基于產品質量綜合協調控制的熱軋AGC系統優化

陳百紅，張紅軍，張成斌，胡軍，鮑巖

（鞍鋼股份有限公司熱軋帶鋼廠，遼寧 鞍山114021）

目前常規的熱軋帶鋼AGC控制系統基本以控制厚度為唯一目標，對板形和寬度等其他因素的影響考慮甚微，這樣往往會導致厚度質量控制較好，而板形、寬度等方面控制效果不理想。通過研究國內外熱軋帶鋼厚度控制系統現狀，消化吸收鞍鋼其他熱軋生產線厚度控制系統特點后，在1580 mm熱軋生產線上設計開發出一種新的厚度控制系統。對AGC系統的產品質量綜合協調控制進行了探索性研究，在提高帶鋼的厚度控制精度的同時，兼顧提高板形、寬度的控制精度，提高了軋制穩定性。

1 AGC系統組成及創新點

1.1 系統組成

（1）前饋控制。解決來料趨勢性溫度變化引起的厚度偏差。

（2）軋制力AGC。以頭部計算厚度鎖定目標，解決高頻隨機波動。

（3）高速監控AGC和監控AGC。高速監控AGC解決頭部實際厚度的偏差，監控AGC解決頭部后面身體部分實際厚度的偏差。

（4）絕對AGC。以二級計算厚度為目標，以彈跳方程計算進行控制。

（5）油膜補償。軋機升速時油膜厚度發生改變，會對厚度產生影響，需要對油膜進行補償。

（6）頭部沖擊補償。帶鋼穿帶時，AGC缸液壓油有壓縮，造成頭部厚度偏厚，要進行頭部沖擊補償。

（7）尾端補償。帶鋼尾部失去張力，溫度降低造成尾部厚度變厚，要進行尾端補償。

（8）偏心補償。熱軋支承輥存在一定偏心，要進行偏心補償。

1.2 創新點

（1）厚度控制與板形控制的協調，不是只有對彎輥力進行補償這樣一種較為被動的控制方法，還可以在軋制過程中，通過投入高速監控AGC，優化精軋機組軋制負荷動態分配，以盡量減輕彎輥系統的調節負擔，防止彎輥力飽和失控。高速監控AGC不能破壞后幾架軋機的軋制力分布規律，因此要以保持板形不被破壞為原則。

（2）厚度與板形之間采用解耦控制。在板形控制方面采用全新的板形板厚解耦，AGC調節會造成板形凸度變化，在調節彎輥時，軋制力會發生變化，對厚度計算產生影響，因此AGC與板形要有解耦。

（3）厚度控制與寬度控制的協調，主要是指在AGC動作時，通過對軋機速度進行補償，避免因壓下擾動引起機架間帶鋼高度高速調整，造成張力波動，嚴重時甚至會破壞帶鋼寬度指標。壓下位置發生波動時，入口帶鋼厚度、出口帶鋼厚度，及前后滑的變化都會對活套的穩定性產生影響。通過對前后滑的變化進行計算來補償軋機速度，以保證機架間帶鋼套量。

2 AGC控制系統設計

2.1 控制器介紹

生產線控制系統采用GE PAC控制器，PACSystems控制技術是在標準的嵌入式體系結構上建立的一種商業化的操作系統。GE Fanuc的CIMPLICITYRME為PACSystems的所有編程、配置和診斷提供了廣義的工程開發環境。PAC系統CPU和I/O，采用VME64標準格式，與可選擇的智能模塊之間通過安裝在機架上的底板進行通訊。PAC系統與編程器或HMI設備之間的通訊通過嵌入式的以太網端口完成。

2.2 AGC控制系統配置

生產線整個AGC控制系統由HMI系統、二級計算機、三級計算機、編程器、PAC可編程控制器（PLC）、通訊網絡以及現場遠程I/O控制子站等幾部分組成，AGC控制系統配置如圖1所示。

圖1 AGC控制系統配置

2.3 產品質量綜合協調控制

2.3.1 高速監控與板形控制協調

為使軋制力變化率不變，AGC調節量δSi與軋制力Pi關系為：

F5～F7 機架 AGC 調節量（δS5～δS7）對精軋出口成品厚度δh7影響為：

當帶鋼頭部厚度出現偏差時，各機架高速AGC調節量為：

Ti（i=1～7）可由二級計算機提前計算后送到一級PLC，在求得δhFMN后，乘上Ti即得到高速AGC一次性下壓或上抬量δSiFMN。

2.3.2 厚度AGC與板形ASC解耦

在板形控制方面，采用全新的板形板厚解耦，AGC調節會使凸度發生變化，調節彎輥的同時，軋制力發生變化，對厚度計算有影響，因此AGC與板形要有解耦。

根據彈跳方程，在計算時實際軋制力要去除彎輥力的影響。由于AGC控制優先調節，當因二級厚度設定不準導致厚度超差較大時，AGC調節量較大易造成凸度及平坦度的波動，故需要對AGC造成的波動進行快速補償。

板形板厚解耦利用AGC計算的調節量，在送給內環自動位置閉環控制APC的同時，還送給自動板形閉環控制ASC進行補償計算，從而加快調解速度。計算公式如下：

2.3.3 厚度控制與寬度控制協調

AGC動作造成壓下位置波動，入、出口帶鋼厚度及前、后滑變化會使帶鋼張力不穩定，可能造成寬度與板形質量出現問題，或軋制不穩定。因此，需要進行牽引補償。

壓下波動與厚度波動必然影響到壓下率波動，因此機架間帶鋼套量影響數量與前后滑變化量有關。牽引補償通過檢測前后滑的變化來控制軋機速度，以保證機架間帶鋼套量穩定。

為了保持機架間秒流量相等，采用如下算法：

式中，δVn為本機架速度變化量，m/s；Vn為本機架軋機速度，m/s；δVn+1為后面機架速度變化量，mm；Vn+1為后面機架速度，m/s；δfn為前滑變化量，mm；fn為前滑值，mm；δHn為軋機入口厚度變化量，mm；Hn為軋機入口厚度，mm；δhn為軋機出口厚度變化量，mm；hn為軋機出口厚度，mm；δSn+1為后面機架AGC調節量，mm。

3 運行效果與分析

在鞍鋼1580 mm熱軋線熱負荷試車成功后，隨著調試的展開，不斷調整AGC控制系統功能。表1為AGC控制優化改進前后質量精度對比。在控制精度方面，通過與二級計算機系統共同調整，AGC控制精度逐步提高，帶鋼板形質量和寬度質量等各項指標將有所提升，滿足了工藝質量的要求。

表1 AGC控制優化改進前后質量精度對比

4 結語

以鞍鋼投資新建的1580 mm熱連軋生產線為背景，對AGC控制系統從高速監控與板形控制協調、厚度AGC與板形ASC解耦，以及厚度控制與寬度控制協調三方面進行設計、調試等改進工作。改進后，AGC系統控制精度得到了提高，帶鋼寬度控制和板形控制兩方面的質量也得到了提升，提高了軋制穩定性，滿足了現場生產工藝質量的要求。