熱連軋HAGC厚度精度控制攻關(guān)

崔偉東

摘要：HAGC控制是帶鋼熱連軋控制的精髓，其被控對(duì)象是帶鋼的目標(biāo)厚度，厚度控制的精度決定了帶鋼的產(chǎn)品質(zhì)量。隨著市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品厚度的要求越來(lái)越高，HAGC控制的精度已成為制約熱卷產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。升級(jí)控制系統(tǒng)、優(yōu)化控制算法是解決厚度控制的精度問(wèn)題的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：厚度自動(dòng)控制；精度；優(yōu)化

1 前言

HAGC控制是熱連軋控制的核心，其精度直接影響帶鋼的產(chǎn)品質(zhì)量。制約HAGC度控制的主要因素為：硬件配置低且容量小，計(jì)算效率低；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不佳，影響數(shù)據(jù)傳輸效率；控制算法不優(yōu)，特別是快循壞執(zhí)行效率受限，AGC調(diào)節(jié)實(shí)時(shí)性低；標(biāo)定程序存在人工干預(yù)，標(biāo)定數(shù)據(jù)不精準(zhǔn)；擺輥方式不統(tǒng)一，實(shí)時(shí)輥縫精度不高；測(cè)量系統(tǒng)設(shè)備陳舊且抗干擾性差，不能獲得高精度的軋制力數(shù)據(jù)；厚度報(bào)警不完善，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)厚度超差，易產(chǎn)生批量質(zhì)量事故。研究探討HAGC精度控制對(duì)提高熱連軋產(chǎn)品質(zhì)量具有重大意義。

2 AGC改進(jìn)的理論基礎(chǔ)

在不考慮其它因素影響的前提下，軋機(jī)的預(yù)擺輥縫S、軋機(jī)的剛度系數(shù)K、機(jī)架軋制力P、軋件出口厚度h存在如下關(guān)系：

按照計(jì)算機(jī)控制的數(shù)字特性，在每采樣周期內(nèi)輥縫調(diào)節(jié)的控制算法如下：

依據(jù)以上公式，影響軋件出口厚度的主要因素是：預(yù)擺輥縫、軋機(jī)剛度即軋機(jī)彈跳系數(shù)、機(jī)架軋制力。

預(yù)擺輥縫的設(shè)定取決于二級(jí)模型，預(yù)擺輥縫的精度和輥縫實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)的精度取決于輥縫擺動(dòng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)的快速性；軋機(jī)剛度的精度取決于軋機(jī)標(biāo)定時(shí)獲得的軋機(jī)彈跳系數(shù)；機(jī)架軋制力的精度取決于測(cè)量軋制力儀器的精度和軋制力信號(hào)采集與處理的精度。

預(yù)擺輥縫、軋機(jī)彈跳系數(shù)、機(jī)架軋制力最終數(shù)據(jù)的獲得取決于信號(hào)傳輸?shù)穆窂胶虲PU的計(jì)算速度。

綜上所述，改進(jìn)AGC控制精度的措施是：升級(jí)控制系統(tǒng)；優(yōu)化控制算法；優(yōu)化標(biāo)定程序；改進(jìn)擺輥方式；升級(jí)測(cè)量系統(tǒng)。

3 AGC精度控制改進(jìn)

3.1控制系統(tǒng)升級(jí)

控制系統(tǒng)擴(kuò)容包含對(duì)CPU模板和通訊板卡進(jìn)行擴(kuò)容。CPU模板負(fù)責(zé)HAGC實(shí)時(shí)控制，采集并計(jì)算實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，完成HAGC控制；通訊板卡負(fù)責(zé)VME和TDC之間數(shù)據(jù)交換。將容量為32M的MVME172PA升級(jí)為容量為256M的MVME5100，提高控制系統(tǒng)的運(yùn)算速度。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)影響數(shù)據(jù)傳輸速度，通信報(bào)文格式與長(zhǎng)度影響數(shù)據(jù)傳輸容量。網(wǎng)絡(luò)改造的重點(diǎn)是改善網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和增加通信報(bào)文長(zhǎng)度；網(wǎng)絡(luò)改造的內(nèi)容是改造HAGC中央控制單元分別到二級(jí)服務(wù)器、TDC、操作臺(tái)及檢驗(yàn)站之間的網(wǎng)絡(luò)。HAGC中央控制單元與二級(jí)服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)通信包含兩部分組成：一部分通過(guò)工業(yè)以太網(wǎng)直接完成數(shù)據(jù)交換；另一部分則通過(guò)TDC中轉(zhuǎn)，再經(jīng)DP網(wǎng)與VME完成數(shù)據(jù)交換。由于兩者傳輸路徑不同，VME與二級(jí)服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)交換存在時(shí)間上的差異，為解決這一差異，將VME與二級(jí)的數(shù)據(jù)全部由DP網(wǎng)經(jīng)由TDC，再經(jīng)工業(yè)以太網(wǎng)與二級(jí)完成通信。

