“自动化”课程大纲---副本.doc

课程教学大纲“部分内容”二、课程教学内容的基本要求、重点和难点1、 理解自动化；以无人化为标准的自动化技术应用领域：过程自动化，机械自动化，业务管理自动化主要技术分支：自动控制技术，信息处理技术实现自动化的基础：工艺数学模型和控制数学模型，控制系统，检测器和计算机控制系统2、 掌握轧制过程数学模型；（重点）分类和用途：工艺数学模型：一般用于过程控制级计算机进行最优给定值计算。控制数学模型：基础自动化级计算机对执行机构最优控制计算。建立方法：理论建模，经验建模，人工智能建模自适应用途：提高数学模型精度分类：短期自适应：对快速变化因素影响的修正 长期自适应：对缓慢变化因素影响的修正自适应与自学习区别：自学习：自适应（10-15次）-模型系数趋于稳定-模型系数的进一步优化3、 了解轧制过程自动化的发展概况；实现自动化的手段：电气，机械，液压，电气液压，气动法，综合应用4、 了解控制系统的任务；使系统尽可能不受外界干扰信号的干扰5、 了解自动控制系统分类；开环控制系统，闭环控制系统，复合控制系统6、 熟练掌握开环（前馈）控制系统；（重点）特点：系统的输出量不参与控制作用。控制思路：主动控制方式，给定量直接经过控制器作用于被控对象优点：系统简单，容易调整缺点：干扰信号使输出量不能按照给定量所期望的值工作7、 熟练掌握闭环控制系统；（重点）特点：把输出量检测出来，经必要处理后反馈到输入端，与给定值进行比较，再利用比较后的偏差信号经过控制器对被控对象进行控制控制思路：检测偏差再纠正偏差优点：响应速度快，对干扰有抑制作用缺点:机构复杂，调试困难主要组成：控制器，执行机构，检测装置，被控对象8、 理解对控制系统的基本要求；（难点）稳定性(向设定值收敛)，准确性（输入值与设定值比较），快速性（时间）9、 理解 P、PI、PD、PID 控制算法的含义；（难点）P：比例调节器 优点：稳定 缺点：不准I：积分算法 提高准确，消除稳态误差D：微分算法 超前控制PI：比例积分控制器 PD：比例微分控制器 PID：比例积分微分控制器11、 理解模拟信号、数字信号及其转换；模拟信号：将原信号一些特征未经编码直接通过载波的方式发出，是连续的。数字信号：通过数学方法对原有信号进行处理，编码成2进制信号后再通过载波的方式发出，是离散的A/D转换原理：比较12、 熟练掌握输入通道、输出通道的主要组成及抗干扰的措施；（重点）输入通道：单路模拟量输入通道：传感器-放大器-滤波器-采样保持器-A/D-接口-计算机 多路模拟量出入通道：模拟量-多路选择开关-采样保持器-A/D（计算机分时处理） 输出通道：模拟量输出通道：计算机-接口-D/A-放大器-生产过程 数字量输出通道：计算机-接口-开关-生产过程抗干扰措施：屏蔽干扰、滤波14、 理解计算机控制系统典型结构的信号流程；（难点）信号传递、信号变换模拟信号（采样器）离散模拟信号（A/D）数字信号（计算机）数字信号（量化模拟信号）对象15、 熟练掌握轧制过程计算机控制系统基本类型；（重点）数据采集系统、操作指导控制系统、直接数字控制系统、监督计算机控制系统、多级控制系统、分散控制系统16、 理解 2050mm 热连轧计算机控制系统（数学模型、硬件结构、任务分配、功能）；17、 理解自动化控制系统的核心；过程控制级18、 掌握宝钢 2050mm 热连轧计算机控制系统结构体系方面特点及其优点；（重点）结构体系：“负荷分担”和“集散型”结构体系优点：系统分工明确、负荷分担均匀、不会使系统限于某些不利条件下运行19、 理解顺序控制系统的功能要求；（难点）禁止约束功能：动作次序是一定的，互相制约，不得随意变动。