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1、板带轧机系统自动控制教学大纲课程名称：板带轧机系统自动控制 课程编码：英文名称：Auto Control of Plate and Strip Mill System学 时：27学时 学 分：1.5开课学期：第七学期适用专业：轧钢专业课程类别：限制性选修课程性质：专业课先修课程：高等数学、材料力学、弹塑性力学、机械原理、轧制过程教 材：板厚板形控制，连家创、刘宏民主编，兵器工业出版社一、课程性质、目的及任务本课程是轧钢专业方向的限选课程。课程教学所要达到的目的是：1、了解自动控制理论基础，对机械系统自动控制有一个宏观认识。2、掌握带钢连轧机的生产工艺及自动化的基本控制系统。3、掌握板形板厚板宽
2、自动控制系统的基本原理和系统组成。4、通过上机课程使学生对轧制生产过程中系统自动控制数学模型有更好的认识，并掌握必要的模型选用和编程计算能力。二、课程的基本内容1、绪论工业控制系统轧制过程自动化计算机过程控制的基本类型2、带钢热连轧的过程自动控制带钢热连轧机的生产工艺带钢热连轧机的过程控制系统带钢热连轧机计算机控制数学模型3、带钢冷轧的过程自动控制带钢冷连轧机的生产工艺冷轧过程控制系统的性能要求单机可逆冷轧过程控制系统冷连轧过程控制系统4、板厚控制机座弹性变形与弹跳方程轧件的塑性变形与塑性方程弹塑性曲线的应用纵向厚差方程和轧机等效纵向刚度板厚控制方法及其数学模型1700带钢热连轧机厚度控制系统
3、2030带钢冷连轧机厚度控制系统5、板形控制板形与横向厚差影响负载辊缝形状的因素板形控制的工艺理论板带轧机辊系的弹性变形板形控制方式板形控制数学模型板形标准曲线6、板宽控制工作原理数学设定模型控制系统二、课程的教学要求1、绪论1.1 工业控制系统1.1.1 工业控制中的计算机功能1.1.2 过程控制系统的基本组成1.1.3 工业控制计算机的历史发展1.2 轧制过程自动化1.2.1 轧制过程控制的历史发展1.2.2 热连轧过程控制的主要功能1.2.3 轧制自动化的发展方向1.3 计算机过程控制的基本类型1.3.1 数据收集系统1.3.2 操作指导系统1.3.3 直接数字控制系统1.3.4 计算机
4、监督控制系统1.3.5 多极控制系统1.3.6 分散控制系统2、带钢热连轧机的过程自动控制2.1 带钢热连轧机的生产工艺2.1.1 加热区2.1.2 粗轧区2.1.3 精轧区2.1.4 层流冷却区和卷取区2.2 带钢热连轧机的过程控制系统2.2.1 热轧过程控制系统功能2.2.1.1 加热区2.2.1.2 粗轧区2.2.1.3 精轧区2.2.1.4 层流冷却区和卷取区2.2.1.5 附加功能2.2.2 系统功能分级组成2.2.3 硬件分级组成2.2.4 系统结构类型2.2.4.1 平铺型结构2.2.4.2 区域控制器群结构2.2.4.3 超高速网结构2.3 带钢热连轧机计算机控制数学模型2.3
