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1、轧钢生产自动化原理 MADE BY 杨贤清,内容简介,一、轧钢与自动化的背景介绍二、轧钢基础知识介绍（以热连轧为例）三、自动控制原理,一、轧钢与自动化的背景介绍,1.1 关于轧钢 从青铜到冶铁再到炼钢，至近现代的金属加工技术，人类对金属及其合金已经经历了6000年以上的使用和研究。轧钢即是指借助于旋转的轧辊与金属间的接触摩擦，将金属咬入轧辊缝隙内，同时在轧辊的压力作用下，使金属发生塑性变形的过程。如图1.1-1所示.,图1.1-1,一、轧钢与自动化的背景介绍,1.1 关于轧钢 图1.1-2 轧钢工作原理,一、轧钢与自动化的背景介绍,1.2关于自动化 1.2.1定义 自动化即指机器或装置在无人（
2、直接）干预的情况下按照规定的程序或指令自动地进行操作或运行。这一概念由美国福特公司的机械工程师D.S.哈德于1946年最先提出，如今已被看做是人类文明进步和现代化的标志。1.2.2 自动控制基本理论发展简史 稳定性理论的早期发展 根轨迹法的建立 脉冲控制理论的建立与发展 经典控制理论（或古典控制理论）（19世纪初）现代控制理论（20世纪60年代）大系统控制理论 智能控制理论（20世纪70年代）,一、轧钢与自动化的背景介绍,1.2.3 自动控制技术的发展 自动化技术形成时期是在18世纪末20世纪30年代，两种典型的动力技术为风车技术和蒸汽机技术。19351950年左右为其经典控制时期。50年代末
3、进入现代控制时期，随着现代控制理论和电子计算机的推广应用，自动控制与信息处理结合起来，自动化控制技术日渐得到广泛应用，如我国863高技术计划、神舟飞船发射等都与其有着密切联系。1.2.4 控制系统的分类按输入信号变化的规律：恒值系统、随动系统、程序控制系统按系统是否满足叠加原理：线性系统、非线性系统按信号传递的形式：连续系统、离散系统按系统参数是否随时间变化：定常系统、时变系统按输入输出变量的多少：单变量系统、多变量系统,一、轧钢与自动化的背景介绍,1.3 轧钢自动化 1.3.1 定义 轧钢自动化即是自动化理论和技术在轧钢生产中的具体应用。它通过采用反映轧钢过程变化规律的数学模型、自动控制装置
4、、控制器及其控制程序，使各种过程变量保持在所要求的给定值上，并合理地协调全部轧钢过程以实现自动化操作的一种先进技术。实现轧钢自动化的基础：自动化理论和技术、工程控制理论和方法。条件：工艺数学模型和控制数学模型、先进的控制系统、可靠的检测仪表和执行机构。1.3.2 轧钢自动化的发展 轧钢自动化技术的发展过程就是轧钢产品质量要求不断提高的过程，分为三个阶段：1）40-50年代，单机自动化阶段；2）60年代，单机自动化和计算机控制系统共存阶段；3)70-今，DDC阶段。,二、轧钢基础知识（以热连轧为例）,2.1轧钢生产线及基本工艺流程,二、轧钢基础知识（以热连轧为例）,2.1.1 带钢热连轧生产工艺
5、概述：带钢热连轧是一种高产量，高效益的轧钢生产工艺，包括传统带钢热连轧，博板坯连铸连轧，新型炉卷轧机，超薄带钢热轧带钢无头轧制技术。2.1.2传统带钢热连轧生产线包括：板坯库，加热炉，粗轧区，中间辊道及飞剪，精轧区热输出辊道，层流冷却装置，卷取区，运输链和成品库等。,二、轧钢基础知识（以热连轧为例）,传统带钢热连轧生产线,二、轧钢基础知识（以热连轧为例）,2.2带钢热连轧生产过程自动化 带钢热连轧生产过程控制级的是面对全轧线，并通过数学模型进行各个设备的设定计算，当然也包括：设定计算服务的跟踪，数据采集，模型自学习，打印报表，人机界面，历史数据储存，报警等功能。,二、轧钢基础知识（以热连轧为例
6、）,2.3带钢热连轧生产基础自动化 轧件运送控制 自动位置控制 自动厚度控制 尾部补偿 活套控制 自动宽度控制 自动板型控制 终轧温度控制 卷取温度控制,三、自动控制原理（以钢铁厚度自动控制为例）,测量,比较实测值,执行,被控对象,测量,干扰,被控量,给定值H,H,在上图中，除被控对象外的其余部分统称为控制装置，它必须包含以下三种职能部件。测量元件：用以测量被控量或干扰量。比较元件：将被控量与给定值进行比较。执行元件：根据比较后的偏差，产生执行作用，去操纵被控对象参与控制的信号来自给定值、干扰量、被控量。,自动控制方框图,三、自动控制原理（以钢铁厚度自动控制为例）,3.3 自动控制系统的控制方
7、式 3.3.1 开环控制 采用开环控制的系统称为开环控制系统。开环控制是指系统的被控制量（输出量）只受控于控制作用，而对控制作用不能反施任何影响的控制方式，它需要控制的是被控量，而系统可以调节的只 是给定值，系统的信号由给定值至被控量 单向传递。开环控制的特点：结构简单、成本低、稳定性好；对扰动没有抑制能力，控 制精度低 炉温控制系统原理方框图,定时开关,电阻丝,炉子,实际炉温T,给定炉温T0,炉温控制系统原理方框图,三、自动控制原理（以钢铁厚度自动控制为例）,转台速度开环控制系统3.3.2闭环控制 闭环控制是指系统的被控制量（输出量）与控制作用之间存在着负反馈的控制方式，又称反馈控制或按偏差
8、控制。采用闭环控制的系统称为闭环控制系统或反馈控制系统。闭环系统有两种传输通道：前向通道和反馈通道。,给定速度,放大器,直流电动机,转台,实际转速,系统结构图:,三、自动控制原理（以钢铁厚度自动控制为例）,反馈控制系统的组成、名词术语、定义（有图）（下16）,三、自动控制原理（以钢铁厚度自动控制为例）,例：电加热炉闭环控制系统,三、自动控制原理（以钢铁厚度自动控制为例）,例：转台速度闭环控制系统原理方框图,控制任务：保持转台的实际转速等于期望转速。被控对象：转台。被控量：转台转速。,速度设定 u r,电池,+-,U c,u,直流放大器,转台,直流电机,速度,转速计,U r,-u c转速计转台速
9、度闭环控制系统原理方框图,直流电机,转台,放大器,U a,u,三、自动控制原理（以钢铁厚度自动控制为例）,例：炉温控制系统工作原理图,三、自动控制原理（以钢铁厚度自动控制为例）,炉温控制系统方框图,三、自动控制原理（以钢铁厚度自动控制为例）,闭环控制系统的特点：具有自动补偿由于系统内部和外部干扰所引起的系统误差的能力，因而能够有效提高系统的精度；系统参数应适当选择，否则可能不能正常工作。3.3.3复合控制 复合控制是开环和闭环控制相结合的一种控制方式。它在闭环控制回路的基础上，附加一个输入信号或扰动信号的畅馈通路，用来提高系统的控制精度。此畅馈通路通常由对输入信号的补偿器或对扰动信号的补偿器组成。优点：高控制精度，可抑制几乎所有的可量测扰动。缺点：补偿器的参数要有较高的稳定性。复合控制系统简图（下页）,三、自动控制原理（以钢铁厚度自动控制为例）,复合控制系统简图,轧钢生产自动化结束！谢谢！,
