KR102058786B1 - 압연재의 온도 제어 장치 - Google Patents

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Abstract

모델 오차값의 영향을 단시간에 억제할 수 있는 압연재(7)의 온도 제어 장치(11)를 제공한다. 압연재(7)의 온도 제어 장치(11)는, 압연재(7)의 온도의 목표값과 피드백값의 편차를 입력으로 하여 냉각 장치(5)에 대한 제어량을 연산하는 제어기(12)와, 당해 제어량에 기초하여 무효 시간을 포함하지 않는 온도 모델(13a)을 사용하여 당해 압연재(7)의 온도의 예측값을 연산하고, 당해 예측값을 피드백하는 제1 피드백부(13)와, 무효 시간 모델(14a)을 사용하여 압연재(7)의 온도의 예측값에 대하여 무효 시간 만큼 위상을 늦춘 값을 연산하고, 압연재(7)의 온도의 계측값과 압연재(7)의 온도의 예측값에 대하여 무효 시간 만큼 위상을 늦춘 값의 편차를 연산하고, 당해 편차에 대하여 저역 통과 필터(14b)을 통과시킨 값을 피드백하는 제2 피드백부(14)를 구비하였다.

Description

압연재의 온도 제어 장치
본 발명은, 압연재의 온도 제어 장치에 관한 것이다.
특허문헌 1은, 압연재의 온도 제어 장치를 개시한다. 당해 온도 제어 장치는, 제어 모델을 사용하여 압연재의 온도를 제어한다. 당해 온도 제어 장치는, 실적 제어량이 안정되어 있을 때 온라인으로 제어 모델을 수정한다. 그 결과, 모델 오차값의 영향이 억제된다.
일본 특허 공개 2011-008437호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재된 것에 있어서는, 실적 제어량이 안정되어 있지 않을 때 제어 모델이 수정되지 않는다. 이 때문에, 제어 모델의 오차의 영향이 억제될 때까지 시간이 걸린다.
본 발명은, 상술한 과제를 해결하기 위해 이루어졌다. 본 발명의 목적은, 모델 오차값의 영향을 단시간에 억제할 수 있는 압연재의 온도 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 압연재의 온도 제어 장치는, 열간 압연 라인의 압연기와 권취기 사이에 설치된 냉각 장치에 의해 냉각된 압연재가 상기 냉각 장치와 상기 권취기 사이에 설치된 온도계에 도달했을 때에 있어서의 당해 압연재의 온도의 목표값과 피드백값의 편차를 입력으로 하여 상기 냉각 장치에 대한 제어량을 연산하는 제어기와, 상기 제어기에 의해 연산된 제어량에 기초하여 무효 시간을 포함하지 않는 온도 모델을 사용하여 상기 냉각 장치에 의해 냉각된 압연재가 상기 온도계에 도달했을 때에 있어서의 당해 압연재의 온도의 예측값을 연산하고, 당해 예측값을 상기 피드백값의 일부로서 피드백하는 제1 피드백부와, 무효 시간 모델을 사용하여 상기 제1 피드백부에 의해 연산된 압연재의 온도의 예측값에 대하여 무효 시간 만큼 위상을 늦춘 값을 연산하고, 상기 온도계에 의한 압연재의 온도의 계측값과 상기 제1 피드백부에 의해 연산된 압연재의 온도의 예측값에 대하여 무효 시간 만큼 위상을 늦춘 값의 편차를 연산하고, 당해 편차에 대하여 저역 통과 필터를 통과시킨 값을 상기 피드백값의 타부(他部)로서 피드백하는 제2 피드백부를 구비하였다.
본 발명에 따른 압연재의 온도 제어 장치는, 열간 압연 라인의 마무리 압연기의 복수의 스탠드 사이에 설치된 냉각 장치에 의해 냉각된 압연재가 상기 마무리 압연기의 출측(出側)에 설치된 온도계에 도달했을 때에 있어서의 당해 압연재의 온도의 목표값과 피드백값의 편차를 입력으로 하여 상기 냉각 장치에 대한 제어량을 연산하는 제어기와, 상기 제어기에 의해 연산된 제어량에 기초하여 무효 시간을 포함하지 않는 온도 모델을 사용하여 상기 냉각 장치에 의해 냉각된 압연재가 상기 온도계에 도달했을 때에 있어서의 당해 압연재의 온도의 예측값을 연산하고, 당해 예측값을 상기 피드백값의 일부로서 피드백하는 제1 피드백부와, 무효 시간 모델을 사용하여 상기 제1 피드백부에 의해 연산된 압연재의 온도의 예측값에 대하여 무효 시간 만큼 위상을 늦춘 값을 연산하고, 상기 온도계에 의한 압연재의 온도의 계측값과 상기 제1 피드백부에 의해 연산된 압연재의 온도의 예측값에 대하여 무효 시간 만큼 위상을 늦춘 값의 편차를 연산하고, 당해 편차에 대하여 저역 통과 필터를 통과시킨 값을 상기 피드백값의 타부로서 피드백하는 제2 피드백부를 구비하였다.
