基于plc的鑄坯火焰自動切割系統(tǒng)的設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計

畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）中文摘要本文通過研究鑄坯火焰切割機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，將PLC控制技術(shù)應(yīng)用于連鑄火焰切割機(jī)，以解決連鑄生產(chǎn)線上鑄坯的定尺精度，切割質(zhì)量等關(guān)鍵技術(shù)問題。該系統(tǒng)的特點有定尺測量系統(tǒng)工作可靠，切割機(jī)與鑄坯同步運行平穩(wěn)、可靠、無滯后現(xiàn)象，快速返回原點定位誤差小，其應(yīng)用了可編程控制器為控制單元的新型火焰切割機(jī)控制系統(tǒng)。本課題選用的可編程控制器是西門子S7200，并對軟硬件進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計。其中PLC是火焰切割機(jī)的控制單元，通過它采集火焰切割機(jī)上各類傳感器信號、工作參數(shù)、及工作狀態(tài)等信息來向控制系統(tǒng)發(fā)送操作命令。實踐證明，本文所設(shè)計的基于西門子PLC的鑄坯火焰切割系統(tǒng)的軟硬件是成功的，結(jié)構(gòu)簡單，性能良好，為今后開發(fā)類似系統(tǒng)奠定了良好基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞可編程控制器連鑄火焰切割機(jī)定尺系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計說明書（論文）外文摘要TITLETHECASTSLABFLAMECUTTINGSYSTEMBASEDONSIEMENSPLCABSTRACTTHESYSTEMSTRUCTUREOFCASTSLABFLAMECUTTINGMACHINEISBRIEFLYINTRODUCEDINTHISPAPER,ANDPLCCONTROLTECHNOLOGYISAPPLIEDTOSOLVETHESCALEACCURACYONCONTINUOUSCASTINGPRODUCTIONLINE,BESIDESCUTTINGQUALITYCONTROLANDOTHERKEYTECHNOLOGIESAREANALYZEDTHEFEATURESOFTHESYSTEMAREASFOLLOWSRELIABLEMEASUREMENTSYSTEMOFSCALE,SAVINGTIMEOFBILLETSUBSECTION,STEADYANDUNLAGGEDSYNCHRONOUSRUNNINGBETWEENTHEFLAMECUTTINGMACHINEANDCASTINGBLANK,THEACCURACYOFRAPIDRETURNTOTHEGRASSROOTANDAPPLICATIONOFTHEPROGRAMMABLELOGICCONTROLLERASCONTROLUNITFORANEWTYPEOFFLAMECUTTINGMACHINECONTROLSYSTEMSIEMENSS7200ISCHOSENASTHEPROGRAMMABLELOGICCONTROLLERINTHISPAPERANDMAKESDESIGNOFHARDWAREANDSOFTWAREPLCISCONTROLUNITOFFLAMECUTTINGMACHINE,WITHWHICHTHEOPERATORSENDSIGNALSTOTHECONTROLSYSTEMINADDITION,ITWOULDALSOCOLLECTTHESIGNALSOFFLAMECUTTINGMACHINESANDOTHERTYPESOFSWITCHES,ASWELLASTHEWORKSTATUS,ETCTHEPRACTICEHASPROVEDTHATTHEDESIGNOFTHECASTSLABFLAMECUTTINGSYSTEMBASEDONSIEMENSPLCSOFTWAREANDHARDWAREFLAMETOBEASUCCESSFUL,WITHSIMPLESTRUCTURE,GOODPERFORMANCEWHICHLAYASOLIDFOUNDATIONFORTHEFUTUREDEVELOPMENTOFASIMILARSYSTEMKEYWORDSPROGRAMMABLELOGICCONTROLLERCASTSLABFLAMECUTTINGMACHINEFIXEDSCALESYSTEM目錄1引言111設(shè)計的目的、意義、以及應(yīng)達(dá)到的技術(shù)要求112國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r及存在的問題213設(shè)計時應(yīng)注意的問題42系統(tǒng)分析521鑄坯火焰自動切割系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分析522電控系統(tǒng)分析73低壓電氣選擇831磁閥的選型832接觸器的選型933按鈕的選型1034轉(zhuǎn)換開關(guān)的選型1133接近開關(guān)的選型114基于西門子PLC鑄坯火焰自動切割系統(tǒng)硬件設(shè)計1341鑄坯火焰切割系統(tǒng)PLC選擇與設(shè)計1342紅外定尺技術(shù)簡介1643鑄坯火焰自動切割系統(tǒng)PLCI/O接線圖設(shè)計1744鑄坯火焰自動切割系統(tǒng)電氣原理圖設(shè)計175鑄坯火焰自動切割系統(tǒng)軟件設(shè)計1951鑄坯火焰自動切割系統(tǒng)控制要求1952所用指令介紹1953鑄坯火焰自動切割系統(tǒng)PLCI/O地址分配2154鑄坯火焰自動切割系統(tǒng)控制流程圖設(shè)計2155鑄坯火焰自動切割系統(tǒng)PLC控制程序設(shè)計23結(jié)束語32致謝33參考文獻(xiàn)34附錄35附錄1I/O硬件接線圖35附錄2西門子PLCCPU226I/O分配表361引言11設(shè)計的目的、意義、以及應(yīng)達(dá)到的技術(shù)要求111設(shè)計的目的及意義隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，鋼鐵連鑄生產(chǎn)迅猛增長，國內(nèi)大部分鋼廠已實現(xiàn)全連鑄工序。傳統(tǒng)的連鑄坯切割方法通常都是采用機(jī)械剪切法。因使用剪切機(jī)進(jìn)行連鑄坯切割一次性設(shè)備投資大，使用成本高，設(shè)備故障率高給修費用大，而且被切斷的鑄坯斷面易產(chǎn)生變形，所以近年來國內(nèi)外鋼鐵企業(yè)開始采用火焰切割連鑄坯。新型的火焰切割技術(shù)不僅可以降低設(shè)備投資、減少使用成本，還可以提高鑄坯斷面質(zhì)量，有利于二次加工。上世紀(jì)60年代之前，邏輯控制電路都是采用計數(shù)器、繼電器等部件，也就是實現(xiàn)生產(chǎn)過程的全自動控制的設(shè)備大多是以繼電器為核心元件的順序控制器。復(fù)雜的系統(tǒng)必須采用數(shù)千個不同樣式的繼電器，同時才用數(shù)千根導(dǎo)線按布線邏輯接連起來，完成相應(yīng)的控制目的，但控制柜價格昂貴、體積巨大。