KR100780426B1 - looper control apparatus and its method at hot strip mill - Google Patents
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Abstract
본 발명은 열간 사상압연에서 선단부에 루퍼 응답성을 향상시켜 압연 판과 접촉하는 시간을 줄임으로써 장력 제어 시간을 줄일 뿐만 아니라 궁극적으로는 압연 판의 품질, 특히 선단부 폭 불량 등의 문제를 해결하기 위한 기술에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은 루퍼의 PID제어 게인을 빠르게 변경시킴으로써 열간 사상압연에서 선단부에 루퍼 응답성을 향상시켜 압연 판과 접촉하는 시간을 줄임으로써 장력 제어 시간을 줄일 뿐만 아니라 궁극적으로는 압연 판의 품질, 특히 선단부 폭 불량 등의 문제를 해결하기 위한 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
The present invention not only reduces the tension control time by improving the looper responsiveness at the tip end in hot finishing rolling but also reduces the contact time with the rolled plate, and ultimately solves the problems such as the quality of the rolled plate, in particular, the tip width defect. It's about technology. To this end, the present invention changes the PID control gain of the looper quickly to improve the looper response at the tip in hot finishing rolling, thereby reducing the contact time with the rolling plate and ultimately reducing the tension control time. In particular, the present invention provides an apparatus and a method for solving a problem such as poor tip width.
열간압연, 루퍼, 높이제어Hot Rolled, Looper, Height Control
Description
제 1 도 : 기존의 열간 압연 제어기 구조 도면1: Structural Drawing of Conventional Hot Rolling Controller
제 2 도 : 본 발명의 상세 알고리즘의 흐름도2 is a flowchart of the detailed algorithm of the present invention.
제 3 도 : 본 발명에서 제안한 시스템 도면3 is a system diagram proposed in the present invention
********** 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 ******************** Symbol description of the main parts of the drawing **********
1. 상하부 사상압연 Roll 2. 압연 판1. Upper and lower finishing rolls 2. Rolled plate
3. 루퍼 Roll 4. 루퍼 암(arm)3. Looper Roll 4. Looper Arm
5. 하중측정 센서(Load cell) 6. 루퍼 구동기5. Load
7. 유압 압하계 10. SCC 설정장치 7.
11. 메탈인 판단 장치 12. 데이터 수집시스템11. Metal-in
13. 각도 편차 및 시간변화율 연산장치 14. 퍼지화 연산장치 13. Angle deviation and time
15. 비퍼지화 연산장치 16. 제어 파라미터 연산장치15. Unfuzzy
17. PID 제어게인 연산장치 18. 루퍼 PLC
17. PID control
본 발명은 열간 사상압연에서 선단부에 루퍼 응답성을 향상시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 압연 판과 접촉하는 시간을 줄임으로써 장력 제어 시간을 줄일 뿐만 아니라 궁극적으로는 압연 판의 품질, 특히 선단부 폭 불량 등의 문제를 해결하기 위한 기술에 관한 것이다.
The present invention relates to a method and apparatus for improving looper responsiveness at tip ends in hot finishing rolling, in particular to reduce the tension control time by reducing the contact time with the rolled plate and ultimately to the quality of the rolled plate, in particular to the tip. The present invention relates to a technique for solving problems such as poor width.
종래의 열간 사상압연에서 루퍼 제어 방법은 먼저, 압연판이 I+1번째 스탠드에 치입(Metal in)되고 약 0.1초 후에 루퍼 모터의 기동 전류(forcing current)에 의하여 루퍼가 기동하기 시작하여 약 0.6초 후에 루퍼의 높이 제어(PID 제어)가 시작된다. 그러나 이와 같이 설정된 시간은 압연 판의 강종이나 사이즈에 따라서 변경되는 것이 아니라 일정하게 고정되는 값으로써 제어 시점이 늦어지는 원인이 되며, 이로 인하여 루퍼 제어가 늦게 시작되어 루퍼의 제어 성능을 떨어뜨리는 원인이 된다. 또한 루퍼 제어계의 제어 게인들은 루퍼가 정상적인 위치에 있는 경우에 대하여 설정되어 있으므로 선단부에서 루퍼가 기동하는 중에는 루퍼 게인이 맞지 않다는 단점이 있다. 따라서 선단부에 루퍼의 응답성을 향상시켜 압연 판과 접촉하는 시간을 줄임으로써 장력 제어 시작 시간을 줄일 수 있는 기술이 필요하다.
