JPH0715159B2 - 電解槽内の蛇行追従制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電解めつきラインの電解槽内に設置される
エツジマスクなど、電解処理ラインの電解槽内を走行す
る金属ストリツプの幅方向両端部に対して相対位置関係
を保つことが必要とされる被制御体を、金属ストリツプ
の幅方向の蛇行に対して追従させるための蛇行追従制御
装置に関するものである。

〔従来の技術〕

電解めつきラインの電解槽内を走行する金属ストリツプ
を、これに対向して平行配置したアノードによつて電解
めつきする場合、金属ストリツプの幅方向両端部にめつ
き電流が集中して、幅方向両端部でめつき付着量が過多
となる。これを防止するために、例えば第10図に示すよ
うに、電解槽１内めつき液２中を走行する金属ストリツ
プ３の幅方向両端部近辺に１対のエツジマスク４を設置
して、アノード５からのめつき電流を遮断することによ
り、幅方向両端部のめつき付着量を低減する方法が知ら
れている。

１方、金属ストリツプに片面めつきを行なう場合、エツ
ジマスクがあつても非めつき面（零面）の幅方向両端部
近傍にめつきが付着する。これを除去するために、第11
図に示すように、めつき工程に続く工程で逆電解用の電
解槽６内のめつき液７中を片面めつき金属ストリツプ８
を走行させ、ストリツプ８の幅方向両端部近辺の非めつ
き面側に設置した１対の逆電解カソード９によつて、ス
トリツプ８の非めつき面幅方向両端部を逆電解する方法
が知られている。

ところで、電解槽内に設置したエツジマスクや逆電解カ
ソードは、金属ストリツプの幅方向両端部に対して相対
位置関係を一定に保つことが重要であるが、金属ストリ
ツプは電解槽内を走行する際に幅方向に蛇行することが
ある。このために、金属ストリツプの蛇行に追従させる
位置制御を行なうことが必要となつてくる。

このような追従位置制御を行なうために従来用いられて
来た技術としては、次の２つがある。

（１）電解槽外で感圧式あるいは光学式のエツジ検出器
により金属ストリツプの幅方向両端部位置を検出し、そ
の検出位置情報に基づいてエツジマスクや逆電解カソー
ドを金属ストリツプの幅方向に移動し、金属ストリツプ
の蛇行に追従させる方法。

（２）エツジマスクや逆電解カソードに接するめつき液
の直流電圧を検出して、予め設定された設定値と比較
し、その差分が零となるようにエツジマスクや逆電解カ
ソードを金属ストリツプの幅方向に移動し、金属ストリ
ツプの蛇行に追従させる方法。この（２）の方法に関し
ては、特開昭54-128945号が知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述した（１）の方法では、金属ストリ
ツプの幅方向両端部位置の検出が電解槽外で行なわれて
おり、電解槽内での位置は電解槽外での検出位置に基づ
いて予想しているにすぎない。このため、金属ストリツ
プの走行距離が長い電解槽では、そこでの金属ストリツ
プの幅方向両端部位置に誤差が生じる。

（２）の方法では、めつき液の直流電圧の検出に過電圧
（電気化学的に発生する電圧）による誤差を生じる他、
操業条件（めつき電流値、金属ストリツプのサイズ等）
による変動が生じ、設定値との比較が困難である。

以上のようなことから、従来は、金属ストリツプの蛇行
に対してエツジマスクや逆電解カソードを追従させるこ
とが殆ど困難であり、現状ではオペレータが製品のめつ
き状況を見ながらエツジマスクや逆電解カソードの位置
調整を行なつているのが実情であつた。

