JP6016715B2 - 圧延材の板厚制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、厚板を圧延する圧延機の板厚制御方法に関する。

従来から、圧延装置を用いて厚鋼板を圧延する場合には、当該圧延装置に備えられた圧延機の１対のワークロールの間隙（以下、ロールギャップ量と呼ぶ）を調整して、圧延材の板幅方向端部の出側板厚を目標値に一致させる板厚制御が行われている。
圧延装置は板厚を制御するための板厚制御部を有しており、この板厚制御部では、自動板厚制御（ＡＧＣ、Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｇａｕｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ）として、フィードフォワードＡＧＣ、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣ、モニタＡＧＣ、絶対値ＡＧＣ（ＡＢＳ−ＡＧＣ）が採用されている。

フィードフォワードＡＧＣは、たとえば、前パスや一つ前の制御周期での圧延機の出側板厚や板の変形抵抗を当該圧延機にフィードフォワードして適用する制御である。ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣは、圧延機直下の圧延荷重を用いてフィードバックする制御である。モニタＡＧＣは、出側板厚を実測し、その実測値（積分値）を圧延機へフィードバックする制御である。絶対値ＡＧＣは、圧延荷重とロールギャップとを基に推定された出側板厚を用いてフィードバックする制御である。上述のモニタＡＧＣおよび絶対値ＡＧＣは、比例動作と積分動作とを組み合わせたＰＩ制御を採用する場合が多い。

特開平４−１３５００９号公報（特許文献１）は、圧延データに基づきオンラインでＡＧＣゲインを変更することにより、圧延速度の加減速時の板厚不良を改善し、板厚制御精度の向上をはかる圧延機の自動板厚制御方法を開示する。この自動板厚制御方法は、圧延機のロール間隙偏差および圧延荷重偏差を計測し、計測されたロール間隙偏差および圧延荷重偏差に基づき圧下系を駆動制御して、前記圧延機により圧延される圧延材の板厚を自動的に制御する圧延機の自動板厚制御方法であって、前記圧延機による圧延中に、入側板厚偏差、出側板厚偏差、ロール間隙偏差および後方張カをサンプリングし、サンプリングしたデータに基づいて材料塑性係数と前記圧延機のミル定数との比を演算し、該比に基づいて前記圧下系の自動板厚制御ゲインをオンラインで変更することを特微とする。この自動板厚制御方法によると、従来は圧延中は固定であった圧下系の自動板厚制御（ＡＧＣ）の制御ゲインが、常時、圧延中のサンプリングデータに応じて変更されて圧延速度の加減速に応じてオンラインで変更されるので、圧延速度の加減速時の板厚不良が改善され、板厚制御精度が大幅に向上する。

特開２００５−２５４３２２号公報（特許文献２）は、最終圧延スタンド出側における板厚偏差Δｈが、所望の範囲内になるように比例積分（ＰＩ）制御出力を用いてフィードバック制御する板厚制御方法において、高い応答性を発現してアンダーシュートの発生を防止し、かつ過応答によるオーバーシュートの発生を防止することのできる板厚制御方法を開示する。この板厚制御方法は、タンデムに設けられる複数の圧延スタンドで被圧延材を圧延するに際し、最終圧延スタンド出側で計測される板厚偏差Δｈに基づき比例積分制御を行うことによって、最終圧延スタンドよりも圧延方向上流側に設けられる圧延スタンドの圧延速度を制御し、板厚偏差Δｈを減少させるように被圧延材の板厚を制御する板厚制御方法において、比例積分制御に用いられる積分成分のゲイン値を、板厚偏差Δｈの大きさに応じて可変に設定して被圧延材の板厚を制御することを特徴とし、特に、板厚偏差Δｈの絶対値が大きいときの積分成分のゲイン値が、板厚偏差Δｈの絶対値が小さいときの積分成分のゲイン値よりも大きくなるように設定されることを特徴とする。この板厚制御方法によると、板厚偏差Δｈが大きい場合には、積分成分のゲイン値が大きいので、高い応答性、すなわち迅速な応答速度および大きい制御量が発現されてアンダーシュートの発生が防止され、板厚偏差Δｈが小さい場合には、積分成分のゲイン値が小さいので、応答速度および制御量がともに抑制されてオーバーシュートの発生が防止される。

