自動控制系統設計概論主講：李現明山東大學控制學院自動化系一、自動化專業在現代工業生產中的地位與作用現代工業生產的特點：“大機器、大工業”——摘自共產黨宣言現代工業生產的主要技術專業：能源動力類、工藝類、設備類、信息與控制類自動化專業：以自動控制理論為理論基礎，以電工技術、電子技術（微電子技術、電力電子技術）、傳感器技術、計算機技術為主要技術手段，以實現生產系統的運動控制和過程控制為主要目的。校正裝置：控制器，其算法依靠自動控制理論，其實現依靠電子技術、微機放大裝置：電力電子技術（形象舉例：打鐵）執行機構：電機與拖動測量裝置：傳感器給定裝置：取決于工藝，由工藝類專業給出被控對象：是生產的主體設備，設備類專業給出培養目標：自動控制系統的設計、制造、使用（含調試、運行、維修）培養方法：技術基礎課、專業基礎課給出各個單元的基本知識；專業課《自動控制系統》以一個典型的控制系統為例，將各個單元綜合在一起；生產實習環節提供幾個典型的自動控制系統，這是他人的設計結果，“它山之石，可以攻玉”；（沒吃過豬肉，先看看豬跑）畢業設計：教師指導下的獨立設計（師傅領進門，修行在個人）二、自動控制系統設計的主要內容1方案設計：所定方案要保證系統具有符合要求安全性、穩定性、經濟性和靜態、動態特性。正確選擇被控參數和施控參數是關鍵；2技術設計：含儀表系列選型；計算機系統選型；傳感器選型；執行器選型；各種零配件選型；控制室儀表盤及操作臺設計；計算機控制軟件及組態設計；超限報警和連鎖保護系統設計；3參數整定：在設計過程中對各控制器的PID參數做出初步整定（可借助數字仿真）；投運使在現場進一步做出整定。三、自動控制系統的工程設計流程1設計任務書是自動控制系統設計、評價的主要依據。要明確（1）被控對象特征和工藝流程：熟悉被控對象及其工藝流程是設計自動控制系統的前提。（2）主要工藝參數及指標要求：影響產品質量和生產效率的因素往往很多，要抓主要矛盾。“牽牛要牽牛鼻子”，應該通過控制牛的鼻子去控制一頭牛，而不是牛角、牛尾、牛腳等其他部位。主要控制參數及其指標不同，控制方案也不相同。（3）系統運行環境：溫度、濕度、電磁干擾環境、粉塵、噪音、電網波動、靜電場等。（4）特殊工藝要求：例如化工生產中的防火、防暴；客梯的故障自鎖；大部分冶金、化工、電力生產的控制系統都要求配置安全熱備系統。（5）系統設計目標：在決定性能指標時，要在性能、造價、復雜度、可靠性、可擴展性、可維護性等諸多因素約束中找到最佳平衡點。2初步設計（1）系統方案選擇：諸多約束下的最佳平衡點。（2）系統結構的確定：（3）主要設備和裝置的選擇：（4）性能價格比評價：3詳細設計：（1）系統功能塊劃分：合理劃分功能塊，有利于并行設計。（2）硬件設計：（3）軟件設計：（4）輔助系統設計：例如保護系統、熱備系統等。熱備系統是自動控制系統中的“戰略預備隊”。（5）系統離線調試與評價：即實驗室調試與評價。4現場安裝調試：（1）系統現場安裝：（2）現場調試：（3）在線測試：（4）系統最終評價：5資料歸檔（1）設計圖紙（2）評價結果（3）編寫使用說明書（4）設計完成確認書：由用戶給出三、自動控制系統設計的標準老體制設計標準：奠定了一整套常規儀表自動控制系統設計標準。