《轧制过程自动化控制系统技术》教案设计纲要试点05.docx
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《轧制过程自动化控制系统技术》教案设计纲要试点05
《轧制过程自动化控制技术》课时教案纲要
初稿版
主讲教师：
兴东
2008-08-17
材料成型及控制工程系
课程信息总表
授课教师
兴东
职称
讲师
系别
材料成型及控制工程系
联系方式
授课时间
第七学期
授课专业年级
材加试点05级
联系
听课人数
20
课程名称
轧制过程自动化控制技术
课程类型
必修课
授课方式
课堂讲授+实验教学
考核方式
100分=平时成绩（30%）+期末闭卷成绩（70%）
课程教学
总学时数
56
学分数
3
学时分配
课堂讲授52学时；实验:
4学时。
课程目的
主要目的是使学生：
（1）了解轧制过程自动化发展的水平、最新科学技术成就及其发展方向；
（2）掌握自动控制系统和计算机控制系统的基本结构、功能、自动控制过程和控制原理；（3）掌握轧制过程自动控制环节与系统的实现。
教材名称
轧制过程自动化
作者
及出版时间
丁修堃
冶金工业2005年
指定参考书
参考书名称
作者
及出版时间
热轧生产自动化技术
玠等
冶金工业2006年
冷轧生产自动化技术
玠等
冶金工业2006年
轧制过程的计算机控制系统
刚等
冶金工业2002年
可编程序控制器原理及应用系统设计技术
宋德玉等
冶金工业1999年
其它教学参考等可用教学资源
.cmpbook.
备注
随着轧制过程自动化技术的最新发展以及学生学习的效果，教学容会相应调整。
周次
课次
备注
章节
名称
第一章自动控制技术基础
第一节绪论
授课方式
课堂讲授
教学目的及要求
了解轧制过程自动化的概念、现状及其发展趋势；理解数学模型。
教学重点
数学模型
教学难点
数学模型自学习
教学手段
常规教学
教学方法
启发式、问题教学法、自学辅导法
备注
教学容提要
时间分配（min）
1、轧制过程自动化的基本概念
（1）自动化
（2）过程自动化
（3）轧制过程自动化：
①数学模型：
1）工艺类数学模型
2）控制类数学模型
②数学模型自学习
2、轧制过程自动化的发展要求
（1）AGC
（2）发展阶段
（3）重视的问题
3、轧制过程自动化的必要性
（1）轧制技术的发展趋势
①高精度轧制技术
②自由程序轧制技术
③智能化轧制技术
④减量化产品生产技术
⑤新一代控制冷却技术
（2）应用效果
4、本课程的要求
（1）目标要求
①了解轧制过程自动化发展的水平、最新科学技术成就及其发展方向；
②掌握自动控制系统和计算机控制系统的基本结构、功能、自动控制过程和控制原理；
③掌握轧制过程自动控制环节与系统的实现。
（2）考核要求
30
15
30
10
讨论、练习、作业
1、控制类数学模型的分类？
2、数学模型的自适应、自学习？
有何用途？
3、智能化轧制技术？
4、精轧时的轧制温度如何实现自动控制？
5、工艺类数学模型和控制类数学模型的用途？
参考资料
《材料成形自动控制基础》殿华等编东北大学2000年
《金属轧制过程人工智能优化》王国栋等编冶金工业2000年
课后分析
周次
课次
备注
章节
名称
第一章自动控制技术基础
第二节自动控制系统
授课方式
课堂讲授
教学目的及要求
掌握前馈、反馈控制系统；
教学重点
前馈、反馈控制系统
教学难点
自动控制系统的性能指标
教学手段
常规教学
教学方法
启发式、问题教学法、自学辅导法
备注
教学容提要
时间分配（min）
1、自动控制系统的基本形式和控制原理
（1）前馈（开环）控制系统
（2）反馈（闭环）控制系统
（3）复合控制系统
2、反馈控制系统的组成
（1）主要组成部分
（2）基本环节
3、对反馈控制系统的基本要求
（1）动态性能和静态性能
（2）主要性能指标
30
30
20
讨论、练习、作业
1、反馈控制系统的主要组成部分及其作用？
参考资料
《材料成形自动控制基础》殿华等编，东北大学2000年
课后分析
周次
课次
备注
章节
名称
第一章自动控制技术基础
第三节计算机控制系统
授课方式
课堂讲授
教学目的及要求
了解计算机控制系统组成；理解在线、离线、实时控制；掌握计算机控制系统分类
教学重点
计算机控制系统分类
教学难点
分散控制系统
教学手段
常规教学