特開平４−１３５００９号公報 特開２００５−２５４３２２号公報

通常、鋼板の圧延において複数のＡＧＣを併用することが実行されている。このように複数のＡＧＣを併用する場合、併用される各ＡＧＣが発揮する能力を適切に決定しなければ、圧延機全体としての安定した制御が困難となる。本願発明者らは、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣと絶対値ＡＧＣとを併用した場合に板厚の制御を安定させるためには、絶対値ＡＧＣにて実行されるＰＩ制御に関する比例ゲインおよび／または積分ゲインならびにＢＩＳＲＡ−ＡＧＣに関する比例ゲイン（チューニング率）を圧延中に変わる鋼板の特性に応じて適切に変更しなければならないことを、現場の実績を基に知見した。特に、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣと絶対値ＡＧＣとを併用した場合において、各ゲイン（絶対値ＡＧＣの比例ゲインおよび積分ゲイン、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣの比例ゲイン（チューニング率））を変更する際に、ＢＩＳＲＡのチューニング率の値を単に変更するだけでは、不適切な動作となる。

しかしながら、特許文献１には、圧延中は固定であった圧下系の自動板厚制御（ＡＧＣ）の制御ゲインをオンラインで変更することが開示されているのみであって、特許文献２には、比例積分制御に用いられる積分成分のゲイン値を、板厚偏差Δｈの大きさに応じて可変に設定することが開示されているのみである。ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣと絶対値ＡＧＣとを併用した場合において、このような技術を適用したところで、不適切な動作を回避することができないという問題点があった。特に、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣと絶対値ＡＧＣとを併用している場合に、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣのチューニング率を単純に変更すると、不自然なＢＩＳＲＡ出力を生じてしまい、板厚変動が増加してしまうという問題点がある。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、絶対値ＡＧＣにおけるＰＩ制御とＢＩＳＲＡ−ＡＧＣとを併用した板厚制御における、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣの比例ゲイン（チューニング率）を適切に変更する方法を提供するとともに、この方法を採用した板厚制御方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明に係る板厚制御方法は、圧延材を圧延する一対のワークロールを備えた圧延機において、前記ワークロール間のロールギャップ量を制御する板厚制御方法において、
ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣと、比例制御および／または積分制御を行う絶対値ＡＧＣ制御とを併用して前記圧延機のロールギャップ量を制御するに際し、圧延中に変わる鋼板の特性に応じて、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣのチューニング率を変更する場合に、再度荷重をロックオンして、前記ロックオンのタイミングで前記チューニング率を変更することを特徴とする。

好ましくは、前記チューニング率を変更する場合に、変更直前のＢＩＳＲＡ−ＡＧＣの出力値をホールドするように構成することができる。
さらに好ましくは、前記チューニング率を変更するタイミングは、圧延材の全長の割合で設定可能とされているように構成することができる。
さらに好ましくは、前記チューニング率を変更するタイミングは、圧延材の噛み込み時刻からの経過時間により設定することが可能であるように構成することができる。

本発明によれば、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣと比例制御および／または積分制御を行う絶対値ＡＧＣ制御とを併用した板厚制御において、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣの比例ゲイン（チューニング率）を適切に変更する方法を提供するとともに、この方法を採用した板厚制御方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係る板厚制御方法が適用される圧延装置の構成を示す概略図である。 図１の圧延装置に備えられている圧延機（粗圧延機または仕上げ圧延機）の構成を示す概略図である。 図２の圧延機を制御する板厚制御装置の構成を示したブロック図である。 ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣと絶対値ＡＧＣ制御とを併用した場合の各出力波形を示す図である。 制御ゲインの変更例であって（Ａ）はステップ変化を示す図であって、（Ｂ）はランプ変化を示す図であって、（Ｃ）は再ロックオン方式による変化を示す図である。 ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣと絶対値ＡＧＣ制御とを併用した場合にＢＩＳＲＡチューニング率を再ロックオン方式で変化させたときの各出力波形を示す図である。 ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣと絶対値ＡＧＣ制御とを併用した場合にＢＩＳＲＡチューニング率をステップ変化させたときの各出力波形を示す図である。 ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣと絶対値ＡＧＣ制御とを併用した場合にＢＩＳＲＡチューニング率をランプ変化させたときの各出力波形を示す図である。

