JP3924649B2

JP3924649B2 - ブライドルロールの張力制御方法及び装置

Info

Publication number: JP3924649B2
Application number: JP07154097A
Authority: JP
Inventors: 雅哉土岐; 俊彦千野; 勇之輔牧
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1997-03-25
Filing date: 1997-03-25
Publication date: 2007-06-06
Anticipated expiration: 2017-03-25
Also published as: JPH10263660A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ブライドルロールの張力制御方法及び装置に係り、特に、入側あるいは出側のいずれか一方の張力設定点との間に他の設備が存在する場合においても、高精度の張力制御が可能なブライドルロールの張力制御方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、冷間圧延プロセスや圧延ラインのような金属帯（以下ストリップと称する）の連続処理ラインにおいては、図１に例示するようなブライドルロール１０を数箇所に設けて、ラインの各部分を流れるストリップ８の張力を制御している。ブライドルロールには何種類かあり、２乃至４個のロールからなることが通常である。図１は、４つのロールＲ１〜Ｒ４からなるブライドルロールを例示している。
【０００３】
他の型のブライドルロールでも基本的に同じであるが、図１の例で示すと、このブライドルロールは、各構成ロールＲ１〜Ｒ４の駆動を制御するモータ（図示省略）の回転を制御することにより、入側張力Ｔ1 と出側張力Ｔ5 を制御している。出側張力Ｔ5 と入側張力Ｔ1 の張力差Ｔ5 −Ｔ1 を各構成ロールＲ１〜Ｒ４でどのように分担するかは、原則任意である。しかしながら、特定のロールに張力差を集中して負担させると、スリップが発生して張力制御の機能を失うため、通常は、何等かの方式で負担が分散するように第１〜第２ロール間張力Ｔ2 、第２〜第３ロール間張力Ｔ3 、第３〜第４ロール間張力Ｔ4 に張力を配分して、これを防いでいる。これは負荷バランス制御と一般に呼ばれている。この際、張力変動に対応できるように、各構成ロールには十分余裕を持たせるよう配分することが重要である。
【０００４】
負荷バランス制御における各構成ロールの負担の配分比（負荷バランス）は、各ブライドルロールにおいて固定して操業するのが通常である。これは入側張力・出側張力が大体一定で操業される場合は有効であるが、操業条件により、これらの設定が大きく異なる場合には、必ずしも配分比が妥当でなくなり、結果として、いずれかの構成ロールにおいてスリップ発生までに許容し得る張力変動の余裕が、他の構成ロールより著しく少なくなるため、スリップが発生し易くなるという問題を有している。
【０００５】
一方、操業条件の変化に応じて負荷バランスを変える方法も考えられる。例えば特開平１−１６６２９には、ストリップの切断時前後と通常走行時で負荷バランスを変更する方法が述べられている。
【０００６】
スリップ発生時の制御としては、特開平２−１４２６０９に、スリップ発生検知時にストリップ張力制御信号を保持させることにより、スリップの増大を抑制し、該スリップに起因する張力異常低下を回避することが記載されている。
【０００７】
又、図２に示すように、ブライドルロール１０の上流及び下流に存在する張力設定点１２、１４の張力Ｔi 、Ｔo を基に、最適負荷バランスを動的に決定する方法も考えられる。図２において、Ｍ１〜Ｍ４は、各ロールＲ１〜Ｒ４をそれぞれ駆動するためのモータ、２１、２２は、前記駆動モータＭ１、Ｍ２及びＭ３、Ｍ４をコモンドライブで制御するための制御器、３１、３２は、張力の基準値ＴiRef、ＴoRefと実測値Ｔi 、Ｔo の差に応じて前記制御器２１、２２をそれぞれ制御するための自動電流制御器（ＡＣＲ）、４０は、出側張力の基準値ＴoRefと実測値Ｔo の差をフィードバックして張力を一定に制御するための自動張力制御器（ＡＴＲ）、４２は、負荷バランス制御を行うために、前記入側と出側の張力基準値の比を求める割算器、５１、５２は、該割算器４２の出力に巻付角等を考慮した配分関数ｆ1 、ｆ2 （予め計算によって定めておく）を乗ずるための乗算器、６１、６２は、該乗算器５１、５２の出力によってＡＣＲ３１、３２の入力を補正するための乗算器である。
