1、摘 要在自動化控制領域，PLC是一種重要的控制設備。目前，世界上有200多廠家生產300多品種PLC產品，應用在汽車(23)，糧食加工(164%)、化學制藥(146%)、金屬礦山(115%)、紙漿造紙(113)等行業。上世紀80年代至90年代中期，是PLC發展最快的時期，年增長率一直保持為30%40%。在這個時期，PLC在處理模擬量能力、數字運算能力、人機接口能力和網絡能力得到大幅度提高，PLC逐漸進入過程控制領域，而且在某些應用上取代了在過程控制領域處于統治地位的DCS系統。現今，PLC已經具有通用性強、使用方便、適應面廣、可靠性高、抗干擾能力強，編程簡單等特點。在可預見的將來，PLC在工業

2、自動化控制特別是順序控制中的主導地位，是其他控制技術無法取代的。本文介紹了S7-200 PLC控制系統在軋鋼棒材生產中系統中的應用，著重描述了系統配置及冷床控制功能。最后通過，通過測試和實驗的成功表明本文研究成果的可行性和可靠性。關鍵詞：PLC控制系統；軋鋼；棒材生產；冷床順序控制；ABSTRACTIn the area of Automation Control,Programmable Logic Controller is an important control equipment.Currently,there are over 200 manufacturers that prod

3、uce more than 300 varieties of PLC products,which are now applied in auto industry(23%),grain processing(16.4%),chemical&pharmacy(14.6%),metals&mine(11.5%),paper pulp and paper making(11.3%) and many other industries.The PLC develop fastest during the 1980s and the mid-1990s,the value of gro

4、ss output of PLC increase at the speed of 30%-40% per year.In this period,the PLC technology has developed rapidly in the field of analogy processing,digital quantity operation,man-machine interface,network service,gradually the PLC entered the field of process control because of these,and in some f

5、ields the PLC has token the place of Distributed Control System-the once king in the field of process control.And now,the PLC has been equipped with good commonality,ease of use,wide applicability,high reliability,good anti-interference,easy programmability and some other advantages.In the foreseeab

6、le future,the PLC will dominate the industrial automation and control,especially Sequence Control,and it can't be replaced by other control technologies.This article will introduce how s7-200 PLC system works in rolling steel bar production,and it focus on describing System Configuration and coo

7、ling bed control.Lastly,tests and experiments show that the research results this article describes are practical and reliable.Key words:PLC control system; steel rolling; bar production;sequence control of the cooling bed;目 錄第一章 緒論11.1 課題研究背景和意義11.2 國內外發展狀況與發展趨勢3第二章 可編程控制器簡介102.1 可編程控制器的發展歷史102.2 P

8、LC的特點112.3 PLC的工作原理122.4 PLC的體系結構132.5 PLC控制程序設計16第三章 軋鋼棒材生產線冷床控制系統的硬件設計部分183.1 硬件組成及控制要求183.2 PLC輸入、輸出的安排20第四章 系統軟件設計部分264.1 系統流程設計圖264.2 順序功能圖264.3 PLC程序27第五章 結論33致 謝34參考文獻35江西理工大學2012屆本科生畢業設計（論文）第一章 緒論鋼棒材是經濟建設中必不可少的一種材料，鋼棒材品種繁多，廣泛應用于汽車制造、電氣機械、船舶制造工業、大跨度橋梁、高層建筑等社會生活各個方面。隨著我國經濟、社會的發展，對鋼棒材的需求越來越大，對鋼

9、鐵棒材的質量要求也越來越高。傳統棒材軋制控制系統所采用的繼電氣控制，控制線路復雜、體積大、故障率高、維護困難、可靠性不高、容易發生故障，從而軋鋼難以達到軋鋼廠希望的安全、穩定、可靠的基本要求。PLC控制系統自問世以來，以其高可靠的特點在工業自動化領域獲得廣泛的應用。近年來，隨著超大規模集成電路技術和通信技術的進步，PLC控制系統的性價比逐年提高。軋鋼棒材生產控制領域也逐漸為PLC系統所主導。1.1 課題研究背景和意義進入21世紀以來，隨著經濟的不斷發展，以及市場競爭的日益激烈，我國的鋼鐵工業正在經歷一個從高速增長期到結構優化調整期的轉變過程。市場對鋼鐵產品的需求逐漸從原來的少品種、大批量走向多

10、品種、小批量，并且要求高質量和高附加值的發展模式。在這種模式下，加速淘汰落后產能、加快提升科技創新能力、降低消耗、降低成本、提高質量、提高生產率，逐漸成為當前發展的重要特征。所以，企業必須改變以往單一化、笨重的發展模式，緊跟市場的腳步，按市場需求組織生產，發展以市場為中心的生產模式。這就要求企業必須加大科技投入，加速設備改造，促進技術進步，多渠道引進高科技人才，提高自身科研能力，發展市場經濟，滿足市場需求，向科技和時間要效益。加入WTO以后，中國的鋼鐵工業更是面臨著嚴峻的挑戰。為了追求穩定發展和保持良好的經濟效益，鋼鐵企業紛紛開始采用先進的工藝裝備和控制技術進行技術改造，通過降低能耗、降低成本

