KR20030035564A - 압력발신기를 이용한 압하제어장치 - Google Patents

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Abstract

스트립에 대한 압하력을 제어하는 장치에 있어서,
적어도 전원공급장치(41), 압력발신기(42), 제1 신호처리부(431), 제2 신호처리부(432), 제1 신호보정부(441) 및 제2 신호보정부(442)를 구비하되, 상기 전원공급장치(41)는 압력발신기(42)에 직류전원을 공급하고, 상기 압력발신기(42)는 양측 유압실린더의 압력을 검출하며, 상기 제1 신호처리부(431) 및 제2 신호처리부(432)는 압력발신기(42)의 출력을 입력받아 압력(P1)으로 변환하여 수학식 1에 의하여 포스(Force) 신호(F1 및 F2)로 변환하고, 상기 제1 신호보정부(441) 및 제2 신호보정부(442)는 상기 제1 신호처리부(431) 및 제2 신호처리부(432)로부터 포스 신호(F1 및 F2)를 입력받고, 피엘씨(25)로부터 백업롤 직경 및 워크롤 직경을 입력받아 수학식 3 및 수학식 4에 의하여 하부 백업롤 무게(BRw) 및 하부 워크롤 무게(WRw)를 계산한 후 수학식 5 및 수학식 6에 의하여 실제 압하력(Rf1 및 Rf2)을 계산하며, 상기 실제 압하력(Rf1 및 Rf2)은 다시 압하제어장치(24)로 피드백 입력되도록 구성된다.
따라서 저가의 소자를 사용하면서도 유도장애의 영향을 받지 않고, 유압 배관에 직접 설치할 수 있으므로 압력발신기의 설치 장소가 자유롭고, 냉각제 등의 수분의 영향을 받지 않으므로 방수처리할 필요가 없으며, 복잡한 하드웨어 구성이 아니므로 고장 발생 가능성이 적고, 스트립 판파단이 발생하지 않으며, 고장이 발생하더라도 교체 및 정비가 간단 용이하고, 온라인 또는 운전 중에도 라인 정지 없이 신속하게(약 20분 소요) 교체 및 정비를 할 수 있으며, 지속적으로 분산제어장치(46)에 의하여 압하력 신호를 기록 감시할 수 있으며, 대부분의 주요 과정이 소프트웨어로 처리되고 있으므로 신뢰성이 향상된다는 효과가 있다.

Description

압력발신기를 이용한 압하제어장치 {Roll Force Control Unit using Pressure Transmitter}
본 발명은 압력발신기를 이용한 압하제어장치에 관한 것으로서, 특히 스트립의 압하력을 검출하기 위하여 종래에 이용되고 있던 자왜식 하중계 대신에 압력발신기를 이용하여 구성함으로써 간단하고 저렴한 구성이 되면서도 유도장애 등의 영향을 받지 않고 설치 장소가 자유로운 압하력의 제어장치에 관한 것이다.
일반적으로 종래의 압하제어장치는 도 1에 도시된 바와 같이 상용 교류전원, 예컨대 AC 220V의 교류전압을 인가받아 직류 전원을 공급하는 전원장치(11)와, 상기 전원장치(11)에서 전원을 공급받아 여자전류, 예컨대 1,638Hz, 1.95A 를 출력하는 여자 및 발진장치(12)와, 상기 여자 및 발진장치(12)로부터 전류를 공급받아 압하력을 측정하는 1쌍의 자왜식 하중계(13)와, 상기 각각의 자왜식 하중계(13)에서출력되는 미세한, 예컨대 수 mV의 전압인 교류 하중 감지신호를 입력받아 이를 교류 증폭하고, 이를 직류화시키는 증폭 정류 평활회로(14)와, 영점 보정을 하는 영점보정 변환기(15)와, 상기 각 신호와 영점보정신호를 조합하는 조합기(16)와, 상기 조합신호의 1차 이득을 조정해주는 이득 조정기(17)와, 양측의 출력부(18, 19)와, 상기 두 출력의 합을 출력하는 가산기(20)와, 상기 두 출력의 차를 출력하는 감산기(21)와, 시스템 이상 유무 진단 및 각종 정수 설정을 행하는 중앙처리장치(CPU)를 포함하는 프로세서(22)로 구성되어 있다. 여기서 이러한 로드셀 신호 처리 전체를 담당하는 부분을 자왜식 하중계 컨트롤러(23)라고 부르기로 한다.
