JP7178920B2 - プラント制御装置および圧延制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラント制御装置および圧延制御装置に関する。

圧延機等のプラントにおいては、製品品質や操業効率の向上等を目的として種々の制御が行われている。このようなプラントでは、例えば、製品品質の指標となる状態量（製品の寸法など）をできる限り一定にたもつため、複数の制御手段の中から上記状態量が最適となるような制御手段を選択しながら操業が行われる。

例えば、被圧延材を圧延する圧延機においては、被圧延材を送出したり巻取るためにテンションリールを用い、送出した被圧延材を一対のロール間に通すことで圧延する。このような圧延機では、ロール対の間隔を制御する板厚制御とテンションリールの速度を制御する板厚制御、テンションリールから被圧延材を送り出す速度を調整する張力制御とロール対の間隔を制御する張力制御のような複数の制御系を用い、これら複数の制御系の中から最適な制御系を適宜選択することで安定した板厚が得られるように調整される（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４－１１３６２９号公報

上述したような従来の圧延機では、最適な制御系を選択するに際し、圧延中のロール対の間隔に外乱を与えて板厚変動および張力変動を意図的に発生させ、それらの応答に基づき制御系を選択する。

しかしながら、ロールの温度や、ロールと被圧延材との摩擦などの種々の要因で圧延中においても変動する板厚については、板厚変動が生じる上記外乱を頻繁に与えることは品質確保の観点から好ましくない。このため、通常は運転当初に選択した制御系を継続して用いる必要があり、同じ圧延工程内で発生する板厚変動を十分に制御することができないという不都合がある。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、外乱を加えることなく、出側板厚偏差などの状態量が最適となる制御態様を選択することが可能なプラント制御装置および圧延制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するためになされた発明は、
プラントの運転を制御するプラント制御装置であって、
同一の状態量を制御するために、いずれか１つを選択して用いる複数の制御手段と、
これらの制御手段を互いに切り替えることにより生じる、推定される状態量の変化量を用いて切り替え後の前記状態量を予測すると共に、この予測された状態量が最適となるように、前記複数の制御手段による制御のうちのいずれか１つの制御態様を選択する制御態様選択手段と、
を備えていることを特徴とするプラント制御装置、である。

また、上記課題を解決するためになされた別の発明は、
ロール対で被圧延材を圧延する圧延機の制御を行う圧延制御装置であって、
圧延された前記被圧延材の板厚に基づき前記ロール対におけるロール間の間隔を制御する圧下板厚制御手段と、前記圧延機に挿入される前記被圧延材の張力に基づき前記圧延機に前記被圧延材を送り出すテンションリールのトルクを一定値に制御する張力制御手段と、からなる第１の制御手段と、
圧延された前記被圧延材の板厚に基づき前記ロール対におけるロール間の間隔を制御する圧下板厚制御手段と、前記圧延機に挿入される前記被圧延材の張力に基づき前記テンションリールから送り出される前記被圧延材の速度を制御する速度張力制御手段と、からなる第２の制御手段と、
前記圧延機に挿入される前記被圧延材の張力に基づき前記ロール対におけるロール間の間隔を制御する圧下張力制御手段と、圧延された前記被圧延材の板厚に基づき前記テンションリールから送り出される前記被圧延材の速度を制御する速度板厚制御手段と、からなる第３の制御手段と、
これら第１から第３の制御手段を互いに切り替えることにより生じる、推定される減衰率の変化量を用いて出側板厚偏差を予測すると共に、この予測された出側板厚偏差が最も小さくなるように、前記第１の制御手段による制御、前記第２の制御手段による制御、および前記第３の制御手段による制御のうちのいずれか１つの制御態様を選択する制御態様選択手段と、を備えていることを特徴とする圧延制御装置、である。

なお、本明細書において「減衰率」とは、出側板厚偏差を入側板厚偏差で除した値を意味する。「入側」とは被圧延材が圧延機に向かって送り出される側（圧延機の上流側）を意味し、「出側」とは被圧延材が圧延機から送り出される側（圧延機の下流側）を意味する。「偏差」とは、設定値や予測値と、実測値（実績値）との差分を意味する。

本発明は、外乱を加えることなく、出側板厚偏差などの状態量が最適となる制御態様を選択することが可能なプラント制御装置および圧延制御装置を提供することができる。

本発明の一実施形態を示す概略的ブロック図である。 図１の入側ＴＲ速度指令部を示す概略図である。 図１の入側ＴＲ制御部を示す概略図である。 図１の圧下板厚制御部、速度板厚制御部、速度張力制御部、および圧下張力制御部を示す概略図である。 図１の制御方法選択部を示す概略図である。 図５の制御態様選択部を示す概略的ブロック図である。 図６の制御効果測定部を示す概略図である。 図６の制御効果測定部の処理例を示す概略図である。 図６の減衰量予測部を示す概略図である。 制御方法切替え時の減衰率の変化を説明するための概略図である。 図６の制御系選択判定部を示す概略図である。 図６の学習データ作成部を示す概略図である。 図１２の学習データの一例を示す概略図である。 図５の制御出力選択部を示す概略図である。 ハードウェアの構成を示す概略的ブロック図である。

［プラント制御装置］
本発明のプラント制御装置は、プラントの運転を制御するプラント制御装置であって、同一の状態量を制御するために、いずれか１つを選択して用いる複数の制御手段と、これらの制御手段を互いに切り替えることにより生じる、推定される状態量の変化量を用いて切り替え後の上記状態量を予測すると共に、この予測された状態量が最適となるように、上記複数の制御手段による制御のうちのいずれか１つの制御態様を選択する制御態様選択手段と、を備えていることを特徴とする。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明するが、本発明は、当該図面に記載の実施形態にのみ限定されるものではない。なお、ここでは、プラントが圧延装置であり、プラント制御装置が圧延制御装置であるものを例示して説明する。

圧延装置は、図１に示すように、概略的に、圧延機１と、入側テンションリール２（以下、「入側ＴＲ２」ともいう）と、出側テンションリール３（以下、「出側ＴＲ３」ともいう）と、圧延制御装置１１とにより構成されている。

