(57)【要約】【課題】複数のモータが使用されているプロセスラインにおいて、最適化された加速レートおよび減速レートで運転できる制御装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る制御装置は、前記複数のモータのそれぞれの回転数、トルク、ロール径、目標速度、モータ負荷およびモータ定格仕様に関する情報を入力する入力部と、前記回転数、前記トルク、前記ロール径、前記目標速度、前記モータ負荷および前記モータ定格仕様に関する情報にもとづいて、前記複数のモータごとに、加速時間および減速時間を演算する演算部と、前記複数のモータごとに演算された加速時間の中から最大値を抽出し、前記加速時間の最大値を加速レートに決定して出力する加速レート決定部と、前記複数のモータごとに演算された減速時間の中から最大値を抽出し、前記減速時間の最大値を減速レートに決定して出力する減速レート決定部と、を備える。【選択図】図３
2020027542.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のモータを速度制御するとともに製造物を張力制御する、モータの加速用および減速用の制御装置であって、
前記複数のモータのそれぞれの回転数、トルク、ロール径、目標速度、モータ負荷に関する情報およびモータ定格仕様に関する情報を入力する入力部と、
前記回転数、前記トルク、前記ロール径、前記目標速度、前記モータ負荷に関する情報および前記モータ定格仕様に関する情報にもとづいて、前記複数のモータのそれぞれについて、加速時間および減速時間を演算する演算部と、
前記複数のモータのそれぞれについて演算された加速時間の中から最大値を抽出し、前記加速時間の最大値を前記複数のモータのすべてに適用する加速レートに決定して、決定された前記加速レートを出力する加速レート決定部と、
前記複数のモータのそれぞれについて演算された減速時間の中から最大値を抽出し、前記減速時間の最大値を前記複数のモータのすべてに適用する減速レートに決定して、決定された前記減速レートを出力する減速レート決定部と、
を備えたモータの加速用および減速用の制御装置。
【請求項２】
前記入力部は、前記回転数および前記トルクのデータを、あらかじめ設定された周期ごとに入力し、
前記演算部は、前記回転数および前記トルクのデータを入力した周期を含む同一処理サイクルで、前記加速時間および前記減速時間を演算する請求項１記載のモータの加速用および減速用の制御装置。
【請求項３】
前記回転数、前記トルク、ロール径、前記目標速度、前記モータ負荷に関する情報、前記モータ定格仕様に関する情報、前記加速時間、前記減速時間、前記加速レートおよび前記減速レートを入力時刻、演算時刻または出力時刻に関連付けて記憶する記憶部をさらに備えた請求項１または２に記載のモータの加速用および減速用の制御装置。
【請求項４】
モータを速度制御し、速度制御された他のモータとともに、搬送される製造物を張力制御するモータ駆動装置であって、
前記モータおよび前記他のモータのそれぞれの回転数、トルク、ロール径、目標速度、モータ負荷に関する情報およびモータ定格仕様に関する情報を入力し、
前記回転数、前記トルク、前記ロール径、前記目標速度、前記モータ負荷に関する情報および前記モータ定格仕様に関する情報にもとづいて、前記モータおよび前記他のモータのそれぞれについて、加速時間および減速時間を演算し、
前記モータおよび前記他のモータのそれぞれについて演算された加速時間の中から最大値を抽出し、
前記加速時間の最大値を前記モータおよび前記他のモータのすべてに適用する加速レートに決定して、決定された前記加速レートを出力し、
前記モータおよび前記他のモータのそれぞれについて演算された減速時間の中から最大値を抽出し、
前記減速時間の最大値を前記モータおよび前記他のモータのすべてに適用する減速レートに決定して、決定された前記減速レートを出力する制御部
を備えたモータ駆動装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記回転数および前記トルクのデータを、あらかじめ設定された周期ごとに入力し、
前記回転数および前記トルクのデータを入力した周期を含む同一処理サイクルで、前記加速時間および前記減速時間を演算する請求項４記載のモータ駆動装置。
【請求項６】
前記回転数、前記トルク、前記ロール径、前記目標速度、前記モータ負荷に関する情報、前記モータ定格仕様に関する情報、前記加速時間、前記減速時間、前記加速レートおよび前記減速レートを入力時刻、演算時刻または出力時刻に関連付けて記憶する記憶部をさらに備えた請求項４または５に記載のモータ駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、複数のモータを用いるプロセスラインにおいてモータの加速時間および減速時間を最適化する制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼やアルミ、銅など金属材料や、紙やフィルムなどの多くのプロセスラインでは、プロセスラインを構成する機械を駆動するために、複数のモータが使用されている。各モータが適切に速度制御されることによって、機械間を搬送される製造物の張力は適切に制御される。
