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                熱軋廠精軋液壓AGC控制系統(tǒng)
                     劉安平
           (中冶賽迪公司自動化事業(yè)部, 重慶 400013)
  [摘要]某1500 mm 熱連軋精軋液壓自動厚度控制系統(tǒng)，采用了專用于復(fù)雜的閉環(huán)控制和高速數(shù)學(xué)運(yùn)算的德國西門子SIMATIC TDC 多處理器控制器。通過反饋模型(GM-AGC)、油膜厚度補(bǔ)償、活套補(bǔ)償、寬度補(bǔ)償（指對軋機(jī)的彈性變形系數(shù)的修正）、彎輥力補(bǔ)償，X-射線厚度偏差監(jiān)控等功能來控制帶鋼厚度。此外，還具有便于同一批號的下一塊鋼穿帶的壓下及咬入速度的復(fù)歸功能。此AGC 系統(tǒng)為串聯(lián)雙環(huán)系統(tǒng)，內(nèi)環(huán)APC 一直運(yùn)行，外環(huán)AGC 設(shè)定值作為APC 附加設(shè)定，實(shí)現(xiàn)AGC 功能。
該系統(tǒng)穩(wěn)定性、操作性好、響應(yīng)速度快、控制精度高。
  [關(guān)鍵詞]熱連軋精軋 TDC 自動厚度控制 GM-AGC
  1. 概況
  在熱軋帶鋼廠中，精軋的板厚自動控制在整個生產(chǎn)過程中居于十分重要的地位，控制的好壞直接
影響到成品的質(zhì)量及合格率。為了使成品帶鋼得到較好的縱向厚度偏差，在精軋連軋系統(tǒng)采用自動厚
度控制(AGC)。液壓壓下系統(tǒng)慣性小、反應(yīng)快、截止頻率高、抗干擾性能好、調(diào)節(jié)精度高，因此，現(xiàn)
在新上的熱連軋線普遍采用液壓AGC，即HAGC。
  該1500 mm熱連軋精軋區(qū)由六臺精軋機(jī)組成，AGC液壓缸總行程為115 mm。每個機(jī)架有兩個液壓
缸，分別是操作側(cè)液壓缸，傳動側(cè)液壓缸，各兩個共四個伺服閥控制。液壓缸活塞桿向上固定在機(jī)架
上部，液壓缸上腔為有桿腔，下腔為無桿腔，在液壓系統(tǒng)的控制下，液壓缸缸體可以相對機(jī)架上下運(yùn)
動。
  AGC液壓缸伺服閥用于控制AGC液壓缸無桿腔內(nèi)油體的進(jìn)出，伺服閥通過給定的±10 mA電流信
號控制。測壓頭用于測量軋制力，每個機(jī)架有兩個測壓頭(操作側(cè)、傳動側(cè))。安裝在下支撐輥和機(jī)架底部之間，每個測壓頭的測量范圍是0～1750 t。
  2. 控制器硬件配置及功能劃分
  控制系統(tǒng)采用了專用于復(fù)雜閉環(huán)控制和高速數(shù)學(xué)運(yùn)算的德國西門子SIMATIC TDC多處理器控制
器。它們是TDC4×1、TDC4×2、TDC4×3，分別控制F1、F2機(jī)架，F(xiàn)3、F4機(jī)架，F(xiàn)5、F6機(jī)架。每個TDC控制器硬件配置相同，如表1。
            表1 TDC451 站硬件配置及功能劃分

