自动轧钢机控制系统设计

自动轧钢机控制系统设计
摘要
可编程控制器（Programmable Controller,，英文缩写为PC、后又称为PLC）是以微处理器为基础，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（PLC、机器人和CAD/CAM）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。

其特点是：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，与计算机技术相结合，形成工业控制机系统、分布式控制系统DCS(Distributed Control System)、现场总线控制系统FCS(Field bus Control System)，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，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，完成一个轧制动作
关键词：PLC，传感器，电磁阀，钢板，正反转
ROLLING MILL CONTROLSYSTEM FOR
AUTOMATIC DESIGN
ABSTRACT
Microprocessor based programmable logic controller based on a combination of computer technology, semiconductor integration technology, automatic control technology, digital technology and communication network technology developed in a common industrial automation devices. It for control of the process of user-oriented to
meet the industrial environment, convenient operation, high reliability and modern three pillars of industrial control (PLC, robotics and CAD / CAM) one. PLC control technology currently represents the advanced level of process control, PLC devices have become the basic installation of automation systems.
Which is characterized by: a logic control, timing, counting and other features, the use of visual programming languages Ladder Diagram language, software to change the convenience and flexibility of universal good.
At present, the main programmable logic controller PLC is a step in miniaturization, low-cost, standardization, high-speed, intelligence, high-capacity, network development, and computer technology, the formation of industrial control systems, distributed Control System DCS (Distributed Control System), Fieldbus Control System FCS (Field bus Control System), the PLC that will enable more powerful, more reliable, more convenient to use for a wider range.
The design is based on the rolling mill of the PLC control system, using sensors to detect S1 plate conveyor belt on whether, detection of conveyor belt in place on the sensor plate signal S2 (for ON), said steel plate in place, so repeat the process.
KEY WORDS: PLC, transducer,solenoid pilot actuated valve,armor plate,positive and negative
目录
第一章前言 5
1.1 PLC的基本结构 5
1.2 PLC的工作原理 5
第二章轧钢机控制系统的构成7
2.1 整体框架7
2.2 一次接线图7
2.3 可编程控制器的选择确定 (9)
第三章PLC的I/O端口接线7
第四章I/O 口地址分配8
第五章程序设计9
5.1 控制要求9
5.2 程序流程图9
5.3 梯形图10
第七章实验结论及分析 (28)
第八章设计心得28
第九章参考文献29
前言
轧机的主要设备有工作机座和传动装置;工作机座由轧辊﹑轧辊轴承﹑机架﹑轨座﹑轧辊调整装置﹑上轧辊平衡装置和换辊装置等组成。

轧辊是使金属塑性变形的部件，它包括轧辊轴承、轧机机架、轧机轨座、轧辊调整装置、上轧辊平衡装置等。

中国于1871 年在福州船政局所属拉铁厂( 轧钢厂) 开始用轧机﹔轧制厚15mm 以下的铁板﹐6 ～120mm 的方﹑圆钢。

1890 年汉冶萍公司汉阳铁厂装有蒸汽机拖动的横列双机架2450mm 二辊中板轧机和蒸汽机拖动的三机架横列二辊式轨梁轧机以及350/300mm 小型轧机。

随着冶金工业的发展﹐现已有多种类型轧机。

现代轧机发展的趋向是连续化﹑自动化﹑专业化﹐产品质量高﹐消耗低。

60 年代以来轧机在设计﹑研究和制造方面取得了很大的进展﹐使带材冷热轧机﹑厚板轧机﹑高速线材轧机﹑H 型材轧机和连轧管机组等性能更加完善﹐并出现了轧制速度高达每秒钟115 米的线材轧机﹑全连续式带材冷轧机﹑5500 毫米宽厚板轧机和连续式H 型钢轧机等一系列先进设备。

随着生产力和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。

第一章PLC概论
1.1 PLC的基本结构
1、中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是PLC的控制核心。

它按照PLC 系统程序赋予的功能：a. 接收并存储从用户程序和数据；b.检查电源、存储器、I/O 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。

2、存储器可编程序控制器的存储器分为系统程序存储器和用户程序存储器。

存放系统软件（包括监控程序、模块化应用功能子程序、命令解释程序、故障诊断程序及其各种管理程序）的存储器称为系统程序存储器；存放用户程序（用户程序存和数据）的存储器称为用户程序存储器，所以又分为用户存储器和数据存储器两部分。

