1、54 精轧区液压压下控制系统5.4精轧区液压压下控制系统5.4.1概述精轧区液压压下控制系统共有七台TDC控制器（PLC304-PLC310），每台TDC控制器分别控制一个液压压下，其中PLC304控制F1和F1E，精轧压下操作台进PLC310。由于PLC304-PLC310的配置及实现的功能是相同的，所以下面以PLC304为例进行描述。5.4.2PLC304系统配置及硬件组成说明系统由主框架、两个ET200M远程站组成。其中一个ET200M远程站控制F1E，另一个控制F1，PLC304通过Ethernet card工业以太网通讯模板连接到以太网上，完成与HMI的通讯。精轧F1E及F1 HAG
2、C控制系统PLC304采用西门子TDC控制器。F1E/F1 HAGC系统配置可参见PLC304系统硬件配置图。系统由主框架、ET200M远程站组成。TDC框架模板配置：CPU551：中央处理单元CP5100：工业以太网通讯模板CP50M0：Profibus-DP网通讯模板SM500：信号模板，可通过连接不同的电缆和接口模板可分别作为开关量输入/输出模板、模拟量输入/输出模板、增量/绝对值脉冲计数模板。CP52IO：GDM网接口模板ET200M远程站包括模板如下：PS307：框架电源模板IM153：总线接口单元ET200M远程站还包括开关量输入模板、开关量输出模板、模拟量输入模板、模拟量输出模板
3、、SM338模板。两个ET200M远程站安装在机旁控制柜内，通过Profibus-DP网连接到主框架Profibus-DP-1通讯模板上。PLC304通过Ethernet card工业以太网通讯模板连接到以太网上，完成与HMI的通讯。PLC304作为GDM网从站，第21槽安装CP52A0（GDM网接口模板），通过光纤连接到GDM网主站PLC303 TDC CP52I0接口模板上。5.4.3所控设备及技术参数5.4.3.1设备技术参数压下装置 F1-F7液压AGC测压仪： F1-F4测压力2*25000KN F5-F7测压力2*25000KN压下速度： 3mm/s轧辊开口度： 70mm工作辊平衡
4、弯辊缸（每架）： 8*180/130*155mm 8*180/130*85mm 工作压力16MPa支撑辊平衡缸（每架）： 1*360*400mm 工作压力16MPa5.4.3.2AGC液压阀组控制要求每个机架的传动侧和操作侧各设有1台AGC液压阀组，每个AGC液压阀组上设有两台伺服阀，用于AGC缸正常轧制。在每个AGC缸上阀心各设置一台位移传感器和一个行程开关，用于AGC缸工作行程的检测及进行AGC控制。当AGC缸距缸盖小于10mm时，AGC缸可控快抬。AGC缸的活塞距缸底不小于5mm。AGC缸工作过程中，轧机传动侧和操作侧AGC缸速度同步。传动侧和操作侧既能单动又能联动，即两侧的伺服阀既能联
5、合控制又能单独控制。换辊时AGC缸通过卸荷阀排油，伺服阀参与控制，实现快速抬升。出现事故时，如轧制力超过标定值时，AGC缸通过卸荷阀排油，实现快速抬升。5.4.3.3AGC阀组，平衡弯辊阀组及横移阀组电磁阀动作表AGC传动侧液压阀组电磁阀动作表5.4-1调节快开事故快开停止241HVS56/1输入信号输入信号零位零位241HVS56/2输入信号输入信号零位零位241HV57/1A得电A得电断电断电241HV57/2B得电A得电A得电断电241HV58/1B得电A得电A得电断电操作侧AGC液压阀组电磁阀动作表与传动侧一样。传动侧平衡弯辊液压阀组电磁阀动作表5.4-2弯辊平衡上辊平衡停止缩回241
6、HVS62输入信号零位零位零位零位241HV63B得电A得电A得电断电A得电241HV64/1断电A得电A得电断电断电241HV64/2断电A得电断电断电断电操作侧平衡弯辊阀组电磁阀动作表与传动侧一样。横移缸液压阀组电磁阀动作表5.4-3工作停止241HVS72/1输入停止241HV74/1B得电断电241HVS72/2输入停止241HV74/2B得电断电241HVS72/3输入停止241HV74/3B得电断电241HVS72/4输入停止241HV74/3B得电断电操作侧横移缸液压阀组电磁阀动作表与传动侧一样。5.4.4功能说明PLC304主要完成以下功能：精轧F1E侧压下位置控制F1机架轧辊
