JP2018020348A

JP2018020348A - 圧延機の制御装置、圧延機の制御方法、および制御プログラム

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Publication number: JP2018020348A
Application number: JP2016152791A
Authority: JP
Inventors: 服部　哲; Satoru Hattori; 哲服部; 敬規高田; Takanori Takada; 直樹福住; Naoki Fukuzumi; 大塚正樹; Masaki Otsuka; 正樹大塚; 森田　啓介; Keisuke Morita; 啓介森田; 真宏藤田; Masahiro Fujita
Original assignee: Hitachi Ltd; Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2016-08-03
Filing date: 2016-08-03
Publication date: 2018-02-08
Anticipated expiration: 2036-08-03
Also published as: JP6625500B2

Abstract

【課題】板厚精度を維持しつつ操業効率を向上させることが可能な圧延機の制御装置、圧延機の制御方法、および制御プログラムを提供することを目的とする。【解決手段】速度設定装置が与える速度設定値に応じて圧延機の圧延速度を制御するようにされた圧延機の制御装置であって、圧延機のテンションリールに巻かれている被圧延材であるコイルの外径を求めるコイル径演算部と、コイル径から被圧延材の硬度ムラの変動周期を求める変動周期演算部と、変動周期が板厚制御の制御応答によりあらかじめ定められた設定値以下となるように圧延機の圧延速度を制限する制限演算部を含む圧延速度制限装置を備え、圧延速度制限装置が圧延中の実績コイル径に応じて圧延機の圧延速度を制限することを特徴とする。【選択図】図９

Description

本発明は、圧延機の制御装置、圧延機の制御方法、および制御プログラムに係り、より詳細には、被圧延材の硬度変動に起因する板厚変動を抑制するための圧延機の制御装置、圧延機の制御方法、および制御プログラムに関する。

薄い金属材料を効率的に生産するプラントである圧延機においては、被圧延材の硬度ムラによる板厚不良が発生する場合が有る。硬度ムラとは、被圧延材の硬さ（変形抵抗）が一様でない場合を言い、長手方向（圧延方向）に硬度ムラが有ると、被圧延材の板厚変形の程度が異なるため圧延機出側板厚に板厚変動が発生する。

圧延は、原板厚から製品厚まで、一般に被圧延材を複数回圧延機に通す事で行われる。硬度ムラが存在すると、被圧延材の硬さが異なるため板厚変動が発生する。複数回の圧延において、毎回板厚変動が新たに発生してくる。製品の板厚精度を向上させるために、圧延機においては板厚制御が実施されるが、硬度ムラにより圧延の度に発生する板厚変動を、板厚制御で除去する事は困難であった。

ある回の圧延時に発生した硬度ムラによる板厚変動を、次回の圧延時に入側板厚計で検出して、フィードフォワード的に板厚制御を行う事で板厚変動を抑制する事が行われるが、硬度ムラによって新たに板厚変動が発生するため通常の制御ゲインより大きなゲインが必要である。この解決のために特許文献１には、周波数分析により硬度ムラの有無を判断し、フィードフォワード板厚制御の制御ゲインを変更する事が記載されている。

また特許文献２には、今回の圧延時に硬度ムラの存在する被圧延材内での程度を求め、次回の圧延時に硬度ムラの存在する程度が大きい場合はフィードフォワード制御のゲインを増大する事が記載されている。

特許３３８４３３０号特許５５８１９６４号

従来技術においては、硬度ムラ（長手方向の変形抵抗変動）を除去するために、前回の圧延時に発生した板厚変動を、次回の圧延時に入側板厚変動としてフィードフォワード制御を用い、硬度ムラの有無に応じてフィードフォワード制御の制御ゲインを変更する事が行われている。

フィードフォワード制御は比例制御であり、対象となる制御偏差に位相と振幅を合わせて出力する事で制御効果を最大限とすることが可能となる。板厚制御は、板厚計で測定した被圧延材の板厚偏差をもとに、圧延機の作業ロール間の間隔、またはテンションリールか圧延機のロール速度を変更することにより実施される。ここで、板厚計の板厚偏差検出、作業ロール間隔および速度変更には無駄時間と時間応答が存在する。そのため、板厚偏差外乱に対して大きな板厚制御効果を得る事のできる板厚偏差周波数には限界が有る。そのため、板厚制御の調整の実施とともに、操業上の対策として圧延速度を制限することが行われている。被圧延材の種類および上工程としてどのような処理を実施したかに応じて硬度ムラの発生周期（被圧延材上の長さ）や大小が異なるため、操業技術者が実際の出側板厚変動の様子を見ながら、必要となる板厚精度を確保可能な圧延速度を決めて速度制限を実施する。

圧延操業は、停止状態から圧延機を加速操作し、一定速度で圧延した後減速して停止する様に行われている。速度制限は、加速操作後の一定速度での圧延速度を制限することで行われている。

しかしながら、出側板厚変動の原因となる硬度ムラの発生要因にもよるが、被圧延材の長手方向での変動周期が一定ではない。また、一定速度での圧延速度制限は、一番短い硬度ムラ周期に合わせて速度制限を行うことになるため、変動周期が長く圧延速度を上げても板厚精度に問題ない箇所においても圧延速度を上げることができず、操業効率が低下するという問題があった。

