TW201617748A - 工廠之控制裝置 - Google Patents

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TW201617748A
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堀川徳二郎
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東芝三菱電機產業系統股份有限公司
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02—Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
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    • B21B37/18—Automatic gauge control

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Abstract

本發明提供一種工廠之控制裝置，係在週期性之干擾施加於包含空滯時間的工廠之控制對象時，能抑制該干擾之影響，而獲得高度之控制性能。本發明之工廠之控制裝置係具備空滯時間對應反覆控制器，該空滯時間對應反覆控制器係對施加有週期性干擾之工廠的控制量賦予目標值，且在用以將由感測器所測定之控制量設為前述目標值之操作端的操作量之變更結果由前述感測器測定為止之前產生空滯時間時，使前述操作量對於前述操作端之輸入延遲前述干擾之1週期份之時間減去該空滯時間所得的時間。

Description

工廠之控制裝置
本發明係關於一種工廠之控制裝置。
專利文獻1係揭示一種熱軋過程中之輥控制方法。在熱軋過程中，上下之夾送輥係設置在捲繞機之前。上下之夾送輥係夾著滾軋材並予以保持。在上下之夾送輥具有偏芯時，上下之夾送輥的間隙會變動。由於該變動，在滾軋機與夾送輥之間，滾軋材之張力會變動。在夾送輥與捲繞機之間，滾軋材之張力會變動。依據該輥控制方法，抑制因夾送輥之偏芯所致之週期性影響。具體而言，上下之夾送輥的間隙係保持在目標值。結果，滾軋材之張力的變動會被抑制。
(先前技術文獻)
(專利文獻)
專利文獻1：日本特開2012-152808號公報
然而，專利文獻1所記載者，即使在操作端 之操作量的變更結果由感測器測定為止之前產生空滯時間(dead time)，亦不會預測該空滯時間。因此，無法抑制週期性之干擾的影響。
本發明係為了解決上述課題而研創者。本發明之目的在於提供一種工廠之控制裝置，係在週期性之干擾施加於包含空滯時間的工廠之控制對象時，抑制該干擾之影響，而可獲得高度之控制性能。
本發明之工廠之控制裝置係具備空滯時間對應反覆控制器，該空滯時間對應反覆控制器係對施加有週期性干擾之工廠的控制量賦予目標值，且在用以將由感測器所測定之控制量設為前述目標值之操作端的操作量之變更結果由前述感測器測定為止之前產生空滯時間時，使前述操作量對於前述操作端之輸入延遲前述干擾之1週期份之時間減去該空滯時間所得的時間。
依據本發明，對操作端之操作量的輸入，係延遲干擾之1週期份之時間減去空滯時間所得的時間。因此，在週期性干擾施加於包含空滯時間之工廠的控制對象時，可抑制該干擾之影響，而獲得高度之控制性能。
1‧‧‧外殼
2a‧‧‧上側工件輥
2b‧‧‧下側工件輥
3a‧‧‧上側支撐輥
3b‧‧‧下側支撐輥
4‧‧‧壓下裝置
4a‧‧‧一側壓下裝置
