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轧机AGC培训资料

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机

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程

1450液压AGC控制系统概述

一：

厚度自动控制原理

AGC控制的目的，是借助于辊缝、张力、速度等可调参数，把轧制过程参数（如原料厚度、硬度、摩擦系数、变形抗力等）波动的影响消除，使其达到预期的目标厚度。

而辊缝、张力等参数的调节又是以轧机的弹性曲线和轧件的塑性曲线以及弹塑曲线即P-H图为依据的。

板带轧制过程既是轧件在轧制压力P的作用下产生塑性变形的过程，又是轧机在轧制压力P的作用下产生弹性变形（即所谓弹跳）的过程，二者同时发生，其作用力和反作用力相等而相互平衡。

由于轧机的弹跳，使轧出的带材厚度（h）等于轧辊的理论空载辊缝（So’）再加上轧机的弹跳值。

按照虎克定律，轧机弹性变形与应力成正比，则弹跳值应为P/K，此时

h=So’+P/K

式中：

P——轧制力，t；

K——轧机的刚度（t/mm），即弹跳一毫米所需轧制力的大小。

上式为轧机的弹跳方程，据此绘成曲线A称为轧机相关性变形式，如图，它近似一条直线，其斜率就是轧机的刚度。

但实际上在压力小时弹跳和压力的关系并非线性，且压力越小，所引起的变形也越难确定，亦即辊缝的实际零位很难确定。

为了消除这一非线性区段的影响，实际操作中可将轧辊预先压靠到一定程度，即压到一定的压力P。

然后将此时的辊缝批示定为零位，这就是所谓“零位调整”。

由图可看出：

h=S0+（P-P0）/K

式中S0——考虑预压变形的相当空载辊缝

另一方面，给轧件一定的压下量（h0-h），就产生一定的压力（P），当料厚（h0）一定，h越小即是压下量越大，则轧制压力也越大，通过实测或计算可以求出对应于一定h值的P值，在图上绘成曲线B，称为轧件塑性变形线。

B线与A线交点的纵坐标即为轧制力P，横坐标即为板带实际厚度h。

由P-H图可以看出，如果B线发生变形（变为B’），则为了保持厚度h不变，就必须移动压下位置，使A线移到A’，使A’和B’的交点的横坐标不变，亦即须使A线与B线的交点始终在一条垂直线C上。