5、.1 轧制力模型2.3.2 热轧金属塑性变形阻力模型2.3.3 热轧带钢温降模型2.3.4 流量方程2.3.5 前滑模型2.3.6 轧机刚度模型3、带钢冷轧的过程自动控制3.1 带钢冷连轧机的生产工艺3.1.1 单机可逆冷轧生产过程3.1.2 冷连轧工艺3.1.1.1 酸洗线3.1.1.2 连轧机组3.1.1.3 退火工序3.1.1.4 带钢平整3.1.1.5 带钢精整处理3.1.1.6 镀层处理3.2 冷轧过程控制系统的性能要求3.3 单机可逆冷轧过程控制系统3.3.1 可逆轧制过程控制的特点3.3.2 可逆冷轧过程控制系统功能3.3.2.1 轧件及特征点跟踪3.3.2.2 轧制规范及模型设
6、定3.3.3.3 模型自适应和自学习3.3.3.4 自动厚度控制AGC3.3.3.5 自动板形控制3.3.3.6 轧制顺序控制3.3.3.7 自动长度记录3.3.3.8 厚度自动分类及质量报表打印3.3.3 可逆冷轧过程控制系统数学模型3.3.3.1 道次及压下分配模型3.3.3.2 轧制速度模型3.3.3.3 张力设定模型3.3.3.4 辊缝设定模型3.4 冷连轧过程控制系统3.4.1 冷连轧过程控制系统的组成3.4.1.1 SCC级3.4.1.2 DDC级3.4.1.3 基础自动化级3.4.1.4 活套控制动作过程3.4.2 冷连轧过程控制系统的功能3.4.2.1 材料跟踪3.4.2.2
7、轧制道次计算3.4.2.3 动态规格变换3.4.3 带钢冷连轧机计算机控制数学模型3.4.3.1 轧制规格3.4.3.2 弹塑曲线3.4.3.3 弹跳方程3.4.3.4 流量方程4、板厚控制4.1 机座弹性变形与弹跳方程4.1.1 机座的弹性变形与纵向刚度4.1.2 弹跳方程4.1.3 弹跳曲线的测定4.1.3.1 轧制法4.1.3.2 压靠法4.1.4 轧制速度、轧件宽度对轧机纵向刚度的影响4.2 轧件的塑性变形与塑性方程4.2.1 轧制压力及其影响因素4.2.1.1 轧制力作用方向4.2.1.2 影响轧制力的因素4.2.2 轧件塑性变形曲线和塑性方程4.2.3 轧制条件对塑性曲线的影响4.
8、2.3.1 轧前厚度4.2.3.2 张力4.2.3.3 摩擦系数4.2.3.4 变形抗力4.3 弹塑性曲线的应用4.3.1 轧件厚度波动的原因4.3.1.1 空载辊缝4.3.1.2 轧制压力4.3.1.3 纵向刚度4.3.1.4 油膜厚度4.3.2 厚控基本原理4.3.2.1 调整压下4.3.2.2 调整张力4.3.2.3 调整轧制速度4.4 纵向厚差方程和轧机等效纵向刚度4.4.1 纵向厚差方程4.4.2 各种因素对厚差的影响4.4.3 轧机等效纵向刚度4.4.3.1 恒辊缝控制4.4.3.2 硬特性控制4.4.3.3 自然刚度控制4.4.3.4 软特性控制4.4.3.5 恒压力控制4.5
9、板厚控制方法及其数学模型4.5.1 压下位置闭环4.5.2 轧制压力变化补偿4.5.3 测厚仪监控4.5.4 油膜厚度补偿4.5.5 轧辊偏心补偿4.5.6 辊缝闭环4.5.7 前馈控制和物流控制4.5.7.1 前馈控制4.5.7.2 物流控制4.5.8 张力控制4.5.8.1 张力调厚4.5.8.2 恒张力控制4.5.9 加减速厚度控制4.5.9.1 咬入和抛出时的张力补偿4.5.9.2 加减速过程的速度补偿4.5.10 速度张力优化4.6 1700带钢热连轧机厚度控制系统4.6.1 系统构成4.6.2 系统的数学模型4.7 2030带钢冷连轧机厚度控制系统4.7.1 电动AGC系统4.7.