4b‧‧‧另一側壓下裝置
5‧‧‧荷重檢出器
5a‧‧‧一側荷重檢出器
5b‧‧‧另一側荷重檢出器
6‧‧‧輥縫檢出器
6a‧‧‧一側輥縫檢出器
6b‧‧‧另一側輥縫檢出器
7‧‧‧滾軋荷重測定器
8‧‧‧輥縫測定器
9‧‧‧板厚控制器
10‧‧‧輥縫操作手段
12‧‧‧板厚計
13‧‧‧滾軋材
14‧‧‧滾軋工序
14a‧‧‧第1影響係數
14b‧‧‧第2影響係數
15‧‧‧監視器AGC
16‧‧‧測厚計AGC
16a‧‧‧第1控制方塊
16b‧‧‧PI控制器
16c‧‧‧補償增益
17‧‧‧MMC
17a‧‧‧第2控制方塊
17b‧‧‧油壓壓下響應
18‧‧‧空滯時間方塊
20‧‧‧空滯時間對應反覆控制器
20a、20b、20c‧‧‧方塊
21‧‧‧一圈傳達函數
22‧‧‧控制方塊圖
23‧‧‧切換開關
第1圖係利用本發明實施形態1之工廠之控制裝置的滾軋機之構成圖。
第2圖係用以說明本發明實施形態1之工廠之控制裝置的控制方塊圖。
第3圖係用以說明本發明實施形態1之工廠之控制裝置的概要之經簡化的控制方塊圖。
第4圖係用以說明本發明實施形態1之工廠之控制裝置的整體構成之圖。
第5圖係利用本發明實施形態1之工廠之控制裝置的控制方塊圖。
第6圖係本發明實施形態1之工廠之控制裝置的主要部分之控制方塊圖。
第7圖係用以說明本發明實施形態1之工廠之控制裝置的功能之圖。
第8圖係係用以說明本發明實施形態2之工廠之控制裝置的控制方塊圖。
針對實施本發明之形態，依據附圖加以說明。此外，各圖中，對於相同或相當之部分係賦予同一之符號。該部分之重複說明亦適當地予以簡化或省略。
實施形態1
第1圖係利用本發明實施形態1之工廠之控制裝置的滾軋機之構成圖。以下之說明係以控制由滾軋所產生之板厚的控制裝置為對象來進行。以下說明之想法，係在各種工廠中，亦可適用於板厚以外之控制。例如，該想法亦可 適用在板幅、板冠、平坦度等之控制。
在第1圖中，熱間薄板滾軋之滾軋台座為4Hi研磨機。滾軋台座係具備外殼1。上側工件輥2a與下側工件輥2b係作為滾軋輥設置在外殼1之內部。上側工件輥2a之軸的一側係連結在未圖示之電動機。上側工件輥2a之另一側周邊係作為作業區域。下側工件輥2b之軸的一側係連結在未圖示之電動機。下側工件輥2b之另一側周邊係作為作業區域。
上側支撐輥3a係作為滾軋輥設置在上側工件輥2a之上方。上側支撐輥3a係支撐上側工件輥2a。上側支撐輥3a係支撐在外殼1之上部。上側支撐輥3a之一側的下部周邊係作為上側工件輥2a之軸的一側及下側工件輥2b之軸的一側之存在區域。上側支撐輥3a之另一側周邊係作為作業區域。
下側支撐輥3b係作為滾軋輥設置在下側工件輥2b之下方。下側支撐輥3b係用來支撐下側工件輥2b。下側支撐輥3b係支撐在外殼1之下部。例如，下側支撐輥3b係設置在比地面更下方之位置。下側支撐輥3b之上方係作為作業區域。下側支撐輥3b之一側的上部周邊係作為上側工件輥2a之軸的一側及下側工件輥2b之軸的一側之存在區域。下側支撐輥3b之另一側周邊係作為作業區域。
壓下裝置4係設置在上側支撐輥3a之上方。例如，壓下裝置4係由電動壓下裝置所構成。例如，壓下裝置4係由以油壓驅動之油壓壓下裝置所構成。油壓壓下 裝置係可獲得高速控制。壓下裝置4係具備一側壓下裝置4a及另一側壓下裝置4b。一側壓下裝置4a係設置在上側支撐輥3a之一側。另一側壓下裝置4b係設置在上側支撐輥3a之另一側。
荷重檢出器5係設置在下側支撐輥3b之下方。荷重檢出器5係具備一側荷重檢出器5a及另一側荷重檢出器5b。一側荷重檢出器5a係設置在下側支撐輥3b之一側。另一側荷重檢出器5b係設置在上側支撐輥3a之另一側。
