(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明を実施するための形態】
【0009】
この発明を実施するための形態について添付の図面に従って説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号が付される。当該部分の重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
【0010】
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1における圧延材の板厚制御装置が適用された圧延システムである。
【0011】
図1において、圧延機1は、上ワークロール2と下ワークロール3と駆動装置4と圧下装置5とを備える。
【0012】
上ワークロール2と下ワークロール3とは、鉛直方向に並ぶ。例えば、駆動装置4は、モータとドライブ装置とからなる。駆動装置4の出力部は、上ワークロール2の入力部と下ワークロール3の入力部とに接続される。圧下装置5は、上ワークロール2の上方に設けられる。
【0013】
入側板速度計6は、圧延機1の入側に設けられる。入側板厚計7は、圧延機1と入側板速度計6との間に設けられる。出側板速度計8は、圧延機1の出側に設けられる。
【0014】
板厚制御装置9は、PLC等からなる。板厚制御装置9の第1入力部は、入側板速度計6の出力部に接続される。板厚制御装置9の第2入力部は、入側板厚計7の出力部に接続される。板厚制御装置9の第3入力部は、出側板速度計8の出力部に接続される。板厚制御装置9の第1出力部は、駆動装置4の入力部に接続される。板厚制御装置9の第2出力部は、圧下装置5の入力部に接続される。
【0015】
圧延システムにおいて、上ワークロール2と下ワークロール3とは、圧延材10を挟み込む。入側板速度計6は、圧延機1の入側においてレーザ等を用いて圧延材10の送り速度を実測する。入側板厚計7は、圧延機1の入側においてX線、γ線等を用いて圧延材10の厚さを実測する。出側板速度計8は、圧延機1の出側においてレーザ等を用いて圧延材10の送り速度を実測する。
【0016】
板厚制御装置9は、入側板速度計6と入側板厚計7と出側板速度計8との実測値に基づいて、駆動装置4と圧下装置5とを制御する。その結果、圧延機1の入側および出側において、圧延材10にかかる張力が制御される。上ワークロール2と下ワークロール3との間の距離が制御される。
【0017】
具体的には、入側板速度計6は、圧延材10の送り速度の実測値v
inres(mm/s)を出力する。入側板厚計7は、圧延材10の厚さの実測値H
res(mm)を出力する。出側板速度計8は、圧延材10の送り速度の実測値v
outres(mm/s)を出力する。
【0018】
板厚制御装置9は、実測値v
inresと実測値H
resと実測値v
outresとに基づいて角速度の基準値ω
rollref(rad/s)を算出する。駆動装置4は、基準値ω
rollrefに基づいて上ワークロール2と下ワークロール3とを回転させる。
【0019】
板厚制御装置9は、実測値H
resを用いて圧延機1におけるロールギャップの第1変化量の基準値ΔS
FFref(mm)を設定する。板厚制御装置9は、データシフトレジスタによって入側板厚計7から圧下点までトラッキングする。この際、板厚制御装置9は、実測値H
resと実測値v
inresと実測値v
outresと用いて圧延機1におけるロールギャップの第2変化量の基準値ΔS
MFref(mm)を設定する。
【0020】
圧下装置5は、基準値ΔS
FFrefと基準値ΔS
MFrefとの合計値に基づいて上ワークロール2と下ワークロール3との間の距離を変化させる。
【0021】
次に、
図2を用いて、板厚制御装置9の一例を説明する。
図2はこの発明の実施の形態1における圧延材の板厚制御装置のブロック図である。
【0022】
