生產(chǎn)管理知識(shí)_plc控制系統(tǒng)軋鋼棒材生產(chǎn)冷床順序控制

摘 要在自動(dòng)化控制領(lǐng)域，PLC是一種重要的控制設(shè)備。目前，世界上有200多廠家生產(chǎn)300多品種PLC產(chǎn)品，應(yīng)用在汽車(chē)(23)，糧食加工(164%)、化學(xué)制藥(146%)、金屬礦山(115%)、紙漿造紙(113)等行業(yè)。上世紀(jì)80年代至90年代中期，是PLC發(fā)展最快的時(shí)期，年增長(zhǎng)率一直保持為30%40%。在這個(gè)時(shí)期，PLC在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高，PLC逐漸進(jìn)入過(guò)程控制領(lǐng)域，而且在某些應(yīng)用上取代了在過(guò)程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的DCS系統(tǒng)?，F(xiàn)今，PLC已經(jīng)具有通用性強(qiáng)、使用方便、適應(yīng)面廣、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，編程簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。在可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，PLC在工業(yè)自動(dòng)化控制特別是順序控制中的主導(dǎo)地位，是其他控制技術(shù)無(wú)法取代的。本文介紹了S7-200 PLC控制系統(tǒng)在軋鋼棒材生產(chǎn)中系統(tǒng)中的應(yīng)用，著重描述了系統(tǒng)配置及冷床控制功能。最后通過(guò)，通過(guò)測(cè)試和實(shí)驗(yàn)的成功表明本文研究成果的可行性和可靠性。關(guān)鍵詞：PLC控制系統(tǒng)；軋鋼；棒材生產(chǎn)；冷床順序控制；ABSTRACTIn the area of Automation Control,Programmable Logic Controller is an important control equipment.Currently,there are over 200 manufacturers that produce more than 300 varieties of PLC products,which are now applied in auto industry(23%),grain processing(16.4%),chemical&pharmacy(14.6%),metals&mine(11.5%),paper pulp and paper making(11.3%) and many other industries.The PLC develop fastest during the 1980s and the mid-1990s,the value of gross output of PLC increase at the speed of 30%-40% per year.In this period,the PLC technology has developed rapidly in the field of analogy processing,digital quantity operation,man-machine interface,network service,gradually the PLC entered the field of process control because of these,and in some fields the PLC has token the place of Distributed Control System-the once king in the field of process control.And now,the PLC has been equipped with good commonality,ease of use,wide applicability,high reliability,good anti-interference,easy programmability and some other advantages.In the foreseeable future,the PLC will dominate the industrial automation and control,especially Sequence Control,and it cant be replaced by other control technologies.This article will introduce how s7-200 PLC system works in rolling steel bar production,and it focus on describing System Configuration and cooling bed control.Lastly,tests and experiments show that the research results this article describes are practical and reliable.Key words:PLC control system; steel rolling; bar production;sequence control of the cooling bed;目 錄第一章 緒論11.1 課題研究背景和意義11.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r與發(fā)展趨勢(shì)3第二章 可編程控制器簡(jiǎn)介102.1 可編程控制器的發(fā)展歷史102.2 PLC的特點(diǎn)112.3 PLC的工作原理122.4 PLC的體系結(jié)構(gòu)132.5 PLC控制程序設(shè)計(jì)16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183.1 硬件組成及控制要求183.2 PLC輸入、輸出的安排20第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分264.1 系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)圖264.2 順序功能圖264.3 PLC程序27第五章 結(jié)論33致 謝34參考文獻(xiàn)35我們總羨慕別人的幸福，卻常常忽略自己生活中的美好。其實(shí)，幸福很平凡也很簡(jiǎn)單，它就藏在看似瑣碎的生活中。幸福的人，并非拿到了世界上最好的東西，而是珍惜了生命中的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，用感恩的心態(tài)看待生活，用樂(lè)觀的態(tài)度闖過(guò)磨難。第一章 緒論鋼棒材是經(jīng)濟(jì)建設(shè)中必不可少的一種材料，鋼棒材品種繁多，廣泛應(yīng)用于汽車(chē)制造、電氣機(jī)械、船舶制造工業(yè)、大跨度橋梁、高層建筑等社會(huì)生活各個(gè)方面。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)的發(fā)展，對(duì)鋼棒材的需求越來(lái)越大，對(duì)鋼鐵棒材的質(zhì)量要求也越來(lái)越高。傳統(tǒng)棒材軋制控制系統(tǒng)所采用的繼電氣控制，控制線路復(fù)雜、體積大、故障率高、維護(hù)困難、可靠性不高、容易發(fā)生故障，從而軋鋼難以達(dá)到軋鋼廠希望的安全、穩(wěn)定、可靠的基本要求。