PLC控制系統(tǒng)軋鋼棒材生產(chǎn)冷床順序控制

④跟蹤世界前沿,積極引進(jìn)和消化國(guó)外先進(jìn)技術(shù)。目前發(fā)達(dá)國(guó)家在線棒材的生產(chǎn)中,研究和開(kāi)發(fā)了大量的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備,并在生產(chǎn)中取得了良好的效益。為了使我國(guó)的線棒材生產(chǎn)能夠持續(xù)健康發(fā)展,必須對(duì)現(xiàn)有的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行消化和吸收,盡快國(guó)產(chǎn)化,增加我國(guó)線棒材的競(jìng)爭(zhēng)力。如加強(qiáng)鋼質(zhì)的凈化,進(jìn)一步擴(kuò)大連鑄坯熱送熱裝比例,進(jìn)一步推動(dòng)連鑄直接扎制的開(kāi)發(fā)和運(yùn)用,依次降低線棒材的成本。要強(qiáng)化計(jì)算機(jī)控制和計(jì)算機(jī)管理技術(shù);要開(kāi)發(fā)和應(yīng)用線棒材的組織和性能預(yù)報(bào)工作;密切注視國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和裝備發(fā)展,要不斷創(chuàng)新。

第二章可編程控制器簡(jiǎn)介可編程序控制器是以微處理器為基礎(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種通用的工業(yè)自動(dòng)控制裝置。它具有體積小、功能強(qiáng)、靈活通用與維護(hù)方便等一系列的優(yōu)點(diǎn)，特別是它的高可靠性和較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力，受到用戶(hù)的青睞。因而在冶金、化工、交通、電力等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，成為了現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱之一”2.1可編程控制器的發(fā)展歷史在可編程序控制器問(wèn)世以來(lái)，工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器控制占主導(dǎo)地位。這種由繼電器構(gòu)成的控制系統(tǒng)有著明顯的缺點(diǎn)，體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運(yùn)行速度不高，尤其是對(duì)生產(chǎn)工藝多變的系統(tǒng)適應(yīng)性更差，如果生產(chǎn)任務(wù)和工藝發(fā)生變化，就必須重新設(shè)計(jì)并改變硬件結(jié)構(gòu)造成了時(shí)間和資金的嚴(yán)重浪費(fèi)。1968年，在底特律的美國(guó)通用汽車(chē)公司(GM公司)為了在每次汽車(chē)改型或改變工藝流程時(shí)能不改動(dòng)原有繼電器柜內(nèi)的接線以便降低生產(chǎn)成本，縮短新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，提出了研制新型邏輯順序控制裝置，并提出了該裝置的研制指標(biāo)要求，即十項(xiàng)招標(biāo)技術(shù)指標(biāo)。其主要內(nèi)容如下n(1)在使用者的工廠里，能以最短中斷服務(wù)時(shí)間，迅速方便地對(duì)其控制的硬件和設(shè)備進(jìn)行編程及重新進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)。(2)所有系統(tǒng)單元必須能在工廠內(nèi)無(wú)特殊支持的設(shè)備、硬件及環(huán)境條件下運(yùn)行。(3)系統(tǒng)的維修必須簡(jiǎn)單易行。在系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)計(jì)有狀態(tài)指示器及插入式模塊，以便最短的停車(chē)時(shí)間內(nèi)使維修和故障診斷變得簡(jiǎn)單易行。(4)裝置的體積應(yīng)小于原有繼電器控制柜的體積，它的能耗也應(yīng)較少。(5)必須能與中央數(shù)據(jù)收集處理系統(tǒng)進(jìn)行通信，以便監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行狀念和運(yùn)行情況。(6)輸入開(kāi)關(guān)量可以是已有的標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)的按鈕和限位開(kāi)關(guān)的交流15V電壓信號(hào)。(7)輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須能驅(qū)動(dòng)以交流運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器和電磁閥線圈，每個(gè)輸出量將設(shè)計(jì)為可開(kāi)停和連續(xù)操縱具有115V、2A以下容量的電磁閥等負(fù)載設(shè)備。(8)具有靈活的擴(kuò)展能力。在擴(kuò)展時(shí)，必須能以系統(tǒng)最小的變動(dòng)及最短的更換和停機(jī)時(shí)間，使原有裝置從系統(tǒng)的最小配置擴(kuò)展到系統(tǒng)的最大配置。(9)在購(gòu)買(mǎi)和安裝費(fèi)用上，應(yīng)有與原有繼電輯控制系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)力，即有高的性能價(jià)格比。(10)用戶(hù)存儲(chǔ)器容量至少在4KB以上。(根據(jù)當(dāng)時(shí)的汽車(chē)裝配過(guò)程的要求提出)從上述十項(xiàng)指標(biāo)可以看出，它實(shí)際上就是當(dāng)今可編程序控制器的最基本的功能。將它們歸納一下其核心為四點(diǎn)(1)用計(jì)算機(jī)代替繼電器控制盤(pán)。