1、高等職業(yè)教育數(shù)字化學習中心電氣自動化技術(shù)專業(yè)教學資源庫電氣自動化冶金自動化概論主講：張志杰高等職業(yè)教育數(shù)字化學習中心電氣自動化技術(shù)專業(yè)教學資源庫電氣自冶金自動化概論冶金自動化概論煉鐵概論傳感器原理及應用煉鐵概論傳感器原理及應用傳感器原理及應用煉鐵概論傳感器原理及應用煉鐵概論鋼鐵工業(yè)自動化 傳感器原理及應用鋼鐵工業(yè)自動化 傳感器原理及應用煉鐵生產(chǎn)流程礦山精礦粉礦塊礦球團礦燒結(jié)礦焦化廠 焦 炭 制粉車間 煤 粉 熱風爐 鼓風機高爐熔劑鐵水爐渣高爐煤氣鑄造生鐵鑄鐵機煉 鋼 生 鐵水泥廠轉(zhuǎn)爐軋鋼煉鋼廠發(fā)電廠煉鐵生產(chǎn)流程礦山精礦粉礦塊礦球團礦燒結(jié)礦焦化廠 制粉車間 熱煉鐵生產(chǎn)流程 爐頂裝料 風口鼓風 爐

2、內(nèi)熔煉 定期排渣鐵 煤氣溢出高爐冶煉原理煉鐵生產(chǎn)流程 爐頂裝料 風口鼓風 爐內(nèi)熔煉 定期排渣鐵 煤煉鋼的發(fā)展過程1899年出現(xiàn)了完全依靠廢鋼為原料的電弧爐煉鋼法(EAF)，解決了充分利用廢鋼煉鋼的問題，是當前主要的煉鋼法之一，由電爐冶煉的鋼目前占世界總的鋼的產(chǎn)量的30-40%。煉鋼的發(fā)展過程1899年出現(xiàn)了完全依靠廢鋼為原料的電弧爐煉鋼電弧爐設(shè)備簡介高壓電源與隔離開關(guān)；高壓斷路器；電抗器；變壓器；短網(wǎng)；電極;電弧爐設(shè)備簡介高壓電源與隔離開關(guān)；電弧爐設(shè)備簡介電弧爐的電氣設(shè)備： 電弧爐煉鋼是靠電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苁範t料熔化并進行冶煉的，電弧爐的電氣設(shè)備就是完成這個能量轉(zhuǎn)變的主要設(shè)備。 電弧爐的電氣設(shè)備主

3、要分為兩大部分，即主電路和電極升降自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 由高壓電纜至電極的電路稱電弧爐的主電路。主電路的任務(wù)是將高壓電轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪捍箅娏鬏斀o電弧爐，并以電弧的形式將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。主電路主要由隔離開關(guān)、高壓斷路器、電抗器、電爐變壓器及低壓短網(wǎng)幾部分組成。 電極升降自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)由電極夾持器、橫臂、立柱及傳動機構(gòu)組成。其任務(wù)是夾緊、放松、升降電極和輸入電流。電弧爐設(shè)備簡介電弧爐的電氣設(shè)備： 轉(zhuǎn)爐煉鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼過程通過供氧、造渣、加合金、攪拌、升溫等手段完成煉鋼基本任務(wù)。 傳感器原理及應用轉(zhuǎn)爐煉鋼轉(zhuǎn)爐煉鋼過程傳感器原理及應用轉(zhuǎn)爐煉鋼轉(zhuǎn)爐爐體 (Converter Body) 煉 鋼 轉(zhuǎn)爐煉鋼轉(zhuǎn)爐爐體 (Con

4、verter Body) 煉 鋼 轉(zhuǎn)爐煉鋼能使轉(zhuǎn)爐爐體正反旋轉(zhuǎn)360度，在啟動、旋轉(zhuǎn)和制動時，能保持平穩(wěn)，并能準確的停在要求的位置上，安全可靠。 電動機 減速裝置傾動機構(gòu) (TiltingArrangement) 煉 鋼 轉(zhuǎn)爐煉鋼能使轉(zhuǎn)爐爐體正反旋轉(zhuǎn)360度，在啟動、旋轉(zhuǎn)和制動時，轉(zhuǎn)爐煉鋼Converter Steelmaking 以鐵水和廢鋼為原料，向轉(zhuǎn)爐熔池吹入氧氣，使雜質(zhì)氧化，雜質(zhì)元素氧化熱提高鋼水溫度，一般在2535分鐘內(nèi)完成一次精煉的快速煉鋼法。煉 鋼 轉(zhuǎn)爐煉鋼Converter Steelmaking 煉 鋼 連續(xù)鑄鋼Continuous Casting 連鑄是通過連鑄機將鋼液連續(xù)

