冷带轧机厚度控制系统的智能优化控制

冷带轧机液压AGC系统过程优化级计算机控制孙孟辉;王益群【摘要】冷带轧机的轧制过程是较为复杂的物理过程，因此液压AGC （Automatic Gauge Control）系统对冷带轧机成品带钢的厚度精度起着重要的作用。

针对300可逆冷带轧机，进行了过程优化级计算机控制的研究，开发出了液压AGC系统的过程优化级计算机控制系统。

液压AGC系统的过程优化级计算机控制，可以实现轧制规程的计算、过程控制级所需设定值的设定、轧制过程数据的采集以及人机界面的显示等功能。

同时，进行了轧制试验。

%Rolling process of the cold rolling mill is a complicated physical process, so the hydraulic AGC system is very important to the thickness precision of strips of cold rolling mill. In this paper, the computer control of process optimization level was researched, and the computer control system of process optimization level was developed, aiming at 300 reverse cold rolling mill. By the computer control of process optimization level of the hydraulic AGC, it can realize the calculation of rolling schedule, the set of setting value needed by the process control level, the data acquisition of rolling process and the display of human-computer interface. At the same time, the rolling experiment was carried out, and the experiment result implied that it could eliminate the thickness error of strips effectively, adopting the provided computer control's strategy of the process optimization level.【期刊名称】《流体传动与控制》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】3页(P1-3)【关键词】冷带轧机;液压AGC系统;过程优化级;轧制规程;计算机控制【作者】孙孟辉;王益群【作者单位】南京工程学院机械工程学院江苏南京 211167;燕山大学机械工程学院河北秦皇岛 066004【正文语种】中文【中图分类】TH137.9冷带轧机的轧制过程是较为复杂的物理过程，在轧制过程中，存在着很多的干扰因素，且有许多属于未知的干扰，如轧机的振动等［1］。

冷连轧厚度自动控制王国栋,刘相华,王军生(东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室,辽宁　沈阳　110004)摘　要:分析了冷连轧机组综合厚度控制系统的组成与功能,阐述了冷连轧带钢厚度精度的影响因素及厚度自动控制的原理,介绍了当前张力控制和厚度控制的一些新方法。

关键词:冷连轧;A GC ;张力;辊缝;辊速中图分类号:TG 335155;TG 335112 文献标识码:A 文章编号:1003-9996(2003)03-0038-04Automatic gauge control for tandem cold rollingWAN G Guo 2dong ,L IU Xiang 2hua ,WAN G J un 2sheng(The State K ey Lab 1of Rolling and Automation of Northeastern University ,Shengyang 110004,China )Abstract :The composition and function of com prehensive automatic gauge control systems for tandem cold mill were analyzed 1The effective factors for strip gauge accuracy and principles of various automatic gauge control for tandem cold rolling were explained 1S ome new tension control and gauge control ways are introduced 1K ey w ords :tandem cold rolling ;A GC ;tension ;roll gap ;roll speed收稿日期:2002-12-20作者简介:王国栋(1942-),男(汉族),辽宁人,教授,轧制技术及连轧自动化国家重点实验室主任,东北大学材料成型与控制工程系主任,博士生导师。

信息化背景下论冷连轧机组厚度控制能力的研究与改进摘要國内外大型钢铁企业与科研机构都在以全连续轧制工艺为背景对象，对影响带钢质量的厚度及板型的控制关键技术进行深入研究，目的是提高带钢的产品质量，增加产品的经济附加值。

板材的厚度偏差是冷轧板带最重要的尺寸精度指标之一，厚度控制是高精度板材生产的重要环节。

同时产品尺寸精度的提高会产生巨大的经济效益，一套完整的高精度的厚度控制系统意味着一个强有力的市场竞争地位。

本文针对首钢京唐2230酸轧厚度控制精度不高，采取调整酸轧厚度公差带，优化AGC控制能力，提高了2230酸轧机组的厚度合格率。

关键词公差带；死区；AGC；前馈首钢京唐公司2230酸轧机组是首钢京唐公司冷轧板带产品的主力生产机组之一，所生产的产品以汽车板、高强钢以及高端家电用冷轧板为主，属于高技术、高难度、高附加值产品，在京唐公司冷轧产品中占据重要的战略地位与盈利能力，具有良好的经济效益和社会效益。

