板帶軋機(jī)AGC自動(dòng)控制系統(tǒng)研究

譚柱花

摘 要 自動(dòng)厚度控制（AGC:AutomaticGaugeControl）功能的目的是通過精軋機(jī)壓下機(jī)構(gòu)的調(diào)整以及其他一些補(bǔ)償措施，消除在軋制過程中沿帶鋼長度方向因各種原因產(chǎn)生的帶鋼厚度偏差，保證精軋成品帶鋼縱向（沿中心線）厚度滿足精度要求。

關(guān)鍵詞 自動(dòng)厚度控制 補(bǔ)償措施 帶鋼 精度要求

中圖分類號(hào)：TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Research on Strip Mill AGC Automatic Control System

TAN Zhuhua

(Yunnan Yuxi Emerging Steel Co., Ltd., Yuxi, Yunnan 653100)

Abstract Automatic gauge control ( AGC: Automatic Gauge Control ) function is designed by the finishing mill screwdown adjustment as well as a number of other compensation measures, eliminate in the process of rolling along the length of the strip direction for various reasons the strip thickness deviation, ensure finish rolling strip longitudinally ( along the center line ) thickness to meet the accuracy requirements

Key words automatic thickness control; compensation measures; strip steel; accuracy

1 AGC控制原理

1.1 帶材厚差產(chǎn)生的原因

帶材厚度發(fā)生變化的原因可以歸結(jié)為由軋件產(chǎn)生的、由軋機(jī)產(chǎn)生的、軋制工藝狀態(tài)變化造成的、以及軋機(jī)操作引起的幾大類。由軋件產(chǎn)生的厚差的原因包括軋件變形抗力的變化（如材質(zhì)不均，溫差）、來料厚度波動(dòng)等；由軋機(jī)產(chǎn)生的厚差的原因包括油膜軸承油膜厚度的變化、軋輥偏心、熱膨脹、磨損等；由軋制工藝狀態(tài)變化造成厚度變化的原因包括輥縫、速度的調(diào)整等。針對產(chǎn)生厚差的原因不同，應(yīng)采取不同的厚度控制方式和補(bǔ)償措施。

1.2 帶鋼基本厚度控制功能及補(bǔ)償措施

帶鋼的厚度控制已經(jīng)開發(fā)了多種控制功能，具體包括：GM—AGC，也稱壓力AGC或反饋 AGC、X—監(jiān)控 AGC、活套補(bǔ)償、寬度補(bǔ)償、尾部補(bǔ)償。

1.2.1 絕對AGC與相對AGC控制原理

絕對AGC與相對AGC是針對厚度控制目標(biāo)值而提出的兩種控制方式。我們知道，帶鋼熱連軋厚度控制的兩個(gè)基本功能為針對熱軋 GM—AGC 和 X—監(jiān)控AGC，這是兩個(gè)獨(dú)立的控制功能，各自具有自身的控制目標(biāo)值。對任何一個(gè)機(jī)架來說，若不考慮其他控制方式（如前饋 AGC：FF—AGC），則其厚度調(diào)節(jié)行為取決于這兩種控制功能的合作用。對 X—監(jiān)控 AGC，厚度控制目標(biāo)值通常由產(chǎn)品的厚度規(guī)格值決定，但為了減小同板差，某些場合（如作為冷軋坯料）也可以帶鋼頭部的實(shí)測值作為厚度給定值。稱前者為絕對方式的X—監(jiān)控 AGC，而稱后者為相對方式的 X—監(jiān)控 AGC。X—監(jiān)控AGC只有一個(gè)厚度給定值和一個(gè)厚度檢測值（由 X 射線測厚儀給出），但它所產(chǎn)生的控制作用則按加權(quán)方法分配至各個(gè)機(jī)架，以減輕末機(jī)架的調(diào)節(jié)負(fù)擔(dān)。

對GM—AGC，每個(gè)機(jī)架都有一個(gè)相應(yīng)的厚度控制回路，即每個(gè)機(jī)架都有其自身的GM方式厚度給定值和反饋值（由彈跳方程給出）。如果厚度給定值取自帶坯通過該機(jī)架時(shí)在鎖定時(shí)刻基于彈跳方程算得的厚度測量值，則稱為相對方式的 GM—AGC；而如果是以過程計(jì)算機(jī)的設(shè)定計(jì)算程序所給出的該機(jī)架目標(biāo)厚度（或稱為分配厚度）作為厚度給定值，則稱為絕對方式的 GM—AGC。通常所謂的絕對 AGC，即指絕對方式GM—AGC。絕對方式的 GM—AGC 對于優(yōu)化軋制過程、提高厚控質(zhì)量，具有本質(zhì)上的優(yōu)越性。但這種方式的有效實(shí)現(xiàn)，有賴于設(shè)定計(jì)算模型的精度和優(yōu)化，彈跳方程的精度以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的快速性。根據(jù)熱帶軋機(jī)的實(shí)際情況，多數(shù)自動(dòng)厚度控制系統(tǒng)將以相對GM—AGC 為主，以絕對 GM—AGC 作為可選項(xiàng)。對于 X—監(jiān)控 AGC 來說，除非專門指定，都將按絕對方式工作，以保證產(chǎn)品規(guī)格符合生產(chǎn)要求。

