KR100780424B1 - 루퍼의 구동모터 제어장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열간 사상압연에 있어서, 스탠드 사이에 위치한 루퍼의 구동을 제어하여 압연강판의 선단부의 통판성을 향상시키는 루퍼의 구동모터 제어장치 및 그 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따르면, 다수 개의 스탠드(1, 1')들 사이에 위치한 루퍼(10)를 기동시키는 구동모터(16)의 제어장치에 있어서, 루퍼(10)의 목표각도(θ_ref), 영률, 루퍼관성모멘트 및, 기동전류의 설정값을 출력하는 컴퓨터(20)와, 루퍼(10)의 후방에 위치한 스탠드(1')에 압연강판(2)이 진입한 후에 소정의 시간이 경과하면, 루퍼(10)의 각도(θ)와 압연강판(2)의 두께 및 폭을 실측하여 데이터를 수집하는 데이터 수집부(30)와, 루퍼(10)의 구동모터(16)에 공급되는 기동전류를 출력하는 기동전류 출력부(40)와, 기동전류에 이어 공급될 베이스 전류를 연산하는 베이스전류 연산부(50)와, 베이스 전류의 초기시점부터 안정시점까지 베이스 전류의 보상치를 연산하는 베이스전류 보상치 연산부(54)와, 기동전류 출력부(40)로부터 출력되는 기동전류와 베이스전류 보상치 연산부(54)에서 출력되는 보상된 베이스 전류를 공급받아 구동모터(16)를 구동하는 모터구동부(56)를 포함하는 루퍼 구동모터의 제어장치가 제공된다.

Description

루퍼의 구동모터 제어장치 및 그 제어방법{Drive motor control apparatus of looper and its control method}

도 1은 종래 기술에 따른 루퍼의 구동모터 제어장치의 개략도이고,

도 2는 도 1에 도시된 루퍼의 구동모터 제어장치에 의해 루퍼 구동모터에 인가되는 전류의 변화를 시각에 따라 나타낸 그래프이고,

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 루퍼의 구동모터 제어장치의 개략도이고,

도 4는 도 3에 도시된 루퍼 구동모터에 인가되는 전류의 변화를 시각에 따라 나타낸 그래프이며,

도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 루퍼의 구동모터 제어방법에 따른 흐름도이다.

♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠

1, 1' : 스탠드 2 : 압연강판

5 : 로드셀 10 : 루퍼

16 : 구동모터 20 : SCC(Supervisory Control Computer)

30 : 데이터 수집부 40 : 기동전류 출력부

50 : 베이스전류 연산부 52 : 전류보상유무판단부

54 : 베이스전류 보상치 연산부 56 : 모터구동부

본 발명은 열간 사상압연에서 스탠드 사이에 위치한 루퍼의 구동모터 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이며, 특히, 루퍼의 구동모터에 인가되는 기동전류와 베이스전류의 설정치 사이에 베이스전류 보상치를 인가함으로써 안정된 루퍼각도를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 압연강판의 선단부의 통판성을 향상시켜서 품질불량을 해결하기 위한 루퍼의 구동모터 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

사상압연기는 총 7개의 스탠드로 구성되며, 이런 스탠드들 사이에 위치하는 루퍼가 진행하는 압연강판의 하면을 지지하여 압연강판의 장력을 제어함으로써, 각 스탠드들을 통과하는 압연강판의 통판성을 향상시켜 압연시에 발생하는 압연불량 및 압연강판의 두께 및 폭 불량을 감소시킨다.

i+1스탠드에 압연강판이 진입하고 0.1초 후에 i번째 루퍼(i스탠드와 i+1스탠드의 사이에 위치한 루퍼)의 구동모터에 루퍼 기동전류가 인가된다. 이때 기동전류는 스텝형으로서, 일반적으로 0.2~0.3초간 인가되어 루퍼의 기동이 초기에 빠르게 진행될 수 있도록 한다. 스텝형의 기동전류가 출력되고 난 후에는 실제 루퍼의 각도에 따른 베이스전류가 루퍼 구동모터에 인가되어 일정한 시간이 지난 시점부터는 루퍼 제어가 시작된다.

