④跟蹤世界前沿,積極引進(jìn)和消化國外先進(jìn)技術(shù)。目前發(fā)達(dá)國家在線棒材的生產(chǎn)中,研究和開發(fā)了大量的先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備,并在生產(chǎn)中取得了良好的效益。為了使我國的線棒材生產(chǎn)能夠持續(xù)健康發(fā)展,必須對現(xiàn)有的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行消化和吸收,盡快國產(chǎn)化,增加我國線棒材的競爭力。如加強(qiáng)鋼質(zhì)的凈化,進(jìn)一步擴(kuò)大連鑄坯熱送熱裝比例,進(jìn)一步推動連鑄直接扎制的開發(fā)和運(yùn)用,依次降低線棒材的成本。要強(qiáng)化計(jì)算機(jī)控制和計(jì)算機(jī)管理技術(shù);要開發(fā)和應(yīng)用線棒材的組織和性能預(yù)報(bào)工作;密切注視國外先進(jìn)技術(shù)和裝備發(fā)展,要不斷創(chuàng)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(chǔ)，綜合了計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來的一種通用的工業(yè)自動控制裝置。它具有體積小、功能強(qiáng)、靈活通用與維護(hù)方便等一系列的優(yōu)點(diǎn)，特別是它的高可靠性和較強(qiáng)的適應(yīng)惡劣環(huán)境的能力，受到用戶的青睞。因而在冶金、化工、交通、電力等領(lǐng)域獲得了廣泛的應(yīng)用，成為了現(xiàn)代工業(yè)控制的三大支柱之一”2.1可編程控制器的發(fā)展歷史在可編程序控制器問世以來，工業(yè)控制領(lǐng)域中是繼電器控制占主導(dǎo)地位。這種由繼電器構(gòu)成的控制系統(tǒng)有著明顯的缺點(diǎn)，體積大、耗電多、可靠性差、壽命短、運(yùn)行速度不高，尤其是對生產(chǎn)工藝多變的系統(tǒng)適應(yīng)性更差，如果生產(chǎn)任務(wù)和工藝發(fā)生變化，就必須重新設(shè)計(jì)并改變硬件結(jié)構(gòu)造成了時(shí)間和資金的嚴(yán)重浪費(fèi)。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(shí)能不改動原有繼電器柜內(nèi)的接線以便降低生產(chǎn)成本，縮短新產(chǎn)品的開發(fā)周期，提出了研制新型邏輯順序控制裝置，并提出了該裝置的研制指標(biāo)要求，即十項(xiàng)招標(biāo)技術(shù)指標(biāo)。其主要內(nèi)容如下n(1)在使用者的工廠里，能以最短中斷服務(wù)時(shí)間，迅速方便地對其控制的硬件和設(shè)備進(jìn)行編程及重新進(jìn)行程序的設(shè)計(jì)。(2)所有系統(tǒng)單元必須能在工廠內(nèi)無特殊支持的設(shè)備、硬件及環(huán)境條件下運(yùn)行。(3)系統(tǒng)的維修必須簡單易行。在系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)計(jì)有狀態(tài)指示器及插入式模塊，以便最短的停車時(shí)間內(nèi)使維修和故障診斷變得簡單易行。(4)裝置的體積應(yīng)小于原有繼電器控制柜的體積，它的能耗也應(yīng)較少。(5)必須能與中央數(shù)據(jù)收集處理系統(tǒng)進(jìn)行通信，以便監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行狀念和運(yùn)行情況。(6)輸入開關(guān)量可以是已有的標(biāo)準(zhǔn)控制系統(tǒng)的按鈕和限位開關(guān)的交流15V電壓信號。(7)輸出的驅(qū)動信號必須能驅(qū)動以交流運(yùn)行的電動機(jī)起動器和電磁閥線圈，每個(gè)輸出量將設(shè)計(jì)為可開停和連續(xù)操縱具有115V、2A以下容量的電磁閥等負(fù)載設(shè)備。(8)具有靈活的擴(kuò)展能力。在擴(kuò)展時(shí)，必須能以系統(tǒng)最小的變動及最短的更換和停機(jī)時(shí)間，使原有裝置從系統(tǒng)的最小配置擴(kuò)展到系統(tǒng)的最大配置。(9)在購買和安裝費(fèi)用上，應(yīng)有與原有繼電輯控制系統(tǒng)的競爭力，即有高的性能價(jià)格比。(10)用戶存儲器容量至少在4KB以上。(根據(jù)當(dāng)時(shí)的汽車裝配過程的要求提出)從上述十項(xiàng)指標(biāo)可以看出，它實(shí)際上就是當(dāng)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(diǎn)(1)用計(jì)算機(jī)代替繼電器控制盤。