PLC推钢机控制系统设计

1江 阴 职 业 技 术 学 院毕业设计说明书课 题： PLC 推钢机控制系统设计 子课题: 同课题学生姓名: 专 业 机 电 一 体 化 学 生 姓 名 赵 晓 波 班 组 09 机 电 2 班 学 号 09020504 指 导 教 师 益 文 娟 完 成 日 期 2011 年 12 月 15 号2目录摘要前言 第一章推钢机的简介 11.1 推钢机的种类11.2 推钢机结构特点及工作原理11.3 设计中应注意的几点事项21.3.1 推力的计算21.3.2 齿轮的选择21.3.3 推杆的结构31.3.4 推钢速度331.3.5 推钢机行程31.4 推钢机未来发展趋势3第二章 电机电气控制、启动方式和线路保护42.1 电气控制图42.2 异步电动机降压启动线路112.2.1 定子电路串电阻降压启动122.2.2 串自耦变压器降压启动控制线路122.2.3 自耦变压器降压起动控制电路132.3 停车142.4 线路保护环节142.4.1 短路保护1442.4.2 过载保护142.4.3 欠压和失压保护15第三章 液压系统163.1 什么是液压系统163.2 液压系统的结构163.3 液压系统对液压油的基本要求163.4 液压系统的保养16第四章 PLC 及现场总线184.1 PLC 基本概念184.2 PLC 的定义184.3 PLC 的分5类184.3.1 小型PLC184.3.2 中型 PLC 184.3.3 大型 PLC 184.4 PLC 硬件组成184.4.1 CPU 运算和控制中心起 “心脏“作用184.4.2 存储器184.4.3 输入/输出接口184.4.4 编程器184.5 PLC 的基本工作原理184.6 PLC 的特点6194.6.1 PLC 的主要特点194.6.2 PLC 的功能194.7 PROFIBUS204.8 推钢机的自动控制20参考文献22致谢237摘要推钢机是冶金轧钢生产线上将钢坯推进加热炉内进行加热的专用设备，它充分使用了液压油缸和液压系统的出力大，体积小操作方便的优点。充分使用了液压油缸和液压系统的出力大，体积小操作方便的优点。使推料工序得到减化，同时也降低了设备成本。推钢机以先进的自动化控制设备和计算机技术的应用，冷轧不锈钢带、硅钢带、精密合金钢带、稀有合金带、高精度极薄冷轧碳素钢带等各种高精度高品质产品的出产，大大地促进了轧钢生产企业的经济效益和竞争能力，有力地提升了我国轧钢生产企业的形象。推钢机解决了在高温、高粉尘下工作油缸的密封、主机导向部位的密封及磨损问题，从根本上解决了液压系统维护难、寿命短的问题。完全替代了以前的人工作业，实现了多个推爪同步机械自动化操作，提高了生产的小时作业率.推钢机是轧钢车间上料区主要设备之一，其作用是将加热炉前辊道上的钢坯或炉前上料台架上的钢坯推入加热炉进行二次加热过程。本设计选用了机械式推钢机，在推钢机结构设计上主要采用了齿轮齿条的结构形式。该机构具有结构简单，整体尺寸适中，传动效率高，维修方便，造价较低的优点。在本设计中主要对推钢机进行了结构设计和 PLC 控制设计，并着重对 PLC 控制系统做了详细的分析设计。关键词： PLC；PLC 通信；总线；电机的星角启动8前言我国钢铁工业近年来发展很快，钢产量己连续多年突破亿吨大关，钢铁产品质量也得到了很大的提高，特别是在轧钢生产方面。各种高精度轧钢机械设备的引进和投产，先进的自动化控制设备和计算机技术的应用，冷轧不锈钢带、硅钢带、精密合金钢带、稀有合金带、高精度极薄冷轧碳素钢带等各种高精度高品质产品的出产，大大地促进了轧钢生产企业的经济效益和竞争能力，有力地提升了我国轧钢生产企业的形象。但是由于科学技术的飞速发展，新的设备和新的技术以惊人的速度不停地改进和更新，产品的技术含量越来越高，对产品生产机械设备和操作技术的要求也越来越高。因而及时掌握新型轧钢机械设备的性能，熟练掌握新的操作技术，全面应用先进的自动化控制技术和计算机轧制技术，是当前轧钢生产企业进一步提高产品质量、降低轧钢生产成本、增强轧钢生产企业的市场竞争能力的关键所在。本设计包括了 PLC 控制系统及推钢机的设计，并重点针对 PLC 控制系统的设计。