JPH0665406B2

JPH0665406B2 - 自動板厚制御装置

Info

Publication number: JPH0665406B2
Application number: JP61163273A
Authority: JP
Inventors: 俊夫満仲
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-07-11
Filing date: 1986-07-11
Publication date: 1994-08-24
Anticipated expiration: 2009-08-24
Also published as: JPS6320120A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、圧延設備等の加工プロセスに係り、当該プロ
セスの成品厚みを自動的に制御する装置に関する。

〔従来の技術〕

圧延設備等の加工プロセスにおいては、その成品仕上が
り厚みに対して、極めて厳しい精度が要求される。その
ため、従来からいくつかの厚み制御装置が提案されてき
た。これらの厚み制御装置は、以下に述べるごとく、概
ね三つの技術に大別される。ただし、説明の便宜上、以
下の記述は圧延設備に限定して述べるが、他の類似技術
に対しても同様である。

まず、第一の技術として、圧延機の出側に厚み計を備
え、当該厚み計における検出値と、目標厚みとの偏差に
比例した時間だけ、圧延機の圧下制御装置に対し圧下指
令を付与し、その指令による効果が圧延機から前記厚み
計まで被圧延材の移送にて伝達される移送時間だけ制御
を休止して再び目標厚みとの偏差を求め、前記制御を繰
り返す。いわゆるサンプリング自動板厚制御（以下、Ａ
ＧＣと略記する）が古くからよく知られている。しか
し、この方式は、前記のごとく制御点（圧延機）と負帰
還信号検出点（厚み計）との間に物理的距離が存在し、
その結果、これが制御系を形成するに際し、著しく大き
いむだ時間を含んだ系となり、連続制御や高い利得を有
する高感度制御の実現には大きな障壁となり、現在はほ
とんど実用化されていない。

次に、第二の方法として著名な制御が、ゲージメータＡ
ＧＣである。この方法は、特公昭29-2385号公報に開示
されており、特に厚み変動を圧延機直下で圧延荷重の変
化としてとらえることから、サンプリングＡＧＣにみら
れた移送むだ時間を全く考慮しなくてもよいという利点
があり、サンプリングＡＧＣの最大の欠点であつた連続
制御を実現可能とした。しかし、この方式においては、
被圧延材の厚み変動を圧延荷重の変動として検出するこ
とから、圧延荷重計に高い精度が要求されるものの、一
般に荷重計に対する精度は満足し得ない。また、厚みへ
の換算した圧延機固有の弾性係数で、前記圧延荷重を除
算する過程を有するが、この弾性係数は設定される圧延
荷重の大小、圧延される被圧延材の板幅等によつて微妙
に変化するため、ＡＧＣの精度の達成のためには確実な
方法とはなり得ないという欠点がある。加えて、圧延荷
重として検出した厚み偏差の比例信号としての圧下指令
信号は、圧下制御装置の固有の応答性能に依存し、事実
上、ゲージメータＡＧＣの応答性能は圧下制御装置の応
答性能で規制されることもよく知られている。

これらの欠点を排除する第三の方法として、予測方式Ａ
ＧＣが知られている（例えば、登録実用新案第1183239
号）。この方法は、母材の有する厚み変化を圧延機入側
の厚み計にて検出し、この検出値と目標厚みとの偏差を
算出し、被圧延材の移送に同期して圧延機直下でこの偏
差を除去しようとするもので、被圧延材の厚み外乱の大
部分が母材厚み変動であることから、優れたものである
といい得る。しかし、この制御においても圧延機直下で
発生される圧延機軸受部の油膜や、被圧延材とロール接
触部分における摩擦係数の変化に起因する圧延荷重の変
化等によつて引き起こされる厚み変動に対して別の対応
手段が必要であり、また、この発生メカニズムが完全に
解明されていないがゆえに、この補正も圧延速度に対す
るプログラム的圧下修正の形態をとることになり、完全
な板厚制御の達成には、なお不完全である。

〔発明が解決しようとする問題点〕上述のごとく、従来技術は、特に圧延機ロールスタンド
において触発される軸受部油膜や、ロールバイト部にお
けるまさつ係数の変化等によつて引き起こされる厚み変
動を確実にとらえ、あるいは、それを完壁に補正する手
段を備えていない。特に、近年需要家から厳しい厚み精
度を要求される冷間薄板圧延などにおいては、厚みの長
手方向の要求精度に合致し難いという問題点があつた。