【０００３】
各モータはいくつかの速度を段階的に切り替えて運転されることが多く、異なる速度間では、加速および減速が繰り返される。このようなモータの加減速時においても、製造物の張力を一定に制御するために、すべてのモータは同一の加速レートおよび減速レートで駆動される。
【０００４】
本来、モータの加減速レートは、プロセスラインの状況に応じて適切な値に設定されるべきであるが、プロセスラインの設計段階において、各モータの性能に対して十分な余裕をもって設定される。このため、プロセスラインの運転の効率は、モータの性能を十分発揮したものとはいえず、さらなる生産効率の向上が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−３１２６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
実施形態は、複数のモータが使用されているプロセスラインにおいて、プロセスラインの状況に応じて最適化された加速レートおよび減速レートで運転できるモータの加速用および減速用の制御装置およびモータ駆動装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態に係るモータの加速用および減速用の制御装置は、複数のモータを速度制御するとともに製造物を張力制御する。この制御装置は、前記複数のモータのそれぞれの回転数、トルク、ロール径、目標速度、モータ負荷に関する情報およびモータ定格仕様に関する情報を入力する入力部と、前記回転数、前記トルク、前記ロール径、前記目標速度、前記モータ負荷に関する情報および前記モータ定格仕様に関する情報にもとづいて、前記複数のモータのそれぞれについて、加速時間および減速時間を演算する演算部と、前記複数のモータのそれぞれについて演算された加速時間の中から最大値を抽出し、前記加速時間の最大値を前記複数のモータのすべてに適用する加速レートに決定して、決定された前記加速レートを出力する加速レート決定部と、前記複数のモータのそれぞれについて演算された減速時間の中から最大値を抽出し、前記減速時間の最大値を前記複数のモータのすべてに適用する減速レートに決定して、決定された前記減速レートを出力する減速レート決定部と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本実施形態では、複数のモータごとに加速時間および減速時間を演算し、それぞれの最大値を抽出して適用するので、プロセスラインの状況に応じて最適化された加速レートおよび減速レートで運転できるモータの加速用および減速用の制御装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】冷間圧延ラインの構成例を示す模式図である。
【図２】図１のモータ駆動装置を例示する模式的なブロック図である。
【図３】第１の実施形態に係るモータの加速用および減速用の制御装置を例示する模式的なブロック図である。
【図４】図１のプラントコントローラーを例示する模式的なブロック図である。
【図５】モータの加速および減速時のモータ回転数および出力トルクの大きさの時間変化を例示するグラフである。
【図６】モータの加速時の特性を例示するグラフである。
【図７】モータの減速時の特性を例示するグラフである。
【図８】冷間圧延ラインの他の構成例を示す模式図である。
【図９】第２の実施形態に係るモータ駆動装置を例示する模式的なブロック図である。
【図１０】第３の実施形態に係るモータの加速用および減速用の制御装置を例示する模式的なブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
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を適宜省略する。
【００１１】
（第１の実施形態）
モータの加速用および減速用の制御装置は、プロセスラインで使用されている複数のモータを同時に加速し、同時に減速させる場合に用いられる。この制御装置は、鉄鋼やアルミ、銅などの各種金属材料のプロセスラインや、紙パルプやフィルム等のプロセスライン、その他プラントにおける各種プロセスラインに用いられるモータの速度制御および張力制御等を行う用途に用いられる。以下では、この制御装置を冷間圧延ラインに適用した場合を例に具体的な説明を行うが、冷間圧延ラインに限定されるものではなく、上述の各種モータ用途に適用することができる。
【００１２】
