JP2860045B2 - 巻取張力制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ホットストリップミル
等の圧延機群で圧延された圧延材をマンドレル等の巻取
装置で巻取るに当たり、圧延機群と巻取装置との間に配
置されたピンチロールの駆動電動機を制御して圧延材の
巻取張力を制御する巻取張力制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２は一般的なホットストリップミルの
機械配置を示したもので、圧延機群１で圧延された圧延
材２は、ホットランテーブル３、第１のピンチロール４
及び第２のピンチロール５を介して、マンドレル６に巻
取られる。

【０００３】巻取り中は、良好な巻取り特性を得るため
に圧延材２の張力制御が行なわれる。すなわち、圧延中
（圧延材２の尾端が圧延機群１に噛込まれている間）は
圧延機群１及び第１のピンチロール４間の圧延材２に対
する張力と、第２のピンチロール５及びマンドレル６間
の圧延材２に対する張力とが、それぞれ設定張力になる
ように制御される。

【０００４】また、圧延材２の尾端が圧延機群１を抜け
た後は、第１のピンチロール４、第２のピンチロール５
と、マンドレル５との間で圧延材２に対する張力が設定
張力と一致するように制御される。ピンチロールを２基
配設している理由は、圧延機群１を圧延材２が抜ける
か、あるいは、抜けた以降の第２のピンチロール５での
張力変動を極力少なくすることを目的としている。

【０００５】上記のような張力制御をする場合、マンド
レル６を駆動している電動機を電流制御し、圧延機群１
の駆動用電動機、ピンチロール４，５の駆動用電動機を
それぞれ速度制御することによって、圧延材２にかかる
張力を設定張力に一致させている。従来の制御装置を図
３及び図４を参照して説明する。

【０００６】図３は第１のピンチロール４の制御装置で
あり、上下ロールが個々にこの制御装置を備えている。
また、図示はしないが、第２のピンチロール５も同様の
制御装置を備えている。

【０００７】図３において、ピンチロール駆動用電動機
10には速度検出手段11が機械的に結合されている。速度
基準発生手段12の出力と速度検出手段11の出力との差で
ある速度偏差信号が速度制御増幅器13に入力される。速
度制御増幅器13の出力である電流基準信号と、電流検出
手段14の出力である電流検出信号との差、すなわち、電
流偏差信号が電流制御増幅器15に入力される。位相制御
器16は電流制御増幅器15の出力である電流偏差増幅信号
に基いてゲート制御パルスを出力し、逆並列サイリスタ
電源17の出力電圧を変化させてピンチロール駆動用電動
機10を速度制御する。

【０００８】図４はマンドレル６の制御装置である。同
図において、マンドレル駆動用電動機20には、速度検出
手段21が機械的に結合されている。速度基準発生手段22
の出力と速度検出手段21の出力との差である速度偏差信
号が速度制御増幅器23に入力され、速度制御増幅器23の
出力、又は、電流基準発生器24の出力が電流基準信号と
なり、この電流基準信号と電流検出手段25の出力である
電流電流検出信号との差、すなわち、電流偏差信号が電
流制御増幅器26に入力される。位相制御器27は電流制御
増幅器26の出力である電流偏差増幅信号に基いてゲート
制御パルスを出力し、逆並列サイリスタ電源28の出力電
圧を変化させてマンドレル駆動用電動機20を速度制御、
又は、電流制御する。マンドレル駆動用電動機20の界磁
巻線29の電流は、コイル径と界磁磁束とが一致するよう
に界磁制御回路30によって制御される。

