JP4736752B2 - 熱延ダウンコイラーの段差回避制御装置、及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱延ダウンコイラーの段差回避制御装置、及びその制御方法に関し、特に、安価で保守性に優れた熱延ダウンコイラーの段差回避制御装置、及びその制御方法に関する。

加熱されたスラブを粗圧延機及び連続熱間仕上げ圧延機を用いて処理することにより、所定の厚みへと加工された熱延鋼板の被巻取り材（以下において、「熱延鋼板」又は「ストリップ」と記述する。）は、巻取機（以下において、「ダウンコイラー」と記述する。）によってコイル状に巻き取られる。ダウンコイラーは、マンドレル、ピンチロール、及び、ラッパーロールを備えており、ピンチロールによって案内されたストリップは、動作を油圧制御されるラッパーロールにより、マンドレルへ押し付けられる。

熱延ミルでは、ストリップが高速（例えば、分速８００ｍ程度等）で巻き取られるため、ラッパーロールの動作制御には高い精度、高い演算処理速度が要求される。仮に、ストリップの先端部分、及び／又は、コイル状に巻き取られたストリップ先端の重なり部分がラッパーロールに衝突すると、ストリップ及びラッパーロールに傷が生じ、切り下げ要因（歩留まり低下）となる。そのため、かかる事態を回避し得る、ラッパーロールの動作制御が望まれている。

ダウンコイラー、及び、ダウンコイラーの動作制御に関する技術は、これまでにいくつか開示されてきている。例えば、特許文献１には、ダウンコイラーに関する技術が開示されており、かかる技術によれば、機械系の破損、ストリップへの叩き傷、巻形状の悪化に対する対策を講じ、良質の製品を供給できる巻取機が提供される、としている。また、特許文献２には、ラッパーロールの制御方法に関する技術が開示されており、かかる技術によれば、ラッパーロール等の機械的振動の発生を防止することができ、ラッパーロールのストリップに対する押し付けを常に安定に行うことができる、としている。さらに、特許文献３には、ダウンコイラー段差回避制御システムに関する技術が開示されており、かかる技術によれば、いかなるストリップ先端形状においても真のストリップ先端を確実に検出することができる、としている。
特開昭５５−６８１２３号公報 特開昭５９−１５６５１４号公報 特開昭６０−３０５２２号公報 日本鉄鋼協会 第１３２回制御技術部会資料、「冷延タンデムミル油圧圧下制御装置への汎用シーケンサの適用」、制技１３２−１−２

特許文献１に開示されているダウンコイラーの動作制御、並びに、特許文献２及び３に開示されている技術では、通常、高い演算処理速度を有するマイクロコンピュータ（以下において、「マイコン」と記述する。）が使用されている（図９参照）。しかし、マイコンは高価であるほか、プログラムの動作状況を確認し難いためメンテナンス性が低く、また、製品寿命が低い等の問題があった。

一方、工業用のシーケンス制御専用のコンピュータとして、汎用シーケンサが普及している。汎用シーケンサは、上記マイコンよりも一般に安価であり、保守性に優れるという特徴を有している。そのため、マイコンに代えて汎用シーケンサを用いることができれば、上記問題を解決することが可能になると考えられる。従来の汎用シーケンサは、演算処理能力が低く、ダウンコイラーの動作制御には適用されなかったが、近年、汎用シーケンサの機能が高度化し、演算処理速度が高速化されてきているため、汎用シーケンサをダウンコイラーの動作制御に適用することが可能になりつつある。

汎用シーケンサを油圧制御システムへ適用する技術として、例えば、非特許文献１に、冷延タンデムミル油圧圧下制御装置への汎用シーケンサの適用に関する技術が開示されている。かかる技術によれば、冷延タンデムミルの油圧圧下制御装置へ汎用シーケンサを適用することが可能になる。しかし、ダウンコイラーは、冷延タンデムミルの油圧圧下制御装置と構成が異なり、制御すべき対象が増加する。そのため、非特許文献１に開示されている技術をそのままダウンコイラーの動作制御へ適用しても、特にラッパーロールの動作を高精度に制御することが困難であり、ストリップとラッパーロールとの衝突を回避し難いという問題があった。

そこで、本発明は、安価で保守性に優れるとともにダウンコイラーの長寿命化を図ることが可能な、熱延ダウンコイラーの段差回避制御装置、及びその制御方法を提供することを課題とする。

以下、本発明について説明する。なお、本発明の理解を容易にするため、添付図面の参照符号を括弧書きにて付記するが、それにより本発明が図示の形態に限定されるものではない。