具体包括 ：自动化控制简介，推钢机的分类、结构和 PLC 控制系统设计，电动机的选用和启动控制方式。电动机的选定标准是满足推钢机总的功率要求，转速适中，并且应具有频繁快速启动和反转能力以带动推钢机推杆做往复运动。控制总线选择了 PROFIBUS，其应用了 IEC 标准的物理层，从而可以在爆炸危险的区域内连接本质安全型通过总线馈电的现场仪表。编程工具我们选择了西门子的 S7200，它结构紧凑、扩展性能良好、指令功能强大、价格低廉成为当代各种小型控制工程的理想控制器。电机的启动方式选择了星角降压启动，因为这种方式能降低启动时的电压，限制启动电流，所以特别适用容量较大的电动机。电机控制电路选择的是时间继电器自动控制星角降压启动控制路线，时间继电器 KT 做控制电动机 Y 形降压启动时间和完成星角自动切换。第一章 推钢机的简介1.1 推钢机的种类推钢机主要用于炉前坯料，通过推钢机输出动力，逐步向炉内推移，进行加热处理。推钢机的种类很多，常见的有齿轮齿条式、丝杠螺母式、曲柄连杆式、液压9式等，还有的推钢机把齿轮齿条传动和液压传动相结合，形成了液压齿条式。它们各自有自身的特点，在不同的加热炉上发挥着各自的作用。齿轮齿条式推钢机通过齿轮齿条的啮合传动把电机的旋转运动转变为齿条的直线运动，带动推杆进行推钢工作。其工作可靠，传动效率高，推力和行程大，但设备自身重量大。目前齿轮齿条式推钢机应用比较广泛。丝杠螺母式和曲柄连杆式工作效率低，行程和推力较小，一般用于小型加热炉，新上加热炉一般很少采用。液压式推钢机由液压缸直接推动推杆工作，结构简单，推力大， 自重轻，速度、行程易控制，但行程不宜太大，且液压系统制作、维护较困难。根据钢车间使用的经验，推力在0.2MN以上时，一般采用齿条式推钢机较适宜。因为齿条式推钢机传动效率高，使用可靠，这是螺旋式推钢机无法比拟的。1.2推钢机结构特点及工作原理推钢机的结构特点：机械型推钢机由电机、减速机及机械传动部分、壳体等组成，其主要特点是推行平稳，推力大，可推进双排坯料。液压型推钢机由液压油缸、液压泵站、平衡推杆及底座等组成。液压推钢机的特点是：结构简单、推力大、造价低，也可推进双排坯料。机械式（齿轮齿条）推钢机制作成本及复杂程度远远高于液压推钢机，并且体积庞大笨重，噪音大，随机控制性能差；机械推钢机维护要比液压推钢机麻烦，一但出现故障必须停机待修；维护工作量及维护成本远远高于液压推钢机。液压推钢机在推力上远远高于机械式推钢机：同样功率的情况下两者的推钢能力要差好多倍，如果同样推动 250 吨钢坯，液压推钢机只需要 55 千瓦的驱动功率即可满足要求，但机械推钢机要达到 200 千瓦以上的驱动功率才能正常工作。101.3 设计中应注意的几点事项1.3.1推力的计算 推力、推速、行程是推钢机的主要技术参数，尤其是最大推力。推力计算的正确与否关系着推钢机的经济性和使用寿命。推力计算公式为： （1-1）1;FGgfK式中：G为钢坯质量，单位是kg；g为重力加速度，一般来说 ；29.8/ms为考虑到加热炉轨道不平，受热变形等因素的影响系数， =1.11.3。1K 1Kf为滑动摩擦系数，f=0.21；摩擦系数的大小对推力产生直接的影响，而摩擦系数的大小主要取决于钢坯温度，钢坯温度对摩擦系数的影响为：常温时，f=0.2；300C时，f=0.3； 400C一500C时， f=0.40.5； 600C一800C时，f=0.60.8；大于800C时，f=0.8-1.0。可见，钢坯温度越高，摩擦系数愈大。一般来说，加热炉分为预热段、加热段和均热段，各段温度不尽相同，应根据每段温度、钢坯质量计算出各段所需推力，最后相加。对于有些加热炉来说，炉底是倾斜的，这时还应考虑到钢坯重力的分力对推力的影响。1.3.2齿轮选择 推钢机属于低速重载，繁忙使用，齿轮齿条属于重点零件。要通过计算，选择合理的模数和材质，进行合理的热处理，结构设计要优化，避免出现胶合、点蚀，甚至断齿等现象。1.3.3推杆结构推杆工作中会受到齿条推力、钢板阻力、压轮压力等复杂力系的作用，强度、刚度要高，结构要可靠，一般采用箱型梁钢板焊接结构。1.3.4 推钢速度 一般来说，影响推钢机生产率的主要因素是推杆返回时的空载时间。