JPS595364B2

JPS595364B2 - 張力制御方法

Info

Publication number: JPS595364B2
Application number: JP52000388A
Authority: JP
Inventors: 真也谷藤; 泰男諸岡
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1977-01-07
Filing date: 1977-01-07
Publication date: 1984-02-04
Also published as: DE2800197C2; DE2800197A1; JPS5385758A; US4137742A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は張力制御方法に関し、特にタンデム式熱間圧延
に使用するに好適な張力制御方法に関する。

熱間仕上げ圧延、粗圧延、孔形圧延等において生産性の
向上を目的にしてタンデム圧延が用いられている。

このタンデム圧延ではスタンド間の圧延材に過大張力が
発生すると、寸法不良や破断事故をもたらすので張力の
一定制御が重要である。

熱間仕上げ圧延では従来ルーパと呼ばれる機械式張力制
御装置をスタンド間に設け、張カ一定制御を行っていた
。

ルーパを用いた熱間仕上げ圧延システムの一部を第１図
に示す。

第１図で１は圧延材、２はバックアップロール、３はワ
ークロール、４はメインモータ、５はロードセル、１０
０はルーパ、１０１はルーパ制御装置を示している。

第１図で圧延材は矢印の方向に進行している。

さらに第１図の２つのスタンドは熱間仕上げ圧延機の第
２スタンドと第（ｉ＋１）スタンドに対応する。

圧延材が第（ｉ＋１）スタンドに咬み込まれるまではル
ーパ１００は第１図の破線の位置にあり、第（ｉ＋１）
スタンド咬み込みと合せて所定の高さ捷で立ち上り、以
後一定張力制御を行う。

かかるルーパを用いたシステムでは、ルーパの立上り時
に過大な張力が発生し、板厚精度が低下するという欠点
があった。

まだ圧延中の各種外乱によってルーパが不安定化し、過
大張力が発生したり圧延材に傷をつけることがあった。

さらにルーパの使用されている環境は非常に高温、多湿
のため、ルーパ性能を維持するだめに大きな労力を費し
ていた。

本発明はかかる従来方式の欠点を除去し、高精度の張力
制御を行いうる張力制御方法を提供することにある。

本発明はモータトルクから求めた圧延トルクと圧延荷重
、ロール開度の検出値および入側板厚の関数として表わ
される張力を演算によって求め、目標張力になるように
メインモータの速度を制御する点に特徴がある。

本発明の詳細な説明する前に本発明の詳細な説明する。

第２図に示しだ２スタンド圧延システムを説明に用いる
。

第１図と同一の記号を持つものは同一のものを示してい
る。

２０は圧延トルク演算装置、６はロール開度測定装置、
７は板厚検出器を示している。

圧延理論による払第１スタンドと第２スタンドの圧延ト
ルクＧ１．Ｇ２は次式で表わされる。

ただし、１１，１２：トルクアームＲ１，Ｒ２：ロール
半径、Ｐｌ、Ｒ２：圧延トルク荷重、Ｔ：張力。

（１）、（２ｇ−中の圧延トルクＧｉば、圧延トルク
演算装置２０で次式を用いて求められる。

−ｌゝただし、■ｉ：モータ主回路電流ｖｉ：モータ端子電圧 ωｉ：モータ角速度 τ ：時間Ｊｉ：慣性モーメントＧＬＯ８Ｓ（ωｉ）：モータの回転損失トルクでモー
タ角速度ωｉの関数〔あらかじめ測定されだ値〕（３）式中の右辺の第１項はモータトルクを、第２項は
モータの加速トルクを表わす。