組成CD50A2-84:《化工工廠自控設計施工圖內容深度統一規定》（原化學工業部頒布）HG20506-92:《自控專業施工圖設計內容深度規定》HG/T20573-95:《分散型控制系統工程設計規定》新體制設計標準：為DCS系統奠定了一整套設計標準HG/T20636-20639:《化工裝置自控工程設計規定》（1）HG/T20636：《自控專業設計管理規定》，包括十項文件自控專業的職責范圍；自控專業與工藝、系統專業的設計條件關系；自控專業與管道專業的設計分工；自控專業與電氣專業的設計分工；自控專業與電信、機泵及安全（消防）專業的設計分工；自控專業工程設計的任務；自控專業工程設計的程序；自控專業工程設計質量保證程序；自控專業工程設計文件的校審提要；自控專業工程設計文件的控制程序；（2）HG/T20637：《自控專業工程設計文件的編制規定》，包括8項文件自控專業工程設計文件的組成和編制；自控專業工程設計用圖形符號和文字代號；儀表設計規定的編制；儀表施工安裝要求的編制；儀表采購單的編制；儀表技術說明書的編制；儀表安裝材料的統計；儀表輔助設備及電纜、管纜的編號；(3)HG/T20638:《自控專業工程設計文件深度的規定》（4）HG/T20639:《自控專業工程設計用典型圖表及標準目錄》，含3項文件自控專業工程設計用表格；自控專業工程設計用典型條件表；自控專業工程設計用標準目錄；四、自控工程設計的分段和內容按國際通用設計體制，自控工程設計分為基礎工程設計和詳細工程設計兩個階段。1基礎工程設計階段要進行以下A、B、C、D四版的設計（1）A版：初版。內容基礎設計說明書和初步設計說明書；初步設計的儀表清單、控制室平面布置圖、儀表盤正面布置圖、初步詢價說明書；工藝控制流程圖；DCS系統配置圖；初步管道儀表流程圖；設計條件說明書；（2）B（內部審查版）、C（用戶審查版）、D（確認版）內容設計開工技術準備說明書；儀表設計規定；設計計劃；初步管道儀表流程圖的B、C、D版；設計條件說明書；分包項目設計要求說明書；工程設計文件；2詳細工程設計階段要依次進行E(研究版)、F（設計版）、G（施工版）設計(1)E版內容儀表索引儀表數據表儀表盤布置圖控制室布置圖DCS系統配置圖（初步）儀表回路圖連鎖系統邏輯圖、時序圖儀表供電系統圖儀表電纜橋架布置總圖DCSI/O表主要儀表技術說明書DCS技術規格書儀表采購單（2）F、E版內容若是常規儀表設計設計文件目錄儀表設計規定儀表技術說明書儀表施工安裝要求儀表索引儀表數據表報警連鎖設定值表電流表管纜表銘牌表儀表拌熱絕熱表儀表空氣分配器表儀表安裝材料表控制室內電纜表電纜分配表聯鎖系統邏輯圖順序控制系統時序圖繼電器聯鎖原理圖儀表回路圖控制室布置圖儀表盤布置圖閃光報警器燈瓶布置圖半模擬儀表布置圖繼電器箱布置圖端子配線圖半模擬盤配線圖儀表供電系統圖供電箱接線圖儀表穿板接線圖控制室電纜管纜布置圖儀表布置圖儀表電纜橋架布置總圖儀表電纜管纜及橋架布置圖現場儀表配線圖儀表空氣管道配線圖或系統圖儀表接地系統圖儀表安裝圖若使用DCS，則F、G版包括設計文件目錄DCSI/O表聯鎖系統邏輯圖儀表回路圖控制室布置圖端子配線圖儀表接地系統圖DCS監控數據表DCS系統配置圖端子（安全柵）布置圖工藝流程顯示圖DCS操作組分配表DCS趨勢組分配表DCS生產報表其它必要文件針對所選的具體型號的DCS，在具體的設計文件中要包括所有部分的說明書、圖表。五、自控系統的安全規則自控設計和儀表選型中必須考慮有關防火、防爆、接地、隔離、保溫、拌熱等問題1防爆電器的分類、分級、溫度分組煤礦井下使用的為Ι類防爆電器工廠使用的電器為ΙΙ類防爆電器分類標準中使用了最小點燃電流比指標MICR,指各種被測氣體或蒸汽的最小點燃電流與實驗室條件下甲烷的最小點燃電流之比ⅡA級防爆電器,MICR>0.8;ⅡB級防爆電器0.45≦MICR≦0.8;ⅡC級防爆電器MICR<0.45;2防爆電器設備的類型隔爆型（電器設備的標志為d）將電器設備的帶電部件放在特制的外殼內，該外殼具有將殼內電器部件產生的火花和電弧與殼外爆炸性混合物隔離開的作用，并能承受進入殼內的爆炸性混合物被殼內電器設備的火花、電弧引爆時所產生的爆炸壓力，而外殼不被破壞；同時能防止殼內爆炸生成物向殼外爆炸性混合物傳爆，不會引起殼外爆炸性混合物燃燒和爆炸。這種特殊的外殼稱為“隔爆外殼”。具有隔爆外殼的電器設備稱為“隔爆型電器設備”。隔爆型電器設備廣泛用于煤礦井下等不爆炸性環境工作場所。增安型（電器設備的標志為e）

