WO2012070099A1 - 圧延機の制御装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、キー溝を備えていないロールであっても、例えば、ロール研磨時の非対称性や熱膨張の偏り等の原因により、ロールの回転に依存した周期的なロールギャップ変動は発生する。
圧延材を圧延する前に、上下ワークロールを接触させて一定の荷重を掛けた状態(キスロール状態)でロールを回転させ、キスロール時荷重を検出する。そして、検出したキスロール時荷重を高速フーリエ変換する等してロール偏芯周波数を分析する。圧延中は、分析した周波数のロール偏芯が発生するものと仮定し、圧延荷重を利用したフィードバック制御は行わず、上記ロール偏芯による影響を低減させるようにロールギャップ操作量を出力する。
圧延機の出側に設置された板厚計により、板厚変動を測定する。そして、板厚計によって測定された値が、ロールのどの回転位置で圧延されたものなのかを関連付けて、板厚偏差を演算する。制御装置は、演算された板厚偏差に応じてロールギャップを操作し、ロール偏芯による板厚変動を低減させる。
圧延中に圧延荷重を取り込み、その圧延荷重からロール偏芯成分を抽出する。そして、抽出したロール偏芯成分をロールギャップ信号に変換し、ロール偏芯による圧延荷重変動を抑制するように、ロールギャップを操作する(例えば、特許文献1及び2参照)。
特許文献2に記載のものでは、圧延時の荷重からロール偏芯成分を適切に抽出してロールギャップ操作を行っているものの、圧延材の最先端では、高精度な板厚制御が実施できないといった問題があった。
図1はこの発明の実施の形態1における圧延機の制御装置の全体構成を示す図である。
図1において、1は金属材料からなる圧延材、2は圧延機のハウジング、3はワークロール、4はバックアップロールである。圧延材1は、圧延機の出側で所望の板厚となるように、ロールギャップと速度とが適切に調整されたワークロール3によって圧延される。
θB:バックアップロールの回転角[rad]
θW:ワークロールの回転角[rad]
DB:バックアップロールの直径[mm]
DW:ワークロールの直径[mm]
である。なお、上式及び以下においては、記号θは角度を表し、添え字のWはワークロール3を、Bはバックアップロール4を表すものとする。
バックアップロール4の基準位置4aが固定側の基準位置15aに一致する場合、即ち、バックアップロール4の回転角度番号が0の時、圧延荷重はP10を示している。そして、バックアップロール4が回転し、その回転角度番号が1、2、3・・・と進むと、圧延荷重もP11、P12、P13・・・と変化する。バックアップロール4が1回転して、回転角度番号が(n-1)から再び0となると、圧延荷重P20が採取される。圧延荷重P10及びP20を結んだ直線は、ロール偏芯等による圧延荷重変動を除いた圧延荷重と見なすことができる。したがって、ロール偏芯等による圧延荷重の変動成分は、各回転角度番号において測定された圧延荷重P10、P11、P12、P13・・・P20と上記直線との差から求めることができる。
PT:上バックアップロールに発生する荷重(上側荷重)
PB:下バックアップロールに発生する荷重(下側荷重)
P:トータル荷重の実績値(荷重検出装置による検出値)
R:上側荷重PTに配分すべきトータル荷重Pに対する比
である。
以下に、図5を参照し、上側荷重変動同定手段16及び下側荷重変動同定手段17の各構成及び機能について、具体的に説明する。
具体的に、偏差演算手段18aは、荷重上下配分手段10から上側荷重PTが入力されると、その上側荷重PTを、バックアップロール4の回転角度番号毎に記録する。例えば、偏差演算手段18aにはn個(j=0、1、2・・・n-1)の記録エリア21aが備えられており、バックアップロール4の回転に伴い、上側荷重PTが、対応の記録エリア21aに順次記録される。即ち、バックアップロール4の回転角度番号が0の時の上側荷重PTが、荷重P0として記録エリア21aに記録される。同様に、バックアップロール4の回転角度番号がjの時の上側荷重PTが、荷重Pjとして記録エリア21aに記録される。
Zj:加算器Σjの値
k:加算回数(一般に、バックアップロールの回転数に一致)
j=1~n-1
である。
