一種軋機agc控制系統的製作方法

2023-05-23 12:08:26

專利名稱：一種軋機agc控制系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電氣自動控制領域，特別是涉及一種軋機AGC控制系統。
背景技術：
軋機AGC (Automatic Gauge Control,厚度自動控制)是指在熱軋或冷軋處理過 程中，為了控制軋機的出口厚度在設定的允許範圍之內，而採取的輥縫自動控制的方法。因 此軋機AGC根據工藝可分為熱軋軋機AGC控制和冷軋軋機AGC控制。軋機AGC控制包括前 饋，反饋和秒流量控制方式，還有效率、油膜、偏心等補償控制。其中AGC前饋控制是根據入口帶鋼厚度變化(幹擾量)調節軋機的輥縫值來消除 該幹擾量對出口厚度的影響，該控制可實時、有效地消除入口厚度的變化對出口厚度的影 響。前饋控制的精確度依賴於入口厚度測量值跟蹤到軋機輥縫位置的精度和處理器計算、 執行控制的精度，因此要提高前饋控制的精度，精確的跟蹤技術必不可少。秒流量控制是根據軋機入口、出口的速度和入口厚度計算出出口厚度，然後根據 計算的出口厚度與實際設定出口厚度比較來控制軋機輥縫大小的方法。由於軋機入口、出 口速度是可以實時測量的，所以帶鋼出口厚度計算值是否準確主要依賴於跟蹤到軋機輥縫 位置的入口厚度實際值，故入口帶鋼厚度的精確位置跟蹤，可以有效提高秒流量控制的可 靠性和精確度。軋機AGC反饋控制是根據對出口厚度計測量的出口厚度與實際設定出口厚度值 的偏差的變化情況來控制軋機輥縫值大小的一種方法。軋機AGC反饋控制具有時間滯後的 特點，依靠反饋AGC是不能完全消除出口帶鋼厚度偏差的。但通過精確跟蹤軋機咬合位置 的材料特性、輸入參考和測量值、實際執行輸出的參考和實際值到出口厚度測量位置，可以 消除監視AGC過程中因位置不一致導致的估值誤差，從而可以精確對前饋和秒流量控制算 法進行優化和有效可靠地進行反饋AGC控制；效率補償是包括加減速補償和摩擦補償，由於加減速導致軋機前後的張力變化， 導致材料的特性變化，因此在相同的輥縫和軋制力控制條件下的輸出厚度也隨之變化。摩 擦補償是指在不同帶鋼表面、不同速度和軋制力條件下的靜摩擦力不同，該摩擦力對出口 帶鋼厚度也有影響；效率補償就是通過對實際速度、張力、摩擦係數分布和當前軋制力的情 況進行分析，並根據反饋的厚度的變化情況，通過對輥縫預設定和反饋控制的辦法進行修 正，從而克服加減速和摩擦力對軋機出口厚度的影響。油膜補償是針對油膜軸承的軋機，由於軸承特別是支承輥軸承上有一層油膜，該 油膜導致軋機輥縫發生變化。油膜厚度隨著運轉速度和軋制力大小而改變，因此油膜是速 度和軋制力的函數，通過對輥縫預設定和反饋控制的辦法進行控制，從而克服油膜厚度對 軋機出口厚度的影響；偏心補償是指由於軋輥，特別是支承輥的表面硬度不一致或出現偏心，導致軋機 輥縫隨旋轉成周期性變化，通過檢測軋輥偏心的情況，通過變換修正輥縫的設定值，及反饋 修正的辦法，克服軋輥偏心對軋機出口厚度的影響。發明內容本實用新型所解決的問題是提供一種軋機AGC控制系統，本系統結合軋機AGC前 饋、秒流量、反饋的控制方式，能達到精確控制軋機出口帶鋼厚度的目的。本實用新型為達到以上目的，採用以下技術方案一種軋機AGC控制系統包括前 饋控制、反饋控制、秒流量控制調節裝置和液壓執行裝置，前三種控制調節裝置均與液壓執 行裝置保持通信。在軋機入口設置有入口測厚儀、入口雷射測速儀，在軋機出口設置有出口 測厚儀、出口雷射測速儀。入口測厚儀、入口雷射測速儀、出口雷射測速儀的檢測信號傳至 秒流量控制裝置，入口測厚儀、入口雷射測速儀的信號還傳至前饋控制裝置，出口測厚儀、 出口雷射測速儀的信號還傳至反饋控制裝置，液壓執行裝置包括液壓壓下伺服閥和液壓壓 下缸，液壓壓下伺服閥的控制信號傳送至液壓壓下缸。本實用新型主要具有以下有益效果(1)通過選擇基於VME總線的高性能控制器進行控制，提高控制系統的快速響應 性，其最快響應速度達0. 1ms，一般採樣、跟蹤、處理和執行相應時間可達1ms ；這從處理器 速度上滿足了高精度壓下AGC控制的目的；(2)由於採用直接插在VME機架上的快速10快速存取入側厚度前饋信號和輸出執 行壓下控制模擬信號，從而提高了採樣和執行機構的響應效率和速度；(3)通過採用專業設備實現數據的採樣和液壓執行機構，從而使得測量採樣和控 制機構的執行更加精確、可靠、響應迅速。