請求項１に記載の発明は、熱延鋼板（１）を巻き取る際に用いられる、マンドレル（１２）と、熱延鋼板（１）をマンドレル（１２）へと案内するピンチロール（１１ａ、１１ｂ）と、熱延鋼板（１）をマンドレル（１２）へ押し付ける機能を有するラッパーロール（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）と、を備える熱延ダウンコイラー（１０）の、段差回避制御装置（１００）であって、少なくとも、熱延鋼板（１）の状態を追跡するためのトラッキング機能及びラッパーロール（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）の動作制御機能を備えるシーケンサ（３０）を具備し、ラッパーロール（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）の動作制御が、ラッパーロール（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）をマンドレル（１２）の方へ押し付ける第１制御モードと、ラッパーロール（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）をマンドレル（１２）から開放する第２制御モードとを切替えることにより行われ、当該切替えの時機がシーケンサ（３０）の出力遅れを考慮して決定され、少なくとも、ピンチロール（１１ａ、１１ｂ）によって案内された熱延鋼板（１）の先端を検出する先端検出器（２１）、熱延鋼板（１）の速度を検出する速度検出器（２２）、ラッパーロール（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）を押し付ける圧力を検出する圧力検出器（２３、２３、…）、及び、マンドレル（１２）に対するラッパーロール（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）の位置を検出する位置検出器（２４、２４、…）と、シーケンサ（３０）とが、プロセス入出力形態で接続されていることを特徴とする、段差回避制御装置（１００）により、上記課題を解決する。

ここに、シーケンサ（３０）には、少なくとも、熱延鋼板（１）の状態を追跡するためのトラッキング機能及びラッパーロール（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）の動作制御機能が備えられていれば良い。他の機能（例えば、後述するユーザー支援機能等）が備えられていても、トラッキング機能及び動作制御機能に必要な処理を、高速（例えば、６ｍｓｅｃ以内）で行うことができれば、当該他の機能がシーケンサ（３０）に備えられていても良い。これに対し、高速処理が不可能ならば、上記他の機能は、シーケンサ（３０）以外の他の機器（例えば、シーケンサ（３０）とは異なるシーケンサや、パーソナルコンピュータ等）へ組み込み、シーケンサ（３０）はトラッキング機能及び動作制御機能の処理に用いる専用機器とする必要がある。なお、ここで言う「他の機能」とは、主に、マイコンでダウンコイラーの段差回避制御を行う場合に備えられていた全ての機能から、上記トラッキング機能と動作制御機能とを除いた機能を指している。
また、「ラッパーロール（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）を押し付ける」際の圧力の具体例としては、油圧を調節することで得られる圧力を挙げることができ、第１制御モードの具体例としては、上記油圧を制御する油圧制御モード等を挙げることができる。加えて、第２制御モードの具体例としては、マンドレル（１２）から開放された位置にラッパーロール（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）が配置されるように上記油圧を制御する、位置制御モード等を挙げることができる。また、「シーケンサの出力遅れ」とは、シーケンサに組み込まれたプログラムにデータが入力されてから、処理結果のデータを出力するまでに要する処理時間を意味し、当該処理時間の具体例としては、３ｍｓｅｃ等を挙げることができる。なお、本発明にかかる熱延ダウンコイラーの段差回避制御装置（１００）が適用される、熱延ダウンコイラーのラッパーロールの数は、特に限定されないが、例えば、４つのラッパーロール（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）を備える熱延ダウンコイラー（１０）等に、本発明にかかる熱延ダウンコイラーの段差回避制御装置（１００）を適用することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の段差回避制御装置（１００）において、さらに、ユーザー支援機能を有するシーケンサ（４０）が備えられていることを特徴とする。

ここに、ユーザー支援機能とは、主に、マイコンでダウンコイラーの段差回避制御を行う場合に備えられていた全ての機能から、上記トラッキング機能と動作制御機能とを除いた機能を意味し、その具体例としては、各種インターロック機能、ハンドリング制御機能、記録計出力支援機能、セットアップ機能、実績収集機能、ステップ応答測定機能、テストラン機能等を挙げることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の段差回避制御装置（１００）において、さらに、メンテナンス用操作・表示パネル（５０）が備えられることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、従来のマイコンではなく、シーケンサ（３０）の処理に基づく動作制御によって、ラッパーロール（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）の損傷を抑制できるので、保守性を向上させることが可能になる。特に、本発明にかかるシーケンサとして汎用シーケンサ（３０）を用いれば、汎用シーケンサ（３０）は上記マイコンよりも安価であるほか、システム稼働状態の可視性に優れているため、安価で保守性に優れた熱延ダウンコイラーの段差回避制御装置（１００）を提供できる。また、請求項１に記載の発明によれば、ラッパーロール（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）の動作制御が、シーケンサ（３０）の出力遅れを考慮して行われる。そのため、ラッパーロール（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）の動作制御を高精度に行うことが可能な段差回避制御装置（１００）を提供することができる。また、請求項１に記載の発明によれば、先端検出器（２１）、速度検出器（２２）、圧力検出器（２３、２３、…）、及び位置検出器（２４、２４、…）に代表される外部機器（以下において、単に「外部機器」と記述することがある。）とシーケンサ（３０）とが、プロセス入出力形態で接続されている。したがって、本発明の段差回避制御装置（１００）と、外部機器とを容易に接続することができ、段差回避制御装置（１００）の汎用性を向上させることが可能になる。

請求項２に記載の発明によれば、段差回避制御装置（１００）を使用する際に必要とされる各種機能のうち、ユーザー支援機能が、トラッキング機能及び動作制御機能を有するシーケンサ（３０）とは異なるシーケンサ（４０）に組み込まれている。そのため、シーケンサ（３０）の処理能力を、トラッキング機能及び動作制御機能の処理に集中させることができ、ラッパーロール（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ）の動作制御の高精度化を図ることが容易になる。

