毕业设计（论文）-基于PLCXX钢厂轧钢机电气控制系统设计.doc

专科毕业设计（论文）设计题目： 基于plcxx钢厂轧钢机电气控制系统设计 系 部： 电气工程系 专 业： 工业企业电气 班 级： 工企091301 姓 名： 张家星 学 号： 093905130149 指导教师： 姚苏华 职 称 讲师 2012年6月 南京摘 要 本设计是基于 plc 的轧钢机控制系统，可编程序控制器(programmable controller)简称plc 。plc 是专门针对工业环境应用设计的，自带直观简单并易于掌握编程语言环境的工业现场控制装置。它面向控制过程、面向用户、适应工业环境、操作方便、可靠性高，成为现代工业控制的三大支柱之一。当前，plc 在国际市场上已成为最受欢迎的工业控制畅销产品，用 plc 设计自动控制系统已成为世界潮流。本设计主要用三菱公司的 fx1n 系列小型 plc为主要工具，设计轧钢机自动控制系统，实现轧钢机的高效生产。关键字 plc 轧钢机 控制系统 可靠性 abstract the design is based on plc mill control system, plc (programmable controller) as plc. plc is suitable for industrial environment application design, bring the simple and intuitive programming language environment is easy to grasp the industrial field control device. it is open to control process and the customer, to adapt to the industrial environment, convenient operation, high reliability, become a modern industrial control one of the three pillars. at present, plc in the international market has become the most popular industrial control popular product, design with plc automatic control system has the world trend. the design of the main with mitsubishi company fx1n plc for the main tool series small size, design mill the automatic control system, the realization of the rolling mill production efficiency.keywords plc rolling mill control system reliability目 录 1 引言12 plc的概述12.1 plc的特点12.2 plc的结构22.3 可编程控制器梯形图设计规则23 轧钢机23.1 轧钢机的简介33.2 辅助设备分类33.3 轧辊的工作特点与分类33.4 轧辊的结构33.5 辅助机械设备44 控制系统设计44.1 方案选定44.2 整体框架54.3 工作要求64.4 流程图74.5 i/o分配表94.6 梯形图程序104.7 操作结果及分析10结 论12致 谢13参 考 文 献14第14页江苏海事职业技术学院2012届专科生毕业设计1 引言轧机的主要设备有工作机座和传动装置，工作机座由轧辊、轧辊轴承、机架、轨座、轧辊调整装置、上轧辊平衡装置和换辊装置等组成。