摘 要

工业革命给世界带来了科学，带来了一个个新的时代。中国是世界上工业建设起步较晚却发展迅速的国家，作为发展中的工业大国，中国的生产技术更应该紧跟发达国家的脚步，并不断寻求适合自己的方式，一步步发展属于我们自己的工业技术，以学习的态度来看世界的先进技术，以创新的眼光来看我们的产业。

在工业中，钢材的生产是不可忽略的产业，由于现代生活的水平逐渐提升，传统钢材的功能已经满足不了人们的要求。彩色涂层钢板是将一种有机涂层涂敷于钢材表面的钢材类型，它有着丰富多样的颜色和美观的外表，更不乏强度高、耐蚀性好、加工成型方便等优点，而且在还降低成本和减少污染方面也是优秀的选择。卷取机是钢材生产过程中的不可或缺的辅助设备，它的主要作用就是卷曲长度较大的钢材板，从而实现有效降低钢材的存放空间，以方便运输和使用钢材，在现代彩色涂层钢板的生产过程中发挥着重要的作用。

本文详细介绍了一种基于PLC控制的彩涂钢材生产线出口段卷取机的张力控制系统的设计方案。

与传统的钢材生产线相比，本设计利用PLC、变频器和HMI的控制，技术更加现代，生产效率更加高效，系统更加稳定，设备磨损更加小。

由于彩色涂层钢板生产在中国的不断推广，并随着人们对生活质量的复杂化、精细化的需求，本设计方案以传统钢材生产线的设计为基础，初步实现了基于现代控制技术和计算机技术的彩色涂层钢板生产线出口段中卷取机张力的控制系统的设计方案。本系统将变频器、PLC和HMI等智能装置串联起来，实现对多台电机和多个参数的联动控制。

本文详细地描述了彩涂钢材生产线的构造和工艺流程，硬件的选型配置和软件的介绍和具体的使用，PLC控制程序的编写和调试。并且在文章附件给出了主要的控制程序。最后，对全文进行了总结，和对未来的研究工作进行了展望。

关键字：彩色钢板生产线、张力、PLC、变频器、HMI

Abstract

The industrial revolution brought science to the world, and brought a new era. China is the world industrial construction started late but development for the country's rapidly, as the development of industrial powers, China's production technology should follow the footsteps of the developed countries, and continue to seek for their own way, step by step development belongs to our own industrial technology, in order to learn the attitude of the world advanced technology, innovation point of view to our industry.

In industry, the production of steel can not be ignored, and with the level of modern life gradually improve, the traditional steel can not meet the people's requirements. Color coating steel plate is will an organic coating on the surface of steel steel type, it has a rich variety of color and beautiful appearance, but there is no lack of high strength, good corrosion resistance, easy molding and other advantages, and also to reduce the cost and reduce pollution is also an excellent choice. Roll of down coiler is in steel production process indispensable auxiliary equipment, its main role is curly length larger steel plate, in order to effectively reach lower steel storage space, which is convenient to transport and use of steel, in the production of modern color coating steel plate over process plays an important role.

This paper introduces a design scheme of the tension control system of the steel production line of color coated steel production line based on PLC control.

Compared with the traditional steel production line, this design uses PLC, inverter and HMI control, technology is more modern, production efficiency is more efficient, the system is more stable, equipment wear is even smaller.

Because of color coating steel plate production in China, and constantly promote and with the needs of people on the quality of life of the complex and sophisticated, the design scheme with traditional steel production line design based preliminary realized based on modern control technology and computer technology, color coating steel plate production line exit section of the coiling machine tension control system design. In this system, inverter, PLC and HMI and other intelligent devices are connected in series to achieve the linkage control of multiple motors and multiple parameters.

This paper describes in detail the structure and process flow of color coated steel production line, the selection of hardware configuration and the introduction of software and the specific use of the PLC control program, the preparation and debugging. And the main control program is given in the appendix of the article. Finally, the full text is summarized, and the future research work is prospected.

Key words:color steel plate production line, tension, PLC, frequency converter, HMI

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题提出的背景和意义 1

1.2 课题的国内外研究现状 2

1.3 本文主要研究内容及结构 2

1.3.1 本文主要研究内容 2

1.3.2 本文结构安排 3

第2章 彩涂钢板生产线控制系统分析 4

2.1彩涂钢板生产线的工艺流程 4

2.2 全线逻辑控制 7

2.3 开卷、卷取机设计 8

2.3.1 卷径计算设计 8

2.3.2 张力处理和速度给定 10

2.4 S辊及张力控制 11

2.5 惯性加/减速的相关计算 12

2.5.1 惯性加/减速动态力矩的计算 12

2.5.2惯性加/减速动态力矩补偿电流的计算 15

2.6 建张电流的计算 16

第3章 硬件模块设计 17

3.1 系统硬件组成 17

3.2 PLC选型 18

3.3.1 变频器基础介绍 18

3.3.2 确定变频器选型 19

3.4 触摸屏(HMI)选型 20

3.5 系统网络架构 21

第4章 系统软件设计 22

4.1 整体布局 22

4.2 Step7 软件介绍 22

4.3 PLC编程设计 23

4.4 人机界面设计 26

第5章 总结与展望 28

5.1 总结 28

5.2 展望 28

致 谢 29

参考文献 30

附录： 31

第1章绪论

钢材的生产对于钢材产业乃至整个工业的演变和进化都是十分重要的，彩色涂层钢板现已成为钢材生产的最新发展趋势，其身产技术更是令人备受瞩目，而钢材生产、运输和储存的过程中，最重要的就是对钢材张力的控制和反馈。

1.1 课题提出的背景和意义

1.1.1 课题研究背景

随着现代生活的水平逐渐提升，传统钢材的功能和性质已经满足不了人们的要求。彩色涂层钢板是近50年来发展很快的一种新型金属材料。它是一种将有机涂层涂敷于金属材料表面形成的复合钢材类型，它以普通冷轧板、镀锌板或铝板为基板, 表面涂敷有机涂料、榕胶或贴塑料薄膜等（如图1.1）。它有着丰富多样的颜色和美观的外表，更不乏强度高、耐蚀性好、加工成型方便等优点，而且在还降低成本和减少污染方面也是优秀的选择。因此被广泛地应用于建筑、汽车、家电等各个领域。随着人们对生活质量的要求日益提高，对于彩涂钢板的需求量也不断增加，对彩涂钢板生产线的要求更是逐渐扩大，我国在此方面的技术却落后于发达国家，所以，国内的大部分较为大型的钢铁企业都开始关注并着手整修和改造彩涂钢板生产线，以早日追上先进国家的技术水平。