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第一讲：自我介绍姓名：张大志，联系方式13683088070，机电8161．1课程的性质、任务、目的1．课程的性质和目的公共选修课同学们知识背景有差别；同学们专业、年级有差别；交叉学科轧钢/自动化，轧钢&自动化；轧钢自动化基础（自动化在轧钢中的应用）；开课出发点学校性质；基础知识普及；2．任务轧钢基础理论知识；自动化基础理论知识；自动化理论知识在轧钢生产中具体且简单的应用（结合实际现场应用案例）；授课力求知识基础、内容充实、讲解简洁、系统完整，不深究理论、模型和公式等。3．目的了解冶金生产发展历史、自动化发展历史、轧制自动化的发展过程；冶金生产基本设备和工艺流程；轧钢设备基本组成、基本工艺流程；掌握轧钢过程基本原理；掌握轧钢自动控制系统的一般知识和整体系统构成熟悉常用低压电器、PLC等的工作原理、特性和基本应用方法；熟悉自动控制系统基本原理和控制系统基本环节；熟悉液压系统基本组成、控制和应用；了解变频器基本原理和传动控制系统的应用；了解网络技术、自动化和计算机技术的最新进展。此外，还要侧重培养学生对轧钢自动控制系统应用中的实际工程背景的理解，结合实际应用和典型案例进行分析，学会利用最新的自动控制系统硬件和软件，掌握解决问题的常用方法，最终达到拥有运用所学基本知识分析及解决一些较简单实际问题的能力。4．课程的内容安排第一章绪论1.1课程的性质、目的、任务和内容安排1.2轧钢基本背景知识介绍1.3轧钢自动化的发展第二章轧钢基础知识2.1冶金生产基本工艺流程2.2轧钢生产线基本工艺流程2.3轧钢生产线设备组成2.4轧钢生产基本原理第三章热连轧生产线自动控制系统3.1热连轧生产线区域划分和功能概述3.2自动控制系统构建3.2.1基本思想3.2.2网络结构及系统特点3.3L2过程自动化系统3.4L1基础自动化系统3.5L0传动控制级第四章热连轧生产线自动化典型控制功能4.1过程自动化典型控制功能4.2基础自动化典型控制功能4.3传动控制典型控制功能第五章自动控制基本原理和控制回路5.1自动控制基本原理5.2轧线主要仪表和低压原器件5.3基本控制回路和控制环节第六章电液控制技术6.1液压系统和电液控制系统介绍6.2电液比例控制系统6.3电液伺服控制系统第七章可编程序控制器7.1可编程序控制器的基本结构、工作原理和主要特点7.2可编程序控制器的内部等效继电器电路7.3可编程序控制器的编程和指令系统7.4西门子PLC（TDC）的主要硬件介绍7.5可编程序控制器的应用第八章自动控制系统软件实现8.1编程系统Step7介绍8.2人机界面系统WinCC介绍8.3轧钢自动化软件系统第九章传动控制系统（备用）9.1变频器介绍9.2直流调速系统9.3交流调速系统1．2轧钢基本背景知识介绍1．2．1引子之一：“生产之花”自然之花：牡丹、玫瑰、康乃馨人工之花：礼花生产之花：钢花1．2．2引子之二：钢铁与生活_钢铁制品军事：航母、军舰、火箭、战机、坦克、枪支建筑：埃菲尔铁塔、鸟巢民用：客机、火车、汽车、农具、厨房1．2．3引子之三：钢铁的真面目_钢铁产品铸铁、铁艺铸坯线材棒材钢管型钢：槽钢、H型钢、Z型钢、轨梁等带钢：热轧、冷轧、彩凃1．2．4“钢铁”定义铁：是一种化学元素，它的化学符号是Fe，它的原子序数是26，是最常用的金属。是地壳含量第二高的金属元素。约占地壳质量的5.1%，居元素分布序列中的第四位，仅次于氧、硅和铝。西亚赫梯人是最早发现和掌握炼铁技术的。中国是较早发现和掌握炼铁技术的国家之一。1973年在中国河北省出土了一件商代铁刃青铜钺，表明中国劳动人民早在3300多年以前就认识了铁，熟悉了铁的锻造性能，识别了铁与青铜在性质上的差别，把铁铸在铜兵器的刃部，加强铜的坚韧性。在自然界，游离态的铁只能从陨石中找到，分布在地壳中的铁都以化合物的状态存在。钢是对含碳量质量百分比介于0.02%至2.04%之间的铁合金的统称。