JP3299162B2 - タンデム圧延機のスリップ防止方法および制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、全スタンドで板厚
制御を行なうタンデム圧延機に係わり、特にスリップの
検出と防止方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】複数の圧延機を連続的に配置したタンデ
ム圧延機では、作業ロールの交換時期を長くして生産効
率を向上させるために、各圧延機を最適かつ安定に運用
しながら出側板厚を一定値に制御するように、スケジュ
ール計算によって圧延荷重や入側、出側張力を設定して
いる。しかし、圧延油の濃度やロール表面の粗度の経時
変化、圧延材料表面の粗度のばらつき等により摩擦係数
が変化するため、セットアップによる設定値のままで
は、作業ロールと板との間でスリップを生じるなどの圧
延異常の現象が発生する。

【０００３】近年、タンデム圧延機の全スタンドに速度
による板厚制御を導入するシステムが普及し、この場合
に張力制御も厳密に実施される。このシステムでは、各
スタンドの板厚と張力を常に設定値に合わせようとする
ため、摩擦係数の変化に対する吸収代が小さくなり、ス
リップの発生頻度が高まっている。

【０００４】従来、操作員は出側板厚変動を監視し、ス
リップの発生を見つけると、当該圧延機の摩擦係数を高
めるためにロール速度を下げ、次にスリップが発生しに
くい荷重に上げるためロールギャップを閉じる処置を
し、それでもスリップが回避できない場合にはラインを
停止してロールを交換していた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】全スタンドに板厚制御
を導入するタンデム圧延システムにおいては、スリップ
の発生する頻度が高く、ロールの生産可能限界が短くな
っている。また、板厚制御はマスフロー一定則に従い上
流のロール速度を修正するが、スリップが発生した場合
は板厚が変化しないために、板厚制御としては更に速度
を修正してスリップを増幅させてしまうという問題点が
あった。さらに、操作員によるロールギャップの修正と
張力制御が干渉してしまうために、板厚制御によるスリ
ップの増幅を抑制することは不可能であった。

【０００６】本発明の目的は上記の問題点を解決し、速
度を用いた板厚制御でスリップの発生を速やかに検出
し、かつ、スリップの検出時に板厚制御を再開できるス
ケジュールに修正する、タンデム圧延機の制御方法と装
置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、タンデム圧延
機のスタンド毎に入側速度、入側板厚、出側速度の実績
値を基にマスフロー一定則に従ってマスフロー出側板厚
推定値を求め、入側板厚の実績値と板厚制御で修正する
上流スタンド（ｉ−１）への速度指令から制御結果出側
板厚推定値を求め、前記マスフロー出側板厚実績値と前
記制御結果出側板厚推定値のそれぞれについて所定演算
周期（板厚制御周期の整数倍）による今回値と前回値の
偏差であるマスフロー出側板厚推定値変更量と制御結果
出側板厚推定値変更量を求め、それら２つの変更量間の
偏差が所定値を越えるときに、圧延機内でのスリップ発
生を検出することを特徴とする。

【０００８】また、スリップ発生時、当該スタンド
（ｉ）と下流スタンド（ｉ＋１）のそれぞれで、前記変
更量間の偏差が所定値を越えているときに当該スタンド
（ｉ）でスリップが発生していると判定する。

【０００９】本発明は当該スタンド（ｉ）でのスリップ
発生を検出すると、その板厚制御を中断し、圧延スケジ
ュールを自動修正してスリップを回避する。すなわち、
入側および／または出側の張力設定値を修正し、ロール
ギャップを用いた張力制御により張力を変更（結果とし
て圧延荷重を変更）し、板厚制御を再開できる状態に当
該スタンドの圧延スケジュールを修正することを特徴と
する。