그리고 상기 양측 출력부(18, 19)로부터 출력된 값은 압하제어장치(24)의 피드백 값으로 입력되고, 상기 압하제어장치(24)에서는 피엘씨(25)로부터 양측의 설정치를 입력받아 이를 양측 출력부(18, 19)의 출력값과 비교 및 연산하여 서보 밸브(26)로 조작신호를 출력한다.
상기 서보 밸브(26)에서는 상기 압하제어장치(24)에서의 조작 출력치와 유압 펌프(27)에서 공급되는 유압이 비례하도록 유로를 조작하여 유압 실린더(28)로 유압을 공급한다. 그러면 하부 백업롤(29)의 초크 하단에 설치된 유압 실린더(28)는 상기 서보 밸브(26)로부터 공급되는 유압에 의하여 피스톤을 밀어올려 하부 백업롤(29) 및 하부 워크롤(30)을 밀어올린다. 이때 상부 백업롤(31) 및 상부 워크롤(32)은 고정되어 있으므로 상기 밀어올리는 힘에 의하여 상기 상부 워크롤(32)과 하부 워크롤(30) 사이에 위치한 스트립(33)에 압하력이 가해지게 된다.
그리고 상기 스트립(33)에 가해진 압하력은 상부 백업롤(31) 상부에 설치된 1쌍의 자왜식 하중계(13)에 전달되어 검출되며, 상기 검출된 압하력은 다시 압하제어장치(24)의 피드백 값으로서 입력됨으로써 압하제어루프를 구성하게 된다.
그런데, 상기와 같은 종래의 자왜식 하중계는 도 1에 도시된 바와 같이 전원공급, 발진 및 여자, 증폭부 및 중앙처리장치 등과 같이 복잡한 하드웨어 구성을 가지고 있으므로 고장 발생 가능성이 매우 크고, 특히 자왜식 하중계에서 출력되는 신호는 수 mV 정도의 미전압이므로 고장 유무의 판단이 극히 곤란하고, 로드셀의 미소 전압은 유도전압 등의 외란에 영향을 받기 매우 쉬우며, 게다가 상기 로드셀은 밀 하우징(Mill Housing)의 상부에 설치되어 있으므로 설치장소가 고소일 뿐만 아니라 협소하여 교체 및 정비에 대략 5시간 이상이 소요되므로 관리가 극히 곤란하고, 가격이 고가라는 단점 이외에도 냉각 및 윤활 목적으로 분무되는 냉각제(Coolant)에 의하여 절연파괴 현상이 자주 발생하고 있어서 반드시 방수처리를 하여야 하는 문제점도 있으며, 압하력의 계산시에는 로드셀의 무게까지도 계산시 고려하여야 하므로 번거롭다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 종래에 각종 압연라인에서 사용되고 있는 압하력 검출장치인 자왜식 로드셀 방식과는 다른 방식인 압력발신기를 압연기 실린더의 유압 배관에 설치하고, 하부 백업롤 및 워크롤 등의 무게를 자동으로 보상하여 실제 압하력을 구할 수 있는 압력발신기를 이용한 압하제어장치를 제공하고자 하는 것이다.
