轧钢机控制系统 （马文瑞）

1、电气工程及其自动化专业毕业设计（论文）指导书 题 目 ： 轧钢机控制设计 专业班级 ： 08电气自动化大专班 学生姓名 ： 马文瑞 学 号： 指导教师 ： 牛 涛 西安科技大学继续教育学院2011-4-20摘要 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。早期的自动控制系统是依靠继电-接触器来实现的，其特点是：结构简单、价格低廉、抗干扰能力强，可以实现集中控制和远距离控制，但是其采用固定接线，通用性和灵活性差；又采用触点的开关动作，工作频率低，触点易损坏

2、，可靠性差。自从1969年美国DEC公司研制出世界上第一台可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller:PLC）以来，经过三十多年的发展与实践，其功能和性能已经有了很大提高，从当初用于逻辑控制和顺序控制领域扩展到运动控制和过程控制领域。可编程逻辑控制器（PLC）也改称为可编程控制器（Programmable Controller,PC）,由于个人计算机也简称PC，为了避免混淆，可编程控制器任然被称为PLC。本设计是基于PLC的轧钢机控制系统，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

3、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。关键词： PLC 传感器 电磁阀 钢板 正反转目录前言2第一章PLC概述41.1 PLC的定义41.2 PLC的发展历程41.3 可编程控制器基本应用51.4 PLC的结构和基本配置以及控制要点81.5 功能及特点141.6 基本指令161.7 可编程控制器梯形图设计规则18第二章 轧钢机192.1 轧钢机的定义及组成192.2 轧钢机的分类192.3 轧钢机主机列的组

4、成202.4 辅助设备分类212.5 轧钢设备的发展动向212.6 轧辊的工作特点与分类232.7 轧辊的结构和参数242.8 调整装置272.9 支架292.10 联轴器352.11 辅助机械设备37第三章 轧钢机与PLC的应用383.1 整体框架383.2 技术要求393.3 输入/输出接线列表403.4 模拟图403.5 流程图413.6 梯形图程序433.7 轧钢机控制语句表44试验结果及分析44参考文献45结 论45 前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、

5、轧机轨座、轧辊调整装置、上轧辊平衡装置等。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 6 120mm 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。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

6、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。第1章 PLC概述1.1 PLC的定义美国电气制造商协会NEMA（National Electrical Manufactory Association）经过四年的调查工作，于1984年首先将其正式命名为PC（Programmable Controller），并给PC作了如下定义：“PC是一个数字式的电子装置，它使用了可编程序的

7、记忆体储存指令。用来执行诸如逻辑，顺序，计时，计数与演算等功能，并通过数字或类似的输入/输出模块，以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行PC之功能者，亦被视为PC，但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。”国际电工委员会(IEC)又先后颁布了PLC标准的草案第一稿，第二稿，并在1987年2月通过了对它的定义：“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算，顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备，都按易于

8、与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。1.2 PLC的发展历程  在工业生产过程中，大量的开关量顺序控制，它按照逻辑条件进行顺序动作，并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制，及大量离散量的数据采集。传统上，这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM（通用汽车）公司提出取代继电气控制装置的要求，第二年，美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置，首次采用程序化的手段应用于电气控制，这就是第一代可编程序控制器，称Programmable Controller（PC）。个人计算机（简称PC）发展起来后，为了方便，也为了反映可编程控制器的功能特点，可

9、编程序控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC），现在，仍常常将PLC简称PC。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为3040%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。  PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位，在可预见的将来，是无法取代的。可编程控制器（PROGRAMMABLE CONTROLL

10、ER，简称PC）。与个人计算机的PC相区别，用PLC表示。PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置，目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能，建立柔性的程控系统。国际电工委员会（IEC）颁布了对PLC的规定：可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器，用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字的、模拟的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备，都应按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩

11、充其功能的原则设计。PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预料：在工业控制领域中，PLC控制技术的应用必将形成世界潮流PLC程序既有生产厂家的系统程序，又有用户自己开发的应用程序，系统程序提供运行平台，同时，还为PLC程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。1.3 可编程控制器基本应用最初，PLC主要用于开关量的逻辑控制。随着PLC技术的进步，它的应用领域不断扩大。如今，PLC不仅用于开关量控制，还用于模拟量及数字量的控制，可采集与存储数据，还可对控制系统进行监控；还可联网、通讯，实现大范围、跨地域的控制与管理

