JP2010240662A - 圧延機の制御装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】入側・出側テンションリールの速度変動によって発生する圧延機の出側板厚変動を抑制する。
【解決手段】本発明の圧延機の制御装置は、圧延機１入側・出側に被圧延材ｕの巻出しおよび巻取り用のテンションリール２を備えた圧延機１の制御装置であって、テンションリール２と圧延機１との間の張力を所望の値に維持する制御を行う一方、予め設定した範囲の張力設定値からの偏差に対してはテンションリール速度を一定とすることを優先し、張力偏差を修正しないことで、テンションリール速度の変動を抑制する張力速度制御手段４１を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、圧延機に係わり、より詳細には被圧延材の巻出しおよび巻取りに用いるテンションリールの制御に係わる圧延機の制御装置およびその制御方法に関する。

図７は、従来の圧延機の一例として、シングルスタンド圧延機Ｓ１００の制御構成を示す概念図である。
シングルスタンド圧延機Ｓ１００は、圧延機１の圧延方向(図７中、矢印で示す)に対して圧延機１の入側に、被圧延材ｕを繰り出す入側テンションリール２（以下、入側ＴＲ２と称す）を有し、出側に、圧延機１で圧延された被圧延材ｕを巻き取る出側テンションリール３(以下、出側ＴＲ３と称す）を有している。

入側ＴＲ２および出側ＴＲ３は、それぞれ電動機にて駆動され、この電動機と電動機を駆動制御するための装置として、それぞれ入側ＴＲ制御装置５および出側ＴＲ制御装置６が設置されている。
この構成により、シングルスタンド圧延機Ｓ１００における圧延は、入側ＴＲ２から巻き出された被圧延材ｕを圧延機１で圧延した後、出側ＴＲ３で巻き取ることにより行われる。

ここで、圧延機１には、上作業ロールＲs1と下作業ロールＲs2との間の距離であるロールギャップを変更することで、被圧延材ｕの圧延後の板厚(製品板厚)を制御するためのロールギャップ制御装置７と、圧延機１の速度(上・下作業ロールＲs1、Ｒs2の周速度)を制御するためのミル速度制御装置４が設置されている。
圧延時、圧延速度設定装置１０より速度指令がミル速度制御装置４に対して出力され、ミル速度制御装置４は、圧延機１の速度(上・下作業ロールＲs1、Ｒs2の周速度)を一定とするような制御を実施する。

圧延機１の入側(図７の圧延機１の左側)、出側(図７の圧延機１の右側)では、被圧延材ｕに張力をかけることで圧延を安定かつ効率的に実施する。
そのために必要な張力を計算するのが、入側張力設定装置１１および出側張力設定装置１２である。
入側・出側張力設定装置１１、１２にて計算された入側および出側張力設定値より、それぞれ入側張力電流変換装置１５および出側張力電流変換装置１６において、入側および出側の設定張力を被圧延材ｕに加えるために入側ＴＲ２および出側ＴＲ３のそれぞれの電動機の必要な電動機トルクを得るための電流値を求め、それぞれの電流値を入側ＴＲ制御装置５および出側ＴＲ制御装置６に与える。

入側ＴＲ制御装置５および出側ＴＲ制御装置６では、それぞれ与えられた電流となるように電動機の電流を制御し、入側ＴＲ２および出側ＴＲ３に与えられるそれぞれの電動機トルクにより被圧延材ｕに所定の張力を与える。
入側・出側張力電流変換装置１５、１６は、ＴＲ(テンションリール)機械系およびＴＲ(テンションリール)制御装置のモデルに基き張力設定値となるような電流設定値（電動機トルク設定値）を演算するが、制御モデルに誤差を含むため、圧延機１の入側および出側に設置された入側張力計８および出側張力計９で測定された実績張力を用いて、入側張力制御１３および出側張力制御１４により張力設定値に補正を加えて、入側・出側張力電流変換装置１５、１６に付与し、入側・出側張力電流変換装置１５、１６が入側ＴＲ制御装置５および出側ＴＲ制御装置６へ設定する電流値を変更する。

また、被圧延材ｕの板厚は製品品質上重要であるため、板厚制御が実施される。
圧延機１の出側(図７の圧延機１の右側)の板厚は、出側板厚計１７にて検出された実績板厚より出側板厚制御装置１８が圧延機１のロールギャップをロールギャップ制御装置７を用いて、上・下作業ロールＲs1、Ｒs2を操作することで制御される。
前記したように、シングルスタンド圧延機においては、巻取および巻出に用いられる出側ＴＲ３および入側ＴＲ２は、それぞれの電動機が発生するトルクを一定とするトルク一定制御が用いられ、入側・出側張力計８、９で検出した実績張力を用いて電動機電流指令を補正することで被圧延材ｕにかかる張力を一定とする制御が行われている。

