JP3291201B2 - メッキ付着量の制御装置および制御方法 - Google Patents

メッキ付着量の制御装置および制御方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は圧延精製ラインで連
続的に移動するストリップのメッキ工程に係り、メッキ
付着量の制御を行う装置と方法に関する。
【0002】
【従来の技術】メッキの付着量制御を行う従来の装置と
しては、たとえばアイアン・アンド・スチール・エンジ
ニア(Iron and Steel Engineer;June 1994)記載のよ
うに、付着量の仕様変更直後は制御モデル式等を用いて
ノズルから噴出するガスの圧力やノズルの高さ、ノズル
と鋼板の距離(ギャップ)の制御指令値を決定し、この
値にしたがってフィードフォワード制御を行い、一方、
仕様変更点が付着量検出センサに到達して新たな仕様に
対応した検出値が得られた後は、この値と望ましい付着
量との偏差を検出し、これを減らす方向にフィードバッ
ク制御を行う手法であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術には、以
下の問題点があった。まずフィードフォワード制御に関
して、制御指令値を算出したときに想定した制御対象の
値と実際の値との間に偏差があったとき、これが付着量
の精度を低下させる問題があった。
【0004】また、あらかじめ構築しておいた制御モデ
ルを固定的に用いて制御の指令値を算出するため、制御
対象の状態や制御環境が経時的に変化した場合に、これ
に追従できず付着量精度が低下する問題があった。
【0005】さらに、制御モデルの精度は指令値の適切
さに直接対応するが、精度向上に十分配慮された制御モ
デルである保証はなく、モデルが対象とする付着量の値
によっては多くの誤差を含んでいる場合があった。
【0006】一方、フィードバック制御においても、主
としてノズル位置と付着量検出センサの取付け位置が離
れていることに起因した無駄時間を補償することに配慮
されていないため、一度フィードバック制御を行い指令
値変更を行った後には、鋼板に対応した変更点部位が付
着量検出センサに到達した後に再度フィードバック制御
を行う他はなく、付着量の精度向上にもおのずから限界
があった。
【0007】その上、付着量検出センサを鋼板の幅方向
にスキャンさせ、付着量の平均値を出力するモードで用
いたとき、平均値を得るためには通常数十秒のスキャン
時間が必要なため、検出の遅れ時間が多大となる。一
方、鋼板の代表位置(たとえば中央)を定常的にスキャ
ンするモードで用いた場合、検出の遅れは小さいがプロ
ファイルの影響で検出値の誤差が大きくなる場合があっ
た。
【0008】本発明の目的は、上記した従来技術の問題
点を克服し、メッキ付着量の高精度化と均一化を実現す
る制御装置と制御方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題は、本発明によ
る以下の構成により解決される。
【0010】まず、制御指令値算出時に想定した制御対
象の値と実際の値とが対応しない問題については、基本
的には、制御時に制御対象の状態量を取り込み、制御状
態に対応したメッキの付着量を推定する観測手段と、観
測手段の出力と所望の付着量との偏差にしたがって制御
の指令値を修正する観測制御手段を備えることにより解
決される。
【0011】指令値が所望の付着量を実現するノズル位
置とガス圧の組合せとして与えられる場合、前記観測制
御手段は前記偏差を減じる方向にノズル位置とガス圧を
修正する。
【0012】また、前記付着量に対するガス圧またはノ
ズル位置の所定関係値、すなわち変化の程度を計算する
修正関数計算手段を備え、この所定関係値と前記偏差を
乗じた値を用いて前記指令値のノズル位置とガス圧を修
正する。
【0013】制御モデルを固定的に用いる問題について
は、制御モデルを用いて推定したメッキ付着量とメッキ
付着量検出センサから実際に検出した値との差分を格納
するモデル誤差蓄積手段を備え、この値を用いて制御モ
デルを用いた制御指令値算出手段、さらには観測制御手
段の演算結果を修正することにより解決される。
【0014】制御モデルが誤差を含んでいる問題につい
ては、複数の制御モデルを備え、対象とする付着量によ
りこれらを選択的に用いることにより解決される。
【0015】フィードバック制御に大きな無駄時間が発
生する問題については、観測手段の出力を、メッキ付着
量センサの出力と無駄時間分遡った観測手段の出力を用
いて補償することにより解決される。
【0016】付着量検出センサの動作モードにより、検
出の遅れ時間が増大したり、精度が低下する問題につい
ては、付着量の鋼板幅方向のプロファイルを格納するプ
ロファイル格納手段と、メッキ付着量センサから検出し
た値をプロファイル格納手段の内容を参照して補正する
付着量補正手段を設けることにより解決される。
【0017】本発明の構成によって以下のように作用す
る。
【0018】観測手段は制御対象から取り込んだ鋼材の
移動速度、ノズル位置、ガス圧等の状態量を基に、現在
の制御状態で付着しているメッキ量を推定する。観測制
御手段は、この値を所望の付着量と照合し、両者が一致
するように制御の指令値を変更する。したがってメッキ
付着量を直接検出できない場合でも、現在の制御状態の
基で付着していると予想されるメッキ量を推定し、これ
をリアルタイムで所望の値に近づけられる。したがって
付着量制御の精度を向上できる。
【0019】モデル誤差蓄積手段には、制御モデルを用
いて推定したメッキ付着量と過去の制御においてメッキ
付着量検出センサから実際に検出した値との差分が、種
々のメッキ付着量に対応づけて蓄えられている。制御の
指令値を算出する場合には、所望のメッキ付着量にこの
差分を加減算した値を新たに付着量の目標値として制御
モデルに代入し制御の指令値を推定することにより、制
御対象や制御環境の経時的な変化に起因したモデル誤差
をその都度補正できる。また観測手段の演算において
は、差分を制御モデルを用いて推定したメッキ付着量に