操作量演算手段13は、荷重上下変動同定手段11によって同定された圧延荷重の上側変動成分と下側変動成分とに基づいて、ロールの各回転位置に応じたロールギャップ指令値を演算し、圧延材1の板厚変動を低減させる。具体的に、操作量演算手段13は、下記各式に基づいて、ロールの各回転位置におけるロールギャップ修正量ΔS(mm)を演算する。
M:ミル定数
Q:圧延材の塑性係数
KT、KT1、KB1:調整係数
ΔST:上バックアップロール用ロールギャップ修正量
ΔSB:下バックアップロール用ロールギャップ修正量
ΔS:ロールギャップ修正量
ΔPAT:上バックアップロールによる圧延荷重の偏差(上側荷重変動同定手段16の出力)
ΔPAB:下バックアップロールによる圧延荷重の偏差(下側荷重変動同定手段17の出力)
である。操作量演算手段13は、演算したロールギャップ修正量ΔS(mm)を、ロールギャップ操作手段14に出力する。
なお、ロールギャップは、開方向で正の値、閉方向で負の値とする。以下も同様である。
上述したように、荷重上下変動同定手段11の加算器26a及び26bは、圧延材1が圧延される前にゼロクリアされている。荷重上下変動同定手段11では、圧延材1の圧延を開始してからバックアップロール4が1回転するまでの間は、加算器26a及び26b内に同定データが蓄積されていないため、荷重変動値(ΔPAT、ΔPAB)の出力を行うことができない。また、バックアップロール4が1回転した後でも、圧延材1の開始直後(即ち、圧延材1の圧延を開始してから所定期間が経過するまで)は、検出された圧延荷重に多くのノイズが乗っているため、圧延荷重のみを使用して板厚制御を行うことは好ましくない。
以下に、上記所定期間が経過するまでの具体的な制御方法について説明する。
図9はこの発明の実施の形態2における圧延機の制御装置の全体構成を示す図である。
図9において、27はロールギャップ上下変動同定手段、28は上下同定ロールギャップ変動記憶手段、29は操作量演算手段である。
また、下側ロールギャップ変動同定手段31は、上側ロールギャップ変動同定手段30と同様の構成を有するため、その具体的な説明については省略する。
図12は図1に示す圧延機を圧延材の圧延方向から見た図である。
バックアップロール4に使用されているオイルベアリングの構造が左右対称ではない場合等、ロールギャップのロール偏芯等に起因する変動成分が、圧延材1の左右、即ち、ドライブ側とオペ側とにおいて異なる場合がある。本制御装置には、圧下装置5、荷重検出装置6、ロールギャップ検出器9がドライブ側及びオペ側の双方に設置されており、ロールギャップをドライブ側とオペ側とにおいて別々に制御できる仕組みが備えられている。このため、本実施の形態では、ドライブ側とオペ側とにおいて、周期性外乱による変動成分を別々に同定し、その同定データに合わせてロールギャップの調整を行う場合について説明する。
なお、外乱は、同じロールによって発生していると考えられることから、その周期は変化せず、振幅が両側でことなるものとして、以下の説明を行う。
具体的には、先ず、キスロール状態でロールを一定速度で回転させ、ドライブ側の荷重検出装置6Dによって検出されたキスロール時荷重を荷重上下配分手段10に入力する。かかる場合、図5に示すPは、ドライブ側の荷重検出装置6Dによって検出されたキスロール時荷重となる。荷重上下配分手段10は、荷重検出装置6Dによって検出されたキスロール時荷重Pを上側荷重PTと下側荷重PBとに分割し、荷重上下変動同定手段11に対して出力する。なお、この時の配分比Rについても、0.5の近傍の値(例えば、0.4以上0.6以下である所定値)が設定される。
rDR:上下同定荷重変動記憶手段12に記憶されているキスロール時荷重のドライブ側の上側変動成分に対する下側変動成分の比
rOP:上下同定荷重変動記憶手段12に記憶されているキスロール時荷重のオペ側の上側変動成分に対する下側変動成分の比
KTDR、KTOP:調整係数
ΔSDR:ドライブ側のロールギャップ指令値
ΔSOP:オペ側のロールギャップ指令値
である。
2 ハウジング
3 ワークロール
3a 上ワークロール
3b 下ワークロール
4 バックアップロール
4a 上バックアップロール
4b 下バックアップロール
4c 基準位置
5 圧下装置
6 荷重検出装置
