JP7450128B2 - 電動機の速度制御装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電動機の速度制御装置に関する。

鉄鋼等の金属材料の圧延工程では、圧延材は、搬送テーブル上を搬送される。圧延材を搬送ロール上で搬送する搬送テーブルは、圧延設備に、連続して複数台設けられることが多い。このような複数の搬送テーブルは、複数の搬送ロールによってそれぞれ構成される。複数の搬送ロールは、搬送テーブルごとに独立した電動機で駆動される。

搬送される圧延材が、異なる電動機で駆動される搬送ロールの搬送テーブル間を移行する場合に、移行前後の搬送ロールの電動機に速度差があると、圧延材は、搬送ロール上でスリップして、圧延材の搬送面にスリップ傷を生じることがある。

そこで、上流側の搬送テーブルに設けた２つの位置検出器によって、圧延材の搬送速度を演算し、求めた搬送速度に下流側の電動機の速度が一致するように補正する技術が知られている（たとえば、特許文献１）。

この技術によれば、上流から搬送されてくる圧延材の搬送速度に、下流の搬送テーブルの電動機の速度を合わせることができるので、圧延材が搬送テーブルを移行する際のスリップを抑制することができ、搬送面のスリップ傷を生じにくくすることができる。

一方で、特許文献１の技術では、下流側の電動機の速度基準が遷移する加減速期間での運転が考慮されていない。そのため、圧延材が搬送テーブルを移行するまでに、下流の電動機の速度補正が間に合わないことが問題となる。このような問題を回避するために、圧延材の下流の搬送テーブルへの到達よりも十分に上流において速度基準の補正を開始する必要がある。しかしながら、圧延材の搬送速度や搬送テーブルの長さ等によっては、速度基準の補正が十分に行えない場合が生じ得る。

特開昭６０－１１１７１２号公報

本発明の実施の形態は、上記問題点を解決するためになされたものであり、搬送テーブルの移行時の圧延材のスリップを生じにくくする電動機の速度制御装置を提供することを目的とする。

本発明の実施の形態に係る電動機の速度制御装置は、第１搬送テーブルのテーブルロールを駆動する第１電動機を速度制御する第１可変速制御装置に第１速度基準を供給する第１演算手段と、前記第１搬送テーブルの下流に設けられた第２搬送テーブルのテーブルロールを駆動する第２電動機を速度制御する第２可変速制御装置に第２速度基準を供給し、前記第１搬送テーブルによって搬送される圧延材の搬送速度を、前記第２電動機の速度に換算された目標搬送速度を計算し、前記第２電動機の速度実績データ、前記目標搬送速度、あらかじめ設定された前記第２電動機に関する電動機パラメータにもとづいて、最速加減速時間を計算し、前記速度実績データ、前記目標搬送速度および前記最速加減速時間にもとづいて、前記圧延材の搬送速度が前記第２搬送テーブルにおいて前記目標搬送速度に到達するように速度基準のパターンを生成して前記第２速度基準として前記第２可変速制御装置に供給する第２演算手段と、を備える。

本発明の実施の形態によれば、搬送テーブルの移行時の圧延材のスリップを生じにくくする電動機の速度制御装置が実現される。

実施の形態１に係る電動機の速度制御装置を例示する模式的なブロック図である。 実施の形態１の速度制御装置の動作を説明するための模式的なグラフ図であり、速度基準の時間変化を表すグラフ図の例である。 実施の形態２に係る電動機の速度制御装置を例示する模式的なブロック図である。 実施の形態２の速度制御装置の動作を説明するための模式的なグラフ図であり、速度基準の時間変化を表すグラフ図の例である。

以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態に係る電動機の速度制御装置を例示する模式的なブロック図である。
図１には、本実施の形態の速度制御装置１０のほか、この速度制御装置１０によって速度制御されて圧延材１を搬送する搬送テーブル１００，１０２が合わせて示されている。搬送テーブル１００，１０２は、隣接して配置されており、搬送テーブル（第１搬送テーブル）１００は、搬送テーブル（第２搬送テーブル）１０２の上流に設けられている。圧延材１は、上流の搬送テーブル１００から下流の搬送テーブル１０２に搬送される。

搬送テーブル１００では、電動機（第１電動機）３ａによって駆動されるテーブルロール２ａ～２ｃが上流から下流に向かって、圧延材１を搬送するように設けられている。圧延材１は、テーブルロール２ａ～２ｃの回転にしたがって、上流から下流に搬送される。電動機３ａは、可変速制御装置（第１可変速制御装置）４ａによって駆動される。

搬送テーブル１０２では、電動機（第２電動機）３ｂによって駆動されるテーブルロール２ｄ，２ｅが上流から下流に向かって、圧延材１を搬送するように設けられている。上流の搬送テーブル１００から搬送されてきた圧延材１は、テーブルロール２ｄ，２ｅの回転にしたがって、さらに下流に搬送される。電動機３ｂは、可変速制御装置（第２可変速制御装置）４ｂによって駆動される。

