冷轧清洗线入口段的PLC控制.doc

冷轧清洗线入口段的PLC控制设计摘 要随着工业技术的不断发展，各行各业对钢铁的技术含量要求越来越严格。清洗线项目的目的主要是清洗掉冷轧带钢表面的轧制油、机油以及灰尘粉末等污物。如果清洗不干净，退火后这些污物就会变成碳化物, 是后步工序产生事故的原因之一，所以冷轧清洗线也是整个生产的重要环节。项目采用国内设计、国内制造、国内总负责，劲引进部分主要设备和技术、专利模式，走国产化道路。本设计的主要任务是对钢卷小车运卷和上卷过程进行描述，并且用S7-Graph编程软件实现具体的程序设计，使整个生产顺利完成。本设计对冷轧生产线的其他设备原理也作了说明，在小车高度和横移对中方面详细地介绍了设计过程。还对S7-400的硬件组成和S7-Graph编程软件作了详细的介绍，S7-Graph语言是S7-300/400的顺序功能图语言。在S7-Graph中，控制过程被划分为许多明确定义了功能范围的步(Step),用图形清楚地表明整个过程的执行情况。用S7-Graph完成了冷轧清洗线整个入口段的程序设计，不紧使控制过程一目明了，而且使整个入口段的控制过程特别严密，每一步的执行条件考虑的特别周全，这样对于整个入口段控制的安全性大为提高。现场自去年投产以来，入口段一直运行良好，没发生过一次事故。关键词：Graph；S7-400；清洗线；钢卷小车The PLC control of cold cleaning line entranceABSTRACTWith industrial and technological development, steel trades for the technical content requirements more stringent. In the production process, cold-rolled strip steel rolling surface with oil, powder and dust and other crud. If cleaning is not clean, this dirt after annealing will become carbide, which is one of the reasons for the accident, so cold cleaning of the whole production line is the important part. The main task is description coil car shipped volumes and volumes on the process, S7-Graph programming and software used to achieve specific process, the entire production successfully completed. In this paper, the cold -rolled production line equipment principles described in height and takes the trolley on which the calculated very accurately. S7-400 has the right hardware and software S7-Graph program are described in detail. S7-Graph is the language of S7-400 Sequential Function Chart. S7Graph, control process is divided into many clear definition of functional scope of the step (Step), Graphic clearly shows that the entire process of implementation. It can be specified for