(2)用程序代替硬件接線。(3)輸入輸出電平可與外部裝置直接連接。(4)結(jié)構(gòu)易于擴(kuò)展。美國(guó)的數(shù)字設(shè)備公司(DEC)CP標(biāo)，并在1969年研制出了第一臺(tái)可編程序控制器(PDP--14)““其后，美國(guó)的MODICON公司也推出了084控制器，1971年，日本推出了DSC，8控制器1973年西歐各國(guó)的各種可編程序控制器也研制成功，我國(guó)在1974年開(kāi)始研制可編程序控制器可編程序控制器的發(fā)展與計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。這些高新技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)了可編程序控制器的發(fā)展而可編程序控制器的發(fā)展又對(duì)這些高新技術(shù)提出了更高更新的要求，促進(jìn)了它們的發(fā)展。從控制功能束分，可編程序控制器的發(fā)展經(jīng)歷了下列四個(gè)階段。第一階段，從第一臺(tái)可編程序控制器問(wèn)世到20世紀(jì)70年代中期，是可編程序控制器的初創(chuàng)階段。這一階段的產(chǎn)品主要用于邏輯運(yùn)算和計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)運(yùn)算，它的CPU由中小規(guī)模的數(shù)字集成電路組成，它的控制功能較簡(jiǎn)單，典型產(chǎn)品有MODICON公司的084ALLEN—BRADLEY(AB)公司的PDQ2、DEC的PDP，14、同立公司的SCY--022等。由于這些產(chǎn)品主要完成邏輯運(yùn)算功能，因此被稱(chēng)為可編程序邏輯控制器(ProgrammableLogicController--PLC)。第二階段，從20世紀(jì)70年代中期到末期，是可編程序控制器的擴(kuò)展階段，在這一階段，產(chǎn)品的主要控制功能得到了較大的發(fā)展，它的發(fā)展主要來(lái)自?xún)煞矫?，從可編程序控制器發(fā)展而來(lái)的控制器，它的主要功能是邏輯運(yùn)算，同時(shí)擴(kuò)展了其他運(yùn)算功能而從模擬儀表發(fā)展而來(lái)的控制器，其功能主要是模擬運(yùn)算，同時(shí)擴(kuò)展了邏輯運(yùn)算功能。因此，按習(xí)慣的分類(lèi)方法，前者被稱(chēng)為可編程序邏輯控制器(PLC，后者被稱(chēng)為單回路或多回路控制器?？删幊绦蚩刂破鞯拿Q(chēng)縮PC(ProgrammableController)，但是為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)(PersonalComputer)的名稱(chēng)縮寫(xiě)PC相區(qū)別，通常還是把可編程序控制器簡(jiǎn)稱(chēng)為PLC，這一階段的產(chǎn)品有MODICON公司的184、284、384西門(mén)予公司的SomaticS3系列，富士電機(jī)公司的SC系列等產(chǎn)品第三階段，從20世紀(jì)70年代末期到20世紀(jì)80年代中期，是PLC通信功能實(shí)現(xiàn)階段。與計(jì)算機(jī)通信的發(fā)展相聯(lián)系，PLC也在通信方面有了很大的發(fā)展，初步形成了分布2式的通信網(wǎng)絡(luò)體系，但是，由于制造企業(yè)各自為政，通信系統(tǒng)自成系統(tǒng)，因此，各產(chǎn)品的互相通信是較困難的。在該階段，由于生產(chǎn)過(guò)程控制的需要，對(duì)PLC的需求大大增加，產(chǎn)品的功能也得到了發(fā)展，數(shù)學(xué)運(yùn)算的功能得到了較大的擴(kuò)充，產(chǎn)品的可靠性進(jìn)一步提高。這一階段的產(chǎn)品有西門(mén)子公司的SYMATICS6系列、富士電機(jī)公司的MICREX和德州儀器公司的T1530等等。第四階段，從20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始是PLC的開(kāi)放階段。由于開(kāi)放系統(tǒng)的提出，使PLC也得到了較大的發(fā)展。主要表現(xiàn)在通信系統(tǒng)的開(kāi)放，使各制造企業(yè)的產(chǎn)品可以通信，通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化使用戶(hù)得到了好處。在這一階段，產(chǎn)品的規(guī)模增大，功能不斷完善，大中型的產(chǎn)品多數(shù)有CRT屏幕的顯示功能，產(chǎn)品的擴(kuò)展也因通信功能的改善而變得方便，此外，還采用了標(biāo)準(zhǔn)的軟件系統(tǒng)，增加了高級(jí)編程語(yǔ)占等。這一階段的產(chǎn)品有西門(mén)子公司的SYMA7ICS5和s7系列、AB公司的PLC一5等。2.2PLC的特點(diǎn)PLC能如此迅速發(fā)展的原因是由于它具有通用計(jì)算機(jī)所不及的一些下列特點(diǎn)?？煽啃詫?duì)可以維修的產(chǎn)品，可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性，PLC的可靠性高表現(xiàn)在下列幾方面，與繼電器邏輯控制系統(tǒng)比較，PLC可靠性提高的主要原因：①PLC不需要大量的活動(dòng)部件和電子元器件，它的接線也大大減少。與此同時(shí)，系統(tǒng)的維修簡(jiǎn)單、維修時(shí)間縮短，因此可靠性得到提高。②PLC采用了一系列可靠性設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如冗余設(shè)計(jì)、掉電保護(hù)、故障滲斷和信息保護(hù)及恢復(fù)等，使可靠性得到提高。③PLC有較強(qiáng)的易操作性，它具有編程簡(jiǎn)單、操作方便、維修容易等特點(diǎn)，因此對(duì)操作和維修人員的技能要求降低，容易學(xué)習(xí)和掌握，不容易發(fā)生操作的失誤，可靠性高。