電動機３ａ，３ｂは、交流電動機であり、たとえば誘導電動機である。可変速制御装置４ａ，４ｂは、電動機３ａ，３ｂをそれぞれの速度基準にしたがって速度制御する。

速度制御装置１０は、電動機３ａ，３ｂの速度のデータを収集する。この例のように、センサレスベクトル制御により、電動機３ａ，３ｂの速度制御を行う場合には、実線で示したように、速度制御装置１０は、可変速制御装置４ａ，４ｂから電動機３ａ，３ｂの速度実績を収集する。センサ付きベクトル制御により電動機３ａ，３ｂの速度制御を行う場合には、速度制御装置１０は、破線で示したように、電動機に設けられた速度検出器から電動機の速度データを受信する。

搬送テーブル１００には、圧延材１の位置検出器５ａ，５ｂが設けられている。位置検出器５ａは、位置検出器５ｂよりも上流に設けられている。位置検出器５ａ，５ｂは、圧延材１の先端を検出し、尾端が抜けるまでアクティブとなる位置検出信号Ｄａ，Ｄｂをそれぞれ出力する。位置検出器５ａ，５ｂは、搬送テーブルの設置環境等によって適切な方式のセンサが用いられる。熱間圧延ライン等の場合には、ホットメタルディテクター等を用いることができる。位置検出器５ａ，５ｂは、後に詳述するように、上流側の位置検出器５ａで圧延材１の先端を検出した後、下流側の位置検出器５ｂで圧延材１の先端を検出するまでの時間が計測され、位置検出器５ａ，５ｂ間の圧延材１の搬送速度が計算される。

位置検出器の設置数は、２個に限らず、３個以上とすることができる。位置検出器の設置数および設置位置に応じて、圧延材の搬送速度を計算することが可能になる。

この例では、下流の搬送テーブル１０２には、位置検出器が示されていないが、圧延材のトラッキングの必要に応じて、位置検出器は、適切な箇所に設けられる。

以下では、理解を容易にするために、この例のような２段の搬送テーブル１００，１０２の場合について説明するが、搬送テーブルは、２段に限らず、３段あるいはそれ以上の段数としてもよい。電動機３ａ，３ｂは、任意の数のテーブルロールを駆動することができるが、図１では、電動機３ａは、３個のテーブルロールを駆動し、電動機３ｂは、２個のテーブルロールを駆動するものとしている。

搬送テーブル１０２よりもさらに下流に搬送テーブルを設ける場合には、搬送テーブル１０２に設置された位置検出器を用いて、搬送テーブル１０２での圧延材の搬送速度を計算することができる。

電動機の速度制御装置１０は、位置検出器５ａ，５ｂの出力に接続されている。速度制御装置１０は、位置検出器５ａ，５ｂが出力する位置検出信号Ｄａ，Ｄｂおよび位置検出器５ａ，５ｂがそれぞれ設置された距離にもとづいて、位置検出器５ａ，５ｂ間での圧延材１の目標搬送速度Ｎ_２を計算する。

速度制御装置１０では、上流側の電動機３ａの速度実績のデータは、下流側の電動機３ｂの速度基準に対して上流側の電動機３ａの速度を補正する場合などに用いられる。下流側の電動機３ｂの速度実績のデータは、加減速レートを計算する際などに用いられる。なお、速度実績のデータは、図示しないが、可変速制御装置４ａ，４ｂのフィードバックのためにも用いられる。

電動機の速度制御装置１０は、可変速制御装置４ａ，４ｂに接続されている。速度制御装置１０は、可変速制御装置４ａ，４ｂのそれぞれに適切な速度基準を計算し、計算された速度基準を可変速制御装置４ａ，４ｂに供給する。

より具体的には、速度制御装置１０は、計算された搬送速度および下流の搬送テーブル１０２までの距離を用いて、圧延材１が下流の搬送テーブル１０２に到達するまでの到達予定時間ｔ_３を計算する。速度制御装置１０は、搬送速度、電動機仕様および機械諸元を用いて、下流側の電動機３ｂの最速加減速時間ｔ_０を計算し、計算された最速加減速時間ｔ_０にもとづいて加減速レートαを計算する。速度制御装置１０は、計算された加減速レートαを用いて、下流の電動機３ｂのための速度基準のパターンＮ（ｔ）を生成し、可変速制御装置４ｂに供給する。速度基準のパターンとは、速度基準の時間変化を表すデータであり、たとえば時刻ごとの速度基準を時系列にしたデータである。

速度制御装置１０は、好ましくは、最速加減速時間と到達予定時間とを比較して、到達予定時間ｔ_３が最速加減速時間ｔ_０よりも短い場合には、上流側の電動機３ａの速度基準を補正する。

このようにして、本実施の形態の速度制御装置１０は、隣接する搬送テーブル１００，１０２での電動機３ａ，３ｂの速度を圧延材の到達時間内にほぼ同じ速度になるように制御する。

電動機の速度制御装置１０の構成例について、より詳細に説明する。
速度制御装置１０は、演算部２０ａ，２０ｂを備える。速度制御装置１０は、好ましくは、上流電動機速度補正機能２１および速度基準設定機能１９ａ，１９ｂをさらに備える。

