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第一阶段一学习资料
第一阶段自动化培训学习资料
第一部分整体简述
1.热轧工艺流程简述
具体见轧线公共设计部分,此部分需密切结合现场,必须掌握。
2.自动化系统设计范围
2.1设计范围
主厂房内以及水处理区域内和空压站等公辅设施的电气、仪表及自动化系统的设计包括(从连铸横移台车后第一组辊道开始到运输链末端为止,包括平整分卷区域):
自动化仪表、基础自动化、过程自动化、生产制造执行系统等内容。
2.1.1自动化仪表
加热炉仪表由现场检测、控制仪表,信号转换仪表构成;轧线仪
表检测带钢温度、宽度、厚度、凸度、重量、轧机轧制力等参数,具
有与基础自动化系统和过程自动化系统通信能力;高压水除鳞泵站、
空压站及水处理仪表检测信号直接进入基础自动化系统;水处理系统
配置信号转换仪表;能源计量仪表配置一入二出转换仪表,一路送基
础自动化系统,一路送能源中心。
2.1.2轧线自动化系统
自动化控制系统由基础自动化级(L1)、过程控制级(L2)、生产控制级(L3)组成。
1)基础自动化级(L1)
基础自动化系统由可编程序控制器(S7-400PLC)、工艺控制器(TDC)、远程IO(RIO)、人机接口(HMI)和过程数据采集系统(IBA)
以及通讯网络等共同构成。
L1级的控制范围:
按工艺流程分为板加区、粗轧区、精轧区、卷取区、平整分卷机组等区域,每个区域均设置有各自的基础自动化控
制器。
L1级的任务:
主要完成设备的顺序控制及联锁控制,自动位置控制,速度控制,张力控制,带钢的温度、厚度、宽度、板形控制,卷取控制以及加热炉的热工参数控制,回路调节,故障检测与报警,各种操作界面和数据采集等任务。
2)过程控制级(L2)
L2级的控制范围:
从板加区的加热炉炉前装料辊道辊道开始,到
卷取机出口钢卷运输链为止。
其中加热炉计算机控制加热炉区;轧线计算机控制粗轧区、精轧区及卷取区。
L2级的控制任务:
主要完成板坯/带钢初始数据处理、材料跟踪、
控制模型计算及设定、过程数据收集、数据通信以及操作指导等任务。
3)生产控制级(L3)
L3级的控制范围:
从板坯库入口开始到成品库发货为止,包括对板坯库、加热炉、主轧线、运输链、钢卷库、磨辊间等工艺车间的管理和控制。
L3级的控制任务:
主要完成轧制计划的编制和发行、发货管理、全厂物料跟踪、质量管理、库管理、磨辊间管理、生产实绩数据的收
集、处理,以及数据统计分析、履历、报告等任务。
3.自动化仪表
3.1加热炉仪表(先了解)
1)加热炉本体(3座加热炉,其中一座二步实施)
加热炉分4段燃烧控制:
预热段,加热段,上、下均热段,各段
均采用蓄热式控制技术。
每段炉温测量、自动控制、记录、联锁报警(连续燃烧控制、蓄热燃烧换向控制等);
每段煤气、空气流量测量、双交叉限幅控制、记录、联锁报警;
炉压测量、控制、记录、联锁报警;
烟气总管压力检测控制;
每段烟气温度控制、记录、联锁报警;
炉内含O2量检测;
炉尾炉温测量、指示;
常规烟管烟气调节阀前烟温测量、指示、记录、联锁控制;
燃烧空气压力测量、控制、记录、联锁控制;
煤气总管压力测量、控制、记录、联锁控制;
煤气总管切断控制;
冷却水进水总管流量、压力、温度测量、指示、记录;
冷却水回水支管温度、流量测量报警;
冷却水排水总管压力测量;
仪表用气源压力测量;
CO检测、报警;
各种过程参数(温度、压力、流量、液位等)监控;
风机启停及保护控制;
蓄热体温度保护控制。
2)加热炉汽化冷却
汽包水位测量和控制;
汽包压力测量和控制;
汽包温度测量;
