论文部分内容阅读
摘 要：本文介绍了森基米尔轧机厚度控制原理以及这种自动厚度控制方法：秒流量控制AGC、BISRA AGC、前馈控制AGC、反馈控制AGC、张力控制AGC、SMITH AGC、加减速补偿控制AGC等。根据轧制要求的不同，使用不同的控制组合方式，实现更好的厚度控制效果。
关键字：森基米尔轧机； AGC控制系统； 厚度控制原理
中图分类号：TS879 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）32-0211-01
1 引言
森吉米尔二十辊轧机属于单机架可逆轧机，具有工作辊辊径小、轧制刚度大、控制精度高、工艺复杂等特点，适用于轧制硬度高的合金材料。该轧机为日本日立公司生产，处理器为日立R700系列PLC，通过HMI对轧制现场机械设备进行操作，该控制系统具有信号通讯可靠、数据处理和控制流程速度快、设备便于操作、维护编程简单、系统可靠性高等优点。该厂自动化技术人员在掌握国际先进设备及其自动控制思想基础上，针对轧机轧制工艺特点，多次改进控制方式、不断优化控制程序，形成了一套符合现场实际需求的完善版控制系统。
2 轧机厚度控制原理
板材轧制过程即是轧件产生塑性变形的过程，也是轧机由于轧件的反作用力产生弹性变形（即弹跳）的过程，二者同时作用。在轧制过程中，轧制力作用于Y轴方向，带钢厚度变化于X轴方向，随着轧制力的变化，根据弹性模量和塑性模量变化曲线，可以得到带钢出口厚度变化曲线，即P-H图，如图1所示。
3 自动厚度控制（AGC）
為了保证带材的纵向厚度公差，获得高精度的产品，现代森基米尔轧机都配备了自动厚度控制（AGC）装置。本轧机中所考虑的AGC应用控制方法主要有秒流量控制、厚度锁定控制（BISRA AGC）、前馈控制、反馈控制、张力控制、SMITH控制、加减速补偿控制等。
（1）秒流量控制AGC
利用出口侧的速度、入口的厚度和速度计算出出口的厚度，然后进行补偿调节，算出辊缝的改变，然后调整HYROP-F压上，从而实现轧件的出入口秒流量相等控制。秒流量控制需要入口厚度与出口厚度，因此在轧机出入口均设置了测厚仪。
秒流量控制的基本过程是通过采集来料的原始厚度（多段采集，测厚仪采集），并利用测速仪记录下测量的速度值，这样即可知道采集到轧件的长度。并同时采集轧机此时的轧制速度值。通过记录下来的来料厚度偏差，按照秒流量相等的原则，计算出每段实际轧出的厚度（这种计算属于预测性计算），再与出口测厚仪形成反馈回路，从而计算出辊缝的调节量，传递到主液压缸进行调节辊缝。秒流量控制可以更好的改进低速阶段和加减速阶段的控制响应。
（2）BISRA AGC
BISRA AGC通过检测轧制力的偏差，从而来调节辊缝变化量，当轧制开始时，锁定就开始启动，锁定的压力和随后的实时压力进行比较（压力由机架上的四个测压元件来测量），算出辊缝变化，然后进行调节，目的是使目标厚度不变。BISRA AGC能够消除周期快的来料厚差及由硬度偏差而带来的出口厚度偏差。
（3）前馈控制AGC
前馈控制的输入信号是入口侧测量出的厚度偏差ΔH（由测厚仪检测），实时检测的偏差存入存储器记忆，顺序由传动辊的正弦编码器决定，然后进行一些补偿修正，算出辊缝的变化ΔS，进行实时调节。前馈控制可以保证轧件出口厚度不受入口厚度波动的影响，使轧机进行“恒辊缝”轧制，轧出均匀厚度的带材，但该厚度不一定是所要求的厚度，为使此均匀的厚度与目标厚度一致，还需要进行反馈控制。
（4）反馈控制AGC
反馈控制利用出口厚度测量仪测量的厚度偏差ΔH（指测量与目标值的差值）、正弦编码器测量的轧机实际速度、轧机的最大速度等值，进行修正计算，将比例误差信号反馈到压下装置，得出辊缝的变化ΔS，通过液压马达进行压下调整，以保证轧出的均匀厚度即是目标厚度。反馈控制可以调整系统操作过程中的滞后漂移现象，以保持系统的精确性。
（5）张力控制AGC
张力控制是根据出口测厚仪的测量厚度偏差（指测量与目标值的差值）信号的积分进行自动电流调节器的调整，改变张力，进行厚度调整。对张力进行调整，即可实现对厚度的控制。此外，还常常采用压下和张力混合控制方式，当张力达到一定限值时，就使用压下控制，显然这种方法控制范围大，还可以进行微调，因此得到广泛应用。
（6）SMITH AGC
在轧制低速阶段，普通的反馈AGC在机架和测厚仪之间存在一个时间滞后，SMITH AGC通过产生预估值控制来补偿偏差，提高控制响应。具体方法是由测压元件测量压力，HYROP-F提供辊缝，计算带钢厚度偏差并将计算值存在存储器中，顺序由正弦编码器决定，然后补偿该偏差与出口厚度测量偏差值的偏差，通过修正公式计算出补偿辊缝，对辊缝进行调整修正，以获得出口厚度的零偏差，并改进低速阶段的控制响应。
