大学毕业论文---小方坯连铸拉矫机控制系统设计.doc

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1、毕业设计（论文）题 目 小方坯连铸拉矫机 控制系统设计 毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保

2、存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学

3、校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日注 意 事 项1.设计（论文）的内容包括：1）封面（按教务处制定的标准封面格式制作）2）原创性声明3）中文摘要（300字左右）、关键词4）外文摘要、关键词 5）目次页（附件不统一编入）6）论文主体部分：引言（或绪论）、正文、结论7）参考文献8）致谢9）附录（对论文支持必要时）2.论文字数要求：理工类设计（论文）正文

4、字数不少于1万字（不包括图纸、程序清单等），文科类论文正文字数不少于1.2万字。3.附件包括：任务书、开题报告、外文译文、译文原文（复印件）。4.文字、图表要求：1）文字通顺，语言流畅，书写字迹工整，打印字体及大小符合要求，无错别字，不准请他人代写2）工程设计类题目的图纸，要求部分用尺规绘制，部分用计算机绘制，所有图纸应符合国家技术标准规范。图表整洁，布局合理，文字注释必须使用工程字书写，不准用徒手画3）毕业论文须用A4单面打印，论文50页以上的双面打印4）图表应绘制于无格子的页面上5）软件工程类课题应有程序清单，并提供电子文档5.装订顺序1）设计（论文）2）附件：按照任务书、开题报告、外文译

5、文、译文原文（复印件）次序装订小方坯连铸拉矫机控制系统设计摘要近年来，板坯连铸机成为大型钢铁公司的主要设备，它提高了钢铁的综合成材率，降低了能源消耗，并且更容易实现机械自动化。而小方坯连铸机则以其良好的投资回报，赢得了国营中小钢铁公司和私营钢铁企业的青睐。拉矫机作为连铸机的核心设备，它是连铸机的指挥中心，其他设备的工作状态都必须与拉矫机相协调。本设计的内容是通过PLC对拉矫机进行控制，完成连铸过程中送引锭、拉坯、拉尾坯三个工作流程。其中用到两台电动机，其速度控制由变频器完成；拉矫辊的压下和抬起动作由电磁阀控制。由S7-300PLC模块构建控制系统，采用西门子公司的STEP7编程软件完成拉矫机控

6、制系统梯形图的程序编制。变频器既可以实现电机速度连续可调，也可以控制电机以固定速度运转：PLC通过0-10V或4-20MA的模拟量信号来控制变频器频率输出为0-50Hz，即可完成电机速度连续可调的控制；用几个数字量输出点控制变频器的高、中、低速，电机即可按所需的固定速度运转。关键词：连铸拉矫机、PLC控制、梯形图、变频器AbstractIn recent years, the slab casting machine has become the main equipment of a large Steel Corp, it improves the steel finished produ

7、ct rate, reducing energy consumption, and easier to realize mechanical automation. While the small billet continuous casting machine with its good investment returns, won the state and Steel Corp and private iron and steel enterprises. Straightening machine as the core equipment of continuous castin

8、g machine, it is the continuous casting machine command center, other equipment working state must be coordinated with the straightening machine.The contents of this design is through the PLC to control the tension leveller, completed in the process of continuous casting, casting, feeding dummy ingo

9、ts pull tail billet three working process. Which uses two motors, its speed is controlled by the inverter; pulling straightening roller pressure and lift the action is controlled by electromagnetic valve. Construction control system is composed of S7-300PLC module, the Siemens company STEP7 programm

10、ing software to complete the withdrawal straightener control system trapezoidal chart programming.Frequency converter can realize a continuous and adjustable speed motor, can control the machine running at a fixed speed: PLC through the analog signal 0-10V or 4-20MA to control the inverter output fr

11、equency is 0-50Hz, to complete the control of motor speed adjustable; several digital output control frequency converter, motor, high in speed, can according to fixed speed required for the operation.Keywords: continuous casting machine, plc control, ladder diagram目 录前言.1第1章 绪论31.1 连铸机研究的意义31.2 国外连铸