  3. AGC 控制原理
  AGC控制的目的是為了消除板厚偏差，以期達(dá)到目標(biāo)板厚。AGC是以彈跳方程測厚的壓力AGC為主
的方式。本壓力AGC控制系統(tǒng)以BISRA(英國鋼鐵研究協(xié)會)原理和X-RAY監(jiān)控方法為基礎(chǔ)。BISRA方法以一定板厚為基準(zhǔn)，為使板厚偏差△h為零去控制輥縫的調(diào)整方法，它是由彈跳方程測厚與鎖定厚度之差乘以壓下效率系數(shù)(M＋Q)/M直接調(diào)節(jié)電液伺服閥電流消除厚差，而不控制絕對板厚�；鶞�(zhǔn)板厚由操作鎖定(LOCK ON)來決定。
   3.1 鎖定及鎖定值
  由于AGC控制先要確定好一個目標(biāo)厚度，才有控制的基準(zhǔn)，把某時某刻的實(shí)際板厚視為目標(biāo)值，以后的板厚變化量也相應(yīng)于開始時的目標(biāo)值，從而便于系統(tǒng)調(diào)節(jié)。所謂鎖定就是指把實(shí)際厚度視為目
標(biāo)板厚的處理過程，習(xí)慣上把此時的值稱為鎖定值。鎖定方式有三種：
   3.1.1 人工鎖定
  帶鋼使精軋機(jī)出口熱金屬檢測器(HMD)接通以后，當(dāng)測厚儀測出的厚度偏差接近于零時，由操作
人員決定是否該鎖定，要鎖定時手動按下HMI畫面上的AGC人工鎖定軟按鈕，即開始鎖定。人工鎖定
方式主要在開發(fā)新鋼種時使用。
   3.1.2 AUTO-1 鎖定
  當(dāng)AGC鎖定方式選擇在AUTO-1位置時，當(dāng)某機(jī)架Fi負(fù)荷繼電器接通以后，經(jīng)過表2中的延遲時間
后自動鎖定。AUTO-1鎖定方式適合于穿帶性能較好的鋼種。
              表2 AUTO-1 鎖定延遲時間

   3.1.3 AUTO-2 鎖定
  當(dāng)AGC鎖定方式選擇在AUTO-2位置時，帶鋼使精軋機(jī)出口HMD接通，并經(jīng)過一定的時間延遲后，
以CPU運(yùn)行周期為采樣周期，當(dāng)下式成立時，即開始鎖定。AUTO-2鎖定方式特別適用于穿帶性能不太
穩(wěn)定的薄規(guī)格帶鋼。

......(1)

.......(2)
式(1)、(2)中，

為鎖定常數(shù)；i 為掃描計(jì)數(shù)值；Xi為第i次掃描的X射線厚度偏差。

與成品板厚(H)的關(guān)系如下：

    3.2 AGC 的功能
    3.2.1 AGC 厚度控制目標(biāo)
  AGC厚度控制指標(biāo)見圖1，其中目標(biāo)考核精度全長命中率≥99％，普通精度全長命中率≥98％，高
精度全長命中率≥97％，對工藝操作的要求為：切頭并切尾，F(xiàn)5、F6不過多手動干預(yù)，頭部設(shè)定誤差在100um以內(nèi)，適時切換鎖定方式。

                    圖1 AGC 厚度控制目標(biāo)
     3.2.2 GM-AGC
  此種方式是AGC投入鎖定以后，每隔16毫秒根據(jù)軋制力和壓下位置利用彈跳方程所算出的機(jī)架出側(cè)板厚與目標(biāo)板厚(鎖定板厚)進(jìn)行比較，根據(jù)出現(xiàn)的厚度偏差大小，經(jīng)過計(jì)算機(jī)的放大計(jì)算，反饋回去控制軋機(jī)的壓下量。
  對于各機(jī)架而言(除末架而外)，難以直接檢出帶材的厚度，只有借助間接的計(jì)算公式，即引用眾
所周知的彈跳方程：

  .......(3)
  式中：h 為出口板厚；S 為處始輥縫；F 為軋制壓力；M 為軋機(jī)的彈性變形系數(shù)。
  考慮到零調(diào)的情況及油膜厚度對輥縫的影響，式(3)改寫成：

......(4)
另外，對于一些不可測因素，諸如軋輥的熱膨脹，磨損以及檢測和計(jì)算中的誤差，以X-射線所測
偏差體現(xiàn)出來，也會影響到實(shí)際板厚。因此，構(gòu)成最后的公式為：

......(5)
式中,ME 為軋機(jī)的變形伸長；

為零調(diào)時的軋機(jī)伸長；O為油膜厚度；ΔX 為X-射線監(jiān)控厚度偏差補(bǔ)償。
  GM-AGC的控制方式是將計(jì)算的出口板厚與目標(biāo)板厚進(jìn)行比較，根據(jù)出現(xiàn)的厚度偏差大小，反饋
回去控制軋機(jī)的壓下量。
  GM-AGC的輥縫調(diào)節(jié)量，由下式給出：

......(6)
式中,

為GM方式AGC輥縫調(diào)節(jié)量； M 為軋機(jī)的彈性變形系數(shù)；m 為材料的塑性系數(shù)； Δh 為厚度偏差；GMG 為GM方式增益； SF 為比例因子。

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