正文薄钢卷料矫平机组改进设计-控制系统

1、薄钢卷料矫平机组改良设计控制系统DESIGN OF THIN COIL LEVELER UNIT TO IMPROVECONTROL SYSTEM有CAD图纸第一章 绪论随着国家现代化建设的开展，国民经济各部门对板材、带材的需要量愈来愈大，板材、带材在整个轧材生产中所占的比重日趋增大，对产品的质量和精度要求也愈来愈高。近些年来，板材、带材轧制设备有了新的开展，出现了许多新设备和新结构。除了直接引进国外的技术装备外，国内正在设计和制造新的轧制设备，现有生产设备也需要用新技术改告造，以实现挖潜、革新，进一步提高生产技术水平。生产设备也矫平生产线主要应用于薄钢板的展开、分切、矫平、消除内应力、清洗、

2、裁剪、修缘、码剁、捆扎等加工，在设计矫平生产线之前必须考虑到几个因素，包括矫平生产线的剪切能力、产率、自动化程度、控制方法及平安性。例如剪板机应用于许多金属加工和薄板开料操作，在设计剪板机之前必须对几个因素进行考虑，包括剪板机的剪切能力、产率增强选件和平安性。剪板机类型由许多因素决定，诸如剪板机可处理材料的长度、厚度和种类。 剪板机可以按剪切形式及其驱动系统进行分类，有两种结构形式常用于电动龙门剪床：闸式也叫滑块式和摆式。 闸式剪板机利用驱动系统操纵动刀片向下移动到一定的位置，使动刀片在整个行程内几乎与定刀片保持平行。为了使刀架片横梁在相互移动的过程保持适宜的状态，闸式剪板机需要一个滑块导向系

3、统。摆式剪板机驱动系统中有一个用来操纵动刀片，使动刀片依附于滚柱轴承向下回转。这种结构不再需要利用凹字形导向条或滑道使刀片在剪切过程保持适宜的姿势18。当前我国机械制造业大量的通用设备在开展现代机械自动化技术时，可以有多种技术路线选择。应用微电子技术改造这些已有通用设备，比方用数显、数控装置改造通用设备，提高单机自动化程度；用可编程序控制器改造通用机床、专用机床、组合机床及自动设备与半自动设备组成的生产线，这样可以把计算机功能完备、编程灵活、适用性强的优点和继电器控制简单、抗干扰能力强、价格廉价等优点结合起来，这是一条低本钱、高效益，符合我国国情的机械自动化技术开展新途径。随着自动化设备对控制

4、的高精度、高响应性需求的不断增加，自动化控制技术不断提高，精确的高速定位控制得到广泛应用，PLC这一工业控制产品也从早期的逻辑控制领域不断扩展到运动控制领域，实现了以往继电器无法完成的运动控制功能。 PLC在社会生产中应用广泛，其技术也在不断的进步，并且在各个领域所涉及到的内容都存在着很大的空间。 在工业自动化领域，可编程控制器(PLC)作为自动控制以成为大多数自动化系统的设备根底，同时也给工业控制带来了前所未有的非凡变化。使用PLC的工业控制系统与传统的用继电器的工业控制系统相比，在操作、控制、效率和精度等各个方面都具有无法比较的优点。虽然在工业控制系统中所使用的继电器控制设备不会被完全淘汰

5、，但是由于PLC的出现已经改变了工业控制设计者的设计思想。可编程控制器作为一种通用的工业控制器，它有着继电器无法比较的优势。特别是现在高速开展的社会，对机械自动控制的要求越来越高。它可用于所有的工业领域。当前国内外已经广泛的将可编程控制器成功地应用到机械、冶金、石油、化工、纺织、交通、电力、军事等各个领域，并取得了可观的技术济济效益。而且它还代表当今电气控制技术的世界先进水平，它已与数控技术、CADCAM技术、工业机器人技术并列为工业自动化技术的四大支柱。第二章 矫平生产线控制系统简介 矫平生产线控制系统功能矫平生产线生产线的主要任务是通过开卷机构对薄钢板卷料展开，由牵引机构把薄钢板送到矫平生

6、产线构，对钢板进行矫平和消除内应力，中间途经分切机构，把钢板切成要求的宽度，再进入剪切机构，剪切完成后按一定的数量把钢板码垛。要完成这些任务，矫平生产线主要进行以下动作：牵引电机和矫平电机的启动、低速运行、停止，切刀的下降与上升，码垛机构的下降与上升。矫平生产线系统的实现主要包括两个方面：一个方面是矫平生产线机械结构的设计，另一个方面是矫平生产线控制系统的设计，属于自动控制领域的内容。而传统的继电器控制的半自动化装置因设计复杂、接线繁杂、易受干扰，从而存在可靠性差、故障多、维修困难等问题，已经不能矫平生产线控制的要求。PLC的出现和开展，为这些问题的解决指明了方向。矫平生产线应用于完成钢板加工

