《基西門子PLC的拉矯機(jī)轉(zhuǎn)矩設(shè)計(jì)》10000字（論文）

第一章緒論1.1研究的目的與意義1.1.1研究的目的隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不斷壯大，鋼產(chǎn)量也隨之增加，作為一個(gè)鋼鐵生產(chǎn)和使用大國(guó)，我國(guó)的鋼產(chǎn)量在2010年就達(dá)到6.3億噸，隨著市場(chǎng)需求的減少和國(guó)家鋼鐵市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，鋼鐵出現(xiàn)了價(jià)格下降的趨勢(shì)，鋼鐵產(chǎn)量雖然有所下降，但是我國(guó)的鋼鐵產(chǎn)量一直是居高不下的狀態(tài)，直到2020年，我國(guó)粗鋼產(chǎn)量已然達(dá)到了世界的最高紀(jì)錄105300萬(wàn)噸。雖然近年來(lái)鋼鐵產(chǎn)量一直很大，但是很多研究學(xué)者表示我國(guó)并不是一個(gè)真正的鋼鐵強(qiáng)國(guó)，僅僅是入門而已。目前，隨著人們對(duì)鋼鐵需求的多樣化，學(xué)者越來(lái)越多優(yōu)質(zhì)鋼鐵被開發(fā)利用，各種靈異均可看到它們的身影，在航天航空、生活用品、家電和基建行業(yè)都得到了廣泛的應(yīng)用。優(yōu)質(zhì)鋼鐵不同的普通鋼鐵，在鋼鐵領(lǐng)域是具有核心技術(shù)，特別是汽車行業(yè)對(duì)其的需求量逐年遞增，隨著人們的生活水平提高，對(duì)鋼鐵的質(zhì)量要求也越發(fā)重視，我過(guò)鋼鐵行業(yè)不斷改革發(fā)展，鋼鐵產(chǎn)量保持穩(wěn)定，但是由于我國(guó)在優(yōu)質(zhì)鋼鐵和特殊鋼鐵等領(lǐng)域的研究較晚，投入的資金也不足，這就造成了企業(yè)缺乏創(chuàng)新能力，新技術(shù)的發(fā)展緩慢，這就沒(méi)辦法在高性能的鋼鐵市場(chǎng)占領(lǐng)先機(jī)，高附加值的產(chǎn)品我過(guò)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力較差，很多關(guān)鍵的鋼鐵都要依賴國(guó)外進(jìn)口，這就可能導(dǎo)致國(guó)外對(duì)我國(guó)鋼鐵領(lǐng)域進(jìn)行卡脖子，所以當(dāng)前加大對(duì)優(yōu)質(zhì)鋼鐵的研發(fā)具有至關(guān)重要的作用。作為高端產(chǎn)品之一的板帶材生產(chǎn)中冷軋產(chǎn)品，其具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，比如使用的技術(shù)先進(jìn)，加工的精度高、產(chǎn)品種類多、應(yīng)用的范圍廣等等。一個(gè)國(guó)家的綜合實(shí)力也和其鋼鐵生產(chǎn)能力息息相關(guān)，鋼鐵關(guān)系到民生、國(guó)防等相關(guān)領(lǐng)域的建設(shè)，鋼鐵的制造能力與國(guó)家發(fā)展息息相關(guān)。隨著人們對(duì)鋼鐵質(zhì)量的要求越來(lái)越高，我過(guò)鋼鐵需要進(jìn)行改進(jìn)，不斷地通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新來(lái)獲得優(yōu)質(zhì)的帶鋼，這種帶鋼具有很好的高平直度，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中具有優(yōu)勢(shì)的地位，這就刺激了帶鋼平整和矯直技術(shù)的發(fā)展，掌握這兩種技術(shù)可以對(duì)帶鋼的平直度進(jìn)行有效的控制，消除帶鋼的缺陷。延仲率是帶鋼在平整和矯直過(guò)程中的重要指標(biāo)，通過(guò)對(duì)其的控制，可以保證工藝的質(zhì)量，從而提高帶鋼的整體質(zhì)量，這為帶鋼板形的塑造及力學(xué)性能的控制都具有關(guān)鍵的作用，可以滿足用戶的不同需求。當(dāng)金屬的帶材技術(shù)已經(jīng)得到了不少的發(fā)展，特別是在冷、熱軋技術(shù)取得了不錯(cuò)的成果，相關(guān)產(chǎn)品的板形質(zhì)量較之前已經(jīng)得到了改善，可以滿足當(dāng)前的一部分需要，但是在汽車和家電等對(duì)鋼材要求更加嚴(yán)格的行業(yè)，目前帶鋼的平直度還是不能滿足要求。這就要求在工藝上對(duì)冷軋或者熱軋后的帶鋼進(jìn)行特殊處理，這是一道必須的工序。實(shí)際生產(chǎn)中鋼材板形的改善主要是通過(guò)對(duì)鋼板延伸率的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，生產(chǎn)中鋼材延伸率的控制工藝是平整軋制和拉彎矯直，這兩個(gè)工藝對(duì)板形的影響較大，可以較好的控制延仲率，起到關(guān)鍵的作用。而其中拉彎矯直技術(shù)是由拉矯機(jī)來(lái)完成，拉矯機(jī)組成部分較多，主要采用的是連鑄機(jī)拉坯驅(qū)動(dòng)裝置，多臺(tái)這種拉矯機(jī)即可構(gòu)成一臺(tái)板坯連鑄機(jī)。