特開昭５２−２６３４３号公報には、複数の圧延スタン
ドを備えたタンデム圧延機において、いずれかのスタン
ドの出側板厚を検出するとともに、各スタンドの圧延速
度を当該スタンドのロール回転速度を介して検出し、前
記板厚及び前記圧延速度から各スタンドの出側、入側の
板厚比を演算し、この板厚比を用いて各スタンドの圧下
あるいはロール回転速度を補正する技術が開示されてい
る。

しかしこの技術においては、一つのスタンドの出側板厚
と各スタンドの圧延速度をもとにして前記一つのスタン
ド以外の他のスタンドの出側、入側の板厚が順次算出さ
れるので、演算が煩雑になり演算誤差も大きくなる。ま
た、被圧延材のスタンド出側、入側の速度を当該スタン
ドのロール回転速度を介して算出するので、先進率を考
慮する必要があり、この点も演算誤差の原因となる。

本発明の目的は、かかる従来技術の欠点を排除し、目標
厚みに対する板厚偏差を限りなく零へ近づけ得る自動板
厚制御装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、一対のロール群
(2)を備えて板状被加工物(1)の塑性加工を行う加工機に
おける自動板厚制御装置において、前記加工機の入側に
設けられた前記被加工物の厚み（Ｈ）を検出する厚み検
出器（５ａ）と、前記加工機入側および出側に設けられ
て前記被加工物の移動速度（Ｖ，ｖ）を検出する速度検
出器（４ａ，４ｂ）と、前記入側厚み検出値（Ｈ）を被
加工物の移送に同期してトラツキングする追跡装置(12)
と、この追跡装置の出力（Ｈ）と入側速度検出値（Ｖ）
との相乗積（Ｈ・Ｖ）を求める第１の乗算器（６ａ）
と、前記加工機の出力側における目標厚み（ｈｏ）を設
定する厚み設定器(7)と、その目標厚み設定値（ｈｏ）
と出側速度検出値（ｖ）との相乗積（ｈｏ・ｖ）を求め
る第２の乗算器（６ｂ）と、前記第１および第２の乗算
器の各演算値の差分（ＨＶ−ｈｏｖ）を求める減算器
(8)と、前記差分値（ＨＶ−ｈｏｖ）を入力としてこの
差分値を零に維持するよう前記加工機のロール間開度ま
たはロール周速度に対する制御信号を出力する制御器
(9)と、を備えたことを特徴とするものである。

すなわち、本発明は、圧延機等の塑性加工工程に質量保
存の法則を適用し、この法則によつて導出された制御量
（ロール開度またはロール周速度）を調節することによ
り達成される。

ここで、本発明の基本的事項について説明する。

一般に、塑性変形を伴うロール加工設備においては、加
工機の出入側厚み実績値をそれぞれｈおよびＨ、被加工
材の加工機出入側における移送速度をｖ，Ｖとすると
き、質量保存の法則が適用できるので（一般に幅広がり
を発生しないよう、適正な前後方張力を与えるので）、ＨＶ＝ｈｖ …(1) が成立する。

しこうして、目標の加工機出側厚みｈｏが付与される
と、加工機の出側においては、(1)式を変形して、ＨＶ−ｈｏｖ＝Ｏ …(2) が常時成立すれば、加工機出側厚みがｈｏに維持され
る。

すなわち、被圧延材の塑性変形は、被加工材のロールバ
イト部で実行されることから、入側厚みＨを、入側厚み
検出器からロール直下まで正しくトラツキングし、加工
機直下における厚みＨと、そのタイミングにおける被加
工材速度Ｖとの相乗積ＨＶ（すなわち、質量関数）が加
工機出側厚み検出器における質量関数ｈｏｖと等価であ
れば、出側速度ｖが可変であることをふまえ、加工機の
バイト部において引き起こされる厚み変動要因は全て入
側厚みＨまたは入側速度Ｖに包含されるので、これらの
外乱要因を含んで加工機出側で所望の板厚ｈｏを得るこ
とができる。

なお、前記トラツキングは、例えば特願昭52-56357号
（特開昭53-141878号公報参照）に示すように、前記入
側板厚Ｈを被加工材の移送と同期してシフトされる２以
上の複数個からなる記憶装置を用いて実行され、記憶装
置の各個のシフトは、該加工機入側に配設された被加工
材入側速度検出器によつて、例えば一定微小時間内のシ
フト量については、前記入側速度と当該時間の相乗積か
ら、また、一定距離毎のシフトについては、例えばプリ
セツトオーバフローカウンタ等の被測定対象の移送に対
応したパルス発電機からの発信パルス列を受けて、当該
パルスの予定数の到達をもつて認識することができる。

