JPWO2010058837A1 - 電磁制振装置 - Google Patents

Abstract

走行する鋼板の振動を適切に抑制できるように、対向配置した電磁石と、各電磁石に設けられ且つ対向する電磁石の間を走行する鋼板と各電磁石との距離を検出するセンサと、各センサにより検知された鋼板と各電磁石との距離に基づいて各電磁石に流す電流を制御する制御部とを備え、表面被覆処理が施された後、前記電磁石の間を通過するようにした鋼板の振動を、その電磁石の間で抑制制御する電磁制振装置において、電磁石に流す電流の制御に用いる制御ゲインを、鋼板の板厚、板幅、鋼種に基づいて決定するようにした構成した。

Description

本発明は、例えば溶融亜鉛メッキ鋼板製造設備等の設備に用いられる電磁制振装置に関するものである。

従来より、例えば連続溶融亜鉛メッキラインにおいて、溶融亜鉛槽を通過して引き上げられながら走行する鋼板に対して、エアーナイフ部（例えばノズルを用いて構成したもの）から加圧空気又は加圧ガスを噴出させることによって過剰な溶融亜鉛を吹き落とし、所望のメッキ厚みにすることが行われている。このような場合、鋼板がエアーナイフ部に対して接離する方向に振動すれば、ノズルと鋼板との距離が変動し、その結果、鋼板がうける圧力（噴射力）が変動してメッキの厚みが不均一となり、品質の劣化を招くことがある。

そこで、走行する鋼板を挟む位置に対向配置した一対の電磁石と、各電磁石に設けられ鋼板との相対位置（距離）を検知するセンサとを備え、各センサが検出する鋼板との相対位置（距離）に基づいて各電磁石に流す電流を制御することにより、電磁石の吸引力を制御し、走行する鋼板の振動を低減する制振装置が考えられている（例えば特許文献１、特許文献２）。

特開平１０−６０６１４号公報 特開２０００−３３４５１２号公報

ところで、従来の制振装置は、電磁石に流す電流の制御に用いる制御ゲインを、鋼板の厚みのみに基づいて決定していた。このような制振装置においては、鋼板の厚みのみを考慮して、走行する鋼板に作用するユニットテンション（単位面積当たりに作用する張力（＝鋼板に作用する張力÷鋼板の断面積））を一定にするように制御していた。すなわち、鋼板の厚みが異なる鋼板に対しても適切な制振を行えるように、例えば鋼板の厚みを複数パターン想定し、制御部に、各パターンごとに制御ゲインを対応付けたゲインテーブルを複数記憶させておき、走行する鋼板の厚みに応じて制御ゲインを決定して、ユニットテンションが一定となるように制御していた。

しかしながら、制振装置を導入するラインによっては、ユニットテンションではなく、ほぼ鉛直方向に引き上げられながら走行する鋼板に作用させる張力を一定にするように制御するケースもあると考えられる。このように張力を一定にするライン制御を行うケースにおいて、例えば、鋼板の厚みが変われば、当然のことながら鋼板に作用するユニットテンションも変化し、鋼板に対する制振を安定して行うことができず、適切な制御が困難になるという問題が想定される。

そもそも、ユニットテンションを一定にするように制御するケースであっても、張力を一定にするように制御するケースであっても、鋼板の厚みのみに基づいて制御ゲインを決定する態様であれば、鋼板の厚み以外の鋼板に関する情報、例えば鋼板の幅等が変更した場合にユニットテンションも変化するため、このような変化に柔軟に対応することができず、適切な制御を行うことが困難である。そして、適切な制御が困難であるということは、走行する鋼板の振動を適切に抑制することができず、メッキの厚みが不均一となり、メッキ鋼板の品質劣化を招くことを意味する。

本発明は、このような問題に着目してなされたものであって、主たる目的は、鋼板の厚み以外の鋼板に関する情報が異なる鋼板にも対応でき、走行する鋼板の振動を適切に抑制することが可能な電磁制振装置を提供することにある。