以上のことから本発明においては、板厚精度を維持しつつ操業効率を向上させることが可能な圧延機の制御装置、圧延機の制御方法、および制御プログラムを提供することを目的とする。

以上のことから本発明は、速度設定装置が与える速度設定値に応じて圧延機の圧延速度を制御するようにされた圧延機の制御装置であって、圧延機のテンションリールに巻かれている被圧延材であるコイルの外径を求めるコイル径演算部と、コイル径から被圧延材の硬度ムラの変動周期を求める変動周期演算部と、変動周期が板厚制御の制御応答によりあらかじめ定められた設定値以下となるように圧延機の圧延速度を制限する制限演算部を含む圧延速度制限装置を備え、圧延速度制限装置が圧延中の実績コイル径に応じて圧延機の圧延速度を制限することを特徴とする。

また、本発明は、２基のテンションリールと圧延機を備え、一方のテンションリールに巻かれている被圧延材であるコイルから巻き出された被圧延材を圧延機により圧延したあと、他方のテンションリールに巻き取る冷間圧延機の制御方法であって、
前記一方のテンションリールより巻き出された被圧延材が有する硬度ムラの変動周期を、前記いずれかのテンションリールに巻かれている圧延中のコイルの外径より予測するとともに、
前記硬度ムラの変動周期が、前記圧延機の板厚制御の制御応答によりあらかじめ定められた設定値以下となるように前記圧延機の圧延速度を制御する事を特徴とする。

また本発明は、入力部と、出力部と、プログラム記憶用のメモリと、データ記憶用のメモリと、演算部と、これらを接続する母線を含んで構成される計算機システムにおけるプログラム記憶用のメモリに記憶された圧延機制御用の制御プログラムであって、圧延機は、計算機システムの出力部から与えられた速度設定値に応じて圧延機の圧延速度を制御するようにされており、圧延機制御用のプログラムは、入力部から得たデータを用いて圧延機のテンションリールに巻かれている被圧延材であるコイルの外径を求めるコイル径演算プログラムと、コイル径から被圧延材の硬度ムラの変動周期を求める変動周期演算プログラムと、変動周期が板厚制御の制御応答によりあらかじめ定められた設定値以下となるように圧延機の圧延速度を制限する制限演算プログラムとを含み、制限演算プログラムで求めた圧延機の圧延速度が出力部を介して圧延機に与えられることを特徴とする。

本発明を適用する事により、出側板厚変動の原因となる硬度ムラの発生周期に応じて、板厚制御が出側板厚偏差を抑制可能な周波数となるように圧延速度を自動的に変更することが可能となるため、板厚精度を維持しつつ操業効率を向上させることが可能となる。

シングルスタンド圧延機の制御構成例を示す図。入側板厚制御装置２０の概要を示す図。出側板厚制御装置１８の概要を示す図。上下作業ロール間で実行される圧延の様子を示す図。圧延機１におけるロールギャップ操作方法の概要を示す図。圧延機の操業動作例を示す図。被圧延材３０の硬度ムラの発生要因として、バッチ焼鈍時の温度ムラを説明するための図。圧延速度と出側板厚偏差の時間変化を示す図。速度制限の考え方を示す図。圧延速度制限装置２２０の具体的な構成事例を示す図。制御偏差として、正弦波を仮定し、それに対して制御ゲインをかけた制御出力を与え、結果として振幅がどのようになるかを示す図。制御出力ｙの振幅Ｘを、制御ゲインＧおよび位相シフトΔを変化させた場合について示した図。本発明を計算機システムにより実現する場合の装置構成を示す図。

以下本発明の実施例について図面を参照して説明する。

本発明の実施例として、図１に示すような、圧延機１基と入側テンションリール、出側テンションリールより構成されるシングルスタンド圧延機へ適用する場合につき説明する。

図１に、シングルスタンド圧延機の制御構成を示す。シングルスタンド圧延機は、圧延機１の圧延方向（本図の場合は左から右方向）に対して入側に入側テンションリール２、出側に出側テンションリール３を持ち、圧延は、入側テンションリール２から巻き出された被圧延材３０を圧延機１で圧延した後、出側テンションリール３で巻き取る事により行われる。圧延機１は、被圧延材３０をはさんで被圧延材３０側から上作業ロール１２１Ａ、下作業ロール１２１Ｂ、上中間ロール１２２Ａ、下中間ロール１２２Ｂ、上バックアップロール１２３Ａ、下バックアップロール１２３Ｂより構成され、上下作業ロール間のロールギャップを変更する事で、被圧延材３０の板厚を制御する事を可能とするためのロールギャップ制御装置７と圧延機１の速度を制御するためのミル速度制御装置４が設置される。入側テンションリール２および出側テンションリール３は電動機にて駆動されるが、その電動機と電動機を駆動するための装置として、入側テンションリール制御装置５および出側テンションリール制御装置６が設置される。

