WO2023007626A1 - 電動機の速度制御装置 - Google Patents

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WO2023007626A1
WO2023007626A1 PCT/JP2021/027946 JP2021027946W WO2023007626A1 WO 2023007626 A1 WO2023007626 A1 WO 2023007626A1 JP 2021027946 W JP2021027946 W JP 2021027946W WO 2023007626 A1 WO2023007626 A1 WO 2023007626A1
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WO
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speed
electric motor
acceleration
control device
time
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/027946
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English (en)
French (fr)
Inventor
遼 藤田
潤騎 大澤
Original Assignee
東芝三菱電機産業システム株式会社
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Priority to JP2023537826A priority patent/JP7450128B2/ja
Priority to PCT/JP2021/027946 priority patent/WO2023007626A1/ja
Priority to KR1020237010824A priority patent/KR20230058476A/ko
Priority to TW111118264A priority patent/TWI844021B/zh
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
    • B21B37/48—Tension control; Compression control
    • B21B37/52—Tension control; Compression control by drive motor control
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B39/00—Arrangements for moving, supporting, or positioning work, or controlling its movement, combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, metal-rolling mills
    • B21B39/02—Feeding or supporting work; Braking or tensioning arrangements, e.g. threading arrangements
    • B21B39/12—Arrangement or installation of roller tables in relation to a roll stand
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2275/00—Mill drive parameters
    • B21B2275/02—Speed
    • B21B2275/04—Roll speed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21B—ROLLING OF METAL
    • B21B2275/00—Mill drive parameters
    • B21B2275/02—Speed
    • B21B2275/06—Product speed
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working

