본 연구에서는 열연 공정에서의 코일 형상 개선을 위해 코일링 시뮬레이터 개발과 판쏠림 제어기를 구성하였다. 시뮬레이터는 코일러의 각 단위 설비에 대해 세부적으로 설계 가능하고, 또한 동시에 오프라인으로 실제 조업 수행 전에 최적의 장력이나 힘 등을 설정할 수 있으며, 코일링 할 철판이 각 단위 설비에 미치는 부하를 예측할 수 있도록 개발하여 열연 코일링 설비의 기초 설계 및 운전 능력 기술을 확보하였다. 부가적으로 시뮬레이터를 이용하여 코일링 조업에서의 최적 조건을 도출하고 실제 조업에 적용함으로써 에너지 절감의 가능성을 제시하였다. 또한 코일 형상 제어에 있어 외란 성분의 변동을 고려한 제어 방법을 제시하였다. 코일 결함을 유도하는 핀치 롤에서의 판 쏠림을 방지하고자 본 연구에서는 먼저 판 쏠림 현상을 측정할 수 있는 측정 장치를 구성하여 제어의 가능성을 확인하였다. 또한 핀치 롤에서의 철판의 움직임에 대해 관련 인자가 고려된 수식적인 모델을 제안하였고, 이를 이용한 새로운 제어 알고리즘인 관측기를 포함하고 PID를 기초로 한 슬라이딩 모드 제어기(PIDSMC)를 제안하였다. 이상과 같은 본 연구에서 얻어진 결론은 다음과 같이 요약된다. 1. 본 연구에서 제안한 시뮬레이터를 이용한 조업 예측에 대해 실험적으로 충분히 유사함을 확인할 수 있었다. 오프 라인으로 코일링 하려는 소재에 대해 사전에 충분히 검토 가능할 수 있게 되었으며, 기존 코일러를 이용한 코일의 제조에 미리 여러 가지 조건을 통해 ...
본 연구에서는 열연 공정에서의 코일 형상 개선을 위해 코일링 시뮬레이터 개발과 판쏠림 제어기를 구성하였다. 시뮬레이터는 코일러의 각 단위 설비에 대해 세부적으로 설계 가능하고, 또한 동시에 오프라인으로 실제 조업 수행 전에 최적의 장력이나 힘 등을 설정할 수 있으며, 코일링 할 철판이 각 단위 설비에 미치는 부하를 예측할 수 있도록 개발하여 열연 코일링 설비의 기초 설계 및 운전 능력 기술을 확보하였다. 부가적으로 시뮬레이터를 이용하여 코일링 조업에서의 최적 조건을 도출하고 실제 조업에 적용함으로써 에너지 절감의 가능성을 제시하였다. 또한 코일 형상 제어에 있어 외란 성분의 변동을 고려한 제어 방법을 제시하였다. 코일 결함을 유도하는 핀치 롤에서의 판 쏠림을 방지하고자 본 연구에서는 먼저 판 쏠림 현상을 측정할 수 있는 측정 장치를 구성하여 제어의 가능성을 확인하였다. 또한 핀치 롤에서의 철판의 움직임에 대해 관련 인자가 고려된 수식적인 모델을 제안하였고, 이를 이용한 새로운 제어 알고리즘인 관측기를 포함하고 PID를 기초로 한 슬라이딩 모드 제어기(PIDSMC)를 제안하였다. 이상과 같은 본 연구에서 얻어진 결론은 다음과 같이 요약된다. 1. 본 연구에서 제안한 시뮬레이터를 이용한 조업 예측에 대해 실험적으로 충분히 유사함을 확인할 수 있었다. 