圖1是本實用新型的軋機AGC結構框圖。圖2是本實用新型的軋機AGC硬體配置圖。圖3是本實用新型的軋機AGC數據跟蹤示意圖。圖4是本實用新型的軋機輥縫輸出控制流程圖。圖5是本實用新型的軋機AGC入口數據跟蹤流程圖。圖6是本實用新型的軋機AGC出口數據跟蹤流程圖。圖中，1 入口測厚儀；2 出口測厚儀；3 入口雷射測速儀；4 出口雷射測速儀；5 液壓執行裝置；6 液壓壓下伺服閥；7 液壓壓下缸；8 入口開卷機；9 出口卷取機；10 軋 機機架。
具體實施方式
本實用新型涉及軋機AGC前饋、秒流量和反饋控制的方法。這三種控制方法的共 同點都是通過改變軋機壓下的輥縫設定值來達到控制軋機出口厚度的目的。其中前饋控制 和秒流量控制都是通過對入口厚度進行採樣測量並跟蹤到軋機輥縫位置，然後根據算法修 正壓下輥縫設定值，來控制出口厚度的；反饋控制需要將出口厚度計的測量值反向跟蹤到 軋機位置，然後根據反饋控制算法修正壓下的輥縫值，來控制帶鋼的出口厚度。
以下結合附圖進一步說明本實用新型。如圖1所示，一種軋機AGC控制系統包括前饋控制裝置11、反饋控制裝置12、秒流
4量控制裝置13和液壓執行裝置5，前三種控制裝置11、12、13均與液壓執行裝置5保持通 信。在軋機入口設置有入口測厚儀1、入口雷射測速儀3，在軋機出口設置有出口測厚儀2、 出口雷射測速儀4。入口測厚儀1、入口雷射測速儀3、出口雷射測速儀4的檢測信號傳至秒 流量控制裝置13，入口測厚儀1、入口雷射測速儀3的信號還傳至前饋控制裝置11，出口測 厚儀2、出口雷射測速儀4的信號還傳至反饋控制裝置12，執行裝置5包括液壓壓下伺服閥 6和液壓壓下缸7，液壓壓下伺服閥6的控制信號傳送至液壓壓下缸7。如圖2所示，本系統還包括快速數字量10、快速模擬量10、相對增量編碼器和絕對 增量編碼器，用於快速存取外部數字、模擬、速度和位移測量信號。這些信號主要包括液壓 執行裝置5有電磁閥控制及其狀態檢測裝置、伺服閥控制及其位移檢測裝置、軋制力檢測 裝置；入口有入口測厚儀1和入口雷射測速儀3，出口有出口測厚儀2、出口雷射測速儀4 ； 這些現場輸入輸出信號均通過快速數字量10、快速模擬量10、相對增量編碼器和絕對增量 編碼器進行存取，並與VME總線通信。前饋、反饋控制裝置11、12均包含乘法器，秒流量控制裝置13、液壓執行裝置5包 含PID(比例-積分-微分)調節器。如圖1所示，入口測厚儀1的輸出信號AhO輸出後 通過一個乘法器與M/K的值相乘，然後再輸入液壓執行裝置5，其中M為帶材塑性係數，K為 軋機彈性係數。出口測厚儀的輸出信號A hi輸出後通過一個乘法器與1+M/K的計算值相 乘，然後再輸入液壓執行裝置5。秒流量控制裝置13通過一個PID調節器將控制信號輸入 液壓執行裝置5。液壓壓下伺服閥6和液壓壓下缸7之間接有兩個PID調節器分別進行輥 縫位置和軋制力控制。控制系統內的控制裝置可採用ALST0M的HPCi、GE的INNOVATION、SIEMENS的TDC 或Motorola的MVME等。快速數字量10、快速模擬量10和快速編碼器(相對增量編碼器和絕 對增量編碼器)信號採樣模塊可採用ALST0M的VME FAST 1/0,North Atlantic Industries 的64C2多功能1/0模板、GE的VME系列模板或SIEMENS的SM500模板等，分別插在各自提 供的控制裝置內。入口測厚儀1和出口測厚儀2可採用IMS的X射線厚度儀、東芝的、射 線測厚儀或德國Fischer的X射線厚度儀。液壓壓下伺服閥6可採用德國Rexroth伺服閥 或M00G伺服閥，液壓壓下缸7採用不鏽鋼液壓缸體。一種軋機壓下AGC控制方法的處理流程是通過入口測厚儀、入口雷射測速儀、出 口測厚儀、出口雷射測速儀、位移檢測裝置、軋制力檢測裝置採樣後，將信號傳送至快速模 擬量10、快速數字量10和快速編碼器(相對編碼器和絕對編碼器)信號採樣模塊，將信號 轉換成數位訊號，然後經VME總線將數位訊號傳送並保存在動態存儲器，然後通過高性能 控制裝置進行處理和運算，產生控制信號，最後依次通過VME總線、快速模擬量10和快速數 字量10將控制信號和控制值輸出給液壓執行裝置以實現軋機液壓AGC控制的目的。