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1、晋 中 学 院本科毕业设计（论文）题题 目目轧钢生产线 PLC 控制系统设计院院 系系 机械学院 专专 业业 机械设计制造及其自动化 姓姓 名名 郑 鑫 学学 号号 1114112238 学习年限学习年限 2011 年 9 月至 2015 年 7 月 指导教师指导教师 翟晓华 职称 讲师 申请学位申请学位 工学 学士学位 年 月 日轧钢生产线轧钢生产线 PLCPLC 控制系统设计控制系统设计学生姓名：郑鑫 指导教师：翟晓华摘摘 要：要： 伴随着社会的不断进步,钢材成为了社会生产建设的重要材料,其生产的方法也改变了很多。从原来的很多工人操作单轧机生产转变成了现在的钢材连轧生产线。 本文简单阐述了
2、轧钢自动化的发展和现状及轧钢机的组成和分类,讲诉了轧钢原理和生产工艺流程,介绍了 PLC 的基本组成、特点以及工作原理,以及对基于西门子 S7-200 系列 PLC 控制的自动轧钢机系统进行了较为细致的设计.通过主回路,控制回路以及 I/O 分配的设计对 PLC 控制轧钢机的过程有了进一步认识,并对所用的设备进行了详细的选型,而且对该控制系统进行了软件编程。 关键词：关键词：PLC 轧钢机 控制系统 Steel rolling production line PLC control system design Authors Name:zhengxin Tutor:zhaixiaohuaABS
3、TRACT: As society progresses, the steel became important materials of the social construction, production technology has undergone great changes. Many workers operate from the original single-mill production transformed into steel rolling production line now. This paper briefly describes the develop
4、ment and current status rolling automation, complaint about the principles and rolling production process. Describes the basic components of PLC, characteristics and working principle.Through the main circuit, control circuit and I / O assignment design of the PLC control rolling mill process has be
5、en further understanding, the equipment used and a detailed selection, and the control system software programming. KEYWORDS:PLC automatic rolling mill control system 目目 录录引言引言1 1 1 系统总体方案设计系统总体方案设计.11.1 系统控制要求 11.2 方案比较 21.3 方案选择与方案论证 .4 2 2 可编程控制器简介可编程控制器简介.5 3 3 轧钢生产线轧钢生产线 PLCPLC 控制系统的硬件设计部分控制系统的
6、硬件设计部分 73.1 电动机的选型 73.2 低压控制电器的选型 73.3 变频器选型 .123.4 PLC 的选择（西门子 PLC） 143.5 PLC 的 I/O 分配表及其接线图15 4 4 轧钢生产线轧钢生产线 PLCPLC 控制系统的软件设计部分控制系统的软件设计部分194.1 STEP 基本介绍 194.2 STEP7 基本功能及组成194.3 PLC 程序梯形图 .214.4 语句表 .23 总结与致谢24 参考文献.25引引 言言: 自动轧钢机旧时使用继电器来控制，但是这个线路控制系统容易出错，难以保修，工作的效率不是很高。现代的轧钢机要向连续-自动-专业-效率高来发展。在现
7、代来说，PLC 控制系统慢慢的变成了大家用的最多的东西，是因为它具有下面几个主要的控制特点： 1网络化快速通讯；2系统响应速度快；3传送工具更加的精确；4 确定工件的位置更加准确； 5编制的软件程序很可靠等。在以下设计中搭配有输入输出点的分配图，接线图，还有梯形图和语句表。第一步是设计输入输出点分配图，它能明确的表达出 PLC 的输出和输入点数，还能为输入输出点接线图做个参考。输入输出点接线图在这个程序中挺重要的，能很好的说明白这个设计。梯形图是这个程序的中心思想，是在设计 PLC 时做的。语句表可以很方便的输入到 PLC 中，是以梯形图为基准做的。还要做好硬件的选取和设计，本文主要介绍了 S
8、7-200PLC 控制系统在轧钢中的应用以及系统硬件的主要配置。1 1 系统总体方案设计系统总体方案设计一个系统顺利、稳定、高效的按照我们在软件中编制的方案完成既定的任务是我们每个设计人员最强烈的希望，但是，要达成这个希望首先便需要良好的系统总体方案的支持，一个良好的系统总体方案给以后的软件与硬件设计工作会带来很多方便。下面就是我要说的系统总体方案设计的过程。1.11.1 系统控制要求系统控制要求以下给出系统控制要求:1.一次轧制控制按下启动按钮，电机 M1，M2 旋转，传送带 1 运转。当检测到传送带 1 有钢板时，钢板检测传感器 A 控制电机 M3，M4 旋转，传送带 2 运转，经位置传感
