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轧钢机控制系统 (马文瑞)

作者:巴统赌场 发布于:2020-12-23 11:06 点击量:

  爱问共享资料轧钢机控制系统 (马文瑞)文档免费下载,数万用户每天上传大量最新资料,数量累计超一个亿,轧钢机控制系统(马文瑞)电气工程及其自动化专业毕业设计(论文)指导书题目:轧钢机控制设计专业班级:08电气自动化大专班学生姓名:马文瑞学号:指导教师:牛涛西安科技大学继续教育学院2011-4-200摘要随着生产力和科学技术的不断发展,人们的日常生活和生产活动大量的使用自动化控制,不仅节约了人力资源,而且很大程度的提高了生产效率,又进一步的促进了生产力快速发展,并不断的丰富着人们的生活。早期的自动控制系统是依靠继电-接触器来实现的,其特点是:结构简单、价格低廉、抗干扰能力强,可以实现集中控制和远距离控制,但是其采用固定接

  PC(Programmable Controller),并给PC作了如下定义:“PC是一个数字式的电子装置,它使用了可编程序的记忆体储存指令。用来执行诸如逻辑,顺序,计时,计数与演算等功能,并通过数字或类似的输入/输出模块,以控制各种机械或工作程序。一部数字电子计算机若是从事执行PC之功能者,亦被视为PC,但不包括鼓式或类似的机械式顺序控制器。” 国际电工委员会(IEC)又先后颁布了PLC标准的草案第一稿,第二稿,并在1987年2月通过了对它的定义:“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为工业环境应用而设计的。它采用一类可编程的存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算,顺序控制,定时,计数与算术操作等面向用户的指令,并通过数字或模拟式输入/输出控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外部设备,都按易于与工业控制系统联成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。 1.2 PLC的发展历程 在工业生产过程中,大量的开关量顺序控制,它按照逻辑条件进行顺序动作,并按照逻辑关系进行连锁保护动作的控制,及大量离散量的数据采集。传统上,这些功能是通过气动或电气控制系统来实现的。1968年美国GM(通用汽车)公司提出取代继电气控制装置的要求,第二年,美国数字公司研制出了基于集成电路和电子技术的控制装置,首次采用程序化的手段应用于电气控制,这就是第一代可编程序控制器,称Programmable Controller(PC)。 个人计算机(简称PC)发展起来后,为了方便,也为了反映可编程控制器的功能特点,可编程序控制器定名为Programmable Logic Controller(PLC),现在,仍常常将PLC简称PC。 上世纪80年代至90年代中期,是PLC发展最快的时期,年增长率一直保持为30~40%。在这时期,PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高,PLC逐渐进入过程控制领域,在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。 4 PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。PLC在工业自动化控制特别是顺序控制中的地位,在可预见的将来,是无法取代的。 )。与个人计算机的PC相区别,可编程控制器(PROGRAMMABLE CONTROLLER,简称PC 用PLC表示。 PLC是在传统的顺序控制器的基础上引入了微电子技术、计算机技术、自动控制技术和通讯技术而形成的一代新型工业控制装置,目的是用来取代继电器、执行逻辑、记时、计数等顺序控制功能,建立柔性的程控系统。国际电工委员会(IEC)颁布了对PLC的规定:可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统,专为在工业环境下应用而设计。它采用可编程序的存贮器,用来在其内部存贮执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令,并通过数字的、模拟的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。可编程序控制器及其有关设备,都应按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩充其功能的原则设计。 PLC具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预料:在工业控制领域中,PLC控制技术的应用必将形成世界潮流 PLC程序既有生产厂家的系统程序,又有用户自己开发的应用程序,系统程序提供运行平台,同时,还为PLC程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。 1.3 可编程控制器基本应用 最初,PLC主要用于开关量的逻辑控制。随着PLC技术的进步,它的应用领域不断扩大。 如今,PLC不仅用于开关量控制,还用于模拟量及数字量的控制,可采集与存储数据,还可对控制系统进行监控;还可联网、通讯,实现大范围、跨地域的控制与管理。PLC已日益成为工业控制装置家族中一个重要的角色。 用于开关量控制 PLC控制开关量的能力是很强的。所控制的入出点数,少的十几点、几十点,多的可到几百、几千,甚至几万点。由于它能联网,点数几乎不受限制,不管多少点都能控制。 5 所控制的逻辑问题可以是多种多样的:组合的、时序的;即时的、延时的;不需计数的,需要计数的;固定顺序的,随机工作的;等等,都可进行。 PLC的硬件结构是可变的,软件程序是可编的,用于控制时,非常灵活。必要时,可编写多套,或多组程序,依需要调用。它很适应于工业现场多工况、多状态变换的需要。 用PLC进行开关量控制实例是很多的,冶金、机械、轻工、化工、纺织等等,几乎所有工业行业都需要用到它。目前,PLC首用的目标,也是别的控制器无法与其比拟的,就是它能方便并可靠地用于开关量的控制。 用于模拟量控制 模拟量,如电流、电压、温度、压力等等,它的大小是连续变化的。工业生产,特别是连续型生产过程,常要对这些物理量进行控制。 作为一种工业控制电子装置,PLC若不能对这些量进行控制,那是一大不足。为此,各PLC厂家都在这方面进行大量的开发。目前,不仅大型、中型机可以进行模拟量控制,就是小型机,也能进行这样的控制。 PLC进行模拟量控制,要配置有模拟量与数字量相互转换的A,D、D,A单元。它也是I/O单元,不过是特殊的 I/O单元。 A/D单元是把外电路的模拟量,转换成数字量,然后送入 PLC。D/A单元,是把 PLC的数字量转换成模拟量,再送给外电路。 作为一种特殊的I/O单元,它仍具有I/O电路抗干扰、内外电路隔离,与输入输出继电器(或内部继电器,它也是PLC工作内存的一个区。可读写)交换信息等等特点。 ,多为电压,或电这里的A/D中的A,多为电流,或电压,也有为温度。D/A中的A 流。电压、电流变化范围多为0,5V,0,10V,4,20mA。有的还可处理正负值的。这里的D,小型机多为8位二进制数,中、大型多为12位二进制数。A/D、D/A有单路,也有多路。多路占的输入输出继电器多。 有了 A/D、D/A单元,余下的处理都是数字量,这对有信息处理能力的 PLC并不难。中、大型PLC处理能力更强,不仅可进行数字的加、减、乘、除,还可开方,插值,还可进行浮点运算。有的还有PID指令,可对偏差制量进行比例、微分、积分运算,进而产生相应的输出。计算机能算的它几乎都能算。 6 这样,用PLC实现模拟量控制是完全可能的。控制的单位值可小到212分之一的测量程值,多数也是足够的。 PLC进行模拟量控制,还有A/D、D/A组合在一起的单元,并可用 PID或模糊控制算法实现控制,可得到很高的控制质量。 用PLC进行模拟量控制的好处是,在进行模拟量控制的同时,开关量也可控制。这个优点是别的控制器所不具备的,或控制的实现不如PLC方便。 当然,若纯为模拟量的系统,用PLC可能在性能价格比上不如用调节器。