【０００８】
この制御装置においては、ブライドルロール１０の入側と出側で所定の張力段差Ｔo −Ｔi をつけるため、出側と入側の張力設定点１２、１４にそれぞれ設けた張力計で張力を実測している。この測定張力Ｔi 及びＴo と、これらの基準値ＴiRef、ＴoRefの差が、モータへのトルク電流指令に相当するが、測定張力Ｔo を一定にするＡＴＲ４０が設けられており、前記差分にＡＴＲ４０の出力を加算補正したものを、各モータに指令として与えている。又、負荷バランスを制御するため、割算器４２で計算した張力基準値ＴoRefとＴiRefの比に巻付角等を考慮した配分関数ｆ1 、ｆ2 を掛けたもので、ＡＣＲ３１、３２の入力を補正している。
【０００９】
実際のラインでは、いくつかのブライドルロールが順に並んでいるものの、ブライドルロールと張力計が設けられた張力設定点１２、１４の間には、ルーパ、デフレクタロール、めっき浴槽等、各種のメカニカルロスやベンドロス等を生じさせる設備が存在する場合がある。
【００１０】
例えば、図２で入側張力設定点１２とブライドルロール１０の入側の間にルーパが存在する場合、ブライドル入側張力Ｔ1 と張力設定点１２での測定張力Ｔi が一致せず、負荷バランス制御で用いている前後の張力比ＴoRef／ＴiRefは、本来Ｔ1 ／Ｔo で算出すべきことになる（図２の場合、Ｔ1 ／Ｔo ＞ＴiRef／ＴoRef）。従って、各モータに与える指令電流のバランスが適切でないため、同一ブライドルロール内でスリップの観点から見た時の余裕度が異なり、最悪の場合、余裕度の小さいロールでスリップが発生し、ライントラブルにつながるという問題点があった。
【００１１】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、入側あるいは出側のいずれかの一方の張力設定点との間に他の設備が存在する等の事情で、ブライドルロール前後の張力を直接測定できない場合であっても、高精度の張力制御を行うことを課題とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、入側あるいは出側のいずれか一方の張力設定点との間に他の設備が存在するブライドルロールの張力制御方法において、入側に他の設備を有する場合は、入側の張力設定値と出側の張力設定値及び実測張力に基づき算出した入側近傍の推定張力と、出側の張力設定値に基づいて、ブライドルロールを構成する各ロールの負担張力を決定し、出側に他の設備を有する場合は、出側の張力設定値と入側の張力設定値及び実測張力に基づき算出した出側近傍の推定張力と、入側の張力設定値に基づいて、ブライドルロールを構成する各ロールの負担張力を決定することにより、前記課題を解決したものである。
【００１４】
又、入側の張力設定点、他の設備、ブライドルロール、出側の張力設定点の順に配置された、複数のロール及びその駆動モータを有するブライドルロールの張力制御装置において、出側の張力設定点の張力を測定する張力測定手段と、入側及び出側の張力設定値及び該張力測定手段による実測張力に基づき、入側のブライドルロール近傍における推定張力を算出する手段と、該推定張力及び出側の張力設定値の比に基づいて、各構成ロールへの張力配分を決定し、ブライドルロールの全負担張力に該張力配分を乗じて各駆動モータへ出力する手段とを備えることにより、同じく前記課題を解決したものである。
【００１５】
又、入側の張力設定点、ブライドルロール、他の設備、出側の張力設定点の順に配置された、複数のロール及びその駆動モータを有するブライドルロールの張力制御装置において、入側の張力設定点の張力を測定する張力測定手段と、入側及び出側の張力設定値及び該張力測定手段による実測張力に基づき、出側のブライドルロール近傍における推定張力を算出する手段と、該推定張力及び出側の張力設定値の比に基づいて、各構成ロールへの張力配分を決定し、ブライドルロールの全負担張力に該張力配分を乗じて各駆動モータへ出力する手段とを備えることにより、同じく前記課題を解決したものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１７】
