第一阶段一学习资料

1、第一阶段 自动化培训学习资料第一部分 整体简述1. 热轧工艺流程简述 具体见轧线公共设计部分，此部分需密切结合现场，必须掌握。2. 自动化系统设计范围2.1 设计范围主厂房内以及水处理区域内和空压站等公辅设施的电气、仪表及自动化系统的设计包括（从连铸横移台车后第一组辊道开始到运输链末端为止，包括平整分卷区域）：自动化仪表、基础自动化、过程自动化、生产制造执行系统等内容。2.1.1 自动化仪表 加热炉仪表由现场检测、控制仪表，信号转换仪表构成；轧线仪表检测带钢温度、宽度、厚度、凸度、重量、轧机轧制力等参数，具有与基础自动化系统和过程自动化系统通信能力；高压水除鳞泵站、空压站及水处理仪表检测信号直

2、接进入基础自动化系统；水处理系统配置信号转换仪表；能源计量仪表配置一入二出转换仪表，一路送基础自动化系统，一路送能源中心。2.1.2 轧线自动化系统 自动化控制系统由基础自动化级（L1）、过程控制级（L2）、生产控制级（L3）组成。1）基础自动化级（L1） 基础自动化系统由可编程序控制器（S7-400 PLC）、工艺控制器（TDC）、远程IO（RIO）、人机接口（HMI）和过程数据采集系统（IBA）以及通讯网络等共同构成。 L1 级的控制范围：按工艺流程分为板加区、粗轧区、精轧区、卷取区、平整分卷机组等区域，每个区域均设置有各自的基础自动化控制器。 L1 级的任务：主要完成设备的顺序控制及联锁

3、控制，自动位置控制，速度控制，张力控制，带钢的温度、厚度、宽度、板形控制，卷取控制以及加热炉的热工参数控制，回路调节，故障检测与报警，各种操作界面和数据采集等任务。2）过程控制级（L2） L2 级的控制范围：从板加区的加热炉炉前装料辊道辊道开始，到卷取机出口钢卷运输链为止。其中加热炉计算机控制加热炉区；轧线计算机控制粗轧区、精轧区及卷取区。 L2 级的控制任务：主要完成板坯/带钢初始数据处理、材料跟踪、控制模型计算及设定、过程数据收集、数据通信以及操作指导等任务。3）生产控制级（L3） L3 级的控制范围：从板坯库入口开始到成品库发货为止，包括对板坯库、加热炉、主轧线、运输链、钢卷库、磨辊间等

4、工艺车间的管理和控制。 L3 级的控制任务：主要完成轧制计划的编制和发行、发货管理、全厂物料跟踪、质量管理、库管理、磨辊间管理、生产实绩数据的收集、处理，以及数据统计分析、履历、报告等任务。3. 自动化仪表3.1 加热炉仪表(先了解)1) 加热炉本体（3 座加热炉，其中一座二步实施） 加热炉分4 段燃烧控制：预热段，加热段，上、下均热段，各段均采用蓄热式控制技术。􀁺 每段炉温测量、自动控制、记录、联锁报警（连续燃烧控制、蓄热燃烧换向控制等）；􀁺 每段煤气、空气流量测量、双交叉限幅控制、记录、联锁报警；􀁺 炉压测量、控制、记录、联锁报警；&#

5、1048698; 烟气总管压力检测控制；􀁺 每段烟气温度控制、记录、联锁报警；􀁺 炉内含 O2 量检测；􀁺 炉尾炉温测量、指示；􀁺 常规烟管烟气调节阀前烟温测量、指示、记录、联锁控制；􀁺 燃烧空气压力测量、控制、记录、联锁控制；􀁺 煤气总管压力测量、控制、记录、联锁控制；􀁺 煤气总管切断控制；􀁺 冷却水进水总管流量、压力、温度测量、指示、记录；􀁺 冷却水回水支管温度、流量测量报警；􀁺 冷却水排水总管压力测量；

6、48698; 仪表用气源压力测量；􀁺 CO 检测、报警；􀁺 各种过程参数（温度、压力、流量、液位等）监控；􀁺 风机启停及保护控制；􀁺 蓄热体温度保护控制。2) 加热炉汽化冷却􀁺 汽包水位测量和控制；􀁺 汽包压力测量和控制；􀁺 汽包温度测量；􀁺 循环泵进、出水母管压力测量；􀁺 外送蒸汽压力测量；􀁺 给水调节阀后压力测量；􀁺 循环泵站冷却水压力测量；􀁺 热水循环泵轴承温度测量；

7、48698; 汽包蒸汽流量测量；􀁺 汽化冷却送出蒸汽流量测量；􀁺 汽包给水流量测量；􀁺 各循环回路流量测量；􀁺 循环水总流量测量；􀁺 软水进水流量测量；􀁺 软水箱水位测量和控制；􀁺 软水进水压力测量；􀁺 软水泵出口母管压力测量；􀁺 除氧器压力测量和控制；􀁺 除氧器蒸汽压力调节阀前压力测量；􀁺 给水泵出口母管压力测量；􀁺 除氧器水位测量和控制；􀁺 除氧器温度测量；

8、􀁺除氧器补水流量测量。3. 2 轧线仪表（结合现场）轧线仪表检测带钢温度、宽度、厚度、凸度、重量、轧机轧制力等参数，部分仪表设备自带有显示、处理计算机，放置在相应的主电室、仪表室、操作室内进行参数的显示、记录、打印和数据处理。同时，通过设置在各个主电室、仪表室内的网络交换机、光电转换器和网络电缆将轧线仪表测量信号和处理信息送轧线PLC 或过程计算机进行监控。3.3 高压水除鳞泵站仪表 高压水除鳞泵站仪控系统均由仪/电合一的PLC控制系统以及现场各类检测仪表构成，原则上现场仪表直接进入PLC 系统，通过PLC 系统对温度、压力、流量、液位等过程参数进行集中监控。3.5能源计量仪

