KR100839448B1 - 연속 설비에서의 장력 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 속도제어기와 장력제어기를 구비한 설비의 벡터모터의 라인연동제어 로직에서, 속도마스터 브라이들롤의 제어를 속도제어로 하며, 장력센서의 위치기준으로 전단에 위치한 헬퍼롤은 속도 마스터 브라이들롤의 일정속도 회전에 동기시켜 속도제어를 행하고 장력센서 후단에 위치한 헬퍼롤 및 HBR(Hot Bridle Roll)의 제어는 속도제어와 장력검출센서에 의한 장력제어를 동시에 행함으로써 속도마스터롤의 일정속도 회전 유지 및 장력제어를 가능하게 하였다.

본 발명은 장력 센서의 위치를 기준으로 구간을 구분하여 각 구간의 특성에 맞는 제어로직을 사용함으로써 가열로 전단에 속도마스터 롤이 존재하고 가열로 구간에 헬퍼롤이 존재하고 헬퍼롤 후단에 장력측정센서를 구비한 벡터모터의 라인연동제어 설비에서 조업시 빈번한 기동 및 감가속시 고응답에 따른 모터의 장력과 속도 추종성을 향상시켜 궁극적으로 가열로 구간에서의 판파단을 방지할 수 있는 효과가 있다.

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Description

연속 설비에서의 장력 제어 방법{Method for controlling tension in continuous process line}

도 1은 일반적인 연속 아연도금 라인 설비에서 브라이들롤 및 헬퍼롤의 배치 구성도이다.

도 2는 종래의 장력제어에 의한 장력 제어 블록도이다.

도 3은 일반적인 아연도금 라인 설비의 배치 구성도이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연속 설비에서의 장력 제어 블록도이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 실험 결과 그래프이다.

본 발명은 연속 설비에서의 장력 제어 방법에 관한 것으로, 특히 미립화된 아연입자를 고전압 전극에 의해 발생된 정전기력에 의해 강판에 부착하여 아연도금강판을 만드는 방법에서 고품질의 아연강판을 생산하기 위해 이용되는 연속 아연도금 설비의 장력을 제어하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 아연을 강판에 도금하기 위해서는 도 1에 도시된 바와 같이 강판의 온도를 가열로(5)에서 최소700℃이상으로 유지하는 것이 필수적이다. 그렇지 않으면 강판의 낮은 온도로 인하여 도금이 이루어지지 않고 도금층이 껍질처럼 떨어지는 현상이 발생한다. 한편 이렇게 고온을 유지하면 강판은 730℃이상의 고온에서 탄성변형이 발생하여 가열로(5) 내의 강판은 연신을 하게되고, 속도 마스터(master) 브라이들롤(bridle roll)(4) 및 HBR(hot bridle roll)(7)과 헬퍼롤(HR1 내지 HR9)들의 연동이 맞지 않으면 강판은 판파단에 이르게 된다.

그런데, 종래의 연동구동제어방법에서의 장력제어는 도 2에 도시된 바와 같이, 소정 헬퍼롤(HR7)에 설치되어 실제 장력을 측정하는 장력 센서(12)를 기준으로 센서 전, 후단롤들을 동일하게 장력을 제어하는 방식으로, 보다 상세히는, 속도 마스터 브라이들롤(4)에 제공되는 속도 지령치(Vref)에 따른 속도제어기(ASR)의 제어량과 장력센서(12)의 실측치(T1 fbk)와 장력 지령치(T1 set, T2 set)를 비교하여 PID 제어기(ATR)를 거쳐 증폭률(G1, G2)로 생성된 장력 제어량을 전류제어기(ACR)의 입력에 가감하여 제어하는 방식이다.

따라서, 상기 방식에 의한 기구적인 동작은 장력이 부족하면 장력센서(12)를 위치기준으로 센서전단에 위치한 헬퍼롤(HR1 내지 HR6)의 속도를 줄이고 센서후단에 위치한 헬퍼롤(HR7, HR8, HR9)의 속도를 높여 전체적인 구간장력을 높이며, 장력이 과하면 센서 전단 헬퍼롤(HR1 내지 HR6)의 속도를 높이고 후단 헬퍼롤(HR7, HR8, HR9)의 속도를 떨어뜨려 전체적인 구간장력을 낮추어 장력을 제어하였다.

