PLC課程設(shè)計軋鋼機

1、電器與可編程控制器課程設(shè)計2011年 12月26日目 錄第1章 緒論41.1 PLC的定義41.2 PLC功能及特點4第二章 課題介紹62.1 軋鋼機發(fā)張動向62.2 軋鋼的控制系統(tǒng)的特點與分類62.3 軋鋼安全技術(shù)7第3章 設(shè)計內(nèi)容及要求73.1 控制要求73.2 設(shè)計要求83.3 控制原理介紹及圖示9第4章硬件設(shè)計94.1 元器件選擇（主設(shè)備）94.2 元器件選擇（輔助設(shè)備）114.3元器件參數(shù)124.4硬件控制原理圖134.5 PLC外部接線圖144.6主電路圖15第5章軟件設(shè)計165.1 設(shè)計思想及程序框圖165.2 輸入輸出地址表175.3 程序設(shè)計說明17第6章運行調(diào)試20第7章

2、小結(jié)23參考文獻23附錄241.完整的T型圖242PLC外部接線圖26第1章 緒論1.1 PLC的定義 可編程控制器簡稱PC（英文全稱：Programmable Controller）， 它經(jīng)歷了可編程序矩陣控制器PMC、可編程序順序控制器PSC、可編程序邏輯控制器PLC（英文全稱：Programmable Logic Controller）和可編程序控制器PC幾個不同時期。為與個人計算機（PC）相區(qū)別，現(xiàn)在仍然沿用可編程邏輯控制器這個老名字。 1987年國際電工（International Electrical Committee）頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義： PLC是一種專

3、門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序運算、計時、計數(shù)和算術(shù)運算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設(shè)計。1.2 PLC功能及特點特點：（一）：實用性強，使用方便（二）：功能強，適應(yīng)面廣 （三）：可靠性高，抗干擾能力強（四）：控制程序可變具有很好的柔性（五）：編程方法簡單，容易掌握（六）：PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計、安裝、調(diào)試和維修工作少，極為方便控制序變化功能： （一）：邏輯控制功能 邏輯控制功能

4、是PLC最基本的功能之一，是PLC最基本的應(yīng)用領(lǐng)域，取代傳統(tǒng)的繼電器控制系統(tǒng)，實現(xiàn)邏輯控制和順序控制。 （二）：定時控制功能 定時控制功能也是PLC的基本功能之一。PLC中有許多可供用戶使用的時器，功能類似于繼電器線路中的時間繼電器。定時器的設(shè)定值（定時時間）可以在編程時設(shè)定，也可在運動過程中根據(jù)需要進行修改，使用方便靈活。同時PLC還提供了高精度的時鐘脈沖，用于準確的實時控制。 （三）：技術(shù)控制功能 技術(shù)控制功能是PLC的最基本功能之一。PLC為用戶提供許多計數(shù)器，計數(shù)器計數(shù)到某一數(shù)值時，產(chǎn)生一個狀態(tài)信號（計數(shù)值到），利用該狀態(tài)信號實現(xiàn)對某個操作的計數(shù)控制。計數(shù)值的設(shè)定值可以在編程時設(shè)定，也

5、可以在運行過程中根據(jù)需要進行修改。 （四）：數(shù)據(jù)處理功能 PLC大部分都具有數(shù)據(jù)處理功能，可以實現(xiàn)算數(shù)運算、數(shù)據(jù)比較、數(shù)移位、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換譯碼編碼等操作。中、大型PLC數(shù)據(jù)處理功能更加齊全，可完成開方、PID運算、浮點運算等操作，還可以和CRT、打印機相聯(lián)，實現(xiàn)程序、數(shù)據(jù)的顯示和打印。 （五）：監(jiān)控功能 （六）：停電記憶功能 （七）：故障診斷功能 PLC可以對系統(tǒng)構(gòu)成、某些硬件狀態(tài)、指令的合法性等進行自診斷，現(xiàn)異常情況，發(fā)出警報并顯示錯誤類型，如果嚴重錯誤則自動終止運行。 第二章 課題介紹2.1 軋鋼機發(fā)張動向軋鋼機，據(jù)說在14世紀歐洲就有軋機，但記載的是1480年意大利人達芬h型連軋鋼機。155