7、平衡控制F1机架液压压下控制F1机架弯辊压力控制F1机架轧辊横移控制F1机架液压AGC控制(1)精轧F1E侧压下位置控制为了进一步提高板宽精度，并使中间坯对中于轧制中心线，在F1轧机入口侧设置立辊轧机。FE1辊缝的予设定是通过被分别设在立辊轧机的操作侧、传动侧的压下液压缸来完成的。要求左、右侧压下液压同步。首先标定开口度；然后过程计算机设定或操作工通过HMI设定开口度的目标值；当各种联锁条件都满足后，选择自动，并在HMI上发出定位命令（辊缝设定），系统自动完成位置控制。系统根据位移传感器读出的实际辊缝值，计算辊缝偏差S（目标值-实际值），对应压下液压缸速度V与辊缝偏差S的关系为：根据S的正负确
8、定速度V的极性，K的大小也可根据S的大小分段调整，并且使用极限特性和死区特性。当大于减速点时，=Vmax ，当小于死区值时，V=0 。辊缝设定时压下输出控制示意图如下：V(mm/s)S(mm)0 停车点 减速点1Vmax-Vmax图 5.4-1 侧压下输出控制示意图(2)自动厚度控制机械结构特点：F1F7全部采用全液压HAGC，增加了压下的快速性，提高板厚的精度；F1F7全部采用液压弯辊，以保证板形的精度；F1F7全部采用液压轧辊平衡；F1F7机架上设置工作辊轴向窜动HCW，上下工作辊在液压缸作用下轴向窜动；1液压APC液压APC首先作为液压AGC的内环，执行液压AGC控制所要求的辊缝调节量。
9、换言之液压APC是液压AGC的执行机构，并进行轧辊的倾斜控制；其次用于轧辊精确预摆辊缝，实现轧辊的校平。在最后一、二个机架，为使轧件板形较好，也可采用液压轧制力控制，实现恒轧制力控制，以获得好的板形。各机架内环可由操作工选择恒轧制力控制或恒辊缝控制。液压APC控制框图如图5.4-2所示。图中，上面部分为液压APC控制原理图。手动上升、手动下降用于操作工微调和轧机液压压下系统的检修。手动校零，采用自动预压靠的方式，压靠的压力为1000吨。初始给定辊缝用于本道次的辊缝预定值；AGC给定则是用于轧制过程中，由于厚度的变化，给出的动态辊缝修正值。操作侧和传动侧液压缸中的位移传感器给出的位移量经求和、取
10、其平均值作为辊缝实际值。辊缝给定值和实测值进行比较，获得位置偏差。按照偏差的方向和大小，给出伺服阀驱动电流，控制液压缸升降运动，以获得精确的定位值。DSOS传动侧位置传感器操作侧位置传感器弯辊压力传感器操作侧压力传感器传动侧压力传感器 图5.4-2 液压APC控制示意图位置给定综合AGC给定初始给定手动校零手动下降手动上升压力给定综合AGC给定初始给定手动降压手动升压倾斜给定综合初始给定手动给定/2倾斜给定位置控制DSOS压力控制倾斜控制传动侧液压缸操作侧液压缸图中部为倾斜控制，当倾斜给定值为零时，即可进行轧辊校平控制。由于来料的楔形或轧制过程中产生镰刀弯时，就需要手动倾斜控制。根据倾斜量的给
11、定值，操作侧和传动侧液压缸做相反运动，一侧上升，另一侧下降。但每台轧机的倾斜量都有一个极值是不能超过的。图下部为液压轧制力控制。由操作侧和传动侧液压缸中压力传感器之和作为总轧制力，两侧压力差作为轧制力差。在最后一、二个机架为使板形较好，可采用恒轧制力控制。由轧制力设定值和实测轧制力之差，调节伺服阀驱动电流，控制液压压力，以保持轧制力恒定。在上述液压APC控制中包括了流量补偿环节。2液压AGC液压AGC框图过程计算机计算的轧制力和厚度作为本块钢的目标值采集本机架的轧制压力、辊缝、弯辊力实测值计算GM厚度采集测厚仪检测的带钢出口厚度偏差头部轧制力采样和头部计算厚度作为本块钢的目标值计算辊缝调节量S
