中阅诹嚣俑表ＣＨＩＮＡ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＡＴＩＯＮ 本期主题・冶金自动化 ２０１０年第４期 ＡＧＣ精确控制 在Ｈ型轧线精轧系统中的应用 Ｔｈｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＡＧＣ Ａｃｃｕｒａｔｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｉｎ Ｈ—Ｂｅａｍ Ｔａｎｄｅｍ Ｍｉｌｌ 王业涛刘东华王宁国王静 １引言 （山东莱钢集团公司自动化部， 莱钢大Ｈ型钢项目是莱钢集团为打造全国Ｈ型钢 山东莱芜２７１１０４） 生产基地，将该企业由产量型到质量型转变的一个重 要项目。整条轧线采用德国西马克公司的设备，是目前 摘 要：ＡＧＣ自动厚度控制系统是莱钢大Ｈ型钢项目中 国内最先进的Ｈ型钢生产线。在控制系统方面，以西门 ＴＣＳ系统的重要组成部分之・，是一种精确、 子ＰＣＳ７为核心并采用了相关编程软件，且在轧机辊缝 的产品尺寸控制系统。该文主要介绍ＡＧＣ 自动控制方面采用西马克／西门子的ＴＣＳ（工艺控制系 系统的原理、模型参数、执行机构、投入条件 统），并引入工业以太网和Ｐｒｏｆｉｂｕｓ—ＤＰ现场总线组成 和投入后所产生的经济效益。 二级计算机系统。ＡＧＣ系统是ＴＣＳ系统的重要组成部 关键词：计算机控制系统液压ＡＧＣ自动厚度测量 分，是一种自动厚度检测控制系统（也称自动辊缝控制 系统）。上述网络通信系统的使用，大大提高了过程计 Ａｂｓｔｒａｃｔ；Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｕｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ（ＡＧＣ）ｉｓ 算机与控制计算机以及控制计算机与检测设备、传动 ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐａｒｔ ａｂｏｕｔ ＴＣＳ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｈ・Ｂｅａｍ ｍｉｌｌ 设备与操作设备之间数据通信的准确性和可靠性，降 ｉｎ Ｌａｉｗｕ Ｓｔｅｅｌ Ｇｒｏｕｐ．Ｉｔ ｉｓ ａｎ ａｃｃｕｒａｔｅ ａｎｄ ａｄｖａｎｃｅｄ 低了维护强度，提高了生产效率。 ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ ｔｈｅ ｂａｓｉｃ ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＧＣ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ａｎｄ ２轧机检测仪表 ｍｏｄｅｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｔｈｅ ｒｕｎｎｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｎｄ ｅｃｏｎｏｍｉｃ 准确检测轧制过程中轧机系统的各种变鼍，是提 ｂｅｎｅｆｉｔｓ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ＴＣＳ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｌａｉｗｕ Ｓｔｅｅｌ 高轧机控制精度和产品质量的前提，莱钢ＡＧＣ自动控 Ｇｒｏｕｐ． 