JP3678002B2

JP3678002B2 - Tension control method for strip material and tension control apparatus therefor

Info

Publication number: JP3678002B2
Application number: JP14977898A
Authority: JP
Inventors: 雅哉土岐; 俊彦千野
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1998-05-29
Filing date: 1998-05-29
Publication date: 2005-08-03
Anticipated expiration: 2018-05-29
Also published as: JPH11334956A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼帯、紙などの帯状材を製造または処理する設備において、その帯状材に働く張力を一定に制御する帯状材の張力制御方法およびその張力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、帯状材の張力を一定にする制御装置の一例として、図４に示すように、鋼板を製造する設備に適用したものが知られている。
【０００３】
この製造設備は、図４に示すように、帯状材Ａを巻き掛ける円筒状の複数のロール１ａ、１ｂ…と、ロール１ａを回転駆動する電動機２と、この電動機２の制御により帯状材Ａの張力が一定となる制御を行う張力制御装置３と、この張力制御装置３に接続される下位計算機４と、この下位計算機４に接続される上位計算機５とを備え、ロール１ａ、１ｂ…に対して鋼板からなる帯状材Ａが張力を与えられた状態で巻き掛けられ、帯状材Ａが矢印の方向に向けて搬送されるようになっている。
【０００４】
張力制御装置３は、図４に示すように、電動機２の実績トルク（発生トルク）に基づいて帯状材Ａの張力実績値を求める張力実績値算出器３１と、帯状材Ａの基準張力を設定する基準張力設定器３２と、張力実績値算出器３１で求められた張力実績値と基準張力設定器３２で設定される基準張力との偏差を求める加算器３３と、この加算器３３で求められた偏差が零になるように電動機２の駆動制御を行う、比例・積分制御器等からなる張力制御器３４とから構成される。
【０００５】
また、この製造設備では、帯状材Ａの基準張力を設定するのに必要なデータであるユニット張力（単位面積当たりの張力）Ｕ、帯状材Ａの板幅Ｗ、およびその板厚ｔが上記計算機５から下位計算機４に予め送出されるようになっている。そして、帯状材Ａの製造サイズに変更がある場合には、帯状材Ａの変更点が予め定められた位置を通過した時点で、下位計算機４がそのデータを張力制御装置３の基準張力設定器３２に送出できるように構成されている。
【０００６】
このような構成からなる従来の製造設備の張力制御装置３では、基準張力設定器３２が、下位計算機４からユニット張力Ｕ、板幅Ｗ、および板厚ｔの各データを受け取り、基準張力Ｔ（Ｔ＝Ｗ・ｔ・Ｕ）を算出する。張力実績値算出器３１は、電動機２の実績トルクに基づいて帯状材Ａの張力実績値Ｔｆｂを求める。加算器３３は、張力実績値算出器３１で求めた張力実績値Ｔｆｂと基準張力設定器３２で設定されている基準張力Ｔとの偏差を求める。張力制御器３４は、その求めた偏差が零になるように電動機２の駆動制御を行う。このような制御により、電動機２の発生トルクが目標値になるようなトルク一定制御が行われる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ロール１ａに巻き付いた帯状材Ａが静止している状態を考えると、帯状材Ａとロール１ａとの間の面圧は帯状材Ａに働く張力に比例する。この静止状態からロール１ａを回転させて帯状材Ａに速度を与えると、帯状材Ａのうちロール１ａに巻き付いた部分には、帯状材Ａ自身の質量による遠心力が働く。この遠心力は、帯状材Ａとロール１ａとの間の面圧を減少させる方向に働く。従って、上述のように、帯状材Ａの張力を一定に制御する場合には、帯状材Ａとロール１ａとの間の面圧が減少することになる。
【０００８】
このため、その遠心力の影響が無視できないような場合、例えば帯状材Ａを高速で通板する場合などには、その面圧の減少が大きくなり帯状材Ａのスリップが発生するおそれがあるという新たな知見を得た。
【０００９】
本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、帯状材に働く遠心力に起因する帯状材のスリップを防止するようにした帯状材の張力制御方法およびその張力制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するために、請求項１記載の発明によれば、電動機により回転駆動されるロールに対して巻き掛けられて移動する帯状材の張力実績値を求め、この求めた張力実績値が基準張力に一致するように前記電動機の駆動制御を行う帯状材の張力制御方法において、前記帯状材に作用する遠心力の増加に応じて前記基準張力を増加するようにした帯状材の張力制御方法が提供される。
【００１１】
