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书名：带钢冷连轧工艺与自动控制
定价：160.0
ISBN：9787030497260
作者：张岩，王军生，刘宝权
版次：1
出版时间：2016-08
内容提要：
本书介绍冷连轧工艺与自动控制系统的组成及功能，并对各控制系统的功能进行理论分析。全书共8章，第1章介绍轧制过程自动化的发展与现状，轧机自动控制系统的基本组成和控制原理。第2章介绍带钢冷连轧理论分析，包括冷轧静态特性分析、冷轧动态特性分析以及冷轧机传动工艺控制原理。第3章介绍带钢冷连轧的逻辑控制，包括带钢跟踪控制MTR、生产线协调控制LCO、主令速度控制MRG等。第4章介绍冷轧机厚度与张力控制，分析厚度变化规律、厚度控制形式及控制原理、厚度控制补偿方式及机架间张力控制原理。第5章介绍冷轧机板形平直度控制系统，包括板形平直度控制理论、板形平直度检测技术、板形平直度控制技术、板形平直度控制策略等。第6章介绍冷轧机板形边部减薄控制，包括边部减薄工艺研究、边部减薄控制方法、锥形辊横移边部减薄控制技术、边部减薄预设定控制系统、边部减薄反馈控制系统、工作辊窜辊控制、控制方法实际应用及控制性能分析。第7章介绍冷轧机冷轧介质系统控制，包括给油脂系统、冷轧工艺冷却润滑、乳化液系统构成与控制、表面质量控制。第8章介绍轧机顺序控制、轧机头部与架间顺序控制、换辊过程控制、尾部飞剪控制、卷取机过程控制。
目录：
目录
前言
主要符号表
第1章带钢轧制自动控制总论1
1.1轧制过程自动化的现状与发展1
1.2自动控制系统的基本组成和控制原理3
1.2.1自动控制功能和系统基本要求3
1.2.2自动控制系统的基本形式6
1.2.3闭环控制系统的基本组成和控制原理8
1.3冷连轧过程控制系统实例9
1.3.1SIEMENS冷轧控制系统概述11
1.3.2SIEMENS冷轧控制系统配置15
1.3.3冷连轧自动控制系统效果19
第2章带钢冷连轧理论分析28
2.1冷连轧轧制规程计算28
2.2冷连轧静态特性分析33
2.2.1基本方程34
2.2.2静态特性(影响因素)计算方法35
2.2.3计算实例及结果分析39
2.3冷连轧动态特性分析44
2.3.1基本方程45
2.3.2动态特性(影响因素)计算方法48
2.3.3计算实例及结果分析50
2.4冷连轧传动工艺控制56
2.4.1交流调速矢量控制56
2.4.2张力转矩传动控制60
第3章带钢冷连轧的逻辑控制63
3.1物料跟踪控制63
3.1.1跟踪功能概述63
3.1.2跟踪数据区和数据流69
3.1.3物料跟踪的关键技术77
3.1.4带钢跟踪控制79
3.1.5钢卷跟踪控制85
3.2生产线协调控制91
3.2.1联动准备条件协调93
3.2.2工艺过程协调控制94
3.2.3带钢传动协调控制97
3.2.4辅机自动控制100
3.2.5轧机操作模式协调控制101
3.3主令速度控制103
3.3.1主令速度控制过程103
3.3.2主令速度控制功能104
3.3.3主传动系统的厚头轧制111
3.4动态变规格控制117
3.4.1动态变规格功能概述117
3.4.2动态变规格控制原理119
3.4.3动态变规格张力计算122
第4章厚度与张力自动控制126
4.1厚度变化规律126
4.1.1厚度波动原因126
4.1.2厚度变化基本规律127
4.1.3张力和速度对厚度的影响130
4.2厚度控制形式及控制原理133
4.2.1前馈AGC133
4.2.2压力AGC136
4.2.3测厚仪反馈AGC139
4.2.4监控AGC141
4.2.5秒流量AGC143
4.3冷连轧的张力控制146
4.3.1张力产生原因及其作用147
4.3.2张力控制方式149
4.3.3带钢张力值的测定152
4.3.4张力控制时的轧制特性155
4.3.5轧机架间张力控制156
4.3.6轧机卷取张力控制162
4.4厚度控制补偿168
4.4.1加减速补偿168
4.4.2油膜补偿169
4.4.3偏心补偿171
4.5厚度控制系统实例及控制效果分析177
4.5.1检测仪表配置177
4.5.2控制方式选择及功能179
4.5.3控制效果对比分析186
第5章冷连轧板形平直度控制188
5.1板形控制概述188
5.2板形平直度控制理论188
5.2.1板形平直度的表示方法188
5.2.2板形平直度控制的理论基础191
5.2.3影响带钢板形的主要因素199
5.3板形平直度检测技术202
5.3.1接触式板形检测装置203
5.3.2非接触式板形检测装置205