（１）、ρ）式中の圧延荷重Ｐｉはロードセル５によっ
て検出できる。

（１）、（２）式を用いれば、張力Ｔを色々の形に表
わすことができる。

張力式の一例は、次のように表わされる。

また、別の張力式は次のように表わされる。

（４）式、（５）式中の圧延トルクＧ０、圧延荷重Ｐ。

は前述のように演算もしくは直接の検出によって知るこ
とができるので、トルクアーム！１，１２がわかれば張
力も（４）あるいは（５）式から求められる。

圧延理論によるとトルクアーム１１は次式で表わされ
る。

ただし、λ ：トルクアーム係数（λ”；０．４）Ｈｌ
：第ｉスタンド入口板厚ｈｌ：第ｉスタンド出口板厚Ｃ：ヒツチコック定数（０，０００２１４）ｂ＝平均
板幅ここでゲージメータの方程式を（６）式に代入すると（７Ｘが得られる。

従って、入口板厚Ｈ１や出口板厚ｈ１が変化した場合と
か、自動板厚制御によってロール開度ｓ０を動かしたと
き、トルクアーム１１の値も変化する。

（７）式かられかるようにＨｌ、ｈｌ、Ｓｌの値がわ
かればトルクアームの値が求められる。

Ｓｌはロール開度測定装置６によって検出できる。

また出口板厚ｈ１は、次のゲージメータの式を用いて
求めることができる。

さらに、入口板厚Ｈ１は第１スタンドでは板厚検出器７
によって検出でき、第２スタンドでは第１スタンドの出
口板厚（ゲージメータ式ｈ１：Ｓ１＋Ｐ１／に１で求め
る）を圧延材のスタンド間トラッキングに同期させたも
のが第２スタンド入口板厚Ｈ２を与える。

このようにしてトルクアームを直接（７式から求めるこ
とができる。

ただこの方法で求めたＨｌ。ｈｌ、Ｓｌにはいろいろな
誤差が含まれている。

例エバ、ロールの摩耗、ヒートクラウン等にょす圧下位
置の零点が変化した場合には開度Ｓに誤差が含まれる。

開度Ｓに誤差が含まればゲージメータ式で求めるＨｌ、
ｈｌにも誤差が含まれる。

また、検出器のドリフトエラーも含まれている。

次にこのような測定誤差の少ないトルク演算法について
説明する。

第１スタンドのトルクアーム、１１を次式で表−ｔ− ここでｌ、。

は以下で説明するトルクアーム基準値を表わし、Δ１１
は１１ｏ演算後のトルクアーム変化量を示している。

第１スタンドのトルクアーム基準値１１ｏは第２スタン
ドでの圧延開始前に求める。

例えば第２スタンドの圧延開始直前では、まだ圧延材に
張力が発生していないので、（１）式でＴ＝０とおくこ
とにより次式から求められる。

ただし圧延トルクと圧延荷重の添字？ＴＯＩＩは１１
ｏ演算時のデータであることを示している。

第２スタンドの場合のトルクアーム１１は（１）、（
２）式から次のように表わされる。

第２スタンド咬み込み直後のトルクファーム１２を第２
スタンドのトルクアーム基準値とする。

すなわち第２スタンド咬み込み直後のデータに添字Ｂを
つけて表わすと（１２）式から（１３）式を導く場合になる仮定をした。

これば’１０を第２スタンド咬み直前に演算しているの
で第２スタンド咬み込み直後のトルクアーム１２Ｂとほ
とんど等しいことを用いている。

従って、１１を知るにはトルクアームの変化量Δ１１
を知れば良いことになる。

（６式より、Ｈ，ｈ、ＳがΔＨ２Δｈ、ΔＳだけ変化し
た場合のトルクアームの変化量Δｌは次式％式％またゲージメータ式を偏差の形でかくとΔｈ二ΔＳ＋Δ
Ｐ／にとなるから、これを（１４）式に適用すると次式
が成り立つ。

ΔＨ２Δｈ、ΔＳ、ΔＰは偏差の形であるから、前述し
た測定誤差はキャンセルされている。

従ってΔｌにおける検出誤差の影響は極めて小さい。

以上により（９）式で表わされるトルクアームを高精度
に求めることが可能なことが明らかであろう。

以上説明したように、圧延荷重、ロール開度、入口板厚
の値もしくはそれらの変化量からトルクアームが求まれ
ばそれを０）ないしく５式に圧延トルクと圧延荷重の値
とともに代入し張力を求めることができる。