また、請求項２記載の発明によれば、電動機により回転駆動されるロールに対して巻き掛けられて移動する帯状材の張力実績値を求め、この求めた張力実績値が基準張力に一致するように前記電動機の駆動制御を行う帯状材の張力制御方法において、前記帯状材に作用する遠心力によって生ずる前記ロールと前記帯状材との間に面圧の減少分を補償する張力補償値を求め、この求めた張力補償値を前記基準張力に加算してその基準張力を補正するようにした帯状材の張力制御方法が提供される。
【００１２】
さらに、本発明では、以下のような対応も提供される。すなわち、請求項３記載の発明によれば、電動機によって回転駆動されるロールに対して巻き掛けられて移動する帯状材の張力実績値を求める張力算出手段と、前記帯状材の基準張力を設定する基準張力設定手段と、前記帯状材に作用する遠心力によって生ずる前記ロールと前記帯状材との間の面圧の減少分を補償する張力補償値を求める張力補償値算出手段と、この張力補償値算出手段が求めた張力補償値を、前記基準張力設定手段で求めた基準張力に加算して基準張力を補正する基準張力補正手段と、前記張力算出手段で求めた張力実績値が、前記基準張力補正手段で補正された基準張力に一致するように前記電動機の駆動制御を行う制御手段とを備えた帯状材の張力制御装置が提供される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
まず、本発明の実施の形態の説明に先立って、本発明の基本的に考え方について説明する。
【００１４】
本発明は、電動機によって駆動されるロールに巻き掛けられて移動する帯状材の張力が一定に制御されている場合に、例えば帯状材が高速で通板されると、帯状材に作用する遠心力が大きくなり、この遠心力によりロールと帯状材との間の面圧が減少し、帯状材のスリップが発生するおそれがあるという新知見に基づいてなされたものである。
【００１５】
このような新知見に基づき、本発明は、帯状材に作用する遠心力の増加に応じて基準張力を増加させるようにしたものである。さらに詳細には、その遠心力に伴う面圧の減少を補償するために、その面圧の減少分に応じた張力補償値を求め、この求めた張力補償値を基準張力に対して加算し、基準張力を補正するようにしたものである。
【００１６】
次に、本発明の帯状材の張力制御方法およびその張力制御装置を、鋼板を製造する製造設備に適用した場合の実施の形態について、図１〜図３を参照して説明する。なお、この製造設備は、図４の製造設備と共通する部分を有するので、その共通部分には同一符号を付してその説明を適宜省略する。
【００１７】
図１に示すように、この製造設備は、帯状材Ａを巻き掛ける円筒状の複数のロール１ａ、１ｂ…と、ロール１ａを回転する電動機２と、この電動機２の制御により帯状材Ａの張力が一定となる制御を行う張力制御装置６と、この張力制御装置６に接続される下位計算機４と、この下位計算機４に接続される上位計算機５とを備え、ロール１ａ、１ｂ…に対して鋼板からなる帯状材Ａが張力を与えられた状態で巻き掛けられ、帯状材Ａが矢印の方向に向けて搬送（移動）できるようになっている。
【００１８】
張力制御装置６は、図１に示すように、張力実績値算出器６１、速度検出器６２、張力補償値演算器６３、基準張力設定器６４、加算器６５、加算器６６、および張力制御器６７を備えている。
【００１９】
張力実績値算出器６１は、電動機２の実績トルクに基づいて帯状材Ａの張力実績値Ｔｆｂを求め、この求めた張力実績値Ｔｆｂを加算器６６に出力するように構成される。速度検出器６２は、帯状材Ａの搬送速度Ｖを検出し、この検出搬送速度Ｖを張力補償値演算器６３に出力するように構成される。
【００２０】
張力補償値演算器６３は、下位計算機４から出力される帯状材Ａの板厚Ｗ、板幅ｔ、および速度検出器６２から供給される帯状材Ａの搬送速度Ｖなどから、所定の時刻毎に後述の演算式により張力補償値ΔＴを求め、この求めた張力補償値ΔＴを加算器６５に出力するように構成される。その張力補償値ΔＴは、帯状材Ａに作用する遠心力によって生ずるロール１ａと帯状材Ａとの間の面圧の減少分を補償するために求めるものである。
【００２１】
基準張力設定器６４は、下位計算機４から出力されるユニット張力Ｕ、板幅Ｗ、および板厚ｔの各データを受け取り、帯状材Ａの基準張力Ｔ（Ｔ＝Ｗ・ｔ・Ｕ）を求め、この求めた基準張力Ｔを加算器６５に出力するように構成される。
【００２２】
加算器６５は、基準張力設定器６４で求められた基準張力Ｔに対して、張力補償値演算器６３で演算された張力補償値ΔＴを加算し、その加算値を補正された基準張力として加算器６６に出力するように構成される。
【００２３】
加算器６６は、加算器６５から出力される補正された基準張力と、張力実績値算出器６１から出力される張力実績値Ｔｆｂとから両者の偏差を求め、この求めた偏差を張力制御器６７に出力するように構成される。張力制御器６７は、加算器６６から出力される張力の偏差が零になるように電動機２の駆動制御を行うように構成される。
【００２４】
次に、このような構成からなる製造設備の張力制御装置６の動作の一例について、図面を参照して説明する。
張力実績値算出器６１は、電動機２の実績トルクに基づいて帯状材Ａの張力実績値Ｔｆｂを求め、この求めた張力実績値Ｔｆｂを加算器６６に出力する。
【００２５】
具体的には、張力実績値算出器６１は、以下のようにして得られる演算式（３）により帯状材Ａの張力実績値Ｔｆｂを算出するので、その演算式の求め方について説明する。
【００２６】
いま、電動機２の定格出力をＰ〔ｋＷ〕、電動機２の定格回転数をＮ〔ｒｐｍ〕とすると、電動機の定格トルクτ〔ｋｇｆ・ｍ〕は次の（１）式で求まる。
τ＝９７３×Ｐ／Ｎ …（１）
