轧钢机课程设计 - 图文

题 目： 轧钢机控制系统

课程名称： 电气控制与PLC 院部名称： 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 学生 姓名： 学 号： 课程设计地点： 课程设计学时： 指导 教师：

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摘 要 ····················· 错误！未定义书签。 1 绪 论 ···························· 4 1.1相关背景知识 ······················ 4 1.2课程设计的目的 ····················· 5 1.3课程设计的要求 ·····················1.4课程设计的任务 ·····················1.4.1控制要求 ·······················1.4.2系统分析 ·······················1.4.3硬件设计 ·······················1.4.4软件设计 ·······················2轧钢机控制系统PLC硬件设计 ··················2.1 轧钢机运行概述 ·····················2.2 网络部分介绍 ······················2.2.1网络功能介绍 ·····················2.2.2网络模块介绍 ·····················2.3轧钢机部分介绍 ·····················2.3．1轧钢机功能介绍 ············2.3.2轧钢机主回路 ·····················2.3.3轧钢机控制系统的安全保护 ···············2.3．4 轧钢机地址分配 ···················2.3.5 轧钢机外部接线图 ···················3轧钢机控制系统PLC软件设计 ··················3.1轧钢机软件控制 13

3.2网络部分梯形图 ·····················3.3轧钢机流程图 ··············3.4轧钢机梯形图 ······················4.系统调试结果 ················I

5 6 6 6 6 6 7 7 7 8 8 10 错误！未定义书签。 10 11 12 12 13 13 错误！未定义书签。 15 错误！未定义书签。

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5课程设计总结 ························· 22 参考文献 ··························· 23

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轧钢机控制系统

摘 要

本设计是研制自动化程度高、工作可靠轧钢机的PLC控制系统，使其完成进料、轧钢、出料的自动化程序控制。

该设计充分利用了学习中讲述的可编程控制器（PLC）的多方面的设计知识和方法，再加上接近开关、压力阀的配合使用精确的实现了轧钢机从按下启动按钮开始，到接近开关有信号，输送电动机转，钢板到位后，另一个接近开关有信号轧钢机正转，电磁阀通电，给一个向下的下压量，同时输送电动停转，S2没有信号时，YA失电退回，M3反转，钢板退回，当S1在次有信号时重复以上动作，第三次轧钢完成后S2再次没有信号时，停机下量。

关键词：PLC；正转； 反转；网络

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1 绪 论

1.1相关背景知识

随着我国经济建设的快速发展,工业自动化的进程不断迈进，我们逐渐用安全、自动且节省劳动力的机械自动化来提高劳动力利用率，解放劳动力。轧钢机是现代工业中应用广泛的器械。轧钢机是实现金属轧制过程的设备。泛指完成轧材生产全过程的装备﹐包括有主要设备﹑辅助设备﹑起重运输设备和附属设备等。但一般所说的轧机往往仅指主要设备。由电动机﹑减速机﹑齿轮座和连接轴等组成。齿轮座将传动力矩分送到两个或几个轧辊上。辅助设备包括轧制过程中一系列辅助工序的设备。如原料准备﹑加热﹑翻钢﹑剪切﹑矫直﹑冷却﹑探伤﹑热处理﹑酸洗等设备。本实验是用两台plc（一台主机，用网络通信的方式来控制另一台从机，从机模拟轧钢机的工作）相互配合，完成轧钢机的运转。用可编程控制器PLC优势是很明显的: （1）可靠性高，抗干扰能力强 ： （2）配套齐全，功能完善，适用性强 ；

（3）系统的设计、建造工作量小，维护方便，容易改造 ； （4）体积小，重量轻，能耗低 。

按 钮选择开关限位开关电 源可编程序控制器输入模块输出模块接触器电磁阀指示灯电 源CPU模块编程装置图1 PLC基本硬件电路

1.2课程设计的目的

（1）了解常用电气控制装置的设计方法、步骤和设计原则。

（2）学以致用，巩固书本知识。通过训练，使学生初步设计具有电气控制装置的能

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力，从而培养学生独立工作和创造的能力。

（3）进行一次工程技术的基本训练。培养学生查阅书籍、参考资料、产品手册、工具书的能力，上网查询信息的能力，运用计算机进行工程绘图的能力，编制技术文件的能力等，从而提高学生解决实际工程技术问题的能力。

