莱钢1500mm热轧带钢生产线AGC系统的应用与研究
发布者：孙丽荣 发布时间：2010-2-8 15:35:00
内容摘要
摘要：厚度精度是热轧带钢产品质量的重要指标，厚度精度控制的好坏直接影响到带钢使用性能及连续自动冲压后步工序，此外厚度偏差对节约金属影响也很大。AGC系统是热连轧精轧机组自动控制中一个极为重要的组成部分，是提高热轧带钢全长厚度精度的主要手段，本文介绍了莱钢1500mm热轧生产线AGC系统的工作原理及应用效果，对热轧生产线AGC系统的设计应用有很大参考价值。
正文
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孙丽荣
（莱芜钢铁银山型钢有限公司 板带厂，山东 莱芜271104）
1前言
带钢的尺寸精度控制主要是厚度精度控制，因为厚度精度不仅影响到带钢使用性能及连续自动冲压后步工序、而且在生产中的控制难度最大。此外厚度偏差对节约金属影响也很大。板、带钢由于B／H很大，厚度一般很小，厚度的微小变化势必引起其使用性能和金属消耗的巨大波动，故在板、带钢生产中一般都应力争高精度轧制以及按负公差轧制。带钢头部的厚度精度，这主要决定于精轧定模型精度，而带钢全长的厚度精度(均匀性)，主要依靠自动厚度控制(AGC)系统来实现。
2 AGC系统概述
对于现代带钢热连轧机，一般要求在全长各点厚度值和锁定值之差小于±0.03mm。设定模型对各机架的辊缝预设定主要解决了带钢头部精度，但在实际轧制过程中会遇到各种干扰，为了消除这些干扰的影响，减少带钢厚度公差，需设置精轧机组自动厚度控制系统，因此AGC系统是热连轧精轧机组自动控制中一个极为重要的组成部分，是提高热轧带钢全长厚度精度的主要手段。目前在现代带钢热连轧机上广泛采用直接数字控制计算机进行厚度自动控制，简称DDC-AGC系统，它能综合采用多种形式的厚度自动控制系统，以适应不同钢种，不同成品规格以及各工艺参数变化的要求。
AGC系统采用的基本方程是弹跳方程：
但为了进一步提高厚调精度，需采取各种补偿措施，主要是弯辊力造成的厚度变化补偿，油膜厚度补偿以及辊缝零位补偿。同时利用测厚仪直接测得的成品带钢厚度值为基准对AGC系统进行监视，另外为了克服以弹跳方程为基础的反馈式AGC系统的滞后现象，在AGC系统中增加前馈控制功能。
上式中， ——弯辊力造成的厚度变化
——油膜轴承的油膜厚度变化
——辊缝零位（热膨胀及磨损）
——轧机的刚性系数，牛顿/毫米
——轧辊辊缝值，毫米
莱钢1500mm热轧生产线精轧机组具有6个机架 ，每架轧机都具有AGC控制功能，在6个主机液压压下装置上实现各类AGC算法。分别有前馈硬度AGC、反馈压力AGC、测厚仪监控AGC。并在各机架上根据不同产品采用综合智能化组合AGC。AGC控制投入将对活套系统、弯辊控制等给予补偿控制。
2.1 直接测厚方式AGC系统
该AGC系统是根据精轧机组出口侧装设精度比较高的测厚仪，直接测出带钢实际轧出厚度并与给定的目标厚度（即锁定厚度）值进行比较，当两者数值相等时，厚度计输出为零（厚度计的输出量就是厚度偏差值δh）即δh＝0。若实测厚度值与给定的目标厚度不等而出现厚度偏差δh时，便将该δh反馈给厚度自动控制装置进行辊缝调节。
这种AGC系统的特点是：厚度变化的检测量与控制量不是在同一时间内发生的（因为测厚仪离工作辊中心线有一定距离），因此当检测点检出厚度的波动不能得到及时的反映，而有一定的滞后时间τ。
2.2 GM(厚度计)方式AGC系统
GM(厚度计)方式AGC即为轧制力反馈AGC，简称GM-AGC或BISRA-AGC，是为了克服直接测厚AGC系统传递时间的滞后和检测的困难（对于带钢热连轧机精轧机组，除入口和出口处设置有测厚仪外，其他各机架的出口处无法装设测厚仪），因此采用间接测厚AGC系统。GM－AGC的实际厚度是利用弹跳方程计算出来的。GM方式的基本原理是：利用弹跳方程，根据测压仪和辊缝仪分别测得轧制压力偏差信号δp，辊缝位置的变动量Δs,然后把这两个变量叠加起来，得到带钢轧出厚度的偏差值δh（ ）,将该δh反馈给厚度自动控制装置进行调节。这是AGC系统中基本的控制功能。
