JP4340659B2 - 巻取り温度制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は，熱間圧延ラインの巻取り温度制御装置およびその制御方法に係り，簡易な計算で巻取り温度を目標温度に一致させるのに好適な巻取り温度制御装置およびその制御方法に関する。

巻取り温度制御を行う従来方法としては，例えば，特許文献１には，鋼板の速度変更時に，ヘッダー水量を，変動前の注水量に加速率又は減速率を乗じた簡易計算で算出して設定する制御方法が示されている。
特開平８−２５２６２５号公報

しかしながら特許文献１では，速度変化に対してはヘッダー水量を算出し直すことで対応できるが，冷却前の鋼板温度がプリセット計算で想定した値と異なっていたり，巻取り温度が目標温度に対して偏差を有しているときに，ヘッダー水量をどう変更するかについては示されていなかった。さらに冷却制御中は，これらに同時に対処する必要があるが，これを簡便に行う手法については示されていなかった。

したがって，本発明が解決しようとする課題は，冷却制御中における種々の制御環境の変化（鋼板速度とミル出側で測定した鋼板の冷却前温度のプリセット計算で想定した値からの偏差，巻取り温度の目標値からの偏差）があっても，膨大な組み合わせとなる冷却パターンの中から巻取り温度を精度良く制御するのに適切な冷却パターンを，効率的に選択する手法を提供し，さらに冷却パターンを算出するための計算時間を低減することにある。

前記した課題を解決するために，本発明は，目標巻取り温度と鋼板の速度パターンと冷却装置の優先順位を入力情報とし，板温推定モデルを用いて所望の巻取り温度を実現する冷却装置の指令値に対応した制御コードを算出するモデルベーストプリセット手段（１１１）に対して，ダイナミック制御手段（１２０）として，目標巻取り温度と冷却制御中に鋼板から検出した巻取り温度の偏差を補償するためのヘッダーの開閉を制御コードの補正量として算出する巻取り温度偏差補正手段（１１０４）と，プリセット制御時に想定した鋼板の冷却前温度と冷却制御中に鋼板から検出した冷却前温度の偏差を補償するためのヘッダーの開閉を前記制御コードの補正量として算出する冷却前温度偏差補正手段（１１０５）と，プリセット制御時に想定した鋼板速度と冷却制御中の鋼板速度の偏差を補償するためのヘッダーの開閉を前記制御コードの補正量として算出する速度偏差補正手投（１１０６）を備えた。さらにこれらの計算に使用する係数を，制御コードの変化が巻取り温度に与える影響を格納した第１の影響係数テーブル（１１０１）と，前記鋼板の速度の変化が巻取り温度に与える影響を格納した第２の影響係数テーブル（１１０２）と，前記冷却前温度の速度の変化が巻取り温度に与える影響を格納した第３の影響係数テーブル（１１０３）に集約して備えた。そして鋼板長手方向の各部位毎に，モデルベーストプリセット手段（１１１）の出力した制御コードを，ダイナミック制御手段（１２０）の出力した制御コードで補正して最終的な制御コードを算出し，この制御コードを冷却装置の出力パターンに変換するヘッダーパターン変換手段（１３０）とを含んで構成される巻取り温度制御装置（１００）を提供する。

本発明によると，熱間圧延における巻取り冷却工程において，冷却制御中に鋼板の速度変化，冷却前温度のバラツキ，巻取り温度の目標値との不一致が発生しても，これらの巻取り温度への影響を簡単な計算により最小化でき，鋼板の長手方向で温度を高精度に制御することができる。

熱間圧延後の，鋼板の巻取り制御において，鋼板長手方向のどの部位においても，高精度な巻取り温度が得られる。この結果，鋼板の組成品質を向上させることができ，同時に，平坦に近い鋼板形状を得ることができる。

図１に本発明の実施例を示す。巻取り温度制御装置１００は制御対象１５０から種々の信号を受信し，制御信号を制御対象１５０に出力する。まず制御対象１５０の構成を説明する。本実施例で制御対象１５０は熱間圧延の巻取り温度制御ラインであり，圧延部１５２のミル１５７で圧延された９００℃〜１０００℃の温度の鋼板１５１を巻取り冷却部１５３で冷却し，ダウンコイラ１５４で巻取る。巻取り冷却部１５３には，鋼板１５１の上側から水冷する上部冷却装置１５８と鋼板１５１の下側から水冷する下部冷却装置１５９が備えられており，各冷却装置は，水を放出する冷却ヘッダー１６０が一定本数組み合わされたバンク１５９を複数個，それぞれ備えている。本実施例では，各冷却ヘッダー１６０の操作指令が開と閉の場合を例に説明する。ミル出側温度計１５５は，圧延部１５２で圧延された直後の鋼板の温度を計測し，巻取り温度計１５６はダウンコイラ１５４で巻取る直前の温度を計測する。以下，本実施例では冷却前の温度として，ミル出側温度を使用する。巻取り温度制御の目的は，巻取り温度計１５６で計測された温度を目標温度に一致させることである。目標温度は，コイル長手方向の各部位で一定でも良いし，各部位に応じて異なった値を設定することもできる。

次に，巻取り温度制御装置１００の構成を示す。巻取り温度制御装置１００は，鋼板１５５が巻取り冷却部１５３で冷却されるのに先立って各冷却ヘッダー１６０の開閉パターンに対応した制御コードを算出するプリセット制御手段１１０，鋼板１５１が巻取り冷却部１５３で冷却されているときに，巻取り温度計１５６の測定温度等の実績をリアルタイムに取り込んで，制御コードを変更するダイナミック制御手段１２０，制御コードを各冷却ヘッダー１６０の開閉パターンに変換するヘッダーパターン変換手段１３０を備えている。さらにモデルベーストプリセット手段１１１で使用した定数のうち，必要なものをダイナミック制御手段１２０に出力するプリセット情報伝達手段１１８から構成される。プリセット情報伝達手段１１８は，少なくとも鋼板の目標巻取り温度，鋼板の速度スケジュール，ミル出側板温を，ダイナミック制御手段１２０に出力する。

