JPH10128437A - ブライドルロールのロードバランス制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ブライドルロールが有する各ロールと材料間
の摩擦余裕をバランスさせることにより、ロールと材料
の間で発生するスリップを防止する。 【解決手段】 ３つのロール１０、１２、１４からなる
ブライドルロールＡの各ロールに対する負荷を制御する
際、入側と出側のそれぞれの張力Ｔ1 、Ｔ2 から、ブラ
イドルロール全体とストリップ（材料）Ｓとの間でスリ
ップが発生する限界となる限界摩擦係数を演算し、その
限界摩擦係数からブライドルロールを構成する各ロール
へのロールバランス比を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼板等のストリッ
プのプロセスラインにおけるラインドライブ装置を制御
して行うブライドルロールのロードバランス制御方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のブライドルロールのロード（負
荷）バランス制御に関する技術としては、例えば特開平
２−２９８２２３に、２本以上のロールを有するブライ
ドルロールの各ロールの負荷分担制御を、ブライドルロ
ールの入側と出側のストリップ設定張力差に応じ、その
張力差が小さい場合には所定の張力分担比で行い、張力
差が大きい場合にはブライドルロールの各ロールのモー
タパワー比で行うものが開示されている。

【０００３】又、特開平３−１８９０１４には、設定張
力に基づき、各ブライドルロール相互間での処理材料の
中間張力を演算し、その演算結果に応じて各ブライドル
ロール相互間の負荷バランスを一定に保つように、ブラ
イドルロールの駆動状態を制御するものが開示されてい
る。

【０００４】更に、特開平４−３４４８１７には、マス
タロールの負荷電流が減少し、且つ速度が上昇したとき
に、マスタロールがスリップしたと判断し、ロードバラ
ンス制御回路に対し、当該ロール速度補正信号をある一
定時間そのまま保持する信号を与え、同時マスタロール
に対し速度を減少させてスリップを止め、ロードバラン
ス制御回路の誤動作を防ぐ技術が開示されている。

【０００５】上記のような複数のロールを有するブライ
ドルロールにおける従来のロードバランス制御では、一
般に、ブライドルロールを構成する個々のロールを駆動
する各電動機について、定格電流に対する負荷電流の割
合が各ロール間で一定となるように、即ち各ロールを駆
動する電動機の負荷余裕が一定となるように制御されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の制御方法では、各ロールの電動機のパワーを最
も有効に利用できるというメリットがある反面、ストリ
ップ（材料）とロール表面とのスリップに対しては、各
ロールと材料間の摩擦余裕がバランスしていないため、
スリップが発生し易いという問題があった。

【０００７】なお、ここで、摩擦余裕とは、ブライドル
ロール前後（入側、出側）の張力比から決定される、ブ
ライドルロール全体と材料がスリップしないようにする
ために最低限必要な摩擦係数（以下、限界摩擦係数とい
う）と、ロールと材料間の最大静止摩擦係数との差を表
わす。

【０００８】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、ブライドルロールが有する各ロール
と材料間の摩擦余裕をバランスさせることにより、ロー
ルと材料との間でスリップが生じることを確実に防止す
ることができるブライドルロールのロードバランス制御
方法を提供することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数のロール
からなるブライドルロールの各ロールに対する負荷を制
御するブライドルロールのロードバランス制御方法にお
いて、前記ブライドルロールの入側と出側それぞれのス
トリップ張力値に基づいて、該ブライドルロール全体と
前記ストリップとの間でスリップが発生する限界となる
限界摩擦係数を演算し、該限界摩擦係数から前記ブライ
ドルロールを構成する各ロールに対するロードバランス
比を決定し、該ロードバランス比に基づいて前記各ロー
ルに対する負荷を制御することにより、前記課題を解決
したものである。

