畢業(yè)論文---西門子plc高爐上料上的應(yīng)用

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　中文摘要、關(guān)鍵詞I</p><p>　　英文摘要、關(guān)鍵詞II</p><p>　　第1章 引 言1</p><p>　　1.1 課題研究的背景1</p><p>　　1.2 高爐上料國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r1</p>

2、;<p>　　1.2.1 高爐介紹1</p><p>　　1.2.2 上料系統(tǒng)介紹2</p><p>　　1.3 課題研究的主要內(nèi)容5</p><p>　　第2章 高爐上料自動監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計7</p><p>　　2.1控制方案的選擇7</p><p>　　2.2.1 PLC控制器選型及

3、硬件配置7</p><p>　　2.2.2I/O點分配8</p><p>　　2.2.3料車上料系統(tǒng)9</p><p>　　2.2.4高爐料鐘裝料系統(tǒng)10</p><p>　　2.2.5步進(jìn)電機的選擇11</p><p>　　2.2.6探尺系統(tǒng)13</p><p>　　2.2.

4、7系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖14</p><p>　　第3章 高爐上料自動監(jiān)控系統(tǒng)的程序設(shè)計16</p><p>　　3.1 高爐上料自動監(jiān)控系統(tǒng)的流程圖設(shè)計16</p><p>　　3.2 高爐上料自動監(jiān)控系統(tǒng)的梯形圖設(shè)計17</p><p>　　第4章 高爐上料自動控制系統(tǒng)的仿真22</p><p>　　4.1

5、生成ASCII文本文件23</p><p>　　4.2 仿真軟件配置設(shè)置23</p><p>　　4.3 下載程序并仿真24</p><p><b>　　結(jié)論27</b></p><p><b>　　致謝28</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)

6、29</b></p><p>　　西門子PLC高爐上料上的應(yīng)用</p><p>　　職業(yè)技術(shù)學(xué)院應(yīng)用電子技術(shù)教育專業(yè)</p><p><b>　　指導(dǎo)教師 </b></p><p><b>　　作 者 </b></p><p>　　摘要：高爐是煉鐵或

7、者煉鋼生產(chǎn)的核心設(shè)備，是一種規(guī)模大、要素多、要求嚴(yán)格的冶煉過程，其良好的運行能為后續(xù)的生產(chǎn)過程提供充足而優(yōu)質(zhì)的原量保證，本文對西門子S7-200系列可編程序控制器應(yīng)用于高爐上料電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計思想作了介紹，對系統(tǒng)的硬件組成和軟件設(shè)計作了較為詳細(xì)的闡述， 設(shè)計出的可編程程序控制裝置基本上完成了120m³小型高爐供料電氣控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計。實現(xiàn)了布料（槽上）和槽下卷揚的實時控制和生產(chǎn)過程自動化的目的。本文最后采用程序以及組態(tài)對文

8、中程序進(jìn)行了仿真實驗，確保程序的可行性。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 可編程序控制器 高爐 上料系統(tǒng) 自動控制 仿真</p><p>　　Abstract： Steelmaking furnace is the core of iron or equipment, is a large scale and elements, demanding smelting process,

9、 and its good operation can provide adequate follow-up production process and the high quality raw material guarantee. This text is applied to the Siemens S7-200 series programmable preface controller shaft furnace up an

10、ticipated the design thought of electricity control system to make introduction, made to elaborate a little bit in detail hardware composition and software de</p><p>　　Keywords： Programmable controller B

11、last furnace Feeding system Automatic control simulation </p><p><b>　　第1章 引 言</b></p><p>　　1.1 課題研究的背景</p><p>　　高爐上料裝置是生產(chǎn)中的重要環(huán)節(jié)，提高其自動化水平，可以大大減輕工人勞動強度，提高生產(chǎn)效率，同時通過原

12、料的精確配比，又可提升產(chǎn)品的品質(zhì)和質(zhì)量。本文簡要介紹了PLC系統(tǒng)在高爐上料自動監(jiān)控中的應(yīng)用。該系統(tǒng)用PLC完成所有的過程控制、數(shù)據(jù)采集、自動調(diào)節(jié)、事故處理及報警等工作。</p><p>　　1.2 高爐上料國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　1.2.1 高爐介紹</p><p>　　高爐：用于冶煉液態(tài)鐵水的主要設(shè)備，其橫斷面為圓形的煉鐵豎爐，用鋼鐵作爐殼，里面砌耐火

