(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁制御で速度制御される各電動機によって個別に駆動される複数個のロールの回転により、帯状体を連続して搬送する際に、
上記複数個のロールの回転数を検出し、その検出した回転数を用いて、基準ロールのロール径に対する対象とするロールのロール径の比、又は基準ロールの回転数の逆数に対する対象とするロールの回転数の逆数の比を算出し、その算出した値に応じた界磁ゲインによって、上記対象とするロールに対応する電動機の界磁電流のゲイン調整を行うことを特徴とするロールの駆動制御方法。
【請求項２】
界磁制御で速度制御される各電動機によって個別に駆動される複数個のロールの回転により、帯状体を連続して搬送するロールの駆動制御装置において、
上記複数個のロールに設置されたロール回転数検出器によって検出された各ロールの回転数から、基準ロールのロール径に対する対象とするロールのロール径の比、又は基準ロールの回転数の逆数に対する対象とするロールの回転数の逆数の比を求め、その求めた値に応じた界磁ゲインを算出する界磁ゲイン算出手段と、
上記界磁ゲイン算出手段が求めた界磁ゲインによって、上記対象とするロールに対応する電動機の界磁電流のゲインを調整する界磁ゲイン調整手段と、を備えることを特徴とするロールの駆動制御装置。
【請求項３】
複数個のロールによって帯状体を搬送しつつ当該帯状体に所定の処理を施す帯状体の連続処理設備において、上記帯状体を搬送する複数のロールの駆動制御装置が、上記請求項２に記載したロール駆動制御装置であることを特徴とする帯状体の連続処理設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
共通電源（共通の電機子電圧指令や共通の電流指令値）で、且つ、個々の界磁制御で速度制御される各電動機によって個別に駆動される複数個のロール、例えば複数個のヘルパーロールにより鋼帯等の帯状体を搬送する際の、当該ロールの駆動制御方法及びその装置、並びに帯状体の連続処理設備に係り、特に、複数のロールを１つの速度指令で制御する所謂コモンドライブ制御に有効な、ロールの駆動制御方法及びその装置、並びに帯状体の連続処理設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数のロールによって帯状体を搬送する設備としては、例えば，金属ストリップ処理ラインがあり、そのような設備では、適正な張力を維持しつつ帯状体を搬送するためのヘルパーロールを備える場合がある。
【０００３】
このような設備でロールによる帯状体の搬送の際に、摩耗等によってロールのロール径等が変化した結果、ロール周速度が速度指令や搬送速度と一致しなくなり、帯状体を搬送するヘルパーロールと帯状体との間でスリップが生じた場合には、帯状体に擦り疵が発生したり張力変動が生じて好ましくない。
【０００４】
これを防止するため、従来、界磁電流を制御することで各ロールの回転数を制御して、帯状体の搬送速度と各ロールの周速度を一致させるように調整する方法が採用される場合がある。
この界磁電流を制御して各ロールの速度制御を行う従来方法としては、例えば，特開昭６１−３４１９５号公報に記載された方法がある。
【０００５】
この方法は、スリップが発生した時に、帯状体の搬送速度と同速に各ヘルパーロールを回転させるのに必要な直流電動機の１次界磁電流を演算して、前記スリップ時のヘルパーロールの回転に要した直流電動機の所定界磁電流を前記演算した１次界磁電流に変更し、続けて、前記一次界磁電流を、当該１次界磁電流を変数として演算した所定の２次界磁電流に変更するというものである。すなわち、スリップを検出したときに、直流電動機の界磁電流を１次と２次に分けて調整することで、発生した上記スリップを迅速に収束させようとするものである。
【０００６】
