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KR20020050848A - 루퍼각도를 이용한 압연속도 제어장치 및 그 제어방법 - Google Patents

루퍼각도를 이용한 압연속도 제어장치 및 그 제어방법 Download PDF

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KR20020050848A
KR20020050848A KR1020000080032A KR20000080032A KR20020050848A KR 20020050848 A KR20020050848 A KR 20020050848A KR 1020000080032 A KR1020000080032 A KR 1020000080032A KR 20000080032 A KR20000080032 A KR 20000080032A KR 20020050848 A KR20020050848 A KR 20020050848A
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looper angle
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박철재
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이구택
주식회사 포스코
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

본 발명은 압연강판을 압연하는 다수 개의 스탠드들이 모여진 압연기에 있어 전후단 스탠드의 사이에 위치한 루퍼의 각도가 높게 되면 전단 스탠드의 압연속도를 제어하여 루퍼각도를 제어하는 루퍼각도를 이용한 압연속도제어장치 및 그 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에 따르면, 다수 개의 스탠드를 포함하는 압연기에서 전후단 스탠드(i, i+1)의 사이에 루퍼가 급속하게 상승하게 되었을 때에 루퍼각도를 측정하여 압연속도를 연산 제어하는 압연속도 제어장치에 있어서, 상기 전후단 스탠드(i, i+1)에 설치되어 있는 로드셀로부터 입력받은 압연강판의 진입신호와, 실측된 루퍼각도정보 및, 압연조건정보를 연산하는 SCC(Supervisory Control Computer)로부터 목표하는 압연조건 정보를 입력받는 데이터 수집부와, 실측 루퍼각도(θ)와 압연조건 정보 중에서 목표 루퍼각도(θref)와의 차이를 구하는 각도 비교기와, 상기 실측 루퍼각도(θ)와 목포 루퍼각도(θref)의 차이로부터 속도보상 가중게인(α)을 연산하는 가중게인연산부를 포함하며, 상기 가중게인연산부로부터 연산된 가중게인(α)을 이용하여 전단 스탠드(i)의 압연속도를 제어하는 루퍼각도를 이용한 압연속도 제어장치가 제공된다.

Description

루퍼각도를 이용한 압연속도 제어장치 및 그 제어방법{Rolling speed control apparatus using the degrees of looper and its control method}
본 발명은 루퍼의 각도를 측정하여 압연속도를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이며, 특히, 루퍼의 각도가 한계각도 이상 초과하였을 때에 이를 연산하여 전단 스탠드의 압연속도를 제어함으로써, 루퍼각도를 제어하는 루퍼각도를 이용한 압연속도 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
제철소에는 소비자가 원하거나, 다음 공정에 적합한 두께의 강판을 제작하기 위해 열연강판을 다수 개의 압연스탠드에 통과시킴으로써, 목표 두께의 강판으로 압연한다.
도 1은 종래 기술에 따른 루퍼각도를 이용한 압연속도 제어장치의 신호흐름도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전단 스탠드(i)와 후단 스탠드(i+1) 사이에는 루퍼(10)가 설치되어 있다. 한 압연강판(3)이 전단 스탠드(i)와 후단 스탠드(i+1)의 작업롤(1)에 물려 있는 상태에서 루퍼(10)가 작동하여 압연강판(3)에 가해지는 장력을 제어한다.
이런 루퍼(10)는 전후단 스탠드(i, i+1)의 사이에 위치한 압연강판(3)의 하면에 위치하여 압연강판(3)을 상부방향으로 밀어올리는 루퍼 롤(11)과, 루퍼 롤(11)에 연결되어 루퍼 롤(11)을 상하방향으로 선회하는 루퍼 암(13) 및, 이런 루퍼 암(13)을 선회하기 위해 구동하는 루퍼 구동모터(15)를 포함하며, 루퍼 암(13)의 선회각도를 측정하기 위한 높이제어기(20)가 설치되어 목표 루퍼각도와 실측 루퍼각도의 오차를 줄일 수 있도록 전단 스탠드(i)의 작업롤(1)을 구동시키는 메인모터(7i)의 회전속도를 피드백(feedback)제어한다. 또한, 루퍼(10)의 제어는 먼저, 높이제어기(20)에서 루퍼각도(θ)를 검출하고, 루퍼 암(13)을 선회시키는 루퍼 구동모터(15)로 피드백하여 상기 검출된 루퍼각도(θ)가 목표 각도가 되도록 조절한다.
