【正文】 ...................................................................................42 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1 頁第 1 章　緒論 層流冷卻技術(shù)的背景 近三十年來，控制軋制和控制冷卻技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，它作為一種實用，經(jīng)濟(jì)而且有效的技術(shù)日益受到人們的關(guān)注與重視。所謂控制冷卻技術(shù)，就是利用軋材余熱處理的技術(shù)。采用控制冷卻技術(shù)不僅可以提高產(chǎn)量，而且可以在不降低韌性的情況下，提高鋼板的強(qiáng)度及可焊性，同時減少鋼板的不平整度和殘余應(yīng)力，從而提高鋼板的質(zhì)量 。]1[目前層流冷卻技術(shù)在國外正在被普遍的在鋼鐵企業(yè)中，制過程中鋼板的終軋溫度一般為800 ℃左右，如果不采取冷卻措施，自然冷卻很緩慢，既影響產(chǎn)量又影響運(yùn)輸和存儲?？刂栖堉婆c控制冷卻技術(shù)相結(jié)合可獲得高強(qiáng)韌性的鋼材，并可以加快生產(chǎn)進(jìn)程，增加延展性、提高軋機(jī)和冷床的生產(chǎn)能力、以及減少鋼的氧化損失等。我國的鋼鐵行業(yè)中, 層流冷卻的應(yīng)用幾乎沒有，而普遍使用集管冷卻方式，今一些廠家也開始逐漸認(rèn)識到了層流冷卻的優(yōu)點(diǎn)，并將計算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用到了層流冷卻的控制過程中，如濟(jì)鋼中板廠的層流冷卻系統(tǒng)就是較成功的實例。 層流冷卻技術(shù)的基本原理 熱軋過程鋼板的終軋溫度很高，如果突然大水量的冷卻，會在鋼板的表面形成水膜，嚴(yán)重影響熱交換，因此水量必須控制得當(dāng)。上水幕的水澆在鋼板上，即使水量較小也會形成水膜。因此使層流水幕具有一定的高度，利用其落差擊破水膜來改善熱交換。由于上水幕的水澆在鋼板上，將停留在鋼板表面，而下水幕的水澆在鋼板上會馬上落下，因此上下水幕的流量要求嚴(yán)格的比例，同時為了使鋼板表的殘水迅速被清除掉，而采用了側(cè)噴裝置。另外，鋼板在輥道上運(yùn)動的過程中，鋼板的邊部的熱交換要比內(nèi)部快，所以在鋼板的邊部要適地減少水量，以使鋼板的整體溫度均勻，因此水幕的寬度也必須控制。當(dāng)水量調(diào)節(jié)尚不能達(dá)到要求時，可以適當(dāng)調(diào)節(jié)輥道速度，以便使鋼板的溫度被控制在理想的范圍內(nèi) 。]4[ 層流冷卻技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)　 層流冷卻的應(yīng)用是鋼板軋后冷卻方式的一次創(chuàng)新。它具有如下特點(diǎn) ：]5[ 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 2 頁?。?）層流水幕為板狀層流水流落到鋼板表面上, 沿寬向無干擾, 冷卻能力強(qiáng), 能充分發(fā)揮冷卻水的冷卻效率, 從而縮短了冷卻區(qū)長度, 減少了噴頭數(shù)量, 而且其設(shè)備少、投資小, 并可節(jié)水20 %～ 30 %。?。?）層流水幕冷卻出水口沿鋼板寬度方向為連續(xù)的整體板片狀水流, 因此鋼板的橫向冷卻基本均勻。通過調(diào)整上、下水幕的流量比例, 可使鋼板上、下表面,縱、橫向冷卻都均勻, 從而提高產(chǎn)品質(zhì)量與合格率。（3）可根據(jù)產(chǎn)品工藝要求改變每個層流水幕的水流幅度和流量, 控制靈活；?。?）在裝置和系統(tǒng)方面, 每個水幕流量大, 水幕間距大, 便于處理事故和設(shè)備檢修。由于設(shè)備簡化, 占地面積小, 故投資相應(yīng)較少。?。?）