基于MCGS的轧钢机模拟控制系统设计说明书.docx
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基于MCGS的轧钢机模拟控制系统设计说明书
摘要
本设计阐述了基于MCGS和PLC的远程轧钢机监控系统的硬件和软件设计。
此系统采用主从式结构,上位机采用MCGS组态软件实现监控功能,对轧钢机信息进行实时监控;下位机则以西门子S7-200PLC为核心,进行轧钢机信息的采集和转换,并与上位机进行信息交互,上位机和下位机通过串口方式进行通信,最后实现以MCGS为监控界面并且以PLC为编程控制的轧钢机控制系统。
关键词:
轧钢机;远程监控;西门子S7-200PLC;MCGS
ABSTRACT
Thisdesignhaveintroducedthehardwareandsoftwaredesignofthelong-rangeRollingmillmonitoringsystemwhicharebasedonMCGSandPLC.Thissystemadoptstheprincipalandsubordinatestructure,thesuperiormachineadoptstheMCGSconfigurationsoftwaretorealizethemonitoringfunctionandcarryonthereal-timemonitoringtotheingredientinformation.TheLowerpositionmachineregardsSiemensS7-200PLCasthecoretocarryonthegatheringandthetransformationofingredientinformationandtheyalsoexchangetheinformationwiththesuperiormachine.Thesuperiormachineandthelowerpositionmachinecarryonthecorrespondencethroughtheserialmode.Finally,theyrealizetheRollingmillcontrolsystemwithMCGSformonitoringinterfaceandPLCforprogramming.
Keywords:
Rollingmill;Long-distancemonitoring;SiemensS7-200PLC;MCGS
1引言
1.1轧钢机的国内外发展状况
轧钢机是实现金属轧制过程的设备。
泛指完成轧材生产全过程的装备,包括有主要设备、辅助设备﹑起重运输设备和附属设备等。
但一般所说的轧钢机往往仅指主要设备。
19世纪中叶,第一台可逆式板材轧机在英国投产,并轧出了船用铁板。
1848年德国发明了万能式轧刚机,1853年美国开始用三辊式的型材轧刚机,并用蒸汽机传动的升降台实现机械化。
接着美国出现了劳特式轧刚机。
1859年建造了第一台连轧刚机。
万能式型材轧刚机是在1872年出现的。
20世纪初制成半连续式带钢轧机,由两架三辊粗轧机和五架四辊精轧机组成。
随着冶金工业的发展,轧刚机可按轧辊的排列和数目分类,可按机架的排列方式分类,也可按生产的产品分类,现已有多种类型轧钢机,但是用以上所述轧钢机进行工业生产控制时会造成产品质量不高,能源利用率低等,我国正在大力推进社会主义现代化建设,能源需求非常大,然而我国的能源利用率极低。
这与我国倡导建设节约型社会是背道而行的,所以在我国现代化的建设中实现高效率的设备和控制系统,有着极为重要的实际意义。
目前,国际上轧钢机发展的趋向是连续化、自动化、专业化,产品质量高,消耗低。
60年代以来轧机在设计、研究和制造方面取得了很大的进展,使带材冷热轧刚机、厚板轧刚机、高速线材轧刚机H型材轧刚机和连轧管机组等性能更加完善,并出现了轧制速度高达每秒115米的线材轧机﹑全连续式带材冷轧机、5500毫米宽厚板轧机和连续式H型钢轧机等一系列先进设备。
轧机用的原料单重增大,液压AGC、板形控制、电子计算器过程控制及测试手段越来越完善,轧制品种不断扩大。
一些适用于连续铸轧﹑控制轧制等新轧制方法,以及适应新的产品质量要求和提高经济效益的各种特殊结构的轧机都在发展中。
新型的轧刚机采用了一整套先进的自动化控制系统,全线生产过程和操作监控均由计算机控制实施,大大提高了工业生产效率。
本论文主要阐述了组态软件MCGS在轧钢机控制系统中的应用,介绍了轧钢机的控制及监控系统的总体设计方案及设计过程,列出了主要的主电路图、PLC接线图、PLC控制流程图和轧钢机控制梯形图。
利用组态软件MCGS设计了轧钢机控制系统监控界面,提供了直观、清晰、准确的轧钢机控制系统状态,进而为维修和故障诊断提供了方便,充分提高了系统的工作效率。
文章简要介绍了可编程逻辑控制器PLC和组态软件,还介绍了组态软件MCGS与西门子S7-200的通信,详细指出了MCGS与S7-200的硬件连接与软件连接。
1.2课题来源与意义
MCGS(MonitorandControlGeneratedSystem)是一套基于Windows平台的,用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统,可运行于MicrosoftWindows95/98/Me/NT/2000等操作系统。
MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台,能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。
MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点,已成功应用于石油化工、钢铁行业、电力系统、水处理、环境监测、机械制造、交通运输、能源原材料、农业自动化、航空航天等领域,经过各种现场的长期实际运行,系统稳定可靠。
所以基于MCGS的轧钢机控制系统符合工业发展趋势,有着广泛的发展空间,大力推进信息化,加快建设现代化,走新型工业化道路。
新型工业化道路不只讲工业增加值,而是要做到“科技含量高、经济效益好、资源消耗低、环境污染少、人力资源优势得到充分发挥”,并实现这几方面的兼顾和统一。
