(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼帯、紙などの帯状材を製造または処理する設備で、帯状材を巻きかけて通板を行うロールに作用する帯状材の張力をレバー式張力計で計測し、この張力の計測値が目標値に一致するような張力制御を行う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張力が上昇する分を基準張力から差し引いて前記基準張力を補正し、鋼帯の張力制御を行うことを特徴とする帯状材の張力制御方法。
【請求項２】
鋼帯、紙などの帯状材を製造または処理する設備で、帯状材を巻きかけて通板を行うロールに作用する帯状材の張力をレバー式張力計で計測し、この張力の計測値が目標値に一致するような張力制御を行う張力制御装置であって、
前記帯状材のユニット張力と板幅と板厚を入力値として取り込む入力手段21と、
該入力手段21の入力値から基準張力11b を演算する基準張力演算手段６と、
帯状材の通板速度12と前記入力手段21の入力値とから帯状材のロールでの遠心力に起因する補正量である張力補正値10a を演算する張力補正演算手段８と、
前記基準張力演算手段６で演算された基準張力11b から張力補正演算手段８で演算された張力補正値11a を差し引いて前記基準張力を補正し、その補正値と張力計から求めた張力実績10b との偏差に基づいて張力を制御する張力制御器７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、帯状材に作用する張力の制御方法と装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ロールに巻きかけられた鋼帯などの帯状材の張力を検出する周知の手段として、例えば、図２に示すレバー式張力計がある。
このレバー式張力計５は、帯状材２を巻きかけられたロール１の軸受部15が固定されたレバー３を介し、指示軸100 の中心廻りのモーメントの釣り合いの関係からロードセル４にかかる荷重を計測し、図示しない演算手段によって帯状材の張力を算出するものである。
【０００３】
そして、算出した張力値が目標値となるように、すなわち算出した張力と目標張力との偏差を０とするような制御が行われる。図３に、目標値を基準張力Ｔとする従来の張力制御系の制御ブロック図を示す。
図３に示す従来の制御系は、通板する帯状材のユニット張力と板幅と板厚を上位計算機20から入力値として取り込む入力手段21と、該入力手段21の入力値から基準張力を演算する基準張力演算手段６と、張力指令値10c に基づき実際に張力を制御する張力制御器７とからなる帯状材の張力制御装置において、基準張力演算手段６で演算された基準張力として出力される張力設定値10a とレバー式張力計５で算出された張力実績10b との偏差を前記の張力指令値10c として張力制御器７に与える。張力制御器７は、その張力指令値10c を０とするように図示しない駆動装置を制御して帯状材の実際の張力制御を行うのである。ここで、張力制御器７には、比例積分（ＰＩ）の制御器などが用いられる。
【０００４】
ロールに巻きかけられた帯状材に作用する基準張力Ｔは、帯状材に作用させる目標値であるユニット張力Ｕ（単位面積当たりの張力）、帯状材の板幅Ｗ、板厚ｔから、
Ｔ＝Ｗ・ｔ・Ｕ                                …（１）
で与えられ、基準張力演算手段６で演算される。
【０００５】
この基準張力演算手段６で演算された基準張力Ｔが、そのまま張力設定値10a として出力される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ロールに巻きついた帯状材が静止している状態では、レバー式張力計で検出される張力は帯状材とロールとの間に作用する面圧に比例する。
この静止状態から帯状材に速度を与えると、ロールに巻きついた部分の帯状材には、帯状材の質量による遠心力が作用する。この遠心力は帯状材の張力を上昇させる方向に働くので、検出張力を静止時の面圧、即ち静止時の張力に制御した場合でも帯状材に作用する張力は上昇していることになる。
【０００７】
帯状材を高速で通板する場合などではこの影響を無視することはできず、例えば、帯状材に板の絞りを発生させる場合がある。