請求項３に記載の発明によれば、段差回避制御装置（１００）に、メンテナンス用操作・表示パネル（５０）が備えられているので、容易に保守性を向上させることができる。

以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。なお、図示の形態、及び、以下の説明における数値は一例であって、本発明はその要旨を超えない限り、以下の説明に何ら限定されるものではない。

１．システム構成と機能分担
図１は、本発明にかかる熱延ダウンコイラーの段差回避制御装置、及び、ダウンコイラーの実施形態例を示す概略図である。煩雑な図になることを防ぐため、図１では、一部のピンチロール及びラッパーロールの駆動部及び動作制御部を示すが、実際には全てのラッパーロールが、各ラッパーロールと対応する動作制御部を介して、その動作を制御されている。

図示のように、ダウンコイラー１０は、マンドレル１２と、ストリップ１をマンドレル１２へと案内するピンチロール１１ａ、１１ｂと、ストリップ１をマンドレル１２の方へ押し付ける機能を有するラッパーロール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄと、を備えている。ピンチロール１１ｂは、モータ２５によって駆動されており、ピンチロール１１ｂの駆動状態を解析可能な速度検出器２２により、マンドレル１２へと案内されるストリップ１の速度が検出される。そして、ラッパーロール１３ｃへと加えられる圧力及び位置は、圧力検出器２３及び位置検出器２４によって検出され、ピンチロール１１ａ、１１ｂを経たストリップ１の先端は、例えば、レーザー光を用いた位置検出が可能な先端検出器２１によって検出される。

本発明の段差回避制御装置１００は、ラッパーロール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの動作を制御することにより、マンドレル１２によって巻き取られるストリップ１の段差とラッパーロール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄとの衝突を回避するために用いられる。段差回避制御装置１００は、汎用シーケンサ（以下において、「シーケンサ」と記述することがある。）３０、４０と、メンテナンス用操作・表示パネル（以下において、単に「パネル」と記述することがある。）５０と、を備えており、シーケンサ３０、４０とパネル５０とは、ネットワークを介して接続されている。これに対し、シーケンサ３０と、先端検出器２１、速度検出器２２、圧力検出器２３、位置検出器２４、記録計６０、及び、既設電磁弁盤７０とは、プロセス入出力形態で接続されている。

段差回避制御装置１００において、シーケンサ３０には、サーボアンプ２６、サーボバルブ２７、及び油圧シリンダー２８を介してラッパーロール１３ｃをマンドレル１２の方へ押し付ける圧力（油圧）を制御する圧力制御ループ３１と、マンドレル１２から開放された位置にラッパーロール１３ｃを配置させる（以下において、「ジャンプさせる」と記述することがある。）時の上記油圧を制御する位置制御ループ３２と、を備えるプログラムが組み込まれている。そして、圧力制御ループ３１には、シーケンサ３０のＲＡＭに記憶された圧力設定に関するデータが、位置制御ループ３２には、上記ＲＡＭに記憶された位置設定に関するデータが、入力データとして与えられる。また、先端検出器２１及び速度検出器２２による検出結果は、入力信号として、シーケンサ３０内の演算器（ＣＰＵ）へと伝えられ、これらの入力信号と、上記ＲＡＭに記憶されたトラッキング設定に関するデータとを比較することにより、サーボアンプ２６へと動作指令を出力すべきループ（圧力制御ループ３１又は位置制御ループ３２）が切り替えられる。段差回避制御装置１００では、このようにして、サーボアンプ２６へと動作指令を出力すべきループを切り替えることにより、ラッパーロール１３ｃの動作を制御している。

一方、シーケンサ４０には、各種インターロック機能４１、ハンドリング制御機能４２、記録計出力支援機能４３、セットアップ機能４４、及び、実績収集機能４５（以下において、これらをまとめて「ユーザー支援機能」と記述する。）が組み込まれており、シーケンサ４０とネットワーク接続されているパネル５０を用いて、ユーザー支援機能を操作可能なように構成されている。このように、本発明の段差回避制御装置１００では、ラッパーロール１３ｃの動作を制御する上で特に必要とされる機能をシーケンサ３０に、その他の機能をシーケンサ４０に組み込んでいる。かかる形態とすれば、シーケンサ３０の演算処理能力を、高速処理が要求される圧力制御ループ３１及び位置制御ループ３２に集中させることができるため、ラッパーロール１３ｃの動作制御を高精度に行うことが可能になる。

表１に、従来のマイコンの仕様、及び、汎用シーケンサの仕様をあわせて示す。ＣＰＵの演算処理速度に関して直接比較できる項目は加減算処理のみだが、表１に示すように、その処理能力はほぼ同等とみなすことができる。さらに、後述するように、制御周期が数ｍｓｅｃ程度の高速な制御を実現する上では重要な要素であるアナログ入出力装置の変換速度に関しては、Ａ／Ｄ変換速度は両者ほぼ同等であり、非常に高速である。また、Ｄ／Ａ変換速度は、マイコンよりも汎用シーケンサの方が劣るものの、実用上問題ない速度レベルにある。そのため、シーケンサ３０に、ラッパーロール１３ｃの高精度な動作制御を可能にするプログラムを組み込めば、従来のマイコンを汎用シーケンサに置き換えても、ストリップ１とラッパーロール１３ｃとの接触を回避できる。