Definitions

  • the embodiment of the present invention relates to a speed control device for an electric motor.
  • a plurality of conveying tables for conveying a rolled material on conveying rolls are continuously provided in a rolling facility.
  • Such a plurality of transport tables are each composed of a plurality of transport rolls.
  • the plurality of transport rolls are driven by independent electric motors for each transport table.
  • Patent Document 1 a technique of calculating the conveying speed of the rolled material by two position detectors provided on the upstream conveying table and correcting it so that the speed of the electric motor on the downstream side matches the calculated conveying speed.
  • the speed of the electric motor of the downstream transfer table can be adjusted to the transfer speed of the rolled material transferred from the upstream side, so that the slippage of the rolled material when moving between the transfer tables can be suppressed. It is possible to make it difficult for slip damage to occur on the conveying surface.
  • Patent Document 1 does not take into account the operation during the acceleration/deceleration period during which the speed reference of the downstream electric motor changes. Therefore, there is a problem that the speed correction of the downstream electric motor is not in time before the rolled material moves on the conveying table. In order to avoid such problems, it is necessary to start correcting the speed reference well upstream of the arrival of the rolling stock at the downstream transport table. However, depending on the conveying speed of the rolled material, the length of the conveying table, etc., there may be cases where the speed reference cannot be sufficiently corrected.
  • the embodiments of the present invention have been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide a speed control device for an electric motor that makes it difficult for the rolled material to slip during movement of the transfer table.
  • a motor speed control device provides a first computing means for supplying a first speed reference to a first variable speed control device for speed-controlling a first motor for driving a table roll of a first conveying table. and supplying a second speed reference to a second variable speed control device for speed-controlling a second electric motor for driving a table roll of a second conveying table provided downstream of the first conveying table.
  • the target conveying speed is calculated by converting the conveying speed of the rolled material conveyed by the speed of the second electric motor into the speed of the second electric motor, the actual speed data of the second electric motor, the target conveying speed, the preset second electric motor Based on the motor parameters of the speed reference, the fastest acceleration/deceleration time is calculated, and based on the actual speed data, the target conveying speed and the shortest acceleration/deceleration time, a speed reference pattern is generated and used as the second speed reference. and a second computing means for supplying to the second variable speed control device.
  • an electric motor speed control device is realized that makes it difficult for the rolled material to slip when the transfer table moves.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram illustrating an electric motor speed control device according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 4 is a schematic graph diagram for explaining the operation of the speed control device according to Embodiment 1, and is an example of a graph diagram showing the time change of the speed reference.
  • FIG. 7 is a schematic block diagram illustrating a speed control device for an electric motor according to Embodiment 2;
  • FIG. 10 is a schematic graph diagram for explaining the operation of the speed control device of Embodiment 2, and is an example of a graph diagram showing a time change of a speed reference;
  • FIG. 1 is a schematic block diagram illustrating an electric motor speed control device according to the present embodiment.
  • FIG. 1 also shows transfer tables 100 and 102 that transfer the rolled material 1 under speed control by the speed control device 10 .
  • the carrier tables 100 and 102 are arranged adjacent to each other, and the carrier table (first carrier table) 100 is provided upstream of the carrier table (second carrier table) 102 .
  • the rolled material 1 is conveyed from an upstream conveying table 100 to a downstream conveying table 102 .
  • table rolls 2a to 2c driven by an electric motor (first electric motor) 3a are provided so as to convey the rolled material 1 from upstream to downstream.
  • the rolled material 1 is conveyed from upstream to downstream as the table rolls 2a to 2c rotate.
  • the electric motor 3a is driven by a variable speed control device (first variable speed control device) 4a.
  • table rolls 2d and 2e driven by an electric motor (second electric motor) 3b are provided so as to convey the rolled material 1 from upstream to downstream.
  • the rolling material 1 conveyed from the upstream conveying table 100 is further conveyed downstream according to the rotation of the table rolls 2d and 2e.
  • the electric motor 3b is driven by a variable speed control device (second variable speed control device) 4b.
  • the electric motors 3a and 3b are AC motors, such as induction motors.
  • the variable speed controllers 4a, 4b control the speeds of the electric motors 3a, 3b according to their respective speed standards.
  • the speed control device 10 collects speed data of the electric motors 3a and 3b.
  • speed control of the electric motors 3a and 3b is performed by sensorless vector control as in this example, as indicated by the solid lines
  • the speed control device 10 transfers speeds of the electric motors 3a and 3b from the variable speed control devices 4a and 4b. Collect speed achievements.
  • speed control of the electric motors 3a and 3b is performed by vector control with a sensor
  • the speed control device 10 receives speed data of the electric motors from speed detectors provided in the electric motors, as indicated by dashed lines.
  • the transport table 100 is provided with position detectors 5a and 5b for the rolled material 1.
  • the position detector 5a is provided upstream of the position detector 5b.
  • the position detectors 5a and 5b detect the leading end of the rolled material 1 and output position detection signals Da and Db that are active until the trailing end is removed.
  • appropriate sensors are used depending on the installation environment of the transfer table. In the case of a hot rolling line or the like, a hot metal detector or the like can be used.
  • the position detectors 5a and 5b detect the tip of the rolled material 1 after the upstream position detector 5a detects the tip of the rolled material 1 and the downstream position detector 5b detects the tip of the rolled material 1. is measured, and the conveying speed of the rolled material 1 between the position detectors 5a and 5b is calculated.
