(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機により回転駆動されるロールに対して巻き掛けられて移動する帯状材の張力実績値を求め、この求めた張力実績値が基準張力に一致するように前記電動機の駆動制御を行う帯状材の張力制御方法において、
前記帯状材に作用する遠心力の増加に応じて前記基準張力を増加するようにしたことを特徴とする帯状材の張力制御方法。
【請求項２】
電動機により回転駆動されるロールに対して巻き掛けられて移動する帯状材の張力実績値を求め、この求めた張力実績値が基準張力に一致するように前記電動機の駆動制御を行う帯状材の張力制御方法において、
前記帯状材に作用する遠心力によって生ずる前記ロールと前記帯状材との間に面圧の減少分を補償する張力補償値を求め、この求めた張力補償値を前記基準張力に加算してその基準張力を補正するようにしたことを特徴とする帯状材の張力制御方法。
【請求項３】
電動機によって回転駆動されるロールに対して巻き掛けられて移動する帯状材の張力実績値を求める張力算出手段と、
前記帯状材の基準張力を設定する基準張力設定手段と、
前記帯状材に作用する遠心力によって生ずる前記ロールと前記帯状材との間の面圧の減少分を補償する張力補償値を求める張力補償値算出手段と、
この張力補償値算出手段が求めた張力補償値を、前記基準張力設定手段で求めた基準張力に加算して基準張力を補正する基準張力補正手段と、
前記張力算出手段で求めた張力実績値が、前記基準張力補正手段で補正された基準張力に一致するように前記電動機の駆動制御を行う制御手段と、
を備えたことを特徴とする帯状材の張力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼帯、紙などの帯状材を製造または処理する設備において、その帯状材に働く張力を一定に制御する帯状材の張力制御方法およびその張力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、帯状材の張力を一定にする制御装置の一例として、図４に示すように、鋼板を製造する設備に適用したものが知られている。
【０００３】
この製造設備は、図４に示すように、帯状材Ａを巻き掛ける円筒状の複数のロール１ａ、１ｂ…と、ロール１ａを回転駆動する電動機２と、この電動機２の制御により帯状材Ａの張力が一定となる制御を行う張力制御装置３と、この張力制御装置３に接続される下位計算機４と、この下位計算機４に接続される上位計算機５とを備え、ロール１ａ、１ｂ…に対して鋼板からなる帯状材Ａが張力を与えられた状態で巻き掛けられ、帯状材Ａが矢印の方向に向けて搬送されるようになっている。
【０００４】
張力制御装置３は、図４に示すように、電動機２の実績トルク（発生トルク）に基づいて帯状材Ａの張力実績値を求める張力実績値算出器３１と、帯状材Ａの基準張力を設定する基準張力設定器３２と、張力実績値算出器３１で求められた張力実績値と基準張力設定器３２で設定される基準張力との偏差を求める加算器３３と、この加算器３３で求められた偏差が零になるように電動機２の駆動制御を行う、比例・積分制御器等からなる張力制御器３４とから構成される。
【０００５】
また、この製造設備では、帯状材Ａの基準張力を設定するのに必要なデータであるユニット張力（単位面積当たりの張力）Ｕ、帯状材Ａの板幅Ｗ、およびその板厚ｔが上記計算機５から下位計算機４に予め送出されるようになっている。そして、帯状材Ａの製造サイズに変更がある場合には、帯状材Ａの変更点が予め定められた位置を通過した時点で、下位計算機４がそのデータを張力制御装置３の基準張力設定器３２に送出できるように構成されている。
