KR100223147B1

KR100223147B1 - 판두께 제어장치의 자동튜닝(auto tuning)방법

Info

Publication number: KR100223147B1
Application number: KR1019950055987A
Authority: KR
Inventors: 김신일; 송길호
Original assignee: 이구택; 포항종합제철주식회사
Priority date: 1995-12-26
Filing date: 1995-12-26
Publication date: 1999-10-15
Also published as: KR970033152A

Abstract

본 발명은 냉간압연에서 냉연판 두께를 제어하는 방법에 관한 것으로서, 냉간압연에서 첫번째 스탠드 후단의 두께계(2)를 이용하여 일정시간에 두께를 샘플링(Sαmpling)한 후 그 편차량과 로드셀(1)의 압연하중을 이용 연사기(11)로를 구하고, α^*= α +α 를 이용하여 구한 새로운 α^*로 (여기서, P: 압연하중,α: 제어파라미터 변동량,hx: X_-rαy두께계에서 감지한 실제두께 편차량, M: 밀정수) 비스라자동두께제어기(BISRA AGC)(7)의 제어 파라미터 고정값 α를 대신하여 온라인으로 자동튜닝함으로써 제어옵셋량을 줄여 피드백자동두께제어기(Feedback AGC)(8)의 수렴속도로 빠르게 하여 두께 편차량을 빨리 없애는 자동튜닝방법으로, 냉간압연에서 제어파라미터를 온라인상에서 최적적인 값으로 자동튜닝으로 인해 목표두께로 수렴하는데 종래보다 더 빠르게 됨으로써 특히 용접부와 같이 압연 조건의 급변구간에서 두께 정도 및 실수율 향상으로 생산성이 크게 향상되고 고품질의 냉연판을 얻을 수 있는 장점이 있고, 후공정에서의 생산성 및 작업성을 동시에 향상시킬 수 있으며, 이와 같은 두께계를 이용한 자동튜닝 기술은 열간압연과 같은 압연공정에서 유사하게 응용할 수 있는 장점이 있는 판두께 제어장치의 자동튜닝방법이다.

Description

판두께 제어장치의 자동튜닝(auto tuning) 방법

제 1 도는 냉간압연 첫번째 스탠드의 두께제어장치 구성도

제 2 도는 비스라자동 두께 제어기의 블록구성도로서,

(a)는 종래 비스라자등 두께제어기의 블록구성도,

(b)는 본 발명 비스라자동 두께제어기의 블록구성도

제 3 도는 종래 튜닝방법과 본 발명 자동튜닝방법으로 제어하여 두께를 시물레이션(simulation)한 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 로드셀(load cell) 2 : 출측두께계(X-ray 두께계)

3 : 입측두께계(X-ray 두께계) 4 : 유압압하장치

5 : 롤갭측정센서(인덕토신)

6 : 피드포워드 자동두께제어기(Feedforward AGC)

7 : 비스라 자동두께제어기(BISRA AGC)

8 : 피드백 자동두께제어기(Feedback AGC)

9 : 메모리장치 10 : 롤갭계산장치

11 : 연산기

본 발명은 냉간압연에서 냉연판 두께를 제어하는 방법에 관한 것으로서, 특히 중요한 냉연판 두께제어 파라미터의 자동조정으로 냉간압연에서의 고정도로 두께를 제어하여 실수율을 향상시키는 판두께 제어장치의 자동튜닝(auto tuning)방법에 관한 것이다.

종래에는 냉간압연시 첫번째 스탠드 후방의 일정한 거리에 설치된 두께계를 이용하여 편차량을 감지 그 편차를 일정시간 적분하여 절대두께에 대한 오차를 최호화하는 적분제어 방식으로 스탠드들의 롤갭을 제어하여 냉연판의 두께를 제어하는 것이다. 그러므로 일정시간의 편차를 적분하는 적분제어 방식의 문제는 초기 제어시작점에 따라 두께편차를 목표두께로 수렴하는데 걸리는 시간에 차이가 나게 되며, 그 차이는 곧 실수율 및 제어정도의 차이로 나타나기 때문에 중요하다.

