(57)【要約】      本発明は鋼処理、特にホットローリングプロセス用の方法に関し、該方法を説明するが、そこでは階層的レベルがオートメーション、調整そして制御動作に割り当てられ、前記鋼処理の個別のオートメーション、調整そして制御の動作は第１の、共通のレベル（テックレベル）内にグループ分けされる、該共通のレベル内でプロセスオートメーション、基本的オートメーション及びドライブ調整が行われる。
2005509206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オートメーション、閉ループ制御及び開ループ制御の動作が階層的レベルに割り当てられる鋼処理プロセス、特にホットローリングプロセス、を制御する方法に於いて、該鋼処理プロセスの該個別のオートメーション、閉ループ制御及び開ループ制御の動作が、プロセスオートメーション、基本的オートメーション及びドライブ制御が行われる、ジョイントした第１レベル（テックレベル）内で組み合わされることを特徴とする該方法。
【請求項２】
該ジョイントした第１レベル（テックレベル）は、従属的制御レベルを、階層的に結合された最適化に基づいて協調させるための開ループ制御、閉ループ制御及び最適化のレベルである、上位の第２レベル（スーパーレベル）を割り当てられることを特徴とする請求項１に記載の該方法。
【請求項３】
該第２レベル（スーパーレベル）に対し上位の、追加的第３レベル（レベル３）では、例えば、材料追跡、スケジューリング、品質管理、の様な生産協調に関する情報が処理され、そして該第３レベル（レベル３）に対し上位の、更に第４レベル（レベル４）では、生産計画に関する情報が処理されることを特徴とする請求項１又は２に記載の該方法。
【請求項４】
該第１レベル（テックレベル）では、個別のサブプロセスの個別の該開ループ及び閉ループ制御の動作がハードウエアのジョイントした単品上で行われることを特徴とする請求項１から３の１つに記載の該方法。
【請求項５】
該第１レベル（テックレベル）の個別のサブプロセスで被操作変数の制限に到達すると、該第１レベル内の該サブプロセス用の設定点割り当てが、該被操作変数上の該制限が守られる様な仕方で、制御器を用いて、該第２レベル（スーパーレベル）により修正されることを特徴とする請求項１から４の１つに記載の該方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、その内容が参照されるドイツ特許出願第１０１２２３２２．６号の請求項１の前部規定条項（precharacterizing clause）に依り、鋼処理プロセス（steel processing process）、特にホットローリングプロセス（hot rolling process）を制御する方法に関しており、かつ、該出願の優先権を請求する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼産業、とりわけ鋼処理産業では一般に古典的プロセス制御構造体（classic process control structure）は第１義的に多かれ少なかれ或る自律的レベル（autonomous levels）（レベル０からレベル４までの）を有する。レベル４は管理（management）｛生産計画（production planning）｝に関し、レベル３は、例えば、材料追跡（material tracking）、スケジューリングそして品質管理の様な、生産協調（production coordination）に関する。レベル２では、プロセスオートメーションが行われる。ここでは、技術的プロセスがモデルで再現されるが、該モデルは、例えば、そのプラントの最適な起こり得るパスシーケンス計算（pass sequence calculation）と最も精確な起こり得る事前設定（presetting）（セットアップ）を可能にする。これらは通常、モデルを測定データに基づく真実に適合させる、適合アルゴリズムを有する比較的複雑な物理的モデルである。多くのオートメーションシステムでのレベル２の１つの特定のタスクは、例えば、フイードフオワード制御用にレベル１により要求される静的制御利得（static control gains）の計算である。レベル１は基本的制御及び技術的制御と制御回路そして又可視的表示を全て用いた基本的オートメーションを含む。該基本的制御回路は、例えば、位置、力そして速度の制御を含む。技術的制御は所要製品品質パラメーター｛例えば、厚さ、横プロフアイル（transverse profile）、平面度｝の保持を保証する制御用に使用される項目（terms）である。そのドライブシステムとドライブ制御はレベル０に存在する。
【０００３】
