JP5000361B2 - 連続処理ラインにおける板温制御方法、装置、及びコンピュータプログラム - Google Patents

Description

本発明は、連続溶融亜鉛メッキライン等の連続処理ラインにおける板温制御技術に関する。

一般的に、連続処理ラインにおいては、ライン入側のペイオフリール（ＰＯＲ）に巻かれたコイルから引き出されたストリップを、ライン上の各種設備を順番に通し、全ての処理が完了した後、テンションリール（ＴＲ）で巻き取る。例えば連続溶融亜鉛メッキラインでは、ライン上に冷却帯、メッキ設備等が設置されており、これら全ての設備をストリップが連続的に通る。各コイルのストリップ長は有限であるが、１つのコイルのストリップ終端には次のコイルの先端が溶接され、それによってライン上ではストリップは連続的に処理される。また、出側では、１つのコイルの巻き取りが終了すると、そのストリップの終端近傍を切断し、切断点に続くストリップは別のコイルとして巻き取る。

本願出願人は、特許文献１等において、通板条件の変更が無いとき(平常時)には、目標板温と実績板温の偏差に基づいてフィードバック演算してブロワ回転数をコントロールし、溶接点通過時、通板速度変更あるいは目標板温変更時には、定常解による板温制御モデルにてフィードフォワード演算してブロワ回転数をコントロールするようにした板温冷却制御方法を提案している。

特開２００５−２２０４３２号公報

冷却ブロワだけを用いて鋼板の板温を目標温度まで下げるのではなく、冷却ブロワで鋼板の板温を目標温度よりもいったん下げた後、インダクションヒータで目標温度まで加熱することにより、温度管理が行いやすくなる。このようにブロワにより鋼板を冷却する冷却帯と、冷却帯の後段で鋼板を加熱するインダクションヒータとを備えた連続処理ラインにおいて、板温の制御精度を向上させる点については提案されていない。

本発明は、複数の鋼板を連続して、ブロワにより冷却する冷却帯と、前記冷却帯の後段で前記鋼板を加熱するインダクションヒータとを備えた連続処理ラインにおいて、板温の制御精度を向上させることを目的とする。

本発明の板温制御方法は、複数の鋼板を連続して、ブロワにより冷却する冷却帯と、前記冷却帯の後段で前記鋼板を加熱するインダクションヒータとを備えた連続処理ラインにおける板温制御方法であって、コイルの板幅、板厚、及びインダクションヒータ出側目標板温のいずれかの変更の有無を判定し、前記コイルの板幅、板厚、及びインダクションヒータ出側目標板温のいずれかの変更があると判定された場合に、前記コイルの板幅、板厚、及びインダクションヒータ出側目標板温のいずれかの変更前の鋼板におけるインダクションヒータ入側板温を演算する演算手順と、前記コイルの板幅、板厚、及びインダクションヒータ出側目標板温のいずれかの変更後の鋼板におけるインダクションヒータ入側目標板温を演算する演算手順と、前記演算手順により演算されたインダクションヒータ入側目標板温を前記インダクションヒータへの指令値として出力する手順と、前記演算手順により演算されたインダクションヒータ入側板温と、前記演算手順により演算されたインダクションヒータ入側目標板温とに基づいて、前記ブロワの回転数指令値を求めて出力する手順とを行うことを特徴とする。
本発明の板温制御装置は、複数の鋼板を連続して、ブロワにより冷却する冷却帯と、前記冷却帯の後段で前記鋼板を加熱するインダクションヒータとを備えた連続処理ラインにおける板温制御装置であって、コイルの板幅、板厚、及びインダクションヒータ出側目標板温のいずれかの変更の有無を判定する判定手段と、前記コイルの板幅、板厚、及びインダクションヒータ出側目標板温のいずれかの変更があると判定された場合に、前記コイルの板幅、板厚、及びインダクションヒータ出側目標板温のいずれかの変更前の鋼板におけるインダクションヒータ入側板温を演算する演算手段と、前記コイルの板幅、板厚、及びインダクションヒータ出側目標板温のいずれかの変更があると判定された場合に、前記コイルの板幅、板厚、及びインダクションヒータ出側目標板温のいずれかの変更後の鋼板におけるインダクションヒータ入側目標板温を演算する演算手段と、前記演算手段により演算されたインダクションヒータ入側目標板温を前記インダクションヒータへの指令値として出力する出力手段と、前記演算手段により演算されたインダクションヒータ入側板温と、前記演算手段により演算されたインダクションヒータ入側目標板温とに基づいて、前記ブロワの回転数指令値を求めて出力する出力手段とを備えたことを特徴とする。
本発明のコンピュータプログラムは、複数の鋼板を連続して、ブロワにより冷却する冷却帯と、前記冷却帯の後段で前記鋼板を加熱するインダクションヒータとを備えた連続処理ラインにおける板温制御のためのコンピュータプログラムであって、コイルの板幅、板厚、及びインダクションヒータ出側目標板温のいずれかの変更の有無を判定し、前記コイルの板幅、板厚、及びインダクションヒータ出側目標板温のいずれかの変更があると判定された場合に、前記コイルの板幅、板厚、及びインダクションヒータ出側目標板温のいずれかの変更前の鋼板におけるインダクションヒータ入側板温を演算する演算処理と、前記コイルの板幅、板厚、及びインダクションヒータ出側目標板温のいずれかの変更後の鋼板におけるインダクションヒータ入側目標板温を演算する演算処理と、前記演算処理により演算されたインダクションヒータ入側目標板温を前記インダクションヒータへの指令値として出力する処理と、前記演算処理により演算されたインダクションヒータ入側板温と、前記演算処理により演算されたインダクションヒータ入側目標板温とに基づいて、前記ブロワの回転数指令値を求めて出力する処理とをコンピュータに実行させることを特徴とする。