这也是应当看到的。 用于数字量控制 实际的物理量,除了开关量、模拟量,还有数字量。如机床部件的位移,常以数字量表示。 字量的控制,有效的办法是NC,即数字控制技术。这是50年代诞生于美国的基于计算机的控制技术。当今已很普及,并也很完善。目前,先进国家的金属切削机床,数控化的比率已超过40,,80,,有的甚至更高。 PLC也是基于计算机的技术,并日益完善。故它也完全可以用于数字量控制。 PLC可接收计数脉冲,频率可高达几k到几十k赫兹。可用多种方式接收这脉冲,还可多路接收。有的PLC还有脉冲输出功能,脉冲频率也可达几十k。有了这两种功能,加上PLC有数据处理及运算能力,若再配备相应的传感器(如旋转编码器)或脉冲伺服装置(如环形分配器、功放、步进电机),则完全可以依NC的原理实现种种控制。高、中档的PLC,还开发有NC单元,或运动单元,可实现点位控制。运动单元还可实现曲线插补,可控制曲线运动。所以,若PLC配置了这种单元,则完全可以用NC的办法,进行数字量的控制。 新开发的运动单元,甚至还发行了NC技术的编程语言,为更好地用PLC进行数字控制提供了方便。 1.4 PLC的结构和基本配置以及控制要点 PLC的结构 一般讲,PLC分为箱体式和模块式两种。但它们的组成是相同的,对箱体式PLC,有一块CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等,当然按CPU性能分成若干型号, 7 并按I/O点数又有若干规格。对模块式PLC,有CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架。无任哪种结构类型的PLC,都属于总线式开放型结构,其I/O能力可按用户需要进行扩展与组合。PLC的基本结构框图如下: 接受 驱动 驱动 输 中央处理单元 接 现场信号 受控元件 入 CPU板 口 接部 口件 部输 件 出 电 源 部 件 图1.1 PLC的基本结构框图 1 CPU的构成: PLC中的CPU是PLC的核心,起神经中枢的作用,每台PLC至少有一个CPU,它按PLC的系统程序赋予的功能接收并存贮用户程序和数据,用扫描的方式采集由现场输入装置送来的状态或数据,并存入规定的寄存器中,同时,诊断电源和PLC内部电路的工作状态和编程过程中的语法错误等。进入运行后,从用户程序存贮器中逐条读取指令,经分析后再按指令规定的任务产生相应的控制信号,去指挥有关的控制电路, 与通用计算机一样,主要由运算器、控制器、寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态总线构成,还有外围芯片、总线接口及有关电路。它确定了进行控制的规模、工作速度、内存容量等。内存主要用于存储程序及数据,是PLC不可缺少的组成单元。 CPU的控制器控制CPU工作,由它读取指令、解释指令及执行指令。但工作节奏由震荡信号控制。 CPU的运算器用于进行数字或逻辑运算,在控制器指挥下工作。 CPU的寄存器参与运算,并存储运算的中间结果,它也是在控制器指挥下工作。 CPU虽然划分为以上几个部分,但PLC中的CPU芯片实际上就是微处理器,由于电路的高度集成,对CPU内部的详细分析已无必要,我们只要弄清它在PLC中的功能与性能,能正确地使用它就够了。 CPU模块的外部表现就是它的工作状态的种种显示、种种接口及设定或控制开关。一般讲,CPU模块总要有相应的状态指示灯,如电源显示、运行显示、故障显示等。箱 8 体式PLC的主箱体也有这些显示。它的总线接口,用于接I/O模板或底板,有内存接口,用于安装内存,有外设口,用于接外部设备,有的还有通讯口,用于进行通讯。CPU模块上还有许多设定开关,用以对PLC作设定,如设定起始工作方式、内存区等。 I/O模块: 2 PLC的对外功能,主要是通过各种I/O接口模块与外界联系的,按I/O点数确定模块规格及数量,I/O模块可多可少,但其最大数受CPU所能管理的基本配置的能力,即受最大的底板或机架槽数限制。I/O模块集成了PLC的I/O电路,其输入暂存器反映输入信号状态,输出点反映输出锁存器状态。 3 电源模块: 有些PLC中的电源,是与CPU模块合二为一的,有些是分开的,其主要用途是为PLC各模块的集成电路提供工作电源。同时,有的还为输入电路提供24V的工作电源。电源以其输入类型有:交流电源,加的为交流220VAC或110VAC,直流电源,加的为直流电压,常用的为24V。 4 底板或机架: 大多数模块式PLC使用底板或机架,其作用是:电气上,实现各模块间的联系,使CPU能访问底板上的所有模块,机械上,实现各模块间的连接,使各模块构成一个整体。 5 PLC 的外部设备: 外部设备是PLC系统不可分割的一部分,它有四大类 编程设备:有简易编程器和智能图形编程器,用于编程、对系统作一些设定、监控PLC及PLC所控制的系统的工作状况。编程器是PLC开发应用、监测运行、检查维护不可缺少的器件,但它不直接参与现场控制运行。 监控设备:有数据监视器和图形监视器。直接监视数据或通过画面监视数据。 存储设备:有存储卡、存储磁带、软磁盘或只读存储器,用于永久性地存储用户数据,使用户程序不丢失,如EPROM、EEPROM写入器等。 输入输出设备:用于接收信号或输出信号,一般有条码读人器,输入模拟量的电位器,打印机等。 6 PLC的通信联网: 依靠先进的工业网络技术可以迅速有效地收集、传送生产和管理数据。因此,网络在自动化系统集成工程中的重要性越来越显著,甚至有人提出网络就是控制器的观点 9 说法。 PLC具有通信联网的功能,它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息,形成一个统一的整体,实现分散集中控制。多数PLC具有RS-232接口,还有一些内置有支持各自通信协议的接口。 PLC的通信,还未实现互操作性,IEC规定了多种现场总线标准,PLC各厂家均有采用。 对于一个自动化工程(特别是中大规模控制系统)来讲,选择网络非常重要的。首先,网络必须是开放的,以方便不同设备的集成及未来系统规模的扩展;其次,针对不同网络层次的传输性能要求,选择网络的形式,这必须在较深入地了解该网络标准的协议、机制的前提下进行;再次综合考虑系统成本、设备兼容性、现场环境适用性等具体问题,确定不同层次所使用的网络标准。 PLC具有通信联网的功能,它使PLC与PLC 之间、PLC与上位计算机以及其他智能设备之间能够交换信息,形成一个统一的整体,实现分散集中控制。现在几乎所有的PLC新产品都有通信联网功能,它和计算机一样具有RS-232接口,通过双绞线、同轴电缆或光缆,可以在几公里甚至几十公里的范围内交换信息。 当然,PLC之间的通讯网络是各厂家

  专用的,PLC与计算机之间的通讯,一些生产厂家采用工业标准总线,并向标准通讯协议靠拢,这将使不同机型的PLC之间、PLC与计算机之间可以方便地进行通讯与联网。 了解了PLC的基本结构,我们在购买程控器时就有了一个基本配置的概念,做到既经济又合理,尽可能发挥PLC所提供的最佳功能。 可编程控制器实现控制的要点 入出信息变换靠运行存储于PLC内存中的程序实现。PLC程序既有生产厂家的系统程序(不可更改),又有用户自行开发的应用(用户)程序。系统程序提供运行平台,同时,还为PLC程序可靠运行及信号与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。什么样的控制要求,就应有什么样的用户程序。可靠物理实现主要靠输人(INPUT)及输出(OUTPUT)电路。PLC的I/O电路,都是专门设计的。输入电路要对输入信号进行滤波,以去掉高频干扰。而且与内部计算机电路在电上是隔离的,靠光耦元件建立联系。输出电路内外也是电隔离的,靠光耦元件或输出继电器建立联系。输出电路还要进行功率放大,以足以带动一般的工业控制元器件,如电磁阀、接触器等等。 10 I/O电路是很多的,每一输入点或输出点都要有一个I或O电路。PLC有多I/O用点,一般也就有多少个I/O用电路。但由于它们都是由高度集成化的电路组成的,所以,所占体积并不大。 输入电路时刻监视着输入状况,并将其暂存于输入暂存器中。每一输入点都有一个对应的存储其信息的暂存器。 输出电路要把输出锁存器的信息传送给输出点。