5.4板形平直度控制技术208
5.4.1板形控制系统的发展209
5.4.2板形控制的基本方法212
5.4.3板形预设定控制215
5.4.4板形闭环控制219
5.4.5板形前馈控制224
5.5典型冷轧板形测控系统及实例225
5.5.1板形控制系统设计225
5.5.2板形检测系统229
5.5.3板形测量值处理232
5.5.4板形目标曲线动态设定236
5.5.5板形控制策略确定242
5.5.6调控功效系数自学习模型245
5.5.7分段冷却控制系统250
第6章冷连轧边部减薄控制256
6.1边部减薄工艺方法256
6.1.1边部减薄的含义256
6.1.2边部减薄的产生原因257
6.1.3边部减薄的控制方法259
6.2边部减薄影响机理分析265
6.2.1有限元分析理论265
6.2.2带钢属性对边部减薄的影响274
6.2.3轧制状态对边部减薄的影响276
6.2.4锥形工作辊对边部减薄的影响278
6.2.5边部减薄控制功效系数279
6.3锥形辊横移边部减薄控制技术281
6.3.1锥形辊横移工作原理281
6.3.2关键影响因素作用效果282
6.4边部减薄预设定控制系统283
6.4.1预设定控制模型计算284
6.4.2设定控制模型计算285
6.4.3再设定控制模型计算287
6.4.4窜辊插入量自学习控制模型290
6.4.5调控功效系数自学习控制模型291
6.5边部减薄反馈控制系统292
6.5.1测量值数据采集与处理292
6.5.2单特征点闭环控制模型294
6.5.3多特征点闭环控制模型297
6.5.4工作辊弯辊补偿控制300
6.6边部减薄控制分析及应用实例301
6.6.1硅钢1500冷连轧机301
6.6.2控制系统应用实际302
6.6.3控制系统性能分析304
第7章冷连轧介质系统控制307
7.1给油脂系统307
7.1.1液压站控制307
7.1.2润滑站控制312
7.2工艺冷却润滑系统316
7.2.1乳化液组成及分类317
7.2.2工艺冷却与温度场321
7.2.3工艺润滑与使用功效332
7.2.4乳化液选择及使用方法339
7.2.5乳化液的实际应用效果348
7.3乳化液系统构成与控制350
7.3.1系统组成及工作原理350
7.3.2系统压力控制354
7.3.3系统流量控制360
7.3.4平床过滤工艺控制362
7.3.5带钢表面质量控制366
第8章冷连轧顺序控制374
8.1轧制线与辊缝标定控制374
8.1.1轧机轧制线调整374
8.1.2轧机液压辊缝标定377
8.2换辊过程控制382
8.2.1换辊准备过程382
8.2.2换辊动作过程383
8.2.3换辊顺序控制384
8.3飞剪过程控制390
8.3.1飞剪定位过程390
8.3.2飞剪工艺控制392
8.3.3飞剪控制应用实例394
8.4卷取机过程控制397
8.4.1卡罗塞尔卷取机工作原理397
8.4.2卷取机定位控制398
8.4.3卷取机工艺控制404
参考文献411
在线试读：
第1章带钢轧制自动控制总论
1.1轧制过程自动化的现状与发展
自动化(automation)主要是指以无人化为目标的综合性控制技术，它是在生产现场为使生产合理化而进行的自动操作(automation operation)和自动化技术(automatization)的简称。自动化的应用领域可分为过程自动化、机械自动化和业务管理自动化。过程自动化就是在各种生产过程工业的设备或工序中，由于安装了检测仪器或自动控制装置，使工程的控制和运行自动化，并具有能使在工程中流动物体的质和量保持在所要求的给定值上，而对直接操作人员的熟练程度和知识水平人为因素的要求有显著减少的技能。轧制过程自动化就是在轧制过程中，通过采用反映轧制过程变化规律的数学模型、自动控制装置、计算机及其控制程序等，使各种过程变量，如成分、流量、温度、压力、张力和速度等，保持在所要求的给定值上，并合理地协调全部轧制过程以实现自动化操作的一种先进技术。
1924年第*套带钢冷连轧机在美国阿姆柯公司巴特勒工厂建成，轧机的配置形式为四辊三机架。日本于1940年在新日铁广田厂建设了第*套四机架1420mm冷连轧机。1951年，苏联在新利佩茨克建设第*套五机架2030mm冷连轧机。20世纪60年代中期冷轧带钢厚度自动控制系统投入工业应用。1968年，NKK福山FE工程(福山无头轧制工程)正式启动，由IHI、三菱电机和NKK三家开始共同研发，世界上首套全连续冷连轧机于1971年开始运行。此种轧机在前面增加了焊机和活套，在钢卷进入轧机之前将钢卷焊接起来，借助活套的缓冲功能使带钢源源不断地进入轧机进行连续轧制。全连续式冷连轧机的出现是冷轧生产技术史上的一次革命，由于冷连轧机轧制过程连续生产效率高，易于实现自动化和机械化，所以其质量易于控制，这种轧机产量大，彻*解决了带钢轧制过程的频繁穿带、加减速及甩尾等问题，经济效益非常显著。以后各种先进的控制技术应用在冷连轧轧制过程中，大幅促进了轧制过程自动化的发展，其中由于冷连轧机要求的控制精度高、轧制速度快等特点，其自动化的发展也*为迅速和成熟。