11、、提高質量、提高效率來提高自身競爭力，以求在日益激烈的國際市場競爭中站穩腳跟。因此在軋鋼生產線上人們做著無數的努力，對生產線上的各個環節進行控制。比如高速棒材連軋PLC控制、棒材連軋加熱爐PLC控制系統、利用PLC系統對棒材線系統的提速、還有PLC在軋鋼生產成組區的應用、基于PLC的倍尺剪電控系統設計與實踐、PLC的冷床控制等等。棒材打捆機也是在這樣的形勢下被設計創造出來，以適應市場對棒材的需求變化。隨著社會生產對棒材需求的不斷增加，許多棒材生產廠家的棒材年產量逐年遞增，對棒材的打捆包裝處理速度越來越跟不上生產的速度，嚴重的影響了棒材的運輸和銷售，從而導致生產跟不上市場的需求變化，也間接的阻礙

12、了企業和社會的發展。棒材打捆機的誕生實現了對棒材的全自動化打捆包裝，高質量、高效率的完成打捆包裝作業，是產品能夠迅速投入市場，提高了企業生產流通速率，滿足了社會發展的需要。目前在棒材生產線中飛剪機使用的型式有：擺動式剪、曲柄式剪、回轉式剪和曲柄回轉復合式剪等多種型式。其中擺動式剪剪切力大，但剪切精度較低，適用于軋件斷面大、軋制速度低的場合；回轉式剪剪切力比曲柄式剪小，剪切速度更高，適用于小斷面、高速度的場合；曲柄式剪剪切力小于擺動式剪，大于回轉式剪，而剪切精度高于擺動式剪，適用于軋制速度稍高、斷面較大的場合；而回轉曲柄復合式綜合了曲柄式和回轉式的優點，低速軋制時用曲柄剪，高速軋制時用回轉剪，用

13、于產品范圍很寬的成品分段剪切，比如在復合生產線中使用比較多。其中飛剪的剪切控制方式有：離合器制動式和啟停式兩種。啟停式，每剪切一次電機都要啟動和停止，剪切精度高，工作可靠；傳動電機的功率較大離合器制動方式，傳動電機連續運轉，飛剪的啟動和停止靠離合器的斷開和接通進行控制。這種控制方式電機可以小一些，但剪切精度差，離合器頻繁地接通和斷開，噪聲大、易損壞、維護困難。為了保證飛剪機工作穩定可靠，國內生產線多采用啟停式的控制方式。棒材作為鋼鐵工業的重要產品，其軋制成品質量直接影響到其他行業的成品質量。軋制過程中的變形歷史及溫度將會影響奧氏體再結晶、晶粒尺寸大小和隨后冷卻過程中的奧氏體相變行為，并最終決定

14、軋件的組織和性能。通過對軋件軋制生產過程中的變形行為、微觀組織演變、及軋后水冷過程中的相變過程進行模擬，可以建立溫度和相變產物與這些工藝參量之間的關系，進而對軋制產品的組織性能進行預測，并可實現控制軋制、控制冷卻過程工藝參數的制定和優化。棒材熱軋過程中的溫度變化直接影響變形和組織演變(再結晶、相變)。而相變產物的組成最終決定產品性能。因此對棒材熱連軋過程的溫度場及冷卻過程的相變過程進行模擬研究，對于熱連軋工藝的完善和改進具有重要的現實意義。啟停式飛剪設備是目前熱連軋機或棒、線材生產線中不可缺少的設備，對生產線的連續無故障運行，軋制成品的成材率、定尺率有較大的影響。其主要工作任務是對軋線上運動的

15、軋件進行切頭、切尾或定尺剪切。尤其棒線材倍尺飛剪要求啟動運行速度快、定位剪切精度高、工藝復雜，其自動化控制不僅一直是軋線控制的難點，其穩定性更是棒線材連續軋鋼的一個重大課題。在相同的硬件配置條件下，自動化控制水平越高的飛剪電氣系統，在生產過程中就越能獲得更好的效果，更合理的利用能源資源，其獲得的經濟效益就越大。相反，飛剪電氣系統設計上的失誤，會給生產帶來巨大的損失，帶來生產成本的增加。尤其在目前鋼鐵行業競爭日趨激烈的買方市場，擁有一套可靠、先進的自動化控制系統的生產線帶來的企業經濟效益更具現實意義。目前國際、國內有不少的研究設計總院、自動化工程公司，以及設備制造商等，都十分重視棒線材飛剪電氣控

16、制系統的開發研制工作，并且已研制出各自的飛剪電氣控制系統。其中有些開發商已將這套系統標準化、規格化，作為一個較成熟的產品推向市場。只有將其科學化、標準化，才能在某種程度上保證整條生產線在整個規劃期內實現投資、運行費用盡可能小的目標，避免由于設計上的缺陷給將來的運行遺留問題。將設計軟件標準化，還可使得設計人員從整個繁瑣的設計工作中擺脫出來，可直接根據實際系統的配置情況，通過人機界面的標準接口將系統參數輸入，并運用系統仿真軟件完成對實際系統的初步測試工作。1.2 國內外發展狀況與發展趨勢鋼鐵材料以其所具有的特性較高的強度和韌性、易加工成型性、綠色可循環性在未來時期內仍將是重要的結構材料。隨著世界汽

17、車制造、電氣機械、船舶制造工業的發展，板材、管材在鋼材中所占的比例將逐漸提高，線棒材所占比例將有所下降，但其絕對值仍在上升。而且線棒材生產結構將發生很大的變化。我國目前線棒材生產有如下特點：產能高。我國線棒材無論是軋機數量,還是產量均居世界第一位,而且其產量還在以較快速度增長(年平均增長速度為15%左右),目前我國線棒材占鋼材總產量的48%50%。與此同時,美國同期線棒材產量占鋼材總產量的22%左右,日本同期線棒材產量占鋼材總產量的27%左右,而且幾年來產量相對平穩。因此我國線棒材無論是所占鋼材總產量的比例還是絕對產量均高于美國和日本。生產裝備參差不齊。近年來我國小型軋機向連續化發展,線材生產

