西门子PLC在轧机中的应用

西门子PLC在轧机中的应用 工业自动化程度在日趋提高，对控制要求也越高，而对控制外围设备较多，控制精度要求较高的轧机来说，合理配置工控产品达到控制要求和目的就显的比较重要了。

1.轧机的控制硬件，选用西门子产品：用西门子6RA70直流调速装置作传动，西门子S7—300PLC作系统控制，S7—400PLC作液压AGC厚度控制，研华工控机IC610作监控及编程调试之用。 系统的拓扑图示意如下：

图片

2.具体控制如下：

（1）S7—400PLC作AGC控制，配以模拟量输入/输出板，高速计数板进行数据采集及AGC输出伺服阀闭环控制，由于S7—400PLC处理速度快、循环时间短，达到快速响应、提高板带材厚度精度的目的。（2）S7—300PLC作系统的控制，配以ET200从站安放在各操作箱和各阀站，实现了分散式省线配置，提高可靠性、稳定性和维护性，并且通过DP接口板与直流驱动器6RA70进行高速数据传输，用于协调控制各直流电机的运转和接收各电机工作状态及数据，同时配T400工艺板,进行卷取的张力补偿、直径计算、圈数计算等，达到加减速、匀速状态下的张力恒定和实现自动停车的目的，并且大大节省了配线，进一步提高了系统的可靠性，稳定性和控制精度。

（3） S7—300和S7—400PLC采用MPI协议，可方便地配置两PLC间收、发数据，减少了用其它通讯方式带来的编程问题，进一步减少了S7—400的程序容量，提高了其处理速度。

（4） 用IC610配以MPI/DP接口板配以WINCC软件进行监控，可实现设备状况的图形化（棒图）显示；各外部部件工作位置显示，和各外部设备启停状态显示；故障存档及报警显示；指标趋势图显示等。另一方面，配以STEP7软件可同时对两台PLC进行编程、调试，达到一机多用的目的。 3.这种配置可通过编程的方法，达到以下优点：

（1）操作员界面透明、友好：设备各状态及报警不仅在操作台上用指示灯显示出来，同时在WINCC画面中以中文文字显示并存档报警数据，最终以旋转报警灯进行综合显示。

（2）实现了分散式省配线，提高了整个轧机电控系统的可靠性、稳定性，大大降低了维修率。 （3）设备各动作间能很好地联锁，并且各动作的操作条件、顺序都能用WINCC画面显示出来。 （4）由于采用全数字化的控制系统、驱动系统和网络系统，使系统响应速度、控制精度大大提高。 4.这里先就液压AGC（自动厚度控制），与大家分享一下自己的心得，要保证AGC控制精度，就必须选择高精度的厚度测量设备、外部检测硬件设备和完善的控制软件。 （1）带材厚度测量选用德国VOLLMER公司的接触式测厚仪； （2）外部硬件有：位置传感器—SONY DG155B系列（精度达0.5um），压力传感器----AK-4，电液伺服阀---609所FF106A系列（最大电流达100mA以上），测速编码器----OMRON E6B2-CWZ1X等 （3）在精轧机中，AGC控制模式有：前馈FFC，反馈MOC，质量流MFC等，具体如下：先通过轧制力控制方式（RFC）进行液压校零，找到辊系倾斜零点和辊缝零点，然后切换到基本位置控制方式（POC），进行

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辊缝预定位控制，最后通过测厚仪的厚差信号，去选择投入相应的AGC模式进行辊缝微调，达到控制带材厚度精度的目的。实践证明，1mm以下的带材，厚度精度可控制在±5um～±3um以内。当然这也要建立在主机速度和卷取张力的控制精度之上。

5. 这种配置由于控制点数多，在大型的轧机或其它较复杂的设备中可灵活运用，同时配以较完善合理的编程和选用合适的硬件，可代替进口设备中昂贵的电控系统，达到节约制造成本的目的。

液压AGC厚度控制系统 1 引言

液压AGC（自动厚度控制）系统是提高宽带热连轧板厚精度，控制板形，提高带材合格率的重要技术，AGC系统的动态品质、静态品质的好坏直接影响系统的稳定性，响应的快速性和控制精度。板带轧机液压AGC系统主要功能是实现压下位置自动控制(液压APC)及板厚自动控制(液压AGC)。正是由于液压AGC系统响应的快速性，控制的精确性，使得越来越多的宽带生产线采用。

莱钢1500mm宽带热连轧生产线实践证明液压AGC系统通过提高整套轧机控制水平，使得产品质量大幅度提高。液压AGC控制响应时间 40ms，响应频率 1 5Hz，使板带纵向厚差控制在 范围内，促使莱钢板带产品质量达到世界水平。 2 液压AGC系统的组成 2.1 工艺原理

液压压下装置一般由位移传感器，液压缸和电液伺服阀等所组成，如图1所示。系统通过电液伺服阀对液压缸的流量和压力的调节来控制液压缸上、下移动的行程来调节轧辊辊缝值。

液压AGC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、轧制压力等，从而控制板带材的厚差。一个完整的液压伺服控制厚度自动控制系统的主要设备由计算机、检测元件为主的控制装置和以一套液压缸(每侧一个)为主的执行机构组成。检测元件主要有：测厚仪、测压仪(每侧一个)以及安装在液压缸上的四个位置传感器(每个液压缸两个)和两个压力传感器(每个液压缸一个)。