9、表 主要包括混合煤气、转炉煤气、氮气、氧气、压缩空气、蒸汽的流量、压力、温度检测。现场仪表信号经一入二出配电器、温度变送器转化为标准的420mADC 进入加热炉基础自动化系统，并通过软件实现流量的温度、压力补偿，预留至能源中心420mADC 接口。3.6水处理仪表 仪控系统由现场检测、控制仪表和PLC 控制系统构成，PLC 控制系统采用仪/电一体化设计。原则上，现场仪表信号经配电器、隔离器、温度变送器转化为标准的420mADC 进入PLC 系统，PLC 输出的数字量信号通过继电器隔离。各类工程参数监控及操作在水处理控制室进行。 仪控系统完成水处理各个子系统温度、压力、流量、液位等过程参数的检测

10、、监视和控制。主要检测项目如下：􀁺各泵组总管流量、压力、温度检测；􀁺各水池、水塔、水坑、水箱水位检测； 􀁺补充水、排污水压力、流量检测；􀁺消防、生产、生活水压力、流量检测；􀁺水泵电机定子、轴承温度检测；􀁺冷却塔风机油位、油温、振动检测。3.7 空压站仪表 空压站设备为机电一体化产品，空压机组本体的检测仪表由空压机供货商成套提供，其余外部管网温度、压力、流量仪表检测信号直接进入PLC 系统进行监控。3.8 仪表设备 本工程仪表根据先进、经济、稳定、可靠配置原则选用各类仪表。根据测量介质及应

11、用场合，温度测量采用热电偶、热电阻和红外高温计；压力（差压）测量采用智能变送器、压力表、压力开关；流量测量采用孔板、插入式流量计、电磁流量计、超声波流量计、流量开关等；物位测量采用静压式液位计、超声波流量计；分析仪表采用在CO 检测仪等。原则上，现场仪表信号直接进入基础自动化系统，能源计量仪表及部分水处理仪表采用配电器、温度变送器、隔离器进行信号转换。轧线特殊仪表除测宽仪选用技术较成熟的国内产品外，其余的测厚仪、多功能仪、平直度仪、轧制力测量系统、高温计等采用引进产品。4. 自动化系统4.1 轧线基础自动化系统4.1.1 概述 基础自动化系统主要完成设备的顺序控制及联锁控制，自动位置控制，速度

12、控制，张力控制，带钢的温度、厚度、宽度、板形控制，卷取控制以及加热炉的热工参数控制，回路调节，故障检测与报警，各种操作界面和数据采集等任务。 基础自动化系统由可编程序控制器（S7-400 PLC）、工艺控制器（TDC）、远程IO（RIO）、人机接口（HMI）和过程数据采集系统（IBA）以及通讯网络等共同构成。 在系统结构上，可编程序控制器和工艺控制器按区域可分为5 个组（包括二步实施的平整分卷机组）。板坯库辊道及加热炉控制PLC为1 个组，粗轧控制为1 个组，精轧控制为1 个组，卷取控制为1个组，平整分卷控制为1 个组（二步实施）。所有PLC 在物理上采用带交换机（SWITCH），与HMI、L

13、2 级服务器一起构成基于以太（Ethernet）的星形网，进行信息交换。各区域之间的工艺控制器和通用控制器之间设置全局数据存储器GDM（Globe Data Memory）构成快速控制网，作为区域间快速数据交换的通道。可编程序控制器通过I/O（本地IO 和远程IO）与现场设备连接。在各操作室、PLC 室内设置有以太网接口可实现对PLC 和TDC 的远程编程及维护。 人机接口对应以上区域也分为5 个组：板加区为1 个组，粗轧区为1 个组，精轧区为1 个组，卷取区为1 个组，平整分卷机组为1 个组（二步实施）。每个组均采用客户机/服务器结构。 PLC 与远程IO 之间采用Profibus DP 现

14、场总线通讯。 PLC 与传动装置之间采用Profibus DP 现场总线通讯。 PLC 与特殊仪表之间用直接IO（硬线）和TCP/IP 接口的以太网通讯。4.1.2 控制系统1） PLC 控制系统硬件2）控制系统功能说明（1）板加区域控制功能 数据采集、通信􀁺 板坯库板坯跟踪、与连铸及 L3 的接口及联锁􀁺 板坯库辊道控制􀁺 板坯称重􀁺 板坯测长􀁺 板坯在装炉辊道上定位􀁺 装钢机板坯校正控制功能􀁺 装钢机位置及行程控制􀁺 装出炉辊道的控制⣶

15、98; 板坯测宽􀁺 加热炉装出料侧的炉门控制􀁺 炉底步进机械控制􀁺 出钢机前进、后退行程设定及位置控制􀁺 板坯在炉区辊道上的位置跟踪􀁺 液压站设备控制􀁺 干油站设备控制􀁺 汽化冷却站的控制􀁺 其它公辅设备的控制􀁺 每段炉温测量、自动控制、记录、联锁报警（连续燃烧控制、蓄热燃烧换向控制等）􀁺 每段煤气、空气流量测量、双交叉限幅控制、联锁报警􀁺 每段空气流量控制、记录、联锁报警􀁺 炉压

16、测量、控制、记录、联锁报警􀁺 烟气总管压力检测控制􀁺 每段烟气温度控制、记录、联锁报警􀁺 炉内含 O2 量检测 常规烟管烟气调节阀前烟温测量、指示、联锁控制􀁺 燃烧空气压力测量、控制、记录、联锁控制􀁺 煤气总管压力测量、控制、记录、联锁控制􀁺 煤气总管切断控制􀁺 冷却水系统监控􀁺 各种过程参数（温度、压力、流量、液位等）监控􀁺 风机启停及保护控制􀁺 蓄热体温度保护控制􀁺 汽包水位测量和控制h

