一种基于串级控制的热连轧AGC系统的控制方法及其仿真电路

摘要

一种基于串级控制的热连轧AGC系统的控制方法及其仿真电路。涉及热轧机加工领域。提出了一种基于串级控制而对热连轧中AGC系统的控制方法做出优化，从而实现对的带钢的厚度进行高精度控制的基于串级控制的热连轧AGC系统的控制方法及其仿真电路。本发明的技术方案为：包括以下步骤：1)、板料初加工；2)、调试精轧机；3)、板料精加工；4)、打包；完毕。从整体上具有逻辑清晰、步骤有序、易于操作、易于实现以及对带钢的加工精度控制效果好的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及热轧机加工领域，尤其涉及其中热连轧控制系统的改进。

背景技术

1780mm热连轧带钢厂的原料为合格的连铸坯，由炼钢连铸车间供给。板坯库天车将板坯吊放在加热炉输入辊道上，送至加热炉入炉辊道，再由装料机装入加热炉内进行加热；热坯直接入炉加热。所有板坯经过加热炉输入辊道上的称重装置称重后，再进入加热炉加热。板坯在加热炉内一般加热到1150℃～1250℃，由出料机托出炉外，部分碳素钢和某些低合金钢可采用“低温出炉”(出炉温度约1100℃)轧制工艺。

出炉后的板坯，首先经过粗轧前高压水除鳞箱除去板坯表面的氧化铁皮，然后由辊道送到粗轧机组进行轧制。

粗轧机组采用1架带附属立辊(E1)的四辊可逆轧机(R1)。板坯在R1轧机上一般轧制5～7道，轧成厚度30mm～50mm厚的中间带坯。R1粗轧机设有除鳞集管，可根据工艺要求，清除轧制过程中再生氧化铁皮。R1轧机后设有侧宽仪及测温计等检测设备。

从粗轧机出来的合格中间坯，经带保温罩的中间辊道，送入切头飞剪切头后，进入精轧前除鳞箱，清除二次生成的氧化铁皮，然后进入精轧机组轧制。

精轧机组由F1～F7共7架四辊不可逆轧机组成。带坯经过F1～F7精轧机组，轧制成1.2mm～18mm的成品带钢。为确保轧制带钢的厚度精度，精轧机组采用现代高精度控制轧机，在F1～F7精轧机上设有全液压压下及液压厚度自动控制(AGC)系统和工作辊弯辊(WRB)和工作辊窜动(WRS)板型控制系统，能够对带钢的厚度、凸度和平直度进行闭环自动控制，并通过下游精轧机工作辊平辊窜辊，实现“自由轧制”。此外，为减少换辊时间，粗、精轧机采用工作辊快速换辊装置，换辊时间约为10分钟。在F7机架后设置了多功能板型仪(带宽度、凸度和厚度检测)。

成品带钢经精轧机组输出辊道上的层流冷却装置进行轧后冷却，使带钢温度达到规定的卷曲温度。冷却后带钢由三助卷辊式全液压卷取机卷取成钢卷。卷毕，由卸卷小车将钢卷从卷取机卸出，送到打捆站。钢卷经卧式打捆机打捆后，用钢卷小车送到钢卷运输线上。钢卷运输采用全线卧式运输。需要检查和取样的钢卷从钢卷运输线上取出，送到钢卷检查线上检查、取样，钢卷检查后在返回钢卷运输系统。在钢卷运输线上，钢卷经称重、喷印后由天车吊运到钢卷库内存放、冷却。存放在钢卷库内的钢卷采用卧卷方式堆放。钢卷冷却后，按发货计划发货。

厚度是表征板带钢最主要的质量指标之一，热轧带钢厚度精度也一直是提高产品质量的主要目标。消除板带材厚度误差的主要办法是采用自动厚度控制(AGC)系统，AGC系统性能的优劣直接影响着轧机出口厚度的精度。因此不断改进AGC系统的控制精度，是提高板带厚度精度和厚度均匀性的一个主要措施。自动控制系统作为提高热轧板带厚度尺寸精度的最重要的控制手段，已经成为现代热轧板带生产过程中不可或缺的重要组成部分。

发明内容

本发明针对以上问题，提出了一种基于串级控制而对热连轧中AGC系统的控制方法做出优化，从而实现对的带钢的厚度进行高精度控制的基于串级控制的热连轧AGC系统的控制方法及其仿真电路。

