机械设计教案

《板带轧机系统自动控制》教案《板带轧机系统自动控制》教学组1第一讲1、绪论介绍自动控制的含义。（3分钟）用钢铁行业生产录像演示工业生产通过自动控制达到的高度自动化。1.1工业控制系统1.1.1工业控制中的计算机功能（3分钟）轧制生产车间控制台录像——工业控制计算机的数据采集功能、数字控制功能、监督功能等。1.1.2过程控制系统的基本组成（5分钟）过程控制基本结构组成简图——讲解过程控制系统的基本组成部分以及各部分的主要功能，重点讲解整个控制过程的逻辑性。通过彩图指出过程控制技术与计算机技术、控制理论和生产工艺的关联性，以及各学科技术发展的相互促进。1.1.3工业控制计算机的历史发展（3分钟）工业控制技术随着计算机技术和自动控制理论的发展而不断进步。在不同的阶段出现技术程度各不相同的过程控制系统。1.2轧制过程自动化1.2.1轧制过程控制的历史发展（3分钟）简要介绍轧制过程控制的发展阶段。以发展最完善的热带钢连轧控制为例，介绍不断改进的控制工艺对轧制生产效率的促进。1.2.2热连轧过程控制的主要功能（5分钟）以热带钢连轧控制为例，介绍轧制生产控制的主要功能和对应不同生产工艺的针对性。1.2.3轧制自动化的发展方向（3分钟）再次对照过程控制基本结构组成简图介绍轧制自动化发展的方向，并指出对控制系统功能的拓展和性能的提高是轧钢专业所重点关注的。1.3计算机过程控制的基本类型1.3.1数据收集系统（3分钟）以数据收集系统简图介绍数据收集系统的作用和工作流程。1.3.2操作指导系统（4分钟）以操作指导系统简图介绍操作指导系统的功能和工作流程。介绍轧制生产中广泛用到的专家系统等配套模拟程序。1.3.3直接数字控制系统（4分钟）以直接数字控制系统简图介绍直接数字控制系统的功能和工作流程。讲解直接数字控制系统的使用特点和性能要求。21.3.4计算机监督控制系统（4分钟）以计算机监督控制系统简图介绍直接数字控制系统的功能和工作流程。讲解计算机监督控制系统的使用特点。1.3.5多极控制系统（3分钟）介绍计算机监督控制系统的发展和含义，指出计算机在现代工业企业中的调度和管理功能。1.3.6分散控制系统（7分钟）介绍分散控制系统的发展。讲解分散系统的设计原则——分解和协调。讲解分散系统的设计方法——分层、分级和分段。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介绍主要设备和设备布置。（10分钟）以1700mm带钢热连轧机设备布置图为例，对照生产录像介绍热连轧主要生产工艺。介绍生产规范，介绍轧制计划和轧制单位等管理级控制内容。2.1.1加热区（10分钟）对照生产录像介绍热连轧加热区主要生产工艺，重点讲解加热炉前后各设备行动顺序。通过动画演示推钢机、步进梁和抽钢机的动作。2.1.2粗轧区（10分钟）对照生产录像讲解热连轧粗轧区主要生产工艺，讲解各道工序作用。通过动画演示大立辊侧压下和可逆轧制的动作。2.1.3精轧区（12分钟）对照生产录像讲解热连轧精轧区主要生产工艺。讲解各设备动作和精轧需要控制的内容。2.1.4层流冷却区和卷取区（8分钟）观看生产录像了解层流冷却区和卷取区的工作内容。针对热连轧的特殊性，讲解轧制控冷。第二讲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按照生产工序和生产管理的分级，通过逐步补充热连轧整体控制系统图讲解热连轧的控制功能。（1）从生产控制级到过程控制级的数据传递（2分钟）3（2）介绍过程控制级的功能（3分钟）2.2.4.1加热区（15分钟）观看生产录像回顾上次课讲述的层流冷却区和卷取区的工作内容。通过动画演示回顾上次课讲述的推钢机、步进梁和抽钢机的动作，讲解相应的控制内容，并从整体上了解自动位置控制。通过加热炉内温度简图讲解加热炉的温度控制，介绍计算的数学方法。补充热连轧整体控制系统图。2.2.1.2粗轧区（20分钟）观看生产录像回顾上次课讲述的粗轧区的工作内容。通过动画演示讲解粗轧区的各部分控制内容。提出自动宽度控制概念。补充热连轧整体控制系统图。