(2)用程序代替硬件接線。(3)輸入輸出電平可與外部裝置直接連接。(4)結(jié)構(gòu)易于擴(kuò)展。美國的數(shù)字設(shè)備公司(DEC)CP標(biāo)，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(fā)展與計(jì)算機(jī)技術(shù)、半導(dǎo)體集成技術(shù)、控制技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等高新技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)。這些高新技術(shù)的發(fā)展推動了可編程序控制器的發(fā)展而可編程序控制器的發(fā)展又對這些高新技術(shù)提出了更高更新的要求，促進(jìn)了它們的發(fā)展。從控制功能束分，可編程序控制器的發(fā)展經(jīng)歷了下列四個(gè)階段。第一階段，從第一臺可編程序控制器問世到20世紀(jì)70年代中期，是可編程序控制器的初創(chuàng)階段。這一階段的產(chǎn)品主要用于邏輯運(yùn)算和計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)運(yùn)算，它的CPU由中小規(guī)模的數(shù)字集成電路組成，它的控制功能較簡單，典型產(chǎn)品有MODICON公司的084ALLEN—BRADLEY(AB)公司的PDQ2、DEC的PDP，14、同立公司的SCY--022等。由于這些產(chǎn)品主要完成邏輯運(yùn)算功能，因此被稱為可編程序邏輯控制器(ProgrammableLogicController--PLC)。第二階段，從20世紀(jì)70年代中期到末期，是可編程序控制器的擴(kuò)展階段，在這一階段，產(chǎn)品的主要控制功能得到了較大的發(fā)展，它的發(fā)展主要來自兩方面，從可編程序控制器發(fā)展而來的控制器，它的主要功能是邏輯運(yùn)算，同時(shí)擴(kuò)展了其他運(yùn)算功能而從模擬儀表發(fā)展而來的控制器，其功能主要是模擬運(yùn)算，同時(shí)擴(kuò)展了邏輯運(yùn)算功能。因此，按習(xí)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?？删幊绦蚩刂破鞯拿Q縮PC(ProgrammableController)，但是為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)(PersonalComputer)的名稱縮寫PC相區(qū)別，通常還是把可編程序控制器簡稱為PLC，這一階段的產(chǎn)品有MODICON公司的184、284、384西門予公司的SomaticS3系列，富士電機(jī)公司的SC系列等產(chǎn)品第三階段，從20世紀(jì)70年代末期到20世紀(jì)80年代中期，是PLC通信功能實(shí)現(xiàn)階段。與計(jì)算機(jī)通信的發(fā)展相聯(lián)系，PLC也在通信方面有了很大的發(fā)展，初步形成了分布2式的通信網(wǎng)絡(luò)體系，但是，由于制造企業(yè)各自為政，通信系統(tǒng)自成系統(tǒng)，因此，各產(chǎn)品的互相通信是較困難的。在該階段，由于生產(chǎn)過程控制的需要，對PLC的需求大大增加，產(chǎn)品的功能也得到了發(fā)展，數(shù)學(xué)運(yùn)算的功能得到了較大的擴(kuò)充，產(chǎn)品的可靠性進(jìn)一步提高。這一階段的產(chǎn)品有西門子公司的SYMATICS6系列、富士電機(jī)公司的MICREX和德州儀器公司的T1530等等。第四階段，從20世紀(jì)80年代中期開始是PLC的開放階段。由于開放系統(tǒng)的提出，使PLC也得到了較大的發(fā)展。主要表現(xiàn)在通信系統(tǒng)的開放，使各制造企業(yè)的產(chǎn)品可以通信，通信協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化使用戶得到了好處。在這一階段，產(chǎn)品的規(guī)模增大，功能不斷完善，大中型的產(chǎn)品多數(shù)有CRT屏幕的顯示功能，產(chǎn)品的擴(kuò)展也因通信功能的改善而變得方便，此外，還采用了標(biāo)準(zhǔn)的軟件系統(tǒng)，增加了高級編程語占等。這一階段的產(chǎn)品有西門子公司的SYMA7ICS5和s7系列、AB公司的PLC一5等。2.2PLC的特點(diǎn)PLC能如此迅速發(fā)展的原因是由于它具有通用計(jì)算機(jī)所不及的一些下列特點(diǎn)?？煽啃詫梢跃S修的產(chǎn)品，可靠性包括產(chǎn)品的有效性和可維修性，PLC的可靠性高表現(xiàn)在下列幾方面，與繼電器邏輯控制系統(tǒng)比較，PLC可靠性提高的主要原因：①PLC不需要大量的活動部件和電子元器件，它的接線也大大減少。