【０００９】上記の構成によりピンチロール４，５とマ
ンドレル６との間の張力制御を行なう場合、圧延材２が
マンドレル６に巻き付く以前には、マンドレル６は速度
制御運転されると共に、マンドレル６の周速度は圧延材
２の圧延速度より僅かに高めに設定される。圧延材２が
マンドレル６に巻き付くと、所定のタイミングにてマン
ドレル６は電流制御運転に切替えられ張力制御に移行す
る。電流制御中は、コイル径Ｄと界磁磁束Φとが比例関
係を保つように界磁制御回路30によって界磁電流制御を
行なっている。従って、マンドレル６の巻取張力Ｆはマ
ンドレル駆動用電動機20の電機子電流Ｉ_a と比例関係に
なり、電機子電流Ｉ_a を制御することによって張力制御
を行なっている。すなわち、比例定数をＫ₁ とすると電
動機トルクＴと電機子電流Ｉ_a との間に、 Ｔ＝Ｋ₁ ・Φ・Ｉ_a …(1) の関係があり、巻取張力Ｆと電動機トルクＴと間に、 Ｔ＝Ｆ・（Ｄ／２） …(2) の関係がある。従って、界磁磁束Φをコイル径Ｄと比例
関係を保つように制御すれば、 Ｆ＝Ｋ₂ ・Ｉ_a …(3) となり、巻取張力Ｆが電機子電流Ｉ_a と比例関係になる
ことは明らかである。ただし、(3) 式中のＫ₂ は比例定
数である。また、界磁制御回路30はマンドレル６で巻取
り中のコイル径Ｄに比例した信号（図示せず）を入力と
し、界磁磁束Φがコイル径Ｄに比例するように界磁電流
を制御している。

【００１０】次に、図４の制御装置により、マンドレル
６を速度制御から電流制御へ切替える動作について説明
する。

【００１１】圧延材２がマンドレル６に巻き付く以前
は、スイッチ31、32が閉、スイッチ33を開とし、速度基
準発生手段22の出力を速度基準として速度制御運転を行
なう。また、圧延材２がマンドレル６に巻き付いた所定
のタイミングにてスイッチ31、32を開、スイッチ33を閉
に切替え、電流基準発生器24の出力を電流基準とした電
流制御運転に切替える。圧延材２が圧延機群１で圧延さ
れている間は圧延機群１の圧延圧力が強いため、圧延材
２のホットランテーブル３上での張力変動は少なく、安
定した巻取り動作が行なわれる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、マンドレル
６の電流制御中に、圧延材２の後端が圧延機群１を抜け
てゆくに従って圧延圧力が徐々に減少し、ホットランテ
ーブル３上での張力が減少してゆく。このとき、マンド
レル６は電流制御されていることから加速され、第１の
ピンチロール４及び第２のピンチロール５と、マンドレ
ル６との間の張力は減少し、最悪の場合には圧延材２が
第１のピンチロール４、第２のピンチロール５に対して
スリップし、良好な巻取りを行なうことができなくな
る。これは、ピンチロール４，５と圧延材２との間の動
摩擦係数が静摩擦係数より小さいために発生する現象で
あり、圧延材２に傷を付けたり、板の蛇行により巻き形
状が悪化する要因になっていた。

【００１３】しかして、従来の巻取張力制御装置にあっ
ては、圧延材２が圧延機群１を抜ける時、ピンチロール
４，５と圧延材２とがスリップし、良好な巻取りができ
ないという問題があった。

【００１４】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたもので、圧延材の尾端が圧延機群のスタンドを抜
ける時点での張力変動を抑えて、巻取り終了まで良好な
張力制御を行なうことのできる巻取張力制御装置を得る
ことを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、圧延機群で圧
延された圧延材を、ピンチロールを介して、巻取装置で
巻取るに当たり、ピンチロールを駆動する電動機を速度
制御運転する第１の制御装置と、圧延材が巻取装置に巻
き付いた後は、巻取装置を駆動する電動機を電流制御運
転する第２の制御装置とを有する巻取張力制御装置にお
いて、圧延材の尾端が圧延機群の最終のスタンドを抜け
る以前の所定の期間、巻取装置の巻取張力の少なくとも
一部を、ピンチロールを駆動する電動機に負担させるよ
うに第１の制御装置の速度基準を補正する速度補正装置
を備えたことを特徴としている。

【００１６】好ましくは、速度補正装置は、圧延材が圧
延機群を抜ける以前に行なわれるライン速度の降下操作
に伴うピンチロールの加減速率に基いてピンチロールの
加減速トルクを演算する第１のトルク演算手段と、巻取
装置の巻取張力に基いて、この巻取張力に対応するピン
チロールの負荷トルクを演算する第２のトルク演算手段
と、演算された加減速トルク及び負荷トルクの和に対応
するトルクを、ピンチロールを駆動する電動機に発生さ
せるための電流値を演算する電流値演算手段と、演算さ
れた電流値と検出器による実際の電流値との差に対応す
る速度補正量を演算する速度補正量演算手段と、ライン
速度の降下操作に同期させて第１の制御装置の速度基準
に加えるスイッチ手段とを備える。