なお、以下説明する各実施形態では、モータ駆動装置は、内部に固定された加速レートおよび減速レートを有していないことを前提とする。また、モータ駆動装置が加速レートおよび減速レートを有している場合であっても、演算される加速レートおよび減速レートよりも十分大きな値に設定されているものとする。
【００１３】
図１は、冷間圧延ラインの構成例を示す模式図である。
図１に示すように、冷間圧延ライン１００では、鋼鈑等の連続材からなるストリップＳは、圧延前ではペイオフリール（払い出し機）１にコイル状に巻きつけられている。ストリップＳは、圧延が開始されると、ペイオフリール１から引き出され、ブライドルロール２，３、圧延スタンドのワークロール４，５、ブライドルロール６，７を順次通過して圧延され、搬送され、テンションリール８に巻き取られる。
【００１４】
冷間圧延ライン１００には、複数台のモータ９ａ〜９ｈが設けられており、冷間圧延ライン１００は、これらのモータ９ａ〜９ｈによって運転される。この例では、８台のモータ９ａ〜９ｈがラインに備えられている。モータ９ａは、ペイオフリール１を駆動する（回転させる）。モータ９ｂ，９ｃは、ブライドルロール２，３を駆動し、モータ９ｆ，９ｇは、ブライドルロール６，７を駆動する。モータ９ｄ，９ｅは、圧延スタンドのワークロール４，５を駆動する。モータ９ｈは、テンションリール８を駆動する。
【００１５】
なお、以下では、これらのモータ９ａ〜９ｈを個別に特定する必要がない場合、モータ９ｎのように表記することがある。また、他の構成要素についても同様に、個別に特定する必要がない場合には、必要に応じて符号に“ｎ”を付加して表記することがある。また、モータの台数は、８台に限るものではなく、２台以上のモータが連携して動作すればよい。
【００１６】
モータ駆動装置１０ａ〜１０ｈは、モータ９ａ〜９ｈのそれぞれに対応して設けられている。モータ駆動装置１０ａ〜１０ｈは、モータ９ａ〜９ｈをそれぞれ制御する。
【００１７】
プラントコントローラー１１は、冷間圧延ライン１００の運転を制御する。プラントコントローラー１１は、制御対象のモータ９ａ〜９ｈに合わせた運転指令を、各モータ駆動装置１０ａ〜１０ｈに対して出力する。運転指令には、たとえば、モータ駆動装置１０ａ〜１０ｈに対する速度指令が含まれる。各モータ駆動装置１０ａ〜１０ｈは、プラントコントローラー１１から運転指令が入力されると、その運転指令にもとづいて、制御対象のモータを駆動する。
【００１８】
モータの加速用および減速用の制御装置１２は、各モータ駆動装置１０ａ〜１０ｈおよびプラントコントローラー１１に接続されている。制御装置１２は、モータ駆動装置１０ｎから出力される回転数実績値Ｎ（ｎ）および出力電流実績値Ｉ（ｎ）をリアルタイムで入力する。制御装置１２は、プラントコントローラー１１から出力される各種情報（後に詳述）をリアルタイムで入力する。制御装置１２は、あらかじめモータ９ｎに関するデータを含む各種情報（のちに詳述）が記録されており、この情報を入力する。制御装置１２は、これらのデータおよび情報にもとづいて、すべてのモータ９ａ〜９ｈに適用される最適な加速レートおよび減速レートをリアルタイムで演算し、プラントコントローラー１１に演算された加速レートおよび減速レートを供給する。
【００１９】
図２は、図１のモータ駆動装置を例示する模式的なブロック図である。
図２に示すように、モータ駆動装置１０ｎは、プラントコントローラー１１から供給された速度指令Ｎ（ｎ）＊のデータを入力する。モータ駆動装置１０ｎには、モータ９ｎが接続されており、さらに速度センサ１７ｎが接続されている。速度センサ１７ｎからは、モータ９ｎの回転数実績値Ｎ（ｎ）が供給される。モータ駆動装置１０ｎは、モータ９ｎの回転数実績値Ｎ（ｎ）が、速度指令Ｎ（ｎ）＊に一致するようにモータ９ｎを速度制御する。
【００２０】
モータ駆動装置１０ｎは、速度制御回路１３ｎと、電流制御回路１４ｎと、電圧制御回路１５ｎと、電流検出器１６ｎと、を含む。速度制御回路１３ｎは、速度指令Ｎ（ｎ）＊および回転速度実績値Ｎ（ｎ）を入力して、これらの偏差にたとえば比例積分を施して、出力電流の指令値を生成する。生成された指令値は、電流制御回路１４ｎに供給される。
【００２１】
電流検出器１６ｎはモータ駆動装置１０ｎがモータ９ｎに出力する出力電流実績値Ｉ（ｎ）を検出する。検出された出力電流実績値Ｉ（ｎ）は、電流制御回路１４ｎに供給される。
【００２２】
電流制御回路１４ｎは、出力電流実績値Ｉ（ｎ）が指令値に追随するように出力電流を制御する。電圧制御回路１５ｎは、モータ９ｎに印加する出力電圧波形を生成する。
【００２３】
モータ駆動装置１０ｎは、回転数実績値Ｎ（ｎ）および出力電流実績値Ｉ（ｎ）をフィードバックデータとして出力する。なお、出力電流実績値Ｉ（ｎ）は、モータ９ｎを駆動するときのモータトルク実績値Ｔｑ（ｎ）に比例する。回転数実績値Ｎ（ｎ）および出力電流実績値Ｉ（ｎ）は、制御装置１２に供給されて、他の情報とともに、加速時間および減速時間を演算するのに用いられる。
