JP5696618B2 - 押付けロールの速度制御方法および押付けロール用速度制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄鋼冷延プロセスにおける連続焼鈍設備や鍍金設備など、複数のロールに金属帯を巻きかけて通板する設備において、金属帯の液絞り、保持、搬送などをするために金属帯に押し付けて使用するリンガーロール、スナバーロール、ピンチロールなどの押付けロールを精度よく速度制御する場合に好適な押付けロールの速度制御方法および押付けロール用速度制御装置に関する。

一般的に、押付けロールの速度制御においては、ライニング材としてゴムなどの弾性素材を用いた場合でも、速度指令と非圧下時のロール径を基にして演算したロール回転数を駆動装置に回転数指令として与える方法が実施されている。
制御性を向上させるための方法としては、例えば、特許文献１に開示されるように、押付け時の制御ゲインを指令と検出値との偏差によって可変とする方法や、特許文献２に開示されるように、定常電流値の記憶値と電流検出値を比較することによりすべりを防止する方法などが提案されている。

特開昭６０−８２５６１号公報 特開平５−１５４５３２号公報

しかしながら、図１に示すように、ライニング材として弾性素材を用いた押付けロール１を圧下した場合、押付け力Ｆによる押付けロール１の変形により、圧下時のロール断面形状３は、非圧下時のロール断面形状２と比較して、ロール１の回転角あたりの金属帯Ｋの搬送距離が増加する。つまり、同図において、非圧下時の接触角度４よりも圧下時の接触角度５が大きくなるため、非圧下時の接触部ロール周長６よりも圧下時の接触部ロール周長７も大きくなる。これにより、圧下時のロールの回転角あたりの金属帯の搬送距離８も非圧下時に比べて大きくなる。

ところが、従来から一般的に実施されている非圧下時のロール径を基にして演算したロール回転数を駆動装置に指令として与える制御方法においては、この押付け力によるロールの変化量を考慮していないものである。そのため、同じ回転数指令を与えた場合、圧下量の増加とともに金属帯の搬送量が増加することになり、それにより、駆動モータの過負荷、あるいはロールと金属帯とのスリップを引き起こす要因となっていた。また、前述した特許文献１や特許文献２に開示される方法を適用した場合でも、速度偏差あるいは電流偏差をもとにしたフィードバック制御なので、応答が遅いという問題があった。

そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、リンガーロール、スナバーロール、ピンチロールなど、金属帯に押し付けて使用するライニング材としてゴムなどの弾性素材を用いた押付けロールを有する設備において、押付けロールを精度よく且つ速い応答により速度制御することのできる、押付けロールの速度制御方法および押付けロール用速度制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のうち第一の発明は、金属帯に押し付けて使用するライニング材として弾性素材を用いた押付けロールを有する設備における前記押付けロールの速度制御方法であって、前記押付けロールの圧下量を計測し、その計測した圧下量に基づいて当該ロールの変形による押付けロールの回転角あたりの金属帯の搬送距離の変化量を、ロール圧下量とロール回転角あたりの金属帯の搬送量（もしくは搬送距離）またはその変化量との関係を近似したモデル式により求め、その求めた搬送距離の変化量に基づいて基準となる回転数指令を補正することを特徴とする。

