一．概述

黑色和有色的板帶材用戶隨著市場需求對板帶產品的規格和質量都提出了更高要求，板帶加工廠的工藝裝備要能滿足多規格、高精度、高效率的生產需求，而其主要設備液壓軋機的自動化控制水平卻嚴重制約著軋制的產品精度和生產率。

現代化軋機的水平主要體現在能實現高速軋制、高精度的厚度公差、良好的板形、高的生產率的產品等，其控制系統應能夠提供多種手段來滿足上述的要求。本公司開發的AGC計算機控制系統為用戶提供了**解決方案。

二．控制系統的配置方案

AGC采用上、下位兩級計算機控制方案，是集軋機過程控制、過程管理、AGC控制和故障報警診斷為一體的計算機系統。上位機由軋制過程管理計算機（網絡服務器）組成：下位機由輥縫控制計算機、厚度控制計算機完成實時控制，配置多臺獨立的顯示操作站（人機界面MMI），并與軋機PLC聯網，組成液壓軋機的整體自動化系統。。

1. 通訊網絡：上、下位機之間的數據通信采用以太網（Ethernet），開放式網絡結構，TCP/IP網絡通訊協議。采用Windows NT網絡操作系統。

2. 計算機配置：所有計算機均選用PC總線PentiumⅢ以上檔次的工業控制計算機。其中軋制過程管理計算機采用PentiumⅢ、128MRAM的研華IPC-610工業控制計算機。

3. 工程師臺：軋制過程管理計算機、打印機。

4. 控制柜：分AGC計算機柜和AGC接線端子柜。19〞上架結構，內配一個顯示器和一個鍵盤。

5. 機前操作箱：軋機左右側各設置一機前操作箱，分別安裝左右機前觸摸計算機。

基于上述硬件配置的軟件系統是集軋制過程控制和自動厚度控制為一體的模塊化軟件系統，由輥縫控制程序、厚度控制程序、軋制過程管理程序、數據顯示及操作控制程序、故障診斷及遠程診斷等應用程序組成。全部應用程序基于美國微軟*新的網絡操作系統Windows NT下，采用微軟*新的軟件開發工具Visual Basic和Visual C++編寫，運行于WINDOWS 環境下，軟件維護非常方便。同時，整個系統非常便于今后的軟硬件升級。

三．軋機數學模型的使用

液壓軋機是一個非常復雜的多變量系統，影響產品精度的因素相當多，而且各變量之間存在著耦合關系，即使在恒輥縫軋制的情況下，由于軋制速度、彎輥力、帶材入口厚度、冷卻、調偏量的變化，也會使得出口厚度目標值發生偏差。傳統的做法是使用厚度監控來校正這些偏差，但由于厚度監控周期不可能很快，因此，會不可避免地降低了控制精度，尤其對于高速、薄帶軋機。軋機數學模型決定了軋機輥縫、軋制力、彎輥力、軋制速度、軋制力矩、冷卻等參數之間的關系，在實際控制過程中，適時、適量的調整及補償，可以減少上述偏差的出現，進而提高控制精度。

四．帶材厚度控制

1. 輥縫控制。輥縫控制是AGC控制的基本內環，它與其他AGC模式一起使用。輥縫位置的檢測有若干種選擇，位移傳感器可安裝在軋機壓上油缸上、軋機彎輥油缸內或專門設計的檢測支座上。在軋機的操作側和傳動分別有兩個或兩組傳感器獲取位置反饋信號，然后把這兩個信號加以平均產生一個代表中央位置的信號，這個平均值和一個輥縫給定信號相比較，用兩者的差值來驅動伺服閥，調整壓上油缸使差值趨于零。

2. 壓力控制。壓力控制是AGC控制的**個基本內環，它也需與其他AGC模式一起使用。安裝于壓上油缸上的壓力傳感器檢測油缸內的壓力，經轉換得到軋機軋制力反饋信號，這個信號和一個壓力給定信號相比較，用兩者的差值來驅動伺服閥，調整壓上油缸使差值趨于零。壓力控制主要用于壓力-張力速度AGC控制、軋機預壓靠調零、軋機調試及故障診斷。

