KR100328949B1

KR100328949B1 - 선재수냉대냉각수제어장치

Info

Publication number: KR100328949B1
Application number: KR1019970077691A
Authority: KR
Inventors: 양승만; 김상철; 김발수; 김학수
Original assignee: 포항종합제철 주식회사
Priority date: 1997-12-30
Filing date: 1997-12-30
Publication date: 2002-11-22
Also published as: KR19990057628A

Abstract

본 발명은 가열로의 소재로서 빌렛트가 가열로에서 가열 추출되어 압연단의 압연기를 거치면서 최종 선재 제품을 생산하는 공정라인 상의 수냉대의 요구온도를 최적으로 제어할 수 있는 선재 수냉대 냉각수 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명장치는 적어도 지연 타이며, 신호선택기1, 조절계, 신호선택기2, 조절밸브 및 덧셈연산기를 포함하여 구성하되, 상기 타이머는 소재통과 유무를 검출하는 검출장치의 값을 입력받아 지연시킨 후 상기 신호선택기1, 신호선택기2 및 덧셈연산기로 출력하고, 상기 신호선택기1는 타이머 출력에 따라 요구온도값과 측정온도값 중의 어느 하나를 상기 조절계로 출력하며, 상기 조절계는 상기 신호선택기1의 출력이 측정온도값을 초과하는 온도값을 상기 신호선택기2로 출력하고, 상기 신호선택기2는 상기 타이머 출력에 따라 미리 설정된 내부상수값과 상기 조절계의 출력값 중의 어느 하나를 상기 조절밸브의 유량조절량으로서 출력하며, 상기 덧셈연산기는 검출장치 신호와 상기 지연 타이머을 통과한 검출장치 신호에 따라 온/오프밸브 제어신호로 출력하도록 구성된다.

Description

선재 수냉대 냉각수 제어장치

본 발명은 가열로의 소재로서 빌렛트가 가열로에서 가열 추출되어 압연단의 압연기를 거치면서 최종 선재 제품으로 생산되기까지의 공정중에 포함되는 설비인 수냉대의 요구온도를 최적으로 제어하기 위한 선재 수냉대 냉각수 제어장치에 관한 것이다.

수냉대는 선재제품을 생산하기 위한 압연라인의 레잉헤드(laying head) 바로 전단에 설치되어 소재의 온도를 제어하게 되며, 조절밸브의 조작에 의해 냉각수를 소재에 분사시켜 요구온도에 따라 소재의 온도를 조절하게 된다.

선재의 요구온도를 최적으로 제어하기 위하여 레잉헤드 후단에 설치되는 소재의 표면 온도검출기에서 소재의 현재온도를 검출하여, 이때에 검출된 온도값과 조업상 요구온도값과의 편차에 따라 수냉대에서 소재측으로 냉각수가 분사되게 함으로써, 압연라인에서 생산되는 선재의 품질을 균질하게 유지시키기 위한 것이다.

이러한 냉각수는 수처리 설비로부터 공급되는 직접수를 펌프 및 압력조절밸브에 의해 일정 압력으로 수냉대에 공급되며, 소재에서 요구되는 요구온도와 소재 측정온도의 온도편차에 의한 제어값에 따라 유량조절밸브가 조작되는 것에 의해 소재의 온도를 조업 요구온도에 적합하도록 제어하는 역할을 한다.

수냉대에서 소재에 분사되는 냉각수는 요구온도에 적합하도록 공급되어야 하며, 냉각수의 최종 공급 조절장치인 조절밸브의 제어이상 등 소재 온도제어의 바람직하지 못한 상황의 발생시에는 소재 요구온도 대비 소재 표면온도의 과열, 과냉의 상태가 되며, 이러한 현상은 선재 제품의 품질에 악영향을 미치게 되므로 소재가 요구온도에 적합하도록 수냉대에서의 최적으로 온도제어를 실시해야 한다.

도 1은 종래의 제1 선재 압연 수냉대의 냉각수 제어블럭 구성도로서, 여기에서 참고되는 바와 같이, 수냉대(4)에서 조절밸브(15)을 통하여 소재(6)에 분사되는 냉각수는 수처리 설비에서 공급되는 직접수를 받아 펌프를 통해 펌핑한다.