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2.2液压AGC阀台

液压AGC阀台原理示意如图2所示。

（1）阀站下方P口连通液压站的系统供油油路，用于为液压AGC系统提供液压动力，T口连通液压站油箱，用于回油。

（2）阀站右方的P口，T口，X口用于检修或排查故障时检测阀站内系统供油压力P以及伺服阀控制油路X是否正常。

（3）阀站上方A口连通液压AGC液压缸无杆腔，B口连通液压AGC液压缸的有杆腔。

（4）过滤器对阀站内的P油路和X油路中的杂质进行过滤，如果过滤器DPS1堵塞，将发出故障信号，应及时更换。

（5）阀站的P口手动阀主要用于检修时把该阀站的系统供油油路断开。 （6）油压传感器SP1和SP2安装于阀站外油管路上，用于检测液压AGC液压缸无杆腔和有杆腔油压。 2.3电磁阀工作原理

Y=T，X选择P或者T，来阻断或者开通P，A，B油路。 2.4溢流阀工作原理

工作方式1：A，B油路大于某值将自动流回到T；

工作方式2：控制溢流阀线圈得电，自动将A，B油路回流到T。

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2.5伺服阀工作原理

通过输出模拟量±10mA电流来控制伺服阀阀芯位置，使得伺服阀工作在三个不同的工作状态： 状态1：PàB, AàT 状态2：PàA,BàT

状态3：或者截止（理论状态） 3 液压AGC系统的功能 3.1 功能设计

一个完整的液压AGC系统应完成若干个功能，其中最主要的是以下几方面：

（1)压下缸位置闭环1 随轧制条件变化及时准确地控制压下位移。XP1,XP2，：分别是操作侧和传动侧活塞相对缸体的位移，取其平均值Xpd作为实测位移值Xps为给定信号， 是测厚仪监控环的反馈量。

（2)轧制压力闭环2 通过控制轧制压力来达到控制厚度的目的。Pd是轧制压力的实测值，Ps为初始设定值。 为修正值。

（3)测厚仪监控闭环3 消除轧辊磨损、热膨胀及设定值误差等的影响。C为轧机纵向刚度系数，Q为轧件的塑性刚度系数，hd为实测轧件厚度，hs为设定轧制厚度。 3.2 液压AGC数学模型

液压AGC位置控制系统是一种典型具有弹性负载的位置伺服控制系统，其方框图如图3所示。

位移传感器 PI调节器 压力传感器 液压缸 伺服阀 伺服放大器 放大与校正 轧辊动作 指令信号

图3 液压AGC伺服控制系统方框图

方框图分如下几个主要部分：电液伺服阀、阀控液压缸、位移传感器、伺服放大器。各部分的数学模型如下：

（1)阀控液压缸。 液压缸可用如下传递函数来近似：

（1）

式中：Xp一柱塞行程，m； QL一伺服阀输出流量，m3／s； A 一液压缸工作面积，m2；

一负载弹簧刚度与阻尼系数之比，rad／s；

一液压弹簧与负载弹簧串联耦合时的刚度与阻尼系数之比，

rad／s；

一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，rad／s：

一液压阻尼比，取 =0.2；

（2)电液伺服阀。电液伺服阀具有高度非线性特点，其输出流量QL的线性化方程为：

(2)

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式中 Qsv0一伺服阀的空载流量，Qsv0=

Ic一输入电流信号

Ksv一伺服阀的静态流量放大系数 Kc一伺服阀的压力流量系数 △PL一负载压力变化

伺服阀传递函数可按二阶振荡环节来取：

（3)

但通常当液压执行机构的固有频率 低于50Hz时，伺服阀的动态特性可 用一阶环节表示

（4）

式中， 为伺服阀固有频率，可以从伺服阀制造厂提供的频率响应曲线获

（3)位移传感器和压力传感器。位移传感器可视为惯性环节，差动变压器式位移传感器的传递函数为：

（5）

压力传感器可视为比例环节

Pd/PL=Kf （6）

式中Kf一压力反馈系数。

（4)伺服放大器。伺服放大器(包括功率放大器)由集成电子元件组成，响应速度很快，也 可不计其时间常数，按比例环节处理。

（7）

（5）液压系统的传递函数。将上面各个环节组合起来，可得到液压位置控制闭环结构图，参见图4。

液压系统可简化为二阶环节，本文在仿真中把液压执行机构传递函数取为 3.4 液压AGC的特点 （1)惯性小，响应快：由于AGC液压缸等运动部件比电机惯性小，它的加速度可提高到500 mm／s。以上，压下速度可达到4 mm／s，系统频率可达1 5Hz，响应时间 45ms，同时每一缸采用双向伺服阀控制，提高供油速度确保系统能满足25.1m／s的高速轧制。

（2)精度高：由于F1－F7全部采用液压AGC，所以成品厚度偏差可以达到±10 m(3 mm以上成品厚差可控在±20／ m)，而冷轧液压AGC成品厚差精度将会成倍提高。

（3)安全可靠：液压AGC工作时缸行程范围为-5--+25mm，它的可调范围大，同时设有快速卸压装置可以防止轧辊及其轴承的过载和损坏。

（4)消耗功率小：由于惯性小同样所需的功率也小，因此效率高。

（5)操作方便灵活：由于采用32位多微机系统控制操作灵活方便，同时 运行周期快，采样时间仅为5ms。

（6)轧机刚度可控，可根据不同的轧制条件，选择不同的刚度系数，来 获得所要求的带钢轧出厚度。 4 结束语

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液压AGC系统就是借助于液压压下系统，通过电液伺服阀控制液压缸的位移量来实现带钢厚度自动控制的系统。因此，液压AGC系统已成为厚度自动控制系统发展的新方向。目前，世界上所有新建或改建的带钢热连轧机几乎都采用了液压AGC系统，它可以获得纵向厚度偏差为±30 m的高质量的成品带钢。