each step in the further actions to be completed by every step to the next step through the process of conversion conditions under control contents.Key words: Graph; S7-400; Cleaning Line; Coil Car 目录摘 要IABSTRACTII1 绪论11.1 工艺背景11.1.1 冷轧生产的重要性11.2 冷轧清洗线工艺流程概述11.3 设计的主要内容21.4 控制系统的组成21.4.1 系统结构概括31.4.2 运行软件41.4.3 人机界面42 S7-400的硬件与软件介绍62.1 S7-400系列PLC的硬件组成62.1.1 S7-400控制器的基本结构62.1.2 S7-400控制器的特点72.2 顺序功能图语言S7-GRAPH72.2.1 S7-Graph顺序控制的结构72.2.2 S7-Graph FB编辑器介绍82.2.3 S7-Graph的操作与指令103 用GRAPH实现冷轧清洗线入口段程序设计113.1任务分析113.2冷轧清洗线的设备介绍123.2.1编码器概述123.2.2钢卷小车的具体工作行程的划分123.3 控制过程143.3.1钢卷小车运卷143.3.2钢卷小车上卷173.3.3开卷机开卷174小车对中参数计算204.1任务分析204.2钢卷高度对中参数计算204.3钢卷宽度对中参数计算22结论24致谢25参考文献26附录A271 绪论1.1 工艺背景随着社会的进步，科技的不断提高，各行各业对钢铁的技术含量要求越来越严格。要不断改进技术跟随时代步伐，才能立足于竞争激烈的市场。对于钢铁中利润值较高的冷轧板来说，更是如此。在生产过程中，冷轧带钢表面附有轧制油、机油、粉末和灰尘等污物。如果清洗不干净, 退火后这些污物就会变成碳化物, 是后步工序产生事故的原因之一。 特别是涂镀层钢板, 产生表面层不均,使耐腐性变坏。带钢清洗的方法有化学清洗(溶剂清洗、碱洗、乳化液清洗等) 、物理清洗(浸洗、刷洗和喷水清洗等) 、电解清洗和超声波清洗等。对冷轧带钢而言, 一般采用化学清洗+ 电解清洗+ 物理清洗的方式。电解清洗与化学碱洗相比, 速度更快、除油更彻底, 因其溶液除能进行皂化反应和乳化作用可除掉带钢表面油污外, 还增加了电解除油过程, 能有效除去附在带钢表面油污。现在随着工业技术的发展，对冷轧带钢的技术指标要求越来越高.目前我国宝钢成功的全线引进一条冷轧清洗线,而鞍钢正在筹备国内首条自己的冷轧清洗线.为了保证连续生产的生产过程,全线是条无头清洗线。1.1.1 冷轧生产的重要性改革开放以来，随着中国的发展，对钢材的需求量日益增大，特别是冷轧板，它的用途极其广泛：汽车制造、民用建筑、工业厂房等都需要大量的板材，并且它的利润值高，很多钢铁厂都以引进 冷轧项目，对于已经有冷轧项目的钢铁厂也通过扩建、技术改造等扩大生产能力。中国加入WTO以来，对我国钢铁厂来说压力不小，为了能适应激烈的市场竞争，各大钢厂对薄板的质量要求越来越高，产量要求越来越大。面对国外的优质板材，我们就要从各方面的各个环节着手，全面改善自己的不利因数。1.2 冷轧清洗线工艺流程概述冷轧清洗线一共分为三个部分，入口段，清洗段和出口段。设备有一台开卷机，一台挖边机，月牙剪以及多个导向棍，张紧棍，卷曲机，上卷和卸卷小车等。入口段负责上卷，矫直，去头尾，焊接和挖边等工作。清洗段负责清洗，清洗液的控制可以有四种调节方式，包括温度，浓度，流量和液位调节。出口段根据要求的卷的长度完成切割，卷曲以及称重打捆，运卷等工作。整个工艺流程见图1.1： 图1.1 工艺流程图1.3 设计的主要内容本设计以鞍钢冷轧无头清洗线为背景，对它的控制任务进行详细的分析，所谓无头，就是要保证生产的连续性。钢卷小车是主要设备，整个过程中，钢卷小车不但完成了运卷，高度对中，还负责钢卷的直径和带宽测量。起到了重要的作用。整个控制系统采用了德国西门子公司的S7-400进行编程设计的。