单机架可逆式冷轧机AGC系统

一道次时的入口来料厚差 ,分析产生厚差的原因 ,
(5) 比较环节 :比较环节将所检测的被控制量 根据产生厚差的原因不同 ,考虑合适的厚度自动
和给定量进行比较 ,确定两者之间的偏差量 。该 控制系统来消除它 ;其次 ,合理分配各道次的厚差
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调整范围 。 经过现场实际应用 ,本 AGC 控制系统在实际
关键词 单机架可逆式轧机 厚度自动控制 系统模型
AGC SYSTEM FOR REVERSIBLE SINGLE STAND COLD ROLLING MILL He Jun Wang Yanli
(University of Science & Technology ,Beijing)
Synopsis The AGC system for reversible single stand cold rolling mill is introduced. An AGC model for the mill is built up on the basis of automatical control principle in view of the actual con2 dition of the 800 reversible single stand cold rolling mill in a specific Rolling Mill. The actual results of application show that the AGC system can greatly improve the gauge accuracy of the rolled stock to meet the requirements for the practical production.
5 结 论
(1) 将前反馈加反馈的 AGC 控制系统在某轧 钢厂 800 轧机上应用于现场生产 ,使轧制厚度精 度明显提高 。
(2) 建议对 800 轧机的现有设备进行更换 ,并 对影响系统响应精度的一些参数进行优化 ,以进 一步提高厚度控制的精度 。
3 800 单机架可逆式冷轧机厚度控制系统
3. 1 控制系统简介 某轧钢厂 <750Π<250 ×800 单机架可逆式四辊
冷轧机 , 所轧材料为 Q215 、Q235 等普碳钢以及 08A1 等优质钢 ,可轧带钢宽度 100～600 mm ,轧速 0～3 mΠs ,年产钢材 1～2 万 t 。在技术改造中为这 台轧机研制了计算机过程控制系统 ,包括直流传 动系统的数字化改造 、计算机规程设定系统 、主机 速度和准确停车控制系统 、厚度自动控制系统 、张 力自动控制系统 ,从而构成了一个完整的两级计 算机控制系统 ,实现了控制 、管理一体化 ,见图 2 。 3. 2 控制设备简介 3. 2. 1 检测仪表的配置
2 单机架可逆式轧机 AGC 技术介绍
2. 1 厚度自动控制( AGC) 策略 在进行厚度自动控制时 ,要用到轧制时的弹
塑性曲线来表示轧件和轧机的相互作用 ,如图 1 所示 。
图 1 轧制时的弹塑性曲线
根据轧制时的弹塑性曲线可得出弹跳方程 :
h = S0 + ( P - P0 ) ΠK
(1)
式中 S0 ———预压靠时的原始辊缝
2000 年 9 月
September 2000
钢 铁 研 究
Research on Iron & Steel
第 5 期 (总第 116 期)
No. 5 (Sum116)
单机架可逆式冷轧机 AGC 系统
贺 峻 王艳丽 (北京科技大学)
摘 要 对单机架可逆式轧机厚度自动控制进行了介绍 ,并依据某钢厂 800 单机 架可逆式冷轧机的实际情况 ,在自控原理基础上 ,建立了该轧机的厚度控制系统模型 。 现场实际应用表明 ,该厚度控制系统能明显提高轧制厚度精度满足实际生产的要求 。
模拟 量信 号输 出 24 路
PCLD 880
PCL PCL 724 5484
PCLD 880
M ertor- 2
光电码盘 测厚仪 压头
