JPH0638568A

JPH0638568A - プラントのモータ制御システム

Info

Publication number: JPH0638568A
Application number: JP4189466A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Tobiyo; 飛世　　正博
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-07-16
Filing date: 1992-07-16
Publication date: 1994-02-10
Anticipated expiration: 2013-09-30
Also published as: JP2805562B2

Abstract

(57)【要約】【目的】モータコントローラの速度制御ゲインを直接
変更することなく、等価的に速度制御系の応答性を可変
できるようにする。【構成】プロセス機器を統括制御するプラントコント
ローラ３０において、慣性モーメント演算手段３８によ
り負荷の慣性モーメントを演算し、ゲイン設定手段３９
はその慣性モーメントに基づいて目標速度の出力ゲイン
Ｋを設定し、目標速度補正手段３３，３４，３５は設定
された出力ゲインＫに基づいて目標速度設定手段３２か
ら出力される目標速度ωを補正する。したがって、補正
された目標速度ω＊は負荷慣性モーメントの変化が反映
されたレベルになっているから、モータコントローラ２
０は、その目標速度ω＊に従って固定された応答時定数
を有する速度制御系でモータの速度を制御することによ
り、等価的に負荷慣性モーメントの変化に応じた応答性
に可変されることになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プロセスプラントのモ
ータ制御システムに係り、プロセスの運転条件や操業条
件の変化に合わせてプロセス機器を駆動するモータの制
御システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】プロセスプラントの具体例としては、圧
延プラント、圧延材の焼鈍プラント、フィルムプラン
ト、抄紙プラント、磁気テーププラント等の帯状材処理
プラントが挙げられる。通常これらのプラントは帯状材
の走行ラインに沿って配設された１つ又は複数のプロセ
ス機器を含んで構成される。そして、それらのプロセス
機器の運転条件は、プロセスラインの操業条件等の変化
に密接な関連があることから、各プロセス機器はプロセ
スコンピュータ及び／又はプラントコントローラ（以下
プラントコントローラと総称する。）により統括制御す
ることが行われている。例えば、圧延プラントや焼鈍プ
ラント等の場合は、圧延材コイルの巻取機、圧延ロー
ル、ブライドルロール、テンションロール、ヘルパーロ
ール等の複数のプロセス機器を含んで構成される。この
ようなプラントにおいては、各プロセス機器を駆動する
モータの速度を、操業条件に合わせて協調制御すること
が要求される。この要求を満たすため、従来、プラント
コントローラから各モータの制御装置に速度指令を送
り、各モータ制御装置はその指令に基づいてモータの速
度を制御するようにしている。

【０００３】ところが、圧延材の板厚が変化する等によ
り、モータの運動系の慣性モーメント（以下、負荷慣性
モーメントという）が変動し、これにより各モータの速
度の揃速性が崩れ、圧延材に加わる張力が変動して圧延
材の品質が低下したり、一部のモータが過負荷トリップ
する等の問題がある。

【０００４】特に、帯状材の巻取り機は帯状材の尾端が
巻取りコイルの所定の位置で停止するように、尾端が巻
取り機近傍に来たとき、それ迄の張力制御のための電流
制御から速度制御に切換えて尾端停止位置制御が行われ
ている。この場合、巻取り径によって慣性モーメントが
１０乃至２０倍に変化するため、巻取り径の変化に合わ
せて速度制御ゲインを変えないと、尾端位置制御精度が
低下する。

【０００５】そこで、従来は、特開平４−８５６０４号
公報に提案されているように、プラントコントローラに
おいて、プロセスプラントの操業条件の変化に合わせ
て、例えば圧延材の板厚、材質、幅等の圧延条件あるい
は巻出し機や巻取り機のコイル径の変化に合わせて、各
モータの負荷慣性モーメントの変化を随時演算し、その
変化に基づいてモータコントローラの速度制御ゲインの
更新値を設定し、これをモータコントローラに伝送する
ようにし、モータコントローラは伝送された更新値に応
じて速度制御ゲインを更新することにより、各モータの
揃速性を保持して圧延材の張力変動を防止するようにし
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報に提案されたシステムによれば、上位のプラントコン
ピュータからモータコントローラに速度制御ゲインの更
新値を伝送し、モータコントローラにおいて速度制御ゲ
インを更新するようにしていることから、次のような問
題がある。

【０００７】（１）プラントコントローラから各モータ
コントローラへのデータ伝送は、一般に目標速度や目標
トルク等の制御指令をシリアル信号に変換して次分割で
行うようになっている。したがって、伝送データとして
速度制御ゲインの更新値が追加されると、伝送フレーム
のワード数が増える。そのため、その増加分だけ全部の
モータコントローラを一巡する伝送時間が長くなり、こ
れに応じて制御の高速応答性が損なわれるという問題が
ある。特に、制御対象のモータ台数が多い場合にその影
響が大きくなる。

【０００８】（２）モータコントローラ側の速度制御手
段がアナログ素子を用いて構成されている場合には、そ
の制御ゲインを可変式にすることは簡単ではないので、
上記公報のシステムをそのまま適用することができな
い。同様に、既設のモータ制御システムに適用するに
は、大幅な改造を伴うから適用が困難である。

