关键词：
AGC液压缸（精选六篇）
AGC液压缸 篇1
带回拉缸的AGC液压缸不同于普通的单杆活塞式液压缸, 是一种由一个主缸和四个回拉缸组成的AGC液压缸。该液压缸主缸为柱塞缸, 位于中间部位, 无杆腔通高压油, 为轧机在轧制过程中提供轧制力, 四个回拉缸在主缸周围对称分布, 有杆腔通高压油, 无杆腔无油, 盖板将主缸活塞与各回拉缸活塞连接在一起, 使四个回拉缸活塞能够带动主活塞回程, 起到回程和背压的作用。
此AGC液压缸在轧制过程中会出现偏载, 从而引起主缸活塞偏摆, 最大偏摆角度为主缸活塞完全伸出时±3°, 活塞杆摆动约16mm。
该液压缸是轧机的核心部件, 关系成品钢板厚度的精确控制, 由于该液压缸结构特殊, 其设计、制造及维修一直由国外公司负责, 该液压缸自投入使用来, 维修频率较高, 上线4~8个月会出现故障需下线维修。此次, 该液压缸仅上线4个月由于液压油泄露下线维修, 我公司对该液压缸进行拆解, 分析该液压缸泄油的原因, 优化易损坏零件部位机械结构, 延长该液压缸的使用寿命。
2 该AGC液压缸液压油泄露原因分析
液压缸主密封件失效是引起主缸液压油泄露的直接原因, 而可能引起主密封失效的形式有很多:密封磨损、密封变形、破裂。经过拆解后发现, 主活塞杆锈蚀严重 (图2) , 杆腔内堆积油泥、锈蚀物、铁屑等污染物, 主密封表面有磨损飞边, 多处有划伤 (图3) , 分析可能引起密封失效的主要是主缸缸盖与活塞之间防尘措施不足, 外部污染物进入杆腔, 造成主密封磨损划伤。
该液压缸装在轧机下支承辊轴承座下部, 为推上缸, 由于轧机下部的工况恶劣, 现有AGC缸采用的是无导向柱塞摆动式设计, 缸盖处没有密封及防尘结构, 防尘仅依靠缸盖上的防尘罩来完成。防尘罩属于非可靠性防尘装置, 在液压缸动作时涨缩太快, 防尘罩排气孔太小, 导致防尘罩损坏, 从而使水汽、粉尘等杂质进入缸体与活塞杆之间, 活塞杆表面生锈严重, AGC缸内沉积大量杂质, 杂质进入到缸体内部, 可能会磨损主密封、划伤, 使活塞主密封的使用寿命缩短。
3 带回拉缸AGC液压缸泄油问题改进方案
为解决该液压缸防尘措施不足的问题, 对主缸盖结构进行了改进, 加装更可靠的防尘装置。对比普通AGC液压缸缸盖与活塞之间的防尘圈 (图2) 发现, 普通液压缸活塞几乎不存在偏摆, 因此采用固定式防尘圈。而由于该液压缸活塞偏摆角度大, 在活塞偏摆时要求防尘圈能够与活塞随动, 因此在此处采用新型的与轴随动式防尘结构 (见图4) 。加装该防尘装置需对主缸缸盖进行改制, 将主缸盖上表面加工平整, 增加油封、O形密封圈、密封滑垫、滑垫压盖等零件。油封安装于密封滑垫内, 防止外部油水、灰尘进入主缸内部腐蚀活塞与缸体, 滑垫压盖与主缸盖把合在一起, 密封滑垫在压盖与缸盖之间的槽内滑动, 滑动范围20mm, 大于活塞杆最大偏摆幅度16mm, 在密封滑垫与压盖之间安装O形圈, 防止在密封滑垫滑动时外部粉尘进入滑槽内部, 在主活塞偏摆时, 带防尘油封的密封滑垫能与活塞随动, 油封始终紧贴活塞杆表面, 从而起到良好的防水、防尘效果。
该防尘装置结构改造防尘元件的选择:
该防尘装置结构选择了一般应用于齿轮箱润滑系统的油封作为了该结构的主防尘圈, (Merkel的R35型油封或James Walker M1/D6型夹布油封) , 由于该油封具有以下特点:该油封采用夹织物增强的油封外缘肩部与纯橡胶密封唇一体化设计, 弹簧预加载弹簧唇部设计, 该油封由夹织物组成的油封外缘结实, 由于弹簧的预载荷, 密封唇部具有持久的径向压力接触, 且具有高耐磨度。在活塞杆具有偏摆时, 由于该油封具有弹性的橡胶密封唇与预载荷弹簧, 该油封与活塞杆有良好的随动性和贴合性。
4该AGC液压缸维修效果
经过有针对性的改进措施, 该AGC液压缸在修复上线后, 使用寿命明显延长, 由原来维修周期4-8月延长至12月以上, 自2014年1月上线至2015年5月运行状态良好, 未出现问题。
摘要：概述了带回拉缸的AGC液压缸的性能和特点, 从使用工况角度, 分析了结构的改进方法, 从而提高使用性能。
关键词：液压缸,修复,改造
参考文献
[1]陈彬, 易孟林.电液伺服阀的研究现状和发展趋势[J].液压与气动, 2005 (6) .
[2]陈新元, 曾良才, 陈奎生, 等.液压压下伺服缸动态特性测试系统研究[J].液压气动与密封, 2004 (3) .
