郭英彪

摘 要：本論文是基于首鋼遷鋼1580熱軋精軋區(qū)域TMEIC控制系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況完成的。厚度與板型精度是板帶產(chǎn)品的兩大質(zhì)量指標(biāo)。目前，隨著軋制理論，控制理論和人工智能理論的發(fā)展，以及它們?cè)谲堉七^(guò)程中的應(yīng)用，使得板材產(chǎn)品的厚度精度與板型指標(biāo)有了很大的提高。厚度控制是通過(guò)測(cè)厚儀對(duì)實(shí)際軋出厚度和實(shí)際的軋制力連續(xù)地進(jìn)行測(cè)量，并根據(jù)實(shí)測(cè)值相比較后的偏差信號(hào)，考慮各種補(bǔ)償，借助于控制回路和裝置或計(jì)算機(jī)的功能程序，改變壓下位置，張力或軋制速度，把厚度控制在偏差范圍內(nèi)的方法。我們采用了厚度儀AGC，通過(guò)HGC缸來(lái)調(diào)節(jié)，此系統(tǒng)能夠快速精確調(diào)整。

關(guān)鍵詞：厚度控制、AGC、HGC、補(bǔ)償

1、前言：影響厚度指標(biāo)的因素很多，如來(lái)料厚度波動(dòng)，硬度不均，張力不穩(wěn)，速度不穩(wěn)，軋輥偏心，軸承油膜和軋輥尺寸變化，均能使產(chǎn)品的出口厚度產(chǎn)生誤差。為了解決這些問(wèn)題造成的影響，所采取的控制方法也很多，如前饋，反饋，厚度計(jì)，張力，速度，補(bǔ)償軋輥偏心等等的方法。這些措施就是軋制系統(tǒng)中已廣泛采用AGC系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)是利用機(jī)架彈塑性曲線進(jìn)行厚度測(cè)量與反饋控制，因此其厚度精度決定于機(jī)架的彈性曲線與AGC模型的精度。這種控制方法可以保證板材的厚度均勻，但不能保證絕對(duì)厚度精度，所以實(shí)際系統(tǒng)往往是幾種控制聯(lián)合使用才能夠滿足需要

2.AGC控制的基本原理：熱軋軋制過(guò)程既是塑性變形的過(guò)程，又是軋機(jī)產(chǎn)生彈性變形的過(guò)程。由于軋機(jī)的彈跳，使軋出的帶鋼厚度等于軋輥的理論空載輥縫加上軋機(jī)的彈跳值。

2.1軋機(jī)剛性系數(shù)（M）：軋機(jī)在軋制力作用下要產(chǎn)生彈性變形，由于這個(gè)緣故，軋機(jī)受力時(shí)軋輥之間的實(shí)際間隙比空載時(shí)要大。通常我們將空載時(shí)的軋輥間隙稱為原始輥縫S0，而把軋鋼時(shí)軋機(jī)的輥縫彈性增大量稱為彈跳值。彈跳值與軋制力的大小是成正比的。在相同的軋制力作用下，如果軋機(jī)彈跳值愈小，則說(shuō)明該軋機(jī)的剛性愈好。所以軋鋼機(jī)座的剛性的概念是表示該軋機(jī)抵抗彈性變形的能力。軋機(jī)彈跳值的存在并不妨礙軋機(jī)軋出一定厚度的軋件，因?yàn)閷?duì)于該軋機(jī)可以采用預(yù)先調(diào)整原始輥縫的辦法，使彈跳后的輥縫恰好與軋件厚度相同。由實(shí)驗(yàn)方法可得軋機(jī)的彈性變形曲線（如圖1）實(shí)際上，在軋制力小的情況下軋機(jī)彈跳與軋制力的關(guān)系并非線性，也即輥縫的真實(shí)零位很難確定，所以在實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)做輥縫零調(diào)來(lái)消除非線性區(qū)域的影響，具體操作時(shí)把軋輥壓靠到一定的壓力，如兩側(cè)的壓力合計(jì)的1000噸，兩側(cè)壓力偏差小于100噸，將此時(shí)的輥縫作為零位，然后以此零位為基礎(chǔ)進(jìn)行壓下位置控制。

曲線的斜率就是機(jī)架的剛性系數(shù)。所以軋機(jī)的剛性系數(shù)可以這樣定義：就是當(dāng)軋機(jī)的軋制力為F時(shí)，軋機(jī)對(duì)應(yīng)的彈跳量為S。M=F/SS—彈F跳值—軋制力，由此可知軋機(jī)的彈跳方程為： h=S0+F/Mh—為帶鋼出口厚度S0為初始輥縫，由上式可知帶鋼實(shí)際出的厚度主要取決S0、F和M這三個(gè)因素。

