JP2017224091A - Mathematical model calculation device for rolling line and temperature controller for rolled material - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、圧延ラインの数学モデル算出装置および圧延材の温度制御装置に関する。 The present invention relates to a mathematical model calculation device for a rolling line and a temperature control device for a rolled material.
特許文献１は、圧延材の温度制御装置に適用し得るモデルを開示する。当該モデルは、オンラインにおいて修正される。
しかしながら、特許文献１に記載のモデルの修正には、時間がかかる。このため、圧延ラインにおいて、精度の高い温度モデルを得る際に時間がかかる。
However, it takes time to correct the model described in
この発明は、上述の課題を解決するためになされた。この発明の目的は、精度の高い温度モデルを算出することができる圧延ラインの数学モデル算出装置および圧延材の温度制御装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems. An object of the present invention is to provide a mathematical model calculation device for a rolling line and a temperature control device for a rolled material, which can calculate a highly accurate temperature model.
この発明に係る圧延ラインの数学モデル算出装置は、熱間圧延ラインの実測値の履歴に基づいて、前記熱間圧延ラインの圧延機と巻取機との間に設けられた注水設備の冷却スプレー流量を制御入力とし、前記圧延機の回転速度と前記圧延機と前記注水設備との間における圧延材の形状に応じた圧力と前記圧延機と前記注水設備との間における圧延材の圧延機出側温度と含む外乱を外乱入力とし、前記注水設備と前記巻取機との間の圧延材の巻取温度を出力として数学モデルを算出する数学モデル算出部、を備えた。 The mathematical model calculation device for a rolling line according to the present invention is based on a history of actual measurement values of a hot rolling line, and a cooling spray for a water injection facility provided between a rolling mill and a winder of the hot rolling line. The flow rate is set as a control input, the pressure corresponding to the rotational speed of the rolling mill, the shape of the rolled material between the rolling mill and the water injection facility, and the rolling mill output between the rolling mill and the water injection facility. And a mathematical model calculation unit that calculates a mathematical model using a disturbance including a side temperature as a disturbance input and using a winding temperature of the rolled material between the water injection facility and the winder as an output.
この発明に係る圧延材の温度制御装置は、前記熱間圧延ラインの稼働中において、前記外乱入力の実測値から対応した１次直線を差し引いた値を前記数学モデル算出装置に算出された数学モデルに入力して、圧延材の巻取温度の予測値を算出し、圧延材の目標温度の値と当該予測値との偏差を算出し、当該偏差が０となるように、前記注水設備の冷却スプレー流量をフィードフォワード制御する制御部、を備えた。 In the temperature control device for a rolled material according to the present invention, the mathematical model calculated by the mathematical model calculation device is a value obtained by subtracting a corresponding primary straight line from the measured value of the disturbance input during operation of the hot rolling line. To calculate a predicted value of the coiling temperature of the rolled material, calculate a deviation between the target temperature value of the rolled material and the predicted value, and cool the water injection equipment so that the deviation becomes zero. A control unit for feedforward control of the spray flow rate.
これらの発明によれば、数学モデル算出部は、熱間圧延ラインの実測値の履歴に基づいて数学モデルを算出する。このため、精度の高い温度モデルを算出することができる。 According to these inventions, the mathematical model calculation unit calculates a mathematical model based on the history of actual measurement values of the hot rolling line. For this reason, a highly accurate temperature model can be calculated.
