1． 前言
钢铁工业是一个国家工业的重要组成部分，有人说过，从一个国家的钢铁工业生产过程的先进程度就可以反映出整个国家的工业化程度，从钢铁工业生产的自动化程度，可以反映出这个国家的自动化水平。这是因为，钢铁生产是一个技术高度集中的行业，其应用到的自动化技术与思想是当今先进的控制技术与思想。在这次宝贵的参观实习中，我时时深刻感受到自动化技术在工业生产中的重要作用与巨大威力，同时，也感到了自己在平时学习的欠缺不足，这要求我们更努力的去充实自己。
我想，通过这次实习，重要的是了解在工业生产中自动控制系统是具体怎么应用的，工程设计人员在设计各种控制系统的思路是什么，思想是什么，我想，这才是最重要的，也是我们在实习重要学习的。
2． 实习目的
1．
2．
3． 通过实习了解冶炼，轧制等生产的工业流程； 了解在生产过程中应用到的自动控制系统； 与所学习理论相结合，了解各控制系统的作用，调节过程，设计思 想，对自己有所启发帮助。
3．实习单位、部门和实习时间
实习地点定在辽宁省鞍山市鞍山钢铁集团公司。
鞍钢简介：鞍山钢铁集团公司是大型钢铁联合企业。前身是1916年动工兴建的南满铁道株式会社。日本投降后，大部分设备被苏联拆迁。1948年后成立鞍山钢铁公司。其下属8个二级公司、16个厂矿（包括采矿、选矿、烧结、炼铁、炼钢、开坯、轧材主体生产以及化工、耐火、机修、动力、运输、修建、综合利用等辅助生产部门) 、10余所科研设计部门、9所大中专院校、13座综合医院。公司拥有设备总重量93万吨，固定资产原值101亿元，具有年产铁矿石2500万吨、生铁770万吨 、钢800万吨，钢材560万吨的综合生产能力，工业总产值49亿元。所产钢材有600多种，规格达2万多个，供应冶金、煤炭、电力等全国30多个行业，并向港澳地区、日本、东南亚和世界其他地区出口。建国以来，鞍钢为国家的经济建设做出了巨大贡献。1949 年至 2004 年，鞍钢共生产钢 3.21 亿吨、生铁 3.16 亿吨、钢材 2.22 亿吨。上缴利税 835 亿元，相当于国家同期对鞍钢投资的 15.4 倍，并向全国冶金行业输送技术人才 5 万余人。正因为这些巨大贡献，鞍钢被誉为祖国的钢城。
实习时间为2008年7月22到2008年8月1日。
实习参观计划：
表 3.1
4．实习参观内容
在鞍钢的参观实习中，我们参观了以下车间（分厂）：热轧板材厂，自备电场的锅炉车间，大型厂的重轨生产车间，化工厂，冶炼厂，无缝钢管厂。下面对这几个车间的生产工艺流程与用到的自控系统作简单的介绍。
4.1热轧板材生产线
板材生产大体上可以分为两部分，一部分为冶炼过程，一部分为轧制过程。
冶炼是炼钢的过程，冶炼过程主要由转炉部分完成，其具体过程是：高炉冶炼后的铁水运送到脱硫工艺，用来去除铁水中的硫元素，防止硫元素对钢板性能的影响。脱硫后，再转入转炉生产，在转炉中进行提炼，后，送入精练环节，再进行连铸连轧了。
-冶炼过程中，转炉工艺是很重要的环节，围绕转炉组成的一系列自动控制系统成为冶炼过程中所有控制系统的核心。转炉炉体可转动，用于吹炼钢或吹炼锍的冶金炉。转炉炉体用钢板制成，呈圆筒形，内衬耐火材料，吹炼时靠化学反应热加热，不需外加热源，是最重要的炼钢设备，也可用于铜、镍冶炼。靠转炉内液态生铁的物理热和生铁内各组分（如碳、锰、硅、磷等）与送入炉内的氧进行化学反应所产生的热量，使金属达到出钢要求的成分和温度。炉料主要为铁水和造渣料（如石灰、石英、萤石等），为调整温度，可加入废钢及少量的冷生铁块和矿石等。
在转炉中存在着一些主要环节：转炉氧枪系统、转炉旋转控制系统、散料下料系统、铁合金下料系统、余热锅炉系统与煤气回收系统。在控制器选择上，都选用了西门子公司生产的逻辑可编程控制器，为了便于操作监控，采用了人机画面，人机画面的制作利用了wincc 软件，利用这种监视控制界面，操作人员可以方便的修改参数，即时对生产过程进行监视。
图 4.1
在执行机构的选择上，采用了直流系统，相比交流系统，直流系统更加稳定，便于控制，但造价过高。由于采用了直流装置，就需要一套变流装置。实际采用的是400V 交流电的整流装置，把交流电转换成为直流电供电极使用。 下面就对转炉系统中主要控制系统进行简述。
1. 转炉旋转控制系统
转炉旋转系统主要是对电极的控制，要求驱动的几台电极同步运转。同时要对旋转速度进行控制。可利用测速传感器引入反馈，精确控制转速。
2. 转炉氧枪控制系统
氧枪是向炉内喷送氧气的一种装置，其位置变化包括有氧枪的升降，平移。由氧枪的移动来控制向炉内喷洒氧气位置，用调节阀控制氧气流量从而来控制冶炼过程。氧枪升降靠执行电极控制，此外，还要有相应的检测氧枪高度的检测装置，形成一个反馈，达到精确控制氧枪位置的目的。氧气流量由调节阀来控制，在冶炼过程中，氧气量是很重要的一个参数，为了达到精确控制氧气的目的，可能还有相应的氧气流量检测环节精确控制氧量。
图 4.2
3. 加料系统
