KR19990053877A - 쌍롤형 박판제조 장치에서의 박판두께 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 롤의 편심 및 롤센터 움직임에 의해서 유발되는 박판 두께의 편차를 예측보상함으로써 제조되는 박판의 두께를 일정하게 할 수 있어 품질향상효과를 가져오는 쌍롤형 박판제조장치에서 박판두께 제어방법에 관한 것으로, 고정롤과 수평이동가능한 롤의 저널의 움직임(Gj(θ))과 롤 배럴 움직임(Gg(θ+π))을 측정하여, 저널의 움직임Gj(θ)과 롤배럴움직임Gg(θ+π)의 관계, Gg(θ+π)=E(θ+π)+Gj(θ)(여기에서, E(θ+π)는 롤편심에 의하여 나타나는 롤배럴의 움직임이다)로부터 E(θ+π)를 산출하고, 상기 E(θ+π)와 180。의 위상차를 갖는 롤닙에서의 편심에 의한 움직임E(θ)를 구하여 상기 롤닙의 편심에 의한 움직임(E(θ))과 저널의 움직임(Gj(θ))의 합으로 나타나는 롤닙의 움직임을 예측하는 것에 의해 고정롤에서의 롤닙의 움직임M_fcr(θ)과 이동가능한 롤에서의 롤닙의 움직임M_mcr(θ)을 예측하고, 상기 예측된 롤닙의 움직임의 차M_fcr(θ)-M_mcr(θ)로부터 롤닙 갭의 변화량(M_diff(θ+π))을 산출하고, 상기 산출된 롤닙 갭의 변화량M_diff(θ+π)을 감소시키는 방향으로 박판두께를 제어하는 단계로 이루어진다.

Description

쌍롤형 박판제조 장치에서의 박판 두께 제어 방법

본 발명은 용탕으로부터 직접 박판을 주조하는 쌍롤형 박판 제조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 박판주조중 롤갭을 설정된 값으로 일정하게 제어하면서 롤 편심 및 롤의 센터 움직임에 의한 두께편차를 예측하여 보상하는 쌍롤형 박판제조장치에서의 박판 두께 제어 방법에 관한 것이다.

쌍롤형 박판제조장치는 도1에 도시한 바와같이, 용탕(3)을 회전하는 롤(1,2)를 통해 박판(5)으로 직접 주조하는 장치로써, 상기 주조된 박판(5)의 두께는 롤갭, 즉 롤닙(4)간의 거리에 따른다.

그러므로, 쌍롤형 박판제조장치로 제조되는 박판(5)의 두께를 일정하게 유지하기 위해서는 상기 롤닙(4)거리가 제조하고자 하는 박판(5)의 두께로 일정하게 유지되어야 한다.

상술한 바와 같이, 박판의 두께를 원하는 값으로 제어하기 위해서 종래에는 주조시 접촉식 센서로 고온에서 주조되는 철판의 두께, 즉, 실제 롤갭을 직접 측정할 수 없기 때문에 도4에 보인 바와 같이, 양쪽의 고정롤(41)과 이동가능한 롤(42)의 척(44) 사이에 장착된 접촉식센서(45)를 이용하여 롤갭을 측정하고, 상기 척(44)사이에 구비된 접촉식센서(45)에 의하여 측정값으로부터 박판두께를 제어한다.

일반적으로, 롤갭 즉, 박판두께는 두 롤, 즉 고정롤(41)과 수평 이동 가능한 롤(42)사이의 최소거리인 롤닙(46)의 거리를 의미하는 것인데, 종래에 박판의 두께를 제어하기 위해서 측정하는 롤갭은 실제 롤갭이 아닌, 롤(41, 42)을 둘러싼 척(13) 사이의 갭이므로, 종래는 박판의 두께를 간접적으로 제어한 것이다.

그러므로, 종래의 박판제조방법으로는 롤의 가공시에 발생하는 롤 편심에 의해 나타나는 롤갭의 변화, 롤의 회전시 롤의 센터 움직임에 의해서 나타나는 롤의 상하, 좌우 움직임 등을 알수 없으며, 또한 박판의 두께를 제어하는데 이러한 정보들을 사용할 수 없기 때문에, 박판두께제어의 정확도가 떨어지는 문제점이 있다.

