描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787502466862
1 自动化系统概述 2
1.1 基础自动化控制系统 5
1.1.1 SIMATIC TDC 5
1.1.2 SIMATIC S7 PLC 6
1.1.3 ET200的配置 7
1.1.4 自动化PLC功能分配 8
1.1.5 数据采集系统 12
1.2 过程自动化控制系统 12
1.3 人机界面（HMI）系统 13
1.3.1 HMI服务器的配置 13
1.3.2 自动化HMI终端 14
1.3.3 HMI监控软件 14
1.4 自动化网络系统 15
1.4.1 以太网 15
1.4.2 Profibus网 16
1.4.3 GDM网络 17
1.5 控制柜与操作盘 17
1.6 轧线检测仪表 18
1.6.1 测厚仪 22
1.6.2 激光测速仪 22
1.6.3 板形仪 22
1.6.4 张力计 23
1.6.5 焊缝检测仪 23
2 酸洗主令控制系统 25
2.1 酸洗设备概述 25
2.1.1 酸洗入口段 25
2.1.2 酸洗工艺段 26
2.1.3 酸洗出口段 26
2.2 主要控制功能及典型设备 27
2.2.1 张力辊的控制方式 27
2.2.2 焊缝跟踪 33
2.2.3 设定值处理 34
2.2.4 自动减速 34
2.2.5 自动尾部停止控制 35
2.2.6 活套的控制 36
2.2.7 破磷拉矫机 41
3 轧机主令控制系统 50
3.1 主令系统概述 50
3.2 主要功能及典型设备 50
3.2.1 设定值处理 50
3.2.2 带钢穿带 51
3.2.3 传动控制功能 52
3.2.4 焊缝跟踪 60
3.2.5 动态变规格 61
3.2.6 带尾定位 65
3.2.7 飞剪 66
3.2.8 卷取机 69
4 液压伺服控制系统 72
4.1 液压辊缝控制系统 72
4.1.1 设备情况 72
4.1.2 控制原理 73
4.2 液压弯辊控制系统 78
4.2.1 设备情况 78
4.2.2 控制原理 78
4.2.3 弯辊力的确定 79
4.2.4 弯辊力设定模型 80
4.2.5 弯辊控制器的输出 81
4.3 液压轧辊横移系统 81
4.3.1 设备情况 81
4.3.2 横移位置 82
4.3.3 控制方式 82
4.4 机架管理系统 83
4.4.1 辊缝零位标定 84
4.4.2 机架刚度测试 84
5 厚度控制系统 86
5.1 厚度控制系统概述 86
5.2 第1机架前馈FF1-AGC 86
5.3 第1机架监控MON1-AGC 89
5.4 第2机架秒流量MF2-AGC 92
5.5 第5机架前馈FF5-AGC 95
5.6 第5机架监控MON5-AGC 97
5.6.1 Tin模式 98
5.6.2 Sheet模式 100
5.7 机架间张力控制 102
5.7.1 张力产生机理 103
5.7.2 常规张力控制 103
5.7.3 安全张力控制 105
6 板形控制系统 107
6.1 板形检测模型 107
6.1.1 板形测量值计算 108
6.1.2 边部带钢的传感器覆盖率计算模型 109
6.1.3 边部有效测量段径向力修正模型 110
6.1.4 无效测量段处理 111
6.1.5 板形测量的异常值处理 112
6.1.6 变包角板形值处理模型 112
6.2 板形控制系统核心模型 118
6.2.1 板形目标曲线的动态设定 118
6.2.2 基于调控功效的在线实时板形控制系统 127
6.2.3 板形调控功效系数自学习模型 133
7 酸轧过程控制系统 137
7.1 过程控制系统概述 137
7.1.1 过程控制系统主要功能 137
7.1.2 过程控制系统硬件及开发环境 137
7.2 酸洗洗过程控制系统 138
7.2.1 功能概述 138
7.2.2 生产计划数据管理 139
7.2.3 物料跟踪功能 141
7.2.4 数据统计功能 142
7.2.5 设定值计算 142
7.2.6 速度优化 144
7.2.7 缺陷管理 146
7.2.8 酸洗二级与轧机二级的通讯 146
7.3 连轧机过程控制系统 147
7.3.1 功能概述 147
7.3.2 钢卷跟踪 147
7.3.3 同步段数据建立 153
7.3.4 轧辊管理 155
7.3.5 数据采集与处理 156
7.3.6 画面及报表管理 156
7.3.7 模型设定系统 157
7.4 冷连轧在线数学模型 158
7.4.1 冷轧变形区的组成 158
