KR102049682B1 - 플랜트의 제어 장치 - Google Patents

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도쿠지로 호리카와
히로토 우지카와
유키 오카노
시게루 야마모토
오사무 가네코
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도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤
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Abstract

낭비 시간을 포함하는 플랜트의 제어 대상에 주기적인 외란이 가해지는 경우에 있어서, 당해 외란의 영향을 억제하여, 높은 제어 성능을 얻을 수 있는 플랜트의 제어 장치를 제공한다. 플랜트의 제어 장치는, 주기적인 외란이 가해지는 플랜트의 제어량에 대한 목표값이 부여되고, 센서에 의해 측정되는 제어량을 상기 목표값으로 하기 위한 조작단의 조작량의 변경 결과가 상기 센서에 의해 측정될 때까지 낭비 시간이 발생하는 경우에, 외란의 주기 및 낭비 시간의 변화에 따라서 외란의 1주기분의 시간으로부터 낭비 시간을 차감한 시간만큼 상기 조작단에의 상기 조작량의 입력을 지연시키는 낭비 시간 대응 수정 반복 제어기를 구비하였다.

Description

플랜트의 제어 장치
본 발명은 플랜트의 제어 장치에 관한 것이다.
특허문헌 1은 열간 압연 라인에 있어서의 롤 제어 방법을 개시한다. 열간 압연 라인에 있어서, 상하의 핀치롤은 권취기 앞에 설치된다. 상하의 핀치롤은, 압연재를 사이에 끼워 넣어 보유 지지한다. 상하의 핀치롤에 편심이 있는 경우, 상하의 핀치롤의 간극이 변동된다. 당해 변동에 의해, 압연기와 핀치롤 사이에 있어서, 압연재의 장력이 변동된다. 핀치롤과 권취기 사이에 있어서, 압연재의 장력이 변동된다. 당해 롤 제어 방법에 따르면, 핀치롤의 편심에 의한 주기적인 영향이 억제된다. 구체적으로는, 상하의 핀치롤의 간극이 목표값으로 유지된다. 그 결과, 압연재의 장력의 변동이 억제된다.
일본 특허 공개 제2012-152808호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재된 것은, 조작단의 조작량의 변경 결과가 센서에 의해 측정될 때까지 낭비 시간이 발생하는 경우라도, 당해 낭비 시간을 상정하지 않는다. 이 때문에, 주기적인 외란의 영향을 억제할 수 없다.
본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것이다. 본 발명의 목적은, 낭비 시간을 포함하는 플랜트의 제어 대상에 주기적인 외란이 가해지는 경우에 있어서, 당해 외란의 영향을 억제하여, 높은 제어 성능을 얻을 수 있는 플랜트의 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 관한 플랜트의 제어 장치는, 주기적인 외란이 가해지는 플랜트의 제어량에 대한 목표값이 부여되고, 센서에 의해 측정되는 제어량을 상기 목표값으로 하기 위한 조작단의 조작량의 변경 결과가 상기 센서에 의해 측정될 때까지 낭비 시간이 발생하는 경우에, 외란의 주기 및 낭비 시간의 변화에 따라서 외란의 1주기분의 시간으로부터 낭비 시간을 차감한 시간만큼 상기 조작단에의 상기 조작량의 입력을 지연시키는 낭비 시간 대응 수정 반복 제어기를 구비하였다.
본 발명에 따르면, 조작단에의 조작량의 입력은, 외란의 1주기분의 시간으로부터 낭비 시간을 차감한 시간만큼 지연된다. 이 때문에, 낭비 시간을 포함하는 플랜트의 제어 대상에 주기적인 외란이 가해지는 경우에 있어서, 당해 외란의 영향을 억제하여, 높은 제어 성능을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 플랜트의 제어 장치를 이용한 압연기의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 플랜트의 제어 장치를 설명하기 위한 제어 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 플랜트의 제어 장치의 개요를 설명하기 위한 제어 블록도를 간략화한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 플랜트의 제어 장치의 전체 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 플랜트의 제어 장치를 이용한 제어 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 플랜트의 제어 장치의 주요부의 제어 블록도이다.
도 7은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 플랜트의 제어 장치의 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 플랜트의 제어 장치의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 플랜트의 제어 장치에 가해지는 롤 편심 외란과 압연 하중 외란을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 플랜트의 제어 장치의 하드웨어 구성도이다.
도 11은 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의 플랜트의 제어 장치를 설명하기 위한 제어 블록도이다.
본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 첨부 도면에 따라서 설명한다. 또한, 각 도면 중, 동일하거나 또는 상당하는 부분에는 동일한 부호가 붙여진다. 당해 부분의 중복 설명은 적절하게 간략화 내지 생략한다.
실시 형태 1.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 플랜트의 제어 장치를 이용한 압연기의 구성도이다. 이하의 설명은, 압연에 의한 판 두께를 제어하는 제어 장치를 대상으로 행해진다. 이하의 설명에 의한 생각은, 각종 플랜트에 있어서, 판 두께 이외의 제어에 대해서도 적용할 수 있다. 예를 들어, 당해 생각은 판 폭, 판 크라운, 평탄도 등의 제어에 대해서도 적용할 수 있다.
