PLC推鋼機控制系統(tǒng)設(shè)計

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1江 陰 職 業(yè) 技 術(shù) 學 院畢業(yè)設(shè)計說明書課 題： PLC 推鋼機控制系統(tǒng)設(shè)計 子課題: 同課題學生姓名: 專 業(yè) 機 電 一 體 化 學 生 姓 名 趙 曉 波 班 組 09 機 電 2 班 學 號 09020504 指 導 教 師 益 文 娟 完 成 日 期 2011 年 12 月 15 號2目錄摘要······························································Ⅲ前言 ······························································Ⅳ第一章推鋼機的簡介 ················································11.1 推鋼機的種類················································11.2 推鋼機結(jié)構(gòu)特點及工作原理····································11.3 設(shè)計中應注意的幾點事項······································21.3.1 推力的計算·············································21.3.2 齒輪的選擇·············································21.3.3 推桿的結(jié)構(gòu)·············································31.3.4 推鋼速度···············································331.3.5 推鋼機行程·············································31.4 推鋼機未來發(fā)展趨勢··········································3第二章 電機電氣控制、啟動方式和線路保護····························42.1 電氣控制圖··················································42.2 異步電動機降壓啟動線路·····································112.2.1 定子電路串電阻降壓啟動····································································122.2.2 串自耦變壓器降壓啟動控制線路··························122.2.3 自耦變壓器降壓起動控制電路·······························132.3 停車····················································142.4 線路保護環(huán)節(jié)···············································142.4.1 短路保護··············································1442.4.2 過載保護··············································142.4.3 欠壓和失壓保護········································15第三章 液壓系統(tǒng)···················································163.1 什么是液壓系統(tǒng)·············································163.2 液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)···········································163.3 液壓系統(tǒng)對液壓油的基本要求·······························163.4 液壓系統(tǒng)的保養(yǎng)··········································16第四章 PLC 及現(xiàn)場總線··············································184.1 PLC 基本概念···············································184.2 PLC 的定義··················································184.3 PLC 的分5類··················································184.3.1 小型PLC···············································184.3.2 中型 PLC ··············································184.3.3 大型 PLC ··············································184.4 PLC 硬件組成················································184.4.1 