KR20000043874A - 냉간압연기 채터링 예방 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉간압연기에 설치되는 다수의 진동센서와, 상기 진동센서로부터 입력된 신호를 증폭하기 위한 진동신호 증폭기와, 상기 진동센서로부터 신호를 인출하는 진동센서 신호인출부와, 상기 냉간 압연기를 제어할 때에 작용하는 신호들의 실측값을 인출하는 압연기제어신호 인출부와, 상기 코일에 대한 정보를 입력받는 코일정보 인출부와, 상기 코일정보 일출부와, 상기 압연기 제어신호 인출부와, 상기 진동센서 신호인출부로부터 각각의 데이터를 입력받는 데이터 수집시스템과, 상기 데이터 수집시스템으로부터 입력된 데이터를 통하여 채터링을 예지하고 데이터를 저장하며 원인을 분석하는 데이터 분석 시스템을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 냉간압연기 채터링 예방 장치를 요지로 한다.

또한 본 발명은 코일정보가 테이터 수집시스템으로 입력되는 단계와, 압연기 제어신호 및 진동신호가 데이터 수집시스템으로 입력되는 단계와, 신호 실효치 및 변형치를 계산하여 감지 및 저장하며, 속도가 일정한 지 비교하는 단계와, 속도에 따른 상대적인 변화율이 클때의 신호에 대해 알람을 발생시키는 단계와, 제어신호 및 진동신호의 주파수 중에서 체터주파수로 설정한 고주파 신호가 발생한 경우에 속도저감을 요구하는 단계와, 자동속도 저감모드가 작동되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉간압연기 채터링 예방 방법.

Description

냉간압연기 채터링 예방 장치 및 방법

본 발명은 냉간압연기 채터링 예방 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 스테인레스 강과 같은 고경도를 요하는 강종의 압연기인 클러스터형 20단 냉간압연기에서 압연기의 진동에 의한 채터링 발생시에 채터링의 발생 여부 및 원인을 진단하며, 디지털 신호 처리를 통합 압연기의 진동 신호와 입·출력 장력, 입·출측 두께, 압하력, 모터전류의 제어신호들을 동시신호 주파수 변환하여 채터링 발생 여부 및 원인을 진단하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

종래의 압연기의 채터링은 작업롤의 진동이 작업롤의 지지베어링, 작업롤 고정기구, 스탠드 프레임 등으로 전달되어서 발생함으로 진도측정치가 특정 레벨을 초과할 경우, 신호의 주파수 특성을 분석하여 압연기 특유의 성분이 나타날 때 채터링이 일어나고 있음을 알려줌으로 예방한다고 알려지고 있으나, 고경도의 제품을 고속으로 압연하는 클러스터형 20단 냉간압연기 등에서의 채터링은 압연기에서의 진동 뿐 아니라 압연기를 제어하는 입·출측 장력 변동, 압하력의 변동 등의 복합 요인에 의하여 채터링이 일어나며, 채터링 발생시 진동신호 뿐 조업신호를 통하여서도 채터링 징후를 알 수 있다. 또한 신호의 주파수 분석을 행할 때 도 2의 기존 시스템에서 보여진 바와 같이 진동 레벨이 큰 채널만 주파수 분석을 행하고 다른 채널의 신호들에 대한 주파수 분석을 행할 때에는 채널선택기의 안정화 시간을 고려할 경우에 약 5초간의 지연이 생길 뿐 아니라 감시 채널이 많을 때에는 채널수에 비례하여 시간이 소요되어 채널간 신호의 상대적인 비교를 통한 검증을 할 수 없는 단점이 있다. 게다가, 압연속도나 코일정보와 무관하게 데이터를 관리함으로 채터링이 일어난 후의 검증뿐 아니라 육안측정 불가한 채터 마크가 발생한 코일에서 채터링 신호가 미약하여 감지되지 못하고 지나간 코일의 정보에 대하여는 왜 발생하였는 지를 알 수 없게 되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 외부의 1채널의 신호를 주파수 변환하는 주파수 변환 분석기 및 채널 선택기를 사용하지 않고 8채널의 내장형 디지털 신호처리기를 2개 사용함으로 동시에 16채널의 신호를 주파수 변환하여 특성을 분석하며, 진동신호와 조업신호를 동시에 분석함으로 채터링 예지율을 향상시키고, 압연속도신호를 통하여 속도에 따른 주파수 성분을 추출하고, 코일정보를 기준으로 하여 데이터를 관리함으로 채터링 발생에 대한 신뢰성 검증 및 조업 신호에 의한 판파단 발생 원인 등의 정보를 알 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

