JP2018202475A - エネルギー管理システムおよびエネルギー管理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧延ライン中のゾーンごとのエネルギー消費量を製品の識別データごとに集計し、出力するエネルギー管理システムおよびエネルギー管理方法を提供する。【解決手段】実施形態に係るエネルギー管理システムは、圧延プラントにおける生産計画にもとづいて、製品を識別するデータに関連付けられたデータを保持するエネルギー管理装置と、前記プラントに設けられた駆動装置に、前記生産計画にもとづく運転に関する制御信号をそれぞれ出力し、前記駆動装置の消費電力に関するデータを入力する制御装置と、を備える。前記駆動装置は、前記圧延プラントの複数の工程に１つ以上設けられ、前記エネルギー管理装置は、前記消費電力に関するデータを時系列に収集し、製品を識別するデータごとに関連付けて保持し、前記複数の工程のそれぞれについてエネルギーを計算して、結果を出力する。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、エネルギー管理システムおよびエネルギー管理方法に関する。

近年、省エネルギー技術として、エネルギー管理システムが注目を集めているが、消費電力のトレンドを読み取るのに十分なデータを提供できるものはない。従来の方法では、圧延材１本当たりの圧延に要する電力使用量の予測を行うものが知られている（特許文献１参照）。

他の技術では、トラッキングデータとエネルギー消費量を紐付けて、圧延製品ごとに集計することが述べられている（特許文献２参照）。

特開２００１−３２１８１０号公報 特開２０１４−１１０７２７号公報

特許文献１では、たとえば、１つの圧延ライン中のどのゾーンにおいて電力消費が偏っているか等の消費電力のトレンドを読み取るのに十分なデータを提供することはできない。そのため、省エネルギー対策を行う際に、対策を施すターゲットを絞ることが困難である。

特許文献２では、トラッキングデータとエネルギー消費量を紐付けて、圧延製品ごとに集計する集計方法に関する記述はなく、集計結果の『可視化』については言及されていない。

本発明に係る実施形態は、圧延ライン中のゾーンごとのエネルギー消費量を製品の識別データごとに集計し、出力するエネルギー管理システムおよびエネルギー管理方法を提供する。

実施形態に係るエネルギー管理システムは、圧延プラントにおける生産計画にもとづいて製造される製品を識別する識別データおよび前記識別データに関連付けられたデータを含むデータベースを保持するエネルギー管理装置と、前記圧延プラントに設けられた駆動装置に、前記生産計画にもとづいて運転に関する制御信号をそれぞれ出力する制御装置と、を備える。前記駆動装置は、前記圧延プラントの複数の工程に１つ以上設けられる。前記エネルギー管理装置は、前記制御信号にもとづく前記駆動装置ごとの消費電力に関するデータを前記制御装置から時系列に収集し、前記識別データごとに関連付けて保持し、前記識別データのそれぞれの前記消費電力にもとづいて前記複数の工程のそれぞれについてのエネルギーを計算して、結果を出力する。

本実施形態では、製品の識別データごとに、複数の工程ごとの消費電力を時系列で集計して、エネルギーを計算し、出力することができるので、製品ごとおよび工程ごとのエネルギー消費量の傾向を把握することができ、効果的に省エネルギー対策を計画し、実施することができる。

鉄鋼の圧延ラインの一例を示す模式図である。 実施形態に係るエネルギー管理システムを例示するブロック図である。 図３（ａ）は、実施形態のエネルギー管理システムの動作を説明するためのデータの構造を示す模式図である。図３（ｂ）は、実施形態のエネルギー管理システムの動作を説明するための計算のフローチャートである。 実施形態のエネルギー管理システムの出力画面の一例の模式図である。 実施形態のエネルギー管理システムの出力画面の一例の模式図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。

図１は、鉄鋼の圧延ラインの一例を示す模式図である。
図１に示すように、圧延ライン１０は、加熱炉１２と、粗圧延機１４と、仕上圧延機１６と、巻取機１８と、スケール除去装置２０と、を含んでいる。この例では、圧延ライン１０は、熱間圧延を行う。

加熱炉１２は、上流工程で製造された被圧延材（スラブ）２ａを熱間圧延に必要な温度に加熱する。加熱炉１２は、たとえば、被圧延材２ａを１２００℃前後の温度に加熱する。

粗圧延機１４は、被圧延材２ａを所定の板厚および板幅に圧延することにより、被圧延材２ａから中間材（粗バー）２ｂを形成する。粗圧延機１４には、たとえば、可逆式の圧延機が用いられる。この例では、被圧延材２ａ（中間材２ｂ）の搬送方向に並ぶ２台の粗圧延機１４が圧延ライン１０に設けられている。粗圧延機１４の台数は、２台に限ることなく、１台でもよいし、３台以上でもよい。