我国第*套冷连轧机是1978年武钢引进的1700mm五机架冷连轧机，该机组的投产使我国具备了生产热镀锌、电镀锌和冷轧硅钢的能力。宝钢于1985年建成了2030mm五机架冷连轧机组。20世纪90年代以后，宝钢陆续新建了1420mm、1500mm以及宝钢三期1800mm五机架冷轧机组，这使得我国冷轧带钢的品种和规格逐步扩大。为了打破国外公司的技术垄断、掌握冷连轧生产线的控制系统及关键工艺，在消化吸收国外先进计算机控制技术的同时，逐步研发具有自主知识产权的计算机控制系统，鞍钢率先运用自主集成模式，在二冷轧成功建设了酸轧机组，改变了我国完全依靠国外引进的局面。
轧制过程自动化的发展大致可分为三个阶段：第*阶段在20世纪四五十年代，为单机模拟自动化阶段；第二阶段在20世纪60年代，为数字计算机和单机自动控制系统共存阶段；第三阶段为1970年至今，为全部采用计算机进行直接数字控制阶段。
当前轧制过程自动化的发展程度，主要体现在以下几方面。
(1) 计算机控制系统的配置形式。在广泛应用过程控制计算机系统的同时，将管理机系统和控制机系统有机结合，组成分级集成控制系统。充分利用微处理机的发展，用它代替传统的硬件和逻辑接口，如普遍应用对局部设备直接数字控制的DDC装置，以实现对生产设备的分散控制，可以进一步提高计算机系统的可靠性和稳定性。
(2) 检测仪表和控制系统的性能及功能更加完善。轧制过程速度越来越快，产品规格越来越大，产品质量要求越来越严格，这就要求检测仪表和控制系统的性能和功能必须更加完善。例如，有些冷连轧机要求其速度达到1800m/min、精度为0.02%，而有些轧机要求在线检测带钢厚度和板形且精度为0.1μm。由此可见,对检测仪表和控制系统的响应和精度要求都是很高的。
(3) 高精度的轧制过程数学模型。现在对宽度、摩擦力分布、张力和轧制力的计算已经比较准确，对轧机动态特性、液压系统特性、活套支撑响应特性的描述进一步完善。实际过程参数与设定值偏差较小，轧制主要依靠自适应调整，控制模型收集分析大量现场数据自学习、自适应修正，能够很快适应轧制新规格、新钢种，过渡阶段超差较小。完善的理论模型可以更接近实际的设定轧机参数，减少试轧次数。
(4) 应用现代控制理论开发新的轧制技术。*优控制的基本思想是全面考虑机电设备、工艺和控制系统的工作条件，实现*稳定、*优质、低能耗的生产。全面考虑过程问题、客观情况和主管要求的变化。自适应控制是跟踪轧制过程，保证轧制控制精度的有效手段。将现代控制理论应用在大型生产系统中，尤其轧制过程牵连因素较多，许多影响因素甚至可以量化，实现*优生产。
冷连轧计算机控制系统是保证冷连轧机有效而有条不紊地运行不可缺少的核心环节，它自始至终都伴随着冷连轧机的发展逐步走向成熟。冷连轧计算机控制系统水平是由低级到高级，从局部到全局逐步发展的。自20世纪70年代末期，随着微型计算机工业的崛起，现代化带钢连轧生产线全部采用分布计算机，实行分级控制。通常情况下，带钢冷连轧生产线的分布式计算机系统分为三级，包括L1基础自动化、L2过程控制级和L3生产管理级，冷连轧自动化计算机控制系统的组成和功能如图1.1所示。总之，轧制生产正沿着连续化、高强化、大型化和自动化方向迅速发展，轧制生产过程的自动控制要求越来越高。
图1.1冷连轧计算机控制系统
1.2自动控制系统的基本组成和控制原理
1.2.1自动控制功能和系统基本要求
在实际生产过程中，轧制过程自动控制系统经常受到外部干扰因素的影响，这就要求系统能稳定地工作，及时克服干扰因素的影响，使输出稳定在目标值。判断一个控制系统品质时，既要看它在稳定状态下误差的情况(静差)，又要看它在过渡过程的品质(响应时间)，即完成从原来平衡状态过渡到新的平衡状态。
1. 稳态性能(又称静态性能)
当系统从一个稳态过渡到新的稳态，或系统受扰动作用又重新平衡后，系统可能会出现偏差，这种偏差称为稳态偏差。一个反馈控制系统的稳态性能用稳态误差来表示。系统稳态误差的大小反映系统的稳态精度，它表明了系统控制的准确程度。稳态误差越小，则系统的稳态精度越高。若稳态误差为零，则系统称为无差系统，如图1.2(a)所示；若稳态误差不为零，则系统称为有差系统，如图1.2(b)所示。对一个恒值系统来说，稳态误差是指扰动作用下，被控制量在稳态下的变化量；对一个随动系统来说，稳态误差则是指在稳定跟随过程中，输出量偏离给定量的大小。