도 1은 종래의 자왜식 하중계를 이용한 압하제어장치의 구성 및 검출원리 설명도,
도 2는 본 발명의 압력발신기를 이용한 압하제어장치의 구성도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
11 : 전원장치 12 : 여자 및 발진장치
13 : 자왜식 하중계(Magneto-Elastic Load Cell), 로드셀
14 : 증폭 정류 평활회로 15 : 영점보정 변환기
16 : 조합기 17 : 이득 조정기
18 : 제1측(A) 출력부 19 : 제2측(B) 출력부
20 : 가산기 21 : 감산기
22 : 프로세서 23 : 자왜식 하중계 컨트롤러
24 : 압하제어장치
25 : 피엘씨(PLC, Programmable Logic Controller)
26 : 서보 밸브 27 : 유압 펌프
28 : 유압 실린더
29 : 하부 백업롤 30 : 하부 워크롤
31 : 상부 백업롤 32 : 상부 워크롤
33 : 스트립 41 : 전원공급장치
42 : 압력발신기(Pressure Transmitter), 압력식 하중계(Pressure type Load Cell)
46 : 분산제어장치(DCS)
431 : 제1 신호처리부 432 : 제2 신호처리부
441 : 제1 신호보정부 442 : 제2 신호보정부
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 압하제어장치는 적어도 전원공급장치(41), 압력발신기(42), 제1 신호처리부(431), 제2 신호처리부(432), 제1 신호보정부(441) 및 제2 신호보정부(442)를 구비하되,
상기 전원공급장치(41)는 교류전원을 입력받아 압력발신기(42)에 직류전원을 공급하고,
상기 압력발신기(42)는 양측 유압실린더의 유압공급배관상에 설치되어 상기 유압실린더의 압력을 검출하며,
상기 제1 신호처리부(431)는 제1 유압실린더측에 설치된 압력발신기(42)의 출력을 입력받아 이를 압력(P1)으로 변환하여
(여기서 P1은 압력, S1은 실린더 단면적)
에 의하여 포스(Force) 신호(F1)로 변환하고,
상기 제2 신호처리부(432)는 제2 유압실린더측에 설치된 압력발신기(42)의 출력을 입력받아 이를 압력(P2)으로 변환하여
(여기서 P2는 압력, S2는 실린더 단면적)
에 의하여 포스(Force) 신호(F2)로 변환하며,
상기 제1 신호보정부(441)는 상기 제1 신호처리부(431)로부터 포스 신호(F1)를 입력받고, 피엘씨(25)로부터 백업롤 직경 및 워크롤 직경을 입력받아
(여기서 K1, K2는 상수, X는 백업롤 직경)
(여기서 K3, K4는 상수, Y는 워크롤 직경)
에 의하여 하부 백업롤 무게(BRw) 및 하부 워크롤 무게(WRw)를 계산한 후
(여기서 BRw는 백업롤 무게, WRw는 워크롤 무게)
에 의하여 실제 압하력(Rf1)을 계산하고,
상기 제2 신호보정부(442)는 상기 제2 신호처리부(432)로부터 포스 신호(F2)를 입력받고, 피엘씨(25)로부터 백업롤 직경 및 워크롤 직경을 입력받아 상기 수식에 의하여 하부 백업롤 무게(BRw) 및 하부 워크롤 무게(WRw)를 계산한 후
(여기서 BRw는 백업롤 무게, WRw는 워크롤 무게)
에 의하여 실제 압하력(Rf2)을 계산하며,
상기 실제 압하력(Rf1, Rf2)은 다시 압하제어장치(24)로 피드백 입력되도록 구성된다.
이하 상기의 본 발명의 구성 및 동작을 첨부도면을 참조하면서 보다 상세히 설명한다.
본 발명의 설명에 있어서 종래의 장치와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 붙임으로써 상세한 설명을 생략하며, 본 발명에 의하여 새로이 추가되는 부분에 대하여는 새로운 부호를 붙여서 종래의 장치와 구별하도록 한다.
본 발명에 있어서는 종래의 장치와 같이 스트립(33), 상부 백업롤(31), 상부 워크롤(32), 유압 펌프(27), 서보 밸브(26), 유압 실린더(28), 압하제어장치(24) 및 피엘씨(25)를 구비하고 있으며, 그 구성도 동일하다. 본 발명의 압하제어장치는 도 2에 도시된 바와 같이 이에 추가하여 적어도 전원공급장치(41), 압력발신기(42), 제1 신호처리부(431), 제2 신호처리부(432), 제1 신호보정부(441) 및 제2 신호보정부(442)를 구비하고 있다.
상기 전원공급장치(41)는 교류전원에서 교류전압을 입력받아 직류전원, 예컨대 직류 24V 전압을 압력발신기(42)에 공급하는 장치이다. 즉, 전원공급장치(41)에교류전원이 인가되면 이는 직류전압으로 변환되어 압력발신기(42)에 인가된다.
상기 압력발신기(42)는 롤 양측 유압실린더의 유압공급배관 상에 설치되어 상기 유압실린더의 압력, 예컨대 0 내지 210kg/cm2의 압력을 검출하는 장치이다. 즉, 상기 압력발신기(42)는 유압 실린더(28)의 유압을 전기적인 아날로그 신호로 변환한다. 스트립의 압하력은 압하수단인 유압 실린더(28)가 통상 2개소에 설치되므로 그 2개소의 검출치에 의하여 측정하는 것이다. 따라서 상기 압력발신기(42)는 통상 유압 실린더(28)의 갯수에 일치시켜서 설치하면 족하다. 이하 상기 유압 실린더(28)가 2개소에 설치된 경우를 가정하여 설명하며, 따라서 압력발신기(42)도 이에 따라 2개소에 설치된 것으로 가정한다.