7、的生产线上，包括对钢板的展开、矫直、剪切、码垛等工序。开卷机液压控制牵引机矫平机变频器变频器剪切机码垛机接触器液压控制PLC图2-1 控制对象图2-2所示为矫平生产线剪切局部工作的示意图。图2-2 矫平生产线剪切示意图1、牵引电机，2、机架，3、码垛小车，4、剪切开关，5，减速开关，6、剪切下限开关，7、切刀，8，矫平机构矫平生产线完成上述这些动作主要是通过电动机的启停、接触器的通断和液压系统来驱动，由于涉及到电动机的速度控制，本设计选择使用变频器对电动机实行速度控制，再通过S7-200系列PLC对变频器进行控制实现速度的控制；通过PLC对电磁阀进行控制，用电磁阀控制的液压系统来驱动码垛机构；

8、通过PLC对接触器的控制通断，实现剪切机构的动作。矫平生产线的主要工作过程如下，如图2-3所示。电机启动启动电机减速 到减速位置电机停止切刀下降切刀上升板料下降下降完毕参数输入到剪切位置切割结束图2-3 矫平生产线工作过程1参数输入：为矫平生产线码垛机构设定码垛钢板的数量。2电机启动：矫平生产线开始运行，钢板卷料右行，并同时对钢板矫平。3电机减速：电机由高速运动变为低速运动，主要是为了使剪切精度更高，故使电机在低速下停止。4电机停止，切刀下降：控制牵引电机和矫平电机停止，使钢板处于静止状态，同时控制斜刃剪机的切刀下降，实行剪切运动。5切刀上升，板料下降：剪切结束后，切刀回到原来位置，而板料随码

9、垛机构下降，准备下一次码垛。6下降完毕：板料下降一定高度后，就停止下降，并且开始加工下一块板料。第二节 钢板卷料矫平生产线控制技术介绍工业生产用材，包括板材、卷材和带材，而在板材板型控制、卷材加工和带材矫直都要用到轧辊矫平技术。目前，我国正处于从钢铁大国到钢铁强国的过渡中，钢铁工业也处于深层次的结构调整之中。中厚板具有较高的附加值，成为开展的重点。面对剧烈的市场竞争，中厚板的开展重点正在从追求产量转移到追求质量上来。中厚钢板矫直机作为中厚板质量保证的一个重要环节，决定着产品的交货质量。随着民用消费类产品需求不断增加，市场对薄板需求也大幅度提升。而薄板往往加工成卷料，便于运输。购置卷材替代板材作

10、为原材料，在现场对卷料按照要求进行加工不仅能够降低原材料的本钱，还能提高利用效率。而卷板材生产和运输时易产生弯曲、翘曲、扭曲、波浪形屈曲，这些变形如果得不到及时有效地矫正，将严重影响着产品质量和数量的提高，尤其是本身作为工具的高精密仪器仪表和刀具，它们对用材平整度要求极其苛刻。板料开卷矫平剪切生产线就是可以把冷轧板、热轧板、彩色涂层钢板、铝板及不锈钢板等卷料平剪切成各种规格的定尺板材。矫平生产线采用多辊压下方式矫平，是其中的一个重要工序，它直接影响了加工后的板材的平整度及性能。为适应高质量钢板生产的需求，矫直机制造厂家如西马克(SMS)、奥钢联(VAl)、日本的三菱重工(MHT)及国内的太原重

11、型机械集团(TZ)等纷纷推出具有先进技术的矫直机，其中SMS设计制造的中厚板冷矫直机HPL(High Performance Leveler)型为目前先进矫直机技术的集中代表。当今世界上先进矫直机技术快速开展，中厚板矫直机正向重型化、全液压、自动化过渡。目前市场上很多矫平生产线的控制系统的一般采用专用或者通用控制器，主要由嵌入式控制器内嵌或者PLCSIEMENS S7-200 OR S7-300。上位机局部采用一体化工作站或者直接采用嵌入式主机。现场总线局部一般采用SIEMENS profibus、USS、SERCOS、CANopen以及自定义协议485接口通讯，全部数字化通讯控制。其一般控制

12、特点：开卷及收卷张力控制；工艺联锁控制；整线速度匹配控制包括码垛的节拍控制；操作简单，智能化程度高，速度快；动态画面显示，数据库记录工艺过程；采用ET200M或者德国Beckhoff CX1500系列总线模块,节约导线和接线工作量,数字化传输控制信号。在平板矫平生产线中，控制的关键是：在矫平过程完成后，控制系统能根据事先设定的长度板材准确定位。目前，矫平生产线大都是采用开环控制模式，利用传感器检测到的数据与PLC中设定的长度不断的进行比较，然后由PLC给出变频器的控制指令，PLC担负着比较重的运算任务，对PLC的程序设计要求比较高，并且某些条件一旦改变如定尺长度、矫平速度等，系统常数就需要重新