【０００９】本発明の目的は、モータコントローラの速
度制御ゲインを直接変更することなく、等価的に速度制
御系の応答性を可変できるようにしたプラントのモータ
制御システムを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、負荷の慣性モーメントを算出するのに必
要な情報は、プラントコントローラで取得できること、
及び各モータに伝送する目標速度を負荷の慣性モーメン
トの変化に応じて補正することにより、等価的にモータ
コントローラの速度制御系のゲインを変えることができ
ることに鑑みなされたものである。

【００１１】すなわち、本発明のモータ制御システム
は、プラントの操業条件に基づいてプロセス機器を統括
制御するプラントコントローラと、該プラントコントロ
ーラから与えられる制御指令に基づいて前記プロセス機
器を駆動するモータを制御するモータコントローラとを
備えてなるモータ制御システムを対象とし、前記プラン
トコントローラは、前記プラントの操業条件と前記モー
タの負荷条件とを入力し、前記操業条件に基づいて前記
モータの目標速度を設定する目標速度設定手段と、前記
モータの負荷条件に基づいて負荷の慣性モーメントを演
算する慣性モーメント演算手段と、該求めた慣性モーメ
ントに基づいて前記目標速度の出力ゲインを設定するゲ
イン設定手段と、該設定された出力ゲインに基づいて前
記目標速度を補正する目標速度補正手段と、該補正され
た目標速度を前記モータコントローラに伝送する出力手
段とを含み、前記モータコントローラは、前記プラント
コントローラの出力手段から伝送される前記目標速度を
取り込む入力手段と、該取り込まれた目標速度に基づい
て前記モータの速度を制御する速度制御手段とを含んで
構成されたことを特徴とする。

【００１２】この場合において、前記ゲイン設定手段
は、前記モータコントローラの速度制御系のゲインを設
定する際に用いた前記モータの負荷慣性モーメントの初
期値に対する前記負荷慣性モーメントの比を出力ゲイン
として設定するようにできる。

【００１３】また、前記プラントコントローラの前記目
標速度補正手段は、前記目標速度設定手段により設定さ
れた目標速度と前記モータの検出速度との差を求める減
算手段と、該減算手段の出力に前記出力ゲインを乗算す
る乗算手段とから構成できる。

【００１４】また、前記モータコントローラの速度制御
手段が、前記目標速度と前記モータの検出速度との差に
基づいて前記モータの速度を制御する構成の場合は、前
記プラントコントローラの前記目標速度補正手段は、前
記目標速度設定手段により設定された目標速度と前記モ
ータの検出速度との差を求める減算手段と、該減算手段
の出力に前記出力ゲインを乗算する乗算手段と、該乗算
手段の出力に前記モータの検出速度を加算する加算手段
とから構成する。

【００１５】ここで、前記プラントコントローラはコン
ピュータにより形成でき、また前記モータコントローラ
の速度制御手段はディジタルプロセッサであっても、ア
ナログ素子により形成されたものであってもよい。

【００１６】また、前記モータコントローラが帯状材プ
ラントの巻取り機を駆動するモータの制御に用いられる
場合は、前記プラントコントローラは、前記プラントの
操業条件と前記モータの負荷条件と前記巻取り機の回転
角検出信号と前記巻取り機の近傍に設けられた帯状材の
尾端検出手段から出力される尾端検出信号とを取り込む
入力手段と、前記操業条件に基づいて前記巻取り機の巻
取り径を演算する巻取り径演算手段と、該巻取り径と前
記操業条件に基づいて前記モータの目標速度を設定する
とともに前記尾端検出信号に応答して機能が停止される
目標速度設定手段と、前記尾端検出信号に応答して起動
され予め設定された位置決め速度パターンに従って目標
速度を設定する位置決め制御手段と、前記巻取り径に基
づいて負荷の慣性モーメントを演算する慣性モーメント
演算手段と、該求めた慣性モーメントに基づいて前記目
標速度設定手段と前記位置決め制御手段から出力される
目標速度の出力ゲインを設定するゲイン設定手段と、該
設定された出力ゲインに基づいて前記目標速度を補正す
る目標速度補正手段と、該補正された目標速度を前記モ
ータコントローラに伝送する出力手段とを含んで構成す
る。

【００１７】この場合において、前記位置決め制御手段
は、前記尾端検出信号が入力されたタイミングにおける
前記巻取り径と厚み等の帯状材データに基づいて、前記
尾端が所定の停止位置に至るまでの前記巻取り機の回転
角を基準回転角として設定する基準回転角設定手段と、
前記取り込まれた前記巻取り機の回転角検出信号に基づ
いて前記尾端検出信号の入力後の前記巻取り機の回転角
を検出する回転各検出手段と、該検出回転角と前記基準
回転角の差に応じて目標速度を漸次低下させる位置決め
速度パターン発生手段とを備えて構成することが好まし
い。

【００１８】また、尾端検出信号は、周知の発光素子と
受光素子の組合せ又は超音波発信素子と受信素子の組合
せてなる尾端検出手段の他、前記帯状材を切断する切断
器の動作信号を用いることができる。

