KR100558785B1 - 롤 갭을 이용한 장력 편차 제어 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 루퍼 구동기와 루퍼 모터와 스탠드별 하중측정 센서와 스탠드별 롤 갭을 제어하는 AGC PLC(Automatic Gauge Control Programmable Logic Controller)를 구비한 열간 사상압연 시스템에서 두 스탠드 사이의 장력 편차를 제어하는 장치에 있어서, 상기 열간 사상압연 시스템에서 작업 중인 압연 판의 두께, 밀 상수, 스탠드 간의 장력을 설정하는 SCC(Supervisory Control Computer) 설정장치와, 후단 스탠드의 하중측정 센서로부터 메탈인 신호를 입력받아 상기 작업 중인 압연 판의 메탈인 여부를 판단하고 압연하중 편차를 계산하는 메탈인 판단장치와, 상기 메탈인 판단장치와 루퍼 구동기와 루퍼 모터로부터 압연하중 편차와 루퍼 각도와 루퍼 모터 전류를 수집하는 데이터 수집장치와, 상기 데이터 수집장치에서 수집한 상기 루퍼각도와 루퍼 모터 전류로부터 스탠드간 장력을 연산하는 장력 연산장치와, 상기 장력 연산장치에서 연산된 장력과 상기 SCC에서 설정된 장력의 장력편차가 허용치를 벗어나는 지를 판단하는 장력편차 허용유무 판단장치와, 상기 장력편차 허용유무 판단장치에서 상기 장력편차가 허용치를 벗어나면 상기 데이터 수집장치에서 수집한 압연하중편차를 이용하여 RF AGC(Roll Force Automatic Gauge Control) 보상게인을 연산하는 RF AGC 보상게인 연산장치와, 상기 RF AGC 보상게인을 이용하여 보상된 RF AGC 게인을 연산하고 상기 보상된 RF AGC 게인을 상기 AGC PLC에게 제공하여 상기 AGC PLC가 상기 사상압연 롤의 롤 갭을 조절하도록 하는 보상된 게인 연산장치로 이루어진다.
열간압연, 장력제어, 롤 갭

Description

롤 갭을 이용한 장력 편차 제어 장치 및 그 방법{Apparatus and method for controlling deflect of tension by using roll gap}
도 1은 종래의 열간 사상압연 루퍼 제어기를 나타낸 도면,
도 2는 본 발명에 따른 롤 갭을 이용한 장력 편차 제어 방법의 일 실시예를 단계별로 나타낸 순서도,
도 3은 본 발명에 따른 롤 갭을 이용한 장력 편차 제어 장치의 일 실시예를 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
1 : 상하부 사상압연 롤 2 : 압연 판
3 : 루퍼 롤 4 : 루퍼 암
5 : 하중측정 센서 6 : 루퍼 구동기
7 : 유압 압하계 10 : SCC 설정장치
11 : 메탈인 판단 장치 12 : 데이터 수집시스템
13 : 전방장력 연산장치 14 : 장력편차 허용 유무 판단장치
15 : RF AGC 보상게인 연산장치 16 : 보상된 게인 연산장치
17 : AGC PLC
본 발명은 롤 갭(roll gap)을 이용한 장력 편차 제어 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히, 스탠드(stand, 압연기)간에 설치되어 있는 루퍼에 의한 정보들로부터 장력을 실측한 뒤, 롤 갭을 이용하여 장력 편차를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
종래의 열간 사상압연에서 장력을 제어하는 방법으로는 먼저, 스탠드간의 장력을 루퍼 각도를 이용하여 예측한다. 그 방법은 주로, 루퍼 각도가 낮은 경우에는 장력이 크게 걸린 것으로 판단하고 높은 경우에는 그 반대의 경우로 판단하게 된다. 그리고 예측된 장력을 이용하여 전단 스탠드의 롤 속도를 제어함으로써 스탠드간의 장력을 조절할 수 있게 된다. 그러나 루퍼 각도를 이용하여 장력을 예측하는 것은 정확하지 않을뿐 아니라 롤 속도를 제어하는 것 또한 메인 모터의 응답성 지연으로 인하여 제어가 용이하지 않게 된다. 메인 모터의 응답성은 일반적으로 DC 모터의 경우에는 약 300~400msec 정도의 응답 지연이 발생하게 된다. 따라서 장력이 크게 걸린 경우에는 이와 같은 응답 지연은 압연판의 폭 제어 정도를 크게 떨어뜨리는 원인이 된다.