12、。PLC已日益成为工业控制装置家族中一个重要的角色。 用于开关量控制PLC控制开关量的能力是很强的。所控制的入出点数，少的十几点、几十点，多的可到几百、几千，甚至几万点。由于它能联网，点数几乎不受限制，不管多少点都能控制。所控制的逻辑问题可以是多种多样的：组合的、时序的；即时的、延时的；不需计数的，需要计数的；固定顺序的，随机工作的；等等，都可进行。PLC的硬件结构是可变的，软件程序是可编的，用于控制时，非常灵活。必要时，可编写多套，或多组程序，依需要调用。它很适应于工业现场多工况、多状态变换的需要。用PLC进行开关量控制实例是很多的，冶金、机械、轻工、化工、纺织等等，几乎所有工业行业都需要用

13、到它。目前，PLC首用的目标，也是别的控制器无法与其比拟的，就是它能方便并可靠地用于开关量的控制。 用于模拟量控制模拟量，如电流、电压、温度、压力等等，它的大小是连续变化的。工业生产，特别是连续型生产过程，常要对这些物理量进行控制。作为一种工业控制电子装置，PLC若不能对这些量进行控制，那是一大不足。为此，各PLC厂家都在这方面进行大量的开发。目前，不仅大型、中型机可以进行模拟量控制，就是小型机，也能进行这样的控制。PLC进行模拟量控制，要配置有模拟量与数字量相互转换的AD、DA单元。它也是I/O单元，不过是特殊的 I/O单元。 A/D单元是把外电路的模拟量，转换成数字量，然后送入 PLC。D

14、/A单元，是把 PLC的数字量转换成模拟量，再送给外电路。作为一种特殊的I/O单元，它仍具有I/O电路抗干扰、内外电路隔离，与输入输出继电器（或内部继电器，它也是PLC工作内存的一个区。可读写）交换信息等等特点。这里的A/D中的A，多为电流，或电压，也有为温度。D/A中的A，多为电压，或电流。电压、电流变化范围多为05V，010V，420mA。有的还可处理正负值的。这里的D，小型机多为8位二进制数，中、大型多为12位二进制数。A/D、D/A有单路，也有多路。多路占的输入输出继电器多。有了 A/D、D/A单元，余下的处理都是数字量，这对有信息处理能力的 PLC并不难。中、大型PLC处理能力更强，

15、不仅可进行数字的加、减、乘、除，还可开方，插值，还可进行浮点运算。有的还有PID指令，可对偏差制量进行比例、微分、积分运算，进而产生相应的输出。计算机能算的它几乎都能算。这样，用PLC实现模拟量控制是完全可能的。控制的单位值可小到212分之一的测量程值，多数也是足够的。PLC进行模拟量控制，还有A/D、D/A组合在一起的单元，并可用 PID或模糊控制算法实现控制，可得到很高的控制质量。用PLC进行模拟量控制的好处是，在进行模拟量控制的同时，开关量也可控制。这个优点是别的控制器所不具备的，或控制的实现不如PLC方便。当然，若纯为模拟量的系统，用PLC可能在性能价格比上不如用调节器。这也是应当看到

16、的。用于数字量控制 实际的物理量，除了开关量、模拟量，还有数字量。如机床部件的位移，常以数字量表示。字量的控制，有效的办法是NC，即数字控制技术。这是50年代诞生于美国的基于计算机的控制技术。当今已很普及，并也很完善。目前，先进国家的金属切削机床，数控化的比率已超过4080，有的甚至更高。PLC也是基于计算机的技术，并日益完善。故它也完全可以用于数字量控制。PLC可接收计数脉冲，频率可高达几k到几十k赫兹。可用多种方式接收这脉冲，还可多路接收。有的PLC还有脉冲输出功能，脉冲频率也可达几十k。有了这两种功能，加上PLC有数据处理及运算能力，若再配备相应的传感器（如旋转编码器）或脉冲伺服装置（如

17、环形分配器、功放、步进电机），则完全可以依NC的原理实现种种控制。高、中档的PLC，还开发有NC单元，或运动单元，可实现点位控制。运动单元还可实现曲线插补，可控制曲线运动。所以，若PLC配置了这种单元，则完全可以用NC的办法，进行数字量的控制。新开发的运动单元，甚至还发行了NC技术的编程语言，为更好地用PLC进行数字控制提供了方便。1.4 PLC的结构和基本配置以及控制要点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

18、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的基本结构框图如下：接口部件输出输入接口部件 中央处理单元 CPU板 接受 驱动 驱动 现场信号 受控元件 电 源 部 件图1.1 PLC的基本结构框图1 CPU的构成： PLC中的CPU是PLC的核心，起神经中枢的作用，每台PLC至少有一个CPU，它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据，用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据，并存入规定的寄存器中，同时，诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后，从用