浅析热轧厂精轧液压AGC控制系统 篇2
关键词：精轧机；液压AGC；厚度控制；热轧厂
中图分类号：TG333 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）14-0037-03
1 概述
精轧机控制作为轧线上的主要控制内容，它包括了板型、厚度、活套和主速度四个方面的控制。厚度控制又是其重点控制内容，厚度控制好坏将直接关系到产品质量的好坏，它主要包括了监控、偏心补偿、反馈和前馈的自动增益控制。当自动厚度控制系统调整压下进行厚度控制时，会促使轧制力改变，改变轧辊辊系的弯曲变形，对辊缝形状产生影响，进而影响板形，当利用自动板形控制系统对板形进行调整时，又会因辊缝形状改变而对出口厚度产生影响。另外，当终轧温度控制对机架间加速度、喷水进行控制时，会改变机架的轧制温度，进而对出口板形、厚度产生影响，由此看来，精轧机各控制功能必须实现相互协调以及补偿信号的相互传递。
目前，在精轧系统中常采用液压自动增益控制（AGC，Auto Gauge Control）系统对板厚进行自动控制，因为AGC系统在液压压下具有调节精度高、抗干扰性能好、截止频率高、反应快、惯性小的优点，它是提高带钢厚度精度、带材合格率的一项重要技术，液压AGC系统也被越来越多的精轧生产线所应用。
2 液压AGC系统的组成及控制原理
2.1 系统组成
液压AGC控制系统主要包括了控制装置和执行机构，其中控制装置主要指检测元件和计算机，执行机构主要包括液压缸和液压系统。AGC系统的检测元件包括测压仪、测厚仪、压力和位置传感器。液压AGC系统主要是通过传感器和测厚仪测得相应参数，再根据参数对轧制力、压下缸位等进行调整，进而达到控制带钢厚度的目的。
我厂精轧机组的液压AGC控制系统采用了德国西门子公司的PLC产品：SIMATIC TDC。TDC是一种高性能、多CPU的控制器，它是西门子公司的升级产品，TDC能很好地满足液压AGC系统控制高速位置的要求。选用TDC作为系统控制器不仅是液压AGC系统的要求，也是精轧机控制功能的要求，因为精轧机组有着多种的、集中的控制功能，且要求各控制站之间能快速更新、控制信息。为满足数据交换快速响应、数量庞大的要求，在各精轧机的TDC之间使用了光纤网（100M）进行连接。TDC的硬件配置及其用途如表1所示：
表1 TDC的硬件配置及其用途说明
序号模板名称槽号用途
1CPU11F1主速度，F1压下APC、AGC
2CPU22F1活套、侧导板，F1弯辊、串辊
3CPU33F2主速度，F2太下APC、AGC
4CPU44F2活套、侧导板，F2弯辊、串辊
5DP/MP16DP联接分布式I/0，MP1连接编程器
6SM50010D1、D0、A1、A0磁尺
7GDM模板16全局数据网通讯
2.2 液压AGC的控制原理分析
通过调整板厚偏差以获得标准板厚是AGC控制的最终目的。液压APC是液压AGC系统的执行机构，它主要用于辊缝调节量的确定。然后在轧钢过程中，利用液压AGC对辊缝进行动态调整，最终达到消除板厚偏差、获得标准板厚的目的。
2.2.1 液压APC的控制原理。液压APC系统的控制原理是：先控制轧辊的倾斜，再精确预摆辊缝。为了获得较好的轧件板形，要在最后的精轧机上采用恒轧制力控制。而其他精轧机的APC系统则可由操作人员选择恒辊缝控制或恒轧制力控制。液压APC的控制原理图如图1所示：
图1 液压APC控制原理示意图
2.2.2 液压AGC的控制原理。为克服自动厚度控制的难度，液压AGC采用了监控AGC与测厚仪反馈控制相结合的方法。测厚仪方式（GM）是通过弹跳方程来计算出实际厚度的，基本弹跳方程的公式如下：
式中：
S——轧辊辊缝值（mm）
C——轧机的刚性系数（N/mm）
SF——厚度变化
G——辊缝零位（热膨胀及磨损）
O——油膜厚度变化
测厚仪方式原理：通过辊缝仪、测压仪测得S（辊缝位置变动量）、δP（轧制压力偏差），叠加S和δP得出δh（轧出厚度偏差），最后再将其反馈给厚度自动控制装置，以调节厚度偏差。液压AGC系统通过采用监控AGC与测厚仪反馈控制，有效克服了AGC直接测厚存在的检测困难、传递滞后的问题，其控制原理框图如图2所示：
图2 液压AGC控制原理示意图
3 锁定方式及锁定值的确定
要实现AGC控制，必须首先确定目标厚度作为控制基准。在将某时刻的实际板厚确定为目标值后，之后板厚变化量也与之相对应，便于进行调节、锁定，就是将实际板厚确定为目标厚度的这一过程，确定出的目标厚度值俗称为锁定值。一般是锁定方式有AUTO1锁定、AUTO2锁定和人工锁定三种方式。
3.1 AUTO1锁定
AUTO1锁定是指当精轧机组中某一机架（Fn）接通负荷继电器后，在AUTO1位置处经相对应的延迟时间（F1-1s、F2-1s、F3-0.8s、F4-0.7s、F5-0.6s、F6-0.5s）自动确定目标厚度值，穿带性能好的钢种适宜选择这种方式。