图1.2自动控制系统的稳态误差
2. 动态性能
动态性能与稳态性能不仅与系统本身特性有关，还与输入量的性质有关，将输入量或扰动量假设为单位阶跃信号。由于系统的对象和元件通常都有一定惯性(如机械惯性、电磁惯性、热惯性等)，并且由于能源功率的限制，系统中各种变量值(如加速度、位移、电压、温度等)的变化不可能是突变的。因此，系统从一个稳态过渡到新的稳态都需要经历一段时间，这一调整时间及其过程称为过渡过程时间，又称动态过程。如果控制对象的惯性很大，系统的反馈又不及时，则被控量在暂态过程中将产生过大的偏差，到达稳态的时间拖长，并呈现各种不同的暂态过程。
根据阶跃响应曲线变化类型，系统的动态性能可分为以下几种情况。
(1) 单调过程。这一过程的输出量单调变化，缓慢地达到新的稳态值。这种暂态过程具有较长的暂态过程时间，如图1.3所示。单调过程的特点是被控制量无摆动，不会出现超调现象，其缺点是过渡过程时间比较长，因此单调过程只适用于在严格要求无超调的工艺要求下采用。
图1.3单调过程响应曲线
(2) 衰减振荡过程。这时被控制量变化很快，以致产生超调，经过几次振荡后，达到新的稳定工作状态，如图1.4所示。该系统结构的特点是至少具有两个以上的储能元件，而且这些储能元件在相位上有明显差异，因此外界信号突变时，储能元件就存在能量交换，形成振荡，而每次交换的能量是逐步减少的，这就形成衰减。
图1.4衰减振荡过程响应曲线
(3) 持续振荡过程。这时被控制量持续振荡，始终不能达到新的稳定工作状态，如图1.5所示，这属于不稳定过程。
图1.5持续振荡过程响应曲线
(4) 发散振荡过程。发散过程是指系统在任何微小干扰下(包括输入量)，系统的输出量会越来越大，并*终趋向无穷大或者输出量为振荡，其幅值越来越大，*终趋向无穷大。这时被控制量发散振荡，不能达到所要求的稳定工作状态。这种情况下，不但不能纠正偏差，反而使偏差越来越大，如图1.6所示，这也属于不稳定过程。
图1.6发散振荡过程响应曲线
1.2.2自动控制系统的基本形式
在生产过程中，为了提高产品质量、劳动生产率以及保证生产人员的人身安全，需要对生产设备及其工艺流程进行控制，使被控制的变量保持恒定或按照工艺要求的规律变化。通常把被控制的设备或过程称为被控对象，被控制的物理量称为被控制量，以轧机压上位置控制为例进行说明。依据预期出口厚度，由计算机控制调节液压压上系统，将轧辊辊缝移动到比设定出口厚度小的某一位置后，轧辊轧制出来的轧件就接近预期出口厚度。这里给定的压上位置代表控制量，轧后轧件的厚度代表输出量或称为被控制量，经过轧辊的加工作用，轧件变薄，即一定的压上位置就对应一定的轧出厚度。但在辊缝不变的条件下，如果来料厚度不均、硬度不均或轧制条件发生变化，也会引起辊缝发生变化，因而轧出的轧件厚度也就发生变化。在这一轧制过程中，输出量对轧制量没有赋予任何控制影响作用，这种输出量不会返回影响过程的控制系统称为开环控制系统。
如果在轧机出口安装测厚仪，当外界干扰引起被控制量发生变化时，根据实测值与目标值比较，就通过液压压上系统去改变辊缝位置，使得轧出的厚度逼近目标厚度，调节控制在允许的厚度偏差范围之内。这一过程，用计算机自动完成偏差信号调节和控制信号输出，再由液压执行机构完成具体调节任务，就称为反馈控制系统。控制系统按其结构形式可分为开环控制系统、闭环控制系统和复合控制系统三类，其中复合控制系统是开环控制系统与闭环控制系统的组合。
1. 开环控制系统
开环控制系统是系统的输出量不参与控制作用，一般包括直接控制系统和前馈控制系统。如图1.7(a)所示为直接控制系统，输入量即为控制量，发出控制作用给被控制部分，而被控制部分并不将控制结果反馈到控制端。如图1.7(b)所示为前馈控制系统，控制部分依据对输入量的检测，计算控制量发送到被控制部分，对输入量进行控制。开环系统简单，容易调节，并可以及时跟踪给定量的变化，但是由于干扰信号使输出量不能按照给定量所期望的值工作，所以很少单独采用开环控制系统。
2. 闭环控制系统闭环控制系统将输出量检测出来，经过必要处理后反馈到输入端，与给定量进行比较，再利用作差后的偏差信号经过控制器对被控对象进行控制。图1.8是闭环控制的轧机液压位置控制系统。它借助于位置传感器检测出实际的液压缸位置，并转换成相应的电压信号，然后将它与所要求的目标位置相当的电压信号进行比较，得到与位置偏差相当的偏差信号。偏差信号经过放大器放大，控制伺服阀电