圧延機１は、上作業ロールＲ１（以下、単に「ロールＲ１」ともいう）と下作業ロールＲ２（以下、単に「ロールＲ２」ともいう）とからなるロール対Ｒを有しており、圧延制御装置１１における後述のロールギャップ制御部２１およびミル速度制御部３１からの信号を受信し、所定の周速度で回転するロール対Ｒにおけるロール（上作業ロールＲ１および下作業ロールＲ２）間の間隔（以下、「ロールギャップ」ともいう）を調整することでロール間を通過する被圧延材ｍを圧延する。

入側ＴＲ２および出側ＴＲ３は、それぞれ圧延制御装置１１における後述の入側ＴＲ制御部４２、出側ＴＲ制御部５２からの信号を受信し、入側ＴＲ２および出側ＴＲ３に設けられた電動機（不図示）を用いて入側ＴＲ２では被圧延材ｍを圧延機１に送り出し、出側ＴＲ３では圧延機１にて圧延された被圧延材ｍを巻き取る。

ここで、ロール対Ｒを用いた圧延機１における被圧延材ｍの出側板厚偏差の変動原因について説明する。圧延された被圧延材ｍの板厚は製品品質上重要であるため、板厚制御が実施される。この制御では、出側板厚計ａ２にて検出された被圧延材ｍの板厚の実績値を用い、例えば、ロールギャップ制御部２１により上・下作業ロールＲ１、Ｒ２間のロールギャップを操作することで出側の被圧延材ｍの板厚が調整される。

上述の出側板厚偏差の変動原因としては、例えば、ロールＲ１、Ｒ２の真円度、ロール対Ｒの温度、ロール対Ｒと被圧延材ｍとの摩擦、被圧延材ｍの硬さ、コイルのロット差等が挙げられる。例えば、ロールＲ１、Ｒ２が真円でないと、ロールＲの回転に伴う規則的な出側板厚偏差が発生する。一方、上記摩擦は、圧延時にロール対Ｒと被圧延材ｍとに噴射されるクーラントの冷却状態にも関連し、このクーラントによる冷却状態が常に変化するため、出側板厚偏差は不規則的に時々刻々と変動する。

以下、本発明の圧延制御装置について図面を参照して説明する。なお、以下の実施形態では、テンションリール（入側ＴＲ２および出側ＴＲ３）を用いる代表的な圧延機であるシングルスタンド圧延機について例示する。

［圧延制御装置］
当該圧延制御装置は、ロール対で被圧延材を圧延する圧延機の制御を行う圧延制御装置であって、
圧延された上記被圧延材の板厚に基づき上記ロール対におけるロール間の間隔を制御する圧下板厚制御手段と共に、上記圧延機に挿入される上記被圧延材の張力に基づき上記圧延機に上記被圧延材を送り出すテンションリールのトルクを一定値に制御する張力制御手段（この制御方法を、以下、「制御方法（Ａ）」ともいう）と、
圧延された上記被圧延材の板厚に基づき上記ロール対におけるロール間の間隔を制御する圧下板厚制御手段と共に、上記圧延機に挿入される上記被圧延材の張力に基づき上記テンションリールから送り出される上記被圧延材の速度を制御する速度張力制御手段（この制御方法を、以下、「制御方法（Ｂ）」ともいう）と、
上記圧延機に挿入される上記被圧延材の張力に基づき上記ロール対におけるロール間の間隔を制御する圧下張力制御手段と共に、圧延された上記被圧延材の板厚に基づき上記テンションリールから送り出される上記被圧延材の速度を制御する速度板厚制御手段（この制御方法を、以下、「制御方法（Ｃ）」ともいう）と、
これらの制御手段を互いに切り替えることにより生じる、推定される減衰率の変化量を用いて出側板厚偏差を予測すると共に、この予測された出側板厚偏差が最も小さくなるように、上記圧下板厚制御手段と張力制御手段とによる制御、上記圧下板厚制御手段と速度張力制御手段とによる制御、および上記圧下張力制御手段と速度板厚制御手段とによる制御のうちのいずれか１つの制御態様を選択する制御態様選択手段と、を備えていることを特徴とする。

当該圧延制御装置１１は、ロール対Ｒで被圧延材ｍを圧延する圧延機１の制御を行う圧延制御装置であり、上述した張力制御手段、速度張力制御手段、速度板厚制御手段、および制御態様選択手段が行う制御方法（Ａ）～（Ｃ）を実行するため、具体的には、例えば、図１に示すように、ロールギャップ制御部２１と、ミル速度制御部３１と、入側ＴＲ速度指令部４１と、入側張力設定部４３と、出側張力設定部５３と、入側張力電流変換部４４と、出側張力電流変換部５４と、入側ＴＲ制御部４２と、出側ＴＲ制御部５２と、入側張力制御部４６と、出側張力制御部５６と、圧下板厚制御部６１と、速度板厚制御部６２と、速度張力制御部６３と、圧下張力制御部６４と、ミル速度設定部８１と、制御方法選択部７１（制御態様選択部７１１および制御出力選択部７１２）と、により構成することができる。なお、当該圧延制御装置１１は、これらの具体的構成にのみ限定されるものではない。

ロールギャップ制御部２１は、上・下作業ロールＲ１、Ｒ２間のロールギャップを制御する。
ミル速度制御部３１は、圧延機１の速度(上・下作業ロールＲ１、Ｒ２の周速度)を制御する。このミル速度制御部３１は、圧延の際、ミル速度設定部８１から出力された速度指令を受信して圧延機１の速度(上・下作業ロールＲ１、Ｒ２の周速度)を一定とするような制御を実施する。

入側ＴＲ速度指令部４１は、図２に示すように、オペレータの手動操作によりミル速度設定部８１にて決定したミル速度Ｖ_ＭＩＬＬと圧延機入側後進率ｂとを用いて基準速度設定部８２が作成した入側ＴＲ速度Ｖ_ＥＴＲと、制御方法選択部７１からの入側ＴＲ速度変更量△Ｖと、を用い、入側ＴＲ速度指令Ｖ_{ＥＴＲｒｅｆ}を作成してこれを入側ＴＲ制御部４２に出力する。