實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)拉矯機(jī)常常出現(xiàn)轉(zhuǎn)速不同的現(xiàn)象，當(dāng)轉(zhuǎn)速較快時(shí)會(huì)造成拉矯力太大，電流的荷載過(guò)高；當(dāng)轉(zhuǎn)速較慢時(shí)，又會(huì)因?yàn)槔C機(jī)的電流太小，導(dǎo)致電機(jī)發(fā)生故障，進(jìn)而影響工作生產(chǎn)線的順利工作。當(dāng)拉矯機(jī)出現(xiàn)臥坯后，就會(huì)造成大量的廢坯，設(shè)備的使用壽命就會(huì)大大降低，同時(shí)精度也變低。可見，拉矯機(jī)的轉(zhuǎn)速對(duì)生產(chǎn)的影響巨大，對(duì)拉矯機(jī)轉(zhuǎn)速的有效控制非常重要。拉矯機(jī)轉(zhuǎn)速的控制就是對(duì)拉矯機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行有效的控制，本文將著手從控制層S7-400PLC出發(fā)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線profibus-DP傳輸給直流調(diào)速裝置進(jìn)而使電動(dòng)機(jī)按轉(zhuǎn)矩設(shè)定值輸出。1.1.2研究意義基于S7-400PLC對(duì)拉矯機(jī)轉(zhuǎn)矩的設(shè)計(jì)構(gòu)建了一個(gè)新式的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，一定程度上的提高了拉矯機(jī)自動(dòng)化水平及生產(chǎn)效率，并在一定程度上解決了由于拉矯機(jī)轉(zhuǎn)速不一致導(dǎo)致的工業(yè)浪費(fèi)、資源浪費(fèi)甚至環(huán)境的破環(huán)，也使我個(gè)人對(duì)PLC操作系統(tǒng)有了全新的認(rèn)識(shí)，對(duì)鋼鐵連鑄工藝流程有了一個(gè)全新的認(rèn)知。設(shè)計(jì)出一款良好的拉矯機(jī)轉(zhuǎn)矩自動(dòng)控制系統(tǒng)，這對(duì)我國(guó)帶鋼的品質(zhì)提升起到了推進(jìn)作用，可以獲得高品質(zhì)的板形，生產(chǎn)出滿足需要的高質(zhì)量帶鋼，滿足我國(guó)生活生產(chǎn)對(duì)優(yōu)質(zhì)帶鋼的需求。本設(shè)計(jì)主要是為了解決拉矯機(jī)在生產(chǎn)中轉(zhuǎn)速不協(xié)調(diào)的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)現(xiàn)實(shí)中拉矯機(jī)轉(zhuǎn)速不均的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，找到導(dǎo)致這種現(xiàn)象的主要原因，針對(duì)這種問(wèn)題提出改進(jìn)方案，本文設(shè)計(jì)的改進(jìn)方案是對(duì)拉矯機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩控制，這根據(jù)功能需要開發(fā)PLC的控制程序，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的順利運(yùn)行。這可以保障拉矯機(jī)不會(huì)出現(xiàn)電流過(guò)載或者輕載，保證了電機(jī)的使用壽命，同時(shí)也提高了工作效率，減少了工作的能源損耗；也可以改進(jìn)生產(chǎn)的質(zhì)量，板材的受力均勻，表面平直度標(biāo)高，板形也較好。本文通過(guò)設(shè)計(jì)基于S7-400PLC的拉矯機(jī)轉(zhuǎn)矩控制設(shè)計(jì)，可以減少生產(chǎn)的投入，還可以提高產(chǎn)品的質(zhì)量，大大提高了鋼材的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，可以為企業(yè)帶來(lái)較好的利益，在生產(chǎn)中具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。此外，我過(guò)在電機(jī)直流調(diào)速領(lǐng)域也落后于國(guó)外，當(dāng)前國(guó)內(nèi)大部分直流調(diào)速裝置均從國(guó)外購(gòu)買，雖然可以在生產(chǎn)中取得較好的效果，但是由于國(guó)外技術(shù)保密，我國(guó)企業(yè)很難在原來(lái)的系統(tǒng)上根據(jù)自身需要進(jìn)行二次開發(fā)，這就為企業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了阻力，成為鋼鐵領(lǐng)域的一個(gè)卡脖子技術(shù)。本文通過(guò)研究直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方式，基于PLC的控制系統(tǒng)來(lái)控制拉矯機(jī)轉(zhuǎn)矩，對(duì)先進(jìn)技術(shù)的共享化己有一定的意義，并且提高了工廠自動(dòng)化程度，使工人更方便更好的操控。1.2國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀連續(xù)鑄造是指液態(tài)金屬經(jīng)支撐裝置及配套的冷卻系統(tǒng)連續(xù)地澆鑄成一定規(guī)則形態(tài)的固態(tài)鑄坯的過(guò)程。