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摘 要：简要介绍了邯钢2250热连轧线厚度控制系统的原理及控制模式。重点从辊缝设定模型、自动厚度控制模型和厚度控制功能优化三个方面对热连轧厚度控制系统进行了分析介绍，对优化厚度控制有一定的参考价值。
关键词：热连轧；厚度控制；数学模型；模型自适应
【中国分类号】：TG333.13 文獻标志码： A 文章编号：1009-914X（2013）30-0332-01
邯钢2250mm热轧线采用了国内外先进、成熟、可靠、实用的新工艺、新技术和新装备，是具有当代国际先进水平的热轧厂。其二级控制系统由TEMIC公司提供，其中了包含了RSU、FSU、CTC等多个控制模块，其中厚度设定及控制系统是FSU的核心功能之一，其设定计算及控制精度直接影响着轧制的稳定性和产品的实物质量。
1 生产线介绍
邯钢2250mm热连轧机组的工艺布置如图1所示，产品厚度1.2～25.4mm，宽度800～2130mm，钢卷内径762mm，钢卷外径最大2150mm，卷重最大40吨。采用厚度230、250mm，宽度范围900～2150mm的连铸坯。
2 辊缝设定模型
辊缝设定计算需要考虑带钢的出口厚度、轧制力对弹跳的影响、工作辊及支承辊的热膨胀与磨损、油膜轴承对辊缝的影响以及根据实际的厚度所计算的辊缝修正量。
2.1 辊缝计算公式
在辊缝设定计算中考虑了出口厚度、轧机刚度、油膜厚度、辊热凸度以及其它一些影响因素，辊缝设定值可由以下数学模型计算获得：
SSET= SZ + S0 + SOIL + SB + SWRS ？ SRW + SRH + SZSET + ZBS （1）
SZ = Sm0 ？ SOIL0 （2）
S0 = h ？ Sm （3）
式中：SSET为辊缝设定值，mm；SZ为轧机零调时的辊缝值，mm；S0为实际辊缝值，mm；SOIL为摩根油膜厚度偏差，mm；SB为弯辊力所引起的弹跳，mm；SWRS为工作辊窜辊补偿量，mm；SRW为工作辊磨损补偿量，mm；SRH为工作辊热膨胀补偿量，mm；SZSET为零调时辊缝指示值，mm；ZBS为带钢之间的学习修正量，mm；h为出口厚度，mm；Sm0为零调时轧机弹跳，mm；Sm为轧制时轧机弹跳，mm。
2.2 辊缝模型关键量的确定
1）轧机弹跳Sm
设定为一个 5 次多项式。具体需要根据轧机的压靠曲线确定。
2）油膜厚度SOIL
SOIL = SV（NB）？KP（P）？GOIL
SV ：基准轧制力情况下的油膜厚度[mm]；NB ：支承辊速度[rpm]；KP ：轧制力补偿系数[ - ]；GOIL：调整系数 [ - ]
3）弯辊力补偿量SB
它与弯辊力导致的辊缝偏差、平衡弯辊力、弯辊力、弯辊力补偿系数、修正系数、窜辊对弯辊力的影响系数、支承辊的辊身长度、工作辊的窜辊量有关。
4） 热膨胀补偿量SRH
在L1中采用一阶滞后系统补偿轧辊的热膨胀。对于任何一块带钢，其初始设定值中考虑了轧辊的热膨胀的影响量，因此要求L2中对于轧制过程以及停轧时的热膨胀量进行动态计算。时间与轧辊热膨胀的关系如图2。
5）辊缝模型的修正计算ZBS
辊缝模型通过板带厚度实测值进行修正计算，用以补偿轧辊热膨胀、磨损等一些缓慢变化的干扰量。带钢在精轧机出口的厚度通过测厚仪获得，在各机架出口的速度通过轧辊的圆周速度以及轧制力模型计算的前滑系数得到，再通过秒流量相等原理获得带钢在各机架出口的厚度。
3 自动厚度控制（AGC）
2250mm 热轧的厚度自动控制有以下控制方式和功能：厚度计AGC、轧机刚度控制 MMC、监控AGC，在厚度优化控制方面，考虑了负荷再分配控制、辊缝补偿和带钢尾端补偿。
3.1 厚度计AGC
