KR100406405B1 - 다단 압연기 형상제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다단 압연기 형상제어방법에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 연속식 다단압연기에서 스트립(strip)을 압연하기 위해서 가해지는 하중이 롤(roll)의 크라운(crown)을 변형시켜, 소재의 폭방향 프로파일(profile)이 변하거나 왜곡되는 형태 또는 폭방향 두께 불균일 또는 형상불량을 방지하도록 제어함으로서, 최적의 롤 크라운(roll crown)유지 및 하중의 밸런스(balance)를 유지할 수 있는 것이다.

Description

다단 압연기 형상제어방법{METHOD FOR CONTROLLING SHAPE OF ROLL}

본 발명은 다단 압연기 형상제어방법에 관한 것으로, 특히 연속식 다단압연기에서 스트립(strip)을 압연하기 위해서 가해지는 하중이 롤(roll)의 크라운(crown)을 변형시켜, 소재의 폭방향 프로파일(profile)이 변하거나 왜곡되는 형태 또는 폭방향 두께 불균일 또는 형상불량을 방지하도록 제어함으로서, 최적의 롤 크라운(roll crown)유지 및 하중의 밸런스(balance)를 유지할 수 있도록 하는 다단 압연기 형상제어방법에 관한 것이다.

도 1은 형상제어설비의 구성도로서, 도 1을 참조하면, 도 1을 참조하면, 형상제어설비에 있어서, 스트립(STRIP)이 압연기(11,12,13)를 통해서 압연된 다음에, 패스라인롤(14), 스트레스 측정롤(15) 및 핀치롤(16)을 통해서 텐션롤(17)에 권취된다. 이때 상위제어컴퓨터(30)는 사전에 설정된 목표형상 및 초기값을 프로그램로직제어기(20)로 전송하면, 이에 따라 상기 프로그램로직제어기(20)는 상기 스트레스측정롤(15)로부터 형상실적을 수집하고, 수집된 형상실적정보를 제어출력량 연산을 위해 분류하며, 분류된 실적정보로부터 제어출력량으로 산출한후 압연기(11,12,13)를 제어한다.

상기 압연기는 연속적으로 압연하는 압연기가 여러단으로 이루어진 다단압연기로서, 이는 6단 이하의 스탠드(STAND)로 구성되어 있으며, 이중 형상제어에 사용되는 작동자(actuator)는 중간롤(IMR)(12) 및 작업롤(work roll)(11) 벤더(bender), 중간롤(12) 시프트(roll shift)등으로, 이들을 제어하여 형상제어를 수행하고 있다. 그리고 상기 스탠드는 5개 또는 4개 스탠드의 형태가 일반적이고, 이와같은 형상제어는 각 스탠드에 대한 셋업제어 및 마지막 스탠드에 대한 다이내믹 제어가 수행되어야 한다. 이와 관련하여, 종래 다단 압연기 형상제어방법을 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3은 종래 다단 압연기 형상제어방법을 보이는 플로우챠트로서, 도 3을 참조하면, 도1의 상위제어컴퓨터(30)는 도3의 31단계에서 압연속도와 압연량에 기초해서 압연작업이 정상인지를 인식하면, 32단계에서 적응적인(adaptive)기능을 수행하는데, 이 적응적인 기능 수행에서는 롤갭(roll gap)을 학습하고, 또한 롤압력(roll force)을 학습을 수행하며, 그리고 33단계에서 이전단계에서 학습한 결과 파일을 관리한후 34단계에서 형상검출기에 의해 검출된 형상이 매칭되는 사전에 설정된 테이블내의 형상에 해당하는 설정값을 찾아내어, 35단계에서 프로그램로직제어기(PLC)(20)로 전송한다.

이와 같은 종래의 형상제어방법에 있어서, 상기 스탠드중 최종 스탠드 후단에 설치된 형상검출기로 최종 스탠드에서 출력되는 스트립의 형상을 검출함으로서, 이 검출된 형상정보에 기초해서 폐 루프제어를 수행하게 되는데, 이 폐루프의 시작과 끝은 항상 상기 상위제어컴퓨터(SCC)(30)의 초기설정값이며, 이와같은 폐루프제어를 수행하기 위한 제어인자가 도 2에 도시되어 있다. 도 2에는 제품의 형상 패턴에 따라 각각 다른 제어요소를 갖으며 형태에 따른 제어요소를 비교가능하도록 도시되어 있다.