6、3年法國人不律列爾（Brulier）軋制出金和銀板材，用以制造金幣。此后在西班 牙，比利時和英國相繼出現(xiàn)軋機。1728年英國設(shè)計的生產(chǎn)棒材用的軋機。十九世紀中葉，第一臺可逆式板材軋機在英國投產(chǎn)。1848年德國發(fā)明了萬能式軋機，1853年美國開始用三輥式的型材軋機（圖2 最初的三輥式側(cè)視圖），并用蒸汽機傳動的升降臺實現(xiàn)機械化。 1859年制造了第一臺連軋機。中國于1871年在福州船政局所屬拉鐵廠（軋鋼廠）開始用軋鋼機。 現(xiàn)代軋機發(fā)展的趨向是連續(xù)化、自動化專業(yè)化產(chǎn)品質(zhì)量高消耗低。 60 年代以來軋機在設(shè)計研究和制造方面取得了很大的進展使帶材冷熱軋機厚板軋機高速線材軋機 H 型材軋機和連軋管機組等性

7、能更加完善，并出現(xiàn)了軋制速度高達每秒鐘 115 米的線材軋機全連續(xù)式帶材冷軋機 5500 毫米寬厚板軋機和連續(xù)式 H 型鋼軋機等一系列先進設(shè)備。隨著生產(chǎn)力和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們的日常生活和生產(chǎn)活動大量的使用自動化控制，不僅節(jié)約了人力資源，而且很大程度的提高了生產(chǎn)效率，又進一步的促進了生產(chǎn)力快速發(fā)展，并不斷的豐富著人們的生活。 。 2.2 軋鋼的控制系統(tǒng)的特點與分類軋機按用途分類有：初軋機和開坯機，型鋼軋機(大、中、小和線材)，板帶機，鋼管軋機和其他特殊用途的軋機。軋機的開坯機和型鋼軋機是以軋輥的直徑標稱的，板帶軋機是以軋輥輥身長度標稱的，鋼管軋機是以能軋制的鋼管的最大外徑標稱的。輔助設(shè)備可

8、分為兩類：改變軋件外形的設(shè)備，如：剪切、矯直、卷取等。移送軋件的設(shè)備，如：輥道、翻鋼機、推床、升降臺等。2.3 軋鋼安全技術(shù) （1）雙機架可逆式冷軋機成套裝備與技術(shù)，該技術(shù)根據(jù)軋制帶鋼的材質(zhì)、規(guī)格和生產(chǎn)工藝條件選擇不同的軋制道次，使軋機能在較大的范圍內(nèi)靈活適應(yīng)帶鋼材質(zhì)、規(guī)格和卷重的變化，產(chǎn)品精度高，可開發(fā)精密帶鋼和有色金屬箔帶。 （2）鋼材品種開發(fā)與性能優(yōu)化技術(shù)，包括：工藝參數(shù)對IF鋼成形性能的影響；超細晶粒、高強度純凈鋼的研究；高強度微合金(Ti, Nb, V ,B) 鋼的研究。 （3）熱軋窄帶鋼生產(chǎn)成套設(shè)備及工藝技術(shù)，在工藝和設(shè)備上向?qū)拵т摽繑n，用層流冷卻和臥式卷取機取代活套振蕩器和立式卷

9、取，粗軋機前增加高壓水除鱗，帶鋼的表面質(zhì)。 （4）基于圖像處理的表面質(zhì)量在線檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)用CCD攝像頭采集生產(chǎn)線上產(chǎn)品的表面圖像，通過圖像處理和模式識別算法對圖像進行實時的分析和處理，以檢測產(chǎn)品的表面是否存在著缺陷，并且獲取缺陷的尺寸、部位、類型、等級等信息，從而達到在線評估和控制產(chǎn)品表面質(zhì)量的目的。 （5）中厚板軋后快冷技術(shù)，采用國際上先進的高密度管層流冷卻裝置，改進中厚板生產(chǎn)中利用控制軋制控制冷卻工藝生產(chǎn)專用鋼板，并提高鋼板的機械性能。第3章 設(shè)計內(nèi)容及要求軋鋼機設(shè)計內(nèi)容主要包括控制要求、設(shè)計要求、控制原理介紹及圖示、控制方案。 3.1 控制要求啟動按鈕SD按下，電機M1、M2運行，傳

