KR100851199B1 - 조질압연기에서 강판의 형상 제어 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 2단 조질압연기에서 스테인레스 냉연강판의 형상을 자동제어를 통해 다양한 형상 변화에 대처하기 위한 형상 제어 방법 및 장치에 관한 것으로서, 조질압연을 거친 강판의 형상을 실시간으로 측정하여 측정된 형상에서 형상 편차를 이용하여 실시간으로 형상 품질을 판정하고, 상기 판정된 형상 품질이 불량재로 판정된 경우 퍼지 제어 로직을 이용하여 자동형상제어를 수행함으로써, 작업 초기에 형상 불량으로 발전할 것을 예측할 수 있으며, 강판의 판 내에 발생하는 다양한 형상의 변화에 실시간으로 대처 가능하므로 공정의 형상교정 부하를 감소시키고, 생산성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

2단 조질압연기, 강판, 형상 측정부, 형상 판정부, 형상 제어부, 퍼지 제어, 형상 편차, 압하력 제어부, 푸쉬 업 실린더.

Description

조질압연기에서 강판의 형상 제어 방법 및 장치{METHOD AND SYSTEM FOR CONTROLLING SHAPE OF STEEL IN SKIN PASS MILL}

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 2단 조질압연기의 형상 제어를 위한 장치의 구조를 도시한 도면,

도 2는 본 발명이 실시예에 따른 2단 조질압연기의 형상 제어를 위한 개략적인 구성을 도시한 도면,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 2단 조질압연기의 형상 편차에 대한 개념을 도시한 도면,

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 2단 조질압연기의 형상 제어 장치에서 형상 제어를 위한 동작을 도시한 도면,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 형상 제어에 의한 실험 결과의 일예를 도시한 도면,

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 형상 제어에 의한 실험 결과의 다른 예를 도시한 도면.

본 발명은 강판의 형상 제어 방법에 관한 것으로서, 특히 2단 조질압연기에서 스테인리스 냉연강판의 형상을 자동제어를 통해 다양한 형상 변화에 대처하기 위한 형상 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로 스테인리스 냉연강판의 형상을 제어하기 위해서는 작업자의 육안과 경험에 의존하여 수동으로 제어를 수행하는 형상 측정기를 사용하고 있다. 따라서 종래의 방법은 작업자의 육안과 경험에 의하여 형상을 인식하고, 형상 구동기의 설정을 작업자가 실시하므로 강판의 판 내에 발생하는 형상불량에 대한 즉각적인 대처가 어렵게 된다. 이에 따라 형상이 불량한 제품은 후 공정(형상교정 라인)으로 진행하여 공정 부하 및 경비 낭비를 발생하고, 작업자가 미인지 시에는 고객에게 전달되어 고객 불만을 야기하게 된다.

이러한 종래의 기술들 중 하나인 특허 출원(1999-0057666, 발명의 명칭 : 스킨패스 압연기의 형상 제어 장치 및 방법)은 벤더력을 이용하여 압연기의 양 에지(Edge)부에 같은 힘을 설정하여 형상을 제어하는 기술이 있다. 이러한 종래의 기술은 틸트성(Tilt Edge Wave) 에지 형상과 같은 비대칭 형상제어에 취약하며, 쿼터 웨이브(Q/W : Quarter Wave) 같은 강판의 1/4 지점에 발생하는 형상을 벤더력으로 제어할 수 없게 된다. 또한, 이러한 벤더력 방법은 초기 설정이므로 강판의 길이방향으로 형상을 정밀하게 제어하는 데 한계가 있다. 즉, 다양한 형상변화에 대처하기 어려운 문제점이 있다.

한편, 종래의 다른 기술로서, 특허 출원(1997-011944, 발명의 명칭 : 신경회로망을 이용한 냉간압연강판의 형상제어 방법)에서는 인공신경망을 구성하여 벤더력을 이용하여 형상을 제어하는 기술이다. 이러한 기술은 신경망이 오프라인(Off Line) 학습은 가능하지만 실제 운전중인 온라인(On Line) 학습 불가능하여 각종 변화하는 물리량(강판의 성분, 두께, 폭, 설비특성의 변화 등)을 감지하여 온라인(On Line)중에 즉각 반영하기 어렵다. 또한, 상기 기술은 벤더력을 이용하므로 설정의 방법으로서 강판 내의 다양한 형성 변화에 대처하기 어려워 실시간 제어에 한계가 있다.