热连轧液压AGC应用

1 引言——1500mm带钢精轧控制工艺概述

莱钢1500mm带钢精轧机组由一架立辊和六架平辊轧机组成，即E2、F1~F6。（E2前设有精除鳞箱用于清除中间坯表面的次生氧化铁皮)。轧件依次进入立－平－平－平－平－平－平轧机连续轧制。精轧机架间设有5台液压活套装置（即H1~H5），当轧件依次进入n+1架轧机时，n至n+1架轧机之间的活套依次升起，通过套高调节系统使轧机自动调速，并通过张力调节系统使带钢在微张力、恒张力状态下轧制，轧成所需要的带钢尺寸。精轧机组F1~F6压下系统为全液压压下，并设有液压AGC自动厚度控制系统和正弯辊装置，用于保证带钢全长范围内的厚度精度及板形要求。F1~F6工作辊设有轴向窜辊装置，可以控制轧辊凸度并使轧辊磨损均匀，提高轧辊使用寿命。带钢尾部依次离开各架轧机时，活套装置便自动下降复位。精轧机架间设有喷水冷却装置，用于控制终轧温度，带钢终轧温度在850℃左右。精轧机组后设置Χ射线测厚仪和光电式测宽仪，其中测厚仪参与液压监控AGC控制。 2 AGC控制系统实现 2.1 系统硬件配置

根据工艺控制要求本工程自动化总体方案以“集散控制、分层结构”为主要特点，整个自动化系统分为3层。第1层：现场参数检测与终端执行。第2层：分散的数据处理、过程控制。第3层：集中操作监视。

结合本生产线工艺布置和特点，控制系统使用了三套西门子TDC控制器（SIMATIC Technology and Drive Control——即工艺和驱动自动化系统），每套TDC控制器中配置4个CPU,下挂3个ET200远程I/O从站。两台DELL工控机作为上微机监控，负责维护集成历史数据库和提供人机接口，访问TDC中的数据。精轧生产线控制系统结构图1所示。

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3 系统控制功能实现 3.1 APC控制概念

所谓APC控制就是在指定的时刻，将被控对象的位置自动地调节到预先给定的目标值上，调节后的位置与目标值之差保持在允许的误差范围内，这个调节过程称为位置自动控制，简称APC。

3.2 液压APC系统组成

在现代热连轧机组中，液压APC一般作为液压AGC的内环，执行厚度外环液压AGC控制向其输出位置（或轧制力）的动态调节量，即辊缝调节量。也就是说液压APC是液压AGC的执行机构，并进行轧辊的倾斜控制；其次用于轧辊精确预摆辊缝，同电动压下机构联合实现轧辊的校平。控制系统直接将辊缝设定换算为液压缸的位置给定，由当前位置向目标位置积分来作为位置参考值。作为液压APC，还可以是将轧制力设定换算为液压缸的油压给定。为获得好的板形，在最后一、二个机架，采用液压轧制力控制，实现恒轧制力控制。液压APC控制框图如图2所示。

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3.3 液压AGC系统

AGC系统是热连轧精轧机组自动控制中一个极为重要的组成部分，是提高热轧带钢全长厚度精度的主要手段。目前在现代带钢热连轧机上广泛采用直接数字控制计算机进行厚度自动控制，简称DDC-AGC系统，它能综合采用多种形式的厚度自动控制系统，以适应不同钢种，不同成品规格以及各工艺参数变化的要求。其过程为计算机定时采样各机架的压力、辊缝位置、速度、X射线厚度偏差等数值，经过必要的计算处理，送出相应的控制量，一方面调节伺服阀，另一方面对活套进行补偿。液压AGC简要控制框图如图3所示。

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图3 液压AGC简要控制框图

（1）相对AGC运行方式：

?LOCK-ON方式：以计算各机架头部平均厚度为目标厚度锁定各机架的轧制力和辊缝,进行自动厚度调节，追求同带差最小。

?HOLD方式：以前一块带钢头部锁定值作为本次锁定值进行本块带钢自动厚度调节。 当实测带钢出口厚度与给定的目标厚度之差超过某极限值时，将以各机架实测值作为本块钢的给定目标厚度。

（2）绝对AGC运行方式：以过程计算机计算的目标厚度和预报轧制力作为目标厚度和锁定各机架轧制力进行自动厚度调节，追求与要求的成品厚度差最小。当实测带钢出口厚度与给定的目标厚度之差超过某极限值时，将以实测值作为本块钢的给定目标厚度。

（3）控制方式：

AGC系统中基本的控制功能是根据基本弹跳方程实现的：

上式中， ——弯辊力造成的厚度变化 ——油膜轴承的油膜厚度变化 ——辊缝零位（热膨胀及磨损） ——轧机的刚性系数，牛顿/毫米

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——轧辊辊缝值，毫米

但为了进一步提高厚调精度，需采取各种补偿措施，主要是弯辊力造成的厚度变化补偿，油膜厚度补偿以及辊缝零位补偿。同时利用测厚仪直接测得的成品带钢厚度值为基准对AGC系统进行监视，另外为了克服以弹跳方程为基础的反馈式AGC系统的滞后现象，在AGC系统中增加前馈控制功能。 4 结束语

本控制系统根据图4所规定的精度要求编写控制程序，对每块带材的厚度精度进行命中率统计（见表1），也就是该带材的厚控精度是否在图4所规定的范围内。以此说明AGC的控制精度。在生产实践中，根据不同轧制规格调整AGC控制参数，使控制精度越来越高，某些规格甚至达到100％的命中率。

板坯号 99303 99304 99202 99305 99204 99307 99401 99402 99404 精度命中率 99.4 98.4 98.0 98.2 99.2 92.3 98.4 97.6 99.9 第 10 页 共 20 页

日期 2005．8．25 2005．8．25 2005．8．25 2005．8．25 2005．8．25 2005．8．25 2005．8．25 2005．8．25 2005．8．25 规格 7.75×1250 7.75×1250 7.75×1250 7.75×1250 7.75×1250 7.75×1250 7.75×1250 7.75×1250 7.75×1250

2005．8．25 99407 7.75×1250 94.6 平均命中率为：（99.4+98.4+98.0+98.2+99.2+92.3+98.4+97.6+99.9+94.6）/10=97.6

压上AGC支承辊换辊时油缸卸荷，使用方便快速,AGC维修方便,缸体移动而活塞不动;轧制线调整放上面,采用丝杆螺母带编码器传动斜块,自锁靠丝杆,辊径重磨量较大时可加阶梯垫板,上支承辊平衡一般采用镶块上油缸来平衡,AGC位移传感器一般放外面,如缸两侧索尼磁尺,日本公司如三菱,日立多采用此方式,压上方式平整机相对比轧机用得多.

