KR850000507B1 - 텐덤 압연기의 제어장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

텐덤 압연기의 제어장치

제1도는 본 발명의 구체적 블럭도.

제2도는 제1도의 속도 제어장치의 하아드 웨어배열의 1 예를 설명하기 위한 블럭도.

제3도는 제2도의 속도 제어장치의 하아드 웨어배열의 1 예를 설명하기 위한 블럭도.

제4도는 제2도의 모우터 제어장치의 하아드 웨어배열의 1 예를 설명하기 위한 블럭도이다.

본 발명은 텐덤 압연기의 제어장치에 관한 것이며, 특히 스트립에 대한 압연기 출구측에서의 게이지 및 압연기 스탠드간의 장력을 소정값으로 제어하는 압연기 제어장치에 관한 것이다.

종래 텐덤 압연기의 제어장치로는 주로 판 두께를 소정값으로 제어하는 자동게이지 제어방식(AGC)이 알려져 있다. 또 압연기 스탠드간의 장력을 소정값으로 제어하는 자동 장력제어장치(Automatic Tension control system)가 알려져 있다. 이러한 AGC나 ATC는 여러가지 종류의 장치가 알려져 있다.

예를들면 AGC로서는 후크의 법칙(Hook's Law)을 이용한 게이지 측정방법에 의한 AGC라든가, 질량흐름(Mass Flow) 일정의 법칙을 이용한 AGC(예를들면, 미국특허 제3,600,920호, 미국특허 제4030326호 등)라든지, 또는 두께 측정기를 설치하여 이 두께 측정기에 의하여 두께 편차를 구하므로 그 편차가 영이 되도록 제어하는 장치 등이 있다. 또한 이러한 여러가지 AGC를 적당히 조합한 AGC 등도 잘 알려져 있다. 예를들면 서독특허 공개공보 제2713301호 등도 하나의 실예이다. 그리고 ATC로서는 직접 스탠드간의

그러나 종래의 AGC나 ATC는, 주로 게이지를 측정하거나 장력만을 소정값으로 제어하도록 되어 있어 게이지와 장력을 동시에 소정값으로 제어하기 위한 최적의 제어장치로 구성되어 있지 않다. 즉, 종래의 AGC나 ATC는 각각 그들 장치가 독립적으로 동작하도록 구성되어 있어, 이들 게이지와 장력을 동시에 제어하는데 있어 장치 상호간에 간섭이 발생하고, 정밀한 제어를 할 수 없게 한다. 즉 장력변화에 의하여 판두께가 변화하고, 반대로 두께가 변화하면 장력도 변화하지만, 두께 제어장치와 장력 제어장치의 응답의 차가 있게 되면서 상호간의 동작에 간섭이 발생하므로 헌팅(Hunting) 현상을 일으키거나 각 제어장치의 능력을 완전히 취할 수 없게 된다.

열간압연에서는 장력의 제어에 루우퍼를 사용하고 있으나 기계적 요소 때문에 정비 보수유지에 많은 노력이 필요하게 되어 유지보수가 어려우며, 스탠드간에 루우퍼가 설치되어 있기 때문에 정밀한 제어를 하기 위하여 검출기나 제어작치를 설치할 수가 없었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 결점을 제거하여 이러한 문제점을 해결하는 제어장치를 제공하는 것이다. 본 발명은 디지틀 계산기를 사용하여 일정시간마다 판의 두께와 장력의 상태를 측정하여 그 이후의 시간에 따른 두께 및 장력 변화량의 분산을 최소로 하는 로울 개도(開度) 및 로울 회전속도의 수정량을 결정하도록 제어하는 장치이며, 이 장치의 두께의 측정은 후크의 법칙을 이용한 게이지 측정장치의 연산값 또는 체적속도 일정법칙(法則)을 이용한 질량흐름의 측정값을 연산하고, 이러한 연산값 출력을

본 발명을 첨부도면에 의거하여 상세히 기술하면 다음과 같다.