5、地鑄成鋼坯，然后直接送軋鋼車間軋制成鋼材。 連鑄與傳統(tǒng)的鋼錠模澆鑄相比有很大的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)越性， 主要表現(xiàn)在：簡 化 工 序 煉 鋼 連續(xù)鑄鋼Continuous Casting 弧形連鑄機( Curved Caster )主體設(shè)備煉 鋼 弧形連鑄機( Curved Caster )主體設(shè)備煉 鋼切坯裝置( Cutting Device ) 火焰切割 ( Flame Cutting ) 機械剪切 ( Machine Cutting )煉 鋼 切坯裝置( Cutting Device ) 火鋼鐵工業(yè)自動化 軋鋼過程鋼鐵工業(yè)自動化 軋鋼過程軋鋼生產(chǎn)工藝的基本問題 軋制 是借助于旋轉(zhuǎn)的軋輥與金屬間的接

6、觸摩擦，將金屬咬入軋輥縫隙間，同時在軋輥的壓力作用下，使金屬發(fā)生塑性變形的過程。 軋鋼是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的最后一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，約占90%以上的鋼都是經(jīng)過軋制成材。軋鋼生產(chǎn) 軋鋼生產(chǎn)工藝的基本問題 軋制 是借助于旋轉(zhuǎn)的軋輥與金屬軋鋼生產(chǎn) 鋼材的品種規(guī)格板帶鋼鋼 管型 鋼鋼 絲軋鋼生產(chǎn) 鋼材的品種規(guī)格板帶鋼鋼 管型 鋼鋼 絲軋鋼生產(chǎn)工藝的基本問題軋鋼生產(chǎn) 熱軋 ：將鋼錠(或鋼坯)先加熱到一定溫度，再進行軋制。軋鋼的兩種類型金屬在高溫下變形抗力小，容易獲得較大的變形量 冷軋 ：將坯料在常溫下進行軋制。變形量小，但所獲得的制品表面光潔，尺寸較精確 軋鋼生產(chǎn)工藝的基本問題軋鋼生產(chǎn) 熱軋 ：將鋼錠(或鋼坯)先加

7、軋鋼生產(chǎn) 軋鋼的基本工藝流程軋鋼生產(chǎn) 軋鋼的基本工藝流程軋鋼的基本工藝流程軋鋼生產(chǎn) 軋鋼的基本工藝流程軋鋼生產(chǎn) 熱連軋過程工藝與設(shè)備 我國武鋼1700mm帶鋼熱連軋機主要設(shè)備是：1. 步進式加熱爐2. 粗軋機組3. 精軋機組4. 層流冷卻裝置5. 卷取機組等將厚度為150250mm的板坯軋成厚度為1.212.7mm的薄板卷。熱連軋過程工藝與設(shè)備 我國武鋼1700mm帶鋼熱連軋機主要設(shè)熱連軋過程工藝與設(shè)備 熱連軋過程工藝與設(shè)備 爐卷軋機爐卷軋機精軋入口精軋入口精軋機組精軋機組精軋機精軋機層流冷卻層流冷卻卷取機卷取機加熱區(qū)的控制對象 板坯確認1. 由板坯庫運來的板坯吊放在上料輥道；2. 自動稱重后

8、將板坯實際重量輸給計算機；3. 與計算機中所存貯的重量進行比較；4. 吊到上料輥道上便處于計算機的控制之下；5. 受到冷金屬檢測器的跟蹤；6. 由跟蹤程序控制輥道的運轉(zhuǎn)和板坯在輥道上的位置，由定位程序進行定位控制。 加熱區(qū)的控制對象 板坯確認加熱區(qū)的控制對象(續(xù))板坯推入加熱爐時問題：1. 推鋼機行程是根據(jù)前一塊板坯在爐中的位置和寬度確定推入位置；2. 前后兩塊板坯之間的間距，由計算機經(jīng)計算后來確定；3. 板坯在爐內(nèi)移動的位置用入爐門處的冷金屬檢測器作為跟蹤的起點；4. 由PLC完成步進梁的移動控制。加熱區(qū)的控制對象(續(xù))板坯推入加熱爐時問題：爐內(nèi)控制 1. 板坯在加熱爐中由步進梁一步一步地將