오프 라인으로 코일링 하려는 소재에 대해 사전에 충분히 검토 가능할 수 있게 되었으며, 기존 코일러를 이용한 코일의 제조에 미리 여러 가지 조건을 통해 시뮬레이션 해 봄으로써 조업의 실패 없이 바로 생산할 수 있도록 하였다. 또한, 코일링 조업의 최적 조건 인자 중 하나인 코일링 장력에 대해 실제 조업 조건 들에 비해 훨씬 낮은 값을 제시하고 시뮬레이터 결과로부터 실제 조업에 적용함으로써 에너지 절감의 가능성을 제시하였다. 코일 형상 제어에 있어 외란 성분 중의 하나인 철판의 길이 방향 온도 변동에 대해 변동 온도에 대한 맨드렐에서의 코일링 토크 보상 알고리즘을 구성하고 실제 조업에 이를 적용함으로써, 적용 전 코일의 텔레스코프 크기의 평균과 표준 편차가 각각 22.3 mm와 14.7 mm에서 적용 후 각각 17.41 mm와 8.897 mm로 22%와 39%의 감소 효과가 있는 것을 확인할 수 있었다. 2. 본 연구에서 개발한 판 쏠림 측정 장치에 있어서 수동 조작에 대한 기준을 제시할 수 있는 모니터링용으로는 충분히 사용할 수 있으나 판 쏠림 제어기의 센서로서는 부족하다고 판단되었다. 그러나 화소 증대 및 노이즈 대책을 구비하면 수증기 등의 노이즈 성분이 없는 환경적으로 우수한 핀치 롤 입측에서는 제어기 센서로써 충분히 사용 가능하리라 판단되었다. 3. 핀치 롤의 판 쏠림 현상에 대해 철판의 폭 방향 움직임에 영향을 주는 장력 등과 같은 관련 인자를 고려한 수식적인 모델을 제시하였으며, 판 쏠림 제어를 위해 슬라이딩 모드 제어기를 구성하였다. 슬라이딩 모드 구성 시 채터링 성분을 제거하기 위해 선형화된 모델을 이용한 PIDSMC를 제안하였다. 기존의 PID제어기는 핀치 롤에서의 조업 조건이 변하게 되면 계속해서 제어 게인을 조정해야 하므로 정확한 게인을 찾기가 쉽지 않게 된다. 특히, 판 쏠림 모델을 구비하고 있지 않게 되면 실험적인 방법을 통해 게인을 찾아야 하므로 그에 대한 손실도 커지게 된다. 그러므로 본 연구에서 제시한 PIDSMC는 시스템 특성이 변하는 환경, 즉 핀치 롤의 조업 조건에서 그 변화에 자동으로 대응 가능함을 확인할 수 있었다. 또한 실험 적용을 통해 PID 제어기를 적용할 때 핀치 롤에서의 판 쏠림 크기 평균과 표준 편차는 각각 12.2 mm와 5.13 mm이며, PIDSMC를 적용한 후 판 쏠림 크기의 평균과 표준 편차는 각각 6.801 mm와 2.463 mm로 나타났으며, PIDSMC를 적용하였을 경우 평균과 표준 편차에 있어서 약 50%의 감소 효과가 있는 것을 확인할 수 있었다. 이상에서 제안된 코일링 시뮬레이터 및 핀치 롤 판 쏠림 제어를 통해 열간 압연 공정의 마지막 설비인 코일러에서의 코일 형상을 최적화하였으며, 이를 바탕으로 제철 공정에서의 제품 코일의 품질을 향상시켜 전체 공정의 생산 흐름을 원활하게 하고 나아가 관련된 소비자와의 신뢰 구축에 기여하고자 한다.