ただし、電動機の定格出力Ｐおよび定格回転数Ｎは、いずれも定数であって既知である。
【００２７】
また、電動機２の加減速率をα〔ｍｐｍ／ｓｅｃ〕、電動機軸に換算したはずみ車効果をＧＤ_M ²〔ｋｇ・ｍ²〕とすると、電動機２の加減速トルクτａ〔ｋｇｆ・ｍ〕は次の（２）式で求まる。
【００２８】
τａ＝ＧＤ_M ²／３７５×ｄＮ／ｄｔ …（２）
ただし、Ｇは全質量（ｋｇ）、Ｄ_Mは等価回転直径、ｄＮ／ｄｔ＝α／π／Ｄであり、また加減速率αは加速、一定速度、減速の切換が可能な定数であって既知である。
【００２９】
さらに、電動機２のメカロストルクをτｍ〔ｋｇｆ・ｍ〕、ロール径（コイル径）をＤ〔ｍ〕、電動機２の減速比を１／ｒ、電動機のトルク実績をＬ〔％〕とすると、帯状材Ａの張力実績値Ｔｆｂは、次の（３）式で表される。
【００３０】
Ｔｆｂ＝（τ・Ｌ／１００−τａ−τｍ）／（Ｄ／２）×ｒ〔ｋｇｆ〕…（３）
（３）式において、（τ・Ｌ／１００−τａ−τｍ）は損失分などを除いた電動機２が出力する有効なトルクを表し、また（３）式中のトルク実績Ｌ以外は予め既知であったり求めておくことができる。さらに、（３）式中のトルク実績Ｌは、定格トルクτに対する比率を示し、電動機２を駆動するドライバ装置（インバータなど）にて検出できる。従って、張力実績値算出器６１は、その予め既知の各データと、その検出可能なトルク実績Ｌに基づき、（３）式により帯状材Ａの張力実績値Ｔｆｂを算出できる。
【００３１】
速度検出器６２は、帯状材Ａの搬送速度Ｖを検出し、この検出搬送速度Ｖを張力補償値演算器６３に出力する。張力補償値演算器６３は、下位計算機４から出力される帯状材Ａの板厚Ｗ、板幅ｔ、および速度検出器６２から供給される帯状材Ａの搬送速度Ｖなどから、後述の演算式（１５）により張力補償値ΔＴを求め、この求めた張力補償値ΔＴを加算器６５に出力する。
【００３２】
次に、張力補償値演算器６３が張力補償値ΔＴを求める際の演算式（１５）の求め方について、図２および図３を参照して具体的に説明する。
いま、帯状材Ａの静止状態における張力の釣り合いを考えると、図２に示すように、ロール１ａに巻き掛けられた帯状材Ａに対して張力Ｔ１〔Ｎ〕が与えられているとする。ここで、帯状材Ａのロール１ａに対する巻付き部の微小部分ａに着目すると、次の（４）式が成立する。
【００３３】
ｄＮ＝２×Ｔ１ｓｉｎ（ｄθ／２） …（４）
（４）式において、ｄＮは微小部分ａに働く抗力〔Ｎ〕であり、ｄθは微小部分ａの巻付き角〔ｒａｄ〕である。
【００３４】
巻付き角ｄθは微小であるので、（４）式は、次の（５）式にように近似できる。
ｄＮ≒Ｔ１・ｄθ …（５）
また、帯状材Ａの微小部分ａとロール１ａとが接触している面積ｄＳ〔ｍ²〕は、次の（６）式のようになる。
【００３５】
ｄＳ＝Ｒｄθ・Ｗ …（６）
（６）式において、Ｒはロールの半径〔ｍ〕であり、Ｗは帯状材Ａの幅〔ｍ〕である。
【００３６】
そこで、帯状材Ａとロール１ａとの間の面圧をＰ１〔Ｎ／ｍ²〕とすると、微小部分ａに働く抗力ｄＮは、次の（７）式となる。
ｄＮ＝Ｐ１・ｄＳ＝Ｐ１・Ｒｄθ・Ｗ〔Ｎ〕 …（７）
帯状材Ａとロール１ａとの間の面圧をＰ１は、（５）式と（７）式とにより次の（８）式のようになる。
【００３７】
Ｐ１＝Ｔ１／Ｗ／Ｒ …（８）
次に、同じ帯状材Ａが同一張力の下に、速度Ｖ〔ｍ／ｓｅｃ〕で通板されている状態を考えることにする（図３参照）。この場合に、微小部分ａに働く遠心力はｄＦ〔Ｎ〕は、次の（９）式となる。
【００３８】

（９）式において、ｔは帯状材Ａの厚み〔ｍ〕であり、ρは帯状材Ａの密度〔ｋｇ／ｍ³〕である。
【００３９】
また、（５）式を参考にすると、次の（１０）式が成立する。
ｄＮ＋ｄＦ≒Ｔ１・ｄθ …（１０）
このため、この場合の面圧をＰ２とすると、（７）式、（９）式、（１０）式により次の（１１）式が成立する。
【００４０】
Ｐ２・Ｒｄθ・Ｗ＋Ｗ・ｔ・ρ・Ｖ²・ｄθ≒Ｔ１・ｄθ …（１１）
従って、（１１）式から面圧Ｐ２は次の（１２）式のようになる。
Ｐ２＝Ｔ１／Ｗ／Ｒ−ｔ・ρ・Ｖ²／Ｒ …（１２）
（８）式、（１２）式から、遠心力による面圧の減少分ΔＰ〔Ｎ／ｍ²〕は、次の（１３）式で演算できる。
【００４１】
ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２＝ｔ・ρ・Ｖ²／Ｒ …（１３）
従って、面圧を一定に保つために必要な張力補償値をΔＴ〔Ｎ〕とすると、（８）式と（１２）式を参考にして次の（１４）式が成立する。
【００４２】
Ｔ１／Ｗ／Ｒ＝（Ｔ１＋ΔＴ）／Ｗ／Ｒ−ｔ・ρ・Ｖ²／Ｒ …（１４）
この（１４）式を変形することにより、張力補償値ΔＴは次の（１５）式により算出できる。
【００４３】
ΔＴ＝Ｗ・ｔ・ρ・Ｖ² …（１５）
従って、張力補償値演算器６３は、（１５）式により張力補償値ΔＴを求めることができる。そこで、例えば、帯状材Ａを鋼帯とし、その密度ρを７８５０〔ｋｇ／ｍ³〕、板幅Ｗを１３００〔ｍｍ〕、板厚ｔを０．３２〔ｍｍ〕、ライン速度Ｖを９４０〔ｍ／ｍｉｎ〕とすると、（１５）式から張力補償値ΔＴは、

となり、この値はＵＮＩＴ張力（単位面積当たりの張力）に換算すると、８１．７／（１３００×０．３２）≒０．２０〔ｋｇｆ／ｍｍ²〕となる。
【００４４】
次に、基準張力設定器６４は、下位計算機４から出力されるユニット張力Ｕ、板幅Ｗ、および板厚ｔの各データを受け取り、帯状材Ａの基準張力Ｔ（Ｔ＝Ｗ・ｔ・Ｕ）を求め、この求めた基準張力Ｔを加算器６５に出力する。
【００４５】