【００１７】

【作用】この発明においては、圧延材の尾端が圧延機群
の最終のスタンドを抜ける以前の所定の期間、例えば、
第４スタンドに到達した時点から最終スタンドに到達す
る間にピンチロールの速度を補正することによって、巻
取張力の一部または全部に相当する張力を、ピンチロー
ルを駆動する電動機に負担させるようにしているため、
圧延材の尾端が圧延機群のスタンドを抜ける時点での張
力変動を抑えることができる。

【００１８】この場合、速度補正は、圧延材の尾端が圧
延機群を抜ける直前に行なわれるライン速度の降下操作
に伴うピンチロールの加減速トルクと、予め設定される
巻取張力に対応するピンチロールの負荷トルクとの和に
対応する電流値を求め、この電流値と実際の電流値との
差から速度補正量を演算し、ライン速度の降下操作に同
期させて速度基準を補正することにより、ピンチロール
に確実に負荷移動させることができる。

【００１９】

【実施例】以下、本発明を図面に示す実施例によって詳
細に説明する。図１はこの発明の一実施例の構成を示す
ブロック図であり、図中、図３と同一の要素には同一の
符号を付してその説明を省略する。この装置は、圧延材
２の尾端が圧延機群１のスタンドを抜ける以前のライン
速度の降下操作時に、図２に示す第１のピンチロール４
の制御装置の速度基準を補正して巻取装置の巻取張力に
相当する張力を第１のピンチロールに負担させるもの
で、一点鎖線で囲まれた要素、すなわち、加減速トルク
演算手段41、負荷移動トルク演算手段42、電流値演算手
段43、フリクション電流設定手段44、接点45及びＰＩコ
ントローラ46でなる速度補正装置40を新たに付加した構
成になっている。

【００２０】このうち、加減速トルク演算手段41はライ
ン速度の降下操作に伴う第１のピンチロール４の加減速
率αを入力とし、この第１のピンチロール４の加減速ト
ルクを演算するもので、負荷移動トルク演算手段42は図
示省略の巻取張力設定手段の張力値Ｔ_R に基いて第１の
ピンチロール４に負担させるトルクを演算するものであ
る。また、電流値演算手段43は演算された加減速トルク
及び負荷トルクより、必要とする電流を演算するもので
ある。フリクション電流設定手段44は第１のピンチロー
ル４の摩擦分電流を設定するもので、接点45はライン速
度の降下操作に同期して、例えば、第４スタンドに到達
した時点から最終スタンドを抜ける直前まで閉成するも
のであり、さらに、ＰＩコントローラ46は電流変化分を
速度補正量に変換してこれをＰＩ演算して出力し、前述
の速度基準発生手段12の速度基準を補正するものであ
る。

【００２１】以下、この実施例の動作について、ピンチ
ロール及びマンドレルの制御と併せて説明する。先ず、
圧延材２がマンドレル６に巻き付くまでは、接点45は開
にされ、第１のピンチロール４は速度基準発生手段12の
速度基準のみに基いて速度制御運転される。このとき、
図４に示すスイッチ31，32は閉に、スイッチ33は開にさ
れ、マンドレル６も速度制御運転される。

【００２２】次に、圧延材２がマンドレル６に巻き付い
た所定のタイミングにて、図４に示すスイッチ31，32は
開に、スイッチ33は閉にされ、マンドレル６は速度制御
運転から電流制御運転に切替えられる。

【００２３】周知の如く、巻取制御では圧延材２が圧延
機群１を抜ける以前に巻取張力を下げる、いわゆる、テ
ンションダウン制御が行なわれる。このテンションダウ
ン制御の終了後においても、引続き第１のピンチロール
４及び第２のピンチロール５は速度制御運転され、マン
ドレル６は電流制御運転されると共に、第１のピンチロ
ール４及び第２のピンチロール５とマンドレル６との間
で所定の張力を保ちながら運転される。

