JP3935116B2 - Thickness control device for rolling mill - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単スタンド式圧延機、および、連続スタンド式圧延機において、高精度に板厚を制御する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
単スタンド圧延機、および、連続スタンド圧延機において、板厚を制御する場合、非特許文献１に詳しく記載されているように、図２に示されるゲージメータＡＧＣ（Automatic Ｇage Control）、図３に示されるＭＭＣ（Ｍill Ｍodulus Control）、図４に示される張力ＡＧＣが代表的である。
【０００３】
圧延機の圧延荷重Ｐ、ロールギャップＳ、入側板厚Ｈ、出側板厚ｈとの関係は、図５のようになり、圧延機の変形を表す圧延機の伸びと、板の塑性変形を表す塑性曲線との交点が、出側板厚ｈおよび圧延荷重Ｐとなる。ゲージメータＡＧＣの動作原理を説明する。ゲージメータＡＧＣでは、圧延機の出側板厚ｈを式（１）より推定する。
ｈ＝Ｓ＋αＰ／Ｍ （１）
【０００４】
ここで、Ｍはミル剛性係数と呼ばれる圧延機の硬さを表す係数であり、図５の板の伸びを表す線の傾きである。また、αはスケールファクターと呼ばれる調整係数であり、理論的には１となる。ある時点で圧延荷重Ｐが計測されたとき、式（１）で推定した出側板厚が設定出側板厚ｈ１と異なっていたときには、図６のように、ロールギャップを調整し、出側板厚偏差Δｈ（≡ｈ−ｈ１）を０に制御する。これは図６のａの点からｂの点に交点を移動させることに相当する。出側板厚偏差Δｈを０にするためのロールギャップ修正量ΔＳは、交点近傍で板の塑性曲線が傾きＱの直線であると仮定すると、式（２）で求めることができる。
ΔＳ＝−（Ｑ＋Ｍ）／Ｍ×Δｈ （２）
【０００５】
次に、ＭＭＣの動作原理を説明する。ＭＭＣでは、設定荷重Ｐ１と測定した圧延荷重Ｐとの偏差ΔＰに基づき、ロールギャップ修正量ΔＳを式（３）に基づいて制御を行う。
ΔＳ＝−α／Ｍ×ΔＰ （３）
ここで、Ｍはミル剛性係数、αはスケールファクターと呼ばれる調整係数であり、０．８程度に設定する。このように制御を行うことで、圧延機の圧下制御系が高応答である場合、ミル剛性係数は等価的に、Ｍ／（１−α）と見なすことができる。これは、ミルを等価的に硬くした場合に相当し、圧延機の伸びを表す線が、図７の線９から線１０に変わったと考えることができる。圧延機が硬くなったため、外乱による出側板厚変動が少なくなる。
【０００６】
最後に、張力ＡＧＣの動作原理を説明する。張力ＡＧＣでは、出側に板厚計を設置し、板厚計の実測板厚ｈｓと設定板厚ｈ１との偏差を０とするように、前段圧延機２のロール速度を調整する制御方式であり、制御対象圧延機１の入側張力を変更することで、板厚を制御するため、張力ＡＧＣと呼ばれている。入側張力を変更する理由は、出側板厚は、出側張力よりも入側張力の影響を大きく受けるためである。図４は連続スタンド圧延機の例を示しているが、単スタンド式圧延機の場合、巻き戻しリールのロール速度を調整する。
この他、出側板厚計の実測板厚と設定板厚との偏差が０とするように、ロールギャップを修正するモニターＡＧＣと呼ばれる板厚制御方式も一般に用いられている。
【０００７】
【非特許文献】
・社団法人 日本鉄鋼協会 共同研究会 圧延理論部会 編集、板圧延の理論と実際、第１版、昭和59年9月1日発行、社団法人 日本鉄鋼協会 出版、12章（p. 295 -313）
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
実際の圧延においては、被圧延材に板厚制御する際の外乱となる様々な要因が存在する。例えば、図８のようにスキッドに接することにより生じるスキッドマークと呼ばれる加熱ムラによる温度変動や、熱間圧延した直後の高温の被圧延コイル（冷間圧延対象材）を図９のようにコイル置台の上で自然冷却した場合に、コイル置台との接触付近のみ冷却現象が異なることにより生じる硬度変動などである。このような外乱は特定の周波数を持っており、それらの周波数情報を利用すれば、より制御効果を高めることが期待できる。
【０００９】
さて、図３に示されるＭＭＣにおいて、Ｇ＝１００、Ｔ＝０．０１、Ｋ＝１、α＝０．８の場合、入側板厚外乱が出側板厚へ及ぼす影響の周波数応答を描画すると、図１０の線１２のようになる。ここで、線１１は制御を行わなかった場合の周波数応答である。このように、制御を行わなかった場合に比べ、最大でも７dB程度しか効果がないことが分かる。すなわち、ＭＭＣを行わなかったときと比べ１／２程度しか出側板厚外乱は減らないということになる。図１０は入側板厚外乱の影響を描画したが、温度外乱や硬度外乱でも、それらを仮想的に入側板厚外乱と見なすことができ、板厚外乱と同じ議論が成り立つ。
