1、. . . . I / 59基于 PLC 的中厚板冷卻系統控制設計摘要本文主要設計的是中厚板軋后鋼板的控制冷卻方式-層流冷卻（又稱水幕冷卻） 。層流冷卻技術是一種以上下兩排水幕噴淋冷卻水，以冷卻水沖擊鋼板的上下表面來達到冷卻目的的一種控制冷卻方式，它作為當今一種主流的冷卻技術被廣泛的應用于各大鋼鐵公司的冷卻生產線上。為了更好的達到冷卻的控制精度我采用的是西門子公司的 S7-300 來保證計算精度和運算的快速性。由于手動控制模式會受到外界因素的影響所以冷卻效果會受到影響，因此本文在手動控制模式的基礎上又增加了自動控制模式，使其運行在手動和自動相結合的模式，更好的滿足了冷卻效果的要求。最后用變量表

2、調試程序并且給出了仿真結果。關鍵詞 控制冷卻；層流冷卻；S7-300. . . . II / 59AbstractThe main design is rolled steel after cooling control mode - laminar cooling (also known as cooling water screen). Laminar cooling technology is a screen above the two drainage finally cooling water to the cooling water impact steel surface fo

3、r cooling purposes at a cool way to control it as a mainstream contemporary cooling technology is widely applied to the major steel companies cooling production line. To better meet the cooling control precision I used the S7-300 Siemens is to ensure the rapid calculation accuracy and computation.Th

4、e manual control mode will be the impact of external factors will affect the cooling effect, this model in manual control on the basis of an additional automatic control mode to the manual and automatic operation of combining model better meet the cooling effect. Finally debugging procedures and the

5、 use of table variables given the simulation results.KeyKey wordswordscontrol cooling；laminar cooling；S7-300. . . . III / 59目錄摘要 IAbstractII第 1 章緒論 11.1 層流冷卻技術的背景 11.2 層流冷卻技術的基本原理 11.3 層流冷卻技術的優點 21.4 層流冷卻系統的組成 21.5 國外的層流冷卻技術與相應的研究成果 3第 2 章有關冷卻系統的編程軟件 S7-300 的介紹 42.1 概述層流冷卻工藝流程 42.2 有關可編程控制器 PLC 的介紹

6、42.2.1 STEP-7 的概況 42.2.2 S7-300 的組成部件 52.3 關于 STEP-7 編程軟件的使用方法 62.3.1 STEP-7 軟件的概述 62.3.2 程序的上載與下載 62.3.3 用變量表調試程序 7第 3 章層流冷卻技術工藝的工藝流程 93.1 層流冷卻技術工藝與要求 93.1.1 層流冷卻工藝設備圖 93.1.2 層流冷卻的工藝要求 93.1.3 層流冷卻系統的組成 103.1.4 控制系統的特點為：103.2 基本工作原理 10. . . . IV / 59第 4 章層流冷卻技術的 PLC 程序設計 144.1S7-300 程序調試的畫面 144.1.1

7、進入 S7-300 的畫面 144.1.2 進入 S7-300 畫面后選擇模塊的方式 144.2 進入編程畫面 154.3 PLC 程序的調試與變量表調試 164.4 手動控制模式 194.5 自動控制模式 204.6 操作模式流程圖 214.7 部分 PLC 程序的介紹 224.7.1 層流水幕預置的 PLC 程序 224.7.2 自動控制的 PLC 程序 25結論 29致 30參考文獻 31附錄 A32附錄 B38附錄 C42. . . . 1 / 59第 1 章緒論1.1 層流冷卻技術的背景 近三十年來，控制軋制和控制冷卻技術得到了飛速的發展，它作為一種實用，經濟而且有效的技術日益受到人

8、們的關注與重視。所謂控制冷卻技術，就是利用軋材余熱處理的技術。采用控制冷卻技術不僅可以提高產量，而且可以在不降低韌性的情況下，提高鋼板的強度與可焊性，同時減少鋼板的不平整度和殘余應力，從而提高鋼板的質量。1目前層流冷卻技術在國外正在被普遍的在鋼鐵企業中，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，既影響產量又影響運輸和存儲。控制軋制與控制冷卻技術相結合可獲得高強韌性的鋼材，并可以加快生產進程，增加延展性、提高軋機和冷床的生產能力、以與減少鋼的氧化損失等。我國的鋼鐵行業中, 層流冷卻的應用幾乎沒有，而普遍使用集管冷卻方式，今一些廠家也開始逐漸認識到了層流冷卻的優