  • the number of installed position detectors is not limited to two, but may be three or more. It is possible to calculate the conveying speed of the rolled material according to the number and positions of the position detectors installed.
  • position detectors are shown on the downstream transport table 102, but position detectors are provided at appropriate locations as required for tracking the rolled material.
  • a position detector installed on the transport table 102 can be used to calculate the transport speed of the rolled material on the transport table 102.
  • a motor speed controller 10 is connected to the outputs of the position detectors 5a and 5b. Based on the position detection signals Da and Db output by the position detectors 5a and 5b and the distances at which the position detectors 5a and 5b are respectively installed, the speed control device 10 controls the speed of the rolled material 1 between the position detectors 5a and 5b. Calculate the target conveying speed N2 of .
  • data on the actual speed of the electric motor 3a on the upstream side is used, for example, when correcting the speed of the electric motor 3a on the upstream side with respect to the speed reference of the electric motor 3b on the downstream side.
  • Data on the actual speed of the electric motor 3b on the downstream side is used, for example, when calculating the acceleration/deceleration rate.
  • the actual speed data is also used for feedback of the variable speed controllers 4a and 4b.
  • the motor speed control device 10 is connected to the variable speed control devices 4a and 4b.
  • the speed controller 10 calculates appropriate speed references for each of the variable speed controllers 4a, 4b and supplies the calculated speed references to the variable speed controllers 4a, 4b.
  • the speed control device 10 uses the calculated conveying speed and the distance to the downstream conveying table 102 to determine the expected arrival time t3 until the rolled material 1 reaches the downstream conveying table 102. calculate.
  • the speed control device 10 calculates the fastest acceleration/deceleration time t0 of the electric motor 3b on the downstream side using the conveying speed, motor specifications, and mechanical specifications, and determines the acceleration/deceleration rate based on the calculated fastest acceleration/deceleration time t0 .
  • Calculate ⁇ The speed control device 10 uses the calculated acceleration/deceleration rate ⁇ to generate a speed reference pattern N(t) for the downstream electric motor 3b and supplies it to the variable speed control device 4b.
  • the speed reference pattern is data representing the temporal change of the speed reference, and is, for example, time-series data of the speed reference for each time.
  • the speed control device 10 preferably compares the fastest acceleration/deceleration time and the expected arrival time, and if the expected arrival time t3 is shorter than the fastest acceleration/deceleration time t0 , the speed reference of the electric motor 3a on the upstream side is determined. correct.
  • the speed control device 10 of the present embodiment controls the speeds of the electric motors 3a and 3b on the adjacent transfer tables 100 and 102 so that they reach substantially the same speed within the arrival time of the rolled material.
  • the speed control device 10 includes calculation units 20a and 20b.
  • the speed controller 10 preferably further comprises an upstream motor speed correction function 21 and a speed reference setting function 19a, 19b.
  • the computing unit (first computing means) 20a generates and outputs a speed-based pattern for the upstream electric motor 3a
  • the computing unit (second computing means) 20b generates a speed-based pattern for the downstream electric motor 3b. Generate and output.
  • the configurations of the arithmetic units 20a and 20b are substantially the same, and the downstream arithmetic unit 20b will be described below.
  • the calculation unit 20a is provided for the most upstream electric motor, the configuration does not necessarily have to be the same as that of the calculation unit 20b.
  • the pattern of the speed reference may be set in advance.
  • the calculation unit 20b includes a target conveying speed calculation function 14, an expected rolling material arrival time calculation function 15, a motor parameter setting function 16, an acceleration/deceleration rate calculation function 17, and a speed reference calculation function 18.
  • the position detection signals Da and Db are input to the target conveying speed calculation function 14 .
  • Position detection signals Da and Db are output from position detectors 5a and 5b, respectively.
  • the target conveying speed calculation function 14 uses the position detection signals Da, Db and the distance data between the positions where the position detectors 5a, 5b are respectively installed to determine the rolling material 1 conveyed on the upstream conveying table 100. , and output it as the target transport speed N2 .
  • the target conveying speed N2 is converted to the rotation speed of the electric motor and output.
  • Data on the distance between the positions at which the transfer tables 100 and 102 are respectively installed is set in advance in the expected rolling material arrival time calculation function 15 .
  • the distance between the positions where the conveying tables 100 and 102 are installed is, for example, the position where the downstream position detector 5b of the two position detectors 5a and 5b is installed and the position where the conveying table 102 is most upstream. is the distance to the position where the table roll 2d is provided.
  • the position of the transport table 102 may be set slightly upstream of the table roll 2d in consideration of measurement errors and calculation errors in distance and speed.
  • the target conveying speed N2 calculated by the target conveying speed calculating function 14 is input to the expected rolling material arrival time calculating function 15 .
  • the expected rolling material arrival time calculation function 15 calculates and outputs the expected arrival time t3 for the rolled material 1 to reach the conveying table 102.
  • the motor parameter setting function 16 extracts and outputs motor parameters required for calculation from a parameter storage unit (not shown).
  • the parameter storage section may be provided in a storage device connected to the outside, or may be provided in the storage section of the speed control device 10 .
  • the parameters of the motor include specifications of the motor and specification data of the machine driven by the motor.
  • the motor specifications include, for example, overload capacity k and rated torque T A [kgf ⁇ cm].
  • the machine specification data includes the moment of inertia GD 2 [kgf ⁇ cm 2 ] of mechanical systems such as rolls and reduction gears.
  • the data of the moment of inertia GD2 may be set for each electric motor and mechanical system, or may be set as a total moment of inertia value for each electric motor.
