厚度自動控制AGC--好

1、 4 厚度自動控制厚度自動控制AGC4.1 板帶鋼厚度波動的原因及其厚度的 變化規(guī)律 一、板帶鋼厚度波動的原因 1. 工藝因素：t、v、H、s、f2.設(shè)備因素：軋輥偏心、軋輥的橢圓度、 軋輥磨損、軋機剛度、軋輥原始輥縫等。 二、軋制過程中厚度變化的基本規(guī)律1.復(fù)習：（1）彈跳方程： 軋機彈性曲線（2）軋制壓力P： 軋件塑性曲線（3）彈塑性曲線 P-h 圖P-h 圖的描述： 0點 工 作點， 表征該道 次在P1作 用下，由 H h12. 軋制過程中厚度變化的基本規(guī)律（1）實際軋出厚度隨輥縫而變化的規(guī)律 在其他條件相同的情況下，隨著壓下螺絲設(shè)定位置的改變，So將發(fā)生變化 h，即So h （2）實際

2、軋出厚度隨軋機剛度而變化的 規(guī)律 軋機的剛度Km隨v、P、B、軋輥的材質(zhì)和凸度、工作輥與支持輥接觸部分的狀況而變化 h，即Km h（3）實際軋出厚度隨來料厚度H而變化的規(guī)律 當來料厚度H發(fā)生變化時，便會使B曲線的相對位置和斜率都發(fā)生變化 h，即有： H h （4）實際軋出厚度隨潤滑條件、軋制速度而變化的規(guī)律 當減小摩擦系數(shù)時，軋制壓力會降低，可以使得帶鋼軋得更薄，即： f h。 軋制速度對實際軋出厚度的影響， 主要是通過對摩擦系數(shù)的影響來起 作用的，當軋制速度增高時，摩擦 系數(shù)減小，則實際軋出厚度也減 小，反之則增厚。 （5）實際軋出厚度隨變形抗力而變化的規(guī)律 當來料機械性能不均或軋制溫度發(fā)生

3、波動時，金屬的變形抗力隨之波動，使B曲線斜率發(fā)生波動 h，即：s h （6）實際軋出厚度隨張力而變化的規(guī)律 軋制張力對實際軋出厚度的影響是通過改變B曲線的斜率來實現(xiàn)的，張力增大時，會使B曲線的斜率減小 h。 三、P-h 圖的用途1.分析軋機剛度對軋件厚度的影響2.分析各種軋制工藝條件對軋件厚度的 影響3.可作為對軋機輥縫預(yù)設(shè)定的工具 4.是板帶材厚度控制的基礎(chǔ)和依據(jù) 厚控的基本思想通過采用合適的厚控方法，使線A與線B的交點始終落在一條垂直線上，這條垂線稱為等厚軋制線。因此，板帶厚度控制實質(zhì)就是不管軋制條件如何變化，總要 使線A與線B交到等厚軋制線上，這樣就可得到恒定厚度（高精度）的板帶材。 P

4、-h 圖的分析方法的實質(zhì)是利用求取軋機彈性變形曲線和軋件塑性變形曲線交點的幾何方法，或?qū)垯C彈跳方程和軋件塑性方程聯(lián)立求解，以確定各種參數(shù)變化時的工作點定性的變化規(guī)律及有關(guān)變量之間近似的定量關(guān)系。 厚度自動控制的目的就是借助于輥縫、張力、速度等可調(diào)參數(shù)，把軋制過程參數(shù)（如原料厚度、硬度、摩擦系數(shù)、變形抗力等）波動的影響消除，使其達到預(yù)定的目標厚度。而輥縫、張力等參數(shù)的調(diào)節(jié)又是以軋機的彈性曲線和軋件的塑性曲線及彈 - 塑曲線（P-H圖）為依據(jù)的。所以利用P-h 圖，可以定性地、定量地、直觀地分析各種厚控方法。4.2 厚度自動控制的基本形式及控制原理厚度自動控制的基本形式及控制原理 控制原理通過測