なお、入側・出側ＴＲ２、３のそれぞれの電動機の電動機トルクは、電動機電流により得られるので、トルク一定制御を電流一定制御とする場合もある。（特許文献１および特許文献２参照。）
トルク一定制御でＴＲ(テンションリール)制御を行う場合、特許文献３に示すように圧延機に適用される板厚制御と干渉して出側板厚精度が悪化するという問題が有る。出側板厚に対する影響は出側張力に比べて入側張力のほうが大きいので、圧延機１と入側ＴＲ２における問題点を、以下説明する。

図８は、シングルスタンド圧延機Ｓ１００の入側ＴＲ２と圧延機１間の圧延現象を示す概念図である。
図８に示すように、入側ＴＲ２においては、入側ＴＲ制御装置５の出力である電動機トルク２２と、入側張力２４(Ｔ_ｂ)と機械条件（リール径Ｄおよびリールギア比Ｇｒ）より決定される張力トルク２５との和、つまり電動機トルク２２と張力トルク２５との和を積分することで、入側ＴＲ(テンションリール)速度２０が決定される。なお、Ｊは、入側ＴＲ２の慣性モーメント(ｋｇ・ｍ^２)である。
圧延機１においては、ロールギャップ変更量２３（＝ΔＳ）を図示するような所定の係数(Ｍ／(Ｍ＋Ｑ))を積算した値と、圧延機１の入側張力２４を図示するような所定の係数((∂Ｐ／∂Ｔ_ｂ)／(Ｍ＋Ｑ))を積算した値とにより、出側板厚２６が決定され、この決定された出側板厚２６からマスフロー一定則により圧延機入側速度２１が決定される。そして、圧延機入側速度２１と入側ＴＲ速度２０との差を積分したものが入側張力２４となる。
なお、図８において、Ｍはミル定数Ｍ(ｋＮ／ｍ)であり、Ｑは塑性定数Ｑ(ｋＮ／ｍ)であり、(∂Ｐ／∂Ｔ_ｂ)／(Ｍ＋Ｑ)は、入側張力Ｔ_ｂの変動による圧延荷重Ｐ(ｋＮ)の変動の出側板厚への影響係数(ｋ_ｂ)である。

圧延機１における、基本法則としてマスフロー一定則がある。これは、圧延機１の入側(図７に示す圧延機１左側)と圧延機１の出側(図７に示す圧延機１右側)の被圧延材ｕが連続することより、
Ｈ・Ｖ_ｅ＝ｈ・Ｖ_ｏ …… （１）
Ｈ ： 圧延機１の入側板厚
ｈ ： 圧延機１の出側板厚
Ｖ_ｅ ： 圧延機１の入側板速
Ｖ_ｏ ： 圧延機１の出側板速
で表される。

マスフロー一定則の式（１）から、入側板厚一定の場合、入側板速が変動すると出側板厚が変動することを意味する。
シングルスタンド圧延機(図７に示す一つの圧延機１)の場合、入側板速は入側ＴＲ速度となる。入側ＴＲ２は、電動機トルク２２に張力トルク２５が合致するように入側ＴＲ速度２０を変化させるが、この変化は入側ＴＲ２の慣性と圧延機１および圧延現象によって行われ、入側速度２０の変化を抑制する制御手段がない。
そのため、圧延機１において、板厚制御で出側板厚(圧延機１の出側の被圧延材ｕの板厚)を一定とするためロールギャップ変更量２３のΔＳを操作すると、それに応じて圧延機入側速度２１(圧延機１の入側の被圧延材ｕの速度)が変化し、入側張力(２４)偏差(ΔＴ_ｂ)が発生する。

これを抑制するために入側ＴＲ速度２０が変動するが、この変動によって出側板厚変動が発生する。入側ＴＲ２によって行われる入側張力抑制系２７は圧延条件によっては特許文献３に示すように時定数が大きい場合が有り、大きなうねりを持つ出側板厚変動の原因となる場合がある。
入側張力２４は、圧延現象によっても抑制される。入側張力２４が変動すると、圧延機１の圧延荷重Ｐが変化し、それに伴って圧延機入側速度２１が変動する。この入側張力圧延現象系２８(図８参照)によっても入側張力２４は変動する。入側張力圧延現象系２８の応答は、入側張力抑制系２７に比べて非常に速いため、図８の入側圧延現象は、図９のように変換できる。

なお、図９は、図８の圧延現象の部分を簡略化したブロック図である。
図９より、圧延機１のロールギャップ変更量２３(＝ΔＳ)は、同位相で入側張力２４の偏差ΔＴ_ｂとなって表れ、それが入側ＴＲ２で積分された状態で入側ＴＲ速度２０が変化することがわかる。従って、ロールギャップ変更量２３(＝ΔＳ)と入側張力２４の偏差ΔＴ_ｂ、入側ＴＲ速度２０の変化、および出側板厚の変化は図１０のような関係となる。

