JP3700899B2 - リール制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プロセスライン及び冷間圧延設備における鋼板の巻取りまたは巻戻しを行うリールの張力制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プロセスライン及び冷間圧延設備のリール制御は従来よりドライブ装置に対しトルク指令を与えトルク制御を行う方式がとられている。
図３に従来の張力制御方式を示す。同図において、１はリール、２はリール１を駆動する電動機、３はインバータ、４はベクトル制御ドライブ装置、６は電動機取り付け速度検出器、１１はテンションロール、１２はテンションロールの回転速度から板速度を検出する板速度検出器、１３はコイル径演算器、１４は関数発生器、１５は張力設定器、１６は慣性補償量、１７はメカニカルロス補償量である。
この従来方式のリールのトルク制御においては、トルク電流指令（交流駆動の場合には２次電流指令、直流駆動の場合には主回路電流指令）と界磁指令を個別に与え制御を行う。トルク電流指令は張力設定器１５に慣性補償量１６、メカニカルロス補償量１７を加算し、指令を生成する。一方、界磁指令はコイル径と比例した界磁電流指令を与えることにより、リール１の径が変化しても張力を一定に保つよう制御を行う。コイル径については、速度基準となるパルスジェネレータなどの板速度検出器１２とリール駆動電動機取り付け速度検出器６の速度検出比により、コイル径演算器１３による演算を行う。リール用電動機２の界磁指令はコイル径と比例した指令を演算する関数発生器１４により生成される。
【０００３】
次に電動機からのトルクリップル及び機械との共振により、リールの微小速度変動が発生し、結果として板の張力変動が発生した場合のリール張力制御方式について、図４に基づいて説明する。電動機２からのトルクリップル及び機械との共振により、リール１の速度が変動し張力変動に至った場合には、その速度変動を積極的に除去する必要がある。このため、図４に示す回路構成による速度制御により張力変動を押さえる。張力検出器１０の張力フィードバックと張力設定値の偏差を張力制御器９を介してリール１の速度指令に加える。ドライブ装置４では、高速応答を有した速度制御を行いリールの制御を行う。この場合は、リール自身は速度制御が実行されるが外部の張力制御器９により、張力値は一定に保たれた制御となる。
一方、特開昭５８−２０３２７号公報には、テンションリール前段の圧延機の電動機駆動装置の検出トルクより圧延機の入側張力発生に要するトルクと圧延に要するトルクを取り除き、巻き取りに要しているトルクのみを抽出し、そのトルクより圧延機出側張力を演算し、張力制御回路を介してテンションリールを速度制御で制御し、板の張力を一定に保つ巻取機の速度制御方法が開示されている。
【０００４】
さらに、特開平８−５７５３６号公報には、テンションリール駆動のトルク検出値より、トップピンチロールとボトムピンチロールのトルク補正値を演算し、トップピンチロールとボトムピンチロールの速度を補正することにより張力を制御する巻取材の張力制御装置が開示されている。
また、図５に示すように、リール１の外径Ｄをリール１を駆動する電動機２に取り付けられた回転数検出器６と鋼板に対して滑らないロール１１に取り付けられた回転数検出器１２の二つの出力信号の比較により、リール１が１回転する毎にリール直径演算検出器１３で演算検出し、乗算器２６でリール１の外径Ｄと鋼板の張力設定値Ｔとの積を演算し、電動機トルク指令τとして可変速制御装置３に与える方法をとっていた。可変速度制御装置３では、リール直径演算検出器１３で演算されたリール外径Ｄに基づいて磁束演算器２４で演算された界磁指令φとトルク指令τとに基づいて電流指令を電動機２に出力する。図中２７は張力入り信号をオンにするための電磁開閉器である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
トルク制御方式を採用した図３の制御方式の場合には、電動機からのトルクリツプル及び機械との共振により、速度変動が発生し板張力の変動に至った場合にはそれを除去することができない。また、図４に示した制御方式で張力検出器１０によるフィードバックを行う場合には、張力検出器１０を設置する必要があり、設備費が高価となる問題がある。
