JP7145754B2 - めっき付着量制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄鋼ラインの連続めっきプラントにおいて、鋼板に所望の厚みの溶融めっき浴を付着させるめっき付着量制御装置およびその制御方法に係り、とりわけノズル圧力だけでなくノズル位置を自動制御してめっき付着量を制御する場合に、鋼板の表裏の付着量をそれぞれの目標値に制御するとともにノズルと鋼板の接触の危険を最小化することで、安全に制御を継続するめっき付着量制御方法に関する。

鋼板に付着するめっき付着量を制御するための操作端として、ノズルの圧力とノズルの位置がある。ノズルの位置は、ノズルと鋼板の距離（以下、ノズルギャップと称する）を変更するための操作端である。一般に制御の応答やめっき鋼板の光沢性の観点から、ノズル位置を操作する方が勝れているが、板厚変化等、種々の要因でノズルから見た鋼板の相対位置が変化するため、ノズルと鋼板の距離の把握が容易でない。このため、ノズル位置はオペレータの手動操作により制御されることが多く、自動制御を導入するためには、付着量精度の低下、鋼板の表と裏の付着量のアンバランス、ノズルと鋼板の接触の危険を、解決する必要があった。

このようなめっき付着量制御を行う従来方法として、特許文献１では、ノズル部における鋼板の通過位置（鋼板パス位置）を検出するセンサを追設し、センサを用いて検出した鋼板パス位置を用いて、表ノズルと裏ノズルの位置を、鋼板に対して適切な値に制御する例が示されている。

また特許文献２には、鋼板パス位置を推定する手段を備え、ノズルと鋼板の推定距離が一定値以下になったとき、ノズルギャップを補正したり、警報を発報する手法が示されている。

さらに特許文献３には、ノズルの上部と下部に、鋼板を非接触で制御可能な磁力発生体と鋼板パス位置を検出可能な変位計を備え、変位計で測定した鋼板を適切な位置に制御した上で、ノズルと鋼板距離を所望のめっき付着量が得られる値に制御する手法が示されている。

特開２００８－２８０５８７号公報 特開２００９－２７５２６６号公報 特開平３－２５３５４９号公報

しかしながら、特許文献１の手法では、鋼板パス位置の検出センサを敷設する必要があるため、制御システムの価格が高価になる上、鋼板パス位置の検出センサの保守や校正作業が、新たに必要になる問題があった。また鋼板パス位置の検出センサは、通常、ノズルの上部に備えられるため、鋼板パス位置の検出センサが検出した鋼板パス位置が、ノズル部の鋼板パス位置と対応しないことに起因して、めっき付着量精度が低下する問題があった。さらにめっきプラントにおける鋼板パス位置の検出は、鋼板の振動や幅方向の反り等により技術難度が高く、高精度な鋼板パス位置の検出が難しい問題があった。

特許文献２の手法では、板厚変更時に鋼板パス位置の変化を推定し、さらに制御が安定した状態を判断して鋼板パス位置を推定する手段を備えている。しかしながら鋼板パス位置は、板厚変更の他にも浴中ロール（コレクティングロール、スタビライジングロール）の操作や、鋼板張力の変化によっても、移動する。特許文献２はこの点に配慮していないため、浴中ロール操作や張力変化が発生してから制御の安定状態が成立するまでの間、鋼板パス位置の推定精度が低下する問題があった。さらに板厚変化量と鋼板移動量の関係には、現在処理されている鋼板（現鋼板）と次回処理される鋼板（次鋼板）のそれぞれの板厚や鋼種、浴中ロール位置、張力の値等、さまざまな状態量が、動作点として影響を及ぼす。ちなみに鋼種が異なると硬度や降伏強度が変化するので、鋼板パス位置の移動量が影響を受ける。特許文献２の手法ではこの点に配慮していないため、状態量の影響を考慮していないことによる鋼板パス位置の推定精度の低下も問題であった。

特許文献３の手法は、鋼板を拘束するための大掛かりな装置が必要なため、システムが高価格になる問題があった。

したがって、本発明が解決しようとする課題は、ノズル位置を自動制御するときに、鋼板パス位置を検出するための特別なセンサを用いることなく鋼板パス位置の移動を高精度に推定し、推定結果にしたがってノズル位置を制御することである。そして、この結果、鋼板の表裏のめっき付着量がアンバランスになることを防ぎ、めっき付着量を高精度化するとともに、ノズルと鋼板の接触リスクを除去して、安全に制御を継続することである。

前記した課題を解決するために本発明のめっき付着量制御装置では、連続的に送られてくる鋼板を溶融めっき浴の浴槽に浸し、前記鋼板に溶融めっき浴を付着させ、前記浴槽から引き上げた後に鋼板の表裏に備えられた表ノズルと裏ノズルから前記鋼板にガスを吹き付け、過剰に付着した溶融めっき浴を除去することで鋼板に所望の厚みの溶融めっき浴を付着させるめっきプラントを制御するめっき付着量制御装置において、板速、ノズル圧力、ノズルと鋼板の距離と、鋼板に付着するめっき付着量の関係を記述しためっき付着量予測モデルと、前記めっき付着量予測モデルを参照して鋼板に付着するめっき付着量が所望の値になるように、ノズル圧力とノズル位置の少なくとも一方を制御する制御部と、前記鋼板のつなぎ目である溶接点を介した前記鋼板の板厚切替わりを判定する第１判定部と、前記鋼板の張力を判定する第２判定部と、前記浴槽で前記鋼板を支持する浴中ロールの位置を判定する第３判定部とから、それぞれ判定結果を受け、少なくとも１つの判定結果が変化したときの、前記鋼板のノズル高さにおける通過位置である鋼板パス位置の移動量を推定し、前記制御部に出力する鋼板パス移動量推定部を備え、前記制御部は、前記鋼板パス移動量推定部から出力された前記鋼板パス位置の移動量だけノズル位置をシフトさせることを特徴とする。