図１０は、ロールギャップ変更量２３、入側張力２４(Ｔ_ｂ)、入側ＴＲ速度２０、および出側板厚の関係を表す図である。
図１０に示すように、ロールギャップ変更量２３が変化すると、圧延機１の入側速度が変化し、入側張力２４が変化する。入側張力２４の変化に伴い、入側ＴＲ２はトルク一定制御を行っているため、入側ＴＲの慣性による動作で入側ＴＲ速度２０が変化する。
入側ＴＲ速度２０が変動するとマスフロー一定則(式（１）参照)により出側板厚変動が発生する。

出側板厚変動が発生すると、出側板厚制御装置１８(図７参照)が出側板厚を一定とするためロールギャップ変更量２３を操作する。これら一連の動作が継続すると、図１０に示すように、出側板厚が振動するようになる。
なお、実際には出側板厚計１７(図７参照)は圧延機１から離れた場所に設置されるため出側板厚制御装置１８(図７参照)が用いる出側板厚の検出までに遅れ時間が存在するが、出側板厚の振動周期に対して充分に遅れ時間が短い場合は無視できる。
なお、本願に係る文献公知発明として、次の特許文献１〜３がある。

特開平１０−２７７６１８号公報 特開２０００−８４６１５号公報 特許４１０７７６０号公報

上述したように、従来用いられる圧延機１において、入側ＴＲ２および出側ＴＲ３をトルク一定制御（電流一定制御）することは、出側板厚変動を発生させる圧延機１の入側および出側速度の変動要因となる。
これは、トルク一定制御を行った場合は、入側・出側ＴＲ２、３のトルクを一定とするためにテンションリール速度が入側・出側ＴＲ２、３の慣性により変化してしまうためである。その結果、マスフロー一定則(式(１)参照)より出側板厚変動が発生する。

圧延機１で生産される被圧延材ｕにとって最も重要なのは出側板厚精度(製品板厚精度)であり、入出側の張力は操業の安定性のためには重要であるが、製品板厚を維持するためであれば多少は変動しても圧延操業上、問題ない。
本発明は上記実状に鑑み、入側・出側ＴＲの速度変動によって発生する圧延機の出側板厚変動を抑制する圧延機の制御装置およびその制御方法の提供を目的とする。

上記目的を達成すべく、第１の本発明に関わる圧延機の制御装置は、圧延機入側・出側に被圧延材の巻出しおよび巻取り用のテンションリールを備えた圧延機の制御装置であって、テンションリールと圧延機との間の張力を所望の値に維持する制御を行う一方、予め設定した範囲の張力設定値からの偏差に対してはテンションリール速度を一定とすることを優先し、張力偏差を修正しないことで、テンションリール速度の変動を抑制する張力速度制御手段を備えている。

第２の本発明に関わる圧延機の制御方法は、圧延機入側・出側に被圧延材の巻出しおよび巻取り用のテンションリールを備えた圧延機の制御方法であって、制御装置が、テンションリールと圧延機との間の張力を所望の値に維持する制御を行う一方、予め設定した範囲の張力設定値からの偏差に対してはテンションリール速度を一定とすることを優先し、張力偏差を修正しないことで、テンションリール速度の変動を抑制する制御を行っている。

本発明によれば、入側・出側テンションリールの速度変動によって発生する圧延機の出側板厚変動を抑制する圧延制御装置およびその方法を実現できる。

本発明に係る第１実施形態のシングルスタンド圧延機Ｓの制御構成を示す概念図である。 第１実施形態の入側ＴＲ速度により入側ＴＲを制御する場合の制御構成を示す図である。 (ａ)は、第１実施形態の入側張力速度制御装置の詳細構成を示す図であり、(ｂ)は、デッドバンド設定曲線を示す図である。入側張力速度制御装置の詳細構成を示す図である。 (ａ)は、第１実施形態の入側ＴＲ速度制御装置の構成を示す図であり、(ｂ)は、(ａ)に示す入側ＴＲ速度制御装置のＩ制御における経過時間に対するＩ制御積分値を示す図であり、(ｃ)は、入側ＴＲ制御モード判定装置から(ａ)に示す入側ＴＲ速度制御装置のＩ制御に入力されるトルク一定制御電流指令を経過時間について示す図であり、(ｄ)は、入側ＴＲ制御モード判定装置から(ａ)に示す入側ＴＲ速度制御装置のＩ制御に入力されるトルク一定制御モードの信号を経過時間について示す図である。 第１実施形態の入側ＴＲ制御モード判定装置の概要を示す図である。 第２実施形態の圧延機の入側および出側に張力計が無いシングルスタンド圧延機おいて入側ＴＲ速度により入側ＴＲを制御する場合の制御構成を示す図である。 従来の圧延機の一例として、シングルスタンド圧延機の制御構成を示す概念図である。 シングルスタンド圧延機の入側ＴＲと圧延機間の圧延現象を示す概念図である。 図８に示す圧延現象の部分を簡略化したブロック図である。 従来のロールギャップ変化量、入側張力、入側ＴＲ速度、および出側板厚の関係を表す図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る第１実施形態のシングルスタンド圧延機Ｓの制御構成を示す概念図である。

