KR20090050651A - 압연 조업자의 숙련도 향상을 위한 레벨링 시뮬레이터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제철소 열연공장에서 사상 압연공정에서 압연을 진행하는 과정 중 운전자의 경험에 대부분 의존하고 있는 압연 레벨 조정작업의 숙련도 향상을 위한 가상 조업 훈련 장치에 관한 것이다. 즉, 본 발명은 사상압연에 사용되는 운전 환경과 유사하게 가상의 시스템을 구축하고 이것을 이용해서 운전자가 압연기의 레벨을 조정하는 훈련을 함으로써, 레벨 조정능력을 향상시키고 실제 압연 운전시에 오류를 줄임으로써 품질 향상 및 실수율을 향상시킨다.

시뮬레이션, 압연기, 작업롤, 백업롤, 편파

Description

압연 조업자의 숙련도 향상을 위한 레벨링 시뮬레이터{A leveling simulator for hot rolling mill operator}

본 발명은 압연 조업자의 숙련도 향상을 위한 레벨링 시뮬레이터에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압연 레벨 조정작업의 숙련도 향상을 위한 가상 조업 레벨링 시뮬레이터에 관한 것이다.

일반적으로 제철소의 열연 공정은 재료인 스트립(Strip)을 폭과 두께 방향으로 압연하여, 수요자가 원하는 규격에 부합하는 코일(Coil)을 제조하는 공정을 말한다. 열연 공정은 크게 가열공정, 조압연공정, 사상압연공정, 냉각 및 권취공정으로 이루어진다.

도 1은 열간 압연에서 일반적인 압연기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

압연 공정에는 스크류다운(Screw down) 레벨 조정이 있고, 압연기를 조작하는 운전자가 제품 형상을 확보하기 위해 AGC(Automatic Gauge Control) 유압 실린더를 이용한 레벨 조정이 있다. 스크류 다운 레벨 조정은 압연기 상부의 모터를 통해 스크류를 상·하로 이동시켜 작업롤(Work roll)(10)의 롤 갭(Roll gap)을 조정 하는 것을 말한다. AGC 유압 실린더를 이용한 레벨 조정은 상부 백업롤(Back roll,20)의 양측, 워크사이드(Work Side, 이하 'WS')와 드라이브 사이드(Drive Side, 이하 'DS')에 설치된 각각의 AGC 유압 실린더(30a, 30b)를 이용하여 작업롤(10)의 레벨(Level)을 제어하여 스트립(40)의 양측 두께 변화를 조정하는 것을 말한다. 스크류다운 레벨 조정과 AGC유압 실린더를 이용한 레벨 조정을 통해 한쪽으로 치우쳐서 나타나는 편파(Wave)를 감소시키게 된다. 예를 들면 도 2에 도시한 바와 같이, DS의 롤간 간격이 WS의 롤간 간격에 비해 작을 경우 DS 측의 스트립이 과도하게 얇아지면서 편파가 발생하게 된다. 반대로, WS의 롤간 간격이 좁아지면 WS에서 편차가 발생하여 편파가 발생하게 된다. 그러므로, 운전자는 적절한 레벨 조정(이하, '레벨링: Leveling')을 통하여 편파의 발생을 최소화하여야 한다. 그러나 열간 압연에서의 생산 특성상, 스트립이 고속으로 압연기를 지나가게 되므로 운전자가 육안을 통하여 편파를 확인하고 판단하여 운전실에 위치한 조작 레버로 각각 사상압연기의 상하 이동의 제어를 할 경우, 신속한 제어가 이루어질 수 없다. 현재 이러한 점의 해결을 위해 레벨링(Leveling) 작업의 자동화 연구가 많이 진행되고 있다. 하지만, 이것은 재질 특성의 편차, 압연기의 특성 등 여러 가지 요소에 의해 실용화되고 있지 않다.