この発明の目的は、上述の現状に鑑み、電解めつきライ
ンの電解槽内に設置されるエツジマスクや逆電解用電解
槽内に設置される逆電解カソードなど、電解処理ライン
の電解槽内を走行する金属ストリツプの幅方向両端部に
対して相対位置関係を保つことが必要とされる被制御体
を、金属ストリツプの幅方向の蛇行に対して追従させる
ことができ、且つ、金属ストリツプの幅変更にも対処で
きる電解槽内金属ストリツプの蛇行追従制御装置を提供
することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、 電解槽内を走行する金属ストリツプの幅方向両端部近辺
に設置され前記金属ストリツプの幅方向に駆動される１
対の被制御体と、前記被制御体の各々の位置を検出する
位置検出器と、前記被制御体の位置を設定された位置目
標値に制御する位置制御装置を有し、前記被制御体を前
記金属ストリツプの幅方向両端部に追従させる電解槽内
の蛇行追従制御装置において、 前記被制御体の間隔を設定する間隔設定器と、 前記金属ストリツプの幅方向中心位置と前記１対の被制
御体の幅方向中心位置の差の目標値を設定する中心位置
設定器と、 前記１対の被制御体の各々の同一位置に前記被制御体と
一体に設置された、自己の位置と前記ストリツプの幅方
向両端部の間の、前記ストリツプの幅方向の距離を検出
する１対の距離検出器と、 前記被制御体の位置検出器からの信号の差を計算する第
１の減算器と、 前記１対の距離検出器の信号の差を計算する第２の減算
器と、 前記第１の減算器と前記間隔設定器の出力の差を計算す
る第３の減算器と、 前記第２の減算器と前記中心位置設定器の出力の差を計
算する第４の減算器と、 前記第３の減算器と第４の減算器の出力を入力として、
行列演算により、被制御体の間隔と、金属ストリツプの
幅方向中心位置と前記１対の被制御体の幅方向中心位置
の差の両者を、非干渉制御するような各々の被制御体の
位置指令値を演算する演算器とを有することに特徴を有
するものである。

以下、この発明の電解槽内の蛇行追従制御装置について
詳述する。

第１図は、電解槽内に設置したエツジマスクに適用し
た、この発明の蛇行追従制御装置の１実施態様を示す構
成図である。第１図において、10は電解槽内のめつき液
中を紙面に垂直に走行する金属ストリツプ、11は金属ス
トリツプ10に対して上下に平行配置された１対のアノー
ド、12は金属ストリツプ10の幅方向両端部近辺に設置さ
れた、金属ストリツプ10の幅方向に駆動される１対のエ
ツジマスクである。この発明の蛇行追従制御装置は、１
対のエツジマスク位置検出器13と、１対の蛇行検出器14
と、制御コントローラ15と、１対のエツジマスク位置制
御器16とから基本的になつている。

エツジマスク位置検出器13は、例えばエツジマスク12の
サーボ移動機17に取付けたエンコーダからなつている。
位置検出器13の各々は、エツジマスク12の各々の金属ス
トリツプ10の幅方向上の位置、例えば電解槽の幅方向中
心を基準とした位置を検出する。従つて、位置検出器13
の各々によつて得られた位置検出値L₁,L₂の差は、１対
のエツジマスク14の各々の間の間隔を表わす。得られた
位置検出値L₁,L₂は制御コントローラ15に入力される。

蛇行検出器14は、本発明者等が開発し、先頃出願した検
出器である（特願昭62-58955号）。蛇行検出器14の各々
は、本質的に、検出電極14aと金属ストリツプ10の幅方
向両端部との間の、幅方向上の距離を検出するもので、
金属ストリツプ10の幅方向両端部に近い側の前記の検出
電極14aと、遠い側の給電極14bとからなつており、検出
電極14aと給電極14bとは絶縁物製のサポータに固定する
ことにより、その間の距離が蛇行検出器14同志で同一に
なるように設定されている。１対の蛇行検出器14は、給
電極14bの各々と金属ストリツプ10との間に共通の交流
電源18で交流電圧を印加して、使用される。

今、１対の検出電極14aの各々の設置位置と金属ストリ
ツプ10の幅方向両端部の各々との間の、金属ストリツプ
10の幅方向上の距離が同一であると、検出電極14aの各
々には距離に応じた同一の大きさの交流電圧が発生す
る。次に、金属ストリツプ10が幅方向に例えば左側に蛇
行して、左側の検出電極14a側で上記距離が減少し、右
側の検出電極14a側で上記距離が増加すると、左側の検
出電極14aに距離の減少に応じて減少した交流電圧が発
生し、右側の検出電極14aに距離の増加に応じて増加し
た交流電圧が発生する。従つて、検出電極14aの各々に
検出された交流電圧V₁,V₂は、検出電極14aの各々と金属
ストリツプ10の幅方向両端部の各々との間の、幅方向上
の距離に対応し、その交流電圧V₁,V₂（以下距離検出値V
₁,V₂と称す）の差は、１対の検出電極14aの各々の間の
中心位置と金属ストリツプ10の幅方向中心位置との間の
中心位置ずれ量（金属ストリツプの幅方向への蛇行量）
の２倍量を表わす。そこで、１対のエツジマスク12の各
々の同一位置に、１対の検出電極14aの各々を設置、即
ち１対の蛇行検出器14の各々を設置しておけば、上記距
離検出値V₁,V₂の差は、１対のエツジマスク12の各々の
間の中心位置と金属ストリツプ10の幅方向中心位置との
間の中心位置ずれ量の２倍量を表わす。

