PLC轧钢机课程设计说明书

课程设计说明书课程名称:电气控制设备课程设计课程代码:9127028题目:基于PLC的轧钢机控制系统学生姓名:曾泰文学号:412012580202220年级/专业/班:2013级电气自动化技术2班学院(直属系):应用技术学院指导教师:徐全摘要目前，钢材已经成为世界范围内非常重要的一种原材料，用轧制方法制作生产钢材具有生产效率高，生产品种多，生产过程连续性强，易于实现机械化和自动化等优点。目前我国已经引进了先进的轧钢机械和相关技术，进行不断的创新和发展当中。本设计基于可编程序控制器，简称PLC（programmablecontroller）.PLC技术代表着当前程序控制的先进水平，并且已经成为自动化的基础装置。本设计采用西门子S7-200型PLC，CPU224为主要装置，实现对轧钢机的运行。很好的将书本和实际结合到了一起。关键词：PLC轧钢机传感器电磁阀目录引言..................................................................-1-1.1方案设计原则.....................................................-2-1.2系统的整体设计要求...............................................-2-1.3控制系统的设计...................................................-3-第2章轧钢机控制系统的硬件设计.........................................-5-2.1硬件选型.........................................................-5-2.1.1PLC机型选择...............................................-5-2.1.2PLC容量选择...............................................-6-2.1.3I/O模块的选择.............................................-6-2.1.4电源模块的选择.............................................-7-2.2PLCI/O点分配...................................................-8-2.2.1控制系统I/0数量...........................................-8-2.2.2PLC的I/O接线图...........................................-9-2.3主电路的设计....................................................-11-3.1程序设计的一般方法..............................................-12-3.1.1经验设计法................................................-12-3.1.2逻辑设计法................................................-12-3.1.3顺序设计法................................................-12-3.2PLC控制的相关流程图............................................-13-3.2.1控制流程图................................................-13-3.3可编程控制器梯形图..............................................-14-第4章系统调试........................................................-17-结论..................................................................-22-设计总结...............................................................-23-谢辞..................................................................-24-参考文献...............................................................-25--1-引言当今社会，钢材是生活中使用作为广泛的一种基础材料。面对巨大的需求量，钢材生产必须向着更高效，更高质，更优质等有利方向发展。轧钢机系统要求可靠的控制，精确的尺寸测量等特点，这是目前一般的半自动控制系统和人工控制系统所难以满足的。因此，为了满足当前企业的生产需要，设计精确可靠的自动轧钢系统是一种必然的趋势。PLC装置已经成为自动化系统的主要装置，20世纪70年代初，可编程控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已经全面引入可编程控制控制器中，使其功能发生了质的飞越。20世纪80年代初，可编程控制器在发达国家中已经获得广泛的应用，其特点体现为，大规模、高速度、高性能、产品系列化等。此时的可编程控制器已经逐渐进入成熟阶段。上世纪80年代至90年代中期是可编程控制器发展最为迅速的时期，其能力得到各方面的提高并且逐渐进入了控制领域。实际末期，可编程控制器的发展特点是更为适合现代工业设计等的需要。