【００２４】
図３は、本実施形態に係るモータの加速用および減速用の制御装置を例示する模式的なブロック図である。
図３に示すように、モータの加速用および減速用の制御装置１２は、フィードバック入力部１８ａ〜１８ｈ（１８ｎ）と、設定データ記録部１９と、ロール径情報入力部２０と、目標速度入力部２１と、加速および減速可能時間演算部２７と、加速および減速時間比較部２８と、加速レート決定部２９と、減速レート決定部３０と、を備える。
【００２５】
加速および減速可能時間演算部２７は、各モータ駆動装置１０ｎがフィードバックデータとして出力する回転数実績値Ｎ（ｎ）および出力電流実績値Ｉ（ｎ）のデータをリアルタイムで入力する。回転数実績値Ｎ（ｎ）および出力電流実績値Ｉ（ｎ）のデータは、フィードバック入力部（図ではＦＢＫ入力部と表記）１８ｎを介して入力される。フィードバック入力部（入力部）１８ｎでは、回転数実績値Ｎ（ｎ）および出力電流実績値Ｉ（ｎ）のデータは、リアルタイムで取得（入力）され、出力される。たとえばフィードバック入力部１８ｎは、たとえば回転数実績値Ｎ（ｎ）および出力電流実績値Ｉ（ｎ）のデータを、定周期で更新することにより取得し、定周期で出力する。これらのデータは、フィルタ２６を介して加速および減速可能時間演算部２７に供給される。
【００２６】
フィルタ２６は、回転数実績値Ｎ（ｎ）および出力電流実績値Ｉ（ｎ）のデータを適切にフィルタリングしノイズ等を除去して、所望のデータを抽出する。
【００２７】
なお、定周期という場合には、制御装置１２、モータ駆動装置１０ｎおよびプラントコントローラー１１が接続される制御系ネットワーク（図示せず）において設定された周期をいうものとする。また、リアルタイムという場合には、フィードバック入力部１８ｎで定周期の１つのサイクルで取得されたデータが、定周期の次のサイクルでフィルタリングされた後に、さらに次のサイクルで演算処理された場合を含むものとする。つまり、たとえば、１つまたは１組のデータが取得され、演算処理されるまでの処理サイクルを同一の処理サイクルであるとし、これをリアルタイムと表現する。
【００２８】
加速および減速可能時間演算部（図では、加速／減速可能時間演算部と表記）２７は、設定データ記録部（入力部）１９からあらかじめ設定された情報を入力する。あらかじめ設定された情報は、モータ９ｎの定格仕様に関するデータ（モータ定格仕様に関する情報）およびモータ９ｎが駆動する機械の慣性モーメントに関するデータ（モータ負荷に関する情報）である。モータ９ｎの定格仕様に関するデータは、モータベーストルクＴｑＢ（ｎ）［ｋｇ・ｍ２］、モータ過負荷（オーバーロード）耐量ｋ（ｎ）［ｐｕ］、およびモータベース回転数ＮＢ（ｎ）［ｒｐｍ］を含んでいる。
【００２９】
加速および減速可能時間演算部２７は、ロール径情報入力部（入力部）２０を介して、プラントコントローラー１１から出力される各モータ９ｎの軸に接続されたロールのロール径のデータを入力する。ロールの慣性モーメントは、ロール径に応じて変化する。そのため、プラントコントローラー１１において計算された各ロールのロール径のデータが加速および減速可能時間演算部２７にリアルタイムで入力される。
【００３０】
この例では、ペイオフリール１およびテンションリール８は、ストリップＳの払い出し量および巻き取り量によってロール径が変化し、他のロールの径はほぼ一定である。そのため、加速および減速可能時間演算部２７は、ロール径情報入力部２０からペイオフリール１およびテンションリール８のロール径をリアルタイムで取得し、他のロールについては固定値として記録された設定データ記録部１９から取得するようにしてもよい。
【００３１】
加速および減速可能時間演算部２７は、目標速度入力部（入力部）２１を介して、プラントコントローラー１１から出力される目標速度のデータを入力する。目標速度のデータは、たとえばストリップＳを搬送する速度パターンのデータであり各速度に対応する速度指令を含む。
【００３２】
加速および減速可能時間演算部２７は、そのほかに、自動／手動運転切替入力部２２を介して、プラントコントローラー１１から出力される自動／手動運転切替信号を入力することができる。プラントコントローラー１１は、専用ネットワークで接続された制御盤に設けられた手動運転切替スイッチや、制御系ネットワークを介して接続された、たとえばＨＭＩ端末によって手動運転を受け付けることができる場合がある。そのような場合に、制御装置１２は、手動運転時の最大速度を設定し、手動運転に適した演算を実行するようにすることができる。なお、手動運転の設定速度は、自動運転に比して十分遅いので、本実施形態では、自動運転の場合について説明することとする。
【００３３】
なお、設定データ記録部１９には、フィルタ２６の設定値、たとえばフィルタのカットオフ周波数やローパス、バンドパスのようなフィルタの種類や形式等が記録されており、フィルタ２６は、設定データ記録部１９の設定に応じて設定される。