循环泵进、出水母管压力测量;
外送蒸汽压力测量;
给水调节阀后压力测量;
循环泵站冷却水压力测量;
热水循环泵轴承温度测量;
汽包蒸汽流量测量;
汽化冷却送出蒸汽流量测量;
汽包给水流量测量;
各循环回路流量测量;
循环水总流量测量;
软水进水流量测量;
软水箱水位测量和控制;
软水进水压力测量;
软水泵出口母管压力测量;
除氧器压力测量和控制;
除氧器蒸汽压力调节阀前压力测量;
给水泵出口母管压力测量;
除氧器水位测量和控制;
除氧器温度测量;
除氧器补水流量测量。
3.2轧线仪表(结合现场)
轧线仪表检测带钢温度、宽度、厚度、凸度、重量、轧机轧制力等参数,部分仪表设备自带有显示、处理计算机,放置在相应的主电室、仪表室、操作室内进行参数的显示、记录、打印和数据处理。
同时,通过设置在各个主电室、仪表室内的网络交换机、光电转换器和网络电缆将轧线仪表测量信号和处理信息送轧线PLC或过程计算机进行监控。
3.3高压水除鳞泵站仪表
高压水除鳞泵站仪控系统均由仪/电合一的PLC控制系统以及现场各类检测仪表构成,原则上现场仪表直接进入PLC系统,通过PLC系
统对温度、压力、流量、液位等过程参数进行集中监控。
3.5能源计量仪表
主要包括混合煤气、转炉煤气、氮气、氧气、压缩空气、蒸汽的流量、压力、温度检测。
现场仪表信号经一入二出配电器、温度变送器转化为标准的4~20mADC进入加热炉基础自动化系统,并通过软件实现流量的温度、压力补偿,预留至能源中心4~20mADC接口。
3.6水处理仪表
仪控系统由现场检测、控制仪表和PLC控制系统构成,PLC控制系统采用仪/电一体化设计。
原则上,现场仪表信号经配电器、隔离器、
温度变送器转化为标准的4~20mADC进入PLC系统,PLC输出的数字量信号通过继电器隔离。
各类工程参数监控及操作在水处理控制室进行。
仪控系统完成水处理各个子系统温度、压力、流量、液位等过程参数的检测、监视和控制。
主要检测项目如下:
各泵组总管流量、压力、温度检测;
各水池、水塔、水坑、水箱水位检测;
补充水、排污水压力、流量检测;
消防、生产、生活水压力、流量检测;
水泵电机定子、轴承温度检测;
冷却塔风机油位、油温、振动检测。
3.7空压站仪表
空压站设备为机电一体化产品,空压机组本体的检测仪表由空压机供货商成套提供,其余外部管网温度、压力、流量仪表检测信号直接进入PLC系统进行监控。
3.8仪表设备
本工程仪表根据先进、经济、稳定、可靠配置原则选用各类仪表。
根据测量介质及应用场合,温度测量采用热电偶、热电阻和红外高温计;压力(差压)测量采用智能变送器、压力表、压力开关;流量测量采用孔板、插入式流量计、电磁流量计、超声波流量计、流量开关等;物位测量采用静压式液位计、超声波流量计;分析仪表采用在CO检测仪等。
原则上,现场仪表信号直接进入基础自动化系统,能源计量仪表及部分水处理仪表采用配电器、温度变送器、隔离器进行信号转换。
轧线特殊仪表除测宽仪选用技术较成熟的国内产品外,其余的测厚仪、多功能仪、平直度仪、轧制力测量系统、高温计等采用引进产品。
4.自动化系统
4.1轧线基础自动化系统
4.1.1概述
基础自动化系统主要完成设备的顺序控制及联锁控制,自动位置控制,速度控制,张力控制,带钢的温度、厚度、宽度、板形控制,卷取控制以及加热炉的热工参数控制,回路调节,故障检测与报警,各种操作界面和数据采集等任务。
基础自动化系统由可编程序控制器(S7-400PLC)、工艺控制器
(TDC)、远程IO(RIO)、人机接口(HMI)和过程数据采集系统(IBA)
以及通讯网络等共同构成。
