JP4988171B2 - 圧延機の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧延機の制御装置に関する。

一般に、圧延制御では、圧延状態を示す複数の物理状態を所定に保つように制御される。この物理状態としては、板厚及び張力が含まれる。板厚については、圧延後の板厚が目標板厚になるよう、圧延機の出側に板厚計を配置し、その出側板厚計の出力と目標板厚との偏差を求め、その偏差が零に近づくように圧延機の速度等の制御対象を制御する。同様に、張力については、目標張力になるよう、圧延機の入側に張力計を配置し、その張力計の出力と目標板厚との偏差を求め、その偏差が零に近づくように圧延機の速度等の制御対象を制御する。

いわゆる最終スタンドに摩擦係数の高いダルロールを用いたものについて、板厚と共に張力を所定の目標値に保つために圧延機の速度を制御することが特開平２−９２４１１号公報が記載されている。該従来技術では、最終スタンドの出側に板厚計を配置して、該板厚計の出力に基づいて最終スタンドから２つ前の圧延機の速度を制御している。一方、最終スタンドと１つ前の圧延機の間に張力計を配置して、該張力計の出力に基づいて最終スタンドから１つ前の圧延機の速度を制御している。

特開平２−９２４１１号公報

このように、圧延状態を示す複数の物理状態を所定に保つように制御するために、同じ制御対象を制御する場合、例えば、板厚を所定に保つために圧延機の速度を制御すると、張力が影響を受け、目標値から離れてしまうとの問題があった。特に、上記従来例では、干渉をなるべく小さくするために、板厚については最終スタンドの２つ前の圧延機の速度を制御し、張力については最終スタンドの１つ前の圧延機の速度を制御するなどのように、対象を分離して制御していた。そのために、計測器から対象圧延機までの距離が長くなり、制御遅れが回避できないという問題が生じていた。

本発明の目的は、上記問題を解消し、互いの制御の影響を低減し、さらには、制御遅れが回避可能な圧延機の制御装置及び制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明では、入力板厚値に基づいて所定の圧延機のモータ回転状態を制御する第１のモータ回転制御信号を出力し、入力板厚値に基づいて所定の圧延機よりも上流側の圧延機のモータ回転状態を制御する第２のモータ回転制御信号を出力し、入力板厚値を補正する補正値、入力板厚値に基づいて演算された値を補正する補正値、或いは、入力板厚値に演算を加えるための値を補正する補正値、を入力張力値に基づいて出力し、第２のモータ回転制御信号を出力について、入力板厚値及び補正値に基づいて第２のモータ回転制御信号を出力するように構成した。

あるいは、これに代えて、複数の物理状態のうち所定の物理状態を所定値に制御するよう複数の圧延機のうち所定の圧延機に第１の制御信号を出力し、所定の物理状態を異なる所定値に制御するよう所定の圧延機より上流或いは下流の圧延機に第２の制御信号を出力し、物理状態と異なる物理状態に基づいて第２の制御信号が補正されるようになすように構成した。

本発明によれば、例えば張力及び板厚を所定値に保つように制御する場合、互いの制御の影響を低減し、さらには、制御遅れが回避可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。本発明の概念を分かりやすく説明するために、まず参考例を説明し、つづいて基本的な考え方を説明する。

まず、参考例を説明する。最終スタンドに摩擦係数の高いダルロールを用いた冷間タンデム圧延機における板厚制御，張力制御は図２の様な構成となっている。各スタンド１Ａ（＃ｉスタンド）〜１Ｃ（＃ｉ−２スタンド）はワークロール３Ａ，３Ｂ，３Ｃ、バックアップロール２Ａ，２Ｂ，２Ｃからなっている。ｉスタンドからなるタンデム圧延機においては、圧延機がｉスタンド有る。各スタンドは、バックアップロール２（符号２Ａ，
２Ｂ，２Ｃと総称して符号２と記す）とワークロール３（符号３Ａ，３Ｂ，３Ｃを総称して符号３と記す）、および、ワークロール３の速度を制御するための電動機＋電動機制御装置５と圧延材にかける圧延荷重を制御するための圧下装置＋圧下制御装置４より構成される。最終スタンド（＃ｉスタンド１Ａが相当する）のワークロール３Ａが表面摩擦係数が高いダルロールを使用する場合、製品表面品質への影響および製品形状への影響が大であることから、＃ｉスタンド圧下を板厚制御，張力制御のために使用することが不可となる。図２における参考例では、＃ｉ−１〜＃ｉスタンド間張力制御部２０の制御出力先を＃ｉ−１スタンド速度とし、速度制御装置部５Ｂに対して制御出力を出している。また、出側板厚計１０を用いた出側板厚制御部２１の制御出力先としては、＃ｉ−２スタンド速度１Ｃとし、速度制御装置５Ｃに対して制御出力を出している。

