1、本科生毕业论文（设计） 可逆冷轧机 PLC-300 监控系统应用设计第 I 页可逆冷轧机 PLC-300 监控系统应用设计摘要随着工业的发展，对冷轧板带生产也提出了更高的要求，进一步促进了冷轧自动控制技术的发展。只有通过高水平的自动控制系统才能够获得高质量的成品带钢，保证板带生产的高效率、高效益、高质量和低功耗自动化技术一直对轧制技术的发展起着至关重要的作用。近代轧制技术的进步, 往往是引入自动控制新技术的直接结果，另一方面正是轧制技术进步对自动控制不断提出新的需求, 推进着自动化技术的进步，两者已密不可分。本课题介绍了由西门子S7-300PLC和工业PC机组成的四辊可逆冷轧系统的硬件配置和软
2、件组成，本课题结合本校的轧钢实验室，通过监控系统的应用设计，从而对可逆冷轧机的过程控制、数据报表、报警等实施监控。本课题采用了西门子公司的工业控制组态软件WinCC，设计开发了数据采集和实时监控系统，监控界面画面直观、操作简便、故障处理和报警功能完善，大大减轻了控制操作和系统维护的工作量。同时，在监控系统中增设了控制功能，作为系统的备选控制方式，使系统具有较高的可靠性。关键词：可逆冷轧机，PLC-300 ，监控，Wincc本科生毕业论文（设计） 可逆冷轧机 PLC-300 监控系统应用设计第 II 页Reversible cold-rolling mill PLC-300 supervisor
3、y system application designAbstractWith the development of industry, the production of cold-rolled plate and strip are also put forward higher requirements, which further promote the development of automatic control technology of cold-rolled. Only a high level of automatic control system will be abl
4、e to access high-quality finished steel strip, the automation technology which ensure plate and strip production efficient and cost-effective, high-quality and low-power has always played a vital role in the development of rolling technology .Modern rolling technology progress, is often caused by a
5、direct result of new technologies. On the other hand, it is just the consistent new demand to the automatic control by rolling technology progress that promote the progress of the automation technology,the two have been inseparable.This topic introduces the hardware disposition and software composit
6、ion of four roller reversible cold rolling system which is composed by Simens S7-300PLC and industry PC machine , this topic unifies the steel rolling laboratory of our school, through theapplication design supervisory system , thus to monitor the reversible cold-rolling mill process control, the da
7、ta report form, and reports to the police and so on.This topic uses Siemenss industry control configuration software WinCC, the design has developed the data acquisition and the real-time monitoring system, the monitoring contact surface picture is viewed directly,and operated simple, and the breakd
8、own processes and reports function to the police is almost perfect, greatly reduced the work load of the control operation and the system maintenance .At the same time,the control function which is additionally built in the supervisory system,as the alternative control mode of the system, enables th