5、厚儀或傳感器（如輥縫儀和壓頭等）對帶鋼實際厚度進行連續(xù)地測量，并根據(jù)實測值與給定值相比較后的偏差信號，借助于控制回路和裝置或計算機的功能程序，改變壓下位置、軋制壓力、張力、軋制速度或金屬秒流量等，把厚度控制在允許偏差范圍之內(nèi)。組成：檢測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng) （執(zhí)行機構(gòu) ） AGC調(diào)節(jié)方式 厚控方法 （1）調(diào)壓下；改變輥縫是AGC控制的主要方式，一般用來消除因軋制壓力的波動而造成的厚度偏差。（2）調(diào)節(jié)張力。通過改變帶鋼的張力改變軋件變形抗力即塑性曲線斜率以實現(xiàn)厚度自動控制的目的。（3）調(diào)速度。軋制速度的變化將影響到張力、摩擦系數(shù)等的變化，即影響軋制壓力變化。可通過調(diào)速改變軋制壓力以實現(xiàn)厚度自

6、動控制的目的。 實現(xiàn)厚度自動控制的系統(tǒng)AGC。根據(jù)軋制過程中對厚度的控制方式不同，AGC的基本形式有：反饋式、厚度計式、前饋式、監(jiān)控式、張力式、金屬秒流量式 、相對值式、絕對值式 、動態(tài)設(shè)定式和各種補償系統(tǒng)等十種。一、反饋式厚度自動控制的基本原理1.控制原理2.數(shù)學模型 反饋方程3.缺陷時間滯后的形式：1）傳遞滯后2）過渡過程滯后（壓下系統(tǒng)的反應(yīng)程度、計算機控制時間）hKMSm)/1 (0二、厚度計式厚度自動控制的基本原理 （P-AGC GM-AGC）1.控制原理2.數(shù)學模型（1）基本假設(shè) （2）數(shù)學模型 SP/Km 三、前饋式厚度自動控制的基本原理1.控制原理2.數(shù)學模型 S= M / Km

7、 H 前饋方程3.缺陷：不與 h作 比較，實 際的h未知 四、監(jiān)控式厚度自動控制的基本原理1.使用意義：對于采用P-AGC、張力式、液壓式的軋機或機組，由于軋機方面的原因可能導致誤操作而進行彌補，以保證厚度精度。2.控制原理：用設(shè)置在出口側(cè)的高精度X-射線測厚儀或同位素測厚儀所測得的厚度實測值與設(shè)定值進行比較hX ，按照金屬秒流量相等的原則推算出各個機架的軋出厚度偏差，作適當?shù)膲合禄驈埩φ{(diào)節(jié)，對各機架的AGC系統(tǒng)進行監(jiān)控修正，來提高成品帶鋼的厚度。 因此，通過出口側(cè)高精度測厚儀 檢測軋機出口側(cè)帶材的厚度偏差，控 制軋輥輥縫或軋制壓力，使厚度偏差 趨于零。厚度監(jiān)控可以消除因熱膨脹、 軋制速度等對

8、出口厚度的影響，消除 入口厚度變化和入口帶材硬度變化的 影響。3. 數(shù)學模型連軋精軋機組各機架的出口厚度偏差為：每個機架X-射線測厚儀的監(jiān)控值為： MNnMNn-1KXhX 7xiihh五、張力式厚度自動控制的基本原理1.控制原理2.張力微調(diào)的實現(xiàn)（1）調(diào)節(jié)速度（2）調(diào)節(jié)活套機構(gòu) 的給定轉(zhuǎn)矩3. 控制模型： ThPKTPhm/六、金屬秒流量厚度自動控制的基本原理 質(zhì)量流AGC、物流AGC、MF-AGC1.控制原理：光電砝碼L、l；或激光測速器 vH、vh； 測厚儀H、h 按秒流量相等原則按反饋方程來調(diào)節(jié)壓下系統(tǒng)控厚。2. 數(shù)學模型 hH L/l 或 hH H/h 3. 秒流量AGC系統(tǒng)的構(gòu)成