ここで、無駄時間を説明する。出側板厚制御部２１における無駄時間は図３に示すようになる。＃ｉ−１スタンド速度５Ｂを操作した場合、板厚変化は＃ｉスタンド１Ａ直下にて発生するため、検出無駄時間は＃ｉスタンド１Ａ直下から出側板厚計１０までの板移送時間５１となる。一方、＃ｉ−２スタンド速度５Ｃを操作した場合、板厚変化は＃ｉ−１スタンド１Ｂ直下で発生するため、検出無駄時間は＃ｉ−１スタンド１Ｂ直下から出側板厚計１０までの板移送時間５２となる。

そのため、図２に示す参考例の場合、＃ｉ−２スタンド１Ｃ速度を用いて出側板厚制御部２１が制御を行うため、板移送による無駄時間が大きくなり、その分制御ゲインが低下する。

＃ｉ−１スタンド１Ｂ〜＃ｉスタンド１Ａ間に板厚計を設置したり、各スタンド出側に圧延材の板速度が検出可能な板速計等を設置することにより、＃ｉ−１スタンド１Ｂ出側板厚を直接測定またはマスフロー式を用いて推定することにより＃ｉ−１スタンド１Ｂの出側の板厚制御を行い制御応答を向上させることは可能であるが、検出器は高価であり、また検出器を保守する手間が増大する。

すなわち、本実施例における概念を説明すると、上記出側板厚制御２１の応答を向上させるために、＃ｉ−２スタンドに対する出側板厚制御の入力である出側板厚測定値に＃ｉ−１〜＃ｉスタンド間張力制御の出力を板厚設定値として与え、＃ｉ−１スタンドを制御出力先とする出側板厚制御と＃ｉ−２スタンドを制御出力先とする出側板厚制御をわざと干渉させ、＃ｉ−１〜＃ｉスタンド間張力を制御することにより、＃ｉ−１〜＃ｉスタンド間張力制御と出側板厚制御が干渉しないようにし、＃ｉ−１スタンドヘの制御出力を可能な限り使用する。そのため、新たな検出器を設置する必要無く、かつ出側板厚制御２１の応答を向上させることができる。また、出側板厚制御モデルにより出側板厚変化を予測して出側板厚制御への入力である出側板厚測定値を補正することにより出側板厚制御が制御応答を上げても安定となる。

したがって、タンデム圧延機スタンド間に板速計や板厚計等の特別な検出器を設置することなく圧延機出側の板厚精度の向上が可能となる。

次に、詳細について図１を用いて説明する。なお、図２に示す参考例と同じものは同一の符号を付し、説明を省略する。ｉスタンドのタンデム圧延機に対して、＃ｉ−１スタンド１Ｂの速度を制御出力対象とする出側板厚制御部２５Ｂと＃ｉ−２スタンド１Ｃの速度を制御出力対象とする出側板厚制御部２５Ｃの２つの制御系により出側板厚制御を実施する。また、＃ｉ−１〜＃ｉスタンド間張力制御については、制御出力端を＃ｉ−１スタンド１Ｂのロール速度とする張力制御部２６Ａおよび、出側板厚制御部２５Ｃへの出側板厚計１０の板厚測定結果に対する板厚補正量を制御出力端とする張力制御を張力制御部26Ｂにより実施する。

張力制御部２６Ａおよび張力制御部２６Ｂは、張力制御方法選択部２８により、どちらか一方または両方が動作する。出側板厚制御部２５Ｂおよび出側板厚制御部２５Ｃについては、出側板厚制御出力先選択部２９により、どちらか一方または両方が動作する。

また、出側板厚制御部２５Ｂおよび出側板厚制御部２５Ｃへの入力である出側板厚計
１０の板厚測定結果Ｈ_measureは、出側板厚予測演算部２７，演算結果により補正され、出側板厚制御で使用される。