보다 구체적으로 종래의 루퍼의 구동모터 기동전류 제어장치 및 그 방법에 대하여 도면을 참조하여 설명하겠다.

도 1은 종래 기술에 따른 루퍼의 구동모터 제어장치의 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시된 루퍼의 구동모터 제어장치에 의해 루퍼 구동모터에 인가되는 전류의 변화를 시각에 따라 나타낸 그래프이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 인접한 스탠드(i, i+1스탠드)(1, 1') 사이에 위치한 루퍼(10)는 루퍼 롤(13)과 루퍼 암(14)으로 이루어지며, 압연강판(2)의 장력을 제어하는 역할을 수행한다. 일반적으로 루퍼(10)의 각도는 높이 제어기(도면에 도시안됨)에 의해 실측되고, 목표각도와의 오차를 줄이기 위해 스탠드(1, 1')의 작업롤(3, 3')을 회전시키는 메인모터(16)의 속도를 제어한다.

스탠드(1, 1') 사이에 설치되어 있는 루퍼(10)는 i+1스탠드(1')에 압연강판(2)이 진입한 후에 약 0.1초 후에 기동하기 시작하여 0.6초 후에 높이 제어기에서 루퍼각도(θ)를 실측한다. 이때 루퍼(10)를 기동시키는 전류는 루퍼(10)의 구동모터 기동전류라고 하며, 기동전류(i_f)는 도 2에 도시된 바와 같이 스텝형의 크기를 가지고 약 0.2~0.3초간 지속되는 전류이다.

도 2의 그래프에서 i_f는 기동전류이고, i_b는 베이스전류이고, t_f는 베이스전류 보상 시작 시각이고, t_b는 베이스전류 보상 완료 시각이며, α는 베이스전류 보상시간이다.

도 2에 보이듯이, 기동전류(i_f)가 완료된 후에 베이스전류(i_b)를 출력할 때에 베이스전류의 초기 크기가 상대적으로 작아서 약 α초 동안 낮은 베이스전류를 출력하는 경우가 있다. 이와 같이 α초 동안에 낮은 베이스전류가 출력됨에 따라 루퍼각도(θ)가 크게 떨어지는 현상이 발생하게 되어, 루퍼(10)의 헌팅이 발생하는 경우가 종종 발생하며 이런 루퍼(10)의 헌팅은 압연강판(2)의 제품 품질불량을 발생한다.

한편, 종래의 열간 사상압연에서 루퍼 구동모터의 기동전류와 베이스전류를 결정하는 기술과 그에 관련된 특허들은 다음과 같다.

일본 특개평5-285518호(발명의 명칭 : 루퍼의 기동 제어방법 및 장치)"에서는 압연강판이 차회 스탠드에 진입한 후에 루퍼가 기동할 때 루퍼가 빠른 시간내에 목표하는 위치까지 기동하도록 하기 위해 기동전류를 기동전류장치로부터 인가하여 기동전류 시점(forcing time)까지 유지되도록 하는 장치 및 그 방법에 관한 특허이다.

또한, 일본 특허출원 공개번호 2000-033410호(발명의 명칭 : 압연기의 제어방법 및 장치)에서는 스탠드 사이에 배치된 루퍼에 대하여, 루퍼 각도 실측치 및 피압연재의 단위 장력 실측치에 관계없이 고정의 전류 지령치를 주고 계속 제어하는 것으로 루퍼가 피압연재를 일정한 토크로 지지하는 제어를 실시하게 하는 루퍼모터 전류치 기억장치와 루퍼 모터 전류제어장치를 설치하고, 루퍼가 피압연재를 일정한 토크로 밀어 올리는 제어를 실시하도록 하여 예기치 않고 스탠드 사이의 매스플로(massflow)에 혼란이 발생할 때에 루퍼가 대처할 수 있게 하여 안정된 통판성능을 실현할 수 있게 하는 특허이다.