圧延時は、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の速度を一定とするような制御を実施する。圧延機１の入側、出側では、被圧延材３０に張力をかける事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。張力設定装置１１および１２にて計算された入側および出側張力設定値より、入側テンションリール２および出側テンションリール３に入側テンションリール制御装置５および出側テンションリール制御装置６を経て、設定張力を被圧延材３０に加えるために必要な電動機トルクを得るための電流値を、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により求めて、入側テンションリール制御装置５および出側テンションリール制御装置６に与える。入側テンションリール制御装置５および出側テンションリール制御装置６では、与えられた電流となるように電動機電流を制御し、電動機電流より入側テンションリール２および出側テンションリール３に与えられる電動機トルクにより被圧延材に所定の張力を与える。

張力電流変換装置１５、１６は、テンションリールの制御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、入側張力制御装置１３および出側張力制御装置１４により張力設定値に補正を加えて、張力電流変換装置１５、１６に与え、入側テンションリール制御装置５および出側テンションリール制御装置６へ設定する電流値を変更する。

また、被圧延材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出側の板厚は、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を用いて操作することで制御される。また、圧延機１入側の板厚は、入側板厚計１９にて検出された実績板厚より入側板厚制御装置２０が、圧延機出側板厚が一定となるように圧延機１のロールギャップを、ロールギャップ制御装置７を用いて操作することで制御される。なお図１において２１０は入側デフロール、２１１は出側デフロールであり、２２０は本発明により追加された圧延速度制限装置である。圧延速度制限装置２２０の働きについて後述する。

図１に示すようなシングルスタンド圧延機において、被圧延材３０がその長手方向に硬度ムラを有している場合において硬度ムラにより発生する板厚変動を最小限とするような制御方法を検討する。

圧延は、図３に示すように、上下作業ロール１２１Ａ、１２１Ｂ間で被圧延材３０を変形させることにより実施される。この時、被圧延材３０は、入側張力Ｔｂおよび出側張力Ｔｆにより引っ張られ、上下作業ロール１２１Ａ、１２１Ｂ間のギャップ（ロールギャップ）Ｓにより決定される、圧延荷重Ｐにより変形されることで入側板厚Ｈは出側板厚ｈとなる。同時に圧延現象により作業ロール速度より入側板速度は遅くなり、出側板速度は速くなる。作業ロール速度ＶＲと、入側速度Ｖｅおよび出側速度Ｖｏの関係は図３に示すように、先進率ｆおよび後進率ｂを用いて表すことができる。

シングルスタンド圧延機においては、リバース圧延が行われる。図１においては、圧延方向に従って、圧延は入側テンションリール２から巻き出した被圧延材を、出側テンションリール３で巻き取る事（圧延方向右行）で行われる。入側テンションリール２の被圧延材が出側テンションリール３に巻き取られたら、今度は出側テンションリール３より被圧延材を巻き出して、入側テンションリール２で巻き取る事で右側から左側への圧延操業（圧延方向左行）が行われる。

図２Ａに入側板厚制御装置２０、図２Ｂに出側板厚制御装置１８の概要を示す。フィードフォワード板厚制御装置２０４においては、圧延機入側の板厚計（圧延方向右行の場合は１９、圧延方向左行の場合は１７）にて測定した入側板厚偏差ΔＨを、圧延機１の直下まで移送処理し、入側板厚偏差とロールギャップの変換ゲイン、制御ゲインＧ_ＦＦをかけたフィードフォワード制御を行い、制御出力を圧延機１のロールギャップ制御装置７に出力する。なお２０１は入側板厚計１９と圧延機１直下間の被圧延材３０の移送時間Ｔ_{ＥＸ−ＭＩＬＬ}と、入側板厚制御用制御出力タイミングシフト量ΔＴ_ＦＦの差時間Ｔ_ＦＦで定まる時間補償を行う移送時間補償部である。２０２は、塑性定数Ｑとミル定数Ｍの比を与える変換ゲイン、はゲインＧ_ＦＦを与える制御ゲインである。

（１）式は、移送時間補償部２０１における補償時間Ｔ_ＦＦを定める式である。

フィードバック板厚制御装置２０５においては、圧延機出側の板厚計（圧延方向左行の場合は１９、圧延方向右行の場合は１７）にて測定した出側板厚偏差Δｈに、出側板厚偏差〜ロールギャップへの変換ゲイン、制御ゲインＧ_ＦＢをかけて積分処理するフィードバック制御を行い、圧延機１のロールギャップ制御装置７に出力する。なお、１８１は、塑性定数Ｑとミル定数Ｍで定まる比を与える変換ゲイン、１８２はゲインＧ_ＦＢを与える制御ゲイン、１８３は積分要素である。

入側板厚制御装置２０は、フィードフォワード制御装置２０４およびフィードバック制御装置２０５を持ち、圧延方向右行の場合は、入側板厚計１９からの信号を図２Ａの圧延方向右行５１側に接続し、フィードフォワード制御装置２０４に入力する事で、フィードフォワード制御として機能し、圧延方向左行の場合は入側板厚計１９からの信号を図２Ａの圧延方向左行５２側に接続し、フィードバック制御装置２０５に入力することでフィードバック制御として機能する。

