JP2017131921A - 調質圧延機の制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度、且つ、応答性よく鋼板の伸張率を管理範囲内に制御可能な調質圧延機の制御装置及び制御方法を提供すること。
【解決手段】本発明の一実施形態である調質圧延機の制御装置１は、鋼板の伸張率をＰＩ制御によって管理範囲内にフィードバック制御する伸張率ＰＩ制御部８を備え、伸張率ＰＩ制御部８は、鋼板の板厚に応じてＰＩ制御の比例ゲインを変化させる板厚ゲインＦ．Ｇ．８ｅと、鋼板の伸張率の設定値に応じてＰＩ制御の比例ゲインを変化させるＳＰＭ伸張率設定値ＰゲインＦ．Ｇ．８ｇと、を備える。このような構成によれば、鋼板の板厚及び伸張率の設定値に応じてＰＩ制御の比例ゲインを変化させることができるので、高精度、且つ、応答性よく鋼板の伸張率を管理範囲内に制御できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、鋼板の搬送方向に沿って配置された２つの圧延スタンドを備える調質圧延機の制御装置及び制御方法に関する。

鋼板の調質圧延工程は、鋼板表面を所望の粗度とし、また鋼板の形状を矯正して平坦化すると共に、鋼種及び使用用途に応じた伸張率を鋼板に付与することによって、降伏点伸び、引張強さ、及び伸び等の鋼帯の機械的性質を調整することを目的としている。このため、調質圧延機では、圧下力や圧延スタンド間における鋼板の張力を制御することによって鋼板の伸張率を管理範囲内に制御している（例えば特許文献１参照）。

特開昭５５−８１０１１号公報

しかしながら、圧延スタンド間における鋼板の張力は、鋼板の板厚やライン速度（搬送速度）に応じて変化する。このため、調質圧延機が連続ラインに設けられている場合、調質圧延機の上流側や下流側に配置されている他の設備の影響によって圧延スタンド間における鋼板の張力が変化することにより、鋼板の先端側（コイルＴＯＰ）の伸張率が管理範囲から外れ、切り捨てなければならない鋼板長が増加する一因となる。なお、本発明の発明者らは、鋭意研究を重ねてきた結果、このような課題は特に板厚が０．４０１ｍｍ以上である厚物材において顕著に現れることを知見した。そこで、本発明の発明者らは、このような課題を解決するために、ＰＩ制御によって伸張率を管理範囲内にフィードバック制御する際の比例（Ｐ）ゲインを大きくする方策を検討した。ところが、本発明の発明者らは、比例ゲインを大きくした場合には、逆に、板厚０．２５０ｍｍ以下の薄物材や伸張率が２．５％以上の高伸張率材において、伸張率のハンチングが発生し、伸張率制御の応答性が低下することを知見した。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、高精度、且つ、応答性よく鋼板の伸張率を管理範囲内に制御可能な調質圧延機の制御装置及び制御方法を提供することにある。

本発明に係る調質圧延機の制御装置は、鋼板の搬送方向に沿って配置された２つの圧延スタンドを備える調質圧延機の制御装置であって、前記鋼板の伸張率をＰＩ制御によって管理範囲内にフィードバック制御する伸張率ＰＩ制御部を備え、前記伸張率ＰＩ制御部は、前記鋼板の板厚に応じて前記ＰＩ制御の比例ゲインを変化させる板厚比例ゲイン調整部と、前記鋼板の伸張率の設定値に応じて前記ＰＩ制御の比例ゲインを変化させる伸張率設定値比例ゲイン調整部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る調質圧延機の制御装置は、上記発明において、前記鋼板の板厚及び搬送速度に応じて前記圧延スタンド間における前記鋼板の張力の設定値を補正する張力補正部を備えることを特徴とする。

本発明に係る調質圧延機の制御装置は、上記発明において、前記伸張率ＰＩ制御部は、前記鋼板の板厚に応じてフィードバック制御出力の値の範囲を制限する伸張率制御出力制限部を備えることを特徴とする。

