第1章 综述 1
1.1 我国轧钢自动化发展的历史和现状 1
1.2 轧钢自动化系统功能述评和技术发展 3
1.2.1 轧钢自动化系统的功能述评 3
1.2.2 轧钢自动化的技术发展 6
1.3 轧制过程基础控制和公共控制 9
1.3.1 自动位置控制 10
1.3.2 轧线速度控制 11
1.3.3 轧件跟踪 14
1.3.4 数据通信 16
1.3.5 轧线控制逻辑 16
1.4 轧钢自动化工程开发设计支撑体系 17
1.4.1 冶金自动化工程开发设计规范 18
1.4.2 轧制自动化系统开发平台 22
1.4.3 轧制自动化系统工程技术库 29
1.4.4 系统测试和现场调试工具 30
参考文献 31
第2章 轧线仪表和传感器 33
2.1 概述 33
2.1.1 轧线仪表和传感器 33
2.1.2 轧钢主要仪表和传感器的特点和检测环境 37
2.2 特殊轧件跟踪仪表与传感器 38
2.2.1 热金属检测器（HMD） 38
2.2.2 冷金属检测器（CMD） 40
2.2.3 带钢对中控制装置 41
2.3 轧制力测量仪 45
2.3.1 压磁式传感器 46
2.3.2 应变电阻式传感器 49
2.3.3 电容式传感器 52
2.3.4 油压式传感器 53
2.3.5 拉杆式传感器 53
2.3.6 轧制力传感器的标定 54
2.4 张力测量 56
2.5 辊缝测量 58
2.5.1 辊缝测量方法 58
2.5.2 位置传感器 61
2.6 线速度测量 65
2.6.1 发电型转速计 65
2.6.2 脉冲式转速计 65
2.6.3 线速度的相关测量法 66
2.6.4 线速度的光束切断测量法 67
2.6.5 激光式线速度计 68
2.7 厚度测量 70
2.7.1 X射线测厚仪 71
2.7.2 核辐射测厚仪 73
2.7.3 激光测厚仪 74
2.7.4 钢板凸度仪 77
2.7.5 带钢板镀层厚度测量 80
2.7.6 钢管壁厚测量 81
2.8 宽度测量仪 83
2.9 板形测量 87
2.9.1 平直度定义 87
2.9.2 冷轧带钢板形测量 87
2.9.3 热轧带钢板形测量 90
2.10 线径测量 93
2.10.1 ORBIS型无接触式线（棒）径测量仪 93
2.10.2 RDMS激光测径系统 94
2.11 长度测量 95
2.11.1 脉冲发生器法 96
2.11.2 光束切断法 97
2.11.3 激光法 98
2.12 缺陷测量与无损检测 98
2.12.1 概述 98
2.12.2 无缝钢管的缺陷检测 99
2.12.3 螺旋焊管的缺陷检测 100
2.12.4 轮轴的缺陷检测 102
2.12.5 钢轨的缺陷检测 103
2.12.6 钢板的缺陷检测 104
2.12.7 在役轧辊的缺陷检测 108
2.12.8 镀层板的针孔检测 109
2.13 连续铁损测量 111
2.13.1 连续铁损仪的构成 111
2.13.2 连续铁损仪的测量原理 112
2.13.3 连续铁损仪补正因素 113
2.13.4 连续铁损仪信号显示 114
2.13.5 连续铁损测量仪的技术参数 114
2.14 温度测量 114
2.15 机器视觉的应用 115
2.15.1 基于机器视觉的重轨表面缺陷检测系统 116
2.15.2 基于机器视觉的焊缝自动跟踪系统 120
参考文献 122
第3章 轧机电气传动系统 128
3.1 轧机主传动系统 128
3.1.1 轧机主传动系统特点 128
3.1.2 轧机主传动系统发展历程 128
3.1.3 轧机主传动系统发展与电力电子技术发展的关系 129
3.1.4 交流变频调速系统对于电机类型的选择 130
3.1.5 轧机直流传动系统 130
3.1.6 轧机交流变频调速传动系统 131
3.2 轧机主传动变频器 133