由于層流水幕間距較大, 形成的冷卻系統(tǒng)為間歇冷卻, 使鋼板在冷卻區(qū)反復(fù)淬火2回火, 這有利于晶粒的細(xì)化和性能強(qiáng)化, 可進(jìn)一步挖掘鋼材的內(nèi)在潛力, 提高經(jīng)濟(jì)效益?！。?）層流冷卻裝置結(jié)構(gòu)簡單、堅固耐用、制作方便, 出水口縫隙大, 不易堵塞。對于水質(zhì)要求不嚴(yán), 一般循環(huán)水即可, 簡化了循環(huán)水的凈化系統(tǒng), 節(jié)省資金。 層流冷卻系統(tǒng)的組成層流冷卻系統(tǒng)由機(jī)械設(shè)備部分和控制系統(tǒng)兩部分組成。機(jī)械部分由高位水箱、管道、壓縮空氣源、水幕噴頭、水泵、隔熱遮蔽板等組成?？刂葡到y(tǒng)由PLC、過程機(jī)、現(xiàn)場儀表、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、操作臺、配電柜 等構(gòu)成。]5[（1）控制系統(tǒng)的硬件部分：PLC 部分選用了SIEMENS 公司的功能強(qiáng)大的S7 300來保證計算精度和快速性。（2） 控制系統(tǒng)軟件部分：控制系統(tǒng)的軟件由兩部分構(gòu)成,即PLC部分軟件和過程機(jī)部分的軟件。(1)PLC軟件　西門子公司的STEP7 V511 版本。(2)過程機(jī)軟件　軟件平臺選用性能穩(wěn)定的WINDOWS NT410 ,過程機(jī)工具軟為西門子公司的組態(tài)軟件WINCC V4102。本系統(tǒng)采用了SEIMENS公司功能強(qiáng)大的S7300PLC 和WINCC 組態(tài)軟件，構(gòu)成了功能完善，性能穩(wěn)定的控制系統(tǒng),并采用多種控制算法相結(jié)合的控制策略，,結(jié)合本單位多年的工藝經(jīng)驗形成的科學(xué)完善的工藝模型，實現(xiàn)了層流控冷的快速冷卻、板 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 3 頁形良好、提高產(chǎn)品性能的目標(biāo)。本系統(tǒng)成功控制的關(guān)鍵之處是，每組水幕的流量均單獨(dú)可調(diào)，每組水幕的流量上、下比例可調(diào)，而且由于采用了高位水箱供水，使每組水幕的流量均勻，流速相等，使成幕的效果極佳。 國外的層流冷卻技術(shù)及相應(yīng)的研究成果層流冷卻是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種新的冷卻方法，它保持了虹吸管層流冷卻的優(yōu)點(diǎn)，冷卻能力較高，橫向冷卻較均勻，且設(shè)備簡單，如日本往友金屬工業(yè)公司鹿島廠1984年投產(chǎn)的層流冷卻裝置包括一個集水箱、一個狹縫噴嘴和一個氣動擋板。當(dāng)冷卻水通過噴嘴落向帶鋼時便形成幕形層流。該廠熱帶鋼軋機(jī)的輸出輥道上有15個這樣的冷卻裝置。前蘇聯(lián)的一項專利報道了一種可調(diào)的水幕下部安裝一個能在垂直于水流方向的平面上往返移動的閘板，并在上面給閘板安上一個能伸入噴嘴的小刷子，通過連續(xù)改變冷卻水的寬度，使之與內(nèi)部污垢,提高冷卻效率。德國專利報道了一種層流冷卻裝置，它是由它是由一個水箱和一個垂直于帶鋼運(yùn)行方向并延伸到整個被冷卻帶鋼寬度上的縫隙式噴嘴組成,通過控制噴嘴縫隙形成水幕。噴嘴的出口比噴嘴的入口大，并向出口不斷突出擴(kuò)張，可以補(bǔ)償層流水幕出現(xiàn)的斷面收縮，保持均勻良好的水幕形狀 。]6[第 2 章　有關(guān)冷卻系統(tǒng)編程軟件硬件 S7300 的介紹 概述層流冷卻工藝流程近些年來層流冷卻技術(shù)(又叫水幕冷卻技術(shù))，控制軋制與控制冷卻相結(jié)合可以獲得高強(qiáng)韌性的鋼板，以用來改善鋼板的各項機(jī)械和物理性能，增加延展性提高軋制與控制冷卻技術(shù)，提高軋機(jī)和冷床的生產(chǎn)能力，是一項極具發(fā)展?jié)摿Φ募夹g(shù)。 