図４に、張力制御方法選択部２８および出側板厚制御出力先選択部２９の切替方法の概略を示す。＃ｉ−１〜＃ｉスタンド間張力を、張力上上限，張力上限，張力上リセット値，張力下リセット値，張力下限，張力下下限でクラス分けし、張力制御部２６Ａおよび張力制御部２６Ｂの切替処理を行う。図４における時間ｔ₁から時間ｔ₂のように、張力実績Ｔ_measure が張力上限または張力下限を超えた場合は、張力制御方法選択部２８は、張力制御部２６Ａを動作させ（制御ゲインを０以上の通常のゲインとする）、一方、張力制御部２６Ｂの動作を停止させる（制御ゲインを０とする）。これによって張力制御部２６Ａは、張力計の出力である張力実績Ｔ_measureと目標張力値Ｔ_{ref i-1}との偏差を演算し、この偏差が小さくなるように＃ｉ−１スタンド１Ｂのモータ５Ｂを操作するための操作量
ΔＭ_26Aを演算し出力する。

同様に、図４における時間ｔ₁から時間ｔ₂で張力実績Ｔ_measure が張力上限または張力下限を超えた場合は、出側板厚制御出力先選択部２９は、出側板厚制御部２５Ｃを動作させ（制御ゲインを１.０ とする）、一方、出側板厚制御部２５を停止させる（制御ゲインを０とする）。これによって、出側板厚制御部２５Ｂからは出力される操作量ΔＭ_25B が０となるので、モータ５Ｂは、張力制御部２６Ａから出力される操作量ΔＭ_26A によって制御される。

すでに説明したように、張力実績Ｔ_measure 張力上限または張力下限を超えた場合には、張力制御部２６Ｂの出力が停止されるので、張力実績加算値Ｈ_Tはｔ₀になり、数値２Ｂとしては、板厚計の出力である板厚実績Ｈ_measure と出側板厚予測演算部２７の出力する予測補正値Ｈ_eとの加算値となる。そのため、出側板厚制御部２５Ｃは、予測補正値Ｈ_eに板厚実績Ｈ_measureを加算した数値（Ｈ_measure＋Ｈ_e）と目標出側板厚Ｈ_{ref i-2}との偏差を演算し、この偏差が小さくなるように、＃ｉ−２スタンド１Ｃのモータ５Ｃの操作量
ΔＭ_25Cを出力する。この操作量ΔＭ_25Cによってモータ５Ｃは制御される。

このように、張力制御部２６Ａにより＃ｉ−１スタンド速度を直接操作して張力を制御する。この場合、出側板厚制御部２５Ｂにより＃ｉスタンドに制御出力が出ていると張力制御部２６Ｂと干渉するので、出側板厚制御出力先選択部２９にて出側板厚制御部２５Ｂの制御ゲイン＝０とし、出側板厚制御部２５Ｂの制御出力をホールドし出側板厚制御の干渉を防止する。

張力制御部２６Ａにより張力実績が制御され、図４における時間ｔ₂から時間ｔ₃のように、張力実績Ｔ_measure が張力上限と張力上リセット値または張力下限と張力下リセット値の間に戻ったら、張力制御方法選択部２８は、張力制御部２６Ａは停止し（制御ゲインを０とする）、一方、張力制御部２６Ｂを動作させる（制御ゲインを１.０ にする）。ここで、出側板厚制御出力先選択２９は、出側板厚制御部２５Ｂのゲインが出側板厚制御部２５Ｃのゲインよりも相対的に小さくなるように、各々出側板厚制御部２５Ｂ及び出側板厚制御部２５Ｃを動作させる。これにより、出側板厚制御部２５Ｂは、出側板厚実績
Ｈ_measureと予測補正値Ｈ_eの加算値（Ｈ_measure＋Ｈ_e）と目標出側板厚値Ｈ_{ref i-1} の偏差を演算し、この偏差が小さくなるように、１.０ より小さいゲインをもって、＃ｉ−１スタンドの圧延機１Ｂのモータ５Ｂの操作量ΔＭ_25B を出力する。なお、前述のように、張力制御部２６Ａの出力する操作量は０であるので、操作量ΔＭ_26B がそのままモータ
５Ｂに付加される。

