(57)【要約】【課題】アンコイラとコイラ間に圧延機を配設し、アンコイラで巻き戻した帯状材に所定の張力を付与しつつコイラで巻取りながら圧延を行う冷間圧延機の張力制御方法および装置に関する。【解決手段】前記張力の実績値を入力として行うＡＴＲ制御に基づいて前記コイラを駆動する電動機のＡＣＲ／ＡＳＲ制御を行うに際し、該ＡＣＲ／ＡＳＲ制御の切換えを行う制御切換器を設け、常時はＡＣＲ制御を行い、所定の制御タイミングにおいてＡＳＲ制御に切換える。【選択図】　　　　図１
2004058079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンコイラとコイラ間に圧延機を配設し、アンコイラで巻き戻した帯状材に所定の張力を付与しつつコイラで巻取りながら圧延を行う冷間圧延機の張力制御方法であって、
前記張力の実績値を入力として行うＡＴＲ制御に基づいて前記コイラを駆動する電動機のＡＣＲ／ＡＳＲ制御を行うに際し、
該ＡＣＲ／ＡＳＲ制御の切換えを行う制御切換器を設け、
常時はＡＣＲ制御を行い、所定の制御タイミングにおいてＡＳＲ制御に切換えることを特徴とする冷間圧延機の張力制御方法。
【請求項２】
前記の所定の制御タイミングを、ＰＷＭパルス演算器においてダイポーラとユニポーラを切換えるタイミング、および／または、すべり周波数演算器においてすべり周波数制御を開始あるいは停止するタイミングとすることを特徴とする請求項１に記載の冷間圧延機の張力制御方法。
【請求項３】
前記の所定の制御タイミングにおいてＡＣＲ／ＡＳＲ制御を切換えるに際し、一方の制御の寄与分を１から０に連続的に変化させるとともに、他方の制御の寄与分を相補的に０から１に変化させ、制御切換器出力を変動させることなく切換えるようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の冷間圧延機の張力制御方法。
【請求項４】
アンコイラとコイラ間に圧延機を配設し、アンコイラで巻き戻した帯状材に所定の張力を付与しつつコイラで巻取りながら圧延を行う冷間圧延機の張力制御装置であって、
前記張力の実績値を入力としてＡＴＲ制御を行うＡＴＲ制御部と、
該ＡＴＲ制御部の出力に基づいて前記コイラを駆動する電動機のＡＣＲ／ＡＳＲ制御を行うＡＣＲ／ＡＳＲ制御部と、
該ＡＣＲ／ＡＳＲ制御部のＡＣＲ制御とＡＳＲ制御の切換えを行う制御切換器と、
を有してなり、
当該制御切換器において、常時はＡＣＲ制御を行い、所定の制御タイミングにおいてＡＳＲ制御に切換えるようにしてなることを特徴とする冷間圧延機の張力制御装置。
【請求項５】
前記の所定の制御タイミングを、ＰＷＭパルス演算器においてダイポーラとユニポーラを切換えるタイミング、および／または、すべり周波数演算器においてすべり周波数制御を開始あるいは停止するタイミングとしてなることを特徴とする請求項４に記載の冷間圧延機の張力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アンコイラとコイラ間に圧延機を配設し、アンコイラで巻き戻した帯状材に所定の張力を付与しつつコイラで巻取りながら圧延を行う冷間圧延機の張力制御方法および装置に関し、コイラ駆動用の電動機を交流可変速制御する電動機制御システム内部で生じる張力制御不良を解消するものである。
【０００２】
【従来の技術】
まず、図３に基づいて冷間圧延機ラインの構成を説明する。
ステンレス冷延鋼板等の帯状材２は、コイラ／アンコイラ３ａ、３ｂ間で所定の張力を印加されて圧延機１で圧延される。ここで、帯状材２は往復圧延され、所定の板厚とされる。なお、ここでは、圧延機１としてゼンジミアミルを例示するが、圧延機をこれに限定するものでないことは言うまでもない。
【０００３】
張力制御は、コイラ／アンコイラ３ａ、３ｂを駆動する電動機１１を制御する電動機制御システム１０の内部処理として行われており、帯状材２に印加される張力がＡＴＲ制御部１５に張力計４ａあるいは４ｂで検出し、その検出した張力実績をＡＴＲ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｔｅｎｓｉｏｎ　Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ　）制御部１５に取り込んで制御が行われる。なお、この張力制御のことをＡＴＲ制御ともよぶものとする。