In the conventional hot finishing rolling, the looper control method first starts the looper by the forcing current of the looper motor about 0.1 second after the rolled plate is etched into the I + 1st stand. The looper's height control (PID control) is then started. However, the set time is not changed according to the steel grade or the size of the rolled plate, but it is a fixed value, which causes the control point to be delayed, which causes the looper control to be started late and degrades the control performance of the looper. do. In addition, since the control gains of the looper control system are set for the case where the looper is in the normal position, there is a disadvantage that the looper gain does not match while the looper is activated at the tip end. Therefore, there is a need for a technique capable of reducing the tension control start time by reducing the contact time with the rolled plate by improving the responsiveness of the looper at the tip end.
지금까지 본 발명과 관련된 특허를 살펴보면 다음과 같다.Looking at the patent associated with the present invention so far as follows.
1) 일본 특허출원 공개번호 1995-214129, “압연 밀에 있어서 장력 제어 장치”, 삼릉전기 주식회사1) Japanese Patent Application Publication No. 1995-214129, “Tension Control Device for Rolling Mill”, Samneung Electric Co., Ltd.
본 특허는 예상치 못한 외란이나 노이즈에 대하여도 바람직한 성능을 가지는 압연 밀의 장력 제어 장치를 발명하기 위하여 루퍼 각도 퍼지 제어기와 장력 시스템의 퍼지 제어기를 발명하는 기술에 관한 특허이다.
This patent relates to a technique for inventing a looper angle purge controller and a purge controller of a tension system in order to invent a tension control device of a rolling mill having a desirable performance against unexpected disturbance or noise.
2) 일본 특허출원 공개번호 특개평 07-108313,"루퍼 제어장치", 신일본 제철 주식회사2) Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-108313, "looper control device", New Nippon Steel Co., Ltd.
본 특허는 압연판이 선단부에 치입할 때, 루퍼 각도검출기와 압연판의 장력 검출기에서 루퍼 각도와 압연판의 장력을 검출해서 그 검출 신호로부터 과장력일 경우에는 루퍼 각도와 장력 편차에 대응한 밀 모터 속도 수정량과 루퍼 모터 전류 수정량을 이용하여 밀 모터 속도와 루퍼 각도를 수정하는 방법에 관한 특허이다.
This patent detects the looper angle and the tension of the rolled plate by the looper angle detector and the tension detector of the rolled plate when the rolled plate is inserted into the tip end, and the mill motor speed corresponding to the looper angle and the tension deviation when it is exaggerated from the detection signal. Patent on how to modify mill motor speed and looper angle using the correction amount and looper motor current correction amount.
3) 일본 특허출원 공개번호 1993-285518,"루퍼의 기동 제어 방법 및 장치", 도시바 주식회사3) Japanese Patent Application Publication No. 1993-285518, "Method and apparatus for controlling starter of looper", Toshiba Corporation
본 특허는 압연판이 차회 스탠드에 치입한 후 루퍼가 기동할 때 루퍼가 빠른 시간안에 목표하는 위치까지 기동하도록 하기 위하여 기동 전류를 기동 전류 장치로 부터 인가하여 기동전류 시점(forcing time)까지 유지되도록 하는 방법에 관한 특허이다
This patent applies the starting current from the starting current device to maintain the starting current forcing time in order for the looper to start up to the target position in a short time after the rolling plate is inserted into the next stand. It is a patent on a method
등 지금까지 출원된 특허 및 공지 기술들의 문제점은 다음과 같다.
Etc. The problems of patents and known technologies filed so far are as follows.
