萊鋼熱連軋中粗軋控制系統(tǒng)的研究

董昌群（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司自動(dòng)化部，山東萊蕪，271104）

萊鋼熱連軋中粗軋控制系統(tǒng)的研究

董昌群
（山東鋼鐵股份有限公司萊蕪分公司自動(dòng)化部，山東萊蕪，271104）

粗軋控制系統(tǒng)主要由電動(dòng)壓下、液壓AGC、液壓APC組合而成。電動(dòng)壓下用于長(zhǎng)行程輥縫調(diào)節(jié)，液壓AGC用于輥縫微調(diào)和軋制過(guò)程中的厚度控制，液壓APC用于位置閉環(huán)和壓力閉環(huán)的調(diào)節(jié)。

AGC；APC；輥縫；粗軋

0　前言

本文主要介紹了1500熱軋帶鋼軋機(jī)輥縫調(diào)整的熱軋帶鋼生產(chǎn)線控制功能。在軋機(jī)傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)分別安裝電機(jī)的壓力和壓力下液壓缸的下臺(tái)灣。粗軋機(jī)軋輥位置自動(dòng)控制系統(tǒng)包括電氣控制系統(tǒng)和液壓自動(dòng)控制系統(tǒng)的位置。電氣位置自動(dòng)控制系統(tǒng)，在空載縫粗軋機(jī)軋輥調(diào)整。液壓位置自動(dòng)控制系統(tǒng)，在軋制過(guò)程中輥間隙調(diào)整。

1　液壓AGC的控制系統(tǒng)

1.1AGC的原理

液壓AGC技術(shù)是機(jī)械、液壓、自動(dòng)控制、軋制工藝等專業(yè)密切聯(lián)系的綜合性先進(jìn)技術(shù)。它的主要設(shè)備由一組控制裝置的計(jì)算機(jī)和測(cè)試元件和液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，兩個(gè)液壓缸。檢測(cè)組件是：兩個(gè)壓力傳感器，兩個(gè)位置傳感器。

其特點(diǎn)是：液壓系統(tǒng)的加速度可以達(dá)到500mm/s2，加速和減速時(shí)間只有幾十毫秒。加速約10ms空載啟動(dòng)后，8ms后可使最大速度達(dá)到4mm/s，液壓調(diào)節(jié)移動(dòng)100um總共需要43ms。如果在一些小的調(diào)節(jié)距離，以恒定的速度移動(dòng)，調(diào)整時(shí)間會(huì)更短。如果調(diào)整距離小于32um，調(diào)節(jié)時(shí)間只有26ms。

液壓壓下系統(tǒng)不僅具有伺服閥的定位控制電路，而且還具有定位裝置，并具有用于實(shí)際壓力位置的反饋的位置傳感器，并且材料的加速度是液壓缸中的油。500mm/ s2加速度是通過(guò)液壓缸和蓄壓器的壓力差來(lái)實(shí)現(xiàn)。在液壓缸上直接進(jìn)行位置測(cè)量，消除了滯后現(xiàn)象。

軋機(jī)的傳動(dòng)側(cè)和操作側(cè)設(shè)有一個(gè)單獨(dú)的位置控制回路，可以控制給定位置的目標(biāo)值，以保證軋輥兩側(cè)的平行工作。同步一般是通過(guò)添加一個(gè)同步控制器來(lái)保證的。

1.2AGC壓力控制

系統(tǒng)確定了各機(jī)架厚度鎖定值后就進(jìn)入了厚度閉環(huán)調(diào)節(jié)過(guò)程。每個(gè)機(jī)架的出口厚度被周期性實(shí)時(shí)計(jì)算（循環(huán)周期在100毫秒至150毫秒之間）。出口厚度偏差（本機(jī)架出口厚度 -本機(jī)架鎖定厚度）亦被同樣實(shí)時(shí)計(jì)算。系統(tǒng)根據(jù)出口厚度偏差、軋機(jī)剛度系數(shù)、軋件塑形系數(shù)及其它補(bǔ)償量等因素計(jì)算出當(dāng)前的輥縫調(diào)節(jié)量并發(fā)送給液壓 APC執(zhí)行輥縫調(diào)整。此過(guò)程持續(xù)循環(huán)進(jìn)行直至軋件拋出本機(jī)架為止。