本発明によると、鋼板パス位置が移動するタイミングである溶接点通過、張力変化、浴中ロール操作のそれぞれの要因が発生したとき、鋼板パス移動量推定部が起動され、要因変化に対応した鋼板パス位置の移動量を算出し、ノズル位置制御部は、鋼板パス移動量に対応して、表ノズル位置と裏ノズル位置をシフトさせる。このため、ノズルと鋼板の相対距離を一定に保つことができるので、鋼板パスの移動により鋼板の表裏の付着量がアンバランスになることを防ぐことができる。さらに鋼板が表裏のどちらか一方のノズルに近接することにより発生するノズルと鋼板の接触リスクを低減できる。

さらにノズルと鋼板の接触リスクのない安全な距離を許容ノズルギャップとして入力し、許容ノズルギャップを用いてノズルと鋼板が近接しない範囲でノズル位置制御を行うことにより、ノズルと鋼板の接触リスクを除去して、安全に制御を継続することができる。

めっきプラントを示した説明図である。 指示情報の例である。 溶接点通過判定部の処理である。 張力変化判定部の処理である。 浴中ロール操作判定部の処理である。 鋼板パス移動量推定部の処理である。 ノズル位置制御部の処理である。 ノズル圧力制御部の処理である。 許容ノズルギャップ入力部を付加した構成図である。 許容ノズルギャップを用いたノズル位置制御部の処理である。 鋼板パス移動量の推定方法の説明図である。 本発明のめっき付着量制御装置を示した説明図である。 ノズルと鋼板の水平断面における位置関係を示した図である。 めっき付着量を測定する部位を説明する図である。

以下の実施例で説明するめっき付着量制御において、ノズルギャップ自動制御を安全に導入できる。ノズル圧力のみを自動制御する場合に比べ、めっき付着量制御の高精度化、高応答化、鋼板表面品質の向上を実現できる。

図１に本発明の実施例を示す。めっき付着量制御装置100（詳細は図１２）はめっきプラント150を制御し、鋼板（ストリップ）151に所望の厚みの溶融めっき浴を付着させる。

まずめっきプラント150について説明する。めっきプラント150のポット（浴槽）152には溶融めっき浴が溜められており、溶接点156でつなげられた鋼板151が連続的に送られてくる。鋼板151は、浴中ロール160で支持され、トップロール161との間で、鋼板毎にあらかじめ定められた一定の張力値に制御されている。張力は、溶接点156の通過に伴って、現在処理されている鋼板151（現鋼板）の張力から、次回処理される鋼板151（次鋼板）の張力に変化する。
鋼板151は、一旦溶融めっき浴に浸された後、引き上げた後に鋼板151の表裏にそれぞれ備えられた表ノズルと裏ノズルからなるノズル153からガスを吹き付けられ、過剰に付着した溶融めっき浴を除去することで、付着するめっきの量が所望の値に制御される。鋼板151に付着するめっきの量は、おおむね鋼板151の速度（板速）、ノズル153から吹きつけるガスの圧力、ノズル153と鋼板151の距離により決定される。鋼板151の振動に配慮して表ノズルの圧力と裏ノズルの圧力は通常同一とするため、鋼板151が表ノズルと裏ノズルの中間になるようにノズル153の位置を制御すれば、鋼板151の表裏の付着量を同じ値にできる。
ここで、めっき処理中の鋼板151のノズル高さにおける通過位置を以下、「鋼板パス位置」と称する。ノズルと鋼板パス位置の距離がノズルギャップであり、鋼板パス位置が推定できれば、鋼板のノズルから見た相対位置を特定できる。表ノズル位置と鋼板パス位置から表ノズルギャップが、裏ノズル位置と鋼板パス位置から裏ノズルギャップが、算出できる。
また浴中ロール160を操作することで、鋼板151の幅方向の板反りを変化させることができる。鋼板151が反ると、これが原因で板幅方向の鋼板151のめっき付着量が板幅方向で異なる値になるが、鋼板151が反りを持たないように浴中ロール160の位置を制御することにより、前記の異なる値になる現象を矯正できる。
一方、鋼板パス位置は、鋼板151の板厚変化、張力の変化、浴中ロール操作により、変化する。鋼板パス位置が変化すると、鋼板151は、表裏のノズルの一方に対して近づき、もう一方に対して遠ざかる。表裏のめっき付着量の目標値が同じとき、鋼板パスが移動しても、鋼板151が表ノズルと裏ノズルの中間になるようにノズル153の位置を制御することが必要になる。表裏のめっき付着量に意図的に差をつける、差厚めっきも考えられるが、このときは、表裏のめっき付着量目標値の違いを考慮した位置に、ノズル153を制御する必要がある。いずれにしても、表めっき付着量と裏めっき付着量のバランスを維持するためには、鋼板パスが移動するタイミングで、鋼板パスの移動量を正しく推定して、ノズル153の位置を鋼板パスが移動した量だけシフトすることが、必要である。

