JPWO2008015747A1 - 圧延ロール用電動機の駆動装置 - Google Patents
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Abstract
材料噛み込み時に各々の電動機の出し得るトルクを最大限活用し、圧延能力の最大化と速度降下量を改善できる圧延ロール用電動機の駆動装置を得る。上電動機実速度と上電動機速度基準の偏差から上電動機トルク電流基準を得る上電動機速度制御器と、上電動機のトルクを制御する上電動機トルク電流リミッタ及び電流制御器と、下電動機実速度と下電動機速度基準の偏差から下電動機トルク電流基準を得る下電動機速度制御器と、下電動機のトルクを制御する下電動機トルク電流リミッタ及び電流制御器と、上下電動機速度制御器と上下電動機トルク電流リミッタとの間に設けられ、上下電動機トルク電流基準とトルク電流リミット値を比較し、上下どちらかのトルク電流基準がトルク電流リミット値を超えた場合、その超えた分はもう片方のトルク電流基準へ加算するトルク分配制御部とを備える。
Description
この発明は、上下圧延ロールを別々の電動機で駆動する圧延機において、材料噛み込み時に各々の電動機の出し得るトルクを最大限活用することにより圧延能力の最大化と速度降下量を改善できる機能を有する圧延ロール用電動機の駆動装置に関するものである。
従来の上下圧延ロールを各々上電動機及び下電動機で駆動するツインドライブ方式圧延機においては、各々独立した制御系を持つ上下電動機の負荷を均一化するために、電動機に供給する上下負荷電流値の差または負荷電流自乗値の差を比例積分制御（ＰＩ制御）し、速度制御ループ前段または電流制御ループ前段へフィードバックさせる負荷バランス制御を付加しているものが多かった（例えば、特許文献１参照）。
しかしながら、圧延時に噛み込み状態や圧延材形状等により上下負荷のアンバランス量が多くなると、従来の負荷バランス制御では制御しきれず、高負荷側のロールを駆動する電動機のトルク電流基準がリミット値に張り付く一方、軽負荷側のロールを駆動する電動機のトルク電流基準には多くの余裕が残される場合があり、圧延トルクが不足し、噛み込み時の速度降下量が大きくなるという課題がある。特に圧延材先端部を上反りさせ圧延材のテーブルロールへの突っかかりを防止する目的で材料噛み込み時に積極的に上下ロールに速度差を与える異周速制御を実施した場合、噛み込み時の高負荷とアンバランス量の増大とによりこの現象が顕著に現れる。
しかしながら、圧延時に噛み込み状態や圧延材形状等により上下負荷のアンバランス量が多くなると、従来の負荷バランス制御では制御しきれず、高負荷側のロールを駆動する電動機のトルク電流基準がリミット値に張り付く一方、軽負荷側のロールを駆動する電動機のトルク電流基準には多くの余裕が残される場合があり、圧延トルクが不足し、噛み込み時の速度降下量が大きくなるという課題がある。特に圧延材先端部を上反りさせ圧延材のテーブルロールへの突っかかりを防止する目的で材料噛み込み時に積極的に上下ロールに速度差を与える異周速制御を実施した場合、噛み込み時の高負荷とアンバランス量の増大とによりこの現象が顕著に現れる。
一般に、圧延スケジュールにおいて計算された予測トルクは上下電動機トルクの総和であり、従って上下電動機トルクのアンバランス量が多く、片方の電動機がトルクリミットに掛かった場合、所望の圧延トルクが得られず、圧延スケジュール自体に支障を来たす場合もある。特に熱間圧延ラインの粗圧延機や厚板圧延ラインの粗・仕上圧延機のような１パス当たりの圧延時間が比較的短い圧延機の場合は、材料噛み込み時の速度降下からの回復時間を短くすることが望まれるが、従来の負荷バランス制御では噛み込み時の過大な上下負荷アンバランスには対処しきれず、片方の電動機がトルクリミットに掛かった場合圧延トルク不足により速度降下量が大きくなってしまう。
従来の負荷バランス制御では、上下電動機の揃速性や長時間での熱的保護を重視しているためそのトルク補正の即応性には重点を置いておらず、上下負荷電流値の差または上下負荷電流自乗値の差をＰＩ制御することによってアンバランス補正量を得て、速度制御器前段または電流制御器前段までフィードバックし、速度制御器、電流制御器を経て電動機に電流が供給されるため時間遅れが多い。また、材料噛み込み時のアンバランス量が大きい場合は、負荷バランス制御自身が持つ積分項により、速度降下から回復後の通常圧延時にも噛み込み時のアンバランス補正量が残り、上下電動機トルクがバランスされないなどの課題があった。
