JP6380650B2 - 圧延材の板厚制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、圧延材の板厚制御装置に関する。

特許文献１は、圧延材の板厚制御装置を開示する。当該板厚制御装置は、入側板厚計の実測値と入側の基準値との第１偏差を算出する。当該板厚制御装置は、出側板厚計の実測値と出側の基準値との第２偏差を算出する。当該板厚制御装置は、第１偏差と第２偏差とに基づいてフィードフォワードＡＧＣのゲインを調整する。

日本特開２００３−１７０２１０号公報

しかしながら、特許文献１に記載のものにおいては、圧延材は、圧延機から出側板厚計に到達するまでに時間がかかる。その結果、フィードフォワードＡＧＣのゲインの調整が遅れる。このため、圧延機の出側における圧延材の厚さの精度を高めることができない。

この発明は、上述の課題を解決するためになされた。この発明の目的は、圧延機の出側における圧延材の厚さの精度を高めることができる圧延材の板厚制御装置を提供することである。

この発明に係る圧延材の板厚制御装置は、圧延機の入側における圧延材の厚さの実測値と基準値との第１偏差に基づいて前記圧延機におけるロールギャップの第１変化量を設定する第１設定部と、前記圧延機の入側における圧延材の厚さの実測値と速度の実測値と前記圧延機の出側における圧延材の速度の実測値とにより算出される前記圧延機の出側における圧延材の厚さの推定値と基準値との第２偏差に基づいて前記圧延機におけるロールギャップの第２変化量を設定する第２設定部と、前記第１設定部により設定された第１変化量と前記第２設定部により設定された第２変化量とに基づいて前記圧延機におけるロールギャップの操作量を設定する第３設定部と、前記第１偏差と前記第２偏差との正負の符号が同じ場合は前記第１設定部のゲインを大きくし、前記第１偏差と前記第２偏差との正負の符号が異なる場合は前記第１設定部のゲインを小さくする調整部と、を備えた。
この発明に係る圧延材の板厚制御装置は、圧延機の入側における圧延材の厚さの実測値と基準値との第１偏差に基づいて前記圧延機におけるロールギャップの第１変化量を設定する第１設定部と、前記圧延機の入側における圧延材の厚さの実測値と速度の実測値と前記圧延機の出側における圧延材の速度の実測値とにより算出される前記圧延機の出側における圧延材の厚さの推定値と基準値との第２偏差に基づいて前記圧延機におけるロールギャップの第２変化量を設定する第２設定部と、前記第１設定部により設定された第１変化量と前記第２設定部により設定された第２変化量とに基づいて前記圧延機におけるロールギャップの操作量を設定する第３設定部と、前記第１偏差と前記第２偏差との積の絶対値が予め設定された閾値よりも小さい場合は、前記第１設定部のゲインを調整せず、前記第１偏差と前記第２偏差との積の絶対値が予め設定された閾値以上の場合は、前記第１設定部のゲインを調整する調整部と、を備えた。

この発明によれば、第１設定部のゲインは、圧延機の入側における第１偏差と圧延機の出側における第２偏差との比較結果に基づいて調整される。このため、圧延機の出側における圧延材の厚さの精度を高めることができる。

この発明の実施の形態１における圧延材の板厚制御装置が適用された圧延システムである。 この発明の実施の形態１における圧延材の板厚制御装置のブロック図である。 この発明の実施の形態１における圧延材の板厚制御装置のハードウェア構成図である。 この発明の実施の形態１における圧延材の板厚制御装置の第１設定部のブロック線図である。 この発明の実施の形態１における圧延材の板厚制御装置の第２設定部のブロック線図である。 この発明の実施の形態１における圧延材の板厚制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。 この発明の実施の形態１における圧延材の板厚制御装置による制御のシミュレーション結果を示す図である。 この発明の実施の形態１における圧延材の板厚制御装置の調整部により第１設定部のゲインを調整しない場合のシミュレーション結果を示す拡大図である。 この発明の実施の形態１における圧延材の板厚制御装置の調整部により第１設定部のゲインを調整する場合のシミュレーション結果を示す拡大図である。