상기 전기적 신호는 분산제어장치(46) 내에 구비되어 있는 제1 신호처리부(431) 및 제2 신호처리부(432)에 공급된다. 상기 제1 신호처리부(431) 및 제2 신호처리부(432)는 상기 압력을 나타내는 전기적 신호를 상기 수식 1 및 수식 2에 의하여 포스 신호로 변환하는 장치 수단 또는 소프트웨어 수단이다.
여기서 상기 제1 신호처리부(431)는 상기 2개의 유압실린더 중 제1 유압실린더측에 설치된 압력발신기(42)의 출력신호를 입력받는다. 상기 신호는 압력감지신호로서, 대략 4 내지 20mA 정도의 전류 신호이다. 그리고 이를 압력(P1)으로 변환하여 상기 수학식 1
에 의하여 포스(Force) 신호(F1)로 변환하는 수단이다. 여기서 P1은 압력,S1은 실린더 단면적이고, 상기 실린더 단면적(S1)은 통상 2,336cm2정도이다.
상기 제2 신호처리부(432)는 상기 2개의 유압실린더 중 제2 유압실린더측에 설치된 압력발신기(42)의 출력신호를 입력받아 이를 압력(P2)으로 변환하여 상기 수학식 2
에 의하여 포스(Force) 신호(F2)로 변환하는 수단이다. 여기서 P2는 압력, S2는 실린더 단면적이다.
여기서 그 후 상기 포스 신호(F1 및 F2)는 각각 제1 신호보정부(441) 및 제2 신호보정부(442)에 전달된다. 그런데 상기 포스 신호(F1 및 F2)는 스트립에 걸리는 실제 압하력 뿐만 아니라 하부 워크롤(30) 및 하부 백업롤(29)의 무게와 기계적인 전달 손실까지도 포함한 값이다. 그리고 이 중에서 전달 손실은 실제 압하력에 비하여 무시할 수 있을 정도로 작은 값이므로 무시해도 되지만, 하부 워크롤(30) 및 하부 백업롤(29)의 무게는 실제 압하력에 비해 상당히 큰 값이므로 반드시 고려되어야 하는 값이라는 점을 감안하여야 한다.
따라서 상기 제1 신호보정부(441)는 상기 제1 신호처리부(431)로부터 포스 신호(F1)를 입력받고, 피엘씨(25)로부터 백업롤 직경 및 워크롤 직경을 입력받아 간단한 일차방정식인 상기 수학식 3 및 수학식 4에 의하여 하부 백업롤 무게(BRw) 및 하부 워크롤 무게(WRw)를 계산한다.
여기서 K1, K2, K3, K4는 미리 정해져 있는 상수, X는 백업롤 직경, Y는 워크롤 직경이다.
그리고 포스 신호(F1)로부터 하부 백업롤 무게(BRw) 및 하부 워크롤 무게(WRw)를 차감함으로써 상기 상기 수학식 5에 의하여 스트립에 걸리는 실제 압하력과 동일한 압하력(Rf1)을 계산한다.
여기서 BRw는 백업롤 무게, WRw는 워크롤 무게이다.
한편 상기 제2 신호보정부(442)는 상기 제2 신호처리부(432)로부터 포스 신호(F2)를 입력받고, 역시 피엘씨(25)로부터 백업롤 직경 및 워크롤 직경을 입력받아 상기의 수식에 의하여 하부 백업롤 무게(BRw) 및 하부 워크롤 무게(WRw)를 계산한다. 그 후 포스 신호(F2)로부터 하부 백업롤 무게(BRw) 및 하부 워크롤 무게(WRw)를 차감함으로써 상기 수학식 6에 의하여 스트립에 걸리는 실제 압하력과 동일한 압하력(Rf2)을 계산한다.
여기서 BRw는 백업롤 무게, WRw는 워크롤 무게이며, 상기 제1 신호처리부(431), 제2 신호처리부(432), 제1 신호보정부(441) 및 제2 신호보정부(442)는 단순한 연산 처리부이므로 분산제어장치(46)의 내부에 탑재되어있는 소프트웨어에 의하여 처리되도록 구성될 수 있다.
상기 실제 압하력(Rf1, Rf2) 신호는 다시 압하제어장치(24)에 압하력 피드백 값으로서 입력되도록 구성되어 압하제어루프를 구성하게 된다.
