冷连轧机日立AGC控制研究.doc

1、冷连轧机日立 AGC 控制研究王金南（马鞍山钢铁股份有限公司，安徽 马鞍山 243000）摘要 介绍 AGC 控制基础知识，以马钢 2130 酸轧冷连轧机为例，选取日立 AGC 控制中的轧机弹性系数控制(BISRA) 、前馈控制 (FF)、反馈控制(FB) 、史密斯预估控制(Smith) 、轧辊偏心控制(REC)、秒流量控制(MASS Flow AGC)、动态变规格 (FGC)和控制加速/减速补偿控制(ACC/DEC compensation)进行分析，对日立控制模型的研究有一定参考价值。关键词 AGC 控制 P-H 图 UCM 轧机 HYROP-F 系统Research on Hitachi

2、 AGC System of Tandem Cold Mill WANG Jin-nan(Maanshan IronSteel Co，LtdMaanshan 243000)ABSTRACT This paper based on the introduction to the basics of auto gauge control.Through the elaboration of the Masteel 2130 PL-TCM tandem cold mill,selected BISRA,FF AGC,FB AGC,Smith AGC,REC AGC,MASS Flow AGC,FGC

3、 and ACC/DEC in Hitachi AGC system for analysis.It has a certain reference value for the study of Hitachi control model.KEYWORDS Auto gauge control P-H chart UCM-Mill HYROP-F system1 引言安徽马钢冷轧工程 2130 酸轧机组是马钢“十一五”技术改造重点工程之一，设计年产量约 210 万吨，产品厚度规格为 0.25mm2.5mm，宽度规格为 800mm2000mm，采用日立UCM 轧机。本文详细阐述了作为轧制过程自动

4、化的核心部分，UCM 轧机的日立AGC（AUTO GAUGE CONTROL）控制。通过摸索日立的控制模型，了解其软件的特点及如何调节系统的各项参数来达到对冷轧带钢的轧制要求，以期更好地生产出合格产品，创造更大的经济效益。2 AGC 控制基础知识轧制压力等于轧机弹性系数乘预设辊缝值与轧出厚度之差。(1)hSKP0式中 轧制力（kN）P轧机弹性系数K轧出厚度（mm）h辊缝（mm）0S对轧机弹跳方程和轧件塑性方程联立求解，用来确定各种参数变化时工作点定性的变化规律以及有关变量之间近似的定量关系。 (2)SKP(3)hk1(4)M2(5)KH由公式 2、3、4(6)Sh由公式 5(7)HMK由公式

5、6 和 7(8)hS(9)式中 塑性系数（轧件）M弹性系数（轧机）K入口厚度（mm）H出口厚度（mm）hS辊缝（ mm）图 1 P-H 图AGC 控制的目的 1就是借助于辊缝、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，使其达到预定的目标厚度。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及弹-塑曲线（P-H 图）为依据的。所以利用 P-H 图可以定性地、定量地、直观地分析各种厚控方法。3 冷连轧机日立 AGC 控制的主要特点以马钢 2130 酸轧冷连轧机为例，分析日立 AGC 控制流程如图 3 所示。图 2 马钢 2130 酸轧

6、冷连轧机 AGC 控制流程3.1 马钢 2130 酸轧冷连轧机配置(1)机械硬件：采用三菱-日立 6 辊 UCM 轧机，共 5 个机架(2)电气硬件：采用日立 R700 大型 PLC、大型 IGBT 矢量传动、基于日立 RS90 的过程系统、测厚仪（Thermo）、激光测速仪（BELT）、张力计（KYOWA）、磁尺（SONY ）、轧制力测量系统（ABB）和压力传感器等组成。(3)压力形式：采用日立开发的压上系统 HYROP-F，用电-液伺服阀来进行轧辊位置控制，单侧压上能力最大约 24000kN。(4)主要软件：为获得高精度冷轧产品，包括了过程自动化级的设定模型及基础自动化级的自动控制系统。3

7、.2 日立 AGC 控制的主要特点(1) 马钢 2130 酸轧日立 AGC 系统设计具有的功能参数：1#和 5#机架顶部装有压头。1#机架支撑辊安装接近开关，检测支撑辊的传动。每个机架之间、1#机架入口、5#机架出口均设有张力计。1# 机架和 5#机架出入口均设有 X 射线测厚仪（ 5#机架出口设有 2 台）。15#机架在轧辊液压定位缸配有压力传感器。另外 25 #机架出口设有激光测速仪。特别为UCM 轧机设计的力马达阀(FORCE MOTOR VALVE)和索尼磁尺（位移传感器）安装在压上缸处，高精度高响应。(2) 将日立 AGC 控制分为两大部分: 一、1#轧机的压上控制；二、 25#轧机

