第8章轧制过程计算机自动控制系统的应用-93P

热轧过程控制计算机系统摘要：现阶段过程控制计算机系统已被广泛应用在各领域生产经营建设中，对提高产品生产效率，保障生产综合效益意义重大。

为充分发挥出过程控制计算机系统在热轧环节的应用优势，还需借助明确现阶段热轧设备管控要求，探索出热轧过程控制计算机新路径。

本文就针对此，首先提出过程控制计算机系统发展以及在热轧环节的应用重要性，提出热轧过程中过程控制系统种类，明确热轧过程中控制计算机系统运行要点，以供参考。

关键词：信息时代；热轧；过程控制计算机系统前言：为进一步提高热轧质量，需要分析热轧全过程的应用管控要点，确保热轧设备安装及后续运行工作能够始终处于安全高效的状态。

随社会经济及科学技术发展速度不断加快，热轧系统也逐步趋向于自动化方向发展，对从根本上提高各类资源利用率，保障热轧设备运行期间的安全性与可靠性具有重要意义。

1、概述过程控制计算机系统20世纪50年代末，第1台过程控制计算机被应用在炼油厂内，为炼油厂高效生产目标的实现奠定了坚实技术基础[1]。

随后过程控制计算机也被应用在了钢铁工业，衍生出了带钢热连轧计算机控制系统，取得了显著的技术与经济效益。

现阶段热轧过程计算机控制技术主要就是采用计算机直接数字控制方式，由于热轧环节使用到的连扎设备生产效率高，质量控制难度小，在轧制过程中更易实现自动化与机械化目标，有效推动了联闸自动化发展进程。

依照应用特征、控制目的控制方法，可以将过程计算机控制系统划分为数据收集系统、直接数字控制系统、监督计算机控制系统、多级控制系统与分散控制系统多种类型。

数字控制系统中，计算机负责对实际生产期间的各类参数进行巡回、检验、处理，合理控制数据监管期间的给定时间间隔，借助打印的方式向各部门以及工作人员准确传达数据内容[2]；数字控制系统就是在信息处理平台中输入模拟处理量，依据模拟处理量通道、开关量通道，开展全面数据采集工作，计算数据控制规律，实现生产全过程控制目标；监督计算机控制系统采用两级计算机完成直接数字控制功能，下位机需要进行直接数字控制，上位机可以直接反映并计算生产过程中的数据以及数字模型；多级控制就是使用分层控制方法，由最低一层等级逐步发展到最高等级信息控制系统，能够满足规模更大的生产控制要求；分散控制系统是被称之为分布式控制系统，在实际运行过程中具有分散控制、集中管理特征。

科技论坛轧钢技术是工业生产中的重要技术，随着工业的不断发展，轧钢过程也开始趋于自动化，这也对轧钢过程的计算机控制系统提出了更高的要求，轧钢过程的控制周期比较短，由于控制的对象惯性比较小，而且反应比较快，其控制周期一般在２￣２０ｍｓ左右。

带钢热连轧是轧钢的主要类型，其自动化技术对计算的要求有两高的特点，首先，其计算机系统必须具有较高的控制能力，其次，其计算机系统必须具有高速通信的能力，我国由于研究技术有限，不具备提供这种系统的条件，为了提高轧钢技术，相关人员必须向国外取经，研究出适用于我国轧钢过程的计算机控制系统。

１区域控制器群结构分布式计算机控制系统区域控制器群结构分布式的计算机控制系统具有很大的特点，其在特定的区域内将高速网转变为在生产区的控制器，并将其连接起来构成一个群组。

这些群每个都是由两层构成的，这两层分别是区域主管层以及机架控制器层。

运用这种系统控制轧钢过程，需要利用以太网，因为区域控制器群结构会减少主网中的网站数量，而区域主管的工作任务又大大增加了，采用以太网后会降低其碰撞的概率，还会提高计算机系统的通信的能力。

