JP7772251B2 - 圧延機の板厚制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、圧延機の板厚制御装置に関し、特に、金属等を冷間圧延する圧延機に好適に適用されるものに関する。

例えば、圧延プロセスにおいて、圧延機の上下ワークロール間のギャップ（以下「ロールギャップ」という）を圧下装置により適切に操作することで、被圧延材の板厚を板厚目標値（製品板厚や設定板厚ともいう）に制御している。

圧延機の入側および出側の少なくとも一方には圧延材を巻き付けるリールが配置されるのが一般的である。このようなリールでは、通常、圧延材を巻き取る部分（マンドレル）の隙間に先端を挿入する形で巻き付けている。この場合、圧延材の先端部が盛り上がることに起因して、図８に示すようなリールの偏芯が生じる。その結果、リールが回転するごとに圧延機とリールの間で圧延材の張力変動を引き起こす。張力変動は圧延機出側の板厚に影響し、製品品質の低下を招く。

上記張力変動を抑える方法が、例えば、特許文献１および２で提案されている。特許文献１では、張力偏差をリールの回転角に応じてシフトレジスタに格納し、また回転角に対応する値をシフトレジスタから取り出し、これに基づいてリールのモータトルクを操作することにより、リール偏芯に伴う張力変動を抑制している。特許文献２では、リール回転位置と関連付けてリール径変動量を保存し、このリール径変動量に基づいてリールの回転速度の補正値を生成し、リールの回転速度を制御することにより張力変動を抑えている。いずれの方法においてもリール偏芯による張力変動を低減することで、製品品質の指標となる板厚精度の向上を図っている。

日本特開平１１－２８５７３０公報 日本特開２０１５－３６１５０号公報

しかしながら、特許文献１では、電流制御系や張力発生系、張力検出器の応答の遅れを考慮して位相進み要素を挿入しているが、張力発生系は物理現象であるため、理論式で推定した遅れとずれることもあり、張力変動を十分に抑制するのは容易ではない。特許文献２では、リール径変動量に基づいて回転速度を補正し、圧延機との速度差が発生しないようにしているが、速度制御系の応答は一般にさほど速くはないため、リール偏芯による張力変動を十分に低減できない恐れがある。

本開示は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、リールへの圧延材の巻き付けに起因するリール偏芯によって圧延材の張力変動が生じたとしても、リール偏芯の圧延機出側の板厚への影響を低減することが可能な圧延機の板厚制御装置を提供することを目的とする。

第１の観点は、圧延機の板厚制御装置に関連する。圧延機の出側に板厚計が設置され、圧延機の入側と出側の少なくとも一方に張力計が設置され、張力計により計測された張力が張力目標値となるようにリールの電動機が制御される。板厚制御装置は、移動距離演算部と、リール回転角演算部と、板厚偏差演算部と、板厚偏差入力決定部と、板厚偏差記憶部と、板厚偏差出力決定部と、操作量演算部と、を備える。移動距離演算部は、圧延機により圧延された圧延材が圧延機から移動した距離を演算する。リール回転角演算部は、圧延機の入側と出側の少なくとも一方に設置されたリールの回転角を演算する。板厚偏差演算部は、板厚計により計測された圧延材の板厚計測値に基づいて板厚偏差を演算する。板厚偏差入力決定部は、移動距離演算部で演算された圧延材の移動距離とリール回転角演算部で演算されたリールの回転角とに基づいて、板厚偏差の入力タイミングを決定する。板厚偏差記憶部は、板厚偏差入力決定部で決定された入力タイミングに基づいて、板厚偏差演算部で演算された板厚偏差を加算し記憶する。板厚偏差出力決定部は、リール回転角演算部で演算されたリールの回転角に基づいて、板厚偏差の出力タイミングを決定する。操作量演算部は、板厚偏差出力決定部で決定された出力タイミングに基づいて、板厚偏差記憶部で記憶している板厚偏差の積算値を読み出し、この積算値に基づいて圧延機の圧下装置の操作量を演算する。操作量演算部で演算された圧下装置の操作量に基づいて、圧下装置が操作される。操作量演算部は、圧下装置の操作量に基づいて、張力目標値の補正量を演算するように構成される。

第２の観点は、第１の観点に加えて、次の特徴を更に有する。圧延機の出側に板速計を備える。移動距離演算部は、板速計により計測された圧延材の速度に基づいて前記圧延機により圧延された圧延材の移動距離を演算する。