18、則趨向采用高速線材軋機,到2002年6月底,全國共投產連續及半連續小型軋機70套,設計產能超過2100萬t/a,其中國產化設備超過40%。到目前為止,全國共投產高速線材軋機約70臺套(含線棒材復合軋機),設計產能超過1700萬t/a。國產化設備最高精軋速度可達90m/s。與此同時,我國目前尚有一些落后的小型線材軋機再生產。據調查,約有40%的小型型鋼(線棒材)生產線屬于落后淘汰設備,約30%的落后線材生產線應被淘汰。管理水平逐年提高。近年來,我國線棒材廠總體生產管理水平不斷提高,一般連續小型及高速線材軋機投產后2年左右即能達到或超過設計產量。2000年以后,不少小型線材軋機的成材率達到97%,

19、一些實行負偏差軋制的軋機,成材率約在98%以上。另外,由于注重產品質量的提高,開發了400MPa級帶肋鋼筋。并且,不少企業努力增加硬線生產比例,特別是在擴大高強度低松弛預應力鋼絲、鋼絞線生產份額,改善冷墩鋼質量,擴大產品規格上采取了多項措施。最近新投產的幾套高速線材軋機,可提供525mm線材,直徑公差達±0.1mm,橢圓度達0.14mm,可滿足不同用戶的需求。高質量、高附加值的經濟線材少。金屬制品是高速線材的深加工產品,其使用價值優于熱軋產品,可節約金屬30%40%。據統計,發達國家金屬制品的產量已占線材產量的50%70%。我國雖然線材產量占鋼材總產量的21.9%(居世界第一位),可

20、用于金屬制品的只占線材產量的30%,很多高質量要求的產品仍靠進口。棒材生產技術的發展與進步：注重改進軋前工序。為了生產優質線棒材,首先要生產優質鋼,因而采用擴大轉爐容量、增加精煉、在進加熱爐前設置或預留“拋丸-超聲波探傷”或“磁粉探傷-修磨”生產線。而采用超高功率電爐、精煉、連鑄供坯的生產企業,增加了300m3級別的高爐,將熱鐵水對入廢鋼中冶煉,不僅改善鋼的制得純凈度,同時可以節約能耗、縮短生產周期、降低氧化鐵皮損耗、改進產品質量、提高金屬收得率、降低生產成本。而采用自供坯的小型、線材軋機多力求采用熱送鋼坯,以降低產品熱耗。加熱爐技術進步。步進式鋼坯加熱爐的普遍應用。20世紀80年代末到90年

21、代初,建設的連續式高速線材軋機多采用步進式加熱爐;90年代中期以后建設的鋼坯加熱爐多采用側進側出全梁式步進爐,步距可調,采用新型的低NOX型燒嘴,側燒嘴采用帶中心風的調焰燒嘴,調節比可達1:10,長度大于12m的鋼坯多設置端燒嘴,以使鋼坯加熱溫度更均勻。蓄熱式加熱爐技術得到重視。近年來,蓄熱式燃燒技術在小型、線材車間逐步得到應用,蓄熱式燃燒系統由蓄熱室和換向裝置組成,可將空氣、煤氣同時預熱至1000左右,可使用高爐煤氣等低熱值燃料。蓄熱式加熱爐可節能約35%,縮短鋼坯加熱時間,降低燒損。無頭軋制工藝。20世紀90年代中期,由日本NKK及意大利達涅利公司分別開發成功的無頭軋制新技術,引起了軋鋼技

22、術的一場革命。該技術具有產量高、成材率高、軋制穩定、降低消耗等優點。無頭軋制技術是指在加熱爐出口側將鋼坯兩端焊接起來,軋制一根無限長的鋼坯。這種軋制方法由于消除了鋼坯之間的時間間隔,消除了軋件的切頭切尾,消除了棒材生產線上的短尺/短尾或線材盤卷頭尾修剪,可按用戶需要生產不同重量的盤卷,減少咬鋼次數,使堵鋼的可能性更小,減少了停機時間,而且穩定軋制使設備受的沖擊減少,減少設備維護和備件需求,延長了消耗件的壽命,因此可大大提高產量、降低成本。鋼坯頭尾采用閃光焊連接,閃光焊接后用力將鋼坯端頭對接,焊接區的液態金屬被擠出來,保證了焊接區的質量。這種軋制方法由于消除了坯料間隔時間,從而增加了純軋時間,提

23、高了金屬的收得率。目前我國已有唐鋼、漣鋼小型軋機及邢鋼二高線廠高線軋機分別引進了DANIELI及NKK無頭軋制技術,均取得了很好的效果。線棒材生產的定徑減徑機組。被稱為21世紀高線發展必經之路的定徑減徑機組,是20世紀90年代摩根公司開發成功的,經過幾年的發展,技術更加成熟。目前具有代表性的機組有：摩根4機架RSM機組,達涅利的雙模塊機組TMB;考克斯/達涅利減徑定徑機組RSB。摩根4機架定徑減徑機組技術核心是：在精軋機組后面配置定徑/減徑機組,除了滿足尺寸精度外,全線單一孔形系列,實現自由軋制。產品尺寸范圍擴展到5.525mm,每隔0.1mm生產一種產品。機組緊湊布置,前兩架為減徑,輥徑為2