本発明に係る調質圧延機の制御方法は、鋼板の搬送方向に沿って配置された２つの圧延スタンドを備える調質圧延機の制御方法であって、前記鋼板の伸張率をＰＩ制御によって管理範囲内にフィードバック制御する伸張率ＰＩ制御ステップを含み、前記伸張率ＰＩ制御ステップは、前記鋼板の板厚に応じて前記ＰＩ制御の比例ゲインを変化させる板厚比例ゲイン調整ステップと、前記鋼板の伸張率の設定値に応じて前記ＰＩ制御の比例ゲインを変化させる伸張率設定値比例ゲイン調整ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る調質圧延機の制御方法は、上記発明において、前記鋼板の板厚及び搬送速度に応じて前記圧延スタンド間における前記鋼板の張力の設定値を補正する張力補正ステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る調質圧延機の制御方法は、上記発明において、前記伸張率ＰＩ制御ステップは、前記鋼板の板厚に応じてフィードバック制御出力の値の範囲を制限する伸張率制御出力制限ステップを含むことを特徴とする。

本発明に係る調質圧延機の制御装置及び制御方法によれば、高精度、且つ、応答性よく鋼板の伸張率を管理範囲内に制御することができる。

図１は、本発明の一実施形態である調質圧延機の制御装置の構成及びこの制御装置が適用される調質圧延機の構成を示すブロック図である。 図２は、図１に示す伸張率ＰＩ制御部の構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である調質圧延機の制御装置の構成について説明する。

〔調質圧延機の構成〕
初めに、図１を参照して、本発明の一実施形態である調質圧延機の制御装置が適用される調質圧延機の構成について説明する。

図１は、本発明の一実施形態である調質圧延機の制御装置の構成及びこの制御装置が適用される調質圧延機の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態である調質圧延機の制御装置が適用される調質圧延機は、鋼板の搬送方向に沿って配置された第１圧延スタンド（１ＳＴＤ）及び第２圧延スタンド（２ＳＴＤ）と、第１圧延スタンドの搬送方向上流側に配置された第１ブライドルロール（１ＢＲ）と、第２圧延スタンドの搬送方向下流側に配置された第２ブライドルロール（２ＢＲ）と、を備えている。また、第１ブライドルロールと第１圧延スタンドとの間、第１圧延スタンドと第２圧延スタンドとの間、及び第２圧延スタンドと第２ブライドルロールとの間にはそれぞれ、鋼板の張力の実績値を検出する第１テンションメータ（１ＴＭ）、第２テンションメータ（２ＴＭ）、及び第３テンションメータ（３ＴＭ）が配設されている。

この調質圧延機は、第２圧延スタンドの圧延速度を一定として、第１圧延スタンドの圧延速度を制御することによって鋼板の伸び率を管理範囲内に制御する。また、この調質圧延機は、第１ブライドルロールと第２ブライドルロールとによって鋼板に対して張力段差を付与するようにしている。

〔制御装置の構成〕
次に、図１を参照して、本発明の一実施形態である調質圧延機の制御装置の構成について説明する。

図１に示すように、本発明の一実施形態である調質圧延機の制御装置１は、板厚ファンクションジェネレータ（板厚Ｆ．Ｇ．）２、ライン速度ファンクションジェネレータ（ライン速度Ｆ．Ｇ．）３、補正値上下限制限部４、加算器５、伸張率計算部６、減算器７、伸張率ＰＩ制御部８、加算器９、スタンド間張力上下限制限部（ＳＴＤ間張力上下限制限部）１０、減算器１１、スタンド間張力調整器（ＳＴＤ間ＡＴＲ）１２、及び加算器１３を主な構成要素として備えている。

板厚ファンクションジェネレータ２は、処理対象の鋼板の板厚に対応する係数を第１圧延スタンドと第２圧延スタンドとの間における鋼板の張力の設定値（ＳＴＤ間張力設定値（初期値））に乗算することによってＳＴＤ間張力設定値（初期値）の補正値を算出する。板厚ファンクションジェネレータ２は、算出された補正値を示す電気信号をライン速度ファンクションジェネレータ３に出力する。

