板材矫直机的电气控制系统设计.doc

板材矫直机的电气控制系统设计 摘要 平直度是评价金属板带质量的重要指标之一。随着用户对板带质量要求的不断提高，板带平直度的控制和改善显得日益重要。板材矫直机是消除板材平直度缺陷，改善板形的关键设备。 首先，本文简单介绍了十一辊板材矫直机的生产工艺及电气传动系统的控制设备 .摘要平直度是评价金属板带质量的重要指标之一。随着用户对板带质量要求的不断提高，板带平直度的控制和改善显得日益重要。板材矫直机是消除板材平直度缺陷，改善板形的关键设备。首先，本文简单介绍了十一辊板材矫直机的生产工艺及传动系统的控制设备、。其次，通过对板材矫直机的电气控制系统进行研究，完成了十一辊矫直机电气传动系统设计，PLC控制设计，上位机监控设计。由于采用了西门子公司的simaticPLC控制技术，可以很好地实现控制功能和完成控制任务。实现了对矫直机的精确控制，对提高板材的矫直精度具有重要意义。关键词：板材矫直机，电气控制，PLC  ABSTRACTFlatness is one of the principal factors evaluating the metal plate and strip. With the users’ demand for the strip quality becoming more strict, it is increasingly important to improve and enhance the strip’s flatness. The leveler is a kind of key equipment to eliminate the three- dimensional vice on the strip and enhance its quality. Firstly, this paper introduces eleven-roller leveler’s production engineering, control equipment and control system of electrical drive system.Secondly, by researching the electrical control system of leveler, I complete the design of eleven-roller leveler’s electrical drive system, PLC control and PC monitoring. By using Siemens’ PLC control technology, this design achieves control functions and completes the control task, realizes the accurate control of the leveler. This has great importance of improving the accuracy of the leveler.Key Words: Plates leveler, Electrical control, PLC本课题研究的主要内容本课题的研究对象是板材生产线中的板材矫直机，结构形式为11矫直辊，拟围绕矫直机电气线路设计、PLC程序设计和上位机设计三部分进行，进行的研究内容具体如下：1、对板材矫直机电气线路设计进行分析研究。其中包括电路配电设计、主传动设计、辅助传动设计和PLC接线设计。2、PLC程序设计。使用STEP-7编程，实现对板材矫直机的运动控制。3、上位机设计。使用WinCC编程，实现上位监控。 