JPWO2012127571A1 - 圧延制御装置、圧延制御方法および圧延制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】製品品質を低下させることなく、圧延操業をしながら様々な条件でのデータサンプルを取得すること。【解決手段】複数の圧延スタンド１によって圧延された被圧延材の板厚を設定板厚に近付けるように、フィードバック制御によって複数の圧延スタンド１のロールギャップを制御するロールギャップ制御部１１１と、ライン速度の変化を設定するセットアップ計算部１０５と、複数の圧延スタンド１のうち、最後段以外のロールギャップを制御するための設定板厚の時系列の変化を、ライン速度の時系列の変化に基づいて設定する圧下率変更仕様計算部１０８と、時系列に変化するように設定されたライン速度及び設定板厚に基づいて実行された圧延における圧延状態の実測値に基づいて摩擦係数、変形抵抗を計算する摩擦係数計算部１０２及び変形抵抗計算部１０３とを含むことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、圧延制御装置、圧延制御方法および圧延制御プログラムに関し、特に、実際の製品を生産するための圧延をしながらの圧延制御のパラメータの学習に関する。

圧延機においては、被圧延材にかかる張力および圧延荷重を、上下作業ロール間の間隔であるロールギャップと、当該圧延機前後設備のロール速度を用いて制御することで圧延操業が行われる。圧延操業においては、圧延機の制御操作量であるロールギャップとロール速度を予め設定したパターンに従って操作し、圧延機の制御状態量である被圧延材の板厚や張力、圧延荷重を設定値に維持するためのフィードバック制御が実施されている。

上述したようなロールギャップ及びロール速度を操作するためのパターンを生成する際には、被圧延材の変形抵抗及び被圧延材と圧延機のワークロールとの摩擦係数を用いて計算を行う。従って、圧延操業を停止することなく目標板厚を変更する走間板厚変更や、圧延速度の加減速等における圧延結果の精度が高いパターンを生成するためには、上記変形抵抗及び摩擦係数を高精度に求める必要がある。

しかしながら、この変形抵抗及び摩擦係数は、ワークロールやロールクーラントの摩擦などの操業状態や、非圧延材の材料の状態で変化する動的なパラメータであり、条件が異なれば求め直す必要がある。従って、圧延操業をしながら測定される値に基づいて変形抵抗及び摩擦係数を求めることにより、サンプル数を増やすことが望まれる。

従来、圧延操業中に好適なパラメータを求める方法は各種提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。しかしながら、上記文献に開示された方法は、パラメータを補正するための好適なパラメータを求めるための方法であり、圧延操業をしながら様々な条件でのデータサンプルを取得する本願発明とはその趣旨が異なる。

特開平６−１５３１８号公報 特開２００７−２４５２０４号公報 特開２００９−２０８１１５号公報

摩擦係数μは、圧延速度を用いた数式モデルで演算が可能である。一般に摩擦係数は低速部において、その挙動が顕著となる。速度に対するサンプル数を確保するためには、広範囲は速度帯域でのデータが採取が望まれる。また、変形抵抗ｋは、圧下率、圧延速度を用いた数式モデルで演算が可能である。変形抵抗の算出時に、圧下率を意図的に操作することで、変形抵抗のデータサンプル数を増やし、変形抵抗の演算精度の向上が可能である。

しかしながら、１サイクル辺りに多くの圧下率を変更したり、最終的な圧下率の変更量を過大にするとオフゲージ、即ち、圧延後の板厚が製品品質を満足しなくなる問題が発生するため、圧延操業をしながらのデータサンプルの取得は困難である。このため、製品への影響が発生しないよう、板厚制御が補える範囲で圧下率、すなわち板厚設定値を変更する必要がある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、製品品質を低下させることなく、圧延操業をしながら様々な条件でのデータサンプルを取得することを目的とする。

本発明の一態様は、被圧延材を複数の対のロールで圧延するタンデム圧延機を制御する圧延制御装置であって、前記複数の対のロールによって圧延された被圧延材の板厚を指定された設定板厚に近付けるように、フィードバック制御によって前記複数の対のロールのロールギャップを制御するロールギャップ制御部と、前記被圧延材の搬送速度の時系列の変化を設定する搬送速度設定部と、前記複数の対のロールのうち、最後段のロール以外のロールのロールギャップを制御するための設定板厚の時系列の変化を、前記設定された搬送速度の時系列の変化に基づいて設定する設定板厚変化設定部と、時系列に変化するように設定された前記搬送速度及び前記設定板厚に基づいて実行された圧延における圧延状態の実測値に基づいて前記圧延機の制御におけるパラメータを計算するパラメータ計算部とを含むことを特徴とする圧延制御装置。

また、本発明の他の態様は、被圧延材を複数の対のロールで圧延するタンデム圧延機を制御する圧延制御方法であって、前記複数の対のロールによって圧延された被圧延材の板厚を指定された設定板厚に近付けるように、フィードバック制御によって前記複数の対のロールのロールギャップを制御し、前記被圧延材の搬送速度の時系列の変化を設定し、前記複数の対のロールのうち、最後段のロール以外のロールのロールギャップを制御するための設定板厚の時系列の変化を、前記設定された搬送速度の時系列の変化に基づいて設定し、時系列に変化するように設定された前記搬送速度及び前記設定板厚に基づいて実行された圧延における圧延状態の実測値に基づいて前記圧延機の制御におけるパラメータを計算することを特徴とする。

また、本発明の更に他の態様は、被圧延材を複数の対のロールで圧延するタンデム圧延機を制御する圧延制御プログラムであって、前記複数の対のロールによって圧延された被圧延材の板厚を指定された設定板厚に近付けるように、フィードバック制御によって前記複数の対のロールのロールギャップを制御するステップと、前記被圧延材の搬送速度の時系列の変化を設定するステップと、前記複数の対のロールのうち、最後段のロール以外のロールのロールギャップを制御するための設定板厚の時系列の変化を、前記設定された搬送速度の時系列の変化に基づいて設定するステップと、時系列に変化するように設定された前記搬送速度及び前記設定板厚に基づいて実行された圧延における圧延状態の実測値に基づいて前記圧延機の制御におけるパラメータを計算するステップとを情報処理装置に実行させることを特徴とする。