與此同時(shí)，系統(tǒng)的維修簡單、維修時(shí)間縮短，因此可靠性得到提高。②PLC采用了一系列可靠性設(shè)計(jì)的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，例如冗余設(shè)計(jì)、掉電保護(hù)、故障滲斷和信息保護(hù)及恢復(fù)等，使可靠性得到提高。③PLC有較強(qiáng)的易操作性，它具有編程簡單、操作方便、維修容易等特點(diǎn)，因此對操作和維修人員的技能要求降低，容易學(xué)習(xí)和掌握，不容易發(fā)生操作的失誤，可靠性高。2.3PLC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(tǒng)發(fā)展而來的，它的梯形圖程序與繼電器系統(tǒng)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(jì)算機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)的“軟繼電器”,與繼電器系統(tǒng)中的物理結(jié)構(gòu)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(tài),即運(yùn)行(RUN)狀態(tài)與停止(STOP)狀態(tài)。在運(yùn)行狀態(tài),可編程控制器通過執(zhí)行反映控制要求的用戶程序來實(shí)現(xiàn)控制功能。為了使可編程序控制器的輸出及時(shí)地響應(yīng)隨時(shí)可能變化的輸入信號,用戶程序不是只執(zhí)行一次,而是反復(fù)不斷地重復(fù)執(zhí)行,直至可編程序控制器停機(jī)或切換到STOP工作狀態(tài)。除了執(zhí)行用戶程序之外,在每次循環(huán)過程中,可編程序控制器還要完成,內(nèi)部處理、通信處理等工作,一次循環(huán)可分為5個(gè)階段(見左上圖)?？删幊绦蚩刂破鞯倪@種周而復(fù)始的循環(huán)工作方式稱為掃描工作方式。由于計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的速度極高，從外部輸入-輸出關(guān)系來看處理過程似乎是同時(shí)完成的。在內(nèi)部處理聯(lián)合階段?？删幊绦蚩刂破鳈z查CPU模塊內(nèi)部的硬件是否正常,將監(jiān)控定時(shí)器復(fù)位,以及完成一些別的內(nèi)部工作。在通信服務(wù)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(yīng)編程器鍵入的命令,更新編程器的顯示內(nèi)容。當(dāng)可編程序控制器處于停止(STOP)狀態(tài)時(shí),只執(zhí)行以上的操作?？删幊绦蚩刂破魈幱?RUN)狀態(tài)時(shí),還要完成另外3個(gè)階段的操作（見右圖），圖中僅畫出了與用戶程序執(zhí)行過程有關(guān)的3個(gè)階段。2.3.2掃描周期可編程序控制器在RUN工作狀態(tài)時(shí)，執(zhí)行一次上圖所示的掃描操作所需的時(shí)間稱為掃描周期，其典型值為1～100ms。指令執(zhí)行所需的時(shí)間與用戶程序的長短、指令的種類和CPU執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系。當(dāng)用戶程序較長時(shí)，指執(zhí)行時(shí)間在掃描周期中占相當(dāng)大的比例。不過嚴(yán)格地來說掃描周期還包括自診斷、通信等。如下圖所示。圖2.3.2PLC的掃描運(yùn)行方式2.4PLC的體系結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)上是一種被專用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī),其硬件結(jié)構(gòu)和微機(jī)是基本一致的。圖2.4-1西門子PLC它的硬件結(jié)構(gòu)與一般微機(jī)控制系統(tǒng)相似,甚至與之無異?？删幊绦蚩刂破髦饕蒀PU(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2.4-2PLC硬件的基本結(jié)構(gòu)1.CPU模塊CPU模塊又叫中央處理單元或控制器,它主要由微機(jī)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:輸入處理：將現(xiàn)場的開關(guān)量輸入信號和數(shù)據(jù)分別讀入輸入映像寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。程序執(zhí)行：逐條讀入和解釋用戶程序，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號去控制有關(guān)的電路，完成數(shù)據(jù)的存取、傳送和處理工作，并根據(jù)運(yùn)算結(jié)果更新各有關(guān)寄存器的內(nèi)容。