熱連軋中AGC控制系統的研究與應用

1 引言——1500mm帶鋼精軋控制工藝概述
萊鋼1500mm帶鋼精軋機組由一架立輥和六架平輥軋機組成，即E2、F1~F6。（E2前設有精除鱗箱用于清除中間坯表面的次生氧化鐵皮)。軋件依次進入立－平－平－平－平－平－平軋機連續軋制。精軋機架間設有5臺液壓活套裝置（即H1~H5），當軋件依次進入n+1架軋機時，n至n+1架軋機之間的活套依次升起，通過套高調節系統使軋機自動調速，并通過張力調節系統使帶鋼在微張力、恒張力狀態下軋制，軋成所需要的帶鋼尺寸。精軋機組F1~F6壓下系統為全液壓壓下，并設有液壓AGC自動厚度控制系統和正彎輥裝置，用于保證帶鋼全長范圍內的厚度精度及板形要求。F1~F6工作輥設有軸向竄輥裝置，可以控制軋輥凸度并使軋輥磨損均勻，提高軋輥使用壽命。帶鋼尾部依次離開各架軋機時，活套裝置便自動下降復位。精軋機架間設有噴水冷卻裝置，用于控制終軋溫度，帶鋼終軋溫度在850℃左右。精軋機組后設置Χ射線測厚儀和光電式測寬儀，其中測厚儀參與液壓監控AGC控制。
2 AGC控制系統實現
2.1 系統硬件配置
根據工藝控制要求本工程自動化總體方案以“集散控制、分層結構”為主要特點，整個自動化系統分為3層。第1層：現場參數檢測與終端執行。第2層：分散的數據處理、過程控制。第3層：集中操作監視。
結合本生產線工藝布置和特點，控制系統使用了三套西門子TDC控制器（SIMATIC Technology and Drive Control——即工藝和驅動自動化系統），每套TDC控制器中配置4個CPU,下掛3個ET200遠程I/O從站。兩臺DELL工控機作為上微機監控，負責維護集成歷史數據庫和提供人機接口，訪問TDC中的數據。精軋生產線控制系統結構圖1所示。

3 系統控制功能實現
3.1 APC控制概念
所謂APC控制就是在指定的時刻，將被控對象的位置自動地調節到預先給定的目標值上，調節后的位置與目標值之差保持在允許的誤差范圍內，這個調節過程稱為位置自動控制，簡稱APC。
3.2 液壓APC系統組成
在現代熱連軋機組中，液壓APC一般作為液壓AGC的內環，執行厚度外環液壓AGC控制向其輸出位置（或軋制力）的動態調節量，即輥縫調節量。也就是說液壓APC是液壓AGC的執行機構，并進行軋輥的傾斜控制；其次用于軋輥精確預擺輥縫，同電動壓下機構聯合實現軋輥的校平。控制系統直接將輥縫設定換算為液壓缸的位置給定，由當前位置向目標位置積分來作為位置參考值。作為液壓APC，還可以是將軋制力設定換算為液壓缸的油壓給定。為獲得好的板形，在最后一、二個機架，采用液壓軋制力控制，實現恒軋制力控制。液壓APC控制框圖如圖2所示。

3.3 液壓AGC系統
AGC系統是熱連軋精軋機組自動控制中一個極為重要的組成部分，是提高熱軋帶鋼全長厚度精度的主要手段。目前在現代帶鋼熱連軋機上廣泛采用直接數字控制計算機進行厚度自動控制，簡稱DDC-AGC系統，它能綜合采用多種形式的厚度自動控制系統，以適應不同鋼種，不同成品規格以及各工藝參數變化的要求。其過程為計算機定時采樣各機架的壓力、輥縫位置、速度、X射線厚度偏差等數值，經過必要的計算處理，送出相應的控制量，一方面調節伺服閥，另一方面對活套進行補償。液壓AGC簡要控制框圖如圖3所示。

圖3 液壓AGC簡要控制框圖

（1）相對AGC運行方式：
•LOCK-ON方式：以計算各機架頭部平均厚度為目標厚度鎖定各機架的軋制力和輥縫,進行自動厚度調節，追求同帶差最小。
•HOLD方式：以前一塊帶鋼頭部鎖定值作為本次鎖定值進行本塊帶鋼自動厚度調節。
當實測帶鋼出口厚度與給定的目標厚度之差超過某極限值時，將以各機架實測值作為本塊鋼的給定目標厚度。
（2）絕對AGC運行方式：以過程計算機計算的目標厚度和預報軋制力作為目標厚度和鎖定各機架軋制力進行自動厚度調節，追求與要求的成品厚度差最小。當實測帶鋼出口厚度與給定的目標厚度之差超過某極限值時，將以實測值作為本塊鋼的給定目標厚度。
（3）控制方式：
AGC系統中基本的控制功能是根據基本彈跳方程實現的：

上式中， ——彎輥力造成的厚度變化
——油膜軸承的油膜厚度變化
——輥縫零位（熱膨脹及磨損）
——軋機的剛性系數，牛頓/毫米
——軋輥輥縫值，毫米
但為了進一步提高厚調精度，需采取各種補償措施，主要是彎輥力造成的厚度變化補償，油膜厚度補償以及輥縫零位補償。同時利用測厚儀直接測得的成品帶鋼厚度值為基準對AGC系統進行監視，另外為了克服以彈跳方程為基礎的反饋式AGC系統的滯后現象，在AGC系統中增加前饋控制功能。
4 結束語
本控制系統根據圖4所規定的精度要求編寫控制程序，對每塊帶材的厚度精度進行命中率統計（見表1），也就是該帶材的厚控精度是否在圖4所規定的范圍內。以此說明AGC的控制精度。在生產實踐中，根據不同軋制規格調整AGC控制參數，使控制精度越來越高，某些規格甚至達到100％的命中率。