この発明を実施するための形態について添付の図面に従って説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号が付される。当該部分の重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。 A mode for carrying out the invention will be described with reference to the accompanying drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is the same or it corresponds in each figure. The overlapping explanation of the part is appropriately simplified or omitted.
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における圧延材の温度制御装置が適用される熱間圧延ラインの概要を示す構成図である。
1 is a block diagram showing an outline of a hot rolling line to which a temperature control device for rolled material in
図１において、加熱炉１は、熱間圧延ラインの入側に設けられる。仕上圧延機の最終スタンド２は、加熱炉１の出側に設けられる。第１注水設備３は、仕上圧延機の最終スタンド２の出側に設けられる。第２注水設備４は、第１注水設備３の出側に設けられる。巻取機５は、第２注水設備４の出側に設けられる。
In FIG. 1, a
圧延材６は、加熱炉１の内部に装入される。その後、圧延材６は、加熱炉１により加熱される。その後、圧延材６は、加熱炉１から抽出される。その後、圧延機は、図示されない粗圧延機に圧延される。その後、圧延材６は、仕上圧延機により圧延される。その後、圧延材６は、第１注水設備３からの注水により冷却される。その後、圧延材６は、第２注水設備４からの注水により冷却される。その後、圧延材６は、巻取機５により巻き取られる。
The rolled
次に、図２を用いて、圧延材６のスキッドマークによる温度むらを説明する。
図２はこの発明の実施の形態１における圧延材の温度制御装置が適用される熱間圧延ラインの加熱炉により加熱された圧延材のスキッドマークによる温度むらを説明するための図である。
Next, temperature unevenness due to skid marks on the rolled
FIG. 2 is a diagram for explaining temperature unevenness due to skid marks on a rolled material heated by a heating furnace of a hot rolling line to which the temperature control device for rolled material in
図２に示されるように、加熱炉１は、複数のスキッド１ａを備える。例えば、加熱炉１は、７個のスキッドを備える。例えば、加熱炉１は、８個のスキッド１ａを備える。図２においては、複数のスキッド１ａの一部として、５個のスキッド１ａが示される。複数のスキッド１ａは、圧延材６の長手方向に並ぶ。複数のスキッド１ａは、冷却水１ｂにより冷却される。
As shown in FIG. 2, the
複数のスキッド１ａは、加熱炉１の内部において圧延材６を支持する。複数のスキッド１ａは、加熱炉１の内部において圧延材６を搬送する。この際、複数のスキッド１ａは、圧延材６と接触する。圧延材６において、複数のスキッド１ａと接触する部分の温度は、複数のスキッド１ａと接触しない部分の温度よりも低くなる。複数のスキッド１ａと接触する部分は、スキッドマークと呼ばれる。
The plurality of
例えば、スキッドマークの温度は、圧延材６の長手方向の平均温度よりも２０℃から４０℃低くなる。加熱炉１による圧延材６の加熱状態によっては、スキッドマークの温度は、圧延材６の長手方向の平均温度よりも４０℃以上低くなることもある。
For example, the temperature of the skid mark is 20 ° C. to 40 ° C. lower than the average temperature in the longitudinal direction of the rolled
圧延材６の圧延および搬送により、スキッドマークの温度と圧延材６の長手方向の平均温度との差は減る。
By rolling and conveying the rolled
しかしながら、スキッドマークの温度と圧延材６の長手方向の平均温度との差は、圧延材６が巻取機５に巻き取られる際にも残っている。
However, the difference between the temperature of the skid mark and the average temperature in the longitudinal direction of the rolled
次に、図３を用いて、熱間圧延ラインの要部を説明する。
図３はこの発明の実施の形態１における圧延材の温度制御装置が適用される熱間圧延ラインの要部の構成図である。
Next, the principal part of a hot rolling line is demonstrated using FIG.
FIG. 3 is a configuration diagram of a main part of a hot rolling line to which the temperature control device for rolled material according to
図３において、速度検出器７は、仕上圧延機の最終スタンド２に設けられる。形状計８は、仕上圧延機の最終スタンド２と第１注水設備３との間に設けられる。圧延機出側温度計９は、形状計８と第１注水設備３との間に設けられる。巻取温度計１０は、第２注水設備４と巻取機５との間に設けられる。巻取温度計１０は、巻取機５の入側に設けられる。
In FIG. 3, the
温度制御装置１１の入力部は、速度検出器７の出力部と形状計８の出力部と圧延機出側温度計９の出力部と巻取温度計１０の出力部とに接続される。温度制御装置１１の出力部は、第１注水設備３の入力部と第２注水設備４の入力部とに接続される。
The input unit of the temperature control device 11 is connected to the output unit of the
温度制御装置１１は、数学モデル算出装置１２と制御部１３とを備える。数学モデル算出装置１２は、数学モデル算出部１４を備える。
The temperature control device 11 includes a mathematical