各冷却ヘッダー１６０の開閉パターンの集合を，以下，ヘッダーパターンと称する。プリセット制御手段１１０は，目標巻取り温度テーブル１１４，速度パターンテーブル１１５，冷却ヘッダー優先順位テーブル１１６から情報を取り込み，板温推定モデル１１７を用いた演算によりヘッダーパターンを算出するモデルベーストプリセット手段１１１，モデルベーストプリセット手段１１１の計算結果に対して，ヘッダーパターンの時間的な出力を滑らかにする冷却装置指令値スムージング手段１１２を備えている。またダイナミック制御手段１２０は，巻取り温度計１５６からの検出温度を用いて，これと目標温度との偏差を補正するのに必要なヘッダーの開閉数を算出する，巻取り温度偏差補正手段１２１，ミル出側温度計１５５からの検出温度を用いて，これとプリセット制御演算時に想定したミル出側温度との偏差を補正するのに必要なヘッダーの開閉数を算出する，冷却前温度偏差補正手段１２２，ミル１５７やダウンコイラ１５４の回転速度から鋼板１５１の速度を算出し，算出結果とプリセット制御演算時に想定した鋼板速度との偏差を補正するのに必要なヘッダーの開閉数を算出する，速度偏差補正手段１２３を備えている。さらにこれらの計算に用いる，影響係数テーブル１２４と，巻取り温度偏差補正手段１２１，冷却前温度偏差補正手段１２２，速度偏差補正手段１２３の計算結果を鋼板長手方向の各部位に着目して合成し，ダイナミック制御手段１２０の出力を算出する，操作量合成手段１２５を備えている。

図２に目標巻取り温度テーブル１１４の構成を示す。鋼板の種類（鋼種）に対応して目標温度が層別された例を示している。プリセット制御手段１１０は該当コイルの鋼種を判定して，目標巻取り温度テーブル１１４から対応する目標温度を抽出する。

図３に速度パターンテーブル１１５の構成を示す。鋼種，板厚，板幅に対して，ミル１５７から鋼板１５１の先端が払い出されて，ダウンコイラ１５４に巻き取られるまでの速度（初期速度），その後，急加速された後の定常速度，鋼板１５１の後端がミル１５７から払いだされる直前に急減速され，ダウンコイラ１５４で巻き取られるまでの速度（終期速度）が層別されている。プリセット制御手段１１０は該当コイルの鋼種，板厚，板幅を判定して，速度パターンテーブル１１５から対応する速度パターンを抽出する。たとえば鋼種がＳＵＳ３０４，板厚３．０〜４．０ｍｍ，板幅が１２００ｍｍのときには，初期速度１５０ｍｐｍ，定常速度１５０ｍｐｍ，終期速度１５０ｍｐｍが設定されることを示している。

図４に冷却ヘッダー優先順位テーブル１１５の構成を示す。以下では，ヘッダーの総数が１００の場合を例に説明する。図４は１００個のヘッダーの開放順位に，１〜１００の優先順位を付与したもので，鋼種，板厚，ヘッダー区分（上ヘッダーまたは下ヘッダー）に対して，優先的に開放する冷却ヘッダーの順序が格納されている。優先順位は，冷却効率，表面と内部の許容温度差等に配慮して決定する。たとえば鋼板１５１が薄い場合は，表面と内部に温度差が生じにくいため，冷却効率に配慮して鋼板１５１の温度が高いミル１５７の出側に近いヘッダーを優先的に開し，鋼板１５１が厚い場合には，空冷による復熱を利用して表面と内部の温度差を許容値の範囲内に抑える目的で，可能な限り開ヘッダーが連続しないように優先順位を付与する。水冷と空冷を混在させることで，冷却効率を多少犠牲にして鋼板１５１の表面と内部の温度差を抑制する。冷却ヘッダーは目標巻取り温度が実現できる本数だけ，開放するように制御される。バルク，冷却ヘッダーには，ミル１５７に近い順に番号がつけられており，たとえば（１，１）は，第１バルクの第１冷却ヘッダーを表している。図で，鋼種がＳＵＳ３０４，板厚が２．０〜３．０ｍｍ，冷却ヘッダー区分が上ヘッダーの場合には，（１，１），（１，２），（１，３），（１，４），（１，５），（２，１），・・・，（２０，４），（２０，５）の順で，優先的に開放することを示している。すなわち薄板のため冷却効率に配慮してミル１５７出側のヘッダーから順に優先的に開することを示している。また鋼種がＳＵＳ３０４，板厚が５．０〜６．０ｍｍ，冷却ヘッダー区分が上ヘッダーの場合には，（１，１），（１，４），（２，１），（２，４），（３，１），（３，４），・・・，（２０，３），（２０，５）の順で，優先的に開放することを示している。すなわち鋼板１５１がやや厚いため，開ヘッダーが連続しないように優先順位を付与していることを示している。本実施例では，上ヘッダーと下ヘッダーの優先順位を同一としたが，異なる優先順位を付与することもできる。

ヘッダーパターンは対応する制御コードで表現する。図５にプリセット制御手段１１０が出力する制御コードと，冷却ヘッダー開閉パターンの対応を示す。制御コード０が全開，１００が全閉。以下，優先順位１の冷却ヘッダーのみが開しているヘッダー開閉パターンを１，優先順位１と２の二つの冷却ヘッダーが開しているヘッダー開閉パターンを２のように制御コード化している。プリセット制御手段１１０は，このような冷却ヘッダー開閉パターンに対応した制御コードを，スムージング手段１１２に出力する。すなわち，すベての冷却ヘッダーが開した状態の制御コードを０，すべての冷却ヘッダーが閉した状態の制御コードを１００（１００は上または下の冷却ヘッダーの総数）とする。そしてたとえば，鋼種がＳＵＳ３０４，板厚が２．０〜３．０ｍｍ，冷却ヘッダー区分が上ヘッダーの場合であれば，ヘッダーの優先順位にしたがって，（１，１）のみ開の状態を制御コード９９，（１，１）（１，２）が開の状態を制御コード９８，（１，１）（１，２），（１，３）が開の状態を制御コード９７とし，この要領で，以下，全ヘッダーが開している状態の制御コードである０まで，ヘッダーの開放パターンに制御コードを付与する。