3.2 AUTO2锁定
对于穿带性能不好的钢种，较为适宜使用AUTO2锁定方式。AUTO2锁定是指接通精轧机出口HMD（热金属检测器）后，在AUTO2位置处在经一定延迟时间后，将CPU运行周期作为采样周期，当X≤KDEV，时
（KDEV：锁定常数；i：扫描计数值；Xi：第i次扫描厚度偏差），即确定目标厚度值。
3.3 人工锁定
在带钢接通精轧机出口HMD后，在测厚仪测得的偏差值趋近于零的情况下，由操作员决定锁定与否，若锁定，就按下AGC人工锁定按钮即可锁定，该种方式主要适用于新开发的钢种。
4 液压AGC系统的控制功能
4.1 AGC系统的厚度控制目标
AGC厚度控制的工艺操作要求为切头、切尾，头部允许误差在100um以内，在多种锁定方式间灵活切换。厚度自动控制指标如图3所示，其中高精度命中率不小于97%、普通精度命中率不小于98%、考核精度命中率不小于99%。
图3 厚度控制指标
4.2 厚度偏差监控功能
锁定板厚还等同于真正的成品厚度，为了达到成品厚度要求，就需要反馈厚度偏差至系统，再对其进行补偿。由于在轧制过程中的一些因素会缓慢发生变化，如热膨胀、轧辊磨损、计算误差等，所以都可能带来厚度偏差，因此需要应用X射线对偏差量进行测量，并将监控量反馈至各机架进行补偿。X射线监控量公式为：（：测厚偏差值；MNG：监
控增益；Ti：材料从机架移动到X射线所用时间）。
4.3 弯辊力的补偿功能
弯辊力补偿，是指弯辊在发挥作用时，会造成轧制力的波动，此时虽然可让板形质量得到改善，但也可能对带材的厚度精度产生影响，因此在计算辊缝修正量时，要将弯辊力影响考虑在内，以同时保证带钢的厚度精度和质量。弯辊力补偿值的确定参考以下公式：
ΔSWG：辊缝变化量。
4.4 自动复归功能
在进行厚度自动控制时，各精轧机的辊缝值都会或多或少地偏移其原设定值，因此为了不对下一块进入精轧机的带钢造成影响，减少调节辊缝值的时间，AGC系统可对辊缝值自动复归。AGC系统在运作之初会先对各机架辊缝的设定值进行记忆，在其工作结束时，又会将各精轧机的辊缝值恢复至原设定大小，便于下一带钢辊缝值的调节。
5 结语
液压AGC系统有效规避了传统检测的弊端（检测数据准确性不高、延迟时间长）、克服了多种变动因素的影响，它能在复杂的现场环境中正常工作，使控制精度得到了显著提高。目前，世界上大部分的新建热轧厂的精轧机都采用了液压AGC控制系统，将成品纵向厚度的偏差控制在-30um～30um以内，在提高产品精度的同时，也让企业获得了更高的经济效益。但是，大部分国内企业的液压AGC控制系统还是依靠进口，因此，我国自主开发出一套适应当前国内企业需求的液压AGC控制系统是非常必要的。
参考文献
[1] 刘安平.热轧厂精轧液压AGC控制系统[J].电气传动，2009，39（5）：54-58.
[2] 何敬秋，何新颖，王瑞文，等.620mm热连轧中AGC控制系统的研究与应用[J].硅谷，2011，（3）：54-54.
[3] 郑雷，张学成，张帅，等.带钢精轧机液压AGC的研究[J].电子科技，2010，23（2）：107-108.
作者简介：司长平（1984—），男，河北邯郸人，邯郸市纵横钢铁集团有限公司助理工程师，研究方向：西门子传动与自动化设备现场应用。
AGC液压缸 篇3
冷轧单机架液压AGC系统主要由SIMADYN D控制装置、检测仪表 (包括位移、压力、厚度、速度的检测) 、伺服系统、压下缸等组成, 其实质是通过改变压下位置、轧制压力、张力、轧制速度或金属秒流量来实现带材厚度自动控制。液压AGC控制方式分为内环控制和外环控制两部分。
1 冷轧单机架液压AGC控制方式
1.1 内环控制
内环控制指的是轧机的轧辊辊缝控制系统在轧制过程中对辊缝的调节和控制, 如图1所示。若内环控制以压下装置的位置传感器反馈作为控制目标, 称之为位置控制环节 (APC) ;若内环控制以压下装置的压力传感器反馈作为控制目标, 称之为压力控制环节 (AFC) 。内环控制是单机架可逆轧机辊缝控制系统的核心部分, 完成手动和自动辊缝调整, 通过改变轧机辊缝来控制带钢的加工厚度。
1.2 外环控制
外环控制指的是轧机的质量控制系统在轧制过程中对带钢的厚度控制, 如图2所示。外环控制包括反馈AGC、金属秒流量AGC、前馈AGC, 通过运算厚度偏差, 向内环输出厚度控制调整信号, 调整液压压下位置来控制成品厚度。
2 液压AGC控制系统的组成
2.1 反馈AGC系统
反馈AGC又称监控AGC, 主要用于消除出口厚差, 如图3所示。反馈AGC原理是根据轧制出口侧测厚仪测得的出口厚度偏差, 对液压压下辊缝进行修正, 使出口厚度达到目标值。