또한, 기존의 롤편심보상(REC:Roll Eccentricity Compensation)시스템으로 롤의 회전 당시, 롤편심에 의해서 발생하는 롤의 반발력을 이용하여 박판 두께오차를 보상하였으나, 롤의 편심과 관계없이 발생하는 롤의 반발력때문에 그 효과를 보기 어려운 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적은 롤의 편심 및 롤센터 움직임에 의해서 유발되는 박판 두께의 편차를 예측보상함으로써 제조되는 박판의 두께를 일정하게 할 수 있어 품질향상효과를 가져오는 쌍롤형 박판제조장치에서 박판두께 제어방법을 제공하는데 있는 것이다.

상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구성 수단으로써, 본 발명은 고정롤과 수평이동가능한 롤로 이루어진 쌍롤형 박판제조장치에서의 박판두께제어방법에 있어서,

고정롤과 수평이동가능한 롤의 저널의 움직임(Gj(θ))과 롤 배럴 움직임(Gg(θ+π))을 측정하는 단계와,

저널의 움직임Gj(θ)과 롤배럴움직임Gg(θ+π)의 관계, Gg(θ+π)=E(θ+π)+Gj(θ)(여기에서, E(θ+π)는 롤편심에 의하여 나타나는 롤배럴의 움직임이다)로부터 E(θ+π)를 산출하고, 상기 E(θ+π)와 180。의 위상차를 갖는 롤닙에서의 편심에 의한 움직임E(θ)를 구하여 상기 롤닙의 편심에 의한 움직임(E(θ))과 저널의 움직임(Gj(θ))의 합으로 나타나는 롤닙의 움직임을 예측하는 것에 의해 고정롤에서의 롤닙의 움직임M_fcr(θ)과 이동가능한 롤에서의 롤닙의 움직임M_mcr(θ)을 예측하고, 상기 예측된 롤닙의 움직임의 차M_fcr(θ)-M_mcr(θ)로부터 롤닙 갭의 변화량(M_diff(θ+π))을 산출하는 단계와,

상기 롤닙 갭의 변화량M_diff(θ+π)을 감소시키는 방향으로 박판두께를 제어하는 단계로 이루어진다.

도1은 쌍롤형 박판제조장치의 개략도이다.

도2는 쌍롤형 박판제조장치에 구비되는 본 발명에 의한 롤갭 측정을 위한 관련 센서의 장착개략도이다.

도3은 본 발명에 의한 쌍롤형 박판제조장치에서의 박판두께제어방법에 따른 두께제어루프를 보이는 블록구성도이다.

도4는 종래의 박판두께 제어장치에서 이용되는 롤갭측정센서의 장착구조를 보이는 개략도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

31 : 고정롤 32 : 이동 가능한 롤

33 : 저널 움직임 감지용 접촉식 거리센서

34, 35 : 롤배럴움직임 감지용 비접촉식 거리센서

36a, 36b : 버퍼 37 : 갭 트림 제어기

38 : 고속푸리에변환부(FFT : Fast Fourier Transformation)

39 : 롤갭측정센서 40 : PID제어기

41 : 서보밸브 42 : 제어부

43 : 롤갭제어부

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 상세하게 설명한다.

도2은 본 발명에 의한 박판두께제어를 위해 쌍롤형 박판제조장치에 장착되는 센서의 장착구조를 도시한 것으로써, 11은 쌍롤형 박판제조장치에서의 고정롤이고, 12는 쌍롤형 박판제조장치에서의 수평이동이 가능한 롤이고, 13은 상기 고정롤(11) 및 수평 이동 가능한 롤(12)를 둘러싸는 척이고, 14는 상기 고정롤(11)과 수평이동 가능한 롤(12) 각각의 중심에 부착되는 저널이고, 15는 상기 고정롤(11)과 수평이동가능한 롤(12)의 저널(14)사이의 거리, 즉 저널(14)의 움직임정도를 감지하는 접촉식거리센서이고, 16은 척(13)에 장착되어 롤갭을 검출하는 접촉식거리센서이고, 17은 고정롤(11)과 수평이동 가능한 롤(12)의 롤닙을 가르키며, 18은 상기 고정롤(11)에 근접설치되어 롤배럴의 움직임을 검출하는 비접촉거리센서이고, 19는 상기 수평이동 가능한 롤(12)에 근접설치되어 롤배럴의 움직임을 검출하는 비접촉식거리센서이다.