PLC控制系統(tǒng)自問(wèn)世以來(lái)，以其高可靠的特點(diǎn)在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用。近年來(lái)，隨著超大規(guī)模集成電路技術(shù)和通信技術(shù)的進(jìn)步，PLC控制系統(tǒng)的性?xún)r(jià)比逐年提高。軋鋼棒材生產(chǎn)控制領(lǐng)域也逐漸為PLC系統(tǒng)所主導(dǎo)。1.1 課題研究背景和意義進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，以及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，我國(guó)的鋼鐵工業(yè)正在經(jīng)歷一個(gè)從高速增長(zhǎng)期到結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整期的轉(zhuǎn)變過(guò)程。市場(chǎng)對(duì)鋼鐵產(chǎn)品的需求逐漸從原來(lái)的少品種、大批量走向多品種、小批量，并且要求高質(zhì)量和高附加值的發(fā)展模式。在這種模式下，加速淘汰落后產(chǎn)能、加快提升科技創(chuàng)新能力、降低消耗、降低成本、提高質(zhì)量、提高生產(chǎn)率，逐漸成為當(dāng)前發(fā)展的重要特征。所以，企業(yè)必須改變以往單一化、笨重的發(fā)展模式，緊跟市場(chǎng)的腳步，按市場(chǎng)需求組織生產(chǎn)，發(fā)展以市場(chǎng)為中心的生產(chǎn)模式。這就要求企業(yè)必須加大科技投入，加速設(shè)備改造，促進(jìn)技術(shù)進(jìn)步，多渠道引進(jìn)高科技人才，提高自身科研能力，發(fā)展市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)，滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，向科技和時(shí)間要效益。加入WTO以后，中國(guó)的鋼鐵工業(yè)更是面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為了追求穩(wěn)定發(fā)展和保持良好的經(jīng)濟(jì)效益，鋼鐵企業(yè)紛紛開(kāi)始采用先進(jìn)的工藝裝備和控制技術(shù)進(jìn)行技術(shù)改造，通過(guò)降低能耗、降低成本、提高質(zhì)量、提高效率來(lái)提高自身競(jìng)爭(zhēng)力，以求在日益激烈的國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中站穩(wěn)腳跟。因此在軋鋼生產(chǎn)線上人們做著無(wú)數(shù)的努力，對(duì)生產(chǎn)線上的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行控制。比如高速棒材連軋PLC控制、棒材連軋加熱爐PLC控制系統(tǒng)、利用PLC系統(tǒng)對(duì)棒材線系統(tǒng)的提速、還有PLC在軋鋼生產(chǎn)成組區(qū)的應(yīng)用、基于PLC的倍尺剪電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐、PLC的冷床控制等等。棒材打捆機(jī)也是在這樣的形勢(shì)下被設(shè)計(jì)創(chuàng)造出來(lái)，以適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)棒材的需求變化。隨著社會(huì)生產(chǎn)對(duì)棒材需求的不斷增加，許多棒材生產(chǎn)廠家的棒材年產(chǎn)量逐年遞增，對(duì)棒材的打捆包裝處理速度越來(lái)越跟不上生產(chǎn)的速度，嚴(yán)重的影響了棒材的運(yùn)輸和銷(xiāo)售，從而導(dǎo)致生產(chǎn)跟不上市場(chǎng)的需求變化，也間接的阻礙了企業(yè)和社會(huì)的發(fā)展。棒材打捆機(jī)的誕生實(shí)現(xiàn)了對(duì)棒材的全自動(dòng)化打捆包裝，高質(zhì)量、高效率的完成打捆包裝作業(yè)，是產(chǎn)品能夠迅速投入市場(chǎng)，提高了企業(yè)生產(chǎn)流通速率，滿(mǎn)足了社會(huì)發(fā)展的需要。目前在棒材生產(chǎn)線中飛剪機(jī)使用的型式有：擺動(dòng)式剪、曲柄式剪、回轉(zhuǎn)式剪和曲柄回轉(zhuǎn)復(fù)合式剪等多種型式。其中擺動(dòng)式剪剪切力大，但剪切精度較低，適用于軋件斷面大、軋制速度低的場(chǎng)合；回轉(zhuǎn)式剪剪切力比曲柄式剪小，剪切速度更高，適用于小斷面、高速度的場(chǎng)合；曲柄式剪剪切力小于擺動(dòng)式剪，大于回轉(zhuǎn)式剪，而剪切精度高于擺動(dòng)式剪，適用于軋制速度稍高、斷面較大的場(chǎng)合；而回轉(zhuǎn)曲柄復(fù)合式綜合了曲柄式和回轉(zhuǎn)式的優(yōu)點(diǎn)，低速軋制時(shí)用曲柄剪，高速軋制時(shí)用回轉(zhuǎn)剪，用于產(chǎn)品范圍很寬的成品分段剪切，比如在復(fù)合生產(chǎn)線中使用比較多。其中飛剪的剪切控制方式有：離合器制動(dòng)式和啟停式兩種。啟停式，每剪切一次電機(jī)都要啟動(dòng)和停止，剪切精度高，工作可靠；傳動(dòng)電機(jī)的功率較大離合器制動(dòng)方式，傳動(dòng)電機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，飛剪的啟動(dòng)和停止靠離合器的斷開(kāi)和接通進(jìn)行控制。這種控制方式電機(jī)可以小一些，但剪切精度差，離合器頻繁地接通和斷開(kāi)，噪聲大、易損壞、維護(hù)困難。為了保證飛剪機(jī)工作穩(wěn)定可靠，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)線多采用啟停式的控制方式。棒材作為鋼鐵工業(yè)的重要產(chǎn)品，其軋制成品質(zhì)量直接影響到其他行業(yè)的成品質(zhì)量。軋制過(guò)程中的變形歷史及溫度將會(huì)影響奧氏體再結(jié)晶、晶粒尺寸大小和隨后冷卻過(guò)程中的奧氏體相變行為，并最終決定軋件的組織和性能。通過(guò)對(duì)軋件軋制生產(chǎn)過(guò)程中的變形行為、微觀組織演變、及軋后水冷過(guò)程中的相變過(guò)程進(jìn)行模擬，可以建立溫度和相變產(chǎn)物與這些工藝參量之間的關(guān)系，進(jìn)而對(duì)軋制產(chǎn)品的組織性能進(jìn)行預(yù)測(cè)，并可實(shí)現(xiàn)控制軋制、控制冷卻過(guò)程工藝參數(shù)的制定和優(yōu)化。棒材熱軋過(guò)程中的溫度變化直接影響變形和組織演變(再結(jié)晶、相變)。而相變產(chǎn)物的組成最終決定產(chǎn)品性能。因此對(duì)棒材熱連軋過(guò)程的溫度場(chǎng)及冷卻過(guò)程的相變過(guò)程進(jìn)行模擬研究，對(duì)于熱連軋工藝的完善和改進(jìn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。啟停式飛剪設(shè)備是目前熱連軋機(jī)或棒、線材生產(chǎn)線中不可缺少的設(shè)備，對(duì)生產(chǎn)線的連續(xù)無(wú)故障運(yùn)行，軋制成品的成材率、定尺率有較大的影響。其主要工作任務(wù)是對(duì)軋線上運(yùn)動(dòng)的軋件進(jìn)行切頭、切尾或定尺剪切。