17、8698; 汽包压力测量和控制􀁺 软水箱水位测量和控制􀁺 除氧器压力测量和控制􀁺 除氧器水位测量和控制􀁺 加热炉安全联锁控制􀁺 与加热炉 L2 接口通讯 板坯在装炉辊道上定位 PLC 根据工艺布料图的要求(L2 给出炉号、列号、钢种。L1 进行布料计算)，确定板坯在炉内的布置，即确定各板坯端部距炉壁的距离、短坯布置在A 列或B 列以及A 列板坯与B 列板坯的间距，从而确定板坯在装炉辊道定位的目标值。板坯在装炉辊道的定位须由CMD 与脉冲发生器配合进行。板坯在装炉辊道上定位采用APC 位置精确控制。 装钢机

18、行程计算及装钢机、装料炉门的控制 板坯在装炉辊道定位完成后，在炉内有足够装钢空位时，炉门打开，启动装钢机，把板坯装入炉内。在装钢前首先执行将板坯推正的功能。装钢机行程计算考虑如下参数：装钢机起始位置到炉门的距离，炉门到上一板坯尾端的距离（由PLC 根据炉内板坯跟踪进行计算），两板坯间的要求间距（可设定）。 步进机械功能 步进机械通过步进梁的运动把在炉内进行加热的板坯从入炉侧运送到出炉侧。按板坯运送方向，步进梁框架进行上升/下降和前进/后退运行。步进梁升降用一个线性位移传感器、平移用一个线性位移传感器进行位置检测。 出钢机、出料炉门的控制 当板坯到达出炉侧，且L2 下达出钢指令时，出钢侧炉门打开

19、，出钢机进入炉内，将板坯抬出至出炉辊道。出钢机行程计算考虑如下参数：激光检测器到出炉辊道中心线的距离，出钢机起始位到出炉辊道中心线的距离，板坯宽度，板坯前端距激光检测器的距离，出钢机端头过板坯宽度中心线的安全距离。 板坯跟踪 板坯跟踪包括板坯在炉前、炉后辊道上的跟踪。对应于每一块板坯，需要跟踪的板坯数据包括以下内容：􀁺 板坯号􀁺 炉号􀁺 板坯长度􀁺 板坯宽度􀁺 板坯在炉前、炉后的位置 炉区辊道与板坯库辊道及轧线辊道的配合 当板坯库准备向加热炉区传送板坯时，板坯库PLC 向加热炉区PLC 发出送钢请求。当加

20、热炉区入口辊道为空时，加热炉区PLC 即起动入口辊道，并在辊道稳定运行后将入口辊道速度传送给板坯库PLC，同时向板坯库PLC 发出允许过钢信号。板坯库PLC 得到允许过钢信号后，即按加热炉区入口辊道速度起动，将板坯由板坯库区送入加热炉区。当板坯尾部通过设置于板坯库与加热炉区辊道间的冷金属检测器后，板坯库辊道停止运行。加热炉区辊道与轧线辊道的配合与上述情况类似。 板坯测长 板坯测长在称量辊道上进行，板坯长度的计算须由CMD 与脉冲发生器配合进行。 板坯称重控制 加热炉炉温控制 加热炉划分为5 个段，其中4 个燃烧控制段(Z01Z04)和一个热回收段。4 个燃烧控制段(Z01Z04)每段设有1 个

21、空气流量调节阀和1个煤气流量调节/切断阀。主要控制原理是：温度控制器将温度实测值和温度设定值比较，计算出对煤气流量控制器和空气流量控制器的流量设定值；两个流量控制器分别将流量实测值和流量设定值比较，计算各自的流量调节阀的开度值输出给调节阀，达到对温度连续控制的目的。各段煤气、助燃空气均采用孔板测量，经差压变送器其流量信号送控制系统。 由炉内温度调节器输出信号连接到煤气和空气调节回路作为煤气和空气调节器的设定值，进行燃烧的串级比值调节。 双蓄热燃烧控制 包括蓄热式烧嘴换向控制、各段烟气温度控制、排烟风机控制等。各段烧嘴均为双蓄热式烧嘴，在加热时，烟气、蓄热体以及空气、煤气之间有一个热交换过程，每

22、段烧嘴一半燃烧、另一半关闭，循环工作，烧嘴换向的时间间隔约60s。换向方式：集中换向，相邻段换向时间应有间隔。􀋧加热炉炉内含O2 量监控：在加热炉尾部设置O2 分析仪，检测分析烟气中不完全燃烧的残留O2 量。􀋨炉压控制：均热段侧壁上取压，用于控制和监视。烟道设置烟道调节闸板以保持炉内微正压。􀋩加热炉燃烧空气压力监控：2 座加热炉共设置4 台助燃风机并联送风，在风机入口管上设置多叶阀（压力调节）以保持空气主管压力稳定。空气总管上设置取压点，在每台助燃风机出口的冷风支管上分别设置电动切断阀。当4 台风机未全部运行时，自动切断停运助燃风机出口的冷

23、风支管上的切断阀，防止回流。􀋪加热炉烟道温度监控：为使烟道闸板前烟道温度在规定温度以下，设计采用稀释风控制方案，当烟道闸板前烟道温度高于设定值时，自动进行掺稀释风控制，以降低入口温度保护烟道闸板。设1 个电动调节阀从冷风总管取冷风对烟气进行冷却。􀋫蓄热烧嘴排烟温度监控:各蓄热式烧嘴空烟和煤烟两位三通换向阀靠烧嘴一侧分别设1 支热电阻检测烧嘴前空烟和煤烟温度。各蓄热式燃烧控制段空烟总管和煤烟总管分别设1 个温度调节阀，用于调节烧嘴前空（煤）气侧蓄热温度，作为控制对象的蓄热温度为该段所有投入蓄热的烧嘴前空烟和煤烟温度的平均值。各烧嘴前空（煤）气侧排烟温度高于23

