北京科技大学自动化实训报告

北京科技大学

自动化生产线实训报告

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目录

1系统概述 (1)

1.1实训对象 (1)

1.2上位机软件 (1)

1.3下位机 (2)

1.4实训任务与目的 (4)

1.5分组情况 (4)

2方案设计依据、范围及相关标准 (5)

2.1 S7-300 PLC主要特点 (5)

2.2 组态王的特点 (5)

2.3设计依据 (5)

3.1 需求分析 (6)

3.2 对象特性分析 (6)

3.3 工艺流程分析 (7)

3.4 系统安全分析 (8)

4系统设计 (9)

4.1 整体方案设计 (9)

4.2 控制系统设计 (10)

4.3 安全系统的设计 (10)

4.4 控制系统管道仪表流程图 (11)

5系统设备选择与系统连接 (12)

5.1 系统设备选择 (12)

5.2 系统连接 (15)

6 实施效果 (18)

6.1 操作说明 (18)

6.2 监控画面 (18)

6.3 响应曲线及性能分析 (20)

7 经济效益分析 (21)

8 实训总结 (22)

8.1 目标，过程，结果等分析 (22)

8.2 对实训的收获，要求和建议 (31)

参考文献 (32)

附录（程序） (32)

1系统概述

1.1实训对象

基于S7-300 PLC的张力测量控制系统，通过对于纸张表面张力的感应反馈实现张力恒定的PID控制。实验对象如图1所示：

图1 纸张张力控制PID流程图

纸张张力控制实验系统结构由如下各部分组成：

1）张力传感器1、2：负责测量中间顶端部分的垂直张力。本设备选择型号为WZZC-M1，20KG，0~200N 张力测量范围。

2）变频器1、2：负责电机转速大小的控制。本设备选择型号为FR-D720S-0.75K-CHT，0~50HZ 变频调速，在外部控制模式（EXT）下PLC驱动变频器。

3）电机1、2：提供卷纸转动的动力（230V；1395r/s）

4）张力信号放大器1、2：从张力传感器读取张力弱信号，输出标准模拟信号（0～10V或4～20mA）给PLC。

5）减速机1、2：电机轴与卷轴之间的转速转换，速比为1：30。

1.2上位机软件

系统的上位机软件是组态王Kingview6.55。它能够使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的平台。它有方便实用的工程管理、

集成的开发环境、功能强大易用的绘图工具、灵活的便捷菜单、支持无限色和过渡色、图形对象丰富的动画效果等等。

组态王软件向下能与底层的数据采集设备通信，向上能与管理层通信，实现上位机与下位机的双向通信。

（1）丰富的功能模块。利用各种功能模块，完成实时监控、产生功能报表、显示历史曲线、实时曲线、提供报警等功能，是系统具有良好的人机界面，易于操作。

（2）强大的数据库。配有实时数据库，可存储各种数据，如模拟量、离散量、字符型等，实现与外部设备的数据交换。

（3）可编程的命令语言。有可编程的命令语言，使用户可根据自己的需要编写程序，增强图形界面。

（4）周密的系统安全防范。对不同的操作者，赋予不同的操作权眼，保证整个系统的安全可靠运行。

（5）仿真功能。提供强大的仿真功能使系统并行设计，从而缩短开发周期。

1.3下位机

系统使用SIMATIC S7-300来实现控制功能。它是模块化的通用型PLC，适用于中等性能的控制要求。用户可以根据系统的具体情况选择合适的模块，维修时更换模块十分方便。S7-300的CPU模块（简称为CPU）集成了过程控制功能，用于执行用户程序。不需要附加任何硬件、软件和编程，就可以建立一个MPI （多点接口）网络。

系统组成：

中央处理单元(CPU) ：CPU 313C-2DP集成了数字量输入和输出，以及PROFIBUS DP主站/从站接口。紧凑型CPU本机集成I/O，并带有高速计数、频率测量、定位和PID调节等技术功能。如图2所示。

信号模块(SM) ：模拟量输入输出模块SM334用于数字量和模拟量输入/输出。控制系统运行时接线如图3、4所示。

负载电源模块(PS) ：用于将SIMATIC S7-300 连接到120/230V AC电源。

通讯处理器(CP) ：用于连接网络和点对点连接。

功能模块(FM) ：用于高速计数，定位操作(开环或闭环控制)和闭环控制。

接口模块(IM) ：用于多机架配置时连接主机架(CR)和扩展机架(ER)。

S7-300通过分布式的主机架(CR)和3个扩展机架(ER)，可以操作多达32个模块。运行时无需风扇。

图2 CPU 313-2DP的面板

图3 模拟量接线图4 数字量接线

1.4实训任务与目的

1.4.1 实训任务

（1）完成纸面张力PID调速控制实验；

（2）完成纸面张力双回路调速控制，张力环、速度环的系统编程；

（3）完成组态王监控画面的编辑，数据词典变量的定义，应用命令语言程序编写，实现Step7与组态王的数据交换连接；

（4）调节合适的PID参数，使纸张维持在一定的张力范围内且速度适中运行。

1.4.2 实训目的

（1）通过这样一个项目工程实践教育，培养我们的工程实践能力和创新能力，达到CDIO工程教育的基本要求；

（2）了解并掌握西门子S7-300 PLC的基本使用方法，在此基础上进行PID 控制的编程；

（3）了解并掌握组态王Kingview6.55的基本使用方法。

1.5分组情况