可逆式冷轧机AGC系统

可逆式冷轧机AGC系统

1 概述

厚度自动控制(Automatic GaugeControl简称^AGC)在钢板轧机，特别是带钢轧机上得到普遍应用，从50年代初步应用到现在，已发展到十分成熟的地步。板带材厚度控制应包括板带横向厚度和纵向厚度控制，前者通常由板形控制来解决，后者一般由厚度控制系统来解决。

AGC系统的作用是消除轧制过程中所产生的带钢纵向长度上的厚度差，使带钢后部保持与前端厚度一致。它不管原始的辊缝设定值，而只能在预设定的基础上，使板带前后端厚度都控制在公差范围之内。

2 可逆式冷轧机厚控系统的特点

可逆式冷轧机不同于连续式冷轧机，其工艺特点是：

(1)轧件在可逆式轧机中往返轧制，轧制过程中要加速和减速；

(2)在一台轧机上采用多道次轧制，每道次的带钢厚度及硬化程度不同；

(3)带钢的性能随道次变化。

所以，可逆式冷轧机的厚控系统要考虑其往复可逆轧制的需要，在轧机前后各设一台测厚仪，而且当轧机逆轧时，要求反馈AGC系统能自动从一台测厚仪转到另一台。同时，主电动机速度要与卷取机速度联调，使张力调节充分有效，达到在加速或减速和稳态轧

制时确保厚度一致的目的。

3 厚度自动控制(AGC)的基本控制系统

AGC的目标是消除厚差，所以首先要检测到轧制过程中带钢的厚差量，然后采取措施消除这一厚差。所以，归纳起来是两个问题：

a)厚差的检测：目的是检测带钢在轧制过程中每时每刻带钢可能出现的厚度差的大小；

b)厚差的消除：

厚差的消除分两个步骤：

1)根据厚差大小，计算出调节量，输出控制信号；

2)根据控制信号，完成调节过程。

前者称为AGC运算，属于AGC系统；后者由电机、液压缸等执行机构执行执行机构如何完成这一任务，由自动位置控制系统，亦称为APC(Automatic PositionContro1)的系统来解决，APC不属于AGC系统。

所以AGC的基本系统只包括两个环节，即厚差的检测和AGC运算。

4 可逆式冷轧机AGC系统

典型的可逆式冷轧机AC,C自动厚度控制系统如图1所示，其具体构成包括轧制压力、前馈加减速补偿、压下监视器、张力监视器、弯辊力补偿、轧辊偏心率控制AGC等几个部分。

可逆式冷轧机各种AGC的功能为：

a)轧制压力AGC

把轧制压力变动视为板厚变动，按照下式进行控制；

这种AGC，因为直接检出和控制轧机轧制状态，与别的AGC相比，具有更强的抗高周波外部干扰能力。通常在加减速轧制时，因轧制速度的变化会使工作辊与

轧材的润滑状态改变，等价地造成了材料塑性系数变化，进而引起轧机出口厚度的变动，此时．AGC将上述改变认作轧制压力的变动而进行控制。

因此，在对由于板厚变动而产生的压力波动的大小及轧制压力杂波等进行考虑时，可在带锕形状等轧制时不产生故障的限度内尽量扩大增益。

b)加减速补偿AGC

加减速部分引起的板厚波动，仅用轧制压力AGC不能完全消除。作为补救手段，要消除由于润滑状态改变带来的板厚变动，用

加减速补偿AGC可对应轧制速度的变化操作轧辊辊缝，按照下式进行控制：

钢卷的头尾部的厚度，由于板形等因素，通常都比目标值要大，这是因为在道次切换时轧辊辊缝设定误差，或者有操作者的手动压下介入造成的。加速开始时的厚度偏差，因为钢卷本身或辊缝偏差等，所以也较大。

此种控制的功率输出要适时，过早输出会增加超厚部分的长度，但滞后又会使负偏差长度缺陷增加。为此，采用了监视器监测轧机出口厚度偏差，控制在一定数值以内时自动地开始工作。

c)前馈AGC

用x射线测厚仪检测出轧机进口处带钢厚度的变化，与带钢移动时同步操作轧辊辊缝并按下式进行实时控制：

d）、压下监测器AGC

上述AGC都可以对出口带厚进行预控制。压下监测器AGC用于使压下后的板厚与目标值一致。为此，由轧机出口处x射线测

厚仪所测板厚偏差信号依据下式控制辊缝：

在AGC 稳定界限以内尽量提高其应答性，根据速度改变其增益，此AGC在所有轧制状况下都能适用。预估器监控AGC的滞后时间随着轧制速度的变化而变化，传统的监控AGC都是采用比例一积分控制方式，这种控制方式的主要缺点是调节速度慢，易产生振荡和极限环振荡，为防止极限环振荡，一般在系统内设置—死区，靠牺牲控制精度来保证系统的稳定。