1.3课程设计的要求

（1）阅读本课程设计参考资料及有关图样，了解一般电气控制装置的设计原则、方法和步骤。

（2）上网调研当今电气控制领域的新技术、新产品、新动向，用于指导设计过程，使设计成果具有先进性和创造性。

（3）认真阅读本课程设计任务书，分析所选课题的控制要求，并进行工艺流程分析，画出工艺流程图。

（4）确定控制方案，设计电气控制装置的主电路。

（5）应用PLC设计电气控制装置的控制程序。可分为5个步骤：

①选择PLC的机型及I/O模块的型号，进行系统配置并校验主机的电源负载能力； ②根据工艺流程图绘制顺序功能图；

③列出PLC的I/O分配表，画出PLC的I/O接线图； ④设计梯形图并进行必要的注释； ⑤输入程序并进行室内调试及模拟运行。

（6）设计电气控制装置的照明、指示及报警等辅助电路。系统应具有必要的安全保护措施，例如，短路保护、过载保护、失电压保护、超程保护等。

（7）选择电气元件的型号和规格，列出电气元件明细表。选择电气元件时，应优先选用优质新产品。

（8）绘制正式图样，要求用计算机绘图软件绘制电气控制电路图，用STEP 7-Micro/Win32编程软件编写梯形图。要求图幅选择合理，图、字体排列整齐，图样应按电气控制图国家标准有关规定绘制。

（9）编写设计说明书及使用说明书。内容包括阐明设计任务及设计过程，附上设计过程中有关计算及说明，说明操作过程、使用方法及注意事项，附上所有的图表、所用参考资料的出处及对自己设计成果的评价或改进意见等。要求文字通顺、简练，字迹端正、整洁。

1.4课程设计的任务

1.4.1控制要求

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当启动按钮SD接通，电机M2运行，传送钢板，检测传送带上有无钢板的传感器S1的信号（即开关为ON），表示有钢板，电机M3正转（MZ灯亮）；S1的信号消失（为OFF），检测传送带上钢板到位后的传感器S2有信号（为ON），表示钢板到位，电磁阀动作（YU1灯亮），电机M3反转（MF灯亮）。Y1给一向下压下量，S2信号消失，S1有信号，电机M3正转……重复上述过程。

Q0.1第一次接通，发光管A亮，表示有一个A压力向下压下量，第二次接通时，B亮，表示有一个B向下压下量，第三次接通时，C亮，表示有一个C压力向下压下量；在Q0.1第三次接通断开时，电磁阀YU1灯灭，“A、B、C”全灭，“M2”灯亮送走钢板，按下启动开关系统停止工作。

1.4.2系统分析

为了实现上述要求，首先列出PLC的I/O分配表，并画出PLC的I/O接线图，然后选择PLC的机型及I/O模块的型号，进行系统配置并校验主机的电源负载能力。

根据控制要求，编写梯形图及语句表，调试程序直到准确无误。

1.4.3硬件设计

1、PLC型号：西门子公司S7系列，S7—200 CPU226的可编程控制器. 2、编程环境：编程软件的应用STEP7-MICRO/WIN V4.0或更高版本。

3、根据控制要求分配PLC/IO地址，画出PLC于控制对象的接线图，设计控制流程，按照模块化的方式设计程序，画出梯形图。

4、编写的需要输入PLC，调试通过。

1.4.4软件设计

（1）采用模块化程序结构设计软件，首先将整个软件分成若干功能模块； （2）编写控制系统的逻辑关系图； （3）绘制各种电路图；

（4）编制PLC程序并进行模拟调试； （5）现场调试；

2轧钢机控制系统PLC硬件设计

2.1 轧钢机运行概述

（一） 我们将该整体设计分为两个部分：首先设计单个PLC控制轧钢机的正常工作； 实现S7-200网络应用；最后综合起来实现用网络来控制轧钢机的工作。 （二）PLC控制系统要求 (1)使轧钢机在网络控制下运行