＜＜第１実施形態＞＞
＜シングルスタンド圧延機Ｓの概要＞
第１実施形態のシングルスタンド圧延機Ｓは、入側テンションリール２(以下、入側ＴＲ２と称す)を速度一定制御で制御し、圧延機１入出側の被圧延材ｕの張力を、テンションリール速度を制御端とする張力制御により制御する。この張力制御が制御対象とする張力偏差にデッドバンドを設けることで入側ＴＲ２の速度変動を抑制し、被圧延材ｕの出側板厚偏差を最小とする。
すなわち、入側ＴＲ２を速度一定制御とし、張力変動に応じて入側ＴＲ２の速度が変動することを抑制している。
また、被圧延材ｕの出側板厚変動(製品板厚変動)が大きいときは、入側ＴＲ２の速度一定制御を選択し、被圧延材ｕの出側板厚変動が大きくないときは、トルク一定制御を選択し、製品の品質が保てる制御を行っている。

＜シングルスタンド圧延機Ｓの構成＞
図１に示すシングルスタンド圧延機Ｓは、入側ＴＲ速度制御装置４１、入側張力速度制御装置４２、および入側ＴＲ制御モード判定装置４３(図１中、二点鎖線で示すＨ)以外は、シングルスタンド圧延機Ｓ１００(図７参照)と構成は同様であるから、シングルスタンド圧延機Ｓ１００と同一の構成要素には、同一の符号を付して示し、詳細な説明は省略する。
ここで、入側ＴＲ速度制御装置４１、入側張力速度制御装置４２、および入側ＴＲ制御モード判定装置４３は、例えば、ＰＬＣ(programmable logic controller)に格納される制御プログラムにＣ言語等で記述されており、該制御プログラムが実行されることにより具現化される。
なお、入側ＴＲ速度制御装置４１、入側張力速度制御装置４２、および入側ＴＲ制御モード判定装置４３は、回路を用いて実現してもよく、特に限定されないのは勿論である。

＜速度一定制御＞
冷間圧延機であるシングルスタンド圧延機Ｓは、圧延機１の入側張力(図１に示す圧延機１左側の被圧延材ｕの張力)および入側板速度(図１に示す圧延機１左側の被圧延材ｕの速度)の変動が、圧延後の被圧延材ｕの出側板厚(図１に示す圧延機１右側の被圧延材ｕの板厚)に与える影響が大きい。
そこで、以下、圧延機１の入側ＴＲ２の制御を速度一定制御（ＡＳＲ）にて実施する場合について説明する。

図２は、入側ＴＲ速度２０により入側ＴＲ２を制御する場合の制御構成を示す図である。
図２に示すように、入側張力速度制御装置４２においては、入側張力設定装置１１により設定された入側張力となるように、入側張力計８(図１参照)で測定される入側張力２４の実績値Ｔ_ｂをフィードバックして、入側ＴＲ２の速度を決定する。この入側張力速度制御装置４２の入側ＴＲ速度指令が入力される入側ＴＲ速度制御装置４１は、入側ＴＲ速度２０を検出して、入側張力速度制御装置４２の出力の入側ＴＲ速度指令に合わせるように制御する。
このような構成とすることにより、入側ＴＲ速度２０を他の制御系（例えば、出側板厚制御装置１８(図１参照）からの要求により操作することが可能となる。

従来のトルク一定制御の場合は、図８、図９に示すように、入側ＴＲ２に与えられる電動機トルク２２に合致するように入側張力トルクが出せる入側ＴＲ速度２０が入側張力抑制系２７により決定されたが、本構成においては、入側張力２４の実績値が入側張力設定装置１１(図２参照)からの設定値となるように入側張力速度制御装置４２(図２参照)により入側ＴＲ速度２０を制御する。
従来のシングルスタンド圧延機１の入側テンションリール２には、一般に電動機トルク一定制御が適用されている。トルク一定制御は、電動機トルク２２に合致するように、入側ＴＲ２の機械系と圧延機２における圧延現象である入側張力抑制系２７が動作する。
そのため、速度一定制御を適用した場合に比較して応答が非常に速いという特徴を有する。

従って、本発明の解決すべき課題のような現象が発生するのは、入側板速Ｖ_ｅや被圧延材ｕの出側板厚ｈ、影響係数ｋ_ｂ(＝(∂Ｐ／∂Ｔ_ｂ)／(Ｍ＋Ｑ))等で決まる入側張力抑制系２７の応答が低下した場合、すなわち時定数が大きい場合であり、通常は単純な制御系であるトルク一定制御を適用したほうがよい。
例えば、図２に示すように、入側張力抑制系２７のゲインを決める入側板速Ｖ_ｅが大、出側板厚ｈが小、影響係数ｋ_ｂが大等の場合、時定数が大きくなり、被圧延材ｕの製品の板厚の変動が大きくなり問題となる。