9、點，并將計算機控制技術應用到了層流冷卻的控制過程中，如濟鋼中板廠的層流冷卻系統就是較成功的實例。1.2 層流冷卻技術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，嚴重影響熱交換，因此水量必須控制得當。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，而采用了側噴裝置。另外，鋼板在輥道上運動的過程中，鋼板的邊部的熱交換要比部快，所以在鋼板的邊部要適地減少

10、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。當水量調節尚不能達到要求時，可以適當調節輥道速度，以便使鋼板的溫度被控制在理想的圍。41.3 層流冷卻技術的優點 層流冷卻的應用是鋼板軋后冷卻方式的一次創新。它具有如下特點：5. . . . 2 / 59（1）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, 能充分發揮冷卻水的冷卻效率, 從而縮短了冷卻區長度, 減少了噴頭數量, 而且其設備少、投資小, 并可節水20 % 30 %。（2）層流水幕冷卻出水口沿鋼板寬度方向為連續的整體板片狀水流, 因此鋼板的橫向冷卻基本均勻。通過調整上、下水幕的流量比例, 可使鋼板上、下表

11、面,縱、橫向冷卻勻, 從而提高產品質量與合格率。（3）可根據產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；（4）在裝置和系統方面, 每個水幕流量大, 水幕間距大, 便于處理事故和設備檢修。由于設備簡化, 占地面積小, 故投資相應較少。（5）由于層流水幕間距較大, 形成的冷卻系統為間歇冷卻, 使鋼板在冷卻區反復淬火2回火, 這有利于晶粒的細化和性能強化, 可進一步挖掘鋼材的在潛力, 提高經濟效益。（6）層流冷卻裝置結構簡單、堅固耐用、制作方便, 出水口縫隙大, 不易堵塞。對于水質要求不嚴, 一般循環水即可, 簡化了循環水的凈化系統, 節省資金。1.4 層流冷卻系統的組成層流冷卻系統由

12、機械設備部分和控制系統兩部分組成。機械部分由高位水箱、管道、壓縮空氣源、水幕噴頭、水泵、隔熱遮蔽板等組成;控制系統由PLC、過程機、現場儀表、執行機構、操作臺、配電柜等構成。5（1）控制系統的硬件部分：PLC 部分選用了SIEMENS 公司的功能強大的S7 - 300來保證計算精度和快速性。（2）控制系統軟件部分：控制系統的軟件由兩部分構成,即PLC部分軟件和過程機部分的軟件。(1)PLC軟件西門子公司的STEP7 V511 版本。(2)過程機軟件軟件平臺選用性能穩定的WINDOWS NT410 ,過程機工具軟為西門子公司的組態軟件WINCC V4102。本系統采用了SEIMENS公司功能強大

13、的S7300PLC 和WINCC 組態軟件，構成了功能完善，性能穩定的控制系統,并采用多種控制算法相結合的控制策略，,結合本單位多年的工藝經驗形成的科學完善的工藝模型，實現了層流控冷的快速冷卻、板形. . . . 3 / 59良好、提高產品性能的目標。本系統成功控制的關鍵之處是，每組水幕的流量均單獨可調，每組水幕的流量上、下比例可調，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。1.5 國外的層流冷卻技術與相應的研究成果層流冷卻是20世紀70年代發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點，冷卻能力較高，橫向冷卻較均勻，且設備簡單，如日本往友金屬工業

14、公司鹿島廠1984年投產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。該廠熱帶鋼軋機的輸出輥道上有15個這樣的冷卻裝置。前聯的一項專利報道了一種可調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，通過連續改變冷卻水的寬度，使之與部污垢,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，可以補償層流水幕出現的斷面收縮，保持均勻良好的水

15、幕形狀。6第 2 章有關冷卻系統編程軟件硬件 S7-300 的介紹2.1 概述層流冷卻工藝流程近些年來層流冷卻技術(又叫水幕冷卻技術)，控制軋制與控制冷卻相結合可以獲得高強韌性的鋼板，以用來改善鋼板的各項機械和物理性能，增加延展性提高軋制與控制冷卻技術，提高軋機和冷床的生產能力，是一項極具發展潛力的技術。. . . . 4 / 59 層流冷卻工藝是用 PLC 作為其控制程序來指導層流水幕的開啟與閉合來達到冷卻的目的，但由于它的控制程序大都呈現離散化的開關量特性，不能簡單的像處理模擬量那樣進行回路的閉環控制，因此人們往往是用熱平衡冷卻模型來進行開環設定或稱作前饋控制。所以本文介紹的是一種以閉環自