２．ＡＪＣ動作
図２は、段差回避制御装置１００によって動作を制御されるラッパーロールのＡＪＣ（Automatic Jumping Control）動作概要を示す図である。図２において、図１に示す構成要素と同様の構成を採るものには、図１にて使用した符号と同符号を付し、その説明を省略する。図２（Ａ）〜（Ｄ）の矢印は、ラッパーロールの移動方向を示している。なお、図２では、１つのラッパーロールの動作形態を主に示すが、他のラッパーロールも、図２に動作形態が示されたラッパーロールと同様の形態で、その動作を制御されるものとする。以下、図１及び図２を適宜参照しつつ、本発明について説明する。

図２（Ａ）に示すように、ピンチロール１１ａ、１１ｂを経たストリップ１の先端が、ラッパーロール１３ａとマンドレル１２との間（以下において、「ラッパーロール１３ａの直下」と記述する。）へ案内される前の時点では、ラッパーロール１３ａとストリップ１の先端との衝突を回避するため、ラッパーロール１３ａは、マンドレル１２から所定の間隔を開けた位置に配置される。この際、ラッパーロール１３ａの動作は、位置制御ループ３２の出力データに基づく第２制御モードにより制御されている。その後、ストリップ１の先端がラッパーロール１３ａの直下を過ぎると、制御モードが、圧力制御ループ３１の出力データに基づく第１制御モードへと切り替わる。そして、ラッパーロール１３ａはマンドレル１２の方へ押し付けられるように動作が制御され、ストリップ１は、ラッパーロール１３ａとマンドレル１２との間に挟まれる。以下、ラッパーロール１３ｂ、１３ｃ、１３ｄも、同様に動作を制御されることにより、ストリップ１は、マンドレル１２と、ラッパーロール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄとによって挟まれる（図２（Ｂ）参照）。

このようにして、ストリップ１がマンドレル１２の外周面を１周すると、引き続き、ピンチロール１１ａ、１１ｂを経たストリップ１が、マンドレル１２の周りに巻きついた１巻目のストリップの上へと案内される。ここで、ストリップ１の先端の上に２巻目のストリップが案内されると、マンドレル１２の外周面に巻きついたストリップの表面に段差が生じる。そのため、１巻目のストリップをマンドレル１２の方へ押し付ける上記第１制御モードによる制御を継続すると、上記段差とラッパーロール１３ａとが衝突し、ストリップ１及びラッパーロール１３ａが損傷する。そこで、本発明の段差回避制御装置１００では、かかる損傷を回避するため、ストリップ１の先端がラッパーロール１３ａの直下へ到着する直前に、制御モードを第１制御モードから第２制御モードへと切り替え、ラッパーロール１３ａを、マンドレル１２から遠ざかる方向へと開放する（図２（Ｃ）参照）。そして、ストリップ１の巻き緩みを防止するため、ストリップ１の先端がラッパーロール１３ａの直下を通過した直後に、制御モードを再び第２制御モードから第１制御モードへと切り替えて、ラッパーロール１３ａをマンドレル１２の方へと押し付ける。以下、ラッパーロール１３ｂ、１３ｃ、１３ｄも、動作を同様に制御されて、ストリップ１は、マンドレル１２と、ラッパーロール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄとによって挟まれる（図２（Ｄ）参照）。マンドレル１２へと案内されるストリップ１の進入速度は高速（例えば、分速８００ｍ程度）であるため、上記制御の高精度化を図るには、シーケンサ３０における圧力制御ループ３１及び位置制御ループ３２の処理を高速で行うことが望まれる。

図２（Ｅ）は、マンドレル及びストリップの一部と、ラッパーロールとを簡略化して示す概念図である。図２（Ｅ）に示すように、マンドレル１２に巻き付けられるストリップ１には、ストリップ１の先端と対応する箇所に段差（以下において、「段差部」と記述することがある。）が生じる。そのため、ラッパーロール１３ａをマンドレル１２の方へ押し付け続けると、ラッパーロール１３ａと上記段差部とが衝突し、ラッパーロール１３ａ及びストリップ１が損傷する。一方で、ストリップ１の巻き緩み等を防止するには、ラッパーロール１３ａをマンドレル１２の方へ押し付ける必要がある。そこで、本発明では、段差回避制御装置１００によりラッパーロール１３ａ、及び、ラッパーロール１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの動作を制御して、上記損傷及び巻き緩み等を防止している。

図３は、ストリップとラッパーロールとの位置関係を示す概念図である。図３の縦軸は、ラッパーロールとマンドレルとの距離であり、横軸は時間である。以下、図１〜図３を適宜参照しつつ、ラッパーロールの動作形態例について説明する。