그러나, 상기 종래의 장력제어 방식은 HBR(7)과 함께 속도 마스터 마스터롤(4)의 속도 제어를 동시에 수행함으로써, HBR(7)의 속도를 떨어뜨릴 때 일정하게 유지되어야할 속도 마스터 블라이들롤의 속도가 느려져, 가열로(5) 구간에서 강판의 처짐이 발생하고 처진 강판이 헬퍼롤의 축에 끼이게 되어 판파단을 유발하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 장력센서의 위치기준으로 전단에 위치한 헬퍼롤을 속도 마스터 브라이들롤의 일정속도 회전에 동기시켜 속도제어를 행하게 하고, 장력센서 후단에 위치한 헬퍼롤과 HBR에 대하여 속도제어와 장력검출센서에 의한 장력제어를 동시에 행함으로써 속도 마스터 브라이들롤의 일정속도 회전에 동기하여 가열로 내의 헬퍼롤들의 구동을 연동시켜 가열로 구간에서의 판파단을 방지하는 것을 목적으로 한다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 연속 설비의 장력 제어방법은 아연도금설비의 가열로 내의 헬퍼롤 전단에 속도마스터 브라이들롤이 존재하고 헬퍼롤 후단에 장력 센서가 설치된 아연도금설비의 벡터모터의 연동구동제어방법에 있어서, 속도마스터 브라이들롤의 제어를 드룹량(Droop rate) 1~3%의 속도제어와 전류제한제어(CLC)로 수행하는 제1 단계; 상기 장력 센서의 위치를 기준으로 전단에 위치한 다수의 헬퍼롤들의 제어를 드룹량 3.5% ~ 4% 속도제어 및 전류제한제어로 수행하는 제2 단계; 및 상기 장력 센서 후단에 위치한 다수의 헬퍼롤들과 HBR의 제어를 드룹량을 5 ~ 5.5% 사이의 속도제어와 상기 장력센서에 의한 장력제어를 병행하여 수행하는 제3 단계를 포함한다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 본 발명의 실시예에 따른 연속아연도금 설비의 장력 제어방법을 설명한다.

도 3은 일반적인 연속아연 도금라인 설비 구성도이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 현재 개발되고 있는 아연입자를 이용하여 도금강판을 만드는 데 사용되는 도금라인 설비는 도금에 사용할 권취된 냉연강판을 풀어주는 역할을 하는 POR(pay off reel)(1), POR(1)과 전처리구간(3)의 장력을 유지시키기 위해 사용되는 제1 브라이들 롤(BR: bridle roll)(2), 화학약품으로 강판의 표면을 정제하는 전처리구간(3), 속도제어의 마스터(master) 제어기(controller)로 사용되는 속도 마스터 브라이들 롤(4), 강판의 온도를 700℃~ 900℃사이로 승온하는 가열로( heating section)(5), 강판의 온도를 다시 도금에 적합한 420℃ ~ 450℃사이로 감온하는 쿨링구간(6), 가열로(5) 및 쿨링구간(rapid cooling section)(6) 내에서 장력 유지 제어를 위해 설치된 HBR(7), 460℃정도로 유지하여 도금에 사용할 용융아연을 담고 있는 도금욕(zinc pot)(8), 도금된 강판의 온도를 냉각시켜 권취에 맞는 조건을 만들어주는 출측구간(exit section(9), 텐션 릴(tension reel)(11)과의 장력유지에 사용되는 제3 브라이들 롤(10), 마지막으로 도금된 강판의 권취에 사용되는 텐션릴(11)과, 가열로(5)와 쿨링 구간(6) 사이의 실제 장력(T1fbk)을 측정하기 위해 구비된 장력센서(12)로 이루어져 있다.

여기서, 가열로(5)에는 6개의 헬퍼롤(helper roll)(HR1 내지 HR6)이 구비되고, 쿨링 구간(6)에는 3개의 헬퍼롤(HR7, HR8, HR9)이 구비되며, 상기 각 롤들은 벡터 모터에 의해 구동된다. 그리고, 장력센서(12)를 기준으로 가열로(5)의 헬퍼롤들(HR1 내지 HR6)을 전단 헬퍼롤이라 하고, 쿨링 구간(6)의 헬퍼롤들(HR7, HR8, HR9)을 후단 헬퍼롤이라 한다.