첫째, 상기 “일본 특허출원 공개번호 1995-214129”의 특허는 외란에 강인한 성능을 가지는 제어기를 구성하고 있으나 전장에 걸쳐서 퍼지 제어기를 구성하여 학습 시간이 길다는 등의 문제점이 있다. First, the patent of "Japanese Patent Application Publication No. 1995-214129" constitutes a controller having robust performance against disturbances, but has a problem such as a long learning time by constructing a fuzzy controller over the whole length.
둘째, 상기 “일본 특허출원 공개번호 특개평 07-108313의 특허는 루퍼 각도와 장력을 실측하여 장력을 제어하는 기술에 관한 특허이나 스탠드간의 장력은 선단부에서는 센서의 Calibration 시간 등의 이유로 실측하기 힘들기 때문에 선단부 장력 제어로써는 문제가 된다.
Second, the patent of “Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-108313 is a patent relating to a technique for controlling tension by measuring a looper angle and tension, but tension between stands is difficult to be measured at the distal end due to the calibration time of the sensor. This is a problem for tip tension control.
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로서, 열간 사상압연에서 선단부에 루퍼 응답성을 향상시켜 압연 판과 접촉하는 시간을 줄임으로써 장력 제어 시간을 줄일 뿐만 아니라 궁극적으로는 압연 판의 품질, 특히 선단부 폭 불량 등의 문제를 해결하기 위한 장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
The present invention has been made to solve the problems of the prior art, and improves looper responsiveness at the tip end during hot finishing rolling, thereby reducing the time for contacting the rolled plate and ultimately reducing the tension control time. It is an object of the present invention to provide an apparatus and a method for solving the problem of quality, in particular, the tip width is poor.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 스탠드에 압연 판(2)이 메탈 인 되었는지를 판단하기 위한 메탈 인 판단 장치(11)와, 루퍼 각도, 회귀 파라미터 등의 설정값을 인가하는 SCC(Supervisory Control Computer, 10) 컴퓨터 및 압연 하중, 루퍼 각도 등의 실측 데이터를 수집하는 데이터 수집장치(12), 루퍼 각도 등의 데이터를 이용하여 루퍼 각도 편차 및 편차의 시간 변화율을 연산하기 위한 각도 편차 및 시간 변화율 연산장치(13), 상기 각도 편차와 편차의 시간 변화율을 각각 퍼지 변수 E와 R로 연산하기 위한 퍼지화 연산장치(14), 상기 퍼지 변수 H로부터 비퍼지화를 수행하기 위한 비퍼지화 연산 장치(15), 상기 루퍼 제어기의 제어 파라미터(??)를 수학식으로 구하기 위한 제어 파라미터 연산장치(16), 루퍼의 PID 제어기 게인을 연산하는 PID 제어게인 연산장치(17)을 갖추어 그 게인을 루퍼 PLC(18)에 출력하는 것을 특징으로 하는 압연 판의 품질 제어 장치로 구성한 것을 특징으로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.The structure of this invention for achieving such an object is the SCC which applies the setting value, such as a looper angle, a regression parameter, and the metal-in
도 1은 기존의 열간 사상압연 루퍼 제어기의 구조를 개략적으로 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명에서 제안한 제어 방법을 상세하게 도시한 순서도이고, 도 3은 본 발명에서 제안한 제어 시스템의 구조를 도시한 블록도이다. 도 1을 참조하면, 각 인접한 압연 롤(1) 사이에 위치한 루퍼는 루퍼 롤(3)과 루퍼 암(4)으로 이 루어져 있으며, 압연 판(2)의 장력을 일정하게 유지시키는 역할을 한다. 일반적으로, 루퍼는 루퍼 각도를 실측하여 높이 제어기를 통하여 목표 각도와의 오차를 줄이기 위하여 메인 모터의 속도를 제어한다. 1 is a configuration diagram schematically showing the structure of a conventional hot finishing loop loop controller, Figure 2 is a flow chart showing in detail the control method proposed in the present invention, Figure 3 is a structure of the control system proposed in the present invention The block diagram shown. Referring to FIG. 1, the looper located between each adjacent
