JP5459620B2 - 鋼板搬送システムおよび製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼帯等の帯状のワークを連続的に処理するプロセスラインにおいて、被加工物（以下ワークという）を連続的に供給する第一の設備と、第一の設備の出口側に設けられた第二の設備との間に、ワークを一時的に貯留するルーパー装置を備えた鋼板搬送システムおよび帯状のワークの製造方法に関する。

鋼帯等のワークを連続的に処理するプロセスラインにおいて、例えば、連続焼鈍設備等の処理設備では、連続処理をするために鋼帯を接続する際、或いは調質圧延機のロールを組替える際などに、処理ラインを一時停止しなければならない。この一時停止に伴って処理設備中にワークが滞留することになれば、連続的に鋼帯を処理することができず、生産効率の低下や材質劣化等を招く。この場合に備えて、第一の設備と、第一の設備の後工程側に設けられた第二の設備との間にルーパー装置を備えてワークを予め貯留し、前記一時停止中に、第一の設備または第二の設備でのワークの滞留や不足が起きないように、即ち、ワークの連続走行が可能となるようルーパー装置に貯留しているワークを放出するようにしている。

例えば、特許文献１には、中央セクション以降に２台のルーパー装置（中間ルーパー、出側ルーパー）を備え、ルーパー装置の速度制御に工夫を加えることで、調質圧延機が設置されているセクションで速度停止が生じる機会を極力少なくし、調質圧延機停止時の疵発生を回避する方法が開示されている。

また、特許文献２には、電動機の実速度の追従性を向上させることを目的として、速度設定部にＳ字カーブ特性を実装する技術が開示されている。

特開２００９−１１９４９５号公報 特開２００７−３３００７９号公報

このようなルーパー装置を備えたプロセスラインにおいては、必要が生じたときに、ルーパー装置に貯留したワークを放出する。ルーパー装置でワークを放出し始めるための加速開始時は、ワークに張力変動が特に発生しやすい。鋼板品質を保証する上で重要な設備（調質圧延機やトリマーなど）が後工程の第二の設備として存在する場合、第二の設備にてワークの張力変動が大きくなると、重大な品質・操業トラブルが発生する可能性が高くなる。

これを解決する方法の一つに、加速時の速度指令を緩やかに変化させる、つまり加速レートが最大に至るまでの時間を長く設定することが挙げられる。しかし加速時間を長く設定し過ぎてしまうと、操業上のハンドリング時間が増大し、ルーパー装置からのワークの放出量が不足するとともに、貯留量が過多となってしまう。
よって、加速時の張力変動を抑制しつつ後工程の第二の設備側における操業の安定化を達成するためには、速度指令の変化を緩やかにするのに加え、ハンドリング時間を十分考慮する必要がある。

この点において、特許文献１に記載の技術においては、中央セクション以降に２台のルーパー装置を設置することが絶対条件となり、ルーパー装置が１台のみの構成には適用できない。また調質圧延機が設置されているセクションの停止を完全に無くすことは不可であり、ワークが停止した状態から加速するときの張力変動抑制を確実に施す必要がある。

一方、特許文献２に記載の技術においては、Ｓ字カーブ特性を任意に変更することまで踏み込んでおらず、上記の問題をなんら解決することはできない。
そこでなされた本発明の目的は、加速時の張力変動を抑制しつつ後工程の第二の設備側における操業の安定化を達成することのできる鋼板搬送システムおよび製造方法を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。
すなわち、本発明は、帯状に連続するワークを送り出す第一の設備と、第一の設備から送り出されるワークを受け入れるとともに、受け入れたワークの走行経路長が可変とされた貯留部と、貯留部から送り出されたワークに所定の加工処理を施す第二の設備と、第二の設備におけるワークの送り速度を制御する制御部と、を備え、制御部は、貯留部に貯留されたワークの量に応じて、第二の設備における送り速度の制御パターンを変更することを特徴とする。また本発明は、第一の設備と第二の設備との間でワークの走行経路長を伸縮させることにより前記第一、第二の設備の間でワークの貯留量を変更する製造方法において、前記ワークの走行経路長の長さに応じて前記第二の設備におけるワークの送り速度の制御パターンを変更することを特徴とする。