또 다른 특허로서, 일본 특개평7-284834호(발명의 명칭 : 열간압연기의 루퍼 제어방법)는 압연 스탠드 사이에 암(arm)식 루퍼장치를 갖는 열간압연기에 있어서, 루퍼 암의 각도를 계측하고, 루퍼 암의 지점에서 루퍼 작용점까지의 길이와 루퍼 암의 각도 및 그 시간 변화율로부터 루퍼 작용점의 수직방향 속도 및 수직방향 가속도를 연산하고, 수직방향 속도와 속도 지령치의 편차로부터 속도제어장치에 의해 루퍼 구동모터의 전류 지령치를 구하여, 전류 지령치를 수직방향 가속도에 따라 수정하여 수정된 전류 지령치를 얻을 수 있도록 루퍼 구동전류를 제어하도록 하는 방법에 대해 기술하고 있다.

이들 기 출원된 특허들에 있어서의 단점들은 다음과 같다.

우선 루퍼가 기동할 때, 루퍼 구동모터에 기동전류를 인가하여 루퍼를 빨리 원하는 위치로 기동시킨 후에 베이스전류를 인가하는 방법을 취하고 있다. 그러나, 루퍼각도가 낮고 장력이 크게 걸리는 경우에는 베이스전류의 초기치가 낮아서 루퍼각도가 심하게 헌팅되는 결과를 가져온다. 이와 같이 루퍼각도가 심하게 헌팅되면 앞에서 설명한 바와 같이, 스탠드간의 장력변동이 발생하여 매스플로우의 불안정을 가져오고 그로 인해 압연강판의 품질이 저하되는 단점이 있다.

또한, 루퍼 기동시에 일정한 크기로 세팅된 기동전류를 인가 받기 때문에 압연강판의 강종 및 사이즈에 무관하게 기동전류가 출력되어 압연조건과 부합하지 않는 루퍼 제어가 수행되어 압연강판의 품질불량을 초래한다.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제 공된 것으로서, 열간 사상압연에서 루퍼 기동시에 루퍼 구동모터의 기동전류에 의해 기동하는 시점과 설정된 베이스전류에 의해 구동하는 시점 사이에 베이스전류 보상치를 인가함으로써 안정된 루퍼각도를 얻을 수 있도록 하여 압연강판의 선단부의 통판성을 향상시키는 루퍼의 구동모터 제어장치 및 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 다수 개의 스탠드들 사이에 위치하여 상기 스탠드들을 통과하며 압연되는 압연강판을 지지하여 스탠드 사이의 장력을 제어하는 루퍼에 있어 상기 루퍼를 기동시키는 구동모터의 제어장치에 있어서, 상기 루퍼의 목표각도, 영률, 루퍼관성모멘트 및, 기동전류의 설정값을 출력하는 컴퓨터와, 상기 루퍼의 후방에 위치한 스탠드에 상기 압연강판이 진입한 후에 소정의 시간이 경과하면, 상기 루퍼의 각도와 상기 압연강판의 두께 및 폭을 실측하여 데이터를 수집하는 데이터 수집부와, 상기 루퍼의 구동모터에 공급되는 기동전류를 출력하는 기동전류 출력부와, 상기 기동전류에 이어 공급될 베이스 전류를 연산하는 베이스전류 연산부와, 상기 베이스 전류의 초기시점부터 안정시점까지 베이스 전류의 보상치를 연산하는 베이스전류 보상치 연산부와, 상기 기동전류 출력부로부터 출력되는 기동전류와 상기 베이스전류 보상치 연산부에서 출력되는 보상된 베이스 전류를 공급받아 상기 구동모터를 구동하는 모터구동부를 포함하는 루퍼 구동모터의 제어장치가 제공된다.