入口段的程序设计是采用S7-Graph编程语言实现的，用S7-Graph编程可使整个程序结构简单，步骤清晰，便于调试和将来维护。本文一共分四章来介绍冷轧清洗线入口段的PLC控制：第一章主要介绍冷轧生产的工艺背景，控制系统，和控制对象；第二章主要对PLC的硬件组成和结构，软件S7-Graph的基本知识作了详细的介绍；第三章主要对工艺流程作了描述，并用S7-Graph实现了具体的设计过程；第四章对工艺流程的精确计算做了详细分析。1.4 控制系统的组成可编程控制器（PLC）是一种以计算机技术为基础的数字运算操作的电子系统,专为工业环境设计的,具有使用方便灵活,功能完善，结构简单，可靠性高,抗干扰能力强及易于维护等优点。它不仅可替代传统的继电器控制系统,还为各种各样的控制设备提供了非常可靠的控制和完全可靠的整体解决方案,满足企业对自动控制的需求。长期以来，使它在工业自动化领域得到了充分的应用。本设计采用德国西门子公司 S7-400的PLC系列。S7-400是为大中型自动化任务而设计的可编程序控制器系统,为各种复杂应用控制系统提供理想的解决方案。它采用模块化设计，性能范围宽广的不同模板可灵活组合，扩展十分方便，S7-400中央控制器最多能连接21个扩展单元。它有强大的l/O容量，高速的程序处理速度，内置MPI、SINECL2-DP等多种通讯网络接口，多CPU可安放于同一基板,可完成实时多任务控制，具有完善的通用型I/O及特殊功能I/O设计，完整强大的指令集,可实现复杂的浮点、三角函数和其他函数运算,灵活多样的编程软件、应用组态软件可为您的应用提供极大的方便，深受工业控制领域的青睐。1.4.1 系统结构概括本系统分为两层，上层为工业以太网，将各工程师站、三个控制主站(1#3#)PLC连接。工程师站装有SIMATICS7组态及编程软件和SIMATICS7 WINCC监控组态软件。底层为PROFIBUS-DP现场总线网，以S7-400为主站构成现场总线控制系统，实现对不同对象的过程控制。系统结构图如图1.2所示。 图1.2 系统结构图3个PLC机架的电源模块都采用PS407 20A；中央处理单元采用CPU416_2DP，它虽然自带DP接口，但为了节省CPU资源，提高CPU运行速度，机架上分别接了几块DP扩展模板CP443-5作为DP主站。各PLC都是通过以太网接口CP443_1将S7-400联入工业以太网。DP从站分别接有ET200M、ET200B、EPC（对中设备）、绝对值编码器、计数器模板FM450、变频器以及门型吊车等子站。1.4.2 运行软件该系统不仅涉及到顺序逻辑控制，还有对模拟量的控制、数据处理和故障处理，整个系统的编程量较大。在此，采用SIMATIC S7 软件，它是用于SIMATIC S7-400可编程逻辑控制程序的标准软件，编程语言主要有：梯形图、语句表和功能块图1。SIMATIC S7 编程语言符合DIN EN611131-3 标准, 使用者更容易掌握使用多个子程序分段实现的设计方法。通常用户程序由组织块（OB）、功能块（FB）、功能（FC）和数据块（DB）构成。OB1是主程序循环块，可将所有的程序放入OB1中进行线性编程，或将程序用不同的逻辑块加以结构化，通过OB1 调用这些逻辑块。因任务需要，采用了S7-300/400用于顺序控制程序的编程的顺序功能图语言S7-Graph进行编写。在S7-Graph中,控制过程被划分为许多明确定义了的功能范围的步(STEP),用图形清楚地表明整个过程的执行情况.可以为每一步指定该步要完成的动作,由每一步转向下一步的进程通过转化条件进行控制,用梯形图和功能块图语言为转换、互锁和监控等编程。1.4.3 人机界面系统的人机画面显示各种现场设备状态和工艺参数，及显示入口和出口钢卷的参数，同时打印出口钢卷取样报表。画面主要由以下组成：主画面、上卷车和卸卷车画面、报警画面、辅助设备状态显示画面、液压画面等。