熱連軋HAGC厚度精度控制攻關(guān)

崔偉東

摘要：HAGC控制是帶鋼熱連軋控制的精髓，其被控對象是帶鋼的目標厚度，厚度控制的精度決定了帶鋼的產(chǎn)品質(zhì)量。隨著市場對產(chǎn)品厚度的要求越來越高，HAGC控制的精度已成為制約熱卷產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。升級控制系統(tǒng)、優(yōu)化控制算法是解決厚度控制的精度問題的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：厚度自動控制；精度；優(yōu)化

1 前言

HAGC控制是熱連軋控制的核心，其精度直接影響帶鋼的產(chǎn)品質(zhì)量。制約HAGC度控制的主要因素為：硬件配置低且容量小，計算效率低；網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)不佳，影響數(shù)據(jù)傳輸效率；控制算法不優(yōu)，特別是快循壞執(zhí)行效率受限，AGC調(diào)節(jié)實時性低；標定程序存在人工干預，標定數(shù)據(jù)不精準；擺輥方式不統(tǒng)一，實時輥縫精度不高；測量系統(tǒng)設備陳舊且抗干擾性差，不能獲得高精度的軋制力數(shù)據(jù)；厚度報警不完善，不能及時發(fā)現(xiàn)厚度超差，易產(chǎn)生批量質(zhì)量事故。研究探討HAGC精度控制對提高熱連軋產(chǎn)品質(zhì)量具有重大意義。

2 AGC改進的理論基礎

在不考慮其它因素影響的前提下，軋機的預擺輥縫S、軋機的剛度系數(shù)K、機架軋制力P、軋件出口厚度h存在如下關(guān)系：

按照計算機控制的數(shù)字特性，在每采樣周期內(nèi)輥縫調(diào)節(jié)的控制算法如下：

依據(jù)以上公式，影響軋件出口厚度的主要因素是：預擺輥縫、軋機剛度即軋機彈跳系數(shù)、機架軋制力。

預擺輥縫的設定取決于二級模型，預擺輥縫的精度和輥縫實時調(diào)節(jié)的精度取決于輥縫擺動的動態(tài)響應的快速性；軋機剛度的精度取決于軋機標定時獲得的軋機彈跳系數(shù)；機架軋制力的精度取決于測量軋制力儀器的精度和軋制力信號采集與處理的精度。

預擺輥縫、軋機彈跳系數(shù)、機架軋制力最終數(shù)據(jù)的獲得取決于信號傳輸?shù)穆窂胶虲PU的計算速度。

綜上所述，改進AGC控制精度的措施是：升級控制系統(tǒng)；優(yōu)化控制算法；優(yōu)化標定程序；改進擺輥方式；升級測量系統(tǒng)。

3 AGC精度控制改進

3.1控制系統(tǒng)升級

控制系統(tǒng)擴容包含對CPU模板和通訊板卡進行擴容。CPU模板負責HAGC實時控制，采集并計算實時數(shù)據(jù)，完成HAGC控制；通訊板卡負責VME和TDC之間數(shù)據(jù)交換。將容量為32M的MVME172PA升級為容量為256M的MVME5100，提高控制系統(tǒng)的運算速度。

網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)影響數(shù)據(jù)傳輸速度，通信報文格式與長度影響數(shù)據(jù)傳輸容量。網(wǎng)絡改造的重點是改善網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)和增加通信報文長度；網(wǎng)絡改造的內(nèi)容是改造HAGC中央控制單元分別到二級服務器、TDC、操作臺及檢驗站之間的網(wǎng)絡。HAGC中央控制單元與二級服務器之間的數(shù)據(jù)通信包含兩部分組成：一部分通過工業(yè)以太網(wǎng)直接完成數(shù)據(jù)交換；另一部分則通過TDC中轉(zhuǎn)，再經(jīng)DP網(wǎng)與VME完成數(shù)據(jù)交換。由于兩者傳輸路徑不同，VME與二級服務器之間的數(shù)據(jù)交換存在時間上的差異，為解決這一差異，將VME與二級的數(shù)據(jù)全部由DP網(wǎng)經(jīng)由TDC，再經(jīng)工業(yè)以太網(wǎng)與二級完成通信。

3.2控制算法優(yōu)化

HAGC中央控制單元CPU是基于嵌入式實時操作系統(tǒng)VxWorks，是多線程交互運行，分快循環(huán)、慢循環(huán)和背景循環(huán)。快循環(huán)掃描周期為1ms，慢循環(huán)掃描周期為10ms，背景循環(huán)掃描周期為100ms。

快循環(huán)負責優(yōu)化現(xiàn)場信號的采集與計算、伺服閥的輸入輸出、AGC功能的運算執(zhí)行和網(wǎng)絡通信等需要快速響應的子程序。慢循環(huán)負責封油、標定、軌跡、VME和TDC之間的數(shù)據(jù)交換、FX和DM之間的數(shù)據(jù)交換等不需要快速響應的子程序。背景循環(huán)負責通信測試、循環(huán)測試等子程序。