7.4.2 轧制模型中的数值积分方法 159
7.4.3 变形抗力模型 161
7.4.4 摩擦系数模型 161
7.4.5 轧制力模型 162
7.4.6 轧机弹跳模型 163
7.4.7 电机功率损耗测试 165
7.5 模型自适应 167
7.5.1 概述 167
7.5.2 轧制力模型参数自适应 168
7.5.3 自适应增益系数的动态优化 171
7.6 轧制规程的多目标优化 172
7.6.1 概述 172
7.6.2 工艺分析及总目标函数的设计 173
7.6.3 单目标函数的设计 173
7.6.4 张力规程的修正 176
7.6.5 执行流程 176
8 结语 178
9 典型规格轧制报表 178
1. 研究项目的背景，立题依据
随着我国国民经济的高速发展，汽车、家用电器以及电子等诸多行业对冷轧板带材产生了巨大需求的同时也对其质量精度提出了更为严格的要求。酸洗冷连轧过程涉及到材料成形、控制理论与控制工程、计算机科学、机械等多个学科领域，是一个典型的多学科综合交叉的冶金工业流程，具有多变量、强耦合、高响应、非线性、高精度等特点。
从上世纪60年代起，计算机控制系统开始广泛应用于钢铁轧制过程，德国西门子、日本日立等几家大电气公司都已经掌握了冷连轧的核心技术，目前国外能提供成熟高端板带冷轧自动化系统的仅有这几家公司，基本垄断了世界高端板带冷轧自动化控制技术的市场。近年来，这些国外大自动化公司提供给我国冷轧厂的核心应用软件均为黑箱，为企业后期的产品开发和系统优化设置了障碍。我国从20世纪70年代末开始，从国外引进了多套冷连轧生产线，客观上提高了我国轧制过程计算机控制技术的水平。国内的科技人员在消化吸收国外技术的基础上，与国外公司一起进行联合编程，并逐步开始尝试独立开发冷连轧自动化控制系统。
近年来，东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室在冷连轧工艺控制系统方面做了大量的工作，对从国外引进冷连轧机组自动控制系统进行消化和吸收，与日本三菱合作完成了上海宝钢益昌薄板有限公司五机架冷连轧机模型设定程序开发及在线应用，与西门子奥钢联合作完成了唐钢1800mm五机架冷连轧工艺控制系统应用软件联合开发，与鞍钢自动化公司合作完成了鞍钢福建1450mm冷轧机过程控制数学模型系统研制、开发与现场调试。通过多年的努力和技术积累，东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室已经具备了自主设计、集成和开发冷连轧机组自动化工艺控制系统的能力。2013年，东北大学完成了迁安市思文科德薄板科技有限公司的1450mm酸洗冷连轧机组自动控制系统研制与开发工作，该冷连轧生产线是国内条完全依靠自己力量开发全线控制系统应用软件并自主调试的酸洗冷连轧机组。
2. 主要研究过程描述。各研究阶段的研究进展情况，取得的主要成果，应用与效益等
1450mm酸洗冷连轧机组的产品主要为电镀锡产品和冷轧产品，整体设计具有国际先进水平。采用浅槽紊流式酸洗，五机架全六辊UCM轧机，轧制速度为1350m/min，成品带钢厚度为0.18-0.55mm的镀锡基板。该酸轧机组为轧制技术及连轧自动化国家重点实验室（东北大学）三电总包，轧线主传动采用TMEIC交直交传动，使用西门子TDC系统、HP服务器及IBA数据采集系统，配置IRM测厚仪、BETA激光测速仪、ABB板形仪等高端仪表。
控制系统是酸洗冷连轧机组的核心，运行良好的控制系统是工艺质量和生产效率的前提和保障。在该项目实施过程中，采用了具有东北大学自主知识产权的一系列酸轧控制创新技术，申请了多项发明专利和软件著作权。
针对酸洗冷连轧机组的工艺控制要求，设计了包含基础自动化和过程自动化的控制系统方案，根据数据传输要求选择不同通讯网络，并配置测厚仪、板形仪等完备的特殊仪表。根据酸洗冷连轧机组的设备构成，对酸洗段张力辊及活套进行分区域的速度张力控制，实现高精度的轧机飞剪控制、卡罗塞尔卷取机控制、焊缝跟踪、动态变规格控制功能，在酸轧全线跟踪的基础上完成设定值处理。
针对伺服阀非线性特性提出了非线性补偿策略，给出了颤振补偿控制策略，实现液压压下系统中的位置闭环控制和轧制力闭环控制。阐述了弯辊力的确定方法及弯辊力设定模型，根据经验确定了正、负弯辊力的分配方法，并给出了窜辊系统控制方法。
