JPH0970617A

JPH0970617A - 巻戻機の張力制御方式

Info

Publication number: JPH0970617A
Application number: JP23035295A
Authority: JP
Inventors: Keisoku Nakao; 恵則中尾; Naoaki Iwamoto; 直明岩本
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-09-07
Filing date: 1995-09-07
Publication date: 1997-03-18

Abstract

(57)【要約】【課題】機械的損耗のような経時的変化や一時的変動
にもかかわれず巻戻しコイルに常に一定の張力を付与で
きる巻戻機の張力制御方式を提供する。【解決手段】巻戻機→ブライドルロール→処理設備の装
置において、ブライドルロールを駆動する電動機の負荷
を検出し、該負荷が予め設定した負荷となるように、エ
ア比例減圧弁を用いて該巻戻機の回転シリンダの回転数
を制御し、巻戻しコイルの張力制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼帯などのコイル
の巻戻機においてコイルに張力を加えつつ巻戻すように
した巻戻機の張力制御方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、鋼帯などの表面処理や連続焼
鈍処理などのラインでは入側にコイル巻戻機を設備して
おり、巻戻されるコイルの張力を一定に制御しつつ巻戻
すことは処理鋼帯の品質を安定させるうえで重要な工程
である。

【０００３】このような巻戻機におけるコイルの張力一
定制御にはこれまでにも多くの方式が提案されている
が、ここでは、代表例として巻戻機の張力制御に関する
従来方式の例を３つ説明する。

【０００４】第１例は、巻戻機の駆動用電動機（ＡＣモ
ータまたはＤＣモータ）とドライブ装置を使用し、電動
機トルクによって張力制御する方式である。第２例は、
ＡＣモータとエアブレーキを用いエア圧力を比例減圧弁
等を介して変更しブレーキ力によって張力制御する方式
である。

【０００５】これらの第１例および第２例の方式では、
巻戻しコイルの径を複数の検出器を用いて演算により算
出したのち必要な操作量 (電動機トルクやエアブレーキ
圧力) を決定したり、特開昭51^-94451 号公報に記載さ
れたように機械的機構でコイル径を検出し、操作量を決
定する方式が採用され、いづれもコイル径検出を必要と
していた。

【０００６】ここに、エア圧力によって巻戻コイルの駆
動機構ににブレーキを掛けて巻戻しコイルの張力を調整
する機構について説明すれば次の通りである。例えば、
上記公報に開示されている方式によれば、図５に示すよ
うに、回転シリンダにより拡縮するドラム２に挿入され
たコイル１は、スプロケット54,56 を連結するチェーン
55を介してACモータ60によって回転駆動される。符号5
2、53、58、59はベアリングを示す。ブレーキをかける
場合には、電磁ブレーキ61を利かせるが、そのときには
エアブレーキ９には所定の張力になるようにコイル外径
に見合うエア圧力が掛けられる。このエア圧力の調整
は、コイル外径に応じて行われる。このようにして圧力
を調整されたエアが、回転継手62を介して接続されたエ
アホース63からシャフト57内に供給され、次いでエアブ
レーキエレメント９に入ってブレーキ力がコントロール
されるというのである。

【０００７】しかし、この方法はコイル径の変化分は考
慮されているが、ブライドルロールなどの後方設備およ
び鋼帯の影響は考慮されていない。現実には、後方に引
かれて張力が発生する原理によるもので、その張力バラ
ンスを考慮する必要がある。ロールスリップ、過負荷に
よるトリップを生じ安定操業を害することになる。

【０００８】ところで、前述の第１例の方式では、巻戻
機が張力を付与し制御するが電動機およびドライブ装置
などの駆動用電機設備を要し、高価となる欠点があっ
た。また、第２例の方式では、第１例の方式に比較して
簡易で、安価な構成であるが、この方式によれば、巻戻
機の後方に設置された巻戻しコイルを巻戻し方向へ搬送
するブライドルロールの駆動力とブライドルロール出側
の張力との合計張力とにつりあう張力が巻戻しコイルに
発生する機構を利用したものであるので、以下の問題が
生じる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】すなわち、巻戻機にお
ける張力調整機構をブレーキ方式とすれば、エアー圧力
とブレーキ力は必ずしも安定的な一定の関係になく、す
なわちブレーキ力は、ブレーキホィール面の摩擦係数の
経時変化やホィール面の速度による変化が影響しブレー
キ力の変化となって現れる。