入側ＴＲ制御部４２は、電流指令に応じてトルク一定制御（電流一定制御）を行う運転モード（トルク一定制御モード）と、速度指令に応じて速度一定制御を行う運転モード（ＴＲ速度一定制御モード）とを有し、入側ＴＲ速度指令部４１からの入側ＴＲ速度指令Ｖ_{ＥＴＲｒｅｆ}と、入側張力電流変換部４４からの電流指令Ｉ_{ＥＴＲｓｅｔ}と、制御方法選択部７１からの指令とに応じ、上記トルク一定制御モードとＴＲ速度一定制御モードとを切り替えて入側ＴＲ２への電流を出力する。ここで、入側ＴＲ２はテンションリールとそれを動かすための電動機（不図示）とより構成されており、入側ＴＲ２へ出力する電流とは、電動機への電流を意味する。

入側ＴＲ制御部４２は、図３に示すように、具体的には、速度指令Ｖ_{ＥＴＲｒｅｆ}と速度実績Ｖ_{ＥＴＲｆｂ}とが一致するように、電動機への電流指令Ｉ_{ＥＴＲｒｅｆ}を作成するＰ制御４２１およびＩ制御４２２と、作成された電流指令Ｉ_{ＥＴＲｒｅｆ}と入側ＴＲ２の電動機に流れる電流Ｉ_{ＥＴＲｆｂ}とが一致するように制御する電流制御４２３とにより構成されている。

例えば、トルク一定制御モードが選択された場合、入側ＴＲ制御部４２は、Ｉ制御４２２を入側張力電流変換部４４からの入側ＴＲ電流設定値Ｉ_{ＥＴＲｓｅｔ}で置き換える。一方、ＴＲ速度一定制御モードが選択された場合（トルク一定制御モードが選択されない場合）、入側ＴＲ制御部４２は、入側ＴＲ速度偏差にしたがってＰ制御４２１およびＩ制御４２２を変更する。この状態でトルク一定制御モードが選択された場合、入側ＴＲ電流指令Ｉ_{ＴＥＲｒｅｆ}が不連続に変化しないように、電流補正４２４にて補正する。

このように入側ＴＲ制御部４２が構成されていることで、圧延操業中においても入側ＴＲ制御部４２の制御モードをトルク一定制御から速度一定制御、または速度一定制御からトルク一定制御へと自在に切り替えることができ、制御方法（Ａ）と制御方法（Ｂ）と制御方法（Ｃ）とを自在に切り替えることができる。

入側張力設定部４３および出側張力設定部５３は、それぞれ入側および出側の張力設定値を計算する。

入側張力電流変換部４４および出側張力電流変換部５４は、それぞれ入側張力設定部４３および出側張力設定部５３からの信号を受信し、ＴＲ(テンションリール)機械系およびＴＲ(テンションリール)制御部のモデルに基き、入側および出側の被圧延材ｍが張力設定値となるような電動機のトルクを得るための電流値を求める。

入側ＴＲ制御部４２および出側ＴＲ制御部５２は、それぞれ入側張力電流変換部４４および出側張力電流変換部５４からの信号を受信し、上記電流値となるように電動機の電流を制御する。

入側張力制御部４６および出側張力制御部５６は、それぞれ圧延機１の入側および出側に設置された入側張力計ｂ１および出側張力計ｂ２により測定された張力の実績値を用いて制御モデルの誤差を補正する。この入側張力制御部４６および出側張力制御部５６は、それぞれ入側張力電流変換部４４および出側張力電流変換部５４に補正値を付与し、これにより入側ＴＲ制御部４２および出側ＴＲ制御部５２へ設定する電流値が補正される。

ここで、上述した第１の制御手段、第２の制御手段、および第３の制御手段について詳述する。

第１の制御手段は、圧延された被圧延材ｍの板厚に基づきロール対Ｒにおけるロール間の間隔を制御すると共に、圧延機１に挿入される被圧延材ｍの張力に基づき圧延機１に被圧延材ｍを送り出すテンションリールＴＲ２のトルクを一定値に制御する（制御方法（Ａ））。制御方法（Ａ）の実行は、具体的には、例えば、圧下板厚制御部６１からの出力を用いたり、入側張力計ｂ１や出側張力計ｂ２で測定した張力の実績値を用いて電動機への電流指令を補正（例えば、電動機への電流を一定とする補正など）し被圧延材ｍにかかる張力を一定に制御することで行うことができる。

第２の制御手段は、圧延された被圧延材ｍの板厚に基づきロール対Ｒにおけるロール間の間隔を制御すると共に、圧延機１に挿入される被圧延材ｍの張力に基づきテンションリールＴＲ２から送り出される被圧延材ｍの速度を制御する（制御方法（Ｂ））。制御方法（Ｂ）の実行は、具体的には、例えば、圧下板厚制御部６１からの出力と速度張力制御部６３からの出力とを用いて行うことができる。

第３の制御手段は、圧延機１に挿入される被圧延材ｍの張力に基づきロール対Ｒにおけるロール間の間隔を制御すると共に、圧延された被圧延材ｍの板厚に基づきテンションリールＴＲ２から送り出される被圧延材ｍの速度を制御する（制御方法（Ｃ））。制御方法（Ｃ）の実行は、具体的には、例えば、速度板厚制御部６２からの出力と圧下張力制御部６４からの出力とを用いて実行することができる。

次に、上記圧下板厚制御部６１、速度板厚制御部６２、速度張力制御部６３、および圧下張力制御部６４について図４を参照して説明する。

圧下板厚制御部６１は、出側板厚計ａ２で測定した出側板厚実績値ｈ_ｆｂと出側板厚設定値ｈ_ｒｅｆとの差である出側板厚偏差△ｈを用い、この出側板厚偏差△ｈに調整ゲインおよび出側板厚偏差△ｈからロールギャップへの変換ゲインを掛け合わせたものを積分し（Ｉ制御）、この積分値と前回の積分値との差分△△Ｓ_ＡＧＣを出力する。なお、図４中、Ｍは圧延機のミル定数、Ｑは被圧延材の塑性定数をそれぞれ示す。

速度板厚制御部６２は、上述の出側板厚偏差△ｈを用い、この出側板厚偏差△ｈに調整ゲインおよび出側板厚偏差△ｈから入側速度への変換ゲインを掛け合わせたものを積分し（Ｉ制御）、この積分値と前回の積分値との差分△（△Ｖ／Ｖ）_ＡＧＣを出力する。