本発明によれば、複数の鋼板を連続して、ブロワにより冷却する冷却帯と、前記冷却帯の後段で前記鋼板を加熱するインダクションヒータとを備えた連続処理ラインにおいて、コイルの板幅、板厚、及びインダクションヒータ出側目標板温のいずれかの変更時を含めて板温の制御精度を向上させることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
図１に、本発明を適用可能な実施形態の一例として、連続溶融亜鉛メッキラインの一部構成を示す。ライン上には、冷却ブロワ１０２により鋼板１００を冷却する冷却帯１０１と、冷却帯１０１の後段で鋼板１００を加熱するインダクションヒータ（ＩＨ）１０３と、ＩＨ１０３の後段で鋼板１００にメッキする不図示のメッキ設備とが設置されている。

図２に示すように、冷却帯１０１で鋼板１００の板温を目標温度Ｔよりもいったん下げた後、ＩＨ１０３で目標温度Ｔまで加熱する。これは、ＩＨ１０３の方が冷却帯１０１（冷却ブロワ１０２）における放熱過程による温度制御に比べて温度制御の応答性、追従性等に優れており、温度管理を行いやすいからである。特に連続溶融亜鉛メッキラインでは、メッキ前の板温が品質に与える影響は大きく、板温管理を厳密に行うことが求められることから、鋼板１００の板温を目標温度Ｔよりもいったん下げた後、ＩＨ１０３で目標温度Ｔまで加熱する手法による効果は大きい。

図１に示すように、冷却帯１０１の入側、及び、ＩＨ１０３の出側には、板温計１０４、１０５が配置されている。

図３には、本実施形態の連続溶融亜鉛メッキラインを制御するプロセスコンピュータに含まれる板温制御装置１０の構成を示す。板温制御装置１０は、フィードフォワード（ＦＦ）制御部１１と、フィードバック（ＦＢ）制御部１２と、ＩＨ入側目標板温演算部１３と、ＩＨ入側板温推定演算部１４とを備える。

板温制御装置１０には、ブロワ実績回転数、ＩＨ実績電力、ＩＨ出側実績板温といった下位実績情報が外部入力される。また、コイル溶接点位置、ライン速度といったトラッキング情報、及び、ＩＨ出側目標板温（メッキ前目標温度）、材料板厚、材料板幅といったスケジュール情報が入力される。