【０００４】
次に、このＡＴＲ制御の制御出力は、ＡＣＲ／ＡＳＲ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ　／Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｓｐｅｅｄ　Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ　）制御部１４に入力され、インバータ１２を介して電動機１１の制御が行われる。なお、電動機１１の制御では、このように通常、電流制御、すなわち、ＡＣＲ制御と、速度制御、すなわち、ＡＳＲ制御を併用して適用するように構成される。
【０００５】
ここで、ＡＣＲ制御では、電動機１１に付与する電流を電流検出器２７で検出しＡＣＲ／ＡＳＲ制御部１４にフィードバック入力する。一方、ＡＳＲ制御では、電動機１１の回転をＳ／Ｅ（Ｓｉｎｅ　Ｅｎｃｏｄｅｒ）１７で検出してその回転数を速度としてＡＣＲ／ＡＳＲ制御部１４にフィードバック入力する。
そのため、一般にＡＣＲ制御が高速応答可能であるのに対し、ＡＳＲ制御の応答性は必然的に遅くなり、一般的には、ＡＳＲ制御の応答性はＡＣＲ制御の応答性よりも１桁程度遅いと言われている。
【０００６】
このことから、電動機１１の制御には、通常ＡＣＲ制御が適用され、ＡＳＲ制御はミルの手動介入等の際に限定的に適用されるのが通常である。
図６に、従来の電動機制御システム１０の詳細な制御ブロックを示す。以下、図６のうち、本願発明に直接関係する部分を中心に説明する。
ところで、図６は、ベクトル制御を採用した交流電動機制御を示す図である。ベクトル制御とは、交流電動機を直流電動機のように制御しようとするものであり、電動機電流をトルク電流成分と励磁電流成分に分けて制御するものである。こうすることで電動機の速度（回転）制御、トルク制御などの制御特性を著しく向上できると言われている（例えば、特開２０００−１５２７００　号公報等参照）。
【０００７】
図６において、上位ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　）２０では、図３に示す張力測定装置４ａ、４ｂからの張力実績が入力され、内部でＡＴＲ制御が実行される。そして、そのＡＴＲ制御に基づきＡＣＲ／ＡＳＲ制御部１２によりＡＳＲ制御用の速度指令ωｒ０とＡＣＲ制御用の電流指令Ｉｑ０が出力される。
ＡＳＲ制御用の速度指令ωｒ０は、主にオペレータのインチング処理等の手動介入用に用いられる速度調節器２１を介して、また、ＡＣＲ制御用の電流指令Ｉｑ０は直接に、トルク電流調節器２２に対して出力される。そして、トルク電流調節器２２の出力Ｖｑ　が座標変換器２５で変換処理されてＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）パルス演算器２６に取り込まれ、インバータ１２の制御が行われることになる。
【０００８】
なお、電動機１１の回転数を検出するＳ／Ｅ１７の信号がＡＳＲ制御用の速度指令ωｒ０にフィードバックして入力され、また一方では、電動機１１に印加する各相の電流が電流検出器２７で検出されて座標変換器２８を介してＡＣＲ制御用の電流指令Ｉｑ０にフィードバックされている。
ＰＷＭパルス演算器２６は、交流電圧（変調波）と三角波（搬送波）の振幅を比較することで、交流電圧を一定電圧のパルス状電圧波形に変換し、そのパルス数、パルス間隔、パルス幅を制御することで、任意の振幅と周波数をもつ交流電圧波形と等価な電圧波形を発生させて電動機制御を行うものである。
【０００９】
ＰＷＭパルス演算器２６では、交流電圧指令の振幅が小さい、すなわち、圧延速度が遅い場合にはダイポーラ方式ＰＷＭを適用して出力するパルス幅が狭くなりすぎないようにする一方で、交流電圧指令の振幅が所定値以上ではユニポーラ方式ＰＷＭに自動的に切換えることでその動作レンジの拡大を実現している。
