板带轧机AGC自动控制系统研究

谭柱花

摘 要 自动厚度控制（AGC:AutomaticGaugeControl）功能的目的是通过精轧机压下机构的调整以及其他一些补偿措施，消除在轧制过程中沿带钢长度方向因各种原因产生的带钢厚度偏差，保证精轧成品带钢纵向（沿中心线）厚度满足精度要求。

关键词 自动厚度控制 补偿措施 带钢 精度要求

中图分类号：TP2 文献标识码：A

Research on Strip Mill AGC Automatic Control System

TAN Zhuhua

(Yunnan Yuxi Emerging Steel Co., Ltd., Yuxi, Yunnan 653100)

Abstract Automatic gauge control ( AGC: Automatic Gauge Control ) function is designed by the finishing mill screwdown adjustment as well as a number of other compensation measures, eliminate in the process of rolling along the length of the strip direction for various reasons the strip thickness deviation, ensure finish rolling strip longitudinally ( along the center line ) thickness to meet the accuracy requirements

Key words automatic thickness control; compensation measures; strip steel; accuracy

1 AGC控制原理

1.1 带材厚差产生的原因

带材厚度发生变化的原因可以归结为由轧件产生的、由轧机产生的、轧制工艺状态变化造成的、以及轧机操作引起的几大类。由轧件产生的厚差的原因包括轧件变形抗力的变化（如材质不均，温差）、来料厚度波动等；由轧机产生的厚差的原因包括油膜轴承油膜厚度的变化、轧辊偏心、热膨胀、磨损等；由轧制工艺状态变化造成厚度变化的原因包括辊缝、速度的调整等。针对产生厚差的原因不同，应采取不同的厚度控制方式和补偿措施。

1.2 带钢基本厚度控制功能及补偿措施

带钢的厚度控制已经开发了多种控制功能，具体包括：GM—AGC，也称压力AGC或反馈 AGC、X—监控 AGC、活套补偿、宽度补偿、尾部补偿。

1.2.1 绝对AGC与相对AGC控制原理

绝对AGC与相对AGC是针对厚度控制目标值而提出的两种控制方式。我们知道，带钢热连轧厚度控制的两个基本功能为针对热轧 GM—AGC 和 X—监控AGC，这是两个独立的控制功能，各自具有自身的控制目标值。对任何一个机架来说，若不考虑其他控制方式（如前馈 AGC：FF—AGC），则其厚度调节行为取决于这两种控制功能的合作用。对 X—监控 AGC，厚度控制目标值通常由产品的厚度规格值决定，但为了减小同板差，某些场合（如作为冷轧坯料）也可以带钢头部的实测值作为厚度给定值。称前者为绝对方式的X—监控 AGC，而称后者为相对方式的 X—监控 AGC。X—监控AGC只有一个厚度给定值和一个厚度检测值（由 X 射线测厚仪给出），但它所产生的控制作用则按加权方法分配至各个机架，以减轻末机架的调节负担。

对GM—AGC，每个机架都有一个相应的厚度控制回路，即每个机架都有其自身的GM方式厚度给定值和反馈值（由弹跳方程给出）。如果厚度给定值取自带坯通过该机架时在锁定时刻基于弹跳方程算得的厚度测量值，则称为相对方式的 GM—AGC；而如果是以过程计算机的设定计算程序所给出的该机架目标厚度（或称为分配厚度）作为厚度给定值，则称为绝对方式的 GM—AGC。通常所谓的绝对 AGC，即指绝对方式GM—AGC。绝对方式的 GM—AGC 对于优化轧制过程、提高厚控质量，具有本质上的优越性。但这种方式的有效实现，有赖于设定计算模型的精度和优化，弹跳方程的精度以及执行机构的快速性。根据热带轧机的实际情况，多数自动厚度控制系统将以相对GM—AGC 为主，以绝对 GM—AGC 作为可选项。对于 X—监控 AGC 来说，除非专门指定，都将按绝对方式工作，以保证产品规格符合生产要求。

1.2.2 宽度补偿

轧件刚度系数 C 是轧制压力 P 和带钢宽度的函数，即 C=f(p,b)。在测得标准辊身长度下的 C 后，需要根据不同的带钢宽度对其进行补偿，补偿值大小可用如下经验公式求得：

Kb=1-(WR-W)KW/ WR，其中：Kb为带钢宽度修正系数、WR为轧辊辊身长度、W 为轧件的宽度、KW为宽度修正因子（一般为 0.2）。

1.2.3 辊缝零位常数 G

间接测厚法是利用辊缝仪信号来表示轧辊缝隙的，但实际上轧辊直径由于磨损和膨胀而产生的缓慢的变动，其结果将使实际辊缝和辊缝仪指示有差别，即辊缝零位漂移，为此引入了辊缝零位常数 G。辊缝零位常数确定的方法是：利用上一卷钢在稳定轧制条件时，各机架“实测”出口厚度 h*和用间接法算出的厚度 h 之差来求得，及 G=h*-h，所谓实测厚度是指，在稳定轧制条件下，以末机架后的 X 射线测厚仪所测的成品厚度为依据，用秒流量相等法则推算出的各机架出口厚度。

