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厚度精度与张力控制是板带产品的两大技术指标。目前随着轧制理论、控制理论和人工智能理论的开展，以及它们在轧制工程中的应用，使得板带产品的厚度精度与张力控制有了很大程度的提高。然而，对单机架可逆式冷带轧机采用专门的控制技术，用以实现对板带材的高精度控制，仍是板厚控制领域研究的热点问题之一。
本文在剖析恒昌AGC650程序单机架可逆式冷轧机的根底上，探讨了厚度控制系统的理论与实现，对厚度控制系统及相关理论进行了全面系统的研究，为今后研究更高精度的轧机控制系统提供理论依据。研究了液压压下控制系统的工作方式以及伺服阀线性控制的实现方法，建立了板带轧机液压AGC系统的动态模型。所建立动态模型简单且便于分析轧制过程中各种因素对最后轧制精度的影响。通过对单机架可逆式冷轧机PLC的研究，来进一步实现对板钢AGC的控制。
最后，本文深入研究了轧辊偏心对板带材厚度的影响，论述了轧辊偏心的两种根本类型，说明了轧辊偏心的特点、产生原因、偏心测量，指出了轧辊偏心对板厚的影响。深入研究了一种新的轧辊偏心补偿方案，由于通过数字程序直接实现，防止了传统的偏心补偿方案的缺陷。
关键词：可逆冷轧机；板厚控制；液压AGC；PLC研究；轧辊偏心
Single stand reversing cold mill PLC control strategy research
Abstract
Thickness accuracy and tension control is a plate with two major technical indicators of the product. Now as the rolling theory, control theory and the development of the theory of artificial intelligence, as well as their application in the engineering of rolling, the thickness accuracy of strip products and the tension control has improved greatly. , however, the single stand reversible cold strip rolling using special control technology, to realize the high accuracy control of plate strip, is still the thickness control field research one of the hot issues.
Based on the analysis of HengChang AGC650 program, on the basis of single stand reversible cold rolling mill, discusses the theory and realization of the thickness control system, thickness control system and the related theory for the comprehensive system of research, for the future study provide theoretical basis for higher accuracy of rolling mill control system. The workings of a hydraulic pressure control system is studied and the realization method of linear servo valve control board is established with dynamic model of rolling mill hydraulic AGC system. The established dynamic model is simple and convenient to analysis in the process of rolling the influence of various factors on the final rolling precision. PLC based on single stand reversing cold rolling mill of the research, to further realize the AGC control plate steel.
