PLC课程设计轧钢机

1、电器与可编程控制器课程设计2011年 12月26日目 录第1章 绪论41.1 PLC的定义41.2 PLC功能及特点4第二章 课题介绍62.1 轧钢机发张动向62.2 轧钢的控制系统的特点与分类62.3 轧钢安全技术7第3章 设计内容及要求73.1 控制要求73.2 设计要求83.3 控制原理介绍及图示9第4章硬件设计94.1 元器件选择（主设备）94.2 元器件选择（辅助设备）114.3元器件参数124.4硬件控制原理图134.5 PLC外部接线图144.6主电路图15第5章软件设计165.1 设计思想及程序框图165.2 输入输出地址表175.3 程序设计说明17第6章运行调试20第7章

2、小结23参考文献23附录241.完整的T型图242PLC外部接线图26第1章 绪论1.1 PLC的定义 可编程控制器简称PC（英文全称：Programmable Controller）， 它经历了可编程序矩阵控制器PMC、可编程序顺序控制器PSC、可编程序逻辑控制器PLC（英文全称：Programmable Logic Controller）和可编程序控制器PC几个不同时期。为与个人计算机（PC）相区别，现在仍然沿用可编程逻辑控制器这个老名字。 1987年国际电工（International Electrical Committee）颁布的PLC标准草案中对PLC做了如下定义： PLC是一种专

3、门为在工业环境下应用而设计的数字算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。1.2 PLC功能及特点特点：（一）：实用性强，使用方便（二）：功能强，适应面广 （三）：可靠性高，抗干扰能力强（四）：控制程序可变具有很好的柔性（五）：编程方法简单，容易掌握（六）：PLC控制系统的设计、安装、调试和维修工作少，极为方便控制序变化功能： （一）：逻辑控制功能 逻辑控制功能

4、是PLC最基本的功能之一，是PLC最基本的应用领域，取代传统的继电器控制系统，实现逻辑控制和顺序控制。 （二）：定时控制功能 定时控制功能也是PLC的基本功能之一。PLC中有许多可供用户使用的时器，功能类似于继电器线路中的时间继电器。定时器的设定值（定时时间）可以在编程时设定，也可在运动过程中根据需要进行修改，使用方便灵活。同时PLC还提供了高精度的时钟脉冲，用于准确的实时控制。 （三）：技术控制功能 技术控制功能是PLC的最基本功能之一。PLC为用户提供许多计数器，计数器计数到某一数值时，产生一个状态信号（计数值到），利用该状态信号实现对某个操作的计数控制。计数值的设定值可以在编程时设定，也

5、可以在运行过程中根据需要进行修改。 （四）：数据处理功能 PLC大部分都具有数据处理功能，可以实现算数运算、数据比较、数移位、数据转换译码编码等操作。中、大型PLC数据处理功能更加齐全，可完成开方、PID运算、浮点运算等操作，还可以和CRT、打印机相联，实现程序、数据的显示和打印。 （五）：监控功能 （六）：停电记忆功能 （七）：故障诊断功能 PLC可以对系统构成、某些硬件状态、指令的合法性等进行自诊断，现异常情况，发出警报并显示错误类型，如果严重错误则自动终止运行。 第二章 课题介绍2.1 轧钢机发张动向轧钢机，据说在14世纪欧洲就有轧机，但记载的是1480年意大利人达芬h型连轧钢机。155

6、3年法国人不律列尔（Brulier）轧制出金和银板材，用以制造金币。此后在西班 牙，比利时和英国相继出现轧机。1728年英国设计的生产棒材用的轧机。十九世纪中叶，第一台可逆式板材轧机在英国投产。1848年德国发明了万能式轧机，1853年美国开始用三辊式的型材轧机（图2 最初的三辊式侧视图），并用蒸汽机传动的升降台实现机械化。 1859年制造了第一台连轧机。中国于1871年在福州船政局所属拉铁厂（轧钢厂）开始用轧钢机。 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

