(完整版)小方坯连铸拉矫机控制系统设计毕业设计

毕业设计（论文）题目小方坯连铸拉矫机控制系统设计专业自动化班级电气101学生沙玉楠指导教师李好文2014 年小方坯连铸拉矫机控制系统设计专业：电气工程及其自动化班级：电气101作者：指导老师：职称：答辩日期：摘要近年来，板坯连铸机成为大型钢铁公司的主要设备，它提高了钢铁的综合成材率，降低了能源消耗，并且更容易实现机械自动化。

而小方坯连铸机则以其良好的投资回报，赢得了国营中小钢铁公司和私营钢铁企业的青睐。

拉矫机作为连铸机的核心设备，它是连铸机的指挥中心，其他设备的工作状态都必须与拉矫机相协调。

本设计的内容是通过PLC对拉矫机进行控制，完成连铸过程中送引锭、拉坯、拉尾坯三个工作流程。

其中用到两台电动机，其速度控制由变频器完成；拉矫辊的压下和抬起动作由电磁阀控制。

由S7-300PLC 模块构建控制系统，采用西门子公司的STEP7编程软件完成拉矫机控制系统梯形图的程序编制。

变频器既可以实现电机速度连续可调，也可以控制电机以固定速度运转：PLC通过0-10V或4-20M A的模拟量信号来控制变频器频率输出为0-50Hz，即可完成电机速度连续可调的控制；用几个数字量输出点控制变频器的高、中、低速，电机即可按所需的固定速度运转。

关键词：连铸拉矫机、PLC控制、梯形图、变频器AbstractIn recent years, the slab casting machine equipment of a large Steel Corp, it improves the steel finished product rate, reducing energy consumption, and easier to realize mechanical automation. While the small billet continuous casting machine with its good investment returns, won the state and Steel Corp and private iron and steel enterprises. Straightening machine as the core equipment of continuous casting machine, it is the continuous casting machine command center, other equipment working state must be coordinated with the straightening machine.The contents of this design is through the PLC to control the tension leveller, completed in the process of continuous casting, casting, feeding dummy ingots pull tail billet three working process.Which uses two motors, its speed is controlled by the inverter; pulling straightening roller pressure and lift the action is controlledby electromagnetic valve. Construction control system is composedof S7-300PLC module, the Siemens company STEP7 programming software to complete the withdrawal straightener control system trapezoidal chart programming.Frequency converter can realize a continuous and adjustable speed motor, can control the machine running at a fixed speed: PLC through the analog signal 0-10V or 4-20MA to control the inverter output frequency is 0-50Hz, to complete the control of motor speed adjustable; several digital output control frequency converter, motor, speed, can according to fixed speed required for the operation. Keywords: continuous casting machine, plc control, ladder diagram目录前言 (1)第1章绪论 (3)1.1 连铸机研究的意义 (3)1.2 国外连铸技术的发展近况 (3)1.3 我国连铸技术的发展近况 (4)1.4 小方坯连铸的发展近况 (5)第2章连铸拉矫机主要设备简介 (7)2.1 S7-300系列PLC系统特性及硬件构成 (7)2.1.1 S7-300系列PLC硬件系统 (7)2.1.2 S7-300系列PLC模块性能简介 (9)2.2 变频器简介 (10)2.2.1 概述 (10)2.2.2 基本组成 (11)2.2.3 工作原理 (11)2.3 光电开关简介 (12)第3章硬件设计 (13)3.1 PLC硬件组态及地址分配 (13)3.2 PLC系统各模块电路图 (13)3.3 变频器控制速度原理 (15)第4章 PLC梯形图程序 (16)4.1 程序流程图 (16)4.2 IO口地址分配 (18)4.3 部分梯形图程序 (20)第5章总结 (21)第一章绪论1.1 连铸机研究的意义钢铁工业在国民经济中的巨大作用，在于它能够提供一切工具和机器设备的原材料，它是现代社会生产和扩大再生产的物质基础。