Finally, this paper deeply studied the roll eccentricity on thickness of plate strip and roll eccentricity is discussed, and the two basic types, causes, illustrates the characteristics of roll eccentricity, eccentricity surveying, points out the influence of roll eccentricity on thickness. Study a new kind of roll eccentricity compensation scheme, due to the direct implementation by digital programs, to avoid the defects of the traditional eccentric compensation scheme.
Key words: reversible cold rolling mill; Thickness control; Hydraulic AGC; The PLC research; Roll eccentricity
目录
对单机架特种轧机采用专门的控制技术，以实现对板带材的高精度控制，是目前板厚控制领域研究的热点问题之一，但由于整体工艺装备技术落后，高精度轧制技术同兴旺国家相比仍存在较大差距，在实际应用中尚有许多问题需要解决。本文以恒昌 AGC650程序为例，剖析此程序中PLC在单机架冷轧机厚度控制和张力控制之中所起到的应用。
本课题以单机架可逆式冷带轧机为研究背景，对冷带轧机厚度自动控制系统进行了研究。针对目前对单机架可逆式冷带轧机液压AGC系统的控制性分析大多集中于仅研究液压系统的响应特性，而未考虑轧机辊系及轧件本身的特性变化，而实际系统中影响出口板厚的因素很多，这些因素都将使轧制时工作辊辊缝发生变化，进而影响轧件的出口厚度。在此前提下，实际生产中非常需建立一种全面且有利于分析轧制过程中各种因素对最后轧制精度影响的动态模型。
板带厚度精度是板带材的两大质量指标之一，板带厚度控制是板带轧制领域的两大关键技术之一。板带厚度精度关系到金属的节约、构建的重量以及强度等使用性能，为了获得高精度的产品质量，系统必须具有高精度的压下调节系统及控制系统的支持。在我国，装备较先进的现代化冷轧机及控制系统根本上都是引进国外设备，我国自行研制的轧机因技术含量不高，生产出的产品竞争力较差。每年需进口大量的高精度板带产品，来满足国民经济的需求。尤其4000余套窄带轧机生产现状尚不令人满意[1]，厚度精度亟待提高。要对这些轧机实施改造，许多理论和技术上的问题尚有待进一步深入研究。所以，本课题所研究的单机架可逆冷带轧机的板厚控制问题，不仅为今后研究更高精度的轧机控制系统提供理论依据而且对生产实践具有非常重要的指导意义。
板带轧机厚度控制从轧机诞生起，直到由计算机完成各种复杂功能的控制，其开展
过程是随着对板带材尺寸精度要求越来越高而相应开展起来的，板带轧机厚度控制的开展大致可分为以下几个阶段：
第一阶段是上世纪30年代以前的人工操作阶段。这一阶段的轧机装机水平较低，厚度控制是以手动压下或简单的电动压下移动辊缝方式为主。由于当时各种检测手段尚不完善，轧机调整和过程的实时调节主要是凭操作人员的经验进行的。轧制理论仅在这一阶段的后期才刚刚开始建立，远没有到达应用的程度；单回路调节的自动控制理论，尚未应用于控制轧机这类较复杂的机器，由于轧制过程是一个非常复杂的物理过程，轧制条件和状态不断发生变化，单凭经验操作很难到达较高要求，致使轧机的各项技术经济指标都比拟低，相应的该阶段厚度控制尚未形成自动控制[2]。
第二阶段是上世纪30年代到60年代的常规自动调整阶段。直到1949年厚控方程的出现，以及1965年由计算机自动厚度控制的带材轧机的建成投产才是厚度控制技术出现的标志。这个阶段轧制理论从以力学为根底，研究轧件变形规律，进入以力学和控制论为根底研究轧件与轧机互相作用变形规律。在该阶段轧制理论的开展和完善为板带轧机的厚度控制奠定了根底，同时，随着自动调节理论和技术的开展，并逐步应用于轧制过程，使轧机的控制步入了常规模拟式调节的自动控制阶段。主要表达在速度调节系统，张力调节系统，位置调节系统等。这些自动调整系统的实现，为完善板带轧机的厚度控制提供了先决条件。早期的厚度控制系统是根据测量出口板厚偏差而调节电动机压下实现的。这种装置应用不久就暴露出一系列的缺点：〔1〕压下位置改变比拟慢；〔2〕传递时间滞后；〔3〕压下电动机容量增大等。
以X射线测厚仪测厚和“厚度计〞式测厚，以模拟量和逻辑量的组合进行执行机构的控制，是这一阶段厚度控制的特点，由此构成的自动调节系统可对轧制过程进行有效的实时调节，从而在改善轧制过程的稳定性，提高板带材产品质量以及简化操作等方面都取得了明显的效果。
60年代起，随着计算机技术的开展及应用，计算机技术也逐步渗透到钢铁制造业，使板带产品的生产发生了变革，形成了60至80年代的计算机控制阶段，即板厚控制的第三阶段。以弹跳方程为根底的厚度自动控制理论〔AGC〕得到广泛应用。计算机在板厚控制中应用首先是在热连轧机设定上开始的。穿带过程中，根据被轧材的各种情况，要求快速、最优设定各机架的出口厚度值、辊缝值及轧制速度等，单凭经验及简单的计算己无能为力了，必须引入计算机运算才能完成。以厚度计式测厚实现厚度控制，以计算机进行各机架设定，很好地解决了热连轧机的厚度控制问题。