第３の観点は、第１の観点に加えて、次の特徴を更に有する。板厚偏差入力決定部および板厚偏差出力決定部は、板厚計による計測の遅れと信号伝送や演算による遅れと圧延機の圧下装置の応答遅れのうちの少なくとも１つを補償して入力タイミングおよび出力タイミングを夫々決定するように構成される。

第４の観点は、第１の観点に加えて、次の特徴を更に有する。板厚偏差記憶部は、板厚偏差記憶部に記憶済みの板厚偏差に対して１より小さい忘却係数を乗算し、板厚偏差演算部で演算された板厚偏差を加算するように構成される。

第５の観点は、第１の観点に加えて、次の特徴を更に有する。操作量演算部は、圧下装置の操作量を演算する際、リールに巻き付いている圧延材のコイル直径に対応する調整係数を取得し、取得した調整係数を使用して操作量を調整するように構成される。

第１の観点によれば、板厚偏差をリールの回転角と対応付けることで、リール偏芯による周期的な板厚変動を抽出することができる。リールの回転角に応じて抽出した板厚変動から圧下装置の操作量を演算し、従来例の速度制御系よりも応答が速い圧下装置が操作される。従って、リールへの圧延材の巻き付けに起因するリール偏芯によって圧延材の張力変動が生じたとしても、リール偏芯の圧延機出側の板厚への影響を低減することができる。

第２の観点によれば、板速計により計測された圧延材の速度を用いることで、圧延機により圧延された圧延材の移動距離を精度よく演算することができる。

第３の観点によれば、各種の遅れを補償することで、入力タイミングおよび出力タイミングを精度よく決定することができる。

第４の観点によれば、記憶済みの板厚偏差に忘却係数λを乗算することで、板厚偏差を加算する際に、記憶済みの板厚偏差の重みを低くすることができる。第４の観点は、リールの回転角と板厚偏差計測箇所との対応関係が経時的にずれていくような場合に好適に適用することができる。

第５の観点によれば、コイル直径に応じた調整係数を使用して圧下装置の操作量を調整することができる。

ところで、リール偏芯による板厚変動を低減するために圧下装置を操作すると、圧延機の入側と出側の張力が変化し、張力計により計測された張力と張力目標値との間の偏差が大きくなる場合がある。この場合、計測された張力が張力目標値となるように張力制御を行うと、圧延機の出側の板厚に却って悪影響を及ぼす（板厚制御の精度が悪化する）虞がある。そこで、第６の観点の如く、張力目標値の補正量を演算し、張力目標値を補正することで、圧延機の出側の板厚に悪影響を及ぼすことを防止することができる。

実施の形態による圧延機の板厚制御装置の構成を模式的に示す概略図である。 実施の形態による圧延機の板厚制御装置であるプロセス制御計算機の構成を模式的に示す概略図である。 リールを等しい回転角で分割し、分割した部分に付与される分割番号を説明するための図である。 板厚偏差入力決定部が記憶する第１テーブルを示す図である。 板厚偏差記憶部が記憶する第２テーブルを示す図である。 調整係数の設定例を説明するための図である。 板厚制御装置を実施するプロセス制御計算機のハードウェア構成の一例を示す図である。 リールの偏芯を説明するための図である。

以下、図面を参照して、冷間圧延プラントＲＰに設置された圧延機に適用する場合を例に、本開示の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

図１は、実施の形態による圧延機の板厚制御装置が適用される冷間圧延プラントの構成を模式的に示す概略図である。圧延機１は、鉄鋼又はその他の金属材を圧延材Ｍとし、圧延材Ｍを所定の目標製品板厚に圧延するものである。

圧延機１は、１基の圧延スタンド１１を備える。圧延スタンド１１は、上下一対のワークロール１１１と、上下一対のバックアップロール１１２と、ロール回転用の電動機１１３を備える。バックアップロール１１２には圧下装置１１４が設けられ、圧下装置１１４の圧下開度ひいては上下のワークロール１１１間のロールギャップが圧下開度制御装置１１５により制御される。

圧延機１の入側には入側リール２が配置され、圧延機１の出側には出側リール３が配置されている。入側リール２に巻き付けられた圧延材Ｍを矢印で示す一方向（左から右に向か方向）に搬送しながら圧延機１で圧延し、出側リール３で巻き取られる。なお、圧延機１が可逆式である場合、両リール２，３の間を複数回往復して目標板厚になるまで圧延材Ｍを圧延する。