【００１０】結果として、コイル径を検出しエア圧力を
決定する方式では、巻戻し張力は安定的な一定値とはな
らないだけでなく、ブライドルロールの駆動電動機の負
荷電流が変動し、過負荷トリップやロールスリップによ
る蛇行・絞り込み破断といった停機損失や品質低下が生
じていた。

【００１１】さらに、ロール出側張力が変化する場合に
は、ブライドルロールの前後張力のアンバランスが生
じ、結果として上記同様の過負荷トリップやロールスリ
ップによる問題が生じていた。

【００１２】ここに、本発明の目的は、ブライドルロー
ルのような鋼帯搬送機構を設けたときにも張力変動を最
少として安定した搬送が可能となる巻戻機の張力制御方
式を提供することである。

【００１３】本発明の別の目的は、機械的損耗のような
経時的変化や一時的変動にもかかわれず巻戻しコイルに
常に一定の張力を付与できる巻戻機の張力制御方式を提
供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、このよう
な問題点を解決しようとして検討した結果、ブライドル
ロールなどの鋼帯搬送機構の前方、後方の張力のバラン
スが所定範囲を越えたときに巻戻機における鋼帯張力を
変更することで調整することが有効であること、および
巻戻機における張力変更をエアブレーキによって行う場
合、ブレーキ力の変化による巻戻し張力変化はブライド
ルロールの駆動電動機の負荷電流の変化となって表われ
るので、これを検出して予め設定した負荷電流と一致す
るように巻戻機のエアブレーキ圧力を変更することによ
り張力を一定に保つことが可能であることを知り、本発
明を完成した。

【００１５】ここに、本発明は、巻戻機と該巻戻機の後
方に設置した鋼帯搬送機構とから成る装置において、該
鋼帯搬送機構の前方および後方の鋼帯張力が常に所定の
範囲内にバランスするように巻戻機において鋼帯張力を
調整することを特徴とする巻戻機の張力制御方式であ
る。

【００１６】また別の面からは、本発明は巻戻機からの
巻戻しコイルの張力制御を、エアブレーキとエア比例減
圧弁を用いて該巻戻機の回転シリンダの回転数を制御す
ることで行い得るように構成するとともに、巻戻しコイ
ルを巻戻し方向へ搬送するブライドルロールを前記巻戻
機の後方に設置し、該ブライドルロールを駆動する電動
機の負荷を検出し、該負荷が予め設定した負荷となるよ
うに、前記エア比例減圧弁を操作することで前記エアブ
レーキの圧力を変更して前記回転シリンダの回転数を制
御することを特徴とする巻戻機の張力制御方式である。

【００１７】このように、本発明によれば、鋼帯搬送機
構を構成するブライドルロールの入、出側の鋼帯張力は
バランスされ、また通常一定であるブライドルロール出
側張力が変化した場合にはブライドルロールの駆動電動
機の負荷電流の変化となって表れるため、巻戻機におい
て、例えばエア圧力を変更し、巻戻しコイル張力を修正
することで、結果としてブライドルロール前後張力のア
ンバランスを未然に防止し従来のような問題を防止でき
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の作用について図１に基づ
いて説明する。図中、コイル１は回転シリンダ３により
拡縮するドラム２に挿入されて拡大圧力によってドラム
２に保持されている。なお、図示例では、回転シリンダ
３の駆動機構は示していないが、慣用の適宜駆動機構を
設ければよい。巻戻しされた鋼帯４は電動機７で駆動さ
れるブライドルロール５、5 により、巻戻方向、つまり
図示例では図面向かって右手方向に搬送され、コイル１
とブライドルロール５との間に巻戻し張力Ｆ_Bが生じ、
後方の設備６( 例: 連続熱処理装置) とブライドルロー
ル５との間にはロール前方張力Ｆ_Fが生じ、ブライドル
ロール５の速度を一定としてコイル１が巻戻されてい
る。定常操業のときには巻戻し張力Ｆ_Bと前方張力Ｆ_F
とは所定の範囲内にバランスされている。

【００１９】一方、回転シリンダ３にはブレーキホイー
ル８とブレーキエレメント９が設けられている。制御部
10からエア圧力指令電圧25が送られると、比例減圧弁用
電流出力アンプ12からの出力電流によってエア元圧系30
のエアを制御している比例減圧弁13を作動させ、回転シ
リンダ３の回転数、つまりコイル１の巻戻し張力を制御
している。なお、図１は略式で示してあり、ブレーキホ
イール８とブレーキエレメント９の関係が模式化されて
いるが、この機構および動作は例えば前述の図５に関し
て説明したようにすでに周知であって、これ以上の説明
は省略する。電動機７は電動機電源装置( ドライブ装
置) によって駆動されており、制御部10にはこの電動機
７から検出された負荷のデータも送られている。

