JP2638266B2 - 帯状体の巻取り方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、たとえば鋼板などの帯状体を、巻取りリー
ルに巻取るための方法に関する。

従来の技術 たとえば薄板圧延機からの鋼板である帯状体を連続的
に巻取りリールに巻取るにあたつては、大きな張力を帯
状体に付加しながら巻取る必要がある。実際の運転で
は、帯状体の巻取りリールへの巻取り外径が大きくなつ
て巻太つてきたときにも、帯状体の全長に亘つて一定の
張力を付加することができるようにするために、巻取り
設備の巻取りリールにおける最大規格外径のときでも発
生し得る張力で、帯状体を巻取つている。したがつて、
大きな張力を得るには、巻取りリールを駆動する電動機
の容量を大きくする必要がある。

発明が解決しようとする課題 このような先行技術では、コイルの重量が小さく、し
たがつて巻取り予定外径が前記最大規格外径未満である
ときにおいて、もつと大きい張力で巻取ることが可能で
あるにも拘わらず、前述のように最大規格外径のときで
も発生し得る張力で帯状体を巻取つている。しかしなが
ら、巻取りリールによつて帯状体を巻取る際には、帯状
体に付加する張力をできるだけ大きくすることが望まれ
る場合がある。

本発明の目的は、巻取りリールに巻取る帯状体に付加
する張力をできるだけ大きくすることができるようにし
た帯状体の巻取り方法を提供することである。

課題を解決するための手段 本発明は、帯状体の巻取りリールへの巻取り予定外径
と、その巻取りリールを駆動する電動機の最大出力と、
その電動機が最大出力を発生できる電動機の最低回転数
とに基づいて、電動機が帯状体に対して発生し得る最大
張力を帯状体ごとに求め、 この求めた最大張力以下の張力で、帯状体を巻取りリ
ールで巻取るように全巻取り期間中に亘つて電動機の出
力および回転数を制御することを特徴とする帯状体の巻
取り方法である。

また本発明は、前記最大張力に対応する帯状体の巻取
り速度上限値を求め、 帯状体の巻取り速度を、この速度上限値以下に選ぶこ
とを特徴とする。

また本発明は、帯状体の巻取りリールへの巻取り予定
外径と、その巻取りリールを駆動する電動機の最大出力
と、その電動機が最大出力を発生できる電動機の最低回
転数とに基づいて、電動機が帯状体に対して発生し得る
最大張力を帯状体ごとに求め、 前記最大張力に対応する帯状体の巻取り速度上限値を
求め、 帯状体の巻取り速度を、前記求めた巻取り速度上限値
を超える値に選び、帯状体の張力を、前記最大張力未満
で、かつ帯状体の巻取り速度に対応する値となるように
全巻取り期間中に亘つて電動機の出力および回転数を制
御することを特徴とする帯状体の巻取り方法である。

作 用 本発明に従えば、帯状体の巻取りリールへの巻取り予
定外径と、その巻取りリールを駆動する電動機の最大出
力と、その電動機が最大出力を発生できる電動機の最低
回転数とに基づいて、電動機によつて帯状体に付加して
発生することができる最大張力を帯状体ごとに求め、こ
の最大張力を、帯状体に付加する張力の上限値とし、電
動機の出力および回転数を、この最大張力以下の張力で
巻取りリールを駆動するように全巻取り期間中に亘つて
制御する。こうして帯状体に、電動機の容量を超えず
に、できるだけ大きな出力を発生させて、張力を大きく
することができ、これによつて帯状体がたとえば鋼板な
どの圧延材であるとき、その圧延材の形状改善などを図
ることができるようになる。

さらに本発明に従えば、電動機が帯状体に対して発生
し得る最大張力に対応する帯状体の巻取り速度上限値を
求め、帯状体の巻取り速度を、この速度上限値以下に選
び、これによつて帯状体には電動機によつて発生し得る
最大張力以下の張力を作用させて帯状体を巻取り、その
速度を、前記速度上限値以下に設定することによつて、
電動機の容量を超えない範囲で、帯状体を希望する張力
で巻取ることが可能となる。

さらに本発明に従えば、巻取りリールを駆動する電動
機による帯状体の巻取り速度を、前記速度上限値を超え
る値に選び、このときには、電動機が帯状体に対して発
生し得る前記最大張力未満の張力で全巻取り期間中に亘
つて電動機の出力および回転数を制御し、この巻取り時
の張力は電動機による帯状体の巻取り速度に対応した値
とし、これによつて電動機の容量を超えない範囲で、帯
状体の巻取り速度をできるだけ向上して、巻取ることが
可能となる。