结合轧机的仪表配置，设计并建立了冷连轧厚度自动控制系统。通过在第1和第2机架设置多种类型的AGC，将大部分厚度偏差在前部机架消除。在末机架采用多种AGC控制策略，在不同轧制策略下保证了成品厚度精度。开发了末机架轧制力补偿控制，在优化了厚度和张力的控制方式的基础上保证了末机架轧制力的控制精度。提出了动态负荷平衡控制，防止了某个机架的负荷过大。开发了速度修正控制以保障AGC对机架速度的调节过程得到高效合理的执行。提出了基于动态张力阈值的机架间张力控制策略，完成基于辊缝调节的正常张力控制闭环和基于速比调节的极限张力控制闭环。
针对板形辊的物理特性和实际生产条件制定了板形测量环节的数学模型，并在生产实践中给出了板形测量系统中的各种补偿策略。为了解决板形调节机构调节超限的问题，建立了多变量化的板形反馈控制模型，基于板形执行机构的板形调控功效系数建立了板形控制的目标函数，并制定了板形调控功效系数的自学习模型。
开发了一套适于在线应用的过程控制系统，实现了系统管理、数据通讯、运行信息管理、标签信息管理、过程跟踪等辅助功能，并通过模型计算实现核心的设定计算功能。为了保证模型设定的精度以及解决传统方法难以求解的问题，采用了简易有限元法对轧制参数进行计算。为了提高辊缝预设定的精度，采用了一种新型的冷连轧机弹跳模型。综合考虑了冷连轧过程中的重要因素，开发了一种基于成本函数的多目标轧制规程优化模型。
将该控制系统方案和控制策略成功应用于思文科德1450mm酸洗冷连轧生产线，实现了轧制技术及连轧自动化国家重点实验室在板带冷连轧自动控制领域的跨越式发展。该项目的实施有力推动了大型高端酸洗冷连轧机组的自主创新和国产化进程，使我国拥有了酸洗冷连轧自动控制系统的自主知识产权，打破了国外技术垄断，节省巨额技术引进费用，将大大增强我国在轧制控制系统方面的核心竞争力。
3. 研究发表（论文与专利）
该项目实施过程中，在国内外学术期刊发表论文20余篇，申请国家专利10余项，出版专著1部。
专利
[1] 孙杰，张浩宇，李旭，张殿华. 广义预测控制在监控AGC系统中的应用研究, 中南大学学报（自然科学版）， 第43卷，第10期, 3852-3856页，2012
[2] ZHANG Haoyu, SUN Jie，ZHANG Dianhua，CHEN Shuzong, ZHANG Xin. Improved Smith Prediction Monitoring AGC System Based on Feedback-assisted Iterative Learning Control，Journal of Central South University of Technology，Accepted
[3] 张浩宇，孙杰，张殿华，曹剑钊. 基于流量预估的直拉式冷轧机液压张力控制策略, 材料与冶金学报，第12卷，第4期, 283-288页，2013
[4] 陈树宗，彭文，姬亚锋，张殿华. 基于目标函数的冷连轧轧制力模型参数自适应，东北大学学报（自然科学版），第34卷，第8期, 1128-1131页，2013
[5] 张欣，张殿华，李旭，孙杰. 五机架带钢冷连轧机张力控制系统研究，轧钢，第30卷，第4期,47-50页，2013
[6] SUN Jie，ZHANG Dianhua，LI Xu，ZHANG Jin，DU Deshun. Smith prediction monitor AGC system based on fuzzy self-tuning PID control，Journal of Iron and Steel Research，V17，N2，P22-26，2010
[7] 孙杰，李旭，谷德昊，王国力，张殿华. 高精度铝箔张力控制策略的研究与应用，电机与控制学报，第15卷，第12期, 73-77页，2011
[8] 王鹏飞，张殿华，刘佳伟，王军生，俞小峰. 冷轧板形测量值计算模型的研究与应用，机械工程学报，第47卷，第4期, 58-65页，2011
[9] ZHANG Xin, ZHANG Dianhua, CHEN Shuzong, ZHANG Haoyu, LI Xu, SUN Jie. Modeling and Analysis for Interstand Tension Control in 6-high Tandem Cold Rolling Mill，Journal of Central South University of Technology，Accepted
[10] 孙杰，胡云建，李炳奇，张殿华. 铝箔厚度控制系统及厚度优化策略，东北大学学报（自然科学版），录用待发表
[11] 张殿华，刘佳伟，王军生，王鹏飞. 带钢冷连轧板形功效系数自学习计算模型，钢铁，第45卷，第3期, 52-56页，2010
[12] 孙杰，张殿华，李旭，张泽瑞. 厚度计AGC应用中存在的问题及对策，东北大学学报（自然科学版），第30卷，第11期, 1621-1623页，2009