3.1.2 PLC特点    - 20 -3.1.3 PLC的构成    - 21 -3.1.4 PLC控制系统的设计基本原则    - 23 -3.1.5 PLC梯形图特点    - 24 -3.2 板材矫直机 PLC控制系统要求    - 24 -3.2.1主传动控制要求    - 24 -3.2.2压下传动控制要求    - 24 -3.2.3导辊传动控制要求    - 24 -3.2.4换辊传动控制要求    - 24 -3.2.5前后辊道的控制要求    - 24 -3.3 PLC选型    - 24 -3.3.1 S7-300概览    - 24 -3.3.2 SIMATIC S7-300 可编程序控制器特点    - 25 -3.3.3 SIMATIC S7-300结构    - 25 -3.3.4 SIMATIC S7-300安装    - 26 -3.3.5 SIMATIC S7-300功能    - 27 -3.3.6 SIMATIC S7-300通讯    - 28 -3.4 PLC模块选择    - 29 -3.4.1 CPU选择    - 29 - 3.4.2 PLC数字量输入模块选择    - 30 -3.4.3 PLC数字量输出模块选择    - 31 -3.4.4 PLC位置检测模块选择    - 32 -3.4.5 PLC电源模块选择    - 33 -第四章 上位机处理    - 35 -4.1WinCC简介    - 35 -4.1.1 定义    - 35 -4.1.2 突出的优点：    - 35 -4.1.3  SIMATIC WinCC的组成及作用    - 36 -4.2 WinCC组态    - 37 -4.3 WinCC显示画面    - 38 -第五章 通讯实现    - 40 -5.1 ProfiBus简介    - 40 -5.2 PROFIBUS 网络的通信功能    - 41 -5.3 PROFIBUS 站点诊断    - 41 -第六章 评析总结    - 43 -参考文献    - 44 -致谢    - 45 -附录    - 46 -附录1、主传动部分程序2、压下传动部分程序 3、换辊机构部分程序导辊调节部分程序参考文献1崔甫矫直原理与矫直机械M北京：机械工业出版社20022袁国中厚板发展技术的现状与展望J太原重型机械学院学报20023徐燕新开发的十一辊中厚板矫直机J一重技术19964Hale M B and Hart D EModelling and Control of a Roll Bending ProcessJTo appearin IEEE Control systems Magazine1 9875张福学现代实用传感器M中国计量出版社19976余瑞芳传感器原理M航空工业出版社19957SIEMENS. SIMATIC STEP 7 程序设计编程手册M. 北京:西门子(中国)有限公司,19968朱善君，翁樟等.可编程序控制系统原理•应用•维护M. 北京:清华大学出版社 ,19929SIEMENS.SIMATIC WICC V4.02 组态手册M. 北京:西门子(中国)有限公司,199610吴麒，王诗宓,自动控制原理(第二版)M北京：清华大学出版社，2006811李东永交流电机数字控制系统M北京：机械工业出版社，200412王国栋我国中厚板生产技术进步20年J轧钢，2004，(6)：5-913丁红剑，苏梅.变频器调试要点J煤矿现代化，2006，(02) 14孙志毅，李红. 自动控制理论M. 北京：兵器工业出版社，200515陈宇. 可编程控制器基础及编程技巧M. 广州：华南理工大学出版社，200316廖常初.PLC梯形图的顺序控制J.电工技术杂志，2001：18-22 摘     要永磁直线电机是一种具有很高定位精度的新型电机。不同与其他励磁的直线电机，它采用永磁体作为励磁源。研究其磁场分布及力特性具有重要意义。相对于传统的解析法，有限元数值分析可以缩短电机的设计周期及减少设计成本，可对直线电机的磁场及力得出精确的分析。ANSYS8.0是一种在工程中广泛使用的有限元分析软件，采用该软件中的电磁场分析功能对永磁直线电机的磁场进行有限元的分析和计算，并在此分析的基础上对永磁直线电机的力场做进一步的计算和分析，对永磁直线电机的设计具有重要的工程意义。通过电磁场的有限元数值分析方法，利用通用有限元分析软件ANSYS8.0建立平板型单边永磁直线电机的有限元模型，分析其2维静态磁场，得到初步的分析结果，并在这个分析的基础上对永磁直线电机的力场进行了进一步的分析，计算直线电机的推力和法向力，结合永磁直线电机的静态磁场，研究了永磁直线电机推力及法向力和电流变化的相互关系，对今后永磁直线电机的设计和研究具有一定的参考意义。 论文的主要工作论文的主要工作如下:1建立永磁直线电机样机在ANSYS8.0上的有限元模型。