24、0 度时报警并将该烧嘴空（煤）气侧禁止蓄热。􁶒排烟压力监控：空烟总管和煤烟总管上分别设置取压点，全炉分别设置1 台空烟排烟风机和1 台煤烟排烟风机抽烟气，在风机入口设置多叶阀以保持排烟压力稳定。􁶓加热炉煤气总管压力监控：煤气总管设置压力检测及调压，以稳定总管送来的煤气压力。煤气总管设置快速切断阀，当故障和煤气总管压力过低时自动切断总管的煤气。􁶔加热炉安全连锁：各种重要介质的压力用变送器加压力开关检测，当检测压力异常时进行报警，必要时进行燃烧切断。故障分为重故障和轻故障。轻故障时进行报警。重故障发生时，进行报警和燃烧切断（停炉）。在操作站界面

25、上设有紧急停炉按钮，并在操作台上设置紧急停炉按钮快速切断各段煤气阀。汽化冷却系统出现的所有报警，均应密切关注，并按汽化冷却系统操作规程执行对应的操作。􁶕汽包水位自动控制：汽包给水流量采用孔板测量，信号送控制系统。汽包送出蒸汽流量采用孔板测量，流量信号送控制系统，并进行压力补正。汽包水位采用磁翻板式液位计或差压变送器测量，信号送控制系统。为了确保汽包与加热炉的冷却循环水安全正常生产，进入汽包的给水与送出的蒸汽在数量上保持平衡，通过控制汽包补充新水流量大小来控制汽包的水位。为了使系统可靠运行，在控制系统内进行三冲量控制，克服因给水量变化范围大，加热炉负荷变化大导致汽包蒸汽量变化大

26、而出现的汽包水位波动。􁶖汽包蒸汽压力自动控制：汽包压力采用压力变送器进行测量，信号送至控制系统。通过调节送出蒸汽量使汽包内压力稳定在设定值要求范围内。 为了防止汽包压力波动导致不安全的事故发生及输出的蒸汽压力不稳定，当汽包压力过高时，通过自动放散汽包管网的蒸汽来稳定汽包压力，增强汽包的安全可靠性。 除氧器水位自动调节：除氧器水位采用差压变送器进行测量，信号送至控制系统。为了保证汽包给水的除氧效果，通过调节除氧器给水流量的大小来控制除氧器的水位在一定范围内波动。 除氧器蒸汽压力自动调节：通过检测除氧器内的压力来控制除氧器入口蒸汽管的流量大小，使除氧器的蒸汽压力稳定在设定值要求的

27、范围内。 泵站内软水箱水位自动控制：水位与软水管进水电动阀进行连锁控制。高水位关闭进水电动阀，低水位开启进水电动阀。（2）粗轧区域控制功能􀁺 轧件跟踪与协调控制􀁺 除鳞控制􀁺 辊道控制 粗轧主令速度控制􀁺 轧辊冷却控制􀁺 立辊和粗轧机之间的微张力控制􀁺 侧导板控制􀁺 轧机调零调平控制􀁺 R1 辊缝控制（电动液压）􀁺 E1 辊缝控制􀁺 R2 辊缝控制（电动液压）􀁺 E2 辊缝控制􀁺

28、自动宽度控制 AWC(短行程控制SSC 等)􀁺 换辊控制􀁺 模拟轧制􀁺 介质系统控制（液压、润滑等）􀁺 数据管理􀁺 设定和操作模式􀁺 与仪电一体品的接口（如宽度仪等）􀁺 人机接口（HMI），用于轧机操作、设定、维护，故障报警和状态指示1）轧件跟踪及协调控制 根据现场传来的HMD 信号、轧制力和旋转方向信号，监视并判断板坯位置、传送方向，实现对物料准确位置的跟踪。当轧件到达轧机区的特定位置时，顺序启动相关设备，同时执行相应功能程序。2）粗轧主令速度控制 粗轧主令速度控制包

29、括辊道传送控制和轧机速度控制。包括：􀁺 粗轧板坯传送控制􀁺 侧导板对中的顺序控制􀁺 摆动控制􀁺 轧机速度设定􀁺 抛钢控制􀁺 换向操作􀁺 粗轧机后轧件传送3）立辊轧机和粗轧机间的微张力控制 该功能的作用是当轧件在立辊轧机和可逆轧机上同时轧制时对轧件的张力加以限制，其张力控制是通过调节立辊速度实现的。4）侧导板控制 E1、E2 入口侧导板和出口侧导板，用于轧件进入轧机前对中轧制中心，防止轧件跑偏。侧导板采用伺服液压缸驱动。液压缸上装有位移传感器，通过执行机构和控制元件对侧导

30、板进行位置控制。侧导板设置短行程控制。5） 液压辊缝控制 粗轧机R1/R2 液压辊缝控制系统是一个高精度、高响应的大功率电液位置伺服系统，轧件的操作侧和传动侧均配置有液压缸，液压缸安装有内置式高精度位移传感器和压力传感器，用于检测辊缝实际位置，采用压头检测实际轧制力或/和采用装于每个液压缸两腔（或管路上）的压力传感器间接检测轧制力。6）宽度控制AWC 高度精确的带钢宽度会减少最终产品的剪边量，节省原料，提高收得率。宽度控制目标是：从精轧机出来的带钢宽度在整个带钢宽度方向上都尽量精确为目标宽度。由于在精轧机轧制过程中不能直接控制带钢宽度，所以在粗轧机内进行带钢宽度控制。自动宽度控制包括以下几个控