以下、図面を基に、本発明にかかる圧延機の板厚制御方法を説明する。
図１を参照して、厚鋼板等の圧延材を圧延する圧延装置１は、その上流側に圧延材２を加熱する加熱炉３を有し、加熱炉３の下流側には、圧延材２の粗圧延を行う粗圧延機４が備えられている。粗圧延機４の下流側には、仕上げ圧延を行う仕上げ圧延機５が備えられている。加熱炉３で加熱されたスラブは、粗圧延機４や仕上げ圧延機５で複数回（複数パス）圧延されて、製品の厚鋼板となる。

図２には、圧延装置１に備えられている仕上げ圧延機５（以下、圧延機５という）が示されている。圧延機５は、圧延材２を圧延する一対のワークロール６，６とそれをバックアップする一対のバックアップロール７，７とを有している。
さらに、圧延機５には、ワークロール６，６の間隙長（以下、ロールギャップ量Ｓと呼ぶ）を調整する油圧駆動の圧下装置が備えられている。圧下装置は、たとえば油圧シリンダ８と、油圧シリンダ８を制御してワークロール６の圧下位置を調整する油圧圧下位置制御部９とを有している。

ワークロール６の両端を支持するロールチョック１０には、圧延機５のフレーム１１に支持された油圧シリンダ８の基端が接続され、この油圧シリンダ８を支持するフレーム１１には圧延荷重を計測するロードセル１２が設けられている。
また、ロールチョック１０と圧延機５のフレーム１１の間には、油圧シリンダ８に沿ってフレーム１１からロールチョック１０までの距離を測定するリニアゲージ１３が設けられており、このリニアゲージ１３で測定した距離から、ロールギャップ量Ｓまたはロールギャップ量の変化量ΔＳが得られる。

さらに、圧延機５の出側には、圧延材２の出側板厚（出側エッジ厚）を計測するための板厚計１４が設けられている。板厚計１４としては、γ線板厚計などを採用することができる。
圧延機５には、ロードセル１２が計測した圧延荷重とリニアゲージ１３が計測したロールギャップ量と板厚計１４が計測した出側板厚（または後述するように推定された出側板厚）とを受けて、圧延材２の出側板厚が所定のものとなるように油圧圧下位置制御部９を制御する板厚制御部１５ａが設けられている。この板厚制御部１５ａはプロコンやＰＬＣから構成されており、内部には、後述するＡＧＣ制御系やベンダ制御系などがプログラムの形で組み込まれている。

図３に示される如く、本実施形態における板厚制御部１５ａは、ＡＧＣ制御系として、比例制御と積分制御を組み合わせたＰＩ制御を採用する絶対値ＡＧＣと、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣとを実行し、油圧圧下位置制御部９を制御している。
厚板圧延のようなプレートミルの場合には、絶対値ＡＧＣは、圧延機５の弾性を考慮した上で、圧延機５の出側板厚を求めるものであって、たとえば、圧延荷重とロールギャップ量とを基にミル定数などを用いて出側板厚を推定し、その推定された出側板厚に基づいて設定された目標板厚へ近づけようと圧延機５のフィードバック制御を行うものである。

また、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣは、圧延機５の弾性を考慮した上で、圧延機５のミル伸び量
を求めるものであって、たとえば、圧延荷重を基にミル定数などを用いてミル伸び量を推定し、ある基準点からのミル伸び量の変化量に基づいて圧延機５のフィードバック制御を行うものである。
このように、本実施形態による板厚制御部１５ａは、絶対値ＡＧＣのＰＩ制御とＢＩＳＲＡ−ＡＧＣとを併用している。ところが、ＰＩ制御とＢＩＳＲＡ−ＡＧＣとを併用する場合に制御安定性を確保するには、上述した問題点が存在する。この問題点を説明するにあたり、まず、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣと絶対値ＡＧＣとを併用した場合の圧延機５の動作（各出力波形）を図４を参照して説明する。