また、本発明のうち第二の発明は、金属帯に押し付けて使用するライニング材として弾性素材を用いた押付けロールを有する設備に用いられる前記押付けロールの速度制御装置であって、前記押付けロールの圧下量を計測する圧下量計測手段と、該圧下量計測手段で計測した圧下量に基づいて当該ロールの変形による押付けロールの回転角あたりの金属帯の搬送距離の変化量を、ロール圧下量とロール回転角あたりの金属帯の搬送量（もしくは搬送距離）またはその変化量との関係を近似したモデル式により求める搬送距離変化量算出手段と、該搬送距離変化量算出手段により求めた搬送距離の変化量に基づいて基準となる回転数指令を補正する回転数指令補正手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、押付けロールの回転角あたりの金属帯の搬送距離の変化量を用いて、基準となる回転数指令を補正するようにしたので、金属帯の搬送速度と押付けロール周速の差異がなくなり、過負荷によるトリップや押付けロールと金属帯とのスリップを防止することができる。また、ロールの圧下量を計測し、その計測した圧下量に基づいて当該ロールの変形による押付けロールの回転角あたりの金属帯の搬送距離の変化量を、ロール圧下量とロール回転角あたりの金属帯の搬送量（もしくは搬送距離）またはその変化量との関係を近似したモデル式により求めるので、押付け駆動源の圧力の変化や圧下位置の調整による圧下位置の変化が生じた場合でも、適正な補正量を精度よく且つ速い応答により与えることができる。したがって、リンガーロール、スナバーロール、ピンチロールなど、金属帯に押し付けて使用するライニング材としてゴムなどの弾性素材を用いた押付けロールを有する設備において、押付けロールを精度よく且つ速い応答により速度制御することができる。

押付けロールの圧下に伴う押付けロールの変形のイメージを示す図である。 本発明に係る押付けロール用速度制御装置の構成、および押付けロールの圧下量の計測（算出）方法の一例を説明する図である。 本発明に係る押付けロールの速度制御処理を説明する制御ブロック図である。 ロール圧下量と搬送距離増加量との関係を示すグラフである。 ロール圧下量と補正関数との関係を示すグラフである。

以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
本発明に係る押付けロール用速度制御装置は、圧下量計測手段を有するが、この例では、図２において、符号１０が圧下量計測手段を構成する距離検出器である。本実施形態の例ではレーザー式の距離検出器を用いた。この距離検出器１０は、押付けロール１の構成材のうち、例えばチョック１ｃの上面など、押付けによりロール中心位置Ｏとの相対位置が変化しない点を検出可能に設置する。この例では、このような相対位置が変化しない点（位置）としてチョック１ｃの上面に検出点Ｐを設定した。

ここで、距離検出器１０と金属帯Ｋとの対向距離Ａ０、距離検出器１０の検出点Ｐとロール中心位置Ｏとの距離Ｂ０、実装された押付けロール１の半径Ｒが与えられれば、押付けロール１と金属帯Ｋが点接触（符号２’）しているときの検出距離Ｄ０は以下の（式１）で求められるので、距離検出器１０の検出距離がＤの時の、ロール圧下量Ｌは以下の（式２）で求められる。
Ｄ０＝Ａ０−Ｂ０−Ｒ （式１）
Ｌ＝Ｄ−Ｄ０＝Ｄ−（Ａ０−Ｂ０−Ｒ） （式２）

ここで、本実施形態においては、ロール圧下量Ｌとロール回転角あたりの金属帯Ｋの搬送量の関係式については、表１にしめす実測値に基づいて近似したモデル式（図４参照）による関数を用いた。本実施形態では、ロール半径Ｒ＝１００ｍｍ、圧下量Ｌは、０．０ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍの３つの実測データから図４に示す近似式を得た。

図３において破線で囲った符号２０の部分が、本発明に係る押付けロール用速度制御装置の、押付けロールの速度制御処理を実行する押付けロールの速度制御部である。つまり、同図に示すように、この速度制御部２０は、圧下量算出手段２２、搬送距離変化量算出手段２４および回転数指令補正手段２６を有して構成される。ここで、圧下量算出手段２２は、上記距離検出器１０の検出距離Ｄ、および実装された押付けロール１の半径Ｒ、および上記の距離Ａ０、Ｂ０が与えられると、（式２）からロール圧下量Ｌを算出する。つまり、本実施形態の例では、上記距離検出器１０および圧下量算出手段２２によって、「課題を解決するための手段」に記載の「圧下量計測手段」が構成されている。