输出锁存器与输出点也是一一对应的,这里的输入暂存器及输出锁存器实际就是PLC处理器I/O口的寄存器。它们与计算机内存交换信息通过计算机总线,并主要由运行系统程序实现。把输人暂存器的信息读到PLC的内存中,称输入刷新。PLC内存有专门开辟的存放输入信息的映射区。这个区的每一对应位(bit)称之为输入继电器,或称软接点。这些位置成1,表示接点通,置成0为接点断。由于它的状态是由输入刷新得到的,所以,它反映的就是输入状态。 输出锁存器与PLC内存中的输出映射区也是对应的。一个输出锁存器也有一个内存位(bit)与其对应,这个位称为输出继电器,或称输出线圈。靠运行系统程序,输出继电器的状态映射到输出锁存器。这个映射也称输出刷新。输出刷新主要也是靠运行系统程序实现的。这样,用户所要编的程序只是,内存中输入映射区到输出映射区的变换,特别是怎么按输入的时序变换成输出的时序。这是一个数据及逻辑处理问题。由于PLC有强大的指令系统,编写出满足这个要求的程序是完全可能的,而且也是较为容易的。 11 图1.2 PLC典型开机流程 可编程控制器实现控制的过程 简单地说,PLC实现控制的过程一般是: 12 输入刷新--再运行用户程序--再输出刷新--再输入刷新--再运行用户程序--再输出刷新„„永不停止地循环反复地进行着。图1,1,1所示的流程图反映的就是上述过程它也反映了信息的时间关系。 有了上述过程,用PLC实现控制显然是可能的。因为:有了输入刷新,可把输入电路监控得到的输入信息存入PLC的输入映射区;经运行用户程序,输出映射区将得到变换后的信息;再经输出刷新,输出锁存器将反映输出映射区的状态,并通过输出电路产生相应的输出。又由于这个过程是永不停止地循环反复地进行着,所以,输出总是反映输入的变化的。只是响应的时间上,略有滞后。当然,这个滞后不宜太大,否则,所实现的控制不那么及时,也就失去控制的意义。 为此,PLC的工作速度要快。速度快、执行指令时间短,是PLC实现控制的基础。事实上,它的速度是很快的,执行一条指令,多的几微秒、几十微秒,少的才零点几,或零点零几微秒。而且这个速度还在不断提高中。 图1.2所示的过程是简化的过程,实际的 PLC工作过程还要复杂些。除了 I/O刷新及运行用户程序,还要做些公共处理工作。 公共处理工作有:循环时间监控、外设服务及通讯处理等。监控循环时间的目的是避免死循环,避免程序不能反复不断地重复执行。办法是用看门狗(Watching dog)。只要循环超时,它可报警,或作相应处理。外设服务是让PLC可接受编程器对它的操作,或通过接口向输出设备如打印机输出数据。 通讯处理是实现PLC与PLC,或PLC与计算机,或PLC与其它工业控制装置或智能部件间信息交换的。这也是增强PLC控制能力的需要。 也就是说,实际的PLC工作过程总是:公共处理--I/O刷新--运行用户程序--再公共处理--„„反复不停地重复着。 可编程控制器实现控制的方式 用这种不断地重复运行程序实现控制称扫描方式。是用计算机进行实时控制的一种方式。此外,计算机用于控制还有中断方式。在中断方式下,需处理的控制先申请中断,被响应后正运行的程序停止运行,转而去处理中断工作(运行有关中断服务程序)。待处理完中断,又返回运行原来程序。哪个控制需要处理,哪个就去申请中断。哪个不需处理,将不被理睬。显然,中断方式与扫描方式是不同的。 13 在中断方式下,计算机能得到充分利用,紧急的任务也能得到及时处理。但是,如果同时来了几个都要处理的任务该怎么办呢,优先级高的还好办,低的呢,可能会出现照顾不到之处。所以,中断方式不大适合于工作现场的日常使用。 但是,PLC在用扫描方式为主的情况下,也不排斥中断方式。即,大量控制都用扫描方式,个别急需的处理,允许中断这个扫描运行的程序,转而去处理它。这样,可做到所有的控制都能照顾到,个别应急的也能进行处理。 PLC的实际工作过程比这里讲的还要复杂一些,分析其基本原理,也还有一些理论 信息处理、I/O电路--空间、问题。有关人员如果能把上面介绍的入出变换、物理实现-- 时间关系--扫描方式并辅以中断方式,作为一种思路加以研究,弄清了它,也就好理解PLC是怎样去实现控制的,也就好把握住PLC基本原理的要点了。至于更深入的问题,在进一步学习中,将再作具体介绍。 1.5 功能及特点 特点:(一)用性强,使用方便 (二)功能强,适应面广 (三)可靠性高,抗干扰能力强 (四)控制程序可变具有很好的柔性 (五)编程方法简单,容易掌握 (六)PLC控制系统的设计、安装、调试和维修工作少.极为方便控制程序变化方便.具有很好的柔性 (七)体积小、重量轻、功耗低 功能 (一)逻辑控制功能 逻辑控制功能是PLC最基本功能之一,是PLC最基本的应用领域,可取代传统的继电器控制系统,实现逻辑控制和顺序控制。 在单机控制、多机群控和自动生产线控制方面都有很多成功的应用实例。 例如:机床电气控制、起重机、皮带运输机和包装机械的控制、注塑机控制、电梯控制、饮料灌装生产线、家用电器(电视机、冰箱、洗衣机等)自动装配线控制、汽车、化工、造纸、轧钢自动生产线控制等。 (二)定时控制功能 14 定时控制功能是PLC的最基本功能之一。 PLC中有许多可供用户使用的定时器,功能类似于继电器线路中的时间继电器。定时器的设定值(定时时间)可以在编程时设定,也可以在运动过程中根据需要进行修改,使用方便灵活。同时PLC还提供了高精度的时钟脉冲,用于准确实时控制。 (三)计数控制功能 计数控制功能是PLC的最基本功能之一。 PLC为用户提供许多计数器,计数器计数到某一数值时,产生一个状态信号(计数值到),利用该状态信号实现对某个操作的计数控制。 计数器的设定值可以在编程时设定,也可以在运行过程中根据需要进行修改。 (四)数据处理功能 PLC大部分都具有数据处理功能,可以实现算术运算、数据比较、数据传送、数据移位、数制转换译码编码等操作。中、大型PLC数据处理功能更加齐全,可完成开方、PID运算、浮点运算等操作,还可以和CRT、打印机相联,实现程序、数据的显示和打印。 (五)监控功能 PLC设置了较强的监控功能。利用编程器或监视器,操作人员可以对PLC有关部分的运行状态进行监视。利用编程器,可以调整定时器、计数器的设定值和当前值,并可以根据需要改变PLC内部逻辑信号的状态及数据区的数据内容,为调整和维护提供了极大的方便。 (六)停电记忆功能 PLC内部的部分存储器所使用的RAM设置了停电保持器件(备用电池等),以保证断电后这部分存储器中的信息能够长期保存。 利用某些记忆指令,可以对工作状态进行记忆,以保持PLC断电后的数据内容不变。PLC电源恢复后,可以在原工作基础上继续工作 (七)故障诊断功能 PLC可以对系统构成、某些硬件状态、指令的合法性等进行自诊断,发现异常情况,发出报警并显示错误类型,如属严重错误则自动中止运行。大大提高了PLC控制系统的安全和可维护性。 (八)步进控制功能 (九)回路控制功能 15 (十)通讯联网功能 1.6 基本指令 1 线圈驱动指令LD、LDI、OUT LD,取指令。表示一个与输入母线相连的常开接点指令,即常开接点逻辑运算起始。 LDI,取反指令。表示一个与输入母线相连的常闭接点指令,即常闭接点逻辑运算起始。 OUT,线圈驱动指令,也叫输出指令。 LD、LDI两条指令的目标元件是X、Y、M、S、T、C,用于将接点接到母线上。也可以与ANB指令、ORB指令配合使用,在分支起点也可使用。 OUT是驱动线圈的输出指令,它的目标元件是Y、M、S、T、C。对输入继电器X不能使用。OUT指令可以连续使用多次。 LD、LDI是一个程序步指令,这里的一个程序步即是一个字。OUT是多程序步指令,要视目标元件而定。 OUT指令的目标元件是定时器T和计数器C时,必须设置常数K。 2 接点串联指令AND、ANI AND,与指令。用于单个常开接点的串联。 ANI,与非指令。用于单个常闭接点的串联。 AND与ANI都是一个程序步指令,它们串联接点的个数没有限制,也就是说这两条指令可以多次重复使用。 OUT指令后,通过接点对其它线图使用OUT指令称为纵接输出或连续输出,连续输出如果顺序不错可以多次重复。 3 接点并联指令OR、ORI OR,或指令。用于单个常开接点的并联。 ORI,或非指令。用于单个常闭接点的并联。 OR与ORI指令都是一个程序步指令,它们的目标元件是X、Y、M、S、T、C。这两条指令都是并联一个接点。