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[摘要]：在自动控制技术中，预设定位置自动控制是主要的控制方式之一。本文介绍了 APC 轧制自动化关键技术原理、发展状况和 APC 在钢板剪切、四輥平整机、中板轧机压下装置中的应用。
[关键词]： 位置自动控制 轧制 APC 应用
中图分类号：TF325.3 文献标识码：TF 文章编号：1009-914X（2012）32- 0027 -01
轧制生产正沿着连续化、高速化、大型化和自动化方向迅速发展，轧制生产过程的自动控制要求越来越高。为了适应形势发展，需要培养众多具有自 动化知识的轧钢专业人才。
一、APC 控制技术在钢板剪切中的应用
1、工艺概述
双边剪（简称 DSS）是一个具有精密机械、液压、电气传动、复杂自动化控制 的设备，而且具有联锁多、控制精度高、速度快等特点。从控制角度上，整个系统 分为主剪、夹送辊和辊道控制、横移、间隙调整、激光定位、钢板对正等 6个子系统。
2、系统配置
整个控制系统主要由2套 SIEMENS S7-400PLC 组成，即工艺 PLC 与传统 PLC。工艺 PLC 在主控室设有2个扩展机架，在操作室配备4个ET200M 分站， 负责对工艺流程的控制；传动 PLC 在主控室设置12个ET200M 分站和6RA70直流调速传动装置，通过传动技术负责对钢板和剪刃进行位置控制。系统根据配置采用3层通信方式，来实现自动化系统和信息网络系统的互联与集成。每个ET200M 通过Profibus-DP 与各自的 CPU 交换数据，实现对现场数据的采集及对现场设备的控制，从而实现管理与控制一体化。
3、APC 控制措施
为了使钢板和剪刃准确定位，提高剪切精度，系统采取了以下措施。
3.1 设计方面 （1）为了保证机械特性一致，夹送辊直流电机采用了德国著名的伦次电机； （2）传动控制装置采用了 SIEMENS 公司最新的数字式马达驱动器，以确保控制特性平衡； （3）利用脉冲编码器进行距离计算，以准确和快速定位。 （4）为了提高控制速度，减少控制死区，PLC 选择了最新的控制模板； （5）主传动设计采用1个速度环、3个电流环的形式，以保证主剪两侧剪切力 的平衡。
3.2 控制软件方面 （1）对数字装置的控制参数进行整定，以平稳过渡过程，减少传动超调量； （2）为了防止加、减速力矩过大导致钢板打滑进而引起跑偏，主控软件对速度 给定信号进行优化，控制模型通过 DA 模板给出一个与剪切次数相关的三角波； （3）采用了一主多从的传动控制方法，通过模型计算，保证前后工作辊道与夹 送辊速度匹配； （4）采用了旋转编码器的速度反馈，提高控制精度； （5）系统在软件方面设有 APC 跟踪功能，以对控制过程实时分析。 整个主控程序利用 APC 控制技术，结合优化的模型算法软件，对主剪、步长、 剪刃间隙、剪板宽度等 APC 位置环节进行准确控制。
4、APC 控制
双边剪 APC 主要由主剪 APC 和步长 APC 组成。
5、主剪 APC 控制
主剪系统由固定剪和移动剪组成，由4台300kW 直流电机驱动，其中固定侧和 移动侧各 2 台。为了保证两侧力矩分配、动态特性平衡，每一侧的电机采用电枢 串联，串联后由 1 台 6RA70 装置供电控制。
6、步长 APC 控制
送板步长由夹送辊和辊道系统控制。 夹送辊采用 8 台 45kW 的直流电机驱动； 入口、出口端两个下夹送辊之间分别采用机械轴连接，各有 2 台直流电机驱动，而 相应的上夹送辊各由 2 台电机单独驱动，在运送钢板时由钢板作为媒介同步。
二、APC 自动控制系统在四辊平整机上的应用