【００１０】即ち、本発明においては、ブライドルロー
ルを構成する各ロールに対して分担させる負荷を決定す
るに当り、ブライドルロール前後の張力比からブライド
ルロール全体とストリップ（材料）とのスリップの限界
となる限界摩擦係数を算出し、該限界摩擦係数に基づい
て各ロールのロードバランス比を決定するようにしたの
で、後に詳述するように、各ロールにおける摩擦余裕を
バランスさせると共に、ロールとストリップの間のスリ
ップを確実に防止することができ、安定なロードバラン
ス制御を達成することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について詳細に説明する。

【００１２】図１は、本発明に係る一実施形態のロード
バランス制御方法に適用されるブライドルロールを構成
する３つのロールの関係を示し、図２は、上記ブライド
ルロールの駆動制御に適用されるロードバランス制御装
置の概略構成を示すブロック図である。

【００１３】本実施形態で用いられる上記ブライドルロ
ールＡは、符号Ｓで示すストリップを、矢印方向に連続
的に搬送するもので、入側から順に第１、第２、第３の
３つのロール１０、１２、１４を有している。

【００１４】又、上記制御装置は、図２では配置が逆に
なっているが、上記第１、第２、第３の各ロール１０、
１２、１４をそれぞれ独立に駆動するための第１、第
２、第３の各モータＭ1 、Ｍ2 、Ｍ3 を備えており、こ
れら各モータＭ1 、Ｍ2 、Ｍ3は、それぞれ第１、第
２、第３の各自動電流調節器（ＡＣＲ：Ａutomatic Ｃ
urrent Ｒegulator）１６、１８、２０により界磁電流
が調節され、それぞれの回転駆動力が制御されるように
なっている。

【００１５】又、上記制御装置は、後述する原理に基づ
いて、各ロール１０、１２、１４に対するロードバラン
ス比を演算する負荷分担演算器２２を備えている。又、
この制御装置は、第２ロール１２を基準として、第１、
第３ロール１０、１４の負荷を制御するようになってお
り、図示しないＡＳＲ（自動速度制御器）から第１〜第
３ロールに対するトータルの電流指令Ｉ_REF が決定され
ると、その電流を第１〜第３ロールにどんな比で流すか
を上記負荷分担演算器２２で演算し、その比になるよう
に第１、第３ロールの界磁電流を制御するようになって
いる。そのため、上記演算器２２では、図示したように
第１モータＭ1 に分担させる負荷に相当するＭ1 主回路
界磁電流指令：Ｉ1 _REF と、第３モータＭ3 に分担させ
る負荷に相当するＭ3 主回路界磁電流指令：Ｉ3 _REF を
それぞれ演算する。

【００１６】そして、上記負荷分担演算器２２で演算さ
れたＩ1 _REF は減算器２４に入力され、ここで第１モー
タ用のＭ1 主回路フィードバック電流：Ｉ1 _FBとの偏差
が算出され、それが比例積分（ＰＩ）制御器２６に入力
され、該偏差に応じた第１モータ制御用の補正電流が算
出される。その後、上記偏差に応じた補正電流が、加算
器２８で第１モータ用のＭ1 界磁電流指令：Ｉf1_REF に
加算され、その加算値が前記第１自動電流調節器１６に
出力されて、第１モータＭ1 が駆動制御されるようにな
っている。

【００１７】一方、上記負荷分担演算器２２で演算され
たＩ3 _REF は、減算器３０に入力され、ここで第３モー
タ用のＭ3 主回路フィードバック電流：Ｉ3 _FBとの偏差
が算出されると、それが比例積分（ＰＩ）制御器３２へ
入力され、該偏差に応じた第３モータ制御用の補正電流
が算出される。その後、上記偏差に応じた補正電流が、
加算器３４で第３モータ用のＭ3 界磁電流指令：Ｉf3
_REF に加算され、その加算値が前記第３自動電流調節器
２０に出力されて、第３モータＭ3 が駆動制御されるよ
うになっている。