以太网的优点很多，不但通信能力快，而且更加经济，而且适用的范围比较广。

为了使轧钢过程更好的适应硬件结构，必须在系统中相应的改动软件结构，在对系统运行过程进行跟踪时，要以基础自动化为主，也就是是系统的一级完成跟踪的任务，并对其进行校正，跟踪结果的数据传送要实现自动化；对数据的处理一般是由一级区域的主管负责，其主要操作是传送；对数据设定值的任务是由二级负责管理的，设定后再传送到下一级；操作人员与计算机的界面站主要以一级的ＨＭ１为主，对ＨＭ１服务器的数据交换主要是区域主管负责，由其直接传送到Ｌ１的机架控制器中。

区域控制器群结构分布式计算机控制系统如图１所示。

图１区域控制群结构在该系统中，区域主管的作用非常重要，而且对系统的稳定运行发挥着重要的功能，首先，区域主管需要负责轧件的运送，这一过程不但包括对其运送过程的跟踪、检测，还包括对辊道的控制。

一、填空题1、8.1轧线自动化控制系统通常有三种工作方式，即自动方式、半自动方式和手动方式。

2、8.1自动和半自动方式的区别在于各个基础自动化控制系统是接收过程机设定的数据还是接收来自操作室HMI设定的数据，前者称为自动方式，后者称为半自动方式。

3、8.1对于现代热连轧带钢生产线，通常在自动或半自动工作方式下进行正常生产，手动方式一般用于设备的检验、维护。

4、8.2对粗轧机组设定计算有两次，时间分别是从加热炉抽钢时和板坯到达粗轧机入口时，第二次比第一次精确。

5、8.2热带3/4连续式R3与R4轧机之间的带钢采用无张力控制。

6、8.2为了避免切下的头部和尾部搭在带坯上，切头时飞剪的速度要稍高于带坯的速度，切尾时飞剪的速度应比带坯的速度稍低一些。

7、8.2计算机对飞剪的控制包括剪切方式、剪切长度选择及启动飞剪剪切。

8、8.2热带钢生产时飞剪剪切方式有3种：切头、切尾和二分割Half。

9、8.3控制系统分类的方法很多，按照变量的控制和信息传递方式不同，可以分为：开式控制、闭式控制、半闭式控制、复式控制。

10、8.4轧钢生产过程中数学模型按用途的不同，分为工艺类数学模型和控制类数学模型。

11、8.4影响模型精度的主要因素有：数学模型带来的误差、量测误差和系统特性的变化。

12、8.4指数平滑递推公式进行学习的公式表达式为：BN+1=BN+a(BN*-BN)二、判断题1、8.1轧件跟踪在基础自动化、过程自动化及生产控制级中分别进行。

（√）2、8.1轧件跟踪是基础自动化的功能，只在一级中进行。

（╳）3、8.1轧件跟踪在基础自动化、过程自动化、生产控制级、生产管理级中分别进行。

（╳）4、8.1当轧件在辊道上的实际位置与计算机所跟踪的位置不一致时，操作人员通过人机界面，通知跟踪修正功能修改轧件在计算机上的跟踪信息，使之与实际位置一致。

（√）5、8.1过程自动化设定模型的主要任务是对各执行机构的位置、速度进行设定以保证带钢头部的厚度、温度、板形质量，而质量控制功能则用于保证带钢全长的厚度、温度、板形等精度。

任何动作过程都是一种控制过程。

最简单的生产控制环节是由生产过程和人组成的。

现以轧机压下位置的控制为例进行说明。

依据预期的出口厚度，由人调节压下螺丝将轧辊辊缝移动到比预期的出口厚度小的某一位置后，轧辊轧出来的轧件就接近预期的出口厚度。

这里给定的压下位置代表控制量，轧后轧件的厚度代表输出量或称为被控量，经过轧辊的加工作用，轧件厚度变薄，也就是说一定的压下位置就对应着一定的轧出厚度。

但在辊缝不变的条件下，如果来料厚度不均、材质不均或轧制状态发生变化，也会使轧机（轧辊挠曲、立柱等受力部件）弹性变形不同，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有测厚仪，当外界干扰引起被控量发生变化时，人根据观察到的实测厚度，与目标值比较，发现已偏离了所要求的目标厚度，就通过压下螺丝去改变控制压下位置，使得轧出的厚度回到所要达到的目标厚度，几次调节把它控制在允许的厚度偏差范围之内。