本発明によれば、製品品質を低下させることなく、圧延操業をしながら様々な条件でのデータサンプルを取得することができる。

本発明の実施形態に係る圧延機及び圧延制御装置の全体構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る圧延制御装置のハードウェア構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る圧延モードの判断動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態に係る圧延制御のタイミングチャートである。 本発明の実施形態に係る設定板厚変更量の算出態様を示す図である。 本発明の実施形態に係る圧下率変更レートの決定態様を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る最大圧下率変更量の適用例を示す図である。 本発明の実施形態に係る異常検知部の動作を示すフローチャートである。 本発明の他の実施形態に係る圧延制御のタイミングチャートである。

実施の形態１．
本実施形態においては、４つの圧延スタンドを含むタンデム圧延機において、最後段以外の圧延スタンドのロールギャップ等の圧延条件を変化させながら圧延を行うことにより、様々な条件におけるデータサンプルを収集して変形抵抗や摩擦係数を計算して圧延モデルを学習する制御の例について説明する。

図１は、本実施形態に係る圧延機１０及び圧延制御装置１００の機能構成を示すブロック図である。図１に示すように、本実施形態に係る圧延機１０は、４つの圧延スタンド１を含み、夫々の圧延スタンド１の間、最前段の圧延スタンド１の前段及び最後段の圧延スタンド１の後段には、被圧延材Ｍの板厚ｈ_０〜ｈ_４を計測する板厚計２が設けられている。また、夫々の圧延スタンド１には、被圧延材に対する圧延荷重Ｐ_１〜Ｐ_４を測定する圧延荷重計測装置３が設けられている。

更に、夫々の圧延スタンド１には、実際に被圧延材を圧延するワークロールのロール速度ＲＶ_１〜ＲＶ_４を計測するＰＬＧ（Ｐｕｌｓｅ Ｌｏｇｉｃ Ｇｅｎｅｒａｔｅｒ）４が設けられており、これがロール速度測定装置として用いられる。尚、図１に示すように、圧延スタンド１のワークロールは、モータＭによって駆動される。

本実施形態に係る圧延機１０においては、コイル状に巻き取られた板状の被圧延材Ｍが巻き出されて圧延機１０に供給され、図１に示す複数の圧延スタンド１によって順番に圧延される。本実施形態に係る圧延制御装置１００においては、被圧延材が巻き取られた１つのコイル毎に圧延制御が行われる。尚、異なるコイルの被圧延材を連続して圧延する場合、圧延中のコイルに含まれる被圧延材の終端と、次に圧延を行うコイルの被圧延材の先端とを溶接等によって接続することにより、連続して圧延を行う。その際、圧延が完了したコイルの被圧延材は、ロール速度を遅くした上で後段のコイルの被圧延材から切り離す。この被圧延材を切り離す際のロール速度の制御が、本実施形態に係る要旨の１つである。

他方、圧延制御装置１００は、図１に示すように、圧延状態監視部１０１、摩擦係数計算部１０２、変形抵抗計算部１０３、圧延荷重計算部１０４、セットアップ計算部１０５、速度変更量計算部１０６、カット速度変更部１０７、圧下率変更仕様計算部１０８、設定板厚変更部１０９、積分器リセット部１１０、ロールギャップ制御部１１１、異常監視部１１２、圧下率変更量修正部１１３及び警報出力部１１４を含む。

圧延状態監視部１０１は、圧延機１０から上述したｈ_０〜ｈ_４、Ｐ_１〜Ｐ_４、ＲＶ_１〜ＲＶ_４の情報を取得することにより、圧延機１０における圧延状態を監視する。摩擦係数計算部１０２及び変形抵抗計算部１０３は、圧延状態監視部１０１から上述したｈ_０〜ｈ_４、Ｐ_１〜Ｐ_４、ＲＶ_１〜ＲＶ_４の情報を取得し、以下の式（１）に基づいて摩擦係数μ、変形抵抗ｋを夫々計算する。

式（１）において、Ｐは圧延スタンド１の圧延荷重、ｂは被圧延材の板幅、ｋは被圧延材の変形抵抗、ｆ_１は、被圧延材の張力補正項、ｆ_２は、被圧延材とワークロールとの摩擦系数補正項である。またＺ_ｐは、圧延荷重の計算値を実績の圧延荷重から学習するための公知の学習係数である。また、ｆ_１のパラメータであるＨは、圧延スタンドの入側の被圧延材の板厚、ｈは、圧延スタンドの出側の被圧延材の板厚である。例えば、図１において最も左側に配置された圧延スタンド１における圧延状態を計算する場合、圧延荷重ＰはＰ_１、張力補正項ｆ_１のパラメータであるＨはｈ_０、ｈはｈ_１が夫々用いられる。

圧延荷重計算部１０４は、摩擦係数計算部１０２が計算した摩擦係数μ、変形抵抗計算部１０３が計算した変形抵抗ｋ並びに圧延状態監視部１０１が取得した圧延実績に基づき、次のコイルの圧延における圧延荷重を決定する。即ち、摩擦係数計算部１０２、変形抵抗計算部１０３及び圧延荷重計算部１０４が、圧延機１０の制御におけるパラメータを計算するパラメータ計算部として機能する。

セットアップ計算部１０５は、圧延機１０において圧延されるコイル毎に、圧延機１０におけるライン速度及び各圧延スタンドにおける圧下率を含む圧延条件を決定する。本実施形態においては、圧延機１０において様々な条件で圧延を実行することにより様々なデータサンプルを取得することが目的である。セットアップ計算部１０５は、その様々な条件を制御する。