因此，板带厚度控制实质就是不管轧制条件如何变化，总要使A线和B线交到C线上，这样就可得到恒定厚度的板带材，由此可见，P-h图的运用实际上是板带厚度控制的基础。

二．AGC的控制系统

AGC的目的是消除厚差，则首先必须检测到轧制过程中的带钢的厚差时，然后再采取措施消除这一厚差。

因此，归纳为两个基本构成：

a.厚度偏差的检测，目的是掌握轧制过程中，每时每刻带钢的厚度偏差的大小。

b.厚度偏差的消除：

根据厚度偏差的大小，计算出调节量，输出控制信号，然后根据控制信号，调节机构动作，完成调节过程，见下图

1.测量方式

在厚度偏差检测当中，有直接测厚和间接测厚两种方式。

直接测量法的主要缺点是存在时间滞后问题。

为解决此问题，采用间接测厚法。

其间接测厚方式有压力测厚、张力测厚等。

间接测量的方法虽然精度较低，但传递时差小，设备简单，便于维修，故被广泛采用。

2.控制手段

a.调节压下量，即改变辊缝是AGC控制的主要方式。

一般用来消除因轧制压力的波动而造成的厚度偏差。

b.通过改变带钢的张力来改变轧件变形抗力即塑性曲线B的斜率以实现厚度控制的目的，则称为调节张力的厚调方式。

c.轧制速度的变化将影响到张力、摩擦系数等的变化，即影响轧制压力的变化。

故可通过调速来改变轧制压力以实现厚度自动控制的目的。

3.控制系统

冷连轧AGC的形式和种类繁多，按一般调节系统的分类方法，可分为前馈AGC和反馈AGC两大类。

前馈AGC是根据轧前所测得的外扰量（原料厚度偏差δH0或温度偏差δt）来调节的。

反馈AGC是根据测量轧制之后的带钢厚度偏差来进行调节的。

根据构成AGC的两个基本环节即测量厚度偏差的方法和调节方式的不同，一般可将AGC分为如下几种：

a.厚度AGC（h-AGC）亦称反馈AGC，它是利用测厚仪直接测量轧制之后带钢的厚度偏差δh，调节轧辊辊缝S的AGC。

b.前馈或预控AGC（H-AGC），测量轧制前带钢厚度偏差δH，调节轧辊辊缝S的AGC，简称前馈或预控AGC。

单机架可逆式轧机最基本的厚度控制环节是前馈AGC、反馈AGC和秒流量AGC。

▲前馈AGC（H-AGC），测量轧制前带钢厚度（来料）偏差δH，调节轧辊辊缝S的AGC，简称前馈或预控AGC。

△S=△h0×（G/K）

式中：

△S—辊缝调节，△h0—入口带钢厚度偏差，G，K分别为带钢塑性刚度系数和轧机刚度系数

▲反馈AGC（h-AGC），是利用测厚仪直接测量轧制之后带钢的厚度偏差δh，调节轧辊辊缝S的AGC。

△S=△h1×（1+G/K）

式中：

△S—辊缝调节，△h1—出口带钢厚度偏差，G，K分别为带钢塑性刚度系数和轧机刚度系数

▲秒流量AGC，轧制时，轧件在轧机机架的秒流量的维持不变，即：

h1v1=h2v2=常数

以上所述都是轧机一些常规的控制理论，下面我们将针对我们公司轧机AGC控制进行讲解。

三．1450液压AGC的设计

1：

厚度控制器系统硬件组成：

液压AGC系统主要由一套SIMADYND控制装置（FM458）、检测仪表（包括位移、压力、厚度、速度的检测）、伺服系统、压上缸等设备组成，完成压下辊缝、压力及AGC，实现带材厚度的控制。

2：

厚度控制系统

厚度控制系统主要由液压HGC和AGC组成，而HGC可以分为液压APC（位置控制）、压力控制两种。

AGC控制系统可以分为：

前馈AGC,反馈AGC，秒流量AGC，张力AGC，以及偏心补偿，

等闭环控制，AGC辅助控制功能包括压下量微调、倾斜控制、辊缝同步控制、预压靠等功能。

（1）：

液压HGC

（1.1）液压APC（位置控制）的组成：

在液压缸内安装位移传感器，用于检测实际辊缝，在位置控制方式下，每个液压缸的位置值将与计算的目标值相比较，此比较的偏差经特定运算后，送到伺服阀去引起液压油的流动以使位置偏差减少到零。

（1.2）压力控制的组成

在轧制力控制方式下，轧制力控制器用来使冷轧机两侧油缸的轧制力和实测值保持与设定值一致。

根据油缸的积分特性，将轧制力控制器设计成一个比例控制器。

轧制力测量方法有压头直接测量和压力传感器间接测量两种。

当采用压力传感器方法时，传感器分别安装在液压缸活塞侧和活塞杆侧，测量的是油的压力，与活塞的面积相乘得出轧制力，总轧制力为两侧压力和减去油缸活塞杆测的压力、弯辊力的影响及轧辊平衡力，我们系统暂时活塞杆侧压力检测没有参与控制使用的是固定值906KN。

（2）液压AGC

（2.1）前馈AGC

前馈AGC根据轧制入口侧测厚仪测得的入口厚度偏差，经过一定的延时后对辊缝进行修正，以消除入口厚度变化对轧出厚度的影响，延时时间是根据入口侧测速脉冲编码器或激光测速仪的速度信号确定的。

前馈控制比较由轧机入口测厚仪测量的厚度值和设定的带钢厚度值之间的偏差，并对偏差信号从测厚仪到辊缝进行跟踪。

即将偏差信号保存到缓冲区，并在该偏差信号的测量点到达辊缝时取出并转换成位置偏置，通过对辊缝大小的调节实现对带钢入口厚度偏差的校正。

为将入口带钢偏差信号精确地从入口测厚仪位置跟踪到辊缝位置，需要考虑以下因素：

◆测厚仪的响应时间

◆带钢从测厚仪到辊缝之间的移动时间

◆液压伺服缸的位置调节时间

◆控制器执行时间

前馈控制同样根据轧机模数和轧件模数以及厚度方程将偏差信号转换成合适的位置偏置。

△S=△h0×（G/K）

式中：

△S—辊缝调节，△h0—入口带钢厚度偏差，G，K分别为带钢塑性刚度系数和轧机刚度系数。

（2.2）反馈AGC

我们系统中的反馈AGC是指厚度偏差的反馈，它是监控AGC中的一种。

而张力AGC也是监控AGC中的一种。

事实上监控AGC包含以下几种：

张力监控，轧制力监控，加速度监控和位置监控。

反馈AGC又称监控AGC，主要用于消除出口厚差。

反馈AGC是根据轧制出口侧测厚仪测得的出口厚度偏差，对辊缝进行修正，使出口厚度达到目标值。

由于测厚仪安装于距轧机一定距离的位置上，是典型的纯滞后控制系统，采用Smith预估补偿器改善系统的动静态特性，滞后时间是根据出口侧测速脉冲编码器或激光测速仪的速度信号确定的。

