JP4466259B2 - 連続圧延機の負荷配分制御方法および装置 - Google Patents
連続圧延機の負荷配分制御方法および装置 Download PDFInfo
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本願発明は、連続圧延機の負荷配分方法および装置に係り、特に隣接した複数スタンドの圧延負荷量比率を適切な所定比率へ短時間に制御する負荷配分制御方法および装置に関するものである。
一般に、連続圧延機における各スタンドでの板厚は、母板板厚、成品板厚、安定操業、形状品質などを考慮に入れ、各スタンドでの圧延負荷量が設定された比率となるように決定されている。しかし、圧延モデル精度や油潤滑などの種々の外乱により、実際の圧延負荷は、その予測値と一致しない場合も多く、最悪の場合は形状不良などの操業トラブルなどを引き起こす場合がある。
圧延中に設定された各スタンドでの圧延負荷量を実現する従来方法として、例えば、特公平２−３９３２７号公報（特許文献１）に開示されている技術がある。ここでは、任意の隣接するスタンド対での圧延負荷量が互いにその設定比率に一致しないとき、圧延負荷の比率設定値からの誤差に基づき、当該スタンド対のうち、上流側スタンドの出側板厚を変更し、この板厚変更点が下流側スタンドに下流側スタンドでの圧下位置を修正し、下流側スタンドでの出側板厚を変化させない状態のまま隣接スタンドとの圧延負荷比率をその比率設定値に一致させる方法が提案されている。
特公平２−３９３２７号公報
しかし、特許文献１で開示された技術では、上流側スタンドにおける出側板厚変更の結果が下流側スタンドに現れるまでの移送時間よりも短い間隔で圧延負荷比率を算出すると、下流側スタンドの圧延荷重には上流側スタンドの出側板厚変更量による影響が含まれていないため、正しい圧延負荷比率を演算することができない。その結果、上流側スタンドの板厚変更量を低く抑えるか、移送時間よりも長い時間周期で板厚変更を行わざるを得ず、高い応答性は期待できないという問題がある。
本願発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、上流側スタンドから下流側スタンドへの移送時間に伴うむだ時間対策としてスミス法を適用することにより、応答性の高い連続圧延機の圧延負荷配分制御方法および装置を提供することを目的とする。
本願発明は、隣接した複数スタンドの上流側スタンド出側板厚を変更することにより複数スタンドの圧延荷重を所定比率とする連続圧延機の負荷配分制御方法において、
上記板厚変更による下流側スタンド圧延荷重変化予測量、および、上記下流側スタンド圧延荷重変化予測量を上流側スタンドから下流側スタンドへ圧延材を移送する遅延時間だけ遅らせた下流側スタンド圧延荷重変化予測量遅延値を用いて、
下流側スタンドにおける所定比率となる圧延荷重設定値と下流側スタンド圧延荷重実績値との圧延荷重偏差を補正した下流側スタンド圧延荷重補正値を算出し、
算出した下流側スタンド圧延荷重補正値、および、上流側スタンドにおける所定比率となる圧延荷重設定値と上流側スタンド圧延荷重実績値との圧延荷重偏差を用いて、上流側スタンドにおける板厚変更量を算出し、さらに比例積分演算を施すことにより最終的な上流側スタンド板厚変更量を算出することを特徴とする連続圧延機の負荷配分制御方法である。
上記板厚変更による下流側スタンド圧延荷重変化予測量、および、上記下流側スタンド圧延荷重変化予測量を上流側スタンドから下流側スタンドへ圧延材を移送する遅延時間だけ遅らせた下流側スタンド圧延荷重変化予測量遅延値を用いて、