図６にモデルベーストプリセット手段１１１が実行するアルゴリズムを示す。Ｓ６−１で速度パターンテーブル１１５から取り込んだ値をもとに，初期速度から定常速度に移行するための加速開始位置，定常速度から終期速度に移行するための減速開始位置を算出し，鋼板１５１のミル１５７での払い出し開始からダウンコイラ１５４での巻取り完了までの速度パターンを計算する。加速開始位置Ｓ_ａｃｃｐ，加速完了位置Ｓ_ａｃｃｑ，減速開始位置Ｓ_ｄｃｃｐ，減速完了位置Ｓ_ｄｃｃｑは，以下に示す数１〜数４でそれぞれ算出できる。

算出した速度パターンにしたがって，Ｓ６−２以降で，目標巻取り温度を実現するヘッダーパターンの時間変化を板温推定モデル１１７を用いた演算で算出する。本実施例では線形逆補間法にしたがって，ヘッダーパターンを算出する例を示す。

Ｓ６−２では鋼板１５１の各部位について，解の制御コードを挟むような二つの制御コードｎ_Ｌ，ｎ_Ｈを定義する。ここでは冷却ヘッダーの全開と全開の間に解が存在することから，一律にｎ_Ｌ＝０，ｎ_Ｈ＝１００とする。ここで制御コードの増加に伴って，単純に開している冷却ヘッダーが減少するので，ｎ_１＜ｎ_２のとき，これらのヘッダーパターンに対応した巻取り温度Ｔ_ｃ１，Ｔ_ｃ２について，Ｔ_ｃ１＜Ｔ_ｃ２が成立する。次にＳ６−３で，ｎ_Ｌとｎ_Ｈの平均をｎ_０とする。そしてＳ６−４で，制御コードｎ_０に対応した巻取り温度Ｔ_ｃ０を算出する。Ｓ６−４は板温推定モデル１１７にしたがった温度推定演算を，鋼板１５１の長手方向の各部位について，ミル払い出しからダウンコイラ巻取りまで，連続計算し，巻取り温度を推定する。Ｓ６−５で目標巻取り温度Ｔ_{ｔａｒｇｅｔ}に対する推定巻取り温度Ｔ_ｃ０の符号を判定し，Ｔ_ｃ０＞Ｔ_{ｔａｒｇｅｔ}の場合は，ｎ_０とｎ_Ｌの間に解があるので，ｎ_０を新たにｎ_Ｈとおく．逆にＴ_ｃ０＜Ｔ_{ｔａｒｇｅｔ}の場合は，ｎ_０とｎ_Ｈの間に解があるので，ｎ_０を新たにｎ_Ｌとおく。Ｓ６−６でアルゴリズムの終了条件を判定し，満足していない時はＳ６−３〜Ｓ６−５の実行を繰り返す。

アルゴリズムの終了は，
・Ｓ５−３〜Ｓ５−５の一定回数以上の繰り返しを完了
・巻取り温度推定値Ｔ_ｃと目標巻取り温度Ｔ_{ｔａｒｇｅｔ}の偏差が一定値以下
・ｎ_０がｎ_Ｈ，ｎ_Ｌのいずれかと一致
等を条件に，判定すれば良い。

制御コード付与の方法としては，すべての冷却ヘッダーが閉した状態の制御コードを０，すべての冷却ヘッダーが開した状態の制御コードを１００とし，これに対応して付与しても同じである。

図７にＳ６−４に対応した温度推定演算の詳細を示す。温度推定演算としては，鋼板１５１を長手方向および厚み方向に分割し，一定刻みΔで時間を進めて計算する，いわゆる前進差分法の例を示す。Ｓ７−１で計算時刻を更新し，さらに図６のＳ６−１で生成した速度パターンから，該当時刻の板速Ｖｔを計算する。Ｓ７−２で，算出した板速を用いて，ミル払い出し長さを計算する。払い出し長さＬ_ｎとは，圧延を終えてミルから払い出された鋼板の長さで，下式で計算できる。ただしＬ_ｎ−１は，前時刻の払い出し長さである。

Ｓ７−３で演算の完了を判定する。ミル払い出し長さＬ_ｎが，鋼板１５１の全長とミル１５７からダウンコイラ１５４までの距離の和より大きくなった時，コイル１本に対応した巻取り温度予測計算がすべて終了しているので，演算完了となる。演算が完了していない場合には，Ｓ７−４で鋼板の温度トラッキングを行う。すなわち，前時刻の鋼板の位置に対して，Δだけ時間が経過した後に鋼板がどれだけ進むかがＬ_ｎとＬ_ｎ−１の関係から分かるので，鋼板の温度分布を対応した距離だけ移動する処理を行う。Ｓ７−５でΔの間にミルから排出された鋼板１５１に冷却前の鋼板温度の推定値を設定する。Ｓ７−６で鋼板１５１の各部位に対応したヘッダーの開閉の情報から，各部位が水冷か空冷かを判定する。水冷の場合はＳ７−７で，例えば数６にしたがって熱伝達係数を計算する。

数６は，いわゆるラミナー冷却の場合の熱伝達係数である。水冷方法としてはこの他にスプレー冷却等，種々あり，いくつかの熱伝達係数の計算式が知られている。

一方，空冷の場合は，例えば数７にしたがって熱伝達係数を計算する。

数６と数７は，鋼板１５１の表と裏について，それぞれ計算する。そしてＳ７−９で鋼板１５１の各部位の温度を，Δ経過する前の温度をもとに，Δ間の熱量の移動を加減算することで，計算する。鋼板１５１の厚み方向の熱移動を無視する場合であれば，鋼板１５１の長手方向の各部位について数８のように計算できる。