図３に示すように、ストリップ１の先端が、ラッパーロールの直下へと案内されるまでの間、各ラッパーロールは、上記第２制御モードで制御され、ストリップ１の先端と衝突しない位置に配置される。その後、先端が下を通過すると、制御モードが第１制御モードへと切り替わってラッパーロールがマンドレル１２の方へと押し付けられ、ストリップ１がラッパーロール及びマンドレル１２によって挟まれる。このようにしてマンドレル１２の外周面にストリップ１が巻き付けられると、当該巻きついたストリップの上に、ストリップが連続して案内され、ストリップの表面に段差が形成される。上述のように、段差部とラッパーロールとの衝突を回避するため、ラッパーロールは、段差部が直下へ案内される直前（例えば、約０．０６ｓｅｃ前）に、制御モードを第２制御モードへと切り替える。そして、段差部がラッパーロールと衝突せずに下を通過した直後に、制御モードを第１制御モードへと切り替え、段差部が直下を通過した後（例えば、約０．０４ｓｅｃ後）、２巻目のストリップ表面にラッパーロールが押し付けられる。以後、３巻目以降のストリップ表面にも段差が形成されるため、２巻目の動作制御と同様の制御を行うことで、損傷を回避しつつストリップがマンドレルへ巻き付けられる。

上述のように、ＡＪＣ動作を制御するには、演算処理速度の速い機器を用いる必要がある一方、保守性等を向上させるには、シーケンサを用いて上記制御を行うことが好ましい。そこで、本発明では、動作制御及びメンテナンスを行う上で必要とされる機能を２台のシーケンサに分けて演算処理の高速化を図りつつ、シーケンサを用いることで発生する処理遅れの問題を解決して動作制御の高精度化を図るため、当該処理遅れを考慮したトラッキング設定を用いている。

３．トラッキング
図４に、本発明の段差回避制御装置を適用可能なダウンコイラーの一部を概略的に示す。図４において、図１に示す構成要素と同様の構成を採るものには、図１にて使用した符号と同符号を付し、その説明を省略する。なお、図４において、Ａはピンチロール直下点、Ｂはストリップ先端位置検出点、Ｃはマンドレル接点、Ｄはマンドレル初期径、Ｅはラッパーロール直下点、Ｏはマンドレルの中心、ΔＤはマンドレル初期径変化、ｄは巻厚外径変化である。以下、図１及び図４を参照しつつ、本発明で用いるトラッキング機能について説明する。

本発明において、ストリップの先端位置は、下記式１により把握することができる。そのため、式１による計算結果を用いることで、ストリップの先端がラッパーロールの直下へ到達する時間を正確に算出することができる。
Ｐ＝πＤｎ＋２πｄ（ｎ−１）＋Ｌ_０＋Ｌ_０１＋ΔＬ_１＋ΔＬ_２＋ΔＬ_３−Ｌ （式１）
ここに、
Ｐ；ストリップ先端がストリップ先端位置検出点Ｂから移動した距離（トラッキング距離）、
ｎ；ピンチロールからマンドレルの外周部へ案内されたストリップ先端がラッパーロール直下を通過した回数（ｎ≧０。但し、上記式１の第２項はｎ≧１から有効。ｎ＝０の時、上記式１の右辺第２項は０とする。）、
Ｌ_０；ピンチロール直下点Ａからマンドレル接点Ｃまでの初期距離、
Ｌ_０１；マンドレル接点Ｃからラッパーロール直下点Ｅまでの初期距離、
ΔＬ_１；マンドレル初期径変化による距離変化を考慮した補正項、
ΔＬ_２；巻厚外径変化による距離変化を考慮した補正項、
ΔＬ_３；ラッパーロールスイング移動によるラッパーロール直下点移動を考慮した補正項、
Ｌ；ピンチロール直下点Ａからストリップ先端位置検出点Ｂまでの距離
である。
ＡＯ＝Ｌ_００、径がＤのマンドレルとストリップ先端との接点をＣ、径が（Ｄ＋２×ΔＤ）のマンドレルとストリップとの接点をＣ’、径が｛Ｄ＋２×ΔＤ＋２×ｄ（ｎ−１）｝のマンドレルとストリップとの接点をＣ’’、∠ＯＡＣ＝θ、∠ＯＡＣ’＝θ_０、∠ＯＡＣ’’＝θ_１、ラッパーロールのスイングにより変化する角度をθ_２とするとき、ΔＬ_１、ΔＬ_２、ΔＬ_３は、以下のように表すことができる。
ΔＬ_１＝｛ΔＤ＋Ｄ／２｝×（θ_０−θ） （式２）
ΔＬ_２＝｛ΔＤ＋Ｄ／２＋ｄ（ｎ−１）｝×（θ_１−θ_０） （式３）
ΔＬ_３＝｛Ｄ／２＋ΔＤ＋ｄ（ｎ−１）｝×θ_２ （式４）
θ＝ｓｉｎ^−１（Ｄ／２／Ｌ_００） （式５）
θ_０＝ｓｉｎ^−１｛（Ｄ／２＋ΔＤ）／Ｌ_００｝ （式６）
θ_１＝ｓｉｎ^−１［｛（Ｄ／２＋ΔＤ＋ｄ（ｎ−１））｝／Ｌ_００］ （式７）
なお、上記式３、式４、及び、式７において、ｄ（ｎ−１）はｎ≧１で有効であり、ｎ＝０の時はｄ（ｎ−１）＝０である。