この発明を実施するための形態について添付の図面に従って説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号が付される。当該部分の重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における圧延材の板厚制御装置が適用された圧延システムである。

図１において、圧延機１は、上ワークロール２と下ワークロール３と駆動装置４と圧下装置５とを備える。

上ワークロール２と下ワークロール３とは、鉛直方向に並ぶ。例えば、駆動装置４は、モータとドライブ装置とからなる。駆動装置４の出力部は、上ワークロール２の入力部と下ワークロール３の入力部とに接続される。圧下装置５は、上ワークロール２の上方に設けられる。

入側板速度計６は、圧延機１の入側に設けられる。入側板厚計７は、圧延機１と入側板速度計６との間に設けられる。出側板速度計８は、圧延機１の出側に設けられる。

板厚制御装置９は、ＰＬＣ等からなる。板厚制御装置９の第１入力部は、入側板速度計６の出力部に接続される。板厚制御装置９の第２入力部は、入側板厚計７の出力部に接続される。板厚制御装置９の第３入力部は、出側板速度計８の出力部に接続される。板厚制御装置９の第１出力部は、駆動装置４の入力部に接続される。板厚制御装置９の第２出力部は、圧下装置５の入力部に接続される。

圧延システムにおいて、上ワークロール２と下ワークロール３とは、圧延材１０を挟み込む。入側板速度計６は、圧延機１の入側においてレーザ等を用いて圧延材１０の送り速度を実測する。入側板厚計７は、圧延機１の入側においてＸ線、γ線等を用いて圧延材１０の厚さを実測する。出側板速度計８は、圧延機１の出側においてレーザ等を用いて圧延材１０の送り速度を実測する。

板厚制御装置９は、入側板速度計６と入側板厚計７と出側板速度計８との実測値に基づいて、駆動装置４と圧下装置５とを制御する。その結果、圧延機１の入側および出側において、圧延材１０にかかる張力が制御される。上ワークロール２と下ワークロール３との間の距離が制御される。

具体的には、入側板速度計６は、圧延材１０の送り速度の実測値ｖ_ｉｎ ^ｒｅｓ（ｍｍ／ｓ）を出力する。入側板厚計７は、圧延材１０の厚さの実測値Ｈ^ｒｅｓ（ｍｍ）を出力する。出側板速度計８は、圧延材１０の送り速度の実測値ｖ_ｏｕｔ ^ｒｅｓ（ｍｍ／ｓ）を出力する。

板厚制御装置９は、実測値ｖ_ｉｎ ^ｒｅｓと実測値Ｈ^ｒｅｓと実測値ｖ_ｏｕｔ ^ｒｅｓとに基づいて角速度の基準値ω_ｒｏｌｌ ^ｒｅｆ（ｒａｄ／ｓ）を算出する。駆動装置４は、基準値ω_ｒｏｌｌ ^ｒｅｆに基づいて上ワークロール２と下ワークロール３とを回転させる。

板厚制御装置９は、実測値Ｈ^ｒｅｓを用いて圧延機１におけるロールギャップの第１変化量の基準値ΔＳ_ＦＦ ^ｒｅｆ（ｍｍ）を設定する。板厚制御装置９は、データシフトレジスタによって入側板厚計７から圧下点までトラッキングする。この際、板厚制御装置９は、実測値Ｈ^ｒｅｓと実測値ｖ_ｉｎ ^ｒｅｓと実測値ｖ_ｏｕｔ ^ｒｅｓと用いて圧延機１におけるロールギャップの第２変化量の基準値ΔＳ_ＭＦ ^ｒｅｆ（ｍｍ）を設定する。

