KR20030024339A - 열간 사상압연기의 장력제어시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

열간 사상압연기의 장력제어시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 압연강판의 선단부가 열간 사상압연 스탠드들 사이에 위치하였을 때에 가해지는 장력의 편차를 제어하여 압연강판 선단부의 품질불량을 예방하는 사상압연기의 장력제어시스템 및 그 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명은 다수의 스탠드로 구성된 사상압연기의 후단스탠드에 압연강판이 진입하는 시점(t0)부터 전 스탠드에 압연강판이 걸쳐 가속되는 가속시점(α)까지 전단스탠드의 작업롤의 회전속도를 제어하여 압연강판의 장력을 제어하는 장력제어시스템에 있어서, 상기 스탠드의 작업롤 회전속도 명령치와 가속시각 및 압연강판의 사양의 정보를 저장하고 있는 SCC(Supervisory Control Computer)와, 상기 SCC로부터 상기 작업롤 회전속도 명령치와 가속시각을 입력받으며, 상기 후단스탠드에 압연강판의 선단이 진입한 시점을 인식하고 전후단 스탠드의 작업롤 회전속도를 피드백신호로 입력받는 데이터 수집부 및, 상기 전후단 스탠드의 작업롤 속도 편차(ΔVRi,i+1)로부터 상기 압연강판의 선단이 후단스탠드에 진입하는 시점의 전후단스탠드의 작업롤 회전속도 편차(ΔVR,Lockon)가 임의의 게인값(β)보다 클 경우에 전단스탠드의 작업롤 회전속도 보상량(ΔVRi,compen)을 계산하고 전단스탠드의 작업롤의 회전속도를 제어하는 마이크로프로세서를 포함하는 장력제어시스템이 제공된다.

Description

열간 사상압연기의 장력제어시스템 및 그 제어방법{Tension control system of hot strip mill and its control method}
본 발명은 압연강판의 선단부에 걸리는 장력을 제어하는 시스템 및 그 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전단 스탠드와 후단 스탠드의 사이에 위치한 루터의 작동 전에 압연강판에 걸리는 장력을 측정하여 전단 스탠드와 후단 스탠드의 압연속도를 제어하여 압연강판의 장력을 제어하는 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로, 루퍼(Looper)는 다수 개의 열간 사상압연기들 사이에 위치하여 전후단 압연기의 압연속도 및 압하율의 변동에 기인한 압연강판의 장력변동을 완화시키는 장치이다.
상기한 루퍼는 강판의 장력을 일정하게 유지하여 통판성을 양호하게 할 뿐 아니라 강판의 폭을 균일하게 유지시키는 역할을 한다.
따라서, 루퍼는 적정한 장력 제어와 높이 제어가 이루어져야 하는데, 루퍼의 제어가 불량한 상태에서는 강판의 장력 변화 때문에 압연강판의 두께 제어가 효과적으로 이루어지지 않으며, 그 때문에 제품의 두께 변화율이 커져서 두께 및 폭 적중률이 떨어지므로 제품에 막대한 영향을 초래한다.
기존의 루퍼 제어방식은 후단 스탠드(이하에서는 'I+1스탠드'라 함.)에 압연강판이 진입하고, 약 0.1초 후에 루퍼가 기동하기 시작하여 약 0.6초 이후에 루퍼 비례적분(PI)제어가 개시된다. 이와 같이, 압연강판의 선단부가 후단 스탠드에 진입하여 루퍼의 제어가 개시되기 전까지는 장력제어가 이루어지지 않기 때문에 루퍼제어가 이루어지기 전까지의 압연강판의 선단부는 품질불량이 발생한다.
한편, 상기한 루퍼의 구성 및 작동관계를 설명하면, 도1에 도시된 바와 같이, 루퍼는 인접한 전단스탠드(이하에서는 'I스탠드'라 함.)와 I+1스탠드의 작업롤(1, 1') 사이에 위치하며, 루퍼(10)는 루퍼롤(3)과 루퍼 암(4)으로 이루어져 있다. 루퍼롤(3)이 압연강판(2)의 밑면을 지지하는 상태에서 상하방향으로 이동하면서 압연강판(2)의 장력을 일정하게 유지시키는 역할을 한다.
여기서, 상기한 루퍼롤(3)은 하중센서(load cell)(도면에 도시안됨)를 구비하는데, 이 하중센서에서 측정된 강판(2)의 장력과 목표 장력과의 오차를 줄이기 위하여 루퍼각도를 제어한다.