12、技术的发展近况31.3 我国连铸技术的发展近况41.4 小方坯连铸的发展近况5第2章 连铸拉矫机主要设备简介72.1 S7-300系列PLC系统特性及硬件构成72.1.1 S7-300系列PLC硬件系统72.1.2 S7-300系列PLC模块性能简介92.2 变频器简介102.2.1 概述102.2.2 基本组成112.2.3 工作原理112.3 光电开关简介12第3章 硬件设计133.1 PLC硬件组态及地址分配133.2 PLC系统各模块电路图133.3 变频器控制速度原理15第4章 PLC梯形图程序164.1 程序流程图164.2 I/O口地址分配184.3 部分梯形图程序20第5章 总

13、结21第一章 绪 论1.1 连铸机研究的意义钢铁工业在国民经济中的巨大作用，在于它能够提供一切工具和机器设备的原材料，它是现代社会生产和扩大再生产的物质基础。从最简单的手工劳动工具直到最复杂的航天技术，没有一个工业部门不和钢铁工业发生直接和间接的关系。而连铸机大大的提高了钢铁的生产效率，所以连铸机的研究与设计意义重大。钢铁冶金技术发展的趋势与时代要求是高效、优质、低消耗与低排放。连铸作为钢铁生产流程中承上启下的关键环节，是当前国家钢铁生产结构调整与技术升级战略中值得重点关注的核心环节【1】。1.2 国外连铸技术的发展近况钢铁全连铸的实现是连铸技术成熟发展的体现。建立在炼钢钢水炉外处理连铸组合优

14、化基础上的全连铸生产体制已成为高水平现代化钢铁工业生产的综合标志。1966年前苏联的新里别茨克钢铁厂新建了第一转炉车间，并最早开创了连铸与氧气转炉相结合的先例。1979年，该厂又新建了第二转炉车间，并配置了弧形连铸机，使两个转炉车间实现了全连铸，年产量达到了800万吨。但是，由于前苏联的炼钢生产一直以平炉为主，氧气转炉炼钢发展迟缓，因此，限制了连铸的发展。70年代以后日本，德国等工业发达国家后来居上。尤其是日本，60年代后期才从前苏联、德国等国家引进连铸技术，接着投入大量的人力物力进行消化吸收和研究开发，促进了连铸技术的应用和发展。但是，日本在70年代前，连铸主要设置在电炉钢厂，以生产小方坯为

15、主，大型钢铁联合企业几乎没有连铸机，因此，连铸比很低。70年代后，经过两次能源危机，使连铸技术得到迅速的发展【2】。法国也是开发研究连铸技术较早的国家。但在70年代以前发展非常缓慢。70年以后发展加快，连铸比迅速提高。美国的连铸技术是与康卡斯特公司和日本设备制造厂家合作发展起来的。80年代以来发展速度缓慢。80年代以后，美国政府开始重视连铸技术的发展，首先是增加连铸投资，其次是把发展重点放在大型钢铁联合企业的板坯、大方坯及组合式连铸机的建设上，使大型钢铁联合企业的连铸比很快得到提高，从而也提高了全国的连铸比【3】。国外连铸钢厂的特点：（1）以最少或较少的连铸机实现全连铸 （2）改造旧连铸机，提

16、高作业率。（3）配备炉外精炼设备。国外的全连铸钢厂都配有炉外精炼设备，这样既可以满足钢种和钢水质量要求，又可以以多炉连铸作缓冲，并且还可以进行钢水温度补偿和为挽救事故而避免将钢水回炉或冻结在钢包中。（4）增设计算机。增设的计算机用于生产组织、管理、调度、控制工艺过程，使各环操作处于最佳状态，减少任务的失误【4】。1.3 国内连铸技术的发展近况近年来，我国钢铁冶金精炼技术得到大力发展，钢坯冷轧成形加工技术也取得快速发展。作为钢材生产流程的中间环节，连铸技术的发展表现出如下几个明显特征：(1)流程紧凑。如各类近终形铸机与常规连铸的带液芯压下和动态轻压下技术的发展与应用；(2)技术密集。浇注与凝固、