19、户程序存贮器中逐条读取指令，经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号，去指挥有关的控制电路， 与通用计算机一样，主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成，还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据，是PLC不可缺少的组成单元。CPU的控制器控制CPU工作，由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。 CPU的运算器用于进行数字或逻辑运算，在控制器指挥下工作。 CPU的寄存器参与运算，并存储运算的中间结果，它也是在控制器指挥下工作。CPU虽然划分为以上几个部分，但PLC中的CPU芯

20、片实际上就是微处理器，由于电路的高度集成，对CPU内部的详细分析已无必要，我们只要弄清它在PLC中的功能与性能，能正确地使用它就够了。CPU模块的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。一般讲，CPU模块总要有相应的状态指示灯，如电源显示、运行显示、故障显示等。箱体式PLC的主箱体也有这些显示。它的总线接口，用于接I/O模板或底板，有内存接口，用于安装内存，有外设口，用于接外部设备，有的还有通讯口，用于进行通讯。CPU模块上还有许多设定开关，用以对PLC作设定，如设定起始工作方式、内存区等。2 I/O模块：PLC的对外功能，主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的，按I/

21、O点数确定模块规格及数量，I/O模块可多可少，但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或机架槽数限制。I/O模块集成了PLC的I/O电路，其输入暂存器反映输入信号状态，输出点反映输出锁存器状态。3 电源模块： 有些PLC中的电源，是与CPU模块合二为一的，有些是分开的，其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时，有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源以其输入类型有：交流电源，加的为交流220VAC或110VAC，直流电源，加的为直流电压，常用的为24V。4 底板或机架： 大多数模块式PLC使用底板或机架，其作用是：电气上，实现各模块间的联系，使CPU能访问底板

22、上的所有模块，机械上，实现各模块间的连接，使各模块构成一个整体。5 PLC 的外部设备： 外部设备是PLC系统不可分割的一部分，它有四大类编程设备：有简易编程器和智能图形编程器，用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况。编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件，但它不直接参与现场控制运行。监控设备：有数据监视器和图形监视器。直接监视数据或通过画面监视数据。存储设备：有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器，用于永久性地存储用户数据，使用户程序不丢失，如EPROM、EEPROM写入器等。输入输出设备：用于接收信号或输出信号，一般有条码读人器，输入模拟量的

23、电位器，打印机等。6 PLC的通信联网：依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此，网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著，甚至有人提出"网络就是控制器"的观点说法。PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口，还有一些内置有支持各自通信协议的接口。PLC的通信，还未实现互操作性，IEC规定了多种现场总线标准，PLC各厂家均有采用。对于一个自动化工程(特别是中大规模控制系统)来讲，选择网络非常重要的。首先，网络必须是开

24、放的，以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展；其次，针对不同网络层次的传输性能要求，选择网络的形式，这必须在较深入地了解该网络标准的协议、机制的前提下进行；再次综合考虑系统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题，确定不同层次所使用的网络标准。 PLC具有通信联网的功能，它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息，形成一个统一的整体，实现分散集中控制。现在几乎所有的PLC新产品都有通信联网功能，它和计算机一样具有RS-232接口，通过双绞线、同轴电缆或光缆，可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。 当然，PLC之间的通讯网络是各厂家专用的，PLC与计算机

25、之间的通讯，一些生产厂家采用工业标准总线，并向标准通讯协议靠拢，这将使不同机型的PLC之间、PLC与计算机之间可以方便地进行通讯与联网。 了解了PLC的基本结构，我们在购买程控器时就有了一个基本配置的概念，做到既经济又合理，尽可能发挥PLC所提供的最佳功能。可编程控制器实现控制的要点入出信息变换靠运行存储于PLC内存中的程序实现。PLC程序既有生产厂家的系统程序(不可更改)，又有用户自行开发的应用（用户）程序。系统程序提供运行平台，同时，还为PLC程序可靠运行及信号与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。什么样的控制要求，就应有什么样的用户程序。可靠物理实现主要靠输人（IN