また鋼板１５１の厚み方向の熱伝導を考慮する必要がある場合には，良く知られる熱方程式を解くことで計算できる。熱方程式は数９で表され，これを計算機で差分計算する方法は，種々の文献で公開されている。

そしてＳ７−１０でミル１５７からダウンコイラ１５４までの，ライン内の鋼板１５１の全領域で計算が完了するまで，Ｓ６−６〜Ｓ７−９を繰り返す。またＳ７−１〜Ｓ７−９を，Ｓ７−３で演算の終了を判定されるまで，繰り返す。

図８にＳ６−３で鋼板１５１の各部位に付与されている制御コードの，図６の最適化処理による変化の一例を示す。処理１回目では，各部位で同一の初期値（ｎ_Ｌ＝０，ｎ_Ｈ＝１００）に対する処理なので，図８の処理１回目に示すように，鋼板１５１の全域で５０が付与される。処理２回目では制御コード５０に対して鋼板１５１の各部位の巻取り温度Ｔ_ｃ０の予測結果が，Ｔ_{ｔａｒｇｅｔ}より大きいか小さいかで，付与される制御コードが異なる。本実施例では，鋼板速度が低速である鋼板１５１の先端，後端に近い部分は，ヘッダーを閉する方向の制御コードに更新され，鋼板速度が高速である鋼板１５１の中央部は，ヘッダーを開する方向の制御コードに更新される例を示している。具体的には図８の処理２回目に示すように，先端部，後端部は，１回目の処理のＳ６−５でｎ_Ｌ＝５０，ｎ_Ｈ＝１００に更新された結果，制御コードはその平均である７５に更新されている。一方，中央部は１回目の処理のＳ６−５でｎ_Ｌ＝０，ｎ_Ｈ＝５０に更新された結果，制御コードは２５に更新されている。このようにして，図６のＳ６−３〜６−６を繰り返すことで，制御コードが順次更新される。

図９にプリセット制御手段１１０が最終的に出力する，制御コードの例を示す。図の例では，鋼板１５１は先端からの距離に対応して１ｍ単位でメッシュに分けられており，メッシュに対応して，制御コードが割り振られる。冷却装置は鋼板の表と裏に対応して上部冷却装置１５８と下部冷却装置１５９があるので，制御コードとしては，上ヘッダーと下ヘッダーに対応して，別個に出力する。図では，鋼板１５１の長手方向について，先端から１ｍの上ヘッダーの制御コードは９５，下ヘッダーの制御コードも９５，５００ｍから５０１ｍの間では，上ヘッダーの制御コー．ドは１４，下ヘッダーの制御コードも１４であることを示している。図８では，鋼板１５１の同一部位に対応した上ヘッダーと下ヘッダーの制御コードを同一としたが，異なった制御コードを設定することも可能である。

図１０にスムージング手段１１２の処理結果を示す。スムージング手段１１２はモデルベーストプリセット手段１１１の出力に対して，冷却ヘッダーの開閉を平滑化する処理を行う。図１０で，モデルベーストプリセット手投１１１が出力した制御コードは，鋼板部位３ｍ〜４ｍの区間で，前後の部位に比べて，ともに小さくなっている。この場合，一部の冷却ヘッダーが部位の通過に伴って，瞬間的に開閉するような制御指令が出力される。スムージング手段１１２によるスムージング処理の後は，制御コード１２を１４にスムージングすることにより，鋼板部位に対する制御コードの変化は単調となり，スムージング前の問題は解消されている。短周期で冷却ヘッダーが開閉する指令を生成しても，実際には冷却ヘッダーの応答遅れのために意味をなさない。そこでこのようなスムージング処理を行い，冷却ヘッダーの指令を時間方向に平滑化する。平滑化は，各制御コードを前後の制御コードと比較し，ともに大きいか小さい場合には，前または後ろの制御コードと一致させるような，簡単な処理で実現できる。

図１１にダイナミック制御手投１２０の構成を示す。プリセット制御手段１１０が出力した制御コードは，鋼板１５１を冷却制御中に，ダイナミック制御手段１２０によりリアルタイムで補正される。ダイナミック制御手段１２０は，巻取り温度計１５６からの検出温度を用いて，これと目標巻取り温度との偏差を補正する，巻取り温度偏差補正手投１２１，ミル出側温度計１５５からの検出温度を用いて，これとプリセット制御演算時に想定した冷却前温度との偏差を補正する，冷却前温度偏差補正手段１２２，ミル１５７やダウンコイラ１５４の回転速度から鋼板１５１の速度を算出し，算出結果とプリセット制御演算時に想定した鋼板速度との偏差を補正する，速度偏差補正手投１２３を備えている。さらに補正量の計算時に使用する影響係数テーブル１２４を備えている。補正量の総和は，操作量合成手段１２５で鋼板１５１の長手方向の各部位毎に制御コードの変化量に換算され，ダイナミック制御手投１２０から出力される。

次に，各部位の動作を詳細に説明する。影響係数テーブル１２４は，制御コードの変化に対する巻取り温度の変化を格納した第１の影響係数テーブル１１０１，鋼板速度の変化に対する巻取り温度の変化を格納した第２の影響係数テーブル１１０２，冷却前温度の変化に対する巻取り温度の変化を格納した第３の影響係数テーブル１１０３を備えている。

図１２に第１の影響係数テーブル１１０１の構成を示す。第１の影響係数テーブル１１０１には，冷却ヘッダー１６０を一つ開，または閉したときの巻取り温度Ｔ_ｃの変化量に対応した数値である∂Ｔ_ｃ／Δｎ（℃）が，板厚，板速，制御コードで層別されて格納されている。図の例では，板厚が３ｍｍ以下，鋼板１５１の速度が１５０ｍｐｍ以下，制御コードｎが９以下の場合には，（∂Ｔ_ｃ／Δｎ）＝３．０℃であり，冷却ヘッダー１６０を一つ開または閉すると，巻取り温度計１５６で計測される巻取り温度Ｔ_ｃが３℃，低下または上昇することを示している。層別項目は減らすこともできるし，冷却前温度等をさらに追加して増やすことも考えられる。