여기서 초기 제어시작점에 가장 큰 영향을 미치는 제어 파라미터를 고정된 값으로 사용하고 있기 때문에 초기 제어시작점 즉 오프셋(offset)량의 목표두께와 차이가 크며, 이는 최근 고정도 두께제어기술 및 실수율 향상 기술을 고려하여 볼 때 문제점이 많다. 따라서 강종 및 사이즈에 따른 압연조건의 다양한 변화에 맞는 최적제어 파라미터 값이 필요하게 되는 것이다.

냉연공장에 있어서 연속냉간압연(Tandem Cold Mill)은 전공정에서 용접된 열연코일을 압연하는 공정으로서, 냉연판의 최종제품 두께를 얻기위해서 압연하는 공정이며, 목표 냉연판 두께를 얻기 위해 자동두께저어장치(AGC: automatic Gauge Controller)가 개발되어 있는바, 여기서 AGC는 크게 두가지로 나누어 지며, 하나는 압하 AGC 이고, 다른 하나는 속도 AGC이다. 이중 압하 AGC는 압연기의 롤갭(Roll Gap)을 유압으로 변동시켜 목표두께로 제어하는 방법이고, 속도 AGC는 스탠드간 냉연판의 장력을 이용하여 스탠드의 속도조정으로 장력변동을 유발시켜 목표두께로 제어하는 방법이다. 이러한 속도 AGC는 열간압연과는 다른 냉간압연의 특성을 반영한 것으로, 주로 박판을 압연하는 냉간압연에서 전단스탠드의 압연 후 피압연재의 가공경화 등으로 후단 스탠드에서 압하로 두께제어를 행할 시 큰 부하가 걸리게 되므로 장력을 이용하여 두께를 제어하는 것이다.

상기한 방법은 스탠드에 걸리는 큰 부하를 최소화하면서 판두께를 제어하는 방법으로 주로 연속냉간압연 공정의 5개의 스탠드에서 마지막 스탠드에 최종 판 두께를 제어할 때 행하는 방법이다.

그러나 이와 같은 속도 AGC는 어느 일정한 범위내에서만 제어가 가능하므로 제어능력의 범위를 넘었을 때는 두께제어정도가 떨어지게 된다. 그러므로 주로 전단 스탠드의 두께제어에 사용되고 있는 압하 AGC 의 정도에 따라 제품전체의 두께정도가 좌우된다. 즉, 전단 스탠드에서 만족할만한 두께제어가 행해지면 후단 스탠드의 속도 AGC로 목표 냉연판의 두께를 고정도화 할 수 있다. 따라서, 기존의 압하 AGC 는 첫번째 스탠드에 집중되어 제어가 행해지고 있는 것이다.

제 1 도는 압하 AGC에 대한 모식도로서, 세가지의 압하 AGC가 복합적으로 구성되어 있다. 첫번째는 비스라자동두께제어기(BISRA AGC)인데, 이 방식은 피압연재가 압연롤에 취입되면 제 1 도 로드셀(1; load cell)로 부터 압연하중 인덕토신(5)에서 롤갭위치를 받아서 비스라자동두께제어기(BISRA AGC)(7)에서 기준 압연하중과의 차이를 계산하여 출측두께 변동량으로 환산한 후 이 변동량을 제거하기 위한 롤갭 변동량을 계산해서 유압압하장치(4)로 롤갭 제어량을 보내 롤갭을 변동시켜서 목표두께로 제어하는 방법이다.

두번째는 피드포워드자동두께제어기(Feedforward AGC)인데, 이 방식은 입측두께계(3)로부터 피압연재의 입측두께 변동량을 받아서 피드포워드자동두께제어기(Feedforward AGC)(6)에서 입측두께 변동량을 출측두께 변동량으로 계산해서 이 변동량을 제거하기 위한 롤갭 변동량을 계산하고, 감지된 지점을 압연롤 취입 직전까지 추적해서 그 지점이 롤을 통과시 유압압하장치(4)에 롤갭 제어량을 보내 목표두께를 제어하는 방법이다.