【００１９】

【作用】このように構成することにより、本発明によれ
ば、次の作用により上記目的が達成できる。

【００２０】まず、慣性モーメント演算手段により、モ
ータの負荷条件に基づいて負荷の慣性モーメントが演算
され、ゲイン設定手段により負荷慣性モーメントに基づ
いてモータの目標速度の出力ゲインが設定され、この出
力ゲインに基づいて目標速度が補正される。したがっ
て、この補正された目標速度は負荷慣性モーメントに対
応したゲインを乗じた値になっているから、モータコン
トローラはその目標速度に基づいてモータの速度を制御
することにより、負荷慣性モーメントの変化に応じた速
度応答性を実現することができる。つまり、モータコン
トローラの速度制御ゲインを直接変更することなく、等
価的に速度制御系の応答性を可変できる。

【００２１】これにより、各プロセス機器のモータは、
操業条件の変化に合わせた制御特性により協調制御さ
れ、帯状材の板厚変化や巻取り径の変化等に起因する帯
状材の張力変動を抑え、また尾端停止位置制御の精度を
確保できる。

【００２２】また、プラントコントローラからモータコ
ントローラへのデータ伝送容量を増やさずに、モータコ
ントローラの速度制御ゲインを実質的に可変できるか
ら、伝送時間の増大による応答性低下を回避できる。

【００２３】また、モータコントローラの速度制御手段
のゲインは固定でよいことから、速度制御系がアナログ
素子を用いて構成されている場合であっても、また既設
のものであっても、そのまま本発明を適用できる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００２５】図１乃至図３に、本発明を圧延材の焼鈍プ
ラントに適用したモータ制御システムの一実施例を示
す。図２は圧延材の焼鈍プラントのモータ制御システム
の全体構成図を示し、図１は本実施例のプラントコント
ローラとモータコントローラの主要部のブロック構成図
を示す。

【００２６】図２に示すように、本実施例の焼鈍プラン
トは、巻戻し機１から巻戻される圧延材２を、複数のブ
ライドルロール３Ａ〜Ｄからなる入側ブライドルロール
群４を経て、複数のヘルパーロール５Ａ〜Ｎを含んでな
る焼鈍設備６に導き、ここで焼鈍処理した後複数のブラ
イドルロール７Ａ〜Ｃからなる出側ブライドルロール群
８を順次通して巻取機９に巻取るようになっている。巻
戻し機１はモータ１０Ａにより、入側ブライドルロール
３Ａ〜Ｄはモータ１０Ｂ〜Ｅにより、ヘルパーロール５
Ａ〜Ｎはモータ１０Ｆ〜Ｊにより、出側ブライドルロー
ル７Ａ〜Ｃはモータ１０Ｋ〜Ｍにより、巻取機９はモー
タ１０Ｎによりそれぞれ駆動される。

【００２７】このような焼鈍プラントにおいては、品質
保持や設備の安定操業の点から、各部の圧延材の張力を
一定の値に保持するため、各モータ１０の速度応答の揃
速性を満たすことが最も重要な課題である。特に、圧延
材２の板厚や材料等の操業条件が変化すると、各モータ
１０の運動系に作用する慣性モーメント（モータの負荷
慣性モーメント）が変化し、この変化に反比例して速度
応答が変化する。すなわち、材料等の変化による慣性モ
ーメントの変化の割合が、各モータによって異なるた
め、各モータ制御装置の速度応答に違いが出てくるので
ある。したがって、速度応答の揃速性を満たすには、操
業条件の変化に協調させて各モータの制御特性を調整す
る必要がある。この要求を満たす本実施例のモータ制御
システムについて次に説明する。

【００２８】各モータ１０Ａ〜Ｎはそれぞれ対応させ
て、又は一定のグループ毎に設けられた複数のモータコ
ントローラ２０Ａ〜Ｎにより制御される。なお、図示を
簡単にするため、一部のモータコントローラは図示が省
略されている。各モータコントローラ２０Ａ〜Ｎはプラ
ントコントローラ３０から、伝送路５１を介して運転停
止指令、速度指令、トルク指令等の各種の制御指令等が
与えられるようになっている。また、モータコントロー
ラ２０Ａ〜Ｎからもプラントコントローラ３０に対して
必要な情報を伝送可能になっている。更に、プラントコ
ントローラ３０には各種センサ群５４から必要なプロセ
ス機器の実際の運転情報が入力されている。また、プラ
ントコントローラ３０は上位のプロセスコンピュータ５
０と接続されている。

【００２９】プロセスコンピュータ５０は、操業条件と
プラントコントローラ３０からの実運転情報に基づい
て、プラントコントローラ３０に各種の運転指令を出力
する。この運転指令には、圧延材の種類、板厚、板幅等
の圧延材の材質に関するデータ、圧延材の各部の走行速
度を設定するに必要な速度条件、圧延材の各部の張力を
設定するに必要な張力条件等が含まれる。指令プラント
コントローラ３０は、与えられる運転指令に基づいて、
後述するように、各モータ１０の速度、電流等の制御指
令を生成して、各モータコントローラ２０に出力する。
このとき、センサ群５４からの実運転情報と各モータコ
ントローラ２０からの運転情報をもとに、運転状態を判
断する。モータコントローラ２０Ａ〜Ｎはプラントコン
トローラ３０から与えられる制御指令どおりに、対応す
る各モータ１０を制御する。