輸出處理：將輸出映像寄存器的內(nèi)容送給輸出模塊，去控制外部負(fù)載。2.I/O模塊I/O模塊是系統(tǒng)的眼、耳、手、腳，是聯(lián)系外部現(xiàn)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(guān)、數(shù)字開關(guān)、限位開關(guān)、接收開關(guān)、關(guān)電開關(guān)、壓力繼電器等來的開關(guān)量輸入信號，另一類是由電位器、熱電偶、測速發(fā)電機(jī)、各種變送器提供的連續(xù)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(diào)節(jié)閥、調(diào)速裝置等執(zhí)行器，可編程序控制器控制的另一類外部負(fù)載是指示燈、數(shù)字顯示裝置和報(bào)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(zhuǎn)換與噪聲隔離的作用。編程器編程器除了用來輸入和編輯程序外，還可以用來監(jiān)視可編程序控制器運(yùn)行時(shí)梯形圖中各種編程元件的工作狀態(tài)。編程器可以永久地連續(xù)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(yùn)行。一般只在程序輸入、調(diào)試階段和檢修時(shí)使用，一臺編程器可供多臺可編程序控制器公用。開關(guān)量I/O模塊開關(guān)量模塊的輸入輸出信號僅有接通和斷開兩種狀態(tài)。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0～70V高電壓為70～256V，頻率47～63HZ。各I/O點(diǎn)的通/斷狀態(tài)用發(fā)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(guān)量I/O模塊可能4，8，16，32，64點(diǎn)。圖2.4-3直流輸入電路輸入電路中設(shè)有RC濾波電路，以防止由于輸入點(diǎn)抖動或外部干擾脈沖引起的錯(cuò)誤的輸入信號。濾波電路延遲時(shí)間的典型值10～20ms信號上升沿，和20～50ms，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(nèi)部電路和外部接線圖。本節(jié)的輸入電路和輸出電路都只畫出了一，COM是各路的公共點(diǎn)。圖中的輸入觸點(diǎn)直接接在公共點(diǎn)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(guān)、光電開關(guān)之類的傳感器提供24V電源。外接觸點(diǎn)接通時(shí)，光電耦合器中的發(fā)光二極管發(fā)光，光敏三極管導(dǎo)通，信號經(jīng)內(nèi)部電路傳送給CPU模塊。光電耦合器中有兩個(gè)反并聯(lián)的發(fā)光二極管，顯示用的兩個(gè)發(fā)光二極管也是反并聯(lián)的，因此這個(gè)電路可以接收外部的交流輸入電壓。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(yīng)管（驅(qū)動直流負(fù)載）、雙向可控硅（驅(qū)動內(nèi)交流負(fù)載）和小型繼電器，后者可以驅(qū)動交流負(fù)載或直流負(fù)載。輸出電流的典型值為0.5～2A，負(fù)載電源由外部現(xiàn)場提供。輸出電流的額定值與負(fù)載的性質(zhì)有關(guān)但是只能驅(qū)動100VA/22V的電感性負(fù)載和100W的白熾燈。額定負(fù)載電流還與溫度有關(guān)，溫度升高時(shí)額定負(fù)載電流減小，有的可編程序控制器提供了有關(guān)曲線。輸出模塊內(nèi)可能設(shè)置有熔斷器并在模塊面板上用發(fā)光二極管顯示熔斷器的狀態(tài)。某些新式的模塊用非破壞性的電子保護(hù)電路代替熔斷器。2.5PLC控制程序設(shè)計(jì)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(nèi)存對指令存儲，具備邏輯、順序、計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)、算術(shù)運(yùn)算、數(shù)據(jù)比較、數(shù)據(jù)傳送等功能。工作原理是：采用循環(huán)掃描方式，對輸入信號（來自按鈕、傳感器和行程開關(guān)等輸入部件）不斷地進(jìn)行采樣，根據(jù)檢測到的信號狀態(tài)，通過根據(jù)控制系統(tǒng)的要求設(shè)計(jì)和存儲的程序隨即作出反應(yīng)，并將這些反應(yīng)以輸出信號的形式，由輸出部件輸出，輸出信號控制系統(tǒng)的外部負(fù)載，如繼電器、電動機(jī)、指示燈和報(bào)警器等，產(chǎn)生相應(yīng)的動作。