13、磚內(nèi)襯。高爐本體自上而下分為爐喉、爐身、爐腰、爐腹、爐缸五部分，護(hù)喉之上設(shè)置裝料設(shè)備；爐缸上部沿圓周均勻設(shè)風(fēng)口，熱風(fēng)通過熱風(fēng)圍管、支管和彎頭、直吹管，由風(fēng)口鼓入爐內(nèi)；風(fēng)口平面之下有出渣口和出鐵口。近代巨型高爐由于渣量少，不設(shè)出渣口。高爐的主要組成部分。高爐爐殼：現(xiàn)代化高爐廣泛使用焊接的鋼板爐殼，只有極少數(shù)最小的土高爐才用鋼箍加固的磚殼，爐殼的作用是固定冷卻設(shè)備，保證高爐砌體牢固，密封爐體，有的還承受爐頂載荷；爐喉：高爐本體的最上部分，呈

14、圓筒形；爐身：高爐鐵礦石間接還原的主要區(qū)域，呈圓錐臺簡稱圓臺形，由上向下逐漸擴大，用以使?fàn)t料在遇熱發(fā)生體積膨脹后不致形成料拱，并減小爐料下降阻力；爐腰：高爐直徑最大的部位；爐腹：高爐熔化后造渣的主要區(qū)段，呈倒錐臺形，為適應(yīng)爐料熔化后體積收縮的特點，其直徑自上而下逐漸縮小，形成一定的爐腹角；爐缸：高爐燃料燃燒、渣鐵反應(yīng)和貯存及排放區(qū)域，呈圓筒形；爐底：高爐爐底砌體不僅要承受爐料、渣液及鐵水的靜壓力，而且受到1400～4600℃的高溫、機械

15、和化學(xué)侵蝕、其侵蝕程度決定著高爐的一</p><p>　　高爐煉鐵生產(chǎn)是冶金(鋼鐵)工業(yè)最主要的環(huán)節(jié)。高爐冶煉是把鐵礦石還原成生鐵的連續(xù)生產(chǎn)過程。鐵礦石、焦炭和熔劑等固體原料按規(guī)定配料比由爐頂裝料裝置分批送入高爐，并使?fàn)t喉料面保持一定的高度。焦炭和礦石在爐內(nèi)形成交替分層結(jié)構(gòu)。礦石料在下降過程中逐步被還原、熔化成鐵和渣，聚集在爐缸中，定期從鐵口、渣口放出。其生產(chǎn)工藝流程如圖1-1所示:</p><

16、;p>　　1.2.2 上料系統(tǒng)介紹</p><p>　　高爐是煉鐵或者煉鋼生產(chǎn)的核心設(shè)備，是一種規(guī)模大、要素多、要求嚴(yán)格的冶煉過程，其良好的運行能為后續(xù)的生產(chǎn)過程提供充足而優(yōu)質(zhì)的原料保證，這對控制系統(tǒng)的可靠性提出了較高的要求。尤其是高爐的大型化趨勢越來越明顯的情況下，用人工執(zhí)行是非常困難的，故其能穩(wěn)定、有序、準(zhǔn)確的工作是很重要的。這就要求高爐實現(xiàn)自動化的生產(chǎn)方式。</p><p>　

17、　高爐上料系統(tǒng)是煉鐵高爐系統(tǒng)中最重要的一環(huán)，及時、準(zhǔn)確的上料是保證高爐產(chǎn)量和產(chǎn)品質(zhì)量的前提。高爐上料系統(tǒng)的整套動作過程包括料車上料系統(tǒng)和爐頂布料系統(tǒng)。料車上料系統(tǒng)必須快速嚴(yán)謹(jǐn)，如果上料慢，趕不上料線，影響產(chǎn)量，而上錯料，高爐將不能正常生產(chǎn)，甚至得拉風(fēng)、休風(fēng).</p><p>　　高爐布料指高爐煉鐵過程中，爐料(主要是礦石和焦炭)在高爐爐喉的分布。高爐布料的基本規(guī)律是高爐冶煉工藝?yán)碚摰闹匾M成部分，控制高爐布料是高

18、爐操作的一個重要手段。習(xí)慣上稱之為“上部調(diào)劑”。通常高爐爐料是分批裝入高爐爐喉的。根據(jù)經(jīng)驗確定一批料的礦石量與按焦炭負(fù)荷確定的批料焦炭量組成料批，通過布料設(shè)備雙鐘和旋轉(zhuǎn)布料器裝入爐喉。高爐是一種逆流反應(yīng)器，煤氣在高爐下部產(chǎn)生，而后上升穿過料層;爐料從上部下降與煤氣作用，完成加熱、還原、造渣、熔化等冶煉過程。爐料在爐內(nèi)由上而下，溫度逐漸升高，直到熔化前，一直保持爐喉布料的層狀結(jié)構(gòu)口焦炭多的地方煤氣流較發(fā)展，因而爐料溫度升高快，可見高爐布料

