JP2013220465A

JP2013220465A - 圧延機の制御装置

Info

Publication number: JP2013220465A
Application number: JP2012095409A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Sato; 和生佐藤
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2012-04-19
Filing date: 2012-04-19
Publication date: 2013-10-28

Abstract

【課題】圧延材の溶接部が冷間圧延機を通過する際の負荷外乱の影響を低減することができる圧延機の制御装置を提供する。
【解決手段】圧延機の制御装置は、冷間圧延機の入側に設けられた検出器に検出された圧延材の溶接部の位置を把握するトラッキング機能と、溶接部が冷間圧延機のロールを通過する際のロールの速度変動を抑制するように、ロールを駆動するモータのトルクの補償値を算出する補償手段と、溶接部が冷間圧延機のロールを通過する際にモータのトルクが補償値で補正されるように、溶接部の位置がロールに到達する前に、モータを制御するドライブ装置に対して補償値に対応した信号を出力する補正手段と、を備えた。
【選択図】図４

Description

この発明は、圧延機の制御装置に関するものである。

冷間圧延機での連続圧延においては、先行材の後端と後行材の先端とが溶接される。当該溶接部も、圧延される。当該溶接部は、冷間圧延機に対して負荷外乱となる。このため、当該溶接部が冷間圧延機のロールを通過する際、当該ロールの速度が変化する。その結果、圧延材にかかる張力が変化する。例えば、圧延材にかかる張力が大きくなり過ぎると、圧延材が破断し得る。これに対し、圧延材にかかる張力が小さくなり過ぎると、操業不安定状態にあるとして、冷間圧延機が停止する。

これに対し、圧延機の圧延荷重が発生したことを検出して、圧延機のロールの速度を補償する制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３１６５７７３号公報

しかしながら、上記制御装置は、圧延材の圧延荷重が発生した後に、ロールの速度を補償する。このため、負荷外乱に対して十分に補償することができない。

この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、圧延材の溶接部が冷間圧延機を通過する際の負荷外乱の影響を低減することができる圧延機の制御装置を提供することである。

この発明に係る圧延機の制御装置は、冷間圧延機の入側に設けられた検出器に検出された圧延材の溶接部の位置を把握するトラッキング機能と、前記溶接部が前記冷間圧延機のロールを通過する際の前記ロールの速度変動を抑制するように、前記ロールを駆動するモータのトルクの補償値を算出する補償手段と、前記溶接部が前記冷間圧延機のロールを通過する際に前記モータのトルクが前記補償値で補正されるように、前記溶接部の位置が前記ロールに到達する前に、前記モータを制御するドライブ装置に対して前記補償値に対応した信号を出力する補正手段と、を備えたものである。

この発明によれば、圧延材の溶接部が冷間圧延機を通過する際の負荷外乱の影響を低減することができる。

この発明の実施の形態１における圧延機の制御装置を含む連続冷間タンデム圧延機の構成図である。この発明の実施の形態１における圧延機の制御装置で制御される連続冷間タンデム圧延機のモータのトルクを説明するための図である。この発明の実施の形態１おける圧延機の制御装置で制御される連続冷間タンデム圧延機のロールの速度を説明するための図である。この発明の実施の形態１おける圧延機の制御装置で制御される連続冷間タンデム圧延機のロールの速度を説明するための図である。この発明の実施の形態１における圧延機の制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。

この発明を実施するための形態について添付の図面に従って説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における圧延機の制御装置を含む連続冷間タンデム圧延機の構成図である。

図１において、１は連続冷間タンデム圧延機である。連続冷間タンデム圧延機１は、複数のスタンド２を備える。図１においては、５つのスタンド２が圧延方向に並んで配置される。各スタンド２は、ロール３、圧下装置（図示せず）が設けられる。

各スタンド２には、電機品として、モータ４、ドライブ装置５、トランス６が設けられる。各モータ４は、各スタンド２のアクチュエータとして設けられる。各ドライブ装置５は、各モータ４に接続される。各トランス６（変圧器）は、各ドライブ装置５に接続される。各トランス６（変圧器）は、受電系統（図示せず）に接続される。

