JP3281682B2 - レーザー速度計を用いた熱間粗圧延におけるスリップ予測制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば連続熱間粗圧延
工程で圧延中の帯鋼（ホットコイル）のスリップを抑制
する装置に関し、特に、帯鋼のスリップを予め予測計算
し実際のスリップを実質上零とするように圧延速度を設
定するスリップ予測制御装置に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、熱間粗圧延中の帯鋼の、圧延ロ−ル
に対するスリップは、帯鋼の圧延速度を正確に測定する
手段がなかったため、把握できなかった。そのため、圧
延条件よりスリップを予測して、スリップを生じない圧
延速度を算出し設定するような圧延速度制御はできなか
った。

【０００３】これまでは、過去の経験に基づき、速度設
定値を常に、スリップ発生が少ない安全サイドに設定す
ることでスリップを回避している。また、実際にスリッ
プが発生した場合は、操業者が圧延速度設定計算に介入
して圧延速度をより安全サイドにシフトすることで次材
を安定通板させており、自動的に次材の速度設定制御を
行った例はない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述のような従来のス
リップを回避するための圧延速度設定は、操業者の経験
と能力に依存しているため、圧延速度はどうしても安全
サイドの設定となり、生産性向上が期待できないし、か
つスリップ検出からのアクションが遅れてしまう欠点が
ある。また操業者自体がスリップ発生の傾向管理をしな
がら圧延速度に介入してスリップを防ぐ必要があり、こ
の介入が高生産性および高圧延品質を目的とする圧延速
度設定と圧延速度自動制御を阻害する。

【０００５】本発明は、このような従来の問題点を解決
するために成されたものであり、スリップを可及的に低
減することを第１の目的とし、スリップを実質上生じな
いしかも生産性が高い圧延速度を自動設定することを第
２の目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のスリップ予測制
御装置は、幅圧延機(REE)＋水平圧延機(PRM)＋幅圧延機
(RED)でなる熱間粗圧延機群で圧延する帯鋼(S)の、直近
過去の先進率の傾向管理を行いながら、帯鋼寸法と水平
圧下量を含む圧延条件の線形結合式によって粗圧延途中
での帯鋼と圧延機との相対速度を予測算出して圧延材の
スリップ発生を予測する予測手段(6)と、直近での、ロ
−ル材質，ロ−ル表面粗度およびロ−ル組替後の圧延本
数、のうちの少くとも一者を含むロール組替情報と、前
記予測手段で求めた相対速度と、を元に、前記予測手段
(6)がスリップ発生を予測した帯鋼に対してスリップを
実質上生じない圧延速度を決定する圧延速度設定手段
(9)と、該圧延速度設定手段(9)が決定した圧延速度を目
標値として前記熱間粗圧延機群の圧延速度を制御するコ
ントローラ(2)と、前記熱間粗圧延機群の入側および出
側に設置され、圧延される帯鋼の速度を測定するレーザ
ードップラー型速度計(4,5)と、該レーザードップラー
型速度計(4,5)が測定した帯鋼の入側速度および出側速
度と前記水平圧延機の速度から帯鋼と圧延機との相対速
度すなわち実績相対速度を算出する実績値算出手段(11)
と、前記実績相対速度に対する前記予測手段の予測相対
速度の誤差を、複数忘却係数・重み付き逐次形最小二乗
フィルターに与えて、該誤差が零となるように前記予測
手段(6)の前記線形結合式のパラメータをオンライン適
応修正する適応修正手段(12)と、を備える。なお、理解
を容易にするために、図面に示す実施例の対応機能部に
付した記号をカッコ内に示した。