제어 방법은 먼저, 루퍼 각도(θ)를 검출하여 루퍼 구동계(6), 즉 루퍼 암(4)을 회전시키는 루퍼 모터로 피드백시켜 상기 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 조절함으로 압연 롤(1)의 회전속도를 제어한다. 이때, 루퍼 구동계(6)는 압연 판(2)이 I+1 스탠드에 치입되고 0.1초 후에 루퍼 구동계(6)를 움직이게 하는 전류로 인하여 구동하게 되고 약 0.6초 후에 루퍼의 높이 제어기(PI 제어기)의 출력에 따라서 제어가 시작된다. 그러나 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.The control method first detects the looper angle θ and feeds it back to the
도 3을 참조하면, 본 발명에서 제안한 제어 장치를 도시하였다. 먼저, 제 2도의 1단계에서 I+1번 스탠드에 압연 판(2)이 메탈 인 되었는지를 판단하기 위한 메탈 인 판단 장치(11)와 제 2단계에서 필요한 루퍼 각도, 회귀 파라미터 등의 설정값을 인가하는 SCC(Supervisory Control Computer, 10) 컴퓨터를 장착하고, 3단계와 4단계에서 필요한 압연 하중 등의 데이터를 수집하는 데이터 수집장치(12)를 갖춘다. 또한 5단계의 데이터 수집 장치(12)에서 수집된 루퍼 각도 등의 데이터를 이용하여 루퍼 각도 편차 및 편차의 시간 변화율을 연산하기 위하여 각도 편차 및 시간 변화율 연산장치(13)을 장착하고, 각각을 퍼지 변수 E와 R로 연산하기 위한 퍼지화 연산장치(14)를 갖추어 6단계를 수행한다. 또한 퍼지 변수 H로부터 비퍼지화를 수행하기 위하여 비퍼지화 연산 장치(15)를 갖추어 7단계를 수행하고 제어 파라미터(??)를 수학식 3으로 구하기 위한 제어 파라미터 연산장치(16)을 장착하고 수학식 5와 같이 루퍼의 PID 제어기 게인을 연산하는 PID 제어게인 연산장치(17)을 갖추어 그 게인을 루퍼 PLC(18)에 출력한다.3, the control device proposed in the present invention is shown. First, the set-up value of the metal-in
도 2를 참조하면, 본 발명에서 제안된 장력 제어 방법은 다음과 같은 알고리즘으로 구성된다. 먼저, 제 1단계에서는 I+1번 스탠드에 설치되어 있는 로드셀(5)로 부터 I+1번 스탠드에 판이 치입(Metal in) 되었는지를 판단(S10)하여 판이 치입되었다면 본 발명에서 제시한 알고리즘을 시작한다. 제 2단계에서는 각 압연 조건에 따라 설정된 스탠드간의 루퍼 각도, 회귀 파라미터 등의 설정값을 읽어 들인다(S20). 제 3단계에서는 압연 시간(t)이 I+1 스탠드 치입이후 0.6초가 경과 했는지를 판단한다(S30). 이는 본 알고리즘을 압연 판의 선단부에서만 적용하기 위함으로 0.6초 이후가 되면 루퍼의 제어가 시작되므로 본 발명에서 제안한 알고리즘은 정지하게 된다.Referring to FIG. 2, the proposed tension control method is composed of the following algorithm. First, in the first step, it is determined from the
제 4단계에서는 루퍼 각도 등의 실측치를 데이터 수집 장치(12)로부터 읽어 들이고(S40) 5단계에서는 루퍼 각도의 편차와 편차의 시간 변화율을 연산한다(S50). 여기서 구한 루퍼 각도의 편차 e(t)와 편차의 시간 변화율 e'(t)을 제 6단계에서는 각각 퍼지 변수인 E와 R로 퍼지화하며(S60) E와 R은 각각 다음의 수학식 1과 같이 7개의 다른 퍼지 집합으로 나타낼 수 있다.
In the fourth step, measured values such as the looper angle are read from the data collection device 12 (S40). In
[수학식 1][Equation 1]
여기서, NL은 Negative Large, NM은 Negative Medium, NS는 Negative Small, ZO는 Zero, PL은 Positive Large, PM은 Positive Medium, PS는 Positive Small을 각각 나타낸다.Here, NL is Negative Large, NM is Negative Medium, NS is Negative Small, ZO is Zero, PL is Positive Large, PM is Positive Medium, and PS is Positive Small.