那時這種控制器在生產(chǎn)實際中得到了廣泛的應(yīng)用。因為采用布線邏輯來實現(xiàn)各種控制，需要使用很多的機(jī)械觸點，一旦某個繼電器的任意一個觸點接觸不良便會影響系統(tǒng)正常的工作。如果系統(tǒng)出現(xiàn)故障，進(jìn)行排障、檢查也相當(dāng)困難。一臺較復(fù)雜的控制柜內(nèi)部接線、安裝工作量很大，當(dāng)工藝規(guī)程改變時，控制柜里的全部接線和元件都需要改變，這就會浪費大量的時間、物力和人力。因而這本身原有的缺點很大地限制了其應(yīng)用范圍。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，迫切需要取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，能夠使得電氣控制系統(tǒng)工作更加安全可靠、更加容易維修、更加能與常常變動的工藝條件相適應(yīng)?？删幊绦蚩刂破鳎≒LC）它是一種數(shù)字操作運算電子系統(tǒng)，是為了工業(yè)應(yīng)用而專門設(shè)計的。其應(yīng)用了可編程序存儲器，以用來在它的內(nèi)部存儲所需要執(zhí)行邏輯運算、定時、順序控制、算術(shù)和計數(shù)運算等等操作的指令，同時通過模擬式和數(shù)字式的輸入和輸出方式，從而控制各種類型設(shè)備的工作過程。可編程序控制器和外圍的相關(guān)設(shè)備，都很容易和工業(yè)系統(tǒng)集成為一個整體，并且是按容易擴(kuò)充其功能的設(shè)計原則進(jìn)行設(shè)計的1。PLC應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場，然而工業(yè)生產(chǎn)要求非常高的控制設(shè)備可靠性，因為需要努力避免控制設(shè)備發(fā)生故障而造成損失和事故。所以，為了適應(yīng)運用于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境中，PLC需具有以下特點（1）抗干擾能力較強，可靠性較高。PLC使用了相當(dāng)多的軟件、硬件抗干擾的措施，提高了它無故障工作的平均時間。硬件措施對CPU、電源等部件進(jìn)行屏蔽，對輸入線路和供電系統(tǒng)采用各種形式的濾波，以此來防止外界對其的干擾。在I/O電路和CPU中間使用光電隔離方法，來減少誤動作及故障。軟件措施故障檢測系統(tǒng)定時檢測外界環(huán)境（強干擾、欠電壓和掉電等），如果發(fā)生故障立刻將狀態(tài)數(shù)據(jù)存入存儲器，等故障消除后恢復(fù)其原來的工作狀態(tài)。（2）控制程序可變，具有較好的柔性。在生產(chǎn)線設(shè)備更新或者生產(chǎn)工藝流程變化的狀況下，不需要改變PLC的硬件設(shè)備，僅僅需要改變程序便可以滿足要求。（3）擴(kuò)充方便，體積小，功能完備，組合靈活。根據(jù)以上PLC的這些特點，開始時使用PLC取代之前的繼電器控制線路，這樣不但提高了產(chǎn)品的檔次，縮短了研制周期，同時也給調(diào)試和維修帶來了方便2。112設(shè)計應(yīng)達(dá)到的技術(shù)要求連禱方坯火焰切割機(jī)是煉鋼行業(yè)方坯連鑄生產(chǎn)線中的配套設(shè)備，用它能夠?qū)⑦B續(xù)的熱鑄坯切割為一定尺寸的坯段。因為連鑄火焰切割機(jī)要求在高溫下能長時間不停地運行，因而要求其具有良好的可維護(hù)性和很高的可靠性。故本次設(shè)計中，在消化引進(jìn)設(shè)備和歸納總結(jié)國內(nèi)同類產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，結(jié)合一些生產(chǎn)數(shù)控切割機(jī)的經(jīng)驗，針對連鑄方坯切割的特點設(shè)計連鑄方坯火焰切割機(jī)，并實現(xiàn)了如下整體技術(shù)指標(biāo)（1）先進(jìn)的工藝切割中火焰集中，切割速度快；切割斷面光潔，上緣不塌邊，下緣掛渣少，成材率高；可實現(xiàn)自動化，切割與連鑄拉速相匹配，無滯后現(xiàn)象。（2）快速返回原點定位誤差較小，返回速度較快。（3）運動平穩(wěn)、切割速度保持不變。（4）定尺測量系統(tǒng)工作可靠，綜合定尺精度較高。（5）節(jié)省鋼材，割縫寬度較小，割縫平齊無塌邊現(xiàn)象。（6）性能安全，切割中自動斷火與點火，不回火、不爆鳴。（7）不影響生產(chǎn)，切割中可隨時輕松更換割槍，割嘴，確保生產(chǎn)正常進(jìn)行。12國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r及存在的問題我國的切割技術(shù)長期落后與其他國家，然而近些年來有了快速發(fā)展。相關(guān)企業(yè)包括生產(chǎn)切割器械的企業(yè)在內(nèi)，已經(jīng)研制以及開發(fā)了多種半、全自動切割器械。國外的很多著名切割機(jī)制造企業(yè)，如美國捷銳、德國伊薩、日本田中和梅塞爾等公司，也在中國投資建廠。各企業(yè)大量運用各種半、自動切割機(jī)進(jìn)行多種直線、曲線和成形切割，收到了較好的效果，將切割技術(shù)推向了嶄新的階段3。切割機(jī)可分為火焰切割機(jī)、激光切割機(jī)、等離子切割機(jī)、石材切割機(jī)、水切割機(jī)、相貫線切割機(jī)、數(shù)控切割機(jī)、海綿切割機(jī)等。這其中激光切割機(jī)的切割質(zhì)量最好、效率快。等離子切割機(jī)切割的速度也非?？?，但切割效果不如激光切割機(jī)?；鹧媲懈顧C(jī)主要運用于厚度比較大的碳鋼材質(zhì)的切割。相貫線切割機(jī)運用于切割鋼管。比較切割機(jī)成本激光切割機(jī)的價格最高，同時效率和精度也是最高的一種高科技含量的切割設(shè)備，水刀切割機(jī)相比稍差，火焰切割機(jī)以及等離子切割機(jī)相對更差些，但它們成本也是相對較低的。金屬切割機(jī)前景對與切割機(jī)目前來看等離子切割機(jī)和數(shù)控火焰切割機(jī)占有著較大部分的用戶，但就發(fā)展趨勢來說激光切割、水切割很可能會取代前者，成為主要使用的切割機(jī)，因為其不僅切割速度快、環(huán)保，切割質(zhì)量也好然而氣體火焰切割卻是最早、最普遍采用的切割方法。最近幾年，在以乙炔為基礎(chǔ)燃?xì)庵?，已?jīng)開發(fā)出天然氣、煤氣、丙烷氣、液化石油氣以及各種新型燃?xì)猓瑫r依據(jù)每種氣體的各自特性研制出了專門的切割機(jī)，為多樣化的開發(fā)燃?xì)饽茉刺峁┝藢掗煹那熬?。火焰切割常常?yīng)用與鋼板的粗加工，它的金屬切割厚度從1MM1M，然而當(dāng)在切割低碳鋼鋼板的厚度小于20MM時，需要運用別的切割方法。利用氧化鐵燃燒過程中產(chǎn)生的高溫來切割碳鋼是火焰切割的原理，設(shè)計火焰割炬能夠為燃燒氧化鐵供應(yīng)充足的氧氣，來保證得到很好的切割效果?；鹧媲懈钤O(shè)備的價格便宜同時也是切割厚金屬板料最便宜有效的方式，然而在切割薄板方面有缺陷。之前火焰切割自動控制系統(tǒng)都是采用信號傳感器進(jìn)行控制，具有理論上簡單可行的系統(tǒng)原理，卻因為切割環(huán)境的溫度太高，導(dǎo)致在此系統(tǒng)中起重要作用的信號傳感器故障率非常高，定尺精度較低，直接影響了切割系統(tǒng)的正常工作。