同様に出側板厚制御装置１８は、フィードフォワード制御装置２０４およびフィードバック制御装置２０５を持ち、圧延方向左行の場合は、出側板厚計１７からの信号を図２Ｂの圧延方向左行５４側に接続しフィードフォワード制御装置２０４に入力する事で、フィードフォワード制御として機能し、圧延方向右行の場合は出側板厚計１７からの信号を図２Ｂの圧延方向右行５３側に接続しフィードバック制御装置２０５に入力することでフィードバック制御として機能する。

一般に、フィードフォワード制御装置２０４は比例制御で実施し、フィードバック制御装置２０５は積分制御で実施する。

これによりロールギャップ制御装置７には、圧延方向右行の場合は、出側板厚制御装置１８からの積分出力と、入側板厚制御装置２０からの比例出力の和により定まる信号が制御指令値として印加され、圧延方向左行の場合は、出側板厚制御装置１８からの比例出力と、入側板厚制御装置２０からの積分出力の和により定まる信号が制御指令値として印加される。

ロールギャップ制御装置７においては、入側板厚制御装置２０および出側板厚制御装置１８より受け取った制御指令値に、実際のロールギャップが合致するように制御を行う。圧延機１の出側板厚変動は、変動発生位置の圧延機１直下では検出できず、圧延機１から離れた位置に設置された出側板厚計１７にて検出するため、板厚変動発生から検出までの無駄時間が存在する。そのため、フィードバック制御は通常積分制御としている。従って、出側板厚変動の高周波成分を除去することは困難である。

そのため、出側板厚変動の原因のひとつである入側板厚変動が、出側板厚変動とならないようにフィードフォワード制御するのがフィードフォワード制御装置２０４である。フィードフォワード制御は比例制御であり、対象となる制御偏差に位相と振幅を合わせて出力する事で制御効果を最大限とすることが可能となる。

制御偏差として、正弦波を仮定し、それに対して制御ゲインをかけた制御出力を与え、結果として振幅がどのようになるかを図１０に示す。正弦波sin(ωｔ）に対する制御出力として、制御ゲインＧおよび位相シフトΔをかけた正弦波を作成し、得られた結果をｙとする。この場合制御出力ｙは、（２）式のように表される。またｙの振幅は（３）式、位相は（４）式のように表すことができる。なお図１０において１０１は位相部、１０２は制御ゲイン部、１０３は減算部を表している。

図１１に、制御出力ｙの振幅Ｘを、制御ゲインＧおよび位相シフトΔを変化させた場合につきグラフに示す。図１１より、位相シフトΔが大きくなると振幅も大きくなり、６０度を超えると制御効果が得られないばかりか逆効果となる事がわかる。また、制御を行う事により、位相シフトΔが有る場合は、結果として得られる制御結果ｙの位相が元の正弦波sin(ωｔ）からずれてしまう事がわかる。

つまり、比例制御であるフィードフォワード制御の制御ゲインを増大させても、制御対象と制御出力の位相がずれている場合（位相シフトΔが存在する場合）は制御効果が小さくなるばかりでなく、かえって悪化させてしまう場合も存在する。従って、充分な制御効果を得るためには、位相シフトΔを可能な限り小さくする必要が有る。本発明においては、充分な制御効果が得られる位相シフトΔを３０度以下として説明する。なお、この値は目的とする製品条件等によっても変化するので、適時変更しても良い。

圧延方向右行の場合、入側板厚制御装置２０においては、入側板厚計１９にて検出した入側板厚偏差を用いて制御を実施する。入側板厚計１９は、一般的にＸ線等の放射線を被圧延材に投射し、放射線の透過率を放射線検出器により検出することで板厚を測定する。検出時に発生するノイズ除去のためローパスフィルタリング処理が行われており、応答遅れが存在する。また、板厚計においても各種演算処理が計算機により実施されており、無駄時間が存在する。

板厚偏差の検出を行う入側板厚計１９における無駄時間と応答遅れに加えて入側板厚制御装置２０は計算機で実施されるため、計算機のサンプリング〜計算〜出力までの無駄時間、制御操作端であるロールギャップ制御装置７での無駄時間と応答遅れが存在する。そのため、それらの検出器から制御操作端までの、無駄時間、応答遅れを考慮して入側板厚制御用制御出力タイミングシフト量ΔＴ_ＦＦを決定し、位相シフトΔをできるだけ小さくする事が必要である。

ロールギャップ制御装置７においても同様に無駄時間と時間応答が存在する。図４に、圧延機１におけるロールギャップ操作方法の概要を示す。ここでは、油圧によりロールギャップを操作する場合を例に説明する。

圧延機１の下バックアップロール１２３Ｂの下に油圧シリンダー１１１を設置し、油圧シリンダー１１１を操作することにより、ピストン１１８の位置を変更し、ロッド１１７で下バックアップロール１２３Ｂの位置を変更して、上作業ロール１２１Ａと下作業ロール１２１Ｂ間の間隔(ロールギャップＳ)を変更する。油圧シリンダー１１１には、下バックアップロール１２３Ｂ側（ロッド１１７側、背圧側）に固定圧力をかけ、反対側（圧下側）の油圧を油圧調整装置１１２にて調整することで、ピストン１１８にかかる圧力を変更し、ピストン１１８の位置を変更する。ピストン１１８の油圧シリンダー１１１内のピストン位置は、位置検出器１１３にて検出される。