한편, 편파(Wave) 발생의 원인은 스트립의 폭 방향 두께 형상, 온도 편차, Camber, Off Centering 등의 소재 편차와 롤의 편마모, 롤의 냉각 편차, 압연기의 WS 및 DS의 성능 편차 등 설비 편차와 같이 다양하다. 전술한 바와 같이 레벨링 작업은 편파에 미치는 영향 인자가 너무나 많고, 그 효과가 6~7개 스탠드로 구성된 사상압연기에서 복합적으로 나타나기 때문에 레벨링 작업에 대한 감을 가지는데 많은 시간이 필요하다. 또한, 레벨링 작업은 어떠한 조작 기준이 마련되어 있지 않아 운전자의 직관적인 판단에 의해서 이루어지고 있으며, 그 숙련도의 차이에 따라 스트립의 품질에 현격한 차이를 발생시키게 된다. 따라서, 아직까지는 대부분 경험 많은 조업자에게만 의존하여 압연기의 레벨링 작업이 이루어지고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 사상압연에 사용되는 운전 환경과 유사하게 가상의 시스템을 구축하고 이것을 이용해서 운전자가 압연기의 레벨을 조정하는 훈련을 실시할 수 있게 해줌으로써, 레벨링 작업 능력을 향상시키고 실제 압연 운전시에 오류를 줄임으로써 제품의 품질 향상 및 실수율을 향상시키는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 압연 조업자의 숙련도 향상을 위한 레벨링 시뮬레이터는, 시뮬레이션 대상 스트립에 대한 레벨 조정 제어신호를 입력하기 위한 레벨 조정부; 상기 레벨 조정 제어신호를 입력받아 실제 압연기의 특성에 기반하여 설계된 식을 바탕으로 연산하여 상기 시뮬레이션 대상 스트립의 레벨조정량을 산출하고, 산출된 레벨조정량을 기초로 실제 압연기의 물리적인 움직임으로 대응되는 시뮬레이션 정보를 발생시키는 제어신호발생부; 상기 제어신호발생부로부터의 시뮬레이션 정보를 디스플레이하기 위한 영상표시부; 및 상기 각 구성부들의 전반적인 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함한다.

특히, 상기 레벨 조정부는, 상기 시뮬레이션 대상 스트립의 양측 두께를 조정할 수 있는 조작 스위치 및 조작 레버를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어신호발생부는, 편파유발인자를 랜덤(Random) 생성한 뒤 편파 예측 모델을 이용하여 상기 시뮬레이션 대상 스트립에 편파를 발생시키고, 편파가 발생된 상기 시뮬레이션 대상 스트립의 시뮬레이션 정보를 산출하여 상기 영상표시부에 출력하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 편파유발인자는 소재 편차와 설비 편차를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부는, 상기 레벨조정량을 통해 시뮬레이션 대상 스트립에 대해 얼마만큼의 보상이 이루어졌는지를 수치화하여 상기 영상표시부를 통해 표시하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어부는, 일정기준에 따라 레벨 조정작업의 성과를 평가하여 점수로 산출하고, 이를 누적시켜 상기 영상표시부를 통해 표시하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같은 구성에 의해서, 조업자가 실제 조업에 들어가기 전에 레벨링 훈련을 할 수 있기 때문에 조업자의 레벨링 작업에 대한 감을 익히는데 많은 도움이 된다. 또한, 동일한 형상 문제를 일정 횟수만큼 발생시켜 운전자가 그 문제를 해결하기 위한 레벨링 작업을 반복적으로 훈련 및 학습하게 할 수 있다. 따라서, 레벨링 작업 능력을 향상시키고 실제 압연 운전시에 오류를 줄일 수 있게 해줌으로써 제품의 품질 향상 및 실수율을 향상시킬 수 있다.

본 발명을 첨부된 도면을 참조하면 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 사용하며, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발 명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레벨링 시뮬레이터를 상세하게 설명하기위한 블럭도이다.

본 발명의 일실시예에 따른 레벨링 시뮬레이터는, 시뮬레이션 대상 스트립에 대한 레벨 조정 제어신호를 입력하기 위한 레벨 조정부(100), 레벨 조정부(100)에서 입력되는 레벨 조정 제어신호를 처리하고 이에 대응되는 시뮬레이션 정보를 발생시키기 위한 제어신호발생부(200), 제어신호발생부(200)의 시뮬레이션 정보를 디스플레이하기 위한 영상표시부(300), 상기 각 구성부들의 전반적인 동작을 제어하기 위한 제어부(400)를 포함한다. 한편, 본 발명의 일실시예에 따른 레벨링 시뮬레이터는 운전자가 레벨 조정 훈련을 통해 실제 압연기 레벨조정시 효과적으로 작업을 수행할 수 있도록 실제 압연기 운전환경과 최대한 유사하도록 구현된다.

레벨 조정부(100)는 운전자의 조작에 의하여 레벨 조정 제어신호를 발생시키기 위한 것으로, 편파 유발 인자에 따라 시뮬레이션 대상 스트립에 발생 된 편파를 해결할 수 있도록(즉, 정상적인 시뮬레이션 대상 스트립이 발생될 수 있도록) 사용자가 적절한 제어신호를 입력할 수 있는 조작 스위치(110a) 및 조작 레버(110b) 등을 포함한다. 이때, 조작 스위치(110a) 및 조작 레버(110b)는 실제 압연기 레벨 조 정환경과 동일 또는 유사하게 구현되는 것이 바람직하다. 예를 들면, DS 및 WS 측의 롤 간 간격을 조절할 수 있는 조작 레버(110b)가 구비된다. 이에, DS 측의 스트립이 과도하게 얇아지면서 편파가 발생하는 경우 DS 측의 롤 간 간격을 조절할 수 있는 조작 레버(110b)를 통해 DS측의 롤 간 간격을 넓혀줌으로써 시뮬레이션 대상 스트립에 대한 편파를 제어하게 된다. 반대로, WS 측의 스트립이 과도하게 얇아지면서 편파가 발생하는 경우 WS 측의 롤 간 간격을 조절할 수 있는 조작 레버(110b)를 통해 WS측의 롤 간 간격을 넓혀줌으로써 시뮬레이션 대상 스트립의 레벨을 조정하게 된다.