加減算することにより、同様にモデル誤差を補正でき
る。したがって制御の指令値や観測手段の出力を高精度
化できる。
【0020】複数の制御モデルは、特性がおおむね同じ
付着量毎に設けられる。そして所望のメッキ付着量にし
たがって使用するモデルを選択し、これを用いて制御の
指令値を算出する。使用すべきモデルが複数あった場合
には、これらの算出結果を適切に重み付け加算し、最終
的な指令値とする。この結果、指令値算出の都度、最も
精度の高いモデルでこれを行うことができ、指令値の精
度を向上させられる。
【0021】観測手段からは無駄時間のないメッキ付着
量が出力される。また無駄時間分遡った観測手段の出力
からメッキ付着量センサで現在検出された値を差し引く
ことにより、観測手段の観測誤差が算出される。したが
って、この観測誤差を現在の観測手段の出力から差し引
くことにより、無駄時間のない帰還量を高精度に得るこ
とができる。この値を用いてフィードバック制御を行う
ことで、無駄時間を補償した制御を行うことができる。
【0022】付着量検出センサが鋼板を幅方向にスキャ
ンするモードのとき、プロファイル格納手段には、付着
量の鋼板幅方向のプロファイルとこのプロファイルの平
均付着量が格納されている。付着量補正手段は、まず付
着量検出センサが鋼材のどの部位をスキャンしているか
調べ、プロファイル格納手段からその部位に対応した付
着量の値を抽出する。そして抽出した付着量から平均値
を差し引くことで、該当部位の平均値からの偏差を算出
する。最後にこの値を補正量として、付着量検出センサ
から検出中の値から差し引く。以上の処理により、前回
と今回のプロファイルが相関を有していれば、相関の値
に応じてプロファイルの影響を除去できる。したがって
スキャンのタイミングで得られる逐次値から、平均値相
当の値を算出できるため、高精度なメッキ付着量を高速
に算出できる。
【0023】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
にしたがい詳細に説明する。
【0024】図1は、本実施形態によるメッキ付着量制
御システムの構成図である。まず、全体の構成を簡単に
説明した後、各部の動作を詳細に説明する。メッキ付着
量制御システムは、制御装置100、これとネットワーク1
30で信号を交換する制御用計算機140、およびこれらに
より制御される制御対象150から構成される。
【0025】制御対象150のロール152は鋼板151を矢印
の方向に移動させる。メッキ浴槽153には溶融メッキが
溜められており、鋼板151は移動に伴って順次メッキ浴
槽153に浸される。その直後にノズル154は、高圧のガス
を吹き付け、鋼板151に付着しているメッキの一部をそ
ぎ落とすことにより、付着しているメッキを一定量に制
御する。本実施例では、以下、ノズル154と溶融メッキ
湯面の距離(高さ)H、ノズル154と鋼板の距離(ギャ
ップ)D、ノズル154が噴出するガスの圧力(ガス圧)
Pを、ノズル154における制御パラメータとした例を示
す。
【0026】制御用計算機140には、所望のメッキ付着
量W*が格納されている仕様テーブル141、制御の指令
値の一部が格納されているセットアップテーブル143が
備えられている。指令値算出手段142はこれらを検索
し、これらのテーブルから抽出した値に基づいたモデル
式を用いた演算により、最終的なP、D、Hの指令値を
算出する。これらは所望のメッキ付着量W*とともに、
通信I/F144、ネットワーク130を介して制御装置100
に出力される。
【0027】制御装置100は、通信I/F101を介して得
たこれらの値を、必要に応じて適当な補正を施した後、
制御対象150に出力する。本実施形態では、ガス圧Pを
補正の対象とした場合を示す。
【0028】制御装置100は、制御用計算機140から得た
ギャップの指令値D*や高さの指令値H*についてはその
まま制御の指令値とし、出力手段105を介して制御対象1
50に出力する。さらに入力手段102を介して取り込んだ
ロール152の回転速度(鋼板の送り速度)V、ノズル154
のガス圧P、高さH、ギャップDから、観測手段103が
鋼板151のメッキ付着量Wを推定し、観測制御手段104に
出力する。
【0029】観測制御手段104は、Wと制御用計算機140
から得た所望の付着量W*の差分ΔWを算出し、ΔWと
修正関数106を用いて、制御用計算機140から得たガス圧
の指令値P*を修正する。そして修正結果を最終的なガ
ス圧の指令値P**とし、出力手段105を介して制御対象1
50に出力する。
【0030】本実施形態では制御用計算機140が算出し
た制御の指令値に対して、ガス圧の指令値P*を補正の
対象としたが、同様の構成でギャップの指令値D*や高
さの指令値H*を補正の対象とすることもできる。
【0031】次に各部の動作を詳細に説明する。図2
に、指令値算出手段142が行う処理の概要の流れ図を示
す。指令値算出の演算は、所望のメッキ付着量W*の変
更や、コイルとコイルの溶接点のノズル位置通過等に先
立って行われる。まずS2-1で、仕様テーブル141から
所望のメッキ付着量W*を抽出する。
【0032】図3に、仕様テーブル141の構成の一例を
示す。W*はコイル毎にテーブル化されており、図示例
はコイル1の最初の500mのW*が80g/m2、その
後の300mのW*が180g/m2等であることを示し
ている。
【0033】指令値算出手段142はノズル位置を通過す
る鋼板151のコイル番号とコイル先端からの距離を認識
し、対応するW*を抽出する。さらに制御装置100から、
制御対象150の状態量を取り込む。本実施形態では状態
量として鋼板151の移動速度V(ロール152の回転速度)
を取り込む。状態量としては、この他に溶融メッキの温
度や鋼板151の温度を必要に応じて取り込むことも可能
である。次にS2-2で、セットアップテーブル143を用
いてガス圧の指令値P*、高さの指令値H*を決定する。
【0034】図4、にセットアップテーブル143の構成
例を示す。図示例ではメッキ付着量W*と鋼板151の移動
速度Vに対して、適切なガス圧の指令値P*と高さの指
