KR20020050798A - A roll movement system in a rolling mill - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 압연기에 관한 것으로, 특히 5개의 운동자유도로 롤을 작동하여 스트립의 성형능력을 증대시키고 롤마모를 방지하며 스트립의 표면품질을 개선시킨 압연기의 롤구동시스템에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a rolling mill, and more particularly, to a roll driving system of a rolling mill which operates a roll with five degrees of freedom to increase the forming capability of the strip, prevents roll wear, and improves the surface quality of the strip.
일반적으로 제철소의 압연기에서는 스트립의 두께를 제어하기 위해 롤을 상하로 움직이는 유압실린더가 롤의 좌우에 수직으로 설치되어 있으며, 스트립의 형상을 개선하기 위해 롤 동체를 스트립의 진행방향에 대해 임의의 각도로 회전시켜야 하므로 롤의 좌우에 모터와 직진 이송기구로 구성된 구동부가 설치되어 있다. 또한, 롤의 마모를 감소시키기 위해 롤을 축방향으로 움직이게 하는 모터가 롤의 좌우측에 각각 설치되어 있다.Generally, in rolling mills, hydraulic cylinders for moving the roll up and down are installed vertically on the left and right sides of the roll to control the thickness of the strip. In order to improve the shape of the strip, the roll body is placed at an arbitrary angle with respect to the traveling direction of the strip. Since the rollers must be rotated at the left and right sides of the roll, a drive unit consisting of a motor and a straight transfer mechanism is installed. In addition, motors for moving the roll in the axial direction are respectively provided on the left and right sides of the roll to reduce wear of the roll.
그러나, 이러한 구조의 압연기에서는 각각의 운동자유도에 대한 구동액츄에이터가 설치되어 있는 직렬구조 형태를 취하기 때문에 각 구동부의 간극에 의한 오차가 존재하게 되며, 이러한 오차가 누적되어 최종적으로 전체 롤의 위치 오차가 발생하게 된다. 이러한 오차와 간극에 의한 헐거움은 압연중에 롤을 진동하게 만들 뿐만 아니라 롤크로싱(roll crossing) 각도의 차이에 의해 스트립을 사행하게 하거나 캠버를 발생시키게 된다.However, in the rolling mill of such a structure, since it takes the form of a series structure in which drive actuators are installed for each freedom of movement, errors due to the gap between the driving units exist, and these errors accumulate and finally the position error of the whole roll Will occur. This looseness due to error and gap not only causes the roll to vibrate during rolling but also causes the strip to meander or generate camber due to the difference in roll crossing angle.
롤을 상하로 움직이는 액츄에이터는 유압실린더이지만, 나머지 구동 액츄에이터는 전기모터이므로 피드백 제어에는 활용되지 못하고 설정제어에만 사용되고 있다. 롤크로싱의 발생을 방지하기 위한 기구학적 구조가 미국특허 제4,453,393호개시되어 있는데, 상기 특허에는 이러한 백업롤과 작업롤을 동시에 회전시킴으로써 롤 크로싱을 방지하고 있다. 그러나, 이 경우 직진운동을 하는 슬라이딩부가 헐거워진다는 문제를 갖고 있다. 또한, 상기 특허에 개시된 압연기는 근본적으로 직렬방식을 채택하고 있기 때문에 기존의 일반적인 압연기가 가지는 단점을 그대로 갖게 된다.The actuator for moving the roll up and down is a hydraulic cylinder, but the remaining drive actuator is an electric motor and thus is not used for feedback control, but is used only for setting control. A kinematic structure for preventing the occurrence of roll crossing is disclosed in U.S. Patent No. 4,453,393. The patent prevents roll crossing by simultaneously rotating the backup roll and the work roll. However, in this case, there is a problem that the sliding part for the straight motion is loose. In addition, since the rolling mill disclosed in the patent essentially adopts a series method, it has the disadvantages of existing conventional rolling mills.