제어신호 발생부(200)는 압연기의 레벨을 조정하는 훈련을 시뮬레이션(Simulation)하기 위한 모든 연산을 담당한다. 제어신호 발생부(200)는 레벨 조정부(100)로부터 입력되는 신호를 기초로 실제 사용되고 있는 압연기의 특성에 기반하여 설계된 식을 바탕으로 연산한 뒤, 그 결과값에 기초하여 시뮬레이션 대상 스트립의 레벨조정량을 산출하고, 산출된 레벨조정량을 기초로 시뮬레이션 대상 스트립에 발생된 문제를 해결할 수 있도록 압연기의 물리적인 움직임으로 대응되는 시뮬레이션 제어신호를 발생시키는 결과데이터 발생장치(210a), 결과데이터 발생장치(210a)의 제어에 따라 시뮬레이션 대상 스트립의 시뮬레이션 정보를 산출하며, 편파(Wave)유발인자 정보를 데이터 베이스(210c)로부터 입력받아 편파 예측 모델을 이용하여 시뮬레이션 대상 스트립의 시뮬레이션 정보를 산출하기 위한 시뮬레이션부(210b), 및 실제 압연기 운전환경과 최대한 유사하도록 시뮬레이션하기 위한 정보 및 편파유발인자 정보를 제공하기 위한 데이터 베이스(210c)를 포함한다.

데이터 베이스(210c)의 편파유발인자 정보로는 시뮬레이션 대상 스트립의 폭 방향 두께 및 형상, 온도 편차, Camber, Off Centering 같은 소재 편차와 롤의 편마모, 롤의 냉각 편차, 압연기의 WS(Work Side) 및 DS(Drive Side)의 성능 편차와 같은 설비 편차 등이 있다.

제어부(400)는 상기한 레벨조정량을 통해 시뮬레이션 대상 스트립에 대해 얼마만큼의 보상이 이루어졌는지를 수치화하여 영상표시부(300)를 통해 표시한다. 그리고, 제어부(400)는 정해진 기준에 따라 레벨 조정작업의 성과를 평가하여 점수로 산출한다. 그리고, 이를 누적시켜 운전자가 자신의 레벨 조정 숙련도가 얼마나 나아졌는지를 평가할 수 있도록 영상표시부(300)를 통해 표시한다. 따라서, 운전자는 자신의 레벨조정으로 인해 얼마만큼의 양으로 보상이 이루어졌는지를 직관적으로 알 수 있게 된다. 따라서, 운전자가 실제 작업환경을 직접 인지하는 것과 같은 환경을 운전자에게 제공해줌으로써 실제조업에서 운전자의 적응이 용이하도록 도와줄 수 있게 된다.

이하에서는, 본 발명의 일실시예에 따른 레벨링 시뮬레이터의 동작과정을 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레벨링 시뮬레이터의 동작과정을 상세하게 설명하기 위한 흐름도이다.

