JP3085808B2 - 連続圧延機の張力制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、連続圧延機のスタンド
間張力を制御する張力制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】被圧延材を複数のスタンドに次々と連続
して通して圧延を行う連続圧延機において、被圧延材に
作用する張力を一定または零に制御することは、圧延製
品の寸法精度を向上させる上で重要な要素となってい
る。ここで、従来の一般的な連続圧延機の張力制御装置
について図２を参照しながら説明する。

【０００３】図２は従来の一般的な張力制御装置２１を
示すものである。図示の張力制御装置２１においては、
被圧延材Ｚが（ｉ−１）番スタンド、ｉ番スタンド、
（ｉ＋１）番スタンドの順に連続的に圧延される。各ス
タンドの圧延機１はそれぞれ同一構成の駆動制御系を持
っており、ここでは例示的にｉ番スタンドの圧延機に付
属する駆動制御系について詳述する。圧延機１は電動機
２によって駆動される。各電動機２はまた速度制御装置
３によって速度制御される。速度制御装置３には、自ス
タンドの速度基準設定器４により設定される速度設定値
と被圧延材Ｚの移動方向に見た前方スタンドの張力制御
装置２１からの速度補正量ΔＮを加算した値（以下、こ
れを「速度補正量サクセシブ」という）に、自スタンド
の張力制御装置２１が出力する速度補正量ΔＮを加算し
た値と、被圧延材Ｚの移動方向で見た前方スタンドの速
度微調整器８からの速度微調量ΔＮ′を加算した値（以
下、これを「速度微調補正量サクセシブ」という）に、
自スタンドの速度微調整器８が出力する速度微調量Δ
Ｎ′を加算した値とが自スタンドの速度基準として加え
られる。各スタンドの張力制御装置２１は張力検出器５
を含んでいる。

【０００４】張力検出器５は図３に示すように、速度検
出器１２で検出される電動機２の回転速度（すなわち、
圧延機ローラの回転速度）Ｎ、圧延圧力計１３で検出さ
れる圧延圧力Ｐ、電流検出器１４で検出される電動機２
の電機子電流Ｉ、および後方スタンドの張力制御装置が
演算した、いわゆる後方張力Ｔｂを用いて、スタンド間
張力Ｔｍを演算により検出する。

【０００５】張力検出器５は、より具体的には図４に示
すように、圧延圧力Ｐ、電動機回転速度Ｎおよび電動機
電機子電流Ｉに基づいて、電動機出力トルク、電動機２
を含めた圧延機１の加減速トルクおよび摩擦トルクをそ
れぞれ演算するトルク演算装置１５と、このトルク演算
装置１５によって求められた電動機出力トルク、加減速
トルクおよび摩擦トルク、並びに後方張力Ｔｂを用いて
圧延トルクＧｍを演算し、さらに、所定の周期ごとに、
圧延トルクＧｍと圧延圧力Ｐとの比率（＝Ｇｍ／Ｐ）を
演算するトルクアーム演算回路１６と、このトルクアー
ム演算回路１６で求められた圧延トルクＧｍと圧延圧力
Ｐとの比（＝Ｇｍ／Ｐ）をサンプリングし、得られた複
数のサンプル値の平均値をとってトルクアームＡ_０を求
め、それを記憶するトルクアームロックオン回路１７
と、このトルクアームＡ_０を用いてスタンド間張力Ｔｍ
を演算する発生張力演算回路１８とらなっている。

【０００６】張力検出器５によって得られたスタンド間
張力Ｔｍと目標張力設定器６による設定張力Ｔref との
偏差ΔＴ（＝Ｔｍ−Ｔref ）を張力偏差演算回路１９に
より演算する。この張力偏差ΔＴを零にすべくそれに比
例積分回路７で比例・積分演算を施し（図２）、その演
算結果として速度補正量ΔＮを出力する。