【００１０】本発明によれば、タンデム圧延機における
板厚制御をロール速度を修正することで行なう場合に、
スリップが即座に検出できる。また、スリップ検出時に
当該スタンドの板厚制御を中断して、圧延スケジュール
を自動修正するので、スリップを回避した板厚制御の再
開が安全かつ速やかに実現できる。この結果、全スタン
ドで板厚制御を実施するシステムで、作業ロールの交換
頻度が少なくなり、タンデム圧延設備の生産効率を向上
できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を、ゼ
ンジミアタンデム圧延機へ適用した例を用いて詳細に説
明する。

【００１２】図１は、一実施例によるタンデム圧延機の
制御システムを示す構成図である。タンデム圧延設備１
００は複数のスタンド１０１−１〜４により構成され
る。被圧延材２００は入側コイルとして準備され、タン
デム圧延機の入側から各スタンド１０１の上下作業ロー
ル１１０−１〜４の間を通過することで圧延される。

【００１３】タンデム圧延機の＃１〜＃４のスタンド１
０１には作業ロール速度を指令値に一致させるように制
御する速度制御装置１２０、作業ロール間のロールギャ
ップを指令値に一致させるように制御する圧下制御装置
１２１を設けている。また、各スタンド間には入側／出
側の板速度を検出する板速計１２４、入側／出側板厚を
検出する板厚計１２５、各スタンド間の入側／出側張力
（スタンド間張力）を検出する張力計１２６を設置して
いる。

【００１４】圧延制御装置としては、張力計１２６で測
定した張力実績値が設定値となるように圧下制御装置１
２１を介して当該スタンドのロールギャップを制御する
張力制御部１２３と、圧延機の入側に設置した板厚計１
２５で測定した入側板厚実績値と入側、出側に設置した
板速計１２４で測定した入側板速度及び出側板速度から
圧延機直下のマスフロー出側板厚推定値ｈｍを（１）式
で計算し、それ用いて出側板厚実績値が設定値となるよ
うに速度制御装置１２０を介して前段スタンドの速度を
制御する板厚制御部１２２をそれぞれ設けている。な
お、本実施例ではサンプリング周期毎に、圧延機出側に
設置した板厚計１２５で測定した板厚実績値ｈｘを基に
出側板厚適応修正係数ηを（２）式で求め、マスフロー
出側板厚推定値ｈｍを修正している。

【００１５】

【数１】ｈｍ＝Ｈ＊ＶＥ／ＶＤ＊（１＋η） η＝ΣＫadp＊｛ｈｘ／ｈｍ（ｘ）−１｝ ここで、Ｈ：圧延機直下の入側板厚、ＶＥ：入側板速
度、ＶＤ：出側板速度、ｋadp：適応修正ゲインであ
る。また、ｈｍ(ｘ)は、圧延機直下のマスフロー出側板
厚推定値ｈｍの板厚部が出側板厚計直下に到達するまで
をトラッキングして求めた推定値である。

【００１６】なお、図１のシステム構成と異なり、圧延
状態によっては張力制御部で前段スタンドの速度を制御
し、板厚制御部で当該スタンドのロールギャップを制御
する構成もある。

【００１７】セットアップ制御部１３０は圧延する材料
の入側コイルの情報と製品仕様により、圧延モデル１３
１に基づくスケジュール計算を行ない、製品を安定にか
つ効率良く生産するための各スタンドの出側板厚、入側
／出側張力の目標値を決定し、板厚制御部１２２及び張
力制御部１２３に出力する。

【００１８】本実施例では、圧延制御装置にスリップ防
止回路部１５０を追加し、各スタンドの板厚制御部１２
２から速度制御装置１２０に送られる板厚制御指令より
推定した板厚変更推定量ΔｈE を求め、上記のマスフロ
ー出側板厚推定値ｈm の変化量Δｈm との偏差を求め、
偏差が一定値以上であればスリップと判定する。そし
て、スリップを検出した場合は即座に当該スタンドの板
厚制御を中断し、入側もしくは出側の張力設定値を修正
することで、ロールギャップを変更する張力制御部１２
３によって張力を変更し（結果として圧延荷重を変
更）、板厚制御を再開できる状態に当該スタンドの圧延
スケジュールをダイナミックに修正する。