9、e system to have the high reliability.Key words:Reversiblecold rolling mill,PLC-300,Monitoring,WinCC本科生毕业论文（设计） 可逆冷轧机 PLC-300 监控系统应用设计第 III 页目 录1 绪论 .11.1 课题研究的背景 .11.2 国内外发展的现状及展望 .11.3 本课题主要研究的内容及设计步骤 .22 监控系统功能描述与开发方案 .42.1 监控系统功能图 .42.2 监控系统的描述 .62.3 监控系统开发方案 .73 监控系统硬件设计方案 .133.1 上位机硬件配置设计 .133
10、.2 下位机硬件配置设计 .133.2.1 PLC 模块配置设计 .133.2.2 6RA24 系列直流调速装置 .144 监控系统软件组态和程序设计 .164.1 PLC 控制系统软件设计方案 .164.1.1 软件开发平台 STEP7.164.1.2 PLC 控制程序设计 .184.2 控制系统监控软件设计 .194.2.1 工业组态软件 WinCC.194.2.2 监控系统功能描述 .20结 论 .21致 谢 .27参考文献 .28附录 A.29附录 B .34本科生毕业论文（设计） 可逆冷轧机 PLC-300 监控系统应用设计第 1 页1 绪论1.1 课题研究的背景随着工业的发展，对薄
11、板质量要求越来越高，产量要求越来越大，对冷轧板带生产也提出了更高的要求，进一步促进了冷轧生产技术的发展。主要特点表现在卷重加大、轧速提高、机架数增加、快速换辊、液压装置、自动控制等几个方面。在此形势下，发达国家传统工作所面临的竟争非常激烈，利润越来越低，国外现代技术发展的最直接目的是降低成本，能够降低成本的技术就有生命力。因此，当前轧钢过程的主要动向是开发以节约能源、节省劳动力、提高产品质量为目标的自动化技术。通过广泛使用计算机，安装高精度，高响应的传感器与控制器，不断改进轧机及其传动电机的性能，加上控制理论与轧制理论的进步及其数学模型的具体完善和实施，提高自动控制技术，品质管理技术，工程管理
12、技术的水平，才能生产出高质量、多品种的钢材制品。因此，轧钢过程的自动化，高精度化的重要性就显而易见了。在轧制速度越来越高，产品范围越来越大，质量要求越来越严格的情况下，轧机自动控制系统的功能及其检测仪表的性能，必须进一步提高和完善，才能与之相适应。比如:速度的自动控制、厚度的自动控制、张力的自动控制和板形的自动控制等。通过高水平的自动控制系统可以保证生产的高效率、高效益、高质量和低功耗。冷轧机的自动控制是一种复杂的机电工艺的综合控制系统，变量较多，参数变化快，并且彼此相互影响，相互制约，为获得高质量的成品带钢( 厚度偏差 5um)，必须设有相应的自动控制系统。这一系列的自动控制系统包括：带钢张
13、力自动控制系统(ATC)，主传动的速度自动控制系统(ASC) ，带钢厚度自动控制系统(AGC) 等等。通过这些基本的控制系统就可以提高产量和产品的质量，改善系统的过程稳定性，减少意外事故的发生等。与此同时，随着工业生产的发展，上述的基本控制系统也将不断更新、发展和完善。 1.2 国内外发展的现状及展望1、轧制自动化的现状自上世纪电机广泛用于轧钢机传动以来，自动化技术一直对轧制技术的发展起着至关重要的作用。近代轧制技术的进步，往往是引入自动控制新技术的直接结果另一方面,正是轧制技术进步对自动控制不断提出新的需求， 推进着自动化技术的进步， 两者已可分。现代轧制过程控制具有多变量、强藕合、深度非线
14、性和快速性等特点, 控制精度要求高(冷轧带钢厚度精度达本科生毕业论文（设计） 可逆冷轧机 PLC-300 监控系统应用设计第 2 页2um)，响应速度要求快(AGC 液压缸控制周期要求在毫秒级内完成 )。作为最为复杂的工业控制过程之一, 现代连轧机组的控制一直在引导着自动控制技术发展的潮流，1960 年代将电子计算机应用于大规模工业控制的第一个成功的例子，就是对连轧机组的控制。1990 年代人工智能，在轧制领域中成功应用,为轧制自动化树立了一个新的里程碑。2、轧制自动化的展望轧制自动化的发展最新成就是人工智能在轧制中的应用。专家系统、神经网络、模糊逻辑与模糊控制，已经成功地运用解决轧制力预报、
15、厚度偏差诊断、板形板厚控制、组织性能预报、直至板坯管理、板卷运输等各类问题。智能轧制技术的不断成熟，将在更加广阔的范围内取代轧钢操作者乃至技术人员的脑力劳动，使轧制过程在智能计算机的控制之下，变得更加精确、完善和聪明。轧制自动化的发展为轧制技术的进步起到了巨大的推进作用。目前提高轧制过程的产量和改善产品质量的主要手段，仍然离不开自动控制技术的进步。努力提高轧制自动化的水平，掌握先进的自动控制技术，用信息技术发展的最新成果来改造和武装轧钢这个传统产业，是广大轧钢工作者的一项重要任务 1。1.3 本课题主要研究的内容及设计步骤本课题研究的主要内容是四辊可逆冷轧试验机控制系统中的核心部分，由PLC和
16、上位机组成的计算机实时监视与控制系统的开发。需要完成控制系统软硬件的配置，电气系统的完善、布线及连接，控制思想的分析，上位机系统数据采集、监控功能，以及由上位机和PLC共同完成的系统控制功能，从而实现四辊可逆冷轧试验机的正反向轧制、单动、联动、自动、正反向冲动的控制及轧辊和左右卷曲机的线速度、电动机电流、电压、扭矩等的显示功能，同时对各种静、动态控制数据、轧制工艺参数及信息进行实时采集和记录。本课题的内容可分为一下5点：1、参数设计。2、系统的硬件配置。3、控制系统布线连接。4、数据采集和实时监控系统的开发。5、系统的控制网络和通讯任务的设计与实现。首先，确定系统要实现的功能，对控制参数及其控