对于加料系统则相对简单，其设备主要包括振动给料器，扇形阀，氮封阀等。
振动给料器是用来使给料充分散开使其分布均匀使物料在冶炼过程中充分作用。扇形阀则用来控制物料流量大小的。在物料中，由于加入了煤气，为了防止煤气泄露危害周围人员，加入了氮封阀，在重点处，还有煤气检测报警装置。当给定一个物料数值后，控制器产生一个控制信号，使阀门与扇形阀动作控制物料流量。
图 4.3
4. 余热回收系统
在转炉冶炼过程中，会产生大量热量与高温咽气，若不对其进行处理回收，会白白浪费，余热回收系统的建立，便可以对这些高温气体进行回收利用了。在冶炼中，要对炉体时时冷却，防止炉体过热损坏设备，这样就会产生大量高温蒸汽这些蒸汽也可以进行回收利用。不论是炉体冷却还是咽气冷却，都要用到冷却水，工业上对冷却水的选取要求是十分严格的，其处理方法在后面有简述。
图 4.4
5. 煤气净化与煤气回收系统
随着国家环保力度的加大，冶炼产生的大量烟气则必须通过有效的处理与回收才可排放，烟气回收系统不仅能对烟气进行有效处理，还能对其中的煤气进行回收利用。冶炼过程中产生的烟气中包含粉尘、废气、与煤气。
图 4.5
其工作原理大体如下：通过风机产生很大的风压，使经过余热回收后的气体进入除尘器，除尘有多种方式，像静电除尘。废气与煤气通过除尘器在风机带动下，进入下一环节。在系统中设置了煤气浓度分析器，他可以分析废气中煤气含量浓度，并将采集的数据送入PLC 中，与规定浓度进行对比，若达不到规定浓度，则不进行回收，在点燃处做点燃处理。若达到规定浓度，打开调节阀，废气经过处理装置与水封逆止阀时，由于煤气不溶与水，分离出煤气，经过V 行水封阀，送入煤气包。
经过精炼的钢经过连铸成为钢坯，接下来就是热轧了。
热轧是在高于合金再结晶温度的温度中使其软化后用轧辊把材料压成薄片或钢坯的横截面，使材料形变，但材料物理性质并无变化。
热轧板材生产线如下：
加热区
粗轧区
精轧区
卷曲区
图 4.6
下面分区进行介绍：
1. 加热区
待轧制的板材由于运输等其他原因，使其温度发生变化，温度的变化会使钢 板的硬度发生变化，也影响着钢板的性能指标，由于采用3个加热炉连续加热，故对每个加热炉都有具体加热要求，从而使出口温度达到要求。炉子上为燃料进口，有阀门控制燃料的流量，燃料流量的大小反映了加热温度。下部为轨道，用
于运送钢板。在轨道上，安装有定位系统，确定当前钢板位置，同时还有测速装置，用来跟踪定位钢板。出加热炉的钢板要满足一定温度要求。
出加热炉后，可以看到钢板上有一层由铁屑杂质组成的一层物质，若把他们连同钢板带入轧机进行轧制，会大大影响轧制效果与板材质量，在工程上，采用了用高压水流冲刷掉这层物质，除鳞机就是完成这个任务的。
经过除鳞机处理后的钢板经过一个粗轧机，进行简单轧制，以规范其厚度，为粗轧做准备，此时，钢板厚度约为2390mm 长20～30m 。
2. 粗轧区
在粗轧区要求将上工艺的230mm 左右厚的钢板轧制为20～30mm 厚的钢板，如果采用一次轧制成型，不但对轧机有很高的要求，同时轧制精度难以保证，工艺上采用了往复轧制3次的做法。在每次轧制过程中通过调整不同轧制宽度，不但可以让轧机施加合理的轧制力，也是轧制精度得到很好的控制。粗轧机有两套轧机，一套是水平轧机，用于控制板材厚度；另一套为立辊轧机，用于控制宽度。在粗轧中，对出口宽度要求较高，在工艺中采用了控制轧制宽度的系统——AWC 自动宽度控制系统。
AWC 自动宽度控制又分为反馈AWC 控制与前馈的AWC 控制。
在轧制过程中，由于受到冷却的影响，钢板温度无法始终保持恒定，是一个变量，钢板的温度与其硬度关系是反比的，即钢板温度越低，钢板硬度越大。对于轧机就要求有更大的轧制力来轧制。在反馈AWC 中，设计人员在轧辊处设置了一个轧制里检测装置，将检测信号送入PLC 中，在带入弹跳方程处理后，产生一个控制信号作用在轧辊上，达到时时依据钢板硬度调整轧制力，从而保证轧制质量。
宽度
图 4.7 反馈AWC
在轧制中，也同时存在着一些干扰，如电极可能会受电网波动的影响，会对轧制效果产生影响，设计人员又加入了前馈控制的AWC ，实现更好的控制效果。
图 4.8
是在轧辊两侧设置两个宽度检测装置，将这两个信号同时送入PLC 中，带入算法，得到的控制信号作用在轧辊上，通过这样的设置，矫正产生的误差。其框图如下：
图 4.9
另外，要说明的是轧辊电机选择的是交流电机，采用变频器控制其转速。
3. 精轧区
经过粗轧后的钢板便可以进入精轧区了。
粗轧后的钢板首先要经过一个轧机对钢板进行轧制，为精轧做准备在粗轧时，也会在钢板表面上形成一层杂质还要经过除鳞机进行处理。
精轧机由数个轧辊组成，他们共同完成对钢板的最后轧制。故精轧机要求的的轧制精度更高，其所包含的控制系统也是最多的。精轧后的钢板要满足一定性能，包括长度，宽度，厚度与板型。在精轧系统中，有几个控制系统：AGC 自动厚度控制，ASC 自动板型控制，FDT 冷却温度控制。