최근에 이러한 문제를 개선한 롤구동시스템이 미국특허 제5,924,319호에 개시되어 있는데, 이 롤구동시스템은 롤시프팅(roll shifting), 크로싱(crossing), 벤딩(bending)을 동시에 수행하는 구조를 갖고는 있으나 그 기본적인 구조는 종래의 일반적의 시스템과는 전혀 다른 구조를 갖고 있기 때문에, 설비를 제작하는데 비용이 증가한다는 문제가 있었다.Recently, a roll driving system that improves this problem is disclosed in US Pat. No. 5,924,319, which has a structure that simultaneously performs roll shifting, crossing, and bending. However, since the basic structure has a completely different structure from the conventional general system, there is a problem that the cost is increased to manufacture the equipment.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 5개의 운동자유도로 롤을 작동함으로써 롤의 마모를 방지하고 스트립의 표면품질을 개선시킬 수 있는 압연기의 롤구동시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a roll driving system of a rolling mill which can prevent roll wear and improve the surface quality of the strip by operating the roll with five movement freedoms.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 압연기의 롤구동시스템은 백업롤과 작업롤을 지지하는 롤하우징과 압연기 전체 하우징 사이에 병렬로 설치되는 복수의 유압실린더와, 상기 유압실린더의 로드위치를 검출하는 유압실린더 로드 위치센서와, 상위 제어시스템으로부터 롤의 운동자유도에 대한 목표위치 명령값이 입력되어 상기 유압실린더의 로드목표위치를 산출하는 역기구학 알고리즘을 실행하는 수단와, 상기 역기구학 알고리즘 실행수단으로부터 입력된 로드목표위치에 따라 유압실린더의 위치를 제어하는 유압실린더 위치제어기와, 상기 유압실린더 로드 위치센서로부터 검출된 유압실린더의 로드위치에 기초하여 롤의 운동자유도에 대한 위치를 산출하여 상위 제어시스템으로 출력하는 순기구학 알고리즘을 실행하는 수단으로 구성된다.In order to achieve the above object, the roll drive system of the rolling mill according to the present invention includes a plurality of hydraulic cylinders installed in parallel between the roll housing supporting the backup roll and the work roll and the rolling mill housing, and the load position of the hydraulic cylinder. Means for executing an inverse kinematics algorithm for calculating the rod target position of the hydraulic cylinder by inputting a hydraulic cylinder rod position sensor for detecting a pressure and a target position command value for the motion freedom of the roll from an upper control system, and executing the inverse kinematic algorithm. A hydraulic cylinder position controller for controlling the position of the hydraulic cylinder according to the rod target position inputted from the means, and a position for the movement freedom degree of the roll is calculated based on the rod position of the hydraulic cylinder detected by the hydraulic cylinder rod position sensor. As a means of executing the forward kinematic algorithm output to the control system. It is.
도 1은 본 발명에 따른 압연기의 롤구동시스템에서 롤과 유압실린더의 설치 상태를 나타내는 도면.1 is a view showing the installation state of the roll and the hydraulic cylinder in the roll drive system of the rolling mill according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 압연기의 롤구동시스템에서 유압실린더의 기구학적 배치를 나타내는 간락도.Figure 2 is a simplified diagram showing the kinematic arrangement of the hydraulic cylinder in the roll drive system of the rolling mill according to the present invention.
도 3은 롤시스팅의 실제 구동을 나타내는 도면.3 shows the actual driving of the roll casting.
도 4는 롤옵셋팅의 실제 구동을 나타내는 도면.4 shows the actual driving of the roll offset setting.
도 5는 롤크로싱의 실제 구동을 나타내는 도면.5 shows the actual driving of roll crossing.
도 6은 본 발명에 따른 압연기의 롤구동시스템에서의 제어장치를 나타내는 블럭도.Figure 6 is a block diagram showing a control device in a roll drive system of a rolling mill according to the present invention.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 : 롤하우징 2 : 백업롤1: Roll Housing 2: Backup Roll
3 : 작업롤 4 : 유압실린더3: work roll 4: hydraulic cylinder
5,15 : 유니버설 조인트 11 : 유압실린더 위치센서5,15: Universal joint 11: Hydraulic cylinder position sensor
13 : 서보밸브 15 : 유압실린더 위치제어기13: Servo valve 15: Hydraulic cylinder position controller
16 : 역기구학 알고리즘 실행부 17 : 순기구학 알고리즘 실행부16: inverse kinematics algorithm execution unit 17: forward kinematics algorithm execution unit
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 롤구동시스템을 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the roll drive system according to the present invention.