2利用ANSYS8.0 对2D有限元模型的静态磁场分析，给出2D磁力线图等数据3利用ANSYS8.0对2D有限元模型的力场进行分析计算，得到直线电机的推力及法向力，推力系数，直线电机的波动力等数据 目 录中文摘要 i英文摘要 ii致谢 iii 目录 iv表列 x图列 xii第一章 绪论 11.1  直线电机的发展和应用 11.2  直线电机的分类 31.3  直线电机的工作原理 41.4  有限元分析及相关软件的介绍 51.4.1有限元分析简介 71.4.2通用有限元软件ANSYS8.0 71.5 课题的主要意义和论文的主要工作 71.5.1课题的主要意义 71.5.2论文的主要工作 8第二章  ANSYS 8.0及其在电磁场有限元计算中的应用 92.1  电磁场的有限单元法 92.1.1 基本方程 9 2.1.2 位函数及边界条件 92.1.3 有限元法的求解 112.2   电磁力计算方法 122.2.1 虚功法 12        2.2.2 MAXWELL张量法 122.3  ANSYS有限元建模 142.4  网格的划分和单元的选定 17      2.4.1网格的划分 17      2.4.2单元的选定 172.5  边界条件的加载 18第3章 永磁直线电机的电磁场有限元仿真分析.  203.1 永磁直线电机的磁场分析方法概述 203.2 永磁直线电机的磁场有限元仿真模型 203.2.1永磁直线电机的结构 203.2.2永磁直线电机磁场有限元模型的建立 213.3 永磁直线电机的磁场分析. 23        3.3.1永磁直线电机边端效应 23    3.3.2永磁直线电机齿槽效应 24    3.3.3永磁直线电机磁场变化 24第4章  永磁直线电机的力场特性的有限元仿真分析   25 4.1 永磁直线电机的矢量控制 254.2 推力和法向力与电流的大小的分析 27         4.2.1推力和法向力与电流的大小关系 27          4.2.2 推力系数 284.3 推力与法向力与电机电流相位的分析    28.          4.3.1推力与法向力电流相位关系 284.4 推力与法向力的波动问题 284.4.1永磁电机空载时的输出力 .294.4.2永磁电机额定电流下的输出力 31第五章结论与展望 34参考文献 35附录 ANSYS8.0使用说明 36                       表列 表21 材料特性 14表22 可选择单元类型 17表31 永磁直线电机参数 21表41 推力和法向力随电流大小变化数据 28表42 推力和法向力随电流相位变化数据 30表43 空载时推力和法向力波动变化数据 31表44 额定电流下推力和法向力波动变化 32 图  列图11 直线电机按工作原理的分类 3图12 由旋转电机演变为直线电机的过程 4图13 直线电机的工作原理 4图14 有限元模型图 4图15 最大切应力等应力线图  5图21 永磁直线电机的2-D实体 15图22 永磁直线电机的3-D实体模型 15图23 定义完材料属性后的实体模型 16图24 永磁直线电机的网络划分 17图25 加载力标志和边界条件 17图26 PMLSM的电流密度 17图27 PLANE53 18图28 边界条件示意图 19图31 平板永磁直线电机的结构 21图32  PMLSM绕组接线圈 21图33 永磁直线电机的有限元模型 21图34 铸铁的B-H曲线 22图35 初级铁芯的B-H曲线 22图36 网格分布（局部）         22图37 永磁直线电机磁力线图 22 图38 永磁直线电机磁通密度矢量图 22图39 永磁直线电机磁场强度矢量图 22图310 永磁电机左边端效应 23图311 永磁电机右边端效应 23图312 永磁体单独作用的磁力线图 23 图313 额定电流单独作用下的磁力线图 23图314 合成磁力线图 23图41 矢量变换 26图42 推力随电流大小变化曲线   27图43 法向力随电流大小变化曲线 27图44 推力随电流相位变化曲线图 28图45 法向力随电流相位变化曲线  28图46 初级移动的过程示意图 28图47 推力波动 29 图48 法向力波动 29图49 额定电流下推力波动 31图410 额定电流下法向力波动 32 中文摘要要解决的是人类住的问题，它不但要为人们提供一个空间，而且要为人们创造一个有组织的空间环境。