実施例 第１図は、本発明の一実施例のブロック図である。巻
取りリール１は、減速機２を介して直流分巻電動機３に
よつて駆動される。この直流分巻電動機３は、電機子４
と界磁コイル５とを有する。圧延機６において圧延され
た鋼板などの圧延材である帯状体７は、巻取りリール１
に巻取られる。電動機３の電機子電流Ｉおよび界磁コイ
ル５の磁束φは、電動機３の駆動回路９によつて制御さ
れ、この駆動回路９はマイクロコンピユータなどによつ
て実現される処理回路10によつて制御される。巻取りリ
ールに巻取られる帯状体７の外径は、検出手段12によつ
て検出され、その検出信号は処理回路10に与えられる。
この検出手段12は、たとえば帯状体７の厚みと巻取りリ
ール１の回転数とに基づいて前記コイル径を算出する手
段を備える。

第２図は、駆動回路９による電動機３のいわゆる最大
トルク制御を行う説明をするグラフである。第２図
（１）は、電動機３の回転数Ｎ〔rpm〕とその電動機３
の出力Ｐ〔kW〕との関係を示すグラフである。電動機３
の出力を最大限に活用するために、予め定めるベース回
転数NB以下の回転数の範囲では、界磁コイル５によつて
発生される磁束φを第２図（２）で示されるように最大
値φ１に保つ。なおベース回転数NBは、電動機３が最大
出力を発生できる電動機３の最低回転数である。

電動機３の設計にあたつては、張力は大きい程、良い
ものとすると、帯状体７の巻取り速度を一定として、巻
取りリール１の最小コイル径から最大コイル径まで変化
したときの回転数の変化比に、電動機３の最大回転数NP
からベース回転数NBまで変化したときの回転数の比を一
致するように設計する。すなわち一定の巻取り速度で最
小コイル径から最大径まで巻取る際において、常に、電
動機３が最大定格出力を発生することができるように設
計する。

電動機３による帯状体７の張力をＴ〔kg〕とし、巻取
り速度をＶ〔m/分〕とし、電動機３の出力をＰ〔kW〕と
するとき、 ここでK1は定数である。この第１式から、張力Ｔを一定
に保つには、巻取り速度Ｖに比例した電動機３の出力Ｐ
を発生すればよいことが判る。

電動機３の出力Ｐと、回転数Ｎ（rpm〕と、発生トル
クτＭ（kg・ｍ〕との間には、 の関係がある。ここでK2は定数である。この第２式か
ら、必要な出力Ｐを発生させるには、巻取り速度Ｖと巻
取りリール１に巻取られる帯状体７の巻取り外径とによ
つて決まる回転数Ｎに応じて、必要なトルクτＭを発生
すればよいことが判る。

ここで目標とする張力Ｔを帯状体７に与えるために必
要なトルクτＭは、前記巻取り外径をＤ〔ｍ〕とする
と、 である。すなわち必要なトルクτＭは、目標とする張力
Ｔと巻取り外径Ｄとから求められる。

電動機３の発生トルクτＭは、 τＭ＝K3・Ｉ・φ …（４） である。ここでＩは電機子４の電流であり、φは界磁磁
束である。すなわち電動機３発生トルクτＭは、電機子
電流Ｉと磁束φの積で決まる。

必要なトルクを電動機３に発生させるには、第３式と
第４式とが等しいものとし、 したがつて常に巻取り外径Ｄを検出手段12によつて実測
して求め、この測定結果に基づいて、電機子電流Ｉと界
磁磁束φとを制御すれば、張力Ｔを一定に保つことがで
きる。

最大トルク制御を行うにあたり、第２図（２）の界磁
磁束φは、電動機３の逆起電圧Ｅが第２図（３）のよう
に最大値E1であるときには、最大磁束φ１に設定し、逆
起電圧Ｅが最大値E1であるときには、この最大値E1に抑
えるように、したがつて界磁磁束φを小さくするよう
に、界磁電流を小さくする。すなわち他励力流分巻電動
機の界磁磁束は、張力制御とは別に、単独の制御を、駆
動回路９によつて行う。このような制御を逆起電圧一定
制御と呼ぶことにする。このような制御の下で、張力を
一定にする制御を行うには、電動機３の回転数Ｎが、 Ｏ≦Ｎ＜NB …（６） であるとき、前述の第５式から、 ここでφは一定値φ１である。したがつて、 Ｉ＝K6・Ｄ・Ｔ …（９） したがつて巻取り外径Ｄに比例した電機子電流Ｉを与
えることによつて、張力Ｔを一定にすることができるこ
とが判る。