入側リール２および出側リール３には、リール回転用の電動機２１，３１が設けられ、電動機２１，３１はトルク制御装置２２，３２により制御される。入側リール２および出側リール３には、各リール２，３の回転角を検出するための回転角検出器４，５が夫々設けられている。回転角検出器４，５としては、例えば、パルスジェネレータやカウンタ等から構成される公知のものを用いることができるため、これ以上の説明は省略する。また、入側リール２と圧延機１の間、および、出側リール３と圧延機１の間には、圧延材Ｍの張力を計測する張力計６，７が夫々設けられている。トルク制御装置２２，３２は、トルク（又は電流）は、張力計６，７により計測された圧延機１の入側および出側での圧延材Ｍの張力が、与えられた張力目標値となるように制御する張力制御の補正量に基づいて、電動機２１，３１のトルク（又は電流）を決定する。

圧延機１の出側には、圧延材Ｍの速度を計測する板速計８と、圧延材Ｍの実績板厚を計測する板厚計９が設置されている。なお、図示省略するが、圧延機１が可逆式である場合には、圧延機１の入側にも同様に板速計および板厚計が設置される。

冷間圧延プラントＲＰは、計算機を用いた制御システムにより運転（操業）されている。計算機は、ネットワークを介して互いに接続された上位計算機４０とプロセス制御計算機４１とを含む。プロセス制御計算機４１には、ネットワークを介して、オペレータによる操作画面であるインターフェース画面４２が接続されている。オペレータは、インターフェース画面４２上で制御条件の入力操作などを行い得る。

プロセス制御計算機４１は、一連の圧延プロセスにおける、制御対象の設定計算・制御を実行する。また、プロセス制御計算機４１は、圧下装置１１４の圧下開度を制御する機能を更に有する。プロセス制御計算機４１には、上位計算機４０から、圧延材Ｍの板厚目標値（製品板厚）ｈ^ＲＥＦ［ｍｍ］が入力される。

プロセス制御計算機４１は、板厚目標値ｈ^ＲＥＦ［ｍｍ］や、インターフェース画面４２から与えられる制御条件等に基づき、各設備を適切に制御する。プロセス制御計算機４１は、板厚目標値ｈ^ＲＥＦを達成し得る各設備の設定を計算し、それらの設定値に基づき、各設備のアクチュエータを操作する。各設備が稼働する間、各種計測器から得られる値に応じ、アクチュエータの動作を修正する。プロセス制御計算機４１は、圧延材Ｍの板厚計測値（実績板厚）ｈが板厚目標値となるように（すなわち、板厚偏差を打ち消すように）、圧延機１の圧延スタンド１１の圧下装置１１４を操作し、ロールギャップを調整する。

本実施の形態では、リール偏芯による張力変動が生じた場合に、電動機２１，３１を制御して張力を一定にするのでは応答性が低いため、このような張力一定制御に代えて、応答性が高い圧下装置１１４を操作する点に特徴を有する。以下、このような特徴を有する板厚制御装置について詳細に説明する。

図２は、実施の形態による圧延機の板厚制御装置であるプロセス制御計算機４１の構成を模式的に示す概略図である。図３は、リール２，３を等しい回転角で分割し、分割した部分に付与される分割番号を説明するための図である。図４は、板厚偏差入力決定部が記憶する第１テーブルＴｂ１を示す図である。図５は、板厚偏差記憶部が記憶する第２テーブルＴｂ２を示す図である。

プロセス制御計算機４１は、移動距離演算部４１１と、リール回転角演算部４１２（４１２ａ，４１２ｂ）と、板厚偏差演算部４１３と、板厚偏差入力決定部４１４（４１４ａ，４１４ｂ）と、板厚偏差記憶部４１５（４１５ａ，４１５ｂ）と、板厚偏差出力決定部４１６（４１６ａ，４１６ｂ）と、操作量演算部４１７（４１７ａ，４１７ｂ）とを備える。

なお、本実施の形態では、説明を簡略化するために、第１リール回転角演算部４１２ａと第２リール回転角演算部４１２ｂを個別に説明するのではなく、リール回転角演算部４１２として説明する。板厚偏差入力決定部４１４、板厚偏差記憶部４１５、板厚偏差出力決定部４１６および操作量演算部４１７も同様である。

移動距離演算部４１１は、板速計８により計測された圧延材Ｍの速度ｖ［ｍ／ｓ］から、演算周期Δｔ［ｓｅｃ］の間に圧延材Ｍが進んだ距離ΔＬを下式（１）により演算する。演算周期Δｔは、圧延材Ｍの速度ｖ［ｍ／ｓ］に応じて設定することができ、例えば、２０ｍｓｅｃに設定することができる。
ΔＬ＝ｖ×１０００×Δｔ・・・（１）