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 4 頁 層流冷卻工藝是用 PLC 作為其控制程序來指導(dǎo)層流水幕的開啟與閉合來達(dá)到冷卻的目的，但由于它的控制程序大都呈現(xiàn)離散化的開關(guān)量特性，不能簡單的像處理模擬量那樣進(jìn)行回路的閉環(huán)控制，因此人們往往是用熱平衡冷卻模型來進(jìn)行開環(huán)設(shè)定或稱作前饋控制。所以本文介紹的是一種以閉環(huán)自動控制為主開環(huán)前饋控制為輔的控制方法，使系統(tǒng)能夠運(yùn)行在自動和手動相結(jié)合的模式，而且二者呈現(xiàn)無擾特性。 有關(guān)可編程控制器 PLC 的介紹 STEP7 的概況大中型 PLC 例如西門子公司的 S7300 系列的一般采用模塊式結(jié)構(gòu)，用搭積木式的方式來組成系統(tǒng)，模塊式 PLC 由機(jī)架和模塊組成。S7300 是模塊化的中小型PLC，適用于中等性能的控制要求。當(dāng)系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大時和更為復(fù)雜時，可以增加模塊，對 PLC 進(jìn)行擴(kuò)展。 S7300 的 CPU 模塊簡稱為 CPU 集成了過程控制的功能，用于執(zhí)行用戶程序。每個 CPU 都有一個編程用的 RS485 接口，有的還帶有集成的現(xiàn)場總線 PROFIBUSDP 接口或 PTP（點(diǎn)對點(diǎn)）串行通信接口，S 7300 不需要附加任何硬件，軟件和編程就可以建立一個 MPI（多點(diǎn)）接口網(wǎng)絡(luò)，如果有 PROFIBUSDP 接口，就可以建立一個 DP 網(wǎng)絡(luò)。 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5 頁 S7300 的組成部件 PS CPU IM SM圖 S7300PLC 的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) S7300PLC 是模塊式的 PLC，它由以下幾個部分組成：中央處理單元（CPU）各種 CPU 有不同的性能，例如有的 CPU 集成有數(shù)字量和模擬量輸入/輸出點(diǎn)。CPU 前面板上有故障指示燈、模式開關(guān)、24V 電源端子、電池盒與存儲器模塊盒（有的 CPU 則沒有） 。負(fù)載電源模塊（PS）負(fù)載電源模塊用于將 AC220V 電源轉(zhuǎn)換成為 DC 24V 電源，共 CPU 和 I/O 模塊使用。額定輸出電流有 2A、5A 和 10A 三種，過載時模塊上的 LED 閃爍。模塊（SM）信號模塊是數(shù)字量輸入/輸出模塊和模擬量輸入/輸出模塊的總稱，它們使不同的過程信號電壓與 PLC 內(nèi)部的信號電平匹配。能模塊（FM）功能模塊主要同于實時性和存儲量要求高的控制任務(wù)，例如計數(shù)器模塊快速/慢速進(jìn)給驅(qū)動位置模塊、電子凸輪模塊控制器、步進(jìn)電動機(jī)定位模塊、伺服電動機(jī)定位模塊、定位和連續(xù)路徑控制模塊等。 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 6 頁通信處理器(CP)通信處理器用于 PLC 之間， PLC 與計算機(jī)和其它智能設(shè)備之間的通信，可以將 PLC 接入 PROFIBUSDP 和工業(yè)以太網(wǎng)，或用于實現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)通信等。 接口模塊(IM) 接口模塊用于多機(jī)架配置時連接主機(jī)架(CR)和擴(kuò)展機(jī)架(ER)。S7300 通過分布式的主要機(jī)架和 3 個擴(kuò)展機(jī)架，最多可以配置 32 個信號模塊，功能模塊和通信處理器。導(dǎo)軌鋁制導(dǎo)軌用來固定和安裝 S7300 上述的各種模塊。 