轧钢自动化课程基本要求课案Word下载.docx
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7、开环控制系统的特点?
控制思路?
优点?
缺点?
P7
开环控制系统的特点是系统的输出量不参与控制作用。
控制思想:
给定量直接经过控制器作用于被控对象,不需要将输出量反馈到输入端与给定值进行比较,所以对输出量起主导作用的只有给定量。
优点:
系统简单、容易调整。
缺点:
干扰信号将使输出量不能按照给定量所期望的值工作。
8、闭环控制系统的特点?
闭环控制系统的特点:
滞后性
是把输出量检测出来,经过必要处理后反馈反馈到输入端,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。
响应速度快、对干扰有抑制作用。
结构复杂,调试困难。
9、前馈、反馈控制系统的控制思路?
10、闭环控制系统的功能、四个主要组成部分及其作用?
P9
功能:
(检测系统、控制系统、执行系统。
)
(1)对被控制量进行正确的测量并经过必要的处理,再送到输入端形成反馈量。
(2)将反馈量与给定量进行比较(3)根据比较信号经过必要的处理,向执行机构发出信号,使输出量达到所希望的值或变化规律。
组成部分及作用:
(1)控制器:
运算装置,对偏差按照控制关系数学模型,算出应该给执行机构裂出的控制信号大小的板性。
(2)执行机构:
按受控制器输出的控制信号及时把控制量调整到位。
(3)检测装置:
检测实际值,并按照一定的比例反馈到系统输入端。
(4)控制对象:
生产设备或生产过程。
11、对控制系统的基本要求?
动态性能的指标?
稳态性能的指标?
对系统的要求由动态性能、静态性能(稳态性能)组成。
基本要求包括:
1.系统稳定,这是必须满足的条件;
2.过渡过程时间不能过长,要在工艺允许范围内;
3.超调量不能过大,要在生产工艺允许范围内;
4.稳态精度要满足工艺要求。
(稳定性,准确性,快速性。
)
动态性能指标:
单调过程、衰减震荡过程、持续震荡过程、渐扩震荡过程(发散过程)。
稳态性能指标:
有差系统、无差系统。
稳态误差是指系统达到稳态时,输出量与给定量之间的偏差。
12、理解计算机控制系统典型结构的信号流程;
13、熟练掌握轧制过程计算机控制系统基本类型;
14、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)及轧制规程程序设计;
教材2轧件跟踪
15、理解轧件跟踪的检测;
(1)如何确定跟踪的方向?
在轧件跟踪系统中,设置有判定跟踪方向的功能,可根据前后两组辊道的专项来判定此次跟踪的方向。
(2)如何确定一个跟踪区内有无轧件?
不论轧件在生产线上是正向还是反向输送,只要轧件的头部位于该跟踪区内或轧件的头部虽已离开此跟踪区,但轧件的其余部分仍在该跟踪区内,则认为该跟踪区内有轧件。
16、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;
采用以下两种横向和纵向的划分方法,即根据生产工序要求的不同,生产线上的数据区分为:
加热炉数据区、粗轧数据区、精轧数据区和冷却数据区;
根据数据种类和用途的不同,生产线上的数据区又分为:
原始数据区、计算值数据区、实际值数据区、跟踪信号数据区和机架数据区等。
当一块带钢沿着轧制生产线移动时,其数据也在各数据区之间相应地流动。
当轧件移动到某工序中时,在与此工序相应的数据区中还会不断地加入控制该轧件所必需的各种参数。
17、理解轧件跟踪的目的和方法;
P41
目的:
计算机随时了解轧件在轧制生产线上的实际位置及其控制状况,就能在规定的时间内启动各有关功能程序,对指定的轧件准确地进行各种控制、数据采集、操作指导等,从而防止事故的发生。
方法:
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。
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”。
18、掌握板带钢(热连轧、冷连轧)生产线上轧件跟踪实现;
在2050mm板带钢热连轧生产线上共有4个跟踪功能程序来实现全线的轧件跟踪:
(1)加热炉入口和出口侧辊道上板坯的跟踪由加热炉辊道跟踪程序来实现;
(2)粗轧区带钢的跟踪由粗轧材料跟踪程序来实现;
(3)精轧区带钢的跟踪由精轧材料跟踪程序来完成;
(4)层流冷却区轧件的跟踪由层冷材料跟踪程序来实现。
在冷轧过程中,一般是根据轧机发出的自动中断请求信号来判断连轧机各个机架、各X射线测厚仪、卷取机以及轧制速度等的变化情况,来实现轧制过程控制的。
19、熟练掌握厚板轧制过程中轧件的跟踪;
为了始终掌握板坯和钢板在轧制线上的现时位置,将轧制过程中的各种操作都置于计算机的监督之下,也是把轧制线分成若干个跟踪区段,来实现轧件的跟踪。
一般分为:
从加热炉的入口到出口、从加热炉出口到粗轧机入口、粗轧机入口到精轧机入口,从精轧机入口到输出辊道等跟踪区段。
轧件的跟踪也是通过设置在轧制线上的热金属检测器,当有轧件通过时,热金属检测器就会有信号送给计算机,轧件在轧制线上移动时,计算机里的存储也在跟踪。
跟踪状态由热金属检测器的信号使显示灯点亮或熄灭予以显示,以便工作人员监视。
如果轧制状态反常或轧件已从轧制线上剔除时,便可通过手动设定,将信息送给计算机,使存储与跟踪始终保持在正确的状态下工作。
20、理解自动设定;
自动设定任务,实现?