軋機液壓AGC控制包括輥縫位置控制和軋制力控制兩種方式，其方法是通過位 移檢測裝置、軋制力檢測裝置進行採樣和信號反饋；採用斜坡梯度發生器給定控制器輸出 輥縫值，以控制壓下速度；在輥縫控制和軋制力控制過程中，若過調則返回一個梯度值，再 以較小的速度逼近目標值；設定輥縫調節死區，當調節目標到達設定值允許範圍時，完成調 節過程；若單次輥縫調節偏差較大且不宜校正，則在規定的時間內允許較大的偏差，在下一 個調節周期中進一步調節。如圖4所示，輥縫位置控制和軋制力控制的步驟包括[0031]1)準備完畢後，設置壓下輥縫調節時間tp、一個調節梯度的執行時間tpl和調節 允許的死區範圍dp ；2)根據1)步設定值的大小設定輥縫控制輸出的梯度np和每個梯度調節值；3)輸出一個梯度值；4)執行一個梯度值的輥縫控制輸出；5)判斷是否到達單個梯度調節的時間tpl，若為是，進入下一步；若為否轉至步驟 4)；6)判斷是否到達梯度設定值np，若為是進入下一步；若為否轉至步驟3)；7)判斷調節過程是否已到達允許的死區範圍dp，若為是轉至12)；若為否進入下
一步；8)判斷是否過調，若為是進入下一步，若為否則轉至步驟10)；9)返回一個梯度值；10)以較小的速度接近目標值；11)判斷是否到達設定調節時間tp，若為否則轉至7)，若為是則進入下一步；12)結束控制過程。對所有採樣數據和信號進行跟蹤處理，跟蹤處理的方法包括首先確定控制系統 各參數，然後對軋機入口參數和軋機出口參數進行跟蹤；其中入口參數跟蹤和出口參數跟蹤的過程包括入口參數跟蹤過程從入口信號檢測裝置(如入口厚度儀1)將帶鋼入口信號(如 帶鋼材料特性、規格、尺寸)和入口數據採樣值(如入口實測厚度、速度)跟蹤到軋機咬合 位置，高性能控制裝置再根據跟蹤實際值進行前饋控制和秒流量控制，消除在前饋和秒流 量控制過程中的時滯誤差，實現精確控制；出口參數跟蹤過程從軋機咬合的位置將入口數據跟蹤信號、當前位置帶鋼信號 (如材料特性，如長度、寬度、硬度等)、液壓執行裝置的數據信號(如輥縫參考值和實際值、 軋制力參考值和實際值)和控制信號及油膜偏心等信號跟蹤到出口信號檢測位置，高性能 控制裝置再根據跟蹤實際值、軋機參考設定值和實際測量厚度值進行反饋控制和對前饋控 制、秒流量控制的算法進行優化。作為精確有效的軋機AGC控制系統，具體實施步驟為壹.從硬體方面提高系統的快速響應性1.為提高系統的快速響應性，控制系統採用基於VME (Versa Module Eurocard) 總線的高性能控制器(如ALST0M公司的HPCi，GE公司的INNOVATION，SIEMENS公司的TDC 和Motorola公司的MVME等)進行控制，提高控制系統的快速響應性，其最快響應速度是 0. 1ms，一般採樣和控制器響應時間可放在1ms的控制器循環執行周期裡，即做到處理器每 lms採樣和執行一次。2.採用直接插在VME機架上的快速數據採集10(如ALST0M的VME FAST 1/0， NorthAtlantic Industries 的 64C2 多功能 1/0 模板、GE 的 VME 系列模板、SIEMENS 的 SM500 模板等)快速存取軋機兩側的採樣信號、輥縫檢測信號和控制執行裝置的採樣和控制輸出 信號，以便提高採樣和控制輸出的接口通信速度，提高信號採樣和調節機構執行的響應性。3.採用專業設備(如厚度儀有IMS公司的X射線厚度儀、東芝Y射線測厚儀、德國Fischer的X射線厚度儀等，液壓執行機構包括伺服閥和液壓缸，伺服液壓閥主要有德國 力士樂(Rexroth)伺服閥，M00G伺服閥等。液壓缸採用國內專業的液壓廠家生產的不鏽鋼 液壓缸體)實現數據的採樣和液壓機構的執行，以提高採樣和執行機構的精確性、可靠性 和快速響應性。以上是從硬體角度提高系統的快速響應性，該方面的特徵是必須的，只要通過合 理的系統集成配置即可實現。請看說明書示圖1控制系統硬體結構框圖。貳.通過有效的輥縫控制手段提高輥縫控制執行的精度與效率軋機AGC輥縫控制過程遵循如下法則1.採用斜坡梯度發生器給定設定值控制輥縫值，合理控制壓下速度，從而減少過 調機率，避免過調誤差，實現平滑穩定的壓下位置調節。2.當出現過調時，返回一個梯度值，再以較小的速度逼近目標值，從而避免方向不