對于那些在正常條件下不會產生電弧、火花和危險溫度的礦用電器設備，為了提高其安全程度，在設備的結構、制造工藝等方面采取一系列措施，從而避免了設備在運行和過載條件下產生火花、電弧和危險溫度，實現了電器防爆。本安型（電器設備的標志為ia或ib）通過電氣原理限制電器的電流、功率，達到在正常工作或發生故障時能夠避免火化、高溫或電弧引爆正壓型充油型充沙型無火花型特殊型逆變焊接電源主講：李現明1電焊機在我國裝備制造業中的重要性裝備制造業是為國民經濟發展提供技術裝備的基礎性產業，大力振興裝備制造業是貫徹落實科學發展觀、走新型工業化道路、提高國際競爭力、實現國民經濟全面協調可持續發展的戰略舉措。焊接是一種將材料永久連接，并成為具有給定功能結構的制造技術。國民經濟的諸多行業都需要大量高性能、高品質的電焊機。目前，鋼材是最主要的結構材料。鋼材必須經過加工才能成為具有給定功能的產品。由于焊接結構具有重量輕、成本低、質量穩定、生產周期短、效率高，以及市場反應速度快等優點，所以焊接結構的應用日益增多。電焊機則是保證高質量焊接首要的必備條件。我國鋼材總產量達到2億多T，實際鋼消耗量是3億1千萬T，幾乎占到全世界鋼材消耗量的1／3，成為世界上最大的鋼材生產國和消費國。這為我國電焊機事業的發展提供了很大的空間。長江三峽水利樞紐工程，其水電站的水輪機轉輪直徑為10.7m，高5.4m，重達440t，為世界最大、最重的不銹鋼焊接轉輪。三峽水電站的電動機定子座和蝸殼的結構也是巨大的，其中電動機定子座直徑為22m，高6m，重832t，是在我國焊接的最大鋼結構機座；蝸殼進水直徑為12.4m，總重量750t，為世界最大、最重的焊接蝸殼。西氣東輸工程的天然氣管線，全長4300km，其中涉及到大量的螺旋管焊接和直縫管焊接。這是我國鋪設的第一條高強度鋼的長距離管線，并且在鋪設中大量使用了自動化焊接設備。“世界第一拱橋”——上海盧浦大橋，全長3900m，跨度550m，為世界跨度最大的全焊鋼結構拱橋，用3.4萬T厚度為30-lOOmm的細晶粒鋼焊接而成。上海的金茂大廈，采用焊接鋼結構框架，共有88層，高420m。我國造船的總噸位從1985年的每年5O萬t，提高到2002年的463萬t，成為世界第三造船大國。這是在造船行業中大力推廣先進、高效焊接設備的結果。“神舟”載人飛船和長征系列運載火箭的燃料箱，都是全焊接的鋁合金結構。奧太公司之所以有如此大的成就，原因之一是因為選擇了一個富有發展潛力、自動化專業能夠唱主角的好產品。2電焊機行業生產發展方向

逆變式弧焊機是一種電力電子技術與焊接技術相結合的高科技產品，具有良好的電氣性能和焊接工藝性能，是目前國際上公認的最先進的電焊機。①控制性能優異，容易實現焊機智能化。②動載好，焊接工藝性優良。③重量輕，體積小。④效率高、功率因數高。⑤引弧性能好，可實現貧飛濺或無飛濺。⑥焊接速度快。⑦功能多，且轉換方便。電焊機產品將逐步走向數字化。

數字化焊接電源可以實現焊接電壓、電流波形快速檢測并計算短路過渡特征參數，進行自適應最優控制，用現代控制理論算法使特征參數和焊接規范始終調節于最佳范圍內，使焊接電弧處于穩定、動態性能最佳的工作狀態。對短路過渡電流波形的上升時間、燃弧時間，下降時間及各時段的電流峰值進行精確控制，以達到進一步減小焊接飛濺、改善焊接性能及焊接質量的目的。

數字化焊接電源實現了柔性化控制和多功能集成，具有控制精度高、系統穩定性好、產品一致性好、功能升級方便等優點。數字化焊接電源的不斷發展將推動整體焊接技術的進步，將促使焊接技術向著焊接工藝高效化、焊接質量控制智能化、焊接生產過程機器人化的方向發展。

