JP2009279732A - クロップシャーの切断制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クロップシャーの起動タイミングを正確に演算できるとともに、クロップシャー加速率を可変にして、被切断材を高精度に切断することができるクロップシャーの切断制御装置を得る。
【解決手段】被切断材２の移動速度を検出する速度検出器３、被切断材２の現在位置を検出する位置検出器４、被切断材２がクロップシャー１の切断位置に到達する時の被切断材２の移動速度を予測する速度予測装置５、この速度予測装置５による予測移動速度に基づいてクロップシャー１の加速率を演算する加速率演算装置６を備える。そして、検出された被切断材２の移動速度及び現在位置と、上記予測移動速度と、演算されたクロップシャー１の加速率とに基づいて、クロップシャー１を起動させる最適なタイミングを演算する。
【選択図】図１

Description

この発明は、製鉄所の薄板圧延ラインに設置されるクロップシャーの切断制御装置に関するものである。

クロップシャーは、製鉄所の薄板圧延ラインに設置され、搬送走行中の圧延材の先端部或いは尾端部のクロップ切断を行うものである。このクロップシャーの制御を行う従来の切断制御装置では、クロップシャーの加速率を固定値とし、被切断材（圧延材）の現在の移動速度及び現在位置に基づいて、クロップシャーを起動させるタイミングを演算していた。
以下に、クロップシャーの起動タイミングを演算する従来の手法について説明する。

クロップシャーの起動タイミングを生成するＬ_ＣＵＴは、（１）式で表される。

ここで、Ｌ_ＭＳは被切断材検出器からクロップシャー中心までの距離、Ｌ_ＳＥＴは被切断材の切断長さ（設定値）、Ｌ_Ｓはクロップシャーが起動してから被切断材をカットするまでに被切断材が進む距離である。上記Ｌ_ＭＳは設備上の絶対距離、Ｌ_ＳＥＴは設定値であり、共に定数である。
また、上記Ｌ_Ｓは、（２）式で求めることができる。

ここで、Ｖは被切断材の移動速度、Ｔ_２はクロップシャーが起動してから被切断材をカットするまでの時間である。
クロップシャーによる切断時、即ち、クロップシャーが被切断材に接触するタイミングにおいては、クロップシャーの速度は、被切断材の移動速度Ｖに対して一定のリード率をもった値（ＫＶ）に制御される。したがって、クロップシャーが起動してから被切断材をカットするまでの時間Ｔ_２は、（３）式で示される。

ここで、Ｌ_Ｃはクロップシャーが起動してから被切断材をカットするまでに回転する距離（一定）、Ｋはクロップシャーリード率（設定値）、ａはクロップシャー加速率（一定）である。
上記（２）式及び（３）式から、次式を得ることができる。

結論として、上記（１）式に（４）式を代入することにより、下記（５）式が得られる。即ち、クロップシャーの起動タイミングを生成するＬ_ＣＵＴは、予めスケジュールによって設定される被切断材の移動速度Ｖの関数として演算されるようになっている。

従来のクロップシャーの切断制御装置では、上記（５）式によって、クロップシャーの起動タイミングを生成するＬ_ＣＵＴを演算するため、被切断材の移動速度Ｖが設定値と異なる場合に、演算結果（Ｌ_ＣＵＴ）の誤差が大きくなり、切断精度が問題になることがあった。即ち、誤差を無くすためには、被切断材の移動速度を設定値と同一にしなければならず、被切断材の移動速度を正確に固定する必要があった。

上述のような課題を解決するための従来技術として、下記特許文献１に記載されたものがある。かかるクロップシャーの切断制御装置では、切断長さ実績を演算するとともに、その演算結果と切断長設定値との偏差に基づいて、クロップシャーの起動タイミングを補正するように構成している。

特開２００７−３０７６７２号公報

特許文献１記載のものであれば、被切断材の移動速度が設定値とずれてしまった場合でも、そのずれに合わせて、クロップシャーの起動タイミングを補正することができる。しかし、クロップシャー加速率を一定に維持する必要があるため、被切断材の移動速度に依らず、常に一定の加速トルクが必要になるといった問題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、クロップシャーの起動タイミングを正確に演算できるとともに、クロップシャー加速率を可変にして、被切断材を高精度に切断することができるクロップシャーの切断制御装置を提供することである。