2.2、軋件塑性系數(shù)（Q）：塑性系數(shù)與軋機(jī)剛性系數(shù)一樣，都是物質(zhì)固有的性質(zhì)。單位寬度塑性系數(shù)可定義為“在單向應(yīng)力下帶鋼塑性變形在單位面積內(nèi)所需的力（10KN/mm/mm）。因?yàn)樗茏兛沽Σ浑S帶鋼寬度而變化，而是和帶鋼厚度成比例關(guān)系，所以根據(jù)不同的寬度計(jì)算出相應(yīng)帶鋼的塑性系數(shù)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)得Q曲線近似線性化。（如圖2），h-入口厚度H-出口厚度

塑變系數(shù)的來(lái)源有兩個(gè)：一是來(lái)自在MELPLAC中的缺省表格，二是來(lái)自L2下發(fā)的塑變系數(shù)。在MELPLAC中塑變系數(shù)表為了計(jì)算壓下影響系數(shù)，對(duì)每個(gè)機(jī)架進(jìn)行材料塑變系數(shù)（Q）的計(jì)算。具體計(jì)算如下：事先對(duì)每一種鋼種的單位帶鋼厚度的塑變系數(shù)進(jìn)行計(jì)算，它是根據(jù)相應(yīng)低碳鋼的典型軋制計(jì)劃下的理論公式和經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算。然后對(duì)每個(gè)機(jī)架的計(jì)算所得值進(jìn)行保存。接著將產(chǎn)品帶鋼厚度選作一標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)值，因?yàn)樗茏冏杩共浑S帶鋼寬度而變化，而是和帶鋼寬度成比例關(guān)系，所以根據(jù)不同的寬度計(jì)算出相應(yīng)的塑變系數(shù)。Qn=Qn0（SG，H）*W，Qn：塑變系數(shù)（T/mm），H：產(chǎn)品厚度——產(chǎn)品厚度設(shè)定，SG：鋼種，Q民Qn0（SG，H）：不同厚度H下，單元帶鋼寬度的塑變系數(shù)表（Ton/mm/mm），W：帶鋼寬度（mm）

2.3 F-H圖：由于軋制過(guò)程是帶鋼產(chǎn)生塑性變形的過(guò)程，又是軋機(jī)產(chǎn)生彈性變形的過(guò)程。因此帶鋼的出口厚度應(yīng)該由M、Q兩條曲線決定。在一臺(tái)軋機(jī)的力F與使帶鋼變形的力F成對(duì)出現(xiàn)所產(chǎn)生的作用力與反作用力，兩者應(yīng)當(dāng)相等，如果把軋機(jī)的彈性曲線和帶鋼的塑性系數(shù)曲線繪制在一個(gè)圖上，便得到了所謂的F-H圖（圖3）。AGC的目標(biāo)就是無(wú)論軋制條件如何變化，都應(yīng)保證A線（M）與B（Q）線交叉于C線，從而保證帶鋼的軋出厚度保持不變。兩條曲線的交叉點(diǎn)即為軋機(jī)的工作點(diǎn)，工作點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)值為軋出鋼板厚度h，縱坐標(biāo)為軋制力F，工作點(diǎn)的改變即意味著軋制力的變化和出口厚度的波動(dòng)。利用F-H圖可以直觀的看出軋機(jī)輥縫的設(shè)定對(duì)帶鋼厚度精度的影響。

H：帶鋼入口厚度h：帶鋼實(shí)際厚度 S0：軋機(jī)設(shè)定輥縫________________：輥縫調(diào)節(jié)量=F/M帶鋼出口厚度主要受以下幾個(gè)因素影響：

（1） 輥縫的設(shè)定，輥縫越小，則出口厚度越小，輥縫越大，則出口厚度越大

（2） 帶鋼的塑性系數(shù)，在同樣的軋制力下，Q越大，則出口厚度越小

（3） 軋機(jī)的剛性系數(shù)，在同樣的輥縫下，M越大，則出口厚度越與輥縫值相近。

（4） 軋制過(guò)程中一些不利因素，例如：溫度，水印，油膜等因素。

3.AGC厚度控制：

3.1 軋制力AGC：軋制力AGC是用改變軋機(jī)的機(jī)械輥縫值的方法消除軋制力變化引起的軋件厚度變化，實(shí)現(xiàn)厚度恒定的目標(biāo)。這種AGC控制方法被稱為相對(duì)AGC，即軋制力AGC（RF-AGC）。

軋制力AGC是每個(gè)軋制力AGC ON時(shí)鎖定本機(jī)架的軋制力和輥縫作為標(biāo)準(zhǔn)，并且把此時(shí)的本機(jī)架的出口厚度作為本機(jī)架的目標(biāo)厚度，然后根據(jù)后續(xù)帶鋼厚度與此鎖定厚度的差值來(lái)調(diào)節(jié)輥縫，以實(shí)現(xiàn)消除本機(jī)架的出口厚度偏差，使出口厚度趨向于鎖定的目標(biāo)厚度。圖（4）可算出輥縫變化量和出口厚度變化量之間的關(guān)系。