다음의 설정표 1은 6단계에서 구한 퍼지 변수 E와 R로부터 또 다른 퍼지 변수 H에의 사상을 위한 퍼지 룰이다. 여기서 H는 다음 수학식 2와 같이 7개의 퍼지 집합으로 구성된다.
Table 1 below is a fuzzy rule for mapping from fuzzy variables E and R obtained in
[설정표 1][Setting Table 1]
[수학식 2][Equation 2]
제 7단계에서는 퍼지 변수 H로부터 비퍼지화(Defuzzification) 방법을 통해서 h(t)를 구한다(S70). h(t)가 구해지면 제 8단계에서는 제어 파라미터(α)를 다음 수학식 3과 같은 회귀식으로 구할 수 있다(S80).In a seventh step, h (t) is obtained from the fuzzy variable H through a defuzzification method (S70). When h (t) is obtained, in step 8, the control parameter α may be obtained by a regression equation as shown in
[수학식 3][Equation 3]
여기서 α 와 γ는 회귀 파라미터로써 양의 상수이며 1보다 작은 값으로 적절하게 선정된다. 위의 식에서 h(t)가 3에서 3까지 한정(Bound)되고 0으로 수렴하는 값이므로 α도 [-3 3]의 범위 내에서 0으로 수렴하는 값이다. 제 9단계에서는 8단계에서 구한 제어 파라미터로부터 PID 제어기의 제어 게인을 구하는 단계(S90)이며 PID 제어기의 제어 게인은 수학식 4와 같은 일반적인 구조를 가진다. Where α and γ are positive constants as regression parameters and are appropriately chosen to be less than one. In the above equation, since h (t) is bound from 3 to 3 and converges to 0, α also converges to 0 within the range of [-3 3]. In the ninth step, a control gain of the PID controller is obtained from the control parameters obtained in step 8 (S90), and the control gain of the PID controller has a general structure as shown in Equation (4).
[수학식 4][Equation 4]
여기서 Kc, Td, Ti는 각각 제어기의 비례 게인, 미분 시간, 적분 시간을 나타내며 온 라인으로 튜닝된다.Where K c , T d , and T i are tuned on-line, representing the proportional gain, derivative time, and integration time of the controller, respectively.
본 발명에서 제안한 PID제어 게인들은 파라미터 α를 도입하여 다음과 같이 수학식 5로 나타낼 수 있다. PID control gains proposed in the present invention may be represented by
[수학식 5][Equation 5]
여기서 ku, tu는 각각 임계 게인, 임계 주기라고 하며, 이는 비례 제어 시스템이 안정한계에 도달할 때까지 비례제어 게인을 증가 시켰을 때, 그때의 제어 게인 및 그 때의 진동 주기를 각각 나타낸다. Here, k u and t u are referred to as the critical gain and the critical period, respectively, which represent the control gain and vibration period at that time when the proportional control gain is increased until the proportional control system reaches a stable limit.
상기 수학식 5로부터 구해진 루퍼 제어기의 PID 제어 게인들은 루퍼 PLC로 출력하는 10 단계를 수행하게 된다(S100). PID control gains of the looper controller obtained from
본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 특별히 도시되고 기술되었지만, 본 발명 분야의 당업자는 본 발명 사상과 범위를 벗어남이 없이 다양한 변경이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위에 의해서만 제한된다.
Although the invention has been particularly shown and described with reference to the preferred embodiments, those skilled in the art will appreciate that various modifications are possible without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, the invention is limited only by the claims.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 열간 사상압연에서 선단부에 루퍼 응답성을 향상시켜 압연 판과 접촉하는 시간을 줄임으로써 장력 제어 시간을 줄일 뿐만 아니라 궁극적으로는 압연 판의 품질을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
As described above, the present invention improves the looper responsiveness at the tip end during hot finishing rolling, thereby reducing the tension control time and ultimately improving the quality of the rolled plate. There is.
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