すなわち、本発明の電磁制振装置は、対向配置した電磁石と、各電磁石に設けられ且つ対向する電磁石間を走行する鋼板と各電磁石との距離を検出するセンサと、少なくともセンサにより検知された鋼板と各電磁石との距離に基づいて各電磁石に流す電流を制御する制御部とを備えたものであり、表面被覆処理が施された後、電磁石の間を通過するようにした鋼板の振動を、その電磁石の間で抑制制御するものであって、各電磁石に流す電流の制御に用いる制御ゲインを、少なくとも鋼板の厚み及び鋼板の幅に基づいて決定していることを特徴とする。なお、両電磁石の間を通過する鋼板の姿勢は特に限定されるものではなく、鉛直姿勢、水平姿勢、傾斜姿勢の何れかから適宜選択すればよい。

このような電磁制振装置であれば、走行する鋼板の厚み（板厚）に加えて鋼板の幅（板幅）を、制御ゲインを決定する際のファクターとして取り込むことにより、制御ゲインを細分化することができ、板厚のみならず板幅が異なる鋼板に対しても、対応する制御ゲインを設定することにより、その制御ゲインに基づいて各電磁石に流す電流を適切に制御することができる。したがって、このような電磁制振装置を、鋼板に付着した余剰な溶融金属を吹き飛ばすエアーナイフ部とともに表面被覆処理ライン（例えば連続メッキ鋼板ラインや表面塗装ライン）に配設した場合には、この電磁制振装置によって、板厚及び板幅が異なる鋼板に対しても細分化された制御ゲインを利用して走行中の振動を効果的に抑制することができ、その結果、鋼板とエアーナイフ部との距離を一定範囲内に維持することが可能になり、鋼板に作用する噴射力の変動を防止し、表面被覆処理によって形成される被膜の厚みを均一又はほぼ均一にすることができる。また、本発明の電磁制振装置では、表面被覆処理として溶融金属槽を通過させて行う溶融メッキ処理を採用することができる。さらに、本発明の電磁制振装置では、表面被覆処理を施した後に引き下げながら電磁石の間を通過するようにした鋼板の振動を抑制制御する態様や、表面被覆処理を施した後に水平に移動させながら電磁石の間を通過するようにした鋼板の振動を抑制制御する態様であってもよいが、表面被覆処理を施した後に引き上げられて電磁石の間を通過するようにした鋼板の振動を抑制制御するように構成することが好ましい。

また、電磁制振装置が、制御ゲインを、板厚、板幅に加えてさらに鋼板の種類（鋼種）に基づいて決定するようにすれば、制御ゲインの内容を従来よりも細分化することができ、鋼種の異なる鋼板に対しても走行中の振動を抑制することができる。

本発明によれば、鋼板の厚み以外の鋼板に関する情報、具体的には幅や種類が異なる鋼板に対しても、走行中の振動を適切に抑制して表面被覆処理によって形成される被膜の厚みが不均一となる事態を回避することができる。

本発明の一実施形態に係る電磁制振装置の構成を模式的に示す図。 同実施形態においてシーケンサ内におけるテーブル管理の概要及びゲインテーブルの内容を模式的に示す図。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。

本実施形態に係る電磁制振装置１は、図１に示すように、例えば連続メッキ鋼板ラインＬにおいて、溶融金属槽（実施形態では溶融亜鉛槽Ｚを適用）よりも下流側に配設され、溶融亜鉛槽Ｚを通過して引き上げられながら走行する鋼板Ｓの振動を抑制するものである。なお、図１では鋼板Ｓを側面から見た状態を模式的に示している。また、連続メッキ鋼板ラインＬ（特に溶融亜鉛を用いるメッキ鋼板ラインは「連続溶融亜鉛メッキライン」（ＣＧＬ；Continuous Galvanizing Line）と称される）は、溶融亜鉛槽Ｚと電磁制振装置１との間に、噴出口を鋼板Ｓに向けたノズルＡ１を備えたエアーナイフ部Ａを設け、溶融亜鉛槽Ｚを通過して引き上げられながら走行する鋼板Ｓに対して各ノズルＡ１の噴出口から加圧空気又は加圧ガスを噴出させることによって過剰な溶融亜鉛を吹き落とすようにしている。溶融亜鉛槽Ｚ及びエアーナイフ部Ａは既知のものを適用することができ、詳細な説明は省略する。