3.2.1 交交变频调速系统 133
3.2.2 负载换相交直交变频调速系统 136
3.2.3 可关断器件交直交变频调速系统 138
3.3 轧机主传动整流变压器 143
3.3.1 整流变压器结构形式 143
3.3.2 交流变频整流变压器设计需要考虑的问题 144
3.3.3 整流变压器的防转移电压措施 145
3.3.4 干式整流变压器的温度保护装置 146
3.4 轧机主传动电动机 147
3.4.1 用于轧机主传动电动机的类型 147
3.4.2 直流电动机 147
3.4.3 异步电动机 154
3.4.4 同步电动机 156
3.4.5 对轧机主传动电动机的技术要求 160
3.5 直流与交交变频传动系统的SVC装置 162
3.5.1 变频器产生的谐波与无功 162
3.5.2 SVC装置工作基本原理 163
3.5.3 SVC装置技术性能指标 167
3.6 轧机主传动扭振问题 167
3.6.1 轧机的扭振现象 167
3.6.2 轧机扭振分析和计算方法 173
3.6.3 轧机轴系扭振力学模型 174
3.6.4 控制扭振的措施 178
3.6.5 应用现代控制理论来解决扭振问题 181
3.7 轧机辅传动 181
3.7.1 轧机辅传动的供电方式 182
3.7.2 轧机辅传动接线方式 182
3.7.3 轧机辅传动电动机的制动方式 183
3.7.4 轧机辅传动整流器结构 183
3.7.5 轧机辅传动电动机的类型 183
3.7.6 交-直-交卷取机控制系统介绍 184
参考文献 189
第4章 轧机液压伺服系统 190
4.1 液压伺服系统简介 190
4.2 电液伺服阀 191
4.2.1 电液伺服阀控制的液压辊缝调节原理 191
4.2.2 流量电液伺服阀结构 191
4.3 伺服油缸 192
4.3.1 油缸的分类 192
4.3.2 伺服油缸设计的特点 192
4.3.3 油缸的设计 193
4.3.4 典型应用设计实例 196
4.4 检测元件 200
4.4.1 位置传感器 200
4.4.2 压力传感器 201
4.5 液压伺服供油系统 201
4.5.1 高压泵系统 201
4.5.2 低压泵系统 202
4.5.3 伺服油缸控制装置 202
4.5.4 油箱及回油系统 203
4.5.5 阀架 203
4.6 液压伺服系统的使用与维护 203
4.6.1 安装 203
4.6.2 液压系统的调试 204
4.6.3 检查与维护 205
4.6.4 液压系统故障及排除 205
4.6.5 液压元件的故障及排除 207
参考文献 210
第5章 板带热连轧轧制自动化 211
5.1 概述 211
5.1.1 宽带钢热连轧机的主要设备布置形式 211
5.1.2 两种主要热连轧工艺的比较 212
5.1.3 热轧窄带钢 214
5.2 轧线仪表和传感器 214
5.2.1 热连轧轧线仪表和传感器布置 214
5.2.2 主要轧线仪表和传感器说明 215
5.3 自动化系统结构、配置和功能分配 216
5.3.1 系统总体方案 216
5.3.2 自动化系统设备选型和配置 220
5.3.3 系统功能分配 223
5.4 基础自动化系统的功能 229
5.4.1 飞剪控制 230
5.4.2 活套控制 232
5.4.3 自动宽度控制 237
5.4.4 自动厚度控制 240
5.4.5 板形控制 248
5.4.6 热卷箱控制 249
5.4.7 卷取机控制 253
5.5 过程控制计算机系统功能 263
5.5.1 过程控制计算机系统开发平台 263
5.5.2 过程控制计算机数据组织 264
5.5.3 轧制计划的输入和管理 266
5.5.4 过程控制计算机的数据通信 270
5.5.5 轧件跟踪 273