19、對煤氣分布以及軟融帶的形狀和位置等是有重要影響的，這關(guān)系到煤氣能量的充分利用，爐料的順利下降以及高爐一代壽命的長短。正常的高爐行程在爐內(nèi)圓周方向上煤氣與爐料的分布都是均勻或基本均勻的。</p><p>　　上料系統(tǒng)由料車、卷揚機、布料器、大小鐘、均壓閥、左右探尺等設(shè)備組成。按流程可簡單分為料車上料系統(tǒng)以及爐頂布料系統(tǒng)。</p><p>　　料車上料系統(tǒng)是料車按生產(chǎn)要求將中間倉內(nèi)已配好的物料

20、送到爐頂?shù)倪^程。</p><p>　　爐頂布料指高爐煉鐵過程中，爐料(主要是礦石和焦炭)在高爐爐喉的分布。高爐布料的基本規(guī)律是高爐冶煉工藝?yán)碚摰闹匾M成部分，控制高爐布料是高爐操作的一個重要手段。習(xí)慣上稱之為“上部調(diào)劑”。通常高爐爐料是分批裝入高爐爐喉的。根據(jù)經(jīng)驗確定一批料的礦石量與按焦炭負(fù)荷確定的批料焦炭量組成料批，通過布料設(shè)備雙鐘和旋轉(zhuǎn)布料器裝入爐喉。高爐是一種逆流反應(yīng)器，煤氣在高爐下部產(chǎn)生，而后上升穿過料層

21、:爐料從上部下降與煤氣作用，完成加熱、還原、造渣、熔化等冶煉過程。爐料在爐內(nèi)由上而下，溫度逐漸升高，直到熔化前，一直保持爐喉布料的層狀結(jié)構(gòu)。焦炭多的地方煤氣流較發(fā)達(dá)，因而爐料溫度升高快，可見高爐布料對煤氣分布以及軟融帶的形狀和位置等是有重要影響的，這關(guān)系到煤氣能量的充分利用，爐料的順利下降以及高爐一代壽命的長短。正常的高爐行程在爐內(nèi)圓周方向上煤氣與爐料的分布都是均勻或基本均勻的。</p><p>　　其基本的動作

22、順序是:卷揚機將料車送到爐頂，配料倒入小鐘斗。大、小鐘嚴(yán)格互鎖，不能同時打開，當(dāng)大鐘斗一批料未滿，小鐘開啟，料投入大鐘斗，一批料滿且料線信號到，大鐘開啟，經(jīng)布料器后，配料均勻倒入爐內(nèi)。開大鐘時同時打開均壓閥，使大鐘斗和爐壓均壓。左、右探尺用于探測爐內(nèi)料位，料線信號到，才能開大鐘。</p><p>　　高爐上料的控制方式：</p><p><b>　　(1)點動操作</b&g

23、t;</p><p>　　點動操作方式下，操作人員必須長按按鈕，系統(tǒng)才會進(jìn)行相應(yīng)動作，這種方式主要是用于設(shè)備的調(diào)試。</p><p><b>　　(2)手動操作</b></p><p>　　手動操作方式下，操作人員每一次操作按鈕，系統(tǒng)就會產(chǎn)生相應(yīng)的動作，這種力式可以用于設(shè)備的調(diào)試，最主要的還是用于排除故障時的操作。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障或物流不暢時，上

24、料系統(tǒng)轉(zhuǎn)入手動生產(chǎn)，直到排除故障，再切換到自動生產(chǎn)。</p><p><b>　　(3)半自動操作</b></p><p>　　通過按鈕實現(xiàn)上料、卸料的單步自動控制。</p><p>　　(4)全自動操作（本文主要研究課題）</p><p>　　當(dāng)檢測到爐內(nèi)缺料時，操作臺通過按鈕實現(xiàn)上料、開門、小車上下行的全部自動控制。

25、通過計算機可實現(xiàn)生產(chǎn)過程的按步順序的自動控制過程，是主要生產(chǎn)方式。</p><p>　　高爐自動上料系統(tǒng)是高爐冶煉系統(tǒng)中一個重要組成部分，對高爐冶煉的各項指標(biāo)有著極大的影響。一個良好的系統(tǒng)必須保證其工作的可靠性和準(zhǔn)確性。因為高爐生產(chǎn)的特殊性，這一系統(tǒng)必須在長時間高強度工作的情況下保證其可靠性，確保高爐正常生產(chǎn)，同時又必須對各種入爐物料進(jìn)行準(zhǔn)確計量，按規(guī)定的裝料制度進(jìn)行順序裝料。由于工廠的特殊工作環(huán)境，這一自動上料

