PAGEPAGE2電器與可編程控制器課程設計2011目錄TOC\o"1-2"\h\z\u第1章緒論 41.1PLC的定義 41.2PLC功能及特點 4第二章課題介紹 62.1軋鋼機發張動向 62.2軋鋼的控制系統的特點與分類 62.3軋鋼安全技術 7第3章設計內容及要求 73.1控制要求 73.2設計要求 83.3控制原理介紹及圖示 9第4章硬件設計 94.1元器件選擇（主設備） 94.2元器件選擇（輔助設備） 114.3元器件參數 124.4硬件控制原理圖 134.5PLC外部接線圖 144.6主電路圖 15第5章軟件設計 165.1設計思想及程序框圖 165.2輸入輸出地址表 175.3程序設計說明 17第6章運行調試 20第7章小結 23參考文獻 23附錄 241.完整的T型圖 242．PLC外部接線圖 26第1章緒論1.1PLC的定義可編程控制器簡稱PC（英文全稱：ProgrammableController），它經歷了可編程序矩陣控制器PMC、可編程序順序控制器PSC、可編程序邏輯控制器PLC（英文全稱：ProgrammableLogicController）和可編程序控制器PC幾個不同時期。為與個人計算機（PC）相區別，現在仍然沿用可編程邏輯控制器這個老名字。1987年國際電工（InternationalElectricalCommittee）頒布的PLC標準草案中對PLC做了如下定義：PLC是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令，并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產過程。PLC及其有關的外圍設備都應該按易于與工業控制系統形成一個整體，易于擴展其功能的原則而設計。1.2PLC功能及特點特點：（一）：實用性強，使用方便（二）：功能強，適應面廣（三）：可靠性高，抗干擾能力強（四）：控制程序可變具有很好的柔性（五）：編程方法簡單，容易掌握（六）：PLC控制系統的設計、安裝、調試和維修工作少，極為方便控制序變化功能：（一）：邏輯控制功能邏輯控制功能是PLC最基本的功能之一，是PLC最基本的應用領域，取代傳統的繼電器控制系統，實現邏輯控制和順序控制。（二）：定時控制功能定時控制功能也是PLC的基本功能之一。PLC中有許多可供用戶使用的時器，功能類似于繼電器線路中的時間繼電器。定時器的設定值（定時時間）可以在編程時設定，也可在運動過程中根據需要進行修改，使用方便靈活。同時PLC還提供了高精度的時鐘脈沖，用于準確的實時控制。（三）：技術控制功能技術控制功能是PLC的最基本功能之一。PLC為用戶提供許多計數器，計數器計數到某一數值時，產生一個狀態信號（計數值到），利用該狀態信號實現對某個操作的計數控制。計數值的設定值可以在編程時設定，也可以在運行過程中根據需要進行修改。（四）：數據處理功能PLC大部分都具有數據處理功能，可以實現算數運算、數據比較、數移位、數據轉換譯碼編碼等操作。中、大型PLC數據處理功能更加齊全，可完成開方、PID運算、浮點運算等操作，還可以和CRT、打印機相聯，實現程序、數據的顯示和打印。（五）：監控功能（六）：停電記憶功能（七）：故障診斷功能PLC可以對系統構成、某些硬件狀態、指令的合法性等進行自診斷，現異常情況，發出警報并顯示錯誤類型，如果嚴重錯誤則自動終止運行。第二章課題介紹2.1軋鋼機發張動向軋鋼機，據說在14世紀歐洲就有軋機，但記載的是1480年意大利人達’芬h型連軋鋼機。1553年法國人不律列爾（Brulier）軋制出金和銀板材，用以制造金幣。此后在西班牙，比利時和英國相繼出現軋機。