KR100780425B1 - 온도보상을 통한 압연 제어장치 및 그 제어방법 - Google Patents

온도보상을 통한 압연 제어장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열간 사상압연에서 압연강판이 압연되기 이전에 장력 목표치를 설정함에 있어서, 압연강판 선단부의 온도 변동을 고려하여 장력 목표치를 설정함으로써 압연강판의 통판성을 향상시키고, 양호한 품질의 압연강판을 제조하는 온도보상을 통한 압연 제어장치 및 그 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에 따르면, 온도변동을 고려하여 각 스탠드의 장력 목표치를 설정하는 압연 제어방법에 있어서, SCC(Supervisory Control Computer)에서 각 스탠드의 장력, 목표온도, 게인의 설정값을 읽어 들이는 단계(S1)와, 스탠드들 중에서 첫번째 스탠드의 전방에 위치한 온도계로부터 측정된 실측온도를 읽어 들이는 단계(S3)와, SCC에서 읽어 들인 목표온도와 실측온도의 편차를 연산하는 단계(S4)와, 온도편차에 비례한 온도 보상게인을 연산하는 단계(S5, S6)와, 온도 보상게인을 이용하여 장력 보상치를 연산하는 단계(S7)와, 장력 보상치에 따른 장력 설정치를 연산하는 단계(S8)와, 연산된 장력 설정치를 SCC에 입력하고, SCC에서 장력 제어를 위해 연산된 장력 설정치를 루퍼 PLC(Programmable Logic Controller)에 입력하여 스탠드간의 장력을 제어하는 단계(S9)를 포함하는 온도보상을 통한 압연 제어방법이 제공된다.

Description

온도보상을 통한 압연 제어장치 및 그 제어방법{Rolling control apparatus and its method using temperature compensation}
도 1은 종래 기술에 따른 열간 압연 제어장치의 개념도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 온도보상을 통한 압연 제어장치의 개념도이며,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 온도보상을 통한 압연 제어방법의 흐름도이다.
♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠
1i, 1ⅱ : 스탠드 2 : 압연강판
3 : 작업롤 7i, 7ⅱ : 메인모터
10 : SCC(Supervisory Control Computer)
12 : 온도 실측치 수집부 20 : 온도편차 연산부
22 : 온도 보상게인 연산부 24 : 장력 보상치 연산부
26 : 보상된 장력 설정치 연산부
본 발명은 열간 사상압연에서 압연강판의 온도를 고려하여 스탠드의 장력 목표치를 설정하는 압연 제어장치 및 제어방법에 관한 것이며, 특히, 압연강판 선단부의 온도를 고려하여 적합한 장력 목표치를 설정함으로써, 압연강판의 통판성을 향상시키고 또한 압연강판의 품질을 향상시킬 수 있는 압연 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
도면에서, 도 1은 종래 기술에 따른 열간 압연 제어장치의 개념도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 스탠드(1i, 1ⅱ)의 작업롤(3)에 압연강판(2)이 진입(metalin) 하기 전에 사상압연 SCC(Supervisory Control Computer)(10)로부터 강종 및 사이즈, 압연 온도 등의 압연 조건을 입력받아서 압연 하중, 롤갭, 롤 속도, 스탠드간 장력 등의 압연 설정 명령치를 계산한다. 이때, 총 7개의 스탠드 중에서 첫번째인 1번 스탠드(1i)의 입측에 설치되어 있는 온도계(9)의 온도 실측치는 온도 실측치 수집장치(12)로 입력되어 설정치 학습 등에 이용되며 사상압연 입측의 온도를 나타낸다.
스탠드(1i, 1ⅱ)간 목표장력은 여러가지 압연 조건들을 이용하여 간단한 모델로 SCC(10)에서 구해진 후, 강종별 사이즈별 작업 조건들에 의하여 테이블로 되어 있는 보상치들로부터 보상된다. 그리고, 보상치는 롤 속도 PLC(Programmable Logic Controller)(14)로 입력되어 스탠드(1i, 1ⅱ)의 작업롤(3)을 구동시키는 메인모터(7i, 7ⅱ)의 회전속도에 적용되어 스탠드(1i, 1ⅱ)간의 장력을 제어한다.
그러나, 스탠드간 목표장력 설정은 압연온도와는 무관하게 설정되어 있기 때문에, 온도 변동에 의한 목표장력 변동은 이루어지고 있지 않다. 즉, 압연강판 선단부에서는 온도가 낮기 때문에 압연강판의 전장과 같은 장력을 유지하기 위해서는 선단부의 장력 목표치는 압연강판의 중간부에서의 장력 목표치보다는 커야 한다. 따라서 선단부에서도 정확한 목표장력을 유지하기 위해서는 온도 편차를 적절하게 보상하여 장력을 설정하는 기술이 필요하게 된다.