31、制功能：SSC短行程控制RF-AWC轧制力反馈宽度控制SC前馈宽度控制TC温度补偿控制（3）精轧区域控制功能􀁺 粗轧机与热卷箱之间协调控制􀁺 热卷箱控制􀁺 热卷箱与精轧机之间协调控制􀁺 轧件跟踪与协调控制􀁺 飞剪剪切控制􀁺 侧导板控制􀁺 机架间冷却和除鳞控制􀁺 轧辊冷却控制􀁺 精轧主令速度控制􀁺 液压活套控制（LTC） F1-F2 微张力控制􀁺 轧机调零􀁺 液压位置控制(HAPC)

32、􀁺 液压辊缝控制（HGC）􀁺 自动厚度控制（AGC）􀁺 弯辊控制（WRB）􀁺 窜辊控制（WRS）􀁺 换辊控制􀁺 模拟轧制􀁺 介质系统控制（液压、润滑等）􀁺 数据管理􀁺 设定和操作模式􀁺 停止模式􀁺 与仪电一体品的接口（如测厚仪、多功能仪、凸度仪等）􀁺 人机接口（HMI），用于轧机操作、设定、维护，故障报警和状态指示主要控制功能说明： 热卷箱控制 热卷箱位于粗轧机后，飞剪之前。使用热

33、卷箱可以减少中间坯温降，保持中间坯温度均匀，降低头尾温差，使轧线布置紧凑。热卷箱主要由入口导槽及偏转辊、弯曲辊、成形辊及1 号托卷辊、稳定器、开卷器、推卷器、2 号托卷辊、保温侧导板及开尾销、夹送辊及开尾辊、夹送辊后辊道、机架和内外冷却水系统等组成。热卷箱有直通和卷取两种工作模式。 轧件跟踪 轧件跟踪功能根据传来的HMD 信号、轧制力和轧机的咬钢及抛钢信号监视并判断轧件头、尾位置。当轧件到达精轧区的某些特定位置，即要求激活相关设备动作和功能程序运行，执行这些动作的信息可从内存读取。 飞剪控制 飞剪位于粗轧机后、精轧机组之前，用于在中间坯进入精轧机之前切除不规则头部和尾部。其控制主要包括轧件测速

34、、头尾位置检测和飞剪的起停控制，具有手动剪切和自动剪切功能。 精轧主令速度控制 精轧主令速度控制系统主要包括精轧机速度主令控制和活套高度调节。主令速度对参与从入口辊道到卷取机的轧件传送的所有传动装置的速度进行控制和协调。 液压活套控制 为了维持热连轧机架间流量平衡，保持板带张力恒定，在精轧机架间装有活套。液压活套与电动活套相比，具有成本低、动态响应快和稳态精度高等优点，因此目前新建的热连轧生产线大部分采用液压活套，但控制比传统的电动活套复杂。一般每两个机架间各设置一个活套器，采用伺服阀-液压缸驱动方式，具有张力控制和套量控制两个功能。为提高带钢质量，轧制中保持张力恒定；为保证稳定轧制，套量控制

35、在一定范围内保证金属秒流量相等，避免拉钢和堆钢；此外起套应软接触，落套应避免甩尾，这是保证带钢顺利穿带和抛钢的前提条件，同时也是确保带钢头尾质量的关键。 液压辊缝控制(HGC) 对轧机辊缝进行综合控制，包括通讯、IO、各种标定、零调、测试、工作方式选择、保护、手动控制、自动控制，辊缝和液压缸位置的转换控制等。 自动厚度控制(AGC) AGC 是利用弹跳方程所算出的机架出侧板厚与目标板厚进行较，依厚差大小控制轧机的压下量，故亦称厚度计AGC。由于液压系统响应快，精度高，能方便地实现诸如绝对AGC、变刚度控制、恒压力控制等功能。反馈AGC 根据厚度给定值的不同以及AGC运行方式分为绝对AGC 和相

36、对AGC。 弯辊控制(WRB) 工作辊弯辊系统用于改变工作辊缝的轮廓，从而改变带钢的板形。弯辊控制的主要功能：压力控制、凸度控制、平直度控制。 窜辊控制(WRS) 工作辊移动是用来调节工作辊的形状从而进行板带的轮廓控制。采用四台液压缸来移动上下工作辊。每一台液压缸配备有单独的位置控制回路配合伺服阀一起工作，实际的位置反馈值取自线性位移传感器。（4）卷取区域控制功能􀁺 带钢跟踪及协调控制􀁺 层流冷却控制􀁺 卷取速度主令控制􀁺 卷取机选取；􀁺 侧导板控制；􀁺 夹送辊控制；􀁺

37、 助卷辊控制；􀁺 助卷辊跳步控制（AJC）；􀁺 卷取机张力控制；􀁺 卷筒涨缩控制；􀁺 带钢尾端定位控制；􀁺 卷径计算； 运输链控制；􀁺 模拟轧制；􀁺 介质系统控制（液压、润滑等）；􀁺 数据管理；􀁺 设定和操作模式；􀁺 停止模式；􀁺 与机电一体品的接口（如打捆机等）；􀁺 人机接口（HMI），用于轧机操作、设定、维护，故障报警和状态指示 带钢跟踪 材料跟踪对带钢的头部和尾部分别进行，这

38、样可保证从精轧机到卷取机最多分别跟踪2 块带钢。头尾跟踪功能从精轧机最后一台有效轧机的咬钢和抛钢信号开始，根据轧线传来的HMD 信号、激光检测器信号、夹送辊和助卷辊咬钢和抛钢信号判断带钢头、尾位置，直到卷取完成为止。 层流冷却控制(CTC) 在精轧机末机架出口与1 号地下卷取机间的热输出辊道上/下方,布置有若干组层流冷却集管，前面为粗冷段，后面为精冷段。粗冷段作为主冷区，精冷段为反馈控制区。出水方式为上集管上排布U 型管，形成层流。 卷取主令速度控制 主令速度有三种设定值：􀁺 先导速度􀁺 同步速度􀁺 滞后速度 如果输出辊道上没有带钢，所有的