16、動控制為主開環前饋控制為輔的控制方法，使系統能夠運行在自動和手動相結合的模式，而且二者呈現無擾特性。2.2 有關可編程控制器 PLC 的介紹2.2.1 STEP-7 的概況大中型 PLC 例如西門子公司的 S7-300 系列的一般采用模塊式結構，用搭積木式的方式來組成系統，模塊式 PLC 由機架和模塊組成。S7-300 是模塊化的中小型PLC，適用于中等性能的控制要求。當系統規模擴大時和更為復雜時，可以增加模塊，對 PLC 進行擴展。 S7-300 的 CPU 模塊簡稱為 CPU 集成了過程控制的功能，用于執行用戶程序。每個 CPU 都有一個編程用的 RS-485 接口，有的還帶有集成的現場總

17、線 PROFIBUS-DP 接口或 PTP（點對點）串行通信接口，S 7-300 不需要附加任何硬件，軟件和編程就可以建立一個 MPI（多點）接口網絡，如果有 PROFIBUS-DP 接口，就可以建立一個 DP網絡。. . . . 5 / 592.2.2S7-300 的組成部件 PSCPUIMSM圖 2.1 S7-300PLC 的系統結構 S7-300PLC 是模塊式的 PLC，它由以下幾個部分組成：1、中央處理單元（CPU）各種 CPU 有不同的性能，例如有的 CPU 集成有數字量和模擬量輸入/輸出點。CPU 前面板上有故障指示燈、模式開關、24V 電源端子、電池盒與存儲器模塊盒（有的 CP

18、U 則沒有） 。2、負載電源模塊（PS）負載電源模塊用于將 AC220V 電源轉換成為 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。3、模塊（SM）信號模塊是數字量輸入/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 部的信號電平匹配。4、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，例如計數器模塊快速/慢速進給驅動位置模塊、電子凸輪模塊控制器、步進電動機定位模塊、伺服電動機定位模塊、定位和連續路徑控制模塊等。. . . . 6 / 595、通信處理器(CP)通信處理

19、器用于 PLC 之間， PLC 與計算機和其它智能設備之間的通信，可以將PLC 接入 PROFIBUS-DP 和工業以太網，或用于實現點對點通信等。6、 接口模塊(IM) 接口模塊用于多機架配置時連接主機架(CR)和擴展機架(ER)。S7-300 通過分布式的主要機架和 3 個擴展機架，最多可以配置 32 個信號模塊，功能模塊和通信處理器。7、導軌鋁制導軌用來固定和安裝 S7-300 上述的各種模塊。2.3 關于 STEP-7 編程軟件的使用方法2.3.1 STEP-7 軟件的概述Step-7 編程軟件用于 SIMATIC S7 M7 C7 和基于 PC 的 WinAC,是供它們編程，監控和參

20、數設置的標準工具。Step-7 具有以下幾種功能：硬件配置和參數設置、通信組態、編成、測試、啟動和維護、文件建檔、運行和診斷功能等。 Step-7 用 SIMATIC 管理器來對項目進行集中的管理，它可以方便的運用瀏覽SIMATIC S7 M7 C7 和 WinAC 的數據。實現 Step-7 各種功能所需的 SIMATIC 軟件工具都集中在 Step-7 中。 2.3.2 程序的上載與下載1、下載的準備工作 計算機與 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，Step-7 首先要進行語法檢查。下載前用編程電纜連

21、接 PC 或 PLC 接通 PLC 的電源，將 CPU 上的模式開關扳到“STOP”位置， “STOP LED”顯示燈亮。下載用戶程序之前應將 CPU 中的用戶存儲器復位，以保證 CPU 沒有舊的程序。然后將模式開關扳到 MRES 位置 STOP LED 慢速閃爍兩下松開模式開關，它自動回到 STOP 位置。. . . . 7 / 592、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 對快編程或組態硬件和網絡時，可以在當時

22、的應用程序的主窗口中用菜單命令“PLC” - Download 下載當前正在編輯的對象。(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 的運行模式選擇開關扳到 RUN-P 位置，綠色的“RUN”LED亮，開始運行程序。(4)上載程序可以運用裝載功能從 CPU 的 RAM 裝載到存儲器中把塊的當前容上載到計算機編程軟件打開的項目中。(5)在線編程在調試

23、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，然后進行修改。編完的塊會立即在 CPU 中起作用。2.3.3 用變量表調試程序1、變量表的基本功能使用變量表可以在一個畫面中同時監視，修改和強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、計數器、數據塊的存儲器和外設 I/O。2、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。. . . . 8 / 59 (2)在 SIMAT