加算器６５は、基準張力設定器６４で求められた基準張力Ｔに対して、張力補償値演算器６３で演算された張力補償値ΔＴを加算し、その加算値を補正された基準張力として加算器６６に出力する。
【００４６】
加算器６６は、張力実績値算出器６１から出力される張力実績値Ｔｆｂと、加算器６５から出力される補正された基準張力とから両者の偏差を求め、この求めた偏差を張力制御器６７に出力する。張力制御器６７は、加算器６６から出力される張力の偏差が零になるように電動機２の駆動制御を行う。
【００４７】
以上説明したように、この実施の形態の張力制御装置６１では、帯状材Ａに働く遠心力よって生ずるロール１ａと帯状材Ａとの間の面圧の減少分を補償する張力補償値ΔＴを張力補償値演算器６３で求め、この求めた張力補償値ΔＴを基準張力設定器６４で求めた基準張力に加算して基準張力を補正するようにした。このため、例えば帯状材Ａを高速で通板する場合など、遠心力の影響を無視できずに帯状材Ａのスリップを発生させる懸念がある場合には、帯状材Ａの搬送速度やそのサイズなどに拘わらず帯状材Ａとロール１ａとの間に働く面圧を一定に保つことができるようになり、帯状材Ａのスリップを防止できる。
【００４８】
ここで、請求項３に記載の張力算出手段は図１の張力実績値算出器６１が対応し、基準張力設定手段は基準張力設定器６４が対応し、張力補償値算出手段は張力補償値演算器６３が対応し、基準張力補正手段は加算器６５が対応し、制御手段は加算器６６および張力制御器６７が対応する。
【００４９】
なお、上記のように、この実施の形態の張力制御装置６１では、帯状材Ａに働く遠心力よって生ずるロール１ａと帯状材Ａとの間の面圧の減少分を補償する張力補償値ΔＴを（１５）式により求め、この求めた張力補償値ΔＴを基準張力Ｔに加算してその基準張力Ｔを補正するようにした。しかし、本発明に係る張力制御装置は、帯状材Ａに働く遠心力の増加に応じて基準張力Ｔを増加させるような構成であれば良い。従って、例えば帯状材Ａの板厚ｔ、板幅Ｗなどが固定の場合には、その帯状材Ａの搬送速度Ｖに応じて基準張力を増加させるように構成することができ、この場合にはその制御や構成が簡易となる。
【００５０】
また、上記の説明では、実施の形態の張力制御装置を、鋼板を製造する製造設備の一部に設けたロール１ａを駆動する電動機２に適用した場合について説明した。しかし、本発明かかる張力制御装置は、鋼板を製造する製造設備の他の部分、例えば、帯状材の巻き取り機、帯状材の巻き戻し機、または帯状材に適宜な処理を施すためのブライドルロールなどの各ロールを回転駆動する電動機に適用し、その各ロールに巻き掛けられた帯状材のスリップを防止することができる。
【００５１】
さらに、上記の説明では、実施の形態の張力制御装置を、鋼板を製造する製造設備の一部に適用した場合について説明したが、これに代えて紙などを製造する製造設備の一部に適用することもできる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明では、帯状材に作用する遠心力に応じて前記基準張力を増加するようにしたので、例えば帯状材を高速で通板する場合など、遠心力の影響を無視できずに帯状材のスリップを発生させる懸念がある場合には、帯状材の搬送速度やそのサイズなどに拘わらず帯状材とロールとの間に働く面圧を一定に保つことができるようになり、帯状材のスリップを防止できる。
【００５３】
請求項２および請求項３に係る発明では、帯状材に働く遠心力によって生ずるロールと帯状材との間の面圧の減少分を補償する張力補償値を求め、この求めた張力補償値を基準張力に加算して基準張力を補正するようにしたので、請求項１に係る発明と同様な効果が確実に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の帯状材の張力制御方法およびその張力制御装置を、鋼板を製造する製造設備に適用した場合の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】静止状態におけるロールに巻き掛けられた帯状材の力の釣り合いを示す図である。
【図３】速度を与えられた状態におけるロールに巻き掛けられた帯状材の力の釣り合いを示す図である。
【図４】従来装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
Ａ帯状材
１ａ、１ｂロール
２電動機
４下位計算機
６張力制御装置
６１張力実績値算出器
６２速度検出器
６３張力補償値演算器
６４基準張力設定器
６５、６６加算器
６７張力制御器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a belt tension control method and a tension control device for controlling the tension applied to the belt material in a facility for manufacturing or processing a belt material such as steel strip and paper.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as an example of a control device that keeps the tension of a belt-like material constant, as shown in FIG.
