JPH0517830A - ストリツプ連続熱処理ラインの制御方法並びにその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ストリップ連続熱処理ラインにおける操業安定
性および生産性の向上を図る。 【構成】適正操業諸条件が互いに異なる異種ストリップ
同士を接続して連続的に熱処理するストリップ連続熱処
理ラインを、定常時の通板性に関する特徴をストリップ
毎に記憶した知識データベースと、先行材から後行材へ
の移行時の通板性に関する特徴を接続ストリップの種別
毎に記憶した知識データベースとを予め準備しておき、
これらの知識データベースを検索して得られた各種スト
リップの定常時の適正操業諸条件に関する知識、並びに
先行材から後行材への移行時の適正操業諸条件に関する
知識から得られる操作量と、理論に基づく数式モデルに
よって算出可能な操作量とを複合化して決定された制御
条件に基づいて制御する。また、過去の操業実績に基づ
いて最適値と修正値とを学習し、データベースの知識を
逐次更新するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、板厚、板幅、材質など
の材料仕様や製品仕様が互いに異なる異種ストリップ同
士を接続して連続的に熱処理炉に通板する設備のための
制御方法、並びにその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】板厚・板幅・材質などの素材条件が互い
に異なる異種ストリップ同士を接続して連続的に熱処理
を行なう連続焼鈍設備においては、製品品質を確保し、
かつ炉の能力が最大限に発揮される操業を安定的に継続
することが要求される。それには、焼鈍サイクルに基づ
く板温の確保と共に、ストリップの通板性を確保するこ
とが重要である。ところが、異種ストリップ同士を接続
して連続的に炉に通板するには、通板速度・ストリップ
張力・炉温などに関する適正操業諸条件がストリップ毎
にそれぞれ異なるため、接続する各ストリップに適した
操業諸条件の設定と、この操業諸条件の変更タイミング
及び変更パターンとが問題となり得る。特に、操業諸条
件の各要素は、製品品質・設備能力・安定操業を両立す
るうえに、互いに干渉し合う面があるので、協調をとっ
て変更する必要がある。

【０００３】ところで、従来の連続焼鈍設備において
は、各種操業諸条件を各制御モデルに基づいてストリッ
プ毎に独立して決定し、かつステップ的に変更してい
た。例えば通板速度は、材料の板厚・板幅から設備能力
に応じて決定され（ストリップの加熱不足にならないよ
うに、減速は接続点が炉の入口に到達した時点で、増速
は接続点が炉の出口に到達した時点でステップ的に変更
される）、また炉温は、材料の板厚・板幅と、所定の材
質を得るための目標板温とから、通板速度に応じてステ
ップ的に設定される（ストリップの加熱不足にならない
ように、昇温は接続点が炉の入口に到達した時点で、降
温は接続点が炉の出口に到達した時点でステップ的に変
更する）。そしてストリップ張力は、材料の板厚・板幅
と、ストリップの破断限界のユニット張力とから決定さ
れる（ストリップが破断しないように、増大は接続点が
炉の出口に到達した時点で、減少は接続点が炉の入口に
到達した時点でステップ的に変更する）。これらの操業
諸条件の設定に加えて、安定操業を維持するうえには、
接続する異種ストリップの組合わせによって将来の操業
諸条件変更を予測し、予め決定された操作量を修正した
り、また、所謂ヒートバックル現象やウォーク現象など
の不測の事態に対処して操業諸条件を変化させるため
に、炉内状況をモニタカメラなどにて操作者が常時監視
し、操作者による現況に応じた適切な操業諸条件の修正
・変更が不可欠であった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、操業中の操
作量の修正、あるいは非定常状態となった際の処置は、
一般に操作者の主観的判断に基づいて行なわれるものな
ので、極めて高い熟練を要するうえ、補正量や補正タイ
ミングにばらつき（個人誤差）が生じがちであった。ま
た、変更操作量や変更操作タイミングは、試行錯誤的に
ならざるを得ない面があるため、ハンチングやオーバー
シュートが避けられず、適正状態に到達するまでにある
程度時間がかかったりした。そのため、多品種・小ロッ
ト生産下では、異種ストリップ同士の接続点の数および
種類が格段に増大することから、操業安定性を高めて品
質の向上を図り、かつ歩留まりを高めて生産性の向上を
図るうえに限度があり、しかも操作者の負担も大きくな
りがちであった。