17、机械与液压、自动控制、过程检测与多级通讯的技术集成度大大提高。(3)功能扩大。钢水精炼、浇注与凝固控制、近终形、铸轧与组织控制等系统集成技术受到重视。可以说，现代连铸技术在冶金工业中的作用与地位已愈发重要。采用连续铸造方法，可以使全连续和自动化操作成为可能，提高了铸坯质量，减少了生产工序，降低生产成本，故在大型的钢铁企业中得到广泛地推广应用。近年来，通过自主开发、跟踪转化以及联台设计，国内连铸设计水平取得了较大的进步。尤其是些先进的单体技术装备设计基本都实现了国产化，如结晶器液面控制、自动下渣监测、电磁搅拌(箱式与辊式)、漏钢预报、动态配水、动态轻压下、质量跟踪与判定等。整体装备水平以及性能的

18、稳定性还有待提高。我国冶金企业投放的技改资金比较大，新上项目较多，连铸项目也较多。但先进铸机设备和技术还是多习惯于引进，其中我国薄板坯连铸连轧已经引进了10多条生产线。自2000年，我国先后全部引进或引进核心部位设备与技术的常规扳坯连铸机共有24台27流。还有继续引进的趋势：中薄板坯连铸机、异型坯连铸机几乎全部引进。大方坯连铸机也有引进的倾向。 此外，国内新上的高规格铸机多采用国外知名连铸商(VAI、DANIELI、CONCAST、SMS德马克等)和国内设计单位联合设计。实际上，国内合作单位主要工作为利润很少的详细设计，一些关键装备的制造也由国外公司所控制。这种局面促进了国内相关技术水平的提高

19、，但不利于自主知识产权品牌的应用与提升。可喜的是，随着国内设计水平的提高，尤其是新技术开发及其成熟度的提高，加之投资和后期维护成本优势，一些钢铁生产用户开始陆续使用全套国产装置，铸机配置水平也逐渐提高。尤其是大方坯、大圆坯连铸工程设计等已经表现出很强的竞争力。目前，我国机械加工行业能力和规模发展很快，转化能力强，国内连铸设备公司基本上都能从设计到制造形成完整的链条。引进先进装备、机械零配件的维护也都可全部立足国内【5】。1.4 小方坯连铸的发展近况与普通连铸相比，小方坯连铸具有以下优点：（1）钢的收得率平均提高14.5%；（2）铸坯质量均匀、良好；（3）能耗低、投资费用及成本费用低；（4）劳动

20、条件及工作环境得到改善；（5）便于自动化控制。随着钢铁工业的发展,我国小方坯连铸生产技术也得到了迅速的发展。我国钢产量已由1979年的3448万t，增加到1995年的9350万t；连铸机总台数已由1979年的24台增加到1995年的247台；铸机的设计能力由385万t/年，增加到5294万/年；实际年产连铸坯已由150万t/年增产到4398万t/年；连铸比由1979年的3.55%,增加到1995年的46.79%。截止1995年底，我国已经建成投产小方坯连铸机近200台,能力约为3000万t/年,1995年实际生产小方坯达2500万t以上。10年来我国小方坯连铸生产技术有了很大的进展。但就目前整

21、体水平来看，小方坯连铸现在依然还处在普及、发展、改造、提高的阶段。到目前为止，我国虽然拥有小方坯连铸机200多台，但绝大多数铸机还处在较低水平。其中也包括早期引进国外的小方坯连铸机，特别是引进国外的二手设备，大部分都因备品备件配备不齐或质量问题，而造成生产不正常，有的至今还闲置没有投产，小方坯连铸机普遍存在着拉速低，作业率、自动化控制程度低和铸坯品种少,质量差等问题。据调查统计,我国小方坯连铸机除少数铸机达到了高效铸机水平之外，还有80%以上的小方坯铸机作业率都在60%以下，拉速多数都在12m/min左右；绝大多数小方坯铸机只能连铸普通低碳钢、低合金钢，很少有能连铸中、高碳钢；小方坯连铸机很少