該工藝發(fā)展至今已經(jīng)有上百年，隨著現(xiàn)在社會(huì)科技的進(jìn)步，新的連續(xù)鑄造工藝也在不斷地改進(jìn)，自動(dòng)化生產(chǎn)線成為未來(lái)發(fā)展的重要方向，這將極大地提高鋼材的產(chǎn)量。前蘇聯(lián)號(hào)稱鋼鐵巨人，在連續(xù)鑄造技術(shù)上前蘇聯(lián)進(jìn)行了大量的研發(fā)，在理論和工藝上均取得了較大發(fā)展，在蘇聯(lián)解體前一直處理領(lǐng)先地位。80年代后，西歐、美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，在鋼鐵領(lǐng)域也取得較多突破。我國(guó)建國(guó)初期大多通過(guò)人工進(jìn)行鋼鐵鑄造，對(duì)連續(xù)鑄造的新工藝掌握較少，相關(guān)理論研究也比較晚，在1958年，我國(guó)首先在首鋼三廠建成了立式雙流連鑄機(jī)，這是我國(guó)第一臺(tái)自動(dòng)化鋼鐵鑄造機(jī)器，在1964年又在首鋼建造出第一臺(tái)弧形板坯，此后又建造出方坯兼用連鑄機(jī)，我國(guó)首先將弧形連鑄機(jī)這種工藝應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)上。90年代開始，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展增速加快，鋼鐵的需求量也大幅上升，這要求要改變以往的生產(chǎn)模式，一批新建或者改擴(kuò)建的鋼鐵廠應(yīng)運(yùn)而生，工藝上鋼錠模澆注也被連續(xù)鑄鋼工藝所取代，發(fā)展了十余年后，我國(guó)的鋼鐵工業(yè)已經(jīng)在世界上占據(jù)一席之地，中國(guó)鋼鐵的發(fā)展離不開連續(xù)鑄鋼工藝，幫助我國(guó)鋼鐵行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，這個(gè)工藝成為我國(guó)大型鋼鐵廠發(fā)展壯大的基礎(chǔ)。進(jìn)入21世紀(jì)后，我國(guó)的鋼鐵行業(yè)發(fā)展速度更快，年產(chǎn)量到2012年達(dá)到6.3億噸，占據(jù)當(dāng)年全世界鋼鐵產(chǎn)量的85%，這說(shuō)明了我國(guó)鋼鐵在世界上也具有舉足輕重的作用。國(guó)內(nèi)學(xué)者為了解決鋼鐵帶材存在的一些缺陷，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的研究和設(shè)計(jì)，在生產(chǎn)中推出了拉矯機(jī)，這種機(jī)器具有很多優(yōu)點(diǎn)，設(shè)備生產(chǎn)成本低，操作流程方便，運(yùn)輸簡(jiǎn)單，維修也比較快，更重要的是這更加符合我國(guó)鋼鐵的行業(yè)發(fā)展需要，但是由于核心技術(shù)被國(guó)外所壟斷，我們所掌握的技術(shù)較為落后，這些設(shè)備與國(guó)外最先進(jìn)的設(shè)備相比還有差距，設(shè)備的精度和安全性較差，高質(zhì)量產(chǎn)品也不如國(guó)外，所以未來(lái)應(yīng)該加強(qiáng)核心技術(shù)的研究，掌握技術(shù)高位才能更好的占據(jù)市場(chǎng)。1.3本文的主要工作（1）第一章，本章節(jié)旨在闡述出本課題的研究背景，對(duì)于拉矯機(jī)在實(shí)際生產(chǎn)中產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩控制的重要性進(jìn)行了一定的說(shuō)明，并提出其中所存在的問(wèn)題。之后介紹國(guó)內(nèi)外連鑄機(jī)拉矯機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，確定了本論文的主要研究?jī)?nèi)容及價(jià)值意義，為后續(xù)的課題研究奠定方向。（2）第二章，此章節(jié)將針對(duì)拉矯機(jī)的系統(tǒng)組成進(jìn)行詳細(xì)的介紹說(shuō)明，主要由三方面入手：壓下機(jī)構(gòu)、主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、調(diào)整機(jī)構(gòu)。進(jìn)而更加明確了如何將此課題更好的運(yùn)用在實(shí)際的拉矯機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)當(dāng)中。為之后的論文完成奠定了基礎(chǔ)。（3）第三章，在本課題的研究背景以及前兩章節(jié)的基礎(chǔ)下，首先需要明確對(duì)PLC的選型，我將使用西門子S7-400PLC做為控制層，在本章節(jié)中將對(duì)S7-400PLC進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明，闡述其優(yōu)勢(shì)所在。使用S7-400PLC對(duì)拉矯機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，是需要先對(duì)直流調(diào)速裝置進(jìn)行控制，由CPU414-2DP通過(guò)profibus-DP與直流調(diào)速裝置進(jìn)行通信，所以在本章節(jié)會(huì)展開討論，具備了對(duì)拉矯機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)。