为了提高生产率，推钢机的返回速度可以取得比推速大，一般返回速度比推速大 50%至数倍。实际使用表明，返回速度比推速大一倍左右比较合适。有的推钢机设有慢速推钢电动机和快速返回电动机，用以调节速度。采用液压推钢机，可以方便地调节推钢速11度。1.3.5 推钢机行程 推钢机行程一般为 1.5-5.5M,这取决与所推炉料的尺寸及炉台宽度。用吊车上料时，行程应大于每次填料总宽度，并大于辊道的宽度；用辊道上料时，除了考虑大于辊道宽度外，还应根据检修要求（要求推头能退到辊道外侧）所需长度来定 1.4 推刚机未来发展趋势热轧 、冷轧板带轧机生产线上，设计中用户选用推钢机主要有两种形式： 液压推钢机：设备简单，重量轻，使用稳定，噪音小，设备定型后可以通过改变液压系统压力改变推力机械推钢机：主要是利用齿轮齿条产生推力，设备重量大，噪音大，当推力很大时设备重量相应增加很大，而且能耗大，但是维护很简单。大推力的推钢机造价较高。机械、液压推钢机，相比较而言，无论是使用效果还是经济方面液压推钢机都优于机械推钢机：1,机械式（齿轮齿条）推钢机制作成本及复杂程度远远高于液压推机，并且体积庞大笨重，噪音大，随机控制性能差；2,机械推钢机维护要比液压推钢机麻烦，一但出现故障必须停机待修；3,维护工作量及维护成本远远高于液压推钢机。4，液压推钢机在推力上远远高于机械式推钢机：同样功率的情况下两者的推钢能力要差好多倍，例如：推动 250 吨钢坯，液压推钢机只需要 55 千瓦的驱动功率即可满足要求，但机械推钢机要达到 200 千瓦以上的驱动功率才能正常工作。从生产成本上远远低于机械推钢机，液压推钢机如果设计成双驱动系统时可以在不停机的情况下对需要维修的系统在线维修，机械推钢机这方面就无能为力了！液压推钢机是未来的发展趋势，体积小、造价低、维护保养方便、推力大等很多有点综上可以得出：推钢机的未来发展趋势是向着体积更小、造价更低、维修更方便的液压方向发展：12第二章 电机电气控制、启动方式和线路保护2.1 电气控制图异步电动机因其结构简单、价格便宜、可靠性高等优点被广泛应用.但在起动过程中起动电流较大,所以容量大的电动机必须采取一定的方式起动,星三角形换接起动就是一种简单方便的降压起动方式采用星三角起动方式时，电流特性很好，而转矩特性较差，所以客观存在只适用于无载或者轻载起动的场合。换句话说，由于起动转矩小，星三角起动的优点还是很显著的，因为基于这个起动原理的星三角起动器，同任何别的减压起动器相比较，其结构最简单，价格也最便宜。除此之外，星三角起动方式还有一个优点，即当负载较轻时，可以让电动机在星形接法下运行。此时，额定转矩与负载可以匹配，这样能使电动机的效率有所提高，并因之节约了电力消耗。这一线路的设计思想仍是按时间原则控制起动过程。所不同的是，凡是正常运行时定子绕组接成三角形的鼠笼式异步电动机，均可采用这种线路。13（推钢机控制原理图 2）推钢机控制原理图(1、2)原理：在启动时将电动机定子绕组接成星形，每相绕组承受的电压为电源的相电压（220V） ，减小了起动电流对电网的影响。而在其起动后期则按预先整定的时间换接成三角形接法，每相绕组承受的电压为电源的线电压（380V） ，电动机进入正常运行。14推钢机控制原理图（3）推钢机控制原理图(3)原理：电动机转动，给液压油加压，使其有压力油输出，加热器是给液压油加热的，转换器把交流 220 伏转换成直流 24 伏，为 PLC 提供电源。15推钢机控制原理图（4）16推钢机控制原理图(5)说明：带时间继电器星角启动该线路由三个接触器、1 个热继电器、1 个时间继电器和 2 个按钮组成。时间继电器 KT 做控制电动机 Y 形降压启动时间和完成 Y角自动切换用推钢机控制原理图(6)17推钢机控制原理图(7)点动控制电路：点动，即按下按钮是电动机转动工作，手松开按钮时电动机停转。18油缸示意图推钢机控制原理图(8)：1#缸中 I1.1 进油时 I1.0 出油，液压缸推出，而当 I1.0 进油时，I1.1 出油，液压缸缩回，I1.2 是限位开关。19推钢机工作流程示意图2.2 异步电动机降压起动线路鼠笼式异步电动机采用全压直接起动时，控制线路简单，维修工作量较少。