7、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。 。 2.2 轧钢的控制系统的特点与分类轧机按用途分类有：初轧机和开坯机，型钢轧机(大、中、小和线材)，板带机，钢管轧机和其他特殊用途的轧机。轧机的开坯机和型钢轧机是以轧辊的直径标称的，板带轧机是以轧辊辊身长度标称的，钢管轧机是以能轧制的钢管的最大外径标称的。辅助设备可

8、分为两类：改变轧件外形的设备，如：剪切、矫直、卷取等。移送轧件的设备，如：辊道、翻钢机、推床、升降台等。2.3 轧钢安全技术 （1）双机架可逆式冷轧机成套装备与技术，该技术根据轧制带钢的材质、规格和生产工艺条件选择不同的轧制道次，使轧机能在较大的范围内灵活适应带钢材质、规格和卷重的变化，产品精度高，可开发精密带钢和有色金属箔带。 （2）钢材品种开发与性能优化技术，包括：工艺参数对IF钢成形性能的影响；超细晶粒、高强度纯净钢的研究；高强度微合金(Ti, Nb, V ,B) 钢的研究。 （3）热轧窄带钢生产成套设备及工艺技术，在工艺和设备上向宽带钢靠拢，用层流冷却和卧式卷取机取代活套振荡器和立式卷

9、取，粗轧机前增加高压水除鳞，带钢的表面质。 （4）基于图像处理的表面质量在线检测系统，该系统用CCD摄像头采集生产线上产品的表面图像，通过图像处理和模式识别算法对图像进行实时的分析和处理，以检测产品的表面是否存在着缺陷，并且获取缺陷的尺寸、部位、类型、等级等信息，从而达到在线评估和控制产品表面质量的目的。 （5）中厚板轧后快冷技术，采用国际上先进的高密度管层流冷却装置，改进中厚板生产中利用控制轧制控制冷却工艺生产专用钢板，并提高钢板的机械性能。第3章 设计内容及要求轧钢机设计内容主要包括控制要求、设计要求、控制原理介绍及图示、控制方案。 3.1 控制要求启动按钮SD按下，电机M1、M2运行，传

10、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S2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X2第一次接通，发光管A亮，表示有一向下压下量，第二次接通时，A、B亮，表示有两个向下压下量，第三次接通时，A、B、C亮，表示有三个向下压下量，若此时S2向下打，则在X2第三次接通断开时，电磁阀YU1灯灭，“A、B、C”全灭，“M2”灯亮送走钢板，按下启动开关系统停止工作。3.2 设计要求 (1)

11、按启动按钮，上下两扎辊电机（M1）启动运转，轧制方向为从右向左扎制。左右侧辊道电机（M2和M3）启动，逆时针运转，向左输送。（2）设备启动后，PLC检测有无等待的扎件，即S1是否有效。若无扎件则一直等待。S1有效信号到来后，PLC通过某一路开出控制电磁铁动作，打开扎件挡板，让扎件进入扎机的右侧轨道。（3）待扎件完全进入后（设需时4秒），释放电磁铁，关闭扎件挡板。（4）扎件在右侧辊道推动下进入轧辊下轧制，轧辊间有热金属探测仪给出正在轧制的信号，有S2仿真，高电平表示正在轧制。（5）S2有高电平变为低电平表示扎件已经通过了轧辊。扎件通过轧辊后PLC控制两侧辊道停止，电磁液压阀Y2动作使左侧辊道翘起