[0003]
As shown in FIG. 4, this manufacturing facility includes a plurality of cylindrical rolls 1 a, 1 b... Around which the strip A is wound, an electric motor 2 that rotationally drives the roll 1 a, and the control of the electric motor 2. A tension control device 3 that controls the tension to be constant, a low-order computer 4 connected to the tension control device 3, and a high-order computer 5 connected to the low-order computer 4 are provided for the rolls 1a, 1b,. Thus, the strip A made of a steel plate is wound in a tensioned state, and the strip A is conveyed in the direction of the arrow.
[0004]
As shown in FIG. 4, the tension control device 3 sets the actual tension value calculator 31 for determining the actual tension value of the strip A based on the actual torque (generated torque) of the electric motor 2 and the reference tension of the strip A. A reference tension setter 32 that performs the calculation, an adder 33 that obtains a deviation between the actual tension value obtained by the actual tension value calculator 31 and the reference tension set by the reference tension setter 32, and an adder 33 that obtains the deviation. And a tension controller 34 composed of a proportional / integral controller or the like that controls the drive of the electric motor 2 so that the deviation becomes zero.
[0005]
Further, in this manufacturing facility, the unit tension (tension per unit area) U, the plate width W of the strip A, and the thickness t thereof are data necessary for setting the reference tension of the strip A. 5 is sent in advance to the lower computer 4. When the production size of the strip A is changed, the lower computer 4 uses the reference tension setter of the tension control device 3 when the change point of the strip A passes a predetermined position. 32.
[0006]
In the tension control device 3 of the conventional manufacturing facility having such a configuration, the reference tension setting device 32 receives the data of the unit tension U, the plate width W, and the plate thickness t from the lower-level computer 4, and the reference tension T ( T = W · t · U) is calculated. The actual tension value calculator 31 calculates the actual tension value Tfb of the strip A based on the actual torque of the electric motor 2. The adder 33 obtains a deviation between the actual tension value Tfb obtained by the actual tension value calculator 31 and the reference tension T set by the reference tension setter 32. The tension controller 34 performs drive control of the electric motor 2 so that the obtained deviation becomes zero. By such control, constant torque control is performed so that the generated torque of the electric motor 2 becomes a target value.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the state where the strip A wound around the roll 1a is stationary is considered, the surface pressure between the strip A and the roll 1a is proportional to the tension acting on the strip A. When the roll 1a is rotated from this stationary state to give a speed to the strip A, a centrifugal force due to the mass of the strip A itself acts on a portion of the strip A wound around the roll 1a. This centrifugal force acts in the direction of reducing the surface pressure between the strip A and the roll 1a. Therefore, as described above, when the tension of the strip A is controlled to be constant, the surface pressure between the strip A and the roll 1a is reduced.
[0008]
For this reason, when the influence of the centrifugal force cannot be ignored, for example, when the strip A is passed through at a high speed, the decrease in the surface pressure is likely to cause the strip A to slip. I got new knowledge.
[0009]
The present invention has been made on the basis of such knowledge, and provides a tension control method and a tension control device for a strip material that prevent the strip material from slipping due to centrifugal force acting on the strip material. Objective.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems and achieve the object of the present invention, according to the first aspect of the present invention, the actual tension value of the belt-like material that is wound around and moved by the roll driven by the electric motor is obtained. In the belt tension control method for controlling the driving of the electric motor so that the obtained actual tension value matches the reference tension, the reference tension is increased in accordance with an increase in the centrifugal force acting on the strip. A method for controlling the tension of the strip-shaped material is provided.
[0011]
According to the second aspect of the present invention, the actual tension value of the belt-like material that is wound around the roll that is rotationally driven by the electric motor is obtained, and the obtained actual tension value matches the reference tension. In the tension control method of the belt-shaped material that performs drive control of the electric motor, a tension compensation value that compensates for a decrease in surface pressure between the roll and the belt-shaped material generated by the centrifugal force acting on the belt-shaped material is obtained, There is provided a tension control method for a belt-shaped material in which the obtained tension compensation value is added to the reference tension to correct the reference tension.