26、PUT）及输出（OUTPUT）电路。PLC的I/O电路，都是专门设计的。输入电路要对输入信号进行滤波，以去掉高频干扰。而且与内部计算机电路在电上是隔离的，靠光耦元件建立联系。输出电路内外也是电隔离的，靠光耦元件或输出继电器建立联系。输出电路还要进行功率放大，以足以带动一般的工业控制元器件，如电磁阀、接触器等等。 I/O电路是很多的，每一输入点或输出点都要有一个I或O电路。PLC有多I/O用点，一般也就有多少个I/O用电路。但由于它们都是由高度集成化的电路组成的，所以，所占体积并不大。输入电路时刻监视着输入状况，并将其暂存于输入暂存器中。每一输入点都有一个对应的存储其信息的暂存器。输出电路要把输

27、出锁存器的信息传送给输出点。输出锁存器与输出点也是一一对应的，这里的输入暂存器及输出锁存器实际就是PLC处理器I/O口的寄存器。它们与计算机内存交换信息通过计算机总线，并主要由运行系统程序实现。把输人暂存器的信息读到PLC的内存中，称输入刷新。PLC内存有专门开辟的存放输入信息的映射区。这个区的每一对应位（bit）称之为输入继电器，或称软接点。这些位置成1，表示接点通，置成0为接点断。由于它的状态是由输入刷新得到的，所以，它反映的就是输入状态。输出锁存器与PLC内存中的输出映射区也是对应的。一个输出锁存器也有一个内存位（bit）与其对应，这个位称为输出继电器，或称输出线圈。靠运行系统程序，输出

28、继电器的状态映射到输出锁存器。这个映射也称输出刷新。输出刷新主要也是靠运行系统程序实现的。这样，用户所要编的程序只是，内存中输入映射区到输出映射区的变换，特别是怎么按输入的时序变换成输出的时序。这是一个数据及逻辑处理问题。由于PLC有强大的指令系统，编写出满足这个要求的程序是完全可能的，而且也是较为容易的。图1.2 PLC典型开机流程可编程控制器实现控制的过程简单地说，PLC实现控制的过程一般是：输入刷新-再运行用户程序-再输出刷新-再输入刷新-再运行用户程序-再输出刷新永不停止地循环反复地进行着。图111所示的流程图反映的就是上述过程它也反映了信息的时间关系。有了上述过程，用PLC实现控制显

29、然是可能的。因为：有了输入刷新，可把输入电路监控得到的输入信息存入PLC的输入映射区；经运行用户程序，输出映射区将得到变换后的信息；再经输出刷新，输出锁存器将反映输出映射区的状态，并通过输出电路产生相应的输出。又由于这个过程是永不停止地循环反复地进行着，所以，输出总是反映输入的变化的。只是响应的时间上，略有滞后。当然，这个滞后不宜太大，否则，所实现的控制不那么及时，也就失去控制的意义。为此，PLC的工作速度要快。速度快、执行指令时间短，是PLC实现控制的基础。事实上，它的速度是很快的，执行一条指令，多的几微秒、几十微秒，少的才零点几，或零点零几微秒。而且这个速度还在不断提高中。图1.2所示的过

30、程是简化的过程，实际的 PLC工作过程还要复杂些。除了 I/O刷新及运行用户程序，还要做些公共处理工作。公共处理工作有：循环时间监控、外设服务及通讯处理等。监控循环时间的目的是避免"死循环"，避免程序不能反复不断地重复执行。办法是用"看门狗"（Watching dog）。只要循环超时，它可报警，或作相应处理。外设服务是让PLC可接受编程器对它的操作，或通过接口向输出设备如打印机输出数据。通讯处理是实现PLC与PLC，或PLC与计算机，或PLC与其它工业控制装置或智能部件间信息交换的。这也是增强PLC控制能力的需要。也就是说，实际的PLC工作过程总是：公共

31、处理-I/O刷新-运行用户程序-再公共处理-反复不停地重复着。可编程控制器实现控制的方式用这种不断地重复运行程序实现控制称扫描方式。是用计算机进行实时控制的一种方式。此外，计算机用于控制还有中断方式。在中断方式下，需处理的控制先申请中断，被响应后正运行的程序停止运行，转而去处理中断工作（运行有关中断服务程序）。待处理完中断，又返回运行原来程序。哪个控制需要处理，哪个就去申请中断。哪个不需处理，将不被理睬。显然，中断方式与扫描方式是不同的。在中断方式下，计算机能得到充分利用，紧急的任务也能得到及时处理。但是，如果同时来了几个都要处理的任务该怎么办呢？优先级高的还好办，低的呢？可能会出现照顾不到之

