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摘要： 鲁银带钢620mm热轧带钢投产于1984年4月，经过不断改造年产量达到110万吨，根据市场的需求，使老轧机轧制精度更高、更好的带钢产品，必须改造轧机的电动压下系统，目前改造了F5-F7电动压下系统为液压控制系统，并增加了厚度自动控制系统（AGC）使之运行比较成功。
关键词： 厚度自动控制；液压；监控
中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0210127－01
1 概述
鲁银带钢620mm热轧带钢轧机液压压下及厚度自动控制系统（AGC），控制数学模型采用动态设定型变刚度厚控方法（简称DAGC）；DAGC减少热连轧张力与厚度控制系统之间的干扰，增加金属秒流量补偿功能，提高厚度控制精度。轧辊压下油缸的位置控制和压力控制，构成AGC基本控制内环，分别以辊缝和轧制压力为控制目标，可达到μm级的综合控制精度。厚度控制（测厚仪闭环控制）以轧机出口带材的厚度为控制目标，构成AGC综合控制外环，通过对压下油缸的补偿控制并结合轧机弹跳模型，材质弹跳模型、轧制速度及张力设定及适时适量自动调整，实现各种AGC控制模式，可以有效的控制带钢目标产品的厚度偏差和板型。
2 网络方案
鲁银带钢620mm热轧AGC控制系统的网络设备采用原有的工业以太网产品。具体而言，位于主电室的PLC系统采用一个高性能的以太网卡，通过双绞线与主电室交换机相接。同时，位于操作室的HMI终端使用双绞线与操作室交换机相接，这些连接的速率均为100M。这样，网络系统就成为一个统一的整体。工业以太网系统使用TCP/IP协议。AGC控制系统的CPU与速度控制系统的CPU通过MPI网进行通讯；控制系统的PLC与操作室的HMI终端通过以太网进行通讯。PLC控制系统通过直接I/O或Profibus-DP现场总线接口连接现场的液压传动、检测开关及传感器等设备，完成对现场信号的采集和设备的控制。
3 AGC系统配置
液压AGC控制系统由一套西门子PLCS7-400，两套西门子ET200和两台HMI终端构成。其中：HMI所采用的WinCC系统软件包是HMI的核心软件，它具有数据采集、监视和控制自动化过程的强大功能，是基于个人计算机的操作监视系统。
4 AGC自动化系统控制功能
4.1 液压压下控制。液压压下控制功能可分为以下三部分：液压压下清零操作，液压压下手动控制，液压压下自动控制。
4.1.1 液压压下的清零。精轧机架换辊后或操作员凭经验判断轧辊零位漂移时，需对压下进行清零操作。操作员通过HMI畫面，介入压下清零请求给相关的PLC，清零完成信号显示在HMI。
4.1.2 液压压下手动控制。液压压下清零完成后，在精轧机架未咬钢时，操作工可通过设置在操作台上的液压压下手动控制手柄，根据需要选择对压下缸进行上抬、下压控制。
4.1.3 液压压下在线倾斜控制。在轧制时，由于来料的楔形或轧制过程中产生镰刀弯等情形时，轧件在精轧机轧制出现边浪或瓢曲，此时操作工可根据轧制情况使用操作台手动调平开关对轧辊进行在线倾斜控制（压操作侧/抬传动侧；抬操作侧/压传动侧），以改善轧制状况。轧辊倾斜控制量被限定在软件设定范围之内。当手动调平开关动作时，液压AGC控制功能将被封锁，直到手动在线倾斜控制退出控制。
4.1.4 液压压下自动控制。在自动方式下，在精轧机架未咬钢时，根据操作员通过HMI设定的位置基准值，PLC提供压下缸伺服阀电流基准值，接收来自安装于压下缸内位置传感器(MTS)检测的位置反馈信号，形成位置闭环控制，以提供压下缸快速、准确的定位。在液压压下系统中，压下缸靠轧制力的作用回弹，当进、出压下缸伺服阀的流量QL1不等于QL2时，导致压下缸上、下运动时的速度不同，流量增益不同，调节性能不同。为保证压下缸上、下运动时速度相同，须根据压下缸无杆腔压力值对压下缸进行流量补偿控制，使等效的负载流量不随负载压力变化。
4.2 液压厚度自动控制原理。液压厚度自动控制AGC的调节过程，实际上是解决外界扰动（坯料厚度和硬度差等），调节量（辊缝）和目标量（厚度）等之间的相互影响关系。外界扰动影响轧制力，调节辊缝也引起轧制力的变化。动态设定型AGC解决的就是外界扰动引起轧制力变化所产生的厚度变化。
4.3 AGC的控制方式。厚度控制系统有以下三种控制方式：绝对AGC、相对AGC、监控AGC。