一致導致的調節誤差。3.設定輥縫調節死區，當調節輥縫目標值到達設定值的允許範圍值時，表示調節 完成，以避免或減少調節震蕩。4.若單次輥縫調節偏差較大，在規定時間之後停止調節，以避免影響下一個調節 周期。以上特徵是有效的輥縫控制手段，為保證控制精度和控制執行的周期，提高控制
效率具有重要意義。叄.通過精確的參數位置跟蹤提高具有快速控制處理要求的AGC前饋、秒流量和 反饋控制的效果和精度1.通過對入口厚度測量值(或計算值)直到出口厚度檢測值的精確跟蹤，消除前 饋控制或秒流量控制因位置不一致產生的時滯，從而提高前饋和秒流量控制的精度，並提 高反饋控制的效果和控制精度。2.為保證精確跟蹤的精度，採用準確定時的數據跟蹤辦法，消除速度變化對帶鋼 跟蹤精度的影響。準確定時計算充分考慮到數據採樣時間、數據存取和控制器處理時間和 控制執行裝置(伺服閥控制系統)的執行時間。以準確的採樣時間採集數據，保證在處理 器處理和採樣數據的精確性，使軋機AGC前饋和秒流量控制具有可靠、實時的效果，從而徹 底消除控制誤差；使反饋控制在材料位置上保持沒有偏差，從而便於前饋和秒流量控制算 法的自學習優化，提高反饋控制精度和效果。3.在同一跟蹤周期對採樣信號進行限幅檢測和故障處理，避免了在採樣、跟蹤和 處理過程中異常情況的發生，加強了 AGC控制系統的可靠性。4.在同一跟蹤周期和執行周期中對採樣和檢測信號進行平滑處理，提高了信號的 精確度和可靠性。下面對參數位置跟蹤實施的過程進行詳細闡述，首先確定控制系統各參數和信 號，然後對軋機入口參數信號和軋機出口參數信號進行跟蹤。一、確定控制系統各參數和信號如果選擇軋機入口、出口檢測信號(如厚度值)採樣的設備和控制器循環執行的 周期相同，則入口、出口採樣數據跟蹤時，以下各參數值的定義和大小相同。101.確定控制器循環執行周期、[0069]基於VME總線的控制器，其處理周期最小只有0. 1ms。通常控制器循環執行周期 t。定義為1ms，這樣既可以保證較快的循環處理速度，又可以減小處理器的執行負荷，使處 理器可靠快速地處理壓下AGC控制過程。也可根據控制器的負荷情況選擇2ms的控制循環 周期來處理壓下AGC控制的採樣、處理、執行和控制。102.確定數據信號採樣周期tm影響數據採樣周期tm的因素包括(1)信號的檢測時間，這與採用的檢測設備、信 號轉換速度有關；(2)信號的讀取和保存到處理器的時間，與控制器循環執行周期t。和快 速數據存取10的時間有關；(3)信號的處理時間，與控制器循環執行周期t。有關。由於以 上過程分時進行，所以一個採樣周期tm等於以上3個時間之和。當信號檢測裝置、數據採集10和控制器循環執行周期t。確定的情況下，數據採樣 周期tm是一個固定值。由於信號檢測時間、數據採集10轉換和傳輸的時間在微妙級，相對 控制器循環執行周期t。較小，因此數據採樣周期tm不超過2個控制循環周期t。，即t。< tffl <2tc。103.確定控制器執行時間tp控制器輸出執行過程包括控制器處理、輸出和執行裝置的執行的過程，所以控制 器執行時間是如下時間之和1.控制器輸出信號處理、存取的時間，這與控制器的算法和 循環執行周期t。有關；2.控制器控制信號輸出的時間，與快速10數據存取的時間有關； 3.伺服閥執行機構響應和壓下的時間，該時間與伺服閥的相應特性有關。在軋機AGC控制過程中，伺服閥執行機構響應和壓下的時間確定由於控制器處 理採用階梯值給定方法輸出控制，因此以上輸出控制的過程需要反覆若干次np，才能達到 輥縫預設值，設每次處理器控制執行的周期為tpl，則到達輥縫預設值的時間是npXtpl ；若 有過調，還要回調一定的位置後再以相同的方向低速逼近輥縫預設值。為了減少和消除調 節的震蕩，調節值設置死區，以便當輥縫達到設定值允許的誤差範圍時即認為到達預設值 並停止調節；所以設置最大調節執行周期tpmax，當超過該周期時，停止進一步調節，執行下 一個輥縫值調節執行周期。