24、30mm,可與精軋機輥箱互換,孔型為橢圓,金屬減面率為10%20%。后兩架為無導衛的定徑機組,輥徑150mm,中心距非常小,孔型為近似圓-圓。成品最小可到5.0mm。精軋后的在線測徑儀與輥縫調節系統配合,可精確調整成品尺寸。共用孔型極大地簡化了換規格的程序,減少了輥環的庫存量。單一孔型系統另一顯著優點是,只要簡單地略微調整RSM各架的輥縫,就能生產出比名義尺寸略大或略小的產品,可以為特殊用戶提供任意產品,即自由軋制。快速換輥、傳動聯軸器、流體管線都設計為快速對接,提高了生產率。達涅利摩加沙瑪提供的TMB技術,可使產量提高15%,用于生產特殊鋼線材。TMB技術基于使用160mm方坯為原料的線材軋

25、機,粗中軋,為16機架,其后3機架打壓下考克斯定徑機組,一整架軋機靈活性和提高產品的精度,后結雙模塊系統構成為預精軋機組有8/10架無扭軋機,和布置在吐絲機前的4道次無扭精軋機組。從第一架軋機到預精軋的最后一道,只采用一套孔型,全部產品變化都在最后4道次的精軋機組完成,產品范圍為4.525mm。在3機架的大雅下定徑軋機中,僅用一種規格的進料即可軋制尺寸范圍很寬、公差精確的出口軋件,實現雙模塊機組的前導孔型所需要的變形量。在4架精軋孔型中采用小變形量12%16%,可得到非常嚴格的公差。由于兩組無扭軋機間安裝了水冷系統,全部產品都可采用低溫軋制工藝。考克斯/達涅利減徑定徑機組RSB為三輥考克斯軋機

26、,開始用于無縫和焊管的張力減徑軋制。1991年開發出的最新減徑定徑機組RSB,在軋制中材料處于三向壓應力作用下,可充分發揮其塑性潛能,尤其適合于軋制難變形金屬。RSB機組的主要優點有:可以獲得好的產品質量(包括尺寸公差、表面質量和冶金性能);產品種類齊全,可在任何時間生產任何規格的產品;能耗低,比常規軋制方法可降耗30%左右;后序加工費用低,表面削去量減少;采用備用機架換輥,可提高有效作業時間;提高了成材率。我國大冶鋼廠和上鋼五廠都引進了此種機型。低溫軋制工藝。常規軋制的溫度是在奧氏體區軋制,低溫精軋是指在最后幾道次的形變發生在正火軋制工藝或熱機精軋工藝對應的溫度范圍內。由于RSM、TMB和R

27、SB軋機的投入,使軋件進吐絲機前再進行一次低溫軋制(750950),經低溫變形后,可得到均勻的細晶組織,有利于改善產品性能。該軋制方法還適用于軋制雙相鋼線材。為了得到均勻的細晶組織,低終軋溫度下形變率的控制是一個關鍵因素。在更多道次中采用大變形量的低溫軋制會導致晶粒尺寸的不均勻,這是由于超過了與應變能積累相關的總應變極限后,產生了部分動態再結晶。因此,兩道次低溫軋制的斷面壓縮率應在24%31%,四道次低溫軋制的斷面壓縮率應在46%57%。而對一些低溫軋制和正火軋制均不能改善其性能的鋼種,如不銹鋼、易切削鋼等,通過此機組生產,可使軋件從頭至尾保持穩定的軋制溫度,從而使產品的組織均勻性及尺寸公差得

28、到保證,生產效率顯著提高。低溫軋制的優點:結構組織的細化將生產細化的晶粒尺寸;避免碳鋼發生正火;改善了低溫韌度;可獲得良好的力學性能;提高疲勞強度;較好的表面質量;并通過控制冷卻工藝使鋼材得到理想的內部組織結構。控制冷卻工藝。控制冷卻的任務是通過控冷輥道速度和集管水量的控制實現軋件的加速冷卻控制及實現軋件所要求的開冷溫度、終冷溫度和冷卻速率。控制冷卻的基本策略是,根據軋件目標冷卻速率,確定單位集管流量;根據目標開冷溫度、終冷溫度和冷卻速率,迭代計算控冷輥道速度和開啟的集管數目,其中輥道速度盡量大,以減少軋件長度方向的開冷溫度不均勻性,但又需要考慮到控冷區前后輥道長度對軋件升降速的限制;開啟的集

29、管組數受到瞬時最大水量的限制。控制冷卻工藝的應用可在減少成本的同時,顯著提高產品質量。控冷處理后的普通低碳鋼就能夠替代微合金鋼及低合金鋼通過穿水淬火,通過穿水冷卻,在線棒材表面形成粗大馬氏體,然后通過線材內部殘余熱量進行自回火,從中心到表面逐漸擴散,最終在冷床上空冷。即經過3個熱處理階段:淬火階段、回火階段、最終冷卻階段。多種機型的運用。除傳統軋機機型外,近年來線棒材軋機大量采用了特色各異的多種機型。除了減定徑機、雙模塊,軋機和考克斯軋機外,還有以下兩種特殊機型。無牌坊機架。該機架的特點是:機架由4根拉桿承受軋制力,軋制力分布在很短的回路內和較大的面積里。此外,為了保證軸承座的剛度和從圓柱軸承

30、到拉桿的短距離,使機架和軸承座彎曲最小,對機架的拉桿位置進行了優化,無牌坊機架可靠性高,軸向徑向剛度高,對實施低溫軋制有利,且產品尺寸公差小,換輥時間短。適用于中、精軋機組。懸臂式機架。懸臂式機架采用芯軸加套NiCrCo熱處理輥環,油膜軸承結構,有水平式機架、立式機架、平/立可轉換式機架。這種機型的特點是:軋輥輥頸直徑增大約30%,斷面積增加約65%,增強了關鍵部位的強度,減少了應力集中;該機型有固定的軋制線;易于更換輥環,維護及更換導衛方便;重量輕,可節約投資。這種機型適于作為小型或高線軋機的粗軋機架,只需配置一種孔型即可。自動控測技術。線材尺寸小、長度大、運行速度快,因此極易產生振動、抖動