[0012]
Further, the present invention provides the following measures. That is, according to the third aspect of the invention, the tension calculating means for obtaining the actual tension value of the belt-like material that is wound around the roll driven to rotate by the electric motor and the reference tension of the belt-like material are set. A reference tension setting means, a tension compensation value calculating means for obtaining a tension compensation value for compensating for a decrease in the surface pressure between the roll and the strip caused by the centrifugal force acting on the strip, and the tension compensation value The reference tension correction means for correcting the reference tension by adding the tension compensation value obtained by the calculation means to the reference tension obtained by the reference tension setting means, and the actual tension value obtained by the tension calculation means is the reference tension. There is provided a belt-like material tension control device comprising control means for performing drive control of the electric motor so as to coincide with the reference tension corrected by the correction means.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, prior to the description of the embodiments of the present invention, the basic concept of the present invention will be described.
[0014]
The present invention provides a centrifugal force that acts on a belt-like material when, for example, the belt-like material is passed at high speed when the tension of the belt-like material that is wound around a roll driven by an electric motor is controlled to be constant. This is based on the new knowledge that the surface pressure between the roll and the belt-like material is reduced by this centrifugal force, and the belt-like material may slip.
[0015]
Based on such new knowledge, the present invention increases the reference tension in accordance with an increase in centrifugal force acting on the belt-like material. More specifically, in order to compensate for the decrease in the surface pressure due to the centrifugal force, a tension compensation value corresponding to the decrease in the surface pressure is obtained, and the obtained tension compensation value is added to the reference tension. The reference tension is corrected.
[0016]
Next, an embodiment when the tension control method of a belt-like material and the tension control device of the present invention are applied to a manufacturing facility for manufacturing a steel plate will be described with reference to FIGS. Since this manufacturing facility has a portion common to the manufacturing facility of FIG. 4, the same reference numeral is given to the common portion, and the description thereof is omitted as appropriate.
[0017]
As shown in FIG. 1, this manufacturing facility includes a plurality of cylindrical rolls 1 a, 1 b, around which a strip A is wound, an electric motor 2 that rotates the roll 1 a, and the tension of the strip A by the control of the electric motor 2. Is provided with a tension control device 6 that performs control to maintain a constant, a lower computer 4 connected to the tension control device 6, and a higher computer 5 connected to the lower computer 4. A strip A made of a steel plate is wound in a tensioned state so that the strip A can be conveyed (moved) in the direction of the arrow.
[0018]
As shown in FIG. 1, the tension control device 6 includes an actual tension value calculator 61, a speed detector 62, a tension compensation value calculator 63, a reference tension setter 64, an adder 65, an adder 66, and a tension controller. 67.
[0019]
The actual tension value calculator 61 is configured to obtain the actual tension value Tfb of the strip A based on the actual torque of the electric motor 2 and output the obtained actual tension value Tfb to the adder 66. The speed detector 62 is configured to detect the transport speed V of the strip A and output the detected transport speed V to the tension compensation value calculator 63.
[0020]
The tension compensation value calculator 63 is calculated at predetermined time intervals from the plate thickness W of the strip A, the plate width t output from the lower computer 4, the transport speed V of the strip A supplied from the speed detector 62, and the like. The tension compensation value ΔT is obtained by an arithmetic expression described later, and the obtained tension compensation value ΔT is output to the adder 65. The tension compensation value ΔT is obtained in order to compensate for the decrease in the surface pressure between the roll 1a and the strip A caused by the centrifugal force acting on the strip A.
[0021]
The reference tension setting unit 64 receives each data of the unit tension U, the sheet width W, and the sheet thickness t output from the lower order computer 4, and obtains the reference tension T (T = W · t · U) of the strip A. The obtained reference tension T is output to the adder 65.
[0022]
The adder 65 adds the tension compensation value ΔT calculated by the tension compensation value calculator 63 to the reference tension T obtained by the reference tension setter 64, and adds the added value as a corrected reference tension. Configured to output to the device 66.
[0023]
The adder 66 obtains a deviation between the corrected reference tension output from the adder 65 and the actual tension value Tfb output from the actual tension value calculator 61, and calculates the obtained deviation as a tension controller 67. Configured to output. The tension controller 67 is configured to control the driving of the electric motor 2 so that the tension deviation output from the adder 66 becomes zero.
[0024]
Next, an example of operation | movement of the tension control apparatus 6 of the manufacturing equipment which consists of such a structure is demonstrated with reference to drawings.
The actual tension value calculator 61 obtains the actual tension value Tfb of the strip A based on the actual torque of the electric motor 2 and outputs the obtained actual tension value Tfb to the adder 66.
[0025]
Specifically, the actual tension value calculator 61 calculates the actual tension value Tfb of the belt-like material A by the arithmetic expression (3) obtained as follows, and how to obtain the arithmetic expression will be described.
[0026]
Now, assuming that the rated output of the motor 2 is P [kW] and the rated rotational speed of the motor 2 is N [rpm], the rated torque τ [kgf · m] of the motor is obtained by the following equation (1).
τ = 973 × P / N (1)
However, the rated output P and the rated rotational speed N of the motor are both constants and known.
[0027]
When the acceleration / deceleration rate of the motor 2 is α [mpm / sec] and the flywheel effect converted to the motor shaft is GD _M ² [kg · m ² ], the acceleration / deceleration torque τa [kgf · m] of the motor 2 is It can be obtained from the equation (2)
[0028]
_{^{τa = GD M 2/375 ×}} dN / dt ... (2)
However, G is the total mass (kg), D _M is the equivalent rotation diameter is dN / dt = α / π / D, also acceleration and deceleration rate alpha acceleration, constant speed, a constant which can be switched deceleration known It is.