１対の蛇行検出器14の各々は、上述したように、１対の
エツジマスク12の各々の同一位置に設置される。１対の
蛇行検出器14の各々によつて得られた距離検出値V₁,V₂
は、AC/DCコンバータ19によつて交直変換したのち、位
置検出値L₁,L₂と同様、制御コントローラ15に入力され
る。

第２図は、蛇行追従制御装置の制御系の要部ブロツク線
図である。上述したように、１対の位置検出器13の各々
によつて得られた位置検出値L₁,L₂の差は、１対のエツ
ジマスク14間の間隔を表わし、１対の蛇行検出器14の各
々によつて得られた距離検出値V₁,V₂の差は、１対のエ
ツジマスク14と金属ストリツプ10の中心位置ずれ量の２
倍量を表わしている。そこで、先ず、第１の減算器15a
によつて、位置検出値L₁,L₂の差L₂-L₁を、第２の減算器
15bによつて距離検出値V₁,V₂の差V₂-V₁を演算し、フイ
ードバツク量とする。そして、第３の減算器15c、第４
の減算器15dによつて、フイードバツク量L₂-L₁，V₂-V₁
のそれぞれにおける設定値との間の偏差、即ち、エツジ
マスク間隔設定値L₀，中心位置ずれ量設定値V₀との間の
偏差X₁=L₀-(L₂-L₁)、X₂=V₀-(V₂-V₁)をとる。そして、制
御コントローラ15は、このエツジマスク間隔の偏差X₁お
よび中心位置ずれ量の偏差X₂に対して、行列演算により
非干渉化を行なうことにより、１対のエツジマスク12の
各々に対する位置指令値Z₁,Z₂を求める。

このような非干渉化した多変数処理を行なうのは、１対
のエツジマスク14間の間隔および１対のエツジマスク14
と金属ストリツプ10の中心位置ずれ量が互いに外乱にな
るのを防いだ位置指令値Z₁,Z₂を求めるためである。

ここで、Y₁,Y₂は、X₁,X₂に対する行列Ｑの演算結果、Y₁
=KX₁-X₂,Y₂=KX₁+X₂であり、Z₁,Z₂は、Y₁,Y₂に対する積
分要素（A/s＋Ｂ）の比例積分結果、Z₁=Y₁（A/s＋
Ｂ），Z₂=Y₂（A/s＋Ｂ）である。このうち、X₁,X₂よりY
₁,Y₂を求める演算は非干渉化のための必須の条件である
が、Y₁,Y₂よりZ₁,Z₂を求める演算は被制御体の制御特性
に合わせて選べば良い。また、Ｋは蛇行検出器14からの
信号を位置検出器13からの信号の単位に合わせるための
係数である。制御コントローラ15で得られた位置指令値
Z₁,Z₂は、それぞれ、１対のエツジマスク位置制御器16
の１方、他方に入力される。

なお、１対のエツジマスク12と金属ストリツプ10との間
に中心位置ずれ量がないときには、１対の蛇行検出器14
の各々による距離検出値V₁,V₂の差は零となるので、中
心位置ずれ量設定値V₀は零としておく。また、電解槽内
には異種幅の金属ストリツプ10が連続通板されるが、エ
ツジマスク間隔設定値L₀は、通板スケジユールに基づき
電解槽内に通板されている金属ストリツプ10の幅に対応
して設定されている。これら中心位置ずれ量設定値V₀、
エツジマスク間隔設定値L₀は、図示しない上位計算器か
ら指令により、あるいは個別の間隔設定器、中心位置設
定器により設定される。

１対のエツジマスク位置制御器16の各々は、制御コント
ローラ15から入力された位置指令値Z₁,Z₂の各々に基づ
いて、それぞれ、サーボ移動機17を介して１対のエツジ
マスク12の各々の、金属ストリツプ10の幅方向上の位置
を調節する。これによつて、１対のエツジマスク12の間
隔は、金属ストリツプ10の幅に応じた設定値L₀に一致
し、前記間隔の中点は、金属ストリツプ10の幅方向中点
に一致するように、即ち中心位置ずれ量が設定値V₀＝０
に一致するように制御される。即ち、１対のエツジマス
ク12は、金属ストリツプ10の幅に応じた間隔をとり、且
つ、金属ストリツプ10の蛇行に追従して移動し、金属ス
トリツプ10の幅方向両端部に対して所定の相対位置関係
を保つ。