中华人民共和国国家标准GB/T13304－91《钢分类》描述：“以铁为主要元素、含碳量一般在2%以下，并含有其他元素的材料。”钢的化学成分可以有很大变化，只含碳元素的钢称为碳素钢（碳钢）或普通钢。类对钢的应用和研究历史相当悠久，但是直到19世纪贝氏炼钢法发明之前，钢的制取都是一项高成本低效率的工作。1．2．5冶金史简介世界冶金史：在新石器时代后期人类开始使用金属，经历了铜─青铜（包括铜砷、铜锡、铜铅和铜锌合金，见铜合金─铁（包括块炼铁、生铁、熟铁或钢）几个时代。世界各地进入铜器、铁器时代的时间各不相同，技术发展的道路也各有特色。冶金技术和金属的使用同人类的文明紧密联系在一起。铜器时代──铜石并用时代人类在新石器时代晚期开始利用天然金属。此后逐渐以矿石为原料冶铸铜器。此时以使用石器为主，也使用少量小件铜器，被称为铜器时代或铜石并用时代。早期对天然金属（铜、金、陨铁）的使用在现在伊朗西部艾利库什（AliKosh）地区发现公元前七、八千纪用天然铜片卷成的铜珠。在伊朗中部纳马克湖南部泰佩锡亚勒克（TepeSialk）发现了公元前五千纪的铜针。在克尔曼（Kerman）之南的叶海亚（Yahya）地区发现了公元前五千纪后期天然铜制成的铜器。陨铁不如天然铜、金容易识别，使用较晚。目前最早的陨铁器是公元前四千纪的铁珠和匕首（含镍7.5～10.9％），出土于尼罗河流域的格泽（Gerzeh）和幼发拉底河流域乌尔（Ur）地方。中国的最早陨铁文物是商代中期（约公元前13世纪中叶）的藁城铁刃铜钺（yue）。最早冶金天然金属的资源有限，要获得更多的金属，只能依靠冶炼矿石制取金属。人类在寻找石器过程中认识了矿石，并在烧陶生产中创造了冶金技术。矿石炼铜是人类文化发展的重要里程碑。最先使用的是氧化铜矿（如孔雀石），将氧化矿石与木炭混合加热还原得到金属铜。已知最早的人工冶炼的铜器出土于伊朗叶海亚（Yahya)地区（约当公元前3800年前）。与此同时，在埃及和美索不达米亚使用含镍或含砷铜器。中东的炼铜技术在公元前三千纪向欧洲和印度传播，保持了含镍和用砷的特点。青铜主要指铜锡合金，铜中加入锡可以改善性能。青铜的熔点比铜低，铸造性能好，逐渐成为古代铜器的主要品种。最早的锡青铜出现于两河流域,约当公元前3000～前2500年。中国的早期冶金中国甘肃东乡马家窑文化的青铜刀（含锡6～10％）,是迄今发现的中国最早的青铜器物，约当公元前三千纪初期，与乌尔青铜同时。青铜时代中国商代以前的青铜器在商代之前和商代初期，黄河流域已经出现了一些铜器，包括红铜、锡青铜和铅青铜。山东胶县出土了龙山文化的极为原始的黄铜锥；河南登封出土公元前三千纪末期的青铜片。河南偃师二里头文化三期（公元前17世纪）已能铸造锥、锛、铃和铜爵等较复杂的青铜器物。夏家店下层文化也出土了红铜、青铜器和石范。甘肃齐家文化和火烧沟文化遗址出现了大批铜、青铜器和金银饰品。此时已掌握铸造中空器物的技术，如铜四羊权杖首。权杖首还使用了嵌铸技术,这些都反映了较高的铸造水平。商周青铜铸造商周是中国青铜器的鼎盛时期，在技术上达到了当时世界的高峰。出土大批商周铸造铜器包括生产工具（斧、锛、钻、刀、削、锯、锥等）、农具（锄、铲）、武器（戈、矛、钺、镞等）以及大量的礼器和生活用器。中国冶金史上的一个最突出的特点，是铸造技术占有重要的地位，以至于铸造既作为成形工艺而存在，又成为冶炼工序中的一个组成部分，达到了“冶”与“铸”密不可分的地步。河南偃师二里头出土了近30件商代早期(公元前16世纪)的锡青铜器(图1)。河南郑州出土的商代中期两只方鼎（图2），分别重64.2公斤和82.3公斤，高约1米，后者含铅17％、锡3.5％。河南安阳出土的商代晚期的司母戊鼎875公斤（见彩图），是世界上已出土的最大古青铜器。铸造技术中国商周青铜器大都用经过焙烧的泥范铸造，晚期则和世界其他国家一样使用少量铜范。殷墟妇好墓出土了精美青铜器四百四十多件，有些器物形状尺寸基本相同，可能已用一套模制作几套范，这批铜器中还有结构复杂的铸件，如汽柱甑（zèng）形器(青铜汽锅)。