演算部（第１演算手段）２０ａは、上流側の電動機３ａの速度基準のパターンを生成して出力し、演算部（第２演算手段）２０ｂは、下流側の電動機３ｂの速度基準のパターンを生成して出力する。演算部２０ａ，２０ｂの構成は、ほぼ同じであり、以下では、下流側の演算部２０ｂについて説明する。なお、演算部２０ａがもっとも上流に設けられる電動機のために設けられる場合には、演算部２０ｂの構成と必ずしも同一である必要はなく、たとえば、図示しない上位計算機に設定された条件にもとづいて計算された速度基準のパターンがあらかじめ設定されるようにしてもよい。

演算部２０ｂは、目標搬送速度演算機能１４と、圧延材到達予定時間演算機能１５と、電動機パラメータ設定機能１６と、加減速レート演算機能１７と、速度基準演算機能１８と、を含む。

目標搬送速度演算機能１４には、位置検出信号Ｄａ，Ｄｂが入力される。位置検出信号Ｄａ，Ｄｂは、位置検出器５ａ，５ｂからそれぞれ出力される。目標搬送速度演算機能１４は、位置検出信号Ｄａ，Ｄｂおよび位置検出器５ａ，５ｂがそれぞれ設置された位置の間の距離のデータを用いて、上流側の搬送テーブル１００を搬送される圧延材１の搬送速度を計算し、目標搬送速度Ｎ_２として出力する。目標搬送速度Ｎ_２は、電動機の回転速度に換算して出力される。

圧延材到達予定時間演算機能１５には、あらかじめ搬送テーブル１００，１０２がそれぞれ設置された位置の間の距離のデータが設定されている。搬送テーブル１００，１０２がそれぞれ設置された位置の間の距離は、たとえば、２つの位置検出器５ａ，５ｂのうち下流側の位置検出器５ｂが設けられた位置と、搬送テーブル１０２のもっとも上流側のテーブルロール２ｄが設けられた位置までの距離とされる。距離や速度の計測誤差や計算による誤差を考慮して、テーブルロール２ｄよりも若干上流側の位置を搬送テーブル１０２の位置としてもよい。

圧延材到達予定時間演算機能１５には、目標搬送速度演算機能１４によって計算された目標搬送速度Ｎ_２が入力される。圧延材到達予定時間演算機能１５は、目標搬送速度Ｎ_２および搬送テーブル１００，１０２間の距離にもとづいて、圧延材１が搬送テーブル１０２に到達する到達予定時間ｔ_３を計算して出力する。

電動機パラメータ設定機能１６は、演算に必要となる電動機のパラメータを、図示しないパラメータの格納部から抽出して出力する。パラメータの格納部は、外部に接続された記憶装置に設けられていてもよいし、速度制御装置１０の記憶部内に設けられてもよい。電動機のパラメータは、電動機の仕様および電動機によって駆動される機械の諸元データを含む。電動機仕様は、たとえば、過負荷耐量ｋや定格トルクＴ_Ａ［ｋｇｆ・ｃｍ］等を含んでいる。機械諸元データは、ロールや減速ギア等の機械系の慣性モーメントＧＤ^２［ｋｇｆ・ｃｍ^２］等を含んでいる。慣性モーメントＧＤ^２のデータは、電動機および機械系についてそれぞれ設定されてもよいし、電動機ごとに合計の慣性モーメントの値として設定されてもよい。

加減速レート演算機能１７は、目標搬送速度Ｎ_２、下流側の電動機３ｂの速度実績Ｎ_１および電動機の必要なパラメータを入力し、これらにもとづいて、加減速レートαを計算する。目標搬送速度Ｎ_２は、目標搬送速度演算機能１４によって計算された値が用いられる。速度実績Ｎ_１は、電動機３ｂの速度実績である。電動機のパラメータは、電動機パラメータ設定機能１６によって設定され、出力される。この例では、電動機のパラメータは、電動機３ｂの過負荷耐量ｋ、定格トルクＴ_Ａ［ｋｇｆ・ｃｍ］、機械系の損失分に相当するトルクＴ_ｍ［ｋｇｆ・ｃｍ］および慣性モーメントＧＤ^２［ｋｇｆ・ｃｍ^２］である。慣性モーメントＧＤ^２は、電動機側および機械側の合計とされている。

加減速レートαは、以下のように計算される。
α＝（Ｎ_２－Ｎ_１）／ｔ_０
ここで、最速加減速時間ｔ_０は、目標搬送速度Ｎ_２、電動機３ｂの速度実績Ｎ_１および電動機のパラメータを用いて、以下の式（１）によって求められる。なお、本実施の形態および後述する他の実施の形態において、電動機３ｂは、加減速運転をする場合には、一定のトルクで運転されるものとし、最速加減速時間ｔ_０＞０であるものとする。また、式（１）は、加速時を表しており、減速時には、積分記号中の分母は（ｋＴ_Ａ＋Ｔ_ｍ）とされる。

速度基準演算機能１８は、目標搬送速度Ｎ_２、電動機３ｂの速度実績Ｎ_１、圧延材の到達予定時間ｔ_３、最速加減速時間ｔ_０および加減速レートαの各データを入力して、速度基準のパターンＮ（ｔ）を生成する。速度基準演算機能１８は、生成されたパターンＮ（ｔ）を可変速制御装置４ｂに供給する。