図2に示すように、板厚制御装置9は、第1設定部9aと第2設定部9bと第3設定部9cと調整部9dとを備える。
【0023】
第1設定部9aは、圧延機1の入側における圧延材10の厚さの実測値H
resと基準値H
n(mm)との第1偏差ΔH(mm)に基づいて圧延機1におけるロールギャップの第1変化量の基準値ΔS
FFrefを設定する。第2設定部9bは、圧延機1の入側における圧延材10の厚さの実測値H
resと速度の実測値v
inresと圧延機1の出側における速度の実測値v
outresとにより圧延材10の出側における圧延材10の厚さの推定値h
res(mm)を算出する。第2設定部9bは、推定値h
resと基準値h
n(mm)との第2偏差Δh(mm)に基づいて圧延機1におけるロールギャップの第2変化量の基準値ΔS
MFrefを設定する。第3設定部9cは、第1設定部9aにより設定された第1変化量の基準値ΔS
FFrefと第2設定部9bにより設定された第2変化量の基準値ΔS
MFrefとに基づいて圧延機1におけるロールギャップの操作量を設定する。調整部9dは、圧延機1の入側における第1偏差と圧延機1の出側における第2偏差との比較結果に基づいて第1設定部9aのゲインを自動的かつ逐次的に調整する。
【0024】
次に、
図3を用いて、板厚制御装置9のハードウェア構成の一例を説明する。
図3はこの発明の実施の形態1における圧延材の板厚制御装置のハードウェア構成図である。
【0025】
図3に示すように、板厚制御装置9は、処理回路11を備える。処理回路11は、プロセッサ11aとメモリ11bとを備える。
図2の板厚制御装置9の各部の動作は、少なくとも一つのプロセッサ11aが少なくとも一つのメモリ11bに記憶されたプログラムを実行することにより実現される。
【0026】
次に、
図4を用いて、第1設定部9aに基づいた制御を説明する。
図4はこの発明の実施の形態1における圧延材の板厚制御装置の第1設定部のブロック線図である。
【0027】
図4に示すように、第1設定部9aは、フィードフォワードAGC制御器12aを備える。フィードフォワードAGC制御器12aの伝達関数C
FFは、K
P_FFに設定される。フィードフォワードAGC制御器12aの出力部は、油圧圧下位置制御系13の入力部に接続される。油圧圧下位置制御系13は、圧下装置5のサーボ弁と油圧配管系とを含む。油圧圧下位置制御系13の伝達関数は、Gpで表される。油圧圧下位置制御系13の出力部は、第1変換ブロック14の入力部に接続される。第1変換ブロック14の出力部は、第2変換ブロック15の入力部に接続される。
【0028】
圧延機1の入側において、圧延材10の厚さの第1偏差ΔHは、次の(1)式で表される。
【0030】
第1偏差ΔHは、フィードフォワードAGC制御器12aに入力される。フィードフォワードAGC制御器12aは、ロールギャップの第1変化量の基準値ΔS
FFrefを算出する。基準値ΔS
FFrefは、上ワークロール2と下ワークロール3とが間が狭くなる方向が負となるように算出される。
【0031】
油圧圧下位置制御系13は、基準値ΔS
FFrefに基づいて上ワークロール2と下ワークロール3との間の距離を変化させる。
【0032】
第1変換ブロック14は、上ワークロール2と下ワークロール3との間の距離の変化量ΔS
FF(mm)を圧延荷重の変化量ΔP
FF(kN)に変換する。圧延荷重の変化量ΔP
FFは、次の(2)式で表される。
【0034】
(2)式において、Mは圧延荷重によるミル伸びを表すミル定数(kN/mm)である。Qは圧延荷重による厚み変化を表す塑性係数(kN/mm)である。
【0035】
第2変換ブロック15は、圧延荷重の変化量ΔP
FFをミル伸びの変化量ΔP
FF/Mに変換する。
【0036】
圧延機1の出側において、圧延材10の厚さの変化量Δh
FF(mm)は、次の(3)式で表される。
【0038】
次に、
図5を用いて、第2設定部9bに基づいた制御を説明する。
図5はこの発明の実施の形態1における圧延材の板厚制御装置の第2設定部のブロック線図である。