这一过程，人在轧制过程中起到了比较、判断和操作的作用。

由此可知，人工操作过程实质上是通过测厚仪发现差异，由人来纠正差异的过程。

这里人的眼睛、大脑、手、轧机和测厚仪等便组成了一个人机闭环控制系统。

将输出量反馈回来影响输入量的控制系统称为闭环控制系统，或称为反馈控制系统。

如果是用运算控制器代替人自动完成偏差信号调节和控制信号输出，再由电动执行器完成具体调节任务，就成为自动控制系统。

控制系统分类的方法很多，按照变量的控制和信息传递方式不同，可分为开环控制系统、闭环控制系统和复合控制系统等。

控制系统一般用框图及信号流线表示，这样控制系统的分析可以从任何具体控制装置中抽象出来。

将控制系统的各环节的相互联系和流程用动态结构框图表示，便于比较分析，也便于对系统进行实验模拟。

返回实际问题时，只要将各框图内数学模型建立准确，即可仿真某种输入条件下的输出结果。

PLC计算机控制系统在冷轧带钢生产线应用摘要：社会发展迅速，轧钢是生产和生活中最常见的一种钢材，其需求量极大，但冷轧钢带的生产线常常因为控制问题造成生产停滞，给企业带来了很大的不便，为了更好的控制冷轧钢带生产中各个部分的协调控制，引入了西门子的PLC控制系统，通过PLC与计算机的控制，生产线可以实现自动控制，极大的减轻了工人的劳动强度，保证钢带的质量、产量、成材率，取得了较好的经济效益。

文章根据生产实践经验，对PLC系统在钢带生产线上的应用、故障诊断、系统控制以及要注意的问题等方面进行了具体的探讨，为PLC系统在冷轧钢带生产线上的使用提供了指导，同时为PLC系统在冶金领域的推广应用提供了有效的支撑。

关键词：PLC计算机控制系统；冷轧带钢生产线；应用引言冷轧项目引进全套自动化生产线。

主要机组包括：酸轧联合机组、电解脱脂机组、罩式退火炉机组、电镀锡机组、拉矫重卷机组、包装机组、磨辊间设施、酸再生机组废酸等处理及相关配套公辅设施。

全线自动化系统控制器DCS、TDC采用西门子公司产品，其系统稳定、高效、自动化程度高，人机界面友好、产品成材率高。

1冷轧机电气控制系统构成及其自动化控制系统设计需求为有效提升系统自动化程度，根据冷轧生产的复杂程度与设备并行的工作特点，冷轧机控制系统使用分布式计算机控制。

在这之中，自动化控制系统是电气控制系统执行环节，决定了板材质量，是轧机引发振动的原因，因此对控制系统的探索与分析是极其重要的。

自动化控制系统包含了张力与板形自动控制系统、厚度与速度自动控制系统在这里面，速度自动控制这一系统是基础的控制模块，计算机网络通信等技术在该系统中运用，可以提高生产过程的稳定性，降低废轧率。

而张力自动控制系统可以维持板材张力恒定，是确保轧机组平衡的保障。

板形自动控制系统是当前板带轧机达到高精度控制的主要影响因素。

厚度控制系统是基本自动化控制系统最关键的一个部分，经过维持带钢纵向厚度均衡性严格把控尺寸。

计算机自动控制在钢铁行业的应用钢铁行业，具有规模大、覆盖面广、流程复杂等特点，对计算机自动控制技术的需求尤为强烈。

钢铁工业计算机自动控制可以获得巨大的经济效益，是钢铁工业现代化的标志，已经成为了钢铁业发展的重要技术支柱。

钢铁行业计算机自动控制一、加强对计算机自动控制系统的认识1、什么是计算机自动控制系统？计算机自动控制系统是将自动控制技术与计算机技术有机的结合后发展而成的。

传统的控制理论面对较为繁杂的控制系统和计算步骤而出现无法解决的情况，存在着一定的局限性，也无法达到控制系统所需的运行要求。

随着控制理论的不断发展，在设计、分析以及综合方面，自动控制的理论基础都在不断完善，而在计算机技术的辅助下发展更为快速，两者的高效结合更是出现了一个高效的平台，加速了该系统的发展速度。

