JP2005088054A - 連続圧延機の負荷配分制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】板厚修正量計算を圧延中に実装可能な形まで簡略化することにより、計算の大部分を圧延中のみで実行することを可能にした連続圧延機の負荷配分制御装置を得る。
【解決手段】連続圧延機の各スタンドでの圧延荷重比率が目標荷重比率に一致しないとき、当該目標荷重比率からの誤差に基づき、各スタンドの板厚修正量を算出する負荷配分制御装置１０と、当該板厚修正量に基づく圧下位置修正を実行して、各スタンドの圧延荷重比率を目標荷重比率に一致させて保持する圧下位置制御系７、８、９とを備え、負荷配分制御装置１０は、圧延荷重変化量に対する入側板厚変化量の影響感度と圧延荷重変化量に対する出側板厚変化量の影響感度とが等しいと仮定することにより得られる数式を用いて各前記スタンドの板厚修正量を圧延中に計算する連続圧延機の負荷配分制御装置である。
【選択図】図１

Description

この発明は、連続圧延機の負荷配分制御装置に関し、特に、連続圧延機において各スタンドの圧延荷重の配分比率をその設定値と一致させる負荷配分装置に関するものである。

一般に、連続圧延機における各スタンドでの板厚圧下率は、母材板厚、成品板厚、各圧延機定格のほか、安定操業、形状品質、その他を考慮に入れ、各スタンドの圧延荷重があらかじめ設定された比率となるように決定されている。一方で、圧延モデル式の精度限界、圧延機特性、圧延開始後の温度変化による塑性変形、その他の種々の外乱により実際の圧延荷重比率はその予測値と一致しない場合も多く、成品板厚、板幅等の寸法偏差、形状不良、圧延不安定、機器定格リミットによる圧延停止、その他の不都合を生じている。そのうち、圧延荷重比率の偏差については、ミル運転者が圧延状態を監視しながら随時圧下位置手動介入することにより、その偏差を修正し、安定操業、形状品質を確保している。

そのため、近年においては、ミル運転者の手動介入に頼らずに、最適な負荷配分、すなわち、圧延荷重比率を自動的に確保するための技術も開発されつつある（例えば、特許文献１参照）。

当該文献の従来技術においては、各スタンドでの圧延荷重が互いにその比率設定値に一致しないとき、圧延荷重の比率設定値との誤差から圧延原理に基づいて、各スタンドの板厚修正量を算出し、そのための圧下位置修正を実行し、各スタンドの圧延荷重比率をその設定値に一致・保持する負荷配分制御方法が挙げられている。

特公平２−３９３２７号公報

上記の従来技術では、圧延荷重の比率設定値との誤差から圧延原理に基づいて実行される各スタンドの板厚修正量の計算が、逆行列の計算を含む複雑な計算であるので計算負荷が掛かるために、圧延中の計算に実装することができないという問題点があった。

そのため、従来技術においては、圧延前に実行可能な部分を圧延前に計算し、圧延中に簡単な計算を実行するという方法をとる必要があった。すなわち、圧延前の計算と圧延中の計算とにわけて実行する必要があったため、作業が煩雑になるとともに、一部の演算は圧延前のものであるため、例えば、目標の荷重比率設定値を圧延中に変更すること等はできないため、圧延状態に応じた修正を行う精度が十分に得られないという問題点があった。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、板厚修正量計算を圧延中に実装可能な形まで簡略化することにより、計算の大部分を圧延中のみで実行することを可能にした連続圧延機の負荷配分制御装置を得ることを目的とする。

この発明は、連続圧延機の各スタンドでの圧延荷重比率が目標荷重比率に一致しないとき、当該目標荷重比率からの誤差に基づき、各スタンドの板厚修正量を算出する板厚修正量算出手段と、当該板厚修正量に基づく圧下位置修正を実行して、各スタンドの圧延荷重比率を前記目標荷重比率に一致させて保持する圧下位置制御手段とを備え、前記板圧修正量算出手段は、圧延荷重変化量に対する入側板厚変化量の影響感度と圧延荷重変化量に対する出側板厚変化量の影響感度とが等しいと仮定することにより得られる所定の第１の数式を用いて各前記スタンドの板厚修正量を圧延中に計算する連続圧延機の負荷配分制御装置である。