도 1에 있어서, 열간 박판 압연의 압연 스탠드는 4Hi 밀이다. 압연 스탠드는 하우징(1)을 구비한다. 상측 워크롤(2a)과 하측 워크롤(2b)은, 압연롤로서 하우징(1)의 내부에 설치된다. 상측 워크롤(2a)의 축의 일측은 도시하지 않은 전동기에 연결된다. 상측 워크롤(2a)의 타측 주변은 작업 영역으로 된다. 하측 워크롤(2b)의 축의 일측은 도시하지 않은 전동기에 연결된다. 하측 워크롤(2b)의 타측 주변은 작업 영역으로 된다.
상측 백업롤(3a)은 압연롤로서 상측 워크롤(2a)의 상방에 설치된다. 상측 백업롤(3a)은 상측 워크롤(2a)을 지지한다. 상측 백업롤(3a)은 하우징(1)의 상부에 지지된다. 상측 백업롤(3a)의 일측 하부 주변은, 상측 워크롤(2a)의 축의 일측 및 하측 워크롤(2b)의 축의 일측의 존재 영역으로 된다. 상측 백업롤(3a)의 타측 주변은 작업 영역으로 된다.
하측 백업롤(3b)은 압연롤로서 하측 워크롤(2b)의 하방에 설치된다. 하측 백업롤(3b)은 하측 워크롤(2b)을 지지한다. 하측 백업롤(3b)은 하우징(1)의 하부에 지지된다. 예를 들어, 하측 백업롤(3b)은 바닥면보다 하방에 설치된다. 하측 백업롤(3b)의 상방은 작업 영역으로 된다. 하측 백업롤(3b)의 일측 상부 주변은, 상측 워크롤(2a)의 축의 일측 및 하측 워크롤(2b)의 축의 일측의 존재 영역으로 된다. 하측 백업롤(3b)의 타측 주변은 작업 영역으로 된다.
압하 장치(4)는 상측 백업롤(3a)의 상방에 설치된다. 예를 들어, 압하 장치(4)는 전동 압하 장치를 포함한다. 예를 들어, 압하 장치(4)는 유압으로 구동되는 유압 압하 장치를 포함한다. 유압 압하 장치는 고속 제어할 수 있다. 압하 장치(4)는 일측 압하 장치(4a)와 타측 압하 장치(4b)를 구비한다. 일측 압하 장치(4a)는 상측 백업롤(3a)의 일측에 설치된다. 타측 압하 장치(4b)는 상측 백업롤(3a)의 타측에 설치된다.
하중 검출기(5)는 하측 백업롤(3b)의 하방에 설치된다. 하중 검출기(5)는 일측 하중 검출기(5a)와 타측 하중 검출기(5b)를 구비한다. 일측 하중 검출기(5a)는 하측 백업롤(3b)의 일측에 설치된다. 타측 하중 검출기(5b)는 하측 백업롤(3b)의 타측에 설치된다.
롤 갭 검출기(6)는 압하 장치(4)의 하방에 설치된다. 롤 갭 검출기(6)는 일측 롤 갭 검출기(6a)와 타측 롤 갭 검출기(6b)를 구비한다. 일측 롤 갭 검출기(6a)는 상측 백업롤(3a)의 일측에 설치된다. 타측 롤 갭 검출기(6b)는 상측 백업롤(3a)의 타측에 설치된다.
압연 하중 측정기(7)의 입력측은, 하중 검출기(5)의 출력측에 접속된다. 롤 갭 측정기(8)의 입력측은, 롤 갭 검출기(6)의 출력측에 접속된다.
판 두께 제어기(9)의 입력측은, 압연 하중 측정기(7)의 출력측에 접속된다. 판 두께 제어기(9)의 입력측은, 롤 갭 측정기(8)의 출력측에 접속된다. 롤 갭 조작 수단(10)의 입력측은, 판 두께 제어기(9)의 출력측에 접속된다. 롤 갭 조작 수단(10)의 출력측은 압하 장치(4)의 입력측에 접속된다.
판 두께계(12)는 센서로서 압연 스탠드의 출측에 설치된다. 판 두께계(12)의 출력측은, 판 두께 제어기(9)의 입력측에 접속된다.
압연재(13)는 금속으로 형성된다. 예를 들어, 압연재(13)는 철로 형성된다. 예를 들어, 압연재(13)는 알루미늄으로 형성된다. 예를 들어, 압연재(13)는 구리로 형성된다. 압연재(13)는 회전하는 상측 워크롤(2a)과 하측 워크롤(2b) 사이에 끼워진다. 그 결과, 압연재(13)는 얇게 늘어난다.
이때, 상측 백업롤(3a)은 상측 워크롤(2a)의 폭 방향의 휨을 억제한다. 하측 백업롤(3b)은 하측 워크롤(2b)의 폭 방향의 휨을 억제한다. 압연재(13)로부터의 압연 하중은, 상측 워크롤(2a)과 하측 워크롤(2b)과 상측 백업롤(3a)과 하측 백업롤(3b)을 통해, 하우징(1)에 받쳐진다.
일측 하중 검출기(5a)는 하측 백업롤(3b)의 일측에 걸리는 하중을 검출한다. 타측 하중 검출기(5b)는 하측 백업롤(3b)의 타측에 걸리는 하중을 검출한다. 압연 하중 측정기(7)는 일측 하중 검출기(5a)의 검출값과 타측 하중 검출기(5b)의 검출값의 합을 합하중으로서 계산한다. 압연 하중 측정기(7)는 일측 하중 검출기(5a)의 검출값과 타측 하중 검출기(5b)의 검출값의 차를 차하중으로서 계산한다. 도시하지 않은 롤 벤딩 장치가 압연 스탠드에 설치되는 경우, 압연 하중 측정기(7)는 하중 검출기(5)의 검출값을 롤 벤딩력으로 보정할 때의 계산을 행한다.