板温制御装置１０は、詳しくは後述するが、上述した入力情報に基づいて演算処理を行い、ブロワ回転数、ＩＨ入側目標板温を下位指令値として出力する。

板温の制御は、不図示のＩＨコントローラが、板温制御装置１０により求められたＩＨ入側目標板温、スケジュール情報に含まれるＩＨ出側目標板温、板温計１０５により得られるＩＨ出側実績板温等に基づいて、ＩＨ１０３の電磁誘導コイルに流す電流値を制御する。

また、板温の制御は、プロセスコンピュータがブロワ回転数を変更することで行われる。プロセスコンピュータは、平常時は、板温制御装置１０のＩＨ入側目標板温演算部１３により求められたＩＨ入側目標板温と、板温制御装置１０のＩＨ入側板温推定演算部１４により推定演算されたＩＨ入側板温との偏差によるフィードバック制御にてブロワ回転数を制御する。その一方で、通板条件の変更時（コイルチェンジ、ＩＨ出側目標板温変更）は、板温制御装置１０によりＩＨ入側目標板温を演算しなおして、フィードフォワード制御にてブロワ回転数を制御する。

図４は、板温制御装置１０による処理動作を説明するフローチャートである。板温制御装置１０では、通板条件（コイルチェンジ、ＩＨ出側目標板温変更）の変更の有無を判定し（ステップＳ１０１）、その結果に応じて、ステップＳ１０２〜Ｓ１０６の処理、或は、ステップＳ１０７〜Ｓ１０９の処理を行う。

上記ステップＳ１０１で通板条件の変更があると判定された場合、具体的には、通板条件すなわち処理条件が異なるコイルの前側の溶接点が板温計１０４を通過したり、ＩＨ出側目標板温変更があったりした場合、ステップＳ１０２において、ＩＨ出側実績板温、並びに、ＩＨ実績電力、ライン速度、材料板厚、材料板幅を用いて伝熱モデルによる定式ｆでＩＨ入側板温を演算する。このＩＨ入側板温は、ＩＨ１０３の入側（図１中の地点Ａ）で通板条件が変更される前の鋼板における温度、すなわち、現コイルに関する板温である。式（１）にＩＨ入側板温Ｔ_Si__hatの推定計算式を示す。ここでの材料厚ＴＨや材料幅ＷＤ等は、地点Ａにある現コイルの値である。

次に、ステップＳ１０３において、ＩＨ出側目標板温、材料板厚、材料板幅、ライン速度を用いてＩＨ入側目標板温を演算し、不図示のメモリに格納する。このＩＨ入側目標板温は、ＩＨ１０３の入側（図１中の地点Ａ）で通板条件が変更された後の鋼板に適用される温度、すなわち、次コイルに関する板温である。式（２）、（３）にＩＨ入側目標板温を下記で示すように導出するのに用いる、伝熱モデルによる定式ｇによる表式を示す。ここでの材料厚ＴＨや材料幅ＷＤ等は、これから地点Ａに搬送される次コイルの値である。

ここで、出力電力Ｐが、Ｐ_min（下限電力）＜Ｐ＜Ｐ_max（上限電力）の場合、ＩＨ昇温量αの変更を不実施とする。

それに対して、Ｐ＜Ｐ_min、Ｐ＞Ｐ_maxの場合、出力電力Ｐを上限電力Ｐ_max又は下限電力Ｐ_minにクランプした値を用いて、ＩＨ昇温量αの逆計算を行う（式（２）、（３））。

そして、下式の計算を行うことにより、ＩＨ１０３をある範囲（Ｐ_min〜Ｐ_max）の電力で安定的に使用することができる。なお、これらＰ_min（下限電力）やＰ_max（上限電力）はＩＨ１０３の上下限を意味するものではなく、適宜設定されるものである。
ＩＨ入側目標板温＝ＩＨ出側目標板度−α

