宝钢2050热轧板带厚度控制系统的研究

宝钢2050热轧板带厚度控制系统的研究居兴华赵厚信杨晓臻王琦摘要：从提高宝钢2050热轧板厚度控制精度出发，结合宝钢原SiemensAGC模型应用情况，详细分析、测试了动态设定AGC模型特点及相关控制特性，成功地将动态设定AGC应用于2050热连轧机组，取得了显著效果。关键词：热连轧动态设定AGC厚控精度模型RESEARCHOFTHEGAUGECONTROLSYSTEMFOR2050HOTSTRIPMILLATBAOSTEELJUXinghuaZHAOHouxinYANGXiaozhen(ShanghaiBaosteelGroupCorp.)WANGQi(CentralIronandSteelResearchInstitute)ABSTRACT：Toimprovethesizeaccuracyofhotrolledsteelstrip,SiemensAGCmodelanddynamicsettingAGCmodelwereanalyzedindetail.Aftertesting,thedynamicsettingAGCmodelsuccessfullyreplacedSiemensAGCmodelinrealprocessandabetterthicknessaccuracyofthestripisobtained.KEYWORDS：hotcontinuousrolling,dynamicsettingAGC,thicknesscontrollingaccuracy,mathematicalmodel▲热轧板带厚度控制系统在整个生产过程处于十分重要的地位，其效果直接影响到成品质量。具有完善的厚度控制系统的轧机生产出的带钢厚度精度可以控制在±30～±50μm范围之内。设计完善的厚度控制系统，首先要明确影响板带厚度变化的因素，采用相应的对策。凡是影响轧制压力、辊缝等的因素，都将对实际轧件出口厚度产生影响，影响板带厚度精度的因素主要有以下几个方面：来料的厚度变化、材料温度的变化、支撑辊油膜的变化、张力的变化、轧辊热膨胀和磨损、轧辊和轴承偏心的影响、轧制速度的影响等〔1〕。1宝钢2050热连轧厚度控制模型宝钢2050热连轧是测厚型厚度控制系统〔2〕，即由弹跳方程间接测量钢板出口厚度，与设定值之差经过积分，再乘以压下效率的倒数(M+Q)/M作为消除厚差所需要的辊缝调节量ΔS。整个厚度控制系统是由压力AGC，监控AGC共同组成。1.1厚度计算模型h＝S+ΔSi+ΔSb+ΔSp-ΔSl-ΔSCVC-ΔStemp(1)式中S——实际辊缝值；ΔSi——积分器输出补偿值；ΔSb——弯辊力对辊缝造成的影响；ΔSp——轧机的弹跳量；ΔSl——油膜补偿量；ΔSCVC——CVC轧辊对辊缝的影响；ΔSt——轧辊热膨胀对辊缝的影响。宝钢2050热轧厚度控制系统分绝对和相对方式两种情况。绝对方式是指轧机咬钢后200ms，将此时按式(1)计算得到的带钢厚度作为锁定值h*，AGC系统开始工作，并将此后得到厚度h(仍按式(1)计算得到)与h*相比较，从而得到Δh＝h*-h，再进一步转换成辊缝调节量ΔS，送到APC系统执行。相对方式AGC是指在咬钢后3s，AGC开始动作，并将此3s内4次板厚计算值的平均值作为锁定值，h*＝∑hi/4.0(i＝0～4)，以后的厚度计算值hs与h*比较得到Δh，再换算成辊缝送到APC系统执行。AGC系统工作时绝对方式和相对方式是自动切换的，切换的依据是设定轧制力和实际轧制力差值或操作人员的干预。1.2辊缝计算模型综合各种影响，实际送往APC(APC亦为PI调节器)系统的辊缝调节量ΔSo＝ΔS-ΔSe+ΔSm(2)式中，ΔS为积分器输出值，是根据带钢实际厚度与带钢锁定厚度的差经过积分运算，然后乘以比例因子(1+Q/M)得到的；ΔSe为轧辊偏心对辊缝造成的影响，轧辊偏心和压力AGC的调节作用是相反的；ΔSm为监控补偿量。1.3SiemensAGC模型特点(1)其模型是厚度闭环，APC模型及测量计算模型中都存在积分环节，这样系统的响应速度相对较慢；(2)监控AGC作用太强，从模型中可以看出，监控AGC在某种意义上对成品的厚度精度起着决定性作用，如果过程机设定误差较大，最终成品厚度精度也只有依赖于监控AGC。2动态设定型AGC模型系统动态设定AGC模型〔3〕不同于SiemensAGC模型，它能自动识别外界扰动，清晰地反应AGC的动态调节过程，具有响应速度快，控制精度高等特点。2.1模型调节原理AGC的调节过程，实际上是解决外界扰动(坯料厚度和硬度差等)、调节量(辊缝)和目标量(厚度)等之间的相互影响关系。外界扰动影响轧制力，调节辊缝也引起轧制力的变化。因此，当轧件头部锁定之后，第一次测得的轧制力差ΔP肯定是由外界扰动引起的，即可以ΔP1＝ΔPd计算出这时的辊缝调节量ΔS；第二次，第三次……，第n次的压力测量值，不仅包含了外界扰动因素的影响(ΔPd)，而且还包含辊缝调节引起的轧制力变化量(ΔPs)。图(1)反应了AGC的调节过程。轧机的弹跳方程为图1P—H图Fig.1P—Hgraph(3)式中h——轧件出口厚度；P——轧制力；S——辊缝；M——轧机刚度；ε——补偿系数。