26、系統(tǒng)還必須易學(xué)好用，易于維修，適合于工廠的實際情況。</p><p>　　1.3 課題研究的主要內(nèi)容</p><p>　　設(shè)計一個高爐上料自動控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)手動和自動兩種方式控制，并且使用仿真軟件進(jìn)行程序仿真。</p><p><b>　　指標(biāo)要求：</b></p><p>　　1. 在手動控制方式下，按下相應(yīng)的控制

27、按鈕，可以實現(xiàn)配料小車上行、小車下行控制；</p><p>　　2. 在自動控制方式下，動作順序是：小鐘內(nèi)無料時，小車在下限位置，開啟中間倉閘門，中間倉放料至料車顯示料滿信號時，關(guān)閉中間倉閘門，卷揚機開動，小車上行；料車到爐頂后延時5秒顯示料車料空，并下行。</p><p>　　3. 在自動控制方式下，爐內(nèi)缺料時，開均壓閥、大鐘，布料槽布料，延時10秒爐料布完，關(guān)均壓閥、大鐘。</p

28、><p>　　4. 在自動控制方式下，大鐘內(nèi)無料時，開小鐘，延時10秒，大鐘內(nèi)料滿，關(guān)小鐘。</p><p>　　第2章 高爐上料自動監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計</p><p>　　2.1控制方案的選擇</p><p>　　隨著微電子技術(shù)尤其是個人計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，PLC和DCS的性能都有了較大的改進(jìn)，PLC大大提高了數(shù)據(jù)處理能力和監(jiān)控功能，DC

29、S系統(tǒng)向開放性發(fā)展，操作站采用工控機，操作系統(tǒng)采用通用的Windows NT或Windows2000操作平臺，PC機豐富的軟件資源得以應(yīng)用，因而大大降低了系統(tǒng)的繁瑣程度和價格，提高了系統(tǒng)的性價比。PLC和DCS在搶占市場的過程中，兩者相互借鑒、滲透、融合，極大地增加了用戶在設(shè)計和使用中的選擇性。同時，由于各種控制系統(tǒng)生產(chǎn)制造廠較多，產(chǎn)品更新?lián)Q代快，也給系統(tǒng)選擇帶來了一定的困難。而走向?qū)嵱没腇CS，也正以迅猛的勢頭快速發(fā)展，是目前世界上

30、最新型的控制系統(tǒng)。下面依據(jù)PLC、 DCS和FCS的不同特點，針對化工新項目建設(shè)和老項目改造，對控制系統(tǒng)的設(shè)計選型和應(yīng)用總結(jié)以下原則進(jìn)行選擇。</p><p>　　按過程控制系統(tǒng)的控制規(guī)模及復(fù)雜程度：不同的化工生產(chǎn)過程，過程控制系統(tǒng)規(guī)模與復(fù)雜程度不同，通常在過程控制系統(tǒng)規(guī)模較大、復(fù)雜程度較高時優(yōu)先選擇DCS。因為該系統(tǒng)是根據(jù)過程控制系統(tǒng)的特點發(fā)展而來，它對大量的模擬量數(shù)據(jù)信息能較好地進(jìn)行處理、分析、運算，能完成各

31、種復(fù)雜的、繁瑣的調(diào)節(jié)控制計算，因此能完成規(guī)模大、復(fù)雜程度高的過程控制系統(tǒng)的工作。RS3系統(tǒng)和其他DCS系統(tǒng)一樣，包括以下幾個部分：控制單元、操作單元、I/O單元、數(shù)據(jù)總線。</p><p>　　按投資規(guī)模和項目經(jīng)濟效率合理選擇：在一些小型化工項目中，特別是一些中小型改造項目，投資較少，規(guī)模較小的儀控系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)先選擇價格相對低廉、性價比較高的PLC系統(tǒng)。</p><p>　　2.2.1 PLC

32、控制器選型及硬件配置</p><p>　　120m ³高爐是煉鐵的大型裝備，一般地處偏僻地區(qū)，控制特點如下:</p><p>　　(1)電網(wǎng)電壓不穩(wěn)定，電壓波動達(dá)±15%，灰塵多，工業(yè)環(huán)境差;</p><p>　　(2)系統(tǒng)工藝復(fù)雜，輸入輸出點數(shù)多，安全性、可靠性要求特別高;</p><p>　　(3)控制信號有開關(guān)、數(shù)字

33、和模擬信號;</p><p>　　(4)控制器應(yīng)具有順序控制、定時、計數(shù)、邏輯判斷、算術(shù)運算等功能;</p><p>　　(5)工藝配方程序要求自動控制、靈活設(shè)定;</p><p>　　(6)為防止自動系統(tǒng)失效，保留手動控制。</p><p>　　考慮到工業(yè)環(huán)境差，灰塵多，為確保I/O接點的可靠接通，室內(nèi)設(shè)備采用電壓類型為DC24V的I/O接

