轧机辊缝自动控制系统的研究与设计

王宣 任彦

摘 要：轧机的辊缝控制是热轧生产过程中几个最重要的工艺参数之一，由于辊缝的大小，在轧制过程中直接影响到成品厚度、板型，因此精准的辊缝控制是一个轧钢厂的关键。其控制系统是通过传感器将轧制过程中的辊缝反馈，由平直度仪，多功能仪检测板型的厚度变化，为保证厚度的精准，将借助辊缝控制执行元件，改变EGC、HGC，从而保证轧制过程的辊缝变化，实现辊缝控制过程。

关键词：辊缝控制；EGC；HGC

1 辊缝控制简介

轧机液压辊缝控制系统用于对轧机辊缝调整液压缸的位置控制。

（1）机械压下调整：机械压下用两个交流电机和联轴器同时控制压下量。值由二级参数和减厚量来确定。机械压下用于轧制前的大行程和不精确的辊缝控制。机械压下使用于设定无载辊缝、换辊之后标定辊缝（动作到两辊接触产生轧制力）、在换辊时移动到特定的位置、无载时调整水平值等。每个机械压下有一个气动的多片的电机抱闸，在每次调整完成、电源斷电或急停之后抱闸关闭。机械压下在不超过200吨时可以压下，在有轧制力的情况下只能通过液压压下进行辊缝的调整。在操作过程中，液压辊缝的调整通过闭环调整器进行控制。

（2）HGC缸调整：一个同步/倾斜控制系统保证两个压下缸平行动作，同时满足上下工作辊水平要求。并保证位置控制、零位调整功能的位置反馈输入、速度平衡控制、液压缸位置补偿增益、自动流量增益控制（AFGC）、冲击压下补偿、零点飘移补偿等

本设计是对包钢新体系2250热轧厂为主要研究对象，针对HGC深入研究，主要内容如下：

研究辊缝控制的基本工作原理，分析主要功能和控制方式；AGC的控制理论；AGC的工作方式；辊缝控制过程包含有自动控制程序，位置闭环和压力闭环控制，绝对AGC，动态设定AGC，厚度计AGC，相对AGC，前馈式AGC和后馈式AGC等。

2 AGC的控制理论

由于在轧制时，厚度波动、轧机弹性形变、板坯的塑性变形等多种因素，辊缝控制过程是一个复杂的过程。以弹性为例：在轧制过程中，在轧制压下力的作用下，轧机（工作辊、支撑辊及其轴承、机械压下、HGC和机架间隙等）产生一定量的形变。由于工作辊的磨损，总的形变量可以达到2-6毫米，轧机的弹性形变将影响到轧辊的辊缝，从而对板坯产生厚度和板型的影响。同时，还要在轧钢过程中考虑辊缝的补偿，当带钢头部进入轧机时，缸内的油程受到咬入影响而缩短，因此，带钢前端厚度将变厚，冲击补偿用于在带钢头部到来之前对辊缝进行一定的预先压下，当轧机咬钢后，冲击压下补偿值从辊缝参考值中清除。液压缸的沿伸出方向和缩回方向的速度不同，因为缸的杆侧和腔侧截面积不同。另外，轧制力也影响液压缸的速度。自动流量增益控制根据液压缸的移动方向和轧制力的大小来改变增益用于消除速度偏差。对于长行程液压缸，根据液压缸的不同位置，位置调节器的反应是根据不同位置来控制的，液压缸位置补偿增益需要能被应用。这个补偿用于根据液压缸的位置改变增益来消除反应的不同。

3 AGC的工作方式

压力AGC经过长期的理论研究和实践总结，不断改进，出现了多种AGC形式，主要有相对AGC，厚度计型AGC，动态设定型AGC，绝对AGC等。

相对AGC是指根据设定轧制力和成品厚度，通过轧制力和板坯厚度，由辊缝控制系统计算出的辊缝，通过轧制后成品的厚度与成品设定值进行对比的一套闭环控制系统，但他是以实际厚度作为基准厚度，很难对头部冲击等问题做出相对应的补偿。绝对AGC是以厚度模型来计算辊缝，通过压头传感器检测出的轧制力和索尼传感器检测出的辊缝位置，计算出成品厚度，与目标厚度进行比较，也就是说二级模型的计算参数是轧钢的必要条件，通过二级数据计算，控制精度得到了大大提升。二级模型的计算就需要有大量的数据进行分析。分析过程又可以分为前馈式和反馈式。

无论是前馈式AGC还是反馈式AGC，都需要有轧制力检测。轧制力检测方式是通过压头传感器或压力传感器进行轧制力的检测（压力变传感器在压头传感器故障时选用，是备用检测手段）。反馈AGC是根据实际检测的板坯厚度作为控制目标，以提高目标厚度精度为目的，根据轧制后成品板坯的厚度与目标值之差，来进行轧辊的压下控制。如果在轧机前后安装了测厚仪，则可以利用测厚仪的高精度测量值与目标厚度之差进行一套完整的闭环控制，这样可以及时消除轧机间隙、工作辊磨损等原因引起的厚度偏差。由于是在检测板坯厚度之后做出调整，在板坯轧制时，它不能作为主体AGC控制手段，只能与轧制力检测方式配合使用，通过轧制力检测，若超过二级模型设定，则会打开辊缝，保证轧制过程顺利，以实现严格按目标厚度轧制。而前馈AGC，又称监控AGC，它的基本原理是跟踪入口厚度的波动和板坯位置跟踪，利用实时跟踪数据及实际检测的轧制力波动来控制轧机辊缝，以消除厚差。在实际控制中，需要跟踪数据准确及轧件入口板坯厚度的精准来准确预测时间延时和系统响应时间，才能更好的实现前馈AGC，保证成品厚度及板型的要求。

4 结语

本文结合了包钢2250mm粗轧机自动辊缝控制的基础上，对辊缝自动控制进行研究，AGC技术在本厂板坯厚度控制中的应用研究的关键技术的应用效果进行了分析和展示。目前，新体系板材厂热轧生产线已全面投产，通过对生产实绩的分析，可以看出新技术被成功的得到了应用，有效地提高了生产效率和产品质量。

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