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当启动按钮SD接通，电机M1、M2运行，传送钢板，检测传送带上有无钢板的传感器S1的信号（即开关为ON），表示有钢板，电机M3正转（MZ灯亮）；S1的信号消失（OFF），检测传送带上钢板到位后的传感器S2有信号（ON），表示钢板到位，电磁阀动作（YU1灯亮），电动机M3反转（MF灯亮）。Y1给一向下量，S2信号消失，S1有信号，电机M3正传···

M1第一次接通，发光管A亮，表示有一向下压下量，第二次接通后，A、B亮，表示有两个向下压下量，第三次接通时，A、B、C同时亮，表示有三个向下压下量；在M2第三次接通断开时，电磁阀YU1灯灭，“A、B、C”全灭，M2送走钢板，按下启动开关系统停止工作。 (2)网络控制

使用 RS-485 通信接口和网络连接器将两台S7-200 系列 PLC 成一个应用 PPI 协议的单主站通信网络。用双绞线分别将连接器的两个 A 端子连在一起，两个 B 端子连在一起。 在编程软件中，分别设置好两 PLC 的站地址（系统块），并下载到 CPU 模块中。分别输入并编译通信程序后，将程序下载到作为主站的 2 号机的 CPU 模块中，并将两台 PLC 的工作模式开关置于 RUN 状态下。 (3)PLC的工作电压均为220V AC。

2.2 网络部分介绍

2.2.1 网络功能简介

S7-200之间经常采用PPI协议进行通信。S7-200默认运行模式为从站模式，但在用户应用程序中可将其设置为主站运行模式与其他从站进行通信，在S7-200PLC作为主站时,可用相关网络指令(NETR、 NETW)对其他从站中的数据进行读写。

用主机机的 I0.0～I0.7 控制从机 Q0.0～Q0.7，用从机的 I0.0～I0.7控制主机的 Q0.0。

2.2.2 网络模块介绍

1、网络指令

NETR：网络读指令，使能输入有效时（使能端 EN=1），指令初始化通信操作，通过通信口PORT从远程设备上接收数据并形成接收缓冲区数据表TBL。

NETR：网络读指令，使能输入有效时（使能端 EN=1），指令初始化通信操作，通过通信口PORT从远程设备上接收数据并形成接收缓冲区数据表TBL。

NETRENTBLPORTVII

NETWENOENTBLPORTENO 图2网络读 图3网络写

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2、数据传送格式

当网络功能执行时，PPI主站和从站之间的的数据以传送数据表格式传送。 传送数据表中的第一个字节是状态字节，各位含义如下：

D A

E 0 E1 1：完成。 1：有错误。

E2 E3 E4 D 位：操作完成位。 E 位：错误标志位。

0：未完成； 0：无错误；

A 位：有效位，操作已被排队。 0：无效； 1：有效。

E1、E2、E3、E4 位：错误码。如果执行指令后 E 位为1,该4 位将返回一个错误码

表3.2.1从传送状态字节开始的传送数据格式

字节偏移量 0 1 2 3 4 5 6 7 8~22 名 称 状态字节 远程站地址 描 述 反映网络指令的执行结果状态及错误码 被访问网络的 PLC 从站地址 区）的首地址 指向远程站数据区的指针 存放被访问数据区（I、Q、M 和 V 数据数据长度 数据长 数据字节 1 ~ 数据字节 15 远程站上被访问的数据区的长度 对 NETR 指令，执行后，从远程站读取的 数据存放该区域 对 NETW 指令，执行后，要发送到远程 站的数据存放在该区域 3、标志寄存器SMB130的功能

将特殊标志寄存器SMBl30的低2位设置为2#10，其他位为0，即SMB30和SMBl30的值为16#02，则可将S7-200设置为PPI主站模式。若设置为16#00，则可将S7-200设置为PPI从站模式。如果PLC主机上有通信端口1，则用SMB130来进行控制和设置。