图3中, h0为厚度给定值, h为实测厚度, Δh为厚度偏差, KP为放大系数, t为滞后时间, Δha为厚度干扰。
厚度偏差Δh与辊缝调节量ΔS1的对应关系为:
式中, M为轧件的塑性刚度, 它表征使轧件产生单位压下量所需的轧制压力, M= (P’-P) /Δh;Km为轧机刚度, 通常大于 (500~600) k N/mm;K1为待调系数, 用于模型的自适应功能。
当M、Km为一定值时, (Km+M) /Km为常数, 故反馈AGC采用比例调节器, 轧制不同材质、不同尺寸的轧件时, 比例系数Kp是可变的。
由于测厚仪安装于距轧机一定距离的位置上, 是典型的纯滞后控制系统, 因此采用预估补偿器改善系统的动静态特性, 监控的控制周期t应根据轧出带钢速度v来取值, 即:
式中, L1为轧机到机后测厚仪的距离;v为带钢轧出速度。
2.2 前馈AGC系统
前馈AGC根据轧制入口侧测厚仪测得的入口厚度偏差, 经过一定的延时后对辊缝进行修正, 以消除入口厚度变化对轧出厚度的影响, 控制原理如图4所示, H0为厚度给定值, Hi为实测厚度, ΔH为厚度偏差, KP为放大系数, t为延时时间, ΔS2为辊缝调节量。延时时间根据入口侧测速脉冲编码器的速度信号确定。前馈AGC根据入口侧测厚仪测得偏差ΔH后存入前馈表 (延迟表) , 延时后 (待具有此ΔH的带钢段将进入轧机时) 前馈控制液压压下, 即给液压APC系统一个位置变化量SSET+ΔS2。ΔS2的计算公式为:
2.3 金属秒流量AGC系统
金属秒流量AGC系统根据轧制过程中流入轧机与流出轧机的带钢质量恒定原理 (即通过测量带材的入口速度V0、出口速度V1以及入口厚度h0, 确定出口厚度偏差Δh) , 计算出正在轧制带材的厚度偏差, 以此偏差对辊缝进行修正, 使轧机轧出的带材保持较好的一致性。金属秒流量AGC控制原理如图5所示, V0为入口速度, V1为出口速度, SV为伺服阀, PI为调节器。流量法测厚, 既具有获得瞬时出口厚度的优点, 又提高了测厚的精度。
在存在Δh1情况下, 变形区流量方称为:
所以:
式中, 带*号的为实测值, h0为设定值。此式相当于实测变形区出口处的瞬时Δh1, 用此Δh1进行反馈控制, 得:
流量AGC提供了较其它AGC方式更为有效的厚度补偿方法, 如果与监控AGC、前馈AGC控制方式相配合将是最有效的厚度控制方案。总的调节量为:
2.4 动态设定型AGC系统
根据轧机的来料状况, 在较厚的情况下, 前1-2道次可采用动态设定型AGC, 其核心是通过实时测量压力增量值来计算下一步的辊缝设定增量值, 然后通过APC实现AGC控制功能。动态设定型AGC系统原理如图6所示。
动态设定型AGC的算法基于以下两个公式:
(1) 压力变化引起的辊缝变化:
(2) 辊缝变化引起的压力变化:
根据上述压力变化与辊缝变化的对应关系, 可得动态设定AGC的数学模型为:
式中, ΔSK为K时刻对应的辊缝调节量, ΔPK为K时刻对应的压力变化。
由于压力环是正反馈, 当使用上式构造调节系统时, 为防止模型中的Km小于实际的Km时超调而破坏系统的稳定性, 应加修正系数KA, KA一般可取为0.8~0.9, 于是模型变为:
在动态设定AGC模型中, 若引入液压变刚度技术, 可推导出动态设定型变刚度AGC系统, 其控制数学模型如下:
在轧制过程中, 随着轧制道次的增加, 带材的硬度逐渐增大, 压下效率逐渐减小, AGC的增益需要逐渐增大, 以保证AGC系统的动态响应速度。为适应此硬度变化, 根据测得的轧制力及带材压下率计算出带材的硬度系数, 用以修正AGC的增益。
3 结语
液压AGC系统借助于液压压下系统, 通过伺服阀控制液压缸的位移量来实现带钢厚度控制。在实际的生产过程中, 莱钢冷轧薄板AGC系统控制器采用的是西门子FM458高速模块, 保证了AGC系统的快速性。前馈和反馈AGC的作用保证了AGC系统拥有良好的动态特性。
摘要：介绍了冷轧单机架液压AGC系统的控制方式及主要组成。
关键词：AGC,自动控制,厚差
参考文献
[1]柴天佑.多变量控制及应用[M].北京:北京科学出版社, 2001
AGC液压缸 篇4
由于市场对板带产品的规格和质量都提出了更高要求,板带加工厂的工艺装备要能满足多规格、高精度、高效率的生产需求,而其主要设备液压轧机的自动化控制水平却严重制约着轧制的产品精度和生产率。
通过对液压轧机厚控系统的改造,使之达到现代化轧机的水平,实现高速轧制、高精度的厚度公差、良好的板形、高的生产率等。
1 控制系统的配置方案