도3은 본 발명에 의한 박판두께 제어방법이 적용된 장치를 도시한 블록구성도로써, 고정롤(31)과, 이동 가능한 롤(32)과, 상기 고정롤(31)과 이동 가능한 롤(32)사이의 저널갭 변화량(S3)를 감지하는 거리센서(33)와, 상기 고정롤(31)의 롤배럴 움직임(S1)을 감지하는 거리센서(34)와, 상기 이동가능한 롤(32)의 롤배럴 움직임(S2)을 감지하는 거리센서(35)와, 상기 거리센서(34)에 의하여 감지된 고정롤(31)의 롤배럴 움직임(S1)을 일시저장하였다가 180。 위상반전하여 출력하는 제1버퍼(36a)와, 상기 거리센서(35)에 의하여 감지되는 이동가능한 롤(32)의 롤배럴 움직임(S2)에서 거리센서(33)에 의하여 감지된 저널갭 변화량(S3)분을 감산하는 감산기(44)와, 상기 감산기(44)의 출력신호(S4)을 저장하였다가 180도 위상반전하여 출력하는 제2버퍼(36b)와, 상기 제2버퍼(36b)로부터 출력되는 신호(S6)에서 상기 거리센서(33)에 의한 저널갭 변화량(S3)을 감산하는 감산기(45)와, 상기 감산기(45)의 출력신호(S7)로부터 상기 제1버퍼(36a)로부터 출력되는 신호(S5)분을 감산하는 감산기(46)와, 상기 감산기(46)의 출력값(S8)으로 부터 오차보상신호를 만드는 갭트립예측기(37)와, 상기 갭트립예측기(37)로부터 출력되는 오차보상신호를 푸리에변환한 후 저주파영역의 적당한 고조파를 추출하여 출력하는 고속푸리에변환부(38)와, 상기 고속푸리에변환부(38)로부터 출력되는 고주파성분이 제거된 오차보상신호(S9)와 롤갭의 목표값(S10)을 감산한 후 여기에서 롤갭측정값(S11)을 감산하는 감산기(47)와, 척사이에 장착되어 척사이의 롤갭을 측정하는 롤갭측정센서(39)와, 상기 감산기(S10)의 비교에 따라 오차보상분(S9)이 가산된 롤갭목표값(S10)이 측정값(S11)보다 크면 롤갭이 커지는 방향으로, 작으면 롤갭이 작아지는 방향으로 제어신호를 출력하는 PID제어기(40)와, 상기 PID제어기(40)로부터의 제어신호에 따라 동작하여 이동가능한 롤(32)를 좌,우로 이동시키는 서보밸브(41)를 구비한다.

먼저, 본 발명에 따른 박판두께 제어를 위한 롤갭트림 예측의 기본원리를 설명한다.

쌍롤형 박판제조장치에서, 고정롤과 수평이동가능한 롤이 회전하는 경우, 롤의 움직임을 롤 편심과 롤 센터의 움직임에 의해서 유발되는 움직임이 복합적으로 나타나는 것으로 가정하여, 롤의 움직음을 일반적으로 표현하면 Gg(θ+π)+Gj(θ)로 된다.

여기에서, Gg(θ+π)는 롤 배럴의 움직임으로써 롤닙의 움직임과는 180도의 위상차를 갖는다. 그리고, Gj(θ)는 저널의 움직임으로 롤 닙의 움직임과는 동위상이다.

그리고, 롤 배럴에 나타나는 편심에 의한 움직임을 E(θ+π)로 나타내면, 이 움직임은 롤 닙에 나타나는 편심량과는 180도 위상차를 갖으며 측정이 불가능한 값이다. 따라서, 롤 닙에서의 편심에 의한 움직임은 E(θ)로 표시하며, 이 값도 측정이 불가능하다.