このようにして求めた張力と目標張力との偏差を増幅し
モータ速度を変えてやればスタンド間の張力を目標値に
制御できる。

以上の原理に基づいた本発明の詳細な説明する。

第３図は本発明を２スタンド圧延に適用したものである
。

第３図で第２図と同じ記号のものは同一の装置を示して
いる。

また図中６はロール開度測定装置、７は板厚測定器、８
はモータ速度制御装置、２０はトルクアーム演算装置、
９は張力演算装置、１０は制御補償装置、１１は板厚検
出器７と第１スタンドの間もしくは第１スタンドと第２
スタンド間を圧延材が走行するに要する時間に相当する
無駄時間装置である。

トルク演算装置２０では圧延中（３成に従って圧延トル
クＧを演算する。

第１スタンドのトルクアーム演算装置３０は圧延材が第
２スタンドに咬み込まれる前に（１０）式に従ってトル
クアーム基準値１１０を演算する。

同時に、無駄時間装置１１によって与えられる入口板厚
Ｈ１とロール開度測定装置６の出力Ｓ１およびロードセ
ル５の出力Ｐを基準値Ｈ１ｏ、Ｓ１ｏ、Ｐｌｏとして１
１ｏとともに記憶する。

同様に第２スタンドでは第２スタンド咬み込み直後に（
１３）を用いてトルクアーム基準値１２ｏを演算して記
憶し、同時にＲ２，Ｓ２．Ｒ２の検出値を基準値Ｈ２０
＋Ｓ２０ＨＰ２０として記憶する。

第１スタンドと第２スタンドのトルクアーム演算装置は
、トルクアごム基準値１２０演算後圧延スタンド１での
圧延が終了するまでトルクアームの変動量を演算する。

すなわち、先ず板厚、ロール開度、圧延荷重の検出値Ｈ
ｉ、Ｓｉ、Ｐｉを入力し次の偏差を針質せフ− これらの値を（１４’ ）式に代入しΔｌｉを決定する
。

このΔ１１及び記憶されている基準値ｌｉ。を（９）式
に代入し、圧延中のトルクアーム長７ｉを演算する。

張力演算装置９は第１スタンド、第２スタンド各々のト
ルク演算装置２０の出力Ｇ１、Ｇ２、圧延荷重の検出
値Ｐ１、Ｒ２、トルクアーム演算装置３０の出力１１
．１２を入力し、ワークロール半径Ｒ１、Ｒ２の設定値
とともに（４）式に代入しスタンド間張力Ｔを決定する
。

単位面積あたりの張力では次式によって決まる。

ここでｂは平均板幅の設定値、ｈｌは第１スタ１ンドの出口板厚でり、＝ｓ、＋−を用いて演算に１された値である。

さらに張力演算装置９の出力ｔと目標張力ｔ。

の偏差を求め、制御補償装置１０に入力する。

制御補償装置１０は張力の偏差に対し比例積分等の補償
を行い、モータの速度指令の修正値Δω、をす江０七ト
又 →−外」ｈ尤、ここでＬはラプラス変換記号、Ｋ□は比例ゲイン、ＴＨ
は積分時定数、九はラプラス変数を示す。

以上の実施例を用いれば、高精度の張力制御を行うこと
ができる。

また、ルーパを使用しないので、ルーパメインテナンス
の労力を低減できる。

次に、（５）式によって張力を演算する場合の実施例を
示す。

第４図は（５）式による張力演算を行う場合の実施例で
ある。

第４図で第３図と同一の記号のものは同一のものを示し
ている。

図中、１１は板厚検出器７と第１スタンドの間の走行時
間に相当する無駄時間装置である。

トルク演算装置２０では、圧延中、常時（３）式に従っ
て圧延トルクＧ１を演算する。

トルクアーム演算装置３０は、圧延材の先端が第２スタ
ンドに咬み込まれる前に、圧延荷重Ｐ１の検出器と、
演算装置２０の出力Ｇ１を（１０）式に代入してトル
クアームの基準値１１０を演算する。