9、它移向出料端； 2. 步進梁正常向前一步的行程為600mm； 3. 為了防止爐內(nèi)最前面的板坯越位而碰到出料爐門上，甚至掉下來，所以在距 出料端側(cè)墻上設(shè)有射線檢測器，用來控制步進梁停止前進; 4. 步進梁的移動，以及步進梁作上下周期性的運動均由計算機控制。 加熱區(qū)的控制對象(續(xù))爐內(nèi)控制加熱區(qū)的控制對象(續(xù))加熱爐的燃燒控制1. 由計算機進行設(shè)定和計算;2. 溫度和流量調(diào)節(jié)器來執(zhí)行其控制功能;3. 爐中的板坯按計算機設(shè)定的軋制節(jié)奏，用抽出機從加熱爐中托出已加熱好的板坯;4. 通過設(shè)在出爐輥道附近的熱金屬檢測器器，啟動相應的輥道運轉(zhuǎn)，將板坯送給粗軋機組進行軋制。 加熱區(qū)的控制對象(續(xù))加熱爐的燃燒

10、控制加熱區(qū)的控制對象(續(xù))粗軋機組各設(shè)備的基本設(shè)定項目1. R1，R3和R4軋機的壓下位置；2. R2軋機的軋制道次及其各道次的壓下位置;3. 大立輥(VSB)和小立輥(E3，E4)的開口度度以及E2小立輥機架奇數(shù)次的開口度；4. VSB，R1，R4的入口側(cè)導板的位置以及R2軋機前后側(cè)導板的位置；粗軋區(qū)的控制對象 粗軋機組各設(shè)備的基本設(shè)定項目粗軋區(qū)的控制對象 5. Rl軋機咬鋼和拋鋼的速度;6. R2和R3軋機的軋制速度;7. R2軋機的軋制時間和反轉(zhuǎn)時間的設(shè)定；8. R2軋機前后側(cè)以及R3和R4軋機入口側(cè)高壓水除鱗噴嘴的設(shè)定；9. 粗軋機組出口側(cè)測寬儀和測溫儀的整定等。粗軋區(qū)的控制對象（續(xù)）

11、 5. Rl軋機咬鋼和拋鋼的速度;粗軋區(qū)的控制對象（續(xù)） 帶坯寬度的控制1. 根據(jù)在精軋機組出口側(cè)實測所得到的成品帶鋼的寬度，將它反饋到粗軋機組E3和E4進行再設(shè)定，對帶坯進行寬度控制。2. 當所要求的精軋成品帶鋼的寬度與實測寬度差小于精度要求時，便認為達到了技術(shù)標推的要求，此時便可以停止對所要求的粗軋帶坯寬度的修正。 粗軋區(qū)的控制對象（續(xù)） 帶坯寬度的控制粗軋區(qū)的控制對象（續(xù)） R3與R4機架之間的無張力控制1. 在R3與R4機架上采用了無張力控制。所謂無張力并不是軋件上沒有張力作用，而只是指其張力水平限制在很小和恒定的范圍內(nèi)。2. 當軋件被R4軋機咬入之后，便迅速地在R3與R4機架之間建立

12、無張力控制過程。 粗軋區(qū)的控制對象（續(xù)） R3與R4機架之間的無張力控制粗軋區(qū)的控制對象（續(xù)） 在R2與R3軋機之間的輥道上進行游蕩等待的控制1. 為了防止本塊帶坯在精軋機第一架F1之前與前一塊帶坯(已進入精軋機組的帶坯)發(fā)生相碰，在軋件被R3軋機咬入之前，要進行防止碰撞檢驗計算。2. 當允許軋件進入R3軋機時才能被R3軋機咬入，否則軋件就應在R3軋機前面的輥道上進行游蕩等待控制。 粗軋區(qū)的控制對象（續(xù)） 在R2與R3軋機之間的輥道上進行游蕩等待的控制粗軋區(qū)的控制對精軋區(qū)域各設(shè)備的設(shè)定1. 飛剪機入口側(cè)導板開口度和飛剪剪切方式的設(shè)定；2. 高壓水除鱗箱和機架間噴水制度的設(shè)定：3. 精軋機組各機