24、IC 管理器中執行菜單命令“View” -“Online”,進入在線狀態，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。3、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，在地址欄將會出現該符號的地址。 在變量表編輯器中使用菜單命令“Options” -“Symbol Table” ，可以打開符號表，定義新的符號。在變量表中輸入變量時，每行輸入時都需要執行語法檢查，不正確的輸入被標為紅色。如果把光標放在紅色的行上，可以在狀態欄讀到錯誤的原因。按鍵可以得到糾正錯誤的信息。. . . . 9 / 59第 3 章層流冷卻技術工藝的工藝流

25、程3.1 層流冷卻技術工藝與要求3.1.1 層流冷卻工藝設備圖圖 3.1 層流冷卻工藝設備圖.運動鋼板2#側吹3#側吹T3 測溫由于中厚板控制冷備圖卻的關鍵技術是橫向溫度的均勻性控制，縱向溫度均勻性控制和上下表面均勻性控制。又因為鋼板的通常的長度大于 10 米，單組水幕難于達到目標溫度，所以應該采用分組冷卻，共分為上下對稱的 10 組水幕。設 C1 C2C10 為 10 組上下對稱的水幕，由電磁閥控制它們的ON/OFF；T1、T2T3 分別是終軋溫度，中間溫度，終冷溫度，T1 T2 T3 處的測溫儀都為遠紅外線測溫儀，為使遠紅外線測溫儀能夠得到精確的測量，為使每個測溫儀都能得到精確的測量，特在

26、每個測溫儀下面安裝側吹裝置吹掃煙氣雜物；HMD1-HMD10是在冷卻過程中同步水幕的 ON/OFF 的熱金屬監測器。3.1.2 層流冷卻的工藝要求層流冷卻控制的基本要根據進入冷卻區的鋼板的鋼種，規格以與開冷的實測溫度，1#側吹T2 測溫T1 測溫. . . . 10 / 59參考環境溫度和冷卻水溫，在滿足各種限制因素圍選擇冷卻道次，每組水幕的組合，各組層流水幕的流量、速度，來達到冷卻工藝要求的冷卻速度和終冷溫度。3.1.3 層流冷卻系統的組成 層流冷卻系統由機械部分和控制系統兩部分組成。機械部分由高位水箱、管道、壓縮空氣源、層流水幕噴頭、水泵、隔熱遮蔽板等組成；控制系統由 PLC、過程機、現場

27、儀表、執行機構、操作臺、配電柜等構成。3.1.4 控制系統的特點為：(1)輥道采用交流調速系統，因此輥道傳動性能大為改進，輥道齒輪的損壞大大減少，壽命得到提高。 (2)通過跟蹤系統控制閥門的開啟，可以進行縱向溫度均勻性的控制和冷卻過程跟蹤控制，節約冷卻涌水。 (3)依據鋼板規格和終軋溫度，對冷卻水的開閉與流量進行控制，可以進行鋼種質量的控制。3.2 基本工作原理下表是冷卻控制強度表，表中最左列代表冷卻控制強度級別 1-10，它是單調遞增排列的，1 是最低的級別，依次等級加大，10 是最高的級別。在 PLC 控制系統中它可以定義成操作頁面上的 10 個手動控制按鈕，分別控制相應水幕的電磁閥。表中

28、的行對應上下水幕的 ON/OFF 狀態， “1”表示開水幕， “0”表示為關水幕。表表 3.13.1 冷卻強度表冷卻強度表. . . . 11 / 59 C1C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9C10 11000000000 21000010000 31000011000 41000011100 51000011110 61000011111 71100011111 81110011111 91111011111 101111111111 手動控制模式時，首先根據生產經驗來進行層流水幕冷卻級別的預置，當然也可以按照熱平衡冷卻模型來進行開環或前饋控制的預置。如果進行了預置的話，這樣預置

29、了的水幕 ON/OFF 的組數就被確定了。它就對應了表 3.1 的某一行。當實際冷卻過程發生時，如果某個控制閥被預置了的話，并且對應的 HMD 動作了的話（表明熱金屬監測器檢測到鋼板到達）這時水幕的開關量狀態處于 ON 的狀態，此時對鋼板進行冷卻；電磁閥開啟，相應的水幕打開,對鋼板進行層流水冷冷卻。鋼板離開時由HMD 同步將該組水幕關掉。這種控制模式是一種經驗先知的控制模式，它的控制效果不通過反饋來加以檢驗和矯正。當影響冷卻效果環境因素發生變化時，一定會影響到鋼板冷卻的質量。因此閉環自動矯正的控制模式是必須的下圖 3.2 給出的是離散式自動模式閉環矯正框圖。滑膜調節器 紅外測溫儀水幕 ON/O