圧下装置５は、基準値ΔＳ_ＦＦ ^ｒｅｆと基準値ΔＳ_ＭＦ ^ｒｅｆとの合計値に基づいて上ワークロール２と下ワークロール３との間の距離を変化させる。

次に、図２を用いて、板厚制御装置９の一例を説明する。
図２はこの発明の実施の形態１における圧延材の板厚制御装置のブロック図である。

図２に示すように、板厚制御装置９は、第１設定部９ａと第２設定部９ｂと第３設定部９ｃと調整部９ｄとを備える。

第１設定部９ａは、圧延機１の入側における圧延材１０の厚さの実測値Ｈ^ｒｅｓと基準値Ｈ_ｎ（ｍｍ）との第１偏差ΔＨ（ｍｍ）に基づいて圧延機１におけるロールギャップの第１変化量の基準値ΔＳ_ＦＦ ^ｒｅｆを設定する。第２設定部９ｂは、圧延機１の入側における圧延材１０の厚さの実測値Ｈ^ｒｅｓと速度の実測値ｖ_ｉｎ ^ｒｅｓと圧延機１の出側における速度の実測値ｖ_ｏｕｔ ^ｒｅｓとにより圧延材１０の出側における圧延材１０の厚さの推定値ｈ^ｒｅｓ（ｍｍ）を算出する。第２設定部９ｂは、推定値ｈ^ｒｅｓと基準値ｈ_ｎ（ｍｍ）との第２偏差Δｈ（ｍｍ）に基づいて圧延機１におけるロールギャップの第２変化量の基準値ΔＳ_ＭＦ ^ｒｅｆを設定する。第３設定部９ｃは、第１設定部９ａにより設定された第１変化量の基準値ΔＳ_ＦＦ ^ｒｅｆと第２設定部９ｂにより設定された第２変化量の基準値ΔＳ_ＭＦ ^ｒｅｆとに基づいて圧延機１におけるロールギャップの操作量を設定する。調整部９ｄは、圧延機１の入側における第１偏差と圧延機１の出側における第２偏差との比較結果に基づいて第１設定部９ａのゲインを自動的かつ逐次的に調整する。

次に、図３を用いて、板厚制御装置９のハードウェア構成の一例を説明する。
図３はこの発明の実施の形態１における圧延材の板厚制御装置のハードウェア構成図である。

図３に示すように、板厚制御装置９は、処理回路１１を備える。処理回路１１は、プロセッサ１１ａとメモリ１１ｂとを備える。図２の板厚制御装置９の各部の動作は、少なくとも一つのプロセッサ１１ａが少なくとも一つのメモリ１１ｂに記憶されたプログラムを実行することにより実現される。

次に、図４を用いて、第１設定部９ａに基づいた制御を説明する。
図４はこの発明の実施の形態１における圧延材の板厚制御装置の第１設定部のブロック線図である。

図４に示すように、第１設定部９ａは、フィードフォワードＡＧＣ制御器１２ａを備える。フィードフォワードＡＧＣ制御器１２ａの伝達関数Ｃ_ＦＦは、Ｋ_Ｐ＿ＦＦに設定される。フィードフォワードＡＧＣ制御器１２ａの出力部は、油圧圧下位置制御系１３の入力部に接続される。油圧圧下位置制御系１３は、圧下装置５のサーボ弁と油圧配管系とを含む。油圧圧下位置制御系１３の伝達関数は、Ｇｐで表される。油圧圧下位置制御系１３の出力部は、第１変換ブロック１４の入力部に接続される。第１変換ブロック１４の出力部は、第２変換ブロック１５の入力部に接続される。

圧延機１の入側において、圧延材１０の厚さの第１偏差ΔＨは、次の（１）式で表される。

第１偏差ΔＨは、フィードフォワードＡＧＣ制御器１２ａに入力される。フィードフォワードＡＧＣ制御器１２ａは、ロールギャップの第１変化量の基準値ΔＳ_ＦＦ ^ｒｅｆを算出する。基準値ΔＳ_ＦＦ ^ｒｅｆは、上ワークロール２と下ワークロール３とが間が狭くなる方向が負となるように算出される。

油圧圧下位置制御系１３は、基準値ΔＳ_ＦＦ ^ｒｅｆに基づいて上ワークロール２と下ワークロール３との間の距離を変化させる。

第１変換ブロック１４は、上ワークロール２と下ワークロール３との間の距離の変化量ΔＳ_ＦＦ（ｍｍ）を圧延荷重の変化量ΔＰ_ＦＦ（ｋＮ）に変換する。圧延荷重の変化量ΔＰ_ＦＦは、次の（２）式で表される。