速度検出器７は、仕上圧延機の回転速度ωｆ ｒｅｓ（ｒａｄ／ｓ）を検出する。形状計８は、仕上圧延機の出側における圧延材６の平坦度に応じた圧力Ｐｆ ｒｅｓ（ＭＰａ）を検出する。圧延機出側温度計９は、仕上圧延機の出側における圧延材６の圧延機出側温度Ｔｆ ｒｅｓ（℃）を計測する。巻取温度計１０は、巻取機５の入側における圧延材６の巻取温度Ｔｃ ｒｅｓ（℃）を計測する。
The
温度制御装置１１において、制御部１３は、仕上圧延機の回転速度ωｆ ｒｅｓと仕上圧延機の出側における圧延材６の平坦度に応じた圧力Ｐｆ ｒｅｓと仕上圧延機の出側における圧延材６の圧延機出側温度Ｔｆ ｒｅｓとに基づいて第１注水設備３の冷却スプレー流量を算出する。温度制御装置１１は、第１注水設備３の冷却スプレー流量に対応した信号ＶＦＷＤ ｒｅｆを出力することにより第１注水設備３の注水バルブに対してフィードフォワード制御を行う。
In the temperature control device 11, the
制御部１３は、圧延材６の目標値Ｔｔａｒｇｅｔ（℃）と巻取機５の入側における圧延材６の巻取温度Ｔｃ ｒｅｓとの偏差に基づいて第２注水設備４の冷却スプレー流量を算出する。制御部１３は、第２注水設備４の冷却スプレー流量に対応した信号ＶＦＢＫ ｒｅｆを出力することにより第２注水設備４の注水バルブに対してフィードバック制御を行う。
The
数学モデル算出装置１２において、数学モデル算出部１４は、熱間圧延ラインの実測値の履歴に基づいて数学モデルを算出する。この際、数学モデル算出部１４は、第１注水設備３の冷却スプレー流量と第２注水設備４の冷却スプレー流量とを制御入力とする。数学モデル算出部１４は、仕上圧延機の回転速度ωｆ ｒｅｓと仕上圧延機の出側における圧延材６の平坦度に応じた圧力Ｐｆ ｒｅｓと仕上圧延機の出側における圧延材６の圧延機出側温度Ｔｆ ｒｅｓとを外乱入力とする。数学モデル算出部１４は、巻取機５の入側における圧延材６の巻取温度Ｔｃ ｒｅｓを出力とする。
In the mathematical
温度制御装置１１において、制御部１３は、次回以降の圧延材６に対して数学モデル算出装置１２により算出された数学モデルを用いて第１注水設備３の冷却スプレー流量をフィードフォワード制御する。
In the temperature control device 11, the
次に、図４を用いて、フィードバック制御を説明する。
図４はこの発明の実施の形態１における圧延材の温度制御装置によるフィードバック制御を示すブロック図である。
Next, feedback control will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a block diagram showing feedback control by the rolled material temperature control apparatus according to
図４に示すように、制御部１３の伝達関数は、ＣＦＢＫで表される。
As shown in FIG. 4, the transfer function of the
第１ブロック１５は、第２注水設備４の注水バルブの応答を示す。第１ブロック１５の伝達関数は、第２注水設備４の注水バルブの時定数ＴＶ（ｓ）とラプラス算出子ｓとを用いて表される。第２ブロック１６は、冷却プロセスを示す。第２ブロック１６の伝達関数は、不明である。第３ブロック１７は、外乱による温度変化を示す。第３ブロック１７の伝達関数は、不明である。第４ブロック１８は、移送遅れによるむだ時間を示す。第４ブロック１８の伝達関数は、移送遅れによるむだ時間Ｔｔ（ｓ）とラプラス算出子ｓとを用いて表される。第５ブロック１９は、巻取温度計１０の応答を示す。第５ブロック１９は、圧延材６の巻取温度ＴＣ（ｓ）とラプラス算出子ｓを用いて表される。
The
温度制御装置１１において、制御部１３は、当該圧延材６の温度の目標値Ｔｔａｒｇｅｔと圧延材６の温度Ｔｃ ｒｅｓとの偏差を入力として第２注水設備４の冷却スプレー流量を算出する。第２注水設備４５ｂの冷却スプレー流量に対応した信号ＶＦＢＫは、第１ブロック１５と第２ブロック１６とを経由する。その結果、圧延材６７の温度降下ＴＤ ＦＢＫ（℃）が得られる。
In the temperature control device 11, the
圧延材６の温度降下ＴＤ ＦＢＫは、第１注水設備３による圧延材６の温度降下ＴＤ ＦＷＤ（℃）に加わる。圧延材６の温度降下ＴＤ ＦＷＤと圧延材６の温度降下ＴＤ ＦＢＫとは、外乱による温度変化に加わる。その後、圧延材６の温度は、第３ブロック１７と第４ブロック１８とを経由する。その結果、圧延材６の巻取温度ＴＣ ｒｅｓが得られる。
The temperature drop T D FBK of the rolled
次に、図５を用いて、圧延材６の巻取温度の予測値の算出方法を説明する。
図５はこの発明の実施の形態１における圧延材の温度制御装置による圧延材の巻取温度の算出方法を説明するためのブロック図である。
Next, the calculation method of the predicted value of the winding temperature of the rolling
FIG. 5 is a block diagram for explaining a method for calculating the rolling material winding temperature by the rolled material temperature control apparatus according to
図５に示されるように、ライン速度の数学モデル２０は、仕上圧延機の回転速度ωｆ ｒｅｓからライン速度に基づいた圧延材６の巻取温度の変化値Ｔω ｄｉｓ（℃）を算出する。圧延機出側温度の数学モデル２１は、仕上圧延機の出側における圧延材６の圧延機出側温度Ｔｆ ｒｅｓから仕上圧延機の出側における圧延材６の温度Ｔｆ ｒｅｓに基づいた圧延材６の巻取温度の変化値ＴＴ ｄｉｓ（℃）を算出する。板形状の数学モデル２２は、仕上圧延機の出側における圧延材６の平坦度に応じた圧力Ｐｆ ｒｅｓから仕上圧延機の出側における圧延材６の平坦度に基づいた圧延材６の巻取温度の変化値ＴＰ ｄｉｓ（℃）を算出する。冷却スプレー流量の数学モデル２３は、第２注水設備４の冷却スプレー流量に対応した信号ＶＦＢＫ ｒｅｆと第１注水設備３の冷却スプレー流量に対応した信号ＶＦＷＤ ｒｅｆとから冷却スプレー流量に基づいた温度降下（ＴＤ ＦＢＫ＋ＴＤ ＦＷＤ）（℃）を算出する。予測値算出部２４は、ライン速度の数学モデル２０の算出結果と圧延機出側温度の数学モデル２１の算出結果と板形状の数学モデル２２の算出結果と冷却スプレー流量の数学モデル２３の算出結果とに基づいて圧延材６の巻取温度の予測値ＴＣ ｍ（℃）を算出する。
As shown in FIG. 5, the
次に、図６と図７とを用いて、数学モデルの例を説明する。
図６と図７とはこの発明の実施の形態１における圧延ラインの数学モデル算出装置により算出される数学モデルの例を示すブロック図である。
Next, an example of a mathematical model will be described with reference to FIGS.