通過以上過程完成對軋鋼系統(tǒng)的控制。2.5.1PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本原則最大限度的滿足被控對象的控制要求。在滿足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡單、經(jīng)濟(jì)、使用和維護(hù)方便。保證控制系統(tǒng)安全可靠?？紤]到生產(chǎn)的發(fā)展和工藝的改進(jìn)在選擇PLC容量時(shí)應(yīng)適當(dāng)留有余量。2.5.2PLC提供的編程語言標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)：A.它是一種圖形語言，沿用傳統(tǒng)控制圖中的繼電器觸點(diǎn)、線圈、串聯(lián)等術(shù)語和一些圖形符號構(gòu)成，左右的豎線稱為左右母線。B.梯形圖中接點(diǎn)（觸點(diǎn)）只有常開和常閉，接點(diǎn)可以是PLC輸入點(diǎn)接的開關(guān)也可以是PLC內(nèi)部繼電器的接點(diǎn)或內(nèi)部寄存器、計(jì)數(shù)器等的狀態(tài)。C.梯形圖中的接點(diǎn)可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。內(nèi)部繼電器、計(jì)數(shù)器、寄存器等均不能直接控制外部負(fù)載，只能做中間結(jié)果供CPU內(nèi)部使用。D.PLC是按循環(huán)掃描事件，沿梯形圖先后順序執(zhí)行，在同一掃描周期中的結(jié)果留在輸出狀態(tài)暫存器中所以輸出點(diǎn)的值在用戶程序中可以當(dāng)條件使用。語句表語言，類似于匯編語言。邏輯功能圖語言，沿用半導(dǎo)體邏輯框圖來表達(dá)，一般一個(gè)運(yùn)算，框表示一個(gè)功能，左邊畫輸入、右邊畫輸出。

第三章軋鋼棒材生產(chǎn)線冷床控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)部分3.1硬件組成及控制要求3.1.1主電路（軟件設(shè)計(jì)可略去）3.1.2軋鋼生產(chǎn)冷床對控制信號的響應(yīng)要求冷床控制的方式分為手動控制與自動控制。手動狀態(tài)又有步進(jìn)與連續(xù)。手動步進(jìn)狀態(tài)時(shí)則有步進(jìn)按鈕，每按一次，冷床移動一步，手動連續(xù)狀態(tài)時(shí)冷床則一直運(yùn)轉(zhuǎn)。自動狀態(tài)時(shí)，等鋼完全從跑槽掉到冷床靜齒上，制動器開始動作即放松，然后離合器才動作即合，使主電機(jī)帶動冷床動齒運(yùn)轉(zhuǎn)，由安裝在主傳動軸上的接近開關(guān)通過PLC來停止離合器即離，離合器停止后制動器開始停止即制動，從而動齒運(yùn)行一周，鋼材往前移動一步。冷床動齒在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)跑槽拔出無法執(zhí)行，必需等到冷床動齒完全停止后才能拔出，使鋼能正好掉到齒槽中間。3.1.3電氣組成步進(jìn)式冷床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：⑴冷床傳動布置結(jié)構(gòu)步進(jìn)式冷床主要由上料裝置、冷床本體、矯直裝置等幾部分組成。常見的步進(jìn)式冷床采用動齒條組與靜齒條組結(jié)構(gòu)，靜齒條組靜止固定在支座上，起著在動齒條組運(yùn)動到低位時(shí)承載軋件的任務(wù)。動齒條組隨著偏心輪的轉(zhuǎn)動而循環(huán)升降步進(jìn)，將軋件從靜齒條組上步進(jìn)式向前移動。偏心輪的轉(zhuǎn)動靠電動機(jī)通過長軸帶動蝸桿蝸輪減速器轉(zhuǎn)動實(shí)現(xiàn)，該步進(jìn)式冷床在偏心輪傳動軸上必須配置平衡擺，以平衡動齒條組的重量。這種步進(jìn)式冷床由于需要幾套蝸桿蝸輪減速器，且需長軸傳動，因此工程造價(jià)高，零配件加工制造要求高，安裝調(diào)試難度大。因此，本冷床設(shè)計(jì)采用的是一種新型步進(jìn)式冷床結(jié)構(gòu)，如圖所示，只需一個(gè)圓柱齒輪減速器，不分動齒條、靜齒條，兩組齒條都要交錯(cuò)運(yùn)動，無須平衡擺，由兩組齒條相互平衡，且?guī)ё詣映C直功能。冷床偏心輪、曲柄擺裝置等需要潤滑的部位采用集中間歇供油潤滑。圖3.1.3-1冷床傳動布置結(jié)構(gòu)⑵上料裝置如下圖所示，上料裝置采用懸臂圓錐形輥道，棒材軸向制動后靠自身重力滾到固定齒板上由冷床上的齒條組和齒條組交替運(yùn)動將軋件步進(jìn)式移動。