3.2控制算法優(yōu)化

HAGC中央控制單元CPU是基于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)VxWorks，是多線程交互運(yùn)行，分快循環(huán)、慢循環(huán)和背景循環(huán)?？煅h(huán)掃描周期為1ms，慢循環(huán)掃描周期為10ms，背景循環(huán)掃描周期為100ms。

快循環(huán)負(fù)責(zé)優(yōu)化現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的采集與計(jì)算、伺服閥的輸入輸出、AGC功能的運(yùn)算執(zhí)行和網(wǎng)絡(luò)通信等需要快速響應(yīng)的子程序。慢循環(huán)負(fù)責(zé)封油、標(biāo)定、軌跡、VME和TDC之間的數(shù)據(jù)交換、FX和DM之間的數(shù)據(jù)交換等不需要快速響應(yīng)的子程序。背景循環(huán)負(fù)責(zé)通信測(cè)試、循環(huán)測(cè)試等子程序。

VME和TDC之間的數(shù)據(jù)交換、FX和DM之間的數(shù)據(jù)交換在快循環(huán)中運(yùn)行會(huì)使快循環(huán)執(zhí)行效率下降，考慮到AGC控制的快速響應(yīng)特性，將上述數(shù)據(jù)交換子程序放在慢循環(huán)中運(yùn)行，減少快循環(huán)的負(fù)荷，提高快循環(huán)的運(yùn)算效率，提高AGC調(diào)節(jié)的實(shí)時(shí)性。

3.3精度控制優(yōu)化

3.3.1優(yōu)化標(biāo)定程序

自動(dòng)調(diào)平取代人工調(diào)平的優(yōu)勢(shì)在于簡(jiǎn)化了標(biāo)定過(guò)程，不需要VME和TDC頻繁地交換數(shù)據(jù)，也就相應(yīng)地減少了在建立壓力后操作工手動(dòng)干預(yù)帶來(lái)的壓靠力偏差。

優(yōu)化標(biāo)定后在建立壓力后，VME不允許人工干預(yù)，減少了操作工干預(yù)，同時(shí)也減少了VME和TDC頻繁的數(shù)據(jù)交換，提高了標(biāo)定效率，減少標(biāo)定重復(fù)率。

3.3.2增加液壓擺輥

液壓擺輥控制邏輯為：軋制規(guī)格變化時(shí)，由VME判斷是否需要電動(dòng)擺輥，若需要?jiǎng)t先電動(dòng)擺輥，其余行程由液壓負(fù)責(zé)補(bǔ)充，在軋鋼過(guò)程中由液壓負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)輥縫。在電動(dòng)方式下，液壓只擺到設(shè)定油柱高度，其它全部由電動(dòng)來(lái)擺。在液壓方式下，若系統(tǒng)在變換機(jī)架數(shù)、第一次切換到液壓擺輥、變換目標(biāo)厚度或目標(biāo)寬度、預(yù)計(jì)目標(biāo)油柱超出限幅等情況時(shí)，將自動(dòng)進(jìn)入電動(dòng)擺輥狀態(tài)。此時(shí)油柱回到初始位置，由電動(dòng)進(jìn)行擺輥。否則，將進(jìn)行液壓擺輥，由液壓來(lái)完成設(shè)定輥縫。在液壓擺輥狀態(tài)，只要能將最終輥縫擺到位即可，不用考慮液壓油柱的高度。液壓擺輥保證了實(shí)際輥縫的精度跟隨目標(biāo)輥縫變化。

3.4升級(jí)測(cè)量系統(tǒng)

