轧钢棒材生产线的PLC控制系统软件设计.docx

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1、摘 要在自动化控制领域，PLC是一种重要的控制设备。目前，世界上有200多厂家生产300多品种PLC产品，应用在汽车(23)，粮食加工(164%)、化学制药(146%)、金属矿山(115%)、纸浆造纸(113)等行业。上世纪80年代至90年代中期，是PLC发展最快的时期，年增长率一直保持为30%40%。在这个时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，PLC逐渐进入过程控制领域，而且在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。现今，PLC已经具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强，编程简单等特点。在可预见的将来，PLC在工业

2、自动化控制特别是顺序控制中的主导地位，是其他控制技术无法取代的。本文介绍了S7-200 PLC控制系统在轧钢棒材生产中系统中的应用，着重描述了系统配置及冷床控制功能。最后通过，通过测试和实验的成功表明本文研究成果的可行性和可靠性。关键词：PLC控制系统；轧钢；棒材生产；冷床顺序控制；ABSTRACTIn the area of Automation Control,Programmable Logic Controller is an important control equipment.Currently,there are over 200 manufacturers that prod

3、uce 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 outpu

4、t 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 th

5、e 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 futur

6、e,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 cont

7、rol.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 录第一章 绪论11.1 课题研究背景和意义11.2 国内外发展状况与发展趋势3第二章 可编程控制器简介102.1 可编程控制器的发展历史102.2 PLC的特点112.3 PL

8、C的工作原理122.4 PLC的体系结构132.5 PLC控制程序设计16第三章 轧钢棒材生产线冷床控制系统的硬件设计部分183.1 硬件组成及控制要求183.2 PLC输入、输出的安排20第四章 系统软件设计部分264.1 系统流程设计图264.2 顺序功能图264.3 PLC程序27第五章 结论33致 谢34参考文献35第一章 绪论钢棒材是经济建设中必不可少的一种材料，钢棒材品种繁多，广泛应用于汽车制造、电气机械、船舶制造工业、大跨度桥梁、高层建筑等社会生活各个方面。随着我国经济、社会的发展，对钢棒材的需求越来越大，对钢铁棒材的质量要求也越来越高。传统棒材轧制控制系统所采用的继电气控制，控

9、制线路复杂、体积大、故障率高、维护困难、可靠性不高、容易发生故障，从而轧钢难以达到轧钢厂希望的安全、稳定、可靠的基本要求。PLC控制系统自问世以来，以其高可靠的特点在工业自动化领域获得广泛的应用。近年来，随着超大规模集成电路技术和通信技术的进步，PLC控制系统的性价比逐年提高。轧钢棒材生产控制领域也逐渐为PLC系统所主导。1.1 课题研究背景和意义进入21世纪以来，随着经济的不断发展，以及市场竞争的日益激烈，我国的钢铁工业正在经历一个从高速增长期到结构优化调整期的转变过程。市场对钢铁产品的需求逐渐从原来的少品种、大批量走向多品种、小批量，并且要求高质量和高附加值的发展模式。在这种模式下，加速淘

10、汰落后产能、加快提升科技创新能力、降低消耗、降低成本、提高质量、提高生产率，逐渐成为当前发展的重要特征。所以，企业必须改变以往单一化、笨重的发展模式，紧跟市场的脚步，按市场需求组织生产，发展以市场为中心的生产模式。这就要求企业必须加大科技投入，加速设备改造，促进技术进步，多渠道引进高科技人才，提高自身科研能力，发展市场经济，满足市场需求，向科技和时间要效益。加入WTO以后，中国的钢铁工业更是面临着严峻的挑战。为了追求稳定发展和保持良好的经济效益，钢铁企业纷纷开始采用先进的工艺装备和控制技术进行技术改造，通过降低能耗、降低成本、提高质量、提高效率来提高自身竞争力，以求在日益激烈的国际市场竞争中站

11、稳脚跟。因此在轧钢生产线上人们做着无数的努力，对生产线上的各个环节进行控制。比如高速棒材连轧PLC控制、棒材连轧加热炉PLC控制系统、利用PLC系统对棒材线系统的提速、还有PLC在轧钢生产成组区的应用、基于PLC的倍尺剪电控系统设计与实践、PLC的冷床控制等等。棒材打捆机也是在这样的形势下被设计创造出来，以适应市场对棒材的需求变化。随着社会生产对棒材需求的不断增加，许多棒材生产厂家的棒材年产量逐年递增，对棒材的打捆包装处理速度越来越跟不上生产的速度，严重的影响了棒材的运输和销售，从而导致生产跟不上市场的需求变化，也间接的阻碍了企业和社会的发展。棒材打捆机的诞生实现了对棒材的全自动化打捆包装，高