脉冲量信号 数字量模拟量
(速度 、辊缝 ) 信号
信号 2路
图 2 单机架可逆式冷轧机计算机过程控制系统
(2) 在 800 轧机的压下螺丝处安装了测压头 ; (3) 在 800 轧机的压下螺丝处安装了光电编 码器作为辊缝仪 ; (4) 在 800 轧机的前后导向辊上安装了光电 编码器作为测速仪 。 3. 2. 2 计算机控制系统 控制系统由两台工业控制计算机组成 ,分别 称为上 、下位机 ,其间通过双工串行口 RS422 进行 通讯 。所采用的工业控制机为 IPC —610 工业级 PC 机 ,能适应复杂恶劣的工业环境 ,满足温度 、湿 度 、粉尘 、冲击振动 、电磁干拢等要求 。 在轧制过程 ,为了对轧机进行实时在线控制 , 必须即时采集 、发送各种模拟量信号 、数字量信号 及脉冲量信号 ,包括轧制压力 、张力 、厚度 、辊缝 、 速度 。因此 ,采用了模拟量输入Π输出卡 、数字量 及脉冲量输入Π输出卡 、开关输入Π输出卡 。 3. 3 厚度控制模型 根据 <750Π<250 ×800 冷轧机的轧制工艺过 程 ,为了进行实时在线控制 ,提高轧制出口厚度的 精度 ,提高劳动生产率 ,设计了一个复合反馈控制 系统模型 , 主要是采用反馈 ( 监控) AGC 和前馈 AGC 联合控制的方法 。这种方法可以消除大部 分的来料厚差 ,对于轧机类拢动中的低频拢动 ,如 支承辊轴承油膜 、轧辊热膨胀 、轧辊磨损也将通过 采取相应的补偿法来克服其影响 。 该复合反馈控制系统模型的工作原理是 :把
图 3 800 冷轧机厚度控制系统模型
(1) 控制对象 :指所要进行控制的轧制工艺过 偏差量由于功率较小或由于物理性质不同 ,还不
程。
能直接作用于执行机构 ,所以 ,在执行机构和比较
(2) 执行机构 :指由传动装置和调节机构所组 环节之间还有中间环节 。
成的机构 ,它直接作用于控制对象 ,使被控制量达
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输出量检测出来 ,经过物理量的转换 ,再反馈 (或 前馈) 到输入端去与给定量进行比较 ,并利用比较 后的偏差信号 ,经过控制器对控制对象进行控制 , 抑制内部或外部拢动对输出量的影响 ,从而减少 输出量的误差 。
在本控制系统模型中 ,控制对象是轧机的轧 制工艺过程 ,被控制量或输出量是带钢的轧出厚 度 。输入量则根据对控制对象和输出量的影响又 可分为两种原则上不同的类型 ,一类是控制量或 给定量 ,另一类是拢动量 。在本控制系统中 ,只考 虑对输出量有较大影响的输入量 ,故而给定量确 定为设定出口厚度 ,拢动量确定为以下四类因素 : 轧件成分和组织的不均匀 ;坯料尺寸的变化 ;轧辊
P ———轧制时轧制压力
P0 ———预压靠时轧制压力
联系人 :贺峻 ,博士生 ,北京市 (100083) 北京科技大学材料学院博 97
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K ———轧机刚度系数 为了消除各种原因造成的厚差 ,运用轧制时
的弹塑性曲线 ,可采用各种不同的厚度调节方案 和措施 ,具体有如下几种方法 。
表 3 人工轧制和 AGC 控制轧制的精度比较 %
厚差 人工轧制 AGC 控轧
±10μ ±20μ ±30μ ±40μ
49
31
14
4
62
30
6
0
±50μ ≥±50μ
1
2
0
1
注 :来料规格 2. 5 mm ×210 mm ,成品尺寸 0. 9 mm ×210 mm ; 材质
Q235BF
由表 3 可知 ,该轧机刚度较好 ,故而在人工轧 制时厚差在 ±20μ范围之内的可达到 80 % ,效果 较不错 。但是如果采用前馈加反馈 AGC 进行控 制时 ,厚差在 ±20μ 范围之内的达 92 % ,效果良 好 。如果能将该 800 轧机的压下电机由电动式改 成液压式 ,厚度控制的精度还可以有更大的提高 。
的热膨胀 、磨损的偏心 ;还有摩擦系数的波动等 。 从结构上看 ,本控制系统模型是一个复合控
制系统模型 ,其中包括一个厚度监控环 、一个厚度 前馈 (预控) 环 、一个厚度反馈环 。