そして、搬送距離変化量算出手段２４は、圧下量算出手段２２により求められたロール圧下量Ｌから、図４に示す近似式に対応する関数ｆ（Ｌ）の値として搬送距離変化量Ｙを求める。そして、回転数指令補正手段２６は、搬送距離変化量算出手段２４で求められた搬送距離変化量Ｙの値に上位コンピュータからの金属帯Ｋの搬送速度指令Ｓとロール半径Ｒから求められる基準回転数指令Ｎを乗ずることにより補正回転数指令Ｎ'を求め、この補正回転数指令Ｎ'を駆動装置に与えるようになっている。

次に、この押付けロール用速度制御装置、およびこれを用いた押付けロールの速度制御方法の作用・効果について説明する。
上述のように、この押付けロール用速度制御装置は、上記距離検出器１０および制御部２０を備え、制御部２０は、距離検出器１０で計測した検出距離Ｄ等に基づいて、圧下量Ｌを算出する圧下量算出手段２２と、この圧下量算出手段２２で算出された圧下量Ｌに基づいて当該ロールの変形による押付けロールの回転角あたりの金属帯Ｋの搬送距離の変化量Ｙを予め設定した変化量設定情報である図４に示す近似式（モデル式）から求める搬送距離変化量算出手段２４と、この搬送距離変化量算出手段２４により求めた搬送距離変化量Ｙに基づいて基準となる回転数指令Ｎを補正して補正回転数指令Ｎ'を駆動装置に与える回転数指令補正手段２６とを有しており、また、これを用いた押付けロールの速度制御方法は、押付けロール１の回転角あたりの金属帯Ｋの搬送距離の変化量Ｙを用いて、基準となる基準回転数指令Ｎを補正回転数指令Ｎ'に補正するようにしているので、金属帯Ｋの搬送速度と押付けロール周速の差異がなくなり、過負荷によるトリップや押付けロール１と金属帯Ｋとのスリップを防止することができる。

また、押付けロール１の圧下量Ｌを距離検出器１０の計測値および圧下量算出手段２２による算出から測定し、この圧下量Ｌに基づいて当該ロール１の変形による押付けロールの回転角あたりの金属帯Ｋの搬送距離の変化量Ｙを図４に示す近似式により求めるので、押付け駆動源の圧力の変化や圧下位置の調整による圧下位置の変化が生じた場合でも、適正な補正量を精度よく且つ速い応答により与えることができる。したがって、リンガーロール、スナバーロール、ピンチロールなど、金属帯Ｋに押し付けて使用するライニング材としてゴムなどの弾性素材を用いた押付けロール１を有する設備において、押付けロール１を精度よく且つ速い応答により速度制御することができる。

なお、本発明に係る押付けロールの速度制御方法および押付けロール用速度制御装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、押付けロール１の位置を計測する距離検出器１０を設けて検出距離Ｄを求め、実装されたロール径Ｒ等が与えられれば、押付けロール１の圧下量Ｌを圧下量算出手段２２で求めることができる例を説明したが、圧下量計測手段はこれに限らず、押付けロール１の圧下量Ｌを求めることができる構成であれば、種々の構成を採用することができる。例えば、押付けロール１を実際に押し付けたときのロール変形量の実測値を求めてもよい。

また、例えば上記実施形態では、圧下量Ｌとロール回転角あたりの金属帯Ｋの搬送量の関係式について、圧下状態で実際に金属帯Ｋを搬送した距離を計測し、これに基づく近似式（モデル式）による関数を変化量設定情報として用いた例で説明したが、変化量設定情報はこれに限定されるものではない。
例えば、表２および図５に示すように、例えば押付けロール１を実際に金属帯Ｋに押し付けたときのロール変形量から求めたテーブル値を変化量設定情報とし、これに基づき補正してもよい。

