【導(dǎo)讀】軋鋼機(jī)的來(lái)源與發(fā)展，以及它在國(guó)內(nèi)為發(fā)展的現(xiàn)狀，對(duì)自動(dòng)軋鋼機(jī)的方案進(jìn)行了論證，自動(dòng)軋鋼機(jī)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行較為細(xì)致的論述。文中詳盡地介紹了自動(dòng)軋鋼機(jī)的各硬件組成，并完成了PLC外部接線圖。梯形圖的編寫時(shí)，文中采用的是西門子PLC梯形圖專業(yè)編譯軟件STEP7來(lái)進(jìn)行編寫。具體說(shuō)明了可編程序控制器在自動(dòng)軋鋼。程序涉及到了自動(dòng)軋鋼機(jī)工作的絕大部分過(guò)程。利用PLC控制的自動(dòng)軋。鋼機(jī)提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，保證自動(dòng)軋鋼機(jī)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和。包含我為獲得及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過(guò)的材料。說(shuō)明并表示了謝意。不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉?jī)?nèi)容。何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對(duì)本文的研究做出重要貢。獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。本人完全意識(shí)到本聲明的。法律后果由本人承擔(dān)。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。

　　

【正文】 讀取指令，經(jīng)分析后再按指令規(guī)定的任務(wù)產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，去指揮有關(guān)的控制電路。 CPU 主要由運(yùn)算器、控制器、寄存器及實(shí)現(xiàn)它們之間聯(lián)系的數(shù)據(jù)、控制及狀態(tài)總線構(gòu)成， CPU 單元還包括外圍芯片、總線接口及有關(guān)電路。內(nèi)存主要用于存儲(chǔ)程序及數(shù)據(jù)，是 PLC 不可缺少的組成單元。 CPU 選擇 CPU224， CPU224 的輸入 /輸出為 14/10，如圖 所示。還需另加擴(kuò)展模塊 EM231 兩 個(gè)、 EM232 兩 個(gè)，這樣的配置最為合理 。 圖 S7200 PLC CPU 的外形模型圖 擴(kuò)展模塊 EM231 的介紹 模擬量輸入擴(kuò)展模塊，共有 3 種產(chǎn)品。 4AI、 2 路熱電阻輸入和 4 路熱電偶輸入。其中前者是普通的模擬量模塊，可以用來(lái)連接標(biāo)準(zhǔn)的電流和電壓信號(hào)；后兩種是專門為特定的物理量輸入到 PLC 而設(shè)計(jì)的模塊。熱電偶和熱電阻可以直接連接到模塊上而不需要變送器對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)電流或電壓信號(hào)的轉(zhuǎn)換，模塊上具有熱電阻和熱電偶型號(hào)選擇開(kāi)關(guān)，熱電偶模塊還具有冷端補(bǔ)償功能。 圖 EM231 的結(jié)構(gòu)圖 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 EM232 的介紹 擴(kuò)展模塊 EM232 的額定電壓為 24V DC，電流 0~20mA，還有一些相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)，包括功耗為 2W，光耦隔離： 500V AC 每分鐘，尺寸（寬 高 深）為 468062mm，重量為 186g。