2.2.1.3精轧区（25分钟）观看生产录像回顾上次课讲述的精轧区的工作内容，整体概括精轧设定计算内容。通过动画演示讲解飞剪控制内容。提出板形控制概念和相关措施。讲解精轧机组连续轧制的速度控制。讲解精轧机组的温度控制。讲解精轧机组连续轧制的张力控制。补充热连轧整体控制系统图。2.2.1.4层流冷却区和卷取区（15分钟）观看生产录像回顾上次课讲述的层流冷却区和卷取区的工作内容。通过动画演示讲解层流冷却实现控冷功能的具体控制措施。通过动画演示讲解卷取的具体设定项目和对应实现的功能。介绍卷取后的生产工序所需要的计算机功能。补充热连轧整体控制系统图。2.2.1.5附加功能（8分钟）介绍自学习功能、质量分类和模拟轧钢软三个功能的各自内容。2.2.2系统功能分级组成（5分钟）以补偿完整的热连轧整体控制系统图介绍功能分级组成。通过计算机功能分级组成与生产实际的对应关系了解功能的分级特点。2.2.3硬件分级组成（5分钟）以控制系统计算机布置简图介绍硬件分级组成。讲解计算机硬件分级组成的使用特点和逻辑性。2.2.4系统结构类型（2分钟）42.2.4.1平铺型结构了解平铺型结构。2.2.4.2区域控制器群结构了解区域控制器群结构。2.2.4.3超高速网结构了解超高速网结构。第三讲2.3带钢热连轧机计算机控制数学模型2.3.1轧制力模型（10分钟）讲解热轧轧制力公式，分析其特点。2.3.2热轧金属塑性变形阻力模型（5分钟）介绍热轧金属塑性变形阻力公式，分析其特点。2.3.3热轧带钢温降模型（20分钟）通过一些轧件晶粒组织图片介绍热轧控冷的重要性和历史发展。对照1700mm带钢热连轧机设备布置图，讲解热轧过程中对带钢温度的控制，介绍相关数学模型。2.3.4流量方程（5分钟）介绍流量方程。2.3.5前滑模型（5分钟）通过轧件变形区剖面示意图介绍前滑模型。2.3.6轧机刚度模型（5分钟）通过轧机变形示意图介绍轧机刚度模型。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（10分钟）通过四辊可逆冷轧机布置简图介绍单机可逆冷轧的生产过程。3.1.2冷连轧工艺（35分钟）3.1.1.1酸洗线通过生产录像介绍酸洗设备，讲解酸洗作用。介绍酸洗线设备构成，并介绍主要设备的作用，指出相互之间的关联。3.1.1.2连轧机组以2030带钢冷连轧机组布置图为例，介绍冷连轧主要设备。5结合现场生产录像，讲解冷连轧轧制过程。3.1.1.3退火工序介绍退火设备，讲解退火作用。3.1.1.4带钢平整讲解带钢平整作用。3.1.1.5带钢精整处理通过横切和纵切简图介绍带钢精整处理的内容。3.1.1.6镀层处理通过带镀层轧制产品图片介绍带钢的镀层处理。3.2冷轧过程控制系统的性能要求（5分钟）主要针对冷连轧提出冷轧过程控制的性能要求。第四讲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（5分钟）通过可逆轧制的动画演示介绍可逆轧制与冷连轧的不同点。3.3.2可逆冷轧过程控制系统功能（35分钟）3.3.2.1轧件及特征点跟踪通过可逆轧制的特征点彩图重点讲解可逆轧制的特征点跟踪功能。3.3.2.2轧制规范及模型设定介绍可逆轧制轧制规范和轧制设定内容。3.3.3.3模型自适应和自学习介绍可逆轧制的模型自学习功能。3.3.3.4自动厚度控制AGC通过可逆轧制的动画演示介绍可逆轧制的厚度控制，重点讲解轧机加速和减速时的厚度控制。通过油膜轴承的油膜厚度彩图介绍针对油膜变化的调整措施。3.3.3.5自动板形控制通过弯辊示意彩图介绍弯辊装置。通过轴向窜辊示意彩图介绍CVC技术。通过支承辊修形示意彩图介绍支承辊辊身边部修形技术。介绍轧制过程中的平坦度测量。通过分段冷却示意彩图介绍分段冷却改善板形的技术。3.3.3.6轧制顺序控制6通过可逆轧制速度规程曲线图介绍可逆轧制的顺序控制。3.3.3.7自动长度记录介绍自动长度记录。3.3.3.8厚度自动分类及质量报表打印介绍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（30分钟）3.3.3.1道次及压下分配模型介绍道次及压下分配公式。