记忆功能：要记忆过去的动作，后面的动作由前面动作情况而确定。20、 理解电磁继电器的工作原理；（重点）电磁原理，当线圈中通电，常开触点闭合，常闭触点断开；当线圈中断电，常开触点断开，常闭触点闭合。21、 理解可编程序控制器（PLC）的工作原理；（难点）1、三个主要工作阶段输入采样阶段程序执行阶段输出刷新阶段其它4个工作阶段：系统自检与编程器交换信息与其它数字控制器交换信息（如传动控制系统）网络通信2、工作特点：集中批处理；3、工作方式：循环扫描；4、缺点：滞后（入口滤波+出口滞后+扫描滞后）23、 掌握他励直流电动机调速方法；（重点）调Ua，电动机应保持其电枢回路及励磁回路的电阻不变，电枢供电电压一般不超过额定电压，因此调速只在额定转速以下进行；调，电动机应保持其电枢回路的供电电压及电阻不变，励磁回路磁通一般不超过额定磁通，因此调速只在额定转速以上进行。调Ra，电动机应保持其电枢回路的供电电压及励磁回路磁通不变，在电枢回路中串联或并联电阻。通常采用的调速方法：调压调磁：因为可以实现在额定转速以下调速，也可以实现在在额定转速以上调速，调速范围大。24、 理解轧机可逆调速系统；（重点）实现：方法：电枢绕组反接接触器开关切换几秒钟（一组晶闸管装置供电）两组晶闸管装置反并联供电轧机常用正组反组两种状态：整流、逆变环流短路电流：逻辑控制：检测：极性、0电流记忆控制25、 掌握交流电动机调速方法；（重点）异步电动机的调速调速方法：变频调速（变压变频调速）同步电动机的调速调速方法：1）标量控制2）矢量控制：交流电动机模拟他励直流电动机：电枢、励磁；考虑幅角，幅值；3）直接转矩控制27、理解液压传动系统工作原理，控制回路组成；（难点）以油液作为工作介质，通过密封的容积的变化来传递运动，通过油液内部压力传递动力典型系统：电液伺服系统位置控制系统压下APC液压AGC28、 理解轧件跟踪的检测；（难点）是通过轧件跟踪等一系列，根据生产线上各个区段的冷金属检测器，热金属检测器和负荷继电器等的状态变化，不断更新各个区段跟踪指示器内容来实现的。29、 了解轧制生产线上的数据区划分方法、主要数据区中数据的流动；（难点）按生产工序要求不同可分为：加热炉数据区、粗轧数据区、精轧数据区和冷却数据区。按数据种类用途不同：原始数据区、计算值数据区、实际值数据区、跟踪信号数据区、机架数据区带钢沿轧制生产线移动时，数据在各数区间相应地流动。30、 掌握轧件跟踪的目的；（重点）准确控制31、 掌握轧件跟踪的方法；（重点）1） .可以针对生产线上的每一个跟踪区，在计算机的内存中设置一组单元作为跟踪指示器，当轧件在生产线上移动时，可以通过跟踪程序将指示器的内容随着轧件的移动而变化，这样便可以使计算机内存中的跟踪指示器的内容与生产线上各轧件的实际情况建立起对应关系，计算机只要检查一下内存中的跟踪指示器的内容，便可以了解生产线上的轧件的实际情况。2） .可以针对生产线上的每一根轧件。在计算机内存相应的一组单元上设置一个跟踪指示器，并使该指示器中的某些位与各跟踪区域对应起来如果此轧件在某跟踪区时，则与此跟踪区相对应的位就置“1”，否则置“0”，这样，当轧件在生产线上移动上时，跟踪指示器反映此轧件控器情况的部分就不必移动了。而只要将此轧件到达或离开某一跟踪区的信息通过相对应的位置“1”或“0”就可以32、 理解板带钢（热连轧、冷连轧）生产线上轧件跟踪实现（重点）2050板带钢热连轧生产线上，4个跟踪功能程序来实现轧件跟踪：1） .