JP3297339B2 - 圧延設備におけるストリップの張力制御装置 - Google Patents

圧延設備におけるストリップの張力制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧延設備の圧延機
とその上流側に配置され走行しながらストリップをクラ
ンプする走行装置との間でストリップの張力を制御する
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】例えば、圧延設備におけるシートバー接
合においては、圧延設備の仕上げ圧延機上流側に、先行
するストリップ尾端と後行のストリップ先端とを接合す
べくこれら両ストリップをクランプしてストリップの動
きに伴って動く走行装置が設けられている。この走行装
置においては、ストリップをクランプ後、圧延機側にて
加速や減速、走行板厚変更、走行抵抗変動、等により走
行中のストリップ張力が変動することがあり、このため
走行装置と圧延機との間には、その張力を制御する手段
が必要となる。
【0003】図5は、従来の張力制御手段の一例を示す
もので、図5(a)は圧延機3と走行装置1との関係を
示し、図5(b)はストリップ2にルーパ6により張力
を付与した場合を示している。すなわち、圧延機3の上
流側に走行装置1が配置され、(a)図のようにストリ
ップ2の尾端をクランプし、圧延ライン上のストリップ
2の下部にルーパ6先端のロールを接触させ、次いで、
(b)図のように、図示しない駆動モータによってルー
パ6を回動させてストリップ2を上方へ押し上げ駆動
し、予めストリップ2に所定の張力を付与している。こ
の状態でストリップ2が搬送されている時に、何らかの
原因で張力変動が発生しても、ストリップ2の張力とル
ーパ6用駆動モータの設定トルクが釣り合う位置にルー
パ6が移動しバランスすることにより、その張力変動を
吸収するようになっている。この場合、走行装置1の速
度制御は、圧延機3への圧延速度指令に基づいた目標速
度として、圧延機制御装置5から走行制御装置4へこの
目標速度が出力されると、走行制御装置4から走行装置
1へモータトルク指令が出力され、走行装置1の速度が
制御される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した図5に示す張
力制御手段にあっては、走行装置1と圧延機3との間に
ルーパ6を配置し、このルーパ6によってストリップ2
を下から押し上げているので、次の如き問題を有してい
る。 (1)圧延機3の上流側のストリップ2の厚さは、通常
約10mm以上あって、このストリップ2をルーパ6にて
下から押し上げるには大きな力が必要になる。このた
め、ルーパ6や押し上げ用駆動手段(図示省略)の設備
が大型化し、ストリップ2側にあっては大きな曲げ力が
働くことによって材質の変化が生ずる可能性もある。 (2)何らかの外乱が生じることによりストリップ2に
張力変動が発生した場合、この張力変動がルーパに対す
るストリップ2の押し下げ力になりにくく、このため張
力変動に対する高精度制御が困難であった。
【0005】本発明は、上記従来技術の問題を解消する
ため、従来の張力制御用のルーパを廃止し、走行装置の
速度制御系に張力制御機能を付加することによって、速
度制御と張力制御を同時に制御し、高精度な張力制御を
行なうことができる圧延設備におけるストリップの張力
制御装置の提供を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成する本
発明は、次の発明特定事項を有する。 (1)圧延設備の圧延機と、該圧延機を制御する圧延機
制御装置と、前記圧延機より上流側に配置され、ストリ
ップをクランプする走行装置と、該走行装置へのモータ
トルク指令を出力する走行制御装置とを備え、該走行制
御装置で演算されるモータトルク指令は、前記圧延機制
御装置からの目標速度に基づいた指令に、設定された目
標張力に基づいた目標速度補正量を加味した指令とした
ことを特徴とする。 (2)(1)において、目標速度補正量は、目標張力ト
ルクと、走行装置のモータ電流信号と、走行抵抗トルク
とに基づいて求めることを特徴とする。 (3)(1)において、目標速度補正量は下記式で求め
ることを特徴とする、 (式)ΔVset =Kd ×Iref +K/s×(τset −τ
r +Iref ) ここで、ΔVset は目標速度補正量、Iref はモータ電
流信号、τset は目標張力トルク、τr は走行抵抗トル
ク平均値、Kd ,Kは制御ゲイン、sはラプラス演算子
である。
【0007】圧延設備の圧延機上流側に配置された走行
装置によってストリップをクランプしつつ、ストリップ
の走行に同期して動きながら圧延機と走行装置の間のス
トリップ張力を制御するようになっており、走行装置の
走行制御装置では、圧延機の圧延速度指令に基づく出力
又は図示されていないが接触もしくは非接触式にて直接
計測したストリップの搬送速度を目標速度として、圧延
機制御装置から受け取り、同目標速度から走行装置のモ
ータトルク指令であるモータ電流信号が演算されて速度
制御され、同時に、目標速度に対して目標速度補正量
(ΔVset )が演算されて張力制御され、目標速度に目
標速度補正量を加算することによって速度制御と張力制