輸出信號(hào)的電壓范圍是 177。10V，電流范圍是 0~20mA。 EM232 輸入擴(kuò)展模塊，是只有 2 個(gè)輸出的模塊。為此次設(shè)計(jì)的輸出提供了便利的條件，擴(kuò)兩個(gè)就增添了四個(gè)輸出，使整個(gè)設(shè)計(jì)完整。 電機(jī)及其專用驅(qū)動(dòng)器選型 三相籠型異步電動(dòng)機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、堅(jiān)固耐用等優(yōu)點(diǎn)獲得了廣泛的應(yīng)用。在生產(chǎn)實(shí)際中，它的使用 以達(dá)到 的 80%以上。本次設(shè)計(jì)均選用此類電動(dòng)機(jī)。此電機(jī)如圖 所示。它具有體積小、轉(zhuǎn)矩高、振動(dòng)低等優(yōu)點(diǎn)。 開(kāi)卷機(jī)運(yùn)輸電機(jī)選型 開(kāi)卷機(jī)運(yùn)輸電機(jī) 是驅(qū)動(dòng)部分，根據(jù)工藝要求選取交流電機(jī)，其轉(zhuǎn)速可調(diào)控。電機(jī)型號(hào)是 YCT1604B 的，功率是 ，額定電流是 3A，轉(zhuǎn)速是 1000r/min。 取卷機(jī)運(yùn)輸電機(jī)選型 取卷機(jī)運(yùn)輸電機(jī)的選型同開(kāi)卷機(jī)運(yùn)輸電機(jī)一致，選用 電機(jī)型號(hào)是 YCT1604B 的，功率是 ，額定電流是 3A，轉(zhuǎn)速是 1000r/min。 軋輥電機(jī)選型 軋輥電機(jī)是 執(zhí)行部分，要求比上一次嚴(yán)格一點(diǎn)，功率較大，因此選用型號(hào)為W5050100A， 轉(zhuǎn)速為 2940r/min 的電機(jī)，額定電流為 5A，電機(jī)功率為 115kw。 冷卻泵選型 AYB100 冷卻泵 適用于 50Hz 或 60Hz（單相時(shí)電壓 220~240V） 380~420V 任一頻率和任一電壓?？晒C(jī)床或其他設(shè)備做循環(huán)冷卻潤(rùn)滑液之用。冷卻液一般為皂化液、乳化液、蘇打水、輕礦物及無(wú)嚴(yán)重腐蝕的其他液體。 泵在額定電壓時(shí)直接起動(dòng)。 本次設(shè)計(jì)選用 AYB100 冷卻泵， 其 額定電壓為 380V，額定功率為 ，最高揚(yáng)程 5m，最大流量 100L/m。 潤(rùn)滑泵選型 DRBL60ZZ 系列電動(dòng)潤(rùn)滑泵適用于潤(rùn)滑點(diǎn)多，分布范 圍廣，給油頻率高的干油集中潤(rùn)滑系統(tǒng)。通過(guò)雙線分配器向潤(rùn)滑部位供送潤(rùn)滑脂，滿足軋鋼機(jī)機(jī)器設(shè)備的潤(rùn)滑需求。 該系列電動(dòng)潤(rùn)滑泵采用雙柱塞機(jī)構(gòu)，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，減速機(jī)構(gòu)置于泵體內(nèi)，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，配以相應(yīng)的電控箱可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 這次選用的電機(jī)型號(hào)是 A027124，轉(zhuǎn)速為 100r/min，額定電流 2A，電機(jī)功率為 。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 根據(jù)電機(jī)及泵的選擇，熱處理設(shè)備控制系統(tǒng)的各部分電機(jī)接線圖如圖 所示。 圖 軋鋼 電機(jī)的 接線圖 低壓電器選型 按鈕的選型 按鈕是一種人工控制的 主令電器 。主要用來(lái)發(fā)布操作命令，接通或開(kāi)斷控制電路，控制機(jī)械與電氣設(shè)備的運(yùn)行。