该控制方式以弹跳方程为基础。在轧制过程中，任何时刻的轧制压力 P和空载辊缝S0 都可以检测到，利用弹跳方程 h=s0+p/km 计算出任何时刻的实际轧出厚度 h。根据轧机弹跳测得的厚度和厚度偏差信号进行厚度自动控制的系统称为厚度计AGC。
3.2 轧机刚度控制（MMC）
因来料的温度或厚度发生变化时，轧制力发生了变化△P，由此压力差所引起的弹跳量为△h = △P/Km。为消除此厚度偏差，可以通过调节液压缸的流量来控制轧辊位置，补偿轧机弹跳变化量，此时液压缸所产生的轧辊位置修正量△S，应与此弹跳变化量成正比，方向相反，即为：△S=-C*△P/Km。所谓轧机刚度可变控制，实质就是改变轧辊位置补偿系数 C来实现厚度自动控制。
3.3 监控AGC（M-AGC）
带钢从轧机轧出之后，通过测厚仪表测出带钢实际厚度与要求的轧制目标厚度相比较，得到厚度偏差，将该偏差反馈给厚度自动控制装置，变化为辊缝调节的控制信号，通过执行机构调节，消除厚度偏差，称为监控 AGC。
4 厚度自动控制功能优化
4.1 负荷再分配控制功能
控制思路为比较轧机的负荷分配实际和初始的设定值，计算所需的压下修正量来消除误差。负荷再分配的调节过程缓慢以防止活套不稳定，其动作主要是打开辊缝，如果后段机架的轧制力与前段相比很小，则前段机架的辊缝适当打开以增加后段机架的负荷。
4.2 辊缝补偿
AGC 辊缝补偿同时考虑轧机弹跳计算、支撑辊轴承油膜补偿、弯辊力补偿、工作辊窜辊位置补偿、热膨胀补偿、轧辊偏心补偿等因素。热轧 L2 对带钢头部的空载辊缝的精确设定是保证获得头部厚度精度的必要模型，由于模型难以精确考虑各种细微因素的影响，因此在设定模型中引入辊缝修正量，通过比较设定辊缝与实测辊缝，确定相应的修正量。
4.3 带钢尾端补偿功能
其控制思路是对于厚板尾部辊缝减小用于控制尾部厚度，对于极薄规格为了防止尾部轧破和甩尾，尾部辊缝打开。
5 结 语
厚度控制系统在热轧控制里是非常复杂和重要的环节，除涉及到模型设定精度、AGC控制水平外，设备状态、轧制带钢品种、计划编排以及操作水平等对厚度控制均有影响，要做好厚度控制，必须深入了解控制模型原理及控制方式，结合实际不断优化，才能保证厚度控制精度。
关键词：热连轧；厚度控制；数学模型；模型自适应
【中国分类号】：TG333.13 文獻标志码： A 文章编号：1009-914X（2013）30-0332-01
邯钢2250mm热轧线采用了国内外先进、成熟、可靠、实用的新工艺、新技术和新装备，是具有当代国际先进水平的热轧厂。其二级控制系统由TEMIC公司提供，其中了包含了RSU、FSU、CTC等多个控制模块，其中厚度设定及控制系统是FSU的核心功能之一，其设定计算及控制精度直接影响着轧制的稳定性和产品的实物质量。
1 生产线介绍
邯钢2250mm热连轧机组的工艺布置如图1所示，产品厚度1.2～25.4mm，宽度800～2130mm，钢卷内径762mm，钢卷外径最大2150mm，卷重最大40吨。采用厚度230、250mm，宽度范围900～2150mm的连铸坯。
2 辊缝设定模型
辊缝设定计算需要考虑带钢的出口厚度、轧制力对弹跳的影响、工作辊及支承辊的热膨胀与磨损、油膜轴承对辊缝的影响以及根据实际的厚度所计算的辊缝修正量。
2.1 辊缝计算公式
在辊缝设定计算中考虑了出口厚度、轧机刚度、油膜厚度、辊热凸度以及其它一些影响因素，辊缝设定值可由以下数学模型计算获得：
SSET= SZ + S0 + SOIL + SB + SWRS ？ SRW + SRH + SZSET + ZBS （1）
SZ = Sm0 ？ SOIL0 （2）
S0 = h ？ Sm （3）
式中：SSET为辊缝设定值，mm；SZ为轧机零调时的辊缝值，mm；S0为实际辊缝值，mm；SOIL为摩根油膜厚度偏差，mm；SB为弯辊力所引起的弹跳，mm；SWRS为工作辊窜辊补偿量，mm；SRW为工作辊磨损补偿量，mm；SRH为工作辊热膨胀补偿量，mm；SZSET为零调时辊缝指示值，mm；ZBS为带钢之间的学习修正量，mm；h为出口厚度，mm；Sm0为零调时轧机弹跳，mm；Sm为轧制时轧机弹跳，mm。