御を同時に制御することができる。このように、走行装
置の速度制御とストリップの張力制御を同時に制御する
ので、走行装置と圧延機の間のストリップ張力を高精度
に制御することができる。
【0008】
【発明の実施の形態】ここで、図1〜図4を参照して本
発明の実施の形態の一例を述べる。なお、図1において
図5と同一部分には同符号を付す。図1には、図5に示
すルーパは無く、図5と同様走行装置1、ストリップ
2、圧延機3、圧延機制御装置5、走行制御装置4を有
しているが、この走行制御装置4の速度制御系には張力
制御機能が付加されることが特徴となっている。図1で
は、走行ライン上を走行する走行装置1が、搬送中のス
トリップ2と同期して走行しながらストリップ2をクラ
ンプした後、圧延機3との間で張力制御をしており、圧
延機制御装置5は圧延機3の圧延速度又は、図示されて
いないが接触もしくは非接触式にて直接計測したストリ
ップ2の搬送速度指令を基にした目標速度として走行制
御装置4へ送り、同走行制御装置4は目標速度から走行
装置1への速度制御に加え、設定された目標張力に対す
る目標速度補正量が演算された張力制御が加算され、走
行装置1へモータトルク指令が出される。
【0009】図2は、この走行制御装置4における回路
ブロックの一例を示したものであり、速度制御ブロック
10と張力制御ブロック11とからなる。このうち、速
度制御ブロック10では速度フィードバック制御を行な
っており、フィードバック加え合せ点101を介して速
度制御のためのPI演算部102にて比例積分演算が行
なわれ、ついで駆動モータ(図示省略)の電流容量内に
電流を抑えるリミッタ103をそれぞれ介してモータ電
流信号Iref (モータトルク指令)が出力される。これ
につながる走行装置1側をブロック図で表現すると、ト
ルクを発生させる一時遅れ要素104、外乱トルクの加
え合わせ点105、駆動モータや走行装置1の慣性モー
メントを加味した速度発生のための積分器106が存在
する。
【0010】また、図2にて張力制御ブロック11は、
速度制御ブロック10のリミッタ103からのモータ電
流信号Iref と目標張力トルクτset と走行抵抗トルク
τrとを加え合せ点111に入力して積分器112にて
K/sの積分を行なっている。この場合、加え合せ点1
11では、走行装置1の駆動モータの電流信号Iref
ある走行装置1の走行速度に走行装置1の走行抵抗トル
クτr 分を減算して張力を得て目標張力τset との偏差
を求めている。そしてこの目標張力からの偏差からオフ
セットとなる定常誤差分を積分器112にて除き目標張
力偏差を得ている。更に、張力制御ブロック11ではモ
ータ電流信号Iref を入力としてゲインKd による要素
113にてドループ制御を行なっている。このドループ
制御は、ストリップの張力が外乱となって系に作用した
ときの応答遅れを除き、間接的にストリップの張力を零
に制御して外乱に対する追従を早めるために置かれたも
ので高速応答を得るものである。この結果、積分器11
2の出力である目標張力偏差と高速応答のためのドルー
プ制御出力とを加え合せ点101に加えることにより目
標速度の補正を行なっている。
【0011】この図2に示す張力制御ブロック11の演
算式は次のようになる。 ΔT=(τset −τr +Iref ) ………(1) ΔVset =Kd ×Iref +K/s×(τset −τr +Iref )……(2) ここで、 ΔT ;目標張力からの偏差(トルク)(モ
ータ電流換算値) ΔVset ;目標速度補正量 Iref ;モータ電流信号 τset ;目標張力トルク(モータ電流換算値) τr ;走行抵抗トルク平均値(モータ電流換算値) Kd ,K;制御ゲイン s ;ラプラス演算子 上記(1)式で、目標張力からの偏差ΔTは、右辺を0
にするように制御され、(2)式の第1項はドループ制
御で、制御系の応答を上げるため張力制御のような高応
答を要求される制御に使用され、(2)式の第2項は、
(1)式と同じく、走行装置1の走行抵抗分のトルク平
均値(τr )を考慮しながら目標張力からの偏差ΔTが
計算され、(2)式の第2項のK/sの積分器は前述の
ように張力の定常偏差を除去するものである。
【0012】図3は図2に示す制御系をフローチャート
として記載したものであり、図2に示す張力制御ブロッ
ク11の出力である加え合せ点101への入力をΔV
set である目標速度補正量として記す。
【0013】図1に戻り、図2、図3を参照しつつ述べ
るに、圧延機3上流側に配置された走行装置1によって
ストリップ2をクランプしつつ、ストリップ2の走行に
同期して動きながら圧延機3と走行装置1の間のストリ
ップ2張力が制御される。走行装置1の走行制御装置4
では、圧延機3の圧延速度又は、図示されていないが接
触もしくは非接触にて直接計測したストリップ2の搬送
速度指令に基づく目標速度を圧延機制御装置5から受け
取りこれを目標速度とし、同目標速度から走行装置1の
モータ電流信号が演算されて走行速度が制御され、同時
に、目標速度に対して目標速度補正量(ΔVset )が上
記(2)式によって演算されてストリップ2の張力が制
御され、目標速度に目標速度補正量を加算することによ
って速度制御と張力制御を同時に制御するように走行速
度が制御される。すなわち、ストリップ2をクランプす