また、ロール円周長さを実測した後、ロール回転数を実測しながら、個々の電動機の界磁電流を手動で変化させて、帯状体の速度指令と各ロールのロール周速度とが一致するように調整する方法が取られる場合もある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特開昭６１−３４１９５号に記載の方法は、概念的な思想を述べているだけであり、界磁電流を演算する具体的な方法（回路構成等）については示唆はなされていない。
【０００８】
また、各ロール毎に、ロール回転数を実測して界磁電流を調整する方法では、界磁電流の調整後，しばらくはスリップの発生を防止できるものの、ロール摩耗やＧＤ2 （はずみ車効果）の経年変化等などによって、帯状体の速度指令とロールの周速度とが一致しなくなり、再びスリップが発生するという問題がある。
【０００９】
また、ロール径の変化等による各界磁電流に掛けるゲイン調整は、従来、スリップが発生したときに手作業で行われており、スリップ発生を未然に防止することは困難である。しかも、ゲイン調整の具体的な指針がなく、従来の駆動制御装置の制御ブロック構成からはゲインの適正な調整量を算出できないのが現状である。つまり、適正なゲイン値の予測は、従来においてはできずにスリップ発生後の処理となり、また、調整者の熟練度に委ねられる。
【００１０】
また、帯状体の搬送速度、つまり、１つの速度指令で複数個のロールの回転を制御するにも関わらず、従来のロールの駆動制御では、ロール相互間が考慮されず、各ロール径の変化に対して各ロール単位に独立してスリップ発生を防止するように界磁電流等を調整するために、制御が煩雑化するおそれがあるといった問題もある。
【００１１】
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、同一の速度指令で複数のロールの回転が制御されていても、ロール径の変化等による帯状体との間のスリップを抑える界磁ゲインを具体的且つ自動的に算出可能な手段を提示することで、ロール径の変化等による帯状体のスリップを未然防止可能なロールの駆動制御方法及びその装置、並びに帯状体の連続処理設備を提供することを課題としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、界磁制御で速度制御される各電動機によって個別に駆動される複数個のロールの回転により、帯状体を連続して搬送する際に、
上記複数個のロールの回転数を検出し、その検出した回転数を用いて、基準ロールのロール径に対する対象とするロールのロール径の比、又は基準ロールの回転数の逆数に対する対象とするロールの回転数の逆数の比を算出し、その算出した値に応じた界磁ゲインによって、上記対象とするロールに対応する電動機の界磁電流のゲイン調整を行うことを特徴とするロールの駆動制御方法を提供するものである。
【００１３】
次に、請求項２に記載した発明は、界磁制御で速度制御される各電動機によって個別に駆動される複数個のロールの回転により、帯状体を連続して搬送するロールの駆動制御装置において、
上記複数個のロールに設置されたロール回転数検出器によって検出された各ロールの回転数から、基準ロールのロール径に対する対象とするロールのロール径の比、又は基準ロールの回転数の逆数に対する対象とするロールの回転数の逆数の比を求め、その求めた値に応じた界磁ゲインを算出する界磁ゲイン算出手段と、
上記界磁ゲイン算出手段が求めた界磁ゲインによって、上記対象とするロールに対応する電動機の界磁電流のゲインを調整する界磁ゲイン調整手段と、を備えることを特徴とするロールの駆動制御装置を提供するものである。
【００１４】
次に、請求項３に記載した発明は、複数個のロールによって帯状体を搬送しつつ当該帯状体に所定の処理を施す帯状体の連続処理設備において、上記帯状体を搬送する複数のロールの駆動制御装置が、上記請求項２に記載したロール駆動制御装置であることを特徴とする帯状体の連続処理設備を提供するものである。
【００１５】
ここで、上記基準ロールは、帯状体を搬送する現実の複数個のロールのうちのどれか一つを基準ロールと設定しても良いし、仮想的なロールを基準ロールとして、そのロール径又は回転数を使用しても良い。