任务:
设定计算。
实现:
设定计算时序,预设定计算,在设定计算。
动态设定计算,后设定计算。
教材3位置自动控制
21、位置自动控制?
P53;
预设定位置自动控制的用途;
P53
在指定时刻将被控对象的位置自动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,此种控制过程称为位置自动控制,通常简称为APC。
由于所要求的位置量是预先给定的,所以又称它为预设定位置自动控制。
用途:
炉前钢坯定位、推钢机行程控制、出钢机行程控制、立辊开口度设定、侧导板开口度设定、压下位置设定、轧辊速度设定、宽度计开口度设定、夹送辊辊缝设定和助卷辊辊缝设定等。
22、了解DDC-APC、SPC-APC、PLC-APC含义及应用?
DDC-APC:
将计算机应用到位置自动控制系统并实施数字控制。
SPC-APC:
当采用存储程序控制装置(SPC)进行位置控制。
PLC-APC:
当使用可编程控制器(PLC)进行位置控制。
23、电动压下和液压压下APC工作原理?
电动压下APC工作原理:
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计算机的信息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传出速度控制信号,由速度调节回路驱动电动机,对被控对象的位置进行调解,然后又将位置信号再反馈到计算机中,在比较,在输出,如此循环一直达到目的为止。
液压压下APC工作原理:
伺服放大器用于确定实际位置与目标位置(给定位置)的偏差,然后将此偏差信号直接送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,以便实现位置的改变。
24、了解位置控制的基本要求和控制的基本原理?
P54
基本要求:
(1)电动机转矩不得超过电动机和机械系统的最大允许转矩;
(2)能在最短的时间里完成定位动作,并且定位符合规定的精度要求;
(3)在控制过程中不应产生超调现象,并且系统应稳定;
(4)由于计算机是通过软件进行控制的,所以还要求控制算法简单。
基本原理:
25、理解飞剪机的PLC-APC的控制原理?
P69;
飞剪一般有两种控制方式:
一是由操纵工通过操作台上的数字开关进行预设定控制:
控制简单,只要操纵工凭借生产经验可直接进行控制。
二是由计算机按照生产指令进行自动设定控制:
控制较复杂,但精确。
控制原理:
根据产品质量要求及损耗要求,人工设定Ltc,当钢坯头部从HMD1到发出飞剪启动指令时,PLC控制器的CPU按x=f(Ltc)的数学模型计算出的x值与测定值作比较,若比较值为零(或在允许误差范围内),则CPU便向电气发出进行切头的启动指令,飞剪开始启动直至完成切头。
26、理解轧钢车间中其他典型辅助设备(立辊、侧导板、推钢机、板坯抽出机)位置自动控制实现;
一般进行立辊开口度设定的基本思想是:
用立辊进行侧压下将各水平辊轧机所产生的宽展量和板坯宽度与带钢目标宽度差全部消除掉。
教材4厚度自动控制
27、了解板带钢厚度波动的原因;
P83
1.轧制力波动的影响;
2.温度变化的影响;
3.张力变化的影响;
4.速度变化的影响;
5.辊缝变化的影响;
6.来料厚度和机械性能的波动等
28、了解厚度自动控制的定义及分类;
P86
厚度自动控制是通过测厚仪或传感器(如辊缝仪和压头等)对带钢实际轧出厚度进行连续地测量(或估算),并根据实测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,把厚度控制在允许的偏差范围之内的方法。
将制品的厚度自动控制在一定尺寸范围内的系统成为厚度自动控制系统,简称为AGC。
分类:
根据轧制过程中的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、监控式、张力式、金属秒流量式等。
从执行机构来看,可以分为电动AGC和液压AGC。
按设定方式和轧机压下效率补偿环节不同,它可以分为轧制压力AGC、厚度计式AGC、相对值AGC和绝对值AGC等。
29、前馈式厚度自动控制系统的主要组成?