【０００７】

【作用】予測手段(6)が、粗圧延する帯鋼と圧延機との
相対速度を線形結合式に従って予測算出して圧延材のス
リップ発生を予測し、圧延速度設定手段(9)が、この予
測に従がいスリップを実質上生じない圧延速度を決定
し、コントローラ(2)が、この圧延速度を目標値として
熱間粗圧延機群の圧延速度を制御する。この粗圧延にお
ける帯鋼の入側速度および出側速度をレーザードップラ
ー型速度計(4,5)が測定し、実績値算出手段(11)が、速
度測定値と実際の圧延速度に基づいて帯鋼と圧延機との
相対速度すなわち実績相対速度を算出する。そして、適
応修正手段(12)が、実績相対速度に対する予測相対速度
の誤差が零になるように、予測手段(6)が使用する線形
結合式のパラメ−タを修正する。

【０００８】したがって、予測手段(6)の予測相対速度
の信頼性が向上し、帯鋼の圧延スリップが低減する。帯
鋼の速度をメジャリングロ−ラおよびロ−ラ速度検出器
を用いて測定すると、帯鋼に対するメジャリングロ−ラ
のスリップにより速度検出精度が低く、このような検出
速度は、比較的に値が小さい圧延スリップの算出には適
用し得ないが、本発明ではレーザードップラー型速度計
(4,5)で帯鋼速度を検出するので検出精度が格段に高
く、検出速度と実圧延速度に基づいて算出する相対速度
の精度が高く、圧延スリップの推定精度が高く、したが
って帯鋼の圧延スリップが低減する。

【０００９】以下、より具体的に説明すると、予測手段
(6)は、制御対象帯鋼の圧延条件（圧延機入側板厚：ｈ
_in ，圧下率：ｈ／ｈ_in ）と直近過去の圧延機速度と帯
鋼速度の速度差である相対速度（先後進率）実績値を元
にモデル式を用意し、かつ過去の先進率実績値の傾向管
理状況を用いて次材の帯鋼の先進率を予測し、それを元
に後進率も計算する。

【００１０】そして圧延速度設定手段(9)では、圧延時
のスリップは上述の圧下率のみならず、ロールの材質,
表面粗度の状態に依存する傾向が強く、特にロール組替
後の表面摩擦係数が小さい間、または圧延継続後にロー
ル表面が鏡面状態になった場合に発生しやすいことを考
慮して、予測した先後進率と、直近のロール組替情報
（当該ロールの材質,ロール組替後何本目の圧延か？）
を元にスリップが発生するかどうかを予測して粗リバー
ス圧延機の各パスにおけるスリップを回避する最適な圧
延速度を計算し、下位のコントローラ(2)へ圧延速度を
設定する。

【００１１】一方、レーザー速度計(4,5)が、、粗圧延
機前後面に設置されて搬送される帯鋼の速度をダイレク
トに検出し、実績計算手段(11)に入力すると共に、コン
トローラ(2)から、水平圧延機(REE)の圧延速度を、実績
計算手段(11)に入力する。

【００１２】適応修正手段(12)は、実績計算手段(11)で
求めた帯鋼の実績先後進率と上記予測手段(6)で求めた
予測先後進率との誤差を用いて予測手段(6)のモデル式
群線型パラメータを逐次更新して、次材の先後進率決定
用に使用する。

【００１３】このように圧延中の帯鋼の先後進率をその
圧延条件と直近過去の実績値の傾向管理を行うことによ
って、次材の先後進率を予測すると共に、ロール組替情
報をも考慮して次材がスリップしないような最適な圧延
速度を設定することで、粗圧延での帯鋼スリップを回避
させることを飛躍的に向上させることが可能となる。

【００１４】

【実施例】図１は本発明の熱間粗圧延におけるスリップ
予測制御装置を実現する例のシステム構成図であり、図
２は図１に示すプロセスコンピュータの機能を示す機能
システムブロック図、図３は圧延される帯鋼のスリップ
発生時の断面図、図４はスリップ発生有無における実績
先進率例を示すグラフ、図５は圧延機の圧延回数の増大
に伴なう実績先進率の変化を示すグラフである。