基準ロールを仮想する場合には、適当なロール径のロールを仮想し、又は、帯状体の搬送速度と仮想ロールの周速度が一致してスリップしない回転数を演算して使用すればよい。
【００１６】
本発明は、図１に示す帯状体の連続処理設備の構成例でのロール駆動制御において、スリップ発生前後の挙動についてのシミュレーション及び実験を行い、様々に試行錯誤した結果、スリップ防止及びロール間での張力変動を抑制するための界磁電流のゲイン（界磁ゲイン）Ｇは、ロール摩耗等が発生したロール１のロール径Ｄ1 と、ロール摩耗等が生じていないロール２のロール径Ｄ2 との比から算出できることを見出した。
【００１７】
例えば、図１において、帯状体３の速度指令をＶaim とし、ロール摩耗等が発生した側のロール１のロール回転数をＮ1 とすると、当該ロール１でスリップしない状態であればロール径Ｄ1 は、下記（１）式で表される。
0003903620.tif 000002
また、ロール摩耗等の無い側のロール２の回転数をＮ2 とすると、当該ロール２でスリップしないロール径Ｄ2 は、下記（２）式で表される。
【００１８】
0003903620.tif 000003
したがって、上記ロール径Ｄ1 ，Ｄ2 が両ロール１，２の実際のロール径とした場合に、各ロール１，２の周速度（Ｄ1 ・π・Ｎ1 ，Ｄ2 ・π・Ｎ2 ）を帯状体３の速度指令Ｖaim と一致させて、スリップを防止し張力変動を防止するためには、ロール径が変化したロール１側の界磁電流に比例する要素（後述のＫT ，Ｋｅ）に対して、下記（３）式で求まる界磁ゲインＧを掛けて界磁電流のゲイン調整を行えば良い事を見出した。
【００１９】
0003903620.tif 000004
ここで、本発明の知見は、上述のようにシミュレーション等の結果により得られたものである。
【００２０】
すなわち、一般に、直流電動機の回数数Ｎは、下記式で示される。
Ｎ＝（Ｖ−Ｉ・Ｒ）／Ｋ・φ
ここで、Ｉ：（主回路の）電流、Ｒ：（主回路の）抵抗、Ｖ：（主回路の）電圧、Ｋ：係数（誘起電圧係数）、φ：磁束をそれぞれ表す。
【００２１】
これに対して、本発明は、
Ｎ＝（Ｖ−Ｉ・Ｒ）／Ｋ・φ・Ｇとし、界磁ゲインＧとして、上記ロール径比（又は回転数比）に比例した値を使用したものであり、理論的には、界磁ゲインＧをロール径比（又は回転数比）とすると良い理由は十分には説明できないが、シミュレーション及び実験により帯状体のスリップを有効に防止できることを確認したものである。
【００２２】
また、各ロールのロール径差が比較的に大きくても有効にスリップが防止されることも確認している。
また、上記説明では、基準ロールは摩耗等の無いロールとなるが実際のロールの一つを基準ロールとしても、スリップが発生していない段階から上記界磁ゲインで自動的にゲイン調整を行うことで、基準ロールが摩耗等によりロール径が変化しても問題はないと思われる。このとき、基準ロールのロール径変化で全体のロールでの周速度が変化するおそれがある場合には、別途，これを計算又は実測により補正するか、マスタ速度制御回路による上位からの速度指令に対する補正で対応すればよい。
【００２３】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明に基づくロールの駆動制御装置を備えた帯状体の連続処理設備を示す構成図である。
【００２４】
図１中、符号４は、ブライドルロールであって、鋼帯等の搬送する帯状体３に所定の張力を付与しつつ、目的とする速度に帯状体３の搬送速度を制御するものである。
なお、帯状体３の連続処理としては、圧延処理やメッキ等表面処理等が例示でき、そのような処理部が、例えば，上記ブライドルロール４の下流側に配置される。
【００２５】
また、符号１，２は、それぞれ帯状体３を搬送するヘルパーロールであって、それぞれ別の直流電動機５ａ，５ｂで回転駆動される。