下流側スタンドにおける所定比率となる圧延荷重設定値と下流側スタンド圧延荷重実績値との圧延荷重偏差を補正した下流側スタンド圧延荷重補正値を算出し、
算出した下流側スタンド圧延荷重補正値、および、上流側スタンドにおける所定比率となる圧延荷重設定値と上流側スタンド圧延荷重実績値との圧延荷重偏差を用いて、上流側スタンドにおける板厚変更量を算出し、さらに比例積分演算を施すことにより最終的な上流側スタンド板厚変更量を算出することを特徴とする連続圧延機の負荷配分制御方法である。
さらに本願発明は、隣接した複数スタンドの上流側スタンド出側板厚を変更することにより複数スタンドの圧延荷重を所定比率とする連続圧延機の負荷配分制御装置において、
隣接した上流スタンド板厚変更に伴う下流側スタンド圧延荷重変化予測量を演算する圧延荷重変化予測器と、
前記下流側スタンド圧延荷重変化予測量を、上流側スタンドの板厚変更が下流側スタンドに移送される時間分遅延して出力する遅延器と、
下流側スタンドにおける所定比率となる圧延荷重設定値と下流側スタンド圧延荷重実績値との圧延荷重偏差に前記下流側スタンド圧延荷重変化予測量を加算し、かつ前記遅延器の出力を減算した下流側スタンド圧延荷重補正値と、上流側スタンドにおける所定比率となる圧延荷重設定値と上流側スタンド圧延荷重実績値との圧延荷重偏差とを入力とし、板厚変更量を演算し出力する板厚修正量演算部と、
出力された板厚変更量に比例積分演算を施し、最終的な板厚変更量を出力する比例積分演算部と、
を有することを特徴とする連続圧延機の負荷配分制御装置である。
隣接した上流スタンド板厚変更に伴う下流側スタンド圧延荷重変化予測量を演算する圧延荷重変化予測器と、
前記下流側スタンド圧延荷重変化予測量を、上流側スタンドの板厚変更が下流側スタンドに移送される時間分遅延して出力する遅延器と、
下流側スタンドにおける所定比率となる圧延荷重設定値と下流側スタンド圧延荷重実績値との圧延荷重偏差に前記下流側スタンド圧延荷重変化予測量を加算し、かつ前記遅延器の出力を減算した下流側スタンド圧延荷重補正値と、上流側スタンドにおける所定比率となる圧延荷重設定値と上流側スタンド圧延荷重実績値との圧延荷重偏差とを入力とし、板厚変更量を演算し出力する板厚修正量演算部と、
出力された板厚変更量に比例積分演算を施し、最終的な板厚変更量を出力する比例積分演算部と、
を有することを特徴とする連続圧延機の負荷配分制御装置である。
本願発明は、圧延荷重予測モデルを用いて上流側スタンドにおける板厚変更の影響を下流側スタンドへ直ちに反映するようにしたので、上流側スタンドにおいて板厚変更中であっても常に上流側および下流側の最新の圧延荷重を用いて所定の圧延負荷比率を実現する上流側板厚板厚変更量を正確に算出可能となった。その結果、上流側スタンドから下流側スタンドへの移送時間の影響を受けることがなくなり、高い制御性を実現することが可能となった。
本願発明を実施するための最良の形態を、以下図面および数式を用いて説明を行う。図１は、７スタンドから構成される連続圧延機に対して、隣接する圧延スタンドに本願発明を適用した場合の具体的構成の一例を示す図である。図中、１は圧延材、１０は圧延スタンド、２０は板厚制御装置、３０は圧延負荷配分制御装置を、そして７スタンドを上流からａ〜ｇの添字でそれぞれ表している。