加热炉入口和出口由加热炉辊道跟踪程序来实现2） .粗轧区带钢跟踪由粗轧材料跟踪程序来实现3） .精轧区带钢跟踪由精轧材料跟踪程序来完成4） .层流冷却区轧件由层冷材料跟踪程序来实现33、 熟练掌握厚板轧制过程中轧件的跟踪；（重点）分区：从加热炉的入口到出口、加热炉的出口到粗轧机入口、粗轧机出口到精轧机入口、精轧机出口到输出辊道等。 跟踪：通过设置在轧制线上的热金属检测器。 修正：如果轧制状态反常或轧件已从轧制线上剔除时，手动设定传给计算机。34、 理解自动设定；（重点）任务：设定计算实现：设定计算时序，预设定计算，再设定计算，动态设定计算，后设定计算35、 了解预设定位置自动控制的用途；APC：在指定时刻将被控对象的位置自动化地控制到预先给定的目标值上，使控制后的位置与目标位置之差保持在允许的偏差范围之内，这种控制过程叫做位置自动控制。36、 掌握轧辊压下位置自动控制系统的基本组成和结构；（重点）37、 理解位置量的检测；（难点）采用脉冲编码器进行压下位置检测，也可以借助于与电动机同轴传动的自整角机来检测。38、 掌握电动压下、液压压下 APC 工作原理；（重点） 压下APC：在位置控制过程中，控制对象的位置信号可以通过位置检测装置和过程输入装置反馈到计算机中，与SCC计算机的给定值位置目标值进行比较，然后根据偏差信号的大小由DCC计算机通过过程输出装置给出速度控制信号，由速度调节回路去驱动电动机，对被控对象的位置进行调节，然后将位置信号在反馈到计算机中，在比较、输出。 液压压下APC：伺服放大器用于确定实际位置与目标位置的偏差，然后将此偏差信号直接给伺服阀的功率放大器，经伺服阀去调节流入液压缸的油量，使之增加或减少，以实现压下位置的改变。39、 理解（立辊、侧导板、推钢机、板坯抽出机）位置自动控制实现；P7540、 了解板带钢厚度波动的原因；轧制力波动是主要影响、温度变化和张力变化、速度变化、辊缝变化，此外来料厚度和机械性能的波动，也是通过轧制压力变化的变化而引起带钢厚度产生变化。41、 理解厚度自动控制的定义及分类；将制品的厚度自动控制在一定尺寸范围内的系统称为厚度自动控制系统，简称AGC。根据轧制过程中控制信息流动和作用情况不同，厚度自动控制系统可分为反馈式、前馈式、张力式、金属秒流量式等。从执行机构来看，可分为电动AGC和液压AGC。42、 理解厚度检测；（难点）利用测厚仪或传感器对带钢实际轧出厚度进行连续的测量。43、 掌握基本厚度自动控制系统的控制原理；（重点）厚度自动控制是通过测厚仪或者传感器对带钢实际轧出厚度进行连续的测量，并根据实际值与给定值相比较后的偏差信号，借助于控制回路和装置或计算机的功能程序，改变压下位置、轧制压力、张力、轧制速度等，把厚度控制在允许偏差范围内。44、 熟练掌握反馈式、前馈式厚度自动控制系统的基本原理；（重点） 反馈：带钢从轧机中轧出之后，通过测厚仪测出实际轧出厚度h1，并与给定厚度h相比较，得到厚度偏差h，当h0时，将它反馈给厚度自动控制装置，变换为辊缝调节量控制信号，输出给电动压下或者液压下系统作相应调节，消除厚度偏差。 前馈：用厚度仪或以前的机架作为厚度仪，在带钢未进入本机架之前测量出气入口厚度H1给定值H相比较，当有厚度偏差H时，便于先估算出可能生产的抓出厚度偏差h，从而确定为消除此h值，所需的辊缝调节量S，提前对本机架进行厚度控制。 