摘    要：针对当今国际先进的ACC控制方法，深入地比较了日立公司和西门子公司厚度控制策略的不同，从理论上分析了它们为提高厚度控制精度所采取的控制思想差异，特别是在秒流量ACC控制策略方面，无分体现两者对于改善厚度偏差手段的不同。最终通过轧机生产厚度控制结果实绩数据，阐述了控制策略的不同只是在现有硬件配置的基础上实现优化设计，最终提出相关冷连轧机高精度厚度控制方案，给采取何种厚度控制策略以启迪和借鉴。

关键词：冷连轧；AGC；辊缝：辊速；张力解耦控制；秒流量

中图分类号：TP 27    文献标识码：A

  沿纵向厚度精度是冷轧带钢最重要的技术指标，而最终产品的尺寸精度能否保证在极大程度上依赖于厚度自动控制ACC系统。由20世纪50年代发展起来的厚度自动控制技术发展比较成熟，控制效果明显。但由于AGC系统控制方式很多，各种ACC复合系统往往相互关联，相互影响，实际上存在着****组合方案。本文通过对比国外先进ACC控制方式，深入分析其厚度控制思想的差异，最终提出相关冷连轧机高精度厚度控制优化方案。

    ACC系统的基本控制方式分为粗调ACC和精调AGC两部分，粗调ACC控制方式就是利用第1机架的前馈、压力、监控ACC来改变其辊缝，通过第2机架的前馈ACC来改变架间秒流量，使带钢大部分厚度偏差在第1机架得到消除。（为了方便表述在此规定第1机架。第5机架分别用Sl-S5表示）。冷连轧机ACC最基本原则就是基于保持整个轧机的秒流量恒定，每个机架的秒流量输出都是带钢速度和厚度的综合结果。现今世界比较先进的ACC策略中，****代表性的是日立(Hitachi)公司和S/emens公司，它们的ACC策略各有特点，代表冷轧机厚度控制领域的先进水平，下面就它们所采取的一些典型AGC方式进行对比分析。

  在检测仪表配置方面，日立仪表配置包括：Sl前后测厚仪、Sl轧制力压头；S2-S5后测速仪；s5前一台测厚仪、s5后两台测厚仪、s5轧制力压头；Siemens仪表配置包括：Sl前后测厚仪、Sl前后测速仪；s5前后测厚仪、s5前后测速仪。Siemens在Sl前后配备了测速仪和测厚仪，可以在Sl实现秒流量ACC，迅速消除来料硬度偏差和厚度偏差。日立在Sl前后仅配备了测厚仪无法实现Sl秒流量ACC，由于在S2 -S5后都配置了测速仪，则可以实现S2-S5反馈秒流量ACC，其目的是保证每个机架都有厚度控制方式，另外利用Sl轧制力压头可以

主要从事冷连轧机厚度与板形控制等方面的工作。

   

   在Sl前馈ACC策略中，它们都是利用Sl前测厚仪检测厚差，调节S1辊缝来消除该厚差的ACC调节方式，同时调节入口张力辊（S辊）转矩进行张力解耦控制。但Siemens特有的****秒流量控制方式下情况有所不同，由式(1)可得，将入口S辊看作“0”机架，通过调节S辊速△Vo来消除轧机入口厚差△Ho，而张力解耦控制则由S1辊缝控制实现。

式中，△vo为人口S辊速度调节量；△vHo为Sl前实测厚差。

    在Sl反馈ACC策略中，其控制原理就是对间接测厚AGC杀统进行监控修正，以便进一步提高ACC精度。Siemens采用监控AGC方式，即基于Sl出口测厚仪测得厚度偏差，结合Smith预估器对厚度偏差进行滞后补偿，修正量作用到Sl辊缝，通过调节S1辊缝来消除该厚度偏差的调节方式。在****秒流量方式下，由式(2)可得，通过调节人口S辊速△Vo消除出口厚差△H1。

式中，△H1为来料厚差均值；△V0为入口S辊速度调节量；△H1为S1出口实际厚差。

    日立实现反馈ACC，如图2所示。

   

它采用厚度计监控ACC( CM-ACC)方式。具体 实现通过Sl轧制力压头检测轧制力，通过弹跳方程(3)计算出带钢厚度。

 