1. AGC 自动控制系统
AGC 自动控制系统有基本的反馈AGC ，原理同前面的反馈AWC ，通过轧辊采集轧制力送入PLC 带入弹跳方程产生控制信号作用轧辊，控制轧制厚度，其作用同前。
宽度
图 4.10
在但精轧中，钢板过精轧机的时间长，其温度是变化的，硬度也是变化的，这样可能会在钢板上轧出凹凸。为了克服这种问题，进入了监控AGC 系统。
图 4.11
通过增加一个滞后监测仪，时时监测钢板厚度，将信号引入PLC 中做PI 控制，控制信号作用在后面的轧辊上，来保证后面轧辊轧制厚度相同，，其系统框图如下：
图 4.12
再用压尾AGC 最后控制带钢厚度。
ASC 自动板型控制系统主要由窜辊与弯辊组成，弯辊是一个线性可变的轧辊通过一定检测环节送入PLC 控制窜辊与弯辊来得到所需板型。精轧出口对钢板温度有严格要求温度高低对钢板硬度，韧性，质量性能有重要影响，此外，也对后面的卷曲有影响。在精轧中，轧机间配置了冷却装置，用于控制出口温度。对于温度控制，是一个大滞后环节，故在设计中，一定要考虑滞后环节的影响。
温度的控制用的是FDT 系统，在出口设置温度检测环节，将信号引入PLC 中，利用PD 控制产生控制信号。冷却采用喷洒冷却水冷却，通过控制冷却水的控制阀来达到控制冷却水量大小，控制冷却效果。精轧后，钢板厚度达到了1.8cm ，长度大大增加，只能用卷曲来达到存放的目的，就要求钢板有良好的韧性，冷却
环节是很重要的。
4. 卷曲区
卷曲区也有冷却装置，采用了CTC 层流冷却技术，同时要考虑到温度的大滞后环节。
卷曲上也是十分讲究的，重要的是如何形成卷曲张力，并在第一层卷曲后不打滑继续卷曲钢板。实际采用了AJC 自动跳动系统，具体过程如下：
图 4.13
当钢板来后，4号辊工作压下，当钢板运送到1号辊后，1号辊压下，于是在1号与4号辊之间形成了张力。钢板开始卷曲，到2号时，2号压下过3号，3号也压下就这样达到卷曲。
整个热轧系统控制采用的均为计算机控制，上位机与各PLC 的连接采用RFM 光纤连接。操作上采用人机界面操作。
经过热轧车间后，钢板被轧制为客户要求的板型。经过运输，用户可以直接使用了。
轧机弹性方程(elastic equation of rolling mill )
描述轧机辊缝发生单位变化与对应的轧制力改变量之间的关系式，又称轧机弹跳方程，可写成
h-S=P/Km 式4.1 式中h 为轧出厚度；S 为轧机辊缝；h-S 为轧机弹跳值；P 为轧制力；Km 为轧机刚度系数。在轧制力作用下，沿轧机垂直方向装配的各部件，如轧辊、轴承和轴承座、压力传感器、安全臼、机架立柱、压下螺丝等都要产生弹性变形，这些变形相加称为轧机弹性变形，或称轧机弹跳。如果将轧机弹性变形与轧制力的对应关系绘成曲线，
则称为轧机弹性曲线，如图所示。
在正常轧制情况下，轧机弹性曲线近似呈直线，其斜率对已知轧机可视为常数，此常数称为轧机刚度系数。
考虑轧机的辊缝变化，轧机弹性曲线将不以坐标零点开始，其对应的轧机弹性方程可写成
h=S+So+P/Km 式4.2 式中S0为弹性曲线弯曲段的辊缝值。根据上式可以预报出在一定辊缝和一定负荷下所能轧出的轧件厚度值h 。
附 热轧带钢厂简介
热轧带钢厂是鞍钢股份有限公司下属的骨干成材厂，占地 34.5 万平方米。该厂的前身是 1958 年和 1956 年建成投产的原半连轧厂和第二初轧厂。“九五”期间，热轧带钢厂对原有的装备进行了“脱胎换骨”式技术改造，目前拥有 1780 、 1700ASP 、两条具有国际一流技术装备水平的热轧带钢生产线，年生产能力 650 万吨。同时配备有平整分卷机组两套和横切机组一套：分卷规格范围为 1.2 — 12.7mm × 800 — 1630mm ；横切板规格范围 1.2 — 7.0mm × 800 — 1630 mm × 2000 — 8000mm 。热轧带钢厂产品 广泛用于汽车、造船、铁路、压力容器、桥梁、管线、军工、集装箱、冷轧用料等行业。1780 生产线介绍：1780 生产线是在原鞍钢半连轧厂的基础上新建而成的，按照“高起点、少投入、
快产出、高效益”的技术改造原则，于 1997 年 5 月开始动工，全面引进日本三菱集团轧机的成套技术，集纳美国、德国、加拿大等有关计算机、液压、 仪表之所长，属当今世界上最先进的第四代热轧带钢机组，于 2000 年 5 月 6 日正式竣工投产。产品质量、成材率、能耗、劳动生产率、环保等各项指标均达到国际水平，年设计能力 350 万吨，产品规格为热轧板卷 1.2-19mm × 800-1630mm ， 最大卷重 30t 。1700 ASP 生产线介绍：