【００１８】本実施形態においては、前記負荷分担演算
器２２において、前記ブライドルロールＡの入側と出側
それぞれにおけるストリップ張力値に基づいて、該ブラ
イドルロール全体と前記ストリップとの間でスリップが
発生する限界となる限界摩擦係数を演算し、該限界摩擦
係数から前記ブライドルロールを構成する各ロールに対
するロードバランス比を決定し、該ロードバランス比に
基づいて各モータを制御するための演算を行う。

【００１９】まず、制御演算の原理を説明する。前記図
１に示した第１〜第３の３本のロール１０、１２、１４
からなるブライドルロールＡによりストリップＳを搬送
している場合、該ブライドルロールＡの入側及び出側の
張力がそれぞれＴ1 及びＴ2で、両者の摩擦係数がμ、
巻付角がθであったとする。

【００２０】例えば、日本機械学会出版の機械工学便覧
（改６）の３頁−３９頁に説明されているように、オイ
ラーの公式より、次の（１）式の関係が成立つならばス
リップは発生しない。

【００２１】 ｅｘｐ｛μ（θ1 ＋θ2 ＋θ3 ）｝＞Ｔ2 ／Ｔ1 …（１）

【００２２】この（１）式は、１本のロールについて、
ｅｘｐ（μθ）＞Ｔ2 ／Ｔ1 （Ｔ2＞Ｔ1 とする）の関
係が成立つ時にはスリップは発生しないとする、上記オ
イラーの公式を、図１に示した３つのロールに適用する
ことにより導出できる。即ち、第１〜第３の各ロールに
ついてオイラーの公式から以下の（２）〜（４）式が得
られる。但し、図１に併記したように、Ｔ12は、第１ロ
ール〜第２ロール間の張力を、Ｔ23は第２ロール〜第３
ロール間の張力を表わす。又、θ1 、θ2 、θ3 は、第
１、第２、第３の各ロール１０、１２、１４におけるス
トリップＳの巻付角である。

【００２３】 ｅｘｐ（μθ1 ）＞Ｔ12／Ｔ1 …（２） ｅｘｐ（μθ2 ）＞Ｔ23／Ｔ12 …（３） ｅｘｐ（μθ3 ）＞Ｔ2 ／Ｔ23 …（４）

【００２４】これら（２）〜（４）式では、左辺、右辺
とも正の数であるため、これら各式の積について次の
（５）式の関係が成立つ。即ち、この（５）式より、前
記（１）式が求まる。

【００２５】 ｅｘｐ（μθ1 ）・ｅｘｐ（μθ2 ）・ｅｘｐ（μθ3 ） ＞（Ｔ12／Ｔ1 ）・（Ｔ23／Ｔ12）・（Ｔ2 ／Ｔ23） …（５）

【００２６】又、ここでは、次の（６）式の関係が成立
つμをμ′として限界摩擦係数と定義する。

【００２７】 ｅｘｐ｛μ′（θ1 ＋θ2 ＋θ3 ）｝＝Ｔ2 ／Ｔ1 …（６）

【００２８】この式で、上記限界摩擦係数μ′は前記ス
トリップＳとブライドルロールＡの全体、即ち、第１、
第２、第３ロール１０、１２、１４との間でスリップが
発生する限界となる摩擦係数である。

【００２９】この場合、第１〜第３ロールについて以下
の（７）〜（９）式の関係それぞれが成立つようにロー
ル間の負荷負担を決定する。

【００３０】第１ロール ｅｘｐ（μ′θ1 ）＝Ｔ12／Ｔ1 …（７） 第２ロール ｅｘｐ（μ′θ2 ）＝Ｔ23／Ｔ12 …（８） 第３ロール ｅｘｐ（μ′θ3 ）＝Ｔ2 ／Ｔ23 …（９）

【００３１】又、ここでロールとストリップとの最大静
止摩擦係数をμ″とすると、各ロールについて以下の
（１０）〜（１２）式の関係が成立する場合がスリップ
限界である。