본 발명은 초음파 센서를 이용하여 POR(1)에 내장된 코일의 반경을 측정하고, 헬퍼롤(HR7)측에 설치된 장력 센서(12)를 통해 실제 장력(T1fbk)을 측정하며, 각 브라이들롤과 헬퍼롤을 구동시키기 위해 벡터 모터들이 설치되고, 장력 센서(12)의 출력을 입력받아 설정 장력과 비교하는 장력 제어기에 연결되어 롤들의 속도 및 전류 제한 제어를 수행하는 속도 제어기(ASR)와, 전류 제어기(ACR)가 설치되어 있다.

이하, 도 4를 참조로 본 발명의 실시예에 따른 연속 아연도금 설비에서의 장력 제어 방법을 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연속 설비에서의 장력 제어 블록도이다.

우선, 도 4에 도시된 바와 같은 장력 제어를 수행하기 위해, 본 발명은 드룹(droop)량을 설정한다. 이때, 설정 드룹량은 모터의 사양에 따른 속도와 전류량과의 실험결과에 의해 수학식 1과 같이 구하여 진다.

여기서 Δi는 전류변동, Δv는 속도의 변동량이다. 속도의 범위가 5 ~ 50[ mpm] 사이에서 드룹량의 설정은 1~6% 범위의 값이며, 실험에 의하여 속도 대비 전류변동률이 적은 속도마스터롤의 드룹량은 1~ 3 %, 헬퍼롤 중 속도대비 변동률이 큰 하부 헬퍼롤의 드룹량은 4%, 상부 헬퍼롤의 드룹량은 3.5%, 장력센서(12) 후단의 헬퍼롤의 드룹량은 전류변동이 크므로 5%의 값을 설정한다.

이러한 상태에서 연속아연 도금라인의 작업이 수행되면, 속도 마스터 브라이들롤(4)은 초기치로 설정된 속도 지령치 전압(Vref)에 의해 구동하고, 이에 따라 속도 마스터 브라이들롤(4)의 전단에는 설정장력(T2set)이 발생하고, 속도 마스터 브라이들롤(4)과 HBR(7) 사이에는 설정장력(T1set)이 작용하게 된다.

그러면, 본 발명은 속도 마스터 브라이들롤(4)과 전단 헬퍼롤(HR1 내지 HR6)의 장력 제어를 위해, 속도 마스터 브라이들롤(4)의 실제 속도를 속도 지령치(Vref)와 비교하여 그 차이에 따라 속도 제어기(ASR)의 출력을 가변시키고, 가변된 출력이 설정된 드룹량의 범위에서 제한되게 하며, 제한된 속도 제어기(ASR)의 출력을 전류 제어기(ACR)에 의해 전류 제한 제어(CLC: current limit control)로 제한하여 속도 마스터 브라이들롤(4) 및 전단 헬퍼롤의 구동을 제어한다.

그리고, 본 발명은 HBR(7)과 후단 헬퍼롤(HR7, HR8, HR9)의 장력 제어를 위해, 설정 장력(T1 set)을 장력 센서(12)에 의해 검출된 장력(T1fbk)과 비교하여, 그 비교값을 PID(proportional integral differential) 제어기(ATR)로 PID 제어하여 설정 이득(G1)에 곱한다. 그리고, 이렇게 곱해진 결과를 Tm(T1 set과 T2 set의 미들값)과 비교한 결과와 비교하여 그 차이값을 얻고, 이렇게 얻어진 결과를 설정된 드룹량과 속도 제어기(ASR)의 출력과 비교하여 그 비교값을 전류 제어기(ACR)에 입력시켜 속도 제어 및 장력 제어가 이루어지게 한다. 이렇게 전류 제어기(ACR)에 의해 제어된 결과는 후단 헬퍼롤 및 HBR(7)의 구동 제어에 이용되게 된다.

이때, 본 발명은 장력제어기와 관성보상 기계적 손실보상을 위한 관성보상된 전류 보정치(Iacc)를 전류 제어기(ACR)에 인가한다. 이때, 전류 보상치는 다음의 수학식 2를 통해 구해지고, POR(1)의 코일 직경에 따라 계단적으로 증가시켜 전류 제어기(ACR)에 인가한다.