速度変更量計算部１０６は、セットアップ計算部１０５によって決定された圧延条件に基づき、モータＭが圧延スタンド１のワークロールを駆動する際の速度、即ち圧延速度を決定する。そして、速度変更部１０７は、速度変更量計算部１０６によって決定された圧延速度に基づき、モータＭがワークロールを駆動する際の回転速度を制御する。

圧下率変更仕様計算部１０８は、セットアップ計算部１０５によって決定された圧延条件に基づき、圧延スタンド１のワークロールによって圧延される被圧延材の圧下率の設定を制御する。具体的には、圧下率変更仕様計算部１０８は。圧下率の変更を開始するタイミング及び終了するタイミングに加えて、圧下率の変更量を決定する。

設定板厚変更部１０９は、圧下率変更仕様計算部１０８によって決定された圧下率の変更開始タイミング、変更終了タイミング及び変更量に基づき、設定板厚を決定する。この設定板厚とは、即ち、圧延結果のフィードバック制御において用いられる目標値である。積分器リセット部１１０は、設定板厚変更部１０９から入力される設定板厚の変化に応じて、上記フィードバック制御における積分期間をリセットするためのリセット信号を出力する。

ロールギャップ制御部１１１は、圧延状態監視部１０１から入力されるｈ_０〜ｈ_４の情報と、設定板厚変更部１０９から入力される設定板厚とに基づき、以下の式（２）に基づいて圧延スタンド１のロールギャップを調整する。

ΔＳは、ロールギャップ制御部１１１がフィードバック制御のための制御値として出力するロールギャップ変更量、Δｈは、圧延状態監視部１０１から入力される圧延スタンド１の出側の板厚の設定板厚からの偏差である。また、Ｃは、圧延スタンド１及び被圧延材Ｍの性質によって決定される定数である。

本実施形態において、圧延状態監視部１０１は、所定のサンプリング周期でｈ_０〜ｈ_４、Ｐ_１〜Ｐ_４、ＲＶ_１〜ＲＶ_４の情報を取得する。そして、ロールギャップ制御部１１１は、そのサンプリング周期に応じて、上記式（２）に基づいてロールギャップ変更量を算出して出力することにより、フィードバック制御を行う。また、ロールギャップ制御部１１１は、積分器リセット部１１０からリセット信号が入力されるまで、圧延状態監視部１０１から圧延状態の情報が入力された全期間を積分期間とし、リセット信号が入力されると、積分期間をリセットする。

尚、図１に示すように、圧延機１０は、４つの圧延スタンド１を含む。従って、本実施形態に係る設定板厚変更部１０９及びロールギャップ制御部１１１は、夫々の圧延スタンド１毎に設定板厚を制御する。そして、図１に示す４つの圧延スタンド１のうち、最後段である４番目の圧延スタンドの設定板厚を最終的な目標板厚である製品板厚とし、１〜３番目の設定板厚は、被圧延材の元板厚から製品板厚に徐々に近づくように設定される。

異常監視部１１２は、圧延状態監視部１０１が取得した圧延状態の情報のうち、最終的な製品板厚となるｈ_４の情報に基づき、予め定められた製品板厚としての許容範囲が満たされているか否かを監視する。ｈ_４の値が、製品板厚としての許容範囲を外れた場合、異常監視部１１２は、異常を検知したことを示す異常検知信号を出力する。また、異常監視部１１２は、圧延状態監視部１０１が取得したｈ_０〜ｈ_４、Ｐ_１〜Ｐ_４、ＲＶ_１〜ＲＶ_４の情報に基づき、圧延スタンド１と被圧延材とのスリップを検知する。即ち、異常監視部１１２は、圧延の異常を検知する異常検知部である。

圧下率変更量修正部１１３は、異常監視部１１２が出力する異常検知信号に基づき、圧下率変更仕様計算部１０８に圧下率の設定値を修正させるための制御信号を出力する。警報出力部１１４は、異常監視部１１２が出力する異常検知信号に基づき、オフゲージの発生をオペレータに通知する。

図１に示すような圧延制御装置１００は、ソフトウェアとハードウェアとの組み合わせによって実現される。ここで、圧延制御装置１００の各機能ブロックを構成するハードウェアについて、図２を参照して説明する。図２は、本実施形態に係る圧延制御装置１００の各機能ブロックを実現するためのハードウェア構成を示すブロック図である。図２に示すように、本実施形態に係る圧延制御装置１００は、一般的なサーバやＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）等の情報処理端末と同様の構成を有する。

即ち、本実施形態に係る圧延制御装置１００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）２０１、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）２０２、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）２０３、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）２０４およびＩ／Ｆ２０５がバス２０８を介して接続されている。また、Ｉ／Ｆ２０５にはＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）２０６および操作部２０７が接続されている。

ＣＰＵ２０１は演算手段であり、圧延制御装置１００全体の動作を制御する。ＲＡＭ２０２は、情報の高速な読み書きが可能な揮発性の記憶媒体であり、ＣＰＵ２０１が情報を処理する際の作業領域として用いられる。ＲＯＭ２０３は、読み出し専用の不揮発性記憶媒体であり、ファームウェア等のプログラムが格納されている。

ＨＤＤ２０４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（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）や各種の制御プログラム、アプリケーション・プログラム等が格納されている。Ｉ／Ｆ２０５は、バス２０８と各種のハードウェアやネットワーク等を接続し制御する。また、Ｉ／Ｆ２０５は、圧延制御装置１００が圧延機１０との間で情報をやり取りするための入出力部としても機能する。

ＬＣＤ２０６は、オペレータが圧延制御装置１００の状態を確認するための視覚的ユーザインタフェースである。操作部２０７は、キーボードやマウス等、オペレータが圧延制御装置１００に情報を入力するためのユーザインタフェースである。このようなハードウェア構成において、ＲＯＭ２０３やＨＤＤ２０４若しくは図示しない光学ディスク等の記録媒体に格納されたプログラムがＲＡＭ２０２に読み出され、ＣＰＵ２０１がそのプログラムに従って演算を行うことにより、ソフトウェア制御部が構成される。このようにして構成されたソフトウェア制御部と、ハードウェアとの組み合わせによって、本実施形態に係る圧延制御装置１００の機能が実現される。

