KR20030017017A - 냉연강판 코일의 권취장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉연강판 코일의 권취장치 및 그 방법을 제공하기 위한 것으로, 권취기의 회전에 의해 이송되는 강판의 속도를 감지하는 강판속도 감지부(30)와; 강판선단부가 진입했는지의 여부를 감지하는 강판선단부 감지부(40)와; 슬리브 단차부(20)의 위치트래킹 정보를 감지하는 슬리브단차부 감지부(50)와; 슬리브(10)의 권취속도를 감지하는 권취속도 감지부(90)와; 상기 강판속도 감지부(30)와 상기 강판선단부감지부(40)와 상기 슬리브단차부 감지부(50)와 상기 권취속도 감지부(90)에서 감지된 정보를 이용하여 위치 편차량으로 위치트래킹하여 위치제어를 수행하는 위치제어부(60)를 포함하여 구성함으로써, 냉연강판 권취시 발생하는 엔드마크 결함의 방지할 수 있게 되는 것이다.

Description

냉연강판 코일의 권취장치 및 그 방법{Apparatus and method for coiling cold rolling strip}

본 발명은 철강제조의 냉연공정 중 냉연강판 코일의 권취장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 냉연강판 권취시 발생하는 엔드마크(End Mark) 결함을 방지하기에 적당하도록 한 냉연강판 코일의 권취장치 및 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 철강의 제조공정 중에서 일련의 처리공정을 마친 냉연강판은 코일형태로 권취된다.

이때 맨드릴의 외부에 탄성재질의 슬리브를 감고 일정량의 장력을 인가하여 권취하게 되는데, 강판선단부의 두께에 의해 다음 회전의 겹쳐지는 부분에서 강판소재의 꺽임현상이 발생하여 엔드마크라고 하는 결함이 권취 원주 길이마다 주기적으로 발생하게 된다.

이러한 엔드마크 결함을 해결하기 위한 기술로서 일정량의 단차를 갖는 슬리브를 사용하고 강판선단부를 슬리브의 단차부에 일치시켜 결함 발생 요인인 선단부 단차를 상쇄시킨 후 권취하는 것이 대표적인 방식인데, 이를 연속공정에서 사용되는 기술로서 '일본 특개평9-76014 공보' 와 '일본 특개평8-192225 공보'의 기술이 알려져 있다.

'일본 특개평9-76014 공보'의 종래 기술은 진행중인 강판의 선단부를 검출하고 회전중인 권취기의 슬리브 단차부의 위치를 감지하여 강판선단부와 슬리브 단차부가 일치되도록 권취기 속도를 제어한다. 그리고 권취직전에 다시 선단부를 검출하여 권취기속도를 수정제어하는 기술이다.

그러나 이 기술에서의 강판선단부의 검출방식은 신호감지주기가 수십msec 이상되는 통상적인 제어기에 사용될 때 강판 이송속도에 비례하여 강판선단부의 위치트래킹 오차와 슬리브 단차부 위치트래킹 오차가 수십mm 이상 발생하게 되어 위치정렬제어의 오차를 유발하게 되는 문제점이 있었다.

또한 '일본 특개평8-192225 공보'의 기술은 '일본 특개평9-76014 공보'의 기술과 원리적으로 유사한 방식이나, 강판선단부의 감지하는 위치를 감기 시작한 직후에 수행하고, 슬리브에 강판의 초기권취를 유도하는 밸트래퍼의 압부력을 소재별로 조정하여 일정범위 내에서는 슬리브와 강판이 미끄러질 수 있도록 위치제어를 지속하는 것이 특징이라고 할 수 있다. 또한 온(on) 또는 오프(off) 감지 방식의 제어기를 사용하였다.

그러나 이 기술 또한 강판선단부와 슬리브 단부 감지에서의 신호입력 지연에서 기인하는 위치트래킹 오차를 근본적으로 해결할 수 없고, 제어기 특성상 위치편차가 급격한 값으로 인지될 때 과도응답(overshoot)을 막을 수 없게 되는 문제점이 있었다.