CPU 運算和控制中心起 “心臟“作用·························184.4.2 存儲器················································184.4.3 輸入/輸出接口·········································184.4.4 編程器················································184.5 PLC 的基本工作原理·········································184.6 PLC 的特點···································6··············194.6.1 PLC 的主要特點········································194.6.2 PLC 的功能·············································194.7 PROFIBUS···················································204.8 推鋼機的自動控制···········································20參考文獻·························································22致謝·····························································237摘要推鋼機是冶金軋鋼生產(chǎn)線上將鋼坯推進加熱爐內(nèi)進行加熱的專用設(shè)備，它充分使用了液壓油缸和液壓系統(tǒng)的出力大，體積小操作方便的優(yōu)點。充分使用了液壓油缸和液壓系統(tǒng)的出力大，體積小操作方便的優(yōu)點。使推料工序得到減化，同時也降低了設(shè)備成本。推鋼機以先進的自動化控制設(shè)備和計算機技術(shù)的應用，冷軋不銹鋼帶、硅鋼帶、精密合金鋼帶、稀有合金帶、高精度極薄冷軋?zhí)妓劁搸У雀鞣N高精度高品質(zhì)產(chǎn)品的出產(chǎn)，大大地促進了軋鋼生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益和競爭能力，有力地提升了我國軋鋼生產(chǎn)企業(yè)的形象。推鋼機解決了在高溫、高粉塵下工作油缸的密封、主機導向部位的密封及磨損問題，從根本上解決了液壓系統(tǒng)維護難、壽命短的問題。完全替代了以前的人工作業(yè)，實現(xiàn)了多個推爪同步機械自動化操作，提高了生產(chǎn)的小時作業(yè)率.推鋼機是軋鋼車間上料區(qū)主要設(shè)備之一，其作用是將加熱爐前輥道上的鋼坯或爐前上料臺架上的鋼坯推入加熱爐進行二次加熱過程。本設(shè)計選用了機械式推鋼機，在推鋼機結(jié)構(gòu)設(shè)計上主要采用了齒輪齒條的結(jié)構(gòu)形式。該機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單，整體尺寸適中，傳動效率高，維修方便，造價較低的優(yōu)點。在本設(shè)計中主要對推鋼機進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計和 PLC 控制設(shè)計，并著重對 PLC 控制系統(tǒng)做了詳細的分析設(shè)計。關(guān)鍵詞： PLC；PLC 通信；總線；電機的星角啟動8前言我國鋼鐵工業(yè)近年來發(fā)展很快，鋼產(chǎn)量己連續(xù)多年突破億噸大關(guān)，鋼鐵產(chǎn)品質(zhì)量也得到了很大的提高，特別是在軋鋼生產(chǎn)方面。各種高精度軋鋼機械設(shè)備的引進和投產(chǎn)，先進的自動化控制設(shè)備和計算機技術(shù)的應用，冷軋不銹鋼帶、硅鋼帶、精密合金鋼帶、稀有合金帶、高精度極薄冷軋?zhí)妓劁搸У雀鞣N高精度高品質(zhì)產(chǎn)品的出產(chǎn)，大大地促進了軋鋼生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟效益和競爭能力，有力地提升了我國軋鋼生產(chǎn)企業(yè)的形象。但是由于科學技術(shù)的飛速發(fā)展，新的設(shè)備和新的技術(shù)以驚人的速度不停地改進和更新，產(chǎn)品的技術(shù)含量越來越高，對產(chǎn)品生產(chǎn)機械設(shè)備和操作技術(shù)的要求也越來越高。因而及時掌握新型軋鋼機械設(shè)備的性能，熟練掌握新的操作技術(shù)，全面應用先進的自動化控制技術(shù)和計算機軋制技術(shù)，是當前軋鋼生產(chǎn)企業(yè)進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低軋鋼生產(chǎn)成本、增強軋鋼生產(chǎn)企業(yè)的市場競爭能力的關(guān)鍵所在。本設(shè)計包括了 PLC 控制系統(tǒng)及推鋼機的設(shè)計，并重點針對 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計。具體包括 ：自動化控制簡介，推鋼機的分類、結(jié)構(gòu)和 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計，電動機的選用和啟動控制方式。