롤 갭 검출기(6)는 상측 워크롤(2a)과 하측 워크롤(2b)의 간극(롤 갭)을 직접 검출하지 않는다. 롤 갭 검출기(6)는 압하 장치(4)가 상측 백업롤(3a)을 압하한 양을 검출한다. 롤 갭 측정기(8)는 롤 갭 검출기(6)의 검출값에 기초하여 롤 갭을 계산한다. 이때, 롤 갭 측정기(8)는 상측 백업롤(3a), 상측 워크롤(2a), 하측 워크롤(2b), 하측 백업롤(3b) 등의 위치 관계를 고려한다.
판 두께 제어기(9)는 압연 하중 측정기(7)의 계산값과 롤 갭 측정기(8)의 계산값에 기초하여, 롤 갭의 설정값을 조정한다. 이때, 판 두께 제어기(9)는 밀 상수 MC와 소성 계수 QC를 사용하여 롤 갭의 설정값을 조정한다.
롤 갭 조작 수단(10)은 판 두께 제어기(9)에 의해 조정된 설정값에 기초하여 롤 갭을 조정한다. 그 결과, 압연재(13)는 원하는 판 두께로 된다. 압연재(13)의 판 두께는 판 두께계(12)에 의해 계측된다.
다음에, 도 2를 사용하여, 판 두께 제어기(9)의 일례를 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 플랜트의 제어 장치를 설명하기 위한 제어 블록도이다.
도 2에 있어서, 제어 대상인 압연 프로세스(14)는 밀 상수 M과 소성 계수 Q의 영향을 받는다. 구체적으로는, 압연 프로세스(14)는 제1 영향 계수(14a)와 제2 영향 계수(14b)를 구비한다. 제1 영향 계수(14a)는 롤 갭이 압연 하중에 미치는 영향에 대응한다. 제1 영향 계수(14a)는 -MQ/(M+Q)이다. 제2 영향 계수(14b)는 압연 하중이 판 두께에 미치는 영향에 대응한다. 제2 영향 계수(14b)는 1/M이다.
압연 프로세스(14)에는, 롤 편심 외란 ΔSD와 압연 하중 외란 ΔPD가 가해진다고 생각된다. 롤 편심 외란 ΔSD를 직접 검출할 수는 없다. 압연 하중 외란 ΔPD는 측정되는 압연 하중 안에 포함된다. 압연 하중 외란 ΔPD만을 분리하여 측정할 수는 없다.
판 두께 제어기(9)는 압연 프로세스(14)에 대해, 모니터 AGC(15), 게이지 미터 AGC(16), MMC(밀 상수 가변 제어)(17) 등을 실시한다.
낭비 시간 블록(18)은 상측 워크롤(2a)과 하측 워크롤(2b)에 의해 압연된 압연재(13)의 판 두께 실적 변화량 ΔhACT가 상측 워크롤(2a)과 하측 워크롤(2b)의 중심으로부터 판 두께계(12)까지 반송되는 시간 TL만큼 경과한 후에 판 두께계(12)에 의해 판 두께 측정값 변화량 ΔhMES로서 검출되는 것을 나타낸다. 시간 TL은 낭비 시간으로 된다.
모니터 AGC(15)는, 제품 판 두께 목표값 변경량 ΔhX REF와 판 두께 측정값 변화량 ΔhMES의 편차에 기초하여 게이지 미터 판 두께 목표값 변경량 ΔhREF를 계산한다.
게이지 미터 AGC(16)에 있어서, 제1 제어 블록(16a)은, 일반적으로, 실기(實機)에 의해 측정된 밀 상수 MC를 사용하여 나타내어진다. 제1 제어 블록(16a)에는, 응답을 조정하기 위한 계수 α1이 부가된다. 제1 제어 블록(16a)의 출력과 롤 갭 실적 변화량 ΔSACT에 기초하여, 게이지 미터 판 두께 변화량 ΔhGM이 구해진다.
게이지 미터 AGC(16)에 있어서, 게이지 미터 판 두께 목표값 변경량 ΔhGM AIM과 게이지 미터 판 두께 목표값 변경량 ΔhREF가 합산된다. 그 결과, 판 두께 목표값 변경량 ΔhGM REF가 구해진다. 판 두께 목표값 변경량 ΔhGM REF와 게이지 미터 판 두께 변화량 ΔhGM의 편차는 PI 제어기(16b)에 입력된다. PI 제어기(16b)는 비례 게인 KPG와 적분 게인 KIG와 라플라스 연산자 s로 나타내어진다. 또한, 롤 갭의 기호 S는, 첨자, Δ 등을 수반하여 사용된다. 라플라스 연산자 s는, 소문자이며 단독으로 사용된다. [s]는 시간을 나타내는 단위이다.