鋼板151に付着するめっき付着量と、板速、ノズル圧力、ノズルギャップ（ノズルと鋼板の距離）の関係は、例えば数式１で表される。数式１において，Ｐ，Ｄに鋼板の表面の値を入力すれば，鋼板表面のめっき付着量を，また，Ｐ，Ｄに鋼板の裏面の値を入力すれば，鋼板裏面のめっき付着量を計算できる。さらに，鋼板の表裏のＰを平均した値，および鋼板の表裏のＤを平均した値を入力することで，表裏を平均しためっき付着量のおよその値が計算できる。

本実施例では以下数式１を、めっき付着量予測モデルと称する。めっき付着量予測モデルとしては、この他にノズル高さや鋼板温度、溶融めっき浴の温度等を考慮する場合もある。前後の鋼板は溶接点156で溶接によりつなげられており、溶接点156は通常、めっき付着量目標値の切り替わり箇所と対応する。めっき付着量検出器155は実際に付着しているめっきの量を測定する装置で、鋼板151の表と裏のそれぞれについて鋼板151にどれくらいのめっきが付着しているかを検出して、出力する。本実施例では鋼板151の表と裏のそれぞれについて、幅方向に左側、中央、右側の３点の測定値が出力される場合（表裏で計６点）を例に、説明する。めっき付着量検出器155はノズル153から数十～百数十ｍ隔たったところに取り付けられ、さらに通常、鋼板を幅方向に移動し、平均処理を行った後、値を出力する。このため、ノズル位置のＰ、Ｖ、Ｄに対応しためっき付着量が計測できるまでに、通常、数十秒～２分を必要とする。

図１２に、めっき付着量制御装置100の構成を示す。めっき付着量制御装置100は、上位計算機140から、次に処理される鋼板151について、鋼板番号や、鋼種、板厚、板幅、めっき付着量の目標値等からなる指示情報を受け取り、さらにめっきプラント150からノズル153の圧力や位置、鋼板151の速度、めっき付着量検出器155で検出しためっき付着量実績等の実績情報を受け取り、これらから、めっき付着量予測モデル104を参照して、目標めっき付着量を実現するノズルの圧力や位置の指令を算出する制御部101を備え、さらに制御部101は、ノズル圧力制御部102とノズル位置制御部103を備えている。さらに、めっきプラント150から取込んだ実績情報から、溶接点156がノズル153の位置を通過したことを判定する溶接点通過判定部106、鋼板151の張力が変化したことを判定する張力変化判定部107、作業者により浴中ロール160が操作されたことを判定する浴中ロール操作判定部108、これら溶接点通過判定部106、張力変化判定部107、浴中ロール操作判定部108のいずれかの判定結果に従って、鋼板パスの移動量を推定する鋼板パス移動量推定部105を備えており、ノズル位置制御部103は、鋼板パス移動量推定部105の出力に従って、ノズル153の位置をシフトさせる機能を備えている。

以下、各部の機能を図に従って詳細に説明する。図２にめっき付着量制御装置100が上位計算機140から受け取る指示情報の例を示す。指示情報201は、次回処理される鋼板の鋼板番号、鋼種、板厚、鋼板長等の基本情報、制御の目標値等で構成され、鋼板が処理されるのに先立って、送られて来る。図２の指示情報の例では、鋼板番号、鋼種、板厚、板幅等の属性値、目標付着量、上限付着量、下限付着量等の制御指令値、ノズルギャップや浴中ロール位置等の制御の動作点が含まれている。実際にはこの他に、鋼板の化学組成や納め先、次工程の情報が含まれる場合もある。

図３に溶接点通過判定部106が実行する処理を示す。処理は溶接点156がノズル153の位置を通過したタイミングで開始され、その後、定周期（Δｔ）毎に処理を繰り返す。Ｓ3-1でトラッキングの値Ｌを初期化する。このフローチャートでＬは、めっき処理されている部位の鋼板先頭からの距離を示す。Ｓ3-2でめっきプラント150から鋼板151の板速をとりこむ。そして板速Ｖに計算周期Δｔを乗じた値をＬに加算し、新たにＬとする。Ｓ3-3でＬが指示情報201から取り込んだ鋼板長Ｌ２より大きいかどうかを判定する。大きくない場合には当該鋼板の処理が続いているのでΔｔ経過後、Ｓ3-2に戻り、Ｓ3-2～Ｓ3-3の処理を繰り返す。大きい場合には当該鋼板の処理を終えたことを示しているので、Ｓ3-4で鋼板パス移動量推定部105に対して、溶接点通過の判定結果を出力する。その後、Ｓ3-1に戻り、次の鋼板の処理を開始する。

図４に張力変化判定部107が実行する処理を示す。Ｓ4-1で、めっきプラント150から、浴中ロール160とトップロール161の間の鋼板151の張力を取込み、前回取込んだ値と比較する。比較結果に差がない場合は、張力変化が生じてないので、Ｓ4-1に戻り、Ｓ4-2～Ｓ4-3の処理を繰り返す。比較結果に差がある場合は、張力が変化しているので、Ｓ4-3で鋼板パス移動量推定部105に対して、張力が変化したとの判定結果を出力する。その後、Ｓ4-1に戻り、次回の張力変化を監視する。