3. 壓力AGC控制（GMTR）。這種控制也被稱為液壓軋機的可變剛性。壓力AGC控制可以有效地增加軋機剛性，使軋機的等效剛性遠大于軋機的自然剛性。在軋制過程中，控制系統分別檢測軋機操作側和傳動側的軋制壓力，根據軋機的剛性曲線，計算出軋制力所引起的機架拉伸，相對于預計機架拉伸的任何變化被送入輥縫控制環進行動態補償。如果上述變化被完全補償，即100％補償，則軋機將呈現一無限大剛性，軋輥輥縫將不受來料厚度和硬度的影響，可以產生恒定的出口厚度。但是，100％軋機剛性補償會使支承輥偏心完全反映在帶材上，同時系統極不穩定，影響軋制精度，實際工作中，補償的百分比需要調整以獲得*佳的軋機性能。

4. 支承輥偏心補償。在軋制0.1～0.2 mm以上帶材，使用；輥縫控制時有效。采用快速傅立葉變換尋找上、下支承輥偏心的分布情況，在實際控制時對偏心進行補償。

5. 厚度監控。通過出口側測厚儀檢測軋機出口側帶材的厚度偏差，控制軋輥輥縫或軋制壓力，使厚度偏差趨于零。厚度監控可以消除因熱膨脹、軋制速度等對出口厚度的影響，消除入口厚度變化和入口帶材硬度變化的影響。

6. 厚度預控。通過入口側測厚儀檢測軋機入口側帶材厚度，存入一先入先出的厚度鏈表中，經過延時，根據所存厚度值控制軋輥輥縫或軋制壓力，使軋機出口側帶材的厚度偏差減小。延時的時間決定于入口測厚儀至軋輥中心線的距離和軋材的線速度。

7. 秒流量控制。根據流量恒定原理，單位時間內進入軋機的帶材體積應等于軋機出口帶材的體積，因此，可通過測量軋機入口、出口速度和入口厚度計算出軋機出口厚度，這一計算厚度與設定厚度的偏差用于控制軋輥輥縫或軋制壓力，同時，用出口測厚儀測得的帶材實際厚度偏差對上述控制進行校正。

8. 張力/速度AGC。張力AGC是通過調整軋機的入口張力，使軋機出口側帶材的厚度偏差趨于零。速度AGC是通過調整軋機的軋制速度，使軋機出口側帶材的厚度偏差趨于零。壓力、張力、速度控制的*有效范圍如下：

壓力控制 0.18～0.09㎜

張力控制 0.09～0.025㎜

速度控制 0.025㎜以下

9．多級AGC。設置有兩級控制器進行AGC控制，***控制器根據口厚度偏差進行控制，當***的被控參數超過預設定的極限值時，啟動**級控制器，同時調整**、**級的被控參數，直至***的被控參數返回到極限值以內。有四種基本控制模式：壓力/張力、張力/壓力、速度/張力、張力/速度。


五．帶材板形控制

帶材板形控制是國產軋機急需解決的一個主要問題，其難點在于板形儀。進口的板形儀價格相當昂貴，為了解決這一難題，國內許多單位正在積極研制板形儀。在目前國產軋機普遍缺少板形儀的情況下，帶材板形控制均采用人工目測調整的方法。目前，我們正也在開展板形控制算法的研究，主要思路是采用模糊控制及神經元網絡等先進的控制方法，解決板形控制中的多變量時變問題。AGC可以提供下列三種板形控制手段：


1. 正、負彎輥控制。通過調整彎輥力，改變軋輥的彎曲度。主要解決帶中部和雙邊波浪。

2. 輥縫和壓力調偏控制。通過分別調整操作側、傳動側軋輥輥縫，使軋傾斜。主要解決帶材單邊波浪。

3. 分段冷卻控制。通過調整冷卻液的分段流量，改變軋輥的局部熱膨脹變形。是軋制薄帶材的*有效的板形控制手段。


六．提高軋機生產率的手段

AGC系統配置有軋制工藝數據庫，可以存儲多達幾百種軋制工藝。每種軋制工藝包括：軋制道次、入口厚度、出口厚度、卷材寬度、合金號、輥縫、軋制力、軋制速度、入口張力、出口張力、彎輥力和一些控制參數。在軋制不同規格和帶材時，只需要調出相應的軋制工藝即可在每次開始軋制以前自動設置軋制狀態。