輥縫(roll gap)檢出器6係設置壓下裝置4之下方。輥縫檢出器6係具備一側輥縫檢出器6a與另一側輥縫檢出器6b。一側輥縫檢出器6a係設置在上側支撐輥3a之一側。另一側輥縫檢出器6b係設置在上側支撐輥3a之另一側。
滾軋荷重測定器7之輸入側係連接在荷重檢出器5之輸出側。輥縫測定器8之輸入側係連接在輥縫檢出器6之輸出側。
板厚控制器9之輸入側係連接在滾軋荷重測定器7之輸出側。板厚控制器9之輸入側係連接在輥縫測定器8之輸出側。輥縫操作手段10之輸入側係連接在板厚控制器9之輸出側。輥縫操作手段10之輸出側係連接在壓下裝置4之輸入側。
板厚計12係設置在作為感測器之滾軋台座之出側。板厚計12之輸出側係連接在板厚控制器9之輸入側。
滾軋材13係由金屬所形成。例如，滾軋材13係由鉄所形成。例如，滾軋材13係由鋁所形成。例如，滾軋材13係由銅所形成。滾軋材13係被夾持在旋轉之上側工件輥2a與下側工件輥2b之間。結果，滾軋材13係薄薄地延伸。
此時，上側支撐輥3a係抑制上側工件輥2a之寬度方向之撓曲。下側支撐輥3b係抑制下側工件輥2b之寬度方向的撓曲。來自滾軋材13之滾軋荷重係透過上側工件輥2a、下側工件輥2b、上側支撐輥3a、及下側支撐輥3b，承受在外殼1。
一側荷重檢出器5a係檢測出施加在下側支撐輥3b之一側的荷重。另一側荷重檢出器5b係檢測出施加在下側支撐輥3b之另一側的荷重。滾軋荷重測定器7係計算一側荷重檢出器5a之檢出值與另一側荷重檢出器5b之檢出值的和以作為和荷重。滾軋荷重測定器7係計算一側荷重檢出器5a之檢出值與另一側荷重檢出器5b之檢出值之差以作為差荷重。當未圖示之輥彎裝置設置在滾軋台座時，滾軋荷重測定器7係進行以輥彎力補正荷重檢出器5之檢出值時之計算。
輥縫檢出器6並不會直接檢測出上側工件輥2a與下側工件輥2b之間隙(輥縫)。輥縫檢出器6係檢測出壓下裝置4推下上側支撐輥3a之量。輥縫測定器8係依據輥縫檢出器6之檢出值來計算輥縫。此時，輥縫測定器8係考慮上側支撐輥3a、上側工件輥2a、下側工件輥2b、 下側支撐輥3b等之位置關係。
板厚控制器9係依據滾軋荷重測定器7之計算值與輥縫測定器8之計算值，來調整輥縫之設定值。此時，板厚控制器9係利用研磨機常數MC與塑性係數QC來調整輥縫之設定值。
輥縫操作手段10係依據由板厚控制器9所調整之設定值來調整輥縫。結果，滾軋材13係成為所希望之板厚。滾軋材13之板厚係由板厚計12所測量。
接著，利用第2圖來說明板厚控制器9之一例。
第2圖係用以說明本發明實施形態1之工廠之控制裝置的控制方塊圖。
在第2圖中，控制對象之滾軋工序14係受到研磨機常數M與塑性係數Q之影響。具體而言，滾軋工序14係具備第1影響係數14a、及第2影響係數14b。第1影響係數14a係對應於輥縫對滾軋荷重所造成之影響。第1影響係數14a為-MQ/(M+Q)。第2影響係數14b係對應於滾軋荷重對於板厚所造成之影響。第2影響係數14b為1/M。
滾軋工序14係可考慮施加輥偏芯干擾△SD與滾軋荷重干擾△PD。無法直接檢測出輥偏芯干擾△SD。滾軋荷重干擾△PD係包含在測定之滾軋荷重之中。且無法僅將滾軋荷重干擾△PD予以分離來進行測定。
板厚控制器9係對於滾軋工序14，實施監視 器AGC15、測厚計AGC16、MMC(研磨機常數可變控制)17等。