第３図に、以上の蛇行追従制御装置の制御系の全体ブロ
ツク線図を示す。蛇行検出器14のゲインK^T、エツジマス
ク位置制御器16およびサーボ移動機17からなるエツジマ
スク位置制御系の応答Ｔに対し、蛇行追従制御装置の制
御常数であるK,Bを、Ｋ＝2/K^T,B＝ATとすると、１対の
エツジマスク14と金属ストリツプ10の中心位置ずれ量L_C
および１対のエツジマスク14間のエツジマスク間隔L
_Wは、次のようになる。

但し、L_P：金属ストリツプ10の中心位置。

（１）式において通常V₀は零であり、（１）式は第２項
だけとなる。このことから、エツジマスク間隔L_Wと中心
位置ずれ量L_Cは、それぞれ1/A（秒）の応答で調節、制
御されることが判る。そのステツプ応答を第４図に示
す。

以上では、金属ストリツプの蛇行および幅変更に対して
エツジマスクを追従させる場合を示したが、この発明の
追従制御装置は、エツジマスクに限られず、逆電解カソ
ードなど電解槽内を走行する金属ストリツプに対して相
対位置関係を保つことが必要とされる被制御体を、金属
ストリツプの蛇行および幅変更に対して追従させる場合
にも適用できる。

〔実施例〕

鋼板の片面電気亜鉛めつきラインの模型規模の電解槽を
作制し、この電解槽において鋼板の蛇行に対してエツジ
マスクを、この発明を適用して追従制御させた。

作制した電解槽およびこれに組込んだエツジマスクの移
動機構を、第５図に正面図で、第６図に平面図で示す。
第５〜６図において、20は電解槽、21は亜鉛めつき液、
22は鋼板、23はアノード、24はエツジマスクである。ま
た、25はDCサーボモータ、26はボールネジ、27はボール
ナツトで、水平方向のボールネジ26に螺合したボールナ
ツト27に縦フレーム28を介してエツジマスク24を支持さ
せる１方、ボールネジ26の１端にDCサーボモータ25を取
付けて、エツジマスク24の移動機構を構成している。29
はボールネジ26の他端に配置したポテンシヨメータで、
ポテンシヨメータ29はボールネジ26の移動量を介してエ
ツジマスク24の位置を検出する。

DCサーボモータ25には、第７図に示すようなエツジマス
ク位置制御系を組込んだ。第７図において、30はエツジ
マスク位置制御器、31はエツジマスク移動速度制御器、
32はDC電圧発生器（パワートランジスタユニツト）、33
はエツジマスク移動速度検出器である。

鋼板22はサイズやアノード23の寸法等、主な項目の仕様
を第１表に示す。

エツジマスク24に設置した蛇行検出器34は、第８図
（Ａ），（Ｂ）に示すように、耐酸性金属の丸棒からな
る検出電極34aと同じく平板からなる給電極34bとを、鋼
板22の長手方向に間隔を置いた１対の絶縁物製サポータ
35に、鋼板22の幅方向に間隔をおいて固定して、構成し
た。なお、第８図（Ａ），（Ｂ）において、36はサポー
タ35に設けた検出電極34aの取付け用嵌合孔、37は給電
極34bのサポータ35への取付け用ネジ、38a,38bはそれぞ
れ検出電極34a、給電極34bに接続したリード線である。

蛇行検出器34は、第９図に示すように、検出電極34aを
鋼板22側にして、１対のエツジマスク24の各々の内側、
最奥箇所に設置し、検出回路を組んだ。なお、第９図に
おいて、39は１対の給電極34bの各々と鋼板22との間に
同一の交流電圧を印加するための共通の交流電源、40は
鋼板22に対して交流電源39との絶縁をとるための絶縁ト
ランス、41は給電極34bへの直流電流廻り込み遮断用コ
ンデンサ、42はAC/DCコンバータである。AC/DCコンバー
タは、１対の検出電極34aの各々で検出した距離検出値V
₁,V₂（交流電圧である）を、直流電圧値に変換する。

制御コントローラにはマイクロコンピユータを用い、こ
れに、先の第２図に示す制御系を構成した。

以上の機器構成の下に、鋼板22に対して手動で幅方向に
揺動する態様の蛇行を行ない、これに対してサンプル値
制御によつてエツジマスク24を追従制御させた。なお、
そのサンプル時間Ｔは43m秒、積分常数Ａ＝0.5,B＝AT≒
０として制御運転した。