制系统采用了大量高精度的检测设备，以满足轧机控 Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ 制需求，在轧机上安装的传感器列于表１中。 Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ＡＧＣ 表１轧机传感器 Ａｕｔｏｍａｔｉｃ ｇａｕｇｅ ｃｏｎｔｒｏｌ ３ ＡＧＣ系统的基本原理和模型参数 由于在轧钢过程中，机架有形变，使之产品的尺 ３５ 本期主题・冶金自动化 ＣＨＩＮＡ ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＡＴＩＯＮ中阁俄嚣豫表 ２０１０年第４期 寸与目标尺寸不一致。而ＡＧＣ系统的作用有两个：一是 辊缝的计算，二是根据产品尺寸结合机架的形变量来 调整实际的辊缝值，使之轧制的产品尺寸符合既定要 求。大Ｈ型项目轧机的ＴＣＳ系统的ＡＧＣ部分实际上又 分为静态和动态两部分：Ｓｔａｔｉｃ ＡＧＣ（绝对ＡＧＣ）和 的数学模型系统，它能根据现场的变化迅速地做出调 整，有效地保证了产品的尺寸合格率。同时由于其高速 率、高灵敏的特性所以对现场执行机构的要求也更加 严格。动态机架形变测量如图２所示。公式如下： Ｒｇａｃｔ Ｒｇｅｘｏ—Ｓｅｘｐ—ＡＳ （２） Ｄｙｎａｍｉｃ ＡＧＣ（动态ＡＧＣ）。 ３．１ Ｓｔａｔｉｃ ＡＧＣ（绝对ＡＧＣ） 在开始轧钢之前，轧制表中有一个轧制力的参考 值，ＡＧＣ系统根据这个值结合校准时测得的机架的 形变量的值来计算出预先的相对变化量，即在轧钢之 前有一个预补偿。ＴＣＳ会根据计算出的机架变化值来 调节辊缝。不同的轧制力相对应的机架型变量是不一 样的，绝对ＡＧＣ有一个缺点在每次轧钢过程中由于每 只钢坯的温度的不同，相对的实际轧制力也是不一样 的，这样导致实际的机架形变也会不同，而由于采用 绝对ＡＧＣ，它的预补偿量是一定的，所以产品的尺寸 就会与实际有偏差。静态机架形变测量如图１所示。 图１静态机架形变测量 Ｒｇａｃｔ Ｒｇｅｘｏ—Ｓｅｘｐ （１） —系统在进行轧制之前会根据实际的轧制力计算出 实际的形变量与参考形变量之间的偏差来调节辊缝， 在校准时ＡＧＣ系统自动采集压靠力从ａ。＝１５０ｋＮ开始到 ａ１ ０＝１５００ｋＮ的，相对应的机架变形的ｌＯ个ｂ１－ｂｌ０型变 量的值，建立起一个相对应的数学模型：Ｙ＝ＫＸ＋ｂ， 其中Ｋ＝（ｂ２－ｂ１）／（ａ２一ａ１）。 ３．２ Ｄｙｎａｍｉｃ ＡＧＣ（动态ＡＧＣ） 动态ＡＧＣ系统是在绝对ＡＧＣ系统的基础上考虑 现场液压系统的实际轧制力，计算出相对应的轧机机 架的型变量反馈￣ＩＪＨＧＣ系统（ＡＧＣ系统的执行系统） 的辊缝控制程序中。动态ＡＧＣ系统是一种超高速灵敏 ３６ 图２动态机架形变测量 实际的调节辊缝等于腹板的厚度与静态ＡＧＣ期 望值和实际轧制力反馈的动态调整的差。 在进行校准轧机时，当系统检测达到规定的轧制 力即校准力时设机架形变量为０，转入力控制继续增 加压靠力，当达到某一个值时记录当时的形变量，继 续增加压靠力找出相应的变化值并记录下来，再根据 记录的数值计算出斜率Ｋ，轧钢Ｉ￣ＡＧＣ系统根据斜率 算出不同轧制力下的机架形变量并参与辊缝的调节。 ４ ＡＧＣ系统的执行机构 莱钢Ｈ型钢生产线精轧区域共有３架轧机，每架 轧机有两个分别的ＡＧＣ系统￣ＩＨＧＣ系统来负责 控制辊缝，如图３所示。ＡＰＣ是指调节伺服阀开口度， 以便在最大轧制力允许范围内将液压缸位置保持在某 一设定值，使控制后的位置与目标位置之差保持在允 许的偏差范围内，在轧钢过程中，液压缸一般工作在 ＡＰＣ方式。