但一直以来，此机组在非稳态轧制过程中存在着两个相互间有着极强关联的生产技术难题——带钢厚度波动剧烈以及轧机启动困难。

2230轧机在带钢头尾轧制过程中，厚度波动异常剧烈，带钢头尾厚度超差段长度较长，每年后道产线切除量超过2000吨，造成大量浪费，反观，厚度控制具有国际领先水平的1700轧机，每年后道产线对轧硬卷头尾厚差切除量不到400吨，差距巨大。

上述问题，自开工以来一直未能本质化解决，严重影响了机组的作业时间、运行稳定性以及带钢的产品质量。

1 2230酸轧厚度波动的问题京唐2230冷连轧机自开工以来，带钢厚度控制精度始终不高，最主要问题是当轧制带钢规格或材质切换后首卷带头厚度波动严重。

带钢厚度偏差呈周期性衰减振荡形式，超差段长度超过60米，厚度偏差远远大于公差允许范围，必须进行切除处理。

统计厚度过程参数超标按照不同原因的厚度波动参数分析，分析主要原因为钢种，厚度变化导致的头部厚度波动，同规格过渡也存在厚度超差的情况，主要体现在过焊缝的厚度波动较多[1]。

优化冷轧机控制及生产提升产品厚度稳定性摘要：厚度精度是冷轧产品的重要指标，每条产线都在关注和改善厚度控制精度。

轧机的控制策略和操作方式，直接决定产品厚度精度和超差的长度。

通过对冷轧轧机工艺参数、机架间设备的配置和功能状态、一级控制程序和生产节奏进行研究和优化，冷轧产品厚度精度得到了一定的提升。

关键词：冷轧轧机，厚度精度，控制优化。

Optimize control strategy and operation mode to reduce off gauge production of PLTCM lineZhao Dong Li Zhang Yao Ming( Cold Rolling Mill Ben Gang Steel Plates Co.,Ltd, Benxi Liaoning 117000)Abstract:The thickness accuracy is most important factor of PLTCM production, all the lines focus on this issue to improve the values. The control strategy and operation mode impact on the thickness accuracy and off gauge amounts. Depends on the optimization on the process values, the control function of the inter-mill equipment, and L1 control program, the production thickness accuracy and off gauge values are improved.某钢厂的冷轧酸洗轧机联合机组，主体机械、电气设备为进口成套供货和调试，该机组主要为后续产线提供合格的汽车板及高端家电板基板。

8.冷带轧机高精度液压厚度自动控制（液压AGC）系统关键技术及应用该项目攻克了高精度板厚质量控制的难题。

高精度液压AGC 控制技术是该领域技术的制高点。

该项目的成功生产运行，打破了我国冷带轧机高端核心控制技术市场长期被国外高价垄断的局面，为我国从钢铁大国向钢铁强国的转变提供了强有力的技术支持。

一．主要技术内容和关键技术高精度液压AGC是长期依赖进口的轧机核心控制技术，包括：1．单机架冷轧机液压AGC ；2．冷连轧机液压AGC；3．从国外买不来的高精度虚拟连轧系统。

其主要关键技术是：1．该系统上位机功能完备，数学模型丰富、精确。

实现了轧制规程自动生成，轧制过程全状态监测，数据库管理；2．下位机实现了位置闭环、压力闭环、厚度闭环、张力闭环和预控等五种扰动补偿，控制手段完备；3．液压伺服系统响应迅速、经济、可靠；4．虚拟轧制系统可以预测机、电、液各实际物理量对轧机性能的影响，评价各种控制策略、预报轧机性能。