2.2 辊缝模型关键量的确定
1）轧机弹跳Sm
设定为一个 5 次多项式。具体需要根据轧机的压靠曲线确定。
2）油膜厚度SOIL
SOIL = SV（NB）？KP（P）？GOIL
SV ：基准轧制力情况下的油膜厚度[mm]；NB ：支承辊速度[rpm]；KP ：轧制力补偿系数[ - ]；GOIL：调整系数 [ - ]
3）弯辊力补偿量SB
它与弯辊力导致的辊缝偏差、平衡弯辊力、弯辊力、弯辊力补偿系数、修正系数、窜辊对弯辊力的影响系数、支承辊的辊身长度、工作辊的窜辊量有关。
4） 热膨胀补偿量SRH
在L1中采用一阶滞后系统补偿轧辊的热膨胀。对于任何一块带钢，其初始设定值中考虑了轧辊的热膨胀的影响量，因此要求L2中对于轧制过程以及停轧时的热膨胀量进行动态计算。时间与轧辊热膨胀的关系如图2。
5）辊缝模型的修正计算ZBS
辊缝模型通过板带厚度实测值进行修正计算，用以补偿轧辊热膨胀、磨损等一些缓慢变化的干扰量。带钢在精轧机出口的厚度通过测厚仪获得，在各机架出口的速度通过轧辊的圆周速度以及轧制力模型计算的前滑系数得到，再通过秒流量相等原理获得带钢在各机架出口的厚度。
3 自动厚度控制（AGC）
2250mm 热轧的厚度自动控制有以下控制方式和功能：厚度计AGC、轧机刚度控制 MMC、监控AGC，在厚度优化控制方面，考虑了负荷再分配控制、辊缝补偿和带钢尾端补偿。
3.1 厚度计AGC
该控制方式以弹跳方程为基础。在轧制过程中，任何时刻的轧制压力 P和空载辊缝S0 都可以检测到，利用弹跳方程 h=s0+p/km 计算出任何时刻的实际轧出厚度 h。根据轧机弹跳测得的厚度和厚度偏差信号进行厚度自动控制的系统称为厚度计AGC。
3.2 轧机刚度控制（MMC）
因来料的温度或厚度发生变化时，轧制力发生了变化△P，由此压力差所引起的弹跳量为△h = △P/Km。为消除此厚度偏差，可以通过调节液压缸的流量来控制轧辊位置，补偿轧机弹跳变化量，此时液压缸所产生的轧辊位置修正量△S，应与此弹跳变化量成正比，方向相反，即为：△S=-C*△P/Km。所谓轧机刚度可变控制，实质就是改变轧辊位置补偿系数 C来实现厚度自动控制。
3.3 监控AGC（M-AGC）
带钢从轧机轧出之后，通过测厚仪表测出带钢实际厚度与要求的轧制目标厚度相比较，得到厚度偏差，将该偏差反馈给厚度自动控制装置，变化为辊缝调节的控制信号，通过执行机构调节，消除厚度偏差，称为监控 AGC。
4 厚度自动控制功能优化
4.1 负荷再分配控制功能
控制思路为比较轧机的负荷分配实际和初始的设定值，计算所需的压下修正量来消除误差。负荷再分配的调节过程缓慢以防止活套不稳定，其动作主要是打开辊缝，如果后段机架的轧制力与前段相比很小，则前段机架的辊缝适当打开以增加后段机架的负荷。
4.2 辊缝补偿
AGC 辊缝补偿同时考虑轧机弹跳计算、支撑辊轴承油膜补偿、弯辊力补偿、工作辊窜辊位置补偿、热膨胀补偿、轧辊偏心补偿等因素。热轧 L2 对带钢头部的空载辊缝的精确设定是保证获得头部厚度精度的必要模型，由于模型难以精确考虑各种细微因素的影响，因此在设定模型中引入辊缝修正量，通过比较设定辊缝与实测辊缝，确定相应的修正量。
4.3 带钢尾端补偿功能
其控制思路是对于厚板尾部辊缝减小用于控制尾部厚度，对于极薄规格为了防止尾部轧破和甩尾，尾部辊缝打开。
5 结 语
厚度控制系统在热轧控制里是非常复杂和重要的环节，除涉及到模型设定精度、AGC控制水平外，设备状态、轧制带钢品种、计划编排以及操作水平等对厚度控制均有影响，要做好厚度控制，必须深入了解控制模型原理及控制方式，结合实际不断优化，才能保证厚度控制精度。