10、送鋼板，檢測傳送帶上有無鋼板的傳感器S1的信號（即開關(guān)為ON），表示有鋼板，電機M3正轉(zhuǎn)（MZ燈亮）；S1的信號消失（為OFF），檢測傳送帶上鋼板到位后的傳感器S2有信號（為ON），表示鋼板到位，電磁閥動作（YU1燈亮），電機M3反轉(zhuǎn)（MF燈亮）。給一向下壓下量，S2信號消失，S1有信號，電機M3正轉(zhuǎn)X2第一次接通，發(fā)光管A亮，表示有一向下壓下量，第二次接通時，A、B亮，表示有兩個向下壓下量，第三次接通時，A、B、C亮，表示有三個向下壓下量，若此時S2向下打，則在X2第三次接通斷開時，電磁閥YU1燈滅，“A、B、C”全滅，“M2”燈亮送走鋼板，按下啟動開關(guān)系統(tǒng)停止工作。3.2 設(shè)計要求 (1)

11、按啟動按鈕，上下兩扎輥電機（M1）啟動運轉(zhuǎn)，軋制方向為從右向左扎制。左右側(cè)輥道電機（M2和M3）啟動，逆時針運轉(zhuǎn)，向左輸送。（2）設(shè)備啟動后，PLC檢測有無等待的扎件，即S1是否有效。若無扎件則一直等待。S1有效信號到來后，PLC通過某一路開出控制電磁鐵動作，打開扎件擋板，讓扎件進入扎機的右側(cè)軌道。（3）待扎件完全進入后（設(shè)需時4秒），釋放電磁鐵，關(guān)閉扎件擋板。（4）扎件在右側(cè)輥道推動下進入軋輥下軋制，軋輥間有熱金屬探測儀給出正在軋制的信號，有S2仿真，高電平表示正在軋制。（5）S2有高電平變?yōu)榈碗娖奖硎驹呀?jīng)通過了軋輥。扎件通過軋輥后PLC控制兩側(cè)輥道停止，電磁液壓閥Y2動作使左側(cè)輥道翹起

12、。（6）1秒后啟動左側(cè)滾到向右輸送。這是由安裝在上軋輥上方的另一個這金屬探測儀給出扎件通過的信號，由另一個手動開關(guān)S3仿真。（7）S3由高電平變?yōu)榈碗娖奖硎驹呀?jīng)完全回到了軋輥右側(cè)。PLC斷開電磁閥Y2電源，并停止左側(cè)輥道運轉(zhuǎn)。（8）1秒鐘后左側(cè)輥道放平，啟動左右側(cè)輥道電機向左輸送，開始下一次軋制。（9）重復(fù)（4）（8）完成第二次軋制，并準備好第三次軋制。（10）第三次軋制完成后，即熱金屬探測儀輸出由高電平變?yōu)榈碗娖胶?，左?cè)輥道繼續(xù)向左輸送3秒，把扎件送出扎機。結(jié)束該扎件的軋制工程。（11）回到第二步但不需要4秒延時，（12）按下停止按鈕結(jié)束工作。3.3 控制原理介紹及圖示圖3-3第4章硬件

13、設(shè)計硬件系統(tǒng)由編程計算機(上位機)、S7-200PLC控制器(下位機、數(shù)字量輸入/輸出點為24 入/16出)和軋鋼機生產(chǎn)線被控對象等組成，編程計算機(RS232通訊口)和S7-200PLC控制器 (RS485通訊口)之間通訊采用PPI通訊模塊。軋鋼機的硬件設(shè)備主要由一個或數(shù)個主機列組成。主要包括：主電機、傳動機構(gòu)和工作機座等部分。輔助設(shè)備：1.裝料臺架；2加熱爐推鋼機；3加熱爐出鋼機；4輥道；5分鋼機與分鋼導(dǎo)板；6剪機；7圍盤裝置；8卷線機與成圈器；9輸送冷卻設(shè)備；10打捆機和壓卷機；11收卷機。4.1 元器件選擇（主設(shè)備）1.軋鋼機主機列，如下圖4-1-1：圖4-1-1軋鋼機主機列 1齒輪機