教学方法
启发式、问题教学法、自学辅导法
备注
教学容提要
时间分配（min）
1、典型结构
2、基本组成
（1）硬件组成
（2）软件组成
3、基本类型
（1）数据采集系统
（2）操作指导控制系统
①在线
②离线
（3）直接数字控制系统
（4）监督计算机控制系统
（5）多级控制系统
（6）分散控制系统
4、计算机应具备的性能
10
20
30
20
讨论、练习、作业
1、宝钢2050mm热连扎计算机控制系统的主要任务及其功能、特点？
2、分散控制系统如何实现整体最优？
3、轧制过程计算机控制系统的发展？
参考资料
课后分析
周次
课次
备注
章节
名称
第一章自动控制技术基础
补充容：
过程输入、输出通道
授课方式
课堂讲授
教学目的及要求
理解模拟量、数字量、模拟信号、数字信号；掌握过程输入、输出通道主要组成及作用。
教学重点
过程输入通道主要组成及作用
教学难点
信号变换
教学手段
常规教学
教学方法
启发式、问题教学法
备注
教学容提要
时间分配（min）
1、组成
（1）过程输入通道
（2）过程输出通道
2、信号变换
（1）模拟信号
（2）离散的模拟信号
（3）数字信号
（4）量化的模拟信号
35
45
讨论、练习、作业
1、过程输入、输出通道的主要组成部分及其作用？
2、过程输入、输出通道的主要信号变换？
3、什么是模拟量，举例说明。
4、什么是数字量，举例说明。
5、模拟量如何变换为数字量？
参考资料
课后分析
周次
课次
备注
章节
名称
第一章自动控制技术基础
补充容：
PID控制算法
授课方式
课堂讲授
教学目的及要求
理解PID控制算法
教学重点
PID控制算法及其数字化
教学难点
PID控制算法
教学手段
常规教学
教学方法
启发式、案例教学法
备注
教学容提要
时间分配（min）
1、控制算法
2、PID控制算法
（1）比例、积分、微分控制算法
（2）例子
（3）理想的PID控制算法
（4）离散的PID控制算法
（5）PID控制算法的数字化
10
70
讨论、练习、作业
1、PD控制算法？
2、PI控制算法及应用？
3、改进的PID控制算法？
参考资料
课后分析
周次
课次
备注
章节
名称
第二章可编程序控制器及其应用
第一节顺序控制系统
授课方式
课堂讲授
教学目的及要求
了解顺序控制系统的功能要求和组成、电器控制系统
教学重点
电磁继电器及电器控制系统梯形图编制
教学难点
记忆电路
教学手段
常规教学
教学方法
启发式、问题教学法、、自学辅导法
备注
教学容提要
时间分配（min）
1、顺序控制系统
（1）例子
（2）功能要求和组成
2、实现方法
（1）电器控制系统
①电器元件
②典型控制电路
③电器控制系统的设计
（2）程序设计（PLC）
20
60
讨论、练习、作业
1、顺序控制系统是开环控制系统还是闭环控制系统？
为什么？
2、当电磁继电器的线圈通电时，其常开触点、常闭触点各处于什么状态？
3、电器控制系统梯形图设计实例。
参考资料
课后分析
周次
课次
备注
章节
名称
第二章可编程序控制器及其应用
第二节可编程序控制器
授课方式
课堂讲授
教学目的及要求
掌握可编程序控制器的工作原理
教学重点
可编程序控制器的工作原理
教学难点
PLC的缺点
教学手段
常规教学
教学方法
启发式、自学辅导法
备注
教学容提要
时间分配（min）
1、PLC
⑴组成
⑵发展
⑶分类
⑷常用PLC的生产厂家
2、工作原理
⑴三个主要工作阶段
⑵工作特点
⑶工作方式
⑷缺点
30
50
讨论、练习、作业
1、PLC的工作原理是什么？
2、为什么输入信号对输出信号在时间上存在滞后？
参考资料
课后分析
周次
课次
备注
章节
名称
第二章可编程序控制器及其应用
补充容：
PLC的编程语言
授课方式
课堂讲授
教学目的及要求
掌握梯形图语言、语句表语言
教学重点
梯形图语言、语句表语言
教学难点
梯形图语言的特点
教学手段
常规教学
教学方法
启发式
备注
教学容提要
时间分配（min）
1、梯形图语言
⑴定义
⑵格式
⑶特点
2、语句（指令）表语言
⑴格式
⑵注意
3、其它编程语言
⑴高级编程语言
⑵功能块图
40
25
15
讨论、练习、作业
1、西门子S7-300PLC编程语言格式？
参考资料
《西门子S7-300PLC应用教程》，电子教案网址：
.cmpbook.