도 1은 본 발명에 따른 롤구동시스템에서 실제 롤과 롤을 작동시키는 유압실린더의 구성을 나타내는 도면이다. 도면에 도시된 바와 같이, 백업롤(2)과 작업롤(3)은 각각 백업롤 지지부(6)와 작업롤 지지부(7)에 의해 지지된 상태에서 롤하우징(1)에 수납된다. 롤하우징(1)에는 복수의 유압실린더(4a∼4f)가 설치되어, 상기 롤하우징(1)이 압연기 전체의 하우징(도면표시하지 않음)에 병렬로 연결되어 있다. 유압실린더는 통상 3∼15개가 설치될 수 있지만 도면에서는 단지 6개만이 설치되어 있다. 상기와 같이 유압실린더가 6개만 설치된 것은 특별한 이유가 있어서가 아니고 본 발명의 한예로 설명을 간단하게 하기 위한 것이다. 따라서, 본 발명에서는 유압실린더를 임의의 갯수로 설치할 수 있다.1 is a view showing the configuration of the hydraulic cylinder for operating the actual roll and the roll in the roll drive system according to the present invention. As shown in the figure, the backup roll 2 and the work roll 3 are accommodated in the roll housing 1 in a state supported by the backup roll support 6 and the work roll support 7, respectively. A plurality of hydraulic cylinders 4a to 4f are provided in the roll housing 1, and the roll housing 1 is connected in parallel to the housing (not shown) of the whole rolling mill. Normally three to fifteen hydraulic cylinders can be installed, but only six are installed in the figures. As described above, the six hydraulic cylinders are provided only for the purpose of simplicity of explanation and not for any particular reason. Therefore, in the present invention, the hydraulic cylinder can be installed in any number.
롤하우징(1)과 유압실린더(4a∼4f)는 유니버설 조인트(5a∼5f)로 연결되어 있으며, 상기 유압실린더(4a∼4f)의 반대편쪽도 역시 유니버설 조인트(15a∼15f)가 연결되어 압연기하우징에 설치된다. 각 유압실린더(4a∼4f)는 독립적으로 실린더로드의 이동위치를 가지고 롤하우징(1)은 유압실린더(4a∼4f)들에 의해 완전히 지지되므로, 롤하우징(1)은 각 유압실린더(4a∼4f)의 로드 이동위치의 조합에 의해 기구학적으로 공간상에서 5개의 자유도를 가지고 운동을 수행한다.The roll housing 1 and the hydraulic cylinders 4a to 4f are connected to the universal joints 5a to 5f, and the opposite side of the hydraulic cylinders 4a to 4f is also connected to the universal joints 15a to 15f. It is installed in the housing. Each of the hydraulic cylinders 4a to 4f independently has a moving position of the cylinder rod, and the roll housing 1 is fully supported by the hydraulic cylinders 4a to 4f, so that the roll housing 1 is each of the hydraulic cylinders 4a to 4f. By the combination of the rod movement positions of 4f), the movement is kinematically performed with five degrees of freedom in space.
도 2는 복수의 유압실린더에 의해 구동되는 롤운동구조를 나타내는 도면으로, 도 2(a)는 4개의 유압실린더에 의해 구동되는 롤운동구조이고 도 2(b)는 6개의 유압실린더에 의해 구동되는 롤운동구조이다. 도면에서, 상부의 판(선로 표시된 압연기 전체 하우징)은 고정되어 있으며 하부의 판(롤하우징)은 유압실린더의 운동에 따라 공간에서 자유운동을 한다. 상기 유압실린더는 병렬로 상부의 압연기 전체 하우징과 하부의 롤 하우징 사이에 배치되며, 그 배치간격과 배치각도는 각 운동자유도의 운동범위에 의해 결정된다.2 is a view showing a roll motion structure driven by a plurality of hydraulic cylinders, Figure 2 (a) is a roll motion structure driven by four hydraulic cylinders and Figure 2 (b) is driven by six hydraulic cylinders Roll movement structure. In the figure, the upper plate (lined rolling mill housing) is fixed and the lower plate (roll housing) is free to move in space according to the movement of the hydraulic cylinder. The hydraulic cylinders are arranged in parallel between the entire upper rolling mill housing and the lower roll housing, and the arrangement interval and the placement angle are determined by the range of motion of each freedom of movement.