70年代起，液压厚控技术〔液压AGC〕的应用，使板厚控制技术产生了重大变革。液压AGC的响应速度比电动AGC快2个数量级以上，因此，使AGC的内环执行机构几乎可以近似为一个比例环节〔相对于AGC的响应速度〕，以实现可变等效刚度的控制效果。由于液压技术与计算机技术的结合，使这一阶段的板厚控制技术大大地向前迈进了一步。这一阶段的大局部旧式控制方式的轧机都进行了新技术的改造。
80年代末至现在，板厚控制技术向着大型化、高速化、连续化的方向开展，成为板厚技术开展的第四个阶段。这一阶段已经将板厚板形控制的全部过程溶于计算机网络控制的过程自动化级和根底自动化级。在过程控制级的控制中，一方面采用最优控制，多变量控制，自适应控制，解耦控制，H∞控制等控制理论的最新成果，以追求控制性能的更高水平。在监控层的设定计算中，一方面采用人工智能，模糊控制，神经网络等知识工程的手法，以追求系统的灵活性和多样性。以上两方面的不断追求融合在一起，开发出高精度、无人操作的厚度自动控制系统是这一阶段轧机的目标。
这一阶段中在板厚控制的技术方面的开发，也产生了相当多的成果。许多板带轧机的精轧机上装备有数字化的自动厚度控制器；如GM-AGC〔Gauge Meter AGC〕，监控AGC，张力AGC，前馈AGC，反应AGC等。可根据工艺需要，选择其中几种组合形成某种轧机的AGC系统，以满足板带厚度控制之用。为了提高头部板厚控制精度，开发出绝对值AGC这种形式的系统以GM-AGC为根底，采用液压压下，利用各种补偿功能和绝对值锁定方式，实现绝对值AGC。对于冷连轧机还开发了MF-AGC〔〔Mass Flow AGC〕板厚控制系统。新开发的MF-AGC可使板厚精度到达0.1%以内，是当前AGC开展的一个方向。
近年来，为进一步提高冷连轧产品质量，广泛采用成品带钢凸度测量仪〔沿带宽多点X射线源及矩阵式接收，以获得沿宽度方向的厚度分布〕和带钢激光测速仪。激光测速仪的使用为流量AGC的开展创造了条件[3]。
美国数字设备公司〔DEC〕根据这一设想，于1969年研制成功了第一台可编程序控制器。由于当时主要用于顺序控制。只能进行逻辑运算，故称为可编程序控制器〔Programmable Logic Controller，PLC〕。
PLC定义：可编程序控制器〔Programmable Logic Controller，PLC〕，是一台专为工业环境应用而设计的制造的计算机。它具有丰富的输入/输出接口，并且具有较强的驱动能力。但由于PC容易和个人计算机〔Personal Computer〕混淆，所以人们还沿用PLC作为可编程序控制器的英文缩写。
PLC分类：1〕一体化紧凑型PLC：电源、CPU中央处理系统、I/O接口都集成在一个机壳内。如西门子S7-200系列。2〕标准模块式结构化PLC ：各种模块相互独立，并安装在固定的机架〔导轨〕上，构成一个完整的PLC应用系统。如：西门子S7-300、S7-400系列。
高可靠性、丰富的I/O接口模块、采用模块化结构、运行速度快、功能完善、编程简单，易于使用、系统设计、安装、调试方便、维修方便，维修工作量小、总价格低[4]。
本章简单表达了选题的意义和背景以及AGC厚度控制技术的开展历程，还有一些PLC的根底知识。了解PLC软件的一些特点和应用。
在轧机轧制过程中对厚度有比拟大的影响的因素主要有辊缝的大小、轧制压力、张力、速度等，厚度控制系统主要是通过不断补偿这些因素的实际值与设定值之间的偏差来实现厚度的控制的。
冷轧机的厚度控制系统一般由液压设备和AGC设备构成。其中液压设备最根本局部是机械设备，其中包括：液压伺服设备；直接与轧件接触并轧出产品的轧辊；传动轧辊的齿轮、减速箱、轴承等；支撑轧辊及作为轧机“构架〞的轧机机架；将力传递到轧辊的压下装置；导位装置以及润滑系统等。机械系统最重要的局部是轧辊的咬入区，轧辊咬入区是一个极复杂的函数，很难加以表示"它随着任何一个参数〔例如温度、速度、压力、张力、润滑、轧辊外表状况、咬入角、成品的全属性能或尺寸等〕的变化而变化，从而影响出口厚度。
厚度控制系统的设备那么主要包括：液压压力传感器、液压缸位移传感器、板材测厚仪以及工控机或PLC等运算单元。AGC系统的主要作用是当一个或几个参数变化或系统失去平衡时能调节某些参数使其出口厚度保持恒定，因此必须将这些根本参数连结在一起，形成一个系统，也即是AGC系统。
AGC系统一般包括有：1〕压下缸位置闭环：运算器随着轧制条件的变化，通过对位移传感器测得的辊缝实际值与给定制进行比拟，准确的控制轧辊的压下位移辊缝值是通过操作侧和传动侧液压缸的位移取平均值得到的。2〕轧制力闭环：通过控制轧制力来实现对厚度的控制。在控制时是通过不断修正实际压力值与设定压力值之间的偏差来实现的。3〕测厚仪监控闭环：由于出口厚度和辊缝、轧制力、张力、速度、温度、润滑液等多种因素有关，所以单靠设定辊缝大小是无法准确控制出口厚度的。为此在出口侧装有侧厚仪，利用监控系统对位置闭环系统的辊缝设定值进行修正，从而到达准确标准出口厚度[5]。
在轧制中影响轧件的干扰因素源于以下几点：轧机的机械及液压装置、轧机的控制系统、入口轧件厚度。
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