【０００６】
このような構成からなる従来の製造設備の張力制御装置３では、基準張力設定器３２が、下位計算機４からユニット張力Ｕ、板幅Ｗ、および板厚ｔの各データを受け取り、基準張力Ｔ（Ｔ＝Ｗ・ｔ・Ｕ）を算出する。張力実績値算出器３１は、電動機２の実績トルクに基づいて帯状材Ａの張力実績値Ｔｆｂを求める。加算器３３は、張力実績値算出器３１で求めた張力実績値Ｔｆｂと基準張力設定器３２で設定されている基準張力Ｔとの偏差を求める。張力制御器３４は、その求めた偏差が零になるように電動機２の駆動制御を行う。このような制御により、電動機２の発生トルクが目標値になるようなトルク一定制御が行われる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ロール１ａに巻き付いた帯状材Ａが静止している状態を考えると、帯状材Ａとロール１ａとの間の面圧は帯状材Ａに働く張力に比例する。この静止状態からロール１ａを回転させて帯状材Ａに速度を与えると、帯状材Ａのうちロール１ａに巻き付いた部分には、帯状材Ａ自身の質量による遠心力が働く。この遠心力は、帯状材Ａとロール１ａとの間の面圧を減少させる方向に働く。従って、上述のように、帯状材Ａの張力を一定に制御する場合には、帯状材Ａとロール１ａとの間の面圧が減少することになる。
【０００８】
このため、その遠心力の影響が無視できないような場合、例えば帯状材Ａを高速で通板する場合などには、その面圧の減少が大きくなり帯状材Ａのスリップが発生するおそれがあるという新たな知見を得た。
【０００９】
本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、帯状材に働く遠心力に起因する帯状材のスリップを防止するようにした帯状材の張力制御方法およびその張力制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するために、請求項１記載の発明によれば、電動機により回転駆動されるロールに対して巻き掛けられて移動する帯状材の張力実績値を求め、この求めた張力実績値が基準張力に一致するように前記電動機の駆動制御を行う帯状材の張力制御方法において、前記帯状材に作用する遠心力の増加に応じて前記基準張力を増加するようにした帯状材の張力制御方法が提供される。
【００１１】
また、請求項２記載の発明によれば、電動機により回転駆動されるロールに対して巻き掛けられて移動する帯状材の張力実績値を求め、この求めた張力実績値が基準張力に一致するように前記電動機の駆動制御を行う帯状材の張力制御方法において、前記帯状材に作用する遠心力によって生ずる前記ロールと前記帯状材との間に面圧の減少分を補償する張力補償値を求め、この求めた張力補償値を前記基準張力に加算してその基準張力を補正するようにした帯状材の張力制御方法が提供される。
【００１２】
さらに、本発明では、以下のような対応も提供される。すなわち、請求項３記載の発明によれば、電動機によって回転駆動されるロールに対して巻き掛けられて移動する帯状材の張力実績値を求める張力算出手段と、前記帯状材の基準張力を設定する基準張力設定手段と、前記帯状材に作用する遠心力によって生ずる前記ロールと前記帯状材との間の面圧の減少分を補償する張力補償値を求める張力補償値算出手段と、この張力補償値算出手段が求めた張力補償値を、前記基準張力設定手段で求めた基準張力に加算して基準張力を補正する基準張力補正手段と、前記張力算出手段で求めた張力実績値が、前記基準張力補正手段で補正された基準張力に一致するように前記電動機の駆動制御を行う制御手段とを備えた帯状材の張力制御装置が提供される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