因此，传统的控制方式对提高精度有局限性。根据控制理论．可采用史密斯补偿方案。在监控AGC系统中增加了一个预估模型反馈环节．通过预估模型来预测输出的变化并进行超前反馈以抵消实测滞后的影响。

e)张力监测器AGC

与压下监测器AGC的用途相同，但只改变轧机入口处张力开卷机的张力，并按下式控制辊缝：

对于软钢撮薄带材，压力和张力的影响大，用张力AGC的作用显著。但是张力的极端变动和轧材滑动等要产生问题，故张力的变动量要限定在20％以内，并设置控制功率的上下限才能有效工作。

另一方面，影响系数对于各种钢、各种板厚由实验求得，其值非常大，而对软钢极薄带材需要修正者仅为数微米，故必须把轧机入口处的张力控制在1O％的范围内。因而，可以限制过早开始定时控制，也可以控制功率饱和，待出口侧板

厚偏差达到一定值时自动启动AGC，与此同时，比例增益起动从0到设定值是以一定的比例提高增益。

f)轧辊弯辊力补偿

在AGC操作轧辊间隙中带材形状会发生变化。作为修正手段，相应于轧制力的变化依照下式修正轧辊弯辊度：

影响系数用分割模型由数值计算得出。为了能对各种各样的轧材进行高精度轧制，可以根据从生产过程计算机得到的指令，变更各道次采用的AGC模型和增益。可逆式轧机与串列式轧机不同，同一个钢卷道次内部存在着头尾部的加减速问题．故为了减少头尾部的超差，要特别注意该部分的精度。另外，各种AGC 同时使用时不能产生干扰和误动作，以使其接近要求标准。

5 可逆式冷轧机AGC技术的新发展

随着计算机技术的发展和广泛应用，国外可逆式冷轧机A6C技术得到了迅速的发展，功能不断完善，流量AGC(MassflowAGC)也开始在可逆式冷轧机上使用．使厚度控制精度达到了相当高的水平。流量AGC国外早在70年代就开始成功地应用在冷连轧机上，80年代开始在可逆式冷轧机上使用．如美国2S公司和Waterbury公司的流量AGC在可逆式冷轧机上应用已相当成熟。国内90年代引进的轧机上有的装备了流量AGC，南京钢铁公司冷轧薄板厂1200WS四辊可逆式冷轧机组也采用了国内自行开发的这种新的AGC技术。

由于压力AGc受压力测量精度以及轧机刚度非线性等的限制，不能进一步提高控制精度，而且压力AGC亦不能消除由轧机本身原因引起的厚度变化。预控AGC虽能很好地消除入口侧带材厚度差引起的厚度变化，但也不能消除由轧机原因引起的厚度变化。监控AGC和张力AGC由于受刹厚仪安装位置的限制，是反馈滞后的纯滞后控制系统。使监控AGC和张力AGc的控制精度受到了限制。为了进一步提高整个厚控系统的控制精度，在系统中采用了新的控制技术一流量AGC。可逆式冷轧机上用的流量AGc是根据轧制带材质量不变原理(即流入轧机的带材体积与流出轧机的带材体积恒定原理)来测量并控制出口带材厚度的。

控制模型为：

因为认为在冷轧中的宽度是不变的，即B1 = B2。

所以有：

流量AGC就是根据入口厚度、入口速度和出口速度计算出出口厚度Ah 并进行控制的，由于速度信号和厚度信号的测量精度都能达到很高的要求，而且入口侧厚度偏差可精确测量和准确地估算出达到轧机的时间，故按上式可以达到很高的精度对于采用脉冲发生器测量速度的方式，速度信号只能按单位时间的平均速度计量．并且流量AGc只能按每段的平均厚度进行计算和控制。每段的长度取决于脉冲发生器的分辨率，脉冲发生器的分辨率越高，分段就愈短，滞后时间就愈小，控制精度也就愈高。

另外．还有动态设定型压力b,GC，其控制模型为：

由于动态设定型压力AGC具有响应速度快的特点，因此当轧机入口测厚仪不工