この発明によれば、板厚修正量計算を圧延中に実装可能な形まで簡略化することにより、計算の大部分を圧延中のみで実行することができるとともに、圧延中に実行することで、例えば、目標の荷重比率設定値の圧延中の変更も可能となる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る連続圧延機の負荷配分制御装置を図１に基づいて説明する。図１は、連続圧延機の任意のｉスタンドとその上流ｉ−１スタンドと下流のｉ＋１スタンドの部分を示している。図１に示すように、各スタンドは、上下に設けられた上方ロールと下方ロールとからなる１対の圧延ロールを有している。すなわち、図１中央に図示されたｉスタンドは、上方ロール２と下方ロール２’とからなる圧延ロールを有しており、同様に、上流ｉ−１スタンドは、上方ロール１と下方ロール１’とからなる圧延ロールを有し、下流ｉ＋１スタンドは、上方ロール３と下方ロール３’とからなる圧延ロールを有している。このとき、板材１１が当該各スタンドの圧延ロール１、１’、２、２’、３、３’を順に経て図１の矢印方向に圧延されていく。

各スタンドにおける下方ロール１’、２’、３’には、それぞれ、圧延荷重検出器４、５、６が接続されており、各スタンドにおける圧延荷重を検出するようになっている。また、各スタンドにおける上方ロール１、２、３には、圧下駆動装置１４、１５、１６が設けられ、圧下位置制御系７、８、９から出力されるロールギャップ変更量指令指示に従って、圧延が行われる。また、各圧延荷重検出器４、５、６および圧下位置制御系７、８、９は、負荷配分制御装置１０（板厚修正量算出手段）に接続されている。負荷配分制御装置１０は、圧延荷重検出器４、５、６により検出された各スタンドにおける圧延荷重Ｆ_ｉ−１、Ｆ_ｉ、Ｆ_ｉ＋１を入力し、それに基づき、予め設定された目標荷重比率｛Ｃ_ｉ−１：Ｃ_ｉ：Ｃ_ｉ＋１｝を用いて各スタンドでの適切な板厚修正量Δｈ_ｉ−１、Δｈ_ｉ、Δｈ_ｉ＋１を計算し、その板厚修正量Δｈ_ｉ−１、Δｈ_ｉ、Δｈ_ｉ＋１を圧下位置制御系７、８、９に出力する。圧下位置制御系７、８、９（圧下位置制御手段）は、当該板厚修正量Δｈ_ｉ−１、Δｈ_ｉ、Δｈ_ｉ＋１をロールギャップの修正量、すなわち、ロールギャップ変更量指令指示Ｓ_ｉ−１、Ｓ_ｉ、Ｓ_ｉ＋１に変更して圧下駆動装置１４、１５、１６に出力し、これにより、負荷配分制御が実現される。

次に動作について説明する。本実施の形態においては、負荷配分制御装置１０において、圧延荷重検出器４、５、６によって検出された、連続圧延機の各スタンドでの圧延荷重が、互いにその目標荷重比率の設定値｛Ｃ_ｉ−１：Ｃ_ｉ：Ｃ_ｉ＋１｝に一致するか否かの判定が行われ、一致しないとき、圧延荷重の比率設定値からの誤差に基づき、各スタンドの板厚修正量を算出する。圧下位置制御系７、８、９が、当該板厚修正量に基づく圧下位置修正を実行し、各スタンドの圧延荷重比率をその設定値に一致させ保持する負荷配分制御を行う。この際に、上記の各スタンドの板厚修正量を、圧延荷重に対する入側板厚の影響感度と圧延荷重に対する出側板厚の影響感度が等しいと仮定することにより得られる数式を使用することにより、圧延中に計算することを特徴としている。以下に、この特徴について詳細に説明する。

圧延荷重検出器４、５、６で検出される圧延荷重Ｆ_ｉ−１、Ｆ_ｉ、Ｆ_ｉ＋１は圧延状況によって常に変化するものであり、圧延荷重変化ΔＦ_ｉは板厚との関係式で表すと、次式（１）になる。

ΔＦ_ｉ＝Ｑ_ｉ・ΔＨ_ｉ−ｑ_ｉ・Δｈ_ｉ （ｉ＝１〜Ｎ，Ｑ_ｉ＞０，ｑ_ｉ＞０）・・・（１）

ここで、△Ｈ_ｉは入側板厚変化量、Δｈ_ｉは板厚修正量（出側板厚変化量）、Ｑ_ｉは△Ｆ_ｉに対する△Ｈ_ｉの影響感度、ｑ_ｉはΔＦ_ｉに対するΔｈ_ｉの影響感度である。

スタンド間の目標荷重比率を｛Ｃ_ｉ−１：Ｃ_ｉ：Ｃ_ｉ＋１｝としたときに、最終スタンド出側板厚を変化させないこと、すなわち、Δｈ_Ｎ＝０を条件として、目標の荷重比率を実現することが本発明の制御の目的である。

