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1、摘 要在自动化控制领域，PLC是一种重要的控制设备。目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，应用在汽车(23)，粮食加工(164%)、化学制药(146%)、金属矿山(115%)、纸浆造纸(113)等行业。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30%40%。在这个时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，而且在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。现今，PLC已经具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强，编程简单等特点。在可预见的将来，PLC在工业
2、自动化控制特别是顺序控制中的主导地位，是其他控制技术无法取代的。本文介绍了S7-200 PLC控制系统在轧钢棒材生产中系统中的应用，着重描述了系统配置及冷床控制功能。最后通过，通过测试和实验的成功表明本文研究成果的可行性和可靠性。关键词：PLC控制系统；轧钢；棒材生产；冷床顺序控制；ABSTRACTIn the area of Automation Control,Programmable Logic Controller is an important control equipment.Currently,there are over 200 manufacturers that prod
3、uce more than 300 varieties of PLC products,which are now applied in auto industry(23%),grain processing(16.4%),chemical&pharmacy(14.6%),metals&mine(11.5%),paper pulp and paper making(11.3%) and many other industries.The PLC develop fastest during the 1980s and the mid-1990s,the value of gross outpu
4、t of PLC increase at the speed of 30%-40% per year.In this period,the PLC technology has developed rapidly in the field of analogy processing,digital quantity operation,man-machine interface,network service,gradually the PLC entered the field of process control because of these,and in some fields th
5、e PLC has token the place of Distributed Control System-the once king in the field of process control.And now,the PLC has been equipped with good commonality,ease of use,wide applicability,high reliability,good anti-interference,easy programmability and some other advantages.In the foreseeable futur
6、e,the PLC will dominate the industrial automation and control,especially Sequence Control,and it cant be replaced by other control technologies.This article will introduce how s7-200 PLC system works in rolling steel bar production,and it focus on describing System Configuration and cooling bed cont
7、rol.Lastly,tests and experiments show that the research results this article describes are practical and reliable.Key words:PLC control system; steel rolling; bar production;sequence control of the cooling bed;目 录第一章 绪论11.1 课题研究背景和意义11.2 国内外发展状况与发展趋势3第二章 可编程控制器简介102.1 可编程控制器的发展历史102.2 PLC的特点112.3 PL
8、C的工作原理122.4 PLC的体系结构132.5 PLC控制程序设计16第三章 轧钢棒材生产线冷床控制系统的硬件设计部分183.1 硬件组成及控制要求183.2 PLC输入、输出的安排20第四章 系统软件设计部分264.1 系统流程设计图264.2 顺序功能图264.3 PLC程序27第五章 结论33致 谢34参考文献35第一章 绪论钢棒材是经济建设中必不可少的一种材料，钢棒材品种繁多，广泛应用于汽车制造、电气机械、船舶制造工业、大跨度桥梁、高层建筑等社会生活各个方面。随着我国经济、社会的发展，对钢棒材的需求越来越大，对钢铁棒材的质量要求也越来越高。传统棒材轧制控制系统所采用的继电气控制，控
