POSCO 1열연 Down Coiler Quick Open 

Controller (QOC) 시스템

해결 과제

현재 설치된 모든 Coiler의 기술은 국산화 되지 않아 일본 MH사의 기술로 설치된 장비를 활용하고 있다. 그래서 장기적인 관리에 문제가 있었다. 이에 차후 Down Coiler QOC 시스템의 구축 시 국산화를 통한 설치비용 절감과 장기적인 관리가 가능하도록 하여, 그로 인한 생산성 및 가동률 향상을 이루고자 하였다.

솔루션

Down Coiler Quick Open Controller(이하 QOC) 시스템은 POSCO 및 기타 제철공장에서 압연으로 생산된 강판에 행해지는 마지막 공정으로 압연공정이 끝난 강판을 두루마리 모양으로 감는 설비이다. QOC 시스템의 기본 동작은 압연을 마친 강판이 두루마리 모양의 기본이 되는 Down Coiler의 Mandrel (이하 M/D)을 통과하면 M/D 주변 세 방향의 Unit Roll (이하 U/R)이 직선의 강판을 곡선으로 용이하게 감기도록 압력을 가한다. 이때 U/R의 동작은 강판의 회전 시, 강판의 두께에 따라 회전하는 타이밍을 정확히 계산하여 두께만큼 점프 동작을 한 후 모드에 맞게 위치를 유지하거나 설정된 압력으로 압력제어를 행한다. 진행되는 QOC 동작에 대한 모든 데이터는 실시간으로 저장되며 저장된 데이터는 분석 프로그램을 통하여 확인이 가능하다.

어플리케이션 요약

강판의 마지막 공정에 해당하는 Down Coiler QOC 시스템은 완성된 강판을 제품으로 출하하기 위한 공정이다. 즉, 제품의 최종 생산 품질에 기여하므로 정확한 타이밍 판단 및 동작이 필요하다. 이러한 동작의 기준으로는 강판의 두께 및 속도, 제어되는 압력 값, 현재 U/R의 위치 값 등이 있다.
두께 및 기타 강판의 정보는 PCS(Process Computer System)에서 통신을 통하여 전달받고 압력 값은 PXI-7833R (FPGA 보드)를 이용하여 측정하며, U/R의 위치 정보는 PXI-6528 보드를 이용하여 측정한다. U/R 위치 제어에 필요한 서보 밸브 신호는 PXI-7833R에서의 아날로그 출력값을 이용하여 제어한다. 또한 작업에 필요한 접점 신호 및 U/R의 위치, 압력 등의 데이터를 분석하여 U/R의 점프 위치 및 양 등을 조정하여 보다 개선된 품질의 제품을 양산하는데 이용한다.

개발 배경

현재 POSCO 1열연의 Down Coiler 공정에는 3대의 Coiler가 구성되어 있다. 기존의 3호기 Down Coiler는 1호기 또는 2호기의 상태가 이상할 때 생산량의 차질을 줄이기 위해 존재했다. 즉, QOC (Quick Open Control) 동작 없이 U/R의 공급되는 유량을 일정하게 하여 정해진 압력으로 C/F 모드(Constant Force Control) 동작을 통해 제품의 품질보다는 이상이 발생한 Down Coiler의 정상화에 필요한 시간 동안 생산량의 차질이 생기지 않도록 하는데 중점이 있었다. 이러한 이유로 1, 2호기의 Coiler 문제 발생시 비록 제품의 생산에는 문제가 없으나 3호기에서 생산된 강판 Coil의 경우 품질 문제에 의한 많은 경제적 손실이 발생한다. 또한 현재 설치된 모든 Coiler의 기술은 국산화 되어 있지 않고 일본의 MH사의 기술에 의해 설치된 장비로 장기적인 관리에 문제가 있었으며, 이로 인해 새로운 Coiler 구축 시 많은 비용이 발생 하였다. 이러한 문제를 해결하고자 당사와 누리텍, POSCO 및 관계사가 협력하여 Down Coiler 3호기의 국산화 개발을 수행하기로 하였다.

본론

1. Down Coiler 시스템의 기구부 구성도
전진하여 오는 강판을 Mandrel 쪽으로 진행 방향을 변경하고, 압력제어 하는 Pinch Roll, 강판의 이동거리 타이밍을 정확히 계산하기 위하여 필요한 펄스 신호(PLG)를 발생하는 Bottom Pinch Roll, 강판의 진입 상태를 판단하는 HMD Sensor, Coiling 작업의 기본이 되는 Mandrel (M/D) 및 Unit Roll (U/R)로 구성되어있다.

2. Down Coiler 시스템의 제어부 구성도
모든 압연 공정을 담당하는 프로세스 컴퓨터(PCS)에서 메인 PLC에 강판의 두께 및 속도, Coiling 동작에 필요한 압력 제어값 등의 정보를 제공한다. 상위 PLC는 기구 부에 장착된 센서의 신호를 Isolator를 거쳐 PXI에 Analog Voltage 신호로 전달하며 메인 PLC에서 전달된 PCS의 내용을 TCP/IP 통신을 통하여 PXI에 전달한다. 모든 정보를 종합하여 PXI(QOC 시스템)는 Down Coiler에 진입되는 강판을 Coiling 작업한다.