なお、圧延機１の出側に板速計８が設置されていない場合、あるいは、板速計８が故障等で使用できない場合には、圧延機１のワークロールの周速（以下「ロール周速」という）Ｖ_Ｒ［ｍ／ｓ］と、先進率ｆから、圧延材Ｍの移動距離ΔＬを下式（２）により演算してもよい。
ΔＬ＝Ｖ_Ｒ×（１＋ｆ）×Δｔ・・・（２）

リール回転角演算部４１２は、回転角検出器４により検出された回転角値を入側リール２の回転角とすると共に、回転角検出器５により検出された回転角値を出側リール３の回転角とする。回転角検出器４，５が各リール２，３の回転に応じたパルスを発信する場合は、リール回転角演算部４１２は、回転角検出器４，５が発信したパルスをカウントし、各リール２，３の回転角を夫々演算することができる。

板厚偏差演算部４１３は、板厚計９により計測された板厚計測値ｈ^ＭＥＡＳ［ｍｍ］に基づいて、板厚偏差Δｈ_ｘ［ｍｍ］を下式（３）により演算する。
Δｈ_ｘ＝ｈ^ＭＥＡＳ－ｈ^ＲＥＦ・・・（３）

上式（３）中、ｈ^ＲＥＦは、板厚目標値［ｍｍ］である。なお、板厚計９から板厚偏差演算部４１３に板厚偏差Δｈ_ｘ［ｍｍ］が伝送される場合には、そのまま使用すればよい。

板厚偏差入力決定部４１４は、板厚偏差演算部４１３で演算された板厚偏差Δｈ_ｘを、板厚偏差記憶部４１５に入力するタイミングを決定する。図３に示すように、入側リール２および出側リール３の夫々１回転を等しい回転角でＮ分割し、０からＮ－１まで分割番号を予め付与しておく。板厚偏差入力決定部４１４は、図４に示すように、入側リール２および出側リール３夫々の分割数Ｎ（即ち、分割番号ｎ）に対応させてＮ個の要素を記憶できる第１テーブルＴｂ１を有する。第１テーブルＴｂ１には、圧延材Ｍが圧延機１により圧延されたときの入側リール２および出側リール３の回転角、すなわち分割番号ｎ（ｎ＝０～Ｎ－１）と対応付けて、圧延機１で圧延された箇所が圧延機１から移動した距離Ｌ_０～Ｌ_Ｎ－１を記憶している。

板厚偏差入力決定部４１４は、演算タイミング（制御周期ｋ）になると、移動距離演算部４１１で演算された移動距離ΔＬを第１テーブルＴｂ１下段の各要素に加算する（下式（４）参照）。例えば、演算周期Δｔ毎に圧延材Ｍが５０ｍｍずつ移動する場合、夫々の演算タイミングにて５０ｍｍが各要素離Ｌ_０～Ｌ_Ｎ－１に加算される。制御周期ｋは、演算周期Δｔと同一でもよいし、演算周期Δｔと異なっていてもよい。
Ｌｎ［ｋ］＝Ｌｎ［ｋ－１］＋ΔＬ［ｋ］・・・（４）

上式（４）中、Ｌｎ［ｋ］は、制御周期ｋにおける分割番号ｎのときに圧延した圧延材Ｍの箇所の圧延機１からの移動距離［ｍｍ］であり、ΔＬ［ｋ］は、移動距離演算部４１１で演算された制御周期ｋにおける移動距離［ｍｍ］である。

次に、板厚偏差入力決定部４１４は、入力タイミングを判断する。ここで、板厚偏差記憶部４１５の分割番号ｎ－１に板厚偏差の入力が終わった時点を考える。このとき、板厚偏差入力決定部４１４は分割番号ｎが入力タイミングに達しているか否かを確認する。すなわち、下式（５）を満たしたとき、板厚偏差入力決定部４１４は分割番号ｎの入力タイミングであると決定する。
Ｌｎ［ｋ］≧Ｌ_ｘ・・・（５）

上式（５）中、Ｌ_ｘは、圧延機１と圧延機１出側に設置された板厚計９との間の距離である。上式（５）を満たしていないとき、次の演算タイミングにおいて再度、分割番号ｎについて入力タイミングに達しているか否かを確認する。これを分割番号０からＮ－１まで順次、繰り返し、分割番号Ｎ－１まで到達したら、分割番号０に戻る。

さらに、板厚偏差入力決定部４１４は、リール回転角演算部４１２ａ，４１２ｂで演算された入側リール２および出側リール３の回転角が分割番号ｎに対応する回転角に達したら、分割番号ｎに対応する圧延機１からの距離Ｌｎをゼロにクリアする。