空滯時間方塊18係顯示在經過從上側工件輥2a與下側工件輥2b之中心搬送至板厚計12為止之時間TL後藉由板厚計12將滾軋材13的板厚實際變化量△hACT檢測為板厚測定值變化量△hMES，而該滾軋材13係由上側工件輥2a與下側工件輥2b所滾軋者。時間TL為空滯時間。
監視器AGC15係依據製品板厚目標值變更量△hxREF與板厚測定值變化量△hMES之偏差來計算GM板厚目標值變更量△hREF。
在測厚計AGC16中，一般而言，第1控制方塊16a係利用由實機所測定之研磨機常數MC來表示。在第1控制方塊16a，附加有用以調整響應之係數α 1。依據第1控制方塊16a之輸出與輥縫實際變化量△SACT，求出GM板厚變化量△hGM。
在測厚計AGC16中，將測厚計板厚目標值變更量△hGM AIM與GM板厚目標值變更量△hREF予以合併計算。結果，求出板厚目標值變更量△hGM REF。板厚目標值變更量△hGM REF與GM板厚變化量△hGM之偏差係輸入至PI控制器16b。PI控制器16b係由比例增益KPG、積分增益KIG、及拉普拉斯算符(Laplacian)s來表示。此外，輥縫之記號S係伴隨接尾字、△等而使用。拉普拉斯算符s係以小寫單獨地使用。[s]為表示時間之單位。
PI控制器16b之輸出係輸入至補償增益16c。 補償增益16c係以用以調整經識別之研磨機常數MC、塑性係數QC、響應的係數α 1、α2來表示。例如，塑性係數QC係以線上(online)另外計算。例如，塑性係數QC係由實際資料所識別之值所構成。補償增益16c係計算輥縫指令值△SSET。此時，補償增益16c係將操作輸出予以規格化。此時，即使控制對象之研磨機常數M、塑性係數Q、係數α 1、α2變化，亦不需要進行PI控制器16b之調整。
MMC17係對壓下裝置4要求高速響應。因此，在壓下裝置4並非可實現高速響應之油壓壓下裝置時，MMC17並不適用。
在MMC17中，第2控制方塊17a係利用經識別之研磨機常數MC來表示。MMC17係藉由調整第2控制方塊17a之係數α 2，而可調整響應。例如，若使係數α 2增大，則響應會變快。
在MMC17中，油壓壓下響應17b係對應於油壓壓下裝置之響應。油壓壓下響應17b係依據補償增益16c之輸出與第2控制方塊17a之輸出重畳的值來決定。結果，調整輥縫。
接著，利用第3圖來說明第2圖之控制系統之概要。
第3圖係用以說明本發明實施形態1之工廠之控制裝置的概要之經簡化的控制方塊圖。
如第3圖所示，監視器AGC15係以1個方塊來表示。測厚計AGC16係以1個方塊來表示。MMC17係 以個方塊來表示。空滯時間方塊18係以1個方塊來表示。
接著，利用第4圖來說明控制裝置之整體構成。
第4圖係用以說明本發明實施形態1之工廠之控制裝置的整體構成之圖。
控制裝置係以空滯時間對應反覆控制器20、一圈傳達函數21、及控制方塊圖22來表示。
在控制裝置中，控制偏差e係以目標值或指令值r與控制量y2之回授值的差分來表示。控制偏差e係輸入至空滯時間對應反覆控制器20。空滯時間對應反覆控制器20係計算操作量u。操作量u係輸入至一圈傳達函數21。一圈傳達函數21係相當於結合第3圖之監視器AGC15、測厚計AGC16、MMC17、及滾軋工序14而成的方塊。一圈傳達函數21係不包含空滯時間的系統。一圈傳達函數21係輸出控制對象之信號y1。信號y1係輸入至控制方塊圖22。控制方塊圖22係相當於第3圖之空滯時間方塊18。控制方塊圖22係表示空滯時間。控制方塊圖22係輸出信號y2。信號y2係相對於信號y1延遲空滯時間。
接著，利用第5圖來說明空滯時間對應反覆控制器20之插入位置。
第5圖係利用本發明實施形態1之工廠之控制裝置的控制方塊圖。