【００３４】
加速および減速可能時間演算部２７は、上述の各パラメータを入力して、モータ９ｎごとに加速可能時間および減速可能時間を計算する。演算された加速可能時間および減速可能時間は、加速および減速時間比較部２８に出力される。
【００３５】
加速および減速時間比較部（図では、加速／減速時間比較部と表記）２８は、すべてのモータ９ｎの加速時間を比較する。加速および減速時間比較部２８は、すべてのモータ９ｎの減速時間を比較する。たとえば、加速および減速時間比較部２８は、演算された加速時間を降順に並べ、演算された減速時間を降順に並べる。
【００３６】
加速レート決定部２９は、降順に並べられた加速時間の最大値（もっとも遅い時間）を抽出し、加速レートα＋に設定する。減速レート決定部３０は、降順に並べられた減速時間（もっとも遅い時間）を抽出し、減速レートα−に設定する。
【００３７】
プラントコントローラー１１は、速度パターンにしたがって、速度基準を変更する場合に、加速指令や減速指令を生成して送信する。加速レートおよび減速レート保持回路部（図では、加速レート／減速レート保持回路部と表記）３１は、加速指令入力部２４を介して、プラントコントローラー１１から出力される加速指令が入力されたときに、設定された加速レートα＋を次の加速指令が入力されるまで保持する。加速レートおよび減速レート保持回路部３１は、減速指令入力部２５を介して、プラントコントローラー１１から出力される減速指令が入力されたときに、設定された加速α−を次の減速指令が入力されるまで保持する。
【００３８】
加速レートα＋および減速レートα−は、出力部３２に供給され、出力部３２は、保持されている期間では、保持された加速レートα＋および減速レートα−を定周期で出力する。
【００３９】
図４は、図１のプラントコントローラーを例示する模式的なブロック図である。
図４に示すように、プラントコントローラー１１は、速度指令決定部５０ｎと、加速レートおよび減速レート決定部（図では、加速／減速レート決定部と表記）６０ｎと、を含む。速度指令決定部５０ｎおよび加速レートおよび減速レート決定部６０ｎは、モータ９ｎごとに設けられている。
【００４０】
速度指令決定部５０ｎには、あらかじめそのモータ９ｎの速度指令Ｎ（ｎ）＊が設定されている。速度指令Ｎ（ｎ）＊は、速度パターンに応じて設定されている。速度パターンに応じて、現在の回転速度指令の設定の後、次の速度指令に設定される場合には、加速レートおよび減速レート決定部６０ｎで決定された加速レートおよび減速レートを適用する。
【００４１】
本実施形態の制御装置１２の動作について、詳細に説明する。
以下では、加速および減速可能時間演算部２７における演算の方法について説明する。
図５は、モータの加速および減速時のモータ回転数およびモータトルクの大きさの時間変化を例示するグラフである。
図５の上段の図は、モータ９ｎのモータ回転数Ｎ（ｎ）［ｒｐｍ］の時間変化を表している。
図５の下段の図は、モータ９ｎのモータトルクＴｑ（ｎ）の時間変化を表している。この図では、縦軸は、最大トルクに対する比率［％］であり、任意目盛りとしている。
【００４２】
図５は、速度パターンの例を示しており、この速度パターンは、時刻ｔ１〜ｔ２のモータ回転数Ｎ１（ｎ）の期間、時刻ｔ３〜ｔ４のモータ回転数Ｎ２（ｎ）の期間および時刻ｔ５以降のモータ回転数Ｎ３（ｎ）の期間を含んでいる。各期間の回転数Ｎ１（ｎ），Ｎ２（ｎ），Ｎ３（ｎ）が、目標のモータ回転数である。
【００４３】
時刻ｔ０では、モータ９ｎは停止している。停止状態からモータ回転数Ｎ１（ｎ）に到達するまで、モータ９ｎは加速する。加速時のトルクは、正の値を有し、回転速度Ｎ１（ｎ）のときのトルクＴｑ１（ｎ）よりも大きい。
【００４４】
モータ回転数Ｎ１（ｎ）の状態からモータ回転数Ｎ２（ｎ）の状態に到達するまで、モータ９ｎは再度加速する。加速時のモータトルクは、正の値を有し、モータ回転数Ｎ１（ｎ）のときのモータトルクＴｑ１（ｎ），Ｎ２（ｎ）のときのモータトルクＴｑ２（ｎ）よりも大きい。
【００４５】
モータ回転数Ｎ２（ｎ）の状態からモータ回転数Ｎ３（ｎ）の状態に到達するまで、モータ９ｎは減速する。減速時のモータトルクは、負の値を有している。
【００４６】
このように、一定速度で回転する場合には、各モータ９ｎのモータトルクは、モータ回転数やモータ９ｎの負荷等に応じて変化する。モータ回転数やモータの負荷は、鋼板の性質やラインの運転状況等によっても変化する。また、加減速の期間が、定速運転の期間よりも十分短く、モータ９ｎが過負荷状態で運転可能（後述のモータ過負荷耐量以内の状態）な場合には、モータ過負荷耐量を考慮したモータトルクまで出力することができる。そのため、これらの条件に応じて、最短の加速時間および減速時間は変化する。
【００４７】
図６は、モータの加速時の特性を例示するグラフである。
図７は、モータの減速時の特性を例示するグラフである。