이러한 강판선단부와 슬리브 단차부간 위치제어에서 발생하는 과도응답은 초기권취의 기구적인 특성상 위치편차를 회복할 수 없게 하는 역기능을 하게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 냉연강판 권취시 발생하는 엔드마크 결함을 방지할 수 있는 냉연강판 코일의 권취장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 강판선단부 위치트래킹을 영역감지 방식으로 하여 제어기 감지주기에 무관하게 하여 오차를 없앨 수 있는 냉연강판 코일의 권취장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

더불어 본 발명의 또 다른 목적은 슬리브 단차부 트래킹을 편차량감지 방식으로 하여 오차를 없앨 수 있도록 한 냉연강판 코일의 권취장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

나아가 본 발명의 또 다른 목적은 엔티와인드업 제어 방식에 의해 연속적인 위치정렬제어를 위해 비례적분제어기에 위치편차량에 따라 변동가능한 속도제한기를 연계시키고, 이산적으로 발생하는 위치편차 입력에 대해 과도응답을 유발시키는 것을 억제할 수 있는 냉연강판 코일의 권취장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 의한 냉연강판코일의 권취장치는,

권취기의 회전에 의해 이송되는 강판의 속도를 감지하는 강판속도 감지부와; 강판선단부가 진입했는지의 여부를 감지하는 강판선단부 감지부와; 슬리브 단차부의 위치트래킹 정보를 감지하는 슬리브단차부 감지부와; 슬리브의 권취속도를 감지하는 권취속도 감지부와; 상기 강판속도 감지부와 상기 강판선단부감지부와 상기 슬리브단차부 감지부와 상기 권취속도 감지부에서 감지된 정보를 이용하여 위치 편차량으로 위치트래킹하여 위치제어를 수행하는 위치제어부를 포함하여 이루어짐을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 의한 냉연강판 코일의 권취방법은,

강판 속도를 감지하고 강판선단부의 진입여부를 감지하며, 슬리브 단차부를 감지하는 제 1 단계와; 상기 감지된 값에서 위치 편차량을 구하여 위치트래킹을 하고, 위치제어에 의해 속도제어가 되도록 하는 제 2 단계를 포함하여 수행함을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 냉연강판 코일의 권취장치의 블록구성도이고,

도 2는 도 1에서 위치제어부의 상세블록도이며,

도 3은 본 발명에 의한 냉연강판 코일의 권취방법을 보인 흐름도이고,

도 4는 종래 기술에 의한 권취릴의 속도응답과 강판선단부와 슬리브 단차부 간의 위치편차 곡선도이며,

도 5는 도 1 내지 도 3에 의한 권취릴의 속도응답과 강판선단부와 슬리브 단차부 간의 위치편차 곡선도이고,

도 6은 도 1 내지 도 3에 의한 위치편차량과 속도제한기 제한설정치간의 관계도이며,

도 7은 도 1 내지 도 3에 의한 영역감지 방식의 강판선단부 감지를 보인 기능설명도이고,

도 8은 도 1 내지 도 3에 의한 권취 슬리브의 단차부 기준점에서의 편차량 감지를 보인 기능설명도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 슬리브 20 : 슬리브 단차부

30 : 강판속도 감지부 40 : 강판선단부 감지부

50 : 슬리브 단차부 감지부 60 : 위치제어부

61 : 위치편차 연산부 62 : 비례적분 제어부

63 : 비례이득부 64 : 제 1 결합부

65 : 적분부 66 : 제 2 결합부

67 : 속도제한부 68 : 엔티와인드업 제어부

69 : 제 3 결합부 70 : 엔티와인드업 이득부

80 : 속도제어부 90 : 권취속도 감지부

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명, 냉연강판 코일의 권취장치 및 그 방법의 기술적 사상에 따른 일실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 냉연강판 코일의 권취장치의 블록구성도이다.

이에 도시된 바와 같이, 권취기의 회전에 의해 이송되는 강판의 속도를 감지하는 강판속도 감지부(30)와; 강판선단부가 진입했는지의 여부를 감지하는 강판선단부 감지부(40)와; 슬리브 단차부(20)의 위치트래킹 정보를 감지하는 슬리브단차부 감지부(50)와; 슬리브(10)의 권취속도를 감지하는 권취속도 감지부(90)와; 상기 강판속도 감지부(30)와 상기 강판선단부감지부(40)와 상기 슬리브단차부 감지부(50)와 상기 권취속도 감지부(90)에서 감지된 정보를 이용하여 위치 편차량으로 위치트래킹하여 위치제어를 수행하는 위치제어부(60)를 포함하여 구성된다.

여기서 참조번호 80은 상기 위치제어부(60)의 위치제어에 따라 슬리브(10)의 속도를 제어하는 속도제어부이다.

상기에서 위치제어부(60)는, "|(권취기까지 남은 거리) / ( π * 맨드릴경) - (π * 맨드릴경)| - (슬리브 단차부 위치) "를 수행하여 위치 편차량을 구하여 위치제어를 수행한다.