電動機的選定標準是滿足推鋼機總的功率要求，轉(zhuǎn)速適中，并且應具有頻繁快速啟動和反轉(zhuǎn)能力以帶動推鋼機推桿做往復運動?？刂瓶偩€選擇了 PROFIBUS，其應用了 IEC 標準的物理層，從而可以在爆炸危險的區(qū)域內(nèi)連接本質(zhì)安全型通過總線饋電的現(xiàn)場儀表。編程工具我們選擇了西門子的 S7—200，它結(jié)構(gòu)緊湊、擴展性能良好、指令功能強大、價格低廉成為當代各種小型控制工程的理想控制器。電機的啟動方式選擇了星—角降壓啟動，因為這種方式能降低啟動時的電壓，限制啟動電流，所以特別適用容量較大的電動機。電機控制電路選擇的是時間繼電器自動控制星—角降壓啟動控制路線，時間繼電器 KT 做控制電動機 Y 形降壓啟動時間和完成星—角自動切換。第一章 推鋼機的簡介1.1 推鋼機的種類推鋼機主要用于爐前坯料，通過推鋼機輸出動力，逐步向爐內(nèi)推移，進行加熱處理。推鋼機的種類很多，常見的有齒輪齒條式、絲杠螺母式、曲柄連桿式、液壓9式等，還有的推鋼機把齒輪齒條傳動和液壓傳動相結(jié)合，形成了液壓齒條式。它們各自有自身的特點，在不同的加熱爐上發(fā)揮著各自的作用。齒輪齒條式推鋼機通過齒輪齒條的嚙合傳動把電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變?yōu)辇X條的直線運動，帶動推桿進行推鋼工作。其工作可靠，傳動效率高，推力和行程大，但設(shè)備自身重量大。目前齒輪齒條式推鋼機應用比較廣泛。絲杠螺母式和曲柄連桿式工作效率低，行程和推力較小，一般用于小型加熱爐，新上加熱爐一般很少采用。液壓式推鋼機由液壓缸直接推動推桿工作，結(jié)構(gòu)簡單，推力大， 自重輕，速度、行程易控制，但行程不宜太大，且液壓系統(tǒng)制作、維護較困難。根據(jù)鋼車間使用的經(jīng)驗，推力在0.2MN以上時，一般采用齒條式推鋼機較適宜。因為齒條式推鋼機傳動效率高，使用可靠，這是螺旋式推鋼機無法比擬的。1.2推鋼機結(jié)構(gòu)特點及工作原理推鋼機的結(jié)構(gòu)特點：機械型推鋼機由電機、減速機及機械傳動部分、殼體等組成，其主要特點是推行平穩(wěn)，推力大，可推進雙排坯料。液壓型推鋼機由液壓油缸、液壓泵站、平衡推桿及底座等組成。液壓推鋼機的特點是：結(jié)構(gòu)簡單、推力大、造價低，也可推進雙排坯料。機械式（齒輪齒條）推鋼機制作成本及復雜程度遠遠高于液壓推鋼機，并且體積龐大笨重，噪音大，隨機控制性能差；機械推鋼機維護要比液壓推鋼機麻煩，一但出現(xiàn)故障必須停機待修；維護工作量及維護成本遠遠高于液壓推鋼機。液壓推鋼機在推力上遠遠高于機械式推鋼機：同樣功率的情況下兩者的推鋼能力要差好多倍，如果同樣推動 250 噸鋼坯，液壓推鋼機只需要 55 千瓦的驅(qū)動功率即可滿足要求，但機械推鋼機要達到 200 千瓦以上的驅(qū)動功率才能正常工作。101.3 設(shè)計中應注意的幾點事項1.3.1推力的計算 推力、推速、行程是推鋼機的主要技術(shù)參數(shù)，尤其是最大推力。推力計算的正確與否關(guān)系著推鋼機的經(jīng)濟性和使用壽命。推力計算公式為： （1-1）1;FGgfK?式中：G為鋼坯質(zhì)量，單位是kg；g為重力加速度，一般來說 ；29.8/ms為考慮到加熱爐軌道不平，受熱變形等因素的影響系數(shù)， =1.1～1.3。1K 1Kf為滑動摩擦系數(shù)，f=0.2～1；摩擦系數(shù)的大小對推力產(chǎn)生直接的影響，而摩擦系數(shù)的大小主要取決于鋼坯溫度，鋼坯溫度對摩擦系數(shù)的影響為：常溫時，f=0.2；300°C時，f=0.3； 400°C一500°C時， f=0.4—0.5； 600°C一800°C時，f=0.6—0.8；大于800°C時，f=0.8-1.0?？梢?，鋼坯溫度越高，摩擦系數(shù)愈大。一般來說，加熱爐分為預熱段、加熱段和均熱段，各段溫度不盡相同，應根據(jù)每段溫度、鋼坯質(zhì)量計算出各段所需推力，最后相加。對于有些加熱爐來說，爐底是傾斜的，這時還應考慮到鋼坯重力的分力對推力的影響。1.3.2齒輪選擇 推鋼機屬于低速重載，繁忙使用，齒輪齒條屬于重點零件。要通過計算，選擇合理的模數(shù)和材質(zhì)，進行合理的熱處理，結(jié)構(gòu)設(shè)計要優(yōu)化，避免出現(xiàn)膠合、點蝕，甚至斷齒等現(xiàn)象。1.3.3推桿結(jié)構(gòu)推桿工作中會受到齒條推力、鋼板阻力、壓輪壓力等復雜力系的作用，強度、剛度要高，結(jié)構(gòu)要可靠，一般采用箱型梁鋼板焊接結(jié)構(gòu)。1.3.4 推鋼速度 一般來說，影響推鋼機生產(chǎn)率的主要因素是推桿返回時的空載時間。為了提高生產(chǎn)率，推鋼機的返回速度可以取得比推速大，一般返回速度比推速大 50%至數(shù)倍。實際使用表明，返回速度比推速大一倍左右比較合適。有的推鋼機設(shè)有慢速推鋼電動機和快速返回電動機，用以調(diào)節(jié)速度。采用液壓推鋼機，可以方便地調(diào)節(jié)推鋼速11度。1.3.5 推鋼機行程 推鋼機行程一般為 1.5-5.5M,這取決與所推爐料的尺寸及爐臺寬度。用吊車上料時，行程應大于每次填料總寬度，并大于輥道的寬度；用輥道上料時，除了考慮大于輥道寬度外，還應根據(jù)檢修要求（要求推頭能退到輥道外側(cè)）所需長度來定 1.4 推剛機未來發(fā)展趨勢熱軋 、冷軋板帶軋機生產(chǎn)線上，設(shè)計中用戶選用推鋼機主要有兩種形式： 液壓推鋼機：設(shè)備簡單，重量輕，使用穩(wěn)定，噪音小，設(shè)備定型后可以通過改變液壓系統(tǒng)壓力改變推力機械推鋼機：主要是利用齒輪齒條產(chǎn)生推力，設(shè)備重量大，噪音大，當推力很大時設(shè)備重量相應增加很大，而且能耗大，但是維護很簡單。