（4）第四章，通過(guò)對(duì)拉矯機(jī)轉(zhuǎn)矩的組成分析，對(duì)拉矯機(jī)控制系統(tǒng)開環(huán)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行設(shè)計(jì)。（5）第五章，對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)之后的研究方向進(jìn)行思考與展望。第二章拉矯機(jī)的組成及工作原理2.1系統(tǒng)組成部分拉矯機(jī)的系統(tǒng)由三部分組成：第一為壓下機(jī)構(gòu)：主要部件包括兩根橫梁，在這兩根橫梁上方設(shè)置有傳動(dòng)蝸輪箱，平行的方向設(shè)置有壓下螺母，壓下螺母內(nèi)側(cè)設(shè)置有壓下絲桿，壓下絲桿的地步設(shè)置有承力壓座，壓下螺母頂端設(shè)置有連接孔，這些連接孔主要是來(lái)連接傳動(dòng)蝸輪箱的輸出軸，壓下螺母上方對(duì)稱地設(shè)置有圓錐滾子軸承，其與兩根橫梁處于平行的狀態(tài)，所述壓下螺母的下端與兩根橫梁之間對(duì)稱設(shè)有推力滾子軸承。第二為主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：該部分的構(gòu)成組件較多，主要包括直流調(diào)速裝置、主傳動(dòng)裝置、開停機(jī)構(gòu)、制動(dòng)系統(tǒng)、主軸、電動(dòng)機(jī)等。主傳動(dòng)裝置是主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的核心，主要是由聯(lián)軸節(jié)和連接軸等組成，主傳動(dòng)的動(dòng)力來(lái)自于電機(jī)，由電機(jī)直接提供，起到了將將電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)和力矩傳遞給軋輥的作用。第三為調(diào)整機(jī)構(gòu)：拉矯機(jī)的重要部件之一是軋輥的調(diào)整裝置，主要作用是調(diào)整軋輥在機(jī)架中的位置，用來(lái)保證生產(chǎn)中要求的精確度和壓下量，制造出滿足要求的形狀的軋制條件。圖2.1拉矯機(jī)2.2拉矯機(jī)工作原理拉矯機(jī)相比于輥式矯直機(jī)和連續(xù)張力矯直機(jī)具有更多的特點(diǎn)，其生產(chǎn)工藝主要是依靠彎曲輾和張力輥的拉伸一起反復(fù)進(jìn)行彎曲作用，從而使帶材獲得更好的塑性延伸。矯直的工作原因是利用張力使帶材發(fā)生劇烈的彎曲，從而產(chǎn)生較大的拉伸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力，在這兩種力的聯(lián)合作用下帶材發(fā)生彈塑性延伸變形，這就使帶材的缺陷被消除，然后再用矯直棍對(duì)帶材進(jìn)行二次加工，這樣就可以得到高質(zhì)量的帶材。彎曲輥起到的作用是讓帶材單面受到塑性延伸變形，通過(guò)橫斷面的應(yīng)力分布不均原理來(lái)實(shí)現(xiàn)，帶材要先經(jīng)過(guò)兩個(gè)彎曲棍的加工，這樣整體上就形成了均勻的延伸度，然后再通過(guò)一個(gè)矯直棍加工，帶材表面的殘余應(yīng)力就被彎曲消除并分布均勻。為了滿足不同厚度的帶材加工需要，要設(shè)置多種彎曲棍和矯直棍組合。拉彎矯直主要是針對(duì)那些不良的板形，這些板形中存在著波浪和翹曲的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象是由于熱軋加工時(shí)冷熱不均引起的，主要是受到了工藝?yán)鋮s、熱軋溫度變化、輥形等因素的影響，這會(huì)導(dǎo)致帶材產(chǎn)生不均勻的應(yīng)力，這些應(yīng)力會(huì)造成帶材的表面平直度較差，雖然通過(guò)冷軋等工藝處理可以得到改善，但是這并不能治本，所以使用拉矯機(jī)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題才是根本的出路。這主要還是利用金屬具有彈塑性變形的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)。金屬材料在受到外來(lái)作用時(shí)會(huì)產(chǎn)生變形，外力作用越大則變形就越大，當(dāng)外力撤去后金屬材料如果沒(méi)有達(dá)到彈性變形的量則金屬就會(huì)自動(dòng)恢復(fù)原樣，如果外力導(dǎo)致金屬產(chǎn)生了彈性變形，進(jìn)而再發(fā)生塑性變形，這時(shí)候金屬會(huì)出現(xiàn)屈服的現(xiàn)象，這種屈服的應(yīng)力則稱為屈服強(qiáng)度。塑性是金屬在受到外力作用時(shí)會(huì)發(fā)生永久性的變形但是不影響均屬的整體性能，當(dāng)外部應(yīng)力超過(guò)了塑性變形極限應(yīng)力時(shí)，則金屬會(huì)出現(xiàn)斷裂。