ロールギャップ制御装置７においては、検出したピストン位置１１４と、位置指令値１１５より位置偏差を求め、制御ゲイン１１６をかけて油圧調整装置１１２を操作する。この処理は一般に計算機処理にて実施されており無駄時間が存在する。油圧シリンダー１１１のロッド１１７には、下作業ロール１２１Ｂ、下中間ロール１２２Ｂ、下バックアップロール１２３Ｂの重量に加えて、被圧延材３０を圧延するのに要する圧延荷重がかかる。これらの力（圧延力）を上回る圧力が圧下側にかかればピストン１１８は上昇し、ロールギャップは小さくなる。圧延力より圧下側の圧力を小さくすれば、ピストン１１８は下降し、ロールギャップは大きくなる。

圧延機のロールギャップ制御は、上記のように実施するため、ピストン位置１１４が位置指令値１１５と一致するまでには時間応答が存在する。時間応答により、一般に位置指令値１１５の振幅よりピストン位置１１４の振幅が、位置指令値１１５の周波数が高くなるほど小さくなり、入側板厚制御２０の制御効果が減少する。

以上のように、圧延方向右行の場合、出側板厚制御装置１８からの積分出力と、入側板厚制御装置２０からの比例出力の和により定まる信号が制御指令値として印加され入側板厚計１９、入側板厚制御装置２０、ロールギャップ制御装置７より構成される入側板厚制御系においては、無駄時間と時間応答が存在するため入側板厚偏差の変動周期により制御効果が異なる事になる。時間応答は周波数が大となると振幅が小となる特性であるため、入側板厚外乱周波数が大きいほど制御効果は小さくなる。なお、被圧延材の硬度ムラに起因する板厚偏差の変動周期を、以下では入側板厚外乱周波数として取り扱う。入側板厚外乱周波数は、板厚偏差の変動周期の逆数である。

圧延機１の出側板厚精度は、製品品質上重要であり、予め定められた一定値（保証値）以下となることが要求される。そのためには、入側板厚変動に起因する出側板厚偏差の、入側板厚制御による減衰量を入側板厚偏差減衰量とすると、入側板厚偏差実績と保証値より入側板厚減衰量を定める事ができる。入側板厚外乱周波数に応じて入側板厚制御系の制御効果が変化するため、出側板厚偏差が保証値未満となるのに必要な入側板厚偏差減衰量を得るためには、入側板厚外乱周波数をそのために必要な制御効果が得られる周波数ｆdlimit以下とすればよい。入側板厚外乱は、被圧延材の板上に発生する板厚変動であるから、板上の長さにより周期が決まる。そのため、被圧延材の速度により入側板厚外乱周波数は変動する。被圧延材の速度は、圧延機１の作業ロール１２１周速度によって決まるため、圧延機１の作業ロール速度である圧延速度を制限すれば良い。

ここで、ある被圧延材において、出側板厚偏差を保証値以下とするには、入側板厚変動に起因する出側板厚偏差を５０％以下とするような入側板厚偏差減衰量とする事が必要であるとする。また、制御系に存在する遅れ時間、無駄時間を下記のように設定する。これは一例であって、圧延機や検出器の構成により変化する。まず板厚計は、２０ｍｓ程度のフィルター（１次遅れ）特性を有するとする。制御装置は、２０ｍｓサンプリング（計算周期）の無駄時間、ＰＩＯ取込で１０ｍｓ程度の無駄時間、制御操作端への出力で１０ｍｓ程度の無駄時間をそれぞれの部分で有しているとする。また制御操作端自体は、２０ｍｓ程度の応答（８Ｈｚ程度９０度位相遅れ）（１次遅れ）特性を有するとする。これにより、合計で８０ｍｓ程度の無駄時間となる。これを、３０度の範囲内に収めるには、９６０ｍｓより周期の大きな板厚変動である事が必要で有る。それにより、制御ゲインＧが０．７５〜１．０であれば、入側板厚外乱に起因する出側板厚偏差を５０％以下に制御することが可能となる。９６０ｍｓより周期の小さな板厚変動である場合、出側板厚偏差を５０％以下とすることができない。従って、この場合出側板厚偏差を保証値以下とできるような充分な制御効果を得るためには、外乱となる板厚変動の周波数を１Ｈｚ以下とすることが必要である。

以上のように、入側板厚偏差実績と被圧延材の保証値より決定される、入側板厚偏差減衰量を得るために必要な入側板厚偏差の最大周波数を、入側板厚制御系の制御応答より定める事ができる。

図５に圧延機の操業動作例を示す。圧延機１の側には、オペレータが操作するための操作盤３００が設置されている。操作盤３００上には、操業動作に必要なスイッチ（操作スイッチ）類が設置され、操作スイッチを操作することで操業が実施される。