34、點，室外設(shè)備采用AC22OV的I/O接點。根據(jù)控制要求，以及電壓類型，必須選用性能卓越，高可靠性，配置靈活的PLC控制器，考慮供貨和備件情況，選用德國西門子公司的S7-200系列中CPU224型PLC，其本機I/O點數(shù)為14入/10出，可擴展7個模塊數(shù)量。再擴展一個EM223（8入/8出），可滿足系統(tǒng)要求。</p><p>　　標(biāo)準(zhǔn)語言梯形圖語言是最常用的一種語言，它有以下特點：它是一種圖形語言，沿用傳統(tǒng)控制圖中

35、的繼電器觸點、線圈、串聯(lián)等術(shù)語和一些圖形符號構(gòu)成，左右的豎線稱為左右母線。梯形圖中接點（觸點）只有常開和常閉，接點可以是PLC輸入點接的開關(guān)也可以是PLC內(nèi)部繼電器的接點或內(nèi)部寄存器、計數(shù)器等的狀態(tài)。 </p><p>　　梯形圖中的接點可以任意串、并聯(lián)，但線圈只能并聯(lián)不能串聯(lián)。 </p><p>　　內(nèi)部繼電器、計數(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。 &

36、lt;/p><p>　　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的值在用戶程序中可以當(dāng)做條件使用。</p><p>　　2.2.2I/O點分配</p><p>　　輸入信號有設(shè)備位置信號、設(shè)備運行狀態(tài)信號、各種主令和工作方一式選擇信號、自動配料信號等，輸入點約19點。輸出信號有設(shè)備運行信號、設(shè)備聯(lián)鎖信號、自動配

37、料程序輸出信號、指示燈信號等，輸出點約17點。詳細(xì)分配點見表2-1所示:</p><p>　　表2-1 PLC的I/O詳細(xì)分配點：</p><p>　　2.2.3料車上料系統(tǒng)</p><p>　　高爐料車上料系統(tǒng)是料車按生產(chǎn)要求將槽下各種物料，由料車卷揚機提升到爐頂。高爐上料主要有上料小車和上料皮帶兩種方式;由于小車的上料能力有限，大型高爐一般使用上料皮帶的方式上

38、料。下面簡單談一下上料小車和上料皮帶的優(yōu)缺點:</p><p>　　上料小車的優(yōu)點是適合料倉與高爐距離較近，占地面積小，節(jié)省廠區(qū)面積，適于中小型高爐;缺點是上料能力有限。上料大皮帶優(yōu)點是適合料倉與高爐距離較遠(yuǎn)，能連續(xù)供料，適于大型高爐;缺點是占地而積較大。本設(shè)計主要考慮的是小型高爐的自動上料系統(tǒng)，為節(jié)約成本，采用上料小車的上料方式。</p><p>　　2.2.4高爐料鐘裝料系統(tǒng)<

39、/p><p>　　爐頂裝料系統(tǒng)，它由旋轉(zhuǎn)布料器、小鐘、大鐘以及探尺組成。原料由料車送上爐頂后，先裝入小鐘。小鐘下降時，原料裝入大鐘內(nèi)，大鐘每下降一次，布料器即旋轉(zhuǎn)一次，布料器旋轉(zhuǎn)一定角度(一般采用六點布料，間隔六十度)，這樣可使進(jìn)入爐內(nèi)的料分布均勻。小料鐘經(jīng)過幾次下降一批料裝入大料斗后，關(guān)閉小鐘，然后打開大鐘，經(jīng)布料器原料便裝入爐內(nèi)，采用雙鐘的目的在于裝料時交替關(guān)閉，以防煤氣逸出。而雙鐘的控制如圖3-5所示:<

40、/p><p>　　為使?fàn)t內(nèi)物料均勻的分布，旋轉(zhuǎn)布料器采用步進(jìn)電機控制，步進(jìn)電動機是一種用電脈沖信號進(jìn)行控制，并將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移的執(zhí)行機構(gòu)。由于受脈沖的控制，其轉(zhuǎn)子的角位移量和速度嚴(yán)格地與輸入脈沖的數(shù)量和脈沖頻率成正比，通過控制脈沖數(shù)量來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的;通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的;通過改變通電順序，從而達(dá)到改變電機旋轉(zhuǎn)方向的目的。<

41、/p><p>　　2.2.5步進(jìn)電機的選擇</p><p>　　步進(jìn)電機有步距角(涉及到相數(shù))、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一但三大要素確定，步進(jìn)電機的型號便確定下來了。</p><p><b>　　(1)步距角的選擇</b></p><p>　　電機的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率(當(dāng)量)換算到電機軸上，每