最も上流側のスタンド２の入側には、溶接部検出器７が配置される。各モータ４には、速度検出器８が接続される。各速度検出器８は、各ドライブ装置５に接続される。

９は設定計算装置である。設定計算装置９は、設定計算手段９ａを備える。設定計算装置９には、コントローラ１０が接続される。コントローラ１０には、各ドライブ装置５、溶接部検出器７が接続される。

１１は圧延材（ストリップ）である。圧延材１１は、鉄や非鉄等の各種金属材料で形成される。圧延材１１は、先行材１１ａと後行材１１ｂとからなる。先行材１１ａと後行材１１ｂとは、互いに異なる材料特性を有する。先行材１１ａの後端と後行材１１ｂの先端とは、溶接部１１ｃとして溶接される。図１においては、先行材１１ａがロール３間に配置される。

連続冷間タンデム圧延機１においては、設定計算装置９の設定計算機能９ａが先行材１１ａと後行材１１ｂの圧延パラメータの設定を行う。当該圧延パラメータには、コイルから最終製品を生産するために必要な各種設定情報が含まれる。具体的には、圧延パラメータは、板厚設定、速度設定、荷重予測設定、付加予測設定等からなる。設定計算装置９は、当該圧延パラメータをコントローラ１０に出力する。

当該圧延パラメータに基づいて、コントローラ１０は、各圧下装置や各ドライブ装置５を制御する。例えば、コントローラ１０は、当該圧延パラメータに基づいた速度指令を各ドライブ装置５に出力する。当該速度指令に基づいて、各ドライブ装置５は、モータ４を制御する。この際、各トランス６は、各受電系統からの供給電圧を所定値まで降圧した電源を各ドライブ装置５に供給する。

圧延中、コントローラ１０は、溶接部検出器７が溶接部１１ｃを検出したタイミングに基づいて、溶接部１１ｃの位置を把握する。コントローラ１０は、溶接部１１ｃの位置に基づいて、各種設定の変更を各ドライブ装置５に対して指示する。その結果、最も下流側のスタンド２の出側において、先行材１１ａ及び後行材１１ｂの双方が所望の厚さとなる。

次に、図２を用いて、先行材１１ａと後行材１１ｂとを圧延する際のモータ４のトルクの差を説明する。
図２はこの発明の実施の形態１における圧延機の制御装置で制御される連続冷間タンデム圧延機のモータのトルクを説明するための図である。

図２の横軸は、先行材１１ａと後行材１１ｂとを圧延する際のモータ４のトルク差である。当該トルク差は、先行材１１ａを圧延する際のモータ４のトルクを基準とした場合の後行材１１ｂを圧延する際のモータ４のトルクの変動の割合として算出される。図２の縦軸は、圧延材１１の数である。

連続圧延のスケジュールは、先行材１１ａと後行材１１ｂとを圧延する際のモータ４のトルク差がなるべく小さくなるように計画される。

しかしながら、圧延材１１として、軟鋼材からハイテン材までを圧延する場合もある。このため、先行材１１ａよりも後行材１１ｂの方が硬い材料となる場合もある。この場合、トルク差が最大３０％となる。また、先行材１１ａよりも後行材１１ｂの方が柔らかい材料となる場合もある。この場合、トルク差が最小で−３０％となる。

その結果、図２に示すように、先行材１１ａと後行材１１ｂとを圧延する際のモータ４のトルク差の分布は、０％を中心とした正規分布となる。

次に、図３を用いて、先行材１１ａと後行材１１ｂとを圧延する際のモータ４のトルク差が大きい場合のロール３の速度を説明する。
図３はこの発明の実施の形態１おける圧延機の制御装置で制御される連続冷間タンデム圧延機のロールの速度を説明するための図である。