30、FF+圖 3.2 離散式自動模式閉環矯正框圖 自動模式控制時，是根據中間溫度 T2 和終冷溫度 T3 來進行矯正控制的。這里中間溫度 T2 只是一個中間溫度變量，我們使用它只是為了提高終冷溫度 T3 的靜動T3 SETT2 SETNT3. . . . 12 / 59態相應品質，起到加快系統調節速度的作用，而對 T2 的控制精度我們不予關注，這好比是串級系統的環輸出，我們真正關心的是外環的輸出，即這里的終冷溫度 T3。自動模式的工作原理也非常容易理解，如上圖的 3.2 所示：圖 3.3 自動模式工作圖 這里的 N 是離散滑膜器的輸出（N=1，2，3-10） ，它對應表 1 的控制冷卻強度表的冷卻

31、級別的 1-10。如果鋼板在 T2 處檢測的溫度中間溫度 T2 或者終冷溫度 T3高于設定的溫度 T2 SET 或 T3 SET 時，此時需要控制系統增加冷卻強度，因此離散滑膜調節器的輸出根據偏差極性在冷卻強度表向上滑動一步來加大冷卻量的值，即N=N+1。反之如果鋼板在 T2 處檢測的溫度中間溫度 T2 或者終冷溫度 T3 低于設定的溫度 T2 SET 或 T3 SET 時，此時需要控制系統減少冷卻強度，因此離散滑膜調節器的輸出根據偏差極性在冷卻強度表向下滑動一步來減少冷卻量的值，即 N=N-1。由于冷卻強度表是單調遞增排列的，因此調節的正反作用完全是與 T2 或 T3 的偏差極性相對應的。圖

32、 3.3 也能夠好的說明這一過程，其中的 Qn，Qn-1，Qn+1 分別對應系統的原始工作點、增溫工作點、降溫工作點，系統進行調節時就根據這一條滑膜曲線進行滑動，只是輸出值是非連續性的。 當系統在兩種工作模式之間相互轉換時， 會自動地繼承上種工作模式的工作點,在此工作點的基礎上按照本模式進行工作，這就不會造成模式轉換時對冷卻過程的干擾。系統工作的最佳模式是先用手動模式予置一個大概的常用工作點，然后再置系. . . . 13 / 59統為自動模式，這時系統就會根據 T2 或 T3 的偏差大小和極性在這個工作點上下攢動進行自動調節，由于常用工作點距穩態工作點最近,因此動態響應品質是最好的。第 4

33、章層流冷卻技術的 PLC 程序設計層流冷卻控制系統的功能大體上分為手動，自動和手動自動相結合的工作方式。系統的手動方式和自動方式主要在操作臺上通過按鈕和開關來完成操作。所以我們用. . . . 14 / 59S7-300 的模塊化編成語言設計了這個層流冷卻的 PLC 來控制這個冷卻工藝的控制過程。4.1 S7-300 程序調試的畫面4.1.1 進入 S7-300 的畫面下圖表示的是進入S7-300 時的畫面，其中的 CPU Type 表示的是要選擇的 CPU型號，若選定 CPU315 就用鼠標選擇 CPU315 那么下面的 CPU name 就選定了 CPU315然后再按下 NEXT 按鈕。

34、圖 4.1 進入 S7-300 時的畫面4.1.2 進入 S7-300 畫面后選擇模塊的方式下圖表示的是選擇模塊的圖，在上圖選擇按下了 NEXT 按鈕后進入此圖的畫面，其中圖中的 Blocks 表示的是組織塊，我選擇的是 OB1 用鼠標在 OB1 前的方框點下出現對號標志說明以選中了此塊，然后選擇編程語言，我選擇的是 LAD 梯形圖語言。然后用鼠標在其前面的圓圈點上表示選擇完畢。最后點擊 NEXT 按鈕。. . . . 15 / 59圖 4.2 選擇功能組織塊和編程語言4.2 進入編程畫面(1)下圖中顯示的 OB1 就是我們要進入編程組織塊，雙擊它就能進入編程畫面圖 4.3 進入組織塊 OB1

35、 的畫面(2)下圖 4.4 則顯示的是進入 OB1 后的編程畫面圖中的 COMMENT 表示的是 OB1 這個組織塊的名稱，可以在其中輸入你想要給其. . . . 16 / 59起的名字。Title 為編程最基本的網絡可在這個網絡中編程。左側是需要的編程的基本語言元素可以點擊左側需要的模塊拖拽到右側的 Title1 中。若需要新的 Title可以點擊上面的 Insert 添加新的 Title。 圖 4.4 PLC 的編程基本畫面4.3 PLC 程序的調試與變量表調試下圖 4.5 是 CPU 的運行監控畫面。當程序運行時，其中把 CPU 的選擇模式調到 RUN-P 模式，此時說明 CPU 處于可