12、质量、高效率的完成打捆包装作业，是产品能够迅速投入市场，提高了企业生产流通速率，满足了社会发展的需要。目前在棒材生产线中飞剪机使用的型式有：摆动式剪、曲柄式剪、回转式剪和曲柄回转复合式剪等多种型式。其中摆动式剪剪切力大，但剪切精度较低，适用于轧件断面大、轧制速度低的场合；回转式剪剪切力比曲柄式剪小，剪切速度更高，适用于小断面、高速度的场合；曲柄式剪剪切力小于摆动式剪，大于回转式剪，而剪切精度高于摆动式剪，适用于轧制速度稍高、断面较大的场合；而回转曲柄复合式综合了曲柄式和回转式的优点，低速轧制时用曲柄剪，高速轧制时用回转剪，用于产品范围很宽的成品分段剪切，比如在复合生产线中使用比较多。其中飞剪的

13、剪切控制方式有：离合器制动式和启停式两种。启停式，每剪切一次电机都要启动和停止，剪切精度高，工作可靠；传动电机的功率较大离合器制动方式，传动电机连续运转，飞剪的启动和停止靠离合器的断开和接通进行控制。这种控制方式电机可以小一些，但剪切精度差，离合器频繁地接通和断开，噪声大、易损坏、维护困难。为了保证飞剪机工作稳定可靠，国内生产线多采用启停式的控制方式。棒材作为钢铁工业的重要产品，其轧制成品质量直接影响到其他行业的成品质量。轧制过程中的变形历史及温度将会影响奥氏体再结晶、晶粒尺寸大小和随后冷却过程中的奥氏体相变行为，并最终决定轧件的组织和性能。通过对轧件轧制生产过程中的变形行为、微观组织演变、及

14、轧后水冷过程中的相变过程进行模拟，可以建立温度和相变产物与这些工艺参量之间的关系，进而对轧制产品的组织性能进行预测，并可实现控制轧制、控制冷却过程工艺参数的制定和优化。棒材热轧过程中的温度变化直接影响变形和组织演变(再结晶、相变)。而相变产物的组成最终决定产品性能。因此对棒材热连轧过程的温度场及冷却过程的相变过程进行模拟研究，对于热连轧工艺的完善和改进具有重要的现实意义。启停式飞剪设备是目前热连轧机或棒、线材生产线中不可缺少的设备，对生产线的连续无故障运行，轧制成品的成材率、定尺率有较大的影响。其主要工作任务是对轧线上运动的轧件进行切头、切尾或定尺剪切。尤其棒线材倍尺飞剪要求启动运行速度快、定

15、位剪切精度高、工艺复杂，其自动化控制不仅一直是轧线控制的难点，其稳定性更是棒线材连续轧钢的一个重大课题。在相同的硬件配置条件下，自动化控制水平越高的飞剪电气系统，在生产过程中就越能获得更好的效果，更合理的利用能源资源，其获得的经济效益就越大。相反，飞剪电气系统设计上的失误，会给生产带来巨大的损失，带来生产成本的增加。尤其在目前钢铁行业竞争日趋激烈的买方市场，拥有一套可靠、先进的自动化控制系统的生产线带来的企业经济效益更具现实意义。目前国际、国内有不少的研究设计总院、自动化工程公司，以及设备制造商等，都十分重视棒线材飞剪电气控制系统的开发研制工作，并且已研制出各自的飞剪电气控制系统。其中有些开发

16、商已将这套系统标准化、规格化，作为一个较成熟的产品推向市场。只有将其科学化、标准化，才能在某种程度上保证整条生产线在整个规划期内实现投资、运行费用尽可能小的目标，避免由于设计上的缺陷给将来的运行遗留问题。将设计软件标准化，还可使得设计人员从整个繁琐的设计工作中摆脱出来，可直接根据实际系统的配置情况，通过人机界面的标准接口将系统参数输入，并运用系统仿真软件完成对实际系统的初步测试工作。1.2 国内外发展状况与发展趋势钢铁材料以其所具有的特性较高的强度和韧性、易加工成型性、绿色可循环性在未来时期内仍将是重要的结构材料。随着世界汽车制造、电气机械、船舶制造工业的发展，板材、管材在钢材中所占的比例将逐