2.3PLC的工作原理圖2.3掃描過(guò)程2.3.1可編程控制器的工作原理可編程序控制器是從繼電器控制系統(tǒng)發(fā)展而來(lái)的，它的梯形圖程序與繼電器系統(tǒng)電路圖相似，梯形圖中的某些編程元件也沿用了繼電器這一名稱(chēng),如輸入、輸出繼電器等。這種計(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的“軟繼電器”,與繼電器系統(tǒng)中的物理結(jié)構(gòu)在功能上某些相似之處?？删幊绦蚩刂破饔袃煞N基本的工作狀態(tài),即運(yùn)行(RUN)狀態(tài)與停止(STOP)狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài),可編程控制器通過(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶(hù)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使可編程序控制器的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號(hào),用戶(hù)程序不是只執(zhí)行一次,而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行,直至可編程序控制器停機(jī)或切換到STOP工作狀態(tài)。除了執(zhí)行用戶(hù)程序之外,在每次循環(huán)過(guò)程中,可編程序控制器還要完成,內(nèi)部處理、通信處理等工作,一次循環(huán)可分為5個(gè)階段(見(jiàn)左上圖)?？删幊绦蚩刂破鞯倪@種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱(chēng)為掃描工作方式。由于計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的速度極高，從外部輸入-輸出關(guān)系來(lái)看處理過(guò)程似乎是同時(shí)完成的。在內(nèi)部處理聯(lián)合階段。可編程序控制器檢查CPU模塊內(nèi)部的硬件是否正常,將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位,以及完成一些別的內(nèi)部工作。在通信服務(wù)階段可編程序控制器與別的帶微處理器的智能裝置通信,響應(yīng)編程器鍵入的命令,更新編程器的顯示內(nèi)容。當(dāng)可編程序控制器處于停止(STOP)狀態(tài)時(shí),只執(zhí)行以上的操作。可編程序控制器處于(RUN)狀態(tài)時(shí),還要完成另外3個(gè)階段的操作（見(jiàn)右圖），圖中僅畫(huà)出了與用戶(hù)程序執(zhí)行過(guò)程有關(guān)的3個(gè)階段。2.3.2掃描周期可編程序控制器在RUN工作狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行一次上圖所示的掃描操作所需的時(shí)間稱(chēng)為掃描周期，其典型值為1～100ms。指令執(zhí)行所需的時(shí)間與用戶(hù)程序的長(zhǎng)短、指令的種類(lèi)和CPU執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系。當(dāng)用戶(hù)程序較長(zhǎng)時(shí)，指執(zhí)行時(shí)間在掃描周期中占相當(dāng)大的比例。不過(guò)嚴(yán)格地來(lái)說(shuō)掃描周期還包括自診斷、通信等。如下圖所示。圖2.3.2PLC的掃描運(yùn)行方式2.4PLC的體系結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)上是一種被專(zhuān)用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī),其硬件結(jié)構(gòu)和微機(jī)是基本一致的。圖2.4-1西門(mén)子PLC它的硬件結(jié)構(gòu)與一般微機(jī)控制系統(tǒng)相似,甚至與之無(wú)異。可編程序控制器主要由CPU(中央處理單元)、存儲(chǔ)器(RAM和EPROM)、輸入/輸出模塊(簡(jiǎn)稱(chēng)I/O模塊)、編程器和電源五大部分組成。如下圖所示：圖2.4-2PLC硬件的基本結(jié)構(gòu)1.CPU模塊CPU模塊又叫中央處理單元或控制器,它主要由微機(jī)處理器(CPU)和存儲(chǔ)器組成。CPU的作用類(lèi)似于人類(lèi)的大腦和心臟。它采用掃描方式工作,每一次掃描要完成以下工作:輸入處理：將現(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)和數(shù)據(jù)分別讀入輸入映像寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。程序執(zhí)行：逐條讀入和解釋用戶(hù)程序，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)去控制有關(guān)的電路，完成數(shù)據(jù)的存取、傳送和處理工作，并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果更新各有關(guān)寄存器的內(nèi)容。輸出處理：將輸出映像寄存器的內(nèi)容送給輸出模塊，去控制外部負(fù)載。2.I/O模塊I/O模塊是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)場(chǎng)和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用來(lái)接收和采集輸入信號(hào)。輸入信號(hào)有兩類(lèi)，一類(lèi)是從按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、數(shù)字開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、接收開(kāi)關(guān)、關(guān)電開(kāi)關(guān)、壓力繼電器等來(lái)的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)，另一類(lèi)是由電位器、熱電偶、測(cè)速發(fā)電機(jī)、各種變送器提供的連續(xù)變化的模擬量輸入信號(hào)?？