（7）加减速补偿控制AGC
建立加减速补偿的原因是由于在加减速过程中，速度的变化会影响到摩擦系数的变化，而摩擦系数又会对摩擦力产生影响，从而影响轧制力的大小，并最终反映到影响带材出口厚度上。因此必须建立一个加减速补偿的模型，以实现在加减速过程中轧件出口厚度均匀不变。
二十辊轧机是通过摩擦系数与轧制速度的关系曲线，建立轧制力与轧制速度的关系曲线。把速度信号转化成轧制力信号，通过补偿修正计算，得出辊缝的变化，然后进行HYROP-F动作调整。
4 结束语
在轧制过程中根据来料的材质、板型特质以及轧制的不同阶段合理的采用文中所属的控制方法的组合。BISRA AGC的响应比其他各种AGC都要快；反馈AGC、SMITH AGC和张力AGC均属于反馈控制，其中SMITH AGC适用于低速轧制，反馈AGC适用于高速轧制，张力AGC适用于薄带材轧制，这三种AGC不同时投入使用但作用相同；秒流量AGC兼有前馈控制和反馈控制的作用，在秒流量投入时，前馈AGC、反馈AGC、SMITH AGC和张力AGC均不投入使用。只要结合轧制的不同特点选用相适应的轧制控制方式组合就可以满足正常的生产需要，达到高的产品质量要求。
参考文献
[1] YU Hai-liang， LIU Xiang-hua， WANG Chao， Park Hae-doo. Analysis of Roll Gap Pressure in Sendzimir Mill by FEM[J]. ScienceDrect， 2006，9：30-33.
[2] Gunawardene G W D M， Grimble M J， Thomson A. Static Model for Sendzimir Cold-Rolling Mill[J]. Met Technol 1981，8（7）：274.
[3] 孙杰，张殿华，曾玉清，程平文，李旭.单机架可逆轧机自动控制系统[J]，冶金自动化，2008，1（32）：45-48.
[4] 刘金焜著.先进PID控制机器MATLAB仿真[M].北京：电子工业出版社.2003.1.
[5] 潘纯久编著.二十辊轧机及高精度冷轧钢带生产[M]. 北京：冶金工业出版社.2003.9.
关键字：森基米尔轧机； AGC控制系统； 厚度控制原理
中图分类号：TS879 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）32-0211-01
1 引言
森吉米尔二十辊轧机属于单机架可逆轧机，具有工作辊辊径小、轧制刚度大、控制精度高、工艺复杂等特点，适用于轧制硬度高的合金材料。该轧机为日本日立公司生产，处理器为日立R700系列PLC，通过HMI对轧制现场机械设备进行操作，该控制系统具有信号通讯可靠、数据处理和控制流程速度快、设备便于操作、维护编程简单、系统可靠性高等优点。该厂自动化技术人员在掌握国际先进设备及其自动控制思想基础上，针对轧机轧制工艺特点，多次改进控制方式、不断优化控制程序，形成了一套符合现场实际需求的完善版控制系统。
2 轧机厚度控制原理
板材轧制过程即是轧件产生塑性变形的过程，也是轧机由于轧件的反作用力产生弹性变形（即弹跳）的过程，二者同时作用。在轧制过程中，轧制力作用于Y轴方向，带钢厚度变化于X轴方向，随着轧制力的变化，根据弹性模量和塑性模量变化曲线，可以得到带钢出口厚度变化曲线，即P-H图，如图1所示。
3 自动厚度控制（AGC）
為了保证带材的纵向厚度公差，获得高精度的产品，现代森基米尔轧机都配备了自动厚度控制（AGC）装置。本轧机中所考虑的AGC应用控制方法主要有秒流量控制、厚度锁定控制（BISRA AGC）、前馈控制、反馈控制、张力控制、SMITH控制、加减速补偿控制等。
（1）秒流量控制AGC
利用出口侧的速度、入口的厚度和速度计算出出口的厚度，然后进行补偿调节，算出辊缝的改变，然后调整HYROP-F压上，从而实现轧件的出入口秒流量相等控制。秒流量控制需要入口厚度与出口厚度，因此在轧机出入口均设置了测厚仪。
秒流量控制的基本过程是通过采集来料的原始厚度（多段采集，测厚仪采集），并利用测速仪记录下测量的速度值，这样即可知道采集到轧件的长度。并同时采集轧机此时的轧制速度值。通过记录下来的来料厚度偏差，按照秒流量相等的原则，计算出每段实际轧出的厚度（这种计算属于预测性计算），再与出口测厚仪形成反馈回路，从而计算出辊缝的调节量，传递到主液压缸进行调节辊缝。秒流量控制可以更好的改进低速阶段和加减速阶段的控制响应。