定价：160.0
ISBN：9787030497260
作者：张岩，王军生，刘宝权
版次：1
出版时间：2016-08
内容提要：
本书介绍冷连轧工艺与自动控制系统的组成及功能，并对各控制系统的功能进行理论分析。全书共8章，第1章介绍轧制过程自动化的发展与现状，轧机自动控制系统的基本组成和控制原理。第2章介绍带钢冷连轧理论分析，包括冷轧静态特性分析、冷轧动态特性分析以及冷轧机传动工艺控制原理。第3章介绍带钢冷连轧的逻辑控制，包括带钢跟踪控制MTR、生产线协调控制LCO、主令速度控制MRG等。第4章介绍冷轧机厚度与张力控制，分析厚度变化规律、厚度控制形式及控制原理、厚度控制补偿方式及机架间张力控制原理。第5章介绍冷轧机板形平直度控制系统，包括板形平直度控制理论、板形平直度检测技术、板形平直度控制技术、板形平直度控制策略等。第6章介绍冷轧机板形边部减薄控制，包括边部减薄工艺研究、边部减薄控制方法、锥形辊横移边部减薄控制技术、边部减薄预设定控制系统、边部减薄反馈控制系统、工作辊窜辊控制、控制方法实际应用及控制性能分析。第7章介绍冷轧机冷轧介质系统控制，包括给油脂系统、冷轧工艺冷却润滑、乳化液系统构成与控制、表面质量控制。第8章介绍轧机顺序控制、轧机头部与架间顺序控制、换辊过程控制、尾部飞剪控制、卷取机过程控制。
目录：
目录
前言
主要符号表
第1章带钢轧制自动控制总论1
1.1轧制过程自动化的现状与发展1
1.2自动控制系统的基本组成和控制原理3
1.2.1自动控制功能和系统基本要求3
1.2.2自动控制系统的基本形式6
1.2.3闭环控制系统的基本组成和控制原理8
1.3冷连轧过程控制系统实例9
1.3.1SIEMENS冷轧控制系统概述11
1.3.2SIEMENS冷轧控制系统配置15
1.3.3冷连轧自动控制系统效果19
第2章带钢冷连轧理论分析28
2.1冷连轧轧制规程计算28
2.2冷连轧静态特性分析33
2.2.1基本方程34
2.2.2静态特性(影响因素)计算方法35
2.2.3计算实例及结果分析39
2.3冷连轧动态特性分析44
2.3.1基本方程45
2.3.2动态特性(影响因素)计算方法48
2.3.3计算实例及结果分析50
2.4冷连轧传动工艺控制56
2.4.1交流调速矢量控制56
2.4.2张力转矩传动控制60
第3章带钢冷连轧的逻辑控制63
3.1物料跟踪控制63
3.1.1跟踪功能概述63
3.1.2跟踪数据区和数据流69
3.1.3物料跟踪的关键技术77
3.1.4带钢跟踪控制79
3.1.5钢卷跟踪控制85
3.2生产线协调控制91
3.2.1联动准备条件协调93
3.2.2工艺过程协调控制94
3.2.3带钢传动协调控制97
3.2.4辅机自动控制100
3.2.5轧机操作模式协调控制101
3.3主令速度控制103
3.3.1主令速度控制过程103
3.3.2主令速度控制功能104
3.3.3主传动系统的厚头轧制111
3.4动态变规格控制117
3.4.1动态变规格功能概述117
3.4.2动态变规格控制原理119
3.4.3动态变规格张力计算122
第4章厚度与张力自动控制126
4.1厚度变化规律126
4.1.1厚度波动原因126
4.1.2厚度变化基本规律127
4.1.3张力和速度对厚度的影响130
4.2厚度控制形式及控制原理133
4.2.1前馈AGC133
4.2.2压力AGC136
4.2.3测厚仪反馈AGC139
4.2.4监控AGC141
4.2.5秒流量AGC143
4.3冷连轧的张力控制146
4.3.1张力产生原因及其作用147
4.3.2张力控制方式149
4.3.3带钢张力值的测定152
4.3.4张力控制时的轧制特性155
4.3.5轧机架间张力控制156
4.3.6轧机卷取张力控制162
4.4厚度控制补偿168
4.4.1加减速补偿168
4.4.2油膜补偿169
4.4.3偏心补偿171
4.5厚度控制系统实例及控制效果分析177
4.5.1检测仪表配置177
4.5.2控制方式选择及功能179
4.5.3控制效果对比分析186
第5章冷连轧板形平直度控制188
5.1板形控制概述188
5.2板形平直度控制理论188
5.2.1板形平直度的表示方法188
5.2.2板形平直度控制的理论基础191
5.2.3影响带钢板形的主要因素199
5.3板形平直度检测技术202
5.3.1接触式板形检测装置203
5.3.2非接触式板形检测装置205
5.4板形平直度控制技术208
5.4.1板形控制系统的发展209
5.4.2板形控制的基本方法212