【０００７】次に、この張力制御装置２１の作用につい
て説明する。

【０００８】被圧延材Ｚがｉ番スタンドに噛み込まれて
圧延が開始されると、ｉ番スタンドの電動機２の電機子
電流Ｉは急激に増大する。この電流が電流検出器１４に
より検出され、同時に圧延圧力Ｐが圧延圧力計１３によ
り検出され、さらに、電動機２の回転速度Ｎが速度検出
器１２により検出されてそれぞれ張力制御装置２１に導
入される。

【０００９】電流検出器１４により検出された電機子電
流Ｉには、数字純粋に圧延トルク発生のために用いら
れる圧延トルク電流成分のほかに、圧延機１および電
動機２を加減速するのに要する加減速トルク電流成分、
および、機械の摩擦トルク電流成分などが含まれてい
る。従って、圧延トルクＧｍを求めるには次式の演算を
行わなければならない。

【００１０】 Ｇｍ＝Ｋ_１｛（Ｖ−ＩＲ）／Ｎ｝Ｉ−Ｋ_２（ｄＮ／ｄｔ） −（Ｋ_３Ｎ−Ｋ_４）−Ｋ_５Ｔｂ …（１） ただし、Ｖ：電機子電圧 Ｉ：電機子電流 Ｎ：電動機回転速度 Ｒ：電機子抵抗 Ｋ_１〜Ｋ_５：定数 である。

【００１１】そこで、張力検出器５のトルク演算装置１
５は、被圧延材Ｚの先端がｉ番スタンドに噛み込まれて
からｉ＋１番スタンドに到達する直前までの間、すなわ
ち、ｉ番スタンドとｉ＋１番スタンドとの間に存在する
被圧延材に発生する張力が零である期間に、上記（１）
式中の右辺第１項の電動機出力トルク、第２項の加減速
トルク、第３項の摩擦トルクを演算する。

【００１２】トルクアーム演算回路１６は、トルク演算
装置１５の演算結果と後方張力Ｔｂとを入力して、上記
（１）式中の右辺第４項に示された後方張力によるトル
クを演算すると共に、この（１）式に従って圧延トルク
Ｇｍを、例えば、１０００回／秒程度の繰返し演算速度
で演算し、さらに、それらの圧延トルクＧｍと圧延圧力
Ｐとの比率（＝Ｇｍ／Ｐ）_i をｎ回（ｉ＝１〜ｎ）、た
とえば、５０回（ｎ＝５０）程度のサンプリングを行
い、その平均値Ａ_０を次式により求めそれを記憶する。

【００１３】

【数１】 これは、被圧延材Ｚを噛み込んだ圧延スタンドに加わる
圧延圧力Ｐとその圧延に要する純粋な圧延トルクＧｍと
の比率は「圧延状態の如何に拘らず一定である」という
圧延理論に従うものであって、この平均値Ａ_０をトルク
アームと称している。したがって、以後、この明細書に
おいても値Ａ_０をトルクアームＡ_０と称することにす
る。

【００１４】被圧延材Ｚがさらに進行し、その先端がｉ
＋１番スタンドに噛み込まれると、ｉ番スタンドとｉ＋
１番スタンドの間に存在する被圧延材にも張力Ｔｍが発
生する。発生張力演算回路１８は次式を用いて、この張
力Ｔｍを演算する。

【００１５】 Ｔｍ＝（Ａ_０Ｐ−Ｇｍ）／Ｋ_６ …（３） ただし、 Ｋ_６：定数 である。

【００１６】張力演算回路１９はｉ番スタンドとｉ＋１
番スタンド間に存在する被圧延材の目標張力を設定する
張力設定器６の張力設定値Ｔref と演算によって求めら
れた張力Ｔｍとの偏差ΔＴを次式により求める。

【００１７】 ΔＴ＝Ｔｍ−Ｔref …（４） そこで、比例積分回路７は（４）式で求められた張力偏
差ΔＴに比例・積分の演算処理を施し、それを速度補正
量ΔＮとして速度制御装置３に与える。