31、和扭轉等問題。這些問題的存在,給用常規檢測方法對軋件和成品的尺寸、形狀的檢測帶來很大困難。從20世紀90年代中期開始,國外線材廠家開始借助于測徑儀,對軋件和成品的尺寸形狀進行動態檢測。對檢測的結果和檢測結果所對應的軋制狀態進行相關性分析、歸納整理,得出影響線材尺寸精度的內在規律,并在此基礎上形成可有效指導操作的指導文件和可融于控制、管理軟件之中的應用軟件,從而能更好地對操作人員的調整給予定性定量兩方面的指導,以便操作人員在線材高速軋制時能及時掌握軋件及成品的尺寸精度變化情況。國外有關提高線材尺寸精度的研究與應用,目前已在原有的基礎上,利用測徑儀動態檢測軋件、成品的形狀尺寸,并對檢測結果進行分析

32、研究,得出符合現場生產工藝過程的規律并以此指導生產操作,從而向實現整條軋制線工藝過程調整的閉環控制方向發展。TMCP技術。TMCP技術是以控軋控冷相結合為特點,也就是低溫軋制和在線熱處理的綜合處理手段。在控制形變組織的基礎上,又控制隨后的的冷卻速度,從而獲得理想的相變組織,使軋材具有所需要的強度和韌性,而這種性能是單獨采用控制形變或單獨采用熱處理所無法達到的。TMCP技術要點是:將鑄坯低溫加熱到1000左右,在具有較小晶粒的奧氏體區開始軋制;在適當的Ar3溫度附近的亞穩態奧氏體區或+兩相區變形;隨后控制冷卻,使加工后未再結晶組織進行恒溫轉變,通過晶粒內形變帶上形成的大量晶核,實現細晶鐵素體的轉

33、變。在同樣的形變量下,橫溫轉變溫度越低,鐵素體的形核率越高,組織晶粒越細,從而得到高強度化和高韌性化。這樣,在材料的化學成分上就可相應地進行低碳化、低碳當量化,從而對改善軋件的焊接性和降低脆性轉化溫度非常有利。特別是通過低碳化,添加的微量元素Nb在低溫下易于固溶,對改善材料性能更為有利。可以說,該技術在通過控制軋制這一相變基礎上,又增加了一個通過控制冷卻實現組織控制的自由度。TMCP技術的實質,是使傳統的形變熱處理工藝在軋制生產中在線完成,從而軋制出高強度、高韌性、高焊接性的管線用鋼和船板鋼、高強度結構用鋼。帶肋鋼筋表面淬火及自回火-OTB工藝。為了適應目前在軋制過程中通過采用不同的工藝控制生

34、產不同級別的產品這一趨勢,發展了一種表面淬火及自回火-QTB工藝。該工藝過程是在淬火階段,在棒材離開終軋機時,需劇烈水冷,在棒材表面形成冷硬層,冷卻速度高于形成馬氏體速度,以獲得粗大馬氏體;在回火階段,熱量從溫度仍很高的棒材芯部傳到已淬火表面,使在第一階段得到的馬氏體得到自回火;第三階段是在冷床上,棒材芯部未轉換的奧氏體進行半等溫相變。由于棒材表面形成了回火馬氏體組織,可提高其屈服強度約150MPa,可代替影響材料韌性的進一步冷加工處理。產品在具有高強度的同時,保證了足夠的韌性,產品質量好于熱軋加空冷的微合金鋼及低合金鋼產品。由于碳當量較低,采用QTB工藝后的帶肋鋼筋還可以獲得較好的焊接性能。

35、在此工藝中,終軋溫度、淬火時間、水流量是淬火工藝的關鍵參數,淬火過程又決定了一個特定的回火溫度,這些因素決定了回火馬氏體環面積所占的比例,并將最終決定產品的力學性能,尤其是抗拉性能。QTB工藝的開發應用帶來的經濟效益是很明顯的。據測算,如果使用自供坯,用低碳鋼代替微合金鋼,可節省煉鋼車間生產成本18%;如果代替低合金鋼,可節省成本8%。如果購坯軋制,使用低碳鋼代替微合金鋼,可節省生產成本15%;代替低合金鋼可節省成本6%。我國棒材健康發展應采取的對策改造或淘汰落后的生產線。開發低成本國產連軋(半連軋)生產線,改造或淘汰落后的生產線。為此,應遵循以下原則:以連軋(半連軋)生產線改造為主要目的,淘

36、汰現有多火成材的橫列式軋和落后的復二重線材軋機。粗軋機組可采用靈活、快速粗軋技術,與連鑄銜接,盡量采用熱送熱裝技術;不斷開發、完善國產技術和裝備,以建設和生產的低成本與國外高裝備水平生產線在產品質量和生產成本的優化組合上取得競爭優勢。在建設方式上,對資金不足的企業可分步實施。第一步先建成半連軋生產線,待條件成熟時可將粗軋改成連軋形式。調整品種結構，開發新產品。目前我國線材品種結構不盡合理,中低檔品種產量過剩;高附加值、高技術含量的品種又缺乏,需要從國外大量進口。如優質硬線的生產比例,國外先進國家優質硬線比在20%左右,我國不到10%;我國合金鋼及不銹鋼線材比為1%2%,而國外在5%以上。因此希