상술한 설명을 근거로 할 때, 롤 닙에 나타나는 총체적인 움직임은 동위상인 닙에서의 편심에 의한 움직임과 저널갭의 변화량을 합한 값 E(θ)+Gj(θ)로, 이는 롤 편심에 의한 움직임과 롤회전시 나타나는 자체의 움직임을 고려한 값이다.

따라서, 이상과 같은 롤닙의 움직임 E(θ)+Gj(θ)를 구하는 것이 우선인데, 저널의 움직임 Gj(θ)를 측정할 당시의 롤닙에서의 편심에 의한 움직임 E(θ)을 알아내기 위해서 Gg(θ+π)=E(θ+π)+Gj(θ)의 관계로부터 E(θ+π)=Gg(θ+π)-Gj(θ)를 얻을 수 있다. 즉, 측정가능한 값인 롤배럴의 움직임 Gg(θ+π)과 저널의 움직임 Gj(θ)의 차이로부터 롤 배럴에 나타나는 편심에 의한 움직임 E(θ+π)를 구하고, 상기 롤배럴에 나타나는 편심에 의한 움직임 E(θ+π)를 180도 위상 반전시켜, 롤닙에서의 편심에 의한 움직임 E(θ)를 구한다. 따라서, 롤 닙의 총체적인 움직임값인 M(θ)=E(θ)+Gj(θ)를 구할 수 있게 된다.

상기와 같은 방법에 의해, 구해진 고정롤에서의 롤닙의 움직임을 M_fcr(θ)로 하고, 수평이동가능한 롤에서의 롤닙의 움직임을 M_mcr(θ)로 하면, 쌍롤형 박판제조장치에서의 롤닙 갭의 움직임은 두 롤닙의 움직임의 차이값 M_diff(θ)=M_fcr(θ)-M_mcr(θ)가 되고, 상기 롤닙갭의 움직임 M_diff(θ)을 감소시킴으로써, 박판두께를 더욱 정밀하게 제어하는 것이 가능한다.

따라서, 본 발명에 의한 쌍롤형 박판제조장치에서의 박판두께제어방법은 박판두께와 실질적으로 관계가 있는 롤닙 갭의 움직임을 롤배럴의 움직임과 저널갭의 변화량으로부터 예측하고, 상기 예측된 롤닙 갭의 움직임분을 롤갭제어시 보상하여 주는 것이다.

상술한 원리에 따른 박판두께제어방법을 도3을 참조하여 상세하게 설명한다.

도3에 도시한 바와같이, 고정롤(31)과 수평이동 가능한 롤(32)의 롤 배럴 부위에 장착된 두 거리센서(34, 35)로 각각 박판제조중 고정롤(31)과 수평이동 가능한 롤(32)이 회전할 때의 롤 배럴의 움직임을 나타내는 신호(S1, S2)를 각각 검출한다.

동시에, 저널사이에 장착되는 또 다른 거리센서(33)로 고정롤(31)과 수평이동가능한 롤(32)의 저널 갭의 움직임(S3)을 측정하는데, 상기 저널갭의 변화량(S3)은 고정롤(31)의 저널의 움직임과 수평이동가능한 롤(32)의 저널의 움직임이 포함된 값이다.

그런데, 저널갭변화량(S3)을 실질적으로 고정롤(31)의 저널움직임값과 수평이동가능한 롤(32)의 저널움직임값으로 구분할 수 없으므로, 두롤중 한 롤의 롤배러변화량과 연산한다.

그리고, 롤배럴의 움직임을 감지하는 거리센서(34, 35)로부터 출력되는 신호(S1, S2)는 롤닙의 움직임을 예측하기 위한 자료로 사용되기 위하여, 고정롤(31)의 롤배럴움직임(S1)은 제1버퍼(36a)에 그대로 순차저장하고, 수평이동 가능한 롤(32)의 롤 배럴 움직임(S2)은 감산기(44)에 의해 상기 거리센서(33)에 의해 검출된 저널갭의 움직임(S3)분이 감산된 후 제2버퍼(36b)에 저장된다.