系統(tǒng)的主要缺點故障很容易發(fā)生在信號傳感器的高溫區(qū)，操作維護(hù)很不方便；電纜故障率很高，設(shè)備維護(hù)困難；操作時工人勞動強度很大。另外因為火焰切割的熱影響區(qū)面積很大,熱變形較大，為了保證切割能夠精確有效，操作人員就需要擁有很高的技術(shù)才可以在切割過程中第一時間避免金屬板的熱變形。以前鋼坯切割燃?xì)庀亩?、切割斷面粗糙、切割割縫大、氧氣壓力高、噪音大、工廠粉塵多、割炬損壞多、工人勞動強度大、環(huán)境污染嚴(yán)重等弊端。因而，為減輕工人的勞動強度，減少機(jī)具的損壞，提高系統(tǒng)的可靠性，便需要對此系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的改造4。13設(shè)計時應(yīng)注意的問題鑄坯火焰切割系統(tǒng)主要由介質(zhì)控制、電氣控制、定尺系統(tǒng)、PLC控制單元等構(gòu)成。在切割時，通過定尺裝置發(fā)送的信號來控制夾緊氣缸的運動，使的夾鉗夾緊鑄坯，同時使得切割小車和鑄坯一起運行，固定在切割臂上的切割槍沿著鑄坯垂直方向進(jìn)行既定長度的自動切割，一次切割完成后由液壓缸將切割小車頂回初始位置，準(zhǔn)備進(jìn)行下次切割。根據(jù)火焰切割的工藝流程在設(shè)計時應(yīng)該注意以下問題（1）確保全部鑄坯火焰自動切割系統(tǒng)可以反應(yīng)靈敏，穩(wěn)定工作。（2）此鑄坯火焰自動切割系統(tǒng)需要設(shè)置手動和自動兩種操作方式，當(dāng)自動方式出現(xiàn)故障時，可以通過手動操作來完成未完成的工作。（3）定尺系統(tǒng)是否工作可靠，能否準(zhǔn)確定位。（4）割炬電機(jī)和其輥道電機(jī)需要進(jìn)行過載保護(hù)，避免燒壞電機(jī)。（5）鑄坯火焰自動切割系統(tǒng)安裝運行了一段時間以后，應(yīng)當(dāng)控制避免出現(xiàn)不能剪切或者切不斷的現(xiàn)象，設(shè)法降低人工操作的工作強度。（6）設(shè)計中更應(yīng)該注重其性能是否安全。2系統(tǒng)設(shè)計21鑄坯火焰自動切割系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計211鑄坯火焰切割系統(tǒng)控制方案的選擇在上世紀(jì)80年代后期，很多火焰切割機(jī)是使用繼電器控制線路來完成工藝流程的監(jiān)控管理?？刂圃O(shè)備系統(tǒng)占地大，通常兩把火焰割炬的控制箱內(nèi)有接近50個繼電器，因此帶來接線復(fù)雜，調(diào)試和維修困難，故障率很高，假如增加或變換程序，從研發(fā)、調(diào)試到上流水線操作，工作量很大，耗時也長。所以，之后相關(guān)專家就開始研用PLC代替之前的繼電器控制線路，這不僅縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期，而且優(yōu)化了產(chǎn)品的性能，給調(diào)試和維修工作帶來了便捷。與繼電器控制線路有寫相似之處，PLC同樣由輸入、輸出和邏輯部分組成，通過使用選擇開關(guān)、外部按鈕等將控制信息傳達(dá)到PLC中，通過邏輯運算，輸出相應(yīng)的控制命令來完成對電磁閥、指示燈和電機(jī)等部件的控制。我此次所設(shè)計的切割機(jī)是由一臺主機(jī)和一組擴(kuò)展模塊組成的，它的輸入/輸出接口在50點上下。因為小型PLC價格便宜，編程簡單，調(diào)試也很方便，最后的設(shè)計達(dá)到了比較好的效果。它的工作主要是通過接收選擇開關(guān)、外部按鈕、傳感器信號以及其它輔助功能信號的輸入，經(jīng)過相應(yīng)的邏輯運算，達(dá)到對外部執(zhí)行部件的操作和控制要求。PLC程序使用的是模塊化設(shè)計，因此，根據(jù)所設(shè)置的工作對象的差別，將各個小程序分成小的模塊，故任何一小程序是能夠進(jìn)行獨自的調(diào)試，在調(diào)試結(jié)束確認(rèn)無錯誤后，就可以將程序連接起來，按照工藝流程的要求來控制5，6。212系統(tǒng)總體目標(biāo)本次設(shè)計的切割機(jī)是鋼鐵領(lǐng)域鑄坯連鑄切割系統(tǒng)的一部分，其主要任務(wù)是將剛鑄造出來的鑄坯按照規(guī)定要求切割精度完成切割。但此連鑄火焰切割機(jī)要在高溫的環(huán)境作不停地切割，故要求它要有很高的工作穩(wěn)定可靠性。此次完成設(shè)計的總體任務(wù)為（1）鑄坯和切割機(jī)同步運行，平穩(wěn)，可靠，無滯后現(xiàn)象。（2）在自動狀態(tài)下，火焰切割設(shè)備能夠按定尺標(biāo)準(zhǔn)自動完成對鑄坯的切割。在手動狀態(tài)下，完成對非定尺鑄坯等復(fù)雜鑄坯的切割。（3）系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，提高測長準(zhǔn)確度，穩(wěn)定性，提高成材率，并且具有控制功能強，操作方式靈活多樣的優(yōu)點。213鑄坯火焰自動切割系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成該設(shè)計選用火焰切割機(jī)，在引進(jìn)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，結(jié)合新的工藝要求設(shè)計研制的新一代基于計算機(jī)技術(shù)，集PLC和自動控制原理為一體的機(jī)電一體化產(chǎn)品。主要結(jié)構(gòu)及工作原理如圖21所示圖21火焰切割系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖（1）車架以液壓為動力可橫向移動式結(jié)構(gòu)，是切割機(jī)的主要承載結(jié)構(gòu)件。（2）割槍小車由小車架，割槍小車傳動裝置，平行輥道，割槍夾持器等組成。（3）切割機(jī)配管系統(tǒng)包括車間氧氣，乙炔燃?xì)夂屠鋮s水管道供應(yīng)的上述介質(zhì)經(jīng)切割機(jī)大拖鏈上軟管引入切割機(jī)。（4）切割割炬的行程控制裝置割炬小車原位及割炬切割跟蹤。在切割小車傳動裝置的電機(jī)輸出軸上裝有一個光電編碼器，用來對割炬小車的行程跟蹤計數(shù)，在小車的行程的極限位裝有兩個接近開關(guān)來確定小車的原位和前進(jìn)限位。（5）切割機(jī)傳動控制割炬小車傳動裝置由液壓缸帶動回原位。（6）能源介質(zhì)控制箱及火焰調(diào)節(jié)對切割機(jī)上除水以外的能源介質(zhì)的壓力，開閉等進(jìn)行控制。氧氣，燃?xì)獾冉橘|(zhì)由拖鏈上的軟管送入能源介質(zhì)控制箱，經(jīng)過濾，分路，減壓至設(shè)定壓力值后，通過電磁閥控制輸送至各使用點7。中大型火焰切割機(jī)如圖22所示圖22中大型火焰切割機(jī)214工藝流程與工藝要求工藝流程當(dāng)鑄坯火焰自動切割系統(tǒng)獲得定尺信號時，夾緊缸的電磁閥得電，夾緊缸開始動作，夾緊缸夾緊鑄坯，割炬小車在鑄坯的帶動下和鑄坯一塊運動。