10、2 液压AGC系统5、板形控制5.1 板形与横向厚差5.1.1 横向厚差和板形的概念5.1.2 横向厚差和板形的表示方法5.1.2.1 横向厚差的表示方法5.1.2.2 板形的表示方法5.1.3 保持板带平直度的条件5.2 影响负载辊缝形状的因素5.2.1 轧辊的热膨胀5.2.2 轧辊的磨损5.2.3 轧辊的弹性压扁5.2.3.1 变形区内工作辊与轧件接触压扁5.2.3.2 工作辊与支承辊接触压扁5.2.4 轧辊的弹性弯曲5.2.5 轧辊的原始磨削形状5.3 板形控制的工艺理论5.3.1 前张力的横向分布5.3.2 变分法求解横向位移函数5.3.3 考虑横向变形时轧制压力的横向分布5.3.4
11、条元法求解轧制压力和张力横向分布5.3.5 带材轧后残余应力与屈曲变形的关系5.3.6 实测与计算结果的比较5.4 板带轧机辊系的弹性变形5.4.1 辊系变形计算中的弹性接触问题5.4.1.1 弹性力学中圆柱体接触变形的计算5.4.1.2 支承辊与工作辊的接触变形5.4.1.3 有限梁迭合法求解支承辊接触变形的轴向分布5.4.2 工作辊与轧件接触的弹性压扁5.4.3 辊系弹性变形的简化算法5.4.4 辊系弹性变形计算的分段法5.5 板形控制方式5.5.1 辊型快速调整液压弯辊5.5.1.1 弯曲工作辊5.5.1.2 弯曲支承辊5.5.2 HC及其他轴移式轧机5.5.3 CVC四辊和CVC六辊轧
12、机5.5.3.1 CVC辊型设计5.5.3.2 UPC辊型特点5.5.3.3 CVC辊型与弯辊的最佳配合5.5.3.4 CVC六辊轧机5.5.4 自调接触宽度支承辊轧机5.5.5 轧辊交叉式轧机5.5.5.1 工作辊交叉的作用效果5.5.5.2 轧辊轴向力5.5.5.3 偏移交叉轧机5.6 板形控制数学模型5.6.1 弯辊力设定模型5.6.2 弯辊力跟随轧制力自动调节模型5.6.3 弯辊力对横向张力差的传递系数5.6.4 板形控制模型实例5.6.4.1 倾辊控制的原理及过程5.6.4.2 弯辊控制的原理及过程5.6.4.3 分段冷却控制的原理及过程5.7 板形标准曲线5.7.1 板形标准曲线的
13、概念5.7.2 板形标准曲线的作用和意义5.7.2.1 补偿板形测量误差5.7.2.2 补偿在线板形离线后发生的变化5.7.2.3 实现板凸度控制5.7.2.4 满足轧制及后步工序对板形的要求5.7.3 板形标准曲线的设定方法5.7.3.1 逐段设定法5.7.3.2 参数设定法5.7.4 板形标准曲线的选用原则6、板宽控制6.1 工作原理6.2 数学设定模型6.3 控制系统四、课程学时分配讲 课 内 容学 时1、绪论12、带钢热连轧的过程自动控制43、带钢冷轧的过程自动控制44、板厚控制65、板形控制66、板宽控制17、机动18、实验课29、上机课2合 计27五、课程习题要求本课程习题的基本要
14、求：巩固课堂讲授的理论知识和基本概念，锻炼独立思考和分析问题的能力，结合编程算例达到初步了解轧制自动控制理论和计算方法。习题的分量占自学时间的三分之一到四分之一，具体数量视习题难易程度而定。六、实验课内容与要求实验课内容1、轧制力监控与影响因素2、板厚监控与压下调整3、弯辊调节与板形测量4、轧制法测量轧机纵向刚度实验课目的：对比补偿和巩固课堂讲授的理论知识和基本概念，使学生初步了解轧制过程中数学模型控制的实现。实验课要求：1、了解数学模型在实际生产中的使用。2、了解轧制监控与轧制数学模型控制功能。3、掌握轧机板厚控制的调压下方法。4、掌握板形概念和弯辊调节方法。5、了解轧制法测纵向刚度。上机课
15、内容1、冷轧轧制力公式2、工作辊与轧机接触的弹性压扁3、轧辊辊间接触压扁4、热轧轧制力公式上机课目的：对比补偿和巩固课堂讲授的理论知识和基本概念，使学生初步了解自动控制理论概念、轧制控制数学模型以及计算方法，锻炼学生对实际问题的数学模型运用能力。上机课要求：1、了解轧制过程的数学模型概念。2、掌握轧机的生产工艺的基本数学模型参量。3、了解轧机自动控制系统中的模型相关性。4、掌握冷轧轧制力公式的数学模型原理和应用。七、课程的主要参考书1、杨叔子等编，机械控制工程基础，华中科技大学出版社，2002年2、赵刚等编著，轧制过程的计算机控制系统，冶金工业出版社，2002年3、孙一康等编，带钢热连轧的模型与控制，冶金工业出版社，2002年4、华建新等编，全连续式冷连轧机过程控制，冶金工业出版社，2000年5、孙一康等编，带钢冷连轧计算机控制，冶金工业出版社，2002年6、王国栋等编，板形控制和板形理论，冶金工业出版社，1986年制定人：李 明审定人：孙登月批准者：2006年4月11