轧辊是使金属塑性变形的部件，它包括轧辊轴承、轧机机架、轧机轨座、轧辊调整装置、上轧辊平衡装置等。现代轧机发展的趋向是连续化、自动化、专业化,产品质量高,消耗低。60年代以来轧机在设计、研究和制造方面取得了很大的进展,使带材冷热轧机、厚板轧机、高速线材轧机，h型材轧机和连轧管机组等性能更加完善，并出现了轧制速度高达每秒钟115米的线材轧机、全连续式带材冷轧机、5500毫米宽厚板轧机和连续式h型钢轧机等一系列先进设备。随着生产力和科学技术的不断发展，人们的日常生活和生产活动大量的使用自动化控制，不仅节约了人力资源，而且很大程度的提高了生产效率，又进一步的促进了生产力快速发展，并不断的丰富着人们的生活。轧钢机图，如图1所示。图1 轧钢机图2 plc的概述2.1 plc的特点（1） 可靠性高，抗干扰能力非常之强 （2） 配套齐全，功能完善，适用性强（3） 易学易用，起点低，可以大范围使用 （4） 体积小，重量轻，能耗低（5） 系统的设计和建造工作量小，维护方便，容易改造2.2 plc的结构一般讲，plc分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的，对箱体式plc，有一块cpu板、i/o板、显示面板、内存块、电源等，当然按cpu性能分成若干型号，并按i/o点数又有若干规格。对模块式plc，有cpu模块、i/o模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的plc，都属于总线式开放型结构，其i/o能力可按用户需要进行扩展与组合。plc的基本结构框图，如图2所示。接口部件输出输入接口部件 中央处理单元 cpu板 接受 驱动 现场信号 受控元件 电 源 部 件图2 plc的基本结构框图2.3 可编程控制器梯形图设计规则（1） 触点的安排梯形图的触点应画在水平线上，不能画在垂直分支上。 （2） 串、并联的处理在有几个并联回路相串联时，应将触点最多的并联回路放在梯形图的最左面，否则是错误的。另外在有几个串联回路相并联时，应将触点最多的那个串联回路放在梯形图最上面，否则也是错误的。（3） 线圈的安排安排线圈时只能在触点的右边接线圈，不能将触点画在线圈右边。 （4） 不准双线圈输出如果在同一个程序中同一个元件的线圈使用两次或以上，则称为双线圈输出。这时前面的输出无效，只有最后一次才有效，所以不应出现双线圈输出。（5） 编程顺序对复杂的程序可以先将程序分成几个简单的程序段，这样自己和读者都可以简便的看出自己的程序，每一段应该从最左边触点开始，由上之下向右进行编程，然后再把程序一个一个的连接起来。 3 轧钢机3.1 轧钢机的简介轧钢机是实现金属轧制过程的设备。泛指完成轧材生产全过程的装备，包括有主要设备辅助设备起重运输设备和附属设备等。但一般所说的轧机往往仅指主要设备。中国于1871年在福州船政局所属拉铁厂(轧钢厂)开始用轧机，轧制厚15mm以下的铁板,6120mm 的方圆钢。1890年汉冶萍公司汉阳铁厂装有蒸汽机拖动的横列双机架2450mm二辊中板轧机和蒸汽机拖动的三机架横列二辊式轨梁轧机以及 350/300mm 小型轧机。随着冶金工业的发展,现已有多种类型轧机。轧机的主要设备有工作机座和传动装置。3.2 辅助设备分类从轧钢车间的全部工艺来看，仅仅有主机还是远远不够的，因为还要完成塑性，变形，冷却，退火等辅助工序，所以，还需要以下辅助设备才能使车间生产从坯料到成品连续进行。辅助设备概括可分为两类： 改变轧件外形的设备，如：剪切、矫直、卷取等。 移送轧件的设备，如：辊道、翻钢机、推床、升降台等。3.3 轧辊的工作特点与分类轧辊是轧钢机在工作中直接与轧件接触并使金属产生塑性变形的重要部件，也是消耗性零件，它在轧钢生产中对高产、优质、低消耗各项指标影响很大。冶金企业常专门设有制造各类形扎辊的车间以保证扎钢生产消耗需要。