浅谈轧机AGC及伺服控制系统的应用

关键词：AGC、伺服阀、609所放大板
       随着科学技术的发展和国民生产总值的提高，对高精度度铜板带的需求越来越多，产品精度越来越高，普通轧机生产出来的铜板带已经不能满足需要，所以液压AGC轧机应用越来越广泛，液压轧机是一个非常复杂的多变量系统，影响产品精度的因素相当多，而且各变量之间存在着耦合关系，即使在恒辊缝轧制的情况下，由于轧制速度、弯辊力、带材入口厚度、冷却、调偏量的变化，也会使得出口厚度目标值发生偏差。传统的做法是使用厚度监控来校正这些偏差，但由于厚度监控周期不可能很快，因此，会不可避免地降低了控制精度，尤其对于高速、薄带轧机。轧机数学模型决定了轧机辊缝、轧制力、弯辊力、轧制速度、轧制力矩、冷却等参数之间的关系，在实际控制过程中，适时、适量的调整及补偿，可以减少上述偏差的出现，进而提高控制精度。

一、液压AGC轧机对带材厚度控制主要控制方法用：
1. 辊缝控制。辊缝控制是AGC控制的基本内环，它与其他AGC模式一起使用。辊缝位置的检测有若干种选择，位移传感器可安装在轧机压上油缸上、轧机弯辊油缸内或专门设计的检测支座上。在轧机的操作侧和传动分别有两个或两组传感器获取位置反馈信号，然后把这两个信号加以平均产生一个代表中央位置的信号，这个平均值和一个辊缝给定信号相比较，用两者的差值来驱动伺服阀，调整压上油缸使差值趋于零。
 2. 压力控制。压力控制是AGC控制的第二个基本内环，它也需与其他AGC模式一起使用。安装于压上油缸上的压力传感器检测油缸内的压力，经转换得到轧机轧制力反馈信号，这个信号和一个压力给定信号相比较，用两者的差值来驱动伺服阀，调整压上油缸使差值趋于零。压力控制主要用于压力-张力速度AGC控制、轧机预压靠调零、轧机调试及故障诊断。
3. 压力AGC控制（GMTR）。这种控制也被称为液压轧机的可变刚性。压力AGC控制可以有效地增加轧机刚性，使轧机的等效刚性远大于轧机的自然刚性。在轧制过程中，控制系统分别检测轧机操作侧和传动侧的轧制压力，根据轧机的刚性曲线，计算出轧制力所引起的机架拉伸，相对于预计机架拉伸的任何变化被送入辊缝控制环进行动态补偿。如果上述变化被完全补偿，即100％补偿，则轧机将呈现一无限大刚性，轧辊辊缝将不受来料厚度和硬度的影响，可以产生恒定的出口厚度。但是，100％轧机刚性补偿会使支承辊偏心完全反映在带材上，同时系统极不稳定，影响轧制精度，实际工作中，补偿的百分比需要调整以获得最佳的轧机性能。
 4. 支承辊偏心补偿。在轧制0.1～0.2 mm以上带材，使用；辊缝控制时有效。采用快速傅立叶变换寻找上、下支承辊偏心的分布情况，在实际控制时对偏心进行补偿。
 5. 厚度监控。通过出口侧测厚仪检测轧机出口侧带材的厚度偏差，控制轧辊辊缝或轧制压力，使厚度偏差趋于零。厚度监控可以消除因热膨胀、轧制速度等对出口厚度的影响，
 6. 厚度预控。通过入口侧测厚仪检测轧机入口侧带材厚度，存入一先入先出的厚度链表中，经过延时，根据所存厚度值控制轧辊辊缝或轧制压力，使轧机出口侧带材的厚度偏差减小。延时的时间决定于入口测厚仪至轧辊中心线的距离和轧材的线速度。消除入口厚度变化和入口带材硬度变化的影响。
 7. 秒流量控制。根据流量恒定原理，单位时间内进入轧机的带材体积应等于轧机出口带材的体积，因此，可通过测量轧机入口、出口速度和入口厚度计算出轧机出口厚度，这一计算厚度与设定厚度的偏差用于控制轧辊辊缝或轧制压力，同时，用出口测厚仪测得的带材实际厚度偏差对上述控制进行校正。
 8. 张力/速度AGC。张力AGC是通过调整轧机的入口张力，使轧机出口侧带材的厚度偏差趋于零。速度AGC是通过调整轧机的卷取速度，使轧机出口侧带材的厚度偏差趋于零。压力、张力、速度控制的最有效范围如下： 压力控制 0.18～0.09㎜ 张力控制 0.09～0.025㎜ 速度控制 0.025㎜以下
9．多级AGC。设置有两级控制器进行AGC控制，第一级控制器根据口厚度偏差进行控制，当第一级的被控参数超过预设定的极限值时，启动第二级控制器，同时调整第一、第二级的被控参数，直至第一级的被控参数返回到极限值以内。有四种基本控制模式：压力/张力、张力/压力、速度/张力、张力/速度。