７スタンド１０ａ〜１０ｇそれぞれに設置された、いわゆるＡＧＣ（Automatic Gauge Control）を行う板厚制御装置２０ａ〜２０ｇに対して、圧延負荷配分制御装置３０ａ〜３０ｆは、板厚目標値修正を行う（ただし、７スタンドは板厚目標値修正の対象外である）。圧延負荷配分制御装置３０ａ〜３０ｆは、上流側スタンドおよび下流側スタンドの圧延荷重を入力とし、上流側スタンドの板厚制御装置へ板厚変更量を出力する。なお、図１では隣接する２スタンド間について本願発明の適用例を示したが、図２に示すように、複数スタンド（図２では、１０ａ〜１０ｄの４スタンドに適用）へ適用しても良い。
図３は、圧延負荷配分制御装置３０の具体的構成例を示す図である。図中、１０ｉはｉ圧延（上流側）スタンド、１０ｉ＋１はｉ＋１圧延（下流側）スタンド、２０は板厚制御装置（上流側スタンド用、以下この図でのサフィクスｉは省略）、３０は圧延負荷配分制御装置、５０は板厚変更量演算器、５２は圧延荷重変化予測器、５４は遅延器、５６は加算器、５８は加算器、６１は板厚修正量演算部、および６２は比例積分演算部をそれぞれ表している。
圧延負荷配分制御装置３０は、上流側スタンドの圧延荷重偏差ΔP(i)および下流側スタンドの圧延荷重偏差ΔP(i+1)を取り込み、板厚修正量演算部６１にて板厚変更量Δh(i)を算出し、比例積分演算部６２にて上流側スタンド板厚変更量Δｈc(i)を算出して、上流側スタンド板厚制御装置２０へ出力する。
ΔP(i) ＝P(i)−Pref(i) ・・・・・・（１）
P(i)：上流側スタンド圧延荷重実績値
Pref(i)：スタンド間で所定比率となる上流側スタンド圧延荷重設定値
ΔP(i+1)＝P(i+1)−Pref(i+1) ・・・・・・（２）
P(i+1)：下流側スタンド圧延荷重実績値
Pref(i+1) ：スタンド間で所定比率となる下流側スタンド圧延荷重設定値
なお、上流側スタンドから下流側スタンドへの移送時間の影響を除外するため、下流側圧延荷重偏差ΔP(i+1)に対しては、（３）式の補正を行う。
P(i)：上流側スタンド圧延荷重実績値
Pref(i)：スタンド間で所定比率となる上流側スタンド圧延荷重設定値
ΔP(i+1)＝P(i+1)−Pref(i+1) ・・・・・・（２）
P(i+1)：下流側スタンド圧延荷重実績値
Pref(i+1) ：スタンド間で所定比率となる下流側スタンド圧延荷重設定値
なお、上流側スタンドから下流側スタンドへの移送時間の影響を除外するため、下流側圧延荷重偏差ΔP(i+1)に対しては、（３）式の補正を行う。
ΔP（下流）＝ΔP(i+1) −ΔＰ（遅延）＋ΔP（予測）・・・・・・（３）
ΔP（予測）：板厚修正量による下流側スタンドの圧延荷重変化予測量
＝∂P(i+1)／∂h(i) ×Δhc(i)
ΔP（遅延）：ΔP（予測）を上流側スタンドから下流側スタンドへの移送時間分（スタンド間距離／圧延材移送速度）遅延させたもの
∂P(i+1)／∂h(i) ： 上流側スタンド板厚修正量から下流側スタンド圧延荷重への影響係数
上記ΔP（予測）とΔP（遅延）による補正は、上流側スタンドでの変更の影響が下流側スタンドに現れるまでの移送時間によるむだ時間を補償するいわゆるスミス法による補償分である。その作用としては、図３の下流側スタンドにおける圧延荷重を直ちに反映する処理ブロックにより、上流側スタンドの板厚変更による下流側スタンド圧延荷重変化を直ちに予測して板厚修正量演算部６１へ取り込むことが可能となり、同図の上流側スタンド板厚変更の影響が下流側スタンドに現れた時の誤差を補正する処理ブロックにより、上流側スタンド板厚変更の影響が実際に下流側スタンドに現れた時の２重処理を防止し、誤差のみを抽出して対処している。このことにより、移送時間に関係なく短い制御周期を設定でき、高い応答性が確保できる。