한편, 연속식 다단압연기에서 스트립(strip)을 압연하기 위해서 가해지는 하중이 롤(roll)의 크라운(crown)을 변형시켜, 소재의 폭방향 프로파일(profile)이 변화거나 왜곡되는 형태를 폭방향 두께 불균일 또는 형상불량이라 하는데, 이와같이 압연되는 제품의 폭방향 두께 불균일은 1차 제품의 불량은 물론 2차 가동제품의 불량을 야기시키는 원인이 된다.

이와 같은 사항들을 고려해서, 사이즈가 서로 다른 소재간의 형상품질을 제어할 목적으로 프로그램로직제어기(20)가 일정주기 다이내믹(dynamic)제어기능으로, 주행간의 형상제어를 수행하고 있으나, 연속라인에서 용접부 주변의 작동자(actuator)는 초기 셋업(set up)값에 의해 제어된다.

그러나, 상기한 종래 다단 압연기 형상제어방법에 의하면, 초기 셋업의 형태가 일정 사이즈 또는 재질의 형태에 따라 블록화된 범위내, 즉 사전에 측정한 형상별 설정값을 테이블화 시킨후, 이 테이블에 설정되어 있는 한정된 제어값을 이용하므로, 형상을 구분하는 경계 또는 새롭게 주문된 압연의 경우에는 다시 일정시간 시험을 거쳐야 하거나, 또는 실제 압연작업을 수행하여야 하며, 이 결과로서 테이블에 설정된 초기 제어값을 다시 새롭게 갱신(update)시켜주어야 하는 불편한 점과 번거로운 점이 있으며, 또한 제어값을 새롭게 갱신하는데 장시간이 소요되는 등과 같은 문제점이 있었던 것이다.

뿐만, 아니라, 이와같은 종래의 방식은 테이블에 초기 제어값을 일일이 작업자 또는 운영자에 의한 수조작으로 이루어지고 있는 관계로, 일정한 사이즈 단위로 블록을 형성하고 그 블록내에 세트되어 있는 값을 적용하는 방식인 종래 방식은 강종이 변하는 경우에는 신속한 제어값 설정이 어렵고, 또한 정확한 제어값 설정이 어려워, 제어값 설정을 최적화시킬 수 없다는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 따라서, 본 발명의 목적은 연속식 다단압연기에서 스트립(strip)을 압연하기 위해서 가해지는 하중이 롤(roll)의 크라운(crown)을 변형시켜, 소재의 폭방향 프로파일(profile)이 변하거나 왜곡되는 형태 또는 폭방향 두께 불균일 또는 형상불량을 방지하도록 제어함으로서, 최적의 롤 크라운(roll crown)유지 및 하중의 밸런스(balance)를 유지할 수 있도록 하는 다단 압연기 형상제어방법을 제공하는데 있다.

도 1은 형상제어설비의 구성도이다.

도 2는 도1에서의 형상형태별 제어인자 예시도이다.

도 3은 종래 다단 압연기 형상제어방법을 보이는 플로우챠트이다.

도 4는 본 발명에 따른 다단 압연기 형상제어방법을 보이는 플로우챠트이다.도 5는 도 4의 형상학습과정을 보이는 플로우챠트이다.