이렇게 펌핑된 직접수는 압력 조절밸브(20)에 의해 그의 공급압력이 일정하게 유지되어 수냉대(4)에 보내지며, 상기 수냉대(4)에 설치된 유량조절밸브(15)는 요구온도값와 측정온도값의 편차에 의해 조절계(12)에서 결정된 제어출력신호(13)에 의해 조작 및 제어되어 소재(6)측에 냉각수로서 상기의 직접수를 공급하게 되는 것이다.

이러한 종래의 설비에 의한 수냉대(4)에서의 소재(6)의 온도제어 과정을 구체적으로 살펴보면, 소재(6)가 수냉대(4)를 진입하기 전에 소재(6)의 통과유무를 검출하는 소재의 검출장치(HMD)(1)에서 소재 통과유무가 로직 신호레벨로 출력된다.

상기 검출장치(1)에서는 소재통과시 하이 레벨인 '1'이, 소재가 없을 때는 로우 레벨인 '0'이 출력되어 반전연산기(7)로 소재 유무 검출신호를 전송하여 주며, 이에 따라 반전연산기(7)에서는 상기 검출장치(1)에서 전송된 신호가 '1'일 경우 '0'으로, '0'일 경우에는 '1'로 반전하여 곱셈연산기(11)로 신호를 전송한다.

상기 곱셈연산기(11)는 반전연산기(7)와 비교선택기(9)에서 전송된 신호에 의해 조절계(12)를 제어한다.

상기 검출장치(1)와 반전연산기(7)의 관계를 표로 나타내면 표 1과 같다.

상기 비교선택기(9)는 측정온도값와 요구온도값 중 큰 값을 선택하는 하이셀렉터(8)에서 큰값을 선택하여 전송된 값과 비교선택기(9)의 내부설정 상수값(10)을 비교하며, 비교선택기 내부설정 상수값(10)이 클 경우에는 비교선택기(9)의 출력은 하이레벨인 '1'을 발생하고, 반대로 작을 경우에는 로우레벨인 '0'을 출력하여 곱셈연산기(11)로 전송한다.

이러한 관계를 조건으로 표시하면 다음과 같다.

Do Case

Case 비교선택기 내부상수 ＞ 하이셀렉터 출력값

then 비교선택기 출력(DO) = '1'

Case 비교선택기 내부상수 ＜ 하이셀렉터 출력값

then 비교선택기 출력(DO) = '0'

End Case

where DO는 비교선택기(9)의 출력신호

곱셈연산기(11)에서는 반전연산기(7)와 비교선택기(9)에서 전송된 신호값을 상호 논리 곱셈하여 출력신호로서 하이레벨인 '1'또는 로우레벨인 '0'을 출력시키며, 상기 곱셈연산기(11)에서 전송되는 신호가 하이레벨인 '1'일 경우 조절계(12) 및 조절밸브(15)의 기능을 정지시키고, 로우레벨인 '0'일 경우 조절계(12)의 조절신호(13)에 따라 조절밸브(15)를 제어한다.

이러한 관계를 표로 나타내면 다음과 같다.

도 2는 상기한 종래의 냉각수 제어장치의 제어 타임챠트로서, 이하에서는 소재 통과 검출장치(1)에 의해서 소재(6)의 통과를 검출한 시점부터 설명한다.

소재(6)가 통과되어 검출장치(1)에서 검출되면 이 신호는 반전연산기(7)를 거쳐 곱셈연산기(11)에 로우신호인 '0'로 출력되며, 또한 측정온도값과 요구온도값중에서 하이셀렉터(8)에 의해 선택된 값보다 비교선택기(9)의 내부상수(10)가 항상 큰 값으로 존재하므로 비교선택기(9)의 출력은 항상 하이레벨인 '1'로서 곱셈연산기(11)로 전송된다.

때문에 곱셈연산기(11)는 소재(6) 통과 유무에 따라서 하이레벨 또는 로우레벨의 출력신호를 전송하게 되며, 소재(6)의 통과로 곱셈연산기(11)의 출력신호가 로우레벨이면 조절계(12)의 제어가 실행되어 요구온도값과 측정온도값에 대한 비교로 제어출력은 조절밸브(15)로 보내진다.

그러나 이때 소재가 수냉대(4)를 통과하여 레잉헤드(5) 후단까지 도달되지 못했으므로 레잉헤드(5) 후단에 설치된 소재표면 온도측정기(2)에서 소재온도를 측정하지 못하므로, 조절계(12)에서는 "설정치 ＞ 측정치"의 관계가 성립되어 다음과 같은 조절계(12)의 특성상 조절계(12)의 제어출력은 급속히 감소되어 조절밸브(15)를 닫게 된다.