17、制过程作出详细的设计。然后根据所设本科生毕业论文（设计） 可逆冷轧机 PLC-300 监控系统应用设计第 3 页定的控制参数进行控制系统的硬件设计，对上位机和PLC模块进行硬件配置。然后根据己经完成的系统原理图绘制出相应的系统布线图，并据其完成系统的布线及连接。接下来，利用SIEMENS MONITOR软件对6RA24中的控制字和状态字进行设置，选定系统需要反馈的参数及其地址，并将其导入S7-300PLC中。最后，通过STEP7软件对S7-300PLC进行编程，利用对不同的功能块的编制，实现对冷轧机正反向轧制、单动、联动、自动、正反向冲动及轧制速度的控制。同时，以WinCC软件为平台建立实时数
18、据采集及监控系统，通过对 WinCC程序的编制，实现对各种静、动态控制数据与轧制工艺参数及信息的实时采集和记录，并在监控系统中以软件的方式实现对轧机的控制。本科生毕业论文（设计） 可逆冷轧机 PLC-300 监控系统应用设计第 4 页2 监控系统功能描述与开发方案2.1 监控系统功能图可逆冷轧机 PCL300 监控系统功能可以分为以下几方面：过程控制、数据报表、运行状态监视、报警、打印、定时显示。如图 2.1 所示。图 2. 1 监控系统功能图四棍可逆冷轧机监控系统上位机各功能描述1 过程控制过程控制系统通常是指工业生产过程中自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位、成分、粘度、湿度、PH
19、（酸碱度或氢离子浓度）等这样一些过程变量的系统。过程控制的特点：1 连续生产过程的自动控制。 2 过程控制系统由过程检测、控制仪表组成。3 被控过程是多种多样的、非电量的。4 过程控制的控制过程多属慢过程，而且多半为参量控制。本科生毕业论文（设计） 可逆冷轧机 PLC-300 监控系统应用设计第 5 页5 过程控制方案十分丰富。6 定值控制时过程控制的一种常用形式。本论文过程控制分为：1)速度控制2)厚度控制3)张力控制4)电枢电流自动控制5)励磁电流控制6)压下位置控制2 运行状态监视及控制提供了含有控制点的工艺流程图画面，将工艺流程、控制方案、报警显示、操作集中为一体，模拟现场真实情况，为
20、操作人员提供友好的人机界面。操作人员可以及时了解到现场运行状态，并可对生产过程进行控制和调节，以保证试验、生产的安全、可靠和高效。系统具有CP/PC控制方式选择旋钮，能够在操作台控制和计算机控制两种控制方式间进行选择。计算机控制方式主要依靠WINCC 软件组态在上位机监控系统中实现，该控制方式除了能够实现操作台控制方式的所有功能外，还可以直接设定各个直流电机的速度，使控制过程更加简便。3 数据报表报表设计器允许用户快速组态所监视过程的报表。WINCC报表如果是图形的，则打印成图形文件，如果是文本的，则打印成文本文件。这种方法，允许动态地将文本和图形放在同一个报表中。报表数据根据其数据源的不同，
21、分为运行数据和组态数据。运行数据是报表和变量存档档案库中的数据，组态数据从各编辑器的组态设置中得到。每个报表都包括布局和打印作业。布局在报表设计编辑器中进行设计，它决定报表的样式和所包含的数据是什么，打印作业决定报表按什么时间表进行打印，以及打印的数据范围是什么。报表也可以打印到一个文件中去。数据查询可对生产数据的历史值进行查询，历史数据之间的时间间隔为10分钟。数据查询画面以列表的形式显示多个数据一段时间内的所有历史值。4 报警WINCC 具有综合报警管理功能，可及时地将试验及生产过程的非正常和系统运行的异常情本科生毕业论文（设计） 可逆冷轧机 PLC-300 监控系统应用设计第 6 页况及
22、时通知操作员。系统实时监控各电气参数、工艺参数，一旦出现故障及时报警，报警画面显示报警记录，以帮助操作人员及早发现危机情况并能减少和避免停机，保证试验、生产过程的平稳进行。5 打印可以实现报警记录打印，对出现的报警记录情况进行打印，以保证工作人员的分析。报表打印，把当日的工作生产情况以报表的形式打印出来。屏幕打印，把报表在屏幕上打印出来。6 定时显示可对实际试验、生产数据的最近一段时间的变化趋势用曲线或表格表示出来，以使操作员对这些数据的发展变化有所了解，并可帮助操作员分析试验、生产过程的运行情况。2.2 监控系统的描述结合我校实验室选用西门子 S7300PLC 作为控制计算机，控制 6RA2
23、4 系列直流调速器，以 WinCC 软件平台为基础的监控系统，系统中配备了用于实时测量和数据采集、分析的试验用计算机，建立了监控和数据采集(SCADA)系统，保证采集的数据更为准确。系统的工作原理：四辊可逆冷轧机轧制系统机械结构简图，如图 2.2 所示本科生毕业论文（设计） 可逆冷轧机 PLC-300 监控系统应用设计第 7 页图2.2 四辊可逆冷轧机结构简图该轧机具有两个小直径工作辊和两个直径较大的支承辊，采用直流电机驱动，轧件在两工作辊间往复轧制。它集中了二辊和三辊劳特轧机的优点，既降低了轧制压力，又大大增强了轧机刚性，并且生产灵活，轧制的产品范围广，故适用于轧制各种尺寸规格的中厚板，尤其
24、是轧制宽度较宽，精度和板形要求较严格的中厚板，更离不开它。2.3 监控系统开发方案监控系统构成：四辊可逆冷轧试验机控制系统的组成如图。该系统以 PLC 为主站，通过 PROFIBUS-DP 总线对三个从站 6RA24 进行控制，实现对左右卷取电机和轧制电机的控制，其测试参数(速度、电流、电压) 可通过 6RA24 经 PROFIBUS 总线传递给监控设备。S7-300 PLC 完成所有逻辑控制、轧机运行速度控制、卷取张力控制、轧机运行状态和数据指示等功能。工业 PC 为监控/ 编程计算机，在工业 PC 上实现对 PLC 的程序编制和调试，并可以通过 WinCC 监控软件包实现对轧制过程数据的实时监控，主传动、卷取、点动压下均由 6RA24 直流调速器控制。