まず、本発明の実施の形態の説明に先立って、本発明の基本的に考え方について説明する。
【００１４】
本発明は、電動機によって駆動されるロールに巻き掛けられて移動する帯状材の張力が一定に制御されている場合に、例えば帯状材が高速で通板されると、帯状材に作用する遠心力が大きくなり、この遠心力によりロールと帯状材との間の面圧が減少し、帯状材のスリップが発生するおそれがあるという新知見に基づいてなされたものである。
【００１５】
このような新知見に基づき、本発明は、帯状材に作用する遠心力の増加に応じて基準張力を増加させるようにしたものである。さらに詳細には、その遠心力に伴う面圧の減少を補償するために、その面圧の減少分に応じた張力補償値を求め、この求めた張力補償値を基準張力に対して加算し、基準張力を補正するようにしたものである。
【００１６】
次に、本発明の帯状材の張力制御方法およびその張力制御装置を、鋼板を製造する製造設備に適用した場合の実施の形態について、図１〜図３を参照して説明する。なお、この製造設備は、図４の製造設備と共通する部分を有するので、その共通部分には同一符号を付してその説明を適宜省略する。
【００１７】
図１に示すように、この製造設備は、帯状材Ａを巻き掛ける円筒状の複数のロール１ａ、１ｂ…と、ロール１ａを回転する電動機２と、この電動機２の制御により帯状材Ａの張力が一定となる制御を行う張力制御装置６と、この張力制御装置６に接続される下位計算機４と、この下位計算機４に接続される上位計算機５とを備え、ロール１ａ、１ｂ…に対して鋼板からなる帯状材Ａが張力を与えられた状態で巻き掛けられ、帯状材Ａが矢印の方向に向けて搬送（移動）できるようになっている。
【００１８】
張力制御装置６は、図１に示すように、張力実績値算出器６１、速度検出器６２、張力補償値演算器６３、基準張力設定器６４、加算器６５、加算器６６、および張力制御器６７を備えている。
【００１９】
張力実績値算出器６１は、電動機２の実績トルクに基づいて帯状材Ａの張力実績値Ｔｆｂを求め、この求めた張力実績値Ｔｆｂを加算器６６に出力するように構成される。速度検出器６２は、帯状材Ａの搬送速度Ｖを検出し、この検出搬送速度Ｖを張力補償値演算器６３に出力するように構成される。
【００２０】
張力補償値演算器６３は、下位計算機４から出力される帯状材Ａの板厚Ｗ、板幅ｔ、および速度検出器６２から供給される帯状材Ａの搬送速度Ｖなどから、所定の時刻毎に後述の演算式により張力補償値ΔＴを求め、この求めた張力補償値ΔＴを加算器６５に出力するように構成される。その張力補償値ΔＴは、帯状材Ａに作用する遠心力によって生ずるロール１ａと帯状材Ａとの間の面圧の減少分を補償するために求めるものである。
【００２１】
基準張力設定器６４は、下位計算機４から出力されるユニット張力Ｕ、板幅Ｗ、および板厚ｔの各データを受け取り、帯状材Ａの基準張力Ｔ（Ｔ＝Ｗ・ｔ・Ｕ）を求め、この求めた基準張力Ｔを加算器６５に出力するように構成される。
【００２２】
加算器６５は、基準張力設定器６４で求められた基準張力Ｔに対して、張力補償値演算器６３で演算された張力補償値ΔＴを加算し、その加算値を補正された基準張力として加算器６６に出力するように構成される。
【００２３】
加算器６６は、加算器６５から出力される補正された基準張力と、張力実績値算出器６１から出力される張力実績値Ｔｆｂとから両者の偏差を求め、この求めた偏差を張力制御器６７に出力するように構成される。張力制御器６７は、加算器６６から出力される張力の偏差が零になるように電動機２の駆動制御を行うように構成される。
【００２４】
