课件-1 第一章 绪论.

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1、/53板带轧机系统自动控制1 1 燕山大学 /53板带轧机系统自动控制2 /53板带轧机系统自动控制3 李明（13930359532） u课程学时：理论课 24学时，实验课 8学时 u课程考核：闭卷考试 （1）必须通过全部课程实验 。 （2）课程考核包括5个部分：出勤（5%）、讨论课 （PPT汇报 ， 5%）、项目（PPT汇报 ，18%） 、实验 （12%）和结课 考试（60% ）。 u课程教材及主要参考书 课课程教材： 李明编. 板带轧 机系统自动控制. 自编讲义 。 课课程主要参考书书： 连家创编 . 板厚板形控制. 兵器工业出版社 /53板带轧机系统自动控制4 课程内容简介 1轧制生产自

2、动控制 冷轧 热轧 2轧制产品控制 板厚 板形 板宽 材料性能（控制冷却、控制轧制） /53板带轧机系统自动控制5 1. 轧制生产自动控制 （1） 热轧生产线 /53板带轧机系统自动控制6 （2） 冷轧生产流程 /53板带轧机系统自动控制7 2. 轧制产品控制 板厚 沿板材纵向（x向）的厚度（y向）差 横向厚差 沿板材宽度（z向）的厚度（y向）差 板形 沿板材宽度（z向）的延伸率（x向）差 /53板带轧机系统自动控制8 8 1.1 过程计算机控制系统概况 1.2 过程计算机控制系统的基本类型 1.3 轧制过程计算机控制概述 /53板带轧机系统自动控制9 9 在工业控制系统中，计算机承担着数据采

3、集与处理、顺序 控制与数值控制、直接数字控制与监督控制、最优控制与自适 应控制、生产管理与经营调 度等任务，它不仅给 企业带 来巨大 的经济 效益，而且给工业生产带 来革命性的变化。例如，计算 机技术引入工业自动化生产中，极大地提高了小批量、多品种 生产的劳动 生产率，缩短了生产周期，降低了生产成本。此外 ，应用机器人、计算机辅助设计 与制造系统（CAD/CAM）、 柔性制造系统（FMS）、分散控制系统（DCS），则会出现无 人操作或者仅有少数人管理的自动化工厂。 /53板带轧机系统自动控制1010 自动化汽车生产线 /53板带轧机系统自动控制1111 热连轧冷连轧 棒材连轧高线 /53板带轧

4、机系统自动控制1212 冷连轧辅助自动化生产线 连续酸洗 连续退火 /53板带轧机系统自动控制13 组成：被控对象、测量变送装置、计算机、执行机构 13 过程计算机控制系统原理简图 控制器D/A执行机构被控对象 测量变送A/D Y 给定值 - 被控量 计算机控制器生产过程 + /53板带轧机系统自动控制1414 自动控制、计算机、生产工艺过程 自动控制理论是过程计算机控制的理论支柱； 计算机技术的发展又促进了自动控制理论的发展 与应用； 过程计算机控制系统是作为一个系统与生产过程 结合在一起的，是针对具体的生产过程而来的。 /53板带轧机系统自动控制1515 1946年 世界上第一台电子计算机

5、 1959年 世界上第一台过程控制计算机 美国德克萨斯州的一个炼油厂（流量、温度、压力、成 分） 1962年 采用直接数字控制（DDC） 1975年 分散控制系统 美国的TDCS-2000 日本的CENTUM等 超小型化、软件固化和控制智能化 西门子TDC控制器 /53板带轧机系统自动控制1616 电子管半导体集成电路技术大规模集成电路可编 程运算逻辑 控制器（PLC） 过程控制计算机的使用量： 1970年约5000台1975年约50000台大量普及 平均无故障时间 ： 1958年前后仅为 50600h20世纪60年代大约2000h DCS的数字控制器： 一般是8个回路以下只控制12个回路 C