図１３に第２の影響係数テーブル１１０２の構成を示す。第２の影響係数テーブル１１０２には，鋼板１５１の速度を１ｍｐｍ増加，または減少させたときの巻取り温度Ｔ_ｃの変化量に対応した数値である∂Ｔ_ｃ／∂Ｖ（℃／ｍｐｍ）が，板厚，板速，制御コードで層別されて格納されている。図の例では，板厚が３ｍｍ以下，鋼板１５１の速度が１５０ｍｐｍ以下，制御コードｎが９以下の場合には，（∂Ｔ_ｃ／∂Ｖ）＝２．２℃であり，鋼板１５１の速度を１ｍｐｍ増加，または減少させると，巻取り温度計１５６で計測される巻取り温度Ｔ_ｃが２．２℃，低下または上昇することを示している。層別項目は同様に，減らすこともできるし，冷却前温度等をさらに追加して増やすことも考えられる。

図１４に第３の影響係数テーブル１１０３の構成を示す。第３の影響係数テーブル１１０３には，ミル出側温度計１５５で計測した鋼板１５１の冷却前温度が１℃増加，または減少したときの巻取り温度Ｔ_ｃの変化量に対応した数値である，∂Ｔ_ｃ／∂Ｔ_ｆが，板厚，板速，制御コードで層別されて格納されている。図の例では，板厚が３ｍｍ以下，鋼板１５１の速度が１５０ｍｐｍ以下，制御コードｎが９以下の場合には，（∂Ｔ_ｃ／∂Ｔ_ｆ）＝０．９℃であり，冷却前温度の計測値が１℃高い，または低い場合には，巻取り温度計１５６で計測される巻取り温度Ｔ_ｃが０．９℃，増加または減少することを示している。層別項目は同様に，減らすこともできるし，冷却前温度等をさらに追加することも考えられる。

次に巻取り温度偏差補正手投１２１の処理を説明する。巻取り温度偏差補正手段１２１は，一定周期で起動され，巻取り温度ＦＢ制御を行う。すなわち巻取り温度偏差補正手段１２１は，巻取り温度の目標温度に対する偏差の大きさに対して適切な制御コードの変更量を計算する，巻取り温度偏差補正量算出手段１１０４を備えている。巻取り温度偏差補正量算出手投１１０４は，セットアップで想定したＴ_ｃと巻取り温度計１５６で計測したＴ_ｃの差分を取り込み，さらに第１の影響係数テーブル１１０１から，現在の状態に該当した層別の影響係数（∂Ｔ_ｃ／Δｎ）を取り込み，下記の演算により，制御コードの変更量を計算する。

一方，冷却前温度偏差補正手段１２２も同様に一定周期で起動され，冷却前温度偏差フィードフォワード制御を行う。すなわち冷却前温度偏差補正手段１２２は，プリセット計算時に想定した冷却前温度と，ミル出側温度計１５５で検出されたミル出側実績温度の偏差の大きさに対して適切な制御コードの変更量を計算する冷却前温度偏差補正量算出手段１１０５と，計算結果を鋼板１５１の長手方向のどの部位に適用するかを決定する適用部位特定手投１１０８を備えている。冷却前温度偏差補正量算出手段１１０５は，セットアップで想定したＴ_ｆとミル出側温度計１５５で計測したＴ_ｆの差分ΔＴ_ｆを取り込み，さらに第１の影響係数テーブル１１０１と第３の影響係数テーブル１１０３から，現在の状態に該当した層別の影響係数（∂Ｔ_ｃ／Δｎ），（∂Ｔ_ｃ／∂Ｔ_ｆ）を取り込み，下記の演算により，制御コードの変更量を計算する。

計算されたΔｎ_２は，適用部位特定手段１１０８に出力される。

図１５に，適用部位特定手段１１０８の処理を示す。ここで鋼板１５１には，図１６に示すように，長手方向にセクション１６０１が定義されている。図の例では，鋼板先端から鋼板後端に渡り，ｎ個のセクションが定義されており，それぞれにセクション番号が付与されている。すなわち鋼板先端のセクションに１，以下，網板後端のセクションにｎが付与されている。Ｓ１５−１で，ミル出側温度計１５５設置位置のセクション番号を取り込む。ここでは取り込んだセクション番号をｉとする。鉄鋼システムの制御装置は，通常，鋼板１５１のトラッキング情報を計算し，種々の用途に使用する。すなわち，鋼板１５１の先頭位置（ミル１５７からの払い出し長さ），尾端位置等を周期的に計算しているので，この情報とミル出側温度計１５５の取り付け位置との関係から，ミル出側温度計１５５設置位置のセクション番号が特定できる。次にＳ１５−２で，冷却前温度偏差補正量算出手段１１０５の出力Δｎ_２を取り込む。そしてＳ１５−３で，Ｓ１５−１で取り込んだミル出側温度計１５５設置位置のセクション番号ｉに，Δｎ_２を登録する。以下，この値を（Δｎ_２）_ｉとする。

速度偏差補正量算出手段１１０６も同様に一定周期で起動され，速度偏差フイードフォワード制御を行う。すなわち速度偏差補正量算出手段１１０６は，プリセット計算時に想定した鋼板速度と，実際の鋼板速度の偏差の大きさに対して適切な制御コードの変更量を計算する速度偏差補正量算出手投１１０６と，計算結果を鋼板１５１の長手方向のどの部位に適用するかを決定する適用部位特定手段１１０９を備えている。速度偏差補正量算出手投１１０６は，セットアップで想定した鋼板速度と実績速度の偏差△Ｖを取り込み，さらに第１の影響係数テーブル１１０１と第２の影響係数テーブル１１０２から，現在の状態に該当した層別の影響係数（∂Ｔ_ｃ／Δｎ），（∂Ｔ_ｃ／∂Ｖ）を取り込み，下記の演算により，制御コードの変更量を計算する。