需要两个以上接点串联连接电路块的并联连接时,要用ORB指令。 4 串联电路块的并联连接指令ORB 16 两个或两个以上的接点串联连接的电路叫串联电路块。串联电路块并联连接时,分支开始用LD、LDI指令,分支结果用ORB指令。ORB指令与ANB指令均为无目标元件指令,而两条无目标元件指令的步长都为一个程序步。ORB有时也简称或块指令。 ORB指令的使用方法有两种:一种是在要并联的每个串联电路块后加ORB指令;另一种是集中使用ORB指令。对于前者分散使用ORB指令时,并联电路块的个数没有限制,但对于后者集中使用ORB指令时,这种电路块并联的个数不能超过8个。 5 并联电路的串联连接指令ANB 两个或两个以上的接点并联的电路称为并联电路块。分支电路并联电路块与前面电路串联连接时,使用ANB指令。分支的起点用LD、LDI指令,并联电路快结束后,使用ANB指令与前面电路串联。ANB指令也简称与块指令,ANB也是无操作目标元件,是一个程序步指令。 6 主控及主控复位指令MC、MCR MC为主控指令,用于公共串联接点的连接,MCR叫主控复位指令,即MC的复位指令。在编程时,经常遇到多个线圈同时受一个或一组接点控制。如果在每个线圈的控制电路中都串入同样的接点,将多占用存储单元,应用主控指令可以解决这一问题。使用主控指令的接点称为主控接点,它在梯形图中与一般的接点垂直。它们是与母线相连的常开接点,是控制一组电路的总开关。 MC指令是3程序步,MCR指令是2程序步,两条指令的操作目标元件是Y、M,但不允许使用特殊辅助继电器M。 与主控接点相连的接点必须用LD或LDI指令。使用MC指令后,母线移到主控接点 )的后面,MCR使母线回都原来的位置。在MC指令内再使用MC指令时嵌套级N的编号(0~7顺序增大,返回时用MCR指令,从大的嵌套级开始解除。 7 置位与复位指令SET、RST SET为置位指令,使动作保持;RST为复位指令,使操作保持复位。SET指令的操作目标元件为Y、M、S。RST指令的操作目标元件为Y、M、S、D、V、Z、T、C。这两条指令是1~3个程序步。用RST指令可以对定时器、计数器、数据寄存器、变址寄存器的内容清零。 8 脉冲输出指令PLS、PLF PLS指令在输入信号上升沿产生脉冲输出,而PLF在输入信号下降沿产生脉冲输出, 17 这两条指令都是2程序步,它们的目标元件是Y和M,但特殊辅助继电器不能作目标元件。使用PLS指令,元件Y、M仅在驱动输入接通后的一个扫描周期内动作。而使用PLF指令,元件Y、M仅在驱动输入断开后的一个扫描周期内动作。 空操作指令NOP 9 NOP指令是一条无动作、无目标元件的一程序步指令。空操作指令是该步序作空操作。用NOP指令替代已写入指令,可以改变电路。在程序中加入NOP指令,在改动或追加程序时可以减少步序号的改变。 10 程序结束指令END END是一条无目标元件的1程序步指令。PLC反复进行输入处理、程序运算、输出处理,若在程序最后写入END指令,则END以后的程序步就不再执行,直接进行输出处理。在程序调试过程中,按端插入END指令,可以顺序扩大对各程序段的检查。采用END指

  令将程序划分为若干段,在确认处理前面电路块的动作正确无误之后,依次删去END指令。 1.7 可编程控制器梯形图设计规则 触点的安排 梯形图的触点应画在水平线上,不能画在垂直分支上。 串、并联的处理 在有几个串联回路相并联时,应将触点最多的那个串联回路放在梯形图最上面。在有几个并联回路相串联时,应将触点最多的并联回路放在梯形图的最左面。 线圈的安排 不能将触点画在线圈右边,只能在触点的右边接线圈。 不准双线圈输出 如果在同一程序中同一元件的线圈使用两次或多次,则称为双线圈输出。这时前面的输出无效,只有最后一次才有效,所以不应出现双线圈输出。 重新编排电路 如果电路结构比较复杂,可重复使用一些触点画出它的等效电路,然后再进行编程就比较容易。 编程顺须 18 对复杂的程序可先将程序分成几个简单的程序段,每一段从最左边触点开始,由上 之下向右进行编程,再把程序逐段连接起来。 19 第二章 轧钢机 2.1 轧钢机的定义及组成 轧钢机的定义 狭义的定义 轧制钢材的机器设备称为轧钢机,它使轧件在转动的轧辊间产生塑性变形,轧出所需要断面形状和尺寸的钢材。此外,为完成全部生产工艺过程,还必须有一系列辅助工序,如:加热、运输、矫正、剪切、包装动,故它还有广义定义。 广义的定义 用于轧制刚才生产工艺全部所需的主要和辅助工序成套机组也称为轧钢机,它包括:轧制、运输、翻钢、剪切、矫直等设备。 轧钢机械设备的组成 轧钢机械设备的组成可分为两大类:主要设备和辅助设备。 1(主要设备 直接使轧件产生塑性变形的设备称为主要设备,也称为主机列。它括:工作机座(轧辊、轴承、轧辊调整装置、导卫装置及机架等),万向或梅花接轴,包 齿轮机座,减速器,主连轴节,主电机等。 2(辅助设备 是指主机列以外的各种设备,它用于完成一系列辅助工序。辅助设备种类繁多,车间机械化程度越高,辅助设备所占整个车间机械设备总重比例也越大。有时达主要设备重量的3-4倍。 2.2 轧钢机的分类 1 二辊式轧机 次轧机结构简单,工作可靠,由直流电动机驱动,用于二辊可逆式初轧机,可将钢锭往复轧制成各种矩形坯。二辊可逆式轧机也可用于轧制轨梁和中厚板。 2 三辊式轧机 其在同一机座上轧件可两向轧制,二轧机无需反转,由一台交流电动机经减速器和齿轮座驱动数台三辊式轧机,可实现轧件往复多道次轧制。它用于开坯和型钢生产,具有设备简单和投资少的特点。轨梁轧机及大型轧机可用直流电动机驱动,在生产中必要时可调速改善轧制条件。 3 复二辊式轧机 此轧机作用与三辊式相似,但轧辊调整、孔型配置较方便,用于横列式中小型轧机。 4 特殊轧机 它是根据不同产品设计的专用轧机,例:钢球轧机、周断面三辊斜 20 轧机、轮箍轧机、车轮轧机等。 此外还有很多种轧机,本文就不列举。 2.3 轧钢机主机列的组成 轧钢机的主要设备由一个或数个主机列组成。主要包括:主电机、传动机构和工作机座等部分。如图2.1轧钢机主机列。 图2.1 轧钢机主机列 1为齿轮机座,它将动力传给三个轧辊,由三个直径相等的齿轮封闭在箱体中组成。2为减速器,它以一定速比降低主轴转速,以适应轧辊转速需要。3为飞轮,用于蓄存和释放能量,均衡主电机负荷。4为万向接轴,连接齿轮座和轧辊传递动力。5、6为主联接轴节,它们将齿轮座、减速器和主电机连接一起传递动力。7为主电机。8为工作机座。工作机座是使轧件产生轧制变形的设备,工作机座主要部件包括:轧辊,机架,轧辊轴承,轧辊调整装置,导板和固定横梁,地脚板等。虽然轧机类型很多,但工作机座组成部分大体上是一致的。 2.4 辅助设备分类 从轧钢车间生产钢材全部工艺过程可看出,除在主机列上完成塑性 变形轧制外,还要有很多辅助工序,把这些工序连贯起来才能使车间生产从坯料到成品连续进行。 辅助设备概括可分为两类: (1) 改变轧件外形的设备,如:剪切、矫直、卷取等。 21 (2) 移送轧件的设备,如:辊道、翻钢机、推床、升降台等。 2.5 轧钢设备的发展动向 据说在 14 世纪欧洲就有轧机,但有记载的是 1480 年意大利人 达 芬 h型连轧钢机 奇 (Leonardo da Vinci) 设计出轧机的草图。 1553 年法国人布律列尔 (Brulier) 1 轧制出金和银板材,用以制造钱币。此后在西班牙)比利时和英国相继出现轧机。图 1728 年设计的生产圆棒材用的轧机 为 1728 年英国设计的生产圆棒材用的轧机。英国于 1766 年有了串行式小型轧机, 19 世纪中叶,第一台可逆式板材轧机在英国投产,并轧出了船用铁板。 1848 年德国发明了万能式轧机, 1853 年美国开始用三辊式的型材轧机 ( 图 2 最初的三辊式轧机侧视 ) ,并用蒸汽机传动的升降台实现机械化。接着美国出现了劳特式轧机。 1859 年建造了第一台连轧机。万能式型材轧机是在 1872 年出现的, 20 世纪初制成半连续式带钢轧机,由两架三辊粗轧机和五架四辊精轧机组成。 中国于 1871 年在福州船政局所属拉铁厂 ( 轧钢厂 ) 开始用轧机,轧制厚 15mm 以下的铁板, 6 , 120mm 的方)圆钢。 1890 年汉冶萍公司汉阳铁厂装有蒸汽机拖动的横列双机架 2450mm 二辊中板轧机和蒸汽机拖动的三机架横列二辊式轨梁轧机以及 350/300mm 小型轧机。随着冶金工业的发展,现已有多种类型轧机。