3ZX7系列逆變式直流弧焊機原理

4．1逆變器及逆變式弧焊電源逆變式弧焊電源，又稱弧焊逆變器。一般是將三相工頻(50Hz)交流網路電壓，先經輸入整流器整流和濾波變成直流，再通過大功率開關電子元件(晶閘管SCR、晶體管GTR、場效應管MOSFET或IGBT)的交替開關作用，將整流后的直流逆變成幾kHz——幾十kHz的中頻交流電壓，并經變壓器降至適合于焊接的幾十伏電壓，然后再次整流并經電抗濾波輸出相當平穩的直流焊接電流。

為什么要采用上述這種方式呢?這是因為如果直接用逆變降壓后的交流電進行焊接，由于其頻率高，則感抗大，導致焊接回路中有功功率大大降低。因此，還需再次進行整流。4．2逆變焊接電源的基本組成弧焊逆變器的基本特點是工作頻率高，由此而帶來很多優點。這是因為變壓器，無論是一次繞組還是二次繞組，其電勢E與電流的頻率、磁通密度B、鐵心截面積S及繞組的匝數N如下關系：E=4.44fBSN而繞組的端電壓近似等于E，當U,B確定后，若提高f，則S減小，N減少，因此，變壓器的質量和體積就可以大大減少。這樣，就能使整機的質量和體積顯著減小。不僅如此，還因為頻率的提高及其他因素而帶來了許多優點，與傳統弧焊電源比較，其主要特點如下a．體積小、質量輕，節省材料，移動、攜帶方便。b．高效節能，效率可達80％-90％，比傳統焊機節電1／3以上。c．動特性好，引弧容易，電弧穩定，焊縫成形美觀，飛濺小。d．焊接參數自動調節控制方便，很適合作為自動焊接電源。e．可一機多用。4.3IGBT逆變式弧焊機4．5．1IGBT特性及其逆變器電路原理4．5．1．1IGBT特性IGBT是絕緣柵雙極晶體管的代號。它是將MOSFET和GTR集成在一個芯片上的復合器件。功率MOSFIT是單極型電壓驅動器件。它具有工作速度快、輸入阻抗高、熱穩定性好以及驅動電路簡單等特點，但它導通電阻較大，電流容量也較低，而GTR是雙極型電流驅動器件，其阻斷電壓高，載流能力強，但工作速度較慢，驅動電流大、控制電路較復雜。這兩類器件的缺點限制了它們的發展。目前出現許多新型復合器件，這些新型電力電子復合器件集合了單極型和雙極型器件各自的優點。IGBT發展較快，這種復合器件屬于晶體管類，它既可作為開關用，也可作為放大器件使用。由于它綜合了MOSFET和GTR兩者的優點，因而具有良好的特性，很適合作焊接電源的逆變器開關用。我國已經開發出100-630A各種規格IGBT逆變弧焊電源。IGBT與MOSFET比較有如下不同點：a．IGBT單管或模塊容量比較大。耐壓1200V，最大容量可達600A，而M0SFET耐壓1000V，最大容量只有3OA左右。弧焊逆變器不必采用多管IGBT并聯。b．IGBT飽和壓降比較低，有利于減少管子功率損耗。例如BSM—GB系列的IGBT，各種規格的飽和壓降均為2.8V，而MOSFET由于通道電阻比較大，飽和壓降一般在3-4V以上，導通管子功率損耗較大。IGBT的通態電壓和GTR相同，與偏置電壓有關。但在大電流區域內，由于電導調制作用，IGBT比M0SFET的通態電壓低。c．MOSFET的通態溫度系數為正。隨著電流增加和溫度上升，其通道電阻增加。這一特性對管組的并聯非常有利，即并聯工作管子中，哪一個溫度高，通道電阻也增大，使其所通過的電流相對減小。而GTR則相反．由于它的通態溫度系數為負，并聯工作的管組中，哪一個管子溫度上升，通道電阻變小，使其所通過的電流增加。如此演變下去，就可能導致該管子由于電流、溫度的不斷增加而燒壞。IGBT又是另一種特性，在小電流區域內通態溫度系數為負值，在大電流區域內為正值，即當電流增大到一定值之后溫度系數由負變正，對管子并聯工作有利。d．開關損耗特性。IGBT的開關損耗比GTR小，一般約為其1／5-1／3，但比MOSFET大，這與開關時間快慢有關。