상술한 목적은 작업롤, 작업롤을 지지하는 첫 번째 지지롤, 첫 번째 지지롤을 지지하는 두 번째 지지롤, 두 번째 지지롤을 지지하는 백업롤로 이루어져 상기 작업롤 사이를 통과하는 코일을 압연하기 위한 냉간압연기에서, 상기 냉간압연기에 설치되는 다수의 진동센서와, 상기 진동센서로부터 입력된 신호를 증폭하기 위한 진동신호 증폭기와, 상기 진동센서로부터 신호를 인출하는 진동센서 신호인출부와, 상기 냉간 압연기를 제어할 때에 작용하는 신호들의 실측값을 인출하는 압연기제어신호 인출부와, 상기 코일에 대한 정보를 입력받는 코일정보 인출부와, 상기 코일정보 일출부와, 상기 압연기 제어신호 인출부와, 상기 진동센서 신호인출부로부터 각각의 데이터를 입력받는 데이터 수집시스템과, 상기 데이터 수집시스템으로부터 입력된 데이터를 통하여 채터링을 예지하고 데이터를 저장하며 원인을 분석하는 데이터 분석 시스템을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 냉간압연기 채터링 예방 장치에 의하여 달성된다.

또한 상술한 목적은 냉간압연기를 통과한 코일의 표면에 발생하는 체터링을 방지하기 체터링 방지방법에서, 코일정보가 테이터 수집시스템으로 입력되는 단계와, 압연기 제어신호 및 진동신호가 데이터 수집시스템으로 입력되는 단계와, 제어신호 8 채널에 대한 실측치를 감시 및 저장하며, 진동신호 6 채널의 신호 실효치 및 변형치를 계산하여 감지 및 저장하며, 속도가 일정한 지 비교하는 단계와, 속도에 따른 상대적인 변화율이 클때의 신호에 대해 알람을 발생시키며, 제어신호 8채널, 진동신호 8채널을 동시에 계산 및 저장하는 단계와, 알람발생 시의 신호가 평균치보다 2배이상 큰 경우와, 제어신호 및 진동신호의 주파수 중에서 체터주파수로 설정한 고주파 신호가 발생한 경우에 속도저감을 요구하는 단계와, 자동속도 저감모드가 작동되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉간압연기 채터링 예방 방법에 의하여 달성된다.

도 1은 클러스터형 20단 냉간압연기에서의 채터링 예방 장치의 구조를 나타내는 도면.

도 2는 신호수집방법에서의 기존 시스템과 제안시스템을 나타내는 도면.

도 3은 클러스터형 20단 냉간압연기에서의 채터링 예방 장치의 전체구조를 나타내는 도면.

도 4는 본 발명에 의한 채터링 방지 방법의 흐름도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 작업롤 2: 첫 번째 지지롤

3: 두 번째 지지롤 5: 백업롤

6: 진동가속도 센서 7: 작업롤 지지문

8: 냉연코일 9: 하부 클러스터

10: 상부 클러스터 11: 압연기 하우징

12: 입측 상부 스핀들 13: 출측 상부 스핀들

14: 입측 하부 스핀들 15: 출측 하부 스핀들

16: 기어박스 17: 커플링

18: 모터 19: 진동신호 증폭기

20: 진동신호 수신용 케이블 21: 제어신호 수신용 케이블

22: 제어신호용 디지털 신호처리수단

23: 진동신호용 디지털 신호처리수단

24: 이더넷 통신용 수단

25: 코일정보 수신용 이더넷 통신용 보드

26: 이더넷 케이블 27: 데이터 수집 시스템

28: 이더넷 케이블 29: 데이터 분석 시스템

도 1은 클러스터형 20단 냉간압연기에서의 채터링 예방 장치의 구조를 나타내는 도면이고, 도 2는 신호수집방법에서의 기존 시스템과 제안시스템을 나타내는 도면이고, 도 3은 클러스터형 20단 냉간압연기에서의 채터링 예방 장치의 전체구조를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명에 의한 채터링 방지 방법의 흐름도이다.

본 발명의 장치는 크게 도 1과 같이 압연기의 각 부분 설치된 진동센서 신호인출부(30), 압연기를 제어할 때에 작용하는 신호들의 실측값을 인출하는 압연기제어신호 인출부(31), 한 코일마다의 코일번호, 강종 등을 인출하는 코일정보 인출부(32), 진동신호, 압연기 제어신호, 코일정보를 수신하는 데이터수집시스템(27), 수집된 데이터를 통하여 채터링을 예지하고 데이터를 저장하며 원인을 분석하는 데이터 분석 시스템(29)로 구성된다.