湖北随县曾侯乙墓(约公元前430年)出土青铜器四千余件，总重达十吨，其中错金铭文的编钟多达64枚，每钟两音。可以看到当时中国已经非常熟练地掌握了综合利用浑铸、分铸、失蜡法、锡焊、铜焊的铸造技术，已处于世界领先的地位。矿石和熔剂冶铜的一个重要发展是硫化铜矿的使用，在阿尔卑斯山区，至迟在公元前1200年已经使用硫化铜矿，并生产了重达40公斤的铜锭。在中国，古代使用的铜矿石主要是氧化铜。湖北大冶铜绿山矿冶遗址采用了木结构支护和排水提升设备。矿石在矿区用竖炉冶炼，附近遗留有流动性很好、铜渣分离良好的玻璃质炉渣约40万吨，渣中含铜平均0.7％。根据炉渣成分和炉旁的赤铁矿推测，冶炼时使用了熔剂，以调整炉渣成分，提高渣的流动性。合金的认识《考工记》记载了铸造各类青铜器所用合金成分，即“六齐”，这是世界上已知的最早的关于合金成分规律和配比的经验性科学总结的记载。《吕氏春秋·别类篇》（公元前240年左右）记载：“金（即铜）柔锡柔,合两柔则刚”，这是世界上较早的有关合金强化的叙述。《荀子》（公元前313～前238年）中指出铸造青铜时“刑范正，金锡美，工冶巧，火齐得”，即要求铸范精确,原料纯洁,工艺细致，温度、成分适当，也是较早的有关铸造工艺的记载。《考工记》中还记载有：“凡铸金之状，金与锡，黑浊之气竭，黄白次之；黄白之气竭，青白次之；青白之气竭，青气次之，然后可铸也”，说明当时已掌握了根据火焰的颜色，来判定青铜是否冶炼至精纯程度的知识，这是后世化学中火焰鉴别法的滥觞（先河）。用以比喻工夫达到纯熟完美境界的成语“炉火纯青”，就是由此引伸出来的。其他金属的使用在公元前三千年以前，铅、银、金极为少见，但在公元前三千纪的早期青铜时代，在广大地区，从希腊到中国各类文化中，它们已在窖藏或墓葬中常常出现。在两河流域出现了含铜27.5％的银合金匕首，当时已从铅中用灰吹法提银。第二讲：铁器时代铁的发现和应用人类使用铁至少有五千多年历史，但进入铁器时代则是在公元前第一千纪初。表是截至1980年为止发现的关于近东和东地中海地区的早期铁器件数和情况的报道。除实物外,苏美尔语铁字“AN·BAR”已见于公元前20～前19世纪的文献。但由上表可见，已经发现的属于公元前13世纪以前的铁器不多，确定为人工冶炼的则更小。从公元前12世纪起,铁器在地中海东岸地区日益增多,最早发源地可能在现今土耳其地区，开始作为珍品，如剑柄，以后制成铜柄铁剑。到公元前10世纪，铁工具已经比青铜工具更为普遍。公元前8～前7世纪北非、欧洲相继进入铁器时代。当时使用的炼铁炉主要是地炉和竖炉。地炉直径约40厘米，深20厘米，冶炼海绵铁。冶炼后取出全部炉料，经过锤打分离炼渣，或者先行破碎，分选后烧结锻造成锭，这种方法称为块炼铁法。中国冶铁中国冶炼块铁的起始年代虽然迟至公元前6世纪，约比西方晚900年，然而冶炼铸铁的技术却比欧洲早2000年。在1981年经中国学者关洪野等人对513件出土的汉魏时期铁器研究后表明，中国早在两千多年前的汉代（前200后200）就已经发明了球墨铸铁，远远早于发达的欧洲国家。中国学者所做的结论已经得到了国际学术界的承认。中国铸铁的发明和发展春秋末叶起生铁在中国得到了日益广泛的应用。此后利用生铁经退火制造韧性铸铁和以生铁为原料制钢技术的发明，标志着生产力的重大进步。中国铸铁的发明出现在公元前5世纪，而欧洲则迟至公元后的15世纪。由于铸铁的性能远高于块铁，所以真正的铁器时代是从铸铁诞生后开始的。社会发展的历史表明，铸铁的出现是社会生产力提高和社会进步的主要标志。中国从块铁到铸铁发明的过渡只用了约一个世纪的时间，而西方则花费了近三千年的漫长路程。战国后期,发明了可以重复使用的铁范(图12)。到汉代发展为由铁官制造铁范,发给作坊，用以生产统一规格的铁器。战国时已用叠铸方法生产铜钱，汉代以后，叠铸方法进一步发展，并大量生产车马器件等。汉代冶铁场所还有以铸造为主的作坊，大多设在城市附