さらに、具体的には、(2)式の演算結果の偏差分を公知
のＰＴ制御装置等の制御部を介して加工機圧下開度を調
整する圧下制御装置や、同ロール周速度を調整する速度
制御装置へ、各制御装置の応答遅れを予め補正して付与
せしめ、(2)式の等式関係を維持せしめる。なお、この
制御出力する遂行過程において、加工機開度もしくはロ
ール間速度の調整に伴つて被加工材の前後方張力ｔ_ｆ，
ｔ_ｂが影響を受け、かつ、これが加工機前後の厚みへ影
響を与えることが知られており、この影響を制御するこ
とが高精度制御のための必須条件となる。したがつて、
加工機への制御出力値Ｃに対して、（∂ｔ_ｆ／∂ｃ），
（∂ｔ_ｂ／∂ｃ）で付与される影響係数を乗じてなる加
工機前後方張力補正値を、加工機制御出力が加工機前後
方張力に応答すると同様の応答で、前後方張力制御装置
に付与してこれを調整し、前記前後張力ｔ_ｆ，ｔ_ｂへの
攪乱を制御すれば、所望の前後方張力一定化制御も同時
に達成できる。

ここで、影響係数（∂ｔ_ｆ／∂ｃ），（∂ｔ_ｂ／∂ｃ）
は、一般に理論値として、セツトアツプ計算などでオフ
ラインまたはオンライン的に近似演算が可能であるが、
より実際的には、例えば圧延等の加工プロセスでは、微
少量の制御出力を加工機の圧下制御装置またはロール速
度制御装置へ付与し、これに伴つて変化する加工機前後
の張力変化の挙動を観測し、両者の相対比として定義す
ることが行われる。

〔作用〕

このようにして、本法によれば、常時加工機の出入側で
の単位時間当りの質量差から出側速度を調整し、加工機
出側板厚を所望値に維持するから、加減速時に惹起され
る加工機軸受部油膜の厚み変化や、加工機ロールバイト
部のまさつ係数の変化に起因する加工機ロール直下での
厚み変化も抑制され、従来技術における加減速部の板厚
精度の低下が発生せず、全長にわたつて正確に所望板厚
が得られる。また、演算過程において、不確定要因の入
りやすい先進率などの中間変数を用いず、かつ極めてわ
ずかの単純演算からなるので、演算精度低下の問題も生
じない。加えて、(2)式から与えられる零位法制御と、
制御部のＰＩ制御機能とから、理想的なオフセツト零の
制御が遂行できる。

〔実施例〕

次に、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

図は、単基ロールスタンドからなる金属板圧延機に、本
発明を適用した場合の実施例を示す。この図において、
被圧延材１は、図中や矢印にて示すごとく、左リール３
ａからロールスタンド２を介して右リール３ｂへ巻き取
られる。ロールスタンド２の入側および出側に一対の厚
み計５ａ，５ｂが設けられ、ロールスタンド２の入側お
よび出側にそれぞれ被圧延材１の移送速度を検出するた
めの板速センサ４ａ，４ｂが配設されている。板速セン
サ４ａ，４ｂとして、通常デイフレタロールと称する被
圧延材１と常時接触するロール（図示省略）に係合する
パルス発電機を用いることが多い。しかし、近年、高精
度の非接触式速度計が出現しており、この速度計を用い
ることにより、従来懸念されていたデフロール部でロー
ルと被圧延材１間のスリツプの問題点は解消されてい
る。

また、比圧延材１の速度が直接測定されるので、ロール
回転速度を介して被圧延材１の速度を検出する場合のよ
うに先進率を考慮する必要がなく、演算精度の低下がな
い。

さて、ロールスタンド２の入側における厚み実績値Ｈ
は、例えば特願昭52-56357号に示すようなトラツキング
装置１２により、被圧延材の図上右法への移送に同期し
て、入側厚み計５ａとロールスタンド２間距離に対応し
た記憶装置（トラツキング装置１２に包含される）上を
シフトされる。

そして、ロールスタンド２直下まで移送された入側厚み
実績値Ｈは、当該タイミングにおける入側板速Ｖと乗算
器６ａにて乗算され、入側マスフロー値ＨＶを形成す
る。

一方、当該圧延における出側目標厚みｈｏは、目標厚み
設定装置７にて付与され、入側と同様の出側板速センサ
４ｂによつて出側板速ｖが計測され、両者の相乗積ｈｏ
ｖが乗算器６ｂにて演算される。この出側マスフロー値
に相当するｈｏｖは、入側マスフロー値ＨＶと減算器８
にて減算され、当該差分出力（ＨＶ−ｈｏｖ）が厚み制
御装置９へ付与され、適正な制御利得（例えば、比例積
分制御利得）を付与し、切替器１０を介してロールスタ
ンド２の周速を規定する速度制御装置２２または圧下制
御装置２３へ与えられる。ここで、符号２１は速度制御
装置２２の出力を受けて、ロール速度を駆動調整する駆
動電動機を示す。