PI 제어기(16b)의 출력은 보상 게인(16c)에 입력된다. 보상 게인(16c)은 동정된 밀 상수 MC, 소성 계수 QC, 응답을 조정하기 위한 계수 α1, α2로 나타내어진다. 예를 들어, 소성 계수 QC는, 오프라인에서 별도로 계산된다. 예를 들어, 소성 계수 QC는, 실적 데이터에 의한 동정한 값을 포함한다. 보상 게인(16c)은 롤 갭 명령값 ΔSSET를 계산한다. 이때, 보상 게인(16c)은 조작 출력을 규격화한다. 이 경우, 제어 대상인 밀 상수 M, 소성 계수 Q, 계수 α1, α2가 변화되어도, PI 제어기(16b)의 조정이 불필요해진다.
MMC(17)는 압하 장치(4)에 고속 응답을 요구한다. 이 때문에, 압하 장치(4)가 고속 응답을 실현할 수 있는 유압 압하 장치가 아닌 경우에는, MMC(17)는 적용되지 않는다.
MMC(17)에 있어서, 제2 제어 블록(17a)은, 동정된 밀 상수 MC를 사용하여 나타내어진다. MMC(17)는, 제2 제어 블록(17a)의 계수 α2를 조정함으로써, 응답을 조정할 수 있다. 예를 들어, 계수 α2를 크게 하면, 응답이 빨라진다.
MMC(17)에 있어서, 유압 압하 응답(17b)은 유압 압하 장치의 응답에 대응한다. 유압 압하 응답(17b)은 보상 게인(16c)의 출력과 제2 제어 블록(17a)의 출력을 중첩한 값에 기초하여 결정된다. 그 결과, 롤 갭이 조정된다.
다음에, 도 3을 사용하여, 도 2의 제어계의 개요를 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 플랜트의 제어 장치의 개요를 설명하기 위한 제어 블록도를 간략화한 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 모니터 AGC(15)는, 하나의 블록으로 나타내어진다. 게이지 미터 AGC(16)는 하나의 블록으로 나타내어진다. MMC(17)는 하나의 블록으로 나타내어진다. 낭비 시간 블록(18)은 하나의 블록으로 나타내어진다.
다음에, 도 4를 사용하여, 제어 장치의 전체 구성을 설명한다.
도 4는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 플랜트의 제어 장치의 전체 구성을 설명하기 위한 도면이다.
제어 장치는, 낭비 시간 대응 수정 반복 제어기(20)와 일순 전달 함수(21)와 제어 블록도(22)로 나타내어진다.
제어 장치에 있어서, 제어 편차 e는, 목표값 또는 명령값 r과 제어량 y2의 피드백값의 차분으로 나타내어진다. 제어 편차 e는, 낭비 시간 대응 수정 반복 제어기(20)에 입력된다. 낭비 시간 대응 수정 반복 제어기(20)는 조작량 u1을 계산한다. 조작량 u1은 일순 전달 함수(21)에 입력된다. 일순 전달 함수(21)는 도 3의 게이지 미터 AGC(16)와 MMC(17)와 압연 프로세스(14)를 결합한 블록에 상당한다. 일순 전달 함수(21)는 낭비 시간을 포함하지 않는 계이다. 일순 전달 함수(21)는 제어 대상인 신호 y1을 출력한다. 신호 y1은 제어 블록도(22)에 입력된다. 제어 블록도(22)는, 도 3의 낭비 시간 블록(18)에 상당한다. 제어 블록도(22)는, 낭비 시간을 나타낸다. 제어 블록도(22)는 신호 y2를 출력한다. 신호 y2는, 신호 y1에 대해 낭비 시간만큼 지연된다.
다음에, 도 5를 사용하여, 낭비 시간 대응 수정 반복 제어기(20)의 삽입 위치를 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 플랜트의 제어 장치를 이용한 제어 블록도이다.
도 5는 도 4의 일순 전달 함수(21)에 도 3의 압연 프로세스(14)와 게이지 미터 AGC(16)와 MMC(17)를 적용시킨 도면이다. 도 5에 있어서, 도 4의 제어 블록도(22)는, 도 3의 낭비 시간 블록(18)으로 치환되어 있다. 도 2의 블록을 사용하면, 도 5보다도 상세한 도면으로 전개할 수 있다. 이때의 도면은 자명하다. 당해 도면의 기술은 생략된다.
도 5에 도시한 바와 같이, 낭비 시간 대응 수정 반복 제어기(20)는 기존의 제어계에 대하여 제어 편차 e와 모니터 AGC(15) 사이에 삽입된다. 이때, 도 3의 모니터 AGC(15)의 전달 계수는 「1」로 설정된다. 그 결과, 모니터 AGC(15)의 기능은 사용되지 않는다.
다음에, 도 6을 사용하여, 낭비 시간 대응 수정 반복 제어기(20)를 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 플랜트의 제어 장치의 주요부의 제어 블록도이다.
도 6에 있어서, 낭비 시간 대응 수정 반복 제어기(20)는 블록(20a)과 블록(20b)과 블록(20c)과 블록(20d)과 블록(20e)을 구비한다.
블록(20c)은 반복 제어기를 통합한 블록이다. 블록(20c)에 있어서, q는 저역 통과 필터이다. 예를 들어, 저역 통과 필터 q는 1차 지연계로 기술된다. 블록(20d)은 안정화 보상기(C)이다. 예를 들어, 블록(20d)은 게인 등으로 나타내어진다.