図５に浴中ロール操作判定部108が実行する処理を示す。Ｓ5-1で、めっきプラント150から、浴中ロール160の位置を取込み、前回取込んだ値と比較する。ここで浴中ロールのうちの少なくとも１本は水平方向に移動可能で、浴中ロール位置とは、移動可能なロールの水平方向の位置、あるいは浴中ロール２本の上下方向の重なり量であるインターメッシュ量である。
比較結果に差がない場合は、浴中ロール160が操作されていないので、Ｓ5-1に戻り、Ｓ5-2～Ｓ5-3の処理を繰り返す。比較結果に差がある場合は、浴中ロール160が操作され、位置が変化したことを示しているので、Ｓ5-3で鋼板パス移動量推定部105に対して、浴中ロールが操作されたとの判定結果を出力する。その後、Ｓ5-1に戻り、次回の浴中ロール操作を監視する。

図６に鋼板パス移動量推定部105が実行する処理を示す。まずＳ6-1で、起動要因を判定する。起動要因とは鋼板151の位置の移動原因で、本実施例では、溶接点156の通過、鋼板151の張力の変化、浴中ロール160の操作のいずれかで、溶接点通過判定部106、張力変化判定部107、浴中ロール操作判定部108からの信号を用いて判定される。溶接点通過判定部106から溶接点通過の信号を受信したと判定したときは、S6-2に進み、板厚が変化したときの鋼板パス移動量を算出し、制御部101のノズル位置制御部103に出力する。板厚の変化に伴う鋼板パス移動量ΔPos_thは、たとえば、数式２で算出する。

数式２の右辺第１項は、板厚変化後の鋼板パス位置、右辺第２項は、板厚変化前の鋼板パス位置で、それぞれ板厚、浴中ロールの位置、鋼板の降伏強度、鋼板張力の関数で表される。溶接点の通過で板厚と鋼種が変化するので、この変化に対応した鋼板パス位置の変化ΔPos_thが、第１項と第２項の差で計算できる。鋼板の降伏強度は、鋼板の引っ張り強度や硬度で代替することも可能である。S6-1で張力変化判定部107から張力変化の信号を受信したと判定したときは、S6-3に進み、張力が変化したときの鋼板パス移動量を算出し、制御部101のノズル位置制御部103に出力する。張力の変化に伴う鋼板パス移動量ΔPos_tenは、たとえば、数式３で算出する。

数式３の右辺第１項は、張力変化後の鋼板パス位置、右辺第２項は、張力変化前の鋼板パス位置で、それぞれ板厚、浴中ロールの位置、鋼板の降伏強度、鋼板張力の関数で表される。張力がTENpreからTENcurに変化するので、この変化に対応した鋼板パス位置の変化ΔPos_tenが、第１項と第２項の差で計算できる。張力変化によるパス移動量ΔPos_tenは、数式４のように張力の変化量を用いた数式で求めることも考えられる。

S6-1で張力変化判定部107から浴中ロール操作判定部108から浴中ロール160が操作された信号を受信したと判定したときは、S6-4に進み、浴中ロール位置が変化したときの鋼板パス移動量を算出し、制御部101のノズル位置制御部103に出力する。浴中ロール位置の変化に伴う鋼板パス移動量ΔPos_crollは、たとえば、数式５で算出する。

数式５の右辺第１項は、浴中ロール操作後の鋼板パス位置、右辺第２項は、浴中ロール操作前の鋼板パス位置で、それぞれ板厚、浴中ロールの位置、鋼板の降伏強度、鋼板張力の関数で表される。浴中ロール位置がCpreからCcurに変化するので、浴中ロール位置の変化に対応した鋼板パス位置の変化ΔPos_crollが、第１項と第２項の差で計算できる。浴中ロール位置の変化によるパス移動量ΔPos_tenは、数式６のように浴中ロール位置の移動量を用いた数式で求めることも考えられる。

図７に制御部101が備えたノズル位置制御部103の処理を示す。ノズル位置制御部103は、上位計算機140から受け取る鋼板151に関する指示情報201にしたがって、目標付着量を得るために適したノズル位置を設定するプリセット制御、鋼板パス移動量推定部105から鋼板パス位置の移動情報を取り込み、対応した値だけ表ノズルと裏ノズルからなるノズル153を平行移動するノズルシフト制御、めっき付着量検出器155から取り込んだ実績付着量から表裏や幅方向の付着量のアンバランスを検出し、これらを均一化する方向にノズル位置を変更するフィードバック制御の、３つの機能を備えている。まずS7-1で起動要因を判定し、プリセット制御、ノズルシフト制御、フィードバック制御のいずれを実行するか決定する。起動要因は、いずれもめっきプラント150から取り込んだ実績情報から判定でき、たとえば、プリセット制御は溶接点156のノズル位置通過、ノズルシフト制御は鋼板パス移動量推定部105からの鋼板パス位置の移動情報の受信、フィードバック制御はめっき付着量検出器155からの新たな付着量の検出を、それぞれの起動要因とすれば良い。プリセット制御が起動されたときは、S7-2で指示情報201から、次鋼板のノズルギャップＤnを取り込む。S7-3でめっきプラント150からの実績情報として、現鋼板に対して制御しているノズル位置Ｄc1～Ｄc4を取り込む。本実施例では、ノズル位置を制御するためのアクチュエータを、表裏ノズルそれぞれについて、左右に各１つずつ、計４つ備える場合を例に説明する。すなわち表ノズルの右側のノズル位置をＤc1、左側をＤc2、裏ノズルの右側ノズル位置をＤc3、左側をＤc4とする。S7-4で次鋼板のノズル位置Ｄn1～Ｄn4を、数式７～数式１０にしたがって算出し、めっきプラント150に出力する。数式７～数式１０の各パラメータ（Ｄc：現鋼板に対する移動前のノズル位置、Ｄn：次鋼板に対する移動後のノズル位置）は、図１３を参照。