일반적으로 압연공정시 요구되는 운동자유도는 롤시스팅(roll shifting), 롤옵셋팅(roll offsetting), 롤업다운(roll up-down), 롤크로싱(roll crossing), 롤레벨링(roll leveling) 등의 5개이다.In general, there are five movement freedoms required in the rolling process: roll shifting, roll offsetting, roll up-down, roll crossing, roll leveling, and so on. .
롤시프팅은 도 3(a)에 도시된 바와 같이, 스트립을 압연할 때 롤의 마모를 감소시키기 위해 롤을 축방향으로 구동하는 것으로, 압연기에서 상부 롤하우징과 하부 롤하우징이 동시에 같은 방향으로 동일한 위치만큼 움직이는 롤시프팅을 실행하면 압연중에 스트립을 측면방향으로 이동시켜 패스라인의 중심선을 벗어나 스트립을 중심선으로 복귀시키는 작용을 한다.Roll shifting drives the roll axially to reduce wear of the roll when rolling the strip, as shown in FIG. 3 (a), in which the upper roll housing and the lower roll housing are simultaneously driven in the same direction. Roll shifting by the same position causes the strip to move laterally during rolling, leaving the centerline of the passline and returning the strip to the centerline.
롤 옵셋팅은 도 4(a)에 도시된 바와 같이 상하부 롤의 중심을 수직선상에서 어긋나게 하는 것으로, 스트립에 전단응력을 발생시켜 스트립표면 품질을 향상시킨다. 일반적으로 도 4(b)에 도시된 바와 같이 롤하우징을 스트립의 진행방향이나 진행 반대방향으로 이동시키면 스트립에 장력을 증대시키거나 감소시키는 작용을 하여 장력을 제어하는 역할을 수행할 수 있게 된다.Roll offset shifts the center of the upper and lower rolls on a vertical line as shown in FIG. 4 (a), and generates shear stress on the strip to improve strip surface quality. In general, as shown in Figure 4 (b) by moving the roll housing in the direction of travel or in the opposite direction of the strip to act to increase or decrease the tension on the strip serves to control the tension.
롤업다운은 롤하우징을 상하로 구동하여 스트립의 두께를 제어하는 것이며, 롤크로싱은 도 5에 도시된 바와 같이 롤의 좌측과 우측을 독립적으로 상하로 구동하여 롤의 좌우 롤갭을 조절하기 위한 것이다.Roll-up is to drive the roll housing up and down to control the thickness of the strip, roll roll is to drive the left and right of the roll up and down independently to adjust the left and right roll gap of the roll as shown in FIG.
상기한 5개의 압연기의 운동자유도에 의해 스트립의 성형능력이 좌우된다.The forming capability of the strip is determined by the freedom of movement of the five rolling mills described above.
도 6에 상기와 같은 5개의 운동자유도를 갖는 압연기의 제어시스템이 도시되어 있다. 도면에서는 6개의 유압실린더가 설치된 압연기에 대한 제어시스템이 도시되어 있지만 이러한 유압실린더의 갯수는 한정되는 것은 아니다.6 shows a control system of a rolling mill having five such degrees of freedom. In the figure, a control system for a rolling mill equipped with six hydraulic cylinders is shown, but the number of such hydraulic cylinders is not limited.