令値H*が参照できることを示している。仕様テーブル1
41は鋼板の生産スケジュールにしたがって、またセット
アップテーブル143はこれまでの経験等に基づいて、そ
れぞれユーザがあらかじめ構築しておく。
【0035】S2-3では、ガス圧P、鋼板151の移動速
度V、ギャップD、高さHと、このときのメッキ付着量
Wの関係式であるfに対して、fの逆関数f~1を用い、
これにW*、P*、H*を代入した数1により、D*を算出
する。
【0036】
【数1】
【0037】関数fは一例として、数2の関係式が知ら
れている。
【0038】
【数2】
【0039】このときの逆関数f~1は数3となる。
【0040】
【数3】
【0041】fの形態としては、この他にも種々考えら
れる。またモデル式に用いる変数に、溶融亜鉛の温度や
鋼板の温度を加えることも可能である。S2-4では、
求められたP*、D*、H*、W*を通信I/F144を介し
て制御装置100に送信する。
【0042】本実施形態では、P*とH*をセットアップ
テーブル143から抽出し、これらを用いて数3のモデル
式によりD*を決定した。これとは異なり、D*とH*を
セットアップテーブル143から抽出し、P*をモデル式に
より決定する等の組み合わせも、同様の手法で実現でき
る。
【0043】上記のモデル式で、パラメータの一部を省
略してもよい。例えばH*を制御の対象としない数4の
モデル式より、D*を算出するようにしてもよい。
【0044】
【数4】
【0045】図5に、観測手段103が行う処理の流れ図
を示す。本実施形態では、鋼板151に付着していると予
想されるメッキの量を、P、D、H、Vから推定する。
【0046】まずS5−1で、入力手段102を介して制
御対象150からP、V、D、Hを取り込む。次にS5−
2で、(数2)にこれらを代入した結果から、付着量の
観測値(推定値)W’を算出する。最後にS5−3で得
られた観測値W’を、観測制御手段104に出力する。
【0047】図6に観測制御手段104が行う処理の流れ
図を示す。観測制御手段104はW*とW’の偏差を検出
し、制御用計算機140が算出したガス圧の指令値P*を適
切に修正する。
【0048】まずS6−1で、通信I/F101を介して
制御用計算機140から得たW*からW’を減じ、メッキ付
着量の偏差ΔWを算出する。ΔWは、制御用計算機140
が制御の指令値を算出するときに想定したP、V、D、
Hの値が、制御対象150の現在の値と異なっていること
に起因して生じる。本実施形態ではガス圧Pの修正によ
りこの影響を打ち消し、制御精度を向上させる。
【0049】S6−2で、ΔWと修正関数Ksを用いて
ガス圧の修正量ΔPを算出する。簡単なケースとして修
正関数Ksを定数の場合で示すと、修正量ΔPは数5に
より算出する。
【0050】
【数5】
【0051】S6−3で、通信I/F101を介して制御
用計算機140から得たP*とΔP、さらにP*に修正履歴
の最終結果である(ΔP)prev も用いて、数6により
最終的なガス圧の指令値P**を算出する。
【0052】
【数6】
【0053】P*に修正履歴がない場合には、単に、数
7により指令値P**を算出する。
【0054】
【数7】
【0055】最後にS6−4で、P**を出力手段105を
介して制御対象150に出力し、ノズル154のガス圧を変更
する。
【0056】図7に、修正関数計算手段107が行う処理
の流れ図を示す。修正関数計算手段107は修正関数106の
Ksの値を最適化する。
【0057】まずS7−1で、通信I/F101を介して
W*を取り込む。次にS7−2で、W=W*の基で、メッ
キ付着量変化に対するガス圧の変化率(∂P/∂W)を
算出する。モデル式が数2で表される場合、(∂P/∂
W)は数8で表され、W*とPを代入することで算出で
きる。
【0058】
【数8】
【0059】修正関数計算手段107は、(∂P/∂W)の
値をW*やPが変わる度に計算し、観測制御手段104の修
正関数106のKsにセットする。
【0060】修正関数としては、本実施形態で示した定
数の他にも(P/W*)の2次式等の形態でもよい。ま
たPの変化が小さいと仮定できる場合には、修正関数10
6の算出はW*が変化するタイミングのみで行い、制御装
置100の演算量を削減することもできる。また修正関数
算出手段107を制御用計算機140に設け、ネットワーク13
0を用いて転送してもよく、さらにKsをW*に対してテ
ーブル化しておき、制御の指令値を制御装置100に転送
するタイミングに併せて観測制御手段104にセットして
もよい。
【0061】W*は通信I/F101を介して演算の度に取
り込んでもよいが、仕様が変更されたタイミングで取り
込んだ値を制御装置100に蓄え、仕様が変更されるまで
この値を参照するようにして、演算量やネットワーク13
0の負荷を低減させる。
【0062】上記では、制御指令値の中の補正対象をガ
ス圧Pとしたが、ノズルのギャップDまたは高さHのノ
ズル位置であっても、同様の手法により補正できること
は言うまでもない。
【0063】本実施形態によれば、メッキ付着量を直接
検出できない場合でも、現在の制御状態の基で付着して
いると予想されるメッキ量をリアルタイムで推定し、所
望の付着量と照合して両者が一致するようにガス圧また
はノズル位置を制御するので、付着量制御の精度を向上
できる。また、所望の付着量と推定値の偏差からガス圧
またはノズル位置をモデル式により算出する場合に、モ
デル式中の修正関数、例えば比例定数を、所望の付着量
に対するガス圧またはノズル位置の変化を示す微分値な
どによって修正するので、安定で精度の高い付着量制御
が可能になる。
【0064】次に本発明の他のいくつかの実施例(実施
の形態)を説明する。なお、各図を通して同等の構成要
素には同一の符号を付している。
【0065】〔実施例1〕図8に、本発明の実施例1に
よるメッキ付着量制御システムの構成を示す。本実施例
は図1の構成の観測手段に代えて、メッキ付着量検出手
段1101を設け、鋼板151に付着しているメッキの量
を実測し、これを用いてフィードバック制御を行う。本