따라서 본 발명의 목적은 2단 조질압연기에서 작업 초기에 형상 불량으로 발전할 것을 예측하여 강판의 형상을 자동으로 제어하기 위한 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 2단 조질압연기에서 형상의 비선형성과 구동기의 다이나믹을 고려한 퍼지 제어기를 이용하여 다양한 형상변화에 실시간으로 대처 가능한 형상 제어 방법을 제공함에 있다.

상기 이러한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 조질압연기에서 형상 제어 방법은, 조질압연을 거친 강판의 형상을 실시간으로 측정하는 과정과, 형상편차를 이용하여 상기 측정된 형상에 대한 형상 품질을 판정하는 과정과, 상기 판정된 형 상 품질이 불량재로 판정된 경우 퍼지 제어 로직을 이용하여 자동형상제어를 수행하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 조질압연기에서 형상 제어 장치는, 조질압연기의 후단에 형성되어 조질압연을 거친 강판의 형상을 실시간으로 측정하는 형상 측정기와, 각 패스별 형상편차를 계산하고, 계산된 형상편차를 통해 상기 측정된 형상에 대한 형상 품질을 판정하는 형상판정부와, 상기 판정된 형상 품질이 불량재로 판정된 경우 퍼지 제어 로직을 이용하여 자동형상제어를 수행하는 형상 제어부와, 상기 퍼지 형상 제어기에서 자동형상제어를 통해 얻은 압하력 제어량에 따라 상기 조질압연기의 양단에 위치한 푸쉬 업 실린더를 구동시키기는 압하력 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명이 실시예에서는 스테인리스 냉연강판을 조질압연하는 2단 조질압연기를 적용하며, 상기 2단 조질압연기를 통해 조질압연되는 상기 냉연강판의 형상을 제어하기 위해 형상 인식 및 판정을 위한 계측기 및 형상의 비선형성과 구동기의 다이나믹을 고려한 퍼지 제어기를 적용하여 설명하기로 한다. 우선, 이러한 2단 조질 압연기의 형상 제어를 위한 장치에 대한 구조를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 2단 조질압연기의 형상 제어를 위한 장치의 구조를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명이 실시예에 따른 2단 조질압연기의 형상 제어를 위한 개략적으로 도시한 도면이다.

상기 도 1을 참조하면, 형상 제어 장치는 2단 조질 압연기(10)의 후단에 형성된 형상 측정기(계측기)(20)에서 측정된 결과를 통해 강판의 형상 품질을 판정하여 작업 초기에 형상 불량으로 발전할 것을 예측한 후, 퍼지 제어 방법을 통해 형상을 자동으로 제어한다.

상기 형상 제어 장치는 상기 형상 측정기(20)의 결과를 로깅하는 형상 로깅부(110)와, 로깅된 형상을 판정하는 형상 판정부(120)와, 판정된 형상을 제어하는 형상 제어부(130)와, 상기 2단 조질 압연기(10)의 압하력을 제어하는 압하력 제어부(140)와, 서보 벨브 제어부(150)와, 상기 2단 조질 압연기의 실린더의 압력을 감지하는 압력 센서(160)를 포함한다.

상기 형상 로깅부(110)는 형상 신호 입력부와, 신호 처리부 및 신호 통신부로 구분되어 구성될 수 있다.

상기 도 2를 참조하면, 상기 형상 판정부(120)는 프로그램 로직 제어(PLC : Programmable Logic Controller)를 통해 상기 측정된 형상의 품질(양호 및 불량)을 판정하는 하드웨어적인 형상 자동제어기(121)를 포함한다. 상기 형상 제어부(130) 는 퍼지 로직 제어를 위한 소프트웨어적인 퍼지 형상 제어기(131)를 포함한다. 그리고 상기 압하력 제어부(140)는 압하력 제어용 PLC인 압하력 제어기(141)를 포함한다. 이러한 상기 형상 자동 제어기(132) 및 압하력 제어기(141) 사이에는 형상 분석 및 제어 결과를 저장 및 제공하는 형상 판정 및 형성 제어용 운전자 인터페이스(MMI : Man Machine Interface)(30)가 형성된다.