所以一次控制器執行時間tp是到達預設值的時間與可能的回 調和震蕩時間、之和tp = npXtpl+tr, J.tp ( tpmax。每個處理器控制執行的周期tpl，伺服控制系統執行一個壓下梯度值，因此一個梯 度執行的時間等於處理器控制執行的周期tpl。由於10轉換輸出時間在微秒級，控制器循 環執行時間在1 2ms，而伺服閥輸出控制的周期是伺服閥加油缸響應時間與壓下機械相 應時間之和。伺服閥加油缸響應時間周期時間在20 40ms，完成一個壓下梯度的設定，壓 下機械響應速度vpl最大為8mm/s (即8 y m/ms)，結合每個梯度的調節行程Spl即可通過spl/ vpl計算出來，因此每個梯度所要執行的時間等於伺服閥加油缸響應時間周期時間、壓下機 械響應時間和控制器循環執行時間之和。一般在40ms 90ms之間。因此伺服閥執行機構 響應和壓下的時間遠遠大於處理器執行周期和10轉換輸出時間，整個控制器執行時間tpl 主要取決於伺服閥執行機構響應和機械壓下的速度。在控制執行機構、控制器算法、控制器循環執行周期t。和數據輸出10設備確定的 情況下，上述每個處理器控制執行的周期tpl可以通過計算來確定。一次AGC控制輸出調節 所用的全部時間(即控制器執行時間tp)就是每次控制執行的周期tpl與控制器處理執行 的次數的乘積。如控制器處理梯度執行的最大次數不超過5次，則一次伺服閥最大調節執
8行周期tp_等於一個處理器梯度控制執行的時間tpl的5倍。若按40ms < tpl < 90ms的 範圍確定單次梯度循環控制的執行周期tpl，然後根據tp = tplXnp就可確定tp的值。其中 實際控制輸出執行的次數np的範圍為1 < np tffl, tffl > t。，控制器執行時間tp的最大調節執行周期為tpmax，因此只要 數據跟蹤周期tte大於或等於最大調節執行周期tp_，就能保證採樣的數據信息經過跟蹤後 能夠完整可靠地執行一次。數據跟蹤周期tte同時是控制器循環執行周期t。、控制器執行時間tp和數據採樣 周期tm的最小公倍數或最小公倍數的倍數，這樣才能保證採樣信號經過跟蹤能夠可靠地輸 出執行。用公式表示為ttr = ntrXf(tp, tm, tc)；f 求最小公倍數；ntr 倍數，為保證採樣和控制的精度，一般取值1或2。由於tte是tm的倍數nm，因此在跟蹤周期tte內採樣和採樣值存取的次數等於該倍 數nm。該採樣值通過高低限幅處理，若採樣的數值無效，剔除無效的採樣值，並報警；同時對 有效的採樣值做加權平均處理，得到一個跟蹤周期內的實際入口厚度值。由於經高低限幅和加權平均處理後得到的跟蹤入口厚度值，雖沒有考慮帶鋼的速 度，但充分考慮了從信號採樣到液壓AGC控制系統可靠完整執行的時間，因此可實現可靠、 及時的AGC調節，從而最大限度地消除了來料厚度變化對出口厚度的影響，達到可靠精確 的AGC控制的目的。105.在一個跟蹤周期內，從入口數據採樣點到軋機輥縫調節位置的跟蹤周期的最 大位移偏差值A 和最大位移偏差次數An_值在入口數據採樣點到軋機輥縫調節位置之間的距離和帶鋼傳動的加速度a—定 的情況下，帶材在入口數據採樣點的初始速度％越低，在入口數據採樣點到軋機輥縫調節 位置之間的帶材速度偏差越大。假如帶鋼AGC投入時的帶鋼速度不小於60m/min(即lm/ s)，設入口厚度檢測點與軋機輥縫調節位置之間的距離& = 5m，加速度a ( lm/s2，則在帶 鋼速度較小時，從檢測位置跟蹤到軋機位置的帶鋼速度偏差 AVmax = 2. 3 lm/s = 2. 31mm/ms也就是說，在軋機AGC投入且正常運行時，從入口檢測位置到達軋機咬合位置時， 帶鋼實際運行速度的最大偏差值A Vmax是2. 3lm/s0其中，a為帶材加速度，v0為帶材在入口數據採樣點的初始速度，S0為入口數據採 樣點到輥縫調節位置的距離；[0093]設一個跟蹤周期在入口測厚儀位置時的採樣帶鋼長度是『到達軋機輥縫咬合位 置採樣的帶鋼長度是li，則11 = 10+ttr AV ；或11 = 10_ttr AV ；則採樣長度偏差值A 1 = ttr A V ；最大採樣長度偏差 則最大偏差跟蹤周期 也就是說，在入口採樣檢測點一個跟蹤周期的帶鋼採樣長度，經加速後到達軋機 咬合位置最多需要3個跟蹤周期處理，以可靠完成一個完整的壓下AGC輥縫控制過程；同樣 在帶鋼減速時為了在軋機AGC輥縫控制過程中完整、可靠地執行一個跟蹤周期，在入口信 息採樣點最多需要3個跟蹤周期。