12、。（6）1秒后启动左侧滚到向右输送。这是由安装在上轧辊上方的另一个这金属探测仪给出扎件通过的信号，由另一个手动开关S3仿真。（7）S3由高电平变为低电平表示扎件已经完全回到了轧辊右侧。PLC断开电磁阀Y2电源，并停止左侧辊道运转。（8）1秒钟后左侧辊道放平，启动左右侧辊道电机向左输送，开始下一次轧制。（9）重复（4）（8）完成第二次轧制，并准备好第三次轧制。（10）第三次轧制完成后，即热金属探测仪输出由高电平变为低电平后，左侧辊道继续向左输送3秒，把扎件送出扎机。结束该扎件的轧制工程。（11）回到第二步但不需要4秒延时，（12）按下停止按钮结束工作。3.3 控制原理介绍及图示图3-3第4章硬件

13、设计硬件系统由编程计算机(上位机)、S7-200PLC控制器(下位机、数字量输入/输出点为24 入/16出)和轧钢机生产线被控对象等组成，编程计算机(RS232通讯口)和S7-200PLC控制器 (RS485通讯口)之间通讯采用PPI通讯模块。轧钢机的硬件设备主要由一个或数个主机列组成。主要包括：主电机、传动机构和工作机座等部分。辅助设备：1.装料台架；2加热炉推钢机；3加热炉出钢机；4辊道；5分钢机与分钢导板；6剪机；7围盘装置；8卷线机与成圈器；9输送冷却设备；10打捆机和压卷机；11收卷机。4.1 元器件选择（主设备）1.轧钢机主机列，如下图4-1-1：图4-1-1轧钢机主机列 1齿轮机

14、座，它将动力传给三个轧辊，由三个直径相等的齿轮封闭在箱体中组成。2为减速器，它以一定速比降低主轴转速，以适应轧辊转速需要。3为飞轮，用于蓄存和释放能量，均衡主电机负荷。4为万向接轴，连接齿轮座和轧辊传递动力。5、6为主联接轴节，它们将齿轮座、减速器和主电机连接一起传递动力。7为主电机。8为工作机座。工作机座是使轧件产生轧制变形的设备,工作机座主要部件包括：轧辊，机架，轧辊轴承，轧辊调整装置，导板和固定横梁，地脚板等。虽然轧机类型很多，但工作机座组成部分大体上是一致的。 2.主电动机拖动电动机M： 5.5kW、AC380V、11.6A、1440r/min。 3热继电器：如下图4-1-2热继电器主

15、要由热元件、双金属片和触头三部分组成。双金属片是热继电器的感测元件，有两种膨胀系数不同的金属片用机械碾压而成。膨胀系数大的称为短，否则反之。主动层，小的称为被动层。其利用热效应原理，过载电流越大，动作时间越 图4-1-24.2 元器件选择（辅助设备） 1.闭式几架：如图2-5， 闭式支架系统的模拟不太方便。闭式几架是一个将上下横梁与立柱铸成一体的封闭式式整体框图。因此它的强度和刚性较大。 2.收卷机：如右图收卷机主要进行启动、停止、退卷动作，把原材料通过机械方式收卷成卷料。4.3元器件参数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

16、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FX2n32MR的PLC拖动电动机M： 5.5kW、AC380V、11.6A、1440r/min。熔断器FU：IFU2IN 其中：IFU是熔断器熔体的额定电流IN是电动机的额定电流 IFU2*11.6=23.2A所以熔断器选用RT1432型号。 热继电器： IRT=(0.951.05)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=(0.951.05)*11.6=11.02A12.18A 所以热继电器选用JR1620/3型号。 接触器：IC=PN（KUN） 其

17、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11.4UN是电动机额定电压 IC=5.5*1000/（11.4）*380=10.33A14.47A所以接触器选用CJ1020型号。指示灯HL： 0.25W,DC24V.电磁阀Y1: 100mA,AC220V.789 元器件清单:代号名称型号数量M三相异步交流电动机Y型5.5kW、AC380V、11.6A、1440r/min4FX2n-32可编程控制器三菱FX2N-32MR1FU1熔断器RT14323FR热继电器JR1620/34S按钮2KM接触器CJ102010HL指示灯0.25W,DC24V6YU1电磁阀YU1100mA,AC2