図４に示すように、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣと絶対値ＡＧＣとを併用した場合において（図４（Ｅ）に示すように制御ゲインは変更していない）、図４（Ａ）に示すように入側板厚が一定である場合に、圧延機５に圧延材が噛み込んだ直後等においては、図４（Ｂ）に示すように（１）出側板厚に偏差（出側板厚が目標板厚よりも厚い）が生じる。そうすると、図４（Ｄ）に示すように（２）ＡＢＳ出力が低下されてロールギャップが締められる。このようにロールギャップが締められることにより、図４（Ｃ）に示すように（３）荷重が増加して、さらに、図４（Ｄ）に示すようにＢＩＳＲＡ出力も低下されてロールギャップが締められ、図４（Ｃ）に示すように（３）荷重がさらに増加して、図４（Ｂ）に示すように（５）出側板厚の偏差が減少して目標板厚に収束する。このときに、図４（Ｄ）に示すように（６）ＡＢＳ出力およびＢＩＳＲＡ出力がともに収束して、ＡＢＳ出力およびＢＩＳＲＡ出力が平衡状態となる。

ここで、留意すべきは、図４（Ｄ）に示すように、ＡＢＳ出力およびＢＩＳＲＡ出力が平衡状態におけるＢＩＳＲＡ出力は０ではない。このため、収束した状態（平衡状態）でＢＩＳＲＡチューニング率を変更すると、ＢＩＳＲＡ出力が突如変動して、ＡＢＳ出力との平衡状態が崩れて不自然なＢＩＳＲＡ出力を生じてしまい、板厚変動が増加してしまうという問題点がある。

このような問題点が存在するＢＩＳＲＡ−ＡＧＣと絶対値ＡＧＣとを併用した場合において、本実施形態に係る板厚制御方法は、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣのチューニング率を変更する場合に、再度荷重をロックオンして、そのタイミングでチューニング率を変更することを特徴とする。
この特徴の作用効果を説明するために、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣのチューニング率をロックオン方式により変化させる制御と、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣのチューニング率をステップ状に変化させる制御およびＢＩＳＲＡ−ＡＧＣのチューニング率をランプ状に変化させる制御とを比較する。このため、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣのチューニング率の可変方法としてのステップ変化、ランプ変化、再ロックオン方式による変化について、まず説明する。

図５（Ａ）に示すように、ステップ変化は、可変タイミング時にステップ状にゲイン値を次の値に変更する。絶対値ＡＧＣの比例ゲインをこのようにステップ状に変更すると、ＡＢＳ出力が急激に変化するため、急激な板厚変動を発生させてしまい好ましくない。絶対値ＡＧＣの積分ゲイン（積分時間）をこのようにステップ状に変更すると、ＡＢＳ出力が急激に変化しないで、適切に変更することができる。

図５（Ｂ）に示すように、ランプ変化は、前のゲイン値から次のゲイン値へ変更する際、ある可変時間（パラメータ）を設け、補間（線形補間等）することによりゲインを変更する。すなわち、設定パラメータが追加されることになる。絶対値ＡＧＣの比例ゲインをこのようにランプ状に変更すると、可変時間を適切に設定することにより急激な板厚変動を発生させないので好ましい。絶対値ＡＧＣの積分ゲイン（積分時間）をこのようにランプ状に変更すると、ゲイン変化に時間がかかり応答性が低下して好ましくない。

このように、絶対値ＡＧＣの比例ゲインは図５（Ｂ）に示すランプ変化が好ましく、絶対値ＡＧＣの積分ゲイン（積分時間）は図５（Ａ）に示すステップ変化が好ましい。
図５（Ｃ）に示すように、再ロックオン方式は、可変タイミング時に再度荷重ロックオンし、そのタイミングでＢＩＳＲＡ−ＡＧＣのチューニング率も変更する。ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣのチューニング率を、ステップ状またはランプ状に変更すると不自然なＢＩＳＲＡ出力を生じて板厚変動が増加するので好ましくないが、再ロックオン方式を用いて変更す
ると適切にゲインを変更することが可能となる。なお、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣのチューニング率を変更する際には、図４を用いて説明した問題があるので、直前のＢＩＳＲＡ出力値をホールドすることが必要となる。そうしないと、ＢＩＳＲＡ出力が一旦リセットされて０になってしまい、ＡＢＳ出力との平衡状態が崩れて不自然なＢＩＳＲＡ出力を生じてしまい、板厚変動が増加してしまう。

