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第五章 总体设计 ...................................................................................................... 39 5.1 主回路设计 ....................................................................................................... 39 5.2 控制回路设计 ................................................................................................... 40 5.3 CPU226原理图及I/O分配表 .......................................................................... 41 5.3.1 I/O地址分配表 ........................................................................................... 41 5.3.2 CPU226接线原理图 ................................................................................... 41 5.4 程序 ................................................................................................................... 43 小 结 ............................................................................................................................ 49 参考文献 ...................................................................................................................... 50 附 录A ........................................................................................................................ 50 致 谢 ............................................................................................................................ 51

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第一章 轧钢机

1.1 自动轧钢机的目的及实际意义

随着生产技术的不断发展，钢铁产品的应用也日益扩大，世界钢材料消耗量约占全部金属的95%以上，钢铁作为一种结构—功能材料具有不可替代的主导作用。轧钢机是实现钢铁轧制的设备。现代钢铁联合企业由炼铁、炼钢和轧钢三个主要生产系统所组成。轧钢生产属于技术含量最高的工序，用轧制方法生产钢材，具有生产率高，品种多，生产过程连续性强，易于实现高速化、大型化、连续化和自动化等优点，其中约90%的钢材都是通过轧制方法所生产的。自动轧钢机具有一机多能的特点，可在开坯的同时轧制小型的线材；减少了工人的劳动强度和力度，从而提高工作效率。

1.2 轧钢自动化发展的历史和现状

据说14世纪欧洲就有轧机，但也有记载称在1480年，意大利人达·芬奇设计出了轧机的草图。在1553年法国人布律列尔轧制出了金和银板材，用以制造钱币。接着，英国于1766年设计出了串行式小型轧机，到了19世纪中叶，第一台可逆式板材轧机在英国投产。1848年德国发明了万能式轧机，1853年美国也开始使用三辊式轧机，并采用蒸汽机传动的升降台实现了机械化生产。紧接着美国出现了劳特式轧机并于1859年制造了第一台连轧机[1]。

近十年来国内轧钢企业的规模和技术水平提升的很快，对于轧钢设备和生产过程自动化的控制也成为轧钢生产的主流。以前，整个轧钢电气控制系统是以传动控制为核心，用大量的继电器及逻辑组合来实现轧钢过程。到了20世纪60年代，计算机开始用于冷轧自动厚度控制，采用计算机的直接数字控制的模型优化控制也得到广泛应用。从此，计算机便成为了整个轧钢控制系统的核心，传动控制器作为其输出装置，检测仪表作为其输入装置，这就标志着现代轧钢自动化系统的开始。随着生产技术的发展，钢铁产品的应用也日益扩大，据统计，世界钢材料消耗量占全部金属的95%以上，因为钢铁作为结构—功能材料具有不可替代的主导作用。钢铁行业自动化技术经过多年的探索和发展，水平显著提高，有的

技术已经领先国外，有的也已达到了国际先进水平，特别是有的已经具有了自主知识产权，并形成了产品在行业内也已经进行推广应用。早期的自动控制系统是依靠简单的继电-接触器来实现的，其优点是：结构简单、价格低廉、抗干扰能力强，可以实现集中控制和远距离控制，但也有缺点；因为采用固定接线，所有通用性和灵活性差；又采用了触点的开关动作，工作频率较低，触点容易损坏，可靠性也差。随着自动轧钢机的出现，继电接触器控制逐渐被取代，自动轧钢机生产也已经向大型化、高速化、精密化、连续化方向发展。轧钢生产对自动化装备的要求要比其他生产工序高，自动化系统装备的水平对产品的质量影响也很大。因此，轧钢系统中所采用的自动化设备和系统比较多，各级自动化控制程度也比较高，是现代钢铁产业自动化技术应用最多的地方。轧钢生产属于技术含量特别高的工序，用轧制方法来生产钢材，具有生产效率高，产品种类多，生产过程连续性强，易于实现高速化、连续化和自动化，大约90%的钢材都是用轧制方法生产的[1][2]。

随着低价微型计算机的诞生，轧钢自动化开始快速的发展，特别是PLC和DCS的出现，使轧钢自动化系统得到迅速的发展和普及。我国大钢厂从70年代已经选用先进的连轧机，连轧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有计算机来控制实施，轧件在连轧机上可以同时轧制，这大大提高了生产效率和生产质量。