繼夾緊缸得電后，延時2S，控制乙炔的電磁閥得電，即乙炔管道打開，再延時2S后，控制預(yù)熱氧的電磁閥得電，氧氣槍點火開始對鑄坯進(jìn)行預(yù)熱，再延時4S后，切割氧電磁閥得電，與此同時控制割炬電機(jī)繼電器得電，割炬電機(jī)開始正轉(zhuǎn)，火焰開始切割鑄坯。當(dāng)切割完信號發(fā)出時，割炬電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，控制切割氧電磁閥失電，延時2S后，預(yù)熱氧電磁閥失電，再延時2S后，預(yù)熱乙炔電磁閥失電，火焰熄滅。再延時4S夾緊缸電磁閥失電，夾緊缸松開鑄坯。鑄坯繼續(xù)運動，然后返回缸電磁閥與割炬電機(jī)反轉(zhuǎn)繼電器同時得電，割炬小車在液壓缸的帶動下，小車返回，在觸到小車原位的限位開關(guān)時，返回缸電磁閥失電，小車回到原位，停止運動。當(dāng)割炬電機(jī)回到割炬原位時，控制割炬電機(jī)繼電器失電，電機(jī)停止運動。當(dāng)切割完畢信號發(fā)出時，1、2、3輥道電機(jī)開始正轉(zhuǎn)，切斷的那段鑄坯繼續(xù)向后傳輸，當(dāng)經(jīng)過30S后，1、2輥道電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，再經(jīng)過4S后3輥道電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。以上部分便是火焰自動切割整個過程。針對這工藝流程的特點，我們主要研究并設(shè)計了控制系統(tǒng)的以下內(nèi)容（1）火焰切割機(jī)的切割工藝在方形鑄坯鋼上的應(yīng)用，一方面是方形鋼外形路線控制問題，另一方面包括鋼坯的外形尺寸、鋼坯隨溫度的變化而發(fā)生的不同程度膨脹尺寸在程序中的實際設(shè)計。（2）利用西門子S7200軟件的程序模塊，不僅完成了切割和保護(hù)等功能，同時又更好的解決了時序控制的問題。（3）在操作臺外部電氣部件的電路設(shè)計和現(xiàn)場布置中，應(yīng)盡量考慮現(xiàn)場環(huán)境因素，從操作的合理性、功能的完善以及在出現(xiàn)故障的情況的操作都作了相應(yīng)的設(shè)計8。22電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計33按鈕的選型該鑄坯火焰切割系統(tǒng)中，包含一些手動操作與自動操作，必然需要一些按鈕，以實現(xiàn)各電器功能。如系統(tǒng)的啟動與停止，電磁閥的開啟與關(guān)閉，接觸器的接通與斷開等。通過選擇不同規(guī)格的按鈕，包括不同的形狀，如方形，矩形，圓形；包括不同種顏色，如綠色，紅色等。按鈕是一種簡單的電器元件，不直接控制主電路，而在控制主電路時發(fā)出手動控制信號，其結(jié)構(gòu)原理如圖33所示由按鈕帽、復(fù)位彈簧、橋式觸頭和外殼組成。圖33按鈕的結(jié)構(gòu)原理圖及符號規(guī)格產(chǎn)品前框形狀有圓形（18MM）、方形（18MM18MM）、矩形（18MM24MM）三種規(guī)格，包含信號燈、按鈕，其常規(guī)安裝孔徑為16MM。性能具有性能穩(wěn)定、接觸電阻小、絕緣性強、耐振動耐沖擊等特點；符合IEC6094751、GB140485等標(biāo)準(zhǔn)。所用按鈕如圖34，35所示，其展示及說明如下圖34用于開啟的按鈕圖35用于停止的按鈕圖34為用于所有開啟的按鈕，如自動、手動、夾緊、返回切割車、開預(yù)熱乙炔、開預(yù)熱氧、開切割炬等。圖35按鈕是用于所有停止的按鈕，如松開按鈕、停切割車、關(guān)預(yù)熱乙炔、關(guān)預(yù)熱氧、關(guān)切割炬等。34轉(zhuǎn)換開關(guān)的選型該火焰自動切割系統(tǒng)既可以實現(xiàn)自動運行也可以手動操作，如何在手動與自動之間進(jìn)行選擇，需要選用轉(zhuǎn)換開關(guān)。本設(shè)計中采用斯達(dá)森SAT18L系列普通型雙電源自動轉(zhuǎn)換開關(guān)，它是一種用于雙路低壓供電的自動轉(zhuǎn)換開關(guān),該產(chǎn)品集成了手動轉(zhuǎn)換開關(guān)、微型電機(jī)、精密傳動機(jī)構(gòu)以及電子控制器,可以電動或手動（帶負(fù)荷）切換,能夠完成自動檢測、投入、恢復(fù)、啟停備用發(fā)電機(jī)等功能。斯達(dá)森SAT18L系列普通型智能轉(zhuǎn)換開關(guān)系列具有如下功能特點（1）具有三個開關(guān)位置供電I、關(guān)斷0、供電II，可靠的機(jī)械“0”位置,確保供電安全。（2）內(nèi)置控制器,可以實現(xiàn)自動投入、自動恢復(fù)功能。（3）可以采用斯達(dá)森STC18A系列雙電源轉(zhuǎn)換控制器來控制，實現(xiàn)自動檢測、投入、恢復(fù)、啟停備用發(fā)電機(jī)、遠(yuǎn)程測控等功能。（4）開關(guān)系統(tǒng)自身用電，取自被控的二路供電，只要任意一路有電開關(guān)就正常工作。35接近開關(guān)的選型該鑄坯火焰切割系統(tǒng)中，割炬電機(jī)切割完畢，割炬電機(jī)回原位及切割小車回原位都需要對其進(jìn)行限位，防止其超出行程而發(fā)生事故。故需要在這些極限位置設(shè)置接近開關(guān)，以保障正常運行。一般的接近開關(guān)的工作原理當(dāng)某物和接近開關(guān)接近并達(dá)到限定的距離時，此接近開關(guān)會發(fā)出控制信號，接近開關(guān)相當(dāng)于一個報警的提示開關(guān)，確保整個操作工作穩(wěn)定安全。就電感式接近開關(guān)工作原理來說，其接近開關(guān)大致可由三個組成部件，他們是開關(guān)電路、振蕩器，還有一個放大輸出電路。振蕩器的作用是產(chǎn)生一個交變磁場，當(dāng)目標(biāo)金屬接近磁場附近并達(dá)到相應(yīng)感應(yīng)的距離后，就會在金屬目標(biāo)物附近產(chǎn)生渦流，致使振蕩信號衰減，直到振蕩信號停振。當(dāng)振蕩器振蕩和停振的相應(yīng)經(jīng)過后級放大電路調(diào)制解調(diào)處理，由此轉(zhuǎn)換成開關(guān)信號后，觸發(fā)相應(yīng)的驅(qū)動控制，從而達(dá)到了對非接觸物的檢測。根據(jù)本設(shè)計的具體要求，所選接近開關(guān)型號為DC3線NPN常閉輸出BBM803NV21P2。其相關(guān)技術(shù)參數(shù)為外徑尺寸8MM，放大器內(nèi)藏型，直流三線，檢測距離是普通產(chǎn)品檢測距離的3倍，齊平式安裝檢測距離3MM，非齊平式安裝檢測距離6MM，出線式連接11,12。4基于西門子PLC鑄坯火焰自動切割系統(tǒng)硬件設(shè)計41鑄坯火焰切割系統(tǒng)PLC選擇與設(shè)計411PLC的基本結(jié)構(gòu)PLC主要是由中央處理單元、輸入、輸出接口以及通信接口等主要單元組成，其中中央處理器是PLC的大腦，I/O部件是用于連接CPU與現(xiàn)場外設(shè)之間的接口電路，而通信接口則是用來連接與上位機(jī)和編程器的。通常情況下，對于整體式PLC，所有部件都統(tǒng)一安置在機(jī)殼內(nèi)；而對于模塊式PLC而言，各功能部件是獨立密封裝配的，這樣的被叫做模塊，各個模塊又通過總線連接，安裝在導(dǎo)軌或者機(jī)架上13,14。