1、智能控制在串列軋機TCS系統中的應用研究                摘 要：AGC自動厚度控制系統和HGC液壓輥縫控制系統是TCS系統的兩個重要組成部分，本文重點介紹兩種控制原理在串列軋機中的應用。 關鍵詞：TCS；AGC；HGC；HAPC；APC 一、引言 萊鋼大H型鋼生產線是目前國內最先進的H型鋼生產線之一，串列軋機是該生產線最重要的設備之一。在控制系統方面，串列軋機輥縫自動控制由西馬克TCS系統完成，并引入工業以太網和Pmfi

2、hus-DP現場總線組成二級計算機控制系統。TCS系統是萊鋼大H型鋼串列軋機自動化控制的核心內容，其中AGC系統是該系統的核心，是一種自動的厚度控制檢測系統，而HGC系統是一種液壓輥縫控制系統。 二、系統功能概述 串列軋機主要分為三個主要部分：UR，E，UF，三大部分基本獨立工作，TCS控制系統從程序上主要分為全局控制系統TMAC，這一級的控制在級別上為最高，下級又分為URStac,E-Stac,UF-Stac等幾個模塊。在程序中各個資源控制用各種不同的標志來區別，每個子系統由一個資源代碼ID進行唯一的標識，產生的每個狀態或事故報警均帶有資源代碼ID，這樣在信息和產生信息系統之間的分配是唯一的

3、。在在軋制過程中，HGC為靜態軋制模式，而AGC為動態軋制模式。 TCS的程序控制由分單元組成，宏觀單元的控制可以進入到下一層控制。這在原理上與一般控制方式不同。在系統中每個控制單元可以獨立運行，從邏輯上受控于TMAC，TMAC為最高級控制，負責全面的通訊及下級的模式。在結構上主要分為下列幾個部分： 實時處理，一個周期為3毫秒，在這個任務中任何中斷不能實現，每個周期的運行都要被嚴格的執行。各種模擬量信號的讀入與輸出都在這里被實現。 EventT: 事件控制器任務 在這個任務中，各種外部觸發因素都會在這里被接收，并提交。 StaT: 狀態機器。 主要控制邏輯與技術參數，等價與其它程序中的順控。

4、TimerT: 時間間隔控制器 在這里所有的時間同步控制與計算都在這個回路里被執行。 三、控制實現 1.油膜厚度補償控制原理 大H型鋼串列軋機使用的是油膜軸承。當軋輥轉速升高時，油膜厚度變厚；轉速降低時，油膜厚度變薄。軋輥轉速變化將直接影響油膜軸承的油膜厚度，進而引起型鋼成材厚度的波動，產生厚度公差，使型鋼尺寸的精度降低。為了滿足用戶的要求，需要進行油膜厚度補償。 油膜厚度Qf與軋輥轉速n和軋制力P的關系式為： Qf= （1） 式中， 為軋輥轉速與軋制力之比的函數， 為一未知常數。轉速可以通過主傳動給出的運行反饋速度獲得，壓力可以通過TCS系統安裝在現場的壓力傳感器獲得，這些數據的獲取都是比較

5、容易的。但是檢測儀器無法進入軸承內部對油膜厚度進行直接測量。所以，油膜厚度只能通過校準（或者稱為壓靠）的方法間接得出。 受油膜厚度變化影響的型鋼厚度h計算公式為： h=G+f（P）-Of （2） 式中，G為輥縫值，f（P）為對應的軋機彈跳。 當校準時，軋機內沒有鋼，h=0，故由公式（2）得： G=Of-f（P）（3） 在軋制過程中，當軋輥以兩種不同的轉速轉動時，軋制力為P，由公式（3）得： G1=Of1-f（P） （4） G2=Of2- f（P）（5） 由式（4）（5）得， G1-G2=Of1-Of2（6） 由以上推導可見，軋制力相同、軋輥轉速不同時，軋機彈跳f（P）相同，油膜厚度O的變化等于

6、輥縫值的變化。將零輥縫條件下的油膜厚度值定為相對油膜厚度零點值Of0。當式(4)是在零輥縫條件下，式(5)是壓力為P0、而轉速為任意值時根據式(6)可以求出其相對油膜厚度。又從式(1)可知，只要在n/P=n0P0條件下，其油膜厚度值必定等于相對油膜厚度的零點值Of0。這樣就可以確定在其他壓力下的相對油膜厚度值的參考零點，從而可以確定不同軋制力、不同轉速下的相對油膜厚度值。 .液壓位置自動控制(HAPC)和軋制力自動控制(AFC) HAPC是指調節伺服閥開口度，以便在最大軋制力允許范圍內將液壓缸位置保持在某一設定值，使控制后的位置與目標位置之差保持在允許的偏差范圍內，在軋鋼過程中，液壓缸一般工作