図３の横軸は時間である。図３の上段の縦軸はトルク差が正の場合のロール３の速度である。図３の下段の縦軸はトルク差が負の場合のロール３の速度である。

図３の上段に示すように、トルク差が正の場合、溶接部１１ｃがロール３を通過するタイミングで、ロール３にかかる負荷が増える。このため、ロール３の速度が急激に遅くなる。その結果、圧延材１１にかかる張力が大きくなる。

図３の下段に示すように、トルク差が負の場合、溶接部１１ｃがロール３を通過するタイミングで、ロール３にかかる負荷が減る。このため、ロール３の速度が急激に速くなる。その結果、圧延材１１にかかる張力が小さくなる。

圧延材１１にかかる張力が大きくなり過ぎると、圧延材１１が破断し得る。これに対し、圧延材１１にかかる張力が小さくなり過ぎると、操業不安定状態にあるとして、連続冷間タンデム圧延機１が停止する。

そこで、本実施の形態の制御装置は、ロール３に対する負荷外乱の影響を低減する。以下、図４を用いて、ロール３に対する負荷外乱の影響を低減するための構成を説明する。

図４はこの発明の実施の形態１における圧延機の制御装置のブロック図である。

ドライブ装置５は、速度制御装置５ａ、電流制御装置５ｂ、電力変換回路５ｃを備える。

速度制御装置５ａは、速度指令と速度検出器８から得たモータ４の実速度に基づいて、トルク指令を算出する機能を備える。電流制御装置５ｂは、トルク指令に基づいて、モータ４に流す電流指令を算出する機能を備える。電力変換回路５ｃは、電流指令に基づいて、モータ４に供給される電力を制御する機能を備える。

コントローラ１０は、速度指令回路１０ａ、トラッキング回路１０ｂ、判定回路１０ｃ、トルク補償回路１０ｄ、先出し回路１０ｅを備える。

速度指令回路１０ａは、圧延パラメータに基づいて、モータ４に対する速度指令を速度制御装置５ａに出力する機能を備える。トラッキング回路１０ｂは、トラッキング手段として、溶接部検出器７が溶接部１１ｃを検出したタイミングに基づいて、溶接部１１ｃの位置を把握する機能を備える。

判定回路１０ｃは、判定手段として、圧延パラメータに基づいて、圧延材１１の溶接部１１ｃの前後におけるモータ４のトルクの設定値の差を判定する機能を備える。トルク補償回路１０ｄは、補償手段として、圧延材１１の溶接部１１ｃが各スタンド２のロール３を通過する際の各ロール３の速度変動を抑制するように、各モータ４のトルクの補償値を算出する機能を備える。先出し回路１０ｅは、補正手段として、圧延材１１の溶接部１１ｃの位置が各ロール３に到達する前に、各ドライブ装置５に対して補償値に対応した信号を出力する機能を備える。

次に、図５を用いて、制御装置の動作を説明する。
図５はこの発明の実施の形態１における圧延機の制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。

ステップＳ１では、設定計算装置９は、先行材１１ａ及び後行材１１ｂの情報(材質、板幅等)や製品板厚の情報に基づいて、先行材１１ａ及び後行材１１ｂを圧延する際の各モータ４のトルクの設定値を計算する。例えば、先行材１１ａ、後行材１１ｂの圧延する際のトルクＧは、日本鉄鋼協会出版の「板圧延の理論と実際」に基づいて、次の（１）式で計算される。
Ｇ＝２・α_Ｇ・Ｐ＋Ｒ（Ｓ_１−Ｓ_２）（１）

ここで、α_Ｇはトルクアーム係数である。Ｐは圧延荷重である。Ｒはロール３の半径である。Ｓ_１はロール３の入口張力である。Ｓ_２はロール３の出口張力である。

次に、ステップＳ２に進み、判定回路１０ｃは、先行材１１ａと後行材１１ｂとを圧延する際のモータ４のトルク差が安定操業条件に適合するかを判定する。具体的には、トルク差の絶対値が所定値以内か否かが判定される。所定値は、圧延プラントに応じて、コントローラ１０内に設定される。例えば、図２の場合において、所定値の絶対値は、１５（％）に任意に設定される。