블록(20e)은 낭비 시간을 보상하는 낭비 시간 보상기이다. 예를 들어, 블록(20e)은 스미스 보상기이다. 블록(20e)은 외란의 주기 L[s]을 낭비 시간이라 한다. 즉, 블록(20e)은 신호가 입력되었을 때 L[s]만큼 지연시킨 신호와, 입력된 신호를 지연시키지 않은 그대로의 신호를 가산하여 출력한다. L[s]은 기지이다. 낭비 시간 L[s]은 특정할 수 있다. 예를 들어, 압연롤의 회전에 동기한 롤 편심 외란의 주기는, 롤 직경과 롤 회전 속도에 기초하여 계산할 수 있다.
블록(20a)은 조작 지연기이다. 블록(20a)은 시간 L-TL[s]만큼 제어 편차 e를 지연시켜, 신호 e1을 출력한다. 신호 e1은 블록(20e)의 출측 신호 e2와 가산된다. 그때, 신호 e2의 부호에 주의한다. 그 결과, 신호 e3이 생성된다. 블록(20a)은 등가적으로 블록(20b)의 위치에 배치될 수 있다. 이 때문에, 실제의 제어에 있어서는, 블록(20a)과 블록(20b) 중 어느 한쪽이 사용된다. 이때, 사용되지 않는 블록의 전달 함수는 「1」로 설정된다.
다음에, 외란 d로부터 제어량 y2까지의 폐루프 전달 함수 GCL1(s)을 설명한다.
신호 e1로부터 조작량 u1까지의 일순 전달 함수 L1(s)은 다음 (1)식으로 나타내어진다.
Figure 112018031799563-pct00001
폐루프 전달 함수 GCL1(s)은 (1)식을 사용하여 다음 (2)식으로 나타내어진다. 또한, 이후, 도중의 식의 전개는 적절히 생략된다.
Figure 112018031799563-pct00002
저역 통과 필터 q는, 외란 d의 주파수 대역에 있어서 거의 1로 되도록 설정된다. 주기적인 외란 d에 있어서는, 저역 통과 필터 q는, 주기 L마다 동일값으로 된다. 이 때문에, 다음 (3)식 및 (4)식이 성립한다.
Figure 112018031799563-pct00003
Figure 112018031799563-pct00004
외란 d의 주파수 대역에 있어서, 폐루프 전달 함수 GCL1(s)은 다음 (5)식으로 나타내어진다.
Figure 112018031799563-pct00005
(5)식은 외란 d로부터 제어량 y2까지의 영향이 거의 0으로 되는 것을 의미한다. 즉, 낭비 시간 대응 수정 반복 제어기(20)는 외란 억제력을 효과적으로 발휘한다.
다음에, 목표값 r로부터 제어량 y2까지의 전달 함수 GCL2(s)를 설명한다. 전달 함수 GCL2(s)는 다음 (6)식으로 나타내어진다.
Figure 112018031799563-pct00006
(3)식과 (4)식이 (6)식에 대입되면, 다음 (7)식이 얻어진다.
Figure 112018031799563-pct00007
(7)식은, 목표값 r로부터 제어량 y2까지의 영향이 거의 1로 되는 것을 의미한다. 즉, 낭비 시간 대응 수정 반복 제어기(20)는 제어량 y2를 목표값 r에 잘 추종시킨다.
다음에, 도 7을 사용하여, 도 6의 기능을 설명한다.
도 7은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 플랜트의 제어 장치의 기능을 설명하기 위한 도면이다.
도 7의 상단은 압연 속도가 일정한 경우의 판 두께 실적 변화량 ΔhACT(실선)와 판 두께 측정값 변화량 ΔhMES(파선)를 나타낸다. 도 7의 상단에 있어서는, 판 두께 실적 변화량 ΔhACT가 압연 스탠드로부터 판 두께계(12)까지 반송된다. 이때, 낭비 시간 TL이 경과하면, 판 두께계(12)는 판 두께 측정값 변화량 ΔhMES를 측정한다. 판 두께 측정값 변화량 ΔhMES에 기초하여 반복 제어가 행해지면, 그 시점에서의 압연 스탠드의 바로 아래에서 일어나고 있는 현상에 대응한 판 두께 실적 변화량 ΔhACT의 신호가 변경된다. 이 경우, 제어 장치에 의한 조작량의 타이밍은, 압연 스탠드의 바로 아래에서 일어나고 있는 판 두께의 변화의 타이밍과 낭비 시간 TL 만큼 어긋난다. 이 때문에, 양호한 제어를 행할 수 없다.
그래서, 제어 장치는, 판 두께 측정값 변화량 ΔhMES의 신호를 L-TL[s]만큼 지연시킨다. 그 결과, 판 두께 측정값 변화량 ΔhMES의 신호의 타이밍은, 판 두께 실적 변화량 ΔhACT의 신호의 타이밍과 일치한다.
도 7의 하단은, 압연 속도가 증가하는 경우의 판 두께 실적 변화량 ΔhACT(실선)와 판 두께 측정값 변화량 ΔhMES(파선)를 나타낸다. 도 7의 하단에 있어서는, 외란의 주기 및 낭비 시간의 변화에 따른 제어가 행해진다. 그 결과, 압연 속도가 증가하는 경우에 있어서도, 판 두께 측정값 변화량 ΔhMES의 신호의 타이밍은, 판 두께 실적 변화량 ΔhACT의 신호의 타이밍과 일치한다.