删幊绦蚩刂破魍ㄟ^(guò)輸出模塊控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、調(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等執(zhí)行器，可編程序控制器控制的另一類(lèi)外部負(fù)載是指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)警裝置等。CPU模塊的工作電壓一般是5V，而可編程序控制器的輸入/輸出信號(hào)電壓一般較高如直流24V和交流220V。從外部引入的尖蜂電壓和干擾噪聲可能損壞，CPU模塊中的元器件，或使可編程序控制器不能正常工作，所以CPU模塊不能直接與外部輸入/輸出裝置相連。I/O模塊除了傳遞信號(hào)外，還有電平轉(zhuǎn)換與噪聲隔離的作用。編程器編程器除了用來(lái)輸入和編輯程序外，還可以用來(lái)監(jiān)視可編程序控制器運(yùn)行時(shí)梯形圖中各種編程元件的工作狀態(tài)。編程器可以永久地連續(xù)在可編程序控制器上，將它取下來(lái)后可編程序控制器也可以運(yùn)行。一般只在程序輸入、調(diào)試階段和檢修時(shí)使用，一臺(tái)編程器可供多臺(tái)可編程序控制器公用。開(kāi)關(guān)量I/O模塊開(kāi)關(guān)量模塊的輸入輸出信號(hào)僅有接通和斷開(kāi)兩種狀態(tài)。電壓等級(jí)有直流5V，12V，24V，48V和交流110V，220V等。輸入輸出電壓的允許范圍很寬，如某交流220V輸入模塊的允許低電壓為0～70V高電壓為70～256V，頻率47～63HZ。各I/O點(diǎn)的通/斷狀態(tài)用發(fā)光二極管或其它元件顯示在面板上外部I/O接線一般接在模塊的接線端子上，某些模塊使用可拆除的插座型端子板，在不拆去端子的外部連線的情況下，可以迅速地更換模。開(kāi)關(guān)量I/O模塊可能4，8，16，32，64點(diǎn)。圖2.4-3直流輸入電路輸入電路中設(shè)有RC濾波電路，以防止由于輸入點(diǎn)抖動(dòng)或外部干擾脈沖引起的錯(cuò)誤的輸入信號(hào)。濾波電路延遲時(shí)間的典型值10～20ms信號(hào)上升沿，和20～50ms，信號(hào)下降沿，輸入電流約為10mA，上圖2.3.1a是某直流輸入模塊的內(nèi)部電路和外部接線圖。本節(jié)的輸入電路和輸出電路都只畫(huà)出了一，COM是各路的公共點(diǎn)。圖中的輸入觸點(diǎn)直接接在公共點(diǎn)和輸入端，400是梯形圖中輸入繼電器的編號(hào)，之間，不需要外接電源。有的可編程序控制器還可以為接近開(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)之類(lèi)的傳感器提供24V電源。外接觸點(diǎn)接通時(shí)，光電耦合器中的發(fā)光二極管發(fā)光，光敏三極管導(dǎo)通，信號(hào)經(jīng)內(nèi)部電路傳送給CPU模塊。光電耦合器中有兩個(gè)反并聯(lián)的發(fā)光二極管，顯示用的兩個(gè)發(fā)光二極管也是反并聯(lián)的，因此這個(gè)電路可以接收外部的交流輸入電壓。輸出模塊輸出模塊的功率放大元件有大功率晶體管和磁效應(yīng)管（驅(qū)動(dòng)直流負(fù)載）、雙向可控硅（驅(qū)動(dòng)內(nèi)交流負(fù)載）和小型繼電器，后者可以驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載或直流負(fù)載。輸出電流的典型值為0.5～2A，負(fù)載電源由外部現(xiàn)場(chǎng)提供。輸出電流的額定值與負(fù)載的性質(zhì)有關(guān)但是只能驅(qū)動(dòng)100VA/22V的電感性負(fù)載和100W的白熾燈。額定負(fù)載電流還與溫度有關(guān)，溫度升高時(shí)額定負(fù)載電流減小，有的可編程序控制器提供了有關(guān)曲線。輸出模塊內(nèi)可能設(shè)置有熔斷器并在模塊面板上用發(fā)光二極管顯示熔斷器的狀態(tài)。某些新式的模塊用非破壞性的電子保護(hù)電路代替熔斷器。2.5PLC控制程序設(shè)計(jì)可編程序邏輯控制器（PLC）PLC采用8為或16位微處理器為核心，配置有可編程序內(nèi)存對(duì)指令存儲(chǔ)，具備邏輯、順序、計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)傳送等功能。工作原理是：采用循環(huán)掃描方式，對(duì)輸入信號(hào)（來(lái)自按鈕、傳感器和行程開(kāi)關(guān)等輸入部件）不斷地進(jìn)行采樣，根據(jù)檢測(cè)到的信號(hào)狀態(tài)，通過(guò)根據(jù)控制系統(tǒng)的要求設(shè)計(jì)和存儲(chǔ)的程序隨即作出反應(yīng)，并將這些反應(yīng)以輸出信號(hào)的形式，由輸出部件輸出，輸出信號(hào)控制系統(tǒng)的外部負(fù)載，如繼電器、電動(dòng)機(jī)、指示燈和報(bào)警器等，產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作。通過(guò)以上過(guò)程完成對(duì)軋鋼系統(tǒng)的控制。2.5.1PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本原則最大限度的滿(mǎn)足被控對(duì)象的控制要求。在滿(mǎn)足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用和維護(hù)方便。保證控制系統(tǒng)安全可靠?？紤]到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)在選擇PLC容量時(shí)應(yīng)適當(dāng)留有余量。