도 3의 상세도에서 보면, 클러스터형 20단 냉간압연기는 상하 10개의 롤로 구성되어 있다. 롤은 각부는 코일을 압연하는 작업롤(1) 1개, 작업롤을 지지하는 첫 번째 지지롤(2) 2개, 첫 번째 지지롤을 지지하는 두 번째 지지롤(4) 3개, 두 번째 지지롤을 지지하는 백업롤(5) 4개로 구성되어 있으며, 두 번째 지지롤만이 구동모터와 연결되어 구동을 하고 있으며, 다른 롤 등은 비구동롤이다. 진동센서(6)는 안전형 가속도 센서를 이용하여 압연기의 작업롤 지지부(7), 첫 번째 지지롤 지지부, 상부 클러스터(10), 하부 클러스터(9), 일측 하부 스핀들(14), 출측 하부 스핀들(15)에 수직방향으로 설치하였으며, 압연기에서의 신호가 미약하기 때문에 진동 신호 증폭기(19)를 이용하여 10배로 신호를 증폭시켰다. 증폭된 신호는 도 2의 제안시스템에 보여진 것 처럼 6개의 진동 신호가 동시에 진동신호용 디지털 신호처리수단(보드:(23)로 입력되어 신호 처리를 수행하게 된다.

한편, 데이터 수집 시스템(27)은 제어신호용 디지털 신호처리 수단(22)과, 진동신호용 디지털 신호처리수단(23), 이더넷 통신용수단(24)과, 코일정보 수신용 이더넷 통신수단(25)으로 이루어져 있으며, 압연기 제어신호는 케이블(21)을 통하여 제어신호용 디지털 신호처리수단으로 입력된다. 또한 진동신호는 진동신호용 디지털 신호처리수단(23)으로 입력된다. 또한 코일정보는 케이블(26)을 통하여 코일정보 수신용 이더넷 통신수단(25)으로 입력된다. 압연기 제어신호는 압연속도신호, 입측장력신호, 출측장력신호, 압하력신호, 입측두께신호, 출측두께신호, 압연기모터전류신호, 롤갭신호이다. 코일정보는 코일번호, 강종, 표면사상, 소재두께, 소재폭, 전공정, 총패스이다.

진동신호용 디지털 신호처리수단(보드: 23)은 입력된 진동신호의 각 채널에 대해 5,120개/초의 데이트를 취득하여 식(1)∼식(4)와 같은 실효치, 피크투피크, 파고율, 파워스펙트럼을 연산한다.

실효치 = SQRT[(∑_t=1,TX(t)*X(t))/T] .....(1)

피크투피크 = 샘플링 최대치- 샘플링 최소치 .......(2)

파고율 = 피크투피크/(2 * 실효치) ........(3)

파워스펙트럼 = ∑_n=0,N-1[x(n)*e^{-j2πkn/N}] ......(4)

다음은 압연기의 제어신호에 대한 것으로 압연기에서 제어되는 신호의 실측치를 전기실로부터 아날로그 신호를 직접 인출하였으며, 아날로그 신호를 병렬로 인출시의 전압 강하 등과 같은 문제를 예방하기 위해 일측에 아이솔레이터를 설치하였고, 압연속도, 입·출측 장력, 입·출측 두께, 압하력, 압연기모터전류, 롤갬 등의 신호를 동시에 제어신호용 디지털 신호처리수단(보드:22)로 입력하여 신호처리를 수행하게 된다. 제어신호용 디지털신호처리수단(보드:22)로 입력된 제어신호는 각 채널에 대해 대응되는 공학 단위로 환산처리하고, 또한 5,120개/조의 데이터를 취득하여 식 (4)와 같이 파워스펙트럼을 연산한다.

또한 코일번호, 강종, 표면사상, 소재두께, 소재폭, 전공정, 총패스 등과 같은 코일정보를 1회 코일정보 수신용 이더넷(Ethernet) 통신수단(25)으로 수신하여 데이터를 관리한다.

이렇게 수집된 데이터는 실시간으로 이더넷 통신에 의해 데이터 분석시스템(29)으로 보내진다.