二．技术指标及水平1．冷连轧AGC：成品厚度＜0.3mm，绝对误差±0.003mm；成品厚度≥0.3mm，相对厚差＜1%；轧制速度1260m/min。

达到了国际先进水平。

2．单机架AGC：成品厚度＜0.3mm，绝对误差±0.002mm；成品厚度≥0.3mm，相对误差＜0.7%；最小轧制带钢厚度0.05mm。

达到了国际领先水平。

3．虚拟连轧系统设备级模型精度：85%。

达到了国际先进水平。

三．应用推广情况冷连轧液压AGC 2006年1月在万达公司投产。

单机架AGC从2004年至今已有七套分别在鸽瑞公司4台650轧机、卓立公司1050轧机、万达公司1150和1422 轧机上成功稳定运行。

获2009年国家科学技术进步奖二等奖。

1450mm四/六辊五机架冷连轧机高精度液压AGC现场单机架四辊可逆冷带轧机高精度液压AGC现场。

冷连轧机自动厚度控制的调节随着冷连轧机速度和质量要求的不断提高，冷连轧机上都装设了冶金机械设备自动厚度控制装置(简称AGC系统）。

自动厚度控制是通过测厚仪或传感器对带钢实际厚度进行连续地测量，并根据实测值与给定值比较得出的偏差信号，借助检测控制回路和装置或计算机功能程序，改变压下位置、张力或轧制速度，把厚度控制在允许偏差范围内的调节方法。

AGC系统是由许多直接或间接影响轧件厚度的系统构成的。

为了消除各种原因造成的厚差，可采用各种不同的厚度调节方案和措施，具体有如下几种厚度控制方式：(1)轧辊压下控制方式。

调节压下是厚度控制最主要的方式，常用来消除由于轧件和工艺方面的原因影响轧制压力而造成的厚差。

调节压下控制方法包括采用测厚仪直接反馈式、厚度计式、前馈式、秒流量法液压式等自动厚度控制系统。

(2)轧制张力控制方式。

调节张力控制是指利用前、后张力的变化来改变轧件塑性变形线的斜率，以控制厚度。

但目前在冷轧厚度控制时不单独应用此法，往往采用调节压下与调节张力互相配合的联合方法。

(3)轧制速度控制方式。

轧制速度的变化可影响张力和摩擦系数等因素的变化，故可通过调速来调张力，从而改变厚度。

冷连轧生产是一个复杂的多变量非线性控制过程，各种因素的干扰都会对冶金机械设备带钢的厚度精度造成影响。

造成冷轧成品厚差的原因有以下三类。

(1)由热轧钢卷(来料)带来的扰动，属于这类的有：1)热轧卷带厚不匀，这是由于热轧设定模型及AGC控制不良造成的（来料厚度波动）；2)热轧卷硬度（变形阻力）不匀，这是由于热轧终轧及卷取温度控制不良造成的（来料硬度波动）；其中，来料厚差将随着冷轧厚度控制而逐架或逐道次变小；但来料硬度波动却具有重发性，即硬度较大（或较小）的该段带钢进入每一机架都将产生新的厚差。

(2)冷连轧机本身的扰动，属于这类的有：1)不同速度和压力条件下，油膜轴承的油膜厚度不同（特别是加、减速时油膜厚度的变化）；2)轧辊椭圆度（轧辊偏心，为一高频扰动）；3)冶金机械设备轧辊热膨胀和轧辊磨损。

