TWI412912B

TWI412912B - 控制裝置及壓軋機之控制裝置

Info

Publication number: TWI412912B
Application number: TW098142677A
Authority: TW
Inventors: Minoru Tachibana
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Elec Inc
Priority date: 2009-09-16
Filing date: 2009-12-14
Publication date: 2013-10-21
Also published as: HK1170981A1; JP5382128B2; US8805569B2; US20120173025A1; CN102574176A; KR101321608B1; CN102574176B; TW201111943A; KR20120041779A; WO2011033615A1; JPWO2011033615A1

Description

控制裝置及壓軋機之控制裝置

本發明係有關於一種對特定之機器進行自動控制之控制裝置，並在必要時可對上述機器動作進行手動修正之控制裝置。

對特定機器進行的自動控制中，舉例來說，係根據目標值(指令值)及檢測值，以上述機器之動作穩定在期望之狀態的方式輸出自動控制訊號，進而控制驅動裝置。

又，這類進行自動控制的裝置，因具有讓人操作之手動干預器，故上述機器之動作可透過手動調整。舉例來說，當相關的控制裝置因為外部因素，造成機器的動作急遽地偏離目標值時，操作員即可透過操作手動干預器來輸出手動控制訊號，以手動修正機器之動作。

並且，作為具備此種功能的控制裝置之先前技術，有提案一種進行壓軋台之軋輥的速度控制之控制裝置，其係構成可以手動調整軋輥速度的創作(例如，參照專利文獻1)。

先前技術文獻

專利文獻1：日本特開平9-52107號公報

在進行自動控制的裝置中，驅動機器之驅動裝置，係持續地(特定的週期內)根據自動控制裝置訊號進行控制。而具備手動干預器之控制裝置，一般來說係以手動控制為優先，當輸出的手動修正訊號與自動控制之訊號為相同極性的訊號時，會有機器以遠離目標值的方式運作，即成為過度(over)修正，而有無法穩定控制機器之疑慮。特別是自動控制裝置，在機器的動作急速地遠離目標值時，常有控制增益提高使其回應速度加快的狀況。如此的狀況下，自動控制訊號會和手動控制訊號重複，容易造成控制系統的不安定。

此問題同樣會發生在專利文獻1中所揭示的壓軋機(roll press)(有稱為輥軋機之情形)之控制裝置中。並且，當壓軋機的控制中發生因手動干預而產生的過度修正時，就會在壓軋台間發生被壓軋材料之環部(loop)過大或者張力過大而難以進行適當的通過軋輥作業，有時不得已要停止運轉。或者雖未達需停止運轉的狀態，然被壓軋材料的板厚或板寬會變得不一、或者是在被壓軋材料表面產生傷痕等，都有造成製品品質明顯下降的可能。

本創作係為解決上述問題而構思者，其目的係欲提供一種能抑制對機器之動作控制進行手動干預時的過度修正，並可將機器之動作安定地控制在期望的狀態內之控制裝置及壓軋機之控制裝置。

本發明為一種控制裝置，其特徵在於，包括：驅動裝置，驅動特定機器俾使前述機器進行機械工作；計算構件，導出與前述機器動作相關之目標值；自動控制裝置，根據前述計算構件所導出的目標值，以前述機器的動作穩定在期望的狀態之方式，對前述驅動裝置輸出自動控制訊號；手動干預器，在對前述機器的動作進行手動修正時操作；手動干預控制器，按照對前述手動干預器進行之操作，對前述驅動裝置輸出手動修正訊號；以及手動修正器，根據從前述自動控制裝置輸出之自動控制訊號與從前述手動干預控制器輸出之手動修正訊號，判斷是否有因手動操作造成的過度修正，且對從前述手動干預控制器輸出之手動修正訊號乘以特定之增益調整值後輸出至前述驅動裝置。