e．高頻特性。MOSFET可工作在30kHz以上，IGBT工作在10-30kHz，GTR工作在25kHz以下。IGBT作為焊接電源逆變器開關器件有如下優點。a.電壓驅動，驅動功率小，輸入阻抗高。b．高的開關速度，一般開關時間是同規格GTR的1／10，一般GTR工作頻率在5kHz以下，MOSFET為30kHz以下，IGBT在10-30kHz。c．開通損耗小，飽和壓降降低，開關損耗約為雙極晶體管的1／3左右，IGBT的飽和壓降較低，標準飽和壓降為3V，與相同規格的MOSFET相比，通態電阻至少小10倍，通態壓降減少10倍，通態損耗大大減小。在額定條件下，飽和壓降與溫度關系為1.4倍/100℃，而MOSFET約為2倍／100℃。d．安全工作區寬。IGBT與MOSFET相同，沒有二次擊穿現象，高壓安全工作區比雙極晶體管寬。e.電流密度高，載流容量大，電流密度為同規格雙極晶體管的1.5倍，載流容量為MOSFET的5-10倍。但IGBT使用時應注意以下幾點：a．由于極高的輸入阻抗，對靜電放電敏感，使用時應盡量防止感應電荷的存在。b．為了防止誤動作，門極應加5V或更大反向偏置電壓。e．為了避免發生擎住現象，設計電路時應保證IGBT中的最大集電極電流不超過ICM，或用加大門極電阻的辦法延長IGBT的關斷時間。4.5.1.2IGBT逆變器電路原理三相380V交流電壓經全橋整流濾波后，送到IGBT全橋式逆變開關，逆變產生的高頻(20kHz)交流電壓經二次側帶有中間抽頭的功率高頻變壓器降壓，以及整流濾波后送到電弧負載。焊接電壓、電流的調節和外特性形狀的控制，采用脈寬調制(PWM)，電流反饋信號借助萊姆(LEM)電流傳感器獲得。采用全橋式的目的，在于使開關管承受同樣的耐壓和電流情況下逆變器有更大的功率輸出。VD1-VD4與IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4反向并聯，承受負載產生的反向電流以保護開關管。4個緩沖(吸收)環節的引入是為了避免4個開關管在關斷時過高的電壓上升速度和減少管子的關斷損耗。在此電路中，橋式對邊上的2只IGBT如IGBT1、IGBT4或IGBT2、IGBT3是同時導通和關斷的，對邊上的2對開關管交替通斷，相位差為180。當激勵脈沖信號輪流驅動IGBT1、IGBT4、IGBT2、IGBT3時，逆變主電路把直流高壓約540V轉換為20kHz的高頻交流電壓送到高頻變壓器，經降壓整流濾波輸出。由于IGBT的單管(特別是模塊)控制電流能力強(最大可達600A)，因此電路的每一開關臂僅用單只IGBT，簡化主電路和驅動電路的結構。也就是說，驅動電路的設計只需考慮能激勵單只MOSFET所需功率就行。借助PWM調制和只取電流負反饋，便可獲恒電流特性，如圖所示。曲線1為恒流特性，曲線2為電弧負載特性。在某只IGBT的電壓和電流波形，如圖示。直流弧焊逆變器電流反饋信號的采樣方式有多種：在交流側接交流互感器；在直流側接無感電阻多種：在交流側接交流互感器；在直流側接無感電阻或直流互感器。它們各自有不同的優缺點。而PWM控制的直流弧焊逆變器多是采用電流表配用的分流器不是無感電阻，得到的反饋信號為毫伏級(小于75mv)，信噪比小。這種取樣方式在控制電路與輸出主電路之間有公共點，以致干擾增加，一般需要通過光電耦合器來隔離電的直接聯系，提高反饋系統的穩定性。本例采用萊姆(LEM)電流傳感器對焊接電流采樣，實現了與輸出主電路完全隔離，動態反快，采樣電流與輸出電流線性好的反饋控制。 中厚板生產自動化主講：李現明1概述1濟鋼中厚板廠，一期工程設計年產量4O萬t，1998年2月投產；二期工程設計年產8O萬t，現已竣工達產；三期工程設計年產l15萬t。