速度張力制御部６３は、入側張力計ｂ１で測定した入側張力実績値Ｔｂｆｂと入側張力設定値Ｔｂｒｅｆとの差である入側張力偏差△Ｔｂを用い、この入側張力偏差△Ｔｂに調整ゲインおよび入側張力偏差△Ｔｂから入側速度への変換ゲインを掛け合わせたものを積分し（Ｉ制御）、この積分値と前回の積分値との差分△（△Ｖ／Ｖ）_ＡＴＲを出力する。

圧下張力制御部６４は、上述の入側張力偏差△Ｔｂを用い、この入側張力偏差△Ｔｂに調整ゲインおよび入側張力偏差△Ｔｂからロールギャップへの変換ゲインを掛け合わせたものを積分し（Ｉ制御）、この積分値と前回の積分値との差分△△Ｓ_ＡＴＲを出力する。

なお、上述した圧下板厚制御部６１、速度板厚制御部６２、速度張力制御部６３、および圧下張力制御部６４それぞれにおける積分手法としては、積分（Ｉ制御）の他、比例積分（ＰＩ制御）、微分比例積分(ＰＩＤ制御)などの他の手法を採用してもよい。

ミル速度設定部８１は、オペレータの指示によりミル速度を設定する。このミル速度設定部８１は、例えば、オペレータがミル速度を加減速しようとしてその指示を出している場合、加減速の指令を出力し、オペレータがミル速度を維持しようとしてその指示を出している場合、保持の指令を出力する。

ここで、上述した制御態様選択手段について詳述する。制御態様選択手段は、制御方法（Ａ）、制御方法（Ｂ）および制御方法（Ｃ）を互いに切り替えることにより生じる、推定される減衰率の変化量を用いて出側板厚偏差を予測すると共に、この予測された出側板厚偏差が最も小さくなるように、上記制御方法（Ａ）、制御方法（Ｂ）および制御方法（Ｃ）のうちのいずれか１つの制御態様を選択する。この制御態様選択手段は、例えば、制御方法選択部７１により実行することができる。

制御方法選択部７１は、図５に示すように、制御態様選択部７１１と、制御出力選択部７１２とを有している。

制御態様選択部７１１は、推定される減衰率の変化量△Ｇを用いて出側板厚偏差△ｈを予測すると共に、この予測に基づき制御態様を選択する。制御態様選択部７１１による出側板厚偏差△ｈの予測は、本発明の効果を損なわない限り特に限定されないが、周波数解析を用いて算出した所定の周波数領域ごとの減衰率Ｇの実績値と、制御態様を互いに切り替えることにより生じる、推定される所定の周波数領域ごとの減衰率の変化量△Ｇと、を用いて行うことが好ましい。

上述の周波数解析は、フーリエ解析であることが好ましい。このように周波数解析としてフーリエ解析を用いることで、出側板厚偏差△ｈの発生原因をより確実に特定することができる。

また、減衰率の変化量△Ｇは、ニューラルネットによる学習結果を用いて推定されたものであることが好ましい。このようにニューラルネットを用いることで、効果的に減衰率の変化量△Ｇを求めることができる。

図６は、図５の制御態様選択部を示す概略的ブロック図である。この制御態様選択部７１１は、図６に示すように、例えば、制御効果測定部２１０と、減衰量予測部２２０と、圧延条件判定部２３０と、制御状態判定部２４０と、制御系選択判定部２５０と、学習データ作成部２６０と、Ｎ．Ｎ．学習部２７０とにより構成することができる。

制御効果測定部２１０は、入側板厚計ａ１により求めた入側板厚偏差△Ｈと、出側板厚計ａ２により求めた出側板厚偏差△ｈとを取得し、これらの時系列データを用いて所定の周波数領域ごとに入側板厚偏差成分Ｈｇおよび減衰率Ｇを演算する。

制御効果測定部２１０は、図７に示すように、例えば、板厚偏差測定部２１１と、板厚減衰量推定部２１２とにより構成することができる。なお、以下では、所定の周波数領域が低周波数領域（ｌｏｗ）、中周波数領域（ｍｉｄ）、高周波数領域（ｈｉｇ）の３つの領域である場合を例にとって説明する。

板厚偏差測定部２１１は、所定の時間間隔でサンプリングした入側板厚偏差△Ｈおよび出側板厚偏差△ｈを時系列データとしてそれぞれ入側板厚偏差テーブル２１１１、出側板厚偏差テーブル２１１２に格納する。なお、被圧延材ｍの同一点における入側板厚偏差△Ｈおよび出側板厚偏差△ｈとを用いるため、入側板厚計ａ１の位置から出側板厚計ａ２の位置までの時間差を考慮して移動処理部２１１５によりデータを合わせる。これらのデータは、それぞれ入側板厚偏差ＦＦＴ処理部２１１３および出側板厚偏差ＦＦＴ処理部２１１４にてフーリエ変換（高速フーリエ変換など）により周波数ｆの関数Ｈｇ（ｆ）およびｈｇ（ｆ）に変換される。図７では、１０２４個の時系列データを用いた例が示されている。

板厚減衰量推定部２１２は、関数Ｈｇ（ｆ）およびｈｇ（ｆ）を用い、周波数領域ごとの入側板厚偏差成分Ｈｇｌｏｗ、Ｈｇｍｉｄ、Ｈｇｈｉｇ、および周波数領域ごとに積算した板厚偏差の積分値から減衰量Ｇｌｏｗ、Ｇｍｉｄ、Ｇｈｉｇを演算する。例えば、図８に示すように、周波数領域ごとにＨｇｌｏｗ、Ｈｇｍｉｄ、Ｈｇｈｉｇおよびｈｇｌｏｗ、ｈｇｍｉｄ、ｈｇｈｉｇを求め、これらからＧｌｏｗ、Ｇｍｉｄ、Ｇｈｉｇを算出する。なお、上記各周波数領域は、適宜決定することができる。例えば、一例として、０Ｈｚ～１Ｈｚを低周波数領域、１Ｈｚ～３Ｈｚを中周波数領域、３Ｈｚ～５Ｈｚを高周波数領域とすることができる。また、周波数領域の数も特に限定されず、適宜決定することができる。