17、渐提高，线棒材所占比例将有所下降，但其绝对值仍在上升。而且线棒材生产结构将发生很大的变化。我国目前线棒材生产有如下特点：产能高。我国线棒材无论是轧机数量,还是产量均居世界第一位,而且其产量还在以较快速度增长(年平均增长速度为15%左右),目前我国线棒材占钢材总产量的48%50%。与此同时,美国同期线棒材产量占钢材总产量的22%左右,日本同期线棒材产量占钢材总产量的27%左右,而且几年来产量相对平稳。因此我国线棒材无论是所占钢材总产量的比例还是绝对产量均高于美国和日本。生产装备参差不齐。近年来我国小型轧机向连续化发展,线材生产则趋向采用高速线材轧机,到2002年6月底,全国共投产连续及半连续小型

18、轧机70套,设计产能超过2100万t/a,其中国产化设备超过40%。到目前为止,全国共投产高速线材轧机约70台套(含线棒材复合轧机),设计产能超过1700万t/a。国产化设备最高精轧速度可达90m/s。与此同时,我国目前尚有一些落后的小型线材轧机再生产。据调查,约有40%的小型型钢(线棒材)生产线属于落后淘汰设备,约30%的落后线材生产线应被淘汰。管理水平逐年提高。近年来,我国线棒材厂总体生产管理水平不断提高,一般连续小型及高速线材轧机投产后2年左右即能达到或超过设计产量。2000年以后,不少小型线材轧机的成材率达到97%,一些实行负偏差轧制的轧机,成材率约在98%以上。另外,由于注重产品质量

19、的提高,开发了400MPa级带肋钢筋。并且,不少企业努力增加硬线生产比例,特别是在扩大高强度低松弛预应力钢丝、钢绞线生产份额,改善冷墩钢质量,扩大产品规格上采取了多项措施。最近新投产的几套高速线材轧机,可提供525mm线材,直径公差达0.1mm,椭圆度达0.14mm,可满足不同用户的需求。高质量、高附加值的经济线材少。金属制品是高速线材的深加工产品,其使用价值优于热轧产品,可节约金属30%40%。据统计,发达国家金属制品的产量已占线材产量的50%70%。我国虽然线材产量占钢材总产量的21.9%(居世界第一位),可用于金属制品的只占线材产量的30%,很多高质量要求的产品仍靠进口。棒材生产技术的发

20、展与进步：注重改进轧前工序。为了生产优质线棒材,首先要生产优质钢,因而采用扩大转炉容量、增加精炼、在进加热炉前设置或预留“抛丸-超声波探伤”或“磁粉探伤-修磨”生产线。而采用超高功率电炉、精炼、连铸供坯的生产企业,增加了300m3级别的高炉,将热铁水对入废钢中冶炼,不仅改善钢的制得纯净度,同时可以节约能耗、缩短生产周期、降低氧化铁皮损耗、改进产品质量、提高金属收得率、降低生产成本。而采用自供坯的小型、线材轧机多力求采用热送钢坯,以降低产品热耗。加热炉技术进步。步进式钢坯加热炉的普遍应用。20世纪80年代末到90年代初,建设的连续式高速线材轧机多采用步进式加热炉;90年代中期以后建设的钢坯加热炉

21、多采用侧进侧出全梁式步进炉,步距可调,采用新型的低NOX型烧嘴,侧烧嘴采用带中心风的调焰烧嘴,调节比可达1:10,长度大于12m的钢坯多设置端烧嘴,以使钢坯加热温度更均匀。蓄热式加热炉技术得到重视。近年来,蓄热式燃烧技术在小型、线材车间逐步得到应用,蓄热式燃烧系统由蓄热室和换向装置组成,可将空气、煤气同时预热至1000左右,可使用高炉煤气等低热值燃料。蓄热式加热炉可节能约35%,缩短钢坯加热时间,降低烧损。无头轧制工艺。20世纪90年代中期,由日本NKK及意大利达涅利公司分别开发成功的无头轧制新技术,引起了轧钢技术的一场革命。该技术具有产量高、成材率高、轧制稳定、降低消耗等优点。无头轧制技术是