次に、ステップＳ１０４において、上記ステップＳ１０３で演算されたＩＨ入側目標板温を不図示のＩＨコントローラに指令値として出力する。

また、ステップＳ１０５、Ｓ１０６において、上記ステップＳ１０２で演算されたＩＨ入側板温と、上記ステップＳ１０３で演算されたＩＨ入側目標板温とに基づいてＦＦ演算を行って、ブロワ回転数指令値を求めて出力する。

一方、上記ステップＳ１０１で通板条件の変更がないと判定された場合（平常時）、ステップＳ１０７において、上式（１）より、ＩＨ出側実績板温、ＩＨ実績電力、ライン速度、材料板厚、材料板幅を用いてＩＨ入側板温を演算する。

次に、ステップＳ１０８、Ｓ１０９において、上記ステップＳ１０７で演算されたＩＨ入側板温と、前回の通板条件変更時に演算されてメモリに格納されているＩＨ入側目標板温とに基づいてＦＢ（フィードバック）演算を行って、ブロワ回転数指令値を求めて出力する。

なお、ステップＳ１０１〜Ｓ１０９の一連の処理は、周期的（例えば２０秒ごと）や予め設定した時間間隔のパターンで実行するようにしても良い。又、板温計１０４の近傍に設置した、例えばコイルを挟んで対向した光源と受光器からなる溶接点検知器（図示せず）で溶接点の通過を検知したときに実行するようにしても良い。

以上述べたように、ＩＨ入側板温を推定演算するので、板温計なしでブロワ回転数制御を行うことができ、ＩＨ出側板温の制御精度を向上させることができる。

また、平常時は、板温制御装置１０により求められたＩＨ入側目標板温と、板温制御装置１０により推定演算されたＩＨ入側板温の偏差によるフィードバック制御にてブロワ回転数を制御する一方で、通板条件の変更時（コイルチェンジ、ＩＨ出側目標板温変更）は、板温制御装置１０によりＩＨ入側目標板温を演算しなおして、フィードフォワード制御にてブロワ回転数を制御するので、平常時だけでなく、過渡期（通板条件の変更時）を含めて板温の制御精度を向上させることができる。

図５には、板温制御装置１０として機能しうるコンピュータシステムのハードウェア構成例を示す。コンピュータシステムは、ＣＰＵ５０と、入力装置５１と、表示装置５２と、記憶装置５３とを含み、各部はバス５４を介して接続される。記憶装置５３はＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤ等により構成されており、上述したプロセスコンピュータとしての動作を制御するコンピュータプログラムが格納される。ＣＰＵ５０がコンピュータプログラムを実行することによって板温制御装置の機能、又は処理を実現する。なお、板温制御装置１０は一つのコンピュータ装置により構成されてもよいし、複数のコンピュータ装置により構成されてもよい。

また、本発明の目的は、板温制御装置の機能をコンピュータに実現させるコンピュータプログラムを、コンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が実行することによっても、達成されることは言うまでもない。この場合、記憶媒体から読み出されたコンピュータプログラム自体及びそのコンピュータプログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。コンピュータプログラムを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。

実施形態の連続溶融亜鉛メッキラインの一部構成を示す図である。 実施形態の連続溶融亜鉛メッキラインにおける板温制御の一例を示す特性図である。 実施形態の連続溶融亜鉛メッキラインにおける板温制御装置の構成を示す図である。 実施形態の板温制御装置による処理動作を説明するフローチャートである。 コンピュータシステムのハードウェア構成例を示す図である。

符号の説明

１０ 板温制御装置
１１ フィードフォワード（ＦＦ）制御部
１２ フィードバック（ＦＢ）制御部
１３ ＩＨ入側目標板温演算部
１４ ＩＨ入側板温推定演算部
１００ 鋼板
１０１ 冷却帯
１０２ 冷却ブロワ
１０３ インダクションヒータ
１０４ 板温計
１０５ 板温計

Claims (4)

