AGC厚度控制系统

AGC厚度控制系统

1. 前言

现代化的铝带产品及钢带产品对尺寸公差要求越来越高，因此许多轧制设备都要求配备有先进的带材厚度控制系统，我公司的HAGC全数字液压控制系统，控制平稳、精度高、抗干扰能力强。

2. 厚控系统所需控制变量及其相互关系

任何有效控制方案的设计必须基于对所控制的工艺的彻底理解。厚度控制也不例外，研究某些潜在的工艺因素是非常重要的。冷轧机的轧制过程中，有三种可调节的参数，会影响铝带的轧制厚度：开卷张力、工作辊位置（轧制力）及轧机速度。厚度控制方案设计中的一个关键因素是这些参数在以下方面的有效性和适用性：对厚度的影响（敏感度）、动态控制能力、控制范围、边缘效应，第一个因素—敏感度是最重要的，因为对某一参数，其必须对于厚度有显著的作用，才可能被考虑对控制目的的有效性。轧制力、张力和速度对轧制厚度的灵敏度构成了一厚度函数。冷轧机出口板带厚度的控制是通过开卷张力、工作辊位置及轧机速度联合实现的。

12μm50μm125μm500μm5mm7.5mmPLATE

LIGHT FOILHEAVY FOILLIGHT SHEETSHEETAPC(M-AGC)速度AGC(S-AGC)张力AGC(T-AGC)压力AGC(P-AGC)

Influence of ControlLargeSpeedMediumEntry TensionRolling Force(Position,Load)Small5050.50.050.005

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液压自动厚度控制系统

3. 控制系统

控制系统我们选用SIEMENS最新推出的FM458 CPU功能模板，它架构于S7-400内，可以在享用SIEMENS高性能的S7-400 PLC系统同时，还具有更高等级的SIMADYN D实时性能。另外结合两种FM458的扩展板EXM448、EXM438。FM458可以执行多种高动态响应的应用。例如:

 力矩、速度、位置闭环控制。  高动态响应的液压驱动。

3.1. 系统特点

 高性能：由于FM458是基于SIMADYN D高性能CPU－PM6的板子，所以它具有和PM6

相同的特点。

 运算速度快：它采用64-bit RISC处理器，可以提供高性能的计算能力。  任务的最小控制周期可以达到0.1ms

 集成8个数字量输入，可以触发8个中断任务 3.2. 组态及编程软件

D7-SYS V5.0 : FM458/SIMADYN D-specific expansion for SIMATIC STEP 7/CFC 3.3. 系统硬件构成 3.3.1. 机架选用UR1 3.3.2. 电源模板PS 407 10A

3.3.3. CPU选用两块FM458：FM458+EXM438+EXM438 FM458+EXM448

3.3.3.1. EXM438含有8路模拟量输出，-10V to +10V (+/-10mA)，分辨率为12位；5路模

拟量输入，-10V to +10V，分辨率为12位，最大转换时间为45微秒；8路24V开关量输出；16路24V开关量输入；8路15V或5V增量型编码器；4路绝对型编码器。

3.3.3.2. EXM448－扩展通讯模板PROFIBUS / MPI / SIMOLINK

 EXM448基于SIMADYN D通讯模板EXM448,因此具有相等的性能  数据传输率：9.6kbit/s up to 12 Mbit/s  最大127个子站

 每个子站最大报文长度：244字节

4. 厚控系统基本工作原理

本系统包括位置闭环、轧制力闭环、速度闭环、压下同步控制，辊缝差设定控制以及轧辊压靠，辊缝清零操作，轧制力和/差越限保护等环节。以下分别介绍各部分的工作原理。

系统组成及其工作原理说明：本厚控装置为双闭环控制系统，内环位置控制环（APC）是厚控系统的核心控制环节，其输出为轧辊的实际位置或称实际辊缝。该环节可以独立工作，即可实现恒辊缝轧制。外环为厚度控制环，其输出信号用来修正位置环的辊缝设定值，通过液压伺服控制，使轧辊快速动作，以达到迅速消除厚差的目的。

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Gap Automatic Gauge Control (AGC)

测厚仪液压缸AGC控制系统辊缝控制系统厚度目标值

4.1. 位置闭环控制（APC）的工作原理

位置闭环控制系统由伺服阀放大器、电液伺服阀、油缸以及位移传感器等环节组成，其工作原理为：当轧辊的实际位置（或辊缝）与设定值之间产生偏差，此偏差信号经FM458计算并经伺服阀放大器加到伺服阀的电流线圈上，使伺服阀动作驱动油缸，从而使轧辊的位置向设定值快速移动，直到轧辊的实际位置与设定值相等，此时偏差信号为零，油缸停止移动，辊缝保持不变。