1700ASP （ Angang Strip Production ） 生产线是在原鞍钢第二初轧厂的基础上改建而成的， 是我国首次完全依靠自己的技术力量，创造性开发的中薄板坯连铸连轧工艺技术、生产流程及国产化装备，是首条自行设计、制造、软件编程、施工、调试、技术总负责，并拥有全部知识产权的新型短流程生产线 。其工艺方案总结了当今世界热轧短流程生产线的经验，充分消化吸收了已引进的技术，布置紧凑，工艺合理、先进、完整，具有高效、高质、节能、高灵活性的特点，同时使我国的连铸连轧工艺技术跟上了世界的发展水平，并有其独到的创新，为新的投资者提供了一种全新的连铸连轧生产工艺，同时也为现有钢厂的产品结构调整和技术改造提供了成功的范例，具有推广意义。年生产能力达到 300 万吨，产品规格为 1.5-10.0mm × 900-1550mm ，最大卷重 21t 。
4.2自备发电厂锅炉车间
对于大型企业，供电是十分重要的，在供电中，把供电负荷分为一级负荷，二级负荷，与三级负荷。钢铁企业一般为一级负荷。对于一级负荷，供电方式为双路供电，两路的电分别取自不同的发电厂或不同的地区总降变压器的二次侧，防止因停电事故带来的损失。此外，工厂中还建有自用发电厂，除了发电自用，还可以回收厂内余热，节约能源。这座自备电厂锅炉是燃煤蒸汽发电。蒸汽还可以是从汽包中来的。
汽包中的蒸汽是冷却环节中由冷却水产生的。工业上对冷却水有严格的处理与要求。其处理过程是：工业水经过活性炭的化学过滤后，送入阳床，在阳床中除去阳离子，在经过阴床处理去除阴离子后，送入混床进行化学处理，在去掉氧
气，得到了PH=7的中性水，送入锅炉。
处理后的水在送入锅炉前先要进行预热，这样再送入锅炉进行加热变可以节约燃料。产生的高温蒸汽打入汽包在送入锅炉发电。具体流程图如下：
图 4.14
虽然有自用电厂，但是还要需外部电网供电。对于鞍钢这种大型钢铁厂，厂区面积大，供电网络与一般工厂是不同的。可能有不止一个的工厂总降变，车间总将降变设置在大型车间附近。供电网路参考如下图
图 4.15
附 第一发电厂简介
第一发电厂自1917年建厂至今，已有80余年历史。第一发电厂是鞍钢动力产品生产厂之一，主要产品有高炉鼓风、蒸汽、软水及除盐水、采暖余热水、电力，在鞍钢生产、生活和鞍山市城市生活中占有重要地位。 第一发电厂下设锅炉车间、汽机车间、电气车间、化学车间、北部电站、西部电站、灵山电站、北区热电分厂。 全厂有动力锅炉19台，总额定负荷2470吨/小时，锅炉生产的蒸汽除供应发电机和鼓风机使用外还有很大一部分直接送往用户，负责公司各厂矿企业生产、生活及冬季采暖用蒸汽供应任务。汽轮发电机12台，装机容量共15.8万千瓦，担负着公司保安电力重任。汽轮鼓风机9台，电动鼓风机3台，为炼铁厂9座高炉的冶炼提供冷风。过滤器及离子交换器等水处理设备125套，生产全除盐水和钠离子水，除供应锅炉使用外，还直接供应炼铁厂和轧钢厂等用户。
附 供电厂简介
供电厂是一个电力供应单位，担负着鞍钢厂区的供电任务。主要通过架空线路、电力电缆、变压器、各种高压开关等电气设备，组成一个连接鞍钢各厂的输配电网络，为各厂输送电能。 主要供电设备有：电力变压器132台，总容量3652900kva ；硅整流变压器24台，总容量35430kva ；接地变33台，总容量14350kva 、消弧线圈38台、总容量19628kva ；SF6、真空、少油等各种高压断路器近1823组；高压架空线路462千米，电力电缆600千米。 全厂基层设置九个车间，机关设置两部一会。现有变电所58座，分布在鞍钢厂区、灵山、辽阳等地区，其中66kv 变电所35个，10kv 变电所23个。全厂占地面积11.61万平方米, 建筑面积8.58万平方米
4.3 大型厂重轨车间
随着国家对铁路系统的电气化改造与全国铁路的提速，列车时速最高可达300千米每小时，一般列车时速也高达120～200千米每小时，这样对铁轨有着很高的要求，其所用到的铁轨就是重轨。重轨顾名思义，其长度与重量比一般铁路大，重轨的规格有50M 与100M ，每米重60千克。其轧制要求高，轧制难度
大。
鞍钢大型厂的这套重轨生产线属于热轧生产线，其与前面的板材生产类似，但有不同的地方。其生产过程大致如下，下线的红热钢坯经过加热炉后送入1150轧机轧制，再送入1100轧机轧制后，钢坯界面由方形变成“工”型，上两个轧机也称开坯机。后在送入万能轧机进行轧制，轧制后成为生产所需的形状，外形与对称性满足要求。在送入打字机打上钢轨编号，再经过预弯机，矫直机，送入检测中心，后来经过整形，便可以出厂了。下面，分别介绍一些主要环节。
1. 加热炉。对于钢坯，轧机对于袋轧钢坯有一定要求，对钢坯温度也有一定要求，故先用加热炉对钢坯进行加热，加热到工艺要求温度，其中应该包含有相应的温度检测环节，同时要考虑温度的大滞后环节。
2. 万能轧机。万能轧机是整个钢轨轧制生产线最重要的环节之一。万能轧机分为三个部分，第一部分是初轧机，主要任务是将上一道工序的坯料在进行轧制，使其更符合要求规格，钢坯进入初轧机时，形状与要求相差很大，故对于初轧机其轧制力也很大，电机电流也很大，工作频率快。第二部分为加工轧机，用于加工钢轨的边缘，形状，加工“工”型，经过这个轧机钢轨基本成形。第三部分为精轧机，用于对钢轨作最后精加工。
