JP2011218415A - スキンパスミルの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スキンパスミルの制御において、位置制御から荷重制御に切り替えるときに荷重変動が発生せず、しかも設定荷重までスムーズに到達させることができるスキンパスミルの制御方法を提供する。
【解決手段】非圧延中は、位置指令値と位置センサ５で検出した位置検出値との偏差に基づき、位置制御回路６が油圧サーボ弁３の開度指令値を出力する位置制御を行い、圧延中は、荷重指令値と荷重センサ７で検出した荷重検出値との偏差に基づき、荷重制御回路８が比例動作及び積分動作を行って油圧サーボ弁３の開度指令値を出力する荷重制御を行い、位置制御から荷重制御へ切り替えるときに、その切り替え時点における荷重実績値を荷重制御の最初の荷重指令値とすると共に、位置制御回路６から出力されていた油圧サーボ弁３の開度指令値を荷重制御回路８で積分動作を行う積分器８ｂの積分ゲインＫｉで除した値を積分器８ｂの初期値として記憶させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、油圧サーボにてロールを圧下して鋼板の調質圧延を行うスキンパスミルの制御方法に関する。

スキンパスミルでは通常、非圧延中は、位置指令値とロールの位置を検出する位置センサによる位置実績値との偏差に基づき位置制御を行い、圧延中は、荷重指令値と鋼板への荷重を検出する荷重センサによる荷重実績値との偏差に基づき荷重制御を行う。そして、圧延開始時は位置制御にてロールを圧下し、ロールキスして制御切替荷重（例えば５０ｔ）に到達したら、位置制御から荷重制御に切り替える。

以下、図３を参照して従来の制御方法を具体的に説明する。同図に示すスキンパスミルは、一対の上下ワークロール１ａ，１ｂ及び上下バックアップロール２ａ，２ｂを備え、操作側（ＷＳ）及び駆動側（ＤＳ）のそれぞれに油圧サーボ弁３を設け、この油圧サーボ弁３にて操作側及び駆動側のそれぞれで油圧シリンダ４を介してロールを圧下し、鋼板Ｓの調質圧延を行う。

下バックアップロール２ｂには、その操作側及び駆動側のそれぞれに、ロールの位置を検出する位置センサ５を設け、この位置センサ５で検出したロールの位置実績値を用いて、操作側及び駆動側のそれぞれで位置制御回路６が位置制御を行う。

上バックアップロール２ａには、その操作側及び駆動側のそれぞれに、鋼板Ｓへの荷重を検出する荷重センサ７（ロードセル）を設け、この荷重センサ７で検出した鋼板Ｓへの荷重実績値を用いて、操作側及び駆動側のそれぞれで荷重制御回路８が荷重制御を行う。

なお、駆動側の位置制御回路６及び荷重制御回路８は、操作側の位置制御回路６及び荷重制御回路８と同一であるので、図３ではその詳細は省略している。

位置制御回路６は、位置指令値と位置センサ５で検出したロールの位置実績値との偏差に基づき、比例増幅器６ａで比例動作（比例ゲインＫｐ）を行って、油圧サーボ弁３の開度指令値を出力する。

荷重制御回路８は、荷重指令値と荷重センサ７で検出した鋼板Ｓへの荷重実績値との偏差に基づき、比例増幅器８ａで比例動作（比例ゲインＫｐ）を行うと共に、積分器８ｂで積分動作（積分ゲインＫｉ）を行って、油圧サーボ弁３の開度指令値を出力する。この荷重制御回路８において荷重指令値は、レート発生器８ｃから発せられる。

以上の構成において、圧延開始時は、スイッチＳ１を位置制御側にして位置制御でロールの圧下を開始する。その後、ロールキスして鋼板Ｓへの荷重実績値が制御切替荷重（例えば５０ｔ）に到達したことが荷重センサ７によって検出されたら、スイッチＳ１を荷重制御側に切り替え位置制御から荷重制御に切り替える。荷重制御の開始時、荷重制御回路８では、スイッチＳ２をオン、スイッチＳ３をオフにして、上記の制御切替荷重をレート発生器８ｃの初期値として入力し、それを即座に荷重指令値とする。