7 ロール回転数検出器
8 ロール基準位置検出器
9 ロールギャップ検出器
10 荷重上下配分手段
11 荷重上下変動同定手段
12 上下同定荷重変動記憶手段
13、29 操作量演算手段
14 ロールギャップ操作手段
15 位置目盛
15a 基準位置
16 上側荷重変動同定手段
17 下側荷重変動同定手段
18a、18b、32a、32b 偏差演算手段
19a、19b、34a、34b 同定手段
20a、20b、35a、35b スイッチ
21a、21b、36a、36b 記録エリア
22a、22b、37a、37b 平均値演算手段
23a、23b、38a、38b 減算器
24a、24b、39a、39b リミット
25a、25b、40a、40b スイッチ
26a、26b、41a、41b 加算器
27 ロールギャップ上下変動同定手段
28 上下同定ロールギャップ変動記憶手段
30 上側ロールギャップ変動同定手段
31 下側ロールギャップ変動同定手段
33a、33b 変換手段
Claims (14)
- 金属材料を圧延する時の板厚制御において、ロール偏芯を主な要因とする周期性外乱を抑制するための圧延機の制御装置であって、
キスロール時荷重及び圧延荷重を検出するための荷重検出装置と、
前記荷重検出装置によって検出された荷重を、所定の比率で上側荷重と下側荷重とに配分する荷重上下配分手段と、
前記荷重上下配分手段によって配分された上側荷重及び下側荷重から、ロールの回転位置に関連して発生する荷重の変動成分をそれぞれ同定する荷重上下変動同定手段と、
前記荷重上下変動同定手段によって同定されたキスロール時荷重の上側変動成分と下側変動成分とを、ロールの回転位置毎に記憶する上下同定荷重変動記憶手段と、
前記荷重上下変動同定手段によって同定された圧延荷重の上側変動成分及び下側変動成分、並びに、前記上下同定荷重変動記憶手段に記憶されているキスロール時荷重の上側変動成分及び下側変動成分に基づいて、圧延されている金属材料の板厚変動を低減させるように、ロールの各回転位置に応じたロールギャップ指令値を演算する操作量演算手段と、
前記操作量演算手段によって演算されたロールギャップ指令値に基づいて、ロールギャップを操作するロールギャップ操作手段と、
を備えたことを特徴とする圧延機の制御装置。 - 前記操作量演算手段は、
前記金属材料の圧延開始直後は、前記荷重上下変動同定手段によって同定された圧延荷重の上側変動成分及び下側変動成分を使用することなくロールギャップ指令値を演算し、
前記金属材料の圧延開始後の所定の遷移期間は、前記荷重上下変動同定手段によって同定された圧延荷重の上側変動成分及び下側変動成分と、前記上下同定荷重変動記憶手段に記憶されているキスロール時荷重の上側変動成分及び下側変動成分との双方を用いてロールギャップ指令値を演算するとともに、時間の経過とともに、前記荷重上下変動同定手段によって同定された圧延荷重の上側変動成分及び下側変動成分を利用する比率を高めていき、
前記遷移期間の経過後は、前記上下同定荷重変動記憶手段に記憶されているキスロール時荷重の上側変動成分及び下側変動成分を使用することなくロールギャップ指令値を演算する
ことを特徴とする請求項1に記載の圧延機の制御装置。 - 前記操作量演算手段は、前記金属材料の圧延を開始する前に、前記荷重上下変動同定手段によって同定されたキスロール時荷重の上側変動成分と下側変動成分とに基づいて、ロールの回転位置に関連して発生するキスロール時荷重の変動成分が低減するようにロールの各回転位置に応じたロールギャップ指令値を演算し、前記ロールギャップ操作手段にロールギャップの操作を行わせ、
前記上下同定荷重変動記憶手段は、前記操作量演算手段による前記制御がキスロール状態で所定時間行われた後に、前記荷重上下変動同定手段によって同定されたキスロール時荷重の上側変動成分と下側変動成分とを、ロールの回転位置毎に記憶する
ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の圧延機の制御装置。 - 前記荷重上下変動同定手段は、
前記荷重上下配分手段によって配分された上側荷重及び下側荷重から、ロールの回転位置に関連して発生する荷重の変動成分をそれぞれ抽出する偏差演算手段と、
前記偏差演算手段によって抽出された上側変動成分及び下側変動成分を、ロールの回転位置毎に加算する加算器と、