먼저 본 발명의 원리에 대하여 상세히 설명한다. 연속 압연기에서의 각 압연스탠드의 출구측 판두께는 로울의 개도, 장력, 변형저항, 입구측 판두께의 변화에 따라 변동한다는 것은 이미 잘 알려져 있다. 지금, 임의의 시간 τ=KT (T : 샘플링 주기)에서 제 i스탠드의 출구측 판두께의 목표값의 편차가 Δh_io, 입구측 판두께를 H_io, 전방(前方) 장력편차를 Δt_io, 후방 장력편차를 Δt_i-1라 하고, 최적제어량 연산후의 로울개도 수정량의 출력치를 ΔS_i, 로울 속도수정량의 출력치를 ΔV_i라 하고, 샘플링 시점 이후의 임의시간 τ에서의 입구측 판두께를 H(τ), 변형저항을 K_p(τ), 출구측 판두께 편차를 Δh(τ), 전방 장력편차를 Δt(τ)라 한다.

또한 압하 제어장치, 로울속도 제어장치의 전달함수의 식은 다음과 같다.

여기서, T_s=압하장치의 시정수, L_s=압하장치의 불감시간, T_v=속도제어장치의 시정수, L_v=속도제어장치의 불감시간으로 하고 공지의 후크의 법칙은

이며, 여기서 P=압연하중, K=압연강성계수, S=로울개도, 압연하중을 P로 하여 판두께, 장력과 변형저항의 편차식을 만들면 다음과 같다.

상기한 각 식으로부터 임의의 시각 τ에서의 출구측 판두께편차 Δh_i(τ)는 다음과 같은 식으로 표시된다.

상기식은 샘플링시점 τ=0에서 성립되고, Δs_i, Δt_i를 샘플링한 후 그 다음 샘플링할 때의 값과 비교하여 그 편차를 구하고 τ=KT의 식을 사용하여 정리하면 다음의 관계식이 된다.

여기서

이다.

마찬가지로 공지의 체적의 일정법칙의 편차식을 유도하여 보면 다음과 같다.

H_iv_ei=h_iv_oi…………(7)

여기서, v_e=입구측판속도, v_o=출구측판속도이며, v_oi=v_oi-1이고 v_oi는 로울속도 v_Ri와 선진율(先進率)과의 사이에는 다음의 함수식이 성립된다.

v_oi=v_Ri(1+f_i)…………(8)

(7)식의 편차식을 유도하면 다음과 된다.

여기서

(9), (10)식을 정리하여 다음 편차식을 얻는다.

(6), (11)식을 정리하여 다음의 벡터함수로 표시하면 다음과 같다.

AX(τ) =AXo+BY·G(τ)+CZ(τ)(12) …………(12)

여기서

A=η_hi,φ_hi,η_ti,φ_ti로 이루어지는 계수 메트리스.

B=η_si,φ_vi로 이루어지는 계수 메트리스.

C=η_Hi,η_hi,η_ti,η_kpi,φ_Hi,φ_hi,φ_ti,φ_kpi로 이루어지는 계수 메트리스.

X=(……Δh_i(τ), Δt_i(τ)……)^T,

Y=(……Δs_i, Δv_Ri……)^T,

G=(……G_s(τ), G_v(τ)……)^T,

=(……Δh_io, Δt_io, ΔH_i(τ), ΔH_io, Δk_pi(τ)……)^T이다.

상기 식은 샘플링 시점 이후 압연스탠드에서의 출구측 판두께와 스탠드간 장력의 시간변화를 나타내고 있고, 어떤 시간구간 0<τ<KT에서의 Δh_i(τ), Δt_i(τ)의 분산을 최소화하도록 하기 위하여서는

j를 최소화하는 Y의 값은

로 되고 이 연립방정식을 계산하면

로 된다.

상기식에서, G(τ)는 (1),(2)식에서 이미 알려진 함수이고, Z(τ)는 후술하는 바와 같은 함수이므로 각 샘플링 시점마다 연산 가능하고, 해(Y)가 최적 조작량이 된다.