【０００５】本発明は、このような従来技術の不都合を
解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、
操業安定性並びに生産性をより一層向上し得るように改
善されたストリップ連続熱処理ラインの制御方法並びに
その装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような目的は、本発
明によれば、適正操業諸条件が互いに異なる異種ストリ
ップ同士を接続して連続的に熱処理するストリップ連続
熱処理ラインを、定常時の通板性に関する特徴をストリ
ップ毎に記憶した知識データベースと、先行材から後行
材への移行時の通板性に関する特徴を接続ストリップの
種別毎に記憶した知識データベースとを予め準備してお
き、これらの知識データベースを検索して得られた各種
ストリップの定常時の適正操業諸条件に関する知識、並
びに先行材から後行材への移行時の適正操業諸条件に関
する知識から得られる操作量と、理論に基づく数式モデ
ルによって算出可能な操作量とを複合化して決定された
制御条件に基づいて制御することによって達成される。

【０００７】

【作用】このような構成によれば、熟練者のノウハウが
制御に反映され、炉況に応じた最適制御が標準化された
手順に従って自動的に行なわれることとなる。

【０００８】

【実施例】以下に添付の図面に示された具体的な実施例
に基づいて本発明の構成を詳細に説明する。

【０００９】図１は、本発明が適用されるストリップ連
続熱処理ラインＣの概略構成を示している。ライン入口
に設置されたペイオフリール１からストリップ２が連続
的に供給されるが、先のストリップの終端に後のストリ
ップの先端が溶接接続装置３にて接続され、次いでクリ
ーニング装置４にて洗浄され、入側ルーパ装置５にて供
給量が調節されたうえで熱処理を行なうための炉内に送
り込まれる。そして加熱炉６、均熱炉７、一次冷却炉
８、過時効炉９、二次冷却炉１０を経て所定の焼鈍サイ
クルに従って熱処理されたストリップ２は、出側ルーパ
装置１１にて繰出し量が調節されたうえでスキンパスミ
ル１２に送り込まる。このスキンパスミル１２にて調質
圧延された後、検査精整装置１３にて不良部分の除去、
あるいは分割が行なわれ、テンションリール１４に処理
済みのストリップ２が巻き取られる。また、各炉内に
は、ストリップ２に適宜な張力を与えて走行させるため
のハースロール１５が多数設けられている。

【００１０】本発明の制御システムは、図２の制御ブロ
ック図に示すように、製造スケジュールを管理する主コ
ンピュータ２１と、上記構成の焼鈍炉の操業を制御する
プロセスコンピュータ２２とからなっており、処理すべ
きストリップの製造仕様（材料仕様・製品仕様）から、
異種ストリップの組合せにおいて最も高い操業効率〓
（高生産性・高品質・低コスト）が得られ、かつ最短の
納期を達成し得るような通板順位が主コンピュータ２１
にて決定され、かつ命令出力され、これに対応した操業
諸条件（通板速度・ストリップ張力・炉温）に関わる操
作量と操作量変更タイミング及び変更パターンとが、プ
ロセスコンピュータ２２にて決定され、これによって炉
内の最適制御が行なわれるようになっている。

【００１１】プロセスコンピュータ２２は、主コンピュ
ータ２１から与えられる通板順位及び製造仕様から、異
種ストリップ間の適正制御諸条件、並びに前記制御諸条
件の変更タイミング及び変更パターンを決定するための
制御条件決定部２３と、この制御条件決定部２３にて定
められた制御諸条件から目標板温を確保するべく、伝熱
理論に基づく数式モデルによって算出された炉温操作量
を出力するための板温制御部２４と、これら制御条件決
定部２３及び板温制御部２４にて定められた操作量（通
板速度・ストリップ張力・炉温）の各々の協調をとって
出力するための操作量協調制御部２５と、実操業状態を
常時監視して操業中の障害発生を予知するための障害発
生診断部２６と、この障害発生診断部２６からの障害発
生予知情報、並びに障害発生検出器からの障害発生情報
に基づいて障害発生の回避、並びに障害除去を行なうた
めの障害発生処置部２７と、これら制御条件決定部２３
・障害発生診断部２６・障害発生処置部２７の各知識を
過去の操業実績値を参照して逐次修正するための操業知
識獲得部２８と、板温制御部２４にて炉温操作量を算出
するための数式モデルを過去の操業実績値を参照して逐
次修正するための数式モデル学習部２９とから構成され
ている。