主画面如图所示: 图1.3 人机界面图主要显示带钢前进过程的各种实时数据和现场设备状态，如：各磁力皮带的起停以及各辅助设备（张力辊等）的开关、升降状态，包括开卷机和卷曲机钢卷上料和卷曲的趋势画面以及全线速度和张力值显示画面；上卷车和卸卷车画面显示入口钢卷和出口钢卷的运送情况；报警画面显示各种报警信息，如：急停、快停故障、上料和卸卷故障、极限开关故障、焊接以及剪切故障等；辅助设备状态显示画面主要显示各辅助设备阀门开/关、上/下、前进/后退的状态等；液压画面用来监视各辅助设备以及上卷车和卸卷车的液压阀油路供应情况。2 S7-400的硬件与软件介绍2.1 S7-400系列PLC的硬件组成2.1.1 S7-400控制器的基本结构S7-400是具有中高档性能的PLC，采用模块化无风扇设计，适用于对可靠性要求极高的大型复杂的控制系统。S7-400采用大模块结构，大多数模块的尺寸为25(宽)×290(高)×210(深)mm。图2.1 S7-400PLCS7-400控制器的基本结构1，包括：1.机架：用来固定模块，提供模块工作电压和实现局部接地，并通过信号总线将不同模块连接在一起。2.电源模块(Power Supply Module(PS)：电源模块用于将输入电压转换为DC 24V电压和背板总线上DC5V电压，给CPU和其他模块提供电能。3.中央处理器(CPU)：控制系统的核心部分。4.信号模块(Signal Modules(SM)：包括数字量输入模块(DI)、数字量输出模块(DO)、模拟量输入模块(AI)、模拟量输出模块(AO)。5.接口模块(Interface Modules(IM)：通过接口模块可以连接总线上各层站点，使各个站点之间可以互相通讯。6.功能模块(Function Modules(FM)：模块用于实现特殊功能，如计数模块、闭环控制模块等。7.通讯处理模块(Communication Process(CP)：提供了点对点的网络连接，如连接到PROFIBUS总线和连接到工业以太网。2.1.2 S7-400控制器的特点1.运行速度高，CPU416执行一条二进制指令只要0.08微秒。2.存储容量大，例如CPU417-4的RAM可以扩展到16 MB，装载存储器 （FEPROM或RAM）可以扩展到64 MB。3.I/O扩展能力强，可以扩展21个机架，CPU417-4最多可以扩展262144个数字量I/O点和16384个模拟量I/O。4.有极强的通信能力，容易实现分布式结构和冗余控制系统，集成的MPI（多点接口）能建立最多32个站的简单网络。大多数CPU集成有PROFIBUS-DP主站接口，可以用来建立高速的分布式系统，使操作大大简化。从用户的角度看，分布式I/O的处理与集中式I/O没有什么区别，具有相同的配置、寻址和编程方法。CPU能与在通信总线和MPI上的站点建立联系，最多1644个站点，通信速度最高12 M bit/s。5.通过钥匙开关和口令实现安全保护。6.诊断功能强，最新的故障和中断时间保存在FIFO（先入先出）缓冲区中。7.集成的HMI（人机接口）服务，用户只需要为HMI服务定义源和目的地址，系统会自动地传送信息。2.2 顺序功能图语言S7-Graph2.2.1 S7-Graph顺序控制的结构S7-Graph语言是S7-300/400的顺序功能图语言，遵从IEC 61131-3标准的规定。在S7-Graph中，控制过程被划分为许多明确定义了功能范围的步(Step),用图形清楚地表明整个过程的执行情况。可以为每一步指定该步要完成的动作，由每一步转向下一步的进程通过转换条件进行控制。用S7-Graph编写的顺序功能图程序以功能块(FB)的形式被主程序OB1调用。S7-Graph FB包含许多系统定义的参数，通过参数设置来对整个顺序系统进行控制，从而实现系统的初始化和工作方式的转换等功能。一个顺序控制项目至少需要3个块2（见图2.2）1.一个调用S7-Graph FB的块，它可以是组织块(OB)、功能(FC)、或功能块(FB)。2.一个用来描述顺序控制系统各子任务（步）和相互关系（转换）的S7-Graph FB，它由一个或多个顺序控制器(Sequencer)组成。3.一个指定给S7-Graph FB的背景数据块(DB)，它包含了顺序控制系统的参数。