9、制线路复杂、体积大、故障率高、维护困难、可靠性不高、容易发生故障，从而轧钢难以达到轧钢厂希望的安全、稳定、可靠的基本要求。PLC控制系统自问世以来，以其高可靠的特点在工业自动化领域获得广泛的应用。近年来，随着超大规模集成电路技术和通信技术的进步，PLC控制系统的性价比逐年提高。轧钢棒材生产控制领域也逐渐为PLC系统所主导。1.1 课题研究背景和意义进入21世纪以来，随着经济的不断发展，以及市场竞争的日益激烈，我国的钢铁工业正在经历一个从高速增长期到结构优化调整期的转变过程。市场对钢铁产品的需求逐渐从原来的少品种、大批量走向多品种、小批量，并且要求高质量和高附加值的发展模式。在这种模式下，加速淘
10、汰落后产能、加快提升科技创新能力、降低消耗、降低成本、提高质量、提高生产率，逐渐成为当前发展的重要特征。所以，企业必须改变以往单一化、笨重的发展模式，紧跟市场的脚步，按市场需求组织生产，发展以市场为中心的生产模式。这就要求企业必须加大科技投入，加速设备改造，促进技术进步，多渠道引进高科技人才，提高自身科研能力，发展市场经济，满足市场需求，向科技和时间要效益。加入WTO以后，中国的钢铁工业更是面临着严峻的挑战。为了追求稳定发展和保持良好的经济效益，钢铁企业纷纷开始采用先进的工艺装备和控制技术进行技术改造，通过降低能耗、降低成本、提高质量、提高效率来提高自身竞争力，以求在日益激烈的国际市场竞争中站
11、稳脚跟。因此在轧钢生产线上人们做着无数的努力，对生产线上的各个环节进行控制。比如高速棒材连轧PLC控制、棒材连轧加热炉PLC控制系统、利用PLC系统对棒材线系统的提速、还有PLC在轧钢生产成组区的应用、基于PLC的倍尺剪电控系统设计与实践、PLC的冷床控制等等。棒材打捆机也是在这样的形势下被设计创造出来，以适应市场对棒材的需求变化。随着社会生产对棒材需求的不断增加，许多棒材生产厂家的棒材年产量逐年递增，对棒材的打捆包装处理速度越来越跟不上生产的速度，严重的影响了棒材的运输和销售，从而导致生产跟不上市场的需求变化，也间接的阻碍了企业和社会的发展。棒材打捆机的诞生实现了对棒材的全自动化打捆包装，高
12、质量、高效率的完成打捆包装作业，是产品能够迅速投入市场，提高了企业生产流通速率，满足了社会发展的需要。目前在棒材生产线中飞剪机使用的型式有：摆动式剪、曲柄式剪、回转式剪和曲柄回转复合式剪等多种型式。其中摆动式剪剪切力大，但剪切精度较低，适用于轧件断面大、轧制速度低的场合；回转式剪剪切力比曲柄式剪小，剪切速度更高，适用于小断面、高速度的场合；曲柄式剪剪切力小于摆动式剪，大于回转式剪，而剪切精度高于摆动式剪，适用于轧制速度稍高、断面较大的场合；而回转曲柄复合式综合了曲柄式和回转式的优点，低速轧制时用曲柄剪，高速轧制时用回转剪，用于产品范围很宽的成品分段剪切，比如在复合生产线中使用比较多。其中飞剪的
13、剪切控制方式有：离合器制动式和启停式两种。启停式，每剪切一次电机都要启动和停止，剪切精度高，工作可靠；传动电机的功率较大离合器制动方式，传动电机连续运转，飞剪的启动和停止靠离合器的断开和接通进行控制。这种控制方式电机可以小一些，但剪切精度差，离合器频繁地接通和断开，噪声大、易损坏、维护困难。为了保证飞剪机工作稳定可靠，国内生产线多采用启停式的控制方式。棒材作为钢铁工业的重要产品，其轧制成品质量直接影响到其他行业的成品质量。轧制过程中的变形历史及温度将会影响奥氏体再结晶、晶粒尺寸大小和随后冷却过程中的奥氏体相变行为，并最终决定轧件的组织和性能。通过对轧件轧制生产过程中的变形行为、微观组织演变、及
14、轧后水冷过程中的相变过程进行模拟，可以建立温度和相变产物与这些工艺参量之间的关系，进而对轧制产品的组织性能进行预测，并可实现控制轧制、控制冷却过程工艺参数的制定和优化。棒材热轧过程中的温度变化直接影响变形和组织演变(再结晶、相变)。而相变产物的组成最终决定产品性能。因此对棒材热连轧过程的温度场及冷却过程的相变过程进行模拟研究，对于热连轧工艺的完善和改进具有重要的现实意义。启停式飞剪设备是目前热连轧机或棒、线材生产线中不可缺少的设备，对生产线的连续无故障运行，轧制成品的成材率、定尺率有较大的影响。其主要工作任务是对轧线上运动的轧件进行切头、切尾或定尺剪切。尤其棒线材倍尺飞剪要求启动运行速度快、定
15、位剪切精度高、工艺复杂，其自动化控制不仅一直是轧线控制的难点，其稳定性更是棒线材连续轧钢的一个重大课题。在相同的硬件配置条件下，自动化控制水平越高的飞剪电气系统，在生产过程中就越能获得更好的效果，更合理的利用能源资源，其获得的经济效益就越大。相反，飞剪电气系统设计上的失误，会给生产带来巨大的损失，带来生产成本的增加。尤其在目前钢铁行业竞争日趋激烈的买方市场，拥有一套可靠、先进的自动化控制系统的生产线带来的企业经济效益更具现实意义。目前国际、国内有不少的研究设计总院、自动化工程公司，以及设备制造商等，都十分重视棒线材飞剪电气控制系统的开发研制工作，并且已研制出各自的飞剪电气控制系统。其中有些开发
16、商已将这套系统标准化、规格化，作为一个较成熟的产品推向市场。只有将其科学化、标准化，才能在某种程度上保证整条生产线在整个规划期内实现投资、运行费用尽可能小的目标，避免由于设计上的缺陷给将来的运行遗留问题。将设计软件标准化，还可使得设计人员从整个繁琐的设计工作中摆脱出来，可直接根据实际系统的配置情况，通过人机界面的标准接口将系统参数输入，并运用系统仿真软件完成对实际系统的初步测试工作。1.2 国内外发展状况与发展趋势钢铁材料以其所具有的特性较高的强度和韧性、易加工成型性、绿色可循环性在未来时期内仍将是重要的结构材料。随着世界汽车制造、电气机械、船舶制造工业的发展，板材、管材在钢材中所占的比例将逐渐提高，线棒材所占比例将有所下降，但其绝对值仍在上升。而且线棒材生产结构将发生很大的变化。我国目前线棒材生产有如下特点：
