的数值放入到sts1.Accumulator，根据调试，用sts1.Accumulator除以1250.0可以得到滑块前进的距离。第二，当前位置由outlo显示，与手动输入变量in作比较，从触摸屏上输入冲刺距离in后，按下启动按钮begin，mov指令将0.0赋给变量p并与1.0作比较，star为真stop为假，滑块向前运动；到达指定位置后，第二条比较指令为真（程序第六行），第一条（第五行）为假，mov指令将1.0赋给变量p,star为假stop为真，电机即刻停止，冲刺过程结束。 第三，由用户自定义模块的star的BOOL量控制延时导通计时（TON）可以得出滑块行走的时间，通过实型转换功能块，把时间的time型转换为实型，除以1000后，把毫秒转换为秒，最后通过MOV指令把得到的时间保留下来，并可以实时显示。4.1.3 威纶屏的设计与地址对应关系威纶屏设计如图4-1所示，图中可显示当前位置、当前频率、运行时间等实时信息，还包括启停按钮，方向控制按钮。图4-1 百米威纶屏设计图地址对应关系如表4.1所示：名称数据类型变量名地址当前频率REALspeed当前位置REALoutlo时间REALT5终点REALin启停BOOLbegin向前BOOLfwd向后BOOLrev表4.1百米地址对应关系表注意事项：1、 建立新文件时一定要注意选对威纶屏的名称，在建立过程中，威纶屏与PLC连接的地址为192.168.1.20。2、 每个元件都要选择PLC名称为MODBUS TCP/IP，元件地址要照着上表的数据一一对应，数字格式选择32-bit Float，PLC上下限设为正负9999。3、 启停按钮和向前、向后的按钮的开关类型选择为切换开关。4.2 跨栏4.2.1 编程结果如附录图B.1所示4.2.2程序分析：跨栏在百米冲刺的基础上，增加了7、8、9、10、11、12、13七条程序。首先用一条加法指令，将所设置的第一个跨栏点的位置（in）加上一段距离（0.2）并与当前位置作比较，起到跨栏效果，在跨栏的瞬间，通过两个比较器，将当前速度通过mov指令显示到屏幕上。当不满足三个跨栏位置要求时，通过线圈的触点即可控制滑块以正常速度运行。 4.2.3威纶屏设计与地址对应关系威纶屏设计如图4-2所示，沿用了相同的背景。包括第一、第二、第三跨栏点的数值输入，实时频率显示，启停按钮，方向控制按钮。图4-2 跨栏威纶屏设计图地址对应关系如表4.2所示：名称数据类型变量名地址当前位置REALoutlo当前频率REALspeed时间REALT5第一位置REALin第二位置REALin2第三位置REALIN3第一频率REALs1第二频率REALS2第三频率REALS3启停BOOLbegin 向左BOOLfwd向右BOOLrev表4.2 跨栏地址对应表4.3折返跑4.3.1 程序设计如附表C.1所示4.3.2程序分析：折返跑也是在百米冲刺的基础上，增加了3、4、5、8、9、10、11、12、13、14、15共十一条程序，由总按钮接一个置位输出，把这个从0到1的上升沿的指令给到用户自定义模块里的start上使BOOL量从0到1电机开始运行。然后通过一个小于等于的比较指令，比较设置的第一位置和当前位置，如果不满足则把指令给到复位输出，把指令从1到0的下降沿给到用户自定义的rev使滑块向向反的方向运行，同理，另外两个位置的折返也一样。直到滑块到达第三个位置停止，时间也跟着停止。4.3.3威纶屏设计与地址对应关系威纶屏设计如图4-3所示，包括实时位置显示，当前频率显示，启停按钮，方向控制按钮，终点。图4-3 折返跑威纶屏设计图地址对应关系如表4.3所示：名称数据类型变量名地址当前位置REALo12当前频率REALspeed1时间REALout3第一折返点REALyushe第二折返点REALyushe1第三折返点REALyushe2起飞BOOLBegin向右BOOLsetrev表4.2 折返跑地址对应表5. 安装调试5.1安装调试过程接通电源，检查设备启动状态无误后，通过交换机将PC,PLC，触摸屏，变频器连接到一起。将个人电脑的连接方式做简单更改，将IP地址设为192.168.1.10 。启动CCW控制程序，对选中的PLC的地址稍作修改，设为192.168.1.20，同时选择对应的变频器并将地址改为192.168.1.30，在变频器上手动设置不同段的地址，应与个人电脑上的设置相匹配；关于威纶屏安装调试注意事项上文已作介绍，不再赘述。以上工作完成后，在个人电脑上输入命令提示符，对设置地址逐个进行ping操作，操作成功后，连接才算成功。除此连接方式外，还有USB连接等连接方式，本次课程设计采用了以太网通信，对于其他方式不作介绍。5.2故障分析1.在通信过程中，PLC一直ping不上去？答：可以用USB数据线进行外部的连接通信。 2.百米冲刺结束时时间保留不下来，自动归零？答：在程序的最后一条加一个MOV指令，MOV指令有隐藏保留数据的功能。6. 结论根据相关要求，设计出相关程序控制电机在不同状态下的运动。百米冲刺过程中，滑块能以恒定转速运动到指定位置并停止，同时通过屏幕显示当前滑块前进距离和时间，同样，跨栏过程能按要求完成任务。在折返跑程序中，有许多尚待完善的地方，也存在一些逻辑不太合理的地方。滑块能从零点到达指定的第一个折返点，然后自动返回并到达第二折返点，接着返回终点并自动停止，但有许多尚待完善的地方，也存在一些逻辑不太合理的地方。在三周的课程设计过程中，7. 使用仪器设备清单硬件： 导轨 Micro850系列PLC PowerFlex 525变频器 三相异步电动机 增量式光电编码器 威纶触摸屏 PC机 交换机 网线若干 220V交流电源软件：Comected Components Workbench EB80008. 收获、体会和建议在课程设计过程中，我主要负责程序的优化部分，调试程序和修改程序，共同探讨程序设计过程中存在的各种不足，开关的设计部分有我自己独立完成。计时器的设计有刘同学独立完成。主程序由我们两人共同完成。威纶屏的设计主要由刘同学完成。在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养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。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。课程设计是大学学习生涯的重要组成部分，尤其是对于我们学习自动化学科有着很大的帮助。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。千里之行，始于足下。通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。我们在课上学习到的全部是理论知识，课程设计正好可以将我们所学到的知识应用于实际。但在这次课程设计中，我深刻体会到了自动控制系统的控制过程，以及控制系统的每个环节。我们有很多同学只知道如何控制参数而忽略了控制系统的各个环节。平时总生活在书本上的东西也一下间出现在了我们面前，PLC、变频器、并且可以在触摸屏上控制整个运行过程，我们可谓是大开眼界。课程设计巩固了我们学过的知识，增强了我们的实践能力，并且加强了我们的团队协作能力。在此