電磁制振装置１は、図１及び図２に示すように、鋼板Ｓを厚み方向に挟み得る位置に対向配置した第１電磁石２Ａ、第２電磁石２Ｂと、各電磁石（第１電磁石２Ａ、第２電磁石２Ｂ）のうち鋼板Ｓに対向する面に設けられ鋼板Ｓまでの距離を検出する第１センサ３Ａ、第２センサ３Ｂと、少なくとも各センサ（第１センサ３Ａ、第２センサ３Ｂ）により検知された鋼板Ｓと各電磁石（第１電磁石２Ａ、第２電磁石２Ｂ）との距離に基づいて各電磁石（第１電磁石２Ａ、第２電磁石２Ｂ）に流す電流を制御する制御部４とを備えたものである。

第１電磁石２Ａ及び第２電磁石２Ｂは、既知のものであり、鋼板Ｓに対向する面である磁極面に凹部を形成し、各凹部にそれぞれ第１センサ３Ａ、第２センサ３Ｂを設けている。

第１センサ３Ａ及び第２センサ３Ｂは、検出面をそれぞれ対応する各電磁石（第１電磁石２Ａ、第２電磁石２Ｂ）の磁極面と同一面又はほぼ同一面に設定され、鋼板Ｓを挟んで対向する位置に設けられている。第１センサ３Ａ及び第２センサ３Ｂは、鋼板Ｓまでの距離ｄ１、ｄ２を検出し、それぞれの検出結果（第１検出信号、第２検出信号）を制御部４に出力するものである。

制御部４は、各センサ（第１センサ３Ａ、第２センサ３Ｂ）からの出力（第１検出信号、第２検出信号）が入力されるコントローラ５と、少なくとも制御ゲインに関する指令（ゲイン指令信号）をコントローラ５に出力するシーケンサ６と、コントローラ５が出力した第１電磁石２Ａ、第２電磁石２Ｂに流す電流に関する指令（電流指令信号β）に基づいて第１電磁石２Ａ、第２電磁石２Ｂにそれぞれ電流を供給する第１アンプ７Ａ、第２アンプ７Ｂとを備えたものである。

コントローラ５は、第１センサ３Ａが出力する第１検出信号と第２センサ３Ｂが出力する第２検出信号との差分を算出する第１差分検出手段５１と、第１差分検出手段５１が出力する差分値αとシーケンサ６が出力する走行する鋼板Ｓの適切な制御目標位置に関する指令（位置指令信号）との差分を算出する第２差分検出手段５３と、第２差分検出手段５３が出力する差分値βが入力されるＰＩＤ制御手段５４と、第２差分検出手段５３から入力された差分値βに応じてＰＩＤ制御手段５４が出力する制御信号αとシーケンサ６が出力する電流指令信号αとを加算するメイン加算手段５５と、メイン加算手段５５が出力した加算値（制御信号β）に応じて第１電磁石２Ａ、第２電磁石２Ｂに流す電流に関する指令（電流指令信号β）を第１アンプ７Ａ及び第２アンプ７Ｂに出力する電流制御手段５６とを備えたものである。なお、走行する鋼板Ｓの適切な制御目標位置に関する指令（位置指令信号）を出力する位置指令手段（図示省略）をシーケンサ６とは別に設けてもよい。この場合、第２差分検出手段５３は、位置指令手段が出力する位置指令信号と第１差分検出手段５１が出力する差分値αとの差分を算出するものとなる。