【００３２】第１ロール ｅｘｐ（μ″θ1 ）＝Ｔ12／Ｔ1 …（１０） 第２ロール ｅｘｐ（μ″θ2 ）＝Ｔ23／Ｔ12 …（１１） 第３ロール ｅｘｐ（μ″θ3 ）＝Ｔ2 ／Ｔ23 …（１２）

【００３３】従って、第１〜第３の各ロールにおける摩
擦余裕は、いずれも（μ″−μ′）となり、各ロールの
摩擦余裕をバランスさせることが可能となる。

【００３４】一方、前述した（６）式で与えられる前記
限界摩擦係数μ′の値から、第１、第２、第３の各ロー
ルに分担させるべきトルクτ1 、τ2 、τ3 の比を、次
の（１３）式で算出できる。

【００３５】 τ1 ：τ2 ：τ3 ＝ｅｘｐ（μ′θ1 ）−１ ：ｅｘｐ（μ′θ1 ）｛ｅｘｐ（μ′θ2 ）−１｝ ：ｅｘｐ（μ′θ1 ）ｅｘｐ（μ′θ2 ）｛ｅｘｐ（μ′θ3 ）−１｝ …（１３）

【００３６】上記第１、第２、第３の各ロール１０、１
２、１４におけるストリップＳの巻付角θ1 、θ2 、θ
3 は固定値であるから、図示しない張力計により実測さ
れる入側、出側の張力値から求まる前後張力比Ｔ2 ／Ｔ
1 が分れば、これにより上記限界摩擦係数μ′を決定す
ることが可能となり、その結果上記（１３）式により第
１、第２、第３の各ロール１０、１２、１４に対するロ
ードバランス比τ1 ：τ2 ：τ3 も決定することができ
る。

【００３７】ここに、上記（１３）式の導出方法につい
て説明する。前述した如く、第１〜第３の各ロールのト
ルクを設定するのだから前記（７）〜（９）式からそれ
ぞれ次の（１４）〜（１６）式を求める。

【００３８】 Ｔ12＝Ｔ1 ｅｘｐ（μ′θ1 ） …（１４） Ｔ23＝Ｔ12ｅｘｐ（μ′θ2 ） …（１５） Ｔ2 ＝Ｔ23ｅｘｐ（μ′θ3 ） …（１６）

【００３９】ここで、各ロールを駆動するモータの発生
すべきトルクは、次の（１７）〜（１９）式で与えられ
るため、前記（１３）式が得られる。

【００４０】 τ1 ＝Ｔ12−Ｔ1 ＝Ｔ1 ｛ｅｘｐ（μ′θ1 ）−１｝ …（１７） τ2 ＝Ｔ23−Ｔ12＝Ｔ12｛ｅｘｐ（μ′θ2 ）−１｝ ＝Ｔ1 ｅｘｐ（μ′θ1 ）｛ｅｘｐ（μ′θ2 ）−１｝ …（１８） τ3 ＝Ｔ2 −Ｔ23＝Ｔ23｛ｅｘｐ（μ′θ3 ）−１｝ ＝Ｔ12ｅｘｐ（μ′θ2 ）｛ｅｘｐ（μ′θ3 ）−１｝ ＝Ｔ1 ｅｘｐ（μ′θ1 ）ｅｘｐ（μ′θ2 ） ×｛ｅｘｐ（μ′θ3 ）−１｝ …（１９）

【００４１】従って、前記負荷分担演算器２２では、上
記（１３）式で求められる第１、第２、第３の各ロール
１０、１２、１４に対するロードバランス比を用いて、
この比に応じた負荷をこれらロール１０、１２、１４に
分担させるように、該演算器２２から各モータＭ1 、Ｍ
2 、Ｍ3 へ出力する制御信号に反映させる。

【００４２】即ち、第１〜第３の各ロールに対するトー
タルの電流は、前述した如く、速度制御の点から電流指
令Ｉ_REF と決定される。そして、ロール間のロードをバ
ランスさせるために、Ｉ_REF を第１〜第３の各ロールを
駆動する各モータに、前記（１３）式の比から、以下の
（１９）〜（２１）式で設定する。