22、有采用完全自动控制系统操作的,大都采用人工手动或部分自动操作。因此，我国小方坯连铸生产技术要赶上国际水平还有一段相当大的差距【6】。1.5 本文研究的内容小方坯连铸有送引锭、拉坯、拉尾坯三个工作流程，本次设计共用到两台电机，引锭杆电机和拉矫电机。引锭杆电机主要负责送引锭和引锭杆的回收；拉矫电机负责送引锭、拉坯以及拉尾坯。拉矫辊的抬起、一压压下、二压压下的动作由电磁阀控制。还有三个光电开关，第一个光电开关是引锭杆回收到位停引锭电机光电开关，第二个光电开关是引锭电机减速光电开关，第三个光电开关为送引锭状态下停引锭杆电机光电开关。送引锭开始后，当引锭杆头部出了第三个光电开关的位置时，第三个光电开关会

23、得到一个上升沿信号，则进行停引锭电机与拉矫辊一压压下的动作，当一压压下到位时，位置检测开关发出信号，延时5S启动拉矫电机。在拉坯模式下，当引锭杆尾部再次经过第三个光电开关时，第三个光电开关会得到一个下降沿信号，则进行脱引锭的操作，延时5S确保脱引锭完成，启动引锭电机，同时拉矫辊再进行一压转二压操作。所以第三个光电开关也是脱引锭光电开关。当引锭杆回收引锭杆尾部到第二个光电开关的位置时，第二个光开会发出一个下降沿信号，则引锭杆电机减速，以确保引锭电机安全停止。当引锭杆尾部回收到达第一个光开时，第一个光电开关发出下降沿信号，进行停引锭电机操作。延时5S确保引锭电机停止，插引锭杆插销。由于连铸的工艺流

24、水线较长，而且热坯和引锭杆在不同的位置时，有时需要人为观察和手动操作，所以在整个流水线上分了两个操作台，一个是切割室，在引锭电机和拉矫电机的交界处，以方便送引锭操作；另一个是悬挂箱，在整个流水线的上方靠近中间包处，以便于送引锭时对拉矫机进行点动操作，使引锭杆停在合适的位置；拉坯模式下，便于操作工人控制拉速调整结晶器液面高度。本次设计，采用了S7-300PLC对连铸拉矫机进行控制，通过变频器对电动机正反转以及速度的调节，使其完成送引锭、拉坯、拉尾坯三个工作流程。第2章 连铸拉矫机电控设备简介2.1 S7-300系列PLC: 标题上不要冒号2.1.1 S7-300系列PLC特点：SIMATIC S

25、7系列PLC是德国西门子公司在S5系列PLC基础上于1995年陆续推出的性能价格比较高的PLC系统。其中，微型的有SIMATIC S7-200系列，最小配置为8DI/6DO，可扩展27个模块，最大I/O点数为64 DI/DO、12AI/4AO；中小型的有SIMATIC S7-300系列；中高档性能的有S7-400系列。SIMATIC S7系列PLC都采用了模块化、无排风扇结构且具有易于用户掌握等特点，使得S7系列PLC成为各种从小规模到中等性能要求以及大规模应用的首选产品。SIMATIC S7-300的大量功能能够支持和帮助用户进行编程、启动和维护，其主要功能如下：(1) 高速的指令处理。0.

26、10.6 us的指令处理时间在中等到较低的性能要求范围内开辟了全新的应用领域。(2) 人机界面(HMI)。方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，因此人机对话的编程要求大大减少。(3) 诊断功能。CPU的智能化的诊断系统可连续监控系统的功能是否正常，记录错误和特殊系统事件。(4) 口令保护。多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改。SIMATIC S7-300系统基本构成：SIMATIC S7-300系列PLC是模块化结构设计，各种单独模块之间可进行广泛组合和扩展。其系统构成如图2-1所示。它的主要组成部分有导轨(RACK)、电源模块(PS)、中央

27、处理单元模块(CPU)、接口模块(IM)、信号模块(SM)、功能模块(FM)等。它通过MPI网的接口直接与编程器PG、操作员面板OP和其它S7系列PLC相连。PS307CPU模块IM361SM321SM332.IM360FM351SM331SM332PGOP其他PLC图2- 图名 超边框S7-300的扩展能力：S7-300是模块化的组合结构，根据应用对象的不同，可选用不同型号和不同数量的模块，并可以将这些模块安装在同一机架(导轨)或多个机架上。与CPU312 IFM和CPU313配套的模块只能安装在一个机架上。除了电源模块、CPU模块和接口模块外，一个机架上最多只能再安装8个信号模块或功能模块