5.4.3板形预设定控制215
5.4.4板形闭环控制219
5.4.5板形前馈控制224
5.5典型冷轧板形测控系统及实例225
5.5.1板形控制系统设计225
5.5.2板形检测系统229
5.5.3板形测量值处理232
5.5.4板形目标曲线动态设定236
5.5.5板形控制策略确定242
5.5.6调控功效系数自学习模型245
5.5.7分段冷却控制系统250
第6章冷连轧边部减薄控制256
6.1边部减薄工艺方法256
6.1.1边部减薄的含义256
6.1.2边部减薄的产生原因257
6.1.3边部减薄的控制方法259
6.2边部减薄影响机理分析265
6.2.1有限元分析理论265
6.2.2带钢属性对边部减薄的影响274
6.2.3轧制状态对边部减薄的影响276
6.2.4锥形工作辊对边部减薄的影响278
6.2.5边部减薄控制功效系数279
6.3锥形辊横移边部减薄控制技术281
6.3.1锥形辊横移工作原理281
6.3.2关键影响因素作用效果282
6.4边部减薄预设定控制系统283
6.4.1预设定控制模型计算284
6.4.2设定控制模型计算285
6.4.3再设定控制模型计算287
6.4.4窜辊插入量自学习控制模型290
6.4.5调控功效系数自学习控制模型291
6.5边部减薄反馈控制系统292
6.5.1测量值数据采集与处理292
6.5.2单特征点闭环控制模型294
6.5.3多特征点闭环控制模型297
6.5.4工作辊弯辊补偿控制300
6.6边部减薄控制分析及应用实例301
6.6.1硅钢1500冷连轧机301
6.6.2控制系统应用实际302
6.6.3控制系统性能分析304
第7章冷连轧介质系统控制307
7.1给油脂系统307
7.1.1液压站控制307
7.1.2润滑站控制312
7.2工艺冷却润滑系统316
7.2.1乳化液组成及分类317
7.2.2工艺冷却与温度场321
7.2.3工艺润滑与使用功效332
7.2.4乳化液选择及使用方法339
7.2.5乳化液的实际应用效果348
7.3乳化液系统构成与控制350
7.3.1系统组成及工作原理350
7.3.2系统压力控制354
7.3.3系统流量控制360
7.3.4平床过滤工艺控制362
7.3.5带钢表面质量控制366
第8章冷连轧顺序控制374
8.1轧制线与辊缝标定控制374
8.1.1轧机轧制线调整374
8.1.2轧机液压辊缝标定377
8.2换辊过程控制382
8.2.1换辊准备过程382
8.2.2换辊动作过程383
8.2.3换辊顺序控制384
8.3飞剪过程控制390
8.3.1飞剪定位过程390
8.3.2飞剪工艺控制392
8.3.3飞剪控制应用实例394
8.4卷取机过程控制397
8.4.1卡罗塞尔卷取机工作原理397
8.4.2卷取机定位控制398
8.4.3卷取机工艺控制404
参考文献411
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第1章带钢轧制自动控制总论
1.1轧制过程自动化的现状与发展
自动化(automation)主要是指以无人化为目标的综合性控制技术，它是在生产现场为使生产合理化而进行的自动操作(automation operation)和自动化技术(automatization)的简称。自动化的应用领域可分为过程自动化、机械自动化和业务管理自动化。过程自动化就是在各种生产过程工业的设备或工序中，由于安装了检测仪器或自动控制装置，使工程的控制和运行自动化，并具有能使在工程中流动物体的质和量保持在所要求的给定值上，而对直接操作人员的熟练程度和知识水平人为因素的要求有显著减少的技能。轧制过程自动化就是在轧制过程中，通过采用反映轧制过程变化规律的数学模型、自动控制装置、计算机及其控制程序等，使各种过程变量，如成分、流量、温度、压力、张力和速度等，保持在所要求的给定值上，并合理地协调全部轧制过程以实现自动化操作的一种先进技术。
1924年第*套带钢冷连轧机在美国阿姆柯公司巴特勒工厂建成，轧机的配置形式为四辊三机架。日本于1940年在新日铁广田厂建设了第*套四机架1420mm冷连轧机。1951年，苏联在新利佩茨克建设第*套五机架2030mm冷连轧机。20世纪60年代中期冷轧带钢厚度自动控制系统投入工业应用。1968年，NKK福山FE工程(福山无头轧制工程)正式启动，由IHI、三菱电机和NKK三家开始共同研发，世界上首套全连续冷连轧机于1971年开始运行。此种轧机在前面增加了焊机和活套，在钢卷进入轧机之前将钢卷焊接起来，借助活套的缓冲功能使带钢源源不断地进入轧机进行连续轧制。全连续式冷连轧机的出现是冷轧生产技术史上的一次革命，由于冷连轧机轧制过程连续生产效率高，易于实现自动化和机械化，所以其质量易于控制，这种轧机产量大，彻*解决了带钢轧制过程的频繁穿带、加减速及甩尾等问题，经济效益非常显著。以后各种先进的控制技术应用在冷连轧轧制过程中，大幅促进了轧制过程自动化的发展，其中由于冷连轧机要求的控制精度高、轧制速度快等特点，其自动化的发展也*为迅速和成熟。