実施例では、指令値に対応したメッキの付着量が検出で
きるタイミングではフィードバック制御を行い、それ以
外のタイミングでは制御用計算機140で算出した指令値
をそのまま用いたフィードフォワード制御を行う。
【0066】図9に、メッキ付着量検出手段の検出動作
の一例を模式的に示す。メッキ付着量検出手段1101は、
鋼板151に対して幅方向にスキャンしている。スキャン
中の所定タイミングと、幅方向のスキャン終了タイミン
グで付着量を出力する。前者のタイミングでは、鋼板上
でスキャンの対象となった一部分に対応した付着量(以
下、部分付着量)が、また後者のタイミングでは幅方向
の平均値(以下、平均値付着量)が出力される。実際に
は鋼板151が速度Vで移動しているため、メッキ付着量
検出手段1101は鋼板151に対して、図示のように斜めに
スキャンすることになる。出力された付着量は、入力手
段102を介して制御装置100と制御手段1102に送られる。
【0067】制御手段1102は、制御用計算機140から制
御指令値を受け取った後、まず部分付着量を用いて一回
フィードバック制御を行い、その後、検出された平均付
着量を用いてフィードバック制御を継続する。
【0068】図10に、制御手段1102が行う処理の流れ
図を示す。S10‐1で、メッキ付着量検出手段1101か
ら指令値に対応した部分付着量が検出できたかどうかを
判定する。通常、メッキ付着量検出手段1101とノズル15
4はかなり隔たった位置関係にあるので、検出までには
数十秒程度の時間を要する。
【0069】部分付着量が検出されると、S10‐2
で、この値Wと所望の付着量W*から付着量の偏差ΔW
を算出する。次にS10‐3で、たとえば数5により、
ΔWと修正関数Ksとからガス圧の修正量ΔPを算出す
る。さらにS10‐4で、数7によりP**を算出する。
S10‐5では、P**を最終的なガス圧の指令値とし、
出力手段105を介して制御対象150のノズル154に出力す
る。
【0070】S10‐6では、P**に対応した平均付着
量が検出できたかどうかを判定する。P**に対応した平
均付着量とは、P**に対応した部分付着量が幅方向全体
に渡って検出可能になった後に出力された平均付着量で
ある。これが検出されるまではS10‐4で算出された
値を保持し、検出された後にS10‐7に進む。
【0071】S10‐7では平均付着量を新たにWと
し、これを所望のメッキ付着量W*から減じることによ
り、付着量の偏差ΔWを算出する。さらにS10‐8
で、たとえば数5により、ΔWと修正関数Ksとからガ
ス圧の修正量ΔPを算出する。S10‐9で、数6によ
り新しいP**を算出する。S10‐10では、P**を最
終的なガス圧の指令値とし、出力手段105を介して制御
対象150のノズル154に出力する。S10‐7〜S10‐
10の処理は、新たな平均付着量が検出される度に繰り
返される。
【0072】上記のフィードバック制御は、所望のメッ
キ付着量の値が変更になる等のタイミングで一旦終了
し、指令値変更後、再度S10‐1の処理を開始する。
S10‐11ではフィードバック制御の終了を判定し、
終了していない状態ではS10‐6に処理を戻し、新た
な平均付着量の検出を待つ。
【0073】なお、上記ではメッキ付着量を検出できな
いフィードフォーワード制御のタイミングでは、制御用
計算機140で算出した指令値をそのまま用いたが、図1
の実施例で示した観測手段を併用してもよい。
【0074】本実施例によれば、メッキ付着量を推定す
るフィードフォーワード制御からメッキ付着量を検出で
きるフィードバック制御に移行する場合に、板幅方向の
平均付着量が得られる前に、一部分の付着量を使用して
速やかにフィードバック制御を開始できるので、高精度
なフィードバック制御を高応答に行うことができる。
【0075】〔実施例2〕図11に、本発明の実施例2
によるメッキ付着量制御システムの構成を示す。本実施
例は図8の構成に付加して、制御用計算機140にモデル
誤差を蓄積する手段801と指令値算出手段142にモデル誤
差を補正する機能を設けている。モデル誤差蓄積手段80
1には、制御装置100に設けた誤差送信手段802の出力が
転送され、取り込まれる。
【0076】図12に、モデル誤差蓄積手段801の構成
を示す。所望のメッキ付着量W*に対応してモデル誤差
が格納されている。図示例ではW*が80〜82(g/
2)のとき、数2で得られたWは5gの誤差を含んでい
る。
【0077】図13に、誤差送信手段802の処理の流れ
図を示す。制御手段1102でメッキ付着量の偏差(モデル
誤差)ΔWが検出されると、S13‐1でこの値を取り
込み、S13‐2でΔWを、通信I/F101、ネットワー
ク130、通信I/F144を介して、モデル誤差蓄積手段801
に送信する。
【0078】指令値算出手段142ではモデル式を用いて
制御の指令値を算出する際に、モデル誤差蓄積手段801
の対応するΔWを抽出し、数3から変形される数9によ
りノズル位置の目標値D*を算出する。
【0079】
【数9】
【0080】なお、本実施例の変形として、図1に示し
た観測手段103を併用し、メッキ付着量検出手段1101に
よる検出が困難な間の付着量Wを推定するようにした場
合は、制御用計算機140が指令値を制御装置100に送信す
るタイミングで、指令値の算出に用いたモデル誤差ΔW
を観測手段103にも送信する。観測手段103は付着量の推
定値W'を算出する際に、数2から変形される数10に
よりW'を算出する。
【0081】
【数10】
【0082】本実施例によれば、過去の制御におけるメ
ッキ付着量の目標値と実測値の差分が蓄えられ、制御の
指令値を算出する場合に、所望の付着量にこの差分を加
減算した値を目標値として制御指令値を算出するので、
制御対象や制御環境の経時的な変化に起因するモデル誤
差をその都度補正できる。
【0083】〔実施例3〕図14に、本発明の実施例3
によるメッキ付着量制御システムの構成を示す。本実施
例は図11の構成に付加して、メッキ付着量検出手段11
01から受信した部分付着量を補正するために、プロファ
イル格納手段1401および付着量補正手段1402を設けてい