尤其棒線材倍尺飛剪要求啟動(dòng)運(yùn)行速度快、定位剪切精度高、工藝復(fù)雜，其自動(dòng)化控制不僅一直是軋線控制的難點(diǎn)，其穩(wěn)定性更是棒線材連續(xù)軋鋼的一個(gè)重大課題。在相同的硬件配置條件下，自動(dòng)化控制水平越高的飛剪電氣系統(tǒng)，在生產(chǎn)過(guò)程中就越能獲得更好的效果，更合理的利用能源資源，其獲得的經(jīng)濟(jì)效益就越大。相反，飛剪電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)上的失誤，會(huì)給生產(chǎn)帶來(lái)巨大的損失，帶來(lái)生產(chǎn)成本的增加。尤其在目前鋼鐵行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的買(mǎi)方市場(chǎng)，擁有一套可靠、先進(jìn)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)的生產(chǎn)線帶來(lái)的企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益更具現(xiàn)實(shí)意義。目前國(guó)際、國(guó)內(nèi)有不少的研究設(shè)計(jì)總院、自動(dòng)化工程公司，以及設(shè)備制造商等，都十分重視棒線材飛剪電氣控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)研制工作，并且已研制出各自的飛剪電氣控制系統(tǒng)。其中有些開(kāi)發(fā)商已將這套系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)格化，作為一個(gè)較成熟的產(chǎn)品推向市場(chǎng)。只有將其科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化，才能在某種程度上保證整條生產(chǎn)線在整個(gè)規(guī)劃期內(nèi)實(shí)現(xiàn)投資、運(yùn)行費(fèi)用盡可能小的目標(biāo)，避免由于設(shè)計(jì)上的缺陷給將來(lái)的運(yùn)行遺留問(wèn)題。將設(shè)計(jì)軟件標(biāo)準(zhǔn)化，還可使得設(shè)計(jì)人員從整個(gè)繁瑣的設(shè)計(jì)工作中擺脫出來(lái)，可直接根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的配置情況，通過(guò)人機(jī)界面的標(biāo)準(zhǔn)接口將系統(tǒng)參數(shù)輸入，并運(yùn)用系統(tǒng)仿真軟件完成對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的初步測(cè)試工作。1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r與發(fā)展趨勢(shì)鋼鐵材料以其所具有的特性較高的強(qiáng)度和韌性、易加工成型性、綠色可循環(huán)性在未來(lái)時(shí)期內(nèi)仍將是重要的結(jié)構(gòu)材料。隨著世界汽車(chē)制造、電氣機(jī)械、船舶制造工業(yè)的發(fā)展，板材、管材在鋼材中所占的比例將逐漸提高，線棒材所占比例將有所下降，但其絕對(duì)值仍在上升。而且線棒材生產(chǎn)結(jié)構(gòu)將發(fā)生很大的變化。我國(guó)目前線棒材生產(chǎn)有如下特點(diǎn)：產(chǎn)能高。我國(guó)線棒材無(wú)論是軋機(jī)數(shù)量,還是產(chǎn)量均居世界第一位,而且其產(chǎn)量還在以較快速度增長(zhǎng)(年平均增長(zhǎng)速度為15%左右),目前我國(guó)線棒材占鋼材總產(chǎn)量的48%50%。與此同時(shí),美國(guó)同期線棒材產(chǎn)量占鋼材總產(chǎn)量的22%左右,日本同期線棒材產(chǎn)量占鋼材總產(chǎn)量的27%左右,而且?guī)啄陙?lái)產(chǎn)量相對(duì)平穩(wěn)。因此我國(guó)線棒材無(wú)論是所占鋼材總產(chǎn)量的比例還是絕對(duì)產(chǎn)量均高于美國(guó)和日本。生產(chǎn)裝備參差不齊。近年來(lái)我國(guó)小型軋機(jī)向連續(xù)化發(fā)展,線材生產(chǎn)則趨向采用高速線材軋機(jī),到2002年6月底,全國(guó)共投產(chǎn)連續(xù)及半連續(xù)小型軋機(jī)70套,設(shè)計(jì)產(chǎn)能超過(guò)2100萬(wàn)t/a,其中國(guó)產(chǎn)化設(shè)備超過(guò)40%。到目前為止,全國(guó)共投產(chǎn)高速線材軋機(jī)約70臺(tái)套(含線棒材復(fù)合軋機(jī)),設(shè)計(jì)產(chǎn)能超過(guò)1700萬(wàn)t/a。國(guó)產(chǎn)化設(shè)備最高精軋速度可達(dá)90m/s。與此同時(shí),我國(guó)目前尚有一些落后的小型線材軋機(jī)再生產(chǎn)。據(jù)調(diào)查,約有40%的小型型鋼(線棒材)生產(chǎn)線屬于落后淘汰設(shè)備,約30%的落后線材生產(chǎn)線應(yīng)被淘汰。管理水平逐年提高。近年來(lái),我國(guó)線棒材廠總體生產(chǎn)管理水平不斷提高,一般連續(xù)小型及高速線材軋機(jī)投產(chǎn)后2年左右即能達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)產(chǎn)量。2000年以后,不少小型線材軋機(jī)的成材率達(dá)到97%,一些實(shí)行負(fù)偏差軋制的軋機(jī),成材率約在98%以上。另外,由于注重產(chǎn)品質(zhì)量的提高,開(kāi)發(fā)了400MPa級(jí)帶肋鋼筋。并且,不少企業(yè)努力增加硬線生產(chǎn)比例,特別是在擴(kuò)大高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絲、鋼絞線生產(chǎn)份額,改善冷墩鋼質(zhì)量,擴(kuò)大產(chǎn)品規(guī)格上采取了多項(xiàng)措施。最近新投產(chǎn)的幾套高速線材軋機(jī),可提供525mm線材,直徑公差達(dá)0.1mm,橢圓度達(dá)0.14mm,可滿(mǎn)足不同用戶(hù)的需求。高質(zhì)量、高附加值的經(jīng)濟(jì)線材少。金屬制品是高速線材的深加工產(chǎn)品,其使用價(jià)值優(yōu)于熱軋產(chǎn)品,可節(jié)約金屬30%40%。據(jù)統(tǒng)計(jì),發(fā)達(dá)國(guó)家金屬制品的產(chǎn)量已占線材產(chǎn)量的50%70%。我國(guó)雖然線材產(chǎn)量占鋼材總產(chǎn)量的21.9%(居世界第一位),可用于金屬制品的只占線材產(chǎn)量的30%,很多高質(zhì)量要求的產(chǎn)品仍靠進(jìn)口。棒材生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步：注重改進(jìn)軋前工序。為了生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)線棒材,首先要生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)鋼,因而采用擴(kuò)大轉(zhuǎn)爐容量、增加精煉、在進(jìn)加熱爐前設(shè)置或預(yù)留“拋丸-超聲波探傷”或“磁粉探傷-修磨”生產(chǎn)線。