2002年生產鋼板95萬t。濟鋼中厚板廠現有職工510人，青工占7O％以上，工程師以上職稱42人。2工藝流程原料——加熱——高壓水粗除鱗——四輥粗軋機軋制——四輥精軋機軋制——軋后快冷——矯直——冷床冷卻——翻板——剪切——成品檢查標識——入庫3主要設備1)加熱爐：兩座扼流連續推鋼加熱爐，一座步進梁式蓄熱式加熱爐，加熱能力340t／h。2)四輥可逆粗軋機：工作輥尺寸直徑800～725×3200mm，支承輥尺寸1400～1315×2950mm，最大軋制力30000kN。3)四輥精軋機：3500mm四輥可逆式精軋機，配備有液壓AGC、液壓彎輥裝置，機后配備γ射線自動測厚儀，可實現全過程自動軋鋼。軋輥尺寸1030-930×3500mm，支承輥尺寸2100～1880×3400mm，最大軋制力70000kN，軋機凈壓靠剛性1000kN／mm。4)控冷裝置：采用高密集管層流冷卻，水冷區的長度1600mm、寬度1500～3350mm，冷卻速度為2～32C／s。5)矯直機四重式九輥熱矯直機：矯直鋼板厚度8-60mm，最大矯直力6300kN。四重式強力型十一輥熱矯直機，矯直鋼板厚度6～100mm，矯直鋼板強度490N／mm。最大開口度為300mm，矯直精度為1.5mm／m。6)雙邊剪：三軸傳動滾切式雙邊剪，最大剪切力為2×7000kN，剪切厚度6～50mm。7)在線超聲波探傷：采用三次通過檢測法，檢測鋼板厚度6～100mm，寬度1500～3350mm。4主要產品

常規產品規格：厚度8～100mm，最大寬度3350mm。主要品種有：普通碳素結構鋼；耐候板；汽車大梁板；橋梁板；模具鋼板；十幾個品種通過了中、英、法、挪威、德、日本、韓國、意大利、美等九國船級社的認證。5中厚板生產自動化5.1概述全球中厚板生產技術的奮進目標是“一高一低”，一高是高質量、一低是低成本，兩者互相關聯。現代化中厚板生產要求連續化、批量生產管理的科學化，質量指標嚴格控制。生產數據信息及時得到反饋，廢次品迅速有效地遏制，工序與工序、設備與設備、各自動化之間緊密聯結，某些操作人工難以勝任。中厚板生產實現自動化，不僅僅是省幾個人，而是實現優質、高、低耗、安全生產的有力保證。

中厚板軋機自動化始于1964年，由于中厚板軋制工藝的特殊性，訂貨產品規格的繁雜、質量指標的千差萬別，中厚板軋機的自動化進程要比熱帶軋機晚10年之多。中厚板生產要實現全面自動化尚需有一段艱苦的里程。目前，全球中厚板生產自動化系統控制比較完善的首推日本川崎水島廠5490mm單機架軋機，國內以寶鋼5000mm雙機架軋機自動化水平最高。全球大部分現代化厚板軋機都實現四級自動化，軋機只設一人操縱或監視，操作臺已取消一半，實現自動化控制或遙控方式；一些吊車已改為地面操作，視線好又無需人員指揮。因此，車間定員大為縮減。5.2中厚板生產自動化的特點1橫軋是中厚板軋機生產技術的特點之一，橫軋的目的，一是展寬，當原料寬度不足于板寬時，采用展寬方式以達到板寬的要求；二是減少鋼板縱橫向性能差。這種特殊的軋制方式，促使軋機遲遲未能走向自動化，直至今中厚板軋機自動化過程中橫軋仍然是一個關鍵的環節。2中厚板軋制通常在一個機架或兩個機架上實行多道次往復軋制，原料除板坯以外，有時尚用大小鋼錠、鍛制坯與二次坯，規格非常繁雜，成品板規格和鋼號也很多，即使原料尺寸與成品尺寸相近，但由于鋼種的不同，軋制規程仍有很大的差異，給軋機自動化帶來一定難度。3板型控制除橫向與縱向以外，尚有平面板型的控制，再加上立輥軋邊，更增加軋機自動化的難度。4控軋控冷是中厚板軋機的一項特長，因中厚板軋機具有隨意變換道次和軋制溫度的靈活性，并采取一些待溫等軋的有效措施，有目的地控制道次壓下率與等軋終軋溫度，使軋機自動化添加了許多不穩定的因素。