図６および図７の縦軸は、モータ９ｎの出力できるモータトルクＴｑ（ｎ）［％］である。横軸は、モータ９ｎのモータ回転数Ｎ（ｎ）［ｒｐｍ］である。
【００４８】
定常的に出力できる最大のモータトルク１００［％］をモータベーストルクＴｑＢ（ｎ）という。また、モータベーストルクＴｑＢ（ｎ）を出力できる最大のモータ回転数をモータベース回転数ＮＢ（ｎ）［ｒｐｍ］という。モータベース回転数ＮＢ（ｎ）を超えてモータ９ｎが動作する場合には、モータ９ｎごとに設定された所定の低減率でモータトルクＴｑ（ｎ）は低減される。モータ９ｎの最大の回転数は、ＮＴ（ｎ）であり、たとえば、機械強度的な制約により、この回転数ＮＴ（ｎ）を超えて動作させることはできない。
【００４９】
モータ９ｎは、所定の時間以内であれば、モータベーストルクＴｑＢ（ｎ）を超えるトルクを出力することができ、そのときの係数をモータ過負荷耐量ｋ（ｎ）［ｐｕ］という。
【００５０】
モータ過負荷耐量ｋ（ｎ）を考慮した最大トルクｋ（ｎ）×１００［％］は、モータ９ｎを加速するときに利用することができる。つまり、一定の回転速度Ｎ１（ｎ），Ｎ２（ｎ），Ｎ３（ｎ）の期間に比べて短い所定の期間内でモータ９ｎを加速する場合には、モータ過負荷耐量ｋ（ｎ）を考慮したトルク領域まで利用することができる。
【００５１】
モータ過負荷耐量ｋ（ｎ）を考慮した場合には、モータベース回転数ＮＢ（ｎ）を超えたモータトルクは、モータ過負荷耐量に応じて所定の低減率で低減される。
【００５２】
縦軸のモータトルクは、モータ９ｎが力行運転する場合に、正となり、モータ９ｎが回生運転する場合には、負となる。
【００５３】
図６には、モータ９ｎが加速する場合の例が示されており、図７には、モータ９ｎが減速する場合の例が示されている。
【００５４】
まず、モータ９ｎが加速する場合の例について説明する。
図６に示すように、加速開始時のモータ９ｎのモータ回転数ＮＳ（ｎ）のときのモータトルクは、Ｔｑｓ（ｎ）である。モータ回転数ＮＳ（ｎ）を目標のモータ回転数ＮＸ（ｎ）まで加速する場合を考えると、加速時間がモータ過負荷耐量の時間よりも短い場合には、モータ９ｎは、図６の斜線の領域内のモータトルクで動作することができる。
【００５５】
次に、モータ９ｎが減速する場合の例について説明する。
図７に示すように、減速開始時のモータ９ｎのモータ回転数がＮＳ（ｎ）の場合には、モータトルクは、Ｔｑｓ（ｎ）である。モータ回転数ＮＳ（ｎ）を目標のモータ回転数ＮＸ（ｎ）まで減速する場合には、図７の斜線の領域内でトルクを使用することができる。
【００５６】
なお、この例では、モータ９ｎが力行運転から減速する場合の例を示しており、減速開始時にモータトルクＴｑｓ（ｎ）が負の値となる回生運転から減速する場合には、図の斜線の領域が狭くなり、減速に使用できるモータトルクも小さくなる。
【００５７】
次の式（１）は、回転軸にストリップＳが巻きつけられて形成されるコイルの慣性モーメントの計算式である。
【００５８】
【数１】
2020027542.tif 000003
【００５９】
各パラメータは以下のとおりである。
Ｄ：コイル外形［ｍ］
ｄ：コイル内径［ｍ］
ρ：ストリップＳの密度［ｇ／ｃｍ３］
Ｌ：ストリップＳの板幅［ｍ］
ここで、コイル外径Ｄは、ロール径情報入力部２０への入力される情報であり、時間の経過に応じて変化する。
【００６０】
式（１）を用い、さらに上述した他のパラメータを用いることによって、加速時間および減速時間を計算することができる。式（２）は、モータ９ｎのモータ回転数Ｎ（ｎ）がモータベース回転数ＮＢ（ｎ）よりも小さい場合の加速時間および減速時間の計算式である。加速時には、式（２）中の±の“−”が適用され、減速時には、式（２）中の“＋”が適用される。この場合には、図５のように、モータトルクＴｑ（ｎ）はモータ回転数Ｎ（ｎ）によらずほぼ一定値となる。
【００６１】
【数２】
2020027542.tif 000004
【００６２】
次の式（３）は、モータ９ｎのモータ回転数がモータベース回転数ＮＢ（ｎ）以上の場合の加速時間および減速時間の計算式である。加速時には、式（３）中の±の“−”が適用され、減速時には、式（３）中の“＋”が適用される。この場合には、図６および図７の低減曲線に沿って、モータトルクが低減されるため、低減分を考慮する項を参入している。
【００６３】
【数３】
2020027542.tif 000005
【００６４】
ここで、各パラメータは以下のとおりである。
ＧＤ２Ｍ（ｎ）  ：モータ軸換算の機械部の慣性モーメント、モータの慣性モーメントおよびブレーキの慣性モーメントの和［ｋｇ・ｍ２］
ＧＤ２ｃ（ｎ）  ：コイルの慣性モーメント［ｋｇ・ｍ２］
ＴｑＢ（ｎ）    ：モータベーストルク［Ｎ・ｍ］
Ｔｑ（ｎ）    ：モータトルク実績値［Ｎ・ｍ］
ｋ（ｎ）      ：モータ過負荷（オーバーロード）耐量［ｐｕ］
ＮＢ（ｎ）    ：モータベース回転数［ｒｐｍ］