（2）BISRA AGC
BISRA AGC通过检测轧制力的偏差，从而来调节辊缝变化量，当轧制开始时，锁定就开始启动，锁定的压力和随后的实时压力进行比较（压力由机架上的四个测压元件来测量），算出辊缝变化，然后进行调节，目的是使目标厚度不变。BISRA AGC能够消除周期快的来料厚差及由硬度偏差而带来的出口厚度偏差。
（3）前馈控制AGC
前馈控制的输入信号是入口侧测量出的厚度偏差ΔH（由测厚仪检测），实时检测的偏差存入存储器记忆，顺序由传动辊的正弦编码器决定，然后进行一些补偿修正，算出辊缝的变化ΔS，进行实时调节。前馈控制可以保证轧件出口厚度不受入口厚度波动的影响，使轧机进行“恒辊缝”轧制，轧出均匀厚度的带材，但该厚度不一定是所要求的厚度，为使此均匀的厚度与目标厚度一致，还需要进行反馈控制。
（4）反馈控制AGC
反馈控制利用出口厚度测量仪测量的厚度偏差ΔH（指测量与目标值的差值）、正弦编码器测量的轧机实际速度、轧机的最大速度等值，进行修正计算，将比例误差信号反馈到压下装置，得出辊缝的变化ΔS，通过液压马达进行压下调整，以保证轧出的均匀厚度即是目标厚度。反馈控制可以调整系统操作过程中的滞后漂移现象，以保持系统的精确性。
（5）张力控制AGC
张力控制是根据出口测厚仪的测量厚度偏差（指测量与目标值的差值）信号的积分进行自动电流调节器的调整，改变张力，进行厚度调整。对张力进行调整，即可实现对厚度的控制。此外，还常常采用压下和张力混合控制方式，当张力达到一定限值时，就使用压下控制，显然这种方法控制范围大，还可以进行微调，因此得到广泛应用。
（6）SMITH AGC
在轧制低速阶段，普通的反馈AGC在机架和测厚仪之间存在一个时间滞后，SMITH AGC通过产生预估值控制来补偿偏差，提高控制响应。具体方法是由测压元件测量压力，HYROP-F提供辊缝，计算带钢厚度偏差并将计算值存在存储器中，顺序由正弦编码器决定，然后补偿该偏差与出口厚度测量偏差值的偏差，通过修正公式计算出补偿辊缝，对辊缝进行调整修正，以获得出口厚度的零偏差，并改进低速阶段的控制响应。
（7）加减速补偿控制AGC
建立加减速补偿的原因是由于在加减速过程中，速度的变化会影响到摩擦系数的变化，而摩擦系数又会对摩擦力产生影响，从而影响轧制力的大小，并最终反映到影响带材出口厚度上。因此必须建立一个加减速补偿的模型，以实现在加减速过程中轧件出口厚度均匀不变。
二十辊轧机是通过摩擦系数与轧制速度的关系曲线，建立轧制力与轧制速度的关系曲线。把速度信号转化成轧制力信号，通过补偿修正计算，得出辊缝的变化，然后进行HYROP-F动作调整。
4 结束语
在轧制过程中根据来料的材质、板型特质以及轧制的不同阶段合理的采用文中所属的控制方法的组合。BISRA AGC的响应比其他各种AGC都要快；反馈AGC、SMITH AGC和张力AGC均属于反馈控制，其中SMITH AGC适用于低速轧制，反馈AGC适用于高速轧制，张力AGC适用于薄带材轧制，这三种AGC不同时投入使用但作用相同；秒流量AGC兼有前馈控制和反馈控制的作用，在秒流量投入时，前馈AGC、反馈AGC、SMITH AGC和张力AGC均不投入使用。只要结合轧制的不同特点选用相适应的轧制控制方式组合就可以满足正常的生产需要，达到高的产品质量要求。
参考文献
[1] YU Hai-liang， LIU Xiang-hua， WANG Chao， Park Hae-doo. Analysis of Roll Gap Pressure in Sendzimir Mill by FEM[J]. ScienceDrect， 2006，9：30-33.
[2] Gunawardene G W D M， Grimble M J， Thomson A. Static Model for Sendzimir Cold-Rolling Mill[J]. Met Technol 1981，8（7）：274.
[3] 孙杰，张殿华，曾玉清，程平文，李旭.单机架可逆轧机自动控制系统[J]，冶金自动化，2008，1（32）：45-48.
[4] 刘金焜著.先进PID控制机器MATLAB仿真[M].北京：电子工业出版社.2003.1.
[5] 潘纯久编著.二十辊轧机及高精度冷轧钢带生产[M]. 北京：冶金工业出版社.2003.9.