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【摘 要】 液压AGC控制系统广泛应用于板带钢生产中，是保证产品厚度精度最重要的控制手段，是板带钢控制的核心技术，主要包括前馈AGC、反馈AGC、秒流量AGC和张力AGC。本文以四辊可逆冷轧机为背景，研究在没有测厚仪的条件下，根据金属秒流量法，使用磁尺测量出入口板带速度，间接得到板带厚度，从而可以进行AGC调节，使成品厚度达到±7um的要求。这项研究对没有配备测厚仪的冷轧机提高板带厚度质量具有重要意义。
【关键词】 AGC控制系统
引言：
冷轧板带厚差产生的原因是热轧卷带厚度不匀和硬度不匀，工作辊、中间辊和支撑辊椭圆度（轧辊偏心），给定值误差、轧辊热膨胀和轧辊磨损等，如果没有液压AGC控制系统，那么板带厚差将很难达到要求。
本文介绍的四辊可逆冷轧机主要轧制200mm×500mm的取向硅钢和无取向硅钢，板带成品用于制取实验试样，轧机没有配备测厚仪，但对试样的要求是厚差在±7um以内，经过试轧，在没有投入液压AGC控制系统的情况下，±7um的厚度偏差基本无法保证，所以最终增加了基于秒流量测厚的液压AGC控制系统。
1 主要设备组成及工艺
本文介绍的四辊可逆冷轧机主要设备如图1所示，其采用液压压下，通过控制伺服阀控制压下液压缸的油量来控制辊缝大小，左右采用液压缸牵引，通过比例减压阀控制前张力大小，比例溢流阀控制后张力大小，从而实现带张力轧制，并通过油压传感器测量油压，从而可以间接计算出张力值。左右牵引下车下装有磁尺，可以控制轧制长度，也可间接测量轧制速度。
图1 四辊可逆冷轧机
2 冷轧单机架液压AGC控制方式理论基础
2.1轧机弹跳方程和弹塑性曲线
图1中表示的带钢实际轧出厚度h与预调辊缝值和轧机弹跳值之间的关系，可用弹跳方程描述。
（1）
其中P为轧制力。
图2中，曲线A的斜率称为轧机刚度，它表征轧机产生单位弹跳量所需的轧制压力;曲线B的斜率M称为钢带塑性系数，它表征钢带增加1mm压下量所需增加的轧制压力，可表示为，一般k在0.9～1.1之间。
图2 弹塑性曲线叠加的P-h图
2.2外环控制
外环控制是板带的质量控制系统，在轧制过程中负责带钢厚度的精确控制。外环控制包括秒流量AGC、前馈AGC和张力AGC，通过运算厚度偏差，向内环输出厚度控制调整信号，调整液压压下位置来控制成品厚度。
2.3内环控制
内环控制是轧机的轧辊辊缝控制系统，在轧制过程中负责辊缝S的调节和控制。当内环控制以压下装置的压力传感器反馈作为控制目标，内环控制称为压力控制环节（AFC）;当内环控制以压下装置的位置传感器反馈为控制目标时，内环控制称为位置控制环节（APC），两个控制环节都是采用PID控制器的。内环控制是单机架可逆轧机辊缝控制系统的核心部分，通过改变轧机辊缝来控制被加工的带钢厚度。
此实验轧机压力控制环节（AFC）用于轧机调平及磁尺零位标定;位置控制环节（APC）用于轧制过程。
3 液压AGC控制系统的组成
由于此液压AGC控制系统没有测厚仪和测速仪等设备，所以此液压AGC控制系统采用磁尺来测速，并根据秒流量公式来计算出口厚度，并使用PLC系统储存厚度数据，作为下一道次入口厚度，这样测厚仪和测速仪的功能就都可以被替代了。本液压AGC控制系统主要运用了秒流量AGC、前馈AGC、反馈AGC和张力AGC。（见图3）
图3 控制流程图
3.1秒流量式AGC
秒流量型厚度自动控制是一种由计算机控制的AGC系统，相较于反馈式AGC和前馈式AGC有实时性的优点。它的基本原理是根据金属的秒流量相等的条件（物流方程）去测量带材的出口厚度。秒流量控制是基于如下的事实：入口带材的秒流量（单位时间内通过入口的体积或质量）等于出口带材的秒流量（单位时间内通过出口的体积或质量）。因为带材的宽度在单道次轧制过程中基本保持不变，所以只要分別测量相同时间内带材在入口和出口侧通过的带钢长度，以及入口侧带钢的宽度，就可以计算出带钢在出口处的厚度。
秒流量控制的理论基础是物流方程即金属的秒流量相等条件