【００１２】制御条件決定部２３は、図３に示すよう
に、通板順位及び製造仕様から先行材並びに後行材にお
ける定常時と移行時との操業特徴（ヒートバックル発生
懸念・ウォーク発生懸念）を抽出し、移行パターンと移
行方針（生産性・品質・通板性の優先度）とを決定する
制御方針決定機能２３ａと、制御方針決定機能２３ａで
決定した制御方針に従って、設備能力と、ヒートバック
ル回避及びウォーク回避の各制約条件に関する知識から
通板条件（通板速度・ストリップ張力）を決定し、更に
これらの各通板条件から後行材の定常操業時における最
適な制御条件（通板速度・ストリップ張力・目標板温）
を決定する定常時制御条件決定機能２３ｂと、制御方針
決定機能２３ａで決定した制御方針に従って、先行材か
ら後行材への移行時の制御条件（操業条件変更タイミン
グ・変更パターン）を決定する移行時制御条件決定機能
２３ｃとを有している。

【００１３】板温制御部２４では、制御条件決定部２３
で決定された通板速度及び目標板温に基づき、焼鈍炉全
体の熱収支を数式化した板温制御モデルにより、例えば
加熱帯であれば、燃焼ガス流量に即して炉温を計算して
板温を制御する。またローラ回転計３０からの実通板速
度、熱電対温度計３１からの実炉温、放射温度計３２か
らの実板温、の各実績値と目標値とを比較し、その偏差
に応じた補正が加えられ、板温偏差並びに燃焼ガス流量
が最小となるような炉温の設定が行なわれる。

【００１４】操作量協調制御部２５では、制御条件決定
部２３で決定された通板速度及びストリップ張力と、板
温制御部２４で決定された炉温の各操作量及び各操作量
の変更タイミングに従って異種材の接続部における各操
作量を協調をとってハースロール駆動装置３３並びにバ
ーナ制御装置３４へ出力する。そして上記した実炉温・
実速度に加えてハースロール１５に設けられた荷重計３
５からの実ストリップ張力を参照し、切換えの円滑化が
図られ、調和のとれた操作量の設定変更が自動的に行な
われる。

【００１５】障害発生診断部２６では、実通板速度・実
炉温・実板温・実ストリップ張力などの実績値から操業
状態を監視し、操業条件の変化からヒートバックルの発
生やウォーク発生といった通板性の悪化を事前に予測す
る。そして積極的なフィードフォワード制御を行なう。

【００１６】障害発生処置部２７では、ヒートバックル
やウォークの発生に対して条件反射的なフェイルセーフ
制御を行なう。この障害発生処置部２７においては、障
害発生診断部２６からの通板性悪化の予測情報と共に、
別途設けられたレーザー光を用いたストリップ表面歪み
検出器３６の信号に基づいてストリップ表面の変形の程
度、すなわちヒートバックルの幅と高さとの比を演算
し、ヒートバックル評価点（高さ／幅）を算出する。そ
して熟練者の経験的ノウハウに基づいてヒートバックル
評価点に対応して予め設定された通板速度・ストリップ
張力・炉温の各変更代のテーブルを検索し、ヒートバッ
クルの程度に応じた最適変更代を読み取り、これを操作
量協調制御部２５に与える。これにより、ハースロール
の駆動トルクおよび回転速度を変更してストリップ張力
及び通板速度を調節し、かつ燃料流量を制御して炉温を
調節する。このようにして、ヒートバックルが生じた際
には、それを抑止するように操業諸条件が自動的に変更
される。

【００１７】板温制御部２４は、数式モデル学習部２９
にて支援されている。この数式モデル学習部２９では、
実通板速度・実炉温・実板温に基づいて炉況を常時監視
し、基本制御量及び補正量に対する実応答量を逐次学習
する。これによって板温制御モデル式のパラメータや補
正係数が実績値から自動的に修正され、設備と操業の経
時変化に自動的に追従し、より一層の最適制御が行ない
得るようになっている。

【００１８】操業知識獲得部２８では、実通板速度・実
炉温・実板温・実ストリップ張力などの各操業実績値
と、障害発生検出信号とによって処置修正量と実応答量
との関係を逐次学習し、制御条件決定部２３・障害発生
診断部２６・障害発生処置部２７の現知識の更新、並び
に操業知識ベースの構築支援を自動的に行なう。これに
よって操業経験を自動的に反映し、先行材から後行材へ
の移行、並びにヒートバックルなどの障害が発生した際
に、より一層高い精度並びに応答性をもって操業条件の
変更制御を行なうことが可能となる。

【００１９】次に制御条件決定部２３における制御条件
の決定方法について説明する。制御方針決定機能２３ａ
には、定常時操業特徴抽出知識と、移行時操業特徴抽出
知識とが、定常時制御条件決定機能２３ｂには、ヒート
バックル回避知識と、ウォーク回避知識と、加熱能力制
約知識と、これらから制御条件を導き出す制御条件決定
知識とが、移行時制御条件決定機能２３ｃには、移行条
件決定知識が、それぞれあらゆるストリップ仕様の組合
わせを想定して設定され、知識工学による表現形態をと
って知識データベースに格納してある。

