基于西門子s7-200系列plc結構的自動軋鋼機系統論文畢業論文-文庫吧

【正文】 機重是最高的，從板坯上料到卷取全部采用電子計算機控制。在我國軋鋼生產的發展中，今后一個時期在適當建設現代化新企業、新裝備的同時，大力進行原有設備的技術改造的和更新挖潛，逐步提高大型化、高速化、連續化和自動化的水平是擺在軋鋼工作者的一項重要任務[5]。 自動軋鋼機設計的主要內容與基本思路本次設計的題目是基于PLC的軋鋼機控制系統，主要是以PLC為主控器來控制整個系統，其主要功能是對鋼板的移動、軋制等運動進行控制，并對軋輥轉速和鋼板位移進行檢測，保證軋鋼機工作過程中穩定、可靠進行。本設計簡單介紹了相關硬件的知識，如：PLC的定義、PLC的編程語言、PLC的硬件組成等。基本內容：首先，做好控制系統的初步設計，做好設計方案。 其次，對低壓電氣元件進行選型；對交流電機和變頻器進行選型，設計出變頻調速電路； 對速度、位移等傳感器進行選型與應用設計；對PLC進行選型，并設計出PLC系統I/O擴展模塊和功能模塊以及系統主程序和功能子程序。再次，完成總體設計后，對控制系統程序進行模擬調試，檢驗。預期達到的目標：(1)控制功能：控制鋼板的移動、軋制等運動。(2)保護功能：電機順序啟動、可點動可自動、過載保護。有電機潤滑和冷卻系統。(3)檢測項目：軋輥速度（測量范圍：03000r/m），鋼板位移（0—5 m）；傳感器選型和設計合理，輸出信號符合PLC電氣標準。系統具有顯示功能，顯示檢測數據等；系統易于擴展，便于I/O模塊和功能模塊擴展。(4)指示、報警功能包括：電路故障報警，按故障性質發出停機報警信號等，報警形式有燈光和鈴聲報警。第2章 系統總體設計軋鋼機械設備的組成可分為兩大類：主要設備和輔助設備。主要設備：直接使軋件產生塑性變形的設備稱為主要設備，也稱為主機列。它包括：工作機座（軋輥、軸承、軋輥調整裝置、導衛裝置及機架等），萬向或梅花接軸，齒輪機座，減速器，主連軸節，主電機等。輔助設備：是指主機列以外的各種設備，它用于完成一系列輔助工序。輔助設備種類繁多，車間機械化程度越高，輔助設備所占整個車間機械設備總重比例也越大。有時達主要設備重量的3~4倍[6]。本次設計選用二輥式軋機，其結構簡單、用途廣泛具有很強的代表性。它分為可逆式和不可逆式。前者有初軋機、軌梁軋機、中厚板軋機等。不可逆式有鋼坯連軋機、疊軋薄板軋機、薄板或帶鋼冷軋機、平整機等。80年代初最大的二輥軋機的輥徑為1500mm，輥身長3500mm，軋制速度3~7m/s。二輥式軋鋼機的用途： 二輥軋機設備為低碳鋼、銅銀鉛鋁、有色金屬板材、合金粉末冷軋帶材實驗設備。二輥軋機組成及結構特點：本機由主電機、減速器、人字齒輪座、萬向接軸、工作機座、電控柜等組成，輥系采用專用軋機軸承。本次設計選用型號為φ350350（mm）,輥長為350mm,輥徑為350mm，成品尺寸為1mm，軋制力1250KN，,軋制電機功率為115kW。從煉鋼廠出來的鋼坯還僅僅是半成品，必須到軋鋼設備去進行軋制以后，才能成為合格的產品。從煉鋼廠送過來的連鑄坯，首先是進入加熱爐，然后經過初軋鋼設備反復軋制之后，進入精軋鋼機[7]。軋鋼屬于金屬壓力加工，在熱軋生產線上，軋坯加熱變軟，被輥道送入軋鋼設備，最后軋成用戶要求的尺寸。軋鋼是連續的不間斷的作業，鋼帶在輥道上運行速度快，軋鋼機設備自動化程度高，效率也高。從平爐出來的鋼錠也可以成為鋼板，但首先要經過加熱和初軋開坯才能送到熱軋鋼設備上進行軋制，先經過除磷到初軋，經輥道進入精軋軋鋼設備，機前裝有測速輥和飛剪，切除板面頭部。經過熱軋后的鋼軌厚度一般在幾個毫米,如果要求鋼板更薄的話，還要經過冷軋鋼設備。穿帶結束后，首先安放好上、下工作輥(穿帶時，工作輥已取下)，然后調準軋制線，關閉軋機封閉門，機前壓板壓下，出口側擦拭器壓緊鋼帶，軋機工藝潤滑、冷卻系統啟動供液，軋機帶鋼壓下，卷取機轉動給鋼帶前張力，機前測速傳感器進入軋制線，機組運轉開始軋制。 軋鋼機設備模擬示意圖軋制過程中，如果發現鋼帶邊部有缺陷將影響到高速軋制，則當缺陷部位經過軋輥時；操作工按一下操作臺上的按鈕，將其缺陷位置信號輸入PLC系統。軋制將結束時軋機減速，當鋼帶尾部到達機前卷取機位置時，機組停車，第一道次結束。