ストリップ１の先端位置（段差位置）は、シーケンサ３０のＣＰＵにおいて、上記式１を用いた計算を行うことにより把握される。ここで、上述のように、シーケンサ３０には出力遅れが観念されるので、上記式１を用いてストリップ１の先端位置（段差位置）を把握し、その結果に直接反映して制御モードを切替えても、実際に制御モードが切り替わるのは、上記出力遅れの時間が経過した後になる。そのため、出力が反映されるまでのタイムラグが、実際には動作制御の精度低下として反映されてしまい、このままでは、動作制御の高精度化が図れない。そこで、本発明では、シーケンサ３０の出力遅れを考慮し、上記トラッキング距離を加工したデータ「Ｐ−α−β−γ」と、ストリップの先端進行量Ｓとを比較して、制御モードを切替えるタイミングを判断している。ここで、αは、シーケンサ処理時間遅れを考慮した補正項、βは、ラッパーロール動作制御応答の補正項、γは調整項であり、以下の式で表わすことができる。
α＝シーケンサ処理速度ｔ（msec）×巻取り速度ｖ（mm/msec） （式８）
β＝ラッパーロール動作制御応答（msec）×巻取り速度ｖ（mm/msec） （式９）
但し、巻取り材の厚みが１０ｍｍ以下の場合は、ラッパーロール動作制御応答を６０msecとし、当該厚みが１０ｍｍを超える場合は、ラッパーロール動作制御応答を「｛（厚み−１０ｍｍ）／０．１７（mm/msec）｝＋６０msec」とする。
γ＝５０ｍｍ （式１０）

また、ストリップの先端進行量Ｓは、ピンチロール１１ｂの回転数に応じて速度検出器２２から出力されるパルスを用いて算出することができ、以下の式で表わすことができる。
Ｓ（mm）＝π×Ｄ１×∫（ｎ１×６００／ｒ）ｄｒ （式１１）
式１１において、Ｄ１はピンチロール径（ｍｍ）、ｎ１はモータ回転速度（ｒｐｓ）、であり、式１１では、モータ１回転あたり６００パルスを出力する速度検出器２２が備えられることを仮定している。そして、上記「Ｐ−α−β−γ」と「Ｓ」とを比較して、Ｓ＞Ｐ−α−β−γであれば、制御モードを第１制御モードから第２制御モードへと切り替える一方、Ｓ＞Ｐ−αであれば、第２制御モードから第１制御モードへと制御モードを切り替える。この第２制御モードから第１制御モードへ切り替えたタイミングで巻き数（上記式１等の「ｎ」）を１カウント増やし、次の第２制御モード切り替えタイミングを決定する。このような制御を行えば、シーケンサ３０の出力遅れが考慮されるので、ラッパーロールの動作制御の高精度化を図ることが可能になる。なお、上記制御モード切り替え形態の具体例としては、ストリップ１巻目のストリップ先端がラッパーロール直下へ到着する前は、第２制御モードとし、その後、Ｐ＝１０００ｍｍの時に第２制御モードから第１制御モードへ、Ｐ＝２０００ｍｍの時に第１制御モードから第２制御モードへ、Ｐ＝２５００ｍｍの時に第２制御モードから第１制御モードへ、それぞれ切り替える形態等を挙げることができる。

４．油圧制御
図５に、ラッパーロールをジャンプさせた場合における、ストリップとラッパーロールとの非接触時間の概念を示す。以下、図１及び図５を参照しつつ、油圧制御について説明する。
上記段差部とラッパーロールとの衝突を確実に回避しつつ、ストリップの巻き緩みを防止するためには、図５に示す非接触時間（ストリップと動作制御中のラッパーロールとが離れている時間）を０．１ｓｅｃ以内にする必要があり、非接触時間を０．１ｓｅｃ以内に収めるには、油圧制御の周波数応答が４０（rad/sec）以上である必要がある。ここで、油圧サーボシステムを用いない他のシステムであれば、油圧制御の周波数応答を４０（rad/sec）とするために必要とされる油圧制御システムの制御周期は、数十ｍｓｅｃ程度と考えられる。しかし、図１に示す形態のラッパーロールの動作制御では、油圧サーボシステムが使用されており、油圧サーボシステムの応答速度は非常に高速であるため、上記数十ｍｓｅｃ程度の制御周期では、油圧サーボシステムの機器に振動が発生してしまい、ラッパーロールの動作制御の精度が低下する。そこで、本発明では、上記周波数応答を確保しつつ、上記振動の発生を抑制するため、油圧制御システムの目標制御周期を６ｍｓｅｃ以内とした。すなわち、本発明の段差回避制御装置１００に備えられる汎用シーケンサ３０は、６ｍｓｅｃ以内の時間で、ラッパーロールの動作制御に必要な処理を完了し得る、演算処理能力を有していることが望ましい。

５．メンテナンス画面
図１に示すように、本発明の段差回避制御装置１００には、メンテナンス用操作・表示パネル５０が備えられており、パネル５０とシーケンサ３０、４０とはネットワークを介して接続されている。このように、パネル５０を備える構成とすれば、例えば、パネル５０を介してシーケンサ３０、４０の動作状況（操業状態）を確認することが可能になるため、段差回避制御装置１００の操作性・保守性をより一層向上させることができる。