상기한 루퍼각도를 제어하는 방법은 먼저, 루퍼각도(θ)를 검출하여 루퍼 구동계(6), 즉 루퍼 암(4)을 회전시키는 루퍼 모터로 피드백(feedback)하여 상기 검출된 루퍼각도(θ)가 목표 각도가 되도록 조절한다.
또한, 검출된 루퍼각도(θ)는 높이제어기(8)를 통해 회전속도 목표치를 계산하고 메인 모터(7)로 입력되어, 메인 모터(7)의 회전속도를 조절함으로 작업롤(1,1')의 회전속도를 제어한다.
이때, 루퍼 구동계(6)는 강판(2)이 I+1스탠드에 진입되고 0.1초 후에 루퍼 구동계(6)를 움직이게 하는 전류로 인하여 구동하게 되는 바, 약 0.6초 후에 비례적분제어(PI제어)에 의한 높이제어기의 출력에 따라서 루퍼제어가 시작된다.
그러나, 앞에서 간단히 설명한 바와 같이, 루퍼가 동작하여 약 0.2~0.3초 후에는 루퍼(10)가 압연강판(2)에 닿게 되지만, 이 시점에서는 루퍼(10)의 비례적분제어가 없는 상황이고, 목표각도까지 상승하기 위한 루퍼(10)의 응답성도 크게 떨어지게 된다.
따라서, 상기한 바와 같이 설정된 시간은 압연강판(2)의 강종이나 사이즈에 따라서 제어시점이 늦어지는 원인이 되며, 이로 인해 압연강판(2)의 선단부는 품질불량이 발생하게 된다.
본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 전단 스탠드와 후단 스탠드의 작업롤 회전속도 편차로부터 장력을 예측하여 제어함으로써, 루퍼의 비례적분제어가 수행되기 전에 루퍼를 통과하는 압연강판의 선단부의 품질을 향상시킬 수 있는 열간 사상압연기의 장력제어시스템 및 그 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 기술에 따른 열간압연 루퍼제어의 구조를 도시한 개략도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 열간 사상압연기의 장력제어시스템의 개략도이며,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 열간 사상압연기의 장력제어방법에 따른 흐름도이다.
♠도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠
1 : I스탠드의 작업롤 1' : I+1스탠드의 작업롤
2 : 강판 3 : 루퍼롤
4 : 루퍼 암(arm) 5 : 로드셀(Load Cell)
6 : 루퍼 구동계 7 : 메인 모터
8 : 높이제어기 10 : 루퍼
20 : 데이터 수집 시스템 30 : 마이크로 프로세서
40 : SCC(Supervisory Control Computer)
앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 다수의 스탠드로 구성된 사상압연기의 후단스탠드에 압연강판이 진입하는 시점(t0)부터 전 스탠드에 압연강판이 걸쳐 가속되는 가속시점(α)까지 전단스탠드의 작업롤의 회전속도를 제어하여 압연강판의 장력을 제어하는 장력제어시스템에 있어서, 상기 스탠드의 작업롤 회전속도 명령치와 가속시각 및 압연강판의 사양의 정보를 저장하고 있는 SCC(Supervisory Control Computer)와, 상기 SCC로부터 상기 작업롤 회전속도 명령치와 가속시각을 입력받으며, 상기 후단스탠드에 압연강판의 선단이 진입한 시점을 인식하고 전후단 스탠드의 작업롤 회전속도를 피드백신호로 입력받는 데이터 수집부 및, 상기 전후단 스탠드의 작업롤 속도 편차(ΔVRi,i+1)로부터 상기 압연강판의 선단이 후단스탠드에 진입하는 시점(t0)의 전후단스탠드의 작업롤 회전속도 편차(ΔVR,Lockon)가 임의의 게인값(β)보다 클 경우에 전단스탠드의 작업롤 회전속도 보상량(ΔVRi,compen)을 계산하고 전단스탠드의 작업롤의 회전속도를 제어하는 마이크로프로세서를 포함하는 장력제어시스템이 제공된다.
또한, 본 발명의 상기 마이크로프로세서는 상기 전단스탠드의 작업롤의 회전속도 보상량(ΔVRi,compen)을 상기 전단스탠드의 작업롤의 회전속도에 적용함에 있어, 상기 SCC에 저장된 전단스탠드 작업롤의 회전속도 명령치(VRi,ref)와 상기 보상량(ΔVRi,compen)을 곱하여 전단스탠드의 작업롤 회전속도를 제어한다.