32、处。所以，中断方式不大适合于工作现场的日常使用。但是，PLC在用扫描方式为主的情况下，也不排斥中断方式。即，大量控制都用扫描方式，个别急需的处理，允许中断这个扫描运行的程序，转而去处理它。这样，可做到所有的控制都能照顾到，个别应急的也能进行处理。 PLC的实际工作过程比这里讲的还要复杂一些，分析其基本原理，也还有一些理论问题。有关人员如果能把上面介绍的入出变换、物理实现-信息处理、I/O电路-空间、时间关系-扫描方式并辅以中断方式，作为一种思路加以研究，弄清了它，也就好理解PLC是怎样去实现控制的，也就好把握住PLC基本原理的要点了。至于更深入的问题，在进一步学习中，将再作具体介绍。1.5 功

33、能及特点特点：（一）用性强，使用方便 （二）功能强，适应面广 （三）可靠性高，抗干扰能力强（四）控制程序可变具有很好的柔性（五）编程方法简单，容易掌握 （六）PLC控制系统的设计、安装、调试和维修工作少.极为方便控制程序变化方便.具有很好的柔性（七）体积小、重量轻、功耗低 功能 （一）逻辑控制功能逻辑控制功能是PLC最基本功能之一,是PLC最基本的应用领域，可取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。 在单机控制、多机群控和自动生产线控制方面都有很多成功的应用实例。 例如：机床电气控制、起重机、皮带运输机和包装机械的控制、注塑机控制、电梯控制、饮料灌装生产线、家用电器(电视机、冰箱、洗

34、衣机等)自动装配线控制、汽车、化工、造纸、轧钢自动生产线控制等。 （二）定时控制功能定时控制功能是PLC的最基本功能之一。 PLC中有许多可供用户使用的定时器，功能类似于继电器线路中的时间继电器。定时器的设定值(定时时间)可以在编程时设定，也可以在运动过程中根据需要进行修改，使用方便灵活。同时PLC还提供了高精度的时钟脉冲，用于准确实时控制。 （三）计数控制功能计数控制功能是PLC的最基本功能之一。 PLC为用户提供许多计数器，计数器计数到某一数值时，产生一个状态信号(计数值到)，利用该状态信号实现对某个操作的计数控制。 计数器的设定值可以在编程时设定，也可以在运行过程中根据需要进行修改。 （

35、四）数据处理功能PLC大部分都具有数据处理功能，可以实现算术运算、数据比较、数据传送、数据移位、数制转换译码编码等操作。中、大型PLC数据处理功能更加齐全，可完成开方、PID运算、浮点运算等操作，还可以和CRT、打印机相联，实现程序、数据的显示和打印。 （五）监控功能PLC设置了较强的监控功能。利用编程器或监视器，操作人员可以对PLC有关部分的运行状态进行监视。利用编程器，可以调整定时器、计数器的设定值和当前值，并可以根据需要改变PLC内部逻辑信号的状态及数据区的数据内容，为调整和维护提供了极大的方便。 （六）停电记忆功能PLC内部的部分存储器所使用的RAM设置了停电保持器件（备用电池等），以

36、保证断电后这部分存储器中的信息能够长期保存。 利用某些记忆指令，可以对工作状态进行记忆，以保持PLC断电后的数据内容不变。PLC电源恢复后，可以在原工作基础上继续工作 （七）故障诊断功能PLC可以对系统构成、某些硬件状态、指令的合法性等进行自诊断，发现异常情况，发出报警并显示错误类型，如属严重错误则自动中止运行。大大提高了PLC控制系统的安全和可维护性。 （八）步进控制功能（九）回路控制功能 （十）通讯联网功能1.6 基本指令1 线圈驱动指令LD、LDI、OUTLD，取指令。表示一个与输入母线相连的常开接点指令，即常开接点逻辑运算起始。LDI，取反指令。表示一个与输入母线相连的常闭接点指令，即

37、常闭接点逻辑运算起始。OUT，线圈驱动指令，也叫输出指令。LD、LDI两条指令的目标元件是X、Y、M、S、T、C，用于将接点接到母线上。也可以与ANB指令、ORB指令配合使用，在分支起点也可使用。OUT是驱动线圈的输出指令，它的目标元件是Y、M、S、T、C。对输入继电器X不能使用。OUT指令可以连续使用多次。LD、LDI是一个程序步指令，这里的一个程序步即是一个字。OUT是多程序步指令，要视目标元件而定。OUT指令的目标元件是定时器T和计数器C时，必须设置常数K。2 接点串联指令AND、ANIAND，与指令。用于单个常开接点的串联。ANI，与非指令。用于单个常闭接点的串联。AND与ANI都是一