因为只有这样，才能满足人们物质生活和精神生活的要求。建筑以人为本，居住建筑是以家庭活动为中心，人们希望从住宅中获得舒适享受，寻求安定和舒适感。住宅设计即是要分析家庭生活的要求，又要探索创造出丰富多彩的住宅类型。本次毕业设计包括建筑设计和结构设计两方面。我查阅了相关资料文献，初步选定设计方案，在建筑设计时考虑到住宅的舒适，安全，美观，经济等方面的要求，进行了建筑的平、立、剖面设计。在结构设计时按照相关规范要求进行材料选择及荷载的计算，用底部剪力法验算墙体的抗震要求。根据规范及荷载设计了条形基础，给现浇板配筋，并对相关构件（楼梯部分、挑梁、过梁、雨蓬等）进行了计算。关键词：住宅，结构，方案，荷载，抗震 外文摘要      AbstractThe residence solves the problem of human living . It not only provides   space for people, but also create a systematical space environment .Because only thus, It can satisfy the need of peoples physical life and spiritual life. The residence building make people the center, live the building is to take the family activity as the center, the people hope to acquire the comfort to enjoy from the residence, looking for to stabilize the comfortable feeling of sum . The residence design is a request that wants the analytical home life, and then to investigate to create an abundant colorful residence type. 目  录  字1 引言    12 建筑设计说明    1 2.1 一般说明    22.2 工程设计依据    22.3 设计目的    32.4 平面设计说明    32.5 立面造型    42.6 结构方案的选择、优化    43 结构设计说明    53.1 设计依据    53.2 设计原则    53.3 主体工程设计    53.4 结构设计方案及布置    53.5 施工材料    64 结构计算书    64.1 工程概述    64.2 设计依据及计算项目    74.3 荷载统计    74.4 抗震验算    104.5 基础设计    144.6 墙体验算    194.7 现浇楼板配筋计算    274.8 结构梁配筋计算    294.9 过梁设计    374.10 楼梯计算    414.11 雨蓬计算    44 4.12 挑梁计算    47结论    50致谢    52主要参考文献  54附：电算部分  摘要本毕业设计遵循先、后结构、再基础的设计过程，根据任务书和指导书的要求，完成钢筋混凝土框架结构的秀水佳园综合办公楼的、结构和基础设计。建筑施工图包括总平面图及说明，一层、二层、三层、标准层和屋顶平面图，正立面和背立面图，楼梯和电梯井的剖面图，以及若干详图。各图均按规范要求设计并得到指导老师认可。本工程结构设计时密切结合建筑设计，力求经济合理，。考虑毕业设计的特殊要求，以手算为主、电算为辅。结构设计主要包括以下几个部分：重力荷载计算；框架侧移刚度计算；横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算；竖向荷载作用下框架结构的内力计算；截面设计与配筋计算；楼梯设计；梁板设计和基础设计。计算书的主要内容有：手工完成横向框架结构侧移计算、框架受力分析与截面设计（包括内力分析、水平荷载与竖向荷载的计算和组合、截面配筋）；进行楼梯设计；进行框架现浇楼板局部单元板和连系梁的设计（包括手工进行荷载计算、内力分析组合及配筋计算）；进行横向框架所对应的柱下基础设计。毕业设计的成果符合现行规范的要求，因而是合理可行的。   