본 발명에 따른 압연재의 온도 제어 장치는, 열간 압연 라인의 마무리 압연기의 복수의 스탠드에 대하여 인접한 스탠드 사이에 각각 설치된 복수의 냉각 장치에 의해 냉각된 압연재가 상기 마무리 압연기의 출측에 설치된 온도계에 도달했을 때에 있어서의 당해 압연재의 온도의 목표값과 피드백값의 편차를 입력으로 하여 상기 복수의 냉각 장치의 각각에 대한 제어량을 연산하는 복수의 제어기와, 상기 복수의 제어기의 각각에 의해 연산된 제어량에 기초하여 무효 시간을 포함하지 않는 온도 모델을 사용하여 상기 복수의 냉각 장치에 의해 냉각된 압연재가 상기 온도계에 도달했을 때에 있어서의 당해 압연재의 온도의 예측값을 연산하고, 당해 예측값을 상기 복수의 제어기의 각각에 대응한 피드백값의 일부로서 피드백하는 복수의 제1 피드백부와, 상기 복수의 냉각 장치의 각각에 대응한 무효 시간 모델을 사용하여 상기 복수의 제1 피드백부의 각각에 의해 연산된 압연재의 온도의 예측값에 대하여 상기 복수의 냉각 장치의 각각에 대응한 무효 시간 만큼 위상을 늦춘 값을 연산하고, 상기 온도계에 의한 압연재의 온도의 계측값과 상기 복수의 제1 피드백부의 각각에 의해 연산된 압연재의 온도의 예측값에 대하여 상기 복수의 냉각 장치의 각각에 대응한 무효 시간 만큼 위상을 늦춘 값의 편차를 연산하고, 당해 편차에 대하여 저역 통과 필터를 통과시킨 값을 상기 복수의 제어기의 각각에 대응한 피드백값의 타부로서 피드백하는 복수의 제2 피드백부를 구비하였다.
이들 발명에 의하면, 모델 오차값은, 불안정해지기 어려운 저주파수의 영역에 있어서 제어기로 피드백된다. 이 때문에, 저주파수의 영역에 있어서, 압연재의 온도의 계측값과 압연재의 온도의 목표값의 정상적인 편차를 해소할 수 있다. 그 결과, 모델 오차값의 영향을 단시간에 억제할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 압연재의 온도 제어 장치가 적용된 열간 압연 라인의 구성도이다.
도 2는, 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 압연재의 온도 제어 장치가 적용된 열간 압연 라인의 주요부의 구성도이다.
도 3은, 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 압연재의 온도 제어 장치에 의한 피드백 제어를 나타내는 블록도이다.
도 4는, 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 압연재의 온도 제어 장치에 의한 제어의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.
도 5는, 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 압연재의 온도 제어 장치의 하드웨어 구성도이다.
도 6은, 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의 압연재의 온도 제어 장치에 의한 피드백 제어를 나타내는 블록도이다.
도 7은, 본 발명의 실시 형태 3에 있어서의 압연재의 온도 제어 장치가 적용된 열간 압연 라인의 주요부의 구성도이다.
도 8은, 본 발명의 실시 형태 3에 있어서의 압연재의 온도 제어 장치에 의한 피드백 제어를 나타내는 블록도이다.
도 9는, 본 발명의 실시 형태 4에 있어서의 압연재의 온도 제어 장치에 의한 피드백 제어를 나타내는 블록도이다.
본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 첨부 도면을 따라서 설명한다. 또한, 각 도면 중, 동일하거나 또는 상당하는 부분에는 동일한 부호가 부여된다. 당해 부분의 중복된 설명은 적절하게 간략화 내지 생략한다.
실시 형태 1.
도 1은, 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 압연재의 온도 제어 장치가 적용된 열간 압연 라인의 구성도이다.
도 1에 있어서, 가열로(1)는 열간 압연 라인의 입측(入側)에 설치된다. 조압연기(2)는 가열로(1)의 출측에 설치된다. 유도 가열 장치(3)는 조압연기(2)의 출측에 설치된다. 마무리 압연기(4)는 유도 가열 장치(3)의 출측에 설치된다. 마무리 압연기(4)는 복수의 스탠드(4a)를 구비한다. 예를 들어, 마무리 압연기(4)는 5대 내지 7대의 스탠드(4a)를 구비한다. 도 1의 마무리 압연기(4)는 6대의 스탠드(4a)를 구비한다. 냉각 장치(5)는 마무리 압연기(4)의 출측에 설치된다. 권취기(6)는 냉각 장치(5)의 출측에 설치된다.
압연재(7)는 가열로(1)의 내부로 장입된다. 그 후, 압연재(7)는 가열로(1)에 의해 가열된다. 그 후, 압연재(7)는 가열로(1)로부터 추출된다. 그 후, 압연재(7)는 조압연기(2)에 의해 압연된다. 그 후, 압연재(7)의 단부는 유도 가열 장치(3)에 의해 가열된다. 그 후, 압연재(7)는 마무리 압연기(4)의 각 스탠드(4a)에 의해 압연된다. 그 후, 압연재(7)는 냉각 장치(5)로 냉각된다. 그 후, 당해 압연재(7)는 권취기(6)에 의해 권취된다.
이어서, 도 2를 사용하여, 열간 압연 라인의 주요부를 설명한다.
도 2는, 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 압연재의 온도 제어 장치가 적용된 열간 압연 라인의 주요부의 구성도이다.
도 2에 있어서, 속도 검출기(8)는, 마무리 압연기(4)에 있어서의 가장 출측의 스탠드(4a)에 대응하여 설치된다. 마무리 온도계(9)는, 마무리 압연기(4)에 있어서의 가장 출측의 스탠드(4a)와 냉각 장치(5) 사이에 설치된다. 마무리 온도계(9)는, 마무리 압연기(4)에 있어서의 가장 출측의 스탠드(4a)의 출측에 설치된다. 권취 온도계(10)는 냉각 장치(5)과 권취기(6) 사이에 설치된다. 권취 온도계(10)는 권취기(6)의 입측에 설치된다.