ΔP（予測）：板厚修正量による下流側スタンドの圧延荷重変化予測量
＝∂P(i+1)／∂h(i) ×Δhc(i)
ΔP（遅延）：ΔP（予測）を上流側スタンドから下流側スタンドへの移送時間分（スタンド間距離／圧延材移送速度）遅延させたもの
∂P(i+1)／∂h(i) ： 上流側スタンド板厚修正量から下流側スタンド圧延荷重への影響係数
上記ΔP（予測）とΔP（遅延）による補正は、上流側スタンドでの変更の影響が下流側スタンドに現れるまでの移送時間によるむだ時間を補償するいわゆるスミス法による補償分である。その作用としては、図３の下流側スタンドにおける圧延荷重を直ちに反映する処理ブロックにより、上流側スタンドの板厚変更による下流側スタンド圧延荷重変化を直ちに予測して板厚修正量演算部６１へ取り込むことが可能となり、同図の上流側スタンド板厚変更の影響が下流側スタンドに現れた時の誤差を補正する処理ブロックにより、上流側スタンド板厚変更の影響が実際に下流側スタンドに現れた時の２重処理を防止し、誤差のみを抽出して対処している。このことにより、移送時間に関係なく短い制御周期を設定でき、高い応答性が確保できる。
２スタンドの場合を例に、板厚修正量演算部６１における板厚修正量の算出方法を説明する。
上流側スタンド板厚修正量をΔｈ(i)とすると、上流側スタンドおよび下流側スタンドの圧延荷重変化は、(4)式、(5)式で表現される。
上流側スタンド板厚修正量をΔｈ(i)とすると、上流側スタンドおよび下流側スタンドの圧延荷重変化は、(4)式、(5)式で表現される。
ΔＰy(i)＝∂P(i)/∂ｈ(i)・Δｈ(i)＋ΔPx(i) ・・・・・・（４）
ΔＰy(i+1)＝∂P(i+1)/∂ｈ(i)・Δｈ(i)＋ΔPx(i+1) ・・・・・（５）
ΔＰy(i)： Δｈ(i)板厚変更後の圧延荷重偏差
ΔＰx(i)： Δｈ(i)板厚変更前の圧延荷重偏差、ΔＰ(i)と同じもの
また、板厚修正後の圧延荷重が所定比率となるためには、各々のスタンドにおける圧延荷重設定値Ｐrefに対する比率が等しい。同比率をαとすると(6),(7)式の関係が成立する。
ΔＰy(i)＝∂P(i)/∂ｈ(i)・Δｈ(i)＋ΔPx(i) ・・・・・・（４）
ΔＰy(i+1)＝∂P(i+1)/∂ｈ(i)・Δｈ(i)＋ΔPx(i+1) ・・・・・（５）
ΔＰy(i)： Δｈ(i)板厚変更後の圧延荷重偏差
ΔＰx(i)： Δｈ(i)板厚変更前の圧延荷重偏差、ΔＰ(i)と同じもの
また、板厚修正後の圧延荷重が所定比率となるためには、各々のスタンドにおける圧延荷重設定値Ｐrefに対する比率が等しい。同比率をαとすると(6),(7)式の関係が成立する。
ΔＰy(i) = α・Ｐref(i) ・・・・・・（６）
ΔＰy(i+1)= α・Ｐref(i+1) ・・・・・・（７）
（４）〜（７）式の連立方程式をΔｈ(i)について解いた（８）式のΔPx(i+1)へ、（３）式の補正を行ったΔＰ(下流)を代入することにより、板厚変更量Δｈ(i)を算出することができる。
ΔＰy(i+1)= α・Ｐref(i+1) ・・・・・・（７）
（４）〜（７）式の連立方程式をΔｈ(i)について解いた（８）式のΔPx(i+1)へ、（３）式の補正を行ったΔＰ(下流)を代入することにより、板厚変更量Δｈ(i)を算出することができる。
Δｈ(i)＝{ΔＰx(i)−Ｐref(i)/Ｐref(i+1)・ΔＰx(i+1) }
