轧机厚度自动控制系统设计

轧机厚度自动控制系统设计

摘要：随着社会经济的发展，对板带产品的质量和精度要求越来越高。厚度精度就是板带产品的重要质量指标之一。本文针对轧机AGC技术的现状，以及轧机厚差产生的原因进行了分析。在此基础上，对轧机AGC进行分析，以APC为主要研究对象，选用PLC作为系统的控制器，将位移传感器测得的位移量经A/D转换送给PLC来控制步进电机，从而控制阀，通过轧制力来改变辊缝厚度实现轧机厚度控制。

1 引言

轧机又称轧钢机，轧钢机就是在旋转的轧辊之间对钢件进行轧制的机械，轧钢机一般包括主要设备（主机）和辅助设备（辅机）两大部分。轧钢机按轧辊的数目分为二辊，三辊式，四辊式和多辊式，轧钢机通常简称为轧机。

板带厚度精度是板带材的两大质量指标之一，板带厚度控制是板带轧制领域里的两大关键技术之一。带钢纵向厚度不均是影响产品质量的一大障碍，因此，轧机的一项重要课题就是带钢厚度的自动控制。厚度自动控制系统是通过测厚仪或传感器对带材实际轧出厚度连续进行测量，并根据实测值与给定值比较后的偏差信号，借助于控制回路或计算机的功能程序，改变压下装置、张力或轧制速度，把带材出口厚度控制在允许的偏差范围内。实现厚度自动控制的系统称为“AGC"。

我国近年来从发达国家引进的一些大型的现代化的板带轧机，其关键技术是高精度的板带厚度控制和板形控制。板带厚度精度关系到

金属的节约、构件的重量以及强度等使用性能，为了获得高精度的产品厚度，AGC系统必须具有高精度的压下调节系统及控制系统的支持。

而对于轧机来说产生厚差的原因大致可分为三大类：

（1）轧机方面的原因：轧辊热膨胀和磨损、轧辊弯曲、轧辊偏心和支撑辊轴承油膜厚度等都会产生厚度波动。它们都是在液压阀位置不变的情况下，使实际辊缝发生变化，从而导致轧出的带钢厚度产生波动。

（2）轧件方面的原因：厚度偏差会直接受到坯料尺寸变化的影响。它包括来料宽度不均和来料厚度不均的影响。

（3）轧制工艺方面的原因：轧制时前后张力的变化、轧制速度的变化等。

2 系统总体设计

厚度自动控制AGC （Automatic Gauge Control）是指钢板轧机在轧制过程中通过动态微调使钢板纵向厚度均匀的一种控制手段。厚度自动控制系统是通过测厚仪或传感器对带材实际轧出厚度连续进行测量，并根据实测值与给定值比较后的偏差信号，借助于控制回路或计算机的功能程序，改变压下装置、张力或轧制速度，把带材出口厚度控制在允许的偏差范围内。

AGC系统一般包括有：

1）压下位置闭环：为了轧出给定厚度的轧件，首先必须在轧件进入辊缝之前，准确地设定空载辊缝。其次，在轧制过程中，为了使轧后的轧件厚度均匀一致，还必须随着轧制条件的变化及时的调整空

载辊缝的大小。这些都是通过正确地设定和控制压下位移（位置）来完成。压下位置闭环的作用就是通过对位移传感器测得的辊缝实际值与给定值进行比较，准确的控制轧辊的压下位移，达到设定和控制空载辊缝的目的。辊缝值是通过操作侧和传动侧液压缸的位移取平均值得到的。它是整个厚度自动控制系统的基础。压下位置控制系统又称为APC （Automatic Position Control）系统。

2）轧制力闭环：通过控制轧制力来实现对厚度的控制。在控制时是通过不断的修正实际压力值与设定压力值之间的偏差来实现的。

3）测厚仪监控闭环：由于出口厚度和辊缝、轧制力、张力、速度、温度、润滑液等多种因素有关，所以单靠设定辊缝大小是无法准确控制出口厚度的。为此在出口侧装有侧厚仪，利用监控系统对位置闭环系统的辊缝设定值进行修正，从而达到准确标准出口厚度。

本系统以APC控制为主，将位移传感器安装在轧机上，测量轧制后钢板的厚度，与设定值进行比较后，通过控制器PLC调节步进电机的速度，进而通过步进电机控制伺服阀，改变油的流量，得以改变轧制力，从而改变辊缝的大小，达到厚度自动控制的要求。

3 硬件设计

根据总体设计，系统结构框图如下：

本设计所需的可编程控制器采用日本三菱公司的FX2N-32MT型PLC，点数是由系统需要决定，输出采用晶体管输出以获得快速性；A/D 转换模块采用的是三菱的FX2N-4AD，该模块有四通道的A/D 输入，最大分辨率是12位，总体精度+l%，转换速度2.1ms。系统通过

位移传感器是磁栅位移传感器，将其检测到的模拟信号经FX2N-4AD 转换成数字量送入PLC，将它与辊缝设定值进行比较，并按照控制规律对误差值进行运算，用运算结果来控制步进电机，驱动执行机构伺服阀工作，利用伺服阀去控制油缸，从而控制轧制力，达到改变辊缝大小的目的，进而实现厚度自动控制。

步进电机位移控制系统以三菱FX2N为主控单元，以步进电机驱动器为驱动单元，以两相混合式步进电机为执行单元。通过PLC控制脉冲的发生个数，从而控制步进电机的运转角度。

4 软件设计

系统软件的控制流程主要分预压靠、调零、穿带、厚度控制等为几部分。预压靠模块是在冷轧机系统第一次运行时必须要执行的模块，目的是测出轧机的辊缝补偿表。

在本系统中，采用控制步进电机进而控制轧制力的方法。由于选择的磁栅传感器的分辨率为10μm，即每读取100个脉冲，步进电机相当于产生了1mm的位移。根据磁栅位移传感器的分辨率以及步进电机的步距角来初始化高速计数器的技术初始值以及步进电机的脉冲周期。

5 结语

本研究以轧机为对象，在进行了大量的理论研究与资料查询的基础上，针对液压厚度控制的自身特点，通过理论分析建立了液压AGC 电液位置伺服系统模型。

对轧机厚度自动控制系统的研究仅仅是起了抛砖引玉的作用，还

有许多方面考虑的可能不够全面，比如一些波动没考虑到，控制精度差等，并且很多控制参数需要在工程进一步调试的过程中完善修正。

参考文献

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