세번째로 피드백자동두께제어기(Feedback AGC)는 출측두께계(2)로 부터 출측두께변동량을 감지해서 피드백자동두께제어기(Feedback AGC)(8)에서 적분제어방식으로 롤갭제어량을 계산하여 유압압하장치(4)에 보내어 출측두께 변동량을 제어한다. 이런 방식의 제어되는 순서는 다음과 같다.

처음 압연재가 입측두께계(3)를 통과하면 출측 변동량을 감지하고 피포워드두께제어기(6)에서 제어량을 계산한 후 트래킹(tracking)을 한다. 그리고 피압연재가 롤에 취입되는 동시에 비스라자동두께제어기(7)와 피드포워드자동두께제어기(6)에서 계산된 제어량으로 복합적으로 두께를 제어한다. 압연된 재료가 출측두께계(2)를 통과시 피드백자동두께제어기(8)가 작동하여 두께제어를 실시한다. 이때 세가지 제어가 모두 작동하여 두께제어를 한다.

그런데, 이 피드백자동두께제어기(8)의 문제점은 적분제어와 시간지연의 특징 때문에 목표두께로 수렴하는데 일정시간이 걸린다. 두께제어시스템에서 가장 큰 목표는 이 일정시간을 가능한 줄이는 것이다. 그러므로 피드백자동두께제이기(8)의 제어시작점의 편차를 줄이면 줄일수록 수렴되는 시간이 줄어든다. 그래서 이 피드백자동두께제어기(8)의 제어시작점에 가장 큰 영향을 미치는 것이 비스라자동두께제어기(6)이다.

이 방식은 비례제어방식이기 때문에 사용수식의 예측정도에 따라 제어의 옵셋(offset)이 남는다. 즉 이 오벳이 피드백자동두께제어기(8)의 제어시작점이 된다. 그래서 옵셋량을 줄이는 것이 피드백자동두께제어기(8)에서 목표두께로 수렴하는데 걸리는 시간을 줄이는 방법이며, 비스라자동두께제어방식은 이론적으로는 하기 식(1)을 이용하여 압하를 위한 롤갭 제어량을 변환하는데, 실제는 식(2)를 이용하게 된다.

h : 출측두께

P : 압연하중

M : 밀(Mill) 정수(압연기의 탄성계수)