39、辊道组都以先导速度运行，每一组由一个单独的先导值。如果带钢尾部离开某组辊道，该组辊道的速度设定值将再次切换到先导速度，准备轧制下一批带钢。如果带钢在卷取机开始卷取（短带钢）之前离开最后一个有效机架，所有的辊道组将从先导速度转向同步速度。 卷取机选取 热轧厂设置二台卷取机(预留第三台)，在正常操作情况下，操作人员必须选择是1 号或2 号卷取机工作。预选卷取机将准备好立即进行卷取操作，另一台卷取机与此同时准备下一次卷取操作。 侧导板位置控制 侧导板安装在夹送辊装置的前面，用于对进入夹送辊的带钢进行导向和对中，引导带钢顺利进入卷取机，工作侧和传动侧对称布置，侧导板由液压缸驱动，每个液压缸由一个伺服阀

40、控制。 夹送辊控制 夹送辊辊缝位置控制用于设定空载辊缝。一旦系统检测到进入夹送辊的带钢前端，系统将自动从位置控制转换到压力控制。当带钢尾端通过夹送辊的时候，系统将自动地返回到位置控制。 助卷辊控制 每个卷取机有三个助卷辊，分别为No.1、No.2、No.3,其作用是将钢板头部导入卷筒，具有自动踏步控制（AJC）功能。 卷取机张力控制 卷筒的任务是卷绕带钢，带钢的卷取操作在张力控制模式下进行。速度设定值根据最后一台有效精轧机机架的实际速度加上一个先导值进行计算。 卷筒涨缩控制 卷筒必须能够胀大和收缩，才能够卸下带卷。卷筒的胀大是通过闭环控制实现的。 带钢尾端定位控制 带钢在卷取结束时，其尾部需要

41、进行自动定位，便于下一个工序的操作。4.1.3 监控及报警系统 对于系统调试和维护人员，监控及报警系统是必不可少的。本系统设置的监控及报警功能包括以下三种形式：􀁺 硬件监控与报警：集成于硬件设备上（硬件设备自带），通过设备上的指示灯等信号，查相关的说明手册，以判断故障原因；􀁺 软件监控与报警：系统软件自带和设计在应用软件及HMI 系统中，通过报警条或者声音信号通知维护监控人员；􀁺 专用的诊断设备：过程数据采集 IBA 设备。具有高速采集功能，可对工艺控制器TDC 中发生的预先定义的变量进行采集，并配有专用软件进行分析。4.1.4 UPS系统

42、 对传动系统、自动化系统、计算机系统、操作和监控系统设置不间断电源。UPS 总容量约360kVA，供电时间持续30 分钟，采用分区域设置方式。 UPS 电源系统的主机采用合资品牌，电池单元采用国产知名品牌。其容量和规格如下：􀁺 输入电压：3×380/400/415±15% 50Hz􀁺 输入频率 ：50 Hz 5Hz􀁺 输出电压：1×220±1%􀁺 输出频率 ：50 Hz 1 Hz􀁺 后备时间 30 分钟4.1.5传感器 本节所指的传感器为信号送入到基础自动化系统用于

43、物料跟踪用的传感器。4.1.6水处理基础自动化系统 水处理设置 PLC 控制系统对水处理设备进行集中监控。PLC 控制系统电气和仪表共用。 控制系统功能说明：􀁺 数据采集、监视􀁺 设备起/停控制􀁺 过程参数控制􀁺 过滤器反洗控制􀁺 报警显示􀁺 趋势显示及记录􀁺 紧急操作􀁺 报警（事故）打印􀁺 报表（班报、日报、月报）打印4.2 过程自动化系统(L2)4.2.1 范围及任务1）控制范围 加热炉L2 级系统的控制范围，从加热炉前开始，到除

44、鳞箱入口为止。其包括加热炉本体、装钢机、出钢机等工艺设备。轧线L2 级的控制范围，从粗轧前的除鳞箱开始，到钢卷运输链为止。其包括粗轧机、精轧机组、层流冷却、卷取机等工艺设备。2) 主要任务 过程自动化的主要任务为完成从加热炉前板坯核对称重辊道开始，到钢卷运输至成品库的板坯/带钢初始数据处理、材料跟踪、控制模型计算及设定、过程数据收集、数据通信以及操作指导等任务。4.2.2系统构成1) 设备组成 为满足生产工艺要求，保证整个计算机系统的先进性、可靠性、完善性，本工程中过程控制计算机硬件系统的配置如下：加热炉设置1 台过程控制服务器；轧线设置2 台过程控制服务器，1 台作为应用服务器、1 台作为数

45、据库服务器。过程自动化系统通过以太网与分布在各操作室的L2 终端以及MES、L1 等外部系统连接。4.2.3 应用功能1) 加热炉区域控制功能􀁺 轧制计划数据的管理􀁺 板坯核对􀁺 材料跟踪及修正􀁺 实际数据处理􀁺 加热炉燃烧模型􀁺 加热炉设定􀁺 班管理􀁺 人-机接口（HMI）􀁺 记录及报表􀁺 数据通讯（1）轧制计划数据的管理 过程计算机接收来自MES系统的轧制计划数据或者人工输入的轧制计划数据，并对其进行管理。（2）

46、板坯核对 在板坯核对处，将入炉操作室终端上的轧制计划数据和板坯数据与加热炉区称重辊道上板坯的实测重量和长度，以及板坯号和板坯入炉顺序进行核对，判断板坯是否正确。（3）材料跟踪及修正 材料跟踪及修正可分为加热炉入口侧板坯位置跟踪、加热炉内跟踪、加热炉出口侧板坯位置跟踪。跟踪的板坯位置产生偏差时，操作人员通过跟踪修正功能，消除偏差。（4）实际数据处理 实际数据处理的功能主要包括加热炉装入板坯的称量值、加热炉装入板坯的长度测量值、加热炉入炉板坯温度值、炉内实际值等。（5）加热炉燃烧模型 加热炉自动燃烧控制功能主要是对已装入炉内的板坯，根据加热目标温度的要求，周期地进行板坯温度计算、炉温计算、在炉时间