13、调试；并且，当系统高速运作的时候，钢板的冲量往往会很大，需在电动机上加制动单元，这无疑又增大了控制的难度。文献19利用富士SPB PLC, FRN VG7系列高性能矢量控制变频器所组成的闭环控制系统，具有一定的代表性，其具体配置如下：1 PLC：NWOP30T-31，富士SPB系列PLC,30点主机单元，晶体管输出，主要用于输出变频器的速度指令脉冲输出；2 PLC 扩展单元：NWOE16R-0，继电器输出，用于连接其他外设；3 人机界面： UG221H-LE4,”经济型单色触摸屏，用于PLC参数的设定，控制方式的选择，以及机器工作状态的监控。4 变频器：FRN11VG7S-4,11KW高性能矢

14、量型控制器。5 VG7 PG增设卡： OPC-VG7-PG,用于接受PLC发出的脉冲信号进行闭环控制。6 VG7对应制动电阻7 光电PG编码器：国产，脉冲数1024/转。8 电机：国产Y132M-4型 功率，电流，转速1440r/min。富士SPB 晶体管输出型PLC除了可将第0位Y10和第1位(Y11)作为普通外部输出外，还可以通过专用的指令使其作为100KHz的输出脉冲使用，本例中就使用了PLS1指令，输出给Y10与Y11Y10,Y11分别与VG7选件卡OPC-VG7-PG0相接进行脉冲与方向信号的控制。触摸屏画面中包括的界面有：主界面：主要是进行操作页面的选择，触摸相应键那么进入相应画面

15、；输入密码：进行参数设定时首先要输入密码；参数设定：如果密码正确那么进入该页进行参数设定，点相应位置会弹出进行输入的数字键盘；自动操作：在该页中进行系统的自动运行及监控。手动操作：进行手动状态下的运行与监控。变频报警当系统检测到变频器出故障时，自动跳到该页。该系统中VG7系列变频器极强的控制性能，SPB PLC丰富的编程语言，UG系列触摸屏强大的画面制作能力都得到了很好的表达，与到达同样精度、效率要求的伺服系统相比，价格优势明显，所以在同行业及需要精密位置控制的系统中有很好的推广价值19。 本课题研究的内容从前面的分析可以看出，国外开发生产的矫平生产线已经综合应用了微电脑和电液控制等最新技术，

16、而且具有控制方便、功能齐全、人机工作界面友好等特点。由于经济和技术水平存在一定的差距，高精度矫平生产线在国内还是空白。随着我国工业结构的调整，高精尖产品需求不断增加，对材料性能的要求更为严格，平整度作为重要指标之一更是如此。本课题从实际出发，结合我国材料平整行业的研究、开发和生产状况，对矫平生产线PLC控制系统做了一些实际研究工作，为进一步提高国产矫平生产线的技术水平打下有力的根底。矫平生产线控制系统包括送料速度控制系统、板料剪切控制系统和板料堆垛控制系统，通过PLC与变频器来控制调节送料速度控制系统，PLC对板料剪切控制系统和堆垛控制系统。本课题研究方法是：在确定机械系统和电路系统的根底上，

17、设计速度控制系统、剪切控制系统和堆垛控制系统。采用可编程控制器与变频器实现矫平生产线的自动控制，其中包括数据的输入和数据的显示输出，个性化的人机界面，简捷易用方便的操作控钮，平安可靠的工作环境。第三章 矫平生产线控制系统硬件设计本次设计的矫平生产线控制系统，采用PLC和变频器与液压控制系统组成顺序控制系统。系统相对更加简单，可适当降低本钱。通过PLC驱动液压控制系统的电磁阀，实现油缸的工进动作，同时PLC控制变频器实现对电动机的启动、停止与变速等动作。第一节 可编程控制器一、可编程控制器的选型 目前PLC的生产厂家很多，每个厂家生产的PLC，其点数、容量、功能各有差异，但都自成系列，指令及外设

18、向上兼容。据统计，由于近十年来国际知名的PLC生产厂家不断地兼并和重组。当今业界的PLC生产厂家约150家，生产300多个品种的PLC。也正是由于兼并和重组，形成了全球最大的5家PLC制造商，以1994年的市场销售额及所占与市场份额的数据为例，德国西门子公司为11亿美元，占22.1%；美国AB公司为8亿美元，占16%；AEG-SCHNEIDER公司为5.5亿美元，占10.8%；日本的三菱公司为5亿美元，占9.9%：日本欧姆龙公司为4亿美元，占8%；这5家的销售额约332亿美元，约占全球市场销售额的67%。德国西门子公司在自动控制领域有着优良的传统，拥有一大系列用于自动化控制的设备，特别是其PL