升級(jí)軋制力測(cè)量系統(tǒng)的關(guān)鍵是升級(jí)測(cè)壓儀控制單元。原有的測(cè)壓儀控制單元是從英國(guó)老軋線上拆回使用的，病發(fā)率高且無(wú)備件更換，不能同時(shí)滿足所有機(jī)架都有測(cè)壓儀在用。采用新一代測(cè)壓儀控制單元，集成度高，測(cè)量精度高，故障自檢效果好，能滿足AGC調(diào)節(jié)對(duì)實(shí)時(shí)軋制力精度的要求。

升級(jí)油壓測(cè)量系統(tǒng)的關(guān)鍵是升級(jí)測(cè)量轉(zhuǎn)換模塊和更換信號(hào)傳輸電纜。油壓測(cè)量系統(tǒng)的問(wèn)題反映在抗干擾性能差上，表現(xiàn)在有人在軋機(jī)附近使用對(duì)講機(jī)都會(huì)產(chǎn)生較大的軋制力波動(dòng)。采用屏蔽效果好的信號(hào)電纜和帶有濾波功能的測(cè)量轉(zhuǎn)換模塊，大大提高了油壓測(cè)量系統(tǒng)的抗干擾性。

3.5完善厚度報(bào)警

操作臺(tái)安裝有厚度監(jiān)控HMI，方便操作工查看實(shí)時(shí)厚度曲線，但不能直觀反映實(shí)時(shí)厚度與目標(biāo)厚度的偏差。當(dāng)帶鋼頭部實(shí)時(shí)厚度與目標(biāo)厚度的偏差超過(guò)限幅值時(shí)，AGC控制將由絕對(duì)AGC狀態(tài)進(jìn)入相對(duì)AGC狀態(tài)，但操作臺(tái)厚度監(jiān)控HMI畫面并未顯示頭部厚度已超差。

完善厚度報(bào)警目的是增加厚度偏差報(bào)警提示。厚度偏差報(bào)警的邏輯條件為：帶鋼頭部實(shí)際厚度與設(shè)定厚度偏差大于預(yù)設(shè)值時(shí)，彈出厚度超差報(bào)警畫面，用以提示帶鋼厚度已超差，操作工可及時(shí)反饋給二級(jí)，二級(jí)優(yōu)化軋制參數(shù)后可及時(shí)避免產(chǎn)生批量質(zhì)量事故。

3.6精度控制改進(jìn)效果

AGC控制系統(tǒng)升級(jí)后運(yùn)算速度加快，提高了數(shù)據(jù)處理的動(dòng)態(tài)響應(yīng)；網(wǎng)絡(luò)改造后數(shù)據(jù)傳輸速度加快，提高了數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性；控制算法優(yōu)化后，減輕了快循環(huán)的負(fù)荷，提高了快循環(huán)的執(zhí)行效率，同時(shí)也提高了AGC調(diào)節(jié)的實(shí)時(shí)性。

標(biāo)定程序的優(yōu)化為帶鋼軋制提供了更加精準(zhǔn)的標(biāo)定數(shù)據(jù)，彈跳標(biāo)定獲得的軋機(jī)剛度提高了軋機(jī)彈跳系數(shù)，零點(diǎn)標(biāo)定獲得的零點(diǎn)提高了零點(diǎn)輥縫的精度；液壓擺輥方式的改進(jìn)提高了實(shí)時(shí)輥縫的精度；測(cè)量系統(tǒng)的升級(jí)實(shí)現(xiàn)了直接軋制力和間接油壓軋制力的精準(zhǔn)切換。

厚度報(bào)警的完善提醒操作工關(guān)注頭部厚度是否超差，及時(shí)避免了頭部厚度超差影響范圍的擴(kuò)大和批量質(zhì)量事故的產(chǎn)生。

4 結(jié)語(yǔ)

柳鋼2032mm熱連軋HAGC厚度精度控制改進(jìn)后，控制運(yùn)算速度和網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性得以提高，優(yōu)化控制算法和標(biāo)定程序?yàn)閹т撥堉铺峁┝烁涌煽康臉?biāo)定數(shù)據(jù)，增加液壓擺輥功能保證了帶鋼軋制輥縫的精準(zhǔn)度。厚度精度的改進(jìn)改善了熱卷產(chǎn)品質(zhì)量。

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