6 and 7 are block diagrams showing examples of mathematical models calculated by the rolling line mathematical model calculating apparatus according to
図６の数学モデルは、ＡＲＭＡＸ（Ａｕｔｏ−Ｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅ Ｍｏｖｉｎｇ Ａｖｅｒａｇｅ ｅＸｏｇｏｎｏｕｓ）モデルである。ＡＲＭＡＸモデルは、自己回帰・移動平均・入出力モデルとも呼ばれる。ＡＲＭＡＸモデルは、線形差分方程式で表される。具体的には、ＡＲＭＡＸモデルは、入力ｕ（ｋ）と雑音ｗ（ｋ）と出力ｙ（ｋ）とを用いて次の（１）式で表される。 The mathematical model shown in FIG. 6 is an ARMAX (Auto-Regressive Moving Average eXagonous) model. The ARMAX model is also called an autoregressive / moving average / input / output model. The ARMAX model is represented by a linear difference equation. Specifically, the ARMAX model is expressed by the following equation (1) using the input u (k), noise w (k), and output y (k).
（１）式のＡ（ｚ）は、次の（２）式で表される。 A (z) in the formula (1) is represented by the following formula (2).
（１）式のＢ（ｚ）は、次の（３）式で表される。 B (z) in the formula (1) is represented by the following formula (3).
（１）式のＣ（ｚ）は、次の（４）式で表される。 C (z) in the formula (1) is represented by the following formula (4).
ＡＲＭＡＸモデルにおいては、多項式有理関数Ｇ（ｚ）が定義される。Ｇ（ｚ）は、入力ｕ（ｋ）から出力ｙ（ｋ）までの伝達関数である。具体的には、Ｇ（ｚ）は、次の（５）式で表される。 In the ARMAX model, a polynomial rational function G (z) is defined. G (z) is a transfer function from the input u (k) to the output y (k). Specifically, G (z) is expressed by the following equation (5).
ＡＲＭＡＸモデルにおいては、多項式有理関数Ｈ（ｚ）が定義される。Ｈ（ｚ）は、雑音ｗ（ｋ）から外乱項ｖ（ｋ）までの伝達関数である。具体的には、Ｈ（ｚ）は、次の（６）式で表される。 In the ARMAX model, a polynomial rational function H (z) is defined. H (z) is a transfer function from the noise w (k) to the disturbance term v (k). Specifically, H (z) is represented by the following equation (6).
その結果、図６のブロック図は、図７のブロック図に変換される。この際、出力ｙ（ｋ）は、次の（７）式で表される。 As a result, the block diagram of FIG. 6 is converted into the block diagram of FIG. At this time, the output y (k) is expressed by the following equation (7).
現時刻ｋにおける出力ｙ（ｋ）の予測値は、時刻（ｋ−１）までの過去のデータを用いて次の（８）式で表される。 The predicted value of output y (k) at the current time k is expressed by the following equation (8) using past data up to time (k−1).
なお、（８）式の右辺の第２項は、次の（９）式で定義される。 The second term on the right side of equation (8) is defined by the following equation (9).
（８）式が（７）式に代入されると、次の（１０）式が得られる。 When equation (8) is substituted into equation (7), the following equation (10) is obtained.
（７）式と（１０）式とにより雑音ｗ（ｋ）が消去されると、次の（１１）式が得られる。 When the noise w (k) is eliminated by the equations (7) and (10), the following equation (11) is obtained.
（１１）式のように、現在の出力は、過去の入力と出力との線形結合として算出される。この際、１段階予測値を用いた予測誤差εは、次の（１２）式で定義される。 As in equation (11), the current output is calculated as a linear combination of the past input and output. At this time, the prediction error ε using the one-step predicted value is defined by the following equation (12).
Ａ（ｚ）とＢ（ｚ）とＣ（ｚ）とは、（１２）式を用いた予測誤差法で決定される。具体的には、Ａ（ｚ）とＢ（ｚ）とＣ（ｚ）とは、予測誤差εから構成される評価関数を最小にするように決定される。 A (z), B (z), and C (z) are determined by a prediction error method using equation (12). Specifically, A (z), B (z), and C (z) are determined so as to minimize the evaluation function composed of the prediction error ε.
離散時間系において、入力ｕ（ｋ）から出力ｙ（ｋ）までの伝達関数Ｇ（ｚ）は、次の（１３）で表される。 In the discrete time system, the transfer function G (z) from the input u (k) to the output y (k) is expressed by the following (13).
連続時間系において、入力ｕ（ｋ）から出力ｙ（ｋ）までの伝達関数Ｇ´（ｓ）は、（１３）式を変換することにより得られる。伝達関数Ｇ´（ｓ）は、次の（１４）で表される。 In the continuous time system, the transfer function G ′ (s) from the input u (k) to the output y (k) can be obtained by converting the equation (13). The transfer function G ′ (s) is expressed by the following (14).