19、C以它良好的性能占有中国的大局部市场，拥有良好的售后效劳网络，所以本系统采用西门子公司的S7-224 PLC。该PLC采用模块化结构，可根据现场需要进行不同功能的扩展和组装。一种型号的PLC 可用于控制从几个I/O 点到几百个I/O 点的控制系统。该PLC具有两个通讯接口port0、port1。将1口设为RS-485串口通讯方式，与变频器进行通讯，0口保存为PPI协议与人机界面进行连接。由于系统涉及多种速度控制，所以本设计另外采用一个变频器与PLC同时控制异步电动机。二、西门子S7-200可编程控制器的组成 PLC作为微电子技术和继电器常规控制概念相结合的产物，是一种以微处理器为核心的用作控制

20、的特殊计算机，因此它的组成局部与一般的微机装置类似，也是有硬件和软件两大局部组成的。典型的PLC控制系统硬件组成如图4-1所示，主要由中央处理单元、输入接口、输出接口、通信接口等局部组成，其中CPU是PLC的核心，I/O部件是连接现场设备与CPU之间的接口电路，通信接口用于与编程器和上位机连接。对于整体式PLC，所有部件都装在同一机壳内；对于模块式PLC，各功能部件独立封装，称为模块或模板，各模块通过总线连接，安装在机架或导轨上。无论那种结构类型的PLC，都可以根据用户需要进行配置与组合。图3-1 PLC控制系统硬件组成三、 可编程控制器的工作原理PLC控制系统的软件主要由系统软件、应用软件、

21、编程语言及编程支持工具软件几个局部组成的，其工作方式以周期扫描方式为主，兼有定时中断方式、输入中断方式、通信方式等等。PLC通电后，需要对硬件和软件作一些初始化的工作。为了使PLC的输出及时地响应各种输入信号，初始化后反复不停地分阶段处理各种不同的任务如图3-2，这种周而复始的循环工作模式称为扫描工作模式。其中系统软件是PLC工作所必须的软件，在系统软件的支持下，PLC对用户程序进行逐条解释，并加以执行，直到用户程序结束，然后返回到程序的起始又开始新的一轮扫描。周期扫描方式大致可以分为六个过程。上电处理过程指PLC每次上电工作的初始化处理，只是第一个扫描周期执行，CPU进行初始化工作，包括去除

22、内部继电器区，复位所有的定时器，检查I/O单元的连接等。PLC扫描完第一周期后，以后就不再进行上电处理除非重新上电。 RUN状态 STOP状态图3-2 扫描过程 薄钢板卷料矫平生产线系统软硬件系统构成一、将依次详细地介绍硬件系统中的各个局部。一 LC主机选择西门子S7-200系列PLC来作为矫平生产线控制系统的控制主机。在西门子S7-200系列PLC中又有CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、CPU226XM等。此矫平朵控制系统总共有7个数字量输入，8个数字量输出，共需15点I/O，根据I/O点数及程序容量，选择了CPU224作为其主机。 CPU224具有以下特性：1 8KB

23、程序存储器，典型的为2.6K条指令； 2 2.5K字数据存储器； 3 1个可插入的存储器子模块； 4 14个数字量输入，有4个可用作硬件中断，10个用于高速功能； 5 10个数字量输出，其中2个可用作本机集成功能； 6 2个8位分辨率的模拟电位器； 7 数字量输入/输出，最多可以提高扩展成94个数字量输入，74个数字量输出；8 模拟量输入/输出，最多可以扩展成28个模拟量输入与7个模拟量输出，或者是14个模拟量输出；9 256个计数器，计数范围为032767；10 具有256个内部标志位；11 具有256个定时器，其中，分辨率为1ms的有4个，其定时范围为1ms30s；分辨率为10ms的有16

24、个，其定时范围为10ms5min；分辨率100ms的有236个，定时范围为100ms54min；12 具有4个中断输入；13 6个32位的高速计数器，可作为加/减计数器用，或将增量编码器的两个相互之间相移为90的脉冲序列连接到高速计数器输入端，可编程使能和复位输入，在到达设定值时可中断，计数方向可反向；14 2个高速脉冲输出，可产生中断，脉冲宽度和频率可调；15 1个RS-485通信接口；16 AS接口最大输入/输出有496个，可以扩展7个模块。二 各种开关在此控制系统中，总共用了5个开关：启动开关、停止开关、减速开关、剪切开关、剪切下限开关。这些开关主要是用来控制矫平生产线的电动机的启停和电

25、磁阀的通断。1启动开关。启动开关用于控制牵引电机和矫平电机的启动。2停止开关。停止开关用于控制牵引电机和矫平电机的停止。3减速开关。减速开关用于控制牵引电机和矫平电机的速度运动状态。4剪切开关。剪切开关用于控制剪切电机，使切刀作上下运动。5剪切下限开关。剪切下限开关用于控制剪切电机的工作是否完成，假设剪切完成，那么切刀向上运动，假设未完成，那么切刀继续向下运动，直至剪切完成。 三各种传感器1、高度检测传感器构中的侧面的适宜位置，安装有高度检测传感器。高度检测传感器主要是用来判断码垛机构上的钢板是否下降到适宜位置，是用来指示加工下一块板料的重要判断依据。2、位置传感器本设计中共使用三个位置传感器