制御部は、貯留部に貯留されたワークの量が大きいほど、第二の設備におけるワークの送り速度の上昇あるいは下降度合いが急峻となる制御を行うことができる。このようにして、貯留部におけるワークの貯留量が少ない場合には、ワークの送り速度を緩やかに加速あるいは減速させることで加速時の張力変動を抑制することができる。また、ワークの貯留量が多い場合には、ワークの送り速度を急峻に加速あるいは減速させることで、貯留部からのワークの放出を速やかに行い、ワークの貯留量の過多を招くような事態を回避する。
また、送り速度の制御パターンは、送り速度が０の状態から２次曲線的に送り速度を上昇あるいは下降させていく非線形区間と、非線形区間の後、送り速度を一定の加速度で上昇あるいは下降させていく線形区間と、を備え、制御部は、全体の加速時間中における線形区間の割合を異ならせることによって、送り速度の制御パターンを変更することができる。
さらに、制御部には、予め設定された複数種の送り速度の制御パターンが記憶され、制御部は、複数種の送り速度の制御パターンから一つの制御パターンを選択することができる。ここで、制御部は、送り速度の上昇あるいは下降度合いが急峻な第一の制御パターンと、送り速度の上昇あるいは下降度合いが第一の制御パターンよりも緩やかな第二の制御パターンと、を少なくとも備えることができる。

本発明によれば、貯留装置におけるワークの貯留量に応じてワークの送り速度の速度上昇あるいは下降特性を変化させるため、ワークの貯留量が少ない場合には、ワークの送り速度を緩やかに加速させることで加速時の張力変動を抑制することができ、出側操業の安定化を図ることができる。また、ワークの貯留量が多い場合には、ワークの送り速度を急峻に加速あるいは減速させることで、加速あるいは減速を緩やかにしたがために貯留部におけるワークの貯留量の過多を招くような事態を回避する。このようにして、常に、加速時の張力変動を抑制しつつ後工程の第二の設備側における操業の安定化を達成することが可能となる。

本実施形態における鋼板の搬送・製造システムの概略構成を示す図である。 速度上昇特性の複数のモードの例を示す図である。 移動側ルーパーの移動量を示す図である。 出側設備（第二の設備）におけるワークの送り速度が中央設備（第一の設備）におけるライン速度を超えるタイミングと、ワークの速度上昇特性が非線形から線形に移行するタイミングとの関係を示す図である。 速度上昇特性のモードによる移動側ルーパーの位置（移動量）の違いを例示する図である。

以下、添付図面を参照して、本発明による鋼板搬送システムを実施するための最良の形態を説明する。しかし、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。
図１は、薄板系の鋼帯等の帯状のワークを連続的に処理する連続圧延プロセスライン（搬送システム）の中央設備（第一の設備）１０以降の構成を示す図である。
図１に示すように、連続焼鈍機等の中央設備１０の後工程側には、調質圧延機２０Ａ、トリマー２０Ｂ等の出側設備（第二の設備）２０が設けられており、中央設備１０から送り出される帯状のワーク１００は、これら出側設備２０で所定の処理を施された後、ロール３０に巻き取られる。ここで、出側設備２０としては、前記したもの以外のものを備えることもできる。

中央設備１０と出側設備２０との間には、中央設備１０から送り出された帯状のワーク１００を貯留するルーパー装置（貯留部）４０が備えられている。
ルーパー装置４０は、固定側ルーパー４１に対し、移動側ルーパー４２が接近・離間するよう設けられている。そして、中央設備１０から送り出される帯状のワーク１００は、固定側ルーパー４１と移動側ルーパー４２との間をジグザグ状に通り、出側設備２０へと送られている。ルーパー装置４０においては、固定側ルーパー４１に対し移動側ルーパー４２を接近・離間させることによりワーク１００の走行経路長を可変とし、ルーパー装置４０に貯留するワーク１００の量（長さ）を調整できるようになっている。