/ { ∂Ｐ(i+1)/∂ｈ(i)・Ｐref(i)/Ｐref(i+1) −∂Ｐ(i)/∂ｈ(i) }・・・（８）
同様に、７スタンドの場合の基礎式を以下に示す。
/ { ∂Ｐ(i+1)/∂ｈ(i)・Ｐref(i)/Ｐref(i+1) −∂Ｐ(i)/∂ｈ(i) }・・・（８）
同様に、７スタンドの場合の基礎式を以下に示す。
α・Ｐref(1) = ∂P(1)/∂ｈ(1)・Δｈ(1)＋ΔPx(1) ・・・（９）
α・Ｐref(2) =∂P(2)/∂ｈ(1)・Δｈ(1)＋∂P(2)/∂ｈ(2)・Δｈ(2)＋ΔPx(2) ・・・（１０）
α・Ｐref(3) =∂P(3)/∂ｈ(2)・Δｈ(2)＋∂P(3)/∂ｈ(3)・Δｈ(3)＋ΔPx(3) ・・・（１１）
α・Ｐref(4) =∂P(4)/∂ｈ(3)・Δｈ(3)＋∂P(4)/∂ｈ(4)・Δｈ(4)＋ΔPx(4) ・・・（１２）
α・Ｐref(5) =∂P(5)/∂ｈ(4)・Δｈ(4)＋∂P(5)/∂ｈ(5)・Δｈ(5)＋ΔPx(5) ・・・（１３）
α・Ｐref(6) =∂P(6)/∂ｈ(5)・Δｈ(5)＋∂P(6)/∂ｈ(6)・Δｈ(6)＋ΔPx(6) ・・・（１４）
α・Ｐref(7) =∂P(7)/∂ｈ(6)・Δｈ(6) ＋ΔPx(7) ・・・（１５）
（９）〜（１５）式の７つの連立方程式から、Δh(1)〜Δh(6)までの各板厚修正量を求める。このようにして算出した板厚修正量Δh(i)に対して、比例積分演算部６２で比例積分処理を行い、最終的な各スタンドに対する板厚変更量Δhc(i)を算出し、板厚制御装置２０に送るとともに、圧延荷重変化予測器５２にも送られ、上述のΔP（予測）を演算する。ここでの演算は、板厚修正量による下流側スタンドの圧延荷重変化を予測するものであり、圧延荷重予測モデルと呼び、具体的には、∂P(i+1)／∂h(i) ×Δhc(i)の演算を行う。
α・Ｐref(2) =∂P(2)/∂ｈ(1)・Δｈ(1)＋∂P(2)/∂ｈ(2)・Δｈ(2)＋ΔPx(2) ・・・（１０）
α・Ｐref(3) =∂P(3)/∂ｈ(2)・Δｈ(2)＋∂P(3)/∂ｈ(3)・Δｈ(3)＋ΔPx(3) ・・・（１１）
α・Ｐref(4) =∂P(4)/∂ｈ(3)・Δｈ(3)＋∂P(4)/∂ｈ(4)・Δｈ(4)＋ΔPx(4) ・・・（１２）
α・Ｐref(5) =∂P(5)/∂ｈ(4)・Δｈ(4)＋∂P(5)/∂ｈ(5)・Δｈ(5)＋ΔPx(5) ・・・（１３）
α・Ｐref(6) =∂P(6)/∂ｈ(5)・Δｈ(5)＋∂P(6)/∂ｈ(6)・Δｈ(6)＋ΔPx(6) ・・・（１４）
α・Ｐref(7) =∂P(7)/∂ｈ(6)・Δｈ(6) ＋ΔPx(7) ・・・（１５）
（９）〜（１５）式の７つの連立方程式から、Δh(1)〜Δh(6)までの各板厚修正量を求める。このようにして算出した板厚修正量Δh(i)に対して、比例積分演算部６２で比例積分処理を行い、最終的な各スタンドに対する板厚変更量Δhc(i)を算出し、板厚制御装置２０に送るとともに、圧延荷重変化予測器５２にも送られ、上述のΔP（予測）を演算する。ここでの演算は、板厚修正量による下流側スタンドの圧延荷重変化を予測するものであり、圧延荷重予測モデルと呼び、具体的には、∂P(i+1)／∂h(i) ×Δhc(i)の演算を行う。
以上説明したように、本願発明は、上流側スタンドと下流側スタンドの圧延荷重比率算出に使用する下流側スタンド圧延荷重について、圧延荷重予測モデルを用いて上流側スタンド板厚変更に伴う影響を直ちに反映させると共に、実際に上流側スタンドにおける板厚変更の結果が下流側スタンドへ現れるタイミングにおいて、実績値により上記圧延荷重予測モデルによる影響を補正することにより、移送時間の影響を排除したものである。