26、，分别是用来使电动机减速、停机和剪切停止开关。 (四)、变频器 根据上一章的介绍，本设计选择了三菱变频器中的FR-A740-11KW-CHT和FR-A740-1.5KW-CHT两种变频器。三菱变频器FR-A740系列产品的主要参数有：功率范围：500KW；闭环时可进行高精度的转矩/速度/位置控制；无传感器矢量控制可实现转矩/速度控制；内置PLC功能特殊型号；使用长寿命元器件，内置EMC滤波器；强大的网络通讯功能，支持DeviceNet，Profibus-DP，Modbus等协议。(五)、各种接触器1、 剪切电机接触器。剪切电机并不需要时刻连续的作上下往复运动，而是根据矫平生产线的当前工作情况由

27、控制系统一同控制剪切电机的工作与否，该什么时候向下剪切，该什么时候停在最高位。因此，就必须在剪切电机局部安装一个可以控制电机是运转不是停止的接触器，再通过PLC控制接触器，最后到达控制目的。3、 矫平电机接触器矫平电机接触器的主要作用是用来手动控制与自动控制的切换。二、硬件系统构成及PLC结点分配薄钢板卷料矫平生产线控制系统的硬件框图如图5-5所示人机界面启动开关停止开关减速开关剪切开关剪切下限开关高度检测器变频器正转触点变频器低速触点剪切电机接触器液压电磁阀矫平电机接触器S7-200 PLCCPU224图3-3 矫平生产线控制系统的硬件框图表3-1 I/O分配表输入设备输入点编号(I/O)输

28、出设备输出点编号(I/O)启动按钮(SB1)电机启动停止按钮(SB2)低速信号减速开关(SB3)剪切电机启动剪切开关(SB4)液压电磁阀剪切下限开关(SB5)液压电磁阀高度检测器(SB6)自/手动切换电磁阀报警开关(SB7)自/手动切换电磁阀自/手动切换电磁阀根据硬件框图及PLC系统的I/O分配分配情况，薄钢板卷料矫平生产线控制系统西门子S7-200系列PLC的CPU224控制局部的硬件接线图如图3-4所示。图3-4 矫平生产线控制系统的接线图三、控制系统软件流程矫平生产线工作时的步骤如下：1 预读系统，系统关键机构复位，输入参数；2 按下启动按钮，矫平生产线系统开始工作；3 薄钢板在牵引电机

29、和矫平电机的带动下向右运动；4 待钢板运动到减速开关位置，压下减速开关，牵引电机和矫平电机同时开始减速；5 待钢板运动到剪切开关位置，压下剪切开关，牵引电机和矫平电机同时停止，同时启动剪切机构的电机，使切刀向下运动。6 待切刀碰到剪切下限开关，说明已经剪切结束，切刀迅速上升；7 等待2s；8 码垛机构开始下降，并计数；9 待高度检测传感器检测到钢板下降完毕后，断开液压电磁感应阀；10 计数器到达已设定的参数值时，码垛机构上升，系统暂停20s，使码垛机构处理已堆积好的钢板；11 计数器未到达已设定的参数值时，开始加工下一块钢板。根据薄钢板卷料矫平生产线控制系统的工作过程，设计程序流程图如图5-1

30、9所示。开始接通系统所有控制电源输入参数读入SB5状态SB5=0？切刀已置上位Q0.4=0？液压机构位于最高位置按下启动按钮SB1读入参数电机正转，板料右行Q0.0=1读入SB3状态是否到达减速位置SB3=1？电机减速Q0.0=1，Q0.1=1读入SB4状态是否到达剪切位置SB3=1？电机停止Q0.0=0，Q0.1=0，切刀下降Q0.2=1NYNYNYNYAB读入SB5状态是否到达剪切位置SB5=1？剪切完毕,切刀上升(Q0.2=0)板料是否下降Q0.3=1？板料下降Q0.3=1读入SB6状态板料是否下降完毕SB6=1？板料下降完毕Q0.3=0读入SB1,SB3,SB4状态电机,切刀是否复位？

31、读计数器C100状态KK=1？YNNYNYNYNY图3-5 矫平机控制系统流程图结束四、PLC控制系统程序BA按照薄钢板矫平生产线控制系统的控制功能与任务，以及程序流程图，设计程序，以下为采用STL语言编写的是PLC程序，对应的PLC梯形图见附录。ORGANIZATION_BLOCK 主程序:OB1TITLE=矫平生产线顺序控制Network 1 / 初始状态S M0.0, 1S M1.0, 1S M1.1, 1S M1.2, 1Network 2 / 按下停止按钮，整个系统停止R M0.0, 1R M1.0, 2R M1.1, 2Network 3 / 启动中断ATCH INT0, 0ENI