其微分形式为(4)由P—H图得(5)只考虑轧制力的变化，式(4)变为(6)代入式(5)(7)调整辊缝引起的轧制力变化由下式表示：(8)式(7)用于计算外界扰动引起的辊缝调节量，式(8)用于计算调整辊缝引起的轧制力变化量。以连轧某一机架为例，假定轧件头部厚度已达到目标值，将头部锁定，并记录此时的轧制力、辊缝、出口厚度等值的Ps、Se、he，其他时刻的测量值用增量形式表示，即ΔPk＝Pk-Pe；ΔSk＝Sk-Se，其中k为采样时刻序号，k＝1，2，…。当k＝1时，可测得ΔP1，而ΔS0＝0，引用式(7)可计算出此刻的辊缝调节量。(9)当k＝2时，可以测得ΔP2，但是此时ΔP2包含两部分；一部分是由于坯料外界扰动引起的轧制力变化ΔPd，另一部分是第一次辊缝调整引起的轧制力变化ΔPs，ΔPs可以用式(8)计算。(10)(11)(12)由上式递推，并可以证明下式存在：(13)上式为动态设定AGC系统的控制模型，由此式可以计算出口厚度恒定时的辊缝调节量。上式可以简便地用作DDC—AGC系统的控制模型，用它构造的控制系统框图如图2所示，比其他模型构造的控制框图更为简便。图2动态设定AGC控制框图Fig.2AGCcontrolschemewithdynamicsetting2.2动态设定AGC模型的几点讨论(1)此方程动态地反应了压力AGC的调节过程。外界扰动引起轧制力变化，要消除由此轧制力变化所引起的轧件厚度变化，必须调整辊缝，而辊缝的调整又引起轧制力的变化，轧制力的变化又引起轧件出口厚度的变化，因此，辊缝需要再次调整。上述过程反复进行，直到达到平衡状态为止。式(13)可以动态地反应调节过程中各量之间的定量关系，从根本上揭示轧制力、外扰、辊缝和轧件出口厚度之间的矛盾关系，从而将随机问题转化为确定性问题。(2)宝钢原SiemensAGC是厚度反馈系统，而动态设定AGC将厚度反馈控制转化为预控制，同时又将厚度闭环改为辊缝闭环，这样相对于SiemensAGC模型能够较快地达到平衡状态，不会发生振荡现象。(3)在公式推导时，各时刻的扰动ΔPd是不相同的，真实地反映了系统外界干扰。(4)动态设定AGC与监控AGC、前馈AGC等系统是相容的，而且保持各自的独立性，无相互影响。3AGC模型在宝钢2050热连轧机的应用以上分析表明，动态设定AGC与宝钢SiemensAGC相比，具有控制精度高、响应速度快、系统溶合性好等特点。动态设定AGC在宝钢2050热连轧应用的主要困难在于基础自动化MMC216系统复杂，轧线生产合同多，无充分实验条件；另一方面，从宝钢原AGC模型可以看出，宝钢厚度控制模型比较复杂，考虑因素繁多，如何将这些影响因素转化应用到动态设定AGC模型中是一个关键的问题。针对上述问题，作者采集了大量的在线数据，充分考虑了原系统监控AGC、弯辊、CVC、油膜、热膨胀等因素对动态设定AGC模型的影响。例如，理论和实践证明了动态设定AGC和监控AGC相互独立，无干扰。经过充分考虑和大量采集在线数据，设计了动态设定AGC取代SiemensAGC模型的实施方案。1996年6月，进行了动态设定AGC代替SiemensAGC模型的实验。动态设定AGC模型的辊缝调节计算值曲线和实测轧制力波动曲线具有对称性，辊缝计算值和实际要求的辊缝调节量比较吻合，其响应速度比SiemensAGC明显快。表1两种模型厚度板差精度抽样对比Table1SampledthicknessaccuracycomparisonofdynanicsettingAGCandSiemensAGC采用时间厚度规格/mm同卷极差实验条件1996-06-034.00.145SiemensAGC1996-06-048.20.151SiemensAGC0.026F5、F6、F7动态设定AGC0.035增益K＝0.850.0500.0560.0651996-06-077.20.088SiemensAGC0.053动态设定AGC增益0.042KF6／KF7＝0.0.04850.060由表1可知：(1)动态设定AGC自1996年6月首次实验取得成功以来，技术指标已显著提高，经6月7、11日在线调试，6月12日白班开始投运，观察一段时间后，从6月20日起，动态设定AGC全面投入运行；(2)表中数据来自宝钢过程机工程记录，表中同卷极差是指同卷带钢厚度最大值与最小值之差；3)动态设定AGC投运后，带钢厚度同板差控制精度明显高于原SiemensAGC模型控制精度，提高一倍以上。4结语从应用的结果来看，动态设定AGC取代SiemensAGC模型是成功的，从热轧产品质量数据来看，动态设定AGC控制效果明显优于原SiemensAGC模型。动态设定AGC在宝钢2050热连轧机取得较好的控制效果是在不改变原有设备和自动化水平的基础上实现的。从而说明，在宝钢现有条件下，在某些领域采用好的工艺控制模型，不改变原有设备和自动化水平完全可以得到高质量产品。■作者单位：居兴华(上海宝钢集团公司)赵厚信(上海宝钢集团公司)杨晓臻(上海宝钢集团公司)王琦(钢铁研究总院)参考文献：〔1〕日本钢铁协会编.板带轧制理论与实践.王国栋等译.北京：中国铁道出版社，1990.165～180.〔2〕吴章维.精轧液压AGC.宝钢热连轧机电气自动化文集.上海：宝山钢铁总厂，1989，135～142.〔3〕张进之.压力AGC数学模型改进.冶金自动化，1982，(3)：15～20.