  • the acceleration/deceleration rate calculation function 17 inputs the target conveying speed N 2 , the actual speed N 1 of the electric motor 3b on the downstream side, and necessary parameters of the electric motor, and calculates the acceleration/deceleration rate ⁇ based on these.
  • a value calculated by the target transfer speed calculation function 14 is used as the target transfer speed N2 .
  • the actual speed N1 is the actual speed of the electric motor 3b.
  • the parameters of the motor are set by the motor parameter setting function 16 and output.
  • the parameters of the electric motor are the overload capacity k of the electric motor 3b, the rated torque T A [kgf ⁇ cm], the torque T m [kgf ⁇ cm] corresponding to the loss of the mechanical system, and the moment of inertia GD 2 [kgf ⁇ cm 2 ].
  • the moment of inertia GD2 is taken as the sum of the motor side and the machine side.
  • the fastest acceleration/deceleration time t0 is obtained by the following equation ( 1 ) using the target conveying speed N2 , the actual speed N1 of the electric motor 3b, and the parameters of the electric motor.
  • the electric motor 3b is assumed to be operated at a constant torque when accelerating and decelerating, and the fastest acceleration/deceleration time t 0 >0.
  • Equation (1) represents acceleration, and the denominator in the integral symbol is (kT A +T m ) during deceleration.
  • the speed reference calculation function 18 inputs the target transfer speed N 2 , the actual speed N 1 of the electric motor 3b, the scheduled arrival time t 3 of the rolled material, the fastest acceleration/deceleration time t 0 , and the acceleration/deceleration rate ⁇ to calculate the speed. Generate a reference pattern N(t). The speed reference calculation function 18 supplies the generated pattern N(t) to the variable speed controller 4b.
  • the estimated arrival time t3 and the fastest acceleration/deceleration time t0 are input to the upstream motor speed correction function (upstream motor speed correction means) 21 .
  • the upstream electric motor speed correction function 21 compares the estimated arrival time t3 and the fastest acceleration/deceleration time t0 , and when t3 ⁇ t0 , outputs a speed reference correction value Nc , Correct the speed reference for the upstream motor 3a so that ⁇ t0 .
  • the actual speed NU of the upstream electric motor 3a is input to the upstream electric motor speed correcting function 21 .
  • a correction value for the case of t 3 ⁇ t 0 is preset in the upstream motor speed correction function 21 .
  • This correction value Nc is, for example, a value corresponding to the actual speed NU on the upstream side, and the larger the absolute value of the actual speed NU , the larger the correction value.
  • the upstream electric motor speed correction function 21 is preset with a table in which speed ranges divided into several parts of the electric motor 3a and correction values corresponding to the divided speed ranges are set.
  • the correction value set in the upstream motor speed correction function 21 may be a constant value regardless of the actual speed NU of the electric motor 3a.
  • the speed reference setting functions 19a and 19b receive speed reference patterns from the calculation units 20a and 20b, convert the speed reference pattern data into an appropriate format, and supply the data to the variable speed controllers 4a and 4b.
  • the speed reference setting functions 19a and 19b have a computing function with input data, commands, and the like.
  • the speed reference setting functions 19a and 19b receive an operation command or the like, and output a speed reference pattern when the operation command or the like becomes active.
  • the upstream speed reference setting function 19a applies the correction value Nc to the current speed reference pattern when the upstream motor speed correction function 21 outputs the speed reference correction value Nc.
  • the speed reference setting function 19a calculates and outputs a new speed reference based on the speed reference output by the calculation unit 20a and the correction value Nc output by the upstream motor speed correction function 21.
  • FIG. 2 is a schematic graph diagram for explaining the operation of the speed control device of the present embodiment, and is an example of a graph diagram showing the time change of the speed reference.
  • FIG. 2 is a graph showing the temporal change of the speed reference pattern N(t) generated by the speed reference calculation function 18 and output via the speed reference setting function 19b.
  • the vertical axis is the speed reference N
  • the horizontal axis is the time ⁇ .
  • FIG. 2 shows an example in which the electric motor 3b is accelerated from low speed to high speed.
  • the speed reference pattern N(t) generated by the speed reference calculation function 18 includes data on the magnitude of the speed reference N for each time.
  • the speed reference N is set to the actual speed N1 of the electric motor 3b on the downstream side .
  • Time ⁇ 0 is the time when the rolled material 1 passes the starting point of the distance between the installation positions of the transfer tables 100 and 102. For example, the rolled material 1 passes the position where the position detector 5b is provided.
  • Time At the fastest acceleration/deceleration time t0 between time ⁇ 0 and time ⁇ 1, the pattern N(t) rises linearly with the slope of the acceleration/deceleration rate ⁇ . At time ⁇ 1, the pattern N(t) reaches the target transport speed N2 .
  • Time ⁇ 2 is the time when the rolled material 1 reaches the end point of the distance between the positions where the transfer tables 100 and 102 are respectively installed. This is the time when the tip of the rolled material reaches the position. That is, the period from time ⁇ 0 to time ⁇ 2 is the expected arrival time t 3 of the rolled material 1 .
  • the upstream electric motor speed correction function 21 inputs the calculated values of the fastest acceleration/deceleration time t0 and the estimated arrival time t3 from the speed reference calculation function 18 .
  • the upstream motor speed correction function 21 compares the fastest acceleration/deceleration time t0 and the expected arrival time t3 .
  • the estimated arrival time t3 is longer than the fastest acceleration/deceleration time t0 , so the upstream motor speed correction function 21 does not output the correction value Nc, and the upstream calculation unit 20a uses the speed reference setting function 19a supplies the speed reference as initially set to the variable speed controller 4a.
  • the upstream motor speed correction function 21 When the estimated arrival time t3 is shorter than the fastest acceleration/deceleration time t0 , the upstream motor speed correction function 21 outputs the speed reference correction value Nc to the upstream speed reference setting function 19a.
  • This example shows the case where the electric motor 3b is accelerated. Therefore, when t3 ⁇ t0 , the upstream electric motor speed correction function 21 adjusts the target conveying speed as indicated by the downward arrow in FIG. A correction value Nc is output so as to reduce N2 .