监控：轧制压力厚度自动控制是采用压力传感器的轧制压力信号作为厚度变化的指示，并用此信号来调整压下位置以修正，轧制压力不能给出实测厚度值，这时需要一台测厚仪，通过周期的校核和修正轧制压力AGC的监控系统（即实际板厚不是测量出来的，而是用公式计算出来的，要采用监控系统控制精度）45、 理解带钢全连续轧制时的动态变规格控制技术及控制策略；（难点）要实现冷连轧轧制线生产过程不间断、全连续轧制的核心技术之一就是如何让焊接不同规格带钢的焊缝平滑、安全有连续地通过各个机架进行连续轧制、这种控制技术就称为动态变规格控制技术。（1） 楔形段的形成及压下增量的确定（2） 楔形过渡段速度控制途径的确定及其变化规律（3） 动态变规格时张力变化规律46、 理解厚度自动控制系统中的补偿控制原理和措施；（难点）原理：由于轧制条件复杂，影响AGC控制精度的因素也很多(包括支撑辊偏心的补偿控制、油膜厚度、带钢宽度、压下补偿值)，可能导致与预想值有偏差，影响厚度精度，要对他们进行补偿。47、 理解（热连轧、冷连轧、薄带材）厚度自动控制实现；（重点）热连轧：2050 采用压力AGC 用轧机弹跳方程间接测量板带材出口厚度，将厚度测量值与设定值之差经过积分环节，再乘以压下效率系数，作为消除厚度偏差所需的辊缝改变量S（压力AGC 监控AGC 补偿AGC）1880 压力AGC：通过轧制力与方程为基础估算出辊缝调节量，对压下装置进行控制厚度计式AGC：以机架为厚度计间接模拟厚度仪，通过各个值来估算出机架出口处的带钢厚度。监控AGC：精轧机出口处的X射线测厚仪测得实际厚度，将该厚度信号的数值与目标值比较，将偏差反馈到各机架， 调解前面各机架的辊缝值。补偿AGC： 冷连轧厚度控制：2030 由第一机架的前馈，负载辊缝调节和反馈来改变第一机架的轧制压力变化，通过第一机架的速度控制来影响第一机架的金属秒流量，使带钢绝大部分偏差在第一机架得到消除，在第二季家出口有一个恒定的厚度，剩余的厚度偏差由后面两个机架消除。如果在第五机架上压下量比较大，可通过调节底物机架前反馈改变第五季加速度；第五机架压下量小时，可调四机架的整度，以及五的反馈控制，如果通过轧制压力不能改变第五机架的张力时，可将轧制压力保持恒定，通过速度来调节。1机架：前馈 调节轧制压力 反馈：调辊缝 负载辊缝调节：调辊缝2机架：前馈 改变一机架的速度4机架：前馈 调四机架整度，消除三带来的厚度偏差 反馈：调四机架整度，消除四机架的偏差第五机架的速度也变 5机架：前馈 根据四测厚度偏差调五的速度 反馈 调A方式调五的速度 C方式调五的轧制压力4、5之间：张力AGC C方式：反馈 补偿AGC48、 理解宽度控制的目的、组成、功能；目的：P387-388 9.1.1为了减少黑印，缺口，立轧不均匀变形所引起的带钢宽度变化和产生鱼尾，提高金属的收得率，在热轧宽带轧钢机上开始采用宽度自动控制技术。组成：（1） 粗轧带钢目标宽度的确定（2） 粗轧各立辊开口度的预设定及其轧后修正（3） 精轧宽度控制（4） 宽度控制及其自适应（5） 短行程控制（SSC）（6） 宽度前馈控制（PWC）（7） 自动宽度控制（AWC）（8） 动态设定宽度设置功能:49、理解板宽控制静态预定设定的任务；（重点）板宽控制静态预设定的任务是要确定水平辊轧机和立辊轧机各道次的辊缝值。这些辊缝值是根据精轧成品的厚度和宽度来决定的。55、 了解板形；直观上指板带的翘曲程度，实质指带钢内部残余应力分布56、 掌握带钢板形缺陷的种类及解决措施；（重点） 边浪 带钢边部的厚度减薄量大于中部，遍布延伸量大于中部而出现边浪，可由弯辊和轧辊横移解决，单边浪又调整单侧压下 中浪 带钢中部大于边部 中部出现中浪，可由弯辊和轧辊横移消除 1/4浪 出现在中部和边部之间，板宽的1/4处（局部的膨胀），靠加强对该处的局部冷却或对六辊轧机的合理弯辊。 