図６に、パネル５０に表示される画面の仕様例を示す。図示のようにパネル５０には、操業監視画面、設定操作画面、ステップ応答測定画面、シミュレーション画面等を構築することができる。これらの中で、例えば、ステップ応答測定画面では、ワンタッチ操作により圧力制御応答、位置制御応答の測定が可能であることが好ましく、シミュレーション画面では、仮想的にトラッキングを進める操作（試運転操作）によって、ラッパーロールのジャンピングデータの測定が可能であるように構成されていることが好ましい。このように、本発明によれば、ブラックボックスの部分が存在するためマイコンを用いる従来の装置では実施が不可能であった試運転を効率的に行うことが可能になるほか、システム稼働後の保守性を向上させることが可能になる。

６．試運転機能
図７に、上記試運転のフローを、図８に、試運転時におけるプログラムステージの移行状態及びラッパーロールの動作軌跡を、概略的に示す。以下、図１、図７、及び図８を参照しつつ、試運転機能について説明する。

段差回避制御装置１００の試運転機能は、仮想的にトラッキングを進めることにより、ＡＪＣ動作を評価する機能である。図７及び図８に示すように、試運転を行う場合には、まず、パネル５０のシミュレーション画面に触れてセットアップデータを入力する（ステップＳ１）。ステップＳ１で入力されたデータは、シーケンサ３０のＣＰＵへと送られ（ステップＳ２）、初期位置に待機するように、ラッパーロールの動作が制御される（ステップＳ３）。ラッパーロールが初期位置に待機した後に、パネル５０の画面の所定箇所に触れると（ステップＳ４）、仮想的なトラッキングが開始され（ステップＳ５）、ＡＪＣ状態（第１制御モードと第２制御モードとの切替えが繰り返されることで、ラッパーロールの動作が制御される状態）へと移行する（ステップＳ６）。その後、試運転において予め設定された巻数に到達したか否かが判断され（ステップＳ７）、ステップＳ７において肯定判断されると、試運転が終了して、ラッパーロールが試運転開始前の位置へと戻される。これに対し、ステップＳ７において否定判断されると、設定された巻き数に到達するまで、ＡＪＣ動作が繰り返される。

段差回避制御装置１００の試運転機能によれば、ラッパーロールの位置、制御モードの切替え、ラッパーロールの動作を制御するソフトウエアのプログラムステージの移行状態、電磁弁等の動作状態を、一挙に把握することができる。この効果は、マイコンよりも可視性に優れたシーケンサを用いることによって得られるものであり、これによって、プログラムの完成度評価、ラッパーロール制御精度評価、及び、機械動作の健全性評価等を容易に行うことが可能になる。

なお、上記説明では、２台のシーケンサが備えられる形態の段差回避制御装置について記述したが、本発明にかかる段差回避制御装置は、当該形態に限定されない。トラッキング機能及びラッパーロールの動作制御機能が組み込まれたシーケンサが１台以上備えられていれば良く、当該シーケンサに組み込まれた機能以外の機能（例えば、ユーザー支援機能）が組み込まれる機器は、シーケンサに限定されず、パソコン等であっても良い。さらに、トラッキング機能及びラッパーロールの動作制御機能が組み込まれるシーケンサの演算処理能力に余裕があれば、トラッキング機能及びラッパーロールの動作制御機能、並びに、ユーザー支援機能が、１台のシーケンサに組み込まれていても良い。

本発明の段差回避制御装置（図１参照。以下、「本装置」と記述することがある。）と、従来の段差回避制御装置（図９参照。以下、「従来の装置」と記述する。）を用いて、ストリップを巻取り、それぞれのストリップの切り下げ率を算出した。ここで、本発明の段差回避制御装置に備えられるシーケンサ（トラッキング機能及び動作制御機能が組み込まれたシーケンサ）の演算処理速度は３ｍｓｅｃ、シーケンサ（ユーザー支援機能が組み込まれたシーケンサ）の演算処理速度は２ｍｓｅｃであった。また、ストリップの移動速度は、本装置・従来の装置ともに、分速８００ｍとした。以下、図１を参照しつつ、実施例について説明する。なお、図９において、図１に示す構成と同様の構成を採る部位には、図１にて使用した符号と同符号を付し、その説明を省略する。

本装置を用いてストリップを巻き取る場合には、まず、ラッパーロール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの制御モードを切替えるタイミングを決定するトラッキング位置設定値を、上記式１により求め、各巻き数における制御モード切替え位置をストリップ進行量として求めておく。この計算は、シーケンサ３０にとって非常に負荷が大きいため、ラッパーロール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの動作制御中に行うと演算処理速度が２０ｍｓｅｃ程度まで延びてしまい、ラッパーロール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの動作を安定的に制御できないからである。したがって、ストリップ１の先端がピンチロール１１ａ、１１ｂに進入してからＡＪＣ動作が完了するまでの間には上記計算を行わず、ダウンコイラー１０でのコイル抜き取りハンドリング中や、ストリップ１の先端がピンチロール１１ａ、１１ｂに進入してくるまでに完了させる。

次に、進行してくるストリップ１がピンチロール１１ａ、１１ｂを通過してマンドレル１２へ進入してくる時に、ピンチロール１１ａ、１１ｂとマンドレル１２との間に設置したレーザー検出器２１により、ストリップ１の先端を検出し、ストリップ１の先端を追跡するトラッキングを開始する。ストリップ１の先端進行量Ｓは、ピンチロール１１ｂを駆動するモータに接続された速度検出器２２から出力されるパルス信号を用いて、上記式１１により求めることができる。そして、予め計算によって求めた制御モード切替位置にストリップ１の先端が到達したら、コイル先端の段差部を回避すべく制御モードを切替え、ラッパーロール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの動作を制御する。