도 2는 도 1에서 위치제어부의 상세블록도이다.

이에 도시된 바와 같이, 강판 위치트래킹 정보와 슬리브 단차부의 위치트래킹 정보를 이용하여 위치편차를 연산하는 위치편차 연산부(61)와; 상기 위치편차 연산부(61)로부터의 입력을 받아 비례적분을 수행하는 비례적분 제어부(62)와; 상기 비례적분 제어부(62)의 출력을 입력받아 속도제한양에 의한 제어신호를 출력하는 속도제한부(67)와; 상기 비례적분 제어부(62)와 상기 속도제한부(67)의 출력을 입력받아 엔티와인드업 제어를 수행하여 그 결과를 상기 비례적분 제어부(62)로 출력하는 엔티와인드업 제어부(68)를 포함하여 구성된다.

상기에서 비례적분 제어부(62)는, 상기 위치편차 연산부(61)의 출력을 입력받아 비례이득으로 증폭시키는 비례이득부(63)와; 상기 비례이득부(63)의 출력에서상기 엔티와인드업 제어부(68)의 출력을 감하여 결합시키는 제 1 결합부(64)와; 상기 제 1 결합부(64)의 출력을 적분시키는 적분부(65)와; 상기 적분부(65)의 출력과 상기 위치편차 연산부(61)의 출력을 더하여 결합시켜 출력하는 제 2 결합부(66)를 포함하여 구성된다.

상기에서 엔티와인드업 제어부(68)는, 상기 비례적분 제어부(62)의 출력에서 상기 속도제한부(67)의 출력을 감하여 결합시키는 제 3 결합부(69)와; 상기 제 3 결합부(69)의 출력을 입력받아 엔티와인드업 이득으로 증폭시키는 엔티와인드업 이득부(70)를 포함하여 구성된다.

상기에서 위치제어부(60)는, 엔티와인드업이득(70)은 과도응답을 방지할 수 있는 비례이득(63)에 대해 충분히 큰 값 범위로 설정하여 위치 편차량을 구한다.

도 3은 본 발명에 의한 냉연강판 코일의 권취방법을 보인 흐름도이다.

이에 도시된 바와 같이, 강판 속도를 감지하고 강판선단부의 진입여부를 감지하며, 슬리브 단차부를 감지하는 제 1 단계(ST11 ~ ST13)와; 상기 감지된 값에서 위치 편차량을 구하여 위치트래킹을 하고, 위치제어에 의해 속도제어가 되도록 하는 제 2 단계(ST14)(ST15)를 포함하여 수행한다.

상기에서 제 2 단계는, "|(권취기까지 남은 거리) / ( π * 맨드릴경) - (π * 맨드릴경)| - (슬리브 단차부 위치) "를 수행하여 위치 편차량을 구한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 냉연강판 코일의 권취장치 및 그 방법의 동작을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저 강판선단부와 슬리브 단차부와의 위치정렬에 의해 엔드마크를 방지하기위해서는 강판선단부와 슬리브선단부의 위치트래킹 오차를 없애고 제어기에서 과도응답(overshoot)이 발생되지 않도록 하는 것이 반드시 필요하다.

그래서 본 발명은 코일권취시의 엔드마크결함을 방지하기 위하여 위치트래킹을 수행하여 강판선단부와 슬리브 단차부의 오차가 없도록 한다. 또한 속도제한기와 엔티와인드업 제어기에 의한 과도응답(overshoot)이 없는 제어로서 정밀도가 높은 강판선단부와 슬리브단차부 정렬제어를 수행하여 코일권취를 하게 한다.

도 1은 본 발명에 의한 냉연강판 코일의 권취장치의 블록구성도이다.

그래서 독립적으로 구동중인 강판이송과 권취기 회전은 등속운동으로 유지된 상태에서 강판선단부와 슬리브 단차부 위치정렬을 행하게 된다.

강판선단부감지부(40)에서 강판선단부가 감지되면 강판속도감지부(30)의 정보로부터 강판 위치트래킹이 시작된다. 또한 속도제어부(80)는 강판 속도와 등속이 되도록 유지하는 역할을 하며, 위치제어부(60)의 출력을 더하여 입력으로 받아 위치제어가 되도록 한다.

슬리브단차부 감지부(50)와 권취속도 감지부(90)로부터 현재의 슬리브 단차부(20)의 위치트래킹을 수행하여 위치제어부(60)의 입력으로 사용한다. 그러면 위치제어부(60)에서는 연속적으로 강판선단부와 슬리브 단차부간 위치제어가 가능하게 된다.