【００２４】そして、圧延材の尾端が圧延機群を抜ける
直前のライン速度降下期間に接点45を閉成して速度基準
発生手段12の速度基準を補正するが、速度基準の補正値
は次のようにして求められる。

【００２５】加減速トルク演算手段41は、ピンチロール
の速度あるいは速度基準を微分して得られる加減速率α
（＝ｄＶ／ｄｔ）を入力して次式の演算を行なって加減
速トルクτ_a を求める。 τ_a ＝ａ・（ＧＤ² /120）・ｇ・Ｄ_p ・α（Ｋｇ・ｍ） …(4) ただし ａ ：ギヤー比 ＧＤ² ：電動機、機械の慣性モーメント ｇ ：重力の加速度 Ｄ_p ：ピンチロール径 α ：加減速率 である。

【００２６】負荷移動トルク演算手段42は次式により負
荷移動トルクτ_b を演算する。

【００２７】 τ_b ＝ｋ・Ｔ_R ・（Ｄ／２）・ａ （Ｋｇ・ｍ）…(5) ただし ｋ：補正係数（テンションダウンの割合例えば０．７） Ｔ_R ：マンドレルの設定巻取張力値 である。

【００２８】また、電流値演算手段43は上記(4),(5) 式
でそれぞれ求められた加減速トルクτ_a と負荷移動トル
クτ_b を併せたトルクを発生させるに必要な電流値Ｉ_p
を次式によって演算する。

【００２９】 ただし Ｋ ：定数 Φ_p ：ピンチロール駆動電動機の界磁磁束 である。

【００３０】そして、負荷移動するためにピンチロール
駆動電動機における電流の増大分ΔＩ_R は次式で求めら
れる。

【００３１】 ΔＩ_R ＝Ｉ_p ＋Ｉ_F −Ｉ_A …(7) ただし Ｉ_F ：ピンチロール駆動電動機のフリクション電流値 Ｉ_A ：ピンチロールの負荷電流 である。

【００３２】そこで、本実施例においては、電流値演算
手段43で演算したトルク分電流値Ｉ_p と、フリクション
電流設定手段44に設定したフリクション電流値をＩ_F と
を加算し、さらに、得られた値から第１のピンチロール
の駆動電動機の負荷電流Ｉ_Aを減算して電流の増大分Δ
Ｉ_R として接点45を介してＰＩコントローラ46に入力す
るように構成している。

【００３３】なお、この電流の増大分ΔＩ_R はＰＩコン
トローラ46により、次式によって速度補正量Δｖ_R に変
換された後、周知のＰＩ演算が行なわれる。

【００３４】 Δｖ_R ＝ΔＩ_R ／（Ｋ・Φ_p ） （ｍｐｍ）…(8) この時の速度補正値の方向性は ΔＩ_R ＞０の時は減速方向 ΔＩ_R ＜０の時は増速方向 とする。これにより、第１のピンチロール４は加減速さ
れ、その張力負担が制御される。

【００３５】ここで、圧延材２の尾端が圧延機群１に到
達する以前に負荷移動を終了するべく、例えば、第４ス
タンドに到達した時点から最終スタンドを抜ける直前ま
で接点45を閉じることにより、第１のピンチロール４の
張力負担を徐々に増大することができると共に、負荷移
動を終了した後に圧延材２が圧延機群１のロールを順次
抜けるようにすることができる。

【００３６】なお、上記実施例では、速度補正装置40の
速度補正量を第１のピンチロールの制御装置のみに加え
たが、第１及び第２のピンチロールの両方に加えても、
あるいは両方に分配して加えても同様な制御ができる。

【００３７】なおまた、上記実施例では、ライン速度降
下操作に同期させたが、圧延材の尾端が圧延機群の最終
のスタンドを抜ける以前の期間であれば、ライン速度降
下操作の一部の期間であってもよい。

【００３８】また、上記実施例では、テンションダウン
時の巻取張力分だけピンチロール駆動電動機にそのトル
クを負担させたが、ピンチロールと圧延材間でスリップ
を生じない程度であればその一部であってもよい。

【００３９】さらに、上記実施例では、ピンチロールの
摩擦分電流をも加味してピンチロールの速度補正量を演
算したが、摩擦分電流が少ない場合にはこれをゼロとし
て速度補正量を求めても、上述したと同様な制御ができ
る。