现目前，可编程控制器在机械制造，石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展而本次设计则是将PLC用于轧钢机控制装置的设计的控制，将所学和生活实际紧密的结合在一起。在巩固所学的同时，对实际中的问题也要做一些深入的了解。。课程设计说明书-2-第1章轧钢机控制系统方案设计1.1方案设计原则整个设计过程是按工艺流程设计，为设备安装、运行和保护检修服务，设计的编写按照国家关于电气自动化工程设计中的电气设备常用基本图形符号（GB4728）及其他相关标准和规范编写。设计原则主要包括：工作条件：工程对电气控制线路提供的具体资料，系统在保证安全、可靠、稳定、快速的前提下，尽量做到经济、合理、合用，减小设备成本。在方案的选择、元器件的选型时更多的考虑新技术、新产品。控制由人工控制到自动控制，由模拟控制到微机控制，使功能的实现由一到多而且更加趋于完善。对于本课题来说，轧钢机系统部分是一个较大规模工业控制系统的改适升级，控制装置需要根据企业设备和工艺现况来构成并需尽可能的利用旧系统中的元器件。对于人机交互方式改造后系统的操作模式应尽量和改造前的相类似，以便于操作人员迅速掌握。从企业的改造要求可以看出在新控制系统中既需要处理模拟量也需要处理大量的开关量。系统的可靠性要高。人机交互界面友好，应具备数据储存和分析汇总的能力。要实现整个轧钢机控制系统的设计，需要从怎样实现多个电磁阀的开关以及电动机启动的控制这个角度去考虑，现在就这个问题的如何实现以及选择怎样的方法来确定系统方案。1.2系统的整体设计要求当启动按钮SD接通，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）。Y1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。Y1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有信号，则停机，须重新启动。课程设计说明书-3-1.3控制系统的设计就目前的现状有以下几种控制方式满足系统的要求：继电器控制系统、单片机控制、工业控制计算机控制、可编程序控制器控制。通过对四种控制系统进行简单的比较，我们不难发现，继电器本控制柜的安装接线工作量大，整个控制柜价格非常高，灵活性差，响应速度慢。单片机是一片集成电路，不能直接将它与外部I/O信号相连。要将它用于工业控制还要附加一些配套的集成电路和I/O接口电路，硬件设计、制作和程序设计的工作量相当大。工业控机价格较高，将它用于开关量控制有些大材小用。且其外部I/O接线一般都用于多芯扁平电缆和插头、插座，直接从印刷电路板上引出，不如接线端子可靠。而相对于以上三种控制方式，PLC为主构成的控制系统具有可靠性高、控制功能强大、性价比高等优点，是目前工业自动化的首选控制装置。故选择PLC来实施本次设计。1．开关量的逻辑控制这是PLC最基本、最广泛的应用领域，它取代传统的继电器电路，实现逻辑控制、顺序控制，既可用于单台设备的控制，也可用于多机群控及自动化流水线。如注塑机、印刷机、订书机械、组合机床、磨床、包装生产线、电镀流水线等。2．运动控制PLC可以用于圆周运动或直线运动的控制，世界上各主要PLC厂家的产品几乎都有运动控制功能，广泛用于各种机械、机床、机器人、电梯等场合。3．闭环过程控制过程控制是指对温度、压力、流量等模拟量的闭环控制。作为工业控制计算机，PLC能编制各种各样的控制算法程序，完成闭环控制。PID调节是一般闭环控制系统中用得较多的调节方法。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。4．数据处理现代PLC具有数学运算（含矩阵运算、函数运算、逻辑运算）、数据传送、数据转换、排序、查表、位操作等功能，可以完成数据的采集、分析及处理。数据处理一般用于大型控制系统，如无人控制的柔性制造系统；也可用于过程控制系统，如造纸、冶金、食品工业中的一些大型控制系统。5．通信及联网课程设计说明书-4-PLC通信含PLC间的通信及PLC与其它智能设备间的通信。随着计算机控制的发展，工厂自动化网络发展得很快，各PLC厂商都十分重视PLC的通信功能，纷纷推出各自的网络系统。新近生产的PLC都具有通信接口，通信非常方便。根据本控制系统的控制要求应该选择可编程序控制器控制。课程设计说明书-5-第2章轧钢机控制系统的硬件设计2.1硬件选型2.1.1PLC机型选择机型选择的基本原则是在满足控制功能要求的前提下，保证系统工作可靠、维护使用方便及最佳的性能价格比。具体应考虑的因素如下所述。1．结构合理对于工艺过程比较固定、环境条件较好、维修量较小的场合，选用整体式结构的PLC；否则，选用模块式结构的PLC，物料混合控制系统的设计选用整体式结构的PLC能够达到要求。2．功能强、弱适当对于开关量控制的工程项目，若控制速度要求不高，一般选用低档的PLC，西门子公司的S7-200系列机或欧姆龙公司的COM1。3．机型统一PLC的结构分为整体式和模块式两种。整体式结构把PLC的I/O和CPU放在一块印刷电路板上，并封装在一个壳体内，省去了插接环节，因此体积小、价格便宜。但由于整体式结构的PLC功能有限，只适用于控制要求比较简单的系统。一般大型的控制系统都使用模块式结构，这样功能易扩展，比整体式灵活。一个大型企业选用PLC时，尽量要做到机型统一。由于同一机型的PLC，其模块可互为备用，以便备件的采购和管理；另外，功能及编程方法统一，有利于技术人员的培训；其外部设备通用也有利于资源共享。若配备了上位计算机，可把各独立系统的多台PLC联成一个多级分布式控制相互通信，集中协调管理。物料混合控制系统控制要求比较简单选择整体式结构的PLC。4．是否在线编程PLC的特点之一是使用灵活。当被控设备的工艺过程改变时，只需用编程器重新修改程序，就能满足新的控制要求，给生产带来很大方