ＰＩＤ制御手段５４は、図２に示すように、第２差分検出手段５３から差分値βが入力されるゲイン決定手段５４１と、このゲイン決定手段５４１からの出力及びシーケンサ６からの出力（ゲイン指令信号）によって第１電磁石２Ａ、第２電磁石２Ｂに流す電流の制御を行う比例制御手段５４２、積分制御手段５４３、及び微分制御手段５４４と、これら比例制御手段５４２、積分制御手段５４３、微分制御手段５４４からの出力が入力されるＰＩＤ制御用加算手段５４５とから構成される。ＰＩＤ制御用加算手段５４５から出力される制御信号αはメイン加算手段５５に入力される。

本実施形態では、コントローラ５のうち、第１差分検出手段５１、第２差分検出手段５３、ＰＩＤ制御手段５４、メイン加算手段５５、及び電流制御手段５６を、制御回路基板Ｂ上に配設している。なお、これら制御回路基板Ｂ上に配設される各手段、つまりコントローラ５によって本発明の「制御部４」を構成していると考えることも可能であり、その場合、本発明の電磁制振装置１は、電磁石（第１電磁石２Ａ、第２電磁石２Ｂ）と、センサ（第１センサ３Ａ、第２センサ３Ｂ）と、コントローラ５（本発明の「制御部」に相当）と、シーケンサ６と、アンプ（第１アンプ７Ａ、第２アンプ７Ｂ）とを備えたものといえる。

シーケンサ６には、図２に示すように、鋼板Ｓの厚み（板厚）と鋼板Ｓの幅（板幅）と鋼板Ｓの種類（鋼種）とをパラメータ（制御パラメータ）として、これらのパラメータの組み合わせごとに設定した制御ゲインをテーブル化して記憶させている。すなわち、図２に示すように、パラメータ（板厚、板幅、鋼種）の組み合わせごとにそれぞれ適する制御ゲインを対応付けたゲインテーブルを複数記憶させている。このシーケンサ６に記憶された複数のゲインテーブルから走行する鋼板Ｓに応じたゲインテーブルを選択し、このゲインテーブルに基づいて電磁石（第１電磁石２Ａ、第２電磁石２Ｂ）に流す電流を制御するための制御ゲインを決定（設定）する。本実施形態では、例えば鋼種を６パターン、板厚を１５パターン、板幅を４パターン設定し、各パターンごとに適した制御ゲイン（Ｐゲイン、Ｉゲイン、Ｄゲイン、電流）を対応付けた３６０通りのゲインテーブルをテーブル管理（マトリックス管理）して、電磁石（第１電磁石２Ａ、第２電磁石２Ｂ）に流す電流の制御に適用している。なお、鋼種、板厚、板幅の各パターン数を適宜増減しても構わず、これら各パラメータのパターン数の変化に応じてゲインテーブル数も増減する。

また、本実施形態では、電磁制振装置１とは別の装置であるライン情報を管理しているライン情報管理コンピュータ（図示省略）とシーケンサ６とのインターフェース８により、ラインＬ側の情報、つまり走行する鋼板Ｓに関する情報である板厚、板幅、鋼種、張力等をシーケンサ６に入力できるようにしている。なお、インターフェース８に入力されたラインＬ側の情報を、図示しないタッチパネルや操作盤に表示することもできる。

次に、このような構成を有する電磁制振装置１の使用方法及び作用について説明する。

まず、操業管理者が直接又は操業管理コンピュータ（当該操業管理コンピュータは上述したライン情報管理コンピュータを兼ねるもの、又はライン情報管理コンピュータとは別体のもの、これら何れであってもよい）が自動的にインターフェース８を通じて、走行する鋼板Ｓの板厚、板幅、鋼種を入力する。これにより、走行する鋼板Ｓの板厚、板幅、鋼種が制御部４に伝達され、鋼板Ｓの板厚、板幅、鋼種に応じて各電磁石（第１電磁石２Ａ、第２電磁石２Ｂ）を制御するための制御ゲインを設定する。上述したように、制御ゲインは、鋼板Ｓの板厚、板幅、鋼種に応じてシーケンサ６に記憶（内蔵）されているゲインテーブルによって決定される。決定された制御ゲインは、制御ゲインに関する指令（ゲイン指令信号）としてコントローラ５（具体的にはＰＩＤ制御手段５４）に入力される。