操業に際してはまず、操業モード選択スイッチ１５０にて、圧延機の操業モードを選択する。操業モードとしては、通常の「圧延」操業１５２、圧延操業を停止する「操業停止」１５３および「ロール組替」１５１がある。「ロール組替」１５１は、圧延操業により作業ロールや中間ロール、バックアップロール等が磨耗するため、定期的またはロール表面状態の悪化が著しい場合に各ロールを交換するモードである。

さらに操作盤３００上には、運転状態を選択する運転状態選択スイッチ１６０が、操業モード毎に設けられている。例えば圧延操業を実施する「圧延」モード選択時についてみると、運転状態選択スイッチ１６０には運転状態として「徐動」、「加速」、「保持」、「停止」についてのスイッチ１６１、１６２、１６３、１６４が設けられており、これらのスイッチを用いて、圧延機の圧延速度を操作して圧延操業を実施する。「徐動」選択で、圧延機１は予め定められた徐動速度まで加速してその速度で運転する。「加速」選択により、圧延速度は予め定められた設定速度まで加速される。「保持」選択でその時点での圧延速度で運転を継続し、「徐動」選択で徐動速度へ減速して徐動速度で運転、「停止」選択で徐動速度から圧延速度＝０として圧延機を停止する。

被圧延材３０の板厚外乱要因である硬度ムラの発生要因として、バッチ焼鈍時の温度ムラが有る。図６に示すように、バッチ焼鈍は被圧延材加工の一環として実施され、コイル状に巻かれた被圧延材２０１をカバー２０２の中に入れ、バーナー２００で加熱する事で行われる。バーナー２００が、図６に示すように円周方向に２ヶ所設置されている場合、バーナー付近は被圧延材２０１の板温度が他の部分より高い状態となるため、円周方向で温度差が発生し、例えば板温度が高い部分２０３は、硬さが他の部分と比較して柔らかい部分として残ってしまう。このコイル２０１をバッチ焼鈍炉から圧延機の入側テンションリールに移し、被圧延材を巻きだした場合、コイル２０１より、被圧延材を巻き出した場合、板の柔らかい部分の位置の間隔は、コイル状になっていた時の半径方向位置に応じて変化し、巻き出した被圧延材の先端部分が間隔が長く、後端部分に行くに従って間隔が短くなる。また、変動の間隔はコイル状になっていた時の円周の１／２となる。

硬さのムラが板厚変化となって出てくるため、このような場合の出側板厚変動は、図７に示すようになる。図７は圧延速度と出側板厚偏差の時間変化を示している。圧延速度一定の場合、コイルから巻き出された先端部分（図７の右端部分）は板厚変動の周期が長く、後端部分（図７の左端部分）は板厚変動の周期が短くなることが見て取れる。リバース圧延の場合は、図７において時間の流れの方向が逆転した状態となり、板厚変動の周期が短い状態から長い状態へと徐々に変化する事となる。

以上述べたように、バッチ焼鈍に起因する硬度ムラの場合、被圧延材の先端部から後端部にかけて、板厚変動周期が変動する。従って、板厚変動周波数を一定値に制限するためには、圧延速度を板厚変動周期に応じて変更する必要がある。これを圧延機のオペレータが手動操作で圧延速度を変化させ、実現するのは困難であり、過去の経験から板厚変動周期の最短部にあわせて圧延機の速度を決定しそのままの速度で操業する事が行われている。この場合、出側板厚精度としては問題無いが、板厚変動周期が長くなった部分においては圧延速度を上げられるにも関わらず、一定速度での圧延操業となるため操業効率が低下する。

操業効率の低下を防止するには、板厚変動周期に応じて圧延機１の圧延速度を変化させればよい。図８に速度制限の考え方を示している。図８上の事例のように板厚変動周期が長周期から短周期に変動する場合は、最初は圧延速度を上げ、板厚変動周期の変化に合わせて圧延速度を下げていけば良い。また、図８下の事例のように板厚変動周期が短周期から長周期に変動する場合は、最初は圧延速度を下げ、板厚変動周期の変化に合わせて圧延速度を上げていけば良い。

以下においては、図６に示すようなバッチ焼鈍を行った場合の板厚変動に対して本発明を実施する場合について説明する。バーナー２００が対向する２ヶ所に設置されている事から、リール円周の１／２の周期で板厚変動が発生する事が予測される。また、バッチ焼鈍後のコイルはそのまま図１に示す圧延機の入側テンションリール２に挿入されて、被圧延材が巻き出されるとする。

図１における圧延速度制限装置２２０にて本発明を実施する。圧延速度制限装置２２０の具体的な構成事例を図９に示している。

入側テンションリール２および出側テンションリール３のコイル径は、図９に示すような方法により圧延機１の操業中に求める事が可能である。入側デフロール２１０および入側テンションリール２の回転速度Ｎ_ＥＤＲ、Ｎ_ＥＴＲは、それぞれの回転軸に取り付けられた回転数計により検出可能である。図９では、入側デフロール２１０の回転速度Ｎ_ＥＤＲを入側デフロール速度検出器２１０Ｓにより検出し、入側テンションリール２の回転速度Ｎ_ＥＴＲを入側テンションリール制御装置５から得た例を示している。また、入側デフロール２１０の直径Ｄ_ＥＤＲは機械的に測定可能で有るので既知である。