【００１０】
本発明は、上記のような課題を解決するために考案されたものであり、特定の周波数帯域の外乱が発生したとしても、出側板厚を一定に制御することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するための手段として、本発明の圧延機の板厚制御装置を説明すれば、少なくとも圧延機の圧延荷重を検出する荷重検出手段と、圧延機のロールギャップを変更するロールギャップ変更手段を有する圧延機の板厚制御装置において、検出された圧延荷重と設定荷重との偏差から圧延機の出側板厚偏差を推定する板厚偏差推定手段と、指定された周波数帯域のみ大きなゲインを持つゲインフィルタと、巻き戻しリールの回転周波数から原板の外乱周波数を推定する外乱周波数検出手段と、前記ゲインフィルタの周波数帯域を外乱周波数により変更するフィルタ周波数変更手段を備え、前記板厚偏差推定手段の出力を前記ゲインフィルタに入力し、その出力に基づきロールギャップを修正する点に特徴を有する。
【００１２】
また、本発明の圧延機の板厚制御装置は、少なくとも圧延機の圧延荷重を検出する荷重検出手段と、圧延機のロールギャップを変更するロールギャップ変更手段を有する圧延機の板厚制御装置において、検出された圧延荷重と設定荷重との偏差から圧延機の出側板厚偏差を推定する板厚偏差推定手段と、指定された周波数帯域のみ大きなゲインを持つゲインフィルタと、原板の外乱周波数を検出もしくは推定する外乱周波数検出手段と、他の圧延機の外乱周波数検出手段にて検出した外乱周波数に基づき前記ゲインフィルタの周波数帯域を外乱周波数により変更するフィルタ周波数変更手段を備え、前記板厚偏差推定手段の出力を前記ゲインフィルタに入力し、その出力に基づきロールギャップを修正する点に特徴を有する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の板厚制御装置の形態について説明する。図１は本発明を単スタンド式圧延機に適用したときの実施の形態を示す図である。図３のＭＭＣと比べ、ゲインフィルタ６、フィルタ周波数変更手段７、外乱周波数検出器が付加されている。本発明の板厚制御装置では、先ず、制御対象圧延機１に設置されたロードセル等から圧延荷重Ｐと設定荷重Ｐ１との差ΔＰを求め、板厚偏差推定手段５にて出側板厚偏差Δｈを推定する。次に、出側板厚偏差Δｈに指定された周波数帯域のみ大きなゲインを持つゲインフィルタ６を作用させて、ロールギャップ修正量ΔＳを求め、ΔＳだけロールギャップを修正する。
【００１４】
本発明では、出側板厚偏差Δｈに指定された周波数帯域のみ大きなゲインを持つゲインフィルタ６を作用させることがポイントである。ゲインフィルタの周波数帯域と、外乱周波数帯域とを等しくすることにより、外乱のみを効果的に抑制することが可能となる。
【００１５】
【実施例】
本発明を図１のような単スタンド式圧延機に適用し、Ｇ＝１００、Ｔ＝０．０１、Ｋ＝１、α＝０．８の場合を説明する。ゲインフィルタを式（４）とし、ゲインフィルタの係数ｗLとｗHを、外乱周波数ｗFよりそれぞれ式（５）、式（６）のように決定するものとする。
ΔＳ＝｛（ｓ＋ｗL）（ｓ＋ｗH／α）／（ｓ＋ｗL／α）（ｓ＋ｗH）｝×α×Δｈ （４）
ｗL＝ｗF／β （５）
ｗH＝ｗF×β （６）
ここで、βはゲインフィルタの周波数帯域の幅を決定する調整係数である。
【００１６】
外乱周波数ｗFを１（rad/s）、β＝１０として、ゲインフィルタの周波数応答を描画すると図１１のようになる。このように、ゲインフィルタは外乱周波数の１（rad/s）付近ではゲインは１に近づき、１（rad/s）から離れると、αの値である０．８に近づくようになる。ゲインフィルタを式４のように決定すると、必ずゲインの最大値は１以下になるため、制御し過ぎることにはならない。
【００１７】
入側板厚外乱が出側板厚へ及ぼす影響の周波数応答を描画すると、図１２の線１５のようになる。図１２で線１３は制御を行わなかった場合の周波数応答、線１４はＭＭＣを行った場合の周波数応答である。このように、外乱周波数である１（rad/s）付近では、板厚外乱は出側板厚へほとんど影響しなくなることが分かる。
【００１８】
さて、前記では外乱周波数が予め分かっている場合の実施例を説明したが、外乱周波数検出器にて外乱周波数ｗFを検出することが可能な場合には、外乱周波数ｗFを式（５）と式（６）に与え、ゲインフィルタの係数ｗLとｗHを算出し、ゲインフィルタの係数を変更しても良い。この場合には、外乱周波数が時々刻々変わるようなプロセスでも効果的に外乱の影響を少なくすることができる。
【００１９】
例えば、図９のように被圧延コイルとコイル置き台との接触による冷却ムラによる硬度変動の場合には、硬度変動はコイル１周ごとに１回発生するため、硬度変動の周波数は、巻き戻しリールの回転周波数と一致する。そこで、巻き戻しリールにタコジェネレータを設置し、巻き戻しリールの回転周波数を検出し、それを外乱周波数ｗFとすれば良い。