6、AD、CAM、CAE、专家系统等 /53板带轧机系统自动控制1717 1.2.1 数据收集系统统 1.2.2 操作指导导系统统 1.2.3 直接数字控制系统统（DDC） 1.2.4 监监督控制系统统（SCC） 1.2.5 多级级信息管理系统统（MIS） 1.2.6 分散控制系统统（DCS） 应用特点 控制目的 控制方法 系统构成 /53板带轧机系统自动控制1818 数据收集系统简图 轧制过程中各种参变量，包括模拟量、脉冲量、数字量、 开关量等，通过检测仪 器检测 （采样），进行数学分析或数据 加工。 功能包括参数巡回检测 、报警和结果处理。 工业对象数据收集装置计算机 1.2.1 数据收集系统

7、 /53板带轧机系统自动控制1919 过程计算机控制系统原理简图 1.2.1 数据收集系统 控制器D/A执行机构被控对象 测量变送A/D Y 给定值 - 被控量 计算机控制器生产过程 + 控制系统的基本组成部分。 记录 和限制轧制过程的不同轧制情况，用于分析和研究轧 制过程，建立和改善轧制过程的数学模型。 /53板带轧机系统自动控制2020 650轧机测控计算机界面 1.2.1 数据收集系统 /53板带轧机系统自动控制21 工业对象数据收集装置计算机 CRT 操作人员 打印 21 操作指导系统简图 计算机采集数据，然后根据一定的控制或管理方法进行计 算，最后输出指导信息，提供给操作人员参考。

8、操作仍由人工完成。 1.2.2 操作指导系统 /53板带轧机系统自动控制2222 直接数字控制系统（DDC）简图 计算机： 实时 性好、可靠性高、适应性强 控制效果： 生产过 程的数学模型、实现 数学模型的算法、实现 算法的程 序 工业对象数据收集装置计算机 CRT、打印 操作人员 1.2.3 直接数字控制系统（DDC） 计算机闭环闭环 控制系统。计算机完成计算和操作。 /53板带轧机系统自动控制2323 监督计算机控制系统简图 两级计 算机： 上位机（SCC）： 根据反映生产过 程工况的数据和数学模型进行必要的计算 ，给DDC计算机提供各种控制信号。 下位机（DDC）：直接数字控制。 工业对

9、象数据收集装置DDC下位机SCC上位机 1.2.4 监督计算机控制系统（SCC） /53板带轧机系统自动控制2424 生产规模越来越大，信息来源越来越多，对计划管理和信息 收集的及时性要求越来越高。 要求管理计算机系统能直接指挥过程计算机系统，过程计算 机也能直接向管理计算机系统进行汇报。 现代化大型企业中，生产的原料、产品、能源调度已成为企 业获得最好经济效益的关键因素，因此设置如能源调度中心、生 产调度中心等。 在最高一层的企业管理层，还包括生产计 划、财务计 划、 经营 决策等方面，已属于现代管理学范畴。 1.2.5 多级信息管理系统（MIS） /53板带轧机系统自动控制2525 分散控

10、制、集中操作、分级管理、分而自治、综合协调 功能分散、危险分散、管理集中、应用灵活 局部最优化 整体的总目标函数最优化 “分解”和“协调” 1.2.6 分散控制系统（DCS） 高可靠性、便于维修与更新 /53板带轧机系统自动控制2626 “分解” 1.2.6 分散控制系统（DCS） 在设计过程中，将高阶大系统细分，分解成若干个低阶的相关 小系统。这些系统之间相互独立，相互间的耦合关系应减至最小， 以便于用一般最优化控制理论设计局部控制器，分别控制各个小系 统目标对象，达到小系统控制的最优化，进而达到整个大系统的相 对最优化控制。 系统的分解内容不仅包括对目标功能的分解，也包括对数学模 型的分解