【００４３】 Ｉ1 _REF ＝Ｉ_REF ×｛τ1 ／（τ1 ＋τ2 ＋τ3 ）｝ ＝Ｉ_REF ×｛ｅｘｐ（μ′θ1 ）−１｝ ÷［ｅｘｐ｛μ′（θ1 ＋θ2 ＋θ3 ）｝−１］…（２０） Ｉ2 _REF ＝Ｉ_REF ×｛τ2 ／（τ1 ＋τ2 ＋τ3 ）｝ ＝Ｉ_REF ×ｅｘｐ（μ′θ1 ）｛ｅｘｐ（μ′θ2 ）−１｝ ÷［ｅｘｐ｛μ′（θ1 ＋θ2 ＋θ3 ）｝−１］…（２１） Ｉ3 _REF ＝Ｉ_REF ×｛τ3 ／（τ1 ＋τ2 ＋τ3 ）｝ ＝Ｉ_REF ×ｅｘｐ（μ′θ1 ）ｅｘｐ（μ′θ2 ） ×｛ｅｘｐ（μ′θ3 ）−１｝ ÷［ｅｘｐ｛μ′（θ1 ＋θ2 ＋θ3 ）｝−１］…（２２）

【００４４】以上詳述した本実施形態によれば、前記負
荷分担演算器２２において前記ロードバランス比を算出
し、該比を反映させた指令に基づき各ロールを駆動する
モータＭ１、Ｍ2 、Ｍ3 の界磁電流を制御するようにし
たので、ブライドルロールＡが有する各ロール１０、１
２、１４における摩擦余裕をバランスさせることができ
ると共に、これら各ロールに対してストリップＳとの間
でスリップが生じることのない適切なロードバランスの
制御が可能となる。

【００４５】図３は、従来の制御方法と本発明方法とを
同一のケースに適用したときの実験データを示し、縦軸
はロールと材料の速度差、横軸がブライドルロール前後
の張力比である。なお、この図３に結果を破線で示した
従来方法は、各ロールに対するロードバランス比を考慮
しない以外は、本発明方法と実質的に同一である。

【００４６】この図３より、ブライドルロール前後の張
力比Ｔ′（＝Ｔ2 ／Ｔ1 ）を大きくしていくと、本発明
方法の方がよりスリップに対して安定であることがわか
る。

【００４７】以上、本発明について具体的に説明した
が、本発明は、前記実施形態に示したものに限られるも
のでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能で
ある。

【００４８】例えば、ブライドルロールが３つのロール
からなる場合を示したが、これに限定されない。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
ブライドルロールが有する各ロールと材料間の摩擦余裕
をバランスさせることにより、ロールと材料間の間でス
リップが生じることを確実に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施形態に適用されるブライドルロールと張
力等の関係を示す説明図

【図２】上記実施形態に適用されるロードバランス制御
装置の概略構成を示すブロック図

【図３】本発明の効果を示す線図

【符号の説明】

Ａ…ブライドルロール １０…第１ロール １２…第２ロール １４…第３ロール １６…第１自動電流調節器 １８…第２自動電流調節器 ２０…第３自動電流調節器 ２２…負荷分担演算器 ２４、３０…減算器 ２６、３２…比例積分制御器 ２８、３４…加算器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数のロールからなるブライドルロールの
   各ロールに対する負荷を制御するブライドルロールのロ
   ードバランス制御方法において、 前記ブライドルロールの入側と出側それぞれのストリッ
   プ張力値に基づいて、該ブライドルロール全体と前記ス
   トリップとの間でスリップが発生する限界となる限界摩
   擦係数を演算し、 該限界摩擦係数から前記ブライドルロールを構成する各
   ロールに対するロードバランス比を決定し、 該ロードバランス比に基づいて前記各ロールに対する負
   荷を制御することを特徴とするブライドルロールのロー
   ドバランス制御方法。