また、特開昭５８−２０３２７号公報に開示された巻取機の速度制御方法では、テンションリールの巻き取り張力を前段設備のトルクより演算しているため、自己完結形の制御ができず、トルク演算が複雑になるという問題がある。
さらに、特開平８−５７５３６号公報に開示された巻取材の張力制御装置では、テンションリール駆動のトルク検出値より、トップピンチロールとボトムピンチロールのトルク補正値を演算し、トップピンチロールとボトムピンチロールの速度を補正することにより張力を制御し、またリールは電流制御が適用されているため、電動機からのトルクリップル及び機械との共振により速度変動が発生し、板張力の変動に至った場合にはそれを除去できないという問題がある。
【０００６】
また、図５に示した従来技術ではリール外径演算値は１回転での平均値となるため、実際の外径とリール外径演算値との間に偏差がある場合の補償がなされておらず、張力変動発生の要因となっていた。この偏差はリールの芯が４〜６個のセグメントに分かれているために真円とならないことや、機械に偏芯が存在することにより発生する。この張力変動により鋼板にばたつきが発生したり、次工程のロールと鋼板にスリップが発生し鋼板に傷を付ける要因となることがあった。
そこで、本発明が解決しようとする第１の課題は、張力検出器を設置することなく自己完結形の制御により電動機からのトルクリップル及び機械との共振による張力変動を除去することである。
また、本発明の第２の課題は、張力制御にリアルタイムで用いるリール外径演算値と実際の外径との偏差による張力変動を補正することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記第１の課題を解決するための第１の手段は、プロセスラインや冷間圧延設備における鋼板の巻取りまたは巻戻しを行うリールの張力制御方法において、ドライブ制御装置からのトルクフィードバック値より張力実績値を演算し、フィルタを介して求めた張力フィードバック値と張力設定値との偏差を、張力制御器を介してリールの速度指令に加算し、その結果を速度指令として速度制御器により速度制御を行い、張力を一定に制御するものである。
上記手段により安価で、電動機からのトルクリップル及び機械との共振による張力変動を除去できる張力制御装置を提供できる。
上記第２の課題を解決するための第２の手段は、プロセスラインや冷間圧延設備における鋼板の巻取りまたは巻戻しを行うリールの張力制御方法において、リールの外径を高精度に検出するリール外径検出器と、リールの速度検出器と、鋼板の速度検出器を有し、前記リールの速度検出器及び鋼板の速度検出器の検出値により演算されたリール外径演算値と前記リール外径検出器測定値との外径偏差を記憶しておき、リールの角度基準でのトラッキングによりリールのトルク制御遅れを補正する時間分早く前記記憶しておいた外径偏差を出力し、その外径偏差とリール外径演算値及び張力設定値よりトルク指令を生成するものである。
上記手段により、リール外径演算値と実際のリール外径との偏差が補正されるので、リールへのトルク指令が実際のリール外径に合致したものとなり、リール張力変動が押さえられる。この補正は界磁制御の応答は遅いため、トルク指令に対して行う。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の第１の手段の実施例を示すものである。図１において、１はリール、２はリール１を駆動する電動機、３はインバータ、４はベクトル制御ドライブ装置、５は速度制御器、６は電動機取り付け速度検出器、７は張力演算器、８はフィルタ、９は張力制御器である。
前記リール１を制御しているドライブ装置４より、トルク実績を入力する。このトルク実績は、交流電動機の場合は、べクトル制御の結果で２次電流と界磁電流の積で演算される値である。また、直流電動機制御の場合は、主回路電流値と界磁電流値の積で求められる値となる。
このトルク実績より張力演算器７にて張力値に変換を行う。張力演算式は下記の通りである。
張力＝｛２（τ−τ’）／Ｄ｝×定格トルク
ここで、τ；トルク実績（Ｐ．Ｕ．）
τ’；メカニカルロス・慣性補償（Ｐ．Ｕ．）
Ｄ：リールの外径
張力演算器７で演算された張力実績の結果にはリップル分を含むためローパスフィルタ８にて安定した張力実績の演算結果を生成する。張力設定と張力実績演算結果の偏差を張力制御器９を介してリール１の速度指令に加算し、リール用速度制御指令値を生成する。その速度指令値をドライブ装置４の速度指令として与え、電動機取り付け速度検出器６の速度フィードバック信号との偏差を演算し、速度制御器５により、リール駆動電動機２の速度制御を実施する。