  • the correction value Nc in this case is data having a negative value, for example, and is added to the speed reference output from the calculation unit 20a by the speed reference setting function 19a. As a result, the variable speed control device 4a receives a speed reference having a smaller value than the initial value, and the conveying speed of the rolled material 1 decreases.
  • the upstream electric motor speed correction function 21 outputs a correction value Nc having a positive value
  • the upstream speed reference setting function 19a outputs the calculation unit 20a adds a correction value having a positive value to the speed reference output by to output a new speed reference.
  • the upstream electric motor speed correction function 21 has the correction value Nc set in advance, and when t3 ⁇ t0, a positive or negative value is set according to whether the downstream electric motor 3b is accelerating or decelerating.
  • a correction value Nc is output.
  • the magnitude of the correction value Nc may be a value set according to the actual speed NU of the electric motor 3a on the upstream side, or may be a constant value.
  • the two position detectors 5a and 5b are provided, the calculation of the target conveying speed N2 is performed once, and the comparison and determination of the fastest acceleration/deceleration time t0 and the estimated arrival time t3 are also performed once. times. Without being limited to this, the fastest acceleration/deceleration time t0 and the estimated arrival time t3 may be compared and determined a plurality of times according to the number of position detectors, and the correction value Nc may be output. in this way
  • the speed control device 10 of the present embodiment includes a calculation unit 20b, which adjusts the speed of the electric motor 3b on the downstream side by adjusting the acceleration/deceleration rate ⁇ , including the specifications and mechanical specifications of the electric motor 3b. can be calculated. Therefore, it is not necessary to start the acceleration/deceleration operation of the electric motor 3b on the downstream side when the material to be rolled is too far away, thereby reducing the slip damage of the material to be rolled and enabling smoother operation of the rolling process.
  • the speed control device 10 of this embodiment can further include an upstream motor speed correction function 21 .
  • the measured conveying speed of the rolled material 1 is set as the target conveying speed N2 , and the target conveying speed N2 and the distance between the conveying tables 100 and 102 are Based on this, the expected arrival time t3 of the rolled material 1 can be calculated.
  • the upstream motor speed correction function 21 compares the fastest acceleration/deceleration time t0 based on the acceleration/deceleration rate ⁇ and the expected arrival time t3 based on the conveying speed of the rolled material 1, and determines whether or not appropriate speed adjustment is performed. judge.
  • the upstream motor speed correction function 21 corrects the speed of the upstream electric motor 3a when it is determined that the speed adjustment between the electric motors 3a and 3b is not sufficiently performed in the acceleration/deceleration operation of the downstream electric motor 3b. do. Therefore, even if the shortest acceleration/deceleration rate ⁇ is determined by the mechanical specifications of the electric motor 3b on the downstream side, speed adjustment between the electric motors 3a and 3b can be achieved by correcting the speed of the electric motor 3a on the upstream side. can be done properly.
  • the conveying speed of the rolled material 1 is calculated based on the position detection signals Da and Db output from the position detectors 5a and 5b and the distance between the position detectors 5a and 5b. By doing so, the direct conveying speed of the rolled material 1 can be set to the target conveying speed N2 , which is preferable.
  • the actual speed NU of the electric motor 3a on the upstream side may be used as the transport speed of the rolled material 1.
  • FIG. 3 is a schematic block diagram illustrating the motor speed control device according to the present embodiment.
  • the motor speed control device 210 of the present embodiment adjusts the acceleration/deceleration rate of the downstream electric motor 3b to minimize the power consumption J of the electric motor 3b within the expected arrival time t3 of the rolled material 1.
  • FIG. The speed control device 210 is different from the other embodiments described above in that it includes computing units 220a and 220b that are different from those of the other embodiments described above.
  • Other components are the same as in other embodiments, and the same components are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.
  • the motor speed control device 210 of the present embodiment includes computing units 220a and 220b.
  • the computing unit 220a generates and outputs a speed-based pattern for the upstream electric motor 3a
  • the computing unit 220b generates and outputs a speed-based pattern for the downstream electric motor 3b.
  • the configurations of the arithmetic units 220a and 220b are substantially the same, and the downstream arithmetic unit 220b will be described below.
  • the computing section 220a is provided for the most upstream electric motor, it does not necessarily have to have the same configuration as the computing section 220b.
  • the calculation unit 220b includes a power consumption calculation function 222.
  • the calculation unit 220b includes an acceleration/deceleration rate calculation function 217 that is different from the other embodiments described above. It is different from the case of the embodiment of .
  • the power consumption calculation function 222 calculates the estimated arrival time t3 of the electric motor 3b on the downstream side based on the actual speed N1 , the target conveying speed N2 , the acceleration/deceleration time t1 , the parameters of the electric motor, and the expected arrival time t3 of the rolled material 1 . Calculate the amount of power consumption J consumed within time t3 .
  • the acceleration/deceleration time t1 is a variable, and the power consumption calculation function 222 calculates and outputs the acceleration / deceleration time t1 that minimizes the power consumption J of the electric motor 3b within the estimated arrival time t3 .
  • the acceleration/deceleration rate calculation function 217 uses the acceleration / deceleration time t1 output by the power consumption calculation function 222 to calculate and output the acceleration / deceleration rate ⁇ 1.
  • the power consumption calculation function 222 can be provided as a function of the acceleration/deceleration rate calculation function 217 as long as it can calculate the power consumption J and calculate the acceleration / deceleration time t1 that minimizes the power consumption J. Instead, for example, it may be provided as a function independent of the acceleration/deceleration rate calculation function.