大推力的推鋼機造價較高。機械、液壓推鋼機，相比較而言，無論是使用效果還是經(jīng)濟方面液壓推鋼機都優(yōu)于機械推鋼機：1,機械式（齒輪齒條）推鋼機制作成本及復雜程度遠遠高于液壓推機，并且體積龐大笨重，噪音大，隨機控制性能差；2,機械推鋼機維護要比液壓推鋼機麻煩，一但出現(xiàn)故障必須停機待修；3,維護工作量及維護成本遠遠高于液壓推鋼機。4，液壓推鋼機在推力上遠遠高于機械式推鋼機：同樣功率的情況下兩者的推鋼能力要差好多倍，例如：推動 250 噸鋼坯，液壓推鋼機只需要 55 千瓦的驅(qū)動功率即可滿足要求，但機械推鋼機要達到 200 千瓦以上的驅(qū)動功率才能正常工作。從生產(chǎn)成本上遠遠低于機械推鋼機，液壓推鋼機如果設(shè)計成雙驅(qū)動系統(tǒng)時可以在不停機的情況下對需要維修的系統(tǒng)在線維修，機械推鋼機這方面就無能為力了！液壓推鋼機是未來的發(fā)展趨勢，體積小、造價低、維護保養(yǎng)方便、推力大等很多有點綜上可以得出：推鋼機的未來發(fā)展趨勢是向著體積更小、造價更低、維修更方便的液壓方向發(fā)展：12第二章 電機電氣控制、啟動方式和線路保護2.1 電氣控制圖異步電動機因其結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、可靠性高等優(yōu)點被廣泛應用.但在起動過程中起動電流較大,所以容量大的電動機必須采取一定的方式起動,星—三角形換接起動就是一種簡單方便的降壓起動方式采用星三角起動方式時，電流特性很好，而轉(zhuǎn)矩特性較差，所以客觀存在只適用于無載或者輕載起動的場合。換句話說，由于起動轉(zhuǎn)矩小，星三角起動的優(yōu)點還是很顯著的，因為基于這個起動原理的星三角起動器，同任何別的減壓起動器相比較，其結(jié)構(gòu)最簡單，價格也最便宜。除此之外，星三角起動方式還有一個優(yōu)點，即當負載較輕時，可以讓電動機在星形接法下運行。此時，額定轉(zhuǎn)矩與負載可以匹配，這樣能使電動機的效率有所提高，并因之節(jié)約了電力消耗。這一線路的設(shè)計思想仍是按時間原則控制起動過程。所不同的是，凡是正常運行時定子繞組接成三角形的鼠籠式異步電動機，均可采用這種線路。13（推鋼機控制原理圖 2）推鋼機控制原理圖(1、2)原理：在啟動時將電動機定子繞組接成星形，每相繞組承受的電壓為電源的相電壓（220V） ，減小了起動電流對電網(wǎng)的影響。而在其起動后期則按預先整定的時間換接成三角形接法，每相繞組承受的電壓為電源的線電壓（380V） ，電動機進入正常運行。14推鋼機控制原理圖（3）推鋼機控制原理圖(3)原理：電動機轉(zhuǎn)動，給液壓油加壓，使其有壓力油輸出，加熱器是給液壓油加熱的，轉(zhuǎn)換器把交流 220 伏轉(zhuǎn)換成直流 24 伏，為 PLC 提供電源。15推鋼機控制原理圖（4）16推鋼機控制原理圖(5)說明：帶時間繼電器星角啟動該線路由三個接觸器、1 個熱繼電器、1 個時間繼電器和 2 個按鈕組成。時間繼電器 KT 做控制電動機 Y 形降壓啟動時間和完成 Y—角自動切換用推鋼機控制原理圖(6)17推鋼機控制原理圖(7)點動控制電路：點動，即按下按鈕是電動機轉(zhuǎn)動工作，手松開按鈕時電動機停轉(zhuǎn)。18油缸示意圖推鋼機控制原理圖(8)：1#缸中 I1.1 進油時 I1.0 出油，液壓缸推出，而當 I1.0 進油時，I1.1 出油，液壓缸縮回，I1.2 是限位開關(guān)。19推鋼機工作流程示意圖2.2 異步電動機降壓起動線路鼠籠式異步電動機采用全壓直接起動時，控制線路簡單，維修工作量較少。但是，并不是所有異步電動機在任何情況下都可以采用全壓起動。這是因為異步電動機的全壓起動電流一般可達額定電流的 4-7 倍。過大的起動電流會降低電動機壽命，致使變壓器二次電壓大幅度下降，減少電動機本身的起動轉(zhuǎn)矩，甚至使電動機根本無法起動，還要影響同一供電網(wǎng)路中其它設(shè)備的正常工作。如何判斷一臺電動機能否全壓起動呢?一般規(guī)定，電動機容量在 10kW 以下者，可直接起動。10kW 以上的異步電動機是否允許直接起動，要根據(jù)電動機容量和電源變壓器容量的比值來確定。對于給定容量的電動機，一般用下面的經(jīng)驗公式來估計。Iq/Ie≤3/4+電源變壓器容量（kVA）/[4×電動機容量（kVA）]式中 Iq—電動機全電壓起動電流（A）;Ie—電動機額定電流（A） 。若計算結(jié)果滿足上述經(jīng)驗公式，一般可以全壓起動，否則不予全壓起動,應考慮采用降壓起動。有時，為了限制和減少起動轉(zhuǎn)矩對機械設(shè)備的沖擊作用，允許全壓起動的電動機，也多采用降壓起動方式。鼠籠式異步電動機降壓起動的方法有以下幾種：定子電路串電阻（或電抗）降20壓起動、自耦變壓器降壓起動、Y-△降壓起動、△-△降壓起動等.使用這些方法都是為了限制起動電流,（一般降低電壓后的起動電流為電動機額定電流的 2-3 倍） ，減小供電干線的電壓降落，保障各個用戶的電氣設(shè)備正常運行。2.2.1 定子電路串電阻降壓啟動在電動機啟動時，在三相定子電路中串接電阻，使電動機定子繞組電壓降低，啟動結(jié)束后再將電阻切除，使電動機在額定電壓下正常運行。正常運行時定子繞組接成 Y 型的籠型異步電動機，可采用這種方法啟動。圖 2.10 是這種啟動方式的電路圖。