36、以運行調試的狀態。這是再點擊位于圖形框上部的工具欄中的位選擇開關按鈕，點出來后就可以看到如下圖所示的 IB 選擇框。然后在其后面的地址位改變地址，改成相應的地址 I0.1 或者 I1.1，然后在其后的各位給予一個脈沖，即給相應的各位置“1” 。然后根據同樣的方法點擊 M 框然后再給相應的各位也同樣置“1” 。然后在把視圖轉換到梯形圖的調試畫面就可以對梯形圖進行監控了。. . . . 17 / 59 圖 4.5 CPU 的運行監控畫面(1)下面我們開始進行 PLC 的運行調試，其中先進行變量表的調試。下表 4.1 是我們給出的 PLC 應用在層流冷卻中的部分變量地址。. . . . 18 / 5

37、9表表 4.14.1 所示程序部分開關量地址所示程序部分開關量地址SymbolAddressData TypeInitial Value手/自動按鈕I0.0BOOLFalse冷卻強度 1I0.1BOOLFalse冷卻強度 2I0.2BOOLFalse冷卻強度 3I0.3BOOLFalse冷卻強度 4I0.4BOOLFalse冷卻強度 5I0.5BOOLFalse冷卻強度 6I0.6BOOLFalse冷卻強度 7I0.7BOOLFalse冷卻強度 8I1.0BOOLFalse冷卻強度 9I1.1BOOLFalse冷卻強度 10I1.2BOOLFalse金屬檢測器 HMD1I2.0BOOLFals

38、e金屬檢測器 HMD2I2.1BOOLFalse金屬檢測器 HMD3I2.2BOOLFalse金屬檢測器 HMD4I2.3BOOLFalse金屬檢測器 HMD5I2.4BOOLFalse金屬檢測器 HMD6I2.5BOOLFalse金屬檢測器 HMD7I2.6BOOLFalse金屬檢測器 HMD8I2.7BOOLFalse金屬檢測器 HMD9I3.0BOOLFalse金屬檢測器 HMD10I3.1BOOLFalse金屬檢測器 HMD11I3.2BOOLFalse金屬檢測器 HMD12I3.3BOOLFalse金屬檢測器 HMD13I3.4BOOLFalse. . . . 19 / 59(2)其

39、次我先給出的是 PLC 層流冷卻的變量表在線調試時的狀態圖如下圖 4.1 所示：圖 4.6 變量表在線調試時的狀態圖 圖中 Address 為 I/O 變量，我們把程序中能用到的開關量地址輸入到 Address下的地址欄中，即上圖 4.6 所示的 I0.0 或 I0.1 等變量地址。而 Display format 則為變量的數據類型，Modify Value 為變量的賦值。因為其變量的值類型為 BOOL 型所以其類型只有兩種類型一個為“1”另一個為“0” 。所以給相應的變量置 1 或 0。4.4 手動控制模式 手動方式操作是根據生產經驗（水溫，輥速，鋼種規格和終軋溫度等因素）人為的來進行水幕

40、級別的預置，這樣預置后的對應水幕的控制閥的 ON/OFF 組數就確定了，這時我們把水幕的冷卻強度人為的設定成 10 個等級，即等級 1-10。然后鋼板就按照預置的水幕進行冷卻，鋼板就在輥道上運行。當鋼板運行到此水幕，下面對應的金屬檢測器的開關觸點閉和了對應水幕打開開始噴淋冷卻。. . . . 20 / 594.5 自動控制模式由于自動控制是人為根據經驗選定的冷卻強度級別，但是由于很多不確定的人為因數，當環境因素發生改變時冷卻效果必然發生改變因此自動控制是比不可少的下面我介紹的就是自動控制模式。自動控制模式的操作是鋼板首先按照手動預置的模式下進行，當鋼板來到中間溫度 T2 下的金屬檢測器 HMD

41、7 時進行溫度測量，如果中間溫度 T2 與 T2 設定值相比較，若 T2 與 T2 設定值的溫度差值在圍，則還是按照手動預置的模式進行，如果不是則按照自動校正的模式進行。若當中間溫度 T2 與 T2 設定值相比較若兩個溫度的差值不在允許的圍則要進行自動的調節，根據離散化的滑膜曲線進行移位操作選擇新的冷卻強度在進行新的冷卻，最后可以通過 T3 溫度的檢測看是否達到規定的溫度要求。. . . . 21 / 594.6 操作模式流程圖見下圖 4.7 操作模式流程圖手動HMD1 檢測T1 測溫手動預置預置的 HMD是否動作噴水T2 溫度檢測YNT2 與 T2 設定比較數目+1數目1T2T2 設定T3