다음에 (15)식에서의 X 즉, 각 압연 스탠드에서의 샘플링할 때마다 출구측 판두께 Δh_io와 스탠드간 장력 Δt_io의 검출방법에 대하여 기술하면 다음과 같다.

우선, 출구측 판두께 Δh_io의 검출은 종래 사용해 온 후크의 법칙을 이용한 (3)식을 이용하는 것도 가능하나, 로울편심이나, 로울마모, 로울열 팽창등의 영향이 크기 때문에 이러한 영향도가 적은 체적의 일정법칙에 따른 검출방법을 채용한다.

(7)식에 나타낸 바와 같이 제 i 스탠드에서의 입구측 체적속도와 출구측 체적도 속도는 같으며 샘플링 시점에서의 (9)와 (10)식의 연립방정식에 의하여 Δh_io를 산출할 수가 있다.

다음에 장력에 관해서는 장력계측기가 설치되어 있는 경우 장력계측기로부터 직접 검출하면 되나, 검출기를 설치할 수 없는 경우는 다음 관계식에 의하여 구한다.

G_i=2l_iP_i-R_i(T_i-T_i-1) …………(16)

여기서, T_i는 전장력이며 단위장력 t_i과의 관계는 다음과 같이 된다.

Ti=hi·bi·ti …………(17)

또, l_i는 토오크아암이고, 압연재가 제 i 스탠드로 들어가게 되는데, 제 i-1 스탠드에 들어가기 전까지는 전장력 T_i가 0인 것을 이용하여, 장력의 초기치를 G_i, P_i로부터 검출할 수 있다.

압연중의 토오크 아암은 초기치로부터 편차를 Δl로 하여, 미지수로 하고, 전 스탠드에 대하여 (16)식을 만들면, Δl, T_i을 미지수로 한 연립방정식이 되며 T_i를 산출할 수가 있다. 또, (17)식으로 단위장력을 구하는 경우, 판두께 h_i가 필요하게 되나 이것은 (16)식으로부터 전 장력을 연산하고, 다음 식으로부터

Δt_io를 (10)식에 대입하여 (9),(10)으로 구한 Δh_io를 (18)식에 대입하여 Δt_io를 구한다.

이상 판두께 장력의 검출 및 제어방식에 대하여 상세히 기술했으며, 압연재에 처짐이 생긴 경우 장력값은 검출되지 않으므로 이러한 제어방법으로 처짐의 발생을 방지하는 제어를 할 수 없다. 처짐이 발생되는 것은 로울 구등 모우터의 출력토오크가 필요한 압연부하에 대하여 부족할 때, 또는 과잉인 경우에 모우터 회전속도가 변화하여 압연기의 전후에서 발생한다.

따라서 본 발명에서는 압연소요부하에 따라 모우터출력 토오크를 제어하는 방법을 채용하고 있다. 즉 압연부하토오크는 (16)식으로 표시한 바와 같이 압연력 및 장력으로 구할 수가 있고, 제3도, 제4도에 도시하는 바와 같이 그 압연부하 토오크에 비례하여 모우터의 전류를 제어하도록 한 것이다.

한편 다른 방법으로는 텐덤 압연기의 모우터 회전속도의 전속제어(

速制御)를 하는 방법이 있으며, 여기서의 텐덤압연기는, 용량이 다른 직류모우터가 사용되기 때문에, 속도의 가속 및 감속에 따라, 일부의 모우터는 전압영역에서 속도제어되고, 다른 모우터는 자계제어 영역에서 속도 제어되는 경우가 많다. 이런때 각 모우터간의 전속성(