減衰量予測部２２０は、減衰率の変化量△Ｇを予測する。この減衰量予測部２２０は、図９に示すように、例えば、入力データ切替部２２２と、Ｎ．Ｎ．減衰量予測部２２１と、出力データ切替部２２３とにより構成することができる。

入力データ切替部２２２は、後述する切替条件発生部２５１からの切替条件Ｊ２（例えば、制御方法（Ａ）→（Ｂ）、制御方法（Ｂ）→（Ａ）、制御方法（Ａ）→（Ｃ）、制御方法（Ｃ）→（Ａ）、制御方法（Ａ）→（Ｃ）、制御方法（Ｃ）→（Ａ））と、圧延条件判定部２３０からの圧延条件Ｊ１（例えば、入側板厚、出側板厚、圧延荷重、入側張力、出側張力、圧延速度、鋼種等）とを取得する。

Ｎ．Ｎ．減衰量予測部２２１は、上記切替条件Ｊ２と圧延条件Ｊ１とを用い、制御系を切替えた場合の周波数領域ごとの減衰率の変化量△Ｇｌｏｗ、△Ｇｍｉｄ、△Ｇｈｉｇを予測する。

出力データ切替部２２３は、Ｎ．Ｎ．減衰量予測部２２１にて予測された予測値を後述する制御系選択判定部２５０とＮ．Ｎ．学習部２７０とに選択的に出力する。

圧延条件判定部２３０は、圧延機１により計測した各種実績値の中から、制御態様の選択に必要な情報を抽出し、この情報を減衰量予測部２２０に送信する。上記情報は、例えば、入側板厚、出側板厚、圧延荷重、入側張力、出側張力、圧延速度、鋼種等の中から選ばれた１または２以上の情報である。

制御状態判定部２４０は、制御系選択判定部２５０の判定結果（どの制御手段が選択されているか）を判定すると共に、制御手段が変更されたタイミングを後述する制御系選択判定部２５０および学習データ作成部２６０に出力する。

制御系選択判定部２５０は、圧延状態に応じ、切り替えを行う制御態様を選択する。

ここで、制御系選択判定部２５０における制御方法の選択の概念について説明する。まず、減衰量予測部２２０にて予測する周波数領域ごとの切替前に対する切替後の減衰率の変化量△Ｇの割合について、切替前が制御方法（Ａ）かつ切換後が制御方法（Ｃ）ものが図１０（ａ）、切替前が制御方法（Ｃ）かつ切換後が制御方法（Ａ）ものが図１０（ｂ）であるとする。但し、図１０（ａ）、（ｂ）中、縦軸の値が０では切替前後で減衰率Ｇに変化なし、＋側では減衰率Ｇが増加（出側板厚偏差△ｈが大きくなる（悪化））、－側では減衰率Ｇが減少（出側板厚偏差△ｈが小さくなる（良化））を意味する。

ここで、現時点の周波数領域ごとの減衰率Ｇが図１０（ｃ）の実線である場合、制御方法（Ａ）→（Ｃ）の切替えに伴う切替後の減衰率Ｇ、および制御方法（Ｃ）→（Ａ）の切替えに伴う切替後の減衰率Ｇは、それぞれ同図の一点鎖線および二点鎖線になると予測される。この図から分かるように、低周波領域では、制御方法（Ｃ）→（Ａ）の切替えで出側板厚偏差△ｈが大きく悪化し、制御方法（Ａ）→（Ｃ）の切替えで出側板厚偏差△ｈが大きく良化する一方、高周波領域では、制御方法（Ｃ）→（Ａ）および制御方法（Ａ）→（Ｃ）の切替え共に悪化、良化の変化は小さい。

また、現時点の周波数領域ごとの出側板厚偏差周波数成分ｈｇが図１０（ｄ）の実線である場合、制御方法（Ａ）→（Ｃ）の切替えに伴う切替後の出側板厚偏差周波数成分ｈｇ、および制御方法（Ｃ）→（Ａ）の切替えに伴う切替後の出側板厚偏差周波数成分ｈｇは、それぞれ同図の一点鎖線および二点鎖線になると予測される。この図においても、図１０（ｃ）の場合と同様に、高周波領域に比べて低周波領域での大きな出側板厚偏差周波数成分ｈｇの変化を考慮すると、総合的に見て、現時点での制御方法が制御方法（Ａ）のときは制御方法（Ｃ）に切り替えた方がよく、現時点で制御方法が制御方法（Ｃ）のときは制御方法（Ａ）に切り替えずに制御方法（Ｃ）を維持した方がよい。

これに対し、現時点の周波数領域ごとの出側板厚偏差周波数成分ｈｇが図１０（ｅ）の実線である場合、制御方法（Ａ）→（Ｃ）の切替えに伴う切替後の減衰率Ｇ、および制御方法（Ｃ）→（Ａ）の切替えに伴う切替後の出側板厚偏差周波数成分ｈｇは、それぞれ同図の一点鎖線および二点鎖線になると予測される。この図においては、上述の図１０（ｄ）とは逆に、低周波領域では、制御方法（Ｃ）→（Ａ）の切替えで出側板厚偏差周波数成分ｈｇがやや悪化し、制御方法（Ａ）→（Ｃ）の切替えで出側板厚偏差周波数成分ｈｇがやや良化する一方、高周波領域では、制御方法（Ｃ）→（Ａ）の切替えで出側板厚偏差周波数成分ｈｇが大きく良化し、制御方法（Ａ）→（Ｃ）の切替えで出側板厚偏差周波数成分ｈｇが大きく悪化する。このため、低周波領域に比べて高周波領域での大きな出側板厚偏差周波数成分ｈｇの変化を考慮すると、総合的に見て、現時点で制御方法が制御方法（Ｃ）のときは制御方法（Ａ）に切り替えた方がよい。他方、現時点で制御方法が制御方法（Ａ）のときは制御方法（Ｃ）に切り替えずに制御方法（Ａ）を維持した方がよい。

以上のような概念により、周波数領域ごとの減衰率の変化量△Ｇを用いて制御方法切替え後の出側板厚偏差△ｈを予測することができ、制御態様の選択（制御態様の切替えや維持）の判定をすることができる。