2.5.2PLC提供的編程語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言梯形圖語(yǔ)言也是我們最常用的一種語(yǔ)言，它有以下特點(diǎn)：A.它是一種圖形語(yǔ)言，沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點(diǎn)、線圈、串聯(lián)等術(shù)語(yǔ)和一些圖形符號(hào)構(gòu)成，左右的豎線稱(chēng)為左右母線。B.梯形圖中接點(diǎn)（觸點(diǎn)）只有常開(kāi)和常閉，接點(diǎn)可以是PLC輸入點(diǎn)接的開(kāi)關(guān)也可以是PLC內(nèi)部繼電器的接點(diǎn)或內(nèi)部寄存器、計(jì)數(shù)器等的狀態(tài)。C.梯形圖中的接點(diǎn)可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。內(nèi)部繼電器、計(jì)數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負(fù)載，只能做中間結(jié)果供CPU內(nèi)部使用。D.PLC是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后順序執(zhí)行，在同一掃描周期中的結(jié)果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點(diǎn)的值在用戶(hù)程序中可以當(dāng)條件使用。語(yǔ)句表語(yǔ)言，類(lèi)似于匯編語(yǔ)言。邏輯功能圖語(yǔ)言，沿用半導(dǎo)體邏輯框圖來(lái)表達(dá)，一般一個(gè)運(yùn)算，框表示一個(gè)功能，左邊畫(huà)輸入、右邊畫(huà)輸出。

第三章軋鋼棒材生產(chǎn)線冷床控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分3.1硬件組成及控制要求3.1.1主電路（軟件設(shè)計(jì)可略去）3.1.2軋鋼生產(chǎn)冷床對(duì)控制信號(hào)的響應(yīng)要求冷床控制的方式分為手動(dòng)控制與自動(dòng)控制。手動(dòng)狀態(tài)又有步進(jìn)與連續(xù)。手動(dòng)步進(jìn)狀態(tài)時(shí)則有步進(jìn)按鈕，每按一次，冷床移動(dòng)一步，手動(dòng)連續(xù)狀態(tài)時(shí)冷床則一直運(yùn)轉(zhuǎn)。自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，等鋼完全從跑槽掉到冷床靜齒上，制動(dòng)器開(kāi)始動(dòng)作即放松，然后離合器才動(dòng)作即合，使主電機(jī)帶動(dòng)冷床動(dòng)齒運(yùn)轉(zhuǎn)，由安裝在主傳動(dòng)軸上的接近開(kāi)關(guān)通過(guò)PLC來(lái)停止離合器即離，離合器停止后制動(dòng)器開(kāi)始停止即制動(dòng)，從而動(dòng)齒運(yùn)行一周，鋼材往前移動(dòng)一步。冷床動(dòng)齒在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)跑槽拔出無(wú)法執(zhí)行，必需等到冷床動(dòng)齒完全停止后才能拔出，使鋼能正好掉到齒槽中間。3.1.3電氣組成步進(jìn)式冷床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：⑴冷床傳動(dòng)布置結(jié)構(gòu)步進(jìn)式冷床主要由上料裝置、冷床本體、矯直裝置等幾部分組成。常見(jiàn)的步進(jìn)式冷床采用動(dòng)齒條組與靜齒條組結(jié)構(gòu)，靜齒條組靜止固定在支座上，起著在動(dòng)齒條組運(yùn)動(dòng)到低位時(shí)承載軋件的任務(wù)。動(dòng)齒條組隨著偏心輪的轉(zhuǎn)動(dòng)而循環(huán)升降步進(jìn)，將軋件從靜齒條組上步進(jìn)式向前移動(dòng)。偏心輪的轉(zhuǎn)動(dòng)靠電動(dòng)機(jī)通過(guò)長(zhǎng)軸帶動(dòng)蝸桿蝸輪減速器轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，該步進(jìn)式冷床在偏心輪傳動(dòng)軸上必須配置平衡擺，以平衡動(dòng)齒條組的重量。這種步進(jìn)式冷床由于需要幾套蝸桿蝸輪減速器，且需長(zhǎng)軸傳動(dòng)，因此工程造價(jià)高，零配件加工制造要求高，安裝調(diào)試難度大。因此，本冷床設(shè)計(jì)采用的是一種新型步進(jìn)式冷床結(jié)構(gòu)，如圖所示，只需一個(gè)圓柱齒輪減速器，不分動(dòng)齒條、靜齒條，兩組齒條都要交錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，無(wú)須平衡擺，由兩組齒條相互平衡，且?guī)ё詣?dòng)矯直功能。冷床偏心輪、曲柄擺裝置等需要潤(rùn)滑的部位采用集中間歇供油潤(rùn)滑。圖3.1.3-1冷床傳動(dòng)布置結(jié)構(gòu)⑵上料裝置如下圖所示，上料裝置采用懸臂圓錐形輥道，棒材軸向制動(dòng)后靠自身重力滾到固定齒板上由冷床上的齒條組和齒條組交替運(yùn)動(dòng)將軋件步進(jìn)式移動(dòng)。圖3.1.3-2上料裝置⑶冷床升降結(jié)構(gòu)如下圖所示，在冷床主傳動(dòng)軸上配置了三套齒條組與齒條組偏心輪升降連桿裝置，冷床本體為步進(jìn)式，分別由兩組都要?jiǎng)拥凝X條組成可移動(dòng)的床身，冷床有十八套曲柄擺裝置。齒條組與齒條組均由曲柄擺上的滾輪支撐，曲柄擺懸掛在銷(xiāo)軸上，隨著連桿的前后移動(dòng)，曲柄擺也作前后擺動(dòng)，從而帶著齒條組與齒條組交錯(cuò)升降。齒條升降連桿與曲柄擺采用絞接裝置，以保證連桿的前后移動(dòng)和曲柄擺的前后擺動(dòng)都能靈活自如。升降連桿采用螺桿與螺紋套連接，以方便安裝時(shí)的位置和尺寸調(diào)整，同時(shí)在維修時(shí)也便于拆裝零件。圖3.1.3-3齒條升降曲柄擺裝置⑷冷床進(jìn)退結(jié)構(gòu)如下圖所示，在冷床主傳動(dòng)軸上同時(shí)配置了四套齒條組偏心輪進(jìn)退連桿裝置，在齒條組上升過(guò)程中，進(jìn)退連桿裝置在偏心輪作用下將齒條組前后移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)齒條組將軋件步進(jìn)式向前移動(dòng)。⑸冷床矯直結(jié)構(gòu)如下圖所示，在冷床齒條組與齒條組交錯(cuò)升降過(guò)程中，由于兩組齒條齒形不同，在將軋件交錯(cuò)交接過(guò)程中，齒條對(duì)軋件有滾動(dòng)擠壓作用，而軋件在高溫狀態(tài)下剛性不大，因而齒條對(duì)軋件有矯直作用，在冷床步進(jìn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)將軋件自動(dòng)矯直。圖3.1.3-4冷床矯直結(jié)構(gòu)3.2PLC輸入、輸出的安排