1.2.2 寬度補(bǔ)償

軋件剛度系數(shù) C 是軋制壓力 P 和帶鋼寬度的函數(shù)，即 C=f(p,b)。在測得標(biāo)準(zhǔn)輥身長度下的 C 后，需要根據(jù)不同的帶鋼寬度對其進(jìn)行補(bǔ)償，補(bǔ)償值大小可用如下經(jīng)驗(yàn)公式求得：

Kb=1-(WR-W)KW/ WR，其中：Kb為帶鋼寬度修正系數(shù)、WR為軋輥輥身長度、W 為軋件的寬度、KW為寬度修正因子（一般為 0.2）。

1.2.3 輥縫零位常數(shù) G

間接測厚法是利用輥縫儀信號(hào)來表示軋輥縫隙的，但實(shí)際上軋輥直徑由于磨損和膨脹而產(chǎn)生的緩慢的變動(dòng)，其結(jié)果將使實(shí)際輥縫和輥縫儀指示有差別，即輥縫零位漂移，為此引入了輥縫零位常數(shù) G。輥縫零位常數(shù)確定的方法是：利用上一卷鋼在穩(wěn)定軋制條件時(shí)，各機(jī)架“實(shí)測”出口厚度 h*和用間接法算出的厚度 h 之差來求得，及 G=h*-h，所謂實(shí)測厚度是指，在穩(wěn)定軋制條件下，以末機(jī)架后的 X 射線測厚儀所測的成品厚度為依據(jù)，用秒流量相等法則推算出的各機(jī)架出口厚度。

1.2.4 尾部補(bǔ)償

當(dāng)帶鋼尾部離開某一機(jī)架（i-1 機(jī)架）時(shí)，下一機(jī)架（i 機(jī)架）的后張力立即消失，使其軋制壓力加大，因而出現(xiàn)尾部失張厚躍現(xiàn)象。為了消除這一厚差，本 AGC 系統(tǒng)采用“尾部補(bǔ)償”功能，即在帶鋼尾部離開 i-1 機(jī)架時(shí)，加大 i 機(jī)架的壓下量，將帶鋼的尾部多壓一些（壓尾），調(diào)節(jié)量下式求得：= ，其中 kT為調(diào)節(jié)增益，hi-1為 i-1 機(jī)架帶鋼尾部的出口厚度，t 為帶鋼尾部從 i-1 機(jī)架到 i 機(jī)架所需的時(shí)間。并非每個(gè)精軋機(jī)架都要進(jìn)行尾部要補(bǔ)償，是否進(jìn)行補(bǔ)償可由HMI上選擇開關(guān)來控制。一般最末兩個(gè)機(jī)架的軋制速度高，帶鋼較薄，尾部失張厚躍現(xiàn)象不嚴(yán)重，不進(jìn)行尾部補(bǔ)償。

1.2.5 活套補(bǔ)償

當(dāng) AGC 系統(tǒng)對 i 機(jī)架輥縫進(jìn)行 S 的調(diào)整后，其軋件出口厚度變化了一個(gè) h 的值，從而導(dǎo)致了機(jī)架間的秒流量（或活套量）發(fā)生變化。此秒流量變化 vi-1的值，其值的大小可根據(jù)秒流量相等的關(guān)系求出：hi-1(vi-1+ vi-1) = (hi+ hi)vi展開后得：hi-1vi-1+hi-1 vi-1=hivi+ hivi 因?yàn)?hi-1vi-1=hivi，所以hi-1 vi-1=vi hi上式可寫為 hi-1 voi-1(1+fi-1)=vi hi，式中 voi-1 為 i-1 機(jī)架軋輥的圓周速度，fi-1為 i-1 機(jī)架軋件的前滑系數(shù)。由秒流量相等的關(guān)系得：==[] /按照以上公式，根據(jù)下游機(jī)架輥縫值的變化 Si調(diào)節(jié)上游機(jī)架主傳動(dòng)的速度，即可維持秒流量相等，保持活套量恒定。