本実施例では、プリセット制御の起動要因を溶接点156がノズル位置を通過したタイミングとしたが、ノズルの移動に要する時間を考え、前もって計算しておきたい場合もある。このときは、溶接点156が浴中ロール160を通過したタイミングにしても良いし、ノズル位置通過５秒前のような設定も可能である。

一方、起動要因が鋼板パス位置の移動のときは、ノズルシフト制御が行われる。S7-5で現在のノズル位置（現鋼板に対するノズル位置Ｄc1～Ｄc4）を取り込む。さらにS7-6で鋼板パス移動量推定部105から鋼板パス移動量ΔＤpを取り込む。S7-7で数式１１～数式１４にしたがって、ノズル153を動作させる各アクチュエータをΔＤpだけそれぞれ移動させ、表裏ノズルを平行移動させる演算を行う。すなわち、表ノズル位置からΔＤpを減じ、表ノズル位置にΔＤpを加算することで、各ノズル位置の指令値Ｄn1～Ｄn4を算出し、めっきプラント150に出力することで、表裏のノズル153をΔＤpだけ、平行移動する。

起動要因がフィードバック制御の時には、S7-8で、めっき付着量検出器155からめっき付着量の実績値を取り込む。本実施例では、めっき付着量として、鋼板151の表裏それぞれで中央と両端の３点、計６点を検出する場合を例に説明する。ここで６点の検出値を、以下のように定義する。
・ＴＬ：鋼板の表面左側の付着量
・ＴＣ：鋼板の表面中央の付着量
・ＴＲ：鋼板の表面右側の付着量
・ＢＬ：鋼板の裏面左側の付着量
・ＢＣ：鋼板の裏面中央の付着量
・ＢＲ：鋼板の裏面右側の付着量
S7-9で、表裏および幅方向の付着量アンバランスを算出する。アンバランスは、たとえば数式１５，数式１６で算出する。数式１５，数式１６の各パラメータは、図１４を参照。

本発明で、めっき付着量検出器155はいわゆる３点スキャン方式でめっき付着量を計測している。すなわち、めっき付着量検出器155が幅方向に移動してめっき付着量を検出する際、左側、中央、右側の３箇所で一旦停止して付着量を検出し、鋼板151の表面と裏面のそれぞれについて、幅方向に左側、中央、右側の３点の測定値を出力する。つまり、前記したように、表裏で計６点の測定値（ＴＬ、ＴＣ、ＴＲ、ＢＬ、ＢＣ、ＢＲ）が出力される。
加えて通常は、両面平均（上記６点の平均値）、表平均（ＴＬ、ＴＣ、ＴＲの平均値）、裏平均（ＢＬ、ＢＣ、ＢＲの平均値）も出力され、この場合、たとえば、表平均と裏平均を用いて、数式１５のＵ値を算出することもできる。
一般のめっき付着量検出器の動作としては、３点スキャン方式の他に、全スキャン方式（めっき付着量検出器155は幅方向に連続移動して、めっき付着量を検出）が使用される場合もある。この場合でも、ＴＬ、ＴＣ、ＴＲ、ＢＬ、ＢＣ、ＢＲの近傍で検出した値を用いて計算することで、本発明をそのまま適用できる。

そしてS7-10で、数式１７～数式２０にしたがって、このアンバランスを解消する方向のノズル位置を算出し、めっきプラント150に出力する。

溶接点156の通過で鋼板151の板厚が変化するので、プリセット制御とノズルシフト制御が同時に起動されることが考えられる。その場合でも、S7-2～S7-4とS7-5～S7-7を順に実行して、結果を積算すれば良い。あるいは数式２１～数式２４のように、数式１５，数式１６と、数式１７～数式２０とを重畳してノズル位置指令値を算出することも考えられる。