본 발명과 관련된 특허로,
"1) 일본 특허출원 공개번호 PA57-44410, 열간압연 판 폭 제어 장치, 삼릉전기 주식회사,
2) 일본 특허출원 공개번호 PA58-58915, 연속식 압연기의 제어 장치, 삼릉전기 주식회사,
3) 일본 특허출원 공고번호 特開平03-323292, 연속 판압연기의 판 폭 제어 방법, 신일본 제철주식회사"
등이 있는데, 이 특허들의 문제점은 다음과 같다.
첫째, 사상압연 폭 제어를 위하여 스탠드간에 폭계를 설치하여 전단 스탠드의 속도를 제어하는 장치를 구성하고 있으나, 스탠드간의 폭 계는 고가이면서 3대의 CCD 카메라를 이용하여 폭을 측정하므로 스탠드간의 거리(5.5m)를 고려해 볼 때 측정된 폭을 프로세싱하고 전단 스탠드의 메인 모터에 피드백 하기에는 제어 시간이 부족하다는 문제가 있다.
둘째, 출측 폭계를 이용하여 목표 폭과의 오차를 구하여 전단 스탠드간의 루퍼 전류 제어(장력 제어)를 실시하고 있으나, 루퍼 전류 제어는 루퍼가 상당히 안정되어 있는 상태에서만 가능할 뿐 아니라 상당한 기술력이 필요함으로 강종과 사이즈가 다양한 공장(예를 들어 포항 2열연)에서는 실시가 불가능한 기술이다.
도 1은 종래의 열간 사상압연 루퍼 제어기를 나타낸 도면으로, 상하부 사상압연 롤(1), 압연 판(2), 루퍼 롤(3), 루퍼 암(arm)(4), 하중측정 센서(5), 루퍼 구동기(6), 유압 압하계(7), SCC(Supervisory Control Computer) 설정장치(10), 메탈인(metal in, 치입) 판단 장치(11), 데이터 수집시스템(12), 및 AGC PLC(Automatic Gauge Control Programmable Logic Controller)(17)로 구성된다.
동 도면을 참조하면, 각 인접한 상하부 사상압연 롤(1) 사이에 위치한 루퍼는 루퍼 롤(3)과 루퍼 암(14)으로 이루어져, 압연 판(2)의 장력을 일정하게 유지시킨다. 루퍼는 루퍼 각도(θ)를 실측하여 높이 제어기를 통해서 목표 각도와의 오차를 줄이기 위해 메인 모터의 속도를 제어한다.
제어 방법을 보면, 먼저, 루퍼 각도(θ)를 검출하여 루퍼 구동기(6), 즉 루퍼 암(4)을 회전시키는 루퍼 모터로 피드백시켜 검출된 루퍼 각도(θ)가 목표 각도가 되도록 조절한다. 또한, 검출된 루퍼 각도는 높이 제어기를 통해 회전속도 목표치를 계산하고 메인 모터로 입력되어 메인 모터의 회전속도를 조절함으로써 상하부 사상압연 롤(1)의 회전속도를 제어한다.
이와 같은 종래의 기술에 있어서는, 루퍼 구동기(6)는 압연 판(12)이 i+1 스탠드에 치입되고 0.1초 후에 루퍼 구동기(6)를 움직이게 하는 전류에 의해 구동하게 되고 약 0.6초 후에 루퍼의 높이 제어기(PI 제어기)의 출력에 따라서 제어가 시작되는데, 루퍼가 동작하여 약 0.2~0.3초 후에는 루퍼가 스트립에 닿게 된다. 그러나 메인 모터의 응답성 지연으로 인하여 루퍼에 의한 높이 제어 및 장력 제어기의 제어 명령들이 메인 모터를 움직이는데 시간이 걸리므로 제어 성능이 떨어지는 단점이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 열간 사상압연에서 스탠드간 장력 편차를 제어하기 위하여 스탠드간에 설치되어 있는 루퍼에 의한 정보들로부터 장력을 실측한 뒤, 롤 갭을 이용하여 장력 편차를 제어함으로써 궁극적으로 압연 판의 품질을 향상시킬 수 있는 장력 편차 제어 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 이 발명에 따른 장력 편차 제어장치는,
루퍼 구동기와 루퍼 모터와 스탠드별 하중측정 센서와 스탠드별 사상압연 롤의 롤 갭을 제어하는 AGC PLC(Automatic Gauge Control Programmable Logic Controller)를 구비한 열간 사상압연 시스템에서 두 스탠드 사이의 장력 편차를 제어하는 장치에 있어서,