基本原理?
优点、缺点?
组成部分:
厚度的检测部分、厚度自动控制装置、执行机构。
用测厚仪或以前一机架作为“厚度计”,在带钢未进入本机架之前测出其入口厚度
,并与给定厚度值
相比较,当有厚度偏差
时,便预先估计出可能产生的轧出厚度偏差
,从而确定为消除此
所需的辊缝调节量
,然后根据该检测点进入本机架的时间和移动
所需的时间,提前对本机架进行厚度控制,使得厚度的控制点正好就是
的检测点。
其中
30、反馈式厚度自动控制系统的主要组成部分?
带钢从轧机中轧出之后,通过测厚仪测出实际轧出厚度
相比较,得到厚度偏差
,当二者数值相等时,厚度差运算器的输出为零,即
;
若实测厚度值与给定厚度值相比较出现厚度偏差
时,便将它反馈给厚度自动控制装置,变换为辊缝调节量的控制信号,输出给电动压下或液压压下系统作相应的调节,以消除此厚度偏差。
为消除此厚度偏差
,必需调节辊缝
,
,其中
称为“有效压下系数”,它表示压下位置的改变量究竟有多少反映到轧出厚度的变化上。
传递滞后或过渡过程滞后,因而限制了控制精度的进一步提高。
消除轧辊磨损、轧辊热膨胀对空载辊缝的影响。
31、监控式厚度自动控制基本原理?
P90
监控式厚度自动控制系统就是在热连轧精轧机组最末机架的出口侧,用X射线测厚仪所测的厚度实测值与设定值进行比较,利用测得的厚度偏差,按照金属秒流量相等的原则推算出各个机架的轧出厚度偏差,然后作适当的压下调节或张力调节,对各机架的AGC系统进行监控修正,来控制成品带钢的厚度,提高其厚控精度。
32、张力式厚度自动控制基本原理?
P91
张力AGC就是根据精轧机组出口侧X射线测厚仪测出的厚度偏差,来微调机架之间带钢上的张力,借此消除厚度偏差的厚度自动控制系统。
张力AGC的控制原理是利用前后张力来改变轧件塑性曲线B的斜率对带钢厚度进行控制。
33、金属秒流量AGC控制的基本原理?
P92
秒流量控制的基本原理就是利用轧机入口和出口带钢长度及带材入口厚度几个测量结果,计算出轧出的带材厚度,从而减少了测量出口厚度所造成的反馈滞后现象,使其能在各种条件下得到精确的目标厚度。
34、液压式厚度自动控制基本原理?
P95
液压AGC就是借助于轧机的液压系统,通过液压伺服阀,能根据位置检测所发出的微弱电信号,精确地控制流入油缸的流量,调节液压缸的油量和压力来控制轧辊的位置,对带钢进行厚度自动控制的系统。
35、轧制力厚度自动控制系统基本原理?
P101;
厚度计(GM)—AGC基本原理?
轧制力AGC是利用轧机机架的弹跳方程直接计算得到板厚的方法,它相当于运用机架作为厚度计,无滞后时间测得厚度,所以又称它为厚度计法,其厚度控制系统被称为厚度计法厚度控制系统,简称GM—AGC。
36、相对值AGC控制系统的基本原理?
P103
相对值AGC就是取带钢头部某一实际轧制厚度值作为目标厚度(即锁定厚度),然后在轧制过程中,以检测出的出口辊缝值和轧制压力的增量信号来控制厚度,使带钢的厚度都被控制在该目标厚度范围之内,从而使后续带钢(同一块带钢)达到控制同板差目的的厚控系统。
由于它控制的厚度为某一锁定厚度,而不是实际的目标厚度,即相对于目标厚度的某一锁定厚度,所以称它为相对值AGC系统。
37、绝对值AGC控制系统的基本原理?
P104;
过程计算机同时向AGC提供目标厚度及预设定辊枫缝,并且应用厚度计原理,使AGC调整辊缝得到目标厚度。
38、动态设定型AGC控制系统的基本原理?