上流電動機速度補正機能（上流電動機速度補正手段）２１には、到達予定時間ｔ_３および最速加減速時間ｔ_０が入力される。上流電動機速度補正機能２１は、到達予定時間ｔ_３と最速加減速時間ｔ_０とを比較して、ｔ_３＜ｔ_０となった場合に、速度基準の補正値Ｎｃを出力して、ｔ_３≧ｔ_０となるように、上流側の電動機３ａのための速度基準を補正する。

この例では、上流電動機速度補正機能２１には、上流側の電動機３ａの速度実績Ｎ_Ｕが入力される。上流電動機速度補正機能２１には、ｔ_３＜ｔ_０の場合の補正値があらかじめ設定されている。この補正値Ｎｃは、たとえば上流側の速度実績Ｎ_Ｕに応じた値とされており、速度実績Ｎ_Ｕの絶対値が大きいほど大きい値の補正値とされる。たとえば、上流電動機速度補正機能２１には、電動機３ａのいくつかに区分された速度範囲と区分された速度範囲に応じた補正値が設定されたテーブルがあらかじめ設定されている。なお、上流電動機速度補正機能２１に設定される補正値は、電動機３ａの速度実績Ｎ_Ｕの大きさによらず一定値としてもよい。

速度基準設定機能１９ａ，１９ｂは、演算部２０ａ，２０ｂから速度基準のパターンを入力し、速度基準のパターンのデータを適切な形式に変換して、可変速制御装置４ａ，４ｂに供給する。速度基準設定機能１９ａ，１９ｂは、入力されたデータや指令等との演算機能を有する。速度基準設定機能１９ａ，１９ｂは、図示しないが、運転指令等を入力し、運転指令等がアクティブとなったときに、速度基準のパターンを出力する。この例では、上流側の速度基準設定機能１９ａは、上流電動機速度補正機能２１が速度基準の補正値Ｎｃを出力したときには、補正値Ｎｃを現在の速度基準のパターンに適用する。たとえば、速度基準設定機能１９ａは、演算部２０ａが出力する速度基準および上流電動機速度補正機能２１が出力する補正値Ｎｃにもとづいて、新たな速度基準を演算して出力する。

本実施形態の速度制御装置１０の動作について説明する。
図２は、本実施形態の速度制御装置の動作を説明するための模式的なグラフ図であり、速度基準の時間変化を表すグラフ図の例である。
図２には、速度基準演算機能１８が生成し、速度基準設定機能１９ｂを介して出力される速度基準のパターンＮ（ｔ）の時間変化がグラフとして示されている。縦軸は、速度基準Ｎであり、横軸は、時刻τである。図２では、電動機３ｂが低速から高速に加速する場合の例を示している。

図２に示すように、速度基準演算機能１８によって生成された速度基準のパターンＮ（ｔ）は、時刻ごとの速度基準Ｎの大きさのデータを含んでいる。時刻τ_０において、速度基準Ｎは、下流側の電動機３ｂの速度実績Ｎ_１とされる。時刻τ_０は、搬送テーブル１００，１０２のそれぞれの設置位置の間の距離の始点を圧延材１が通過する時刻であり、たとえば、圧延材１が位置検出器５ｂが設けられた位置を通過する時刻である。時刻τ_０から時刻τ_１の間の最速加減速時間ｔ_０では、パターンＮ（ｔ）は、加減速レートαの傾きで直線状に上昇する。時刻τ_１において、パターンＮ（ｔ）は、目標搬送速度Ｎ_２に到達する。その後、時刻τ_１から時刻τ_２では、パターンＮ（ｔ）は、一定の目標搬送速度Ｎ_２で推移する。時刻τ２は、搬送テーブル１００，１０２のそれぞれが設置された位置の間の距離の終点に圧延材１が到達する時刻であり、たとえば、下流の搬送テーブル１０２において上流側のテーブルロール２ｄが設けられた位置に圧延材の先端が達する時刻である。つまり、時刻τ_０から時刻τ_２までの期間は、圧延材１の到達予定時間ｔ_３である。

上流電動機速度補正機能２１は、速度基準演算機能１８から最速加減速時間ｔ_０および到達予定時間ｔ_３の計算値を入力する。上流電動機速度補正機能２１は、最速加減速時間ｔ_０および到達予定時間ｔ_３を比較する。この例では、到達予定時間ｔ_３は、最速加減速時間ｔ_０よりも長いので、上流電動機速度補正機能２１は、補正値Ｎｃを出力せず、上流側の演算部２０ａは、速度基準設定機能１９ａを介して、当初設定のとおりの速度基準を可変速制御装置４ａに供給する。