상기에서, Iacc는 관성보상된 전류 보상치이고 J_tot는 관성모멘트, GR은 기어비, D는 POR의 코일 직경, TC는 토크의 유도계수, dv/dt는 속도변화율이다.

여기서, POR의 코일 반경측정은 초음파센서로 하며, 초음파센서의 감도는 30mm 이기 때문에 측정된 코일의 직경이 30mm증가할 때마다 관성보상값을 계단적으로 증가시키는 방식을 사용하여 속도마스터 브라이드롤(4) 전단의 장력을 제어한다.

따라서, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 속도 마스터 브라이들롤의 구동 제어는 속도 마스터 브라이들롤(4)의 전단 설정 장력(T1set)을 이용하지 않고 드룹량, 전류 제어기(ACR)의 전류 제한, 및 POR(1)의 코일 반경에 따른 관성보상된 전류 보상치를 이용하며, HBR(7)의 구동 제어는 속도 마스터 브라이들롤(4)의 일정속도 회전에 동기시켜 속도제어를 함과 동시에 장력 검출 센서의 출력과 드룹량 및 전류 제어기(ACR)의 전류제한 제어를 이용하게 된다.

예를 들면, 장력 설정치인 T1 set=200, T2 set=100, Tm=150 으로 할때 장 력센서에서 측정된 값이 설정치와 일치하는 T1 fbk =200이면 전단 헬퍼롤과 후단 헬퍼롤의 전류 제어기(ACR)에는 각각 50의 보정치가 들어가게 된다. 만약 장력이 증가하여 T1 fbk =220이 들어오면, T1 set 과 T1 fbk 오차가 - 20이 발생하고 이득(G1)을 각각 10%로 두면 장력제어기에 의하여 -2의 보정치가 발생하여 전류제어기(ACR)에는 48의 보정치가 들어가게 되어 HBR(7)의 속도가 느려지게 된다. 그러나, 이 경우에 속도마스터 브라이들롤(4)은 장력제어기의 영향을 받지 않음으로 속도가 느려지는 문제가 제거된다.

도 5는 이와 같이 제어된 장력 제어의 실험결과이다. 도 4에 따르면, 라인의 3개의 장력센서의 제어가 장력 설정치와 잘 일치하고 있음을 알 수 있다.

이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

본 발명은 속도 마스터 브라이들롤의 제어를 속도제어로 하며, 장력센서의 위치기준으로 전단에 위치한 헬퍼롤은 속도마스터롤의 일정속도 회전에 동기시켜 속도제어를 행하고 장력센서 후단에 위치한 헬퍼롤 및 HBR에서 속도제어와 장력검출센서에 의한 장력제어를 동시에 행함으로써 속도 마스터롤의 일정속도 회전 유지 및 장력제어를 가능하게 함으로써 궁극적으로 가열로구간에서의 판파단을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 아연도금설비의 가열로 내의 헬퍼롤 전단에 속도마스터 브라이들롤이 존재하고 헬퍼롤 후단에 장력 센서가 설치된 아연도금설비의 벡터모터의 연동구동제어방법에 있어서,

   속도마스터 브라이들롤의 제어를 드룹량(Droop rate) 1~3%의 속도제어와 전류제한제어(CLC)로 수행하는 제1 단계;

   상기 장력 센서의 위치를 기준으로 전단에 위치한 다수의 헬퍼롤들의 제어를 드룹량 3.5% ~ 4% 속도제어 및 전류제한제어로 수행하는 제2 단계; 및

   상기 장력 센서 후단에 위치한 다수의 헬퍼롤들과 HBR(hot bridle roll)의 제어를 드룹량을 5 ~ 5.5% 사이의 속도제어와 상기 장력센서에 의한 장력제어를 병행하여 수행하는 제3 단계를 포함하는 연속 설비의 장력 제어 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 단계의 전류제한제어는,

   POR(pay off reel)의 코일 반경이 단위 길이로 늘어날 때마다 관성보상된 전류보상치를 계단적으로 증가시켜 보상되게 하는 것을 특징으로 하는 연속 설비의 장력 제어 방법.
3. 제1항에 있어서,

   상기 제3 단계의 장력 제어는 POR(pay off reel)의 코일 반경이 단위 길이로 늘어날 때마다 관성보상된 전류보상치를 계단적으로 증가시켜 보상되게 하는 것을 특징으로 하는 연속 설비의 장력 제어 방법.

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