その結果、１対のエツジマスク24間の間隔、および、エ
ツジマスク24間の中心位置と鋼板22の幅方向中心位置の
中心位置ずれを良好に制御でき、共に誤差を1mm以内に
できた。また、エツジマスク24間の間隔変更および鋼板
22の蛇行に対するエツジマスク24の追従の応答遅れを、
共に２秒という小さい値にできた。

〔発明の効果〕

この発明の蛇行追従制御装置は以上のように構成される
ので、次のような効果がある。

（１）電解槽内を走行する金属ストリツプの幅方向両端
部に対して相対位置関係を保つことが必要とされるエツ
ジマスクや逆電解カソードなど被制御体を、金属ストリ
ツプの蛇行に対して追従でき、同時に金属ストリツプの
幅変更があつた場合にはその幅に応じた間隔を保つこと
ができる。

（２）エツジマスクや逆電解カソードなど被制御体の間
隔と金属ストリツプとの中心位置ずれを非干渉化して制
御するために、互いに外乱とさせることなく安定した制
御ができる。

（３）金属ストリツプに近接した蛇行検出器によつてエ
ツジマスクと金属ストリツプの中心位置ずれ量を検出す
るので、検出精度が高く、且つ、検出異常によるトラブ
ルもなく、非干渉化した制御と相俟つて、制御精度が1m
mというように良好である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の蛇行追従制御装置の１実施態様を
示す構成図、第２図は、第１図の制御装置の制御系の要
部ブロツク線図、第３図は、同じく全体ブロツク線図、
第４図は、第３図に示す制御系のステツプ応答図、第５
図は、実施例における電解槽およびエツジマスク移動機
構を示す正面図、第６図は、同じく平面図、第７図は、
第５〜６図の移動機構のDCサーボモータに組込んだエツ
ジマスク位置制御系を示すブロツク線図、第８図（Ａ）
は、第５図のエツジマスクに設置した蛇行検出器を示す
正面図、第８図（Ｂ）は、同じく平面図、第９図は、第
８図（Ａ），（Ｂ）の蛇行検出器を用いて組んだ検出回
路を示す平面図、第10図は、エツジマスクが設置された
電解槽を示す垂直断面図、第11図は、逆電解カソードが
設置された逆電解用電解槽を示す垂直断面図である。図
面において、 10……金属ストリツプ、11,23……アノード、12,24……
エツジマスク、13,30……エツジマスク位置検出器、14,
34……蛇行検出器、14a,34a……検出電極、14b,34b……
給電極、15……制御コントローラ、15a,15b,15c,15d…
…減算器、16……エツジマスク位置制御器、17……サー
ボ移動機、18,39……交流電源、19,42……AC/DCコンバ
ータ、20……電解槽、21……亜鉛めつき液、22……鋼
板、25……DCサーボモータ、26……ボールネジ、27……
ボールナツト、29……ポテンシヨメータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電解槽内を走行する金属ストリツプの幅方
   向両端部近辺に設置され前記金属ストリツプの幅方向に
   駆動される１対の被制御体と、前記被制御体の各々の位
   置を検出する位置検出器と、前記被制御体の位置を設定
   された位置目標値に制御する位置制御装置を有し、前記
   被制御体を前記金属ストリツプの幅方向両端部に追従さ
   せる電解槽内の蛇行追従制御装置において、 前記被制御体の間隔を設定する間隔設定器と、 前記金属ストリツプの幅方向中心位置と前記１対の被制
   御体の幅方向中心位置の差の目標値を設定する中心位置
   設定器と、 前記１対の被制御体の各々の同一位置に前記被制御体と
   一体に設置された、自己の位置と前記ストリツプの幅方
   向両端部の間の、前記ストリツプの幅方向の距離を検出
   する１対の距離検出器と、 前記被制御体の位置検出器からの信号の差を計算する第
   １の減算器と、 前記１対の距離検出器の信号の差を計算する第２の減算
   器と、 前記第１の減算器と前記間隔設定器の出力の差を計算す
   る第３の減算器と、 前記第２の減算器と前記中心位置設定器の出力の差を計
   算する第４の減算器と、 前記第３の減算器と第４の減算器の出力を入力として、
   行列演算により、被制御体の間隔と、金属ストリツプの
   幅方向中心位置と前記１対の被制御体の幅方向中心位置
   の差の両者を、非干渉制御するような各々の被制御体の
   位置指令値を演算する演算器とを有することを特徴とす
   る、 電解槽内の蛇行追従制御装置