상기 열간 사상압연 시스템에서 작업 중인 압연 판의 두께, 밀 상수, 스탠드 간의 장력을 설정하는 SCC(Supervisory Control Computer) 설정장치와, 후단 스탠드의 하중측정 센서로부터 메탈인 신호를 입력받아 상기 작업 중인 압연 판의 메탈인 여부를 판단하고 압연하중 편차를 계산하는 메탈인 판단장치와, 상기 메탈인 판단장치와 루퍼 구동기와 루퍼 모터로부터 압연하중 편차와 루퍼 각도와 루퍼 모터 전류를 수집하는 데이터 수집장치와, 상기 데이터 수집장치에서 수집한 상기 루퍼각도와 루퍼 모터 전류로부터 스탠드간 장력을 연산하는 장력 연산장치와, 상기 장력 연산장치에서 연산된 장력과 상기 SCC 설정장치에서 설정된 장력의 장력편차가 허용치를 벗어나는 지를 판단하는 장력편차 허용유무 판단장치와, 상기 장력편차 허용유무 판단장치에서 상기 장력편차가 허용치를 벗어나면 상기 데이터 수집장치에서 수집한 압연하중 편차를 이용하여 RF AGC(Roll Force Automatic Gauge Control) 보상게인을 연산하는 RF AGC 보상게인 연산장치와, 상기 RF AGC 보상게인을 이용하여 보상된 RF AGC 게인을 연산하고 상기 보상된 RF AGC 게인을 상기 AGC PLC에게 제공하여 상기 AGC PLC가 상기 사상압연 롤의 롤 갭을 조절하도록 하는 보상된 게인 연산장치를 포함한 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따른 장력 편차 제어방법은,
루퍼 구동기와 루퍼 모터와 스탠드별 하중측정 센서와 스탠드별 사상압연 롤의 롤 갭을 제어하는 AGC PLC(Automatic Gauge Control Programmable Logic Controller)를 구비한 열간 사상압연 시스템에서 두 스탠드 사이의 장력 편차를 제어하는 방법에 있어서,
상기 열간 사상압연 시스템에서 작업 중인 압연 판의 두께, 밀 상수, 스탠드 간의 장력을 설정하는 제 1 단계와,
후단 스탠드의 하중측정 센서로부터 메탈인 신호를 입력받아 상기 작업 중인 압연 판의 메탈인 여부를 판단하고 상기 후단 스탠드에서의 압연 판의 압연하중 편차를 계산하는 제 2 단계와,
상기 압연하중 편차와 루퍼 각도와 루퍼 모터 전류를 수집하는 제 3 단계와,
상기 제 3 단계에서 수집한 상기 루퍼각도와 루퍼 모터 전류로부터 스탠드간 장력을 연산하는 제 4 단계와,
상기 제 4 단계에서 연산된 장력과 상기 제 1 단계에서 설정된 장력의 장력편차가 허용치를 벗어나는 지를 판단하는 제 5 단계와,
상기 제 5 단계의 판단 결과 상기 장력편차가 허용치를 벗어나면 상기 제 3 단계에서 수집한 압연하중 편차를 이용하여 RF AGC(Roll Force Automatic Gauge Control) 보상게인을 연산하는 제 6 단계와,
상기 RF AGC 보상게인을 이용하여 보상된 RF AGC 게인을 연산하고 상기 보상된 RF AGC 게인을 상기 AGC PLC에게 제공하여 상기 AGC PLC가 상기 사상압연 롤의 롤 갭을 조절하도록 하는 제 7 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 롤 갭을 이용한 장력 편차 제어 방법의 일 실시예를 단계별로 나타낸 순서도이다.
먼저, i+1 스탠드에 설치되어 있는 하중측정 센서(5)로부터 i+1 스탠드에 압연 판(2)이 메탈인 되었는지 여부를 판단한다(S1). 아울러, 하중측정 센서로부터 i+1 스탠드에서의 압연 판의 압연하중 편차를 계산한다.
단계 S1의 판단 결과, 압연 판(2)이 메탈인 되었을 경우 각 압연 조건에 따라 설정된 i 스탠드의 압연 판(2)의 두께, 밀 상수, 스탠드간의 단위 장력 등의 설정값을 읽어 들인다(S2).
데이터 수집 장치(12)로부터 루퍼 관련 데이터, 즉 루퍼 모터의 전류, 루퍼 각도(θ) 등의 실측치를 읽어 들인다(S3). 이는 루퍼의 정보들로부터 스탠드 간의 장력을 연산할 수 있기 때문이다.
상기 수집한 데이터를 사용하여 수학식 1과 같이 스탠드간의 장력을 연산한다(S4).