106.根據下式(1) (2)計算從軋機入口數據採樣點到軋機咬合位置的跟蹤次數 其中，Vi為每個跟蹤周期的速度測量值，通過雷射測速儀或速度編碼器實時檢測； i為跟蹤次數，S1為帶鋼從入口厚度檢測裝置跟蹤到軋機執行裝置過程中行走的距離，&是 入口厚度檢測點到軋機咬入點之間的距離，是一個固定值。107.根據下式(3)和⑷計算從輥縫調節位置到軋機出口數據採樣點的跟蹤次數i=li i v 『 i=l(3)[0108]S' 0+v'『 t' 彡 S' n L tr ^ °Wo (4)[0109]其中，V'i為每個跟蹤周期的速度測量值，i為跟蹤次數，s
為帶鋼從軋機執行
裝置到出口檢測裝置跟蹤行走的距離，通過雷射測速儀或速度碼盤實時檢測；S'。為出口 厚度檢測點與軋機之間的距離，t' tr為出口跟蹤周期，確定方法同tte，在控制器循環執行 周期和採樣周期相同時t' tr = ttr0二 .入口數據信號的採樣和跟蹤的方法1.入口數據(如厚度)的採樣由於數據跟蹤周期〖^是數據採樣周期tm的倍數， 因此在tte周期內採樣和採樣值存儲的次數等於該倍數。該採樣值通過高低限幅處理，若採 樣的數值無效，剔除無效的採樣值且報警，同時對有效的採樣值做加權平均處理，得到一個 跟蹤周期的入口實際厚度值。入口數據的採樣適用於前饋控制和秒流量控制。2.入口採樣數據的跟蹤方法201)採用指針結構的數組來存儲和處理跟蹤數據。該結構數組有兩個指針，一個 是入口指針Pin，指向加入數組的入口數據(即新加入的數據)；一個是出口指針P。ut，指向數組的出口數據。每個結構可以包括若干項，其中必須有當前採樣跟蹤數據序列號，當前採 樣的速度，當前採樣材料的特性，如長度、寬度、硬度等。並設入口指針Pin的數據的序列號 是k，出口指針P。ut的數據的序列號是j，從入口到達軋機調節輥縫位置所需的採樣跟蹤次 數是n，則從j = 1到k = n，分別表示該結構指針數組中從出口指針P。ut到入口指針Pin所 有跟蹤數據的序列。最後將j、k置零。 設&是入口厚度檢測點到軋機咬入點之間的距離，是一個固定的值。\為每個跟 蹤周期的速度測量值，通過雷射測速儀或速度碼盤實時檢測，i為跟蹤次數，S1為帶鋼從入 口厚度檢測裝置跟蹤到軋機執行裝置過程中行走的距離。
在咬入前的跟蹤位移為 則從入口厚度測量位置跟蹤到達軋機咬合位置時滿足如下關係式S0+vn ttr ^ SI ^ S0(6)202)對軋機入口的帶材厚度採樣一次，將入口指針加1，即Pin = Pin+1，k = k+1， n = k ；若是第一次採樣，則將出口指針置1，即P。ut = 1，j = 1。203)將Pin所指向的值代入(5)式得到Si的累加值，然後判斷(6)式是否成立，若 成立則將P。ut所指向的跟蹤數據(如入口厚度跟蹤值)賦給壓下AGC控制系統參與控制； 否則返回執行步驟202)。204)將入口指針加1，即？^ = ^1，此時卩化的序列號1^ = 1^1，11 = 11+1 ；代入上 式(5)式計算S1的累計值，然後判斷(6)式是否成立，若成立則說明入口指針新加入的跟 蹤周期的長度較小，直接用當前出口 P。ut的跟蹤值，作為輥縫控制輸入值參與控制，出口指 針P。ut不變，序列號k不變；205)若(6)成立，則若為第一次，建立初始值為1的計數器c，然後重複步驟204)； 若不是第一次，則將計數器c加1，若Anmax，An_ = 3，則重複步驟204)，若(> A nfflax 則停止跟蹤過程，轉入故障處理，進入步驟209)。若不成立，則說明跟蹤實際長度已超出&，轉入步驟206)執行。206)將P。ut所指向的結構數組值移除保存，然後將出口指針P。ut加1，即P。ut = P。ut+1，j = j+1，此時初始值i等於i加1，指向跟蹤隊列出口的下一數據，即從跟蹤數據隊 列出口的下一跟蹤數據開始到跟蹤數據入口參與(5)式的計算，並判斷(6)式是否成立；若(6)式不成立則則將當前的出口指針P-上的跟蹤數據入口實際厚度移出並保 存，設置初始值為0的計數器cl，將計數器值加1，若cl A n-則停止跟蹤過程，轉入故障處理，進入步驟209)。如果(6)式成 立則執行下一步；207)將步驟206)移出並保存的P。ut曾經指向的入口厚度值值和當前P。ut所指向 的跟蹤值進行算術平均後，再賦給軋機輥縫AGC控制系統進行輥縫控制；208)將入口指針Pin和出口指針P。ut之間的數組重新排序，排序後的數組仍按序號 從1開始到n結束。速度、材料屬性(如厚度、寬度、硬度等)仍按新的排序順序進行定義， 如速度從Vl到vn，入口厚度採樣值從h到hn。然後轉向步驟202)。
