轧钢机电气控制系统设计

轧钢机电气控制系统设计信电学院课程设计说明书（2014/2015学年第二学期）课程名称：可编程控制器课程设计题目：轧钢机电气控制系统设计专业班级：学生姓名：学号：指导老师：设计周数：设计成绩：2015年7月9日轧钢机电气控制系统设计第1页共13页目录1、课程设计目的…………………………………………………………………………22、课程设计内容…………………………………………………………………………22.1可编程控制器概述……………………………………………………………22.2课程设计正文……………………………………………………………………22.3轧钢机电气控制模版…………………………………………………………32.3.1轧钢机简介……………………………………………………………………32.3.2热金属探测仪…………………………………………………………………32.3.3液压系统………………………………………………………………………42.3.4电机正反转……………………………………………………………………42.4设备选择……………………………………………………………………………42.5系统的I/O口配置………………………………………………………………52.6梯形图程序设计……………………………………………………………………52.7程序流程图………………………………………………………………………93、课程设计总结………………………………………………………………………104、参考文献………………………………………………………………………………11轧钢机电气控制系统设计第2页共13页1、课程设计目的本次课程设计的主要任务如下：1）了解普通轧钢机的结构和工作过程。2）弄清有哪些信号需要检测，写明各路检测信号到PLC的输入通道，包括传感器的原理、连接方法、信号种类、信号调理电路、引入PLC的接线以及PLC中的编址。3）弄清有哪些执行机构，写明从PLC到各执行机构的各输出通道，包括各执行机构的种类和工作机理，驱动电路的构成，PLC输出信号的种类和地址。4）绘制出轧钢机电控系统的电路原理图，编制I/O地址分配表。5）编制PLC的程序，结合实验室设备完成系统调试，在实验室手动仿真模型上仿真轧钢机工作过程的控制。2、课程设计内容2.1可编程控制器概述可编程控制器是一种数字运算操作的电子装置，专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程库的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并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。可编程控制器及其有关的外围设备都应按易于与工业控制系统连成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。可编程控制器简称PLC，是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术而发展起来的一种新型、通用的自动控制装置。2.2课程设计正文（1）按下启动按钮，上下两轧辊电机（主拖动电机，M1）起动运转，轧制方向为从右向左轧制。左右侧轧道电机（M2和M3）启动逆时针运转，向左输送。（2）设备启动5秒后，PLC检测有无等待的轧件，即S1是否有效。若无轧件则一直等待。S1有效信号到来后，PLC通过某一路开出控制电磁铁动作，打开轧件挡板，让轧件进入轧机的右侧轨道。（3）待轧件完全进入后（设需时4秒），释放电磁铁，关闭轧件挡板。（4）轧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，由S2仿真，高电平表示正在轧制。（5）S2由高电平变为低电平表示轧件已经通过轧辊。轧件通过轧辊后PLC控制两侧辊道停止，电磁液压阀Y2动作使左侧辊道翘起。（6）1秒后启动左侧辊道向右输送。这时由安装在上轧辊上方的另一个热金属探测仪给出轧件通过的信号，由另一个手动开关S3仿真。（7）S3由高电平变为低电平表示轧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）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秒钟，把轧件送出轧机。结束该轧件的轧制过程。（11）回到第二步但不需要5秒的延时。（12）按下停止按钮结束工作。轧钢机电气控制系统设计第3页共13页2.3轧钢机电气控制模版2.3.1轧钢机简介轧钢机工作原理;轧钢机就是在旋转的辊道之间对钢件进行轧制的机械。轧钢机一般包括主要设备（主机）和辅助设备（辅机）两大部分。轧钢机按照轧辊的数目分为二辊式、三辊式、四辊式和多辊式，轧钢机通常称为轧机。轧钢机均采用电动机拖动，当轧制过程不要求调速时，采用交流电动机，当轧制过程需要调速时，采用直流电动机。轧钢机的传动机构包括：齿轮机座、减速机、飞轮、连接轴、连轴节等部分。轧钢机的工作机座包括：（1）机架，在其窗口内安装轧辊的轴承。（2）轧辊，轧件在其间进行压缩。（3）轧辊轴承。（4）轧辊调整机构，用来调整轧辊间的距离。（5）导卫装置，用来保持轧件的进出口方向。（6）轧座，机架固定在轧座上，轧座固定在基础上。2.3.2热金属探测仪热金属探测仪属于光电检测装置，用于识别热金属运动的前沿及方向。