냉각 장치(5)는 제1 주수 설비(5a)와 제2 주수 설비(5b)를 구비한다. 제1 주수 설비(5a)는 냉각 장치(5)의 입측에 배치된다. 제2 주수 설비(5b)는 냉각 장치(5)의 출측에 배치된다.
온도 제어 장치(11)의 입력부는, 속도 검출기(8)의 출력부와 마무리 온도계(9)의 출력부와 권취 온도계(10)의 출력부에 접속된다. 온도 제어 장치(11)의 출력부는, 제1 주수 설비(5a)의 입력부와 제2 주수 설비(5b)의 입력부에 접속된다.
속도 검출기(8)는, 마무리 압연기(4)에 있어서의 가장 출측의 스탠드(4a)의 회전 속도 ωf(rad/s)를 검출한다. 마무리 온도계(9)는, 마무리 압연기(4)에 있어서의 가장 출측의 스탠드(4a)의 출측에 있어서의 압연재(7)의 마무리 온도 Tf(℃)를 계측한다. 권취 온도계(10)는 권취기(6)의 입측에 있어서의 압연재(7)의 권취 온도 TC(℃)를 계측한다.
온도 제어 장치(11)는, 마무리 압연기(4)에 있어서의 가장 출측의 스탠드(4a)의 회전 속도 ωf와 마무리 압연기(4)에 있어서의 가장 출측의 스탠드(4a)의 출측에 있어서의 압연재(7)의 마무리 온도 Tf에 기초하여 제1 주수 설비(5a)의 소요 주수량을 연산한다. 온도 제어 장치(11)는, 제1 주수 설비(5a)의 소요 주수량에 대응한 신호 VFWD를 출력함으로써 제1 주수 설비(5a)의 주수 밸브에 대하여 피드 포워드 제어를 행한다.
온도 제어 장치(11)는, 압연재(7)의 권취 온도의 목표값 Ttarget(℃)와 권취기(6)의 입측에 있어서의 압연재(7)의 권취 온도 TC의 편차에 기초하여 제2 주수 설비(5b)의 소요 주수량을 연산한다. 온도 제어 장치(11)는, 제2 주수 설비(5b)의 소요 주수량에 대응한 신호 VFBK를 출력함으로써 제2 주수 설비(5b)의 주수 밸브에 대하여 피드백 제어를 행한다.
이어서, 도 3을 사용하여, 온도 제어 장치(11)에 의한 피드백 제어를 설명한다.
도 3은, 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 압연재의 온도 제어 장치에 의한 피드백 제어를 나타내는 블록도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 온도 제어 장치(11)는, PI 제어기(12)와 제1 피드백부(13)와 제2 피드백부(14)를 구비한다.
PI 제어기(12)의 전달 함수는, CFBK로 표시된다. 제1 피드백부(13)는, 무효 시간을 포함하지 않는 온도 모델(13a)을 구비한다. 제2 피드백부(14)는, 무효 시간 모델(14a)과 저역 통과 필터(14b)를 구비한다. 무효 시간 모델(14a)의 전달 함수는, 종합적인 무효 시간의 예측값 T´ALL과 라플라스 연산자 s를 사용하여 표시된다. 저역 통과 필터(14b)의 전달 함수는, LPF로 표시된다.
제1 블록(15)은 제2 주수 설비(5b)의 주수 밸브의 응답을 나타낸다. 제1 블록(15)의 전달 함수는, 제2 주수 설비(5b)의 주수 밸브의 조작에 있어서의 제어 지연 TSC(s)와 당해 주수 밸브의 시상수 TS(s)와 라플라스 연산자 s를 사용하여 표시된다. 제2 블록(16)은 냉각 프로세스를 나타낸다. 제2 블록(16)의 전달 함수는, 냉각 프로세스의 게인 KP와 냉각 프로세스의 시상수 TP(s)와 라플라스 연산자 s를 사용하여 표시된다. 제3 블록(17)은 이송 지연에 의한 무효 시간을 나타낸다. 제3 블록(17)의 전달 함수는, 이송 지연에 의한 무효 시간 Tt(s)와 라플라스 연산자 s를 사용하여 표시된다. 제4 블록(18)은 권취 온도계(10)의 응답을 나타낸다. 제4 블록(18)의 전달 함수는, 권취 온도계(10)에 계측된 압연재(7)의 권취 온도 TC(s)와 라플라스 연산자 s를 사용하여 표시된다.
온도 제어 장치(11)에 있어서, PI 제어기(12)는, 당해 압연재(7)의 온도의 목표값 Ttarget와 피드백값의 편차를 입력으로 하여 냉각 장치(5)에 대한 제어량을 연산한다. 예를 들어, PI 제어기(12)는, 당해 압연재(7)의 온도의 목표값 Ttarget와 피드백값의 편차를 입력으로 하여 제2 주수 설비(5b)의 소요 주수량을 연산한다. 제2 주수 설비(5b)의 소요 주수량에 대응한 신호 VFBK는, 제1 블록(15)과 제2 블록(16)을 경유한다. 그 결과, 압연재(7)의 온도 강하 TD FBK(℃)가 얻어진다.