제어신호발생부(200)는 편파(Wave)유발 인자를 랜덤(Random) 생성한 뒤 편파 예측 모델을 이용하여 시뮬레이션 대상 스트립에 편파를 발생시키고, 편파가 발생된 시뮬레이션 대상 스트립의 시뮬레이션 정보를 산출하여 제어부(400)에 출력한다(S10). 제어부(400)는 산출된 시뮬레이션 정보를 입력받아 편파가 발생된 시뮬레이션 대상 스트립의 이미지를 영상표시부(300)를 통해 표시한다(S20). 이때 영상표시부(300)를 통해 표시되는 이미지는 실제 압연환경과 최대한 유사하도록 구현된다. 운전자가 영상표시부(300)를 통해 표시되는 이미지를 통해 시뮬레이션 대상 스트립에 발생된 편파를 인식하면, 레벨 조정부(100)를 통해 시뮬레이션 대상 스트립의 레벨을 조정하게 된다. 이때, 운전자는 영상표시부(300)를 통해 표시되는 이미지를 보면서 편파발생이 최소화되는 방향으로 시뮬레이션 대상 스트립의 레벨 조정을 하게 된다(S30). 제어신호 발생부(200)는 레벨 조정부(100)로부터 제어신호를 입력받아 실제 사용되고 있는 압연기의 특성에 기반하여 기설계된 식을 바탕으로 연산한 뒤, 그 결과값에 기초하여 레벨조정량을 산출하게 된다. 산출된 레벨 조정량은 가상으로 발생 된 문제를 해결할 수 있도록 압연기의 물리적인 움직임으로 가정되어 시뮬레이션 대상 스트립에 적용된다(S50). 그리고, 제어부(400)는 상기 레벨 조정량을 통해 시뮬레이션 대상 스트립에 발생된 편파가 얼마만큼 보상되었는지를 수치화시켜 영상표시부(300)를 통해 표시하게 된다(S60). 이에, 운전자는 자신의 레벨조정으로 인해 얼마만큼의 양으로 보상이 이루어졌는지를 직관적으로 알 수 있게 된다. 따라서, 운전자가 실제 작업환경을 직접 인지하는 것과 같은 환경을 운전자에게 제공해줌으로써 실제조업에서 운전자의 적응이 용이하도록 도와줄 수 있게 된다. 상술한 과정은 운전자에 의해 압연 과정을 종료할 때까지 계속된다(S70). 본 발명의 시뮬레이터를 통한 압연과정이 모두 종료되면, 제어부(400)는 정해진 기준에 따라 레벨 조정작업의 성과를 평가하여 점수로 산출한다. 그리고, 이를 누적시켜 운전자가 자신의 레벨 조정 숙련도가 얼마나 나아졌는지를 평가할 수 있도록 영상표시부(300)를 통해 표시한다(S80).

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져는 안될 것이다.

도 1은 열간 압연에서 일반적인 압연기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.

도 2는 열간 압연 중 스트립에 발생하는 편파현상을 설명하기 위한 도면이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레벨링 시뮬레이터를 상세하게 설명하기 위한 블럭도이다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레벨링 시뮬레이터의 동작과정을 상세하게 설명하기 위한 흐름도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>

10 : 작업롤 20 : 백업롤

30a : WS측 AGC유압 실린더 30b : DS측 AGC유압 실린더

40 : 스트립 100 : 레벨 조정부

110a : 조작스위치 110b : 조작레버

200 : 제어신호 발생부 210a : 결과 데이터 발생장치

210b : 시뮬레이션부 210c : 데이터 베이스

300 : 영상 표시부 400 : 제어부

Claims (6)

1. 시뮬레이션 대상 스트립에 대한 레벨 조정 제어신호를 입력하기 위한 레벨 조정부;

   상기 레벨 조정 제어신호를 입력받아 실제 압연기의 특성에 기반하여 설계된 식을 바탕으로 연산하여 상기 시뮬레이션 대상 스트립의 레벨조정량을 산출하고, 산출된 레벨조정량을 기초로 실제 압연기의 물리적인 움직임으로 대응되는 시뮬레이션 정보를 발생시키는 제어신호발생부;

   상기 제어신호발생부로부터의 시뮬레이션 정보를 디스플레이하기 위한 영상표시부; 및

   상기 각 구성부들의 전반적인 동작을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 압연 조업자의 숙련도 향상을 위한 레벨링 시뮬레이터.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 레벨 조정부는,

   상기 시뮬레이션 대상 스트립의 양측 두께를 조정할 수 있는 조작 스위치 및 조작 레버를 포함하는 것을 특징으로 하는 압연 조업자의 숙련도 향상을 위한 레벨링 시뮬레이터.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 제어신호발생부는,

   편파유발인자를 랜덤(Random) 생성한 뒤 편파 예측 모델을 이용하여 상기 시뮬레이션 대상 스트립에 편파를 발생시키고, 편파가 발생된 상기 시뮬레이션 대상 스트립의 시뮬레이션 정보를 산출하여 상기 영상표시부에 출력하는 것을 특징으로 하는 압연 조업자의 숙련도 향상을 위한 레벨링 시뮬레이터.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 편파유발인자는 소재 편차와 설비 편차를 포함하는 것을 특징으로 하는 압연 조업자의 숙련도 향상을 위한 레벨링 시뮬레이터.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 제어부는,

   상기 레벨조정량을 통해 시뮬레이션 대상 스트립에 대해 얼마만큼의 보상이 이루어졌는지를 수치화하여 상기 영상표시부를 통해 표시하는 것을 특징으로 하는 압연 조업자의 숙련도 향상을 위한 레벨링 시뮬레이터.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 제어부는,

   일정기준에 따라 레벨 조정작업의 성과를 평가하여 점수로 산출하고, 이를 누적시켜 상기 영상표시부를 통해 표시하는 것을 특징으로 하는 압연 조업자의 숙 련도 향상을 위한 레벨링 시뮬레이터.

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