次に、図８から図１０を用いて、圧延材６の巻取温度の予測値の算出方法を説明する。
図８はこの発明の実施の形態１における圧延ラインの数学モデル算出装置が適用される熱間圧延ラインの圧延材の圧延機出側温度と巻取温度との実測値を示す図である。図９はこの発明の実施の形態１における圧延ラインの数学モデル算出装置において図８の実測値に対して前処理を行った後の値を示す図である。図１０はこの発明の実施の形態１における圧延ラインの数学モデル算出装置が算出した数学モデルによるシミュレーション結果を示す図である。なお、図８から図１０においては、圧延材６の圧延機出側温度のみが外乱入力とされる。
Next, the calculation method of the predicted value of the coiling temperature of the rolling
FIG. 8 is a diagram showing measured values of the rolling mill exit side temperature and the coiling temperature of the rolled material of the hot rolling line to which the rolling line mathematical model calculating apparatus according to
図８の上段は、圧延材６の圧延機出側温度の実測値を示す。図８の上段において、点線は、圧延材６の圧延機出側温度の実測値を１次直線に近似した線である。
The upper part of FIG. 8 shows the measured value of the rolling mill outlet temperature of the rolled
図８の下段は、圧延材６の巻取温度の実測値を示す。図８の下段において、点線は、圧延材６の巻取温度の実測値を１次直線に近似した線である。
The lower part of FIG. 8 shows measured values of the winding temperature of the rolled
図９の上段は、圧延材６の圧延機出側温度の実測値に対して前処理を行った後の値を示す。図９の上段の値は、図８の上段の実測値から当該実測値の平均値と傾きとを取り除いた値である。その結果、図９の上段の値においては、低周波外乱であるオフセットとバイアスとが取り除かれる。
The upper part of FIG. 9 shows the value after pre-processing the measured value of the rolling mill outlet temperature of the rolled
図９の下段は、圧延材６の巻取温度の実測値に対して前処理を行った後の値を示す。図９の下段の値は、図８の下段の実測値から当該実測値の平均値と傾きとを取り除いた値である。その結果、図９の下段の値においては、低周波外乱であるオフセットとバイアスとが取り除かれる。
The lower part of FIG. 9 shows the value after pre-processing the measured value of the winding temperature of the rolled
図９の上段の値を入力とし、図９の下段の値を出力とすると、数学モデルの伝達関数は、次の（１５）で表される。 When the upper value in FIG. 9 is an input and the lower value in FIG. 9 is an output, the transfer function of the mathematical model is expressed by the following (15).
なお、（１５）式において、むだ時間１０．２（ｓ）は、圧延機出側温度計９を通過してから巻取温度計１０に到達するまでの移動遅れによるむだ時間である。
In the equation (15), the dead time 10.2 (s) is a dead time due to a movement delay from passing through the rolling mill outlet thermometer 9 until reaching the winding
熱間圧延ラインの稼働中において、制御部１３は、圧延材６の圧延機出側温度の実測値から伝達関数を算出する際に入力データから取り除いた平均値と傾きとを取り除いた値を数学モデルへの入力値とする。制御部１３は、伝達関数の出力値に対して伝達関数を算出する際に出力データから取り除いた平均値と傾きとを加えた値を巻取温度の予測値とする。
During the operation of the hot rolling line, the
図１０に示されるように、圧延材６の巻取温度の予測値は、スキッドマークによる温度むらの影響を反映する。具体的には、圧延材６の巻取温度の予測値は、全長にわたって７個から８個の周期的な変動を含む。
As shown in FIG. 10, the predicted value of the winding temperature of the rolled
以上で説明した実施の形態１によれば、数学モデル算出部１４は、熱間圧延ラインの実測値の履歴に基づいて数学モデルを算出する。このため、精度の高い温度モデルを算出することができる。
According to
この際、数学モデル算出部１４は、仕上圧延機の回転速度を外乱入力とする。このため、単位面積当たりの圧延材６が第１注水設備３と第２注水設備４を通過する際の時間の変化にも対応した温度モデルを算出することができる。
At this time, the mathematical
また、数学モデル算出部１４は、仕上圧延機の出側における圧延材６の平坦度に応じた圧力を外乱入力とする。このため、圧延材６の形状の変化に基づいた水のかかり方の変化にも対応した温度モデルを算出することができる。
Moreover, the mathematical
また、数学モデル算出部１４は、圧延材６の圧延機出側温度を外乱入力とする。このため、スキッドマークによる温度むらにも対応した温度モデルを算出することができる。
Moreover, the mathematical
また、数学モデル算出部１４は、制御入力と外乱入力と出力との各々を１次直線で近似し、制御入力と外乱入力と出力との各々から対応した１次直線を差し引いた値を用いて数学モデルを算出する。このため、より精度の高い温度モデルを算出することができる。
The mathematical
また、数学モデル算出部１４は、圧延材６の圧延機出側温度の外乱入力が得られてから出力が得られるまでの移送遅れによるむだ時間を含む数学モデルを算出する。このため、より精度の高い温度モデルを算出することができる。
Further, the mathematical
また、制御部１３は、数学モデル算出装置１２により算出された数学モデルを用いて第１注水設備３の冷却スプレー流量をフィードフォワード制御する。このため、圧延材６の巻取温度の精度を高めることができる。
In addition, the
この際、冷却スプレー流量の数学モデルに基づいて決定されたスプレー流量とタイミングとで第１注水設備３の注水バルブを制御すればよい。例えば、圧延材６の各部分が第１注水設備３の各バンクを通過する際の時刻は、制御部１３により把握される。この際、注水バルブの時定数と冷却スプレー流量の伝達関数の立ち上がりの時定数とむだ時間を考慮してダイナミックに第１注水設備３の冷却スプレー流量に対応した信号ＶＦＷＤ ｒｅｆを制御すればよい。
At this time, the water injection valve of the first
次に、図１１を用いて、温度制御装置１１の例を説明する。
図１１はこの発明の実施の形態１における圧延材の温度制御装置のハードウェア構成図である。
Next, an example of the temperature control device 11 will be described with reference to FIG.