3．输入接口电路输入输出信号有开关量、模拟量、数字量三种，在我们实际涉及到的信号当中，开关量最普遍。

4．输出接口电路：可编程序控制器的输出有：继电器输出(M)、晶体管输出(T)、晶闸管输出(SSR)三种输出形式。

5．电源
PLC的电源在整个系统中起着十分重要得作用。

如果没有一个良好的、可靠得电源系统是无法正常工作的，因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。

一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。

如FX1S额定电压AC100V—240V，而电压允许范围在AC85V —264V之间。

允许瞬时停电在10ms以下，能继续工作。

一般小型PLC的电源输出分为两部分：一部分供PLC内部电路工作；一部分向外提供给现场传感器等的工作电源。

1.2 PLC的工作原理
PLC则是采用循环扫描的工作方式。

一个扫描周期主要可分为3个阶段。

1．输入刷新阶段
在输入刷新阶段，CPU扫描全部输入端口，读取其状态并写入输入状态寄存器。

完成输入端刷新工作后，将关闭输入端口，转入程序执行阶段。

在程序执行期间即使输入端状态发生变化，输入状态寄存器的内容也不会改变，而这些变化必须等到下一工作周期的输入刷新阶段才能被读入。

2．程序执行阶段
在程序执行阶段，根据用户输入的控制程序，从第一条开始逐步执行，并将相应的逻辑运算结果存入对应的内部辅助寄存器和输出状态寄存器。

当最后一条控制程序执行完毕后，即转入输入刷新阶段。

3．输出刷新阶段
当所有指令执行完毕后，将输出状态寄存器中的内容，依次送到输出锁存电路（输出映像寄存器），并通过一定输出方式输出，驱动外部相应执行元件工作，这才形成PLC的实际输出。

由此可见，输入刷新、程序执行和输出刷新三个阶段构成PLC一个工作周期，由此循环往复，因此称为循环扫描工作方式。

显然扫描周期的长短主要取决于程序的长短。

扫描周期越长，响应速度越慢。

由于每个扫描周期只进行一次I/O刷新，即每一个扫描周期PLC只对输入、输出状态寄存器更新一次，所以系统存在输入输出滞后现象，这在一定程度上降低了系统的响应速度。

但是由于其对I/O的变化每个周期只输出刷新一次，并且只对有变化的进行刷新，这对一般的开关量控制系统来说是完全允许的，不但不会造成影响，还会提高抗干扰能力。

这是因为输入采样阶段仅在输入刷新阶段进行，PLC 在一个工作周期的大部分时间是与外设隔离的，而工业现场的干扰常常是脉冲、短时间的，误动作将大大减小。

但是在快速响应系统中就会造成响应滞后现象，这个一般PLC都会采取高速模块。

第二章轧钢机控制系统的构成
2.1 整体框架
图2-1 控制系统框架 2.2 一次接线图
FU 5
K M 2
K M 7
FR4电机YU1
电机M 2
3~
M43
3
3~~
FU 2
FU 3
FU 4
K M 1
电机M1
电机M 3
FR3FR2
FR1
R K M 11
T
M2FU 1
K M 10
QF K M 6
S M1M3
图2-2 主线路接线图
2.3可编程控制器的选择确定
控制器要求轧钢机系统有 4 台电机, 分别为供水电机、主轴电机、送料电机和供料电机。

轧钢机系统要求供水电机起动后主轴电机才能起动, 主轴电机起动后送料电机才能起动, 只有当主轴电机和送料电机都起动后, 供料电机才能起动。

停止时, 按供料电机送料电机、主轴电机、供水电机的顺序依次停止。

因此选择西门子
传感器
可编程控制器
电机
6ES7214-1BD23-0XB0，CPU为224、AC/DC/ 、继电器14 、输入/10 输出220 V 输出频率: 220 kHz。

其优点高速处理、高可靠性但不可扩展性价比较高
第三章PLC的I/O端口接线
KM7KM6KM1
KM11
KM7
KM10KM6
KM4
SB1
传感器到位传感器
检测有无钢材传感器24V
S1 24V
启动按钮
CPU224
端口
端口
图3-1 I/O 端口接线图
第四章 I/O 口地址分配 表4-1 端口地址分配
输入信号 输出信号 启动SD I0.0 M1 Q1.0 S1(有无) I0.1 M2
Q1.1 S2（到位）
I0.2
M3正转（MZ 灯亮）
Q0.7
M3反转（MF灯
Q0.6
亮）
YU1 Q0.1
A Q0.2
B Q0.3
C Q0.4
说明如下：
启动按钮SD接通，M1、M2运行。