9、一套完整的秒流量AGC系統(tǒng)應(yīng)由 厚度前饋(預(yù)控)環(huán)、按金屬秒流量相等 原則計算出的軋出厚度的厚度反饋環(huán) 和厚度監(jiān)控環(huán)組成。 七、液壓式厚度自動控制基本原理1.控制原理1）位置傳感器下支 撐輥的實際位置2）壓力傳感器及彈跳 方程位置設(shè)定值1與2比較借助軋機的液壓系統(tǒng)，通過液壓伺服閥調(diào)節(jié)液壓缸油量和壓力來控制軋輥的位置進行的厚控。 從控制原理來將，液壓AGC是按 照軋機剛性可變控制的原理來實現(xiàn)厚 度的控制。所謂軋機剛度可變控制， 實質(zhì)就是改變軋輥位置補償系數(shù)C而 改變等效的軋機剛度系數(shù)KE來實現(xiàn)厚 度的自動控制。2. 數(shù)學模型軋輥位置補償之后的帶鋼軋出厚度偏差： 改變軋輥位置補償系數(shù) C KE 軋

10、輥的位置 厚控mmmE1PPPPhhxCKKKKC 3. 軋機剛度可變控制系統(tǒng) 4. 應(yīng)用：隨著軋制速度和自動化程度的提高，為了更有效地控制帶鋼縱向厚度公差，提高成品帶鋼質(zhì)量，液壓壓下已成為壓下系統(tǒng)的發(fā)展方向。其主要優(yōu)點：（1）慣性小、反應(yīng)快、截止頻率高，系統(tǒng)對外來干擾跟隨性好，調(diào)節(jié)精度高。（2）由于系統(tǒng)響應(yīng)快，因此對軋輥偏心引起的輥縫發(fā)生高頻周期變化的干擾能進行有效清除。（3）可實現(xiàn)軋機剛度系數(shù)調(diào)節(jié)，可依據(jù)不同的軋制條件選擇不同的剛度系數(shù)獲得更高的成品厚度精度。 八、絕對值A(chǔ)GC控制系統(tǒng)的基本原理 ABS-AGC1. 問題的提出：常規(guī)AGC系統(tǒng)都是以相對實際厚度的某一鎖定厚度，即目標厚度為基

11、準進行厚控的，屬于相對值厚控范疇，使所控制的厚度精度受制約，為進一步提高厚度精度，而提出了絕對值A(chǔ)GC的理念。AGC的工作方式目標值的確定方法（1）絕對AGC：機架鎖定板厚設(shè)定值是軋機受載某一時間后的負載輥縫計算值。采用此方式時，AGC功能也在相應(yīng)確定的時間后參與輥縫調(diào)節(jié)。如：2050為20ms。（2）相對AGC ：機架鎖定板厚設(shè)定值為軋機受載后一定時間內(nèi)負載輥縫計算值的平均值，這時AGC功能在機架受載后參與輥縫調(diào)節(jié)。如：2050取3s后四次的平均值，而1700 取頭部厚度。 2. 控制的基本出發(fā)點：所軋板材的厚度 精度只取決于厚度計模型，通過增加 厚度計模型的精度，避免了由軋制力 模型誤差所

12、造成的軋制厚度誤差的問 題。在此系統(tǒng)中，過程計算機同時向 AGC提供目標厚度及預(yù)設(shè)定輥縫，并 且應(yīng)用厚度計原理，使AGC調(diào)整輥縫 得到目標厚度。3. 絕對值A(chǔ)GC裝置的要點 (1) 要開發(fā)出高精度厚度計模型；(2) 用高精度儀器進行在線測量和模型變 量的數(shù)據(jù)處理；(3) 與此同時，為了使所軋板材端部和水 印部位的厚度變化減到最小，必須實 現(xiàn)控制系統(tǒng)的快速響應(yīng)(如采用液壓 驅(qū)動來調(diào)節(jié)輥縫)。4. 模型思路 板厚 = 輥縫+軋機變形模型+軋輥熱膨 脹模型+軋輥磨損模型 輥縫，采用BISRA厚度計公式 軋機變形模型分兩部分，即與寬度有 關(guān)和無關(guān)兩項計算式 軋輥熱膨脹模型和軋輥磨損模型通過 在線高精度