圖3.1.3-2上料裝置⑶冷床升降結(jié)構(gòu)如下圖所示，在冷床主傳動軸上配置了三套齒條組與齒條組偏心輪升降連桿裝置，冷床本體為步進(jìn)式，分別由兩組都要動的齒條組成可移動的床身，冷床有十八套曲柄擺裝置。齒條組與齒條組均由曲柄擺上的滾輪支撐，曲柄擺懸掛在銷軸上，隨著連桿的前后移動，曲柄擺也作前后擺動，從而帶著齒條組與齒條組交錯(cuò)升降。齒條升降連桿與曲柄擺采用絞接裝置，以保證連桿的前后移動和曲柄擺的前后擺動都能靈活自如。升降連桿采用螺桿與螺紋套連接，以方便安裝時(shí)的位置和尺寸調(diào)整，同時(shí)在維修時(shí)也便于拆裝零件。圖3.1.3-3齒條升降曲柄擺裝置⑷冷床進(jìn)退結(jié)構(gòu)如下圖所示，在冷床主傳動軸上同時(shí)配置了四套齒條組偏心輪進(jìn)退連桿裝置，在齒條組上升過程中，進(jìn)退連桿裝置在偏心輪作用下將齒條組前后移動，從而實(shí)現(xiàn)齒條組將軋件步進(jìn)式向前移動。⑸冷床矯直結(jié)構(gòu)如下圖所示，在冷床齒條組與齒條組交錯(cuò)升降過程中，由于兩組齒條齒形不同，在將軋件交錯(cuò)交接過程中，齒條對軋件有滾動擠壓作用，而軋件在高溫狀態(tài)下剛性不大，因而齒條對軋件有矯直作用，在冷床步進(jìn)過程中實(shí)現(xiàn)將軋件自動矯直。圖3.1.3-4冷床矯直結(jié)構(gòu)3.2PLC輸入、輸出的安排

表3.2.輸入輸出端口地址分配表SB1I0.0電源開KI3I1.1檢測離合器是否放松SA1I0.1手動步進(jìn)SQ1I1.2限位開關(guān)1SA2I0.2手動連續(xù)KM1Q0.1制動器（制動）SA3I0.3自動狀態(tài)KM2Q0.2離合器松（動齒動）KSI0.4檢測動齒動否信號KM3Q0.3降跑槽擋板KI1I0.5檢測靜齒上是否有棒材KM4Q0.4電動機(jī)KI2I1.0檢測制動器是否放松3.2.1輸入設(shè)備的確定根據(jù)冷床生產(chǎn)控制要求，冷床控制方式有三種，手動步進(jìn)、手動連續(xù)以及自動狀態(tài)。因?yàn)槲覀冞x擇旋轉(zhuǎn)開關(guān)SA作為選擇控制按鈕。在冷床系統(tǒng)工作（主電機(jī)動作）之前，應(yīng)先確定動齒停止運(yùn)動以及靜齒上沒有棒材。檢測動齒是否運(yùn)動利用速度檢測計(jì)KS，當(dāng)檢測到的速度是0r/min說明動齒停動；檢測靜齒上是否有棒材是利用有無棒材兩種情況下壓力不同，轉(zhuǎn)換成的電流不同而設(shè)置的；制動器與離合器的狀態(tài)的檢測也是利用關(guān)緊狀態(tài)時(shí)候與非關(guān)緊狀態(tài)時(shí)候外部電路電流的不同而判別的。在手動步進(jìn)狀態(tài)時(shí)還應(yīng)考慮到單步運(yùn)行的狀況，當(dāng)齒條升降連桿到達(dá)限位開關(guān)SQ1時(shí)候，停止運(yùn)動即完成單步的動作。電源開關(guān)（開通、關(guān)斷電源功能）、旋轉(zhuǎn)開關(guān)（選擇手動步進(jìn)、手動連續(xù)和自動狀態(tài)三種狀態(tài)功能）、動齒動否信號檢測設(shè)備（以速度檢測繼電器來檢測）、靜齒上棒材檢測設(shè)備（根據(jù)靜齒承受的壓力而設(shè)置的檢測設(shè)備）、制動器制動狀態(tài)、離合器狀態(tài)檢測設(shè)備（以卡緊狀態(tài)與感應(yīng)電流大小聯(lián)系區(qū)別檢測）、限位開關(guān)（在手動步進(jìn)時(shí)候確定滾板是否到達(dá)，滾輪是否需要停止動，即單步運(yùn)行）。3.2.2輸出設(shè)備的確定根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我們設(shè)置了四個(gè)輸出和一個(gè)定時(shí)器，分別是離合器動作繼電器KM2、制動器動作繼電器KM1、跑槽動作繼電器KM3和電動機(jī)動作繼電器KM4以及3秒上電延時(shí)定時(shí)器T37。分別由相應(yīng)的輸入檢測設(shè)備檢測并控制輸出繼電器上電掉電動作。離合器合上電設(shè)備（控制離合器的離與合）、制動器松下電設(shè)備（控制制動器制動與松開）、降跑槽擋板設(shè)備（控制跑槽擋板的下拉功能），電動機(jī)（控制電機(jī)上電掉電）。3.2.3PLC機(jī)型的選擇S7-200有5種CPU模塊，CPU的電源規(guī)范見圖3.2.3-1，各CPU模塊的技術(shù)指標(biāo)見圖3.2.3-2。CPU的用戶存儲使用EEPROM，后備電池可使用200天，布爾量運(yùn)算執(zhí)行時(shí)間為0.22us/指令，內(nèi)部標(biāo)志位（M）、順序控制繼電器各有256點(diǎn)，計(jì)數(shù)器和定時(shí)器各有256點(diǎn)；有兩點(diǎn)定時(shí)中斷，最大時(shí)間間隔為255ms；有4點(diǎn)外部硬件輸入中斷。圖3.2.3-1CPU電源規(guī)范圖3.2.3-2S7-200CNCPU技術(shù)規(guī)范CPU選擇：PLC容量的選擇除滿足控制要求外，還應(yīng)留有適當(dāng)?shù)脑Ａ?