14、座，它將動力傳給三個軋輥，由三個直徑相等的齒輪封閉在箱體中組成。2為減速器，它以一定速比降低主軸轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)軋輥轉(zhuǎn)速需要。3為飛輪，用于蓄存和釋放能量，均衡主電機負荷。4為萬向接軸，連接齒輪座和軋輥傳遞動力。5、6為主聯(lián)接軸節(jié)，它們將齒輪座、減速器和主電機連接一起傳遞動力。7為主電機。8為工作機座。工作機座是使軋件產(chǎn)生軋制變形的設(shè)備,工作機座主要部件包括：軋輥，機架，軋輥軸承，軋輥調(diào)整裝置，導(dǎo)板和固定橫梁，地腳板等。雖然軋機類型很多，但工作機座組成部分大體上是一致的。 2.主電動機拖動電動機M： 5.5kW、AC380V、11.6A、1440r/min。 3熱繼電器：如下圖4-1-2熱繼電器主

15、要由熱元件、雙金屬片和觸頭三部分組成。雙金屬片是熱繼電器的感測元件，有兩種膨脹系數(shù)不同的金屬片用機械碾壓而成。膨脹系數(shù)大的稱為短，否則反之。主動層，小的稱為被動層。其利用熱效應(yīng)原理，過載電流越大，動作時間越 圖4-1-24.2 元器件選擇（輔助設(shè)備） 1.閉式幾架：如圖2-5， 閉式支架系統(tǒng)的模擬不太方便。閉式幾架是一個將上下橫梁與立柱鑄成一體的封閉式式整體框圖。因此它的強度和剛性較大。 2.收卷機：如右圖收卷機主要進行啟動、停止、退卷動作，把原材料通過機械方式收卷成卷料。4.3元器件參數(shù)PLC型號： 本設(shè)計中PLC選用的是三菱FX2n系列，本設(shè)計中有輸入/輸出點是3輸入/9輸出考慮到15的備

16、用點則需輸入點：3*（1+15%）=3.45，取整數(shù)4輸出點：9*（1+15%）=10.35 取整數(shù)11所以選用FX2n32MR的PLC拖動電動機M： 5.5kW、AC380V、11.6A、1440r/min。熔斷器FU：IFU2IN 其中：IFU是熔斷器熔體的額定電流IN是電動機的額定電流 IFU2*11.6=23.2A所以熔斷器選用RT1432型號。 熱繼電器： IRT=(0.951.05)IN 其中：IRT是熱繼電器的額定電流 IN是電動機的額定電流 IRT=(0.951.05)*11.6=11.02A12.18A 所以熱繼電器選用JR1620/3型號。 接觸器：IC=PN（KUN） 其

17、中：IC是接觸器觸頭電流PN是電動機額定功率K是經(jīng)驗系數(shù)一般取11.4UN是電動機額定電壓 IC=5.5*1000/（11.4）*380=10.33A14.47A所以接觸器選用CJ1020型號。指示燈HL： 0.25W,DC24V.電磁閥Y1: 100mA,AC220V.789 元器件清單:代號名稱型號數(shù)量M三相異步交流電動機Y型5.5kW、AC380V、11.6A、1440r/min4FX2n-32可編程控制器三菱FX2N-32MR1FU1熔斷器RT14323FR熱繼電器JR1620/34S按鈕2KM接觸器CJ102010HL指示燈0.25W,DC24V6YU1電磁閥YU1100mA,AC2

18、2014.4硬件控制原理圖 控制原理系統(tǒng)框圖 4.5 PLC外部接線圖PLC實現(xiàn)對主電路信號的控制4.6主電路圖圖 4-6第5章軟件設(shè)計5.1 設(shè)計思想及程序框圖本設(shè)計是利用兩個傳感器來檢測外來信號的，從而實現(xiàn)對主電路的控制功能。5.2 輸入輸出地址表1.輸入輸出接線輸入啟動S1S2輸出M1M2MZMFABCYU1X0X1X2Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7 主機模塊的COM接主機模塊的輸入端的COM和輸出端的COM1、COM2、COM3、COM4、COM5 主機模塊的24+、COM分別接在實驗單元的V+,COM2.打開主機電源將程序下載到主機中。3.啟動并運行程序觀察實驗現(xiàn)象。5.3 程序設(shè)