そのため、本実施形態では、速度一定制御とトルク一定制御とを判定する入側ＴＲ制御モード判定装置４３(図１、図２参照)を設け、圧延速度の入側板速Ｖ_ｅや被圧延材ｕの出側板厚ｈ、影響係数ｋ_ｂの実績に応じて、速度一定制御時は、入側ＴＲ速度制御装置４１の出力である電流指令を入側ＴＲ制御装置５に与え、トルク一定制御時は、入側張力設定装置１１で設定した張力から入側張力電流変換装置１５で求めた電流指令を入側ＴＲ制御装置５に与えるように、切換える。

＜入側張力速度制御装置４２＞
図３(ａ)は、入側張力速度制御装置４２の詳細構成を示す図であり、図３(ｂ)は、デッドバンド設定曲線を示す図である。
図３に示す入側張力速度制御装置４２は、入側張力設定装置１１からの張力設定と、入側張力計８(図１参照)で検出される入側張力実績との偏差を用いてＰＩ(Proportional Integral)制御４２１を実施する。
圧延機１の入側張力２４を設定値に維持しようとすると、入側ＴＲ２の速度を操作する必要があることから、入側張力変動量のデッドバンドを設け、圧延状態から決まるある張力偏差の値までは制御を行わないようにする。何故なら、入側張力変動量のデッドバンドを設けず制御を行うと、入側張力変動量に応じる入側ＴＲ２の速度の変動が大きくなり、結果として被圧延材ｕの出側板厚(製品板厚)に変動が生じるからである(マスフロー一定則の式（１）参照)。

そこで、圧延機１(図１参照)の出側の被圧延材ｕの板厚を検出する出側板厚計１７により、図３(ａ)に示すように、デッドバンド決定装置４２４が出側板厚実績を受け取り、デッドバンド決定装置４２４においては、出側板厚実績に応じて張力変動をどの程度許容するかを決定する。具体的には、図３(ｂ)に示すように、予めある板厚に対する入側張力デッドバンド量を計算等で求めておき、デッドバンド設定曲線４２５として設定し、メモリに記憶しておく。
図１に示すように、被圧延材ｕの圧延中は、デッドバンド決定装置４２４が、出側板厚計１７から板厚実績を受け取り、この板厚実績からデッドバンド設定曲線４２５に従って入側張力デッドバンド量を決定し、デッドバンド装置４２２に設定する。

この入側張力デッドバンド量が設定されるデッドバンド装置４２２では、入側張力偏差にデッドバンド処理を施し、ＰＩ制御４２１に渡す。ＰＩ制御４２１では、張力偏差の値を用いてＰＩ制御を行い、張力偏差による入側ＴＲ速度変更量を出力する。
ここで、入側ＴＲ速度変更量は、入側ＴＲ速度設定値からの偏差量である。
そこで、圧延機速度設定装置１０から設定された圧延機１の速度設定から入側速度演算装置４２３により入側ＴＲ速度設定値を求め、この入側ＴＲ速度設定値に入側ＴＲ速度変更量を加算することで入側ＴＲ速度指令として出力する。そして、この入側ＴＲ速度指令と入側ＴＲ速度２０実績との偏差(図３(ａ)中(−)符号で示す、図２参照)をとって入側ＴＲ速度制御装置４１(図３、図１参照)に与える。

＜入側ＴＲ速度制御装置４１＞
図４(ａ)は、入側ＴＲ速度制御装置４１の構成を示す図であり、図４(ｂ)から図４(ｄ)は、入側ＴＲ速度制御装置４１の動作を示す図であり、図４(ｂ)は、図４(ａ)に示すＩ制御４１２における経過時間ｔに対するＩ制御積分値を示す図であり、図４(ｃ)は、入側ＴＲ制御モード判定装置４３から図４(ａ)に示すＩ制御４１２に入力されるトルク一定制御電流指令を経過時間ｔについて示す図であり、図４(ｄ)は、入側ＴＲ制御モード判定装置４３から図４(ａ)に示すＩ制御４１２に入力されるトルク一定制御モードの信号を経過時間ｔについて示す図である。

図４(ａ)に示すように、入側ＴＲ速度制御装置４１は、入側張力速度制御装置４２の速度指令と入側ＴＲ速度実績との偏差よりＰＩ制御により電流指令を演算する。
ここで、本シングルスタンド圧延機Ｓでは、トルク一定制御と速度一定制御の切換えが発生するため、入側ＴＲ速度制御装置４１におけるＰＩ制御をＰ(比例)制御４１１とＩ(積分)制御４１２に分け、Ｉ制御４１２については、入側ＴＲ制御モード判定装置４３の出力により補正をかける。
トルク一定制御モード時は、図１、図２に示すように、入側張力設定装置１１の張力指令から入側張力電流変換装置１５で変換した電流指令が、入側ＴＲ制御モード判定装置４３を介して、入側ＴＲ制御装置５に対して出ているが、入側ＴＲ速度制御装置４１は動作していないため、図４(ａ)に示すＩ制御４１２の出力は０である。その状態でトルク一定制御から速度一定制御に切換えると電流指令が０となってしまい、張力が保持できなくなる。