但是，并不是所有异步电动机在任何情况下都可以采用全压起动。这是因为异步电动机的全压起动电流一般可达额定电流的 4-7 倍。过大的起动电流会降低电动机寿命，致使变压器二次电压大幅度下降，减少电动机本身的起动转矩，甚至使电动机根本无法起动，还要影响同一供电网路中其它设备的正常工作。如何判断一台电动机能否全压起动呢?一般规定，电动机容量在 10kW 以下者，可直接起动。10kW 以上的异步电动机是否允许直接起动，要根据电动机容量和电源变压器容量的比值来确定。对于给定容量的电动机，一般用下面的经验公式来估计。Iq/Ie3/4+电源变压器容量（kVA）/4电动机容量（kVA）式中 Iq电动机全电压起动电流（A）;Ie电动机额定电流（A） 。若计算结果满足上述经验公式，一般可以全压起动，否则不予全压起动,应考虑采用降压起动。有时，为了限制和减少起动转矩对机械设备的冲击作用，允许全压起动的电动机，也多采用降压起动方式。鼠笼式异步电动机降压起动的方法有以下几种：定子电路串电阻（或电抗）降20压起动、自耦变压器降压起动、Y-降压起动、-降压起动等.使用这些方法都是为了限制起动电流,（一般降低电压后的起动电流为电动机额定电流的 2-3 倍） ，减小供电干线的电压降落，保障各个用户的电气设备正常运行。2.2.1 定子电路串电阻降压启动在电动机启动时，在三相定子电路中串接电阻，使电动机定子绕组电压降低，启动结束后再将电阻切除，使电动机在额定电压下正常运行。正常运行时定子绕组接成 Y 型的笼型异步电动机，可采用这种方法启动。图 2.10 是这种启动方式的电路图。工作原理：合上隔离开关 QS，按下按钮 SB2，KM1 线圈得电自保，其常开主触头闭合，电动机串电阻启动，KT 线圈得电；当电机的转速接近正常转速时，到达 KT的整定时间，其常开延时触头闭合，KM2 线圈得电自保，KM2 的常开主触头 KM2 闭合将 R 短接，电机全压运转。降压启动用电阻一般采用 ZX1、ZX2 系列铸铁电阻，其阻值小、功率大，可允许通过较大的电流。两图不同之处在于：a) 图中 KM2 得电，电机正常全压运转，KT 及 KM1 线圈仍然有电，这是不必要的。b) 图的控制电路利用 KM2 动断触头切断了 KT 及 KM1 线圈的电路，克服上述缺点。电路工作原理如下：首先合上电源开关 QS 。 212.2.2 Y- 降压起动控制电路这种方式的原理是：起动时把绕组接成星形连接，起动完毕后再自动换接成三角形接法而正常运行。凡是正常运行时定子绕组接成三角形的笼型异步电动机，均可采用这种降压启动方法（该方法也仅适用于这种接法的电动机） 。图 2.11a)是用两个接触器和一个时间继电器自动完成 Y 转换的起动控制电路 。由图可知，按下 SB2 后，接触器 KM1 得电并自锁，同时 KT、KM3 也得电，KM1、KM3 主触头同时闭合，电机以星形接法起动。当电机转速接近正常转速时，到达通电延时型时间继电器 KT 的整定时间，其延时动断触头断开，KM3 线圈断电，延时动合触头闭合，KM2 线圈得电，同时 KT 线圈也失电。这时，KM1、KM2 主触头处于闭合状态，电动机绕组转换为三角形连接，电机全压运行。图中把 KM2、KM3 的动断触头串联到对方线圈电路中，构成“互锁”电路，避免 KM2 与 KM3 同时闭合，引起电源短路。在电机 Y 起动过程中，绕组的自动切换由时间继电器 KT 延时动作来控制。这种控制方式称为按时间原则控制，它在机床自动控制中得到广泛应用。KT 延时的长短应根据起动过程所需时间来整定。22图 2.11b)是用一个复合按钮、一个接触器和一个时间继电器完成 Y 转换的电路2.2.3 自耦变压器降压起动控制电路正常运行时定子绕组接成 Y 型的笼型异步电动机，还可用自耦变压器降压启动。电动机启动时，定子绕组加上自耦变压器的二次电压，一旦启动完成就切除自耦变压器，定子绕组加上额定电压正常运行。自耦变压器二次绕组有多个抽头，能输出多种电源电压，启动时能产生多种转矩，一般比 启动时的启动转矩大得多。自耦变压器虽然价格较贵，而且不允许频繁启动，但仍是三相笼型异步电动机常用的一种降压启动装置。