このような圧延制御装置１００において、本実施形態に係る要旨は、セットアップ計算部１０５による圧延条件の設定や、圧下率変更仕様計算部１０８及び設定板厚変更部１０９による設定板厚の決定、並びに、そのようにして決定された圧延条件での圧延操業における摩擦係数μ、変形抵抗ｋの計算による圧延モデルの学習にある。以下、本実施形態の要旨に係る動作について説明する。

上述したように、本実施形態に係る圧延機においては、コイル毎に圧延制御が行われる。そして、本実施形態に係るセットアップ計算部１０５は、通常の圧延操業を行うか、圧延モデルを学習する学習圧延を行うかの判断を行う。図３は、セットアップ計算部１０５による操業モードの判断動作を示すフローチャートである。

図２に示すように、操業モードの判断動作を開始すると、セットアップ計算部１０５は、次に圧延するべきコイルの材量種が、現在圧延中の被圧延材のコイルの材量種と同一であるか否か判断する（Ｓ３０１）。尚、圧延するべきコイルの材料種類は、オペレータの手作業によって圧延制御装置１００に入力される。

Ｓ３０１の判断の結果、次に圧延するべきコイルの材料種が、現在圧延中の被圧延材のコイルの材料種と同一である場合（Ｓ３０１／ＮＯ）、セットアップ計算部１０５は、次に、毎コイル学習モードで圧延操業を行う設定となっているか否か確認する（Ｓ３０２）。Ｓ３０２の判断の結果、毎コイル学習モードでなければ（Ｓ３０２／ＮＯ）、セットアップ計算部１０５は、通常圧延のモードであることを判断し（Ｓ３０４）、処理を終了する。

他方、Ｓ３０１の判断の結果、次に圧延するべきコイルの材料種が、現在圧延中の被圧延材のコイルの材料種と異なる場合（Ｓ３０１／ＹＥＳ）、またはＳ３０２の判断の結果、毎コイル学習モードで圧延操業を行う設定となっている場合（Ｓ３０２／ＹＥＳ）、セットアップ計算部１０５は、学習圧延のモードであることを判断し（Ｓ３０３）、処理を終了する。

ここで、図４に、学習圧延モードにおける“ライン速度”、“モード判断タイミング”、“設定板厚変更タイミング”、“設定板厚変更量”、“積分器リセットタイミング”、“パラメータ計算タイミング”、“圧延荷重モデル計算タイミング”を示すタイミングチャートを示す

図４に示す“ライン速度”は、セットアップ計算部１０５によって決定された圧延条件に基づいて速度変更量計算部１０６が計算し、速度変更部１０７によって制御される。図４に示すように、被圧延材の搬送速度である“ライン速度”は、定期的に減速されている。これは、上述したように、異なるコイル同士を溶接して接続することにより連続して圧延を行う場合において、圧延が完了した被圧延材をカットするためのカット速度であり、本実施形態に係る圧延機１０のライン速度制御において最も低速な最低速度である。

また、図４に示すように、本実施形態に係るライン速度は、カット速度から加速する加速期間、その後の定常期間、定常期間の速度からカット速度に減速する減速期間夫々の期間毎に変化する。このうち、定常期間における定常の速度は、通常の圧延操業における被圧延材の搬送速度である圧延速度であり、定常期間は即ち通常期間である。

尚、図４に示す“ライン速度”は、図１に示すように４つ含まれる圧延スタンド１のいずれか１つについてのロール速度に対応している。ここで、圧延によって引き延ばされた分の被圧延材の長さに対応するため、タンデム圧延機に含まれる複数の圧延スタンド１は、後段に配置されたもの程、ロール速度が速く設定される。従って、図４に示すようなライン速度の加速、定常、減速の制御は、上述したような圧延スタンド毎のロール速度の違いに対応して制御される。

“モード判断タイミング”は、図３において説明した動作を実行するタイミングであり、上述したカット速度のための減速を開始するよりも前のタイミングである。尚、本実施形態におけるモード判断タイミングは、セットアップ計算部１０５が、速度変更部１０７によるライン速度の変更制御に応じて判断する。

“設定板厚変更タイミング”は、ロールギャップ制御部１１１がフィードバック制御において用いるΔｈを算出するための設定板厚を変化させる方向を変更するタイミングを示す信号であり、圧下率変更仕様計算部１０８によって制御される。圧下率変更仕様計算部１０８は、図４に示すように、基準値から正方向に変更するタイミングと負方向に変更するタイミングとを示す信号によって設定板厚変更タイミングを示す。

この設定板厚変更タイミングは、図４に示すように、ライン速度の減速期間、加速期間、定常期間夫々の期間を４分割することによって求められる。具体的には、元の設定板厚から最大の設定板厚になるように正方向に変更する第一の期間、最大の設定板厚から元の設定板厚になるように負方向に変更する第二の期間、元の設定板厚から最小の設定板厚になるように負方向に変更する第三の期間、最小の設定板厚から元の設定板厚になるように正方向に変更する第四の期間の４つの期間が、上記減速期間、加速期間、定常期間夫々の期間を４分割することによって求められる。

換言すると、本実施形態に係る圧下率変更仕様計算部１０８は、加速期間、減速期間及び通常期間の夫々において、標準の設定板厚から設定板厚を厚くする第一の期間、標準よりも厚い設定板厚から標準の設定板厚に戻す第二の期間、標準の設定板厚から設定板厚を薄くする第三の期間、標準よりも薄い設定板厚から標準の設定板厚に戻す第四の期間の４つの期間を設定する。

“設定板厚変更量”は、上述した“設定板厚変更タイミング”に応じた設定板厚の変更量を示す信号であり、設定板厚変更部１０９によって制御される。設定板厚変更部１０９は、図４に示すように、元の設定板厚からの正方向の変更量と負方向の変更量とを示す信号によって設定板厚変更量を示す。設定板厚変更部１０９は、圧下率変更仕様計算部１０８から“設定板厚変更タイミング”及び圧下率の変更レートを取得して、“設定板厚変更量”を計算する。