本發明為一種壓軋機之控制裝置，係包括：複數台壓軋台；及設於鄰接的前述壓軋台之間之成環裝置(looper)；且進行對於前述成環裝置的高度控制、及對設於前述成環裝置上游側之前述壓軋台的軋輥驅動電動機的速度控制，藉此進行通過前述上游側壓軋台之被壓軋材料的張力控制者，其特徵在於：該壓軋機之控制裝置具備：張力控制器，根據對前述被壓軋材料之張力的指令值及檢測值之偏差，輸出張力控制訊號；成環裝置高度控制器，根據對前述特定成環裝置之高度的指令值及檢測值之偏差，輸出成環裝置高度控制訊號；自動控制器，根據對前述軋輥驅動電動機之速度指令訊號及由前述張力控制器輸出之張力控制訊號、由前述成環裝置高度控制器輸出之成環裝置高度控制訊號，以前述軋輥驅動電動機之速度穩定在期望之狀態的方式，對前述軋輥驅動電動機輸出自動控制訊號；手動干預器，在手動修正前述軋輥驅動電動機之速度時操作；速度修正器，按照對前述手動干預器進行之操作，向前述軋輥驅動電動機輸出速度修正訊號；以及手動修正量調整器，根據由前述自動控制器輸出之自動控制訊號以及由前述速度修正器輸出之速度修正訊號，判斷手動操作是否有過度修正，且對前述速度修正器輸出之速度修正訊號乘以特定增益調整值後輸出至前述軋輥驅動電動機。

此外，本發明為一種壓軋機之控制裝置，係包括：複數台壓軋台；及設於鄰接的前述壓軋台之間之成環裝置；且進行相對於前述成環裝置的高度控制、及對設於前述成環裝置上游側之前述壓軋台的軋輥驅動電動機的速度控制，藉此進行通過前述上游側壓軋台之被壓軋材料的張力控制者，其特徵在於：負荷檢測器，檢測作用於前述上游側該壓軋機之控制裝置具備：壓軋台的軋輥之負荷；扭力檢測器，檢測前述軋輥驅動電動機之扭力；加速度檢測器，檢測前述軋輥驅動電動機之加速度；張力檢測器，根據前述負荷檢測器、前述扭力檢測器以及前述加速度檢測器的各個檢測結果，檢測前述被壓軋材料之張力；張力控制器，根據前述張力檢測器之檢測值與特定之張力指令值之偏差輸出張力控制訊號；成環裝置高度檢測器，檢測前述成環裝置的高度；成環裝置高度控制器，根據前述成環裝置高度檢測器之檢測值與特定之成環裝置高度指令值之偏差輸出成環裝置高度控制訊號；自動控制器，根據對前述軋輥驅動電動機之速度指令訊號及由前述張力控制器輸出之張力控制訊號、由前述成環裝置高度控制器輸出之成環裝置高度控制訊號，以前述軋輥驅動電動機的速度穩定在期望的狀態之方式，向前述軋輥驅動電動機輸出自動控制訊號；手動干預器，在手動修正前述軋輥驅動電動機之速度時操作；速度修正器，按照對前述手動干預器進行之操作，向前述軋輥驅動電動機輸出速度修正訊號；以及手動修正量調整器，根據由前述自動控制器輸出之自動控制訊號以及由前述速度修正器輸出之速度修正訊號，判斷手動操作是否有過度修正，且對前述速度修正器輸出之速度修正訊號乘以特定增益調整值後輸出至前述軋輥驅動電動機。

根據本發明，可抑制對機器之動作控制進行手動干預時的過度修正，並使機器之動作穩定控制在所期望之狀態內。

為了進一步詳細說明本發明，係根據所附之圖式加以說明。另外，在各圖中若有相同或相當的部分，則使用同一符號標示之，並適當簡化或省略其重複的說明。

(第一實施例)