關(guān)于 STEP7 編程軟件的使用方法 STEP7 軟件的概述 Step7 編程軟件用于 SIMATIC S7 M7 C7 和基于 PC 的 WinAC,是供它們編程，監(jiān)控和參數(shù)設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)工具。 Step7 具有以下幾種功能：硬件配置和參數(shù)設(shè)置、通信組態(tài)、編成、測試、啟動和維護(hù)、文件建檔、運(yùn)行和診斷功能等。 Step7 用 SIMATIC 管理器來對項目進(jìn)行集中的管理，它可以方便的運(yùn)用瀏覽SIMATIC S7 M7 C7 和 WinAC 的數(shù)據(jù)。實現(xiàn) Step7 各種功能所需的 SIMATIC 軟件工具都集中在 Step7 中。 程序的上載與下載下載的準(zhǔn)備工作 計算機(jī)與 PLC 之間必須建立起連接，編程軟件可以訪問 PLC ，要下載的程序已編譯好，CPU 處在允許的工作模式下。在保存或下載時，Step7 首先要進(jìn)行語法檢查。下載前用編程電纜連接 PC 或 PLC 接通 PLC 的電源，將 CPU 上的模式開關(guān)扳到“STOP”位置， “STOP LED”顯示燈亮。下載用戶程序之前應(yīng)將 CPU 中的用戶存儲器復(fù)位，以保證 CPU 內(nèi)沒有舊的程序。然后將模式開關(guān)扳到 MRES 位置 STOP LED 慢速閃爍兩下松開模式開關(guān)，它自動回到 STOP 位置。 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 7 頁下載的方法 (1)在離線模式和 SIMATIC 管理器窗口中下載在快工作區(qū)選擇快，可用＜Ctrl＞鍵和＜Shift＞鍵選擇多個快，用菜單命令 “PLC” –＞ Download 將選擇的快下載到 CPU。 (2)在離線模式和其他窗口下載 對快編程或組態(tài)硬件和網(wǎng)絡(luò)時，可以在當(dāng)時的應(yīng)用程序的主窗口中用菜單命令“PLC” ＞ Download 下載當(dāng)前正在編輯的對象。 (3)在線模式下載 用菜單命令“View” ＞Online 或“PLC” ＞“Display Accessible Nodes”打開一個在線窗口查看 PLC，在“Windows” 菜單中可以看到這時還有個在線的管理器，可以用“Windows”菜單同時打開和顯示這兩個窗口。 下載完成后，將 CPU 的運(yùn)行模式選擇開關(guān)扳到 RUNP 位置，綠色的“RUN”LED 亮，開始運(yùn)行程序。(4)上載程序可以運(yùn)用裝載功能從 CPU 的 RAM 裝載到存儲器中把塊的當(dāng)前內(nèi)容上載到計算機(jī)編程軟件打開的項目中。(5)在線編程在調(diào)試程序時，可能需要修改已下載的塊，可以在在線窗口中雙擊要修改的塊的圖標(biāo)，然后進(jìn)行修改。編完的塊會立即在 CPU 中起作用。 用變量表調(diào)試程序變量表的基本功能使用變量表可以在一個畫面中同時監(jiān)視，修改和強(qiáng)制用戶感興趣的全部變量。一個項目可以生成多個變量表，以滿足不同的調(diào)試要求。在變量表中可以賦值或顯示的變量包括輸入、輸出、位存儲器、定時器、計數(shù)器、數(shù)據(jù)塊內(nèi)的存儲器和外設(shè) I/O。生成變量表的幾種方法(1) 在 SIMATIC 管理器中用菜單命令“Insert” ＞“S7 Block” ＞“Variable Table”生成新的變量表。 遼寧科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 8 頁 (2)在 SIMATIC 管理器中執(zhí)行菜單命令“View” ＞“Online”, 進(jìn)入在線狀態(tài)，選擇塊文件夾。 (3)在變量表編輯器中用菜單命令“Table” ＞“ Open”打開已存在的表。在變量表中輸入變量 可以在“符號”欄輸入在符號表中定義過的符號，在地址欄將會出現(xiàn)該符號的