【００１８】かくして、張力制御装置２１は、演算・記
憶したトルクアームＡ_０を用いて、被圧延材Ｚの先端が
隣接先方スタンドに噛み込まれた後の自スタンド前方の
スタンド間張力を一定または零に制御する。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】以上概説した従来の張
力制御装置は、トルクアームＡ_０を求めるために後方張
力Ｔｂを用いているが、圧延スタンドの型替えや被圧延
材のロット替わりの直後は後方張力Ｔｂが安定せずにト
ルクアームＡ_０に大きな誤差が含まれることがある。す
なわち、圧延スタンドの型替えをしたり、被圧延材のロ
ット替えをしたりするとき、圧延スタンドの速度設定や
圧下設定には少なからず誤差が含まれる。このため、被
圧延材が次スタンドに噛み込まれるとき、圧延スタンド
間に存在する被圧延材に対して圧縮または引っ張りの方
向の力が作用する。本来、その張力が一定になるように
張力制御を実施する訳であるが、連続圧延機における張
力制御の応答は、機械系との相互干渉を避けるためにあ
まり速くすることができず、結局、後方張力が不安定な
状態で自スタンドのトルクアームＡ_０に大きな誤差が含
まれることがあることになる。

【００２０】それにもかかわらず、従来の張力制御装置
においては、誤差の比較的大きいトルクアームを用いて
張力制御を実施しなければならず、そのため、寸法精度
の高い製品を得られないことがあった。

【００２１】そこでオペレータが介入し、速度微調整器
によって速度微調量を調整し圧延機の速度を補正するこ
とが行われる（以下、これを「速度補正介入」とい
う）。しかし、オペレータが速度補正介入をしようとす
る場合、速度微調量と張力制御装置から出力される速度
補正量とが相互に干渉し合うため、オペレータの速度補
正介入は容易なことではなかった。さらに、速度補正介
入完了以降、張力制御装置の速度補正量により速度補正
介入以前の圧延状態に戻ってしまうことになり、オペレ
ータの意図する圧延状態に修正し、その状態を保持する
ことが困難でもあった。

【００２２】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
で、オペレータによる圧延状態の修正を容易にすると共
に、修正した圧延状態に安定させることのできる連続圧
延機の張力制御装置を提供することを目的とする。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、連続圧延機の各スタンドごとに設けられ、
それぞれ被圧延材のスタンド間の張力を検出し、その検
出張力と各スタンド間に設定される目標張力との間の偏
差により対応するスタンド間張力を制御する張力制御装
置を備え、その張力制御装置からの圧延機に対する速度
補正量と、オペレータによる速度補正操作による速度調
整量とによって、圧延機の速度基準を補正する、連続圧
延機の張力制御装置において、速度補正操作の開始時点
から終了時点まで速度補正量を保持する速度補正量保持
手段と、速度補正操作の終了時点のスタンド間の検出張
力を速度補正操作終了後の目標張力に切り換える目標張
力記憶手段と、速度補正量保持手段によって保持された
速度補正量を速度補正操作の終了時点で積算して記憶
し、速度補正量に対する速度補正操作の終了後の新たな
速度補正量に対するバイアス値とする速度補正量記憶手
段とを備えたことを特徴とする。

【００２４】

【作用】速度補正介入操作の開始時点から終了時点まで
張力制御装置からの速度補正量を保持し、その保持され
た速度補正量を速度補正介入操作の終了時点で積算して
記憶し、速度補正量に対する速度補正介入操作の終了後
の新たな速度補正量に対するバイアス値とし、速度補正
介入操作の終了時点のスタンド間の検出張力を速度補正
介入操作終了後の目標張力に切り換えることによって、
オペレータによる圧延状態の修正を容易にすると共に、
修正した圧延状態に安定させることができる。すなわ
ち、被圧延材の圧延状態が不安定な場合、オペレータに
よる修正を容易に行うことができると共に、速度補正介
入操作終了時の検出張力を速度補正介入操作終了後の目
標張力とし、かつ速度補正介入操作開始時に保持された
速度補正量を速度補正介入操作終了時点に積算して記憶
し、それを速度補正量に対するバイアス値とすることに
より、オペレータが修正した圧延状態を自動制御に切換
えた後も維持することができる。