42、測溫圖 4.7 操作模式流程圖. . . . 22 / 594.7 部分 PLC 程序的介紹4.7.1 層流水幕預置的 PLC 程序層流水幕的預置是根據工藝生產的經驗，預先把水幕的強度劃分為 10 個等級，既設定為 10 個手動按鈕既上述的 C1 C2C10 10 個開關量，然后根據鋼板出精軋機時的溫度，人為的選定一個等級，并按下那個設定等級的手動按鈕，那么這個等級水幕的 ON/OFF 的組數就被確定了。它的程序運行的方式是當手/自動開關量的開節點閉合時，然后選定某一個組別并且使其節點閉合，那么就把這個等級的容（比如數字 2 或數字 8）等送到 MW12 通道中去，這時 MW12 通道中的容就

43、是送進去的容。A I 0.0 = L 20.0 A L 20.0 A I 0.1 JNB _002 L 1 T MW 12_002: NOP 0 A L 20.0 A I 0.2 JNB _003 L 2 T MW 12_003: NOP 0 A L 20.0 A I 0.3 JNB _004 L 4 T MW 12_004: NOP 0. . . . 23 / 59 A L 20.0 A I 0.4 JNB _005 L 8 T MW 12_005: NOP 0 A L 20.0 A I 0.5 JNB _006 L 16 T MW 12_006: NOP 0 A L 20.0 A I 0.

44、6 JNB _007 L 32 T MW 12_007: NOP 0 A L 20.0 A I 0.7 JNB _008 L 64 T MW 12_008: NOP 0 A L 20.0 A I 1.0 JNB _009 L 128 T MW 12. . . . 24 / 59_009: NOP 0 A L 20.0 A I 1.1 JNB _00a L 256 T MW 12_00a: NOP 0 A L 20.0 A I 1.2 JNB _00b L 512 T MW 12_00b: NOP 0下面我給出的是手動預置時, 手動預置程序在 STEP-7 中調試時的情況見下圖 4.8所示。圖中

45、的綠色橫線條代表的是此時有能流流過，此時當 I0.0 和 I0.1 觸點閉和時能流流過 MOVE 模塊的使能輸入端此時把需要預置的容傳到 MW12 通道中。 . . . . 25 / 59圖 4.8 手動預置時的在線調試狀態4.7.2 自動控制的 PLC 程序自動控制是當鋼板運行到中間溫度 T2 下的金屬檢測器 HMD7 時 T2 開始測溫然，后根據中間溫度 T2 的當前溫度值與 T2 的設定溫度值進行比較，如果 T2 的當前溫度值大于 T2 的設定溫度值說明這時鋼板的溫度過高需要加大冷卻的力度所以移位模塊開始工作，按照 MW0 通道中的容進行左移。(1) 中間溫度 T2 的當前溫度值與 T2

46、 的設定溫度值進行比較的程序中間溫度 T2 的當前溫度值小于等于 T2 的設定溫度值的程序：A I0.0A( L IW 1 L IW 2I ) = Q 1.5右移的程序：A( A I 0.0 A Q 1.4 FP M 20.0. . . . 26 / 59 JNB _00d L MW 10 L MW 12 SRW T MW 12 SET SAVE CLR _00d: A BR ) A( L MW 12 L 1 =I ) JNB _010 L 512 T MW 12_010: NOP 0說明：當進行移位后要把 MW12 通道中的容與預置的最高級別 512 來進行比較，如果比 512 小則通道中的

47、容還是移位之后的容不動，若是比 512 大則說明超過了最大的限度因此要把 1 送入 MW12 通道中覆蓋原先的容。下面我給出的是溫度比較然后移位選擇新的冷卻級別程序的調試狀態。當 I0.0和 Q1.5 變量都為 1 時，給上升沿脈沖 M20.1 一個脈沖后此時移位繼電器開始進行循環左移操作。這時 EN 的使能輸入端有能流流過，這時移位繼電器開始工作，IN 端為需要移位的變量，而 N 為需要移位的位數，當移位后看輸出的變量通道 MW12 中的容既新的冷卻級別和冷卻強度等級的最高位進行比較看其是否在冷卻級別圍之，如果超過其級別則將其置為最高位。如下圖 4.9 所示：. . . . 28 / 59圖