ライン速度ファンクションジェネレータ３は、処理対象の鋼板のライン速度（搬送速度）に対応する係数を第１圧延スタンドと第２圧延スタンドとの間における鋼板の張力の設定値（初期値）に乗算することによって張力の設定値（初期値）の補正値を算出する。ライン速度ファンクションジェネレータ３は、板厚ファンクションジェネレータ２から出力された補正値と算出された補正値との和を示す電気信号を補正値上下限制限部４に出力する。

補正値上下限制限部４は、ライン速度ファンクションジェネレータ３から出力された補正値の和が所定の上下限値の範囲内にあるか否かを判別する。判別の結果、補正値の和が所定の上下限値の範囲内にある場合、補正値上下限制限部４は、補正値の和を示す電気信号をスタンド間張力厚速補正値（ＳＴＤ間張力厚速補正値）として加算器５に出力する。一方、補正値の和が上限値より大きい又は下限値より小さい場合には、補正値上下限制限部４は、上限値又は下限値を示す電気信号をＳＴＤ間張力厚速補正値として加算器５に出力する。

加算器５は、ＳＴＤ間張力設定値（初期値）に補正値上下限制限部４から出力されたＳＴＤ間張力厚速補正値を加算した値を第１圧延スタンドと第２圧延スタンドとの間における鋼板の張力の設定値（ＳＴＤ間張力設定値）として加算器９に出力する。このように鋼板の板厚及びライン速度に応じてＳＴＤ間張力設定値（初期値）を補正することによって、鋼板の伸張率制御の応答性を改善することができる。

伸張率計算部６は、第１ブライドルロールにおける鋼板のライン速度の実績値と第２ブライドルロールにおける鋼板のライン速度の実績値との差分値を鋼板の伸張率の実績値として計算する。伸張率計算部６は、計算された伸張率の実績値を示す電気信号を減算器７に出力する。

減算器７は、鋼板の伸張率の設定値（目標値）と伸張率計算部６から出力された伸張率の実績値との差分値を算出し、算出された差分値を示す電気信号を伸張率偏差として伸張率ＰＩ制御部８に出力する。

伸張率ＰＩ制御部８は、減算器７から出力された伸張率偏差に基づいて鋼板の伸張率を鋼板の伸張率の設定値にＰＩ制御によってフィードバック制御するために必要な制御出力を伸張率制御出力（フィードバック制御出力）として算出し、算出された伸張率制御出力を加算器９に出力する。伸張率ＰＩ制御部８の構成の詳細については、図２を参照して後述する。

加算器９は、加算器５から出力されたＳＴＤ間張力設定値と伸張率ＰＩ制御部８から出力された伸張率制御出力との和を算出し、ＳＴＤ間張力設定値と伸張率制御出力との和を示す電気信号をＳＴＤ間張力上下限制限部１０に出力する。

ＳＴＤ間張力上下限制限部１０は、ＳＴＤ間張力設定値と伸張率制御出力との和がＳＴＤ間張力の上下限値の範囲内にあるか否かを判別する。判別の結果、ＳＴＤ間張力設定値と伸張率制御出力との和が上下限値の範囲内にある場合、ＳＴＤ間張力上下限制限部１０は、ＳＴＤ間張力設定値と伸張率制御出力との和を示す電気信号をＳＴＤ間張力設定値として減算器１１に出力する。一方、ＳＴＤ間張力設定値と伸張率制御出力との和が上限値より大きい又は下限値より小さい場合には、ＳＴＤ間張力上下限制限部１０は、上限値又は下限値を示す電気信号をＳＴＤ間張力設定値として減算器１１に出力する。このようにＳＴＤ間張力設定値の範囲を上下限値の範囲内に制限することによって、鋼板の破断や絞り等のトラブルが発生することを抑制できる。

減算器１１は、第２テンションメータから出力された第１圧延スタンドと第２圧延スタンドとの間における鋼板の張力の実績値とＳＴＤ間張力上下限制限部１０から出力されたＳＴＤ間張力設定値との差分値を算出し、算出された差分値を示す電気信号を張力偏差としてスタンド間張力調整器１２に出力する。