工作原理：合上隔離開關(guān) QS，按下按鈕 SB2，KM1 線圈得電自保，其常開主觸頭閉合，電動機串電阻啟動，KT 線圈得電；當電機的轉(zhuǎn)速接近正常轉(zhuǎn)速時，到達 KT的整定時間，其常開延時觸頭閉合，KM2 線圈得電自保，KM2 的常開主觸頭 KM2 閉合將 R 短接，電機全壓運轉(zhuǎn)。降壓啟動用電阻一般采用 ZX1、ZX2 系列鑄鐵電阻，其阻值小、功率大，可允許通過較大的電流。兩圖不同之處在于：a) 圖中 KM2 得電，電機正常全壓運轉(zhuǎn)，KT 及 KM1 線圈仍然有電，這是不必要的。b) 圖的控制電路利用 KM2 動斷觸頭切斷了 KT 及 KM1 線圈的電路，克服上述缺點。電路工作原理如下：首先合上電源開關(guān) QS 。 212.2.2 Y- △降壓起動控制電路這種方式的原理是：起動時把繞組接成星形連接，起動完畢后再自動換接成三角形接法而正常運行。凡是正常運行時定子繞組接成三角形的籠型異步電動機，均可采用這種降壓啟動方法（該方法也僅適用于這種接法的電動機） 。圖 2.11a)是用兩個接觸器和一個時間繼電器自動完成 Y—Δ 轉(zhuǎn)換的起動控制電路 。由圖可知，按下 SB2 后，接觸器 KM1 得電并自鎖，同時 KT、KM3 也得電，KM1、KM3 主觸頭同時閉合，電機以星形接法起動。當電機轉(zhuǎn)速接近正常轉(zhuǎn)速時，到達通電延時型時間繼電器 KT 的整定時間，其延時動斷觸頭斷開，KM3 線圈斷電，延時動合觸頭閉合，KM2 線圈得電，同時 KT 線圈也失電。這時，KM1、KM2 主觸頭處于閉合狀態(tài)，電動機繞組轉(zhuǎn)換為三角形連接，電機全壓運行。圖中把 KM2、KM3 的動斷觸頭串聯(lián)到對方線圈電路中，構(gòu)成“互鎖”電路，避免 KM2 與 KM3 同時閉合，引起電源短路。在電機 Y—Δ 起動過程中，繞組的自動切換由時間繼電器 KT 延時動作來控制。這種控制方式稱為按時間原則控制，它在機床自動控制中得到廣泛應用。KT 延時的長短應根據(jù)起動過程所需時間來整定。22圖 2.11b)是用一個復合按鈕、一個接觸器和一個時間繼電器完成 Y—Δ 轉(zhuǎn)換的電路2.2.3 自耦變壓器降壓起動控制電路正常運行時定子繞組接成 Y 型的籠型異步電動機，還可用自耦變壓器降壓啟動。電動機啟動時，定子繞組加上自耦變壓器的二次電壓，一旦啟動完成就切除自耦變壓器，定子繞組加上額定電壓正常運行。自耦變壓器二次繞組有多個抽頭，能輸出多種電源電壓，啟動時能產(chǎn)生多種轉(zhuǎn)矩，一般比Ｙ—Δ 啟動時的啟動轉(zhuǎn)矩大得多。自耦變壓器雖然價格較貴，而且不允許頻繁啟動，但仍是三相籠型異步電動機常用的一種降壓啟動裝置。圖為一種三相籠型異步電動機自耦變壓器降壓啟動控制電路。其工作過程是：合上隔離開關(guān) QS，按下 SB2，KM1 線圈得電，自耦變壓器作Ｙ連接，同時 KM2 得電自保，電動機降壓啟動，KT 線圈得電自保；當電機的轉(zhuǎn)速接近正常工作轉(zhuǎn)速時，到達 KT 的整定時間，KT 的常閉延時觸點先打開，KM1、KM2 先后失電，自耦變壓器Ｔ被切除，KT 的常開延時觸點后閉合，在 KM1 的常閉輔助觸點復位的前提下，KM3 得電自保，電機全壓運轉(zhuǎn)。電路中 KM1、KM3 的常閉輔助觸點的作用是：防止 KM1、KM2、KM3 同時得電使自耦變壓器Ｔ的繞組電流過大，從而導致其損壞。2.3 停車按 SB1 輔助電路斷電 各接觸器釋放｀ 電動機斷電停車線路在 KM2 與 KM3 之間設(shè)有輔助觸點聯(lián)鎖，防止它們同時動作造成短路;此外，線路轉(zhuǎn)入三角接運行后，KM3 的常閉觸點分斷，切除時間繼電器 KT、接觸器 KM2,避免 KT、KM2 線圈長時間運行而空耗電能，并延長其壽命。三相鼠籠式異步電動機采用 Y—△降壓起動的優(yōu)點在于：定子繞組星形接法時，起動電壓為直接采用三角形接法時的 1/3，起動電流為三角形接法時的 1/3，因而起動電流特性好，線路較簡單，投資少。其缺點是起動轉(zhuǎn)矩也相應下降為三角形接法的 1/3，轉(zhuǎn)矩特性差。所以該線路適用于輕載或空載起動的場合。另外應注意，Y—△聯(lián)接時要注意其旋轉(zhuǎn)方向的一致性。232.4 線路保護環(huán)節(jié)2.4.1 短路保護短路時通過熔斷器 FU 的熔體熔斷切開主電路。2.4.2 過載保護通過熱繼電器 FR 實現(xiàn)。由于熱繼電器的熱慣性比較大，即使熱元件上流過幾倍額定電流的電流，熱繼電器也不會立即動作。因此在電動機起動時間不太長的情況下，熱繼電器經(jīng)得起電動機起動電流的沖擊而不會動作。只有在電動機長期過載下FR 才動作，斷開控制電路，接觸器 KM 失電，切斷電動機主電路，電動機停轉(zhuǎn)，實現(xiàn)過載保護。2.4.3 欠壓和失壓保護當電動機正在運行時，如果電源電壓由于某種原因消失，那么在電源電壓恢復時，電動機就將自行起動，這就可能造成生產(chǎn)設(shè)備的損壞，甚至造成人身事故。對電網(wǎng)來說，同時有許多電動機及其他用電設(shè)備自行起動也會引起不允許的過電流及瞬間網(wǎng)絡(luò)電壓下降。為了防止電壓恢復時電動機自行起動的保護叫失壓保護或零壓保護。當電動機正常運轉(zhuǎn)時，電源電壓過分地降低將引起一些電器釋放，造成控制線路不正常工作，可能產(chǎn)生事故;電源電壓過分地降低也會引起電動機轉(zhuǎn)速下降甚至停轉(zhuǎn)。因此需要在電源電壓降到一定允許值以下時將電源切斷，這就是欠電壓保護。欠壓和失壓保護是通過接觸器 KM 的自鎖觸點來實現(xiàn)的。在電動機正常運行中，由于某種原因使電網(wǎng)電壓消失或降低，當電壓低于接觸器線圈的釋放電壓時，接觸器釋放，自鎖觸點斷開，同時主觸點斷開，切斷電動機電源，電動機停轉(zhuǎn)。