目標の荷重をＦ_ｉ ^＊として、これをＦ_ｉ、ΔＦ_ｉ、Ｃ_ｉの関係式で表すと、次式（２）になる。

Ｆ_ｉ ^＊＝Ｆ_ｉ＋ΔＦ_ｉ＝Ｃ_ｉ・ｋ （ｉ＝１〜Ｎ、ｋ：定数） ・・・（２）

上記の（１）式および（２）式と、ΔＨ_ｉ≒Δｈ_ｉ−１の関係より、次式（３）が得られる。

ここで、１スタンドの入側板厚はΔＨ_１＝０とした。

さらに、Ｑ_ｉ≒ｑ_ｉと仮定して、上記（３）式を変形すると、次式（４）および（５）の近似式が得られる。

以上のように、本実施の形態においては、圧延荷重に対する入側板厚の影響感度と圧延荷重に対する出側板厚の影響感度が等しいと仮定することにより得られた上式（４）および（５）を用いて、圧延中に刻々と変化する圧延荷重に対する板厚修正量Δｈ_ｉを求めるようにしたので、煩雑な逆行列を計算せずに、板厚修正量Δｈ_ｉを計算することができる。この計算を負荷配分制御装置１０で利用することにより、計算負荷が掛からないので、Ｑ_ｉの計算を除いて、すべての計算を圧延中に実行することができ、制御方法自体が簡素化できるという効果がある（なお、Ｑ_ｉの計算は負荷配分制御ではなく自動板厚制御において、通常は圧延前に実行されるため、その計算結果を利用することが可能である。）。

また、圧延中に、上式（４）および（５）で計算するので、例えば、圧延中に、予め設定されている目標荷重比率｛Ｃ_ｉ−１：Ｃ_ｉ：Ｃ_ｉ＋１｝を変更することも容易となり、多用途に対応可能である。

上記の説明においては、上式（４）および（５）を用いて板厚修正量を演算する例について説明したが、上式（３）を用いて板厚修正量を演算するようにしてもよい。なお、その場合にも圧延中の演算が可能となり、同等の効果が得られる。

実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２を図２に基づいて説明する。図中、１〜１１は実施の形態１と同じであるため、ここでは説明を省略する。また、図２において、実施の形態１と異なる点は、負荷配分制御装置１０内に、板厚修正量計算部１２と制御器部１３とが設けられていることである。

板厚修正量計算部１２は、各スタンドにおける板厚修正量Δｈ_ｉを計算するものである。制御器部１３は、ＰＩ等の制御器から構成され、板厚修正量計算部１２で計算された各スタンドにおける板厚修正量Δｈ_ｉに制御器による所定の処理を施し、積分項と比例項の和からなる値に変換するものである。従って、本実施の形態においては、制御器部１３の出力値が、負荷配分制御装置１０における最終出力となる。

本実施の形態においては、板厚修正量計算部１２（板厚修正量算出手段）において、圧延荷重検出器４、５、６によって検出された、連続圧延機の各スタンドでの圧延荷重が、互いにその目標荷重比率の設定値｛Ｃ_ｉ−１：Ｃ_ｉ：Ｃ_ｉ＋１｝に一致するか否かの判定が行われ、一致しないとき、圧延荷重の比率設定値からの誤差に基づき、各スタンドの板厚修正量を算出する。次に、制御器部１３（最終出力板厚修正量算出手段）において、算出された当該板厚修正量に所定の関数の処理を施して比例項と積分項との２つの成分からなる最終出力板厚修正量を算出する。圧下位置制御系７、８、９（圧下位置制御手段）が、当該最終出力板厚修正量に基づく圧下位置修正を実行し、各スタンドの圧延荷重比率をその設定値に一致させ保持する負荷配分制御を行う。この際に、上記の各スタンドの板厚修正量を、圧延荷重に対する入側板厚の影響感度と圧延荷重に対する出側板厚の影響感度が等しいと仮定することにより得られる数式（（４）および（５）式）、あるいは、任意のスタンドの入側板厚変化量と当該スタンドに隣接した上流スタンドにおける出側板厚変化量とが等しいと仮定することにより得られる数式（（３）式）を使用することにより、圧延中に計算することを特徴としている。

さらに詳細に説明する。板厚修正量計算部１２において計算される各スタンドの板厚修正量をΔｈ_ｉとする。板厚修正量計算部１２では、ΔＨ_ｉ≒Δｈ_ｉ−１の関係より得られた上式（３）、あるいは、Ｑ_ｉ≒ｑ_ｉの関係より得られた上式（４）および（５）、もしくは、その他の圧延原理に沿った方法により板厚修正量Δｈ_ｉを計算するものとする。制御器部１３においては、Δｈ_ｉに対して、例えば、以下のような所定の関数ｆ_controllerによる計算を施す。