28、。CPU314/315/315-2DP最多可扩展4个机架，IM360/IM361接口模块将S7-300背板总线从一个机架连接到下一个机架。S7-300模块地址的确定：根据机架上模块的类型，地址可以为输入(I)或输出(O)。数字I/O模块每个槽划分为4B(等于32个I/O点)。模拟I/O模块每个槽划分为16B(等于8个模拟量通道)，每个模拟量输入通道或输出通道的地址总是一个字地址。S7-300PLC存储区域：(1)系统存储区：RAM类型，用于存放操作数据(I/O、位存储、定时器、计数器等)。(2)装载存储区：物理上是CPU模块中的部分RAM，加上内置的EEPROM或选用的可拆卸FEPROM卡，用

29、于存放用户程序。(3)工作存储区：物理上占用CPU模块中的部分RAM，其存储内容是CPU运行时所执行的用户程序单元(逻辑块和数据块)的复制件。CPU程序所能访问的存储区为系统存储区的全部、工作存储区中的数据块DB、暂时局部数据存储区、外设I/O存储区(P)等。2.1.2 S7-300系列PLC模块性能简介1.CPU模块：S7-300有CPU312 IFM、CPU313、CPU314、CPU314 IFM、CPU315/315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP等8种不同的中央处理单元可供选择。CPU315-2DP、CPU316-2DP、CPU318-2DP都具有现场总线扩展功能

30、。CPU以梯形图LAD、功能块FBD或语句表STL进行编程。CPU模块的方式选择和状态指示：CPU312 IFM/313/314/314 IFM/315/315-2DP/316-2DP/318-2DP模块的方式选择开关都一样，有以下4种工作方式，通过可卸的专用钥匙来控制选择。(1)RUN-P：可编程运行方式。CPU扫描用户程序，既可以用编程装置从CPU中读出，也可以由编程装置装入CPU中。用编程装置可监控程序的运行。在此位置钥匙不能拔出。(2)RUN：运行方式。CPU扫描用户程序，可以用编程装置读出并监控PLC CPU中的程序，但不能改变装载存储器中的程序。在此位置可以拔出钥匙，以防止程序在正

31、常运行时被改变操作方式。(3)STOP：停止方式。CPU不扫描用户程序，可以通过编程装置从CPU中读出，也可以下载程序到CPU。在此位置可以拔出钥匙。(4)MRES：该位置瞬间接通，用以清除CPU的存储器。2.数字量模块：数字量输入模块将现场过程送来的数字信号电平转换成S7-300内部信号电平。数字量输入模块有直流输入方式和交流输入方式。对现场输入元件，仅要求提供开关触点即可。输入信号进入模块后，一般都经过光电隔离和滤波，然后才送至输入缓冲器等待CPU采样。采样时，信号经过背板总线进入到输入映像区。 3.模拟量模块：S7-300的CPU用16位的二进制补码表示模拟量值。其中最高位为符号位S，“

32、0”表示正值，“1”表示负值，被测值的精度可以调整，取决于模拟量模块的性能和它的设定参数，对于精度小于15位的模拟量值，低字节中幂项低的位不用。S7-300模拟量输入模块可以直接输入电压、电流、电阻、热电偶等信号，而模拟量输出模块可以输出010V，15V，10V10V，020mA，420mA，2020mA等模拟信号【7】。2.2 变频器简介变频器（Variable-frequency Drive，VFD）是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。

33、通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。2.2.1 变频器基本组成变频器通常分为4部分：整流单元、高容量电容、逆变器和控制器。整流单元：将工作频率固定的交流电转换为直流电。 高容量电容：存储转换后的电能。 逆变器：由大功率开关晶体管阵列组成电子开关，将直流电转化成不同频率、宽度、幅度的方波。 控制器：按设定的程序工作，控制输出方波的幅度与脉宽，使叠加为近似正弦波的交流电，驱动交流电动机。2.2.2 变频