其应用到的控制系统估计有以下几种，有轧制力检测环节，作用同前。位置检测环节也是必不可少的，在万能轧机中轧制过第二部分要往复三次进行轧制，前两次不经过精轧机，第三次经过精轧机，这就需要逻辑控制。此外冷却装置也是必不可少的。控制器的选取上，采用了两种控制器，一种为fest ，主要用于控制一些主令开关，电磁阀，是一种相对粗略的控制。另一种控制器用的是TCS ，用于精密的控制，像对电机，电磁阀的控制。
3. 预弯机。钢轨经过轧制后要进行冷却，若不经过处理直接冷却，由于钢铁的热胀冷缩会使钢轨发生弯曲变形，要对其先进行预弯处理。预弯机由39个小调节爪组成，每一个调节爪有一个电机带动，变频器控制电机，由PLC 与显示屏组成人机界面，利用触摸向PLC 输入预弯数据，控制器控制个变频器工作，此外，为了更好控制电机，采用了一个小的速度反馈控制速度。
图 4.16
附大型厂简介：
鞍钢股份大型厂重轨生产线始建于1953年，是我国恢复建设时期著名的" 鞍钢三大工程" 之一，在半个世纪里为共和国铁路建设作出了举足轻重的贡献。从1997年到2001年，我国铁路运输实施4次大幅度提速，建成高等级、高速度的铁路" 大动脉" 成为我国" 十五" 期间铁路发展的重点。顺应这一潮流，鞍钢股份重轨生产线从2001年年初开始了历史上最大规模的技术改造。2003年4月1日，中国第一条万能轧制钢轨生产线在鞍钢股份大型厂通过中方验收，正式投入大批量生产。至此，历时两年的两期大规模技术改造，拥有世界先进技术装备水平，集精炼、精轧、精整于一体的高速重轨生产精品基地在鞍钢股份建成。经过两次历史性的技术变革，鞍钢股份跨入了国际先进重轨生产企业行列，建成了拥有世界先进技术装备、集生产与科研于一体的高速重轨精品基地，成为国内重轨生产品种最全、档次最高的钢铁企业。
4.4化工厂
化工厂用来生产煤气与焦炭。其中最重要的两个设备就是炼焦炉与干法熄焦系统。炼焦炉是由110个小的炼焦炉组成，其工艺流程为通过对煤炭的干馏产生煤气与焦炭。
煤炭的干馏过程是这样，利用煤气点燃产生的1300度高温利用耐火材料将
热量传递到煤区，使煤炭发生化学反应。焦炭出炉后有很高的温度，这样不能进行冶炼的，首先要对其进行进行冷却。一般工业上采用的是湿法冷却，即在焦炭上喷洒冷却水，但这样，会使焦炭质量变差同时产生大量粉尘等污染物。鞍钢在工艺上采用了先进的干法熄焦系统，通过氮气使焦炭熄灭并冷却，对敢问气体进行回收利用。
其具体工作原理是：出炉焦炭运送到干熄炉，被调入一个圆柱形容器，缓慢向路子下方运动，同时丛炉子下方通入氮气，利用氮气熄灭燃烧的焦炭同时对焦炭进行冷却。产生的高温蒸气通入冷却器，利用水循环进行热交换，产生的高温高压水蒸气通入汽包，从到发电厂发电。余下水蒸气通入冷却塔进行回收利用。高温焦炭在氮气的冷却下送入冶炼车间。整个冷却过程要两个小时。
图 4.17
整个工艺可以分为几个部分，
1. 提升下降。提升下降是指将待冷却的焦炭送入干熄炉。出炉焦炭温度在1000度左右，要提升到40m 左右的高度，再送入干熄炉除了对机械要求外，要加装相应的位置检测环节，控制提升高度与速度。此外还要加入相应的安全系统防止发生故障产生事故。
2. 炉内冷却。冷却采用的是氮气，氮气在风机带动下从路子下部打入，同时，会产生很大风压，在炉中，对风压有严格要求，太小冷却效果小，太大，易把焦炭吹起，严重堵塞上面的氮气管道，发生事故。通过风速与流量检测系统，精确控制风压。
3. 炉中干熄。在干熄中要注意焦炭在炉中下降速度。在熄焦炉上部，有一个水封装置，防止炉中气体泄漏。
4. 热氮气的冷却。氮气的冷却要注意冷却水流量与蒸汽的流量压力。
在炼焦与熄焦过程中，会产生一些有毒气体，像煤气，在车间中，建有煤气检测装置当煤气超过标准时，便会报警。
附 化工总厂简介
化工总厂是鞍钢股份有限公司下属的重要主体厂。化工总厂始建于 1919年，经过80余年的发展壮大，已成为中国最大的、 具有领先地位的炼焦及煤化工产品生产企业。厂区占地150万平方米，并拥有一个负责自主研发的鞍钢焦化技术中心，技术力量雄厚。
化工总厂年生产焦炭600万吨，煤化工产品30余万吨。拥有一批装备精良、工艺先进的生产线。特别是经过近几年技术改造，国内先进水平的6米焦炉、140万吨干熄焦、制冷、生物脱氮、大回收已经陆续投入运行。 生产的产品有焦炭、煤气、苯系列、萘系列、洗油系列、酚系列、吡啶系列、沥青系列等60余种，其中大宗产品40多种，小吨位及新产品20余种。产品畅销全国各地，硬质沥青、硫酸铵等远销海外。我们的产品以其技术新、质量优、服务好而深得用户信赖。
烧结车间与高炉
在冶炼前要对矿料进行处理。鞍钢使用的矿料为鞍山周边铁矿。但这些矿
料品位低，在冶炼前要加入一些外国富矿粉。为了能在冶炼中充分还原，我们把矿料加工成团兴矿料，每个矿料包含小孔，这样，可以使矿料充分还原。
1. 烧结