[0029]
Further, when the mechanical loss torque of the motor 2 is τm [kgf · m], the roll diameter (coil diameter) is D [m], the reduction ratio of the motor 2 is 1 / r, and the motor torque record is L [%], The actual tension value Tfb of the material A is expressed by the following equation (3).
[0030]
Tfb = (τ · L / 100−τa−τm) / (D / 2) × r [kgf] (3)
In the equation (3), (τ · L / 100−τa−τm) represents an effective torque output by the electric motor 2 excluding the loss and the like, and other than the actual torque L in the equation (3) is known in advance. You can be there. Further, the actual torque L in the equation (3) indicates a ratio to the rated torque τ and can be detected by a driver device (such as an inverter) that drives the electric motor 2. Therefore, the actual tension value calculator 61 can calculate the actual tension value Tfb of the strip A based on the equation (3) based on each previously known data and the detectable torque actual L.
[0031]
The speed detector 62 detects the transport speed V of the strip A and outputs the detected transport speed V to the tension compensation value calculator 63. The tension compensation value calculator 63 calculates a calculation formula, which will be described later, from the plate thickness W and width t of the strip A output from the lower computer 4 and the transport speed V of the strip A supplied from the speed detector 62. The tension compensation value ΔT is obtained from (15), and the obtained tension compensation value ΔT is output to the adder 65.
[0032]
Next, how to obtain the calculation formula (15) when the tension compensation value calculator 63 obtains the tension compensation value ΔT will be specifically described with reference to FIGS. 2 and 3.
Considering the balance of tension in the stationary state of the strip A, it is assumed that a tension T1 [N] is applied to the strip A wound around the roll 1a as shown in FIG. Here, when attention is paid to the minute portion a of the winding portion of the belt-shaped material A with respect to the roll 1a, the following equation (4) is established.
[0033]
dN = 2 × T1sin (dθ / 2) (4)
In the equation (4), dN is a drag [N] acting on the minute portion a, and dθ is a winding angle [rad] of the minute portion a.
[0034]
Since the winding angle dθ is very small, the equation (4) can be approximated as the following equation (5).
dN≈T1 · dθ (5)
Further, the area dS [m ² ] where the minute portion a of the strip A is in contact with the roll 1a is expressed by the following equation (6).
[0035]
dS = Rdθ · W (6)
In the formula (6), R is the radius [m] of the roll, and W is the width [m] of the strip A.
[0036]
Therefore, when the surface pressure between the strip A and the roll 1a is P1 [N / m ² ], the drag dN acting on the minute portion a is expressed by the following equation (7).
dN = P1 · dS = P1 · Rdθ · W [N] (7)
The surface pressure P1 between the belt-like material A and the roll 1a is expressed by the following equation (8) according to the equations (5) and (7).
[0037]
P1 = T1 / W / R (8)
Next, let us consider a state in which the same strip A is passed through at the speed V [m / sec] under the same tension (see FIG. 3). In this case, the centrifugal force acting on the minute part a is expressed by the following equation (9).
[0038]

In the formula (9), t is the thickness [m] of the strip A, and ρ is the density [kg / m ³ ] of the strip A.
[0039]
Further, referring to equation (5), the following equation (10) is established.
dN + dF≈T1 · dθ (10)
For this reason, when the surface pressure in this case is P2, the following equation (11) is established by equations (7), (9), and (10).
[0040]
P 2 · Rdθ · W + W · t · ρ · V ² · dθ≈T1 · dθ (11)
Accordingly, from the equation (11), the surface pressure P2 is expressed by the following equation (12).
P2 = T1 / W / R-t · ρ · V ² / R (12)
From the expressions (8) and (12), the decrease ΔP [N / m ² ] of the surface pressure due to the centrifugal force can be calculated by the following expression (13).
[0041]
ΔP = P1−P2 = t · ρ · V ² / R (13)
Therefore, if the tension compensation value necessary to keep the surface pressure constant is ΔT [N], the following equation (14) is established with reference to equations (8) and (12).
[0042]
T1 / W / R = (T1 + ΔT) / W / R−t · ρ · V ² / R (14)
By modifying the equation (14), the tension compensation value ΔT can be calculated by the following equation (15).
[0043]
ΔT = W · t · ρ · V ² (15)
Therefore, the tension compensation value calculator 63 can obtain the tension compensation value ΔT by the equation (15). Therefore, for example, the strip A is a steel strip, the density ρ is 7850 [kg / m ³ ], the plate width W is 1300 [mm], the plate thickness t is 0.32 [mm], and the line speed V is 940 [ m / min], the tension compensation value ΔT from equation (15) is

This value is 81.7 / (1300 × 0.32) ≈0.20 [kgf / mm ² ] when converted to UNIT tension (tension per unit area).
[0044]
Next, the reference tension setting unit 64 receives each data of the unit tension U, the sheet width W, and the sheet thickness t output from the lower order computer 4, and the reference tension T (T = W · t · U) of the strip A ) And the obtained reference tension T is output to the adder 65.
[0045]
The adder 65 adds the tension compensation value ΔT calculated by the tension compensation value calculator 63 to the reference tension T obtained by the reference tension setter 64, and adds the added value as a corrected reference tension. Output to the device 66.
[0046]
The adder 66 obtains a deviation between the actual tension value Tfb output from the actual tension value calculator 61 and the corrected reference tension output from the adder 65, and calculates the obtained deviation as a tension controller 67. Output to. The tension controller 67 controls the drive of the electric motor 2 so that the tension deviation output from the adder 66 becomes zero.