32、Network 4 / 按下启动开关I0.0，电机变频启动至工频运转，板料右行S M0.1, 1R M0.0, 2Network 5 / 到达减速位置I0.2，电机开始减速S M0.2, 1Network 6 / 到达剪切位置I0.3，牵引电机和展平电机停机，剪切电机启动S M0.3, 1R M0.1, 2R M0.2, 2Network 7 / 剪切完毕，启动液压控制电磁阀，剪切电机复位S M0.4, 1R M0.3, 2Network 8 / 板料下降完毕R M0.4, 2S M0.5, 1Network 9 / 下降完毕后，开始计数，如果按下停止按钮，那么计数器复位CTU C100, V

33、W100Network 10 MOVW VW100, VW101Network 11 / 数量满100时，系统暂停20秒LD C100S M0.0, 3R M0.5, 2S M0.6, 1TON T111, 200Network 12 / 系统暂停20秒后，系统重新开始工作LD T111S M0.1, 3R M0.6, 2Network 13 / 数量未满100时，系统循环LDN C100S M0.1, 4R M0.5, 3Network 14 Network 15 Network 16 Network 17 Network 18 Network 19 Network 20 END_ORGAN

34、IZATION_BLOCKTITLE=子程序注释BEGINNetwork 1 / 网络标题/ 网络注释END_SUBROUTINE_BLOCKINTERRUPT_BLOCK INT_0:INT0TITLE=当变频器输出报警信号时，PLC停止工作BEGINNetwork 1 / 网络标题/ 网络注释R M0.0, 4R M0.1, 4R M0.2, 4R M0.3, 0R M0.4, 4END_INTERRUPT_BLOCK第四章 电机的变频控制本次设计的矫平生产线控制系统，共有牵引电动机、矫平电动机和剪切电动机三个电动机。因为生产的需要，其中对牵引电动机与矫平电动机实行变速控制，使其到达控制要

35、求。第一节 变频器概述变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换成另一种频率电源的电能控制装置。通俗的说，它是一种能改变施加于交流电动机的电源频率值和电压值的调速装置。变频器是现代最先进的一种异步电动机调速装置，能实现软启动、软停止、无级调速以及特殊要求的加、减速特性等，具有显著的节电效果。它具有各种预警、预报信息和状态信息及诊断功能，便于调试和监控，可用于恒转矩、平方转矩和恒功率等各种负载。变频器由电力电子半异体器件如整流模块、绝缘栅双极晶体管IGBT、电子器件集成电路、开关电源、电阻、电容等和微处理器CPU等组成。根本结构如图1所示，根本结构原理框图如图2所示。图4-1 变频器的根

36、本构成交直交变频器变频器由主电路、控制电路、操作显示电路和保护电路4局部组成。主电路。给异步电动机提供调频调压电源的电力变换局部称为主电路。主电路包括整流器、直流中间电路和逆变器。 整流器。它是由全波整流桥组成，其作用是把工频电源变换成直流电源。整流器的输入端接有压敏电阻网络，保护变频器免受浪涌过电压及大气过电压冲击而损坏。 直流中间电路。由于逆变器的负载为异步电动机，属于感性负载，因此在直流中间电路和电动机之间总会有无功功率交换，这种无功能量要靠直流中间电路的储能元件电容器或电感器来缓冲。另外，直流中间电路对整流器的输出进行滤波，以减小直流电压或电流的波动。在直流电路里设有限流电路，以保护整

37、流桥受冲击电流作用而损坏。制动电阻是为了满足异步电动机制动需要而设置的。图42 变频器的根本结构原理框图 逆变器。它与整流器的作用相反，是将直流电源变换成频率和电压都任意可调的三相交流电源。逆变器的常见结构是由6个功率开关器件组成的三相桥式逆变电路。它们的工作状态受控于控制电路。 2 控制电路主控制电路CPU。控制电路由运算放大电路，检测电路，控制信号的输入、输出电路，驱动电路等构成，一般采用微机进行全数字控制，主要靠软件完成各种功能。 3 操作显示电路。这局部电路用于运算操作、参数设置、运行状态显示和故障显示。 4 保护电路。这局部电路用于变频器本身保护和电动机保护等。第二节 变频器的根本工

38、作原理变频器的组成结构二、变频器的工作原理异步电动机的同步转速，即旋转磁场的转速为 (4-1)式中 同步转速，r/min； 定子电流频率； p栅极对数。异步电动机的轴转速为 (4-2)式中 s异步电动机的转差率，。改变异步电动机的供电频率，可以改变其同步转速，实现调速运行。对异步电动机进行调速控制时，希望电动机的主磁通保持额定值不变。磁通太弱，那么铁芯利用不够，同样的转子电流下，电磁转矩小，电动机的负载能力下降；磁通太强，那么处于过励磁状态，使励磁电流过大，这就限制了定子电流的负载分量，为使电动机不过热，负载能力也要下降。异步电动机的气隙磁通主磁通是由定、转子合成磁动势产生的，如何才能保持气隙