압연재(7)의 온도 강하 TD FBK는, 제1 주수 설비(5a)에 의한 압연재(7)의 온도 강하 TD FWD(℃)에 더해진다. 압연재(7)의 온도 강하 TD FWD와 압연재(7)의 온도 강하 TD FBK는, 압연재(7)의 마무리 온도 Tf에 더해진다. 그 결과, 압연재(7)의 온도는, (Tf+TD FWD+TD FBK)가 된다. 압연재(7)의 온도(Tf+TD FWD+TD FBK)는 제3 블록(17)과 제4 블록(18)을 경유한다. 그 결과, 압연재(7)의 권취 온도 TC가 얻어진다.
제1 피드백부(13)는, PI 제어기(12)에 의해 연산된 제어량에 기초하여 온도 모델(13a)을 사용하여 냉각 장치(5)에 의해 냉각된 압연재(7)가 권취 온도계(10)에 도달했을 때에 있어서의 당해 압연재(7)의 온도의 예측값을 연산한다. 예를 들어, 제1 피드백부(13)는, 제2 주수 설비(5b)의 소요 주수량에 대응한 신호 VFBK에 기초하여 압연재(7)의 온도의 예측값 T´C를 연산한다. 제1 피드백부(13)는, 압연재(7)의 온도의 예측값 T´C를 피드백값의 일부로서 피드백한다. 그 결과, 온도 제어 장치(11)의 응답성이 결정된다.
제2 피드백부(14)는, 무효 시간 모델(14a)를 사용하여 제1 피드백부(13)에 의해 연산된 압연재(7)의 온도의 예측값 T´C에 대하여 무효 시간 만큼 위상을 늦춘 값을 연산한다. 제2 피드백부(14)는, 권취 온도계(10)에 의해 계측된 압연재(7)의 권취 온도 TC와 제1 피드백부(13)에 의해 연산된 압연재(7)의 온도의 예측값 T´C에 대하여 무효 시간 만큼 위상을 늦춘 값의 편차를 연산한다. 제2 피드백부(14)는, 당해 편차에 대하여 저역 통과 필터(14b)를 통과시킨 값을 피드백값의 타부로서 피드백한다.
이어서, 도 4를 사용하여, 온도 제어 장치(11)에 의한 제어의 시뮬레이션 결과를 설명한다.
도 4는, 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 압연재의 온도 제어 장치에 의한 제어의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다. 도 4의 횡축은 시간을 나타낸다. 도 4의 종축은 온도를 나타낸다.
시뮬레이션에 있어서, 마무리 온도 Tf는 900℃로 설정된다. 제2 주수 설비(5b)의 주수 밸브의 조작에 있어서의 제어 지연 TSC는 1.5(s)로 설정된다. 제2 주수 설비(5b)의 주수 밸브의 시상수 TS는 0.5(s)로 설정된다. 냉각 프로세스의 시상수 TP는 2(s)로 설정된다. 제1 주수 설비(5a)에 의한 압연재(7)의 온도 강하 TD FWD는 100℃로 설정된다. 이송 지연에 의한 무효 시간 Tt는 3(s)으로 설정된다.
무효 시간 모델(14a)에 있어서, 제2 주수 설비(5b)의 주수 밸브의 조작에 있어서의 제어 지연의 추정값 T´SC는 0.5(s)로 설정된다. 제2 주수 설비(5b)의 주수 밸브의 시상수 추정값 T´S는 0.3(s)으로 설정된다. 냉각 프로세스의 시상수의 추정값 T´P는 1.5(s)로 설정된다. 제1 주수 설비(5a)에 의한 압연재(7)의 온도 강하의 추정값 T´D FWD는 200(℃)으로 설정된다. 이송 지연에 의한 무효 시간의 추정값 T´t는 2.4(s)로 설정된다.
저역 통과 필터(14b)에 있어서, 컷오프 주파수는 0.12(rad/s)로 설정된다.
도 4에 있어서, 압연재(7)의 온도의 목표값 Ttarget는 600℃로 설정된다. 도 4에 도시한 바와 같이, 압연재(7)의 권취 온도 TC에 있어서, 언더슈트는 발생하지 않는다. 이 때문에, 압연재(7)의 권취 온도 TC는, 안정되면서 정확하게 목표값 Ttarget에 추종한다.
이상에서 설명한 실시 형태 1에 의하면, 모델 오차값은, 불안정해지기 어려운 저주파수의 영역에 있어서 PI 제어기(12)로 피드백된다. 이 때문에, 저주파수의 영역에 있어서, 압연재(7)의 권취 온도 TC와 압연재(7)의 온도의 목표값 Ttarget의 정상적인 편차를 해소할 수 있다. 그 결과, 안정된 응답성을 유지하면서, 모델 오차값의 영향을 단시간에 억제할 수 있다.
또한, 제2 피드백부(14)에 있어서, 저역 통과 필터(14b)의 컷오프 주파수의 초기값을 0(rad/s)으로 설정하고, 압연재(7)의 온도 제어 개시 후에 저역 통과 필터(14b)의 컷오프 주파수를 조정해도 된다.
예를 들어, 압연재(7)의 권취 온도 TC의 변화율이 미리 설정된 역치 이하로 된 시점부터 정상 편차가 발생하였다고 판정하여, 저역 통과 필터(14b)의 컷오프 주파수의 값을 0으로부터 연속적으로 높여가면 된다. 그 후, 정상 편차가 미리 설정된 값보다도 작아진 시점에서 컷오프 주파수의 변화를 종료시키면 된다.
예를 들어, 압연재(7)의 권취 온도 TC와 목표값 Ttarget의 편차가 미리 설정된 역치보다도 작아진 시점부터 저역 통과 필터(14b)의 컷오프 주파수의 값을 0으로부터 연속적으로 높여가면 된다. 그 후, 정상 편차가 미리 설정된 값보다도 작아진 시점에서 컷오프 주파수의 변화를 종료시키면 된다.