本実施形態に係る板厚制御方法は、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣのチューニング率を変更する場合に、図５（Ｃ）に示すロックオン方式を用いている。
図６にＢＩＳＲＡ−ＡＧＣのチューニング率をロックオン方式で変更させた場合の各出力の変化を、図７にＢＩＳＲＡ−ＡＧＣのチューニング率をステップ状に変更させた場合の各出力の変化を、図８にＢＩＳＲＡ−ＡＧＣのチューニング率をランプ状に変化させた場合の各出力の変化を、それぞれ示す。なお、図６〜図８の説明において、図４の説明と同じ説明については繰り返さない。

図６を参照して、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣのチューニング率をロックオン方式で変更した場合には、図６（Ｂ）に示すように、出側板厚に発生した偏差は速やかになくなり、チューニング率変更時にも不適切な挙動を示すことなく、出側板厚は目標板厚に速やかに収束している。
一方、図７を参照して、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣのチューニング率をステップ状に変更した場合には、図７（Ｄ）に示すように、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣのチューニング率をステップ状に変更することにより、ＢＩＳＲＡ出力が不適切な挙動を示す。このＢＩＳＲＡ出力の不適切な挙動を修正しようと、図７（Ｄ）に示すように、ＡＢＳ出力が逆方向へ変更される。この場合には、ＢＩＳＲＡ出力はロールギャップを締める方向であって、ＡＢＳ出力はロールギャップを開ける方向である。このため、図７（Ｂ）に示すように、出側板厚は目標板厚に一旦収束した後に、好ましくない偏差が発生してしまう。

また、図８を参照して、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣのチューニング率をランプ状に変更した場合には、図８（Ｄ）に示すように、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣのチューニング率をランプ状に変更することにより、（ステップ状に変更させたときと同様に）ＢＩＳＲＡ出力が不適切な挙動を示す。このＢＩＳＲＡ出力の不適切な挙動を修正しようと、図８（Ｄ）に示すように、ＡＢＳ出力が逆方向へ変更される。この場合にも、ＢＩＳＲＡ出力はロールギャップを締める方向であって、ＡＢＳ出力はロールギャップを開ける方向である。このため、図８（Ｂ）に示すように、出側板厚は目標板厚に一旦収束した後に、好ましくない偏差が発生してしまう。

なお、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣのチューニング率を変更するタイミングは、マスフロー計算による圧延材の全長の割合で設定するとよい。例えば、圧延材の噛み込みからの経過長さにより設定したりすることが好適である。また、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣのチューニング率を変更するタイミングは、圧延材の噛み込み時刻からの経過時間により設定してもよい。
以上のようにして、本実施形態に係る板厚制御方法を適用した圧延装置によると、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣのチューニング率を変更する場合に、再度荷重をロックオンして、そのタイミングでチューニング率を変更するようにした。このため、安定したＢＩＳＲＡ出力を実現でき、出側板厚に偏差を発生させるという問題点を解消することができる。

なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、たとえば、運転条件や操業条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

１ 圧延装置
２ 圧延材
３ 加熱炉
４ 粗圧延機
５ 仕上げ圧延機
６ ワークロール
７ バックアップロール
８ 油圧シリンダ
９ 油圧圧下位置制御部
１０ ロールチョック
１１ フレーム
１２ ロードセル
１３ リニアゲージ
１４ 板厚計
１５ａ，１５ｂ 板厚制御部

Claims (4)

1. 圧延材を圧延する一対のワークロールを備えた圧延機において、前記ワークロール間のロールギャップ量を制御する板厚制御方法において、
   ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣと、比例制御および／または積分制御を行う絶対値ＡＧＣ制御とを併用して前記圧延機のロールギャップ量を制御するに際し、
   圧延中に変わる鋼板の特性に応じて、ＢＩＳＲＡ−ＡＧＣのチューニング率を変更する場合に、再度荷重をロックオンして、前記ロックオンのタイミングで前記チューニング率を変更することを特徴とする圧延機の板厚制御方法。
2. 前記チューニング率を変更する場合に、変更直前のＢＩＳＲＡ−ＡＧＣの出力値をホールドすることを特徴とする、請求項１に記載の圧延機の板厚制御方法。
3. 前記チューニング率を変更するタイミングは、圧延材の全長の割合で設定可能とされていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の圧延機の板厚制御方法。
4. 前記チューニング率を変更するタイミングは、圧延材の噛み込み時刻からの経過時間により設定可能とされていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の圧延機の板厚制御方法。