さて、このような連続圧延プロセスラインには、出側設備２０におけるワーク１００の送り速度を制御する制御部５０が備えられている。
以下、制御部５０における制御内容について説明する。
制御部５０は、ルーパー装置４０に貯留されたワーク１００の量に応じて、出側設備２０におけるワーク１００の送り速度を制御する。
より詳しくは、出側設備２０がロール替え等の何らかの要因により停止した状態から、ワーク１００を流し始めるとき、ルーパー装置４０に貯留されたワーク１００の量が多いときには、ワーク１００の速度の上昇を急峻とするよう、制御する。また、ルーパー装置４０に貯留されたワーク１００の量が少ないときには、ワークの送り速度を緩やかに加速させるよう制御する。ワーク１００の貯留量は、移動側ルーパー４２の位置、つまりルーパー装置４０に貯留されたワーク１００の長さによって把握することができる。
ワーク１００の加速度は、貯留されたワーク１００の量に応じて、リニアに変化させても良いが、制御の簡素化のために、２段階、３段階といった複数段階に切り替えるのが好ましい。

上記のような制御を行うため、制御部５０においては、予め、複数種のプロファイルを有する速度上昇特性を設定し、記憶している。図２は、このような速度上昇特性の一例を示すものであり、ワーク１００の速度上昇を急峻とするモード（以下、このモードを急峻モードと称する）ｍ１、ワーク１００の速度上昇を急峻モードｍ１に比較してなだらかとしたモード（以下、このモードを緩モードと称する）ｍ２の速度上昇特性の例である。
これらの速度上昇特性においては、停止状態（経過時間ｔ＝０）から速度上昇を開始して初期の段階においては、加速レートα（ｔ）を、
α（ｔ）＝ａ_ｍｉｎ・ｔ （ｍ／ｓ^２）
（ただし、ａ_ｍｉｎは速度上昇特性係数（ｍ／ｓ^３）、ｔは経過時間（ｓ））
として、速度を二次曲線的に非線形に上昇させる（経過時間ｔ＝０〜ｔ_０）。それ以降は、一定の加速レート
α（ｔ）＝α_ｍａｘ （ｍ／ｓ^２）
で速度を線形に上昇させていく（経過時間ｔ＝ｔ_０〜ｔ_ｅ）。

ここで、出側設備２０におけるワーク１００の送り速度を決める速度指令の関数Ｖ_ＤＥＬは、いかなるようにして設定しても良いが、ここで、例えば、以下のように設定したケースで検討する。ここで、Ｔｓはサンプリング時間（例えば０．０５（ｓ））である。

制御部５０では、全体の加速時間（経過時間ｔ＝０〜ｔ_ｅ）におけるワーク１００の速度上昇特性が線形となるまでの時間（経過時間ｔ＝０〜ｔ_０）の割合を異ならせることで、速度上昇特性のモードを異ならせて制御を行う。そして、速度上昇特性のモードの切替は、ルーパー装置４０の移動側ルーパー４２の位置に応じて行う。

これにはまず、速度上昇特性のモードを、急峻モードｍ１と緩モードｍ２とで切り替えるための移動側ルーパー４２の位置（これを閾値ルーパー位置と称する）Ｐ_ＭＡＸを設定する。
なお、通板ワークの重量によって変化する移動側ルーパー４２の慣性を考慮するため、閾値ルーパー位置Ｐ_ＭＡＸを可変とすることもできる。つまり、ワーク１００の種類によって通板ワークの重量が大きい場合、移動側ルーパー４２全体の慣性も大きいことから閾値ルーパー位置Ｐ_ＭＡＸを小さく取ることで貯留量に余裕を持たせ、一方通板ワークの重量が小さい場合、移動側ルーパー４２全体の慣性も小さいことから閾値ルーパー位置Ｐ_ＭＡＸを大きく取る。