在系统结构上,可编程序控制器和工艺控制器按区域可分为5个
组(包括二步实施的平整分卷机组)。
板坯库辊道及加热炉控制PLC
为1个组,粗轧控制为1个组,精轧控制为1个组,卷取控制为1
个组,平整分卷控制为1个组(二步实施)。
所有PLC在物理上采用带交换机(SWITCH),与HMI、L2级服务器一起构成基于以太(Ethernet)的星形网,进行信息交换。
各区域之间的工艺控制器和通用控制器之间设置全局数据存储器GDM(GlobeDataMemory)构成快速控制网,作为区域间快速数据交换的通道。
可编程序控制器通过I/O(本地IO和远程IO)与现场设备连接。
在各操作室、PLC室内设置有以太网接口可实现对PLC和TDC的远程编程及维护。
人机接口对应以上区域也分为5个组:
板加区为1个组,粗轧区
为1个组,精轧区为1个组,卷取区为1个组,平整分卷机组为1个
组(二步实施)。
每个组均采用客户机/服务器结构。
PLC与远程IO之间采用ProfibusDP现场总线通讯。
PLC与传动装置之间采用ProfibusDP现场总线通讯。
PLC与特殊仪表之间用直接IO(硬线)和TCP/IP接口的以太网
通讯。
4.1.2控制系统
1)PLC控制系统硬件
2)控制系统功能说明
(1)板加区域控制功能
数据采集、通信
板坯库板坯跟踪、与连铸及L3的接口及联锁
板坯库辊道控制
板坯称重
板坯测长
板坯在装炉辊道上定位
装钢机板坯校正控制功能
装钢机位置及行程控制
装出炉辊道的控制
板坯测宽
加热炉装出料侧的炉门控制
炉底步进机械控制
出钢机前进、后退行程设定及位置控制
板坯在炉区辊道上的位置跟踪
液压站设备控制
干油站设备控制
汽化冷却站的控制
其它公辅设备的控制
每段炉温测量、自动控制、记录、联锁报警(连续燃烧控制、
蓄热燃烧换向控制等)
每段煤气、空气流量测量、双交叉限幅控制、联锁报警
每段空气流量控制、记录、联锁报警
炉压测量、控制、记录、联锁报警
烟气总管压力检测控制
每段烟气温度控制、记录、联锁报警
炉内含O2量检测
常规烟管烟气调节阀前烟温测量、指示、联锁控制
燃烧空气压力测量、控制、记录、联锁控制
煤气总管压力测量、控制、记录、联锁控制
煤气总管切断控制
冷却水系统监控
各种过程参数(温度、压力、流量、液位等)监控
风机启停及保护控制
蓄热体温度保护控制
汽包水位测量和控制
汽包压力测量和控制
软水箱水位测量和控制
除氧器压力测量和控制
除氧器水位测量和控制
加热炉安全联锁控制
与加热炉L2接口通讯
①板坯在装炉辊道上定位
PLC根据工艺布料图的要求(L2给出炉号、列号、钢种。
L1进行
布料计算),确定板坯在炉内的布置,即确定各板坯端部距炉壁的距离、
短坯布置在A列或B列以及A列板坯与B列板坯的间距,从而确定板坯在装炉辊道定位的目标值。
板坯在装炉辊道的定位须由CMD与脉冲发生器配合进行。
板坯在装炉辊道上定位采用APC位置精确控制。
②装钢机行程计算及装钢机、装料炉门的控制
板坯在装炉辊道定位完成后,在炉内有足够装钢空位时,炉门打
开,启动装钢机,把板坯装入炉内。
在装钢前首先执行将板坯推正的
功能。
装钢机行程计算考虑如下参数:
装钢机起始位置到炉门的距离,
炉门到上一板坯尾端的距离(由PLC根据炉内板坯跟踪进行计算),两
板坯间的要求间距(可设定)。
③步进机械功能
步进机械通过步进梁的运动把在炉内进行加热的板坯从入炉侧运
送到出炉侧。
按板坯运送方向,步进梁框架进行上升/下降和前进/后退运行。
步进梁升降用一个线性位移传感器、平移用一个线性位移传感器进行位置检测。
④出钢机、出料炉门的控制
当板坯到达出炉侧,且L2下达出钢指令时,出钢侧炉门打开,出