压下AGC机架顶部打孔,AGC位移传感器一般内置式,活塞移动而缸体固定在机架上,轧制线调整放下面,一般采用油缸带位移传感器来驱动斜块,设计要考虑斜块自锁,上支承辊平衡一般采用吊挂式,欧洲厂家多采用此方式,换辊时轧制线下降,压下方式支承辊换辊时间较压上方式要长,轧机比平整机用得相对较多。

磁致伸缩位移传感器在液压轧机控制系统中的应用

西安艾蒙希科技有限公司自动化部 （西安 710075）

摘要：磁致伸缩技术越来越广泛地应用于测控领域，本文以美国MTS公司Temposonics Ⅲ 带CANbus输出磁致伸缩位移传感器在液压轧机控制系统中的应用为例，详细描述了MTS公司磁致伸缩位移传感器的原理、接口、特性，以及具体使用过程中的安装和编程方法。

关键词：磁致伸缩，CANbus，位移传感器，自动厚度控制 1 应用概述

黑色和有色的板带材生产的主要设备液压轧机，主要指标有板带厚差、板形、产量，其中板带厚差是设备生产的主要指标。厚差控制是整个轧制生产中最关键的控制环节，控制环节中油缸位置的检测(即辊缝检测)是最重要一环，油缸位置值就是辊缝控制闭环的反馈量。根据轧机弹跳原理，辊缝控制也就控制了板带材的轧制厚度。液压轧机基本辊缝控制原理如图一所示。

纵观国内外液压轧机自动厚度控制系统（AGC）,其液压油缸位置检测通常采用的传感器有线性差动变压器（LVDT）,磁尺。随着磁致伸缩传感器设计制造越来越成熟，其市场化产品在冶金、航空、木材加工、石油、工业车辆、桥梁监测等领域逐步应用，陕西海泰电子有限公司开发的液压轧机厚控系统，其油缸位置检测大胆的采用了美国MTS公司的总线式磁致伸缩位移传感器。

图一 辊缝控制基本内环原理图

2 磁致伸缩技术原理

磁致伸缩技术原理是利用两个不同磁场相交产生一个应变脉冲信号，然后计算这个信号被探测所需的时间周期，从而换算出准确的位置。这两个磁场一个来自在传感器外面的活动磁铁，另一个则源自传感器内波导管（Waveguide）的电流脉冲，而这个电流脉冲其实是由传感器头的固有电子部件所产生的。当两个磁场相交时，所产生的一个应变脉冲（Strain Pulse）会以声音的固定速度运行回电子部件的感测线圈。从产生电流脉冲的一刻到测回应变脉冲所需要的时间周期乘以这个固定速度，我们便能准确的计算出位置

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磁铁的变动。如图二所示。这个过程是连续不断的，所以每当活动磁铁被带动时，新的位置很快就会被感测出来。由于输出信号是一个真正的绝对位置输出，而不是比例的或需要再放大处理的信号，所以不存在信号飘移或变值的情况，因此不必像其它位移传感器一样需要定期重标和维护。

图二 磁致伸缩位移传感器原理图

磁致伸缩位移传感器利用非接触之科技监察著活动磁铁的位移，由于磁铁和传感器并无直接之接触，因此传感器在恶劣的工业环境下，例如易受油渍、溶液、尘埃或其他的污染，并不构成问题。此外，传感器更能承受高温、高压和高振荡的环境。传感器输出信号为绝对数值，所以假使电源中断重接也不会对数据接收构成问题，更无须重新归回零位。最后，由于传感元件都是非接触的，所以就算感测过程是不断重复的，也不会对传感器造成任何磨损。

因此磁致伸缩位移传感器非常适合这种工作在比较恶劣环境轧机设备。 3 MTS传感器特性

MTS系统公司是市场上提供磁致伸缩（Magnetostrictive）位移测量技术的开拓者，创新的科技和支援使MTS公司的产品一直处于市场领导地位。其产品包括TEMPOSONICSIII、TEMPOSONICSII、TEMPOSONICS E、TEMPOSONICS L四个系列。其中TEMPOSONICSIII系列输出形式有模拟输出、数字和总线形式输出，总线输出有CANbus、DeviceNet、Profibus等，我们设计中选择了CANbus输出总线形式。如图三所示。

图三 Temposonics Ⅲ型CANbus传感器结构图

控制器区域网（Controller Area Network）CAN现场总线已经成为在仪表装置通讯的新标准。它提供高速数据传送，极适合在高速的工业自控应用上。CAN总线可在同一网络上连接多种不同功用的传感器（如位置、温度或压力等），或加进其它仪表如显示器或驱动器。它实际上是一个广播系统，所有连网的装置以标志（Node）定位，随时准备在收到指示后马上发出信号。其连接图如图四所示。