（2）
（3）
式中：L、H、B分别为带材的长、厚、宽。
因冷轧单道次轧制过程中带材宽度基本上保持不变，即
（4）
所以
（5）
而
（6）
在轧制过程中入口轧制时间等于出口轧制时间即
（7）
所以秒流量方程简化为
（8）
因此只要对带材入口和出口长度及来料厚度做简单测量，就可以计算出带材在出口处的厚度，即可得到出口厚度偏差。
出口厚度偏差与辊缝调节量的对应关系为
（9）
式中：M为轧件的塑性刚度;
K为轧机刚度;
为出口厚度偏差;
为出口厚度偏差所需的辊缝调节量;
当K和M为一定值时为常数，故设比例系数
（10）
则辊缝调节量为
（11）
当轧制不同材质、不同尺寸的轧件时，只需变动比例系数即可。
该系统不依赖于轧机本身或测厚仪做厚度测量，是一种非常直截了当、具有很高可靠性和优良性能的控制手段，与测厚仪相比较滞后性较小。但仍有许多因素使得秒流量AGC存在偏差，如压下时带材宽度有变化，带钢沿宽度方向楔形，入口厚度存在高频波动等等，因此为保证出口厚度精度一般不能单独使用这种控制方法。 但由于初始的入口厚度还是需要测量，且测量工具仅为千分尺，并且不能范围较广的测量，所以采用在后三个道次引入秒流量AGC，并且我们以热轧取向硅钢（厚度2.35mm，误差50um以內）为原料，经过现场试验，其经过3到4个道次的轧制，纵向同板差基本保证在15um以内，在计算误差范围内，可以忽略不计，所以取一个厚度平均值做为整张板带的厚度，进行出口厚度计算。
3.2前馈式AGC
由于秒流量AGC需要已知入口厚度，且当来料厚度波动较大时，更会影响带材的实际轧出厚度的精度，所以我们在实验轧机上增加了前馈AGC，避免了每个道次测量入口厚度，并且使控制更加精确。
前馈式AGC的控制原理就是利用秒流量AGC测量厚度，每50mm计算一次平均值，并记录厚度，避免了厚度高频波动。当开始下一个道次轧制时，调用前一道次记录的出口厚度，作为当前道次的入口厚度，避免了人工测量。
入口厚度与给定厚度值相比较，当有厚度偏差时，便预先估计出可能产生的出口厚度偏差，从而确定为消除此偏差所需要的辊缝，然后根据轧制入口带钢位置，提前对本机架进行厚度控制，使得在50mm的距离上前馈值均为。
根据P-h图可求前馈式AGC的控制算法：
图4 前馈式AGCP-h图
由图4可知
（12）
又因
（13）
所以
（14）
代入式得
（15）
上式就是前馈式AGC的控制算法
由于前馈式AGC是属于开环控制系统，其控制效果不能单独检查，而且并不是所有影响厚差的因素都能进行预控。因此，常采用前馈和反馈控制想结合的方法，形成互补，以提高厚控系统总的控制精度。
秒流量AGC与前馈式AGC配合使用，辊缝调节量即为
（16）
3.3张力AGC
对于特薄钢带运用改变辊缝来控制出口厚度的效果已不明显，这种情况下，运用张力AGC通过调节张力大小来控制厚度差的方法就显得重要了。
本系统张力AGC主要用于出口带钢厚度小于0.3mm，出口厚度差绝对值小于10um大于7um的情况下的出口厚度微量调整。
具体方法是通过改变钢带入口侧张力大小来改变入口侧钢带的塑性来调整出口带材的厚差，可使厚差绝对值达到小于7um。
本系统只设定两种张力调节模式，即正调节（比例溢流阀控制电流增大2%）和负调节（比例溢流阀控制电流减小2%），模式的选择根据偏差的正负确定。
4 结束语
AGC系统的投入极大地提高了板带厚度控制精度，板材的成型率由10%提高到了90%以上，它是轧机稳定运行不可或缺的一部分。
但无法确定初始入口厚度，依然是制约本系统可靠性的关键因素
参考文献：
[1]王海鹏.AGC系统在冷轧可逆单机架中的应用[J].中国科技博览，2011（7）
[2]杨庆丰.邯钢冷轧AGC控制系统探讨[M].2005中国钢铁年会论文集
[3]仝玉华，王静，巩茂娟.高精度动态调整技术在莱钢冷轧AGC系统中的应用[J].中国科技博览，2011（10）
[4]米进周.AGC控制系统在六辊可逆冷轧机组中的应用[J].冶金自动化，2007，增刊.