3. 소프트웨어 순서도

1) 대기
- 전체 Unit Roll 개방 위치에서 대기
- PCS에서 권취 준비지령 대기

2) 초기 Gap 설정
- 권취 준비지령 신호 발생 후 PCS에서 전달된 대기 Gap으로 U/R이동
- No.3 HMD 신호 대기

3) Strip Start
- No.3 HMD 신호 발생에 의해 Tracking 신호 (회전당 점프 위치 계산) 생성
- 계산된 이동 속도 타이밍에 의해 1차 QOC 동작

4) 권취
- M/D의 회전속도 및 확대 데이터, Coil의 두께 데이터에 의한 U/R의 정위/정압 Control 동작

5) 개방
- 권취 동작 후 U/R 개방 동작

6) Tail 압력제어
- 권취 동작 완료 후 U/R #2위치에서 Tail 압력제어 실행
- Tail 제어 완료 후 M/D 초기 상태로 축소, 제품 출고

4. QOC 동작 설명
PCS에서 전달된 강판의 두께에 따라 대기 중인 U/R은 3호기 Down Coiler가 선택되어 강판이 진입된 상태를 알려주는 HMD 신호를 감지한 후 PLG 신호에 의해 정확한 타이밍에 점프 동작(QOC)을 실행한다. QOC 동작은 모드에 따라 정해진 위치만을 제어하는 정위치 제어와 지정된 압력 값을 제어하는 압력제어, 두 가지 동작을 동시에 실행하는 정위/정압 제어가 존재한다. QOC 동작 중 M/D에 일정한 장력이 생성되면 PCS에서 Load ON 신호를 발생하고 신호 발생 후 U/R은 Open 동작 실행, Open 상태에서 Tail 동작 신호가 발생하면 정해진 압력으로 Tail 작업을 실행하며 Tail 동작 완료 후 강판은 Coiling 작업을 완료하고 정상 출하되게 된다.

5. Main 화면
아래 그림 4는 Down Coiler QOC 시스템 프로그램의 메인 화면으로 진행중인 Coiling 작업에 대한 상태를 전체적으로 확인할 수 있다. 기본적인 내용으로 M/D의 확대/축소 상태, U/R의 현재 위치 및 압력값을 디지털로 표시하며, 디지털 접점 신호의 상태도 나타낸다.

6. 데이터 분석 프로그램
아래 그림 5는 저장된 QOC 데이터를 분석하는 프로그램이다. 권취 작업에 필요한 접점 신호 및 U/R의 위치, 압력 등의 데이터를 분석한다. 분석된 데이터를 통하여 U/R의 점프 위치 및 양 등을 조정하여 보다 개선된 품질의 제품을 양산하는데 이용된다.

결론 및 솔루션 개발 후 얻게 된 이점

Down Coiler QOC 시스템을 구축함으로써 다음과 같은 이점을 얻을 수 있었다.

1) 시스템 구축 시 설치 비용 절감.
- 기존의 장비는 모두 외국 기술을 기반으로 설치되고 프로그램을 작동하였으나 국산화에 성공하여 설비 구축 시 경제적인 비용을 절감시킬 수 있었다.
2) Down Coiler 3호기의 가동률 향상
- 1, 2호기 이상 또는 후물재에 대해서만 가동되던  3호기를 정상화시킴으로써 기존 대비 3호기의 가동률이 향상되었다.
3) 생산성 향상
- 3호기의 가동률이 향상됨에 따라 기존의 1, 2호기에 의존하던 생산량이 보다 더 나아질 수 있었다.
4) 기술의 국산화로 장기적인 관리 용이
- 기존 프로그램의 경우, 문제 발생 시 일본의 엔지니어에 통보 후 조치까지 많은 시간이 소요 되었으나 국산화로 인하여 보다 빠른 관리가 이루어질 수 있다.
5) 조업자가 제시한 내용을 반영한 분석 프로그램 개발로 데이터 분석 용이
- 개발 시작부터 조업자의 참여로 분석 프로그램에 필요 사항이 기존 프로그램에 비하여 사용자에게 매우 편리하게 개발되어 있다.

나) 총인(TP, Total Phosphores) 측정
총인의 농도를 구하기 위해서는 수질오염 공정시험법 상의 방법에 의해서 우선 농도가 각기 다른 표준 시료를 제조, 흡광도를 측정한 후 실제 시료를 전 처리해서 흡광도를 측정, 표준시료의 흡광도와 비교하게 된다.

㈜신코 자체 기술로 모든 시스템을 개발하였으며, NI PXI 제품군과 LabVIEW를 통하여 무인 자동 수질 분석기를 빠르고 편리하게 구현할 수 있었다. 다양한 구성품을 동작을 원활히 할 수 있었으며, 비전으로 원거리 기기 작동 유무 감시를 할 수 있었다.