图为一种三相笼型异步电动机自耦变压器降压启动控制电路。其工作过程是：合上隔离开关 QS，按下 SB2，KM1 线圈得电，自耦变压器作连接，同时 KM2 得电自保，电动机降压启动，KT 线圈得电自保；当电机的转速接近正常工作转速时，到达 KT 的整定时间，KT 的常闭延时触点先打开，KM1、KM2 先后失电，自耦变压器被切除，KT 的常开延时触点后闭合，在 KM1 的常闭辅助触点复位的前提下，KM3 得电自保，电机全压运转。电路中 KM1、KM3 的常闭辅助触点的作用是：防止 KM1、KM2、KM3 同时得电使自耦变压器的绕组电流过大，从而导致其损坏。2.3 停车按 SB1 辅助电路断电 各接触器释放 电动机断电停车线路在 KM2 与 KM3 之间设有辅助触点联锁，防止它们同时动作造成短路;此外，线路转入三角接运行后，KM3 的常闭触点分断，切除时间继电器 KT、接触器 KM2,避免 KT、KM2 线圈长时间运行而空耗电能，并延长其寿命。三相鼠笼式异步电动机采用 Y降压起动的优点在于：定子绕组星形接法时，起动电压为直接采用三角形接法时的 1/3，起动电流为三角形接法时的 1/3，因而起动电流特性好，线路较简单，投资少。其缺点是起动转矩也相应下降为三角形接法的 1/3，转矩特性差。所以该线路适用于轻载或空载起动的场合。另外应注意，Y联接时要注意其旋转方向的一致性。232.4 线路保护环节2.4.1 短路保护短路时通过熔断器 FU 的熔体熔断切开主电路。2.4.2 过载保护通过热继电器 FR 实现。由于热继电器的热惯性比较大，即使热元件上流过几倍额定电流的电流，热继电器也不会立即动作。因此在电动机起动时间不太长的情况下，热继电器经得起电动机起动电流的冲击而不会动作。只有在电动机长期过载下FR 才动作，断开控制电路，接触器 KM 失电，切断电动机主电路，电动机停转，实现过载保护。2.4.3 欠压和失压保护当电动机正在运行时，如果电源电压由于某种原因消失，那么在电源电压恢复时，电动机就将自行起动，这就可能造成生产设备的损坏，甚至造成人身事故。对电网来说，同时有许多电动机及其他用电设备自行起动也会引起不允许的过电流及瞬间网络电压下降。为了防止电压恢复时电动机自行起动的保护叫失压保护或零压保护。当电动机正常运转时，电源电压过分地降低将引起一些电器释放，造成控制线路不正常工作，可能产生事故;电源电压过分地降低也会引起电动机转速下降甚至停转。因此需要在电源电压降到一定允许值以下时将电源切断，这就是欠电压保护。欠压和失压保护是通过接触器 KM 的自锁触点来实现的。在电动机正常运行中，由于某种原因使电网电压消失或降低，当电压低于接触器线圈的释放电压时，接触器释放，自锁触点断开，同时主触点断开，切断电动机电源，电动机停转。如果电源电压恢复正常，由于自锁解除，电动机不会自行起动，避免了意外事故发生。只有操作人员再次按下 SB2 后，电动机才能起动。控制线路具备了欠压和失压的保护能力以后，有如下三个方面优点：防止电压严重下降时电动机在重负载情况下的低压运行;避免电动机同时起动而造成电压的严重下降;防止电源电压恢复时，电动机突然起动运转，造成设备和人身事故。24第三章液压系统3.1 什么是液压系统一个完整的液压系统由五个部分组成，即动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件（附件）和液压油。 动力元件的作用是将原动机的机械能转换成液体的压力能，指液压系统中的油泵，它向整个液压系统提供动力。液压泵的结构形式一般有齿轮泵、叶片泵和柱塞泵。 执行元件(如液压缸和液压马达)的作用是将液体的压力能转换为机械能，驱动负载作直线往复运动或回转运动。 控制元件(即各种液压阀)在液压系统中控制和调节液体的压力、流量和方向。根据控制功能的不同，液压阀可分为压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。压力控制阀又分为益流阀(安全阀)、减压阀、顺序阀、压力继电器等；流量控制阀包括节流阀、调整阀、分流集流阀等；方向控制阀包括单向阀、液控单向阀、梭阀、换向阀等。