图2.2 顺序控制系统中的块2.2.2 S7-Graph FB编辑器介绍图2.3 S7-Graph编辑器如图2.3是S7-Graph的编辑器屏幕，右边的窗口是生成和编辑程序的工作区，左边的窗口是浏览窗口(Overview Window)，图中显示的是浏览窗口中的变量(Variables)选项卡，其中的变量是编程时可能用到的各种基本元素。在该选项卡可以编辑和修改现有的变量，也可以定义新的变量。可删除，但是不能编辑系统变量。在View菜单中选择显示顺序控制器(Sequencer)、单步和永久性指令31.在顺序控制器显示方式，执行菜单命令“View>Display with”，可以选择：Symbols：显示符号表中的符号地址；Comments：显示块和步的注释；Conditions and Actions：显示转换条件和动作；Symbol List：在输入地址时显示下拉式符号地址表。 图2.4 顺序控制结构图2.单步显示模式只显示一个步和转换的组合，还可以显示Supervision：监控被显示的步的条件；Interlock：对被显示的步互锁的条件；执行命令“View>Display with>Comments”显示和编辑步的注释。用“”键或“”键可以显示上一个或下一个步与转换的组合。3.在“permanent instructions”（永久性指令）显示方式，可以对顺序控制器之前或之后的永久性指令编程。每个扫描循环执行一次永久性指令。可以调用块。图2.5 单步显示模式中的监控与互锁条件2.2.3 S7-Graph的操作与指令1.创建使用S7-Graph 语言的功能块FB4打开SIMATIC管理器中的“Block”文件夹。用右键点击屏幕右边的窗口，在弹出的菜单中执行命令“Insert New ObjectFunction Block”。在“PropertiesFunction Block”对话框中选择编程语言为GRAPH，功能块的编号为FB1。单击OK按钮确认后，自动打开刚生成的FB1，FB1中有自动生成的第一步Step1和第一个转换Trans1。2.S7-Graph的两种编辑模式执行菜单命令“Insert Direct”将进入“Direct”编辑模式。执行菜单命令“Insert Drag-and-Drop”，进入“Drag and Drop”编辑模式。3.一个动作行由命令和地址组成，它右边的方框用来写入命令5，下面是一些常用指令：命令S；当步为活动步时，使输出置位为1状态并保持。命令R：当步为活动步时，使输出复位为0状态并保持。命令N：当步为活动步时，输出被置为1；该步变为不活动步时，输出被复位0。命令L：用来产生宽度受限的脉冲，相当于脉冲定时器。命令CALL：用来调用块，当该步为活动步时，调用命令中指定的块。命令D：使某一动作的执行延时，延时时间在该命令右下方的方框中设置。例如T#5s表示5秒。3 用GRAPH实现冷轧清洗线入口段程序设计3.1 任务分析冷轧清洗线的生产过程是个连续生产的过程,入口段的工艺流程为：运料钢卷测量对中运卷机开卷夹送矫直切头尾焊接挖边。冷轧清洗线上卷小车是冷轧工艺中及其他的轧钢工艺中的主要设备之一。该设备在整个系统中起着至关重要的作用，它能否正常运行直接影响冷轧清洗线的状况、产品产量和质量。小车的自动控制过程贯穿整个上料过程，如果上料中断，整条生产线将处于停滞状态，而且，上料过程如果失败，可能造成设备损坏，甚至危害到人身安全。为了保证下一个生产工序的顺利进行小车的自动控制必须做到准确、及时、安全可靠。在冷轧清洗线中，入口小车首先从鞍座位取卷，然后进行钢卷直径测量和高度对中，对中准确后，进行上卷。使钢卷的宽度中心位与开卷机心轴的中心位一致。这样，开卷机才能正确的甩带头，开卷。可编程控制器（PLC）是一种为工业环境下应用而设计的计算机，它应用微电子技术，是一种能按照用户编制的程序实现控制功能和数据处理功能的组合器件，由于其可靠性高、编程简单、易于维护而广泛应用于各种控制系统。本文以鞍钢冷轧厂新建的冷轧清洗线为例，图3.1为冷轧清洗线入口钢卷小车的工作原理图，本章内容就是介绍上卷小车的自动控制过程和如何用S7-GRAPH实现。 