(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-06-10
(45)【発行日】2024-06-18
(54)【発明の名称】プロセスライン制御システム
(51)【国際特許分類】
B21B 37/46 20060101AFI20240611BHJP
B21B 39/08 20060101ALI20240611BHJP
B21C 47/00 20060101ALI20240611BHJP
【ＦＩ】
B21B37/46 110Z
B21B39/08 A
B21C47/00 F
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2021118545
(22)【出願日】2021-07-19
(65)【公開番号】P2023014541
(43)【公開日】2023-01-31
【審査請求日】2023-07-12
(73)【特許権者】
【識別番号】501137636
【氏名又は名称】株式会社ＴＭＥＩＣ
(74)【代理人】
【識別番号】110003199
【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】田渕 義人
【審査官】中西 哲也
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１３－０７５３０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５８－１０７２１６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０７－１４８５０５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－１３７９２３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－０９４８０３（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２１Ｂ １／００－９９／００
Ｂ２１Ｃ ４５／００－４９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
スキンパスミル及びテンションレベラを備えて素材を圧延するプロセスラインを制御するプロセスライン制御システムにおいて、前記スキンパスミル及び前記テンションレベラそれぞれの下流に設けられた複数のブライドルロールに対し、素材を送る速度を当該素材にかかる張力に基づく制御量により制御する速度制御部と、
前記スキンパスミルの上流に配置されたアンチクリンピングロール、及び前記スキンパスミルの下流に配置されたアンチクロスブレーキングロールの移動量に応じて変化する素材の長さの変動量を予測する予測部と、
前記予測部が予測した変動量に基づいて、複数の前記ブライドルロールが素材を送る速度が遅くなるように、複数の前記ブライドルロールに対する前記速度制御部の制御量を補正する補正部と
を有することを特徴とするプロセスライン制御システム。
【請求項2】
前記アンチクリンピングロール及び前記アンチクロスブレーキングロールは、複数の素材が溶接された溶接点が前記スキンパスミルを通過するときに移動すること
を特徴とする請求項１に記載のプロセスライン制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、素材を圧延するプロセスラインを制御するプロセスライン制御システムに関する。
【背景技術】
【0002】
素材（圧延材）を圧延するプロセスラインとして、スキンパスミル（ＳＫＰ）によりストリップ（圧延された素材）の形状を改善し、テンションレベラ（ＴＬ）により平坦度などを矯正するものが知られている。
【0003】
また、プロセスラインにおいて、複数本の駆動されるブライドルロールによりＳ字状に素材を張って、素材の張力と素材を送る速度を変化させる技術は公知である（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２００３－２７５８１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、従来は、ブライドルロールが素材を送る速度を、当該素材にかかる張力を計測してフィードバック制御すると、素材に対する張力変動が生じた後に素材を送る速度を制御することとなっていた。
【0006】
