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1.6 轧钢工艺的发展前景

目前，我国轧钢生产的钢材品种有很多，主要有薄钢板、钢带、无缝钢管、焊接钢管、铁道用钢、普通大中小型材、优质型材、冷弯型钢、线材、特厚钢板、中厚钢板等。轧钢生产的产品如果按钢材断面形状分，可分为：钢管、钢板和型钢。其中型钢是一种应用范围比较广泛的钢材，我国型钢产量约占钢材总产量的25%～30%。型钢按用途又可分为：普通型钢和专用型钢；若从断面形状分为异型断面型钢和简单断面型钢；从生产方式的角度来分，有焊接型钢、弯曲型钢和轧制型钢。板材和带材也是广泛应用的钢材，我国的板带材产量占钢材总产量的45%～55%。板带钢按应用领域分,有建筑板、船板、桥板、汽车板、电工钢板、机械用板等；按照轧制温度的不同分为热轧板带和冷轧板带；按钢板按厚度分为：中厚板、薄板和箔材。钢管的主要用途有建筑用管和石油管道等，我国钢管产量占钢材总产量的10%～15%，钢管的规格由外形尺寸及壁厚标称来决定。钢管从制造角度分为无缝钢管、螺旋钢管与直缝钢管、冷轧钢管等；若按断面形状又分为圆形管、异型钢管和变断面钢管。随着轧钢工艺技术的不断发展，钢材的生产范围将不断扩大，产品品种也会不断增多。近年来我国有许多有价值的钢板产量大幅度增长，其中冷轧硅钢片2003年已达89.6万吨，镀锡板在2002年也已经达到110万吨，管线钢、石油管、耐火钢板、冷轧不锈钢板产量也达到55万吨[4][5]。

随着我国钢铁工业结构调整步伐的加快，国际钢铁市场也竞争激烈，加上对世界环境要求，轧钢技术装备及技术轧制趋向高质量、高精度、短流程以及智能环保的方向发展。这些进步主要体现在生产工艺流程上,由于钢铁工业的高速发展也日益受到资源短缺和环境保护要求逐渐严格等多方面的制约，发展循环经济也就成为钢铁企业走可持续发展的必由之路。同时随着工业用户自身的自动化水平的提高，它们对钢材生产工艺流程优化和钢材质量要求越来越高。展望未来, 轧钢工艺和技术的发展主要体现在以下几方面: 1.轧制过程柔性化

板带热连轧生产中的压力调宽技术和板形控制技术的应用, 实现了板宽的自由规程轧制。棒、 线材生产的粗、 中轧平辊轧辊技术的应用, 也实现了部分

规格产品的自由轧制。冷弯和焊管机也可实现自由规格生产。这些新技术使轧制过程变的柔性化。 2.铸轧一体化

利用轧辊来进行钢材生产 因为其过程连续、高效、可控而且便于计算机控制等,在今后相当长一段时间内,以辊轧为特点的连续轧钢技术仍将是钢铁工业钢材成型的主流技术 但轧钢前后工序的衔接技术必将有长足的进步。在20世纪,由于连铸的应用和发展,已经逐步淘汰了初轧工序。而用连铸技术所生产的薄带钢直接进行冷轧,又使连铸与热轧工序合二为一。铸轧的一体化,将使轧制工艺流程更加紧凑。同时,低能耗、低成本的铸轧一体化,也是棒、线、型材生产发展的方向。

3.轧制过程清洁化

在热轧的过程中,钢的氧化不仅要消耗钢材与能源,同时也会带来环境的污染,并给深加工带来困难。因此,低氧化燃烧技术和低成本氢的应用都成为无氧化加热钢坯的基本技术。其中酸洗除鳞是冷轧在生产中的最大污染源, 新开发的无酸清洁型(AFC)除鳞技术, 可以使带钢表面全无氧化物，光滑并具有金属光泽。无氧化(或低氧化)和无酸除鳞(氧化铁皮)这两项被称为绿色工艺的新技术, 将使轧制过程清洁化。 4.高新技术的应用

20 世纪轧钢技术取得了重大进步的主要原因是信息技术的应用。其中板形自动控制, 自由规程轧制, 高精度、 多参数在线综合测试等高新技术的应用使轧钢生产达到了全新水平。轧机的控制已开始由计算机模型控制转向了人工智能控制, 并且随着信息技术的发展, 将实现生产过程的最优化,降低成本。 5.钢材的延伸加工

在轧钢的生产过程中, 除应不断挖掘钢材的性能外, 还要不断的扩大对多种钢材的延伸加工,。如开发自润滑钢板来用于各种冲压件的生产；减少冲压厂润滑油的污染；开发建筑带肋钢筋焊网等, 把钢材材料的生产和服务延伸到各个钢材使用部门。随着工业的发展和轧钢技术的进步, 轧钢工艺的装备水平和自动控制水平不断提高, 老式轧机也不断被各种新型轧机所取代。按照我国走新型工业化道路的要求, 轧钢技术发展的重点也转移到可持续发展上, 在保证满足环保要