13、檢測技術(shù)獲取 九、動態(tài)設(shè)定型控制系統(tǒng)的基本原理 D-AGC1.控制原理：是通過實時測量壓力增量值來計算下一步的輥縫設(shè)定增量值，然后通過APC實現(xiàn)AGC控制功能的系統(tǒng)。實質(zhì)上為增量型GM方式AGC。2.控制模型m112mmKKKKMMSSPKK 3. 控制系統(tǒng)4. 應(yīng)用：響應(yīng)速度要比BISRA-AGC快23倍；可變剛度范圍較寬；與其他厚控方法共用時其穩(wěn)定性好，無相關(guān)干擾，因此得到很好的應(yīng)用。 十、厚度自動控制系統(tǒng)中的補償控制原理 厚度補償控制系統(tǒng)（或稱為附加控制 回路）是厚度自動控制系統(tǒng)中不可缺少 的組成部分，對各機組的厚度精度具有 直接控制效果，一般它包括有：支持輥 偏心的補償、油膜厚度的補償

14、、板帶鋼 寬度的補償、速度的補償、帶鋼尾部補 償?shù)目刂啤?1.支撐輥偏心的AGC補償系統(tǒng)（1）形成原因及其后果：因軋輥安裝不 當 板厚呈周期性的變化 （2）消除方法和措施 ：在機械上消除軋輥偏心的影響不大可能，必須在電氣控制系統(tǒng)上采取措施。而采用液壓壓下實現(xiàn)厚度自動控制，為消除軋輥偏心的影響提供了可能性，具體有：A)改善支撐輥的重磨和提高其裝配精度；B）恒壓控制自動補償偏心；C）恒位置控制自動補償偏心；D）設(shè)置偏心濾波裝置。 2. 油膜厚度的AGC補償系統(tǒng) （1）形成原因：當軋機加、減速時，油膜軸承的進油量發(fā)生變化，而影響輥縫大小。（2）模型：實際軋出厚度h取決于壓下位置S、軋機的彈性變形S、

15、油膜厚度Of以及X-射線厚度監(jiān)控量XM，即h = S + S - Of + XM，其中油膜厚度Of是軋制速度v和軋制壓力P的函數(shù)，即Of = f (v，P)。 （3）控制原理 采用測速發(fā)電機測出主電機的速度，經(jīng)電壓變換器送入函數(shù)發(fā)生器，函數(shù)發(fā)生器根據(jù)不同的軋制速度，輸出相應(yīng)的輥縫補償值給液壓輥縫調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行輥縫調(diào)整，以調(diào)節(jié)帶鋼厚度偏差。3. 板帶鋼寬度的補償系統(tǒng)（1）原因：軋制時，工作輥與軋件、支撐輥接觸，當軋件寬度發(fā)生變化時，使接觸應(yīng)力的分布發(fā)生變化對軋機剛度系數(shù)發(fā)生影響 h波動（2）模型：（3）控制原理：在控制回路中按機組的生產(chǎn)條件，設(shè)置寬度補償用放大器，以位置給定器RH的給定進行相應(yīng)的寬