【００１９】図２に、スリップ防止回路部の内部構成を
示す。スリップ防止回路部１５０は、マスフロー出側板
厚推定値変化量演算部１５１、板厚変更推定量演算部１
５２、スリップ判定部１５３及び張力設定値変更部１５
４から構成される。

【００２０】マスフロー出側板厚推定値変化量演算部１
５１は、板厚制御部１２２で計算されるマスフロー出側
板厚推定値ｈｍを基に、板厚制御周期のｎ倍（ｎ＝1〜
１０）の演算周期（例えば、２００ミリ秒）で数２により
変化量Δｈｍ(ｋ)を計算する。

【００２１】

【数２】Δｈｍ(ｋ)＝ｈｍ(ｋ)−ｈｍ(ｋ−１) ここで、ｈｍ(ｋ)：マスフロー出側板厚推定値ｈｍの今
回演算値、ｈｍ(ｋ−１)：マスフロー出側板厚推定値ｈ
ｍの前回演算値である。

【００２２】板厚変更推定量演算部１５２は、制御が加
わえられた後の圧延機直下の制御結果出側板厚推定値ｈ
mcを演算し、その演算結果に基づいて出側板厚変更推定
量Δｈmc(ｋ)を演算する。

【００２３】まず、前提条件として上流スタンドに対す
る板厚制御出力の速度修正指令は、基準速度指令ＶREF0
i-1に対する相対速度補正指令％ΔＶREFi-1とする。速
度制御装置１２０の応答を一次遅れで近似し、時定数を
Ｔｎとする％ΔＶREFi-1と、上流スタンド速度推定値Ｖ
FBE は数３で近似できる。

【００２４】

【数３】ＶFBEi-1(t)=Ｃ＊ＶFBEi-1(ｔ−１)＋(１−Ｃ)
＊ＶREF0i-1＊％ΔＶREFi-1 ここで、ｔ：演算周期Δt（板厚制御周期）毎の今回計
算値を示し、また、ＶFBEi-1(t)：上流スタンド速度推
定値の今回演算値、ＶFBEi-1(t-1)：前回演算値、Ｃ＝e
xp(Δt/Ｔn)、ＶREF0i-1：上流スタンドの基準速度指
令、％ΔＶREFi-1：上流スタンドに対する相対速度補正
指令である。

【００２５】また、制御結果出側板厚推定値ｈmcは、速
度推定値ＶFBE を用いて数４により計算する。なお、出
側板厚適応修正係数ηcvはサンプリング周期毎に計算
し、速度変化に対しても学習する。

【００２６】

【数４】 ηcv(t)＝ηcv(t-1)＋Ｋadp＊｛ｈｘ／ｈmc(ｘ)−１｝ ｈmc＝Ｈ＊ＶFBEi-1(t)/ＶFBEi(t)＊｛１＋ηcv(t)｝ ここで、Ｈ：圧延機直下の入側板厚、Ｋadp：適応修正
ゲインである。

【００２７】上記の結果を用い、演算周期毎に制御結果
出側板厚推定変更量Δｈmc(ｋ)を数５によって計算す
る。

【００２８】

【数５】Δｈmc(ｋ)＝ｈmc(ｋ)−ｈmc(ｋ−１) ここで、ｈmc(k)：制御結果出側板厚推定値ｈmcの今回
演算値、ｈmc(k-1)：制御結果出側板厚推定値ｈmcの前
回演算値である。

【００２９】ところで、ｉスタンドでスリップが発生す
ると、上流スタンドｉ−１のロール速度指令％ΔＶREFi
-1により、スタンドｉの入側、出側の板速が共に変化す
る。しかし、ｉスタンドの制御結果出側板厚推定値ｈmc
が変化するのに対し、マスフロー出側板厚推定値ｈｍは
変化しないため、両者の間に誤差が生じる。下流のｉ＋
１スタンドに関しても同様で、ｉスタンドのロール速度
指令に対し実際の出側板速は変化せず、ｉ−１スタンド
のロール速度指令の変化に対して変化するため、ｉ＋１
スタンドの制御結果出側板厚推定値とマスフロー出側板
厚推定値の間に誤差が発生する。