（1）中央處理單元CPU通過輸入設(shè)備讀入外設(shè)當(dāng)前所處的狀態(tài)，經(jīng)過用戶程序去執(zhí)行，執(zhí)行完之后再通過輸出裝置輸出控制信號完成對外設(shè)的控制。（2）輸入/輸出接口輸入/輸出單元統(tǒng)一叫做I/O接口。PLC通過I/O接口能夠查出被控制的對象及其生產(chǎn)過程當(dāng)中的各種實時參數(shù)，通過這些參數(shù)來作為PLC對被控制對象進(jìn)行各種操作命令的信息依據(jù)。同時PLC又通過I/O接口將處理的結(jié)果送給被控設(shè)備或工業(yè)生產(chǎn)過程，以實現(xiàn)控制。（3）存儲器存儲器主要的任務(wù)顧名思義就是存放系統(tǒng)程序、用戶程序以及操作中需要保存的一些重要信息。存儲器一般可以分為動態(tài)PROM，EPROM，EEPROM以及靜態(tài)RAM。（4）編程裝置和編程軟件PLC是以順序執(zhí)行存儲器中的程序來完成其控制功能的。（5）電源部件。412PLC工作原理PLC的工作原理是建立在計算機(jī)工作原理基礎(chǔ)上的，是通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實現(xiàn)的。CPU以分時操作方式來處理各項任務(wù)，計算機(jī)在每一總線周期內(nèi)只能做一件事情，所以程序的執(zhí)行是按照程序順序依次來完成相應(yīng)各電器的動作，就好像為時間上的順序執(zhí)行一樣。通常來說，PLC的工作方式的特點就是一個不斷實現(xiàn)內(nèi)容上的循環(huán)的順序掃描工作方式，一次掃描所用的時間被稱之為掃描周期。CPU從程序的首條指令開始，便順序逐一地執(zhí)行用戶程序指令直至程序結(jié)束，最后返回首條指令再次重復(fù)上一輪的掃描工作。PLC工作的整個過程大致分為三個過程第一個過程為上電處理。機(jī)器完成上電后首先對系統(tǒng)進(jìn)行一次初始化操作，初始化的操作可分為硬件的初始化，I/O模塊配置的核查，停電保持范圍的設(shè)定等等。第二個過程就是掃描過程了。在掃描工作過程中，首先完成的時輸入處理，接著需要完成的就是與其它外部接口部件的通信處理，然后就得進(jìn)行時鐘和特殊寄存器的刷新。若CPU處在STOP模式下，轉(zhuǎn)而執(zhí)行自診斷審查的操作工作；若CPU處在RUN模式下，需先處理好用戶程序的執(zhí)行和輸出操作，然后去執(zhí)行自診斷審查。最后一個工作過程就是出錯處理。PLC每次的掃描工作，程序都需要執(zhí)行一次自診斷審查工作，從而驗證PLC當(dāng)前的工作是否正常。如果發(fā)展異常情況，異常繼電器和CPU面板上的小燈自動接通，從而在特殊寄存器中會顯示出出錯代碼。在出現(xiàn)致命錯誤的情況下，CPU被迫改成STOP模式，此時所有的有的掃描工作就停止了15。PLC具體工作過程分為三個階段輸入采樣階段，程序執(zhí)行階段和輸出刷新階段。413PLC的選型隨著PLC系統(tǒng)的發(fā)展與改進(jìn)，PLC產(chǎn)品的品種越來越多，功能也越來越強大。如今，我國從美國、德國、日本等發(fā)達(dá)國家引進(jìn)的PLC一系列產(chǎn)的品及國內(nèi)自主研發(fā)出的產(chǎn)品品種已有數(shù)十個系列、近百種類型。根據(jù)PLC的不同類型型號，它的價格、指令系統(tǒng)、存儲容量、性能、編程方法、結(jié)構(gòu)型式也是不一樣的，其適用地方同樣需要具體考慮才做出選擇。對于這個行業(yè)來說，研發(fā)者需要做到PLC的機(jī)型能夠匹配，而這個主要需要考慮到以下三方面的問題其一，各個模塊能夠相互備留以便以后使用，只有這樣，對于備品備件的采購和管理才能更加便捷；其二，使用方法和功能必須相似，只有這樣才能有利于技術(shù)人員的培訓(xùn)和PLC整個行業(yè)水平的普遍提升；其三，外部設(shè)備也同樣得通用，只有這樣才能實現(xiàn)資源的共享，方便聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)通信，再配上上位計算機(jī)后，就可以形成多級分布式的控制系統(tǒng)。故選用西門子S7系列的PLC。SIMATICS7系統(tǒng)包括S7200，S7300，S7400。SIMATICS7200屬于微型PLC，SIMATICS7300屬于較低性能系列，而SIMATICS7400屬于高中能系列。針對于本次設(shè)計，該系統(tǒng)屬于小型系統(tǒng)，故選用SIMATICS7200系列以實現(xiàn)其功能要求。SIMATICS7200有5種CPU模塊，分別為CPU221，CPU222，CPU224，CPU226和CPU226XM。其中CPU221無擴(kuò)展功能，適合用做小點數(shù)的微型控制器。CPU222有擴(kuò)展功能，CPU224有較強的控制功能的控制器，CPU226和CPU226XM適用于復(fù)雜的中小型控制系統(tǒng)，我最終選擇了CPU226CNAC/DC/繼電器，其技術(shù)參數(shù)如表41所示表41CPU226模塊的主要技術(shù)參數(shù)特性CPU226CNAC/DC/繼電器本機(jī)數(shù)字I/O24入/16出最大數(shù)字量輸入/輸出256入/256出最大模擬量輸入/輸出32入/32出擴(kuò)展模塊7個數(shù)字量I/O映像區(qū)256模擬量I/O映像區(qū)32AI/32AO超級電容數(shù)據(jù)后背典型時間190H內(nèi)置高數(shù)計數(shù)器有高速脈沖輸出6個（每個30KHZ）模擬量調(diào)節(jié)電位器2個8位分辨率輸入額定電壓24VDC輸出額定電壓24VDC或230VAC輸出每點最大額定電流10A為了滿足不同的控制要求，節(jié)約投資費用，還可以選用不同的I/O點數(shù)的數(shù)字量擴(kuò)展模塊。除CPU221外，其他CPU模塊均可配多個擴(kuò)展模塊，連接CPU模塊放在最左側(cè)。擴(kuò)展模塊用扁平電纜與左側(cè)模塊相連。本設(shè)計中，鑄坯火焰自動切割系統(tǒng)有輸入信號31個，輸出信號18個。其中，外部輸入元件包括檢測元件、按鈕、輸入、輸出，急停、限位開關(guān)，熱繼電器等；輸出有三個三相異步電機(jī)，一個三相異步電機(jī)的正反轉(zhuǎn)，故障報警器和指示燈等。按照上述配置，故所選I/O點不得低于49點。由于均為數(shù)字量輸入，故所選型號應(yīng)為SIMATICS7200CPU226CNAC/DC/繼電器和一個數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM22324VDC輸入。其中CPU226的數(shù)字量I/O為24入/16出，EM223為8輸入8輸出點的數(shù)字量輸入模塊16。本設(shè)計根據(jù)I/O的信號數(shù)量，類型及控制要求，同時考慮到維護(hù)和保養(yǎng)，改造和經(jīng)濟(jì)等諸多因素，可編程控制器擬選用SIMATICS7200CPU226和一個數(shù)字量擴(kuò)展模塊EM22324VDC8輸入/8繼電器輸出。數(shù)字量擴(kuò)展模塊的型號如表42所示表42數(shù)字量擴(kuò)展模塊42紅外定尺技術(shù)簡介為解決本次的火焰自動切割系統(tǒng)的定尺精度問題中我采用的是紅外攝像定尺技術(shù)。