【００３０】ここで、プラントコントローラ３０とモー
タコントローラ２０の構成について図１（Ａ），（Ｂ）
を参照して説明する。同図（Ａ）はプラントコントロー
ラ３０の主要部の機能ブロック図であり、１台のモータ
に対応する部分のみを示している。図示のように、プラ
ントコントローラ３０は図示していない入力手段を介し
て外部から入力データを取り込む。速度条件は目標速度
設定手段３２に入力され、予め定められた手順に従って
制御対象であるモータの目標速度ω（ｒｐｍ）が演算に
より設定される。この目標速度ωは減算手段３３、ゲイ
ン乗算手段３４、加算手段３５を介して送信手段３６に
入力される。また、モータの回転角信号θは、図示して
いないパルスジェネレータ等の回転角検出手段から入力
されるもので、モータの回転角に比例した数のパルス列
信号である。この回転角信号θは速度検出器３７に入力
され、ここにおいてモータの実回転速度ωａ（ｒｐｍ）
に変換される。この実回転速度ωａは、減算手段３３の
（−）端子に、また加算手段３５の（＋）端子にそれぞ
れ入力される。また、負荷条件はＧＤ²演算手段３８に
入力されている。この負荷条件は、モータ負荷の変動す
る負荷慣性モーメントを算出するのに必要なデータで、
例えば、圧延材の材質、厚み、板幅、ロール等のプロセ
ス機器本体のＧＤ²、巻取り機の巻取りコイル径等のデ
ータである。また、モータ負荷の慣性モーメントのう
ち、モータ自体のＧＤ²及び動力伝達機構のＧＤ²等のよ
うに変化しないＧＤ²分については、ＧＤ²演算手段３８
のメモリなどに設定されている。求められたＧＤ²はゲ
イン設定手段３９に入力され、ここにおいて所望の応答
特性を得ることができるゲインＫを演算し、前記ゲイン
乗算器３４に出力する。このゲインＫとしては、例え
ば、現在の負荷慣性モーメントＧＤ²と、モータコント
ローラの速度応答特性の基準に用いた負荷慣性モーメン
トの初期値ＧＤ₀ ²との比、すなわちＫ＝ＧＤ²／ＧＤ₀ ²
に選定する。したがって、送信手段３６を介してモータ
コントローラ２０に出力される目標速度ω＊は次式のよ
うになる。

【００３１】 ω＊＝（ω−ωａ）Ｋ＋ωａ・・・（１）また、プロセス機器によっては、圧延材の張力制御や制
御方式上の理由から、トルクを制御する場合がある。こ
のような場合、目標トルク設定手段２１は入力されるト
ルク条件に基づいて目標トルクτを演算し、そのトルク
τをモータの目標電流Ｉに変換し、送信手段３６を介し
てモータコントローラに出力するようになっている。

【００３２】本実施例の送信手段３６は、放射状伝送路
により各モータコントローラ２０Ａ〜Ｎにデータを伝送
するようになっている。しかし、これに限らず、各モー
タコントローラ２０Ａ〜Ｎをループ伝送路で結び、その
ループ状伝送路を介してデータを伝送することも可能で
ある。送信手段３６は上記各指令データを図３に示した
伝送フォーマットにしたがって１フレームの伝送データ
５８を生成し、その伝送データ５８を一定の伝送周期ご
とに対応するモータコントローラ２０Ａ〜Ｎの１つに連
続的に出力する。１フレームの伝送データ５８は、例え
ば図示のように、５ワードを含んでなる。前後の各１ワ
ードは伝送制御のための前データＨＥＡＤと後データＥ
ＮＤが割り当てられている。それらの中間の３つのワー
ドには、制御データＤＡＴＡ１〜３が割り当てられてい
る。それらのＤＡＴＡ１〜３には、それぞれ運転停止指
令Ｄ／Ｓ、目標速度ω＊、目標電流Ｉが割り当てられて
いる。

【００３３】一方、モータコントローラ２０は図１
（Ｂ）に示すような基本構成となっており、受信手段２
１と、速度制御手段（ＡＳＲ）２２、電流制御手段（Ａ
ＣＲ）２３、インバ−タ等のモータドライバ２４を含ん
で構成されている。また、本実施例の場合は、モータの
回転角検出手段１２から入力される回転角信号θに基づ
いて実速度ωａを検出する速度検出手段２５と、その実
速度ωａを速度制御手段２２に負帰還する減算手段２６
が設けられている。また、プラントコントローラ３０か
ら入力される目標電流Ｉを速度制御手段２２の出力に加
算する加算手段２７と、その出力の上限と下限を制限す
る電流リミッタ２８が設けられている。また、電流制御
手段２３の入力にモータ電流の電流検出手段１４で検出
された実電流Ｉａを負帰還する減算手段２９が設けられ
ている。受信手段２１は、伝送路５１を介して入力され
る制御デ−タを取り込み、前記伝送フォ−マットに従っ
てデコ−ドし、各手段にそれぞれ出力する。速度制御手
段２２は、目標速度ω＊と実速度ωａの偏差を比例積分
処理し、その偏差を零にするための電流指令を出力す
る。すなわち、速度制御手段２２の入力信号は、前記式
（１）との関係から、（ω−ωａ）Ｋになる。電流制御
手段２３は、リミッタ２８から出力される電流指令と実
電流Ｉａの偏差を零にすべく、モータドライバ２４の出
力電圧指令を生成して出力する。モータドライバ２４
は、入力される出力電圧指令に従って忠実に動作し、モ
ータ１０の速度を制御する。