12、i1补偿量修正，包括：轧件宽度、硬度、油膜、轧辊偏心等绝对AGC相对AGC监控AGC液压APC控制器Si= Si1+(1-) Si2Si2= KjihNNSi1 = 0Si=Si0+SiY|GM厚度-目标厚度| ?图5.4-3 液压AGC简要控制框图Y厚度偏差在死区之外否? 运行方式：相对AGC：LOCK-ON方式：以计算各机架头部平均厚度为目标厚度锁定各机架的轧制力和辊缝,进行自动厚度调节，追求同板差最小。HOLD方式：以前一块带钢头部锁定值作为本次锁定值进行本块带钢自动厚度调节。当实测带钢出口厚度与给定的目标厚度之差超过某极限值时，将以各机架实测值作为本块钢的给定目标厚度。绝对AGC：以过
13、程计算机计算的目标厚度和预报轧制力作为目标厚度和锁定各机架轧制力进行自动厚度调节，追求与要求的成品厚度差最小。当实测带钢出口厚度与给定的目标厚度之差超过某极限值时，将以实测值作为本块钢的给定目标厚度。 控制方式：压力AGC：以轧制压力作为主自变量，以弹跳方程为基本模型的AGC控制方式，属于反馈控制。监控AGC：以精轧出口的测厚仪实测的厚度差为自变量，以弹跳方程确定厚差对辊缝的调节系数的AGC控制方式。属于反馈控制。监控AGC基本控制步骤如下：如果精轧出口的测厚仪实测的厚度差|h| 死区值，不调节；如果|h| 死区值，计算辊缝调节量s：如果辊缝调节量|s| Fi允许辊缝调节量（一个采控周期内），
14、仅调节Fi压下；否则，辊缝调节余量向上游机架分配。参与监控AGC的机架，按照实际轧制速度计算，当该机架变形区带钢到达出口测厚仪时，开始一个新的采控周期。对于F7机架ti对于F4-F6机架ti式中：S0为末机架到测厚仪之间距离，VL 为采样时刻末机架速度，S为相临两机架之间距离， Vi为采样时刻Fi机架速度。监控AGC分为绝对监控AGC和相对监控AGC。绝对MONITOR ON AGC锁定基准为设定的目标厚度h*。相对监控 AGC是以带钢头部到达测厚仪视区经过一定的延时t之后（延时时间由软件设定，暂定200ms），通过计算采集末架出口测厚仪检测带钢厚度h* h* =(h1 + h2 + hn)/
15、nN次（5个扫描周期采集一次）的平均值作为目标厚度。 AGC投用原则:当DAGC和监控AGC同时投入时，则DAGC计算辊缝调节量与监控AGC计算辊缝调节量进行迭加，调节辊缝以达到目标厚度。AGC工作方式组合表5.4-4F1F2F3F4F5F6F7DAGC 绝 对监控AGC绝对(|h*|0.1mm)表中：1）“”为可选用符号。2）当绝对DAGC和MONITOR AGC同时投入时，监控AGC根据出口厚差h*的大小决定具体控制方式。当|h*|0.1mm，监控AGC为绝对方式。表5.4-5F1F2F3F4F5F6F7DAGC 绝 对监控AGC相对(|h*| 0.1mm)表中：1）“”为可选用符号。2）
16、当绝对DAGC和MONITOR AGC同时投入时，监控AGC根据出口厚差h*的大小决定具体控制方式。当|h*|0.1mm，监控AGC为相对方式。表5.4-6F1F2F3F4F5F6F7DAGC相 对监控AGC绝对(|h*|0.1mm)表中：1）“”为可选用符号。2）当相对DAGC和MONITOR AGC同时投入时，监控AGC根据出口厚差h*的大小决定具体控制方式。当|h*|0.1mm，监控AGC为绝对方式。表5.4-7F1F2F3F4F5F6F7DAGC 相 对监控AGC相对（|h*| 0.1mm）表中：1）“”为可选用符号。 2）当相对DAGC和MONITOR AGC同时投入时，监控AGC根
17、据出口厚差h*的大小决定具体控制方式。当|h*|0.1mm，监控AGC为相对方式。表5.4-8F1F2F3F4F5F6F7监控AGC绝对（|h*|0.1mm）表中：1）“”为可选用符号。2）MONITOR AGC单独投入时，监控AGC根据出口厚差h*的大小决定具体控制方式。当|h*|0.1mm，监控AGC为绝对方式。表5.4-9F1F2F3F4F5F6F7监控 AGC相对(|h*|0.1mm)表中：1）“”为可选用符号。2）MONITOR AGC单独投入时，监控AGC根据出口厚差h*的大小决定具体控制方式。当|h*|0.1mm，监控AGC为相对方式。DAGC算法动态设定型AGC（DAGC）是以