도면에 도시된 바와 같이, 각각의 롤 위치 제어시스템(20a∼20f)은 롤운동 자유도에 대한 위치명령을 받아 각 유압실린더(4a∼4f)의 로드목표위치를 계산하는 역기구학 알고리즘 실행부(16), 유압실린더 위치제어 시스템(20a∼20f), 유압실린더(4a∼4f)의 로드위치를 유압실린더 위치센서(11a∼11f)로부터 입력받아 롤의 운동자유도에 대한 현재 위치를 계산하는 순기구학 알고리즘 실행부(17)로 구성되어 있다.As shown in the figure, each roll position control system 20a to 20f receives the position command for the degree of freedom of movement of the roll, and the inverse kinematic algorithm execution unit 16 calculates the rod target position of each hydraulic cylinder 4a to 4f. ), A forward kinematic algorithm that receives the rod positions of the hydraulic cylinder position control systems 20a to 20f and the hydraulic cylinders 4a to 4f from the hydraulic cylinder position sensors 11a to 11f and calculates the current position of the freedom of movement of the roll. It consists of an execution unit 17.
유압실린더 위치제어시스템(20a∼20f)은 유압실린더 위치제어기(15a∼15f), 서보밸브앰프(14a∼14f), 서보밸브(13a∼13f), 유압실린더(4a∼4f), 유압실린더 위치센서(11a∼11f)로 구성되며, 각 유압실린더(4a∼4f)에 대해 독립적으로 설치된다.The hydraulic cylinder position control systems 20a to 20f include hydraulic cylinder position controllers 15a to 15f, servo valve amplifiers 14a to 14f, servo valves 13a to 13f, hydraulic cylinders 4a to 4f, and hydraulic cylinder position sensors. It consists of 11a-11f, and is independent of each hydraulic cylinder 4a-4f.
상위층의 압연기 제어시스템에서 각 운동자유도에 대한 롤의 폭표위치가 결정되어 롤의 구동부의 역기구학 알고리즘 실행부(16)에 전달되면, 역기구학 알고리즘 실행부(16)는 유압실린더(4a∼4f)의 로드목표위치를 계산하여 각각의 유압실린더 위치제어기(15a∼15f)에 목표위치를 전달한다.In the upper rolling mill control system, the roll width position for each motion freedom is determined and transmitted to the inverse kinematics algorithm execution unit 16 of the driving unit of the roll, and the inverse kinematics algorithm execution unit 16 performs the hydraulic cylinders 4a to 4f. The target position of the load is calculated, and the target position is transmitted to each of the hydraulic cylinder position controllers 15a to 15f.
역기구학 알고리즘 실행부(16)의 산출결과는 유압실린더(4a∼4f)의 수, 길이, 기구학적 배치 등의 인자에 의해 결정된다. 유압실린더 위치제어기(15a∼15f)는 유압실린더(4a∼4f)에 부착된 유압실린더 위치센서(11a∼11f)에 의해 현재의 유압실린더(4a∼4f)의 로드위치를 검출하여 제어오차를 계산하고 제어알고리즘에 의해 서보밸브앰프(14a∼14f)에 전달한다. 서보밸브앰프(14a∼14f)는 서보밸브(13a∼13f)를 작동시켜 유압실린더(4a∼4f)를 구동시켜 위치제어를 수행한다. 순기구학 알고리즘 실행부(17)는 롤의 운동자유도에 대한 위치를 계산하여 상위층의 압연기 제어시스템에 전송한다.The calculation result of the inverse kinematics algorithm execution unit 16 is determined by factors such as the number, length and kinematic arrangement of the hydraulic cylinders 4a to 4f. The hydraulic cylinder position controllers 15a to 15f calculate the control error by detecting the current rod position of the hydraulic cylinders 4a to 4f by the hydraulic cylinder position sensors 11a to 11f attached to the hydraulic cylinders 4a to 4f. The control algorithm transfers the signals to the servo valve amplifiers 14a to 14f. The servo valve amplifiers 14a to 14f operate the servo valves 13a to 13f to drive the hydraulic cylinders 4a to 4f to perform position control. The forward kinematics algorithm execution unit 17 calculates the position of the freedom of motion of the roll and transmits it to the rolling mill control system of the upper layer.