【００３４】ここで、プラントコントローラ３０により
目標速度の出力ゲインを負荷慣性モーメントに応じて補
正することにより、モータコントローラ２０の速度制御
系の応答速度を変更できることについて、図４を用いて
説明する。図４（Ａ）はモータ制御システム全体の速度
制御系のブロック線図を簡単化して示したものであり、
図１の各部に対応する要素には同一の符号を付してい
る。また、伝達関数Ｇｎ６０はモータコントローラ２０
とモータ１０を含む速度制御系全体の伝達関数である。

【００３５】まず、伝達関数Ｇｎが次式（３）で示す一
次遅れ系の場合について説明する。同式中のＴ₁は応答
時定数、ｓはラプラス演算子である。

【００３６】

【数１】

【００３７】次に、ω／ωａを求めるため、伝達関数の
等価変換式を用いて、同図（Ａ）を同図（Ｂ）に変換す
る。この場合の伝達関数Ｇ₂ ６１は次式（４）で表せ
る。

【００３８】

【数２】

【００３９】また、同図（Ｂ）全体の伝達関数をＧ₁と
すると、次式（５）で表すことができる。

【００４０】

【数３】

【００４１】ここで、式（５）のＧ₂に式（４）を代入
して整理すると、式（６）になる。

【００４２】

【数４】

【００４３】この式（６）に、式（３）を代入して整理
すると、次式（７）になる。

【００４４】

【数５】

【００４５】式（７）と（３）を比較すれば明らかなよ
うに、モータコントローラ側の速度制御系の伝達関数Ｇ
ｎの時定数Ｔ₁が、本発明によれば時定数Ｔ₁／Ｋに変化
することが判る。したがって、プラントコントローラ３
０側でゲインＫを可変することにより、モータコントロ
ーラ２０側の速度制御系の応答性を等価的に可変できる
ことが明らかである。

【００４６】次に、伝達関数Ｇｎが二次遅れ系の場合に
ついて検討する。この場合のＧｎは次式（８）で表せ
る。

【００４７】

【数６】

【００４８】この式は、図１（Ｂ）のように、応答時定
数がＴ₁の比例補償の速度制御系に、応答時定数Ｔ₂のマ
イナー電流制御系が設けられた場合に相当する。この式
（８）を前記式（６）に代入すると次式（９）になる。

【００４９】

【数７】

【００５０】式（８）と（９）を比較すれば明らかなよ
うに、モータコントローラ側の速度制御系の伝達関数Ｇ
ｎの時定数Ｔ₁が、本発明によれば時定数Ｔ₁／Ｋに変化
することから、前記一次遅れ系の場合と同様モータコン
トローラ２０側の速度制御系の応答性を等価的に可変で
きることが明らかである。

【００５１】さらに、伝達関数Ｇｎが（二次遅れ＋一次
進み）系の場合について検討する。この場合のＧｎは次
式（１０）で表せる。

【００５２】

【数８】

【００５３】この式は、応答時定数Ｔ₁で進み時定数Ｔ₃
の（比例＋積分）補償の速度制御系に、応答時定数Ｔ₂
のマイナー電流制御系が設けられた場合に相当する。こ
の式（１０）を前記式（６）に代入すると次式（１１）
になる。

【００５４】

【数９】

【００５５】この場合も、式（１０）と（１１）を比較
すれば明らかなように、モータコントローラ側の速度制
御系の伝達関数Ｇｎの時定数Ｔ₁が、本発明によれば時
定数Ｔ₁／Ｋに変化することから、モータコントローラ
２０側の速度制御系の応答性を等価的に可変できること
が明らかである。

【００５６】以上のように、図１実施例によれば、プラ
ントコントローラ３０側でゲインＫを可変することによ
り、モータコントローラ２０側の速度制御系の応答性を
等価的に可変できる。そして、モータコントローラ側の
応答時定数Ｔ₁は、モータ負荷の慣性モーメントＧＤ²に
比例するので、プラントコントローラ側のＧＤ²演算手
段３８とゲイン設定手段３９とにより、ＧＤ²の変化に
合わせてゲインＫを変更すれば、負荷慣性モーメントの
変化に関係なく、全体の伝達関数Ｇ₁を同一に保持でき
る。

【００５７】また、プラントコントローラ３０から負荷
慣性モーメントのデータをモータコントローラ３０に伝
送しないでよいから、伝送容量を軽減でき、データ伝送
時間の増加による応答遅れを防止できる。