【００２０】
他の例を上げると、図８のようにスキッドに接することにより生じるスキッドマークと呼ばれる加熱ムラによる温度変動や、図９の場合の硬度外乱いずれにおいても、それらの外乱は圧延機に作用し、外乱周波数に応じて荷重も変動する。すなわち、外乱周波数と荷重変動周波数は一致する。そこで、圧延機の荷重をロードセル等で検出し、その出力をＦ／Ｖコンバータに与え、その出力を外乱周波数ｗFとすれば良い。
同様に、外乱は荷重だけでなく圧延機の入出側の板張力も同じ周波数で変動させるため、圧延機の入側または出側に板張力を検出する張力計を設置し、その出力をＦ／Ｖコンバータに与え、その出力を外乱周波数ｗFとすれば良い。
【００２１】
同様に、外乱は最終的には板厚に影響を与えるため、出側の板厚を板厚計で検出し、それをＦ／Ｖコンバータに与え、その出力を外乱周波数ｗFとすれば良い。また、連続式圧延機の場合には、各スタンドの外乱周波数ｗFは同じであるため、スタンド間に板厚計を設置し、それをＦ／Ｖコンバータに与え、その出力を外乱周波数ｗFとし、前段と後段スタンドのゲインフィルタの係数ｗLとｗHをこの外乱周波数ｗFに基づき変更しても良い。
【００２２】
連続式圧延機の場合には、各スタンドの外乱周波数ｗFは同じであるため、前記いずれかの方法（例えば、いずれかのスタンドの荷重をロードセル等で検出し、Ｆ／Ｖコンバータを介して外乱周波数ｗFを求める）で外乱周波数ｗFを検出し、ゲインフィルタの係数ｗLとｗHを全スタンド同じ値で変更しても構わない。
【００２３】
【発明の効果】
以上詳しく説明したように、本発明では、板厚を制御するに当たり、指定された周波数帯域のみ大きなゲインを持つゲインフィルタを用いることにより、特定の周波数の外乱の影響を効果的に減ずることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態の板厚制御装置構成図。
【図２】 ゲージメータＡＧＣ構成図。
【図３】 ＭＭＣ構成図。
【図４】 張力ＡＧＣ構成図。
【図５】 圧延機の伸びと板の塑性曲線。
【図６】 ゲージメータＡＧＣの原理説明図。
【図７】 ＭＭＣの原理説明図。
【図８】 加熱炉内で加熱される被圧延材。
【図９】 コイル置台の上に置かれた被圧延コイル。
【図１０】 ＭＭＣの板厚制御性能。
【図１１】 ゲインフィルタの周波数特性。
【図１２】 本発明の板厚制御装置の板厚制御性能。
【符号の説明】
１・・・制御対象圧延機 ２・・・前段圧延機
３・・・荷重制御器 ４・・・板厚計
５・・・板厚偏差推定手段 ６・・・ゲインフィルタ
７・・・フィルタ周波数変更手段 ８・・・巻き戻しリール[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a device for controlling a plate thickness with high accuracy in a single stand type rolling mill and a continuous stand type rolling mill.
[0002]
[Prior art]
When controlling the plate thickness in a single stand rolling mill and a continuous stand rolling mill, as described in detail in
[0003]
The relationship between the rolling load P, the roll gap S, the entry side plate thickness H, and the exit side plate thickness h of the rolling mill is as shown in FIG. 5 and represents the elongation of the rolling mill representing the deformation of the rolling mill and the plastic deformation of the plate. The intersection with the plastic curve is the exit thickness h and the rolling load P. The operation principle of the gauge meter AGC will be described. In the gauge meter AGC, the outlet side plate thickness h of the rolling mill is estimated from the equation (1).