13、架入口導板開口度的設(shè)定，穿帶時各機架壓下位置的設(shè)定；4. F4一F7機架彎輥力和竄輥位置的設(shè)定；精軋區(qū)控制對象 精軋區(qū)域各設(shè)備的設(shè)定精軋區(qū)控制對象 5. 精軋機組最末機架穿帶速度、加速度以及穩(wěn)定軋制階段軋制速度的設(shè)定；6. 各機架軋制壓力的計算和壓下位置的設(shè)定；7. 活套支持器的平衡力、高度和張力的設(shè)定；8. 測厚儀、測寬儀、測溫儀、板形儀及溫度儀的設(shè)定。精軋區(qū)控制對象（續(xù)） 5. 精軋機組最末機架穿帶速度、加速度以及穩(wěn)定軋制階段軋制速精軋時厚度自動控制1. 包括厚度自動控制方式的選擇；2. 各種厚度自動控制系統(tǒng)中的工藝參數(shù)(軋制壓力、輥縫值、軋機剛度系數(shù)、油膜厚度、速度、張力等)的計算和設(shè)定

14、。 精軋區(qū)控制對象（續(xù)） 精軋時厚度自動控制精軋區(qū)控制對象（續(xù)） 精軋時的溫度自動控制1. 精軋機組出口溫度的自動控制；穿帶時的自適應控制；2. 當帶坯的頭部到達粗軋R4軋機后面的溫度計之后約2s時的第一次設(shè)定計算；精軋區(qū)控制對象（續(xù)） 精軋時的溫度自動控制精軋區(qū)控制對象（續(xù)） 3. 帶坯頭部到達精軋入口測溫儀前的熱金屬檢測器時的第二次設(shè)定計算；4. 當帶頭部被F1和F2機架咬入時，根據(jù)F1和F2機架上的實測軋制壓力和壓下位置，對F4一F7機架的原有設(shè)定值進行修正，即為穿帶自適應或稱為第三次沒定計算。 精軋區(qū)控制對象（續(xù)） 3. 帶坯頭部到達精軋入口測溫儀前的熱金屬檢測器時的第二次設(shè)層流冷卻控

15、制1. 帶鋼從精軋機組中軋出之后，要求在102m長的輸出輥道上冷卻到所要求的卷取溫度，因此生產(chǎn)過程中采用了高效率的層流冷卻系統(tǒng)。卷取溫度的控制主要是通過層流冷卻系統(tǒng)中的不同冷卻方式來實現(xiàn)的；2. 冷卻控制方式有前段冷卻、中段冷卻和后段冷卻。層流冷卻和卷取區(qū)控制層流冷卻控制層流冷卻和卷取區(qū)控制層流冷卻和卷取區(qū)域的控制內(nèi)容如下： (1)各設(shè)備的設(shè)定： 輸出輥道的超前率； 滯后率、減速率； 減速開始點的設(shè)定； 卷取機的側(cè)導板； 夾送輥和助卷輥開口度； 夾送輥；層流冷卻和卷取區(qū)控制（續(xù)）層流冷卻和卷取區(qū)域的控制內(nèi)容如下： 層流冷卻和卷取區(qū)控制（續(xù)助卷輥和卷筒的超前率； 卷筒的張力轉(zhuǎn)矩； 彎曲轉(zhuǎn)矩和加速

16、轉(zhuǎn)矩； 卸卷小車提升量等的設(shè)定。 (2)卷取溫度的自動控制。 (3)側(cè)噴水和輸出輥道上冷卻水的控制。層流冷卻和卷取區(qū)控制（續(xù)）助卷輥和卷筒的超前率；層流冷卻和卷取區(qū)控制（續(xù)）(一)系統(tǒng)配置的特點帶鋼熱連軋自動化系統(tǒng)特點： 1要求快速控制 由于控制對象是機電、液壓系統(tǒng)，因此要求快速控制?，F(xiàn)代軋機設(shè)備控制及工藝參數(shù)的控制周期一般為620ms，液壓位置控制或液壓恒壓力控制系統(tǒng)的控制周期小于10ms，機電設(shè)備控制或工藝參數(shù)(厚度、寬度等)自動控制則亦應小于20ms。計算機控制系統(tǒng)的組成(一)系統(tǒng)配置的特點計算機控制系統(tǒng)的組成2.控制功能眾多，而且集中，以帶鋼熱連軋精軋機組為例，7個機架上集中有：(1)