【００５８】しかも、モータコントローラの速度制御系
がアナログ素子で構成されていても、またモータコント
ローラが既設の設備であっても、容易に対応できる。

【００５９】次に、図１の焼鈍プラントの巻取り機９の
停止位置を制御する場合に本発明を適用する場合の実施
例を図５，６を用いて説明する。図５は、巻取り機９周
りを拡大して示しており、圧延材２はデフレクタロール
７１を介して巻取り機９に巻き取られるようになってい
る。巻取り機９に巻き取られたコイルは２つのローラを
有する受け台７２により支持されている。そして、巻取
り機９はモータ１０Ｎにより回転駆動され、圧延材２の
焼鈍処理が終了する際、周知のように圧延材の尾端が図
示位置７３にて停止するように停止位置決め制御をする
ようになっている。尾端７５の検出はデフレクタロール
７１の上流側に設けられた尾端検出手段７４（ａ，ｂ）
で行う。この尾端検出手段７４は、一対の発光素子と受
光素子の組合せ等、周知の検出手段を用いることができ
る。

【００６０】巻取り機９は、通常の巻き取り動作時は電
流制御系主体の張力制御により駆動されているが、尾端
位置決め制御は精度の点から速度制御に切り替えられる
ので、位置制御精度を高めようとすると、前述のように
負荷慣性モーメントに合わせて速度制御系のゲインを変
更しなければならない。特に、巻き取りコイル径Ｄは変
化が大きく、負荷慣性モーメントＧＤ²にして１０〜２
０倍の変化があるから、速度制御系のゲインの変更は不
可欠である。そこで、本実施例では図６に示すように、
プラントコントローラ３０から出力する位置決め制御時
の目標速度の出力ゲインを負荷慣性モーメントＧＤ²の
変化に合わせて変更するようにしたのである。

【００６１】図６は、プラントコントローラ３０の巻取
り機９の制御に対応する部分を示している。図１（Ａ）
と同一符号の部分は同一機能・構成を有することから説
明を省略する。また、この場合のモータコントローラ２
０の主要部構成は図１（Ｂ）と同一であるから図示を省
略する。図６において図１（Ａ）と相違する点は、位置
制御の基準角θrefを演算するθref演算手段４１と、巻
き取りリールの回転角θを計数する回転角検出手段４２
と、位置決め速度パターン発生手段４４とからなる尾端
位置決め制御手段が設けられている点と、巻き取り径Ｄ
を演算する手段４５が設けられている点にある。

【００６２】尾端検出信号が入力されると、それ迄機能
していた目標速度設定手段３２と目標トルク設定手段４
０の機能が停止され、前記位置決め制御手段の機能が動
作を開始する。まず、θref演算手段４１は、圧延材２
の尾端７５が尾端位置検出手段７４の位置から停止位置
７３迄くるときの巻取り機９の回転角を基準角θrefと
して求める。この場合、現在の巻取り径Ｄ、圧延材の厚
み、その他機械系の補正データ等を取り込んで基準角θ
refを演算する。一方、回転角検出手段４２は尾端検出
信号が入力されたタイミングからの巻取り機９の回転角
θをカウントする。そして、減算手段４３により回転角
θと基準角θrefの差Δθが求められる。位置決め速度
パターン発生手段４４には、差Δθに応じた減速速度パ
ターンが予め設定されており、入力されるΔθに応じた
位置決め目標速度ωを出力する。この目標速度は通常運
転の場合と同様に、減産手段３３、ゲイン乗算手段３
４、加算手段３５によりゲインの補正がなされ、モータ
コントローラ２０Ｎに出力される。このときのゲインＫ
は、巻取り径演算手段４５によって逐次求められた現在
の巻取り径Ｄに対応する負荷慣性モーメントＧＤ²を反
映した値になっている。

【００６３】このように、図６実施例によれば、前記実
施例の効果に加えて、巻取り機９の停止位置制御におけ
る速度制御系の応答時定数が、巻取り径Ｄの変動によっ
て変化する負荷慣性モーメントＧＤ²に合わせて変更さ
れることから、常に高い速度応答性を確保でき、位置の
制御精度を高めることができる。

【００６４】なお、図７に示す圧延プラントの巻取り機
（テンションリール）にも、上記のような停止位置決め
制御が適用されている。すなわち、最終圧延スタンド８
１から出た圧延材８２はデフレクターロール８３を介し
て巻取り機８４に巻取られる。巻取り機８４に巻き取ら
れたコイルは受け台８５に回転自由に支持されている。
そして、巻取り機８４が圧延材８２を所定の長さを巻取
ったとき、切断機８６が動作して圧延材を切断する。こ
の切断による圧延材８２の尾端が所定の位置８７に来た
ときに巻取り機８４を停止するように制御するのであ
る。この場合のプラントコントローラの構成は図６の実
施例と同一で、モータコントローラの構成は図１（Ｂ）
と同一である。

【００６５】上記各実施例において、回転角信号θにノ
イズが含まれる場合は、図８に示すように、プラントコ
ントローラ３０の速度検出手段３７の出力側にフィルタ
９０を挿入することが好ましい。このフィルタ９０の伝
達関数Ｇｆは次式（１２）に示すように、時定数Ｔ₄の
一次遅れとする。