第1圖係為本發明第一實施例之控制裝置的構成示意圖。於第1圖中，元件符號1係為進行特定之機械工作的機器。該機器1係透過驅動裝置2所驅動。元件符號3是為使機器1進行特定之動作，將驅動裝置2的驅動力轉換為上述特定之機械工作的機械構件；4為檢測與機器1相關的特定物理量(例如速度等)之檢測器；5為根據狀況等並藉由演算而導出與機器1動作相關之特定目標值的計算構件。另，檢測器4只需為能直接或間接檢測出上述物理量即可，其檢測對象不論是機器1、驅動裝置2、機械構件3或者是其他構件均可。

元件符號6係對驅動裝置2進行自動控制之自動控制裝置。該自動控制裝置6係根據計算構件5所導出的目標值與檢測器4所測得之檢測值，以機器1之動作穩定在期望的狀態之方式，對驅動裝置2輸出自動控制訊號。舉例來說，自動控制裝置6係藉由算出上述目標值與檢測值之偏差，為使機器1的動作追蹤上述目標值，進而對驅動裝置2進行控制。在自動控制運行的期間，驅動裝置2回應所輸入之自動控制信號，讓機器1進行機械工作。

元件符號7係為欲手動修正機器1的動作時所操作的手動干預器。也就是說，於本實施例之控制裝置係具有可以手動調整機器1之動作的功能。舉例而言，如因為外部因素造成機器1的動作急遽地偏離目標值，而操作員等在認知到此種現象時，即可操作手動干預器7，對機器1之動作進行手動修正。

元件符號8係對於操作員等所進行的手動操作轉換成對於驅動裝置2之控制訊號之手動干預控制器。換句話說，手動干預控制器8係對應手動干預器7所進行的操作，對驅動裝置2進行手動修正訊號的輸出。

元件符號9係為進行手動修正信號之增益調整，並將此調整訊號輸出至驅動裝置2之手動修正器。該手動修正器9具有：判斷透過手動干預器7所進行的手動修正是否有過度修正的功能；及根據此判斷結果決定與手動修正訊號進行乘法運算(乘算)的增益調整值，且將計算所得之訊號輸出至驅動裝置2的功能。另外，上述各功能係藉由備置於手段修正器9的增益控制器10來實現。

以下參照第2圖及第3圖，手段修正器9的說明上述手動修正器9(增益控制器10)之具體構成及其功能。並且，第2圖及第3圖係為說明第1圖中手動修正器之動作示意圖。

增益控制器10係當由手動干預控制器8輸入手動修正訊號時，根據該手動修正訊號與此時由自動控制裝置6輸出的自動控制訊號，判斷是否有因為手動干預而造成過度修正的情況發生。從而，增益控制器10根據此判斷結果決定增益調整值，再將該增益調整值與手動干預控制器8輸入之手動修正訊號相乘後輸出至驅動裝置2。

上述之過度修正有無發生的判斷，係透過例如自動控制訊號與手動控制訊號之間的極性是否相同來進行；即，根據自動控制訊號對於驅動裝置2的控制方向與手動修正訊號對於驅動裝置2的控制方向是否相同來進行判斷。舉例來說，增益控制器10係當由手動干預控制器8輸入手動修正訊號時，從自動控制裝置6取得當時的自動控制訊號，且判斷手動修正訊號ΔVman的輸出方向Δα與自動控制訊號ΔV_cnt的輸出方向Δβ的極性是否相同。

在此，當設為

AVEman={ΣΔVman[n-(m-1)]}/4　[m=1-4]　…(1)

時，上述輸出方向Δα則以次式來表示。

Δα=[ΔVman(n)-AVE]×1.5+(ΔVman(n-1)-AVE)×0.5+(ΔVman(n-2)-AVE)×(-1.5)+(ΔVman(n-3)-AVE)×(-0.5)]/5　…(2)

另外，當設為

AVE_cnt={ΣΔV_cnt[n-(m-1)]}/4[m=1-4]　…(3)