본 연구에서는 열연 공정에서의 코일 형상 개선을 위해 코일링 시뮬레이터 개발과 판쏠림 제어기를 구성하였다. 시뮬레이터는 코일러의 각 단위 설비에 대해 세부적으로 설계 가능하고, 또한 동시에 오프라인으로 실제 조업 수행 전에 최적의 장력이나 힘 등을 설정할 수 있으며, 코일링 할 철판이 각 단위 설비에 미치는 부하를 예측할 수 있도록 개발하여 열연 코일링 설비의 기초 설계 및 운전 능력 기술을 확보하였다. 부가적으로 시뮬레이터를 이용하여 코일링 조업에서의 최적 조건을 도출하고 실제 조업에 적용함으로써 에너지 절감의 가능성을 제시하였다. 또한 코일 형상 제어에 있어 외란 성분의 변동을 고려한 제어 방법을 제시하였다. 코일 결함을 유도하는 핀치 롤에서의 판 쏠림을 방지하고자 본 연구에서는 먼저 판 쏠림 현상을 측정할 수 있는 측정 장치를 구성하여 제어의 가능성을 확인하였다. 또한 핀치 롤에서의 철판의 움직임에 대해 관련 인자가 고려된 수식적인 모델을 제안하였고, 이를 이용한 새로운 제어 알고리즘인 관측기를 포함하고 PID를 기초로 한 슬라이딩 모드 제어기(PIDSMC)를 제안하였다. 이상과 같은 본 연구에서 얻어진 결론은 다음과 같이 요약된다. 1. 본 연구에서 제안한 시뮬레이터를 이용한 조업 예측에 대해 실험적으로 충분히 유사함을 확인할 수 있었다. 오프 라인으로 코일링 하려는 소재에 대해 사전에 충분히 검토 가능할 수 있게 되었으며, 기존 코일러를 이용한 코일의 제조에 미리 여러 가지 조건을 통해 시뮬레이션 해 봄으로써 조업의 실패 없이 바로 생산할 수 있도록 하였다. 또한, 코일링 조업의 최적 조건 인자 중 하나인 코일링 장력에 대해 실제 조업 조건 들에 비해 훨씬 낮은 값을 제시하고 시뮬레이터 결과로부터 실제 조업에 적용함으로써 에너지 절감의 가능성을 제시하였다. 코일 형상 제어에 있어 외란 성분 중의 하나인 철판의 길이 방향 온도 변동에 대해 변동 온도에 대한 맨드렐에서의 코일링 토크 보상 알고리즘을 구성하고 실제 조업에 이를 적용함으로써, 적용 전 코일의 텔레스코프 크기의 평균과 표준 편차가 각각 22.3 mm와 14.7 mm에서 적용 후 각각 17.41 mm와 8.897 mm로 22%와 39%의 감소 효과가 있는 것을 확인할 수 있었다. 2. 본 연구에서 개발한 판 쏠림 측정 장치에 있어서 수동 조작에 대한 기준을 제시할 수 있는 모니터링용으로는 충분히 사용할 수 있으나 판 쏠림 제어기의 센서로서는 부족하다고 판단되었다. 그러나 화소 증대 및 노이즈 대책을 구비하면 수증기 등의 노이즈 성분이 없는 환경적으로 우수한 핀치 롤 입측에서는 제어기 센서로써 충분히 사용 가능하리라 판단되었다. 3. 핀치 롤의 판 쏠림 현상에 대해 철판의 폭 방향 움직임에 영향을 주는 장력 등과 같은 관련 인자를 고려한 수식적인 모델을 제시하였으며, 판 쏠림 제어를 위해 슬라이딩 모드 제어기를 구성하였다. 슬라이딩 모드 구성 시 채터링 성분을 제거하기 위해 선형화된 모델을 이용한 PIDSMC를 제안하였다. 기존의 PID제어기는 핀치 롤에서의 조업 조건이 변하게 되면 계속해서 제어 게인을 조정해야 하므로 정확한 게인을 찾기가 쉽지 않게 된다. 특히, 판 쏠림 모델을 구비하고 있지 않게 되면 실험적인 방법을 통해 게인을 찾아야 하므로 그에 대한 손실도 커지게 된다. 그러므로 본 연구에서 제시한 PIDSMC는 시스템 특성이 변하는 환경, 즉 핀치 롤의 조업 조건에서 그 변화에 자동으로 대응 가능함을 확인할 수 있었다. 또한 실험 적용을 통해 PID 제어기를 적용할 때 핀치 롤에서의 판 쏠림 크기 평균과 표준 편차는 각각 12.2 mm와 5.13 mm이며, PIDSMC를 적용한 후 판 쏠림 크기의 평균과 표준 편차는 각각 6.801 mm와 2.463 mm로 나타났으며, PIDSMC를 적용하였을 경우 평균과 표준 편차에 있어서 약 50%의 감소 효과가 있는 것을 확인할 수 있었다. 이상에서 제안된 코일링 시뮬레이터 및 핀치 롤 판 쏠림 제어를 통해 열간 압연 공정의 마지막 설비인 코일러에서의 코일 형상을 최적화하였으며, 이를 바탕으로 제철 공정에서의 제품 코일의 품질을 향상시켜 전체 공정의 생산 흐름을 원활하게 하고 나아가 관련된 소비자와의 신뢰 구축에 기여하고자 한다.