22、指在加热炉出口侧将钢坯两端焊接起来,轧制一根无限长的钢坯。这种轧制方法由于消除了钢坯之间的时间间隔,消除了轧件的切头切尾,消除了棒材生产线上的短尺/短尾或线材盘卷头尾修剪,可按用户需要生产不同重量的盘卷,减少咬钢次数,使堵钢的可能性更小,减少了停机时间,而且稳定轧制使设备受的冲击减少,减少设备维护和备件需求,延长了消耗件的寿命,因此可大大提高产量、降低成本。钢坯头尾采用闪光焊连接,闪光焊接后用力将钢坯端头对接,焊接区的液态金属被挤出来,保证了焊接区的质量。这种轧制方法由于消除了坯料间隔时间,从而增加了纯轧时间,提高了金属的收得率。目前我国已有唐钢、涟钢小型轧机及邢钢二高线厂高线轧机分别引进了D

23、ANIELI及NKK无头轧制技术,均取得了很好的效果。线棒材生产的定径减径机组。被称为21世纪高线发展必经之路的定径减径机组,是20世纪90年代摩根公司开发成功的,经过几年的发展,技术更加成熟。目前具有代表性的机组有：摩根4机架RSM机组,达涅利的双模块机组TMB;考克斯/达涅利减径定径机组RSB。摩根4机架定径减径机组技术核心是：在精轧机组后面配置定径/减径机组,除了满足尺寸精度外,全线单一孔形系列,实现自由轧制。产品尺寸范围扩展到5.525mm,每隔0.1mm生产一种产品。机组紧凑布置,前两架为减径,辊径为230mm,可与精轧机辊箱互换,孔型为椭圆,金属减面率为10%20%。后两架为无导卫

24、的定径机组,辊径150mm,中心距非常小,孔型为近似圆-圆。成品最小可到5.0mm。精轧后的在线测径仪与辊缝调节系统配合,可精确调整成品尺寸。共用孔型极大地简化了换规格的程序,减少了辊环的库存量。单一孔型系统另一显著优点是,只要简单地略微调整RSM各架的辊缝,就能生产出比名义尺寸略大或略小的产品,可以为特殊用户提供任意产品,即自由轧制。快速换辊、传动联轴器、流体管线都设计为快速对接,提高了生产率。达涅利摩加沙玛提供的TMB技术,可使产量提高15%,用于生产特殊钢线材。TMB技术基于使用160mm方坯为原料的线材轧机,粗中轧,为16机架,其后3机架打压下考克斯定径机组,一整架轧机灵活性和提高产品

25、的精度,后结双模块系统构成为预精轧机组有8/10架无扭轧机,和布置在吐丝机前的4道次无扭精轧机组。从第一架轧机到预精轧的最后一道,只采用一套孔型,全部产品变化都在最后4道次的精轧机组完成,产品范围为4.525mm。在3机架的大雅下定径轧机中,仅用一种规格的进料即可轧制尺寸范围很宽、公差精确的出口轧件,实现双模块机组的前导孔型所需要的变形量。在4架精轧孔型中采用小变形量12%16%,可得到非常严格的公差。由于两组无扭轧机间安装了水冷系统,全部产品都可采用低温轧制工艺。考克斯/达涅利减径定径机组RSB为三辊考克斯轧机,开始用于无缝和焊管的张力减径轧制。1991年开发出的最新减径定径机组RSB,在轧

26、制中材料处于三向压应力作用下,可充分发挥其塑性潜能,尤其适合于轧制难变形金属。RSB机组的主要优点有:可以获得好的产品质量(包括尺寸公差、表面质量和冶金性能);产品种类齐全,可在任何时间生产任何规格的产品;能耗低,比常规轧制方法可降耗30%左右;后序加工费用低,表面削去量减少;采用备用机架换辊,可提高有效作业时间;提高了成材率。我国大冶钢厂和上钢五厂都引进了此种机型。低温轧制工艺。常规轧制的温度是在奥氏体区轧制,低温精轧是指在最后几道次的形变发生在正火轧制工艺或热机精轧工艺对应的温度范围内。由于RSM、TMB和RSB轧机的投入,使轧件进吐丝机前再进行一次低温轧制(750950),经低温变形后,

27、可得到均匀的细晶组织,有利于改善产品性能。该轧制方法还适用于轧制双相钢线材。为了得到均匀的细晶组织,低终轧温度下形变率的控制是一个关键因素。在更多道次中采用大变形量的低温轧制会导致晶粒尺寸的不均匀,这是由于超过了与应变能积累相关的总应变极限后,产生了部分动态再结晶。因此,两道次低温轧制的断面压缩率应在24%31%,四道次低温轧制的断面压缩率应在46%57%。而对一些低温轧制和正火轧制均不能改善其性能的钢种,如不锈钢、易切削钢等,通过此机组生产,可使轧件从头至尾保持稳定的轧制温度,从而使产品的组织均匀性及尺寸公差得到保证,生产效率显著提高。低温轧制的优点:结构组织的细化将生产细化的晶粒尺寸;避免