由于在 系 统 中 采 用 了 数 字 计 算 机 作 为 控 制 器 ,它的输入 、输出和反馈各量都必须是离散的数 字量 ,而执行机构输入的控制量也是离散的数字 量 ,其输出量是连续的模拟量 ,因此 ,这一系统是 由离散控制部分和连续控制部分组成 ,在两部分 的接口处有控制信号的转换装置 ———数模转换和 模数转换装置。由于在系统的采样过程中 ,信号是 以脉冲列或数码的型式来传递的 ,因而又称为采样 数字控制系统。本模型的基本环节组成见图 3。
压力 、速度 、辊缝等模拟量 ,并将其转换成为数字 以很方便的改变控制规律 。
量 。这些检测装置的精度和特性直接影响到控制 系统的控制品质 ,是构成控制系统的关键性元件 。
4 现场实际应用
(4) 给定环节 :是设定被控制量的给定值的装
现场实际应用的基本设想首先是认真观察第
置 ,在要求控制精度高时 ,常用数字给定装置 。
生产中取得了比较满意的控制效果 。现场原材料 尺寸为 (单位 mm) (3. 0～2. 5) ×(280～210) ,成品 尺寸为 (单位 mm) (1. 0～0. 9) ×(280～210) ,材质 Q235BF 或 08A1 。现场实时采集出口厚度数据 , 并经统计得出如下结果 。人工轧制和 AGC 控制 轧制的精度比较见表 3 。
(6) 中间环节 :中间环节一般是放大元件 ,将
到所要求的数值 。
偏差信号变换成适于控制执行机构工作的信号 。
(3) 检测装置 :指测厚仪 、测压仪 、测速仪 、辊 在计算机控制的系统中 ,中间环节一般由计算机
缝仪等一次仪表以及数据采集卡 ,用来检测厚度 、 来完成 ,实际上是计算机的一个功能程序 ,因此可
Keywords reversible single stand cold rolling mill AGC system model
1 前 言
随着国民经济的持续发展 ,各行各业对窄带 钢的质量要求越来越高 。然而 ,由于目前大多数 窄带轧机的装备与工艺较为落后 ,产品表面质量 差 ,成材率低 ,因此 ,需要对已建成的 、问题较多的 窄带轧机进行技术改造 。目前主要采取以下几方 面措施 : 采用 AGC 系统 ; 保证张力轧制 ; 提高卷 重 ; 改造工艺冷润系统等[1、2、3] 。其中 ,采用 AGC 厚度自动控制技术是一种投资少 、见效快 、切实可 行的现代化改造手段 。本文主要介绍某钢厂 800 单机架可逆式四辊冷轧机的厚度控制系统及实际 应用情况 。
(1) 调压下 。调压下是厚度控制最主要的方 式 ,常用来消除由于轧件和工艺方面的原因影响 轧制压力而造成的厚度差 ,调压下方法包括反馈 式 、厚度计式 、前馈式 、秒流量法液压式等厚度自 动控制系统 ,广泛应用于热连轧 、冷连轧的头几机 架 、单机架冷轧机上 。
(2) 调张力 。调张力即利用前后张力的变化 来改变轧件塑性变形线的斜率以控制厚度 。这种 方法在冷轧薄板时用得较多 。但目前在冷轧厚度 控制时不单独应用此法 ,往往采用调压下与调张 力互相配合的联合方法 。
(3) 调轧制速度 。轧制速度的变化影响到张 力 、温度和摩擦系数等因素的变化 ,故可通过调速 来调张力和温度 ,从而改变厚度 。 2. 2 单机架冷轧机厚度自动控制技术
对于单机架冷轧机的 AGC 控制 ,由于其结构 简单 ,因而厚控方式也多种多样 。除了常见的反 馈 AGC、厚度计式 AGC、前馈 AGC、压力 AGC 外 , 近几年来又出现了秒流量 AGC[4] 、直接测量辊缝 的压力 AGC[5] 、恒压力轧制等方式 。传统的方法 主要是采用监控反馈 AGC 和压力 AGC 联合控制 的方法 ,这种方法可以消除大部分的来料厚差 。
(1) 在 800 轧机的入口及出口处都安装了 X 射线测厚仪 ;
上位机 操作台
主电室 串行口 RS422
下位机 PC总线
数字传动装置
PCLD 785
PCLD 782
wenku.baidu.com
PCL 728
PCL 830
传动系统 PLC24 路 传动系统 PLC24 路
开关 量信 号输 出 24 路
开关 量信 号输 入 24 路