冷轧机厚度控制系统的研究及应用冷轧机是一种用于金属材料加工的重要设备，它能将热轧板材进行冷轧加工，使其达到所需的厚度和尺寸。

冷轧机的厚度控制系统在冷轧过程中起着关键作用，能够确保产品的厚度稳定、精确。

本文将探讨冷轧机厚度控制系统的研究及应用。

冷轧机厚度控制系统主要由传感器、控制器和执行器组成。

传感器负责测量冷轧板材的厚度，将数据传输给控制器进行分析和处理。

控制器根据设定的厚度指标，通过操纵执行器来调整辊间压力，从而控制冷轧板材的厚度。

冷轧机厚度控制系统需要具备快速、精确、稳定的特点，以满足不同厚度要求的加工需求。

冷轧机厚度控制系统的研究与应用主要涉及以下几个方面。

首先，研究冷轧机厚度控制系统的算法和模型。

通过建立数学模型和控制算法，可以实现对冷轧板材厚度的精确控制。

例如，可以采用PID控制算法，结合前馈控制和模糊控制等技术，提高控制系统的动态响应和稳定性。

其次，优化冷轧机的结构和参数。

冷轧机的结构和参数对厚度控制系统的性能有着重要影响。

通过对辊的布局、辊径和辊间间隙等参数进行优化，可以提高冷轧机的控制精度和稳定性。

此外，改进传感器的测量精度。

冷轧板材的厚度测量是厚度控制系统的基础。

通过改进传感器的测量精度和抗干扰能力，可以提高冷轧机厚度控制系统的性能。

最后，实际应用中，冷轧机厚度控制系统还需要考虑到工艺、物料和环境等因素的影响。

例如，不同材料的冷轧加工需要采用不同的控制策略，以确保厚度控制的精度和稳定性。

综上所述，冷轧机厚度控制系统的研究和应用对于提高冷轧加工的质量和效率具有重要意义。

通过不断改进和优化厚度控制系统的算法、结构和传感器，可以实现对冷轧板材厚度的精确控制，满足不同材料和厚度要求的加工需求。

智能AGC/AEC控制器智能AGC／AEC控制器主要是针对冷轧机和平整机开发的，目的是提高自动化控制的水平、性能和产品质量。

我国目前有三百多套中小型轧机和平整机，有些设备己配有液压AGC／AEC控制系统，有些设备则没有，还有待改造。

目前常规AGC／AEC 控制系统存在许多问题，实际运行效果不够理想。

为此，我们将人工智能技术和智能控制思想引入到AGC／AEC控制中，使控制系统具有智能化，以提高系统的控制精度。

下面从二个方面论述人工智能运用到AGC控制的必要性（AEC控制同AGC控制具有相同的特性，可作为特例进行研究）。

1.带钢产生厚度不均的原因和解决方法轧制带钢过程中，使厚度产生波动的原因比较复杂，从钢厂工艺流程上看，可以追述到板坯（粗轧坯或连铸坯）的生产。

对于带钢轧制工艺本身，产生厚度不均的原因大致有以下几个方面因素：（1）待轧原料因素是带坯厚度不均和硬度波动（含水印）无论是热轧还是冷轧，待轧材料及其硬度因种种原因会发生避免不了的波动。

（2）生产工艺因素是轧制润滑液润滑性能不稳定，造成摩擦力发生变化；依据弹跳方程，凡是影响轧制压力、原始辊缝和油膜厚度的因素都将对实际轧出厚度产生影响，具体表现在：①温度变化的影响。