根据控制方式不同，液压阀可分为开关式控制阀、定值控制阀和比例控制阀。 辅助元件包括油箱、滤油器、油管及管接头、密封圈、快换接头、高压球阀、胶管总成、测压接头、压力表、油位油温计等。 液压油是液压系统中传递能量的工作介质，有各种矿物油、乳化液和合成型液压油等几大类。3.2 液压系统的结构 液压系统由信号控制和液压动力两部分组成，信号控制部分用于驱动液压动力部分中的控制阀动作。 液压动力部分采用回路图方式表示，以表明不同功能元件之间的相互关系。液压源含有液压泵、电动机和液压辅助元件；液压控制部分含有各种控制阀，其用于控制工作油液的流量、压力和方向；执行部分含有液压缸或液压马达，其可按实际要求来选择。3.3 液压系统对液压油的基本要求液压系统对液压油的基本要求 1.合适的粘度,良好的粘温特性.一般的液压油的粘度通常在 15 到 68mm2/s 之间. 2.质地纯净,杂质少,有良好 的润滑性能. 3.对金属和密封件有良好的相容性,抗泡沫,抗乳化,防腐性,防锈性好. 4.对热,氧化,水解和剪切有良好的稳定性. 5.体积膨胀系数小,比热容大. 6.液压油流动点和凝固点低,闪点和燃点高. 7.对人体无伤害,成本低.3.4 液压系统的保养一个液压系统的好坏不仅取决于系统设计的合理性和系统元件性能的的优劣，25还因系统的污染防护和处理，系统的污染直接影响液压系统工作的可靠性和元件的使用寿命，据统计，国内外的的液压系统故障大约有 70%是由于污染引起的。 油液污染对系统的危害主要如下： 1 元件的污染磨损油液中各种污染物引起元件各种形式的磨损，固体颗粒进入运动副间隙中，对零件表面产生切削磨损或是疲劳磨损。高速液流中的固体颗粒对元件的表面冲击引起冲蚀磨损。油液中的水和油液氧化变质的生成物对元件产生腐蚀作用。此外，系统的油液中的空气引起气蚀，导致元件表面剥蚀和破坏。 2 元件堵塞与卡紧故障固体颗粒堵塞液压阀的间隙和孔口，引起阀芯阻塞和卡紧，影响工作性能，甚至导致严重的事故。 3 加速油液性能的劣化油液中的水和空气以其热能是油液氧化的主要条件，而油液中的金属微粒对油液的氧化起重要催化作用，此外，油液中的水和悬浮气泡显著降低了运动副间油膜的强度，使润滑性能降低。26第四章 PLC 及现场总线4.1 PLC 的基本概念可编程控制器(Programmable Controller)是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的。4.2 PLC 的定义“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算,顺序控制，定时，计数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入/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外部设备，都按易于与工业控制系统联成一个整体，易于扩充其功能的原则设计。 ”4.3 PLC 的分类4.3.1、小型 PLC小型 PLC 的 I/O 点数一般在 128 点以下，其特点是体积小、结构紧凑，整个硬件融为一体4.3.2、 中型 PLC中型 PLC 采用模块化结构，其 I/O 点数一般在 2561024 点之间。4.3.3、大型 PLC一般 I/O 点数在 1024 点以上的称为大型 PLC。大型 PLC 的软、硬件功能极强。具有极强的自诊断、通讯、通讯模块功能。 4.4 PLC 硬件组成4.4.1 电源 PLC 的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此 PLC 的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将 PLC 直接连接到交流电网上去 4.4.2 中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是 PLC 的控制中枢。