FIG. 11 is a hardware configuration diagram of the temperature control device for rolled material in the first embodiment of the present invention.
温度制御装置１１の各機能は、処理回路により実現し得る。例えば、処理回路は、少なくとも１つのプロセッサ２５ａと少なくとも１つのメモリ２５ｂとを備える。例えば、処理回路は、少なくとも１つの専用のハードウェア２６を備える。
Each function of the temperature control device 11 can be realized by a processing circuit. For example, the processing circuit includes at least one
処理回路が少なくとも１つのプロセッサ２５ａと少なくとも１つのメモリ２５ｂとを備える場合、温度制御装置１１の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、プログラムとして記述される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、少なくとも１つのメモリ２５ｂに格納される。少なくとも１つのプロセッサ２５ａは、少なくとも１つのメモリ２５ｂに記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、温度制御装置１１の各機能を実現する。少なくとも１つのプロセッサ２５ａは、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、中央処理装置、処理装置、算出装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰともいう。例えば、少なくとも１つのメモリ２５ｂは、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の、不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等である。
When the processing circuit includes at least one
処理回路が少なくとも１つの専用のハードウェア２６を備える場合、処理回路は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、又はこれらを組み合わせたものである。例えば、温度制御装置１１の各機能は、それぞれ処理回路で実現される。例えば、温度制御装置１１の各機能は、まとめて処理回路で実現される。
If the processing circuit comprises at least one
温度制御装置１１の各機能について、一部を専用のハードウェア２６で実現し、他部をソフトウェア又はファームウェアで実現してもよい。例えば、数学モデル算出装置１２の機能については専用のハードウェア２６としての処理回路で実現し、数学モデル算出装置１２以外の機能については少なくとも１つのプロセッサ２５ａが少なくとも１つのメモリ２５ｂに格納されたプログラムを読み出して実行することにより実現してもよい。
About each function of the temperature control apparatus 11, a part is implement | achieved by the
このように、処理回路は、ハードウェア２６、ソフトウェア、ファームウェア、又はこれらの組み合わせによって、温度制御装置１１の各機能を実現する。
As described above, the processing circuit realizes each function of the temperature control device 11 by the
実施の形態２．
図１２はこの発明の実施の形態２における圧延材の温度制御装置が適用される熱間圧延ラインの要部の構成図である。なお、実施の形態１の部分と同一又は相当部分には同一符号が付される。当該部分の説明は省略される。
FIG. 12 is a configuration diagram of a main part of a hot rolling line to which the temperature control device for rolled material according to
実施の形態２の熱間圧延ラインは、実施の形態１の熱間圧延ラインに対して中間温度計２７を付加した熱間圧延ラインである。中間温度計２７は、第１注水設備３と第２注水設備４との間における圧延材６の中間温度Ｔｍ ｒｅｓ（℃）を計測する。
The hot rolling line of the second embodiment is a hot rolling line in which an
実施の形態２の数学モデル算出装置１２は、圧延材６の中間温度Ｔｍ ｒｅｓも外乱入力として数学モデルを算出する。
The mathematical
以上で説明した実施の形態２によれば、外乱入力は、圧延材６の中間温度Ｔｍ ｒｅｓを含む。このため、より精度の高い温度モデルを算出することができる。
According to the second embodiment described above, the disturbance input includes the intermediate temperature T m res of the rolled
実施の形態３．
図１３はこの発明の実施の形態３における圧延ラインの数学モデル算出装置により算出される数学モデルを説明するためのブロック図である。なお、実施の形態１の部分と同一又は相当部分には同一符号が付される。当該部分の説明は省略される。
FIG. 13 is a block diagram for explaining a mathematical model calculated by a rolling line mathematical model calculation apparatus according to
実施の形態３のライン速度の数学モデル２８は、実施の形態１のライン速度の数学モデル２０に対してカルマンフィルタを付加した数学モデルである。実施の形態３の圧延機出側温度の数学モデル２９は、実施の形態１の圧延機出側温度の数学モデル２１に対してカルマンフィルタを付加した数学モデルである。実施の形態３の板形状の数学モデル３０は、実施の形態１の板形状の数学モデル２２に対してカルマンフィルタを付加した数学モデルである。実施の形態３の冷却スプレー流量の数学モデル３１は、実施の形態１の冷却スプレー流量の数学モデル２３に対してカルマンフィルタを付加した数学モデルである。
The
カルマンフィルタの各々においては、二次系の伝達関数は、状態方程式に変換される。 In each Kalman filter, the transfer function of the second-order system is converted into a state equation.
例えば、二次系の伝達関数は、次の（１６）式で表される。 For example, the transfer function of the secondary system is expressed by the following equation (16).
この際、状態方程式は、次の（１７）式で表される。 At this time, the state equation is expressed by the following equation (17).
なお、（１７）式において、ｘは状態変数である。ｕは入力である。ｙは出力である。 In the equation (17), x is a state variable. u is an input. y is the output.
カルマンフィルタは、１サンプリング直前までの情報と現時刻で取得した情報とに基づいてシステムの最適な状態を推定する。 The Kalman filter estimates the optimum state of the system based on information obtained immediately before one sampling and information acquired at the current time.