厚度計(jì)算公式：

式中：h—出口板厚；F—軋制壓力； S—初始輥縫；M—軋機(jī)的彈性變形系數(shù)； comp —其它補(bǔ)償量

輥縫調(diào)節(jié)量計(jì)算公式：

式中：ΔS：輥縫調(diào)節(jié)量，單位mm

DHG：厚度偏差，單位 mm

GMGK： HMI參數(shù)，范圍（0.0~1.0）

M：軋機(jī)剛度，單位 T/mm

Q：軋件塑形，單位 T/mm

SF1：HMI參數(shù)，范圍（0.0~1.0）

1.3軋機(jī)設(shè)定補(bǔ)償控制

軋機(jī)各道次的輥縫設(shè)定補(bǔ)償控制如圖1所示。h為本道次的鋼板出口厚度的目標(biāo)值，A為與本道次預(yù)測(cè)軋制力，Py相對(duì)應(yīng)的軋機(jī)彈跳值， 即

Py由所軋軋件的塑性曲線得出，計(jì)算而得為本道次未經(jīng)前一塊鋼板成品厚度差修正的輥縫值（調(diào)零以后），

B為前一塊鋼板的成品厚度偏差（由測(cè)厚儀測(cè)得）分配到本道次的修正量， 帶有正負(fù)性S0為本道次經(jīng)過(guò)前一塊鋼板成品厚度偏差修正后的輥縫值， 即輸入到采用自動(dòng)位置控制（APC）的電動(dòng)壓下裝置內(nèi)的輥縫設(shè)定值，

Sg為電動(dòng)壓下裝置完成壓下后由輥縫儀測(cè)得的輥縫值△S為電動(dòng)壓下裝置APC的定位偏差，即△S=S0-Sg帶有正負(fù)性，并且其絕對(duì)值應(yīng)有一個(gè)最小值，當(dāng)小于這個(gè)最小值時(shí)，則認(rèn)為△S為零，Sy為液壓缸的位置基準(zhǔn)（設(shè)液壓缸完全壓縮時(shí)的液壓缸位置為零）， 一般設(shè)Sy為液壓缸行程的一半左右，即液壓缸在中間位置，C為軋輥磨損的補(bǔ)償值，為經(jīng)△S和C修正后的液壓缸位置給定值，

Sw為液壓缸上的兩個(gè)位置傳感器所檢測(cè)到的液壓缸位置的平均值， 它是液壓缸的位置反饋值D 為液壓缸的位移量指令，也是伺服閥驅(qū)動(dòng)器6的輸入信號(hào)E 為驅(qū)動(dòng)器6輸給電液伺服閥7的電流信號(hào)。

圖1中的4、5、6、7、8和9組成液壓缸的位置控制閉環(huán)，它是液壓AGC的基本控制閉環(huán)和控制內(nèi)環(huán)。當(dāng)液壓缸位置給定值S’y與Sw不相等， 即D不等于零（實(shí)際上，D 應(yīng)有一個(gè)最小值，當(dāng)D小于等于該最小值時(shí)，就認(rèn)為D已等于零）時(shí)，電液伺服閥則得到一個(gè)電流信號(hào)E，開(kāi)通油路，使液壓缸8根據(jù)電流信號(hào)E 的電流方向的不同做壓下或抬起的位移，直到位置傳感器監(jiān)測(cè)到的液壓缸位置反饋：Sw與S’y相等，即D等于零為止。此時(shí)E 等于零，電液伺服閥處于中位關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)h、A、B、Sg、C切斷輸入，即均等于零時(shí)， 液壓缸8 將在液壓缸位置基準(zhǔn)Sy的指令下，移動(dòng)并保持在中間位置，也就是，當(dāng)完成某一道次軋制后，液壓缸8將自動(dòng)保持在中間位置， 等待下一道次的輥縫設(shè)定。