11、。 /53板带轧机系统自动控制2727 “协调” 1.2.6 分散控制系统（DCS） 在局部最优化的基础上考虑各小系统之间的相互影响和相互耦 合作用，设计协调控制器，使各局部控制器协调起来，达到整个系 统的最优化。 由于子系统数目很多，总目标系统又非常复杂，所以对这种复 杂的系统进行子系统之间的“协调”就显得尤为重要。 /53板带轧机系统自动控制2828 实现大型工程系统的自动控制，有以下要求： 生产过程的数学模型化 生产过程各种操作和调节的自动化 过程控制终端的人机对话 计算机控制的高度实时性、精确性和可靠性 /53板带轧机系统自动控制2929 1.3.1 轧制过程计算机控制发展概述 1.3

12、.2 轧制过程计算机控制常见功能 1.3.2.1 材料跟踪 1.3.2.2 道次计算 1.3.2.3 模拟轧制 1.3.2.4 质量分类 /53板带轧机系统自动控制3030 1.3.1 轧制过程计算机控制发展概述 20世纪4050年代，单机自动化 20世纪60年代，引入计算机控制 20世纪70年代至今，普遍直接数字控制 轧制过程计算机过程控制技术的发展大致可以分 为三个阶段： /53板带轧机系统自动控制3131 1.3.1 轧制过程计算机控制发展概述 以热连轧 机自动化的发展最为成熟： 1960年，用于钢铁 工业的第一台控制计算机就是用来控制带钢 热连轧 机精轧机组辊缝 -转速预设 定的（美国

13、麦克劳恩钢铁 公司 的1525mm带钢热连轧 机）。 1964年，英国斯潘塞厂的带钢热连轧 机从加热炉到卷取机整个 作业线 都采用了计算机控制（但其中有些部门当时仅处 于一般 性的简单 功能控制，有些部分尚不成熟）。 1965年后，新建的带钢热连轧 机基本上都采用了计算机控制， 即使原有的老轧机也陆续进 行了技术改造，增添控制计算机。 /53板带轧机系统自动控制3232 1.3.1 轧制过程计算机控制发展概述 轧制过程：多输入、多输出、非线性、时变 每一个工艺参数就是一个复杂、多变的子系统，而且它们彼 此之间又互相联系，互相制约。对此，完成轧制生产自动控制任 务的系统也是很复杂的。 计算机控制

14、的根本任务： “最佳化设定计算”、“实时的控制和调节” /53板带轧机系统自动控制3333 1.3.2 轧制过程计算机控制常见功能 1.3.2.1 材料跟踪 1.3.2.2 道次计算 1.3.2.3 模拟轧制 1.3.2.4 质量分类 轧制过程控制基本功能 /53板带轧机系统自动控制3434 轧件跟踪是轧制过程自动控制计算机系统的主要功能之一。 在轧制生产过程中，同一时刻往往有很多轧件在生产线上的 不同工序中加工处理，而每根轧件的原始条件（如钢种、坯料尺 寸）、加工状况（如加热温度、轧制速度、张力以及半成品尺寸 ）和成品要求（如尺寸规格、组织性能）等又各不相同，因此， 为了对整个轧制生产过程进

15、行自动控制，就必须严格区分每根轧 件的不同情况，针对它们在生产线上所处的加工环节和状况进行 相应的自动控制。 因此，必须对轧件进行跟踪。 1.3.2.1 材料跟踪 /53板带轧机系统自动控制3535 1.3.2.1 材料跟踪 以2050mm热连轧为 例： 加热炉数据区 粗轧数据区 精轧数据区 冷却数据区 按轧制生产工序分类 原始数据区 计算值数据区 实际值 数据区 跟踪信号数据区 按数据种类和用途分类 /53板带轧机系统自动控制3636 1.3.2.1 材料跟踪 以2050mm热连轧为 例： 原始数据区： 每根轧件都有自己的原始数据。如钢号、材质、板坯尺寸、 成品尺寸和质量要求等。它们是道次计算和自动控制的必要参数 。带钢的原始数据以轧制计划的方式由上位机传送给过程控制计 算机。 由于原始数据区是用来存放带钢原始数据和成品要求的，