课后分析
周次
课次
备注
章节
名称
第二章可编程序控制器及其应用
补充容：
三菱PLC及应用
授课方式
课堂讲授
教学目的及要求
掌握三菱F1系列PLC的基本逻辑指令及其编程方法
教学重点
三菱F1系列PLC的基本逻辑指令及其编程方法
教学难点
F1系列PLC的编程元件
教学手段
常规教学
教学方法
启发式、程序教学法、自学辅导法
备注
教学容提要
时间分配（min）
1、三菱PLC
⑴小型
⑵大中型
⑶F1系列PLC：
型号含义；硬件；编程元件
2、F1系列PLC的指令系统
⑴基本逻辑指令
⑵步进指令
⑶功能指令
3、主要指令及其编程方法
⑴基本逻辑指令
⑵步进指令
4、编程举例
⑴送料小车PLC程序
⑵顺序控制PLC程序
30
10
45
45
讨论、练习、作业
1、送料小车PLC程序设计。
2、顺序控制PLC程序设计。
参考资料
课后分析
周次
课次
备注
章节
名称
第三章轧机拖动系统的转速控制
授课方式
课堂讲授
教学目的及要求
了解轧机拖动系统的技术指标；理解整流、逆变、斩波、变频概念；掌握直流电动机调速方法、交流电动机调速方法。
教学重点
直、交流电动机速度控制的实现
教学难点
直、交流电动机调速原理
教学手段
常规教学
教学方法
启发式、问题教学法、自学辅导法
备注
教学容提要
时间分配（min）
1、电力拖动系统
⑴电力拖动
⑵电力拖动系统动力学方程
⑶电力拖动系统性能指标
2、直流电动机的调速
⑴供电
⑵机械特性方程
⑶直流调速系统
⑷可逆调速系统
⑸直流调速系统的数字化
3、交流电动机的调速
⑴供电
⑵异步电动机的调速
40
40
20
讨论、练习、作业
1、可逆调速系统的实现？
2、直流调速系统的数字化
3、双环调速系统的工作原理？
4、整流、逆变、变频含义及作用？
参考资料
课后分析
周次
课次
备注
章节
名称
第四章轧钢自动化生产过程
授课方式
课堂讲授
教学目的及要求
了解轧钢计算机控制系统的跟踪、轧制节奏控制、轧制过程的自动设定三个重要功能，计算机画面；掌握各级计算机功能、自动化轧钢生产过程、生产管理计算机控制。
教学重点
自动化轧钢生产过程的实现；生产管理计算机控制实现
教学难点
生产管理计算机控制
教学手段
常规教学
教学方法
启发式、案例教学法、自学辅导法
备注
教学容提要
时间分配（min）
1、轧件跟踪
⑴实现
⑵轧制生产线上的数据区和数据流
⑶目的和方法
⑷其他轧制过程中轧件跟踪
2、轧制节奏控制
3、轧制过程自动设定
⑴预设定
⑵头部质量
⑶设定计算
4、企业资源计划
⑴ERP系统
⑵ERP系统应用
40
10
25
20
讨论、练习、作业
1、轧件跟踪的目的和方法？
2、轧件跟踪是如何实现的？
3、预设定是如何实现的？
提高预设定精度的方法？
4、ERP软件的编程？
参考资料
课后分析
周次
课次
备注
章节
名称
第五章轧制过程自动化控制技术
补充容：
轧辊位置控制
授课方式
课堂讲授
教学目的及要求
了解轧辊位置控制；掌握电动压下位置自动控制、液压压下位置自动控制；
教学重点
电动压下位置自动控制、液压压下位置自动控制；
教学难点
电液伺服阀
教学手段
常规教学
教学方法
启发式、案例教学法、自学辅导法
备注
教学容提要
时间分配（min）
1、APC
