基于PLC的中厚板冷却系统控制设计毕业设计说明书

1、 鞍山科技大学毕业设计（论文） 第 页 基于 plc 的中厚板冷却系统控制设计 摘要 本文主要设计的是中厚板轧后钢板的控制冷却方式-层流冷却（又称水幕冷却） 。层流冷却技术是一种以上下两排水幕喷淋冷却水，以冷却水冲击钢板的上下表面 来达到冷却目的的一种控制冷却方式，它作为当今一种主流的冷却技术被广泛的应 用于各大钢铁公司的冷却生产线上。为了更好的达到冷却的控制精度我采用的是西 门子公司的 s7-300 来保证计算精度和运算的快速性。 由于手动控制模式会受到外界因素的影响所以冷却效果会受到影响，因此本文 在手动控制模式的基础上又增加了自动控制模式，使其运行在手动和自动相结合的 模式，更好的满足了

2、冷却效果的要求。最后用变量表调试程序并且给出了仿真结果。 关键词 控制冷却；层流冷却；s7-300 鞍山科技大学毕业设计（论文） 第 i 页 laminar cooling control based on s7-300plc abstract the main design is rolled steel after cooling control mode - laminar cooling (also known as cooling water screen). laminar cooling technology is a screen above the two drainage

3、finally cooling water to the cooling water impact steel surface for cooling purposes at a cool way to control it as a mainstream contemporary cooling technology is widely applied to the major steel companies cooling production line. to better meet the cooling control precision i used the s7-300 siem

4、ens is to ensure the rapid calculation accuracy and computation. the manual control mode will be the impact of external factors will affect the cooling effect, this model in manual control on the basis of an additional automatic control mode to the manual and automatic operation of combining model b

5、etter meet the cooling effect. finally debugging procedures and the use of table variables given the simulation results. key words control cooling；laminar cooling；s7-300 鞍山科技大学毕业设计（论文） 第 ii 页 目录 摘要.i abstract .ii 第一章绪论.1 1.1 层流冷却技术的背景 .1 1.2 层流冷却技术的基本原理 .1 1.3 层流冷却技术的优点 .2 1.4 层流冷却系统的组成 .2 1.5 国外的层流

6、冷却技术及相应的研究成果 .3 第二章有关冷却系统的编程软件 s7-300 的介绍 .4 2.1 概述层流冷却工艺流程 .4 2.2 有关可编程控制器 plc 的介绍.4 2.2.1 step-7 的概况.4 2.2.2 s7-300 的组成部件 .5 2.3 关于 step-7 编程软件的使用方法.6 2.3.1 step-7 软件的概述.6 2.3.2 程序的上载与下载.7 2.3.3 用变量表调试程序.8 第三章层流冷却技术工艺的工艺流程.9 3.1 层流冷却技术工艺及要求 .9 3.1.1 层流冷却工艺设备图.9 3.1.2 层流冷却的工艺要求.10 3.1.3 层流冷却系统的组成.1

7、0 3.1.4 控制系统的特点为：.10 3.2 基本工作原理 .10 第四章层流冷却技术的 plc 程序设计.14 鞍山科技大学毕业设计（论文） 第 iii 页 4.1s7-300 程序调试的画面.14 4.1.1 进入 s7-300 的画面 .14 4.1.2 进入 s7-300 画面后选择模块的方式 .14 4.2 进入编程画面 .15 4.3 plc 程序的调试及变量表调试.16 4.4 手动控制模式 .19 4.5 自动控制模式 .20 4.6 操作模式流程图 .21 4.7 部分 plc 程序的介绍.22 4.7.1 层流水幕预置的 plc 程序.22 4.7.2 自动控制的 pl

8、c 程序.25 结论.29 致谢.30 参考文献.31 附录 a （外文文献）.32 附录 b （中文翻译）.38 附录 c 层流冷却工艺的 plc 程序.42 鞍山科技大学毕业设计（论文） 第 0 页 第一章绪论 1.1 层流冷却技术的背景 近三十年来，控制轧制和控制冷却技术得到了飞速的发展，它作为一种实用， 经济而且有效的技术日益受到人们的关注与重视。所谓控制冷却技术，就是利用轧 材余热处理的技术。采用控制冷却技术不仅可以提高产量，而且可以在不降低韧性 的情况下，提高钢板的强度及可焊性，同时减少钢板的不平整度和残余应力，从而 提高钢板的质量。 1 目前层流冷却技术在国外正在被普遍的在钢铁企

9、业中，制过程中钢板的终轧温 度一般为800 左右，如果不采取冷却措施，自然冷却很缓慢，既影响产量又影响 运输和存储。控制轧制与控制冷却技术相结合可获得高强韧性的钢材，并可以加快 生产进程，增加延展性、提高轧机和冷床的生产能力、以及减少钢的氧化损失等。 我国的钢铁行业中, 层流冷却的应用几乎没有，而普遍使用集管冷却方式，今一些 厂家也开始逐渐认识到了层流冷却的优点，并将计算机控制技术应用到了层流冷却 的控制过程中，如济钢中板厂的层流冷却系统就是较成功的实例。 1.2 层流冷却技术的基本原理 热轧过程钢板的终轧温度很高，如果突然大水量的冷却，会在钢板的表面形成 水膜，严重影响热交换，因此水量必须控