同時に無駄時間装置１１を通して得られた入口板厚Ｈ１
、ロール開度測定装置６の出力Ｓ１、およびロードセル
５の出力Ｐ１を基準値Ｈ１ｏ、Ｓ１ｏ、Ｐｌｏとし
て１１０とともに記憶する。

さらに記憶後筒１スタンドで圧延が行なわれている間、
次のトルクアーム演算を行なう。

すなわち、先ず無駄時間装置１１を介して得られる入口
板厚Ｈ１とロール開度測定装置６の出力Ｓ−１とロード
セルの出力Ｐ１の入力値と、それらの記憶値Ｈ１０＋
Ｓ１０ｒＰ１０とから偏差を演算する。

これらの値を（１４’）式に代入してトルクアーム偏差
Δ１１を求める。

これとトルクアーム基準値の和としてトルクアームを決
定する。

圧延材が第２スタンドに咬み込まれると、張力演算装置
９は第２スタンドのロードセルの出力Ｐ２の立上り信号
によって張力演算を開始する。

すなわち、圧延荷重の検出値Ｐと、トルクアーム演算装
置３０の出力ｌとトルク演算装置２０の出力Ｇ等を用い
て（５）式から張力Ｔを演算する。

さらに、これから単位張力ｔを求める。

ここで、板幅すは設定値、ｈｌはゲージメータ式から求
める。

張力演算装置９の出力ｔと目標張力ｔ。

の偏差に対し、この張力制御系の応答を最適にするため
に、制御補償装置１０は比例積分等の補償を行う。

制御補償装置１０の出力はモータ速度指令の修正４値と
して与えられる。

この修正値Δω、の大キサに応じてモータ速度が変化し
、スタンド間の張力が目標値に制御される。

以上の実施例を用いれば第１スタンドのデータだけを用
いて高精度の張力制御を行うことができる。

最後に本発明をＮ台のタンデム圧延機に適用する場合の
方法について述べる。

Ｎ台の圧延機において、次のトルク式が成立する。

これを変形すると次の関係式が得られる。

（２４）式のトルクアームは、第３図の実施と同様に（
９）、（１４１式等を用いることによって求めるこ
とができる。

（２２）〜（２４）式中の圧延トルクＧｉ１圧延荷重も
演算もしくは検出可能であるから（２１）式の左辺のマ
）ＩＪソックス要素及び右辺のベクトル要素の値は全
て知ることができる。

従って（２１）の行列方程式を解くことにより張力Ｔ１
＋Ｔ２、・・・・・・ＩＴＮＩを求めること
ができる。

求められた各スタンド間張力Ｔｉをスタンド間圧延材の
断面積で除算することにより単位張力ｔｉに変換し、目
標単位張力ｔｉｏとの偏差を増幅し第１スタンドのモー
タ速度を修正する。

以上の制御を行うことにより、任意のスタンドからなる
圧延システムにおいて、ルーパを使用せずに高精度の張
力制御を行うことができる。

次にトルクアーム変化量Δｌの別の決定方法を説明する
。

ゲージメータ式ｈ＝Ｓ＋Ｐ／にの偏分をとることにより
次式が得られる。

（２５）式を用いて（１４）式からΔＳを消去すると次
式が成り立つ。

ここでＡＧＣの効果により出口板厚の変化Δｈを零とみ
なせる場合には次式が成立する。

この場合には、入口板厚の変動ΔＨと圧延荷重の変動Δ
Ｐだけ用いてトルクアームΔｌを計算できる。

また、上流側のスタンドの出口板厚がそのスタンドのＡ
ＧＣの効果によりほとんど一定とみなせる場合にはその
下流にあたるスタンドの入口板厚の変動ΔＨも零とみな
せる。