이 때, 루퍼 구동모터(15)에 인가되는 전류는 압연강판(3)이 후단 스탠드(i+1)에 진입되고 0.1초 후에 공급된다. 이는 후단 스탠드(i+1)의 로드셀(5)로부터 출력된 신호에 의해 전류가 공급되기 때문이며, 루퍼 구동모터(15)가 작동한 시각부터 약 0.6초 후에 루퍼(10)의 높이제어기(PI 제어기)(20)의 출력에 따라서 루퍼(10)의 장력제어가 시작된다. 한편, 루퍼(10)가 작동한 시각부터 약 0.2~0.3초 후에 루퍼 롤(11)이 압연강판(3)의 하면과 접하게 되나, 루퍼 롤(11)과 압연강판(3)이 접하는 이 시점에서는 루퍼 제어가 되지 않는 상태이고, 목표 루퍼각도까지 상승하기 위한 루퍼의 응답성도 크게 떨어지게 된다.
한편, 루퍼(10)는 루퍼각도(θ)를 실측하여 목표 각도와의 오차를 줄이기 위하여 전단 스탠드(i)와 후단 스탠드(i+1)의 메인 모터(i, i+1)의 속도를 제어한다. 또한, 전단 스탠드(i)의 작업롤(1)을 구동시키는 메인 모터(i)의 속도는 아래의 수학식 1과 같이 계산된다.
여기에서, λ= SSVi,I+1+ Mani+ Lpi이고, MRH는 마스터 가변저항기(MasterRheostat)이며 작업롤의 회전속도의 패턴을 나타낸다. 그리고, SSRH는 표준 속도 가변저항기(Stand Speed Rheostat)이며 각 스탠드간의 두께비에 대한 속도비를 %로 나타낸 것이다. 또한, SSV는 전단 스탠드와 후단 스탠드의 일련(successive) 제어량이고, Man은 전단 스탠드에 운전자 수동 개입량이며, LP는 루퍼로부터 전단 스탠드로 피드백되는 보상신호이다.
그러나, 메인 모터의 속도보상 수행시에, 항상 같은 알고리즘을 수행하고 있으므로, 루퍼각도가 과도하게 올라가는 경우(약 40~50°정도) 이를 빠르게 제어하지 못하게 되는 문제가 발생한다. 이와 같이, 루퍼각도가 과도하게 증가하게 되면, 미스 롤(Miss Roll)현상이 발생하게 되고, 그로 인해 압연작업이 중단되게 된다. 따라서, 불안정한 작업이 이루어질 수 있으며, 이럴 경우에 각 속도 보상량에 가중치를 두어서 제어할 수 있는 알고리즘이 필요하게 된다.
앞에서 설명한 바와 같이, 루퍼각도의 과도한 증가로 인한 롤 미스 등의 현상을 방지하기 위한 기술로서, "일본국 특개평03-42107호(발명의 명칭 : 열연 루퍼 제어 장치)"와, 일본국 특개평09-52107호(발명의 명칭 : 연속 압연기의 속도 설정 장치)" 및, 일본국 특개평07-108313호(발명의 명칭 : 루퍼 제어장치)에서 관련된 기술이 공개되어 있다.
그러나, 이들 특허에서는 사상압연 루퍼 제어를 실시함에 있어서, 메인 모터의 속도보상을 수행하고 있으나, 메인 모터 속도보상은 여러 가지 보상들이 가산되어 출력되므로 이에 대한 간섭현상 등이 일어날 가능성이 크다는 단점이 있어 속도보상에 대한 신뢰도가 낮다는 단점이 있다.
또한, 메인 모터의 속도 보상 수행시에, 항상 같은 알고리즘을 수행하고 있으므로, 루퍼각도가 과도하게 올라가는 경우(약 40~50도 정도) 이를 빠르게 제어하지 못한다는 문제점이 있다.