42、個當(dāng)量電機應(yīng)走多少角度(包括減速)。電機的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場上步進(jìn)電機的步距角一般有O.36度/0.72度(五相電機)、0.9度/1.8度(二、四相電機)、1.5度/3度(三相電機)等。</p><p><b>　　(2)靜力矩的選擇</b></p><p>　　步進(jìn)電機的動態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機工作的

43、負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。直接起動時(一般由低速)時二種負(fù)載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負(fù)載，恒速運行時只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3倍以內(nèi)較好，靜力矩一旦選定，電機的機座及長度便能確定下來(幾何尺寸)。</p><p><b>　　(3)電流的選擇</b></p><p>　　靜

44、力矩一樣的電機，由于電流參數(shù)不同，其運行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機的電流(參考驅(qū)動電源、及驅(qū)動電壓)。</p><p>　　(4)力矩與功率換算</p><p>　　步進(jìn)電機一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量。力矩一與功率換算如下:</p><p>　　P=Ω·M Ω=2π·n/60 P=2πnM

45、/60</p><p>　　其P為功率,單位為瓦，Ω為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉(zhuǎn)速，M為力矩，單位為牛頓·米</p><p>　　P=2πfM、400(半步工作) 其中f每秒脈沖數(shù)(簡稱PPS)</p><p>　　步進(jìn)電動機的驅(qū)動電源基本上由脈沖發(fā)生器、脈沖分配器和脈沖放大器(也稱功率放大器)三部分組成，如圖2-3所示。驅(qū)動器選型原則遵循先

46、選電機后選驅(qū)動的原則，電機的相數(shù)、電流大小是驅(qū)動器選擇的決定性因素;在選型中，還要根據(jù)PLC輸出信號的極性來決定驅(qū)動器輸入信號是共陽極或共陰極。為了改善電機的運行性能和提高控制精度，通常通過選擇帶細(xì)分功能的驅(qū)動器來實現(xiàn)，目前驅(qū)動器的細(xì)分等級有8倍、16倍、32倍、64倍等，最高可達(dá)256倍細(xì)分。在實際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)控制要和步進(jìn)電機的特性選擇合適的細(xì)分倍數(shù)，以達(dá)到更高的速度和更大的高速轉(zhuǎn)矩，使電機運轉(zhuǎn)精度更高，振動更小。在設(shè)計中，由PLC

47、的CPU產(chǎn)生脈沖，通過驅(qū)動器來控制步進(jìn)電機，步進(jìn)電機的工作方式為兩相八拍，步距角為0.9度。</p><p><b>　　2.2.6探尺系統(tǒng)</b></p><p>　　高爐在冶煉的過程中，利用探尺探明爐內(nèi)料面高低的情況。探尺是一個鑄鋼圓柱體重錘，由卷揚機通過鋼繩牽引經(jīng)滑輪和鏈條將探尺伸入高爐爐膛內(nèi)。</p><p>　　值班室根據(jù)爐內(nèi)冶煉要求

48、，例如定出料線2.0米，即料長下降到2.0米時就要往爐內(nèi)裝料。假如由于裝料機械故障或者其它環(huán)節(jié)出毛病沒有及時裝料而實際料面繼續(xù)下降，出現(xiàn)“虧料”現(xiàn)象，當(dāng)實際料虧低于選擇的料線0.5米時發(fā)出虧料警告信號，同時發(fā)出閃光信號。</p><p>　　探尺分為連續(xù)工作制和點測工作制，一般情況按連續(xù)工作制工作，即探尺在任何時間均隨料面的下降而下降，根據(jù)自整角機反饋信號隨時監(jiān)測料面位置，只有當(dāng)向高爐內(nèi)裝料時，才自動提升到上極限

49、位，待裝料完畢、小鐘關(guān)閉后又自動下降。在某些情況下，需要用點測工作制，探尺在裝料過后即下降，待左右兩個探尺都下降到規(guī)定料面時，延時約3分鐘就自動提升到上極限位。</p><p>　　左右探尺可同時工作，也可單獨工作，任一探尺降到工作料面，即兩個探尺同時自動提升。探尺在裝料完畢，下密封閥關(guān)閉后才允許下降。探尺提升后才能向高爐內(nèi)裝料。發(fā)出上料信號后，探尺自動上升。</p><p>　　本高爐料

50、線與料面檢測的設(shè)計裝有一左一右兩根探尺。裝料時由卷揚機把探尺提起放料，檢測時一下放探尺。探尺裝置裝有自整角發(fā)送器，探尺下降的位移信號經(jīng)自整角機發(fā)送器，發(fā)送給控制室內(nèi)的自整角接受器，自整角接受器帶動記錄儀表指針，記錄探尺下降的位移，由位移可以估計料面形狀和爐內(nèi)料的多少。在本實驗中將其設(shè)計成一開關(guān)輸入量I0.0。當(dāng)I0.0閉合時，相于于左右兩根探尺下降，探測到爐內(nèi)缺料。</p><p>　　2.2.7系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

