【正文】 自動(dòng)軋鋼機(jī)的歷史與發(fā)展現(xiàn)況據(jù)說(shuō)于14世紀(jì)歐洲就有軋機(jī)，但有記載的是 1480 年意大利人 達(dá)?芬奇 (Leonardo da Vinci) 設(shè)計(jì)出軋機(jī)的草圖。此后在西班牙﹑比利時(shí)和英國(guó)相繼出現(xiàn)軋機(jī)。英國(guó)于1766年又設(shè)計(jì)出了串行式小型軋機(jī)，19 世紀(jì)中葉，第一臺(tái)可逆式板材軋機(jī)在英國(guó)投產(chǎn)，并軋出了船用鐵板。接著美國(guó)出現(xiàn)了勞特式軋機(jī)。萬(wàn)能式型材軋機(jī)是在 1872 年出現(xiàn)的，20世紀(jì)初制成半連續(xù)式帶鋼軋機(jī)，它由兩架三輥粗軋機(jī)和五架四輥精軋機(jī)組成形[3]。目前，我國(guó)自主設(shè)計(jì)和研制的加工設(shè)備，從整體上看與國(guó)際先進(jìn)水平相比還有很大的差距，但某些技術(shù)正在追趕世界先進(jìn)水平。這批軋機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和當(dāng)今世界軋機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)相一致，已經(jīng)成為我國(guó)銅鋁加工設(shè)備研制的一個(gè)亮點(diǎn)現(xiàn)化工業(yè)的發(fā)展對(duì)材料的精度要求日益提高，產(chǎn)品的高精度就需要設(shè)備朝高精度方向發(fā)展；出于對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的考慮，以及軋制技術(shù)的日漸成熟，軋機(jī)的幅面迅速擴(kuò)大，比如用于包裝袋的鋁箔的寬度需求已達(dá)到1800mm以上，對(duì)寬幅鋁箔的需求量正呈高速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。近代一些鋼鐵工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的軋鋼設(shè)備發(fā)展動(dòng)向是大型化、連續(xù)化、高速化和自動(dòng)化。1．大型化方面增大鋼錠或帶卷重量。熱軋的最大帶卷和坯料重量已由15噸增到45噸。2．高速化方面軋鋼設(shè)備高速化是機(jī)械制造和自動(dòng)控制技術(shù)水平不斷提高的結(jié)果，另外，軋鋼設(shè)備結(jié)構(gòu)改進(jìn)以適應(yīng)高速化需要液是一個(gè)重要方面。它能進(jìn)一步提高冷連軋機(jī)產(chǎn)量、改善產(chǎn)品質(zhì)量、有效地解決板卷的穿帶和拋尾問(wèn)題，并能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)變規(guī)格和高速飛剪的剪切，這套控制系統(tǒng)使投資約增加15%20%。在我國(guó)軋鋼生產(chǎn)的發(fā)展中，今后一個(gè)時(shí)期在適當(dāng)建設(shè)現(xiàn)代化新企業(yè)、新裝備的同時(shí)，大力進(jìn)行原有設(shè)備的技術(shù)改造的和更新挖潛，逐步提高大型化、高速化、連續(xù)化和自動(dòng)化的水平是擺在軋鋼工作者的一項(xiàng)重要任務(wù)[5]。本設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單介紹了相關(guān)硬件的知識(shí)，如：PLC的定義、PLC的編程語(yǔ)言、PLC的硬件組成等。 其次，對(duì)低壓電氣元件進(jìn)行選型；對(duì)交流電機(jī)和變頻器進(jìn)行選型，設(shè)計(jì)出變頻調(diào)速電路； 對(duì)速度、位移等傳感器進(jìn)行選型與應(yīng)用設(shè)計(jì)；對(duì)PLC進(jìn)行選型，并設(shè)計(jì)出PLC系統(tǒng)I/O擴(kuò)展模塊和功能模塊以及系統(tǒng)主程序和功能子程序。預(yù)期達(dá)到的目標(biāo)：(1)控制功能：控制鋼板的移動(dòng)、軋制等運(yùn)動(dòng)。有電機(jī)潤(rùn)滑和冷卻系統(tǒng)。系統(tǒng)具有顯示功能，顯示檢測(cè)數(shù)據(jù)等；系統(tǒng)易于擴(kuò)展，便于I/O模塊和功能模塊擴(kuò)展。第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)軋鋼機(jī)械設(shè)備的組成可分為兩大類：主要設(shè)備和輔助設(shè)備。它包括：工作機(jī)座（軋輥、軸承、軋輥調(diào)整裝置、導(dǎo)衛(wèi)裝置及機(jī)架等），萬(wàn)向或梅花接軸，齒輪機(jī)座，減速器，主連軸節(jié)，主電機(jī)等。輔助設(shè)備種類繁多，車間機(jī)械化程度越高，輔助設(shè)備所占整個(gè)車間機(jī)械設(shè)備總重比例也越大。本次設(shè)計(jì)選用二輥式軋機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、用途廣泛具有很強(qiáng)的代表性。前者有初軋機(jī)、軌梁軋機(jī)、中厚板軋機(jī)等。80年代初最大的二輥軋機(jī)的輥徑為1500mm，輥身長(zhǎng)3500mm，軋制速度3~7m/s。