計算されたΔｎ_３は，適用部位特定手段１１０９に出力される。

図１７に，適用部位特定手段１１０９の処理を示す。Ｓ１７−１で，鋼板１５１のトラッキング情報から，巻取り冷却部１５３の侵入位置と排出位置にある鋼板の，鋼板セクション番号を取り込む。次にＳ１７−２で，取り込んだセクション番号から，制御コードの補正が必要なセクションを決定し，各セクションの補正比を算出する。鋼板セクション番号ｉの補正比Ｒ_ｉは，下式で計算できる。

そしてＳ１７−３で，速度偏差補正量算出手殴１１０６の出力Δｎ_３を取り込む。Ｓ１７−４で，Δｎ_３とＳ１７−２で算出した補正比とから，各セクションの制御コード補正量を計算し，該当セクション番号に登録する。鋼板セクション番号ｉの補正量（Δｎ_３）_ｉは下式で算出できる。

次に，操作量合成手殴１２５の処理を説明する。操作量合成手段１２５は巻取り温度偏差補正手段１２１で計算したΔｎ_ｌ，（Δｎ_２）_ｉ，（Δｎ_３）_ｉを加算して，各鋼板セクションの操作量を算出する。具体的には，鋼板セクションｉに関するダイナミック制御手段１２０の出力Ｎ_ｄｉを，

で計算する。ダイナミック制御手段１２０は計算した補正量を出力し，この値にしたがって，プリセット制御手段１１０が出力した制御コードが修正される。

以上のダイナミック制御手段１２０による補正量算出演算は，すべての鋼板セクションについて行うのでなく，巻取り冷却装置１５３が冷却対象としている鋼板セクションに限定して，上記処理を行うことで，演算を簡略化しても良い。

図１８にプリセット制御手段１１０が出力した制御コードを，ダイナミック制御手段１２０が補正したときの，補正結果の例を示す。図では鋼板部位５ｍ〜６ｍの制御コードが，１２から１０に補正されている。本実施例では，各補正量算出手段１１０４〜１１０６は一定周期で起動されたが，起動方法としては鋼板１５１がミル１５７から一定長払い出されたタイミング毎に起動する等，種々，考えられる。

図１９にヘッダーパターン変換手投１３０が実行するアルゴリズムを示す。Ｓ１９−１で，冷却ヘッダー直下を通過している鋼板１５１の先端からの距離Ｌ_ｈを算出する。通常，制御装置１００は，このような距離情報を有しており，種々の目的で使用する。Ｓ１９−２でＬ_ｈが０より小さいかどうか判定し，小さい場合には鋼板１５１が該当冷却ヘッダーまで到達していないので，処理を抜けてＳ１９−６に進む。大きい場合には，鋼板１５１が該当冷却ヘッダーまで到達しているので，Ｓ１９−３で距離Ｌ_ｈに対応した制御コードを抽出する。すなわちＬ_ｈと図８の鋼板部位を照合し，Ｌ_ｈに対応する部位の上ヘッダー制御コードと下ヘッダー制御コードを抽出する。Ｓ１９−４で制御コードから冷却ヘッダー開閉パターンを抽出する。すなわち図７の制御コードと冷却ヘッダー開閉パターンの対応を用いて，優先順位がいくつの冷却ヘッダーまでを開するか決定する。Ｓ１９−５では，冷却ヘッダー優先順位テーブル１１５に格納されている情報を用いて，具体的に開放する冷却ヘッダーを特定し，最終的に該当冷却ヘッダーの開閉を決定する。Ｓ１９−６で，すべての冷却ヘッダーについての演算が終了したかどうかを判定し，終了していない場合には，終了するまで，Ｓ１９−１〜Ｓ１９−５の処理を繰り返す。

本実施例では冷却ヘッダー数が上下とも１００の場合を例に説明したが，ヘッダー数としては設備に応じて，種々の数が可能である。本実施例ではスムージング手段１１２を備えたが，省略する構成も考えられる。

本実施例では，ダイナミック制御手投１２０の計算結果のうち，冷却前温度偏差補正手投１２２と速度偏差補正手段１２３の出力を操作量合成手投１２５で合成し，この値を用いてプリセット制御手段１１０の出力を補正した後，ヘッダーパターン変換手段１３０の処理中に，巻取り温度偏差補正手投１２１の出力をヘッダーの開閉に反映させる場合の実施例を示す。図２０に処理構成を示す。操作量合成手段１２５は，冷却前温度偏差補正手段１２２と速度偏差補正手段１２３の出力を用いた下記演算により，補正コードを生成する。

そして，ダイナミック制御手段１２０は計算した補正量を出力し，この値にしたがって，プリセット制御手段１１０の出力した制御コードが修正される。

図２１にヘッダーパターン変換手段１３０が実行するアルゴリズムを示す。Ｓ２１−１で，冷却ヘッダー直下を通過している鋼板１５１の先端からの距離Ｌ_ｈを算出する。通常，制御装置１００は，このような距離情報を有しており，種々の目的で使用する。Ｓ２１−２でＬ_ｈが０より小さいかどうか判定し，小さい場合には鋼板１５１が該当冷却ヘッダーまで到達していないので，処理を抜けてＳ２１−７に進む。大きい場合には，鋼板１５１が該当冷却ヘッダーまで到達しているので，Ｓ２１−３で距離Ｌ_ｈに対応した制御コードを抽出する。すなわちＬ_ｈと図８の鋼板部位を照合し，Ｌ_ｈに対応する部位の上ヘッダー制御コードと下ヘッダー制御コードを抽出する。Ｓ２１−４で制御コードから冷却ヘッダー開閉パターンを抽出する。すなわち図７の制御コードと冷却ヘッダー開閉パターンの対応を用いて，優先順位がいくつの冷却ヘッダーまでを開するか決定する。Ｓ２１−５では，冷却ヘッダー優先順位テーブル１１５に格納されている情報を用いて，具体的に開放する冷却ヘッダーを特定する。そしてＳ２１−６で，ダウンコイラ１５４に近い方のヘッダーから順に開閉をチェックし，Δｎ_３に対応する個数だけヘッダーを反転する処理を施し，最終的に該当冷却ヘッダーの開閉を決定する。Ｓ２１−７で，すべての冷却ヘッダーについての演算が終了したかどうかを判定し，終了していない場合には，終了するまで，Ｓ２１−１〜Ｓ２１−６の処理を繰り返す。