【００２０】ところで、ブライドルロール５の前方、後
方の各張力 (Ｆ_BとＦ_F) と電動機７の負荷トルクＴ_M
とには、定常時には次式の関係がある。 (Ｔ_M−Ｌ_R) ／ (Ｄ_R／２) ＝Ｆ_B−Ｆ_F＝ΔＦ・・・ (1) 但し、Ｌ_Rはブライドルロール５のメカロス負荷 (一
定) 、Ｄ_Rはブライドルロール５のロール直径 (一定)
、ΔＦはブライドルロール５の前後差張力を表わす。

【００２１】すなわち、ブライドルロール５の機械出口
(Ｔ_M−Ｌ_R) は、前後差張力ΔＦに比例する。また、
電動機７の負荷電流は、負荷トルクＴ_Mに比例する。し
たがって、負荷電流を検出すれば、その変動量からΔＦ
変動量を知ることができる。すなわち、

【００２２】

【数１】

【００２３】次に、図２を参照しながら、以上の挙動を
もう少し定量的に詳細に説明する。図２において、ブレ
ーキエア圧力Ｐ、ロール回転数Ｎとすると、ブレーキ力
は少なくとも簡易的にはＰとＮの関数としてｆ (Ｐ,
Ｎ) と表すことができる。但し、ｆ≧０、∂ｆ／∂Ｐ＞
０と仮定し、Ｐの増加関数とする。ここに、リールが速
度Ｎ_oで回転し、エア圧力Ｐ_o、コイル径Ｄ_oであると
き、前方張力Ｆ_Bは次式で表わせる。

【００２４】

【数２】

【００２５】次に、コイルが巻戻され、時間ｄｔ間にコ
イル径がΔＤだけ減少したとすると、Ｄ₀→Ｄ₀−ΔＤ
に減少し、前方張力Ｆ_BがΔＦ_B変化するとすれば、

【００２６】

【数３】

【００２７】すなわち、前方張力Ｆ_Bが増加する。さら
に(1) 、(2) 式によれば、後方張力Ｆ_Fを一定として

【００２８】

【数４】

【００２９】従って、電動機７の負荷トルクＴ_Mが増加
する。ここで、電動機７はブライドルロール５の速度一
定に制御されている (ライン速度一定) ものとすると、
電動機特性は負荷トルクと負荷電流は比例するから、こ
こでは負荷電流が増加する。

【００３０】Ｔ_M＝ＫφＩa ・・・ (6) Ｋ：比例定数、φ：電動機磁束、Ｉa : 電動機電流次に、エア圧力をΔＰだけ減少させると、∂ｆ／∂Ｐ＞
０よりブレーキ力ｆはΔｆだけ減少する。すなわち、 Δｆ＝ｆ (Ｐ₀,Ｎ₀)−ｆ (Ｐ₀−ΔＰ, Ｎ₀) ＝ｆ₀−ｆ・・・ (7) このときの前方張力Ｆ_B' は、

【００３１】

【数５】

【００３２】と表せる。ここで、時刻０における初期の
前方張力Ｆ_BにＦ_B' が一致するものとすると、

【００３３】

【数６】

【００３４】すなわち、コイル径変化分とブレーキ力特
性に応じてエア圧力をΔＰだけ減少し、ブレーキ力をΔ
ｆだけ減少させることにより、前方張力Ｆ_Bの変化を修
正し、一定とすることができる。

【００３５】以上の原理から、本発明によれば、前方張
力Ｆ_Bの変化を電動機７の負荷電流の変化として検出
し、負荷電流の変化を修正すべくエア圧力を制御するこ
とにより、前方張力Ｆ_Bの変化を修正し、一定とするの
である。

【００３６】すなわち、ブレーキエア圧力とブレーキ力
との一定の特性 (ブレーキ特性) が変化し、前方張力Ｆ
_Bに変化が生じると電動機７の負荷電流も変化する。従
って負荷電流を検出し、あらかじめ設定した設定値と比
較し一致するようにブレーキエア圧力を変更すればＦ_B
の変化を修正し、一定とすることができる。

【００３７】また、従来のようにコイル径検出機構を用
いなくても、コイル径変化によりＦ_Bに変化が生じるの
で同様にエア圧力を変更すればＦ_Bの変化を修正し、一
定とすることもできる。

