1.金属秒流量AGC（Mass Flow AGC）的技术背景

厚度反馈控制(即辊缝监控AGC)是厚度自动控制(AGC)系统的基本控制方式，其原理是采用带材出口侧的测厚仪作为检测仪器，测量带材的实际厚度偏差，反馈到AGC系统，通过AGC系统的PI调节器调节压下液压缸的位置或压力，亦或调节开卷张力或轧制速度，以达到消除厚度偏差的目的。但是厚度反馈控制有一个难以解决的问题，即测厚仪安装位置天距辊缝有一定距离，故不能实时测量辊缝处的带材厚度，当辊缝处的带材到达测厚仪时已经滞后了一段时间，也就是说，在反馈通道中有一个纯滞后环节，纯滞后环节的存在严重影响系统的稳定性。为了保证系统稳定，就必须降低控制器的增益，这样就降低了系统的响应速度。这就是为什么单纯采用辊缝监控方式的厚控系统只能消除缓慢变化的厚差，而对于快速波动的厚差难以消除的原因。

因此，在轧机入、出口侧均安装了测厚仪的轧机上，可以使用入口侧的测厚仪预先测量来料的厚度，然后当测量点的带材到达辊缝时及时地调节辊缝，消除带材的厚差，这就是增加了辊缝前馈AGC环节。基于这种思想的两种控制方式为“预控（前馈）+反馈”控制方式。预控方式是单纯考虑了来料厚差对出口厚差的影响，以消除出口厚差为目的的控制方式。但带材厚差的产生不仅有来料厚度的波动因素，还有来料塑性系数的变化、轧辊偏心、张力波动及速度的改变等诸多因素。

2. 秒流量AGC的控制原理。新发展的秒流量控制方式利用了带材在轧制前后流量不变的原理，不管是什么原因造成的出口厚度波动均会反映到入、出口速度的变化上。因此，只要能够精确测量带材入、出口速度及入口厚度，即可得到辊缝出口处的带材厚度，这样可通过闭环控制快速消除来料厚度变化、来料塑性系数的变化、轧辊偏心、张力波动以及升降速等因素造成的厚度波动。
    所谓秒流量控制，即利用金属在轧制前后体积不变的原理来计算带材出口厚度、并加以控制的方法。根据轧制前后秒流量相等原则，并忽略宽展，可以得到下式：

V_i×H=V_out×h                                    (1)

式中 ：V_i—入口带材速度，m／s；
           H—入口带材厚度，m；
          V_out—出口带材速度，m／s；
           h—出口带材厚度，m。
    出口厚差：

     △h=h—h^*= V_i/V_out×(H^*+△H)-h^*              (2)

式中：△h—出口带材厚差，m；
h—出口带材厚度，m；

h^*—出口设定厚度，m；
           H^*—入口设定厚度，m；
          △H—入口带材厚差，m。

式(2)中，△h是间接测量计算出的厚差，与出口测厚仪直接测量的厚差信号相比，没有了纯滞后，可大幅度提高控制系统的快速性及稳定性。为消除这个厚差，需要移动油缸位置△S(油缸活塞伸出方向为正)。根据轧机的弹塑方程，有：

         △S=(M+Q)/M×△h                          (3)

式中：M—轧机刚度，N/m；
Q—轧件塑性系数，N/m。

将式(3)中的△S作为PI调节器的输入，通过调节液压缸的活塞位置，实现消除厚差的目的。

国外为了精确测量带材的出入口速度，常采用激光测速的方法。激光测速的优点是精度非常高、可进行连续测量、不存在打滑现象，但激光测速装置价格十分昂贵，目前实际应用还比较少。国内常采用的是安装在轧机两侧导向辊上的光电编码器来测量带材出入口速度。光电编码器测量带材的出入口速度是通过计算每测速区段内光电编码器输出脉冲的个数就能反映当前导向辊的转速及带材的运行速度，一般情况下为了及时进行厚度控制，测量速度的区段应很小(一般在50~80mm)。