10、制得当。上水幕的水浇在钢板上，即使水 量较小也会形成水膜。因此使层流水幕具有一定的高度，利用其落差击破水膜来改 善热交换。由于上水幕的水浇在钢板上，将停留在钢板表面，而下水幕的水浇在钢 板上会马上落下，因此上下水幕的流量要求严格的比例，同时为了使钢板表的残水 迅速被清除掉，而采用了侧喷装置。另外，钢板在辊道上运动的过程中，钢板的边 部的热交换要比内部快，所以在钢板的边部要适地减少水量，以使钢板的整体温度 均匀，因此水幕的宽度也必须控制。当水量调节尚不能达到要求时，可以适当调节 辊道速度，以便使钢板的温度被控制在理想的范围内。 4 1.3 层流冷却技术的优点 层流冷却的应用是钢板轧后冷却方式的一

11、次创新。它具有如下特点： 5 鞍山科技大学毕业设计（论文） 第 1 页 （1）层流水幕为板状层流水流落到钢板表面上, 沿宽向无干扰, 冷却能力强, 能 充分发挥冷却水的冷却效率, 从而缩短了冷却区长度, 减少了喷头数量, 而且 其设备少、投资小, 并可节水20 % 30 %。 （2）层流水幕冷却出水口沿钢板宽度方向为连续的整体板片状水流, 因此钢板的 横向冷却基本均匀。通过调整上、下水幕的流量比例, 可使钢板上、下表面, 纵、横向冷却都均匀, 从而提高产品质量与合格率。 （3）可根据产品工艺要求改变每个层流水幕的水流幅度和流量, 控制灵活； （4）在装置和系统方面, 每个水幕流量大, 水幕间距

12、大, 便于处理事故和设备检 修。由于设备简化, 占地面积小, 故投资相应较少。 （5）由于层流水幕间距较大, 形成的冷却系统为间歇冷却, 使钢板在冷却区反复 淬火2回火, 这有利于晶粒的细化和性能强化, 可进一步挖掘钢材的内在潜力, 提高 经济效益。 （6）层流冷却装置结构简单、坚固耐用、制作方便, 出水口缝隙大, 不易堵塞。 对于水质要求不严, 一般循环水即可, 简化了循环水的净化系统, 节省资金。 1.4 层流冷却系统的组成 层流冷却系统由机械设备部分和控制系统两部分组成。机械部分由高位水箱、 管道、压缩空气源、水幕喷头、水泵、隔热遮蔽板等组成;控制系统由plc、过程机、 现场仪表、执行机

13、构、操作台、配电柜等构成。 5 （1）控制系统的硬件部分：plc 部分选用了siemens 公司的功能强大的s7 - 300来保证计算精度和快速性。 （2） 控制系统软件部分：控制系统的软件由两部分构成,即plc部分软件和过程 机部分的软件。 (1)plc软件西门子公司的step7 v511 版本。 (2)过程机软件软件平台选用性能稳定的windows nt410 ,过程机工具软为西门 子公司的组态软件wincc v4102。 本系统采用了seimens公司功能强大的s7300plc 和wincc 组态软件，构成 了功能完善，性能稳定的控制系统,并采用多种控制算法相结合的控制策略，,结合本 单

14、位多年的工艺经验形成的科学完善的工艺模型，实现了层流控冷的快速冷却、板 鞍山科技大学毕业设计（论文） 第 2 页 形良好、提高产品性能的目标。本系统成功控制的关键之处是，每组水幕的流量均 单独可调，每组水幕的流量上、下比例可调，而且由于采用了高位水箱供水，使每 组水幕的流量均匀，流速相等，使成幕的效果极佳。 1.5 国外的层流冷却技术及相应的研究成果 层流冷却是20世纪70年代发展起来的一种新的冷却方法，它保持了虹吸管层流 冷却的优点，冷却能力较高，横向冷却较均匀，且设备简单，如日本往友金属工业 公司鹿岛厂1984年投产的层流冷却装置包括一个集水箱、一个狭缝喷嘴和一个气动 挡板。当冷却水通过喷