測厚儀、測速儀退出軋制線，軋機壓下抬起，鋼帶張力解除，冷卻潤滑劑停止供給，壓板抬起。 軋制速度的確定，應根據設備的能力，在軋機允許使用的速度范圍內，通過變頻器的控制，盡可能采用高的軋制速度，以提高軋機的生產能力；同時，當軋制速度增加時，軋制壓力相應有所減小。每道次軋制的啟動和制動時，分別有一個升速和降速的過程。在軋制過程中，應盡可能少調速，以保證軋制的穩定性，從而達到厚度偏差的均一性。為了實現軋鋼機系統的自動化，建立行之有效的自動控制系統，本方案基于傳統的方式并結合自動化控制原理設計出一套以PLC為主控制的系統，此系統由幾個部分組成：執行部分、控制部分（光電檢測PLC）、驅動部分（電動機、傳動系統）、感知部分（傳感器）。 自動軋鋼機控制系統原理框圖。MAMA2啟動按鈕潤滑、冷卻電機啟動變頻器PLC 可 編 程 控 制 器否開卷機結束MAMAMA5啟動按鈕 鋼板運輸、軋輥電機啟動軋輥軋制卷取機傳感器數據傳至PLC檢測故障報警 自動軋鋼機控制系統原理框圖根據軋鋼機的運行特點，基于PLC軋鋼控制系統采用主要由上機、下位機等組成。傳感器檢測軋輥速度和鋼板位移，PLC系統能控制主軋機起、停和傳送帶的運行方向，同時還能檢測到各個電機的故障現象，減小了傳統的繼電一接觸控制系統的中間環節，減少了硬件和控制線路，極大提高了系統的穩定性、可靠性[8]。PLC控制系統是由PLC與用戶輸入、輸出設備連接而成的，因此，PLC控制系統設計的基本內容應包括：用戶輸入設備（按鈕、操作開關、傳感器等）、輸出設備（顯示屏、信號燈等執行元件）以及由輸出設備驅動的控制對象（電動機等）。PLC的選擇。PLC是PLC控制系統的核心部件，正確選擇PLC對于保證整個控制系統的技術經濟性能指標起到重要的作用。選擇PLC，應包括機型選擇、容量的選擇、I/O模塊的選擇、電源模塊的選擇等。分配I/O點，繪制I/O連接圖。設計控制程序。包括設計梯形圖、語句表（即程序清單）和控制系統流程圖。控制系統程序是控制整個系統工作的軟件，是保證系統工作安全、可靠的關鍵。因此，控制程序設計必須經過反復調試、修改，直到滿足要求為止。必要時還需設計控制臺編制控制系統的技術文件。任何一種電氣控制系統都是為了實現被控對象（生產設備或生產過程）的工藝要求，以提高生產效率和產品質量。因此，在設計PLC控制系統時，應遵循以下基本原則： 最大限度地滿足被控對象的控制對象。設計前，應深入現場進行調查研究，收集資料，并于機械部分的設計人員和實際操作人員密切配合，共同擬訂電氣控制方案，協同解決設計中出現的各種問題。 在滿足控制系統要求的前提下，力求使控制系統簡單、經濟，使用及維修方便。保證控制系統的安全、可靠。考慮到生產的發展和工藝和改進，在選擇PLC容量時，應適當留有余量。本章主要說明了設計的控制要求，并根據其要求提出自動軋鋼機的工作原理示意圖，列出了系統涉及到的主要硬件設備，詳細說明了本設計自動軋鋼機控制系統的工作原理和運行過程。第3章 控制系統硬件設計 PLC定義及發展歷程美國國際電工委員會（IEC）在1987年對可編程序控制器做出如下定義：可編程序控制器是一類專門為在工業環境下應用而設計的數字式電子系統，它采用了可編程序的存儲器，用來在其內部進行存儲執行邏輯運算、順序運算、定時、記數和算術運算等功能的面向用戶的指令，并通過數字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類型的機械或生產過程[9]。可遍程序控制器極其相關外部設備，都應按照易于與工業控制系統聯成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。定義強調了PLC應直接應用與工業環境，它必須具有很強的抗干擾能力，廣泛的適應能力和應用范圍。這也是區別與一般微機控制系統的一個重要特征。定義還強調了PLC是“數字運算操作的電子系統”，他也是一種計算機，它是“專為在工業環境下應用而設計的”工業計算機。這種工業計算機采用“面向用戶的指令”，因此編程方便。它能完成邏輯運算、順序運算、定時、記數和算術運算等操作，它還具有“數字量和模擬量輸入和輸出”的能力，并且非常容易與“工業控制系統聯成一體”，易于“擴充”。 