4.3.1 绝对AGC。绝对AGC是以过程计算机设定的厚度作为目标控制厚度，同时锁定各机架预报轧制力进行自动厚度调节，追求带钢实际厚度与要求的成品厚度差最小为目标。当前机架咬钢后延时一定的时间t（延时时间由软件设定），在此延时时间内计算N次（5个扫描周期计算一次）带钢头部平均轧制力P*[P*=(P1+…Pn)/n]、平均辊缝值S*[S*=(S1+…Sn)/n]、带钢平均厚度h*[h*=(h1+…hn)/n]。若计算的带钢厚度平均值h与给定的目标厚度hmp之差未超过某极限值△hJX时（由软件设定），即hmp-h<△hJX，以过程计算机设定计算的目标厚度作为目标控制厚度。
4.3.2 相对AGC。相对AGC方式是指在当前机架咬钢后延时一定时间t（延时时间由软件设），在此延时时间内计算N次（5个扫描周期计算一次）各机架头部平均轧制力P*[P*=(P1+…Pn)/n]、平均辊缝值S*[S*=(S1+…Sn)/n]作为锁定值。在轧制相同规格一组带钢时，若轧制状态比较稳定，选择相对AGC的保持方式。则以前一块带钢头部锁定值S*、P*作为本块钢锁定值进行本块钢自动厚度调节。
4.3.3 监控AGC。监控AGC是在带钢头部到达测厚仪视区经过一定的延时t后（延时时间由软件设定），通过精轧出口测厚仪采集的厚差，计算出平均值，由监控AGC控制逻辑及监控量分配算法，决定各监控AGC投入机架的辊缝调节值。在带钢头部到达测厚仪视区经过一定的延时t后（延时时间由软件设定），监控AGC自动投入。如果精轧出口的测厚仪实测的厚度差|△h|≦死区值（死区值由软件设定），AGC不进行调节。如果|△h|>死区值，则计算辊缝调节量△s。如果辊缝调节量|△s|≦SFi（SFi是一个采控周期内Fi机架允许辊缝调节量），仅调节Fi机架压下；如果辊缝调节量|△s|SFi，则Fi机架辊缝调节量为SFi，辊缝调节余量按一定的控制逻辑和分配原则分配到上游监控AGC投入机架。根据参与监控AGC的机架，按照实际轧制速度计算，当该机架变形区带钢到达出口测厚仪时，开始一个新的采控周期。
5 运行效果
鲁银带钢620mm轧机AGC系统，自从2010年8月投入应用以来，运行非常可靠，调节速度快，没有出现过系统故障，并且具有定位精度高、操作灵活、容易维护、稳定性好等特点。
参考文献：
[1]刘安平、彭燕华，《现代热连轧自动厚度控制系统》，北京：冶金工业出版社，2009.
[2]孙一康，《带钢热连轧数学模型基础》，北京：冶金工业出版社，1979.
作者简介：
李明（1962-），男，山东肥城人，工程师，毕业于山东鲁东大学，主要从事电气自动化的维护工作。
关键词： 厚度自动控制；液压；监控
中图分类号：TP2 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0210127－01
1 概述
鲁银带钢620mm热轧带钢轧机液压压下及厚度自动控制系统（AGC），控制数学模型采用动态设定型变刚度厚控方法（简称DAGC）；DAGC减少热连轧张力与厚度控制系统之间的干扰，增加金属秒流量补偿功能，提高厚度控制精度。轧辊压下油缸的位置控制和压力控制，构成AGC基本控制内环，分别以辊缝和轧制压力为控制目标，可达到μm级的综合控制精度。厚度控制（测厚仪闭环控制）以轧机出口带材的厚度为控制目标，构成AGC综合控制外环，通过对压下油缸的补偿控制并结合轧机弹跳模型，材质弹跳模型、轧制速度及张力设定及适时适量自动调整，实现各种AGC控制模式，可以有效的控制带钢目标产品的厚度偏差和板型。
2 网络方案
鲁银带钢620mm热轧AGC控制系统的网络设备采用原有的工业以太网产品。具体而言，位于主电室的PLC系统采用一个高性能的以太网卡，通过双绞线与主电室交换机相接。同时，位于操作室的HMI终端使用双绞线与操作室交换机相接，这些连接的速率均为100M。这样，网络系统就成为一个统一的整体。工业以太网系统使用TCP/IP协议。AGC控制系统的CPU与速度控制系统的CPU通过MPI网进行通讯；控制系统的PLC与操作室的HMI终端通过以太网进行通讯。PLC控制系统通过直接I/O或Profibus-DP现场总线接口连接现场的液压传动、检测开关及传感器等设备，完成对现场信号的采集和设备的控制。
3 AGC系统配置
液压AGC控制系统由一套西门子PLCS7-400，两套西门子ET200和两台HMI终端构成。其中：HMI所采用的WinCC系统软件包是HMI的核心软件，它具有数据采集、监视和控制自动化过程的强大功能，是基于个人计算机的操作监视系统。
4 AGC自动化系统控制功能
4.1 液压压下控制。液压压下控制功能可分为以下三部分：液压压下清零操作，液压压下手动控制，液压压下自动控制。