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Figure 112001034455512-pat00001
여기서, tf는 스탠드간 단위 장력, Ll은 루퍼 암의 길이, LG는 루퍼 시스템의 중력 중심, TM은 루퍼 모터의 전류로 계산된 토크, WL은 루퍼 시스템의 전체 중량, GD2는 루퍼의 관성모멘트, g는 중력가속도, f(θ)는 루퍼각도의 함수,
Figure 112003047952363-pat00002
은 i 스탠드와 스트립이 이루는 각도,
Figure 112003047952363-pat00003
는 I+1 스탠드와 스트립이 이루는 각도를 각기 나타낸다.
단계 S2 및 단계 S3에서 읽어 들인 목표 장력과 실측 장력과의 차이를 비교장치에 의하여 구한다(S5). 여기서 새로운 계수
Figure 112003047952363-pat00004
를 도입하고
Figure 112003047952363-pat00005
는 장력 편차 허용계수라고 하며 약 0.8~1.2kg/mm2 정도의 값을 가진다. 일반적으로 RF(Roll Force) AGC의 롤 갭 보상량 방법은 수학식 2와 같다.
Figure 112001034455512-pat00006
여기서, ΔS는 롤 갭 보상량, α는 RF AGC 게인, ΔP는 압연하중 편차, ΔM은 압연기 강성계수, Δh는 출측 두께편차를 각각 나타낸다.
본 발명에서는 스탠드간에 장력을 수학식 1로 연산한 후 그 값을 이용하여 기존의 롤 속도를 제어하는 것이 아니라 응답성이 빠른 롤 갭을 제어하는 것이 목적이다. 따라서 상기 수학식 2의 RF AGC 게인을 수학식 3과 같이 재 정의한다.
Figure 112001034455512-pat00007
여기서, α는 본 발명에서 제안한 보상된 RF AGC 게인, β는 RF AGC 보상 게인을 각각 나타낸다.
상기 단계 S5에서 전방 장력 연산치가 목표치보다 어느정도 크다면 상기 게인들은 다음과 같이 구한다. 즉 보상된 RF AGC 게인(α)는 설정된 RF AGC 게인(αAGC) 보다는 크고 1보다는 적으므로,
Figure 112001034455512-pat00008
따라서 상기 RF AGC 보상 게인(β)을 수학식 4와 같이 구한다(S6).
Figure 112001034455512-pat00009
상기 수학식 4로부터 단계 S6의 RF AGC 보상게인을 구할 수 있으며, 보상된 RF AGC 게인(α)는 수학식 3으로부터 구하고 이를 AGC PLC로 출력한다(S7, S8).
도 3은 본 발명에 따른 롤 갭을 이용한 장력 편차 제어 장치의 일 실시예를 나타낸 도면으로, 상하부 사상압연 롤(1), 압연 판(2), 루퍼 롤(3), 루퍼 암(4), 하중측정 센서(5), 루퍼 구동기(6), 유압 압하계(7), SCC 설정장치(10), 메탈인 판단 장치(11), 데이터 수집시스템(12), 전방장력 연산장치(13), 장력편차 허용 유무 판단장치(14), RF AGC 보상게인 연산장치(15), 보상된 게인 연산장치(16), 및 AGC PLC(17)로 구성된다.
동 도면에 있어서, 메탈인 판단 장치(11)는 i+1 스탠드에 압연 판(2)이 메탈인 되었는지 여부를 판단한다. 그리고, 압연 판(2)의 압연하중 편차를 계산한다.
SCC 설정장치(10)는 압연 판(3)의 두께, 밀 상수, 스탠드 간의 단위장력 등의 설정값을 메탈인 판단 장치(11)로 제공한다.
데이터 수집 장치(12)는 메탈인 판단 장치(11), 루퍼 구동기(6), 및 루퍼에 접속되어, 필요한 압연 하중 편차, 루퍼 모터 전류, 및 루퍼 각도(θ) 등의 실측 데이터를 수집한다.
전방 장력 연산장치(13)는 데이터 수집 장치(12)로부터 정보를 제공받아 스탠드간의 장력을 연산한다.
장력편차 허용유무 판단장치(14)는 전방 장력 연산장치(13)로부터 제공되는 연산된 전방 장력이 허용 장력보다 큰지 여부를 판단한다.
RF AGC 보상게인 연산장치(15)는 장력편차 허용유무 판단장치(14)로부터 판단된 연산 장력(tf)이 큰 경우에 RF AGC 보상게인(β)을 연산한다.
보상된 게인 연산 장치(16)는 RF AGC 보상게인 연산장치(15)로부터 RF AGC 보상게인(β)을 받아 최종 보상된 RF AGC 게인(α)을 연산하여 AGC PLC(17)로 제공한다.