图四 CANbus总线接连图

Temposonics Ⅲ 带CANbus输出的位移传感器因内置微机处理器，所以在数据处理及传送能够做到极准确和极高速又可靠。再者，微机更可将采样的位置值经过计算转换成速度输出。同时更可将设定点存入记忆体内。就是说，MTS磁致伸缩位移传感器既有位移输出也有速度输出。所以我们通过传感器也能监测油缸活塞杆移动速度。

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该传感器属智能型位移传感器、高速、两线数据输送，内置诊断程序，自我检查、状态报告，具有2um分辨率，具有位置和速度输出、可连网，一个总线系统可容多达32个装置、多重位置测量、提供5点定位，最高速率达1Mbit/Sec。

4 CANbus总线接口和编程

轧机AGC系统中，为了采集MTS传感器的位移和速度信息，我们选用了台湾研华公司双端口隔离CAN总线接口卡PCL-841。该卡可同时操作两个独立的CAN网络口、高达1Mbps的传输速率、16MHz的CAN控制器频率、占用4Kb的地址空间，C800H到EF00H之间的40个调整的基地址、1000VDC光隔离保护、确保系统可靠、各端口自由的IRQ选择。并且开发商向用户提供了LIB和DLL库，便于用户二次开发和使用。

读写位移和速度程序流程如图五所示：

图五 读写位移程序流程图

5 传感器安装

图六 油缸位移传感器安装图

位移传感器安装示意如图六。位移传感器安装在传感器的使用中，占据非常重要的地位，安装方式和安装精度直接影响到测试精度。在轧机油缸位置处油渍、金属屑较多，所以传感器安装设计时外加保护套、密封圈。工作时位移传感器磁环随油缸活塞一起移动，磁环上下移动感测的位移即活塞移动的位移，也就是油缸上下移动的位移。安装设计时务必考虑传感器传感杆的三个区域：零区、死区、有效行程区。零区、死区是磁环感测的无效区，磁环移动有效范围即为传感杆有效行程区。

6 结束语

在为广州有色集团设计的两套液压轧机生产线上，成功使用了MTS公司的CANbus Temposonics Ⅲ磁致伸缩位移传感器，使用结果表明：传感器的可靠性和工作精度都达到了出厂指标，保证了成品带材的纵向厚差在0.1±0.002mm范围内。特别是传感器内置了故障代码，非常便于传感器故障定位，使系统维护更加

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方便。

液压系统调试

1、确认液压系统净化符合标准后，向油箱加入规定的介质。加入介质时一定要过滤，滤芯的精度要符合要求，并要经过检测确认。

2、检查液压系统各部，确认安装合理无误。

3、向油箱灌油，当油液充满液压泵后，用手转动联轴节，直至泵的出油口出油并不见气泡时为止。有泄油口的泵，要向泵壳体中灌满油。

4、放松并调整液压阀的调节螺钉，使调节压力值能维持空转即可。调整好执行机构的极限位置，并维持在无负载状态。如有必要，伺服阀、比例阀、蓄能器、压力传感器等重要元件应临时与循环回路脱离。节流阀、调速阀、减压阀等应调到最大开度。

5、接通电源、点动液压泵电机，检查电源连线是否正确。延长启动时间，检查空运转有无异常。按说明书规定的空运转时间进行试运转。此时要随时了解滤油器的滤芯堵塞情况，并注意随时更换堵塞的滤芯。 6、在空运转正常的前提下，进行加载试验，即压力调试。加载可以利用执行机构移到终点位置，也可用节流阀加载，使系统建立起压力。压力升高要逐级进行，每一级为1MPa，并稳压5分钟左右。最高试验调整压力应按设计要求的系统额定压力或按实际工作对象所需的压力进行调节。

7、压力试验过程中出现的故障应及时排除。排除故障必须在泄压后进行。若焊缝需要重焊，必须将该件拆下，除净油污后方可焊接。

8、调试过程应详细记录，整理后纳入设备档案。

9、注意：不准在执行元件运动状态下调节系统压力；调压前应先检查压力表，无压力表的系统不准调压；压力调节后应将调节螺钉锁住，防止松动。 浅谈工程机械闭式液压系统的安装与调试 1、安装前的准备

保持系统零部件的清洁：仔细检查泵和马达以及所有的系统部件：油箱，管路，阀，接头，散热器等，确保无损坏，无污染，阀块的加工部位的切屑要清理干净并进行清洗。

液压油的清洁：注意油液的污染度及湿度，避免任何污物进入油箱。加油时必须经过过滤器，油箱内部如果涂有涂层的话，必须与所使用的油液相容。 2、安装过程的实施

禁止使用强力作用于液压系统，以避免使管路系统和元器件承受横向作用力及内部应力，一定要注意保护管路系统！

禁止使用麻线，胶粘剂作为密封材料，否则会污染系统，并可能造成系统故障。 正确布置软管，避免软管的扭转、憋劲、擦伤和磕碰。

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系统的联接一定要符合推荐标准，全部系统管路要联接和密封要可靠，无渗漏现象出现。 3、投入运行、调试

如果液压系统按要求安装完毕后，就可以开始投入运行，进行液压系统的调试。在调试前，液压油箱中要加入尽可能多的干净的液压油，同时要对泵、马达壳体、主系统管路等进行注油，主要是由于油的粘度大、管道长，油泵吸油管路中的空气排不出去，如果再加上调试下线时安装工人在30秒内将柴油机的速度从启动急升速到最高转速，补油泵的早期磨损不可避免。

在系统最初启动时，最好按下述的规程进行操作，以便最大限度的保护泵、马达等液压元件： (1) 在补油压力测压口安装适当量程的压力表，以便在启动调试过程中检测补油压力。 (2) 断开泵的输入控制信号（机械联杆，液控管路，电控插头等），以确保泵处在中位状态。 (3) 采取必要的方式卸掉系统载荷（架起主机使驱动轮离开地面，断开马达负载的联接，等等）。 (4) 以转速尽可能低的方式启动原动机，直至建立起补油压力。