そして、図１に示すように、溶融亜鉛槽Ｚを通過して引き上げられながら第１電磁石２Ａと第２電磁石２Ｂとの間を走行する鋼板Ｓに対して、第１センサ３Ａ及び第２センサ３Ｂがそれぞれ鋼板Ｓまでの距離を検出し、それぞれの検出情報（第１検出信号、第２検出信号）をコントローラ５に出力する。コントローラ５は、これらの検出情報（第１検出信号、第２検出信号）及びシーケンサ６から出力されたゲイン指令信号等に基づいて、第１電磁石２Ａ、第２電磁石２Ｂに流す電流に関する指令（電流指令信号β）を第１アンプ７Ａ及び第２アンプ７Ｂに出力する。

具体的には、第１センサ３Ａによって検出された第１検出信号と第２センサ３Ｂによって検出された第２検出信号とが第１差分検出手段５１に入力され、この第１差分検出手段５１により、第１検出信号と第２検出信号との差分を算出する。この算出値（差分値α）とシーケンサ６（又はシーケンサ６とは別に設けた位置指令手段）が出力する位置指令信号とが第２差分検出手段５３に入力され、第２差分検出手段５３により算出値（差分値α）と位置指令信号との差分を算出する。第２差分検出手段５３で算出された差分値βはＰＩＤ制御手段５４に入力される。ＰＩＤ制御手段５４には、さらにシーケンサ６が出力するゲイン指令信号が入力される。詳述すると、ＰＩＤ制御手段５４のうちゲイン決定手段５４１に、第２差分検出手段５３で算出された差分値βが入力され、このゲイン決定手段からの出力、及びシーケンサ６からの出力であるゲイン指令信号が、比例制御手段５４２、積分制御手段５４３、微分制御手段５４４に入力され、これら比例制御手段５４２、積分制御手段５４３、微分制御手段５４４からの出力はＰＩＤ制御用加算手段５４５に入力される。ＰＩＤ制御用加算手段５４５により、これら比例制御手段５４２、積分制御手段５４３、微分制御手段５４４からの出力が加算され、この加算値に基づく制御信号αをメイン加算手段５５に入力する。メイン加算手段５５により、ＰＩＤ制御用加算手段５４５が出力した制御信号αと、シーケンサ６から出力される電流指令信号αとが加算され、この加算値に基づく制御信号βが電流制御手段５６に入力される。そして、電流制御手段５６により、制御信号βに基づいて各電磁石（第１電磁石２Ａ、第２電磁石２Ｂ）に流す電流に関する信号（電流指令信号β）を各アンプ（第１アンプ７Ａ、第２アンプ７Ｂ）に出力する。

以上のステップを経てコントローラ５から出力された電流指令信号βは、第１アンプ７Ａ及び第２アンプ７Ｂに入力され、電流指令信号βに基づく電流が、第１アンプ７Ａから第１電磁石２Ａに出力されるとともに、第２アンプ７Ｂから第２電磁石２Ｂに出力される。このようにして、第１電磁石２Ａ、第２電磁石２Ｂに流す電流が制御され、その結果、鋼板Ｓは、各電磁石（第１電磁石２Ａ、第２電磁石２Ｂ）の吸引力により第１電磁石２Ａと第２電磁石２Ｂとの中間位置に位置付けられ、走行中の振動が抑制される。