烧结中矿料主要包含本地矿料，外国富矿粉，生石灰，镁粉，胶等。生石灰用于还原其中的硅，镁用于点燃，同时在燃烧时可提供大量的热量。
工艺过程大体如下：
● 配料
● 混合
● 烧结
● 环冷
配料
配料是将上述原料按比例进行混合，方法是对来料进行称重，按重量混合。程中要求是十分精确的，工业上用两种称重方式，一种是利用电子秤称重，利用电子压敏元件测量，将信号送入PLC 中，按一定算法处理得到数值。配比中采用了配料的闭环控制，将重量检测信号作为反馈，送入PLC 中，产生控制信号，控制电机速度，从而控制皮带输送量。
图 4.18
混合工序
在混合工序中，采用混合机进行混合。在烧结工艺，采用滚筒混合。滚筒成一定角度倾斜，物料从上部进入，在滚筒中边旋转边下落，完成混合。
烧结工艺
经过充分混合后的矿料进入烧结工序进行加工了。烧结工序过程是，矿料由皮带输送，送入台车，台车在链条的牵引下进入烧结机，经过充分烧结后将物料送入下一环节，具体工艺图如下：
图 4.19
充分混合的矿料要保证厚度为700mm 左右，将矿料用给料机装入台车，台车带入烧结机点火，点火后，上层矿料县开始燃烧，为了使整体矿料都充分燃烧，在台车下与台车密闭的有一个抽气腔，抽气装置有一个抽气机和烟囱组成，抽气作用使抽气腔内称为负压，从而使空气由台车经过矿料空隙进入抽气腔，使矿料有充分的空气，同时，也把大量热量带入下层矿料，使矿料从上层到下层一层一层燃烧。当台车运动到台车末端时，矿料也已完全燃烧成熔融状态，在链条的牵引下，将矿料倒入输送装置，进入环冷环节。
在烧结环节中有几个重要的自动控制系统。宽料厚度检测系统，矿料厚度是由具体工艺环境与设备决定的，工艺要求的700mm 是指这么厚的物料在到达链条末端时恰好完全燃烧，太厚，则无法完全燃烧，台薄则存在浪费。具体检测是由雷达完成的，通过检测物料厚度来控制输送电机改变输送量。同时，台车速度的控制，风机的控制也是十分重要的。
烧结后的物料需要冷却，进入环冷环节冷却。
2. 高炉冶炼设备
高炉简图如下：
图 4.20
高炉壁有两层，冷却层时时对炉壁进行冷却。上部为进料口，由于高炉内部味甘温高压的状态，在进料口有一个钟形的密闭器。
冶炼时，矿料由上部进料口经过螺旋的放料区域，将矿料充分展开后，密封。从下部向炉内吹入，煤粉与高温空气，高温空气温度高达1000～1300℃，矿料在高温下被还原成铁，铁呈熔融状，铁水与矿渣一起落入炉子下部，由于密度不同，他们会在炉体下部自动分层，当铁水高度达到一定数值时，打开下部出口，铁水与矿渣被分层导出。
在冶炼系统中，给料系统仍然是控制难度最大的系统，究其原因主要是存在大滞后环节。整个工艺网络由总线网络与以太网组成，网络将上位机，PLC ，先是等各个环节联系起来。
图 4.21
实际上，为了方便维护，通常将上位PLC ，PC 放入一个机房，此外还配有不间断供电电源系统。
附 炼铁总厂简介
鞍钢股份炼铁总厂是由始建于 1917 年的原鞍钢烧结总厂和炼钢厂于 2000 年 7 月组建而成，是鞍钢股份下属的主体生产厂之一，占地面积尽 240 万平方米，主体设备有烧结机 9 台、总面积 1906 平方米，带式焙烧机，面积为 321.6 平方米，大、中型高炉九座，高炉有效容积 20191 立方米 ; 在建一座 2580 立方米高炉。 主要产品是人造富矿和制钢生铁，人造富矿生产能力达 2100 万吨，生铁生产能力达 1500 万吨。至今，炼铁总厂己为国家炼出合格生铁 3 亿多吨，为祖国的钢铁事业做出了巨大的贡献。 始建于 1917 年的炼铁总厂有着悠久的历史。 1949 年 6 月 27 日，在党的领导下，炼出了新中国第一炉争气铁。在不同的历史时期，党和国家领导人对鞍钢炼铁的发展都极为关注。“一五”期间，毛泽东主席写信给鞍钢全体职工，祝贺 7 号高炉等“三大工程”胜利竣工。朱德、刘少奇、邓小平、江泽民、李先念、李鹏、乔石、李瑞环、吴邦国、温家宝、曾庆红、黄菊、李长春等党和国家领导人多次视察高炉，给铁厂职工极大的鼓舞。
50 多年来，炼铁总厂培养了一大批领导干部、管理专家、技术人才和劳动模范，并输送到全国各各行业，被誉为钢铁人才的摇篮。铁厂是孟泰精神的发祥地，孟泰精神做为铁厂的厂魂成为中国工人阶级的一面光辉旗帜。
4.6无缝钢管厂
鞍钢股份无缝钢管厂位于整洁、优美、风景如画、具有现代化气息鞍钢厂区之内。无缝钢管厂是新中国第一座无缝钢管厂，于 1953 年 12 月 26 日正式竣工投产，是闻名全国的鞍钢“三大工程”之一。党和国家领导人毛泽东主席、周恩来总理、朱德委员长、中共中央书记处总书记邓小平等都对无缝钢管厂建成，为祖国建设所作贡献给予高度评价。
鞍钢股份无缝钢管厂已走过 50 多年历程，累计生产无缝钢管 1025 万吨、 2 万多个品种规格。其主导产品有：高中低压锅炉管、石油油管、套管、管线管、地质管、合金管、汽车半轴套管、液压支柱管、气瓶管、石油裂化管、化肥管、流体管和结构管等。产品广泛应用于冶金、化工、机械、石油、煤炭、电力、航空、航海、军工等行业，为祖国的社会主义建设与发展做出了杰出的贡献。
