浅析热轧厂精轧液压AGC控制系统

摘要：在热轧生产线上，精轧机控制是最重要的控制部分。AGC系统在液压压下具有调节精度高、抗干扰性能好、截止频率高、反应快、惯性小的优点，所以目前热轧厂普遍使用液压AGC控制系统（HAGC）。文章重点分析了液压AGC（西门子PLC控制器）的组成结构、控制原理及其主要的控制功能等。

关键词：精轧机；液压AGC；厚度控制；热轧厂

中图分类号：TG333 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）14-0037-03

1 概述

精轧机控制作为轧线上的主要控制内容，它包括了板型、厚度、活套和主速度四个方面的控制。厚度控制又是其重点控制内容，厚度控制好坏将直接关系到产品质量的好坏，它主要包括了监控、偏心补偿、反馈和前馈的自动增益控制。当自动厚度控制系统调整压下进行厚度控制时，会促使轧制力改变，改变轧辊辊系的弯曲变形，对辊缝形状产生影响，进而影响板形，当利用自动板形控制系统对板形进行调整时，又会因辊缝形状改变而对出口厚度产生影响。另外，当终轧温度控制对机架间加速度、喷水进行控制时，会改变机架的轧制温度，进而对出口板形、厚度产生影响，由此看来，精轧机各控制功能必须实现相互协调以及补偿信号的相互传递。

目前，在精轧系统中常采用液压自动增益控制（AGC，Auto Gauge Control）系统对板厚进行自动控制，因为AGC系统在液压压下具有调节精度高、抗干扰性能好、截止频率高、反应快、惯性小的优点，它是提高带钢厚度精度、带材合格率的一项重要技术，液压AGC系统也被越来越多的精轧生产线所应用。

2 液压AGC系统的组成及控制原理

2.1 系统组成

液压AGC控制系统主要包括了控制装置和执行机构，其中控制装置主要指检测元件和计算机，执行机构主要包括液压缸和液压系统。AGC系统的检测元件包括测压仪、测厚仪、压力和位置传感器。液压AGC系统主要是通过传感器和测厚仪测得相应参数，再根据参数对轧制力、压下缸位等进行调整，进而达到控制带钢厚度的目的。

我厂精轧机组的液压AGC控制系统采用了德国西门子公司的PLC产品：SIMATIC TDC。TDC是一种高性能、多CPU的控制器，它是西门子公司的升级产品，TDC能很好地满足液压AGC系统控制高速位置的要求。选用TDC作为系统控制器不仅是液压AGC系统的要求，也是精轧机控制功能的要求，因为精轧机组有着多种的、集中的控制功能，且要求各控制站之间能快速更新、控制信息。为满足数据交换快速响应、数量庞大的要求，在各精轧机的TDC之间使用了光纤网（100M）进行连接。TDC的硬件配置及其用途如表1所示：

表1 TDC的硬件配置及其用途说明

序号 模板名称 槽号 用途

1 CPU1 1 F1主速度，F1压下APC、AGC

2 CPU2 2 F1活套、侧导板，F1弯辊、串辊

3 CPU3 3 F2主速度，F2太下APC、AGC

4 CPU4 4 F2活套、侧导板，F2弯辊、串辊

5 DP/MP1 6 DP联接分布式I/0，MP1连接编程器

6 SM500 10 D1、D0、A1、A0磁尺

7 GDM模板 16 全局数据网通讯

2.2 液压AGC的控制原理分析

通过调整板厚偏差以获得标准板厚是AGC控制的最终目的。液压APC是液压AGC系统的执行机构，它主要用于辊缝调节量的确定。然后在轧钢过程中，利用液压AGC对辊缝进行动态调整，最终达到消除板厚偏差、获得标准板厚的目的。

2.2.1 液压APC的控制原理。液压APC系统的控制原理是：先控制轧辊的倾斜，再精确预摆辊缝。为了获得较好的轧件板形，要在最后的精轧机上采用恒轧制力控制。而其他精轧机的APC系统则可由操作人员选择恒辊缝控制或恒轧制力控制。液压APC的控制原理图如图1所示：

图1 液压APC控制原理示意图

2.2.2 液压AGC的控制原理。为克服自动厚度控制的难度，液压AGC采用了监控AGC与测厚仪反馈控制相结合的方法。测厚仪方式（GM）是通过弹跳方程来计算出实际厚度的，基本弹跳方程的公式如下：

式中：

S——轧辊辊缝值（mm）

C——轧机的刚性系数（N/mm）

SF——厚度变化

G——辊缝零位（热膨胀及磨损）

O——油膜厚度变化

测厚仪方式原理：通过辊缝仪、测压仪测得S（辊缝位置变动量）、δP（轧制压力偏差），叠加S和δP得出δh（轧出厚度偏差），最后再将其反馈给厚度自动控制装置，以调节厚度偏差。液压AGC系统通过采用监控AGC与测厚仪反馈控制，有效克服了AGC直接测厚存在的检测困难、传递滞后的问题，其控制原理框图如图2所示：

