淺析熱軋廠精軋液壓AGC控制系統(tǒng)

摘要：在熱軋生產(chǎn)線上，精軋機控制是最重要的控制部分。AGC系統(tǒng)在液壓壓下具有調(diào)節(jié)精度高、抗干擾性能好、截止頻率高、反應(yīng)快、慣性小的優(yōu)點，所以目前熱軋廠普遍使用液壓AGC控制系統(tǒng)（HAGC）。文章重點分析了液壓AGC（西門子PLC控制器）的組成結(jié)構(gòu)、控制原理及其主要的控制功能等。

關(guān)鍵詞：精軋機；液壓AGC；厚度控制；熱軋廠

中圖分類號：TG333 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）14-0037-03

1 概述

精軋機控制作為軋線上的主要控制內(nèi)容，它包括了板型、厚度、活套和主速度四個方面的控制。厚度控制又是其重點控制內(nèi)容，厚度控制好壞將直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，它主要包括了監(jiān)控、偏心補償、反饋和前饋的自動增益控制。當(dāng)自動厚度控制系統(tǒng)調(diào)整壓下進行厚度控制時，會促使軋制力改變，改變軋輥輥系的彎曲變形，對輥縫形狀產(chǎn)生影響，進而影響板形，當(dāng)利用自動板形控制系統(tǒng)對板形進行調(diào)整時，又會因輥縫形狀改變而對出口厚度產(chǎn)生影響。另外，當(dāng)終軋溫度控制對機架間加速度、噴水進行控制時，會改變機架的軋制溫度，進而對出口板形、厚度產(chǎn)生影響，由此看來，精軋機各控制功能必須實現(xiàn)相互協(xié)調(diào)以及補償信號的相互傳遞。

目前，在精軋系統(tǒng)中常采用液壓自動增益控制（AGC，Auto Gauge Control）系統(tǒng)對板厚進行自動控制，因為AGC系統(tǒng)在液壓壓下具有調(diào)節(jié)精度高、抗干擾性能好、截止頻率高、反應(yīng)快、慣性小的優(yōu)點，它是提高帶鋼厚度精度、帶材合格率的一項重要技術(shù)，液壓AGC系統(tǒng)也被越來越多的精軋生產(chǎn)線所應(yīng)用。

2 液壓AGC系統(tǒng)的組成及控制原理

2.1 系統(tǒng)組成

液壓AGC控制系統(tǒng)主要包括了控制裝置和執(zhí)行機構(gòu)，其中控制裝置主要指檢測元件和計算機，執(zhí)行機構(gòu)主要包括液壓缸和液壓系統(tǒng)。AGC系統(tǒng)的檢測元件包括測壓儀、測厚儀、壓力和位置傳感器。液壓AGC系統(tǒng)主要是通過傳感器和測厚儀測得相應(yīng)參數(shù)，再根據(jù)參數(shù)對軋制力、壓下缸位等進行調(diào)整，進而達到控制帶鋼厚度的目的。

我廠精軋機組的液壓AGC控制系統(tǒng)采用了德國西門子公司的PLC產(chǎn)品：SIMATIC TDC。TDC是一種高性能、多CPU的控制器，它是西門子公司的升級產(chǎn)品，TDC能很好地滿足液壓AGC系統(tǒng)控制高速位置的要求。選用TDC作為系統(tǒng)控制器不僅是液壓AGC系統(tǒng)的要求，也是精軋機控制功能的要求，因為精軋機組有著多種的、集中的控制功能，且要求各控制站之間能快速更新、控制信息。為滿足數(shù)據(jù)交換快速響應(yīng)、數(shù)量龐大的要求，在各精軋機的TDC之間使用了光纖網(wǎng)（100M）進行連接。TDC的硬件配置及其用途如表1所示：

表1 TDC的硬件配置及其用途說明

序號 模板名稱 槽號 用途

1 CPU1 1 F1主速度，F(xiàn)1壓下APC、AGC

2 CPU2 2 F1活套、側(cè)導(dǎo)板，F(xiàn)1彎輥、串輥

3 CPU3 3 F2主速度，F(xiàn)2太下APC、AGC

4 CPU4 4 F2活套、側(cè)導(dǎo)板，F(xiàn)2彎輥、串輥

5 DP/MP1 6 DP聯(lián)接分布式I/0，MP1連接編程器

6 SM500 10 D1、D0、A1、A0磁尺

7 GDM模板 16 全局數(shù)據(jù)網(wǎng)通訊

2.2 液壓AGC的控制原理分析

通過調(diào)整板厚偏差以獲得標準板厚是AGC控制的最終目的。液壓APC是液壓AGC系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)，它主要用于輥縫調(diào)節(jié)量的確定。然后在軋鋼過程中，利用液壓AGC對輥縫進行動態(tài)調(diào)整，最終達到消除板厚偏差、獲得標準板厚的目的。

2.2.1 液壓APC的控制原理。液壓APC系統(tǒng)的控制原理是：先控制軋輥的傾斜，再精確預(yù)擺輥縫。為了獲得較好的軋件板形，要在最后的精軋機上采用恒軋制力控制。而其他精軋機的APC系統(tǒng)則可由操作人員選擇恒輥縫控制或恒軋制力控制。液壓APC的控制原理圖如圖1所示：

圖1 液壓APC控制原理示意圖

2.2.2 液壓AGC的控制原理。為克服自動厚度控制的難度，液壓AGC采用了監(jiān)控AGC與測厚儀反饋控制相結(jié)合的方法。測厚儀方式（GM）是通過彈跳方程來計算出實際厚度的，基本彈跳方程的公式如下：