  式中，hc为计算出口厚度；P为实际轧制力；K为机架刚度。

    如图2所示，将实际厚度偏差Ah。输入Smith机入口厚差△Ho，而张力解耦控制则由Sl辊缝控  预估器补偿系统滞后，补偿结果△E0对计算厚度制hc进行修正，并与设定厚度hRFF同时输入CM-AGC控制器，输出S1辊缝修正值△SGM，调节辊缝实现厚度控制。

    分析其差异可以看出，日立考虑应用CM-AGC可以消除系统滞后影响，但由于压力AGC存在精度不高的缺点，利用精度高的Sl后测厚仪来检测实际厚度偏差，通过Smith预估器对A/z：滞后进行补偿，并反馈到CM-AGC系统中进行修正效果比较理想。Siemens则认为由于S1后测厚仪检测到的厚度偏差已经非常准确，经过Smith预估器滞后补偿可以达到精度要求，根据弹跳方程间接计算带钢厚度，并通过实际厚度偏差Ah，进行修正的CM—AGC系统效果不明显门。

  在S2前馈ACC中其控制思路基本一致，都是根据S1出口测厚仪测得厚度偏差，应用秒流量原理计算出Sl辊速修正量以消除S2人口厚度偏差。经分析区别在于获得Sl后的速度方式上，Siemens可以通过Sl后侧速仪直接检测带钢速度，但日立没有在S1后设置测速仪，只能通过Sl前S辊脉冲计数器检测传动速度并计算出S1前带钢速度，应用秒流量原理计算出S1后带钢速度。由于S2前馈ACC是调节S1辊速实现，需要同时调节S2辊缝对Sl，S2间张力进行解耦控制。

    在秒流量AGC中，由于在Sl前后未配置测速仪，日立无法实现Sl秒流量AGC，但它在S2-S5后都配置了测速仪，因此可以实现S2-S5反馈秒流量AGC。以s5反馈秒流量ACC说明其控制原理，其示意图，如图3所示。

   

    通过检测55前厚度和速度以及s5后速度，应用秒流量原理计算s5后的厚度初始值，并与s5后测检测实际厚度进行比较，得到修正量W，再输入汁算式(4)调节s4辊速V4。进行修正。

式中，h5m为5架出口厚度；V4D为4架出口速度；V5D为5架出口速度；H5为5架人口厚度。

    同样，S2-S4反馈秒流量ACC实现方法与s5相同。为抵消S2-S5因辊速调节产生的机架张力波动，计算调节(n+1)架辊缝进行张力解耦控制：

式中，ASref为调节架前张力辊缝调节量；K为轧机刚度；凹为带钢塑性系数；t为机架速度设定。

  Siemens通过检测Sl前厚度和速度及Sl后速度，用秒流量公式预计算SI后的厚度偏差△h1：

式中，h1，h1,，为Sl后的厚度及厚度偏差；vo，V1分别为Sl前后速度；Ho，△h。为Sl前厚度及厚度偏差。

    Sl秒流量AGC，如图4所示。

   

    秒流量预计算可预先知道Sl出口的厚差，并且对机架的辊速或辊缝调节，其预计算结果由监控ACC进行修正，修正值输入秒流量控制器。在普通秒流量控制方式下，调节量输入到Sl辊缝控制，同时调节Sl人口S辊速对人口张力波动进行补偿；

在****秒流量控制方式下，系统将S辊看作“O”架调节量转化为人口S辊速，同时调节Sl辊缝对人口张力波动进行补偿。

    对比秒流量AGC控制策略可看出，****秒流量是Siemens特有的控制方式，在此控制方式下，可实现所有机架的厚度控制完全由机架辊速调节，最终通过调节Sl辊速和人口S辊速实现厚度控制。Siemens认为来料百分之95以上的厚度偏差可通过一架

ACC处理完成，不必在S2-S5设置秒流量AGC。而日立认为通过一架ACC不足以完成厚度精度要求，还需在S2-S5设置厚度控制功能才达到精度要求，有必要在S2 -S5设置反馈秒流量ACC功能。

    为了进一步提高成品带钢的厚度精度，对粗调ACC未能淌除的厚度偏差，在冷连轧机S4，s5设立精调AGC系统，s5出口测厚仪检测成品带钢厚差，由精调ACC系统进行处理。