本実施例によれば，巻取り温度偏差を，ダウンコイラ１５４に近いヘッダーの開閉により解消するので，フイードバック制御の応答を高めることができ，偏差を解消するまでの時間を短縮できる。

本実施例では，水冷モデルや空冷モデルのチューニングを，プラントメーカが遠隔からインターネットを用いたサービスとして行う場合を示す。図２２にシステムの全体構成を示す。メーカは制御対象１５０から制御装置１００が取り込んだ巻取り温度や，これに関連したヘッダーパターン，鋼板１５１の速度，冷却前温度等の実績データや板厚，板幅等のプライマリ情報を，ネットワーク２２１１，サーバ２２１０，回線網２２０３を介して，自社のサーバ２２０４に取り込む。そしてチューニング用データベース２２０５に格納する。メーカ２２０２はモデルチューニング手段２２０６を有しており，鉄鋼会社２２０１からの要求にしたがって，チューニング用データベース２２０５に蓄積されたデータを用いて実施例１で述べたｈ_ｒ，ｈ_ｗ，λの補正計算を行い，計算結果を鉄鋼会社２２０１に送信する。補正計算は，たとえば「モデルチューニングを高精度に行うアジャスティングニューラルネットの構成と学習方式」（電気学会論文誌Ｄ，平成７年４月号）に一例を示すように，種々の方式が知られている。モデルチューニングの対価は，チューニング回数に対応付けても良いし，チューニングの結果向上した制御結果に対応付けた成果報酬でも良い。

熱間圧延ラインの冷却制御に，広く適用することができる。

本発明の制御システムの構成を示した説明図である。 目標巻取り温度テーブルの構成を示した説明図である。 速度パターンテーブルの構成を示した説明図である． 冷却ヘッダー優先順位テーブルの構成を示した説明図である。 ヘッダー開閉パターンと制御コードの対応例の説明図である。 モデルベーストプリセット手段の処理である。 巻取り温度予測計算の詳細処理である。 冷却ヘッダー開閉パターンと制御コードの対応テーブルの構成図である。 鋼板部位と制御コードの対応テーブルの構成図である。 スムージング処理の説明図である。 ダイナミック制御手段による制御コード補正処理の説明図である。 第１の影響係数テーブルの構成図である。 第２の影響係数テーブルの構成図である。 第３の影響係数テーブルの構成図である。 冷却前温度偏差補正手段の処理である。 鋼板の長手方向セクション分けの説明図である。 速度偏差補正手段の処理である。 ダイナミック制御手段による制御コード補正処理結果の説明図である。 ヘッダーパターン変換手段の処理である。 ダイナミック制御手段による制御コード補正処理の説明図である。 ヘッダーパターン変換手投の処理である。 制御モデルのチューニングを遠隔サービスする構成である。

符号の説明

１００ 制御装置
１１１ モデルベーストプリセット手段
１１２ スムージング手投
１１４ 目標巻取り温度テーブル
１１５ 速度パターンテーブル
１１６ 冷却ヘッダー優先順位テーブル
１１７ 板温推定モデル
１２０ ダイナミック制御手投
１２１ 巻取り温度偏差補正手段
１２２ 冷却前温度偏差補正手段
１２３ 速度偏差補正手投
１２４ 影響係数テーブル
１３０ ヘッダーパターン変換手投
１５０ 制御対象
１５３ 巻取冷却部
１１０１ 第１の影響係数テーブル
１１０２ 第２の影響係数テーブル
１１０３ 第３の影響係数テーブル
１２０５ チューニング用データベース
１２０６ モデルチューニング手段

Claims (13)