본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제공된 것으로서, 루퍼의 각도가 과도하게 증가하였을 때에 압연속도를 제어하는 루퍼각도를 이용한 압연속도 제어장치 및 그 제어방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 루퍼각도를 이용한 압연속도 제어장치의 신호흐름도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 루퍼각도를 이용한 압연속도 제어장치의 신호흐름도이며,
도 3은 도 2에 도시된 압연속도 제어방법의 흐름도이다.
♠ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ♠
1 : 작업롤 3 : 압연강판
5 : 로드셀 10 : 루퍼
20 : 높이 제어기 30 : SCC(Supervisory Control Computer)
40 : 운전자 패널 50 : 데이터 수집부
60 : 각도 비교기 70 : 속도보상 가중게인연산부
80: 롤 속도 연산부
앞서 설명한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 다수 개의 스탠드를 포함하는 압연기에서 전후단 스탠드(i, i+1)의 사이에 루퍼가 급속하게 상승하게 되었을 때에 루퍼각도를 측정하여 압연속도를 연산 제어하는 압연속도 제어장치에 있어서, 상기 전후단 스탠드(i, i+1)에 설치되어 있는 로드셀로부터 입력받은 압연강판의 진입신호와, 실측된 루퍼각도정보 및, 압연조건정보를 연산하는 SCC(Supervisory Control Computer)로부터 목표하는 압연조건 정보를 입력받는 데이터 수집부와, 실측 루퍼각도(θ)와 압연조건 정보 중에서 목표 루퍼각도(θref)와의 차이를 구하는 각도 비교기와, 상기 실측 루퍼각도(θ)와 목포 루퍼각도(θref)의 차이로부터 속도보상 가중게인(α)을 연산하는 가중게인연산부를 포함하며, 상기 가중게인연산부로부터 연산된 가중게인(α)을 이용하여 전단 스탠드(i)의 압연속도를 제어하는 루퍼각도를 이용한 압연속도 제어장치가 제공된다.
또한, 본 발명에 따르면, 다수 개의 스탠드를 포함하는 압연기에서 전후단 스탠드(i, i+1)의 사이에 루퍼가 급속하게 상승하게 되었을 때에 루퍼각도를 측정하여 압연속도를 연산 제어하는 압연속도 제어방법에 있어서, 압연강판이 후단 스탠드(i+1)에 진입하였는 지를 판단하는 단계와, 상기 압연강판에 해당하는 압연조건을 SCC(Supervisory control computer)부터 입력받는 단계와, 상기 전후단 스탠드(i, i+1)의 사이에 위치한 루퍼의 각도를 측정하는 단계와, 상기 SCC로부터 입력받은 압연정보 중에서 목표 루퍼각도(θref)와 실측된 루퍼각도(θ)의 차를 구하고, 상기 차가 한계치(γ) 미만인 지를 판단하는 단계와, 상기 차가 한계치(γ) 이상일 경우에는 알고리즘을 속도보상 가중게인(α)을 이용하여 구하는 단계와, 상기 계산된 속도보상 가중게인(α)을 이용하여 상기 전단 스탠드(i)의 압연속도를 제어하는 단계를 포함하는 루퍼각도를 이용한 압연속도 제어방법이 제공된다.
또한, 본 발명의 상기 전단 스탠드의 압연속도를 제어한 후에, 상기 후단 스탠드로부터 상기 압연강판이 인출되는 지를 판단하여 상기 압연강판이 인출되었을 경우에는 압연속도 제어가 끝나며, 인출되지 않았을 경우에는 루퍼각도를 실측하는 단계로 복귀된다.
아래에서, 본 발명에 따른 루퍼각도를 이용한 압연속도 제어장치 및 그 제어방법의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명하겠다.