图3.1 上卷小车工作原理图3.2 冷轧清洗线的设备介绍3.2.1 编码器概述在冷轧清洗线中，为了保证小车运卷的安全性，我们采用了小车双速控制方案6 （低速高速低速）。在离开或距离目标值100mm时，小车就会变速，那么这100mm是怎样确定的呢？在这里我们采用了光电式转速仪（通常叫做编码器plg）。它能准确地测出小车行进的距离，使小车安全准确地切换速度达到稳定运行的目的。下面我们介绍一下编码器的工作原理。光电式转速仪利用光电传感器，将旋转体的转速变换成相应频率的电信号，通过放大整形电路加工成方波信号，由频率计电路测出方波信号频率，经处理后由显示器显示旋转体每分钟转动的圈数即转速。用这种方法进行转速测量时，传感器结构简单，测量精度高，可实现非接触测量，因此不会影响被测物的旋转状态。由于光电元件的反应速度快，动态特性较好，因此特别适合高转速的测量。光电转速传感器分为反射式和直射式两种。直射式光电转速传感器的工作原理如图所示，固定在被测转轴上的旋转盘的圆周上开有透光的缝隙，指示盘具有和旋转盘相同间距的缝隙，两盘缝隙重合时，光源发出的光线便经透镜照射在光电元件上，形成光电流。当旋转盘随被测轴转动时，每转动一条缝隙，光电元件接受的光线就发生一次明暗变化，因而输出一个电脉冲信号。由此产生的电脉冲的频率在缝隙数目确定后与轴的转速成正比。采用这种结构可大大增加旋转盘上的缝隙数目，使被测轴每转一圈产生的电脉冲数增加，从而提高转速测量精度。就这样，小车可以准确地转换速度，安全顺利地完成运卷过程。3.2.2 钢卷小车的具体工作行程的划分1.如图3.3所示为小车横移路线图，图中清楚地表明了运卷的几种情况和运卷过程的速度变换。#1号鞍座位与#2号鞍座位和#2号鞍座位#3号鞍座位相距2800mm.小车传输的速度分为以下几种情况：FW1和FW2是以低速高速低速前进；FW0是以高速低速前行；BW1和BW2是以高速低速后退；LU是以高速低速上升；LD是以低速高速下降。2.图3.4为小车横移过程中的运动状态：小车启动定位命令后，开始低速前行，前行了（a）反射型 （b）直射型 图3.2 光电转速传感器工作原理 图3.3 小车横移路线图图3.4 小车的运行状态100mm后，切换为高速，当离目标值100mm时，小车又切换为低速，反向行使的过程相同。高低速的值一旦确定后，就不容易更改，更主要的是，切换动作瞬间完成。这样，速度变化就应该是阶跃信号，而不是沿斜坡上升的，使加速度非常大。因为小车托架上有卷时，质量大，从而惯性就大，这种速度的突变，严重时可能出现钢卷从小车上跌落，存在极大的安全隐患。所以无论是小车横移运动，还是上升运动都要采用双速控制。3.3 控制过程3.3.1 钢卷小车运卷钢卷小车是运卷过程中的一个重要设备，它的好坏直接关系到运卷过程的顺利性。首先，判断钢卷小车在#3号初始位是否有钢卷，如没有，就检测#1号鞍座位和#2号鞍座位是否有钢卷。如果#1号鞍座位和#2号鞍座位都没有钢卷，则报警提示操作工操作失败；#1号鞍座位和#2号鞍座位都有钢卷，则小车从#3号鞍座位出发，先从#2号鞍座位取卷；如果#1号鞍座位或#2号鞍座位只有一个鞍座位有钢卷，则小车根据检测的数据从#3号鞍座位直接出发到目的地取卷。其实小车取卷的过程也是相当复杂的，由于钢卷的重量很大，这就需要考虑小车的稳定性，稍有不慎，钢卷就会从小车上跌落，为了能使小车稳定地前行，采用了小车双速控制方案（低速高速低速）来完成，这样就能使小车运卷成功。小车运卷一共有3种情况：小车从#1号鞍座位到#2号鞍座位运卷；从#1号鞍座位取卷到#3号初始位；从#2号鞍座位取卷到#3号初始位。下面让我们来具体分析一下。1.小车从#3号初始位向#1号鞍座位取卷的具体过程参见图（3.4）初始条件是检测到#1号鞍座位有钢卷而#3号初始位无钢卷，这样小车开始高速后退（由于小车上无钢卷，所以可直接高速运动），小车离开#3号初始位到达速度转换点时，小车以低速后退，最后到达#1号鞍座位，小车停止。在小车上升前检测钢卷是否在鞍座位上，液压开关是否启动高压，满足条件后小车开始以高速上升，当小车距离目标值150mm时，小车以低速上升缓慢靠近目标值，感应到钢卷后，上升停止。