また、例えば押付けロール１の圧下状態で実際に金属帯Ｋを搬送した実搬送距離より実験的に変化量設定情報を求めてもよいし、ロール圧下量Ｌの関数として、以下の（式３）などに基づいて搬送距離の変化量Ｙを表してもよい。
Ｙ＝Ｓ０／Ｓ＝ｆ（Ｌ） （式３）
但し、Ｓ：ロール圧下量Ｌの時のロール単位回転角あたりの金属帯Ｋの搬送距離、Ｓ０：ロール圧下量０の時のロール単位回転角あたりの金属帯Ｋの搬送距離である。
上記のいずれを変化量設定情報とした場合でも、計測した圧下量Ｌによりロール回転角あたりの金属帯Ｋの搬送距離の変化量Ｙを算出することが可能である。

１ 押付けロール
２ ロール断面形状（非圧下時）
３ ロール断面形状（圧下時）
４ 接触角度（非圧下時）
５ 接触角度（圧下時）
６ 接触部ロール周長（非圧下時）
７ 接触部ロール周長（圧下時）
８ ロールの回転角あたりの金属帯の搬送距離（圧下時）
１０ 距離検出器
２０ 速度制御部
２２ 圧下量算出手段
２４ 搬送距離変化量算出手段
２６ 回転数指令補正手段
Ｋ 金属帯
Ｐ 距離検出器の検出点

Claims (4)

1. 金属帯に押し付けて使用するライニング材として弾性素材を用いた押付けロールを有する設備における前記押付けロールの速度制御方法であって、
   前記押付けロールの圧下量を計測し、その計測した圧下量に基づいて、当該ロールの変形による押付けロールの回転角あたりの金属帯の搬送距離の変化量を、ロール圧下量とロール回転角あたりの金属帯の搬送量または搬送距離との関係を近似したモデル式により求め、その求めた搬送距離の変化量に基づいて基準となる回転数指令を補正することを特徴とする押付けロールの速度制御方法。
2. 金属帯に押し付けて使用するライニング材として弾性素材を用いた押付けロールを有する設備における前記押付けロールの速度制御方法であって、
   前記押付けロールの圧下量を計測し、その計測した圧下量に基づいて、当該ロールの変形による押付けロールの回転角あたりの金属帯の搬送距離の変化量を、ロール圧下量とロール回転角あたりの金属帯の搬送距離の変化量との関係を近似したモデル式により求め、その求めた搬送距離の変化量に基づいて基準となる回転数指令を補正することを特徴とする押付けロールの速度制御方法。
3. 金属帯に押し付けて使用するライニング材として弾性素材を用いた押付けロールを有する設備に用いられる前記押付けロールの速度制御装置であって、
   前記押付けロールの圧下量を計測する圧下量計測手段と、該圧下量計測手段で計測した圧下量に基づいて、当該ロールの変形による押付けロールの回転角あたりの金属帯の搬送距離の変化量を、ロール圧下量とロール回転角あたりの金属帯の搬送量または搬送距離との関係を近似したモデル式により求める搬送距離変化量算出手段と、該搬送距離変化量算出手段により求めた搬送距離の変化量に基づいて基準となる回転数指令を補正する回転数指令補正手段とを有することを特徴とする押付けロール用速度制御装置。
4. 金属帯に押し付けて使用するライニング材として弾性素材を用いた押付けロールを有する設備に用いられる前記押付けロールの速度制御装置であって、
   前記押付けロールの圧下量を計測する圧下量計測手段と、該圧下量計測手段で計測した圧下量に基づいて、当該ロールの変形による押付けロールの回転角あたりの金属帯の搬送距離の変化量を、ロール圧下量とロール回転角あたりの金属帯の搬送距離の変化量との関係を近似したモデル式により求める搬送距離変化量算出手段と、該搬送距離変化量算出手段により求めた搬送距離の変化量に基づいて基準となる回転数指令を補正する回転数指令補正手段とを有することを特徴とする押付けロール用速度制御装置。

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