16、度補償 。)()(0BLCKSPPSmF4.活套補償系統(tǒng) （壓下補償系統(tǒng)、速度補償系統(tǒng)）（1）原因：當AGC系統(tǒng)移動壓下而改 變輥縫進行調(diào)厚（即調(diào)壓下厚控）時，必然使壓下率變化，從而影響前 滑和后滑，改變帶鋼出口和入口速度。 這種現(xiàn)象將干擾活套的工作，而活套 的動態(tài)調(diào)節(jié)又將反過來影響調(diào)厚效果 h波動（2）模型： 其中：（3）控制原理：當調(diào)壓下厚控時，檢測出前滑率、后滑率的變化，事先給主速度一個補償信號，來控制軋制速度，以便保持機架間帶鋼活套量恒定。5. 尾部補償系統(tǒng) （1）原因：帶鋼尾部溫度較低，加上帶 鋼尾部由于后張力迅速消失，必然導致 尾部瞬間增厚，這種現(xiàn)象稱為尾部厚躍。 在現(xiàn)代化AGC

17、系統(tǒng)中，普遍采用了尾 部補償功能。 （2）補償方式及其模型“壓尾”法，即在帶鋼尾部離開第 i-1 機 架時，增大第 i 機架的壓下量 ，其數(shù) 學模型是： “拉尾”法，即當帶鋼尾部離開第 i-1 機 架時，降低第 i 機架的速度，使第 i 與 第 i+ l 機架之間的張力加大，以補償 尾部張力消失的影響。 TmmThKKMS4.3 帶鋼熱連軋厚度自動控制系統(tǒng)帶鋼熱連軋厚度自動控制系統(tǒng) 以2050帶鋼熱連軋的厚度自動控制系統(tǒng)為例。一、概述 1. 厚度設(shè)定值的確定：該機組各機架負載輥縫計算值 h 是以彈跳方程為基礎(chǔ)，并綜合考慮了各方面的因素所得，其表達式為：B00BLACVCWmmPPhSSKSSS

18、KK式中： S0初始設(shè)定輥縫； S0輥縫零調(diào)時的軋機彈跳量， P0輥縫零調(diào)時的軋制壓力，約9.8MN； Km0對應(yīng)9.8MN軋制壓力的軋機剛性系數(shù)； P/Km軋機的彈跳量，P為軋制壓力；PBKB/Km彎輥力引起的軋機彈跳量； PB彎輥力； KB與軋件寬度相關(guān)的系數(shù)； SLA油膜補償量，SLAKvKp； 其中 Kv與支撐輥轉(zhuǎn)速相關(guān)的系數(shù)，Kvf()； Kp與軋制壓力相關(guān)的系數(shù)，Kpf(P)；SCVC使用CVC功能時對輥縫的補償量； SW軋輥熱膨脹量，主要跟軋制時間相關(guān)。2. 液壓AGC的修正功能： 液壓軋機是一個非常復(fù)雜的多變量 系統(tǒng)，影響產(chǎn)品精度的因素相當多，而 且各變量之間存在著耦合關(guān)系，即

19、使在 恒輥縫軋制的情況下，由于軋制速度、 彎輥力、帶材入口厚度、冷卻、調(diào)偏量 的變化，也會使出口厚度目標值發(fā)生偏 差。傳統(tǒng)的做法是使用厚度監(jiān)控來校正 這些偏差。 但由于厚度監(jiān)控周期不可能很 快，因此，會不可避免地降低了控制 精度，尤其對于高速、薄帶軋機。軋 機數(shù)學模型決定了軋機輥縫、軋制力、 彎輥力、軋制速度、軋制力矩、冷卻 等參數(shù)之間的關(guān)系，在實際控制過程 中，適時、適量的調(diào)整及補償，可以 減少上述偏差的出現(xiàn)，進而提高控制 精度。 2050機組液壓AGC，在分析了產(chǎn) 生帶鋼縱向厚度波動的諸多因素之后 設(shè)置的修正功能包含了三部分組成：根據(jù)彈跳方程hS0P/Km得出的彈 跳修正量；借助于負載輥縫