，以做備用。根?jù)經(jīng)驗(yàn)，在選擇存儲容量時(shí)，一般按實(shí)際要求的10%~25%考慮裕量。對于開關(guān)控制系統(tǒng)，存儲字?jǐn)?shù)為開關(guān)量I/O*8。系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要九輸入四輸出，考慮裕量選擇十四輸入十輸出的CPU224CN。電源模塊的選擇：（1）對電源的處理電源模塊的選擇一般只需考慮輸出電流，電源模塊的額定輸出電流必須大于機(jī)器模塊，I/O模塊等消耗電流的總和。選定的電源模塊的輸出功率必須大于CPU模塊，所有I/O模塊，各種智能模塊等總消耗功率之和，并預(yù)留30%的余量。（2）安裝布線的注意事項(xiàng)電源往往是干擾進(jìn)入PLC的主要途徑。PLC系統(tǒng)的電源主要有兩類：外部電源和內(nèi)部電源。外部電源用來驅(qū)動PLC輸出設(shè)備（負(fù)載）和提供輸入信號，又稱用戶電源。同一臺PLC的外部電源可能有多種。外部電源的容量與性能由輸出負(fù)載和PLC的輸入電路決定。圖3.2.3-3PLC硬件接線圖電磁閥電源CPU模塊控制器電源按鈕限位開關(guān)選擇開關(guān)輸入磨塊可編程控制器輸出模塊編程裝置電磁閥電源CPU模塊控制器電源按鈕限位開關(guān)選擇開關(guān)輸入磨塊可編程控制器輸出模塊編程裝置圖3.2.3-4PLC控制系統(tǒng)示意圖由于PLC的I/O電路都具有濾波，隔離等功能，所以外部電源對PLC性能影響不大。因此，對外部電源的要求不高。內(nèi)部電源是PLC的工作電源，既PLC內(nèi)部電路的工作電源。它的性能好壞直接影響到PLC的可靠性。因此，為了保證PLC的正常工作，對內(nèi)部電源有較高的要求。一般PLC的內(nèi)部電源采用開關(guān)式穩(wěn)壓電源或一次側(cè)帶低通濾波器的穩(wěn)壓電源。在干擾較強(qiáng)或可靠性要求較高的場合，應(yīng)該用帶屏蔽層的隔離變壓器，對PLC系統(tǒng)供電。還可以在隔離變壓器二次側(cè)串聯(lián)LC濾波電路。同時(shí)，在安裝時(shí)因注意以下問題：動力部分，PLC以及I/O電源應(yīng)分別配線。隔離變壓器與PLC和I/O電源之間最好采用雙絞線，以控制串模干擾。系統(tǒng)的動力線應(yīng)該足夠粗，以降低大容量設(shè)備啟動時(shí)引起的線路壓降。PLC輸入電路用外接直流電源時(shí)，最好采用穩(wěn)壓電源，以保證正確的輸入信號，否則可能會使PLC接收到錯(cuò)誤的信號。I/O線與動力線及其他控制線應(yīng)分開走線，并保持一定距離，盡量不要在同一線槽中布線。

第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分4.1系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)圖系統(tǒng)開始工作時(shí)，啟動冷床控制系統(tǒng)。首先系統(tǒng)程序進(jìn)行初始化，檢查動齒是否轉(zhuǎn)動以及靜齒上是否有棒材。確定沒有后，則棒材擋板降下并且定時(shí)三秒鐘，當(dāng)時(shí)間到達(dá)，升起擋板。在冷床工作方式選擇上有三種分別是手動步進(jìn)手動連續(xù)和自動狀態(tài)。以手動步進(jìn)為例來說明流程圖功能。選擇開關(guān)打到手動步進(jìn)后，進(jìn)入手動步進(jìn)工作方式。制動器開始松開，退出制動狀態(tài)并保持松弛。而后制動器檢測開關(guān)檢測制動器是否完全處于松開狀態(tài)，如果是，則松開離合器。再進(jìn)行離合器離合狀態(tài)檢測，若是完全松開了離合器，則電動機(jī)上電開始動作帶動冷床動齒運(yùn)動。限位開關(guān)檢測滾輪滑塊是否到達(dá)，若是到達(dá)則立刻合上離合器斷開冷床的動力。檢測并且確定離合器完全關(guān)上時(shí)，則開始制動制動器。使電機(jī)停止轉(zhuǎn)動，制動冷床。當(dāng)冷床上有棒材并且再次按下手動步進(jìn)按鈕時(shí)，冷床系統(tǒng)開始重復(fù)剛才的步進(jìn)運(yùn)動。如果靜齒上面沒有棒材，則降下棒材擋板進(jìn)行新一輪的棒材下料工作并等待下一次的工作。圖4.1系統(tǒng)流程圖4.2順序功能圖圖4.2系統(tǒng)控制順序功能圖4.3PLC程序當(dāng)PLC上電時(shí)或者檢測到靜齒上沒有棒材且動齒不動時(shí)，M0.0變?yōu)榛顒硬讲⑶易员３帧Ｔ陟o齒上沒有棒材以及動齒不動的條件下，按下電源開關(guān)，則M0.1變?yōu)榛顒硬讲⑶易员３?，M0.0變成不活動步。同時(shí)擋板控制繼電器得電，降下棒材擋板，并且進(jìn)行降擋板計(jì)時(shí)。