采用上、下位两级计算机控制方案,它是集轧机过程控制、过程管理、A G C控制和故障报警诊断为一体的计算机系统。上位机由轧制过程管理计算机(Windows NT4.0 Server网络服务器)组成,下位机由辊缝控制计算机、厚度控制计算机(dos6.22无盘工作站)组成,完成实时控制,配置多台独立的显示操作站(人机界面MMI Windows95无盘工作站),并与轧机PLC联网,组成液压轧机的整体自动化系统。系统的配置见图1。
(1)通信网络:上下位机之间的数据通信采用以太网(Ethernet),开放式网络结构,TCP/IP网络通信协议。采用Windows NT网络操作系统。
(2)计算机配置:所有计算机均选用PC总线Pentium133以上档次的工控机。其中轧制过程管理计算机采用Pentium MMX 200、128MRAM的研华IPC-610工控机。
(3)工程师台:轧制过程管理计算机、打印机。
(4)控制柜:分AGC计算机柜和AGC接线端子柜,19″上架结构,内配一个显示器和一个键盘。
(5)机前操作箱:轧机左右侧各设置一机前操作箱,分别安装左右机前触摸计算机。
基于上述硬件配置的软件系统是集轧制过程控制和自动厚度控制为一体的模块化软件系统,由辊缝控制程序、厚度控制程序、轧制过程管理程序、数据显示及操作控制程序、故障诊断及远程诊断等应用程序组成。全部应用程序基于美国微软网络操作系统W i ndows NT,采用微软软件开发工具Visual Basic和borland C编写。
2 轧机控制系统原理
液压轧机是一个非常复杂的多变量系统,影响产品精度的因素相当多,而且各变量之间存在着耦合关系,即使在恒辊缝轧制的情况下,轧制速度、弯辊力、带材入口厚度、冷却、调偏量的变化,也会使得出口厚度目标值发生偏差。传统的做法是使用厚度监控来校正这些偏差,但由于厚度监控周期不可能很快,因此,会不可避免地降低了控制精度,尤其对于高速、薄带轧机。轧机数学模型(见图2)决定了轧机辊缝、轧制力、弯辊力、轧制速度、轧制力矩、冷却等参数之间的关系,在实际控制过程中,适时、适量的调整及补偿,可以减少上述偏差的出现,进而提高控制精度。
3 带材厚度控制
3.1 辊缝控制
辊缝控制是A G C控制的基本内环,它与其他A G C模式一起使用。辊缝位置的检测有若干种选择,位移传感器可安装在轧机压上油缸上、轧机弯辊油缸内或专门设计的检测支座上。在轧机的操作侧和传动分别有2个或2组传感器获取位置反馈信号,然后把这2个信号加以平均产生一个代表中央位置的信号,这个平均值和一个辊缝给定信号相比较,用两者的差值来驱动伺服阀,调整压上油缸使差值趋于零。
3.2 压力控制
压力控制是A G C控制的第二个基本内环,它也需与其他A G C模式一起使用。安装于压上油缸上的压力传感器检测油缸内的压力,经转换得到轧机轧制力反馈信号,这个信号和一个压力给定信号相比较,用两者的差值来驱动伺服阀,调整压上油缸使差值趋于零。压力控制主要用于压力-张力速度A G C控制、轧机预压靠调零、轧机调试及故障诊断。
3.3 压力AGC控制(GMTR)
这种控制也被称为液压轧机的可变刚性。压力A G C控制可以有效地增加轧机刚性,使轧机的等效刚性远大于轧机的自然刚性。在轧制过程中,控制系统分别检测轧机操作侧和传动侧的轧制压力,根据轧机的刚性曲线,计算出轧制力所引起的机架拉伸,相对于预计机架拉伸的任何变化被送入辊缝控制环进行动态补偿。如果上述变化被完全补偿,即100%补偿,则轧机将呈现一无限大刚性,轧辊辊缝将不受来料厚度和硬度的影响,可以产生恒定的出口厚度。但是,100%轧机刚性补偿会使支承辊偏心完全反映在带材上,同时系统极不稳定,影响轧制精度,实际工作中,补偿的百分比需要调整以获得最佳的轧机性能。
3.4 支承辊偏心补偿
在轧制0.1~0.2 mm带材使用,辊缝控制时有效。采`用快速傅立叶变换寻找上、下支承辊偏心的分布情况,在实际控制时对偏心进行补偿。
3.5 厚度监控
通过出口侧测厚仪检测轧机出口侧带材的厚度偏差,控制轧辊辊缝或轧制压力,使厚度偏差趋于零。厚度监控可以消除热膨胀、轧制速度等对出口厚度的影响,消除入口厚度变化和入口带材硬度变化的影响。
3.6 厚度预控
通过入口侧测厚仪检测轧机入口侧带材厚度,存入一先入先出的厚度链表中,经过延时,根据所存厚度值控制轧辊辊缝或轧制压力,使轧机出口侧带材的厚度偏差减小。延时的时间取决于入口测厚仪至轧辊中心线的距离和轧材的线速度。
3.7 秒流量控制
根据流量恒定原理,单位时间内进入轧机的带材体积应等于轧机出口带材的体积。因此,可通过测量轧机入口、出口速度和入口厚度计算出轧机出口厚度,这一计算厚度与设定厚度的偏差用于控制轧辊辊缝或轧制压力。同时,用出口测厚仪测得的带材实际厚度偏差对上述控制进行校正。
3.8 张力/速度AGC
张力A G C是通过调整轧机的入口张力,使轧机出口侧带材的厚度偏差趋于零。速度A G C是通过调整轧机的轧制速度,使轧机出口侧带材的厚度偏差趋于零。压力、张力、速度控制的最有效范围(见图3):压力控制,0.18~0.09;张力控制,0.09~0.025;速度控制,0.025以下。