15、嘴落向带钢时便形成幕形层流。该厂热带钢轧机的输出辊道 上有15个这样的冷却装置。前苏联的一项专利报道了一种可调的水幕下部安装一个 能在垂直于水流方向的平面上往返移动的闸板，并在上面给闸板安上一个能伸入喷 嘴的小刷子，通过连续改变冷却水的宽度，使之与内部污垢,提高冷却效率。德国专 利报道了一种层流冷却装置，它是由它是由一个水箱和一个垂直于带钢运行方向并 延伸到整个被冷却带钢宽度上的缝隙式喷嘴组成,通过控制喷嘴缝隙形成水幕。喷嘴 的出口比喷嘴的入口大，并向出口不断突出扩张，可以补偿层流水幕出现的断面收 缩，保持均匀良好的水幕形状。 6 第二章有关冷却系统编程软件硬件 s7-300 的介绍 2.1

16、概述层流冷却工艺流程 近些年来层流冷却技术(又叫水幕冷却技术)，控制轧制与控制冷却相结合可以 获得高强韧性的钢板，以用来改善钢板的各项机械和物理性能，增加延展性提高轧 制与控制冷却技术，提高轧机和冷床的生产能力，是一项极具发展潜力的技术。 鞍山科技大学毕业设计（论文） 第 3 页 层流冷却工艺是用 plc 作为其控制程序来指导层流水幕的开启与闭合来达到冷 却的目的，但由于它的控制程序大都呈现离散化的开关量特性，不能简单的像处理 模拟量那样进行回路的闭环控制，因此人们往往是用热平衡冷却模型来进行开环设 定或称作前馈控制。所以本文介绍的是一种以闭环自动控制为主开环前馈控制为辅 的控制方法，使系统能

17、够运行在自动和手动相结合的模式，而且二者呈现无扰特性。 2.2 有关可编程控制器 plc 的介绍 2.2.1 step-7 的概况 大中型 plc 例如西门子公司的 s7-300 系列的一般采用模块式结构，用搭积木 式的方式来组成系统，模块式 plc 由机架和模块组成。s7-300 是模块化的中小型 plc，适用于中等性能的控制要求。当系统规模扩大时和更为复杂时，可以增加模 块，对 plc 进行扩展。 s7-300 的 cpu 模块简称为 cpu 集成了过程控制的功能，用于执行用户程序。 每个 cpu 都有一个编程用的 rs-485 接口，有的还带有集成的现场总线 profibus- dp 接

18、口或 ptp（点对点）串行通信接口，s 7-300 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，如果有 profibus-dp 接口，就可以建 立一个 dp 网络。 鞍山科技大学毕业设计（论文） 第 4 页 2.2.2 s7-300 的组成部件 pscpuimsm 图 2.1 s7-300plc 的系统结构 s7-300plc 是模块式的 plc，它由以下几个部分组成： 1、中央处理单元（cpu） 各种 cpu 有不同的性能，例如有的 cpu 集成有数字量和模拟量输入/输出点。 cpu 前面板上有故障指示灯、模式开关、24v 电源端子、电池盒与存储器模块盒 （有的

19、cpu 则没有） 。 2、负载电源模块（ps） 负载电源模块用于将 ac220v 电源转换成为 dc 24v 电源，共 cpu 和 i/o 模块 使用。额定输出电流有 2a、5a 和 10a 三种，过载时模块上的 led 闪烁。 3、模块（sm） 信号模块是数字量输入/输出模块和模拟量输入/输出模块的总称，它们使不 同的过程信号电压与 plc 内部的信号电平匹配。 4、能模块（fm） 功能模块主要同于实时性和存储量要求高的控制任务，例如计数器模块快 速/慢速进给驱动位置模块、电子凸轮模块控制器、步进电动机定位模块、伺服电动 机定位模块、定位和连续路径控制模块等。 鞍山科技大学毕业设计（论文）

20、第 5 页 5、通信处理器(cp) 通信处理器用于 plc 之间， plc 与计算机和其它智能设备之间的通信，可以 将 plc 接入 profibus-dp 和工业以太网，或用于实现点对点通信等。 6、 接口模块(im) 接口模块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 式的主要机架和 3 个扩展机架，最多可以配置 32 个信号模块，功能模块和通信处理 器。 7、导轨 铝制导轨用来固定和安装 s7-300 上述的各种模块。 2.3 关于 step-7 编程软件的使用方法 2.3.1 step-7 软件的概述 step-7 编程软件用于 simatic s7

21、m7 c7 和基于 pc 的 winac,是供它们编程， 监控和参数设置的标准工具。 step-7 具有以下几种功能：硬件配置和参数设置、通信组态、编成、测试、启 动和维护、文件建档、运行和诊断功能等。 step-7 用 simatic 管理器来对项目进行集中的管理，它可以方便的运用浏览 simatic s7 m7 c7 和 winac 的数据。实现 step-7 各种功能所需的 simatic 软件 工具都集中在 step-7 中。 2.3.2 程序的上载与下载 1、下载的准备工作 计算机与 plc 之间必须建立起连接，编程软件可以访问 plc ，要下载的程序 已编译好，cpu 处在允许的工