    日立在s5采取不同控制策略只是针对张力控制而言，当s5采用光辊ACC策略时，由于s5采用位置控制方式，S4 -S5间张力控制(ATR)可通过s5辊缝控制实现；s5采用毛辊AGC控制策略时，s5转化为恒轧制力控制(CPR)，则S4 -S5间张力控制只能通过S4辊速进行调节。对于厚度控制则保持一致，通过s5后测厚仪检测实际厚度，运用反馈秒流量方法控制S4辊速以消除出口厚度偏差。

    Siemens根据s5应用的轧辊形式采取不同策略。根据带钢轧制理论，在相同轧制力的况下，如果轧机的前后张力变大有利于轧机的轧制，即可以将带钢轧得更薄，采用张力极限控制方式即B方式。在方式B控制模式下，由于s5采取位置控制可以应用前馈、反馈、秒流量ACC改变s5辊速，其对应速度补偿计算分别为

式中，△V5为5架附加速度；△H4为s5前厚差；△h5为s5后厚差；地为S4厚度；皿为s5厚度。

    由于s5辊速变化造成S4 -S5问以及s5出日张力波动，对于出口张力通过卷取传动转矩控制，实现出口张力调节。对于S4 -S5间张力控制，采取将设定张力与实际张力进行比较，将其差值与没实际张力相比，并通过非线形死区函数处理，输入s5辊缝进行张力调节。这种控制思想基于s5辊缝主要负责带钢减薄和板形缺陷处理功能，为保证以上功能实现，对于较小的张力偏差s5辊缝不调节，只有超出死区范围的较大张力偏差才给予调节执行，这样就保证了s5辊缝主要功能的调节效果。

    当s5采用毛辊轧制时，Siemens选用C方式。这种控制方式在前4架就完成了成品带钢厚度的轧制，s5作为平整机功能控制板形，其压下率控制在百分之0 5~2范围内。很明显，此时55采用恒轧制力控制不具备消除s5后厚差能力，只能用S4辊缝来消除出口厚度偏差，同时也无法通过改变s5辊缝对S4-S5间张力进行调节，只能采用调节S4辊速去消除此张力偏差。由式(IO)，式(11)得，反馈ACC输出调节量通过S4，s5辊速补偿。

    为比较日立和西门子公司在不同条件下轧机ACC控制精度，现以某冷轧厂五机架全连续冷轧机为依托，分别在轧制稳态、加减速及过焊缝情况下，就Sl和s5出口厚度偏差进行了实时数据采集：实际轧制粗调ACC和精调ACC控制结果曲线，如图5所示

 

     比较可知，轧机入口****来料厚差为百分之4. 68，从Sl出口厚度控制效果可看出，Siemens经过Sl厚度控制后出口厚度偏差减少到百分之0. 78，经过s5厚度控制后出口厚度偏差减少到百分之0. 42；日立经过Sl厚度控制后出口厚度偏差减少到百分之0.85，经过s5厚度控制后出口厚度偏差减少到百分之0.37。经分析，百分之98的厚度偏差在Sl粗调ACC中消除，经过s5精调ACC后完全满足成品带钢精度要求，输出效果明显。日立厚度控制效果与Siemens基本一致，只是从粗调AGC中Sl出口厚度控制效果看Siemens稍好于日立，但通过应用S2-S5反馈秒流量AGC，s5出口控制效果都能达到精度要求。

 

    在冷连轧厚度控制中，日立公司和Siemens公司所采用的各自控制策略，比较了它们的仪表配置、粗调AGC拴制、精调AGC控制的不同实现方式。日立公司由于在S2-S5后配备激光测速仪，可以实现S2-S5反馈秒流量ACC，最终达到SI-S5所有机架都具有厚度控制功能，对提高控制精度有优势。另外，由于Sl采取CM-ACC方式可以消除反馈AGC滞后影响，同时有利于焊缝厚度控制。Siemens公司通过采用特有的Sl****秒流量ACC，可以实现所有机架都通过辊速调节厚度功能，实现通过机架辊缝调节张力，有利于在高速轧制时保持张力的恒定。另外Sl前馈、反馈和秒流量ACC这3种控制方式的结合，保证Sl可消除百分之98以上的厚度偏差，最终提高成品厚度精度。它们考虑方面各有侧重但都很好达到成品厚度精度要求，控制策略的不同只是在现有硬件配置的基础上实现优化控制，经分析比较优化的ACC控制策略为，Sl采取前馈、修正GM-A GC、秒流量AGC；S2前馈、秒流量ACC; S4，s5反馈秒流量ACC。