또한, 본 발명에 따르면, 다수 개의 스탠드들 사이에 위치하여 상기 스탠드 들을 통과하며 압연되는 압연강판을 가압하여 압연강판의 장력을 제어하는 루퍼 구동모터의 제어방법에 있어서, 상기 루퍼의 목표각도, 영률, 루퍼 관성모멘트 및, 기동전류의 설정값을 입력받는 단계와, 상기 루퍼의 후방에 위치한 스탠드에 압연강판이 진입한 후 소정의 시간이 지났는지를 판단하는 단계와, 상기 기동전류에 의해 상기 루퍼의 구동모터가 구동하는 단계와, 상기 루퍼의 각도와 상기 압연강판의 두께 및 폭의 실적치를 수집하는 단계와, 상기 실측된 루퍼의 각도가 상기 목표각도의 1/β배 보다 큰 경우에는 베이스 전류의 보상치를 0(zero)으로 하고, 적은 경우에는 평활연산에 의해 베이스전류 보상치를 연산하는 단계와, 상기 연산된 베이스전류 보상치를 이용하여 보상된 베이스 전류를 연산하여 루퍼의 구동모터를 구동하는 단계를 포함하는 루퍼 구동모터의 제어방법이 제공된다.

양호하게는 상기 실측 루퍼각도가 목표각도의 1/β배보다 작은 경우에는 하기의 수학식 3 및 수학식 4를 이용하여 연산한다.

아래에서, 본 발명에 따른 루퍼의 구동모터 제어장치 및 그 제어방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.

도면에서, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 루퍼의 구동모터 제어장치의 개략도이고, 도 4는 도 3에 도시된 루퍼 구동모터에 인가되는 전류의 변화를 시각에 따라 나타낸 그래프이며, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 루퍼의 구동모터 제어방법에 따른 흐름도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 루퍼의 구동모터 제어장치(100)는 i번째 루퍼(10) 의 목표각도(θ_ref), 영률, 루퍼 관성모멘트, 기동전류 등의 설정값을 읽어 들이는 SCC(Supervisory Control Computer)(20)와, i+1스탠드(1')에 압연강판(2)이 진입되고 0.1초가 경과하였는지를 확인하고 압연강판(2)의 강도, 두께 및, 폭 등의 데이터와 루퍼각도(θ)를 입력받는 데이터수집부(30)와, 상기 SCC(20)로부터 입력된 기동전류 설정값에 따라 i번째 루퍼(10)의 구동모터(16)에 약 0.2~0.3초 동안의 기동전류를 인가하는 기동전류 출력부(40)를 포함하며, 데이터수집부(30)로부터 출력된 데이터를 입력받아 베이스전류를 연산하는 루퍼 구동모터(16)의 베이스전류 연산부(50)와, 베이스전류보상시간(α)이 경과하였는지를 판단하는 전류보상유무판단부(52) 및, 베이스전류 보상치를 연산하기 위한 베이스전류 보상치 연산부(54)를 구비하며, 기동전류 출력부(40)와 베이스전류 보상치 연산부(54)에서 출력되는 기동전류와 베이스전류에 따라 모터구동부(56)에서는 루퍼(10)의 구동모터(16)를 구동시켜 압연강판(2) 선단부의 장력을 제어한다.

이상과 같이 구성된 루퍼의 구동모터 제어장치 및 그 제어방법에 대하여 상세히 설명하겠다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 단계(S1)는 SCC(Supervisory Control Computer)(20)로부터 i번째 루퍼(10)의 목표각도(θ_ref), 영률, 루퍼 관성모멘트, 기동전류 등의 설정값을 읽어들이는 단계이다. 그리고 제2 단계(S2)는 데이터수집부(30)에서 i+1번 스탠드(1')에 압연강판(2)이 치입하고 0.1초가 지났는지를 확인하는 단계이다. 압연강판(2)이 i+1스탠드(1')에 진입하였는지는 i+1스탠 드(1')에 설치된 로드셀(5)로부터 신호를 입력받아 i+1스탠드(1')에 압연강판(2)의 진입을 확인한다. 그리고 압연강판(2)이 i+1스탠드(1')에 진입하여 0.1초가 경과하였는지를 판단하는 이유는 0.1초가 지난 후부터 i번째 루퍼(10)에 기동전류가 인가되기 때문이다.