轧机的主要设备有工作机座和传动装置。 现代轧机发展的趋向是连续化)自动化)专业化,产品质量高,消耗低。 60 年代以来轧机在设计)研究和制造方面取得了很大的进展,使带材冷热轧机)厚板轧机)高速线材轧机) H 型材轧机和连轧管机组等性能更加完善,并出现了轧制速度高达每秒钟 115 米的线材轧机)全连续式带材冷轧机) 5500 毫米宽厚板轧机和连续式 H 型钢轧机等一系列先进设备。轧机用的原料单重增大,液压 AGC )板形控制)电子计算器过程控制及测试手段越来越完善,轧制品种不断扩大。一些适用于连续铸轧)控制轧制等新轧制方法,以及适应新的产品质量要求和提高经济效益的各种特殊结构的轧机都在发展中。 ( 见彩图 鞍山钢铁公司初轧厂连轧机组生产情景 ) 初轧坯的定尺切断设备?? 2000 吨大剪 ) 板坯初轧机在轧制板坯 ) 上海第五钢铁厂初轧车间均热炉出钢 ) 中国制造的 4200 毫米厚板轧机 ) 宽厚钢板的热矫直机 ) 钢板粗轧机前的高压水除铁鳞机 ) 2300 毫米钢板轧机生产场面 ) 1700 毫米带钢热轧机主 22 控室 ) 带钢冷轧机正在生产 ) 带钢冷轧机生产的成品??钢卷 ) 带钢的热镀锌机组 ) H 形宽边工字钢轧钢机 ) 中型轧钢厂 ) 型材定尺切断的主要方法??热锯 ) 大型轧钢厂的钢轨冷床 ) 保证线材性能的线材散卷冷却 ) 轧制线材的新式 ? 无扭精轧机 ) 小型轧钢机的围盘。横列式小型轧机的重要辅助设备 ) 线 机的成品收取设备??线材卷取机 ) 轧制直径 140 毫米无缝钢管的自动轧管机 ) 70 年代制成的大直径钢管,直径 2540 毫米 ) 现代管材生产方法之一??大直径螺旋焊管 ) 无缝钢管厂保证钢管尺寸精度的均整机 ) 无缝钢管坯正在穿孔 ) 轧制箔材用的森吉米尔 20 辊轧机 ) 火车车轮和轮箍轧机的工作情景 ) 中国制造的大型锻压设备?? 32000 吨水压机 ) 新型塑性加工设备??精锻机 ) 3000 吨卧式挤压机 ) 铝箔轧机 ) 品类繁多的轧辊,用于轧制各种产品 ) 铝连续铸轧机 )。冶金专用设备轧钢机主要是为钢铁和有色金属加工工业提供的金属冶炼、轧制、铸造等生产专用设备行业。中国已经成为世界最大的钢铁生产国,同时也是世界最大的冶金专用设备市场。2007年中国粗钢产量为4.89亿吨,同比增长15.7%,占全球总产量的36.4%。中国冶金专用设备市场规模也占世界的三分之一以上。2007年,中国冶金专用设备制造行业规模以上企业个数为370家。行业总产值已达到603.42亿元,同比增长37.9%。2007年1-11月中国冶金专用设备轧钢机制造业销售收入共计465.63亿元。国家推出了《关于加快推进大型冶金装备国产化的实施方案》,将强力促进中国冶金轧钢机设备产业的发展,大力促进了中国冶金专用设备企业的自主创新。国家出台了一系列政策来促进冶金专用设备制造业的产业升级。 近代一些钢铁工业发达国家的轧钢设备发展动向是大型化、连续化、高速化和自动化。这是对钢材要求不断提高产品和质量、提高劳动生产率、降低原材料和能源消耗及产品成本的发展结果,这也和轧钢设备制造水平有关的重型机器制造、电机 、计算机和自动控制以及液压系统等科学计算发展技术有密切关系。 1(大型化方面 增大钢锭或带卷重量。过去初轧机一般为10-20吨,现在有加大到40-50吨。热轧的最大带卷和坯料重量已由15吨增到45吨。冷轧卷重达60吨,线(高速化方面 轧钢设备高速化是机械制造和自动控制技术水平不断提高的结果,另外,轧钢设备结构改进以适应高速化需要液是一个重要方面。 23 3(连续化方面 全连续式冷轧机实现了无头轧制,最近十年来已在生产上应用。它能进一步提高冷连轧机产量、改善产品质量、有效地解决板卷的穿带和抛尾问题,并能实现动态变规格 -20% 和高速飞剪的剪切,这套控制系统使投资约增加15% 4(自动化方面 目前宽带钢热连轧机的计算机自动控制水平在各类轧机重是最高的,从板坯上料到卷取全部采用电子计算机控制。 在我国轧钢生产的发展中,今后一个时期在适当建设现代化新企业、新装备的同时,大力进行原有设备的技术改造的和更新挖潜,逐步提高大型化、高速化、连续化和自动化的水平是摆在轧钢工作者的一项重要任务。 2.6 轧辊的工作特点与分类 轧辊是轧钢机在工作中直接与轧件接触并使金属产生塑性变形的重要部件,也是消耗性零件,它在轧钢生产中对高产、优质、低消耗各项指标影响很大。冶金企业常专门设有制造各类形扎辊的车间以保证扎钢生产消耗需要。 轧辊的工作特点 (1) 工作时能承受很大的轧制力和力矩,有时还有动载荷,例如初轧工作时,辊承受很大的惯性力和冲击。 (2) 能在高温或温度变化很大的条件下工作。由于轧件温度很高而且还有冷却水,轧辊旋转冷热交加,因此在交变应力作用下逐渐产生龟裂和裂纹。在冷轧条件下,由于轧辊经常接触应力作用,冷轧压力很大,故工作条件也极为重要 (3) 由于轧辊在轧制过程中不断被磨损,故直接影响轧件质量,也影响轧辊寿命。 轧辊的分类 按轧机的类型轧辊可分为三种。 1(带孔的轧辊 它用于轧制大、中、小、各种形钢、线材及初轧开坯,在轧辊面上刻有轧槽使轧件成形。 2(平面轧辊 板带轧机轧滚属于此类,为保证轧件具有良好的板型,辊面做成稍有凸凹的辊型。 3(特殊轧辊 它用于穿孔机、车轮轧机等专用轧机,轧辊具有各种不同形状。 24 2.7 轧辊的结构和参数 轧辊的结构由辊身、辊颈和辊头三部分组成。 辊身 辊身是轧辊与轧件接触并使金属产生塑性变形的部分。辊身直接D是轧钢机的一个重要参数。 这辊的辊身直径有公称直径和工作直径之分。公称直径通常指轧机人字齿轮中心距并以此值表示轧机的大小。对于初轧机一般按最末道轧辊中心距来确定。工作直径是指轧辊与轧件接触进行压下变形而直接工作的直径,钢板轧机的轧辊工作辊径就是轧辊外径。初轧机轧辊的工作辊则表示孔型槽底直径,对于复杂断面型钢轧辊工作辊径确定方法将在孔型设计种专门讨论。因此,工作辊径一般小于名义直径D,为防止孔槽切入Dg D过深,比值不大于1.4。 Dg,h轧辊直径可根据咬入条件 D, g1,cos, 冷轧薄板及带钢轧机,尤其在轧制变形抗力较大的材料时,其轧辊直径应根据最小可轧厚度选择。当轧辊直径很大时,弹性变形增加,致使薄带钢及钢板的正常轧制成为不可能。 轧辊的结构 轧钢机的轧辊如图2-1轧辊 1为辊身 2为辊颈 3为辊头 图2-1 轧辊 常用的轧辊材料有合金锻钢、合金铸钢、铸铁和半钢等。 辊颈是轧辊的支撑部分,它与轴承装配在机座中,将轧制力经压下调整装置传递到 25 机架上。 轧辊轴承的工作特点 轧辊轴承用来支承转动的轧辊,并保持轧辊在机架中正确的位置,轧辊轴承应具有小的摩擦系数,足够的强度和刚度,寿命长,并便于换辊。 轧辊轴承的工作特点是能承受很高的、比普通标准轴承所允许要大几倍的单位负荷,这是因为轴承受外围尺寸的限制和在较短的辊颈内可用很大的许用应力所决定的。例如对开放式的滑动轴承(既具有可拆轴承衬的),根据辊颈上允许应力而决定的轴承上最大单位压力,可用下关系式求出: plb,0.5l,,30.1d (2-1) 式中 ——辊颈内的弯曲应力(N) , ——作用在轴承衬投影面上的单位压力(N) p ——辊颈直径(mm) d 和——轴承衬上长度和宽度(mm) lb 设计轴承时必须考虑其工作特点,目的是保证轴承的正常工作,提高产品的尺寸精确度,延长轴承的使用寿命,也就是说在使用期内争取多轧一些合格的钢材。 轴承的主要类型 轴承的式样可分为两类:一种是滑动轴承,一种是滚动轴承。新式的液体摩擦轴承其基本结构也属于滑动轴承类型,但运转时能在摩擦面间建立其一层油膜使金属面不相接触,这样以液体摩擦取代固体摩擦,使摩擦系数大大降低,因而减小功率消耗,改善发热状况,减少磨损,延长工作寿命,达到理想轴承的要求。