48、 4.9 自動控制循環左移的在線調試時的狀態圖以上就是我對層流冷卻的部分程序例如水幕強度等級的預置，層流冷卻自動控制中的 T2 溫度當前值與 T2 溫度設定值的比較，以與根據比較的結果相應的進行移位調節來達到新的水幕級別的預置的部分程序進行了簡要的敘述，希望我的敘述能夠讓大家容易理解。結論本文介紹了用西門子 S7-300 編制的中厚板的水幕冷卻系統的控制程序以與西門子 S7-300 的軟硬件，使我們更加形象主觀的了解了鋼板水幕冷卻的工作過程。水幕冷卻作為層流冷卻的一種，具有很好的冷卻效果,各生產廠根據自身情況選擇合適的冷卻設備。通過對控制冷卻資料的查閱，了解現代最新的控制冷卻技術，開發出適合生

49、產的控制冷卻數學模型，將控制冷卻技術應用到中厚板生產。經過對各鋼廠的生產狀況的了解，中厚板的控制冷卻技術在我國已經使用，控制冷卻技術的應用必將給我國中厚板生產帶來良好的前景。. . . . 29 / 59致在畢業設計的過程中，我的畢業設計指導教師齊欣給予了我很大的幫助，指導我完成了這次畢業設計，因此在此向敬愛的老師給予最誠摯的敬意。 再次在這次畢業設計中我的同學史雪峰也給予了我很大的幫助，在遇到不會的問題時他們給予了我細致的講解，因此在此我也向他們表達深深的意。. . . . 30 / 59參考文獻1 王仲初,柴天佑.中厚板水幕分組冷卻的最優前饋控制算法J.基礎自動化,2000 ,7(3) :

50、1-3.2 紅, 海龍, 殿華.中厚板水幕冷卻的控制系統A. 東北大學軋制技術與連軋自動化國家重點實驗室,20023 王占學控制軋制與控制冷卻A.:冶金工業,19884 小林清二等厚板在線處理A.國外鋼鐵,1987 , (7) :23295 細芬，蔡曉輝，王國棟，相華.中厚板軋后控制冷卻技術的發展概況A 東北大學20026 D. Auzinger. Recent Development in Process Optimisation for Laminar Cooling in hot Strip Mills. Ironmaking and Steelmaking ,1996 ,23(1) :

51、8487. . . . 31 / 59附錄 AProgrammable controller survey programmable controllerEnglish called Programmable Logic Controller, is called PLC.1.1Programmable controllers basic principles PLC is based on the electronic accounting machine, also is suitable for the industry field works electric controller.

52、Its source relay control device, but it does not like relay install such, through electric circuit physical process realization control, but mainly depends on the movement to save in the PLC memory the procedure, carries on into the information conversion realization control. PLC based on electronic

53、 accounting machine, but certainly does not equate to the ordinary computer. The universal . . . . 32 / 59computer carries on into the information conversion, many only considered information itself, the information enters, so long as the man-machine contact surface were good may. But PLC then also

54、must consider the information enters reliability, timeliness, as well as information question and so on use. Specially must consider how adapts in the industry environment, like is advantageous for the installment, question and so on.1.1.1Programmable controllers realizations control main point ente

55、rs the information conversion, the reliable physical realization, may say is the PLC realization control two basic main points. Enters the information conversion to depend on the movement to save in the PLC memory the procedure realization. The PLC procedure both has produces the factory the system

56、program (not to be possible to change), and has the application which the user voluntarily develops (user) the procedure. The system program provides the movement platform, simultaneously, but also is the PLC procedure reliable movement and the signal and the information transformation carries on es

57、sential public processing. The user program according to controls the request design by the user. Any types control request, should have any type the user program. The reliable physical realization mainly depends on loses the person (INPUT) and the output (OUTPUT) the electric circuit. The PLC I/O e

58、lectric circuit, all is specially designs. The input circuit must carry on the filter to the input signal, removes the high frequency interference. Moreover is isolates with internal computer electric circuit on the electricity, depends on the light pair part establishment relation. Inside and outsi

59、de the output circuit also is the electricity isolation, depends on the light pair part or the output relay establishment relation. The output circuit also must carry on the power to enlarge, to sufficiently drives . . . . 33 / 59the general industry control primary device, like solenoid valve, cont

60、act device and so on.The I/O electric circuit is very many, each entrance points either output all must have In or the Out electric circuit. PLC has multi- I/O to use the spot, generally also has how many I/O point to use the electric circuit. But because they all are composed by the high integrate