浅谈冷连轧厚度自动控制系统

摘要：文章对五机架冷轧机厚度控制系统进行了简要探讨，研究了冷连轧生产工艺中对厚度控制系统的要求及外界因素对板带出口厚度的影响，这两个因素均能使产品的出口厚度产生误差，所以为了解决这些因素所造成的厚度误差，采用的措施统称为AGC功能。这种控制方法可以保证材料的厚度统一，但不能提高精度，所以就需要多种方法的配合使用，在提高轧制精度的基础上，通过加入反馈系统进行辅助，应用前馈系统消除材料对厚度的影响。

关键词：AGC；厚度自动控制；冷轧带钢轧制；神经网络控制器；自动张力控制

中图分类号：TG333 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）04-0096-03

1 概述

冷轧带钢在包装、建材、汽车制造、焊接等方面的用途十分广泛。目前，对于冷轧带钢的产量与质量的要求也提高了。评价冷轧带钢的质量的指标就是板带的厚度精度与平坦度，这也是为后续生产打好质量基础的重要保障。近年来，我国已经从西方的发达国家引进一些板带轧机，这些设备的引进就是为了提高产品的精度以及对板型更好地控制。AGC系统要在比较高的精度下对系统进行控制，这样才能达到预期的目标。国内外在控制板型技术方面的研究已经取得了一定的进展。有一些技术采用了人工智能系统的控制，主要就是在控制器的选择方面，这些控制器是应用在不稳定的轧制情况下，例如，自适应PID神经网络控制器可以有效减少产品厚度的偏差。

2 厚度控制的理论基础

在轧制的过程中，其压力是主要的动力，轧机产生一定的弹性形变，总变形量在4mm左右。这个变形量就是影响轧制产品精度的主要因素，因为轧制形变影响到开口度和辊型。当轧制压力比较小的时候，由于轧机零件之间接触面的不平整，轧机弹性形变与轧制的压力的关系是非线性的；在轧制的压力达到一定后，轧机弹性形变就与轧制的压力呈现出线性相关性。在轧制的外界条件发生变化时，其塑性刚度系数会发生变化，进而影响到产品出口的厚度精度。

厚度变化的主要原因：温度变化会对板带钢厚度产生波动性的影响，其实质就是温度差造成钢的热胀冷缩，进而引起厚度的偏差；厚度发生变化还有张力对其的影响，张力影响应力，应力能够改变金属抗力，这就会产生厚度变形；辊缝的变化也会对厚度产生一定的影响，由于轧机部件在生产运行中会产生摩擦，摩擦生热就会使部件热膨胀，这就会使轧辊偏心导致辊缝变化，从而影响到产品出口厚度的偏差出现。

冷连轧机的自动厚度控制系统是由戴维·络伊开发的，它是冷连轧机AGC的典型例子。它由三个子系统组成，即入口AGC、机架间AGC、出口AGC。

3 自动张力控制ATC

自动张力控制系统是维持机架间张力的，是在某一个张力范围之内，为了防止带钢的断裂以及很好地控制板型，用机架间形成的反馈控制。有两个主要的因素影响着张力：机架的辊缝和前后两个机架的运行速度。可以通过调节上游机架的运行速度和下游机架的辊缝来影响机架之间的张力变化。

在速度比较低的情况下进行轧制时，机架间张力的保持是由控制系统来完成的，主要的手段就是调节辊缝和张力快速让机架的厚度误差减到最小值。在速度比较高的情况下进行轧制时，调节机架轧辊速度主要有三种方法进行控制：入口厚度偏差的前馈控制、整体厚度的控制以及出口偏差的反馈控制或厚度监控。自动张力控制系统穿带期间是通过调节辊缝来适应没有前张力的影响，在这个过程中，为了避免出现穿带期间出现轧辊打滑现象，还要提供点击的速度方面的补偿。正常情况下，保持轧制的压力不变是最理想的状态，由于轧机的速度很难进行改变，这就要通过轧机辊缝的调整来实现自动张力的控制，努力保持压力的稳定，压力的稳定对产品板型的影响比较好。