ＮＳ（ｎ）    ：加速／減速開始時のモータ回転数［ｒｐｍ］
ＮＸ（ｎ）    ：加速／減速時の目標のモータ回転数［ｒｐｍ］
ｇ          ：重力加速度［ｍ／ｓ２］
【００６５】
モータ軸換算の機械部の慣性モーメントＧＤ２Ｍ（ｎ）、モータベーストルクＴｑＢ（ｎ）、モータ過負荷耐量ｋ（ｎ）およびモータベース回転数ＮＢ（ｎ）は、上述したとおり、設定データ記録部１９にあらかじめ記録される。ＧＤ２ｃ（ｎ）は式（１）で算出された値が用いられ、コイル外径Ｄが変化する場合には、定周期でリアルタイムに更新される。Ｔｑ（ｎ），Ｎ（ｎ）は、モータ駆動装置１０ｎから供給されるフィードバックデータであり、定周期でリアルタイムに更新される。ＮＸ（ｎ）はプラントコントローラー１１から入力される。
【００６６】
次の式（４）は、モータの回転数Ｎ（ｎ）がモータベース回転速度ＮＢ（ｎ）を挟んで加速および減速する場合の加速時間および減速時間の計算式である。加速時には、式（４）中の±の“−”が適用され、減速時には、式（４）中の“＋”が適用される。
【００６７】
【数４】
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【００６８】
加速および減速可能時間演算部２７は、加減速開始時のモータ回転数ＮＳ（ｎ）とモータベース回転数ＮＢ（ｎ）との大小関係および目標のモータ回転数ＮＸ（ｎ）とモータベース回転速度ＮＢ（ｎ）との大小関係に応じて、適切な式を（２）〜（４）から選択する。
【００６９】
各モータ９ｎの加速可能時間ｔＡ（ｎ）および減速可能時間ｔＤ（ｎ）は、選択された式を用いて計算され、それぞれもっとも大きい値ｔＡｍａｘ，ｔＤｍａｘが抽出されて、加速レートα＋および減速レートα−として適用される。
【００７０】
なお、上述では、モータ９ｎはベクトル制御されるＡＣモータであり、トルク（電流）フィードバックおよび加速／減速トルクを演算したが、モータ９ｎがＤＣモータによって構成される場合は、トルク（電流）フィードバックは各モータ９ｎの電機子電流フィードバックとして同様の方法で演算されるものである。
【００７１】
本実施形態の制御装置１２の効果について説明する。
本実施形態の制御装置１２では、複数のモータ９ａ〜９ｈの加減速開始時の回転速度を目標回転速度に到達させる場合に、モータごとにトルク−速度特性に応じた最大のトルクを用いて、加減速時間を計算することができる。計算された加減速時間から、最長のものを抽出し、選択することによって、冷間圧延ライン１００等のプロセスライン上のモータの性能をよりよく発揮させることができる。
【００７２】
一般に、モータの加減速レートは、プロセスラインの制御システムを構築する設計段階で立案されている。その立案仕様に応じてモータ駆動装置およびモータを選定する際には、必ずしもその立案仕様に対して最適であるとは限らず、モータ等の仕様に対して、十分余裕をもたせる場合が多い。また、製造する鋼鈑等の製品の性質やラインの運転速度によっても、モータおよびモータ駆動装置にかかる負荷は変わるので、そのときどきに応じてモータの性能を発揮できているとはいえず、したがって、プロセスラインの能力を最大限に生かすことができているとはいえない。
【００７３】
つまり、多くの場合では、プロセスラインの設計段階において、すべての負荷条件等を考慮し、さらにマージンを加えた上で、もっとも「遅い」モータに合わせて加減速時間が決定される。これに対して、本実施形態の制御装置１２では、複数のモータの加減速性能のうち、リアルタイムでもっとも「遅い」モータの加減速時間を選択する。そして、その時点におけるもっとも「遅い」モータの最大限の性能を発揮させることができるので、プロセスライン全体の能力を実質的に向上させることができる。
【００７４】
（第２の実施形態）
上述した他の実施形態の場合では、最長の加減速時間を演算して抽出する機能は、たとえばプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）やコンピュータ端末等に導入されたプログラムによって実現されるが、同様の機能のプログラムはモータ駆動装置に導入されてもよい。
図８は、冷間圧延ラインの他の構成例を示す模式図である。
図９は、本実施形態に係るモータ駆動装置を例示する模式的なブロック図である。
図８に示すように、冷間圧延ライン２００を運転するモータ９ａ〜９ｈは、モータ駆動装置２１０ａ〜２１０ｈによって駆動される。
【００７５】
モータ駆動装置２１０ａ〜２１０ｈは、制御部２３３ａ〜２３３ｈをそれぞれ備える。制御部２３３ａ〜２３３ｈは、プラントコントローラー１１に接続されるとともに、相互に接続されている。
【００７６】
図９に示すように、制御部２３３ｎは、自己のモータ駆動装置２１０ｎからモータ回転数実績値Ｎ（ｎ）および出力電流実績値Ｉ（ｎ）をリアルタイムで入力する。制御部２３３ａ〜２３３ｈは、プラントコントローラー１１から出力される各種情報（ロール径情報、目標速度等）をリアルタイムで入力する。制御部２３３ａ〜２３３ｈは、モータに関する各種情報（モータ定格仕様等）を入力する。