由于轧辊在轧制过程中不断被磨损，故直接影响轧件质量，也影响轧辊寿命。轧辊的分类：按轧机的类型轧辊可分为三种：带孔的轧辊 它用于轧制大、中、小、各种形钢、线材及初轧开坯，在轧辊面上刻有轧槽使轧件成形。平面轧辊 板带轧机轧滚属于此类，为保证轧件具有良好的板型，辊面做成稍有凸凹的辊型。特殊轧辊 它用于穿孔机、车轮轧机等专用轧机，轧辊具有各种不同形状。3.4 轧辊的结构轧钢机的轧辊图，如图3所示。1为辊身 2为辊颈 3为辊头图3 轧辊图常用的轧辊材料有合金锻钢、合金铸钢、铸铁和半钢等。辊颈是轧辊的支撑部分，它与轴承装配在机座中，将轧制力经压下调整装置传递到机架上。轧辊轴承的工作特点：轧辊轴承用来支承转动的轧辊，并保持轧辊在机架中正确的位置，轧辊轴承应具有小的摩擦系数，足够的强度和刚度，寿命长，并便于换辊。3.5 辅助机械设备装料台架、加热炉推钢机、热炉出钢机、辊道、分钢机与分钢导板、剪机、围盘装置、卷线机与成圈器、输送冷却设备、打捆机和压卷机、收卷机。4 控制系统设计4.1 方案选定本文是使用三菱fx1n系列可编程控制器来实现轧钢机的电气系统控制。三菱系列plc拥有众多优点，它可以单机运行，另外由于它具有多种功能模块和人机界面可供选择，所以系统的集成非常方便，并且可以很容易地组成 plc 网络。，同时具有可靠性高，运行速度快的特点，符合轧钢机高安全，高效率的要求，另外有丰富的指令集，具有强大的多种集成功能和实时特性，能够满足轧钢机上面多操作的要求。 其性价比高， 所以在规模不大的领域是较为理想的控制设。plc接线柜柜内图，如图4所示。图4 plc接线柜柜内接线图xx钢厂原先使用的是老式轧钢机，由于设备老化，经常出现设备停止工作等问题，由于轧钢机是第一道工序，所以大大降低了工厂的效率，还增加了维修成本。另外还存在重大安全隐患，危及工作人员的身体健康。基于plc的安全性及可靠性等一系列优点，所以计划投入资金买入新型轧钢机，以此来提高工厂的效益。本设计主要使用plc控制轧钢机，实现轧钢机的开卷、轧制、卷曲等一系列动作，实现轧钢机的远程控制，保证工作人员的安全，另外基于plc的特点，用plc控制的轧钢机可以比传统轧钢机有系统稳定，操作安全，效率更高等优势。4.2 整体框架控制系统框架图，如图5所示。传感器可编程控制器电机图5 控制系统框架图主线路接线图，如图6所示。 图6 主线路接线图4.3 工作要求根据xx轧钢厂生产任务的要求，所以对轧钢机提出了以下工作顺序要求：（1） 按下启动按钮，上下两扎辊电机（m1）启动运转，轧制方向为从右向左扎制。左右侧辊道电机（m2和m3）启动，逆时针运转，向左输送。（2） 设备启动后，plc检测有无等待的扎件，即s1是否有效。若无扎件则一直等待。s1有效信号到来后，plc通过某一路开出控制电磁铁动作，打开扎件挡板，让扎件进入扎机的右侧轨道。（3） 待扎件完全进入后（设需时4秒），释放电磁铁，关闭扎件挡板。（4） 扎件在右侧辊道推动下进入轧辊下轧制，轧辊间有热金属探测仪给出正在轧制的信号，有s2仿真，高电平表示正在轧制。（5） s2有高电平变为低电平表示扎件已经通过了轧辊。扎件通过轧辊后plc控制两侧辊道停止，电磁液压阀y2动作使左侧辊道翘起。（6） 1秒后启动左侧滚到向右输送。这是由安装在上轧辊上方的另一个这金属探测仪给出扎件通过的信号，由另一个手动开关s3仿真。（7） s3由高电平变为低电平表示扎件已经完全回到了轧辊右侧。plc断开电磁阀y2电源，并停止左侧辊道运转。（8） 1秒钟后左侧辊道放平，启动左右侧辊道电机向左输送，开始下一次轧制。（9） 重复（4）（8）完成第二次轧制，并准备好第三次轧制。（10） 第三次轧制完成后，即热金属探测仪输出由高电平变为低电平后，左侧辊道继续向左输送3秒，把扎件送出扎机。结束该扎件的轧制工程。（11） 回到第二步但不需要4秒延时。（12） 按下停止按钮结束工作。4.4 流程图轧机工作流程图，如图7所示。