그리고, 상기 제1,2버퍼(36a, 36b)에 저장된 값을 각각 180。 위상반전하여 출력한 후, 감산기(45)에 의해 제2버퍼(36b)로부터 출력되는 신호(S6)에서 상기 거리센서(33)에 의하여 측정되는 저널 갭의 움직임(S3)분이 감산된다.

그리고, 상기 제2버퍼(36b)로부터 180。위상반전되어 출력된 후 상기 저널갭의 움직임(S3)분이 감산된 신호(S7)로부터 상기 제1버퍼(36a)로부터 180。위상반전되어 출력되는 고정롤(31)의 롤닙움직임(S5)분을 감산하여, 갭트림예측기(37)로 인가한다.

상기에서, 최종적으로 갭트립예측기(37)에 인가되는 신호(S8)은 실제적인 고정롤(31)의 롤닙 움직임과 수평이동 가능한 롤(32)의 롤닙 움직임에 의한 롤닙 갭의 변화량이다.

그리고, 상기 갭트림예측기(37)는 롤닙 갭의 변화량(S8)을 감소시키는 방향으로 박판 두께 오차 보상 신호를 출력하고, 고속푸리에변환부(38)는 상기 오차보상신호를 푸리에변환하고, 그로부터 적당한 차수의 저주파성분만을 추출하여 롤갭제어부(43)로 인가한다. 여기에서, 적당한 차수의 저주파성분은 예를들어, 1차고조파에서 3차고조파성분을 말한다.

고정롤(31)에는 그자체의 움직임을 보정할수 있는 액츄에이터가 없다. 따라서 박판의 두께를 더욱 정밀하게 제어하기 위해서는 이동 가능한 롤(32) 뿐만 아니라 롤이 회전할 때 나타나는 고정롤(31)의 움직임까지도 고려해서 이동 가능한 롤에 장착된 액츄에이터인 서보밸브(41)를 이용하여 보상해야 한다. 이러한 맥락에서, 상기 롤갭 트림 예측기(37)는 상기 롤닙 갭의 변화량을 최소로 하는 것을 목표로 한다. 이러한 알고리즘이 이상적으로 작용할 경우 롤 닙의 움직임은 없어지며, 이에 따라서 교류 성분은 사라질 것이고 롤 갭 트림 예측기의 적분기에 누적되는 입력신호도 제로로 수렴할 것이다. 이로 인해서 적분기의 발산을 방지할수 있다.

그러나, 최종적으로 롤갭트림예측기(37)에서 출력되는 보상값(S9)가 고주파 성분을 지닌다면 이는 롤갭제어부(43)를 불안정하게 할 수 있으므로 바람직하지 못하다. 이러한 경우를 대비하여 본 발명에서는 고속푸리에변환을 이용하여 보상신호(S9)로부터 적당한 차수의 저주파성분(1차∼3차 고조파)만을 추출하여 서보입력으로 사용하도록 한다.

따라서, 상기 고속푸리에변환부(38)로부터 출력되는 박판 두께 오차 보상 신호(S9)에는 고주파성분이 제거되어, 고주파성분에 의해 롤갭제어부(43)에서 액츄에이터인 서보밸브(41)의 제어가 불안정하게 이루어지는 것을 방지할 수 있다.

상기 롤갭제어부(43)로 입력된 박판두께오차의 보상신호(S9)는 원래의 롤갭목표값(S10)에 가산되고, 여기에 척사이에 구비된 롤갭측정센서(39)로부터 인가되는 롤갭측정값(S11)과 비교되어 PID제어기(40)로 인가된다. PID제어기(40)에서는 롤갭목표값(S10)과 상기 제어부(42)로부터 인가되는 롤닙 갭의 변화에 따른 두께보상값(S9)를 합한 값보다 롤갭측정값(S11)이 크면, 롤갭이 작아지도록 서보밸브(41)를 제어하고, 상기 롤갭목표값(S10)과 상기 제어부(42)로부터 인가되는 롤닙 움직임에 따른 두께보상값(S9)을 합한 값보다 롤갭측정값(S11)이 작으면, 롤갭이 커지도록 서보밸브(41)를 제어한다.