第三章拉矯機(jī)硬件設(shè)計(jì)3.1S7-400PLC選型3.1.1S7-400PLC的基本結(jié)構(gòu)S7-400PLC是一種性能良好的PLC，主要是采用模塊化的設(shè)計(jì)，無(wú)風(fēng)扇結(jié)構(gòu)是其一大特點(diǎn)，可以適用于多種場(chǎng)合，特別是復(fù)雜且龐大的控制系統(tǒng)。其主要組成硬件部件有：機(jī)架、電源模塊（PS）、數(shù)字量輸入（DI）模塊、功能模塊（FM）、模擬量輸出（AO）模塊、數(shù)字量輸出（DO）模塊、CPU、接口模塊（IM）、電源和底板等組成，模塊化并遵守插槽規(guī)則即可實(shí)現(xiàn)工作。其中信號(hào)模塊（SM）主要有：模擬量輸入/輸出（AI/AO）和數(shù)字量輸入/輸出（DI/DO）模塊。電源模塊PS:常用的電源模塊只有要兩種：PS407和PS405，電源的電壓為DC5V和DC24V，這是工作的電壓，通過(guò)AC或DC網(wǎng)絡(luò)電壓轉(zhuǎn)換得到，經(jīng)過(guò)背板總線向S7-400PLC供電，輸出電流有多種，常為4A、10A和20A。除了傳感器和執(zhí)行器自行供電外，其他模塊均需要電源進(jìn)行供電，機(jī)架上設(shè)置電源模塊，設(shè)置電源的接口，通過(guò)接口向各模塊進(jìn)行輸電。中央處理單元CPU：S7-400有7種CPU，本課題使用的是CPU414-2,適合于中等性能范圍，滿足對(duì)程序規(guī)模和指令處理速度以及復(fù)雜通信的更高要求，集成的Profibus-DP接口使它能夠作為主站直接連接到Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線。數(shù)字量輸入DI：該模塊的主要作用是將外部傳入的數(shù)字信號(hào)電平進(jìn)行轉(zhuǎn)換，通過(guò)轉(zhuǎn)化稱為PLC可識(shí)別的內(nèi)部信號(hào)電平。在輸入電路中設(shè)置RC濾波電路，這樣可以減少外部干擾造成的錯(cuò)誤信號(hào)輸入，還可以防止輸入觸點(diǎn)抖動(dòng)造成的影響，可以用來(lái)連接傳感器和機(jī)械觸點(diǎn)。直流電流較小，往往只有幾毫安，電路的延遲也較短，這就可以與光電開關(guān)和接近開關(guān)直接連接，DC24V作為一種安全電壓，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較好時(shí)，電磁干擾較少，這就可以考慮使用DC24V輸入模塊。數(shù)字量輸出DO:該模塊常被運(yùn)用于接觸器、驅(qū)動(dòng)電磁閥、小功率電燈和電動(dòng)機(jī)等負(fù)載、內(nèi)部設(shè)置有場(chǎng)效應(yīng)晶體管等功率放大器件來(lái)實(shí)現(xiàn)直流負(fù)載的大功率的驅(qū)動(dòng)；還設(shè)置有雙向晶閘管或固態(tài)繼電器來(lái)驅(qū)動(dòng)交流負(fù)載，同時(shí)還設(shè)置有小型繼電器來(lái)驅(qū)動(dòng)直流荷載，如有需要也可以用于驅(qū)動(dòng)交流荷載。模擬量輸入AI:當(dāng)出現(xiàn)大量連續(xù)變化的模擬量需要測(cè)量時(shí)，這就要用到該模塊，這是工業(yè)領(lǐng)域常用的方式?？梢杂行У目刂坪蜏y(cè)量非電量和強(qiáng)電電量。常見的非電量有：頻率、壓力、液位和溫度等。強(qiáng)電電量常見的有：電壓、功率、電流、電阻等。模擬量輸入模塊可以將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為plc可以識(shí)別的內(nèi)部數(shù)字信號(hào)，通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。常用的電流為4-20mA信號(hào)，電壓為0-10V信號(hào)。（6）模擬量輸出AO:模擬量輸出模板將PLC的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成用于控制過(guò)程所需要的模擬信號(hào)設(shè)計(jì)時(shí)選用6ES7432-IHF00-0AB08*16Bit輸出模板,其電壓檔有±10V、0~10V和1~5V檔位,電流檔有±20mA、0-20mA和4-20mA量程,通過(guò)編程器的STEP7軟件來(lái)選擇自行量程，在實(shí)際生產(chǎn)中主要是以4-20mA信號(hào)為主。3.1.2S7-400PLC的特點(diǎn)S7-400PLC在現(xiàn)實(shí)生活生產(chǎn)中運(yùn)用廣泛，常被人們應(yīng)用到汽車工業(yè)、機(jī)床與工具、紡織機(jī)械、控制設(shè)備制造、專用機(jī)械、過(guò)程控制、儀表制造和包裝機(jī)械等領(lǐng)域。具有很多特點(diǎn)是，比如：采用的是模塊化設(shè)計(jì)和無(wú)風(fēng)扇運(yùn)行等，還可以支持信號(hào)模板的熱插拔，堅(jiān)固耐用，更加容易進(jìn)行擴(kuò)展通信能力?？梢约嫒莺芏嗄K，看應(yīng)用于ET200的集中式擴(kuò)展，運(yùn)用分配式結(jié)構(gòu)，擁有友好的操作界面，使操作更加簡(jiǎn)便，相關(guān)成本也較低，在中、高檔性能控制中得到。采用底板總線設(shè)計(jì)，可以有效地和通信接口連接，CPU的連接也很便捷，大大提高了運(yùn)行的效率。