を備え、
前記上下同定荷重変動記憶手段は、前記操作量演算手段による前記制御がキスロール状態で行われている時に前記加算器の値の変動が所定の範囲内に収まった場合に、前記加算器の値を記憶する
ことを特徴とする請求項3に記載の圧延機の制御装置。 - 前記荷重検出装置は、圧延機のドライブ側に設置されたドライブ側荷重検出装置と、オペ側に設置されたオペ側荷重検出装置とを備え、
前記荷重上下変動同定手段は、前記金属材料の圧延開始前に、前記ドライブ側荷重検出装置によって検出されたキスロール時荷重に基づいて、ロールの回転位置に関連して発生するキスロール時荷重のドライブ側の上側変動成分と下側変動成分とを同定し、且つ、前記オペ側荷重検出装置によって検出されたキスロール時荷重に基づいて、ロールの回転位置に関連して発生するキスロール時荷重のオペ側の上側変動成分と下側変動成分とを同定し、
前記上下同定荷重変動記憶手段は、前記荷重上下変動同定手段によって同定されたキスロール時荷重のドライブ側の上側変動成分及び下側変動成分と、オペ側の上側変動成分及び下側変動成分とをロールの回転位置毎に記憶し、
前記操作量演算手段は、前記金属材料の圧延時、前記上下同定荷重変動記憶手段に記憶されているキスロール時荷重のドライブ側の上側変動成分及び下側変動成分とオペ側の上側変動成分及び下側変動成分とに基づいて、演算されたロールギャップ指令値から、ドライブ側の指令値とオペ側の指令値とを更に演算する
ことを特徴とする請求項1に記載の圧延機の制御装置。 - 金属材料を圧延する時の板厚制御において、ロール偏芯を主な要因とする周期性外乱を抑制するための圧延機の制御装置であって、
キスロール時荷重及び圧延荷重を検出するための荷重検出装置と、
前記荷重検出装置によって検出された荷重を、所定の比率で上側荷重と下側荷重とに配分する荷重上下配分手段と、
前記荷重上下配分手段によって配分された上側荷重及び下側荷重から、ロールの回転位置に関連して発生するロールギャップの変動成分をそれぞれ同定するロールギャップ上下変動同定手段と、
キスロール状態の時に前記ロールギャップ上下変動同定手段によって同定されたロールギャップの上側変動成分と下側変動成分とを、ロールの回転位置毎に記憶する上下同定ロールギャップ変動記憶手段と、
前記金属材料の圧延が行われている時に前記ロールギャップ上下変動同定手段によって同定されたロールギャップの上側変動成分及び下側変動成分、並びに、前記上下同定ロールギャップ変動記憶手段に記憶されているロールギャップの上側変動成分及び下側変動成分に基づいて、圧延されている金属材料の板厚変動を低減させるように、ロールの各回転位置に応じたロールギャップ指令値を演算する操作量演算手段と、
前記操作量演算手段によって演算されたロールギャップ指令値に基づいて、ロールギャップを操作するロールギャップ操作手段と、
を備えたことを特徴とする圧延機の制御装置。 - 前記操作量演算手段は、
前記金属材料の圧延開始直後は、前記ロールギャップ上下変動同定手段によって同定されたロールギャップの上側変動成分及び下側変動成分を使用することなくロールギャップ指令値を演算し、
前記金属材料の圧延開始後の所定の遷移期間は、前記ロールギャップ上下変動同定手段によって同定されたロールギャップの上側変動成分及び下側変動成分と、前記上下同定ロールギャップ変動記憶手段に記憶されているロールギャップの上側変動成分及び下側変動成分との双方を用いてロールギャップ指令値を演算するとともに、時間の経過とともに、前記ロールギャップ上下変動同定手段によって同定されたロールギャップの上側変動成分及び下側変動成分を利用する比率を高めていき、
前記遷移期間の経過後は、前記上下同定ロールギャップ変動記憶手段に記憶されているロールギャップの上側変動成分及び下側変動成分を使用することなくロールギャップ指令値を演算する
ことを特徴とする請求項6に記載の圧延機の制御装置。 - 前記操作量演算手段は、前記金属材料の圧延を開始する前のキスロール状態でロールが回転している時に、前記ロールギャップ上下変動同定手段によって同定されたロールギャップの上側変動成分と下側変動成分とに基づいて、ロールの回転位置に関連して発生するロールギャップの変動成分が低減するようにロールの各回転位置に応じたロールギャップ指令値を演算し、前記ロールギャップ操作手段にロールギャップの操作を行わせ、