여기에서 조절계 제어출력의 특성은 다음과 같다.

DV = SV - PV (DV : 제어출력, SV : 설정치, PV : 측정치)

설정치 ＞ 측정치 ----- 제어출력 감소(조절밸브 폐쇄)

설정치 ＜ 측정치 ----- 제어출력 증가(조절밸브 개방)

설정치 = 측정치 ----- 제어출력 멈춤(조절밸브 현상태 유지(홀딩))

이로 인하여 소재(6) 선단부에서의 과열을 일으키게 된다.

그 후 실제로 레잉헤드(5) 후단에 설치된 소재온도검출기(2)에서 측정온도값을 검출 및 전송하였을 경우, 조절계(12)에서는 측정온도값이 요구온도값보다 높은 상태가 되어 "설정치 < 측정치"의 상태가 되므로 조절계(12) 제어출력은 다시 급속하게 증가된다.

이에 따라 조절밸브(15)가 오픈된다.

이러한 현상을 반복하다가 설정치와 측정치의 편차가 줄어들면 조절계(12)에서는 점점 정상적인(Steady-State) 제어가 이루어지게 되는 것이다.

이처럼 소재(6)의 선단부에서 조절밸브(15)가 급격한 폐쇄와 개방을 반복하는 현상을 제어계 헌팅이라고 하는데, 이는 소재(6) 선단부의 과열 또는 과냉을 촉발하게 된다.

또한 소재(6) 후단부에서의 제어 상태에 있어서도 소재(6)의 선단부에서와 마찬가지로 바람직스럽지 못한 제어 상태를 나타내게 된다. 즉 소재(6)가 소재통과 여부 검출장치(1)를 완전히 통과하여 소재(6)가 없는 것으로 판단할 경우(실제로는 소재가 레잉헤드를 통과 하여 소재온도측정이 가능한 지점에 위치한 경우) 곱셈연산기(11)의 출력은 하이레벨로 전환되어 그 순간부터 조절계(12)의 제어출력은 조절밸브(15)로 전송되지 못하고 조절밸브(15)의 동작은 홀딩된다.

이는 조절밸브(15)의 현상태가 0%(완전 폐쇄) 내지 100%(완전 개방) 개방의 어느 상태에 있는지에 관계없이 조절밸브(15)의 동작이 멈춰지게 된다는 것을 의미하는 것이다. 조절계(12)는 조절밸브(15)로의 제어출력 전송은 할 수 없으나, 내부제어상태는 설정값과 측정값의 비교에 의하여 내부제어가 행하여지게 된다.

그러므로 소재(6) 후단부에서의 온도제어는 소재(6)가 소재통과 검출장치(1)를 통과한 그 순간의 제어상태에 따라 유지되고, 그 영향은 소재 후단부의 과냉 또는 과열 등의 바람직스럽지 못한 상태를 반복하게 되며, 조절계(12)의 내부 제어상태는 다시 뒤이어 오는 소재 선단부의 온도 제어상태에 대하여 앞에서 설명된 바와 같이 조절계(12) 및 조절밸브(15)의 급격한 변화를 일으켜 제어계의 불안정 요인으로 작용하게 되는 것이다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 레잉헤드에서의 소재의 온도제어를 요구온도 범위에 만족하도록 제어함과 동시에, 소재 선단부 및 후단부에서의 소재온도 제어에 바람직스럽지 못한 현상, 즉 조절계의 제어출력 및 조절밸브의 급격한 변화 등으로 인한 소재 선단부와 후단부에서의 제어계의 헌팅을 방지하여, 레잉헤드에서의 최적의 온도제어가 실현되게 하는 선재 수냉대 냉각수 제어장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래의 선재 압연 수냉대의 냉각수 제어장치의 전체 구성도,

도 2는 종래의 선재 압연 수냉대의 냉각수 제어장치의 제어 타임챠트,

도 3은 본 발명에 의한 선재 압연 수냉대의 냉각수 제어장치의 전체 구성도,

도 4는 본 발명에 의한 선재 압연 수냉대의 냉각수 제어장치의 동작과정을 설명하기 위한 흐름도,

도 5는 본 발명에 의한 선재 압연 수냉대의 냉각수 제어장치의 제어 타임챠트이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 검출장치(HMD), 2 : 온도측정기