[13] Sun Jie, Zhang Haoyu, Qin Dawei, Gu Dehao, Zhang Dianhua. Simulation Research of Integral Controller in Monitor AGC System, Proceedings of the 2012 24th Chinese Control and Decision Conference, P3292-3294, Taiyuan, 2012
[14] Zhang Haoyu, Sun Jie, Zhang Dianhua, Li Xu. Compensation method to improve dynamics of hydraulic gap control system, Proceedings of the 2012 24th Chinese Control and Decision Conference, P1536-1541, Taiyuan, 2012
[15] CHEN Shuzong，ZHANG Dianhua，SUN Jie, PENG Lianggui, ZHANG Xin, LIU Yinzhong. Multi-objective optimization of rolling schedule based on cost function for tandem cold mill， Journal of Central South University of Technology，Accepted
[16] JI Yafeng，ZHANG Dianhua，SUN Jie, LI Xu, CHEN Shuzong, DI Hongshuang. Algorithm Design and Application of Novel GM-AGC Based on Mill Stretch Characteristic Curve， Journal of Central South University of Technology，Accepted
[17] Zhang Xin, Zhang Dianhua, Sun Jie, Li Xu, Cheng Pingwen. On quality control strategy in last stand of tandem cold rolling mill, 2012 31st Chinese Control Conference, P7562-7564, Taiyuan, 2012
[18] Chen Shuzong, Zhang Dianhua, Sun Jie, Wang Junsheng, Song Jun. Online Calculation Model of Rolling Force for Cold Rolling Mill Based on Numerical Integration, Proceedings of the 2012 24th Chinese Control and Decision Conference, P3951-3955, Taiyuan, 2012
[19] Wang Pengfei，ZHANG Dianhua，LI Xu，ZHANG Wenxue. Research and Application of Dynamic Substitution Control of Actuators in Flatness Control of Cold Rolling Mill， Steel Research，V82，N4，P379-387，2011
[20] 张殿华，张欣，李旭，孙杰，谷德昊. 基于Smith预估控制器的监控AGC在冷连轧机上的应用，钢铁研究学报，第23卷，第12期, 60-63页，2012
[21] 陈树宗，张殿华，刘印忠，李旭，彭良贵. 唐钢1800mm5机架冷连轧机过程控制模型设定系统，中国冶金，第22卷，第10期, 13-18页，2013
[22] 张殿华，陈树宗，孙杰，宋君，王军生. 基于实测值置信度的冷连轧轧制力模型自适应，钢铁研究学报，第25卷，第11期, 30-33页，2013
[23] 陈树宗，张殿华，孙杰，李旭. 液压弯辊控制系统的建模及辨识，东北大学学报（自然科学版），第33卷，第2期, 208-212页，2012
[24] 李旭，张殿华，何立平，张浩，李一栋. 冷轧监控AGC智能Smith预估器的算法设计，系统仿真学报，第21卷，第14期, 4405-4408页，2009