表3.2.2端口1SMB130的控制格式

SMB130格式 MSB LSB P P D B B B M m SMB130.7、SMB130.6 PP:奇偶选择 00：无奇偶校验； 01：偶校验 10：无奇偶校验； 11：奇校验 SMB130.5 D：每个字符的数据位 0=每个字符8位； 1=每个字符7位 VIII 金陵科技学院课程设计报告 Abstract

SMB130.4 ~ SMB130.2 BBB：自由口波特率 000=38400bps SMB130.1~ SMB130.0 MM：协议选择 00=PPI/从站模式（默认）； 01=自由口协议 10=PPI/主站模式； 11=保留 2.3轧钢机部分介绍

2.3.1轧钢机的功能介绍

当启动按钮SD接通，电机M1、M2运行，传送钢板，检测传送带上有无钢板的传感器S1的信号（即开关为ON），表示有钢板，电机M3正转（MZ灯亮）；S1的信号消失（OFF），检测传送带上钢板到位后的传感器S2有信号（ON），表示钢板到位，电磁阀动作（YU1灯亮），电动机M3反转（MF灯亮）。Y1给一向下量，S2信号消失，S1有信号，电机M3正传···

M1第一次接通，发光管A亮，表示有一向下压下量，第二次接通后，A、B亮，表示有两个向下压下量，第三次接通时，A、B、C同时亮，表示有三个向下压下量；在M2第三次接通断开时，电磁阀YU1灯灭，“A、

B、C”全灭，M2送走钢板，按下启动开关系统停止工作。 图1轧钢机控制系统模拟图

2.3.2 轧钢机主回路

根据要求画出主控制线路图，其中FR热继电器用于电动机的过载保护，断相及电流不平衡运动保护，FU熔断器用于电机主回路短路保护作用。

图2 轧钢机主回路

2. 2.3轧钢机控制系统的安全保护

轧钢机的控制系统的安全保护主要包括四个方面：短路保护、过载保护、失电压保护和超

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程保护。

短路保护：熔断丝FU熔体熔断而自动切断回路保护。

过载保护：采用继电器FR，由于热继电器的热惯性较大，即使发热元件通过几倍于额定值得电流，热继电器也不会立即断开，因此在电动机启动时间还不是太长的情况下，热继电器不会动作，只有在电动机长期过载的情况下，热继电器才动作，用它的常闭触头是控制电路断电。

失电压保护：通过接触器KM的自锁环节来实现，当电源电压由于某种原因而严重欠电压或失电压（停电）时，接触器KM断电释放，电动机停止工作，当电源电压恢复工作，接触器线圈不会自行启动，只有在操作人员重新按下启动按钮后，电动机才能启动。

超程保护：超程也叫超行程，是真空开关完全闭合后，动或静触头所能移动的距离，主要作用有：

（a） 保证触头磨损后仍有一定的接触压力。

（b） 触头闭合时，能利用触头弹簧力缓冲，减少弹跳。

（c） 在触头分闸时，使动触头获得一定的初使动能，拉断熔焊点，提高初始分闸速

度，减少燃弧时间，从而提高介质恢复的速度。

如果超程太小，就不能保证触头在烧毁后应有的触头压力，同时，初始分闸速度变小，会影响真空开关的开断关合和动热稳定性能，甚至产生重合闸弹振。若超程太大，会增加操作机构的合闸功，使合闸变得极不可靠，真空开关的超程取额定开距的15%~40%左右，10kv级真空开关的超程一般取3~4mm。

现在的真空开关动静触头之间的接触一般采用平板接触，要保证接触良好，就要保证相当的接触压力，超程是指开关动静触头接触后，触头弹簧的压缩行程，其目的是为力保证接触压力从而保证开关接触良好。

2.3.4轧钢机地址分配

表3.3.3 轧钢机I/O地址分配

输入接线 输出接线 SD I0.0 M1 Q0.0 S1 I0.1 M2 Q0.1 S2 I0.2 MZ Q0.2 MF Q0.3 A Q0.4 B Q0.5 C Q0.6 YU1 Q0.7 2.3.5 轧钢机I/O外部接线图