34、器工作原理 变频器的工作原理是通过控制电路来控制主电路，主电路中的整流器将交流电转变为直流电，直流中间电路将直流电进行平滑滤波(电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。)，逆变器最后将直流电再转换为所需频率和电压的交流电，部分变频器还会在电路内加入CPU等部件，来进行必要的转矩运算。整流器: 最近大量使用的是二极管的变流器，它把工频电源变换为直流电源。也可用两组晶体管变流器构成可逆变流器，由于其功率方向可逆，可以进行再生运转。 平波回路: 在整流器整流后的直流电压中，含有电源6倍频率的脉动电压，此外逆变器产

35、生的脉动电流也使直流电压变动。为了抑制电压波动，采用电感和电容吸收脉动电压（电流）。装置容量小时，如果电源和主电路构成器件有余量，可以省去电感采用简单的平波回路。 逆变器: 同整流器相反，逆变器是将直流功率变换为所要求频率的交流功率，以所确定的时间使6个开关器件导通、关断就可以得到3相交流输出。以电压型pwm逆变器为例，示出开关时间和电压波形。 无图控制电路是给异步电动机供电（电压、频率可调）的主电路提供控制信号的回路，它有频率、电压的“运算电路”，主电路的“电压、电流检测电路”，电动机的“速度检测电路”，将运算电路的控制信号进行放大的“驱动电路”，以及逆变器和电动机的“保护电路”组成。 （1

36、）运算电路：将外部的速度、转矩等指令同检测电路的电流、电压信号进行比较运算，决定逆变器的输出电压、频率。 （2）电压、电流检测电路：与主回路电位隔离检测电压、电流等。 （3）驱动电路：驱动主电路器件的电路。它与控制电路隔离，使主电路器件导通、关断。 （4）速度检测电路：以装在异步电动机轴机上的速度检测器(tg、plg等)的信号为速度信号，送入运算回路，根据指令和运算可使电动机按指令速度运转。 （5）保护电路：检测主电路的电压、电流等，当发生过载或过电压等异常时，为了防止逆变器和异步电动机损坏，使逆变器停止工作或抑制电压、电流值。2.3 光电开关简介光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它

37、是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无。物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有无对目标物体进行探测。第3章 硬件设计3.1 硬件组态及地址分配本次设计，采用了S7-300PLC对连铸拉矫机进行控制，通过变频器对电动机正反转以及速度的调节，使其完成送引锭、拉坯、拉尾坯三个工作流程。PLC硬件组态及地址分配见表3-1主机架模块订货号地址说明1#槽PS 307 2A6ES7 307-1BA00-0A00电源2#槽CPU3146ES7 314-1AE04-0AB0CPU3#槽空空扩

38、展4#槽DI16xDC24V6ES7 321-1BH02-0AA04.0-5.7DI5#槽DO8x Relay6ES7 322-1HF01-0AA08.0-8.7DO6#槽AI2x12Bit6ES7 331-7KB02-0AB0304-307AI7#槽A02x12Bit6ES7 332-5HB01-0AB0320-323AO表3-1 硬件组态及地址分配3.2 模块电路图设计开关量输入模块，主要接入开关、按钮、光电开关等的信号，电路示意图如图3-1所示。开关量输出模块，主要控制电磁阀、指示灯等器件，电路示意图如图3-2所示。模拟量输出模块，输出0-5伏电压，控制电动机转速，电路示意图如图3-3所

39、示。sb12 3 4 5 6 7 8 9S7-300 16DI 24VDC INPUT6ES7321-1BH01-0AA0送引锭 拉坯 拉尾坯 自动模式 手动模式 送引锭模式 拉坯模式 拉尾坯模式sb2sb3SA1SA2图3-1 DI模块的电路示意图S7-300 8D0 24VDC DUTPUT6ES7 322-1HF01-0A00送引锭指示灯 拉坯指示灯 拉尾坯指示灯 自动模式指示灯 手动模式指示灯图3-2 DO模块电路示意图 不完整、不规范、超边框6ES7 332-5HB01-0AB0交流变频器拉矫电机图3-3 AO模块的电路示意图3.3 变频器控制电路设计拉矫电机的控制要求有正、反转，速