轧制力自动控制（ＡＦＣ）是指调节伺服阀 开口度，以便在液压缸工作行程内将轧制力保持在某 一设定值，在轧机调零和刚度测试过程中，液压缸一 般工作在ＡＦＣ方式（图３给出了单侧液压ＡＰＣ／ＡＦＣ原 理）在ＡＰＣ方式，位置基准、ＡＧＣ调节量、附加补偿 和手动辊缝干预量的和与液压缸位置实际值相比较， 偏差值与一个和液压缸油压相关的变增益系数相乘后 中圃饭炙｛氯友ＣＨＩＮＡＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＡＴＩＯＮ ２０１０年第４期 本期主题・冶金自动化 顶帽位置检测 ＭＴｓ位置样，在乘以变增益系数 传感器 后，伺服阀流公式（３） 可写成：Ｑ＝ｌ／ＩｎＸＱｎ 则伺服阀流 与伺 服阀电流成线性关系， 可以通过程序对其进 行精确控制。 在ＡＦＣ方式，轧制 力自动控制将轧制力 基准值和反馈值的比 图３轧机液压ＡＰＣ与ＡＦＣ原理图 较进行Ｐ运算后，通过 ＡＰＣ／ＡＦＣ选择开关输 送入位置控制器（ＰＩ调节器），位置控制器的输出值和 出到伺服放大器（参见图３）。 压力限幅控制器的输出值都送入＿个比较器，比较器 ＡＰＣ／ＡＦＣ方式由程序根据轧机状态控制。 将二者之中小者作为给定值输出到伺服放大器，进而 ＡＧＣ系统的现场执行装置是一套精确的伺服系 驱动伺服阀，控制液压缸的动作以消除位置偏差。 统，包括一个先导阀和伺服阀，伺服阀是轧机最常用 轧制力限幅环节是在ＡＰＣ方式下，轧制力、 的快速反应系统，调整精度高、反应快、响应周期短， 保护液压缸和其他设备的一个环节。 有力地保证了轧制产品尺寸的准确性。 当轧制力小于轧制力限幅值时，液压缸工作在位 置闭环方式，输出到伺服放大器的值为位置控制器的 ５应用及效果 输出值；当轧制力超过限幅值时，输出到伺服放大器 莱钢Ｈ型钢ＡＧｃ厚度自动控制系统是引进德国西 的给定值为轧制力限幅控制器的输出值。这样，既能 马克公司的一套世界上非常成熟、先进的控制系统，该 防止轧制力超限，又能保证轧制过程的正常进行。 系统也是整个Ｈ型钢轧线最为精密的系统。它控制精 由于伺服阀的开口度与伺服阀线圈驱动电流成正 度高、实时性强并且能自动／手动双向控制，保障了产品 比，因此，液压油通过伺服阀的流量Ｑ（正比于柱塞移 的尺寸合格率和成才率。该系统￣２００４年７月份投入运 动速度）与伺服阀开口度和阀口压力差的关系可以表 行以来，整套系统运行稳定正常。目前莱钢Ｈ型钢生产 达为： 线已经成为全国一流的Ｈ型钢生产基地，ＡＧＣ厚度自 ９＝肼 （３） 动控制系统有力地保证了莱钢Ｈ型钢生产线的稳定、正 式中： 为伺服阀流量系数； 为伺服阀驱动电流； 常和高效，获得了较大的经济效益和社会效益。 Ｐ为伺服阀两侧压力差。 参考文献 从式（３）可以看出，伺服阀的流量要受控制电流 １牛文勇，李建平，王君等．首￣］３４００ｍｍ中厚板轧机 和阀两侧压力差的共同影响，具有变增益特性，不利 ＡＧＣ基础自动化系统．冶金自动化，２００６，３０（０． 于参数整定，为此，加入非线性补偿环节，以改善系统 ２张殿华，王君，李建平．首钢中厚板ＡＧＣ计算机控制系 性能。流量非线性补偿分上下运动两种情形，设Ｐ 为 统．轧钢，２００１，１８（０． 油源压力，Ｐ 为液压缸内油压，那么： ３ Ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ Ｍａｎｕａｌ ＴＲＡＥＷＵＣＮ．ＳＭＳ ｇｒｏｕｐ， ～下行时，液压缸进油△￣Ｐｓ－－Ｐ ２００５，９． 上行时，液压缸出油△Ｐ＝尸 。 作者简介：王业涛（１９８２．），助理工程师，研究方向为自动化控 实际使用时，变增益系数 整定为比例增益系数。这 制与应用。 ３７