スタンド間張力調整器１２は、減算器１１から出力された張力偏差に基づいて第１圧延スタンドと第２圧延スタンドとの間における鋼板の張力をＳＴＤ間張力設定値に制御するために必要な第１圧延スタンドの圧延速度を算出し、算出された圧延速度を示す電気信号を速度指令として加算器１３に出力する。

加算器１３は、第２圧延スタンドに対する圧延速度指令（出側ＭＲＨ）と伸張率設定値εとから求められる速度指令（出側ＭＲＨ×（１−ε））とスタンド間張力調整器１２から出力された速度指令との和を算出する。そして、加算器１３は、算出された速度指令の和を示す電気信号を第１圧延スタンドの駆動ロールに対する速度指令（１ＳＴＤ速度指令）として第１圧延スタンドの駆動装置に出力する。第１圧延スタンドの駆動装置は、加算器１３から出力された速度指令に従って第１圧延スタンドの圧延速度を制御する。

〔制御装置の構成〕
次に、図２を参照して、伸張率ＰＩ制御部８の構成について説明する。

図２は、図１に示す伸張率ＰＩ制御部８の構成を示すブロック図である。

図２に示すように、伸張率ＰＩ制御部８は、伸張率積分ゲインファンクションジェネレータ（伸張率ＩゲインＦ．Ｇ．）８ａ、伸張率積分ゲイン制限部８ｂ、積分処理部８ｃ、板厚ゲインファンクションジェネレータ（板厚ゲインＦ．Ｇ．）８ｅ、伸張率比例ゲインファンクションジェネレータ（伸張率ＰゲインＦ．Ｇ．）８ｆ、調質圧延伸張率設定値比例ゲインファンクションジェネレータ（ＳＰＭ伸張率設定値ＰゲインＦ．Ｇ．）８ｇ、伸張率比例ゲイン制限部（伸張率Ｐゲイン制限部）８ｈ、加算器８ｉ、及び伸張率制御出力制限ファンクションジェネレータ（伸張率制御出力制限Ｆ．Ｇ．）８ｊを備えている。

伸張率積分ゲインファンクションジェネレータ８ａは、減算器７から出力された伸張率偏差に対応するＰＩ制御における積分ゲインを算出する。具体的には、伸張率積分ゲインファンクションジェネレータ８ａは、伸張率偏差と積分ゲインとの関係を示すテーブルから減算器７から出力された伸張率偏差に対応する積分ゲインを読み出す。そして、伸張率積分ゲインファンクションジェネレータ８ａは、算出された積分ゲインを示す電気信号を伸張率積分ゲイン制限部８ｂに出力する。

伸張率積分ゲイン制限部８ｂは、伸張率積分ゲインファンクションジェネレータ８ａから出力された積分ゲインが所定の上下限値の範囲内にあるか否かを判別する。判別の結果、積分ゲインが所定の上下限値の範囲内にある場合、伸張率積分ゲイン制限部８ｂは、積分ゲインを示す電気信号を積分処理部８ｃに出力する。一方、積分ゲインが上限値より大きい又は下限値より小さい場合には、伸張率積分ゲイン制限部８ｂは、上限値又は下限値を示す電気信号を積分ゲインとして積分処理部８ｃに出力する。

積分処理部８ｃは、伸張率積分ゲイン制限部８ｂから出力された積分ゲインと減算器７から出力された伸張率偏差とを用いて、鋼板の伸張率を鋼板の伸張率の設定値にＰＩ制御によってフィードバック制御するために必要な積分制御出力を算出する。そして、積分処理部８ｃは、算出された積分制御出力を加算器８ｉに出力する。

板厚ゲインファンクションジェネレータ８ｅは、処理対象の鋼板の板厚に対応するＰＩ制御における比例ゲインを算出する。具体的には、板厚ゲインファンクションジェネレータ８ｅは、鋼板の板厚が大きくなるのに応じて比例ゲインが大きくなる板厚と比例ゲインとの関係を示すテーブルから処理対象の鋼板の板厚に対応するＰＩ制御における比例ゲインを読み出す。そして、板厚ゲインファンクションジェネレータ８ｅは、算出された比例ゲインを示す電気信号を伸張率比例ゲインファンクションジェネレータ８ｆに出力する。