我国第*套冷连轧机是1978年武钢引进的1700mm五机架冷连轧机，该机组的投产使我国具备了生产热镀锌、电镀锌和冷轧硅钢的能力。宝钢于1985年建成了2030mm五机架冷连轧机组。20世纪90年代以后，宝钢陆续新建了1420mm、1500mm以及宝钢三期1800mm五机架冷轧机组，这使得我国冷轧带钢的品种和规格逐步扩大。为了打破国外公司的技术垄断、掌握冷连轧生产线的控制系统及关键工艺，在消化吸收国外先进计算机控制技术的同时，逐步研发具有自主知识产权的计算机控制系统，鞍钢率先运用自主集成模式，在二冷轧成功建设了酸轧机组，改变了我国完全依靠国外引进的局面。
轧制过程自动化的发展大致可分为三个阶段：第*阶段在20世纪四五十年代，为单机模拟自动化阶段；第二阶段在20世纪60年代，为数字计算机和单机自动控制系统共存阶段；第三阶段为1970年至今，为全部采用计算机进行直接数字控制阶段。
当前轧制过程自动化的发展程度，主要体现在以下几方面。
(1) 计算机控制系统的配置形式。在广泛应用过程控制计算机系统的同时，将管理机系统和控制机系统有机结合，组成分级集成控制系统。充分利用微处理机的发展，用它代替传统的硬件和逻辑接口，如普遍应用对局部设备直接数字控制的DDC装置，以实现对生产设备的分散控制，可以进一步提高计算机系统的可靠性和稳定性。
(2) 检测仪表和控制系统的性能及功能更加完善。轧制过程速度越来越快，产品规格越来越大，产品质量要求越来越严格，这就要求检测仪表和控制系统的性能和功能必须更加完善。例如，有些冷连轧机要求其速度达到1800m/min、精度为0.02%，而有些轧机要求在线检测带钢厚度和板形且精度为0.1μm。由此可见,对检测仪表和控制系统的响应和精度要求都是很高的。
(3) 高精度的轧制过程数学模型。现在对宽度、摩擦力分布、张力和轧制力的计算已经比较准确，对轧机动态特性、液压系统特性、活套支撑响应特性的描述进一步完善。实际过程参数与设定值偏差较小，轧制主要依靠自适应调整，控制模型收集分析大量现场数据自学习、自适应修正，能够很快适应轧制新规格、新钢种，过渡阶段超差较小。完善的理论模型可以更接近实际的设定轧机参数，减少试轧次数。
(4) 应用现代控制理论开发新的轧制技术。*优控制的基本思想是全面考虑机电设备、工艺和控制系统的工作条件，实现*稳定、*优质、低能耗的生产。全面考虑过程问题、客观情况和主管要求的变化。自适应控制是跟踪轧制过程，保证轧制控制精度的有效手段。将现代控制理论应用在大型生产系统中，尤其轧制过程牵连因素较多，许多影响因素甚至可以量化，实现*优生产。
冷连轧计算机控制系统是保证冷连轧机有效而有条不紊地运行不可缺少的核心环节，它自始至终都伴随着冷连轧机的发展逐步走向成熟。冷连轧计算机控制系统水平是由低级到高级，从局部到全局逐步发展的。自20世纪70年代末期，随着微型计算机工业的崛起，现代化带钢连轧生产线全部采用分布计算机，实行分级控制。通常情况下，带钢冷连轧生产线的分布式计算机系统分为三级，包括L1基础自动化、L2过程控制级和L3生产管理级，冷连轧自动化计算机控制系统的组成和功能如图1.1所示。总之，轧制生产正沿着连续化、高强化、大型化和自动化方向迅速发展，轧制生产过程的自动控制要求越来越高。
图1.1冷连轧计算机控制系统
1.2自动控制系统的基本组成和控制原理
1.2.1自动控制功能和系统基本要求
在实际生产过程中，轧制过程自动控制系统经常受到外部干扰因素的影响，这就要求系统能稳定地工作，及时克服干扰因素的影响，使输出稳定在目标值。判断一个控制系统品质时，既要看它在稳定状态下误差的情况(静差)，又要看它在过渡过程的品质(响应时间)，即完成从原来平衡状态过渡到新的平衡状态。
1. 稳态性能(又称静态性能)
当系统从一个稳态过渡到新的稳态，或系统受扰动作用又重新平衡后，系统可能会出现偏差，这种偏差称为稳态偏差。一个反馈控制系统的稳态性能用稳态误差来表示。系统稳态误差的大小反映系统的稳态精度，它表明了系统控制的准确程度。稳态误差越小，则系统的稳态精度越高。若稳态误差为零，则系统称为无差系统，如图1.2(a)所示；若稳态误差不为零，则系统称为有差系统，如图1.2(b)所示。对一个恒值系统来说，稳态误差是指扰动作用下，被控制量在稳态下的变化量；对一个随动系统来说，稳态误差则是指在稳定跟随过程中，输出量偏离给定量的大小。