【0039】
図5に示すように、第2設定部9bは、推定器12bとマスフローAGC制御器12cとを備える。推定器12bの出力部は、マスフローAGC制御器12cの入力部に接続される。マスフローAGC制御器12cの伝達係数C
MFは、K
P_MF+K
I_MF/sに設定される。ただし、sはラプラス演算子である。マスフローAGC制御器12cの出力部は、油圧圧下位置制御系13の入力部に接続される。油圧圧下位置制御系13は、圧下装置5のサーボ弁と油圧配管系とを含む。油圧圧下位置制御系13の伝達関数は、Gpで表される。油圧圧下位置制御系13の出力部は、第1変換ブロック14の入力部に接続される。第1変換ブロック14の出力部は、第2変換ブロック15の入力部に接続される。
【0040】
推定器12bは、マスフロー一定側により圧延機1の出側における圧延材10の厚さの推定値h
resを算出する。具体的には、推定値h
resは、次の(4)式で表される。
【0042】
圧延機1の出側において、圧延材10の厚さの第2偏差Δhは、次の(5)式で表される。
【0044】
第2偏差Δhは、マスフローAGC制御器12cに入力される。マスフローAGC制御器12cは、ロールギャップの第2変化量の基準値ΔS
MFrefを算出する。基準値ΔS
MFrefは、上ワークロール2と下ワークロール3とが間が狭くなる方向が負となるように算出される。
【0045】
油圧圧下位置制御系13は、基準値ΔS
MFrefに基づいて上ワークロール2と下ワークロール3との間の距離を変化させる。
【0046】
第1変換ブロック14は、上ワークロール2と下ワークロール3との間の距離の変化量ΔS
MF(mm)を圧延荷重の変化量ΔP
MF(kN)に変換する。圧延荷重の変化量ΔP
MFは、次の(6)式で表される。
【0048】
(6)式において、Mは圧延荷重によるミル伸びを表すミル定数(kN/mm)である。Qは圧延荷重による厚み変化を表す塑性係数(kN/mm)である。
【0049】
第2変換ブロック15は、圧延荷重の変化量ΔP
MFをミル伸びの変化量ΔP
MF/Mに変換する。
【0050】
圧延機1の出側において、圧延材10の板厚の変化量Δh
MF(mm)は、次の(7)式で表される。
【0052】
次に、
図6を用いて、調整部9dの動作を説明する。
図6はこの発明の実施の形態1における圧延材の板厚制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【0053】
ステップS1では、調整部9dは、第1偏差ΔHと第2偏差Δhとの積が0か否かを判定する。
【0054】
ステップS1で第1偏差ΔHと第2偏差Δhとの積が0の場合は、ステップS2に進む。ステップS2では、第1設定部9aのゲインの調整量ΔKpを0とする。その後、動作が終了する。
【0055】
ステップS1で第1偏差ΔHと第2偏差Δhとの積が0でない場合は、ステップS3に進む。ステップS3では、調整部9dは、第1偏差ΔHと第2偏差Δhとの正負の符号が同じか否かを判定する。具体的には、調整部9dは、第1偏差ΔHと第2偏差Δhとの積が0よりも大きいか否かを判定する。
【0056】
ステップS3で第1偏差ΔHと第2偏差Δhとの正負の符号が同じ場合、第1偏差ΔHと第2偏差Δhとの積は0よりも大きくなる。この場合は、ステップS4に進む。ステップS4では、調整部9dは、第1設定部9aのゲインの調整量ΔKpを0よりも大きい値とする。その後、動作が終了する。
【0057】
ステップS3で第1偏差ΔHと第2偏差Δhとの正負の符号が異なる場合、第1偏差ΔHと第2偏差Δhとの積は0より小さくなる。この場合は、ステップS5に進む。ステップS5では、調整部9dは、第1設定部9aのゲインの調整量ΔKpを0よりも小さい値とする。その後、動作が終了する。
【0058】
次に、
図7を用いて、板厚制御装置9による制御のシミュレーション結果を説明する。
図7はこの発明の実施の形態1における圧延材の板厚制御装置による制御のシミュレーション結果を示す図である。