  滚动轴承在工作时滚动摩擦代替滑动摩擦,也具有摩擦系数低,精度高,寿命长等优点。因此它被广泛地应用于冷轧机上以生产带材或箔材,也用于生产小型钢材、薄板和管子等其他轧机上。但它的缺点是外形尺寸大,使机架窗口尺寸相应地加大或轧辊的辊颈尺寸减小,在制造上工艺较复杂,成本也较高,在高压、高速和冲击载荷大的情况下,它的适应性比油膜轴承差一些。 轧钢机的轴承也有采用胶木瓦或塑料轴瓦,它的优点是摩擦系数低,胶木瓦的摩擦 ,系数为=0.005左右,塑料轴瓦的摩擦系数与轴承的负载、速度及润滑情况有关。 26 表2-1 轧辊轴承的主要类型 轴承类型 特 点 用 途 带金属轴衬耐热,刚性较好,摩擦叠轧薄板轧机,旧 的滑动轴承 系数高,寿命短,耗铜式冷轧机 大 带层压胶布摩擦系数低=0.005,用于开坯,中板及, 滑 的胶木轴承 寿命长,耐热性与刚性型钢轧机 动 均差 轴 摩擦系数低适合于高速载荷 承 =0.001~0.008,耐磨时用,它广泛应用, 性好,耐热性与刚性均于热轧及冷轧四 液体摩擦轴差,其外廓尺寸比滚动辊轧机的支承辊, 承 轴承小 国外也有用于初 轧机上 摩擦系数低主要用于冷轧机 =0.0011~0.005,刚性上以生产带材或, 滚动轴承 好速度受限制,不耐冲箔材,小型钢材, 击,维护使用方便,轴轧管机以及连轧 承的外廓尺寸比其他轴线 调整装置 轧辊调整装置的作用主要是调整轧辊在机架中的相对位置,以保证要求的压下量、精确的轧件尺寸和正常的的轧制条件。轧辊的调整装置主要有轴间调整装置和径向调整装置两种。 轧辊的轴向调整装置主要是用来对正轧槽,以保持正确的孔型形状,一般用简单的手动装置。 轧辊的径向装置的作用是: 27 (1) 调整两工作辊轴线的距离,以保持正确的辊缝开度,给定压下量; (2) 调整两工作辊的平行度; (3) 条种轧制线的高度(在连轧机上要调整各机座间轧辊的相互位置,以保证轧制线高度一致)。 压下装置的类型 上辊调整装置也称压下装置,它的用途最广,安装在所有的二辊、三辊、四辊和多辊轧机上。就驱动方式而言,压下装置可分为手动的、电动的和液压的三类。 手动压下装置大多用于型钢轧机上,也用在小型热轧或冷轧钢板和带钢轧机上。轧辊的手动调整通常可用移动楔块,转动压下螺丝或转动压下螺母等方法来实现。手动压下装置的优点是结构简单、价格低。其缺点是体力劳动繁重,压下速度和压下能力较小。 图2-2 轧辊开度指示器传动系统图 图2-2所示为转动系统图。轧辊开低指示器主要采用了一种行星初论减速器机构。在这种机构中,指针既可以随压下螺丝而转动,亦可由专设的小电机单独驱动。这样就可以实现指针的自由调零操作。指针的只有调零是轧辊磨损以后以及更换轧辊或轴承后所必需的操作。 轧辊平衡装置 (1) 消除间隙,避免冲击。由于轧辊、轴承以及压下螺丝等零件自重的影响,在轧 28 件进入轧机之前,这些零件之间不可避免地存在着一定的间隙。例如上辊轴承座和压下螺丝之间存在间隙,压下螺丝和螺母之间存在间隙。若不消除这些间隙,则喂钢,,12 时将产生冲击现象,使设备受到严重损害。为消除上述问题,须上辊平衡装置,它是压下装置的组成部分。 (2) 抬起轧辊时帮助轧辊上升的作用 上轧辊平衡装置 弹簧平衡 弹簧平衡主要是用在上辊调整很小的轧机上,型钢轧机,线)。弹簧置于机架盖上部,上辊的下瓦座通过拉杆吊挂在平都用这种平衡装置(如图2 衡弹簧上。当上辊上升时,弹簧放松,当上辊下降时,弹簧逐步压缩,弹簧力是随弹簧变形相应的轧辊位置而变化的(如图2-4)弹簧平衡的优点是简单可靠。缺点是换辊时要人工拆装弹簧,费力、费时。 图2-3型钢机的弹簧平衡 图2-4 弹簧力与弹簧变形的关系 29 2.9 支架 每个轧钢机座除了轧辊、轴承和调整装置等部分外,在轧辊身两侧还配置有两个机架。机架俗称牌坊,是轧钢工作机座的骨架,它承受着经轴承座传来的全部轧制力,因此要求它具备足够的强度和刚性。从结构上看,还要求机架能便利于装卸轧钢机座上的各零件,以及有快速换辊的可能性。 机架型式 机架根据结构的不同可分为两类:闭式机架和开式机架。 闭式机架是一 个将上下横梁与立柱铸成一体的封闭式整体框架图(2-5),因此它的强度和刚性较大,但换辊不便。它常用在受力大或要求轧件精度高而不经常换辊的轧钢机上,如初轧机、板坯轧机、钢板轧机、钢管轧机和多辊式冷轧机等。 图2-5 闭式机架 开式机架上的盖可以从U形架体上拆开,它的刚性不及闭式机架,但它换辊方便的优点使它广泛地应用在型钢轧机上。 机架结构 虽然机架的型式种类很多,但它们的结构具有许多共同点。 机架上横梁中部镗有与下压螺母外径相配合的孔,装入压下螺母后,下面用压板固定。为了保证上横梁有足够强度,上横梁中部厚度要适当加大。 机架立柱的中心线应和装入其中的轧辊轴承座的中心线相重合。对于上辊经常作上下移动的初轧机,和钢板轧机,立柱的内侧面与上辊轴承座相接触的一段应镶上铜滑板,以避免立柱被磨损,铜滑板用埋头螺钉紧固在立柱上。对于带有H架的型钢轧机,立柱内侧中部有凸缘,用以固定中辊之下轴承座。近代的钢板轧机为了适应快速换辊的需要,常把弯辊液压缸由原来安装在轴承座上而改为安装在机架上,因而在立柱内侧都增加了 30 附加支座。机架的侧面沿轧辊轴线方向,一般还固定有轴向调节装置。两机架之间装有导板梁。 机架立柱的断面形状有近似正方形、矩形和工字形三种。近似正方形断面的机架。惯性矩小,适用于窄而高的闭式机和水平力不大的四辊轧机。矩形和工字形断面的机架惯性矩大,抗弯能力大,适用于水平力较大,而机架矮而宽的闭式二辊式轧机,如初轧机和板坯轧机。 机架下部有机架底脚,机架靠它座在地脚轨上,并用底脚螺钉来紧固。 在大型初轧机上,为了缩短轧辊与工作辊道之间的距离,往往在轧辊的两侧各增加一个机架辊,机架辊的轴承装在机架上。 机架主要参数 机架各部尺寸大多根据轧辊直径来决定的。在很多有关轧钢设备的书籍种给出了计算机架的经验式,可供参考。这里仅对机架的几个主要尺寸加以简要说明。 窗口高度H与轧辊树木、辊身直径、辊颈直径、轴承和轴承座径向1(窗口高度 厚度,以及上辊的调整距离等因素有关。计算时可根据轧机的结构形式和各部件的尺寸具体确定。一般可用下式计算: (2-2) H,A,d,2S,h,, A式中 ——轧辊中心距(mm),对四辊轧机是指支承辊中心距,对三辊轧机是指上下 辊中心距 ——辊颈直径,对四辊轧机是指支承辊辊颈直径(mm) d ——轴承和轴承座的径向厚度(mm) S ——上轧辊调整距离(mm) h ——虑压下螺丝头部伸出机架外的余量(mm) , 2(口宽度 对开式机架窗口宽度B可根据轴承座尺寸来确定,对闭式机架应使窗口宽度比轧辊身直径稍大,以便在换辊时能顺利地从窗口取出轧辊。 3(立柱断面尺寸 机架应具有足够的强度和刚性,机架刚性表示它抵抗变形的能力,时间上它有机架立柱断面尺寸有着密切的关系。机架立柱的断面尺寸可用下面式子近似确定: 2F,0.6~0.8d2当用铸铁轧辊时: 31 2F,0.65~0.8d2对开坯机 2F,0.8~1.0d2对其他轧机 2F,1.0~1.2d2对用合金钢轧辊时: d——辊颈直径,对四辊轧机指支承辊辊颈直径(mm) 式中 为了提高钢板和带钢的厚度精度,减小钢板和带钢的厚度公差范围,目前有把机架立柱的断面尺寸和轧钢机刚性增大的趋势。大多数情况下,确定机架立柱的断面尺寸都已突破上述式子的限制。具体选择时可以参照现有的轧机的数据确定(见表2-2) -2 机架立柱的断面尺寸 表2 刚性指标 机架立柱断面面积 轧机刚性 2 (cm) (t/mm) 轧机类型 四辊中厚板轧机 9000-10000 700-800 热带钢四辊轧机 7000-8000 达625 冷带钢四辊轧机 6000-7000 达600 轧钢机坐的钢性 轧钢机在轧钢生产时产生的巨大轧制力,通过轧辊、轴承、压下螺丝、最后传递至机架,由机架来承受。轧钢机上的所有这些零件都是受力部分,它们在轧制力作用下都要产生弹性变形。因为这个缘故,轧机受力时轧辊之间的实际间隙要比空载时为大。通常我们将空载时的轧辊间隙称为辊缝,而把轧钢时轧机的辊缝弹性增大量称为弹跳S0 值。 弹跳值是从总的方面来反映轧钢机座受力后轧机变形的大小,它是与轧制力的大小成正比的。在相同的轧制力作用下,如果轧机弹跳值愈小说明该轧钢机刚性愈好。所以轧钢机座的刚性的概念是表示该轧机抵抗弹性变形的能力。 轧机弹跳值的存在并不妨碍轧机轧出一定厚度的轧件,因为对于该轧机可以采用予先调整原始辊缝的办法,使弹跳后的辊缝恰好与轧件厚度相同。但轧制薄钢板时,有时由于压下装置能力的限制,即使采用予压紧的办法,轧机的弹跳值仍然大于钢板厚度,这时就无法轧出较薄的钢板来,也就是说轧机的弹跳值大小将限制轧出钢板的最小厚 32 度。 轧机弹跳值(或轧机刚性)对产品质量有很多影响,它是决定轧出钢板厚度有波动量的主要原因之一,如果钢板的厚度波动差别过大时,将使钢板成为不合格产品。造成 一定),当轧制压力由于某种原因而发生变板厚波动的主要原因是在一道轧制过程中(S0 化时(例如张力发生变化,轧件温度和机械性能不均匀等),辊缝的弹性增大量也随着变化。