この発明に係るクロップシャーの切断制御装置は、薄板圧延ラインに設置され、搬送走行中の被切断材を切断するクロップシャーと、被切断材がクロップシャーの切断位置に到達する前に、被切断材の移動速度を検出する速度検出器と、被切断材がクロップシャーの切断位置に到達する前に、被切断材の現在位置を検出する位置検出器と、被切断材がクロップシャーの切断位置に到達する時の被切断材の移動速度を予測する速度予測装置と、速度予測装置による予測移動速度に基づいて、被切断材の切断時にクロップシャーを被切断材に同期させるためのクロップシャーの加速率を演算する第１加速率演算装置と、速度検出器によって検出された移動速度、及び位置検出器によって検出された現在位置、速度予測装置による予測移動速度、第１加速率演算装置によって演算された加速率に基づいて、クロップシャーの起動タイミングを演算する起動タイミング演算装置と、を備えたものである。

この発明によれば、クロップシャーの起動タイミングを正確に演算できるとともに、クロップシャー加速率を可変にして、被切断材を高精度に切断することができるようになる。

この発明をより詳細に説明するため、添付の図面に従ってこれを説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１におけるクロップシャーの切断制御装置を示す構成図である。図１において、１は製鉄所の薄板圧延ラインに設置されたクロップシャーである。このクロップシャー１は、被切断材２を切断するためのものであり、具体的には、上記薄板圧延ラインにおいて、搬送走行中の圧延材（被切断材２）の先端部或いは尾端部のクロップ切断を行うために設置されている。

３は被切断材２の現在の移動速度を検出する速度検出器である。具体的に、速度検出器３は、クロップシャー１の切断位置よりもライン上流側に設置され、被切断材２がクロップシャー１の切断位置に到達する前の所定位置において、被切断材２の移動速度を検出する。
また、４は被切断材２の現在位置を検出する位置検出器である。具体的に、位置検出器４は、クロップシャー１の切断位置よりもライン上流側に検出位置が設定され、被切断材２が上記検出位置に達することにより検出信号を出力する。即ち、位置検出器４は、被切断材２がクロップシャー１の切断位置に到達する前に、この被切断材２の現在位置を検出する。

５は被切断材２がクロップシャー１の切断位置に到達する時の被切断材２の移動速度を予め予測する速度予測装置である。即ち、速度予測装置５は、被切断材２がクロップシャー１の切断位置に到達する前に、その到達時の移動速度を予測する。
６はクロップシャー１の加速率を演算する加速率演算装置（第１加速率演算装置）である。この加速率演算装置６は、被切断材２の切断時におけるクロップシャー１の速度を被切断材２の移動速度に同期させるのに必要な上記加速率を演算する。具体的に、加速率演算装置６は、速度予測装置５によって予測された被切断材２の移動速度（以下、「予測移動速度」ともいう）に基づいて上記演算を行う。

７は被切断材２の切断時におけるクロップシャー１の起動タイミングを演算する起動タイミング演算装置である。具体的に、上記起動タイミング演算装置７は、速度検出器３によって検出された被切断材２の移動速度と、位置検出器４によって検出された被切断材２の現在位置と、速度予測装置５によって予測された被切断材２の移動速度と、加速率演算装置６によって演算されたクロップシャー１の加速率とに基づいて、クロップシャー１を起動させる最適なタイミングを演算する。
そして、クロップシャー駆動装置８は、上記起動タイミング演算装置７の演算結果に基づく起動指令を受けて、クロップシャー１を適切に制御し、実際に被切断材２を切断する。

次に、上記構成を有する切断制御装置の動作について、具体的に説明する。
加速率演算装置６は、速度予測装置５から入力される予測移動速度を用いて、次式から、クロップシャー１の加速率を演算する。

ここで、ａ_１はクロップシャー１の加速率、Ｋはクロップシャー１のリード率（設定値）、Ｖ_２は被切断材２がクロップシャー１の切断位置に到達する時の予測移動速度（設定値）、Ｌ_Ｃはクロップシャー１が起動してから被切断材２をカットするまでに回転する距離（一定）である。なお、上記予測移動速度Ｖ_２は、速度予測装置５の出力値であり、本実施の形態は、予測移動速度Ｖ_２が設定値として与えられる場合を示している。

また、クロップシャー１の起動タイミングを生成するＬ_ＣＵＴは、従来と同様に、上記（１）式で表される。そして、クロップシャー１が起動してから被切断材２をカットするまでに被切断材２が進む距離Ｌ_Ｓは、起動タイミング演算装置７において、加速率演算装置６によって演算された上記加速率ａ_１を用いて、次式にて演算される。

ここで、ａ_２は被切断材２の加速率である。この被切断材２の加速率ａ_２は、速度検出器３によって検出された被切断材２の現在の移動速度と、位置検出器４によって検出された被切断材２の現在位置と用いることにより、次式にて演算することができる。