また、 NB≦Ｎ≦NP …（10） では、 ここでφ・Ｎは、逆起電圧Ｅに比例するので、一定値で
あり、なぜならば、電動機３の回転数Ｎは、逆起電圧Ｅ
に比例し、界磁磁束φに反比例するからである。またＤ
・Ｎは、巻取り速度Ｖに比例する。

すなわち、 したがつて、 Ｉ＝K9・Ｖ・Ｔ …（14） したがつて電動機３の回転数Ｎがベース回転数NB以
上、最高回転数NP以下の範囲では、巻取り速度Ｖに比例
した電機子電流Ｉを与えることによつて、張力Ｔを一定
に保つことができることが判る。

要約すると、（ａ）界磁磁束φは逆起電圧一定制御を
行い、（ｂ）回転数Ｎがベース回転数NB未満では、巻取
り外径Ｄに比例した電機子電流Ｉに制御し、（ｃ）回転
数Ｎがベース回転数NB以上、最高回転数NP以下では、巻
取り速度Ｖに比例した電機子電流Ｉに制御することによ
つて、帯状体７の張力Ｔを常に一定とすることができ
る。本件実施例では、このような最大トルク制御を行
う。なお、第１式〜第14式におけるK1〜K9は定数であ
る。

第３図は、第１図における処理回路10の具体的な構成
を示すブロツク図である。入力手段14によつて、帯状体
７である鋼板の板厚ｈ、板幅ｂ、コイル重量Ｗ、板長Ｌ
を入力する。巻取り予定外径D1は、たとえば第15式に基
づいて帯状体ごとに演算する。

ここでD0は、巻取りリール軸の外径であり、σは帯状
体の比重である。

なお、 Ｗ＝ｈ・ｂ・Ｌ・σ …（16） 第２図（１）を参照して、巻取りリール１によつて帯
状体７を巻取る際に、電動機３の回転数Ｎが参照符A1で
示す範囲であるときには、回転数Ｎの範囲がA2の領域に
入つたときに電動機３の出力を超えてしまい、そこで、
本件実施例では、たとえば張力を低下させて、範囲A3で
示されるようにして、帯状体７の巻取りを行う。このよ
うな場合に本発明においては、次のように処理が行われ
る。帯状体７の巻取りリール１への巻取り予定外径D1
と、その巻取りリール１を駆動する電動機３の最大出力
Pmと、電動機３が最大出力を発生できる電動機３の最低
回転数であるベース回転数NBとに基づいて、第17式に従
つて、電動機３によつて発生し得る最大張力Tmを帯状体
７ごとに求める。

ここでｉは減速機２の減速比を表し、ηは機械効率を
表し、πは円周率を表す。このような第17式の演算は、
入力手段14からの出力に応答する演算回路15において行
われる。演算回路16では、最大張力Tmを表す演算回路15
からの信号に応答し、この最大張力Tmに対応する帯状体
７の巻取り速度上限値Vmを、第18式に基づいて求める。

処理回路10にはメモリ17が備えられており、このメモ
リ17には、帯状体７の鋼種と、鋼種に対応した単位断面
積当りの張力ｔとが第４図に示されるようにテーブルと
してストアされている。巻取りリール１によつて巻取ら
れるべき帯状体７の鋼種に対応した単位断面積当りの予
め定める張力に基づき、板幅ｂと板厚ｈを入力手段14か
ら読出し、第19式の演算を行つて、全張力T0を演算回路
18において求める。

T0＝ｔ・ｂ・ｈ …（19） チエツク回路19では、前述の鋼種に対応した最適な全
張力T0と、帯状体７の巻取り予定外径D1に対応した最大
張力Tmとの比較を帯状体７ごとに行い、 T0≦Tm …（20） であるときには、演算回路20は駆動回路９を制御して帯
状体７の張力が最適な全張力T0となるように全巻取り期
間中に亘つて、電動機３の出力および回転数を制御す
る。また T0＞Tm …（21） であるときには、最大張力Tmで帯状体７を巻取るように
全巻取り期間中に亘つて電動機３の出力および回転数を
制御する。

演算回路20ではまた、前述の全張力T0または最大張力
Tmで帯状体７を巻取る際に、実測される帯状体７の巻取
り速度Ｖが前記巻取り速度上限値Vmを超えないようにす
るために、第５図に示される動作を行う。ステツプa2で
は、帯状体７の巻取り希望速度が演算回路16において演
算された巻取り速度上限値Vm以下であるかどうかを判断
し、そうであればステツプa3において、帯状体７の巻取
り速度設定値を前記巻取り速度上限値Vm以下の巻取り希
望速度V1に設定し、前記巻取り速度Ｖが前記希望速度V1
となるように全巻取り期間中に亘つて電動機３の出力お
よび回転数を制御する。帯状体７の巻取り希望速度が前
記巻取り速度上限値Vmを超えるときには、ステツプa4で
帯状体７の巻取り速度設定値を前記巻取り速度上限値Vm
に設定し、前記巻取り速度Ｖが前記巻取り速度上限値Vm
となるように帯状体７を巻取る。