그리고, 제3 단계(S3)는 i번째 루퍼(10)의 구동모터(16)가 기동전류 출력부(40)로부터 출력된 기동전류에 의해 약 0.2~0.3초 동안 구동하는 단계이다. 여기에서, 기동전류는 일반적으로 스텝형으로 인가되며 압연강판(2)의 강종과 사이즈에 관계없이 일정값으로 설정되어 있다. 제4 단계(S4)는 i번째 루퍼(10)의 루퍼각도(θ), 압연강판(2)의 두께 및 폭 등의 실측치를 데이터수집부(30)가 읽어 들이는 단계이다. 이와 같이 데이터수집부(30)로 입력된 각종 실측치는 다음 제5 단계에서 구동모터(16)의 베이스전류(i_b)를 연산하는데 필요한 데이터들이다.

제5 단계(S5)는 루퍼의 구동모터 제어방법에 따른 루퍼 구동모터의 베이스전류를 연산하는 단계로서는 다음의 수학식 1과 같이 연산한다.

여기에서, L_l는 루퍼 암의 길이이고, L_G는 루퍼 무게중심까지의 길이이고, W_L는 루퍼 시스템의 전체 중량이고, GD²는 루퍼 관성모멘트이고, g는 중력 가속도이며, θ는 루퍼 각도이다.

그리고, 수학식 1에서의 fcn(θ)는 하기의 수학식 2와 같이 간략화 할 수 있다.

여기에서 T는 스탠드간의 장력이고, h는 스탠드 출측 두께이고, w는 압연강판의 폭이다.

수학식 2의 함수는 장력과 각도, 두께, 폭의 함수라는 것을 알 수 있다. 따라서 베이스전류를 단지 수학식 1과 같이 연산할 경우에는 루퍼각도(θ)가 낮은 경우나 장력이 크게 걸리는 경우에 베이스전류가 낮게 계산되어 루퍼가 떨어져서 헌팅되는 경우가 발생할 가능성이 많다.

이를 보완하기 위해 본 발명에서는 수학식 3과 같은 알고리즘을 개발하였으며, 제6 단계(S6)로서, 현재 시각이 베이스 전류보상시간(α) 내인지를 판단한다. 그리고, 제7, 8 단계로서, 현재 시각이 베이스 전류보상시간(α) 내에 있는 경우에 본 발명의 따른 루퍼 구동모터 제어가 수행된다.

여기에서, i_b'는 보상된 베이스전류이고, Δi_b는 베이스전류 보상치이고, 베이스전류 보상치는 하기의 수학식 4와 같이 제안된다(S7, S8).

상기 수학식 4에서의 β는 게인으로서, 약 2~3°의 값을 갖는다. 이런 수학식 4는 루퍼각도(θ)가 목표치보다 1/β배 클 경우에 베이스전류 보상치를 0으로, 그리고 적을 경우에는 평활(smoothing)방법을 이용하여 급격한 베이스전류의 변동이 없도록 하기 위해 제안된 수식이다.

한편, 제9 단계(S9)에서는 수학식 4에서 구해진 베이스전류 보상치(Δi_b)를 수학식 3에 대입하여 보상된 베이스전류(i_b')를 연산한다.

제10 단계(S10)는 이와 같이 연산된 보상된 베이스전류(i_b')를 모터구동부(56)에 입력하여 보상된 베이스전류에 의해 루퍼(10)의 구동모터(16)가 구동한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 시각에 따른 전류의 변화를 그래프로 나타내었다.