5.5.6 轧制节奏控制 276
5.5.7 轧制模型控制逻辑 279
5.5.8 轧制过程模型综述 281
5.6 轧制过程数学模型和人工智能应用 282
5.6.1 粗轧模型 282
5.6.2 精轧模型 289
5.6.3 模型参数自学习 304
5.6.4 人工智能应用 306
参考文献 307
第6章 板带冷连轧轧制自动化 308
6.1 概述 308
6.2 轧线仪表与传感器 309
6.2.1 测厚仪 309
6.2.2 压头 310
6.2.3 张力计 310
6.2.4 激光测速仪 310
6.2.5 平直度仪 310
6.2.6 焊缝检测器 310
6.2.7 脉冲码盘 310
6.2.8 位移传感器 311
6.3 自动化系统的结构、选型和功能分配 311
6.3.1 自动化系统总体结构 311
6.3.2 自动化系统选型和配置 311
6.3.3 自动化系统的功能分配 313
6.4 基础自动化系统功能 317
6.4.1 入口段控制 318
6.4.2 速度主令控制 323
6.4.3 自动厚度控制（液压AGC） 324
6.4.4 机架间张力控制 332
6.4.5 动态变规格控制 336
6.4.6 板形控制 342
6.5 过程控制计算机系统功能 349
6.5.1 过程控制计算机系统结构 349
6.5.2 原始数据管理子系统 350
6.5.3 轧件跟踪子系统 352
6.5.4 轧辊数据管理 353
6.5.5 数据采集 354
6.5.6 报表子系统 356
6.6 数学模型及人工智能的应用 357
6.6.1 冷连轧数学模型简介 357
6.6.2 设定计算的步骤和方法 358
6.6.3 轧制力、轧制力矩和轧制功率计算 365
6.6.4 实用工程模型 367
6.6.5 模型参数自适应 375
6.6.6 智能控制应用 378
参考文献 379
第7章 可逆冷轧和处理线生产自动化 379
7.1 冷轧生产概览 380
7.2 可逆冷轧机轧制自动化 381
7.2.1 概述 381
7.2.2 仪表和传感器 383
7.2.3 自动化系统结构、选型和功能分配 384
7.2.4 自动化系统功能 387
7.2.5 设定与设定计算 388
7.2.6 厚度自动控制 396
7.3 酸洗生产线自动化 404
7.3.1 概述 404
7.3.2 仪表和传感器 405
7.3.3 自动化系统结构的选型和功能分配 406
7.3.4 自动化系统功能 408
7.3.5 张力控制 410
7.4 退火生产线自动化 411
7.4.1 概述 411
7.4.2 仪表和传感器 412
7.4.3 自动化系统结构，选型和功能分配 413
7.4.4 自动化系统的功能 415
7.4.5 连续退火线的速度控制 415
7.5 平整机组生产自动化 421
7.5.1 概述 421
7.5.2 仪表和传感器 422
7.5.3 自动化系统结构，选型和功能分配 422
7.5.4 自动化系统的功能 424
7.5.5 伸长率控制 426
7.5.6 伸长率、轧制力、张力、弯辊力的综合优化 433
7.6 镀锌、镀锡生产线自动化 435
7.6.1 概述 435
7.6.2 仪表和传感器 436
7.6.3 自动化系统结构、选型和功能分配 436
7.6.4 自动化系统的功能 438
7.6.5 活套的控制 439
7.6.6 镀层厚度控制 442
7.7 彩涂生产线自动化 444
7.7.1 概述 444
7.7.2 仪表和传感器 445
7.7.3 自动化系统结构、选型和功能分配 446
7.7.4 自动化系统的功能 448
7.7.5 涂层厚度的控制 449
参考文献 451
第8章 中厚板轧制自动化 453
8.1 概述 453
8.2 轧线仪表和传感器 454
