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东北大学国家重点实验室冷连轧机厚控系统

东北大学国家重点实验室冷连轧机厚控系统 2011年12月10日 来源： 摘要：介绍了东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室三机架冷连轧机的厚度及张力控制策略。给出了改进的位置／压力HCC的控制方法，以及高分辨率前馈AGC、带关联因子的厚度计AGC、变增益监控AGC及轧制加减速过程的AGC控制方案。

关键词：冷连轧机　HCC控制　厚度控制

东北大学国家重点实验室的三机架冷连轧机是该实验室最重要的一条兼有实验和生产能力的轧线。该轧机配备有美国西屋公司的分布式计算机控制系统、英国欧陆公司的全数字直流传动系统和德国福尔默公司的接触式测厚仪。其液压伺服系统、液压缸位移传感器、轧制力传感器、带钢张力传感器、带钢位置跟踪编码器等均为国内配套。1995年12月9日实验室通过国家验收时，该系统只投入了液压位置和速度调张等最基本的功能［1］。现在，各种厚度控制功能已经投入，达到了较高的厚度控制精度。它不仅可稳定地进行工业生产，也为轧制技术和连轧控制系统的理论研究提供了理想的试验手段。1　系统的厚度控制策略　　设计中，在参考国内外连轧控制系统成功经验的基础上，针对三机架系统的具体特点，开发出了一套既有较好的通用性，又有独特特点的冷连轧控制软件。整个系统的控制方案如图1所示。

P1、P2、P3—1＃、2＃和3＃机架的轧制压力；ΔS1、ΔS2、ΔS3—1＃、2＃和3＃机架的液压缸附加位移；S1、S2、S3—1＃、2＃和3＃机架的液压缸位移；δh1、δh12、δh3—1＃、2＃机架入口和3＃机架出口的厚差；Vu1、V12、V23、V3C—开卷机、1＃～2＃、2＃～3＃机架间和卷取机的线速度；Tu1、T12、T23、T3C—开卷机、1＃～2＃、2＃～3＃机架间和卷取机的张力；TSW—张力控制开关；SSW—位置控制开关；HCC—液压缸控制；ATC—自动张力控制；ASC—自动速度控制；FF AGC—前馈AGC；MNT AGC—监控AGC；GM AGC—厚度计AGC；ACC—自动电流控制

第1机架采用了前馈AGC、厚度计AGC和监控AGC集成化的厚度控制策略。　　．前馈AGC：通过第1机架入口测厚仪和入口张力辊上的光电编码器，测量带钢的厚差和进行位置跟踪，然后控制第1机架液压缸的位移，实现第1机架入口厚度前馈控制。　　．厚度计AGC：利用第1机架的压头测量到的轧制力和位移传感器测量到的液压缸位移，依据机架的刚度模型，算出1＃机架轧制的带钢厚差，而后控制第1机架液压缸的位移，以实现其厚度控制。　　．监控AGC：利用1＃机架出口测厚仪，测量出口带钢偏差，控制第1机架液压缸的位移，对厚度偏差进行监控，以克服1＃机架带钢的低频偏差。　　第2机架入口前馈AGC：利用第1机架出口的测厚仪，检测带钢厚差，并控制1＃机架的速度来控制2＃机架入口的金属秒流量，进而控制2＃机架出口的带钢厚度。　　第3机架监控AGC：利用3＃机架出口测厚仪，测量出口带钢偏差，并作为第3机架监控AGC的反馈信号。一旦有厚差存在，通过两种方式来控制出口厚度：如果带钢硬化还不十分明显，就通过调3＃机架的HCC系统来控制；如果硬化已很严重，则通过调节2＃～3＃机架间的张力来控制出口厚度。　　机架间的张力控制：1＃～2＃机架间的张力，当速度低于额定速度的10%时，采用调速调张方式，称为静张力调节；当速度高于额定速度的10%时，采用调节2＃机架液压缸的位移来调张，称为动张力调节。2＃～3＃机架间的张力，无论速度高低，均采用调速调张的方式，即通过调整1＃、2＃机架的速度设定来调节2＃～3＃机架间的张力。　　开卷机和卷取机的张力调节，采用了最大转矩张力控制方式，通过实时的卷径测量来对张力进行开环控制，并辅以张力闭环控制。为使卷板形状更好，卷取机的张力控制采用了与卷径相关的递变张力控制。2　双量程位移传感器(LVDT)　　三机架冷连轧机选用国产的差动变压器(LVDT)位移传感器，原来的位移传感器的测量范围是±12.5mm，对应于计算机模入量±2047，其分辨率是6.1μm，这对于轧制高精度的薄带钢，无法满足要求。为此，与厂家联合设计了一种具有双量程的位移传感器。在一个位移传感器上，安装两套线圈，对应的芯杆有两段磁芯，并相应地装有两路信号处理和放大器电路，可分别测量±2.0mm和±12.5mm的位移。在小量程段，位移传感器的分辨率可达0.977μm。在实际使用中，当位移量超过±2.0mm，通过计算机的软件处理，可实现位置测量的无扰切换，这样可确保在大小位移传感器的切换处，不至由于数据跳变而引起位置调节系统的振荡。3　位置／轧制力闭环HCC控制　　HCC作为AGC控制的执行内环，对AGC的性能有决定性的影响。HCC的功能是独立地调节操作、传动侧伺服阀开口使两侧液压缸达到所期望的位置或轧制力。位置环工作时，辊缝调节值由AGC模块和手动干预给出，它与液压缸位置反馈信号比较后产生一个位置偏差信号，这个偏差信号和一个与液压缸压力相关的可变增益相乘后送到位置调节

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