轧钢机系统的模拟控制

目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"绪论 2\o"CurrentDocument"课题介绍 7课程设计内容及要求 9\o"CurrentDocument"3.1控制要求 9\o"CurrentDocument"3.2设计要求 11\o"CurrentDocument"3.3控制原理 11\o"CurrentDocument"3.4控制方案 11硬件设计 12\o"CurrentDocument"4.1硬件设计要求轧钢机系统结构 12\o"CurrentDocument"4.2元器件选择 13\o"CurrentDocument"4.3元器件清单 14\o"CurrentDocument"4.4硬件控制原理图 14\o"CurrentDocument"软件设计 16\o"CurrentDocument"5.1I/O地址表 17\o"CurrentDocument"5.2程序设计及说明 18\o"CurrentDocument"运行调试 20\o"CurrentDocument"小结 22附录 23参考文献 23\o"CurrentDocument"主电路 24\o"CurrentDocument"控制电路 25\o"CurrentDocument"总梯形 26绪论可编程序控制器，英文称ProgrammableLogicalController,简称PLC。它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置，专为在工业现场应用而设计，它采用可编程序的存储器，用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令，并通过数字式或模拟式的输入、输出接口，控制各种类型的机械或生产过程。PLC是微机技术及传统的继电接触控制技术相结合的产物，它克服了继电接触控制系统中的机械触点的复杂接线、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点，充分利用了微处理器的优点，又照顾到现场电气操作维修人员的技能及习惯，特别是PLC的程序编制，不需要专门的计算机编程语言知识，而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式，使用户程序编制形象、直观、方便易学；调试及查错也都很方便。用户在购到所需的PLC后，只需按说明书的提示，做少量的接线和简易的用户程序的编制工作，就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。随着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，可靠性差。可编程控制器综合了计算机技术、半导体集成技术、自动控制技术、数字技术和通信网络技术发展起来的一种通用工业自动控制装置。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。PLC控制技术代表着当前程序控制的先进水平，PLC装置已成为自动化系统的基本装置。可编程逻辑控制器PLC具备逻辑控制、定时、计数等功能，编程语言采用直观的梯形图语言，软件更改方便，通用性和灵活性好。目前，可编程控制器PLC主要是朝着小型化、廉价化、标准化、高速化、智

能化、大容量化、网络化的方向发展，及计算机技术相结合，形成工业控制机系统、分布式控制系统，现场总线控制系统，这将使PLC的功能更强，可靠性更高，使用更方便，适用范围更广。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。可编程控制器的基本结构可编程控制器主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器组成（如下图所示）。按钮选择开关限位开关电源按钮选择开关限位开关电源接触器电磁阀指示灯电源1、CPU模块CPU模块又叫中央处理单元或控制器，它主要由微处理器（CPU）和存储器组成。