热连轧HAGC厚度精度控制攻关

崔伟东

摘要：HAGC控制是带钢热连轧控制的精髓，其被控对象是带钢的目标厚度，厚度控制的精度决定了带钢的产品质量。随着市场对产品厚度的要求越来越高，HAGC控制的精度已成为制约热卷产品质量的重要因素。升级控制系统、优化控制算法是解决厚度控制的精度问题的关键。

关键词：厚度自动控制；精度；优化

1 前言

HAGC控制是热连轧控制的核心，其精度直接影响带钢的产品质量。制约HAGC度控制的主要因素为：硬件配置低且容量小，计算效率低；网络结构不佳，影响数据传输效率；控制算法不优，特别是快循坏执行效率受限，AGC调节实时性低；标定程序存在人工干预，标定数据不精准；摆辊方式不统一，实时辊缝精度不高；测量系统设备陈旧且抗干扰性差，不能获得高精度的轧制力数据；厚度报警不完善，不能及时发现厚度超差，易产生批量质量事故。研究探讨HAGC精度控制对提高热连轧产品质量具有重大意义。

2 AGC改进的理论基础

在不考虑其它因素影响的前提下，轧机的预摆辊缝S、轧机的刚度系数K、机架轧制力P、轧件出口厚度h存在如下关系：

按照计算机控制的数字特性，在每采样周期内辊缝调节的控制算法如下：

依据以上公式，影响轧件出口厚度的主要因素是：预摆辊缝、轧机刚度即轧机弹跳系数、机架轧制力。

预摆辊缝的设定取决于二级模型，预摆辊缝的精度和辊缝实时调节的精度取决于辊缝摆动的动态响应的快速性；轧机刚度的精度取决于轧机标定时获得的轧机弹跳系数；机架轧制力的精度取决于测量轧制力仪器的精度和轧制力信号采集与处理的精度。

预摆辊缝、轧机弹跳系数、机架轧制力最终数据的获得取决于信号传输的路径和CPU的计算速度。

综上所述，改进AGC控制精度的措施是：升级控制系统；优化控制算法；优化标定程序；改进摆辊方式；升级测量系统。

3 AGC精度控制改进

3.1控制系统升级

控制系统扩容包含对CPU模板和通讯板卡进行扩容。CPU模板负责HAGC实时控制，采集并计算实时数据，完成HAGC控制；通讯板卡负责VME和TDC之间数据交换。将容量为32M的MVME172PA升级为容量为256M的MVME5100，提高控制系统的运算速度。

网络结构影响数据传输速度，通信报文格式与长度影响数据传输容量。网络改造的重点是改善网络结构和增加通信报文长度；网络改造的内容是改造HAGC中央控制单元分别到二级服务器、TDC、操作台及检验站之间的网络。HAGC中央控制单元与二级服务器之间的数据通信包含两部分组成：一部分通过工业以太网直接完成数据交换；另一部分则通过TDC中转，再经DP网与VME完成数据交换。由于两者传输路径不同，VME与二级服务器之间的数据交换存在时间上的差异，为解决这一差异，将VME与二级的数据全部由DP网经由TDC，再经工业以太网与二级完成通信。

3.2控制算法优化

HAGC中央控制单元CPU是基于嵌入式实时操作系统VxWorks，是多线程交互运行，分快循环、慢循环和背景循环。快循环扫描周期为1ms，慢循环扫描周期为10ms，背景循环扫描周期为100ms。

快循环负责优化现场信号的采集与计算、伺服阀的输入输出、AGC功能的运算执行和网络通信等需要快速响应的子程序。慢循环负责封油、标定、轨迹、VME和TDC之间的数据交换、FX和DM之间的数据交换等不需要快速响应的子程序。背景循环负责通信测试、循环测试等子程序。

VME和TDC之间的数据交换、FX和DM之间的数据交换在快循环中运行会使快循环执行效率下降，考虑到AGC控制的快速响应特性，将上述数据交换子程序放在慢循环中运行，减少快循环的负荷，提高快循环的运算效率，提高AGC调节的实时性。