通過(guò)以上說(shuō)明可知，上一塊鋼板成品厚度偏差對(duì)本塊鋼板的補(bǔ)償（補(bǔ)償量為B）在電動(dòng)壓下裝置的輥縫設(shè)定中完成，即電動(dòng)壓下的輥縫設(shè)定值。已經(jīng)過(guò)S0修正B對(duì)電動(dòng)壓下裝置APC定位誤差的補(bǔ)償（補(bǔ)償量為△S） 和對(duì)軋輥磨損的補(bǔ)償（補(bǔ)償量為C），在液壓AGC的位置控制內(nèi)環(huán)中完成， 經(jīng)液壓缸補(bǔ)償后的輥縫值：

這些補(bǔ)償是在輥縫設(shè)定時(shí)完成的，也可以稱作靜態(tài)補(bǔ)償。

2　APC控制系統(tǒng)

2.1位置閉環(huán)控制

每個(gè)APC控制模塊內(nèi)包含兩個(gè)位置閉環(huán)調(diào)節(jié)器，一個(gè)位置閉環(huán)調(diào)節(jié)器負(fù)責(zé)控制一側(cè)的液壓缸活塞在缸內(nèi)的位置（操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)各一個(gè)），兩個(gè)控制器相互獨(dú)立運(yùn)行。調(diào)節(jié)器輸出的量為伺服閥閥芯開(kāi)度的給定，給定值的大小及方向基于位置偏差（位置給定 -位置反饋）。

2.2壓力閉環(huán)控制

每個(gè) APC控制模塊內(nèi)包含兩個(gè)壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)器，一個(gè)壓力閉環(huán)調(diào)節(jié)器負(fù)責(zé)控制一側(cè)的液壓缸活塞在缸內(nèi)的壓力（操作側(cè)和傳動(dòng)側(cè)各一個(gè)），兩個(gè)控制器相互獨(dú)立運(yùn)行。調(diào)節(jié)器輸出的量為伺服閥閥芯開(kāi)度的給定，給定值的大小及方向基于壓力偏差（壓力給定 -壓力反饋）。

2.3零調(diào)

零調(diào)有手動(dòng)零調(diào)和自動(dòng)零調(diào)兩種方式。零調(diào)啟動(dòng)的連鎖條件：

①壓力檢測(cè)元件正常

②壓下系統(tǒng)正常

③速度系統(tǒng)正常且在零調(diào)速度下

3　總結(jié)

本文介紹液壓AGC控制系統(tǒng)與液壓APC控制系統(tǒng)的研究，使得實(shí)際與理論完美的結(jié)合，達(dá)到了預(yù)期的最佳效果。這為液壓AGC的控制工作提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

［1］金學(xué)俊.液壓AGC 在板帶軋機(jī)上的應(yīng)用［J］. 液壓氣動(dòng)與密.2000（4）.32

［2］孫蕾，王焱AGC控制技術(shù)的發(fā)展過(guò)程及趨勢(shì)［J］. 濟(jì)南大學(xué)學(xué)報(bào).2007，（3）.21

［3］龔文.熱軋帶鋼液壓厚度控制技術(shù)的研究［D ］. 重慶：重慶大學(xué)， 2004. 45-47

［4］丁修堃.軋制過(guò)程自動(dòng)化［M］.冶金工業(yè)出版社.2009，83-211.

董昌群 女 1985年 漢族 籍貫：萊蕪，大學(xué)，工程師，研究方向：自動(dòng)化系統(tǒng)與儀表。

Study on the rolling control system of Laiwu Iron and steel in hot rolling

Dong Changqun
（Automation Department， Shandong Iron & Steel Limited by Share Ltd， Laiwu branch， Laiwu， Shandong 271104， China）

Department of Shandong Iron &； Laiwu branch automation department Abstract：the roughing control system is mainly composed of electric pressure，hydraulic AGC，hydraulic APC combination.Electric pressure for long stroke roll gap adjustment，hydraulic AGC fine-tuning used in roll gap and rolling thickness control in the process of hydraulic APC for position closed loop and the adjustment of pressure closed loop.

AGC；APC；roll gap；roughing

圖1　軋機(jī)設(shè)定補(bǔ)償控制