它用以运行用户程序、监控输入/输出接口状态、作出逻辑判断和进行数据处理，即读取输入变量、完成用户指令规定的各种操作，将结果送到输出端，并响应外部设备（如编程器、电脑、打印机等）的请求以及进行各种内部判断等。PLC的内部存储器有两类，一类是系统程序存储器，主要存放系统管理和监控程序及对用户程序作编译处理的程序，系统程序已由厂家固定，用户不能更改；另一类是用户程序及数据存储器，主要存放用户编制的应用程序及各种暂存数据和中间结果。2、I/O模块I/O模块是系统的眼、耳、手、脚，是联系外部现场和CPU模块的桥梁。输入模块用来接收和采集输入信号。输入信号有两类：一类是从按钮、选择开关、数字拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等来的开关量输入信号；另一类是由电位器、热电偶、测速发电机、各种变送器提供的连续变化的模拟输入信号。可编程序控制器通过输出模块控制接触器、电磁阀、电磁铁、调节阀、调速装置等执行器，可编程序控制器控制的另一类外部负载是指示灯、数字显示装置和报警装置等。3、 电源可编程序控制器一般使用220V交流电源。可编程序控制器内部的直流稳压电源为各模块内的元件提供直流电压。4、 编程器编程器是PLC的外部编程设备，用户可通过编程器输入、检查、修改、调试程序或监示PLC的工作情况。也可以通过专用的编程电缆线将PLC及电脑联接起来，并利用编程软件进行电脑编程和监控。5、 输入/输出扩展单元I/O扩展接口用于将扩充外部输入/输出端子数的扩展单元及基本单元（即主机）连接在一起。6、 外部设备接口此接口可将编程器、打印机、条码扫描仪，变频器等外部设备及主机相联，以完成相应的操作。可编程控制器的工作原理可编程控制器有两种基本的工作状态，即运行（RUN）状态及停止（STOP）状态。在运行状态，可编程序控制器通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使可编程序控制器的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直至可编程序控制器停机或切换到STOP工作状态。除了执行用户程序之外，在每次循环过程中，可编程序控制器还要完成内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5个阶段。在内部处理阶段，可编程序控制器检查CPU,模块内部的硬件是否正常，将监控定时器复位，以及完成一些别的内部工作。在通信服务阶段，可编程序控制器及别的带微处理器的智能装置通信，响应编程器键入的命令，更新编程器的显示内容。在输入处理阶段，可编程序控制器把所有外部输入电路的接通 /断开（ON/OFF）状态读入输入映像寄存器。在程序执行阶段，即使外部输入信号的状态发生了变化，输入映像寄存器的状态也不会随之而变，输入信号变化了的状态只能在下一个扫描周期的输入处理阶段被读入。在输出处理阶段，CPU将输出映像寄存器的通/断状态传送到输出锁存器。可编程控制器的编程语言概述现代的可编程控制器一般备有多种编程语言，供用户使用。IEC1131-3-可编程序控制器编程语言的国际标准详细的说明了下述可编程控制器编程语言：1） 顺序功能图2） 梯形图3） 功能块图4） 指令表5） 结构文本其中梯形图是使用得最多的可编程控制器图形编程语言。梯形图及继电器控制系统的电路图很相似，具有直观易懂的优点，很容易被工厂熟悉继电器控制的电气人员掌握，特别适用于开关量逻辑控制，主要特点如下：1） 可编程控制器梯形图中的某些编程元件沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器、内部辅助继电器等，但是它们不是真实的物理继电器（即硬件继电器），而是在软件中使用的编程元件。每一编程元件及可编程序控制器存储器中元件映像寄存器的一个存储单元相对应。2） 梯形图两侧的垂直公共线称为公共母线（BUSbar）。在分析梯形图的逻辑关系时，为了借用继电器电路的分析方法，可以想象左右两侧母线之间有一个左正右负的直流电源电压，当图中的触点接通时，有一个假想的“概念电流”或“能流（Powerflow）从左到右流动，这一方向及执行用户程序时的逻辑运算的顺序是一致的。3） 根据梯形图中各触点的状态和逻辑关系，求出及图中各线圈对应的编程元件的状态，称为梯形图的逻辑解算。