到達予定時間ｔ_３が、最速加減速時間ｔ_０よりも短い場合には、上流電動機速度補正機能２１は、速度基準の補正値Ｎｃを上流側の速度基準設定機能１９ａに出力する。この例では、電動機３ｂは、加速運転する場合を示しているので、ｔ_３＜ｔ_０の場合には、上流電動機速度補正機能２１は、図２の下向きの矢印で示すように、目標搬送速度Ｎ_２を引き下げるように、補正値Ｎｃを出力する。この場合の補正値Ｎｃは、たとえば負の値を有するデータであり、速度基準設定機能１９ａによって、演算部２０ａが出力する速度基準に加算される。これによって、可変速制御装置４ａは、当初よりも小さい値を有する速度基準が入力され、圧延材１の搬送速度が低下する。

上述では、下流側の電動機３ｂが加速する場合について説明したが、電動機３ｂを減速する場合についても同様に上流側の電動機３ａの速度を補正して、圧延材１の搬送速度を調整することができる。電動機３ｂが減速運転する場合であって、ｔ３＜ｔ０のときには、上流電動機速度補正機能２１は、正の値を有する補正値Ｎｃを出力し、上流側の速度基準設定機能１９ａは、演算部２０ａが出力した速度基準に正の値を有する補正値を加算して、新たな速度基準を出力する。

上述したように、上流電動機速度補正機能２１は、あらかじめ補正値Ｎｃが設定されており、ｔ３＜ｔ０の場合に、下流側の電動機３ｂが加速するか減速するかに応じて、正または負の補正値Ｎｃを出力する。補正値Ｎｃの大きさは、上流側の電動機３ａの速度実績ＮＵに応じて設定された値でもよいし、一定値であってもよい。上述の例では、２つの位置検出器５ａ，５ｂが設けられていることから、目標搬送速度Ｎ２の演算は、１回行われ、最速加減速時間ｔ０および到達予定時間ｔ３の比較および判定も１回行われる。これに限らず、位置検出器の数に応じて、複数回にわたって最速加減速時間ｔ０および到達予定時間ｔ３の比較および判定を行い、補正値Ｎｃを出力してもよい。このように

本実施の形態の電動機の速度制御装置１０の効果について説明する。
本実施の形態の速度制御装置１０は、演算部２０ｂを備えており、演算部２０ｂでは、下流側の電動機３ｂの速度調整をその電動機３ｂの仕様や機械諸元を含めて加減速レートαを演算できる。そのため、圧延材があまりにも遠方にある状態から下流側の電動機３ｂの加減速運転を開始する必要がなく、圧延材のスリップ傷の低減とともに、圧延工程のより円滑な運用が可能になる。

本実施の形態の速度制御装置１０は、上流電動機速度補正機能２１をさらに備えることができる。演算部２０ｂでは、最速の加減速レートαを演算する際には、計測された圧延材１の搬送速度を目標搬送速度Ｎ_２とし、目標搬送速度Ｎ_２および搬送テーブル１００，１０２間の距離にもとづいて、圧延材１の到達予定時間ｔ_３を計算することができる。上流電動機速度補正機能２１は、加減速レートαにもとづく最速加減速時間ｔ_０および圧延材１の搬送速度にもとづく到達予定時間ｔ_３を比較して、適切な速度調整が行われるか否かを判定する。上流電動機速度補正機能２１は、下流側の電動機３ｂの加減速運転では、電動機３ａ，３ｂ間の速度調整が十分に行われないと判定された場合には、上流側の電動機３ａの速度を補正する。そのため、最短の加減速レートαが下流側の電動機３ｂの機械的な諸元等により決定されていても、上流側の電動機３ａの速度を補正することによって、電動機３ａ，３ｂ間の速度調整を適切に行うことができる。

上述の具体例では、圧延材１の搬送速度を、位置検出器５ａ，５ｂが出力する位置検出信号Ｄａ，Ｄｂおよび位置検出器５ａ，５ｂ間の距離にもとづいて計算するものである。このようにすることによって、圧延材１の直接的な搬送速度を目標搬送速度Ｎ_２とすることができるので、好ましい。圧延材１の搬送速度として、位置検出信号Ｄａ，Ｄｂおよび位置検出器５ａ，５ｂ間の距離による演算に代えて、上流側の電動機３ａの速度実績Ｎ_Ｕを用いてもよい。

（実施の形態２）
図３は、本実施の形態に係る電動機の速度制御装置を例示する模式的なブロック図である。
本実施の形態の電動機の速度制御装置２１０は、下流側の電動機３ｂの加減速レートを調整して、圧延材１の到達予定時間ｔ_３内の電動機３ｂの消費電力量Ｊを最小にする。速度制御装置２１０は、上述の他の実施の形態の場合とは異なる演算部２２０ａ，２２０ｂを備える点で上述の他の実施の形態の場合と相違する。他の構成要素は、他の実施の形態の場合と同じであり、同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。

図３に示すように、本実施の形態の電動機の速度制御装置２１０は、演算部２２０ａ，２２０ｂを備える。演算部２２０ａは、上流側の電動機３ａの速度基準のパターンを生成して出力し、演算部２２０ｂは、下流側の電動機３ｂの速度基準のパターンを生成して出力する。演算部２２０ａ，２２０ｂの構成は、ほぼ同じであり、以下では、下流側の演算部２２０ｂについて説明する。上述の他の実施の形態の場合と同様に、演算部２２０ａがもっとも上流に設けられる電動機のために設けられる場合には、演算部２２０ｂの構成と必ずしも同一である必要はない。