[0047]
As described above, in the tension control device 61 of this embodiment, the tension compensation value ΔT for compensating for the decrease in the surface pressure between the roll 1a and the strip A caused by the centrifugal force acting on the strip A is used as the tension. The compensation value calculator 63 is used to correct the reference tension by adding the obtained tension compensation value ΔT to the reference tension obtained by the reference tension setter 64. For this reason, for example, when the strip A is passed at high speed, when there is a concern of causing the slip of the strip A without ignoring the influence of centrifugal force, the transport speed of the strip A, its size, etc. Regardless of this, the surface pressure acting between the strip A and the roll 1a can be kept constant, and the slip of the strip A can be prevented.
[0048]
Here, the tension calculation means according to claim 3 corresponds to the actual tension value calculator 61 of FIG. 1, the reference tension setting means corresponds to the reference tension setter 64, and the tension compensation value calculation means calculates the tension compensation value. An adder 65 corresponds to the reference tension correcting means, and an adder 66 and a tension controller 67 correspond to the control means.
[0049]
As described above, in the tension control device 61 of this embodiment, the tension compensation value ΔT for compensating for the decrease in the surface pressure between the roll 1a and the strip A caused by the centrifugal force acting on the strip A is set. The tension compensation value ΔT obtained by the equation (15) is added to the reference tension T to correct the reference tension T. However, the tension control device according to the present invention may be configured to increase the reference tension T in accordance with an increase in the centrifugal force acting on the strip A. Therefore, for example, when the thickness t, the width W, etc. of the strip A are fixed, the reference tension can be increased according to the transport speed V of the strip A. In this case, Its control and configuration are simplified.
[0050]
In the above description, the tension control device according to the embodiment is applied to the electric motor 2 that drives the roll 1a provided in a part of the manufacturing facility for manufacturing the steel plate. However, the tension control device according to the present invention can be applied to other parts of the manufacturing equipment for manufacturing a steel sheet, for example, a strip winder, a strip unwinder, or a bridle roll for performing appropriate processing on the strip. It can apply to the electric motor which rotationally drives each roll, etc., and can prevent the slip of the strip | belt-shaped material wound around each roll.
[0051]
Furthermore, in the above description, the case where the tension control device of the embodiment is applied to a part of a manufacturing facility for manufacturing a steel sheet is described, but instead, this is applied to a part of a manufacturing facility for manufacturing paper or the like. You can also
[0052]
【The invention's effect】
As described above, in the invention according to claim 1, since the reference tension is increased according to the centrifugal force acting on the belt-like material, for example, when the belt-like material is passed at high speed, When there is a concern of causing the strip material to slip without being able to ignore the influence, the surface pressure acting between the strip material and the roll can be kept constant regardless of the transport speed and size of the strip material. Thus, it is possible to prevent the strip material from slipping.
[0053]
In the inventions according to claim 2 and claim 3, a tension compensation value that compensates for a decrease in the surface pressure between the roll and the strip material caused by the centrifugal force acting on the strip material is obtained, and the obtained tension compensation value is used as a reference. Since the reference tension is corrected by adding to the tension, the same effect as that of the invention according to claim 1 can be obtained with certainty.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an embodiment when a tension control method and a tension control apparatus for a strip according to the present invention are applied to a manufacturing facility for manufacturing a steel plate.
FIG. 2 is a diagram showing a balance of forces of a belt-like material wound around a roll in a stationary state.
FIG. 3 is a diagram showing a balance of forces of a belt-like material wound around a roll in a state where a speed is given.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a conventional apparatus.
[Explanation of symbols]
A Strip 1a, 1b Roll 2 Electric motor 4 Sub computer 6 Tension control device 61 Actual tension value calculator 62 Speed detector 63 Tension compensation value calculator 64 Reference tension setter 65, 66 Adder 67 Tension controller

Claims

Obtain the actual tension value of the belt-like material that is wound around the roll that is rotationally driven by the electric motor, and control the drive of the electric motor so that the obtained actual tension value matches the reference tension. In the control method,
The strip tension control method according to claim 1, wherein the reference tension is increased in accordance with an increase in centrifugal force acting on the strip.

Obtain the actual tension value of the belt-like material that is wound around the roll that is rotationally driven by the electric motor, and control the drive of the electric motor so that the obtained actual tension value matches the reference tension. In the control method,
A tension compensation value that compensates for a decrease in surface pressure between the roll and the strip caused by the centrifugal force acting on the strip is obtained, and the obtained tension compensation value is added to the reference tension to obtain the reference A method for controlling the tension of a belt-like material, wherein the tension is corrected.

Tension calculating means for obtaining the actual tension value of the belt-like material that is wound around the roll that is driven to rotate by the electric motor;
A reference tension setting means for setting a reference tension of the strip,
A tension compensation value calculating means for obtaining a tension compensation value for compensating for a decrease in surface pressure between the roll and the strip caused by centrifugal force acting on the strip;
Reference tension correction means for correcting the reference tension by adding the tension compensation value obtained by the tension compensation value calculation means to the reference tension obtained by the reference tension setting means;
Control means for performing drive control of the electric motor so that the actual tension value obtained by the tension calculating means matches the reference tension corrected by the reference tension correcting means;
A belt-like material tension control device.