尚、上述したように、圧延機１０には、４つの圧延スタンド１が含まれるが、図４に示す“設定板厚変更量”は、図４に示すようにライン速度の変化に基づいて設定された“設定板厚変更タイミング”に応じて、夫々の圧延スタンド１に対するロールギャップ制御に対して同じタイミングで適用される。

“積分器リセットタイミング”は、積分器リセット部１１０が、ロールギャップ制御部１１１による積分期間をリセットするタイミングを示すリセット信号であり、積分器リセット部１１０によって制御される。積分器リセット部１１０は、設定板厚変更部１０９が出力する“設定板厚変更量”を参照し、“設定板厚変更量”の変更レートが変化するタイミング、即ち、“設定板厚変更量”がクランク状に変化するタイミングにおいて、リセット信号を出力する。

“パラメータ計算タイミング”は、摩擦係数計算部１０２及び変形抵抗計算部１０３が、摩擦係数μ及び変形抵抗ｋを計算する期間を示す信号であり、摩擦係数計算部１０２及び変形抵抗計算部１０３夫々によって制御される。図４に示すように、本実施形態に係る“パラメータ計算タイミング”は、加速期間、定常期間及び減速期間を１サイクルとして設定される。

“圧延荷重モデル計算タイミング”は、摩擦係数計算部１０２及び変形抵抗計算部１０３によって計算されたパラメータに基づき、圧延荷重計算部１０４が、圧延荷重モデルを計算するタイミングを示す信号であり、圧延荷重計算部１０４によって制御される。

図４に示すように、ライン速度の加速期間、定常期間、減速期間夫々に応じて、設定板厚を変更しながら圧延操業を行うことにより、様々な圧延条件下でのｈ_０〜ｈ_４、Ｐ_１〜Ｐ_４、ＲＶ_１〜ＲＶ_４の情報を取得してパラメータを計算することが、本実施形態に係る要旨である。尚、本実施形態においては、製品を製造している際、即ち、実際の圧延操業中における学習を前提としている。そのため、最終段である４つめの圧延スタンド１の出側板厚は、目標板厚となるように圧延される。そのため、図４に示す“設定板厚変更量”は。４つの圧延スタンド１には適用されず、４つ目の圧延スタンド１には、通常の設定板厚が適用される。

ただし、４つの圧延スタンド１の入側板厚は、３つ目の圧延スタンド１によって、図４の“設定板厚変更量”に従って圧延された状態となっている。そのような板厚の変化に対応するため、積分器リセット部１１０は、４つ目の圧延スタンド１のためのフィードバック制御に対しても、所定のタイミングでリセット信号を出力する。この所定のタイミングとは、３つ目の圧延スタンド１によって図４の“設定板厚変更量”に従って圧延されたことにより被圧延材の板厚がクランク状に変化する部分が、４つ目の圧延スタンド１に到達するタイミングである。

ここで、とある部分が３つ目の圧延スタンドにおいて圧延された後、４つ目の圧延スタンドに到達するまでの期間は、計算により求めることが可能である。従って、積分器リセット部１１０は、３つ目の圧延スタンド１のためのフィードバック制御に対して積分リセット信号を出力した後、上記計算によって求めた期間だけ遅延させて、４つ目の圧延スタンド１のためのフィードバック制御に対してリセット信号を出力させる。

図４に示す“設定板厚変更タイミング”及び“設定板厚変更量”の計算が本実施形態に係る要旨の１つである。図５（ａ）〜（ｃ）を参照して、“設定板厚変更タイミング”及び“設定板厚変更量”の計算態様について説明する。図５（ａ）〜（ｃ）は、セットアップ計算部１０５及び圧下率変更仕様計算部１０８による、“設定板厚変更タイミング”及び“設定板厚変更量”の計算態様を示す機能ブロック図である。

図５（ａ）は、ライン速度の加速期間における“設定板厚変更タイミング”及び“設定板厚変更量”の計算態様を示す図である。図５（ａ）に示すように、セットアップ計算部１０５から圧下率変更仕様計算部１０８に対して、加速レート及び最大圧延速度並びに最大圧下率変更量が入力される。また、圧下率変更仕様計算部１０８に対しては、図１に示すように、圧延状態監視部１０１から、ライン速度の測定値ＲＶ_１〜ＲＶ_４が現ライン速度として入力される。

尚、図４において説明したように、本実施形態における圧延荷重モデルの計算タイミングは、ライン速度がカット速度に落ち込んでいる期間である。従って、圧延状態監視部１０１から現ライン速度として圧下率変更仕様計算部１０８に入力されるライン速度の測定値ＲＶ_１〜ＲＶ_４は、カット速度である。

圧下率変更仕様計算部１０８においては、上記入力された情報のうち、現ライン速度、加速レート及び最大圧延速度に基づき、ライン速度の加速に要する時間、即ち図４において説明した加速期間を計算し、図４において説明したようにその時間を４分割することにより、“設定板厚変更タイミング”を算出する。即ち、図５（ａ）に示す加速レート及び最大圧延速度は、被圧延材の搬送速度の時系列の変化を設定するための情報であり、セットアップ計算部１０５が、搬送速度設定部として機能する。

また、圧下率変更仕様計算部１０８は、セットアップ計算部１０５より入力された最大圧下率変更量及び予め定められた圧下率変更レート並びに上記算出した“設定板厚変更タイミング”に基づき、“設定板厚変更量”を算出する。即ち、圧下率変更仕様計算部１０８が、設定板厚の時系列の変化を設定する設定板厚変化設定部として機能する。

ここで、上記予め定められた圧下率変更レートについて、図６を参照して説明する。上述したように、１〜３番目の圧延スタンド１において、図４に示すような学習圧延、即ち、設定板厚を変化させながらの圧延を行うことにより、４番目の圧延スタンド１には、搬送方向の位置に応じて板厚がクランク状に変化する被圧延材が供給されることになる。しかしながら、本実施形態に係る学習圧延の前提は製造時においても学習圧延を可能とすることであるため、４番目の圧延スタンド１において製品板厚が実現される必要がある。