28、碳钢发生正火;改善了低温韧度;可获得良好的力学性能;提高疲劳强度;较好的表面质量;并通过控制冷却工艺使钢材得到理想的内部组织结构。控制冷却工艺。控制冷却的任务是通过控冷辊道速度和集管水量的控制实现轧件的加速冷却控制及实现轧件所要求的开冷温度、终冷温度和冷却速率。控制冷却的基本策略是,根据轧件目标冷却速率,确定单位集管流量;根据目标开冷温度、终冷温度和冷却速率,迭代计算控冷辊道速度和开启的集管数目,其中辊道速度尽量大,以减少轧件长度方向的开冷温度不均匀性,但又需要考虑到控冷区前后辊道长度对轧件升降速的限制;开启的集管组数受到瞬时最大水量的限制。控制冷却工艺的应用可在减少成本的同时,显著提高产品质

29、量。控冷处理后的普通低碳钢就能够替代微合金钢及低合金钢通过穿水淬火,通过穿水冷却,在线棒材表面形成粗大马氏体,然后通过线材内部残余热量进行自回火,从中心到表面逐渐扩散,最终在冷床上空冷。即经过3个热处理阶段:淬火阶段、回火阶段、最终冷却阶段。多种机型的运用。除传统轧机机型外,近年来线棒材轧机大量采用了特色各异的多种机型。除了减定径机、双模块,轧机和考克斯轧机外,还有以下两种特殊机型。无牌坊机架。该机架的特点是:机架由4根拉杆承受轧制力,轧制力分布在很短的回路内和较大的面积里。此外,为了保证轴承座的刚度和从圆柱轴承到拉杆的短距离,使机架和轴承座弯曲最小,对机架的拉杆位置进行了优化,无牌坊机架可靠

30、性高,轴向径向刚度高,对实施低温轧制有利,且产品尺寸公差小,换辊时间短。适用于中、精轧机组。悬臂式机架。悬臂式机架采用芯轴加套NiCrCo热处理辊环,油膜轴承结构,有水平式机架、立式机架、平/立可转换式机架。这种机型的特点是:轧辊辊颈直径增大约30%,断面积增加约65%,增强了关键部位的强度,减少了应力集中;该机型有固定的轧制线;易于更换辊环,维护及更换导卫方便;重量轻,可节约投资。这种机型适于作为小型或高线轧机的粗轧机架,只需配置一种孔型即可。自动控测技术。线材尺寸小、长度大、运行速度快,因此极易产生振动、抖动和扭转等问题。这些问题的存在,给用常规检测方法对轧件和成品的尺寸、形状的检测带来很

31、大困难。从20世纪90年代中期开始,国外线材厂家开始借助于测径仪,对轧件和成品的尺寸形状进行动态检测。对检测的结果和检测结果所对应的轧制状态进行相关性分析、归纳整理,得出影响线材尺寸精度的内在规律,并在此基础上形成可有效指导操作的指导文件和可融于控制、管理软件之中的应用软件,从而能更好地对操作人员的调整给予定性定量两方面的指导,以便操作人员在线材高速轧制时能及时掌握轧件及成品的尺寸精度变化情况。国外有关提高线材尺寸精度的研究与应用,目前已在原有的基础上,利用测径仪动态检测轧件、成品的形状尺寸,并对检测结果进行分析研究,得出符合现场生产工艺过程的规律并以此指导生产操作,从而向实现整条轧制线工艺过

32、程调整的闭环控制方向发展。TMCP技术。TMCP技术是以控轧控冷相结合为特点,也就是低温轧制和在线热处理的综合处理手段。在控制形变组织的基础上,又控制随后的的冷却速度,从而获得理想的相变组织,使轧材具有所需要的强度和韧性,而这种性能是单独采用控制形变或单独采用热处理所无法达到的。TMCP技术要点是:将铸坯低温加热到1000左右,在具有较小晶粒的奥氏体区开始轧制;在适当的Ar3温度附近的亚稳态奥氏体区或+两相区变形;随后控制冷却,使加工后未再结晶组织进行恒温转变,通过晶粒内形变带上形成的大量晶核,实现细晶铁素体的转变。在同样的形变量下,横温转变温度越低,铁素体的形核率越高,组织晶粒越细,从而得到