次に、このような構成からなる製造設備の張力制御装置６の動作の一例について、図面を参照して説明する。
張力実績値算出器６１は、電動機２の実績トルクに基づいて帯状材Ａの張力実績値Ｔｆｂを求め、この求めた張力実績値Ｔｆｂを加算器６６に出力する。
【００２５】
具体的には、張力実績値算出器６１は、以下のようにして得られる演算式（３）により帯状材Ａの張力実績値Ｔｆｂを算出するので、その演算式の求め方について説明する。
【００２６】
いま、電動機２の定格出力をＰ〔ｋＷ〕、電動機２の定格回転数をＮ〔ｒｐｍ〕とすると、電動機の定格トルクτ〔ｋｇｆ・ｍ〕は次の（１）式で求まる。
τ＝９７３×Ｐ／Ｎ  …（１）
ただし、電動機の定格出力Ｐおよび定格回転数Ｎは、いずれも定数であって既知である。
【００２７】
また、電動機２の加減速率をα〔ｍｐｍ／ｓｅｃ〕、電動機軸に換算したはずみ車効果をＧＤM 2 〔ｋｇ・ｍ2 〕とすると、電動機２の加減速トルクτａ〔ｋｇｆ・ｍ〕は次の（２）式で求まる。
【００２８】
τａ＝ＧＤM 2 ／３７５×ｄＮ／ｄｔ  …（２）
ただし、Ｇは全質量（ｋｇ）、ＤM は等価回転直径、ｄＮ／ｄｔ＝α／π／Ｄであり、また加減速率αは加速、一定速度、減速の切換が可能な定数であって既知である。
【００２９】
さらに、電動機２のメカロストルクをτｍ〔ｋｇｆ・ｍ〕、ロール径（コイル径）をＤ〔ｍ〕、電動機２の減速比を１／ｒ、電動機のトルク実績をＬ〔％〕とすると、帯状材Ａの張力実績値Ｔｆｂは、次の（３）式で表される。
【００３０】
Ｔｆｂ＝（τ・Ｌ／１００−τａ−τｍ）／（Ｄ／２）×ｒ〔ｋｇｆ〕…（３）
（３）式において、（τ・Ｌ／１００−τａ−τｍ）は損失分などを除いた電動機２が出力する有効なトルクを表し、また（３）式中のトルク実績Ｌ以外は予め既知であったり求めておくことができる。さらに、（３）式中のトルク実績Ｌは、定格トルクτに対する比率を示し、電動機２を駆動するドライバ装置（インバータなど）にて検出できる。従って、張力実績値算出器６１は、その予め既知の各データと、その検出可能なトルク実績Ｌに基づき、（３）式により帯状材Ａの張力実績値Ｔｆｂを算出できる。
【００３１】
速度検出器６２は、帯状材Ａの搬送速度Ｖを検出し、この検出搬送速度Ｖを張力補償値演算器６３に出力する。張力補償値演算器６３は、下位計算機４から出力される帯状材Ａの板厚Ｗ、板幅ｔ、および速度検出器６２から供給される帯状材Ａの搬送速度Ｖなどから、後述の演算式（１５）により張力補償値ΔＴを求め、この求めた張力補償値ΔＴを加算器６５に出力する。
【００３２】
次に、張力補償値演算器６３が張力補償値ΔＴを求める際の演算式（１５）の求め方について、図２および図３を参照して具体的に説明する。
いま、帯状材Ａの静止状態における張力の釣り合いを考えると、図２に示すように、ロール１ａに巻き掛けられた帯状材Ａに対して張力Ｔ１〔Ｎ〕が与えられているとする。ここで、帯状材Ａのロール１ａに対する巻付き部の微小部分ａに着目すると、次の（４）式が成立する。
【００３３】
ｄＮ＝２×Ｔ１ｓｉｎ（ｄθ／２）  …（４）
（４）式において、ｄＮは微小部分ａに働く抗力〔Ｎ〕であり、ｄθは微小部分ａの巻付き角〔ｒａｄ〕である。
【００３４】
巻付き角ｄθは微小であるので、（４）式は、次の（５）式にように近似できる。
ｄＮ≒Ｔ１・ｄθ  …（５）
また、帯状材Ａの微小部分ａとロール１ａとが接触している面積ｄＳ〔ｍ2 〕は、次の（６）式のようになる。
【００３５】
ｄＳ＝Ｒｄθ・Ｗ  …（６）
（６）式において、Ｒはロールの半径〔ｍ〕であり、Ｗは帯状材Ａの幅〔ｍ〕である。
【００３６】
そこで、帯状材Ａとロール１ａとの間の面圧をＰ１〔Ｎ／ｍ2 〕とすると、微小部分ａに働く抗力ｄＮは、次の（７）式となる。