按鈕的工作原理很簡(jiǎn)單，對(duì)于常開(kāi)觸頭 ,在按鈕未被按下前 ,電路 是斷開(kāi)的 ,按下按鈕后 ,常開(kāi)觸頭被連通 ,電路也被接通；對(duì)于常閉觸頭，在按鈕未被按下前，觸頭是閉合的，按下按鈕后，觸頭被斷開(kāi)，電路也被分?jǐn)?。由于控制電路工作的需要，一只按鈕 還可帶有多對(duì)同時(shí)動(dòng)作的觸頭。 本次選用 的 按鈕 的 型號(hào)： LA42P，最高電壓： 250(V)，額定電流 16(A)。 指示燈的選型 指示燈本次設(shè)計(jì)主要用于 顯示 ，綠色為 停止 ，紅色為 啟動(dòng)，黃色為故障警報(bào) 。選用 LED 指示燈： AD16，額定電壓： 24380(V),額定功率： 5100(W)。 斷路器 電機(jī)的斷路器選擇型號(hào)為 C65N 系列的斷路器，此系列的斷路器的適用范圍、優(yōu)點(diǎn)如下： 此 斷路器是 施耐德 的產(chǎn)品 ， 適用于交流 50Hz 或 60Hz， 電壓至 660V， 額定電流～ 63A 的電路中，作為電 動(dòng)機(jī)的過(guò)載、短路保護(hù)之用，并可在 C65N 負(fù)載下，作為起動(dòng)和停止電動(dòng)機(jī)的全電壓?jiǎn)?dòng)器，也可在配電網(wǎng)絡(luò)中作線路的電源開(kāi)關(guān) ， 做線路或電氣設(shè)備的過(guò)載和短路保護(hù)之用 ， 加上附件后也可遠(yuǎn)距離斷開(kāi) ， 欠壓保護(hù) ， 增加輔件可提高防護(hù)等級(jí)。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 本次設(shè)計(jì)選用斷路器型號(hào)為 C65N63/2P，選擇此系列的斷路器的額定電流為 16A，滿足選型標(biāo)準(zhǔn)。 變頻器的設(shè)計(jì) 變頻器的選擇 正確選擇通用型變頻器對(duì)于傳動(dòng)系統(tǒng)能夠正常運(yùn)行時(shí)至關(guān)重要的，首先要明確使用通用變頻器的目的，按照生產(chǎn)機(jī)械的類型、調(diào)速范圍、速度響應(yīng)和控制精度、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 等要求，充分了解變頻器所驅(qū)動(dòng)負(fù)載特性，決定采用什么功能的通用變頻器構(gòu)成控制系統(tǒng)，然后決定選用哪種控制方式最合適。所選用的通用變頻器應(yīng)是既滿足生產(chǎn)工藝要求，又要在技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)上合理。若對(duì)通用變頻器選型、系統(tǒng)設(shè)計(jì)及使用不當(dāng)，往往會(huì)使通用變頻器不能正常的運(yùn)行、達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)，甚至引發(fā)設(shè)備故障，造成不必要的損失。另外，為了確保通用變頻器長(zhǎng)期可靠的運(yùn)行，變頻器的地線的連接也是非常重要的。 變頻器在調(diào)速系統(tǒng)中的優(yōu)點(diǎn)： 1．控制電機(jī)的啟動(dòng)電流； 2．降低電力線路的電壓波動(dòng)； 3．啟動(dòng)時(shí)需要的功率更低； 4．可控的加速功能 ； 5．可調(diào)的運(yùn)行速度； 6．可調(diào)的轉(zhuǎn)矩極限； 7．受控的停止方式； 8．節(jié)能； 9．可逆運(yùn)行控制； 10．減少機(jī)械傳動(dòng)部件。 變頻調(diào)速原理 變頻調(diào)速是通過(guò)改變電機(jī)定子繞組供電的頻率來(lái)達(dá)到調(diào)速的目的。 n=60f(1s)/p () 對(duì)于成品電機(jī)，其磁極對(duì)數(shù) p 已經(jīng)確定，轉(zhuǎn)差率 s 變化不大，故電機(jī)的轉(zhuǎn)速 n 與電源的頻率 f 成正比，因此改變輸入電源的頻率就可以改變電機(jī)的同步轉(zhuǎn)速，進(jìn)而達(dá)到異步電機(jī)的調(diào)試目的。 