トルク差の絶対値が所定値以内の場合は、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では、各ドライブ装置５は、通常通り、トルク指令に基づいて、各モータ４を制御する。すなわち、各スタンド２は、通常運転となる。

ステップＳ２でトルク差が所定値以内でない場合は、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、トラッキング回路１０ｂは、圧延材１１の溶接部１１ｃの位置をトラッキングする。この際、先出し回路１０ｅは、溶接部１１ｃがロール３を通過するタイミングを監視する。その後、ステップＳ５に進み、トルク補償回路１０ｄは、圧延材１１の溶接部１１ｃが各スタンド２のロール３を通過する際の各ロール３の速度変動を抑制するように、各トルク差に対応した補償値を算出する。

具体的には、先行材１１ａに対応したモータ４のトルクの設定値よりも後行材１１ｂに対応したモータ４のトルクの設定値の方が大きい場合は、正の補償値が算出される。これに対し、先行材１１ａに対応したモータ４のトルクの設定値よりも後行材１１ｂに対応したモータ４のトルクの設定値の方が小さい場合は、負の補償値が算出される。

その後、先出し回路１０ｅは、圧延材１１の溶接部１１ｃの位置が各ロール３に到達するよりも所定時間前に、ドライブ装置５に対して補償値に対応した信号を出力する。所定時間は、先出し回路１０ｅ内に任意に設定される。例えば、所定時間は、コントローラ１０のスキャンタイム、コントローラ１０とドライブ装置５とをインターフェースする伝送のスキャンタイム、ドライブ装置５のスキャンタイム等の遅れを考慮して設定される。

その後、ステップＳ６に進み、各ドライブ装置５は、補償値を考慮して、トルク指令を修正する。当該トルク指令に基づいて、各モータ４が動作する。当該動作に追従して、各ロール３が回転する。その結果、各スタンド２では、安定操業運転が実現される。

以上で説明した実施の形態１によれば、溶接部１１ｃの位置がロール３に到達する前に、ドライブ装置５に対して補償値に対応した信号が出力される。このため、溶接部１１ｃが実際にロール３を通過するタイミングで、モータ４のトルクが補正される。溶接部１１ｃが冷間圧延機を通過する際の負荷外乱の影響を低減することができる。

特に、モータ４を直流機から交流機に更新すると、連続冷間タンデム圧延機１から見たイナーシャは小さくなる。この場合、上記方法でモータ４のトルクを補正することで、連続冷間タンデム圧延機１を安定操業することができる。

上記安定操業は、既存のコントローラ１０の設定変更で実現される。このため、過剰な設備費を投入する必要がない。

また、実際には、先行材１１ａと後行材１１ｂとを圧延する際のモータ４のトルクの設定値の差が所定の範囲内の場合にモータ４のトルクは補正されない。例えば、先行材１１ａに対応したモータ４のトルクの設定値を基準として、後行材１１ｂに対応したモータ４のトルクの設定値の変動が１５％未満の場合は、モータ４のトルクは補正されない。この場合、通常通りのスケジュールで圧延材１１を圧延することができる。

また、先行材１１ａに対応したモータ４のトルクの設定値よりも後行材１１ｂに対応したモータ４のトルクの設定値の方が大きい場合は、溶接部１１ｃがロール３を通過する際にモータ４のトルクが溶接部１１ｃの後行材１１ｂに対応したモータ４のトルクの設定値よりも大きくなるように、補償値が算出される。これに対し、先行材１１ａに対応したモータ４のトルクの設定値よりも後行材１１ｂに対応したモータ４のトルクの設定値の小さい場合は、溶接部１１ｃがロール３を通過する際にモータ４のトルクが溶接部１１ｃの後行材１１ｂに対応したモータ４のトルクの設定値よりも小さくなるように、補償値が算出される。このため、モータ４のトルクの設定値に応じて、モータ４のトルクを適切に補正することができる。