る。
【0084】プロファイル格納手段1401には、メッキ付
着量検出手段1101が鋼板151を幅方向にスキャンしたと
きの部分付着量が、鋼板端からの距離に対応して格納さ
れている。
【0085】図15に、プロファイル格納手段1401の構
成を示す。図示例は、鋼板端から0.1mのところで検
出されたメッキ付着量の逐次値が100g/m2、0.2
mのところで検出されたメッキ付着量の逐次値が110
g/m2等であることを示している。また、格納されてい
るプロファイルにおいて検出された付着量の平均値が、
103g/m2であることを示している。プロファイル格
納手段1401の内容は、メッキ付着量検出手段1101の幅方
向のスキャンの間に制御の指令値および制御対象の状態
量の変動がない場合に取り込まれ、すでに格納されてい
る古いプロファイルに上書きする形で、更新される。
【0086】付着量補正手段1402は、入力手段102から
取り込んだ鋼板151の部分付着量とプロファイル格納手
段1401に蓄えられている情報とから、部分付着量の補正
値を算出する。
【0087】図16に、付着量補正手段1402の構成を示
す。まず入力手段102を介してメッキ付着量検出手段110
1から、メッキの部分付着量Wtempとこれが検出された
鋼板端からの距離をとりこむ。この後プロファイル格納
手段1401から付着量の平均値Wave‐prev と、同一の鋼
板端からの距離に対応した部分付着量Wtemp‐prevを抽
出する。そしてWtemp‐prev からWave‐prev を差し
引いた値ΔWmod を補正量とし、これをWtempから差し
引いた値Wfiltered をメッキ付着量の帰還量として、
制御手段1102に出力する。
【0088】図17に、同一の鋼板端からの距離に対応
した部分付着量Wtemp‐prev を抽出する方法を模式的
に示す。図示例では、プロファイル格納手段1401に、前
回スキャンしたときのプロファイル、すなわちメッキ付
着量検出手段1101が鋼板151をA点からB点までスキ
ャンしたときに各部で検出された部分付着量がメッキプ
ロファイル16’01に対応して、図15の形態で格納
されている。
【0089】この場合に、メッキ付着量検出手段1101が
現在出力している部分付着量16'02と、対応する部位の
前回の部分付着量16'03が、WtempおよびWtemp‐prev
にそれぞれ対応し、これらを用いて補正演算が行われ
る。プロファイル格納手段1401で、Wtemp‐prev は部
分付着量16'04として格納されている。
【0090】本実施例によれば、検出部位に依存した部
分付着量のバラツキが、前回スキャンなど過去のプロフ
ァイルを用いて補正されるので、平均付着量相当の値を
フィードバック信号として用いることができる。これに
より、平均値を取得できない前の部分付着量によるフィ
ードバック制御の精度をより向上できる。
【0091】〔実施例4〕図18に、本発明の実施例4
によるメッキ付着量制御システムの構成を示す。
【0092】制御対象におけるガスの吹き付け位置とメ
ッキ付着量検出手段1101の取付け位置は、通常大きく隔
たっている。さらに付着量検出手段1101の検出遅れが加
算されることも多い。このような無駄時間を補償する構
成として、本実施例では制御装置100に、観測結果格納
手段1701と観測結果抽出手段1702を設けている。
【0093】制御手段1102は、入力手段102を介して得
たメッキ付着量検出手段1101の出力W、観測手段103の
出力W’、観測結果抽出手段1702の出力W'comを帰還量
として、フィードバック制御を行う。観測結果格納手段
1701には観測手段103の出力W'が、直近のものから遡っ
て時系列に蓄えられている。
【0094】図19に、観測結果格納手段の構成を示
す。観測手段103の出力W'が時刻に対応づけて格納され
ている。時刻とは現在を起点(0)として過去に遡った
値であり、図では0.5秒前の出力が106g/m2、1.
0秒前の出力が109g/m2等であることを意味してい
る。
【0095】図20に、観測結果抽出手段の処理の流れ
図を示す。観測結果抽出手段1702は、メッキ付着量検出
手段1101が現在検出の対象としている鋼板151の部位が
ガスの吹き付けを受けた時刻を算出し、この時刻から現
在までを遅れ時間として、遅れ時間だけ遡った時刻に対
応する観測手段103の出力を、観測結果格納手段1701か
ら抽出して出力する。
【0096】まずS20‐1で制御対象の状態量やメッ
キ付着量検出手段1101の動作状態から遅れ時間を算出す
る。制御対象の状態量とは主として鋼板の移動速度Vで
あり、ノズルの高さHが変化したときにこの影響を加味
する場合もある。鋼板151の移動に伴う遅れ時間τLを、
数11により算出する。
【0097】
【数11】
【0098】ただし、Lはガス吹き付け位置からメッキ
付着量検出手段1101取付け位置までの基準距離、ΔHは
ノズルの上下により生ずるLの変化を補正する値であ
る。これをVで除することにより、鋼板151のガス吹き
付け部位が付着量検出位置に到達するのに要する時間を
算定できる。
【0099】さらにメッキ付着量検出手段1101の動作状
態により、検出遅れτD が加算される。τD は、メッキ
付着量検出手段1101が鋼板間を端から端へ移動する時間
で近似できる。以上より、検出遅れ時間τは数12によ
り算出する。
【0100】
【数12】
【0101】次にS20‐2で、観測結果格納手段1701
からτと一致する時刻を検索し、このときの観測手段10
3の出力を抽出し、この値をWcomとする。S20‐3
で、Wcomの値を制御手段1102に出力する。
【0102】制御手段1102では、これらの値と所望のメ
ッキ付着量W*から付着量の偏差ΔWを算出し、これを
基にP**の修正を行う。具体的には、数13により偏差
ΔWを算出する。
【0103】
【数13】
【0104】これにより、観測手段103の出力W'から観
測誤差(W'‐Wcom)が補償される。
【0105】本実施例によれば、制御対象の遅れ時間を
補償して、高精度な観測量を帰還値としたフィードバッ