S1为“ON”表示有钢板，M3正传；
S1为“OF”，S2为“ON”。

表示钢板到位，电磁阀YU1灯亮，电机M3反转；
Y1给一向下压下量，S2信号消失，S1有信号，电机M3正转……重复步骤1；
Q0.1第一次接通，A亮；
Q0.1第二次接通，A，B亮；
Q0.1第三次接通，A，B，C亮；然后在断开Q0.1时，YU1灯灭，A，B，C全灭。

“M2”灯亮送走钢板。

再次按下启动按钮SD，系统停止工作。

第五章程序设计
5.1 控制要求
1、启动按钮SD接通，M1、M2运行。

S1为“ON”表示有钢板，M3正传；
S1为“OF”，S2为“ON”。

表示钢板到位，电磁阀YU1灯亮，电机M3反转；
Y1给一向下压下量，S2信号消失，S1有信号，电机M3正转……重复步骤1；4、Q0.1第一次接通，A亮；
Q0.1第二次接通，A，B亮；
Q0.1第三次接通，A，B，C亮；然后在断开Q0.1时，YU1灯灭，A，B，C全灭。

“M2”灯亮送走钢板。

再次按下启动按钮SD，系统停止工作。

5.2程序流程图
图5-1 程序流程图5.3 梯形图
图5-2 梯形图
第七章试验结果及分析
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。

其操作过程如下：启动按钮SD接通，M1、M2运行。

S1为“ON”表示有钢板，M3正传；S1为“OF”，S2为“ON”。

表示钢板到位，电磁阀YU1灯亮，电机M3反转；Y1给一向下压下量，S2信号消失，S1有信号，电机M3正转……重复步骤1；Q0.1第一次接通，A亮；Q0.1第二次接通，A，B亮；Q0.1第三次接通，A，B，C亮；然后在断开Q0.1时，YU1灯灭，A，B，C全灭。

“M2”灯亮送走钢板。

再次按下启动按钮SD，系统停止工作。

谢辞
本论文的完成，得益于***老师传授的知识，使本人有了完成论文所要求的知识积累，更得益于孙娟老师从选题的确定、论文资料的收集、论文框架的确定、开题报告准备及论文初稿与定稿中对字句的斟酌倾注的大量心血，在此对孙老师表示感谢！
经过了将近三个月的毕业设计，使我对各种设计方法都有了一个比较全面而深刻的了解和掌握，能较好的完成了这次毕业设计,主要是得益于孙老师的认真指导和耐心教诲，使我学到了以前很多没有学到的东西。

结合这三年所学的专业理论知识，使我无论是从PLC总体结构的设计,还是在PLC在轧钢机控制系统中，都学到了很多有用的知识，为今后走上工作岗位打下了良好的基础，是我人生经历中的一项宝贵的经验。

感谢我的父母和家人，是他们无私的爱和关怀使我快乐的成长，使我学会基本的做人，在求学的路上，他们无私的爱和期望，他们默默的支持和宽容的心，都是我一直坚强前进的动力和后盾。

其次，我还要感谢孙老师和系里给予我帮助和鼓励的每一位老师。

感谢你们在这三年的学习中，一直的关心我、帮助我，使我收获了很多的知识和人生经验。

其中在毕业设计的这一段时间里，孙老师不但时常督促我，还耐心的指导我，不管是在我的生活上，还是在学习上都给了我无私的关心。

让我们有问题时，有人问；有争论时，有人解决，谢谢您孙老师，谢谢您给予我的帮助！同时感谢学校领导，让我们能够在这么优越的环境下学习和生活。

在这次的毕业设计中，陈小波和娄可伟同学给了我很多具体技术上的帮助，我从他们身上学到了许多知识，在此，也深表感谢。

参考文献
【1】：《电气控制与PLC应用》范永胜，王岷编著中国电力出版社【2】：《可编程控制器应用技术与设计》高钦和编著人民邮电出版社【3】：《可编程序控制器原理及应用》郁汉琪，郭健编者中国电力出版社【4】《可编程控制器原理与应用》范次猛编著北京理工大学出版社
【5】《可编程控制器原理及应用实例》张进秋，陈永利，张中民编著机械工业出版社
【6】：《电气控制与PLC技术》郭艳萍编著北京师范大学出版社
【7】：《可编程控制器原理及其应用》万泰福，唐贤水编著重庆大学出版社
【8】：《三菱微型可编程控制器使用手册》日本三菱电气
公司
【9】：《电气控制与可编程控制器技术》史国生编著化学工业出版社【10】：《工厂电气控制技术》方承远编著重庆大学出版社【11】：《可编程序控制器应用技术》田瑞庭编著机械工业出版社【12】：《PLC分析与设计应用》周万珍编著电子工业出版社。