双重的板型，而另一部分具有表现的板型 （带钢单侧的边浪或者单侧的1/4浪）57、 了解板形控制方法的历史发展；磨削轧辊原始凸度的方法液压弯辊AFC/ASC最优轧制规程和动态负荷分配法新型板形控制轧机58、 理解板形缺陷的表示方法；（难点）波形表示法：平直度可以用板翘取波形的波高与波长之比来表示相对长度差表示法：相对长度差表示波浪部分的曲线长度对于平直部分标准长度的相对增长量，带钢平直度与用相对长度差表示法的相对长度差之间存在如下关系张力差表示法：带钢在张力作用下表现的显性板形消失，转化为潜在板形向量表示法：以宽展方向位置x为横坐标，以厚度方向压下变形量为纵坐标断面形状的多项式表示法（厚度与板宽关系）59、 理解带钢平直条件；（难点）首要条件就是保证带钢沿宽度方向上各处有均匀的延伸，即应当保证来料带钢横断面形状与承载辊缝的几何形状相匹配，带钢的轧前与轧后断面各处的尺寸比例恒定。60、 掌握板形的改善方法；（重点） 液压弯辊、轧辊横移、轧辊交叉、液压膨胀、分区冷却、倾斜Ppt：1、工艺:设定初始辊缝形状、改变轧制规程、调整张力分布、调整轧辊热凸度2、轧机：液压弯辊（液压伺服系统）弯辊力，余，最大对轴承有害；、轧辊横移CVC/WRS/LVC、轧辊交叉PC（增大角度，正凸度增大；反之减小，0度1度，边浪中浪，凸度可达1000微米）、液压胀形VC、DSR；3、特殊辊型轧辊：不可调的阶梯形辊、锥形辊、可调阶梯辊、柔性辊身、柔性辊边)；冷却液；辊型优化技术张力控制法；61、 理解板形检测方法；（难点）带钢板形检测仪器分为两大类：热轧带钢是在无张力下运行，采用非接触激光测距，直接检测带钢的的显性板形即可。冷轧带钢一般有前后大的张力，在轧制过程中大的张力掩盖了实际的板形缺陷，因此，要求该板形仪能够检测出带钢的隐性板形4.1 板形检测技术磁吸引式；中空分割、弹性振动、柱状光源法62、 了解板形目标曲线的确定；（难点）在设定轧机目标曲线时，必须考虑后续机组的要求，通常目标板形曲线设置成微中浪或微边浪二次板形缺陷为主；宽且薄，适当考虑四次板形缺陷 63、 掌握六辊轧机反馈式板形控制系统的主要组成部分和控制原理；（重点） 从板型测量辊出来的信号，经测量控制单元处理（传感器放大器混波器采样保持器AID接口计算机），进入主计算机数据总线。在计算机内部进行一系列的处理并进行各种测试补偿，然后同目标曲线相比较得出的差值信号，进入板型控制单元。 倾斜控制：属于自动位置控制。它通过工作辊操作侧和传动侧液压装置的迅速调整来改变轧辊两侧的压下位置，使轧辊倾斜，消除版型偏差。 弯辊控制：正弯控制边浪，负弯控制中浪 横移冷却：改变轧机横向刚性 分区冷却：改变工作辊热膨胀的横向分布，从而改变伸长率64、 理解设定计算的控制策略；设定值计算的基本过程为：根据各调控手段的优先权，按照选定的初值，具有高优先权的先进行计算，对辊缝凸度进行调节，当调节量达到极限值，但辊缝凸度没有达到要求且还有控制手段可调时，剩下的偏差则由具有次优先权的调控手段进行调节，以此类推，直至辊缝凸度到达要求或再没有调控手段可调为止。各调控手段优先权的选取，一般采用两个原则。第一个原则是按照响应慢的、灵敏度小的、轧制过程中不可动态调节的调控手段先调。第二个原则是轧制过程中也就是对在带材走行过程中不能调节的手段先调。