1. 複数の鋼板を連続して、ブロワにより冷却する冷却帯と、前記冷却帯の後段で前記鋼板を加熱するインダクションヒータとを備えた連続処理ラインにおける板温制御方法であって、
   コイルの板幅、板厚、及びインダクションヒータ出側目標板温のいずれかの変更の有無を判定し、前記コイルの板幅、板厚、及びインダクションヒータ出側目標板温のいずれかの変更があると判定された場合に、
   前記コイルの板幅、板厚、及びインダクションヒータ出側目標板温のいずれかの変更前の鋼板におけるインダクションヒータ入側板温を演算する演算手順と、
   前記コイルの板幅、板厚、及びインダクションヒータ出側目標板温のいずれかの変更後の鋼板におけるインダクションヒータ入側目標板温を演算する演算手順と、
   前記演算手順により演算されたインダクションヒータ入側目標板温を前記インダクションヒータへの指令値として出力する手順と、
   前記演算手順により演算されたインダクションヒータ入側板温と、前記演算手順により演算されたインダクションヒータ入側目標板温とに基づいて、前記ブロワの回転数指令値を求めて出力する手順とを行うことを特徴とする板温制御方法。
2. 前記コイルの板幅、板厚、及びインダクションヒータ出側目標板温の変更がないと判定された場合に、
   インダクションヒータ入側板温を演算する演算手順と、
   前記演算手順により演算されたインダクションヒータ入側板温と、前回のコイルの板幅、板厚、及びインダクションヒータ出側目標板温のいずれかの変更時に演算されたインダクションヒータ入側目標板温とに基づいて、前記ブロワの回転数指令値を求めて出力する手順とを行うことを特徴とする請求項１に記載の板温制御方法。
3. 複数の鋼板を連続して、ブロワにより冷却する冷却帯と、前記冷却帯の後段で前記鋼板を加熱するインダクションヒータとを備えた連続処理ラインにおける板温制御装置であって、
   コイルの板幅、板厚、及びインダクションヒータ出側目標板温のいずれかの変更の有無を判定する判定手段と、
   前記コイルの板幅、板厚、及びインダクションヒータ出側目標板温のいずれかの変更があると判定された場合に、前記コイルの板幅、板厚、及びインダクションヒータ出側目標板温のいずれかの変更前の鋼板におけるインダクションヒータ入側板温を演算する演算手段と、
   前記コイルの板幅、板厚、及びインダクションヒータ出側目標板温のいずれかの変更があると判定された場合に、前記コイルの板幅、板厚、及びインダクションヒータ出側目標板温のいずれかの変更後の鋼板におけるインダクションヒータ入側目標板温を演算する演算手段と、
   前記演算手段により演算されたインダクションヒータ入側目標板温を前記インダクションヒータへの指令値として出力する出力手段と、
   前記演算手段により演算されたインダクションヒータ入側板温と、前記演算手段により演算されたインダクションヒータ入側目標板温とに基づいて、前記ブロワの回転数指令値を求めて出力する出力手段とを備えたことを特徴とする板温制御装置。
4. 複数の鋼板を連続して、ブロワにより冷却する冷却帯と、前記冷却帯の後段で前記鋼板を加熱するインダクションヒータとを備えた連続処理ラインにおける板温制御のためのコンピュータプログラムであって、
   コイルの板幅、板厚、及びインダクションヒータ出側目標板温のいずれかの変更の有無を判定し、前記コイルの板幅、板厚、及びインダクションヒータ出側目標板温のいずれかの変更があると判定された場合に、
   前記コイルの板幅、板厚、及びインダクションヒータ出側目標板温のいずれかの変更前の鋼板におけるインダクションヒータ入側板温を演算する演算処理と、
   前記コイルの板幅、板厚、及びインダクションヒータ出側目標板温のいずれかの変更後の鋼板におけるインダクションヒータ入側目標板温を演算する演算処理と、
   前記演算処理により演算されたインダクションヒータ入側目標板温を前記インダクションヒータへの指令値として出力する処理と、
   前記演算処理により演算されたインダクションヒータ入側板温と、前記演算処理により演算されたインダクションヒータ入側目標板温とに基づいて、前記ブロワの回転数指令値を求めて出力する処理とをコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。

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