【０００９】
図２は本発明の第２の手段の実施例を示す機能ブロック図である。
ブロック１３はリール１を駆動する電動機２に取り付けられた回転数検出器６と鋼板に対して滑らないロール１１に取り付けられた回転数検出器１２の二つの出力信号を入力し、リール１が１回転する毎にリール外径計算値Ｄを演算出力する。
ブロック２２は回転数検出器６の検出信号とリール外径検出器２１で検出されたリール外径検出値Ｄｒとリール外径計算値Ｄを入力し、Ｄとの偏差ΔＤ’をリールの角度に対応して記憶しておく。
ブロック２３は前回のΔＤ’と回転検出器６の検出信号を入力し、リール角度基準でのトラッキングによりリール１の実際の角度とリール用可変速制御装置３での制御遅れ時間分を考慮した角度に対応した値ΔＤとして取り出す。
トルク指令値τは張力設定値Ｔとリール外径補正演算部２５で演算された（Ｄ＋ΔＤ）／２との積として与えられる。ここで、ΔＤ×Ｔの項が補正項である。この補正項により従来発生していたリールの張力変動が補正される。
【００１０】
【発明の効果】
以上に述べたように本発明の第１の手段によれば、下記の効果を奏する。
（１）トルクフィードバックによる張力フィードバック値を演算し、リールの速度制御指令に加えてリールの速度指令を生成し、リールを速度制御で制御することにより、安価で電動機からのトルクリップル及び機械との共振による張力変動を除去できる。
（２）特開昭５８−２０３２７号公報に開示された方法に比べて、リール設備のみでトルクを演算でき、かつトルク演算が容易である。
（３）特開平８−５７５３６号公報に開示された方法に比べて、電動機からのトルクリップル及び機械との共振による張力変動を除去することができる。
また、第２の手段によれば、リール外径演算値と実際の外径に偏差がある場合でもその偏差に応じて電動機トルクが補正されることにより、リールの張力変動が抑えられ、鋼板にばたつきが発生しなくなり、次工程のロールと鋼板とのスリップによる鋼板の傷がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例を示すブロック図である。
【図２】 本発明の第２実施例を示すブロック図である。
【図３】 従来のトルク制御方式のリール制御装置を示すブロック図である。
【図４】 従来の張力検出値フードバック付のリール制御装置を示すブロック図である。
【図５】 従来のリール制御装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ リール、２ 電動機、３ インバータ、４ ベクトル制御ドライブ装置、５速度制御器、６ 電動機取り付け速度検出器、７ 張力演算器、８ フィルタ、９ 張力制御器、１０ 張力検出器、１１ テンションロール、１２ 板速度検出器、１３ コイル径演算器、１４ 関数発生器、１５ 張力設定器、１６ 慣性補償量、１７ メカニカルロス補償量、２１ リール外径検出器、２２ ΔＤ’測定記憶部、２３ ΔＤ演算部、２４ 磁束演算部、２５ リール外径補正演算部、２６ 乗算器、２７ 電磁開閉器

Claims (2)

1. プロセスラインや冷間圧延設備における鋼板の巻取りまたは巻戻しを行うリールの張力制御方法において、
   ドライブ制御装置からのトルクフィードバック値より張力実績値を演算し、フィルタを介して求めた張力フィードバック値と張力設定値との偏差を、張力制御器を介してリールの速度指令に加算し、その結果を速度指令として速度制御器により速度制御を行い、張力を一定に制御することを特徴とするリール制御方法。
2. プロセスラインや冷間圧延設備における鋼板の巻取りまたは巻戻しを行うリールの張力制御方法において、
   リールの外径を高精度に検出するリール外径検出器と、リールの速度検出器と、鋼板の速度検出器を有し、
   前記リールの速度検出器及び鋼板の速度検出器の検出値により演算されたリール外径演算値と前記リール外径検出器測定値との外径偏差を記憶しておき、リールの角度基準でのトラッキングによりリールのトルク制御遅れを補正する時間分早く前記記憶しておいた外径偏差を出力し、その外径偏差とリール外径演算値及び張力設定値よりトルク指令を生成することを特徴とするリール制御方法。

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