钢机进入炉内,将板坯抬出至出炉辊道。
出钢机行程计算考虑如下参数:
激光检测器到出炉辊道中心线的距离,出钢机起始位到出炉辊道中心线的距离,板坯宽度,板坯前端距激光检测器的距离,出钢机端头过板坯宽度中心线的安全距离。
⑤板坯跟踪
板坯跟踪包括板坯在炉前、炉后辊道上的跟踪。
对应于每一块板坯,需要跟踪的板坯数据包括以下内容:
板坯号
炉号
板坯长度
板坯宽度
板坯在炉前、炉后的位置
⑥炉区辊道与板坯库辊道及轧线辊道的配合
当板坯库准备向加热炉区传送板坯时,板坯库PLC向加热炉区
PLC发出送钢请求。
当加热炉区入口辊道为空时,加热炉区PLC即起
动入口辊道,并在辊道稳定运行后将入口辊道速度传送给板坯库PLC,
同时向板坯库PLC发出允许过钢信号。
板坯库PLC得到允许过钢信号
后,即按加热炉区入口辊道速度起动,将板坯由板坯库区送入加热炉区。
当板坯尾部通过设置于板坯库与加热炉区辊道间的冷金属检测器后,板坯库辊道停止运行。
加热炉区辊道与轧线辊道的配合与上述情况类似。
⑦板坯测长
板坯测长在称量辊道上进行,板坯长度的计算须由CMD与脉冲发
生器配合进行。
⑧板坯称重控制
⑨加热炉炉温控制
加热炉划分为5个段,其中4个燃烧控制段(Z01~Z04)和一个热
回收段。
4个燃烧控制段(Z01~Z04)每段设有1个空气流量调节阀和1
个煤气流量调节/切断阀。
主要控制原理是:
温度控制器将温度实测值和温度设定值比较,计算出对煤气流量控制器和空气流量控制器的流量设定值;两个流量控制器分别将流量实测值和流量设定值比较,计算各自的流量调节阀的开度值输出给调节阀,达到对温度连续控制的目的。
各段煤气、助燃空气均采用孔板测量,经差压变送器其流量信号送控制系统。
由炉内温度调节器输出信号连接到煤气和空气调节回路作为煤气和空气调节器的设定值,进行燃烧的串级比值调节。
⑩双蓄热燃烧控制
包括蓄热式烧嘴换向控制、各段烟气温度控制、排烟风机控制等。
各段烧嘴均为双蓄热式烧嘴,在加热时,烟气、蓄热体以及空气、煤气之间有一个热交换过程,每段烧嘴一半燃烧、另一半关闭,循环
工作,烧嘴换向的时间间隔约60s。
换向方式:
集中换向,相邻段换向时间应有间隔。
加热炉炉内含O2量监控:
在加热炉尾部设置O2分析仪,检测分析烟气中不完全燃烧的残留O2量。
炉压控制:
均热段侧壁上取压,用于控制和监视。
烟道设置烟道调节闸板以保持炉内微正压。
加热炉燃烧空气压力监控:
2座加热炉共设置4台助燃风机并联送风,在风机入口管上设置多叶阀(压力调节)以保持空气主管压力稳定。
空气总管上设置取压点,在每台助燃风机出口的冷风支管上分别设置电动切断阀。
当4台风机未全部运行时,自动切断停运助燃风机出口的冷风支管上的切断阀,防止回流。
加热炉烟道温度监控:
为使烟道闸板前烟道温度在规定温度以下,设计采用稀释风控制方案,当烟道闸板前烟道温度高于设定值时,自动进行掺稀释风控制,以降低入口温度保护烟道闸板。
设1个电动调节阀从冷风总管取冷风对烟气进行冷却。
蓄热烧嘴排烟温度监控:
各蓄热式烧嘴空烟和煤烟两位三通换向阀靠烧嘴一侧分别设1支热电阻检测烧嘴前空烟和煤烟温度。
各蓄热式燃烧控制段空烟总管和煤烟总管分别设1个温度调节阀,用于调节烧嘴前空(煤)气侧蓄热温度,作为控制对象的蓄热温度为该段所有投入蓄热的烧嘴前空烟和煤烟温度的平均值。
各烧嘴前空(煤)气侧排烟温度高于230度时报警并将该烧嘴空(煤)气侧禁止蓄热。
排烟压力监控:
空烟总管和煤烟总管上分别设置取压点,全炉分别设置1台空烟排烟风机和1台煤烟排烟风机抽烟气,在风机入口设置多叶阀以保持排烟压力稳定。
加热炉煤气总管压力监控:
煤气总管设置压力检测及调压,以稳定总管送来的煤气压力。
煤气总管设置快速切断阀,当故障和煤气总管压力过低时自动切断总管的煤气。
加热炉安全连锁:
各种重要介质的压力用变送器加压力开关检测,当检测压力异常时进行报警,必要时进行燃烧切断。
故障分为重故障和轻故障。
轻故障时进行报警。
重故障发生时,进行报警和燃烧切断(停炉)。
在操作站界面上设有紧急停炉按钮,并在操作台上设置紧急停炉按钮快速切断各段煤气阀。
汽化冷却系统出现的所有报警,均应密切关注,并按汽化冷却系统操作规程执行对应的操作。
汽包水位自动控制:
汽包给水流量采用孔板测量,信号送控制系统。
汽包送出蒸汽流量采用孔板测量,流量信号送控制系统,并进行压力补正。
汽包水位采用磁翻板式液位计或差压变送器测量,信号送控制系统。
为了确保汽包与加热炉的冷却循环水安全正常生产,进入汽包的给水与送出的蒸汽在数量上保持平衡,通过控制汽包补充新水流量大小来控制汽包的水位。
为了使系统可靠运行,在控制系统内进行三冲量控制,克服因给水量变化范围大,加热炉负荷变化大导致汽包蒸汽量变化大而出现的汽包水位波动。
汽包蒸汽压力自动控制:
汽包压力采用压力变送器进行测量,信号送至控制系统。
通过调节送出蒸汽量使汽包内压力稳定在设定值要求范围内。
为了防止汽包压力波动导致不安全的事故发生及输出的蒸汽压力不稳定,当汽包压力过高时,通过自动放散汽包管网的蒸汽来稳定汽包压力,增强汽包的安全可靠性。
除氧器水位自动调节:
除氧器水位采用差压变送器进行测量,信号送至控制系统。
为了保证汽包给水的除氧效果,通过调节除氧器给水流量的大小来控制除氧器的水位在一定范围内波动。
除氧器蒸汽压力自动调节:
通过检测除氧器内的压力来控制除氧器入口蒸汽管的流量大小,使除氧器的蒸汽压力稳定在设定值要求的范围内。
泵站内软水箱水位自动控制:
水位与软水管进水电动阀进行连锁控制。
高水位关闭进水电动阀,低水位开启进水电动阀。
(2)粗轧区域控制功能
轧件跟踪与协调控制
除鳞控制
辊道控制
粗轧主令速度控制
轧辊冷却控制
立辊和粗轧机之间的微张力控制
侧导板控制
轧机调零调平控制
R1辊缝控制(电动+液压)
E1辊缝控制
R2辊缝控制(电动+液压)
E2辊缝控制
自动宽度控制AWC(短行程控制SSC等)
换辊控制
模拟轧制
介质系统控制(液压、润滑等)
数据管理
设定和操作模式
与仪电一体品的接口(如宽度仪等)
人机接口(HMI),用于轧机操作、设定、维护,故障报警和状
态指示
1)轧件跟踪及协调控制
根据现场传来的HMD信号、轧制力和旋转方向信号,监视并判断板坯位置、传送方向,实现对物料准确位置的跟踪。
当轧件到达轧机区的特定位置时,顺序启动相关设备,同时执行相应功能程序。
2)粗轧主令速度控制
粗轧主令速度控制包括辊道传送控制和轧机速度控制。
包括:
粗轧板坯传送控制
侧导板对中的顺序控制
摆动控制
轧机速度设定
抛钢控制
换向操作
粗轧机后轧件传送
3)立辊轧机和粗轧机间的微张力控制
该功能的作用是当轧件在立辊轧机和可逆轧机上同时轧制时对轧
件的张力加以限制,其张力控制是通过调节立辊速度实现的。
4)侧导板控制
E1、E2入口侧导板和出口侧导板,用于轧件进入轧机前对中轧制中心,防止轧件跑偏。
侧导板采用伺服液压缸驱动。
液压缸上装有位移传感器,通过执行机构和控制元件对侧导板进行位置控制。
侧导板设置短行程控制。
5)液压辊缝控制
粗轧机R1/R2液压辊缝控制系统是一个高精度、高响应的大功率
电液位置伺服系统,轧件的操作侧和传动侧均配置有液压缸,液压缸
安装有内置式高精度位移传感器和压力传感器,用于检测辊缝实际位