도 6은 본 발명과 종래 결과비교도표이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

11 : 작업롤 12 : 중간롤

13 : 버퍼롤 14 : 패스라인롤

15 : 스트레스측정롤(형상검출기설치) 16 : 핀치롤

17 : 텐션롤 20 : 프로그램로직제어기

30 : 상위제어컴퓨터

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적인 수단으로써, 본 발명은 프로그램로직제어기로 초기 제어값을 설정하는 전송하는 상위제어컴퓨터를 이용하여 다단 압연기에서의 압연형상을 제어하는 방법에 있어서, (a) 압연작업 정상 여부에 따라, 측정된 롤갭, 롤압력 및 형상에 대한 학습을 포함하는 적응적 기능을 수행하여, 정상적으로 압연이 수행된 압연소재의 품질이 양호한 경우, 선행 제어값을 초기 제어값으로 설정하고, 비정상 및 압연품질이 양호하지 않을 경우에는 최적의 초기 제어값에 대한 산출 필요성을 인식하는 일련의 형상학습을 수행하는 단계; (b) (a)단계의 학습결과를 포함하는 파일을 관리한후, 상기 형상학습결과에 기초해서 중간롤의 시프트량, 두께에 의한 벤더량, 강종에 의한 벤더량을 이용하여 최적 초기 제어값을 설정하는 단계; (c) (b)단계에서 설정된 초기 제어값을 프로그램로직제어기로 전송하고, 처음단계로 복귀하는 단계; 로 이루어짐을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 다단 압연기 형상제어방법을 수행하기 위한 형상제어설비에 대해서 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 형상제어설비의 구성도로서, 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 다단 압연기 형상제어방법을 수행하기 위한 형상제어설비는 작업롤(11), 중간롤(12) 및 버퍼롤(13)을 포함하는 다단 압연기(11,12,13)와, 압연된 소재를 출력하는 패스라인롤(14), 스트레스측정롤(15) 및 핀치롤(16)과, 상기 스트레스측정롤(15)에는 압연된 스트립의 형상을 검출하는 형상검출기설치가 설치되어 있으며, 상기 핀치롤(16)을 통한 소재를 권취하기 위한 텐션롤(17)로 이루어진 다단압연설비에 있어서, 상기 다단압연설비의 초기 제어값을 설정하는 상위제어컴퓨터(30)와, 상기 상위제어컴퓨터(30)로부터의 초기 제어값과 상기 형상검출기로부터의 검출값을 이용하여 상기 다단압연설비를 직접 제어하는 프로그램로직제어기(20)를 포함한다.

상기 상위제어컴퓨터(30)는 본 발명에 따라서, 압연작업 정상시, 롤갭 및 롤압력 학습을 포함하는 적응적기능을 수행하는 동안에 형상학습을 수행하고, 이후 학습결과를 포함하는 파일을 관리한후, 형상학습결과에 기초해서 중간롤의 시프트량, 두께에 의한 벤더량, 강종에 의한 벤더량을 이용하여 최적 초기 제어값을 설정하며, 그리고 상기 설정된 초기 제어값을 프로그램로직제어기(20)로 전송하고, 처음단계로 복귀하여, 상기한 과정을 반복하면서 형상제어를 위한 최적 제어값을 산출하여 상기 프로그램로직제어기(20)로 전송하도록 구현되어 있다.

도 4는 본 발명에 따른 다단 압연기 형상제어방법을 보이는 플로우챠트이고, 도 5는 도 4의 형상학습과정을 보이는 플로우챠트이며, 도 6은 본 발명과 종래 결과비교도표이다.

이와같이 구성된 본 발명에 따른 동작을 첨부도면에 의거하여 하기에 상세히 설명한다.

먼저, 도1 및 도 4를 참조하면, (a)단계(41,42)에서 압연작업 정상시, 측정된 롤갭, 롤압력 및 형상에 대한 학습을 포함하는 적응적기능을 수행하는 형상학습을 수행하는데, 여기서 학습이란 선행 코일에 대한 다이나믹 제어의 결과가 후행 코일의 제어인자로 반영되도록 하는 것으로 정의하며, 이에 대해서 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 상기 롤갭은 롤갭측정기로 측정되고, 상기 롤압력은 롤압력측정기로 측정되며, 상기 형상은 형상검출기에 의해서 검출된다. 이러한 장치들은 일반적인 장치에 불과하므로 상세한 설명은 생략한다. 이러한 장치들로부터 프로그램로직제어기(PLC)(20)는 압연중인 코일에 대한 실적을 수집한다.도4에 도시한 바와같이 초기 제어용 계산결과가 일정시간이 경과후의 압연 실적과 불일치하게 되므로, 선행 제어결과에 대한 검증 및 후행 소재 제어용 처음 계산시에도 이의 적용여부를 판단하여야 한다.