而采用超高功率電爐、精煉、連鑄供坯的生產(chǎn)企業(yè),增加了300m3級(jí)別的高爐,將熱鐵水對(duì)入廢鋼中冶煉,不僅改善鋼的制得純凈度,同時(shí)可以節(jié)約能耗、縮短生產(chǎn)周期、降低氧化鐵皮損耗、改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量、提高金屬收得率、降低生產(chǎn)成本。而采用自供坯的小型、線材軋機(jī)多力求采用熱送鋼坯,以降低產(chǎn)品熱耗。加熱爐技術(shù)進(jìn)步。步進(jìn)式鋼坯加熱爐的普遍應(yīng)用。20世紀(jì)80年代末到90年代初,建設(shè)的連續(xù)式高速線材軋機(jī)多采用步進(jìn)式加熱爐;90年代中期以后建設(shè)的鋼坯加熱爐多采用側(cè)進(jìn)側(cè)出全梁式步進(jìn)爐,步距可調(diào),采用新型的低NOX型燒嘴,側(cè)燒嘴采用帶中心風(fēng)的調(diào)焰燒嘴,調(diào)節(jié)比可達(dá)1:10,長(zhǎng)度大于12m的鋼坯多設(shè)置端燒嘴,以使鋼坯加熱溫度更均勻。蓄熱式加熱爐技術(shù)得到重視。近年來(lái),蓄熱式燃燒技術(shù)在小型、線材車(chē)間逐步得到應(yīng)用,蓄熱式燃燒系統(tǒng)由蓄熱室和換向裝置組成,可將空氣、煤氣同時(shí)預(yù)熱至1000左右,可使用高爐煤氣等低熱值燃料。蓄熱式加熱爐可節(jié)能約35%,縮短鋼坯加熱時(shí)間,降低燒損。無(wú)頭軋制工藝。20世紀(jì)90年代中期,由日本NKK及意大利達(dá)涅利公司分別開(kāi)發(fā)成功的無(wú)頭軋制新技術(shù),引起了軋鋼技術(shù)的一場(chǎng)革命。該技術(shù)具有產(chǎn)量高、成材率高、軋制穩(wěn)定、降低消耗等優(yōu)點(diǎn)。無(wú)頭軋制技術(shù)是指在加熱爐出口側(cè)將鋼坯兩端焊接起來(lái),軋制一根無(wú)限長(zhǎng)的鋼坯。這種軋制方法由于消除了鋼坯之間的時(shí)間間隔,消除了軋件的切頭切尾,消除了棒材生產(chǎn)線上的短尺/短尾或線材盤(pán)卷頭尾修剪,可按用戶(hù)需要生產(chǎn)不同重量的盤(pán)卷,減少咬鋼次數(shù),使堵鋼的可能性更小,減少了停機(jī)時(shí)間,而且穩(wěn)定軋制使設(shè)備受的沖擊減少,減少設(shè)備維護(hù)和備件需求,延長(zhǎng)了消耗件的壽命,因此可大大提高產(chǎn)量、降低成本。鋼坯頭尾采用閃光焊連接,閃光焊接后用力將鋼坯端頭對(duì)接,焊接區(qū)的液態(tài)金屬被擠出來(lái),保證了焊接區(qū)的質(zhì)量。這種軋制方法由于消除了坯料間隔時(shí)間,從而增加了純軋時(shí)間,提高了金屬的收得率。目前我國(guó)已有唐鋼、漣鋼小型軋機(jī)及邢鋼二高線廠高線軋機(jī)分別引進(jìn)了DANIELI及NKK無(wú)頭軋制技術(shù),均取得了很好的效果。線棒材生產(chǎn)的定徑減徑機(jī)組。被稱(chēng)為21世紀(jì)高線發(fā)展必經(jīng)之路的定徑減徑機(jī)組,是20世紀(jì)90年代摩根公司開(kāi)發(fā)成功的,經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展,技術(shù)更加成熟。目前具有代表性的機(jī)組有：摩根4機(jī)架RSM機(jī)組,達(dá)涅利的雙模塊機(jī)組TMB;考克斯/達(dá)涅利減徑定徑機(jī)組RSB。摩根4機(jī)架定徑減徑機(jī)組技術(shù)核心是：在精軋機(jī)組后面配置定徑/減徑機(jī)組,除了滿(mǎn)足尺寸精度外,全線單一孔形系列,實(shí)現(xiàn)自由軋制。產(chǎn)品尺寸范圍擴(kuò)展到5.525mm,每隔0.1mm生產(chǎn)一種產(chǎn)品。機(jī)組緊湊布置,前兩架為減徑,輥徑為230mm,可與精軋機(jī)輥箱互換,孔型為橢圓,金屬減面率為10%20%。后兩架為無(wú)導(dǎo)衛(wèi)的定徑機(jī)組,輥徑150mm,中心距非常小,孔型為近似圓-圓。成品最小可到5.0mm。精軋后的在線測(cè)徑儀與輥縫調(diào)節(jié)系統(tǒng)配合,可精確調(diào)整成品尺寸。共用孔型極大地簡(jiǎn)化了換規(guī)格的程序,減少了輥環(huán)的庫(kù)存量。單一孔型系統(tǒng)另一顯著優(yōu)點(diǎn)是,只要簡(jiǎn)單地略微調(diào)整RSM各架的輥縫,就能生產(chǎn)出比名義尺寸略大或略小的產(chǎn)品,可以為特殊用戶(hù)提供任意產(chǎn)品,即自由軋制。快速換輥、傳動(dòng)聯(lián)軸器、流體管線都設(shè)計(jì)為快速對(duì)接,提高了生產(chǎn)率。達(dá)涅利摩加沙瑪提供的TMB技術(shù),可使產(chǎn)量提高15%,用于生產(chǎn)特殊鋼線材。TMB技術(shù)基于使用160mm方坯為原料的線材軋機(jī),粗中軋,為16機(jī)架,其后3機(jī)架打壓下考克斯定徑機(jī)組,一整架軋機(jī)靈活性和提高產(chǎn)品的精度,后結(jié)雙模塊系統(tǒng)構(gòu)成為預(yù)精軋機(jī)組有8/10架無(wú)扭軋機(jī),和布置在吐絲機(jī)前的4道次無(wú)扭精軋機(jī)組。從第一架軋機(jī)到預(yù)精軋的最后一道,只采用一套孔型,全部產(chǎn)品變化都在最后4道次的精軋機(jī)組完成,產(chǎn)品范圍為4.525mm。在3機(jī)架的大雅下定徑軋機(jī)中,僅用一種規(guī)格的進(jìn)料即可軋制尺寸范圍很寬、公差精確的出口軋件,實(shí)現(xiàn)雙模塊機(jī)組的前導(dǎo)孔型所需要的變形量。在4架精軋孔型中采用小變形量12%16%,可得到非常嚴(yán)格的公差。由于兩組無(wú)扭軋機(jī)間安裝了水冷系統(tǒng),全部產(chǎn)品都可采用低溫軋制工藝?？伎怂?達(dá)涅利減徑定徑機(jī)組RSB為三輥考克斯軋機(jī),開(kāi)始用于無(wú)縫和焊管的張力減徑軋制。1991年開(kāi)發(fā)出的最新減徑定徑機(jī)組RSB,在軋制中材料處于三向壓應(yīng)力作用下,可充分發(fā)揮其塑性潛能,尤其適合于軋制難變形金屬。RSB機(jī)組的主要優(yōu)點(diǎn)有:可以獲得好的產(chǎn)品質(zhì)量(包括尺寸公差、表面質(zhì)量和冶金性能);產(chǎn)品種類(lèi)齊全,可在任何時(shí)間生產(chǎn)任何規(guī)格的產(chǎn)品;能耗低,比常規(guī)軋制方法可降耗30%左右;后序加工費(fèi)用低,表面削去量減少;采用備用機(jī)架換輥,可提高有效作業(yè)時(shí)間;提高了成材率。我國(guó)大冶鋼廠和上鋼五廠都引進(jìn)了此種機(jī)型。低溫軋制工藝。常規(guī)軋制的溫度是在奧氏體區(qū)軋制,低溫精軋是指在最后幾道次的形變發(fā)生在正火軋制工藝或熱機(jī)精軋工藝對(duì)應(yīng)的溫度范圍內(nèi)。由于RSM、TMB和RSB軋機(jī)的投入,使軋件進(jìn)吐絲機(jī)前再進(jìn)行一次低溫軋制(750950),經(jīng)低溫變形后,可得到均勻的細(xì)晶組織,有利于改善產(chǎn)品性能。該軋制方法還適用于軋制雙相鋼線材。為了得到均勻的細(xì)晶組織,低終軋溫度下形變率的控制是一個(gè)關(guān)鍵因素。在更多道次中采用大變形量的低溫軋制會(huì)導(dǎo)致晶粒尺寸的不均勻,這是由于超過(guò)了與應(yīng)變能積累相關(guān)的總應(yīng)變極限后,產(chǎn)生了部分動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。