ク制御を行うことができる。
【0106】〔実施例5〕次に制御用計算機が複数の予
測モデルを有し、これらを必要に応じて合成して指令値
の算出を行う実施例を示す。
【0107】図21に、本発明の実施例5による制御用
計算機の構成を示す。制御用計算機140には、新たにモ
デル格納手段2001が備えられている。他の制御装置100
や制御対象150の構成は、上記した実施形態ないし実施
例のいずれの構成によってもよい。
【0108】図22に、モデル格納手段の構成を示す。
各モデル式が、付着量の領域毎にその下限値および上限
値とともにテーブル形式で格納されている。図示例で、
付着量が60g/m2〜100g/m2のときは領域番号1
に対応し、モデル式W1が用いられる。モデル式W1は数
14により記述される。
【0109】
【数14】
【0110】また付着量が80g/m2〜160g/m2
ときは領域番号2に対応し、数15により記述されるモ
デル式W2が用いられる。
【0111】
【数15】
【0112】指令値算出手段142は、所望の付着量W*を
モデル格納手段2001に蓄えられている付着量の上下限値
と照合し、使用するモデル式を決定する。たとえばW*
が70g/m2であれば、領域番号1のモデル式W1を採
用し、W*が130g/m2であれば、領域番号2のモデ
ル式W2を採用する。またW*が90g/m2であれば、領
域番号1のモデル式と領域番号2のモデル式を合成して
用いる。
【0113】図23に、指令値算出手段142が行う処理
の流れ図を示す。まずS23‐1とS23‐2では、図
2のS2‐1、S2‐2と同様の処理を行う。S23‐
3で、所望の付着量W*が複数の領域に対応するかどう
かを判定する。たとえば付着量W*が80<W*<100
では、領域番号1と領域番号2の両方に対応する。同様
に、150<W*<160では領域番号2と領域番号3
の両方に対応する。
【0114】S23‐3でW*が2つの領域に対応する
と判定された場合には、S23‐4でギャップの指令値
D*を、数16により算出する。
【0115】
【数16】
【0116】ここで、αは2つの領域の影響をバランス
させる係数で、一例として数17で与えられ、0〜1の
値をとる。
【0117】
【数17】
【0118】ただし、(WU)i:領域iの付着量の上限、
(WL)i+1:領域i+1の付着量の下限である。αの値は
W*が領域iにより多く属するとき、その度合いに応じ
て1.0に近い値となり、逆に領域i+1により多く属す
るとき、0.5以下の値となる。
【0119】一方、S23‐3でW*が単一の領域に対
応すると判定された場合には、S23‐5でギャップの
指令値D*は、図2のS2‐3と同様に単一のモデル式
で決定される。S23‐6では、決定されたP*、D*、
H*、W*を通信I/F144を介して制御装置100に送信す
る。
【0120】なお、指令値算出手段142が複数のモデル
式を備えたことに対応して、観測手段103にも複数のモ
デル式を備え、所望の付着量の領域などに応じてモデル
式を合成して観測結果Wを算出することも、同様の構成
と手法により可能である。
【0121】本実施例によれば、特性が概ね同じとなる
付着量の領域ごとに複数のモデル式を用意し、所望の付
着量に応じて使用するモデルを選択し、さらに関係する
モデルが複数ある場合はそれらの算出結果を重加算して
最終的な指令値を決定するので、最も精度の高くなるモ
デルを使用して付着量制御の精度を向上できる。
【0122】
【発明の効果】本発明によれば、観測手段を設けたこと
により、メッキ付着量を直接検出できない場合でも付着
量制御の精度を向上できる。特に、所望の付着量に対す
る補正対象操作量の変化に応じて制御ゲインを最適化す
るので、安定で精度の高い付着量の制御が実現できる。
【0123】また、モデル誤差蓄積手段を設け、この情
報を用いて制御モデルを補正することにより、プラント
の経時変化等に起因したモデル誤差を小さくできる。し
たがって制御の指令値や観測手段の出力を高精度化でき
る。
【0124】また、本発明によれば、観測手段の出力と
無駄時間分遡った観測手段の出力、さらにメッキ付着量
センサで現在検出された値から帰還量を計算し、この値
を用いてフィードバック制御を行うことにより、無駄時
間を補償した高精度な制御を行うことができる。
【0125】さらに、プロファイル格納手段を設け、こ
の内容を利用して付着量補正手段により付着量の逐次値
を補正することにより、高精度なメッキ付着量を高速に
算出できる。
【0126】本発明によれば、複数の制御モデルを備
え、指令値算出の都度、最も精度の高いモデルを選択す
ることにより、指令値の精度を向上させられる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態によるメッキ付着量制御シ
ステムの構成図。
【図2】図1の実施形態による制御用計算機の処理動作
を示す流れ図。
【図3】制御用計算機が備える仕様テーブルの構成図。
【図4】制御用計算機が備えるセットアップテーブルの
構成図。
【図5】図1の実施形態による観測手段の処理動作を示
す流れ図。
【図6】図1の実施形態による観測制御手段の処理動作
を示す流れ図。
【図7】図1の実施形態による修正関数計算手段の処理
動作を示す流れ図。
【図8】本発明の実施例1によるメッキ付着量制御シス
テムの構成図。
【図9】実施例1のメッキ付着量検出手段の動作を説明
する模式図。
【図10】実施例1の制御手段の処理動作を示す流れ
図。
【図11】本発明の実施例2によるメッキ付着量制御シ
ステムの構成図。
【図12】実施例2のモデル誤差蓄積手段の構成図。
【図13】実施例2のモデル誤差送信手段の処理動作を
示す流れ図。
【図14】実施例3のメッキ付着量制御システムの構成
図。
【図15】実施例3のプロファイル格納手段の構成図。
【図16】実施例3の付着量補正手段を含む制御装置の
構成図。
【図17】プロファイル値を用いた今回検出値の補正動
作を説明する模式図。
【図18】実施例4のメッキ付着量制御システムの構成
図。
【図19】実施例4の観測結果格納手段の構成図。
