热连轧中AGC控制系统的研究与应用

1 引言——1500mm带钢精轧控制工艺概述
莱钢1500mm带钢精轧机组由一架立辊和六架平辊轧机组成，即E2、F1~F6。（E2前设有精除鳞箱用于清除中间坯表面的次生氧化铁皮)。轧件依次进入立－平－平－平－平－平－平轧机连续轧制。精轧机架间设有5台液压活套装置（即H1~H5），当轧件依次进入n+1架轧机时，n至n+1架轧机之间的活套依次升起，通过套高调节系统使轧机自动调速，并通过张力调节系统使带钢在微张力、恒张力状态下轧制，轧成所需要的带钢尺寸。精轧机组F1~F6压下系统为全液压压下，并设有液压AGC自动厚度控制系统和正弯辊装置，用于保证带钢全长范围内的厚度精度及板形要求。F1~F6工作辊设有轴向窜辊装置，可以控制轧辊凸度并使轧辊磨损均匀，提高轧辊使用寿命。带钢尾部依次离开各架轧机时，活套装置便自动下降复位。精轧机架间设有喷水冷却装置，用于控制终轧温度，带钢终轧温度在850℃左右。精轧机组后设置Χ射线测厚仪和光电式测宽仪，其中测厚仪参与液压监控AGC控制。
2 AGC控制系统实现
2.1 系统硬件配置
根据工艺控制要求本工程自动化总体方案以“集散控制、分层结构”为主要特点，整个自动化系统分为3层。第1层：现场参数检测与终端执行。第2层：分散的数据处理、过程控制。第3层：集中操作监视。
结合本生产线工艺布置和特点，控制系统使用了三套西门子TDC控制器（SIMATIC Technology and Drive Control——即工艺和驱动自动化系统），每套TDC控制器中配置4个CPU,下挂3个ET200远程I/O从站。两台DELL工控机作为上微机监控，负责维护集成历史数据库和提供人机接口，访问TDC中的数据。精轧生产线控制系统结构图1所示。

3 系统控制功能实现
3.1 APC控制概念
所谓APC控制就是在指定的时刻，将被控对象的位置自动地调节到预先给定的目标值上，调节后的位置与目标值之差保持在允许的误差范围内，这个调节过程称为位置自动控制，简称APC。
3.2 液压APC系统组成
在现代热连轧机组中，液压APC一般作为液压AGC的内环，执行厚度外环液压AGC控制向其输出位置（或轧制力）的动态调节量，即辊缝调节量。也就是说液压APC是液压AGC的执行机构，并进行轧辊的倾斜控制；其次用于轧辊精确预摆辊缝，同电动压下机构联合实现轧辊的校平。控制系统直接将辊缝设定换算为液压缸的位置给定，由当前位置向目标位置积分来作为位置参考值。作为液压APC，还可以是将轧制力设定换算为液压缸的油压给定。为获得好的板形，在最后一、二个机架，采用液压轧制力控制，实现恒轧制力控制。液压APC控制框图如图2所示。

3.3 液压AGC系统
AGC系统是热连轧精轧机组自动控制中一个极为重要的组成部分，是提高热轧带钢全长厚度精度的主要手段。目前在现代带钢热连轧机上广泛采用直接数字控制计算机进行厚度自动控制，简称DDC-AGC系统，它能综合采用多种形式的厚度自动控制系统，以适应不同钢种，不同成品规格以及各工艺参数变化的要求。其过程为计算机定时采样各机架的压力、辊缝位置、速度、X射线厚度偏差等数值，经过必要的计算处理，送出相应的控制量，一方面调节伺服阀，另一方面对活套进行补偿。液压AGC简要控制框图如图3所示。

图3 液压AGC简要控制框图

（1）相对AGC运行方式：
•LOCK-ON方式：以计算各机架头部平均厚度为目标厚度锁定各机架的轧制力和辊缝,进行自动厚度调节，追求同带差最小。
•HOLD方式：以前一块带钢头部锁定值作为本次锁定值进行本块带钢自动厚度调节。
当实测带钢出口厚度与给定的目标厚度之差超过某极限值时，将以各机架实测值作为本块钢的给定目标厚度。
（2）绝对AGC运行方式：以过程计算机计算的目标厚度和预报轧制力作为目标厚度和锁定各机架轧制力进行自动厚度调节，追求与要求的成品厚度差最小。当实测带钢出口厚度与给定的目标厚度之差超过某极限值时，将以实测值作为本块钢的给定目标厚度。
（3）控制方式：
AGC系统中基本的控制功能是根据基本弹跳方程实现的：

上式中， ——弯辊力造成的厚度变化
——油膜轴承的油膜厚度变化
——辊缝零位（热膨胀及磨损）
——轧机的刚性系数，牛顿/毫米
——轧辊辊缝值，毫米
但为了进一步提高厚调精度，需采取各种补偿措施，主要是弯辊力造成的厚度变化补偿，油膜厚度补偿以及辊缝零位补偿。同时利用测厚仪直接测得的成品带钢厚度值为基准对AGC系统进行监视，另外为了克服以弹跳方程为基础的反馈式AGC系统的滞后现象，在AGC系统中增加前馈控制功能。
4 结束语
本控制系统根据图4所规定的精度要求编写控制程序，对每块带材的厚度精度进行命中率统计（见表1），也就是该带材的厚控精度是否在图4所规定的范围内。以此说明AGC的控制精度。在生产实践中，根据不同轧制规格调整AGC控制参数，使控制精度越来越高，某些规格甚至达到100％的命中率。