因此,有必要对已经应用与工业的MCGS模拟控制系统进行研究和分析,并设计一些性能优越,精度高,抗干扰能力强,人机界面友好,功能完善,适应于工业以及商业、农业、智能建筑等领域的模拟控制系统。
2MCGS与PLC的简介
2.1PLC
可编程序控制器又简称,但由于PC容易和个人计算机(PersonalComputer)混淆,故人们仍习惯地用PLC作为可编程序控制器的缩写。
它是一个以微处理器为核心的数字运算操作的电子系统装置,专为在工业现场应用而设计,它采用可编程序的存储器,用以在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时/计数和算术运算等操作指令,并通过数字式或模拟式的输入、输出接口,控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。
PLC是微机技术与传统的继电接触控制技术相结合的产物,它克服了继电接触控制系统中的机械触点的接线复杂、可靠性低、功耗高、通用性和灵活性差的缺点,充分利用了微处理器的优点,又照顾到现场电气操作维修人员的技能与习惯,特别是PLC的程序编制,不需要专门的计算机编程语言知识,而是采用了一套以继电器梯形图为基础的简单指令形式,使用户程序编制形象、直观、方便易学;调试与查错也都很方便。
用户在购到所需的PLC后,只需按说明书的提示,做少量的接线和简易的用户程序编制工作,就可灵活方便地将PLC应用于生产实践。
目前,可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。
PLC的特点:
可靠性高,抗干扰能力强;硬件配套齐全,功能完善,适用性强;易学易用,深受工程技术人员欢迎;系统的设计、安装、调试工作量小,维护方便,容易改造;体积小,重量轻,能耗低。
PLC的构成:
从结构上分,PLC分为固定式和组合式(模块式)两种。
固定式PLC包括CPU板、I/O板、显示面板、内存块、电源等,这些元素组合成一个不可拆卸的整体。
模块式PLC包括CPU模块、I/O模块、内存、电源模块、底板或机架,这些模块可以按照一定规则组合配置。
图2.1CPU224I/O接口接线接线图
2.1.1PLC的基本结构
PLC实质是一种专用于工业控制的计算机,其硬件结构基本上与微型计算机相同,基本构成为:
1.电源:
PLC的电源在整个系统中起着十分重要的作用。
如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的,因此PLC的制造商对电源的设计和制造也十分重视。
一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内,可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去。
2.中央处理单元(CPU):
中央处理单元(CPU)是PLC的控制中枢。
它按照PLC系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据;检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态,并能诊断用户程序中的语法错误。
当PLC投入运行时,首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据,并分别存入I/O映象区,然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序,经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。
等所有的用户程序执行完毕之后,最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置,如此循环运行,直到停止运行。
为了进一步提高PLC的可靠性,近年来对大型PLC还采用双CPU构成冗余系统,或采用三CPU的表决式系统。
这样,即使某个CPU出现故障,整个系统仍能正常运行。
3.可编程控制器配有两种存储器:
系统存储器和用户存储器。
系统存储器:
存放系统管理程序,用只读存储器实现;用户存储器:
存放用户编制的控制程序,一般用RAM实现或固化到只读存储器中。
4.输入输出接口电路:
连接用户输入输出设备和PLC控制器,将各输入信号转换成PLC标准电平供PLC处理,再将处理好的输出信号转换成用户设备所要求的信号驱动外部负载。
对输入输出接口的要求:
良好的抗干扰能力;对各类输入输出信号(开关量、模拟量、直流量、交流量)的匹配能力。
PLC输入输出接口的类型:
模拟量输入输出接口、开关量输入输出接口(直流、交流及交直流)。
用户应根据输入输出信号的类型选择合适的输入输出接口。
开关量输入接口电路:
各种输入接口均采取了抗干扰措施。
如带有光耦合器隔离使PLC与外部输入信号进行隔离;并设有RC滤波器,用以消除输入触点的抖动和外部噪声干扰。
通常有三种类型:
直流(12∽24)V输入、交流(100∽120)V输入与交流(200∽240)V输入和交直流(12∽24)V输入。
直流输入模块的电源一般由机内24v电源提供,输入信号接通时输入电流一般小于10mA;交流输入模块的电源一般由用户提供。
图2.2直流输入接口
开关量输出接口电路:
有三种形式,即继电器输出、晶体管输出和晶闸管输出。
开关量输出端的负载电源一般由用户提供,输出电流一般不超过2A。
开关量输出端的负载电源一般由用户提供,输出电流一般不超过2A,如图2.2交直流输出接口。
图2.3交直流输出接口(继电器输出型)
输出端子的两种接法:
隔离式,输出各自独立,无公共点:
各输出端子各自形成独立回路;汇点式,全部输入点(输出点)共用一个公共点。
或者将输入点(输出点)分成几组,组内各点共用一个公共点。
各组的公共点之间相互隔离。
组内的各点必须使用同一电压类型和同一电压等级,各组可使用不同电压类型和等级的负载。
5.功能模块:
如计数、定位等功能模块。
6.通信模块:
如以太网、RS485、Profibus-DP通讯模块等。
图2.4plc的硬件结构
2.
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