2 AGC 的時(shí)序控制與邏輯控制

AGC的控制過程主要包括待鋼、穿帶與鎖定、穩(wěn)態(tài)軋制、尾部軋制等階段。在各個(gè)不同的階段，AGC有關(guān)功能的投入/切除的時(shí)刻控制和投入/切除的條件控制，即所謂的時(shí)序控制和邏輯控制。正常情況下，經(jīng)過切頭的帶坯進(jìn)入精軋機(jī)之前，精軋各機(jī)架的輥縫 APC（自動(dòng)位置控制）和主軋機(jī)速度均應(yīng)按照過程計(jì)算機(jī)針對該材的設(shè)定計(jì)算結(jié)果運(yùn)行到位，整個(gè)機(jī)組處于待鋼狀態(tài)；AGC 的功能請求開關(guān)和方式選擇開關(guān)業(yè)已置位；而若整個(gè) AGC 系統(tǒng)的有關(guān)部分均處于無故障狀態(tài)，則計(jì)算機(jī)系統(tǒng)此時(shí)也應(yīng)給出“AGC 就緒”標(biāo)志。如果在該階段操作員根據(jù)此前的軋制狀況，判定某機(jī)架或某幾機(jī)架的輥縫或主速度不合適，可以人工干預(yù)即通過操作臺(tái)手柄進(jìn)行微調(diào)整。由于此前 APC 已經(jīng)完成，因此人工干預(yù)后 APC不會(huì)再啟動(dòng)。從F1 咬鋼開始到帶頭通過精軋末架、各活套調(diào)節(jié)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)為穿帶階段，AGC的鎖定過程主要在該階段完成。在該階段，采用不同的控制方式和不同的鎖定方式，各機(jī)架 AGC 的投入時(shí)序也不同。如果是絕對 AGC，則每架咬鋼后，該架 AGC 即刻投入，開始按照設(shè)定厚度進(jìn)行厚度調(diào)節(jié)。如果是相對 AGC，則 AGC 投入時(shí)序視鎖定方式的不同而不同：如選擇 AUTO-1 方式，每架咬鋼后延時(shí)一定時(shí)間后進(jìn)行厚度鎖定，并投入 AGC;如選擇 AUTO-2 方式，則整個(gè)機(jī)組穿帶結(jié)束后，根據(jù) X 射線測厚儀給出的帶鋼實(shí)測厚度，或者當(dāng)厚差進(jìn)入給定精度范圍時(shí)就行自動(dòng)鎖定，或者計(jì)時(shí)到若干秒后自動(dòng)鎖定，并在鎖定完成后所有機(jī)架 AGC 同步投入。AGC 功能投入運(yùn)行后，按照控制算法，將精軋出口帶鋼厚度控制到并力圖穩(wěn)定在設(shè)定值附近。AGC 運(yùn)行期間，某機(jī)架的 AGC 或所有機(jī)架的 AGC 可以在下述情況發(fā)生時(shí)予以切除： AGC 部件出現(xiàn)故障，如檢測元件、執(zhí)行機(jī)構(gòu)異常；操作人員對輥縫進(jìn)行人工干預(yù)；操作人員按下“STOP”(AGC 停止)按鈕；操作人員撤消 AGC 投入請求。如果是因故障引起的 AGC 切除，則在本塊鋼軋制完成前，AGC 保持切除狀態(tài)，操作人員此時(shí)應(yīng)撤消 AGC 請求。待對故障進(jìn)行了確認(rèn)并排除后，再給出投入請求。如果是壓下人工干預(yù)，則在干預(yù)期間，AGC停止動(dòng)作；干預(yù)一結(jié)束，AGC立即對該架重新進(jìn)行鎖定，并按照新的鎖定值進(jìn)行控制?！癝TOP”按鈕按下后，所有機(jī)架的 AGC 全部切除。此后如果再按下“START”按鈕，則全部機(jī)架立即進(jìn)行重新鎖定，AGC 再次投入運(yùn)行。AGC 投入請求撤消引起的 AGC 切除，可在重新發(fā)出請求信號(hào)后恢復(fù)運(yùn)行對于絕對 AGC 系統(tǒng)，若操作員對壓下進(jìn)行了人工干預(yù)，則該架 AGC 將在干預(yù)結(jié)束后，立即進(jìn)行鎖定，并按照相對 GM-AGC 方式運(yùn)行。從 F1 拋鋼開始，AGC進(jìn)入尾部控制階段。某架軋機(jī)拋鋼后，該架 AGC 立即切除，同時(shí)發(fā)出 APC 請求信號(hào)，使該機(jī)架的輥縫和主速度恢復(fù)到咬鋼時(shí)的狀態(tài)，稱之為壓下和速度回歸。但如果拋鋼時(shí)新的設(shè)定數(shù)據(jù)已經(jīng)下送，則按新的設(shè)定值進(jìn)行APC 控制，為下一條帶鋼的軋制做好準(zhǔn)備。

3 結(jié)束語

自動(dòng)厚度控制（AGC:AutomaticGaugeControl）功能的目的是通過精軋機(jī)壓下機(jī)構(gòu)的調(diào)整以及其他一些補(bǔ)償措施，消除在軋制過程中沿帶鋼長度方向因各種原因產(chǎn)生的帶鋼厚度偏差，保證精軋成品帶鋼縱向（沿中心線）厚度滿足精度要求。以上對AGC在板帶軋鋼中的控制原理及控制方法的研究，對板帶軋鋼的厚度控制起著重要的作用。

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