2、计算机控制系统的组成和特点在该系统中，被控对象与计算机之间的数据传输与交换是通过过程输入/输出通道完成，输入通道是将被控参数转变为数字代码，输出通道则相反，将计算机的相关数据和控制命令转变为控制信号对被控对象进行控制。

过程输入/输出通道包含有模拟量的输入输出和开关量的输入输出。

外界信息与计算机之间的交流是通过外部设备实现，操作台则是实现人机对话的设备。

软件主要是为实现计算机控制系统的各种功能。

相对于连续控制系统，计算机控制系统混合有数字信号和模拟信号，这样的方式更方便实现复杂控制。

在连续控制系统时，修改控制规律必须进行模拟电路的修改，对结构改变较大，而计算机控制则只需要对相关程序进行修改。

计算机控制系统不再是连续控制而是离散控制，一个数字控制器就能实现分时控制而进行多个控制。

计算机控制系统能更为有效的实现一体化管理。

3、计算机控制系统的应用类型分类计算机控制系统主要分为数据采集系统、直接数字控制系统、监督计算机控制系统、分级控制系统DES和现场总线控制系统FCS。

在数据采集系统中，计算机负责采集和处理数据，而直接控制。

其作用主要是在生产过程中检测、记录和处理各个工艺变量，超出情况报警提示，对于此类变量还可实现实时分析和累计分析，分析出趋势来给予操作者参考。

浅谈《轧制过程计算机控制》实践教学随着科技的进步，计算机的普及，信息技术在各行各业都有着深刻的影响[1]，目前，几乎所有的轧制生产方式都实现了计算机控制，而且，发展前景十分广阔[2]。

作为材料成型及控制工程专业的一门专业方向限选课—轧制过程计算机控制，本課程的任务是使学生掌握轧制过程计算机控制系统的基础理论和从工艺的角度出发，运用计算机知识的基本方法，解决轧制生产中的实际问题，以适应目前轧钢自动化的现状和发展。

因而，实践环节（即如何运用计算机控制理论解决轧制工程中的实际问题）是其教学的重要环节，其设置是否合理，对整个教学过程起着至关重要的作用。

1 在教学中存在的几个问题1.1 教学对象轧制过程计算机控制是一门逻辑性和实践性都很强的课程。

其实践教学要求学生通过大量的上机练习来实现，这就要求学习者有较强的动手能力，而本课程的开课对象是非电非计算机专业的学生，大多都没有编程基础，也不具备较强的计算机操作能力，因而尽管花费了很多功夫，但却达不到良好的学习效果，给教学带来了一定的难度。

1.2 传统的教学模式目前，本课程理论32学时，教学方式以教师单向灌输的方式为主，按照教材的编排章节循序渐进，在本课程理论学习结束之后，有一周的上机实践。

很明显，课时设置理论课多于上机实践，对实践教学环节重视不够，无法提高学生计算机的应用能力。

在这种教学模式下，教学矛盾突显得极为突出，学生抱怨课程内容枯燥乏味，晦涩难懂，学生计算机基础差，实际编程更难，难以达到教学要求。

2 强化实践教学的重要性枯燥无味的理论教学给学生留下的多数是抽象的概念、似懂非懂的原理，这些理论很难用文字描述清楚，即使是采用多媒体教学，在课堂上播放形象生动的演示文稿，在VB、VC、C或C++等软件环境里对所要解决的问题进行现场操作演示，但学生当下没有可用的计算机，无法立即实践，课堂上重点难点没能及时掌握，久而久之，原有的兴趣会渐渐淡化甚至消失，自然教学效果就会大打折扣，使得运用理论课上的所学去指导实践成为空谈。