次に、制御系選択判定部２５０の構成について説明する。制御系選択判定部２５０は、図１１に示すように、例えば、切替条件発生部２５１と、板厚偏差予測部２５２と、最適制御系選択部２５３と、外乱発生部２５４と、制御系選択制御部２５５とにより構成することができる。

切替条件発生部２５１は、制御状態判定部２４０にて判定した現時点の制御方法（Ａ）～（Ｃ）に基づき、切替え可能なパターンを作成し、順次減衰量予測部２２０に出力する。例えば、現時点での制御態様が制御方法（Ａ）である場合、切替え可能なパターンとして制御方法（Ａ）→（Ｂ）および制御方法（Ａ）→（Ｃ）の２種類が作成される。

板厚偏差予測部２５２は、周波数領域ごとに積算した出側板厚偏差（積算出側板厚偏差）を求める。板厚予測部２５２は、具体的には、制御効果測定部２１０から取得した現時点の周波数領域ごとに積算した入側板厚偏差（積算入側板厚偏差）Ｈｇｌｏｗ、Ｈｇｍｉｄ、Ｈｇｈｉｇおよび減衰率Ｇｌｏｗ、Ｇｍｉｄ、Ｇｈｉｇと、後述する減衰量予測部２２０からの低周波数領域減衰率変化量△Ｇｌｏｗ、中周波数領域減衰率変化量△Ｇｍｉｄ、高周波数領域減衰率変化量△Ｇｈｉｇとを用い、下記式（１）～（３）により周波数領域ごとの出側板厚偏差予測値ｈｇｌｏｗＥＳＴ（ｉ－ｊ）、ｈｇｍｉｄＥＳＴ（ｉ－ｊ）、ｈｇｈｉｇＥＳＴ（ｉ－ｊ）を算出する。なお、（ｉ－ｊ）は、制御方法ｉから制御方法ｊへの切り替えを示す。

ｈｇｌｏｗＥＳＴ（ｉ－ｊ）＝Ｈｇｌｏｗ×（Ｇｌｏｗ＋△Ｇｌｏｗ） ・・・（１）
ｈｇｍｉｄＥＳＴ（ｉ－ｊ）＝Ｈｇｍｉｄ×（Ｇｍｉｄ＋△Ｇｍｉｄ） ・・・（２）
ｈｇｈｉｇＥＳＴ（ｉ－ｊ）＝Ｈｇｈｉｇ×（Ｇｈｉｇ＋△Ｇｈｉｇ） ・・・（３）

これにより、例えば、現時点での制御が制御方法（Ａ）である場合、ｈｇｌｏｗＥＳＴ（Ａ－Ｂ）、ｈｇｍｉｄＥＳＴ（Ａ－Ｂ）、ｈｇｈｉｇＥＳＴ（Ａ－Ｂ）、ｈｇｌｏｗＥＳＴ（Ａ－Ｃ）、ｈｇｍｉｄＥＳＴ（Ａ－Ｃ）、ｈｇｈｉｇＥＳＴ（Ａ－Ｃ）が求められる。

最適制御系選択部２５３は、制御効果測定部２１０から取得した現時点の周波数領域ごとの積算出側板厚偏差ｈｇｌｏｗ、ｈｇｍｉｄ、ｈｇｈｉｇと、板厚偏差予測部２５２にて求めた周波数領域ごとの出側板厚偏差予測値ｈｇｌｏｗＥＳＴ（ｉ－ｊ）、ｈｇｍｉｄＥＳＴ（ｉ－ｊ）、ｈｇｈｉｇＥＳＴ（ｉ－ｊ）とを比較し、予測された出側板厚偏差が最も小さくなるように、制御方法（Ａ）～（Ｃ）のうちのいずれか１つの制御方法を選択する。この選択においては、例えば、周波数領域ごとの出側板厚偏差の総和が最も小さくなるような選択等を採用することができる。

外乱発生部２５４は、減衰量予測部２２０において広範な学習データＤを蓄積するために、意図的に外乱を加えて種々の切替条件を発生させる。これは、減衰量予測部２２０での予測能力（例えば、季節や圧延油の状態などの種々の変動に対する予測、既存の予測精度の更なる向上など）を高めることを目的とする。この外乱発生部２５４は、具体的には、例えば、最適制御系選択部２５３が選択した最適な切替条件Ｊ２とは異なるランダムな切り替えを行う。これにより、圧延条件Ｊ１と切替条件Ｊ２の組合せを増大させ、減衰量予測部２２０の予測精度を向上させることができる。なお、外乱発生部２５４は、付加的（必須の構成ではない）に用いるものであるので、許容外の板厚変動が生じる場合は、その動作を停止させる。

制御系選択制御部２５５は、制御系選択判定部２５０内の上記各部の動作を制御する。

学習データ作成部２６０は、上述した減衰量予測部２２０が学習するのに必要な学習データＤを作成する。この学習データ作成部２６０は、図１２に示すように、例えば、切替実績発生部２６１と、圧延実績収集部２６４と、減衰量測定部２６２と、学習データ収集部２６３とにより構成することができる。

切替実績発生部２６１は、制御方法（Ａ）、制御方法（Ｂ）、制御方法（Ｃ）間の切替を検出する。

圧延実績収集部２６４は、制御方法を切り替える時点の圧延条件Ｊ１（ここでは、被圧延材の鋼種と圧延速度の２種類のデータを例示する）を収集する。

減衰量測定部２６２は、下記式（４）～（６）を用い、減衰量予測部２２０からの低周波数領域減衰率変化量△Ｇｌｏｗ、中周波数領域減衰率変化量△Ｇｍｉｄ、高周波数領域減衰率変化量△Ｇｈｉｇを算出する。

△Ｇｌｏｗ＝Ｇｌｏｗ（１）－Ｇｌｏｗ（０） ・・・（４）
△Ｇｍｉｄ＝Ｇｍｉｄ（１）－Ｇｍｉｄ（０） ・・・（５）
△Ｇｈｉｇ＝Ｇｈｉｇ（１）－Ｇｈｉｇ（０） ・・・（６）