ここで、Ｖ_Ｘは被切断材２の現在の移動速度（測定値）、Ｌ_Ｘは被切断材２の現在位置（測定値：位置検出器４の検出位置から切断点までの距離）である。
結論として、上記（１）式に（６）式、（７）式、（８）式を代入することにより、下記（９）式が得られる。即ち、クロップシャー１の起動タイミングを生成するＬ_ＣＵＴは、被切断材２の現在の移動速度、現在位置及び予測移動速度の関数として演算される。

この発明の実施の形態１によれば、クロップシャー１の起動タイミングを正確に演算できるとともに、クロップシャー１の加速率を可変にして、被切断材２を高精度に切断することができるようになる。即ち、上記（９）式によって求められたＬ_ＣＵＴは、被切断材２の速度変動に対応しているため、高精度な切断制御が可能になる。また、被切断材２の移動速度が低速の場合には、クロップシャー１の加速トルクを抑制することができるようになる。

実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２におけるクロップシャーの切断制御装置を示す構成図である。実施の形態１においては、被切断材２がクロップシャー１の切断位置に達する時の被切断材２の移動速度、即ち予測移動速度Ｖ_２が設定値として与えられる場合について説明した。これに対し、本実施の形態では、上記予測移動速度Ｖ_２を、被切断材２に対する種々の検出値に基づいて演算する場合について説明する。

上記機能を有するため、図２に示す切断制御装置では、図１に示す構成に加え、被切断材２の加速率を演算するための加速率演算装置９（第２加速率演算装置）が備えられている。具体的に、上記加速率演算装置９は、速度検出器３によって検出された被切断材２の移動速度を時間的に保存することにより、サンプリング制御の前回検出値と今回検出値との差分から、被切断材２の移動加速率を演算する。そして、速度予測装置５は、加速率演算装置９によって演算された被切断材２の加速率と、速度検出器３によって検出された被切断材２の移動速度と、位置検出器４によって検出された被切断材２の現在位置とに基づいて、上記予測移動速度Ｖ_２を演算する。

次に、上記構成を有する切断制御装置の動作について、具体的に説明する。
加速率演算装置９は、（１０）式に示すように、速度検出器３によって検出された被切断材２の移動速度を時間微分することにより、被切断材２の現在の移動加速率を演算する。

ここで、ａ_２は被切断材２の現在の移動加速率、Ｖ_Ｘ（ｎ）は速度検出器３によって検出された被切断材２の移動速度（今回測定値）、Ｖ_{Ｘ（ｎ−１）}は速度検出器３によって検出された被切断材２の移動速度（前回測定値）、Δｔは制御サンプリング周期である。
そして、速度予測装置５は、次式から、被切断材２の予測移動速度Ｖ_２を演算する。

ここで、Ｌ_Ｘ（ｎ）は位置検出器４によって検出された被切断材２の現在位置（今回測定値：位置検出器４の検出位置から切断点までの距離）である。
上記（１１）式に（１０）式を代入することにより、次式が得られる。

上記（６）式及び（１２）式から次式が得られる。そして、加速率演算装置６は、下記（１３）式を用いて、クロップシャー１の加速率を演算する。

結論として、上記（１）式に（７）式、（１０）式、（１３）式を代入することにより、（１４）式が得られる。即ち、クロップシャー１の起動タイミングを生成するＬ_ＣＵＴは、被切断材２の現在の移動速度及び現在位置の関数として演算される。

この発明の実施の形態２によれば、予測移動速度Ｖ_２を予め設定値として与えておく必要がなく、被切断材２の状態に即した切断制御を実現することができるようになる。
その他は、実施の形態１と同様の効果を奏する。

実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３におけるクロップシャーの切断制御装置を示す構成図である。実施の形態２では、速度検出器３によって検出された被切断材２の移動速度を時間的に保存することにより、サンプリング制御の前回検出値と今回検出値との差分から、被切断材２の移動加速率を演算する場合について説明した。これに対し、本実施の形態では、被切断材２の移動加速率を最小２乗法によって演算する場合について説明する。

具体的に、加速率演算装置９は、速度検出器３によって検出された被切断材２の移動速度を複数回分採取して、最小二乗法を用いてその傾きを演算することにより、上記移動加速率を得る。
そして、速度予測装置５は、次式を用いて被切断材２の予測移動速度Ｖ_２を演算する。

ここで、ａ_２は加速率演算装置９において最小２乗法によって演算された被切断材２の現在の移動加速率である。
上記（６）式及び（１５）式から次式が得られる。そして、加速率演算装置６は、下記（１６）式を用いて、クロップシャー１の加速率を演算する。