上記一連の動作により、板厚計９が計測した板厚が入側リール２および出側リール３の夫々のどの分割番号に対応する回転角で圧延されたかが分かる。

ところで、上述した板厚偏差入力決定部４１４の動作では板厚計９の計測の遅れを考慮していない。そのため、この遅れの程度によっては板厚制御が振動的になってしまう。そこで、板厚計９の計測の遅れを１次遅れとして補償することが好ましい。また、信号伝送や演算による遅れが発生するが、これらの遅れも含めて補償することが好ましい。補償方法としては、上式（５）の代わりに、入側リール２については下式（６）および（７）を用いて、出側リール３については下式（８）および（９）を用いて、入力タイミングを決定する。

Ｌ_{ｎ＿ＥＮＴ}－（１／２）×Ｄ_ＥＮＴ×φ_ＥＮＴ×Ｈ／ｈ≧Ｌ_ｘ・・・（６）
φ_ＥＮＴ＝ｔａｎ^－１（ω_ＥＮＴ×Ｔ_ｘ）＋ω_ＥＮＴ×Ｔ_ｄ・・・（７）
Ｌ_{ｎ＿ＤＥＬ}－（１／２）×Ｄ_ＤＥＬ×φ_ＤＥＬ≧Ｌ_ｘ・・・（８）
φ_ＤＥＬ＝ｔａｎ^－１（ω_ＤＥＬ×Ｔ_ｘ）＋ω_ＤＥＬ×Ｔ_ｄ・・・（９）

上式（６）～（９）中、Ｌ_{ｎ＿ＥＮＴ}，Ｌ_{ｎ＿ＤＥＬ}は、入側リール２の分割番号ｎのときに圧延した箇所の圧延機１からの移動距離［ｍｍ］，出側リール３の分割番号ｎのときに圧延した箇所の圧延機１からの移動距離［ｍｍ］である。Ｄ_ＥＮＴ，Ｄ_ＤＥＬは、入側リール２，出側リール３に巻き付いている圧延材Ｍのコイル直径［ｍｍ］であり、Ｈは、入側板厚［ｍｍ］であり、ｈは、出側板厚［ｍｍ］である。Ｔ_ｘは、板厚計時定数［ｓ］であり、ω_ＥＮＴ，ω_ＤＥＬは、入側リール２，出側リール３の回転角速度［ｒａｄ／ｓ］である。

ここで、入側リール２，出側リール３の回転角速度ω_ＥＮＴ，ω_ＤＥＬ［ｒａｄ／ｓ］は、例えば、リール回転角演算部４１２で演算した回転角の差分をとることにより求めることができる。上記のように板厚計９の計測の遅れを補償することにより、板厚制御の精度の向上が図れる。

板厚偏差記憶部４１５は、板厚偏差入力決定部４１４と同様の構造を有する。板厚偏差記憶部４１５は、図５に示すように、入側リール２および出側リール３夫々の分割数Ｎ（即ち、分割番号ｎ）に対応させてＮ個の要素を記憶できる第２テーブルＴｂ２を有する。第２テーブルＴｂ２には、圧延材Ｍが圧延機１により圧延されたときの入側リール２および出側リール３の回転角、すなわち分割番号ｎ（ｎ＝０～Ｎ－１）と対応付けて、板厚偏差入力決定部４１４で決定した入力タイミングに基づいて板厚偏差演算部４１３で演算した板厚偏差が加算された板厚偏差の積算値を記憶している。板厚偏差記憶部４１５は、例えば、分割番号ｎの入力タイミングであったとき、下式（１０）の演算を行い、その演算結果を新たに分割番号ｎにおける板厚偏差の積算値として第２テーブルＴｂ２の下段に記憶する。
Δｈ_ｎ［ｋ］＝λ×Δｈ_ｎ［ｋ－１］＋Δｈ_ｘ［ｋ］・・・（１０）

上式（１０）中、Δｈ_ｎ［ｋ］は、制御周期ｋにおける分割番号ｎに対する板厚偏差の積算値［ｍｍ］であり、λは、０～１の値をとる忘却係数であり、Δｈ_ｘ［ｋ］は、板厚偏差演算部４１３で演算された制御周期ｋにおける板厚偏差［ｍｍ］である。

ここで、忘却係数λが１に設定されると、制御周期ｋにおける板厚偏差と、制御周期ｋよりも前（ｋ－１，ｋ－２，…）に記憶された（記憶済みの）板厚偏差とが等しい重みで記憶される。一方、制御周期ｋよりも前に記憶された板厚偏差に忘却係数λを乗じることで、制御周期ｋの前に記憶された板厚偏差の重みを低くすることができる。例えば、分割番号（回転角）と板厚偏差計測箇所との対応関係が経時的にずれていくような場合に、忘却係数λを１より小さく設定することで、過去に計測された板厚偏差の重みを減らすことができ、その結果として、板厚制御の精度の向上を図ることができ有利である。