このフィードバック制御では、素材に張力変動が生じ得るため、圧延された素材の品質が低下してしまうおそれがあった。例えば、プロセスライン制御システムは、素材の張力変動を検出した場合に、ストリップが破断したと誤検出してプロセスラインを停止させたり、テンションレベラによる素材の伸び率補正が過補正となるおそれがあった。
【0007】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、素材を圧延するプロセスラインにおける素材の張力変動を抑えて、ストリップの形状を安定させることができるプロセスライン制御システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の一態様にかかるプロセスライン制御システムは、スキンパスミル及びテンションレベラを備えて素材を圧延するプロセスラインを制御するプロセスライン制御システムにおいて、前記スキンパスミル及び前記テンションレベラそれぞれの下流に設けられた複数のブライドルロールに対し、素材を送る速度を当該素材にかかる張力に基づく制御量により制御する速度制御部と、前記スキンパスミルの上流に配置されたアンチクリンピングロール、及び前記スキンパスミルの下流に配置されたアンチクロスブレーキングロールの移動量に応じて変化する素材の長さの変動量を予測する予測部と、前記予測部が予測した変動量に基づいて、複数の前記ブライドルロールが素材を送る速度が遅くなるように、複数の前記ブライドルロールに対する前記速度制御部の制御量を補正する補正部とを有することを特徴とする。
【0010】
また、本発明の一態様にかかるプロセスライン制御システムは、前記アンチクリンピングロール及び前記アンチクロスブレーキングロールが、複数の素材が溶接された溶接点が前記スキンパスミルを通過するときに移動することを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、素材を圧延するプロセスラインにおける素材の張力変動を抑えて、ストリップの形状を安定させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】プロセスラインと、プロセスラインを制御するプロセスライン制御システムを有する圧延システムの構成例を示す図である。
【図2】（ａ）は、ＡＣＲが下降したときのストリップを例示する図である。（ｂ）は、ＡＣＲが上昇したときのストリップを例示する図である。
【図3】ＡＣＲの移動量と、ＴＭからスキンパスミルまでにおけるストリップの長さとの関係を示すグラフである。
【図4】速度制御部が行う制御を例示する制御ブロック図である。
【図5】予測部が予測した結果に基づいて、補正部がＡＣＲに関するＡＣＲ補正を生成するために行う制御を例示する制御ブロック図である。
【図6】比較例の速度制御部がＳＫＰ後ブライドルロールに対して行う制御を例示する制御ブロック図である。
【図7】比較例の速度制御部がＴＬ後ブライドルロールに対して行う制御を例示する制御ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下に、図面を用いて一実施形態にかかるプロセスライン制御システムを備えた圧延システムについて説明する。図１は、プロセスライン１と、プロセスライン１を制御するプロセスライン制御システム２を有する圧延システムの構成例を示す図である。
【0014】
プロセスライン１は、例えばスキンパスミル１０と、スキンパスミル１０の下流に配置されたテンションレベラ１１を備え、プロセスライン制御システム２の制御に応じて素材（圧延材）ｍを上流から下流へ送りつつ圧延する。
【0015】
スキンパスミル１０の上流には、アンチクリンピングロール（ＡＣＲ）１００が配置されており、スキンパスミル１０の下流には、アンチクロスブレーキングロール（ＡＣＢＲ）１０２が配置されている。
【0016】
ＡＣＲ１００及びＡＣＢＲ１０２は、それぞれ図示しない駆動部により回転して素材ｍを上流から下流に向けて送る。また、ＡＣＲ１００及びＡＣＢＲ１０２は、それぞれ上昇及び下降するように制御され、移動量に応じて素材ｍの張力を変化させる。
【0017】
例えば、素材ｍは、複数の異なる素材が溶接された溶接点を有することがある。スキンパスミル１０は、素材ｍの溶接点が通過するときに、素材ｍから離れるようにロールを一回開く動作（溶接点クイックオープン）、素材ｍに対する圧力を溶接点に対して下げる動作（軽圧）、及び素材ｍに対してロールを接触させるように閉じる動作（クローズ）を行う。
【0018】
この場合、ＡＣＲ１００及びＡＣＢＲ１０２は、例えば素材ｍの溶接点がスキンパスミル１０を通過するときに上昇又は下降するように移動し、素材ｍの溶接点における伸び率及び張力を変化させる。