3.1 柱截面尺寸的确定23.2 梁尺寸确定33.3 楼板厚度的确定33.4 柱高度34. 重力荷载计算 3 5.2 纵向框架侧移刚度计算116. 横向水平荷载作用下框架结构的内力和侧移计算 136.1 横向水平地震作用下框架结构的内力和侧移计算 13    6.1.1横向自振周期计算136.1.2水平地震作用及楼层地震剪力计算146.1.3水平地震作用下的位移验算166.1.4水平地震作用下框架内力计算16        8.2.2柱正截面承载力计算 618.2.3柱斜截面受剪承载力计算 638.3框架梁柱节点核心区截面抗震验算649. 楼梯设计659.1 平台板计算669.1.1 荷载计算 66 9.1.2 截面设计 679.2 梯段板计算  679.2.1 荷载计算   679.2.2 截面设计   689.3平台梁计算  689.3.1 荷载计算  68 9.3.2 正截面承载力计算  689.3.3 斜截面承载力计算  6910. 梁板设计  6910.1 板的计算   7010.1.1 单向板计算  7010.1.2 双向板计算  71 10.2 梁的计算 7510.2.1 弹性理论  7510.2.2 塑性理论    7911. 基础设计8111.1 场地土层条件8111.2  结构型式 81 11.3  材料选择 8111.4  确定基础埋深d  8111.5 确定地基承载力特征值   8111.6 计算边柱（以E/4轴柱为例） 8111.6.1 确定基础基底尺寸 8111.6.2 验算基础底面应力 8211.6.3 计算基础底板厚度h 82 11.6.4 基础底板配筋 8311.7 计算中柱（以D/4轴柱为例）8411.7.1 确定基础基底尺寸8411.7.2 验算基础底面应力8411.7.3 计算基础底板厚度h 8411.7.4 基础底板配筋85N  结论 86 致谢88参考文献89主要内容(包括设计参数)与要求（一）建筑设计：建筑设计图纸要求达到初步设计要求：1.层数：810层，局部可自由调整； 开间36007200；进深54006600；层高30003900； 2. 该工程为框架结构办公楼，丙类建筑，要求建筑设计平面布局合理，立面造型美观，重视防火设计，3.建筑防火等级二级，安全等级二级，设计使用年限50年，环境类别一类，屋面防水等级二级；4.由门厅、楼梯及走道组成，至少设两个疏散楼梯，一个电梯间；建筑面积不超过8000m2；采光要求：办公室窗地面积比≥1:5。（二）结构设计（1） 设计原则和程序：本工程结构设计是在完成建筑设计的前提下进行。结构设计应密切结合建筑设计，经济合理，使结构具有良好的抗震性能。结构布置要求荷载传递直接，受力明确，并按强度要求初步确定构件的截面尺寸，构件类型和尺寸规格应尽可能少。在结构布置的过程中，还需考虑整个建筑物的平面和竖向需采用的构造措施，以保证整个建筑物或某些薄弱部位的刚度及整体性，合理确定结构或构件节点处理，使结构构件及连接节点满足强度、刚度和抗裂度的要求，并符合现行设计规范、满足国家强制性条文，最终把结构布置和构件设计准确地反映到施工图中。该工程采用全现浇结构体系，15层混凝土强度等级为C40，以上各层均为C30。 （2） 设计内容：、计算书及相关资料：1. 开题报告；2. 方案论证；3.设计摘要；4. 完成一层现浇楼板局部板的设计（包括荷载计算、内力分析及配筋计算，绘出施工图）；5根据建筑要求完成其它楼层结构布置，可应用SATWE程序进行结构布置，用平法表示标出梁,板,柱,墙的编号，尺寸及配筋； 6人工计算完成框架结构侧移计算、框架受力分析与截面设计（包括导荷载，内力分析，水平荷载与竖向荷载的组合、截面配筋并绘制施工图）；7.应用设计软件SATWE完成分析、设计，对比分析电算、手算主要结果；8结合设计翻译一篇专业外文资料及写一篇读书报告；9.根据设计前的毕业实习情况撰写实习报告，并附实习单位的鉴定意见。、设计计算书要求：设计要按新规范执行；按学院有关毕业论文（设计）规范化及板式要求进行撰写说明书应包括对结构体系和结构形式的分析比较，结构计算过程和结果分析。力求简明扼要、概念清楚、书写工整，计算步骤明晰、计算准确并附有必要的计算简图。、归档要求：所有设计成果用档案袋装上，并贴上学院封面、题目、目录、设计者及指导教师姓名等。