37、望采取措施,發展和填補國內短缺空白品種,如鋼簾線用鋼材、高應力彈簧用50CrV、55SiCr鋼、超低碳不銹鋼材等。積極增加級鋼筋的產量。級鋼筋是指強度為400MPa的帶肋鋼筋,在一般鋼筋混凝土結構工程中使用級鋼筋,與級鋼筋相比,可節約鋼材12%14%,可增加建筑物安全儲備,有顯著的社會經濟效益。而且級鋼筋由于碳當量低,焊接方便,焊接性能好。強屈比不小于1.26,適于抗震,有利于地震區建筑物使用。國家已將級鋼筋作為推廣項目,而目前我國級鋼筋只占全部鋼筋產量的4%左右,遠遠滿足不了市場需要。因此應大力發展級鋼筋的生產。跟蹤世界前沿,積極引進和消化國外先進技術。目前發達國家在線棒材的生產中,研究和開

38、發了大量的先進技術和設備,并在生產中取得了良好的效益。為了使我國的線棒材生產能夠持續健康發展,必須對現有的先進技術進行消化和吸收,盡快國產化,增加我國線棒材的競爭力。如加強鋼質的凈化,進一步擴大連鑄坯熱送熱裝比例,進一步推動連鑄直接扎制的開發和運用,依次降低線棒材的成本。要強化計算機控制和計算機管理技術;要開發和應用線棒材的組織和性能預報工作;密切注視國外先進技術和裝備發展,要不斷創新。第二章 可編程控制器簡介可編程序控制器是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術、自動控制技術和通信技術發展起來的一種通用的工業自動控制裝置。它具有體積小、功能強、靈活通用與維護方便等一系列的優點，特別是它的高可靠性

39、和較強的適應惡劣環境的能力，受到用戶的青睞。因而在冶金、化工、交通、電力等領域獲得了廣泛的應用，成為了現代工業控制的三大支柱之一”2.1 可編程控制器的發展歷史在可編程序控制器問世以來，工業控制領域中是繼電器控制占主導地位。這種由繼電器構成的控制系統有著明顯的缺點，體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運行速度不高，尤其是對生產工藝多變的系統適應性更差，如果生產任務和工藝發生變化，就必須重新設計并改變硬件結構造成了時間和資金的嚴重浪費。1968年，在底特律的美國通用汽車公司(GM公司)為了在每次汽車改型或改變工藝流程時能不改動原有繼電器柜內的接線以便降低生產成本，縮短新產品的開發周期，提出了研制新

40、型邏輯順序控制裝置，并提出了該裝置的研制指標要求，即十項招標技術指標。其主要內容如下n(1)在使用者的工廠里，能以最短中斷服務時間，迅速方便地對其控制的硬件和設備進行編程及重新進行程序的設計。(2)所有系統單元必須能在工廠內無特殊支持的設備、硬件及環境條件下運行。(3)系統的維修必須簡單易行。在系統中應設計有狀態指示器及插入式模塊，以便最短的停車時間內使維修和故障診斷變得簡單易行。(4)裝置的體積應小于原有繼電器控制柜的體積，它的能耗也應較少。(5)必須能與中央數據收集處理系統進行通信，以便監視系統的運行狀念和運行情況。(6)輸入開關量可以是已有的標準控制系統的按鈕和限位開關的交流15V電壓信

41、號。(7)輸出的驅動信號必須能驅動以交流運行的電動機起動器和電磁閥線圈，每個輸出量將設計為可開停和連續操縱具有115V、2A以下容量的電磁閥等負載設備。(8)具有靈活的擴展能力。在擴展時，必須能以系統最小的變動及最短的更換和停機時間，使原有裝置從系統的最小配置擴展到系統的最大配置。(9)在購買和安裝費用上，應有與原有繼電輯控制系統的競爭力，即有高的性能價格比。(10)用戶存儲器容量至少在4KB以上。(根據當時的汽車裝配過程的要求提出)從上述十項指標可以看出，它實際上就是當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(1)用計算機代替繼電器控制盤。(2)用程序代替硬件接線。(3)輸

42、入輸出電平可與外部裝置直接連接。(4)結構易于擴展。美國的數字設備公司(DEC)CP標，并在1969年研制出了第一臺可編程序控制器(PDP-14)“其后，美國的MODICON公司也推出了084控制器，1971年，日本推出了DSC，8控制器1973年西歐各國的各種可編程序控制器也研制成功，我國在1974年開始研制可編程序控制器可編程序控制器的發展與計算機技術、半導體集成技術、控制技術、數字技術、通信網絡技術等高新技術的發展息息相關。這些高新技術的發展推動了可編程序控制器的發展而可編程序控制器的發展又對這些高新技術提出了更高更新的要求，促進了它們的發展。從控制功能束分，可編程序控制器的發展經歷了下

43、列四個階段。第一階段，從第一臺可編程序控制器問世到20世紀70年代中期，是可編程序控制器的初創階段。這一階段的產品主要用于邏輯運算和計時、計數運算，它的CPU由中小規模的數字集成電路組成，它的控制功能較簡單，典型產品有MODICON公司的084ALLENBRADLEY(AB)公司的PDQ2、DEC的PDP，14、同立公司的SCY-022等。由于這些產品主要完成邏輯運算功能，因此被稱為可編程序邏輯控制器(Programmable Logic Controller-PLC)。第二階段，從20世紀70年代中期到末期，是可編程序控制器的擴展階段，在這一階段，產品的主要控制功能得到了較大的發展，它的發展