18、2014.4硬件控制原理图 控制原理系统框图 4.5 PLC外部接线图PLC实现对主电路信号的控制4.6主电路图图 4-6第5章软件设计5.1 设计思想及程序框图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。5.2 输入输出地址表1.输入输出接线输入启动S1S2输出M1M2MZMFABCYU1X0X1X2Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7 主机模块的COM接主机模块的输入端的COM和输出端的COM1、COM2、COM3、COM4、COM5 主机模块的24+、COM分别接在实验单元的V+,COM2.打开主机电源将程序下载到主机中。3.启动并运行程序观察实验现象。5.3 程序设

19、计说明1）按下启动按钮，上下两扎辊电机（M1）启动运转，轧制方向为从右向左扎制。左右侧辊道电机（M2和M3）启动，逆时针运转，向左输送。2）检测传送带上有无钢板即S1是否有效。若无扎件则一直等待。S1有效信号到来后，PLC通过某一路开出控制电磁铁动作，打开扎件挡板，让扎件进入扎机的右侧轨道。3）检测钢板是否到位，待扎件完全进入后（设需时4秒），释放电磁铁，关闭扎件挡板。4）每1sM1有1个上升沿，扎件在右侧辊道推动下进入轧辊下轧制，轧辊间有热金属探测仪给出正在轧制的信号，有S2仿真，高电平表示正在轧制。S2有高电平变为低电平表示扎件已经通过了轧辊。扎件通过轧辊后PLC控制两侧辊道停止，电磁液压

20、阀Y2动作使左侧辊道翘起。5）检测传送带上钢板到位后给计数器赋值。1秒后启动左侧滚到向右输送。这是由安装在上轧辊上方的另一个这金属探测仪给出扎件通过的信号，由另一个手动开关S3仿真。S3由高电平变为低电平表示扎件已经完全回到了轧辊右侧。PLC断开电磁阀Y2电源，并停止左侧辊道运转。1秒钟后左侧辊道放平，启动左右侧辊道电机向左输送，开始下一次轧制。6）Y1冲压次数7）C3计数4次8）冲压3次后，第4次对C0、C1、C2清零且M0得电，程序全部复位。第三次轧制完成后，即热金属探测仪输出由高电平变为低电平后，左侧辊道继续向左输送3秒，把扎件送出扎机。结束该扎件的轧制工程。9）启动时对C3清零，为下一

21、次运行做准备。第6章运行调试当启动按钮SD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S2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。X2第一次接通，发光管A亮，表示有一向下压下量，第二次接通时，A、B亮，表示有两个向下压下量，第三次接通时，A、B、C亮，表示有三个向下压下量，若此时S2向下打，则在X2第三次接通断开时，电磁阀YU1灯灭，“A、B

22、、C”全灭，“M2”灯亮送走钢板，按下启动开关系统停止工作。Step 1: 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） Step 2: 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S2有信号（为ON）Step 3: 扎件通过轧辊后PLC控制两侧辊道停止，电磁液压阀Y2动作使左侧辊道翘起。电磁阀动作.PLC系统能控制主轧机起、停和传送带的运行方向，同时能检测到各个电机的故障现象，减小了传统的继电一接触控制系统的中间环节，减小了硬件和控制线路，极大提高了系统的稳定性、可靠性，另外利用PLC内部的模块实现控制。组态软件作为用户定制功能的软件平台，利用其良好的人机界面和通信能力，在PC机上开发出友好的人机界面，下载后，使工作人员可以可以实现控制系统的参数设置、电机的启动和停止同时可实现系统的故障报警。若出现问题，按如下步骤检查：1 查看外电路连接，接线是否正常2 查看梯形图程序，每一步排查，又没有漏步，多步3 检查程序是否导入，有没有按正确步骤操作（有很多种导入方法）4 如以上三种步骤还不能解决，检查仪器是否正常，并请求老师指导 第7章 小结课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日