8.3 自动化系统结构、选型和功能分配 457
8.3.1 自动化系统结构和选型 457
8.3.2 自动化系统功能分配 457
8.4 主要自动化系统 461
8.4.1 粗轧机自动控制 461
8.4.2 粗轧机板宽自动控制（RAWC） 463
8.4.3 精轧机自动控制 465
8.4.4 平面形状自动控制 470
8.4.5 轧后冷却控制 472
8.4.6 热矫直机自动控制 476
8.4.7 中厚板淬火自动控制 478
8.5 数学模型及人工智能应用 480
8.5.1 粗轧机展宽数学模型 480
8.5.2 板宽数学模型 481
8.5.3 平面形状控制的几种数学模型 487
8.5.4 轧后冷却控制数学模型 494
8.5.5 热矫直机数学模型 498
参考文献 499
第9章 炉卷轧机自动化 502
9.1 概述 502
9.1.1 工艺简述 502
9.1.2 炉卷轧机的发展与前景 503
9.2 轧线检测仪表 505
9.3 自动化系统结构和功能分配 505
9.3.1 MES（制造执行系统）级的功能分配 506
9.3.2 过程自动化级的功能分配 509
9.3.3 基础自动化级的功能分配 511
9.3.4 计算机系统结构 514
9.4 自动化系统的主要功能 515
9.4.1 炉卷轧机入侧出侧卷取炉燃烧自动控制 515
9.4.2 炉卷轧机板带厚度自动控制（AGC） 517
9.4.3 炉卷轧机板形自动控制（ASC） 532
9.4.4 炉卷轧机卷筒料口自动定位控制系统 535
9.4.5 炉卷轧机卷取机的张力调节系统 536
9.4.6 炉卷轧机自动运转 537
9.5 数学模型及人工智能应用 539
9.5.1 炉卷轧机保温炉内卷曲带钢的温度场模型 539
9.5.2 宽中厚板炉卷轧机轧制温度模型 542
9.5.3 炉卷轧机层流冷却模型 546
9.5.4 炉卷轧机轧制规程计算和设定模型 549
9.5.5 人工智能的应用 551
参考文献 552
第10章 无缝钢管生产自动化 554
10.1 概述 554
10.1.1 热轧无缝钢管生产 554
10.1.2 冷加工无缝钢管生产 554
10.2 轧线检测仪表及传感器配置 555
10.3 自动化系统结构、选型和功能分配 557
10.3.1 自动化系统结构 557
10.3.2 自动化系统装备的选型 559
10.3.3 自动化系统功能及其在各级的分配 560
10.4 主要的自动化系统 562
10.4.1 热轧无缝钢管管坯锯切区自动控制 562
10.4.2 热轧无缝钢管穿孔机自动控制 566
10.4.3 热轧无缝钢管连轧管机自动控制 570
10.4.4 热轧无缝钢管张力减径机自动控制 578
10.4.5 冷轧无缝钢管自动控制 584
10.4.6 冷拔无缝钢管自动控制 586
10.4.7 无缝钢管管径自动控制系统（AGC） 588
10.4.8 精整线定尺飞锯自动控制系统 591
10.5 数学模型及人工智能应用 593
10.5.1 概述 593
10.5.2 无缝钢管生产过程的控制模型 593
10.5.3 孔型和轧制表离线计算模型 595
10.5.4 设定计算模型 599
10.5.5 人工神经网络预测管材张减精度及斜轧穿孔毛管偏差 603
参考文献 608
第11章 焊接钢管生产自动化 613
11.1 概述 613
11.2 轧线检测仪表及传感器配置 615
11.2.1 轧线检测仪表及传感器配置简介 615
11.2.2 焊管的特殊和关键检测仪表 617
11.3 自动化系统结构、选型和功能及其分配 622
11.3.1 自动化系统结构和选型 622
11.3.2 自动化系统功能及其分配 623
11.4 主要自动化系统 625
11.4.1 水平螺旋活套自动控制 625