その各直流電動機５ａ，５ｂは、コントローラ６から同一の電圧指令Ｖａが供給されると共に、その回転数Ｎ1 ，Ｎ2 が回転数検出器７ａ，７ｂによって検出される。各回転数検出器７ａ，７ｂは、それぞれ検出した回転数Ｎ1 Ｎ2 に応じた信号をコントローラ６に供給可能となっている。
【００２６】
また、符号８ａ，８ｂは、それぞれ各電動機５ａ，５ｂに対応した界磁電源装置であって、コントローラ６からの指令によって界磁電流が制御され、界磁電流に比例した磁束φが、各電動機５ａ，５ｂの電機子にそれぞれ作用するようになっている。
【００２７】
これらの電動機５ａ，５ｂ、回転数検出器７ａ，７ｂ、及び界磁電源装置８ａ，８ｂを主な構成要素としたロール駆動制御装置は、図２に示す制御ブロック線図によって制御される。
ここで、図２中のハッチング部分が本発明に基づいて設けた、界磁ゲイン算出手段６Ａ及び界磁ゲイン調整手段６Ｂに対応する界磁電流自動演算回路１０の部分であり、その他の部分（ハッチングの無い部分）は、従来と同様な制御回路部分である。なお、電圧指令Ｖａよりも上位のＡＣＲ制御及びＡＳＲ制御部分の制御ブロック図は省略されている。
【００２８】
まず、既存の制御ブロック部分について説明する。
ここで、１のロールを駆動する直流電動機の制御に着目すると、一般に、直流電動機の電機子回路図は、図３に示す構成となっていて、界磁電流Ｉｆが一定であるとすると、誘導電圧Ｅａ〔Ｖ〕は回転数Ｎに比例する。そして、誘起電圧係数をＫｅ〔Ｖ／rpm 〕とすると、
Ｅａ＝Ｋｅ・φ・Ｎ
Ｖａ＝Ｒａ・Ｉａ＋Ｌａ・（ｄＩａ／ｄｔ）＋Ｅａ
となる。
【００２９】
これらの式をラプラス変換してまとめ、変形すると、下記（４）式を得る。
0003903620.tif 000005
また、電動機に発生するトルクτ〔kgf ・ｍ〕は、界磁電流Ｉｆが一定の場合には主回路電流Ｉａに比例する。従って、トルク係数をＫｔ〔kgf ・ｍ／Ａ〕とすると、トルクに関する伝達関数は、下記（５）式となる。
【００３０】
τ（ｓ）＝Ｋｔ・φ・Ｉａ（ｓ）  ・・・（５）
さらに、負荷トルクをτ１〔kgf ・ｍ〕、はずみ車効果をＧＤ2 〔kgf ・ｍ2 〕とすると、運動方程式は、
0003903620.tif 000006
と表され、
これをラプラス変換して変形すると、下記（６）式を得る。
【００３１】
0003903620.tif 000007
上記（４）、（５）、及び（６）式から、各直流電動機５ａ，５ｂのブロック線図を書き表すと、それぞれ図４に示すようになる。
【００３２】
また、各ロールに対応する電動機５ａ，５ｂの制御のブロック線図は、上記図４となるが、同一電源による、いわゆるコモンドライブ制御では、２つのロール１，２を駆動する各電動機５ａ，５ｂに同一の電圧指令Ｖａが供給させることを考慮することで、上記図２における従来部分（ハッチングが無い部分）のブロック線図となる。
【００３３】
このとき、上記負荷トルクτ１は、ロール１，２間の周速度差に応じた帯状体３の張力実績値であるため、ブロック線図上は、両ロール１，２の回転数Ｎ1 ，Ｎ2 を周速度に変換し、その差に帯状体３のヤング率Ｅを掛け積分することで得られる張力実績値が上記負荷トルクτ１としてフィードバックされている。
【００３４】
さらに、本実施形態では、界磁ゲイン算出手段６Ａ及び界磁ゲイン調整手段６Ｂに対応する演算回路１０を備える。
即ち、界磁ゲイン算出手段６Ａの部分では、ロール２を基準ロールとして、供給された同一のストリップ速度指令に対して、各ロール１，２の回転数Ｎ1 ，Ｎ2 で個別に除し、さらにそれぞれ（１／π）を掛けて、実際の各ロール１，２のロール径Ｄ1 ，Ｄ2 を求め、その両ロール１，２のロール径比（Ｄ1 ／Ｄ2 ）つまり、界磁ゲインＧを算出する。
【００３５】
ここで、上記ストリップ速度指令は、例えば，マスタブライドルロール側の制御部から上記コントローラ６に供給されるものである。
また、界磁ゲイン調整手段６Ｂの部分では、上記界磁ゲインＧを、対象とするロール１であるロール１側の界磁電流に比例する磁束φの要素、つまりＫｔ・φ及びＫｅ・φにそれぞれ掛けて界磁電流のゲイン調整を行う。