時，上述輸出方向Δβ則以次式來表示。

Δβ=[ΔV_cnt(n)-AVE]×1.5+(ΔV_cnt(n-1)-AVE)×0.5+(ΔV_cnt(n-2)-AVE)×(-1.5)+(ΔV_cnt(n-3)-AVE)×(-0.5)]/5　…(4)

在此，增益控制器10就根據上述方程式導出Δα及Δβ，且對Δα及Δβ是否具有同極性進行比較。從而當Δα及Δβ之極性相同時，增益控制器10即判斷其為過度修正，並在抑制手動干預修正量之前提下進行增益調整。

換言之，下列方程式(5)或方程式(6)成立的狀況下，即對手動修正信號乘以未滿1之特定值(例如0.8)後輸出至驅動裝置2。

Δα＞0且Δβ＞0　…(5)

Δα＜0且Δβ＜0　…(6)

另一方面，在Δα及Δβ之極性相異的狀況下，由於自動控制訊號之控制方向與手動修正訊號之控制方向相異，故可判斷出並沒有發生過度修正的疑慮。亦即在上述方程式(5)及方程式(6)皆不成立的狀況下，增益控制器10會將由手動干預控制器8輸出之手動修正訊號直接往驅動裝置2輸出，使操作員等的手動操作直接反映在機器1之運作上。

另外，Δα及Δβ之極性相異的狀況下，由手動干預控制器8輸出之手動修正訊號，即使不透過增益調整器10進行增益調整而直接輸入至驅動裝置2亦為可行。或者如第3圖所示，使增益調整器10不論Δα及Δβ之極性皆持續對由手動干預控制器8輸出的手動修正訊號進行增益調整，並在Δα及Δβ之極性相異的時候，乘以相較極性相同時的增益調整值為大的特定值(例如：1)後輸出至驅動裝置2亦可。

在此以第3圖做為本實施例之一例，係表示把由自動控制裝置6所得之自動控制訊號與由手動修正器9所得之手動修正訊號(增益調整後之訊號)進行加法運算後的訊號當作全控制量對驅動裝置2輸出亦可。

接下來請參考第4圖，係用以具體說明將上述構成的控制裝置運用在壓軋機之控制系統之例子。第4圖係為本發明第一實施例之壓軋機之控制裝置的構成示意圖。

第4圖中，元件符號11及12係為對被壓軋材料13進行壓軋之壓軋輥(以下稱為軋輥)；14係軋輥11及12之間用來控制被壓軋材料13張力之成環裝置(looper)；15係驅動軋輥11旋轉之軋輥驅動電動機；16則係驅動成環裝置14之成環裝置驅動電動機。另外，軋輥驅動電動機15係用於驅動設於成環裝置14上游側的壓軋台之軋輥。

第4圖所示之控制裝置，係透過進行對成環裝置14的高度控制及對軋輥驅動電動機15的速度控制，來進行通過軋輥11(也就是通過成環裝置14之上游側壓軋台)之被壓軋材料13的張力控制。

在連續式壓軋機中，設有複數台的壓軋台，且在相鄰之各個壓軋台之間設有成環裝置。於是成環裝置與其上游側之壓軋台都受到了同樣的控制。第4圖則相當於僅示意了此種連續式壓軋機之中相鄰接的兩台壓軋台者。

元件符號17係為負荷檢測器，用以檢測作用於軋輥11之負荷。元件符號18係扭力檢測器，用以檢測軋輥驅動電動機15的扭力。元件符號19係加速度檢測器，用以檢測軋輥驅動電動機15的加速度。而元件符號17至19所示之各種檢測器並不限於此，只要能達到上述各功能，可由各種手段構成。