【図20】実施例4の観測結果抽出手段の処理動作を示
す流れ図。
【図21】実施例5のメッキ付着量制御システムにける
制御用計算機の構成図。
【図22】実施例5のモデル格納手段の構成図。
【図23】実施例5の指令値算出手段の処理動作を示す
流れ図。
【符号の説明】
100…制御装置、140…制御用計算機、150…制御対象、1
03…観測手段、104…観測制御手段、107…修正関数計算
手段、142…指令値算出手段、801…モデル誤差蓄積手
段、802…誤差送信手段、1101…メッキ付着量検出手
段、1102…制御手段、1401…プロファイル格納手段、14
02…付着量補正手段、1701…観測結果格納手段、1702…
観測結果抽出手段、2001…モデル格納手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 諸岡 泰男 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株式会社日立製作所 電力・電機開発本 部内 (72)発明者 星 哲也 茨城県日立市大みか町五丁目2番1号 株式会社日立製作所 大みか工場内 (72)発明者 平岡 晃 茨城県日立市大みか町五丁目2番1号 株式会社日立製作所 大みか工場内 (72)発明者 菅原 浩 茨城県日立市大みか町五丁目2番1号 株式会社日立製作所 大みか工場内 (72)発明者 ユー・ジェ・シン 大韓民国 ゼンナム カンヤン‐シ ク ムホドン 700ポハン アイアン アン ド スチール カンパニー リミテッド カンヤン スチールワークス内 (72)発明者 キム・デ・ヒュク 大韓民国 ゼンナム カンヤン‐シ ク ムホドン 700ポハン アイアン アン ド スチール カンパニー リミテッド カンヤン スチールワークス内 (72)発明者 ソン・チャン・ウ 大韓民国 ゼンナム カンヤン‐シ ク ムホドン 700ポハン アイアン アン ド スチール カンパニー リミテッド カンヤン スチールワークス内 (72)発明者 ハン・ギュ・サム 大韓民国 ゼンナム カンヤン‐シ ク ムホドン 700ポハン アイアン アン ド スチール カンパニー リミテッド カンヤン スチールワークス内 (72)発明者 ソン・ヨン・グ 大韓民国 ゼンナム カンヤン‐シ ク ムホドン 700ポハン アイアン アン ド スチール カンパニー リミテッド カンヤン スチールワークス内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 2/00 - 2/40 G05B 17/02 G05D 5/02

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 連続的に移動する鋼板を溶融メッキの入
    った浴槽に浸した後、ノズルから高圧のガスを吹き付け
    ることにより、鋼板に付着したメッキの量を所望の値に
    制御するメッキ付着量制御装置において、 制御対象の状態量からメッキの付着量を予測する制御モ
    デルを有し、該制御モデルを用いて所望の付着量を実現
    するガス圧とノズル位置の組み合わせを算出し、これら
    を指令値として出力する指令値算出手段と、取り込んだ
    制御対象の状態量から制御モデルを用いてメッキの付着
    量を予測する観測手段と、前記所望の付着量と前記観測
    手段の出力を照合し、偏差があった場合にはこれを減じ
    る方向に前記指令値のガス圧またはノズル位置を修正す
    る観測制御手段と、メッキの付着量と前記ガス圧または
    ノズル位置との所定関係値を計算する修正関数計算手段
    を備え、前記観測制御手段は前記偏差と前記所定関係値
    にしたがって、前記指令値のガス圧またはノズル位置を
    修正することを特徴とするメッキ付着量の制御装置。
  2. 【請求項2】 前記所定関係値はメッキの付着量を微小
    な単位量だけ変化させるのに必要なガス圧の変化量であ
    り、前記観測制御手段は前記偏差に前記ガス圧の変化量
    を乗じた値を用いて、前記指令値のガス圧を修正するこ
    とを特徴とする請求項1記載のメッキ付着量の制御装
    置。
  3. 【請求項3】 前記所定関係値はメッキの付着量を微小
    な単位量だけ変化させるのに必要なノズル位置の変化量
    であり、前記観測制御手段は前記偏差に前記ノズル位置
    の変化量を乗じた値を用いて、前記指令値のノズル位置
    を修正することを特徴とする請求項1記載のメッキ付着
    量の制御装置。
  4. 【請求項4】 制御対象の状態量からメッキの付着量を
    予測する制御モデルを有し、該制御モデルを用いて所望
    の付着量を実現するノズル位置とガス圧の組み合わせを
    算出する指令値算出手段と、鋼板に付着しているメッキ
    の付着量を計測するメッキ付着量検出手段を備え、メッ
    キの仕様変更や前記鋼板の移動速度など制御対象の状態
    変更がなされた直後は、前記指令値算出手段の出力を指
    令値として予測制御を行い、前記指令値に対応したメッ
    キの付着量が検出可能となった後は、検出した付着量を
    用いてフィードバック制御を行うメッキ付着量の制御装
    置において、 前記制御モデルの出力と実際に検出した鋼板に付着した
    メッキの付着量の差分を、所望の付着量に対応してモデ
    ル誤差として蓄えるモデル誤差蓄積手段を備え、前記指
    令値算出手段は所望の付着量とそれに対応したモデル誤
    差から新たに所望の付着量を計算し、該所望の付着量を
    実現するノズル位置とガス圧の組み合わせを新たに算出
    することを特徴とするメッキ付着量の制御装置。
  5. 【請求項5】 取り込んだ制御対象の状態量から制御モ
    デルを用いてメッキの付着量を予測する観測手段を設
    け、前記予測制御の期間に、前記指令値算出手段から
    記指令値の算出に用いたモデル誤差を前記観測手段に送
    り、前記観測手段は前記モデル誤差を差し引いてメッキ
    の付着量を予測し、該付着量を用いて前記指令値のガス