この制御切り替え時の制御動作は以下のとおりであり、その概念的なイメージを図４に示す。なお、図４において実線は、位置、荷重及び油圧サーボ弁開度の各指令値を示し、破線は位置及び荷重の実績値を示す。

以下、図４の「制御切替」から「設定荷重到達」までの事象を図３を参照しながら説明する。

（１）位置制御から荷重制御に切り替える直前の時点では、現在のロール位置を保つための油圧サーボ弁３の開度指令値（例えば１０％）が位置制御回路６から油圧サーボ弁３へ出力されている。
（２）位置制御から荷重制御に切り替わった直後、荷重制御回路８の油圧サーボ弁３の開度指令値は０％から始まり、油圧サーボ弁３の開度は瞬時に０％に落ちる。
（３）油圧サーボ弁３の開度が瞬時に０％に戻るため、荷重センサ７で検出する荷重実績値が急激に下降する。
（４）荷重実績値が急激に下降した結果、荷重制御回路８の積分器８ｂは偏差分の積算記憶を開始し、その記憶値を急増させると共に油圧サーボ弁３の開度指令値を急増させる。
（５）荷重実績値が荷重指令値に到達した時点では、急増のため積分器の記憶値が荷重指令値を保つ値を超えてしまい、油圧サーボ弁３の開度指令値は必要開度を超え、荷重実績値はオーバーシュートする。
（６）荷重実績値が荷重指令値を超えることで、荷重制御回路８の積分器８ｂは記憶値を減少させる。
（７）上述の増減を繰り返してオーバーシュート量は減衰していき、やがて荷重実績値が荷重指令値に一致する。
（８）荷重変動が静定した時点で、スイッチＳ２をオフ、スイッチＳ３をオンにする。そうすると、レート発生器８ｃが設定荷重（例えば５００ｔ）に向かって荷重指令値を一定レートで増加させ、設定荷重での操業を開始する。

このように従来の制御方法では、鋼板Ｓへの荷重実績値が制御切替荷重に到達すると、制御回路が位置制御回路６から荷重制御回路８に切り替わるため、それまで位置制御回路６が出力していた油圧サーボ弁３への開度指令値が荷重制御回路８へ切り替った時点で一旦ゼロからスタートすることとなり、制御が安定するまである程度の荷重変動が発生することを余儀なくされてきた。

荷重の安定が十分でない状態で設定荷重まで荷重を上げた場合、鋼板の絞りが発生し、一旦絞りが発生するとその絞りが解消されずに続く場合があるため、かなりの不良部を発生させるおそれがある。そのため、従来は、この荷重変動を静定するために、一旦制御切替荷重で荷重を保持（０．１〜１ｓ程度）した後、荷重の安定確認後、設定荷重への荷重上昇を行うという手法をとってきた。しかし、この手法をとっても、圧延荷重が小さい上に絞りが発生しやすい薄板の場合は、初期の荷重変動が絞り発生の原因となる可能性を持つという問題があり、さらに上述の保持時間により設定荷重までの到達時間が長くなり、圧延不良部がこの保持時間分長くなるという問題を持っていた。

一方、特許文献１には、位置制御から圧力（荷重）制御もしくは圧力（荷重）制御から位置制御への切り替え時に、動的位置情報及び位置目標情報の間と、動的圧力情報及び圧力目標情報の間とで生じる偏差の相関性に基づいて圧延動作部を初期制御することにより、上記の切り替えを円滑に行う制御方法が提案されている。しかし、以下に述べるとおり、特許文献１の制御方法では、実際にはスキンパスミルの制御を行うことはできない。

特許文献１の制御方法を図５を参照して説明する。制御対象となるスキンパス側の構成は図３と同じであるので、図３の構成と同じ構成には同一の符号を付して、その説明を省略する。

特許文献１の制御方法では、図５に示す位置制御回路Ａと荷重制御回路Ｂを備えた制御回路１１を使用する。この制御回路１１にて、上述と同様の動作を行う場合を検証すると以下のとおりである。