4 : 수냉대 5 : 레잉헤드

6 : 소재 7 : 반전연산기

8 : 하이셀렉터 9 : 비교선택기

10 : 비교선택기 내부상수 11 : 곱셈연산기

12 : 조절계 13 : 제어출력신호

14 : A/D변환기 14-1 : D/A변환기

15 : 조절밸브 16 : 지연 타이머

17 : 신호선택기1 18 : 신호선택기2

19 : 산술연산기2 내부상수 20 : 압력조절밸브

21 : 온/오프 밸브 22 : 덧셈연산기

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 장치는 적어도 지연 타이머(16), 신호선택기1(17), 조절계(12), 신호선택기2(18), 조절밸브(15) 및 덧셈연산기(22)를 포함하여 구성하되,

상기 타이머(16)는 소재통과 유무를 검출하는 검출장치(1)의 값을 입력받아 t초동안 지연시킨 후 상기 신호선택기1(17), 신호선택기2(18) 및 덧셈연산기(22)로 출력하고,

상기 신호선택기1(17)는 상기 타이머(16) 출력에 따라 소재별로 요구되는 온도로서 미리 설정된 요구온도값과 레잉헤드(5)를 통과한 소재의 표면의 측정온도값 중의 어느 하나를 상기 조절계(12)로 출력하며,

상기 조절계(12)는 상기 신호선택기1(17)의 출력이 측정온도값을 초과하는 온도값을 상기 신호선택기2(18)로 출력하고,

상기 신호선택기2(18)는 상기 타이머(16) 출력에 따라 미리 설정된 내부상수값(19)과 상기 조절계(12)의 출력값 중의 어느 하나를 상기 조절밸브(15)의 유량조절량으로서 출력하며,

상기 덧셈연산기(22)는 검출장치(1) 신호와 상기 지연 타이머(16)을 통과한 검출장치(1) 신호를 입력받아 논리합 연산하여 온/오프밸브(21) 제어신호로 출력하도록 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 구체적인 동작과정을 도 3 내지 도 5를 참고로 하여 설명하면 다음과 같다.

먼저 소재통과 검출장치(1)에서 소재(6)의 통과 유무를 판단하여 소재(6)가 있을 경우에는 하이레벨인 '1'을, 소재가 없을 경우에는 로우레벨인 '0'을 지연 타이머(16)로 전송시킨다.

상기 타이머(16)에서는 소재(6)가 레잉헤드(5) 후단에 설치된 온도계에서 온도측정이 이루어지도록 t초간 시간을 지연시킨다.

이는 종래기술에서 선단부와 후단부에서의 바람직스럽지 못한 제어계의 헌팅 등을 방지하기 위한 것으로서, 프로세스 특성에 맞게 시간 t초를 조정할 수 이으며, 현재의 본 발명의 조업현장 실시예에 있어서는 프로세스에서 1초의 시간지연을 설정하여 운용 중이다.

상기 타이머(16)의 신호를 전송받은 신호선택기1(17)과 신호선택기2(18)는 각각 다음의 조건식에 의하여 조절계(12) 및 조절밸브(15)를 제어한다.

먼저 신호선택기1(17)의 조건식을 보면

Do Case

Case DI = 1

Y = I1 ---- ①

case DI = 0

Y = I2 ---- ②

End Case

여기에서 I1 : 요구온도값, I2 : 측정온도값, DI : 검출장치(1)의 전송신호, Y : 신호선택기1(17)의 출력이다.

신호선택기1(17)은 요구온도값과 측정온도값 중의 하나를 선택하는데 있어서 상기 조건식에 의해 검출장치(1)의 전송신호(DI)가 하이레벨인 '1'일 경우 신호선택기1(17)의 선택 출력신호로서 "요구온도값"을 선택 출력하여 조절계(12)의 설정치로서 전송시킨다 ---- ①.

또 반대로 검출장치(1)의 전송신호(DI)가 로우레벨인 '0'일 경우, 즉 소재가 없을 경우 신호선택기1(17)의 출력신호는 "측정온도값"을 선택하여 조절계(12)의 설정치로서 전송시킨다 ---- ②.

이는 조절계(12)의 제어특성을 고려하여, 종래 기술에서의 조절계(12)의 제어출력값이 급격하게 증가, 감소하는 것을 방지하기 위한 것으로서, 조절계(12)의 설정치를 소재(6)의 유무에 따라 요구온도값 및 측정온도값 등으로 변경함으로써 조절계(12)의 안정을 기하고자 하는 것이다.