한편, 열간 사상압연에서 스탠드간 장력 설정 및 장력 제어 기술과 관련된 기출원된 특허를 살펴보면 다음과 같다.
일본 특개평11-05113호(발명의 명칭 : 연속압연기의 장력제어장치)와 일본 특개평10-225710(발명의 명칭 : 압연설비에 있어서 압연강판의 장력 제어장치)에서 언급되어 있다.
그러나, 상기 두 특허는 다음과 같은 문제점을 갖고 있다.
상기 두 특허들은 모두 기본적으로 스탠드간 장력 검출기를 설치하고 이를 이용하여 장력을 실측한 후에 장력 설정치를 구하는 특허들이다. 그러나, 실제 열간 압연공장에서 스탠드간에 장력을 실측할 수 있는 장력계는 스탠드간의 환경(온도 및 증기문제 등)이 열악하여 설치하기 어려울 뿐만 아니라, 설령 설치한다고 하더라도 루퍼 암에 로드 셀을 설치하는 것으로서, 이때에도 루퍼가 강판에 닿고 일정시간 이후에 장력측정이 가능하게 된다. 따라서 압연강판 선단부에 정확한 장력 을 알기 어렵다는 문제점이 있다.
본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 열간 사상압연에서 압연강판 선단부의 온도를 감지하고, 그 온도에 따른 장력 목표치를 설정하여 스탠드간의 장력을 제어함으로써, 통판성을 향상시키는 온도보상을 통한 압연 제어장치 및 그 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 사상압연에 있어 압연강판 선단부의 온도변동을 고려하여 각 스탠드의 장력 목표치를 설정하는 압연 제어장치에 있어서, 각 스탠드의 장력, 목표온도, 게인의 설정값을 읽어 들이는 SCC(Supervisory Control Computer)와, 상기 스탠드들 중에서 첫번째 스탠드의 전방에 위치한 온도계로부터 측정된 실측온도를 읽어 들이는 온도 실측치 수집부와, 상기 SCC에서 읽어 들인 목표온도(FT0ref)와 실측온도(FT0fbk)의 편차를 연산하는 온도편차 연산부와, 상기 온도편차에 비례한 온도 보상게인(σ)을 연산하는 온도 보상게인 연산부와, 상기 온도 보상게인(σ)을 이용하여 장력 보상치(Δσcompen)를 연산하는 장력 보상치 연산부 및, 상기 장력 보상치(Δσcompen)에 따른 장력 설정치(σref')를 연산하는 장력 설정치 연산부를 포함하며, 상기 장력 설정치(σref')에 따라 스탠드의 사이에 위치한 루퍼의 메인모터를 구동하여 상기 압연강판의 장력을 제어하는 온도보상을 통한 압연 제어장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 사상압연에 있어 압연강판 선단부의 온도변동을 고려하여 각 스탠드의 장력 목표치를 설정하는 압연 제어방법에 있어서, SCC(Supervisory Control Computer)에서 각 스탠드의 장력, 목표온도(FT0ref), 게인의 설정값을 읽어 들이는 단계와, 상기 스탠드들 중에서 첫번째 스탠드의 전방에 위치한 온도계로부터 측정된 실측온도(FT0fbk)를 읽어 들이는 단계와, 상기 SCC에서 읽어 들인 목표온도(FT0ref)와 실측온도(FT0fbk)의 편차를 연산하는 단계와, 상기 온도편차에 비례한 온도 보상게인(σ)을 연산하는 단계와, 상기 온도 보상게인(σ)을 이용하여 장력 보상치(Δσcompen)를 연산하는 단계와, 상기 장력 보상치(Δσcompen)에 따른 장력 설정치(σref')를 연산하는 단계와, 상기 연산된 장력 설정치를 SCC에 입력하고, 상기 SCC에서 장력 제어를 위해 연산된 장력 설정치를 루퍼 PLC(Programmable Logic Controller)에 입력하여 스탠드간의 장력을 제어하는 단계를 포함하는 온도보상을 통한 압연 제어방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 상기 온도 보상게인의 연산은 하기의 설정식 1에 의해 설정되고, 상기 장력 보상치의 연산은 하기의 수학식 3에 의해 연산되며, 상기 장력 설정치의 연산은 하기의 수학식 2에 의해 연산된다.