1. 熱間圧延機で圧延された鋼板を，熱間圧延機の出側に備えられた冷却装置で冷却し，ダウンコイラで巻取られる前の鋼板の温度を所定の目標温度に制御する巻取り温度制御装置において，
   前記冷却装置に備えられた多数の冷却ヘッダーの開放順序の優先順位を格納している冷却ヘッダー優先順位テーブルと，
   前記鋼板の巻取り温度を推定するための板温推定モデルと，
   前記冷却ヘッダーの開閉の組み合わせであるヘッダーパターンを前記冷却ヘッダー優先順位テーブルの情報を用いて生成した制御コードと対応づけした上で，解を求めるために与えられた所与の制御コード，熱間圧延機出側の鋼板温度の推定値及び鋼板の速度に関する情報とから，前記板温推定モデルを用いて前記鋼板の巻取り温度を推定し、この推定した巻取り推定温度が目標巻取り温度に近づくように前記所与の制御コードを更新して目標巻取り温度を実現するための解となる制御コードを得て出力するプリセット制御手段と，
   冷却制御中の鋼板の状態を観測することにより得られる観測結果にしたがって，前記プリセット制御手段から出力される制御コードの変更量を算出して出力するダイナミック制御手段と，
   前記プリセット制御手段が出力した制御コードを前記ダイナミック制御手段が出力した制御コードの変更量で補正した結果をヘッダーパターンに変換して冷却装置に出力するヘッダーパターン変換手段とを含んで構成されること，
   を特徴とする巻取り温度制御装置。
2. 前記制御コードは，すべての冷却ヘッダーが開した状態を最大値，すべての冷却ヘッダーが閉した状態を最小値とし，前記制御コードの増加に伴い，前記巻取り温度の推定値が単調に減少するように対応づけられていることを特徴とする請求項１に記載の巻取り温度制御装置。
3. 前記制御コードは，すべての冷却ヘッダーが開した状態を最小値，すべての冷却ヘッダーが閉した状態を最大値とし，前記制御コードの増加に伴い，前記巻取り温度の推定値が単調に増加するように対応づけられていることを特徴とする請求項１に記載の巻取り温度制御装置。
4. 前記ダイナミック制御手段は，目標巻取り温度と冷却制御中に鋼板から検出した巻取り温度の偏差を補償するための前記冷却ヘッダーの開閉を前記制御コードの補正量として算出する巻取り温度偏差補正手段と，
   プリセット制御時に想定した鋼板の冷却前温度と冷却制御中に鋼板から検出した冷却前温度の偏差を補償するための前記冷却ヘッダーの開閉を前記制御コードの補正量として算出する冷却前温度偏差補正手段と，
   プリセット制御時に想定した鋼板速度と冷却制御中の鋼板速度の偏差を補償するための前記冷却ヘッダーの開閉を前記制御コードの補正量として算出する速度偏差補正手投を備えたこと
   を特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の巻取り温度制御装置。
5. 前記ダイナミック制御手段は，前記制御コードの変化が巻取り温度に与える影響を格納した第１の影響係数テーブル，前記鋼板の速度の変化が巻取り温度に与える影響を格納した第２の影響係数テーブル及び前記冷却前温度の変化が巻取り温度に与える影響を格納した第３の影響係数テーブルと，
   前記目標巻取り温度と冷却制御中に鋼板から検出した巻取り温度の偏差及び前記第１の影響係数テーブルから取り込んだ係数から前記制御コードの補正量を算出する巻取り温度偏差補正手段と，
   プリセット制御時に想定した鋼板の冷却前温度と冷却制御中に鋼板から検出した冷却前温度の偏差，前記第１の影響係数テーブルから取り込んだ係数及び前記第３の影響係数テーブルから取り込んだ係数から前記制御コードの補正量を算出する冷却前温度偏差補正手段と，
   プリセット制御時に想定した鋼板速度と冷却制御中の鋼板速度の偏差，前記第１の影響係数テーブルから取り込んだ係数及び前記第２の影響係数テーブルから取り込んだ係数から前記制御コードの補正量を算出する速度偏差補正手段と，
   を備えることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の巻取り温度制御装置。
6. 前記ダイナミック制御手段は，前記巻取り温度偏差補正手段と前記冷却前温度偏差補正手段と前記速度偏差補正手段の出力を，鋼板の長手方向の各部位毎に合成して制御コードの補正量を算出する操作量合成手段を備え，
   前記ヘッダーパターン変換手段は，前記各冷却ヘッダーの直下の鋼板の長手方向の部位を認識した上で，前記プリセット制御手段が前記鋼板の長手方向の各部位に対応づけて算出した制御コードに，前記ダイナミック制御手段が出力した対応する部位の該制御コードの補正量を加算した値を，ヘッダーパターンに変換して冷却装置に出力する
   ことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の巻取り温度制御装置。
7. 前記ダイナミック制御手段は，前記冷却前温度偏差補正手段と前記速度偏差補正手段の出力を，鋼板の長手方向の各部位毎に合成して制御コードの補正量を算出する操作量合成手段を備え，
   前記ヘッダーパターン変換手段は，前記各冷却ヘッダーの直下の鋼板の長手方向の部位を認識した上で，前記プリセット制御手段が前記鋼板の長手方向の各部位に対応づけて算出した制御コードに，前記ダイナミック制御手段が出力した対応する部位の該制御コードの補正量を加算した値をヘッダーパターンに変換した後，該ヘッダーパターンをダウンコイラに近いヘッダーから順に走査し，前記巻取り温度偏差補正手段の出力に対応した数だけヘッダー指令を変更して冷却装置に出力すること
   を特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の巻取り温度制御装置。
8. 前記鋼板の速度に関する情報は、鋼種，板厚，板幅毎の鋼板払い出しから鋼板巻き取りまでの速度パターンであることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の巻取り温度制御装置。
9. 前記ヘッダーパターンは、対応する制御コードで表現され、制御コードは、前記冷却ヘッダー優先順位テーブルの情報に対応して制御コード化されていることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の巻取り温度制御装置。
10. 前記プリセット制御手段は、鋼板の長手方向の各部位につき，前記板温推定モデルを用いて，制御コードに対応した巻取り温度を算出し，求められた巻取り温度の予測結果に応じて制御コードを更新することを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の巻取り温度制御装置。
11. 熱間圧延機で圧延された鋼板を，熱間圧延機の出側に備えられた冷却装置で冷却し，ダウンコイラで巻取られる前の鋼板の温度を所定の目標温度に制御する巻取り温度制御方法において，
    プリセット制御演算では、前記冷却装置に備えられた多数の冷却ヘッダーの開閉の組み合わせであるヘッダーパターンを、前記冷却装置に備えられた多数の冷却ヘッダーの開放順序の優先順位を格納している冷却ヘッダー優先順位テーブルの情報を用いて生成した制御コードと対応づけした上で，解を求めるために与えられた所与の制御コード，熱間圧延機出側の鋼板温度の推定値及び鋼板の速度に関する情報とから，前記鋼板の巻取り温度を推定するための板温推定モデルを用いて前記鋼板の巻取り温度を推定し、この推定した巻取り推定温度が目標巻取り温度に近づくように前記所与の制御コードを更新して目標巻取り温度を実現するための解となる制御コードを得ると共に，
    冷却制御中は，鋼板の状態を観測することにより得られる観測結果にしたがって，前記算出されたヘッダーパターンに対応する制御コードの変更量を求め，前記求められたヘッダーパターンに対応する制御コードを前記求められた制御コードの変更量で補正した結果を，ヘッダーパターンに変換して前記冷却装置に与えること，
    を特徴とする巻取り温度制御方法。
12. 前記鋼板の速度は、鋼種，板厚，板幅毎の鋼板払い出しから鋼板巻き取りまでの速度パターンであることを特徴とする請求項１１に記載の巻取り温度制御方法。
13. 前記プリセット制御時、鋼板の長手方向の各部位につき，前記板温推定モデルを用いて，制御コードに対応した巻取り温度を算出し，求められた巻取り温度の予測結果に応じて制御コードを更新することを特徴とする請求項１１〜１２の何れかに記載の巻取り温度制御方法。

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