[25] 张殿华，孙杰，李旭，李文田，孟德霞，付韶武. 冷轧平整机延伸率控制系统的应用及研究，钢铁研究学报，第20卷，第5期, 56-58页，2008
[26] 李旭，张殿华，张浩，韩继征，王晶，刘翠红. 唐钢1700mm五机架冷连轧计算机控制系统，材料与冶金学报，第7卷，第2期, 151-155页，2008
[27] 张殿华，李旭，张浩，韩继征. 辊缝型监控AGC纯滞后补偿控制器的算法设计及应用，钢铁，第43卷，第6期, 52-55页，2008
[28] 李旭，张殿华，张浩，韩继征. 基于CORUM模型与多闭环的冷连轧自动控制系统，东北大学学报（自然科学版），第29卷，第4期, 533-536页，2008
专利
[1] 李旭，孙杰，赵况，张欣，张浩宇，谷德昊，张殿华. 一种测量传动系统转动惯量的方法，2013，中国，ZL201110374048.5
[2] 孙杰，姬亚锋，彭文，刘恩洋，曹剑钊，李旭，张殿华. 一种基于测温仪的板带热连轧卷取温度控制方法，审查中，中国，ZL201110375430.8
[3] 张殿华，李旭，孙杰，古德昊，李建平，刘相华. 一种板带轧制中卷径测量装置及卷取张力控制方法，2010，中国，ZL2008100134636.6
[4] 李旭，刘相华，张殿华，孙杰，支颖，胡贤磊，矫志杰，吴志强，孙涛. 周期性变厚度带材轧制过程中张力的控制方法及控制系统，2011，中国，ZL200910012396.0
[5] 王贵桥，张福波. 一种斜刃剪切机液压传动回路，2011，中国，ZL201010010117.X
[6] 李旭，刘相华，张殿华，孙杰，支颖，胡贤磊，矫志杰，吴志强，孙涛. 周期性变厚度带材轧制过程中张力的控制方法及控制系统，2011，中国，ZL200910012396.0
[7] 张殿华，牛树林，张 浩， 李旭，孙杰，孙涛，刘相华. 一种基于测厚仪反馈信号的高精度板带轧制厚度控制方法，2011，中国，ZL2009100126992.2
[8] 张殿华，刘相华，卢超， 李建平，李旭，孙涛. 一种中厚板液压滚切剪的控制方法和装置，2011，中国，ZL200810012268.1
[9] 张殿华，李旭，王鹏飞，孙杰. 一种冷轧机工作辊弯辊超限的动态替代调节方法，2012，中国，ZL201010616810.1
[10] 张殿华，李旭，古德昊，孙杰，李建平，刘相华. 一种板带轧制中测量料卷卷径、带宽的装置及其方法，2010，中国，ZL200810013465.5
[11] 孙涛，张殿华，王君. 一种动态补偿液压伺服阀零漂的方法，2009，中国，ZL 200710157853.6
[12] 张殿华，刘相华，孙涛，吴志强，王国栋. 一种快速高精度板带轧制过程自动控制厚度的方法，2008，中国，ZL 200610045735.1
专著
[1] 丁修堃，张殿华，王贞祥. 高精度厚度控制理论与实践, 冶金工业出版社，61.5万字，2009
4. 报告完成人员和单位介绍（表格形式介绍）
序号 姓名 工作内容 单位
1 张殿华 项目负责人 东北大学
2 李旭 项目负责人 东北大学
3 孙杰 项目负责人，现场经理 东北大学
4 彭良贵 酸轧过程控制系统 东北大学
5 陈树宗 冷连轧过程控制系统 东北大学
6 张欣 冷连轧主令及张力控制系统 东北大学
7 张浩宇 冷连轧HGC及AGC控制系统 东北大学
8 王力 酸洗主令及张力控制系统 东北大学
9 朱晓岩 酸洗过程控制系统 东北大学
10 胡云建 酸洗介质及辅助辅助控制系统 东北大学
11 孟令江 酸洗辅助控制系统 东北大学
12 李炳奇 冷连轧介质及换辊控制系统 东北大学
13 王国力 冷连轧出入口及急停控制系统 东北大学
14 陈华昕 冷连轧辅助控制系统 东北大学
15 王世伟 冷连轧辅助控制系统 东北大学
16 闫注文 冷连轧板形控制系统 东北大学
17 甄立东 冷连轧人机界面系统 东北大学
18 陈秋捷 酸轧人机界面系统 东北大学
19 吴春玲 酸轧人机界面系统 东北大学
20 卜赫男 冷连轧过程控制系统 东北大学
5. 报告执笔人
孙杰，陈树宗，张浩宇，张欣，王力，闫注文
6. 致谢
感谢实验室领导的关心、指导和帮助，为项目组提供了一个良好的工作平台。感谢思文科德公司领导和专家的的信任和大力支持，以及调试过程中的理解与配合。感谢项目组全体人员所付出的心血和汗水，感谢所有人为自主创新的酸轧控制系统开发所作出的贡献。
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