従って（２７）式でΔＨ＝０とおいて次式が得られる。

この場合には、（１４）や（１４’）式にかわって、圧
延荷重の変動量だけからトルクアームの変化量を求める
ことができる。

さらに圧延条件によっては板厚変動ΔＨ２Δｈに比べて
圧延荷重の変動ΔＰが小さいとみなせる場合があり、こ
の時（２６）式より次式が成り立つ。

この場合には、ΔＨとΔｈもしくはΔＨとΔＳからトル
クアームの変化量を計算できる。

以上述べた各種のトルクアーム変動量Δｌの計算方式の
いずれかを用いてΔｌを決定すれば、トルクアームｌが
（９弐より求まり張力制御を行うことができる。

前記の実施例は、いずれも張力偏差に応じてモータ速度
指令値を修正しだが、これは修正スタンドにおける圧延
材のマスフロを修正することを意味する。

このマスフロを修正する別の方法としてはロール開度を
修正する方法がある。

従って、先の実施例にかわり、圧下指令値を張力偏差に
応じて修正することにより張力を制御することも可能で
ある。

以上、本発明を実施することにより、非接触式の張力制
御を高精度に行なうことが可能となる。

ことに、本発明の実施により、圧延中の板厚変動が大き
く、張力制御中にも圧下量の変更を行った場合にも、張
力を高精度に制御できるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例図、第２図は本発明の詳細な説明するだ
めの図、第３図は本発明の実施例図、第４図は本発明の
他の実施例図である。符号の説明８・・・モータ速度制御装置、９・・・張
力演算装置、１０・・・制御補償装置。

Claims

【特許請求の範囲】１複数の圧延スタンドを具えだ連続圧延機の張力制御
において、少なくとも圧延荷重、ロール用開度及び入口
板厚を取り込み、各スタンドの圧延トルクを演算すると
共に各スタンドの圧延中の任意時刻のトルクアームを演
算し、該両演算値と圧延荷重の検出値とに基づいて張力
を演算し、この演算張力と目標張力との偏差に応じて各
スタンドのモータ修正量もしくは圧下修正量を決定する
ことを特徴とする張力制御方法。２、特許請求の範囲第１項に於いて、上記トルクアーム
の演算は、無張力時及び各スタンド咬み込み直後の少な
くとも一方のトルクアームを演算してトルクアームの基
準値として言ｄ意し、該トルクアーム基準値計算時刻以
降のトルクアームの変化量をトルクアームの塞化量とし
て演算し、該基準値と変化量とから圧延中任意の時刻に
おける各スタンドのトルクアームを演算せしめるように
しだことを特徴とする張力制御方法。３特許請求の範囲第２項に於いて、上記トルクアーム
の変化量は、トルクアーム基準値演算時の圧延荷重、入
口板厚、ロール開度の検出値を記憶せしめ、該記憶して
なる値と圧延中任意の時刻の圧延荷重、入口板厚、ロー
ル開度との偏差からトルクアームの変化量を決定するこ
とによって求めてなる張力制御方法。４特許請求の範囲第２項に於いて、上記トルクアーム
の変化量は、トルクアーム基準値演算時の圧延荷重、入
口板厚の検出値を記憶し、該記憶値と圧延中任意の時刻
の圧延荷重、入口板厚の検出値との偏差からトルクアー
ムの変化量を決定することによって求めてなる張力制御
方法。５特許請求の範囲第２項に於いて、上記トルクアーム
の変化量は、トルクアーム基準値演算時の圧延荷重を記
憶し、該記憶値と圧延中任意の時刻の圧延荷重の検出値
との偏差からトルクアームの変化量を決定するようにし
て求めた張力制御方法。６特許請求の範囲第２項に於いて、上記トルクアーム
の変化量は、トルクアーム基準値演算時の圧延荷重、入
口板厚、出口板厚の検出値を記憶し、該記憶値と圧延中
の任意の時刻における圧延荷重、入口板厚、出口板厚の
検出値との偏差からトルクアームの変化量を決定するよ
うにして求めた張力制御方法。７特許請求の範囲第２項に於いて、上記トルクアーム
の変化量は、トルクアーム基準値演算時の入口板厚、出
口板厚の検出値を記憶し、該記憶値と圧延中任意の時刻
における入口板厚、出口板厚の検出値との偏差からトル
クアームの変化量を決定するようにして求めた張力制御
方法。