図６は、上記式（２）のようなフィードバック制御を行う場合の、入側板厚及び出側板厚の変化の例を示す図である。図６に示すように、入側板厚がクランク状に変化する場合、出側板厚においては、クランク状の変化点において入側板厚の変化レートに応じた偏差ｇが発生する。これは、式（２）のような積分演算による制御を行う以上必ず発生してしまう。

図６に示す偏差ｇが、製品板厚の許容範囲を超えるレベルであると、オフゲージとなり、製品としての仕様が満足されないこととなる。このため、入側板厚の変化レートは、偏差ｇが製品板厚としての許容範囲を超えないようになっていることが求められる。従って、圧下率変更仕様計算部１０８に設定されている圧下率変更レートは、４番目の圧延スタンド１の出側板厚にオフゲージが発生しないような３番目の圧延スタンド１の出側板厚の変化レートである。

また、セットアップ計算部１０５から入力される最大圧下率変更量は、スリップの発生を回避するためにセットアップ計算部１０５によって設定される閾値である。夫々の圧延スタンド１における圧延において、圧下率が高すぎても低すぎても、ワークロールと被圧延材との間にスリップが発生し、製品品質に重大な影響が出る。このような事態を回避するため、セットアップ計算部１０５は、最大圧下率変更量として圧下率の変更量に閾値を設定し、スリップの発生を防ぐ。

図７は、圧下率変更レート、設定板厚変更タイミング及び最大圧下率変更量に基づいて“設定板厚変更量”を求める態様を示す図である。図７に示すように、“設定板厚変更量”は、典型的には圧下率変更レート及び設定板厚変更タイミングに基づき、図７に示す“計算結果”のように求めることができる。これに対して、圧下率変更仕様計算部１０８は、セットアップ計算部１０５から入力された最大圧下率変更量を適用し、“計算結果”として求めた“設定板厚変更量”に、閾値としての最大圧下率変更量を超えている部分があれば、図７の“実際”のように修正した結果を“設定板厚変更量”として算出する。

図５（ｂ）は、ライン速度の定常期間における“設定板厚変更タイミング”及び“設定板厚変更量”の計算態様を示す図である。図５（ｂ）に示すように、セットアップ計算部１０５から圧下率変更仕様計算部１０８に対して、コイル長及び最大圧延速度が入力される。これにより、圧下率変更仕様計算部１０８においては、上記入力された情報のうち、コイル長及び最大圧延速度に基づき、通常圧延に要する時間、即ち図４において説明した通常期間を計算し、図５（ａ）の場合と同様に、“設定板厚変更タイミング”及び“設定板厚変更量”を計算する。

図５（ｃ）は、ライン速度の減速期間における“設定板厚変更タイミング”及び“設定板厚変更量”の計算態様を示す図である。図５（ｃ）に示すように、セットアップ計算部１０５から圧下率変更仕様計算部１０８に対して、減速レート及び最大圧延速度並びに最大圧下率変更量が入力される。また、圧下率変更仕様計算部１０８に対しては、図１に示すように、圧延状態監視部１０１から、ライン速度の測定値ＲＶ_１〜ＲＶ_４が現ライン速度として入力される。これにより、圧下率変更仕様計算部１０８においては、上記入力された情報のうち、現ライン速度、減速レート及びカット速度に基づき、ライン速度の減速に要する時間、即ち図４において説明した減速期間を計算し、図５（ａ）の場合と同様に、“設定板厚変更タイミング”及び“設定板厚変更量”を計算する。

尚、上述したように、圧延荷重モデルの計算タイミングは、ライン速度がカット速度に落ち込んでいる期間であるため、圧延状態監視部１０１から現ライン速度として圧下率変更仕様計算部１０８に入力されるライン速度の測定値ＲＶ_１〜ＲＶ_４は、カット速度である。しかしながら、セットアップ計算部１０５から圧下率変更仕様計算部１０８に対してカット速度を入力しても良い。

このように、本実施形態に係る圧延制御装置１０においては、タンデム圧延機における最後段の圧延スタンド以外の圧延スタンドにおいて、ライン速度の加速期間、定常期間、減速期間毎に、設定板厚を時系列に変化させて圧延を行うことにより、多様な条件下でのデータサンプルを取得することができ、製品品質を低下させることなく、圧延操業をしながら様々な条件でのデータサンプルを取得することが可能となる。また、図６において説明したような圧下率の変更レートの制御や、図７において説明したような圧下率変更量の制御を行うことにより、実際の製品の製造中において、より高精度に製品仕様を満足しつつ圧延モデルの学習を行うことが可能となる。

次に、図８を参照して、異常監視部１１２及び圧下率変更量修正部による以上監視動作について説明する。図８に示すように、圧延操業が開始され、セットアップ計算部１０５によって設定された圧延モデルにより圧下率の変更が開始される。異常監視部１１２が、圧延状態監視部１０１から入力されるｈ_０〜ｈ_４、Ｐ_１〜Ｐ_４、ＲＶ_１〜ＲＶ_４等の圧延状態の実測値に基づいてオフゲージを検知すると（Ｓ８０２／ＹＥＳ）、オフゲージの発生及びオフゲージ発生時の圧延状態を圧下率変更量修正部１１３に通知する。これにより、圧下率変更量修正部１１３が、オフゲージが解消されるように、圧下率変更仕様計算部１０８に記憶されている圧下率変更レートを修正する（Ｓ８０３）。