도 5를 참조하면, 상기 (a)단계에서의 형상학습단계에 포함된 (a1)단계(42-1)에서 기존과 같이 압연속도와 압연량에 기초해서 선행 압연작업이 정상적으로 수행되었는지를 판단하고(도 5의 조건1), 예를들어, 정상압연속도 및 정상압연량의 범위에 포함되는지의 여부로 압연작업의 정상여부를 판단한다. (a2)단계(42-2)에서는 선행 압연작압이 정상적으로 수행된 경우, 현재 압연 소재의 품질이 양호한가를 판단하는데, 예를들어, 사전에 설정된 양호판단 두께조건(도 5의 조건2)과 현재 압연코일의 두께를 비교하여 소재의 품질 양호여부를 판단한다. 그리고, (a3)단계(42-3)에서는 현재 압연코일의 품질이 양호한 경우, 선행 압연 소재의 형상에 대한 실적 계산값과 현재 압연 소재의 형상에 대한 실적 계산값의 차이가 허용범위(도 5의 조건3) 이내인가를 판단한다. 여기서, 실적 계산값이란 해당 측정장치로부터의 측정신호에 기초해서 압연 소재의 실제 폭, 두께를 계산하여 얻어진 값을 의미하는 것으로서, 이러한 계산은 알려져 있는 기존의 방식과 동일하다.

이후, (a4)단계(42-4)에서는 상기 (a3)단계에서 허용범위 이내인 경우, 선행 제어값을 초기 제어값으로 설정하고, (a5)단계(42-5)에서는 상기 (a3)단계에서 허용범위 이내가 아닌 경우, 선행 제어값을 기초해서 초기 제어값을 재계산하여 재설정하며, 그리고 (a6)단계(42-6)에서는 상기 (a1)단계에서 정상적으로 압연작업이 수행되지 않았거나 (a2)단계에서 압연소재의 품질이 양호하지 않은 경우, 최적 초기 제어값에 대한 산출 필요성을 인식한다.

상기한 바에 따르면, 상기 (a)단계(41,42)에서는 초기 최적 제어값을 설정에 대해서, 선행 제어값을 그대로 이용할 것인가, 선행 제어값을 이용하여 재계산을 할 것인가, 아니면 선행 제어값을 이용하지 않고 현재의 검출값등의 현재 실적값을 이용하여 최적의 제어값을 새롭게 계산할 것인가를 결정하게 되는 것이며, 이 (a)단계에서 판정결과는 이후 (b)단계에서 참조하며, 이와같이 판정결과를 참조하는 방식은 특정 플래그를 세트 또는 리세트시킴에 의해서 이루어진다.

다음, (b)단계(43,44)에서는 (a)단계의 학습결과 파일을 저장 등의 관리를 수행한 후, 상기 형상학습결과에 기초해서 중간롤의 시프트량, 두께에 의한 벤더량, 강종에 의한 벤더량을 이용하여 최적 초기 제어값을 설정하는데, 이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

상기 (b)단계에서의 최적 초기 제어값 설정단계의 (b1)단계에서는 상기 (a6)단계에서의 최적 초기 제어값 산출이 필요한 것으로 인식한 경우에 하기 수학식1에 의해서 중간 롤에 대한 시프트(shift)량을 계산한다.

여기서, Hcσ은 중간롤 시프트량이고, Hcmax는 설비별 최대 시프트량이며, Hcmin는 설비별 최소 시프트량, Wmax는 소재 최대폭, Wmin는 소재 최소폭이며, 그리고 Width는 작업코일의 폭이다.

상기 수학식1은 중간롤 시프트량을 판정하는 수학식으로서, 중간롤 시프트에 의한 형상제어능력을 갖는 6하이 압연장치(mill)의 장점을 극대화시키기 위한 최적 시프트량 판정식이며, 이 수학식을 이용하면 스트립의 중앙부와 압연장치의 중앙부를 불일치시켜 줌으로써 중간롤 벤더에 의한 압하중심점을 스트립의 폭방향으로 위치 이동시키는 효과가 있으며, 이와같은 사항을 이용하여 도2에 도시된 W형, M형등과 같은 폭방향 복합형태에 대한 형상교정 제어를 실시할 수 있게 되는 것이다.