5雖然采用控軋控冷技術，使線外熱處理量明顯減少，但中厚板線外熱處理仍然是一項必不可少的繁重工序。熱處理種類有正火、回火、淬火、退火、調質(淬火+回火，正火+回火)及緩冷等方式，而爐型有連續式和間歇式之分，非常繁多。由于中厚板熱處理量大，占用車間面積廣，工序周期長，連續性差，要實現自動化自然會受到一定的影響。6流程路線多，而且有交叉、逆流及復重處理的線路。從板厚分，厚50mm以下經剪切線，厚50mm以上送往火焰切割線；從熱處理分，需熱處理板送往熱處理跨，而非熱處理板經剪切后可直接送往成品庫。平直度不合格的板應送往冷矯直線補矯。管線板要求超聲波探傷后交貨時需經管線板超聲波探傷檢查。一些特殊性能板需移至地上進行全面探傷，這些鋼板探傷目前都靠人工進行。一些低溫用板要求去磁時需送往去磁線逐塊進行去磁。這些流程要實現自動化比較困難，國外至今也都未走向自動化。7對中厚板外表與內在質量的要求都在逐年提高，僅靠人工操作已感困難，且很不穩定，因此，必需依賴電腦控制。8中厚板是小批量多品種生產，大量產品信息跟蹤與反饋只靠人工，往往有些疏漏，也需要有電腦協助管理。9中厚板檢測與檢驗工作量很大，有些鋼板需逐塊取樣，而且要求把檢測信息及時采集與反饋，檢驗取樣與試驗結果也要求及時傳遞到發貨部門，以便迅速發貨給用戶。這些工作只有電腦聯網方能解決。10

中厚板厚度達500mm，寬度達5350mm，重達250t。產品特殊且很重要，除矩形板以外，還有園形、錐形、梯形、異厚、異寬、帶肋及防撓等鋼板。品種除船、管線、橋梁、鍋爐、容器、儲罐、海上平臺、建筑及機器結構等用板以外，還有艦艇、戰車、坦克裝甲、導彈及衛星等重要用板，不但性能要求特殊，而且檢驗項目很嚴格，取樣量大，要求每塊板取樣，也必需依靠電腦來管理才能勝任。5.3中厚板生產自動化應具備的條件

1應有先進的中厚板生產工藝，加熱爐裝料至成品板收集堆垛工序之間用輥道與移送機卸接，組合成一條連續化生產線。2軋機應具有較大的剛度，軋制參數穩定且變動小，并具備有多道次軋制和展寬軋鋼對正等電氣化機械化傳動設備。3整條軋制線應配備有性能高而穩定的計量、檢測、分析及控制等儀表裝置或元件。計量有計數、稱量及流量等裝置；檢測有測溫、測壓、測速、測厚、測寬、測長、測位、測時、測板型、測平直度、測鐮刀彎、測內在與表面缺陷等儀器；分析有爐氣、酸液、水質等成分的確定；控制有各類邏輯、程序、計算機實時或分時控制等，并配有電控、熱工儀表控制及液壓控制等系統。4有可靠的軟件技術，有一整套實用的數據。5擁有一大批自動化高層人才來掌握與這些先進的自動化裝備。6配備先進的三電系統，三電指配電、傳動與自動化、儀表與電訊。三電是保證自動化系統與控制、高產、優質、低耗、多品種、省時、節省勞力及安全穩定生產的必要務件。三電系統關系緊密，互相滲透，且有其獨特性，缺一不可。而三電必須包括有主機、輔助附屬等設備與設施的電力傳動、供配電、儀表、電訊及四級自動化控制系統。5.4中厚板生產自動化控制功能

中厚板生產自動化系統按控制功能分為基礎自動化(BA)，稱為零級(L0)；過程控制計算機(SCC)稱為一級(L1)；生產控制計算機(PCd)，稱為二級(L2)；管理系統(M2)，稱為三級(L3)，也有稱一級、二級、三級、四級的，即L1、L2、L3、L4。不管級別怎么稱呼，功能都一樣。每級自成為一個有機的整體，但四級間關系密切，互相聯絡，信息共享。自動化級別愈多，自動化程度愈高，調試也越復雜，要求技術水平也越高。5.4.1基礎自動化