PLC的發展歷程 可編程序控制器的英文為ProgrammableController，在二十實際七十至八十年代一直簡稱為PC。由于到90年代，個人計算機發展起來，也簡稱為PC；加之可編程序的概念所涵蓋的范圍太大，所以美國AB公司首次將可編程序控制器定名為可編程序邏輯控制器（PLC，ProgrammableLogicController），為了方便，仍簡稱PLC為可編程序控制器[19]。有人把可編程序控制器組成的系統稱為PCS可編程序控制系統，強調可編程序控制器生產廠商向人們提供的已是完整的系統了。 　1968年美國GM（通用汽車）公司提出取代繼電器控制裝置的要求，第二年美國數字公司研制出了第一土改可編程序控制器，滿足了GM公司裝配線的要求。隨著集成電路技術和計算機技術的發展，現在已有第五代PLC產品了。　　在以改變幾何形狀和機械性能為特征的制造工業和以物理變化和化學變化將原料轉化成產品為特征的過程工業中，除了以連續量為主的反饋控制外，特別在制造工業中存在了大量的開關量為主的開環的順序控制，它按照邏輯條件進行順序動作號按照時序動作；另外還有與順序、時序無關的按照邏輯關系進行連鎖保護動作的控制；以及大量的開關量、脈沖量、計時、計數器、模擬量的越限報警等狀態量為主的——離散量的數據采集監視。由于這些控制和監視的要求，所以PLC發展成了取代繼電器線路和進行順序控制為主的產品。在多年的生產實踐中，逐漸形成了PLC、DCS與IPC三足鼎立之勢，還有其它的單回路智能式調節器等在市場上占有一定的百分比。　 在八十年代至九十年代中期，是PLC發展最快的時期，年增長率一直保持為30~40%。由于PLC人機聯系處理模擬能力和網絡方面功能的進步，擠占了一部分DCS的市場（過程控制）并逐漸壟斷了污水處理等行業，但是由于工業PC（IPC）的出現，特別是近年來現場總線技術的發展，IPC和FCS也擠占了一部分PLC市場，所以近年來PLC增長速度總的說是漸緩。目前全世界有200多廠家生產300多品種PLC產品，主要應用在汽車（23%）、糧食加工（%）、化學/制藥（%）、金屬/礦山（%）、紙漿/造紙（%）等行業[10]。　　國內PLC生產廠約三十家，但沒有形成頗具規模的生產能力和名牌產品，還有一部分是以仿制、來件組裝或“貼牌”方式生產，因此可以說PLC在我國未形成制造產業。作為原理、技術和工藝均無尖端技術難度的產品，只要努力，是能形成制造產業的。　　在PLC應用方面，我國是很活躍的，近年來每年約新投入10萬臺套PLC產品，年銷售額30億人民幣，應用的行業也很廣。但是與其它國家相比，在機械加工及生產線方面的應用，還需要加大投入。我國市場上流行的有如下幾家PLC產品：施耐德公司，包括早期天津儀表廠引進莫迪康公司的產品，目前有Quantum、Premium、Momentum等產品；羅克韋爾公司（包括AB公司）PLC產品，目前有SLC、MicroLogix、ControlLogix等產品；西門子公司的產品，目前有SIMATICS7400/300/200系列產品；GE公司的產品；日本歐姆龍、三菱、富士、松下等公司產品。PLC的市場的潛力是巨大的，不僅在我國，即使在工業發達的日本也有調查表明，PLC配套的機電一體化產品的比例占42%，采用繼電器、接觸器控制尚有24%。所以說，需要應用PLC的場合還很多，在我國就更是如此了。從技術創新的角度看，我國大中型企業還要大力發展CIMS，在機械制造廠要形成FMS柔性制造系統，PLC是基礎，所以PLC市場是廣闊的。PLC具有穩定可靠、價格便宜、功能齊全、應用靈活方便、操作維護方便的優點，這是它能持久的占有市場的根本原因。 PLC的工作原理PLC的工作原理與計算機的工作原理基本是一致的，可以簡單地表述為在系統程序的管理下，通過運行應用程序完成用戶任務。PLC通電后，首先對硬件和軟件作一些初始化操作，初始化反復不停地分階段處理各種不同的任務（見圖31）。但是PLC也有它自己的特點，PLC在確定了工作任務，裝入了專用程序后成為一種專用機，它采用循環掃描工作方式，系統工作任務管理及應用程序執行都是用循環掃描方式完成的。讀取輸入執行用戶程序處理通信要求自診斷檢查改寫輸出RUN狀體讀取輸入處理通信要求自診斷檢查改寫輸出STOP狀體 各階段處理任務 PLC的循環掃描工作對