伸張率比例ゲインファンクションジェネレータ８ｆは、減算器７から出力された伸張率偏差に対応するＰＩ制御における比例ゲインを算出する。具体的には、伸張率比例ゲインファンクションジェネレータ８ｆは、伸張率偏差が大きくなるのに応じて比例ゲインが大きくなる伸張率偏差と比例ゲインとの関係を示すテーブルから伸張率偏差の実績値に対応するＰＩ制御における比例ゲインを読み出す。そして、伸張率比例ゲインファンクションジェネレータ８ｆは、算出された比例ゲインに板厚ゲインファンクションジェネレータ８ｅから出力された比例ゲインを乗算し、乗算値を示す電気信号を比例ゲインとして調質圧延伸張率設定値比例ゲインファンクションジェネレータ８ｇに出力する。

調質圧延伸張率設定値比例ゲインファンクションジェネレータ８ｇは、伸張率設定値に対応するＰＩ制御における比例ゲインを算出する。具体的には、調質圧延伸張率設定値比例ゲインファンクションジェネレータ８ｇは、伸張率設定値が大きくなるのに応じて比例ゲインが小さくなる伸張率設定値と比例ゲインとの関係を示すテーブルから伸張率設定値に対応するＰＩ制御における比例ゲインを読み出す。そして、調質圧延伸張率設定値比例ゲインファンクションジェネレータ８ｇは、算出された比例ゲインに伸張率比例ゲインファンクションジェネレータ８ｆから出力された比例ゲインを乗算し、乗算値を示す電気信号を比例ゲインとして伸張率比例ゲイン制限部８ｈに出力する。

伸張率比例ゲイン制限部８ｈは、処理対象の鋼板の板厚に対応するＰＩ制御における比例ゲインの上下限値を算出する。具体的には、伸張率比例ゲイン制限部８ｈは、鋼板の板厚が大きくなるのに応じて上限値が大きくなる板厚と上下限値の関係を示すテーブルから処理対象の鋼板の板厚に対応するＰＩ制御における比例ゲインの上下限値を読み出す。伸張率比例ゲイン制限部８ｈは、調質圧延伸張率設定値比例ゲインファンクションジェネレータ８ｇから出力された比例ゲインが上下限値の範囲内にあるか否かを判別する。判別の結果、比例ゲインが上下限値の範囲内にある場合、伸張率比例ゲイン制限部８ｈは、伸張率偏差に比例ゲインを乗算した値を示す電気信号を比例制御出力として加算器８ｉに出力する。一方、比例ゲインが上限値より大きい又は下限値より小さい場合には、伸張率比例ゲイン制限部８ｈは、伸張率偏差に上限値又は下限値を乗算した値を示す電気信号を比例制御出力として加算器８ｉに出力する。これにより、厚物材では伸張率制御の比例制御出力を大きくできるので、伸張率が設定値から外れた時の収束性を早めることができる。

加算器８ｉは、積分処理部８ｃから出力された積分制御出力と伸張率比例ゲイン制限部８ｈから出力された比例制御出力との和を示す電気信号を伸張率制御出力として伸張率制限出力制限部８ｊに出力する。

伸張率制御出力制限部８ｊは、処理対象の鋼板の板厚に対応する伸張率制御出力の上下限値を算出する。具体的には、伸張率制御出力制限部８ｊは、鋼板の板厚が大きくなるのに応じて上限値が大きくなる板厚と上下限値との関係を示すテーブルから処理対象の鋼板の板厚に対応する伸張率制御出力の上下限値を読み出す。伸張率制御出力制限部８ｊは、加算器８ｉから出力された伸張率制御出力が上下限値の範囲内にあるか否かを判別する。判別の結果、伸張率制御出力が上下限値の範囲内にある場合、伸張率制御出力制限部８ｊは、伸張率制御出力を示す電気信号を加算器９に出力する。一方、伸張率制御出力が上限値より大きい又は下限値より小さい場合には、伸張率制御出力制限部８ｊは、伸張率制御出力の上限値又は下限値を示す電気信号を加算器９に出力する。これにより、厚物材では伸張率制御出力を大きくできるので、鋼板のライン速度の加減速に伴う伸張率変動時の収束を早めることができる。