开始按下启动按钮（2）设备启动后，plc检测有无等待的扎件，即s1是否有效。若无扎件则一直等待。s1有效信号到来后，plc通过某一路开出控制电磁铁动作，打开扎件挡板，让扎件进入扎机的右侧轨道。（3）待扎件完全进入后（设需时4秒），释放电磁铁，关闭扎件挡板。（4）扎件在右侧辊道推动下进入轧辊下轧制，轧辊间有热金属探测仪给出正在轧制的信号，有s2仿真，高电平表示正在轧制。（5）s2有高电平变为低电平表示扎件已经通过了轧辊。扎件通过轧辊后plc控制两侧辊道停止，电磁液压阀y2动作使左侧辊道翘起。（6）1秒后启动左侧滚到向右输送。这是由安装在上轧辊上方的另一个这金属探测仪给出扎件通过的信号，由另一个手动开关s3仿真。（7）s3由高电平变为低电平表示扎件已经完全回到了轧辊右侧。plc断开电磁阀y2电源，并停止左侧辊道运转。（8）1秒钟后左侧辊道放平，启动左右侧辊道电机向左输送，开始下一次轧制。（9）重复（4）（8）完成第二次轧制，并准备好第三次轧制。（10）第三次轧制完成后，即热金属探测仪输出由高电平变为低电平后，左侧辊道继续向左输送3秒，把扎件送出扎机。结束该扎件的轧制工程。（11）回到第二步但不需要4秒延时，（12）按下停止按钮结束工作。2.2 i/o地址分配输入：启动：i0.0 s1：i0.1 s2：i0.2 s3：i0.3 停止：i0.4输出：m1：q0.0 m2：q0.1 mf：q0.2 mz：q0.3 y2：q0.4 挡板：q0.5y1：q0.62.3模拟图mf启动扎件到来等待否是第一次轧制送到右边第二次轧制送到右边第三次轧制送出结束图7 轧机工作流程图4.5 i/o分配表（1） 开关量输入表1 输入地址分配表序号点号符号意义1x0k0启动按钮2x1k1停止按钮3x2s1传感器s14x3s2传感器s2（2） 开关量输出表2 输出地址分配表序号点号符号意义1y0m1电动机m12y1m2电动机m23y2m3f电动机m3正转4y3m3r电动机m3反转5y4y2电磁阀6y5y1指示灯操作台面板接线图，如图8所示。图8 操作台面板接线图4.6 梯形图程序轧钢机的plc程序梯形图，如图9所示。 按下启动开关 检测是否有轧料 电磁阀亮 第一次轧制 第二次轧制 电磁阀关 按下停止开关 图9 plc梯形图4.7 操作结果及分析本设计是利用两个传感器来检测外来信号的，从而实现对主电路的控制功能。利用传感器s1来检测传送带上有无钢板，若s1有信号（即开关为on），表示有钢板，电机m3正转，信号指示灯mz亮。s1的信号消失（即为off），检测传送带上钢板到位的传感器s2有信号（为on），表示钢板到位，电磁阀动作，指示信号灯yu1亮，电机m3反转，指示信号灯mf亮。此时，y给一向下压下量，s2信号消失，s1有信号，电机m3正转如此重复上述过程。 其操作过程如下：启动按钮sd接通，m1、m2运行。s1为“on”表示有钢板，m3正传；s1为“of”，s2为“on”。表示钢板到位，电磁阀yu1灯亮，电机m3反转； y1给一向下压下量，s2信号消失，s1有信号，电机m3正转重复步骤1；q0.1第一次接通，a亮；q0.1第二次接通，a，b亮；q0.1第三次接通，a，b，c亮；然后在断开q0.1时，yu1灯灭，a，b，c全灭。“m2”灯亮送走钢板。再次按下启动按钮sd，系统停止工作。通过以上的操作，可以很好的实现轧钢机的正常运转，并圆满的完成了轧钢任务，相比较老式轧钢机而言，plc控制的轧钢机具有很多优点，操作简单，只需远程控制即可，可靠性高，从买来至今没有毁坏过，大大降低了维修成本，安全性能提到了，很少需要人工进行近机操作，因此工厂的效益提高了，基本满足设计前的要求。结 论根据此系统的要求，要达到现场的运行状况、运行数据都可以在中央控制室掌握，工程师可以在控制室通过人机界面来设置控制、启动和停止电动机，修改或调节控制系统参数，轧钢系统