板厚偏差出力決定部４１６は、板厚偏差記憶部４１５から板厚偏差の積算値を出力するタイミングを決定する。即ち、板厚偏差出力決定部４１６は、リール回転角演算部４１２で演算される入側リール２および出側リール３の夫々の回転角が分割番号に対応する回転角になったとき、分割番号に対応する板厚偏差の積算値の出力タイミングと決定する。

このとき、板厚偏差出力決定部４１６は、板厚偏差入力決定部４１４と同様に、圧下装置１１４の応答遅れを１次遅れとして、圧下装置１１４の応答遅れを補償することが好ましい。例えば、分割番号ｎに対する出力タイミングは、入側リール２については下式（１１）および（１２）を用いて、出側リール３については下式（１３）および（１４）を用いて、夫々決定される。
θ_ＥＮＴ＋φ_ＥＮＴ≧θ_ｎ・・・（１１）
φ_ＥＮＴ≧ｔａｎ^－１（ω_ＥＮＴ×Ｔ_Ｈ）・・・（１２）
θ_ＤＥＬ＋φ_ＤＥＬ≧θ_ｎ・・・（１３）
φ_ＤＥＬ≧ｔａｎ^－１（ω_ＤＥＬ×Ｔ_Ｈ）・・・（１４）

上式（１１）～（１４）中、θ_ＥＮＴ，θ_ＤＥＬは、入側リール回転角［ｒａｄ］，出側リール回転角［ｒａｄ］であり、θ_ｎは、分割番号ｎに対応する回転角［ｒａｄ］である。Ｔ_Ｈは、圧下装置１１４の時定数［ｓ］であり、ω_ＥＮＴ，ω_ＤＥＬは、入側リール２，出側リール３の回転角速度［ｒａｄ／ｓ］である。

操作量演算部４１７は、板厚偏差出力決定部４１８で決定した出力タイミングに基づいて圧下開度制御装置１１５の補正量を演算する。例えば、分割番号ｎの出力タイミングであったとき、操作量演算部４１７は、下式（１５）の演算を行い、演算結果ΔＳを圧下開度制御装置１１５に出力する。
ΔＳ＝｛Ｋ×Ｍ／（Ｍ＋Ｑ）×Δｈ_ｎ｝・・・（１５）

上式（１５）中、ΔＳは、圧下装置１１４の圧下開度操作量（以下「操作量」ともいう）［ｍｍ］であり、Ｋは、調整係数であり、Ｍは、圧延機１のミル定数［ｋＮ／ｍｍ］であり、Ｑは、圧延材Ｍの塑性係数［ｋＮ／ｍｍ］であり、Δｈ_ｎは、分割番号ｎの板厚偏差の積算値［ｍｍ］である。

ここで、リール２，３の偏芯の影響は、リール２，３に巻き付けられた圧延材Ｍのコイル直径（コイル径ともいう）が小さいときに大きく、コイル直径が大きくなるにつれて徐々に小さくなる。そのため、図６に示すように、調整係数Ｋをコイル直径の変化にあわせて予め設定しておき、圧下開度操作量ΔＳを演算する際にコイル直径に応じた調整係数Ｋを取得し、取得した調整係数Ｋを使用（乗算）して操作量ΔＳを調整するように構成することが好ましい。これによれば、コイル直径が小さいときには、操作量ΔＳによる板厚制御効果を高めることができ、コイル直径が大きいときには、圧下開度操作量ΔＳを抑えて板厚制御に対する外乱とならないようにすることができる。

さらに操作量演算部４１７は、上式（１５）で求められた圧下開度制御装置１１５の操作量（補正量）ΔＳに、下式（１６）のように上下限値を設け、この範囲を超えた場合、操作量ΔＳを上下限値に設定するように構成してもよい。
ΔＳ^ＬＬ≦ΔＳ≦ΔＳ^ＵＬ・・・（１６）

上式（１７）中、ΔＳ^ＬＬは、下限値であり、ΔＳ^ＵＬは、上限値である。演算された操作量ΔＳが下限値ΔＳ^ＬＬを下回ると、操作量ΔＳが下限値ΔＳ^ＬＬに置き換えられ、上限値ΔＳ^ＵＬを上回ると、操作量ΔＳが上限値ΔＳ^ＵＬに置き換えられる。これによれば、操作量ΔＳが制限されて板厚偏差は残るものの、圧下開度の制御のバタツキを防ぐことで、圧延機１による安定した圧延を実現することができる。