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图3 I/O外部接线图

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金陵科技学院课程设计报告 第4章 其他方面

3轧钢机控制系统PLC软件设计

3.1.1 软件控制

编程软件的应用STEP7-MICRO/WIN V4.0，是基于标准的Windows软件(类似于Winword, Outlook等标准应用软件，STEP 7-Micro/WIN编程软件为用户开发、编辑和监控自己的应用程序提供了良好的编程环境。

（1）STEP 7-Micro/WIN是在Windows平台上运行的SIMATIC S7-200 PLC编程软件 简单、易学，能够解决复杂的自动化任务。

（2）适用于所有SIMATIC S7-200 PLC机型软件编程。

（3）支持IL、LAD、FBD三种编程语言，可以在三者之间随时切换。 （4）具有密码保护功能。

STEP 7-Micro/WIN提供软件工具帮助您调试和测试您的程序。这些特征包括：监视S7-200正在执行的用户程序状态，为S7-200指定运行程序的扫描次数，强制变量值等。

3.2.1网络部分梯形图

设置PPI 主站模式，2#10，代表PPI模式。

清空接收缓冲区和发送缓冲区,20个字节的位子清空。

LD V100.7表示网络读操作完成

当网络读操作完成后将读取的 3 号机的 IB0 送给本机的 QB0

MOVD &IB0, VD102送远程站的数据区指针值 IB0

LDN SM0.1表示不是第一次扫描 AN V100.6表示若 NETR 未被激活 。 MOVB 3, VB101 送远程站的站地址

送要读取的数据字节数

从端口1读3号机的 IB0，缓冲区的起始地址为 VB100

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金陵科技学院课程设计报告 第4章 其他方面

MOVB 3, VB301送远程站的站地址

MOVD &VB100,VD302送远程站的数据区指针值 QB0

MOVB 1, VB306送要写入的数据字节数

MOVB 16#55, VB307将本机的16#55 的值写入发送数据缓冲区的数据区，通过此步骤来连接从机，轧钢机运行。

NETW VB300, 1 从端口 1 写 3 号机的VB300缓冲区的起始地址为 VB100

3.3.1轧钢机流程图 开始

轧件到达？ M1、M2、MF亮 否 等待

是 第一个轧件到 计数1，第一个灯亮

第三个灯亮 第二个轧件到 计数2，前两个灯亮

计数3，前3个灯亮 13 金陵科技学院课程设计报告 第4章 其他方面

3.3.2 轧钢机梯形图

设置启动M1电动机，当SD按钮按下，且网络相连接的时候，意味着在整个程序的运行中，M1一直是运行的。

中间标志继电器M30.0工作或中间标志继电器M31.0工作时，（3次钢板到达完成或SD按钮断开是电动机M1复位），即M1灯灭。

当SD按钮从高电位变到地电位，即SD关闭的时候，中间标志继电器M31.0打开。

当SD启动按钮按下后，M2电动机运行，也意味着，M2同M1一样在整个程序中都运行。

C灯有亮（计数3次）到暗或者SD按钮端开时电动机M2复位为0，级M2灯灭。

当S1按下S2断开的时候，MZ灯亮，电动机开始正转。

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金陵科技学院课程设计报告 第4章 其他方面

S2按下，S1断开，MF灯亮，电动机反转，同时YU1黄灯亮。

当计数器计数3次，即有3块钢板到达时，黄灯亮，同时通电延时时间继电器T53工作，延时1s。

当延时1s到达时，M30.0复位，即计数器重新开始计数，并且黄灯灭。

每次S2按下且SD按下是，计数器0计数一次，预设值是1，所以S2按下一次后，电位变高，有效。当计数3次或SD断开时计数器复位。

当S2和SD同时按下是，计数器1开始计数，由于预设值为2，所以只有当S2按下两次后计数器1中的电位为高，有效。当计数3次或SD断开时计数器复位。

当S2和SD同时按下是，计数器2开始计数，由于预设值为3，所以只有当S2按下3次后计数器2中的电位为高，有效。当计数3次或SD断开时计数器复位。

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金陵科技学院课程设计报告 第4章 其他方面