表3.2.輸入輸出端口地址分配表SB1I0.0電源開(kāi)KI3I1.1檢測(cè)離合器是否放松SA1I0.1手動(dòng)步進(jìn)SQ1I1.2限位開(kāi)關(guān)1SA2I0.2手動(dòng)連續(xù)KM1Q0.1制動(dòng)器（制動(dòng)）SA3I0.3自動(dòng)狀態(tài)KM2Q0.2離合器松（動(dòng)齒動(dòng)）KSI0.4檢測(cè)動(dòng)齒動(dòng)否信號(hào)KM3Q0.3降跑槽擋板KI1I0.5檢測(cè)靜齒上是否有棒材KM4Q0.4電動(dòng)機(jī)KI2I1.0檢測(cè)制動(dòng)器是否放松3.2.1輸入設(shè)備的確定根據(jù)冷床生產(chǎn)控制要求，冷床控制方式有三種，手動(dòng)步進(jìn)、手動(dòng)連續(xù)以及自動(dòng)狀態(tài)。因?yàn)槲覀冞x擇旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)SA作為選擇控制按鈕。在冷床系統(tǒng)工作（主電機(jī)動(dòng)作）之前，應(yīng)先確定動(dòng)齒停止運(yùn)動(dòng)以及靜齒上沒(méi)有棒材。檢測(cè)動(dòng)齒是否運(yùn)動(dòng)利用速度檢測(cè)計(jì)KS，當(dāng)檢測(cè)到的速度是0r/min說(shuō)明動(dòng)齒停動(dòng)；檢測(cè)靜齒上是否有棒材是利用有無(wú)棒材兩種情況下壓力不同，轉(zhuǎn)換成的電流不同而設(shè)置的；制動(dòng)器與離合器的狀態(tài)的檢測(cè)也是利用關(guān)緊狀態(tài)時(shí)候與非關(guān)緊狀態(tài)時(shí)候外部電路電流的不同而判別的。在手動(dòng)步進(jìn)狀態(tài)時(shí)還應(yīng)考慮到單步運(yùn)行的狀況，當(dāng)齒條升降連桿到達(dá)限位開(kāi)關(guān)SQ1時(shí)候，停止運(yùn)動(dòng)即完成單步的動(dòng)作。電源開(kāi)關(guān)（開(kāi)通、關(guān)斷電源功能）、旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)（選擇手動(dòng)步進(jìn)、手動(dòng)連續(xù)和自動(dòng)狀態(tài)三種狀態(tài)功能）、動(dòng)齒動(dòng)否信號(hào)檢測(cè)設(shè)備（以速度檢測(cè)繼電器來(lái)檢測(cè)）、靜齒上棒材檢測(cè)設(shè)備（根據(jù)靜齒承受的壓力而設(shè)置的檢測(cè)設(shè)備）、制動(dòng)器制動(dòng)狀態(tài)、離合器狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備（以卡緊狀態(tài)與感應(yīng)電流大小聯(lián)系區(qū)別檢測(cè)）、限位開(kāi)關(guān)（在手動(dòng)步進(jìn)時(shí)候確定滾板是否到達(dá)，滾輪是否需要停止動(dòng)，即單步運(yùn)行）。3.2.2輸出設(shè)備的確定根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我們?cè)O(shè)置了四個(gè)輸出和一個(gè)定時(shí)器，分別是離合器動(dòng)作繼電器KM2、制動(dòng)器動(dòng)作繼電器KM1、跑槽動(dòng)作繼電器KM3和電動(dòng)機(jī)動(dòng)作繼電器KM4以及3秒上電延時(shí)定時(shí)器T37。分別由相應(yīng)的輸入檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)并控制輸出繼電器上電掉電動(dòng)作。離合器合上電設(shè)備（控制離合器的離與合）、制動(dòng)器松下電設(shè)備（控制制動(dòng)器制動(dòng)與松開(kāi)）、降跑槽擋板設(shè)備（控制跑槽擋板的下拉功能），電動(dòng)機(jī)（控制電機(jī)上電掉電）。3.2.3PLC機(jī)型的選擇S7-200有5種CPU模塊，CPU的電源規(guī)范見(jiàn)圖3.2.3-1，各CPU模塊的技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)圖3.2.3-2。CPU的用戶(hù)存儲(chǔ)使用EEPROM，后備電池可使用200天，布爾量運(yùn)算執(zhí)行時(shí)間為0.22us/指令，內(nèi)部標(biāo)志位（M）、順序控制繼電器各有256點(diǎn)，計(jì)數(shù)器和定時(shí)器各有256點(diǎn)；有兩點(diǎn)定時(shí)中斷，最大時(shí)間間隔為255ms；有4點(diǎn)外部硬件輸入中斷。圖3.2.3-1CPU電源規(guī)范圖3.2.3-2S7-200CNCPU技術(shù)規(guī)范CPU選擇：PLC容量的選擇除滿(mǎn)足控制要求外，還應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ?，以做備用。根?jù)經(jīng)驗(yàn)，在選擇存儲(chǔ)容量時(shí)，一般按實(shí)際要求的10%~25%考慮裕量。