11[0128]209)停止跟蹤過程。三.出口厚度採樣數據的跟蹤方法1.出口數據的採樣適用於反饋控制，其採樣方法與前饋控制和秒流量控制時入 口厚度採樣類似。由於t' ^是1的倍數，因此在1 周期內採樣和採樣值存儲的次數 等於該倍數。該採樣值通過高低限幅處理，若採樣的數值無效，剔除無效的採樣值則報警， 同時對有效的採樣值做加權平均處理，得到一個跟蹤周期的出口實際厚度值。2.出口厚度採樣數據(即反饋信號)的跟蹤具體實施步驟為出口採樣數據的跟蹤方法與入口數據的跟蹤方法相同。具體步驟如下301)建立指針結構的數組來存儲和處理跟蹤數據，該結構數組包括指向加入數組 的數據的指針p' ^和指向數組輸出的數據的指針p'。ut，並設入口指針p' 數據序 列號是1，出口指針p。ut的數據的序列號是m，從達軋機調節輥縫位置到出口數據採樣位置 所需的採樣跟蹤次數是n』，則從1 = 1到m = n』分別表示該結構指針數組中從出口指針 P'。ut到入口指針P' ^所有跟蹤數據的序列。數組的每個結構可以包括若干項，其中必 須有當前採樣跟蹤數據序列號，當前採樣的速度和加速度，當前採樣出口材料的特性，如長 度、寬度、硬度等，當前輥縫參考值和實際值、軋制力、跟蹤入口採樣值及油膜偏心等其它軋 機參數。最後將1和m置零。設S'。是入口厚度檢測點到軋機咬入點之間的距離，是一個固定的值。v'丄為 每個跟蹤周期的速度測量值，通過雷射測速儀或速度碼盤實時檢測，S'工為帶鋼從軋機輥 縫位置跟蹤到出口厚度檢測裝置過程中行走的距離。從軋機輥縫位置到出口厚度測量位置跟蹤位移
(7)則從軋機輥縫位置跟蹤到達出口厚度測量位置時滿足如下關係式S' 0+v' n' 『 t' tr ≥S' 1 ≥ S' o (8)302)對軋機出口的帶材厚度每採樣跟蹤一次，就將出口指針加1，即P' in = P' ^1，1 = 1+1;若是第一次採樣跟蹤，需將出口指針置1，即？'。ut=l，m=l;303)將P' in的速度值代入(7)式得到S'工的累加值，然後判斷(8)式是否成 立，若成立則將P'。ut所指向的跟蹤值輸出和當前的出口厚度採樣值一起參與輥縫AGC控 制系統控制，否則返回執行步驟302)。304)將入口指針加 1，即 P' in = P' in+l，此時 P' ^的序列號 1 =m+l，n，= n' +1 ；代入上式(7)式計算S'工的累計值，然後判斷(8)式是否成立，若成立則說明出口 指針新加入的跟蹤長度較小，直接用當前出口 P'。ut的跟蹤值，輸出參與輥縫AGC控制系統 控制，出口指針P'。ut不變，序列號m不變；305)若(8)成立，則若為第一次，建立初始值為1的計數器c』，然後重複步驟 304)；若不是第一次，則將計數器c』加1，若c，≤An隱，Anfflax = 3，則重複步驟304)，若 c' > An_則停止跟蹤過程，轉入故障處理，進入步驟309)。若(8)不成立則說明跟蹤實際長度已超出S'。，轉入步驟306)執行。306)將P。ut所指向的結構數組值移除保存，然後將出口指針P' ■加1，即P。ut = P'。ut+l，指向出口 P'。ut的序列號m = m+l，此時初始值i等於i加1;指向跟蹤隊列出口的下一數據，即從跟蹤數據隊列出口的下一跟蹤數據開始到跟蹤數據入口為止參與(7)式 計算，並判斷(8)式是否成立；若此時(8)式不成立，則將當前的出口指針P'。ut上的跟蹤數據移出並保存；設置 初始值為0的計數器c' p將計數器值加1，若c' Anmax，AnMX = 3，則重複執行步驟 306)步；若c' : > Anfflax則停止跟蹤過程，轉入故障處理，進入步驟309)。