第5圖係將第3圖之滾軋工序14、監視器AGC15、測厚計AGC16、及MMC17套用於第4圖之一圈傳 達函數21所得的圖。在第5圖中，第4圖之控制方塊圖22係以第3圖之空滯時間方塊18來取代。若利用第2圖之方塊，則可展開為比第5圖更詳細之圖。由該圖即可明瞭。該圖之記述係予以省略。
如第5圖所示，空滯時間對應反覆控制器20對於既存之控制系統係插入至控制偏差e與監視器AGC15之間。
接著，利用第6圖來說明空滯時間對應反覆控制器20。
第6圖係本發明實施形態1之工廠之控制裝置的主要部分之控制方塊圖。
在第6圖中，空滯時間對應反覆控制器20係具備方塊20a、方塊20b、方塊20c、及方塊20d。
由方塊20b、方塊20c、方塊20c之出側的信號e2回到信號e1之信號線，係指在控制對象沒有空滯時間時適用反覆控制之際所應追加之方塊及信號線。
方塊20b係低通濾波器F(s)。例如，低通濾波器F(s)係以一次延遲系統來記述。方塊20c為反覆對應部。方塊20c係將干擾之週期L[s]設為空滯時間。亦即，方塊20c係在輸入有信號之際延遲L[s]而輸出信號。L[s]為已知。空滯時間L[s]係可特定。例如，與滾軋輥之旋轉同步的輥偏芯干擾之週期，係可依據輥徑與輥旋轉速度來計算。
方塊20a係空滯時間對應部。方塊20a係使 控制偏差e延遲時間L-TL[s]，而輸出信號e1。信號e1係與方塊20c之出側的信號e2相加。結果，會生成信號e3。方塊20a係從控制之開始起不會在時間L-TL[s]之間輸出信號。在方塊20a不輸出信號e1之期間，信號係在經過方塊20b與方塊20c之路徑不會通過。因此，控制裝置係具備控制偏差e通過方塊20d而與信號e3相加之迂迴路徑。
在方塊20d中，設定增益K。例如，增益K係在從控制開始起至時間L-TL[s]為止之期間成為接近1之值。然後，增益K係成為0。
接著，利用第7圖，來說明第6圖之功能。
第7圖係用以說明本發明實施形態1之工廠之控制裝置的功能之圖。
在施加週期性之干擾時，控制裝置係在該干擾之最初的1週期份之時間接受該干擾之輸入。此時，控制裝置並不會輸出操作量。控制裝置係依據最初之1週期的干擾來決定用以抑制第2次以後之相同週期之干擾的操作量。
在第7圖之上段中，板厚實際變化量△hACT(實線)從滾軋台座被搬送至板厚計12。此時，經過空滯時間TL時，板厚計12係測定板厚測定值變化量△hMES(虛線)。依據板厚測定值變化量△hMES來進行反覆控制時，對應於在該時間點之滾軋台座的正下方所產生之現象的板厚實際變化量△hACT之信號會變更。此時，由控制裝置所產生之操作量的時序，係與在滾軋台座之正下方所產生之板厚的 變化之時序偏離空滯時間TL之程度。因此，無法進行良好之控制。
因此，如第7圖之下段所示，控制裝置係使板厚測定值變化量△hMES之信號延遲達L-TL[s]。結果，板厚測定值變化量△hMES之信號的時序，係與第7圖之上段的板厚實際變化量△hACT之信號的時序相符。此時之處理係在第6圖之方塊20a中進行。
依據以上所說明之實施形態1，對操作端之操作量的輸入係延遲干擾之1週期份的時間減去空滯時間所得之時間。因此，在週期性干擾施加於包含空滯時間之工廠的控制對象時，可抑制該干擾之影響，而可獲得高度之控制性能。在實施形態1中，可精確度佳地控制滾軋材13之板厚。
再者，增益K係從控制開始起至時間L-TL[s]之期間成為接近1之值。然後，增益K係成為0。因此，亦可從控制開始起至時間L-TL[s]之期間進行控制。
實施形態2