速性)이 흐트러져 장력의 변동을 일으킨다. 따라서 본 발명에서는 일본 특허공보 53-44207호에서와 같이 수대의 모우터의 회전상태 및 제어영역을 감시하면서, 총괄적으로 제어하는 방법을 채용하고 있다. 다음에, 본 발명의 일 실시예를 도면에 따라 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명의 일 실시예를 나타내는 블럭도이다. 제 1도에서 (11∼1n)은 압연기, (21∼2n)는 로울구동모우터, (31∼3n)은 압연장치, (41) 및 (42)는 스탠드의 입구측과 출구측의 두께측정기이고, (51∼5n)은 모우터 회전속도 검출기이며, (61∼6n)은 압연력 검출기이며, (71∼7n)은 모우터전류 검출기이며, (80)은 속도 제어장치이고, 이는 제2도에나 상세히 도시되어 있다. (90)은 압하 제어장치이고, (100)은 본 발명의 원리에 따라 분산을 최소로 하는 최적제어 유닛으로서, 식(15)를 연산한다. (110)은 각 압연스탠드간의 압연재 이송속도에 따라 압연재 두께를 이송하는 트래킹 기능을 갖는 메모리유닛이고, 그 출력은 각 압연스탠드의 입구측 판두께가 된다. (120)은 각 압연스탠드 출구측 판두께 편차 연산장치, (130)은 장력연산장치, (140)은 영향 계수기준 선진율 등의 제어계인 및 각 스탠드 출구측의 목표 소정 판두께와 스탠드간 목표소정 장력을 압연재 스케줄마다 연산하는 스케쥴 컴퓨터, (150)은 이를 위한 스케쥴을 부여하는 상위컴퓨터(Host Computer)이다. (201∼20n)는 다이리스터를 사용한 전원이다. 압연이 개시되기 전에 상위컴퓨터(150)에 의하여 압연재의 소정 두께 및 장력을 스케쥴 컴퓨터(140)에 입력시킨다. 스케쥴 컴퓨터(140)는 압연스케쥴에 따라, 영향계수 선진율의 연산을 한다. 이 연산에 관해서는, 본 발명자가 전기학회 논문지 Vol. 92-C, No.2 p100∼109에 발표하고 있다. 스케쥴 컴퓨터(140)는 이러한 연산결과의 출력을 판두께 편차 연산장치(120), 장력 연산장치(130), 최적 제어유닛(100)으로 공급한다.

압연이 개시되면, 소정의 시간, 예를들면 50ms마다 장력 연산장치(130)에 압연력(61∼6n) 모우터전류(71∼7n)를 입력시키고, (16)식에 의하여, 각 스탠드간의 장력을 연산하고 난 다음 판두께 편차연산 장치(120)로 그 출력을 공급한다.

판두께 연산장치(120)는 속도(51∼5n) 및 두께(41),(42)의 신호를 수신하고, 식(3) 및 (10)에 따라 각 스탠드의 출구측 판두께 편차를 연산하여 그 출력을 메모리유닛(110)과 최적 제어유닛(100)으로 공급한다. 메모리유닛(110)은 속도, 즉 (51∼5n)의 출력을 입력하여, 판두께를 소정의 소구간마다 전송해 나간다. 실제로는 속도에 알맞는 지연시간 압력 데이터를 기억해 둔다. 최적 제어유닛(100)은 (15)식을 연산하여, 그 출력을 최적의 조작량을 속도 제어장치(80) 및 압하제어장치(90)에 공급한다.

속도제어장치(80)는 구체적으로 제2도에 나타내는 바와 같은 구성으로 되어 있다.

제2도에서, 점선으로 표시된 부분에 속도 제어장치(80)에 해당한다. 이 제어장치(80)는 전속 제어장치(810), 가산기(821∼82n), 모오터 제어장치(831∼83n)와 D/A변환기(840)로서 구성된다.

제어장치(810)에서는, 스케쥴컴퓨터(140)로부터 기준스탠드의 속도 스케쥴신호 WR를 수신하고 동시에 구동 모우터의 전기자전류(71∼7n의 출력) 및 모우터 속도신호(51∼5n의 출력)을 수신하여, 각 스탠드를 구동하는 모우터(21∼2n)의 기준속도 지령신호(W₁∼W_0n)를 가산기(821∼82n)의 일측단자에 개별적으로 공급한다.