由于轧材出辊缝后弹性恢复量很小,所以轧机辊缝弹性增大量的变化就是轧出钢板板厚的变化。 为了了解轧制力变化对辊缝弹性增大量的影响,我们以纵坐标表示轧制力,以横坐标表示轧辊的开口度,由实验方法作出轧机的弹性变形曲线)。曲线与横坐标 轴的交点,即为原始辊缝S,以后随轧制力增大,轧辊的开口度加大。由图中可以看出,0 在轧制负荷较低时有一 非线性线段,但是在高负荷部分曲线的斜率逐渐增加,而趋向于一固定值。 图2-6 轧机的弹性变形曲线 曲线的斜率就是机座的刚性系数,所以轧机的刚性系数可以这样来定义:所谓轧机的刚性系数,就是当轧机的辊缝值产生单问距离的变化时所需的轧制力的增量值,即 ,PK, ,f 式中 ——弹跳值。上式说明 ,轧机弹性变形曲线愈陡,系数愈大,则轧机的,f 刚性也愈好。 如果轧机的弹性变形曲线a可知,轧出钢板的厚度可以用下式表示: Ph,S,f,S,p,k(h,s) 即 000K 33 上式为轧机的弹性变形曲线方程,轧制力大小与轧出钢板厚度h之间的关系。 另方面由塑性变形方程知,轧制力大小又与轧件变形时的压下量值有关,其公,h p,pbR()H,h式为: (2-3) m ――平均单位压力(N) 式中 pm ——钢板的宽度和厚度(mm) b,h H——坯料厚度(mm) R——轧辊半径(mm) 也是的函数,因而轧制力方程为一非线性方程,其塑性变形由平均单位压力p,pm 曲线b所示。 在一台轧机上,作用于轧机上的力P与使轧件变形的轧制力P是成对出现的作用力与反作用力,两者应该相等,因此联立上面的公式即可求得钢板的厚度。如用图形表示,就是图2-7c中轧机弹性变形曲线与塑性线的交点,此交点成为工作点,上两式中任何一参数发生变化都将引起工作点的改变,即板厚发生变化。 图2-7 塑性变形曲线 影响轧机刚性的因素 前面说过的,轧机的刚性对轧制产品的尺寸公差有着直接的影响,而轧机的刚性又不是一成不变的常数,它受外界条件的改变而改变。究竟有哪些因素影响轧机的刚性呢,下面就来回答这个问题。 1(轧制速度的影响 对于采用液体摩擦轴承的轧机,由于轴承的油膜厚度在生产过程中是经常发生变化的,因此它将直接影响到轧机刚性的改变。造成油膜厚度变化的原因,对于某一性质稳定的润滑油,在冷却充分的条件下,它仅与轧制速度的大小有关。在某一恒定不变的轧制速度情况下,当轧制立大于某一定值时,轧机的弹性变形曲线基本上接近于直线,因此可近似地认为轧制立的变化对刚性不发生影响。轧机刚性的改变主要由轧制速度的变化引起的,随着轧制速度的增高,轧机的刚性系数下降。 2(板宽的影响 在轧制不同宽度的钢板时,单位板宽上的轧制力的大小是不一样的,在变形区中工作辊的压扁量也是互不相同的。另外由于板宽不同,会造成工作辊与支持辊间的接触压力沿辊身长度方向有不同的分布情况,从而使工作与支持辊的接触变形量和支持辊的弯曲变形量都发生变化。由于这些原因,板宽的大小将会影响到轧机的刚性。 2.10 联轴器 联轴器是用于将动力由齿轮机座或电动机传递给轧辊,或从一个机座的轧辊传递给另一机座的轧辊(机座按横列式布置时)。目前应用较广泛的连接轴有:万向接轴、梅花接轴和弧形齿接轴等三种型式。 梅花接轴与轴套应用在轧辊中心线夹具变化不大而且接轴的一、梅花接轴与轴套 倾角不大于1-2度轧钢机上。当倾角很大时,就产生很大的摩擦损失,以及由此而产生的急聚磨损,从而使梅花接轴和轴套的寿命降低。采用联合接轴,就可改善轴与轴套的磨损情况。这样一来,凸轮一端就能很好地维护,同时由于梅花连接易于拆卸,因而不会使换辊复杂。对横列式轧机来说,梅花轴联接是比较通用的。但应当指出,在横列式轧机中也有全部使用万向接轴的趋势(虽然换辊较复杂)。 当梅花接轴的倾角小于,度时,接轴轴头为普通的梅花头。当倾角为,,度时,接轴轴头一般采用外圆具有弧形半径,的弧形梅花头,以改善接轴与套筒的接触情况。 35 梅花轴联接的各个尺

  寸已成系列。梅花接轴的断面尺寸及断面形状与轧辊完全一样。接轴的最小长度,应根据在接轴上能放下两个轴套和给吊车的钢绳留出40-80mm 间隙的条件来决定。为了使轴套在工作时不在接轴上窜动,所以在接轴的槽里应放上木块,并用卡箍或铁丝捆住。当接轴需要平衡时,在它的中部应车出直径为0.88 的轴颈来d1安装轴承。这里指梅花头的外径。 d1 轴套与接轴之间要留出的间隙。轴套的突瓣与接轴的凹槽以同以半径制,,0.015d1 成,但是为了轴套与接轴接触得更好,应采用不同的圆心。轴套的长度等于轧辊梅花 头长度的两倍,再加上轧辊梅花头上接轴梅花头端面的间隙。 通常轴套所用的材料是灰口铸铁,当应力很大时,轴套就应当有铸钢作成。接轴所 2用材料是强度极限为kg/mm的铸钢或锻钢 ,,50~60b 梅花接轴只按扭转应力计算,应力的最大值在梅花头的凹槽中,它等于: M (2-4) ,,max30.070d1 式中 ——梅花外径(mm) d1 M ——扭转力矩(N.m) 图2-8梅花轴套 梅花轴套的强度计算表明,当倾角很大时,符合不能分配在四个突瓣上,而只是由两个突瓣来承受,这时应力几乎增加了二倍。由于应力的这种不固定性,所以不推荐用梅花轴套作保险零件。必须指出,轧辊梅花头的端部,由于轴套倾斜时产生很大的接触应力,常常会发生剥落现象,如果轧辊是铸铁的则更严重。因此,最好将轴套的突瓣作得与轧辊和接轴的梅花头端部不相接触。 36 2.11 辅助机械设备 1(装料台架;2(加热炉推钢机;3(加热炉出钢机;4(辊道;5(分钢机与分钢导板;6(剪机;7(围盘装置;8(卷线(打捆机和 (收卷机。 压卷机;11 轧钢机控制系统的构成 所谓轧制过程自动化是指在轧制过程中采用自动化装置和电子计算机,使各种轧制过程变量,如轧制速度、张力、工作介质的流量、压力、温度等保持在所要求的给定值上,并合理地协调全部生产过程以实现自动操作的一种现代轧制技术。 轧制过程自动化所要解决的问题是提高和稳定产品质量,提高轧机等设备的使用效率,以便达到最经济地进行生产和经营的目的。此外还可在人力不能胜任的复杂过程中或者人不能靠近的场合中实现自动操作,尤其是可把人从繁重的体力劳动中解脱出来。 随着计算机自动控制技术的广泛应用及轧钢生产过程的不断发展,小型型钢轧制过程自动化的必要性表现在以下几个方面: ? 轧制生产过程日趋连续化。随着小型连轧工艺的完善,所轧制的坯料尺寸及重量加大,要求剪切热倍尺钢上冷床也要实现连续性,从而包括其他一些连续性生产过程在内,本身很难在较短的时间内完成各个连续性的生产环节,而计算机自动控制过程解决了这一难点,使连续化生产得以实现,从而大大提高了生产效率,提高了轧钢车间的机时产量,使得生产规模越来越大。 ? 轧制速度不断提高。轧制过程的连续化为轧制速度的提高创造了条件,机加工精度的提高也为连续高速度生产创造了条件。目前连轧小型型钢生产轧制速度达20m/s左右,大大超过了老式轧机的轧制速度,这样对轧件在线跟踪控制提出了更高要求,而计算机快速反应及高灵敏度的跟踪控制恰恰满足了这一点。 ? 能够减少误轧次数。在一般轧制情况下当出现误轧时,清除废品或检修维护设备要花费很多时间,造成经济损失。由于计算机控制系统能够按照事先编制好的程序迅速的进行规范严密的工作,可以避免或显著减少误轧次数,即使出现了误轧,计算机诊断系统也可以协助操作人员快速对误轧原因(包括生产工艺及设备故障)作出准确判断,及时解决存在问题。这些控制系统将大大提高轧机的作业率。 ? 可实现多品种范围内的尺寸变更。由于市场所需,小型型钢轧机必须适应小批量、多品种规格的需要,这样轧件尺寸要经常性的进行变更。就手动控制情况而言,需 37 要花费相当长的时间才能改变其给定值,计算机控制的系统,可通过调换轧制程序来实现这一变动,大大缩短更换品种所用时间,并且可满足多品种变化的需要。 ? 能对钢坯加热温度进行均匀控制。加热炉的燃烧计算机控制系统可以使钢坯的 ?以内。这样可控制整根轧件的温度,从而为建立最佳通条温度、表面上下温度差在50 连轧速度关系打下基础。 ? 能显著提高轧件的尺寸精度。在连轧小型型钢轧制中,采用计算机微张力控制系统,可保证整根轧件的一致性,从而大大提高产品的尺寸精度。 38 第三章 轧钢机与PLC的应用 3.1 整体框架 可编程控 传感器 制器 电机 控制系统框架 RQF S TFU 2FU4FU5FU31FU 76101121 KMKMKMKMKMKM FR4FR3FR2 333FR1 3 M4~~~ 电机M2电机M1电机YU1M2M1 电机M3 M3 主线)按下启动按钮,上下两扎辊电机(M1)启动运转,轧制方向为从右向左扎制。