본 발명은, 열간 사상압연에서 스탠드간 장력 편차를 제어하기 위하여 스탠드간에 설치되어 있는 루퍼에 의한 정보들로부터 장력을 실측한 뒤, 롤 갭을 이용하여 장력 편차를 제어함으로써 궁극적으로 압연 판의 품질, 특히 폭을 향상시킬 수 있다.

Claims (2)

  1. 루퍼 구동기와 루퍼 모터와 스탠드별 하중측정 센서와 스탠드별 사상압연 롤의 롤 갭을 제어하는 AGC PLC(Automatic Gauge Control Programmable Logic Controller)를 구비한 열간 사상압연 시스템에서 두 스탠드 사이의 장력 편차를 제어하는 장치에 있어서,
    상기 열간 사상압연 시스템에서 작업 중인 압연 판의 두께, 밀 상수, 스탠드 간의 장력을 설정하는 SCC(Supervisory Control Computer) 설정장치와,
    후단 스탠드의 하중측정 센서로부터 메탈인 신호를 입력받아 상기 작업 중인 압연 판의 메탈인 여부를 판단하고 상기 작업 중인 압연 판의 압연하중 편차를 계산하는 메탈인 판단장치와,
    상기 메탈인 판단장치와 루퍼 구동기와 루퍼 모터로부터 압연하중 편차와 루퍼 각도와 루퍼 모터 전류를 수집하는 데이터 수집장치와,
    상기 데이터 수집장치에서 수집한 상기 루퍼각도와 루퍼 모터 전류로부터 스탠드간 장력을 연산하는 장력 연산장치와,
    상기 장력 연산장치에서 연산된 장력과 상기 SCC 설정장치에서 설정된 장력의 장력편차가 허용치를 벗어나는 지를 판단하는 장력편차 허용유무 판단장치와,
    상기 장력편차 허용유무 판단장치에서 상기 장력편차가 허용치를 벗어나면 상기 데이터 수집장치에서 수집한 압연 하중편차를 이용하여 RF AGC(Roll Force Automatic Gauge Control) 보상게인을 연산하는 RF AGC 보상게인 연산장치와,
    상기 RF AGC 보상게인을 이용하여 보상된 RF AGC 게인을 연산하고 상기 보상된 RF AGC 게인을 상기 AGC PLC에게 제공하여 상기 AGC PLC가 상기 사상압연 롤의 롤 갭을 조절하도록 하는 보상된 게인 연산장치를 포함한 것을 특징으로 하는 롤 갭을 이용한 장력 편차 제어 장치.
  2. 루퍼 구동기와 루퍼 모터와 스탠드별 하중측정 센서와 스탠드별 사상압연 롤의 롤 갭을 제어하는 AGC PLC(Automatic Gauge Control Programmable Logic Controller)를 구비한 열간 사상압연 시스템에서 두 스탠드 사이의 장력 편차를 제어하는 방법에 있어서,
    상기 열간 사상압연 시스템에서 작업 중인 압연 판의 두께, 밀 상수, 스탠드 간의 장력을 설정하는 제 1 단계와,
    후단 스탠드의 하중측정 센서로부터 메탈인 신호를 입력받아 상기 작업 중인 압연 판의 메탈인 여부를 판단하고 상기 압연 판의 압연하중 편차를 계산하는 제 2 단계와,
    상기 압연하중 편차와 루퍼 각도와 루퍼 모터 전류를 수집하는 제 3 단계와,
    상기 제 3 단계에서 수집한 상기 루퍼각도와 루퍼 모터 전류로부터 스탠드간 장력을 연산하는 제 4 단계와,
    상기 제 4 단계에서 연산된 장력과 상기 제 1 단계에서 설정된 장력의 장력편차가 허용치를 벗어나는 지를 판단하는 제 5 단계와,
    상기 제 5 단계의 판단 결과 상기 장력편차가 허용치를 벗어나면 상기 제 3 단계에서 수집한 압연하중 편차를 이용하여 RF AGC(Roll Force Automatic Gauge Control) 보상게인을 연산하는 제 6 단계와,
    상기 RF AGC 보상게인을 이용하여 보상된 RF AGC 게인을 연산하고 상기 보상된 RF AGC 게인을 상기 AGC PLC에게 제공하여 상기 AGC PLC가 상기 사상압연 롤의 롤 갭을 조절하도록 하는 제 7 단계를 포함한 것을 특징으로 하는 롤 갭을 이용한 장력 편차 제어 방법.
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