同時に、図４における時間ｔ₂から時間ｔ₃で張力実績Ｔ_measure が張力上限値と張力上リセット値の間あるいは張力下限値と張力下リセット値の間となった場合、張力制御方法選択部２８は張力制御部２６Ｂを動作させる（制御ゲイン１.０ ）。張力制御部２６Ｂは張力実績Ｔ_measureと目標張力値Ｔ_{ref i-2}の偏差を演算し、この偏差が小さくなるように板厚補正値Ｈ_T を演算し出力する。したがって、板厚加算値Ｈ_T ，予測補正値Ｈ_e 及び板厚実績Ｈ_measureの総和（Ｈ_T＋Ｈ_e＋Ｈ_measure）が、出側板厚制御出力先選択部２９によって、出側板厚制御部２５Ｃに出力される。出側板厚制御部２５Ｃは板厚実績が補正された値（Ｈ_T＋Ｈ_e＋Ｈ_measure）と目標出側板厚値Ｈ_{ref i-2}の偏差を演算し、この偏差が小さくなるように、操作量ΔＭ_25Cを演算し出力する。なお、板厚補正値Ｈ_eは、板厚実績
Ｈ_measure を補正する値として説明したが、上記と同様な機能を有していれば、例えば、目標出側板厚値Ｈ_{ref i-2} を補正するための補正値としても良いし、また、目標出側板厚値Ｈ_{ref i-2}との偏差を補正するための補正値としても良い。

このように、張力制御部２６Ｂにおいては、出側板厚制御部２５Ｃへの出側板厚計１０の出側板厚測定結果に補正を加えるが、それが張力制御部２Ｂ出力となり、張力制御２Ｂ出力としては出側板厚測定値への補正量となる。張力実績が設定より高めの場合、張力制御２Ｂ出力はマイナス側となるが、出側板厚制御部２５Ｃとしては出側板厚実績が薄め
（偏差がマイナス側）と認識し、出側板厚計１０の検出値がプラス側になり出側板厚制御部２５Ｃの入力が０となるよう制御する。その結果として、出側板厚計１０での検出結果が厚めとなるので、出側板厚制御部２５Ｂは＃ｉ−１スタンド１Ｂの速度を上昇させる方向に動作し、結果として張力実績が減少し目標張力に向かう。

張力実績Ｔ_measureが張力上リセット値より小さくなると（あるいは張力実績Ｔ_measureが張力下リセット値より大きくなると）、張力制御部２６Ｂの出力Ｈ_T は０となるため、出側板厚制御部２５Ｃは出側板厚計１０測定値に対してオフセット誤差を出さなくなり、出側板厚制御部２５Ｂに対する入力と一致する。

ここで、張力制御部２６Ｂ出力分だけ出側板厚計１０による出側板厚はオフセット誤差を持つことになるが、これについては、製品品質上問題無いレベルの補正量とする。例えば、板厚精度として５μｍの精度が必要な場合、０.５μｍ 程度の補正量とすれば、製品品質上の問題は発生しない。

出側板厚計１０での出側板厚測定値が変動し、それを除去するために出側板厚制御部
２５Ｂが動作した場合、＃ｉ−１スタンド１Ｂの速度が変化し、＃ｉ−１〜＃ｉスタンド間張力が変化する。その＃ｉ−１〜＃ｉスタンド間張力変動については、＃ｉ−１スタンド速度により制御するしかなく、出側板厚制御２５Ｂと＃ｉ−１〜＃ｉスタンド間張力制御が干渉しないように、＃ｉ−１〜＃ｉスタンド間張力が変動した場合、出側板厚制御部
２５Ｃの目標とする板厚設定を変更することにより、＃ｉ−１スタンド出側板厚を変化させ、結果として＃ｉ−１〜＃ｉスタンド間張力を制御することで出側板厚制御部２５Ｂと＃ｉ−１〜＃ｉスタンド間張力制御の干渉を防止することが可能である。

図５に出側板厚予測演算部２７の詳細を示す。出側板厚制御部においては、板厚が変化する＃ｉ−１スタンド１Ｂまたは＃ｉスタンド１Ａから出側板厚計１０までの板移送時間が必要で、板厚検出が遅れるため積分制御ゲインが大きくできない問題がある。そこで、出側板厚制御出力から出側板厚変化量を予測演算して出側板厚計１０での測定結果から除去することにより、出側板厚制御の制御ゲインを大きくすることを可能とさせる。