そして、図３に示すように、出側設備２０の停止時に緩モードの速度上昇特性でワーク１００の送り速度を加速した場合の移動側ルーパー４２の最大移動量Ｌを、中央設備１０から送り出されるワークの送り速度であるライン速度Ｖ_ＣＥＮを用いて計算する。ここで中央設備１０のライン速度Ｖ_ＣＥＮは、基本的にほぼ一定であり、速度上昇特性をａ_ｍｉｎとする。
このとき、出側設備２０におけるワーク１００の送り速度Ｖ_ＤＥＬが中央設備１０におけるライン速度Ｖ_ＣＥＮを超える時刻をｔ_１としたとき、ワーク１００の速度を二時曲線的に非線形に上昇させるのが完了し、速度を線形に上昇させていくのに切り替わる経過時間ｔ_０との関係が、図４（ａ）に示すように、
（Ａ）ｔ_０＜ｔ_１
である場合と、図４（ｂ）に示すように、
（Ｂ）ｔ_０＞ｔ_１
とで、場合分けを行い、（Ａ）、（Ｂ）それぞれの場合で移動側ルーパー４２の最大移動量Ｌを求める必要がある。なお、ルーパーの段数をＮとする。図３の例ではＮ＝８である。

まず、（Ａ）のｔ_０＜ｔ_１のとき、０＜ｔ≦ｔ_０での移動側ルーパー４２の移動量をＬ_０、ｔ_０ ＜ｔでの移動側ルーパー４２の移動量をＬ_１とすると、最大移動量Ｌは、
Ｌ＝Ｌ_０＋Ｌ_１
となる。まず移動量Ｌ_０を求めると、次式（３）から、式（４）のようになる。

この式（４）に、ｔ_０＝α_ｍａｘ／ａ_ｍｉｎを代入すると、次式のようになる。

次にｔ_０＜ｔでの移動側ルーパー４２の移動量Ｌ_１を求めると、式（６）より式（７）のようになる。

ここでｔ_１を求める。Ｖ_ＤＥＬ（ｔ_１）＝Ｖ_ＣＥＮのとき、式（２）より、次式のようになる。

したがって、ｔ_１は、次式のようになる。

よって、ｔ_０＝α_ｍａｘ／ａ_ｍｉｎおよび式（９）を式（７）に代入し整理すると、次式（１０）のようになる。

したがって、移動側ルーパー４２の最大移動量Ｌは式（５）、式（１０）より、次式（１１）のようになる。

一方、（Ｂ）のｔ_０＞ｔ_１のときは、以下のように移動側ルーパー４２の最大移動量Ｌを求める。
まずｔ_１を求める。Ｖ_ＤＥＬ（ｔ_１）＝Ｖ_ＣＥＮおよび式（１）より、ライン速度Ｖ_ＣＥＮは、次式のようになる。

この式（１０）を、ｔ_１について解くと、次式のようになる。

よって移動側ルーパー４２の最大移動量Ｌは、式（４）においてｔ_０をｔ_１にして、次式のようになる。

制御部５０では、上記のように設定した移動側ルーパー４２の最大移動量Ｌを用い、加速開始時における移動側ルーパー４２の位置Ｐ_ＤＬＣが、
Ｐ_ＤＬＣ≦Ｐ_ＭＡＸ−Ｌ
のときは速度上昇特性を緩モードｍ２とさせ、
Ｐ_ＤＬＣ＞Ｐ_ＭＡＸ−Ｌ
のときは、速度上昇特性を急峻モードｍ１とするのである。

ここで、図５の例においては、ワーク１００が経過時間ｔ_１またはｔ_２から緩モードｍ２で加速しても移動側ルーパー４２の位置Ｐ_ＤＬＣが閾値ルーパー位置Ｐ_ＭＡＸに達しない。すると、ワーク１００の送り速度が緩やかに加速するため、加速開始時の中央設備１０の出側におけるワーク１００の張力変動が小さくなる。ただし、ルーパー装置４０におけるワーク１００の貯留量が増大しやすい。このように、緩モードｍ２を選択した場合には、ワーク１００の張力変動を抑制させることを優先させる。

一方、経過時間ｔ_３から速度上昇特性を緩モードｍ２として加速すると、移動側ルーパー４２の位置Ｐ_ＤＬＣが閾値ルーパー位置Ｐ_ＭＡＸを超過してしまうため、速度上昇特性を急峻モードｍ１に切り換える。すると、ワーク１００は急な加速となるため、加速開始時において、中央設備１０の出側におけるワーク１００の張力変動が発生しやすくなるが、ルーパー装置４０におけるワーク１００の貯留量が過多となることは無い。このように、急峻モードｍ１を選択した場合には、ルーパー装置４０におけるワーク１００の貯留量が増大しないことを優先させる。