温度变化对带钢厚度波动的影响实质就是轧件温度差对厚度波动的影响，温度波动主要是通过对金属变形抗力和摩擦系数的影响引起厚度差。

②张力变化的影响。

张力是通过影响应力的状态改变金属变形抗力，从而引起厚度发生变化。

③速度变化的影响。

主要通过变形区域中摩擦系数与支承辊油膜厚度的变化影响带钢轧出厚度。

④辊缝变化的影响。

轧制时轧机部件的热膨胀、轧辊磨损和轧辊偏心等使辊缝发生变化，直接影响成品厚度。

（3）轧制设备因素是轧辊偏心和加减过程中动态张力发生变化。

上述三方面因素反映到轧机上，使轧制过程中辊缝不断发生变化，带钢厚度也随之产生波动。

为了消除带钢厚度不均（控制在允许误差之内），人们利用厚度控制来克服或减轻各种干扰因素对成品厚度的影响。

浅述轧钢自动化控制系统应用优化随着科技的发展和工业生产的不断进步，轧钢自动化控制系统已经成为钢铁生产中不可或缺的一部分。

它通过各种传感器、执行器和控制器等设备，能够实现钢铁生产的自动控制和优化。

本文将从系统性能优化、能效优化和安全优化三个方面对轧钢自动化控制系统进行浅述。

轧钢自动化控制系统在系统性能优化方面起到了至关重要的作用。

传统的手动控制存在人为的误差和延迟，而自动化控制系统能够实时监测和控制各个环节，提高钢铁生产的稳定性和生产效率。

自动控制系统可以监测轧机和输送带的运行状态，实时调整轧机的工作参数和输送带的运行速度，以保证钢材的质量和生产效率。

轧钢自动化控制系统能够实现钢铁生产的能效优化。

能源在钢铁生产中占据了很大的比重，而自动化控制系统可以通过优化工艺流程和调整设备参数来降低能源消耗。

自动控制系统可以根据实时数据分析和预测钢材的需求量，合理调整轧机的工作负荷和能源的供给，以达到最佳的能源利用效果。

自动化控制系统还可以监测和控制设备的运行状态，及时发现故障并采取相应的措施，避免能源的浪费和损耗。

轧钢自动化控制系统在安全优化方面也具有重要的意义。

钢铁生产过程中存在着很多危险因素，如高温、高压等，而自动化控制系统能够实时监测和控制生产环境和设备状态，确保生产过程的安全性。

自动控制系统可以监测轧机和输送带的温度、压力等参数，一旦超过安全范围就会自动报警并采取相应的应急措施，以保障工人的人身安全和设备的正常运行。

轧钢自动化控制系统在系统性能优化、能效优化和安全优化方面都发挥着重要作用。

它通过实时监测和控制各个环节，提高钢铁生产的稳定性和效率；通过优化工艺流程和设备参数，降低能源消耗；通过实时监测和控制生产环境和设备状态，确保生产过程的安全性。

随着科技的不断发展，轧钢自动化控制系统将会越来越智能化和高效化，为钢铁生产带来更大的优势和效益。

冷连轧厚度与张力系统智能解耦控制研究摘要：二十一世纪之后，现代化的冷连轧机组板的制作工艺发展迅猛，其中是带轧制的主要有板厚以及板形两种主要质量指标。

目前主要应用的AGC自动厚度控制系统为了可以获得更加高精度的产品厚度需要具有高精度要求下的调节控制功能。

另外，张力是进行该制作中必不可少的重要考核因素，各个机架之间的种种联系就是依靠张力的作用来维持的。

在进行板带轧制的整个过程中，种种影响因素之间是较为容易存在动态耦合现象的，对整体工程具有不好的负面影响，为了解决这一难题，解耦机制在该工艺中的应用就变得重要起来。

关键词：冷连轧机组；厚度；张力系统；解耦引言：冷连轧带钢在实际中的应用是极为广泛的，诸如汽车制造业、焊管、铁通、建筑业等等都有着重要的应用。

正是因为其属于高附加值材料中数一数二的优质材料，近几年对它的制作工艺有着更加严格的要求。

其中，板带厚度控制作为工艺中最为重要的核心技术之一，对材料的质量以及精度有着极为重要的影响。

另外，维持机架之间的张力稳定也是工艺成功的关键所在，因此结合材料的厚度以及张力系统进行解耦机制的研究应用，对材料制备工艺有着很重要的意义。

一、冷连轧机自动厚度控制系统（一）机组生产工艺概述经过仔细的调研分析不难发现冷连轧机组带钢生产的工艺过程有5种最为主要的生产工序，分别是酸洗热轧钢卷、退火操作、带钢平整、精度处理以及镀层处理。

具体的生产操作顺序是有严格的规定的，必须保证能按照开卷、校直、焊接、酸洗、轧制、剪切以及卷取的顺序进行制作。

其中工艺开卷以及焊接为了更好的进行轧制做准备，酸洗的目的是去除氧化铁皮。

（二）冷连轧AGC系统的基本环节该系统是冷连轧制备工艺中最为关键的核心系统和技术之一，整体功能极为丰富，主要有设备加减速补偿、前馈以及张力自动厚度控制、流量以及间接测厚反馈自动厚度控制以及监控自动厚度控制等功能。