對(duì)于開(kāi)關(guān)控制系統(tǒng)，存儲(chǔ)字?jǐn)?shù)為開(kāi)關(guān)量I/O*8。系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要九輸入四輸出，考慮裕量選擇十四輸入十輸出的CPU224CN。電源模塊的選擇：（1）對(duì)電源的處理電源模塊的選擇一般只需考慮輸出電流，電源模塊的額定輸出電流必須大于機(jī)器模塊，I/O模塊等消耗電流的總和。選定的電源模塊的輸出功率必須大于CPU模塊，所有I/O模塊，各種智能模塊等總消耗功率之和，并預(yù)留30%的余量。（2）安裝布線的注意事項(xiàng)電源往往是干擾進(jìn)入PLC的主要途徑。PLC系統(tǒng)的電源主要有兩類(lèi)：外部電源和內(nèi)部電源。外部電源用來(lái)驅(qū)動(dòng)PLC輸出設(shè)備（負(fù)載）和提供輸入信號(hào)，又稱(chēng)用戶(hù)電源。同一臺(tái)PLC的外部電源可能有多種。外部電源的容量與性能由輸出負(fù)載和PLC的輸入電路決定。圖3.2.3-3PLC硬件接線圖電磁閥電源CPU模塊控制器電源按鈕限位開(kāi)關(guān)選擇開(kāi)關(guān)輸入磨塊可編程控制器輸出模塊編程裝置電磁閥電源CPU模塊控制器電源按鈕限位開(kāi)關(guān)選擇開(kāi)關(guān)輸入磨塊可編程控制器輸出模塊編程裝置圖3.2.3-4PLC控制系統(tǒng)示意圖由于PLC的I/O電路都具有濾波，隔離等功能，所以外部電源對(duì)PLC性能影響不大。因此，對(duì)外部電源的要求不高。內(nèi)部電源是PLC的工作電源，既PLC內(nèi)部電路的工作電源。它的性能好壞直接影響到PLC的可靠性。因此，為了保證PLC的正常工作，對(duì)內(nèi)部電源有較高的要求。一般PLC的內(nèi)部電源采用開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源或一次側(cè)帶低通濾波器的穩(wěn)壓電源。在干擾較強(qiáng)或可靠性要求較高的場(chǎng)合，應(yīng)該用帶屏蔽層的隔離變壓器，對(duì)PLC系統(tǒng)供電。還可以在隔離變壓器二次側(cè)串聯(lián)LC濾波電路。同時(shí)，在安裝時(shí)因注意以下問(wèn)題：動(dòng)力部分，PLC以及I/O電源應(yīng)分別配線。隔離變壓器與PLC和I/O電源之間最好采用雙絞線，以控制串模干擾。系統(tǒng)的動(dòng)力線應(yīng)該足夠粗，以降低大容量設(shè)備啟動(dòng)時(shí)引起的線路壓降。PLC輸入電路用外接直流電源時(shí)，最好采用穩(wěn)壓電源，以保證正確的輸入信號(hào)，否則可能會(huì)使PLC接收到錯(cuò)誤的信號(hào)。I/O線與動(dòng)力線及其他控制線應(yīng)分開(kāi)走線，并保持一定距離，盡量不要在同一線槽中布線。

第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分4.1系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)圖系統(tǒng)開(kāi)始工作時(shí)，啟動(dòng)冷床控制系統(tǒng)。首先系統(tǒng)程序進(jìn)行初始化，檢查動(dòng)齒是否轉(zhuǎn)動(dòng)以及靜齒上是否有棒材。確定沒(méi)有后，則棒材擋板降下并且定時(shí)三秒鐘，當(dāng)時(shí)間到達(dá)，升起擋板。在冷床工作方式選擇上有三種分別是手動(dòng)步進(jìn)手動(dòng)連續(xù)和自動(dòng)狀態(tài)。以手動(dòng)步進(jìn)為例來(lái)說(shuō)明流程圖功能。選擇開(kāi)關(guān)打到手動(dòng)步進(jìn)后，進(jìn)入手動(dòng)步進(jìn)工作方式。制動(dòng)器開(kāi)始松開(kāi)，退出制動(dòng)狀態(tài)并保持松弛。而后制動(dòng)器檢測(cè)開(kāi)關(guān)檢測(cè)制動(dòng)器是否完全處于松開(kāi)狀態(tài)，如果是，則松開(kāi)離合器。再進(jìn)行離合器離合狀態(tài)檢測(cè)，若是完全松開(kāi)了離合器，則電動(dòng)機(jī)上電開(kāi)始動(dòng)作帶動(dòng)冷床動(dòng)齒運(yùn)動(dòng)。限位開(kāi)關(guān)檢測(cè)滾輪滑塊是否到達(dá)，若是到達(dá)則立刻合上離合器斷開(kāi)冷床的動(dòng)力。檢測(cè)并且確定離合器完全關(guān)上時(shí)，則開(kāi)始制動(dòng)制動(dòng)器。使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，制動(dòng)冷床。當(dāng)冷床上有棒材并且再次按下手動(dòng)步進(jìn)按鈕時(shí)，冷床系統(tǒng)開(kāi)始重復(fù)剛才的步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。如果靜齒上面沒(méi)有棒材，則降下棒材擋板進(jìn)行新一輪的棒材下料工作并等待下一次的工作。圖4.1系統(tǒng)流程圖4.2順序功能圖圖4.2系統(tǒng)控制順序功能圖4.3PLC程序當(dāng)PLC上電時(shí)或者檢測(cè)到靜齒上沒(méi)有棒材且動(dòng)齒不動(dòng)時(shí)，M0.0變?yōu)榛顒?dòng)步并且自保持。在靜齒上沒(méi)有棒材以及動(dòng)齒不動(dòng)的條件下，按下電源開(kāi)關(guān)，則M0.1變?yōu)榛顒?dòng)步并且自保持，M0.0變成不活動(dòng)步。同時(shí)擋板控制繼電器得電，降下棒材擋板，并且進(jìn)行降擋板計(jì)時(shí)。當(dāng)擋板降下的時(shí)間超過(guò)定時(shí)器所設(shè)定的時(shí)間時(shí)，M1.2變成活動(dòng)步并且自保持，M0.1變?yōu)椴换顒?dòng)步。這時(shí)冷床可以開(kāi)始進(jìn)行工作方式的選取并接著進(jìn)行相應(yīng)的工作。