第６図は、本発明の他の実施例の演算回路20の動作を
説明するためのフローチヤートである。この実施例は前
述の実施例に類似し、対応するステツプには参照符ｂに
同一の数字を付す。注目すべきはステツプb2において帯
状体７の巻取り希望速度が前記巻取り速度上限値Vmを超
えるときには、ステツプb6に進み、帯状体７の巻取り速
度設定値を前記巻取り速度上限値Vmを超える巻取り希望
速度V2に設定し、前記巻取り速度Ｖが前記巻取り希望速
度V2となるように帯状体７を巻取ることである。さらに
ステツプb6では、帯状体７の張力を前記最大張力Tm未満
で、かつ前記巻取り希望速度V2に対応する張力値T2に設
定し、帯状体７の張力が前記設定張力T2となるように全
巻取り期間中に亘つて電動機３の出力および回転数を制
御する。これによつて電動機３の出力が、出力オーバー
となることを防ぐことができる。このとき設定張力T2
は、第22式から求められる。なお前記巻取り希望速度V
1,V2は、圧延パススケジユール等から定められる巻取り
速度の目標値である。

本発明は鋼板などの帯状体だけでなく、その他の帯状
体を巻取るために広範囲に実施することができる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、帯状体の巻取り予定外
径等に基づいて電動機が帯状体に対して発生し得る最大
張力を帯状体ごとに求め、前記求めた最大張力以下の張
力で帯状体を全巻取り期間中に亘つて巻取るようにした
ので、電動機の定格容量を超えない範囲で、帯状体に、
たとえばできるだけ大きな張力を作用して巻取ることが
でき、したがつて帯状体がたとえば圧延材などであると
きにその形状の改善などを図ることができる。

また本発明によれば、（ａ）帯状体の巻取り速度を、
前記最大張力に対応する帯状体の巻取り速度上限値以下
に選び、あるいはまた、（ｂ）帯状体の巻取り速度を、
前記巻取り速度上限値を超える値に選ぶとともに、前記
最大張力未満で、かつ帯状体の巻取り速度に対応する値
となる張力で全巻取り期間中に亘つて電動機の出力およ
び回転数を制御するようにしたので、電動機の容量を超
えない範囲で、希望する張力で帯状体の巻取りを行うこ
とができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体のブロツク図、第２図
は電動機３の最大トルク制御の動作を説明するためのグ
ラフ、第３図は第１図における処理回路10の具体的な構
成を示すブロツク図、第４図はメモリ17のメモリマツプ
を示す図、第５図は演算回路20の動作を説明するための
フローチヤート、第６図は本発明の他の実施例の演算回
路20の動作を説明するためのフローチヤートである。 １……巻取りリール、２……減速機、３……電動機、４
……電機子、５……界磁コイル、６……圧延機、７……
帯状体、９……駆動回路、10……処理回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河野 行弘 茨城県日立市大みか町５丁目２番１号 株式会社日立製作所大みか工場内 (56)参考文献 特開 昭53−71215（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】帯状体の巻取りリールへの巻取り予定外径
   と、その巻取りリールを駆動する電動機の最大出力と、
   その電動機が最大出力を発生できる電動機の最低回転数
   とに基づいて、電動機が帯状体に対して発生し得る最大
   張力を帯状体ごとに求め、 この求めた最大張力以下の張力で、帯状体を巻取りリー
   ルで巻取るように全巻取り期間中に亘つて電動機の出力
   および回転数を制御することを特徴とする帯状体の巻取
   り方法。
2. 【請求項２】前記最大張力に対応する帯状体の巻取り速
   度上限値を求め、 帯状体の巻取り速度を、この速度上限値以下に選ぶこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の帯状体の巻取
   り方法。
3. 【請求項３】帯状体の巻取りリールへの巻取り予定外径
   と、その巻取りリールを駆動する電動機の最大出力と、
   その電動機が最大出力を発生できる電動機の最低回転数
   とに基づいて、電動機が帯状体に対して発生し得る最大
   張力を帯状体ごとに求め、 前記最大張力に対応する帯状体の巻取り速度上限値を求
   め、 帯状体の巻取り速度を、前記求めた巻取り速度上限値を
   超える値に選び、帯状体の張力を、前記最大張力未満
   で、かつ帯状体の巻取り速度に対応する値となるように
   全巻取り期間中に亘つて電動機の出力および回転数を制
   御することを特徴とする帯状体の巻取り方法。