本发明的技术方案为：包括以下步骤：

1)、板料初加工：依次包括板坯加热、高压水除磷和粗轧机轧制；

2)、调试精轧机：所述精轧机包括若干一一对应的上压辊和下压辊，所述上压辊通过液压缸连接在下压辊的上方；

2.1)、设置传感器：在精轧机出口设置用于检测带钢厚度的厚度传感器，并在液压缸的一侧设置用于检测液压缸行程的位移传感器；

2.2)、分析计算：通过控制中心对厚度传感器获取的数据以及位移传感器获取的数据进行分析、对比，从而得出二者之间的函数关系；

3)、板料精加工：依次包括高压水除磷、精轧机轧制、冷却；其中，控制中心将预定厚度代入步骤2.2)获得的函数关系中，获得液压缸所需的行程，并通过控制中心根据所需的行程对精轧机中的液压缸进行控制，最终，得到预定厚度的带钢；

4)、打包：将整条带钢进行卷取、打包；完毕。

步骤2)中还包括步骤2.3)、误差计算：通过控制中心对比、分析由控制中心发出的控制液压缸的控制信号和液压缸的实际行程，并得出液压缸实际行程和预设行程的函数关系；

从而在步骤3)中控制中心可先将预定厚度代入步骤2.2)获得的函数关系中，获得液压缸所需的行程，再将所需的行程代入步骤2.3)获得的函数关系，获得控制中心需发出的预设行程，此后，控制中心根据需发出的预设行程向液压缸发出控制信号；最终，得到预定厚度的带钢。

所述仿真电路包括依次连接且形成回路的单片机、D/A转换电路、位移传感器模拟电路、厚度传感器模拟电路和A/D转换电路，所述D/A转换电路通过供电电路连接所述位移传感器模拟电路；

所述位移传感器模拟电路包括比较器U1、比较器U2、电阻R10、电阻R0、电阻R11、电容C4和电容C5，所述比较器U1的负极输入脚通过电阻R10连接供电电路、且比较器U1的电源脚连接在供电电路中，所述电阻R0的两端分别连接在比较器U1的负极输入脚和比较器U1的输出脚上，所述电容C4的两端分别连接在比较器U1的负极输入脚和比较器U1的输出脚上；所述比较器U1的输出脚通过电阻R11连接在比较器U2的负极输入脚上，所述比较器U2的输出脚连接所述A/D转换电路、且比较器U2的电源脚连接在供电电路中，所述电容C5的两端分别连接在比较器U2的负极输入脚和比较器U2的输出脚上；

所述厚度传感器模拟电路包括比较器U3、电阻R2、电阻R12和电容C6，所述比较器U3的负极输入脚通过电阻R2连接比较器U2的输出脚，所述比较器U3的输出脚连接所述A/D转换电路、且比较器U3的电源脚连接在供电电路中，所述电阻R12的两端分别连接在比较器U3的负极输入脚和比较器U3的输出脚上，所述电容C6的两端分别连接在比较器U3的负极输入脚和比较器U3的输出脚上。

所述单片机为AT89S51单片机，所述D/A转换电路为ADC0809芯片，所述A/D转换电路为TLC7528芯片。

本发明实际使用时，可将本案的控制方法结合入ADC系统中，从而可通过两次计算出的函数关系“一是步骤2.2)中算出的带钢厚度与液压缸行程的函数关系，二是步骤2.3)中算出的控制中心发出的控制液压缸的控制信号和液压缸的实际行程的函数关系”得出控制中心实际需发出的预设行程，以最终对液压缸的控制信号进行有效控制，从而有效消除了带钢精轧过程中的误差，使得带钢的加工更为精准、高效，实现了对带钢厚度的高精度控制。从整体上具有逻辑清晰、步骤有序、易于操作、易于实现以及对带钢的加工精度控制效果好的特点。

附图说明

图1是本案中仿真电路的结构示意图，

图2是图1中厚度传感器模拟电路和位移传感器模拟电路的结构示意图；

图3是本案中仿真电路运行后的阶跃响应曲线图。

具体实施方式

本发明如图1-3所示，包括以下步骤：

1)、板料初加工：依次包括板坯加热、高压水除磷和粗轧机轧制；

2)、调试精轧机：所述精轧机包括若干一一对应的上压辊和下压辊，所述上压辊通过液压缸连接在下压辊的上方；通过液压缸驱动上压辊，从而调节上压辊与下压辊的间距；

2.1)、设置传感器：在精轧机出口设置用于检测带钢厚度的厚度传感器，并在液压缸的一侧设置用于检测液压缸行程的位移传感器；

2.2)、分析计算：通过控制中心对厚度传感器获取的数据以及位移传感器获取的数据进行分析、对比，从而得出二者之间的函数关系；

3)、板料精加工：依次包括高压水除磷、精轧机轧制、冷却；其中，控制中心将预定厚度代入步骤2.2)获得的函数关系中，获得液压缸所需的行程，并通过控制中心根据所需的行程对精轧机中的液压缸进行控制，最终，得到预定厚度的带钢；