如果電源電壓恢復正常，由于自鎖解除，電動機不會自行起動，避免了意外事故發(fā)生。只有操作人員再次按下 SB2 后，電動機才能起動?？刂凭€路具備了欠壓和失壓的保護能力以后，有如下三個方面優(yōu)點：防止電壓嚴重下降時電動機在重負載情況下的低壓運行;避免電動機同時起動而造成電壓的嚴重下降;防止電源電壓恢復時，電動機突然起動運轉(zhuǎn)，造成設(shè)備和人身事故。24第三章液壓系統(tǒng)3.1 什么是液壓系統(tǒng)一個完整的液壓系統(tǒng)由五個部分組成，即動力元件、執(zhí)行元件、控制元件、輔助元件（附件）和液壓油。 動力元件的作用是將原動機的機械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，指液壓系統(tǒng)中的油泵，它向整個液壓系統(tǒng)提供動力。液壓泵的結(jié)構(gòu)形式一般有齒輪泵、葉片泵和柱塞泵。 執(zhí)行元件(如液壓缸和液壓馬達)的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機械能，驅(qū)動負載作直線往復運動或回轉(zhuǎn)運動。 控制元件(即各種液壓閥)在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體的壓力、流量和方向。根據(jù)控制功能的不同，液壓閥可分為壓力控制閥、流量控制閥和方向控制閥。壓力控制閥又分為益流閥(安全閥)、減壓閥、順序閥、壓力繼電器等；流量控制閥包括節(jié)流閥、調(diào)整閥、分流集流閥等；方向控制閥包括單向閥、液控單向閥、梭閥、換向閥等。根據(jù)控制方式不同，液壓閥可分為開關(guān)式控制閥、定值控制閥和比例控制閥。 輔助元件包括油箱、濾油器、油管及管接頭、密封圈、快換接頭、高壓球閥、膠管總成、測壓接頭、壓力表、油位油溫計等。 液壓油是液壓系統(tǒng)中傳遞能量的工作介質(zhì)，有各種礦物油、乳化液和合成型液壓油等幾大類。3.2 液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 液壓系統(tǒng)由信號控制和液壓動力兩部分組成，信號控制部分用于驅(qū)動液壓動力部分中的控制閥動作。 液壓動力部分采用回路圖方式表示，以表明不同功能元件之間的相互關(guān)系。液壓源含有液壓泵、電動機和液壓輔助元件；液壓控制部分含有各種控制閥，其用于控制工作油液的流量、壓力和方向；執(zhí)行部分含有液壓缸或液壓馬達，其可按實際要求來選擇。3.3 液壓系統(tǒng)對液壓油的基本要求液壓系統(tǒng)對液壓油的基本要求 1.合適的粘度,良好的粘溫特性.一般的液壓油的粘度通常在 15 到 68mm2/s 之間. 2.質(zhì)地純凈,雜質(zhì)少,有良好 的潤滑性能. 3.對金屬和密封件有良好的相容性,抗泡沫,抗乳化,防腐性,防銹性好. 4.對熱,氧化,水解和剪切有良好的穩(wěn)定性. 5.體積膨脹系數(shù)小,比熱容大. 6.液壓油流動點和凝固點低,閃點和燃點高. 7.對人體無傷害,成本低.3.4 液壓系統(tǒng)的保養(yǎng)一個液壓系統(tǒng)的好壞不僅取決于系統(tǒng)設(shè)計的合理性和系統(tǒng)元件性能的的優(yōu)劣，25還因系統(tǒng)的污染防護和處理，系統(tǒng)的污染直接影響液壓系統(tǒng)工作的可靠性和元件的使用壽命，據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)外的的液壓系統(tǒng)故障大約有 70%是由于污染引起的。 油液污染對系統(tǒng)的危害主要如下： 1 元件的污染磨損油液中各種污染物引起元件各種形式的磨損，固體顆粒進入運動副間隙中，對零件表面產(chǎn)生切削磨損或是疲勞磨損。高速液流中的固體顆粒對元件的表面沖擊引起沖蝕磨損。油液中的水和油液氧化變質(zhì)的生成物對元件產(chǎn)生腐蝕作用。此外，系統(tǒng)的油液中的空氣引起氣蝕，導致元件表面剝蝕和破壞。 2 元件堵塞與卡緊故障固體顆粒堵塞液壓閥的間隙和孔口，引起閥芯阻塞和卡緊，影響工作性能，甚至導致嚴重的事故。 3 加速油液性能的劣化油液中的水和空氣以其熱能是油液氧化的主要條件，而油液中的金屬微粒對油液的氧化起重要催化作用，此外，油液中的水和懸浮氣泡顯著降低了運動副間油膜的強度，使?jié)櫥阅芙档汀?6第四章 PLC 及現(xiàn)場總線4.1 PLC 的基本概念可編程控制器(Programmable Controller)是計算機家族中的一員，是為工業(yè)控制應用而設(shè)計制造的。4.2 PLC 的定義“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設(shè)計的。它采用一類可編程的存儲器，用于其內(nèi)部存儲程序，執(zhí)行邏輯運算,順序控制，定時，計數(shù)與算術(shù)操作等面向用戶的指令，并通過數(shù)字或模擬式輸入/輸出控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外部設(shè)備，都按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個整體，易于擴充其功能的原則設(shè)計。 ”4.3 PLC 的分類4.3.1、小型 PLC小型 PLC 的 I/O 點數(shù)一般在 128 點以下，其特點是體積小、結(jié)構(gòu)緊湊，整個硬件融為一體4.3.2、 中型 PLC中型 PLC 采用模塊化結(jié)構(gòu)，其 I/O 點數(shù)一般在 256~1024 點之間。