變頻器的工作原理 變頻器的工作原理是把市電（ 380V 、 50Hz）通過(guò)整流器變成平滑直流，然后利黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 用半導(dǎo)體器件（ GTO、 GTR 或 IGBT）組成的三相逆變器，將直流電變成可變電壓和可變頻率的交流電。 在本系統(tǒng)中，選用了由西門子生產(chǎn)的通用變頻器 MM420。變頻器 MM420 為我們提供了很好的 BOP 控制面板具體如下圖： 圖 變頻器 MM420 控制面板 傳感器的選擇 檢測(cè)元件即傳感器，本次設(shè)計(jì)用到兩種檢測(cè)元件， 壓力 傳感器檢測(cè) 軋輥壓力檢測(cè) ，速度 傳感器檢測(cè) 運(yùn)行的速度 。 壓力 傳感器，壓力 傳感器 是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，而我們通常使用的壓力傳感器主要是利用 壓電效應(yīng) 制制造而成的，這樣的傳感器也稱為 壓電傳感器 。本次 設(shè)計(jì)選用真尚有公司 的 PT123FB 壓電傳感器 ，放在軋鋼機(jī)的軋輥上，檢測(cè)軋輥壓力。 PT123FB 的 明顯優(yōu)點(diǎn)為： 測(cè)量范圍光精度高，測(cè)力傳感器可測(cè) 的力，精度可達(dá)到 %FS以上 ； 壓力傳感器可測(cè) 的壓力，精度可達(dá)到 %FS。 性能穩(wěn)定可靠，使用壽命長(zhǎng)，如稱重式機(jī)械杠桿稱，由于杠桿、刀口等部分互相摩擦產(chǎn)生損耗和 變形，欲長(zhǎng)期保持其精度是相當(dāng)困難的，采用電阻應(yīng)變式稱重傳感器制成的電子泵、汽車衡、軌道衡等，能在惡劣的環(huán)境條件下長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。 頻率響應(yīng)特性極好。壓力傳感器一般電阻應(yīng)變計(jì)響應(yīng)時(shí)間為 ，半導(dǎo)體應(yīng)變計(jì)可達(dá)到 如能在彈性原件上采取措施則由他們構(gòu)成的應(yīng)變式傳感器可測(cè)幾十千赫甚至上百千赫的動(dòng)態(tài)過(guò)程。 速 度傳感器的型號(hào)則選用 KZW/P440，因?yàn)樗鼘?duì)各部分的 速度檢測(cè) 都很理想，也很穩(wěn)定，常用于此類設(shè)計(jì)中，方便安全。 電源的設(shè)計(jì) 電源的參數(shù)的計(jì)算 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 電源部分是 PLC 的動(dòng)力中心 ，它為 CPU 及擴(kuò)展模塊供電。電源部分一般都采用直流穩(wěn)壓電源。本設(shè)計(jì)使用的是 24V 直流穩(wěn)壓電源。電源電路原理圖如圖 所示。 電源變壓器 T1，已知交流電源電壓為 220V 本課題中變壓器的變比為 8： 1，所以變壓器二次側(cè)電壓 2V 為 V。交流電源的頻率 ?=50 HZ，負(fù)載電流為 1050mA。 經(jīng)過(guò)整流橋后直流電壓 2 ???? VV L V () 選擇整 流二極管流經(jīng)二極管的平均電流 AAII LD m5 2 5m1 0 5 ???? () 二極管承受的最大反向電壓 2 ?? VVRM V () 可選用 2CZ55B 整流二極管 (允許最大電流 IF=1000mA，最大反向電壓 VRM=50V)。 選擇濾波電容器 負(fù)載電阻 0 5 0/33/ ??? LLL IVR kΩ () ?????? TTCR L () 由公式 ()得 ??? LRC 181。F 若考慮電網(wǎng)電壓波動(dòng) +10％，則電容器承受的最高電壓為 VVVV CM )( 2 ?????? 選用標(biāo)稱值 1100181。F/60V 的電解電容器。 經(jīng)過(guò)濾波后的電壓 VL2 再經(jīng)過(guò)三端穩(wěn)壓器 W7824 電路輸出為 24 V。 