이상에서 설명한 실시 형태 1에 따르면, 조작단에의 조작량의 입력은, 외란의 1주기분의 시간으로부터 낭비 시간을 차감한 시간만큼 지연된다. 이 때문에, 낭비 시간을 포함하는 플랜트의 제어 대상에 주기적인 외란이 가해지는 경우에 있어서, 당해 외란의 영향을 억제하여, 높은 제어 성능을 얻을 수 있다. 실시 형태 1에 있어서는, 압연재(13)의 판 두께를 고정밀도로 제어할 수 있다.
또한, 낭비 시간은 낭비 시간 보상기에 의해 보상된다. 이 때문에, 낭비 시간이 변화되는 경우라도, 당해 외란의 영향을 억제하여, 높은 제어 성능을 얻을 수 있다.
다음에, 도 8을 사용하여, 제어 장치의 변형예를 설명한다.
도 8은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 플랜트의 제어 장치의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
압연에 있어서, 롤 편심 외란 ΔSD는 상측 백업롤(3a)의 회전 및 하측 백업롤(3b)의 회전에 의존하는 외란이다. 압연 하중 외란 ΔPD는 가열로의 내부에서 압연재에 부여되는 스키드 마크에 기초한 일정 거리 간격의 온도 외란이다. 압연 하중 외란 ΔPD는, 상측 백업롤(3a)의 외주 및 하측 백업롤(3b)의 외주의 배수의 거리를 갖는 외란으로서 생각할 수 있다. 이 때문에, 상측 백업롤(3a) 및 하측 백업롤이라는 회전체의 각도 θ를 기준으로 한 제어가 행해진다.
회전체의 각도 θ를 기준으로 한 제어는, 다음 (8)식으로 나타내어진 라플라스 변환을 (9)식으로 나타내어진 변환에 의해 기술함으로써 실현된다.
Figure 112018031799563-pct00008
Figure 112018031799563-pct00009
단, (8)식에 있어서, t는 시각이다. s는 라플라스 연산자이다. (9)식에 있어서, λ는 라플라스 연산자 s에 상당하는 각도 영역에서의 연산자이다.
도 8은 도 1에 대하여 (9)식의 변환을 실시하여 표현한 것이다. 도 8에 있어서, 도 1의 블록(20a)은 생략된다. 도 1과 마찬가지로, 블록(20a)과 블록(20b) 중 어느 한쪽이 사용된다. 이때, 사용되지 않는 블록의 전달 함수는 「1」로 설정된다.
도 8에 있어서, i는 제어 대상인 외란의 번호이다. i는 1, 2, ···로 나타내어진다. 예를 들어, 롤 편심 외란 ΔSD와 압연 하중 외란 ΔPD가 제어 대상인 경우, i는 1, 2로 된다. ΘREP는 외란의 주기를 각도 기준으로 하는 영역으로 변환한 것이다. exp(-ΘREP·λ)는 각도로 나타내어진 낭비 시간이다. ΘTL은 압연 스탠드로부터 판 두께계(12)까지의 낭비 시간을 각도 기준으로 하는 영역으로 변환한 것이다. exp(-ΘTL·λ)는 각도로 나타내어진 낭비 시간이다.
Π는 가운데의 요소를 곱하는 것을 의미하는 수학 기호이다. 구체적으로는, Π는 다음 (10)식으로 나타내어진다.
Figure 112018031799563-pct00010
실제의 제어 장치에의 실장에 있어서는, 상측 백업롤(3a)의 주기 위치 또는 하측 백업롤(3b)의 주기 위치와 편심량이 관계지어짐으로써, 반복 제어기는 편심량을 학습한다. 그 결과, 롤 편심 외란 ΔSD는 적절하게 제어된다.
압연 하중 외란 ΔPD의 1주기분과 상측 백업롤(3a)의 주기 위치 또는 하측 백업롤(3b)의 주기 위치가 관련지어짐으로써, 반복 제어기는, 압연 하중 외란 ΔPD를 학습한다. 그 결과, 압연 하중 외란 ΔPD는 적절하게 제어된다.
다음에, 도 9를 사용하여, 롤 편심 외란 ΔSD와 압연 하중 외란 ΔPD를 설명한다.
도 9는 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 플랜트의 제어 장치에 가해지는 롤 편심 외란과 압연 하중 외란을 설명하기 위한 도면이다.
도 9에 도시한 바와 같이, 롤 편심 외란 ΔSD와 압연 하중 외란 ΔPD는 주기적인 외란으로 간주할 수 있다. 롤 편심은, 상측 백업롤(3a)의 편심 및 하측 백업롤(3b)의 편심에 주로 의존한다. 이 때문에, 롤 편심은, 상측 백업롤(3a)의 회전 주기 및 하측 백업롤(3b)의 회전 주기에 따라서 발생한다.
압연 하중 외란 ΔPD는 스키드 마크에 기초한다. 스키드 마크는, 가열로에서 거의 일정 간격으로 배치된 스키드에 의해 압연재를 지지함으로써 압연재에 부여된다. 스키드는 내부가 수랭된 지주이다. 이 때문에, 스키드 마크의 위치에 있어서, 압연재의 온도는 다른 위치보다도 낮아진다. 그 결과, 스키드 마크의 위치에 있어서, 압연재는 다른 위치보다도 단단해진다. 이때, 롤 갭이 일정하면, 스키드 마크의 위치에 있어서, 압연재는 다른 위치보다도 두꺼워진다.