P109
其核心是通过实时测量压力增量值来计算下一步的辊缝设定增量值,然后通过APC实现AGC控制功能的系统。
实质上为增量型GM方式AGC。
39、了解带钢全连续轧制时的动态变规格控制;
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、安全又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。
40、理解厚度自动控制系统中的补偿控制原理和措施;
补偿是解决各变量耦合。
41、掌握(热连轧,冷连轧、薄带材)厚度自动控制实现;
教材5带钢板形自动控制
42、了解板形;
所谓板形,直观上是指板带的翘曲程度,其实质实质带钢内部残余应力分布。
横截面(横向)→板凸度(1.中心;
2.局部1/4处)
平坦度(纵向)→平直度——波形λ
43、掌握带钢板形缺陷的种类及解决措施;
种类:
1.理想的板形;
2.潜在的板形;
3.表现的板形:
1)边浪(单边浪、双边浪和不对称边浪)9产生原因:
总轧制力过高,投入错误的工作辊弯辊,负弯辊量过大,工作辊凸度过平或工作辊温度边部高于中部。
解决措施:
边浪可以由弯辊和轧辊横移来消除。
单边浪由调整单侧压下解决。
)、2)中浪(产生原因:
总轧制力太小,投入错误的工作辊弯辊,正弯辊量过大,工作辊凸度过大或工作辊温度中部高于边部。
中浪可以由弯辊和轧辊横移来消除。
)、3)1/4浪(产生原因:
由于连续较长时间轧制后,辊中部与边部产生较大的温度差,同时辊中部又受到大量水冷却,因而在与板宽1/4处相对应的地方辊温偏高,这种局部的热膨胀是产生1/4浪的主要来源。
此外采用小辊径工作辊的六辊轧机,由于轧辊的刚性较小,工作辊的弯辊效果不能深入到板宽的中心,不当的弯辊力设置会导致1/4浪。
1/4浪可以靠加强对该处的局部冷却进行消除,也可通过对六辊轧机的合理弯辊设置予以解决。
);
4.双重的板形。
44、理解板形缺陷的表示方法;
波形表示法:
平直度λ可以用板翘曲波形的波高(波幅)与波长(波距)之比来表示。
相对长度差表示法(I单位表示法):
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。
一个I单位表示的相对长度差为
(蒙(英国,mon)单位表示的相对长度差为
张力差表示法:
它与相对长度差成比例,即
,E为带钢的弹性模量
向量表示法
带钢断面形状的多项式表示法:
45、理解带钢平直条件;
保持比例凸度恒定,即轧前的比例凸度(
)等于轧后的比例凸度(
)或者必须使带钢轧前凸度(
)与轧后凸度(
)之比等于伸长率(
)。
46、掌握板形的改善方法;
P233-235
柔性辊缝控制:
CVC轧机(连续可变凸度轧机,辊身曲线呈S形)、PC轧机;
刚性辊缝控制:
HC轧机。
1.液压弯辊:
利用液压装置对轧辊辊径施加液压弯辊力,瞬间地改变轧辊的有效凸度,从而改变承载辊缝形状和轧后带钢的延伸横向分布,以达到板形控制的目的。
(最直接、有效、成熟)
2.窜辊技术(轧辊横移):
六辊HC轧机,其原理是通过上下中间辊沿相反方向的相对横移,改变工作辊与中间辊的接触长度,使工作辊和支承辊在板宽范围之外脱离接触,从而有效地消除了有害接触弯矩。
3.轧辊交叉:
PC轧机,原理是通过轧辊的交叉,形成一个中凹的空载辊缝,其等效凸度与交叉角度和板宽均呈二次方的比例关系。
只需1°
的交叉角就可以达到与同规格HC轧机相当的板形控制能力。
4.胀辊技术(液压胀形):
VC辊,原理是通过调节液压腔内高压油的压力,改变轴套向外膨胀的凸度,以达到控制板形的目的。
5.轧辊倾斜:
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,使轧辊作相应倾斜,构成楔形辊缝,从而控制非对称的板形缺陷,消除板形偏差中的一次和三次分量。
6.轧辊分区冷却:
分区冷却控制主要是对无法通过轧辊倾斜、弯辊及横移控制消除的复杂缺陷进行控制。
通过喷嘴开闭及乳化液喷射量的多少来改变工作辊热膨胀的横向分布,从而改变带钢轧制时相应位置的伸长率,控制带钢的板形。
轧辊分区冷却可以控制高次板形缺陷。
47、理解板形检测;
P250
带钢板形检测仪分接触式和非接触式两大类。
非接触式的有激光和磁力两种。
48、了解板形目标曲线的确定;
P255