(5) 补油压力建立起来之后，将原动机增至额定转速，检测补油压力数值，如果补油压力不符合要求，要立即关掉原动机，查明原因并予以解决；如补油压力正常，则关掉原动机，联接好泵的控制信号并重新起动原动机，检查泵的中位状态是否良好。

(6) 将原动机增至额定转速，向泵输入控制信号，使系统尽可能慢地投入工作并检查系统的正反向工作状况。（注：在典型的系统配置中，当系统脱离中立位置，处于正反向工作状态时，补油压力值将有少许降低。）

(7) 连续慢慢地让系统正反向交替工作至少五分钟。 (8) 关掉原动机，检查油箱油面，如有必要，加油至规定值。

(9) 如果油液中气泡较多，需等待气泡消失后，再次起动原动机，让系统正反向交替工作几分钟。然后再关掉原动机。如有必要，这个过程要反复进行多次，直至气泡完全消失。

(10) 检查所有的管路和接头，确保无渗漏和松动现象，确保油箱不会进水和其他杂质。

总之，只有对闭式液压系统的安装与调试按照正确的操作方法进行，才能充分的保护泵、马达等液压元件，使其发挥其最大功能，使主机的故障频率大大下降。

AGC系统设备构成

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智能AGC/AEC控制器

智能 AGC／AEC控制器主要是针对冷轧机和平整机开发的，目的是提高自动化控制的水平、性能和产品质量。我国目前有三百多套中小型轧机和平整机，有些设备己配有液压 AGC／AEC控制系统，有些设备则没有，还有待改造。目前常规 AGC／AEC控制系统存在许多问题，实际运行效果不够理想。为此，我们将人工智能技术和智能控制思想引入到AGC／AEC控制中，使控制系统具有智能化，以提高系统的控制精度。下面从二个方面论述人工智能运用到AGC控制的必要性（AEC控制同AGC控制具有相同的特性，可作为特例进行研究）。

1.带钢产生厚度不均的原因和解决方法

轧制带钢过程中，使厚度产生波动的原因比较复杂，从钢厂工艺流程上看，可以追述到板坯（粗轧坯或连铸坯）的生产。对于带钢轧制工艺本身，产生厚度不均的原因大致有以下几个方面因素：

（1）待轧原料因素是带坯厚度不均和硬度波动（含水印）无论是热轧还是冷轧，待轧材料及其硬度因种种原因会发生避免不了的波动。

（2）生产工艺因素是轧制润滑液润滑性能不稳定，造成摩擦力发生变化；依据弹跳方程，凡是影响轧制压力、原始辊缝和油膜厚度的因素都将对实际轧出厚度产生影响，具体表现在：

①温度变化的影响。温度变化对带钢厚度波动的影响实质就是轧件温度差对厚度波动的影响，温度波动主要是通过对金属变形抗力和摩擦系数的影响引起厚度差。

②张力变化的影响。张力是通过影响应力的状态改变金属变形抗力，从而引起厚度发生变化。 ③速度变化的影响。主要通过变形区域中摩擦系数与支承辊油膜厚度的变化影响带钢轧出厚度。

④辊缝变化的影响。轧制时轧机部件的热膨胀、轧辊磨损和轧辊偏心等使辊缝发生变化，直接影响成品厚度。

（3）轧制设备因素是轧辊偏心和加减过程中动态张力发生变化。

上述三方面因素反映到轧机上，使轧制过程中辊缝不断发生变化，带钢厚度也随之产生波动。

为了消除带钢厚度不均（控制在允许误差之内），人们利用厚度控制来克服或减轻各种干扰因素对成品厚度的影响。AGC系统自动调节辊一般有两种方法：

1）电动压下调节：通过直流电动机传动压下螺丝调节上轧辊。 2）液压压下（或液压推上）调节：由液压缸调节辊缝。

随着轧制速度和自动化程度的提高，为了更有效地控制带钢纵向厚度公差，提高成品带钢质量，液压压下已成为压下系统的发展方向。其主要优点：

1）惯性小、反应快、截止频率高，系统对外来干扰跟随性好，调节精度高。

2）由于系统响应快，因此对轧辊偏心引起的辊缝发生高频周期变化的干扰能进行有效清除。

3）可实现轧机刚度系数调节，可依据不同的轧制条件选择不同的刚度系数获得更高的成品质量。

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依据构成AGC系统两个基本环节即测量厚度偏差的方法和调节方式的不同，通常AGC可分为如下几种： 1）厚度AGC（h－A GC）亦称反馈AGC，利用测厚仪直接测量轧制后带钢厚度偏差δh，调节轧机辊缝。

2）压力AGC（P－A GC），利用压力p间接测量带钢厚度偏差调节轧机辊缝。

3）连轧AGC（σ－A GC），冷连轧机用张力σ间接测量带钢厚度偏差，调节轧机辊缝。

4）张力AGC（T－A GC），利用测厚仪直接测量厚度偏差δh，调节轧辊速度V改变张力设定值。 5）前馈或预控AGC（H－A GC），测量轧制前带钢厚度偏差δh，调节轧机辊缝。 6）各种补偿（如带钢头、尾补偿、油膜补偿、加减速补偿、轧辊偏心补偿）AGC等。

目前AGC控制模型主要有：变刚度控制模型（只对液压AGC系统）、张力控制模型、监控控制模型和质量流量控制模型等。在实际AGC系统中，一般同时使用多个控制模型，并通过调节压下量、轧制张力和轧制速度来实现带钢的厚度控制。