3.3.3.2轧制速度模型通过可逆轧制速度规程曲线图介绍轧制速度模型。3.3.3.3张力设定模型介绍张力设定模型和张力设定与厚度控制的关联。3.3.3.4辊缝设定模型介绍辊缝设定模型。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（30分钟）讲解冷连轧过程控制所包括的子系统。3.4.1.1SCC级介绍SCC级控制基本任务。3.4.1.2DDC级通过2030带钢冷连轧生产线布置图，介绍DDC的布置和控制功能。3.4.1.3基础自动化级介绍基础自动化级PLC控制任务。3.4.1.4活套控制动作过程通过2030带钢冷连轧活套布置图介绍冷连轧活套控制的作用和动作过程。第五讲3.4.2冷连轧过程控制系统的功能（40分钟）3.4.2.1材料跟踪讲解材料跟踪功能在整个冷连轧过程控制中的作用。以整个生产线为准，讲解材料跟踪的具体内容。3.4.2.2道次计算通过冷连轧过程控制功能流程图介绍轧制道次计算的功能模块，并提出轧制道次计算中的四种计算模式。7通过观看轧制生产现场操作台录像了解道次计算控制功能。介绍轧制规程选择功能模块内容。讲解设定值计算功能。介绍测量值收集功能模块。介绍设定值输出功能模块。介绍自适应计算功能模块。介绍自学习功能模块。3.4.2.3动态规格变换通过楔形区示意图讲解动态变规格功能模块的意义和作用，推导楔形区数学模型参数。介绍动态变规格控制的解决思路。以5机架冷连轧为例，通过顺流调节示意图讲解动态变规格顺流调节内容，分析其优缺点。以5机架冷连轧为例，通过逆流调节示意图讲解动态变规格逆流调节内容，分析其优缺点。3.4.3带钢冷连轧机计算机控制数学模型（15分钟）3.4.3.1轧制规格介绍冷连轧轧制规格的设定计算。3.4.3.2弹塑曲线介绍冷连轧弹塑曲线。3.4.3.3弹跳方程介绍冷连轧弹跳方程，为下节内容做铺垫。3.4.3.4流量方程介绍冷连轧流量方程，解释冷连轧的速度设定计算。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（15分钟）通过机座弹性变形示意图机座弹性变形，提出纵向刚度概念，解释其含义。4.1.2弹跳方程（15分钟）通过机座弹性变形曲线引导给出机座弹跳方程。通过人工零位弹跳曲线引导精确的弹跳方程，并解释对空载辊缝的影响因素。4.1.3弹跳曲线的测定（10分钟）4.1.3.1轧制法以带轧件的轧制示意图介绍轧制法测定机座弹性变形曲线。4.1.3.2压靠法以不带轧件的轧辊压靠示意图介绍压靠法测定机座弹性变形曲线。4.1.4轧制速度、轧件宽度对轧机纵向刚度的影响（5分钟）8介绍轧制速度、轧件宽度对轧机纵向刚度的影响第六讲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（15分钟）4.2.1.1轧制力作用方向以简单轧制示意图分析轧制力作用方向。4.2.1.2影响轧制力的因素以不同压下量的示意图解释压下量对轧制力的影响。解释变形抗力对轧制力的影响。以变形区微元体的应力状态示意图解释张力对轧制力的影响。介绍摩擦系数对轧制力的影响。4.2.2轧件塑性变形曲线和塑性方程（10分钟）介绍轧制力对各影响因素的函数。以轧件塑性变形曲线讲解塑性方程，解释塑性刚度。4.2.3轧制条件对塑性曲线的影响（10分钟）4.2.3.1轧前厚度以轧件厚度对塑性曲线的影响图讲解轧件厚度对塑性曲线的影响。4.2.3.2张力以张力对塑性曲线的影响图讲解张力对塑性曲线的影响。4.2.3.3摩擦系数以摩擦系数对塑性曲线的影响图讲解摩擦系数对塑性曲线的影响。4.2.3.4变形抗力以变形抗力对塑性曲线的影响图讲解变形抗力对塑性曲线的影响。4.3弹塑性曲线的应用联立机座弹性曲线和轧件塑性曲线形成轧机弹塑性曲线（P-h图）。4.3.1轧件厚度波动的原因（10分钟）从弹跳方程着手讲解轧件厚度波动原因。4.3.1.1空载辊缝以空载辊缝对轧件厚度的影响图讲解空载辊缝对轧