또한 타이머(16)의 신호를 신호선택기1(17)과 동시에 전송받은 신호선택기2(18)의 조건식은

Do Case

Case DI = 1

Y = I1 ---- ③

case DI = 0

Y = k ---- ④

End Case

여기에서 I1 : 조절계 제어출력, k : 내부상수, DI : 검출장치(1)의 전송신호, Y : 신호선택기2(18)의 출력이다.

검출장치(1)의 전송신호(DI)가 하이레벨인 '1'인 경우, 즉 소재가 있어 소재의 온도제어가 행해지는 경우에는 신호선택기2(18)는 상기 조건식에 의해 조절계(12)의 제어출력을 조절밸브(15)로 보내서 조절밸브(15)를 제어하도록 한다 ---- ③.

반대로 DI가 로우레벨인 '0'인 경우, 즉 소재가 없는 경우에는 조절계의 제어 출력신호 대신 신호선택기2(18)의 내부상수(19) k에 의해 조절밸브(15)를 미리 정해진 비율, 예컨대 50퍼센트 개방상태로 홀딩시키는 기능을 가진다 ---- ④.

한편 상기와 같이 신호선택기1(17) 및 신호선택기2(18)에 의하여 냉각수의 유량, 즉 조절밸브(15)의 개방정도가 결정된 후에는 온/오프밸브(21)가 개방되어야 소재(6)에 냉각수가 분사된다. 상기 온/오프밸브(21)의 동작은 도 3을 참조하면 검출장치(1)의 신호가 하이레벨인 "1"이거나 그 신호의 지연된 타이머 출력이 하이레벨인 "1"인 경우에 완전개방됨을 알 수 있다.

이들에 대한 흐름 동작과정을 도4에 나타내고 있다.

이상과 같은 작용에 의해 각 소재별의 요구온도값에 적합한 제어를 행하는데 있어서, 소재(6) 선단부와 후단부의 과열 또는 과냉 및 제어계의 헌팅 등의 불안정 요인 등을 방지하여 프로세스의 냉각수 제어계를 최적 상태로 제어할 수 있게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명은 가열로의 소재로서 빌렛트가 가열로에서 가열 추출되어 압연단의 압연기를 거치면서 최종 선재 제품으로 생산되기까지의 공정 중에 포함되는 설비인 수냉대의 소재온도 제어를 요구온도에 따라 최적으로 제어 유지시킬 수가 있어, 소재의 선단 및 후단에서의 과열이나 과냉을 방지시킬 수 있게 됨에 따라 고품질의 선재 제품을 얻을 수 있게 되는 효과가 크다.

Claims

선재 제품을 생산하는 공정라인 상의 수냉대의 요구온도를 최적으로 제어하기 위한 냉각수 제어장치에 있어서, 적어도 지연 타이머(16), 신호선택기1(17), 조절계(12), 신호선택기2(18), 조절밸브(15) 및 덧셈연산기(22)를 포함하여 구성하되,

상기 타이머(16)는 소재통과 유무를 검출하는 검출장치(1)의 값을 입력받아 t초동안 지연시킨 후 상기 신호선택기1(17), 신호선택기2(18) 및 덧셈연산기(22)로 출력하고,

상기 신호선택기1(17)는 상기 타이머(16) 출력에 따라 소재별로 요구되는 온도로서 미리 설정된 요구온도값과 레잉헤드(5)를 통과한 소재의 표면의 측정온도값 중의 어느 하나를 상기 조절계(12)로 출력하며,

상기 조절계(12)는 상기 신호선택기1(17)의 출력이 측정온도값을 초과하는 온도값을 상기 신호선택기2(18)로 출력하고,

상기 신호선택기2(18)는 상기 타이머(16) 출력에 따라 미리 설정된 내부상수값(19)과 상기 조절계(12)의 출력값 중의 어느 하나를 상기 조절밸브(15)의 유량조절량으로서 출력하며,

상기 덧셈연산기(22)는 검출장치(1) 신호와 상기 지연 타이머(16)을 통과한 검출장치(1) 신호를 입력받아 논리합 연산하여 온/오프밸브(21) 제어신호로 출력하도록 구성됨을 특징으로 하는 선재 수냉대 냉각수 제어장치.