3.2直流調(diào)速裝置與CPU414-2DP的通信S7-400通信能力很強(qiáng)，采用模塊化設(shè)計(jì)，主要包括Profibus-DP通信接口、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和以太網(wǎng)的通信模塊，CPU模塊具有多種級(jí)別，可以實(shí)現(xiàn)多種功能，滿足用戶不同的需求，能夠使用戶更加的解決問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。自動(dòng)化系統(tǒng)，plc和計(jì)算機(jī)接口可以交換數(shù)據(jù)，采用周期性的自動(dòng)化驅(qū)動(dòng)，多種程序讓用戶進(jìn)行自由調(diào)用，同時(shí)當(dāng)執(zhí)行的任務(wù)變得更加復(fù)雜后，可以根據(jù)實(shí)際需要對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，這樣就不需要更換模板。Profibus是一種國(guó)際通用的開放式數(shù)據(jù)傳輸，采用的是現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，由于其具有強(qiáng)大的功能被運(yùn)用到現(xiàn)場(chǎng)級(jí)網(wǎng)絡(luò)中，更加適用于中高等級(jí)的規(guī)模，其具有較多優(yōu)點(diǎn)，比如運(yùn)行速度快、技術(shù)穩(wěn)定成熟、協(xié)議開放等等，在行業(yè)中被大多數(shù)用戶所認(rèn)可。Profibus—DP往往被運(yùn)用于現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的高速數(shù)據(jù)傳輸，這種傳輸模式下，plc控制器交換數(shù)據(jù)是采用高速串行線同分散的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行，這種數(shù)據(jù)交換具有周期性。圖3.1拉矯機(jī)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)第四章拉矯機(jī)控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4.1拉矯機(jī)轉(zhuǎn)矩的組成（1）拉矯機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)矩：當(dāng)物體在旋轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)矩和慣量的關(guān)系好比物體在直線運(yùn)動(dòng)中的受力和質(zhì)量的關(guān)系。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量通常是對(duì)剛體繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)慣性的量度，用字母J表示。在經(jīng)典力學(xué)中，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（又稱質(zhì)量慣性矩，簡(jiǎn)稱慣矩）通常以I

或J表示。拉矯機(jī)直流電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)輥滾動(dòng)時(shí)，輥?zhàn)陨碇亓考由县?fù)載的鋼板重量使輥的圓周運(yùn)動(dòng)具有慣性，其中輥的質(zhì)量是一定的，而所負(fù)載的質(zhì)量是不一定的，質(zhì)量越大會(huì)使轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越大從而影響到轉(zhuǎn)矩，加速時(shí)，拉矯機(jī)上會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩，這種數(shù)值是不能夠忽視，減速時(shí)，拉矯機(jī)也會(huì)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩，這個(gè)數(shù)值是不能夠忽略。所以在加速時(shí)需要增加轉(zhuǎn)矩，減速時(shí)要減小轉(zhuǎn)矩的輸出。（2）摩擦補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩：外在給物體一個(gè)等于摩擦力的力，兩者大小相等，方向相反，這樣可以有效的抵消摩擦力，這樣可以事物體減少摩擦力的作用，實(shí)際上它還是受到摩擦力的,只是有一個(gè)外力和摩擦力抵消了。在拉矯機(jī)上鋼板對(duì)于輥有摩擦力，摩擦力過(guò)小會(huì)使鋼板在輥上滑滯，摩擦力過(guò)大會(huì)使電機(jī)過(guò)載。所以需要提供一個(gè)抵消摩擦力，提供一個(gè)補(bǔ)償因摩擦力而損耗的轉(zhuǎn)矩。