3.9 多级AGC
设置有两级控制器进行A G C控制,第一级控制器根据厚度偏差进行控制,当第一级的被控参数超过预设定的极限值时,启动第二级控制器,同时调整第一、第二级的被控参数,直至第一级的被控参数返回到极限值以内。有4种基本控制模式:压力/张力、张力/压力、速度/张力、张力/速度。
4 带材板形控制
带材板形控制是国产轧机急需解决的一个主要问题,其难点在于板形仪。进口的板形仪价格相当昂贵,为了解决这一难题,国内许多单位正在积极研制板形仪。在目前国产轧机普遍缺少板形仪的情况下,带材板形控制均采用人工目测调整的方法。目前,我们正也在开展板形控制算法的研究,主要思路是采用模糊控制及神经元网络等先进的控制方法,解决板形控制中的多变量时变问题。可以提供下列3种板形控制手段:
(1)正、负弯辊控制。通过调整弯辊力,改变轧辊的弯曲度。主要解决带中部和双边波浪。
(2)辊缝和压力调偏控制。通过分别调整操作侧、传动侧轧辊辊缝,使轧辊倾斜。主要解决带材单边波浪。
(3)分段冷却控制。通过调整冷却液的分段流量,改变轧辊的局部热膨胀变形。是轧制薄带材的最有效的板形控制手段。
5 提高轧机生产率的手段
A G C系统配置有轧制工艺数据库,可以存储多达几百种轧制工艺。每种轧制工艺包括:轧制道次、入口厚度、出口厚度、卷材宽度、合金号、辊缝、轧制力、轧制速度、入口张力、出口张力、弯辊力和一些控制参数。在轧制不同规格和带材时,只需要调出相应的轧制工艺即可在每次开始轧制前自动设置轧制状态。
轧制工艺数据库的建立可以采用人工经验的方法,也可以使用轧机数学模型通过软件计算建立。系统中的轧制工艺计算软件可以快速计算轧制道次、辊缝、轧制力、轧制力矩等多种参数,对于频繁变换轧制工艺的小批量、多规格的轧制情况非常有用。
另一方面,在轧制开始以前的准备阶段,系统以带卷号作为标志,将每班的生产计划建立一个轧制队列,根据轧制队列系统自动选择所设定的轧制工艺作为此道次的设定值,实现轧机的自动设定。这样可以减少道次间的辅助时间,提高生产率。
从提高轧机的成材率出发,在控制系统中设置有:
(1)自动加减速控制。在每一道次结束时,为避免轧机轧过轧痕,都要提前减速,在人工控制情况下,有时很难准确判断开卷机上剩余的带材长度,尤其是在轧制薄带材时,为保险起见,势必要提前减速,结果使超差带材的长度加长,减速时间加长,影响轧机的成材率和生产率。自动加减速控制不仅可以完成自动的加速和减速,更重要的是实现了轧机的准确停车,准确停车精度可以做到40mm。
(2)加减速补偿控制。在轧机的加减速段,轧机出口厚度会随轧制速度的变化而变化,出口厚度将严重超差,加减速补偿控制将根据轧机数学模型来实时调整辊缝或轧制压力,以补偿厚度的变化,减少轧机加减速段的厚度误差。
6 数据显示和报表记录
在过程管理机及各显示操作站上均设计有丰富的人机接口画面,可实时显示轧机的各种参数和参数变化曲线,并可在轧制过程中修改这些参数。一个主要的控制画面如图4所示。
在每卷带材及每道次轧制结束后,系统可以自动产生带卷报表,记录此卷带材每一道次的轧制情况,包括:辊缝、轧制力、轧制速度、入口及出口张力、弯辊力、入口及出口厚度曲线、厚度偏差分布曲线、产品精度等轧机主要参数。在每一班和每一天生产结束以后,系统可以自动产生班报表和日报表,记录生产情况。带卷报表和班报表、日报表将保存在生产报表数据库中。在数据库中,用户可以根据生产日期、带卷号、班组号、产品规格进行查询,找出所需要的带卷数据,进行质量的跟踪分析,是提高产品质量的有效手段。
7 故障诊断和远程诊断
一个控制系统的可靠性由2个方面来保证:系统的平均无故障时间,可以通过选择高可靠性的元器件及性能先进的计算机来保证;系统的故障修复时间,当然是越短越好。A G C系统故障诊断系统提供了大量的系统保护、检测和报警手段,在故障发生时系统可以自动记录故障发生的原因、发生的时间,用以帮助现场技术人员快速查找系统中发生的各种故障,快速排除。
在轧机现场运行的计算机还可以通过调制解调器M O D E M和公用电话网与专家组的远程诊断服务器联接,实现远程诊断。诊断服务器中保存有每台轧机的数据,一旦连成功,在诊断服务器上可以看到轧机的实时状态。
8 结语
AGC液压缸 篇5
1 液压AGC的基础控制