まず、位置制御でロールの圧下を開始する。その後、ロールキスして鋼板Ｓへの荷重実績値が制御切替荷重（例えば５０ｔ）に到達したら、初期補正値１１ｂが計算・記憶されると共に、位置／荷重切り替え操作部１１ｃによってスイッチＳ４が荷重制御側に切り替わり、スイッチＳ５はオフ、スイッチＳ６はオンとなり、初期補正値１１ｂが荷重制御回路Ｂにセットされる。

位置制御から荷重制御に切り替える直前の時点では、現在のロール位置を保つための油圧サーボ弁３の開度指令値が位置制御回路Ａから油圧サーボ弁３へ出力されている。なお、このときの油圧サーボ弁３の開度指令値は「Ｋ_１・ｅ’_ｌ」である。

一方、荷重制御側回路Ｂは、設定荷重ｒ_Ｐ（例えば５００ｔ）と荷重実績値（例えば５０ｔ）との偏差ｅ_ｐを出力している。

そして、初期補正値１１ｂの出力は下記の計算で出力される。
１１ｂの出力＝ｅ_Ｐ−（Ｋ_１／Ｋ_２）・ｅ’_ｌ

その結果、荷重制御回路Ｂの油圧サーボ弁３の開度指令値は下記となる。
開度指令値＝｛ｅ_Ｐ−｛ｅ_Ｐ−（Ｋ_１／Ｋ_２）・ｅ’_ｌ｝｝・Ｋ_２＝Ｋ_１・ｅ’_ｌ

この「Ｋ_１・ｅ’_ｌ」は、荷重制御に切り替える直前に位置制御回路Ａが出力していた油圧サーボ弁３の開度指令値と一致し、位置制御回路Ａが出力していた値を引き継ぐこととなる。

その結果、切り替え時の荷重変動は発生しない。ただし、設定荷重ｒ_Ｐを得ることはできず、切り替え後の荷重は切り替え時に引き継いだ荷重（例えば５０ｔ）のままで、設定荷重ｒ_Ｐ（例えば５００ｔ）に達することはない。その後、設定荷重ｒ_Ｐを変更（例えば６００ｔ）しても、初期補正値１１ｂは常にオフセットとして与えられるため、荷重実績値（例えば１５０ｔ）は設定荷重ｒ_Ｐと一致することはない。

また、その後に初期補正値１１ｂを取り除くと、制御回路１１は設定荷重ｒ_Ｐに一致するように動作するが、取り除いたことが外乱となり、制御の安定性を損なう。つまり、特許文献１の制御方法において、初期補正値１１ｂは、切り替え時の荷重偏差分（例えば４５０ｔ）を記憶し、それを出力に対して差し引きするものであり、切り替え時の荷重変動は発生させないが、その初期補正値分だけオフセットを生じさせ、この制御アルゴリズムで切り替えを行うと、設定荷重ｒ_Ｐに到達し得ないという欠陥を持つ。

実公平５−１３６０４号公報

本発明が解決しようとする課題は、スキンパスミルの制御において、圧延開始時、位置制御から荷重制御に切り替えるときに荷重変動が発生せず、しかも設定荷重までスムーズに到達させることができるスキンパスミルの制御方法を提供することにある。

本発明の制御方法は、油圧サーボにてロールを圧下して鋼板の調質圧延を行うスキンパスミルの制御方法であって、非圧延中は、位置指令値と位置センサで検出したロールの位置実績値との偏差に基づき、位置制御回路が油圧サーボ弁の開度指令値を出力する位置制御を行い、圧延中は、荷重指令値と荷重センサで検出した鋼板への荷重実績値との偏差に基づき、荷重制御回路が比例動作及び積分動作を行って油圧サーボ弁の開度指令値を出力する荷重制御を行い、位置制御から荷重制御へ切り替えるときに、その切り替え時点において荷重センサで検出した鋼板への荷重実績値を荷重制御の最初の荷重指令値とすると共に、位置制御回路から出力されていた油圧サーボ弁の開度指令値を荷重制御回路で積分動作を行う積分器の積分ゲインで除した値を前記積分器の初期値として記憶させることを特徴とするものである。