압연 하중 외란 ΔPD는, 도 9의 압연 하중파라는 전파와 같은 형상이 얻어진다. 이에 비해, 롤 편심 외란 ΔSD의 주파수는, 압연 하중 외란 ΔPD의 주파수보다도 높다. 이 때문에, 도 9의 롤 편심파의 형상이 얻어진다. 압연 하중파와 롤 편심파가 중첩되면, 도 9의 중첩된 파형이 얻어진다.
또한, 도 6 및 도 8의 외란 d는, 도 2와 도 3과 도 5의 롤 편심 외란 ΔSD와 압연 하중 외란 ΔPD로부터 압연 프로세스(14)로부터 MMC(17)를 경유하여 게이지 미터 AGC(16)로 거슬러 올라감으로써 얻어진다.
외란의 주기가 회전체의 주기의 상수배의 주기에 따라서 변화되는 경우, 변형예와 같이, 회전체의 각도를 기준으로 한 제어를 행하면 된다. 이 경우, 압연재의 속도가 변화됨으로써 외란의 주기 및 낭비 시간이 변화되어도, 당해 외란의 영향을 억제하여, 높은 제어 성능을 용이하게 얻을 수 있다.
특히, 상수배가 N을 정수로 하여 1/N배 또는 N배인 경우에는, 제어를 용이하게 행할 수 있다.
다음에, 도 10을 사용하여, 제어 장치의 예를 설명한다.
도 10은 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 플랜트의 제어 장치의 하드웨어 구성도이다.
제어 장치의 각 기능은, 처리 회로에 의해 실현할 수 있다. 예를 들어, 처리 회로는, 적어도 하나의 프로세서(23a)와 적어도 하나의 메모리(23b)를 구비한다. 예를 들어, 처리 회로는 적어도 하나의 전용의 하드웨어(24)를 구비한다.
처리 회로가 적어도 하나의 프로세서(23a)와 적어도 하나의 메모리(23b)를 구비하는 경우, 제어 장치의 각 기능은, 소프트웨어, 펌웨어, 또는 소프트웨어와 펌웨어의 조합에 의해 실현된다. 소프트웨어 및 펌웨어 중 적어도 한쪽은, 프로그램으로서 기술된다. 소프트웨어 및 펌웨어 중 적어도 한쪽은, 적어도 하나의 메모리(23b)에 저장된다. 적어도 하나의 프로세서(23a)는 적어도 하나의 메모리(23b)에 기억된 프로그램을 판독하여 실행함으로써, 제어 장치의 각 기능을 실현한다. 적어도 하나의 프로세서(23a)는 CPU(Central Processing Unit), 중앙 처리 장치, 처리 장치, 연산 장치, 마이크로프로세서, 마이크로컴퓨터, DSP라고도 한다. 예를 들어, 적어도 하나의 메모리(23b)는 RAM, ROM, 플래시 메모리, EPROM, EEPROM 등의, 불휘발성 또는 휘발성의 반도체 메모리, 자기 디스크, 플렉시블 디스크, 광 디스크, 콤팩트 디스크, 미니 디스크, DVD 등이다.
처리 회로가 적어도 하나의 전용의 하드웨어(24)를 구비하는 경우, 처리 회로는, 예를 들어 단일 회로, 복합 회로, 프로그램화한 프로세서, 병렬 프로그램화한 프로세서, ASIC, FPGA, 또는 이들을 조합한 것이다. 예를 들어, 제어 장치의 각 기능은 각각 처리 회로에서 실현된다. 예를 들어, 제어 장치의 각 기능은, 통합하여 처리 회로에서 실현된다.
제어 장치의 각 기능에 대하여, 일부를 전용의 하드웨어(24)에서 실현하고, 타부를 소프트웨어 또는 펌웨어에서 실현해도 된다. 예를 들어, 낭비 시간 대응 수정 반복 제어기(20)의 기능에 대해서는 전용의 하드웨어(24)로서의 처리 회로에서 실현하고, 낭비 시간 대응 수정 반복 제어기(20) 이외의 기능에 대해서는 적어도 하나의 프로세서(23a)가 적어도 하나의 메모리(23b)에 저장된 프로그램을 판독하여 실행함으로써 실현해도 된다.
이와 같이, 처리 회로는 하드웨어(24), 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 조합에 의해, 제어 장치의 각 기능을 실현한다.
실시 형태 2.
도 11은 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의 플랜트의 제어 장치를 설명하기 위한 제어 블록도이다. 또한, 실시 형태 1과 동일하거나 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
도 11의 제어 블록도는, 도 5의 제어 블록도에 전환 스위치(25)를 부가한 것이다. 전환 스위치(25)의 입력측의 한쪽은, 모니터 AGC(15)의 출력측에 접속된다. 전환 스위치(25)의 입력측의 다른 쪽은, 낭비 시간 대응 수정 반복 제어기(20)의 출력측에 접속된다.
도 11에 있어서, 전환 스위치(25)가 입력측의 한쪽으로 쓰러지면, 낭비 시간 대응 수정 반복 제어기(20)는 사용되지 않는 상태로 된다. 전환 스위치(25)가 입력측의 다른 쪽으로 쓰러지면, 낭비 시간 대응 수정 반복 제어기(20)는 사용되는 상태로 된다.