そこで、入側ＴＲ制御モード判定装置４３(図４(ａ)、図１参照)がトルク一定モード(トルク一定制御)（図４(ｄ)のα１参照）を選択している場合は、入側ＴＲ速度制御装置４１(図４(ａ)参照)のＩ制御４１２に対して、トルク一定制御の電流指令で積分項を置き換える処理(図４(ｂ)参照)を常に実施する。トルク一定制御（図４(ｄ)のα１参照）から速度一定制御（図４(ｄ)のα２参照）に切換わると、積分項の置き換え処理が停止し、入側ＴＲ速度制御装置４１はトルク一定制御時の電流指令から制御を開始する。

＜入側ＴＲ制御モード判定装置４３＞
図５は、入側ＴＲ制御モード判定装置４３の概要を示す図である。
図５に示す入側ＴＲ制御モード判定装置４３においては、入側板速Ｖ_ｅが大、出側板厚ｈが小、影響係数ｋ_ｂ等の圧延実績から、出力切換え装置４３１がトルク一定制御か速度一定制御を選択する。
出力切換装置４３１が、選択結果に応じて、トルク一定制御を選択した場合は、入側張力電流変換装置１５の出力を後記するホールドメモリ４３３に記憶した電流値を加算して補正した出力４３５側を電流指令４３６に与える。

一方、出力切換装置４３１が速度一定制御を選択した場合は、図５に示す入側ＴＲ速度制御装置４１の出力４３４側を電流指令４３６に与える。
出力切換装置４３１が速度一定制御からトルク一定制御(電流一定制御)に切換える場合、入側張力電流変換装置１５の出力と入側ＴＲ速度制御装置４１(図５、図１参照)の出力が一致してない場合が発生する。この場合は、電流指令がステップ状に変化し(図４(ｃ)のβ１参照)、入側ＴＲ速度２０が変動して圧延機１の入側の被圧延材ｕの張力および出側の被圧延材ｕの板厚変動が発生する。

そこで、速度一定制御ＯＦＦタイミング(図４(ｄ)のβ２参照)で、図５に示すように、入側ＴＲ速度制御装置４１と入側張力電流変換装置１５の出力の差をホールドメモリ４３３にメモリし、メモリした値を入側張力電流変換装置１５の出力に加算して、電流指令がステップ状に変化するのを防止する(図４(ｂ)のβ３参照)。
図５に示す入側ＴＲ制御モード判定装置４３のルールベース４３２には、圧延設定情報と圧延実績情報に従って、トルク一定制御(電流一定制御)または速度一定制御のどちらを利用すべきかを制御ルールとして設定しておく。

例えば、図２に示すように、入側張力抑制系２７のゲインを決める影響係数ｋ_ｂ(＝(∂Ｐ／∂Ｔ_ｂ)／(Ｍ＋Ｑ))が大、出側板厚ｈが小、入側板速Ｖ_ｅが大の場合、時定数が大きくなり、出側（製品板厚）の変動が大きくなることから、速度一定制御を選択することとし、それ以外の場合は、トルク一定制御を選択する。なお、J(入側ＴＲ２の慣性モーメント)、Ｇｒ(入側ＴＲ２と入側ＴＲ２の駆動する電動機とのギア比)は機械系なので固定して考える。
すなわち、ＰＬＣの制御プログラムのソースコードは、次のようになり、結論部としては、（速度一定制御を選択）または（トルク一定制御を選択）となる。
IF （ｋ_ｂ＞ｋ１）AND（ｈ＜ｈ１）AND（Ｖ_ｅ＞Ｖ１）
THEN (速度一定制御を選択)
ELSE (トルク一定制御を選択)
なお、ｋ１、ｈ１、Ｖ１は定数であり、その値は種々の条件により、適宜選択可能である。

上記構成によれば、入側ＴＲ２をトルク一定制御で動作させることも、速度一定制御で動作させることも可能となり、また圧延実績に応じて両者を適時切換えて使用できる。そのため、入側ＴＲ速度２０変動に起因する圧延機１の出側板厚変動(製品の板厚変動)を最小限とすることが可能となる。

なお、第１実施形態の入側張力速度制御装置４２(図３参照)において、入側張力偏差にデッドバンド(デッドバンド装置４２２、デッドバンド決定装置４２４)を設けているが、この構成に代替する構成として、速度指令にリミッタを設置して、入側ＴＲ速度が制限値以上に変動しないように制御することで出側板厚偏差を抑制することも可能である。この場合、入側張力２４と出側板厚偏差の優先順位に従って制御を実施することになる。