40、度连续可调，固定高速和低速运行，点动控制。这些控制通过变频器来实现，图3-4为变频器速度控制外部接线图。其中SD为公共输入端，STF端口控制电机正转，STR控制电机反转，JOG端口控制电机点动。A、B、C控制电机以固定速度运转，3个端口，共有8种连接方式，可控制电机以8个不同的固定速度运转。端口10是变频器内部电压输出（10V电压），端口5是控制电压地，速度控制可以通过切割操作台电位器W1配合继电器KP1常开触头，或浇注平台上的悬挂操作箱电位器W2配合继电器KP2常开触头，或PLC模拟量输出模块输出的电压配合继电器KP1和KP2常闭触头来完成。 ABCSDSTFSTRJOG1025kp1kp2

41、PLCkp2kp1图3-4 变频器速度控制外部接线图第4章 PLC梯形图程序设计4.1 I/O口的地址分配 由表3-1 PLC硬件组态及地址分配可知，开关量输入的地址是I4.0-I5.7，开关量输出的地址是Q8.0-I9.7，各关量输入和开关量输出点的地址分配见表4-1和表4-2所示。表4-1 开关量输入地址分配序号名称地址序号名称地址1手动模式开关I4.08送引锭模式开关I4.72第一个光电开关信号I4.19插销电磁阀位置检测开关I5.13第二个光电开关信号I4.210拉矫机一压压下位置检测I5.24操作权转换给悬挂箱（悬挂箱）I4.311第三个光电开关信号I5.35操作权转换给悬挂箱（切割

42、室）I4.412拉矫辊抬起位置检测I5.46拉矫机正转点动I4.513送引锭开始按钮I5.67拉矫机反转点动I4.614拉坯开始按钮I5.7表4-2 开关量输出地址分配序号名称地址序号名称地址1插销电磁阀Q8.013引锭电机正转Q12.42自动模式指示灯Q8.114引锭电机正转指示灯Q12.53送引锭模式指示灯Q8.215变频器高速Q12.64引锭电机反转Q8.316拉坯模式指示灯Q12.75引锭电机反转指示灯Q8.417变频器低速Q13.06拉矫机一压压下电磁阀Q8.518拉尾坯模式指示灯Q13.17拉矫电机反转Q8.619手动模式指示灯Q13.28拉矫电机反转指示灯Q8.720操作权在悬挂

43、箱指示灯（悬挂箱）Q13.39由悬挂箱调速Q12.021操作权在悬挂箱指示灯（切割室）Q13.410拉矫电机正转Q12.122正转点动Q13.511拉矫电机正转指示灯Q12.223反转点动Q13.612拉矫机抬起电磁阀Q12.324二压压下电磁阀Q13.7在本次毕业设计的软件编程中，需要用到一些中间继电器，而这些中间继电器不直接驱动外部负载,只表示中间状态。在所选的S7-300系列PLC中，可以根据需要使用256字节的内部继电器。为了使下文阐述方便，现列出部分内部辅助继电器的地址分配。4-4内部部分辅助继电器M地址分配序号名称地址1自动模式开关M0.12拉矫电机停止运转M0.23引锭电机停止运

44、转M0.34脱引锭检测开关M2.25插销断电M4.64.2 程序流程图设计小方坯连铸有送引锭、拉坯、拉尾坯三个工作流程，送引锭开始后，先拔出引锭杆插销，延时5秒启动引锭杆电机，当引锭杆尾部出了第三个光电开关的位置时，第三个光电开关会得到一个上升沿信号，则进行停引锭电机与拉矫辊一压压下的动作，当一压压下到位时，位置检测开关发出信号，延时5S启动拉矫电机。在拉坯模式下，当引锭杆尾部再次经过第三个光电开关时，第三个光电开关会得到一个下降沿信号，则进行脱引锭的操作，延时5S确保脱引锭完成，启动引锭电机，同时拉矫辊再进行一压转二压操作。当引锭杆尾部到第二个光电开关的位置时，第二个光开会发出一个下降沿信号，则引锭杆电机减速，以确保引锭电机安全停止。当引锭杆尾部到达第一个光开时，第一个光电开关发出下降