仕上圧延機１６は、中間材２ｂをさらに圧延することにより、中間材２ｂから熱延鋼板２ｃを形成する。仕上圧延機１６には、たとえば、複数の仕上スタンドＦ１〜Ｆ７を搬送方向に並べたタンデム式圧延機が用いられる。この例では、７台の仕上スタンドＦ１〜Ｆ７が設けられている。仕上スタンドの数は、７台に限ることなく、任意の台数でよい。

巻取機１８は、仕上圧延機１６によって形成された熱延鋼板２ｃをコイル状に巻き取る。巻取機１８は、圧延コイルを形成する。

スケール除去装置２０は、ノズル部２２，２４と、ポンプ３０と、配管３２と、を含む。ノズル部２２，２４およびポンプ３０は、配管３２によって流体的に接続されている。配管３２には、水等の流体が流通しており、この流体は、ポンプ３０によって駆動され、ノズル部２２，２４の各ノズル２２ａから噴出される。流体は、搬送されるスラブ２ａ、中間材２ｂ等の鋼板の表面に噴出され、その表面に形成されるスケールを除去する。

圧延ラインには、図示しないが、上述のほかに圧延材を搬送方向に搬送するフィードローラやテーブルローラ等がパスラインに沿って設けられている。

圧延機のミルや、テーブルローラ等の駆動は、それぞれの駆動装置を介して行われる。駆動装置は、電動機やアクチュエータを速度制御、位置制御等を行いながら駆動する。

各電動機およびアクチュエータは、それぞれの動作状況に応じて電力を消費している。その消費電力の値は時間に応じて変化し得る。各電動機およびアクチュエータにおいては、これらを駆動する駆動装置によって駆動電力を把握することができる。これらの電力消費に関連するデータは、制御装置によって収集される。

圧延ライン１０は、複数の工程を含む。各工程（以下、ゾーンともいう。）には、１つ以上の電動機やアクチュエータが含まれている。この例では、圧延ライン１０は、Ａゾーン〜Ｆゾーンを含む。たとえば、Ａゾーンには、加熱炉１２の温度制御装置が含まれる。たとえば、Ｃゾーンには、２台の粗圧延機１４が含まれており、それぞれの粗圧延機１４は、複数の電動機によって駆動される。たとえば、Ｅゾーンには、仕上圧延機１６が含まれており、それぞれの仕上圧延機１６は、複数の電動機によって駆動される。なお、この各ゾーンの名称は、一例であり、任意に設定される。

図２は、本実施形態に係るエネルギー管理システムを例示するブロック図である。
図２に示すように、エネルギー管理システム５０は、エネルギー管理装置５３と、制御装置５８と、を備える。エネルギー管理装置５３および制御装置５８は、制御ネットワーク６０を介して互いに接続されている。

上位計算機５１は、圧延プラントにおいて、どのような品種を、どの量で、いつまでに生産するか等の計画を保持している。生産計画の詳細は、ユーザによって決定される。上位計算機５１は、たとえばデータサーバ等である。上位計算機５１は、通信ネットワーク５９、ゲートウェイ装置５２および制御ネットワーク６０を介して、エネルギー管理装置５３に接続される。ゲートウェイ装置５２は、汎用の通信ネットワーク５９を高速の制御ネットワーク６０に接続するために用いられている。

エネルギー管理装置５３は、上位計算機５１から生産計画に関するデータを受け取る。エネルギー管理装置５３は、圧延材および製品のトラッキングデータを保持している。保持したデータの一部は、制御ネットワーク６０を介して制御装置５８に送信される。

トラッキングデータは、製品に関するデータである。たとえば、トラッキングデータは、圧延材のコイル番号、圧延材の情報（材質、幅、長さおよび厚さ等）、圧延ピッチのデータを含む。これらの情報やデータは、コイル番号に関連付けされて、データベースとしてエネルギー管理装置５３によって保持されている。

エネルギー管理装置５３は、圧延プラントにおけるドライブ装置５５、高圧盤５６およびＭＣＣ盤５７等の消費電力に関するデータをリモート入出力装置５４を介して収集する。エネルギー管理装置５３は、収集したデータにもとづいて、工程ごとの消費電力量を時系列で計算する。時系列で計算される消費電力量のデータは、コイル番号によって関連付けられており、エネルギー管理装置５３は、たとえば製品の長さや厚さといった属性のデータとともに工程単位の消費電力量のデータを集計等する。