なお、第１実施形態においては、被圧延材ｕの圧延状態に応じて、入側ＴＲ２の速度一定制御と入側ＴＲ２のトルク一定制御とを切換える構成を例示して説明したが、これ以外に、被圧延材ｕの製品仕様に従って入側ＴＲ２の速度一定制御と入側ＴＲ２のトルク一定制御とを切換えてもよいし、または、圧延前に予め決定してもよい。或いは、被圧延材ｕの圧延中にその圧延状態に応じて、またはこれまで(前回、前々回、…等)の被圧延材ｕの圧延状態に応じて、切り換えてもよい。

＜＜第２実施形態＞＞
次に、第２実施形態のシングルスタンド圧延機について、図６を用いて説明する。
なお、図６は、第２実施形態の圧延機の入側および出側に張力計が無いシングルスタンド圧延機おいて入側ＴＲ速度２０により入側ＴＲ２を制御する場合の制御構成を示す図である。
第２実施形態のシングルスタンド圧延機は、圧延機１の入側および出側に実績張力を測定するための入側・出側張力計８、９(図１参照)が設置されてない場合である。
シングルスタンド圧延機の圧延機の入側および出側に実績張力を測定するための張力計が設置されてない場合においては、図６に示すように、電動機トルク２２と入側張力トルク２５が一致した時点で入側ＴＲ速度２０の変化がゼロとなることから、入側張力設定装置１１からの設定張力から入側張力電流変換装置１５により変換された電流値ｉ１と、入側張力速度制御装置４２の速度指令に合致するように入側ＴＲ速度制御装置４１が制御を行った結果の電流指令ｉ２が合致するように入側張力速度制御装置４２を構成する。
このような構成とすれば、張力計が設置されていない圧延機についても本方式の入側ＴＲ速度２０により入側ＴＲ２を制御する構成が適用できる。

なお、第１、第２実施形態においては、入側ＴＲ２の制御方法について述べているが同様の構成を、出側ＴＲ３の制御に適用することも可能である。
また、前述の実施形態においては、シングルスタンド圧延機を実施形態としているが、圧延機としてはシングルスタンド圧延機に限らず、多数を含む複数の圧延機スタンドを有するタンデム圧延機においても、入側または出側にテンションリールが設置されている場合には適用可能である。

＜＜まとめ＞＞
テンションリール(２、３)の制御方法を、電流一定制御（トルク一定制御）から速度一定制御に変更し、速度指令により張力制御（トルク一定制御）を行うと共に、張力変動が許容値内であればテンションリールの速度変更を行わないようにして、テンションリールの速度変動を抑制することで、被圧延材ｕの出側板厚変動(製品板厚変動)を解決できる。

また、制御応答性の観点からは、トルク一定制御の方が良いので、圧延状態に応じて、トルク一定制御と速度一定制御を切換えて使用する。
また、張力計(８、９)が設置されていない圧延機においては、テンションリール(２、３)の電流指令に電流実績を合わせるようにテンションリール速度指令を操作する制御を実施することで圧延機入出側の張力を設定値に維持しながら、テンションリール速度制御を実施することが可能となる。

＜＜作用効果＞＞
上記構成によれば、従来のテンションリールをトルク一定制御（電流一定制御）していた場合に比較して、圧延機出側板厚変動を抑制し、板厚精度(製品板厚精度)を向上させることが可能となる。

本発明は、冷間圧延機の制御に利用可能であり、実適用上の問題点は無い。

１ 圧延機
２ 入側ＴＲ（入側のテンションリール）
３ 出側ＴＲ（出側のテンションリール）
８ 入側張力計(入側の張力検出手段)
９ 出側張力計(出側の張力検出手段)
１１ 入側張力設定装置(テンションリールトルク一定制御手段、制御装置)
１３ 入側張力制御(テンションリールトルク一定制御手段、制御装置)
１５ 入側張力電流変換装置(テンションリールトルク一定制御手段、制御装置)
３３ 非干渉制御装(テンションリールトルク一定制御手段、制御装置)
４１ 入側ＴＲ速度制御装置(張力速度制御手段、制御装置)
４２ 入側張力速度制御装置(制御装置)
４３ 入側ＴＲ制御モード判定装置(速度・トルク制御切換え手段、制御装置)
４２２ デッドバンド装置(制御装置)
４２４ デッドバンド決定装置(制御装置)
ｕ 被圧延材

Claims (16)