38、个程序步指令，它们串联接点的个数没有限制，也就是说这两条指令可以多次重复使用。OUT指令后，通过接点对其它线图使用OUT指令称为纵接输出或连续输出，连续输出如果顺序不错可以多次重复。3 接点并联指令OR、ORIOR，或指令。用于单个常开接点的并联。ORI，或非指令。用于单个常闭接点的并联。OR与ORI指令都是一个程序步指令，它们的目标元件是X、Y、M、S、T、C。这两条指令都是并联一个接点。需要两个以上接点串联连接电路块的并联连接时，要用ORB指令。4 串联电路块的并联连接指令ORB两个或两个以上的接点串联连接的电路叫串联电路块。串联电路块并联连接时，分支开始用LD、LDI指令，分支结果用OR

39、B指令。ORB指令与ANB指令均为无目标元件指令，而两条无目标元件指令的步长都为一个程序步。ORB有时也简称或块指令。ORB指令的使用方法有两种：一种是在要并联的每个串联电路块后加ORB指令；另一种是集中使用ORB指令。对于前者分散使用ORB指令时，并联电路块的个数没有限制，但对于后者集中使用ORB指令时，这种电路块并联的个数不能超过8个。5 并联电路的串联连接指令ANB两个或两个以上的接点并联的电路称为并联电路块。分支电路并联电路块与前面电路串联连接时，使用ANB指令。分支的起点用LD、LDI指令，并联电路快结束后，使用ANB指令与前面电路串联。ANB指令也简称与块指令，ANB也是无操作目标

40、元件，是一个程序步指令。6 主控及主控复位指令MC、MCRMC为主控指令，用于公共串联接点的连接，MCR叫主控复位指令，即MC的复位指令。在编程时，经常遇到多个线圈同时受一个或一组接点控制。如果在每个线圈的控制电路中都串入同样的接点，将多占用存储单元，应用主控指令可以解决这一问题。使用主控指令的接点称为主控接点，它在梯形图中与一般的接点垂直。它们是与母线相连的常开接点，是控制一组电路的总开关。MC指令是3程序步，MCR指令是2程序步，两条指令的操作目标元件是Y、M，但不允许使用特殊辅助继电器M。与主控接点相连的接点必须用LD或LDI指令。使用MC指令后，母线移到主控接点的后面，MCR使母线回都

41、原来的位置。在MC指令内再使用MC指令时嵌套级N的编号（07）顺序增大，返回时用MCR指令，从大的嵌套级开始解除。7 置位与复位指令SET、RSTSET为置位指令，使动作保持；RST为复位指令，使操作保持复位。SET指令的操作目标元件为Y、M、S。RST指令的操作目标元件为Y、M、S、D、V、Z、T、C。这两条指令是13个程序步。用RST指令可以对定时器、计数器、数据寄存器、变址寄存器的内容清零。8 脉冲输出指令PLS、PLFPLS指令在输入信号上升沿产生脉冲输出，而PLF在输入信号下降沿产生脉冲输出，这两条指令都是2程序步，它们的目标元件是Y和M，但特殊辅助继电器不能作目标元件。使用PLS指

42、令，元件Y、M仅在驱动输入接通后的一个扫描周期内动作。而使用PLF指令，元件Y、M仅在驱动输入断开后的一个扫描周期内动作。9 空操作指令NOPNOP指令是一条无动作、无目标元件的一程序步指令。空操作指令是该步序作空操作。用NOP指令替代已写入指令，可以改变电路。在程序中加入NOP指令，在改动或追加程序时可以减少步序号的改变。10 程序结束指令END END是一条无目标元件的1程序步指令。PLC反复进行输入处理、程序运算、输出处理，若在程序最后写入END指令，则END以后的程序步就不再执行，直接进行输出处理。在程序调试过程中，按端插入END指令，可以顺序扩大对各程序段的检查。采用END指令将程序

43、划分为若干段，在确认处理前面电路块的动作正确无误之后，依次删去END指令。1.7 可编程控制器梯形图设计规则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。串、并联的处理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。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。线圈的安排不能将触点画在线圈右边，只能在触点的右边接线圈。不准双线圈输出如果在同一程序中同一元件的线圈使用两次或多次，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。重新编排电路如果电路结构比较复杂，可重复使用一些触点画出它的等效电路，然后再进行编