【００２０】さて、ここで主コンピュータ２１からの製
造命令が、例えば、先行材については； 板幅：１０８０mm、板厚：０．６mm、目標板温：７２０
℃（低温材） 後行材については； 板幅：１１５０mm、板厚：０．４mm、目標板温：７２０
℃（低温材） と、与えられた場合、定常時操業特徴抽出知識として； 『もしも：板厚０．６mm未満、板幅：１１５０mm以上の
低温材 ならば：後行材はヒートバックル大懸念材であり、』 『もしも：低温材の溶接点の板幅が１１５０mm以上から
５０mm以上拡幅する ならば：後行材は、広幅移行のウォーク中懸念材であ
る。』 なる知識が知識データベースから得られ、移行時操業特
徴抽出知識として； 『もしも：先行材がハイテン材でなく、低温材であり、
後行材がハイテン材でなく、低温材であり、先行材と後
行材とが同一焼鈍サイクル ならば：低温材の焼鈍サイクル内変更である。』 なる知識が知識データベースから得られ、移行方針決定
知識として； 『もしも：低温材の焼鈍サイクル内変更であり、先行材
がヒートバックル懸念材であり、後行材がヒートバック
ル大懸念材、板幅が１１００mm以上１２００mm未満、 ならば：通板性優先移行とする。』 なる知識が知識データベースから得られる。これらの知
識から、 『後行材の特徴：ヒートバックル大懸念材、広幅移行時
ウォーク中懸念材 移行パターン：低温材・サイクル内変更 移行方針：通板性優先』 なる制御方針が決定される。

【００２１】次に、ヒートバックル回避知識として； 『もしも：後行材が低温材でヒートバックル大懸念材 ならば：通板速度を２００mpm とする。』 またウォーク回避知識として； 『もしも：変更点が溶接点で、後行材が低温材の広幅移
行でウォーク中懸念材 ならば：通板速度を２２０mpm とする。』 なる知識が知識データベースから得られる。更に設備能
力制約速度計算として；熱収支を数式化した板温度制御
モデルにより、各設備の能力制約から通板速度を計算す
る。 これらの知識と計算結果とから、定常制御条件決定知識
として； 『最小速度を最適通板速度とし、 もしも：ヒートバックル懸念材 ならば：下限板温＋５℃を目標板温とする。』 なる知識が知識データベースから得られ、同様に加熱各
ゾーンの負荷率及び炉入側・炉内・炉出側の各張力など
を求め、以上の知識を総合して定常制御条件が決定され
る。

【００２２】他方、移行時の制御条件決定知識として、
『もしも：板厚が薄手移行で、移行パターが低温材・サ
イクル内変更で、移行方針が通板性優先 ならば：変更点が加熱炉の入口通過３分前までに、通板
速度を３分間隔で２０mpm づつ減速する。』 なる知識が知識データベースから得られ、同様に炉温や
張力の変更タイミングと変更パターンとを求め、以上の
知識から移行制御条件が決定される。

【００２３】以上のようにして、制御条件決定部２３で
決定された通板速度及びストリップ張力と、板温制御部
２４で決定された燃焼ガス流量に従って基本的な炉の操
業が行なわれる。この制御の一例を図４に示す。

【００２４】これら制御条件決定部２３・障害発生診断
部２６・障害発生処置部２７の各部の知識データベース
は、プロトタイピング方式で機能開発が可能、可読性に
優れ知識の追加修正が容易、通板性確保や異常処置の操
業ノウハウのシステム化が可能、といったことから、知
識工学を適用することによって容易に構築可能である。

【００２５】なお、設備稼働状況を逐一ディスプレー
（図示せず）に表示し、操作者が炉況を把握し得るよう
にし、自動制御が追従できないようなトラブルやプロセ
スコンピュータが判断できないような不測の事態が発生
した場合には、キーボードなどを用いて操作者が制御に
介入し得るようにすることもできる。

【００２６】

【発明の効果】このように本発明によれば、過去の操業
実績に基づく操業熟練者の知識と、伝熱理論に基づく数
式モデルとの複合化が可能なことから、安定操業を実現
する上に操作者の介入が不要になり、操作者の負荷の大
幅軽減が達成し得ると共に、操業熟練者の操業ノウハウ
の体系化および技術伝承が容易になる。また、操作量
と、操作量変更タイミングとが極めて高いレベルで適正
化される上、板破断などの重大な操業トラブルの発生を
未然に防止することができる。従って、ストリップ連続
熱処理ラインの安定操業の完全自動化を達成し、生産性
並びに品質の向上、及び燃料などのランニングコストの
削減を図る上に多大な効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される連続焼鈍設備の全体的な概
略構成図である。