22、作模式下。在保存或下载时，step-7 首先要进行语法 检查。下载前用编程电缆连接 pc 或 plc 接通 plc 的电源，将 cpu 上的模式开关 扳到“stop”位置， “stop led”显示灯亮。下载用户程序之前应将 cpu 中的用户 存储器复位，以保证 cpu 内没有旧的程序。然后将模式开关扳到 mres 位置 stop led 慢速闪烁两下松开模式开关，它自动回到 stop 位置。 鞍山科技大学毕业设计（论文） 第 6 页 2、下载的方法 (1)在离线模式和 simatic 管理器窗口中下载 在快工作区选择快，可用ctrl键和shift键选择多个快，用菜单命令“plc” downl

23、oad 将选择的快下载到 cpu。 (2)在离线模式和其他窗口下载 对快编程或组态硬件和网络时，可以在当时的应用程序的主窗口中用菜单命令 “plc” - download 下载当前正在编辑的对象。 (3)在线模式下载 用菜单命令“view” -online 或“plc” -“display accessible nodes”打开 一个在线窗口查看 plc，在“windows”菜单中可以看到这时还有个在线的管理器， 可以用“windows”菜单同时打开和显示这两个窗口。 下载完成后，将 cpu 的运行模式选择开关扳到 run-p 位置，绿色的“run” led 亮，开始运行程序。 (4)上载程序

24、 可以运用装载功能从 cpu 的 ram 装载到存储器中把块的当前内容上载到计算 机编程软件打开的项目中。 (5)在线编程 在调试程序时，可能需要修改已下载的块，可以在在线窗口中双击要修改的块 的图标，然后进行修改。编完的块会立即在 cpu 中起作用。 2.3.3 用变量表调试程序 1、变量表的基本功能 使用变量表可以在一个画面中同时监视，修改和强制用户感兴趣的全部变量。 一个项目可以生成多个变量表，以满足不同的调试要求。 在变量表中可以赋值或显示的变量包括输入、输出、位存储器、定时器、计数 器、数据块内的存储器和外设 i/o。 2、生成变量表的几种方法 (1) 在 simatic 管理器中用

25、菜单命令“insert” -“s7 block” -“variable table”生成新的变量表。 鞍山科技大学毕业设计（论文） 第 7 页 (2)在 simatic 管理器中执行菜单命令“view” -“online”,进入在线状态，选择 块文件夹。 (3)在变量表编辑器中用菜单命令“table” -“open”打开已存在的表。 3、在变量表中输入变量 可以在“符号”栏输入在符号表中定义过的符号，在地址栏将会出现该符号的 地址。 在变量表编辑器中使用菜单命令“options” -“symbol table”，可以打开符号 表，定义新的符号。 在变量表中输入变量时，每行输入时都需要执行语法检

26、查，不正确的输入被标 为红色。如果把光标放在红色的行上，可以在状态栏读到错误的原因。按键可 以得到纠正错误的信息。 鞍山科技大学毕业设计（论文） 第 8 页 第三章层流冷却技术工艺的工艺流程 3.1 层流冷却技术工艺及要求 3.1.1 层流冷却工艺设备图 . 运动钢板 2#侧吹3#侧吹 t3 测温 图 3.1 层流冷却工艺设备图 由于中后板控制冷却的关键技术是横向温度的均匀性控制，纵向温度均匀性控 制和上下表面均匀性控制。又因为钢板的通常的长度大于 10 米，单组水幕难于达到 目标温度，所以应该采用分组冷却，共分为上下对称的 10 组水幕。 设 c1 c2c10 为 10 组上下对称的水幕，由

27、电磁阀控制它们的 on/off；t1、t2t3 分别是终轧温度，中间温度，终冷温度，t1 t2 t3 处的测温仪 都为远红外线测温仪，为使远红外线测温仪能够得到精确的测量，为使每个测温仪 都能得到精确的测量，特在每个测温仪下面安装侧吹装置吹扫烟气杂物；hmd1- hmd10 是在冷却过程中同步水幕的 on/off 的热金属监测器。 3.1.2 层流冷却的工艺要求 层流冷却控制的基本要求是根据进入冷却区的钢板的钢种，规格以及开冷的实测 温度，参考环境温度和冷却水温，在满足各种限制因素范围内选择冷却道次，每组 1#侧吹 t2 测温t1 测温 鞍山科技大学毕业设计（论文） 第 9 页 水幕的组合，各

28、组层流水幕的流量、速度，来达到冷却工艺要求的冷却速度和终冷 温度。 3.1.3 层流冷却系统的组成 层流冷却系统由机械部分和控制系统两部分组成。机械部分由高位水箱、管道、 压缩空气源、层流水幕喷头、水泵、隔热遮蔽板等组成；控制系统由 plc、过程机、 现场仪表、执行机构、操作台、配电柜等构成。 3.1.4 控制系统的特点为： (1)辊道采用交流调速系统，因此辊道传动性能大为改进，辊道齿轮的损坏大大减 少，寿命得到提高。 (2)通过跟踪系统控制阀门的开启，可以进行纵向温度均匀性的控制和冷却过程跟 踪控制，节约冷却涌水。 (3)依据钢板规格和终轧温度，对冷却水的开闭及流量进行控制，可以进行钢种质