11.4.2 对头焊自动控制系统 627
11.4.3 焊缝自动跟踪 628
11.4.4 螺旋焊管焊缝间隙自动控制 637
11.4.5 焊枪小车步进电机驱动自动控制系统 638
11.4.6 焊缝温度自动控制 640
11.4.7 热量输入自动控制 642
11.4.8 自动引弧与焊缝火口部分焊接 643
11.4.9 高频焊管焊接过程自动控制 644
11.4.10 螺旋焊管直径自动控制 644
11.4.11 电焊钢管平均壁厚的测量与自动控制 646
11.4.12 焊管飞锯定尺自动控制系统 649
11.4.13 水压试验自动控制系统 651
11.5 数学模型及人工智能应用 652
11.5.1 埋弧焊缝自动跟踪模糊控制系统 653
11.5.2 水压试验机混合式智能伺服阀油压跟随控制系统 655
11.5.3 焊缝X光图像自动跟踪系统 656
参考文献 661
第12章 型钢轧制自动化 663
12.1 概述 663
12.2 轧线仪表和传感器 665
12.2.1 激光测距仪 667
12.2.2 活套扫描器 667
12.2.3 HITENSION轧件外形尺寸检测器SG5000 667
12.2.4 HiTEST/PR用于圆钢表面缺陷的在线检测系统 668
12.2.5 HIPROFILE激光外形检测系统 668
12.2.6 HiGAUGE无接触光学测量系统 669
12.2.7 HILINE光学辊箱位置和辊缝自动设定系统 669
12.3 自动化系统结构、选型和功能分配 669
12.3.1 大型型钢轧机自动化系统 670
12.3.2 中型型钢轧机自动化系统 676
12.3.3 小型型钢轧机自动化系统 676
12.4 基础自动化系统功能 680
12.4.1 微张力控制 680
12.4.2 尺寸自动控制（AGC） 683
12.4.3 活套高度控制 685
12.4.4 飞剪剪切控制 687
12.4.5 轧件冷却控制 690
12.4.6 减定径机控制 691
12.4.7 夹送辊、吐丝机控制（对线材而言） 692
12.4.8 风冷辊道及风机控制 693
12.4.9 集卷站控制（对线材而言） 694
12.4.10 冷床自动控制 694
12.4.11 型钢锯切自动控制 697
12.4.12 打捆机自动控制 701
12.4.13 型钢堆垛自动控制 705
12.4.14 钢轨在线热处理自动控制 708
12.4.15 重轨翻钢机自动控制 711
12.5 数学模型的应用 713
参考文献 713
第13章 轧钢工业炉自动化 716
13.1 概述 716
13.2 主要仪表和传感器 717
13.2.1 钢坯表面温度检测 717
13.2.2 加热炉内钢坯在整个加热时间内温度的检测 718
13.2.3 废气氧含量检测 718
13.2.4 露点检测 719
13.2.5 保护气体装置中的检测 719
13.2.6 煤气热值检测 719
13.2.7 煤气SO2及NOx含量检测 720
13.2.8 高温内窥工业电视的应用 721
13.3 自动化系统结构、选型和功能分配 722
13.4 各种轧钢工业炉自动化系统 724
13.4.1 均热炉自动化系统 724
13.4.2 连续加热炉自动化系统 733
13.4.3 热处理炉自动化系统 757
13.5 数学模型及人工智能应用 768
13.5.1 步进式加热炉的优化控制模型 769
13.5.2 环形加热炉炉温在线最优设定模型 772
13.5.3 宝钢热镀锌连续退火炉数学模型 775
13.5.4 宝钢1550mm冷轧连续退火机组加热炉控制模型 778
13.5.5 宝钢HPH罩式退火炉退火和冲洗时间模型 780
13.5.6 现代控制理论及人工智能的应用 782
参考文献 791