19、計說明1）按下啟動按鈕，上下兩扎輥電機（M1）啟動運轉(zhuǎn)，軋制方向為從右向左扎制。左右側(cè)輥道電機（M2和M3）啟動，逆時針運轉(zhuǎn)，向左輸送。2）檢測傳送帶上有無鋼板即S1是否有效。若無扎件則一直等待。S1有效信號到來后，PLC通過某一路開出控制電磁鐵動作，打開扎件擋板，讓扎件進入扎機的右側(cè)軌道。3）檢測鋼板是否到位，待扎件完全進入后（設(shè)需時4秒），釋放電磁鐵，關(guān)閉扎件擋板。4）每1sM1有1個上升沿，扎件在右側(cè)輥道推動下進入軋輥下軋制，軋輥間有熱金屬探測儀給出正在軋制的信號，有S2仿真，高電平表示正在軋制。S2有高電平變?yōu)榈碗娖奖硎驹呀?jīng)通過了軋輥。扎件通過軋輥后PLC控制兩側(cè)輥道停止，電磁液壓

20、閥Y2動作使左側(cè)輥道翹起。5）檢測傳送帶上鋼板到位后給計數(shù)器賦值。1秒后啟動左側(cè)滾到向右輸送。這是由安裝在上軋輥上方的另一個這金屬探測儀給出扎件通過的信號，由另一個手動開關(guān)S3仿真。S3由高電平變?yōu)榈碗娖奖硎驹呀?jīng)完全回到了軋輥右側(cè)。PLC斷開電磁閥Y2電源，并停止左側(cè)輥道運轉(zhuǎn)。1秒鐘后左側(cè)輥道放平，啟動左右側(cè)輥道電機向左輸送，開始下一次軋制。6）Y1沖壓次數(shù)7）C3計數(shù)4次8）沖壓3次后，第4次對C0、C1、C2清零且M0得電，程序全部復(fù)位。第三次軋制完成后，即熱金屬探測儀輸出由高電平變?yōu)榈碗娖胶螅髠?cè)輥道繼續(xù)向左輸送3秒，把扎件送出扎機。結(jié)束該扎件的軋制工程。9）啟動時對C3清零，為下一

21、次運行做準備。第6章運行調(diào)試當(dāng)啟動按鈕SD按下，電機M1、M2運行，傳送鋼板，檢測傳送帶上有無鋼板的傳感器S1的信號（即開關(guān)為ON），表示有鋼板，電機M3正轉(zhuǎn)（MZ燈亮）；S1的信號消失（為OFF），檢測傳送帶上鋼板到位后的傳感器S2有信號（為ON），表示鋼板到位，電磁閥動作（YU1燈亮），電機M3反轉(zhuǎn)（MF燈亮）。給一向下壓下量，S2信號消失，S1有信號，電機M3正轉(zhuǎn)重復(fù)上述過程。X2第一次接通，發(fā)光管A亮，表示有一向下壓下量，第二次接通時，A、B亮，表示有兩個向下壓下量，第三次接通時，A、B、C亮，表示有三個向下壓下量，若此時S2向下打，則在X2第三次接通斷開時，電磁閥YU1燈滅，“A、B

22、、C”全滅，“M2”燈亮送走鋼板，按下啟動開關(guān)系統(tǒng)停止工作。Step 1: 電機M1、M2運行，傳送鋼板，檢測傳送帶上有無鋼板的傳感器S1的信號（即開關(guān)為ON） Step 2: 有鋼板，電機M3正轉(zhuǎn)（MZ燈亮）；S1的信號消失（為OFF），檢測傳送帶上鋼板到位后的傳感器S2有信號（為ON）Step 3: 扎件通過軋輥后PLC控制兩側(cè)輥道停止，電磁液壓閥Y2動作使左側(cè)輥道翹起。電磁閥動作.PLC系統(tǒng)能控制主軋機起、停和傳送帶的運行方向，同時能檢測到各個電機的故障現(xiàn)象，減小了傳統(tǒng)的繼電一接觸控制系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，減小了硬件和控制線路，極大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，另外利用PLC內(nèi)部的模塊實現(xiàn)控制。組態(tài)軟件作為用戶定制功能的軟件平臺，利用其良好的人機界面和通信能力，在PC機上開發(fā)出友好的人機界面，下載后，使工作人員可以可以實現(xiàn)控制系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置、電機的啟動和停止同時可實現(xiàn)系統(tǒng)的故障報警。若出現(xiàn)問題，按如下步驟檢查：1 查看外電路連接，接線是否正常2 查看梯形圖程序，每一步排查，又沒有漏步，多步3 檢查程序是否導(dǎo)入，有沒有按正確步驟操作（有很多種導(dǎo)入方法）4 如以上三種步驟還不能解決，檢查儀器是否正常，并請求老師指導(dǎo) 第7章 小結(jié)課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程.隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展的日