1728年英國設計的生產棒材用的軋機。十九世紀中葉，第一臺可逆式板材軋機在英國投產。1848年德國發明了萬能式軋機，1853年美國開始用三輥式的型材軋機（圖2最初的三輥式側視圖），并用蒸汽機傳動的升降臺實現機械化。1859年制造了第一臺連軋機。中國于1871年在福州船政局所屬拉鐵廠（軋鋼廠）開始用軋鋼機。現代軋機發展的趨向是連續化、自動化﹑專業化﹐產品質量高﹐消耗低。60年代以來軋機在設計﹑研究和制造方面取得了很大的進展﹐使帶材冷熱軋機﹑厚板軋機﹑高速線材軋機﹑H型材軋機和連軋管機組等性能更加完善，并出現了軋制速度高達每秒鐘115米的線材軋機﹑全連續式帶材冷軋機﹑5500毫米隨著生產力和科學技術的不斷發展，人們的日常生活和生產活動大量的使用自動化控制，不僅節約了人力資源，而且很大程度的提高了生產效率，又進一步的促進了生產力快速發展，并不斷的豐富著人們的生活。。2.2軋鋼的控制系統的特點與分類軋機按用途分類有：初軋機和開坯機，型鋼軋機(大、中、小和線材)，板帶機，鋼管軋機和其他特殊用途的軋機。軋機的開坯機和型鋼軋機是以軋輥的直徑標稱的，板帶軋機是以軋輥輥身長度標稱的，鋼管軋機是以能軋制的鋼管的最大外徑標稱的。輔助設備可分為兩類：改變軋件外形的設備，如：剪切、矯直、卷取等。移送軋件的設備，如：輥道、翻鋼機、推床、升降臺等。2.3軋鋼安全技術（1）雙機架可逆式冷軋機成套裝備與技術，該技術根據軋制帶鋼的材質、規格和生產工藝條件選擇不同的軋制道次，使軋機能在較大的范圍內靈活適應帶鋼材質、規格和卷重的變化，產品精度高，可開發精密帶鋼和有色金屬箔帶。（2）鋼材品種開發與性能優化技術，包括：工藝參數對IF鋼成形性能的影響；超細晶粒、高強度純凈鋼的研究；高強度微合金(Ti,Nb,V,B)鋼的研究。（3）熱軋窄帶鋼生產成套設備及工藝技術，在工藝和設備上向寬帶鋼靠攏，用層流冷卻和臥式卷取機取代活套振蕩器和立式卷取，粗軋機前增加高壓水除鱗，帶鋼的表面質。（4）基于圖像處理的表面質量在線檢測系統，該系統用CCD攝像頭采集生產線上產品的表面圖像，通過圖像處理和模式識別算法對圖像進行實時的分析和處理，以檢測產品的表面是否存在著缺陷，并且獲取缺陷的尺寸、部位、類型、等級等信息，從而達到在線評估和控制產品表面質量的目的。（5）中厚板軋后快冷技術，采用國際上先進的高密度管層流冷卻裝置，改進中厚板生產中利用控制軋制控制冷卻工藝生產專用鋼板，并提高鋼板的機械性能。第3章設計內容及要求軋鋼機設計內容主要包括控制要求、設計要求、控制原理介紹及圖示、控制方案。3.1控制要求3.2設計要求(1)按啟動按鈕，上下兩扎輥電機（M1）啟動運轉，軋制方向為從右向左扎制。左右側輥道電機（M2和M3）啟動，逆時針運轉，向左輸送。（2）設備啟動后，PLC檢測有無等待的扎件，即S1是否有效。若無扎件則一直等待。S1有效信號到來后，PLC通過某一路開出控制電磁鐵動作，打開扎件擋板，讓扎件進入扎機的右側軌道。（3）待扎件完全進入后（設需時4秒），釋放電磁鐵，關閉扎件擋板。（4）扎件在右側輥道推動下進入軋輥下軋制，軋輥間有熱金屬探測儀給出正在軋制的信號，有S2仿真，高電平表示正在軋制。（5）S2有高電平變為低電平表示扎件已經通過了軋輥。扎件通過軋輥后PLC控制兩側輥道停止，電磁液壓閥Y2動作使左側輥道翹起。（6）1秒后啟動左側滾到向右輸送。這是由安裝在上軋輥上方的另一個這金屬探測儀給出扎件通過的信號，由另一個手動開關S3仿真。（7）S3由高電平變為低電平表示扎件已經完全回到了軋輥右側。PLC斷開電磁閥Y2電源，并停止左側輥道運轉。（8）1秒鐘后左側輥道放平，啟動左右側輥道電機向左輸送，開始下一次軋制。（9）重復（4）~（8）完成第二次軋制，并準備好第三次軋制。