當(dāng)工作方式旋轉(zhuǎn)按鈕選擇的是手動(dòng)步進(jìn)時(shí)，M0.2變成活動(dòng)步并且自保持，M1.2變?yōu)椴换顒?dòng)步。同時(shí)執(zhí)行松開(kāi)制動(dòng)器并保持制動(dòng)器松開(kāi)的動(dòng)作。確認(rèn)制動(dòng)器完全松開(kāi)后，步M0.5變?yōu)榛顒?dòng)步并且自保持，步M0.2變?yōu)椴换顒?dòng)步。同時(shí)執(zhí)行松開(kāi)離合器并保持松開(kāi)狀態(tài)的動(dòng)作。確認(rèn)離合器完全松開(kāi)后，步M1.3變?yōu)榛顒?dòng)步并自保持，步M0.5變?yōu)椴换顒?dòng)步。同時(shí)執(zhí)行電動(dòng)機(jī)上電動(dòng)作。使冷床動(dòng)齒運(yùn)動(dòng)。單步運(yùn)行狀態(tài)下，當(dāng)滾板到達(dá)限位位置時(shí)，冷床完成一步運(yùn)行。故而應(yīng)使動(dòng)齒停止運(yùn)行。步M0.6變?yōu)榛顒?dòng)步并自保持，步M1.3變?yōu)椴换顒?dòng)步。同時(shí)執(zhí)行離合器掉電，扎緊離合器的動(dòng)作。當(dāng)離合器完全扎緊后，步M1.4變?yōu)榛顒?dòng)步并自保持，步M0.6變?yōu)椴换顒?dòng)步。同時(shí)執(zhí)行扎緊制動(dòng)器的動(dòng)作使動(dòng)齒停止運(yùn)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)選擇時(shí)候若是將狀態(tài)選擇旋鈕調(diào)到手動(dòng)連續(xù)，則步M0.3變?yōu)榛顒?dòng)步并自保持，步M1.2變?yōu)椴换顒?dòng)步。同時(shí)執(zhí)行松開(kāi)制動(dòng)器且保持松開(kāi)狀態(tài)的動(dòng)作。確認(rèn)制動(dòng)器完全松開(kāi)后，步M0.7變?yōu)榛顒?dòng)步并且自保持，步M0.3變?yōu)椴换顒?dòng)步。同時(shí)執(zhí)行松開(kāi)離合器并保持松開(kāi)狀態(tài)的動(dòng)作。在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)選擇時(shí)候若是將狀態(tài)選擇旋鈕調(diào)到自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，則步M0.4變?yōu)榛顒?dòng)步并自保持，步M1.2變?yōu)椴换顒?dòng)步。同時(shí)執(zhí)行松開(kāi)制動(dòng)器且保持松開(kāi)狀態(tài)的動(dòng)作。確認(rèn)制動(dòng)器完全松開(kāi)后，步M1.0變?yōu)榛顒?dòng)步并且自保持，步M0.4變?yōu)椴换顒?dòng)步。同時(shí)執(zhí)行松開(kāi)離合器并保持松開(kāi)狀態(tài)的動(dòng)作。在手動(dòng)連續(xù)或者自動(dòng)狀態(tài)下，當(dāng)離合器完全松開(kāi)時(shí)候，步M1.5變?yōu)榛顒?dòng)步并自保持，步M0.7和步M1.0變?yōu)椴换顒?dòng)步。同時(shí)執(zhí)行電動(dòng)機(jī)上電冷床動(dòng)齒運(yùn)動(dòng)的動(dòng)作。當(dāng)冷床靜齒上面沒(méi)有棒材時(shí)，步M1.1變?yōu)榛顒?dòng)步并自保持，步M1.5變?yōu)椴换顒?dòng)步。同時(shí)執(zhí)行扎緊離合器的動(dòng)作。當(dāng)離合器扎緊時(shí)，步M1.6變?yōu)榛顒?dòng)步并自保持，M1.1變?yōu)椴换顒?dòng)步。同時(shí)執(zhí)行扎緊制動(dòng)器的動(dòng)作。

第五章結(jié)論此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們從大學(xué)畢業(yè)生走向未來(lái)重要的一步。從最初的選題，開(kāi)題到完成設(shè)計(jì)。其間，查找資料，老師指導(dǎo)，與同學(xué)交流，反復(fù)修改，每一個(gè)過(guò)程都是對(duì)自己能力的一次檢驗(yàn)和充實(shí)。本系統(tǒng)主要以可編程控制器PLC的控制功能，實(shí)現(xiàn)了利用可編程控制器對(duì)軋鋼系統(tǒng)的自動(dòng)控制的功能，具有接線簡(jiǎn)單、編程直觀、擴(kuò)展容易等特點(diǎn)。當(dāng)軋鋼生產(chǎn)線的功能增加時(shí)，只需增加相應(yīng)程序以及輸出的功能，要改動(dòng)的地方也較少，在適應(yīng)性、靈活性、精確性和可靠性方面，都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，表明該設(shè)計(jì)方案是可行的。通過(guò)這次實(shí)踐，我了解了PLC的用途及工作原理，熟悉了PLC的應(yīng)用，鍛煉了實(shí)踐能力，培養(yǎng)了自己獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我專(zhuān)業(yè)知識(shí)的一次實(shí)際檢驗(yàn)和鞏固，同時(shí)也是走向工作崗位前的一次熱身。但是畢業(yè)設(shè)計(jì)也暴露出自己專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)的很多不足之處。比如缺乏綜合應(yīng)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)的能力，對(duì)材料的不了解等等。這次實(shí)踐是對(duì)自己大學(xué)四年所學(xué)的一次大檢閱，使我明白自己知識(shí)還很淺薄，雖然馬上要畢業(yè)了，但是自己的求學(xué)之路還很長(zhǎng)，以后更應(yīng)該在工作中學(xué)習(xí)，努力使自己成為一個(gè)對(duì)社會(huì)有所貢獻(xiàn)的人。

致謝本論文的完成，得益于各位老師傳授的知識(shí)，使本人有了完成論文所要求的知識(shí)積累，更得益于張文漢老師從選題