또한, 본 발명에 따르면, 다수의 스탠드로 구성된 사상압연기의 후단스탠드에 압연강판이 진입하는 시점(t0)부터 전 스탠드에 압연강판이 걸쳐 가속되는 가속시점(α)까지 전단스탠드의 작업롤의 회전속도를 제어하는 장력제어방법에 있어서, 상기 압연강판의 선단이 후단스탠드에 진입하는 시각(t0)을 확인하는 단계와, 상기 후단스탠드에 압연강판이 진입하는 락온상태에서의 전후단스탠드의 작업롤 회전속도 편차로서 전후단스탠드 작업롤 회전속도 편차(ΔVR,Lockon)를 구하는 단계와, 장력제어를 하고자 하는 시각(t)이 상기 후단스탠드에 압연강판의 선단이 진입하는 시각(t0)부터 상기 가속시각(α) 내에 포함되는지를 판단하는 단계와, 장력제어를 하고자 하는 시각(t)이 진입하는 시각(t0)부터 가속시각(α) 내에 포함되면 전후단스탠드의 작업롤 회전속도 편차(ΔVRi,i+1)에 대한 락온상태의 회전속도편차(ΔVR,Lockon)의 비가 임의의 게인(β)보다 큰지를 판단하는 단계와, 상기 작업롤 회전속도 편차(ΔVRi,i+1)에 대한 락온상태의 회전속도편차(ΔVR,Lockon)의 비가 임의의 게인(β)보다 클 경우에는 전단스탠드에 롤 속도 보상량을 구하는 단계와, 상기 롤 속도 보상량에 전단스탠드의 롤 속도 명령치를 곱하여 전단스탠드의 회전속도를 제어하는 단계를 포함하는 장력제어방법이 제공된다.
아래에서, 본 발명에 따른 열간 사상압연기의 장력제어시스템 및 그 제어방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.
도면에서, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 열간 사상압연기의 장력제어시스템의 개략도이며, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 열간 사상압연기의 장력제어방법에 따른 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 열간 사상압연기의 장력제어시스템은 사상압연기를 구성하는 각 스탠드의 작업롤 회전속도 명령치, 가속시각 및, 각종 압연강판의 사양에 따른 설정값을 저장하고 그들 정보데이터를 송신하는 SCC(Supervisory Control Computer)(40)와, 각 스탠드의 실측 데이터들을 수집하는 데이터 수집 시스템(20)과, 이와 같이 데이터 수집 시스템(20)에 수집된 실측 데이터와 SCC(40)로부터 송신된 정보데이터를 이용하여 계산과정 및 판단과정을 수행하는 마이크로프로세서(30)를 포함한다.
그리고, I스탠드 및 I+1스탠드의 각 작업롤(1, 1')은 메인 모터(7)에 의해 회전하게 되고, 이런 메인 모터(7)에서의 회전속도, 즉 롤 회전속도는 데이터 수집 시스템(20)으로 입력된다. 또한, 각 스탠드에는 압하량을 측정하기 위한 로드셀(5)이 설치되는데, 이런 로드셀(5)에서 측정되는 압하량 또한 데이터 수집 시스템(20)으로 입력된다.
그리고, 루퍼 구동계는 루퍼각도(θ)를 검출하여 루퍼 암을 회전시키는 루퍼모터로 피드백하여 상기 검출된 루퍼각도(θ)가 목표 각도가 되도록 조절한다. 또한, 검출된 루퍼각도(θ)는 높이제어기를 통해 회전속도 목표치를 계산하고 전단 스탠드의 작업롤을 회전시키는 메인 모터로 입력되어 메인 모터(8)의 회전속도를 조절함으로 작업롤(1,1')의 회전속도를 제어한다.
아래에서는 앞에서 설명한 구성관계를 갖는 장력제어방법에 따른 알고리즘에 관하여 설명하겠다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 단계(S1)로서, SCC(40)로부터 I, I+1스탠드 작업롤의 회전속도 명령치(VR)와, 가속시각(α) 및, 각종 압연강판(2)의 사양에 따른 설정값 등을 읽어 들인다. 여기에서, 가속시각이란, 다수 개의 스탠드들 중에서 최후단 스탠드까지 압연강판(2)이 통판되고 난 후에 압연속도를 가속하는 시점을 말하며, 이런 가속시각은 작업지시에 의해 설정된다.