鞍钢股份无缝钢管厂目前拥有 Ф 159MPM 限动芯棒五机架连轧管机组、具有年产能力为 20 万吨， Ф 2 19 改进型自动轧管机、具有年产能力为 25 万吨， Ф 100 圆盘延伸机组 具有年产能力为 10 万吨，同时拥有 石油管加工生产线和冷拔生产线， 是国内重点无缝钢管生产企业之一。
2004 年 7 月 7 日，对设备装备水平落后的 Ф 140 机组进行大规模技术改造。改造后的机组为 Ф 2 19 改进型自动轧管机组，电气系统采用德国 SIEMENS 及美国 AVTRON 全数字控制装置；自动化系统采用美国 GE 公司 9030 系列 PLC 、以太网和 PROFIBUS-DP 网络连接形式进行自动化控制；机械系统采用穿孔机小角度锥型辊、轧管机全方位液压装置、轧管机 GC 辊缝自动控制装置、高精度三辊定径机等先进设备。改进后的 Ф 2 19 改进型自动轧管机组的生产能力达到 25 万吨。
该机组是鞍钢自行设计、自行设备制造、自行设备安装、具有自主知识产权的国内同类机组一流水平的自动轧管机组。 Ф 2 19 自动轧管机组的建成投产填补了鞍钢不能生产大口径无缝钢管的空白。
2005 年 8 月 5 日起 ，利用现有的冷拔车间厂房，投资 760 万元，于 2005 年 11 月建成大口径扩管生产线，年设计生产能力 2.5 万吨，生产规格外径范围为 245 -340mm , 壁厚范围为 7 -18 mm 。
生产流程大致如下：坯料来后，进行切管坯，送入环炉，环炉包括预热，均热，加热三部分。再进行热定芯，经过穿孔，到轧管机，轧制后经过均整机，送入定型机，送入冷床在经过矫直，切管，探伤便可以出厂了。
在控制上，使用的是西门子的控制器进行控制。
通过不断努力，鞍钢无缝钢管产品质量大幅提高， 1999-2004 年，获得中国冶金产品实物金杯奖； 2002-2004 年，连续 3 年获辽宁省用户满意企业； 2004 年， Φ 159MPM 连轧管机组生产工艺技术获冶金科学技术二等奖、辽宁省科技术成果二等奖。
5． 总结与感想
通过对鞍钢的六个生产车间的实习参观，我们大体熟悉了生产总的工艺流程，了解了其中应用到的控制系统，我分了几个方面作了简单的总结。
1. 工厂供电与电力电子
这两个名字实际上也是两门课，但他们在工业生产中作用是十分重要的。在许多场合，工程技术人员在谈到就业时，常提到它们的重要性。
现代工厂的驱动主要是电力驱动，故对电力要求是很高的。特别是自动控制系统的使用，工厂生产在向这自动化，无人化方向发展，这就对供电质量有严格要求。
大型钢厂属于一级负荷，工厂中还配有自用发电厂，从而使全工厂不间断供电，由于厂区面积大，造成要设置多个工厂总降变，输送到具体车间，经过车间变压器使用。
工厂的不间断供电可以实现，对于起重要作用的控制器与工控机，同样要求不间断供电，工业上采用配置不间断供电装置。不间断供电电源UPS 是英文Uninterruptible Power Supply的缩写，是一种含有储能装置（常见的是蓄电池），以逆变器为主要组成部分的恒压恒频的不间断电源，它可以解决现有电力的断电、低电压、高电压、突波、杂讯等现象，使计算机系统运行更加安全可靠。UPS 接入市电。当市电输入正常时，UPS 将市电稳压后供应给终端设备(相对于UPS 而言，我们将这些终端设备称为负载) 使用，此时的UPS 就是一台交流市电稳压器，同时它还向自己的内置电池充电；当市电中断(例如停电) 时, UPS 立即将内置电池的电能，通过逆变转换的方法向负载继续供应220V 交流电，使负载维持正常工作并保护负载的软、硬件系统不受损坏。
在生产中，电机成为重要的动力来源与执行机构，而电机种类有直流电机与交流电机，交流电机可以直接接入电网工作，但直流电机必须通过电力电子装置将交流电变换成为直流电，供给直流电机使用。
2. 执行机构与主要控制系统
在工业生产中，应用最多的执行机构是电机与调节阀，正因为这种调节阀，决定了主要的控制系统有以电机为执行机构的电机拖动控制系统与调节阀为执行机构的流量控制系统。
电机拖动控制系统又分为直流调速系统与交流调速系统。电机调速控制系统核心是控制电机转速。对于直流控制系统，控制交直便流系统来控制电机成为常用的控制方式。交流控制系统采用的是变频器控制。电机速度检测是一个重要环节，好的检测环节可以提供好的准确的检测信号，工业上常用的使用光电码盘测速。光电编码器是一种集光、机、电为一体的数字检测装置，它是一种通过光电转换，将输至轴上的机械、几何位移量转换成脉冲或数字量的传感器，它主要用于速度或位置（角度）的检测。具有精度高、响应快、抗干扰能力强、性能稳定可靠等显著的优点。
流量控制是通过控制调节阀开度大小来控制流量。
3. 计算机控制系统