4.3.3、大型 PLC一般 I/O 點數(shù)在 1024 點以上的稱為大型 PLC。大型 PLC 的軟、硬件功能極強。具有極強的自診斷、通訊、通訊模塊功能。 4.4 PLC 硬件組成4.4.1 電源 PLC 的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此 PLC 的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將 PLC 直接連接到交流電網(wǎng)上去 4.4.2 中央處理單元(CPU) 中央處理單元(CPU)是 PLC 的控制中樞。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當 PLC 投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結(jié)果送入 I/O 映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。 為了進一步提高 PLC 的可靠性，近年來對大型 PLC 還采用雙 CPU 構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU 的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個 CPU 出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。 4.4.3 存儲器 存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。 存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。 4.4.4 輸入輸出接口電路 271、現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是 PLC 與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。 2、現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用PLC 通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應的控制信號。 4.4.5 功能模塊 如計數(shù)、定位等功能模塊 4.4.6 通信模塊4.5 PLC 的基本工作原理4.5.1 PLC 采用“順序掃描，不斷循環(huán)”的工作方式，每次掃描過程，集中采集輸入信號，集中對輸出信號進行刷新。4.5.2、輸入刷新過程，當輸入端口關(guān)閉時，程序在進行執(zhí)行階段時，輸入端有新狀態(tài)，新狀態(tài)不能被讀入。只有程序進行下一次掃描時，新狀態(tài)才被讀入。4.5.3、一個掃描周期分為輸入采樣，程序執(zhí)行，輸出刷新。4.5.4、元件映象寄存器的內(nèi)容是隨著程序的執(zhí)行變化而變化的。4.5.5、掃描周期的長短由三條決定。 （1）CPU 執(zhí)行指令的速度（2）指令本身占有的時間（3）指令條數(shù)，現(xiàn)在的 PLC 掃描速度都是非?？斓摹?.5.6、由于采用集中采樣，集中輸出的方式，存在輸入/輸出滯后的現(xiàn)象，即輸入/輸出響應延遲。 4.6 PLC 的特點4.6.1、 PLC 的主要特點(一) 可靠性高，抗干擾能力強(二) 通用性強，控制程序可變，使用方便(三) 功能強，適應面廣(四) .編程簡單，容易掌握(五) 體積小、重量輕、功耗低、維護方便4.6.2、 PLC 的功能(一) 邏輯控制 (二) 定時控制(三) 計數(shù)控制 (四) 步進(順序)控制(五) PID 控制 (六) 數(shù)據(jù)控制 (七) 通信和聯(lián)網(wǎng)4.7PROFIBUSPROFIBUS，是一種國際化．開放式．不依賴于設(shè)備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標準。PROFIBUS 傳送速度可在 9.6kbaud~12Mbaud 范圍內(nèi)選擇且當總線系統(tǒng)啟動時，所有連接到總線上的裝置應該被設(shè)成相同的速度。廣泛適用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通電力等其他領(lǐng)域自動化。PROFIBUS 是一種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術(shù)?？蓪崿F(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實現(xiàn)工廠綜合自動化和現(xiàn)場設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。編輯本段組成PROFIBUS 由三個兼容部分組成，即 PROFIBUS－DP（ Decentralized Periphery） ．PROFIBUS－PA（Process Automation ） ．PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification )。主要使用主-從方式，通常周期性地與傳動裝置進行數(shù)據(jù)交換。28PROFIBUS–DP：是一種高速低成本通信，用于設(shè)備級控制系統(tǒng)與分散式 I／O 的通信。使用 PROFIBUS－DP 可取代辦 24VDC 或 4－20mA 信號傳輸。 