    圧またはノズル位置を修正することを特徴とする請求項
    4記載のメッキ付着量の制御装置。
  6. 【請求項6】 制御対象の状態量からメッキの付着量を
    予測する制御モデルを有し、該制御モデルを用いて所望
    の付着量を実現するノズル位置とガス圧の組み合わせを
    算出する指令値算出手段と、鋼板に付着しているメッキ
    の付着量を計測するメッキ付着量検出手段を備え、メッ
    キの仕様変更や前記鋼板の移動速度など制御対象の状態
    変更がなされた直後は、前記指令値算出手段の出力を指
    令値として予測制御を行い、前記指令値に対応したメッ
    キの付着量が検出可能となった後は、検出した付着量を
    用いてフィードバック制御を行うメッキ付着量の制御装
    置において、 鋼板の幅方向の一部分に対応した部分付着量が検出でき
    たタイミングで、この部分付着量と所望のメッキ付着量
    との差分を用いて前記指令値のガス圧またはノズル位置
    を修正し、次に前記部分付着量を鋼板の幅方向に平均し
    た平均付着量が得られたタイミングで、この平均付着量
    と所望のメッキ付着量との差分を用いて前記指令値のガ
    ス圧またはノズル位置を再度修正することを特徴とする
    メッキ付着量の制御装置。
  7. 【請求項7】 制御対象の状態量からメッキの付着量を
    予測する制御モデルを用いて、所望の付着量を実現する
    ノズル位置とガス圧の組み合わせを算出する指令値算出
    手段と、鋼板に付着しているメッキの付着量を計測する
    メッキ付着量検出手段を備え、メッキの仕様変更や前記
    鋼板の移動速度など制御対象の状態変更がなされた直後
    は前記指令値算出手段の出力を指令値として予測制御を
    行い、前記指令値に対応したメッキの付着量が検出可能
    となった後はこれを用いてフィードバック制御を行うメ
    ッキ付着量の制御装置において、 前記メッキ付着量検出手段が前記鋼板を端から端に移動
    するときに逐次的に出力される付着量の逐次値およびこ
    の逐次値を鋼板の幅方向に平均した平均値を格納するプ
    ロファイル格納手段と、前記指令値に対応した付着量の
    検出が可能となった後に、検出した付着量を前記プロフ
    ァイル格納手段に格納されている対応した部位の過去の
    逐次値と平均値を用いて補正する付着量補正手段を備
    え、補正された付着量と所望のメッキ付着量を用いて前
    記指令値のノズル位置またはガス圧を修正することを特
    徴とするメッキ付着量の制御装置。
  8. 【請求項8】 鋼板に付着しているメッキの付着量の実
    測値を計測するメッキ付着量検出手段を備え、連続的に
    移動する鋼板を溶融メッキの入った浴槽に浸した後、ノ
    ズルから高圧のガスを吹き付けることにより、鋼板に付
    着したメッキの付着量を所望の値に制御するメッキ付着
    量制御装置において、 制御対象の状態量からメッキの付着量を予測する制御モ
    デルを有し、該制御モデルを用いて所望の付着量を実現
    するノズル位置とガス圧の組み合わせを算出する指令値
    算出手段と、取り込んだ制御対象の状態量から制御モデ
    ルを用いてメッキの付着量の予測値を算出する観測手段
    と、前記観測手段の出力を蓄える観測結果格納手段と、
    前記メッキ付着量検出手段が検出している鋼板の部位が
    前記ノズル位置を通過してからの経過時間を算出し、現
    在の時刻からこの経過時間を差し引いた時刻に前記観測
    手段が出力していた予測値を前記観測結果格納手段から
    抽出する観測結果抽出手段と、所望の付着量と前記メッ
    キ付着量検出手段の実測値、前記観測手段の現在の予測
    値及び前記観測結果抽出手段が抽出した前記経過時間前
    の予測値とを用いて、前記指令値のノズル位置またはガ
    ス圧を修正する観測制御手段を備えていることを特徴と
    するメッキ付着量の制御装置。
  9. 【請求項9】 前記制御モデルは複数の部分モデルから
    なり、前記指令値算出手段は所望の付着量から演算に用
    いるべき部分モデルを選択し、単一の部分モデルが選択
    された場合には該部分モデルの出力を制御モデルの出力
    とし、複数の 部分モデルが選択された場合には選択され
    る度合いにしたがって各部分モデルの出力を重み付け加
    算して、前記制御モデルの出力を決定することを特徴と
    する請求項1〜8に記載のメッキ付着量の制御装置
  10. 【請求項10】 前記制御対象の状態量は、前記鋼板の
    移動速度、前記ノズル位置、前記ガス圧、溶融メッキの
    温度、前記鋼板の温度の少なくとも一つであることを特
    徴とする請求項1〜9に記載のメッキ付着量の制御装
    置。
  11. 【請求項11】 連続的に移動する鋼板を溶融メッキの
    入った浴槽に浸した後、ノズルから高圧のガスを吹き付
    けることにより、鋼板に付着したメッキの量を所望の値
    に制御するメッキ付着量の制御方法において、 制御対象の状態量からメッキの付着量を予測する制御モ
    デルを用いて、所望の付着量を実現するノズル位置とガ
    ス圧の組み合わせを算出し、制御対象の所定の状態量か
    ら制御モデルを用いてメッキの付着量を予測し、予測し
    た値を所望の付着量と照合し、偏差があった場合にはこ
    れを減じる方向に前記ノズル位置またはガス圧を修正す
    ることを特徴とするメッキ付着量の制御方法。
  12. 【請求項12】 メッキの付着量の単位量に対するガス
    圧またはノズル位置の変化量を反映した修正関数を演算
    し、該修正関数と前記偏差を乗じた値を用いて前記指令
    値のガス圧またはノズル位置を修正することを特徴とす
    る請求項11に記載のメッキ付着量の制御方法。
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