西门子模块代理商-货期较快

 当带钢出Zui后一架轧机经层流冷却辊道进入入口侧导板并开始卷取时，入口侧导板通过位置、压力传感器对带钢进行控制，然后进入夹送辊。带钢在夹送辊的作用下，向下弯曲并沿挡板和斜溜板进入助卷辊和卷取机芯轴设定的缝隙，通过1#、2#、3#助卷辊与弧形导板，使其卷绕在卷取机芯轴上。卷绕3～4圈后，卷筒建立稳定张力，侧导板进给使其靠上带钢，助卷辊此时变成小电流控制，并与带钢同步。助卷辊逐一打开，斜溜板打开，卸卷小车进入卷筒下方并且卸卷小车升降台上升到距给定带卷外径下200mm处。助卷辊全部打开后，卷筒与Zui后一架轧机建立张力。带钢尾部即将离开f6时，助卷辊电机自动转为速度控制，当卷取即将完了时，卸卷车升降台接触钢卷，其卸卷小车托辊与卷筒等速旋转直至卷取完了，钢卷带头转到带卷下方。卷取结束后，卸卷车上托辊制动并且压住带钢尾部，然后卷筒反转收缩，侧导板、夹送辊开启，挡板关闭，卷取机外支撑打开，卸卷小车将钢卷取下并送至钢卷提升车，由此再送至带回转台的回转小车，该小车将钢卷水平翻转90°送到链式运输机上运出带卷。

3  卷取控制系统
   卷取区由2套s7－400系列plc和2套tdc系统组成。一套s7400用于卷取公共控制，带10个et200m远程站；另一套s7400用于卷取出口控制；2套tdc系统带8套et200m远程站，主要实现液压ajc等功能

3.1 卷取机的踏步控制(ajc)功能  
   自动踏步控制是现代带钢热连轧机的一个新的控制功能，其目的是尽可能减小在卷取时由于带头和助卷辊相撞而在带钢上产生的压痕。
   自动踏步控制的基本原理是：自动跟踪计算带钢位置并给电气控制发送信号。每个助卷辊都装有位置和压力控制器，在带钢卷取过程开始后，每当带钢头部转到距离任一助卷辊很近的位置时，该助卷辊都迅速抬起，和带钢脱离接触；而当带钢头部通过助卷辊后，该助卷辊则迅速回靠以压紧卷筒上的带钢，并按压力控制方式运行。该过程将持续到卷取若干圈后全部助卷辊打开为止。良好的踏步控制系统应在保证带钢头部不与助卷辊相撞的前提下，尽可能缩小助卷辊和带钢脱离的时间，使卷形不受影响。三个助卷辊跳跃时，总有两个助卷辊处于压力控制，以防止钢卷松散。为了安全起见，助卷辊的跳跃量略大于带钢厚度。
   ajc控制系统如图3所示，包括带钢头尾跟踪、助卷辊位置控制和压力控制。3.2卷取张力控制  
   卷取机有两种工作状态：速度控制状态和张力控制状态[1]。在点动和穿带期间，它们工作在速度控制状态，穿带时，当卷取张力建立后，它们工作在张力工作状态。
   从速度控制状态切换到张力控制状态是在切换逻辑控制下自动进行的。在切换到张力控制状态运行后，尽管卷取机的速度给定略高于精轧机组速度基准给定值。由于精轧机组和卷取机之间通过带钢的刚性连接，卷取机的实际速度不可能达到速度给定值，卷取机的速度调节器的输出饱和，传动系统转入张力控制。由于速度调节器的输出达到限幅值，张力给定值由张力矩、摩擦力矩、弯曲力矩、加减速力矩的计算等的结果决定。
    (1)卷径计算。卷取机上钢卷的卷径通过脉冲发生器的计数值计算出来。计算方法是在卷取机卷筒上定义一个旋转角度αh，测量与该角度相对应的带钢长度，即可计算出钢卷的卷径。
   钢卷卷径按下列公式计算：       d=2l/αh
    αh：在卷取机卷筒上的旋转角度(以弧度表示)
   d：钢卷卷径     
    l：与αh相对应的带钢长度
    张力力矩的计算：带钢张力矩的计算公式如下：mz=f*d/2i
    mz：张力矩；f：张力设定值；i：传动比
    弯曲力矩的计算：带钢弯曲力矩的计算按下列公式求得： 
    mb=δy*l* h/4
    mb：弯曲力矩；h：带钢厚度；δy：屈服系数；l：带钢宽度
    (2)加速力矩的计算。卷取机电机的加速力矩由折算到电机轴上的转动惯量和带钢线加速度等参数计算出来[2]。转动愤量包括固定部分和与钢卷规格有关的可变部分。固定部分由卷取机传动机构、卷筒等部分的转动惯量组成。可变部分由钢卷直径、带宽、钢的比重等参数决定。由线速度变化和卷径变化决定的加速力矩计算公式如下： 
    mα=dv/dt［k1*1/d+l(k2*d3-k3*1/d)］
    其中：k1表示固定部分的转动惯量系数；
    k2、k3表示取决于卷径变化的变化部分的转动惯量系数；
    l表示带钢宽度；
    d表示钢卷卷径；
    dv/dt表示加速度。
3.3 卷取机前侧导板控制  
   热轧钢卷的卷形是生产过程中的一项重要的质量指标。卷取机前侧导板的作用就是使带钢在卷上卷取机之前不跑偏，在卷取过程中对中，保证良好的卷形。采用液压伺服系统对侧导板进行位置和压力控制。控制系统具有动态响应快、控制精度高的特点，在带钢的卷取过程中能实时地控制侧导板的开口度和压靠力，使带钢稳定在轧制中心线上。控制系统具有两种控制方式：位置控制和压力控制。可以自动切换，也可以根据生产设备情况、轧制品种等实际需要进行选择。在带钢进入卷取机以前为位置控制，侧导板的开口度设定要比带钢的宽度大，这样可以使带钢顺利地进入夹送辊。一旦带钢头部卷入夹送辊后，可以是位置控制或压力控制。
3.4 自动卸卷控制  
   带钢卷取过程中，运卷小车前进至卷取机下方，并进行一次上升，当卷取完成并尾部定位后，小车第二次上升，卷筒停止运转后，卸卷车托住带卷，卷筒缩径，运转小车将带卷运至钢卷升降机上，再由升降机将带卷移送到运输链上。整个控制过程可以手动/自动进行操作，手动时，操作工控制小车的前进和上升等动作，并将这些信号传送到plc中，由plc控制卷取机的动作，保证卸卷的正常进行。自动时，直接由plc根据工艺控制要求进行卸卷控制。