二、液压AGC及其主要优点： 
 1）惯性小、反应快、截止频率高，系统对外来干扰跟随性好，调节精度高。 
 2）由于系统响应快，因此对轧辊偏心引起的辊缝发生高频周期变化的干扰能进行有效清除。 
 3）可实现轧机刚度系数调节，可依据不同的轧制条件选择不同的刚度系数获得更高的成品质量。 

三、液压AGC的分类：
      依据构成AGC系统两个基本环节即测量厚度偏差的方法和调节方式的不同，通常AGC可分为如下几种： 
 1）厚度AGC（h－A GC）亦称反馈AGC，利用测厚仪直接测量轧制后带钢厚度偏差δh，调节轧机辊缝。
  2）压力AGC（P－A GC），利用压力p间接测量带钢厚度偏差调节轧机辊缝。
  3）连轧AGC（σ－A GC），冷连轧机用张力σ间接测量带钢厚度偏差，调节轧机辊缝。

四、项目介绍

       我们公司为了提升产品档次，扩大生产规模，于2006年开工建设年产10000吨较高精度铜板带项目，其主要设备粗、中、精轧机均选择液压AGC控制系统。其压力检测元件选用进口UCC公司的压力传感器，位置检测元件选用日本SONY公司的MD-20磁尺，中、精轧机选用德国VOLLMER公司接触式测厚仪，伺服阀和放大板选用609所，我有幸参与此项目的建设，下面针对609所的伺服阀放大板的调试和使用做简单介绍：
1、简介：
      MKZ801.14 是为中国航空工业第 609 研究所生产的伺服阀配套的放大器。该放大器采用了多项先进技术，控制精度高，可靠性好。可适用于多种伺服控制系统。该放大器是  MKZ801.14 的升级版。
    伺服阀是一种通过改变输入信号，连续、成比例的控制流量和压力的液压控制阀。根据输入信号的方式不同，分为电液伺服阀和机液伺服阀。
      电液伺服阀既是电液转换元件，又是功率放大元件，它的作用是将小功率的电信号输入转换为大功率的液压能（压力和流量）输出，实现执行元件的位移、速度、加速度及力控制。
2、609所伺服放大板的调试步骤：
        伺服控制系统作为执行系统，在整个AGC控制中起着举足轻重的作用，所以对伺服放大板的调整起着很大的作用：
1)我们使用的放大板型号为MKZ801B、14-1-40，其输出最大电流为40mA,所以我们在调整前首先确认伺服阀的参数，其线圈电阻和工作电流等参数，比如线圈电阻为200欧姆，工作电流最大为20 mA，因为在调整过程中有可能有最大电流输出的可能。所以在调整是将伺服阀线圈接线拆下（对应12、14端子），外接一个与伺服阀阻值相近的电阻。
2)确认跳线开关JP1短接情况，具体为1-2短接时为正输入电压正输出电流；2-3短接时为正输入电压负输出电流，我们公司使用的为JP1跳线1和2短接方式
3)确认拨码开关S1的位置状态，1位高为电压输入、2位高为4-20 mA输入、3位高为反馈输入1、4位高为反馈输入2，我们现在使用的为1位是高位，另外3位是低位
4)以上确认好后，确认工作电压的接入情况具体为
     (a)1号端子接DC5V+，2号端子接DC5V-;
     (b)5号端子接+15V，6号端子接-15V，7号端子接GND;
     (c)如果不将伺服阀电流表接入，12和13端子则用短接线将此两端子短接；
     (d)在7和9端子接入一个0-10V可调的电压，具体可用一个电位器接入5端子和7端子，中间抽头接入9端子，即可调0-10V电压输入；
 5)以上工作完成检查无误后，即可开始调整放大板
     (a)  通电检查D1、D2、D5指示灯点亮
     (b) 在输入端子7-9无输出（0V）时测量12与14端子的电压情况，与所接电阻算出输出电流是否为0mA，或者接入阀电流表，看电流是否为0mA，如果不是，则调整RP4电位器，将其调接为0mA即可
     (c) 加大输入电压（7-9端子之间）加到2.5V时，测量12和14端子之间电压换算成电流是否在3.75mA左右，或者阀电流表显示3.75mA左右，如果有偏差，则调节RP2电位器，直到为目标值为止
     (d)将输入电压（7-9端子之间）调到-2.5V时，测量12和14端子之间电压换算成电流是否在-3.75mA左右，或者阀电流表显示-3.75mA左右，如果偏差大，则调节RP2电位器，；
     (e) 重复5.3、5.4步骤，直到正负输出相对平衡为止
(f)加大输入电压（7-9端子之间）加到10V时，测量12和14端子之间电压换算成电流是否在15mA左右，或者阀电流表显示15mA左右，如果偏差较大，则调节RP2电位器；
(g)重复5.3、5.4、5.5、5.6步骤，直到输出与输入之间关系相对平衡为止，即输入-10V——10V,输出-15mA——15mA为止。
      在整个调整过程中，要心细认<