2.3 监控AGC系统
由于间接测厚的方法存在精度不高的缺点，因此在精轧机组末架的出口侧装设精度比较高的测厚仪来检测成品带钢的实际厚度偏差δh，并反馈到各机架的厚度自动控制系统种，以修正系统的误差值，以进一步提高控制精度。图1为监控AGC功能示意图。
图1 GM-AGC+监控AGC系统原理示意图
图中： ——轧机的刚性系数，牛顿/毫米
——轧辊辊缝值，毫米
——锁定厚度
——轧件的塑性系数
CY——测压头
由于测厚仪直接测厚可将在轧制过程中轧辊磨损以及热膨胀等所造成的厚度偏差检测出来。因此在间接测厚的AGC系统中采用监控AGC可进一步提高厚控精度。
2.4 KFF（硬度前馈）式AGC系统
硬度前馈AGC（图2）。造成热带钢厚差的主要原因是带钢全长的温度不均匀所产生的“硬度”波动：
传统的前馈AGC只考虑了其中的 影响，没有考虑 ，所以效果不是很理想。我们在鞍钢1700mm热连轧上使用了硬度前馈AGC控制方案，生产数据表明，KFF-AGC抓住了造成热轧带钢厚差的主要原因并充分发挥前馈AGC的优点，使AGC功能提高了一大步。
图2 KFF-AGC控制方案
2.5补偿AGC
2.5.1活套补偿
AGC调节会造成前滑/后滑的波动，而机架间板带活套量又会随着前滑/后滑的波动而波动。因此，活套补偿检测到前滑/后滑的波动后，需要通过控制轧机的速度来保持机架间板带套量为常数。
2.5.2弯辊力补偿
弯辊力补偿是由于在AGC工作时，对于轧制压力将主动造成波动，此时单从板厚质量来看得到了改善，但板形质量可能变坏，为此采用前馈方式计算此影响量，使AGC的S动作与弯辊动作同时，将可能既保证了厚度，又保证了板形。
2.5.3轧辊偏心补偿
支撑辊偏心会使轧制力发生周期性波动，因此需要采用数字滤波方法将偏心造成的轧制力波动滤去，然后将轧制力用于反馈控制。
2.5.4辊缝零位 补偿
间接测厚法是利用磁尺信号来表示轧辊辊缝的，但实际上轧辊直径由于磨损和热膨胀产生缓慢的变化，其结果将使实际辊缝和反馈信号指示有差异，即发生辊缝零位漂移。因此需要分别对各机架的辊缝零位 进行补偿。
2.5.5油膜轴承厚度 补偿
油膜厚度随轧制速度和轧制力的改变而变化，因此在AGC系统中辊缝设置和间接测厚时应考虑轧制速度和轧制力的变化值。油膜厚度是辊缝的动态变量、油膜厚度的变化可达200—400 µ。它的影响通过校正AGC的辊缝信号实现补偿。
2.5.6尾部补偿
当板坯的尾部经过轧机时，下一机架失去后张力，使出口厚度突然变厚，因此需根据预测的强制缩减值进行补偿。由于控制延迟及将被控制的板坯长度减少，所以尾部补偿对于板坯速度较快的下游机架影响不大。由于下游机架的板坯比较薄并且为了防止堆钢，补偿量必须减少，所以应加大上游负荷。
2.5.7轧辊热凸度和磨损变化的补偿
轧辊热凸度和磨损变化的补偿采用自适应方法得到。成品机架后有测厚仪，所以成品机架的轧辊热凸度和磨损可以由弹跳方程计算厚度与实测厚度差校正之。其它机架厚度的实测值是由秒流量相等条件计算的。当投运AGC后，各机架厚控精度提高，活套波动量减小，更接近于稳态，所以使秒流量相等计算厚度精度提高，辊缝校正的量波动减小。
2.5.8流量补偿
在热连轧生产中，张力是影响厚度控制的重要因素之一。张力控制与厚度控制之间存在相互干扰，尤其是在穿带过程中，张力波动大容易引起轧机的振荡，使AGC不能正常投入使用。在稳态阶段，由于AGC调节厚度变化引起张力变化，反之，张力变化也会引起厚度变化。这种干扰单靠活套系统是很难消除的，所以开发了金属秒流量补偿的方法来消除这种干扰影响。
3 结语
莱钢1500mm热轧生产线AGC系统运行稳定，高精度控制达95%。系统在综合运用以上几种控制方式的基础上不断得到优化完善，产品的厚度控制精度不断提高，取得了很大经济效益，也为AGC系统进一步优化奠定了基础。
作者简介：
孙丽荣，男，1977年生，2001年毕业于太原重型机械学院金属压力加工专业，现为莱钢板带厂工程师，从事轧钢工艺技术管理工作