이어서, 도 5를 사용하여, 온도 제어 장치(11)의 예를 설명한다.
도 5는, 본 발명의 실시 형태 1에 있어서의 압연재의 온도 제어 장치의 하드웨어 구성도이다.
온도 제어 장치(11)의 각 기능은, 처리 회로에 의해 실현할 수 있다. 예를 들어, 처리 회로는, 적어도 하나의 프로세서(19a)와 적어도 하나의 메모리(19b)를 구비한다. 예를 들어, 처리 회로는, 적어도 하나의 전용 하드웨어(20)를 구비한다.
처리 회로가 적어도 하나의 프로세서(19a)와 적어도 하나의 메모리(19b)를 구비하는 경우, 온도 제어 장치(11)의 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(19b)에 저장된다. 적어도 하나의 프로세서(19a)는, 적어도 하나의 메모리(19b)에 기억된 프로그램을 판독하여 실행함으로써, 온도 제어 장치(11)의 각 기능을 실현한다. 적어도 하나의 프로세서(19a)는, CPU(Central Processing Unit), 중앙 처리 장치, 처리 장치, 연산 장치, 마이크로프로세서, 마이크로컴퓨터, DSP라고도 한다. 예를 들어, 적어도 하나의 메모리(19b)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 전용 하드웨어(20)를 구비하는 경우, 처리 회로는, 예를 들어 단일 회로, 복합 회로, 프로그램화한 프로세서, 병렬 프로그램화한 프로세서, ASIC, FPGA, 또는 이들을 조합한 것이다. 예를 들어, 온도 제어 장치(11)의 각 기능은, 각각 처리 회로에서 실현된다. 예를 들어, 온도 제어 장치(11)의 각 기능은, 통합하여 처리 회로에서 실현된다.
온도 제어 장치(11)의 각 기능에 대해서, 일부를 전용 하드웨어(20)에서 실현하고, 타부를 소프트웨어 또는 펌웨어에서 실현해도 된다. 예를 들어, PI 제어기(12)의 기능에 대해서는 전용 하드웨어(20)로서의 처리 회로에서 실현하고, PI 제어기(12) 이외의 기능에 대해서는 적어도 하나의 프로세서(19a)가 적어도 하나의 메모리(19b)에 저장된 프로그램을 판독하여 실행함으로써 실현해도 된다.
이와 같이, 처리 회로는, 하드웨어(20), 소프트웨어, 펌웨어, 또는 이들의 조합에 의해, 온도 제어 장치(11)의 각 기능을 실현한다.
실시 형태 2.
도 6은, 본 발명의 실시 형태 2에 있어서의 압연재의 온도 제어 장치에 의한 피드백 제어를 나타내는 블록도이다. 또한, 실시 형태 1과 동일하거나 또는 상당 부분에는, 동일한 부호가 부여된다. 당해 부분의 설명은 생략된다.
실시 형태 2에 있어서, 제1 피드백부(13)는, 저역 통과 필터(14b)를 통과한 값에 기초하여 온도 모델(13a)을 수정한다. 제2 피드백부(14)는, 저역 통과 필터(14b)를 통과한 값에 기초하여 무효 시간 모델(14a)을 수정한다.
이상에서 설명한 실시 형태 2에 의하면, 온도 모델(13a) 및 무효 시간 모델(14a)은, 저역 통과 필터(14b)를 통과한 값에 기초하여 수정된다. 이 때문에, 온도 모델(13a) 및 무효 시간 모델(14a)을 급격하게 변화시키지 않고 안정되게 수정할 수 있다.
실시 형태 3.
도 7은, 본 발명의 실시 형태 3에 있어서의 압연재의 온도 제어 장치가 적용된 열간 압연 라인의 주요부의 구성도이다. 또한, 실시 형태 1과 동일하거나 또는 상당 부분에는, 동일한 부호가 부여된다. 당해 부분의 설명은 생략된다.
도 7에 있어서, 마무리 입측 온도계(21)는 마무리 압연기(4)의 입측에 설치된다. 마무리 출측 온도계(22)는 마무리 압연기(4)의 출측에 설치된다.
복수의 냉각 장치(23a 내지 23f)는 인접한 스탠드(4a) 사이에 설치된다. 복수의 냉각 장치(23a 내지 23f)는 냉각 장치(23)의 입측으로부터 차례 차례로 배열된다.
온도 제어 장치(11)의 입력부는, 마무리 입측 온도계(21)의 출력부와 마무리 출측 온도계(22)의 출력부에 접속된다. 온도 제어 장치(11)의 출력부는, 냉각 장치(23a)의 입력부와 냉각 장치(23b)의 입력부와 냉각 장치(23c)의 입력부와 냉각 장치(23d)의 입력부와 냉각 장치(23e)의 입력부와 냉각 장치(23f)의 입력부에 접속된다.
마무리 입측 온도계(21)는, 마무리 압연기(4)의 입측에 있어서의 압연재(7)의 온도 Te(℃)를 계측한다. 마무리 출측 온도계(22)는, 마무리 압연기(4)의 출측에 있어서의 압연재(7)의 온도 Tf(℃)를 계측한다.