（２）式において、Ｍは圧延荷重によるミル伸びを表すミル定数（ｋＮ／ｍｍ）である。Ｑは圧延荷重による厚み変化を表す塑性係数（ｋＮ／ｍｍ）である。

第２変換ブロック１５は、圧延荷重の変化量ΔＰ_ＦＦをミル伸びの変化量ΔＰ_ＦＦ／Ｍに変換する。

圧延機１の出側において、圧延材１０の厚さの変化量Δｈ_ＦＦ（ｍｍ）は、次の（３）式で表される。

次に、図５を用いて、第２設定部９ｂに基づいた制御を説明する。
図５はこの発明の実施の形態１における圧延材の板厚制御装置の第２設定部のブロック線図である。

図５に示すように、第２設定部９ｂは、推定器１２ｂとマスフローＡＧＣ制御器１２ｃとを備える。推定器１２ｂの出力部は、マスフローＡＧＣ制御器１２ｃの入力部に接続される。マスフローＡＧＣ制御器１２ｃの伝達係数Ｃ_ＭＦは、Ｋ_Ｐ＿ＭＦ＋Ｋ_Ｉ＿ＭＦ／ｓに設定される。ただし、ｓはラプラス演算子である。マスフローＡＧＣ制御器１２ｃの出力部は、油圧圧下位置制御系１３の入力部に接続される。油圧圧下位置制御系１３は、圧下装置５のサーボ弁と油圧配管系とを含む。油圧圧下位置制御系１３の伝達関数は、Ｇｐで表される。油圧圧下位置制御系１３の出力部は、第１変換ブロック１４の入力部に接続される。第１変換ブロック１４の出力部は、第２変換ブロック１５の入力部に接続される。

推定器１２ｂは、マスフロー一定側により圧延機１の出側における圧延材１０の厚さの推定値ｈ^ｒｅｓを算出する。具体的には、推定値ｈ^ｒｅｓは、次の（４）式で表される。

圧延機１の出側において、圧延材１０の厚さの第２偏差Δｈは、次の（５）式で表される。

第２偏差Δｈは、マスフローＡＧＣ制御器１２ｃに入力される。マスフローＡＧＣ制御器１２ｃは、ロールギャップの第２変化量の基準値ΔＳ_ＭＦ ^ｒｅｆを算出する。基準値ΔＳ_ＭＦ ^ｒｅｆは、上ワークロール２と下ワークロール３とが間が狭くなる方向が負となるように算出される。

油圧圧下位置制御系１３は、基準値ΔＳ_ＭＦ ^ｒｅｆに基づいて上ワークロール２と下ワークロール３との間の距離を変化させる。

第１変換ブロック１４は、上ワークロール２と下ワークロール３との間の距離の変化量ΔＳ_ＭＦ（ｍｍ）を圧延荷重の変化量ΔＰ_ＭＦ（ｋＮ）に変換する。圧延荷重の変化量ΔＰ_ＭＦは、次の（６）式で表される。

（６）式において、Ｍは圧延荷重によるミル伸びを表すミル定数（ｋＮ／ｍｍ）である。Ｑは圧延荷重による厚み変化を表す塑性係数（ｋＮ／ｍｍ）である。

第２変換ブロック１５は、圧延荷重の変化量ΔＰ_ＭＦをミル伸びの変化量ΔＰ_ＭＦ／Ｍに変換する。

圧延機１の出側において、圧延材１０の板厚の変化量Δｈ_ＭＦ（ｍｍ）は、次の（７）式で表される。

次に、図６を用いて、調整部９ｄの動作を説明する。
図６はこの発明の実施の形態１における圧延材の板厚制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。

ステップＳ１では、調整部９ｄは、第１偏差ΔＨと第２偏差Δｈとの積が０か否かを判定する。

ステップＳ１で第１偏差ΔＨと第２偏差Δｈとの積が０の場合は、ステップＳ２に進む。ステップＳ２では、第１設定部９ａのゲインの調整量ΔＫｐを０とする。その後、動作が終了する。

ステップＳ１で第１偏差ΔＨと第２偏差Δｈとの積が０でない場合は、ステップＳ３に進む。ステップＳ３では、調整部９ｄは、第１偏差ΔＨと第２偏差Δｈとの正負の符号が同じか否かを判定する。具体的には、調整部９ｄは、第１偏差ΔＨと第２偏差Δｈとの積が０よりも大きいか否かを判定する。