8、的秒流量控制(MASS Flow AGC)。1#轧机能够消除大部分来料缺陷。带钢的质量直接受 1轧机控制精度制约 2。因此在本 AGC 系统中 1#轧机具备多种控制功能，其目的就是最大程度降低 1#轧机出口厚差。其包含 AGC 控制功能有轧机弹性系数控制(BISRA)、前馈控制(FF)、反馈控制(FB)、史密斯预估控制(Smith)和轧辊偏心控制(REC) 。1#轧机控制： 1#轧机顶部压头和压上缸磁尺的反馈信号参与 1#轧机液压压上位置的BISRA 控制（如图 3 所示）。特点是控制改变轧机系数，响应速度快。功能是减少来料厚度和硬度偏差产生的影响；图 3 BISRA 控制前馈控制(FF)：1

9、#轧机入口 X 射线测厚仪提供前馈 AGC 信号，用以控制 1#轧机液压压上位置。响应速度快，有效补偿因高速轧制引起的来料卷厚度偏差；反馈控制(FB)：1# 轧机出口 X 射线测厚仪提供反馈 AGC 信号（又名监控 AGC），用以控制 1#轧机液压压上位置。轧机速度变化，控制增益改变，目的是保证 1#轧机出口厚度与目标厚度一致；史密斯预估控制：Smith AGC 用来校正反馈 AGC 的时间区域，由于反馈 AGC 在速度慢时不能修正的缺点，如果不引用 Smith AGC，则在轧机低速时 AGC 控制存在死区，此时就由史密斯 AGC 始终发出补正命令 3。Smith AGC 主要作用在轧机速度

10、100200mpm 时，而反馈 AGC 则是全范围使用， Smith AGC 是反馈 AGC 的一种补正。轧制线速度较小时，辊缝值变化较小，而 Smith AGC 只根据厚度的偏差、轧机的弹性系数、塑性系数来直接修正辊缝值，避免了因低速造成的 AGC 控制的无效区域。 轧辊偏心控制(REC)：1# 轧机支撑辊上的接近开关和 1#轧机主传动电机轴上的脉冲发生器（检测转速）提供 REC 控制信号。在轧制过程中，由于辊径的大小缘故，中间辊、工作辊速度高，偏心不易控制，轧制时摩擦产生大量热量，造成支撑辊有偏心。根据支撑辊的速度，对应不同的曲线，补偿主要由支撑辊偏心产生的周期性厚度偏差。25#轧机控制：

11、秒流量控制(MASS Flow AGC)。5# 轧机 X 射线测厚仪的厚度偏差值和25#轧机以及入口张紧辊的测速仪所测得的轧机入口与出口的带钢速度，共同提供参与轧机速度控制的反馈信号（如图 4 所示）。辊缝控制通过对张力的解耦控制；而机架间的张力又通过辊缝控制实现。AGC 的精度基于激光测速仪和快速响应的 IGBT 传动。图 4 秒流量控制(3) 动态变规格 (FGC)控制：当从当前轧制计划，变化到下一个轧制计划时，要调整液压缸位置、轧制速度等。此情况下轧制，调整轧机内轧辊位置使轧制程序表与 PLC 信号一致。保证机架间带钢张力稳定，需要控制轧机速度。要减小机架间张力波动，须通过轧制力变化和辊

12、缝变化等 FGC 控制，由当前计划到过渡计划，再由过渡计划到下一个计划，每个机架依次按序完成以上过程。(4) 加速/减速补偿控制(ACC/DEC compensation)：在轧制中带钢速度发生变化，荷重也发生变化。当速度慢时，摩擦系数大，荷重也大；速度快时，摩擦系数变小，荷重也变小，由此便需要 ACC/DEC AGC 控制液压压上位置。特点为低速时增加轧制力，高速时减少轧制力，补偿轧机加速和减速阶段工作辊与带钢之间摩擦系数的变化。4 结语冷连轧机日立 AGC 控制在经过对上述几个功能的调试，1#轧机能够消除大部分来料厚差和缺陷，为冷轧后带钢的质量提供保障。当生产来料厚差和波动较大时，在经过

13、1#轧机多种 AGC 控制共同作用以后，将厚差降低至允许范围。然后再经过 25#轧机的秒流量控制，最终获得厚度精度很高的冷轧带钢。在正常轧制时，产品厚差控制在 0. 3%以内。参考文献:1 齐新平.液压 AGC 的控制原理及 FMV 阀的应用J. 酒钢科技, 2011,2:175-185.2 刘博.轧机一机架 AGC 控制机理的研究J. 冶金设备, 2003,2(1):35-38.3 SUN Jie, ZHANG Dian-hua. Smith Prediction Monitor AGC System Based on Fuzzy Self-Tuning PID ControlJ . Journal of Iron and Steel Research(International) , 2010,17(2):22-26.作者简介：王金南，男，1993 年出生，毕业于东北大学机械工程及自动化专业，工学学士，在马钢股份冷轧总厂从事轧机设备技术管理工作。