各スタンド間の初期圧延荷重比率が設定圧延荷重比率に対して偏差があった場合を例にとり、本願発明による効果の一例を図６に示す。厚さ1.6mmのハイテン材を圧延対象にして、２スタンド間でシミュレーションを行った結果であり、従来法とは特許文献１で挙げた方法を用いたものである。従来法では、上流スタンドの板厚変更量が下流側スタンドへ到達するタイミングにおいて、板厚変更量が過大となり、圧延荷重比率が“１.６強”から“１”を下回るオーバーアクションとなっている。これに対し本願発明による方法では、“１”を下回ることなく、良好な圧延荷重比率を短時間に達成していることが判る。
１ 圧延材
１０ 圧延スタンド
２０ 板厚制御装置
３０ 圧延負荷配分制御装置
４０ 圧延負荷配分制御装置（複数スタンド用）
５０ 板厚変更量演算器
５２ 圧延荷重変化予測器
５４ 遅延器
５６ 加算器
５８ 加算器
６１ 板厚修正量演算部
６２ 比例積分演算部
１０ 圧延スタンド
２０ 板厚制御装置
３０ 圧延負荷配分制御装置
４０ 圧延負荷配分制御装置（複数スタンド用）
５０ 板厚変更量演算器
５２ 圧延荷重変化予測器
５４ 遅延器
５６ 加算器
５８ 加算器
６１ 板厚修正量演算部
６２ 比例積分演算部
Claims (2)
- 隣接した複数スタンドの上流側スタンド出側板厚を変更することにより複数スタンドの圧延荷重を所定比率とする連続圧延機の負荷配分制御方法において、
上記板厚変更による下流側スタンド圧延荷重変化予測量、および、上記下流側スタンド圧延荷重変化予測量を上流側スタンドから下流側スタンドへ圧延材を移送する遅延時間だけ遅らせた下流側スタンド圧延荷重変化予測量遅延値を用いて、
下流側スタンドにおける所定比率となる圧延荷重設定値と下流側スタンド圧延荷重実績値との圧延荷重偏差を補正した下流側スタンド圧延荷重補正値を算出し、
算出した下流側スタンド圧延荷重補正値、および、上流側スタンドにおける所定比率となる圧延荷重設定値と上流側スタンド圧延荷重実績値との圧延荷重偏差を用いて、上流側スタンドにおける板厚変更量を算出し、さらに比例積分演算を施すことにより最終的な上流側スタンド板厚変更量を算出することを特徴とする連続圧延機の負荷配分制御方法。 - 隣接した複数スタンドの上流側スタンド出側板厚を変更することにより複数スタンドの圧延荷重を所定比率とする連続圧延機の負荷配分制御装置において、
隣接した上流スタンド板厚変更に伴う下流側スタンド圧延荷重変化予測量を演算する圧延荷重変化予測器と、
前記下流側スタンド圧延荷重変化予測量を、上流側スタンドの板厚変更が下流側スタンドに移送される時間分遅延して出力する遅延器と、
下流側スタンドにおける所定比率となる圧延荷重設定値と下流側スタンド圧延荷重実績値との圧延荷重偏差に前記下流側スタンド圧延荷重変化予測量を加算し、かつ前記遅延器の出力を減算した下流側スタンド圧延荷重補正値と、上流側スタンドにおける所定比率となる圧延荷重設定値と上流側スタンド圧延荷重実績値との圧延荷重偏差とを入力とし、板厚変更量を演算し出力する板厚修正量演算部と、
出力された板厚変更量に比例積分演算を施し、最終的な板厚変更量を出力する比例積分演算部と、
を有することを特徴とする連続圧延機の負荷配分制御装置。
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