도면에서, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 루퍼각도를 이용한 압연속도제어장치의 신호흐름도이며, 도 3은 도 2에 도시된 압연속도 제어방법의 흐름도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전후단 스탠드(i, i+1)에 설치되어 있는 로드셀(5)로부터 입력받는 압연강판의 진입신호와, 실측된 루퍼각도정보 및, SCC(Supervisory Control Computer)(30)로부터 목표 루퍼각도(θref) 및 롤 속도 명령치를 입력받는 데이터 수집부(50)와, 실측 루퍼각도(θ)와 목표 루퍼각도(θref)와의 차이를 구하는 각도 비교기(60)와, 속도보상 가중게인(α) 설정법에 따라 게인을 구하는 속도보상 가중게인연산부(70)와, 롤 속도를 결정하는 롤 속도 연산부(80) 및, 전후단 스탠드(i, i+1)의 작업롤(1)을 구동시키는 메인 모터(7i, 7i+1)를 제어하는 롤 속도 PLC(Programmable logic controller)(8i, 8i+1)를 포함한다.
이상과 같이 구성된 루퍼각도를 이용한 압연속도 제어장치 및 그 제어방법의 작동에 대하여 상세히 설명하겠다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제 1단계에서는 후단 스탠드(i+1)에 설치되어 있는 로드셀(5)로부터 후단 스탠드(i+1)에 압연강판(3)이 진입(Metal in) 되었는지를 판단하여 압연강판(3)이 진입되었다면 본 발명에 따른 알고리즘이 시작된다. 제 2단계에서는 각 압연조건에 따라 SCC(30)에서 목표 루퍼각도(θref), 롤 속도(Vrref) 등의 셋업 값을 읽어 들인다. 제 3단계에서는 데이터 수집부(50)로부터 루퍼각도 실측치(θ)를 읽는다. 데이터 수집부(50)는 후단 스탠드(i+1)에 압연강판(3)이 진입되었는지를 판단하기 위한 하중 및 루퍼각도 실측치(θ) 등을 수집하기 위한 시스템이다.
제 4단계에서는 실측된 루퍼각도(θ)가 과도한 루퍼각도를 나타내는가를 판단한다. 일반적으로, 루퍼의 경우에 루퍼각도의 목표치(θref)는 박물경우 16도, 후물인 경우 18도로 설정된다. 이 때, 실측 루퍼각도(θ)가 30도 이상이 되면, 정상적인 압연을 하기가 힘들뿐만 아니라, 미스 롤 현상이 발생할 수 있는 각도이다. 따라서, 종래에 제시된 수학식 1과 같은 롤 속도 보상 알고리즘을 보완하여 본 발명에 따른 롤 속도 보상알고리즘을 하기의 수학식 2와 같이 수정 제안한다.
여기에서, λ는 SSVi,I+1+ αㆍMani+ βㆍLpi이며, α는 속도보상 가중게인이라 정의하고, β는 α의 역수(1/α)로 정의한다.
이 때에 실측 루퍼각도(θ)가 SCC(30)로부터 입력된 목표 루퍼각도(θref)보다 과도하게 큰 경우와 일반적으로 가능한 루퍼각도를 보여주는 경우에 대하여 하기의 수학식 3과 같은 알고리즘을 통해 제어한다.
여기에서 γ는 10도이다.
상기 수학식 3의 개념은 실측 루퍼각도(θ)와 목표 루퍼각도(θref)의 차가 γ보다 작은 경우에는 수학식 1로 정의된 현재의 알고리즘을 그대로 사용하며, 그보다 큰 각도가 실측될 경우에는 속도보상 가중게인(α)의 값을 크게 하여 운전자는 운전자 패널(40)을 통해 수동개입량을 증가시켜서 빨리 목표 루퍼각도(θref)로 수렴하게 하는 알고리즘이다.
그 한 예를 들어, 목표 루퍼각도가 20도이고, 실측 루퍼각도가 50도인 경우에, α는 [50-(20+10)]/5 = 4이므로, 운전자 수동개입량을 4배 정도로 증가시키고, 이 때, 루퍼(10)에서 오는 보상량은 간섭 현상을 막기 위하여 1/4배로 줄여서 빠른 응답 성능을 가지도록 한다.
따라서, 제 5단계에서는 속도보상 가중게인(α)의 양을 실측 루퍼각도(θ)를 이용하여 계산하고, 제 6단계에서는 상기 수학식 2로 정의된 속도 설정모델을 이용하여 롤 속도 연산장치(16)로부터 롤 속도 명령치를 결정한다.