なお、最も上流側のスタンド２では、溶接直後の溶接部１１ｃを圧延する必要がある。このため、最も上流側のスタンド２のモータ４のトルクを補正すれば、より確実にロール３の速度の変動を抑制することができる。

１連続冷間タンデム圧延機
２スタンド
３ロール
４モータ
５ドライブ装置
５ａ速度制御装置
５ｂ電流制御装置
５ｃ電力変換回路
６トランス
７溶接部検出器
８速度検出器
９設定計算装置
９ａ設定計算機能
１０コントローラ
１０ａ速度指令回路
１０ｂトラッキング回路
１０ｃ判定回路
１０ｄトルク補償回路
１０ｅ先出し回路
１１圧延材
１１ａ先行材
１１ｂ後行材
１１ｃ溶接部

Claims

冷間圧延機の入側に設けられた検出器に検出された圧延材の溶接部の位置を把握するトラッキング手段と、
前記溶接部が前記冷間圧延機のロールを通過する際の前記ロールの速度変動を抑制するように、前記ロールを駆動するモータのトルクの補償値を算出する補償手段と、
前記溶接部が前記冷間圧延機のロールを通過する際に前記モータのトルクが前記補償値で補正されるように、前記溶接部の位置が前記ロールに到達する前に、前記モータを制御するドライブ装置に対して前記補償値に対応した信号を出力する補正手段と、
を備えたことを特徴とする圧延機の制御装置。
前記溶接部の前後における前記モータのトルクの設定値の差を判定する判定手段、
を備え、
前記補正手段は、前記溶接部の前方側の圧延材に対応した前記モータのトルクの設定値と前記溶接部の後方側の圧延材に対応した前記モータのトルクの設定値との差が所定の範囲内の場合に、前記ドライブ装置に対して前記補償値に対応した信号を出力しないことを特徴とする請求項１記載の圧延機の制御装置。
前記補正手段は、前記溶接部の前方側の圧延材に対応した前記モータのトルクの設定値を基準として、前記溶接部の後方側の圧延材に対応した前記モータのトルクの設定値の変動が１５％以内の場合は、前記ドライブ装置に対して前記補償値に対応した信号を出力しないことを特徴とする請求項２記載の圧延機の制御装置。
前記補償手段は、前記溶接部の前方側の圧延材に対応した前記モータのトルクの設定値よりも前記溶接部の後方側の圧延材に対応した前記モータのトルクの設定値の方が大きい場合は、前記溶接部が前記ロールを通過する際に前記モータのトルクが前記溶接部の後方側の圧延材に対応した前記モータのトルクの設定値よりも大きくなるように、前記補償値を算出することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の圧延機の制御装置。
前記補償手段は、前記溶接部の前方側に圧延材に対応した前記モータのトルクの設定値よりも前記溶接部の後方側の圧延材に対応した前記モータのトルクの設定値の方が小さい場合は、前記溶接部が前記ロールを通過する際に前記モータのトルクが前記溶接部の後方側の圧延材に対応した前記モータのトルクの設定値よりも小さくなるように、前記補償値を算出することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の圧延機の制御装置。
前記冷間圧延機は、圧延方向に並んだ複数のスタンドを有し、
前記補償手段は、前記溶接部が最も上流側のスタンドのロールを通過する際の前記最も上流側のスタンドのロールの速度変動を抑制するように、前記最も上流側のスタンドのロールを駆動するモータのトルクの補償値を算出し、
前記補正手段は、前記溶接部が前記最も上流側のスタンドのロールを通過する際に前記最も上流側のスタンドのロールを駆動するモータのトルクが前記補償値で補正されるように、前記溶接部の位置が前記最も上流側のスタンドのロールに到達する前に、前記最も上流側のスタンドのロールを駆動するモータを制御するドライブ装置に対して前記補償値に対応した信号を出力することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の圧延機の制御装置。