上記式（４）～（６）中、Ｇｌｏｗ（０）、Ｇｍｉｄ（０）、Ｇｈｉｇ（０）は、それぞれ制御方法切り替え時に取得した周波数領域ごとの減衰率Ｇであり、Ｇｌｏｗ（１）、Ｇｍｉｄ（１）、Ｇｈｉｇ（１）は、それぞれ所定の遅れ時間ＴＤ後に取得した周波数領域ごとの減衰率Ｇである。なお、遅れ時間ＴＤは、制御方法を切り替えた時点と、切替の効果が十分に得られた時点との時間差である。遅れ時間ＴＤは、例えば、圧延機１から出側板厚計ａ２までの被圧延材の通過時間（無駄時間）の１０倍とすることができる。

学習データ収集部２６３は、切替実績発生部２６１、圧延実績収集部２６４および減衰量測定部２６２より得られた切替条件Ｊ２、圧延条件Ｊ１、Ｎ．Ｎ．出力量Ｎである各周波数領域減衰率変化量を用い、学習データＤを作成する。この学習データＤは、学習データベースＤＢ１に格納される。なお、上述のＮ．Ｎ．減衰量予測部２２１が予測するのに十分な学習データが収集されるまでの繋ぎとして、学習データベースＤＢ１は、制御方法の適切な切替ができるように、シミュレーション等で求めた△Ｇｌｏｗ、△Ｇｍｉｄ、△ＧｈｉｇをＮ．Ｎ．出力量Ｎに設定してもよい。

図１３は、図１２の学習データの一例を示す概略図である。学習データＤは、図１３に示すように、例えば、切替条件Ｊ２（例えば、制御方法（Ａ）→（Ｂ）など）および圧延条件Ｊ１（例えば、鋼種、圧延速度など）のデータと、この切り替えに伴う低周波数領域減衰率変化量△Ｇｌｏｗ、中周波数領域減衰率変化量△Ｇｍｉｄ、高周波数領域減衰率変化量△Ｇｈｉｇのデータとにより構成することができる。

Ｎ．Ｎ．学習部２７０は、学習データベースＤＢ１に蓄積された複数の学習データＤを用い、減衰量予測部２２０にて予測する△Ｇｌｏｗ、△Ｇｍｉｄ、△Ｇｈｉｇの学習を実施する。なお、Ｎ．Ｎ．学習部２７０による学習は、学習データベースＤＢ１に蓄積された学習データＤの個数がある程度増えたときに実施してもよく、学習データＤの更新度合いに応じて実施してもよく、所定の時間間隔で実施してもよい。

このように、当該圧延制御装置１１がＮ．Ｎ．学習部２７０を備えているので、出側板厚偏差△ｈが小さくなるような切替条件Ｊ２を学習し、この学習結果に基づいて最適な制御態様に切り替えを行うことができる。

制御出力選択部７１２は、制御態様選択部７１１が選択した制御態様に基づき、圧下板厚制御部６１、速度板厚制御部６２、速度張力制御部６３、および圧下張力制御部６４からの入力を、ロールギャップ制御部２１、入側ＴＲ速度指令部４１、および入側ＴＲ制御部４２に出力する。以下、図１４を参照し、制御出力選択部７１２による処理を説明する。

制御態様選択部７１１が制御方法（Ａ）による制御を選択した場合、制御出力選択部７１２は、圧延された被圧延材ｍの板厚に基づきロール対Ｒにおけるロール間の間隔を制御するため、圧下板厚制御部６１からの出力を積分処理部７１２ａにて積分処理してこれをロールギャップ制御部２１に出力する。また、制御出力選択部７１２は、圧延機１に挿入される被圧延材ｍの張力に基づき圧延機１に被圧延材ｍを送り出すテンションリールＴＲ２のトルクを一定値に制御するため、トルク一定制御モードの選択を入側ＴＲ制御部４２に出力する。

制御態様選択部７１１が制御方法（Ｂ）による制御を選択した場合、制御出力選択部７１２は、圧延された被圧延材ｍの板厚に基づきロール対Ｒにおけるロール間の間隔を制御するため、圧下板厚制御部６１からの出力を積分処理部７１２ａにて積分処理してこれをロールギャップ制御部２１に出力する。また、制御出力選択部７１２は、圧延機１に挿入される被圧延材ｍの張力に基づきテンションリールＴＲ２から送り出される被圧延材ｍの速度を制御するため、速度張力制御部６３からの出力を積分処理部７１２ｂにて積分処理してこれを入側ＴＲ速度指令部４１に出力する。

制御態様選択部７１が制御方法（Ｃ）による制御を選択した場合、制御出力選択部７１２は、圧延された被圧延材ｍの板厚に基づきテンションリールＴＲ２から送り出される被圧延材ｍの速度を制御するため、速度板厚制御部６２からの出力を積分処理部７１２ｂにて積分処理してこれを入側ＴＲ速度指令部４１に出力する。また、制御出力選択部７１２は、圧延機１に挿入される被圧延材ｍの張力に基づきロール対Ｒにおけるロール間の間隔を制御するため、圧下張力制御部６４からの出力を積分処理部７１２ａにて積分処理してこれをロールギャップ制御部２１に出力する。

このように当該圧延制御装置１１が制御出力選択部７１２を備えていることで、圧延操業中であっても、制御方法（Ａ）～（Ｃ）を相互に切り替えることができる。

ここで、当該圧延制御装置１１における制御は、ハードウェアとソフトウェアとを組み合わせることによって実現することができる。上記ハードウェアとしては、図１５に示すように、例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）９１、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ、）９２、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）９３、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）９４、インターフェース（Ｉ／Ｆ）９５、バス９６等により構成することができる。

ＣＰＵ９１は、情報を処理する演算手段であり、処理された情報により圧延制御装置１１全体の動作を制御する。ＲＡＭ９２は、情報の読み書きが可能な揮発性の記憶媒体であり、ＣＰＵ９１が情報を処理する際の作業領域として用いられる。ＲＯＭ９３は、読み出し専用の不揮発性記憶媒体であり、プログラム（ソフトウェア）が格納されている。ＨＤＤ９４は、情報の読み書きが可能な不揮発性の記憶媒体であり、ＯＳ（オペレーティングシステム）や、圧延制御などを実行する圧延制御プログラム等（ソフトウェア）が格納されている。Ｉ／Ｆ９５は、圧延制御装置１１の情報を表示したり圧延制御装置１１への情報の入力をおこなうものであり、例えば、ディスプレイ装置９５１やキーボード９５２等により構成されている。バス９６は、ＣＰＵ９１やＨＤＤ９４等を接続する。