軋制工藝數據庫的建立可以采用人工經驗的方法，也可以使用軋機數學模型通過軟件計算建立。系統中的軋制工藝計算軟件可以快速計算軋制道次、輥縫、軋制力、軋制力矩等多種參數，對于頻繁變換軋制工藝的小批量、多規格的軋制情況非常有用。

另一方面，在軋制開始以前的準備階段，系統以帶卷號作為標志，將每班的生產計劃建立一個軋制隊列，根據軋制隊列系統自動選擇所設定的軋制工藝作為此道次的設定值，實現軋機的自動設定。這樣可以減少道次間的輔助時間，提高生產率。

從提高軋機的成材率出發，在控制系統中設置有：


1) 自動加減速控制：在每一道次結束時，為避免軋機軋過軋痕，都要提前減速，在人工控制情況下，有時很難準確判斷開卷機上剩余的帶材長度，尤其是在軋制薄帶材時，為保險起見，勢必要提前減速，結果使超差帶材的長度加長，減速時間加長，影響軋機的成材率和生產率。自動加減速控制不僅可以完成自動的加速和減速，更重要的是實現了軋機的準確停車，準確停車精度可以做到40㎜。

2) 加減速補償控制：在軋機的加減速段，軋機出口厚度會隨軋制速度的變化而變化，出口厚度將嚴重超差，加減速補償控制將根據軋機數學模型來實時調整輥縫或軋制壓力，以補償進厚度的變化，減少軋機加減速段的厚度誤差。


七．數據顯示和報表記錄

在過程管理機及各顯示操作站上均設計有豐富的人機接口畫面，可實時顯示軋機的各種參數和參數變化曲線，并可在軋制過程中修改這些參數。


在每卷帶材及每道次軋制結束后，系統可以自動產生帶卷報表，記錄此卷帶材每一道次的軋制情況。包括：輥縫、軋制力、軋制速度、入口及出口張力、彎輥力、入口及出口厚度曲線、厚度偏差分布曲線、產品精度等軋機主要參數。在每一班和每**生產結束以后，系統可以自動產生班報表和日報表，記錄生產情況。帶卷報表和班報表、日報表將保存在生產報表數據庫中。在數據庫中，用戶可以根據生產日期、帶卷號、班組號、產品規格進行查詢，找出所需要的帶卷數據，進行質量的跟蹤分析，是提高產品質量的有效手段。

八．故障診斷和遠程診斷

一個控制系統的可靠性由兩個方面來保證：一是系統的平均無故障時間，這可以通過選擇高可靠性的元器件及性能先進的計算機來保證；二是系統的故障修復時間，故障修復時間當然是越短越好。AGC故障診斷系統提供了大量的系統保護、檢測和報警手段，在故障發生時系統可以自動記錄故障發生的原因、發生的時間，用以幫助現場技術人員快速查找系統中發生的各種故障，快速排除。

在軋機現場運行的計算機還可以通過調制解調器MODEM和公用電話網與我們的遠程診斷服務器聯接，實現遠程診斷。診斷服務器中保存有每臺軋機的數據，一旦連成功，在診斷服務器上可以看到軋機的實時狀態。同時系統留有擴展的余地，可以板形儀等設備或工廠管理機聯網。

九．結束語

AGC軋機控制系統是我們重新設計的*新控制系統，它建立在性能先進的計算機和網絡基礎上，采用美國微軟公司*先進的網絡操作系統和開發軟件，設計了功能強大的應用軟件系統，實現全數字厚度和板形控制。它與軋機PLC和傳動系統配合，可構成先進的軋機整體自動化系統。AGC系統可靠性高、易維護、操作靈活、控制精度高、軟件系統完善，控制指標已達到進口厚控系統的水平，不僅可用于單機架冷軋機、熱軋機，也可應用于冷、熱連軋機，是新軋機和軋機改造的理想選擇。