18、在各种扰动作用下保持出口厚度恒定的充要条件，以压力AGC参数方程为基础推出的。DAGC的参数方程正确反映了厚控过程规律，从而得出可变刚度公式，即动态设定型变刚度厚控方法，公式如下。其中，S：辊缝；Q：塑性系数； M：轧机刚度系数； Pk ：k时刻实测压力增量值；MC ：当量刚度；C：可变刚度系数轧件塑性系数计算公式：其中： Sn ：n步采样控制的辊缝值；Pd ：阶跃扰动压力值；KB ： 控制系统的参数计算Q的简化公式为：其中： ：i机架塑性系数；：i机架压力设定值： i机架入口厚度；：i机架出口厚度DAGC与压力AGC变刚度范围不同，其当量刚度取值范围为0 。MC=、C=1、与BISRA方法相
19、同。若MC = M，则C = 0；MC = 0，则C = M / Q，即可达到平整机特性。3DAGC相关的补偿功能系统中包括的补偿功能主要有轧辊偏心补偿、支持辊油膜轴承厚度补偿、轧辊热膨胀和磨损补偿、弯辊力补偿等。下面分别对这些补偿功能作简要说明。 轧辊偏心补偿系统中将采用死区加偏心滤波方法。下面为偏心滤波器方法：该滤波器是将支撑辊园周等分为 125点，采集N 125点轧制力：Px（0）、Px（1）、Px（2）Px（n-1）。并先求出轧制压力的平均值,公式如下：再计算支撑辊转一周后每转一点的轧制力变化量： 滤波器输出轧制压力：这样处理后，轧制力信号将不包含轧辊偏心影响。在实际应用中，在采足转一
20、周压力求出平均压力之后，开始投运滤波器，每新采一点后求出轧制压力并求新的压力平均值。 油膜轴承厚度补偿油膜轴承的油膜厚度是随压力和速度变化的，所以它是辊缝的动态变量、油膜厚度的变化可达200400 。它的影响通过校正DAGC的辊缝信号实现补偿。油膜厚度与压力和速度关系：式中：一油膜厚度；N一轧辊转数； P一轧制压力；a、b一常数。 、N、P可测，用压靠法改变机械辊缝和转数的实验就可以得出轧机的a、b常数。 轧辊热凸度和磨损变化的补偿轧辊热凸度和磨损变化的补偿采用自适应方法得到。成品机架后有测厚仪，所以成品机架的轧辊热凸度和磨损可以由弹跳方程计算厚度与实测厚度差校正之。其它机架厚度的实测值是由秒
21、流量相等条件计算的。当投运DAGC后，各机架厚控精度提高，活套波动量减小，更接近于稳态，所以使秒流量相等计算厚度精度提高，辊缝校正的量波动减小。 弯辊力补偿由于实测压力中包含了弯辊力，在设定计算和投运DAGC时所使用的真实轧制压力为实测压力减去弯辊力。 轧机刚度测量轧机刚度可通过测试取得。以F1机架为例，测试方法如下：1) 在液压压下清零完成后，选择F1机架以基速运行。2) 在HMI画面上，选择“F1轧机刚度测量”。3) 起动液压压下下压至有轧制压力时，每次自动下压0.1mm辊缝，在每一点延时一定时间（保证支撑辊运转二圈），在此时间内连续采集轧制压力，计算并记录平均值、最大轧制压力、最小轧制压
22、力；重复这一过程，下压至轧制压力25000KN停止。4) 然后自动以25000KN为起点，每次自动上抬0.1mm辊缝，在每一点延时一定时间（保证支撑辊运转二圈），在此时间内连续采集轧制压力，计算并记录平均值、最大轧制压力、最小轧制压力；重复这一过程，上抬至轧制压力消失时停止。5) PLC自动进行轧机刚度方程的处理，计算轧机刚度值。6) 在HMI画面上显示轧机刚度值。 轧机刚性补偿主要是轧件宽度和辊径补偿。补偿方法为：测试轧机刚性时，计算出不同宽度的轧件和不同辊径的工作辊和支撑辊的刚性补偿系数，在AGC运行时使用这些系数进行补偿计算。在轧制力较小，机架刚性处于非线性段时，根据该机架的实测刚性曲线