【００３８】ここに、ブレーキ特性の変化やコイル径の
変化があっても、ブライドルロール５の負荷電流が一定
となるようにエア圧力を修正すれば、原理的に巻戻し張
力を一定にできるので安価で、精度ある巻戻し張力制御
を行うことができる。

【００３９】さらに、本発明の制御原理によれば、通常
一定である前方張力が変化し、前後差張力ΔＦが発生し
て、ブライドルロール５の前後張力のバランスが変化し
た場合でも、前述のように図５に関連させて説明した機
構によりブレーキ力を変更し、Ｆ_Bを変更して、前後張
力のアンバランスを修正することができるので、電動機
７の過負荷トリップやブライドルロール５と鋼帯４との
スリップが生じた場合の休止損失や製品疵や蛇行による
絞り込み破断を、いずれも未然に防止でき、品質低下、
休止損失などの多大な損失を回避できる効果を有してい
る。

【００４０】以上は、ブライドルロール５の速度を一定
として説明したが、加減速時にあってはブライドルロー
ル５の負荷電流から加減速負荷 (慣性負荷) 電流分を差
し引いた分を張力分電流ΔＦに相当するものとすればよ
いが、一時的な加減速中については本発明の操作量 (エ
ア圧力) を、一時的にホールド (保持) すれば、一時的
な巻戻し張力の変動は生じるが、上記慣性負荷を考慮す
る必要を省略でき、簡易に、かつ安価に制御することも
できる。

【００４１】なお、ライン速度を変更する場合、本発明
のブレーキ制御を行ったままにしておくと、加減速電流
を張力変動と見なしてしまい、ブレーキ制御出力を変動
させてしまい、逆に張力変動が大きくなってしまう。こ
のため、本発明にかかる制御方式をホールドにする。

【００４２】以上からも明らかなように、本発明の具体
的態様においては、コイル径や慣性負荷を考慮してもそ
の演算誤差や先に説明したブレーキ特性変化およびブラ
イドルロール５の出側張力変動の影響を全てブライドル
ロール５の電動機７の負荷電流の張力分電流ΔＦの挙動
として検出して、ブレーキ力を修正するものであり、原
理的に電動機７の挙動に注目するところに本発明の特徴
がある。したがって、従来から実施されてきたコイル径
を検出してブレーキ力を修正する方式で、張力一定とす
るには不充分な点だけでなく、さらに先に説明した問題
点をも解決しようとしてなされた発明で、産業上有効な
方式である。もちろん、本発明にあってコイル径検出に
よる張力制御を行ってもよいことは云うまでもない。次
に、本発明にかかる張力制御方式の制御部の詳細を図３
に示す。

【００４３】図中、制御部入力には、ブライドルロール
５を駆動する電動機７の負荷電流値22、張力設定値21、
加減速中条件信号23、および運転中条件信号24を入力す
る。運転中、定常速度時に張力設定値21に電流／張力換
算係数14を乗じ、メカロス電流値定数 (一定値) 16を差
し引き、負荷電流値22との差分を積分器11に入力する。
積分器11は、この差分を積分し、圧力／積分値換算係数
15を乗じたのちエア圧力指令電圧25としてエア比例減圧
弁用電流出力アンプ12に入力される。このアンプ12はエ
ア比例減圧弁13によりエア圧力を設定し、エアブレーキ
９を動作させる。

【００４４】また、加減速時は、加減速中条件信号23に
よって積分器11の出力をホールドし、エア圧力を保持す
る。このような機構は、一時的な加減速負荷電流を張力
分電流として制御が動作するのを防止する最も簡易な例
として掲げたのであって、その他適宜手段を採用するこ
とができることは当業者には自明である。

【００４５】さらに、停止時は、運転中条件信号24によ
って積分器11の出力を零リセットし、運転開始とともに
積分器11は零から積分を開始する。ここで、零スタート
は簡易な方法であって、他の方法として、初期コイル径
(コイル挿入時の径) に応じた圧力設定値を入力信号と
して採用してもよい。また、コイル巻戻しの途中 (全て
巻戻しが完了していない時) で、運転を停止したり再運
転する場合があれば、コイル有り条件信号を入力信号と
して採用し、積分器11をホールドしてもよい。

【００４６】

【実施例】次に、本発明の作用効果を実施例に基づいて
さらに具体的に説明する。本例では、図１、図３に示す
方式にしたがって本発明を実施した。従来例としては電
動機７の負荷電流の変動に基づくエア圧の制御は行なわ
なかった。

