工程应用1 基于PLC的恒张力控制系统
一、项目目的
1.了解电线自动化生产线张力控制系统；
2.掌握电线自动化生产线恒张力控制系统工作原理；
3.掌握S7-300PLC编程软件平台、STEP7的程序结构和编程方法；
4.培养学生逻辑思维能力、创新能力、分析问题与解决问题能力
二、硬件系统设计
1. 硬件系统组成
硬件系统由编程计算机(上位机)、S7-300PLC控制器(下位机)和电线生产线（被控对象）等组成，编程计算机(RS232通讯口)和S7-300PLC控制器(DP通讯接口)之间通讯采用PPI通讯方式。

2. 恒张力控制原理
恒线速度恒张力调节系统以牵引机的速度为全线的基准速度，实现前后张力分段。

收线机为卷取张力调节系统，放线机为开卷机张力调节系统，前后张力方向相反。

开卷机由欧陆514C致力调速板控制，形成一个张力、电流双闭环调速系统，它按照牵引机速度进行调节，如图1所示。

开卷机张力给定，张力反馈信号和开卷机电流、张力双闭环调节系统构成了开卷机的调速系统，随着生产的进行，开卷机上的铜线盘半径不断减小，相应的电机转速必须逐渐增大才能保持电线上的张力恒定，但实现裸铜线的线圈半径检测很困难于是我们采用电缆张力负反馈，这样根据张力反馈信号的大小来调节开卷机的转速，在整个过程中开卷机随着牵引机的速度转动，从而使电缆张力保持恒定。

图1恒张力系统示意图
3.定义I/O口地址分配表
分析与恒张力控制相关的生产线设备（开卷机、牵引机），分配PLC输入、输出信号地址。

4.设计出硬件系统接线图
三、PLC控制程序设计
1. 模拟量闭环控制系统的组成
典型的PLC模拟量闭环控制系统如图2所示，
图2模拟量闭环控制原理图
在过程控制中，按照偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）进行控制的PID控制器是应用最广泛的一种自动控制器。

2. S7-300PLC实现闭环控制的方法
S7-300PLC的FM355是智能化的4路通用闭环控制模块，可以用于化工和过程控制，模块带有A/D转换器和D/A转换器。

除了专用的闭环控制模块，S7-300PLC也可以用PID控制功能块来实现PID 控制。

但是需要配置模拟量输入模块和模拟量输出模块。

系统功能块SFB41可用于CPU314的闭环控制。

SFB41“CONT_C”(连续控制器)的输出为连续变量。

可以用SFB“CONT_C”作为单独的PID恒指控制器。

控制器的功能基于模拟信号采样控制器的PID控制算法。

3．程序要求
(1)按下开卷电机起动按钮，开卷电机起动，经过P参数和I参数设定的PID 控制器控制电线的张力达到要求的恒定值。

(2)按下牵引电机起动按钮，牵引电机起动，通过调节控制牵引电机的变频器的给定值调节牵引电机的转速，要求PID控制器自动控制开卷机的转速保持电线的张力维持恒定值。

(3)按下停止按钮，系统停止运行。

4程序设计提示
(1)生产线启动过程应先起动放线机，再起动牵引电机
(2)PID控制方式中的P参数和I参数的数值多为经验值，可通过多次试验得出合适的设定值。

四、预习报告设计要求
1. 实验前，根据控制内容设计出系统的接线图、程序流程图、时序图；
2.设计出控制程序，并尝试创新出其他的电线生产线恒张力控制功能。

五、系统调试及问题分析
1.实验中，先把事先设计好的控制程序输入编程计算机，编译无错误后(只说明编程语法无错误)下载到PLC的CPU中。

2. PLC控制器控制电线生产线运行，如果控制功能不满足要求，再进行控制程序调试(可在监控状态下)，反复修改控制程序直到满足控制功能为止。

3. 在调试中所遇到的问题，要运用所学的理论知识或实践经验独立解决，逐步提高分析问题及解决问题的能力。

六、设计报告要求
1. 实验结束后，要书写出设计报告，报告中要求有系统接线图、状态时序图、程序流程图、带有功能注释的控制程序等；
2.报告中必须有调试过程中遇到的问题及解决方法；收获、体会及建议。