44、主要來自兩方面，從可編程序控制器發展而來的控制器，它的主要功能是邏輯運算，同時擴展了其他運算功能而從模擬儀表發展而來的控制器，其功能主要是模擬運算，同時擴展了邏輯運算功能。因此，按習慣的分類方法，前者被稱為可編程序邏輯控制器(PLC，后者被稱為單回路或多回路控制器。可編程序控制器的名稱縮PC(Programmable Controller)，但是為了與個人計算機(Personal Computer)的名稱縮寫PC相區別，通常還是把可編程序控制器簡稱為PLC，這一階段的產品有MODICON公司的184、284、384西門予公司的SomaticS3系列，富士電機公司的SC系列等產品第三階段，從20

45、世紀70年代末期到20世紀80年代中期，是PLC通信功能實現階段。與計算機通信的發展相聯系，PLC也在通信方面有了很大的發展，初步形成了分布2式的通信網絡體系，但是，由于制造企業各自為政，通信系統自成系統，因此，各產品的互相通信是較困難的。在該階段，由于生產過程控制的需要，對PLC的需求大大增加，產品的功能也得到了發展，數學運算的功能得到了較大的擴充，產品的可靠性進一步提高。這一階段的產品有西門子公司的SYMATIC S6系列、富士電機公司的MICREX和德州儀器公司的T1530等等。第四階段，從20世紀80年代中期開始是PLC的開放階段。由于開放系統的提出，使PLC也得到了較大的發展。主要表

46、現在通信系統的開放，使各制造企業的產品可以通信，通信協議的標準化使用戶得到了好處。在這一階段，產品的規模增大，功能不斷完善，大中型的產品多數有CRT屏幕的顯示功能，產品的擴展也因通信功能的改善而變得方便，此外，還采用了標準的軟件系統，增加了高級編程語占等。這一階段的產品有西門子公司的SYMA7IC S5和s7系列、AB公司的PLC一5等。2.2 PLC的特點PLC能如此迅速發展的原因是由于它具有通用計算機所不及的一些下列特點。可靠性對可以維修的產品，可靠性包括產品的有效性和可維修性，PLC的可靠性高表現在下列幾方面，與繼電器邏輯控制系統比較，PLC可靠性提高的主要原因：PLC不需要大量的活動部

47、件和電子元器件，它的接線也大大減少。與此同時，系統的維修簡單、維修時間縮短，因此可靠性得到提高。PLC采用了一系列可靠性設計的方法進行設計，例如冗余設計、掉電保護、故障滲斷和信息保護及恢復等，使可靠性得到提高。PLC有較強的易操作性，它具有編程簡單、操作方便、維修容易等特點，因此對操作和維修人員的技能要求降低，容易學習和掌握，不容易發生操作的失誤，可靠性高。2.3 PLC的工作原理 圖2.3 掃描過程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發展而來的，它的梯形圖程序與繼電器系統電路圖相似，梯形圖中的某些編程元件也沿用了繼電器這一名稱,如輸入、輸出繼電器等。這種計算機程

48、序實現的“軟繼電器”,與繼電器系統中的物理結構在功能上某些相似之處。可編程序控制器有兩種基本的工作狀態,即運行(RUN)狀態與停止(STOP)狀態。在運行狀態,可編程控制器通過執行反映控制要求的用戶程序來實現控制功能。為了使可編程序控制器的輸出及時地響應隨時可能變化的輸入信號,用戶程序不是只執行一次,而是反復不斷地重復執行,直至可編程序控制器停機或切換到STOP工作狀態。除了執行用戶程序之外,在每次循環過程中,可編程序控制器還要完成,內部處理、通信處理等工作,一次循環可分為5個階段(見左上圖)。可編程序控制器的這種周而復始的循環工作方式稱為掃描工作方式。由于計算機執行指令的速度極高，從外部輸入

49、-輸出關系來看處理過程似乎是同時完成的。在內部處理聯合階段。可編程序控制器檢查CPU模塊內部的硬件是否正常,將監控定時器復位,以及完成一些別的內部工作。在通信服務階段可編程序控制器與別的帶微處理器的智能裝置通信,響應編程器鍵入的命令,更新編程器的顯示內容。當可編程序控制器處于停止(STOP)狀態時,只執行以上的操作。可編程序控制器處于(RUN)狀態時,還要完成另外3個階段的操作（見右圖），圖中僅畫出了與用戶程序執行過程有關的3個階段。2.3.2 掃描周期可編程序控制器在RUN工作狀態時，執行一次上圖所示的掃描操作所需的時間稱為掃描周期，其典型值為1100ms。指令執行所需的時間與用戶程序的長短

50、、指令的種類和CPU執行指令的速度有很大的關系。當用戶程序較長時，指執行時間在掃描周期中占相當大的比例。不過嚴格地來說掃描周期還包括自診斷、通信等。如下圖所示。圖2.3.2 PLC的掃描運行方式2.4 PLC的體系結構PLC實質上是一種被專用于工業控制的計算機,其硬件結構和微機是基本一致的。圖2.4-1 西門子PLC它的硬件結構與一般微機控制系統相似,甚至與之無異。可編程序控制器主要由CPU(中央處理單元)、存儲器(RAM和EPROM)、輸入/輸出模塊(簡稱I/O模塊)、編程器和電源五大部分組成。如下圖所示：圖2.4-2 PLC硬件的基本結構1.CPU模塊CPU模塊又叫中央處理單元或控制器,它