【关键词】 AGC控制系统
引言：
冷轧板带厚差产生的原因是热轧卷带厚度不匀和硬度不匀，工作辊、中间辊和支撑辊椭圆度（轧辊偏心），给定值误差、轧辊热膨胀和轧辊磨损等，如果没有液压AGC控制系统，那么板带厚差将很难达到要求。
本文介绍的四辊可逆冷轧机主要轧制200mm×500mm的取向硅钢和无取向硅钢，板带成品用于制取实验试样，轧机没有配备测厚仪，但对试样的要求是厚差在±7um以内，经过试轧，在没有投入液压AGC控制系统的情况下，±7um的厚度偏差基本无法保证，所以最终增加了基于秒流量测厚的液压AGC控制系统。
1 主要设备组成及工艺
本文介绍的四辊可逆冷轧机主要设备如图1所示，其采用液压压下，通过控制伺服阀控制压下液压缸的油量来控制辊缝大小，左右采用液压缸牵引，通过比例减压阀控制前张力大小，比例溢流阀控制后张力大小，从而实现带张力轧制，并通过油压传感器测量油压，从而可以间接计算出张力值。左右牵引下车下装有磁尺，可以控制轧制长度，也可间接测量轧制速度。
图1 四辊可逆冷轧机
2 冷轧单机架液压AGC控制方式理论基础
2.1轧机弹跳方程和弹塑性曲线
图1中表示的带钢实际轧出厚度h与预调辊缝值和轧机弹跳值之间的关系，可用弹跳方程描述。
（1）
其中P为轧制力。
图2中，曲线A的斜率称为轧机刚度，它表征轧机产生单位弹跳量所需的轧制压力;曲线B的斜率M称为钢带塑性系数，它表征钢带增加1mm压下量所需增加的轧制压力，可表示为，一般k在0.9～1.1之间。
图2 弹塑性曲线叠加的P-h图
2.2外环控制
外环控制是板带的质量控制系统，在轧制过程中负责带钢厚度的精确控制。外环控制包括秒流量AGC、前馈AGC和张力AGC，通过运算厚度偏差，向内环输出厚度控制调整信号，调整液压压下位置来控制成品厚度。
2.3内环控制
内环控制是轧机的轧辊辊缝控制系统，在轧制过程中负责辊缝S的调节和控制。当内环控制以压下装置的压力传感器反馈作为控制目标，内环控制称为压力控制环节（AFC）;当内环控制以压下装置的位置传感器反馈为控制目标时，内环控制称为位置控制环节（APC），两个控制环节都是采用PID控制器的。内环控制是单机架可逆轧机辊缝控制系统的核心部分，通过改变轧机辊缝来控制被加工的带钢厚度。
此实验轧机压力控制环节（AFC）用于轧机调平及磁尺零位标定;位置控制环节（APC）用于轧制过程。
3 液压AGC控制系统的组成
由于此液压AGC控制系统没有测厚仪和测速仪等设备，所以此液压AGC控制系统采用磁尺来测速，并根据秒流量公式来计算出口厚度，并使用PLC系统储存厚度数据，作为下一道次入口厚度，这样测厚仪和测速仪的功能就都可以被替代了。本液压AGC控制系统主要运用了秒流量AGC、前馈AGC、反馈AGC和张力AGC。（见图3）
图3 控制流程图
3.1秒流量式AGC
秒流量型厚度自动控制是一种由计算机控制的AGC系统，相较于反馈式AGC和前馈式AGC有实时性的优点。它的基本原理是根据金属的秒流量相等的条件（物流方程）去测量带材的出口厚度。秒流量控制是基于如下的事实：入口带材的秒流量（单位时间内通过入口的体积或质量）等于出口带材的秒流量（单位时间内通过出口的体积或质量）。因为带材的宽度在单道次轧制过程中基本保持不变，所以只要分別测量相同时间内带材在入口和出口侧通过的带钢长度，以及入口侧带钢的宽度，就可以计算出带钢在出口处的厚度。
秒流量控制的理论基础是物流方程即金属的秒流量相等条件
（2）
（3）
式中：L、H、B分别为带材的长、厚、宽。
因冷轧单道次轧制过程中带材宽度基本上保持不变，即
（4）
所以
（5）
而
（6）
在轧制过程中入口轧制时间等于出口轧制时间即
（7）
所以秒流量方程简化为
（8）