4.2. 轧制力闭环（AFC）的基本工作原理

AFC只有在轧辊压靠进行辊缝清零操作或做为平整时才使用，正常轧制时，AFC将被切除。

轧制力闭环控制系统由FM458、伺服阀放大器、伺服阀、油缸及压力传感器等环节组成，其工作原理为：当轧制力设定信号加入该系统的输入端时，由于此时工作辊并未接触，故轧制力反馈信号为零，系统偏差既等于输入信号，在此偏差信号作用下，油缸迅速动作，起动轧辊向上移动，直到工作辊互相接触，靠实产生轧制力。当实际轧制力随着轧辊的继续上压而增加到等于设定值时，油缸停止移动，使实际轧制力等于设定值保持不变。 4.3. 压上同步控制的基本工作原理

压上同步控制的目的在于使轧辊上下移动的过程中，始终保持轧辊的传动侧和操作侧的位移量相等，其基本控制原理为：所谓同步控制，实际为辊缝差设定闭环控制的一种特例，即在辊缝差设定为零的情况下，当实测辊缝差不为零时，该辊缝差信号通过FM458程序计算出两路大小相等而极性相反的信号，叠加到伺服阀的输出信号，通过伺服阀放大器使其输出信号分别控制传动侧和操作侧的电液伺服阀，使两侧油缸分别向减小辊缝差的不同方向移动，最终使实测辊缝差与辊缝差设定值相等为止。 4.4. 辊缝差设定控制的基本工作原理

辊缝差设定控制的目的在于纠正或消除轧制过程中因铝带两侧出现厚差，从而造成两侧延伸不等而产生单侧边浪，严重时可能出现铝带跑偏甚至断带，因此辊缝差设定控制是保证

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顺利轧制的重要手段之一。

辊缝差设定控制与同步控制均由同一控制回路完成，其区别是前者的辊缝差设定值不为零。而且需要根据轧制过程中的实际情况随时予以调整。 4.5. 监控AGC（M-AGC）

这种方式的原理为：利用安装在轧机出口侧的测厚仪测定铝板的出口厚度，并将此厚度信号与给定的目标厚度信号进行比较，得到的厚差信号，以次偏差信号并安一定的规律控制伺服阀，带动油缸驱动轧辊，来达到消除厚差的目的。 4.6. 张力AGC控制原理(T-AGC)

当出口厚度小于1毫米并接近0.1毫米时，由于轧辊压扁影响的增加及带材宽度以外的工作辊之间开始接触，导致轧制力对厚度的作用减小，而轧机速度及入口张力对厚度的影响逐渐增大，最终在铝板轧制过程中起主导作用。张力AGC是通过调节张力来改变板带的塑性系数的大小来实现厚度调节的。 4.7. 速度AGC控制原理（S-AGC）

速度AGC是通过速度调节来改变板带摩擦系数的大小来实现厚度控制的。本系统中它与张力AGC，监控AGC等综合适用。 4.8. 压力AGC（P-AGC）基本工作原理

P-AGC是利用轧制力的测量信号，按照一定的数学模型来间接地测量铝带的厚度，此厚度称之为计算厚度，以计算厚度作为反馈信号与设定厚度的基准信号相比较，其差值信号由计算机进行处理，按照一定的调节规律输出用来消除厚差的控制信号自动调节辊缝，是铝带厚度保持在一定的设定精度范围内。

5. 系统的安全性

在做整个控制程序之前，必须先把各个保护做进去，以求整个厚控系统的安全第一，保护设备。当压力和或差出现越限时，FM458使系统由工作状态自动地切换为卸荷状态，此时轧辊将迅速降至最低位，从而可以避免因过大的轧制力和/差而使轧辊损坏。在系统工作状态自动切换的同时，该保护信号将使前后张力切除，并使轧机制动停车，以免在轧辊落下时因卷取的转动时铝带大量跑空，造成操作上的麻烦。

上述越限保护动作时，将向操作人员发出声光报警，在操作人员按复位按钮之前，保护一直处于自锁状态，只有当故障处理完毕，按动复位按钮后，故障状态才能被解除，恢复正常的工作状态。 6. 结束语

我们所做的轧机厚度控制系统自投入以来，效果良好，控制精度在0.03mm以内，并且控制平稳，抗干扰能力强。此厚控系统硬件配置完善、软件程序编制精细，它不仅在铝加工行业，在钢加工行业和铜加工行业都将有着广泛的应用前景。

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