도 2는 도 1에서 위치제어부의 상세블록도이다.

그래서 위치제어부(60)는 위치편차 연산부(61), 비례적분 제어부(62), 속도제한부(65), 엔티와인드업 제어부(66)등으로 구성된다.

강판속도 감지부(30), 강판선단부 감지부(40), 슬리브단차부 감지부(50) 및 권취속도 감지부(90)로부터 얻어진 강판의 위치트래킹 정보와 슬리브 단차부의 위치트래킹 정보는 위치편차 연산부(61)에서 다음의 수학식 1과 같이 연산되어 비례적분 제어부(62)로 입력된다.

여기서 설정치는 절대값을 취한 부분이고, 피드백은 슬리브단차부위치이다.

비례적분 제어부(62)는 위치편차 연산부(61)로부터의 입력을 받아 비례이득부(63) 및 적분부(65)를 거쳐 속도제한부(67)로 출력하게 된다.

이때 이산적으로 발생하는 위치편차 연산부(61)의 출력은 큰 양의 과도응답을 유발하게 되는데, 이러한 과도응답에 의한 제어불안정요소는 속도제한부(67)에서 제거할 수 있다. 속도제한부(67)의 속도제한양은 위치연산 제어부(61)의 출력에 의해 정해지며 도 6에 도시한 것처럼 비례적으로 설정한다.

위치편차 연산부(61)의 이산적인 편차 출력이 적분부(65)에서 누적되게 되는데, 적분부(65)의 편차 누적양은 편차가 해소되도 일시에 해결되지 않는다.

이는 과도응답(overshoot)의 원인이 되므로 엔티와인드업 제어부(68)로써 이를 해결한다.

비례적분 제어부(62)의 출력과 속도제한부(67)의 출력차에 대해 엔티와인드업 이득(70)을 곱하고 비례적분 제어부(62)로 되돌려줘 빼주는 것으로 가능하다.

이때 비례적분이득(63)은 부하의 관성 등을 고려해서 속도응답성에 적합하게 설정해주는 값이고, 엔티와인드업이득(70)은 과도응답을 방지할 수 있는 비례이득(63)에 대해 충분히 큰 값 범위로 설정한다.

일반 비례적분 제어기만을 사용하여 강판선단부와 슬리브 단차부간의 위치정렬 실험결과는 도 4에 도시한 바와 같은데, 여기서 위치제어시 큰 양의 위치 과도응답이 발생함을 알 수 있다.

반면, 본 발명에서의 비례적분 제어부(62)에 속도제한부(67)와 엔티와인드업 제어부(68)를 사용한 권취릴의 속도응답과 위치편차 실험결과는 도 5에 도시한 바와 같은데, 과도응답이 발생하지 않고 빠른 제어 안정시간을 보여줌을 알 수 있다.

이와 같은 과도응답을 억제하는 위치제어 방식에 의해 강판선단부와 슬리브 단차부간 위치정렬 정밀도를 높이기 위해서는 위치제어부(60)의 입력이 얼마나 정확한가에 달려있는데, 강판선단부의 검출방법과 슬리브 단차부의 검출방법을 각각 도 7과 도 8에 나타내었다.

이송중인 강판선단부를 감지하기 위해서 강판 이송방향으로 퍼진 영역감지 형태의 센서를 사용하는데, 종래의 온(on) 또는 오프(off) 감지방식에서 탈피하여, 제어기의 감지주기 때문에 발생할 수 있는 데드밴드(deadband)의 오차를 없애고 현재의 정확한 감지량을 위치트래킹에 반영하여 위치제어의 정밀도를 높일 수 있게 된다.

또한 회전중인 슬리브의 단차위치를 감지함에 있어서 도 8과 같이 슬리브 단차 기준점으로부터 제어기 감지주기간 이송거리만큼 반사판을 설치하고, 슬리브 단차부 감지부(50)로 부터의 거리를 감지하여 제어기 감지주기에 해당되는 시점에서의 기준점으로 부터의 편차량을 슬리브 단차부 위치트래킹 정보에 반영하여 위치제어의 정밀도를 향상시킬 수 있게 된다.