0 　引言

可编程控制器PLC 是一种专门为工业自动控制而

开发的通用自动控制装置。它具有可靠性高、编程简

单、使用方便、功能完善、通用性好等特点,并具有在线

修改功能,给控制系统带来了很好的柔性。它可以灵活

地以不同的组态来适应不同控制对象、控制规模和控制

功能的要求,是实现“机电一体化”较理想的控制设备。

PLC 的主要使用对象是广大工程技术人员。为了

适应他们的传统习惯,通常不采用微机的编程语言,而

采用面向控制过程、面向问题的“自然语言”编程。这

些编程语言有梯形图、语句表、控制系统流程图、逻辑

方程式或布尔代数式等,其中梯形图以其形象、直观、

简单易用、与电气控制原理图相呼应、易于掌握等特点

而成为PLC 的主要编程语言。但是, 梯形图不能被

PLC 所识别,无法在PLC 中直接运行,把梯形图通过人

工编译的方式转换为语句表又较为复杂,这就限制了

它的进一步发展和应用。如果能利用先进的计算机技

术实现可视化、规范化的梯形图设计以及PLC 指令序

列的自动生成,无疑将极大地提高开发效率。我们在

充分分析梯形图设计规则和语句表编程规则的基础

上,设计了一个梯形图可视化编辑与PLC 程序自动生

成系统。该系统将梯形图的绘制、识别以及编译过程

转移到计算机上,并自动生成PLC 可以识别的指令序

列。

1 　梯形图与语句表

1. 1 　梯形图

梯形图起源于继电器逻辑和执行线路,它用不同

的图符来表示不同的指令,用串、并联等概念组织图符

的顺序位置来表述逻辑。梯形图的设计必须遵循以下

规则: ①触点应画在水平线上,不能画在垂直分支上,

且应遵循自左至右、自上而下的绘制原则; ②不包含触

点的分支应放在垂直方向,不可放在水平位置以便于

识别触点的组合和对输出线圈的控制路径; ③在有几

个串联回路相并联时应将触点Zui多的那个串联回路放

在梯形图的Zui上面,而在有几个并联回路相串联时应

将触点Zui多的并联回路放在梯形图的Zui左面; ④不能

将触点画在线圈的右边,而只能画在线圈的左边。

1. 2 　语句表

语句表是若干指令的集合,类似于汇编语言程序,

易于PLC 识别。每条指令由指令字符串和操作数构

成。指令字符串是指令的助记符。操作数是该指令所

作用的继电器号、通道号、定时/ 计数器设定值或某些

常数。语句表编程有键入方便、编程灵活的优点,但不

如梯形图形象、直观。

2 　系统设计

2. 1 　系统的窗体设计

整个系统由6 个主要窗体构成。

① 主窗体:显示系统主菜单、工具栏,绘制梯形图

所需的基本图符按钮。

② 绘图窗体:用于梯形图的绘制。为了使所绘制

的梯形图更加整洁、美观,我们将系统的用户编辑区分

隔成若干正方形编辑格,用点标识。具体绘图时,系统

还将根据所绘图符的特点调节所占区域的大小。

③ 代码生成窗体:显示由所绘梯形图编译生成的

PLC 指令代码。

8 2

④ 参数输入窗体:为绘制的每个图符设置参数。

⑤ 出错信息窗体:报告梯形图编译成PLC 指令时

的出错信息。

⑥ 图符信息查看窗口:查看与每个图符对应的指

令及其参数。

2. 2 　梯形图图符函数库和PLC 指令索引表的建立

本系统是基于Omron CMP1A 可编程控制器开发

的,该型号的可编程控制器共有88 条指令(基本指令