【００６６】

【数１０】

【００６７】そして、Ｔ₄の値を、前記時定数Ｔ₁に対し
次式（１３）の関係に選定することにより、フィルタを
挿入したことによる全体の応答性の低下を少なくできる
ので好ましい。

【００６８】Ｔ₄＝Ｔ₁（１／３〜１／１０）・１／Ｋ・・・（１３）以上、焼鈍プラントのロール及び巻取り機を駆動するモ
ータ制御システム、更に圧延プラントの巻取り機を駆動
するモータ制御システムを例にして本発明を説明した
が、本発明はこれらに限られるものではない。例えば、
圧延機のワークロールを交換する場合、ロールを回転し
たまま交換することが行われているが、この場合モータ
系とロールの着脱時に、負荷慣性モーメントが大きく変
化するので、本発明により負荷慣性モーメントの変化に
合わせて、速度制御系の応答性を調整することが好まし
い。この場合は、ロール有りのときにゲインＫ＝１と
し、ロール無しのときにＫ＜１に設定する。

【００６９】また、本発明は、圧延プラントや焼鈍プラ
ントに限らず、用はモータコントローラを上位のコント
ローラにより統括制御する構成のモータ制御システムに
適用できる。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
モータコントローラを統括制御するプラントコントロー
ラ側で等価的にモータコントローラの速度制御系のゲイ
ンを調整できるようにしたことから、伝送容量を軽減で
きるとともに、モータコントローラの速度制御系がアナ
ログ素子で構成されていても、またモータコントローラ
が既設の場合であっても、負荷慣性モーメントの変化に
合わせて簡単に速度制御の応答性を調整できるという効
果が有る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のモータ制御システムの主要
部構成図であり、（Ａ）はプラントコントローラの主要
部構成図、（Ｂ）はモータコントローラの主要部構成図
である。