한편 D/A 변환기(840)는 두께 및 장력을 소정값으로 하도록 최적 제어유닛(100)으로부터의 각 스탠드속도 제어신호가 디지틀신호로서 수신하여 아날로그 신호로 변환시킨다. 이렇게 변환된 각 스탠드의 속도 제어신호는, 가산기(821∼82n)의 타측단자에 개별적으로 공급된다. 따라서 가산기(821∼82n)는 기준 속도 지령신호와 장력 및 판두께를 제어하기 위한 제어신호를 가산한 속도 제어 지령신호를 모우터 제어장치(831∼83n)에 개별적으로 공급한다.

모우터 제어장치(831∼83n)는 이렇게 입력된 속도 제어 지령신호와, 각 스탠드의 압연압력(하중 검출기(61)∼(6n)의 출력) 및 모우터의 전기자전류(71∼7n)의 출력과 모우터 속도출력(51∼5n의 출력)을 사용하여, 각 스탠드의 모우터(21∼2n)를 각각의 속도 제어 지령신호로서 속도를 제어한다. 상기한 속도 제어장치(80)에서 전속 제어장치(810)의 구체적인 구성은 제 3도와 같다.

이 제어장치(80)에서는, 각 모우터의 허용토오크 및 전속성을 감시하면서, 전체의 압연속도(W_p22)를 제어하고, 이 W_p는 분배기(6a∼6c)에서 각 스탠드마다의 속도 지령으로 변환되어 가산기(821∼82n)에 출력된다. 최적 제어유닛(100)의 출력은 이 가산기(821∼82n)에 공급되어, 각 스탠드마다의 속도지령값(W₁∼W_on)을 수정한다. 이렇게 수정된 속도지령값 신호는 모우터 제어장치(831∼83n)에 공급된다.

제3도에서, (6a∼6c)는 분배기이며, 속도지령값(W_p)을 속도비율에 따라 각 스탠드의 모우터의 속도로 변환된다. (7a∼7c)는 함수 발생기이며, 속도검출기(51∼5n)의 출력(W₁∼W_n)을 개별적으로 수신하여, 속도 W_i가 기준속도 이하, 즉 W_i<1인 때는 Ω_i=1, 기준속도 이상, 즉 W_i

1인 때는 Ω_i=W_i로 하여 속도영역 Ω_i신호를 출력한다.

(10a∼10c)는 제산기로서, 전류검출기(71∼7n)의 출력(I₁∼I_n)을 속도영역치(11a∼11c)로 나누어, 부하토오크 τ_Li신호를 출력한다. (13a∼13c)는 기억장치로서, 기준속도 목표값 W_R이 변화했을 때에만 부하토오크 τ_Li를 기억한다. 또한 부호 i는 i 스탠드를 나타내며, i=1,2…n의 값을 갖는다. (14)는 최대의 토오크발생기로서, 목표치(W_R)와 지령치(W_p)와의 차(ΔW)에 의하여 가속시(ΔW>0)는 τx, 감속시(ΔW<0)는 -τx를 입력시킨다.

여기서 τx는 모우터의 최대 토오크치이다. (16)은 제산기로서, 최대토오크 τx를 속도영역값 Ω_i으로 나누어, 각 속도에 다른 최대 허용토오크 τx/Ω_i신호를 출력한다. (17a∼17c)는 제산기(16)의 출력과 기억장치(13a∼13c)의 출력값의 차가 되는 최대가감속 토오크를 최종 압연 스탠드의 가감속도로 변환하는 계수기이다. 이 계수값은 정격가속시간 T_Ai와 속도비 r_i와의 곱의 역수 1/T_Ai·r_i이다. (19)는 각 전동기의 최대가감속도(1/T_Ai·r_i) 신호를 수신하며, 그 최소치를 선택하여 최적의 가감속도 신호(20)를 출력한다. (21)은 적분기로서, 최적가감속신호(20)를 적분하여, 속도지령신호(W_p)를 출력한다. (231∼234)은 감산기를 나타낸다.