出側板厚制御部２５Ｂおよび２５Ｃの制御出力（ΔＭ_25B，ΔＭ_25C、正確にはこれらを積算してかえられるモータ回転数指令値）から板厚変化予測部３０Ｂおよび３０Ｃにて板厚変化量を予測する。この予測に基づいて予測補正値Ｈ_e を演算する。この場合、速度と板厚の間にはマスフロー一定則が成り立つことより、マスフロー式を用いて出側板厚変化を予測する。この予測値を出側板厚計１０の測定結果に加算することにより、制御による板厚変動分が出側板厚計１０に到達以前であっても、出側板厚予測値としては出側板厚制御による板厚修正分を考慮可能であるので、出側板厚制御ゲインを大きく取ることが可能となる。ただし、出側板厚制御により制御された板厚が出側板厚計１０で測定可能な状態となると、制御による板厚変動分を考慮する必要は無くなるので板厚変動分予測値を減算していく必要がある。そのため、板厚移送３１Ｂおよび３１Ｃを設けその出力を板厚変化予測部３０Ｂおよび３０Ｃより減算している。

図６に出側板厚予測演算部２７の動作説明図を示す。出側板厚計１０での測定板厚がステップ状に変化した場合、出側板厚制御による制御出力から板厚変化予測部３０Ｂにより出側板厚変化を予測し補正することにより出側板厚予測値（出側板厚制御入力）が得られる。制御による補正を受けた板厚が出側板厚計１０に到達すると、その分測定板厚が減少し、出側板厚予測値も減少してしまう。それを防止するのが、板厚移送３１Ｂの出力である。板厚移送部３１Ｂの出力分を考慮すると、出側板厚予測値は、図６の太点線のようになり、板厚制御出力による板厚変動分補正を相殺することが可能となる。

出側板厚予測演算部２７の出力を用いて出側板厚計１０での出側板厚測定値を補正して出側板厚制御部２５Ｂおよび２５Ｃで用いることにより、無駄時間による積分制御出力の出力超過を防止することが可能となるため出側板厚制御部２５Ｂおよび２５Ｃの積分制御ゲインを大きくすることができ、制御応答を高めることができる。

このように、出側板厚制御の制御応答を大幅に高め、板厚精度の向上をはかることが可能となる。また、この方法を用いる場合、マスフロー板厚制御適用時に必要となるようなスタンド間板速計等特別な検出器は不要である。

全体装置及び出側板厚制御部等の詳細図。 本実施例の考え方を比較説明するための参考例。 出側板厚制御における検出無駄時間の説明図。 張力制御および板厚制御切替を示す詳細図。 出側板厚予測の詳細を示す図。 出側板厚予測の説明図。

符号の説明

２５Ｂ，２５Ｃ…出側板厚制御部、２６Ａ，２６Ｂ…張力制御部、２７…出側板厚予測演算部、２８…張力制御方法選択部、２９…出側板厚制御出力先選択部。

Claims (1)

1. 圧延材の張力値及び板厚値を入力する手段と、
   前記入力板厚値に基づいて所定の圧延機のモータ回転状態を制御する第１のモータ回転制御信号を出力する第１の板厚制御手段と、前記入力板厚値に基づいて前記所定の圧延機よりも上流側の圧延機のモータ回転状態を制御する第２のモータ回転制御信号を出力する第２の板厚制御手段と、前記入力張力値に基づいて前記第１の板厚制御手段と前記第２の板厚制御手段のいずれか一方又は両方を動作させる出側板厚制御出力先選択手段と、
   前記入力張力値に基づいて前記所定の圧延機のモータ回転状態を制御する第３のモータ回転制御信号を出力する第１の張力制御手段と、前記上流側の圧延機のモータ回転状態を制御するための前記入力板厚値を補正する補正値を前記入力張力値に基づいて出力する第２の張力制御手段と、前記入力張力値に基づいて前記第１の張力制御手段と前記第２の張力制御手段のいずれか一方を動作させる張力制御方法選択手段とを有し、
   前記張力値が張力上限値又は張力下限値を超えた場合に、前記出側板厚制御出力先選択手段は前記第１の板厚制御手段を停止させるとともに前記第２の板厚制御手段を動作させて前記第２のモータ回転制御信号を出力させ、前記張力制御方法選択手段は前記第１の張力制御手段を動作させて前記第３のモータ回転制御信号を出力させ、
   前記張力値が前記張力上限値と前記張力下限値の間の場合に、前記出側板厚制御出力先選択手段は前記第１の板厚制御手段を動作させて前記第１のモータ回転制御信号を出力させるとともに前記第２の板厚制御手段を前記張力値が前記張力上限値又は前記張力下限値を超えた場合よりも制御ゲインを下げて動作させて前記第２のモータ回転制御信号を出力させ、前記張力制御方法選択手段は前記第２の張力制御制御手段を動作させて前記補正値を出力させるように構成されることを特徴とする圧延機の制御装置。

Images