（10）第三次軋制完成后，即熱金屬探測儀輸出由高電平變為低電平后，左側輥道繼續向左輸送3秒，把扎件送出扎機。結束該扎件的軋制工程。（11）回到第二步但不需要4秒延時，（12）按下停止按鈕結束工作。3.3控制原理介紹及圖示 圖3-3第4章硬件設計硬件系統由編程計算機(上位機)、S7-200PLC控制器(下位機、數字量輸入/輸出點為24入/16出)和軋鋼機生產線被控對象等組成，編程計算機(RS232通訊口)和S7-200PLC控制器(RS485通訊口)之間通訊采用PPI通訊模塊。軋鋼機的硬件設備主要由一個或數個主機列組成。主要包括：主電機、傳動機構和工作機座等部分。輔助設備：1.裝料臺架；2．加熱爐推鋼機；3．加熱爐出鋼機；4．輥道；5．分鋼機與分鋼導板；6．剪機；7．圍盤裝置；8．卷線機與成圈器；9．輸送冷卻設備；10．打捆機和壓卷機；11．收卷機。4.1元器件選擇（主設備）1.軋鋼機主機列，如下圖4-1-1：圖4-1-1軋鋼機主機列1齒輪機座，它將動力傳給三個軋輥，由三個直徑相等的齒輪封閉在箱體中組成。2為減速器，它以一定速比降低主軸轉速，以適應軋輥轉速需要。3為飛輪，用于蓄存和釋放能量，均衡主電機負荷。4為萬向接軸，連接齒輪座和軋輥傳遞動力。5、6為主聯接軸節，它們將齒輪座、減速器和主電機連接一起傳遞動力。7為主電機。8為工作機座。工作機座是使軋件產生軋制變形的設備,工作機座主要部件包括：軋輥，機架，軋輥軸承，軋輥調整裝置，導板和固定橫梁，地腳板等。雖然軋機類型很多，但工作機座組成部分大體上是一致的。2.主電動機拖動電動機M：5.5kW、AC380V、11.6A、1440r/min。 3．熱繼電器：如下圖4-1-2熱繼電器主要由熱元件、雙金屬片和觸頭三部分組成。雙金屬片是熱繼電器的感測元件，有兩種膨脹系數不同的金屬片用機械碾壓而成。膨脹系數大的稱為短，否則反之。主動層，小的稱為被動層。其利用熱效應原理，過載電流越大，動作時間越圖4-1-24.2元器件選擇（輔助設備）1.閉式幾架：如圖2-5，閉式支架系統的模擬不太方便。閉式幾架是一個將上下橫梁與立柱鑄成一體的封閉式式整體框圖。因此它的強度和剛性較大。2.收卷機：如右圖收卷機主要進行啟動、停止、退卷動作，把原材料通過機械方式收卷成卷料。4.3元器件參數PLC型號：本設計中PLC選用的是三菱FX2n系列，本設計中有輸入/輸出點是3輸入/9輸出考慮到15％的備用點則需輸入點：3*（1+15%）=3.45，取整數4輸出點：9*（1+15%）=10.35取整數11所以選用FX2n－32MR的PLC拖動電動機M：5.5kW、AC380V、11.6A、1440r/min。熔斷器FU：IFU≧2IN其中：IFU是熔斷器熔體的額定電流IN是電動機的額定電流IFU≧2*11.6=23.2A所以熔斷器選用RT14—32型號。熱繼電器：IRT=(0.95～1.05)IN其中：IRT是熱繼電器的額定電流IN是電動機的額定電流IRT=(0.95～1.05)*11.6=11.02A～12.18A所以熱繼電器選用JR16—20/3型號。接觸器：IC=PN／（KUN）其中：IC是接觸器觸頭電流PN是電動機額定功率K是經驗系數一般取1～1.4UN是電動機額定電壓IC=5.5*1000/[（1～1.4）*380]=10.33A～14.47A所以接觸器選用CJ10—20型號。指示燈HL：0.25W,DC24V.