17、近10個機電設(shè)備的位置控制； (2)20多個液壓位置或恒壓力控制；(3)自動厚度控制(前饋、反饋、偏心補償及監(jiān)控AGC)；(4)自動板形控制(前饋及反饋閉環(huán)自動板形控制ASC(Automation Shape Control)； 計算機控制系統(tǒng)的組成（續(xù)）2.控制功能眾多，而且集中，以帶鋼熱連軋精軋機組為例，7個機主速度(級聯(lián))控制:(1) 6個活套高度、活套張力控制或無活套控制；(2) 精軋機組終軋溫度控制； (3)自動加減速及順序控制。總共將近55個控制回路,因此要求采用多控制器，控制器內(nèi)為多處理器結(jié)構(gòu)。計算機控制系統(tǒng)的組成（續(xù)）主速度(級聯(lián))控制:計算機控制系統(tǒng)的組成（續(xù)）3功能之間相互

18、影響 由于眾多功能最終的影響都將集中到軋輥、軋件變形區(qū)，因此功能之間相互影響顯著。（1）當自動厚度控制系統(tǒng)調(diào)整壓下控制厚度時，必將使軋制力變化，從而改變軋輥彎曲變形而影響輥縫形狀，最終影響出口斷面形狀和帶鋼平直度(板形)。計算機控制系統(tǒng)的組成（續(xù)）3功能之間相互影響 計算機控制系統(tǒng)的組成（續(xù)）(2)而當自動板形控制系統(tǒng)調(diào)整彎輻控制斷面形狀及平直度時，必將改變輥縫形狀而影響出口厚度。 (3)當終軋溫度控制改變機架之間噴水或加速度時，必將使各機架軋制溫度變化，從而使軋制力變化，最終又將會影響到出口厚度和板形。 因此功能之間要互相高速傳遞補償信號。計算機控制系統(tǒng)的組成（續(xù)）(2)而當自動板形控制系統(tǒng)

19、調(diào)整彎輻控制斷面形狀計算機控制系統(tǒng)4多個功能需共享輸入和輸出模塊 (1)AGC和APC都是輸出控制信號控制電動壓下或液壓推上； (2)活套高度控制和主速度級都是控制主電動機速度；(3)AGC和ASC都需要軋制力輸入信號，AGC和APC都需要輥縫信號。 前兩個特點要求系統(tǒng)采用處理能力強的快速CPU，并采用多CPU控制器及多控制器系統(tǒng)，而后兩個特點則要求系統(tǒng)具有快速通信能力計算機控制系統(tǒng)的組成（續(xù)）4多個功能需共享輸入和輸出模塊 計算機控制系統(tǒng)的組成（續(xù)） 快速處理能力、多個CPU(多個控制器)以及CPU與CPU、控制器與控制器之間的快速通信能力，將是配置軋鋼，特別是帶鋼熱連軋分布式計算機控制系統(tǒng)

20、所必須考慮的特點，由此必將構(gòu)造出一類特殊配置的計算機控制系統(tǒng)。也正因如此，到目前為止，世界范圍內(nèi)能提供帶鋼熱連軋機分布式計算機控制系統(tǒng)的僅有四五家大電氣公司。 計算機控制系統(tǒng)的組成（續(xù)） 快速處理能力、多個CPU(多個控制器)以及CP帶鋼熱連軋計算機控制系統(tǒng)由4級構(gòu)成： (1)第3級生產(chǎn)控制級； (2)第2級過程自動化級；(3)第1級基礎(chǔ)自動化級； (4)第0級數(shù)字ACDC傳動控制級。 也有將0級和1級合稱為傳動與基礎(chǔ)自動化級，這樣的系統(tǒng)也可認為由第1級到第3級的三級構(gòu)成。 計算機控制系統(tǒng)的組成（續(xù)）帶鋼熱連軋計算機控制系統(tǒng)由4級構(gòu)成： 計算機控制系統(tǒng)的組成（ 生產(chǎn)控制級的基本任務(wù)是本廠生產(chǎn)計劃的編制，也包括與上游及下游廠之間的生產(chǎn)協(xié)調(diào)