このように遠心力の影響が無視できない場合には、目標値である基準張力からあらかじめ遠心力分を引き去っておくことが必要である。そして、実際に帯状材に作用する張力を目標値にするのである。
【０００８】
本発明は、このような遠心力による帯状材への影響を抑えることを可能とした張力制御方法と装置を提供することを目的とする。
【０００９】
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で、帯状材を巻きかけて通板を行うロールに作用する帯状材の張力をレバー式張力計で計測し、この張力の計測値が目標値に一致するような張力制御を行う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張力が上昇する分を基準張力から差し引いて前記基準張力を補正し、鋼帯の張力制御を行うことを特徴とする帯状材の張力制御方法によって上記課題を解決したのである。
【００１０】
そして、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で、帯状材を巻きかけて通板を行うロールに作用する帯状材の張力をレバー式張力計で計測し、この張力の計測値が目標値に一致するような張力制御を行う張力制御装置であって、
前記帯状材のユニット張力と板幅と板厚を入力値として取り込む入力手段21と、
該入力手段21の入力値から基準張力11b を演算する基準張力演算手段６と、
帯状材の通板速度12と前記入力手段21の入力値とから帯状材のロールでの遠心力に起因する補正量である張力補正値10a を演算する張力補正演算手段８と、
前記基準張力演算手段６で演算された基準張力11b から張力補正演算手段８で演算された張力補正値11a を差し引いて前記基準張力を補正し、その補正値と張力計から求めた張力実績10b との偏差に基づいて張力を制御する張力制御器７とを備えたことによって上記課題を解決したのである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴である張力補正の考え方について説明する。
まず、静止状態における張力の釣り合いの式を考える。図４に示すようにロールに巻きかけられた帯状材２に対し張力Ｔ1[Ｎ] が与えられているとする。
この時、張力計で検出される張力値もＴ1[Ｎ] となる。ここで、ロールに巻きついた帯状材の微小部分ａに着目すると、
dＮ＝２×Ｔ1sin(dθ/ ２)                             …（２）
dＮ：微小部分ａに作用する抗力 [Ｎ]
dθ：微小部分ａのロールに巻き付いている角度 [rad]
である。
【００１２】
dθは微小であるから、(1) 式によって、
dＮ＝Ｔ1 ・ dθ                                      …（３）
と近似できる。
また、微小部分ａとロールと接触している面積 dＳ[m2]は
dＳ＝Ｒ dθ・Ｗ                                      …（４）
Ｒ：ロールの半径  [m]
Ｗ：帯状材の幅    [m]
であるから、面圧をＰ [Ｎ/m2]とすると
0003680549.tif 000002
となる。したがって帯状材の張力Ｔ1 は（３）、（５）式から
Ｔ1 ＝Ｐ・Ｒ・Ｗ                                  …（６）
で求められる。
【００１３】
次に、図５に示すように、帯状材が速度Ｖ[m/sec] で通板されている場合を考える。微小部分ａに作用する遠心力をd Ｆ[ Ｎ] とすると、
0003680549.tif 000003
ρ：帯状材密度 [kg/m3]
で求められる。ここで、やはり dθは微少であるから、（３）式を参考にして、   dＮ＋ dＦ≒Ｔ2 ・ dθ                              …（８）
が成立する。
【００１４】
よって、（５）、（７）、（８）式から
Ｐ・Ｒ dθ・Ｗ＋Ｗ・ｔ・ρ・Ｖ2 ・ dθ≒Ｔ2 ・ dθ    …（９）
すなわち、
Ｔ2 ＝Ｐ・Ｒ・Ｗ＋  Ｗ・ｔ・ρ・Ｖ2                   …（10）
となる。
【００１５】
（６）、（10）式から、速度Ｖで通板される遠心力に起因する帯状材張力の静止状態からの上昇量ΔＴ [Ｎ] は、
0003680549.tif 000004
であることが分かる。
【００１６】