因此只可能采用调节速度较低的积分控制器来校正厚度的偏差。

也就是说，反馈控制只能校正长期的厚度偏差。

根据轧机模数和轧件模数以及厚度方程将偏差信号转换成合适的位置偏置。

△S=△h1×（1+G/K）

式中：

△S—辊缝调节，△h1—出口带钢厚度偏差，G，K分别为带钢塑性刚度系数和轧机刚度系数。

（2.3）秒流量AGC

根据轧制过程中流入轧机与流出轧机的带钢质量恒定的原理，计算出正在轧制带材的厚度偏差，以此偏差对辊缝进行修正，使轧机轧出的带材保持较好的一致性。

流量AGC基于下述公式：

V1h1=V0h0

加入厚度偏差的公式：

V1（h1+Δh1）=V0（h0+Δh0）

Δh1=（（h0+Δh0）*V0/V1）-h1

V0：

入口带速度

V1：

出口带速度

h0：

入口厚度设定

h1：

出口厚度设定

Δh0：

入口厚度偏差

Δh1：

出口厚度偏差

ΔS：

位置的改变量

即通过测量带材的入口速度V0和出口速度V1以及出入口厚度h0，则出口厚度偏差Δh就被确定。

为此需要有对机架两侧的速度和厚度进行动态和精确测定的测量仪表。

预测轧机出口带钢的厚度，并与设定的出口厚度比较，将其差值转换成合适的辊缝控制器的偏置ΔS。

流量AGC提供了较其它AGC方式更为有效的厚度补偿方法，如果与监控AGC控制方式相配合将是最有效的厚度控制方案。

△S=△h1×（1+G/K）

式中：

△S—辊缝调节，△h1—出口带钢厚度偏差，G，K分别为带钢塑性刚度系数和轧机刚度系数。

（3）预压靠控制（液压压下位置零点的标定）

由于辊缝取决于工作辊的相对位置，因此在每次换辊后须重新确定辊缝的零点，即需要进行轧辊预压靠。

预压靠过程由操作工按下预压靠按钮启动，之后的预压靠全过程将自动进行，此时，压下装置，传动装置等相关设备均处于自动受控状态，并且相互联锁。

预压靠开始后，液压压下系统自动驱动轧辊相接触，并达到一个预定压力，然后，传动系统投入工作，使轧辊以慢速转动（120m/min），同时继续使轧辊达到预先设定的预压靠力，并在此时将轧辊位置设置为零，预压靠工作完成，此时将轧辊上抬，传动系统停止工作。

预压靠过程是位置控制和压力控制相互切换的过程，轧辊运动时，在位置控制方式，当轧辊相接触后，自动切换到压力控制方式。

（4）倾斜控制

1：

倾斜控制器优先级最高，它是直接作用在位置控制器和轧制力控制器的输出端，也就是直接作用在伺服阀的输入端。

2:

由于轧机传动侧、操作侧的液压缸之间没有机械上的联结，而且两侧负载不可能完全相同，设备的动态特性也不完全一致，因此两侧的运动不能保持同步，同步控制的目的就是使位移慢的一侧加快运动，位移快的一侧减慢运动，使两侧的运动速度保持一致。