エネルギー管理装置５３は、たとえばコンピュータ端末である。それぞれ入出力のための装置を備えており、入力装置によって入力されたデータや情報に応じて、所望のデータや情報を所望の形式で出力装置に出力することができる。出力装置は、たとえばディスプレイ装置であり、所望のデータを所望の形式に加工して表示することができる。

制御装置５８は、制御ネットワーク６０およびリモート入出力装置５４を介して、ドライブ装置５５、高圧盤５６およびＭＣＣ盤５７等に運転や停止、運転速度等のデータを含む制御信号を送信する。制御装置５８は、制御ネットワーク６０およびリモート入出力装置５４を介して、ドライブ装置５５、高圧盤５６およびＭＣＣ盤５７から、動作状態等を表すデータを含む制御信号を受信する。制御装置５８は、これら受信した制御信号や、あらかじめコーディングされたプログラムのデータ等にもとづいて、ドライブ装置５５等に送信するデータを設定して、圧延プラントの動作を制御する。

制御装置５８は、たとえばプログラマブルロジックコントローラ（Programmable Logic Controller、ＰＬＣ）である。上述したプログラムは、制御装置５８内に設けられ、あるいは、制御装置５８と相互に接続された記憶装置（図示せず）に格納されている。プログラムは、たとえばラダープログラムである。

制御装置５８は、この例では、ハードワイヤ６１を介してドライブ装置５５に接続されている。ドライブ装置５５は、たとえば、圧延プラントの交流電動機を駆動するインバータ装置である。ドライブ装置５５は、交流電動機を所望の速度で運転するために、所望の周波数の交流電力を出力する。交流電動機は、ドライブ装置５５に供給された速度指令値を含む制御信号にしたがう速度で駆動される。ドライブ装置５５は、駆動対象となる交流電動機の速度に関するデータおよびトルクに関するデータを有しており、エネルギー管理装置５３は、リモート入出力装置５４および制御装置５８を介してこれらのデータを収集する。

制御装置５８は、この例では、ハードワイヤ６１を介して高圧盤５６に接続されている。高圧盤５６は、高圧ポンプを駆動する駆動装置である。高圧ポンプは、圧延材の表面に形成されるスケールを除去する水等の流体を噴出する場合等に駆動される。高圧盤５６は、駆動対象の高圧ポンプの速度やトルクに関するデータを有しおり、エネルギー管理装置５３は、リモート入出力装置５４および制御装置５８を介してこれらのデータを収集する。

制御装置５８は、この例では、ハードワイヤ６１を介してＭＣＣ盤５７に接続されている。ＭＣＣ盤５７は、圧延プラントの各モータや小容量のポンプ等のアクチュエータを駆動する。エネルギー管理装置５３は、リモート入出力装置５４および制御装置５８を介して、ＭＣＣ盤５７によって駆動されるアクチュエータの消費電力に関するデータを収集する。

圧延プラントでは、その他のアクチュエータや加熱炉等の温度管理装置等も設けられており、これらの消費電力に関するデータも必要に応じて収集される。

本実施形態のエネルギー管理システム５０の動作について説明する。
図３（ａ）は、本実施形態のエネルギー管理システムの動作を説明するためのデータの構造を示す模式図である。図３（ｂ）は、本実施形態のエネルギー管理システム５０の動作を説明するための計算のフローチャートである。
本実施形態のエネルギー管理システム５０では、時系列で収集されたトラッキングデータのコイル番号ごとに関連付けられた消費電力に関するデータを用いる。具体的には、この例では、図３（ａ）に示すように、電動機に関して、速度データ群１０１およびトルクデータ群１０２が時系列で収集されている。たとえば、定周期に設定された時間（Date1〜Date n）ごとに速度データおよびトルクデータがエネルギー管理装置５３のデータベースに格納される。

"SpeedPointData x"で表される「速度データ」は、特定の電動機の回転速度のデータである。特定の電動機とは、たとえば粗圧延工程のうちの１つの圧延ミルを駆動する電動機等である。"TorquePointData x"で表される「トルクデータ」は、特定の電動機が出力するトルクのデータである。その電動機に対して、「速度データ」に「トルクデータ」を乗じて、係数０．９および係数１／３６００をさらに乗じている。係数データ１０３の０．９は、この例では、電動機の力率である。係数データ１０４の１／３６００は、計算結果（電力量、単位［Ｗｈ］）を電力に変換するための時間に関する定数である。係数データ１０３，１０４は、電動機ごとに設定されて、エネルギー管理装置５３のデータベースにあらかじめ入力されている。