ここで、Ｋｐは比例項の調節ゲイン、ＬＡＧ｛ｘ｝は１次Ｌａｇ、Ｔｉは積分項の調節ゲイン、ｓは微分演算子である。

以上のように、本実施の形態においては、上記の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、板厚修正量Δｈ_ｉを直接使用せずに、上式（６）のように、制御器部１３による制御器を施すことにより、積分項では目標値への収束を速くする効果があり、比例項では計算理論値による直接の修正を実行すると同時に１次Ｌａｇを施し、急な動作をカットすることで、他の制御系との干渉による不安定動作を防止できるという効果がある。

この発明の実施の形態１に係る連続圧延機の負荷配分制御方法を示す構成図である。 この発明の実施の形態２に係る連続圧延機の負荷配分制御方法を示す構成図である。

符号の説明

１，１’，２，２’，３，３’ 圧延ロール、４，５，６ 圧延荷重検出器、７，８，９ 圧下位置制御系、１０ 負荷配分制御装置、１１ 圧延材、１２ 板厚修正量計算部、１３ 制御器部。

Claims (5)

1. 連続圧延機の各スタンドでの圧延荷重比率が目標荷重比率に一致しないとき、当該目標荷重比率からの誤差に基づき、各スタンドの板厚修正量を算出する板厚修正量算出手段と、
   当該板厚修正量に基づく圧下位置修正を実行して、各スタンドの圧延荷重比率を前記目標荷重比率に一致させて保持する圧下位置制御手段と
   を備え、
   前記板圧修正量算出手段は、圧延荷重変化量に対する入側板厚変化量の影響感度と圧延荷重変化量に対する出側板厚変化量の影響感度とが等しいと仮定することにより得られる所定の第１の数式を用いて各前記スタンドの板厚修正量を圧延中に計算する
   ことを特徴とする連続圧延機の負荷配分制御装置。
2. 前記スタンドがｉ個（ｉ＝１〜Ｎ）設けられ、スタンド間の目標荷重比率をＣ_ｉ−１：Ｃ_ｉ：Ｃ_ｉ＋１としたとき、前記所定の第１の数式は、
   

   

   であり、ここで、Δｈ_ｉはｉスタンドにおける出側板厚変化量（板厚修正量）、ΔＨ_ｉは入側板厚変化量、Ｆ_ｉは圧延荷重、ΔＦ_ｉは圧延荷重変化量、Ｑ_ｉはΔＦ_ｉに対するΔＨ_ｉの影響感度である
   ことを特徴とする請求項１に記載の連続圧延機の負荷配分制御装置。
3. 連続圧延機の各スタンドでの圧延荷重比率が目標荷重比率に一致しないとき、当該目標荷重比率からの誤差に基づき、各スタンドの板厚修正量を算出する板厚修正量算出手段と、
   当該板厚修正量に基づく圧下位置修正を実行して、各スタンドの圧延荷重比率を前記目標荷重比率に一致させて保持する圧下位置制御手段と
   を備え、
   前記板圧修正量算出手段は、任意のスタンドの入側板厚変化量と当該スタンドに隣接した上流スタンドにおける出側板厚変化量とが等しいと仮定することにより得られる所定の第２の数式を用いて各前記スタンドの板厚修正量を圧延中に計算するものであって、
   前記スタンドの個数をｉ個（ｉ＝１〜Ｎ）とし、スタンド間の目標荷重比率をＣ_ｉ−１：Ｃ_ｉ：Ｃ_ｉ＋１としたとき、前記所定の第２の数式は、
   

   

   であり、ここで、Δｈ_ｉはｉスタンドにおける出側板厚変化量（板厚修正量）、ΔＨ_ｉは入側板厚変化量、Ｆ_ｉは圧延荷重、ΔＦ_ｉは圧延荷重変化量、Ｑ_ｉはΔＦ_ｉに対するΔＨ_ｉの影響感度、ｑ_ｉはΔＦ_ｉに対するΔｈ_ｉの影響感度、ｋは定数であり、１スタンドの入側板厚をΔＨ_１＝０とする
   ことを特徴とする連続圧延機の負荷配分制御装置。
4. 前記板厚修正量算出手段と前記圧下位置制御手段との間に設けられ、前記板厚修正量算出手段により算出された前記板厚修正量に、所定の関数による処理を施して、比例項と積分項との２つの成分からなる最終出力板厚修正量を算出する最終出力板厚修正量算出手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の連続圧延機の負荷配分制御装置。
5. 前記最終出力板厚修正量Δｈ_ｉ ^ｏｕｔを算出する前記所定の関数ｆ_controllerは、
   

   

   であり、ここで、ここで、Ｋｐは比例項の調節ゲイン、ＬＡＧ｛ｘ｝は１次Ｌａｇ、Ｔｉは積分項の調節ゲイン、ｓは微分演算子であることを特徴とする請求項４に記載の連続圧延機の負荷配分制御装置。

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