29、量的控制。 3.2 基本工作原理 下表是冷却控制强度表，表中最左列代表冷却控制强度级别 1-10，它是单调递 增排列的，1 是最低的级别，依次等级加大，10 是最高的级别。在 plc 控制系统中 它可以定义成操作页面上的 10 个手动控制按钮，分别控制相应水幕的电磁阀。表中 的行对应上下水幕的 on/off 状态， “1”表示开水幕， “0”表示为关水幕。 表表 3.1 冷却强度表冷却强度表 鞍山科技大学毕业设计（论文） 第 10 页 c1c2 c3 c4 c5 c6 c7 c8 c9c10 11000000000 21000010000 31000011000 41000011100 510

30、00011110 61000011111 71100011111 81110011111 91111011111 101111111111 手动控制模式时，首先根据生产经验来进行层流水幕冷却级别的预置，当然 也可以按照热平衡冷却模型来进行开环或前馈控制的预置。如果进行了预置的话， 这样预置了的水幕 on/off 的组数就被确定了。它就对应了表 3.1 的某一行。当实 际冷却过程发生时，如果某个控制阀被预置了的话，并且对应的 hmd 动作了的话 （表明热金属监测器检测到钢板到达）这时水幕的开关量状态处于 on 的状态，此 时对钢板进行冷却；电磁阀开启，相应的水幕打开,对钢板进行层流水冷冷却。钢板

31、 离开时由 hmd 同步将该组水幕关掉。这种控制模式是一种经验先知的控制模式， 它的控制效果不通过反馈来加以检验和矫正。当影响冷却效果环境因素发生变化时， 一定会影响到钢板冷却的质量。因此闭环自动矫正的控制模式是必须的下图 3.2 给 出的是离散式自动模式闭环矫正框图。 滑膜调节器 红外测温仪 水幕 on/off + 图 3.2 离散式自动模式闭环矫正框图 自动模式控制时，是根据中间温度 t2 和终冷温度 t3 来进行矫正控制的。这里 t3 set t2 set n t3 鞍山科技大学毕业设计（论文） 第 11 页 中间温度 t2 只是一个中间温度变量，我们使用它只是为了提高终冷温度 t3 的

32、静动 态相应品质，起到加快系统调节速度的作用，而对 t2 的控制精度我们不予关注，这 好比是串级系统的内环输出，我们真正关心的是外环的输出，即这里的终冷温度 t3。自动模式的工作原理也非常容易理解，如上图的 3.2 所示： 图 3.3 自动模式工作图 这里的 n 是离散滑膜器的输出（n=1，2，3-10） ，它对应表 1 的控制冷却强度 表的冷却级别的 1-10。如果钢板在 t2 处检测的温度中间温度 t2 或者终冷温度 t3 高于设定的温度 t2 set 或 t3 set 时，此时需要控制系统增加冷却强度，因此离散 滑膜调节器的输出根据偏差极性在冷却强度表向上滑动一步来加大冷却量的值，即 n

33、=n+1。反之如果钢板在 t2 处检测的温度中间温度 t2 或者终冷温度 t3 低于设定 的温度 t2 set 或 t3 set 时，此时需要控制系统减少冷却强度，因此离散滑膜调节 器的输出根据偏差极性在冷却强度表向下滑动一步来减少冷却量的值，即 n=n-1。 由于冷却强度表是单调递增排列的，因此调节的正反作用完全是与 t2 或 t3 的偏差 极性相对应的。图 3.3 也能够好的说明这一过程，其中的 qn，qn-1，qn+1 分别对 应系统的原始工作点、增温工作点、降温工作点，系统进行调节时就根据这一条滑 膜曲线进行滑动，只是输出值是非连续性的。 当系统在两种工作模式之间相互转换时， 会自动地

34、继承上种工作模式的工作点,在 此工作点的基础上按照本模式进行工作，这就不会造成模式转换时对冷却过程的干 鞍山科技大学毕业设计（论文） 第 12 页 扰。系统工作的最佳模式是先用手动模式予置一个大概的常用工作点，然后再置系 统为自动模式，这时系统就会根据 t2 或 t3 的偏差大小和极性在这个工作点上下攒 动进行自动调节，由于常用工作点距稳态工作点最近,因此动态响应品质是最好的。 第四章层流冷却技术的 plc 程序设计 层流冷却控制系统的功能大体上分为手动，自动和手动自动相结合的工作方式。 鞍山科技大学毕业设计（论文） 第 13 页 系统的手动方式和自动方式主要在操作台上通过按钮和开关来完成操作