【図２】本発明による制御システムの概略構成図であ
る。

【図３】図２に示す制御システムの内、制御条件決定部
の詳細構成図である。

【図４】制御パターンの一例である。

【符号の説明】

Ｃ ストリップ連続熱処理ライン １ ペイオフリール ２ ストリップ ３ 溶接接続装置 ４ クリーニング装置 ５ 入り側ルーパ装置 ６ 加熱炉 ７ 均熱炉 ８ 一次冷却炉 ９ 過時効炉 １０ 二次冷却炉 １１ 出側ルーパ装置 １２ スキンパスミル １３ 検査精整装置 １４ テンションリール １５ ハースロール ２１ 主コンピュータ ２２ プロセスコンピュータ ２３ 制御条件決定部 ２４ 板温制御部 ２５ 操作量協調制御部 ２６ 障害発生診断部 ２７ 障害発生処置部 ２８ 操業知識獲得部 ２９ 数式モデル学習部 ３０ ローラ回転計 ３１ 熱電対温度計 ３２ 放射温度計 ３３ ハースロール駆動装置 ３４ バーナ制御装置 ３５ 荷重計 ３６ 表面歪み検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 滝口 英俊 君津市君津１番地 新日本製鐵株式会社君 津製鐵所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】適正操業諸条件が互いに異なる異種ストリ
   ップ同士を接続して連続的に熱処理するストリップ連続
   熱処理ラインの制御方法であって、 定常時の通板性に関する特徴をストリップ毎に記憶した
   知識テータベースと、先行材から後行材への移行時の通
   板性に関する特徴を互いに接続されるストリップの種別
   毎に記憶した知識データベースとを予め準備しておき、 これらの知識データベースを検索して得られた各種スト
   リップの定常時の適正操業諸条件に関する知識、並びに
   先行材から後行材への移行時の適正操業諸条件に関する
   知識から得られる操作量と、 理論に基づく数式モデルによって算出可能な操作量とを
   複合化して制御条件を決定することを特徴とするストリ
   ップ連続熱処理ラインの制御方法。
2. 【請求項２】操業状態を常時監視して操業中の障害発生
   を予知し、障害発生を事前に回避するように各操作量を
   修正する制御を含むことを特徴とする請求項１に記載の
   ストリップ連続熱処理ラインの制御方法。
3. 【請求項３】操業状態を常時監視し、操業中に障害発生
   が検出された時にはその障害を除去するように各操作量
   を修正する制御を含むことを特徴とする請求項１に記載
   のストリップ連続熱処理ラインの制御方法。
4. 【請求項４】過去の操業実績の蓄積を参照して数式モデ
   ル、並びに知識工学で表現した操業ノウハウに関する知
   識を自動的に修正することを特徴とする請求項１に記載
   のストリップ連続熱処理ラインの制御方法。
5. 【請求項５】適正操業諸条件が互いに異なる異種ストリ
   ップ同士を接続して連続的に熱処理するストリップ連続
   熱処理ラインの制御装置であって、 予め定められた通板順位及び製造仕様から、異種ストリ
   ップ間の適正制御諸条件、並びに前記制御諸条件の変更
   タイミングと変更パターンとを決定するための制御条件
   決定部と、 前記制御条件決定部にて定められた制御諸条件から目標
   板温を確保するべく、伝熱理論に基づく数式モデルによ
   って算出された炉温操作量を出力するための板温制御部
   と、 前記制御条件決定部及び前記板温制御部にて定められた
   操作量の各々の協調をとって出力するための操作量協調
   制御部と、 実操業状態を常時監視して操業中の障害発生を予知する
   ための障害発生診断部と、 前記障害発生診断部からの障害発生予知情報、並びに障
   害発生検出器からの障害発生情報に基づいて障害発生の
   回避、並びに障害除去を行なうための障害発生処置部
   と、 上記制御条件決定部・障害発生診断部・障害発生処置部
   の各知識を過去の操業実績値を参照して逐次修正するた
   めの操業知識獲得部と、 前記板温制御部にて炉温操作量を算出するための数式モ
   デルを過去の操業実績値を参照して逐次修正するための
   数式モデル学習部とから構成されることを特徴とするス
   トリップ連続熱処理ラインの制御装置。