如果(8)式成 立則執行下一步；307)將步驟306)移出並保存的P'。ut曾經指向的跟蹤數據和當前P'。ut所指向 的跟蹤值進行線性處理後，再輸出參與軋機輥縫AGC控制系統進行輥縫控制；308)將出口指針P' in和出口指針P'。ut之間的數組重新排序，排序後的數組仍 按序號從1開始到n』結束；然後轉至步驟302)；309)停止跟蹤過程。出口厚度跟蹤控制的特點是將實際的幹擾、執行和最後得到出口厚度的結果進行 實時比較、分析和控制，避免了以前反饋控制方法中幹擾和執行的對象與反饋執行的結果 對象不同的情況，消除了反饋中存在的位置上的滯後，便於更精確地分析、判斷和控制，特 別是將反饋厚度檢測值的實際變化與各幹擾分量的實際變化對應起來進行比較和分析，優 化各幹擾的前饋控制算法，如跟蹤的入口厚度值通過跟蹤的出口厚度值進行精確比較，可 以修正前饋和秒流量的控制算法，、可以更加精確地控制軋輥的輥縫值等。同時對模糊的幹 擾分量導致的出後厚度偏差和系統偏差可通過反饋調節進一步優化反饋控制的效果。
權利要求一種軋機AGC控制系統，其特徵在於它包括前饋控制、反饋控制、秒流量控制裝置和液壓執行裝置，前三種控制調節裝置均與液壓執行裝置保持通信，在軋機入口設置有入口測厚儀、入口雷射測速儀，在軋機出口設置有出口測厚儀、出口雷射測速儀，入口測厚儀、入口雷射測速儀、出口雷射測速儀的檢測信號傳至秒流量控制裝置，入口測厚儀、入口雷射測速儀的信號傳至前饋控制裝置，出口測厚儀、出口雷射測速儀的信號傳至反饋控制裝置，液壓執行裝置包括液壓壓下伺服閥和液壓壓下缸，液壓壓下伺服閥的控制信號傳送至液壓壓下缸。
2.根據權利要求1所述的控制系統，其特徵在於本系統還包括快速數字量10、快速模 擬量10、相對增量編碼器和絕對增量編碼器，液壓執行裝置設有電磁閥控制及其狀態檢測 裝置、伺服閥控制及其位移檢測裝置、軋制力檢測裝置；電磁閥控制及其狀態檢測裝置、伺 服閥控制及其位移檢測裝置、軋制力檢測裝置、入口測厚儀、入口雷射測速儀、出口測厚儀、 出口雷射測速儀的現場輸入輸出信號均通過快速數字量10、快速模擬量10、相對增量編碼 器和絕對增量編碼器進行存取，並與VME總線通信。
3.根據權利要求1或2所述的控制系統，其特徵在於前饋、反饋控制裝置均包含乘法 器，秒流量控制裝置和液壓執行裝置均包含PID調節器。
4.根據權利要求1或2所述的控制系統，其特徵在於本控制系統基於VME總線，本 系統的各控制裝置採用ALSTOM的HPCi、GE的INNOVATION、SIEMENS的TDC或Motorola的 MVME0
5.根據權利要求1或2所述的控制系統，其特徵在於快速數字量10、快速模擬量 10、相對增量編碼器和絕對增量編碼器採用ALSTOM的VME FAST 1/0、North Atlantic Industries的64C2多功能1/0模板、GE的VME系列模板或SIEMENS的SM500。
6.根據權利要求1或2所述的控制系統，其特徵在於入口測厚儀和出口測厚儀採用 IMS的X射線厚度儀、東芝的γ射線測厚儀或德國Fischer的X射線厚度儀。
7.根據權利要求1或2所述的控制系統，其特徵在於液壓壓下伺服閥採用德國 Rexroth伺服閥或M00G伺服閥，液壓壓下缸採用不鏽鋼液壓缸體。
專利摘要本實用新型提供了一種軋機AGC控制系統，它包括前饋控制、反饋控制、秒流量控制裝置和液壓執行裝置，前三種控制調節裝置均與液壓執行裝置保持通信。在軋機入口設置有入口測厚儀、入口雷射測速儀，在軋機出口設置有出口測厚儀、出口雷射測速儀。入口測厚儀、入口雷射測速儀、出口雷射測速儀的檢測信號傳至秒流量控制裝置，入口測厚儀、入口雷射測速儀的信號傳至前饋控制裝置，出口測厚儀、出口雷射測速儀的信號傳至反饋控制裝置。本實用新型結合軋機AGC前饋、秒流量、反饋控制裝置，提供一套高精確的入口和出口信號的數據跟蹤解決方案，從而達到精確控制軋機出口帶鋼厚度的目的。
文檔編號B21B37/62GK201632488SQ20092035356
公開日2010年11月17日 申請日期2009年12月29日 優先權日2009年12月29日
發明者盧家斌, 張紹新, 李四川, 王勝勇 申請人:中冶南方(武漢)自動化有限公司