基于恒速比的原则以及张力恒定的原则，AGC作为控制的最后工序必须实现对带钢的高精度的终极控制。

冷带轧机厚度控制系统的智能优化控制安连祥;姜丽丽【摘要】针对冷带轧机AGC控制系统中存在的时变非线性和时滞以及传统PID 控制参数不易调整的问题,提出将智能模糊自适应PID控制器用于厚度控制回路的优化控制方案.在原有PID控制器的基础上融合了模糊推理的功能,通过模糊推理控制器在线实时调整PID控制器的参数,以满足PID参数时变的要求.仿真试验结果表明,采用智能模糊自适应PID的控制系统调节时间短,超调量小,动静态性能优越,控制效果优于传统PID控制.【期刊名称】《电气传动》【年(卷),期】2010(040)009【总页数】3页(P41-43)【关键词】模糊自适应PID;自动厚度控制;Matlab仿真【作者】安连祥;姜丽丽【作者单位】河北工业大学,电气与自动化学院,天津,300130;河北工业大学,电气与自动化学院,天津,300130【正文语种】中文【中图分类】TP2731 引言轧机厚度控制系统是一个受外界干扰的线性不确定时滞系统。

厚度控制的目的就是通过调节辊缝、张力、电机速度等参数,进而消除轧制过程中影响厚度精度的因素[1]。

本文针对轧机厚度控制系统的特点,结合模糊控制和 PID控制的理论,设计了模糊自适应PID控制器,并将其应用到轧机的厚度环PID控制器中。

通过实时检测厚度值,计算其偏差量和偏差的变化率,通过模糊推理机对PID参数进行在线修正,进而改善系统的控制品质。

仿真结果表明,这种控制器的控制效果相对于传统PID控制器调节时间短,系统超调量小,稳态性能好,满足轧机厚度控制系统性能的要求。

2 冷带轧机厚控系统数学模型冷带轧机厚度控制系统采用辊缝内环,厚度外环的双闭环控制形式。

辊缝内环由伺服阀,液压缸、伺服放大器组成。

对内环控制器进行设计并调整其参数,可以整定成一个二阶振荡环节[2]式中:Gf(s)为工作辊的辊缝(对应于液压缸活塞的位移);(s)为辊缝给定值;u(s)为控制量,即厚度控制器的输出;参数ωn和ξ随着油温等因素的变化有一定的参数不确定性。

八钢五机架冷连乳产品的厚度控制优化
近年来,随着冷轧产品的应用范围的不断扩大,市场对冷轧的产品也提出了更高的要求。

冷轧薄板的产品厚度精度是其一个重要的质量指标。

为了消除厚度波动所产生的影响,提高冷轧产品的厚度精度,本文以八钢实际情况为基础,针对影响冷轧产品厚度精度的因素进行分析研究,并提出相应的改善措施。

主要研究内容及结论如下:(1)通过对影响轧机压下效率的因素进行分析,改变之前轧机的标定策略,每次更换轧辊后都需要对轧机进行标定,并将标定轧制力由之前的500吨改为1#轧机1000吨,2#-5#轧机800吨,消除了弹跳曲线的非直线部分。

同时对带钢变形抗力模型相关参数进行优化,使之更加符合现场生产情况。

(2)对电气控制程序相关系数进行优化。

对入口 AGC响应速度系数和增益系数进行修改、调整。

对出口 AGC的控制模式进行修改并将AGC的控制模式的调节量由绝对方式改为百分比方式。

对Mass Flow功能进行优化:增强了 2#测厚仪的反馈功能,保证下游中间机架的秒流量
相等,从而确保成品厚度。

(3)冷轧机组数学模型中压下分配方式采用压下率配比方式。

采用此计算程序后,避免了人工随意设定的弊端。

为了消除原料厚度偏差及防止带钢发生跑偏断带事故,规定1#轧机压下比不超过40%。

适当增加机架压下量,增加5#轧机变形量,减轻带钢加工硬化现象,降低5#轧机轧制功率,消除厚度偏差。