式中：

S——軋輥輥縫值（mm）

C——軋機的剛性系數(shù)（N/mm）

SF——厚度變化

G——輥縫零位（熱膨脹及磨損）

O——油膜厚度變化

測厚儀方式原理：通過輥縫儀、測壓儀測得S（輥縫位置變動量）、δP（軋制壓力偏差），疊加S和δP得出δh（軋出厚度偏差），最后再將其反饋給厚度自動控制裝置，以調(diào)節(jié)厚度偏差。液壓AGC系統(tǒng)通過采用監(jiān)控AGC與測厚儀反饋控制，有效克服了AGC直接測厚存在的檢測困難、傳遞滯后的問題，其控制原理框圖如圖2所示：

圖2 液壓AGC控制原理示意圖

3 鎖定方式及鎖定值的確定

要實現(xiàn)AGC控制，必須首先確定目標厚度作為控制基準。在將某時刻的實際板厚確定為目標值后，之后板厚變化量也與之相對應(yīng)，便于進行調(diào)節(jié)、鎖定，就是將實際板厚確定為目標厚度的這一過程，確定出的目標厚度值俗稱為鎖定值。一般是鎖定方式有AUTO1鎖定、AUTO2鎖定和人工鎖定三種方式。

3.1 AUTO1鎖定

AUTO1鎖定是指當(dāng)精軋機組中某一機架（Fn）接通負荷繼電器后，在AUTO1位置處經(jīng)相對應(yīng)的延遲時間（F1-1s、F2-1s、F3-0.8s、F4-0.7s、F5-0.6s、F6-0.5s）自動確定目標厚度值，穿帶性能好的鋼種適宜選擇這種方式。

3.2 AUTO2鎖定

對于穿帶性能不好的鋼種，較為適宜使用AUTO2鎖定方式。AUTO2鎖定是指接通精軋機出口HMD（熱金屬檢測器）后，在AUTO2位置處在經(jīng)一定延遲時間后，將CPU運行周期作為采樣周期，當(dāng)X≤KDEV，時

（KDEV：鎖定常數(shù)；i：掃描計數(shù)值；Xi：第i次掃描厚度偏差），即確定目標厚度值。

3.3 人工鎖定

在帶鋼接通精軋機出口HMD后，在測厚儀測得的偏差值趨近于零的情況下，由操作員決定鎖定與否，若鎖定，就按下AGC人工鎖定按鈕即可鎖定，該種方式主要適用于新開發(fā)的鋼種。

4 液壓AGC系統(tǒng)的控制功能

4.1 AGC系統(tǒng)的厚度控制目標

AGC厚度控制的工藝操作要求為切頭、切尾，頭部允許誤差在100um以內(nèi)，在多種鎖定方式間靈活切換。厚度自動控制指標如圖3所示，其中高精度命中率不小于97%、普通精度命中率不小于98%、考核精度命中率不小于99%。

圖3 厚度控制指標

4.2 厚度偏差監(jiān)控功能

鎖定板厚還等同于真正的成品厚度，為了達到成品厚度要求，就需要反饋厚度偏差至系統(tǒng)，再對其進行補償。由于在軋制過程中的一些因素會緩慢發(fā)生變化，如熱膨脹、軋輥磨損、計算誤差等，所以都可能帶來厚度偏差，因此需要應(yīng)用X射線對偏差量進行測量，并將監(jiān)控量反饋至各機架進行補償。X射線監(jiān)控量公式為：（：測厚偏差值；MNG：監(jiān)

控增益；Ti：材料從機架移動到X射線所用時間）。

4.3 彎輥力的補償功能

彎輥力補償，是指彎輥在發(fā)揮作用時，會造成軋制力的波動，此時雖然可讓板形質(zhì)量得到改善，但也可能對帶材的厚度精度產(chǎn)生影響，因此在計算輥縫修正量時，要將彎輥力影響考慮在內(nèi)，以同時保證帶鋼的厚度精度和質(zhì)量。彎輥力補償值的確定參考以下公式：

ΔSWG：輥縫變化量。

4.4 自動復(fù)歸功能

在進行厚度自動控制時，各精軋機的輥縫值都會或多或少地偏移其原設(shè)定值，因此為了不對下一塊進入精軋機的帶鋼造成影響，減少調(diào)節(jié)輥縫值的時間，AGC系統(tǒng)可對輥縫值自動復(fù)歸。AGC系統(tǒng)在運作之初會先對各機架輥縫的設(shè)定值進行記憶，在其工作結(jié)束時，又會將各精軋機的輥縫值恢復(fù)至原設(shè)定大小，便于下一帶鋼輥縫值的調(diào)節(jié)。

5 結(jié)語

液壓AGC系統(tǒng)有效規(guī)避了傳統(tǒng)檢測的弊端（檢測數(shù)據(jù)準確性不高、延遲時間長）、克服了多種變動因素的影響，它能在復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境中正常工作，使控制精度得到了顯著提高。目前，世界上大部分的新建熱軋廠的精軋機都采用了液壓AGC控制系統(tǒng)，將成品縱向厚度的偏差控制在-30um～30um以內(nèi)，在提高產(chǎn)品精度的同時，也讓企業(yè)獲得了更高的經(jīng)濟效益。但是，大部分國內(nèi)企業(yè)的液壓AGC控制系統(tǒng)還是依靠進口，因此，我國自主開發(fā)出一套適應(yīng)當(dāng)前國內(nèi)企業(yè)需求的液壓AGC控制系統(tǒng)是非常必要的。

參考文獻

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作者簡介：司長平（1984—），男，河北邯鄲人，邯鄲市縱橫鋼鐵集團有限公司助理工程師，研究方向：西門子傳動與自動化設(shè)備現(xiàn)場應(yīng)用。

（責(zé)任編輯：周 瓊）