従来の負荷バランス制御では、上下電動機の揃速性や長時間での熱的保護を重視しているためそのトルク補正の即応性には重点を置いておらず、上下負荷電流値の差または上下負荷電流自乗値の差をＰＩ制御することによってアンバランス補正量を得て、速度制御器前段または電流制御器前段までフィードバックし、速度制御器、電流制御器を経て電動機に電流が供給されるため時間遅れが多い。また、材料噛み込み時のアンバランス量が大きい場合は、負荷バランス制御自身が持つ積分項により、速度降下から回復後の通常圧延時にも噛み込み時のアンバランス補正量が残り、上下電動機トルクがバランスされないなどの課題があった。
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、材料噛み込み時の過大なロール負荷アンバランスと電動機のトルクリミットの制約に起因する圧延トルク不足を解決し、速度降下量を最小限に抑えると共に、速度降下から回復後の通常圧延時における上下負荷のアンバランスを早急、且つ安定的に補正する機能を有する圧延ロール用電動機の駆動装置を提供するものである。
この発明に係る圧延ロール用電動機の駆動装置は、上電動機実速度と上電動機速度基準の偏差を入力し、上電動機トルク電流基準を得る上電動機速度制御器と、上電動機実速度と上電動機速度基準の偏差が０になるように上電動機のトルクを制御する上電動機トルク電流リミッタ及び上電動機電流制御器と、下電動機実速度と下電動機速度基準の偏差を入力し、下電動機トルク電流基準を得る下電動機速度制御器と、下電動機実速度と下電動機速度基準の偏差が０になるように下電動機のトルクを制御する下電動機トルク電流リミッタ及び下電動機電流制御器と、上下電動機速度制御器と上下電動機トルク電流リミッタとの間に設けられ、上下電動機トルク電流基準とトルク電流リミット値とを比較し、上下どちらかのトルク電流基準がトルク電流リミット値を超えた場合、その超えた分はもう片方のトルク電流基準へ加算することにより、所望の圧延トルクを得て、材料噛み込み時の速度降下量を最小限に抑えるトルク分配制御部とを備えたものである。
この発明によれば、材料噛み込み時の過大なロール負荷アンバランスと電動機のトルクリミットの制約に起因する圧延トルク不足を解決し、速度降下量を最小限に抑えると共に、速度降下から回復後の通常圧延時における上下負荷のアンバランスを早急、且つ安定的に補正することができる。
１ 上電動機速度制御器
２ 上電動機トルク電流リミッタ
３ 上電動機電流制御器
４ 上電動機
５ 上電動機速度センサ
６ 下電動機速度制御器
７ 下電動機トルク電流リミッタ
８ 下電動機電流制御器
９ 下電動機
１０ 下電動機速度センサ
１１ 上ロール軸系
１２ 圧延材
１３ 下ロール軸系
１４ 負荷バランス演算部
１５ トルク分配制御部
１６ 負荷バランス演算リミッタ
１７ 負荷バランス演算レート
１８ 負荷バランス演算Ｐ制御
２ 上電動機トルク電流リミッタ
３ 上電動機電流制御器
４ 上電動機
５ 上電動機速度センサ
６ 下電動機速度制御器
７ 下電動機トルク電流リミッタ
８ 下電動機電流制御器
９ 下電動機
１０ 下電動機速度センサ
１１ 上ロール軸系
１２ 圧延材
１３ 下ロール軸系
１４ 負荷バランス演算部
１５ トルク分配制御部
１６ 負荷バランス演算リミッタ
１７ 負荷バランス演算レート
１８ 負荷バランス演算Ｐ制御
この発明をより詳細に説述するために、添付の図面に従ってこれを説明する。
図１はこの発明の圧延ロール用電動機の駆動装置を示す概略制御ブロック図、図２は負荷バランス演算部を示すブロック図である。図１において、上電動機制御系は、上電動機速度制御器１、上電動機トルク電流リミッタ２、及び上電動機電流制御器３から構成されている。４は上電動機、５は上電動機速度センサである。下電動機制御系は、下電動機速度制御器６、下電動機トルク電流リミッタ７、及び下電動機電流制御器８から構成されている。９は下電動機、１０は下電動機速度センサである。１１は上ロール軸系、１２は圧延材、１３は下ロール軸系である。上電動機４と下電動機９は速度制御器及び電流制御器から成る各々独立した制御系を持ち、それぞれの電動機から出力される圧延トルクは各々上ロール軸系１１及び下ロール軸系１３を介して圧延材１２へと伝達される。１４は上電動機速度制御器１及び下電動機速度制御器６と、上電動機トルク電流リミッタ２及び下上電動機トルク電流リミッタ７との間の前段部に設けられた負荷バランス演算部、１５は上電動機速度制御器１及び下電動機速度制御器６と、上電動機トルク電流リミッタ２及び下上電動機トルク電流リミッタ７との間の後段部に設けられたトルク分配制御部である。