其原因与第一原则相似。65、 了解设定计算方法的分类；统计法、表格法、解析法、数值法66、 理解板形调控手段设定值计算的基本过程；（1） 离散化 （2） 计算出辊缝凸度目标值（3） 计算板形调控机构的影响系数（4） 计算实际辊缝凸度（5） 计算实际辊缝凸度和目标辊缝凸度的偏差（6） 计算设定值67、 掌握热轧的温度和轧制力前馈控制；（重点）在热连轧的精轧区域，根据带钢粗轧结束后实测 的温度变化，计算出轧辊的温度场分布，进而计算出轧辊的热凸度，轧制力的波动可以实时直接测量，然后根据热凸度的轧制力的变化，重新计算修正弯辊力，打到动态调节带材板型的目的（调精轧前三架，测粗轧厚度）68、 熟练掌握热、冷连轧机板形反馈控制过程；（重点）热轧：根据精轧机出口出的板型测量仪的实测结果，反馈最后一个或九个机架的弯辊力 冷轧：在最末机架安装板型测量辊，与最末机架形成闭环反馈，有的机架在第一机架也装有板型测量辊和闭环反馈系统69、 理解板形反馈控制策略；（难点）接力方式：首先确定控制层次，一般分为一次偏差、二次偏差和高次偏差控制3个层次，在每个控制层次之中，如果有不止一个调控手段，则根据各调控手段的优先权对具有高优先权的先进行调节。分配方式：首先将板形偏差按照某种分配方式或首先分配到各个调控手段上然后分别计算各个调控手段的调节量。70、 掌握冷轧带钢板形反馈控制的计算流程；（重点）测量信号处理：对板形测量设备的信号进行处理，转化为带材横向张力的分布板形偏差计算：目标张应力与实际张应力分布，就可以得到板形偏差板形偏差分配：根据板形控制策略对不同的板形调控手段分配板形偏差计算调控量：根据反馈计算模型，计算各个板形调控手段得到调控量分段冷却计算：剩余板形偏差，一般采用分段精细冷却的方法进行控制71、 理解热轧带钢、冷轧带钢板形控制的实现；（重点）74、了解带钢板形控制的新技术；75、 掌握厚板平面形状控制的目的、能否成功的关键；（重点）尽量使钢板的平面形状为矩形以减少切头，切尾和切边量，关键：一是厚板平面形状控制的数学模型;二是厚板平面形状控制的计算机控制系统；三是厚板平面形状的自动检测技术。76、 掌握厚板平面形状的控制方法、控制原理及应用；（重点）1. MAS轧制法 原理：通过对轧制终了的平面形状定量预测和预先减少对应所预报的不良部分的体积，来预防不良形状的出现，以便获得接近矩形平面形状的方法 应用：有计算机控制的四辊厚板轧机上，对任何板坯尺寸及厚板成品尺寸都可以进行有效轧制2.立辊轧边 原理：用立棍轧制轧件的边部局部展宽的部分和端部非均匀变形的部分，在板坯长度方向施加轧边，要比板坯转向时的宽度方向轧边更有效3.狗骨轧制法 原理：改变轧件的断面形状，使轧件的断面两头厚中间薄，首尾端部轧成斜楔形，形似狗骨头形状，通过控制轧件的延伸率，从而达到控制平面形状的目的，使钢板平面形状矩形化4.差厚展宽轧制法：在展宽轧制后紧接着倾斜轧辊，只对板坯的两侧边部进行轧制，然后转动90进行延伸轧制到成品。77、 理解无切边厚板轧制过程自动化；TFP的必要条件：1.矩形边线2.直边3.精密宽度4.切头少5.具有优良特性的边部TFP的技术内容：1.断面形状的矩形化2.平面形状的矩形化3.高精度切削技术TFP制造技术：1.对成形道次必须用孔型辊面夹住进行轧边，以防侧面产生飞边2.根据成形道次的MAS轧制和展宽道次中的轧边来控制展宽终了时的宽度形状3.精轧道次是反复用AWC轧边和水平锟轧制，消除宽度变化来实现侧面形状矩形化4.根据展宽道次的MAS轧制和精轧道次中的轧