台达PLC控制钢坯生产线冷却系统的研究

摘要

随着科技的不断发展，自动化技术在钢坯生产过程中的应用十分广泛，减少钢坯缺陷与降低成本成为提高企业生产效益与市场竞争力的关键因素。输送辊在钢厂消耗量比较大，受高温钢坯辐射与热传导的作用其工作环境很恶劣，因此对输送辊的有效冷却是提高其使用寿命的重要手段。通过分析冷却水对输送辊温度场的影响，探索其内在规律，为今后设计冷却系统提供理论依据。钢厂冷却水用量非常大，利用PLC控制技术、变频调速技术、PID控制有机结合的控制方案，在有效满足冷却的同时，实现节水与节能具有重要的意义和实用价值。本文主要工作如下：
　　1、利用Fluent软件分析红热钢坯对辊道的实际传热过程，引入合理的假设对辊道模型适当简化，对模型施加边界条件分析辊道内不同冷却条件下对辊道温度场的影响，为计算辊道冷却水参数奠定基础。
　　2、针对钢厂高温、高湿和复杂的电磁环境，同时考虑经济性原则，以输送辊为例构建了冷却系统具体控制方案。对方案中的硬件进行选型与分析，根据选型结果设计了控制系统，并绘制了相关电路图。
　　3、利用组态王作为上位机软件实现了远程监控。依据钢坯冷却系统的具体要求构建了监控界面，实现了冷却系统的自动化运行、信息传输和实时监控等功能。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 课题的研究背景及意义

1．2 本课题涉及领域的国内外研究现状

1．2．1 辊道温度场的研究现状

1．2．2 国内外变频调速技术的发展与现状

1．2．3 可编程逻辑控制器(PLC)的特点与应用

1．2．4 台达PLC的特点与应用

1．3 课题的来源

1．4 论文的主要研究内容与章节安排

2 辊道温度场的分析

2．1 温度场求解理论基础

2．1．1 傅里叶定律与热传导

2．1．2 热辐射

2．1．3 热对流

2．1．4 边界条件

2．1．5 几何条件与物理条件

2．1．6 Fluent软件

2．2 辊道温度场研究思路的介绍

2．2．1 辊道的相关参数

2．2．2 钢坯对辊道传热的分析

2．3 输送辊道二维模型的构建

2．3．1 输送辊实际模型

2．3．2 输送辊道模型简化

2．3．3 Fluent软件对模型处理

2．4 Fluent软件求解模型的设置

2．4．1 求解器的设置

2．4．2 求解模型中湍流设置

2．4．3 Fluent软件边界条件与材料的设置

2．5 Fluent软件求解过程

2．6 辊道温度场模拟计算结果及分析

2．6．1 钢坯与辊道热接触

2．6．2 辊道外部环境温度的模拟

2．6．3 钢坯对辊道轴向模型的热辐射分析

2．7 结果分析

2．8 本章小结

3 控制系统的硬件选型与设计

3．1 冷却系统控制方案的确定

3．1．1 冷却系统的缺陷

3．1．2 冷却系统供水方案的选择

3．1．3 冷却系统供水方案中变频运行方式

3．1．4 冷却系统供水方案中PID控制

3．2 控制系统主要配置的选型

3．2．1 PLC及其扩展模块的选型

3．2．2 变频器的选型

3．2．3 触摸屏的选型

3．2．4 压力变送器的选型

3．3 PID控制器的选择

3．4 控制系统电路图的分析与设计

3．4．1 控制系统主电路分析与设计

3．4．2 系统控制电路的分析与设计

3．4．3 PLC与变频器外部接线

3．4．4 PLC的I／O端子分配

3．5 变频器基本功能的设定

3．6 本章小结

4 控制系统的软件设计

4．1 台达PLC与PC通讯的建立

4．2 系统控制程序整体结构

4．2．1 水泵运行与切换控制程序

4．3 系统控制程序设计

4．3．1 编程软件

4．3．2 冷却系统自动运行过程分析

4．3．3 自动运行控制程序流程图

4．3．4 初始化程序

4．4 触摸屏程序设计

4．4．1 触摸屏编程软件

4．4．2 触摸屏界面总体设计

4．4．3 触摸屏界面

4．5 PID控制在冷却系统中的实现

4．5．1 MM440变频器的调试

4．5．2 PID控制中目标值与反馈值的设定

4．5．3 变频器PID参数的设定

4．6 本章小结

5 组态王远程监控系统设计与实现

5．1 组态王的概述

5．2 组态王远程监控系统的设计

5．2．1 组态王与台达PLC通信的实现

5．2．2 远程监控系统的控制要求

5．2．3 远程监控系统的设计步骤

5．2．4 远程监控系统画面的设计

5．3 本章小结

6 结论

7 展望

参考文献

9 攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