이와 같은 구조를 갖는 형상 제어 장치는 강판의 형성 판정을 위해 패스별로 폭방향 형상의 최대값과 최소값의 차이를 의미하는 형상 편차를 이용하여 형상편차값이 20N/mm2이하이면, 운전자의 압하력 설정값을 유지한다. 반면, 형상편차의 값이 그 이상이 되면 상기 형상 제어 장치는 운전자에게 자동형상제어 모드로 전환을 요청한다. 따라서 형상 제어 장치는 운전자의 형상자동제어 모드 전환 시에는 퍼지로직을 이용하여 2단 조질압연기의 양단 에지부에 적용하는 푸쉬 업(Push Up) 실린더를 구동하여 에지부 즉, 워크측(WS : Work Side)과 드라이브 측(DS : Drive Side)의 압하력과 압하력 편차량을 계산한 후, 독립적으로 형상을 제어하여 형상편차를 양호한 수준으로 개선 및 유지하는 작용을 한다. 이러한 형상편차에 대한 개념은 첨부된 도 3에 도시된 바와 같다.

상기 형상 편차를 이용하여 형상자동제어를 수행하면, 형상과 압하력값이 비선형이고, 압하력 제어기(141)의 출력값과 푸쉬 업 실린더 구동기간에도 비선형 관계가 있으므로 고전적인 다중 선형회귀식으로는 제어모델의 성능을 기대하기 어렵다. 따라서 상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에서는 형상 및 압하력에 영향을 미 치는 구동기의 비선형 특성에 적합하고, 다양한 형상변화에 대처하기 위한 퍼지 제어 방법을 적용한다. 이러한 퍼지 제어 방법을 적용한 본 발명의 실시예에 따른 형상 제어 방법에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

다시, 도 1 및 도 2를 참조하면, 형상 제어 장치는 형상 측정기(20)로부터 형상 로깅부(110)를 통해 형상을 입력받고, 형상 자동 제어기(132)에서 형상을 판정한다. 그런 다음 형상 제어 장치는 자동 형상 제어가 필요할 경우 형상제어기(131)를 통해 2단 조질압연기(10)의 양단 워크 측과 드라이브 측에 작용할 압하력을 실시간으로 계산한다. 이후, 상기 계산된 압하력을 통해 서보 밸브 제어부(150)를 통한 압력을 변화시켜서 2단 조질압연기(10)의 양단에 푸쉬 업 실린더를 구동하여 워크 측 및 드라이브 측의 압하력에 변화(또는 압하력 편차의 변화)를 가함으로서 궁극적으로 스테인리스 냉연강판에 작용하는 형상을 제어한다.

그러면 이러한 과정을 보다 구체적으로 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 2단 조질압연기의 형상 제어 장치에서 형상 제어를 위한 동작을 도시한 도면이다.

상기 도 4를 참조하면, 201단계에서 형상 제어 장치는 2단 조질압연기(10)의 압연하중 형상을 형상측정기(20)로부터 강판의 형상을 입력받은 후, 202단계에서 형상 로깅부(110)에서 형상 및 여러 조업 정보를 디지털화하여 신호 처리한 이후 형상을 분석한다. 이때, 203단계에서 형상 제어 장치는 운전자로부터의 제어 모드 선택이 있었는지를 확인하여 선택이 있는 경우 204단계에서 선택된 모드가 형상자동제어 모드인지를 확인한다. 만약, 운전자가 형상의 수동제어를 선택한 경우 213단계에서 형상 제어 장치는 수동제어 모드로 전환하고, 214단계에서 운전자가 작업 초기에 설정한 압하력값(RF 값)이 입력받아 설정한 후 동작을 종료한다. 이 경우에는 설정(set up)이므로 압연기 양단의 압하력은 같게(RFws=RFds) 된다. 여기서, RFws는 워크 측(Work Side)의 압하력(Roll Force)을 나타내며, RFds는 드라이브 측(Drive Side)의 압하력(Roll Force)을 나타낸다.

반면, 형상 제어 장치는 미리 설정된 값(20N/mm2)이상 커져서 향후에 형상으로 불량으로 발전될 것으로 판단되면, 운전자에게 형상자동제어 모드로 전환할 것을 알리는 램프에 신호가 전달된다. 이에 따라 운전자가 이를 받아들여서 형상 자동 제어 모드로의 전환 스위치를 누르면, 상기 형상 제어 장치는 현재 모드를 형상 자동 제어 모드로 전환시킨다. 이에 따라 205단계에서 상기 형상 제어 장치는 퍼지 형상 제어기(131)를 통해 매 패스별로 일정한 주기(1초 내) 간격으로 형상 편차를 지속적으로 계산한다. 이후, 206단계에서 형상 제어 장치는 상기 계산된 결과값(CTQ)이 20N/mm2보다 큰지를 확인하여 크지 않은 경우, 초기 RF 값으로 설정을 유지한 후 계속해서 205단계에서 형상 편차를 계산한다.