いずれにしても、本発明をそのまま適用できる。

図８に制御部101が備えたノズル圧力制御部102の処理を示す。ノズル圧力制御部102は、次鋼板に対して、指示情報201で指示されためっき付着量目標値を実現するノズル圧力を計算するプリセット制御、鋼板151の板速の変更等の状態変化を取り込み、めっき付着量に及ぼす影響を補償するノズル圧力の修正量を算出するフィードフォワード制御、めっき付着量検出器155で検出しためっき付着量実績値と目標付着量が偏差を有していたとき、この偏差を低減するためのノズル圧力の修正量を算出するフィードバック制御の、３つの機能を備えている。S8-1で起動要因を判定し、プリセット制御、フィードフォワード制御、フィードバック制御のいずれを実行するか決定する。起動要因は、いずれもめっきプラント150から取り込んだ実績情報から判定でき、たとえば、プリセット制御は溶接点156のノズル位置通過、フィードフォワード制御は鋼板151の速度変化、フィードバック制御はめっき付着量検出器155からの新たな付着量の検出を、それぞれの起動要因とすれば良い。プリセット制御が起動されたときは、S8-2で、めっきプラント150から現在の板速Ｖcを取り込む。S8-3で、指示情報201から次鋼板のめっき目標付着量を取り込む。S8-4でノズル位置制御部から、次鋼板のノズル位置設定値を取り込む。次鋼板のノズル位置設定値の代わりに、指示情報から取り込んだ次鋼板のノズルギャップを用いても良い。S8-5でめっき付着量予測モデルを参照し、取り込んだ値を用いて数式２５により、ノズル圧力のプリセット値を算出して、ノズル153の操作量として、出力する。

フィードフォワード制御が起動されたときは、S8-6で、めっきプラント150から変更前と変更後の板速を取り込む。そしてS8-7で、数式２６により、速度変更を補償するノズル圧力修正量を算出し、現在のノズル圧力を補正する。影響係数とは、めっき付着量を単位量増減させるのに必要なノズル圧力と速度の比率である。

起動要因がフィードバック制御の時には、S8-8で、めっき付着量検出器155からめっき付着量の実績値を取り込む。S8-9で指示情報201から取り込んだ目標付着量Ｗnから偏差を算出し、Ｓ8-10で偏差を解消するノズル圧力を算出し、操作量としてノズル153に出力する。具体的には、数式２７にしたがった計算式で、現在のノズル圧力を補正する。影響係数とは、めっき付着量を単位量変化させるのに必要なノズル圧力の変化量である。

以上のように、制御部101はノズル圧力制御部102とノズル位置制御部103を備えることにより、鋼板151に付着するめっきを目標値に制御できるとともに、鋼板151のパス移動に追従してノズル位置を制御できるので、ノズル153と鋼板151が接触するリスクを除去できると共に、表裏のめっき付着量バランスを維持できる。

本実施例では、ノズル圧力制御部102のフィードフォワード制御の起動要因として、鋼板151の速度変化を例に示したが、この他に、めっき付着量の目標値を操業者が手動で補正したり、鋼板151の板厚変化が原因で、鋼板151とノズル153の距離が変わったことを要因として起動することも考えられる。この場合でも、同様の手法でフィードフォワード制御を実施できる。また本実施例では、フィードバック制御におけるめっき付着量の両面和の制御をノズル圧力で行う例を示したが、圧力を変化させることなくノズル位置の変更（ノズルの開閉）で行うことも可能である。この場合でも、本実施例で示した鋼板パス移動推定部の処理を、そのまま適用できる。

次に、本発明の第２の実施例として、ノズル153と鋼板151の許容される最小距離を入力する許容ノズルギャップ入力部を備えた構成を示す。図９でユーザは許容ノズルギャップ入力部903から、ノズル153と鋼板151の許容される最小距離である許容ノズルギャップを入力する。許容ノズルギャップは、鋼板151の厚み、鋼板端部の形状、反り、ばたつきの振幅等を考慮して、鋼板151とノズル153が接触しない値が入力される。一般に、溶接点近傍は鋼板151の形状が悪いことから、ノズルギャップを溶接点通過前に多少大きな値にし、溶接点通過後に元の値に戻すことも考えられる。あるいは、操業の動作点として一定以上のノズル圧力でめっきを付着することを目的に、決められる場合もある。許容ノズルギャップ入力部903は例えばめっき付着量制御装置100に備えられたＨＭＩ（Human Machine Interface）画面であり、であり、ユーザは画面に表示されている許容ノズルギャップの値を変更することで、所望の許容ノズルギャップを入力する。入力された許容ノズルギャップはノズル位置制御部902に送信され、ノズル位置制御部902は許容ノズルギャップを考慮して、ノズル位置の制御を行う。

図１０にノズル位置制御部902が実行する処理を示す。S10-1～S10-10は、図７のS7-1～S7-10と同様なので、省略する。起動要因にしたがって、プリセット、鋼板パス位置の移動、フィードバックの処理を終えると、S10-11で許容ノズルギャップが満足されているかどうかを判定する。判定は、数式１７～数式２０、数式２１～数式２４のＤn1、Ｄn2、Ｄn3、Ｄn4と、許容ノズルギャップＤlimに対して、数式２８に従って行う。

図１１は数式２８のノズル中心位置を説明する模式図である。図１１は、図１のノズル153の板幅方向の位置を同一と考えた簡易図で、ノズル位置と鋼板パス位置の関係を示している。表ノズル1101の位置Ｄｔと裏ノズル1102の位置Ｄｂは零点を基準とした変位で、鋼板151と表ノズル1101の距離は図のＤ’t、鋼板151と裏ノズル1102の距離はＤ’bである。数式２８の(Ｄn1＋Ｄn2－Ｄn3－Ｄn4)/４は、図１１のＤpと対応しており、これを各ノズル位置Ｄn1～Ｄn4から差し引いたＤm1～Ｄm4が、各ノズル位置と鋼板151の距離と対応する。ＤminはＤm1、Ｄm2、Ｄm3、Ｄm4の中の最小の値なので、これがＤlim以上であれば、許容ノズルギャップはＯＫと判断され、処理を終了する。ＤminがＤlimより小さいときは、S10-12でノズルギャップ補正処理を行う。すなわち、ＤminがＤlim以上となるように、数式２９～数式３２により、各ノズル位置を補正し、新たなＤn1～Ｄn4を算出する。