上述したようにして、中央設備１０のライン速度Ｖ_ＣＥＮより移動側ルーパー４２の最大移動量Ｌを制御部５０においてオンラインにて算出し、移動側ルーパー４２の位置、つまりルーパー装置４０におけるワーク１００の貯留量に応じ、速度指令の速度上昇特性のモードを自動的に切り換えることができる。これにより、ルーパー装置４０におけるワーク１００の貯留量が少ない場合にはワーク１００の送り速度を緩やかに加速させることで加速時におけるワーク１００の張力変動を抑制することができ、出側設備２０における操業の安定化を図ることができる。また、貯留量が多い場合には、ワーク１００の送り速度を急峻に加速させることで、ルーパー装置４０におけるワーク１００の貯留量が過多となるのを防ぐことができる。このようにして、移動側ルーパー４２の位置に応じて速度上昇特性を緩モードｍ２から急峻モードｍ１に変化させるため、加速を緩やかにしたがためにルーパー装置４０におけるワーク１００の貯留量の過多を招くような事態を回避することもできる。

なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、速度上昇特性を、急峻モードと緩モードの２種類としたが、これを３種類以上とすることや、速度下降特性を速度上昇特性と同様な複数モードに制御することもできる。また、速度上昇特性のモード切替の閾値となる閾値ルーパー位置Ｐ_ＭＡＸをはじめとする各種の値は、上記した以外の式で設定しても良い。
これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１０ 中央設備（第一の設備）
２０ 出側設備（第二の設備）
２０Ａ 調質圧延機
２０Ｂ トリマー
４０ ルーパー装置（貯留部）
４１ 固定側ルーパー
４２ 移動側ルーパー
５０ 制御部
１００ ワーク

Claims (6)

1. 帯状に連続するワークを送り出す第一の設備と、
   前記第一の設備から送り出される前記ワークを受け入れるとともに、受け入れた前記ワークの走行経路長が可変とされた貯留部と、
   前記貯留部から送り出された前記ワークに所定の加工処理を施す第二の設備と、
   前記第二の設備における前記ワークの送り速度を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記貯留部に貯留された前記ワークの量に応じて、前記第二の設備における前記送り速度の制御パターンを変更することを特徴とする鋼板搬送システム。
2. 前記制御部は、前記貯留部に貯留された前記ワークの量が大きいほど、前記第二の設備における前記ワークの送り速度の上昇あるいは下降度合いが急峻となる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の鋼板搬送システム。
3. 前記送り速度の制御パターンは、送り速度が０の状態から２次曲線的に前記送り速度を上昇させていく非線形区間と、前記非線形区間の後、前記送り速度を一定の加速度で上昇あるいは下降させていく線形区間と、を備え、
   前記制御部は、全体の加速時間中における前記線形区間の割合を異ならせることによって、前記送り速度の前記制御パターンを変更することを特徴とする請求項２の鋼板搬送システム。
4. 前記制御部には、予め設定された複数種の前記送り速度の制御パターンが記憶され、
   前記制御部は、複数種の前記送り速度の制御パターンから一つの前記制御パターンを選択することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の鋼板搬送システム。
5. 前記制御部は、前記送り速度の上昇度合いが急峻な第一の制御パターンと、前記送り速度の上昇度合いが前記第一の制御パターンよりも緩やかな第二の制御パターンと、を少なくとも備えることを特徴とする請求項４に記載の鋼板搬送システム。
6. 帯状に連続するワークを送り出す第一の設備とこの第一の設備から送り出される前記ワークを受け入れる第二の設備との間で、前記ワークの走行経路長を伸縮させることにより前記第一、第二の設備の間でワークの貯留量を変更する製造方法において、前記ワークの走行経路長の長さに応じて前記第二の設備におけるワークの送り速度の制御パターンを変更することを特徴とする製造方法。
   

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