51、主要由微機處理器(CPU)和存儲器組成。CPU的作用類似于人類的大腦和心臟。它采用掃描方式工作,每一次掃描要完成以下工作:（1） 輸入處理：將現場的開關量輸入信號和數據分別讀入輸入映像寄存器和數據寄存器。（2） 程序執行：逐條讀入和解釋用戶程序，產生相應的控制信號去控制有關的電路，完成數據的存取、傳送和處理工作，并根據運算結果更新各有關寄存器的內容。（3） 輸出處理：將輸出映像寄存器的內容送給輸出模塊，去控制外部負載。2.I/O模塊I/O模塊是系統的眼、耳、手、腳，是聯系外部現場和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用來接收和采集輸入信號。輸入信號有兩類，一類是從按鈕、選擇開關、數字開關、限位開關、接收

52、開關、關電開關、壓力繼電器等來的開關量輸入信號，另一類是由電位器、熱電偶、測速發電機、各種變送器提供的連續變化的模擬量輸入信號。可編程序控制器通過輸出模塊控制接觸器、電磁閥、電磁鐵、調節閥、調速裝置等執行器，可編程序控制器控制的另一類外部負載是指示燈、數字顯示裝置和報警裝置等。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模塊除了傳遞信號外，還有電平轉換與噪聲隔離的作用。3. 編程器編程器除

53、了用來輸入和編輯程序外，還可以用來監視可編程序控制器運行時梯形圖中各種編程元件的工作狀態。編程器可以永久地連續在可編程序控制器上，將它取下來后可編程序控制器也可以運行。一般只在程序輸入、調試階段和檢修時使用，一臺編程器可供多臺可編程序控制器公用。4. 開關量I/O模塊開關量模塊的輸入輸出信號僅有接通和斷開兩種狀態。電壓等級有直流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070V高電壓為70256V，頻率4763HZ。 各I/O點的通/斷狀態用發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

54、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。開關量I/O模塊可能4，8，16，32，64點。圖2.4-3 直流輸入電路輸入電路中設有RC濾波電路，以防止由于輸入點抖動或外部干擾脈沖引起的錯誤的輸入信號。濾波電路延遲時間的典型值1020ms信號上升沿，和2050ms，信號下降沿，輸入電流約為10mA，上圖2.3.1a是某直流輸入模塊的內部電路和外部接線圖。本節的輸入電路和輸出電路都只畫出了一，COM是各路的公共點。圖中的輸入觸點直接接在公共點和輸入端，400是梯形圖中輸入繼電器的編號，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關、光電開關之類的傳

55、感器提供24V電源。外接觸點接通時，光電耦合器中的發光二極管發光，光敏三極管導通，信號經內部電路傳送給CPU模塊。光電耦合器中有兩個反并聯的發光二極管，顯示用的兩個發光二極管也是反并聯的，因此這個電路可以接收外部的交流輸入電壓。5. 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管（驅動直流負載）、雙向可控硅（驅動內交流負載）和小型繼電器，后者可以驅動交流負載或直流負載。輸出電流的典型值為0.52A，負載電源由外部現場提供。輸出電流的額定值與負載的性質有關但是只能驅動100VA/22V的電感性負載和100W的白熾燈。額定負載電流還與溫度有關，溫度升高時額定負載電流減小，有的可編程序控制器

56、提供了有關曲線。輸出模塊內可能設置有熔斷器并在模塊面板上用發光二極管顯示熔斷器的狀態。某些新式的模塊用非破壞性的電子保護電路代替熔斷器。2.5 PLC控制程序設計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，配置有可編程序內存對指令存儲，具備邏輯、順序、計數、計時、算術運算、數據比較、數據傳送等功能。工作原理是：采用循環掃描方式，對輸入信號（來自按鈕、傳感器和行程開關等輸入部件）不斷地進行采樣，根據檢測到的信號狀態，通過根據控制系統的要求設計和存儲的程序隨即作出反應，并將這些反應以輸出信號的形式，由輸出部件輸出，輸出信號控制系統的外部負載，如繼電器、電動機、指示燈和報警器等

57、，產生相應的動作。通過以上過程完成對軋鋼系統的控制。2.5.1 PLC控制系統的設計基本原則1) 最大限度的滿足被控對象的控制要求。2) 在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統簡單、經濟、使用和維護方便。3) 保證控制系統安全可靠。4) 考慮到生產的發展和工藝的改進在選擇PLC容量時應適當留有余量。2.5.2 PLC提供的編程語言1) 標準語言梯形圖語言也是我們最常用的一種語言，它有以下特點：A.它是一種圖形語言，沿用傳統控制圖中的繼電器觸點、線圈、串聯等術語和一些圖形符號構成，左右的豎線稱為左右母線。B.梯形圖中接點（觸點）只有常開和常閉，接點可以是PLC輸入點接的開關也可以是PLC內部繼電

58、器的接點或內部寄存器、計數器等的狀態。C.梯形圖中的接點可以任意串、并聯，但線圈只能并聯不能串聯。內部繼電器、計數器、寄存器等均不能直接控制外部負載，只能做中間結果供CPU內部使用。D.PLC是按循環掃描事件，沿梯形圖先后順序執行，在同一掃描周期中的結果留在輸出狀態暫存器中所以輸出點的值在用戶程序中可以當條件使用。2) 語句表語言，類似于匯編語言。3) 邏輯功能圖語言，沿用半導體邏輯框圖來表達，一般一個運算，框表示一個功能，左邊畫輸入、右邊畫輸出。第三章 軋鋼棒材生產線冷床控制系統的硬件設計部分3.1 硬件組成及控制要求3.1.1 主電路（軟件設計可略去）3.1.2 軋鋼生產冷床對控制信號的響應要求冷床控制的方式分為手動控制與自動