冷轧带钢退火后进行平整轧制，不仅可改变带钢的力学性能，而且可改变带钢 的加工性能，并且在一定程度上减轻和消除钢带的板形缺陷，改善钢带的平直度， 使钢带表面具有一定的粗糙度。目前，冷轧钢带的平整轧制，多在单机架四辊平整 机上进行。由西安重型机械研究所（西重所）自主研制开发设计成套的、具有较高 自动控制水平的 1700mm 四辊高精度冷轧带钢平整机已于 2007 年 10 月成功在山 东泰山钢铁集团有限公司冷轧厂投产。
1、机组设备及主要工艺参数。四辊平整机机组设备布置。开卷机；入口 S 辊；入口测张辊；入口测速仪；四辊平整机；出口测速仪；出口测张辊；出口S辊；卷取机；压上油缸表11700mm 四辊平整机组的主要工艺参数
2、电气自动控制系统的组成
1700mm 四辊平整机组电气自动控制系统主要由 APC 自动控制系统、全数字式直流调速控制系统、工业控制计算机与 PLC 组成的工业现场网络控制系统 组成。其具体控制方案是，PLC 控制系统用于完成整个机组的基础自动化控制、工作辊弯辊、平整机轧线的自动调整、换辊、开卷机CPC浮动对中以及整个机 组所有液压和润滑系统等的顺序控制；APC 自动控制系统主要实现整个机组的平 整力控制和带钢的恒延伸率控制。APC 自动控制系统的组成： 电气 APC 自动控制系统采用了两级式计算机控制结构。 APC 自 动控制系统由 APC 控制站和 APC 操作站组成。APC 控制站完成延伸率控制所需 的实时控制和逻辑控制功能，APC 操作站完成延伸率控制系统所需的操作、显示、管理和维护功能，两者互为依存，缺一不可。
3、APC 自动控制系统的主要功能
在平整工艺中，延伸率的大小与平整后带钢的力学性能、加工性能以及板形 密切相关。由于延伸率是平整工艺中控制带钢力学性能的唯一变形指标，因此对 延伸率的控制是对带钢工艺质量控制的重要内容。而 APC 自动控制系统的主要 控制功能就是通过调整平整力的大小和带钢张力的大小来实现对带钢延伸率的控制。
三、电动 APC 系统在中板轧机压下装置中的应用
1、对电动 APC 系统的要求
中板轧制具有来料短、道次变化频繁、产品规格多等特点。每块钢坯需经 10 余道次的往复轧制，轧机的辊缝逐次减小，因而要求进行频繁压下操作。为了实现快速高效轧制，操作时必须既快又定位准确，因而操作难度大。若定位不准，会造 成每块钢板之间相同道次的辊缝设定值差别大至1mm左右，成品钢板的异板差也。
常在 0·8mm 左右，进而导致轧出的成品钢板厚度波动大，且经常出现正偏差，不仅 增加了成本，也影响了成材率。为此，安钢中板 2800mm 四辊机组采用电动程序压下系统，即电动 APC 系统，实现了轧机压下一次停准，做到了轧机自动预摆辊缝，加 快了生产节奏。
2、电动 APC 控制系统组成
为了适应压下工艺及工况的要求，安钢2800mm中板机组电动 APC 系统选用了一台既实用又有较快运算能力的 S5-135U PLC 作为自动压下控制单元。首先将不同规格的轧制程序表存入到计算机内不同的数据块，操作工在操作台上可选 出相应的轧制程序表，计算机自动从对应的数据块中取出各个道次的辊缝设定值， 按上述控制原理控制电机运转。位置自动控制系统实际上是一个闭环控制系统，其实质 是在压下电机的转速电流双环调速系统外增加一位置闭环的随动系统。本系统中位置检测采用冶金自动化院欧自动化中心生产的GⅢ型辊缝仪，辊缝仪检测出的实际辊缝值与辊缝设定值相比，计算出差值，根据差值大小输出对应的速度给定到压下电机数控系统，直到实际辊缝达到设定辊缝值，速度给定也变为零，压下电机 停止，达到预摆好辊缝的目的。
结束语
轧制自动化实际上是对轧制过程进行自动控制，尤其在高速与高精度轧制时，更需要计算机高速准确地控制生产过程。但所有自动控制都是人们精心安排和设计的。轧制自动控制就包括描述轧制过程的数学模型、机械动态特性模型及其组合方式。同时需要高精度的检测器、高速度的模拟或数字控制单元与系统以及稳定可靠的执行单元。需要我们不断来完善。
参考文献：
1、贾春玉.高精度宽带钢冷轧机板形模糊神经控制的研究[D].秦皇岛：燕山大 学，2006.