47、计算等，将计算出的各段炉温设定值送给L1 系统，进行燃烧控制，从而使每块板坯在预定的出炉时刻能达到出炉目标温度和均热度，保证产品质量，节约能源，实现加热炉自动操作。（6）加热炉设定 加热炉设定的范围从加热炉区入口辊道到出钢机之间，包括对装钢机、步进梁、出钢机设定和炉温等的设定。（7）班管理 管理作业班组的分班和交接班，对每个作业班的装入，出炉板坯实绩进行生产统计处理。（8）人-机接口（HMI） 在加热炉操作室和计算机房的终端上有表示生产所需要的各种显示画面和操作画面，便于操作员了解生产情况和进行有关操作。（9）记录及报表 记录及报表功能不仅能打印生产所需的班报和日报，还可跟踪记录操作工的操作，

48、便于以后进行出错原因分析和生产优化分析使用。（10） 数据通讯 根据热轧工程的整个轧线自动化系统及加热炉生产工艺的要求，加热炉计算机系统的数据通讯涉及制造执行系统的生产控制系统（PCC ）、板坯库管理计算机（SYC）、轧线过程计算机以及电气和仪表PLC 系统。加热炉计算机与外部系统的通讯采用基于TCP/IP Socket 的电文方式。2) 轧线区域控制功能􀁺 轧制计划数据的管理􀁺 材料跟踪及修正􀁺 轧制节奏控制􀁺 粗轧轧制策略􀁺 粗轧设定计算􀁺 宽度控制模型􀁺 热卷箱设

49、定􀁺 精轧轧制策略􀁺 精轧设定计算􀁺 精轧板形控制􀁺 终轧温度控制􀁺 冷却策略􀁺 层流冷却控制􀁺 模型自学习􀁺 离线计算􀁺 模拟轧钢􀁺 数据采集􀁺 人-机接口（HMI）􀁺 记录及报表􀁺 数据通讯（1）轧制计划数据的管理 MES 系统根据轧制计划执行情况，在实际板坯装入加热炉前将生产计划数据和板坯的初始数据经加热炉过程计算机传送给轧线过程计算机，轧线过程计算机对本生

50、产过程必要的轧制计划数据和板坯数据进行管理。在通讯故障的情况下，初始数据也可以由人工输入，并可以对已有的初始数据进行显示、修改和打印。（2）材料跟踪及修正 材料跟踪的范围是从粗轧机前的高压水除鳞箱入口辊道开始到喷印机（或运输链交接点）为止。包括粗轧区、精轧区、卷取区、运输链区。通过冷、热金属检测器及各种测量仪表检测板坯在轧线区域上的位置，建立计算机内数据流与生产线上板坯物流的一一对应关系。当材料的跟踪位置与实际位置不一致时、操作员可通过跟踪修正功能进行修正。（3）轧制节奏控制 轧制节奏控制主要是协调加热炉和轧线之间的生产操作，根据材料在加热炉炉内的加热状况和在轧线上的实际轧制状况，控制加热炉的

51、出坯时刻，从而控制带钢与带钢之间的时间间隔。（4）粗轧轧制策略 粗轧轧制策略的任务是选择和传送粗轧模型设定计算的所有数据和起动条件，包括板坯数据的准备，粗轧中间坯目标值的整理和计算，压下规程的确认，预计算的起动，自适应系数的选择等。（5）粗轧设定计算 计算可逆粗轧机的轧制道次数，每道次的压下位置，轧制速度，立辊开口度，侧导板开口度等设定值，以实现粗轧出口目标宽度和目标厚度。（6）宽度控制模型 根据带钢的目标宽度，考虑精轧自然宽展和宽度附加值，计算粗轧出口目标宽度，确定立辊轧机各道次的负荷分配。考虑经水平机架的自然宽展和“狗骨”宽展，立辊各道次的侧压量，以及短行程控制、反馈控制参数，实现从轧制材

52、料的前端到末端全长的立辊开口度动态控制，从而提高粗轧机出口的宽度精度，提高收得率。宽度自动控制包括带钢头尾短行程控制（SSC-AWC）、反馈宽度控制（RF-AWC）、前馈宽度控制（FF-AWC）。（7）精轧轧制策略 精轧轧制策略的任务是选择和传送精轧模型设定计算的所有数据和起动条件，包括带坯数据的准备，精轧带钢目标值的整理和计算，压下规程的确认，预计算的起动，带钢自适应系数的选择等。（8）精轧设定模型 精轧设定模型的任务是根据压下规程确定精轧各机架的负荷分配，计算各机架的轧制力，轧制力矩、弯辊力、压下位置、窜辊位置、穿带速度、加速度、机架间喷水量等设定值。使精轧出口厚度和温度尽可能精确。当带坯

53、到达F1、F2、F3 机架时，实测有关轧制参数，对以后机架的设定值可进行修正计算。（9）精轧板形控制 板形控制首先要确定轧件的目标凸度，并根据预计算的轧制力、以及辊形曲线、热凸度、轧辊磨损的影响，考虑轧件宽度、轧件厚度、轧机模数、钢种等因素，计算出使轧件达到目标凸度所需的预定弯辊力。在轧件头部到达轧机出口时锁定轧制力，然后再计算出测量的轧制力和锁定轧制力之间的偏差，动态调整机架弯辊力，达到改善板形、提高产品质量和精度的目的。（10）终轧温度控制 精轧出口侧温度，通常取决于精轧设定计算。是通过控制穿带速度、加速度、除鳞方式、机架间喷水方式和喷水压力把精轧出口温度控制在最佳范围的。精轧出口温度控制