온도 제어 장치(11)는, 마무리 압연기(4)의 입측에 있어서의 압연재(7)의 온도 Te에 기초하여 냉각 장치(23a)의 소요 주수량과 냉각 장치(23b)의 소요 주수량과 냉각 장치(23c)의 소요 주수량을 연산한다. 온도 제어 장치(11)는, 냉각 장치(23a)의 소요 주수량에 대응한 신호 VISC1을 출력함으로써 냉각 장치(23a)의 주수 밸브에 대하여 피드 포워드 제어를 행한다. 온도 제어 장치(11)는, 냉각 장치(23b)의 소요 주수량에 대응한 신호 VISC2를 출력함으로써 냉각 장치(23b)의 주수 밸브에 대하여 피드 포워드 제어를 행한다. 온도 제어 장치(11)는, 냉각 장치(23c)의 소요 주수량에 대응한 신호 VISC3을 출력함으로써 냉각 장치(23c)의 주수 밸브에 대하여 피드 포워드 제어를 행한다.
온도 제어 장치(11)는, 마무리 압연기(4)의 출측에 있어서의 압연재(7)의 온도에 기초하여 냉각 장치(23d)의 소요 주수량과 냉각 장치(23e)의 소요 주수량과 냉각 장치(23f)의 소요 주수량을 연산한다. 온도 제어 장치(11)는, 냉각 장치(23d)의 소요 주수량에 대응한 신호 VISC4를 출력함으로써 냉각 장치(23d)의 주수 밸브에 대하여 피드백 제어를 행한다. 온도 제어 장치(11)는, 냉각 장치(23e)의 소요 주수량에 대응한 신호 VISC5를 출력함으로써 냉각 장치(23e)의 주수 밸브에 대하여 피드백 제어를 행한다. 온도 제어 장치(11)는, 냉각 장치(23f)의 소요 주수량에 대응한 신호 VISC6을 출력함으로써 냉각 장치(23f)의 주수 밸브에 대하여 피드백 제어를 행한다.
이어서, 도 8을 사용하여, 온도 제어 장치(11)에 의한 피드백 제어를 설명한다.
도 8은, 본 발명의 실시 형태 3에 있어서의 압연재의 온도 제어 장치에 의한 피드백 제어를 나타내는 블록도이다.
마무리 출측 온도계(22)에 대하여, 냉각 장치(23d)로부터의 거리와 냉각 장치(23e)로부터의 거리와 냉각 장치(23f)로부터의 거리는 서로 상이하다. 이 때문에, 냉각 장치(23d)와 냉각 장치(23e)와 냉각 장치(23f)에 있어서는, 이송 지연에 의한 무효 시간도 서로 상이하다.
이에 비해, 온도 제어 장치(11)는, 복수의 PI 제어기(12)와 복수의 제1 피드백부(13)와 복수의 제2 피드백부(14)를 구비한다. 예를 들어, 1조째의 PI 제어기(12)와 제1 피드백부(13)와 제2 피드백부(14)는, 냉각 장치(23d)에 대응하여 설치된다. 예를 들어, 2조째의 PI 제어기(12)와 제1 피드백부(13)와 제2 피드백부(14)는, 냉각 장치(23e)에 대응하여 설치된다. 예를 들어, 3조째의 PI 제어기(12)와 제1 피드백부(13)와 제2 피드백부(14)는, 냉각 장치(23f)에 대응하여 설치된다.
복수의 PI 제어기(12)의 각각은, 복수의 냉각 장치(23a 내지 23f)에 의해 냉각된 압연재(7)가 마무리 출측 온도계(22)에 도달했을 때에 있어서의 당해 압연재(7)의 온도의 목표값 Ttarget와 피드백값의 편차를 입력으로 하여 대응한 냉각 장치에 대한 제어량을 연산한다.
복수의 제1 피드백부(13)의 각각은, 복수의 PI 제어기(12)의 각각에 의해 연산된 제어량에 기초하여 무효 시간을 포함하지 않는 온도 모델(13a)을 사용하여 복수의 냉각 장치(23a 내지 23f)에 의해 냉각된 압연재(7)가 마무리 출측 온도계(22)에 도달했을 때에 있어서의 당해 압연재(7)의 온도의 예측값을 연산한다. 복수의 제1 피드백부(13)의 각각은, 당해 예측값을 복수의 PI 제어기(12)의 각각에 대응한 피드백값의 일부로서 피드백한다.
복수의 제2 피드백부(14)의 각각은, 무효 시간 모델(14a)을 사용하여 복수의 제1 피드백부(13)의 각각에 의해 연산된 압연재(7)의 온도의 예측값에 대하여 냉각 장치(23d 내지 23f)의 각각에 대응한 무효 시간 만큼 위상을 늦춘 값을 연산한다. 복수의 제2 피드백부(14)의 각각은, 마무리 출측 온도계(22)에 의한 압연재(7)의 온도의 계측값과 제1 피드백부(13)의 각각에 의해 연산된 압연재(7)의 온도의 예측값에 대하여 냉각 장치(23d 내지 23f)의 각각에 대응한 무효 시간 만큼 위상을 늦춘 값의 편차를 연산한다. 복수의 제2 피드백부(14)의 각각은, 당해 편차에 대하여 저역 통과 필터(14b)를 통과시킨 값을 복수의 PI 제어기(12)의 각각에 대응한 피드백값의 타부로서 피드백한다.
도 8은, 냉각 장치(23f)에 대응한 PI 제어기(12)와 제1 피드백부(13)와 제2 피드백부(14)를 나타낸다. PI 제어기(12)의 전달 함수는, CISC6으로 표시된다.