各ノズル位置に（Ｄlim－Ｄmin）を加算することで、Ｄn1～Ｄn4最小の値がＤlimとなり、すべてのノズル位置が許容ノズルギャップ以上の値となる。本実施例によれば、 最も鋼板に接近したノズル位置であっても許容ノズルギャップＤlim以上となるので、ノズル153と鋼板151の接触リスクを低減できる。また操業の動作点として、ノズル153と鋼板151を一定距離を保って操業したいとき、Ｄlimをこの距離に設定すれば、容易に実現できる。

鉄鋼のプロセッシングラインにおけるめっき付着量制御に、広く適用することができる。

１００ めっき付着量制御装置
１０１ 制御部
１０２ ノズル圧力制御部
１０３ ノズル位置制御部
１０４ めっき付着量予測モデル
１０５ 鋼板パス移動量推定部
１０６ 溶接点通過判定部
１０７ 張力変化判定部
１０８ 浴中ロール操作判定部
１４０ 上位計算機
１５０ めっきプラント
１５１ 鋼板
１５３ ノズル
１５５ めっき付着量検出器
１５６ 溶接点
９０１ 制御部
９０２ ノズル位置制御部
９０３ 許容ノズルギャップ入力部

Claims (10)

1. 連続的に送られてくる鋼板を溶融めっき浴の浴槽に浸し、前記鋼板に溶融めっき浴を付着させ、前記浴槽から引き上げた後に鋼板の表裏に備えられた表ノズルと裏ノズルから前記鋼板にガスを吹き付け、過剰に付着した溶融めっき浴を除去することで鋼板に所望の厚みの溶融めっき浴を付着させるめっきプラントを制御するめっき付着量制御装置において、
   板速、ノズル圧力、ノズルと鋼板の距離と、鋼板に付着するめっき付着量の関係を記述しためっき付着量予測モデルと、
   前記めっき付着量予測モデルを参照して鋼板に付着するめっき付着量が所望の値になるように、ノズル圧力とノズル位置の少なくとも一方を制御する制御部と、
   前記鋼板のつなぎ目である溶接点を介した前記鋼板の板厚切替わりを判定する第１判定部と、前記鋼板の張力を判定する第２判定部と、前記浴槽で前記鋼板を支持する浴中ロールの位置を判定する第３判定部とから、それぞれ判定結果を受け、少なくとも１つの判定結果が変化したときの、前記鋼板のノズル高さにおける通過位置である鋼板パス位置の移動量を推定し、前記制御部に出力する鋼板パス移動量推定部を備え、
   前記制御部は、前記鋼板パス移動量推定部から出力された前記鋼板パス位置の移動量だけノズル位置をシフトさせること
   を特徴とするめっき付着量制御装置。
2. 前記溶接点が前記めっきプラントの特定位置を通過したことを判定する溶接点通過判定部と、
   前記鋼板の張力が変化したことを判定する張力変化判定部と、
   前記浴中ロールが操作されたことを判定する浴中ロール操作判定部の少なくともひとつ以上を備え、
   前記鋼板パス移動量推定部は、溶接点通過判定部、張力変化判定部、浴中ロール操作判定部のいずれかの判定結果にしたがって起動され、鋼板パス位置の移動量を推定すること
   を特徴とする請求項１に記載のめっき付着量制御装置。
3. 前記鋼板パス移動量推定部は、
   前記溶接点通過判定部により起動されたときは、溶接で連結されたふたつの鋼板の板厚の情報と、溶接で連結されたふたつの鋼板の強度の情報と、前記浴中ロール位置の情報と、前記鋼板の張力の情報とのうちの１つ以上の情報を用いた演算で前記鋼板パス位置の移動量を推定し、
   前記張力変化判定部により起動されたときは、鋼板の張力変化量の情報と、板厚の情報と、強度の情報、前記浴中ロール位置の情報とのうちの１つ以上の情報を用いた演算で前記鋼板パス位置の移動量を推定し、
   前記浴中ロール操作判定部により起動されたときは、操作前の浴中ロール位置の情報と、操作後の浴中ロール位置の情報と、鋼板の板厚の情報と、強度の情報と、張力の情報とのうちの１つ以上の情報を用いた演算で前記鋼板パス位置の移動量を推定すること
   を特徴とする請求項２に記載のめっき付着量制御装置。
4. 前記制御部はノズル位置を制御するノズル位置制御部を備え、
   前記ノズル位置制御部は、鋼板パス移動量推定部が出力した前記鋼板パス位置の移動量に対応した値だけ、前記表ノズルと裏ノズルの位置を前記鋼板パス位置の変化方向に平行移動すること、
   を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のめっき付着量制御装置。
5. めっき付着量制御装置は、前記ノズルと前記鋼板の許容される最小距離を入力する許容ノズルギャップ入力部を備え、
   前記ノズル位置制御部は、ノズル位置の制御指令算出後、このノズル位置の制御指令を算出したときの、前記表ノズルと裏ノズルの各部位の中で前記鋼板に最も近接する箇所を特定するとともに、この部位と鋼板との距離を第１の距離として算定し、
   前記第１の距離が前記許容ノズルギャップ入力部から入力された最小距離より小さいときは、最小距離から第１の距離を減じた第２の距離をノズル位置の制御指令に加算して出力し、
   前記第１の距離が前記許容ノズルギャップ入力部から入力された最小距離より小さくないときは、ノズル位置の制御指令をそのまま出力すること、
   を特徴とする請求項４に記載のめっき付着量制御装置。
6. 連続的に送られてくる鋼板を溶融めっき浴の浴槽に浸し、前記鋼板に溶融めっき浴を付着させ、前記浴槽から引き上げた後に鋼板の表裏に備えられた表ノズルと裏ノズルから前記鋼板にガスを吹き付け、過剰に付着した溶融めっき浴を除去することで鋼板に所望の厚みの溶融めっき浴を付着させるめっき付着量制御方法であって、
   めっき付着量制御装置は、めっき付着量予測モデルと、制御部と、鋼板パス移動量推定部を備えており、
   