結論として、上記（１）式に（７）式及び（１６）式を代入することにより、下記（１７）式が得られる。即ち、クロップシャー１の起動タイミングを生成するＬ_ＣＵＴは、被切断材２の現在の移動速度、現在位置及び現在加速率の関数として演算される。

この発明の実施の形態３によれば、予測移動速度Ｖ_２を予め設定値として与えておく必要がなく、被切断材２の状態に即した切断制御を実現することができるようになる。
その他は、実施の形態１と同様の効果を奏する。

実施の形態４．
図４はこの発明の実施の形態４におけるクロップシャーの切断制御装置を示す構成図である。実施の形態２及び３においては、速度検出器３によって検出された被切断材２の移動速度に基づいて被切断材２の移動加速率を演算する場合について説明した。これに対し、本実施の形態では、被切断材２の移動加速率を直接検出（測定）する場合について説明する。

上記構成を有するため、図４に示す切断制御装置では、図１に示す構成に加え、被切断材２の加速度を直接検出する加速度検出器１０が備えられている。具体的に、上記加速度検出器１０は、被切断材２がクロップシャー１の切断位置に到達する前に、被切断材２の加速度を検出する。速度予測装置５は、加速度検出器１０によって検出された加速度と、速度検出器３によって検出された被切断材２の移動速度と、位置検出器４によって検出された被切断材２の現在位置とに基づいて、予測移動速度Ｖ_２を演算する。

なお、クロップシャー１の起動タイミングを生成するＬ_ＣＵＴは、上記（１７）式を用いて導くことができる。即ち、上記Ｌ_ＣＵＴは、被切断材２の現在の移動速度、現在位置及び加速度の関数として演算される。

この発明の実施の形態４によれば、予測移動速度Ｖ_２を予め設定値として与えておく必要がなく、被切断材２の状態に即した切断制御を実現することができるようになる。
その他は、実施の形態１と同様の効果を奏する。

この発明の実施の形態１におけるクロップシャーの切断制御装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態２におけるクロップシャーの切断制御装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態３におけるクロップシャーの切断制御装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態４におけるクロップシャーの切断制御装置を示す構成図である。

符号の説明

１ クロップシャー
２ 被切断材
３ 速度検出器
４ 位置検出器
５ 速度予測装置
６ 加速率演算装置（第１加速率演算装置）
７ 起動タイミング演算装置
８ クロップシャー駆動装置
９ 加速率演算装置（第２加速率演算装置）
１０ 加速度検出器

Claims (4)

1. 薄板圧延ラインに設置され、搬送走行中の被切断材を切断するクロップシャーと、
   前記被切断材が前記クロップシャーの切断位置に到達する前に、前記被切断材の移動速度を検出する速度検出器と、
   前記被切断材が前記クロップシャーの切断位置に到達する前に、前記被切断材の現在位置を検出する位置検出器と、
   前記被切断材が前記クロップシャーの切断位置に到達する時の前記被切断材の移動速度を予測する速度予測装置と、
   前記速度予測装置による予測移動速度に基づいて、前記被切断材の切断時に前記クロップシャーを前記被切断材に同期させるための前記クロップシャーの加速率を演算する第１加速率演算装置と、
   前記速度検出器によって検出された移動速度、及び前記位置検出器によって検出された現在位置、前記速度予測装置による予測移動速度、前記第１加速率演算装置によって演算された加速率に基づいて、前記クロップシャーの起動タイミングを演算する起動タイミング演算装置と、
   を備えたことを特徴とするクロップシャーの切断制御装置。
2. 被切断材の加速率を演算する第２加速率演算装置と、
   を更に備え、
   前記第２加速率演算装置は、速度検出器の前回検出値及び今回検出値の差分から、前記被切断材の加速率を演算し、
   速度予測装置は、前記第２加速率演算装置によって演算された加速率、前記速度検出器によって検出された移動速度、位置検出器によって検出された現在位置に基づいて、前記被切断材が前記クロップシャーの切断位置に到達する時の前記被切断材の移動速度を予測することを特徴とする請求項１に記載のクロップシャーの切断制御装置。
3. 第２加速率演算装置は、速度検出器の複数の検出値に基づいて、最小２乗法を用いて被切断材の加速率を演算することを特徴とする請求項２に記載のクロップシャーの切断制御装置。
4. 被切断材がクロップシャーの切断位置に到達する前に、前記被切断材の加速度を検出する加速度検出器と、
   を更に備え、
   速度予測装置は、前記加速度検出器によって検出された加速度、速度検出器によって検出された移動速度、位置検出器によって検出された現在位置に基づいて、前記被切断材が前記クロップシャーの切断位置に到達する時の前記被切断材の移動速度を予測することを特徴とする請求項１に記載のクロップシャーの切断制御装置。

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