1. 圧延機入側・出側に被圧延材の巻出しおよび巻取り用のテンションリールを備えた圧延機の制御装置であって、
   前記テンションリールと前記圧延機との間の張力を所望の値に維持する制御を行う一方、予め設定した範囲の張力設定値からの偏差に対してはテンションリール速度を一定とすることを優先し、前記張力偏差を修正しないことで、前記テンションリール速度の変動を抑制する張力速度制御手段を備えることを特徴とする圧延機の制御装置。
2. 請求項１に記載の圧延機の制御装置において、
   前記張力速度制御手段による前記テンションリールの速度により前記張力を一定にする制御と、
   テンションリールトルク一定制御手段による前記テンションリールの駆動トルクを一定にすることで前記張力を一定にする制御とを、圧延状態に応じて切り換える速度・トルク制御切換え手段を
   備えることを特徴とする圧延機の制御装置。
3. 請求項２に記載の圧延機の制御装置において、
   前記速度・トルク制御切換え手段は、
   前記張力速度制御手段による前記張力を一定にする制御と、前記テンションリールトルク一定制御手段による前記張力を一定にする制御のどちらを用いて制御するかを、前記被圧延材の圧延状態や前記被圧延材の製品仕様に従って切換える
   ことを特徴とする圧延機の制御装置。
4. 請求項２に記載の圧延機の制御装置において、
   前記速度・トルク制御切換え手段は、
   前記張力速度制御手段による前記張力を一定にする制御と、前記テンションリールトルク一定制御手段による前記張力を一定にする制御のどちらを用いて制御するかを、前記被圧延材の製品仕様に従って圧延前に予め決定する
   ことを特徴とする圧延機の制御装置。
5. 請求項２に記載の圧延機の制御装置において、
   前記速度・トルク制御切換え手段は、
   前記張力速度制御手段による前記張力を一定にする制御と、前記テンションリールトルク一定制御手段による前記張力を一定にする制御のどちらを用いて制御するかを、前記被圧延材の圧延中にその圧延状態に応じて決定する
   ことを特徴とする圧延機の制御装置。
6. 請求項１に記載の圧延機の制御装置において、
   前記張力速度制御手段による前記テンションリールと圧延機との間の張力の制御は、前記圧延機の入出側のうちの少なくとも何れかに設置された張力検出手段にて測定した前記被圧延材の実績値を用いて行う
   ことを特徴とする圧延機の制御装置。
7. 請求項１に記載の圧延機の制御装置において、
   前記テンションリールと圧延機との間の張力の制御は、前記張力の設定値から計算されたテンションリールの駆動トルク指令に前記テンションリールの駆動トルク指令実績が一致するように実施する
   ことを特徴とする圧延機の制御装置。
8. 請求項２乃至請求項５および請求項７のうちの何れか一項に記載の圧延機の制御装置において、
   前記テンションリールの駆動トルク指令は、前記テンションリールの駆動電流指令で与える
   ことを特徴とする圧延機の制御装置。
9. 圧延機入側・出側に被圧延材の巻出しおよび巻取り用のテンションリールを備えた圧延機の制御方法であって、
   制御装置が、前記テンションリールと前記圧延機との間の張力を所望の値に維持する制御を行う一方、予め設定した範囲の張力設定値からの偏差に対してはテンションリール速度を一定とすることを優先し、前記張力偏差を修正しないことで、前記テンションリール速度の変動を抑制する制御を行う
   ことを特徴とする圧延機の制御方法。
10. 請求項９に記載の圧延機の制御方法おいて、
    前記制御装置が、前記テンションリールの速度により前記張力を一定にする制御に加え、前記テンションリールの駆動トルクを一定にすることで前記張力を一定にする制御を行い、前記両制御を切換える
    ことを特徴とする圧延機の制御方法。
11. 請求項１０に記載の圧延機の制御方法において、
    前記テンションリールの速度により前記張力を一定にする制御と前記テンションリールの駆動トルクを一定にすることで前記張力を一定にする制御のどちらを用いて制御するかを、前記被圧延材の圧延状態や前記被圧延材の製品仕様に従って切換える
    ことを特徴とする圧延機の制御方法。
12. 前記請求項１０に記載の圧延機の制御方法において、
    前記テンションリールの速度により前記張力を一定にする制御と前記テンションリールの駆動トルクを一定にすることで前記張力を一定にする制御のどちらを用いて制御するかを、前記被圧延材の製品仕様に従って圧延前に予め決定する
    ことを特徴とする圧延機の制御方法。
13. 前記請求項１０に記載の圧延機の制御方法において、
    前記テンションリールの速度により前記張力を一定にする制御と前記テンションリールの駆動トルクを一定にすることで前記張力を一定にする制御のどちらを用いて制御するかを、前記被圧延材の圧延中にその圧延状態に応じて決定する
    ことを特徴とする圧延機の制御方法。
14. 請求項９に記載の圧延機の制御方法において、
    前記テンションリールと圧延機との間の張力の制御は、前記圧延機入出側のうちの少なくとも何れかに設置された張力検出手段にて測定した実績値を用いて行う
    ことを特徴とする圧延機の制御方法。
15. 請求項９に記載の圧延機の制御方法において、
    前記テンションリールと圧延機との間の張力の制御は、前記張力の設定値から計算された前記テンションリールの駆動トルク指令に前記テンションリールの駆動トルク指令実績が一致するように実施する
    ことを特徴とする圧延機の制御方法。
16. 請求項１０乃至請求項１３および請求項１５のうちの何れか一項に記載の圧延機の制御方法において、
    前記テンションリールの駆動トルク指令は、前記テンションリールの駆動電流指令で与える
    ことを特徴とする圧延機の制御方法。
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    
    

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