また、すべり周波数演算器２９は、電動機１１の回転子にかかる負荷の増大に応じて回転子速度が同期速度よりも遅れることによる「すべり周波数」を補正するものである。そして、電動機始動後の所定の低速状態のときにすべり周波数演算を開始してすべり周波数制御を開始し、電動機停止前の所定の低速状態のときにすべり周波数制御を停止させる処理を行っている。
【００１０】
従来は、以上で説明したベクトル制御による交流電動機を用いてコイラの巻取り制御を行うことで冷間圧延機の張力制御を行い、圧延機で圧延する帯状材の張力が一定となるように制御し、張力変動にともなう圧延状態の変動を回避し、ひいては板厚変動を回避して一定厚となるように制御できるとしていた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実際に帯状材の圧延を行うと、図４（ａ）に示すように、張力実績チャート（時間に対する変動）のＡ部個所とＢ部個所に張力変動が現れ、その結果、圧延後の板厚チャートにおいても対応する個所に板厚偏差が生じることが明らかとなった。これらの板厚変動は、一般的な板厚変動許容差内である±５μｍ内には収まっているものの、近年厳しさを増してきている許容差範囲（例えば、±３μｍ以内、あるいは、更に厳しい場合もある）には対応できない場合も発生し、大きな問題となる。
【００１２】
本発明は、このようなＡ部個所とＢ部個所に現れているような張力変動を解消し、ひいては板厚変動を解消して帯状材の板厚品質の更なる向上を達成することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記のＡ部個所、Ｂ部個所に発生する張力変動について鋭意調査研究を行い、それらの張力変動が特定の制御タイミングにおいて発生するものであることを見出した。すなわち、Ａ部箇所での張力変動は、すべり周波数演算器でのすべり周波数制御開始時とすべり周波数制御停止時に発生していることを解明した。また、Ｂ部箇所での張力変動は、ＰＷＭパルス演算器でのダイポーラ方式とユニポーラ方式の切換時に発生していることを解明した。
【００１４】
以上の知見を踏まえ、本発明は、下記の各項記載の冷間圧延機の張力制御方法および装置とすることで上記課題を解決したのである。
▲１▼　アンコイラとコイラ間に圧延機を配設し、アンコイラで巻き戻した帯状材に所定の張力を付与しつつコイラで巻取りながら圧延を行う冷間圧延機の張力制御方法であって、前記張力の実績値を入力として行うＡＴＲ制御に基づいて前記コイラを駆動する電動機のＡＣＲ／ＡＳＲ制御を行うに際し、該ＡＣＲ／ＡＳＲ制御の切換えを行う制御切換器を設け、常時はＡＣＲ制御を行い、所定の制御タイミングにおいてＡＳＲ制御に切換えることを特徴とする冷間圧延機の張力制御方法。
▲２▼　前記の所定の制御タイミングを、ＰＷＭパルス演算器においてダイポーラとユニポーラを切換えるタイミング、および／または、すべり周波数演算器においてすべり周波数制御を開始あるいは停止するタイミングとすることを特徴とする上記▲１▼に記載の冷間圧延機の張力制御方法。
▲３▼　前記の所定の制御タイミングにおいてＡＣＲ／ＡＳＲ制御を切換えるに際し、一方の制御の寄与分を１から０に連続的に変化させるとともに、他方の制御の寄与分を相補的に０から１に変化させ、制御切換器出力を変動させることなく切換えるようにしたことを特徴とする上記▲１▼または▲２▼に記載の冷間圧延機の張力制御方法。
▲４▼　アンコイラとコイラ間に圧延機を配設し、アンコイラで巻き戻した帯状材に所定の張力を付与しつつコイラで巻取りながら圧延を行う冷間圧延機の張力制御装置であって、前記張力の実績値を入力としてＡＴＲ制御を行うＡＴＲ制御部と、該ＡＴＲ制御部の出力に基づいて前記コイラを駆動する電動機のＡＣＲ／ＡＳＲ制御を行うＡＣＲ／ＡＳＲ制御部と、該ＡＣＲ／ＡＳＲ制御部のＡＣＲ制御とＡＳＲ制御の切換えを行う制御切換器と、を有してなり、当該制御切換器において、常時はＡＣＲ制御を行い、所定の制御タイミングにおいてＡＳＲ制御に切換えるようにしてなることを特徴とする冷間圧延機の張力制御装置。