計算結果群１０５は、速度データ群１０１およびトルクデータ群１０２について、時間ごとの計算結果がエネルギー管理装置５３のデータベースに格納される。

図３（ｂ）に示すように、本実施形態のエネルギー管理システム５０は、複数のステップを含む計算フローを有する。ステップＳ０１において、エネルギー管理装置５３は、データベースに格納されている計算結果群１０５のデータ（Result1〜Result n）を、収集された時系列（Date1〜Date n）にわたって加算する。加算されたデータは、Motor1についての消費電力量である。同様にして、他の電動機（Motor2〜Motor n）についても消費電力量が計算される。

ここで、本実施形態のエネルギー管理システム５０では、圧延ラインの工程がいくつかの工程を含んでいる。すでに説明したように、いくつかの工程は、Ａゾーン、Ｂゾーン、…，Ｆゾーンである。消費電力に関するデータは、各電動機やアクチュエータ等がいずれの工程（"Zone x"）に属するかについても関連付けられている。つまり、これらのデータもコイル番号ごとに関連付けられている（図３（ａ）のデータ群１０６）。

この例では、各工程には、"Zone1"〜"Zone n"が対応している。たとえば"Zone1"には、粗圧延工程（Ｃゾーン）が対応しており、図１の複数の粗圧延機１４のミルを駆動する複数の電動機（Motor1〜Motor n）に対応する。

ステップＳ０２において、エネルギー管理装置５３は、同一ゾーンの電動機のエネルギーのデータを加算する。エネルギー管理装置５３では、同じ工程における消費電力に関するデータを加算することによって、その工程におけるエネルギー消費を計算して出力することができる。

ステップＳ０３において、エネルギー管理装置５３は、すべてのゾーンのエネルギーを加算する。エネルギー管理装置５３は、各工程の消費電力量のデータをすべて加算することによって、そのコイル番号を有する製品の消費電力量を計算することができる。

図４および図５は、実施形態のエネルギー管理システムの出力画面の一例の模式図である。
図４に示すように、表示データ２００は、データ表示領域２０１と、表示データ設定領域２０２と、を含む。データ表示領域２０１には、コイル番号ごとに、各工程における消費電力量の積算データが表示される。この例では、コイル番号ごとに、Ａゾーン〜Ｆゾーンを色分けして表示している。なお、エネルギー管理装置５３の出力装置としては、このようなディスプレイによる表示のほか、プリンタ等によりハードコピーを出力することもできる。

表示データ設定領域２０２は、複数のプルダウンメニューやデータ入力欄を含む。これらのプルダウンメニューおよびデータ入力欄は、コイル番号に関連付けられている鋼種、長さおよび厚さをキーとして、データの抽出条件を設定することができる。また、コイル番号には、製造日が関連付けられているので、製造日をキーとしてデータの抽出条件を設定することができる。

たとえば、対象日付設定メニュー２１１によって、製造日の範囲を設定することができる。コイルＩＤ入力欄２１２によって、指定したコイル番号の製品の消費電力量のデータを出力することができる。スチールグレードプルダウンメニュー２１３によって、所望の鋼種のデータのみを抽出して、製品の消費電力量のデータを出力することができる。

たとえば、図４のような表示出力より、各コイル番号に対して、Ｃゾーン（粗圧延工程）およびＥゾーン（仕上圧延工程）がほとんどの消費エネルギーを占めていることがわかる。中でも、仕上圧延工程において消費されるエネルギーが支配的であり、仕上圧延工程の消費エネルギーを低減させることが、全体工程の消費エネルギー削減に大きく寄与することが判明する。

図５に示すように、エネルギー管理装置５３では、上述によってディスプレイ上に表示されたデータのより詳細な消費電力量のデータを出力するようにすることもできる。この例では、たとえば図４のデータ表示領域２０１上に表示されたコイル番号（コイルＩＤ）にはリンクが張られており、このリンクをクリックすることによって図５のような詳細データを表示する。この出力データでは、各工程の消費電力量の詳細が工程ごとに棒グラフで表示されている。ユーザは、このようなグラフによって可視化されたデータにもとづいて、消費エネルギー削減施策を検討し、計画することができる。なお、表示データは、このような棒グラフに限らず、円グラフにしたり、折れ線グラフにしたり、任意に設定できるようにしてもよい。表示グラフをプルダウンメニュー等によって設定するようにしてもよい。