제 7단계에서는 6단계에서 구한 롤 속도 명령치를 롤 속도 설정 PLC(10)에 출력한다. 제8단계에서는 후단 스탠드(i+1)에 로드셀(5)로부터 압연강판(3)이 빠져나간 신호가 데이터 수집부(50)로 입력되면, 본 발명에 따라 제안된 제어 알고리즘은 정지시킨다. 그러나, 압연강판(3)이 후단 스탠드(i+1)를 빠져나가지 않은 상태로 로드셀(5)로부터 압연강판(3)의 인출신호가 입력되지 않았다면, 제 3단계로 돌아간다.
앞서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명의 루퍼각도를 이용한 압연속도 제어장치 및 그 제어방법은 열간 사상압연에서 루퍼각도가 과도하게 증가하는 경우에 전후단 스탠드의 작업롤을 구동시키는 메인 모터의 속도를 설정하는 과정에서 속도 보상치에 가중(weighting)을 두어 일정한 루퍼각도를 유지시켜 안정된 열연작업이 수행될 수 있도록 하는 장점이 있다.
이상에서 본 발명의 루퍼각도를 이용한 압연속도 제어장치 및 그 제어방법에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

Claims (3)

  1. 다수 개의 스탠드를 포함하는 압연기에서 전후단 스탠드(i, i+1)의 사이에 루퍼가 급속하게 상승하게 되었을 때에 루퍼각도를 측정하여 압연속도를 연산 제어하는 압연속도 제어장치에 있어서,
    상기 전후단 스탠드(i, i+1)에 설치되어 있는 로드셀로부터 입력받은 압연강판의 진입신호와, 실측된 루퍼각도정보 및, 압연조건정보를 연산하는 SCC(Supervisory Control Computer)로부터 목표하는 압연조건 정보를 입력받는 데이터 수집부와,
    실측 루퍼각도(θ)와 압연조건 정보 중에서 목표 루퍼각도(θref)와의 차이를 구하는 각도 비교기와,
    상기 실측 루퍼각도(θ)와 목포 루퍼각도(θref)의 차이로부터 속도보상 가중게인(α)을 연산하는 가중게인연산부를 포함하며,
    상기 가중게인연산부로부터 연산된 가중게인(α)을 이용하여 전단 스탠드(i)의 압연속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 루퍼각도를 이용한 압연속도 제어장치.
  2. 다수 개의 스탠드를 포함하는 압연기에서 전후단 스탠드(i, i+1)의 사이에 루퍼가 급속하게 상승하게 되었을 때에 루퍼각도를 측정하여 압연속도를 연산 제어하는 압연속도 제어방법에 있어서,
    압연강판이 후단 스탠드(i+1)에 진입하였는 지를 판단하는 단계와,
    상기 압연강판에 해당하는 압연조건을 SCC(Supervisory control computer)부터 입력받는 단계와,
    상기 전후단 스탠드(i, i+1)의 사이에 위치한 루퍼의 각도를 측정하는 단계와,
    상기 SCC로부터 입력받은 압연정보 중에서 목표 루퍼각도(θref)와 실측된 루퍼각도(θ)의 차를 구하고, 상기 차가 한계치(γ) 미만인 지를 판단하는 단계와,
    상기 차가 한계치(γ) 이상일 경우에는 알고리즘을 이용하여 속도보상 가중게인(α)을 구하는 단계와,
    상기 계산된 속도보상 가중게인(α)을 이용하여 상기 전단 스탠드(i)의 압연속도를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 루퍼각도를 이용한 압연속도 제어방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전단 스탠드의 압연속도를 제어한 후에, 상기 후단 스탠드로부터 상기 압연강판이 인출되는 지를 판단하여 상기 압연강판이 인출되었을 경우에는 압연속도 제어가 끝나며, 인출되지 않았을 경우에는 루퍼각도를 실측하는 단계로 복귀되는 것을 특징으로 하는 루퍼각도를 이용한 압연속도 제어방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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