他方、オフゲージではなく（Ｓ８０２／ＮＯ）、スリップを検知した場合（Ｓ８０３／ＹＥＳ）、異常監視部１１２は、スリップの発生及びスリップ発生時の圧延状態を圧下率変更量修正部１１３に通知する。これにより、圧下率変更量修正部１１３が、スリップが解消されるように修正された最大圧下率変更量を圧下率変更仕様計算部１０８に入力する（Ｓ８０５）。Ｓ８０３及びＳ８０５のいずれかの処理が完了すると、異常検知部１１２は、警報出力部１１４を制御し、警報を出力させる（Ｓ８０６）。異常検知部１１２は、圧下率の変更が終了するまでＳ８０２からの処理を繰り返し（Ｓ８０７／ＮＯ）、圧下率の変更が終了したら（Ｓ８０７／ＹＥＳ）、処理を終了する。

尚、上記実施形態においては、４つの圧延スタンドを含むタンデム圧延機において、１〜３番目の圧延スタンドの圧下率を時系列に変化させることにより、様々な圧延条件でのパラメータを収集することを例として説明した。しかしながら、これは一例であり、少なくとも最後の圧延スタンドにおいて製品の目標板厚となるように制御するのではあれば、他の圧延スタンドにおける制御は任意である。

実施の形態２．
実施の形態１においては、図６において説明したように、４番目の圧延スタンドの出側板厚において生じる偏差ｇがオフゲージとならないように圧下率変更レートが定められている場合を例として説明した。この圧下率変更レートによって十分なサンプルが収集可能であれば問題ないが、図４に示すように設定板厚変更タイミングが決定した上で圧下率変更レートが定まると、圧下率を変化させることが可能な範囲が定まってしまう。その範囲が十分でない場合、十分なサンプルを収集することができない。

これに対して、圧延スタンド１のフィードバック制御を、上記式（２）に示すような積分の式ではなく、二重積分の式によって行うことにより、図６に示すような偏差ｇを吸収することが可能となる。従って、ロールギャップ制御部１１１が二重積分によるフィードバック制御を行う場合、圧下率変更仕様計算部１０８は、予め定められた圧下率変更レートよりも高いレートで圧下率を変更させるように“設定板厚変更量”を求めても良く、更には、予め定められる圧下率変更レートを省略しても良い。

尚、範囲が十分でない場合とは、例えば、設定板厚変更タイミング及び圧下率変更レートによって定まる最大の圧下率の変更量が、セットアップ計算部１０５から入力される最大圧下率変更量未満である場合や、最大圧下率変更量の７０％、８０％等、所定の割合以下である場合等が考えられる。また、二重積分の具体的態様については、公知の様々な方法を用いることが可能であり、詳細な説明を省略する。

実施の形態３．
図６において説明したような偏差ｇの問題は、フィードバックによって入側板厚の変化に対応するために生じる。これに対して、４番目の圧延スタンド１における入側板厚は、３番目の圧延スタンド１における出側板厚であるため、４番目の圧延スタンド１における入側板厚の変化は事前に検知可能であり、フィードフォワード制御を行うことができる。

即ち、ロールギャプ制御部１１１は、４番目の圧延スタンド１のロールギャップ制御に対しては、フィードバック制御に加えて、３番目の圧延スタンド１の出側板厚に応じてフィードフォワード制御を行うことにより、図６に示すような偏差ｇを解消することができる。これにより、図６に示すような偏差ｇに対応するために３番目の圧延スタンド１の出側板厚の変化レートを制御する必要がなくなり、圧下率変更仕様計算部１０８は、実施の形態２と同様に、所望のレートによって圧下率を変更させるように、“設定板厚変更量”を算出することが可能となる。

尚、フィードフォワードの具体的態様については、公知の様々な方法を用いることが可能であり、詳細な説明を省略する。

実施の形態４．
実施の形態１においては、カット速度からの加速期間、定常期間、カット速度への減速期間を前提として、夫々の期間毎に設定板厚をクランク状に変化させることによって様々なデータサンプルを収集する態様について説明した。この場合、ライン速度の低速期間において収集されるサンプルは、減速期間の終了間際及び加速期間の開始直後のみである。従って、低速期間におけるサンプル数を増やすために、カット速度からの加速期間及びカット速度への減速期間以外を定常期間と定めるのではなく、データサンプル収集のためにライン速度を変化させても良い。そのような例について、図９に示す。

図９は、学習圧延モードにおけるタイミングチャートであり、図４に対応する。図９においては、図４において定常期間であった期間Ｔについても、ライン速度が変化している。図９の例においては、設定板厚変更量がクランク状に変化するタイミングに合わせて、ライン速度の変化レートが変化している。このような態様により、より多様な圧延条件におけるデータサンプルを収集することが可能となる。

１ 圧延機スタンド
２ 板厚計
３ 圧延荷重計測装置
４ ＰＬＧ
１０ 圧延機
１００ 圧延制御装置
１０１ 圧延状態監視部
１０２ 摩擦係数計算部
１０３ 変形抵抗計算部
１０４ 圧延荷重計算部
１０５ セットアップ計算部
１０６ 速度変更量計算部
１０７ 速度変更部
１０８ 圧下率変更仕様計算部
１０９ 設定板厚変更部
１１０ 積分器リセット部
１１１ ロールギャップ制御部
１１２ 異常監視部
１１３ 圧下率変更量修正部
１１４ 警報出力部
２０１ ＣＰＵ
２０２ ＲＡＭ
２０３ ＲＯＭ
２０４ ＨＤＤ
２０５ Ｉ／Ｆ
２０６ ＬＣＤ
２０７ 操作部

Claims (10)