아래에서, 본 발명에 따른 온도보상을 통한 압연 제어장치 및 그 제어방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.
도면에서, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 온도보상을 통한 압연 제어장 치의 개념도이며, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 온도보상을 통한 압연 제어방법의 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 각 스탠드의 장력, 온도계, 각종 게인치 등의 설정값을 읽어 들이는 SCC(Supervisory Control Computer)와, 온도계로부터 실측된 온도를 읽어 들이는 온도 실측치 수집부(12)와, SCC(10)에서 설정된 목표 온도(FT0ref)와 온도계로부터 읽어 들인 실측 온도(FT0fbk)와의 편차를 연산하는 온도편차 연산부(20) 및, 설정된 모델로부터 온도 보상게인(σ)을 연산하는 온도 보상게인 연산부(22)를 포함하며, 온도 보상게인(σ)을 이용하여 장력 보상치를 연산하는 장력 보상치 연산부(24) 및, 보상된 장력 설정치를 연산하는 보상된 장력 설정치 연산부(26)를 구비한다.
이와 같이 보상된 장력 설정치를 루퍼 PLC(Programmable Logic Controller)에 입력하여 압연강판 선단부의 장력을 실측된 온도에 의해 스탠드간의 장력을 조절한다.
이와 같이 구성된 온도보상을 통한 압연 제어장치의 제어방법에 대하여 상세히 설명하겠다.
일반적으로 압연강판(2) 선단부의 실측온도가 목표온도 보다 높은 경우에는 각 스탠드(1i, 1ⅱ)간의 장력을 낮춰야 하고, 실측온도가 목표온도 보다 낮을 경우에는 각 스탠드(1i, 1ⅱ)간의 장력을 높인다. 따라서, SCC(10)로부터 읽어 들인 각 스탠드(1i, 1ⅱ)의 장력에 연산된 장력보상치를 적용하여 압연강판(2) 선단부의 온도에 따라 장력을 조절한다.
이런 과정을 단계별로 설명하자면, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 단계(S1)는 SCC(10)로부터 각 스탠드(1i, 1ⅱ)의 장력, 목표온도 및, 각종 게인치 등의 설정값을 읽어 들이는 단계이다. 그리고, 제2 단계(S2)는 온도계가 온(ON)되었는지를 판단한다. 이는 압연강판(2)의 목표온도 설정 시점이 1번 스탠드(1i)에 압연강판(2)이 진입되기 전에 이루어지고, 온도계(9)가 온(ON)되고 난 후부터 온도보상이 이루어질 수 있기 때문에 온도 측정시점을 확인한다.
제3 단계(S3)는 온도계(9)로부터 온도 실측치를 읽어 들이는 단계이며, 제4 단계(S4)는 SCC(10)로부터 읽어 들인 목표온도(FT0ref)와 온도계로부터 읽어 들인 실측온도(FT0fbk)의 편차를 연산하는 단계이다. 이때 앞에서 설명하였던 바와 같이, 압연강판(2) 선단부에서는 일반적으로 온도 드롭(drop)이 발생함으로, 실측 온도가 낮게 측정되어서 온도편차가 크게 나타나고, 압연강판(2)의 중간부는 온도편차가 상대적으로 작게 나타난다. 한편, 종래의 장력을 설정하는 수식은 하기의 수학식 1과 같다.
Figure 112001028347830-pat00001
여기에서, σref는 장력 목표치이고, hn는 출측소재의 두께 목표치이고, w는 소재 폭이고, M.G는 PLC(Programmable Logic Controller)게인이고, G는 변수로서 보통강이면 G는 1.0이고, 특수강은 1.1이고, SUS강(stainless steel)은 1.2이다.
상기 수학식 1에서 알 수 있듯이, 장력 설정 수식에는 온도에 대한 보상이 없으므로 본 발명에서는 다음 수학식 2와 같이 장력 설정 수식을 제안한다.
Figure 112001028347830-pat00007
여기에서, σref'는 보상된 장력 설정치이고, Δσcompen은 장력 보상치이다. 그리고, 장력 보상치(Δσcompen)는 하기의 수학식 3과 같이 설정된다.
Figure 112001028347830-pat00008
여기에서, α는 온도 보상 게인을 나타내며, 온도 보상 게인(α)은 다음의 설정식 1과 같이 설정되어서 제5 단계(S5) 및 제6 단계(S6)를 수행하게 된다.
[설정식 1]
Figure 112001028347830-pat00002
여기에서, β와 γ는 게인을 나타내며, β는 30~400C이고, γ는 10~200C를 각각 나타낸다.