상위층의 압연기 제어시스템에서는 전송되는 롤의 운동자유도에 위치에 따라 롤을 구동하기 때문에, 스트립의 압연시 롤의 마모를 줄이기 위해 롤을 축방향으로 구동하는 롤시프팅이 가능하게 된다. 상기와 같이 압연기의 상부 작업롤과 하부 작업롤을 동시에 같은 방향으로 동일한 위치만큼 구동하는 롤시스팅을 수행함으로써 압연중에 스트립을 측면방향으로 이동시켜 스트립의 사행을 제어할 수 있게 된다. 또한, 상하부 롤의 중심을 수직선상에서 어긋나게 하는 롤옵세팅을 실행함으로써 스트립에 전단응력을 발생시키고 그 결과 스트립의 표면품질이 향상된다. 압연중에 상하부 롤을 동시에 스트립의 진행방향이나 진행 반대방향으로 이동시키는 경우에는 스트립에 장력을 증대시키거나 감소시키게 되어 장력제어를 할 수 있게 된다.Since the rolling mill control system of the upper layer drives the roll according to the position of the freedom of movement of the roll to be transmitted, roll shifting for driving the roll in the axial direction is possible in order to reduce wear of the roll during rolling of the strip. As described above, by performing the roll casting to drive the upper work roll and the lower work roll of the rolling mill at the same position in the same direction at the same time, it is possible to control the meandering of the strip by moving the strip in the lateral direction during rolling. In addition, by performing roll opsetting which shifts the center of the upper and lower rolls on a vertical line, shear stress is generated in the strip, and as a result, the surface quality of the strip is improved. When the upper and lower rolls are moved simultaneously in the direction of travel or the direction of travel of the strip during rolling, the tension is increased or decreased in the strip so that the tension can be controlled.
롤업다운 구동은 롤을 상하로 구동하여 스트립의 두께를 제어하며, 롤크로싱은 스트립의 형상을 개선하기 위해 롤동체를 스트립의 진행방향에 대해 임의의 각도로 회전시킨다. 또한, 롤레벨링은 롤의 좌측과 우측을 독립적으로 상하로 구동하여 롤의 죄우 롤갭을 조절한다.Roll-up driving drives the roll up and down to control the thickness of the strip, and roll crossing rotates the roll body at an angle to the direction of travel of the strip to improve the shape of the strip. In addition, roll leveling drives the left and right sides of the roll up and down independently to adjust the roll gap of the roll.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 압연기의 롤구동시스템에서는 롤의 운동자유도에 위치를 계산하여 롤을 5개의 자유도로서 구동하기 때문에, 스트립의 표면품질향상, 장력제어, 두께제어, 사행 및 캠버제어, 형상제어등이 가능하게 된다. 또한, 기존의 직렬구조의 구동 매카니즘과 슬라이딩 안내면의 헐거움에 의해 발생하는 오차누적이라는 단점을 극복할 수 있게 되어, 스트립의 진동과 사행을 대폭 감소시킬 수 있게 된다. 그리고, 압연중에 가해지는 압하력과 통판시의 충격이 유압실린더의 축방향으로 가해지기 때문에 하중에 견디는 강성이 증가하고 고주파성분의 진동과 순간적인 충격을 유압실린더의 작동유가 흡수하기 때문에 진동감쇄능력이 대폭 향상되어 충격 흡수력이 증가하게 된다.As described above, the roll driving system of the rolling mill according to the present invention calculates the position in the freedom of movement of the roll and drives the roll as five degrees of freedom, thereby improving the surface quality of the strip, tension control, thickness control, meandering and camber control. , Shape control, and the like becomes possible. In addition, it is possible to overcome the disadvantage of the accumulated error caused by the loosening of the drive mechanism and the sliding guide surface of the existing serial structure, it is possible to significantly reduce the vibration and meandering of the strip. In addition, the rolling force applied during rolling and the impact of the plate during the rolling are applied in the axial direction of the hydraulic cylinder, so the stiffness to withstand the load increases, and the hydraulic oil absorbs the vibrations and instantaneous shocks of the high frequency component, so the vibration damping ability This greatly improves the shock absorbing power.
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