第8圖係用以說明本發明實施形態2之工廠之控制裝置的控制方塊圖。此外，對於與實施形態1相同或相當之部分係賦予同一符號並省略其說明。
第8圖之控制方塊圖係對第5圖之控制方塊圖附加有切換開關23者。切換開關23之輸入側的一方係連接在空滯時間對應反覆控制器20之輸入側。切換開關 23之輸入側的另一方，係連接在空滯時間對應反覆控制器20之輸出側。切換開關23之輸出側係連接在監視器AGC15之輸入側。
在第8圖中，當切換開關23朝輸入側之一方側倒下時，空滯時間對應反覆控制器20就成為未被使用之狀態。當切換開關23朝輸入側之另一方側倒下時，空滯時間對應反覆控制器20就成為被使用之狀態。
依據以上所說明之實施形態2，即使在已運轉之控制裝置追加空滯時間對應反覆控制器20時，亦可透過空滯時間對應反覆控制器20立即選擇是否對操作端進行操作量的輸入。結果，可獲得靈活的控制系統。例如，可簡單地依據空滯時間對應反覆控制器20之有無來進行控制性能之比較。當因空滯時間對應反覆控制器20之追加而造成不良之狀態時，可立即切離空滯時間對應反覆控制器20。
此外，亦可將實施形態1及實施形態2之控制裝置適用在4Hi研磨機以外之研磨機。例如，亦可將該控制裝置適用在由上側工件輥2a及下側工件輥2b所構成之2Hi研磨機。再者，亦可將該控制裝置適用在於4Hi研磨機附加中間輥之6Hi研磨機。
此外，亦可將空滯時間對應反覆控制器20適用在滾軋機以外之工廠之控制裝置。此時，在週期性干擾施加於包含空滯時間之工廠之控制裝置時，可抑制干擾所致之影響，而可獲得高度之控制性能。
(產業上之可利用性)
如以上所述，本發明之工廠之控制裝置係可利用在以下系統：當週期性干擾施加於包含空滯時間之工廠之控制裝置時，可抑制該干擾之影響，而可獲得高度之控制性能。
9‧‧‧板厚控制器
14‧‧‧滾軋工序
14a‧‧‧第1影響係數
14b‧‧‧第2影響係數
15‧‧‧監視器AGC
16‧‧‧測厚計AGC
16a‧‧‧第1控制方塊
16b‧‧‧PI控制器
16c‧‧‧補償增益
17‧‧‧MMC
17a‧‧‧第2控制方塊
17b‧‧‧油壓壓下響應
18‧‧‧空滯時間方塊

Claims (3)

  1. 一種工廠之控制裝置，係具備空滯時間對應反覆控制器，該空滯時間對應反覆控制器係對施加有週期性干擾之工廠的控制量賦予目標值，且在用以將由感測器所測定之控制量設為前述目標值之操作端的操作量之變更結果由前述感測器測定為止之前產生空滯時間時，使前述操作量對於前述操作端之輸入延遲前述干擾之1週期份之時間減去該空滯時間所得的時間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之工廠之控制裝置，其中，前述空滯時間對應反覆控制器係具備：反覆對應部，當輸入信號之際使該信號延遲前述干擾之1週期份的時間而輸出至前述操作端；空滯時間對應部，當輸入對應於對前述操作端之操作量的信號之際，使該信號延遲前述干擾之1週期份的時間減去該空滯時間所得之時間而將該信號輸出至前述反覆對應部；以及增益，在從開始控制起至前述空滯時間對應部延遲前述干擾之1週期份的時間減去該空滯時間所得之時間而輸出信號為止之期間，將對應於對前述操作端之操作量的信號輸出至前述操作端。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述之工廠之控制裝置，具備切換開關，該切換開關係設置成可透過前述空滯時間對應反覆控制器選擇是否對前述操作端進行操作量的輸入。
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