제2 단계(S2)에서는 데이터 수집 시스템(20)으로부터 압연강판(2)의 선단이I+1스탠드에 진입하였는가를 확인한다. 이때, 압연강판(2)의 선단이 I+1스탠드에 진입하였는지는 I+1스탠드에 설치된 로드셀(5)에 의해 감지된다. 압연강판(2)의 선단이 I+1스탠드의 작업롤(1')의 사이로 진입하게 되면, 압연강판(2)의 두께에 따라 로드셀(5)에서 측정된 하중이 변화하게 되고, 변화하는 하중은 데이터 수집 시스템(20)으로 입력되면서, 데이터 수집 시스템(20)에서는 압연강판(2)의 선단이 I+1스탠드에 진입한 시각(t0)을 확인한다.
이와 같이, I+1스탠드에 압연강판(2)의 선단이 진입시각(t0)을 확인하는 이유는 I 스탠드와 I+1번 스탠드의 각 작업롤(1, 1')에 압연강판(2)이 걸쳐 있는 상태에서 장력이 발생하기 때문에 장력이 걸리는 시각을 검출하기 위해 I+1스탠드에 압연강판(2)의 선단이 진입하는 시각(t0)을 확인한다.
제3 단계(S3)는 I+1스탠드에 압연강판(2)이 진입한 순간에, I스탠드와 I+1스탠드의 작업롤 회전속도를 수집한다. 그리고, 이때의 상태를 락온(Lockon) 상태라 하고, 이때의 각 작업롤(1, 1')의 회전속도 편차(ΔVR,Lockon)를 하기의 수학식 1로부터 구한다.
여기에서, VRI+1은 I+1스탠드의 작업롤 회전속도이고, VRI는 I스탠드의 작업 롤 회전속도이다.
제4 단계(S4)는 본 발명의 한 실시예에 따른 장력제어가 수행되는 시각(t) 즉, 압연강판(2)의 선단인 I+1스탠드에 진입하는 시각(t0)에서부터 압연강판(2)이 다수 개의 스탠드에 통판되어 가속되는 시점인 가속시각(α)까지의 시간범위 내에 포함되는지를 판단한다.
장력제어가 수행되는 시각(t)이 진입시각(t0)에서 가속시각(α)의 사이에 포함되지 않을 경우에는 본 발명의 장력제어를 수행하지 않는다. 이때에는 이미 루퍼의 장력제어가 수행되기 때문이며, 본 발명의 한 실시예에 따른 장력제어방법은 루퍼(10)에 의한 장력제어가 이루어지기 이전인 진입시각(t0)으로부터 루퍼 장력제어가 수행되는 약 0.6~1초 까지의 장력을 제어하기 위함이다.
제4 단계(S4)에서 장력제어가 적용되는 시점이 진입시각에서부터 가속시각의 시간범위 내에 포함될 경우에는 다음 단계(제5 단계)로서, 데이터 수집 시스템(20)에 의한 I스탠드와 I+1스탠드의 작업롤 회전속도를 제어하는 단계가 수행된다.
제5 단계(S5)에서는 I스탠드와 I+1스탠드의 작업롤 회전속도를 데이터 수집 시스템(20)에서 측정하여 그 회전속도의 편차(ΔVRi,i+1)를 구한다. 그리고, 회전속도의 편차(ΔVRi,i+1)가 제3 단계(S3)에서 계산한 락온(Lockon) 상태의 작업롤 회전속도의 편차(ΔVR,Lockon)보다 β배 크기를 갖는지 판단한다.
여기에서, β배는 압연공장의 특성에 따라 또는 스탠드에 따라서 달라질 수 있는 게인으로써, 일반적으로 1~10까지의 크기로 튜닝된다.
회전속도의 편차(ΔVRi,i+1)가 제3 단계(S3)에서 계산한 락온(Lockon) 상태의 작업롤 회전속도의 편차(ΔVR,Lockon)보다 β배이상 크게 되면, 속도 보상량을 구하는 제6 단계(S6)가 수행된다. 속도 보상량은 하기의 수학식 2와 같이 구한다.
여기에서, ΔVRi,compen은 I 스탠드 작업롤의 회전속도 보상량이고, ΔVRi,i+1은 I,I+1스탠드 사이의 작업롤의 회전속도 편차이며, ΔVR,Lockon은 락온상태에서의 I,I+1스탠드 사이의 작업롤의 회전속도 편차이다.
한편, 제7 단계(S7)에서는 I스탠드와 I+1스탠드의 사이에 위치한 압연강판(2)에 장력이 과도하게 걸릴 경우에는 작업롤(1, 1')의 회전속도의 명령치는 기존의 작업롤의 회전속도 명령치에 롤 속도 보상량을 곱한 I스탠드 작업롤의 회전속도 명령치를 수학식 3과 같이 계산한다.