(b2)단계에서는 하기 수학식2에 의해서 두께 영향에 의한 벤더량(bender)을 계산하고, (b3)단계에서는 하기 수학식3에 의해서 강종 영향에 의한 벤더량을 계산한다.

여기서, Tbend는 두께 영향분에 대한 롤 벤더량이고, Thick는 입고 소재의 두께이며, Tg는 두께게인(gain), Ybend는 강종 영향분에 대한 롤 벤더량, Yp는 입고 소재의 강종클래스(class)이며, Yg는 강종게인이다.

상기 수학식2는 두께 영향정도에 따른 벤더량 판정식이고, 상기 수학식3은 강종 영향정도에 따른 벤더량 판정식이다.

상기한 바와같이, 상기 수학식1과 4에 의해서 계산된 설정값과, 압연중의 최적 압연상태라 할 수 있는 정상인식시, 즉 1/3이상 압연후 압연속도가 최대대비 30%이상. 속도유지시간 10초이상일 때의 실적데이타, 그리고 해당지점의 형상품질 실적을 삼각비교하여 선행 코일에 대한 계산결과의 정합성을 점검하고, 점검 결과에 따라 후행 소재에 초기 제어값의 연산결과를 적용할 것인지, 현재의 다이나믹 제어결과를 이용한 초기값화 할 것인지, 후행 소재에 대한 초계산을 재계산할 것인지를 판정하고, 판정결과에 따라서 최적의 제어값을 설정할 수 있게 되는 것이다.

그리고 (b4)단계에서는 상기 (b1)-(b3)단계에서 계산한 값을 이용하고 하기 수학식에 의해서 최적 초기 제어값을 산출한다.

전술한 바와같은 본 발명에 의하면, FGC구간에 대한 작동자의 큰 변화를 소재의 형태에 따라 억제시킬 수 있도록 하는 것으로 초기제어값의 불안정이 형상제어 전반에 미치는 부조화 현상으로 확대되는 문제를 사전에 방지할 수 있게 된다.

여기서, Bi는 I번 스탠드 벤더량이고, Stg는 스탠드게인이다.

상기 수학식 4는 상기 수학식2와 3을 적용하여 임의의 스탠드에 대한 최적제어 벤더량을 도출하는 수학식이며, 형상의 형태는 갑작스런 변화의 제어인자도 없으며 소재의 형태 또한 열연 구획(lot)단위의 일정 프로파일을 갖고 있는 점을 고려할 때 최종 스탠드에서 최적제어를 할 수 있도록 초기의 제어값 판정은 특히 중요하며 FGC(Fring Gauge Change)구간에서의 초기제어값 결정은 중요한 변수가 된다.

마지막으로, (c)단계(45)에서는 상기 (b)단계에서 설정된 초기 제어값을 프로그램로직제어기(20)로 전송하고, 처음단계로 복귀한다.

본 발명에 의하면, 어떠한 소재, 어떠한 사양의 형태의 소재가 압연기로 반입되더라도 재질별, 두께, 폭별 소재가 갖는 영향정도에 따라 초기제어의 초기안정화를 기할 수 있게 되며, 이는 도 6을 참조하면 알 수 있는 바와같이, 도 6에서 가로축은 압연소재의 체크횟수이고, 세로축은 벤더량의 추이인데, 기존의 제어방식에서는 테이블의 설정값을 이용하므로 항상 일정하지만, 본 발명에 의하면, 작업롤의 벤더량에 대한 실제값과 설정값의 추이에 보인 바와같이 실제값에 따라 설정값이 변화되므로 최적 제어가 가능함을 알 수 있다.