逻辑解算是按梯形图中从上到下、从左到右的顺序进行的。4） 梯形图中的线圈和其他输出指令应放在最右边。5） 梯形图中各编程元件的常开触点和常闭触点均可以无限多次地使用。可编程控制器的编程步骤（1） 确定被控系统必须完成的动作及完成这些动作的顺序。（2） 分配输入输出设备，即确定哪些外围设备是送信号到PLC，哪些是外围设备是接收来自PLC信号的。并将PLC的输入、输出口及之对应进行分配。（3） 设计PLC程序画出梯形图。梯形图体现了按照正确的顺序所要求的全部功能及其相互关系。（4） 实现用计算机对PLC的梯形图直接编程。（5） 对程序进行调试（模拟和现场）。（6） 保存已完成的程序。显然，在建立一个PLC控制系统时，必须首先把系统的需要的输入、输出数量确定下来，然后按需要确定各种控制动作的顺序和各个控制装置彼此之间的相互关系。确定控制上的相互关系之后，就可进行编程的第二步一分配输入输出设备，在分配了PLC的输入输出点、内部辅助继电器、定时器、计数器之后，就可以设计PLC程序画出梯形图。在画梯形图时要注意每个从左边母线开始的逻辑行必须终止于一个继电器线圈或定时器、计数器，及实际的电路图不一样。梯形图画好后，使用编程软件直接把梯形图输入计算机并下载到PLC进行模拟调试，修改f下载直至符合控制要求。这便是程序设计的整个过程。课题介绍钢铁的用途十分广阔，在国民经济中起着极为重要的作用。可以说,钢铁生产水平是衡量一个国家工业、农业、国防和科学技术水平的重要标志。由于科技的进步和人们生活水平的提高，生产设备和产品的更新，人们对钢材的产量和质量提出了更高的要求，为了提高生产率，降低原材料和能源的消耗及产品的成本。需要进一步完善轧钢设备制造水平，在这种形势下设计新型的轧钢机对其原有的钢铁生产线进行技术更新是非常必要的。随着计算机控制技术的不断完善和发展,在冶金生产中，通过采用新的控制思想和新的行算机控制手段，以提高产品质量带来更大的经济效益，这是冶金生产的技术进步的必的计算机控制手段，以提高产品质量带来更大的经济效益，这是冶金生产的技术进步的必由之路。轧钢技术发展前景世界轧钢工业的技术进步主要集中在生产工艺流程的缩短和简化上，最终形成轧材性能高品质化、品种规格多样化、控制管理计算机化等。展望未来，轧钢工艺和技术的发展主要体现在以下几方面：铸轧一体化利用轧辊进行钢材生产，因其过程连续、高效、可控且便于计算机等高新技术的应用，在今后相当一段时间内，以辊轧为特征的连续轧钢技术仍将是钢铁工业钢材成型的主流技术，但轧钢前后工序的衔接技术必将有长足的进步。在2O世纪，由于连铸的发展，已经逐步淘汰初轧工序。而连铸技术生产的薄带钢直接进行冷轧，又使连铸及热轧工序合二为一。铸轧的一体化,将使轧制工艺流程更加紧凑。同时，低能耗、低成本的铸轧一体化，也是棒、线、型材生产发展的方向。轧制过程清洁化在热轧过程中，钢的氧化不仅消耗钢材及能源，同时也带来环境的污染，并给深加工带来困难。因此，低氧化燃烧技术和低成本氢的应用都成为无氧化加热钢坯的基本技术。酸洗除鳞是冷轧生产中最大的污染源，新开发的无酸清洁型（AFC）除鳞技术，可使带钢表面全无氧化物、光滑，并具有金属光泽。无氧化（或低氧化）和无酸除鳞（氧化铁皮）这两项被称为绿色工艺的新技术，将使轧钢过程清洁化。轧制过程柔性化板带热连轧生产中压力调宽技术和板形控制技术的应用，实现了板宽的自由规程轧制。棒、线材生产的粗、中轧平辊轧辊技术的应用，实现了部分规格产品的自由轧制。冷弯和焊管机也可实现自由规格生产。这些新技术使轧制过程柔性化。高新技术的应用20世纪轧钢技术取得重大进步的主要特征是信息技术的应用。板形自动控制，自由规程轧制，高精度、多参数在线综合测试等高新技术的应用使轧钢生产达到全新水平。轧机的控制已开始由计算机模型控制转向人工智能控制，并随着信息技术的发展，将实现生产过程的最优化，使库存率降低，资金周转加快，最终降低成本。钢材的延伸加工在轧钢生产过程中，除应不断挖掘钢材的性能潜力外，还要不断扩大多种钢材的延伸加工产业，如开发自润滑钢板用于各种冲压件生产，减少冲压厂润滑油污染；开发建筑带肋钢筋焊网等，把钢材材料生产、服务延伸到各个钢材使用部门。随着工业的发展和轧钢技术的进步，轧钢工艺的装备水平和自动控制水平不断提高，老式轧机也不断被各种新型轧机所取代。