本発明の第１実施形態は、図２と同様の例において、図３に示す如く、４ロールのブライドルロールＲ１〜Ｒ４が、２個ずつのコモンドライブモータＭ１〜Ｍ２、Ｍ３〜Ｍ４によって駆動されているブライドルロール１０の入側に、ルーパ等の張力ロス（メカニカルロス、ベンドロス等）を伴う緩衝物となる設備７０を挟んだ例である。
【００１８】
この第１実施形態のように、緩衝物となる設備７０を含んで設定された張力設定点を有する場合、実張力又はブライドルロール実電流のフィードバックによって張力を一定に制御するためのＡＴＲ４０の出力は、結果的に、緩衝物となる設備７０による張力ロス（＝オフセット）分を補償するべく、図４に示す如く、ブライドルロール１０入側の張力Ｔ1 に対応するものとなる。従って、張力基準値ＴiRefからＡＴＲ４０出力のオフセット補償分を差し引くことによって、ブライドルロール１０入側の張力Ｔ1 を得ることができる。よって、割算器４２に、このようにして求めたブライドルロール入側張力Ｔ1 の推定値を入力することにより、高精度の負荷バランス制御を行うことが可能となる。ここでＡＴＲ４０からの出力値は、出側張力設定点１４における張力設定値ＴoRefと実測値Ｔo の差に基づくので、結局、入側張力のＴ1 は、動的なパラメータとしては、入側設定値、出側設定値及び出側測定値を用いて算出される。なお、張力測定値の代りにブライドルロール実電流を用いることもできる。
【００１９】
なお、第１実施形態では、設備費の面から、４ロールのブライドルロールが、２個ずつのコモンドライブモータによって駆動されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、図５に示す第２実施形態のように、各駆動モータＭ１〜Ｍ４毎に制御器２１〜２４、ＡＣＲ３１〜３４、及び、乗算器５１〜５４、６１〜６４が個別に設けられている理想的なものにおいても、本発明が同様に適用できることは明らかである。
【００２０】
又、緩衝物となる設備７０の位置もブライドルロール１０の入側に限定されず、図６に示す第３実施形態のように、緩衝物となる設備７０がブライドルロール１０の出側に設けられている場合においても、本発明が同様に適用できることは明らかである。
【００２１】
この第３実施形態のように、出側の張力設定点１４がブライドルロール１０の直近にない場合には、図７に示すような関係があるので、ブライドルロール１０の出側張力Ｔ5 を、出側張力基準値ＴoRefとＡＴＲ４０の出力の差により推定計算する。ここでＡＴＲ４０からの出力値は、入側張力設定点１２における張力設定値ＴiRefと実測値Ｔi の差に基づくので、結局、出側張力Ｔ5 は、動的なパラメータとしては、入側設定値、入側測定値及び出側設定値を用いて算出される。
【００２２】
他の点に関しては、前記第１実施形態と同様であるので説明は省略する。
【００２３】
なお、入側（設定又は予測）張力及び出側（設定又は予測）張力からバランスを最適に取る手法は、例えば次のように、前後の張力比から巻付角やスリップ限界となる摩擦係数を考慮して計算されるトルク分電流に相応した配分を行う方法によることができる。
【００２４】
即ち、ロールのスリップを抑制するためには、ロールとストリップ間の摩擦係数μとして、出側張力と入側張力の比（出側張力／入側張力）が、exp （μ×巻付角）より小である必要がある。
【００２５】
例えば、図１のロールＲ１のスリップを防止するためには、次の（１）式が成立し、ロールＲ２のスリップを防止するためには次の（２）式が成立し、ロールＲ３のスリップを防止するために次の（３）式が成立し、ロールＲ４のスリップを防止するためには次の（４）式が成立する必要がある。
【００２６】
（Ｔ2 ／Ｔ1 ）＜exp （μ×θ1 ） …（１）
（Ｔ3 ／Ｔ2 ）＜exp （μ×θ2 ） …（２）
（Ｔ4 ／Ｔ3 ）＜exp （μ×θ3 ） …（３）
（Ｔ5 ／Ｔ4 ）＜exp （μ×θ4 ） …（４）
【００２７】
ここで、θ1 〜θ4 は、各ロールＲ１〜Ｒ４へのストリップ８の巻付角である。
【００２８】
今、各構成ロールの余裕を最大にするには、各ロールの余裕を均等にすればよい。具体的には、必要とされるμが、全てのロールについて等しくなるように、次式により決定する。
【００２９】
μ＝ln（Ｔ2 ／Ｔ1 ）／θ1
＝ln（Ｔ3 ／Ｔ2 ）／θ2
＝ln（Ｔ4 ／Ｔ3 ）／θ3
＝ln（Ｔ5 ／Ｔ4 ）／θ4 …（５）
【００３０】
巻付角が各ロールで等しい場合（θ1 ＝θ2 ＝θ3 ＝θ4 ）は、単純に、次式となる。
【００３１】