1.2.4 尾部补偿

当带钢尾部离开某一机架（i-1 机架）时，下一机架（i 机架）的后张力立即消失，使其轧制压力加大，因而出现尾部失张厚跃现象。为了消除这一厚差，本 AGC 系统采用“尾部补偿”功能，即在带钢尾部离开 i-1 机架时，加大 i 机架的压下量，将带钢的尾部多压一些（压尾），调节量下式求得：= ，其中 kT为调节增益，hi-1为 i-1 机架带钢尾部的出口厚度，t 为带钢尾部从 i-1 机架到 i 机架所需的时间。并非每个精轧机架都要进行尾部要补偿，是否进行补偿可由HMI上选择开关来控制。一般最末两个机架的轧制速度高，带钢较薄，尾部失张厚跃现象不严重，不进行尾部补偿。

1.2.5 活套补偿

当 AGC 系统对 i 机架辊缝进行 S 的调整后，其轧件出口厚度变化了一个 h 的值，从而导致了机架间的秒流量（或活套量）发生变化。此秒流量变化 vi-1的值，其值的大小可根据秒流量相等的关系求出：hi-1(vi-1+ vi-1) = (hi+ hi)vi展开后得：hi-1vi-1+hi-1 vi-1=hivi+ hivi 因为 hi-1vi-1=hivi，所以hi-1 vi-1=vi hi上式可写为 hi-1 voi-1(1+fi-1)=vi hi，式中 voi-1 为 i-1 机架轧辊的圆周速度，fi-1为 i-1 机架轧件的前滑系数。由秒流量相等的关系得：==[] /按照以上公式，根据下游机架辊缝值的变化 Si调节上游机架主传动的速度，即可维持秒流量相等，保持活套量恒定。

2 AGC 的时序控制与逻辑控制

AGC的控制过程主要包括待钢、穿带与锁定、稳态轧制、尾部轧制等阶段。在各个不同的阶段，AGC有关功能的投入/切除的时刻控制和投入/切除的条件控制，即所谓的时序控制和逻辑控制。正常情况下，经过切头的带坯进入精轧机之前，精轧各机架的辊缝 APC（自动位置控制）和主轧机速度均应按照过程计算机针对该材的设定计算结果运行到位，整个机组处于待钢状态；AGC 的功能请求开关和方式选择开关业已置位；而若整个 AGC 系统的有关部分均处于无故障状态，则计算机系统此时也应给出“AGC 就绪”标志。如果在该阶段操作员根据此前的轧制状况，判定某机架或某几机架的辊缝或主速度不合适，可以人工干预即通过操作台手柄进行微调整。由于此前 APC 已经完成，因此人工干预后 APC不会再启动。从F1 咬钢开始到带头通过精轧末架、各活套调节进入稳态为穿带阶段，AGC的锁定过程主要在该阶段完成。在该阶段，采用不同的控制方式和不同的锁定方式，各机架 AGC 的投入时序也不同。如果是绝对 AGC，则每架咬钢后，该架 AGC 即刻投入，开始按照设定厚度进行厚度调节。如果是相对 AGC，则 AGC 投入时序视锁定方式的不同而不同：如选择 AUTO-1 方式，每架咬钢后延时一定时间后进行厚度锁定，并投入 AGC;如选择 AUTO-2 方式，则整个机组穿带结束后，根据 X 射线测厚仪给出的带钢实测厚度，或者当厚差进入给定精度范围时就行自动锁定，或者计时到若干秒后自动锁定，并在锁定完成后所有机架 AGC 同步投入。AGC 功能投入运行后，按照控制算法，将精轧出口带钢厚度控制到并力图稳定在设定值附近。AGC 运行期间，某机架的 AGC 或所有机架的 AGC 可以在下述情况发生时予以切除： AGC 部件出现故障，如检测元件、执行机构异常；操作人员对辊缝进行人工干预；操作人员按下“STOP”(AGC 停止)按钮；操作人员撤消 AGC 投入请求。如果是因故障引起的 AGC 切除，则在本块钢轧制完成前，AGC 保持切除状态，操作人员此时应撤消 AGC 请求。待对故障进行了确认并排除后，再给出投入请求。如果是压下人工干预，则在干预期间，AGC停止动作；干预一结束，AGC立即对该架重新进行锁定，并按照新的锁定值进行控制。“STOP”按钮按下后，所有机架的 AGC 全部切除。此后如果再按下“START”按钮，则全部机架立即进行重新锁定，AGC 再次投入运行。AGC 投入请求撤消引起的 AGC 切除，可在重新发出请求信号后恢复运行对于绝对 AGC 系统，若操作员对压下进行了人工干预，则该架 AGC 将在干预结束后，立即进行锁定，并按照相对 GM-AGC 方式运行。从 F1 抛钢开始，AGC进入尾部控制阶段。某架轧机抛钢后，该架 AGC 立即切除，同时发出 APC 请求信号，使该机架的辊缝和主速度恢复到咬钢时的状态，称之为压下和速度回归。但如果抛钢时新的设定数据已经下送，则按新的设定值进行APC 控制，为下一条带钢的轧制做好准备。

3 结束语

自动厚度控制（AGC:AutomaticGaugeControl）功能的目的是通过精轧机压下机构的调整以及其他一些补偿措施，消除在轧制过程中沿带钢长度方向因各种原因产生的带钢厚度偏差，保证精轧成品带钢纵向（沿中心线）厚度满足精度要求。以上对AGC在板带轧钢中的控制原理及控制方法的研究，对板带轧钢的厚度控制起着重要的作用。

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