按照我国走新型工业化道路的要求，轧钢技术发展的重点也转移到可持续发展上，在保证满足环保要求的条件下，达到钢材生产的高质量和低成本。轧钢机发展到21世纪的今天，已经采用了一整套先进的自动化生产控制系统，全线生产过程和操作监控均由计算机控制各个主要特点：（1） 网络化快速通讯；（2） 系统响应速度快；（3） 传动设备动态、静态精度高；（4） 轧件跟踪、定位准确；（5） 软件编制可靠性高；课程设计内容及要求3.1控制要求（1） .按下启动按钮，上下两扎电机（主拖动电机，M1）起动运转，轧制方向为从右向左轧制。左右侧道电机（M2和M3）启动，逆时针运转，向左输送。（2） .设备启动3秒后，PLC检测有无等待的轧件，传感器S1的信号为ON（表示有钢板）。若无轧件则一直等待。S1有效信号到来后，PLC通过某一路开出控制电磁铁动作，打开轧件挡板，让轧件进入轧机的右侧轨道。（3） .待轧机完全进入后（设需时5秒），释放电磁铁，关闭轧件挡板。（4） .轧件在右侧道推动下进入轧下轧制，轧间有热金属探测仪给出正在轧制的信号，即S2有信号为ON。（5） .S2信号消失表示轧件已经通过了轧。（6） .1秒后启动左侧道向右输送。（7） .S1信号为ON表示轧件已经完全回到了轧右侧。PLC断开电磁阀Y2电源，并停止左侧道运转。（8） .重复第（4）〜（7）完成第二次轧制，并准备好第三次轧制。（9） .第三次轧制完成后，即热金属探测仪输出由搞定平变为低电平后，左侧道继续向左输送3秒钟，把轧件送出轧机。结束盖轧件的轧制过程。（10） .回到第二步。（11） .按下停止按钮结束工作。

3.2设计要求当启动按钮SD接通，电机M1、M2运行，传送钢板，检测传送带上有无钢板的传感器S1的信号（即开关为ON），表示有钢板，电机M3正转（MZ灯亮）；S1的信号消失（为OFF），检测传送带上钢板到位后的传感器、2有信号（为ON），表示钢板到位，电磁阀动作（YU1灯亮），电机M3反转（MF灯亮）。给一向下压下量，S2信号消失，S1有信号，电机M3正转……重复上述过程。3.3控制原理当启动按钮按下，电机M1、M2运行，传送钢板，检测传送带上有无钢板的传感器S1有信号（为ON），表示有钢板，则电机M3正传，S1的信号消失（为OFF），检测传送带上钢板到位后的传感器S2有信号（为ON），表示钢板到位，电磁阀Y2动作，电机M3反转。3.4控制方案1） 轧钢机控制系统电动机均由交流接触器完成起，停控制，电机M3要采用正，反转控制。2） 轧钢机系统中设两个传感器一个检测有无钢板，还有一个检测钢板是否到位。3） 负载回路和控制回路以及PLC控制回路采用熔断器，实现短路保护。4） PLC选用继电器输出型。5） PLC自身配有24V直流电源,外接负载时考虑其供电容量.PLC接地端采用第三种接地方式，提高抗干扰能力。硬件设计4.1硬件设计要求轧钢机系统结构轧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。其主要由轧辊，轧辊轴承，机架，轧辊调整装置，上轧辊平衡装置和换辊装置组成。轧辊是使金属塑性变形的部件。轧辊轴承支撑轧辊并保持轧辊在机架中的固定位置。轧辊轴承工作负荷重而变化大，因此要求轴承摩擦系数小，具有足够的强度和刚度，而且要便于更换轧辊，轧机机架由两片“牌坊”组成以安装轧辊轴承座和轧辊调整装置，需有足够的强度和刚度承受轧制力。轧机轨座用于安装机架，并固定在地基上，又称地胶板。承受工作机座的重力和倾翻力矩，同时确保工作机座安装尺寸的精度。轧辊调整装置，用于调整辊缝，使轧件打到所要求的断面尺寸。上辊调整装置也称“压下装置”，有手动、电动、和液压三种。手动压下装置多用在型材料轧机和小的轧机上。电动压下装置包括电动机、减速机、制动机、压下螺丝、压下螺母、压下位置指示器、球面垫块和测压仪等部件；它的传送效率低，运动部分的转动惯性大，反应速度慢，调整精度低。上轧辊平衡装置用于抬升上辊和防止轧件进出轧辊时受冲击的装置。传动装置由电动机、减速机、齿轮座和连接轴等组成。齿轮座将传动力矩分送到两个或几个轧辊上。辅助设备包括轧制过程中一系列辅助工序的设备。如原料准备、加热、翻译、剪切、矫直、冷却、探伤、热处理、酸洗等设备。