所謂的紅外攝像定尺測控系統(tǒng)是利用紅外攝像機(jī)作為傳感器，采用了計算機(jī)控制和圖像掃描措施，通過這個設(shè)計理論不僅能夠提高連鑄坯的定尺精度的測量，而且還較好的控制了切割操作，從而為鋼鐵企業(yè)在連鑄生產(chǎn)向更加節(jié)省鋼材、提高收益的發(fā)展法相提供了一種比較行之有效的技術(shù)方法。在這個系統(tǒng)中，包括有軟件和硬件兩個部分。其中硬件部分包括工業(yè)控制機(jī)，專用機(jī)柜，紅外攝像機(jī)，穩(wěn)壓電源以及屏蔽控制線等設(shè)備。而軟件部分包括紅外攝像連鑄坯定尺測控系統(tǒng)軟件，數(shù)據(jù)庫查詢和動態(tài)存儲軟件，WINCC（與PLC或上位機(jī)聯(lián)網(wǎng)時需要），XP或VISTA操作系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)處理和通訊傳輸軟件。紅外攝像機(jī)定尺測量的工作原理紅外攝像定尺系統(tǒng)是通過攝像機(jī)作為傳感器，以圖像處理技術(shù)為主要依據(jù)進(jìn)行測量，完成切割控制操作。它的結(jié)構(gòu)圖如圖41所示圖41紅外攝像定尺系統(tǒng)結(jié)框圖紅外攝像機(jī)是安裝在現(xiàn)場的特定地方，需在現(xiàn)場先標(biāo)定掃描初始位置，然后根據(jù)相關(guān)的工藝要求標(biāo)定切割長度的最終地方，此切割的長度是由攝像機(jī)掃描進(jìn)入計算機(jī)的，通過在紅外攝像定尺測控系統(tǒng)的軟件中標(biāo)定出來。當(dāng)鑄坯到達(dá)攝像視場內(nèi)時，紅外攝像測控系統(tǒng)由于使用了高分辨率的攝像機(jī)以及特定圖像掃描模塊，依據(jù)鑄坯的光譜特性，整個系統(tǒng)使用了基于大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別算法，在掃描的圖像中搜集鑄坯的加工信息，隨著坯頭一起運動。當(dāng)達(dá)到鑄坯運動到切割長度位置時，紅外攝像定尺系統(tǒng)會發(fā)出相應(yīng)信號通過I/O控制卡命令切割機(jī)來控制切割系統(tǒng)動作。當(dāng)切割完畢后，自動切割系統(tǒng)的火焰切割機(jī)會重新自動回到初始位置，等待下一次的切割信號的發(fā)出。紅外攝像機(jī)具有固定的視場范圍，它以20幀左右每秒的速度采集視場范圍內(nèi)的圖像信息，將掃描到的圖像傳輸?shù)接嬎銠C(jī)中進(jìn)行相應(yīng)的處理首先將掃描到的圖像信息化為768576的點陣圖像，每點相當(dāng)于一個像素，每一個像素就相當(dāng)于現(xiàn)場的一塊小空間，具體數(shù)值可通過比例來調(diào)節(jié)。鑄坯頭就是下圖視場中的P點時，在這里，鑄坯有一個設(shè)定的切割長度L。所以只要通過準(zhǔn)確識別鑄坯的頭和尾，并提取出位置信息像素點和與之相對應(yīng)的實際位置，就可以實現(xiàn)鑄坯定尺精度的控制與切割17。圖像采集工作原理如圖42所示圖42圖像采集與數(shù)字化43鑄坯火焰自動切割系統(tǒng)PLC的I/O接線圖設(shè)計（見附錄A）44鑄坯火焰自動切割系統(tǒng)電氣原理圖設(shè)計鑄坯火焰自動切割系統(tǒng)電氣元件包括4臺電動機(jī)，5個接觸器，5個熔斷器，4個熱繼電器，4個自動空氣斷路器。該電氣系統(tǒng)特點（1）采用熔斷器，實現(xiàn)了短路保護(hù)，防止電動機(jī)突然流過短路電流而引起電動機(jī)繞組及機(jī)械上的嚴(yán)重?fù)p害；（2）采用自動空氣斷路器，不僅能實現(xiàn)短路保護(hù)，還可以實現(xiàn)長期過載保護(hù)、失壓保護(hù)；（3）采用熱繼電器，對電機(jī)進(jìn)行長期過載保護(hù)。電氣圖中共用了5個接觸器，控制四臺電動機(jī)的轉(zhuǎn)動與停止。其中要求割炬電機(jī)能實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，輥道電機(jī)可以正轉(zhuǎn)。圖中由接觸器KM1控制割炬電機(jī)的正轉(zhuǎn)與停轉(zhuǎn)，接觸器KM5控制割炬電機(jī)的反轉(zhuǎn)與停轉(zhuǎn)；接觸器KM2、KM3、KM4分別控制1、2、3道電機(jī)的正轉(zhuǎn)與停轉(zhuǎn)。本設(shè)計的電氣原理圖如圖43所示圖43電氣原理圖5鑄坯火焰自動切割系統(tǒng)軟件設(shè)計51鑄坯火焰自動切割系統(tǒng)控制要求511系統(tǒng)自動控制要求按下啟動按鈕，啟動指示燈亮，轉(zhuǎn)換開關(guān)打到“自動”位，自動指示燈亮，定尺系統(tǒng)發(fā)出定尺信號，夾緊缸電磁閥得電，夾緊鋼坯，切割車與鋼坯同步向前；延時2S后，預(yù)熱乙炔電磁閥得電，開啟預(yù)熱乙炔；延時2S后，預(yù)熱氧電磁閥得電，開啟預(yù)熱氧；延時4S后，切割氧電磁閥得電，切割炬電機(jī)正轉(zhuǎn)，切割炬車開啟，開始切割；到達(dá)割炬切割完畢限位后，接下來動作其一是1、2、3輥道電機(jī)開始正轉(zhuǎn)，30秒后，1、2輥道電機(jī)停止正轉(zhuǎn)，再過4S后，3輥道電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。其二切割氧電磁閥失電，關(guān)閉切割氧；延時2S，預(yù)熱氧電磁閥失電，預(yù)熱氧關(guān)閉；延時2S，預(yù)熱乙炔電磁閥失電，預(yù)熱乙炔關(guān)閉；延時4S后，夾緊缸電磁閥失電，松開鋼坯；最后分兩步進(jìn)行回程缸電磁閥得電，切割車返回，未到達(dá)小車原位限位，重復(fù)上一步，到達(dá)小車原位限位，回程缸電磁閥失電，切割小車停止；切割炬電動機(jī)反轉(zhuǎn)，切割炬返回，未到達(dá)切割炬原位限位，重復(fù)上一步，到達(dá)割炬原位限位，切割炬電動機(jī)停轉(zhuǎn)，切割炬停止，整個循環(huán)工作結(jié)束。512系統(tǒng)手動控制要求按下啟動按鈕，啟動指示燈亮，轉(zhuǎn)換開關(guān)打到“手動”位，手動指示燈亮；按下夾緊缸電磁閥得電按鈕，夾緊缸夾緊，鋼坯與切割小車同步向前；按下預(yù)熱乙炔電磁閥得電按鈕，預(yù)熱乙炔開啟；按下預(yù)熱氧電磁閥得電按鈕，預(yù)熱氧開啟；按下切割氧電磁閥得電按鈕，切割氧開啟；按下切割炬電動機(jī)正轉(zhuǎn)按鈕，切割炬向前開啟；切割完畢后，接下來操作其一是按下1、2、3啟動按鈕，1、2、3輥道電機(jī)開始正轉(zhuǎn)，再按下1、2、3輥道停止按鈕，各個輥道電機(jī)能夠停止轉(zhuǎn)動。其二按下停切割炬按鈕，切割炬停止；按下切割氧電磁閥失電按鈕，切割氧關(guān)閉；按下預(yù)熱氧電磁閥失電按鈕，預(yù)熱氧關(guān)閉；按下預(yù)熱乙炔電磁閥失電按鈕，預(yù)熱乙炔關(guān)閉；按下夾緊缸電磁閥失電按鈕，夾緊缸松開；按下返回切割炬按鈕，切割炬返回，到起始位后，按下停切割炬按鈕；按下回程缸電磁閥得電按鈕，使切割車返回；按下回程缸電磁閥失電按鈕，使切割車停止。