待小车稳定后，小车向#3号初始位前行，同时编码器开始计数，低速前行100mm后速度转为高速，距离#3号初始位100mm时，小车又低速前行，#3号初始位检测到小车后，小车运行停止，小车从#3号鞍座位向#1号鞍座位取卷的整个过程结束。2.小车从#1号鞍座位向#2号鞍座位运卷的过程：小车从#1号鞍座位向#2号鞍座位运卷的条件是：#1号鞍座位有卷而#2号鞍座位无卷。这样小车根据检测到的数据从#3号初始位出发，小车在无卷情况下直接以高速后退，当小车到达速度切换点时，切换成低速后退，到达#1号鞍座位小车停止，待稳定后，小车开始上升，距离目标值150mm时，小车切换成低速上升，小车检测到钢卷后，停止上升。待停稳后，运卷小车接到前行命令后以低速前行，离开目标值100mm后，小车又以高速前行，距离目标值100mm时，小车以低速向#2号鞍座位靠近，待小车停稳后，下降命令使小车低速下降，小车脱离钢卷后，小车开始以高速下降，下降到底线位小车停止。同时，小车启动前行命令直接以高速前行，然后小车切换速度以低速前行，最后到达#3初始位。3.同样，小车在#3号初始位检测到#2号鞍座位有钢卷，就以高速后退，到达速度检测点后，小车切换成低速后退，到达#2号鞍座位小车停止，检测条件满足后，小车开始高速上升，距离目标值150mm时，小车又转换成低速上升，小车上的触点检测到钢卷后，小车上升停止，稳定后小车又以低速向#3初始位前行，前行100mm时，小车切换成高速前行，然后又以低速靠近#3号初始位，到达#3初始位运卷停止。这时小车又以低速下降，脱离钢卷后，小车高速下降，到达底线位小车停止，接下来就是钢卷高度对中了。 图3.5 小车运卷流程3.3.2 钢卷小车上卷钢卷高度对中是冷轧清洗线入口段控制的核心部分。其能否顺利完成直接影响到后续工作的进行，所以对其控制要求相当严格，而且公式计算上也要精确。下面就让我们详细地了解一下高度对中的工艺流程。小车把钢卷运回到#3初始位对其进行开带头，开带头是人工操作的。开带头结束后，小车开始高速上升，到达速度转换点小车低速上升，到达传输位小车停止，延时一段时间待小车停稳，小车开始以低速向高度对中位前行，到达速度转换点小车以高速继续前行，待小车到达高度对中传输速度转换点时，小车又以低速前行，到达高度对中位后小车停止，待稳定后，小车以低速高速的运行状态降到底线位停止。这里需要说明一点：小车到达高度对中位之所以下降是为了下一步测量钢卷直径的，如不测量钢卷直径就无法完成对中，所以这一步是必不可少的。接下来小车以高速上升，到达上升速度转换点后，小车又以低速上升到达高度对中位，在这段上升过程中，小车就完成了对钢卷直径的测量。直径测量采用固定式光电对中，用三组光电管测量钢卷的直径来完成高度对中钢卷分三种尺寸：大卷，中卷和小卷。但是最大钢卷不能超过最上面的光电管，否则就无法测量直径完成对中了。测完直径小车停止，判断钢卷直径是否合格，如不合格就报警，小车降到底线位停止，异常结束。如直径正常，小车就开始运行到中心位进行高度对中，钢卷与中心位是允许有一定偏差的，偏差如果太大就报警，如果偏差在允许的范围内，就等待插入按钮置位，被置位后，高度对中就完成。如果10秒内没被置位，小车就要重新对中，这是由于钢卷重量太大，超过10秒小车就会下沉，这样就会使偏差大于允许范围，所以要重新对中。高度对中完成后，钢卷开始横移到开卷机上，横移过程中需要对钢卷进行卷径和带钢宽度的测量，待测量数据合格后，方可将钢卷插入到开卷机上进行开卷。3.3.3 开卷机开卷上卷后自动开卷，开卷过程首先检测所有设备的安全状态，首先磁力皮带下落，导向板上升，伸缩板前伸，以便支住带钢，使带钢在开卷过程中不松卷，磁力皮带向前滚动，开卷机正向爬行，靠磁力皮带的磁力和开卷机正向送出力，带钢向前爬行，当带钢 图3.6 小车上卷流程运行到夹送辊处后，夹送辊下落，带钢继续前爬，当到达矫直辊处时，矫直辊下落，进行带钢矫直，矫直辊是由一组辊组成，根据不同材质的带钢和不同厚度的带钢，矫直辊下落的距离不同，经过粗调和精调两次调解，保证生产的要求。