39、磁通恒定。由电动机理论可知，三相异步电动机定子每相电动势的有效值为 (4-3)式中 旋转磁场剪切定子绕组产生的电动势，V； 定子电流频率； 定子相绕组有效匝数； 每极磁通量，Wb。由上可知，的值是由和共同决定的，对和进行适当的控制，就可以使气隙磁通保持额定值不变。第三节 变频器的选用及参数设定一、变频器的选用1、 风机、泵类负载。此类负载，低速下负载转矩较小，通常可以选择普通功能型。2、 恒转矩类负载。例如挤压机、搅拌机、传送带、厂内运输电车、起重机的平移机构、起重机的提升机构和提升机等，有两种情况：采用普通功能型变频器。为了实现恒转矩调速，常采用加大电动机和变频容量的方法，以提上下速转矩。采

40、用具有转矩控制功能的高功能型变频器实现恒转矩负载的恒速运行，是比较理想的。因为这种变频器低速转矩大，静态机械特性硬度大，不怕冲击负载，具有挖土机特性。从目前看，这种变频器的性能价格比还是相当令人满意的。恒转矩负载下的传动电动机，如果采用通用标准电动机，那么应考虑低速上的强迫通风冷却。3、 轧钢、造纸、塑料薄膜加工线。这一类对动态性能要求较高的机械，原来多采用直接传动方式。目前，矢量控制型变频器已经通用化，加之笼型电动机具有巩固耐用、不用维护、价格廉价等优点，所以，对于要求精度高、响应快的生产机械，采用具有矢量控制高性能型变频器是一种很好的方案。二、参数设定下列图为参数Pr.1的设置过程:图4-

41、10 参数设置过程例如表5-3 变频器FR-A740-11KW-CHT控制参数参数设定表参数代码功能设定数据转矩提升4%上限频率50Hz下限频率0HZ基准频率50Hz多段速设定：1段速5Hz加速时间5s减速时间1s电子过流保护A适用负荷选择0加减速基准频率50Hz加减速时间单位0参数输入选择0逆转防止选择1运行模式选择3电动机容量11KW电动机极数4电动机励磁电流20A电动机额定电压380V电动机额定频率50HzSTF端子功能的选择60RL端子功能的选择0表5-3 变频器控制参数参数设定表参数代码功能设定数据转矩提升4%上限频率50Hz下限频率0HZ基准频率50Hz多段速设定：1段速5Hz加速

42、时间5s减速时间1s电子过流保护适用负荷选择0加减速基准频率50Hz加减速时间单位0参数输入选择0逆转防止选择1运行模式选择3电动机容量1.5KW电动机极数4电动机励磁电流电动机额定电压380V电动机额定频率50HzSTF端子功能的选择60RL端子功能的选择0第五章 参数输入与显示由于此系统涉及到数据参数的输入和显示，本设计选择采用一个中文显示器MD204模块，该模块可以用于解决S7-200系列PLC的操作界面问题，它既可以用于显示输出，也可以用于局部的参数输入。MD204L可编程文本显示器的前面板如下列图5-1所示：文本显示器MD204L的特点： 1 MD204L可与三菱FX 系列/欧姆龙C

43、 系列/西门子S7-200 系列/光洋S 系列/施耐德NEZA系列/台达DVP系列/ LG Master-K系列/松下FP系列/永宏FB系列等PLC通讯 ；2 具有密码保护功能，具有报警列表功能，逐行实时显示当前报警信息 3 自由选择通讯方式，RS232/RS422/RS485 ；4 任意按键可被定义成功能键，支持MODBUS ASCII、RTU组网通讯，支持并口打印机及串口微型打印机，支持配方功能，历史资料可由PLC控制或自动采样记录，有棒状图和曲线图及报警列表功能，万年历及实时时钟功能确保用户资料不丧失。图5-1 MD204L模块MD204L技术说明如下: 显示屏: 3.7寸STN 液晶屏

44、 分辨率: 192 84 像素支持4行12中文字符显示 亮 度: 60 cd/平方米； 色 彩: 单色 比照度: 15:1 背光灯: 长寿命绿色LED CPU: 8位处理器 存储器: 512KB Flash ROM； 通信端口: 自由选择通讯方式，RS232/RS422/RS485任选； 功能按键: 20个按键可被定义成功能键,可替代局部控制柜上机械按键。 MD204L可以通过PPI协议和S7-200系列PLC的编程口或扩展通讯口直接通讯。表5-1 MD204L与S7-200通讯方式工程内容MD204L通讯口RS485通讯端子PLC通讯口编程口或扩展通讯口缺省通讯参数9600bps、8bit、

45、1stop、Even局号2局通信距离最大100米双绞线通讯方式RS485电缆型号MD-S7-CAB0开关量对应地址M000-M317数字量对应地址VW000-VW4096图5-2 MD-S7-CAB0连线图MD204L数据输入和输出的使用方法：先安装一个MD204编辑软件JB-HMI，可以在网络上很容易搜索到。JB-HMI 是可编程文本显示器MD204L应用画面开发软件，运行于WINDOWS 95/98/2000之下。作为二次开发工具，该软件使用方便，简洁易学，能直接设置中英文字符。翻开工程后，用户就可以新建或翻开画面。每幅画面都可以放置文字中英文、指示灯、开关、数据显示设定窗、跳转键等元素。