20、采樣統(tǒng)計得到的偏心 濾波修正量；借助于F7機架后面的測厚儀實現(xiàn)的監(jiān) 控修正量。 二、AGC功能及其控制 1.AGC功能共10項零調(diào)時機架的彈跳量， S0 =P0 /Km0； 機架的彈跳量， S=P Km0；油膜補償量， SLA=KF Kv；彎輥力補償量，KBPB/Km；軋輥熱膨脹引起的輥縫變化， SW = f (D)軋輥偏心量形成的偏差，鎖定時的厚度；AGC的積分器；數(shù)字系統(tǒng)的特殊匹配；監(jiān)控AGC修正量。221hhnn 2. 控制系統(tǒng)4.4 帶鋼冷連軋和單機軋制厚度自動控帶鋼冷連軋和單機軋制厚度自動控 制系統(tǒng)制系統(tǒng)一、冷連軋機的厚度自動控制 冷連軋機厚度自動控制系統(tǒng)的基 本設(shè)想是：粗調(diào)粗調(diào)AG

21、C-精調(diào)精調(diào)AGC附附 加控制回路，即：加控制回路，即：粗調(diào)AGC系統(tǒng)：第一機架采用調(diào)壓下 進行厚差的粗調(diào)，保證來料厚度偏差 基本消除，并協(xié)調(diào)其它機架。精調(diào)AGC系統(tǒng)：在末架采用張力進行 精調(diào)，以保證良好板形的同時，對產(chǎn) 品厚度進行精確控制。如厚度偏差超 出了精調(diào)系統(tǒng)的可調(diào)范圍，則要改變 第一架的設(shè)定值，同時重新分配各架 壓下量，以達到厚度精度，建立保持 秒流量恒定的初始條件。 AGC補償系統(tǒng)附加控制回路：為 提高厚控系統(tǒng)精度，需增加各種補償 系統(tǒng)。 以2030mm五機架冷連軋機AGC系統(tǒng)為例。 1. 主要設(shè)備組成2. AGC系統(tǒng)的基本設(shè)想 粗調(diào)AGC：借助于第一機架的AGC控 制系統(tǒng)，將帶鋼

22、的絕大部分的厚度偏 差在第一機架中予以消除，調(diào)整量較 大。精調(diào)AGC：通過第4、5架的AGC控制 系統(tǒng)來厚控，通常調(diào)整量較小。附加控制回路：第一架的油膜厚度補 償系統(tǒng)、甩尾輥縫修正等。3.AGC系統(tǒng)的功能有11個功能模 塊構(gòu)成 ：第1機架前饋控制第1機架負載輥縫調(diào)節(jié)第1機架反饋控制第2機架前饋控制第4機架前饋控制第4機架反饋控制第5機架前饋控制第5機架反饋控制第4與第5機架間張力極限控制C方式出口厚度反饋控制甩尾時輥縫修正4. 各功能的數(shù)學模型 系統(tǒng)概況圖5. AGC方式的選擇及其功能（1） AGC方式的選擇條件 AGC方式C的選擇：當帶鋼本身硬度和變形 量都不大，且變形量都集中在前4個機架，第 5機架用來改善板形而作為平整機架時采用。 AGC方式B的選擇：在帶鋼比較硬時，調(diào)P 或v效果不好，而通過調(diào)張力厚控時應(yīng)用。 AGC方式A的選擇：當帶鋼硬度不大，而變 形量很大時采用，此時由5個機架來完成全 部的變形。（2）AGC三種方式的功能組合二、單機架冷軋機的-AGC1.概念-AGC在單機架冷軋時，將帶材的 厚度偏差控制在微米級范圍之內(nèi)的一種 微米精度的厚度自動控制系統(tǒng)。采用這 種厚控系統(tǒng)，可以使其厚度偏差控制在 (12）的范圍內(nèi)。2. 基本原理 采用初始控制回路、前饋控制回路 和反饋控制回路聯(lián)合應(yīng)用來實現(xiàn)高精度 帶材的厚度自動控制 ，其控制系統(tǒng)有三 個環(huán)節(jié)構(gòu)成