33、高强度化和高韧性化。这样,在材料的化学成分上就可相应地进行低碳化、低碳当量化,从而对改善轧件的焊接性和降低脆性转化温度非常有利。特别是通过低碳化,添加的微量元素Nb在低温下易于固溶,对改善材料性能更为有利。可以说,该技术在通过控制轧制这一相变基础上,又增加了一个通过控制冷却实现组织控制的自由度。TMCP技术的实质,是使传统的形变热处理工艺在轧制生产中在线完成,从而轧制出高强度、高韧性、高焊接性的管线用钢和船板钢、高强度结构用钢。带肋钢筋表面淬火及自回火-OTB工艺。为了适应目前在轧制过程中通过采用不同的工艺控制生产不同级别的产品这一趋势,发展了一种表面淬火及自回火-QTB工艺。该工艺过程是在淬

34、火阶段,在棒材离开终轧机时,需剧烈水冷,在棒材表面形成冷硬层,冷却速度高于形成马氏体速度,以获得粗大马氏体;在回火阶段,热量从温度仍很高的棒材芯部传到已淬火表面,使在第一阶段得到的马氏体得到自回火;第三阶段是在冷床上,棒材芯部未转换的奥氏体进行半等温相变。由于棒材表面形成了回火马氏体组织,可提高其屈服强度约150MPa,可代替影响材料韧性的进一步冷加工处理。产品在具有高强度的同时,保证了足够的韧性,产品质量好于热轧加空冷的微合金钢及低合金钢产品。由于碳当量较低,采用QTB工艺后的带肋钢筋还可以获得较好的焊接性能。在此工艺中,终轧温度、淬火时间、水流量是淬火工艺的关键参数,淬火过程又决定了一个特

35、定的回火温度,这些因素决定了回火马氏体环面积所占的比例,并将最终决定产品的力学性能,尤其是抗拉性能。QTB工艺的开发应用带来的经济效益是很明显的。据测算,如果使用自供坯,用低碳钢代替微合金钢,可节省炼钢车间生产成本18%;如果代替低合金钢,可节省成本8%。如果购坯轧制,使用低碳钢代替微合金钢,可节省生产成本15%;代替低合金钢可节省成本6%。我国棒材健康发展应采取的对策改造或淘汰落后的生产线。开发低成本国产连轧(半连轧)生产线,改造或淘汰落后的生产线。为此,应遵循以下原则:以连轧(半连轧)生产线改造为主要目的,淘汰现有多火成材的横列式轧和落后的复二重线材轧机。粗轧机组可采用灵活、快速粗轧技术,

36、与连铸衔接,尽量采用热送热装技术;不断开发、完善国产技术和装备,以建设和生产的低成本与国外高装备水平生产线在产品质量和生产成本的优化组合上取得竞争优势。在建设方式上,对资金不足的企业可分步实施。第一步先建成半连轧生产线,待条件成熟时可将粗轧改成连轧形式。调整品种结构，开发新产品。目前我国线材品种结构不尽合理,中低档品种产量过剩;高附加值、高技术含量的品种又缺乏,需要从国外大量进口。如优质硬线的生产比例,国外先进国家优质硬线比在20%左右,我国不到10%;我国合金钢及不锈钢线材比为1%2%,而国外在5%以上。因此希望采取措施,发展和填补国内短缺空白品种,如钢帘线用钢材、高应力弹簧用50CrV、5

37、5SiCr钢、超低碳不锈钢材等。积极增加级钢筋的产量。级钢筋是指强度为400MPa的带肋钢筋,在一般钢筋混凝土结构工程中使用级钢筋,与级钢筋相比,可节约钢材12%14%,可增加建筑物安全储备,有显著的社会经济效益。而且级钢筋由于碳当量低,焊接方便,焊接性能好。强屈比不小于1.26,适于抗震,有利于地震区建筑物使用。国家已将级钢筋作为推广项目,而目前我国级钢筋只占全部钢筋产量的4%左右,远远满足不了市场需要。因此应大力发展级钢筋的生产。跟踪世界前沿,积极引进和消化国外先进技术。目前发达国家在线棒材的生产中,研究和开发了大量的先进技术和设备,并在生产中取得了良好的效益。为了使我国的线棒材生产能够持