46、每幅画面之间可实现自由跳转，操作者可完成数据监视、参数设定、开关控制、报警列表监视等操作。 JB-HMI的根本使用流程如下：安装软件运行程序创立或翻开工程创立或翻开画面编辑画面保存工程传送画面运行图5-3 JB-HMI 根本使用流程图安装好后翻开此软件，运行JB-HMI软件后，计算机显示器中央出现画面编辑器界面如图5-4所示：图5-4 JB-HMI画面编辑界面按键或击活文件新建工程命令，屏幕中弹出PLC机型选择对话窗，如图5-5所示：图5-5 PLC机型选择对话窗PLC类型 根据显示器通讯对象，选择PLC机型。JB-HMI下载画面时，将指定的PLC通讯协议和画面数据一同传送给MD204L显示器

47、，显示器工作时，即通过此协议和PLC通讯。如图5-6所示。图5-6 JB-HMI工作界面按键或击活工具文本命令，在屏幕中放置三个文本框，如图5-7所示：图5-7 放置文本在右边文本属性栏里面修改文本属性，修改后如图5-8所示：图5-8 文本属性修改 按键或击活工具存放器命令，在屏幕中放置第一个存放器，把存放器选项中的地址改为VW100，并单击设定复选框，使之变为输入，结果如图5-9所示：图5-9 输入存放器的设置在屏幕中放置第二个存放器，把此存放器的地址改为101，结果如图5-10所示：图5-10 输出存放器的设置注意：此存放器不要单击设定复选框。设置完成后先保存文件，文件名为“矫平生产线参数

48、输入和显示模块，结果如图5-11所示：图5-11 保存工程文件用通讯下载电缆将计算机9针RS232串口和MD204L的9针串口连接起来，确认MD204L已加上+24V电源。按键或击活工具下载命令，开始下载数据，出现下载画面数据提示窗，提示下载进度。如图5-17所示： 图5-17 数据下载注意：下载画面数据过程中，确保MD204L不能断电！画面传送结束后，弹出对话窗，表示工程画面已全部传送。如图5-17所示。关掉显示器电源。拔出画面传送电缆MD-SYS-CAB0，用PLC通讯电缆将MD204L和PLC连接起来。 给PLC和显示器上电，如果通讯正常，便能进行数据监视等各项操作。如果因为通讯参数不正

49、确或电缆连接错误造成通信失败，显示器的右下角显示文字“正在通讯，说明MD204L正在和PLC建立通讯。第六章 液压控制系统液压系统简介一 液压系统的组成及其作用 一个完整的液压系统由五个局部组成，即执行元件、动力元件、控制元件、辅助元件附件和液压油。执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为村力

50、控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀(平安阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。辅助元件包括油箱、蓄能器、热交换器、压力继电器、滤油器、油管及管接头、密封圈、快换接头、高压球阀、胶管总成、测压接头、压力表、油位油温计等。图6-1 液压系统组成液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。二 液压系统结构液压系统由信号控制和液压动力两局部组成，信号控制局部用于驱动液压动力局部中的控制阀

51、动作。液压动力局部采用回路图方式表示，以说明不同功能元件之间的相互关系。液压源含有液压泵、电动机和液压辅助元件；液压控制局部含有各种控制阀，其用于控制工作油液的流量、压力和方向；执行局部含有液压缸或液压马达，其可按实际要求来选择。在分析和设计实际任务时，一般采用方框图显示设备中实际运行状况。 空心箭头表示信号流，而实心箭头那么表示能量流。根本液压回路中的动作顺序控制元件二位四通换向阀的换向和弹簧复位、执行元件双作用液压缸的伸出和回缩以及溢流阀的开启和关闭。第二节 液压控制系统设计按照液压系统的主要功用可分为液压传动系统和液压控制系统。如前所述,任何一个液压系统都是由一些液压元件和液压根本回路组成的。在设计液压控制系统过程中，先分析系统的动作，绘制运动状态图，根据运动状态图，控制回路图。(一) 开卷机机构液压系统设计开卷机机构的主要任务是在薄钢卷料上料之后，通过张紧机构把卷料张紧，防止卷料在加工过程中串动。张紧机构是指由活塞杆向右运动，带动杆上的滑块也躺运动，进而把上滑块向外运动，到达张紧的目的。开卷机机构液压系统工作过程：启动液压马达后，按下开关，使电磁阀11DT得电，三位四通阀左路接入回路，液压缸向右运动，同时蓄能器开始蓄能，运动到最右端之后蓄能器继续蓄能，到达压力继电器所设压力值后，电磁阀1失电，三位四通