1. 被圧延材を複数の対のロールで圧延するタンデム圧延機を制御する圧延制御装置であって、
   前記複数の対のロールによって圧延された被圧延材の板厚を指定された設定板厚に近付けるように、フィードバック制御によって前記複数の対のロールのロールギャップを制御するロールギャップ制御部と、
   前記被圧延材の搬送速度の時系列の変化を設定する搬送速度設定部と、
   前記複数の対のロールのうち、最後段のロール以外のロールのロールギャップを制御するための設定板厚の時系列の変化を、前記設定された搬送速度の時系列の変化に基づいて設定する設定板厚変化設定部と、
   時系列に変化するように設定された前記搬送速度及び前記設定板厚に基づいて実行された圧延における圧延状態の実測値に基づいて前記圧延機の制御におけるパラメータを計算するパラメータ計算部とを含み、
   時系列に変化する前記搬送速度には、少なくとも圧延を行うための通常の速度である圧延速度及び最も低速度である最低速度があり、
   前記搬送速度設定部は、前記最低速度から前記圧延速度に加速する加速期間、前記圧延速度から最低速度に減速する減速期間及び前記圧延速度である通常期間の３つの期間を設定し、
   前記設定板厚変化設定部は、前記設定された加速期間、減速期間及び通常期間の夫々において、標準の設定板厚から設定板厚を厚くする第一の期間、標準よりも厚い設定板厚から標準の設定板厚に戻す第二の期間、標準の設定板厚から設定板厚を薄くする第三の期間、標準よりも薄い設定板厚から標準の設定板厚に戻す第四の期間の４つの期間を設定することを特徴とする圧延制御装置。
2. 前記設定板厚変化設定部は、前記最後段のロールによる圧延によって圧延された被圧延材の板厚が、予め定められた製品板厚の許容範囲を満たすように定められた設定板厚の変更レートに基づいて、前記設定板厚の時系列の変化を設定することを特徴とする請求項１に記載の圧延制御装置。
3. 前記ロールギャップ制御部は、前記最後段のロールのロールギャップの制御において、圧延された被圧延材の板厚の実測値と設定板厚との偏差の二重積分によって前記ロールギャップを制御することを特徴とする請求項１に記載の圧延制御装置。
4. 前記ロールギャップ制御部は、前記最後段の前段のロールによって圧延された被圧延材の板厚の実測値に基づくフィードフォワード制御を加えて、前記最後段のロールのロールギャップを制御することを特徴とする請求項１に記載の圧延制御装置。
5. 前記設定板厚変化設定部は、前記ロールと前記被圧延材とのスリップが発生しないように定められた設定板厚の範囲に基づいて、前記設定板厚の時系列の変化を設定することを特徴とする請求項１乃至４いずれか１項に記載の圧延制御装置。
6. 前記設定板厚変化設定部は、前記設定された加速期間、減速期間及び通常期間の夫々の期間を四分割することにより前記第一の期間、第二の期間、第三の期間及び第四の期間を設定することを特徴とする請求項１乃至５いずれか１項に記載の圧延制御装置。
7. 前記搬送速度設定部は、前記加速期間における加速レート、前記減速期間における減速レート及び前記通常期間において圧延を行うべき被圧延材の搬送長を設定し、
   前記設定板厚変化設定部は、
   前記加速期間において加速される速度の範囲及び前記加速レートに基づいて前記加速期間を判断し、
   前記減速期間において減速される速度の範囲及び前記減速レートに基づいて前記減速期間を判断し、
   前記通常期間において前記被圧延材が搬送される速度及び前記被圧延材の搬送長に基づいて前記通常期間を判断することを特徴とする請求項６に記載の圧延制御装置。
8. 前記圧延状態の実測値に基づき、圧延に異常が発生したことを検知する異常検知部を含むことを特徴とする請求項１乃至７いずれか１項に記載の圧延制御装置。
9. 被圧延材を複数の対のロールで圧延するタンデム圧延機を制御する圧延制御方法であって、
   前記複数の対のロールによって圧延された被圧延材の板厚を指定された設定板厚に近付けるように、フィードバック制御によって前記複数の対のロールのロールギャップを制御し、
   前記被圧延材の搬送速度の時系列の変化を、少なくとも圧延を行うための通常の速度である圧延速度及び最も低速度である最低速度の間で、前記最低速度から前記圧延速度に加速する加速期間、前記圧延速度から最低速度に減速する減速期間及び前記圧延速度である通常期間の３つの期間を設定して制御し、
   前記複数の対のロールのうち、最後段のロール以外のロールのロールギャップを制御するための設定板厚の時系列の変化を、前記設定された加速期間、減速期間及び通常期間の夫々において、標準の設定板厚から設定板厚を厚くする第一の期間、標準よりも厚い設定板厚から標準の設定板厚に戻す第二の期間、標準の設定板厚から設定板厚を薄くする第三の期間、標準よりも薄い設定板厚から標準の設定板厚に戻す第四の期間の４つの期間として設定し、
   時系列に変化するように設定された前記搬送速度及び前記設定板厚に基づいて実行された圧延における圧延状態の実測値に基づいて前記圧延機の制御におけるパラメータを計算することを特徴とする圧延制御方法。
10. 被圧延材を複数の対のロールで圧延するタンデム圧延機を制御する圧延制御プログラムであって、
    前記複数の対のロールによって圧延された被圧延材の板厚を指定された設定板厚に近付けるように、フィードバック制御によって前記複数の対のロールのロールギャップを制御するステップと、
    前記被圧延材の搬送速度の時系列の変化を、少なくとも圧延を行うための通常の速度である圧延速度及び最も低速度である最低速度の間で、前記最低速度から前記圧延速度に加速する加速期間、前記圧延速度から最低速度に減速する減速期間及び前記圧延速度である通常期間の３つの期間を設定して制御するステップと、
    前記複数の対のロールのうち、最後段のロール以外のロールのロールギャップを制御するための設定板厚の時系列の変化を、前記設定された加速期間、減速期間及び通常期間の夫々において、標準の設定板厚から設定板厚を厚くする第一の期間、標準よりも厚い設定板厚から標準の設定板厚に戻す第二の期間、標準の設定板厚から設定板厚を薄くする第三の期間、標準よりも薄い設定板厚から標準の設定板厚に戻す第四の期間の４つの期間として設定するステップと、
    時系列に変化するように設定された前記搬送速度及び前記設定板厚に基づいて実行された圧延における圧延状態の実測値に基づいて前記圧延機の制御におけるパラメータを計算するステップとを情報処理装置に実行させることを特徴とする圧延制御プログラム。

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