因此,兩道次低溫軋制的斷面壓縮率應(yīng)在24%31%,四道次低溫軋制的斷面壓縮率應(yīng)在46%57%。而對(duì)一些低溫軋制和正火軋制均不能改善其性能的鋼種,如不銹鋼、易切削鋼等,通過(guò)此機(jī)組生產(chǎn),可使軋件從頭至尾保持穩(wěn)定的軋制溫度,從而使產(chǎn)品的組織均勻性及尺寸公差得到保證,生產(chǎn)效率顯著提高。低溫軋制的優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)組織的細(xì)化將生產(chǎn)細(xì)化的晶粒尺寸;避免碳鋼發(fā)生正火;改善了低溫韌度;可獲得良好的力學(xué)性能;提高疲勞強(qiáng)度;較好的表面質(zhì)量;并通過(guò)控制冷卻工藝使鋼材得到理想的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)?？刂评鋮s工藝。控制冷卻的任務(wù)是通過(guò)控冷輥道速度和集管水量的控制實(shí)現(xiàn)軋件的加速冷卻控制及實(shí)現(xiàn)軋件所要求的開(kāi)冷溫度、終冷溫度和冷卻速率?？刂评鋮s的基本策略是,根據(jù)軋件目標(biāo)冷卻速率,確定單位集管流量;根據(jù)目標(biāo)開(kāi)冷溫度、終冷溫度和冷卻速率,迭代計(jì)算控冷輥道速度和開(kāi)啟的集管數(shù)目,其中輥道速度盡量大,以減少軋件長(zhǎng)度方向的開(kāi)冷溫度不均勻性,但又需要考慮到控冷區(qū)前后輥道長(zhǎng)度對(duì)軋件升降速的限制;開(kāi)啟的集管組數(shù)受到瞬時(shí)最大水量的限制?？刂评鋮s工藝的應(yīng)用可在減少成本的同時(shí),顯著提高產(chǎn)品質(zhì)量?？乩涮幚砗蟮钠胀ǖ吞间摼湍軌蛱娲⒑辖痄摷暗秃辖痄撏ㄟ^(guò)穿水淬火,通過(guò)穿水冷卻,在線棒材表面形成粗大馬氏體,然后通過(guò)線材內(nèi)部殘余熱量進(jìn)行自回火,從中心到表面逐漸擴(kuò)散,最終在冷床上空冷。即經(jīng)過(guò)3個(gè)熱處理階段:淬火階段、回火階段、最終冷卻階段。多種機(jī)型的運(yùn)用。除傳統(tǒng)軋機(jī)機(jī)型外,近年來(lái)線棒材軋機(jī)大量采用了特色各異的多種機(jī)型。除了減定徑機(jī)、雙模塊,軋機(jī)和考克斯軋機(jī)外,還有以下兩種特殊機(jī)型。無(wú)牌坊機(jī)架。該機(jī)架的特點(diǎn)是:機(jī)架由4根拉桿承受軋制力,軋制力分布在很短的回路內(nèi)和較大的面積里。此外,為了保證軸承座的剛度和從圓柱軸承到拉桿的短距離,使機(jī)架和軸承座彎曲最小,對(duì)機(jī)架的拉桿位置進(jìn)行了優(yōu)化,無(wú)牌坊機(jī)架可靠性高,軸向徑向剛度高,對(duì)實(shí)施低溫軋制有利,且產(chǎn)品尺寸公差小,換輥時(shí)間短。適用于中、精軋機(jī)組。懸臂式機(jī)架。懸臂式機(jī)架采用芯軸加套NiCrCo熱處理輥環(huán),油膜軸承結(jié)構(gòu),有水平式機(jī)架、立式機(jī)架、平/立可轉(zhuǎn)換式機(jī)架。這種機(jī)型的特點(diǎn)是:軋輥輥頸直徑增大約30%,斷面積增加約65%,增強(qiáng)了關(guān)鍵部位的強(qiáng)度,減少了應(yīng)力集中;該機(jī)型有固定的軋制線;易于更換輥環(huán),維護(hù)及更換導(dǎo)衛(wèi)方便;重量輕,可節(jié)約投資。這種機(jī)型適于作為小型或高線軋機(jī)的粗軋機(jī)架,只需配置一種孔型即可。自動(dòng)控測(cè)技術(shù)。線材尺寸小、長(zhǎng)度大、運(yùn)行速度快,因此極易產(chǎn)生振動(dòng)、抖動(dòng)和扭轉(zhuǎn)等問(wèn)題。這些問(wèn)題的存在,給用常規(guī)檢測(cè)方法對(duì)軋件和成品的尺寸、形狀的檢測(cè)帶來(lái)很大困難。從20世紀(jì)90年代中期開(kāi)始,國(guó)外線材廠家開(kāi)始借助于測(cè)徑儀,對(duì)軋件和成品的尺寸形狀進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)。對(duì)檢測(cè)的結(jié)果和檢測(cè)結(jié)果所對(duì)應(yīng)的軋制狀態(tài)進(jìn)行相關(guān)性分析、歸納整理,得出影響線材尺寸精度的內(nèi)在規(guī)律,并在此基礎(chǔ)上形成可有效指導(dǎo)操作的指導(dǎo)文件和可融于控制、管理軟件之中的應(yīng)用軟件,從而能更好地對(duì)操作人員的調(diào)整給予定性定量?jī)煞矫娴闹笇?dǎo),以便操作人員在線材高速軋制時(shí)能及時(shí)掌握軋件及成品的尺寸精度變化情況。國(guó)外有關(guān)提高線材尺寸精度的研究與應(yīng)用,目前已在原有的基礎(chǔ)上,利用測(cè)徑儀動(dòng)態(tài)檢測(cè)軋件、成品的形狀尺寸,并對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析研究,得出符合現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)工藝過(guò)程的規(guī)律并以此指導(dǎo)生產(chǎn)操作,從而向?qū)崿F(xiàn)整條軋制線工藝過(guò)程調(diào)整的閉環(huán)控制方向發(fā)展。TMCP技術(shù)。TMCP技術(shù)是以控軋控冷相結(jié)合為特點(diǎn),也就是低溫軋制和在線熱處理的綜合處理手段。在控制形變組織的基礎(chǔ)上,又控制隨后的的冷卻速度,從而獲得理想的相變組織,使軋材具有所需要的強(qiáng)度和韌性,而這種性能是單獨(dú)采用控制形變或單獨(dú)采用熱處理所無(wú)法達(dá)到的。TMCP技術(shù)要點(diǎn)是:將鑄坯低溫加熱到1000左右,在具有較小晶粒的奧氏體區(qū)開(kāi)始軋制;在適當(dāng)?shù)腁r3溫度附近的亞穩(wěn)態(tài)奧氏體區(qū)或+兩相區(qū)變形;隨后控制冷卻,使加工后未再結(jié)晶組織進(jìn)行恒溫轉(zhuǎn)變,通過(guò)晶粒內(nèi)形變帶上形成的大量晶核,實(shí)現(xiàn)細(xì)晶鐵素體的轉(zhuǎn)變。在同樣的形變量下,橫溫轉(zhuǎn)變溫度越低,鐵素體的形核率越高,組織晶粒越細(xì),從而得到高強(qiáng)度化和高韌性化。這樣,在材料的化學(xué)成分上就可相應(yīng)地進(jìn)行低碳化、低碳當(dāng)量化,從而對(duì)改善軋件的焊接性和降低脆性轉(zhuǎn)化溫度非常有利。特別是通過(guò)低碳化,添加的微量元素Nb在低溫下易于固溶,對(duì)改善材料性能更為有利?？梢哉f(shuō),該技術(shù)在通過(guò)控制軋制這一相變基礎(chǔ)上,又增加了一個(gè)通過(guò)控制冷卻實(shí)現(xiàn)組織控制的自由度。TMCP技術(shù)的實(shí)質(zhì),是使傳統(tǒng)的形變熱處理工藝在軋制生產(chǎn)中在線完成,從而軋制出高強(qiáng)度、高韌性、高焊接性的管線用鋼和船板鋼、高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)用鋼。帶肋鋼筋表面淬火及自回火-OTB工藝。為了適應(yīng)目前在軋制過(guò)程中通過(guò)采用不同的工藝控制生產(chǎn)不同級(jí)別的產(chǎn)品這一趨勢(shì),發(fā)展了一種表面淬火及自回火-QTB工藝。