【００７７】
制御部２３３ｎは、これら入力されたデータおよび情報にもとづいて、モータ９ｎの加速時間および減速時間をリアルタイムで演算し、他の制御部において演算された他のモータの加速時間および減速時間を収集して比較し、すべての加速時間および減速時間から最長のものを抽出する。
【００７８】
制御部２３３ｎは、加速および減速レート入力部２３４ｎを介して、抽出された加速レートまたは減速レートを適用する。加速および減速レート入力部２３４ｎは、抽出された加速レートまたは減速レートを設定し、次の速度指令を入力するまで保持する。
【００７９】
なお、モータ定格仕様等あらかじめ設定される固定値については、各制御部２３３ｎにもたせてもよいし、プラントコントローラー１１にもたせて、定周期で読み出したり、モータ駆動装置２１０ｎの一時メモリに格納したりするようにしてもよい。また、加速および減速レート入力部２３４ｎについては、モータ駆動装置２１０ｎに既設の機能をそのまま用いることができる。
【００８０】
本実施形態では、新たにＰＬＣ等を設けることないので、既存のプロセスラインに容易に導入することができる。
【００８１】
（第３の実施形態）
図１０は、本実施形態に係るモータの加速用および減速用の制御装置を例示する模式的なブロック図である。
図１０に示すように、本実施形態では、モータの加速用および減速用の制御装置３１２は、記憶部３４０を備える。記憶部３４０は、フィードバック入力部１８ｎに入力されたデータ、設定データ記録部１９から読み出されたデータ、ロール径情報入力部２０に入力されたデータ、目標速度入力部２１に入力されたデータ、加速および減速可能時間演算部２７によって演算されたデータおよび出力部３２から出力されたデータを蓄積することができる。記憶部３４０には、蓄積されるデータは、入力された時刻、読み出された時刻または出力された時刻に関連付けられる。
【００８２】
記憶部３４０に蓄積されたデータは、入力された時刻等に関連付けられているので、時系列のデータとして、データごとに出力されることができる。制御装置３１２のオペレータは、出力するデータを任意に選択することができる。記憶部３４０から出力されるデータは、別途設けられた画像再生プログラム等によって、時系列の画像データとして出力される。
【００８３】
たとえば、制御装置３１２では、オペレータは、フィードバック入力部１８に入力されたデータと、出力部３２から出力されたデータとを選択し、これらのデータを時系列で出力することができる。画像再生プログラムによって再生されたデータを確認することによって、オペレータは、回転数実績値Ｎ（ｎ）および出力電流実績値Ｉ（ｎ）がどのように変化したときに、どのように出力に影響するかを認識することができる。現在制御対象としているプロセスラインの最適化に限らず、他のプロセスラインの制御設計を最適に立案するのに用いることができる。
【００８４】
以上説明した実施形態によれば、複数のモータが使用されているプロセスラインにおいて、プロセスラインの状況に応じて最適化された加速レートおよび減速レートで運転できるモータの加速用および減速用の制御装置およびモータ駆動装置を実現することができる。
【００８５】
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。
【符号の説明】
【００８６】
１  ペイオフリール、２，３，６，７  ブライドルロール、４，５  ワークロール、８  テンションリール、９ａ〜９ｈ，９ｎ  モータ、１０ａ〜１０ｈ，１０ｎ  モータ駆動装置、１１  プラントコントローラー、１２  モータの加速用および減速用の制御装置、１３ｎ  速度制御回路、１４ｎ  電流制御回路、１５ｎ  電圧制御回路、１６ｎ  電流検出器、１７ｎ  速度センサ、１８ａ〜１８ｈ，１８ｎ  フィードバック入力部、１９  設定データ記録部、２０  ロール径情報入力部、２１  目標速度入力部、２２  自動および手動運転切替入力部、２４  加速指令入力部、２５  減速指令入力部、２６  フィルタ、２７  加速および減速可能時間演算部、２８  加速および減速時間比較部、２９  加速レート決定部、３０  減速レート決定部、３１  加速レートおよび減速レート保持回路部、３２  出力部、５０ｎ  速度指令決定部、６０ｎ  加速レートおよび減速レート決定部、１００，２００  冷間圧延ライン、２１０ａ〜２１０ｈ，２１０ｎ  モータ駆動装置、２３３ａ〜２３３ｈ，２３３ｎ  制御部、２３４ｎ  加速および減速レート入力部、３１２  モータの加速用および減速用の制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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