51、圖</p><p>　　根據(jù)本設(shè)計的內(nèi)容要求，系統(tǒng)的PLC接線圖如圖2-4所示。</p><p>　　第3章 高爐上料自動監(jiān)控系統(tǒng)的程序設(shè)計</p><p>　　3.1 高爐上料自動監(jiān)控系統(tǒng)的流程圖設(shè)計</p><p>　　系統(tǒng)程序由PLC制造廠商設(shè)計編寫的，并存入PLC的系統(tǒng)存儲器中，用戶不能直接讀寫與更改。系統(tǒng)程序一般包括系統(tǒng)診斷程序、輸

52、入處理程序、編譯程序、信息傳送程序、監(jiān)控程序等。</p><p>　　系統(tǒng)涉及到全自動程序和手動程序。為了方便程序，便于讀者閱讀，程序清晰。程序中用到內(nèi)部標(biāo)志位M，它們并不直接驅(qū)動外部負(fù)載，只起中間狀態(tài)的暫存作用，類似與繼電器系統(tǒng)中的中間繼電器。用計數(shù)器計算小車的次數(shù)，定時器使小車準(zhǔn)確停車。</p><p><b>　　1.程序的基本結(jié)構(gòu)</b></p>

53、<p>　　高爐上料系統(tǒng)的控制是典型的順序控制，它的工作循環(huán)是從探尺開始，一步一步有條不紊地進(jìn)行，每一個工步的執(zhí)行都會使相應(yīng)的電磁鐵通電使得電磁閥動作，用行程開關(guān)和定時器來判斷每一步是否完成，并決定是否啟動下一個工步，采用順序梯形圖可以方便地完成相應(yīng)的控制過程。</p><p><b>　　2.動作流程圖</b></p><p>　　高爐上料系統(tǒng)順序控制動

54、作流程圖如圖3-1所示。初始狀態(tài)為:大鐘，小鐘與料車內(nèi)均有料，中間倉無料且關(guān)到位。</p><p>　　3.2 高爐上料自動監(jiān)控系統(tǒng)的梯形圖設(shè)計</p><p>　　梯形圖是使用最多的可編程序控制器的編程語言，其電路符號和表達(dá)式與繼電器電路原理圖相似，梯形圖語言形象直觀，易學(xué)易懂，熟悉繼電器電路圖的電器技術(shù)人員只要花幾天時間就可以熟悉梯形圖語言，并用來編制用戶程序。系統(tǒng)的梯形圖如圖3.2所

55、示。</p><p>　　第4章 高爐上料自動控制系統(tǒng)的仿真</p><p>　　先使用STEP7-Micro/WIN軟件（西門子S7-200系列PLC的編程軟件）編程，將程序輸入并編譯，修改語法錯誤。直到編譯結(jié)果出現(xiàn)“0個錯誤”字樣說明程序無語法錯誤。然后在Simulation S7-200（西門子S7-200系列PLC的程序仿真軟件）在計算機中進(jìn)行模擬調(diào)試，修正邏輯錯誤。</p&

56、gt;<p>　　4.1 生成ASCII文本文件</p><p>　　真軟件不能直接接收S7—200的程序代碼，S7—200的用戶程序必須用“導(dǎo)出”功能轉(zhuǎn)換為ASCII文本文件后，再下載到仿真軟件中去。</p><p>　　在編程軟件中打開編譯成功的高爐上料控制系統(tǒng)的程序，執(zhí)行菜單命令“文件”下的“導(dǎo)出”，或用鼠標(biāo)右鍵點擊某一程序塊，在彈出的菜單中執(zhí)行“導(dǎo)出”命令，在出現(xiàn)的對

57、話框中輸入文件名“高爐上料”，生成并保存ASCII碼文件。</p><p>　　4.2 仿真軟件配置設(shè)置</p><p>　　執(zhí)行菜單命令“配置”選擇“CPU”型號，在對話框的下拉列表中選擇CPU224型號。用戶還可以修改CPU的網(wǎng)絡(luò)地址，本文取為默認(rèn)的地址。CPU模塊右邊空的方框是擴展模塊的位置，雙擊僅靠已配置的模塊右側(cè)的方框，在出現(xiàn)的“配置擴展模塊”對話框中選擇擴展模塊。雙擊已存在的擴