15 条,功能指令73 条) ,其中多数指令有图符与其对

应。为节省存贮空间,我们为每个图符的绘制定义了

相应的自定义函数,形成一个梯形图图符函数库。

为便于编辑及编译功能的实现,我们以基本指令

优先,并考虑指令的使用频度建立了一张PLC 指令索

引表。索引表包含以下信息:

索引号

指令助

记符

参数个数

输入端

个数

输出端

个数

图符函数

入口

2. 3 　系统的主要数据结构

通过对梯形图及其设计规则的分析,我们发现,用

梯形图编制程序的过程实质上是一个用梯形图图符来

表示操作指令、用图符的串并联及位置顺序来表示操

作指令之间逻辑关系的过程。由此,一个梯形图可以

看作是一个由梯形图图符和连接符组合而成的有向

图,其中的梯形图图符可抽象为有向图的顶点,连接符

可抽象为有向图的弧。为了在程序设计中更合理地描

述梯形图,以便于下一步PLC 指令的自动生成,我们综

合考虑了提高程序执行效率、节省存储空间、便于操作

等因素,而采用十字链表数据结构来存储梯形图。

2. 3. 1 　有向图

图是一种数据结构,它的形式化定义为

Graph = (V ,R)

其中: V = {x| x ∈databbbbbb}

R = {VR}

VR = { < x ,y > | P(x ,y) ∧(x ,y ∈V) }

　　图中的数据元素通常称作顶点(vertex) ,V 是顶点

的有穷非空集合;VR 是两个顶点之间关系的集合。若

< x ,y > ∈VR ,则< x ,y > 表示从x 到y 的一条弧(arc) ,

且称x 为弧尾(tail) ,称y 为弧头(head) ,此时的图称为

有向图(diagraph) 。在有向图中,以顶点V 为头的弧的

数目称为顶点V 的入度(indegree) ,记为ID(V) ;以顶点

V 为尾的弧的数目称为顶点V 的出度(outdegree) ,记为

OD(V) 。

2. 3. 2 　主要数据结构

① 图符(顶点) 结构:保存梯形图中各个图符的基

本信息。

type 　　　　　　∥图符(顶点) 结构

nodeptr = ∧node ;

node = packed record

　inst :bbbbbb ; ∥与该图符对应的指令

　x ,y :integer ; ∥图符所在区域的左上角坐标

　index :integer ; ∥图符的索引号,它是图符的

唯一标识

　par1 ,par2 ,par3 :bbbbbb ;

∥3 个参数(梯形图的图符Zui

多含3 个操作数)

　indegree :integer ; ∥入度

　outdegree :integer ; ∥出度

　firstin :arcbbbb ; ∥指向以该顶点(图符) 为弧头

的第一个弧结点

　firstout :arcbbbb ; ∥指向以该顶点(图符) 为弧尾

的第一个弧结点

　LeftIn :integer ; ∥左汇合数,初值为0

　RightOut :integer ; ∥右分支数,初值为0

end ;

② 连接符(弧) 结构:描述图符间的串并联关系。

type 　　∥连接符(弧) 结构

arcbbbb = ∧arctype ;

arctype = packed record

　tailvex :nodeptr ;