VME和TDC之間的數(shù)據(jù)交換、FX和DM之間的數(shù)據(jù)交換在快循環(huán)中運行會使快循環(huán)執(zhí)行效率下降，考慮到AGC控制的快速響應特性，將上述數(shù)據(jù)交換子程序放在慢循環(huán)中運行，減少快循環(huán)的負荷，提高快循環(huán)的運算效率，提高AGC調(diào)節(jié)的實時性。

3.3精度控制優(yōu)化

3.3.1優(yōu)化標定程序

自動調(diào)平取代人工調(diào)平的優(yōu)勢在于簡化了標定過程，不需要VME和TDC頻繁地交換數(shù)據(jù)，也就相應地減少了在建立壓力后操作工手動干預帶來的壓靠力偏差。

優(yōu)化標定后在建立壓力后，VME不允許人工干預，減少了操作工干預，同時也減少了VME和TDC頻繁的數(shù)據(jù)交換，提高了標定效率，減少標定重復率。

3.3.2增加液壓擺輥

液壓擺輥控制邏輯為：軋制規(guī)格變化時，由VME判斷是否需要電動擺輥，若需要則先電動擺輥，其余行程由液壓負責補充，在軋鋼過程中由液壓負責實時調(diào)節(jié)輥縫。在電動方式下，液壓只擺到設定油柱高度，其它全部由電動來擺。在液壓方式下，若系統(tǒng)在變換機架數(shù)、第一次切換到液壓擺輥、變換目標厚度或目標寬度、預計目標油柱超出限幅等情況時，將自動進入電動擺輥狀態(tài)。此時油柱回到初始位置，由電動進行擺輥。否則，將進行液壓擺輥，由液壓來完成設定輥縫。在液壓擺輥狀態(tài)，只要能將最終輥縫擺到位即可，不用考慮液壓油柱的高度。液壓擺輥保證了實際輥縫的精度跟隨目標輥縫變化。

3.4升級測量系統(tǒng)

升級軋制力測量系統(tǒng)的關(guān)鍵是升級測壓儀控制單元。原有的測壓儀控制單元是從英國老軋線上拆回使用的，病發(fā)率高且無備件更換，不能同時滿足所有機架都有測壓儀在用。采用新一代測壓儀控制單元，集成度高，測量精度高，故障自檢效果好，能滿足AGC調(diào)節(jié)對實時軋制力精度的要求。

升級油壓測量系統(tǒng)的關(guān)鍵是升級測量轉(zhuǎn)換模塊和更換信號傳輸電纜。油壓測量系統(tǒng)的問題反映在抗干擾性能差上，表現(xiàn)在有人在軋機附近使用對講機都會產(chǎn)生較大的軋制力波動。采用屏蔽效果好的信號電纜和帶有濾波功能的測量轉(zhuǎn)換模塊，大大提高了油壓測量系統(tǒng)的抗干擾性。

3.5完善厚度報警

操作臺安裝有厚度監(jiān)控HMI，方便操作工查看實時厚度曲線，但不能直觀反映實時厚度與目標厚度的偏差。當帶鋼頭部實時厚度與目標厚度的偏差超過限幅值時，AGC控制將由絕對AGC狀態(tài)進入相對AGC狀態(tài)，但操作臺厚度監(jiān)控HMI畫面并未顯示頭部厚度已超差。

完善厚度報警目的是增加厚度偏差報警提示。厚度偏差報警的邏輯條件為：帶鋼頭部實際厚度與設定厚度偏差大于預設值時，彈出厚度超差報警畫面，用以提示帶鋼厚度已超差，操作工可及時反饋給二級，二級優(yōu)化軋制參數(shù)后可及時避免產(chǎn)生批量質(zhì)量事故。

3.6精度控制改進效果

AGC控制系統(tǒng)升級后運算速度加快，提高了數(shù)據(jù)處理的動態(tài)響應；網(wǎng)絡改造后數(shù)據(jù)傳輸速度加快，提高了數(shù)據(jù)采集的實時性；控制算法優(yōu)化后，減輕了快循環(huán)的負荷，提高了快循環(huán)的執(zhí)行效率，同時也提高了AGC調(diào)節(jié)的實時性。

標定程序的優(yōu)化為帶鋼軋制提供了更加精準的標定數(shù)據(jù)，彈跳標定獲得的軋機剛度提高了軋機彈跳系數(shù)，零點標定獲得的零點提高了零點輥縫的精度；液壓擺輥方式的改進提高了實時輥縫的精度；測量系統(tǒng)的升級實現(xiàn)了直接軋制力和間接油壓軋制力的精準切換。

厚度報警的完善提醒操作工關(guān)注頭部厚度是否超差，及時避免了頭部厚度超差影響范圍的擴大和批量質(zhì)量事故的產(chǎn)生。

4 結(jié)語

柳鋼2032mm熱連軋HAGC厚度精度控制改進后，控制運算速度和網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)實時性得以提高，優(yōu)化控制算法和標定程序為帶鋼軋制提供了更加可靠的標定數(shù)據(jù)，增加液壓擺輥功能保證了帶鋼軋制輥縫的精準度。厚度精度的改進改善了熱卷產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻：

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