44、程就比较容易。编程顺须对复杂的程序可先将程序分成几个简单的程序段，每一段从最左边触点开始，由上之下向右进行编程，再把程序逐段连接起来。第二章 轧钢机2.1 轧钢机的定义及组成轧钢机的定义狭义的定义 轧制钢材的机器设备称为轧钢机，它使轧件在转动的轧辊间产生塑性变形，轧出所需要断面形状和尺寸的钢材。此外，为完成全部生产工艺过程，还必须有一系列辅助工序，如：加热、运输、矫正、剪切、包装动，故它还有广义定义。广义的定义 用于轧制刚才生产工艺全部所需的主要和辅助工序成套机组也称为轧钢机，它包括：轧制、运输、翻钢、剪切、矫直等设备。轧钢机械设备的组成轧钢机械设备的组成可分为两大类：主要设备和辅助设备。1主

45、要设备 直接使轧件产生塑性变形的设备称为主要设备，也称为主机列。它包括：工作机座（轧辊、轴承、轧辊调整装置、导卫装置及机架等），万向或梅花接轴，齿轮机座，减速器，主连轴节，主电机等。2辅助设备 是指主机列以外的各种设备，它用于完成一系列辅助工序。辅助设备种类繁多，车间机械化程度越高，辅助设备所占整个车间机械设备总重比例也越大。有时达主要设备重量的3-4倍。2.2 轧钢机的分类1 二辊式轧机 次轧机结构简单，工作可靠，由直流电动机驱动，用于二辊可逆式初轧机，可将钢锭往复轧制成各种矩形坯。二辊可逆式轧机也可用于轧制轨梁和中厚板。2 三辊式轧机 其在同一机座上轧件可两向轧制，二轧机无需反转，由一台交

46、流电动机经减速器和齿轮座驱动数台三辊式轧机，可实现轧件往复多道次轧制。它用于开坯和型钢生产，具有设备简单和投资少的特点。轨梁轧机及大型轧机可用直流电动机驱动，在生产中必要时可调速改善轧制条件。3 复二辊式轧机 此轧机作用与三辊式相似，但轧辊调整、孔型配置较方便，用于横列式中小型轧机。4 特殊轧机 它是根据不同产品设计的专用轧机，例：钢球轧机、周断面三辊斜轧机、轮箍轧机、车轮轧机等。此外还有很多种轧机，本文就不列举。2.3 轧钢机主机列的组成轧钢机的主要设备由一个或数个主机列组成。主要包括：主电机、传动机构和工作机座等部分。如图2.1轧钢机主机列。图2.1 轧钢机主机列1为齿轮机座，它将动力传给

47、三个轧辊，由三个直径相等的齿轮封闭在箱体中组成。2为减速器，它以一定速比降低主轴转速，以适应轧辊转速需要。3为飞轮，用于蓄存和释放能量，均衡主电机负荷。4为万向接轴，连接齿轮座和轧辊传递动力。5、6为主联接轴节，它们将齿轮座、减速器和主电机连接一起传递动力。7为主电机。8为工作机座。工作机座是使轧件产生轧制变形的设备,工作机座主要部件包括：轧辊，机架，轧辊轴承，轧辊调整装置，导板和固定横梁，地脚板等。虽然轧机类型很多，但工作机座组成部分大体上是一致的。2.4 辅助设备分类从轧钢车间生产钢材全部工艺过程可看出，除在主机列上完成塑性 变形轧制外，还要有很多辅助工序，把这些工序连贯起来才能使车间生产

48、从坯料到成品连续进行。辅助设备概括可分为两类：(1) 改变轧件外形的设备，如：剪切、矫直、卷取等。(2) 移送轧件的设备，如：辊道、翻钢机、推床、升降台等。2.5 轧钢设备的发展动向据说在 14 世纪欧洲就有轧机但有记载的是 1480 年意大利人 达 ' 芬 h型连轧钢机奇 (Leonardo da Vinci) 设计出轧机的草图。 1553 年法国人布律列尔 (Brulier) 轧制出金和银板材用以制造钱币。此后在西班牙比利时和英国相继出现轧机。图 1 1728 年设计的生产圆棒材用的轧机 为 1728 年英国设计的生产圆棒材用的轧机。英国于 1766 年有了串行式小型轧机 19 世

49、纪中叶第一台可逆式板材轧机在英国投产并轧出了船用铁板。 1848 年德国发明了万能式轧机 1853 年美国开始用三辊式的型材轧机 ( 图 2 最初的三辊式轧机侧视 ) 并用蒸汽机传动的升降台实现机械化。接着美国出现了劳特式轧机。 1859 年建造了第一台连轧机。万能式型材轧机是在 1872 年出现的 20 世纪初制成半连续式带钢轧机由两架三辊粗轧机和五架四辊精轧机组成。 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 6 120mm 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