9、器检测到钢板传送到初轧轧辊位置时，电磁阀 YV1 动作，初轧。 当钢板到达传送带 2 位置时，钢板检测传感器 B 控制电机 M1，M2 停止运转、传送带 1 也停止运转、电机 M5 带动传送带 3 运转，经位置传感器检测到钢板传送到精轧轧辊位置，电磁阀 YV2 动作，开始精轧。钢板传送到传送带 3 时，钢板检测传感器 C 动作，电机 M3，M4 停止，M5运转，以便传送出物料。按下停止按钮，系统停止运行。2.连续轧制控制在上述 1、2 程序的基础上，当电机 M5 运转时，电机 M1、M2 带动传送带 1同时运转，如此连续循环轧制。按下停止按钮，系统停止运行。具体的计数方法为： 在上述“1”程序
10、的基础上，当检测传感器 C 为 OFF时，电机 M5 停止运转，电机 M1、M2 旋转，传送带 1 运转，循环整个轧制过程，并用计数器记录循环次数。按下停止按钮，整个系统停止运行。1.21.2 方案比较方案比较方案一：plc 控制基本原理：设计的目的是为 PLC 的操作自动化系统是建立一个系统的软件设计方法.。该设计方法之所以成功，是因为分好几部设计了轧钢控制系统，这个研究主要是想找到一种减少管理控制软件开发过程的方法，那样可以缩减编程和调试的时间，还有他们可能产生的变化，还提高了自动化控制的多变性。我们的目的是完善目前关于个人经验软件开发商规划方法的不足之处。 在生产需要的前提下，许多的设备
11、得有很多种运行的方式，比如手动的和自动的，自动的还包含连续，单周期，步进，自动返回初始状态集中运行的方式。而 PLC 就可以完美实现这几种方式，它可以单周期运行编制的程序，完成要求的制作；PLC 还可以点动控制电动机，在监测器或传感器传来信号时，PLC能迅速做出反应，及时控制电动机和电磁阀做出相应的工作运行，最后完成所有的工步后，还可以再返回来循环的运动这个系统。开关轧辊指令信号SIMATICPANELTOUCH轧机状态报警信号PC 适配器编程器位置压力等状态信号西门子S7200伺服阀调节模拟量信号图 1-1 系统总体方案设计图方案二：单板机控制基本原理：单板机是采用模块化的方式来进行程序设计
12、的，把许多个不同功能的零件块状化，编制子程序来运行。先设计好运行的主程序，再决定附属的程序和子程序，它们用相对应的程序标志来代替。单板机是用 C 语言来设计程序的，尽量绕开使用汇编语言，还要多多考虑系统的可靠性，增强其抗干扰能力。主程序设计用于所有电机的传动，传送带的运行，附属的程序和子程序用来控制轧制钢材，这个单板机是用中断方式来运作的，根据轧钢机 PLC 控制系统功能设置的原则和设置来说，确定单板机的硬件配置及下面的功能：在第 1 个机架上设置传送系统；第 2 个机架上设置检测及传感控制系统；这个系统还要设置监控及速度的设定控制。单板机内部包括位置和电流的调节，外部连接的晶闸管装置和直流电
13、机来控制这个系统的运行，单板机也能进行位置的反馈和微调，方便于实现钢材的传送和轧制。单板机控制器单板机控制器图 1-2 单板机控制系统原理框图1.31.3 方案选择与方案论证方案选择与方案论证单板机早早的就出现了，可比单片机要早，在咱们的国家也就是再出来Z80、PC1500 的时候，现在用单板机的人已经不多了。单板机说穿了，还是单片机，就是一块小的电路板而已，它就是包含有单片机呀、接口电路呀、ADC呀、DAC 等，把他们呢缩在一个 PCB 上，它还是比较重视整体机这一个观念的。用单板机直接控制轧钢系统，研究的周期较长，研究的价钱高，而轧钢工业控制系统对于抵抗干扰的能力必须要高，平稳放在第一位，
14、并不是性能排在第一为，所以单板机还需要逐渐的完善和改进。单板机的计算的本领与 PLC 差别很大，单板机是针对性比较强的一种专业。要想其他人能更好的使用还得搭配一个专门的软件，非常的不方便。PLC 是 Programmable Logic Controller 的缩写，也就是可编程控制器。PLC 其实也是一种单片机，就是建立在 MCU 的基座删的而已，它的系统内核，每个人都是不一样的，每个人都有自己独自的操作系统，非常的安全。位置调 节 电流调 节直流电动机晶闸管装置电流装置位置反馈1.PLC 作为控制系统是很可靠的，它是利用单片机组成的，有较强的通用性。2.而单板机其实可以说是一种组合而成的电
15、路，还得和其它的硬件及软件构成系统才能很好的使用，它的应用系统的使用的方面还是很大很广的。3.其实从工业方面的使用情况来看，对于比较单一，较少重复的工业项目来说，使用 PLC 更加的快速，也比较方便，PLC 的可靠能力方面也是极好的，对干扰的抗性很高，价钱也不是非常的贵。 4.对于那些数量多的工业项目来讲，使用单板机来控制系统能做到价钱少，收益多的特点，可是这要具有一定的研究开发能量和这个行业的经验才能使系统平衡。因此，多想想各方各面，我最后还是选择了第一个方案来用。2 2 可编程控制器简介可编程控制器简介可编程序控制器（PLC）是由很多种技术来支撑起来的，那些技术包括继电器-接触器控制技术，
16、计算机技术和现代通信技术。可编程序控制器非常的先进，它内部的主要中心是微处理器，用自己编好的程序来完成逻辑控制，计时和算术方面的计算等，并通过数字量和模拟量的输入/输出（I/O）来控制各种生产过程。内部处理通信服务输入处理程序执行输出处理STOPRUN图 2-1 PLC 原理图编程器输入电路中央处理单元 （CPU）输出电路电源用户程序 存储区系统程序 存储区图 2-2 PLC 硬件的基本结构3 3 轧钢生产线轧钢生产线 PLCPLC 控制系统的硬件设计部分控制系统的硬件设计部分3.13.1 电动机的选型电动机的选型 3.1.13.1.1 轧钢机主传动电机的选择轧钢机主传动电机的选择 作为轧钢机主传动电机,它应该满足以下几个特点： 1.能往复启动、制动,能四象限运行; 2.过载能力好,能经受冲击负荷; 3.调速性能好