當(dāng)擋板降下的時(shí)間超過定時(shí)器所設(shè)定的時(shí)間時(shí)，M1.2變成活動步并且自保持，M0.1變?yōu)椴换顒硬?。這時(shí)冷床可以開始進(jìn)行工作方式的選取并接著進(jìn)行相應(yīng)的工作。當(dāng)工作方式旋轉(zhuǎn)按鈕選擇的是手動步進(jìn)時(shí)，M0.2變成活動步并且自保持，M1.2變?yōu)椴换顒硬?。同時(shí)執(zhí)行松開制動器并保持制動器松開的動作。確認(rèn)制動器完全松開后，步M0.5變?yōu)榛顒硬讲⑶易员３郑組0.2變?yōu)椴换顒硬?。同時(shí)執(zhí)行松開離合器并保持松開狀態(tài)的動作。確認(rèn)離合器完全松開后，步M1.3變?yōu)榛顒硬讲⒆员３?，步M0.5變?yōu)椴换顒硬健Ｍ瑫r(shí)執(zhí)行電動機(jī)上電動作。使冷床動齒運(yùn)動。單步運(yùn)行狀態(tài)下，當(dāng)滾板到達(dá)限位位置時(shí)，冷床完成一步運(yùn)行。故而應(yīng)使動齒停止運(yùn)行。步M0.6變?yōu)榛顒硬讲⒆员３?，步M1.3變?yōu)椴换顒硬健Ｍ瑫r(shí)執(zhí)行離合器掉電，扎緊離合器的動作。當(dāng)離合器完全扎緊后，步M1.4變?yōu)榛顒硬讲⒆员３?，步M0.6變?yōu)椴换顒硬?。同時(shí)執(zhí)行扎緊制動器的動作使動齒停止運(yùn)動。在運(yùn)動狀態(tài)選擇時(shí)候若是將狀態(tài)選擇旋鈕調(diào)到手動連續(xù)，則步M0.3變?yōu)榛顒硬讲⒆员３?，步M1.2變?yōu)椴换顒硬健Ｍ瑫r(shí)執(zhí)行松開制動器且保持松開狀態(tài)的動作。確認(rèn)制動器完全松開后，步M0.7變?yōu)榛顒硬讲⑶易员３郑組0.3變?yōu)椴换顒硬健Ｍ瑫r(shí)執(zhí)行松開離合器并保持松開狀態(tài)的動作。在運(yùn)動狀態(tài)選擇時(shí)候若是將狀態(tài)選擇旋鈕調(diào)到自動狀態(tài)時(shí)，則步M0.4變?yōu)榛顒硬讲⒆员３郑組1.2變?yōu)椴换顒硬?。同時(shí)執(zhí)行松開制動器且保持松開狀態(tài)的動作。確認(rèn)制動器完全松開后，步M1.0變?yōu)榛顒硬讲⑶易员３?，步M0.4變?yōu)椴换顒硬健Ｍ瑫r(shí)執(zhí)行松開離合器并保持松開狀態(tài)的動作。在手動連續(xù)或者自動狀態(tài)下，當(dāng)離合器完全松開時(shí)候，步M1.5變?yōu)榛顒硬讲⒆员３?，步M0.7和步M1.0變?yōu)椴换顒硬健Ｍ瑫r(shí)執(zhí)行電動機(jī)上電冷床動齒運(yùn)動的動作。當(dāng)冷床靜齒上面沒有棒材時(shí)，步M1.1變?yōu)榛顒硬讲⒆员３?，步M1.5變?yōu)椴换顒硬?。同時(shí)執(zhí)行扎緊離合器的動作。當(dāng)離合器扎緊時(shí)，步M1.6變?yōu)榛顒硬讲⒆员３郑琈1.1變?yōu)椴换顒硬?。同時(shí)執(zhí)行扎緊制動器的動作。

第五章結(jié)論此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們從大學(xué)畢業(yè)生走向未來重要的一步。從最初的選題，開題到完成設(shè)計(jì)。其間，查找資料，老師指導(dǎo)，與同學(xué)交流，反復(fù)修改，每一個(gè)過程都是對自己能力的一次檢驗(yàn)和充實(shí)。本系統(tǒng)主要以可編程控制器PLC的控制功能，實(shí)現(xiàn)了利用可編程控制器對軋鋼系統(tǒng)的自動控制的功能，具有接線簡單、編程直觀、擴(kuò)展容易等特點(diǎn)。當(dāng)軋鋼生產(chǎn)線的功能增加時(shí)，只需增加相應(yīng)程序以及輸出的功能，要改動的地方也較少，在適應(yīng)性、靈活性、精確性和可靠性方面，都達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，表明該設(shè)計(jì)方案是可行的。通過這次實(shí)踐，我了解了PLC的用途及工作原理，熟悉了PLC的應(yīng)用，鍛煉了實(shí)踐能力，培養(yǎng)了自己獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對我專業(yè)知識的一次實(shí)際檢驗(yàn)和鞏固，同時(shí)也是走向工作崗位前的一次熱身。但是畢業(yè)設(shè)計(jì)也暴露出自己專業(yè)基礎(chǔ)的很多不足之處。比如缺乏綜合應(yīng)用專業(yè)知識的能力，對材料的不了解等等。這次實(shí)踐是對自己大學(xué)四年所學(xué)的一次大檢閱，使我明白自己知識還很淺薄，雖然馬上要畢業(yè)了，但是自己的求學(xué)之路還很長，以后更應(yīng)該在工作中學(xué)習(xí)，努力使自己成為一個(gè)對社會有所貢獻(xiàn)的人。

致謝本論文的完成，得益于各位老師傳授的知識，使本人有了完成論文所要求的知識積累，更得益于張文漢老師從選題