4.2拉矯機(jī)開環(huán)轉(zhuǎn)矩設(shè)計(jì)通過(guò)觸摸屏將預(yù)設(shè)的轉(zhuǎn)矩值輸入，PLC將此時(shí)的拉矯機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)矩和摩擦補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩進(jìn)行計(jì)算，與轉(zhuǎn)矩設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，核算出需要增加或減少的轉(zhuǎn)矩值，通過(guò)Profibus-DP傳輸至直流調(diào)速裝置,數(shù)據(jù)傳輸?shù)街绷髡{(diào)速裝置的PZD區(qū)。PZD區(qū)傳輸?shù)氖侵髡景l(fā)送控制字、頻率設(shè)定值到從站和從站返回狀態(tài)字、實(shí)際值到主站。PZD區(qū)傳輸與PKW區(qū)存在區(qū)別，即PKW區(qū)傳輸?shù)膮?shù)要在報(bào)文中定義，而PZD區(qū)傳輸?shù)倪^(guò)程變量在PPO類型或者變頻器中已經(jīng)定義。PZD區(qū)傳輸過(guò)程中由PPO類型或者變頻器來(lái)決定過(guò)程數(shù)據(jù)的數(shù)量。PZD的過(guò)程數(shù)據(jù)包括功率、電流、速度、電壓、頻率和轉(zhuǎn)矩等數(shù)據(jù)值。凡是有連接器量參數(shù)直接相關(guān)的那些數(shù)據(jù)值，我們都可以用PZD過(guò)程數(shù)據(jù)來(lái)讀到。之后，由PZD區(qū)傳輸指令給直流電動(dòng)機(jī)。圖4.1拉矯機(jī)開環(huán)轉(zhuǎn)矩設(shè)計(jì)4.3PLC與直流調(diào)速裝置的數(shù)據(jù)交換傳動(dòng)裝置是利用通信模塊PCU板對(duì)主站PLC和Profibus-DP網(wǎng)進(jìn)行接口，S7-400PLC由于具有DP口實(shí)現(xiàn)了與CPU上的DP口連接。數(shù)據(jù)的報(bào)文頭尾是數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕緩?，主要?nèi)容有傳輸長(zhǎng)度、發(fā)送應(yīng)答、奇偶校驗(yàn)、功能碼等內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了對(duì)主從站之間的數(shù)據(jù)的讀寫，主要核心部分有參數(shù)接口和過(guò)程數(shù)據(jù)，前者簡(jiǎn)稱為PKW，后者簡(jiǎn)稱為PZD，這兩種公共有五種形式：PPO1、PPO2、PPO3、PPO4、PPO5，這五種形式各有不同，傳輸?shù)淖珠L(zhǎng)度有區(qū)別，結(jié)構(gòu)形式也不同。參數(shù)數(shù)據(jù)用于PLC讀/寫調(diào)速裝置的參數(shù),過(guò)程數(shù)據(jù)用于PLC控制和監(jiān)視生產(chǎn)過(guò)程。0個(gè)字參數(shù)數(shù)據(jù)表示PLC不能讀/寫直流調(diào)速裝置的參數(shù),參數(shù)數(shù)據(jù)也不占用S7的外設(shè)地址;2個(gè)字過(guò)程數(shù)據(jù)表示PLC和直流調(diào)速裝置交換2個(gè)字過(guò)程數(shù)據(jù),各占用S7-300PLC4個(gè)字節(jié)的外設(shè)地址。地址范圍是輸入字節(jié)256-259,輸出字節(jié)256-259。通常S7傳送到直流調(diào)速裝置的第1個(gè)字是控制字,第2個(gè)字是設(shè)定值;直流調(diào)速裝置傳送到S7的第1個(gè)字是狀態(tài)字,第2個(gè)字是實(shí)際值。轉(zhuǎn)矩設(shè)定值加上摩擦補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)矩通過(guò)PLC計(jì)算出總轉(zhuǎn)矩傳送到直流調(diào)速裝置。直流調(diào)速裝置將實(shí)際值再通過(guò)Profibus-DP反饋到PLC，將數(shù)據(jù)讀出，轉(zhuǎn)化為當(dāng)前的轉(zhuǎn)矩值。圖4.2PLC程序設(shè)計(jì)論文題目第五章總結(jié)與展望5.1工作總結(jié)本文是基于當(dāng)前我國(guó)鋼鐵發(fā)展的現(xiàn)狀，找到鋼鐵行業(yè)發(fā)展存在的缺陷，針對(duì)這些問(wèn)題的解決提出本研究課題，通過(guò)對(duì)拉矯機(jī)的轉(zhuǎn)矩設(shè)計(jì)，來(lái)達(dá)到提高設(shè)備性能，改善產(chǎn)品的質(zhì)量，降低生產(chǎn)的成本，增強(qiáng)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。首先是對(duì)拉矯機(jī)的組成成分進(jìn)行介紹，分別介紹壓下機(jī)構(gòu)、主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、調(diào)整機(jī)構(gòu)。對(duì)這些組件的特點(diǎn)及其相關(guān)配置進(jìn)行說(shuō)明。