50、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。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。轧机用的原料单重增大液压 AGC 板形控制电子计算器过程控制及测试手段越来越完善轧制品种不断扩大。一些适用于连续铸轧控制轧制等新轧制方法以及适应新的

51、产品质量要求和提高经济效益的各种特殊结构的轧机都在发展中。 ( 见彩图 鞍山钢铁公司初轧厂连轧机组生产情景 初轧坯的定尺切断设备 2000 吨大剪 板坯初轧机在轧制板坯 上海第五钢铁厂初轧车间均热炉出钢 中国制造的 4200 毫米厚板轧机 宽厚钢板的热矫直机 钢板粗轧机前的高压水除铁鳞机 2300 毫米钢板轧机生产场面 1700 毫米带钢热轧机主控室 带钢冷轧机正在生产 带钢冷轧机生产的成品钢卷 带钢的热镀锌机组 H 形宽边工字钢轧钢机 中型轧钢厂 型材定尺切断的主要方法热锯 大型轧钢厂的钢轨冷床 保证线材性能的线材散卷冷却 轧制线材的新式 45° 无扭精轧机 小型轧钢机的围盘。横列

52、式小型轧机的重要辅助设备 线材轧机的成品收取设备线材卷取机 轧制直径 140 毫米无缝钢管的自动轧管机 70 年代制成的大直径钢管直径 2540 毫米 现代管材生产方法之一大直径螺旋焊管 无缝钢管厂保证钢管尺寸精度的均整机 无缝钢管坯正在穿孔 轧制箔材用的森吉米尔 20 辊轧机 火车车轮和轮箍轧机的工作情景 中国制造的大型锻压设备 32000 吨水压机 新型塑性加工设备精锻机 3000 吨卧式挤压机 铝箔轧机 品类繁多的轧辊用于轧制各种产品 铝连续铸轧机 )。冶金专用设备轧钢机主要是为钢铁和有色金属加工工业提供的金属冶炼、轧制、铸造等生产专用设备行业。中国已经成为世界最大的钢铁生产国，同时也是

53、世界最大的冶金专用设备市场。2007年中国粗钢产量为4.89亿吨，同比增长15.7%，占全球总产量的36.4%。中国冶金专用设备市场规模也占世界的三分之一以上。2007年，中国冶金专用设备制造行业规模以上企业个数为370家。行业总产值已达到603.42亿元，同比增长37.9%。2007年1-11月中国冶金专用设备轧钢机制造业销售收入共计465.63亿元。国家推出了关于加快推进大型冶金装备国产化的实施方案，将强力促进中国冶金轧钢机设备产业的发展，大力促进了中国冶金专用设备企业的自主创新。国家出台了一系列政策来促进冶金专用设备制造业的产业升级。近代一些钢铁工业发达国家的轧钢设备发展动向是大型化、连

54、续化、高速化和自动化。这是对钢材要求不断提高产品和质量、提高劳动生产率、降低原材料和能源消耗及产品成本的发展结果，这也和轧钢设备制造水平有关的重型机器制造、电机 、计算机和自动控制以及液压系统等科学计算发展技术有密切关系。1大型化方面增大钢锭或带卷重量。过去初轧机一般为10-20吨，现在有加大到40-50吨。热轧的最大带卷和坯料重量已由15吨增到45吨。冷轧卷重达60吨，线材盘重已达2-4吨。2高速化方面轧钢设备高速化是机械制造和自动控制技术水平不断提高的结果，另外，轧钢设备结构改进以适应高速化需要液是一个重要方面。3连续化方面全连续式冷轧机实现了无头轧制，最近十年来已在生产上应用。它能进一步

55、提高冷连轧机产量、改善产品质量、有效地解决板卷的穿带和抛尾问题，并能实现动态变规格和高速飞剪的剪切，这套控制系统使投资约增加15%-20%4自动化方面目前宽带钢热连轧机的计算机自动控制水平在各类轧机重是最高的，从板坯上料到卷取全部采用电子计算机控制。在我国轧钢生产的发展中，今后一个时期在适当建设现代化新企业、新装备的同时，大力进行原有设备的技术改造的和更新挖潜，逐步提高大型化、高速化、连续化和自动化的水平是摆在轧钢工作者的一项重要任务。2.6 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。轧辊的工作特点(1) 工作时能承受很大的轧制力和力矩，有时还有动载荷，例如初轧工作时，辊承受很大的惯性力和冲击。(2) 能在高温或温度变化很大的条件下工作。由于轧件温度很高而且还有冷却水，轧辊旋转冷