图1.2自动控制系统的稳态误差
2. 动态性能
动态性能与稳态性能不仅与系统本身特性有关，还与输入量的性质有关，将输入量或扰动量假设为单位阶跃信号。由于系统的对象和元件通常都有一定惯性(如机械惯性、电磁惯性、热惯性等)，并且由于能源功率的限制，系统中各种变量值(如加速度、位移、电压、温度等)的变化不可能是突变的。因此，系统从一个稳态过渡到新的稳态都需要经历一段时间，这一调整时间及其过程称为过渡过程时间，又称动态过程。如果控制对象的惯性很大，系统的反馈又不及时，则被控量在暂态过程中将产生过大的偏差，到达稳态的时间拖长，并呈现各种不同的暂态过程。
根据阶跃响应曲线变化类型，系统的动态性能可分为以下几种情况。
(1) 单调过程。这一过程的输出量单调变化，缓慢地达到新的稳态值。这种暂态过程具有较长的暂态过程时间，如图1.3所示。单调过程的特点是被控制量无摆动，不会出现超调现象，其缺点是过渡过程时间比较长，因此单调过程只适用于在严格要求无超调的工艺要求下采用。
图1.3单调过程响应曲线
(2) 衰减振荡过程。这时被控制量变化很快，以致产生超调，经过几次振荡后，达到新的稳定工作状态，如图1.4所示。该系统结构的特点是至少具有两个以上的储能元件，而且这些储能元件在相位上有明显差异，因此外界信号突变时，储能元件就存在能量交换，形成振荡，而每次交换的能量是逐步减少的，这就形成衰减。
图1.4衰减振荡过程响应曲线
(3) 持续振荡过程。这时被控制量持续振荡，始终不能达到新的稳定工作状态，如图1.5所示，这属于不稳定过程。
图1.5持续振荡过程响应曲线
(4) 发散振荡过程。发散过程是指系统在任何微小干扰下(包括输入量)，系统的输出量会越来越大，并*终趋向无穷大或者输出量为振荡，其幅值越来越大，*终趋向无穷大。这时被控制量发散振荡，不能达到所要求的稳定工作状态。这种情况下，不但不能纠正偏差，反而使偏差越来越大，如图1.6所示，这也属于不稳定过程。
图1.6发散振荡过程响应曲线
1.2.2自动控制系统的基本形式
在生产过程中，为了提高产品质量、劳动生产率以及保证生产人员的人身安全，需要对生产设备及其工艺流程进行控制，使被控制的变量保持恒定或按照工艺要求的规律变化。通常把被控制的设备或过程称为被控对象，被控制的物理量称为被控制量，以轧机压上位置控制为例进行说明。依据预期出口厚度，由计算机控制调节液压压上系统，将轧辊辊缝移动到比设定出口厚度小的某一位置后，轧辊轧制出来的轧件就接近预期出口厚度。这里给定的压上位置代表控制量，轧后轧件的厚度代表输出量或称为被控制量，经过轧辊的加工作用，轧件变薄，即一定的压上位置就对应一定的轧出厚度。但在辊缝不变的条件下，如果来料厚度不均、硬度不均或轧制条件发生变化，也会引起辊缝发生变化，因而轧出的轧件厚度也就发生变化。在这一轧制过程中，输出量对轧制量没有赋予任何控制影响作用，这种输出量不会返回影响过程的控制系统称为开环控制系统。
如果在轧机出口安装测厚仪，当外界干扰引起被控制量发生变化时，根据实测值与目标值比较，就通过液压压上系统去改变辊缝位置，使得轧出的厚度逼近目标厚度，调节控制在允许的厚度偏差范围之内。这一过程，用计算机自动完成偏差信号调节和控制信号输出，再由液压执行机构完成具体调节任务，就称为反馈控制系统。控制系统按其结构形式可分为开环控制系统、闭环控制系统和复合控制系统三类，其中复合控制系统是开环控制系统与闭环控制系统的组合。
1. 开环控制系统
开环控制系统是系统的输出量不参与控制作用，一般包括直接控制系统和前馈控制系统。如图1.7(a)所示为直接控制系统，输入量即为控制量，发出控制作用给被控制部分，而被控制部分并不将控制结果反馈到控制端。如图1.7(b)所示为前馈控制系统，控制部分依据对输入量的检测，计算控制量发送到被控制部分，对输入量进行控制。开环系统简单，容易调节，并可以及时跟踪给定量的变化，但是由于干扰信号使输出量不能按照给定量所期望的值工作，所以很少单独采用开环控制系统。
2. 闭环控制系统闭环控制系统将输出量检测出来，经过必要处理后反馈到输入端，与给定量进行比较，再利用作差后的偏差信号经过控制器对被控对象进行控制。图1.8是闭环控制的轧机液压位置控制系统。它借助于位置传感器检测出实际的液压缸位置，并转换成相应的电压信号，然后将它与所要求的目标位置相当的电压信号进行比较，得到与位置偏差相当的偏差信号。偏差信号经过放大器放大，控制伺服阀电