六輥鋁冷軋機(jī)厚度控制系統(tǒng)介紹

林清俊，陳福利，黃曉峰

（1. 北京機(jī)械工業(yè)自動化研究所 自控中心，北京 100120；2. 涿神公司 設(shè)計(jì)部 電氣室，涿洲 072750）

0 引言

我公司于2002年引進(jìn)了一臺六輥不可逆鋁冷軋機(jī)，該冷軋機(jī)機(jī)械部分由三菱日立金屬制造公司提供，電氣部份由東芝GE公司提供。該軋機(jī)主要由以下控制系統(tǒng)構(gòu)成：自動厚度控制系統(tǒng)、自動板形控制系統(tǒng)、恒張力控制系統(tǒng)、LEVEL－2系統(tǒng)、自動上卷、料卷傳送等系統(tǒng)。

在此介紹其厚度控制系統(tǒng)。

1 目的

AGC的目的是為了得到高質(zhì)量產(chǎn)品和穩(wěn)定軋制。

AGC系統(tǒng)應(yīng)該成功地在軋機(jī)速度變化、熱彎曲的厚度和硬度變化、軋輥表面變化等等的狀況下工作。

2 AGC系統(tǒng)

系統(tǒng)由如下5個功能組成：

1）M-AGC 監(jiān)視 AGC；

2）FF-AGC 前饋 AGC；

3）MF-AGC 質(zhì)量流AGC；

4）RE-AGC 軋輥偏心AGC；

5）MV-AGC 多變量 AGC。

2.1 監(jiān)控-AGC

圖1為一個軋制通道M-AGC框圖。M-AGC有兩個功能，一個是M-AGC(G)，主要操縱輥縫，另一個是M-AGC(T)，主要操縱入口張力。M-AGC的輸入，是通過測厚儀（出口測厚儀）測量得到的出口厚度偏差，M-AGC控制器計(jì)算輥縫修正值，使用PI（比例和積分）控制，并且M-AGC(T)計(jì)算入口張力修正值。

圖1 M-AGC

史密斯預(yù)測器補(bǔ)償在軋機(jī)和測厚儀之間時間滯后，并且允許 M-AGC 提高它的響應(yīng)。

2.2 FF-AGC（前饋AGC）

圖2 為一個軋制通道中的前饋AGC框圖。前饋AGC的輸入，是通過測厚儀（入口測厚儀）測量得到的入口厚度偏差，入口厚度偏差從測厚儀到軋機(jī)是滯后的，控制器計(jì)算輥縫修正值，使用輥縫對于出口厚度的影響系數(shù)。

2.3 MF-AGC（質(zhì)量流AGC）

圖3為一個在軋制通道中的質(zhì)量流AGC框圖。質(zhì)量流AGC有兩個控制功能，一個是質(zhì)量流AGC(G)主要控制輥縫，另一個是質(zhì)量流AGC(T)主要控制入口張力。

圖2 前饋-AGC

圖 3 質(zhì)量流AGC

質(zhì)量流AGC的輸入，是通過測厚儀（入口測厚儀）測量得到的入口厚度偏差，入口厚度偏差從入口測厚儀到軋機(jī)是滯后的，并且成為軋機(jī)入口厚度偏差。

控制器基于質(zhì)量流常數(shù)估算出口厚度，使用軋機(jī)入口厚度偏差通過下述公式計(jì)算。質(zhì)量流AGC(G)控制器計(jì)算輥縫修正值，使用PI（比例和積分）控制，并且質(zhì)量流AGC(T)入口張力修正值。

公式：H1V1＝H2V2

H2—軋機(jī)出口側(cè)的質(zhì)量流厚度值；

V1—激光測速儀測得的入口側(cè)速度；

V2—激光測速儀測得的出口側(cè)速度；

H1目標(biāo)入口側(cè)厚度。

2.4 RE-AGC（軋輥偏心AGC）

圖4為用于軋機(jī)軋輥偏心AGC框圖。

此控制減少在軋機(jī)運(yùn)行時軋輥偏心的影響。

圖4 軋輥偏心-AGC

由測厚儀測得的厚度誤差與相適應(yīng)的轉(zhuǎn)動角度輸入到軋輥偏心AGC。

軋輥偏心AGC輸出輥縫修正值基于重復(fù)控制方法。

圖5 MV-ΔGC

2.5 MV-AGC（多變量AGC）

控制厚度與張力，是基于 ILQ (逆二元線性)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的控制理論，是解決 LQ(線性二元)最佳控制逆向問題的一個方法。在軋機(jī)穩(wěn)定軋制狀態(tài)方程能與模型聯(lián)立方程一起被描述。

3 測厚儀

其厚度控制系統(tǒng)所采用的兩臺測厚儀均為東芝7311系列其主要性能指標(biāo)如下：

1）測量范圍

0.1～8.0 mm(相當(dāng)于0.095～16.0 mm 的純鋁)

純鋁厚度＝設(shè)定厚度×(1＋厚度補(bǔ)償/100)

2） 精度

下列基于電離放射測量系統(tǒng)的 IEC 769 的測試方法并帶用于厚度測量的模擬或數(shù)字信號處理。

（1）精度(1)式中：reproducibility－重復(fù)性；noise－噪聲；Linearity－線性。

這個精度是當(dāng)使用精度測試標(biāo)樣和系統(tǒng)離線時的精度。

測量氣隙：300mm，時間常數(shù)：10ms。

（2）線性

自從這測厚儀取相關(guān)的尺寸，校正線性是不適用的，且使用偏差線性。

設(shè)定厚度的±0.12%或±0.06μm，無論哪一個大。（2σ）

（3）測量重復(fù)性

設(shè)定厚度的±0.06%或±0.06μm，無論哪一個大。（2σ）

（4）輻射噪聲

設(shè)定厚度的±0.12%或±0.12μm，無論哪一個大。（2σ）

（5）漂移

±(測量厚度的0.2% + 0.5μm) 在8 小時內(nèi)。

測量頭：冷卻水溫度 變化最大不超過±3℃, 環(huán)境溫度變化最大不超過±5℃, 并且空氣密度不變。

設(shè)備柜和驅(qū)動控制箱：環(huán)境溫度變化最大不超過±5℃。

4 結(jié)束語

從冷軋機(jī)有負(fù)荷試車到現(xiàn)在，厚度控制系統(tǒng)運(yùn)行良好。所生產(chǎn)的產(chǎn)品厚度精度達(dá)到表1的要求。滿足了我公司的生產(chǎn)要求，同時也為我公司生產(chǎn)高品質(zhì)的板材奠定了基礎(chǔ)。

表1 精度標(biāo)準(zhǔn)