h = S + αP / M (1)
[0004]
Here, M is a coefficient representing the hardness of the rolling mill called the mill rigidity coefficient, and is the slope of the line representing the elongation of the plate in FIG. Α is an adjustment coefficient called a scale factor, which is theoretically 1. When the rolling load P is measured at a certain point in time, and the delivery side plate thickness estimated by the equation (1) is different from the set delivery side plate thickness h1, the roll gap is adjusted as shown in FIG. Δh (≡h−h1) is controlled to 0. This corresponds to moving the intersection from point a in FIG. 6 to point b. The roll gap correction amount ΔS for setting the delivery side thickness deviation Δh to 0 can be obtained by Expression (2) assuming that the plastic curve of the plate is a straight line having an inclination Q in the vicinity of the intersection.
ΔS = − (Q + M) / M × Δh (2)
[0005]
Next, the operation principle of the MMC will be described. In the MMC, the roll gap correction amount ΔS is controlled based on the equation (3) based on the deviation ΔP between the set load P1 and the measured rolling load P.
ΔS = −α / M × ΔP (3)
Here, M is a mill stiffness coefficient, α is an adjustment coefficient called a scale factor, and is set to about 0.8. By performing the control in this manner, when the rolling control system of the rolling mill has a high response, the mill stiffness coefficient can be equivalently regarded as M / (1-α). This corresponds to a case where the mill is hardened equivalently, and it can be considered that the line representing the elongation of the rolling mill has changed from
[0006]
Finally, the operating principle of tension AGC will be described. In the tension AGC, a thickness gauge is installed on the outlet side, and the roll speed of the preceding rolling
In addition, a plate thickness control method called a monitor AGC is generally used to correct the roll gap so that the deviation between the measured plate thickness of the delivery side thickness gauge and the set plate thickness is zero.