ステップＳ３で第１偏差ΔＨと第２偏差Δｈとの正負の符号が同じ場合、第１偏差ΔＨと第２偏差Δｈとの積は０よりも大きくなる。この場合は、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、調整部９ｄは、第１設定部９ａのゲインの調整量ΔＫｐを０よりも大きい値とする。その後、動作が終了する。

ステップＳ３で第１偏差ΔＨと第２偏差Δｈとの正負の符号が異なる場合、第１偏差ΔＨと第２偏差Δｈとの積は０より小さくなる。この場合は、ステップＳ５に進む。ステップＳ５では、調整部９ｄは、第１設定部９ａのゲインの調整量ΔＫｐを０よりも小さい値とする。その後、動作が終了する。

次に、図７を用いて、板厚制御装置９による制御のシミュレーション結果を説明する。
図７はこの発明の実施の形態１における圧延材の板厚制御装置による制御のシミュレーション結果を示す図である。

図７の最上段の図は、ライン速度を示す図である。ライン速度は、上ワークロール２と下ワークロール３との周速度である。図７の上から２段目の図は、圧延機１の入側および出側において圧延材１０にかかる張力を示す図である。図７の上から３段目の図は、圧延機１の入側および出側における圧延材１０の厚さを示す図である。図７の最下段の図は、圧延荷重を示す図である。

図７の最上段の図において、ライン速度の目標値は、１００（ｍｐｍ）である。図７の上から２段目の図において、圧延機１の入側および出側で圧延材１０にかかる張力の目標値は、１００（ＭＰａ）である。図７の上から３段目の図において、圧延機１の入側における圧延材１０の厚さの実測値Ｈ^ｒｅｓの平均値は、２．６９（ｍｍ）である。圧延機１の出側における圧延材１０の厚さの目標値（基準値）ｈ_ｎは、２．２２８（ｍｍ）である。この際、圧延機１の圧下率は、１７．２％である。

圧延機１の入側において、圧延材１０の厚さの実測値Ｈ^ｒｅｓは変動する。例えば、当該変動は、ｓｉｎ波に対応する。当該変動の振幅は、０．００１５（ｍｍ）である。時刻Ｔが２（ｓ）となるまでには、ストール張力が圧延材１０にかかる。当該ストール張力は、目標値の４０％に設定される。その後、ライン速度を上げることにより、圧延材１０の圧延が開始される。

時刻Ｔが３．７（ｓ）になると、ライン速度が目標値に達する。この際、板厚制御装置９は、圧延材１０の厚さの制御を開始する。当該制御により、圧延機１の出側における圧延材１０の厚さの実測値ｈ^ｒｅｓは、変動を繰り返す。

実測値ｈ^ｒｅｓが目標値ｈ_ｎとなる回数が予め設定された回数に到達した時点において、板厚制御装置９は、図６のフローに沿って第１設定部９ａのゲインを調整する。例えば、実測値ｈ^ｒｅｓが目標値ｈ_ｎとなる回数が６回となった時点において、板厚制御装置９は、図６のフローに沿って第１設定部９ａのゲインを調整する。

次に、図８と図９とを用いて、板厚制御装置９による制御の有効性を説明する。
図８はこの発明の実施の形態１における圧延材の板厚制御装置の調整部により第１設定部のゲインを調整しない場合のシミュレーション結果を示す拡大図である。図９はこの発明の実施の形態１における圧延材の板厚制御装置の調整部により第１設定部のゲインを調整する場合のシミュレーション結果を示す拡大図である。

図８においては、圧延機１の出側における圧延材１０の厚さの実測値ｈ^ｒｅｓは、目標値ｈ_ｎを基準として変動を繰り返す。当該変動は収束しない。

図９においては、時刻Ｔが４．２（ｓ）になると、調整部９ｄが第１設定部９ａのゲインの調整を開始する。圧延機１の出側における圧延材１０の厚さの実測値ｈ^ｒｅｓは、目標値ｈ_ｎを基準として変動を繰り返す。当該変動は収束する。