系统中采用辊缝差信号进行闭环控制。

（5）AGC增益自适应

在轧制过程中，随着轧制道次的增加，带材的硬度逐渐增大，压下效率逐渐减小，AGC的增益需要逐渐增大，以保证AGC系统的动态响应速度。

为适应此硬度变化，根据测得的轧制力及带材压下率计算出带材的硬度系数，用以修正AGC的增益。

（6）张力补偿

当原料的厚度和辊缝发生变化时，会影响张力的变化，为了保证张力恒定，所以需要一个张力补偿值，作为卷取机的附加转矩给定。

（7）加速度补偿

当生产线升速或减速时，势必会造成卷取机转矩发生变化，为了保证张力稳定，在加速和减速的过程中，会有一个加速转矩补偿到卷取机中。

四．1450液压AGC系统的操作

1）功能

液压AGC系统，通过推上缸液压执行机构调节轧机辊缝，实现板厚纵向厚差控制。

液压AGC系统包括位置、前馈、反馈（监控）、流量AGC四个个闭环控制功能环，以及辊缝人工干预、事故自动手动处理功能。

液压AGC系统工况监视工艺参数显示于HMI工程画面之中。

在空载工况下，只有位置环起作用；在轧制工况下，根据工艺要求选用其它控制功能。

2）必要条件

·“AGC工作方式”转换开关置于“AGC工作”位置

·压靠过程正常执行过

·手动“AGC快泄”和“AGC系统恢复”功能正常

·相关指示灯显示正常（通过“试灯”按钮确认）

3）过程操作

A.厚度及辊缝设定

某一规格带材的轧制规程表由操作人员在HMI上选定，规程表中每个道次的厚度及辊缝设定值由工艺人员根据工艺条件确定。

原始规程表各道次及辊缝设定值经过试轧后，操作人员可以修正并存储在控制系统之中。

B.辊缝微调

a）辊缝联调

辊缝微调手动干预辊缝设定值，在轧机空载和负载工况都可以执行。

手动操作“辊缝联调”自复位转换开关，同步“增加”或“减少”操作侧和传动侧辊缝。

b）辊缝倾斜调整

当带材操作侧起波浪（穿带时）或操作侧张力小传动侧张力大（已卷取轧制时），操作人员通过点动“辊缝倾斜调整”之“操作侧”进行纠偏调整，可以改善上述带材倾斜现象。

当带材传动侧起波浪（穿带时）或操作侧张力大传动侧张力小（已卷取轧制时），操作人员通过点动“辊缝倾斜调整”之“传动侧”进行纠偏调整，可以改善上述带材倾斜现象。

主台和机前及机后操作箱都设有“辊缝倾斜调整”操作开关，用于辊缝倾斜调整。

C.前馈AGC

前馈AGC又称厚度预控，用于消除来料厚差对出口厚差的影响。

必要条件：

·AGC工作方式

·有压力、有速度轧制状态

·入口侧厚仪在线且正常工作

·前馈AGC功能投入状态

前馈AGC功能是否投入，主要视来料厚度偏差情况而定，如果板材纵向同板厚差较小，可以退出此功能，相反，投入此功能。

在人机界面（WINCC）中可以选择“前馈AGC”，“ON”表明控制系统准投入前馈AGC功能，待联锁条件满足后，前馈AGC功能生效。

若要退出前馈AGC功能，只需按“OFF”按钮，前馈AGC功能退出AGC系统。

D.监控AGC

监控AGC又称厚度监控，利用出口侧侧厚仪检测反馈的纵向厚度差实现带材的厚度监控，该功能是实现目标厚度公差的必要控制手段。

必要条件：

·AGC工作方式

·有压力、有速度轧制状态

·出口侧厚仪在线且正常工作

·监控AGC功能投入状态

监控AGC功能是否投入，主要视出口厚度偏差情况而定，如果板材纵向同板厚差较小，可以退出此功能，相反，投入此功能。

在人机界面（WINCC）中可以选择“监控AGC”，“ON”表明控制系统准投入监控AGC功能，待联锁条件满足后，监控AGC功能生效。

若要退出监控AGC功能，只需按“OFF”按钮，监控AGC功能退出AGC系统。

F.流量AGC

流量AGC利用入出口轧机质量流恒定的原理，对出口厚差进行补偿控制。

必要条件：

·AGC工作方式

·有压力、有速度轧制状态

·入出口侧厚仪在线且正常工作

·流量AGC功能投入状态

在人机界面（WINCC）中可以选择“流量AGC”，“ON”表明控制系统准投入流量AGC功能，待联锁条件满足后，流量AGC功能生效。

若要退出流量AGC功能，只需按“OFF”按钮，流量AGC功能退出AGC系统。

4）事故监控

液压AGC控制系统自动实时检测判断系统中的各类故障，当故障出现时，自动给出警示和保护处理。

其原则是：

A.轧制压力C级超限（C类故障）

当轧制压力超过1600吨时,AGC系统自动切换为恒压力轧制状态,并向传动系统及HMI发送C类故障报警信号,操作工人为判断是否停车。

B.轧制压力超限（产生故障停车）

当轧制压力超过最大轧制力（2000吨）的90%时,AGC系统自动进入快泄状态，即AGC缸快泄,并向传动系统及HMI发送故障报警信号,传动系统急停车。

C.AGC缸位移传感器故障（产生故障停车）

当AGC系统自动检测出AGC缸位移传感器故障时，AGC系统自动切除在线的位置控制环及其它控制环，只保留压力控制环，同时向传动系统及HMI发送故障报警信号，传动系统立即进入快停状态，待张力消失后，AGC缸快泄。

E.AGC缸高压腔压力传感器故障（产生故障停车）

当AGC系统自动检测出AGC缸高压腔压力传感器故障时，AGC系统自动切除在线的压力控制环及其它控制环，只保留位置控制环，同时向传动系统及HMI发送故障报警信号，传动系统立即进入快停状态，待张力消失后，AGC缸快泄。

F.两侧压力差超限（产生故障停车）

当AGC系统自动检测出两侧压力差大于轧制压力和的1/3时，AGC系统向传动系统及HMI发送故障报警信号，传动系统立即进入快停状态，待张力消失后，AGC缸快泄。

H.AGC站故障（产生故障停车）

当AGC液压站故障时，泵停车，AGC系统向传动系统及HMI发送故障报警信号，传动系统立即进入正常停车状态，待张力消失后，AGC缸处于快泄控制状态。

I.其它故障

其它故障（见相关说明）不需要快速保护，AGC系统向传动系统及HMI发送故障报警信号，操作工人为判断是否停车。

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