随着电子计算机的广泛应用，计算机控制系统成为重要的控制系统。在现场参观中我们接触到的控制系统都为计算机控制系统，在这里简单对计算机控制系统加以简介。
计算机控制系统的应用给车间带来很大变化，以往的机械仪表被数字仪表替换，大的继电器式控制柜被小巧的PLC 代替，集中的检测控制给操作上带来了方便，计算机控制系统的应用，使得工业生产中的逻辑控制变得更加灵活。
对于一个计算机控制系统，由硬件与软件。硬件上核心是数字控制器，同时，还有信号转换接口，网络接口等。各个检测器输出的是模拟信号，执行机构接受的是模拟信号，而数字控制器应用的是数字信号，接口转换可将这两种信号进行转换，即A/D D/A转换电路。
计算机控制系统可以是闭环的，这时计算机要不断采集被控对象的各种状态信息，按照一定的控制策略处理后，输出控制信息直接影响被控对象。它也可以是开环的，这有两种方式：一种是计算机只按时间顺序或某种给定的规则影响被控对象；另一种是计算机将来自被控对象的信息处理后，只向操作人员提供操作指导信息，然后由人工去影响被控对象。
工业现场中，执行机构与数字控制器，计算机距离很远，其连接是通过网络进行连接的，常用的是现场总线与以太网。现场总线技术是20世纪80年代中期在国际上发展起俩的一种工业控制技术。通俗地讲，现场总线就是用在现场的总线技术，和计算机内部的总线概念一样，但是由于现场的特殊环境（如温度，安装条件，干扰等等）不同于计算机通常用于室内，为了区别，所以我们把这种总线称为现场总线。现场总线技术实际上是次采用串行数据传输和连接方式代替传统的并联信号和连接方式，它依次实现了控制层和现场总线设别之间的数据传输，同时保证传输实时性的情况下实现信息的可靠性和开放性。一般的现场总线具有以下几个特点：1、布线简单2、开放性3、实时性4、可靠性
工业以太网通俗地讲就是应用于工业的以太网。以太网是目前计算机局域网最常见的通信协议标准，但它是为办公自动化的应用而设计的，并没有考虑到工业现场环境的需求，比如高温、低温、防尘等，所以以太网不能直接应用于环境恶劣的工业现场。所以工业以太网就随之产生了。
鞍钢生产车间中网络组成基本如下：
图5.1
4. 故障诊断
在生产过程中，时时会发生故障，特别对于网络故障，由于网络故障很难查找，为了快速排除故障，设计了故障诊断系统。其工作原理大致如下，通过对参数比对，对系统分段进行查找。经过现场工程师讲解，在实际应用中，对故障诊断主要采用通过检测系统找出故障段，相应的工程技术人员在对故障段进行分析，最终找到故障点。
在生产中，还用到了许多互锁装置，这些互锁装置有些是电的，有的是机械的，这些互锁装置共同用来保证运行安全，防止发生事故。
感想
通过这次宝贵的实习参观，我从中收获了很多。在工程技术人员的讲解下，我对轧制过程，冶炼过程有了大致的了解，知道了具体生产工艺流程。特别对生产过程中应用到的自动控制系统有了了解。在以前的基础学习中，对控制系统仅仅停留在一些控制框图，公式，传递函数上，通过参观，看到了具体一个大的控制系统其实是很复杂的，一个大的控制系统中还包含有许多小的自系统，各个系统之间互相配合。系统的设计上，要考虑实际生产工艺，生产设备，工艺流程，此外，还要考虑生产环境。在控制器件的选取，网络的建立是要特别考虑现场的。在现场中会出现各种各样的问题，在系统设计中，要注意这些情况。比如，在连轧中，钢坯经过运输会冷却，但在实际中，这段距离可能只有二三十米，而钢坯传送速度又10m 每秒，在这么短的时间内，我认为对高温的钢坯是没有影响的，但听完工程技术人员讲解后，才知道在运输的这段时间中，温度下降对钢板性能影响是很大的，对轧机影响也是很大的，在设计中要考虑到。此外对计算机控制网络有了深刻了解。在现场中，各个控制器，上位机，执行机构的连接是通过现场总线连接的，为了达到快速的转递效果，用到了光纤传输。检测信号数据通过网络传入PLC 与上位PC 机，再将数据上穿到显示界面，供技术人员监视，技术人员通过输入数据，改变PC 机，PLC 中参数，而PLC 对这些数据进行计算处理，产生控制信号，通过网络，传送到执行机构，产生控制作用。
在现场参观中，我们真正感受到了现场环境，有炙热的钢坯，噪音，体会到了一线工人劳动的辛苦，但是大家没有抱怨，仔细参观。，这也是对大家的考
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验。通过这次实习，我看到了自己还有很多欠缺，主要在对基础知识的掌握上还不够扎实，对概念掌握有不清楚的地方，在知识的扩充上还有欠缺，这要求我们一定要注意基础知识原理的学习掌握，在平时，要扩展自己知识面，不断学习充实自己。这些也是在参观中，经验丰富的工程技术人员给我们的建议。
最后，要对由富强，王占山老师在这九天对我们的悉心照顾和指导表示衷心感谢。
参考文献
1. 张国范、顾树生 计算机控制系统 冶金工业出版社
2. 曹保国 UPS 应用技术 化学工业出版社 2007 北京2004