【００３６】
ここで、本実施形態の上記ブロック線図にあるように、実際のロール径Ｄ1 ′，Ｄ2 ′に基づき張力（負荷トルクτ1 ）が発生するが、このＤ1 ′，Ｄ2 ′は、界磁ゲイン算出手段６Ａの部分で算出した各ロール１，２のロール径Ｄ1 ，Ｄ2 と値は等しくなる。
【００３７】
すなわち、本実施形態では、各ロール１，２のロール径が摩耗等で変化しても、より現実に近いロール１，２間の張力実績値が演算されて負荷トルクτ１としてフィードバックされる。
上記のような制御ブロック線図の制御を備えたロール駆動制御装置及びその装置を備えた帯状体の連続処理設備では、各ロール１，２に摩耗等が生じてそのロール径が変化しても、それに応じて上記演算回路１０で自動的に界磁電流のゲインが適正な値に調整され、この結果、未然にスリップ発生が防止され帯状体３の張力変動が防止される。また、帯状体３とロール１，２との間にスリップが発生したとしても、早期にスリップが抑制される。
【００３８】
ここで、上記実施形態では、界磁ゲイン算出手段６Ａで、ロール径Ｄ1 ，Ｄ2 の比を算出して界磁ゲインＧとしているが、ロール１，２の回転数Ｎ1 ，Ｎ2 の逆数の比を界磁ゲインＧとして求めても良い。
また、上記実施形態は、帯状体３を搬送する複数のロールとして２つロール１，２の場合を例に説明しているが、３個以上のロールであっても同様であり、基準ロールであるロールのロール径に対する各ロールのロール径の比を各界磁ゲインＧとしてそれぞれ算出して、それぞれの界磁電流のゲインを自動調整するように構成すればよい。
【００３９】
図６に３ロールの場合を例示する。この例では、基準ロールはロール３とした。なお、Ｄ3 ，Ｎ3 はそれぞれロール３の径及び回転数，τ2 ，τ3 はそれぞれロール２，３のモータにかかる負荷トルクである。
また、同一電圧指令で複数のロール１，２を駆動制御するものであるが、ロール径比による界磁ゲインＧによって、各ロール１，２を駆動する電動機５ａ，５ｂの界磁電流のゲインを自動調整するので、帯状体３を搬送する複数個のロール１，２の径は、始めから異なる径に設計されていても問題はない。
【００４０】
また、上記実施形態では、基準ロールとして実際のロール２を適用した場合を例に説明しているが、仮想のロールを基準ロールとして、そのロール径（摩耗せずロール径の変化がない）を基準に、又は、その仮想ロールにおける理想の回転数（帯状体３の搬送速度と一致した周速度となる回転数）を基準として、各ロール１，２毎の上記界磁ゲインＧを算出してもよい。仮想ロールのロール径（Ｄ0 とする）を用いた場合の例を、図７（２ロールの場合）、図８（３ロールの場合）に示す。
【００４１】
ここで、本実施形態では、帯状体３の連続処理ラインのヘルパーロール１，２でのスリップ防止のために本発明に基づくロール駆動制御を採用した場合で説明しているが、これに限定されるものではない。熱間圧延処理のランアウトテーブルや熱間，冷間圧延機（エレタイ）における帯状体を搬送するためのロールにおけるスリップ防止のために、本発明に基づくロール駆動制御を適用してもよい。
【００４２】
【実施例】
図５は、上記実施形態のブロック線図（図２）に対応する駆動制御を備えた図１の設備について、ロール１でスリップが発生した後に、界磁ゲイン算出手段６Ａ及び界磁ゲイン調整手段６Ｂによるゲイン調整の制御を開始させたときの、各ロール１，２の周速度及び界磁電流等の変化を示したシミュレーション結果である。
【００４３】
ここで、図５中、（ａ）はストリップ速度指令を、（ｂ）はロール１，２間の張力変動を、（ｃ）はロール１でのロール周速度を、（ｄ）はロール２でのロール周速度を、（ｅ）はロール１側の界磁電流値を、（ｆ）はロール２側の界磁電流値を表す。
【００４４】
なお、このシミュレーションでは、比較的大きくロール１が摩耗してロール径が大きく変化してスリップを起こした場合として、ロール１の径を３６０mmφ、ロール２の径を４００mmφとした。また、本実施例では、Ｄ１，Ｄ2 の初期値にロール径の実測値を用いた。
【００４５】