【００１５】本発明のスリップ予測制御装置は、１例と
して図１に示すように粗リバースミルＲＲＭとその幅圧
延機ＲＥＥ，ＲＥＤ、及びプロセスコンピュータ１，制
御用コントローラ２，モータードライブ装置３，レーザ
ー速度計４，５で実現されており、プロセスコンピュー
タ１は帯鋼Ｓが圧延ラインに搬送されてきたタイミング
で、その圧延条件を基に水平および幅圧延機の初期開
度、及び圧延速度（回転数）を計算し、制御用コントロ
ーラ２に設定する。制御用コントローラ２では設定され
た圧延速度になるようにモータードライブ装置３を用い
て速度制御する。また一方粗リバースミルＲＲＭ前後面
に設定されたレーザー速度計４，５は、帯鋼Ｓが粗リバ
ースミルＲＲＭで圧延中に搬送されている帯鋼Ｓの速度
をレーザードップラー方式を用いて計測した値を常時出
力しており、プロセスコンピュータ１がその速度デ−タ
をサンプリング収集する。このサンプリングしたデ−タ
からプロセスコンピュータ１が計算した実績先後進率が
図４の先進率例である。そして後述の先進率モデル式の
パラメータ群をオンラインで逐次修正する。ここで先後
進率と粗リバースミルＲＲＭ速度Ｖ_R と、レーザー速度
計４，５から得られた帯鋼速度Ｖ_i ，Ｖ_O との関係を図
３を元に説明する。

【００１６】図３のように、進行方向に向って帯鋼Ｓの
板厚が薄くなる分だけ圧延機入側と出側の体積の流れ
（マスフロー）が変わり、その結果圧延速度（周速度）
Ｖ_R ，入側速度Ｖ_i ，出側速度Ｖ_O との間には下記の不
等式が成立する。 Ｖ_O ＞Ｖ_R ＞Ｖ_i 〔ｍｐｍ〕 ・・・（１） この時、上記速度の比である下式をもって先進率および
後進率が定義されている。 ｆｓ＝Ｖ_O ／Ｖ_R−１ ・・・（２）−１ ｆｂ＝１−Ｖ_i ／Ｖ_R ・・・（２）−２ ここに、ｆｓ：帯鋼Ｓの先進率 ｆｂ：帯鋼Ｓの後進率。

【００１７】また、先進率ｆｓと後進率ｆｂとの間には
下式が成立する。 ｆｂ＝ｒ−（１−ｒ）×ｆｓ 〔ｍｐｍ〕 ・・・（３） ここに、ｒ：圧下率（＝水平圧下量／入側板厚）。

【００１８】図２中に示すように、プロセスコンピュー
タ１内では下記に示す３系統のデ−タ処理機能ブロック
がある。 予測ブロック１６：制御対象帯鋼Ｓの圧延条件および
過去の圧延実績値から先進率ｆｓを予測する； 設定ブロック１７：予測した先進率ｆｓとロール組替
情報（ロール材質と表面粗度および組替後圧延本数）を
用いて粗リバースミルＲＲＭの各パスにおける圧延速度
（目標値）を計算し制御用コントローラ２に与える； 学習ブロック１８：圧延加工中にレーザー速度計４，
５と制御用コントローラ２から収集した帯鋼Ｓの圧延速
度と粗リバースミルＲＲＭ速度を用いて実績先後進率を
求め、予測値と比較することで、先進率予測式の線型パ
ラメータを逐次更新する。また同時に先進率傾向管理フ
ァイル８や圧延本数データ１５を更新する。

【００１９】予測ブロック１６内の先進率予測部６で
は、圧延対象となる帯鋼１本単位に用意された帯鋼デ−
タファイル７から、粗リバースミルＲＲＭ各パス入側板
厚と水平圧下量を抽出し、下記のような線型結合式を用
いて先進率を予測算出する。尚、帯鋼データファイル７
は他コンピュータより伝送で送られてくる。 ｆｓ_n0 ＝ａ₀ ＋ａ₁ ×（△ｈ／ｈ_in ）＋ａ₂ ×ｈ_in ・・・（４） ここに、 ｆｓ_n0 ：予測先進率 ａ₀ 〜ａ₂：線型結合式のパラメータ △ｈ：水平圧下量 〔ｍｍ〕 ｈ_in ：入側板厚 〔ｍｍ〕。