ることによって発生した走行装置1と圧延機3間のスト
リップ2張力に対し、走行装置1の駆動モータの速度制
御におけるモータ電流信号(Iref )から、上記(1)
式にて目標張力からの偏差ΔTを検出し、上記(2)式
により目標速度補正量(ΔVset )を求め、これを目標
速度に加える張力制御が行われる。このように、走行装
置の速度制御とストリップの張力制御を同時に制御する
ので、走行装置と圧延機の間のストリップ張力を高精度
に制御することができる。
【0014】図4の(a)図は、ストリップ2を走行装
置1が追いかけてクランプした後に、目標張力を0.3
kgf/mm2 に設定して張力制御を始めた時の試験結果であ
り、(b)図は、ストリップ2をアンクランプして張力
制御を切った時の試験結果を示したものである。この場
合、図4(a)(b)共上側図は図1に示すクランプ装
置7を動かすシリンダ8の油圧を計測して出側クランプ
荷重として表わし、図4(a)(b)の下側図は図1に
示すストリップ2のクランプ装置7に取付けたロードセ
ル9での計測値すなわち水平方向の荷重つまり張力をL
/C荷重として表わしている。この試験結果から判るよ
うに、張力制御“入”の瞬間は0.43kgf/mm2 である
が、平均的に見ると約0.40kgf/mm2 〜0.23kgf/
mm2 の範囲で制御されており、目標張力(0.3kgf/mm
2 )に対し、約±0.1kgf/mm2 以内という小さな変動
で、張力変動が抑えられていることがわかり、ストリッ
プ張力が高精度に制御されている。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、圧
延設備の圧延機上流側に配置された走行装置によってス
トリップをクランプしつつ、ストリップの走行に同期し
て動きながら圧延機と走行装置の間のストリップ張力を
制御するものであって、走行装置の走行制御装置で演算
されるモータ電流信号に目標速度補正量の演算を行な
い、圧延機制御装置からの目標速度に目標速度補正量と
して加算するように構成しているので、速度制御と張力
制御を同時に制御するように走行速度が制御され、走行
装置と圧延機関との間にあるストリップのストリップ張
力を高精度で制御することができる。また、ストリップ
張力の張力変動が小さく抑えられるので、ストリップの
品質が向上する。更には、従来のルーパ及び押し上げ用
駆動手段の設備が廃止されるので、ルーパの設置スペー
スが不要となり、ストリップへの曲げ力が解消され材質
の変化を起こすことがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例の構成図。
【図2】制御装置のブロック図。
【図3】制御装置に係るフローチャート。
【図4】実験結果を示すグラフ。
【図5】従来例のための構成図。
【符号の説明】
1 走行装置 2 ストリップ 3 圧延機 4 走行制御装置 5 圧延機制御装置 10 速度制御ブロック 11 張力制御ブロック
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 孝博 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎 製鉄株式会社 千葉製鉄所内 (72)発明者 磯山 茂 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎 製鉄株式会社 千葉製鉄所内 (56)参考文献 特開 平8−281307(JP,A) 特開 平7−24503(JP,A) 特開 平10−226413(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B21B 37/00 - 37/78 B21B 39/08

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧延設備の圧延機と、該圧延機を制御す
    る圧延機制御装置と、前記圧延機より上流側に配置さ
    れ、ストリップをクランプする走行装置と、該走行装置
    へのモータトルク指令を出力する走行制御装置とを備
    え、該走行制御装置で演算されるモータトルク指令は、
    前記圧延機制御装置からの目標速度に基づいた指令に、
    設定された目標張力に基づいた目標速度補正量を加味し
    た指令としたことを特徴とするストリップの張力制御装
    置。
  2. 【請求項2】 請求項1において、目標速度補正量は、
    目標張力トルクと、走行装置のモータ電流信号と、走行
    抵抗トルクとに基づいて求めることを特徴とするストリ
    ップの張力制御装置。
  3. 【請求項3】 請求項1において、目標速度補正量は下
    記式で求めることを特徴とするストリップの張力制御装
    置、 (式)ΔVset =Kd ×Iref +K/s×(τset −τ
    r +Iref ) ここで、ΔVset は目標速度補正量、Iref はモータ電
    流信号、τset は目標張力トルク、τr は走行抵抗トル
    ク平均値、Kd ,Kは制御ゲイン、sはラプラス演算子
    である。
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