对于采用激光测速的轧制生产线，要实现秒流量控制需要在轧机入口、出口侧各安装一台激光测速仪，在入口侧安装一台测厚仪。入口测厚仪距离辊缝有一段距离，测量点的厚差信号要延迟一段时间才能到达辊缝，故需要在计算机控制系统的PLC中设置一个移位寄存器。方法是在PLC中设置一n个单元的先入先出(F_IF_O)队列，从测厚仪到辊缝之间的距离为L，队列中每个单元代表L/n的入口带长。在入口激光测速仪测速的同时，计算走过的带长，每走过L/n带长时，把新采集的厚差信号放入队列尾部，同时把队列头部数据取出，带入式(2)中，计算出口厚差。

3. 激光多普勒测速仪的原理及构造

激光多普勒测速仪基于光的多普勒效应和干涉现象为理论依据，运用多种光学和电气元件而制成，其精度<0.05％，属于非接触性在线精密仪器。

（1）光的多普勒效应。光的多普勒效应是指用光照射运动着的物体，反射光的频率随物体运动速度而改变的现象。

（2）光的干涉现象。光的干涉现象是指两束(或有限束)相干光在空间相遇而叠加，使光场中产生明、暗稳定的光强分布。

（3）激光测量头构造。激光测量头构造如图l所示，主要包括：①激光二极管—发射一定频率的激光；②检波器—检测反射激光的频率；③聚光镜—将反射激光聚集到检波器上；④分光棱镜—将激光二极管发射出来的激光以一定角度分成两束相同的激光；④测量区域—两束激光的焦点。
    激光二极管以一定角度(k)发射一束固定波长(λ)、一定频率的激光波，经过分光棱镜产生两束相同的激光波，由于光的干涉现象的存在，在被测物体表面会形成明暗稳定的光强分布，同时由于光的多普勒效应，当被测物体移动时，随着速度的改变，反射回来激光波的频率发生了变化，被激光测量头内部的检波器测量出来，频率为(f)，再通过数学运算，就可以得出被测物体移动时的速度，经积分运算，还可以得出被测物体的长度。

4. 激光多普勒测速仪在冷连轧中的配置和应用

      （1）激光多普勒测速仪在冷连轧中的配置。国内某冷轧厂引进三菱-日立设备，机组采用先进的酸洗-轧机联合(PL-TCM)工艺。主轧机为5架6辊UCM轧机，配有一套激光多普勒测速系统。该测速系统包含4套激光测量头(分别位于2#、3#、4#机架之前，5#机架之后)，4套I/O模块(信号处理电气柜内)，1套水冷设备(1个水冷柜，3个阀台)，4套报警指示灯。

 多普勒测速系统在运行过程中，激光测量头会产生大量的热，如果测量头温度太高，会影响测量精度，所以KANOMAX公司设计引入一套带有冷凝泵的水冷系统，使用工业电解水循环制冷，让测量头在适宜的温度下工作。
        在轧制过程中，由于钢带表面存在残留乳化液，当激光发射出来后，照射在了钢带上乳化液的表面而不是钢带表面，这样测量到的速度就会有误差且不稳定。为解决这一问题，技术人员在激光照射的正下方区域引入两路2～3MPa的压缩空气吹扫，这样钢带表面的乳化液就会被压缩空气吹扫吹走，使激光能照射到钢带表面，保证测速仪所测量到的有效值。
      （2）激光多普勒测速仪在轧制中的应用。在轧机轧制钢带过程中，激光测量头测量到钢带运动的实时速度，然后传输到测速系统电气柜。电气柜内的I/O模块处理转换信号后，由柜内与PLC的通讯接口单元将数据传输给轧机PLC，轧机PLC依据此反馈值进行自动化控制。

       钢带运动的实时速度值在连轧机自动控制体系中主要影响的是各机架的秒流量(Volume in=Volume out)，由于钢带处在高张力状态下，所以它的宽度变化非常微小，可以忽略不计，轧机PLC通过每个机架前后钢带的实时速度值控制各自机架的秒流量(秒流量分配)，当速度改变时，秒流量随之改变，同时AGC控制中的厚度也会受到影响随之改变。