【００２０】また、先進率傾向管理ファイル８の過去の
実績先進率に基づいて実績先進率の変動率（微分値：変
化傾向）を計算し、その分予測先進率を補正する。すな
わち式（４）で算出した予測先進率ｆｓ_n0を次のように
補正する。

【００２１】

【数５】

【００２２】以上の計算で得る予測先進率ｆｓ_nは、当
該帯鋼の圧延条件のみならず、過去の圧延実績を反映し
たものとなる。すなわち先進率の変化傾向を加味した予
測先進率ｆｓ_nが得られる。そして式（３）によって予
測後進率ｆｂ_nを算出する。

【００２３】次に、設定ブロック１７内の圧延速度設定
部９での、圧延速度（目標値）算出について説明する。
通常リバースミルＲＲＭの圧延速度（目標値）を計算す
る場合、水平圧下量から得られる噛込み角と対象鋼Ｓの
圧延情報（仕様）をもとに、スリップがないことを前提
とした圧延速度（目標値）が計算されて、圧延機に設定
される。

【００２４】

【数６】

【００２５】 Ｖ_n0 ’＝√{〔15² /(θ−6)² −1〕/0.000258}＋25.0 〔mpm〕 ・・・(7)-1 Ｖ_n＝Ｖ_n0 ’＋b₁・Ｔ＋ｂ₂・Ｃeq＋b₃・ｈ_in＋b₄・Ｗ_in ・・・(7)-2 ここに、Ｖ_n0 ’：噛込み角θを元に計算した圧延速度 〔mpm〕 Ｖ_n0 ：最終的なスリップがないと仮定した場合の圧延速度〔mpm〕 ｂ₁ 〜ｂ₄ ：補正パラメータ Ｔ：噛込み温度 〔°C〕 Ｃeq：カーボン当量 〔0.01％〕 Ｗ_in ：入側板幅 〔mm〕。

【００２６】しかるにスリップが発生し安い状況では上
記の圧延速度では大きすぎるため、前記先後進率予測部
６で求めた粗リバースミルＲＲＭ各パスの先進率予測値
ｆｓ_n を用い、図４中に示すようなスリップがない場合
の先進率実績値を重回帰して得られた規範モデル式（式
(8)-1,(8)-2）から導出した規範モデル先進率データ１
４と比較して、その偏差に応じた補正係数によって、ス
リップなしの場合に計算した各パス圧延速度に対して補
正する。さらにそれに加えて図５に示すようにロール組
替直後の先後進率が不安定であることに注目し、ロール
組替データ１５（ロール材質，粗度，組替後圧延本数）
も併せて補正する。

【００２７】

【数８】

【００２８】ここでΔεによる補正アルゴリズムについ
て記述する。図４に示すようにΔεがある範囲内であれ
ば線型領域、それを越えるとスリップ発生領域となり、
かつ偏差の増大に伴い急激にスリップ発生の可能性が大
きくなることに注目し、下式にような補正を行う。

【００２９】 if Δε＜0.015 then スリップ発生なし ｆ＝（Δε）＝1.0 else ｆ（Δε）＝1.0−0.5/{1＋exp〔(0.03−Δε）/0.005〕} ・・・(9) さらに図５に示すような２種類のロールのそれぞれに対
して組替え後の影響係数関数ｇ（ｍ，μ）を右上がり、
右下がりの線型式で近似して用意し、最終的な粗リバー
スミルＲＲＭ圧延速度（目標値）Ｖ_n ，入出側テーブル
速度（目標値）Ｖ_i の計算式を設定する。