以上で説明した実施の形態１によれば、第１設定部９ａのゲインは、圧延機１の入側における第１偏差ΔＨと圧延機１の出側における第２偏差Δｈとの比較結果に基づいてサンプリング毎に調整される。その結果、第１設定部９ａのゲインが最適化される。このため、圧延機１の出側における圧延材１０の厚さの精度を高めることができる。

また、調整部９ｄは、第１偏差ΔＨと第２偏差Δｈとの正負の符号が同じ場合は第１設定部９ａのゲインを大きくし、第１偏差ΔＨと第２偏差Δｈとの正負の符号が異なる場合は第１設定部９ａのゲインを小さくする。このため、圧延機１の出側における圧延材１０の厚さの精度を簡単な制御で高めることができる。

なお、第１偏差ΔＨと第２偏差Δｈとの積の絶対値が予め設定された閾値よりも小さい場合は、調整部９ｄによる第１設定部９ａのゲインの調整を行わなくてもよい。この場合、マスフロー一定側による推定値ｈ^ｒｅｓの誤差の影響を取り除くことができる。入側板速度計６と入側板厚計７と出側板速度計８との計測ノイズの影響を取り除くことができる。

以上のように、この発明に係る圧延材の板厚制御装置は、圧延機の出側における圧延材の厚さの精度を高めるシステムに利用できる。

１ 圧延機、 ２ 上ワークロール、 ３ 下ワークロール、 ４ 駆動装置、 ５ 圧下装置、 ６ 入側板速度計、 ７ 入側板厚計、 ８ 出側板速度計、 ９ 板厚制御装置、 ９ａ 第１設定部、 ９ｂ 第２設定部、 ９ｃ 第３設定部、 ９ｄ 調整部、 １０ 圧延材、 １１ 処理回路、 １１ａ プロセッサ、 １１ｂ メモリ、 １２ａ フィードフォワードＡＧＣ制御器、 １２ｂ 推定器、 １２ｃ マスフローＡＧＣ制御器、 １３ 油圧圧下位置制御系、 １４ 第１変換ブロック、 １５ 第２変換ブロック

Claims (2)

1. 圧延機の入側における圧延材の厚さの実測値と基準値との第１偏差に基づいて前記圧延機におけるロールギャップの第１変化量を設定する第１設定部と、
   前記圧延機の入側における圧延材の厚さの実測値と速度の実測値と前記圧延機の出側における圧延材の速度の実測値とにより算出される前記圧延機の出側における圧延材の厚さの推定値と基準値との第２偏差に基づいて前記圧延機におけるロールギャップの第２変化量を設定する第２設定部と、
   前記第１設定部により設定された第１変化量と前記第２設定部により設定された第２変化量とに基づいて前記圧延機におけるロールギャップの操作量を設定する第３設定部と、
   前記第１偏差と前記第２偏差との正負の符号が同じ場合は前記第１設定部のゲインを大きくし、前記第１偏差と前記第２偏差との正負の符号が異なる場合は前記第１設定部のゲインを小さくする調整部と、
   を備えた圧延材の板厚制御装置。
2. 圧延機の入側における圧延材の厚さの実測値と基準値との第１偏差に基づいて前記圧延機におけるロールギャップの第１変化量を設定する第１設定部と、
   前記圧延機の入側における圧延材の厚さの実測値と速度の実測値と前記圧延機の出側における圧延材の速度の実測値とにより算出される前記圧延機の出側における圧延材の厚さの推定値と基準値との第２偏差に基づいて前記圧延機におけるロールギャップの第２変化量を設定する第２設定部と、
   前記第１設定部により設定された第１変化量と前記第２設定部により設定された第２変化量とに基づいて前記圧延機におけるロールギャップの操作量を設定する第３設定部と、
   前記第１偏差と前記第２偏差との積の絶対値が予め設定された閾値よりも小さい場合は、前記第１設定部のゲインを調整せず、前記第１偏差と前記第２偏差との積の絶対値が予め設定された閾値以上の場合は、前記第１設定部のゲインを調整する調整部と、
   を備えた圧延材の板厚制御装置。

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