前記上下同定ロールギャップ変動記憶手段は、前記操作量演算手段による前記制御がキスロール状態で所定時間行われた後に、前記ロールギャップ上下変動同定手段によって同定されたロールギャップの上側変動成分と下側変動成分とを、ロールの回転位置毎に記憶する
ことを特徴とする請求項6又は請求項7に記載の圧延機の制御装置。 - 前記ロールギャップ上下変動同定手段は、
前記荷重上下配分手段によって配分された上側荷重及び下側荷重から、ロールの回転位置に関連して発生する変動成分をそれぞれ抽出する偏差演算手段と、
前記偏差演算手段によって抽出された荷重の上側変動成分及び下側変動成分を、それぞれ、ロールギャップの変位に変換する変換手段と、
前記変換手段によって変換されたロールギャップの上側変位及び下側変位を、ロールの回転位置毎に加算する加算器と、
を備え、
前記上下同定ロールギャップ変動記憶手段は、前記操作量演算手段による前記制御がキスロール状態で行われている時に前記加算器の値の変動が所定の範囲内に収まった場合に、前記加算器の値を記憶する
ことを特徴とする請求項8に記載の圧延機の制御装置。 - 前記荷重検出装置は、圧延機のドライブ側に設置されたドライブ側荷重検出装置と、オペ側に設置されたオペ側荷重検出装置とを備え、
前記ロールギャップ上下変動同定手段は、前記金属材料の圧延開始前に、前記ドライブ側荷重検出装置によって検出されたキスロール時荷重に基づいて、ロールの回転位置に関連して発生するロールギャップのドライブ側の上側変動成分と下側変動成分とを同定し、且つ、前記オペ側荷重検出装置によって検出されたキスロール時荷重に基づいて、ロールの回転位置に関連して発生するロールギャップのオペ側の上側変動成分と下側変動成分とを同定し、
前記上下同定ロールギャップ変動記憶手段は、キスロール状態の時に前記ロールギャップ上下変動同定手段によって同定されたロールギャップのドライブ側の上側変動成分及び下側変動成分と、オペ側の上側変動成分及び下側変動成分とをロールの回転位置毎に記憶し、
前記操作量演算手段は、前記金属材料の圧延時、前記上下同定ロールギャップ変動記憶手段に記憶されているロールギャップのドライブ側の上側変動成分及び下側変動成分とオペ側の上側変動成分及び下側変動成分とに基づいて、演算されたロールギャップ指令値から、ドライブ側の指令値とオペ側の指令値とを更に演算する
ことを特徴とする請求項6に記載の圧延機の制御装置。 - 前記操作量演算手段は、前記上下同定荷重変動記憶手段に記憶されているドライブ側の上側変動成分に対する下側変動成分の比をrDR、オペ側の上側変動成分に対する下側変動成分の比をrOPとした場合に、演算されたロールギャップ指令値に2rDR/(rDR+rOP)を乗じた値をドライブ側の指令値として、2rOP/(rDR+rOP)を乗じた値をオペ側の指令値として算出することを特徴とする請求項5又は請求項10に記載の圧延機の制御装置。
- 前記比rDRは、前記上下同定荷重変動記憶手段に記憶されているドライブ側の上側変動成分のピーク値と下側変動成分のピーク値とに基づいて決定され、
前記比rOPは、前記上下同定荷重変動記憶手段に記憶されているオペ側の上側変動成分のピーク値と下側変動成分のピーク値とに基づいて決定される
ことを特徴とする請求項11に記載の圧延機の制御装置。 - 前記比rDRは、前記上下同定荷重変動記憶手段に記憶されているドライブ側の上側変動成分の絶対値を積算した値と下側変動成分の絶対値を積算した値とに基づいて決定され、
前記比rOPは、前記上下同定荷重変動記憶手段に記憶されているオペ側の上側変動成分の絶対値を積算した値と下側変動成分の絶対値を積算した値とに基づいて決定される
ことを特徴とする請求項11に記載の圧延機の制御装置。 - 前記荷重上下配分手段は、前記荷重検出装置によって検出された荷重をP、上側荷重をPT、下側荷重をPBとした場合に、PT=RP、PB=(1-R)Pを満たすように荷重Pを配分し、Rを0.4以上0.6以下の所定値に設定したことを特徴とする請求項1又は請求項5に記載の圧延機の制御装置。
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