【００２５】

【実施例】図１は本発明による張力制御装置の一実施例
を示すものである。図中、図２と同一の要素には同一の
符号を付し、その個々の説明は省略する。

【００２６】図１における張力制御装置２０には、張力
検出器５、目標張力設定器６、および比例積分回路７の
ほかに、目標張力切換回路９および速度補正量保持回路
１０が含まれ、さらに、それに関連して速度補正量記憶
回路１１が新たに設けられている。

【００２７】ここではオペレータの速度補正介入中に速
度微調整器８がＨレベルの速度微調整信号Ｓを出力する
ように構成し、この速度微調整信号の立上がりを速度微
調整開始信号Ｓｉとし、立下がりを速度微調整完了信号
Ｓｅとして検出し対応する信号を出力するものとする。

【００２８】圧延状態が不安定になったりすることによ
って、オペレータが速度微調整器８を操作（速度補正操
作）すると、速度微調整開始信号Ｓｉが速度補正量保持
回路１０に与えられ、それにより速度補正量保持回路１
０は速度補正量ΔＮを記憶すると共に、速度補正量ΔＮ
をその値に保持する。次に、速度微調整器８の操作が完
了すると、速度微調整完了信号Ｓｅが目標張力切換回路
９に与えられる。目標張力切換回路９は速度微調整完了
信号Ｓｅが与えられると、張力検出器５により演算され
ているその時点の検出張力Ｔｍを記憶すると共に、この
記憶値を目標張力設定器６から与えられていた張力設定
値に代えて張力偏差演算回路１９に与える。速度補正量
記憶回路１１は速度微調整完了信号Ｓｅが与えられる
と、速度微調整開始信号Ｓｉに応動して速度補正量保持
回路１０に記憶されている値を記憶するが、同一圧延材
の圧延中に速度微調整器８を複数回操作したときは、速
度補正量保持回路１０にそれぞれ速度微調整器８を操作
した度ごとに記憶された値を積算して記憶する。また、
速度補正量記憶回路１１は被圧延材Ｚが自スタンドを抜
けたタイミングでゼロクリアされる。比例積分回路７お
よび速度補正量保持回路１０は目標張力切換回路９およ
び速度補正量記憶回路１１の処理が完了した後に速度微
調整完了信号Ｓｅにより比例積分回路７は初期状態に復
帰し、速度補正量保持回路１０に記憶されている値をゼ
ロクリアすると共に速度補正量ΔＮの保持状態を解放す
る。

【００２９】以上のように構成された図１の装置の動作
を、特に従来装置に対して新たな要素を付加した部分を
中心として以下に説明する。

【００３０】まず、被圧延材Ｚの張力検出値Ｔｍに誤差
が含まれると（現状は、多少の誤差が含まれるのが一般
的である）、圧延機１に対する張力制御装置２０からの
速度補正量ΔＮが被圧延材に対して不当な力が働くよう
に作用する。そのため、被圧延材Ｚの仕上がり径に悪影
響を及ぼす。そのためオペレータは、圧延状態を安定に
するために速度微調整器８を使用して速度補正介入をす
る。そうすることにより、速度微調整器８からＨレベル
の速度微調整中信号が出力されて、速度微調整開始信号
Ｓｉにより速度補正量保持回路１０はそのときの速度補
正量を記憶すると共に、それを保持する。これにより張
力制御装置２０からの作用により圧延状態が悪い方向へ
向かうのを抑えることができ、かつ速度微調整器８から
の速度微調量ΔＮ′との相互干渉を避けることができ
る。