[0007]
[Non-patent literature]
・ The Japan Iron and Steel Institute Joint Research Group Rolling Theory Division Editing, Theory and Practice of Sheet Rolling, 1st Edition, published on September 1, 1984, Japan Iron and Steel Institute Publishing, Chapter 12 (p. 295 -313)
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
In actual rolling, there are various factors that cause disturbance when the thickness of the material to be rolled is controlled. For example, as shown in FIG. 8, temperature fluctuations due to heating unevenness called a skid mark caused by contact with the skid, or a hot rolled coil (material to be cold-rolled) immediately after hot rolling is shown in FIG. This is, for example, a hardness fluctuation caused by a different cooling phenomenon only in the vicinity of the contact with the coil mount when naturally cooled on the surface. Such a disturbance has a specific frequency, and if the frequency information is used, it can be expected that the control effect is further enhanced.
[0009]
In the MMC shown in FIG. 3, when G = 100, T = 0.01, K = 1, and α = 0.8, the frequency response of the influence of the input side plate thickness disturbance on the output side plate thickness is drawn. As shown by the
[0010]
The present invention has been devised to solve the above-described problems, and it is an object of the present invention to control the outlet side plate thickness even when a disturbance in a specific frequency band occurs.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
As means for solving the problems, the sheet thickness control device for a rolling mill according to the present invention will be described. At least a load detecting means for detecting a rolling load of the rolling mill, and a roll gap changing means for changing the roll gap of the rolling mill. In a sheet thickness control apparatus for a rolling mill having a sheet thickness deviation estimating means for estimating a sheet thickness deviation of a rolling mill from a deviation between a detected rolling load and a set load, and having a large gain only in a specified frequency band A gain filter , a disturbance frequency detecting means for estimating the disturbance frequency of the original plate from the rotation frequency of the rewinding reel, and a filter frequency changing means for changing the frequency band of the gain filter according to the disturbance frequency . The output is input to the gain filter, and the roll gap is corrected based on the output.
[0012]
Further, the sheet thickness control apparatus for a rolling mill according to the present invention is a sheet thickness control apparatus for a rolling mill having at least a load detection means for detecting a rolling load of the rolling mill and a roll gap changing means for changing the roll gap of the rolling mill. , Plate thickness deviation estimation means to estimate the rolling strip thickness deviation from the deviation between the detected rolling load and set load, gain filter with large gain only in the specified frequency band, and detection of disturbance frequency of the original plate Alternatively, it comprises: a disturbance frequency detecting means for estimating; and a filter frequency changing means for changing the frequency band of the gain filter based on the disturbance frequency detected by the disturbance frequency detecting means of another rolling mill, and the plate thickness deviation estimation The output of the means is input to the gain filter, and the roll gap is corrected based on the output.
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, with reference to drawings, the form of the plate | board thickness control apparatus of this invention is demonstrated. FIG. 1 is a diagram showing an embodiment when the present invention is applied to a single stand type rolling mill. Compared with the MMC of FIG. 3, a
[0014]
In the present invention, it is important to operate the
[0015]
【Example】
The case where the present invention is applied to a single stand type rolling mill as shown in FIG. 1 and G = 100, T = 0.01, K = 1, and α = 0.8 will be described. Assume that the gain filter is expressed by equation (4), and the gain filter coefficients w L and w H are determined from the disturbance frequency w F as expressed by equations (5) and (6), respectively.
ΔS = {(s + w L ) (s + w H / α) / (s + w L / α) (s + w H )} × α × Δh (4)
w L = w F / β (5)
w H = w F × β (6)
Here, β is an adjustment coefficient that determines the width of the frequency band of the gain filter.