∥指向弧尾顶点(图符) 在图中

的位置

　headvex :nodeptr ; ∥指向弧头顶点(图符) 在图中

的位置

　hbbbb :arcbbbb ; ∥指向弧头相同的下一条弧

　tbbbb :arcbbbb ; ∥指向弧尾相同的下一条弧

end ;

2. 4 　系统编辑功能的实现

PLC 梯形图的设计过程实质上是有向图的生成过

程,也是对应的十字链表的建立过程。在设计中,我们

注意到母线上的有效引出点实际上可看成有向图中的

一个顶点,其入度( ID) 为0 ,出度(OD) 为1 。为了与其

它顶点相区别,令其对应结点的索引号(index) 为0 。

为便于下一步的PLC 指令生成,我们规定:

① 每个图符结点创建时都按其特点初始化其入

度和出度,如END、ILC、JME 等指令的ID(V) = 0 ,OD

(V) = 0 ;OUT及部分功能指令的ID(V) = 1 ,OD(V) = 0 。

② 在梯形图设计过程中,若某一图符增加一个左

汇合,则相应地其入度增1 ;若某一图符减少一个左汇

9 2

PLC 梯形图可视化编辑与语句表的自动生成　吕俊白,等

合,则相应地其入度减1 ; 若某一图符增加一个右分

支,则相应地其出度增1 ; 若某一图符减少一个右分

支,则相应地其出度减1 。

③ 若某一图符顶点的出度大于等于2 ,则在其后

引入一个虚顶点(以便今后进行并联及分支处理) ,并

令其索引号(index) 为- 1 。

2. 5 　梯形图到语句表的转换

为了实现梯形图到语句表的自动转换,在设计中

必须正确处理多路并联和有多个输出分支这两个核心

问题。为此,在设计前我们对大量电气系统的梯形图

进行了分析,并注意到如下事实: 在多种并联的情况

下,母线上的有效引出点可等效为同一点;若梯形图中

存在多路并联的情况,则其对应的有向图中必存在入

度( ID) 大于1 的顶点;若梯形图中存在有输出分支或

并联分支(且分支点均不在母线上) ,则其对应的有向

图中必存在出度(OD) 大于1 的顶点。

梯形图到语句表的转换算法顺序如下:

① 根据自左至右、自上而下的原则扫描梯形图,

并检验各图符参数的正确性和串并联关系的合法性;

② 从左至右、从上到下扫描梯形图,寻找入度为

零的顶点;

③ 若当前顶点的出度为零,则转⑧执行;若当前

顶点的出度不为零,则将其出度减1、RightOut 标志加1 、

当前顶点的直接后继顶点的入度减1 、LeftIn 标志加1 ;

④ 若当前顶点为多分支点,且并联点队列为空,

图符队列非空,则图符队列中的所有元素出列,按规则

生成代码,并删除处理过的图符顶点及以其为弧尾的

弧结点;

⑤ 若当前顶点为虚顶点则进并联点队列及图符

队列,若当前顶点为母线上的点则进并联点队列,若当

前顶点为图符顶点,则进图符队列;

⑥ 若当前顶点的直接后继顶点的LeftIn 标志值

大于等于2 ,则并联点队列和图符队列中的所有元素

出列,按规则生成相应代码,并删除处理过的图符顶点

及以其为弧尾的弧结点。对于虚顶点,若其出度为零,

则删除它及所有以其为弧尾的弧结点,否则,令虚顶点

的RightOut 标志减1 ;

⑦ 若当前顶点的直接后继顶点的入度为- 1 ,且

对应图符的指令助记符为END 则图符队列和并联点

队列中的所有元素出列,按规则生成相应代码,并删除

所有的顶点及弧结点,程序结束,否则,当前顶点进入

图符队列,转②继续执行;

⑧ 若当前顶点的出度为零则判断其RightOut 标

志是否大于零,若是则转②,否则,当前顶点进入图符

队列,转②继续执行。

3 　实验结果

系统设计完成后对其进行测试,图1 和图2 分别

为复杂的串并联关系和多个输出情况下的PLC 梯形图

及自动生成的代码。实验表明,本系统能正确处理串

并联关系及有多个输出等复杂的梯形图,自动生成的

代码准确无误。

图1 　PLC 梯形图

图2 　自动生成的代码

4 　结束语

可编程控制器应用程序的编写是可编程控制器应

用中的核心任务。我们设计的系统,可根据用户设计

的电气结构直接绘制PLC 梯形图并自动生成语句表,

实现软件设计的自动化,这将大大推动PLC 在电气、轻

工、机械工程中的应用。