S : 압하위치

α : 튜닝(tuning)율

왜냐하면, 실제 밀 정수를 모르기 때문에 α라는 튜닝율을 두어서 작업경험을 바탕으로 고정된 값을 사용한다. 그러나, α의 예측정도가 초기 압연 출측두께의 옵셋량으로 즉, 비스라자동두께제어만 행해지고 있을 동안에는 남아있게 된다. 압연이 계속 행해져서 1번 스탠드의 출측두께계를 통과시 피드백자동두께제어기(8)의 작동으로 그 옵셋량 부터 피드백자동두께 제어가 시작되므로 목표두께로 제어되는 상당한 시간이 걸린다. 그래서 피드백자동두께제어기(8)의 제어 시작점을 어디서 시작하느냐에 따라 목표두께로 제어되는 시간의 차이를 유발시키고 이로 인해 시간은 두께의 불량율과 직접적인 관계가 있으므로 제어시작점으로 목표두께 근방에서 시작하면 할수록 제어시간이 최소화되고 두께 불량율을 줄일 수 있다. 제어 시작점인 옵셋량은 비스라두께자동제어기(7)의 튜닝율(α)에 직접 영향을 받으므로 α의 예측정도에 따라 두께 변동량의 옵셋량이 결정되어 버린다. 현재 이 α는 고정값으로 냉연판의 칫수와 강종에 상관없이 동일한 값을 사용하고 있는데 이는 몇가지 케이스를 제외하고는 항상 옵셋량을 가지며 종종 큰값을 가진다. 이로 인해 피드백자동두께제어기(8) 작동후 목표 두께로 제어되는 대는 상당한 시간이 걸려서 두께 불량율을 길게 유발하고 이로 인해 후 공정에서 많은 부분이 절단되어 실수율에도 악영향을 미친다고 하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 실정을 감안하여 종래 튜닝방법이 갖는 문제점들을 해결하고자 발명한 것으로서, 중요한 판두께 제어 파라미터를 자동으로 튜닝하는 방법을 제시하여 옵셋량을 줄여서 두께불량율을 최소화시키는 판두께 제어장치의 자동튜닝방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 판두께 제어장치의 자동튜닝방법은 냉간압연에서 첫번째 스탠드 후단의 두께계(2)를 이용하여 일정시간에 두께를 샘플링(Sampling)한 후 그 편차량과 로드셀(1)의 압연하중을 이용 연산기(11)로를 구하고 α^*= α +α 를 이용하여 구한 새로운 α^*로 (여기서, P: 압연하중,α: 제어파라미터 변동량,hx: X_-ray두께계에서 감지한 실제두께 편차량, M: 밀정수) 비스라자동두께제어기(BISRA AGC)(7)의 제어 파라미터 고정값 α를 대신하여 온라인으로 자동튜닝함으로써 제어옵셋량을 줄여 피드백자동두께제어기(Feedback AGC)(8)의 수렴속도로 빠르게 하여 두께 편차량을 빨리 없애는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 두께계(2)의 측정두께는 실측두께의 신뢰성을 확보하기 위하여 몇회 두께를 샘플링하여 그 값들을 평균해서 실측두께로 사용하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명 판두께제어장치의 자동튜닝방법을 상세하게 설명한다.

제 2 도는 비스라자동두께제어기의 제어블록도로서, (a)는 기존의 튜닝방법을 나타낸 제어블록도이고, (b)는 본 발명의 자동튜닝방법을 나타낸 제어블록도이다.

기존의 방식에서는 로드셀(1)로 부터 압연하중을 감지하고 메모리장치(9)의 기준 압연하중과 비교하여 압연하중 변동량을 압연하중을 롤갭으로 계산하는 블럭(10 ; 1/M)에서 롤갭제어량으로 환산하여 유압압하장치(4)로 보내진다. 즉, 하기 식(3)으로 부터 출측두께 편차량(α)를 없애기 위한 롤갭제어량은 식(4)와 같다.

그러나 이 제어파라미터 α가 정확하다면 이론적으로는 출측두께계에서 두께편차가 나타나지 않으나 앞에서 설명한 것처럼 α에 의해 오프셋이 발생한다.

그래서 본 발명에서는 α를 자동튜닝하기 위해 다음과 같은 식을 도출하였다. 즉, α는 고정된 값이 아니라 변동하는 값이며, 상기 식(2)로 부터 미소변동식은 다음과 같다.

상기 식(3)과 비교할 때 식(5)는 제 3항 부분이 추가되었다. 기존의 방식은 상기 식(5)의 두번째 항 부분 만큼만 롤갭을 제어하게 되므로 출측두께계에서 나타나는 편차량은 추가된 부분이다. 그래서 다음과 같은 수식을 도출할 수 있다.

P: 압연하중

α : 제어파라미터 변동량

hx: X_-rαy두께계에서 감지한 실제두께 편차량

여러가지 두께변동의 원인으로 두께편차가 발생하게 되는데, 그 결과는 압연기에서 압연하중의 변화로 나타나게 된다. 즉, 압연하중은 변화(P)가 발생하고 이것은 두께편차량으로 환산(αP/M)된다. 그리고 롤갭은 제어량이기 때문에 변화가 이순간에는 없다.

상기한 바와 같이 α가 정확하고 이를 이용한 롤갭제어가 이루어진다면 출측두께계에서 두께편차가 나타나지 않아야 하지만 실제로는 출측두께계에 두께편차가 발생하게 되므로 α가 변동하는 것임을 알 수 있다.