ところで、圧下装置１１４を操作すると、圧延機１の入側と出側の張力が変化してしまう。これにより、張力計６，７により計測された張力と張力目標値との間の偏差が大きくなり、計測された張力が張力目標値となるように張力制御を行うと（つまり、偏差がなくなるように過度な張力制御を行うと）、圧延機１の出側の板厚に悪影響を及ぼす（板厚制御の精度が悪化する）虞がある。これを抑えるために、操作量演算部４１７は、圧下開度の操作量ΔＳに応じて張力目標値の補正量を演算し、張力目標値を補正する。これにより、補正後の張力目標値と張力目標値との間の偏差が、補正前よりも小さくなり、過度の張力制御が行われないため、圧延機１の出側の板厚に悪影響を及ぼすことを防止することができる。このとき、圧下装置１１４の圧下開度の操作量ΔＳと同様、張力目標値の補正量に上下限値を設け、その範囲内で補正するようにしてもよい。ここで、圧下開度の操作量ΔＳと張力の変化との関係は、実験により圧下装置１１４の圧下開度を変更し、そのときの張力の変化を計測する、あるいは、シミュレーションにより圧下開度変更量（ΔＳ）と張力の変化量との相関関係を求める、などして事前に設定しておくことができる。

プロセス制御計算機４１の具体的構造に限定はないが、一例として次のようなものであってもよい。図７は、プロセス制御計算機４１のハードウェア構成の一例を示す図である。プロセス制御計算機４１の機能は、図７に示す処理回路により実現することができる。この処理回路は、専用ハードウェア４１ａであってもよい。この処理回路は、プロセッサ４１ｂ及びメモリ４１ｃを備えていてもよい。この処理回路は、一部が専用ハードウェア４１ａとして形成され、更にプロセッサ４１ｂ及びメモリ４１ｃを備えていてもよい。図７の例は、処理回路の一部が専用ハードウェア４１ａとして形成されるとともに、処理回路がプロセッサ４１ｂ及びメモリ４１ｃをも備えている。

処理回路の少なくとも一部が、少なくとも１つの専用ハードウェア４１ａであってもよい。この場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、又はこれらを組み合わせたものが該当する。

処理回路が、少なくとも１つのプロセッサ４１ｂ及び少なくとも１つのメモリ４１ｃを備えてもよい。この場合、プロセス制御計算機４１の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェア及びファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ４１ｃに格納される。プロセッサ４１ｂは、メモリ４１ｃに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、板厚制御装置４１の各部の機能を実現する。

プロセッサ４１ｂは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰとも呼ばれる。メモリ４１ｃは、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性又は揮発性の半導体メモリ等が該当する。

このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって、プロセス制御計算機４１の各機能を実現することができる。

以上説明したように、本開示によれば、圧延機１の出側の板厚を板厚計９により計測し、計測した板厚と板厚目標値との板厚偏差をリール２，３の回転角と対応付けることで、リール偏芯による周期的な板厚変動（圧延機１出側板厚への影響）を抽出することができる。リール２，３の回転角に応じて抽出した板厚変動から圧下開度制御装置１１５の補正量を演算し、従来例の速度制御系よりも応答が速い圧下装置１１４を操作する。これにより、リール２，３の巻き付けに起因するリール偏芯によって圧延材Ｍの張力が変動したとしても、リール偏芯の圧延機１出側の圧延材Ｍの板厚への影響を低減することができ、その結果として、圧延機１出側の板厚精度を良好に保つことができる。

以上、本開示の実施の形態について説明したが、本開示は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。上述した実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数にこの発明が限定されるものではない。また、上述した実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

上記実施の形態では、板厚偏差入力決定部４１４で板厚計９の計測の遅れと信号伝送や演算による遅れを補償し、板厚偏差出力決定部４１６で圧下装置１１４の応答遅れを補償したが、これに限定されない。板厚偏差入力決定部４１４で板厚計９の計測の遅れを補償し、板厚偏差出力決定部４１６で圧下装置１１４の応答遅れと信号伝送や演算による遅れを補償してもよく、この場合も上記実施の形態と同様の効果が得られる。さらに、板厚偏差入力決定部４１４で板厚計９の計測の遅れと圧下装置１１４の応答遅れと信号伝送や演算による遅れを一括して補償してもよく、この場合は上記実施の形態と同様の効果が得られることに加えて、ソフト設計上容易なものとすることができる。また、板厚偏差出力決定部１１６で板厚計９の計測の遅れと圧下装置１１４の応答遅れと信号伝送や演算による遅れを一括して補償することも可能である。なお、板厚計９による計測の遅れと信号伝送や演算による遅れと圧延機１の圧下装置１１４の応答遅れのうちの少なくとも１つを補償することが可能である。