【0059】
図7の最上段の図は、ライン速度を示す図である。ライン速度は、上ワークロール2と下ワークロール3との周速度である。
図7の上から2段目の図は、圧延機1の入側および出側において圧延材10にかかる張力を示す図である。
図7の上から3段目の図は、圧延機1の入側および出側における圧延材10の厚さを示す図である。
図7の最下段の図は、圧延荷重を示す図である。
【0060】
図7の最上段の図において、ライン速度の目標値は、100(mpm)である。
図7の上から2段目の図において、圧延機1の入側および出側で圧延材10にかかる張力の目標値は、100(MPa)である。
図7の上から3段目の図において、圧延機1の入側における圧延材10の厚さの実測値H
resの平均値は、2.69(mm)である。圧延機1の出側における圧延材10の厚さの目標値(基準値)h
nは、2.228(mm)である。この際、圧延機1の圧下率は、17.2%である。
【0061】
圧延機1の入側において、圧延材10の厚さの実測値H
resは変動する。例えば、当該変動は、sin波に対応する。当該変動の振幅は、0.0015(mm)である。時刻Tが2(s)となるまでには、ストール張力が圧延材10にかかる。当該ストール張力は、目標値の40%に設定される。その後、ライン速度を上げることにより、圧延材10の圧延が開始される。
【0062】
時刻Tが3.7(s)になると、ライン速度が目標値に達する。この際、板厚制御装置9は、圧延材10の厚さの制御を開始する。当該制御により、圧延機1の出側における圧延材10の厚さの実測値h
resは、変動を繰り返す。
【0063】
実測値h
resが目標値h
nとなる回数が予め設定された回数に到達した時点において、板厚制御装置9は、
図6のフローに沿って第1設定部9aのゲインを調整する。例えば、実測値h
resが目標値h
nとなる回数が6回となった時点において、板厚制御装置9は、
図6のフローに沿って第1設定部9aのゲインを調整する。
【0064】
次に、
図8と
図9とを用いて、板厚制御装置9による制御の有効性を説明する。
図8はこの発明の実施の形態1における圧延材の板厚制御装置の調整部により第1設定部のゲインを調整しない場合のシミュレーション結果を示す拡大図である。
図9はこの発明の実施の形態1における圧延材の板厚制御装置の調整部により第1設定部のゲインを調整する場合のシミュレーション結果を示す拡大図である。
【0065】
図8においては、圧延機1の出側における圧延材10の厚さの実測値h
resは、目標値h
nを基準として変動を繰り返す。当該変動は収束しない。
【0066】
図9においては、時刻Tが4.2(s)になると、調整部9dが第1設定部9aのゲインの調整を開始する。圧延機1の出側における圧延材10の厚さの実測値h
resは、目標値h
nを基準として変動を繰り返す。当該変動は収束する。
【0067】
以上で説明した実施の形態1によれば、第1設定部9aのゲインは、圧延機1の入側における第1偏差ΔHと圧延機1の出側における第2偏差Δhとの比較結果に基づいてサンプリング毎に調整される。その結果、第1設定部9aのゲインが最適化される。このため、圧延機1の出側における圧延材10の厚さの精度を高めることができる。
【0068】
また、調整部9dは、第1偏差ΔHと第2偏差Δhとの正負の符号が同じ場合は第1設定部9aのゲインを大きくし、第1偏差ΔHと第2偏差Δhとの正負の符号が異なる場合は第1設定部9aのゲインを小さくする。このため、圧延機1の出側における圧延材10の厚さの精度を簡単な制御で高めることができる。
【0069】
なお、第1偏差ΔHと第2偏差Δhとの積の絶対値が予め設定された閾値よりも小さい場合は、調整部9dによる第1設定部9aのゲインの調整を行わなくてもよい。この場合、マスフロー一定側による推定値h
resの誤差の影響を取り除くことができる。入側板速度計6と入側板厚計7と出側板速度計8との計測ノイズの影響を取り除くことができる。