AGC控制模型中，有几个重要参数需要确定，即：轧辊偏心度、油股厚度、轧机弹性系数、带钢塑性系数、摩擦力系数、轧辊磨损、轧辊压扁和轧辊热膨胀系数。由于模型算法的复杂性，以往AGC控制系统对这些参数只能粗略给出，或作为一个综合系数通过参数自适应计算得出。粗略给定控制参数显然影响系统的控制精度，而作为综合系数的自适应算法不易真正建立（模型参数之间不是线性关系），综合系数自适应效果不明显，有时还会起反作用。 2.AGC控制系统的不确定性

这里所说的AGC控制系统的不确定性，不是指控制模型和控制算法的不确定，而是指系统控制参数的不确定。所谓系统控制参数的不确定，是指对于同样的轧制设备、工艺条件和控制系统，AGC控制参数的整定是不一样的，而且没有规律可循，这是因为带钢厚度受到液压伺服系统、自动控制系统、工艺的瞬时条件和原料的随机变化等几方面的共同影响。为了使AGC能正常运行，达到设计控制精度，就必须作为一个系统来考虑，而不仅仅是一个控制设备。这就要工程技术人员在生产现场对设备进行长期的摸索和控制系统的整走。

3.智能技术与AGC控制系统融合的必要性

智能技术是二十一世纪的技术，目前智能技术正在加速发展，而建立在传统工艺和自动化技术的钢铁工业正在经受考验，因而从某种意义上讲，传统技术正在限制钢铁工业向更高层次发展，随着计算机技术的进步和信息革命的出现，应用最新技术无论对企业管理人员和技术人员都成为最严重的挑战，二十一世纪是智能技术飞速发展的世纪，面对钢铁工业的严重形式，必须降低能耗，节约原材料，提高产品的科技含量，而智能技术的成功应用正是解决这种挑战的最成功方法。

由上面的分析可以看出，以往AGC系统存在一定的问题，要继续提高控制精度是比较困难的，而智能技术中模糊系统和神经元网络技术正是解决AGC系统控制精度和轧制过程不确定的最成功的技术。作为轧钢技术重要特征之一的AGC／AEC控制系统是保证成品质量的重要品质，正是由于现存的AGC／AEC控制器或多或少具有缺陷，因此有必要利用现存的智能技术对AGC／AEC系统进行再开发，设计出性能优良的AGC／AEC控制器。模糊系统可以提取现场工程师和专家的操作经验，由此确定AGC系统调节辊缝的准则，能够达到现场专家级的调节精度；而神经元网络技术可以建立数据驱动的知识体系，我们可以利用采样数据学习现场操作过程的不确定知识，校正模型及模型参数的精度。 4.AGC系统基本原理

1）AGC控制的工艺基础

AGC控制的目的是助于辊缝、张力、速度等可调参数，把轧制过程参数（如原料厚度、硬度、摩擦系数、变形抗力等）波动的影响消除，使其达到预定的目标厚度。而辊缝、张力等参数的调节又是以轧机的弹性曲线和轧件的塑性曲线及弹 - 塑曲线（P-H图）为依据的。 2）AGC调节方式

A.调节压下量。改变辊缝是AGC控制的主要方式，一般用来消除因轧制压力的波动而造成的厚度偏差。 B.调节张力。通过改变带钢的张力改变轧件变形抗力即塑性曲线斜率以实现厚度自动控制的目的。 C.调节轧制速度。轧制速度的变化将影响到张力、摩擦系数等的变化，即影响轧制压力变化。可通过调速改变轧制压力以实现厚度自动控制的目的。 3）AGC控制的基本原理

厚度控制的目的是使带钢的实际轧出厚度等于设定值，带钢AGC系统必须由计算机预先设定一个目标

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值与所测量的实际厚度进行比较，得到偏差信号δh，或者通过改变张力、压力等得到偏差信号δh ，再利用厚度自动控制装置或计算机功能程序改变压下位置或带钢张力或轧制速度，将带钢的实际轧出厚度控制在允许的范围内。

5.智能系统的构成及应用前景

目前已应用于钢铁工业的智能技术主要有： 1）专家系统（ES）

ES被认为是一种主要处理规则推理的人工智能工具，由于人们在生产过程中积累了大量经验，再加上专家的指导，有益于人们建立丰富的知识库来处理变化着的实际情况。专家系统在钢铁工业中已成功地应用于：故障诊断；生产调度；计划制定；优化问题和生产过程自适应控制等，专家系统主要缺点是知识不能无限获取。

2）模糊系统（FS）

FS能够对无法或难以建立数学模型的实际系统，充分利用实际操作者经验或专家知识完成无模型控制或预测。钢铁工业中不乏这样的例子，如精练炉炉温控制。FS技术已成功应用于：系统建摸；系统预测；模式识别；故障诊断；过程优化和动态过程控制；板坯连轧等。 3）ANN

ANN以其大规模并行算法及网络信息的分布存贮而著名，ANN不但可以建立生产过程数据驱动的实际模型，而且可以通过对历史数据的学习获得生产过程经验，从而使得网络具有很强的适应能力。ANN运作分为两个阶段，学习和推广，前者对实际过程进行学习，后者将网络应用于实际，正是由于ANN具有良好的鲁棒性，因而具·有很强的适应能力。目前，AAN技术已成功应用于：轧制力预报；精轧轧件的自然宽展；轧件变形抗力预报等。 4）遗传算法（GE）

GE主要解决优化问题，不但可解出优化过程的最忧解，而且可对算法结构进行优化，GE建立在自然进化法则的基础之上，算法原理与人进行最优决策思路相象，具有广阔的应用前景。目前GE主要应用领域：规划制定及与ANN、GE、ES混合使用，优化算法及结构，从而优化生产过程。 5）混合系统