4 厚度控制系统研究与开发

厚度控制系统是控制厚度精度的重要保障。这个系统具有最佳的工艺参数，对现有的工艺进行了改良，从而将产品的质量提高了一个层次。冷连轧工艺的控制核心就是将产品的厚度精度提高。各种参数的计算是保证厚度精确的基础，所以，相关的技术操作人员还要对工作认真负责，对每一个环节都要保持认真负责的态度。

4.1 轧制规程计算

轧制规程计算要应用由OPS人工干预输入的原料厚度、宽度、钢铁的品种以及成品的目标厚度，或者由三级计算机进行传送，然后通过冷轧工艺的模型以及相应的系统参数来计算出最终产品的轧制厚度，还要计算出高速压制条件下的变形抵抗力、零件之间的摩擦系数、辊缝的大小、电动机的功率等设计参数。这些参数的确定一定要经过精确计算，否则，其产品质量就上得不到保证。

4.2 设定计算

设定计算包括轧制参数的设定计算以及横移设定的计算。前者要计算出低速情况下的摩擦系数、轧制的压力、辊缝的大小、抵抗变形力的大小等数据，另外还要确定冷连轧机组的速度和张力的制度。设定计算的程序除了以上的计算数据以外，还要对自动化所需要控制的数据进行计算，例如AGC的工作模式、轧机的倾料计算等。为了保证在生产运行中的安全性，减少一些事故的发生，还需要对轧机在低速或者高速运行状态下的某些工艺参数做进一步的确定、校核，尤其是在极限值的确定计算校核上，当发现有超出极限的情况出现时，一定要及时地进行修正计算。

4.3 自适应学习

自适应学习有两个阶段——低速和高速的学习。其学习任务主要是来自轧制生产中的数据输入与输出。根据理论计算得出实测值的误差，然后再对现有的工艺进行不断的修正，最终获得更高的精度，这也是对研究成果的不断修正。在实际的生产过程中，由于设备的参数会有一些微小的变化，但是最终能够将数据控制在极限范围之内，就是比较精确的。自适应学习系数在轧制的过程中会发生变化，这是由于轧辊的速度是变化的。学习系数确定后，相应的参数级别就会在数据库中存档，新一轮的数

据将会产生，这样就会在下一个轮回中进行计算。

4.4 程序的触发

程序触发是当原料钢卷进入轧机之前，在生产线不同位置时，模型系统根据跟踪程序的指令触发设定计算程序。当原料带钢的PDI数据被接收时，模型系统第一次被触发，随着轧制过程的进行，目标带钢初始数据有可能需要人为修改。另外，工艺设定计算所需要的模型参数和自适应学习系数也可能随着轧制过程的进行而变化，因此模型系统的计算也要随情况的变化而发生变化。

5 结语

综上所述，冷连轧厚度自动控制系统的研究还处于发展的状态，需要科研工作者对厚度的精度做进一步的深入研究，这样才能保证冷连轧所生产出来的产品更有市场地位，其质量才能得到进一步的保证。冷连轧厚度自动控制系统是比较完善的厚度精确的系统，所以，在以上的简单探讨中，此系统的各方面的改善还是要经过模型的试验才可以应用到生产中。

参考文献

[1] 吕卫.我国热轧带钢生产发展趋势与对策[J].中国钢铁业，2009，（5）.

[2] 孙文权，杨荃，彭鹏，王晓晨，刘天武.全连续冷连轧机张力控制系统[J].冶金自动化，2009，（3）.

[3] 张其生，胡贤磊，赵忠，王国栋.中厚板轧机相对油膜厚度模型的建立[J].东北大学学报（自然科学版），2007，（1）.

作者简介：朱丽娜（1981-），女，供职于港中旅恒通冷轧技术有限公司，研究方向：钢铁、电气自动化。