또한 상기 제1 신호보정부(441) 및 제2 신호보정부(442)에서 출력되는 실제 압하력(Rf1, Rf2) 신호는 분산제어장치(46)의 모니터 장치(CRT)상에 표시됨으로서 모니터링되며, 상기 분산제어장치(46)에서는 상기 실제 압하력(Rf1, Rf2) 신호를 계속적으로 감시 및 기록하여 압하제어장치의 특성 변화를 경향 관리하여 이상 유무를 파악할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
따라서 본 발명의 장치에 의하면 유압실린더의 압력을 검출하여 전기적인 아날로그 신호로 변환하여 압하력을 검출하기 때문에 저가의 소자를 사용하면서도 유도장애의 영향을 받지 않고, 유압 배관에 직접 설치할 수 있으므로 압력발신기의 설치 장소가 자유롭고, 냉각제 등의 수분의 영향을 받지 않으므로 방수처리할 필요가 없으며, 종래의 압하제어장치처럼 전원장치(11), 여자 및 발진장치(12), 증폭 정류 평활회로(14) 및 프로세서(22) 등과 같은 복잡한 하드웨어 구성이 아니므로 시스템이 상대적으로 신뢰성이 높고 안정되어 있어서 고장 발생 가능성이 적고, 스트립 판파단이 발생하지 않으며, 고장이 발생하더라도 교체 및 정비가 간단 용이하고, 온라인 또는 운전 중에도 라인 정지 없이 신속하게(약 20분 소요) 교체 및 정비를 할 수 있으며, 지속적으로 분산제어장치(46)에 의하여 압하력 신호를 기록 감시할 수 있으며, 대부분의 주요 과정이 소프트웨어로 처리되고 있으므로 신뢰성이 향상된다는 효과가 있다.

Claims (1)

  1. 스트립에 대한 압하력을 제어하는 장치에 있어서,
    적어도 전원공급장치(41), 압력발신기(42), 제1 신호처리부(431), 제2 신호처리부(432), 제1 신호보정부(441) 및 제2 신호보정부(442)를 구비하되,
    상기 전원공급장치(41)는 교류전원을 입력받아 압력발신기(42)에 직류전원을 공급하고,
    상기 압력발신기(42)는 양측 유압실린더의 유압공급배관상에 설치되어 상기 유압실린더의 압력을 검출하며,
    상기 제1 신호처리부(431)는 제1 유압실린더측의 압력발신기(42)의 출력을 입력받아 이를 압력(P1)으로 변환하여 수학식 1
    (여기서 P1은 압력, S1은 실린더 단면적)
    에 의하여 포스(Force) 신호(F1)로 변환하고,
    상기 제2 신호처리부(432)는 제2 유압실린더측의 압력발신기(42)의 출력을 입력받아 이를 압력(P2)으로 변환하여 수학식 2
    (여기서 P2은 압력, S2은 실린더 단면적)
    에 의하여 포스(Force) 신호(F2)로 변환하며,
    상기 제1 신호보정부(441)는 상기 제1 신호처리부(431)로부터 포스 신호(F1)를 입력받고, 피엘씨(25)로부터 백업롤 직경 및 워크롤 직경을 입력받아 수학식 3및 수학식 4
    (여기서 K1, K2는 상수, X는 백업롤 직경)
    (여기서 K3, K4는 상수, Y는 워크롤 직경)
    에 의하여 하부 백업롤 무게(BRw) 및 하부 워크롤 무게(WRw)를 계산한 후 수학식 5
    (여기서 BRw는 백업롤 무게, WRw는 워크롤 무게)
    에 의하여 실제 압하력(Rf1)을 계산하고,
    상기 제2 신호보정부(442)는 상기 제2 신호처리부(432)로부터 포스 신호(F2)를 입력받고, 피엘씨(25)로부터 백업롤 직경 및 워크롤 직경을 입력받아 상기 수식에 의하여 하부 백업롤 무게(BRw) 및 하부 워크롤 무게(WRw)를 계산한 후 수학식 6
    (여기서 BRw는 백업롤 무게, WRw는 워크롤 무게)
    에 의하여 실제 압하력(Rf2)을 계산하며,
    상기 실제 압하력(Rf1, Rf2)은 다시 압하제어장치(24)로 피드백 입력되도록 구성됨을 특징으로 하는 압력발신기를 이용한 압하제어장치.
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