52所用指令介紹521梯形圖邏輯指令輸出指令把狀態(tài)字中邏輯運算結(jié)果的值賦給指定的操作數(shù)，此時的輸出指令要與線圈一一對應(yīng)，當(dāng)驅(qū)動線圈的觸點線路接通上，線圈通過“能流”，此時與指定位對應(yīng)的映像寄存器顯示為1，不然就是0。輸出指令的任務(wù)是將棧頂信息內(nèi)容復(fù)制到對應(yīng)的映像寄存器中，輸出類指令的變量為BOOL類型。常開接點屬性見表51，常閉接點屬性見表52所示表51常開接點LAD元素參數(shù)數(shù)據(jù)類型存儲區(qū)說明地址1/1地址BOOL,TIMER,COUNTERI,Q,M,T,C,L,D要檢查信號狀態(tài)位表52常閉接點LAD元素參數(shù)數(shù)據(jù)類型存儲區(qū)說明地址1/1地址BOOL,TIMER,COUNTERI,Q,M,T,C,L,D要檢查信號狀態(tài)位522定時器指令定時器可以提供等待時間或監(jiān)控時間,定時器還可產(chǎn)生一定寬度的脈沖，亦可測量時間。定時器是一種由位和字組成的復(fù)合單元，定時器的觸點由位表示，其定時時間值存儲在字存儲器中。通電延時定時器指令的基本原理是當(dāng)通電延時定時器輸入端的輸入電路接通時，定時器便開始定時。當(dāng)當(dāng)前值大于等于PT（預(yù)置時間）端指定的設(shè)定值范圍（132767），定時器位開啟，此時定時器的常開觸點閉合，常閉觸點斷開。當(dāng)當(dāng)前值達(dá)到設(shè)定值后，當(dāng)前值并不停止計數(shù)，一直計數(shù)到最大值32767才停止；當(dāng)輸入電路切斷后，定時計數(shù)器復(fù)位，清零當(dāng)前計數(shù)器的值。第一次掃描時定時器位變?yōu)镺FF，當(dāng)前值為0。定時器分1MS，10MS和100MS三種分辨率，分辨率取決于定時器型號，定時器的設(shè)定時間等于設(shè)定值與分辨率的乘積。斷電延時定時器指令的基本原理是斷電延時定時器用來在輸入電路斷開后延長一段時間，再使定時器位停止，它使輸入從ON到OFF的負(fù)跳變啟動定時。接著定時器IN輸入端的輸入電路接通時定時器位變?yōu)镺N，當(dāng)前值被清零。輸入電路斷后，開始定時，當(dāng)前值從0開始增大，當(dāng)前值等于設(shè)定值時，輸出變?yōu)镺FF，當(dāng)前值保持不變，直到輸入電路接通。可用復(fù)位指令復(fù)位定時器。復(fù)位指令使定時器位變?yōu)镺FF，定時器當(dāng)前值被清零。在第一掃描周期，TON和TOF被自動復(fù)位，定時器位為OFF，當(dāng)前值54鑄坯火焰自動切割系統(tǒng)控制流程圖設(shè)計鑄坯火焰自動切割系統(tǒng)的流程圖分為手動部分和自動部分，其中自動控制部分流程圖如下圖51所示，其具體流程為當(dāng)系統(tǒng)收到得電定尺信號后，夾緊缸電磁閥得電，夾緊缸開始夾緊鑄坯，切割小車和鑄坯一塊向前運動。系統(tǒng)中采用得點延時繼電器，延時兩秒后，預(yù)熱乙炔電磁閥得電，預(yù)熱乙炔開。接著延時2秒，預(yù)熱氧電磁閥得電，預(yù)熱氧管路接通，通過點火，乙炔與氧充分燃燒，對鑄坯邊緣處開始預(yù)熱。兩秒后切割氧打開，同時割炬電機(jī)開始正轉(zhuǎn)，切割氧開始切割鑄坯。當(dāng)切割完畢后，分為兩個分支，一路為1、2、3輥道接觸器得電，其對應(yīng)輥道電機(jī)開始正轉(zhuǎn)，切割完畢的鑄坯隨著輥道向后運輸，計時30秒后，1、2輥道的接觸器失電，1、2輥道電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，3輥道繼續(xù)正轉(zhuǎn)。在1、2輥道停止轉(zhuǎn)動后，再計時4秒后，3輥道電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，等待下一次切割完畢信號。另一路為切割氧電磁閥失電，切割氧管道停止供應(yīng)切割氧，延時2秒，預(yù)熱氧電磁閥失電，預(yù)熱氧管道關(guān)閉，再延時2秒，預(yù)熱乙炔電磁閥失電，預(yù)熱乙炔管道關(guān)閉，停止供應(yīng)乙炔氣體。再延時4秒，夾緊缸電磁閥失電，夾緊缸松開鑄坯，切割小車停在原地暫時不動。在夾緊缸松開鑄坯后，動作有二，其一返回缸電磁閥得電，返回缸帶動切割小車回原位，當(dāng)小車達(dá)到原位時，返回缸電磁閥失電，返回缸停止運動。其二割炬電機(jī)開始反轉(zhuǎn)，當(dāng)割炬達(dá)到割炬原位時，控制割炬電機(jī)的接觸器失電，割炬電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。火焰自動切割系統(tǒng)即完成一次流程，等待下一次切割。其整個自動切割控制流程圖如圖51所示圖51自動控制流程圖手動控制部分，其流程如下按下夾緊缸按鈕，夾緊缸夾緊鑄坯。接著依次按下預(yù)熱乙炔按鈕、預(yù)熱氧按鈕和切割氧按鈕，然后按下割炬電機(jī)正轉(zhuǎn)按鈕，此時眼前按切割系統(tǒng)開始沿著鑄坯切口進(jìn)行切割。待切割動作完畢之后，同時按下1、2、3輥道電機(jī)正轉(zhuǎn)按鈕，使其正轉(zhuǎn)，當(dāng)鑄坯從1、2輥道滑過時，就停止1、2輥道電機(jī)得正轉(zhuǎn)操作命令，再過一會兒后停止3輥道電機(jī)的轉(zhuǎn)動。與此同時，在關(guān)閉1、2、3輥道電機(jī)的后，需按下切割氧失電按鈕，其次是預(yù)熱氧失電按鈕，接著是預(yù)熱乙炔失電按鈕，用來關(guān)閉各個供氣管道，使火焰熄滅。然后，按下夾緊缸失電按鈕，使得夾緊缸與鑄坯相互分離。按下割炬小車反轉(zhuǎn)按鈕，小車開始沿路返回，待小車回到初始位置時，按下割炬電機(jī)停轉(zhuǎn)按鈕。同時按下返回缸得電按鈕，控制割炬小車也沿路返回，當(dāng)割炬小車回到初始位置時，按下返回缸失電按鈕，火焰切割鑄坯進(jìn)行一次切割的控制流程就完成了18。55鑄坯火焰自動切割系統(tǒng)PLC控制程序設(shè)計信號繼電器的程序設(shè)計作為技術(shù)成熟的PLC，在西門子S7200程序庫中，有著相當(dāng)成熟的功能模塊，例如常見的運算、比較、觸發(fā)、計數(shù)、定時器等模塊，本文在設(shè)計中，充分合理利用這些模塊，對在程序中應(yīng)用較重要的信號進(jìn)行了設(shè)計。（1）啟動系統(tǒng)，檢測系統(tǒng)是否正常。當(dāng)按下啟動按鈕時，系統(tǒng)得電，啟動指示燈亮，系統(tǒng)進(jìn)入工作狀態(tài)。在該梯形圖中，接入了停止按鈕，當(dāng)按下停止按鈕時，系統(tǒng)失電，停止工作。系統(tǒng)啟動程序梯形圖如圖52所示圖52系統(tǒng)啟動（2）手動與自動的選擇。手動與自動的選擇使用的是轉(zhuǎn)換開關(guān)，轉(zhuǎn)換開關(guān)共兩個可供選擇的位置，自動與手動相互自鎖。當(dāng)按下手動按鈕時，手動指示燈亮，當(dāng)按下自動按鈕時，自動指示燈亮。在自動程序中串入手動的常閉按鈕，在手動的程序中串入自動的常閉按鈕，保障在自動運行的情況下，不可以手動操作，當(dāng)選擇手動按鈕時，才可以進(jìn)行手動操作。手動自動選擇程序梯形圖如圖53所示圖53手動自動選擇（3）夾緊缸夾緊與松開。