負荷バランス演算部１４は、図２に示すように、負荷バランス演算リミッタ１６、負荷バランス演算レート１７、負荷バランス演算比例制御１８から構成されている。
負荷バランス演算部１４は、図２に示すように、負荷バランス演算リミッタ１６、負荷バランス演算レート１７、負荷バランス演算比例制御１８から構成されている。
次に、動作について説明する。上電動機速度センサ５により検出される上電動機実速度SP_F_Uを上電動機速度制御器１の前段までフィードバックし、上電動機速度基準SP_R_Uとの偏差を上電動機速度制御器１に入力することにより上電動機トルク電流基準T_Uを得る。さらに上電動機トルク電流リミッタ２、上電動機電流制御器３を経て上電動機４へ電力が供給される。これにより上電動機実速度SP_F_Uと上電動機速度基準SP_R_Uとの偏差が０になるように上電動機４のトルクを制御している。
同様に、下電動機速度センサ１０により検出される下電動機実速度SP_F_Lを下電動機速度制御器６の前段までフィードバックし、下電動機速度基準SP_R_Lとの偏差を下電動機速度制御器６に入力することにより下電動機トルク電流基準T_Lを得る。さらに下電動機トルク電流リミッタ７、下電動機電流制御器８を経て下電動機９へ電力が供給される。これにより下電動機実速度SP_F_Lと下電動機速度基準SP_R_Lとの偏差が０になるように下電動機９のトルクを制御している。
上電動機４及び下電動機９から供給される圧延トルクは各々上ロール軸系１１、下ロール軸系１３を介して圧延材１２に伝達される。逆に、圧延材１２からは上下ロール軸系１１、１３を介して各々上電動機４及び下電動機９へ負荷トルクとして伝達されるが、圧延材１２を噛み込んだ時の材料の状態や材形状等により上下各々のロールの負荷がアンバランスになると、上電動機実速度SP_F_Uと下電動機実速度SP_F_Lとのアンバランスとなって現れ、延いては上下のトルク電流がアンバランスとなる。また、圧延材先端部の反りを制御する目的で上電動機速度基準SP_R_Uと下電動機速度基準SP_R_Lとの間に速度差を設けた場合、材料噛み込み時の上下トルク電流にアンバランスを生じてしまう。
これらの様々な要因により上下トルク電流に過大なアンバランスが発生すると、片方の電動機のトルク電流基準がトルクリミットに張り付き、もう片方の電動機のトルク電流基準には多くの余裕が残されているにも拘らず圧延トルクが不足してしまい、速度降下量が増大してしまう。
そこで、上下電動機の出し得るトルクを最大限活用する為に、上記トルク分配制御部１５において、上下電動機トルク電流基準T_U、T_Lとトルク電流リミット値を比較し、上下どちらかのトルク電流基準がトルク電流リミット値を超えた場合、その超えた分はもう片方のトルク電流基準へ加算することにより、所望の圧延トルクを得て、速度降下量を最小限に抑えるようにしたものである。
同様に、下電動機速度センサ１０により検出される下電動機実速度SP_F_Lを下電動機速度制御器６の前段までフィードバックし、下電動機速度基準SP_R_Lとの偏差を下電動機速度制御器６に入力することにより下電動機トルク電流基準T_Lを得る。さらに下電動機トルク電流リミッタ７、下電動機電流制御器８を経て下電動機９へ電力が供給される。これにより下電動機実速度SP_F_Lと下電動機速度基準SP_R_Lとの偏差が０になるように下電動機９のトルクを制御している。
上電動機４及び下電動機９から供給される圧延トルクは各々上ロール軸系１１、下ロール軸系１３を介して圧延材１２に伝達される。逆に、圧延材１２からは上下ロール軸系１１、１３を介して各々上電動機４及び下電動機９へ負荷トルクとして伝達されるが、圧延材１２を噛み込んだ時の材料の状態や材形状等により上下各々のロールの負荷がアンバランスになると、上電動機実速度SP_F_Uと下電動機実速度SP_F_Lとのアンバランスとなって現れ、延いては上下のトルク電流がアンバランスとなる。また、圧延材先端部の反りを制御する目的で上電動機速度基準SP_R_Uと下電動機速度基準SP_R_Lとの間に速度差を設けた場合、材料噛み込み時の上下トルク電流にアンバランスを生じてしまう。