電磁閥Y1:100mA,AC220V.789元器件清單:代號名稱型號數量M三相異步交流電動機Y型5.5kW、AC380V、11.6A、1440r/min4FX2n-32可編程控制器三菱FX2N-32MR1FU1熔斷器RT14—323FR熱繼電器JR16—20/34S按鈕2KM接觸器CJ10—2010HL指示燈0.25W,DC24V6YU1電磁閥YU1100mA,AC22014.4硬件控制原理圖控制原理系統框圖4.5PLC外部接線圖PLC實現對主電路信號的控制4.6主電路圖圖4-6第5章軟件設計5.1設計思想及程序框圖本設計是利用兩個傳感器來檢測外來信號的，從而實現對主電路的控制功能。5.2輸入輸出地址表1.輸入輸出接線輸入啟動S1S2輸出M1M2MZMFABCYU1X0X1X2Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7主機模塊的COM接主機模塊的輸入端的COM和輸出端的COM1、COM2、COM3、COM4、COM5主機模塊的24+、COM分別接在實驗單元的V+,COM2.打開主機電源將程序下載到主機中。3.啟動并運行程序觀察實驗現象。5.3程序設計說明1）按下啟動按鈕，上下兩扎輥電機（M1）啟動運轉，軋制方向為從右向左扎制。左右側輥道電機（M2和M3）啟動，逆時針運轉，向左輸送。2）檢測傳送帶上有無鋼板即S1是否有效。若無扎件則一直等待。S1有效信號到來后，PLC通過某一路開出控制電磁鐵動作，打開扎件擋板，讓扎件進入扎機的右側軌道。3）檢測鋼板是否到位，待扎件完全進入后（設需時4秒），釋放電磁鐵，關閉扎件擋板。4）每1sM1有1個上升沿，扎件在右側輥道推動下進入軋輥下軋制，軋輥間有熱金屬探測儀給出正在軋制的信號，有S2仿真，高電平表示正在軋制。S2有高電平變為低電平表示扎件已經通過了軋輥。扎件通過軋輥后PLC控制兩側輥道停止，電磁液壓閥Y2動作使左側輥道翹起。5）檢測傳送帶上鋼板到位后給計數器賦值。1秒后啟動左側滾到向右輸送。這是由安裝在上軋輥上方的另一個這金屬探測儀給出扎件通過的信號，由另一個手動開關S3仿真。S3由高電平變為低電平表示扎件已經完全回到了軋輥右側。PLC斷開電磁閥Y2電源，并停止左側輥道運轉。1秒鐘后左側輥道放平，啟動左右側輥道電機向左輸送，開始下一次軋制。6）Y1沖壓次數7）C3計數4次8）沖壓3次后，第4次對C0、C1、C2清零且M0得電，程序全部復位。第三次軋制完成后，即熱金屬探測儀輸出由高電平變為低電平后，左側輥道繼續向左輸送3秒，把扎件送出扎機。結束該扎件的軋制工程。9）啟動時對C3清零，為下一次運行做準備。第6章運行調試Step3:扎件通過軋輥后PLC控制兩側輥道停止，電磁液壓閥Y2動作使左側輥道翹起。電磁閥動作.PLC系統能控制主軋機起、停和傳送帶的運行方向，同時能檢測到各個電機的故障現象，減小了傳統的繼電一接觸控制系統的中間環節，減小了硬件和控制線路，極大提高了系統的穩定性、可靠性，另外利用PLC內部的模塊實現控制。組態軟件作為用戶定制功能的軟件平臺，利用其良好的人機界面和通信能力，在PC機上開發出友好的人機界面，下載后，使工作人員可以可以實現控制系統的參數設置、電機的啟動和停止同時可實現系統的故障報警。若出現問題，按如下步驟檢查：查看外電路連接，接線是否正常查看梯形圖程序，每一步排查，又沒有漏步，多步檢查程序是否導入，有沒有按正確步驟操作（有很多種導入方法）如以上三種步驟還不能解決，檢查儀器是否正常，并請求老師指導第7章小結課程設計是培養學生綜合運用所學知識,發現,提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環節,是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程.隨著科學技術發展的日新日異，PLC已經成為當今計算機應用中空前活躍的領域，在生活中可以說得是無處不在。