제5 블록(24)은 냉각 장치(23f)의 주수 밸브의 응답을 나타낸다. 제5 블록(24)의 전달 함수는, 냉각 장치(23f)의 주수 밸브의 조작에 있어서의 제어 지연 TSC(s)와 당해 주수 밸브의 시상수 TS(s)와 라플라스 연산자 s를 사용하여 표시된다. 제6 블록(25)은 냉각 프로세스를 나타낸다. 제6 블록(25)의 전달 함수는, 냉각 프로세스의 게인 KP와 냉각 프로세스의 시상수 TP(s)와 라플라스 연산자 s를 사용하여 표시된다. 제7 블록(26)은 이송 지연에 의한 무효 시간을 나타낸다. 제7 블록(26)의 전달 함수는, 이송 지연에 의한 무효 시간 TISC6(s)과 라플라스 연산자 s를 사용하여 표시된다. 제8 블록(27)은 마무리 출측 온도계(22)의 응답을 나타낸다. 제4 블록(18)은, 마무리 출측 온도계(22)에 의해 계측된 압연재(7)의 온도 Tf와 라플라스 연산자 s를 사용하여 표시된다.
온도 제어 장치(11)에 있어서, PI 제어기(12)는, 당해 압연재(7)의 온도의 목표값 Ttarget와 피드백값의 편차를 입력으로 하여 냉각 장치(23f)의 소요 주수량 VISC6을 연산한다. 냉각 장치(23f)의 소요 주수량에 대응한 신호 VISC6은, 제5 블록(24)과 제6 블록(25)을 경유한다. 그 결과, 압연재(7)의 온도 강하 TD ISC6(℃)이 얻어진다.
압연재(7)의 온도 강하 TD ISC6은, 냉각 장치(23a 내지 23e)에 의한 압연재(7)의 온도 강하 TD ISC1 -5(℃)에 더해진다. 압연재(7)의 온도 강하 TD ISC1-5와 압연재(7)의 온도 강하 TD ISC6은, 마무리 압연기(4)의 입측에 있어서의 압연재(7)의 온도 Te에 더해진다. 그 결과, 압연재(7)의 온도는, (Te+TD ISC1 -5+TD ISC6)이 된다. 압연재(7)의 온도(Te+TD ISC1-5+TD ISC6)은, 제7 블록(26)과 제8 블록(27)을 경유한다. 그 결과, 마무리 압연기(4)의 출측에 있어서의 압연재(7)의 온도 Tf가 얻어진다.
제1 피드백부(13)는, 냉각 장치(23a)의 소요 주수량에 대응한 신호 VISC6에 기초하여 압연재(7)의 온도의 예측값 T´f를 연산한다. 제1 피드백부(13)는, 압연재(7)의 온도의 예측값 T´f를 피드백값의 일부로서 피드백한다. 그 결과, 온도 제어 장치(11)의 응답성이 결정된다.
제2 피드백부(14)는, 무효 시간 모델(14a)을 사용하여 제1 피드백부(13)에 의해 연산된 압연재(7)의 온도의 예측값 T´f에 대하여 무효 시간 만큼 위상을 늦춘 값을 연산한다. 제2 피드백부(14)는, 마무리 출측 온도계(22)에 의해 계측된 압연재(7)의 온도 Tf와 제1 피드백부(13)에 의해 연산된 압연재(7)의 온도의 예측값 T´f에 대하여 무효 시간 만큼 위상을 늦춘 값의 편차를 연산한다. 제2 피드백부(14)는, 당해 편차에 대하여 저역 통과 필터(14b)를 통과시킨 값을 피드백값의 타부로서 피드백한다.
이상에서 설명한 실시 형태 3에 의하면, 모델 오차값은, 불안정해지기 어려운 저주파수의 영역에 있어서 PI 제어기(12)로 피드백된다. 이 때문에, 저주파수의 영역에 있어서, 압연재(7)의 온도 Tf와 압연재(7)의 온도의 목표값 Ttarget의 정상적인 편차를 해소할 수 있다. 그 결과, 안정된 응답성을 유지하면서, 모델 오차값의 영향을 단시간에 억제할 수 있다.
또한, 제2 피드백부(14)에 있어서, 저역 통과 필터(14b)의 컷오프 주파수의 초기값을 0(rad/s)으로 설정하고, 압연재(7)의 온도 제어 개시 후에 저역 통과 필터(14b)의 컷오프 주파수를 조정해도 된다.
예를 들어, 압연재(7)의 온도 Tf의 변화율이 미리 설정된 역치 이하로 된 시점부터 정상 편차가 발생하였다고 판정하여, 저역 통과 필터(14b)의 컷오프 주파수의 값을 0으로부터 연속적으로 높여가면 된다. 그 후, 정상 편차가 미리 설정된 값보다도 작아진 시점에서 컷오프 주파수의 변화를 종료시키면 된다.
예를 들어, 압연재(7)의 온도 Tf와 목표값 Ttarget의 편차가 미리 설정된 역치보다도 작아진 시점부터 저역 통과 필터(14b)의 컷오프 주파수의 값을 0으로부터 연속적으로 높여가면 된다. 그 후, 정상 편차가 미리 설정된 값보다도 작아진 시점에서 컷오프 주파수의 변화를 종료시키면 된다.
예를 들어, 압연재(7)의 온도 Tf와 목표값 Ttarget의 편차가 미리 설정된 역치보다도 작아졌을 때 보다 출측의 냉각 장치에 대응한 제2 피드백부(14)의 저역 통과 필터(14b)부터 우선적으로 컷오프 주파수를 높이면 된다. 예를 들어, 냉각 장치(23f)의 저역 통과 필터(14b)의 컷오프 주파수가 미리 설정된 주파수에 도달해도 압연재(7)의 온도 Tf와 목표값 Ttarget의 편차가 남는 경우, 냉각 장치(23f)의 컷오프 주파수를 높이면 된다.