ｄＮ＝Ｐ１・ｄＳ＝Ｐ１・Ｒｄθ・Ｗ〔Ｎ〕  …（７）
帯状材Ａとロール１ａとの間の面圧をＰ１は、（５）式と（７）式とにより次の（８）式のようになる。
【００３７】
Ｐ１＝Ｔ１／Ｗ／Ｒ  …（８）
次に、同じ帯状材Ａが同一張力の下に、速度Ｖ〔ｍ／ｓｅｃ〕で通板されている状態を考えることにする（図３参照）。この場合に、微小部分ａに働く遠心力はｄＦ〔Ｎ〕は、次の（９）式となる。
【００３８】
0003678002.tif 000002
（９）式において、ｔは帯状材Ａの厚み〔ｍ〕であり、ρは帯状材Ａの密度〔ｋｇ／ｍ3 〕である。
【００３９】
また、（５）式を参考にすると、次の（１０）式が成立する。
ｄＮ＋ｄＦ≒Ｔ１・ｄθ  …（１０）
このため、この場合の面圧をＰ２とすると、（７）式、（９）式、（１０）式により次の（１１）式が成立する。
【００４０】
Ｐ２・Ｒｄθ・Ｗ＋Ｗ・ｔ・ρ・Ｖ2 ・ｄθ≒Ｔ１・ｄθ  …（１１）
従って、（１１）式から面圧Ｐ２は次の（１２）式のようになる。
Ｐ２＝Ｔ１／Ｗ／Ｒ−ｔ・ρ・Ｖ2 ／Ｒ  …（１２）
（８）式、（１２）式から、遠心力による面圧の減少分ΔＰ〔Ｎ／ｍ2 〕は、次の（１３）式で演算できる。
【００４１】
ΔＰ＝Ｐ１−Ｐ２＝ｔ・ρ・Ｖ2 ／Ｒ  …（１３）
従って、面圧を一定に保つために必要な張力補償値をΔＴ〔Ｎ〕とすると、（８）式と（１２）式を参考にして次の（１４）式が成立する。
【００４２】
Ｔ１／Ｗ／Ｒ＝（Ｔ１＋ΔＴ）／Ｗ／Ｒ−ｔ・ρ・Ｖ2 ／Ｒ  …（１４）
この（１４）式を変形することにより、張力補償値ΔＴは次の（１５）式により算出できる。
【００４３】
ΔＴ＝Ｗ・ｔ・ρ・Ｖ2   …（１５）
従って、張力補償値演算器６３は、（１５）式により張力補償値ΔＴを求めることができる。そこで、例えば、帯状材Ａを鋼帯とし、その密度ρを７８５０〔ｋｇ／ｍ3 〕、板幅Ｗを１３００〔ｍｍ〕、板厚ｔを０．３２〔ｍｍ〕、ライン速度Ｖを９４０〔ｍ／ｍｉｎ〕とすると、（１５）式から張力補償値ΔＴは、
0003678002.tif 000003
となり、この値はＵＮＩＴ張力（単位面積当たりの張力）に換算すると、８１．７／（１３００×０．３２）≒０．２０〔ｋｇｆ／ｍｍ2 〕となる。
【００４４】
次に、基準張力設定器６４は、下位計算機４から出力されるユニット張力Ｕ、板幅Ｗ、および板厚ｔの各データを受け取り、帯状材Ａの基準張力Ｔ（Ｔ＝Ｗ・ｔ・Ｕ）を求め、この求めた基準張力Ｔを加算器６５に出力する。
【００４５】
加算器６５は、基準張力設定器６４で求められた基準張力Ｔに対して、張力補償値演算器６３で演算された張力補償値ΔＴを加算し、その加算値を補正された基準張力として加算器６６に出力する。
【００４６】
加算器６６は、張力実績値算出器６１から出力される張力実績値Ｔｆｂと、加算器６５から出力される補正された基準張力とから両者の偏差を求め、この求めた偏差を張力制御器６７に出力する。張力制御器６７は、加算器６６から出力される張力の偏差が零になるように電動機２の駆動制御を行う。
【００４７】
以上説明したように、この実施の形態の張力制御装置６１では、帯状材Ａに働く遠心力よって生ずるロール１ａと帯状材Ａとの間の面圧の減少分を補償する張力補償値ΔＴを張力補償値演算器６３で求め、この求めた張力補償値ΔＴを基準張力設定器６４で求めた基準張力に加算して基準張力を補正するようにした。このため、例えば帯状材Ａを高速で通板する場合など、遠心力の影響を無視できずに帯状材Ａのスリップを発生させる懸念がある場合には、帯状材Ａの搬送速度やそのサイズなどに拘わらず帯状材Ａとロール１ａとの間に働く面圧を一定に保つことができるようになり、帯状材Ａのスリップを防止できる。