該工藝過(guò)程是在淬火階段,在棒材離開(kāi)終軋機(jī)時(shí),需劇烈水冷,在棒材表面形成冷硬層,冷卻速度高于形成馬氏體速度,以獲得粗大馬氏體;在回火階段,熱量從溫度仍很高的棒材芯部傳到已淬火表面,使在第一階段得到的馬氏體得到自回火;第三階段是在冷床上,棒材芯部未轉(zhuǎn)換的奧氏體進(jìn)行半等溫相變。由于棒材表面形成了回火馬氏體組織,可提高其屈服強(qiáng)度約150MPa,可代替影響材料韌性的進(jìn)一步冷加工處理。產(chǎn)品在具有高強(qiáng)度的同時(shí),保證了足夠的韌性,產(chǎn)品質(zhì)量好于熱軋加空冷的微合金鋼及低合金鋼產(chǎn)品。由于碳當(dāng)量較低,采用QTB工藝后的帶肋鋼筋還可以獲得較好的焊接性能。在此工藝中,終軋溫度、淬火時(shí)間、水流量是淬火工藝的關(guān)鍵參數(shù),淬火過(guò)程又決定了一個(gè)特定的回火溫度,這些因素決定了回火馬氏體環(huán)面積所占的比例,并將最終決定產(chǎn)品的力學(xué)性能,尤其是抗拉性能。QTB工藝的開(kāi)發(fā)應(yīng)用帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益是很明顯的。據(jù)測(cè)算,如果使用自供坯,用低碳鋼代替微合金鋼,可節(jié)省煉鋼車(chē)間生產(chǎn)成本18%;如果代替低合金鋼,可節(jié)省成本8%。如果購(gòu)坯軋制,使用低碳鋼代替微合金鋼,可節(jié)省生產(chǎn)成本15%;代替低合金鋼可節(jié)省成本6%。我國(guó)棒材健康發(fā)展應(yīng)采取的對(duì)策改造或淘汰落后的生產(chǎn)線。開(kāi)發(fā)低成本國(guó)產(chǎn)連軋(半連軋)生產(chǎn)線,改造或淘汰落后的生產(chǎn)線。為此,應(yīng)遵循以下原則:以連軋(半連軋)生產(chǎn)線改造為主要目的,淘汰現(xiàn)有多火成材的橫列式軋和落后的復(fù)二重線材軋機(jī)。粗軋機(jī)組可采用靈活、快速粗軋技術(shù),與連鑄銜接,盡量采用熱送熱裝技術(shù);不斷開(kāi)發(fā)、完善國(guó)產(chǎn)技術(shù)和裝備,以建設(shè)和生產(chǎn)的低成本與國(guó)外高裝備水平生產(chǎn)線在產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)成本的優(yōu)化組合上取得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。在建設(shè)方式上,對(duì)資金不足的企業(yè)可分步實(shí)施。第一步先建成半連軋生產(chǎn)線,待條件成熟時(shí)可將粗軋改成連軋形式。調(diào)整品種結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品。目前我國(guó)線材品種結(jié)構(gòu)不盡合理,中低檔品種產(chǎn)量過(guò)剩;高附加值、高技術(shù)含量的品種又缺乏,需要從國(guó)外大量進(jìn)口。如優(yōu)質(zhì)硬線的生產(chǎn)比例,國(guó)外先進(jìn)國(guó)家優(yōu)質(zhì)硬線比在20%左右,我國(guó)不到10%;我國(guó)合金鋼及不銹鋼線材比為1%2%,而國(guó)外在5%以上。因此希望采取措施,發(fā)展和填補(bǔ)國(guó)內(nèi)短缺空白品種,如鋼簾線用鋼材、高應(yīng)力彈簧用50CrV、55SiCr鋼、超低碳不銹鋼材等。積極增加級(jí)鋼筋的產(chǎn)量。級(jí)鋼筋是指強(qiáng)度為400MPa的帶肋鋼筋,在一般鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程中使用級(jí)鋼筋,與級(jí)鋼筋相比,可節(jié)約鋼材12%14%,可增加建筑物安全儲(chǔ)備,有顯著的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。而且級(jí)鋼筋由于碳當(dāng)量低,焊接方便,焊接性能好。強(qiáng)屈比不小于1.26,適于抗震,有利于地震區(qū)建筑物使用。國(guó)家已將級(jí)鋼筋作為推廣項(xiàng)目,而目前我國(guó)級(jí)鋼筋只占全部鋼筋產(chǎn)量的4%左右,遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿(mǎn)足不了市場(chǎng)需要。因此應(yīng)大力發(fā)展級(jí)鋼筋的生產(chǎn)。跟蹤世界前沿,積極引進(jìn)和消化國(guó)外先進(jìn)技術(shù)。目前發(fā)達(dá)國(guó)家在線棒材的生產(chǎn)中,研究和開(kāi)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(guó)的線棒材生產(chǎn)能夠持續(xù)健康發(fā)展,必須對(duì)現(xiàn)有的先進(jìn)技術(shù)進(jìn)行消化和吸收,盡快國(guó)產(chǎn)化,增加我國(guó)線棒材的競(jìng)爭(zhēng)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(dòng)連鑄直接扎制的開(kāi)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(kāi)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(guó)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(jiǎn)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(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的一種通用的工業(yè)自動(dòng)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(hù)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(wèn)世以來(lái)，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(duì)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(guó)通用汽車(chē)公司(GM公司)為了在每次汽車(chē)改型或改變工藝流程時(shí)能不改動(dòng)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(kāi)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(duì)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(wú)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(jiǎn)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(chē)時(shí)間內(nèi)使維修和故障診斷變得簡(jiǎn)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(kāi)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(kāi)關(guān)的交流15V電壓信號(hào)。