54、的方法是通过设置在精轧机出口的温度计，测得带钢在精轧出口的温度，将此温度与精轧出口目标温度进行比较，当其偏差超过允许值时，对带钢的速度、机架间喷水流量进行修正控制。（11）冷却策略 冷却策略的任务是选择冷却模型计算所需要输入的数据，包括：材料数据、冷却目标温度、冷却模式、自适应系数的选择等。（12）层流冷却控制 带钢在热输出辊道上的冷却过程是决定成品机械性能的重要因素，卷取温度控制根据高精度的温度模型，进行带钢从头到尾全长最佳喷水控制，以提高产品质量。本功能由过程控制级和基础自动化共同完成。过程控制级根据冷却策略，进行初期设定计算，计算出层流阀门的开闭个数、冷却模式等。基础自动化完成周期的动态

55、前馈控制和反馈控制。（13）模型自学习 在生产过程中，除了需要一个精确的轧制工艺模型外，一个建立在实际生产数据基础上的连续的自学习模型参数是十分必要的。各区域模型都具备自学习的功能。 自学习通常采用线性回归的方法或平滑系数法，所有的测量数据将被检查核实是否合乎实际，如果不符合将被排除。模型参数的继承将通过一个学习率参数来控制，自学习系数分短期自学习系数和长期自学习系数。（14）离线计算 离线模拟功能是根据HMI 画面请求，激活模型设定程序，模型设定程序按照跟踪中板坯的原始数据（板坯的长度、宽度、厚度，终轧成品宽度、厚度、温度及卷取温度等）计算出各架轧机的速度、压下量、侧导板开口度等各种设定参数

56、值。离线模拟功能可分粗轧、精轧和卷取部分。（15）模拟轧钢 用来动态地模拟过程控制计算机应用程序的各种外部接口，在系统综合测试时，测试所有应用程序的性能，对机架空过板坯在轧线上实际搬送情况进行模拟，以便试运转时对各种控制功能、传动功能和机械设备的动作进行确认。同时在过程计算机中还对所有的模型程序进行测试。（16）数据采集 过程计算机收集来自仪表、PLC 的信息，并进行相应的处理和保存、备份，用于数学模型的统计分析，以及用于操作终端的显示和打印。（17）人-机接口（HMI） 操作员可方便地使用配置在操作室的过程终端以人机接口的方式进行轧制策略、轧制规程、材料跟踪信息、设定数据的确认，以及数据显示

57、、输入、修改、激活功能等操作。（18）记录及报表 记录及报表功能不仅能打印生产所需的各种报表，还可记下操作工的操作，便于以后进行出错原因分析和生产优化分析使用。主要数据记录及报表有：工程报表包括粗轧工程记录、精轧工程记录、卷取工程记录和生产报告等。（19）数据通讯 轧线过程控制计算机（L2 级）和MES 系统（L3 级）、加热炉过程计算机（L2 级）、轧线基础自动化系统（L1 级）通过ETHERNET 连接，遵循TCP/IP 通讯协议，采用基于TCP/IP Socket 的电文方式。4.3 生产制造执行系统（MES）4.3.1 范围及任务 热轧 MES（又称L3 级）的管控范围按热轧的工艺流程

58、从热轧厂板坯库入口至成品出口，包括对板坯库、加热炉、主轧线、运输链、钢卷库、磨辊间等工艺车间的管理和控制。热轧MES 主要完成轧制计划的编制和发行、发货管理、全厂物料跟踪、质量管理、库管理、磨辊间管理、生产实绩数据的收集、处理，以及数据统计分析、履历、报告等任务。 热轧MES考虑了与热轧加热炉计算机系统、轧线二级计算机系统、库搬运设备的一级自动化系统、连铸L2 的接口，并预留与燕钢公司将来的公司ERP 系统的接口。4.3.2 系统构成 系统采用 C/S 结构方式，选用两台PC 服务器，一台应用服务器，一台数据库服务器，服务器安装Windows 2008 Server 操作系统，数据库采用Ora

59、cle10g。网络系统采用交换式以太网技术，布线采用星型拓扑结构。通过以太网与加热炉计算机系统、轧线L2 系统、连铸L2 以及其他计算机系统连接，以实现各计算机系统间的相互通信。1）生产计划管理 在系统里手工创建生产订单，然后根据订单产能、坯料和成品的钢种、长度、宽度、厚度等参数，将生产订单分解为日生产订单，进而利用计划排产模块编制出整个轧线的作业计划。 计划排产模块是根据日生产订单从板坯库中选取合适的板坯并汇集起来，并按照轧制计划编制规程（包括生产计划安排、产品质量设计、换辊周期、轧制规程、前工序和生产设备状况、板坯材源情况等）进行编制。 计划排产模块将通过人机交互方式进行半自动排产。在装炉

60、前可以根据前工序来料情况和板坯库的堆垛状况，调整或删除轧制计划，调整轧制顺序，然后处理成轧制命令发行给过程控制计算机（L2 级）。轧制计划编制支持直接热装（DHCR）作业计划编制和冷装（CCR）作业计划编制。2）发货作业管理 热轧MES 系统接收公司生产部根据生产订单交货期、运输计划和钢卷库库存清单编制的发货计划，由热轧计划员人工输入发货计划，并把编辑好的发货计划传送到负责钢卷库管理模块，钢卷库管理模块接收到传送来的发货计划后，根据钢卷信息生成发货作业命令，并将发货作业命令传送给吊车操作终端，指挥吊车到指定库位吊运钢卷发货，并打印发货清单和质保书。3）物料跟踪和管理 热轧MES 的跟踪范围从板坯库开始，经主轧线、钢卷库，直至成品库出口，完成整个生产过程中的物流跟踪和管理。系统以每块板坯、每个钢卷为单位进行物料跟踪，自动收