  • FIG. 4 is a schematic graph diagram for explaining the operation of the speed control device according to the present embodiment, and is an example of a graph diagram showing the time change of the speed reference.
  • FIG. 4 shows the speed reference pattern N(t) generated by the speed reference calculation function 18 and output via the speed reference setting function 19b.
  • the vertical axis in FIG. 4 indicates the square value I 1 2 of the motor primary current of the motor 3b. 1 and J2 are shown together.
  • the speed control device 210 employs the acceleration / deceleration rate ⁇ 1 at that time to generate and output a speed reference pattern N(t).
  • t 3 is the fastest acceleration/deceleration time calculated using the mechanical specifications of the electric motor 3b described in the other embodiment above.
  • the pattern N(t) includes speed reference data for each time, as in the other embodiments described above.
  • the speed reference N is set to the actual speed N1 of the electric motor 3b on the downstream side .
  • the pattern N(t) rises linearly with the slope of the acceleration / deceleration rate ⁇ 1.
  • the pattern N(t) reaches the target transport speed N2 .
  • pattern N( t ) changes at a constant target conveying speed N2 .
  • Power consumption J1 is the power consumed during acceleration / deceleration time t1 from time ⁇ 0 to time ⁇ 11
  • power consumption J2 is the power consumed during time t2 from time ⁇ 11 to time ⁇ 2 . shall be the amount of power consumed.
  • the fastest acceleration/deceleration time t0 is calculated by the acceleration/deceleration rate calculation function 217 using the equation (1) explained in the other embodiment above.
  • moment of inertia GD 2 , rated torque T A , rated torque current I qA , torque T m corresponding to mechanical loss, excitation current I d , and DC resistance value R caused by cables, etc. are parameters of the motor. and a preset value is applied by the motor parameter setting function 16 .
  • the acceleration/deceleration rate calculation function 217 sets the acceleration/deceleration time t1 at which the power consumption J extracted by the power consumption calculation function 222 becomes the minimum, and sets the acceleration / deceleration rate ⁇ 1.
  • the speed reference calculation function 18 calculates a speed reference pattern N (t) is generated and output. Thereafter, similarly to the other embodiments described above, the calculation unit 220b supplies the speed reference pattern N(t) to the variable speed control device 4b via the speed reference setting function 19b.
  • Equation (2) can be derived as follows.
  • the power consumption J within the estimated arrival time t3 is the sum of the power consumption J1 within the acceleration / deceleration time t1 and the power consumption J2 within the time t2 from time ⁇ 11 to time ⁇ 2 .
  • the power consumption J 1 and J 2 are calculated by the following formulas (3) and (4), the power consumption J can be calculated by the formula (5).
  • the motor primary current I1 of the motor 3b can be expressed by the following equation (6).
  • I q is the torque current.
  • the rated torque current IqA is obtained by the following formula (7) by substituting into the relationship of formula (6). can be represented.
  • the estimated arrival time t3 is the sum of the acceleration/deceleration time t1 and the time t2 from time ⁇ 11 to time ⁇ 2 . Since the estimated arrival time t 3 is equal to or greater than the fastest acceleration/deceleration time t 0 , the relationship between t 1 to t 3 and t 0 is represented by the following equation (12) from equation (1).
  • the torque T of the electric motor 3b can be obtained by replacing kT A in Equation (12) with T, so the acceleration / deceleration time t1 is expressed as in Equation (13) below.
  • equation (14) representing the relationship between torque current Iq and acceleration / deceleration time t1 can be obtained.
  • equation (2) can be obtained.
  • the power consumption J within the estimated arrival time t3 can be expressed as a function of the acceleration/deceleration time t1.
  • the speed control device 210 of this embodiment includes a computing section 220b.
  • Calculation unit 220 b includes acceleration/deceleration rate calculation function 217 and power consumption calculation function 222 .
  • the acceleration/deceleration rate calculation function 217 and the power consumption calculation function 222 calculate the power consumption J consumed by the electric motor 3b on the downstream side within the estimated arrival time t3 for the rolled material 1 to reach the conveying table 102 on the downstream side. .
  • the acceleration/deceleration rate calculation function 217 and the power consumption calculation function 222 calculate and extract the acceleration / deceleration time t1 that minimizes the power consumption J of the electric motor 3b within the estimated arrival time t3 , and extracts the acceleration / deceleration rate ⁇ 1 to calculate
  • the calculation unit 220b generates and outputs a speed reference pattern N(t) based on the calculated acceleration / deceleration rate ⁇ 1. Therefore, it is possible to realize speed control in accordance with the conveying speed of the rolled material 1 while suppressing an increase in power consumption during the acceleration/deceleration operation of the electric motor 3b on the downstream side.
  • the target transport speed of the most downstream transport table may be matched with the speed of the most upstream transport table.
  • the target conveying speed of the most downstream conveying table is substantially equal to the speed of the most upstream conveying table. Determined based on table speed. Further, in such a case, the speed may be calculated by a position detector provided for each transport table, and the target transport speed of the most downstream transport table may be recalculated for each transport table.
  • the speed control devices 10 and 210 may be configured by hardware for each function, including each function constituting the arithmetic units 20a, 20b, and 220b. It may be configured by software that realizes the operation of The speed control devices 10 and 210 are, for example, computer devices into which software and programs for realizing the operations of the illustrated and described functions are installed, and the computer devices may be programmable logic controllers or the like.
  • the speed control devices 10 and 210 of the embodiments are realized by a computer device
  • the calculation units 20a, 20b, 220a, and 220b are realized by an arithmetic processing unit (CPU) or the like, and are shown in FIGS.
  • a storage means is provided for storing, reading and sequentially executing a program containing one or more steps for performing the operation of each function indicated.
  • two calculation units are provided, but these may be realized by different CPUs, or may be realized by one CPU.