7、在APC方式。軋制力自動控制(AFC)是指調節伺服閥開口度，以便在液壓缸工作行程內將軋制力保持在某一設定值，在軋機調零和剛度測試過程中，液壓缸一般工作在AFC方式。在APC方式，位置基準、AGC調節量、附加補償和手動輥縫干預量的和與液壓缸位置實際值相比較，偏差值與一個和液壓缸油壓相關的變增益系數相乘后送入位置控制器(PI調節器)，位置控制器的輸出值和壓力限幅控制器的輸出值都送入一個比較器，比較器將二者之中小者作為給定值輸出到伺服放大器，進而驅動伺服閥，控制液壓缸的動作以消除位置偏差。 軋制力限幅環節是在APC方式下，限制軋制力、保護液壓缸和其他設備的一個環節。 圖軋機液壓APC與AFC原理圖

8、當軋制力小于軋制力限幅值時，液壓缸工作在位置閉環方式，輸出到伺服放大器的值為位置控制器的輸出值;當軋制力超過限幅值時，輸出到伺服放大器的給定值為軋制力限幅控制器的輸出值。這樣，既能防止軋制力超限，又能保證軋制過程的正常進行。另外，當軋制力超過最大保護限幅值時，液壓缸快速泄油，防止設備損壞。 為了控制腹板偏心，需要進行軋機兩側輥縫傾斜調節，兩側液壓缸在運行時需要保持同     步，所以設置了雙側輥縫傾斜和同步控制器。TCS系統采用PID控制器進行控制，PID控制器是一種應用廣泛，參數調整比較方便的控制方式。 由于伺服閥的開口度與伺服閥線圈驅動電流成正比，因

9、此，液壓油通過伺服閥的流量Q(正比于柱塞移動速度)與伺服閥開口度和閥口壓力差的關系可以表達為： Q=KI （1） 式中，k為伺服閥流量系數，I為伺服閥驅動電流，P為伺服閥兩側壓力差。 從式(1)可以看出，伺服閥的流量要受控制電流和閥兩側壓力差的共同影響，具有變增益特性，不利于參數整定，為此，加入非線性補償環節，以改善系統性能。流量非線性補償分上下運動兩種情形，設PS為油源壓力，PL為液壓缸內油壓，那么 下行時，液壓缸進油P=PS-PL 上行時，液壓缸出油P = PL 實際使用時，變增益系數K整定為比例增益系數。這樣，在乘以變增益系數后，伺服閥流最公式(1)可寫成: Q=I/In*Qn 則伺服閥

10、流k與伺服閥電流成線性關系，可以通過程序對其進行精確控制。 3.AGC和HGC的功能原理 TCS系統是一個高精度力學控制系統。首先由獲得的軋輥數據（如輥徑、輥寬、墊片厚度等）進行校準；得出整個機架（包括軋輥形變、墊片等）的拉伸曲線；再次由AGC（Automatic Gauge Control）自動厚度控制系統根據軋制表中的輥縫值和軋制力，結合拉伸曲線，自動計算出新的輥縫值；最后由HGC（Hydraulic Gap Control）液壓輥縫控制系統根據得出的新輥縫數值，通過液壓缸行程來完成新輥縫設置。         

11、;TCS控制的核心為AGC控制，是在HGC的基礎上完善而來的。AGC是一種閉環控制，HGC是一種普通的控制方式，沒有動態補償，是一種靜態的軋鋼模式，對于精度要求較高的系統來說，這種模式達不到要求。AGC模式是一種動態補償模式。AGC系統被廣泛地應用地熱軋生產線中。主要原因是在熱軋過程中，軋件非常容易發生形變。形變量的不同因不同的鋼種與不同的軋機而不同。所以要真正達到設定值的要求必須要用到AGC系統。要想達到精確控制，TCS系統在軋鋼之前要先校準軋機。 TCS的校準比較復雜。每一步都要依靠事先做好的狀態表來轉換，比如mac的狀態表： 校準的過程主要也是記錄彈性形變的過程，可以設定10個不同的記錄

12、點來記錄機架的形變量。 在實際軋鋼過程中，溫度與現場軋制力均要考慮在內，溫度與型鋼的腹板寬度有關，并可以用一個指數公式來表達 d=(delta_max-D)(1-e*TW/delta1) D為一個初始值，由下列公式得出： Dd1(d1-delta_min)(1-e*TW/delta1) 在HGC中的輥縫設定主要有下列公式： C_diff=HSOLL|HIST+MON| C_diff=控制偏差 HSOLL=設定值 HIST機架間距離值 MONI設定偏差補償量。 在這個控制模式中控制偏差提前被計算出來，并在實際調整過程中被應用到實際的輥縫中去。 這種模式的缺點就是沒有辦法能夠使產口保證到一定的尺寸，誤差不能控制，所以我們采用MMC方式，即AGC模式。 MMC（MILL MODULUS CONTROL）機架系數控制，即機架彈性形變控制。在MMC方式中程序控制原理如下公式： Delta_H=delta_S+a*F/M Delta_S2=delta_S（G*（MQ）/M）*Delta_H Delta_S:輥縫變化量 Delta_F：軋制力變化量 其中a為系數 Delta_H:定尺偏差 Delta_S:位置設定 M：機架彈性 Q：鋼的彈性 通過上述公式，可以計算出由校準得出的機架形變量在實際軋制過程中的應用，所以可以控制現場伺服的輸出，以來精