この図５から分かるように、本発明に基づく界磁電流のゲイン調整の制御を採用すると、スリップ発生後の制御開始点以降、張力変動が短時間で収束されてスリップが解消されている。
さらに、本発明の制御を採用すると、その後（ロール１のロール径が変化したのち）、帯状体３の搬送速度に加減速部や定常部があっても、帯状体３の搬送速度と各ロール１，２の周速度を常に一致させることができる。つまり、張力変動やスリップ発生が未然に防止されることが分かる。
【００４６】
このことは、張力変動やスリップが発生しても短時間で解消し、しかも、張力変動やスリップが発生していないときから本発明の制御を採用することで、帯状体３の搬送速度の加減速等に関係なく、常に張力変動やスリップ発生が抑制されることとなる。
【００４７】
このように、従来のように個々の界磁電流を外部から補正を加えることなく、自動的にロール径の変化に応じて適正な界磁電流にゲイン調整が行われることで、帯状体３の安定した連続的搬送が可能となる。
なお、本実施例では、制御効果を示すため、スリップ発生後の制御開始からの張力変動制御を説明したが、本発明の制御をロール回転当初から用いれば、常に速度指令とロール周速を一致させ、スリップ等の無い安定した操業が継続可能となる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明を採用すると、摩耗等により帯状体を搬送するロールのロール径が変化しても、帯状体を搬送する複数のロールの駆動制御について、スリップ発生を未然に抑制できる最適な界磁電流のゲインに自動調整されるという効果がある。
【００４９】
この結果、ロールのロール径が変化したり帯状体の搬送速度に加減速等があっても、スリップの発生しない安定したロールの速度制御が可能となる。
このことは、上記ロール駆動制御を採用した帯状体の連続処理設備においては、帯状体にスリップ疵を付けることなく安定して当該帯状体の連続搬送が可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る帯状体の連続処理設備におけるロールの駆動制御装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るロールの駆動制御の制御ブロック線図を示す図である。
【図３】一般の電機子の回路図である。
【図４】直流電動機の制御ブロック線図である。
【図５】本実施例に係るシミュレーション結果を示す図であり、（ａ）はストリップ速度指令を、（ｂ）はロール１，２間の張力変動を、（ｃ）はロール１でのロール周速度を、（ｄ）はロール２でのロール周速度を、（ｅ）はロール１側の界磁電流値を、（ｆ）はロール２側の界磁電流値をそれぞれ表す。
【図６】本発明の実施の形態に係るロールの駆動制御の別例の制御ブロック線図を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るロールの駆動制御の別例の制御ブロック線図を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態に係るロールの駆動制御の別例の制御ブロック線図を示す図である。
【符号の説明】
１，２  ヘルパーロール
３      帯状体
４      ブライドルロール
５ａ，５ｂ  電動機
６      コントローラ
６Ａ    界磁ゲイン算出手段
６Ｂ    界磁ゲイン調整手段
７ａ，７ｂ  回転数検出器
８ａ，８ｂ  界磁電源装置
１０    界磁ゲイン自動演算回路
【図１】
0003903620.tif 000008
【図２】
0003903620.tif 000009
【図３】
0003903620.tif 000010
【図４】
0003903620.tif 000011
【図５】
0003903620.tif 000012
【図６】
0003903620.tif 000013
【図７】
0003903620.tif 000014
【図８】
0003903620.tif 000015