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Abstract

実施形態によれば、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、搬送される圧延材の搬送速度を目標搬送速度として計算し、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短の加減速時間にもとづいて、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が提供される。

Description

電動機の速度制御装置
　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短の加減速時間にもとづいて、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Ｎ２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ｔ３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ｔ０を計算し、計算された最速加減速時間ｔ０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ｔ３が最速加減速時間ｔ０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Ｎ２として出力する。目標搬送速度Ｎ２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Ｎ２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Ｎ２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ｔ３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ＴＡ［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ＧＤ２［ｋｇｆ・ｃｍ２］等を含んでいる。慣性モーメントＧＤ２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Ｎ２、下流側の電動機３ｂの速度実績Ｎ１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Ｎ２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Ｎ１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ＴＡ［ｋｇｆ・ｃｍ］、機械系の損失分に相当するトルクＴｍ［ｋｇｆ・ｃｍ］および慣性モーメントＧＤ２［ｋｇｆ・ｃｍ２］である。慣性モーメントＧＤ２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＝（Ｎ２－Ｎ１）／ｔ０
　ここで、最速加減速時間ｔ０は、目標搬送速度Ｎ２、電動機３ｂの速度実績Ｎ１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ｔ０＞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（ｋＴＡ＋Ｔｍ）とされる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001