ただし、状態変数ｘ入力ｕと出力ｙとは、ノイズを含むとされる。これらのノイズの影響は、正規分布に従うとされる。 However, the state variable x input u and the output y are assumed to contain noise. The influence of these noises is assumed to follow a normal distribution.
カルマンフィルタにおいては、サンプリング時刻が更新される度に、予測処理と更新処理とが行われる。 In the Kalman filter, every time the sampling time is updated, a prediction process and an update process are performed.
予測処理においては、現時刻での状態は、１サンプリング前の時刻の情報に基づいて推定される。 In the prediction process, the state at the current time is estimated based on the information of the time before one sampling.
予測処理においては、事前状態推定は、次の（１８）式で表される。 In the prediction process, the prior state estimation is expressed by the following equation (18).
予測処理においては、事前誤差共分散は、次の（１９）式で表される。 In the prediction process, the prior error covariance is expressed by the following equation (19).
更新処理においては、正確な状態は、現時刻の実測値に基づいて推定値を修正することにより推定される。 In the update process, the accurate state is estimated by correcting the estimated value based on the actual measurement value at the current time.
更新処理においては、カルマンゲインは、次の（２０）式で表される。 In the update process, the Kalman gain is expressed by the following equation (20).
更新処理においては、状態推定は、次の（２１）式で表される。 In the update process, the state estimation is expressed by the following equation (21).
更新処理においては、事後誤差共分散は、次の（２２）式で表される。 In the update process, the posterior error covariance is expressed by the following equation (22).
この際、圧延材６の巻取温度の予測値Ｔｃ ｍは、次の（２３）式で表される。
In this case, the predicted value T c m of the winding temperature of the rolled
次に、図１４を用いて、シミュレーション結果を説明する。
図１４はこの発明の実施の形態３における圧延ラインの数学モデル算出装置が算出した数学モデルによるシミュレーション結果を示す図である。
Next, simulation results will be described with reference to FIG.
FIG. 14 is a diagram showing a simulation result based on a mathematical model calculated by the mathematical model calculating device for a rolling line according to
図１４に示されるように、カルマンフィルタを用いた際の予測値の精度は、圧延材６の先尾端においてカルマンフィルタを用いない際の予測値の精度よりも高い。
As shown in FIG. 14, the accuracy of the predicted value when the Kalman filter is used is higher than the accuracy of the predicted value when the Kalman filter is not used at the leading end of the rolled
以上で説明した実施の形態３によれば、数学モデル算出装置１２は、圧延材６の巻取温度の実測値に基づいてカルマンフィルタを用いて数学モデルを更新する。このため、圧延材６の先尾端において圧延材６の巻取温度の予測値を精度よく算出することができる。
According to the third embodiment described above, the mathematical
実施の形態４．
図１５はこの発明の実施の形態４における圧延材の温度制御装置のブロック図である。なお、実施の形態３の部分と同一又は相当部分には同一符号が付される。当該部分の説明は省略される。
FIG. 15 is a block diagram of a temperature control device for a rolled material according to
図１５において、第６ブロック３２は、カルマンフィルタを用いた数学モデルに対応する。第７ブロック３３は、カルマンフィルタを用いない数学モデルに対応する。
In FIG. 15, the
スイッチ３４の入力部の一方は、第６ブロック３２の出力部に接続される。スイッチ３４の入力部の他方は、第７ブロック３３の出力部に接続される。
One input part of the
制御部１３の入力部は、スイッチ３４の出力部に接続される。第８ブロック３５の入力部は、制御部１３の出力部に接続される。
The input unit of the
トリガー３６において、時刻ｔ（ｓ）の値が３０以下の場合は、第６ブロック３２の出力がスイッチ３４を介して制御部１３に入力される。時刻ｔ（ｓ）の値が３０よりも大きくて６０よりも小さい場合は、第７ブロック３３の出力がスイッチ３４を介して制御部１３に入力される。時刻ｔ（ｓ）の値が６０以上の場合は、第６ブロック３２の出力がスイッチ３４を介して制御部１３に入力される。
In the
次に、図１６を用いて、シミュレーション結果を説明する。
図１６はこの発明の実施の形態４における圧延ラインの数学モデル算出装置が算出した数学モデルによるシミュレーション結果を示す図である。
Next, simulation results will be described with reference to FIG.