   前記めっき付着量予測モデルは、板速、ノズル圧力、ノズルと鋼板の距離と、鋼板に付着するめっき付着量の関係を記述したものであり、
   前記制御部は、前記めっき付着量予測モデルを参照して鋼板に付着するめっき付着量が所望の値になるように、ノズル圧力とノズル位置の少なくとも一方を制御し、
   前記鋼板パス移動量推定部は、前記鋼板のつなぎ目である溶接点を介した前記鋼板の板厚切替わりを判定する第１判定部と、前記鋼板の張力を判定する第２判定部と、前記浴槽で前記鋼板を支持する浴中ロールの位置を判定する第３判定部とから、それぞれ判定結果を受け、少なくとも１つの判定結果が変化したときの、前記鋼板のノズル高さにおける通過位置である鋼板パス位置の移動量を推定し、前記制御部に出力し、
   前記制御部は、前記鋼板パス移動量推定部から出力された前記鋼板パス位置の移動量だけノズル位置をシフトさせること
   を特徴とするめっき付着量制御方法。
7. 前記めっき付着量制御装置は、
   前記溶接点が前記めっきプラントの特定位置を通過したことを判定する溶接点通過判定部と、
   前記鋼板の張力が変化したことを判定する張力変化判定部と、
   前記浴中ロールが操作されたことを判定する浴中ロール操作判定部の少なくともひとつ以上を備え、
   前記鋼板パス移動量推定部は、溶接点通過判定部、張力変化判定部、浴中ロール操作判定部のいずれかの判定結果にしたがって起動され、鋼板パス位置の移動量を推定すること
   を特徴とする請求項６に記載のめっき付着量制御方法。
8. 前記鋼板パス移動量推定部は、
   前記溶接点通過判定部により起動されたときは、溶接で連結されたふたつの鋼板の板厚の情報と、溶接で連結されたふたつの鋼板の強度の情報と、前記浴中ロール位置の情報と、前記鋼板の張力の情報とのうちの１つ以上の情報を用いた演算で前記鋼板パス位置の移動量を推定し、
   前記張力変化判定部により起動されたときは、鋼板の張力変化量の情報と、板厚の情報と、強度の情報、前記浴中ロール位置の情報とのうちの１つ以上の情報を用いた演算で前記鋼板パス位置の移動量を推定し、
   前記浴中ロール操作判定部により起動されたときは、操作前の浴中ロール位置の情報と、操作後の浴中ロール位置の情報と、鋼板の板厚の情報と、強度の情報と、張力の情報とのうちの１つ以上の情報を用いた演算で前記鋼板パス位置の移動量を推定すること
   を特徴とする請求項７に記載のめっき付着量制御方法。
9. 前記制御部はノズル位置を制御するノズル位置制御部を備え、
   前記ノズル位置制御部は、鋼板パス移動量推定部が出力した前記鋼板パス位置の移動量に対応した値だけ、前記表ノズルと裏ノズルの位置を前記鋼板パス位置の変化方向に平行移動すること、
   を特徴とする請求項６ないし請求項８のいずれか１項に記載のめっき付着量制御方法。
10. 前記めっき付着量制御装置は、前記ノズルと前記鋼板の許容される最小距離を入力する許容ノズルギャップ入力部を備え、
    前記ノズル位置制御部は、ノズル位置の制御指令算出後、このノズル位置の制御指令を算出したときの、前記表ノズルと裏ノズルの各部位の中で前記鋼板に最も近接する箇所を特定するとともに、この部位と鋼板との距離を第１の距離として算定し、
    前記第１の距離が前記許容ノズルギャップ入力部から入力された最小距離より小さいときは、最小距離から第１の距離を減じた第２の距離をノズル位置の制御指令に加算して出力し、
    前記第１の距離が前記許容ノズルギャップ入力部から入力された最小距離より小さくないときは、ノズル位置の制御指令をそのまま出力すること
    を特徴とする請求項９に記載のめっき付着量制御方法。

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