二輥軋機(jī)組成及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：本次設(shè)計(jì)選用型號(hào)為φ350350（mm）,輥長(zhǎng)為350mm,輥徑為350mm，成品尺寸為1mm，軋制力1250KN，,軋制電機(jī)功率為115kW。從煉鋼廠送過(guò)來(lái)的連鑄坯，首先是進(jìn)入加熱爐，然后經(jīng)過(guò)初軋鋼設(shè)備軋鋼屬于金屬壓力加工，在熱軋生產(chǎn)線上，軋坯加熱變軟，被輥道送入軋鋼設(shè)備，最后軋成用戶要求的尺寸。從平爐出來(lái)的鋼錠也可以成為鋼板，但首先要經(jīng)過(guò)加熱和初軋開(kāi)坯才能送到熱軋鋼設(shè)備上進(jìn)行軋制，先經(jīng)過(guò)除磷到初軋，經(jīng)輥道進(jìn)入精軋軋鋼設(shè)備，機(jī)前裝有測(cè)速輥和飛剪，切除板面頭部。穿帶結(jié)束后，首先安放好上、下工作輥(穿帶時(shí)，工作輥已取下)，然后調(diào)準(zhǔn)軋制線，關(guān)閉軋機(jī)封閉門，機(jī)前壓板壓下，出口側(cè)擦拭器壓緊鋼帶，軋機(jī)工藝潤(rùn)滑、冷卻系統(tǒng)啟動(dòng)供液，軋機(jī)帶鋼壓下，卷取機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)給鋼帶前張力，機(jī)前測(cè)速傳感器進(jìn)入軋制線，機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)開(kāi)始軋制。軋制將結(jié)束時(shí)軋機(jī)減速，當(dāng)鋼帶尾部到達(dá)機(jī)前卷取機(jī)位置時(shí)，機(jī)組停車，第一道次結(jié)束。 軋制速度的確定，應(yīng)根據(jù)設(shè)備的能力，在軋機(jī)允許使用的速度范圍內(nèi)，通過(guò)變頻器的控制，盡可能采用高的軋制速度，以提高軋機(jī)的生產(chǎn)能力；同時(shí)，當(dāng)軋制速度增加時(shí)，軋制壓力相應(yīng)有所減小。在軋制過(guò)程中，應(yīng)盡可能少調(diào)速，以保證軋制的穩(wěn)定性，從而達(dá)到厚度偏差的均一性。 自動(dòng)軋鋼機(jī)控制系統(tǒng)原理框圖。傳感器檢測(cè)軋輥速度和鋼板位移，PLC系統(tǒng)能控制主軋機(jī)起、停和傳送帶的運(yùn)行方向，同時(shí)還能檢測(cè)到各個(gè)電機(jī)的故障現(xiàn)象，減小了傳統(tǒng)的繼電一接觸控制系統(tǒng)的中間環(huán)節(jié)，減少了硬件和控制線路，極大提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性[8]。PLC的選擇。選擇PLC，應(yīng)包括機(jī)型選擇、容量的選擇、I/O模塊的選擇、電源模塊的選擇等。設(shè)計(jì)控制程序?？刂葡到y(tǒng)程序是控制整個(gè)系統(tǒng)工作的軟件，是保證系統(tǒng)工作安全、可靠的關(guān)鍵。必要時(shí)還需設(shè)計(jì)控制臺(tái)編制控制系統(tǒng)的技術(shù)文件。因此，在設(shè)計(jì)PLC控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下基本原則： 最大限度地滿足被控對(duì)象的控制對(duì)象。 在滿足控制系統(tǒng)要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，使用及維修方便?？紤]到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝和改進(jìn)，在選擇PLC容量時(shí)，應(yīng)適當(dāng)留有余量。第3章 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) PLC定義及發(fā)展歷程美國(guó)國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）在1987年對(duì)可編程序控制器做出如下定義：可編程序控制器是一類專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的數(shù)字式電子系統(tǒng)，它采用了可編程序的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部進(jìn)行存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等功能的面向用戶的指令，并通過(guò)數(shù)字式或模擬式的輸入或輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過(guò)程[9]。定義強(qiáng)調(diào)了PLC應(yīng)直接應(yīng)用與工業(yè)環(huán)境，它必須具有很強(qiáng)的抗干擾能力，廣泛的適應(yīng)能力和應(yīng)用范圍。定義還強(qiáng)調(diào)了PLC是“數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)”，他也是一種計(jì)算機(jī)，它是“專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的”工業(yè)計(jì)算機(jī)。