【0019】
テンションレベラ１１は、素材ｍに所定の伸び率を付与して伸び率補正を行い、素材ｍの平坦度不良などを解消させるように形状不良を矯正する。
【0020】
第１ブライドルロール１２は、スキンパスミル１０の上流に設けられたＳＫＰ前ブライドルロールである。第１ブライドルロール１２は、複数本の駆動されるブライドルロールにより素材ｍをＳ字状に例えば２回張り、素材ｍの張力と素材ｍを送る速度を変化させる。なお、第１ブライドルロール１２は、素材ｍの張力と素材ｍを送る速度を変化させる構成であればよく、ここでは複数本の駆動されるブライドルロールによる構成であるとする。
【0021】
第２ブライドルロール１３は、スキンパスミル１０の下流に設けられたＳＫＰ後ブライドルロールである。第２ブライドルロール１３は、複数本の駆動されるブライドルロールにより素材ｍをＳ字状に例えば２回張り、素材ｍの張力と素材ｍを送る速度を変化させる。なお、第２ブライドルロール１３は、素材ｍの張力と素材ｍを送る速度を変化させる構成であればよく、ここでは複数本の駆動されるブライドルロールによる構成であるとする。
【0022】
第３ブライドルロール１４は、テンションレベラ１１の下流に設けられたＴＬ後ブライドルロールである。第３ブライドルロール１４は、複数本の駆動されるブライドルロールにより素材ｍをＳ字状に例えば４回張り、素材ｍの張力と素材ｍを送る速度を変化させる。なお、第３ブライドルロール１４は、素材ｍの張力と素材ｍを送る速度を変化させる構成であればよく、ここでは複数本の駆動されるブライドルロールによる構成であるとする。
【0023】
テンションメータロール（ＴＭ）１５は、第１ブライドルロール１２とＡＣＲ１００との間に配置され、素材ｍに対して張力を付与するとともに、素材ｍに対する張力を計測可能にされている。
【0024】
テンションメータロール（ＴＭ）１６は、ＡＣＢＲ１０２と第２ブライドルロール１３との間に配置され、素材ｍに対して張力を付与するとともに、素材ｍに対する張力を計測可能にされている。
【0025】
テンションメータロール（ＴＭ）１７は、第２ブライドルロール１３とテンションレベラ１１との間に配置され、素材ｍに対して張力を付与するとともに、素材ｍに対する張力を計測可能にされている。
【0026】
そして、プロセスライン１は、例えばコイル状に巻かれた素材ｍを巻き戻して第１ブライドルロール１２へ送り、第３ブライドルロール１４まで素材ｍを送る間に圧延を行い、図示しない巻取装置により素材ｍを巻き取る。
【0027】
プロセスライン制御システム２は、張力計測部２０，２１，２２、速度制御部２３、予測部２４、及び補正部２５を有し、プロセスライン１を制御する。
【0028】
張力計測部２０は、ＴＭ１５を介して素材ｍの張力を計測し、計測した張力を速度制御部２３に対して出力する。
【0029】
張力計測部２１は、ＴＭ１６を介して素材ｍの張力を計測し、計測した張力を速度制御部２３に対して出力する。
【0030】
張力計測部２２は、ＴＭ１７を介して素材ｍの張力を計測し、計測した張力を速度制御部２３に対して出力する。
【0031】
速度制御部２３は、張力計測部２０，２１，２２それぞれが計測した張力に基づき、後述する補正部２５による補正をともなって、第２ブライドルロール１３及び第３ブライドルロール１４における素材ｍの張力及び速度を制御する。
【0032】
つまり、速度制御部２３は、後述する補正部２５による補正をともなって、第２ブライドルロール１３及び第３ブライドルロール１４それぞれに対し、素材ｍを送る速度を当該素材ｍにかかる張力に基づく制御量により制御する。
【0033】
予測部２４は、ＡＣＲ１００及びＡＣＢＲ１０２の移動量に応じて変化する素材ｍの長さの変動量を予測し、予測した変動量（図３を用いて後述）を補正部２５に対して出力する。
【0034】
補正部２５は、予測部２４が予測した変動量に基づいて、第２ブライドルロール１３及び第３ブライドルロール１４に対する速度制御部２３の制御量を補正する。例えば、補正部２５は、予測部２４が予測した変動量に基づいて、第２ブライドルロール１３及び第３ブライドルロール１４が素材ｍを送る速度が遅くなるように、速度制御部２３の制御量を補正する。
【0035】
次に、プロセスライン制御システム２がプロセスライン１に対して行う制御について、より具体的に説明する。
【0036】
図２は、プロセスライン１におけるＡＣＲ１００の移動量を示す図である。図２（ａ）は、ＡＣＲ１００が下降したときのストリップ（素材ｍ）を例示する図である。図２（ｂ）は、ＡＣＲ１００が上昇したときのストリップ（素材ｍ）を例示する図である。