【００３０】この現象から、スリップ判定部１５３は、
マスフロー出側板厚推定値変化量演算部１５１及び板厚
変更推定量演算部１５２でそれぞれ求めた各スタンド毎
のΔｈm(ｋ)、Δｈmc(ｋ)を用いて、ｉスタンドの誤差
％Ｅrroｉを数６により計算する。

【００３１】

【数６】 ％Ｅrroｉ＝｛Δｈmi(ｋ)−Δｈmci(ｋ)｝／ｈREFｉ ここで、｜％Ｅrroｉ｜＞εiのとき、ｉスタンドはスリ
ップ発生の候補スタンドである。しかし、上記の現象か
らｉスタンドの誤差はｉ−１スタンドのスリップによっ
ても発生するので、このとき、ｉ＋１スタンドも｜％Ｅ
rroi+1｜＞εi+1であれば、スリップがｉスタンドで発
生したと判定できる。

【００３２】スリップ判定部１５３はｉスタンドのスリ
ップを検出すると、板厚制御部１２２に対しｉスタンド
の板厚制御中断指令を出力する。

【００３３】なお、εｉはｉスタンドの定周期毎の許容
誤差限界に相当し、ライン速度現在値に対応した圧延条
件（先進率の変化率等）で誤差限界も変化するため、ラ
イン速度と加減速率現在値に応じて可変とする。

【００３４】スリップが検出されると、張力設定値変更
部１５４はスリップを解消して板厚制御を再開できるよ
うに、入側／出側張力の設定値変更量を張力制御部１２
３に設定し、圧延荷重を変更する。なお、張力設定値変
更部１５４における入側／出側張力の上下限値はセット
アップ制御部１３０から与えられる。

【００３５】図３は、スリップ回避処理の制御手順を示
すフロー図である。この処理はｉスタンドのスリップ検
出で起動され、主としてスリップ防止回路部１５０によ
り実行される。

【００３６】まず、ｉスタンドの板厚制御を中断し（ｓ
１０１）、ｉスタンド入側張力設定値を一定レートで減
少する（ｓ１０２）。次に、ｉスタンドの板厚制御を再
開して（ｓ１０３）、スリップが解消したか判定し（ｓ
１０４）、解消した場合には入側張力設定値をその時点
の値で固定する（ｓ１０５）。スリップが解消しない場
合は、入側張力が下限値に達したか判定し（ｓ１０
６）、下限値に達していなけば処理ｓ１０１戻って処理
を繰り返す。

【００３７】一方、処理ｓ１０６で入側張力が下限値に
達していれば、次に出側張力を一定レートで増加し（ｓ
２０２）、スリップが解消したか判定する（ｓ１０
４）。スリップが解消した場合には出側張力設定値をそ
の時点の値で固定し（ｓ２０５）、板厚制御を本格的に
再開する。スリップが解消しない場合は、処理ｓ２０２
に戻って処理を繰り返す。その結果、出側張力が上限値
に達してもスリップを解消できない場合は、ラインを停
止する指令を速度制御部に与える（ｓ２０７）。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、タンデム圧延機の各ス
タンドにおける板厚制御をロール速度を修正することで
行なう場合に、スリップが速やかに検出できる。また、
スリップ検出時に当該スタンドの板厚制御を中断し、圧
延スケジュールを自動修正するので、スリップを回避し
た板厚制御の再開が安全かつ速やかに実現できる。この
結果、全スタンドで板厚制御を実施するタンデム圧延設
備のロール交換頻度を低減でき、生産効率を向上できる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による圧延制御システムの構
成図。