在該段程序中，串入了夾緊缸松開按鈕，停止按鈕，失電延時計時器T45，其設(shè)定時間為4S；輸出為控制夾緊缸電磁閥和一得電延時計時器T37，其設(shè)定時間為2S。該程序既可以實現(xiàn)手動操作，又可以實現(xiàn)自動操作。當(dāng)定尺系統(tǒng)發(fā)出定尺信號后，控制夾緊缸電磁閥得電，夾緊缸夾緊鋼坯；在失電延時計時器失電延時達(dá)到設(shè)定值后，電磁閥Q07動作，夾緊電磁閥失電，夾緊缸松開。手動操作時，按下夾緊缸按鈕I04，夾緊缸電磁閥得電夾緊鑄坯，按下I05按鈕，電磁閥失電，夾緊缸松開鑄坯；當(dāng)按下停止按鈕I01時，電磁閥也失電，夾緊缸松開鑄坯。當(dāng)電磁閥動作后，得電延時計時器T37開始計時。夾緊缸加緊與松開程序梯形圖如圖54所示圖54夾緊缸得電與失電（4）預(yù)熱乙炔電磁閥得電與失電。程序中串入了停止按鈕，預(yù)熱乙炔電磁閥失電按鈕I12以及失電延時計時器T44，其設(shè)定時間為2S；輸出為控制預(yù)熱乙炔的電磁閥Q10和一得電延時計時器T38。T44設(shè)定時間為2S，T38設(shè)定時間為2S。自動控制部分為當(dāng)T37動作時，控制預(yù)熱乙炔電磁閥動作，當(dāng)失電延時計時器T44失電延遲達(dá)到其設(shè)定值時，電磁閥動作，控制預(yù)熱乙炔的電磁閥失電，關(guān)閉預(yù)熱乙炔。手動操作按下I11按鈕，預(yù)熱乙炔電磁閥得電，預(yù)熱乙炔開，當(dāng)按下I12按鈕時，預(yù)熱乙炔電磁閥關(guān)閉；當(dāng)按下停止按鈕I01時，預(yù)熱乙炔電磁閥也失電。當(dāng)電磁閥動作后，得電延時計時器T38開始計時。預(yù)熱乙炔打開與關(guān)閉程序梯形圖如圖55所示圖55預(yù)熱乙炔電磁閥得電與失電（5）預(yù)熱氧信號梯形圖。程序中串入了停止按鈕，預(yù)熱氧電磁閥失電按鈕I14以及失電延時計時器T43，其設(shè)定時間為2S；輸出為控制預(yù)熱乙炔的電磁閥Q11和一得電延時計時器T39。T43設(shè)定時間為2S，T39設(shè)定時間為2S。自動控制部分為當(dāng)T38動作時，控制預(yù)熱氧電磁閥動作，當(dāng)失電延時計時器T43，失電延遲達(dá)到其設(shè)定值時，電磁閥動作，控制預(yù)熱氧的電磁閥失電，關(guān)閉預(yù)熱氧。手動操作按下I13按鈕，預(yù)熱氧電磁閥得電，預(yù)熱氧開，當(dāng)按下I14按鈕時，預(yù)熱氧電磁閥關(guān)閉；當(dāng)按下I01停止按鈕時，預(yù)熱氧電磁閥也失電。當(dāng)電磁閥動作后，得電延時計時器T39開始計時。預(yù)熱氧開啟與關(guān)閉程序梯形圖如圖56所示圖56預(yù)熱氧電磁閥得電與失電（6）切割氧信號梯形圖。該信號主要用于在各種操作方式下，切割氧參與的指令輸出，在整個程序控制中起連鎖保護(hù)、時序控制的功能。程序中串入了停止按鈕，切割氧電磁閥失電按鈕I16；輸出為控制切割氧的電磁閥Q12和一得電延時計時器T39，其設(shè)定時間為4S。自動控制部分為當(dāng)T39動作時，控制切割氧電磁閥作，當(dāng)系統(tǒng)收到切割完電路，避免燒毀電機(jī)。1輥電機(jī)啟動與停止程序梯形圖如圖511所示圖5111輥電機(jī)啟動與停止（11）1輥電機(jī)過載報警指示燈。1輥電機(jī)過載報警時，1輥電機(jī)過載指示燈Q04亮。程序中串入停止按鈕I01和1輥電機(jī)停止按鈕I24。當(dāng)割炬電機(jī)過載時，該指示燈閃爍發(fā)亮。當(dāng)按下電機(jī)割炬電機(jī)停止按鈕時，指示燈停止閃爍。1輥電機(jī)過載指示燈程序梯形圖如圖512所示圖5121輥電機(jī)過載指示燈（12）2輥電機(jī)正轉(zhuǎn)與停轉(zhuǎn)。該程序分為自動與手動控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)與停轉(zhuǎn)。輸入為切割完畢信號I30或者手動按鈕2輥電機(jī)正轉(zhuǎn)I22；輸出為控制電機(jī)正轉(zhuǎn)的繼電器Q16。程序中串入了停止按鈕I01，2輥電機(jī)停轉(zhuǎn)按鈕I25，熱繼電器I35，得電延時繼電器T40。自動運行時，當(dāng)系統(tǒng)獲得切割完畢信號時，2輥道電機(jī)開始正轉(zhuǎn)，當(dāng)失電延時T40達(dá)到器設(shè)定值后，計數(shù)器常閉變?yōu)槌ｉ_，2輥道電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。程序中串入的熱繼電器起到保護(hù)電機(jī)的作用，當(dāng)電機(jī)過熱時，熱繼電器動作，斷開電路，避免燒毀電機(jī)。2輥電機(jī)啟動與停止程序梯形圖如圖513所示圖5132輥電機(jī)啟動與停止（13）2輥電機(jī)過載報警指示燈。2輥電機(jī)過載報警時，2輥電機(jī)過載指示燈Q05亮。程序中串入停止按鈕I01和2輥電機(jī)停止按鈕I25。當(dāng)割炬電機(jī)過載時，該指示燈閃爍發(fā)亮。當(dāng)按下電機(jī)割炬電機(jī)停止按鈕時，指示燈停止閃爍。2輥電機(jī)指示燈程序梯形圖如圖514所示圖5142輥電機(jī)指示燈（14）3輥電機(jī)正轉(zhuǎn)與停轉(zhuǎn)。該程序分為自動與手動控制電機(jī)的正轉(zhuǎn)與停轉(zhuǎn)。輸入為切割完畢信號I30或者手動按鈕3輥電機(jī)正轉(zhuǎn)I23；輸出為控制電機(jī)正轉(zhuǎn)的繼電器Q17。程序中串入了停止按鈕I01，3輥電機(jī)停轉(zhuǎn)按鈕I26，熱繼電器I36，得電延時繼電器T41。手動操作是，按下2輥電機(jī)正轉(zhuǎn)按鈕，電機(jī)開始正轉(zhuǎn)；當(dāng)按下停止按鈕或3輥電機(jī)停轉(zhuǎn)按鈕，3輥道電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。自動運行時，當(dāng)系統(tǒng)獲得切割完畢信號時，3輥道電機(jī)開始正轉(zhuǎn)，當(dāng)計時器T41達(dá)到器設(shè)定值后，計數(shù)器常閉變?yōu)槌ｉ_，3輥道電機(jī)停止轉(zhuǎn)動。程序中串入的熱繼電器起到保護(hù)電機(jī)的作用，當(dāng)電機(jī)過熱時，熱繼電器動作，斷開電路，避免燒毀電機(jī)。3輥電機(jī)啟動與停止程序梯形圖如圖515所示圖5153輥電機(jī)啟動與停止（15）3輥電機(jī)過載報警指示燈。3輥電機(jī)過載報警時，3輥電機(jī)過載指示燈Q06亮。程序中串入停止按鈕I01和3輥電機(jī)停止按鈕I26。當(dāng)割炬電機(jī)過載時，該指示燈閃爍發(fā)亮。當(dāng)按下電機(jī)割炬電機(jī)停止按鈕時，指示燈停止閃爍。3輥電機(jī)指示燈程序梯形圖如圖516所示圖5163輥電機(jī)指示燈（16）各個失電延時繼電器T45，T44，T43。各延時計數(shù)器實現(xiàn)功能為當(dāng)失電后各個計數(shù)器開始計數(shù)，當(dāng)達(dá)到其設(shè)定值后，控制器對應(yīng)電磁閥動作，該程序?qū)Ω鱾€計數(shù)器進(jìn)行及時復(fù)位。各個失電延時繼電器T45，T44，T43程序梯形圖如圖517所示圖517失電延時計時