【００３２】
Ｔ1 に入側張力、Ｔ5 に出側張力が与えられるので、Ｔ2 〜Ｔ4 を順次算出することができる。
【００３３】
なお、ブライドルロールのロール数は４個に限定されないが、バランス制御の基本原理は同じである。
【００３４】
これらの関係式により決定された配分関数ｆ1 〜ｆ4 が乗算器５１〜５４に設定される。
【００３５】
前記実施形態においては、いずれもＡＴＲ出力を利用してブライドルロール直近の張力を推定するようにしているので、構成が簡略である。なお、ブライドルロール直近の張力を推定する方法は、ＡＴＲ出力を利用する方法に限定されない。
【００３６】
【実施例】
ブライドルロールの入側にルーパ等の緩衝物となる設備が存在する場合、ブライドルロール入側張力Ｔ1 は、次式（７）で求められるため、Ｔ1 ／ＴoRefをベースとして、負荷バランス制御を行えば良い。
【００３７】

【００３８】
例えば、あるラインにおいて、ＴoRef＝５３００ｋｇ、トルク電流指令２τ／Ｄ＝２１９２ｋｇ（τはモータのトルク、Ｄはロール径）、ＡＴＲ４０の出力＝１０６２ｋｇ、ＴiRef＝３１０８ｋｇであったとすると、
Ｔ1 ＝５３００−２１９２−１０６２＝２０４６ｋｇ
である。従って、張力比は本来
２０４６／５３００＝１／２．５９
であるべきところを、従来は、
３１０８／５３００＝１／１．７１
でブライドルロールを回していることになり、これまでは緩衝物となる設備７０のメカニカルロス等を全く考慮していなかったため、ＡＴＲ４０による補償を掛け過ぎてしまっていた。
【００３９】
張力比の本来あるべき値は、前記１／２．５９であるので、各モータの負荷分担は
⁴√（２．５９）＝１．２７
であり、図８の左欄のように求められる。
【００４０】
しかしながら、従来は、⁴√（１．７１）＝１．１４として、図８の右欄のようにしてしまっていた。
【００４１】
従って、スリップに対する余裕度を同一にしようとすると、本来第１ロールの負担能力は５５０ｋｇでよいのに、従来例では７０９ｋｇも負荷しているため、スリップに対する余裕がなくなり、スリップを招いていた。
【００４２】
なお、前記説明においては、４ロールのブライドルロールを例にとって本発明が説明されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、２ロールや３ロールのブライドルロールにも同様に適用できることは明らかである。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、入側あるいは出側のいずれか一方の張力設定点との間に他の設備が存在する場合であっても、ブライドルロールの入側あるいは出側直近の張力を推定して、高精度の張力制御を行うことができる。従って、張力変動やスリップを確実に防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の適用対象であるブライドルロールの一例の構成を示す側面図
【図２】ブライドルロールの前後に緩衝物となる設備が存在しない場合の制御系の例を示すブロック線図
【図３】ブライドルロールの入側に緩衝物となる設備が存在する場合に適用した、本発明の第１実施形態の制御系を示すブロック線図
【図４】第１実施形態における本発明の原理を示す線図
【図５】ロール毎に駆動モータが設けられたブライドルロールに適用した、本発明の第２実施形態の制御系を示すブロック線図
【図６】ブライドルロールの出側に緩衝物となる設備が存在する場合適用した、本発明の第３実施形態の制御系を示すブロック線図
【図７】第３実施形態における本発明の原理を示す線図
【図８】本発明及び従来例における負荷分担張力の計算例を比較して示す線図
【符号の説明】
１０…ブライドルロール
１２、１４…張力設定点
２１〜２４…制御器
３１〜３４…自動電流制御器（ＡＣＲ）
４０…自動張力制御器（ＡＴＲ）
７０…緩衝物となる設備

Claims

入側あるいは出側のいずれか一方の張力設定点との間に他の設備が存在するブライドルロールの張力制御方法において、
入側に他の設備を有する場合は、入側の張力設定値と出側の張力設定値及び実測張力に基づき算出した入側近傍の推定張力と、出側の張力設定値に基づいて、ブライドルロールを構成する各ロールの負担張力を決定し、
出側に他の設備を有する場合は、出側の張力設定値と入側の張力設定値及び実測張力に基づき算出した出側近傍の推定張力と、入側の張力設定値に基づいて、ブライドルロールを構成する各ロールの負担張力を決定することを特徴とするブライドルロールの張力制御方法。
入側の張力設定点、他の設備、ブライドルロール、出側の張力設定点の順に配置された、複数のロール及びその駆動モータを有するブライドルロールの張力制御装置において、
出側の張力設定点の張力を測定する張力測定手段と、
入側及び出側の張力設定値及び該張力測定手段による実測張力に基づき、入側のブライドルロール近傍における推定張力を算出する手段と、
該推定張力及び出側の張力設定値の比に基づいて、各構成ロールへの張力配分を決定し、ブライドルロールの全負担張力に該張力配分を乗じて各駆動モータへ出力する手段と、
を備えたことを特徴とするブライドルロールの張力制御装置。
入側の張力設定点、ブライドルロール、他の設備、出側の張力設定点の順に配置された、複数のロール及びその駆動モータを有するブライドルロールの張力制御装置において、
入側の張力設定点の張力を測定する張力測定手段と、
入側及び出側の張力設定値及び該張力測定手段による実測張力に基づき、出側のブライドルロール近傍における推定張力を算出する手段と、
該推定張力及び出側の張力設定値の比に基づいて、各構成ロールへの張力配分を決定し、ブライドルロールの全負担張力に該張力配分を乗じて各駆動モータへ出力する手段と、
を備えたことを特徴とするブライドルロールの張力制御装置。