4.1.1 液压压下的清零。精轧机架换辊后或操作员凭经验判断轧辊零位漂移时，需对压下进行清零操作。操作员通过HMI畫面，介入压下清零请求给相关的PLC，清零完成信号显示在HMI。
4.1.2 液压压下手动控制。液压压下清零完成后，在精轧机架未咬钢时，操作工可通过设置在操作台上的液压压下手动控制手柄，根据需要选择对压下缸进行上抬、下压控制。
4.1.3 液压压下在线倾斜控制。在轧制时，由于来料的楔形或轧制过程中产生镰刀弯等情形时，轧件在精轧机轧制出现边浪或瓢曲，此时操作工可根据轧制情况使用操作台手动调平开关对轧辊进行在线倾斜控制（压操作侧/抬传动侧；抬操作侧/压传动侧），以改善轧制状况。轧辊倾斜控制量被限定在软件设定范围之内。当手动调平开关动作时，液压AGC控制功能将被封锁，直到手动在线倾斜控制退出控制。
4.1.4 液压压下自动控制。在自动方式下，在精轧机架未咬钢时，根据操作员通过HMI设定的位置基准值，PLC提供压下缸伺服阀电流基准值，接收来自安装于压下缸内位置传感器(MTS)检测的位置反馈信号，形成位置闭环控制，以提供压下缸快速、准确的定位。在液压压下系统中，压下缸靠轧制力的作用回弹，当进、出压下缸伺服阀的流量QL1不等于QL2时，导致压下缸上、下运动时的速度不同，流量增益不同，调节性能不同。为保证压下缸上、下运动时速度相同，须根据压下缸无杆腔压力值对压下缸进行流量补偿控制，使等效的负载流量不随负载压力变化。
4.2 液压厚度自动控制原理。液压厚度自动控制AGC的调节过程，实际上是解决外界扰动（坯料厚度和硬度差等），调节量（辊缝）和目标量（厚度）等之间的相互影响关系。外界扰动影响轧制力，调节辊缝也引起轧制力的变化。动态设定型AGC解决的就是外界扰动引起轧制力变化所产生的厚度变化。
4.3 AGC的控制方式。厚度控制系统有以下三种控制方式：绝对AGC、相对AGC、监控AGC。
4.3.1 绝对AGC。绝对AGC是以过程计算机设定的厚度作为目标控制厚度，同时锁定各机架预报轧制力进行自动厚度调节，追求带钢实际厚度与要求的成品厚度差最小为目标。当前机架咬钢后延时一定的时间t（延时时间由软件设定），在此延时时间内计算N次（5个扫描周期计算一次）带钢头部平均轧制力P*[P*=(P1+…Pn)/n]、平均辊缝值S*[S*=(S1+…Sn)/n]、带钢平均厚度h*[h*=(h1+…hn)/n]。若计算的带钢厚度平均值h与给定的目标厚度hmp之差未超过某极限值△hJX时（由软件设定），即hmp-h<△hJX，以过程计算机设定计算的目标厚度作为目标控制厚度。
4.3.2 相对AGC。相对AGC方式是指在当前机架咬钢后延时一定时间t（延时时间由软件设），在此延时时间内计算N次（5个扫描周期计算一次）各机架头部平均轧制力P*[P*=(P1+…Pn)/n]、平均辊缝值S*[S*=(S1+…Sn)/n]作为锁定值。在轧制相同规格一组带钢时，若轧制状态比较稳定，选择相对AGC的保持方式。则以前一块带钢头部锁定值S*、P*作为本块钢锁定值进行本块钢自动厚度调节。
4.3.3 监控AGC。监控AGC是在带钢头部到达测厚仪视区经过一定的延时t后（延时时间由软件设定），通过精轧出口测厚仪采集的厚差，计算出平均值，由监控AGC控制逻辑及监控量分配算法，决定各监控AGC投入机架的辊缝调节值。在带钢头部到达测厚仪视区经过一定的延时t后（延时时间由软件设定），监控AGC自动投入。如果精轧出口的测厚仪实测的厚度差|△h|≦死区值（死区值由软件设定），AGC不进行调节。如果|△h|>死区值，则计算辊缝调节量△s。如果辊缝调节量|△s|≦SFi（SFi是一个采控周期内Fi机架允许辊缝调节量），仅调节Fi机架压下；如果辊缝调节量|△s|SFi，则Fi机架辊缝调节量为SFi，辊缝调节余量按一定的控制逻辑和分配原则分配到上游监控AGC投入机架。根据参与监控AGC的机架，按照实际轧制速度计算，当该机架变形区带钢到达出口测厚仪时，开始一个新的采控周期。
5 运行效果
鲁银带钢620mm轧机AGC系统，自从2010年8月投入应用以来，运行非常可靠，调节速度快，没有出现过系统故障，并且具有定位精度高、操作灵活、容易维护、稳定性好等特点。
参考文献：
[1]刘安平、彭燕华，《现代热连轧自动厚度控制系统》，北京：冶金工业出版社，2009.
[2]孙一康，《带钢热连轧数学模型基础》，北京：冶金工业出版社，1979.
作者简介：
李明（1962-），男，山东肥城人，工程师，毕业于山东鲁东大学，主要从事电气自动化的维护工作。