したがって、帯状材に実際に作用するユニット張力をもちいて（１）式で目標値として基準張力Ｔを求め、その基準張力Ｔから（11）式の補正値ΔＴを引いた値（すなわち、Ｔ−ΔＴ）を補正した張力設定値Ｔref とし、レバー式張力計で検出した張力実績Ｔfbとの差Ｔref −Ｔfbを張力指令値として張力制御器に入力して制御するのである。
【００１７】
図１に、本発明を適用した張力制御系の制御ブロック図を示す。図中、図３と同一の符号を付したものはそれぞれ同一の要素を示し、説明を省略する。
そして、図１は、図３に示した従来の構成要素に、張力補正演算手段８を付加した構成となっており、基準張力演算手段６で演算された基準張力10b から、張力補正演算手段８で演算された張力補正値11a を減算し、張力設定値11a を補正することが特徴である。
【００１８】
処理とは、焼鈍処理、メッキ処理、酸洗、被覆等の表面処理などである。
【００１９】
【実施例】
本発明を、帯状材である鋼板を製造する設備における張力制御に適用した。
張力制御系の制御ブロック図としては、図１を適用している。
帯状材である鋼板の板幅Ｗ、板厚ｔ、ユニット張力Ｕはあらかじめ上位計算機20から張力制御機能を有する下位計算機に送られる。それらの入力値は、下位計算機の入力手段21に取り込まれる。
【００２０】
そして、ここでは説明を省略するが、板サイズ変更点があらかじめ定められた位置を通過した時点でデータを切り換えられるように、板サイズ変更点をトラッキングする機能も合わせ有している。
また、ここでは図示しないが、速度Ｖを検出する手段として張力計の設置されているロールと同一の周速で回るようにしたロールに速度検出器を設置し、速度を検出している。ただし、この速度検出は電動機速度制御用の速度検出器の信号を用いるようにしても良い。
【００２１】
本発明の実施例として、演算例を下記に示す。
通板する帯状材の諸元を下記のとおりとした。
密度  ：  7850  [kg/m3] （鋼板）
板幅  ：  1300  [mm]
板厚  ：  0.32  [mm]
ユニット張力  ：  Ｕ＝２kgf/mm2 
ライン速度  ：  940 [m/min]
このとき、（11）式から、
0003680549.tif 000005
である。
【００２２】
また、基準張力Ｔは、
Ｔ＝1300×0.32×２＝832 kgf
となる。
ここで、鋼板の断面積は、1300×0.32＝416mm2であることから、
81.7／416 ＝0.20kgf/mm2 であり、ΔＴはユニット張力換算では、約0.20[kgf/mm2] となる。
【００２３】
以上のことから、張力設定値Ｔref は、
Ｔref ＝Ｔ−ΔＴ＝832 −81.7＝750.3  [kgf]
である。
つまり、レバー式張力計で検出した張力実績Ｔfbが張力設定値Ｔref ＝750.3[kgf]に一致するように制御される。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によって、例えば帯状材を高速で通板する際の遠心力の影響が無視できない場合においても、帯状材に作用する張力設定値の補正を正確に行うことができるようになり、ライン速度や帯状材のサイズにかかわらず帯状材の張力制御が可能となり、帯状材の絞りの発生を皆無にすることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した張力制御系の制御ブロック図である。
【図２】ロールにかかる張力を測定するレバー式張力計の説明図である。
【図３】従来の張力制御系の制御ブロック図である。
【図４】ロールに巻きかけられた帯状材が停止しているときの基準張力を計算する原理図である。
【図５】帯状材が速度Ｖで通板されているときの本発明の張力補正の原理図である。
【符号の説明】
１    ロール
２    帯状材
３    レバー
４    ロードセル
５    レバー式張力計
６    基準張力演算手段
７    張力制御器
８    張力補正演算手段
10a   張力設定値（Ｔref ）
10b   張力実績（Ｔfb)
10c   張力指令値
11a   張力補正値
12    通板速度（Ｖ）
20    上位計算機
21    入力手段
【図１】
0003680549.tif 000006
【図２】
0003680549.tif 000007
【図３】
0003680549.tif 000008
【図４】
0003680549.tif 000009
【図５】
0003680549.tif 000010