然后對(duì)該設(shè)備的核心控制系統(tǒng)進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，這是本設(shè)計(jì)的重要部分，著重?cái)⑹鯯7-400PLC的選型，介紹了其基本結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)，尤其是電源模塊（PS）、中央處理單元（CPU）、模擬量輸出（AO）模塊、模擬量輸入（AI）模塊、數(shù)字量輸出（DO）模塊和數(shù)字量輸入（DI）模塊的描述，這有效保障了整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，再對(duì)該系統(tǒng)的控制方式進(jìn)行介紹，通過(guò)對(duì)工作原理的說(shuō)明。掌握了工作的要點(diǎn)。在上述的這些基礎(chǔ)上，詳細(xì)地對(duì)拉矯機(jī)的核心部位輥組的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行設(shè)計(jì)說(shuō)明，并將各個(gè)轉(zhuǎn)矩的原理和作用進(jìn)行闡述。拉矯機(jī)轉(zhuǎn)矩的控制工作原理比較簡(jiǎn)單，但是由于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備繁多，相關(guān)控制參數(shù)復(fù)雜，受到的影響因素也較多，這就造成了實(shí)際操作有困難。作者從拉矯機(jī)工作原理著手，分析了拉矯機(jī)在工作時(shí)間直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩控制的原理，繼而分析鋼板所需轉(zhuǎn)矩、摩擦補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩等因素，確定相應(yīng)的控制策略，滿足工藝要求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了拉矯機(jī)轉(zhuǎn)矩的準(zhǔn)確控制。5.2后期展望我國(guó)已經(jīng)是世界的鋼鐵大國(guó)，并且也已經(jīng)邁入了鋼鐵強(qiáng)國(guó)的門檻，國(guó)外的工業(yè)強(qiáng)國(guó)掌握著先進(jìn)的冶金工藝技術(shù)，對(duì)冶金設(shè)備也是源源不斷的創(chuàng)新進(jìn)步，但是這些研究結(jié)果及內(nèi)容都是相對(duì)保密的。本課題在原有的技術(shù)基礎(chǔ)上使用S7-400PLC，利用其特點(diǎn)特性，對(duì)拉矯機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行設(shè)計(jì)，不僅在原有程度上解決了拉矯機(jī)轉(zhuǎn)矩控制問(wèn)題，還方便之后的研究創(chuàng)新可以在基于S7-400PLC的基礎(chǔ)上繼續(xù)進(jìn)行。一個(gè)國(guó)家的發(fā)展離不開鋼鐵行業(yè)的壯大，鋼鐵行業(yè)不僅僅是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成成分，它對(duì)國(guó)家的國(guó)防軍工建設(shè)也具有重要的作用。在保證社會(huì)經(jīng)濟(jì)繁榮、國(guó)家發(fā)展、財(cái)政稅收穩(wěn)定對(duì)等方面發(fā)揮特殊的貢獻(xiàn)。但是由于我國(guó)鋼鐵行業(yè)發(fā)展較晚，早期發(fā)展又以粗放型方式為主，這就造成了在高質(zhì)量的鋼鐵市場(chǎng)中我國(guó)處于下方，產(chǎn)能過(guò)剩、研發(fā)力度不足、產(chǎn)品質(zhì)量低端等矛盾突出，這些問(wèn)題嚴(yán)重制約了我國(guó)鋼鐵行業(yè)的發(fā)展，特別是一些重要的技術(shù)被國(guó)外所壟斷，成為我國(guó)的卡脖子技術(shù)，所以必須結(jié)合我國(guó)國(guó)情發(fā)展需要，探索解決問(wèn)題的策略和措施，力使我國(guó)的鋼鐵行業(yè)發(fā)展越來(lái)越好。參考文獻(xiàn)楊龍.連鑄拉矯機(jī)動(dòng)負(fù)荷分配模型與控制系統(tǒng)研究[D].蘭州理工大學(xué),2019.李向南.鋼板延伸率自動(dòng)控制系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[D].河北工業(yè)大學(xué),2013.許日云.拉彎矯直機(jī)組控制系統(tǒng)研究[D].東北大學(xué),2014.蔣丁宇.基于PLC的主機(jī)遙控系統(tǒng)研究設(shè)計(jì)[D].大連海事大學(xué),2011.鄧海波.基于三層控制網(wǎng)絡(luò)的浮船塢控制系統(tǒng)研究[D].大連海事大學(xué),2011.袁曉紅.基于Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線的熱風(fēng)爐控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].北京郵電大學(xué),2009.蘆珊,黃竽筌,劉文嶺.西門子S7-300PLC與計(jì)算機(jī)通信問(wèn)題的研究[J].硅谷,2012(10):74+176.張強(qiáng).自動(dòng)化立體車庫(kù)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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