【００３０】粗リバースミルＲＲＭ圧延速度 Ｖ_n ＝Ｖ_n0 ×ｆ(△ε)×ｇ(ｍ，μ) 〔mpm〕 ・・・(10) ここに、 Ｖ_n ：最終的に設定する圧延速度(目標値)
〔mpm〕 Ｖ_n0 ：スリップなしの場合の圧延速度計算値 〔mpm〕 △ε：先進率予測値と規範モデルとの偏差 ｆ ：補正係数計算関数(0.5≦ｆ≦1.0) ｍ ：ロール組替後の圧延本数 μ ：ロール材質起因の要因（摩擦係数） ｇ ：ロール組替による影響係数関数(0.5≦ｇ≦1.0) 入側テーブル速度＝入側帯鋼速度 Ｖ_i ＝Ｖ_n ×（１−ｆｂ） 〔mpm〕 ・・・(11) 出側テーブル速度＝出側帯鋼速度 Ｖ_o ＝Ｖ_n ×（１＋ｆｓ） 〔mpm〕 ・・・(12) そして最終的に得られたＶ_n を設定値伝送部１０にて制
御用コントローラ２に圧延速度設定値（目標値）として
伝送する。制御用コントロ−ラ２は、圧延速度がこのＶ
_n になるように圧延速度を制御する。

【００３１】次に、学習ブロック１８の機能を説明す
る。学習ブロック１８の実績値計算部１１は、レーザー
速度計４,５が検出した実績帯鋼速度と制御用コントロ
ーラ２が監視している粗リバースミルＲＲＭ速度をサン
プリング収集し、これらの速度を用いて実績先後進率を
計算する。オンライン適応修正部１２が、該計算された
実績先後進率を用いて式（４）の線型パラメータを逐次
修正していく。

【００３２】実績値計算部１１では、サンプリングした
板速度と粗リバースミルＲＲＭ速度から下式によって実
績先後進率を算出する。と同時に組替後圧本数データ１
５のカウンタをインクリメントする。また、ここで算出
された実積先進率ｆｓ_n は先進率傾向管理ファイル８に
も格納する。

【００３３】 ｆas_n ＝Ｖ_slab1 ／Ｖ_RRM −1.0 ・・・(13)-1 ｆab_n ＝1.0−Ｖ_slab2 ／Ｖ_RRM ・・・(13)-2 ここに、 ｆas_n ：実積先進率 ｆab_n ：実積後進率 Ｖ_slab1 ：出側レーザー速度計５が検出した板速度
〔mpm〕 Ｖ_slab2 ：入側レーザー速度計４が検出した板速度
〔mpm〕 Ｖ_RRM ：粗リバースミルＲＲＭの実際の圧延速度 〔mp
m〕。

【００３４】もし、スリップが発生した場合は図３に示
すように帯鋼Ｓと粗リバースミルＲＲＭ速度との速度バ
ランスが崩れ実績先後進率ｆas_n ，ｆab_n が規範モデル
と大きくかけ離れるケースが発生する。すなわち、通常
圧延時、スリップ発生時には図３において下式が成立す
る。

【００３５】 通常圧延時 ： Ｖ_o ＝（１＋ｆｓ）×Ｖ_R 〔mpm〕 Ｖ_i ＝（１−ｆｂ）×Ｖ_R 〔mpm〕 ｆｂ＝ｒ−（１−ｒ）×ｆｓ ｒ＝（ｈ_in −ｈ_out ）／ｈ_in スリップ発生時 ： Ｖ_o ≪（１＋ｆｓ）×Ｖ_R 〔mpm〕 Ｖ_i ≪（１−ｆｂ）×Ｖ_R 〔mpm〕 ここに、 Ｖ_R ：粗リバースミルＲＲＭ圧延速度
〔mpm〕 Ｖ_o ：帯鋼Ｓの粗リバースミルＲＲＭ出側板速度 〔mp
m〕 Ｖ_i ：帯鋼Ｓの粗リバースミルＲＲＭ入側板速度 〔mp
m〕 ｈ_in ：帯鋼Ｓの粗リバースミルＲＲＭ入側板厚 〔m
m〕 ｈ_out ：帯鋼Ｓの粗リバースミルＲＲＭ出側板厚
〔mm〕。

