基于PLC的自控轧钢机监控系统设计.doc

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基于PLC的自控轧钢机监控系统设计

摘要

文章阐述了可编程控制器PLC在自控轧钢机监控系统中的应用，介绍了轧钢机的PLC控制系统的总体设计方案及设计过程，列出了具体的主要硬件电路，电梯的控制梯形图，在分析处理随机信号逻辑关系的基础上，指出了PLC的编程方法。

本次所做的设计课题是基于PLC的自控轧钢机监控系统，它在钢铁生产过程中十分重要，主要采用S7-200系列机型进行程序设计，利用组态王软件对自动轧钢机进行画面组态，基于PLC自控轧钢机监控系统这个课题对现在的工业发展必不可少，不仅提高效率，而且能加快现在工业的快速发展。

关键词：

轧钢机，PLC，组态

DESIGNOFCONTROLLEDROLLINGMILLCONTROLSYSTEMBASEDONPLC

ABSTRACT

Recognizedastheworld'sfirstPLCistheUnitedStatesin1969DigitalEquipmentCorporation（DEC）developed.Atpresent,PLChasbeenwidelyusedinvariousindustriesathomeandabroad,withtherapiddevelopmentofmodernindustry,PLCinthefactoryhasbeenveryimportant,notonlytoimproveefficiencyandreduceunnecessaryinvestment.ThesubjectismadetothedesignofthecontrolledrollingmillbasedonPLCcontrolsystem,itisveryimportantinthesteelproductionprocess,mainlyS7-200seriesmodelsforprogramdesign,thesoftwareautomaticallywithConfigurationscreenrollingmachinegroupstate,basedonPLCcontrolledrollingmillcontrolsystemthesubjectofthepresentindustrialdevelopmentisessential,notonlyefficiencybutalsocanspeedupthecurrentrapiddevelopmentofindustry.

Keywords:

Rollingmill，PLC，Configuration

目　录

前　言 1

第1章绪论 2

1.1课题研究的背景及意义 2

1.1.1课题研究的背景 2

1.1.2课题研究来源 3

1.1.3课题研究的意义 3

1.2课题主要研究的内容 3

第2章PLC的基本结构及原理 4

2.1PLC的基本结构 4

2.1.1PLC的硬件结构 4

2.1.2PLC的软件结构 7

2.2工作原理 7

2.3西门子S7-200系列PLC 9

2.3.1S7-200PLC特性 9

2.3.2S7-200主要功能模块介绍 10

2.3.3S7-200PLC工作原理 11

第3章系统设计 12

3.1硬件设计 12

3.1.1控制系统I/O地址分配 12

3.1.2电气控制系统原理图 12

3.2软件设计 14

第4章轧钢机监控系统设计 17

4.1画面的开发方法 17

4.1.1监控画面的开发方法 17

4.1.2组态软件 17

4.2监控画面的设计 18

4.2.1组态工程的建立 18

4.2.2创建组态画面 21

4.2.3定义IO设备 23

4.2.4构建数据库 27

4.2.5建立动画连接 29

4.2.6运行调试 32

第5章软硬件调试 33

谢辞 36

参考文献 37

外文资料翻译 38

36

前　言

监控系统应用比较广泛，它可以是煤矿为防止瓦斯爆炸而建立的瓦斯报警监控系统；也可以是库房、重要建筑物为防止火灾而建立的火灾报警监控系统；也可以是工厂生产过程中的监控系统等等。

各种监控系统所用的传感器、传输方式或许不同，但它们的工作原理是相似的：

一般都是信息采集，信息传输，信息处理，信息反馈等几大功能。

在现代工业领域中PLC得到广泛应用，本次所做的设计课题是基于PLC的自控轧钢机监控系统，它在钢铁生产过程中十分重要，主要采用S7-200系列机型进行程序设计，利用组态王软件对自动轧钢机进行画面组态，课题设计控制要求（按启动开关，电机M1.M2运行，Y1给出向下的轧压量。

当传送带上面有钢板时，S1传感器为ON。

则电机M3正转，钢板轧过后，S1信号消失为OFF，检测传送带上面钢板到位的传感器S2有信号为ON,表示钢板到位，电磁阀2动作，电机M3反转，将钢板推回，Y1第二次给出比Y1第一次给出更大的轧压量，S2信号消失，S1有信号电机M3正转。

当S1的信号消失，仍重复上述动作，完成二次轧压。

当第三次轧压完成后，S2有信号，则停机。

可以重新启动）。

组态王开发监控系统软件是新型的工业自动控制系统正以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统，它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。