它按照 PLC 系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O 以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当 PLC 投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入 I/O 映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入 I/O 映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将 I/O 映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 为了进一步提高 PLC 的可靠性，近年来对大型 PLC 还采用双 CPU 构成冗余系统，或采用三 CPU 的表决式系统。这样，即使某个 CPU 出现故障，整个系统仍能正常运行。 4.4.3 存储器 存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。 存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。 4.4.4 输入输出接口电路 271、现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是 PLC 与现场控制的接口界面的输入通道。 2、现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用PLC 通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。 4.4.5 功能模块 如计数、定位等功能模块 4.4.6 通信模块4.5 PLC 的基本工作原理4.5.1 PLC 采用“顺序扫描，不断循环”的工作方式，每次扫描过程，集中采集输入信号，集中对输出信号进行刷新。4.5.2、输入刷新过程，当输入端口关闭时，程序在进行执行阶段时，输入端有新状态，新状态不能被读入。只有程序进行下一次扫描时，新状态才被读入。4.5.3、一个扫描周期分为输入采样，程序执行，输出刷新。4.5.4、元件映象寄存器的内容是随着程序的执行变化而变化的。4.5.5、扫描周期的长短由三条决定。 （1）CPU 执行指令的速度（2）指令本身占有的时间（3）指令条数，现在的 PLC 扫描速度都是非常快的。4.5.6、由于采用集中采样，集中输出的方式，存在输入/输出滞后的现象，即输入/输出响应延迟。 4.6 PLC 的特点4.6.1、 PLC 的主要特点(一) 可靠性高，抗干扰能力强(二) 通用性强，控制程序可变，使用方便(三) 功能强，适应面广(四) .编程简单，容易掌握(五) 体积小、重量轻、功耗低、维护方便4.6.2、 PLC 的功能(一) 逻辑控制 (二) 定时控制(三) 计数控制 (四) 步进(顺序)控制(五) PID 控制 (六) 数据控制 (七) 通信和联网4.7PROFIBUSPROFIBUS，是一种国际化开放式不依赖于设备生产商的现场总线标准。PROFIBUS 传送速度可在 9.6kbaud12Mbaud 范围内选择且当总线系统启动时，所有连接到总线上的装置应该被设成相同的速度。广泛适用于制造业自动化、流程工业自动化和楼宇、交通电力等其他领域自动化。PROFIBUS 是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。编辑本段组成PROFIBUS 由三个兼容部分组成，即 PROFIBUSDP（ Decentralized Periphery） PROFIBUSPA（Process Automation ） PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification )。主要使用主-从方式，通常周期性地与传动装置进行数据交换。28PROFIBUSDP：是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式 IO 的通信。使用 PROFIBUSDP 可取代办 24VDC 或 420mA 信号传输。 