演算部２２０ｂは、消費電力量演算機能２２２を含む。この例では、演算部２２０ｂは、上述の他の実施の形態の場合と異なる加減速レート演算機能２１７を含んでおり、加減速レート演算機能２１７は、消費電力量演算機能２２２を含む点で他の実施の形態の場合と相違する。

消費電力量演算機能２２２は、下流側の電動機３ｂの速度実績Ｎ_１、目標搬送速度Ｎ_２、加減速時間ｔ_１、電動機のパラメータおよび圧延材１の到達予定時間ｔ_３にもとづいて、到達予定時間ｔ_３内で消費される消費電力量Ｊを計算する。加減速時間ｔ_１は、変数であり、消費電力量演算機能２２２は、到達予定時間ｔ_３内で電動機３ｂの消費電力量Ｊが最小となる加減速時間ｔ_１を計算して出力する。

加減速レート演算機能２１７は、消費電力量演算機能２２２によって出力された加減速時間ｔ_１を用いて加減速レートα_１を計算し、出力する。

消費電力量演算機能２２２は、消費電力量Ｊを計算し、消費電力量Ｊが最小になる加減速時間ｔ_１を計算することができれば、加減速レート演算機能２１７の機能として設けられる場合に限らず、たとえば加減速レート演算機能から独立した機能として設けられてもよい。

本実施の形態の速度制御装置２１０の動作について説明する。
図４は、本実施の形態の速度制御装置の動作を説明するための模式的なグラフ図であり、速度基準の時間変化を表すグラフ図の例である。
図４には、速度基準演算機能１８が生成し、速度基準設定機能１９ｂを介して出力する速度基準のパターンＮ（ｔ）が示されている。図４の縦軸は、速度基準Ｎのほか、電動機３ｂの電動機１次電流の２乗の数値Ｉ_１ ^２を示しており、図４には、Ｉ_１ ^２の時間積分である消費電力量Ｊ_１，Ｊ_２が合わせて示されている。本実施の形態では、加減速レートα_１の変化に応じて、消費電力量Ｊ_１，Ｊ_２が変化し、Ｊ＝Ｊ_１＋Ｊ_２が最小となるような加減速時間ｔ_１が存在する。速度制御装置２１０は、そのときの加減速レートα_１を採用して、速度基準のパターンＮ（ｔ）を生成して出力する。

本実施の形態の場合においても、電動機３ｂが加減速運転をする場合には、一定のトルクで運転し、ｔ_０＞０であるものとする。また、以下の説明では、特に断らない限り、ｔ_３≧ｔ_１≧ｔ_０であるものとする。ｔ０は、上述の他の実施の形態において説明した電動機３ｂの機械諸元等を用いて計算された最速加減速時間である。

加減速レートα_１は、以下のように計算される。
α_１＝（Ｎ_２－Ｎ_１）／ｔ_１

図４に示すように、パターンＮ（ｔ）は、上述の他の実施の形態の場合と同様に、時刻ごとの速度基準のデータを含んでいる。時刻τ_０において、速度基準Ｎは、下流側の電動機３ｂの速度実績Ｎ_１とされる。時刻τ_０から時刻τ_１１の間の加減速時間ｔ_１では、パターンＮ（ｔ）は、加減速レートα_１の傾きで直線状に上昇する。時刻τ_１１において、パターンＮ（ｔ）は、目標搬送速度Ｎ_２に到達する。その後、時刻τ_１１から時刻τ_２までの時間ｔ_２では、パターンＮ（ｔ）は、一定の目標搬送速度Ｎ_２で推移する。

消費電力量Ｊ_１は、時刻τ_０から時刻τ_１１までの加減速時間ｔ_１で消費される電力量とし、消費電力量Ｊ_２は、時刻τ_１１から時刻τ_２までの時間ｔ_２で消費される電力量であるものとする。

消費電力量演算機能２２２は、以下の式（２）によって、圧延材１の到達予定時間ｔ_３の間における消費電力量Ｊ＝Ｊ_１＋Ｊ_２を計算する。たとえば、消費電力量演算機能２２２は、加減速時間ｔ_１をｔ_０～ｔ_３まで、一定の時刻間隔で変化させ、加減速時間ｔ_１ごとの消費電力量Ｊを計算し、消費電力量Ｊが最小となる加減速時間ｔ_１を探索する。最速加減速時間ｔ０は、上述の他の実施の形態で説明した式（１）を用いて、加減速レート演算機能２１７によって計算される。

式（２）において、慣性モーメントＧＤ^２、定格トルクＴ_Ａ、定格トルク電流Ｉ_ｑＡ、機械損失に相当するトルクＴ_ｍ、励磁電流Ｉ_ｄおよびケーブル等に起因する直流抵抗値Ｒは、電動機のパラメータであり、電動機パラメータ設定機能１６によって、あらかじめ設定されている値が適用される。