3.2 監(jiān)視AGC：監(jiān)視型AGC（用MONI-AGC表示）是用FM出口X射線厚度儀實(shí)際測(cè)出的帶鋼厚度來(lái)計(jì)算各機(jī)架的壓下輥縫調(diào)節(jié)量，從而得到絕對(duì)的厚度值。（1）原理：根據(jù)X射線測(cè)厚儀得到的絕對(duì)板厚，通過(guò)包含從AGC機(jī)架至X射線測(cè)厚儀的板帶行走的滯后時(shí)間的反饋控制，可得到盡可能高的快速響應(yīng)性。

監(jiān)視AGC分為兩個(gè)階段：第一個(gè)階段：帶頭高速監(jiān)視型AGC（F-MON AGC），為了提高響應(yīng)和縮短未經(jīng)厚度儀監(jiān)測(cè)（OFF Gauge）的帶鋼長(zhǎng)度，對(duì)帶頭進(jìn)行帶頭高速監(jiān)視型AGC。此功能在F4～F7中實(shí)現(xiàn)。它所采用的值是N次采樣的平均值再乘以F MONI的增益得出。第二個(gè)階段：假設(shè)測(cè)量出來(lái)大的絕對(duì)板厚偏差△h，消除此偏差所需的壓下量△S=-M+Q/M×△h，實(shí)際上，考慮到板帶行走的滯后時(shí)間T0i的補(bǔ)正以及增益G，有如下關(guān)系 △S=-M+Q/M×△h×T0i/Td

3.3AGC的補(bǔ)償功能：AGC的補(bǔ)償功能主要包括：油膜補(bǔ)償、壓尾補(bǔ)償、彎輥補(bǔ)償、竄輥補(bǔ)償、偏心補(bǔ)償?shù)?。這里重點(diǎn)介紹一下油膜補(bǔ)償。油膜補(bǔ)償也叫加速補(bǔ)償，由于在軋制過(guò)程中的加速和減速軋制都會(huì)使支撐輥油膜厚度發(fā)生變化，如果使用軋制力AGC將會(huì)使軋出的帶鋼變薄。由于根據(jù)測(cè)厚儀原理，軋制力AGC不能得到有效的控制，因此需根據(jù)加減速作相應(yīng)的補(bǔ)償。因?yàn)閔—為帶剛出口厚度S0為初始輥縫，所以，在加速軋制時(shí)軋制力F變大，減速時(shí)F變小，因此在加減速軋制時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)軋制力的變化進(jìn)行加減速的補(bǔ)償，實(shí)際上使用下面的公式：—加減速實(shí)軋制力的變化，V—軋制速度 K2—系數(shù)，顯示了在軋機(jī)加速或減速過(guò)程中由于油膜厚度變化引起的軋制力增量。它是軋輥線速度V的函數(shù)，如下所示：在MELPLAC中是一組有線性函數(shù)關(guān)系的數(shù)據(jù)（FGEN）， 它是在吻輥狀態(tài)下，通過(guò)軋機(jī)加速和減速，不同軋機(jī)速度對(duì)應(yīng)不同軋制力變化所得到的一組數(shù)據(jù)。油膜補(bǔ)償量通過(guò)上述軋制力變化值和當(dāng)前軋制力等級(jí)下的軋機(jī)常數(shù)（MACC），按照下列公式： 計(jì)算得到。這樣，在厚度儀厚度計(jì)算過(guò)程中，當(dāng)前的壓下位置得到了修正。經(jīng)油膜補(bǔ)償后的壓下位置根據(jù)當(dāng)前壓下位置（結(jié)果值）和ΔSACC.，通過(guò)下述公式來(lái)計(jì)算：

4.結(jié) 論：熱軋生產(chǎn)中，對(duì)于軋機(jī)輥縫的調(diào)節(jié)是非常重點(diǎn)的問(wèn)題，同時(shí)也是一個(gè)難點(diǎn)。通過(guò)各種AGC的調(diào)節(jié)和匹配，達(dá)到輥縫的精確控制，最終實(shí)現(xiàn)帶鋼成品厚度的準(zhǔn)確調(diào)節(jié)。TMEIC控制系統(tǒng)主要使用軋制力AGC、厚度監(jiān)測(cè)AGC、油膜補(bǔ)償、壓尾補(bǔ)償、彎輥補(bǔ)償、竄輥補(bǔ)償、偏心補(bǔ)償?shù)?，通過(guò)這些AGC的控制，達(dá)到了厚度控制的目的。首鋼遷鋼1580熱軋生產(chǎn)線的帶鋼成品厚度偏差保持在±15微米。

參考文獻(xiàn)

1. 張進(jìn)之，熱連軋厚度自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)化的綜合分析[J]，重型機(jī)械，2004（3）：1-2

2. 首鋼1580工程文件，TMEIC技術(shù)規(guī)格書(shū)

3. 趙毅德，中厚板軋機(jī)液壓AGC的工作原理[J]，軋鋼，1996（3）：17-19