58、展模塊，在“配置擴展模塊”對話框中選擇“無”，可以取消模塊。本文取EM223（8I/8Q）擴展模塊。</p><p>　　4.3 下載程序并仿真</p><p>　　設(shè)置好仿真軟件后，點擊仿真軟件工具條中左邊的第2個按鈕可以下載程序，一般選擇下載全部塊，按“確定”按鈕后，在“打開”對話框中選擇下載的“高爐上料.awl”文件，下載成功后，同時出現(xiàn)下載的程序代碼文本框。</p>

59、<p>　　如果用戶程序中有仿真軟件不支持的指令或功能，點擊工具條內(nèi)三角形的“運行”按鈕后，不能切換到RUN模式，CPU模塊左側(cè)的“RUN”LED的狀態(tài)不會變化。</p><p>　　如果仿真軟件支持用戶程序中的全部指令和功能，點擊工具條內(nèi)的“運行”按鈕和正方形的“停止”按鈕，從“STOP”模式切換到“RUN”模式,CPU模塊左側(cè)“RUN”和“STOP”LED的狀態(tài)隨之變化。</p>&l

60、t;p>　　按照系統(tǒng)的操作和控制要求操作仿真軟件的輸入按鈕，觀察程序是否按照所期望的狀態(tài)運行。觀察輸出狀態(tài)，查找錯誤并修改程序到達(dá)期望值。</p><p>　　根據(jù)圖4-7、圖4-8，由I/O點分配表可知，爐內(nèi)缺料時Q0.1（表示布料器），Q0.2（表示均壓閥），（Q0.4和Q2.2表示大鐘和大鐘開啟指示），Q0.6和Q1.0（表示小車上行和小車上行指示），Q2.7（表示缺料指示）均按照控制要求運行。<

61、;/p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　本文通過對高爐的介紹及控制要求的說明及分析，采用西門子S7-200系列PLC軟件進(jìn)行編程實現(xiàn)高爐上料的自動控制。</p><p>　　高爐生產(chǎn)是一種規(guī)模大、要素多、要求嚴(yán)格的冶煉過程。上料必須準(zhǔn)確，設(shè)備之間要有嚴(yán)密的連鎖控制關(guān)系，如果出現(xiàn)控制失調(diào)出現(xiàn)槽下跑料，輕者浪費原料種著將導(dǎo)致料車不

62、能正常裝料，迫使高爐停產(chǎn)。本文首先介紹高爐的構(gòu)造，煉鐵工藝然后就高爐上料的控制進(jìn)行詳細(xì)剖析，然后針對西門子S7-200系列PLC的特點結(jié)合高爐上料系統(tǒng)的控制要求進(jìn)行程序編輯，用以實現(xiàn)高爐上料的PLC自動控制。</p><p>　　PLC技術(shù)可以實現(xiàn)邏輯控制、順序控制、定時、計數(shù)、算術(shù)運算、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)通信等功能，并且具有處理分支、中斷、自診斷能力。PLC技術(shù)的邏輯控制功能通過軟件編程實現(xiàn)，柔性強，控制功能多，控

63、制線路大大簡化。</p><p>　　由于設(shè)計時間和個人的知識水平有限，設(shè)計中的不足和紕漏還請各位老師批評指正。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　四年的讀書生活在這個季節(jié)即將劃上一個句號，而于我的人生卻只是一個逗號，我將面對又一次征程的開始。四年的求學(xué)生涯在師長、親友的大力支持下，走得辛苦卻也收獲滿囊，在論

64、文即將付梓之際，思緒萬千，心情久久不能平靜。 偉人、名人為我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和贊美獻(xiàn)給一位平凡的人，我的導(dǎo)師。我不是您最出色的學(xué)生，而您卻是我最尊敬的老師。您治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，學(xué)識淵博，思想深邃，視野雄闊，為我營造了一種良好的精神氛圍。授人以魚不如授人以漁，置身其間，耳濡目染，潛移默化，使我不僅接受了全新的思想觀念，樹立了宏偉的學(xué)術(shù)目標(biāo)，領(lǐng)會了基本的思考方式，從論文題目的選定到論文寫作的指導(dǎo),經(jīng)由您悉心的點撥,再經(jīng)思考后的領(lǐng)悟

65、,常常讓我有“山重水復(fù)疑無路,柳暗花明又一村”。 </p><p>　　感謝我的爸爸媽媽，焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以回報，你們永遠(yuǎn)健康快樂是我最大的心愿。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯謝意！ </p><p>　　同時也感謝學(xué)院為我提供良好的做畢業(yè)設(shè)計的環(huán)境。 </p>

66、;<p>　　最后再一次感謝所有在畢業(yè)設(shè)計中曾經(jīng)幫助過我的良師益友和同學(xué)，以及在設(shè)計中被我引用或參考的論著的作者。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]David. Johnson. Programmable Controllers for Automation [M]. New York and Basel: Mar

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