즉, 출축두께 편차는 상기 식(5)로 구할 수 있다.

여기서 식(5)를 분석해 보면S는 롤갭 제어량으로 초기에는 변함이 없고, 실제 출측두께 변화량은 αP/M부분과 Pα/M 부분의 합으로 이루어 진다는 것을 알 수 있다.

그래서, 출측두께 편차를 제거하기 위해서는 α의 변동을 고려한 식(9)을 사용해야 한다. 그러나, 비스라자동두께제어기(7)에서는 식(4)을 사용하고 있기 때문에 그 결과 출측두께가 제대로 제어가 되지 않고 있고, 그 결과가 출측두께계에서 감지하는 두께편차량은hx로 나타난다.

즉, 식(5)에서 현재 비스라자동두께제어기(7)에서 롤갭 제어는 식(4)을 이용하여 식(5)의 αP/M 을 없애고, 나머지 Pα/M 부분은 제어가 되지 않고 출측두께편차로 남아서 두께계가 감지한다. 고로 상기 식(6)을 도출할 수 있다.

즉 식(5)의 두번째 부분은 비스라자동두께제어기(7)에서 제어가 되어 그 부분의 두께편차항이 사라진다. 식(5)에 식(4)를 대입하면 식(6)이 된다.

본 발명은 제 2 도 (b)에서 처럼 출측두께계로 출측두께편차량과 로드셀(1)로 부터 실측압연하중을 받아서 연산기(11)로 보내 식(7)로α , 식(8)을 이용하여 새로운 α^*를 구하고 이것을 롤갭계산장치(10)에 보내어 α를 자동으로 튜닝하는 방법이다. 이렇게 제어파라미터 α를 자동으로 조정하므로 제어옵셋량을 줄여서 두께정도를 높이는 방법이다. 제 3 도에는 실측된 용접의 입측두께를 이용해서 시물레이션(simulation)한 결과이다. 제 3 도 (a)는 종래의 고정값을 사용한 것이고, (b)는 본 발명으로 제어 파라미터를 자동으로 튜닝하면서 제어한 결과이다. 제 3 도로 부터 α값을 변화시켜 자동튜닝하는 본 발명의 방법이 종래보다 두께제어의 정도가 크게 향상됨을 알 수 있다.

본 발명 자동튜닝방법에 의하면 냉간압연에서 제어파라미터를 온라인상에서 최적적인 값으로 자동튜닝으로 인해 목표두께로 수렴하는데 종래보다 더 빠르게 됨으로써 특히 용접부와 같이 압연조건의 급변구간에서 두께정도 및 실수율 향상으로 생산성이 크게 향상되고 고품질의 냉연판을 얻을 수 있는 장점이 있고, 후공정에서의 생산성 및 작업성을 동시에 향상시킬 수 있으며, 이와 같은 두께계를 이용한 자동튜닝 기술은 열간압연과 압연공정에서 유사하게 응용할 수 있는 장점이 있다.

Claims

냉간압연에서 첫번째 스탠드 후단의 두께계(2)를 이용하여 일정시간에 두께를 샘플링(Sampling)한 후 그 편차량과 로드셀(1)의 압연하중을 이용 연산기(11)로를 구하고, α^*= α +α 를 이용하여 구한 새로운 α^*로 (여기서, P: 압연하중,α: 제어파라미터 변동량,hx: X_-ray두께계에서 감지한 실제두께 편차량, M: 밀정수) 비스라자동두께제어기(BISRA AGC)(7)의 제어 파라미터 고정값 α를 대신하여 온라인으로 자동튜닝함으로써 제어옵셋량을 줄여 피드백자동두께제어기(Feedback AGC)(8)의 수렴속도로 빠르게 하여 두께 편차량을 빨리 없애는 것을 특징으로 하는 판두께 제어장치의 자동튜닝방법.