⑴定义
⑵应用
⑶压下位置自动控制
①电动压下位置自动控制
②液压压下位置自动控制
⑷控制的基本要求和原理
2、APC的应用
⑴飞剪机的PLC-APC的控制原理
⑵立辊开口度的设定计算
⑶侧导板开口度的设定计算及其控制
⑷推钢机行程的设定及其自动控制
⑸板坯抽出机行程的设定计算及其自动控制
40
40
讨论、练习、作业
1、电动、液压压下APC的工作原理？
2、液压AGC的工作原理？
参考资料
课后分析
周次
课次
备注
章节
名称
第一节厚度自动控制
授课方式
课堂讲授
教学目的及要求
掌握基本厚度自动控制系统的工作原理；带钢热连轧精轧机组的厚度自动控制；带钢冷连轧机组的厚度自动控制。
教学重点
基本厚度自动控制系统的工作原理；板带钢厚度自动控制的实现。
教学难点
基本厚度自动控制系统的工作原理
教学手段
常规教学
教学方法
启发式、案例教学法、自学辅导法
备注
教学容提要
时间分配（min）
1、AGC
⑴定义
⑵系统组成
⑶分类
⑷工作原理
2、AGC的应用
⑴带钢热连轧AGC
⑵带钢冷连轧AGC
⑶可逆轧机AGC
3、AGC的补偿控制原理和措施
⑴支持辊偏心
⑵油膜厚度
⑶板带宽度
⑷压下补偿⑸带钢尾部补偿
90
60
25
讨论、练习、作业
1、反馈式AGC工作原理？
2、前馈式AGC工作原理？
3、监控式AGC工作原理？
4、厚度计法AGC工作原理？
参考资料
课后分析
周次
课次
备注
章节
名称
补充容：
宽度自动控制
授课方式
课堂讲授
教学目的及要求
了解基本的宽度控制方式；掌握宽度自动控制中宽度的设定、动态宽度控制。
教学重点
宽度自动控制的实现
教学难点
短行程控制方式
教学手段
常规教学
教学方法
启发式、案例教学法、自学辅导法
备注
教学容提要
时间分配（min）
1、宽度控制的组成和功能
2、带钢轧机的宽度控制
⑴工艺要求及设备配置
⑵板宽控制的数学模型
3、二级板宽控制计算机系统
⑴板宽控制的过程计算机系统
⑵板宽控制的基础自动化系统
20
20
40
讨论、练习、作业
1、AWC系统的组成？
2、AWC的实现？
参考资料
课后分析
周次
课次
备注
章节
名称
第二节板形自动控制
授课方式
课堂讲授
教学目的及要求
了解板形；板形控制手段；板形控制的基本原理；板形控制目标曲线；掌握板形自动控制；厚板平面形状自动控制。
教学重点
板形自动控制的实现；厚板平面形状自动控制的实现
教学难点
板形控制目标曲线；板形自动控制原理
教学手段
常规教学
教学方法
启发式、案例教学法、自学辅导法
备注
教学容提要
时间分配（min）
1、板形
⑴定义；⑵实质
⑶指标；⑷分类
2、板形控制
⑴倾斜
⑵弯辊
⑶横移
⑷分区冷却
3、板形自动控制
⑴实现
⑵控制结构形式
⑶应用实例
⑷其它应用
1厚板平面形状自动控制
2平整时延伸率的自动控制
10
20
60
讨论、练习、作业
1、前馈ASC的工作原理？
2、反馈ASC的工作原理？
3、监控ASC的工作原理？
参考资料
课后分析
周次
课次
备注
章节
名称
补充容：
平整时带钢延伸率自动控制
授课方式
课堂讲授
教学目的及要求
了解平整延伸率的基本含义、平整延伸率自动控制的基本容、延伸率的测量原理及其测量系统；掌握平整延伸率自动控制的实现。
教学重点