제7 단계(S7)는 상기 연산된 온도 보상게인을 이용하여 수학식 3에서 장력 보상치를 연산하고, 제8 단계(S8)는 장력 보상치를 이용하여 보상된 장력 설정치( σref')를 수학식 2와 같이 연산한 후에 이 보상된 장력 설정치를 SCC(10)에 출력한다(S9).
그러면, SCC(10)에서는 연산된 장력 설정치를 스탠드(1i, 1ⅱ) 사이에 위치한 루퍼 PLC(Programmable Logic Controller)(8)에 입력한다. 그러면, 루퍼 PLC(8)는 루퍼 구동모터를 제어하여 스탠드(1i, 1ⅱ) 사이에 위치한 압연강판(2)의 장력을 제어한다.
앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 온도보상을 통한 압연 제어장치 및 그 제어방법은 열간 사상압연에서 압연강판이 압연되기 이전에 스탠드간의 장력 목표치를 설정하는데 있어서, 선단부의 온도 변동을 고려하여 장력 목표치를 설정함으로써, 압연강판 선단부의 장력 목표치에 대한 신뢰도가 높고, 이런 온도변동을 고려한 설정된 장력 목표치를 적용함으로써, 압연강판 선단부의 품질불량을 예방할 수 있다는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 온도보상을 통한 압연 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. 사상압연에 있어 압연강판 선단부의 온도변동을 고려하여 각 스탠드의 장력 목표치를 설정하는 압연 제어장치에 있어서,
    각 스탠드의 장력, 목표온도, 게인의 설정값을 읽어 들이는 SCC(Supervisory Control Computer)와,
    상기 복수의 스탠드들 중에서 첫번째 스탠드의 전방에 위치한 온도계로부터 측정된 실측온도를 읽어 들이는 온도 실측치 수집부와,
    상기 SCC에서 읽어 들인 목표온도(FT0ref)와 실측온도(FT0fbk)의 편차를 연산하는 온도편차 연산부와,
    상기 온도편차에 비례한 온도 보상게인(σ)을 연산하는 온도 보상게인 연산부와,
    상기 온도 보상게인(σ)을 이용하여 장력 보상치(Δσcompen)를 연산하는 장력 보상치 연산부 및,
    상기 장력 보상치(Δσcompen)에 따른 장력 설정치(σref')를 연산하는 장력 설정치 연산부를 포함하며,
    상기 장력 설정치(σref')에 따라 스탠드의 사이에 위치한 루퍼의 메인모터를 구동하여 상기 압연강판의 장력을 제어하는 것을 특징으로 하는 온도보상을 통한 압연 제어장치.
  2. 사상압연에 있어 압연강판 선단부의 온도변동을 고려하여 각 스탠드의 장력 목표치를 설정하는 압연 제어방법에 있어서,
    SCC(Supervisory Control Computer)에서 각 스탠드의 장력, 목표온도(FT0ref), 게인의 설정값을 읽어 들이는 단계와,
    상기 스탠드들 중에서 첫번째 스탠드의 전방에 위치한 온도계로부터 측정된 실측온도(FT0fbk)를 읽어 들이는 단계와,
    상기 SCC에서 읽어 들인 목표온도(FT0ref)와 실측온도(FT0fbk)의 편차를 연산하는 단계와,
    상기 온도편차에 비례한 온도 보상게인(σ)을 연산하는 단계와,
    상기 온도 보상게인(σ)을 이용하여 장력 보상치(Δσcompen)를 연산하는 단계와,
    상기 장력 보상치(Δσcompen)에 따른 장력 설정치(σref')를 연산하는 단계와,
    상기 연산된 장력 설정치를 SCC에 입력하고, 상기 SCC에서 장력 제어를 위해 연산된 장력 설정치를 루퍼 PLC(Programmable Logic Controller)에 입력하여 스탠드간의 장력을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도보상을 통한 압연 제어방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 온도 보상게인의 연산은 하기 식1에 의해 설정되고, 상기 장력 보상치의 연산은 하기 식2에 의해 연산되며, 상기 장력 설정치의 연산은 하기 식3에 의해 연산되는 것을 특징으로 하는 온도보상을 통한 압연 제어방법.
    식1
    Figure 112001028347830-pat00003
    식2
    Figure 112001028347830-pat00009
    식3
    Figure 112001028347830-pat00010
    여기에서, β와 γ는 게인이고, α는 온도 보상 게인이고, σref'는 보상된 장력 설정치이고, Δσcompen은 장력 보상치이고, FT0ref는 목표온도이며, FT0fbk 는 실측온도 임.
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