入側テンションリール周速度Ｖ_ＥＴＲと入側デフロール周速度Ｖ_ＥＤＲは同じであるから、入側テンションリールの直径Ｄ_ＥＴＲは、（５）式により求める事が可能である。

図９の入側テンションリール径演算部２２２においては、入側デフロール回転速度Ｎ_ＥＤＲ、入側テンションリール回転速度Ｎ_ＥＴＲおよび入側デフロール直径Ｄ_ＥＤＲより、上記計算式に従って、入側テンションリール直径Ｄ_ＥＴＲを算出する。なお図９においては、入側テンションリール２の直径を求める方法を述べたが、同様の方法を用いて出側テンションリール３の直径Ｄ_ＥＴＲを求める事ができる。

硬度ムラとして、バッチ焼鈍時に発生する図６に示すような場合を考えると、被圧延材３０のコイルが挿入された入側テンションリール２のリール円周方向で２回硬度ムラの周期が発生するはずである。従って、硬度ムラの周波数ｆ_ｄＥＴＲは、入側テンションリール２の周速度をＶ_ＥＴＲとすると、（６）式の関係が成立する。

図９の変動周期演算部２２３においては、（６）式を実行して変動周期ｆを算出する。

さらに圧延機１の速度Ｖ_ＭＩＬＬは、後進率ｂを用いて、（７）式で表すことができる。

以上のことから、（８）式で定まる圧延機の速度制限Ｖ_{ＭＩＬＬlimit}を想定する。

（８）式の速度制限Ｖ_{ＭＩＬＬｌｉｍｉｔ}に圧延機１の速度Ｖ_ＭＩＬＬを制限すれば、硬度ムラの周波数をｆ_{ｄｌｉｍｉｔ}に制限することが可能である。制限演算部２２４においては、上記（８）式にもとづき、入側テンションリール直径Ｄ_ＥＴＲに応じた最高圧延速度Ｖ_{Ｍｉｌｌｌｉｍｉｔ}を求める。

図９の速度制限演算部２２５においては、制限演算部２２４において求めた最高圧延速度Ｖ_{ＭＩＬＬlimit}を超えないように圧延速度設定装置１０の出力Ｖｉｎである圧延速度指令を制限し、ミル速度制御装置４に速度指令Ｖｏｕｔを出力する。

圧延機としてリバース圧延機を想定する場合には、図１において、入側テンションリール２から被圧延材３０を巻き出し、出側テンションリール３にて巻き取る、図１における左から右方向への圧延（１パス目）が終了すると、出側テンションリール３から被圧延材３０を巻き出し、入側テンションリール２にて巻き取る右から左方向への圧延（２パス目）が開始される。

この場合においても入側テンションリール２のコイル径Ｄ_ＥＴＲにより、入側テンションリール２に挿入した状態における板厚変動周期がわかる。ただし、圧延により、板厚が薄くなっている分被圧延材上の板長さは長くなっている。これらの関係は、（９）式のマスフロー一定則で求める事ができる。但し（９）式においてＨは入側板厚、ｈは出側板厚、Ｌは入側板長、ｌは出側板長である。

今回の場合、左から右への圧延により、被圧延材の板厚は、被圧延材板厚Ｈ_０より、１パス目出側板厚ｈ_１に変化している。そのため、制限演算部２２４における（８）式の計算式は、（１０）式とする必要がある。

２パス目の圧延が終了すると、被圧延材の仕様に応じて圧延方向を変えることにより、３パス目以降の圧延も実施される。

複数の逆転による上記の関係を一般化して示すと、制限演算部２２４においては１パス目は（８）式により、また２パス目以降は（１１）式により制限速度Ｖ_{ＭＩＬＬlimit}を演算すればよい。但し、ｈ_ｐ−１は、１パス前の出側板厚である。

以上述べたような方法を用いる事により、予想される硬度ムラの周期に応じて圧延速度を変更する事で、板厚制御系の制御効果を最大限に維持しつつ、操業効率を最大限に高める事が可能となる。

本実施例においては、図６に示すようなバッチ焼鈍における硬度ムラの変動周期がコイル径の変化に応じて変化するときの圧延速度制限方法について説明した。

図１２には、本発明を計算機システムにより実現する場合の装置構成が示されている。図１２の計算機システム７０は、入力部Ｉと、出力部Ｏと、プログラム記憶用のメモリＲＯＭと、データ記憶用のメモリＲＡＭと、演算部Ｃと、これらを接続する母線Ｂｕｓを含んで構成されている。計算機システム７０は、図１の圧延機の全体制御装置を纏めて制御するものであってもよいが、ここでは本発明の圧延速度制限装置２２０の機能に特化して説明する。