【００４０】一方、上記実施例では、マンドレル６の駆
動電動機の界磁巻線電流をコイル径に比例させる制御方
式を用いているが、本発明はこの制御方式に適用を限定
されるものではなくこれ以外の制御方式にも適用可能で
ある。また、本実施例では負荷移動分をマンドレルで圧
延材２を巻取る場合の適切な張力値に基いて算出した
が、これと同程度の値であれば他の値を使用することも
できる。

【００４１】また、上記実施例では、２基のピンチロー
ルを備えるものについて説明したが、本発明はピンチロ
ールを１基しか持たない巻取装置にも適用可能である。

【００４２】

【発明の効果】以上の説明によって明らかなように、本
発明によれば、圧延材の尾端が圧延機群の最終のスタン
ドを抜ける以前の所定の期間に、ピンチロールの張力負
担分を増やしてゆくので、圧延材の尾端が圧延機群を抜
けた時の巻取張力の変動を抑えることができ、この張力
変動に伴う巻取形状の悪化を未然に防止すると共に、ピ
ンチロールと圧延材との間のスリップに起因する圧延材
の傷を未然に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示すブロック図。

【図２】本発明の適用対象であるホットストリップミル
の機械配置図。

【図３】従来の巻取張力制御装置のうち、ピンチロール
の制御装置の構成を示すブロック図。

【図４】従来の巻取張力制御装置のうち、マンドレルの
制御装置の構成を示すブロック図。

【符号の説明】

１ 圧延機群 ４ 第１のピンチロール ５ 第２のピンチロール ６ マンドレル １０ ピンチロール駆動用電動機 １２ 速度基準発生手段 １３ 速度制御増幅器 １４ 電流検出手段 １５ 電流制御増幅器 １６ 位相制御器 １７ 逆並列サイリスタ電源 ２０ マンドレル駆動用電動機 ２２ 速度基準発生手段 ２３ 速度制御増幅器 ２４ 電流基準発生器 ２６ 電流制御増幅器 ４０ 速度補正装置 ４１ 加減速トルク演算手段 ４２ 負荷移動トルク演算手段 ４３ 電流値演算手段 ４４ フリクション電流設定手段 ４５ 接点 ４６ ＰＩコントローラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 赤 井 卓 巳 東京都府中市東芝町１ 株式会社東芝 府中工場内 (56)参考文献 特開 昭57−27856（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−48147（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−47514（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B65H 23/18 - 23/198

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】圧延機群で圧延された圧延材を、ピンチロ
   ールを介して、巻取装置で巻取るに当たり、前記ピンチ
   ロールを駆動する電動機を速度制御運転する第１の制御
   装置と、圧延材が前記巻取装置に巻き付いた後は、前記
   巻取装置を駆動する電動機を電流制御運転する第２の制
   御装置とを有する巻取張力制御装置において、圧延材の
   尾端が圧延機群の最終のスタンドを抜ける以前の所定の
   期間、前記巻取装置の巻取張力の少なくとも一部を、前
   記ピンチロールを駆動する電動機に負担させるように前
   記第１の制御装置の速度基準を補正する速度補正装置を
   備えたことを特徴とする巻取張力制御装置。
2. 【請求項２】前記速度補正装置は、圧延材が圧延機群を
   抜ける以前に行なわれるライン速度の降下操作に伴う前
   記ピンチロールの加減速率に基いて前記ピンチロールの
   加減速トルクを演算する第１のトルク演算手段と、前記
   巻取装置の巻取張力に基いて、この巻取張力に対応する
   前記ピンチロールの負荷トルクを演算する第２のトルク
   演算手段と、演算された前記加減速トルク及び負荷トル
   クの和に対応するトルクを、前記ピンチロールを駆動す
   る電動機に発生させるための電流値を演算する電流値演
   算手段と、演算された電流値と検出器による実際の電流
   値との差に対応する速度補正量を演算する速度補正量演
   算手段と、前記ライン速度の降下操作に同期させて前記
   第１の制御装置の速度基準に加えるスイッチ手段とを備
   えたことを特徴とする請求項１記載の巻取張力制御装
   置。