平整延伸率自动控制的实现
教学难点
延伸率的测量原理及其测量系统。
教学手段
常规教学
教学方法
启发式、案例教学法、自学辅导法
备注
教学容提要
时间分配（min）
1、平整延伸率的基本含义
1、平整延伸率自动控制的基本容
3、延伸率的测量原理及其测量系统
4、平整延伸率自动控制的实现
15
20
20
45
讨论、练习、作业
1、延伸率的测量原理及其测量系统
2、平整延伸率自动控制的实现？
参考资料
课后分析
周次
课次
备注
章节
名称
第三节力自动控制
授课方式
课堂讲授
教学目的及要求
了解主速度级联系统；掌握热连轧机微力控制；热连轧机活套控制系统；冷连轧机机架间力自动控制；开卷、卷取力自动控制。
教学重点
双机架微力控制、热连轧机活套支持器的控制系统、冷连轧机机架间力自动控制的实现
教学难点
主速度级联系统；力自动控制的原理
教学手段
常规教学
教学方法
启发式、案例教学法、自学辅导法
备注
教学容提要
时间分配（min）
2、力
⑴产生
⑵种类
2、主速度级联系统
3、控制力的基本方法及其原理
⑴间接法
⑵直接法
4、力自动控制
⑴应用：
连轧
⑵实现：
①双机架连轧：
头部电流记忆法；头部力臂记忆法；
②热带钢精轧机组：
活套高度自动控制系统
③冷轧带钢：
冷连扎机架间力自动控制；开卷、卷取力自动控制
15
15
25
125
讨论、练习、作业
1、双机架微力控制工作原理？
2、热连轧机活套支持器的控制系统工作原理？
3、冷连轧机机架间力自动控制的实现？
4、卷取力自动控制实现？
5、热轧带钢、冷轧带钢为何分别采用微力、大力控制？
参考资料
课后分析
周次
课次
备注
章节
名称
第四节温度自动控制
授课方式
课堂讲授
教学目的及要求
了解热轧板带钢终轧温度的控制方法；热轧型钢轧后的温度控制；掌握热轧板带钢卷取温度的控制。
教学重点
热轧板带钢卷取温度控制的实现
教学难点
温度自动控制原理。
教学手段
常规教学
教学方法
启发式、案例教学法、自学辅导法
备注
教学容提要
时间分配（min）
1、轧制过程中温度变化的基本规律
⑴辐射传热
⑵对流传热
⑶传导传热
⑷塑性变形热和摩擦热
2、热轧过程中的温降方程
⑴带钢在辊道上运送时的温降方程
⑵高压水除磷情况下的温降方程
⑶带钢在低压喷水冷却时的温降方程
⑷带钢在精轧机组中的温降方程
3、热轧带钢终轧温度控制
⑴带钢头部终轧温度控制
⑵热轧带钢终轧温度控制的实现
4、热轧带钢卷取温度控制
⑴层流冷却设备简况
⑵卷取温度自动控制系统的设计
⑶卷取温度控制及策略
10
20
35
35
讨论、练习、作业
1、热轧带钢终轧温度控制实现？
2、热轧带钢卷取温度控制实现？
3、什么是控制冷却？
为什么采用控制冷却？
参考资料
课后分析
周次
课次
备注
章节
名称
集中辅导答疑
授课方式
课堂讲授
教学目的及要求
教学重点
教学难点
教学手段
教学方法
自学辅导法
备注
教学容提要
时间分配（min）
讨论、练习、作业
参考资料
课后分析
周次
课次
备注
章节
名称
闭卷考试、批阅试卷、登录成绩、卷面分析
授课方式
教学目的及要求
教学重点
教学难点
教学手段
教学方法
备注
教学容提要
时间分配（min）
讨论、练习、作业
参考资料
考后分析
升级会员 