通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。

其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。

尤其考虑三方面问题：

画面、数据、动画。

通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。

组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。

而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。

它还具有丰富的设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。

第1章绪论

1.1课题研究的背景及意义

1.1.1课题研究的背景

轧钢机的正常运行是安全生产追求的重要目标，所以监控设备的设计调试技术的高低是保证轧钢系统正常运转的主要因素。

因此，保证监控系统设备设计调试质量对轧钢系统运转正常减少故障的发生率具有非常重要的意义根据我国现阶段的实际情况对轧钢系统的运行安全又提出了更高的要求。

另外，面对信息技术特别是计算机网络技术的飞速发张，我国监控系统正在由站控向线控和面控式的调度集中控制方式转型。

因此，如何适应新发展的新形势，利用现代新技术，建立以预防为主的保障轧钢系统设备安全的计算机辅助设计调试及故障诊断系统是研究解决的重大课题。

为了保持轧钢系统处于良好的工作状态，我国及外国许多的企事业实施了多种维护制度。

主要包括年修、大修、厂修、假修等定期维修，以及不定期维修和日常维修等。

这些制度的严格执行，为轧钢系统的安全奠定了基础。

但是，总体而言，这些维修制度均具有超前或事后维修的特点，缺乏基于设备状态维修的预测性和设备维修的经济性。

因此，面对液压设备对安全要求越来越高的形势，由超前或事后维修向基于状态维修，已经成为维修制度改革的方向。

状态修的重要手段是采用先进的设计调试及检测诊断设备和方法，建立安装调试及故障检测计算机支持系统。

目前，我国基于PLC轧钢机监控系统已经不同程度得到了推广应用，设计调试及故障诊断计算机支持系统还处于研究开发阶段。

由于轧钢系统本身结构的复杂性，尤其是控制系统的复杂性，以及受设备使用和环境等因素的影响，实际造成设计调试的出现故障的原因是很复杂的，具有明显的随机性、不确定性、和模糊性。

现场分析、判断和现场处理故障，往往需要依赖维修人员对设备安装调试及故障的机理的把握程度和经验。

这就难免由于经验不足而导致失误，造成设备调试过程中经常出现各种问题。

延误安装调试和维修时间。

因此，研究安装调试及故障诊断专家系统具有实际意义的。

1.1.2课题研究来源

本课题来自于洛阳理工学院电气工程与自动化07级毕业设计，通过设计使我们大学时期所学专业课程得到充分融合，以使我们用所学知识应用到实际工作中去，为步入社会做好最后的准备。

1.1.3课题研究的意义

监控系统是整个轧钢设备的动力源，监控系统的设计调试的优劣直接导致系统运行的稳定性，严重的会造成重大事故；为了降低事故率保证生产安全，研究科学的设计调试及故障诊断技术是符合实际生产需要的。

对于监控系统由于其自身的复杂程度，需要技术人员不但有良好的关于PLC及组态王方面的深厚学习而且要求具有丰富的经验，这样才有解决好故障的条件，然而实际情况并非如此。

因此安装调试及故障诊断专家系统从技术角度和经济角度讲具有一定创新性和经济效益。

1.2课题主要研究的内容

1．以可编程控制器为基础，利用组态王软件对其所应用的程序进行模拟画面显示。

2．软件实现方法的研究。

用PLC程序开发实现了设计、调试、等功能。

第2章PLC的基本结构及原理

可编程控制器的结构多种多样，但其组成的一般原理基本相同，都是以微处理器为核心的结构，其功能的实现不仅基于硬件的作用，更要靠软件的支持，实际上可编程控制器就是一种新型的工业控制计算机。

2.1PLC的基本结构

2.1.1PLC的硬件结构

微处理器（CPU）——控制器的核心

存储器（RAM、ROM）

输入、输出部件（I/O部件）——连接现场设备与CPU之间的接口电路

电源部件——为PLC内部电路提供能源

整体结构的PLC——四部分装在同一机壳内

模块式结构的PLC——各部件独立封装，称为模块，通过机架和总线连接而成

I/O的能力可按用户的需要进行扩展和组合（扩展机）

另外，还必须有编程器——将用户程序写进规定的存储器内

图2-1plc的硬件结构

1.中央控制处理单元（CPU）

可编程控制器中常用的CPU主要采用通用微处理器、单片机和双极型位片式微处理器三种类型。

通用微处理器有8080、8086、80286、80386等；单片机有8031、8096等；位片式微处理器的AM2900、AM2903等。

FX2可编程控制器使用的微处理器是16位的8096单片机。

2.存储器

可编程控制器配有两种存储器：

系统存储器和用户存储器。

系统存储器：

存放系统管理程序，用只读存储器实现。

用户存储器：

存放用户编制的控制程序，一般用RAM实现或固化到只读存储器中。

3.输入输出接口

作用：

连接用户输入输出设备和PLC控制器，将各输入信号转换成PLC标准电平供PLC处理，再将处理好的输出信号转换成用户设备所要求的信号驱动外部负载。

对输入输出接口的要求：

良好的抗干扰能力；对各类输入输出信号（开关量、模拟量、直流量、交流量）的匹配能力。

PLC输入输出接口的类型：

模拟量输入输出接口、开关量输入输出接口（直流、交流及交直流）。

用户应根据输入输出信号的类型选择合适的输入输出接口。

①开关量输入接口电路

各种输入接口均采取了抗干扰措施。

如带有光耦合器隔离使PLC与外部输入信号进行隔离；并设有RC滤波器，用以消除输入触点的抖动和外部噪声干扰。

通常有三种类型：

直流（12∽24）V输入、交流（100∽120）V输入与交流（200∽240