所谓板形目标曲线是指板形控制系统调节带钢板形(由板形仪测得的前张应力)应达到的目标,它代表了生产者所期望的实物板形质量。
49、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;
P257
从板形测量辊出来的信号,经过测量控制单元(MCU)处理(包括滤波、整形、A/D转换),进入主计算机数据总线。
在计算机内部进行一系列处理并进行各种测量补偿,如对中、温度、楔形、凸度、包角等,然后同目标曲线相比较得出差值信号,进入板形控制单元(FCU)。
该调解偏差值通过一定的数学模型和数学方法回归成一个四次多项式,分解成对应不同次方的板形缺陷偏差值,用多项式表示,即为:
板形的闭环控制属于多变量控制方式,它允许多个板形执行器同时动作。
其执行器有倾斜、中间辊(IR)弯辊、工作辊(WR)弯辊、中间辊横移以及轧辊的分区冷却。
确定执行器之间最佳组合的控制方法可以通过最小二乘法数学解析。
50、了解板形调控机构设定计算;
P259
利用数学模型计算出各相关板形调节机构的调节量,并输出到执行机构,这就是设定计算。
设定计算的精度直接影响到带钢板形质量和轧制稳定性。
51、了解设定计算方法的分类;
P260
1.由操作工根据生产经验手动给定;
2.自动设定计算采用的数学模型的计算方法。
①统计法;
②表格法;
③解析法;
④数值法。
52、理解设定计算的控制策略;
设定计算的控制策略就是根据板形调控手段的数量和各自特点,确定设定计算调节的先后顺序或称优先权,以及计算初值和极限值如何选择。
53、了解设定计算的流程;
P262
首先根据来料情况和轧机状态计算目标辊缝凸度和实际辊缝凸度,然后计算板形调控手段对辊缝的影响系数。
此时的影响函数为对应于离散化分段的一组系数,因此也称为影响系数。
根据目标辊缝和实际辊缝的偏差以及影响系数的数值,计算板形调控机构的设定值,使实际辊缝和目标辊缝的偏差最小。
具体分为以下六步:
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。
54、了解设定计算各调控手段优先权选取的原则;
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。
(以保证动态调节的速度和效率为前提)
55、掌握热轧的温度和轧制力前馈控制;
测F1~F3的轧制力;
调F4~F7的弯辊力。
测粗轧出口处的温度;
调F1~F7的弯辊力。
56、掌握冷轧的轧制力前馈控制;
测C1、C2的轧制力;
调C3、C4的弯辊力。
57、熟练掌握热、冷连轧机板形反馈控制原理;
热连轧机的闭环反馈控制,主要是根据精轧出口处的板形测量仪的实测结果,反馈调整最后一个或几个机架的弯辊力,达到保证带钢平直的目的。
冷连轧机的闭环反馈控制,一般在最末机架安装板形测量辊,与最末机架形成闭环反馈。
有的轧机在第一机架也装有板形测量辊和闭环反馈系统。
(P268)(热轧:
激光测精轧出口处的平直度,调后两架的弯辊力;
冷轧:
用板形辊测平直度,调末架弯辊力)
58、理解反馈控制策略;
P268
反馈控制策略就是根据板形调控手段的数量和各自特点,确定对于这些板形调控手段如何分配板形偏差。
反馈控制策略总体上可以分为两大类,即接力方式和分配方式。
接力方式的特点类似于数据传输里的串行方式。
同一层次中各调控手段优先权的选取,与设定计算时的原则正好相反,按照响应快、灵敏度大的调控手段先调的原则。
分配方式的特点类似于数据传输里的并行方式。
分配方式的控制策略有比例分配法、XO点法、登山搜索法等。
59、掌握反馈控制的计算流程;
P275
板形闭环反馈控制系统的计算流程分为如下五步:
1.测量信号处理;
2.板形偏差计算;
3.板形偏差分配;
4.计算调控量;
5.分段冷却计算。
60、掌握热轧带钢、冷轧带钢板形控制的实现;
单机架六辊
2030前馈+反馈
1700前馈+反馈+监控
教材6厚板平面形状自动控制
61、理解厚板平面形状控制的目的、能否成功的关键;
为了提高厚板的成材率以降低生产成本,在轧制过程中采用计算机自动控制,尽量使钢板的平面形状为矩形,以减小切头、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
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