【００３１】次にオペレータの速度微調整器８に対する
速度補正介入操作が完了すると、速度補正中信号がＨレ
ベルからＬレベルに変化し速度微調整完了信号Ｓｅが出
力される。この速度微調整完了信号Ｓｅにより目標張力
切換回路９は、その時点の張力検出器５により演算され
ている検出張力Ｔｍを記憶すると共にその記憶値を目標
張力設定器６から与えられていた値に代えて目標張力値
Ｔref として張力演算回路１９に与える。

【００３２】このとき速度補正量記憶回路１１は速度微
調整完了信号Ｓｅにより、速度補正開始信号Ｓｉにて速
度補正量保持回路１０に記憶されている速度補正量ΔＮ
を記憶し、新たな張力制御装置２０からの速度補正量Δ
Ｎに対するバイアス値となるように速度補正量サクセシ
ブに加える。同一圧延材において速度微調整器８に対す
る速度補正介入操作を複数回行った場合は、速度補正量
記憶回路１１は速度微調整完了信号Ｓｅにより速度補正
開始信号Ｓｉにて速度補正量保持回路１０に記憶されて
いる速度補正量ΔＮを、それぞれ積算して記憶する。

【００３３】また速度補正完了信号Ｓｅにて比例積分回
路７および速度補正量記憶回路１１は初期化され、張力
制御装置２０からの速度補正量ΔＮを零にして再度、新
たな張力制御を開始することになる。

【００３４】その結果、オペレータの速度補正介入操作
以降に張力制御装置２０からの速度補正量ΔＮにより圧
延機の圧延状態が速度補正介入操作以前の状態に戻って
しまうという従来装置の不都合を解消させることができ
る。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明によれば、オペレータによる速度補正介入操作の
開始から終了まで速度補正量を保持する速度補正量保持
手段、速度補正介入操作完了時の検出張力を目標張力に
切り換える目標張力記憶手段、および速度補正量保持手
段によって保持された速度補正量を積算して記憶し、そ
れを速度補正介入操作完了以降の新たな速度補正量のバ
イアス値とする速度補正量記憶手段を備えることによ
り、オペレータによる圧延状態の修正を容易にすると共
に、その修正した圧延状態を維持しながら被圧延材の自
動張力制御を再開することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による張力制御装置の一実施例を示すブ
ロック図。

【図２】従来の張力制御装置を示すブロック図。

【図３】図２の張力制御装置を構成する張力検出器の各
信号の入出力関係を示すブロック図。

【図４】図２の張力制御装置における張力検出器の詳細
構成を示すブロック図。

【符号の説明】 １ 圧延機 ２ 電動機 ３ 速度制御装置 ４ 速度基準設定器 ５ 張力検出器 ６ 目標張力設定器 ７ 比例積分回路 ８ 速度微調整器 ９ 目標張力切換回路 １０ 速度補正量保持回路 １１ 速度補正量記憶回路 １８ 発生張力演算回路 １９ 張力演算回路 ２０ 張力制御装置

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】連続圧延機の各スタンドごとに設けられ、
   それぞれ被圧延材のスタンド間の張力を検出し、その検
   出張力と各スタンド間に設定される目標張力との間の偏
   差により対応するスタンド間張力を制御する張力制御装
   置を備え、その張力制御装置からの圧延機に対する速度
   補正量と、オペレータによる速度補正操作による速度調
   整量とによって、圧延機の速度基準を補正する、連続圧
   延機の張力制御装置において、 前記速度補正操作の開始時点から終了時点まで前記速度
   補正量を保持する速度補正量保持手段と、前記速度補正
   操作の終了時点のスタンド間の検出張力を速度補正操作
   終了後の目標張力に切り換える目標張力記憶手段と、前
   記速度補正量保持手段によって保持された速度補正量を
   前記速度補正操作の終了時点で積算して記憶し、前記速
   度補正量に対する前記速度補正操作の終了後の新たな速
   度補正量に対するバイアス値とする速度補正量記憶手段
   とを備えたことを特徴とする連続圧延機の張力制御装
   置。