35、。所以我们 用 s7-300 的模块化编成语言设计了这个层流冷却的 plc 来控制这个冷却工艺的控 制过程。 4.1s7-300 程序调试的画面 4.1.1 进入 s7-300 的画面 下图表示的是进入s7-300 时的画面，其中的 cpu type 表示的是要选择的 cpu 型号，若选定 cpu315 就用鼠标选择 cpu315 那么下面的 cpu name 就选定了 cpu315 然后再按下 next 按钮。 图 4.1 进入 s7-300 时的画面 4.1.2 进入 s7-300 画面后选择模块的方式 下图表示的是选择模块的图，在上图选择按下了 next 按钮后进入此图的画面， 其中图中

36、的 blocks 表示的是组织块，我选择的是 ob1 用鼠标在 ob1 前的方框内点下 出现对号标志说明以选中了此块，然后选择编程语言，我选择的是 lad 梯形图语言。 然后用鼠标在其前面的圆圈内点上表示选择完毕。最后点击 next 按钮。 鞍山科技大学毕业设计（论文） 第 14 页 图 4.2 选择功能组织块和编程语言 4.2 进入编程画面 (1)下图中显示的 ob1 就是我们要进入编程组织块，双击它就能进入编程画面 图 4.3 进入组织块ob1 的画面 (2)下图 4.4 则显示的是进入 ob1 后的编程画面 图中的 comment 表示的是 ob1 这个组织块的名称，可以在其中输入你想要

37、给其 鞍山科技大学毕业设计（论文） 第 15 页 起的名字。title 为编程最基本的网络可在这个网络中编程。左侧是需要的编程的 基本语言元素可以点击左侧需要的模块拖拽到右侧的 title1 中。若需要新的 title 可以点击上面的 insert 添加新的 title。 图 4.4 plc 的编程基本画面 4.3 plc 程序的调试及变量表调试 下图 4.5 是 cpu 的运行监控画面。当程序运行时，其中把 cpu 的选择模式调到 run-p 模式，此时说明 cpu 处于可以运行调试的状态。这是再点击位于图形框上部 的工具栏中的位选择开关按钮，点出来后就可以看到如下图所示的 ib 选择框。然

38、后 在其后面的地址位改变地址，改成相应的地址 i0.1 或者 i1.1，然后在其后的各位 给予一个脉冲，即给相应的各位置“1” 。然后根据同样的方法点击 m 框然后再给相 应的各位也同样置“1” 。然后在把视图转换到梯形图的调试画面就可以对梯形图进 行监控了。 鞍山科技大学毕业设计（论文） 第 16 页 图 4.5 cpu 的运行监控画面 (1)下面我们开始进行 plc 的运行调试，其中先进行变量表的调试。下表 4.1 是 我们给出的 plc 应用在层流冷却中的部分变量地址。 鞍山科技大学毕业设计（论文） 第 17 页 表表 4.1 所示程序部分开关量地址所示程序部分开关量地址 symbola

39、ddressdata typeinitial value 手/自动按钮i0.0boolfalse 冷却强度 1i0.1boolfalse 冷却强度 2i0.2boolfalse 冷却强度 3i0.3boolfalse 冷却强度 4i0.4boolfalse 冷却强度 5i0.5boolfalse 冷却强度 6i0.6boolfalse 冷却强度 7i0.7boolfalse 冷却强度 8i1.0boolfalse 冷却强度 9i1.1boolfalse 冷却强度 10i1.2boolfalse 金属检测器 hmd1i2.0boolfalse 金属检测器 hmd2i2.1boolfalse 金属

40、检测器 hmd3i2.2boolfalse 金属检测器 hmd4i2.3boolfalse 金属检测器 hmd5i2.4boolfalse 金属检测器 hmd6i2.5boolfalse 金属检测器 hmd7i2.6boolfalse 金属检测器 hmd8i2.7boolfalse 金属检测器 hmd9i3.0boolfalse 金属检测器 hmd10i3.1boolfalse 金属检测器 hmd11i3.2boolfalse 金属检测器 hmd12i3.3boolfalse 金属检测器 hmd13i3.4boolfalse 鞍山科技大学毕业设计（论文） 第 18 页 (2)其次我先给出的是

41、plc 层流冷却的变量表在线调试时的状态图如下图 4.1 所示： 图 4.6 变量表在线调试时的状态图 图中 address 为 i/o 变量，我们把程序中能用到的开关量地址输入到 address 下的地址栏中，即上图 4.6 所示的 i0.0 或 i0.1 等变量地址。而 display format 则为变 量的数据类型，modify value 为变量的赋值。因为其变量的值类型为 bool 型所以 其类型只有两种类型一个为“1”另一个为“0” 。所以给相应的变量置 1 或 0。 4.4 手动控制模式 手动方式操作是根据生产经验（水温，辊速，钢种规格和终轧温度等因素）人 为的来进行水幕级别