图2 液压AGC控制原理示意图

3 锁定方式及锁定值的确定

要实现AGC控制，必须首先确定目标厚度作为控制基准。在将某时刻的实际板厚确定为目标值后，之后板厚变化量也与之相对应，便于进行调节、锁定，就是将实际板厚确定为目标厚度的这一过程，确定出的目标厚度值俗称为锁定值。一般是锁定方式有AUTO1锁定、AUTO2锁定和人工锁定三种方式。

3.1 AUTO1锁定

AUTO1锁定是指当精轧机组中某一机架（Fn）接通负荷继电器后，在AUTO1位置处经相对应的延迟时间（F1-1s、F2-1s、F3-0.8s、F4-0.7s、F5-0.6s、F6-0.5s）自动确定目标厚度值，穿带性能好的钢种适宜选择这种方式。

3.2 AUTO2锁定

对于穿带性能不好的钢种，较为适宜使用AUTO2锁定方式。AUTO2锁定是指接通精轧机出口HMD（热金属检测器）后，在AUTO2位置处在经一定延迟时间后，将CPU运行周期作为采样周期，当X≤KDEV，时

（KDEV：锁定常数；i：扫描计数值；Xi：第i次扫描厚度偏差），即确定目标厚度值。

3.3 人工锁定

在带钢接通精轧机出口HMD后，在测厚仪测得的偏差值趋近于零的情况下，由操作员决定锁定与否，若锁定，就按下AGC人工锁定按钮即可锁定，该种方式主要适用于新开发的钢种。

4 液压AGC系统的控制功能

4.1 AGC系统的厚度控制目标

AGC厚度控制的工艺操作要求为切头、切尾，头部允许误差在100um以内，在多种锁定方式间灵活切换。厚度自动控制指标如图3所示，其中高精度命中率不小于97%、普通精度命中率不小于98%、考核精度命中率不小于99%。

图3 厚度控制指标

4.2 厚度偏差监控功能

锁定板厚还等同于真正的成品厚度，为了达到成品厚度要求，就需要反馈厚度偏差至系统，再对其进行补偿。由于在轧制过程中的一些因素会缓慢发生变化，如热膨胀、轧辊磨损、计算误差等，所以都可能带来厚度偏差，因此需要应用X射线对偏差量进行测量，并将监控量反馈至各机架进行补偿。X射线监控量公式为：（：测厚偏差值；MNG：监

控增益；Ti：材料从机架移动到X射线所用时间）。

4.3 弯辊力的补偿功能

弯辊力补偿，是指弯辊在发挥作用时，会造成轧制力的波动，此时虽然可让板形质量得到改善，但也可能对带材的厚度精度产生影响，因此在计算辊缝修正量时，要将弯辊力影响考虑在内，以同时保证带钢的厚度精度和质量。弯辊力补偿值的确定参考以下公式：

ΔSWG：辊缝变化量。

4.4 自动复归功能

在进行厚度自动控制时，各精轧机的辊缝值都会或多或少地偏移其原设定值，因此为了不对下一块进入精轧机的带钢造成影响，减少调节辊缝值的时间，AGC系统可对辊缝值自动复归。AGC系统在运作之初会先对各机架辊缝的设定值进行记忆，在其工作结束时，又会将各精轧机的辊缝值恢复至原设定大小，便于下一带钢辊缝值的调节。

5 结语

液压AGC系统有效规避了传统检测的弊端（检测数据准确性不高、延迟时间长）、克服了多种变动因素的影响，它能在复杂的现场环境中正常工作，使控制精度得到了显著提高。目前，世界上大部分的新建热轧厂的精轧机都采用了液压AGC控制系统，将成品纵向厚度的偏差控制在-30um～30um以内，在提高产品精度的同时，也让企业获得了更高的经济效益。但是，大部分国内企业的液压AGC控制系统还是依靠进口，因此，我国自主开发出一套适应当前国内企业需求的液压AGC控制系统是非常必要的。

参考文献

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[2] 何敬秋，何新颖，王瑞文，等.620mm热连轧中AGC控制系统的研究与应用[J].硅谷，2011，（3）：54-54.

[3] 郑雷，张学成，张帅，等.带钢精轧机液压AGC的研究[J].电子科技，2010，23（2）：107-108.

作者简介：司长平（1984—），男，河北邯郸人，邯郸市纵横钢铁集团有限公司助理工程师，研究方向：西门子传动与自动化设备现场应用。

（责任编辑：周 琼）