여기에서, VRi,ref는 I스탠드 작업롤의 회전속도 명령치(SCC에서 설정됨)이다.
그리고, 제8 단계(S8)는 상기에서 구해진 I스탠드 작업롤(1)의 회전속도 명령치를 I스탠드의 작업롤 회전속도에 적용하여 압연강판(2)의 선단부의 장력을 제어한다.
앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 열간 사상압연기의 장력제어시스템 및 그 제어방법은 압연강판의 선단이 I+1스탠드에 진입하는 시각(t0)부터 압연속도를 높이기 위해서 가속하는 시각(α)까지의 루퍼제어가 어려운 상태의 압연강판의 선단의 장력을 제어함으로써, 품질이 양호한 압연강판으로 압연할 수 있다는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 열간 사상압연기의 장력제어시스템 및 그 제어방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (3)

  1. 다수의 스탠드로 구성된 사상압연기의 후단스탠드에 압연강판이 진입하는 시점(t0)부터 전(全) 스탠드에 압연강판이 걸쳐 가속되는 가속시점(α)까지 전단스탠드의 작업롤의 회전속도를 제어하여 압연강판의 장력을 제어하는 장력제어시스템에 있어서,
    상기 스탠드의 작업롤 회전속도 명령치와 가속시각 및 압연강판의 사양의 정보를 저장하고 있는 SCC(Supervisory Control Computer)와;
    상기 SCC로부터 상기 작업롤 회전속도 명령치와 가속시각을 입력받으며, 상기 후단스탠드에 압연강판의 선단이 진입한 시점을 인식하고 전후단 스탠드의 작업롤 회전속도를 피드백신호로 입력받는 데이터 수집부 및;
    상기 전후단 스탠드의 작업롤 속도 편차(ΔVRi,i+1)로부터 상기 압연강판의 선단이 후단스탠드에 진입하는 시점(t0)의 전후단스탠드의 작업롤 회전속도 편차(ΔVR,Lockon)가 임의의 게인값(β)보다 클 경우에 전단스탠드의 작업롤 회전속도 보상량(ΔVRi,compen)을 계산하고 전단스탠드의 작업롤의 회전속도를 제어하는 마이크로프로세서;를 포함하는 것을 특징으로 하는 장력제어시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로프로세서는 상기 전단스탠드의 작업롤의 회전속도 보상량(ΔVRi,compen)을 상기 전단스탠드의 작업롤의 회전속도에 적용함에 있어, 상기 SCC에 저장된 전단스탠드 작업롤의 회전속도 명령치(VRi,ref)와 상기 보상량(ΔVRi,compen)을 곱하여 전단스탠드의 작업롤 회전속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 장력제어시스템.
  3. 다수의 스탠드로 구성된 사상압연기의 후단스탠드에 압연강판이 진입하는 시점(t0)부터 전(全) 스탠드에 압연강판이 걸쳐 가속되는 가속시점(α)까지 전단스탠드의 작업롤의 회전속도를 제어하는 장력제어방법에 있어서,
    상기 압연강판의 선단이 후단스탠드에 진입하는 시각(t0)을 확인하는 단계와,
    상기 후단스탠드에 압연강판이 진입하는 락온상태에서의 전후단스탠드의 작업롤 회전속도 편차로서 전후단스탠드 작업롤 회전속도 편차(ΔVR,Lockon)를 구하는 단계와,
    장력제어를 하고자 하는 시각(t)이 상기 후단스탠드에 압연강판의 선단이 진입하는 시각(t0)부터 상기 가속시각(α) 내에 포함되는지를 판단하는 단계와,
    장력제어를 하고자 하는 시각(t)이 진입하는 시각(t0)부터 가속시각(α) 내에 포함되면 전후단스탠드의 작업롤 회전속도 편차(ΔVRi,i+1)에 대한 락온상태의 회전속도편차(ΔVR,Lockon)의 비가 임의의 게인(β)보다 큰지를 판단하는 단계와,
    상기 작업롤 회전속도 편차(ΔVRi,i+1)에 대한 락온상태의 회전속도편차(ΔVR,Lockon)의 비가 임의의 게인(β)보다 클 경우에는 전단스탠드에 롤 속도 보상량을 구하는 단계와,
    상기 롤 속도 보상량에 전단스탠드의 롤 속도 명령치를 곱하여 전단스탠드의 회전속도를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 장력제어방법.
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