　速度基準演算機能１８は、目標搬送速度Ｎ２、電動機３ｂの速度実績Ｎ１、圧延材の到達予定時間ｔ３、最速加減速時間ｔ０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ｔ３および最速加減速時間ｔ０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ｔ３と最速加減速時間ｔ０とを比較して、ｔ３＜ｔ０となった場合に、速度基準の補正値Ｎｃを出力して、ｔ３≧ｔ０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ＮＵが入力される。上流電動機速度補正機能２１には、ｔ３＜ｔ０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ＮＵに応じた値とされており、速度実績ＮＵ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ＮＵ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τ０において、速度基準Ｎは、下流側の電動機３ｂの速度実績Ｎ１とされる。時刻τ０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τ０から時刻τ１の間の最速加減速時間ｔ０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τ１において、パターンＮ（ｔ）は、目標搬送速度Ｎ２に到達する。その後、時刻τ１から時刻τ２では、パターンＮ（ｔ）は、一定の目標搬送速度Ｎ２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τ０から時刻τ２までの期間は、圧延材１の到達予定時間ｔ３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ｔ０および到達予定時間ｔ３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ｔ０および到達予定時間ｔ３を比較する。この例では、到達予定時間ｔ３は、最速加減速時間ｔ０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ｔ３が、最速加減速時間ｔ０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、ｔ３＜ｔ０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Ｎ２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Ｎ２とし、目標搬送速度Ｎ２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ｔ３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ｔ０および圧延材１の搬送速度にもとづく到達予定時間ｔ３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Ｎ２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ＮＵ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ｔ３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Ｎ１、目標搬送速度Ｎ２、加減速時間ｔ１、電動機のパラメータおよび圧延材１の到達予定時間ｔ３にもとづいて、到達予定時間ｔ３内で消費される消費電力量Ｊを計算する。加減速時間ｔ１は、変数であり、消費電力量演算機能２２２は、到達予定時間ｔ３内で電動機３ｂの消費電力量Ｊが最小となる加減速時間ｔ１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ｔ１を用いて加減速レートα１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ｔ１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Ｉ１ ２を示しており、図４には、Ｉ１ ２の時間積分である消費電力量Ｊ１，Ｊ２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α１の変化に応じて、消費電力量Ｊ１，Ｊ２が変化し、Ｊ＝Ｊ１＋Ｊ２が最小となるような加減速時間ｔ１が存在する。速度制御装置２１０は、そのときの加減速レートα１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、ｔ０＞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、ｔ３≧ｔ１≧ｔ０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α１は、以下のように計算される。
　α１＝（Ｎ２－Ｎ１）／ｔ１
　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τ０において、速度基準Ｎは、下流側の電動機３ｂの速度実績Ｎ１とされる。時刻τ０から時刻τ１１の間の加減速時間ｔ１では、パターンＮ（ｔ）は、加減速レートα１の傾きで直線状に上昇する。時刻τ１１において、パターンＮ（ｔ）は、目標搬送速度Ｎ２に到達する。その後、時刻τ１１から時刻τ２までの時間ｔ２では、パターンＮ（ｔ）は、一定の目標搬送速度Ｎ２で推移する。
　消費電力量Ｊ１は、時刻τ０から時刻τ１１までの加減速時間ｔ１で消費される電力量とし、消費電力量Ｊ２は、時刻τ１１から時刻τ２までの時間ｔ２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ｔ３の間における消費電力量Ｊ＝Ｊ１＋Ｊ２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ｔ１をｔ０～ｔ３まで、一定の時刻間隔で変化させ、加減速時間ｔ１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ｔ１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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002

　式（２）において、慣性モーメントＧＤ２、定格トルクＴＡ、定格トルク電流ＩｑＡ、機械損失に相当するトルクＴｍ、励磁電流Ｉｄ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ｔ１に設定して、加減速レートα１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α１、加減速時間ｔ１、電動機３ｂの速度実績Ｎ１および目標搬送速度Ｎ２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ｔ３内の消費電力量Ｊは、加減速時間ｔ１内の消費電力量Ｊ１と、時刻τ１１から時刻τ２までの時間ｔ２内の消費電力量Ｊ２との和として計算される。消費電力量Ｊ１，Ｊ２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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003






　まず、電動機３ｂの電動機１次電流Ｉ１は、以下の式（６）で表すことができる。ここで、Ｉｑは、トルク電流である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004

　ここで、電動機３ｂの定格１次電流をＩ１Ａとし、定格トルク電流をＩｑＡ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ＩｑＡは、以下の式（７）で表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005

　電動機のトルクＴおよびトルク電流Ｉｑは、比例関係にあるため、電動機３ｂの定格トルクＴＡおよび定格トルク電流ＩｑＡを用いて、以下の式（８）および式（９）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006





　機械損失に相当するトルクＴｍ、トルク電流ＩｑＭより、機械損失に相当する１次電流Ｉ１ｍは、以下の式（１０）および式（１１）のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007








　到達予定時間ｔ３は、加減速時間ｔ１と、時刻τ１１から時刻τ２までの時間ｔ２との和である。到達予定時間ｔ３は、最速加減速時間ｔ０以上とされるので、ｔ１～ｔ３とｔ０の関係は、式（１）より、以下の式（１２）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008

　加減速時間ｔ１内では、電動機３ｂのトルクＴは、式（１２）のｋＴＡをＴに置き換えればよいので、加減速時間ｔ１は、以下の式（１３）のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009

　式（１３）に式（９）を代入することによって、トルク電流Ｉｑと加減速時間ｔ１との関係を表す式（１４）を得ることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010

　時間ｔ２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ｔ３内の消費電力量Ｊを加減速時間ｔ１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ｔ３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ｔ３内の電動機３ｂの消費電力量Ｊが最小となる加減速時間ｔ１を算出して抽出し、加減速レートα１を計算する。演算部２２０ｂは、計算された加減速レートα１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短の加減速時間にもとづいて、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３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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