置,采用压头检测实际轧制力或/和采用装于每个液压缸两腔(或管路
上)的压力传感器间接检测轧制力。
6)宽度控制AWC
高度精确的带钢宽度会减少最终产品的剪边量,节省原料,提高
收得率。
宽度控制目标是:
从精轧机出来的带钢宽度在整个带钢宽度
方向上都尽量精确为目标宽度。
由于在精轧机轧制过程中不能直接控
制带钢宽度,所以在粗轧机内进行带钢宽度控制。
自动宽度控制包括以下几个控制功能:
SSC——短行程控制
RF-AWC——轧制力反馈宽度控制
SC——前馈宽度控制
TC——温度补偿控制
(3)精轧区域控制功能
粗轧机与热卷箱之间协调控制
热卷箱控制
热卷箱与精轧机之间协调控制
轧件跟踪与协调控制
飞剪剪切控制
侧导板控制
机架间冷却和除鳞控制
轧辊冷却控制
精轧主令速度控制
液压活套控制(LTC)
F1-F2微张力控制
轧机调零
液压位置控制(HAPC)
液压辊缝控制(HGC)
自动厚度控制(AGC)
弯辊控制(WRB)
窜辊控制(WRS)
换辊控制
模拟轧制
介质系统控制(液压、润滑等)
数据管理
设定和操作模式
停止模式
与仪电一体品的接口(如测厚仪、多功能仪、凸度仪等)
人机接口(HMI),用于轧机操作、设定、维护,故障报警和状
态指示
主要控制功能说明:
①热卷箱控制
热卷箱位于粗轧机后,飞剪之前。
使用热卷箱可以减少中间坯温
降,保持中间坯温度均匀,降低头尾温差,使轧线布置紧凑。
热卷箱
主要由入口导槽及偏转辊、弯曲辊、成形辊及1号托卷辊、稳定器、
开卷器、推卷器、2号托卷辊、保温侧导板及开尾销、夹送辊及开尾辊、
夹送辊后辊道、机架和内外冷却水系统等组成。
热卷箱有直通和卷取
两种工作模式。
②轧件跟踪
轧件跟踪功能根据传来的HMD信号、轧制力和轧机的咬钢及抛钢信号监视并判断轧件头、尾位置。
当轧件到达精轧区的某些特定位置,
即要求激活相关设备动作和功能程序运行,执行这些动作的信息可从内存读取。
③飞剪控制
飞剪位于粗轧机后、精轧机组之前,用于在中间坯进入精轧机之
前切除不规则头部和尾部。
其控制主要包括轧件测速、头尾位置检测
和飞剪的起停控制,具有手动剪切和自动剪切功能。
④精轧主令速度控制
精轧主令速度控制系统主要包括精轧机速度主令控制和活套高度
调节。
主令速度对参与从入口辊道到卷取机的轧件传送的所有传动装
置的速度进行控制和协调。
⑤液压活套控制
为了维持热连轧机架间流量平衡,保持板带张力恒定,在精轧机
架间装有活套。
液压活套与电动活套相比,具有成本低、动态响应快
和稳态精度高等优点,因此目前新建的热连轧生产线大部分采用液压
活套,但控制比传统的电动活套复杂。
一般每两个机架间各设置一个
活套器,采用伺服阀----液压缸驱动方式,具有张力控制和套量控制两
个功能。
为提高带钢质量,轧制中保持张力恒定;为保证稳定轧制,
套量控制在一定范围内保证金属秒流量相等,避免拉钢和堆钢;此外
起套应软接触,落套应避免甩尾,这是保证带钢顺利穿带和抛钢的前
提条件,同时也是确保带钢头尾质量的关键。
⑥液压辊缝控制(HGC)
对轧机辊缝进行综合控制,包括通讯、IO、各种标定、零调、测
试、工作方式选择、保护、手动控制、自动控制,辊缝和液压缸位置
的转换控制等。
⑦自动厚度控制(AGC)
AGC是利用弹跳方程所算出的机架出侧板厚与目标板厚进行较,依厚差大小控制轧机的压下量,故亦称厚度计AGC。
由于液压系统响应快,精度高,能方便地实现诸如绝对AGC、变刚度控制、恒压力控制等功能。
反馈AGC根据厚度给定值的不
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