【図２】スリップ防止回路部の構成要素を示した構成
図。

【図３】本発明の一実施例によるスリップ回避の制御手
順を示したフローチャート。

【符号の説明】

１００…タンデム圧延設備、１０１−１〜４…＃１〜＃
４スタンド、１１０−１〜４…上下作業ロール、１２０
…速度制御装置、１２１…圧下制御装置、１２２…板厚
制御部、１２３…張力制御部、１２４…板速計、１２５
…板厚計、１２６…張力計、１３０…セットアップ制御
部、１３１…圧延モデル、１５０…スリップ防止回路
部、１５１…マスフロー出側板厚推定値変化量演算部、
１５２…板厚変更推定量演算部、１５３…スリップ判定
部、１５４…張力設定値変更部、２００…被圧延材。

フロントページの続き (72)発明者 池田 真一 山口県新南陽市野村南町4976番地 日新 製鋼株式会社 周南製鋼所内 (72)発明者 小松 典夫 山口県新南陽市野村南町4976番地 日新 製鋼株式会社 周南製鋼所内 審査官 國方 康伸 (56)参考文献 特開 平７−116717（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21B 37/00 - 37/78 B21B 33/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上流スタンドの速度を修正することによ
   り当該スタンドの出側板厚制御を行ない、当該スタンド
   のロールギャップを修正することにより張力制御を行な
   うタンデム圧延機において、 スタンド毎に入側速度、入側板厚、出側速度の検出値を
   基に、マスフロー一定則に従って演算したマスフロー出
   側板厚推定値の変化量と、上流スタンド（ｉ−１）への
   速度指令を基に制御後の出側板厚を演算した制御結果出
   側板厚推定値の変化量を求め、それら２つの変化量の偏
   差から圧延機内でのスリップ発生の有無を判定し、当該
   スタンド（ｉ）スリップ発生を検出したときにその板厚
   制御を中断することを特徴とするタンデム圧延機のスリ
   ップ防止方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記偏差が、当該スタンド（ｉ）及び下流スタンド（ｉ
   ＋１）でそれぞれ所定値を越えるとき、当該スタンド
   （ｉ）でのスリップ発生を検出することを特徴とするタ
   ンデム圧延機のスリップ防止方法。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、 スリップ発生を検出した当該スタンド（ｉ）に対し、そ
   の圧延荷重を修正することを特徴とするタンデム圧延機
   のスリップ防止方法。
4. 【請求項４】 請求項３において、 前記圧延荷重の修正は、スリップ発生を検出した当該ス
   タンド（ｉ）の入側および／または出側張力の設定値を
   修正する張力制御を用いて行なうことを特徴とするタン
   デム圧延機のスリップ防止方法。
5. 【請求項５】 各スタンドの入側に板厚計、板速計、出
   側に板速計を有し、全スタンドに速度の修正による板厚
   制御手段とロールギャップの修正による張力制御手段を
   備えるタンデム圧延機の制御装置において、 入側板厚、入側板速度及び出側板速度の各実績値からマ
   スフロー出側板厚推定値を計算し、該推定値を基に出側
   板厚が設定値となるように修正する速度制御指令を出力
   して上流スタンドの速度を制御するように、前記板厚制
   御手段を構成すると共に、 前記マスフロー出側板厚推定値の今回値と前回値からマ
   スフロー出側板厚推定値の変化量を演算する機能と、入
   側板厚実績値と前記速度制御指令から演算した上流スタ
   ンド速度推定値を基に制御結果出側板厚推定値を求め、
   その今回値と前回値から制御結果出側板厚推定値の変化
   量を演算する機能と、これら２つの変化量の偏差が所定
   値を越えているとき圧延機内でのスリップの発生を検出
   する機能と、を有するスリップ検出手段を設けたことを
   特徴とするタンデム圧延機の制御装置。
6. 【請求項６】 請求項５において、 前記スリップの発生が検出された当該スタンドの板厚制
   御を中断し、圧延スケジュールを自動修正してスリップ
   を回避するスリップ防止手段を設けたことを特徴とする
   タンデム圧延機の制御装置。