▲５▼　前記の所定の制御タイミングを、ＰＷＭパルス演算器においてダイポーラとユニポーラを切換えるタイミング、および／または、すべり周波数演算器においてすべり周波数制御を開始あるいは停止するタイミングとしてなることを特徴とする上記▲４▼に記載の冷間圧延機の張力制御装置。
【００１５】
【発明の実施の形態】
まず、図４（ａ）に示すＡ部個所とＢ部個所において発生している張力変動について更に詳細に説明する。
Ａ部個所において発生している張力変動は、圧延開始後のまだ圧延速度が上昇する前の低速時に、あるいは、圧延終了後の圧延速度が低下した後の低速時に発生することを特徴としており、本発明者らは、これがすべり周波数制御の開始と終了時に対応して発生していることを解明した。すなわち、すべり周波数制御を開始あるいは終了するタイミングで生じる電流制御の一瞬の不連続を電流検出器２７が検出し、その電流値のフィードバックによって張力変動が発生し、Ａ部個所に対応する板厚変動が発生するものである。
【００１６】
また、本発明者らは、Ｂ部個所において発生している張力変動を解析し、それらの変動が、圧延速度が増加、あるいは、漸減する際のＰＷＭパルス演算器２６におけるダイポーラ方式ＰＷＭとユニポーラ方式ＰＷＭの切換えによって発生することを見出した。そして、その切換えに伴う制御の不連続を電流検出器２７が検出し、そのフィードバックによって発生していることを解明した。
【００１７】
すなわち、これらの張力変動は、いずれもＡＣＲ制御の高応答性に起因して発生することを特徴としている。
本発明者らは、このような制御方式の変更時における一瞬の不連続を検出して過度に制御を行わないようにするには、敢えて応答性の低いＡＳＲ制御を適用すれば良いことに想到し、本発明に至ったのである。
【００１８】
そして、本発明者らは、図１に示すように、ＡＣＲ制御とＡＳＲ制御の切換えを行う制御切換器３１を設け、図２に基づく制御フローを採用することで、本発明の冷間圧延機の張力制御方法および装置の実現に成功した。なお、図１においては、図６で既に説明した各機能ブロックと同一の機能ブロックには同一の番号を付している。
【００１９】
図２のフローチャートでは、ＰＷＭパルス演算器２６におけるダイポーラ方式ＰＷＭとユニポーラ方式ＰＷＭの切換えを例示して本発明の説明を行っている。但し、本発明の方式が、すべり周波数演算器２９のように、制御の切換等によって不連続が発生する他の制御機器に対しても広く適用できるものであることは言うまでもない。
【００２０】
ところで、本発明においては、電動機制御システムにおいて、制御モードの切換などにより出力に不連続が生じる可能性のあるすべての制御機器をあらかじめ把握しておくことが必要となる。そして、そのモード切換タイミングを既知として、図２に示すフローチャートに基づく制御を実施する。
図２において、モード切換タイミングとなった時点（１００　）で、圧延速度すなわち、電動機回転数を一時的にホールドし（１１０　）、圧延速度を定速とする。こうすることで、切換え処理に速度変動の要因を取り入れる必要がなく、切換処理をスムーズに、かつ、容易に行うことが可能となる。
【００２１】
そして、「ＡＣＲ制御⇒ＡＳＲ制御」の切換処理を行う（１２０　）。この切換処理においては、図５に示すように、一方の制御（ここではＡＣＲ制御）の寄与分、を１から０に連続的に変化させるとともに、他方の制御（ここではＡＳＲ制御）の寄与分を相補的に０から１に変化させ、制御切換器出力を変動させることなく一定のままとして切換えることを好適とする。こうすることで、制御切換に起因する無用の張力変動を回避でき、制御を更に安定化することができる。
【００２２】
そして、切換完の時点（１３０　）で、スイッチングモードの切換を行ってＡＳＲ制御の下で、例えば、「ユニポーラ⇔ダイポーラ」を切換えた（１４０　）後、今度は、「ＡＳＲ制御⇒ＡＣＲ制御」の切換処理を行う（１５０　）。ここでも、前述のように図５に示す方式を用いて切換えることを好適とする。最後に、切換完（１６０　）で、ホールドしていた圧延速度制御を再開する（１７０　）。