38、续健康发展,必须对现有的先进技术进行消化和吸收,尽快国产化,增加我国线棒材的竞争力。如加强钢质的净化,进一步扩大连铸坯热送热装比例,进一步推动连铸直接扎制的开发和运用,依次降低线棒材的成本。要强化计算机控制和计算机管理技术;要开发和应用线棒材的组织和性能预报工作;密切注视国外先进技术和装备发展,要不断创新。第二章 可编程控制器简介可编程序控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置。它具有体积小、功能强、灵活通用与维护方便等一系列的优点，特别是它的高可靠性和较强的适应恶劣环境的能力，受到用户的青睐。因而在冶金、化工、交通、电力等领域获得

39、了广泛的应用，成为了现代工业控制的三大支柱之一”2.1 可编程控制器的发展历史在可编程序控制器问世以来，工业控制领域中是继电器控制占主导地位。这种由继电器构成的控制系统有着明显的缺点，体积大、耗电多、可靠性差、寿命短、运行速度不高，尤其是对生产工艺多变的系统适应性更差，如果生产任务和工艺发生变化，就必须重新设计并改变硬件结构造成了时间和资金的严重浪费。1968年，在底特律的美国通用汽车公司(GM公司)为了在每次汽车改型或改变工艺流程时能不改动原有继电器柜内的接线以便降低生产成本，缩短新产品的开发周期，提出了研制新型逻辑顺序控制装置，并提出了该装置的研制指标要求，即十项招标技术指标。其主要内容如

40、下n(1)在使用者的工厂里，能以最短中断服务时间，迅速方便地对其控制的硬件和设备进行编程及重新进行程序的设计。(2)所有系统单元必须能在工厂内无特殊支持的设备、硬件及环境条件下运行。(3)系统的维修必须简单易行。在系统中应设计有状态指示器及插入式模块，以便最短的停车时间内使维修和故障诊断变得简单易行。(4)装置的体积应小于原有继电器控制柜的体积，它的能耗也应较少。(5)必须能与中央数据收集处理系统进行通信，以便监视系统的运行状念和运行情况。(6)输入开关量可以是已有的标准控制系统的按钮和限位开关的交流15V电压信号。(7)输出的驱动信号必须能驱动以交流运行的电动机起动器和电磁阀线圈，每个输出量

41、将设计为可开停和连续操纵具有115V、2A以下容量的电磁阀等负载设备。(8)具有灵活的扩展能力。在扩展时，必须能以系统最小的变动及最短的更换和停机时间，使原有装置从系统的最小配置扩展到系统的最大配置。(9)在购买和安装费用上，应有与原有继电辑控制系统的竞争力，即有高的性能价格比。(10)用户存储器容量至少在4KB以上。(根据当时的汽车装配过程的要求提出)从上述十项指标可以看出，它实际上就是当今可编程序控制器的最基本的功能。将它们归纳一下其核心为四点(1)用计算机代替继电器控制盘。(2)用程序代替硬件接线。(3)输入输出电平可与外部装置直接连接。(4)结构易于扩展。美国的数字设备公司(DEC)C

42、P标，并在1969年研制出了第一台可编程序控制器(PDP-14)“其后，美国的MODICON公司也推出了084控制器，1971年，日本推出了DSC，8控制器1973年西欧各国的各种可编程序控制器也研制成功，我国在1974年开始研制可编程序控制器可编程序控制器的发展与计算机技术、半导体集成技术、控制技术、数字技术、通信网络技术等高新技术的发展息息相关。这些高新技术的发展推动了可编程序控制器的发展而可编程序控制器的发展又对这些高新技术提出了更高更新的要求，促进了它们的发展。从控制功能束分，可编程序控制器的发展经历了下列四个阶段。第一阶段，从第一台可编程序控制器问世到20世纪70年代中期，是可编程序

43、控制器的初创阶段。这一阶段的产品主要用于逻辑运算和计时、计数运算，它的CPU由中小规模的数字集成电路组成，它的控制功能较简单，典型产品有MODICON公司的084ALLENBRADLEY(AB)公司的PDQ2、DEC的PDP，14、同立公司的SCY-022等。由于这些产品主要完成逻辑运算功能，因此被称为可编程序逻辑控制器(Programmable Logic Controller-PLC)。第二阶段，从20世纪70年代中期到末期，是可编程序控制器的扩展阶段，在这一阶段，产品的主要控制功能得到了较大的发展，它的发展主要来自两方面，从可编程序控制器发展而来的控制器，它的主要功能是逻辑运算，同时扩展