4.2元器件选择PLC型号：本设计中PLC选用的是三菱FX2n系列，本设计中有输入/输出点是3输入/9输出考虑到15%的备用点则需输入点：3*(1+15%)=3.45，取整数4输出点：9*(1+15%)=10.35取整数11所以选用FX2n-32MR的PLC拖动电动机M：5.5kW、AC380V、11.6A、1440r/min。熔断器FU：IFUM2IN其中：IFU是熔断器熔体的额定电流IN是电动机的额定电流IFUM2*11.6=23.2A所以熔断器选用RT14-32型号。热继电器：IRT=(0.95〜1.05)IN其中：IRT是热继电器的额定电流IN是电动机的额定电流IRT=(0.95〜1.05)*11.6=11.02A〜12.18A所以热继电器选用JR16-20/3型号。接触器：IC=PN/(KUN)其中：IC是接触器触头电流PN是电动机额定功率K是经验系数一般取1〜1.4UN是电动机额定电压IC=5.5*1000/[(1〜1.4)*380]=10.33A〜14.47A所以接触器选用CJ10-20型号。指示灯HL：0.25W,DC24V。电磁阀Y1:100mA,AC220V。

4.3元器件清单元件名称型号及规格数量/个可编程控制器PLCFX2n-32MR1拖动机M5.5kW、AC380V、11.6A、 1440r/min3熔断器FURT14—3212热继电器FRJR16—20/312接触器KMCJ10—205电磁阀YU1100mA,AC220V14.4硬件控制原理图

5.软件设计5.1I/O地址表输入信号输出信号名称说明及功能编号名称说明及功能编号SB1启动按钮，启动系统X0电磁阀制动Y0S1传感器S1，检测有无钢板X1电机M1电机M1接触器Y1S2传感器S2，检测有无钢板X2电机M2电机M2接触器Y2电机M3电机M3正转接触器Y3电机M3电机M3反转接触器Y4冲压机给出向下压量Y55.2程序设计及说明1）按下SB1,电机Ml,M2,M3正转2）3秒后S1有信号3）打开轧件挡板，5秒后，关闭轧件挡板4)S2有信号，判断S2信号是否够三次5)M1,M2正转停机6)M3反转7)S1有效信号，M3反转停机8)延时三秒，轧件送出运行调试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。由于时间和知识掌握的不够全面等各种原因，所以，调试过程不是非常成功总结了调试中遇到的问题（1）有部分参数设置的不够精确，还有一些现象不能够完全的演示出来。调试时的注意事项（1） 注意输入、输出信号线一定不要按错或接反，以免增加调试工作量。（2） 认真检查输入程序。根据执行出现的错误逻辑现象，判断出错程序段，逐步缩小范围，最后纠正错误、完成调试。（3） 位置发生错误时，关掉可编程序控制器电源，将转盘位移到最下方，并将码盘置位，然后重新通电，将程序中位置计数器复位。GXDeveloper的使用：GXDeveloper的基本使用方法及一般基于Windows操作系统的软件类似，在这里只介绍一些用户常用的几点对PLC操作的用法：（1） 工程菜单在软件菜单里的工程菜单下选择改变PLC类型即根据要求改变PLC类型。1） 在读取其他格式的文件选项下可以将FXGP_WIN-C编写的程序转话成GX工程。2） 在写入其他格式的文件选项下可以将用本软件在编写的程序工程转化为FX工程。（2） 在线菜单1） 在传输设置中可以改变计算机及PLC通讯的参数。2） 选择PLC读取、PLC写入、PLC效验可以对PLC进行程序上传、下载、比较操作。3） 选择不同的数据可对不同的文件进行操作。4） 选择监视选项可以去对PLC状态实行实时监视。5） 选择调试选项可以完成对PLC的软元件测试，强制输入输出和程序执行模式变化等操作。编程规则：1） 外部输入/输出继电器、内部继电器、定时器、计数器等器件的接点可多次重复使用，无需用复杂的程序结构来减少接点的使用次数。2） 梯形图每一行都是从左母线开始，线圈接在右边。接点不能放在线圈的右边，在继电器控制的原理图中，热继电器的接点可以加在线圈的右边，而PLC的梯形图是不允许的。3） 线圈不能直接及左母线相连。如果需要，可以通过一个没有使用的内部继电器的常闭接点或者特殊内部继电器的常开接点来连接。4） 同一编号的线圈在一个程序中使用两