【００４８】
ここで、請求項３に記載の張力算出手段は図１の張力実績値算出器６１が対応し、基準張力設定手段は基準張力設定器６４が対応し、張力補償値算出手段は張力補償値演算器６３が対応し、基準張力補正手段は加算器６５が対応し、制御手段は加算器６６および張力制御器６７が対応する。
【００４９】
なお、上記のように、この実施の形態の張力制御装置６１では、帯状材Ａに働く遠心力よって生ずるロール１ａと帯状材Ａとの間の面圧の減少分を補償する張力補償値ΔＴを（１５）式により求め、この求めた張力補償値ΔＴを基準張力Ｔに加算してその基準張力Ｔを補正するようにした。しかし、本発明に係る張力制御装置は、帯状材Ａに働く遠心力の増加に応じて基準張力Ｔを増加させるような構成であれば良い。従って、例えば帯状材Ａの板厚ｔ、板幅Ｗなどが固定の場合には、その帯状材Ａの搬送速度Ｖに応じて基準張力を増加させるように構成することができ、この場合にはその制御や構成が簡易となる。
【００５０】
また、上記の説明では、実施の形態の張力制御装置を、鋼板を製造する製造設備の一部に設けたロール１ａを駆動する電動機２に適用した場合について説明した。しかし、本発明かかる張力制御装置は、鋼板を製造する製造設備の他の部分、例えば、帯状材の巻き取り機、帯状材の巻き戻し機、または帯状材に適宜な処理を施すためのブライドルロールなどの各ロールを回転駆動する電動機に適用し、その各ロールに巻き掛けられた帯状材のスリップを防止することができる。
【００５１】
さらに、上記の説明では、実施の形態の張力制御装置を、鋼板を製造する製造設備の一部に適用した場合について説明したが、これに代えて紙などを製造する製造設備の一部に適用することもできる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明では、帯状材に作用する遠心力に応じて前記基準張力を増加するようにしたので、例えば帯状材を高速で通板する場合など、遠心力の影響を無視できずに帯状材のスリップを発生させる懸念がある場合には、帯状材の搬送速度やそのサイズなどに拘わらず帯状材とロールとの間に働く面圧を一定に保つことができるようになり、帯状材のスリップを防止できる。
【００５３】
請求項２および請求項３に係る発明では、帯状材に働く遠心力によって生ずるロールと帯状材との間の面圧の減少分を補償する張力補償値を求め、この求めた張力補償値を基準張力に加算して基準張力を補正するようにしたので、請求項１に係る発明と同様な効果が確実に得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の帯状材の張力制御方法およびその張力制御装置を、鋼板を製造する製造設備に適用した場合の実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図２】静止状態におけるロールに巻き掛けられた帯状材の力の釣り合いを示す図である。
【図３】速度を与えられた状態におけるロールに巻き掛けられた帯状材の力の釣り合いを示す図である。
【図４】従来装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
Ａ  帯状材
１ａ、１ｂ  ロール
２  電動機
４  下位計算機
６  張力制御装置
６１  張力実績値算出器
６２  速度検出器
６３  張力補償値演算器
６４  基準張力設定器
６５、６６  加算器
６７  張力制御器
【図１】
0003678002.tif 000004
【図２】
0003678002.tif 000005
【図３】
0003678002.tif 000006
【図４】
0003678002.tif 000007