이와같이, 롤닙의 움직임을 예측하기 위해 사용할수 있는 데이터는 롤이 회전할 당시 저널 갭의 움직임과 거리센서를 이용해서 측정하는 고정롤과 이동가능한 롤의 배럴의 움직임으로, 본 발명에서는 이와같이 측정가능한 저널갭의 변화량(S3)과 롤배럴의 움직임(S1,S2)를 이용하여 롤닙 갭의 변화량(S8)을 예측하고, 예측된 롤닙 갭의 변화량(S8)을 이용하여 보상해야 할 두께 오차 보상 신호(S9)을 만들어 낸다.

이와같이, 본 발명에 의한 두께제어방법은 종래의 단점들을 보완하여, 롤 편심 뿐만 아니라 롤 회전시에 나타나는 롤의 센터 움직임에 의한 롤닙움직임을 예측하고, 이러한 롤의 편심 및 롤의 센터 움직임에 의해서 유발되는 롤닙움직임에 의한 두께편차를 보상함으로써, 주조되는 박판의 두께편차를 보다 정밀하게 제어할 수 있으며, 이로 인하여 박판의 품질의 더욱 향상시키는 우수한 효과가 있다.

Claims (3)

1. 고정롤과 수평이동가능한 롤로 이루어진 쌍롤형 박판제조장치에서의 박판두께제어방법에 있어서,

   고정롤과 수평이동가능한 롤의 저널의 움직임(Gj(θ))과 롤 배럴 움직임(Gg(θ+π))을 측정하는 단계와,

   저널의 움직임Gj(θ)과 롤배럴움직임Gg(θ+π)의 관계, Gg(θ+π)=E(θ+π)+Gj(θ)(여기에서, E(θ+π)는 롤편심에 의하여 나타나는 롤배럴의 움직임이다)로부터 E(θ+π)를 산출하고, 상기 E(θ+π)와 180。의 위상차를 갖는 롤닙에서의 편심에 의한 움직임E(θ)를 구하여 상기 롤닙의 편심에 의한 움직임(E(θ))과 저널의 움직임(Gj(θ))의 합으로 나타나는 롤닙의 움직임을 예측하는 것에 의해 고정롤에서의 롤닙의 움직임M_fcr(θ)과 이동가능한 롤에서의 롤닙의 움직임M_mcr(θ)을 예측하고, 상기 예측된 롤닙의 움직임의 차M_fcr(θ)-M_mcr(θ)로부터 롤닙 갭의 변화량(M_diff(θ+π))을 산출하는 단계와,

   상기 롤닙 갭의 변화량M_diff(θ+π)을 감소시키는 방향으로 박판두께를 제어하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 쌍롤형 박판제조장치에서의 박판두께제어방법.
2. 고정롤과 수평 이동 가능한 롤 각각의 롤배럴 움직임을 검출하는 제1,2비접촉식 거리센서와, 상기 고정롤과 수평이동 가능한 롤사이의 저널움직임을 검출하는 접촉식 거리센서를 구비하는 쌍롤형 박판제조장치에서의 박판두께 제어방법에 있어서,

   주조 롤이 회전하면서 나타나는 롤의 편심 및 롤 센터의 웁직임을 예측하기 위하여 제1,2비접촉식 거리센서로부터 출력되는 고정롤과 수평이동가능한 롤 각각의 롤 배럴 움직임을 나타내는 신호와, 상기 접촉식 거리센서로부터 출력되는 저널갭의 변화량을 나타내는 신호를 검출하는 단계와,

   상기 한 롤 배럴 움직임을 나타내는 신호에서 저널갭의 변화량을 감산한 후, 180。 위상반전하고, 여기에서 다시 저널갭의 변화량을 감산한 후, 이 값에서 상기 다른 롤배럴움직임을 나타내는신호를 180。위상반전하여 된 값을 감산하여 롤닙 갭의 변화량을 예측하는 단계와,

   상기와 같이 구해진 롤닙 갭의 변화량을 감소시키는 방향으로 보상분을 산출하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 쌍롤형 박판제조장치에서의 박판두께 제어방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 산출된 보상분을 고속푸리에변환한 후, 1차∼3차 주파수성분만을 추출함으로써 고주파성분을 제거하는 것을 특징으로 하는 쌍롤형 박판제조장치에서의 박판두께 제어방법.