当S2按钮有通到断的变化时，即传送带上钢板到位之后无钢板这一过程，中间标志继电器M21.0标志。

当计数器2有效（钢板到达3次）且M21.0有效（钢板到位之后），M30.0中间标志继电器标志，有效，用次标志位来标志计数3次钢板到达的完成。

计数器0有效（计数钢板1次及以上次数）时，A灯开始亮。即，只要有钢板到达A灯就亮。

计数器1有效（计数钢板2次及以上次数）时，B灯开始亮。即钢板到达两次之后B灯就亮。

计数器2有效（计数钢板3次）时，C灯开始亮。

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金陵科技学院课程设计报告 第4章 其他方面

4 调试结果

1、 从站接线图

2、 主-从站接线图

3、 轧钢机调试步骤

（1）、打开启动开关SD，电机M2运行（M2信号灯亮）

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金陵科技学院课程设计报告 第4章 其他方面

（2）、打开S1（检测有无钢板）开关，电机M1运行，给需要轧制的钢板施加C压力，开始第一次轧制钢板，同时电机M3正转（信号灯M1、M2、MZ亮）。

（3）断开S1开关，反转，打开S1开关，第一块钢板到达（M1、M2、A灯亮）

（3）、打开开关S2（检测钢板有无到达）并断开，电机M3立即反转，给需要轧制的钢板施加C、B压力，开始第二次轧制钢板。（先后两次为M1、M2、MF，M1、M2、

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金陵科技学院课程设计报告 第4章 其他方面

A、B灯亮）

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金陵科技学院课程设计报告 第4章 其他方面

（4）、电机M3反转后，S1再次检测到钢板，则给需要轧制的钢板施加C、B、A压力，开始第三次轧制钢板。（信号灯M1、M2、MZ、A、B、C亮，信号灯MF灭）。

（5）有三次钢板到达，电磁阀YU1过1s后亮，M2电机依旧运行（YU1亮，其余都灭）。

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金陵科技学院课程设计报告 第4章 其他方面

（6）当再次开S2时，当开关S1检测到又有一块钢板时，将会重复先前所运行的轧制钢

板的动作。

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金陵科技学院课程设计报告 第5章 结论

5 结 论

通过此次PLC课程设计，使我懂得了老师一直说的那句话“学生的潜力是无限的”。本以为很简单，但好像我的看法是错的。做这次课程设计，不仅仅要求学生要有过硬的理论基础课程功底，而且还要有较强的自主学习能力。而且需要自学PLC软件，因此也为本次课程设计加大了难度。课程设计中其实有些简单的问题理论上都很清楚，但做起来就没有想到，等到解决后才发现其实很简单。比如通信时的端口设置，没有仔细看两台机子的端口，导致连接时，端口设置不对，不能正确的扫描到通信端口，从而实现不了主机对从机的控制。通过本次亲身实践，我获益良多，不仅巩固了以前学习的知识，学到了很多在书本上所没有学到过的知识。而且通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

这次课程设计让我学到了很多，我不仅对系统的校正有了更加深刻的认识，而且学会了一些PLC软件的简单用法，我想在我以后的学习中会有很大的帮助。这次课程设计也使我懂得了，其实好多事并不是我们想象的那么难，而是看我们是否有坚定的信念和毅力去战胜它，做任何事，态度是很重要的。同时也有一种收获的喜悦。最后，非常感谢高峰老师对我们孜孜教诲。

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金陵科技学院课程设计报告 参考文献

参考文献

[1] 陈建明.电气控制与PLC应用[第二版].北京：电子工业出版社,2012 [2] 史国生. 电气控制与可编程控制器技术[M].北京：北京化学工业出版社，2003

[3] 吴中俊、黄永红. 可编程序控制器原理及应用. 北京：机械工业出版社， 2003

[4] 西门子公司.SIMATIC S7-200可编程序控制器系统手册[M].北京：2004

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