(7)輸出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須能驅(qū)動(dòng)以交流運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器和電磁閥線圈，每個(gè)輸出量將設(shè)計(jì)為可開(kāi)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(dòng)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(gòu)買(mǎi)和安裝費(fèi)用上，應(yīng)有與原有繼電輯控制系統(tǒng)的競(jìng)爭(zhēng)力，即有高的性能價(jià)格比。(10)用戶(hù)存儲(chǔ)器容量至少在4KB以上。(根據(jù)當(dāng)時(shí)的汽車(chē)裝配過(guò)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(pán)。(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(guó)的數(shù)字設(shè)備公司(DEC)CP標(biāo)，并在1969年研制出了第一臺(tái)可編程序控制器(PDP-14)“其后，美國(guó)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(guó)的各種可編程序控制器也研制成功，我國(guó)在1974年開(kāi)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(dòng)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(duì)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(tái)可編程序控制器問(wèn)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(jiǎn)單，典型產(chǎn)品有MODICON公司的084ALLENBRADLEY(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(chēng)為可編程序邏輯控制器(Programmable Logic Controller-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(lái)自?xún)煞矫妫瑥目删幊绦蚩刂破靼l(fā)展而來(lái)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(lái)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(lèi)方法，前者被稱(chēng)為可編程序邏輯控制器(PLC，后者被稱(chēng)為單回路或多回路控制器。可編程序控制器的名稱(chēng)縮PC(Programmable Controller)，但是為了與個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)的名稱(chēng)縮寫(xiě)PC相區(qū)別，通常還是把可編程序控制器簡(jiǎn)稱(chēng)為PLC，這一階段的產(chǎn)品有MODICON公司的184、284、384西門(mén)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(guò)程控制的需要，對(duì)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(mén)子公司的SYMATIC S6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(kāi)始是PLC的開(kāi)放階段。由于開(kāi)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(kāi)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(hù)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(jí)編程語(yǔ)占等。這一階段的產(chǎn)品有西門(mén)子公司的SYMA7IC S5和s7系列、AB公司的PLC一5等。2.2 PLC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)。可靠性對(duì)可以維修的產(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：PLC不需要大量的活動(dòng)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(jiǎn)單、維修時(shí)間縮短，因此可靠性得到提高。PLC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。PLC有較強(qiáng)的易操作性，它具有編程簡(jiǎn)單、操作方便、維修容易等特點(diǎn)，因此對(duì)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。2.3 PLC的工作原理 圖2.3 掃描過(guò)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(lái)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(chēng),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?？删幊绦蚩刂破饔袃煞N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(guò)執(zhí)行反映控制要求的用戶(hù)程序來(lái)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(hào),用戶(hù)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(hù)程序之外,在每次循環(huán)過(guò)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(jiàn)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(chēng)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(lái)看處理過(guò)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(jiàn)右圖），圖中僅畫(huà)出了與用戶(hù)程序執(zhí)行過(guò)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(chēng)為掃描周期，其典型值為1100ms。指令執(zhí)行所需的時(shí)間與用戶(hù)程序的長(zhǎng)短、指令的種類(lèi)和CPU執(zhí)行指令的速度有很大的關(guān)系。當(dāng)用戶(hù)程序較長(zhǎng)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(guò)嚴(yán)格地來(lái)說(shuō)掃描周期還包括自診斷、通信等。如下圖所示。圖2.3.2 PLC的掃描運(yùn)行方式2.4 PLC的體系結(jié)構(gòu)PLC實(shí)質(zhì)上是一種被專(zhuān)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(mén)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(wú)異。