穩(wěn)壓電路采用三端穩(wěn)壓器 W7824 系列，其中電容 C2 用以抵消較長(zhǎng)線路的電感效應(yīng)，防止產(chǎn)生自激振蕩，電容 C3 用以減小電路的高頻噪聲， C2 一般取 ～ 1 μF， C3取 μF。 W7824 輸出 24 V 正電壓。二極管 D 是為了防止短路時(shí) C4 反向放電損壞穩(wěn)壓器。 C4 是為了改善負(fù)載的瞬態(tài)響應(yīng)，消除高頻噪聲。 電源的總體設(shè)計(jì) 對(duì)于本課題中的 PLC 的開(kāi)關(guān)量輸入，壓力傳感器供電電源都要用到 24V 直流穩(wěn)壓電源，一般 24V 直流電源的組成，其中包括四個(gè)組成部分，現(xiàn)將它們的作用分別加以說(shuō)明。 電源變壓器 電網(wǎng)提供的交流電一般為 220V（或 380V），而各種電子設(shè)備所需要直流電壓的幅黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 值卻各不相同。因此常常需要將電網(wǎng)電壓先經(jīng)過(guò)電源變壓器，然后將變換以后的副邊電壓再去整流、濾波和穩(wěn)壓，最后得到所需要的直流電壓幅值。 整流電路 整流電路的作用是利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟?，將正?fù)交替的正弦交流電壓整流成為單方向的脈動(dòng)電壓，但是，這種單向脈動(dòng)電壓往往包含著很大的脈動(dòng)成分，距離理想的直流電壓還差得很遠(yuǎn)。 濾波器 濾波器由電容、 電感等儲(chǔ)能元件組成。它的作用是盡可能地將單向脈動(dòng)電壓中的脈動(dòng)成分濾掉，使輸出電壓成為比較平滑的直流電壓，但是當(dāng)電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流發(fā)生變化時(shí)，濾波器濾出的直流電壓的幅值也將隨之而變動(dòng)，在要求比較高的電子設(shè)備中，這種情況是不符合要求的。 穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓電路的作用是采取某些措施，使輸出的直流電壓、電網(wǎng)電壓或負(fù)載電流發(fā)生變化時(shí)保持穩(wěn)定。 24V 電源的設(shè)計(jì)圖如圖 所示。 T1220V~VD4VD3VD1VD2VD1~V D42CZ 55 BC111 00 uFC20. 1 uFVD 52CZ 55 B123W7 824C3 uF+ + C411 00 uF24V+圖 電源的設(shè)計(jì)圖 顯示部分的設(shè)計(jì) TD200 文本顯示器是所有 SIMTICS7200 系列操作界面問(wèn)題的最佳解決方法。TD200 的接法很簡(jiǎn)單，只需要用它提供的連接電纜接到 CPU224 系列 PPI 接口上即可，當(dāng) TD200 單獨(dú)連接 CPU 電纜時(shí)，此時(shí) TD200 的 24V DC 電源由 CPU 提供，不要再外接 24V DC 電源，否則會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞。 TD200C(S7200 文本顯示界面 )提供了非常靈活的鍵盤布置和面板設(shè)計(jì)。鍵盤設(shè)計(jì)可選擇多達(dá) 20 種不同形狀、顏色、字體的按鍵，背景圖像可以任意變化。 TD200C 允許用戶建立特別的可定制的面板設(shè)計(jì)，另外增加的一整套新的功能使TD200C 成為更加強(qiáng)大 的文本顯示器 ，其安裝向?qū)鐖D 所示 。 黑龍江工程學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 圖 TD200C 安裝向?qū)? 本章小結(jié) 本章對(duì)自動(dòng)軋鋼機(jī)控制系統(tǒng) I/O 點(diǎn)進(jìn)行分配；對(duì) PLC、 CP