【0037】
図２（ａ）に示すように、ＡＣＲ１００が例えば下降限（高さ０）まで下降しているときには、ＡＣＲ１００は、ストリップの長さに影響を与えない。例えば、このときのＴＭ１５からスキンパスミル１０までにおけるストリップの長さは、２７２６ｍｍである。
【0038】
一方、図２（ｂ）に示すように、ＡＣＲ１００が例えば２３０ｍｍ上昇しているときには、ＡＣＲ１００は、ストリップの長さを長くするように作用する。例えば、このときのＴＭ１５からスキンパスミル１０までにおけるストリップの長さは、２７８５ｍｍまで伸ばされている。
【0039】
なお、ＡＣＢＲ１０２が上昇又は下降する場合にストリップの長さに与える影響は、図２に示したＡＣＲ１００の場合と同様である。
【0040】
図３は、ＡＣＲ１００の移動量と、ＴＭ１５からスキンパスミル１０までにおけるストリップの長さとの関係を示すグラフである。図３に示すように、ＡＣＲ１００の移動量に応じてストリップの長さは変化する。ＴＭ１５からスキンパスミル１０までにおけるストリップの長さが変化すると、ストリップの張力に影響を与える。
【0041】
ここで、ＡＣＲ１００の移動量に対するＴＭ１５からスキンパスミル１０までにおけるストリップの長さ（板長さ）は、下式（１）の近似式によって示すことが可能である。
【0042】
ｙ＝０．００１１ｘ２＋０．０１０１＋２７２６．１ ・・・（１）
ｙ＝板長さ（ｍｍ）
ｘ＝ＡＣＲ高さ（ｍｍ）、（又はＡＣＢＲ高さ（ｍｍ））
ｙ＝板長さ（ｍｍ）
ｘ＝ＡＣＲ高さ（ｍｍ）、（又はＡＣＢＲ高さ（ｍｍ））
【0043】
なお、ＡＣＢＲ１０２の移動量に対するスキンパスミル１０からＴＭ１６までにおけるストリップの長さも同様に、上式（１）の近似式によって示すことが可能である。
【0044】
よって、上述した予測部２４は、上式（１）を用いて、ＡＣＲ１００及びＡＣＢＲ１０２の移動量に応じて変化する素材ｍの長さの変動量を予測する。そして、補正部２５は、予測部２４が予測した変動量に基づいて、第２ブライドルロール１３及び第３ブライドルロール１４に対する速度制御部２３の制御量を補正する。
【0045】
図４は、速度制御部２３が行う制御を例示する制御ブロック図である。速度制御部２３は、第２ブライドルロール１３及び第３ブライドルロール１４それぞれに対する速度基準を生成するために、ＭＲＨ（速度設定器）が出力する速度設定に対し、所定の伸率補正（％）を乗じる。
【0046】
ここで、第２ブライドルロール１３及び第３ブライドルロール１４それぞれに対する速度基準には、素材ｍに対する張力基準（張力ＲＥＦ）に対し、張力計測部２０，２１，２２が計測した張力に基づくフィードバック（張力ＦＢＫ）がかけられてＰＩ制御された結果が反映されている。
【0047】
このとき、ＰＩ制御された結果には、第２ブライドルロール１３及び第３ブライドルロール１４それぞれに対する速度基準に反映される前に、ＡＣＢＲ補正を反映されたＡＣＲ補正が反映されている。
【0048】
図５は、予測部２４が予測した結果に基づいて、補正部２５がＡＣＲ１００に関するＡＣＲ補正を生成するために行う制御を例示する制御ブロック図である。なお、補正部２５は、ＡＣＢＲ１０２に関するＡＣＢＲ補正を生成するために、図５の制御ブロック図に示した制御と同様の制御を行う。
【0049】
予測部２４は、ＡＣＲ１００の位置と、ＡＣＲ１００の位置の変化量に基づいて、ＴＭ１５とスキンパスミル１０との間における素材ｍの長さ（板長さ）を予測する。補正部２５は、図５に示した制御を行うことにより、ＡＣＲ１００に関するＡＣＲ補正を生成する。Ｇは、初期値を１．０とする調整ゲインである。ＦＧＥＮは、Ｆｕｎｃｔｉｏｎ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒである。
【0050】
例えば、補正部２５は、ＡＣＲ補正ΔＳ（ｍｐｍ）を下式（２）によって算出する。
【0051】
ΔＳ（ｍｐｍ）＝Ｙ１－Ｙ２（ｍｍ／ｓ） ・・・（２）
＝０．００１１Ｘ１２－０．００１１Ｘ２２
＝０．００１１（Ｘ１２－Ｘ２２）
＝０．００１１Ｘ１２－０．００１１Ｘ２２
＝０．００１１（Ｘ１２－Ｘ２２）
【0052】
ただし、板長さＹ１と、例えば１秒後の板長さＹ２は、下式（３）、（４）によって示されることとする。
【0053】
Ｙ１＝０．００１１Ｘ１２＋０．０１０１＋２７２６．１ ・・・（３）
Ｙ２＝０．００１１Ｘ２２＋０．０１０１＋２７２６．１ ・・・（４）
Ｙ２＝０．００１１Ｘ２２＋０．０１０１＋２７２６．１ ・・・（４）