1) 位置控制:位置控制是AGC控制的基本内环。由安装在压下液压缸上的位移传感器来检测辊缝位置, 在轧机的传动侧和操作侧各安装两个位移传感器来获取液压缸实时的位移反馈信号。再把测量到的这两个信号值加以平均来代表中央位置的信号, 接着用这个号进行比较, 最后根据两者之间的差值大小给出相应的电流驱动伺服阀, 调整压上油缸, 使偏差趋于零。图1-1所示是VAI公司在AGC控制系统中的采用的位置内环控制原理示意图。2) 压力控制:压力控制也是AGC控制的基本内环。由安装在压上油缸上或阀台上的压力传感器来检测油缸腔内的压力, 再经过计算得到轧机的轧制力反馈信号, 用这个信号跟压力给定信号进行比较, 最后根据两者之间的差值大小给出相应的电流驱动伺服阀, 调整压上油缸, 使偏差趋于零。压力内环控制主要用于压力-张力速度AGC控制、轧机调试、轧机靠零及故障诊断等。
2 液压AGC系统的组成
AGC系统是指为使带材厚度达到设定的目标偏差范围而对轧机进行在线调节的一种控制系统。液压AGC即HAGC系统采用液压执行元件的AGC, 国内称为液压压下系统。HAGC是当前先进板带轧机的关键系统, 其最大的优势在于是无论引起板厚偏差的扰动因素如何变化, 都能实时的调节压下缸的位置, 也就是轧机的工作辊缝, 使板厚恒定, 从而保证产品的目标厚度、异板差、同板差等性能指标达到要求。
一套完整的液压AGC系统由若干个厚度自动控制系统来组合实现, AGC系统可以采用厚度外环位置内环或厚度外环压力内环方式。恒压力内环可以消除偏心但将使带材自身厚度扰动因素放大, 因此一般在恒压力外环上加上厚度外环可以消除带材带来的扰动以纠正恒压力环的不足。
3 液压伺服系统
液压伺服系统无论多么复杂, 都是由一些基本元件组成的, 根据元件的功能可以分为输入元件、测量反馈元件、比较元件、放大转换元件, 执行元件和控制对象等。电液位置伺服系统是一个完整的液压AGC系统中关键的组成部分, 它有油泵、供油管道、电液伺服阀、回油管道、液压缸、位移传感器, 控制放大器和伺服阀控制板等组成。
4 反馈式AGC
无论是压下位置闭环控制还是轧制压力变化补偿, 都难以消除轧辊磨损、热膨胀对空载辊缝的影响, 以及位移传感器和压力传感器元件本身的误差对轧出厚度的影响。为了消除这些因素的影响, 直接在轧机出口侧用测厚仪测出厚度偏差, 然后再反馈调整压下装置, 用来改变空载辊缝, 消除厚度偏差。这种控制方式称为测厚仪监控或者反馈式厚控系统。
图4-1所示为测厚仪监控AGC的原理图。在轧机的出口侧, 用测厚仪测出轧件的厚度he, 并将它与给定目标厚度hc进行比较, 得出厚度偏差△h=he-hc。再将厚差△h乘以传递系数 (1+W/M) 得出压下位移的调节量△xp, 由压下控制系统对压下装置进行调整, 位置闭环会保证压下位移调节量的精确实现。众所周知厚度测量的精确与否直接关系到厚度控制的精度。我厂采用的是Honeywell公司的x射线30kV测厚仪, 测量精度达到±1‰, 但测厚仪一般安装在离辊缝稍远的地方来保证测厚仪的安全, 通常有P=150~1700mm。因此, 厚度测量点与轧制点不在一处, 滞后时间为:。式中τ—测量滞后时间, P—轧辊中心线到测厚仪的距离, v—轧制速度。
鉴于不可避免的滞后时间的影响, 为了保证系统的稳定控制不出现超调振荡现象, 只有牺牲静态精度来降低放大倍数, 为了避免这一不足, 测厚系统通常会采用断续采样的方法, 采样周期一般根据滞后时间和系统时间常数来确定, 使轧件的调整点走到测厚仪测量点时再进行下一次采样。采样周期成反比, 因此使用与轧制速度成反比的计时器来控制采样周期的大小。这种周期性的采样调节, 有效地避免了系统超调问题, 同时也提高了厚度控制精度。反馈式测厚仪监控由于存在时间滞后τ, 所以难以纠正因轧件入口厚度骤变或者其他的一些偶然因素造成的骤变而引起的厚度超差。它只能纠正缓变、低频的偏差, 并且必须要经过几个传递时间之后, 才得到纠正。但对于轧辊热膨胀、磨损引起的变化缓慢的干扰量、弹性曲线的死区、轧制压力和空载辊缝的设定值不准、压力传感器和位移传感器的测量误差等因素所造成的轧件厚度偏差, 可以得到十分理想的控制效果, 由此我们可以知道测厚仪反馈式外环的作用是不容小觑的。
5 结论
液压轧机是一个多变量多耦合的复杂控制系统, 轧机数学模型决定了轧机辊缝、轧制速度、轧制力、弯辊力、冷却量等参数之间的关系, 在实际生产控制过程中, 适时、适量准确的调整及补偿, 可以减少厚度偏差的出现, 从而提高控制精度。
摘要：目前我国装备较先进的现代冷轧机, 特别是居有出色控制能力的轧机基本上都是引进的国外设备。本课题所研究的单机架不可逆冷带轧机液压AGC控制策略的问题, 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很大的指导意义。
关键词：液压AGC,位置环,压力环,反馈式AGC
参考文献
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[2]孙一康等编著.冷轧生产自动化技术.北京:冶金工业出版社, 2006.