因此只要对带材入口和出口长度及来料厚度做简单测量，就可以计算出带材在出口处的厚度，即可得到出口厚度偏差。
出口厚度偏差与辊缝调节量的对应关系为
（9）
式中：M为轧件的塑性刚度;
K为轧机刚度;
为出口厚度偏差;
为出口厚度偏差所需的辊缝调节量;
当K和M为一定值时为常数，故设比例系数
（10）
则辊缝调节量为
（11）
当轧制不同材质、不同尺寸的轧件时，只需变动比例系数即可。
该系统不依赖于轧机本身或测厚仪做厚度测量，是一种非常直截了当、具有很高可靠性和优良性能的控制手段，与测厚仪相比较滞后性较小。但仍有许多因素使得秒流量AGC存在偏差，如压下时带材宽度有变化，带钢沿宽度方向楔形，入口厚度存在高频波动等等，因此为保证出口厚度精度一般不能单独使用这种控制方法。 但由于初始的入口厚度还是需要测量，且测量工具仅为千分尺，并且不能范围较广的测量，所以采用在后三个道次引入秒流量AGC，并且我们以热轧取向硅钢（厚度2.35mm，误差50um以內）为原料，经过现场试验，其经过3到4个道次的轧制，纵向同板差基本保证在15um以内，在计算误差范围内，可以忽略不计，所以取一个厚度平均值做为整张板带的厚度，进行出口厚度计算。
3.2前馈式AGC
由于秒流量AGC需要已知入口厚度，且当来料厚度波动较大时，更会影响带材的实际轧出厚度的精度，所以我们在实验轧机上增加了前馈AGC，避免了每个道次测量入口厚度，并且使控制更加精确。
前馈式AGC的控制原理就是利用秒流量AGC测量厚度，每50mm计算一次平均值，并记录厚度，避免了厚度高频波动。当开始下一个道次轧制时，调用前一道次记录的出口厚度，作为当前道次的入口厚度，避免了人工测量。
入口厚度与给定厚度值相比较，当有厚度偏差时，便预先估计出可能产生的出口厚度偏差，从而确定为消除此偏差所需要的辊缝，然后根据轧制入口带钢位置，提前对本机架进行厚度控制，使得在50mm的距离上前馈值均为。
根据P-h图可求前馈式AGC的控制算法：
图4 前馈式AGCP-h图
由图4可知
（12）
又因
（13）
所以
（14）
代入式得
（15）
上式就是前馈式AGC的控制算法
由于前馈式AGC是属于开环控制系统，其控制效果不能单独检查，而且并不是所有影响厚差的因素都能进行预控。因此，常采用前馈和反馈控制想结合的方法，形成互补，以提高厚控系统总的控制精度。
秒流量AGC与前馈式AGC配合使用，辊缝调节量即为
（16）
3.3张力AGC
对于特薄钢带运用改变辊缝来控制出口厚度的效果已不明显，这种情况下，运用张力AGC通过调节张力大小来控制厚度差的方法就显得重要了。
本系统张力AGC主要用于出口带钢厚度小于0.3mm，出口厚度差绝对值小于10um大于7um的情况下的出口厚度微量调整。
具体方法是通过改变钢带入口侧张力大小来改变入口侧钢带的塑性来调整出口带材的厚差，可使厚差绝对值达到小于7um。
本系统只设定两种张力调节模式，即正调节（比例溢流阀控制电流增大2%）和负调节（比例溢流阀控制电流减小2%），模式的选择根据偏差的正负确定。
4 结束语
AGC系统的投入极大地提高了板带厚度控制精度，板材的成型率由10%提高到了90%以上，它是轧机稳定运行不可或缺的一部分。
但无法确定初始入口厚度，依然是制约本系统可靠性的关键因素
参考文献：
[1]王海鹏.AGC系统在冷轧可逆单机架中的应用[J].中国科技博览，2011（7）
[2]杨庆丰.邯钢冷轧AGC控制系统探讨[M].2005中国钢铁年会论文集
[3]仝玉华，王静，巩茂娟.高精度动态调整技术在莱钢冷轧AGC系统中的应用[J].中国科技博览，2011（10）
[4]米进周.AGC控制系统在六辊可逆冷轧机组中的应用[J].冶金自动化，2007，增刊.