초기에 SCC(20)에 설정된 스텝형 기동전류에 의해 구동모터(16)는 구동하고, 베이스전류 보상 시작 시각(t_f)이 되었을 때에 보상된 베이스전류가 인가되어 베이스전류 보상 완료 시각(t_b)까지 급격한 전류의 변화가 발생하지 않도록 함으로써, 압연강판의 선단부의 장력제어를 원활하게 할 수 있다.

앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 루퍼의 구동모터 제어장치 및 그 제어방법은 압연강판의 선단부를 압연하는 과정에서 루퍼의 헌팅을 예방할 수 있도록 스텝형의 기동전류가 인가된 후에 바로 보상된 베이스전류를 인가하여 안정적인 루퍼의 기동을 유지함으로써, 압연강판의 품질불량을 예방할 수 있다는 장점이 있다.

이상에서 본 발명의 루퍼의 구동모터 제어장치 및 그 제어방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (3)

1. 다수 개의 스탠드들 사이에 위치하여 상기 스탠드들을 통과하며 압연되는 압연강판을 지지하여 스탠드 사이의 장력을 제어하는 루퍼에 있어 상기 루퍼를 기동시키는 구동모터의 제어장치에 있어서,

   상기 루퍼의 목표각도, 영률, 루퍼관성모멘트 및, 기동전류의 설정값을 출력하는 컴퓨터와,

   상기 루퍼의 후방에 위치한 스탠드에 상기 압연강판이 진입한 후에 소정의 시간이 경과하면, 상기 루퍼의 각도와 상기 압연강판의 두께 및 폭을 실측하여 데이터를 수집하는 데이터 수집부와,

   상기 루퍼의 구동모터에 공급되는 기동전류를 출력하는 기동전류 출력부와,

   상기 기동전류에 이어 공급될 베이스 전류를 연산하는 베이스전류 연산부와,

   상기 베이스 전류의 초기시점부터 안정시점까지 베이스 전류의 보상치를 연산하는 베이스전류 보상치 연산부와,

   상기 기동전류 출력부로부터 출력되는 기동전류와 상기 베이스전류 보상치 연산부에서 출력되는 보상된 베이스 전류를 공급받아 상기 구동모터를 구동하는 모터구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 루퍼 구동모터의 제어장치.
2. 다수 개의 스탠드들 사이에 위치하여 상기 스탠드들을 통과하며 압연되는 압연강판을 가압하여 압연강판의 장력을 제어하는 루퍼 구동모터의 제어방법에 있어 서,

   상기 루퍼의 목표각도, 영률, 루퍼 관성모멘트 및, 기동전류의 설정값을 입력받는 단계와,

   상기 루퍼의 후방에 위치한 스탠드에 압연강판이 진입한 후 소정의 시간이 지났는지를 판단하는 단계와,

   상기 기동전류에 의해 상기 루퍼의 구동모터가 구동하는 단계와,

   상기 루퍼의 각도와 상기 압연강판의 두께 및 폭의 실적치를 수집하는 단계와,

   상기 실측된 루퍼의 각도가 상기 목표각도의 1/β배 보다 큰 경우에는 베이스 전류의 보상치를 0(zero)으로 하고, 적은 경우에는 평활연산에 의해 베이스전류 보상치를 연산하는 단계와,

   상기 연산된 베이스전류 보상치를 이용하여 보상된 베이스 전류를 연산하여 루퍼의 구동모터를 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 루퍼 구동모터의 제어방법.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 실측 루퍼각도가 목표각도의 1/β배보다 작은 경우에는 하기의 식을 이용하여 연산하는 것을 특징으로 하는 루퍼 구동모터의 제어방법.

   식

   

   여기에서, i_b'는 보상된 베이스전류이고, Δi_b는 베이스전류 보상치이고, i_f는 기동전류이고, i_b는 베이스전류이고, t_f는 베이스전류 보상 시작 시각이고, t_b는 베이스전류 보상 완료 시각이며, α는 베이스전류 보상시간임.

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