데이터 분석 시스템(29)에서는 수신한 데이터를 조업 환경에 맞게 구성된 장표를 통하여 실시간으로 감시하고, 압연 속도에 따라 가중치를 취한 알람 레벨 설정치 이상의 값이 들어오거나 채터주파수로 설정한 성분의 고조파 성분이 진동신호나 제어신호에 수신될 때 속도를 줄이라는 메시지를 화면에 나타내고, 이 메시지를 통하여 조업자는 자동속도 저감 모드를 실행함으로 채터링 및 갑작스런 이상에 대응하도록 하였다. 또한 1코일에서 여러 패스 동안에 각기 다른 속도로 작업되므로 10초도동안 작업속도가 일정하게 유지될 때에 파워스펙트럼을 저장하여 이상발생원인 조사에 이용되며, 현공정에 감지가 되지 않고 공정에서 문제시되는 코일에 대한 정보를 모두 저장하고 있어서 작업후 10일 이내에 문제시 될 때에는 저장된 데이터를 통하여 진동 및 제어신호 중 어느것에 의한 문제였는지 알 수 있도록 구성되었다.

본 발명에 의하여 스테인레스강과 같은 고경도를 요하는 강종의 압연기인 클러스터형 20단 냉간압연기에서 압연기의 진동에 의한 채터링 발생 및 제어신호의 급격한 변동에 의한 채터링 발생을 예방하고, 갑작스런 판파단과 같은 문제가 있을 때에 어떤 원인에 의한 것을 알 수 있을 뿐 아니라 저장된 신호를 통하여 압연 제품에 대한 신뢰성을 확보하며, 라인 속도를 증가시킴으로 생산성 향상에도 기여하고 있다.

Claims (3)

1. 작업롤, 작업롤을 지지하는 첫 번째 지지롤, 첫 번째 지지롤을 지지하는 두 번째 지지롤, 두 번째 지지롤을 지지하는 백업롤로 이루어져 상기 작업롤 사이를 통과하는 코일을 압연하기 위한 냉간압연기에서,

   상기 냉간압연기에 설치되는 다수의 진동센서와,

   상기 진동센서로부터 입력된 신호를 증폭하기 위한 진동신호 증폭기와,

   상기 진동센서로부터 신호를 인출하는 진동센서 신호인출부와,

   상기 냉간 압연기를 제어할 때에 작용하는 신호들의 실측값을 인출하는 압연기제어신호 인출부와,

   상기 코일에 대한 정보를 입력받는 코일정보 인출부와,

   상기 코일정보 일출부와, 상기 압연기 제어신호 인출부와, 상기 진동센서 신호인출부로부터 각각의 데이터를 입력받는 데이터 수집시스템과,

   상기 데이터 수집시스템으로부터 입력된 데이터를 통하여 채터링을 예지하고 데이터를 저장하며 원인을 분석하는 데이터 분석 시스템을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 냉간압연기 채터링 예방 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 데이터 수집 시스템은

   상기 압연기 제어신호 인출부로부터 입력된 신호를 처리하기 위한 제어신호용 디지털 신호처리수단과,

   상기 진동센서 신호 인출부로부터 입력된 신호를 처리하기위한 진동신호용 디지털 신호처리수단과,

   상기 코일정보 인출부로부터 입력된 정보를 처리하기위한 코일정보 수신용 이더넷 통신수단과,

   상기 데이터 수집시스템과 상기 데이터 분석 시스템사이의 통신을 위한 이더넷 통신수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉간압연기 채터링 예방 장치.
3. 냉간압연기를 통과한 코일의 표면에 발생하는 체터링을 방지하기 체터링 방지방법에서,

   코일정보가 테이터 수집시스템으로 입력되는 단계와,

   압연기 제어신호 및 진동신호가 데이터 수집시스템으로 입력되는 단계와,

   제어신호 8 채널에 대한 실측치를 감시 및 저장하며, 진동신호 6 채널의 신호 실효치 및 변형치를 계산하여 감지 및 저장하며, 속도가 일정한 지 비교하는 단계와,

   속도에 따른 상대적인 변화율이 클때의 신호에 대해 알람을 발생시키며, 제어신호 8채널, 진동신호 8채널을 동시에 계산 및 저장하는 단계와,

   알람발생 시의 신호가 평균치보다 2배이상 큰 경우와, 제어신호 및 진동신호의 주파수 중에서 체터주파수로 설정한 고주파 신호가 발생한 경우에 속도저감을 요구하는 단계와,

   자동속도 저감모드가 작동되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉간압연기 채터링 예방 방법.