加減速レート演算機能２１７は、消費電力量演算機能２２２によって抽出された、消費電力量Ｊが最小となる加減速時間ｔ_１に設定して、加減速レートα_１を設定する。

速度基準演算機能１８は、加減速レート演算機能２１７が出力した加減速レートα_１、加減速時間ｔ_１、電動機３ｂの速度実績Ｎ_１および目標搬送速度Ｎ_２にもとづいて、速度基準のパターンＮ（ｔ）を生成して、出力する。その後は、上述の他の実施の形態の場合と同様に、演算部２２０ｂは、速度基準設定機能１９ｂを介して、速度基準のパターンＮ（ｔ）を可変速制御装置４ｂに供給する。

なお、式（２）は、以下のとおりに導出することができる。
到達予定時間ｔ_３内の消費電力量Ｊは、加減速時間ｔ_１内の消費電力量Ｊ_１と、時刻τ_１１から時刻τ_２までの時間ｔ_２内の消費電力量Ｊ_２との和として計算される。消費電力量Ｊ_１，Ｊ_２は、以下の式（３）、式（４）で計算されるので、消費電力量Ｊは、式（５）で計算することができる。

まず、電動機３ｂの電動機１次電流Ｉ_１は、以下の式（６）で表すことができる。ここで、Ｉ_ｑは、トルク電流である。

ここで、電動機３ｂの定格１次電流をＩ_１Ａとし、定格トルク電流をＩ_ｑＡとすると、式（６）の関係に代入することにより、定格トルク電流Ｉ_ｑＡは、以下の式（７）で表すことができる。

電動機のトルクＴおよびトルク電流Ｉ_ｑは、比例関係にあるため、電動機３ｂの定格トルクＴ_Ａおよび定格トルク電流Ｉ_ｑＡを用いて、以下の式（８）および式（９）のように表される。

機械損失に相当するトルクＴ_ｍ、トルク電流Ｉ_ｑＭより、機械損失に相当する１次電流Ｉ_１ｍは、以下の式（１０）および式（１１）のように表すことができる。

到達予定時間ｔ_３は、加減速時間ｔ_１と、時刻τ_１１から時刻τ_２までの時間ｔ_２との和である。到達予定時間ｔ_３は、最速加減速時間ｔ_０以上とされるので、ｔ_１～ｔ_３とｔ_０の関係は、式（１）より、以下の式（１２）のように表される。

加減速時間ｔ_１内では、電動機３ｂのトルクＴは、式（１２）のｋＴ_ＡをＴに置き換えればよいので、加減速時間ｔ_１は、以下の式（１３）のように表される。

式（１３）に式（９）を代入することによって、トルク電流Ｉ_ｑと加減速時間ｔ_１との関係を表す式（１４）を得ることができる。

時間ｔ_２は、式（１２）より、以下の式（１５）によって表される。
ｔ２＝ｔ３－ｔ１ （１５）

式（１４）および式（１５）を式（５）に代入することによって、式（２）を得ることができる。このようにして、到達予定時間ｔ_３内の消費電力量Ｊを加減速時間ｔ_１の関数として表すことができる。

本実施の形態の電動機の速度制御装置２１０の効果について説明する。
本実施の形態の速度制御装置２１０は、演算部２２０ｂを備えている。演算部２２０ｂは、加減速レート演算機能２１７および消費電力量演算機能２２２を含む。加減速レート演算機能２１７および消費電力量演算機能２２２は、圧延材１が下流の搬送テーブル１０２に到達する到達予定時間ｔ_３内で、下流側の電動機３ｂが消費する消費電力量Ｊを計算する。加減速レート演算機能２１７および消費電力量演算機能２２２は、到達予定時間ｔ_３内の電動機３ｂの消費電力量Ｊが最小となる加減速時間ｔ_１を算出して抽出し、加減速レートα_１を計算する。演算部２２０ｂは、計算された加減速レートα_１にもとづいて、速度基準のパターンＮ（ｔ）を生成して、出力する。そのため、下流側の電動機３ｂの加減速運転時の消費電力の増大を抑制しつつ、圧延材１の搬送速度に合わせた速度制御を実現することができる。

上述の各実施の形態では、隣接する２つの搬送テーブルの場合について説明したが、上述の速度制御の手法は、隣接する２つの搬送テーブル間の場合に限定して適用されるものではない。たとえば３つの搬送テーブルにおいて、最下流の搬送テーブルの目標搬送速度を、最上流の搬送テーブルの速度に合わせるようにしてもよい。このような場合の例として、中間の搬送テーブルの速度が最上流の搬送テーブルの速度とほぼ一致しているようなときには、最下流の搬送テーブルの目標搬送速度は、実質的に最上流の搬送テーブルの速度にもとづいて決定される。また、このような場合には、搬送テーブルごとに設けられた位置検出器によって速度計算され、搬送テーブルごとに最下流の搬送テーブルの目標搬送速度を再計算されるようにしてもよい。

上述では、異なる実施の形態１、２についてそれぞれ説明したが、これらの実施の形態は、組み合わせることができる。すなわち、消費電力量Ｊが最小になるように決定された加減速レートを含む速度基準のパターンが生成された後、上流側の電動機３ａの速度と到達予定時間ｔ３との関係から、上流の電動機３ａの速度を補正する構成とすることもできる。