したがって、溶融亜鉛槽Ｚを通過して引き上げられながら走行する鋼板Ｓと、エアーナイフ部Ａを構成する各ノズルＡ１における噴出口との距離を一定範囲内に維持することができ、鋼板Ｓに作用する噴射力の変動を防止し、均一又はほぼ均一なメッキ厚みにすることができる。

さらにまた、本実施形態に係る電磁制振装置１は、上述したように、走行する鋼板Ｓの板厚、板幅、鋼種を制御パラメータとするゲインテーブルを有しているため、走行する鋼板Ｓの板厚、板幅、鋼種を制御部４に入力することにより、該当するゲインテーブルに記録された制御ゲインに基づき、上述したステップを経て各電磁石（第１電磁石２Ａ、第２電磁石２Ｂ）に流す電流を制御することができる。このように、本実施形態に係る電磁制振装置１は、板幅や鋼種が異なる鋼板Ｓに対しても細分化された制御ゲインを利用することで、従来のように板厚のみに基づいて制御ゲインを決定して走行中の鋼板に作用させる張力やユニットテンションが一定となるように制御していた態様よりも柔軟に対応することが可能であり、走行する鋼板Ｓの振動を効果的に抑制することができ、実用性に優れたものとなる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、電磁石に流す電流の制御に用いる制御ゲインを、鋼板の厚み（板厚）及び鋼板の幅（板幅）のみに基づいて決定する態様であっても構わない。また、制御ゲインを、鋼板の走行速度又は鋼板の形状に基づいて決定するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、溶融金属槽として溶融亜鉛槽を例示したが、これに変えて、例えば溶融した錫又はアルミニウム或いは樹脂材料などを貯留した槽を適用しても構わない。また、適宜の表面処理材料を鋼鈑に噴霧することによって表面被覆処理を施すようにしてもよい。また、溶融メッキ処理以外の表面被覆処理として、例えば表面塗装処理等に適用することもできる。さらに、本発明の電磁制振装置が、表面被覆処理を施した後に引き下げながら電磁石の間を通過するようにした鋼板の振動を抑制制御する装置であったり、表面被覆処理を施した後に水平に移動させながら電磁石の間を通過するようにした鋼板の振動を抑制制御する装置であっても構わない。また、上述した実施形態では、電磁石間を通過する鋼板の姿勢が鉛直の場合を示したが、本発明において鋼板は鉛直以外の姿勢、例えば水平姿勢、傾斜姿勢の何れかで電磁石間を通過させるようにすることもできる。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、鋼板の厚み以外の鋼板に関する情報、具体的には幅や種類が異なる鋼板に対しても、走行中の振動を適切に抑制して表面被覆処理によって形成される被膜の厚みが不均一となる事態を回避することができ、例えば溶融亜鉛メッキ鋼板製造設備等の設備に用いることが可能である。

Claims (4)

1. 対向配置した電磁石と、各電磁石に設けられ且つ対向する電磁石の間を走行する鋼板と各電磁石との距離を検出するセンサと、少なくとも前記センサにより検知された鋼板と各電磁石との距離に基づいて各電磁石に流す電流を制御する制御部とを具備してなり、表面被覆処理が施された後、前記電磁石の間を通過するようにした鋼板の振動を、その電磁石の間で抑制制御する電磁制振装置であって、
   前記電磁石に流す電流の制御に用いる制御ゲインを、少なくとも前記鋼板の厚み及び前記鋼板の幅に基づいて決定していることを特徴とする電磁制振装置。
2. 前記表面被覆処理は溶融金属槽を通過させて行う溶融メッキ処理である請求項１に記載の電磁制振装置。
3. 前記表面被覆処理が施された後に引き上げられて前記電磁石の間を通過するようにした鋼板の振動を抑制制御する請求項１又は２に記載の電磁制振装置。
4. 〈基礎出願の請求項２に対応〉
   前記制御ゲインを、さらに前記鋼板の種類に基づいて決定している請求項１乃至３の何れかに記載の電磁制振装置。

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