以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である調質圧延機の制御装置１は、鋼板の伸張率をＰＩ制御によって管理範囲内にフィードバック制御する伸張率ＰＩ制御部８を備え、伸張率ＰＩ制御部８は、鋼板の板厚に応じてＰＩ制御の比例ゲインを変化させる板厚ゲインＦ．Ｇ．８ｅと、鋼板の伸張率の設定値に応じてＰＩ制御の比例ゲインを変化させるＳＰＭ伸張率設定値ＰゲインＦ．Ｇ．８ｇと、を備える。このような構成によれば、鋼板の板厚及び伸張率の設定値に応じてＰＩ制御の比例ゲインを変化させることができるので、高精度、且つ、応答性よく鋼板の伸張率を管理範囲内に制御できる。

以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１ 調質圧延機の制御装置
２ 板厚ファンクションジェネレータ
３ ライン速度ファンクションジェネレータ
４ 補正値上下限制限部
５ 加算器
６ 伸張率計算部
７ 減算器
８ 伸張率ＰＩ制御部
８ａ 伸張率積分ゲインファンクションジェネレータ
８ｂ 伸張率積分ゲイン制限部
８ｃ 積分処理部
８ｅ 板厚ゲインファンクションジェネレータ
８ｆ 伸張率比例ゲインファンクションジェネレータ
８ｇ 調質圧延伸張率設定値比例ゲインファンクションジェネレータ
８ｈ 伸張率比例ゲイン制限部
８ｉ 加算器
８ｊ 伸張率制御出力制限ファンクションジェネレータ
９ 加算器
１０ スタンド間張力上下限制限部
１１ 減算器
１２ スタンド間張力調整器
１３ 加算器

Claims (6)

1. 鋼板の搬送方向に沿って配置された２つの圧延スタンドを備える調質圧延機の制御装置であって、
   前記鋼板の伸張率をＰＩ制御によって管理範囲内にフィードバック制御する伸張率ＰＩ制御部を備え、
   前記伸張率ＰＩ制御部は、
   前記鋼板の板厚に応じて前記ＰＩ制御の比例ゲインを変化させる板厚比例ゲイン調整部と、
   前記鋼板の伸張率の設定値に応じて前記ＰＩ制御の比例ゲインを変化させる伸張率設定値比例ゲイン調整部と、
   を備えることを特徴とする調質圧延機の制御装置。
2. 前記鋼板の板厚及び搬送速度に応じて前記圧延スタンド間における前記鋼板の張力の設定値を補正する張力補正部を備えることを特徴とする請求項１に記載の調質圧延機の制御装置。
3. 前記伸張率ＰＩ制御部は、前記鋼板の板厚に応じてフィードバック制御出力の値の範囲を制限する伸張率制御出力制限部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の調質圧延機の制御装置。
4. 鋼板の搬送方向に沿って配置された２つの圧延スタンドを備える調質圧延機の制御方法であって、
   前記鋼板の伸張率をＰＩ制御によって管理範囲内にフィードバック制御する伸張率ＰＩ制御ステップを含み、
   前記伸張率ＰＩ制御ステップは、
   前記鋼板の板厚に応じて前記ＰＩ制御の比例ゲインを変化させる板厚比例ゲイン調整ステップと、
   前記鋼板の伸張率の設定値に応じて前記ＰＩ制御の比例ゲインを変化させる伸張率設定値比例ゲイン調整ステップと、
   を含むことを特徴とする調質圧延機の制御方法。
5. 前記鋼板の板厚及び搬送速度に応じて前記圧延スタンド間における前記鋼板の張力の設定値を補正する張力補正ステップを含むことを特徴とする請求項４に記載の調質圧延機の制御方法。
6. 前記伸張率ＰＩ制御ステップは、前記鋼板の板厚に応じてフィードバック制御出力の値の範囲を制限する伸張率制御出力制限ステップを含むことを特徴とする請求項４又は５に記載の調質圧延機の制御方法。

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