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AGC液压缸 篇6
1 冷轧机液压AGC系统的组成及系统知识
液压压下装置主要由传感器、液压缸以及电液伺服阀等组成,通过电液伺服阀对液压缸的流量及压力的调节来控制液压缸上、下移动的行程,从而控制轧辊的辊缝值。系统结构如图1所示。
一个完整的液压控制系统,主要由一套以计算机、检测元件为主的控制装置和以一套液压系统、液压缸为主的执行机构组成。检测元件主要有:测厚仪、测压仪以及安装在液压缸上的传感器(位置传感器和压力传感器),系统通过测厚仪、位移传感器和压力传感器等对相应参数的连续测量,连续调整压下缸位移、轧制力等,从而完成对板带材厚度的控制。系统主要由以下几个回路组成:压下缸位置闭环回路、轧制压力闭环回路及测厚仪监控闭环回路。
诊断知识主要涉及诊断系统、被诊断对象以及专家3个方面。诊断系统的知识本文以压下力闭环系统为主要分析对象,它主要就是提供结构知识,是指AGC系统中各个设备及元部件的构成和相互关系,在分析的过程中,可以采用系统的方法,按照系统、子系统及元部件之间的关系组成一个具有层次的结构树。系统如图2所示,层次结构分析图如图3所示。
2 故障诊断专家系统的组成
专家系统主要由知识库和推理机组成。图4为专家系统的基本结构。
知识库主要用于存放领域专家提供的专业知识。是专家系统中的一个关键组成部分,知识库中的知识来源于知识获取机构,同时它又为推理机提供求解问题所需要的知识。
3 被诊断对象知识
诊断系统知识仅仅提供了一个大的轮廓,在实际使用过程中,整个AGC系统不可能全部发生故障,只是一个或者多个元部件发生故障,因此必须研究被诊断对象的知识。通过对被诊断对象的研究,判别故障发生的部位以及原因。被诊断对象知识主要包括被诊断对象的功能知识和以功能知识为基础的行为知识和故障机理知识。
功能知识主要是指液压系统以及元部件在设计时要求达到或实现的一些行为。轧机液压系统实现液压能与机械能相互转换的过程,系统或者元部件的模型知识一般可用控制元件方程、流量连续方程和负载力/力矩平衡方程定量描述。下面为AGC系统中压下力闭环系统的定量描述:
伺服阀基本方程:电液伺服阀具有高度非线性的特点,输出流量QL的线性化方程为:
其中:Q0伺服阀的空载流量,Q0=k0×△Ic;Ic为输入电流信号;K0为伺服阀的静态流量放大系数;KC为伺服阀的压力流量系数;△pL为负载压力变化;
伺服阀的传递函数可取:
液压缸基本方程:
式中:yp为柱塞行程;QL为伺服阀输出流量;A为液压缸工作面积;ω2为负载弹簧刚度与阻尼系数之比;ω1为液压弹簧与负载弹簧串联耦合时的刚度与阻尼系数之比;ω0为液压弹簧与负载弹簧并联工作与负载质量构成的系统固有频率;ξn为液压阻尼比,一般取0.2。
轧机辊系基本方程:
背压回油管道基本方程:
传感器:位移传感器一般视为惯性环节,采用差动变压器式的位移传感器的传递函数为:
压力传感器可看作比例环节:其中:kf为压力反馈系数;
控制调节器:
4 故障诊断知识的获取与存储
液压故障诊断包括对机械设备液压系统状态检测、识别及预测三个方面,最后形成诊断报告。诊断过程通常包括:信息的采集、故障信号的处理和状态识别以及判断和预报。诊断的准确程度取决于被诊断的对象所提供的信息以及专家系统所提供的专家知识和推理过程。图5为液压故障诊断的基本过程框图。
故障诊断知识的处理是液压故障诊断专家系统的关键技术之一。它包括两个方面的内容,一是知识的获取问题,二是知识如何存储的问题。建立一个完善的知识库,是故障诊断系统首先必须解决的问题,故障诊断知识的获取是目前建立智能诊断系统的一个“瓶颈”。故障诊断主要涉及诊断系统、被诊断对象以及人三个方面,因此在考虑获取知识时,可以从以下几个方面进行考虑:诊断系统的知识;被诊断对象的知识以及专家的知识。
根据液压AGC系统故障诊断知识范围,可以采取面向被诊断系统、面向领域专家和面向故障诊断系统的分层次的诊断知识获取策略。具体获取过程如下:
(1)首先通过AGC系统设计工程师从设计图纸、技术文件、使用说明、操作规程等获取液压AGC系统以及其元部件的结构、功能、工作环境及操作规范等方面的知识,并将这部分知识分类建立液压AGC系统及元部件的知识数据库。
(2)其次通过故障机理分析人员、系统操作人员、故障诊断专家以及故障发生的历史资料,获取液压AGC系统及元部件的故障发生机理方面的知识。
(3)最后通过领域专家、操作人员以及现场实际加工过程中参数测量和信号分析、处理工作者,利用他们在长期的故障诊断实践中积累起来的经验,获取液压AGC系统及其元部件的故障、故障征状及故障与故障征状之间关系方面的知识。
诊断知识的存储是知识处理的另一个问题,知识存储就是如何以计算机能够存储的形式来表达知识。根据液压AGC系统的特点,可以采用产生式知识表示法,它的具体形式为:如果条件是A,结论就是B
每条知识即构成一条事实,有多条前提事实和一条结论事实即构成一条规则,所有的规则组成知识库。并把事实和规则分别进行分类,由规则类生成的所有规则对象以链表的形式连接起来便构成了知识库。对知识库的路和不同的开发工具,可以分别定义事实类和规则类成员变量的意义。
知识库中的知识是一个不断更新和积累的过程,因此为了使知识库的编程、修改方便,同时也为了使程序具有可移植性,可以把这些知识存放在文本文件中。在系统运行时,选择所需要的知识库放入内存;退出系统时,将修改后的知识存入计算机的硬盘。
5 结语
液压故障诊断系统的诊断知识处理是智能专家系统的关键技术。是衡量智能诊断专家系统性能的重要指标。本文通过对液压AGC系统的分析,分析了诊断知识处理的两大关键问题:知识的获取与知识的存储;对故障诊断知识进行对象分类,给出了面向被诊断系统、领域专家和故障诊断系统的分层次的知识获取策略。为建立故障诊断专家系统奠定了技术基础。
参考文献
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