钢卷小车的具体控制流程程序祥见附录A4 小车对中参数计算4.1 任务分析小车对中包括高度对中和横移对中，高度对中是小车从#3初始位将受卷台架上的钢卷托起，运送到高度对中位，然后下降到底线位，在上升过程中进行钢卷外径测量来调整钢卷中心线的水平高度，以便向开卷机卷筒上卷。横移对中是将钢卷从受卷台架运送到开卷机的卷筒上进行开卷，此过程也并不简单，在横移到开卷机过程中测量卷径和带钢宽度，如数据符合要求直接进行开卷，如数据有误，则需要重新对中。为此，不论是哪种对中都需要严格的计算才能到达指定位置7，可见精确的计算对于开卷来说是相当重要了。下面我们来介绍一下。4.2 钢卷高度对中参数计算在生产过程中，钢卷必须准确定位到开卷机上，为减轻工人目测这一较大的劳动强度和缩短上卷时间，上卷工序是自动的，当自动上卷时，关键的技术是把已置于上卷小车托盘上的带钢自动的上升到与开卷机卷筒同心的高度。上卷小车进行高度对中是一个相当精确的过程，如计算有误，就会使整个生产过程停滞，造成经济损失。本套系统采用固定式光电对中，用三组光电管（即图4.1中的光电偶合器）分别固定在同一固定架上，完成钢卷的直径测量和高度对中(如图4.1)。钢卷高度对中是冷轧清洗线入口段控制的核心部分，其对中过程是：小车把钢卷运回到#3初始位开头辊处进行开带头，开带头过程是人工操作的。接着小车以低高低的速度横移定位到高度调整位，定位完成后，小车开始下降到最低位。到达初始位后，负责升降的编码器记下初始值，而后小车开始上升，当遇到第一个光电管由亮变黑时，记下此时的编码器值x，根据此参数值，便可计算出钢卷的直径，根据钢卷的直径就能计算出钢卷内径的中心位，测完直径小车停止，判断钢卷直径是否合格，如不合格就报警，小车降到底线位停止，异常结束。如直径正常，小车就开始运行到中心位进行高度对中，从而完成高度对中。具体计算过程为：当距离 x 被记录下来以后，由于k1,k2,是固定值，所以钢卷的直径计算如下： (4.1) (4.2) (4.3)L：对中高度D：钢卷直径H: 钢卷底端离小车地位线的距离：鞍座位与小车低位线所成的角度K2：心轴中心线到小车低位线的距离K1（PH1或PH2或PH3）：光电耦合器到小车低位线的距离图4.1 钢卷高度对中当小车定位从初始位到L距离时，钢卷的中心位便与心轴的中心位一致了，完成了高度对中。4.3 钢卷宽度对中参数计算高度对中完成后，小车开始横移，准确定位到开卷机心轴横移中心位。此过程称为小车上卷。小车前行定位时，能够进行钢卷宽度的测量，根据带刚宽度，进行心轴横向中心位的计算。从而完成开卷机开卷。横移对中过程为：小车高度对中准确后，小车开始横移。横移过程的参数测量和小车高度对中的直径测量的工作原理是一样的，起动小车横移定位时，负责横移的编码器记下初始值，在心轴的前方有一组光电管，小车在横移过程中，当此光电管由亮变黑时，负责横移的编码器记下此时的数值CNT1，小车继续前行，当此光电管由黑变亮时，记下此时的编码器值CNT2，从而可以计算出带刚的宽度W。根据带宽就可以计算出小车中心位与机组中心位的偏差，具体计算公式（推导过程略）： (4.4) (4.5)当小车横移编码器记数到CNTS时，钢卷的宽度中心位便与心轴的中心位一致了，这样就完成了宽度对中。 CNT1：当光电耦合器上升沿时横移编码器的计数值CNT2：当光电耦合器下降沿时横移编码器的计数值L：小车起始位置到机组中心位的距离L1：光电耦合器到机组中心位的距离：小车中心位与机组中心位的偏差图4.2 钢卷宽度对中结论冷轧清洗线是整个冷轧生产过程的重要环节。本文详细描述了冷轧清洗线入口段的工艺流程，通过钢卷小车来完成运卷和上卷，利用编码器来测量钢卷直径和带宽等参数，整个入口段工艺过程本文先作详细分解，然后进行了具体的方案设计，而且对工艺设备的工作原理也作了详细说明。对于编程部分，本设计通过编程软件S7-GRAPH 实现了冷轧清洗线入口段的程序设计。运用此编程软件可清晰准确地控制工艺流程的每一步，使每一步简单明了。S7-GRAPH是PLC新出的一种编程语言，它用图形清楚地表明整个过程的执行情况，可以为每一步指定该步要完成的动作，由每一步转向下一步的进程通过转换条件进行控制。致 谢在短暂的毕业设计过程中，我的各方面能力得到了充分的锻炼，理