【００３６】オンライン適応修正部１２では、実績値計
算部１１で求めた先進率実績値ｆas_n と予測先進率ｆｓ
_nとの偏差を用いて学習パラメータファイル１３に格納
されている式（４）の線型パラメータを逐次更新してい
く。パラメータの更新は、複数忘却係数重み付き逐次形
最小二乗フィルターを使用して行なう。学習の際は、直
近の実績値への寄与率が大きくなるように忘却係数を小
さく設定する。この方式は対象プロセスのモデルパラメ
ータが時変（時間的に変化）である場合に有効であり、
今回のように圧延時間（同一ロ−ルによる圧延回数）の
変化によりプロセス特性が変化する可能性のあるプロセ
スに有効な手段である。こうしてオンラインでのモデル
修正が行なわれ、スリップ傾向に応じてスリップを実質
上生じない圧延速度が設定され、粗圧延の安定操業が確
保され、しかも操業者負荷が軽減する。

【００３７】

【発明の効果】粗圧延機におけるスリップ発生が飛躍的
に減少し、粗工程帯鋼圧延における通板性が向上し操業
者の負荷が軽減する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示すブロック図である。

【図２】 図１に示すプロセスコンピュータ１の機能を
示すブロック図である。

【図３】 図１に示す粗リバ−スミルＰＲＭで圧延中の
帯鋼の断面を示す縦断面図である。

【図４】 図１に示す粗リバ−スミルＰＲＭにおける圧
下率と先進率の関係を示すグラフである。

【図５】 図１に示す粗リバ−スミルＰＲＭで、同一ロ
−ルで圧延を繰返している間の実績先進率の変化を示す
グラフである。

【符号の説明】

Ｓ：帯鋼 ＲＲＭ：粗リバースミル（水平圧延機） ＲＥＥ：粗リバースミル前面幅圧延機 ＲＥＤ：粗リバースミル後面幅圧延機 １：プロセスコンピュータ ２：制御用
コントローラ ３：モータードライブ装置 ４：前面レ
ーザー速度計 ５：後面レーザー速度計 ６：先進率
予測部 ７：帯鋼データファイル ８：先進率
傾向管理ファイル ９：設定部 １０：設定値
伝送部 １１：実績値計算部 １２：オン
ライン適応修正部 １３：学習パラメータファイル １４：規範
モデル １５：組替え後圧延本数データファイル １６：予測
ブロック １７：設定ブロック １８：学習
ブロック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−197210（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−123749（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B21B 37/00 B21B 37/46

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】幅圧延機＋水平圧延機＋幅圧延機でなる熱
   間粗圧延機群で圧延する帯鋼の、直近過去の先進率の傾
   向管理を行いながら、帯鋼寸法と水平圧下量を含む圧延
   条件の線形結合式によって粗圧延途中での帯鋼と圧延機
   との相対速度を予測算出して圧延材のスリップ発生を予
   測する予測手段と、 直近での、ロ−ル材質，ロ−ル表面粗度およびロ−ル組
   替後の圧延本数、のうちの少くとも一者を含むロール組
   替情報と、前記予測手段で求めた相対速度と、を元に、
   前記予測手段がスリップ発生を予測した帯鋼に対してス
   リップを実質上生じない圧延速度を決定する圧延速度設
   定手段と、 該圧延速度設定手段が決定した圧延速度を目標値として
   前記熱間粗圧延機群の圧延速度を制御するコントローラ
   と、 前記熱間粗圧延機群の入側および出側に設置され、圧延
   される帯鋼の速度を測定するレーザードップラー型速度
   計と、 該レーザードップラー型速度計が測定した帯鋼の入側速
   度および出側速度と前記水平圧延機の速度から帯鋼と圧
   延機との相対速度すなわち実績相対速度を算出する実績
   値算出手段と、 前記実績相対速度に対する前記予測手段の予測相対速度
   の誤差を、複数忘却係数・重み付き逐次形最小二乗フィ
   ルターに与えて、該誤差が零となるように前記予測手段
   の前記線形結合式のパラメータをオンライン適応修正す
   る適応修正手段と、を備える、レーザー速度計を用いた
   熱間粗圧延におけるスリップ予測制御装置。