[0016]
FIG. 11 shows the frequency response of the gain filter when the disturbance frequency w F is 1 (rad / s) and β = 10. Thus, the gain filter approaches 1 near 1 (rad / s) of the disturbance frequency, and approaches 0.8, which is the value of α, away from 1 (rad / s). If the gain filter is determined as shown in Expression 4, the maximum value of the gain is always 1 or less, so that the control is not excessive.
[0017]
When the frequency response of the influence of the input side plate thickness disturbance on the output side plate thickness is drawn, a
[0018]
Now, the in described an embodiment in which the disturbance frequency is known in advance, when it is possible to detect the disturbance frequency w F at the disturbance frequency detector, the disturbance frequency w F Equation (5) And gain (6), the gain filter coefficients w L and w H may be calculated, and the gain filter coefficients may be changed. In this case, the influence of the disturbance can be reduced effectively even in a process in which the disturbance frequency changes from moment to moment.
[0019]
For example, as shown in FIG. 9, in the case of hardness fluctuation due to uneven cooling due to contact between the coil to be rolled and the coil stand, the hardness fluctuation occurs once per coil, so the frequency of the hardness fluctuation is rewound. It matches the reel rotation frequency. Therefore, a tacho generator may be installed on the rewinding reel, the rotation frequency of the rewinding reel may be detected, and this may be set as the disturbance frequency w F.
[0020]
As another example, in any of the temperature fluctuation due to heating unevenness called a skid mark generated by contacting the skid as shown in FIG. 8 and the hardness disturbance in the case of FIG. 9, those disturbances act on the rolling mill, The load also varies according to the disturbance frequency. That is, the disturbance frequency and the load fluctuation frequency coincide. Therefore, the load of the rolling mill is detected by a load cell or the like, the output is given to the F / V converter, and the output is made the disturbance frequency w F.
Similarly, the disturbance causes not only the load but also the plate tension on the entry / exit side of the rolling mill to fluctuate at the same frequency. Therefore, a tensiometer that detects the plate tension is installed on the entry side or exit side of the rolling mill, given to the V converter may be its output a disturbance frequency w F.
[0021]
Similarly, since the disturbance finally affects the plate thickness, it is only necessary to detect the plate thickness on the output side with a plate thickness meter, supply it to the F / V converter, and set the output to the disturbance frequency w F. . In the case of a continuous rolling mill, since the disturbance frequency w F of each stand is the same, a thickness gauge is installed between the stands, and it is given to the F / V converter, and the output is the disturbance frequency w F. Then, the coefficients w L and w H of the gain filters of the front and rear stands may be changed based on this disturbance frequency w F.
[0022]
In the case of a continuous rolling mill, since the disturbance frequency w F of each stand is the same, any of the above methods (for example, the load of any of the stands is detected by a load cell or the like, and the F / V converter is used. The disturbance frequency w F may be detected in (obtaining the disturbance frequency w F ), and the gain filter coefficients w L and w H may be changed to the same value for all stands.
[0023]
【The invention's effect】
As described above in detail, in the present invention, it is possible to effectively reduce the influence of disturbance at a specific frequency by using a gain filter having a large gain only in a specified frequency band in controlling the plate thickness. It becomes.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a plate thickness control apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a gauge meter AGC.
FIG. 3 is an MMC configuration diagram.
FIG. 4 is a configuration diagram of a tension AGC.
FIG. 5 shows the elongation of the rolling mill and the plastic curve of the plate.
FIG. 6 is a diagram illustrating the principle of a gauge meter AGC.
FIG. 7 is a diagram illustrating the principle of MMC.
FIG. 8 A material to be rolled that is heated in a heating furnace.
FIG. 9 shows a coil to be rolled placed on a coil mount.
FIG. 10 shows the thickness control performance of MMC.
FIG. 11 shows frequency characteristics of a gain filter.
FIG. 12 shows the plate thickness control performance of the plate thickness control apparatus of the present invention.
[Explanation of symbols]
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