42、的预置，这样预置后的对应水幕的控制阀的 on/off 组数就确 定了，这时我们把水幕的冷却强度人为的设定成 10 个等级，即等级 1-10。然后钢板 就按照预置的水幕进行冷却，钢板就在辊道上运行。当钢板运行到此水幕，下面对 应的金属检测器的开关触点闭和了对应水幕打开开始喷淋冷却。 鞍山科技大学毕业设计（论文） 第 19 页 4.5 自动控制模式 由于自动控制是人为根据经验选定的冷却强度级别，但是由于很多不确定的人 为因数，当环境因素发生改变时冷却效果必然发生改变因此自动控制是比不可少的 下面我介绍的就是自动控制模式。 自动控制模式的操作是钢板首先按照手动预置的模式下进行，当钢板来到中间 温度

43、t2 下的金属检测器 hmd7 时进行温度测量，如果中间温度 t2 与 t2 设定值相 比较，若 t2 与 t2 设定值的温度差值在范围内，则还是按照手动预置的模式进行， 如果不是则按照自动校正的模式进行。若当中间温度 t2 与 t2 设定值相比较若两个 温度的差值不在允许的范围则要进行自动的调节，根据离散化的滑膜曲线进行移位 操作选择新的冷却强度在进行新的冷却，最后可以通过 t3 温度的检测看是否达到规 定的温度要求。 鞍山科技大学毕业设计（论文） 第 20 页 4.6 操作模式流程图 见下图 4.7 操作模式流程图 手动 hmd1 检测t1 测温 手动预置 预置的 hmd 是 否动作 喷水

44、 t2 温度检测 y n t2 与 t2 设定比 较 数目+1数目1 t2t2 设定 t2t2 设定 t3 测温 图 4.7 操作模式流程图 鞍山科技大学毕业设计（论文） 第 21 页 4.7 部分 plc 程序的介绍 4.7.1 层流水幕预置的 plc 程序 层流水幕的预置是根据工艺生产的经验，预先把水幕的强度划分为 10 个等级， 既设定为 10 个手动按钮既上述的 c1 c2c10 10 个开关量，然后根据钢板出精轧机 时的温度，人为的选定一个等级，并按下那个设定等级的手动按钮，那么这个等级 水幕的 on/off 的组数就被确定了。它的程序运行的方式是当手/自动开关量的开节 点闭合时，然

45、后选定某一个组别并且使其节点闭合，那么就把这个等级的内容（比 如数字 2 或数字 8）等送到 mw12 通道中去，这时 mw12 通道中的内容就是送进去 的内容。 a i 0.0 = l 20.0 a l 20.0 a i 0.1 jnb _002 l 1 t mw 12 _002: nop 0 a l 20.0 a i 0.2 jnb _003 l 2 t mw 12 _003: nop 0 a l 20.0 a i 0.3 jnb _004 l 4 t mw 12 鞍山科技大学毕业设计（论文） 第 22 页 _004: nop 0 a l 20.0 a i 0.4 jnb _005 l 8

46、 t mw 12 _005: nop 0 a l 20.0 a i 0.5 jnb _006 l 16 t mw 12 _006: nop 0 a l 20.0 a i 0.6 jnb _007 l 32 t mw 12 _007: nop 0 a l 20.0 a i 0.7 jnb _008 l 64 t mw 12 _008: nop 0 a l 20.0 a i 1.0 jnb _009 l 128 鞍山科技大学毕业设计（论文） 第 23 页 t mw 12 _009: nop 0 a l 20.0 a i 1.1 jnb _00a l 256 t mw 12 _00a: nop 0

47、a l 20.0 a i 1.2 jnb _00b l 512 t mw 12 _00b: nop 0 下面我给出的是手动预置时, 手动预置程序在 step-7 中调试时的情况见下图 4.8 所示。图中的绿色横线条代表的是此时有能流流过，此时当 i0.0 和 i0.1 触点闭 和时能流流过 move 模块的使能输入端此时把需要预置的内容传到 mw12 通道中。 鞍山科技大学毕业设计（论文） 第 24 页 图 4.8 手动预置时的在线调试状态 4.7.2 自动控制的 plc 程序 自动控制是当钢板运行到中间温度 t2 下的金属检测器 hmd7 时 t2 开始测温然， 后根据中间温度 t2 的当前

48、温度值与 t2 的设定温度值进行比较，如果 t2 的当前温 度值大于 t2 的设定温度值说明这时钢板的温度过高需要加大冷却的力度所以移位模 块开始工作，按照 mw0 通道中的内容进行左移。 (1) 中间温度 t2 的当前温度值与 t2 的设定温度值进行比较的程序 中间温度 t2 的当前温度值小于等于 t2 的设定温度值的程序： a i 0.0 a( l iw 1 l iw 2 i ) = q 1.5 右移的程序： a( a i 0.0 a q 1.4 fp m 20.0 jnb _00d l mw 10 l mw 12 srw t mw 12 set save clr _00d: a br )