【0054】
例えば、ＡＣＲ１００が１００ｍｍの位置から１２０ｍｍの位置に上昇する動作をするとき、補正部２５は、現在のＡＣＲ動作速度（例えば２０ｍｍ／ｓ）を用いて、１秒後の板長さを算出する。
【0055】
ＡＣＲ１００が１００ｍｍの位置（Ｘ１）にあるとき、ＦＧＥＮ回路が出力する板長さＹ１は、２７３８ｍｍとなる。
【0056】
ＡＣＲ１００が１２０ｍｍの位置（Ｘ２）にあるとき、ＦＧＥＮ回路が出力する板長さＹ２は、２７４３ｍｍとなる。
【0057】
そして、補正部２５は、上式（２）を用いて、２７３８－２７４３＝－５を算出する。つまり、補正部２５は、第２ブライドルロール１３及び第３ブライドルロール１４に対して速度制御部２３が５（ｍｍ／ｓ）に相当する補正を行うように、ＡＣＲ補正及びＡＣＢＲ補正を算出する。
【0058】
このように、プロセスライン制御システム２は、予測部２４がＡＣＲ１００及びＡＣＢＲ１０２の移動量に応じて変化する素材ｍの長さの変動量を予測し、予測部２４が予測した変動量に基づいて、補正部２５が第２ブライドルロール１３及び第３ブライドルロール１４に対する速度制御部２３の制御量を補正するので、プロセスライン１における素材ｍの張力変動を抑えて、素材ｍの形状を安定させることができる。
【0059】
つまり、プロセスライン制御システム２は、スキンパスミル１０の上流及び下流におけるストリップの張力変動を抑え、テンションレベラ１１によるストリップの伸び率変動を抑えることができ、ストリップの形状を安定させることができる。
【0060】
なお、プロセスライン制御システム２が有する各機能は、それぞれ一部又は全部がＰＬＤ（Programmable Logic Device）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のハードウェアによって構成されてもよいし、ＣＰＵ等のプロセッサが実行するプログラムとして構成されてもよい。
【0061】
次に、プロセスライン制御システムが備える比較例の速度制御部が行う制御について説明する。図６は、比較例の速度制御部がＳＫＰ後ブライドルロールに対して行う制御を例示する制御ブロック図である。図７は、比較例の速度制御部がＴＬ後ブライドルロールに対して行う制御を例示する制御ブロック図である。
【0062】
図６に示すように、比較例の速度制御部は、ＳＫＰ後ブライドルロールに対する速度基準を生成するために、ＭＲＨ（速度設定器）が出力する速度設定に対し、所定のＳＫＰ伸率補正（％）を乗じる。
【0063】
ここで、ＳＫＰ後ブライドルロールに対する速度基準には、素材に対する張力基準（張力ＲＥＦ）に対し、素材の張力に基づくフィードバック（張力ＦＢＫ）がかけられてＰＩ制御された結果が反映されている。
【0064】
このように、比較例の速度制御部は、素材の張力変化に基づくフィードバック制御によってＳＫＰ後ブライドルロールに対する速度基準を生成するために、素材の張力変動自体は起きてしまい、素材の圧延品質を低下させるおそれがあった。
【0065】
また、図７に示すように、比較例の速度制御部は、ＴＬ後ブライドルロールに対する速度基準を生成するために、ＭＲＨ（速度設定器）が出力する速度設定に対し、所定のＴＬ伸率補正（％）を乗じる。
【0066】
ここで、ＴＬ後ブライドルロールに対する速度基準には、素材に対する張力基準（張力ＲＥＦ）に対し、素材の張力に基づくフィードバック（張力ＦＢＫ）がかけられてＰＩ制御された結果が反映されている。
【0067】
このように、比較例の速度制御部は、素材の張力変化に基づくフィードバック制御によってＴＬ後ブライドルロールに対する速度基準を生成するために、素材の伸び率変動自体は起きてしまい、素材の圧延品質を低下させるおそれがあった。
【0068】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【符号の説明】
【0069】
１・・・プロセスライン、２・・・プロセスライン制御システム、１０・・・スキンパスミル、１１・・・テンションレベラ、１２・・・第１ブライドルロール、１３・・・第２ブライドルロール、１４・・・第３ブライドルロール、１５，１６，１７・・・テンションメータロール（ＴＭ）、２０，２１，２２・・・張力計測部、２３・・・速度制御部、２４・・・予測部、２５・・・補正部、１００・・・アンチクリンピングロール（ＡＣＲ）、１０２・・・アンチクロスブレーキングロール（ＡＣＢＲ）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】