上述の各実施の形態において、速度制御装置１０，２１０では、演算部２０ａ，２０ｂ，２２０ｂを構成する各機能を含めて、たとえば機能ごとにハードウェアで構成するようにしてもよいし、各機能の動作を実現するソフトウェアで構成するようにしてもよい。速度制御装置１０，２１０は、たとえば、図示し、説明した各機能の動作を実現するソフトウェアやプログラムが導入されたコンピュータ装置であり、コンピュータ装置は、プログラマブルロジックコントローラ等であってもよい。

実施の形態の速度制御装置１０，２１０をコンピュータ装置で実現する場合には、たとえば、演算部２０ａ，２０ｂ，２２０ａ，２２０ｂは、演算処理装置（ＣＰＵ）等によって実現され、図１や図３に示された各機能の動作を実行する１つ以上のステップを含むプログラムを格納する記憶手段を備え、読み出して逐次実行する。各実施の形態では、２つの演算部を備えているが、これらをそれぞれ異なるＣＰＵで実現してもよいし、１つのＣＰＵで実現してももちろんよい。

このようにして、搬送テーブルの移行時の圧延材のスリップを生じにくくする、電動機の速度制御装置が実現される。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

１ 圧延材、２ａ～２ｅ テーブルロール、３ａ，３ｂ 電動機、４ａ，４ｂ 可変速制御装置、５ａ，５ｂ 位置検出器、１０，２１０ 速度制御装置、１４ 目標搬送速度演算機能、１５ 圧延材到達予定時間演算機能、１６ 電動機パラメータ設定機能、１７，２１７ 加減速レート演算機能、１８ 速度基準演算機能、１９ａ，１９ｂ 速度基準設定機能、２０ａ，２０ｂ、２２０ｂ 演算部、１００，１０２ 搬送テーブル、２２２ 消費電力量演算機能

Claims (6)

1. 第１搬送テーブルのテーブルロールを駆動する第１電動機を速度制御する第１可変速制御装置に第１速度基準を供給する第１演算手段と、
   前記第１搬送テーブルの下流に設けられた第２搬送テーブルのテーブルロールを駆動する第２電動機を速度制御する第２可変速制御装置に第２速度基準を供給し、前記第１搬送テーブルによって搬送される圧延材の搬送速度を、前記第２電動機の速度に換算された目標搬送速度を計算し、前記第２電動機の速度実績データ、前記目標搬送速度、あらかじめ設定された前記第２電動機に関する電動機パラメータにもとづいて、最速加減速時間を計算し、前記速度実績データ、前記目標搬送速度および前記最速加減速時間にもとづいて、前記圧延材の搬送速度が前記第２搬送テーブルにおいて前記目標搬送速度に到達するように速度基準のパターンを生成して前記第２速度基準として前記第２可変速制御装置に供給する第２演算手段と、
   を備えた電動機の速度制御装置。
2. 前記第２演算手段は、前記目標搬送速度、および前記第１搬送テーブルと前記第２搬送テーブルとの間の距離にもとづいて、前記圧延材の前記第２搬送テーブルへの到達予定時間を計算し、
   前記最速加減速時間と前記到達予定時間にもとづいて、前記第１速度基準を補正する上流電動機速度補正手段をさらに備え、
   前記上流電動機速度補正手段は、前記到達予定時間が前記最速加減速時間よりも短い場合に、前記到達予定時間が前記最速加減速時間以上となるように、補正値を出力し、
   前記第１演算手段は、前記第１速度基準および前記補正値にもとづいて、新たな速度基準を生成して出力する請求項１記載の電動機の速度制御装置。
3. 前記上流電動機速度補正手段では、前記補正値は、前記第１電動機の速度に応じてあらかじめ設定された請求項２記載の電動機の速度制御装置。
4. 前記第２演算手段は、前記目標搬送速度、および前記第１搬送テーブルと前記第２搬送テーブルとの間の距離にもとづいて、前記圧延材の前記第２搬送テーブルへの到達予定時間を計算し、前記最速加減速時間から前記到達予定時間までの範囲の加減速時間、前記目標搬送速度、前記速度実績データおよび前記電動機パラメータにもとづいて、前記到達予定時間内の前記第２電動機の消費電力量を演算する消費電力量演算手段をさらに備えた請求項１記載の電動機の速度制御装置。
5. 前記消費電力量演算手段は、前記加減速時間を前記最速加減速時間から前記到達予定時間まで複数の値にそれぞれ設定して、前記複数の値のそれぞれについての前記第２電動機の消費電力量を演算した中から最小値を抽出する請求項４記載の電動機の速度制御装置。
6. 前記第２演算手段は、前記目標搬送速度、および前記第１搬送テーブルと前記第２搬送テーブルとの間の距離にもとづいて、前記圧延材の前記第２搬送テーブルへの到達予定時間を計算し、前記最速加減速時間から前記到達予定時間までの範囲の加減速時間、前記目標搬送速度、前記速度実績データおよび前記電動機パラメータにもとづいて、前記到達予定時間内の前記第２電動機の消費電力量を演算する消費電力量演算手段をさらに備えた請求項２記載の電動機の速度制御装置。

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