可編程序控制器主要由CPU(中央處理單元)、存儲(chǔ)器(RAM和EPROM)、輸入/輸出模塊(簡(jiǎn)稱(chēng)I/O模塊)、編程器和電源五大部分組成。如下圖所示：圖2.4-2 PLC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(chǔ)器組成。CPU的作用類(lèi)似于人類(lèi)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:（1） 輸入處理：將現(xiàn)場(chǎng)的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)和數(shù)據(jù)分別讀入輸入映像寄存器和數(shù)據(jù)寄存器。（2） 程序執(zhí)行：逐條讀入和解釋用戶(hù)程序，產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)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。（3） 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(chǎng)和CPU模塊的橋梁。輸入模塊用來(lái)接收和采集輸入信號(hào)。輸入信號(hào)有兩類(lèi)，一類(lèi)是從按鈕、選擇開(kāi)關(guān)、數(shù)字開(kāi)關(guān)、限位開(kāi)關(guān)、接收開(kāi)關(guān)、關(guān)電開(kāi)關(guān)、壓力繼電器等來(lái)的開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)，另一類(lèi)是由電位器、熱電偶、測(cè)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(hào)。可編程序控制器通過(guò)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(lèi)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(hào)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(hào)外，還有電平轉(zhuǎn)換與噪聲隔離的作用。3. 編程器編程器除了用來(lái)輸入和編輯程序外，還可以用來(lái)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(lái)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(tái)編程器可供多臺(tái)可編程序控制器公用。4. 開(kāi)關(guān)量I/O模塊開(kāi)關(guān)量模塊的輸入輸出信號(hào)僅有接通和斷開(kāi)兩種狀態(tài)。電壓等級(jí)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070V高電壓為70256V，頻率4763HZ。 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(kāi)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(dòng)或外部干擾脈沖引起的錯(cuò)誤的輸入信號(hào)。濾波電路延遲時(shí)間的典型值1020ms信號(hào)上升沿，和2050ms，信號(hào)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(huà)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(hào)，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(kāi)關(guān)、光電開(kāi)關(guān)之類(lèi)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(hào)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。5. 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(dòng)直流負(fù)載）、雙向可控硅（驅(qū)動(dòng)內(nèi)交流負(fù)載）和小型繼電器，后者可以驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載或直流負(fù)載。輸出電流的典型值為0.52A，負(fù)載電源由外部現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)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。2.5 PLC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(duì)指令存儲(chǔ)，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(duì)輸入信號(hào)（來(lái)自按鈕、傳感器和行程開(kāi)關(guān)等輸入部件）不斷地進(jìn)行采樣，根據(jù)檢測(cè)到的信號(hào)狀態(tài)，通過(guò)根據(jù)控制系統(tǒng)的要求設(shè)計(jì)和存儲(chǔ)的程序隨即作出反應(yīng)，并將這些反應(yīng)以輸出信號(hào)的形式，由輸出部件輸出，輸出信號(hào)控制系統(tǒng)的外部負(fù)載，如繼電器、電動(dòng)機(jī)、指示燈和報(bào)警器等，產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作。通過(guò)以上過(guò)程完成對(duì)軋鋼系統(tǒng)的控制。2.5.1 PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基本原則1) 最大限度的滿(mǎn)足被控對(duì)象的控制要求。2) 在滿(mǎn)足控制要求的前提下，力求使控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用和維護(hù)方便。3) 保證控制系統(tǒng)安全可靠。4) 考慮到生產(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。2.5.2 PLC提供的編程語(yǔ)言1) 標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言梯形圖語(yǔ)言也是我們最常用的一種語(yǔ)言，它有以下特點(diǎn)：A.它是一種圖形語(yǔ)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(yǔ)和一些圖形符號(hào)構(gòu)成，左右的豎線稱(chēng)為左右母線。B.梯形圖中接點(diǎn)（觸點(diǎn)）只有常開(kāi)和常閉，接點(diǎn)可以是PLC輸入點(diǎn)接的開(kāi)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(hù)程序中可以當(dāng)條件使用。2) 語(yǔ)句表語(yǔ)言，類(lèi)似于匯編語(yǔ)言。3) 邏輯功能圖語(yǔ)言，沿用半導(dǎo)體邏輯框圖來(lái)表達(dá)，一般一個(gè)運(yùn)算，框表示一個(gè)功能，左邊畫(huà)輸入、右邊畫(huà)輸出。第三章 軋鋼棒材生產(chǎn)線冷床