23、进行非线性补偿。补偿方法如下：压靠法测试轧机刚性时，得出的是轧辊全辊面刚度。关于轧辊辊径、板宽对轧机刚度的影响，可通过以下计算方法进行修正。轧辊辊径对轧机刚度修正量计算：板宽对轧机刚度修正量计算：AGC用轧机刚度： = 0.1*0.1*式中，M0为全辊面测量时的轧机刚度值。 尾部补偿当带钢尾部每离开一个机架时，由于后张力消失，必然导致尾部增厚。为减少尾部增厚，根据张力对厚度影响关系计算出h，转换成所需辊缝改变量St 。带钢尾部补偿计算公式：htKth式中，Kt为调节增益，由张力对厚度的影响关系计算。h为压尾时刻Fi1机架带钢估算增加的厚度。当带钢尾部离开Fi1机架时，对应于Fi机架的压下量St
24、为：Stht 加减速补偿加减速时油膜轴承厚度补偿量变化，已包含在油膜轴承厚度补偿功能之中。由于液压AGC响应速度快，加减速时轧制力必然变化，由压力AGC来控制厚度变化，已包含在压力AGC功能之中。 流量补偿在热连轧生产中，张力是影响厚度控制的重要因素之一。张力控制与厚度控制之间存在相互干扰，尤其是在穿带过程中，张力波动大容易引起轧机的振荡，使AGC不能正常投入使用。在稳态阶段，由于AGC调节厚度变化引起张力变化，反之，张力变化也会引起厚度变化。这种干扰单靠活套系统是很难消除的，所以国外开发了金属秒流量补偿的方法来消除这种干扰影响。由于目标是恒张力控制，所以不用考虑、对的影响。式中：h-带钢出口
25、厚度mmH-带钢入口厚度mmw-连轧张力模量mm3/（N.s）u-轧辊线速度mm/s -单位张力N/mm2s-无张力前滑 b-张力对前滑的影响系数mm2/N由于有高精度厚度控制系统，所以可假设；由，得到Fi+1入口厚度变化量Hi+1由Fi出口厚度延时计算。流量补偿的实现从以上公式可以看出，金属秒流量补偿功能要从现行系统中取出各机架厚度变化量，用延时数学模型计算各机架入口厚度，aij系数由过程机在轧制规程确定后，进行直接计算。由于延时计算需要各机架的速度，因此压下PLC要采集来自主传动系统的速度值。金属秒流量补偿计算功能放在PLC中进行。(3)工作辊横移工作辊沿轴向往返运动，可以分散轧辊局部的过
26、度磨损，使热凸度均匀分布。常用的轧辊横移策略有定步长周期横移和变步长周期横移两种，其中定步长周期横移是每轧一卷（或几卷）上下轧辊向相反方向移动一小距离，移动到极限位置后，再向各自的相反方向按照相同的步长移动。这种公式算法简单，容易实现。变步长周期横移的思想是根据磨损量的分布情况来确定每一步的横移距离，初始阶段采用较小的移动距离，当接近极限位置时，采用较大的移动距离。这样可使磨损分布更为均匀。(4)弯辊压力控制最佳弯辊力的预设定计算由过程机来完成，并把计算结果输出给液压弯辊系统的控制装置TDC控制器。由于该系统反应速度快，可以通过对带坯厚度和凸度进行不间断的检测，及时地计算出第一瞬间应设定的弯辊
27、力值。TDC控制器根据设定的弯辊力值，对弯辊压力闭环进行实时修正，保证弯辊装置实时在线控制。5.4.5操作台、机旁箱(5)操作台相关操作一个主操作台，安装于4CS，内部安装一个ET200M远程站，和精轧操作室HMI有关画面一起完成对精轧区压下的主控操作。操作内容如下：液压压下手动抬起、压下操作（ET200M I/O）机架快速打开（ET200M I/O）液压压下手动在线倾斜控制（ET200M I/O）ET200M远程站挂在PLC310上，通过GDM网传给PLC304PLC309。(6)HMI相关操作精轧机操作HMI位于精轧主操作室终端台上，协助主操作台完成对精轧机组的操作。主要操作内容如下：“自
28、动/手动”方式选择自动方式接收“正常轧制/换支撑辊/换工作辊/”工作状态选择压下清零请求定位命令（辊缝设定）设定辊缝液压压下手动/自动清零选择压尾补偿机架选择弯辊力增加/减少液压AGC功能投入选择AGC投用机架选择流量补偿功能选择轧机刚度测试机架选择HMI上的相关指示有：压下系统就绪进行辊缝定位正在清零、清零完成清零故障自动方式接收设定的辊缝值实际辊缝值液压控制回路运行工况位置传感器故障压下缸有杆腔、无杆腔室实际压力液压回路压力报警液压AGC辊缝调节极限显示液压AGC轧制压力保护极限显示(7)过程机相关操作过程机上设定数据：设定辊缝、设定压力、设定速度、设定厚度 过程机上的相关指示有：压下系统就绪清零完成压下自动P