상술한 바와같은, 형상제어는 입측 소재 조건 및 압연기 상태, 압연 속도등의 외부적 요인에 의한 변수가 많으므로 금속학적의 제어모델이 없어 일정기간 압연후의 경험치로 압연함으로서 운전자의 성향에 따라 작업방법이 다양해지고 수조작에 의한 안정된 품질의 확보가 어려운 문제점이 있었으나, 본 발명에 따르면 소재 작업 및 작업조건을 포함한 정량화된 제어모델을 통하여 작업자의 개인적 판단범위 및 개입요소를 최적화 할 수 있고, 자동운전을 통한 품질 향상 및 실수율 향상과 같은 특별한 효과가 있는 것이다.

이상의 설명은 본 발명의 일실시예에 대한 설명에 불과하며, 본 발명은 그 구성의 범위내에서 다양한 변경 및 개조가 가능하다.

Claims (3)

1. 프로그램로직제어기(20)로 초기 제어값을 설정하여 전송하는 상위제어컴퓨터(30)를 이용하여 다단 압연기에서의 압연 형상을 제어하는 방법에 있어서,

   (a) 압연작업 정상 여부에 따라, 측정된 롤갭, 롤압력 및 형상에 대한 학습을 포함하는 적응적 기능을 수행하여, 정상적으로 압연이 수행된 압연소재의 품질이 양호한 경우, 선행 제어값을 초기 제어값으로 설정하고, 비정상 및 압연품질이 양호하지 않을 경우에는 최적의 초기 제어값에 대한 산출 필요성을 인식하는 일련의 형상학습을 수행하는 단계(41,42);

   (b) (a)단계의 학습결과를 포함하는 파일을 관리한 후, 상기 형상학습결과에 기초해서 중간롤의 시프트량, 두께에 의한 벤더량, 강종에 의한 벤더량을 이용하여 최적 초기 제어값을 설정하는 단계(43,44);

   (c) (b)단계에서 설정된 초기 제어값을 프로그램로직제어기(20)로 전송하고, 처음단계로 복귀하는 단계(45); 로 이루어짐을 특징으로 하는 다단 압연기 형상제어방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 (a)단계에서의 형상학습단계는

   (a1) 압연속도와 압연량에 기초해서 선행 압연작업이 정상적으로 수행되었는지를 판단하는 단계(42-1);

   (a2) 선행 압연작압이 정상적으로 수행된 경우, 사전에 설정된 양호판단 두께조건과 현재 압연코일의 두께와 비교하여 현재 압연 소재의 품질이 양호한가를 판단하는 단계(42-2);

   (a3) 현재 압연코일의 품질이 양호한 경우, 선행 압연 소재의 형상에 대한 실적 계산값과 현재 압연 소재의 형상에 대한 실적 계산값의 차이가 사전에 설정된 허용범위 이내인가를 판단하는 단계(42-3);

   (a4) 상기 (a3)단계에서 허용범위 이내인 경우, 선행 제어값을 초기 제어값으로 설정하는 단계(42-4);

   (a5) 상기 (a3)단계에서 허용범위 이내가 아닌 경우, 선행 제어값을 기초해서 초기 제어값을 재계산하여 재설정하는 단계(42-5);

   (a6) 상기 (a1)단계에서 정상적으로 압연작업이 수행되지 않았거나 (a2)단계에서 압연소재의 품질이 양호하지 않은 경우, 현재 실적값을 이용하여 최적 초기 제어값에 대한 산출 필요성을 인식하는 단계(42-6); 로 이루어짐을 특징으로 하는 다단 압연기 형상제어방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 (b)단계에서의 최적 초기 제어값 설정단계는

   (b1) 상기 (a6)단계에서의 최적 초기 제어값 산출이 필요한 것으로 인식한 경우에 하기 수학식에 의해서 중간 롤에 대한 시프트량을 계산하는 단계;

   (b2) 하기 수학식에 의해서 두께 영향에 의한 벤더량을 계산하는 단계;

   (b3) 하기 수학식에 의해서 강종 영향에 의한 벤더량을 계산하는 단계;

   (b4) 상기 (b1)-(b3)단계에서 계산한 값을 이용하고 하기 수학식에 의해서 최적 초기 제어값을 산출하는 단계;

   로 이루어짐을 특징으로 하는 다단 압연기 형상제어방법.