なお、上記の「油圧サーボ」とは、油圧サーボ弁、センサ及び制御回路を含む制御システムのことをいう。

本発明の制御方法によれば、位置制御から荷重制御へ切り替えるとき、荷重制御開始時の油圧サーボ弁の開度が位置制御終了時の油圧サーボ弁の開度と同じとなるため、荷重変動を発生させる心配がなくなり、制御切替荷重での保持も不要となる。

図３に示した従来の制御方法では、位置制御から荷重制御へ切り替えるときに荷重変動が発生することから、その安定のために制御切替荷重での保持を行わなければならず、また、圧延荷重が小さい上に絞りを発生しやすい薄板では、制御切替荷重での荷重変動で絞りを発生するおそれがあった。

本発明の制御方法では、上述のとおり、荷重変動を発生させるおそれがなくなり、制御切替荷重での保持も不要となるため、切り替え時の荷重変動による絞り発生のおそれがなくなり、また、設定荷重への到達時間が短くなるため圧延不良部長の短縮も可能となる。

加えて本発明の制御方法では、特許文献１の制御方法とは異なり、荷重制御へ切り替え時に、設定荷重に対するオフセットを生じさせるものはなく、荷重制御へ切り替え後、設定荷重をレート発生器を通じて出力することによって荷重指令値を一定レートで増加させ、設定荷重までスムーズに到達させることができる。

本発明の制御方法を実行する制御回路の構成を示す。 本発明の制御方法による制御動作の概念的なイメージを示す。 従来の制御方法を実行する制御回路の構成を示す。 図３の従来の制御方法による制御動作の概念的なイメージを示す。 特許文献１の制御方法を実行する制御回路の構成を示す。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の制御方法を実行する制御回路の構成を示す。

同図に示すスキンパスミルは、図３に示したものと同じであり、一対の上下ワークロール１ａ，１ｂ及び上下バックアップロール２ａ，２ｂを備え、操作側（ＷＳ）及び駆動側（ＤＳ）のそれぞれに油圧サーボ弁３を設け、この油圧サーボ弁３にて操作側及び駆動側のそれぞれで油圧シリンダ４を介してロールを圧下し、鋼板Ｓの調質圧延を行う。

下バックアップロール２ｂには、その操作側及び駆動側のそれぞれに、ロールの位置を検出する位置センサ５を設け、この位置センサ５で検出したロールの位置実績値を用いて、操作側及び駆動側のそれぞれで位置制御回路６が位置制御を行う。

上バックアップロール２ａには、その操作側及び駆動側のそれぞれに、鋼板Ｓへの荷重を検出する荷重センサ７（ロードセル）を設け、この荷重センサ７で検出した鋼板Ｓへの荷重実績値を用いて、操作側及び駆動側のそれぞれで荷重制御回路８が荷重制御を行う。

なお、駆動側の位置制御回路６及び荷重制御回路８は、操作側の位置制御回路６及び荷重制御回路８と同一であるので、図１ではその詳細は省略している。

位置制御回路６は、位置指令値と位置センサ５で検出したロールの位置実績値との偏差に基づき、比例増幅器６ａで比例動作（比例ゲインＫｐ）を行って、油圧サーボ弁３の開度指令値を出力する。

荷重制御回路８は、荷重指令値と荷重センサ７で検出した鋼板Ｓへの荷重実績値との偏差に基づき、比例増幅器８ａで比例動作（比例ゲインＫｐ）を行うと共に、積分器８ｂで積分動作（積分ゲインＫｉ）を行って、油圧サーボ弁３の開度指令値を出力する。この荷重制御回路８において荷重指令値は、レート発生器８ｃから発せられる。