이와 같은, 제3도에 나타내는 전속 제어장치(810)의 상세한 것은 일본 특허공보 특공소 53-44207를 참조하시기 바랍니다. 가산기(821∼82n)의 출력신호가 되는 속도제어 지령신호는, 모우터 제어장치(831∼83n)에 개별적으로 공급한다. 다음에 모우터 제어장치(831∼83n)의 상세한 회로구성에 대하여 설명한다.

제4도는 모우터 제어장치(831∼83n)의 중의 하나인 (831)을 나타낸 것이다. 이 제 4도에서, (500)은 감산기, (600)은 속도조정기, (800)은 전류조정기, (900)은 점호(點

)펄스 이상기이다. (1300)은 압연하중(P₁)을 모우터 부하로 변환되는 부하제어 유닛이며, (1400)은 속도 보상을 위한 함수 발생기이다. (1500)은 승산기를 나타낸다. 이 제4도에 나타내는 상세한 동작에 대해서는 호주 특허공보 제48-8503호에 충분하게 기재되어 있으므로

이상 본 발명의 실시예에 대하여 말했으나, 본 발명에 의하면 판두께 및 장력의 편차를 아주 작게 하여 향상이 개선되었다. 또, 조작성도 좋고, 생산효율의 향상, 에너지원 단위의 개선 등이 큰 효과를 가져왔다.

본 실시예에서는, 장력의 검출을 모우터 토오크 및 압연력으로부터 연산에 의하여 구하는 방법을 제시했으나, 냉간압연 등에서 사용되고 있는 장력 검출기의 출력신호를 그대로 사용해도 좋으며, 또 판두께의 검출은 X-선두께 측정기 또는 후크의 법칙을 이용한 게이지 측정방법을 채용할 수 있다.

또한 체적의 일정법칙에 의한 질량흐름 게이지 방법을 채용한 경우 제1스탠드의 입구측 판두께 및 입구측 판속도로부터 산출해도 되며, 본 발명의 범위를 벗어나는 것은 아니다.

본 발명은, 판두께, 장력의 분산을 최소화하는 제어를 함과 동시에, 모우터 회전속도의 제어에 있어서는 부하제어 및 진속제어를 한다는데 있다. 또한 열간압연인 경우, 종래 사용되고 있던 루우퍼 대신, 연산방식에 의한 장력검출을 하여 기계적 제어를 제거한다는데 있다. 이로 인하여 정도 향상의 효과만이 아니라 정비보수 유지성의 향상 및 에너지 효과도 기대되어 본 발명의 효과는 크다.

Claims (1)

1. 적어도 2대 이상의 압연기로 구성되는 연속의 텐덤 압연기에 있어서, 각 압연스탠드의 출구측 판두께를 계측하는 판두께 계측기(42)와, 각 압연스탠드간의 장력을 계측하는 압연력검출기(61∼62)와 각 압연스탠드 출구측 판두께 신호를 압연재의 이송속도에 따라 시프트하는 판두께 편차연산장치(120)와, 각 압연스탠드간의 판두께 및 장력의 목표값을 설정하는 상위 컴퓨터(150) 및 스케쥴 컴퓨터(140)와, 출구측 판두께 계측값 및 판두께 편차연산장치에 의하여 시프트되는 판두께와 장력의 계측값을 판두께 및 장력의 목표값과 비교하여, 소정시간 내의 산ㅇ기 판두께 및 장력의 목표값을 기준으로 한 편차에 의한 분산이 최소가 되게 최적 제어유닛(100)에서 연산한 값에 따라 압연스탠드의 로울개도 및 로울 회전속도를 수정 제어하는 속도 제어장치(80) 및 압하제어장치(90)를 구비시킨 텐덤 압연기의 제어장치.

Images