2、丁修堑.轧制过程自动化。北京：冶金工业出版社，1986
[关键词]： 位置自动控制 轧制 APC 应用
中图分类号：TF325.3 文献标识码：TF 文章编号：1009-914X（2012）32- 0027 -01
轧制生产正沿着连续化、高速化、大型化和自动化方向迅速发展，轧制生产过程的自动控制要求越来越高。为了适应形势发展，需要培养众多具有自 动化知识的轧钢专业人才。
一、APC 控制技术在钢板剪切中的应用
1、工艺概述
双边剪（简称 DSS）是一个具有精密机械、液压、电气传动、复杂自动化控制 的设备，而且具有联锁多、控制精度高、速度快等特点。从控制角度上，整个系统 分为主剪、夹送辊和辊道控制、横移、间隙调整、激光定位、钢板对正等 6个子系统。
2、系统配置
整个控制系统主要由2套 SIEMENS S7-400PLC 组成，即工艺 PLC 与传统 PLC。工艺 PLC 在主控室设有2个扩展机架，在操作室配备4个ET200M 分站， 负责对工艺流程的控制；传动 PLC 在主控室设置12个ET200M 分站和6RA70直流调速传动装置，通过传动技术负责对钢板和剪刃进行位置控制。系统根据配置采用3层通信方式，来实现自动化系统和信息网络系统的互联与集成。每个ET200M 通过Profibus-DP 与各自的 CPU 交换数据，实现对现场数据的采集及对现场设备的控制，从而实现管理与控制一体化。
3、APC 控制措施
为了使钢板和剪刃准确定位，提高剪切精度，系统采取了以下措施。
3.1 设计方面 （1）为了保证机械特性一致，夹送辊直流电机采用了德国著名的伦次电机； （2）传动控制装置采用了 SIEMENS 公司最新的数字式马达驱动器，以确保控制特性平衡； （3）利用脉冲编码器进行距离计算，以准确和快速定位。 （4）为了提高控制速度，减少控制死区，PLC 选择了最新的控制模板； （5）主传动设计采用1个速度环、3个电流环的形式，以保证主剪两侧剪切力 的平衡。
3.2 控制软件方面 （1）对数字装置的控制参数进行整定，以平稳过渡过程，减少传动超调量； （2）为了防止加、减速力矩过大导致钢板打滑进而引起跑偏，主控软件对速度 给定信号进行优化，控制模型通过 DA 模板给出一个与剪切次数相关的三角波； （3）采用了一主多从的传动控制方法，通过模型计算，保证前后工作辊道与夹 送辊速度匹配； （4）采用了旋转编码器的速度反馈，提高控制精度； （5）系统在软件方面设有 APC 跟踪功能，以对控制过程实时分析。 整个主控程序利用 APC 控制技术，结合优化的模型算法软件，对主剪、步长、 剪刃间隙、剪板宽度等 APC 位置环节进行准确控制。
4、APC 控制
双边剪 APC 主要由主剪 APC 和步长 APC 组成。
5、主剪 APC 控制
主剪系统由固定剪和移动剪组成，由4台300kW 直流电机驱动，其中固定侧和 移动侧各 2 台。为了保证两侧力矩分配、动态特性平衡，每一侧的电机采用电枢 串联，串联后由 1 台 6RA70 装置供电控制。
6、步长 APC 控制
送板步长由夹送辊和辊道系统控制。 夹送辊采用 8 台 45kW 的直流电机驱动； 入口、出口端两个下夹送辊之间分别采用机械轴连接，各有 2 台直流电机驱动，而 相应的上夹送辊各由 2 台电机单独驱动，在运送钢板时由钢板作为媒介同步。
二、APC 自动控制系统在四辊平整机上的应用
冷轧带钢退火后进行平整轧制，不仅可改变带钢的力学性能，而且可改变带钢 的加工性能，并且在一定程度上减轻和消除钢带的板形缺陷，改善钢带的平直度， 使钢带表面具有一定的粗糙度。目前，冷轧钢带的平整轧制，多在单机架四辊平整 机上进行。由西安重型机械研究所（西重所）自主研制开发设计成套的、具有较高 自动控制水平的 1700mm 四辊高精度冷轧带钢平整机已于 2007 年 10 月成功在山 东泰山钢铁集团有限公司冷轧厂投产。