从最简单的手工劳动工具直到最复杂的航天技术，没有一个工业部门不和钢铁工业发生直接和间接的关系。

而连铸机大大的提高了钢铁的生产效率，所以连铸机的研究与设计意义重大。

钢铁冶金技术发展的趋势与时代要求是高效、优质、低消耗与低排放。

连铸作为钢铁生产流程中承上启下的关键环节，是当前国家钢铁生产结构调整与技术升级战略中值得重点关注的核心环节【1】。

1.2 国外连铸技术的发展近况钢铁全连铸的实现是连铸技术成熟发展的体现。

建立在炼钢——钢水炉外处理——连铸组合优化基础上的全连铸生产体制已成为高水平现代化钢铁工业生产的综合标志。

1966年前苏联的新里别茨克钢铁厂新建了第一转炉车间，并最早开创了连铸与氧气转炉相结合的先例。

1979年，该厂又新建了第二转炉车间，并配置了弧形连铸机，使两个转炉车间实现了全连铸，年产量达到了800万吨。

但是，由于前苏联的炼钢生产一直以平炉为主，氧气转炉炼钢发展迟缓，因此，限制了连铸的发展。

70年代以后日本，德国等工业发达国家后来居上。

尤其是日本，60年代后期才从前苏联、德国等国家引进连铸技术，接着投入大量的人力物力进行消化吸收和研究开发，促进了连铸技术的应用和发展。

但是，日本在70年代前，连铸主要设置在电炉钢厂，以生产小方坯为主，大型钢铁联合企业几乎没有连铸机，因此，连铸比很低。

70年代后，经过两次能源危机，使连铸技术得到迅速的发展【2】。

法国也是开发研究连铸技术较早的国家。

但在70年代以前发展非常缓慢。

70年以后发展加快，连铸比迅速提高。

美国的连铸技术是与康卡斯特公司和日本设备制造厂家合作发展起来的。

80年代以来发展速度缓慢。

80年代以后，美国政府开始重视连铸技术的发展，首先是增加连铸投资，其次是把发展重点放在大型钢铁联合企业的板坯、大方坯及组合式连铸机的建设上，使大型钢铁联合企业的连铸比很快得到提高，从而也提高了全国的连铸比【3】。

国外连铸钢厂的特点：（1）以最少或较少的连铸机实现全连铸（2）改造旧连铸机，提高作业率。

（3）配备炉外精炼设备。

国外的全连铸钢厂都配有炉外精炼设备，这样既可以满足钢种和钢水质量要求，又可以以多炉连铸作缓冲，并且还可以进行钢水温度补偿和为挽救事故而避免将钢水回炉或冻结在钢包中。

（4）增设计算机。

增设的计算机用于生产组织、管理、调度、控制工艺过程，使各环操作处于最佳状态，减少任务的失误【4】。

1.3 国内连铸技术的发展近况近年来，我国钢铁冶金精炼技术得到大力发展，钢坯冷轧成形加工技术也取得快速发展。

作为钢材生产流程的中间环节，连铸技术的发展表现出如下几个明显特征：(1)流程紧凑。

如各类近终形铸机与常规连铸的带液芯压下和动态轻压下技术的发展与应用；(2)技术密集。

浇注与凝固、机械与液压、自动控制、过程检测与多级通讯的技术集成度大大提高。

(3)功能扩大。

钢水精炼、浇注与凝固控制、近终形、铸轧与组织控制等系统集成技术受到重视。

可以说，现代连铸技术在冶金工业中的作用与地位已愈发重要。

采用连续铸造方法，可以使全连续和自动化操作成为可能，提高了铸坯质量，减少了生产工序，降低生产成本，故在大型的钢铁企业中得到广泛地推广应用。

近年来，通过自主开发、跟踪转化以及联台设计，国内连铸设计水平取得了较大的进步。

尤其是些先进的单体技术装备设计基本都实现了国产化，如结晶器液面控制、自动下渣监测、电磁搅拌(箱式与辊式)、漏钢预报、动态配水、动态轻压下、质量跟踪与判定等。

整体装备水平以及性能的稳定性还有待提高。

我国冶金企业投放的技改资金比较大，新上项目较多，连铸项目也较多。

但先进铸机设备和技术还是多习惯于引进，其中我国薄板坯连铸连轧已经引进了10多条生产线。

自2000年，我国先后全部引进或引进核心部位设备与技术的常规扳坯连铸机共有24台27流。

还有继续引进的趋势：中薄板坯连铸机、异型坯连铸机几乎全部引进。

大方坯连铸机也有引进的倾向。

此外，国内新上的高规格铸机多采用国外知名连铸商(VAI、DANIELI、CONCAST、SMS德马克等)和国内设计单位联合设计。

实际上，国内合作单位主要工作为利润很少的详细设计，一些关键装备的制造也由国外公司所控制。

这种局面促进了国内相关技术水平的提高，但不利于自主知识产权品牌的应用与提升。

可喜的是，随着国内设计水平的提高，尤其是新技术开发及其成熟度的提高，加之投资和后期维护成本优势，一些钢铁生产用户开始陆续使用全套国产装置，铸机配置水平也逐渐提高。