（三）地基基础设计任务及要求（1）设计任务根据建筑、结构设计文件和工程地质条件，论证地基、基础方案，并提交地基基础施工图纸。 （2）设计要求1地基基础方案应符合上部结构特点及工程地质条件，并具有较好的经济性；2根据现行国家设计规范，进行地基处理方案设计、承载力验算、地基沉降计算、基础截面设计。（3）设计成果1. 基坑开挖及基础平面布置图； 2. 地基处理设计计算；3. 基础配筋计算及详图；4. 地基基础设计说明书。工 作 进 程 及 需 完 成 工 作 量1计算书要求见前2建筑图纸要求： 1) 总平及说明 1:500 总平包括建筑物的位置、朝向、绿化、道路等说明包括建筑物的经济性指标。2) 各层平面 1:100标出各房间名称 3) 屋顶平面 1:100    4) 立面（正立面、背立面）1:100    5) 剖面2个 1:100  其中一个选择楼梯或电梯井剖切6) 详图若干 1:2040楼梯、电梯井道、屋顶泛水、外墙、玻璃幕墙等3结构图纸要求：1) 结构设计说明  2) 平面结构布置图  3) 梁平法施工图   4) 柱平法施工图  5）基础平面布置图及基础详图 6) 楼梯、雨篷等详图根据教学楼设计规范和其它相关标准，以及设计要求和提供的地质资料，设计该教学楼。 按照先建筑后结构，先整体布局后局部节点设计步骤设计。主要内容包括：设计资料、建筑设计总说明、建筑的平面、立面、剖面图设计说明，以及其它部分的设计说明；结构平面布置及计算简图确定、荷载计算、内力计算、内力组合、主梁截面设计和配筋计算、框架柱截面设计和配筋计算、次梁截面设计配筋计算、楼板和屋面设计、楼梯设计，基础设计等。其中附有风荷载作用下的框架弯矩、剪力和轴力图；纵向和横向地震荷载作用下的框架弯矩、剪力和轴力图；恒荷载和活荷载作用下的框架弯矩、剪力和轴力图以及梁柱的内力组合表。关键词：框架、重力荷载代表值；现浇钢筋混凝土结构；内力组合；弯矩调幅。 设计理念教学楼是为人们学习提供最为良好环境的建筑。纵观教学建筑的发展历史，无不体现 着人类文化、文明的历史进程和时代特征。教学楼建筑设计同设计其他类型建筑一样有许多共同点，也有许多不同的特点和要求。随着时代的发展，办公楼的内容和形式都在不断发生变化。因此，我对教学楼的设计过程和设计方法进行了详细研究，经过一番思考，我认为本设计应该具有以下特点： 5    储藏室    1    10.87    洗手间    5    43.2  3.6  基本假定与计算简图    .173.6.1  基本假定    .173.6.2  计算简图    .173.7荷载计算.    173.8 侧移计算及控制    .183.9  内力计算及组合    .183.9.1  竖向荷载下的内力计算    .183.9.2  水平荷载下的计算.    183.9.3  内力组合    .18 3.10  基础设计.    193.11  施工材料    .193.12  施工要求及其他设计说明    .194  设计计算书.    204.1  设计原始资料    .204.2  结构布置及计算简图    .204.3  荷载计算.    224.3.1  恒载标准值计算    .224.3.2  活荷载标准值计算    .24 4.3.3  竖向荷载下框架受荷总图    .254.3.4  重力荷载代表值计算    .304.4  地震作用计算.    334.4.1  横向框架侧移刚度计算.    334.4.2横向自振周期计算    .364.4.3  横向水平地震力计算    .374.4.4  水平地震作用下的位移验算    .384.4.5  水平地震作用下框架内力计算    .394.5  竖向荷载作用框架内力计算    .44 4.5.1  梁柱端的弯矩计算.    464.5.2  梁端剪力和轴力计算.    574.6  风荷载计算    .594.7内力组合    .6148截面设计    .644.8.1 框架梁的配筋计算（仅以一层梁为例说明计算过程）.    644.8.2框架柱配筋计算    .67483节点设计    .714.9  楼板设计    .724.9.1 B，D区格板的计算    .72 第一,设计荷载    .72恒载：    .72第四,截面设计    .754.9.2 A, C单向板计算:&nbs