1、机组设备及主要工艺参数。四辊平整机机组设备布置。开卷机；入口 S 辊；入口测张辊；入口测速仪；四辊平整机；出口测速仪；出口测张辊；出口S辊；卷取机；压上油缸表11700mm 四辊平整机组的主要工艺参数
2、电气自动控制系统的组成
1700mm 四辊平整机组电气自动控制系统主要由 APC 自动控制系统、全数字式直流调速控制系统、工业控制计算机与 PLC 组成的工业现场网络控制系统 组成。其具体控制方案是，PLC 控制系统用于完成整个机组的基础自动化控制、工作辊弯辊、平整机轧线的自动调整、换辊、开卷机CPC浮动对中以及整个机 组所有液压和润滑系统等的顺序控制；APC 自动控制系统主要实现整个机组的平 整力控制和带钢的恒延伸率控制。APC 自动控制系统的组成： 电气 APC 自动控制系统采用了两级式计算机控制结构。 APC 自 动控制系统由 APC 控制站和 APC 操作站组成。APC 控制站完成延伸率控制所需 的实时控制和逻辑控制功能，APC 操作站完成延伸率控制系统所需的操作、显示、管理和维护功能，两者互为依存，缺一不可。
3、APC 自动控制系统的主要功能
在平整工艺中，延伸率的大小与平整后带钢的力学性能、加工性能以及板形 密切相关。由于延伸率是平整工艺中控制带钢力学性能的唯一变形指标，因此对 延伸率的控制是对带钢工艺质量控制的重要内容。而 APC 自动控制系统的主要 控制功能就是通过调整平整力的大小和带钢张力的大小来实现对带钢延伸率的控制。
三、电动 APC 系统在中板轧机压下装置中的应用
1、对电动 APC 系统的要求
中板轧制具有来料短、道次变化频繁、产品规格多等特点。每块钢坯需经 10 余道次的往复轧制，轧机的辊缝逐次减小，因而要求进行频繁压下操作。为了实现快速高效轧制，操作时必须既快又定位准确，因而操作难度大。若定位不准，会造 成每块钢板之间相同道次的辊缝设定值差别大至1mm左右，成品钢板的异板差也。
常在 0·8mm 左右，进而导致轧出的成品钢板厚度波动大，且经常出现正偏差，不仅 增加了成本，也影响了成材率。为此，安钢中板 2800mm 四辊机组采用电动程序压下系统，即电动 APC 系统，实现了轧机压下一次停准，做到了轧机自动预摆辊缝，加 快了生产节奏。
2、电动 APC 控制系统组成
为了适应压下工艺及工况的要求，安钢2800mm中板机组电动 APC 系统选用了一台既实用又有较快运算能力的 S5-135U PLC 作为自动压下控制单元。首先将不同规格的轧制程序表存入到计算机内不同的数据块，操作工在操作台上可选 出相应的轧制程序表，计算机自动从对应的数据块中取出各个道次的辊缝设定值， 按上述控制原理控制电机运转。位置自动控制系统实际上是一个闭环控制系统，其实质 是在压下电机的转速电流双环调速系统外增加一位置闭环的随动系统。本系统中位置检测采用冶金自动化院欧自动化中心生产的GⅢ型辊缝仪，辊缝仪检测出的实际辊缝值与辊缝设定值相比，计算出差值，根据差值大小输出对应的速度给定到压下电机数控系统，直到实际辊缝达到设定辊缝值，速度给定也变为零，压下电机 停止，达到预摆好辊缝的目的。
结束语
轧制自动化实际上是对轧制过程进行自动控制，尤其在高速与高精度轧制时，更需要计算机高速准确地控制生产过程。但所有自动控制都是人们精心安排和设计的。轧制自动控制就包括描述轧制过程的数学模型、机械动态特性模型及其组合方式。同时需要高精度的检测器、高速度的模拟或数字控制单元与系统以及稳定可靠的执行单元。需要我们不断来完善。
参考文献：
1、贾春玉.高精度宽带钢冷轧机板形模糊神经控制的研究[D].秦皇岛：燕山大 学，2006.
2、丁修堑.轧制过程自动化。北京：冶金工业出版社，1986