AGC厚度控制系统在热轧带钢厂精轧机上的应用

热轧带钢厚度精度是产品质量的主要指标之一,带钢纵向厚度不均是影响产品质量的一大障碍.自动厚度控制（Automatic Gauge Control，简称AGC系统）,就是对带钢全长进行控制以保证带钢的纵向厚度精度在规定的范围之内。主要有单个机架压力AGC（厚度计AGC）及监控AGC两种主要模式。通过压下系统来实现对带钢厚度的控制。

1.厚度自动控制(AGC)的组成及特点:

     自动厚度控制（AGC）的任务是轧机咬钢以后保证带钢厚度为恒定的目标值，不受带钢伸展和其他因素的影响。厚度自动控制(AGC)的主要由压下液压缸，辊缝控制单元、磁尺及伺服阀等组成,主要功能有:

1.1 液压辊缝控制系统(HGC):

液压辊缝控制系统是厚度控制系统（AGC）最重要的组成部分，因此辊缝控制系统要求快速的动态特性和较高的控制精度，并且具备以下三个功能：

1 单侧位置控制

2 两侧同步控制

3 轧制力辊缝调零控制

1.2油膜厚度的补偿控制

由于不同的压力及速度导致油膜厚度不同，因此由于油膜厚度的变化导致辊缝的变化必须考虑进去。油膜厚度的测量是通过多次实验，得到的一个非线性曲线存取在控制器里。

WD         =辊子的直径

 S         =位置

 C         =补偿系数

 PMAX-C    =最大的补偿系数

 H1        =在最大的辊子直径下的油膜高度

 H2        =在最小的辊子直径下的油膜高度

 DOCCMP    = 油压缩的补偿系数

 X         = 当前的液压缸位置

 PSL-D     = 和C轴的交叉点

 PSL-K     = 直线的斜坡

1.3 伺服阀的控制特性

在液压辊缝控制的闭环回路中，伺服阀是最关键的设备之一。伺服阀的控制特性是一个非线性的特性，如下图.补偿压力的变化需要不同阀的开口度,需要按照曲线对阀的给定进行修正补偿,这样就能完成控制系统要求压下系统完成的功能.

2.影响带钢厚度的因素:

AGC系统的工作的原理是通过补偿量来抑制扰动。AGC功能也可以称为“轧钢辊缝扰动补偿”。

热轧带钢机架的刚度通常大于热带钢在辊缝里的塑性变形常量，因此，机架的弹跳是不能忽略的。对机架的刚度比较而言，加热的带钢相当软以及辊缝的加压区域小于机架的横过区域，由于这些因素，主要的补偿还是根据实际的压下量和弹调方程计算对带钢厚度进行补偿。

带钢入口厚度的变化，来料硬度变化或者工作辊弯辊系统的干涉也同样会导致轧制力的变化。轧制力的变化会导致轧机的弹性变形从而影响带钢的出口厚度。一般机架的刚度在5.0和7.0 NM/mm之间，AGC系统通过存储的特征曲线对压力变化引起的非线性轧机弹跳变形进行补偿。

带钢的出口厚度还受来自于辊子本身的影响，比如：轧辊的偏心，热膨胀及来自工作辊弯辊系统的耦合补偿。

3.AGC的操作模式

AGC基本的操作模式和模式转换都在AGC的逻辑控制单元里，主要有以下几种：

1    AGC Off          AGC   On

2    相对AGC         绝对AGC

3    切除AGC         激活AGC

4    AGC保持

5    AGC复位

在一个机架运行AGC，需要选择激活的机架并且该机架已经咬钢。在每一个机架预选择操作模式“AGC On”或者“AGC Off”是可以的。可以在任何时候甚至在机架有钢的时候，通过预选择的开关来改变操作模式。

在带钢的头部咬入后“绝对AGC”和“相对AGC”模式被自动选定。第一种情况AGC采用一个参考轧制力来作为目标控制，这个轧制力采用的是过程计算机模型计算出来的轧制力，这种操作模式称为“绝对AGC”。另一种模式“相对AGC” 是由于参考轧制力和实际的轧制力差值大于某个设定的值，则目标轧制力的第一次创建是通过在咬钢期间计算实际轧制力的平均值作为目标轧制力进行控制。

当机架咬钢后，关掉AGC或者手动干预（联动打开或关闭压下系统）时，将自动切换“切除AGC”模式，附加的轧机压下给定也会被冻结。

在“切除AGC”模式下，自动辊缝控制的附加补偿冻结后，它将保持一个固定的扰动补偿给定。如果在轧钢期间AGC停止，那么所有的附加AGC给定例如补偿成分的总数将被冻结。这就是“AGC保持”操作状态。

当机架里没有钢或者拍下急停按钮时，附加给定值将立即跌落到零。这些情况会导致系统运行“AGC复位”操作状态。

4.  AGC系统的两种控制模式

   4.1单机架的压力AGC系统(GM-AGC)的控制原理:

AGC系统最主要的输入变量是机架总的轧制力F_R。见下图:

总机架轧制力和实际对带钢的轧制力是不一样的，因为这个轧制力还受工作辊弯辊系统总弯辊力的影响。因此总的机架轧制力可以用于计算轧机弹跳量。

另一个主要的标准输入变量是来自于工作弯辊系统的弯辊力F_B。

工作辊窜辊位置的耦合补偿在“压下系统”中计算。

4.2 监控AGC及控制原理:

精轧的厚度监控AGC是通过厚度仪测得的厚度偏差计算出对各个机架辊缝的调整量，来实现对目标厚度的控制。它从带钢通过测厚仪并测量厚度有效的时候开始直到带钢离开末机架时结束。

两个有效给定（绝对给定值或相对给定值）中的一个定义成监控控制的目标给定厚度。

在绝对AGC模式下，以X-射线测得厚度和目标厚度的偏差作为反馈进行闭环控制。如果头部厚度偏差超过一定的调整限幅，相对AGC方式将自动的选择。相对方式下的的目标厚度是通过锁定的顺序在穿带期间求实际值的平均值作为设定值。

一旦有效的测量值以及目标厚度值已经确定，监控AGC控制系统会发送给单个机架的AGC系统需要的补偿值。为了不使辊缝修正造成带钢板型及平直度的扰动过大，对单个机架辊缝的调整量将不能超过一定的限幅。最后一个激活机架辊缝的调整量直接影响出口带钢的厚度，当修正最后一个激活机架的前一个机架时，不仅影响该机架的出口厚度而且也影响下游机架的入口厚度。监控控制不仅可以修正最后一个激活机架也同时修正前几个机架的辊缝来完成最适宜的出口厚度偏差补偿。

监控控制的基本结构如图1所示。这个图表，以最后一个激活机架为例，这个结构依据Smith-Predictor控制原理，解决最后一个激活机架和厚度测量之间的时间延时的难点。其目的是维持一个恒定的厚度目标值：h。

如图2所示，为监控AGC在精轧机厚度控制原理图，厚度监控控制的目标是维持目标厚度h*的零厚度偏差。然而，在最后一个激活机架的前几个机架也会收到附加和低通过滤的AGC厚度给定补偿值。在正常的操作下，这些附加的给定补偿值会按比例分配给其它的上游轧机，目的是为了减轻最后一个激活机架的负荷。

5. 结论

采用上述AGC厚度控制系统，从调试结束投入运行至今，一直运行很稳定，为产品保持良好的厚度精度提供了可靠的保证。但在某些方面还存在不足，比如：轧1.5MM薄规格的带钢时,个别机架的AGC动作量偏大,容易造成板型不良和轧制不稳定,在这方面,还有待进一步的优化和改进.