반면, 계산된 결과값(CTQ)이 20N/mm2보다 큰 경우 208단계에서 상기 형상 제어 장치는 구현된 퍼지 형상 제어 로직을 적용하여 압하력(RF) 자동 제어를 수행한 후 209단계에서 압하력(RF)값을 설정한다. 이때, 조질압연기(10)의 양단의 압하력은 서로 다르게(RFws≠RFds) 된다. 즉, 퍼지 형상제어기(131)가 구동하여 압연기의 양단(WS, DS)에 작용할 압하력을 계산(CTR)한다. 이러한 퍼지 형상 제어기(131)에서의 압하력 계산은 현재 압연기로부터 입력된 형상값, 압하력, 압하력 편차, 연신율, 초기 워크 압연기 크라운(Work Roll Crown)값 등을 받아서 제어량을 계산한다. 여기서 조질압연기의 특성상 WS와 DS의 양단의 압하력이 일정값 이상 차이가 발생하면, 압연기의 안전성에 매우 위험하므로 일정 수준 내에 압하력 편차 관리가 필요하므로 상기 압하력 편차를 계산하게 된다. 예를 들어 본 발명의 실시예에서는 압하력 편차를 10톤 이내로(

) 적용한다.

그런 다음 209단계에서 형상 제어 장치는 다시 형상 편차를 계산하고, 이때 계산된 형상 편차(CTQ) 값이 40N/mm2 보다 작지 않으면 다시 208단계로 진행하여 이후 과정을 반복 수행하고, 작으면 212단계에서 현재 설정된 압하력(RF) 값을 유지한 후 동작을 종료한다.

이와 같은 과정에서 형상자동제어를 위한 가능 조건은 압연속도가 15mpm 이상이고, 형상제어방법은 퍼지로직에 의한 압하력 편차제어를 통해 이루어진다. 여기서 상기 15mpm 이하는 형상검출 신호의 신뢰도가 낮아서 형상값을 이용하기 어렵다. 또한, 상술한 바와 같이 형상자동제어를 위한 제어주기는 1초이내로서, 1초 동안 형상 검출, 신호처리, 시스템 제어, 제어량 출력, 운전자 화면에 제어 결과 표시 등의 정보 제공을 수행한다. 이에 따라 조질압연기의 압하력 편차를 최소화하여 안정적으로 형상을 개선할 수 있게 된다.

한편, 강판의 정보, 형상 제어 결과, 형상 품질 등은 형상 판정 및 제어용 운전자 인터페이스(60)에 저장된다. 즉, 파일 및 데이터베이스(Database)로 저장되어 작업한 제품에 대한 이력관리 및 작업 경향 패턴 분석이 가능하다.

상술한 바와 같은 형상 제어 방법을 통해 스테인리스 냉연강판의 형상의 품질을 판정할 수 있고, 일반적인 구동기 설정(set up)단계에서 한층 진보하여 강판의 판 내의 형상을 실시간으로 측정하여 일정주기(1초 내)로 지속적으로 형상 제어를 실시함으로써 강판의 형상을 실시간으로 개선할 수 있다.

이와 같이 강판의 형상의 개선 정도는 첨부된 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 실험들을 통해 확인할 수 있다.

상기 도 5에 도시된 바와 같은 실험은 스테인리스 냉연강판(강종 STS403, 두께 0.48mm, 폭 1258mm)을 대상으로 2단 조질압연기에서 실시한 예이다. 첫 번째 패스(1 Pass)에서 형상자동제어 전(즉, 운전자 수동제어 시)에는 형상의 비대칭이 심하고, 형상편차가 매우 크게 작용하나, 형상자동제어 후에는 형상편차가 크게 감소하는 것을 확인할 수 있다. 또한, 마지막 패스(Final Pass)에서는 형상자동제어 이후에 형상편차가 20N/MM2 이내에 수렴하는 것을 확인할 수 있다. 이러한 실험 결과, 형상 제어가 워크측(WS)과 드라이브측(DS)은 독립적이고 대칭적으로 제어가 이루어졌음을 확인할 수 있다.