元件符號20係為張力檢測器，其具有根據元件符號17至19所示之各檢測器的檢測結果，檢測出被壓軋材料13張力之功能。具體而言，張力檢測器20係根據負荷檢測器17所檢測出之負荷、扭力檢測器18所檢測出之扭力、加速度檢測器19所檢測出之加速度的各種實際檢測值，來檢測通過軋輥11之被壓軋材料13的張力。元件符號21係輸出張力控制訊號之張力控制器。舉例來說，該張力控制器21係將利用特定之演算方法等所得出之被壓軋材料13張力之指令值、及根據張力檢測器20所得之張力的檢測值之偏差進行演算，藉此輸出作為反饋訊號的張力控制訊號。

元件符號22係用以檢測成環裝置14之高度的成環裝置高度檢測器；23則係輸出成環裝置高度控制訊號的成環裝置高度控制器。舉例來說，成環裝置高度控制器23係將透過特定之演算方式等方法求得之對成環裝置14的高度指令值、及根據成環裝置高度檢測器22所得之成環裝置高度的檢測值之偏差進行演算，藉此輸出作為反饋訊號的成環裝置高度控制訊號。

元件符號24係對軋輥驅動電動機15進行速度控制之速度控制裝置。該速度控制裝置24包括：具備自動控制功能之自動控制器25；及手動干預時具有修正功能之手動修正量調整器26。自動控制器25係根據對軋輥驅動電動機15之速度的目標值、及各種檢測器所得之檢測值，以軋輥驅動電動機15之速度穩定在期望的狀態之方式，向軋輥驅動電動機15輸出自動控制訊號。具體來說，自動控制器25係在透過特定之演算器27對上述目標值演算所得之速度指令訊號，加上來自張力控制器21之張力控制訊號與來自成環裝置高度控制器23之成環裝置高度控制訊號，而得到上述自動控制訊號。另外，在自動控制運行的期間，軋輥驅動電動機15係回應輸入之自動控制訊號用以驅動軋輥11，將被壓軋材料13的張力維持在適合之狀態。

元件符號28係對軋輥11的壓軋速度(即軋輥驅動電動機15的速度)進行手動修正時所操作之手動干預器。該手動干預器28係例如為透過肉眼觀察壓軋機的運作狀態進行監控的操作員等所操作。元件符號29係將操作員等所進行的手動操作轉換成對軋輥驅動電動機15的控制訊號之速度修正器。亦即速度修正器29係回應手動干預器28所進行之操作，對軋輥驅動電動機15輸出速度修正訊號。

速度控制裝置24內之手動修正量調整器26係具有：對上述修正訊號進行增益調整，並將此調整訊號輸出至軋輥驅動電動機15之功能。具體來說，手動修正量調整器26係具有：判斷根據手動干預器28的手動修正是否有過度修正的功能；及根據其判斷結果決定與速度修正訊號進行乘法運算之增益調整值，且將此相乘所得之訊號輸出至軋輥驅動電動機15的功能。以下請參照第2圖及第3圖，詳細說明手動修正量調整器26所具備之具體功能。

手動修正量調整器26係當由速度修正器29輸入速度修正訊號時，根據該速度修正訊號與當時從自動控制器25輸出之自動控制訊號，判斷是否有因為手動干預而造成的過度修正的可能性存在。且手動修正量調整器26係基於此判斷結果決定增益調整值，並將該增益調整值乘上從速度修正器29輸入之速度修正訊號並輸出至軋輥驅動電動機15。

上述有無過度修正的判斷，係藉由例如自動控制訊號及速度修正訊號的極性是否相同來進行，即針對自動控制訊號及速度修正訊號，藉由對於軋輥驅動電動機15之控制方向是否相同來進行判斷。舉例來說，手動修正量調整器26係當由速度修正器29輸入速度修正訊號時，由自動控制器25取得當時的自動控制訊號，進而判斷速度修正訊號ΔVman的輸出方向Δα與自動控制訊號ΔV_lp的輸出方向Δγ(與上述Δβ相當)極性是否相同。