上記実施の形態では、圧延材Ｍの移動方向を図１中に矢印で示す左から右に向かう方向として説明したが、これに限定されるものではなく、移動方向が逆向き（右から左に向かう方向）である場合にも本開示を適用可能である。

また、上記実施の形態では、リール２，３の電動機２１，３１をトルク制御する場合を例に説明したが、速度制御する場合にも本開示を適用可能である。

また、上記実施の形態では、４段の圧延機（４つのロール１１１，１１２を有する圧延機）１を用いる場合を例に説明したが、圧延機１はこれに限定されるものではない。上記実施の形態では、圧延機１が１基の圧延スタンド１１を備える場合を例に説明したが、２基以上の圧延スタンドを備えていてもよい。この場合、上記実施の形態と同様に、各圧延スタンドの圧下装置の圧下開度の操作量ΔＳを演算すればよい。

１…圧延機、１１４…圧下装置、２…入側リール、３…出側リール、４，５…回転角検出器、６，７…張力計、８…板速計、９…板厚計、４１…板厚制御装置，プロセス制御計算機、４１１…移動距離演算部、４１２…リール回転角演算部、４１３…板厚偏差演算部、４１４…板厚偏差入力決定部、４１５…板厚偏差記憶部、４１６…板厚偏差出力決定部、４１７…操作量演算部、Ｍ…圧延材

Claims (5)

1. 圧延機の板厚制御装置であって、
   前記圧延機の出側に板厚計が設置され、前記圧延機の入側と出側の少なくとも一方に張力計が設置され、前記張力計により計測された張力が張力目標値となるようにリールの電動機を制御するものにおいて、
   前記圧延機により圧延された圧延材が前記圧延機から移動した距離を演算する移動距離演算部と、
   前記圧延機の入側と出側の少なくとも一方に設置された前記リールの回転角を演算するリール回転角演算部と、
   前記板厚計により計測された圧延材の板厚計測値に基づいて板厚偏差を演算する板厚偏差演算部と、
   前記移動距離演算部で演算された圧延材の移動距離と前記リール回転角演算部で演算された前記リールの回転角とに基づいて、板厚偏差の入力タイミングを決定する板厚偏差入力決定部と、
   前記板厚偏差入力決定部で決定された入力タイミングに基づいて、前記板厚偏差演算部で演算された板厚偏差を加算し記憶する板厚偏差記憶部と、
   前記リール回転角演算部で演算された前記リールの回転角に基づいて、板厚偏差の出力タイミングを決定する板厚偏差出力決定部と、
   前記板厚偏差出力決定部で決定された出力タイミングに基づいて、前記板厚偏差記憶部で記憶している板厚偏差の積算値を読み出し、この積算値に基づいて前記圧延機の圧下装置の操作量を演算する操作量演算部と、
   を備え、前記操作量演算部で演算された前記圧下装置の操作量に基づいて、前記圧下装置を操作するように構成され、
   前記操作量演算部は、前記圧下装置の操作量に基づいて、前記張力目標値の補正量を演算するように構成された圧延機の板厚制御装置。
2. 請求項１に記載の圧延機の板厚制御装置であって、前記圧延機の出側に板速計を備えるものにおいて、
   前記移動距離演算部は、前記板速計により計測された圧延材の速度に基づいて前記圧延機により圧延された圧延材の移動距離を演算する圧延機の板厚制御装置。
3. 前記板厚偏差入力決定部および前記板厚偏差出力決定部は、前記板厚計による計測の遅れと信号伝送や演算による遅れと前記圧延機の圧下装置の応答遅れのうちの少なくとも１つを補償して前記入力タイミングおよび前記出力タイミングを夫々決定するように構成される請求項１に記載の圧延機の板厚制御装置。
4. 前記板厚偏差記憶部は、前記板厚偏差記憶部に記憶済みの板厚偏差に対して１より小さい忘却係数を乗算し、前記板厚偏差演算部で演算された板厚偏差を加算するように構成される請求項１に記載の圧延機の板厚制御装置。
5. 前記操作量演算部は、前記圧下装置の操作量を演算する際、前記リールに巻き付いている圧延材のコイル直径に対応する調整係数を取得し、取得した調整係数を使用して操作量を調整するように構成される請求項１に記載の圧延機の板厚制御装置。