求的条件下, 达到钢材生产的高质量和低成本。 6实现无头轧制

在棒线材生产上也应该广泛推广高技术集成的半无头、无头轧制工艺技术，从而缩短工艺流程，实现真正意义上的轧钢一火成材，或零火成材，最大限度地节约能源和降低生产成本。无头轧制技术是轧钢技术最为理想的工艺形式，代表着当今轧钢的最高技术水平。无头轧制技术与传统轧制方法相比具有以下几个优点：（1） 轧材全长以恒定速度轧制，减少甩尾和迭轧，降低了事故率，提高了轧制 过程的稳定性，大大提高了轧机产能和设备利用率； （2） 轧制过程中张力恒定，使轧材断面波动减少；轧材质量均匀一致，具有优 良的工艺性能、表面质量和外形尺寸公差； （3） 成品长度不受限制，可根据交货要求任意剪切长度，轧材成材率显著提高； （4） 轧件咬人次数减少，对轧辊的冲击降低，有利于轧辊以及易损件寿命的提高，总体降低生产成本[4]。

第二章 可编程控制器

2.1 PLC的由来和定义

2.1.1 PLC的由来

在PLC问世之前，工业控制领域中是继电器控制占主导地位。因为继电器控制系统有着十分明显的缺点：体积大、耗电多、可靠性差、运行速度慢、适应性差，尤其当生产工艺发生变化时，就必须重新设计，重新安装，造成时间和资金的严重浪费。为了改变这一现状，1968年美国最大的汽车制造商通用汽车公司（GM），为了适应汽车型号不断更新的需求，以在竞争激烈的汽车制造商中占优势，提出要研制一种新型的工业控制装置来取代继电器控制装置。1969年美国数字设备公司（DEC）研制出了世界上第一台PLC,并再生产中得到应用。从此，可编程序控制器这一新的控制技术迅速发展起来，而且，在工业发达国家发展很快。 2.1.2 PLC的定义

在PLC的发展过程中，美国电气制造商协会（NEMA）经过四年的调查工作，于1980年首先将其正式命名为PC（Programmable Controller）作了如下定义：“可编程序控制器是一种数字式的电子装置，它使用可编程序的储存器来存储指令。并实现逻辑运算、顺序控制、计数、计时和算术运算等功能，用来对各种机械或生产过程进行控制。

定义强调了可编程序控制器应直接应用于工业环境，它必须具有很强的抗干扰能力、广泛的适应能力和应用范围，这是区别于一般微机控制系统的一个重要特征。

2.2 可编程序控制器的发展历程及问题和解决对策

2.2.1 可编程序控制器的发展历程

可编程序控制器在20世纪 60 年代出现，当时的可编程序控制器功能很简

单，只有简单的逻辑、定时、计数等功能；用于可编程序控制器的集成电路的硬件还没有投入大规模工业化生产， CPU 只以分立元件组成；存储器的存储容量也有限；用户指令只有二三十条，而且还没有成型的编程语言，机型单一。所以一台可编程序控制器也最多能替代 200~300 个继电器组成的控制系统，但在体积方面，与现在的可编程序控制器相比却很大。

进入到 70 年代，随着中小规模集成电路的生产，可编程序控制器技术得到了很大的发展。这时的可编程序控制器除了逻辑运算外，还增加了数值运算、计算机接口和模拟量控制等；软件开发也有了自诊断程序，程序存储开始使用 EPROM ；可靠性进一步提高，结构上开始有了模块式和整体式的区分，整机功能已经从专用向通用过渡。

70 年代后期到80 年代初期，微处理器技术日益成熟，单片微处理器、半导体存储器开始进入工业化生产，大规模集成电路开始大量应用。可编程序控制器开始向多处理器方向发展，这样使得可编程序控制器的功能和处理速度大大增强，并具有了通信和远程 I/O 的能力，增加了多种特殊功能，比如浮点运算、查表、列表等，自诊断和容错技术也迅速发展起来。

80 年代后期到 90 年代中期，随着计算机和网络技术的普及，以及超大规模集成电路、门阵列和专用集成电路的迅速发展，可编程序控制器的 CPU 已经发展成为由 16 位或 32 位微处理器构成，处理速度变得更快，而且引入了高速计数、中断、 PID 、运动控制等功能。使得可编程序控制器几乎能够满足工业生产的各个领域，此时的可编程序控制器已完全取代了传统的逻辑控制装置，以小型机为核心的 DDC （直接数字控制）控制装置和模拟量仪表控制装置。由于联网能力的增强，既可与上位计算机联网，也可下挂 FLEX I/O 或远程 I/O ，从而可以组成分布式的控制系统（ DCS ）。此时的梯型图语言和语句表语言也完全成熟，基本上标准化， SFC （顺序功能图）语言开始普及，专用的编程器也被个人计算机和相应编程软件替代，人机界面装置渐渐完善，已能进行对整个工厂的监控和管理，并发展了冗余技术，大大增强了可靠性。

进入到21 世纪，可编程序控制器仍保持着旺盛的发展势头，并不断扩大其应用领域。目前的可编程序控制器主要优两个发展方向：一是综合化控制系统方向，它已经突破了原有的可编程序控制器的概念，并将工厂生产过程控制与信息