另外，速度修正訊號ΔVman的輸出方向Δα，係以上述方程式(1)與(2)表示。

此外，當設為

AVE_lp={ΣΔV_lp[n-(m-1)]}/4[m=1_4]　…(7)

時，上述輸出方向Δγ則以下列方程式表示。

Δγ=[ΔV_lp(n)-AVE]×1.5+(ΔV_lp(n-1)-AVE)×0.5+(ΔV_lp(n-2)-AVE)×(-1.5)+(ΔV_lp(n-3)-AVE)×(-0.5)]/5　…(8)

於是，手動修正量調整器26係由上述方程式推導出Δα及Δγ，且比較Δα及Δγ之極性是否相同。並且當手動修正量調整器26於Δα及Δγ之極性相同時，判斷其為過度修正，並在抑制手動干預的修正量之前提下進行增益調整。

換言之，在下列方程式(9)或方程式(10)成立的狀況下，對速度修正信號乘以未滿1之特定值(例如0.8)後輸出至軋輥驅動電動機15。

Δα＞0且Δγ＞0　…(9)

Δα＜0且Δγ＜0　…(10)

另一方面，在Δα及Δγ之極性相異的狀況下，由於自動控制訊號之控制方向與速度修正訊號之控制方向相異，故可判斷並沒有發生過度修正的疑慮。亦即在上述方程式(9)及方程式(10)皆不成立的狀況下，手動修正量調整器26會將由速度修正器29輸出之速度修正訊號直接往軋輥驅動電動機15輸出，且讓操作員等的手動操作直接反映在軋輥11之速度上。

另外，Δα及Δγ之極性相異的狀況下，由速度修正器29輸出之速度修正訊號，即使不透過手動修正量調整器26進行增益調整而直接輸入至軋輥驅動電動機15亦為可行。或者如第3圖所示，使手動修正量調整器26不論Δα及Δγ之極性，皆持續對由速度修正器29輸出的速度修正訊號進行增益調整，並在Δα及Δγ之極性相異的時候，乘以相較極性相同時的增益調整值為大的特定值(例如：1)後輸出至軋輥驅動電動機15亦可。

根據本發明之第一實施例，可達到即使對機器1的動作控制進行手動干預，亦可抑制手動干預的過度修正，將機器1之動作穩定控制在期望的狀態。

另外，運用在壓軋機之控制裝置的情況下，即使操作員有對軋輥驅動電動機15進行手動干預的狀況，亦可防止該手動干預的過度修正，且可避免壓軋台之間的速度不平衡。換句話說，在壓軋機中，提升了被壓軋材料13之通過軋輥性，並大幅提昇產品的品質。

(產業上之可利用性)

本發明之控制裝置，係對於機器動作進行自動控制之裝置，並可適用於能藉由手動來調整上述機器的動作者。

1．．．機器

2．．．驅動裝置

3．．．機械構件

4．．．檢測器

5．．．計算構件

6．．．自動控制裝置

7．．．手動干預器

8．．．手動干預控制器

9．．．手動修正器

10．．．增益控制器

11、12．．．壓軋軋輥

13．．．被壓軋材料

14．．．成環裝置

15．．．軋輥驅動電動機

16．．．成環裝置驅動電動機

17．．．負荷檢測器

18．．．扭力檢測器

19．．．加速度檢測器

20．．．張力檢測器

21．．．張力控制器

22．．．成環裝置高度檢測器

23．．．成環裝置高度控制器

24．．．速度控制裝置

25．．．自動控制器

26．．．手動修正量調整器

27．．．演算器

28．．．手動干預器

29．．．速度修正器

第1圖係為本發明第一實施例之控制裝置的構成示意圖。

第2圖係為第1圖中手動修正器之動作說明圖。

第3圖係為第1圖中手動修正器之動作說明圖。

第4圖係為本發明第一實施例之壓軋機之控制裝置的構成示意圖。