PORFIBUSPA：专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构联在一根总线上，并有本征安全规范。 PROFIBUSFMS：用于车间级监控网络，是一个令牌结构实时多主网络。 PROFIBUS 是一种用于工厂自动化车间级监控和现场设备层数据通信与控制的现场总线技术。可实现现场设备层到车间级监控的分散式数字控制和现场通信网络，从而为实现工厂综合自动化和现场设备智能化提供了可行的解决方案。与其它现场总线系统相比，PROFIBUS 的最大优点在于具有稳定的国际标准 EN50170 作保证，并经实际应用验证具有普遍性。目前已应用的领域包括加工制造过程控制和自动化等。PROFIBUS 开放性和不依赖于厂商的通信的设想，已在 10多万成功应用中得以实现。市场调查确认，在德国和欧洲市场中 PROFIBUS 占开放性工业现场总线系统的市场超过 40。PROFIBUS 有国际著名自动化技术装备的生产厂商支持，它们都具有各自的技术优势并能提供广泛的优质新产品和技术服务。编辑本段结构PROFIBUS 协议结构是根据 ISO7498 国际标准，以开放式系统互联网络（Open System Interconnection-OSI）作为参考模型的。该模型共有七层。 （1）PROFIBUSDP：定义了第一二层和用户接口。第三到七层未加描述。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各种不同PROFIBUSDP 设备的设备行为。 （2）PROFIBUSFMS：定义了第一二七层，应用层包括现场总线信息规范（Fieldbus Message Specification - FMS）和低层接口(Lower Layer Interface LLI)。FMS 包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务。LLI 协调不同的通信关系并提供不依赖设备的第二层访问接口。 （3） PROFIBUSPA：PA 的数据传输采用扩展的 PROFIBUSDP 协议。另外，PA 还描述了现场设备行为的 PA 行规。根据 IEC11582 标准，PA 的传输技术可确保其本征安全性，而且可通过总线给现场设备供电。使用连接器可在 DP 上扩展PA 网络。 注：第一层为物理层，第二层为数据链路层，第三六层未使用，第七层为应用层。 4.8 推钢机的自动控制计算机控制所需的传感器和仪表一些主要的传感器和仪表如下：1）位置检测传感器 用于跟踪轧件位置的传感器有热金属检测器，冷金属检测器，微波检测器，电磁检测器和激光检测器。2）压力传感器 准确测定轧制压力的传感器。3）温度传感器 测定开轧和终轧温度及轧制线上各点轨件温度的传感器。4）测厚仪 常用的是射线测厚仪和射线测厚仪，最新发展是板形断面测量和微机自动校正。5）测宽仪 多采用光学测量法和热辐射测量法。6）速度计。29参考文献1 PLC 编程 100 例作者：肖峰，贺哲荣出版：中国电力出版社 出版日期：2009 年 06 月2轧钢设备维护与检修袁建路 马宝振作 者：袁建路 丛编项：轧钢设备维护与检修装帧项：胶版纸 16 开 / 152 出版项：冶金工业 / 2006-8-13现场总线技术及其应用主 编：杨宪惠出版社：清华大学出版社30致 谢在导师老师的悉心指导下，我的毕业设计终于如期圆满完成了。在设计的过程中，不仅让我对推钢机设计有了一定的理解，对轧钢行业也有了一定的认识。在整个设计过程中，首先要对推钢机的传动方案进行分析，进一步选择电动机和液压系统，其中最重要的是 PLC。在设计过程中由于知识遗忘和缺乏经验产生了很多问题，最后在老师的悉心教导和不断地摸索学习过程中逐步得到了解，老师渊博的知识、严谨的治学态度和忘我的敬业精神令我受益匪浅。半年来，老师在设计上和实习上给了我重要的帮助，在此，我衷心的感谢老师半年来的关怀和培养。在这里由衷的感谢培养和教育过我的江阴职业技术学院机电工程系的各位老师。向他们致以最崇高的敬意！我坚信，本次毕业设计将是对我大学生活最好的诠释。