한편, 도 6에 도시된 바와 같은 다른 실험은 다양한 수치(두께, 폭)의 스테인리스 냉연강판을 대상으로 형상 제어를 실시한 예이다. 즉, 상기 도 6에 도시된 내용은 2차원 폭방향 형상과 3차원 폭*길이방향 형상 및 형상 편차의 시간에 따른 개선결과이다. 이는 퍼지 형상 자동제어가 적용한 이후 형상편차가 감소하였음을 확인할 수 있다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 발명청구의 범위뿐만 아니라 이 발명청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

상술한 바와 같이 본 발명은 2단 조질압연기에서 스테인리스 냉연강판의 형상을 측정 및 형상을 자동으로 판단하여 형상 양호재와 불량재를 구분하여 형상불량재에 퍼지 제어 기법을 적용하여 자동형상제어를 수행하여 형상을 교정함으로써, 고객사의 만족을 최대화할 수 있으며, 생산자로부터는 후 공정의 형상교정을 부하를 감소시키고 생산여력을 확보하여 냉연강판의 품질 향상, 납기단축, 원가 절감 및 생산성 향상의 효과가 있다.

Claims (8)

1. 조질압연을 거친 강판의 형상을 실시간으로 측정하는 과정과,

   형상편차를 이용하여 상기 측정된 형상에 대한 형상 품질을 판정하는 과정과,

   상기 판정된 형상 품질이 불량재로 판정된 경우 퍼지 제어 로직을 이용하여 자동형상제어를 수행하는 과정을 포함하고,

   상기 퍼지 제어 로직을 이용하여 자동형상제어를 수행하는 과정은,

   상기 형상 편차가 임계값 이상이면 자동형상제어 모드로 전환하는 단계와,

   미리 설정된 제어 주기별로 조질압연기의 양단 에지부의 압하력을 구하는 단계와,

   임계 범위 내로 상기 계산된 상기 양단의 압하력에 대한 편차를 관리하는 단계와,

   상기 압하력에 대한 편차를 고려하여 제어량을 결정하는 단계와,

   상기 결정된 제어량에 따라 상기 조질 압연기의 양단에 형성된 푸쉬 업 실린더를 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조질압연기에서 형상 제어 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 자동형상제어 결과, 상기 측정된 형상 품질 및 상기 강판에 대한 정보를 저장하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조질압연기에서 형상 제어 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 측정된 형상의 품질을 판정하는 과정은,

   상기 측정된 형상을 로깅하는 단계와,

   상기 로깅된 형상을 분석하여 각 패스별로 형상편차를 구하는 단계와,

   상기 형상편차가 임계값 이상인 경우 상기 형상 품질을 불량재로 판정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 조질압연기에서 형상 제어 방법.
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 조질압연기의 양단 에지부의 압하력은 현재 상기 조질압연기로부터 입력된 정보를 이용하여 계산함을 특징으로 하는 조질압연기에서 형상 제어 방법.
6. 조질압연기의 후단에 형성되어 조질압연을 거친 강판의 형상을 실시간으로 측정하는 형상 측정기와,

   각 패스별 형상편차를 계산하고, 계산된 형상편차를 통해 상기 측정된 형상에 대한 형상 품질을 판정하는 형상판정부와,

   상기 판정된 형상 품질이 불량재로 판정된 경우 퍼지 제어 로직을 이용하여 자동형상제어를 수행하는 형상 제어부와,

   상기 조질압연기의 양단에 작용하는 압하력을 계산하는 퍼지 형상 제어기에서 자동형상제어를 통해 얻은 압하력 제어량에 따라 상기 조질압연기의 양단에 위치한 푸쉬 업 실린더를 구동시키기는 압하력 제어부를 포함하고,

   상기 형상 제어부는 상기 형상 편차가 임계값 이상이면 자동형상제어 모드로 전환하여 미리 설정된 제어 주기별로 조질압연기의 양단 에지부의 압하력을 계산하고, 임계 범위 내로 계산된 상기 양단의 압하력에 대한 편차를 고려하여 상기 제어량을 결정함을 특징으로 하는 조질압연기에서 형상 제어 장치.
7. 제6항에 있어서,

   상기 자동형상제어 결과, 상기 측정된 형상 품질 및 상기 강판에 대한 정보를 저장하는 운전자 인터페이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조질압연기에서 형상 제어 장치.
8. 삭제

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