실시 형태 4.
도 9는, 본 발명의 실시 형태 4에 있어서의 압연재(7)의 온도 제어 장치(11)에 의한 피드백 제어를 나타내는 블록도이다. 또한, 실시 형태 3과 동일하거나 또는 상당 부분에는, 동일한 부호가 부여된다. 당해 부분의 설명은 생략된다.
실시 형태 4에 있어서, 제1 피드백부(13)의 각각은, 대응한 저역 통과 필터(14b)를 통과한 값에 기초하여 대응한 온도 모델(13a)을 수정한다. 제2 피드백부(14)의 각각은, 대응한 저역 통과 필터(14b)를 통과한 값에 기초하여 대응한 무효 시간 모델(14a)을 수정한다.
이상에서 설명한 실시 형태 4에 의하면, 온도 모델(13a) 및 무효 시간 모델(14a)은, 저역 통과 필터(14b)를 통과한 값에 기초하여 수정된다. 이 때문에, 온도 모델(13a) 및 무효 시간 모델(14a)을 급격하게 변화시키지 않고 안정되게 수정할 수 있다.
또한, 하나의 냉각 장치에 대하여, 실시 형태 3과 실시 형태 4의 PI 제어기(12)와 제1 피드백부(13)와 제2 피드백부(14)와 동일한 PI 제어기와 제1 피드백부와 제2 피드백부를 적용해도 된다. 이 경우도, 안정된 응답성을 유지하면서, 모델 오차값의 영향을 단시간에 억제할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 압연재의 온도 제어 장치는, 모델 오차값의 영향을 단시간에 억제하는 시스템에 이용할 수 있다.
1: 가열로
2: 조압연기
3: 유도 가열 장치
4: 마무리 압연기
4a: 스탠드
5: 냉각 장치
5a: 제1 주수 설비
5b: 제2 주수 설비
6: 권취기
7: 압연재
8: 속도 검출기
9: 마무리 온도계
10: 권취 온도계
11: 온도 제어 장치
12: PI 제어기
13: 제1 피드백부
13a: 온도 모델
14: 제2 피드백부
14a: 무효 시간 모델
14b: 저역 통과 필터
15: 제1 블록
16: 제2 블록
17: 제3 블록
18: 제4 블록
19a: 프로세서
19b: 메모리
20: 하드웨어
21: 마무리 입측 온도계
22: 마무리 출측 온도계
23a 내지 23f: 냉각 장치
24: 제5 블록
25: 제6 블록
26: 제7 블록
27: 제8 블록

Claims (12)

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  9. 열간 압연 라인의 마무리 압연기의 복수의 스탠드에 대하여 인접한 스탠드 사이에 각각 설치된 복수의 냉각 장치에 의해 냉각된 압연재가 상기 마무리 압연기의 출측에 설치된 온도계에 도달했을 때에 있어서의 당해 압연재의 온도의 목표값과 피드백값의 편차를 입력으로 하여 상기 복수의 냉각 장치의 각각에 대한 제어량을 연산하는 복수의 제어기와,
    상기 복수의 제어기의 각각에 의해 연산된 제어량에 기초하여 무효 시간을 포함하지 않는 온도 모델을 사용하여 상기 복수의 냉각 장치에 의해 냉각된 압연재가 상기 온도계에 도달했을 때에 있어서의 당해 압연재의 온도의 예측값을 연산하고, 당해 예측값을 상기 복수의 제어기의 각각에 대응한 피드백값의 일부로서 피드백하는 복수의 제1 피드백부와,
    상기 복수의 냉각 장치의 각각에 대응한 무효 시간 모델을 사용하여 상기 복수의 제1 피드백부의 각각에 의해 연산된 압연재의 온도의 예측값에 대하여 상기 복수의 냉각 장치의 각각에 대응한 무효 시간 만큼 위상을 늦춘 값을 연산하고, 상기 온도계에 의한 압연재의 온도의 계측값과 상기 복수의 제1 피드백부의 각각에 의해 연산된 압연재의 온도의 예측값에 대하여 상기 복수의 냉각 장치의 각각에 대응한 무효 시간 만큼 위상을 늦춘 값의 편차를 연산하고, 당해 편차에 대하여 저역 통과 필터를 통과시킨 값을 상기 복수의 제어기의 각각에 대응한 피드백값의 타부로서 피드백하는 복수의 제2 피드백부
    를 구비하고,
    상기 복수의 제2 피드백부의 각각은, 압연재가 상기 온도계에 도달했을 때에 있어서의 당해 압연재의 온도의 목표값과 상기 온도계에 의한 압연재의 온도의 계측값 사이의 편차가 미리 설정된 역치보다도 작아졌을 때, 보다 출측의 냉각 장치에 대응한 제2 피드백부의 저역 통과 필터부터 우선적으로 컷오프 주파수를 높이는, 압연재의 온도 제어 장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제9항에 있어서, 상기 복수의 제1 피드백부의 각각은, 대응한 저역 통과 필터를 통과한 값에 기초하여 대응한 온도 모델을 수정하고,
    상기 복수의 제2 피드백부의 각각은, 대응한 저역 통과 필터를 통과한 값에 기초하여 대응한 무효 시간 모델을 수정하는 압연재의 온도 제어 장치.
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