4)、打包：将整条带钢进行卷取、打包；完毕。

步骤2)中还包括步骤2.3)、误差计算：通过控制中心对比、分析由控制中心发出的控制液压缸的控制信号和液压缸的实际行程，并得出液压缸实际行程和预设行程的函数关系；

从而在步骤3)中控制中心可先将预定厚度代入步骤2.2)获得的函数关系中，获得液压缸所需的行程，再将所需的行程代入步骤2.3)获得的函数关系，获得控制中心需发出的预设行程，此后，控制中心根据需发出的预设行程向液压缸发出控制信号；最终，得到预定厚度的带钢。

本发明实际使用时，可将本案的控制方法结合入ADC系统中，从而可通过两次计算出的函数关系“一是步骤2.2)中算出的带钢厚度与液压缸行程的函数关系，二是步骤2.3)中算出的控制中心发出的控制液压缸的控制信号和液压缸的实际行程的函数关系”得出控制中心实际需发出的预设行程，以最终对液压缸的控制信号进行有效控制，从而有效消除了带钢精轧过程中的误差，使得带钢的加工更为精准、高效，实现了对带钢厚度的高精度控制。从整体上具有逻辑清晰、步骤有序、易于操作、易于实现以及对带钢的加工精度控制效果好的特点。

下面为验证上述控制方法的可行性与正确性，本案设置了以下仿真电路：

所述仿真电路包括依次连接且形成回路的单片机、D/A转换电路、位移传感器模拟电路、厚度传感器模拟电路和A/D转换电路，所述D/A转换电路通过供电电路连接所述位移传感器模拟电路；

其中，其单片机采用的是PID控制算法，具体算法编程如下：

所述位移传感器模拟电路包括比较器U1、比较器U2、电阻R10、电阻R0、电阻R11、电容C4和电容C5，所述比较器U1的负极输入脚通过电阻R10连接供电电路、且比较器U1的电源脚连接在供电电路中，所述电阻R0的两端分别连接在比较器U1的负极输入脚和比较器U1的输出脚上，所述电容C4的两端分别连接在比较器U1的负极输入脚和比较器U1的输出脚上；所述比较器U1的输出脚通过电阻R11连接在比较器U2的负极输入脚上，所述比较器U2的输出脚连接所述A/D转换电路、且比较器U2的电源脚连接在供电电路中，所述电容C5的两端分别连接在比较器U2的负极输入脚和比较器U2的输出脚上；这样，即可通过电压有效模拟出位移传感器检测到的数据，其传递函数形式为

所述厚度传感器模拟电路包括比较器U3、电阻R2、电阻R12和电容C6，所述比较器U3的负极输入脚通过电阻R2连接比较器U2的输出脚，所述比较器U3的输出脚连接所述A/D转换电路、且比较器U3的电源脚连接在供电电路中，所述电阻R12的两端分别连接在比较器U3的负极输入脚和比较器U3的输出脚上，所述电容C6的两端分别连接在比较器U3的负极输入脚和比较器U3的输出脚上。这样，即可通过电压有效模拟出厚度传感器检测到的数据，其传递函数形式为

所述单片机为AT89S51单片机，所述D/A转换电路为ADC0809芯片，所述A/D转换电路为TLC7528芯片。

这样，在仿真电路中运行PID控制算法即可得到图3所示的阶跃响应曲线，且该曲线具有较快、超调与静差小等优点，从而最终验证了串级控制的可行性，从整体上具有结构简单化，操作灵活化，可靠性和适应性强，为实际工程调试带来方便。通过前期MATLAB的simulink仿真环境,可以很好的对控制系统进行仿真，同时通过基于单片机的仿真电路的设计与调试，可以大大缩短了模拟试验的时间，也为实际工业控制提供了一种快捷简便的调整控制器参数的方法,可以根据不同的系统、不同的环境对系统实时仿真,以获取系统最适合的参数，从而提高系统控制器参数整定的效率。