随着我国轧制加工业的发展，我国轧制设备也经历了一个自主开发 — 引进 — 学习借鉴—国产化的一个往复循环过程。经过20多年的探索和创新，在90年代，轧钢自动化系统的开发主要是控制轧件的开发，硬件和系统是以进口的PLC为主。全国各钢铁公司大量引进现代化轧钢生产线、冷轧机、热轧机、棒材连轧、高速线材、型钢和钢管轧机等等。到了21世纪，我国轧钢自动化系统和技术开始高速发展和大规模推广应用。近年来，我国轧制加工设备市场出现了多样化的要求，正在逐步向高精化、宽幅化、高速化以及高技术和连续轧制的方向发展。目前，我国轧钢自动化系统和技术也已得到了广泛应用，据统计，重点钢铁企业轧钢自动化系统中基础自动化系统普及率约为99.67%，过程控制级普及率为68.76%。在轧钢自动化工程技术方面，我们已全面接近和大部分已达到国际先进水平，正在走向世界市场[3]。

1.3 轧钢机的定义及组成

1.3.1 定义

狭义定义：轧制钢材的机械设备。它使轧件在旋转的轧辊间产生塑性变形，轧出所需的断面形状和尺寸的钢材。即主要设备—主机列。

广义定义：用于轧制钢材生产工艺全部所需的主要设备和辅助设备的成套机组。包括轧制、翻钢、运输、冷却、剪切等设备。 1.3.2 轧机的组成

轧钢机主要包括工作机座及其传动装置和主电动机等。直接使轧件产生塑性变形的设备称为主要设备。它包括由轧辊、轴承、轧辊调整装置、导卫装置及机架等组成的工作机座；主联轴器、减速器、齿轮机座、万向或梅花接轴等组成的传动装置。

辅助设备是指主机列以外的各种设备，它用于完成一系列辅助工序。辅助设备种类很多，机械化程度越高，它占的比重越大。

1.4 轧钢机的分类

按结构分类：根据轧辊在机座中的布置方式分

1二辊式轧机 该种轧机结构比较简单，工作可靠，由直流电动机来驱动，用于二辊可逆式初轧机，可将钢锭往复轧制成各种矩形坯。二辊可逆式轧机也可以用于轧制轨梁和中厚板。

2复二辊式轧机 此轧机作用与三辊式基本相似，轧辊调整、孔型配置较方便，用于横列式中小型轧机。

3三辊式轧机 其在同一机座上轧件可以两向轧制，轧机无需反转，由一台交流电动机经过减速器和齿轮座来驱动数台三辊式轧机，可实现轧件往复多道次轧制。它用于开坯和型钢的生产，具有设备简单、投资少的特点。轨梁轧机及大型轧机可以用直流电动机驱动，在生产中必要时可调速，来改善轧制条件。 4 特殊轧机 它是根据不同产品设计的专用轧机，例如：钢球轧机、周断面

三辊斜轧机、轮箍轧机、车轮轧机等。 此外还有很多种轧机，在此就不一一列举。

1.5 轧钢原理及工艺流程

1.5.1 轧钢原理

轧钢就是用轧机对钢坯进行压力加工，把炼钢厂送过来的铸坯，先进入加热炉，达到一定的温度后出来经过初轧钢设备反复轧制后进入精轧钢机。轧钢属于金属压力加工，在热轧生产线上，轧坯加热变软，被辊道送人轧钢设备，最后轧成用户所要求的尺寸。轧机主要由几组轧辊构成，轧辊是一对转动方向相反的辊子，两个辊子之间形成一定形状的缝或孔，钢坯通过轧辊就能成为一定形状的钢材。

1.5.2 轧钢系统工艺流程

M1 M5

图1.1 模拟示意图

圆钢的轧制工艺流程：

原料（方坯有280mm*380mm、280mm*325mm、319*410；圆坯有φ350mm、φ300mm、φ270mm、φ210mm，φ110mm）——加热（加热炉）——开坯机轧制（得到进入连轧机需要的尺寸）——横移（通过拉钢机实现）——连轧（有3架轧机成一字排列，出来后就是需要得到的成品尺寸）——成品——横移——锯切——冷床——描号——搜集——打捆——过磅——入库（打标牌、贴标签）