它能完成邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、定時(shí)、記數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作，它還具有“數(shù)字量和模擬量輸入和輸出”的能力，并且非常容易與“工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一體”，易于“擴(kuò)充”。由于到90年代，個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展起來(lái)，也簡(jiǎn)稱為PC；加之可編程序的概念所涵蓋的范圍太大，所以美國(guó)AB公司首次將可編程序控制器定名為可編程序邏輯控制器（PLC，ProgrammableLogicController），為了方便，仍簡(jiǎn)稱PLC為可編程序控制器[19]。隨著集成電路技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在已有第五代PLC產(chǎn)品了。由于這些控制和監(jiān)視的要求，所以PLC發(fā)展成了取代繼電器線路和進(jìn)行順序控制為主的產(chǎn)品?！? 在八十年代至九十年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為30~40%。目前全世界有200多廠家生產(chǎn)300多品種PLC產(chǎn)品，主要應(yīng)用在汽車（23%）、糧食加工（%）、化學(xué)/制藥（%）、金屬/礦山（%）、紙漿/造紙（%）等行業(yè)[10]。作為原理、技術(shù)和工藝均無(wú)尖端技術(shù)難度的產(chǎn)品，只要努力，是能形成制造產(chǎn)業(yè)的。但是與其它國(guó)家相比，在機(jī)械加工及生產(chǎn)線方面的應(yīng)用，還需要加大投入。PLC的市場(chǎng)的潛力是巨大的，不僅在我國(guó)，即使在工業(yè)發(fā)達(dá)的日本也有調(diào)查表明，PLC配套的機(jī)電一體化產(chǎn)品的比例占42%，采用繼電器、接觸器控制尚有24%。從技術(shù)創(chuàng)新的角度看，我國(guó)大中型企業(yè)還要大力發(fā)展CIMS，在機(jī)械制造廠要形成FMS柔性制造系統(tǒng)，PLC是基礎(chǔ)，所以PLC市場(chǎng)是廣闊的。 PLC的工作原理PLC的工作原理與計(jì)算機(jī)的工作原理基本是一致的，可以簡(jiǎn)單地表述為在系統(tǒng)程序的管理下，通過(guò)運(yùn)行應(yīng)用程序完成用戶任務(wù)。但是PLC也有它自己的特點(diǎn)，PLC在確定了工作任務(wù)，裝入了專用程序后成為一種專用機(jī)，它采用循環(huán)掃描工作方式，系統(tǒng)工作任務(wù)管理及應(yīng)用程序執(zhí)行都是用循環(huán)掃描方式完成的。PLC的掃描全過(guò)程如圖22所示。完成后關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。（3）輸出刷新階段當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路，并通過(guò)一定輸出方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實(shí)際輸出。其中，CPU是PLC的核心；輸入單元/輸出單元是CPU與現(xiàn)場(chǎng)輸入/輸出設(shè)備之間的接口電路；通信接口用于連接編程器、上位計(jì)算機(jī)等外部設(shè)備。PLC通電后，首先對(duì)硬件和軟件做一些初始化操作，初始化反復(fù)不停地分階段處理各種不同的任務(wù)（）。輸入刷新階段在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫(xiě)入輸入狀態(tài)寄存器。程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開(kāi)始逐條執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對(duì)應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。 PLC工作原理圖 PLC的特點(diǎn)抗干擾能力強(qiáng)，可靠性好PLC在電子線路、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)上都吸取了生產(chǎn)廠家長(zhǎng)期積累的生產(chǎn)控制經(jīng)驗(yàn)，主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路?？刂葡到y(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)PLC及外圍模塊品種多，可由各種組件靈活組合成各種大小和不同要求的控制系統(tǒng)。梯形圖與繼電器原理圖相類似，這種編程語(yǔ)言現(xiàn)象直觀，容易掌握，不需要專門的計(jì)算機(jī)知識(shí)和語(yǔ)言，只要具有一定的電工和工藝的知識(shí)的人員都可在短時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)。在PLC內(nèi)部具有許多控制功能，諸如時(shí)序、計(jì)算機(jī)、主控繼電器以及移位寄存器、中間寄存器等。