１巻目のラッパーロール制御では、ストリップ１の先端がラッパーロール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの直下へ進入してくるまで、第２制御モードに基づいて、ラッパーロール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを所定の位置に待機させる。次に、ストリップ１の先端がラッパーロール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの直下を通過するタイミングで、それぞれのラッパーロール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの制御モードを第１制御モードへと切替え、各ラッパーロール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄをマンドレル１２の方へ押し付ける。各ラッパーロール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを順次動作させることで、１巻目の巻き付け動作が完了する。

２巻目移行は、ストリップ１の先端と対応する部位で段差が生じる。この段差部がラッパーロール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄに接触した状態でストリップ１を巻き取ると、過大な圧力が生じて段差傷が発生する。したがって、段差部を回避するように、シーケンサ３０の出力遅れを考慮しつつ、ラッパーロール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの動作を順次制御する。まず、ラッパーロール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの直下を段差部が通過する直前に第１制御モードから第２制御モードへと切替え、所定の位置まで開放する。次に、ラッパーロール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの直下を段差部が通過した直後に、制御モードを第１制御モードへと切替え、ストリップ１を押え付ける。これらの動作により、段差部とラッパーロール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄとの衝突を回避し、当該ラッパーロール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの動作制御を、シーケンサ３０を備える段差回避装置１００により行う。

以上のラッパーロール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの制御が正常に行われているか否かを判断するため、シーケンサ４０には、ラッパーロール１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの位置、圧力、及び、制御モードの状態のほか、サーボ電流等をサンプリングし、サンプリングデータを記録計６０や既設電磁弁盤７０等へ送信可能とする記録計支援機能４３及び実績収集機能４５等が備えられている。

本発明の段差回避制御装置１００を用いてストリップ１を巻き取ったところ、マイコンが備えられる従来の段差回避制御装置を用いた時と比べて、ストリップ１の切り下げ率を２割減少させることができた。これは、圧力制御ループおよび位置制御ループをシーケンサで構築したことで、演算に用いる加減算器、比較器等を全てデジタル化し経年劣化が無いことと、応答速度の測定及び調整が容易となったこと等により品質改善効果が得られたためだと考えられる。すなわち、本発明によれば、従来のマイコンを用いる場合と比較して、遜色ない制御が可能であることが確認された。また、本発明の段差回避制御装置では、シーケンサを用いることで、保守性が向上し、汎用性を向上させることができた。

本発明の段差回避制御装置、及び、ダウンコイラーの実施形態例を示す概略図である。 ラッパーロールのＡＪＣ動作概要を示す図である。 ストリップとラッパーロールとの位置関係を示す概念図である。 本発明の段差回避制御装置を適用可能なダウンコイラーの一部を示す概略図である。 ストリップとラッパーロールとの非接触時間の概念を示す図である。 メンテナンス用操作・表示パネル画面の仕様例を示す概略図である。 試運転のフローを示す概略図である。 試運転時におけるプログラムステージの移行状態及びラッパーロールの動作軌跡を示す概略図である。 従来の段差回避制御装置の構成例を示す概略図である。

符号の説明

１ ストリップ（熱延鋼板）
１０ 熱延ダウンコイラー
１１ａ、１１ｂ ピンチロール
１２ マンドレル
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ ラッパーロール
２１ 先端検出器
２２ 速度検出器
２３ 圧力検出器
２４ 位置検出器
３０、４０ シーケンサ（汎用シーケンサ）
５０ メンテナンス用操作・表示パネル
６０ 記録計
７０ 既設電磁盤
１００ 段差回避制御装置

Claims (3)

1. 熱延鋼板を巻き取る際に用いられ、マンドレルと、前記熱延鋼板を前記マンドレルへと案内するピンチロールと、前記熱延鋼板を前記マンドレルへ押し付ける機能を有するラッパーロールと、を備える熱延ダウンコイラーの、段差回避制御装置であって、
   少なくとも、前記熱延鋼板の状態を追跡するためのトラッキング機能及び前記ラッパーロールの動作制御機能を備えるシーケンサを具備し、
   前記ラッパーロールの動作制御が、該ラッパーロールを前記マンドレルの方へ押し付ける第１制御モードと、前記ラッパーロールを前記マンドレルから開放する第２制御モードとを切替えることにより行われ、該切替えの時機が、前記シーケンサの出力遅れを考慮して決定され、
   少なくとも、前記ピンチロールによって案内された前記熱延鋼板の先端を検出する先端検出器、前記熱延鋼板の速度を検出する速度検出器、前記ラッパーロールを押し付ける圧力を検出する圧力検出器、及び、前記マンドレルに対する前記ラッパーロールの位置を検出する位置検出器と、前記シーケンサとが、プロセス入出力形態で接続されていることを特徴とする、段差回避制御装置。
2. さらに、ユーザー支援機能を有するシーケンサが備えられることを特徴とする、請求項１に記載の段差回避制御装置。
3. さらに、メンテナンス用操作・表示パネルが備えられることを特徴とする、請求項１又は２に記載の段差回避制御装置。

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