【００２３】
こうすることで、張力変動の原因となる制御の不連続が発生する際には、応答速度の遅いＡＳＲ制御が行われることになり、張力変動を引き起こすこともなく、過大な板厚偏差が生じることもなくなるのである。
【００２４】
【実施例】
図６に示すベクトル制御を適用した従来の電動機制御システムを採用し、冷間圧延機（ゼンジミアミル）での張力制御を行った。従来は、図４（ａ）に示すように、張力実績にＡ部とＢ部に示す張力変動が認められ、帯状材の対応位置に±３μｍ程度の板厚偏差が発生していた。
【００２５】
そこで、図１に示すように、電動機制御システムに制御切換器を付加し、図２に示す本発明の制御フローに基づく制御を実施した。ここで、モード切換タイミングは、上記のＡ部とＢ部に対応するすべり周波数演算器とＰＷＭパルス演算器における切換タイミングとしている。
その結果、図４（ｂ）に示すように、Ａ部、Ｂ部相当位置での張力変動も解消することができ、帯状材の全長に渡って±１μｍ程度の板厚偏差を実現することができた。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によって、従来問題となっていた張力変動を解消し、帯状材の板厚偏差の変動を低減し、その板厚品質向上を実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した電動機制御システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の冷間圧延機の張力制御方法を示すフローチャートである。
【図３】冷間圧延機ラインの模式的な構成図である。
【図４】冷間圧延機での圧延速度、張力実績、板厚偏差を比較する従来例（ａ）と本発明例（ｂ）のチャートグラフである。
【図５】本発明での電流制御と速度制御の切換について説明するグラフである。
【図６】従来の電動機制御システムの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１　　　　圧延機（ゼンジミアミル）
２　　　　帯状材（冷延板）
３ａ、３ｂ　　　　コイラ／アンコイラ
４ａ、４ｂ　　　　張力測定装置
１０　　　　電動機制御システム
１１　　電動機
１２　　インバータ
１３　　コンバータ
１４　ＡＣＲ／ＡＳＲ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ　／Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｓｐｅｅｄ　Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ　）制御部
１５　　ＡＴＲ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｔｅｎｓｉｏｎ　Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ　）制御部
１７　　Ｓ／Ｅ（Ｓｉｎｅ　Ｅｎｃｏｄｅｒ）
２０　　上位ＰＬＣ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｌｏｇｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　）
２１　　速度調節器
２２　　トルク電流調節器
２３　　励磁電流設定器
２４　　励磁電流調節器
２５　　座標変換器
２６　　ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）パルス演算器
２７　　電流検出器
２８　　座標変換器
２９　　すべり周波数演算器
３０　　正弦波発信器
３１　　制御切換器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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