設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試的周期短用繼電接觸器控制完成一項(xiàng)控制工程，必須首先按工藝要求畫(huà)出電氣原理圖，然后畫(huà)出繼電器屏的布置和接線圖等，進(jìn)行安裝調(diào)試，以后修改起來(lái)十分不便。體積小，維護(hù)操作方便PLC體積小，質(zhì)量輕，便于安裝。易于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化PLC可連成功能很強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 PLC的構(gòu)成及選型從結(jié)構(gòu)上分，PLC分為固定式和組合式（模塊式）兩種。模塊式PLC包括CPU模塊、I/O模塊、內(nèi)存、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。當(dāng)控制對(duì)象I/O點(diǎn)在100300點(diǎn)左右，選用中小型模塊式的較為合理。本次自動(dòng)軋鋼機(jī)I/。而大型PLC一般都有各種標(biāo)準(zhǔn)的通信模塊可供選擇。一般而言，小型PLC掃描時(shí)間為1020ms/kb。大型PLC掃描時(shí)間在1 ms/kb以下，而系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間約為2倍的掃描周期。通常的計(jì)算方法是：I/O點(diǎn)數(shù)8(開(kāi)關(guān)量)+100模擬量通道數(shù)(模擬量)+120(1+采樣點(diǎn)數(shù) )(多路采樣控制)。另外，I/O點(diǎn)數(shù)，存貯容量應(yīng)留有一定的余量以便實(shí)際工作中的調(diào)整。通常，獨(dú)立式的點(diǎn)均價(jià)格較高，如果實(shí)際系統(tǒng)中開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)之間不需隔離可考慮選擇后兩種。一般而言，點(diǎn)數(shù)多的點(diǎn)均價(jià)就低。進(jìn)行開(kāi)關(guān)量輸入模塊的選型時(shí)必須根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行中的要求綜合考慮。在開(kāi)關(guān)量輸出模塊的選型過(guò)程中，必須根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行要求及要求輸出的電壓等級(jí)進(jìn)行相應(yīng)的選型[12]。其模塊化、無(wú)排風(fēng)扇結(jié)構(gòu)、和易于實(shí)現(xiàn)分布，易于用戶掌握等特點(diǎn)使得S7200成為各種從小規(guī)模到中等性能要求控制任務(wù)的方便又經(jīng)濟(jì)的方案。當(dāng)任務(wù)規(guī)模擴(kuò)大并且愈加復(fù)雜時(shí)，可隨時(shí)使用附加的模塊對(duì)PLC進(jìn)行擴(kuò)展。此外，S7200系列PLC還具有模塊點(diǎn)數(shù)密度高，結(jié)構(gòu)緊湊，性價(jià)比高，性能優(yōu)越，裝卸方便等優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)入運(yùn)行后，從用戶程序存貯器中逐條讀取指令，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。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。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。4AI、2路熱電阻輸入和4路熱電偶輸入。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。輸出信號(hào)的電壓范圍是177。EM232輸入擴(kuò)展模塊，是只有2個(gè)輸出的模塊。 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。本次設(shè)計(jì)均選用此類電動(dòng)機(jī)。 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。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，額定電流是3A，轉(zhuǎn)速是1000r/min。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。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。本次設(shè)計(jì)選用AYB100冷卻泵，其額定電壓為380V，最高揚(yáng)程5m，最大流量100L/m。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。這次選用的電機(jī)型號(hào)是A027124，轉(zhuǎn)速為100r/min，額定電流2A。 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。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)唷?本次選用的按鈕的型號(hào)：LA42P，最高電壓：250(V)，額定電流16(A)。選用LED指示燈：AD16，額定電壓：24380(V),額定功率：5100(W)。本次設(shè)計(jì)選用斷路器型號(hào)為