また、厚み制御装置９の出力は、同時に、ロールスタン
ド２の圧下または張力を制御するに際して該スタンド前
後の張力変動を惹起しないための補正出力を補償器１１
ａ，１１ｂを介して出力される。

補償器１１ａ，１１ｂには、厚み制御装置９の出力がロ
ールスタンド２の圧下または速度を介して被圧延材１の
厚みへの影響を及ぼす応答時間と、厚み制御装置９の出
力が補償器１１ａ，１１ｂおよび左右リール張力制御装
置３１ａ，３１ｂを介して被圧延材１の厚みへ影響を及
ぼす応答時間とが等価となるようなタイミング補償器
と、厚み制御装置９出力がロールスタンド２前後方張力
へ及ぼす影響で定義される影響係数とが包含される。

なお、切替器１０は、被圧延材１の厚みグレードにより
任意に自動または手動で切替が可能となるが、この切替
と同期して厚み制御装置９の利得を調整する。また、こ
の切替に関する具体的手法として、公知の特許第939002
号などが適用可能である。

さらに、図に示す実施例では、左方から右方に向つて圧
延が遂行されている状況を示すが、本実施例が左右反転
した、換言すれば、可逆式圧延機での適用が可能なこ
と、および左右リール３ａ，３ｂに代えて、連続式圧延
機の隣接スタンドを配設してなる設備への適用は、容易
に推考可能である。

また、速度制御装置２２は、上下ロールの同期駆動が行
われる設備について例示したが、上下ロールの周速が異
なる圧延、いわゆる異周速圧延においても、その適用上
なんら支障を来たさない。

なお、一般に、トラツキング装置１２、乗算器６ａ，６
ｂ、減算器８、厚み制御装置９、補償器１１ａ，１１ｂ
を一括包含して、制御用計算機で遂行することが行われ
ることが多い。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、被加工材厚み変動
の修正のみならず、ロールスタンドにおいて発生するロ
ールと被圧延材間のまさつ係数の変化、および油膜厚み
の変化によつて引き起こされる厚み偏差も包含して、正
確に板厚制御が可能となる。その結果、製品板厚におけ
る偏差は従来技術に比べて約半減することができ、被圧
延材の長手方向における厚み分布の一様性をより高める
効果がある。

以上は、実施例に対応して、圧延設備における効果につ
いて述べたが、一般に塑性変形を対象とする加工機にお
いても、加工は加工機ロール部の圧下と張力とのバラン
スに依存しており、同様の効果が期待し得ることは自明
である。

【図面の簡単な説明】

図は本発明に係る具体的な一実施例を示す。１……被圧延材、２……ロールスタンド、３ａ，３ｂ…
…左右リール、４ａ，４ｂ……左右板速センサ、５ａ，
５ｂ……左右厚み計、６ａ，６ｂ……乗算器、７……目
標厚み設定装置、８……減算器、９……厚み制御装置、
１０……切替器、１１ａ，１１ｂ……補償器、１２……
トラツキング装置、２１……駆動電動機、２２……速度
制御装置、２３……圧下制御装置、３１ａ，３１ｂ……
張力制御装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対のロール群を備えて板状被加工物の塑
性加工を行う加工機における自動板厚制御装置におい
て、前記加工機の入側に設けられた前記被加工物の厚みを検
出する厚み検出器と、前記加工機の入側及び出側に設け
られて前記被加工物の移送速度を検出する速度検出器
と、前記入側厚み検出値を被加工物の移送に同期してト
ラッキングする追跡装置と、この追跡装置の出力と入側
速度検出値との相乗積を求める第１の乗算器と、前記加
工機の出側における目標厚みを設定する厚み設定器と、
その目標厚み設定値と出側速度検出値との相乗積を求め
る第２の乗算器と、前記第１及び第２の乗算器の各演算
値の差分を求める減算器と、前記差分値を入力としてこ
の差分値を零に維持するよう前記加工機のロール間開度
またはロール周速度に対する制御信号を出力する制御器
と、前記制御信号に前記加工機の前方及び後方における
被加工材の張力補正係数を乗じて張力制御器に出力する
補償器とを備えたことを特徴とする自動板厚制御装置。