左 右侧辊道电机(M2和M3)启动,逆时针运转,向左输送。 (2)设备启动后,PLC检测有无等待的扎件,即S1是否有效。若无扎件则一直等待。 39 S1有效信号到来后,PLC通过某一路开出控制电磁铁动作,打开扎件挡板,让扎件进入扎机的右侧轨道。 (3)待扎件完全进入后(设需时4秒),释放电磁铁,关闭扎件挡板。 4)扎件在右侧辊道推动下进入轧辊下轧制,轧辊间有热金属探测仪给出正在轧制的( 信号,有S2仿真,高电平表示正在轧制。 (5)S2有高电平变为低电平表示扎件已经通过了轧辊。扎件通过轧辊后PLC控制两侧辊道停止,电磁液压阀Y2动作使左侧辊道翘起。 (6)1秒后启动左侧滚到向右输送。这是由安装在上轧辊上方的另一个这金属探测仪给出扎件通过的信号,由另一个手动开关S3仿线由高电平变为低电平表示扎件已经完全回到了轧辊右侧。PLC断开电磁阀Y2电源,并停止左侧辊道运转。 (8)1秒钟后左侧辊道放平,启动左右侧辊道电机向左输送,开始下一次轧制。 (9)重复(4)~(8)完成第二次轧制,并准备好第三次轧制。 (10)第三次轧制完成后,即热金属探测仪输出由高电平变为低电平后,左侧辊道继续向左输送3秒,把扎件送出扎机。结束该扎件的轧制工程。 (11)回到第二步但不需要4秒延时, (12)按下停止按钮结束工作。 3.3 I/O分配、接线)开关量输入 序号 点号 符号 意义 1 X0 K0 启动按钮 2 X1 K1 停止按钮 3 X2 S1 传感器S1 4 X3 S2 传感器S2 40 (2)开关量输出 序号 点号 符号 意义 1 Y0 M1 电动机M1 2 Y1 M2 电动机M2 3 Y2 M3F 电动机M3正转 4 Y3 M3R 电动机M3反转 5 Y4 Y2 电磁阀 6 Y5 Y1 指示灯 1、按图3.9.2进行实验台面板接线X23X25X27X2X0X10X4X6X12X14X26LNX16X24X22X20 FX1N-40MR Y12COMY0Y16Y1Y2Y4Y14Y6Y10Y1524+COM0COM1COM2Y3COM3Y7Y5Y11COM4Y13Y17COM5 DC24V DC0V COMYY2M2M3FM3RM1Y1 自动轧钢控制单元图 3.9.2 41 3.4 模拟图 3.5 流程图 42 开始 M1、M2、2.1技术要求 (1)按下启动按钮,上下两扎辊电机(M1)启动运转,轧制方向为从右向左扎制。否 扎件到来 等待 左右侧辊道电机(M2和M3)启动,逆时针运转,向左输 是 送。 (2)设备启动后,PLC检测 第一次轧制 有无等待的扎件,即S1是否有效。若无扎件则一直等待。S1有效信号到来后,PLC通 送到右边 过某一路开出控制电磁铁动作,打开扎件挡板,让扎件进入扎机的右侧轨道。 第二次轧制 (3)待扎件完全进入后(设需时4秒),释放电磁铁,关闭扎件挡板。 (4)扎件在右侧辊道推动下送到右边 进入轧辊下轧制,轧辊间有热金属探测仪给出正在轧制 第三次轧制 的信号,有S2仿真,高电平表示正在轧制。 (5)S2有高电平变为低电 送出 平表示扎件已经通过了轧辊。扎件通过轧辊后PLC控 结束 43 制两侧辊道停止,电磁液压 阀Y2动作使左侧辊道翘起。 (6)1秒后启动左侧滚到向 3.6 梯形图程序 44 3.7 轧钢机控制语句表 0 LD X000 12 LD X001 24 AND X003 36 SP K30 1 OR T1 13 OR Y002 25 ANI X001 37 2 OR M0 14 AND X003 26 AND M0 38 FNC 40 3 AND X003 15 ANI X002 27 AND M1 39 Y000 4 OUT M0 16 AND M0 28 OUT Y003 40 Y004 5 LD X000 17 OUT Y002 29 OUT Y004 41 45 试验结果及分析 本设计是利用两个传感器来检测外来信号的,从而实现对主电路的控制功能。利用传感器S1来检测传送带上有无钢板,若S1有信号(即开关为ON),表示有钢板,电机M3正转,信号指示灯MZ亮。S1的信号消失(即为OFF),检测传送带上钢板到位的传感器S2有信号(为ON),表示钢板到位,电磁阀动作,指示信号灯YU1亮,电机M3反转,指示信号灯MF亮。此时,Y给一向下压下量,S2信号消失,S1有信号,电机M3正转……如此重复上述过程。 其操作过程如下:启动按钮SD接通,M1、M2运行。S1为“ON”表示有钢板,M3正传;S1为“OF”,S2为“ON”。表示钢板到位,电磁阀YU1灯亮,电机M3反转; Y1给一向下压下量,S2信号消失,S1有信号,电机M3正转……重复步骤1;Q0.1第一次接通,A亮;Q0.1第二次接通,A,B亮;Q0.1第三次接通,A,B,C亮;然后在断开Q0.1时,YU1灯灭,A,B,C全灭。“M2”灯亮送走钢板。再次按下启动按钮SD,系统停止工作。 46 结 论 本文主要为轧钢机设计一套监控系统,实现轧钢机全程正常工作,满足带材类生产的需要。 根据此系统的要求,要达到现场的运行状况、运行数据都可以在中央控制室掌握,工程师可以在控制室通过人机界面来设置控制、启动和停止电动机,修改或调节控制系统参数,轧钢系统的故障信息或监控系统的故障信息可以在人机界面上反应出来,以用来提示用户。现场操作人员可以在现场实现每台电动机的启动、停止;调节每台电动机的速差,调节张力值、负荷分配值;电机会根据相应的设定值自动、快速的调节。 总结本文的主要工作有以下几点: 1)(根据轧钢机的运行特点,基于PLC轧钢控制系统采用主要由上机、下位机等组成。 2)(PLC系统能控制主轧机起、停和传送带的运行方向,同时能检测到各个电机的故障现象,减小了传统的继电一接触控制系统的中间环节,减小了硬件和控制线路,极大提高了系统的稳定性、可靠性,另外利用PLC内部的模块实现控制。 3)(组态软件作为用户定制功能的软件平台,利用其良好的人机界面和通信能力,在PC机上开发出友好的人机界面,下载后,使工作人员可以可以实现控制系统的参数设置、电机的启动和停止同时可实现系统的故障报警。 虽然本系统使基于PLC系统研制的,它可以应用于各个领域的生产线中去。由于时间和条件的关系,系统中还有很多的问题在这里没有一一详细列举出来,希望在以后的学习过程中,能够不断的深入。 47 谢辞 本论文的完成,得益于各位老师传授的知识,使本人有了完成论文所要求的知识积累,更得益于牛老师从选题的确定、论文资料的收集、论文框架的确定、开题报告准备及论文初稿与定稿中对字句的斟酌倾注的大量心血,在此对牛老师表示感谢~ 经过了将近三个月的毕业设计,使我对各种设计方法都有了一个比较全面而深刻的了解和掌握,能较好的完成了这次毕业设计,主要是得益于牛老师的认真指导和耐心教诲,使我学到了以前很多没有学到的东西。结合这三年所学的专业理论知识,使我无论是从PLC总体结构的设计,还是在PLC在轧钢机控制系统中,都学到了很多有用的知识,为今后走上工作岗位打下了良好的基础,是我人生经历中的一项宝贵的经验。 我还要感谢所有老师给予我帮助,感谢你们在这三年的学习中,一直的关心我、帮助我,使我收获了很多的知识和人生经验。其中在毕业设计的这一段时间里,牛老师不但时常督促我,还耐心的指导我,在此还有感谢王老师,您在工作繁忙的时候还帮助我们,谢谢您老师,谢谢您给予我的帮助~ 48 参考文献 1 常晓玲(电气控制系统与可编程控制器(北京:机械工业出版社,2006(10 2 田瑞庭(可编程序控制器应用技术[M](北京:机械工业出版社, 1994 3 王淑英(电气控制与PLC应用(—3版. 北京:机械工业出版社, 2005.1 4 邓则名,邝穗芳(电器与可编程控制器应用技术,M,.北京:机械工业出版社,1999 5 顾战松,陈铁年(可编程序控制器原理及应用(国防工业出版社, 1996 6 于庆广(可编程控制器原理及系统设计(北京清华大学出版社,2004 7 张万忠(可编程控制器应用技术(北京化学工业出版社, 2001.12 8 田瑞庭(可编程控制器应用技术(北京:机械工业出版社,1994 9 张万忠(可编程控制器应用技术(北京:化学工业出版社,2001.12 49

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