指單機設備及其輔助設備的自動化連鎖控制，必要時也可切換到手動操作，是各級自動化的基礎，直接監視每臺設備的運行狀態，并單獨配置l臺或多臺計算機。中厚板軋機多數設備均已實現了自動化。如軋機基礎自動化是接受過程自動化計算機下達的軋制程序指令，按軋制道次與道次壓下量來實現AIC與AGC，按軋件尺寸，控制主電動機轉速；按寬度與延伸軋制的要求來控制推床開口度，旋轉輥道轉鋼或非轉鋼軋制；依據軋制狀況來調整板型控制裝置的各種手段，以取得最佳的板形。基礎自動化一般包括運轉控制子系統、傳送子系統、硬件設備及測量等。該項計算機一般應由設備制造方提供硬件和軟件。5.4.2過程控制計算機用于從原料上料至打印噴字各個生產過程的監視與控制，并進行實時處理。該控制結合具體生產任務，將基礎自動化單項設備及其前后輔助設備，一部分生產過程或全廠生產過程進行連鎖、跟蹤、并進行實時處理。并根據生產任務的要求，及時為某項設備編制出一套過程機的程序軟件。過程控制一般包括工藝閉環系統，鋼板厚度、凸度、平面板型及溫度控制環、預設程序，低級跟蹤、記憶操作數據存儲、人機信息、警報事件邏輯與指示打印系統，測量數據收集、短期質量保證、中期質量保證與發展系統等。5.4.3生產控制計算機負責全廠生產計劃安排、指令發放、中間庫與成品堆存、所有操作臺生產調、進行生產分析、編制生產報表、軋輥、工具及備品備件管理、鋼板檢驗等。生產控制一般包括軋機調整系統和設備匹配支撐系統。前者有自動自適應過程模型、高級跟蹤、生產機器邏輯、過程分析、長期質量保證及離線模擬等，而后者有生產計劃與程序、產品跟蹤、訂單控制及數據選擇分析等。5.4.4管理系統用于實現全廠生產計算機管理，是現代化中厚板廠自動化不可或缺的重要組成部分。管理系統一般包括接受訂單，合同分解組合與執行，原料、產品、質量及生產計劃等設計；產量、質量、檢驗、成本、財務、設備狀況、合同、發貨計劃及生產技術標準等管理，生產實績采集、物流跟蹤、質量判定、全廠生產協調、通訊交流及周邊廠聯絡。5.5中厚板生產四級自動化控制功能范圍基礎自動化1)控制目標：單設備自動化，直接監視運行狀態(2)控制項目：加熱爐、除鱗箱、輥軋機軋機、精軋機、快冷裝置、熱矯直機、冷床、超聲波探傷裝置、切頭剪、雙邊剪、定尺剪、廢邊收集裝置、標記裝置、冷矯直機、常化爐、淬火爐、輥式淬火機、拋丸涂漆線等。各臺設備又可細分若干項目，同時設有各自的計算機，另有設備故障診斷。(3)控制范圍：每臺設備PLC／DCS控制，并設監視系統。(4)系統分析內容：程序位置、速度、溫度、熱工、尺寸等控制與采集。(5)系統功能：信號采集、材料性能、板坯稱重、測長、定位，順序、位置、高壓水除鱗、軋制速度主令，寬度、厚度、板型、快冷、矯直、冷卻、剪切，標記、熱處理、設備監視、MMI、介質系統等。（6)硬件系統：網絡拓撲結構為分段總線式，用現場總線或直接連接遠程I／O進行分布式數據采集，字式傳動裝置通過專用的傳動總線與BA主系統相連，設置設備監視系統。過程控制計算機過程控制計算機(SCC)，1級(L1)或2級(L2)，用于工序監視。．(1)控制目標：結合具體生產任務，將BA單項設備或其前后輔助設備、一段生產流程或全廠生產過程進行控制與跟蹤，并實時處理。(2)控制項目：坯料跟蹤、加熱爐裝出爐控制、軋機軋制程序、AGC、APC、板型控制、CR、TM—CP、ACC、AWC、同步軋制、自動換輥、熱矯輥形控制、剪刃間隙調整、換剪刃、畫線機控制。(3)控制范圍：原料上料至打印噴字、收集等全過程監視與控制、實時處理。(4)系統分析內容：跟蹤加工參數、質量等。(5)系統功能：材料跟蹤、板坯核對、加熱控制、軋制節奏、設定計算、平面板型、凸度、平直度、寬度、調溫、冷卻、質量分類、熱矯、設定計算、剪切、劃線、噴字、打印、模擬軋制、板流向、熱處理、冷矯、數據采集、操作指導、畫面報表、數據通訊、數學模型、自適應控制。(6)硬件系統：采用多處理器連接磁盤，用鏡像盤或陳列盤，網絡拓撲結構為星形網。生產控制計算機生產控制計算機(PCC)，2級(L2)或3級(L)