热金属探测仪包括光电检测线路，电子开关比较输出线路和电子补偿线路。轧钢机电气控制系统设计第4页共13页热金属探测仪的工作原理：透镜将被测物体发出的红外线热辐射传送到光电转换线路转换成电信号并放大后送至电子开关比较线路，当辐射量达到触发点时（可自行设置不同温度触发点，调节最佳温度），电子开关输出线路就被触发。同时特别设计的电子补偿线路能补偿高温环境和器件老化带来的变化，无需人工调节，可在恶劣环境下连续工作稳定、可靠。2.3.3液压系统液压系统的作用为通过改变压强增大作用力。一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力原件、执行元件、辅助元件和液压轴。一个液压系统的好坏取决于系统设计的合理性、系统元件性能的优劣和系统的污染防护处理，而最后一点尤为重要。近年来我国国内液压技术有很大的提高，不再单纯的使用国外的液压技术进行加工。2.3.4电机正反转电机正反转原理：三相电机改变相序也就是改变了旋转磁场的方向电机正反转连接图：2.4设备选择根据控制要求，本设计只需要数字量控制，不需要模拟量控制，共需要数字量输入点5个，数字量输出点7个。从实用性的角度考虑应选择S7—200作为主控制器。CPU模板应选择CPU224。CPU224集成了14点输入/10点输出，共有24点数字量I/O。它可连接7个扩展模块，最大扩展至168点数字量I/O或35路模拟量I/O。CPU224有13KB程序和数据存储空间、6个独立的30kHz高速计数器、2路独立的20kHz高速脉冲输出，具有PID控制器。CPU224配有1轧钢机电气控制系统设计第5页共13页个RS—485通信编程口，具有PPI通信、MPI通信和自由方式通信能力，是具有较强控制能力的小型控制器。2.5系统的I/O配置输入：I0.0启动按钮I0.1S1检测有无等待轧件I0.2S2仿真轧辊是否正在轧制高电平表示正在轧制（高→低表示全部通过轧辊）I0.3S3仿真是否完全回到轧辊右侧（高→低表示完全回到轧辊右侧）I0.4停止按钮输出：Q0.0M1启动Q0.1M2左转Q0.2M3正转（左转）Q0.3M3反转（右转）Q0.4电磁液压阀Y2左侧翘起Q0.5打开轧件挡板（电磁铁动作）Q0.6轧制次数通过亮灯个数控制2.6梯形图程序设计轧钢机电气控制系统设计第6页共13页轧钢机电气控制系统设计第7页共13页轧钢机电气控制系统设计第8页共13页轧钢机电气控制系统设计第9页共13页2.7程序流程图NYNY按下启动按钮I0.0主电机M1启动，M2、M3正转5秒延时由S1检测有无轧件等待开轧件挡板，4秒后自动关闭S3高电平变为为低电平时，由C0判断是否轧3次M3正转3秒按下停止按钮I0.4M2、M3停转，电磁液压阀Y2翘起，1S后M3反转S3高电平轧件正在轧制，低电平时轧件通过，断开Y2，M3停转1S后M2，M3正转轧钢机电气控制系统设计第10页共13页3、课程设计总结1）PLC设计重点就在于梯形图的设计，需要有很巧妙的设计方法，虽然以前也试着设计过类似的梯形图，但我觉的设计出一个好的梯形图并不是一件简单的事；有好多的东西，只有我们去试着做了，才能真正的掌握，只学习理论有些东西是很难理解的，更谈不上掌握。2）当程序出错时，要多观察、对错误重复n次，估计是由什么原因引起的，从电路整体来看、分析可能是什么错误，再缩小范围。如果实再找不出来，就出去吹吹风吧，不能急于求成，但不要放弃；要保持你的头脑清醒。3）在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决。自然而然，我的耐心便在其中建立起来了。为以后的工作积累了经验，增强了信心。所谓实习，就是让我们通过实践，通过自己实际动手动脑来将自己所学融汇贯通并进一步实现创新。通过这次课程设计，让我收获很多。首先，通过这一次的课程设计，所学的基本理论得到了一步巩固和加深，让我对自己所学的基本概念和基本知识有了更深层次的了解，知道了原来所学的知识是可以利用在各种场合，只要你有心去发现，去观察，你会看到其实在我么日常生活中处处有着课本上那些知识的影子。这次课程设计过程中，是三个人一组，我们通过与同学们的激烈讨论和相互探讨，一步一步从初始方案到最佳方案，将团结合作的精神发挥的淋漓尽致，感受到了团队的力量。最后通过这次课程设计，是我们对包装机械手的工作原理以及机构选型、运动方案的确定进行运动分析有了较为深刻的了解，这都将为我以后参加工作实践打下了基础，同时也激发了我的兴趣，原来PLC设计也并不是那么枯燥的，它自有它动人之处让你印象深刻。同时在课程设计的过程中也存在不足之处，例如发现自己平常的学习还存在很多的漏洞，在合作过程中与同学之间也存在一些意见不合之处，有时处理得也不是很恰当。我们设定最优方案也存在不足，这些都说明我们还有很多需要改进和提升的地方。本次课程设计由于自身水平有限和时间较为仓促，望老师给予指正。轧钢机电气控制系统设计第11页共13页4、参考文献《可编程控制器原理与应用》主编：周惠文电子工业出版社北京，2007.8《可编程控制器原理与应用》主编：涂明武北京航空航天出版社北京，2008.8《PLC操作实训（三菱）》主编：孙德胜李伟机械工业出版社北京，2007.9《PLC应用技术》主编：冯新强北京邮电大学出版社北京，2009.4课程设计评语轧钢机电气控制系统设计第12页共13页课程设计成绩指导教师（签字）年月日