44、了其他运算功能而从模拟仪表发展而来的控制器，其功能主要是模拟运算，同时扩展了逻辑运算功能。因此，按习惯的分类方法，前者被称为可编程序逻辑控制器(PLC，后者被称为单回路或多回路控制器。可编程序控制器的名称缩PC(Programmable Controller)，但是为了与个人计算机(Personal Computer)的名称缩写PC相区别，通常还是把可编程序控制器简称为PLC，这一阶段的产品有MODICON公司的184、284、384西门予公司的SomaticS3系列，富士电机公司的SC系列等产品第三阶段，从20世纪70年代末期到20世纪80年代中期，是PLC通信功能实现阶段。与计算机通信的发

45、展相联系，PLC也在通信方面有了很大的发展，初步形成了分布2式的通信网络体系，但是，由于制造企业各自为政，通信系统自成系统，因此，各产品的互相通信是较困难的。在该阶段，由于生产过程控制的需要，对PLC的需求大大增加，产品的功能也得到了发展，数学运算的功能得到了较大的扩充，产品的可靠性进一步提高。这一阶段的产品有西门子公司的SYMATIC S6系列、富士电机公司的MICREX和德州仪器公司的T1530等等。第四阶段，从20世纪80年代中期开始是PLC的开放阶段。由于开放系统的提出，使PLC也得到了较大的发展。主要表现在通信系统的开放，使各制造企业的产品可以通信，通信协议的标准化使用户得到了好处。

46、在这一阶段，产品的规模增大，功能不断完善，大中型的产品多数有CRT屏幕的显示功能，产品的扩展也因通信功能的改善而变得方便，此外，还采用了标准的软件系统，增加了高级编程语占等。这一阶段的产品有西门子公司的SYMA7IC S5和s7系列、AB公司的PLC一5等。2.2 PLC的特点PLC能如此迅速发展的原因是由于它具有通用计算机所不及的一些下列特点。可靠性对可以维修的产品，可靠性包括产品的有效性和可维修性，PLC的可靠性高表现在下列几方面，与继电器逻辑控制系统比较，PLC可靠性提高的主要原因：PLC不需要大量的活动部件和电子元器件，它的接线也大大减少。与此同时，系统的维修简单、维修时间缩短，因此可

47、靠性得到提高。PLC采用了一系列可靠性设计的方法进行设计，例如冗余设计、掉电保护、故障渗断和信息保护及恢复等，使可靠性得到提高。PLC有较强的易操作性，它具有编程简单、操作方便、维修容易等特点，因此对操作和维修人员的技能要求降低，容易学习和掌握，不容易发生操作的失误，可靠性高。2.3 PLC的工作原理 图2.3 扫描过程2.3.1 可编程控制器的工作原理可编程序控制器是从继电器控制系统发展而来的，它的梯形图程序与继电器系统电路图相似，梯形图中的某些编程元件也沿用了继电器这一名称,如输入、输出继电器等。这种计算机程序实现的“软继电器”,与继电器系统中的物理结构在功能上某些相似之处。可编程序控制器

48、有两种基本的工作状态,即运行(RUN)状态与停止(STOP)状态。在运行状态,可编程控制器通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使可编程序控制器的输出及时地响应随时可能变化的输入信号,用户程序不是只执行一次,而是反复不断地重复执行,直至可编程序控制器停机或切换到STOP工作状态。除了执行用户程序之外,在每次循环过程中,可编程序控制器还要完成,内部处理、通信处理等工作,一次循环可分为5个阶段(见左上图)。可编程序控制器的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。由于计算机执行指令的速度极高，从外部输入-输出关系来看处理过程似乎是同时完成的。在内部处理联合阶段。可编程序控制器检查CPU模块内部的硬件是否正常,将监控定时器复位,以及完成一些别的内部工作。在通信服务阶段可编程序控制器与别的带微处理器的智能装置通信,响应编程器键入的命令,更新编程器的显示内容。当可编程序控制器处于停止(STOP)状态时,只执行以上的操作。可编程序控制器处于(RUN)状态时,还要完成另外3个阶段的操作（见右图），图中仅画出了与用户程序执行过程有关的3个阶段。2.3.2 扫描周期可编程序控制器在RUN工作状态时，执行一次上图所示的扫描操作所需的时间称为扫描周期，其典型值为