PORFIBUS－PA：專為過程自動化設(shè)計，可使傳感器和執(zhí)行機構(gòu)聯(lián)在一根總線上，并有本征安全規(guī)范。 PROFIBUS－FMS：用于車間級監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是一個令牌結(jié)構(gòu)．實時多主網(wǎng)絡(luò)。 PROFIBUS 是一種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設(shè)備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術(shù)?？蓪崿F(xiàn)現(xiàn)場設(shè)備層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)，從而為實現(xiàn)工廠綜合自動化和現(xiàn)場設(shè)備智能化提供了可行的解決方案。與其它現(xiàn)場總線系統(tǒng)相比，PROFIBUS 的最大優(yōu)點在于具有穩(wěn)定的國際標準 EN50170 作保證，并經(jīng)實際應用驗證具有普遍性。目前已應用的領(lǐng)域包括加工制造．過程控制和自動化等。PROFIBUS 開放性和不依賴于廠商的通信的設(shè)想，已在 10多萬成功應用中得以實現(xiàn)。市場調(diào)查確認，在德國和歐洲市場中 PROFIBUS 占開放性工業(yè)現(xiàn)場總線系統(tǒng)的市場超過 40％。PROFIBUS 有國際著名自動化技術(shù)裝備的生產(chǎn)廠商支持，它們都具有各自的技術(shù)優(yōu)勢并能提供廣泛的優(yōu)質(zhì)新產(chǎn)品和技術(shù)服務。編輯本段結(jié)構(gòu)PROFIBUS 協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù) ISO7498 國際標準，以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)（Open System Interconnection-OSI）作為參考模型的。該模型共有七層。 （1）PROFIBUS－DP：定義了第一．二層和用戶接口。第三到七層未加描述。用戶接口規(guī)定了用戶及系統(tǒng)以及不同設(shè)備可調(diào)用的應用功能，并詳細說明了各種不同PROFIBUS－DP 設(shè)備的設(shè)備行為。 （2）PROFIBUS－FMS：定義了第一．二．七層，應用層包括現(xiàn)場總線信息規(guī)范（Fieldbus Message Specification - FMS）和低層接口(Lower Layer Interface － LLI)。FMS 包括了應用協(xié)議并向用戶提供了可廣泛選用的強有力的通信服務。LLI 協(xié)調(diào)不同的通信關(guān)系并提供不依賴設(shè)備的第二層訪問接口。 （3） PROFIBUS－PA：PA 的數(shù)據(jù)傳輸采用擴展的 PROFIBUS－DP 協(xié)議。另外，PA 還描述了現(xiàn)場設(shè)備行為的 PA 行規(guī)。根據(jù) IEC1158－2 標準，PA 的傳輸技術(shù)可確保其本征安全性，而且可通過總線給現(xiàn)場設(shè)備供電。使用連接器可在 DP 上擴展PA 網(wǎng)絡(luò)。 注：第一層為物理層，第二層為數(shù)據(jù)鏈路層，第三－六層未使用，第七層為應用層。 4.8 推鋼機的自動控制計算機控制所需的傳感器和儀表一些主要的傳感器和儀表如下：1）位置檢測傳感器 用于跟蹤軋件位置的傳感器有熱金屬檢測器，冷金屬檢測器，微波檢測器，電磁檢測器和激光檢測器。2）壓力傳感器 準確測定軋制壓力的傳感器。3）溫度傳感器 測定開軋和終軋溫度及軋制線上各點軌件溫度的傳感器。4）測厚儀 常用的是射線測厚儀和射線測厚儀，最新發(fā)展是板形斷面測量和微機自動校正。5）測寬儀 多采用光學測量法和熱輻射測量法。6）速度計。29參考文獻[1] 《PLC 編程 100 例》作者：肖峰，賀哲榮出版：中國電力出版社 出版日期：2009 年 06 月[2]《軋鋼設(shè)備維護與檢修[袁建路 馬寶振]》作 者：袁建路 叢編項：軋鋼設(shè)備維護與檢修裝幀項：膠版紙 16 開 / 152 出版項：冶金工業(yè) / 2006-8-1[3]《現(xiàn)場總線技術(shù)及其應用》主 編：楊憲惠出版社：清華大學出版社30致 謝在導師老師的悉心指導下，我的畢業(yè)設(shè)計終于如期圓滿完成了。在設(shè)計的過程中，不僅讓我對推鋼機設(shè)計有了一定的理解，對軋鋼行業(yè)也有了一定的認識。在整個設(shè)計過程中，首先要對推鋼機的傳動方案進行分析，進一步選擇電動機和液壓系統(tǒng)，其中最重要的是 PLC。在設(shè)計過程中由于知識遺忘和缺乏經(jīng)驗產(chǎn)生了很多問題，最后在老師的悉心教導和不斷地摸索學習過程中逐步得到了解，老師淵博的知識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和忘我的敬業(yè)精神令我受益匪淺。半年來，老師在設(shè)計上和實習上給了我重要的幫助，在此，我衷心的感謝老師半年來的關(guān)懷和培養(yǎng)。在這里由衷的感謝培養(yǎng)和教育過我的江陰職業(yè)技術(shù)學院機電工程系的各位老師。向他們致以最崇高的敬意！我堅信，本次畢業(yè)設(shè)計將是對我大學生活最好的詮釋。