本実施形態のエネルギー管理システムの効果について説明する。
本実施形態のエネルギー管理システム５０では、エネルギー管理装置５３は、制御ネットワーク６０を介して制御装置５８に接続されている。エネルギー管理装置５３は、鉄鋼製品のトラッキングデータを保持しており、これらトラッキングデータは、コイル番号によって関連付けられている。そして、エネルギー管理装置５３は、コイル番号に関連付けられている、電動機等の消費電力に関するデータを時系列で収集する。電動機等に関するデータは、各工程に関連付けられているので、コイル番号に関連付けられた消費電力に関するデータは、各工程ごとの電動機等の時系列データとして保持される。そのため、エネルギー管理装置５３は、工程ごとの消費電力に関するデータを集計して出力することができる。

トラッキングデータ、たとえば鋼種、鋼板の長さおよび鋼板の厚さは、コイル番号に関連付けられているので、これらトラッキングデータをキーとして、消費電力量のデータを検索して抽出し、各種グラフで出力することができる。そのため、その圧延プラントにおける鋼種、鋼板の長さおよび鋼板の厚さに応じた消費電力量の特徴を可視化することが可能になり、プラントのエネルギー効率の向上の利用に寄与することができる。

以上説明した実施形態によれば、１つの圧延ライン中のゾーンごとのエネルギー消費量を製品の識別データごとに集計し、出力するエネルギー管理システムおよびエネルギー管理方法を実現することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

１０ 圧延ライン、１２ 加熱炉、１４ 粗圧延機、１６ 仕上圧延機、１８ 巻取機、２０ スケール除去装置、５０ エネルギー管理システム、５１ 上位計算機、５２ ゲートウェイ装置、５３ エネルギー管理装置、５４ リモート入出力装置、５５ ドライブ装置、５６ 高圧盤、５７ ＭＣＣ盤、５８ 制御装置、６０ 制御ネットワーク

Claims (5)

1. 圧延プラントにおける生産計画にもとづいて製造される製品を識別する識別データおよび前記識別データに関連付けられたデータを含むデータベースを保持するエネルギー管理装置と、
   前記圧延プラントに設けられた駆動装置に、前記生産計画にもとづいて運転に関する制御信号をそれぞれ出力する制御装置と、
   を備え、
   前記駆動装置は、前記圧延プラントの複数の工程に１つ以上設けられ、
   前記エネルギー管理装置は、前記制御信号にもとづく前記駆動装置ごとの消費電力に関するデータを前記制御装置から時系列に収集し、前記識別データごとに関連付けて保持し、前記識別データのそれぞれの前記消費電力にもとづいて前記複数の工程のそれぞれについてのエネルギーを計算して、結果を出力するエネルギー管理システム。
2. 前記複数の工程のうち少なくとも１つには、複数の前記駆動装置を含み、
   前記エネルギー管理装置は、前記複数の駆動装置のそれぞれの消費電力に関する時系列のデータを収集する請求項１記載のエネルギー管理システム。
3. 前記データベースは、前記製品を識別するデータごとに鋼種、長さおよび厚さの属性データを含み、
   前記エネルギー管理装置は、前記属性データおよび前記属性データの範囲に一致する前記製品を識別するデータを抽出する請求項１または２に記載のエネルギー管理システム。
4. 前記駆動装置が電動機を駆動する場合には、
   前記消費電力に関するデータは、前記電動機の回転数のデータおよび前記電動機のトルクのデータを含む請求項１〜３のいずれか１つに記載のエネルギー管理システム。
5. エネルギー管理装置によって、圧延プラントにおける生産計画にもとづいて製造される製品を識別する識別データおよび前記識別データに関連付けられたデータを含むデータベースを保持し、
   制御装置によって、圧延プラントに設けられた駆動装置に、前記生産計画にもとづいて運転に関する制御信号をそれぞれ出力し、
   前記駆動装置は、前記圧延プラントの複数の工程に１つ以上設けられ、
   前記エネルギー管理装置は、前記制御信号にもとづいて前記駆動装置ごとの消費電力に関するデータを前記制御装置から時系列に収集し、製品を識別するデータごとに関連付けて保持し、前記製品を識別する各データに関して、前記複数の工程のそれぞれについてエネルギーを計算して、結果を出力するエネルギー管理方法。

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