This study aims to develop a simulator and a controller that is useful for reducing telescope and lateral movement in the coiling process. To develop the simulator, the pinching and coiling mechanism of the downcoiler has been thoroughly studied and a mathematical model derived. To improve the shape...
This study aims to develop a simulator and a controller that is useful for reducing telescope and lateral movement in the coiling process. To develop the simulator, the pinching and coiling mechanism of the downcoiler has been thoroughly studied and a mathematical model derived. To improve the shape of the strip to be coiled, an additional torque compensation algorithm is suggested. In order to evaluate the performance and usefulness of the developed software and the suggested coiling control algorithm, experiments were performed using the downcoiler in the No. 2 Hot Strip Mill in Pohang Works. The simulations and experimental results show that the set-up value for the unit tension can in fact be lowered which can result in much improved coiling strip qualities as well reduced power consumptions. In addition, a test coiling operation with an additional torque compensation algorithm resulted even more effective coiling and a reduction in bad telescope quality of the coiled strip. To reduce the telescope of coils, it is very important to understand the phenomenon of lateral movement of strip. In this study, the measuring method of the lateral movement of strip was thoroughly studied and the exclusive control board to line scan camera were designed. In order to check the accuracy and usefulness of the developed system, FM stand in #2 Hot Strip Factory in Pohang Steel Works was targeted. The experimental results shows that developed system is very useful to control by manual action with monitoring, but not use the sensor system of controller because it need more pixel line of camera. For reducing lateral movement, the mathematical models which consider initial off-center value, leveling error of the mill, and strip tension for lateral movement of the strip are proposed. A PID based sliding mode controller using an observer is also proposed to prevent lateral movement of strips. In addition, a control algorithm is designed to solve the chattering problem of a sliding mode control. In order to check the usefulness of the proposed controller, the experiment of the coiler pinch roll in Strip Casting Line in Pohang Works is performed. The simulation and experiment results show that test pinch roll operation with PIDSMC results in more effective reducing the lateral movement of strip.
This study aims to develop a simulator and a controller that is useful for reducing telescope and lateral movement in the coiling process. To develop the simulator, the pinching and coiling mechanism of the downcoiler has been thoroughly studied and a mathematical model derived. To improve the shape of the strip to be coiled, an additional torque compensation algorithm is suggested. In order to evaluate the performance and usefulness of the developed software and the suggested coiling control algorithm, experiments were performed using the downcoiler in the No. 2 Hot Strip Mill in Pohang Works. The simulations and experimental results show that the set-up value for the unit tension can in fact be lowered which can result in much improved coiling strip qualities as well reduced power consumptions. In addition, a test coiling operation with an additional torque compensation algorithm resulted even more effective coiling and a reduction in bad telescope quality of the coiled strip. To reduce the telescope of coils, it is very important to understand the phenomenon of lateral movement of strip. In this study, the measuring method of the lateral movement of strip was thoroughly studied and the exclusive control board to line scan camera were designed. In order to check the accuracy and usefulness of the developed system, FM stand in #2 Hot Strip Factory in Pohang Steel Works was targeted. The experimental results shows that developed system is very useful to control by manual action with monitoring, but not use the sensor system of controller because it need more pixel line of camera. For reducing lateral movement, the mathematical models which consider initial off-center value, leveling error of the mill, and strip tension for lateral movement of the strip are proposed. A PID based sliding mode controller using an observer is also proposed to prevent lateral movement of strips. In addition, a control algorithm is designed to solve the chattering problem of a sliding mode control. In order to check the usefulness of the proposed controller, the experiment of the coiler pinch roll in Strip Casting Line in Pohang Works is performed. The simulation and experiment results show that test pinch roll operation with PIDSMC results in more effective reducing the lateral movement of strip.
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