【００４７】運転中、定常時の動作について図４に示す
動作タイムチャートでもってさらに詳細に説明する。通
常、ブライドルロール５の前方張力は一定であり、巻戻
しと共にコイル径が減少したり、ブレーキ力が巻戻し速
度と共に増加する場合には、ブライドルロール５の後方
張力 (巻戻し張力) は増加し、ブライドルロール５の電
動機７は速度を一定に保つために負荷電流が増加しよう
とする。従来例、本発明例ともに、コイル径を検出 (ま
たは演算算出) して、コイル径の減少に応じたエアブレ
ーキ圧力減少を実施しているが、ブレーキ特性に変化が
生じた場合は、従来例では張力変動となって現れる。

【００４８】本発明を実施する場合には、そのように電
動機７に設定値を越えた負荷の増加がみられると、制御
部動作によりエア圧力を減少させ、ブレーキ力を減少さ
せるので、ブライドルロール５の後方張力 (巻戻し張
力) は増加するのが防止され、負荷電流は設定値に保た
れる。

【００４９】次に、ブライドルロール５の前方張力が、
後段設備６の何らかの要因で減少 (増加) した場合は、
ブライドルロール５の電動機７は速度を一定に保つため
に負荷電流が設定値を越えて増加 (減少または回生電流
が増加) しようとする。この時点で、ブライドルロール
５の前後張力のバランスが変化し、電動機７の過負荷ト
リップやブライドルロール５と鋼帯４とのスリップが発
生するのを助長する。

【００５０】本発明を実施した場合には、そのような電
動機７の負荷電流の設定値より増加または減少がみられ
ると制御部動作によりエア圧力を減少 (増加) させるの
で、ブライドルロール５の後方張力 (巻戻し張力) を減
少 (増加) でき、ブライドルロール５の前後張力のアン
バランスを防止でき、負荷電流は設定値に保たれる。

【００５１】ここで、巻戻し張力は設定張力より減少
(増加) するが、本発明の場合、張力一定制御よりもブ
ライドルロール５の前後張力のバランスを優先し、ライ
ン休止損失や蛇行による板破断の被害を防止すべく動作
する。なお、後方設備６によるブライドルロール５の前
方張力が一時的な変動を終え、定常状態に達した以後か
ら先に説明した巻戻し張力一定制御は動作する。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したごとく、本発明によれば、
従来方式ではできなかったが、ブレーキ特性の経時変化
が生じても、張力を一定に制御することが可能となる。
また、コイル径演算を省略することも可能である。さら
にブライドルロール５の出側張力変動によるブライドル
ロール５の前後張力のアンバランスを未然に防止でき
る。

【００５３】すなわち、本発明は、かかる巻戻機の巻戻
し張力制御に関し、その張力一定制御を精度よく安価に
なしうるだけでなく、後段に設置されたブライドルロー
ルの過負荷トリップや鋼帯のスリップを未然に防止する
ので、産業上有効な方式を提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる方式の実施例の説明図である。

【図２】エアブレーキ圧力Ｐとロール回転数との関係式
の説明図である。

【図３】図１の制御部の詳細構成図である。

【図４】動作タイムチャートである。

【図５】従来技術に見られる巻戻機の一例の詳細構成図
である。

【符号の説明】

１：コイル２：ドラム３：回転シリンダ４：鋼帯５：ブライドルロール６：後段設備７：駆動電動機８：ブレーキホィール９：ブレーキエレメント 10：制御部 11：積分器 12：比例減圧弁用電流
出力アンプ 13：比例減圧弁 25：エアー圧力指令電
圧 30：エアー元圧系 40：電動機電源装置
(ドライブ装置）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】巻戻機と該巻戻機の後方に設置した鋼帯
搬送機構とから成る装置において、該鋼帯搬送機構の前
方および後方の鋼帯張力が常に所定の範囲内にバランス
するように巻戻機において鋼帯張力を調整することを特
徴とする巻戻機の張力制御方式。
【請求項２】巻戻機からの巻戻しコイルの張力制御
を、エアブレーキとエア比例減圧弁を用いて該巻戻機の
回転シリンダの回転数を制御することで行い得るように
構成するとともに、巻戻しコイルを巻戻し方向へ搬送す
るブライドルロールを前記巻戻機の後方に設置し、該ブ
ライドルロールを駆動する電動機の負荷を検出し、該負
荷が予め設定した負荷となるように、前記エア比例減圧
弁を操作することで前記エアブレーキの圧力を変更して
前記回転シリンダの回転数を制御することを特徴とする
巻戻機の張力制御方式。