【図２】本発明の一実施例を焼鈍プラントに適用してな
る全体構成図である。

【図３】図１実施例の伝送データのフォーマットを示す
図である。

【図４】本発明の動作を説明するためのブロック線図で
あり、（Ａ）はモータの速度制御系全体のブロック線
図、（Ｂ）は同図（Ａ）と等価なブロック線図である。

【図５】図２の巻取り機周りの拡大図である。

【図６】巻取り機の停止位置決め制御手段を有する一実
施例のプラントコントローラのブロック構成図である。

【図７】圧延プラントの巻取り機周りの拡大図である。

【図８】プラントコントローラの回転速度フィードバッ
クルートにフィルタを挿入した実施例の構成図である。

【符号の説明】

１巻戻し機、２圧延材、３入側ブライドルロ−ル、５ヘルパ−ロ−ル、７出側ブライドルロ−ル、９巻取機、１０電動機、２０モータコントローラ、３０プラントコントロ−ラ５０プロセスコンピュ−タ、５１伝送路、２１受信手段、２２速度制御手段、２３電流制御手段、２４モータドライバ、２５速度検出手段、２８電流リミッタ、３２目標速度設定手段、３３減算手段、３４ゲイン乗算手段、３５加算手段、３６送信手段、３７速度検出手段、３８ＧＤ²演算手段、３９ゲイン設定手段、４０目標トルク設定手段、４１ θref演算手段、４２回転角検出手段、４４位置決め速度パターン発生手段、４５巻取り径演算手段、７１デフレクタロール、７２受け台、７４尾端検出手段、８１圧延スタンド、８３デフレクタロール、８４巻取り機、８５受け台、８６切断機、９０フィルタ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プラントの操業条件に基づいてプロセス
機器を統括制御するプラントコントローラと、該プラントコントローラから与えられる制御指令に基づ
いて前記プロセス機器を駆動するモータを制御するモー
タコントローラとを備えてなり、前記プラントコントローラは、前記プラントの操業条件
と前記モータの負荷条件とを入力し、前記操業条件に基
づいて前記モータの目標速度を設定する目標速度設定手
段と、前記モータの負荷条件に基づいて負荷の慣性モー
メントを演算する慣性モーメント演算手段と、該求めた
慣性モーメントに基づいて前記目標速度の出力ゲインを
設定するゲイン設定手段と、該設定された出力ゲインに
基づいて前記目標速度を補正する目標速度補正手段と、
該補正された目標速度を前記モータコントローラに伝送
する出力手段とを含み、前記モータコントローラは、前記プラントコントローラ
の出力手段から伝送される前記目標速度を取り込む入力
手段と、該取り込まれた目標速度に基づいて前記モータ
の速度を制御する速度制御手段とを含んでなることを特
徴とするプラントのモータ制御システム。
【請求項２】請求項１において、前記ゲイン設定手段
は前記モータコントローラの速度制御系のゲインを設定
する際に用いた前記モータの負荷慣性モーメントの初期
値に対する前記負荷慣性モーメントの比を出力ゲインと
して設定することを特徴とするプラントのモータ制御シ
ステム。
【請求項３】請求項１において、前記プラントコント
ローラの前記目標速度補正手段は、前記目標速度設定手
段により設定された目標速度と前記モータの検出速度と
の差を求める減算手段と、該減算手段の出力に前記出力
ゲインを乗算する乗算手段とからなることを特徴とする
プラントのモータ制御システム。
【請求項４】請求項１において、前記プラントコント
ローラの前記目標速度補正手段は、前記目標速度設定手
段により設定された目標速度と前記モータの検出速度と
の差を求める減算手段と、該減算手段の出力に前記出力
ゲインを乗算する乗算手段と、該乗算手段の出力に前記
モータの検出速度を加算する加算手段とからなり、前記モータコントローラの速度制御手段は、前記取り込
まれた目標速度と前記モータの検出速度との差に基づい
て前記モータの速度を制御することを特徴とするプラン
トのモータ制御システム。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれかにおいて、前
記プラントコントローラがコンピュータにより形成さ
れ、前記モータコントローラの速度制御手段がディジタルプ
ロセッサにより形成されたことを特徴とするプラントの
モータ制御システム。
【請求項６】請求項１乃至４のいずれかにおいて、前
記プラントコントローラがコンピュータにより形成さ
れ、前記モータコントローラの速度制御手段がアナログ素子
により形成されたことを特徴とするプラントのモータ制
御システム。
【請求項７】帯状材処理プラントの操業条件に基づい
てプロセス機器を統括制御するプラントコントローラ
と、該プラントコントローラから与えられる制御指令に基づ
いて前記帯状材の巻取り機のモータを制御するモータコ
ントローラとを備えてなり、前記プラントコントローラは、前記プラントの操業条件
と前記モータの負荷条件と前記巻取り機の回転角検出信
号と前記巻取り機の近傍に設けられた帯状材の尾端検出
手段から出力される尾端検出信号とを取り込む入力手段
と、前記操業条件に基づいて前記巻取り機の巻取り径を
演算する巻取り径演算手段と、該巻取り径と前記操業条
件に基づいて前記モータの目標速度を設定するとともに
前記尾端検出信号に応答して機能が停止される目標速度
設定手段と、前記尾端検出信号に応答して起動され予め
設定された位置決め速度パターンに従って目標速度を設
定する位置決め制御手段と、前記巻取り径に基づいて負
荷の慣性モーメントを演算する慣性モーメント演算手段
と、該求めた慣性モーメントに基づいて前記目標速度設
定手段と前記位置決め制御手段から出力される目標速度
の出力ゲインを設定するゲイン設定手段と、該設定され
た出力ゲインに基づいて前記目標速度を補正する目標速
度補正手段と、該補正された目標速度を前記モータコン
トローラに伝送する出力手段とを含み、前記モータコントローラは、前記プラントコントローラ
の出力手段から伝送される前記目標速度を取り込む入力
手段と、該取り込まれた目標速度に基づいて前記モータ
の速度を制御する速度制御手段とを含んでなることを特
徴とするプラントのモータ制御システム。
【請求項８】請求項７において、前記ゲイン設定手段
は前記モータコントローラの速度制御系のゲインを設定
する際に用いた前記モータの負荷慣性モーメント初期値
に対する前記負荷慣性モーメントの比を出力ゲインとし
て設定することを特徴とするプラントのモータ制御シス
テム。
【請求項９】請求項７において、前記プラントコント
ローラの前記目標速度補正手段は、前記目標速度設定手
段により設定された目標速度と前記モータの検出速度と
の差を求める減算手段と、該減算手段の出力に前記出力
ゲインを乗算する乗算手段とからなることを特徴とする
プラントのモータ制御システム。
【請求項１０】請求項７において、前記プラントコン
トローラの前記目標速度補正手段は、前記目標速度設定
手段により設定された目標速度と前記モータの検出速度
との差を求める減算手段と、該減算手段の出力に前記出
力ゲインを乗算する乗算手段と、該乗算手段の出力に前
記モータの検出速度を加算する加算手段とからなり、前記モータコントローラの速度制御手段は、前記取り込
まれた目標速度と前記モータの検出速度との差に基づい
て前記モータの速度を制御することを特徴とするプラン
トのモータ制御システム。
【請求項１１】請求項７において、前記位置決め制御
手段が、前記尾端検出信号が入力されたタイミングにお
ける前記巻取り径と厚み等の帯状材データに基づいて、
前記尾端が所定の停止位置に至るまでの前記巻取り機の
回転角を基準回転角として設定する基準回転角設定手段
と、前記取り込まれた前記巻取り機の回転角検出信号に
基づいて前記尾端検出信号の入力後の前記巻取り機の回
転角を検出する回転各検出手段と、該検出回転角と前記
基準回転角の差に応じて目標速度を漸次低下させる位置
決め速度パターン発生手段とを備えてなることを特徴と
するプラントのモータ制御システム。
【請求項１２】請求項７において、前記尾端検出信号
が、前記帯状材を切断する切断器の動作信号であること
を特徴とするプラントのモータ制御システム。
【請求項１３】請求項７乃至１２のいずれかにおい
て、前記プラントコントローラがコンピュータにより形
成され、前記モータコントローラの速度制御手段がディジタルプ
ロセッサにより形成されたことを特徴とするプラントの
モータ制御システム。
【請求項１４】請求項７乃至１３のいずれかにおい
て、前記プラントコントローラがコンピュータにより形
成され、前記モータコントローラの速度制御手段がアナログ素子
により形成されたことを特徴とするプラントのモータ制
御システム。