以上のように、当該圧延制御装置１１は、上記構成であるので、外乱を加えることなく、出側板厚偏差△ｈが最も小さくなる制御態様を選択することができる。その結果、当該圧延制御装置１１は、出側板厚が安定した圧延を行うことができる。

また当該圧延制御装置１１は、周波数解析を用いて出側板厚偏差△ｈを予測することで、出側板厚偏差△ｈの発生原因を容易かつ確実に特定することができる。これは、板厚偏差の時系列データの中に種々の原因に起因する周波数成分が含まれており、入側板厚偏差△Ｈの周波数成分と、出側板厚偏差△ｈの周波数成分とを比較することで、圧延機１に起因する周波数成分（例えば、ロールＲ１、Ｒ２が真円でないことに起因する出側板厚偏差の周波数成分など）を特定することにより板厚の変動原因がより明確になるためである。

なお、本発明のプラント制御装置には、上述した圧延制御装置以外のプラント制御装置も含まれる。

圧延制御装置以外のプラント制御装置としては、例えば、熱間タンデム圧延装置（不図示）における圧延制御装置等が挙げられる。この圧延制御装置では、圧延機スタンド間のルーパーの制御として、ルーパー位置制御とスタンド間張力制御が適用され、前段スタンド速度とルーパ駆動力を制御操作端としている。

熱間タンデム圧延装置の圧延制御装置では、複数の制御手段としては、例えば、スタンド間張力制御をルーパー駆動力で実施すると共に、ルーパー位置位置制御を前段スタンド速度で実施する制御手段（１）、スタンド間張力制御を前段スタンド速度で実施すると共に、ルーパー位置位置制御をルーパー駆動力で実施する制御手段（２）等が挙げられる。制御態様選択手段としては、例えば、圧延状態に応じて上記制御手段（１）および（２）を切り替える選択手段等が挙げられる。かかる場合、状態量は、例えば、被圧延材の温度、速度、ルーパー位置などである。

さらに、上記プラント制御装置においても、制御手段選択手段における上記状態量の予測は、周波数解析を用いて算出した所定の周波数領域ごとの状態量の実績値と、制御手段を互いに切り替えることにより生じる、推定される所定の周波数領域ごとの状態量の変化量と、を用いて行われることが好ましい。これにより、周波数解析を用いる分、状態量の変動原因を容易かつ確実に特定することができる。また、上記周波数解析は、フーリエ解析であることが好ましい。これにより、状態量の変動原因をより確実に特定することができる。

また、上記プラント制御装置においても、状態量の変化量が、ニューラルネットによる学習結果を用いて推定されたものであることが好ましい。これにより、効果的に状態量の変化量を求めることができる。

以上のように、当該プラント制御装置は、上記構成であるので、外乱を加えることなく、状態量が最適となる制御態様を選択することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

例えば、上述した実施形態では、状態量（減衰率など）の予測が、周波数解析を用いて算出した所定の周波数領域ごとの状態量の実績値と、制御態様を互いに切り替えることにより生じる、推定される所定の周波数領域ごとの状態量の変化量とを用いて行われるプラント制御装置および圧延制御装置について説明したが、切替後の状態量を予測することができれば、周波数解析を用いない制御装置であってもよい。

また、上述した実施形態では、状態量の変化量が、ニューラルネットによる学習結果を用いて推定されたものであるプラント制御装置および圧延制御装置について説明したが、状態量の変化量を推定することができれば、ニューラルネットを用いない制御装置であってもよい。

１ 圧延機
１１ 圧延制御装置
Ｒ ロール対
ｍ 被圧延材
ＴＲ２、ＴＲ３ テンションリール
△ｈ 出側板厚偏差
Ｇ 減衰率
△Ｇ 減衰率の変化量

Claims (2)

1. ロール対で被圧延材を圧延する圧延機の制御を行う圧延制御装置であって、
   圧延された前記被圧延材の板厚に基づき前記ロール対におけるロール間の間隔を制御する圧下板厚制御手段と、前記圧延機に挿入される前記被圧延材の張力に基づき前記圧延機に前記被圧延材を送り出すテンションリールのトルクを一定値に制御する張力制御手段と、からなる第１の制御手段と、
   圧延された前記被圧延材の板厚に基づき前記ロール対におけるロール間の間隔を制御する圧下板厚制御手段と、前記圧延機に挿入される前記被圧延材の張力に基づき前記テンションリールから送り出される前記被圧延材の速度を制御する速度張力制御手段と、からなる第２の制御手段と、
   前記圧延機に挿入される前記被圧延材の張力に基づき前記ロール対におけるロール間の間隔を制御する圧下張力制御手段と、圧延された前記被圧延材の板厚に基づき前記テンションリールから送り出される前記被圧延材の速度を制御する速度板厚制御手段と、からなる第３の制御手段と、
   これら第１から第３の制御手段を互いに切り替えることにより生じる、推定される減衰率の変化量を用いて出側板厚偏差を予測すると共に、この予測された出側板厚偏差が最も小さくなるように、前記第１の制御手段による制御、前記第２の制御手段による制御、および前記第３の制御手段による制御のうちのいずれか１つの制御態様を選択する制御態様選択手段と、を備え、
   前記制御態様選択手段における出側板厚偏差の予測が、周波数解析を用いて算出した所定の周波数領域ごとの減衰率の実績値と、前記制御態様を互いに切り替えることにより生じる、推定される前記所定の周波数領域ごとの減衰率の変化量と、を用いて行われるものであり、
   前記減衰率の変化量が、制御態様の切替条件、鋼種、および圧延速度と、前記制御態様の切り替えに伴う所定の周波数領域ごとの減衰率変化量の実績値、およびシミュレーションで求めた減衰率変化量と、を含む学習データにより学習させたニューラルネットによる学習結果を用いて推定されたものであり、
   前記シミュレーションで求めた減衰率変化量は、前記制御態様の最適な切替が常にできるように、前記出側板厚偏差の予測が可能な学習データが収集されるまで、前記減衰率変化量の実績値に代えて用いられることを特徴とする圧延制御装置。
2. 周波数解析がフーリエ解析である請求項１に記載の圧延制御装置。

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