49、 a( l mw 12 l 1 =i ) jnb _010 l 512 t mw 12 鞍山科技大学毕业设计（论文） 第 27 页 _010: nop 0 说明：当进行移位后要把 mw12 通道中的内容与预置的最高级别 512 来进行比 较，如果比 512 小则通道中的内容还是移位之后的内容不动，若是比 512 大则说明 超过了最大的限度因此要把 1 送入 mw12 通道中覆盖原先的内容。 下面我给出的是温度比较然后移位选择新的冷却级别程序的调试状态。当 i0.0 和 q1.5 变量都为 1 时，给上升沿脉冲 m20.1 一个脉冲后此时移位继电器开始进行循 环左移操作。这时 en 的使能输入端

50、有能流流过，这时移位继电器开始工作，in 端 为需要移位的变量，而 n 为需要移位的位数，当移位后看输出的变量通道 mw12 中 的内容既新的冷却级别和冷却强度等级的最高位进行比较看其是否在冷却级别范围 之内，如果超过其级别则将其置为最高位。如下图 4.9 所示： 图 4.9 自动控制循环左移的在线调试时的状态图 以上就是我对层流冷却的部分程序例如水幕强度等级的预置，层流冷却自动控 制中的 t2 温度当前值与 t2 温度设定值的比较，以及根据比较的结果相应的进行移 位调节来达到新的水幕级别的预置的部分程序进行了简要的叙述，希望我的叙述能 够让大家容易理解。 鞍山科技大学毕业设计（论文） 第 2

51、8 页 结论 本文介绍了用西门子 s7-300 编制的中厚板的水幕冷却系统的控制程序以及西门 子 s7-300 的软硬件，使我们更加形象主观的了解了钢板水幕冷却的工作过程。 水幕冷却作为层流冷却的一种，具有很好的冷却效果,各生产厂根据自身情况选 择合适的冷却设备。 通过对控制冷却资料的查阅，了解现代最新的控制冷却技术，开发出适合生产 的控制冷却数学模型，将控制冷却技术应用到中厚板生产。 经过对各钢厂的生产状况的了解，中厚板的控制冷却技术在我国已经使用，控 制冷却技术的应用必将给我国中厚板生产带来良好的前景。 鞍山科技大学毕业设计（论文） 第 29 页 致谢 在毕业设计的过程中，我的毕业设计指导

52、教师给予了我很大的帮助，指导我完 成了这次毕业设计，因此在此向敬爱的老师给予最诚挚的敬意。 再次在这次毕业设计中我的同学也给予了我很大的帮助，在遇到不会的问题时 他们给予了我细致的讲解，因此在此我也向他们表达深深的谢意。 鞍山科技大学毕业设计（论文） 第 30 页 参考文献 1 王仲初,柴天佑.中厚板水幕分组冷却的最优前馈控制算法j.基础自动化,2000 ,7(3) :1-3. 2 杨红, 苏海龙, 张殿华.中厚板水幕冷却的控制系统a.辽宁 沈阳 东北大学 轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,2002 3 王占学控制轧制与控制冷却a.北京:冶金工业出版社,1988 4 小林清二等厚板在线处理a

53、.国外钢铁,1987 , (7) :2329 5 刘细芬，蔡晓辉，王国栋，刘相华.中厚板轧后控制冷却技术的发展概况 a沈阳 东北大学2002 6 d. auzinger. recent development in process optimisation for laminar cooling in hot strip mills. ironmaking and steelmaking ,1996 ,23 (1) :8487 鞍山科技大学毕业设计（论文） 第 31 页 附录 a （外文文献） programmable controller survey programmable contro

54、ller english called programmable logic controller, is called plc. 1.1programmable controllers basic principles plc is based on the electronic accounting machine, also is suitable for the industry field works electric controller. its source relay control device, but it does not like relay install suc

55、h, through electric circuit physical process realization control, but mainly depends on the movement to save in the plc memory the procedure, carries on into the information conversion realization control. plc based on electronic accounting machine, but certainly does not equate to the ordinary comp

56、uter. the universal computer carries on into the information conversion, many only considered information itself, the information enters, so long as the man-machine contact surface were good may. but plc then also must consider the information enters reliability, timeliness, as well as information q

57、uestion and so on use. specially must consider how adapts in the industry environment, like is advantageous for the installment, question and so on. 1.1.1 programmable controllers realizations control main point enters the information conversion, the reliable physical realization, may say is the plc

58、 realization control two basic main points. enters the information conversion to depend on the movement to save in the plc memory the procedure realization. the plc procedure both has produces the factory the system program (not to be possible to change), and has the application which the user volun

59、tarily develops (user) the procedure. the system program provides the movement platform, simultaneously, but also is the plc procedure reliable movement and the signal and the information transformation carries on essential public processing. the user program according to controls the request design

60、 by the user. any types control request, should have any type the user program. the reliable physical realization mainly depends on loses the person (input) and the output (output) the electric circuit. the plc i/o electric circuit, all is specially designs. the input circuit must carry on the filte