3.3精度控制优化

3.3.1优化标定程序

自动调平取代人工调平的优势在于简化了标定过程，不需要VME和TDC频繁地交换数据，也就相应地减少了在建立压力后操作工手动干预带来的压靠力偏差。

优化标定后在建立压力后，VME不允许人工干预，减少了操作工干预，同时也减少了VME和TDC频繁的数据交换，提高了标定效率，减少标定重复率。

3.3.2增加液压摆辊

液压摆辊控制逻辑为：轧制规格变化时，由VME判断是否需要电动摆辊，若需要则先电动摆辊，其余行程由液压负责补充，在轧钢过程中由液压负责实时调节辊缝。在电动方式下，液压只摆到设定油柱高度，其它全部由电动来摆。在液压方式下，若系统在变换机架数、第一次切换到液压摆辊、变换目标厚度或目标宽度、预计目标油柱超出限幅等情况时，将自动进入电动摆辊状态。此时油柱回到初始位置，由电动进行摆辊。否则，将进行液压摆辊，由液压来完成设定辊缝。在液压摆辊状态，只要能将最终辊缝摆到位即可，不用考虑液压油柱的高度。液压摆辊保证了实际辊缝的精度跟随目标辊缝变化。

3.4升级测量系统

升级轧制力测量系统的关键是升级测压仪控制单元。原有的测压仪控制单元是从英国老轧线上拆回使用的，病发率高且无备件更换，不能同时满足所有机架都有测压仪在用。采用新一代测压仪控制单元，集成度高，测量精度高，故障自检效果好，能满足AGC调节对实时轧制力精度的要求。

升级油压测量系统的关键是升级测量转换模块和更换信号传输电缆。油压测量系统的问题反映在抗干扰性能差上，表现在有人在轧机附近使用对讲机都会产生较大的轧制力波动。采用屏蔽效果好的信号电缆和带有滤波功能的测量转换模块，大大提高了油压测量系统的抗干扰性。

3.5完善厚度报警

操作台安装有厚度监控HMI，方便操作工查看实时厚度曲线，但不能直观反映实时厚度与目标厚度的偏差。当带钢头部实时厚度与目标厚度的偏差超过限幅值时，AGC控制将由绝对AGC状态进入相对AGC状态，但操作台厚度监控HMI画面并未显示头部厚度已超差。

完善厚度报警目的是增加厚度偏差报警提示。厚度偏差报警的逻辑条件为：带钢头部实际厚度与设定厚度偏差大于预设值时，弹出厚度超差报警画面，用以提示带钢厚度已超差，操作工可及时反馈给二级，二级优化轧制参数后可及时避免产生批量质量事故。

3.6精度控制改进效果

AGC控制系统升级后运算速度加快，提高了数据处理的动态响应；网络改造后数据传输速度加快，提高了数据采集的实时性；控制算法优化后，减轻了快循环的负荷，提高了快循环的执行效率，同时也提高了AGC调节的实时性。

标定程序的优化为带钢轧制提供了更加精准的标定数据，弹跳标定获得的轧机刚度提高了轧机弹跳系数，零点标定获得的零点提高了零点辊缝的精度；液压摆辊方式的改进提高了实时辊缝的精度；测量系统的升级实现了直接轧制力和间接油压轧制力的精准切换。

厚度报警的完善提醒操作工关注头部厚度是否超差，及时避免了头部厚度超差影响范围的扩大和批量质量事故的产生。

4 结语

柳钢2032mm热连轧HAGC厚度精度控制改进后，控制运算速度和网络传输数据实时性得以提高，优化控制算法和标定程序为带钢轧制提供了更加可靠的标定数据，增加液压摆辊功能保证了带钢轧制辊缝的精准度。厚度精度的改进改善了热卷产品质量。

參考文献：

[1]孙一康.带钢热连轧的模型与控制.北京：冶金工业出版社，2002.10.

[2]罗国庆.VxWorks 与嵌入式软件开发.北京：机械工业出版社，2003.9.

[3]陈战林，张万年，耿宏运.C++Builder组件大全.北京：电子工业出版社，2002.1.