圧延速度制限装置２２０の機能を実現する計算機システム７０は、その演算に必要な入力として、圧延速度設定装置１０の出力Ｖｉｎである圧延速度指令、入側デフロール回転速度Ｎ_ＥＤＲ、入側テンションリール回転速度Ｎ_ＥＴＲを適宜の一定周期で、入力部Ｉを介して入力している。さらには必要に応じて、例えば入側デフロール直径Ｄ_ＥＤＲを得ている。出力部Ｏからは、演算結果としてミル速度制御装置４に速度指令Ｖｏｕｔを出力する。これらの入力や出力及び中間生成物としての各種データは、一時的にデータ記憶用のメモリＲＡＭに収納される。

演算部Ｃは、プログラム記憶用のメモリＲＯＭから、圧延速度制限装置２２０の機能を実現するためのプログラム群を逐次読みだしてこれを実行し、データ記憶用のメモリＲＡＭから必要なデータを取り込み、また内部での演算結果を中間生成物の各種数値と共にデータ記憶用のメモリＲＡＭに収納、一時記憶する。

プログラム記憶用のメモリＲＯＭに記憶された、圧延速度制限装置２２０の機能を実現するためのプログラム群は、（５）式の演算に相当する入側テンションリール径演算プログラムＰｒ１、（８）式の演算に相当する制限速度設定演算プログラムＰｒ２、圧延速度制限演算プログラムＰｒ３などである。これらのプログラム群の各プログラムは、図９の入側テンションリール径演算部２２２、制限演算部２２４、速度制限演算部２２５にそれぞれ対応するものであり、その都度必要なデータをデータ記憶用のメモリＲＡＭから取り出し、最終的に圧延速度制限演算プログラムＰｒ３が出力部Ｏを介してミル速度制御装置４に速度指令Ｖｏｕｔを出力する。

１：圧延機
２：入側テンションリール
３：出側テンションリール
４：ミル速度制御装置
５：入側テンションリール制御装置
６：下側テンションリール制御装置
７：ロールギャップ制御装置
８：入側張力計
９：出側張力計
１０：圧延速度設定装置
１１：入側張力設定装置
１２：出側張力設定装置
１３：入側張力制御装置
１４：出側張力制御装置
１５：入側張力電流変換装置
１６：出側張力電流変換装置
１７：出側板厚計
１８：出側板厚制御装置
１９：入側板厚計
２０：入側板厚制御装置
３０：被圧延材
１２１Ａ：上作業ロール
１２１Ｂ：下作業ロール
１２２Ａ：上中間ロール
１２２Ｂ：下中間ロール
１２３Ａ：上バックアップロール
１２３Ｂ：下バックアップロール
２０４：フィードフォワード板厚制御装置
２０５：フィードバック板厚制御装置
２１０：入側デフロール
２１１：出側デフロール
２２２：入側テンションリール径演算部
２２３：変動周期演算部
２２４：制限演算部
２２５：速度制限演算部

Claims

速度設定装置が与える速度設定値に応じて圧延機の圧延速度を制御するようにされた圧延機の制御装置であって、
前記圧延機のテンションリールに巻かれている被圧延材であるコイルの外径を求めるコイル径演算部と、前記コイル径から被圧延材の硬度ムラの変動周期を求める変動周期演算部と、前記変動周期が板厚制御の制御応答によりあらかじめ定められた設定値以下となるように前記圧延機の圧延速度を制限する制限演算部を含む圧延速度制限装置を備え、前記圧延速度制限装置が圧延中の実績コイル径に応じて圧延機の圧延速度を制限することを特徴とする圧延機の制御装置。
２基のテンションリールと圧延機を備え、一方のテンションリールに巻かれている被圧延材であるコイルから巻き出された被圧延材を圧延機により圧延したあと、他方のテンションリールに巻き取る冷間圧延機の制御方法であって、
前記一方のテンションリールより巻き出された被圧延材が有する硬度ムラの変動周期を、前記いずれかのテンションリールに巻かれている圧延中のコイルの外径より予測するとともに、
前記硬度ムラの変動周期が、前記圧延機の板厚制御の制御応答によりあらかじめ定められた設定値以下となるように前記圧延機の圧延速度を制御する事を特徴とする圧延機の制御方法。
入力部と、出力部と、プログラム記憶用のメモリと、データ記憶用のメモリと、演算部と、これらを接続する母線を含んで構成される計算機システムにおける前記プログラム記憶用のメモリに記憶された圧延機制御用のプログラムであって、
前記圧延機は、前記計算機システムの出力部から与えられた速度設定値に応じて圧延機の圧延速度を制御するようにされており、
前記圧延機制御用のプログラムは、前記入力部から得たデータを用いて前記圧延機のテンションリールに巻かれている被圧延材であるコイルの外径を求めるコイル径演算プログラムと、前記コイル径から被圧延材の硬度ムラの変動周期を求める変動周期演算プログラムと、前記変動周期が板厚制御の制御応答によりあらかじめ定められた設定値以下となるように前記圧延機の圧延速度を制限する制限演算プログラムとを含み、
前記制限演算プログラムで求めた前記圧延機の圧延速度が前記出力部を介して圧延機に与えられることを特徴とする圧延機制御用のプログラム。