以上の構成において、圧延開始時は、スイッチＳ１を位置制御側にして位置制御でロールの圧下を開始する。その後、ロールキスして鋼板Ｓへの荷重実績値が制御切替荷重（例えば５０ｔ）に到達したことが荷重センサ７によって検出されたら、スイッチＳ１を荷重制御側に切り替え位置制御から荷重制御に切り替える。このとき、スイッチＳ２をオン、スイッチＳ３をオフとすることで、切り替え時点において荷重センサ７で検出した鋼板Ｓへの荷重実績値をレート発生器８ｃの初期値として入力し、その荷重実績値を荷重制御の最初の荷重指令値とすると共に、位置制御回路６から出力されていたサーボ弁の開度指令値を積分器８ｂの積分ゲイン（Ｋｉ）で除した値を積分器８ｂの初期値として記憶させる。

この制御切り替え時の制御動作は以下のとおりであり、その概念的なイメージを図２に示す。なお、図２において実線は、位置、荷重及び油圧サーボ弁開度の各指令値を示し、破線は位置及び荷重の実績値を示す。

以下、図２の「制御切替」から「設定荷重到達」までの事象を図１を参照しながら説明する。

（１）位置制御から荷重制御に切り替える直前の時点では、現在のロール位置を保つための油圧サーボ弁３の開度指令値（例えば１０％）が位置制御回路６から油圧サーボ弁３へ出力されている。
（２）位置制御から荷重制御に切り替わった直後、荷重指令値と荷重実績値は一致しているため、比例増幅及び積分記憶は行われない。さらに、それまでの位置制御回路６の油圧サーボ弁３の開度指令値を積分器８ｂの積分ゲイン（Ｋｉ）で除した値を積分器８ｂの初期値として記憶するため、荷重制御回路８からの油圧サーボ弁３の開度指令値は位置制御回路６が出力していた値（例えば１０％）と一致し、位置制御での油圧サーボ弁３の開度を引き継ぐことになり、その結果、荷重変動は発生しない。つまり、この状態は、荷重制御回路８で任意の荷重指令値（この場合は切り替え時の荷重実績値）に制御して静定した状態と同一となる。
（３）位置制御から荷重制御への制御切り替え後直ちに、スイッチＳ２をオフ、スイッチＳ３をオンとする。そうすると、レート発生器８ｃが設定荷重（例えば５００ｔ）に向かって荷重指令値を一定レートで増加させ、設定荷重での操業を開始する。

このように本発明の制御方法によれば、圧延開始時、位置制御から荷重制御に切り替えるときに荷重変動が発生せず、しかも設定荷重までスムーズに到達させることができる。また、制御切替荷重での保持も不要となる。この本発明の効果は、図２と図４を比較すると明らかである。

１ａ 上ワークロール
１ｂ 下ワークロール
２ａ 上バックアップロール
２ｂ 下バックアップロール
３ 油圧サーボ弁
４ 油圧シリンダ
５ 位置センサ
６ 位置制御回路
６ａ 比例増幅器
７ 荷重センサ
８ 荷重制御回路
８ａ 比例増幅器
８ｂ 積分器
８ｃ レート発生器
１１ 制御回路
１１ｂ 初期補正値
１１ｃ 位置／荷重切り替え操作部
Ａ 位置制御回路
Ｂ 荷重制御回路
Ｓ１〜Ｓ６ スイッチ
Ｓ 鋼板

Claims (1)

1. 油圧サーボにてロールを圧下して鋼板の調質圧延を行うスキンパスミルの制御方法であって、
   非圧延中は、位置指令値と位置センサで検出したロールの位置実績値との偏差に基づき、位置制御回路が油圧サーボ弁の開度指令値を出力する位置制御を行い、
   圧延中は、荷重指令値と荷重センサで検出した鋼板への荷重実績値との偏差に基づき、荷重制御回路が比例動作及び積分動作を行って油圧サーボ弁の開度指令値を出力する荷重制御を行い、
   位置制御から荷重制御へ切り替えるときに、その切り替え時点において荷重センサで検出した鋼板への荷重実績値を荷重制御の最初の荷重指令値とすると共に、位置制御回路から出力されていた油圧サーボ弁の開度指令値を荷重制御回路で積分動作を行う積分器の積分ゲインで除した値を前記積分器の初期値として記憶させる、スキンパスミルの制御方法。

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