これらの様々な要因により上下トルク電流に過大なアンバランスが発生すると、片方の電動機のトルク電流基準がトルクリミットに張り付き、もう片方の電動機のトルク電流基準には多くの余裕が残されているにも拘らず圧延トルクが不足してしまい、速度降下量が増大してしまう。
そこで、上下電動機の出し得るトルクを最大限活用する為に、上記トルク分配制御部１５において、上下電動機トルク電流基準T_U、T_Lとトルク電流リミット値を比較し、上下どちらかのトルク電流基準がトルク電流リミット値を超えた場合、その超えた分はもう片方のトルク電流基準へ加算することにより、所望の圧延トルクを得て、速度降下量を最小限に抑えるようにしたものである。
また、負荷バランス演算部１４により、上下各々のトルク電流基準T_U及びT_Lを負荷バランス演算部１４へ入力し、アンバランス補正量を上トルク電流基準T_Uへ直接加算することにより、従来の負荷バランス制御より応答性の良いアンバランス補正を行う。図２に負荷バランス演算部１４の概略制御ブロック図を示す。上下のトルク電流基準T_U、T_Lの偏差に負荷バランス演算リミッタ１６及び負荷バランス演算レート１７を掛け、Ｐ制御（比例制御）１８を行い上電動機電流基準T_Uへ加算することにより補正を行っている。従来の負荷バランス制御のようにＰＩ制御を行うと、材料噛み込み時の負荷アンバランス量が大きい場合は、積分項により速度降下から回復後の通常圧延時にも噛み込み時のアンバランス補正量が残り、トルクがバランスされない場合があるため、Ｐ制御のみを使用している。尚、この例では下電動機をマスターとして上電動機へ補正量を加算することで制御を行っているが、補正量を上下のトルク電流基準へ２分の１ずつ振り分けても同様な効果が得られる。
この発明の圧延ロール用電動機の駆動装置は、上下圧延ロールを各々上電動機及び下電動機で駆動するツインドライブ方式圧延機において、上下負荷アンバランスと電動機トルクリミットによる制約に起因する圧延トルク不足を解消すると共に、上下電動機トルクを応答性良くバランスさせることができる。
Claims (2)
- 上下圧延ロールを各々上電動機及び下電動機で駆動するツインドライブ式圧延機において、
上電動機実速度と上電動機速度基準の偏差を入力し、上電動機トルク電流基準を得る上電動機速度制御器と、
前記上電動機実速度と上電動機速度基準の偏差が０になるように前記上電動機のトルクを制御する上電動機トルク電流リミッタ及び上電動機電流制御器と、
下電動機実速度と下電動機速度基準の偏差を入力し、下電動機トルク電流基準を得る下電動機速度制御器と、
前記下電動機実速度と下電動機速度基準の偏差が０になるように前記下電動機のトルクを制御する下電動機トルク電流リミッタ及び下電動機電流制御器と、
前記上下電動機速度制御器と上下電動機トルク電流リミッタとの間に設けられ、上下電動機トルク電流基準とトルク電流リミット値とを比較し、上下どちらかのトルク電流基準がトルク電流リミット値を超えた場合、その超えた分はもう片方のトルク電流基準へ加算することにより、所望の圧延トルクを得て、材料噛み込み時の速度降下量を最小限に抑えるトルク分配制御部と、
を備えたことを特徴とする圧延ロール用電動機の駆動装置。 - 上下電動機トルク電流基準を入力し、演算されるアンバランス補正量を上電動機トルク電流基準へ直接加算することにより、上下ロールの負荷アンバランスを補正する負荷バランス演算部を備えたことを特徴とする請求項１記載の圧延ロール用電動機の駆動装置。
Applications Claiming Priority (1)
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| PCT/JP2006/315387 WO2008015747A1 (fr) | 2006-08-03 | 2006-08-03 | Dispositif d'entraînement de moteur de cylindre de laminage |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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