FIG. 16 is a diagram showing a simulation result based on a mathematical model calculated by the mathematical model calculating device for a rolling line according to
図１６に示されるように、フィードフォワード制御が行われた際、圧延材６の巻取温度は、圧延材６のほぼ全長にわたって目標温度に追従する。具体的には、目標温度が５８０℃の場合に、圧延材６の巻取温度は、５８０℃に対して±１０℃の範囲に制御される。
As shown in FIG. 16, when the feedforward control is performed, the winding temperature of the rolled
以上で説明した実施の形態４によれば、制御部１３は、圧延材６の先尾端部に対してはカルマンフィルタにより更新された数学モデルを用いてフィードフォワード制御する。制御部１３は、圧延材６の中間部に対しては更新されない数学モデルを用いてフィードフォワード制御する。このため、精度よく圧延材６の巻取温度を制御することができる。
According to
実施の形態５．
図１７はこの発明の実施の形態５における圧延材の温度制御装置のブロック図である。なお、実施の形態１の部分と同一又は相当部分には同一符号が付される。当該部分の説明は省略される。
FIG. 17 is a block diagram of a temperature control device for rolled material in the fifth embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the part which is the same as that of
図１７に示すように、不規則信号３７は、と第１注水設備３の冷却スプレー流量に対応した信号ＶＦＷＤ ｒｅｆに付加される。その結果、第１注水設備３の冷却スプレー流量の基準値に対して不規則信号３７を付加した値が制御入力とされる。この際、制御入力に含まれる周波数スペクトルが高まる。
As shown in FIG. 17, the
次に、図１８を用いて、不規則信号３７を説明する。
図１８はこの発明の実施の形態５における圧延ラインの数学モデル算出装置により数学モデルを算出する際に用いられる不規則信号を示す図である。
Next, the
FIG. 18 is a diagram showing an irregular signal used when a mathematical model is calculated by a mathematical model calculating device for a rolling line according to
図１８に示されるように、不規則信号３７は、不規則な矩形波で与えられる。具体的には、不規則信号３７は、サンプリング毎に０か１のうちのどちらかが不規則に選択された信号である。
As shown in FIG. 18, the
次に、図１９を用いて、シミュレーション結果を説明する。
図１９はこの発明の実施の形態４における圧延ラインの数学モデル算出装置が算出した数学モデルによるシミュレーション結果を示す図である。
Next, simulation results will be described with reference to FIG.
FIG. 19 is a diagram showing a simulation result based on a mathematical model calculated by a mathematical model calculating apparatus for a rolling line in
図１９の上段は、制御入力となるスプレー流量を示す。図１９の上段に示されるように、スプレー流量は、定常的かつ不規則的に変化する。 The upper part of FIG. 19 shows the spray flow rate as a control input. As shown in the upper part of FIG. 19, the spray flow rate changes constantly and irregularly.
図１９の下段は、圧延材６の巻取温度の予測値を示す。図１９の下段に示されるように、圧延材６の巻取温度の予測値も定常的かつ不規則的に変化する。
The lower part of FIG. 19 shows the predicted value of the winding temperature of the rolled
以上で説明した実施の形態５によれば、第１注水設備３の冷却スプレー流量の規準値に対して不規則信号３７を付加した値が制御入力とされる。このため、フィードバック制御の影響により冷却スプレー流量の規準値の変化が乏しくても、精度よく数学モデルを算出することができる。
According to
この際、圧延材６の巻取温度が許容範囲に収まるように不規則信号３７の振幅を調整すればよい。例えば、目標温度が５８０℃の場合、圧延材６の巻取温度が５８０℃に対して±１０℃の範囲に収まるように不規則信号３７の振幅を調整すればよい。
At this time, the amplitude of the
１ 加熱炉、 １ａ スキッド、 １ｂ 冷却水、 ２ 最終スタンド、 ３ 第１注水設備、 ４ 第２注水設備、 ５ 巻取機、 ６ 圧延材、 ７ 速度検出器、 ８ 形状計、 ９ 圧延機出側温度計、 １０ 巻取温度計、１１ 温度制御装置、 １２ 数学モデル算出装置、 １３ 制御部、 １４ 数学モデル算出部、 １５ 第１ブロック、 １６ 第２ブロック、 １７ 第３ブロック、 １８ 第４ブロック、 １９ 第５ブロック、 ２０ 数学モデル、 ２１ 数学モデル、 ２２ 数学モデル、 ２３数学モデル、 ２４ 予測値算出部、 ２５ａ プロセッサ、 ２５ｂ メモリ、 ２６ ハードウェア、 ２７ 中間温度計、 ２８ 数学モデル、 ２９ 数学モデル、 ３０ 数学モデル、 ３１ 数学モデル、 ３２ 第６ブロック、 ３３ 第７ブロック、 ３４ スイッチ、 ３５ 第８ブロック、 ３６ トリガー、 ３７ 不規則信号
DESCRIPTION OF
Claims (11)
を備えた圧延ラインの数学モデル算出装置。 Based on the history of the actual measurement value of the hot rolling line, the cooling spray flow rate of the water injection equipment provided between the rolling mill and the winder of the hot rolling line is used as a control input, and the rotational speed of the rolling mill and Disturbance including a pressure according to the shape of the rolled material between the rolling mill and the water injection facility and a rolling mill outlet temperature of the rolled material between the rolling mill and the water injection facility is used as a disturbance input, and the water injection facility A mathematical model calculation unit for calculating a mathematical model as an output of the winding temperature of the rolled material between the winder and the winder,
An apparatus for calculating a mathematical model of a rolling line comprising:
を備えた圧延材の温度制御装置。 A value obtained by subtracting a corresponding primary straight line from the measured value of the disturbance input during operation of the hot rolling line is calculated by the mathematical model calculation device according to any one of claims 1 to 6. Input to the mathematical model, calculate the predicted value of the coiling temperature of the rolled material, calculate the deviation between the target temperature value of the rolled material and the predicted value, and the water injection equipment so that the deviation becomes zero A control unit for feedforward control of the cooling spray flow rate of
The temperature control apparatus of the rolling material provided with.
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