이처럼 본 발명은 냉연강판 권취시 발생하는 엔드마크 결함의 방지하게 되는 것이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 냉연강판 코일의 권취장치 및 그 방법은 냉연강판 권취시 발생하는 엔드마크 결함의 방지하며, 강판선단부 위치트래킹을 영역감지 방식으로 하여 제어기 감지주기에 무관하게 하여 오차를 없애고, 슬리브 단차부 트래킹을 편차량감지 방식으로 하여 오차를 없애며, 엔티와인드업 제어 방식에 의해 연속적인 위치정렬제어를 위해 비례적분제어기에 위치편차량에 따라 변동가능한 속도제한기를 연계시키고 이산적으로 발생하는 위치편차 입력에 대해 과도응답을 유발시키는 것을 억제할 수 있는 효과가 있게 된다.

Claims (8)

1. 권취기의 회전에 의해 이송되는 강판의 속도를 감지하는 강판속도 감지부(30)와;

   강판선단부가 진입했는지의 여부를 감지하는 강판선단부 감지부(40)와;

   슬리브 단차부(20)의 위치트래킹 정보를 감지하는 슬리브단차부 감지부(50)와;

   슬리브(10)의 권취속도를 감지하는 권취속도 감지부(90)와;

   상기 강판속도 감지부(30)와 상기 강판선단부감지부(40)와 상기 슬리브단차부 감지부(50)와 상기 권취속도 감지부(90)에서 감지된 정보를 이용하여 위치 편차량으로 위치트래킹하여 위치제어를 수행하는 위치제어부(60)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 냉연강판 코일의 권취장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 위치제어부(60)는,

   "|(권취기까지 남은 거리) / ( π * 맨드릴경) - (π * 맨드릴경)| - (슬리브 단차부 위치) "를 수행하여 위치 편차량을 구하여 위치제어를 수행하는 것을 특징으로 하는 냉연강판 코일의 권취장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 위치제어부(60)는,

   강판 위치트래킹 정보와 슬리브 단차부의 위치트래킹 정보를 이용하여 위치편차를 연산하는 위치편차 연산부(61)와;

   상기 위치편차 연산부(61)로부터의 입력을 받아 비례적분을 수행하는 비례적분 제어부(62)와;

   상기 비례적분 제어부(62)의 출력을 입력받아 속도제한양에 의한 제어신호를 출력하는 속도제한부(67)와;

   상기 비례적분 제어부(62)와 상기 속도제한부(67)의 출력을 입력받아 엔티와인드업 제어를 수행하여 그 결과를 상기 비례적분 제어부(62)로 출력하는 엔티와인드업 제어부(68)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 냉연강판 코일의 권취장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 비례적분 제어부(62)는,

   상기 위치편차 연산부(61)의 출력을 입력받아 비례이득으로 증폭시키는 비례이득부(63)와;

   상기 비례이득부(63)의 출력에서 상기 엔티와인드업 제어부(68)의 출력을 감하여 결합시키는 제 1 결합부(64)와;

   상기 제 1 결합부(64)의 출력을 적분시키는 적분부(65)와;

   상기 적분부(65)의 출력과 상기 위치편차 연산부(61)의 출력을 더하여 결합시켜 출력하는 제 2 결합부(66)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 냉연강판 코일의 권취장치.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 엔티와인드업 제어부(68)는,

   상기 비례적분 제어부(62)의 출력에서 상기 속도제한부(67)의 출력을 감하여 결합시키는 제 3 결합부(69)와;

   상기 제 3 결합부(69)의 출력을 입력받아 엔티와인드업 이득으로 증폭시키는 엔티와인드업 이득부(70)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 냉연강판 코일의 권취장치.
6. 제 3 항에 있어서, 상기 위치제어부(60)는,

   엔티와인드업이득(70)은 과도응답을 방지할 수 있는 비례이득(63)에 대해 충분히 큰 값 범위로 설정하여 위치 편차량을 구하는 것을 특징으로 하는 냉연강판 코일의 권취장치.
7. 강판 속도를 감지하고 강판선단부의 진입여부를 감지하며, 슬리브 단차부를 감지하는 제 1 단계(ST11 ~ ST13)와;

   상기 감지된 값에서 위치 편차량을 구하여 위치트래킹을 하고, 위치제어에 의해 속도제어가 되도록 하는 제 2 단계(ST14)(ST15)를 포함하여 수행하는 것을 특징으로 하는 냉연강판 코일의 권취방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 2 단계는,

   "|(권취기까지 남은 거리) / ( π * 맨드릴경) - (π * 맨드릴경)| - (슬리브 단차부 위치) "를 수행하여 위치 편차량을 구하는 것을 특징으로 하는 냉연강판 코일의 권취방법.