混合智能技术为智能技术之间或模型技术与智能技术混合使用，达到优化生产过程目的。包括：数学模型十智能技术；统计模型十智能技术；AAN＋FS；GE＋FS；GE＋AAN；GE＋ES；AAN＋ES；FS＋ES等。

由AGC系统基本原理和智能系统的构成及应用前景可以看出，智能技术和 AGC系统的充分结合，不但具有可能性，而且具有现实的迫切性，利用智能技术可以解决轧制过程模型的不确定性和系统的不确定性，优化生产过程包括AGC工艺参数，调整AGC系统辊缝的压下量，事实上，国外一些大公司已经开始从事这方面工作，并已得到成功应用。

3）利用智能技术研制AGC／AEC系统的优点

结合智能技术和 AGC／AEC控制器特点，我们认为研制智能AGC／AEC控制器具有如下特点： A.精确确定控制模型参数

利用人工神经元网络，确定各模型参数对控制模型的影响程度，通过在现场进行一段时间的训练（神经元网络自学习）后，就可以给出精确的控制参数。 B.提高控制模型精度

利用ANN技术，通过一段时间历史数据的存贮，可以分析模型的精度，这样我们可以利用ANN技术对模型进行较正，同时也可以抵消生产过程的不确定信息，提高模型精度。 C.提高AGC／AEC系统的适应能力

采用智能技术研制AGC／AEC控制系统，由于智能技术中无论专家系统、神经元网络、模糊系统都具有比自适应系统更好的鲁棒性，更能适应变化着的实际情况，从而提高AGC／AEC控制器的适应能力。 D.良好的推广能力

好产品应具有良好的适应性，要求我们在智能AGC／AEC控制器开发过程中采用通用的开发准则，软件适应性尽量大，同时顾及实际情况，如神经元网络、专家系统、模糊系统均采用摸块化的目标驱动的层状结构，算法灵活，力求开发出具有良好适应性的产品。 E.缩短系统的调试时间

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现场的调试主要在于模型参数的摸索和系统的整定。利用智能技术，人们只需要粗略的给出参数对控制的影响程度，其余的工作由其自学习功能来完成，不断提高控制精度，从而减少了模型参数的摸索时间和系统的调试时间。

AGC液压系统说明

AGC液压系统主要为伺服压下油缸提供稳定、可靠的液压动力源，并通过电液伺服阀、压力传感器、位移传感器、测厚仪、电磁溢流阀等元件对伺服压下油缸进行运动、力及位移等参数的控制。

系统描述：该液压系统采用恒压变量泵和蓄能器组联合控制，电机泵组一用一备；在节约能源的同时又满足整个系统的响应，同时消除液压脉动，提高了系统的稳定性。在伺服压下油缸的回油腔设有中压回路，其压力值设为2-3Mpa，在保证系统失压后，伺服压下油缸迅速返回的同时，也通过压差保证了系统输出参数的准确、可靠。

系统准备：系统用过滤小车将46#抗磨液压油通过空气滤清器（4）注入油箱，其量为油箱总量的90%；然后启动循环冷却泵组进行循环过滤，同时将压力油口与回油口短接，2-3小时后，启动主电机泵组（两台交替使用）进行循环过滤，直到油样检测合格为止（NAS6级）。

系统压力调整：关闭球阀（31.1,31.2,31.3），调节溢流阀（25.1）将压力调至23Mpa，然后调节柱塞泵的拐点，将压力调至21Mpa，中压调整：打开球阀（31.2），同时关闭球阀（31.4,36.1）调节减压阀（34.1）将压力调至9Mpa；再调节溢流阀（25.2）将压力调至3Mpa；最后调节减压阀（34.2）将压力调至2Mpa；伺服压下油缸安全压力调整：打开球阀（31.3，31.4），同时关闭球阀（31.7,44.1，44.2）调节电磁溢流阀（42.1，42.2）将压力调至18Mpa；然后打开所有的球阀，即可进行压靠、位移等参数的调整。

系统工艺说明：当系统的液压油温度低于10℃时，启动电加热器（亦可手动启动）3-5min后，启动循环冷却泵组（连续工作）直到系统的液压油温度升至20℃时，电接点温度计工作，停止加热（亦可手动停止）；然后启动主电机泵组（连续工作），延时3-5秒后（电机星角转换结束）电磁换向阀（30）的电磁铁YV2得电，系统升压，压力正常后，系统开始工作；当系统压力降至电接点压力表下限时，系统报警并启动备用电机泵组（亦可手动启动），当系统压力突然升至电接点压力表上限时，系统报警；当系统需要伺服压下油缸迅速返回时，电磁溢流阀（42.1，42.2）得电；当系统温度高于55℃时，电接点温度计工作，打开电磁水阀，系统的液压油开始冷却，当系统的液压油温度低于35℃时，电接点温度计工作，关闭电磁水阀，冷却停止；当系统的液位低于液位控制继电器低点时，系统报警；当系统的液位低于液位控制继电器极低点时，系统报警并停止工作；当系统堵塞时，系统发讯器工作，系统报警（更换滤芯）。 注：第二次启动主电机泵组时，YV2要失电3-5min方可启动。

1. 辊缝控制。辊缝控制是AGC控制的基本内环，它与其他AGC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两个或两组传感器获取位置反馈信号，然后把这两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。

2. 压力控制。压力控制是AGC控制的第二个基本内环，它也需与其他AGC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AGC控制、轧机预压靠调零、轧机调试及故障诊断。

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AGC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。

4. 支承辊偏心补偿。在轧制0.1～0.2 mm以上带材，使用；辊缝控制时有效。采用快速傅立叶变换寻

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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。

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。厚度监控可以消除因热膨胀、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。

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。延时的时间决定于入口测厚仪至轧辊中心线的距离和轧材的线速度。 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。

8. 张力/速度AGC。张力AGC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AGC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如下（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

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