이상에서 설명한 실시 형태 2에 따르면, 이미 가동되고 있는 제어 장치에 낭비 시간 대응 수정 반복 제어기(20)를 추가하는 경우에 있어서도, 낭비 시간 대응 수정 반복 제어기(20)를 통해 조작단에의 조작량의 입력을 행할지 여부를 바로 선택할 수 있다. 그 결과, 유연한 제어 시스템을 얻을 수 있다. 예를 들어, 낭비 시간 대응 수정 반복 제어기(20)의 유무에 의한 제어 성능의 비교를 간단히 행할 수 있다. 낭비 시간 대응 수정 반복 제어기(20)의 추가로 좋지 못한 상태에 빠졌을 때, 낭비 시간 대응 수정 반복 제어기(20)를 바로 떼어낼 수 있다.
또한, 실시 형태 1 및 실시 형태 2의 제어 장치를 4Hi 밀 이외의 밀에 적용해도 된다. 예를 들어, 당해 제어 장치를 상측 워크롤(2a) 및 하측 워크롤(2b)을 포함한 2Hi 밀에 적용해도 된다. 또한, 당해 제어 장치를 4Hi 밀에 중간 롤을 부가한 6Hi 밀에 적용해도 된다.
또한, 압연기 이외의 플랜트의 제어 장치에 낭비 시간 대응 수정 반복 제어기(20)를 적용해도 된다. 이 경우도, 낭비 시간을 포함하는 플랜트의 제어 장치에 주기적인 외란이 가해지는 경우에 있어서, 외란에 의한 영향을 억제하여, 높은 제어 성능을 얻을 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 관한 플랜트의 제어 장치는, 낭비 시간을 포함하는 플랜트의 제어 장치에 주기적인 외란이 가해지는 경우에 있어서, 당해 외란의 영향을 억제하여, 높은 제어 성능을 얻는 시스템에 이용할 수 있다.
1 : 하우징
2a : 상측 워크롤
2b : 하측 워크롤
3a : 상측 백업롤
3b : 하측 백업롤
4 : 압하 장치
4a : 일측 압하 장치
4b : 타측 압하 장치
5 : 하중 검출기
5a : 일측 하중 검출기
5b : 타측 하중 검출기
6 : 롤 갭 검출기
6a : 일측 롤 갭 검출기
6b : 타측 롤 갭 검출기
7 : 압연 하중 측정기
8 : 롤 갭 측정기
9 : 판 두께 제어기
10 : 롤 갭 조작 수단
12 : 판 두께계
13 : 압연재
14 : 압연 프로세스
14a : 제1 영향 계수
14b : 제2 영향 계수
15 : 모니터 AGC
16 : 게이지 미터 AGC
16a : 제1 제어 블록
16b : PI 제어기
16c : 보상 게인
17 : MMC
17a : 제2 제어 블록
17b : 유압 압하 응답
18 : 낭비 시간 블록
20 : 낭비 시간 대응 수정 반복 제어기
20a, 20b, 20c, 20d, 20e : 블록
21 : 일순 전달 함수
22 : 제어 블록도
23a : 프로세서
23b : 메모리
24 : 하드웨어
25 : 전환 스위치

Claims (5)

  1. 주기적인 외란이 가해지는 압연 플랜트의 제어량에 대한 목표값이 부여되고, 센서에 의해 측정되는 제어량을 상기 목표값으로 하기 위한 조작단의 조작량의 변경 결과가 상기 센서에 의해 측정될 때까지 낭비 시간이 발생하는 경우에, 외란의 1주기분의 시간으로부터 낭비 시간을 차감한 시간만큼 상기 조작단에의 상기 조작량의 입력을 지연시키는 낭비 시간 대응 수정 반복 제어기를 구비하고,
    상기 낭비 시간 대응 수정 반복 제어기는, 피압연재의 두께 및 압연 속도에 의존하는 외란의 주기 및 피압연재의 두께 및 압연 속도에 의존하는 낭비 시간의 변화에 따라서 상기 조작량의 입력을 지연시키는 시간을 변화시키는, 플랜트의 제어 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 낭비 시간 대응 수정 반복 제어기는,
    외란의 주기 및 낭비 시간의 변화에 따라서 외란의 1주기분의 시간으로부터 낭비 시간을 차감한 시간만큼 상기 조작단에의 조작량에의 입력을 지연시키는 조작 지연기와,
    외란의 주기를 낭비 시간으로 하여, 당해 낭비 시간을 보상하는 낭비 시간 보상기를 구비한 플랜트의 제어 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 낭비 시간 대응 수정 반복 제어기는, 외란의 주기가 상기 플랜트에 설치된 회전체의 주기의 상수배의 주기에 따라서 변화되는 경우에 상기 회전체의 각도를 기준으로 한 제어를 행하는 플랜트의 제어 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 낭비 시간 대응 수정 반복 제어기는, 상기 상수배가 N을 정수로 하여 1/N배 또는 N배인 경우에 상기 회전체의 각도를 기준으로 한 제어를 행하는 플랜트의 제어 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 낭비 시간 대응 수정 반복 제어기를 통해 상기 조작단에의 조작량의 입력을 행할지 여부를 선택할 수 있도록 설치된 전환 스위치를 구비한 플랜트의 제어 장치.
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