各鋼処理段階の製品品質、例えばロールドストリップの平面度（flatness of rolled strips）は、原材料として使われたストリップのパラメーターと、ツール、例えば、ローラー、の機能状態と、そして、ローリング速度、張力、変形程度及びこのサブプロセス（subprocess）中の該ストリップ幅に亘る温度分布の様な、技術的条件と、により決まる。レベル０からレベル４を有する前記説明の古典的プロセス制御構造体はその個別の鋼処理段階間の相互関係（interrelationships）を考慮していない。
【発明の開示】
【０００４】
この背景に対し、本発明は、該鉄鋼産業での将来のオートメーション解決策の特性を最適化し、最終顧客用製品品質の向上する、目的に基づいている。全体的な処理を連鎖させる（entire processing chain）狙いは最良の品質と最小のコストを有する最適最終製品を達成することである。中間段階の結果は同様に特定のコストと品質の基準を充たさねばならない。
【０００５】
この目的は、鋼処理プロセス、特にホットローリングプロセスを請求項１の特徴を伴って制御する方法により達成される。本発明の有利な改良は請求項２から５で指定される。
【０００６】
本発明に依れば、該鋼処理プロセスを制御する方法は新しい全体的、階層的な開ループ及び閉ループ制御の構造体（entire hierarchical open-loop and closed-loop control structure）を提供する。この構造体は鋼処理段階間の相互関係を考慮し、該プロセスの全体としての階層的最適化（hierarchical optimization）により最適最終製品を達成することを狙っている。
【０００７】
本発明に依れば、レベル間の現在の分断（existing separation）（レベル０，レベル１そしてレベル２）は、テックレベル（TechLevel）として知られる、新しく導入されるジョイントした階層的レベル（joint hierarchical level）により一掃されるが、該テックレベルでは、鋼処理プロセスの個別の、オートメーション（automation）、閉ループ制御（closed-loop control）及び開ループ制御（open-loop control）の動作（operations）が組み合わせられる。該プロセスオートメーション、基本的オートメーション及びドライブ制御は結果的に１つのレベルで行われる。この組み合わせはとりわけ鋼処理プロセス、特にローリングプロセス用に好適であり、何故ならばこれは厳密な接続インターフエース（strict coupling interfaces）を有する複素多変数システム（complex multi-variable system）を含み、２つ以上のレベルが存在することにより該個別レベル間の情報流れが前にはより難しかったからである。該テックレベルを形成するためのこれら個別レベルの組み合わせは、この新型プロセス制御が、完成システムの方向の鉄鋼産業のオートメーションの最近の動向と共存する効果を有利に達成する。数年の間に、多くのプラント建設会社は該ドライブ制御を含む完成オートメーションシステムを提供するよう企図して様々な程度に成功している。
【０００８】
又該オートメーションハードウエアは益々速くなる計算速度を提供しているので、テックレベル全体はハードウエアの単一単品（single piece）上でラン（run）することが出来て、従来技術に於ける様に、該レベルを別々のハードウエア上でランさせる必要は最早ない。又鋼処理プロセスの個別のオートメーション、閉ループ制御及び開ループ制御の動作を１つのジョイントしたレベルで組み合わせることは該レベル間の多数の信号の交換を不必要にさせる。その結果、モデルベースの制御も又より速く、より明確な形で実現され得る。最初のレベル（レベル１とレベル２）上で屡々存在する２重モデル化は結果として廃されるか又は前より密接に集積化される。
【０００９】
更に、上記説明のレベルの組み合わせは又、さもなければ、プロセス制御用に種々のレベルの方法で働く、セットアップ専門家（setup specialists）と制御技術者（control technicians）間のノーハウ及び情報の交換を改善する効果を有する。結果としてシナージー（synergies）が利用され、開発、実施そして任務（commissioning）時間が節約される。
【００１０】
開ループ制御、閉ループ制御及び最適化のレベルである更に上位（superordinate）のレベル、いわゆるスーパーレベル（SuperLevel）、を導入することは特に有利である。この更に進んだレベルのタスクは、最終製品の所要製品品質が達成されるよう、従属制御レベルを、該階層的に結合された最適化に基づいて、協調（coordination）させることである。いわゆるスーパーレベルの導入は、別々に考慮された鋼処理段階の、以前には多大の労力を掛けて最適化された、個別技術機能が、下位段階（substages）間の相互関係を含め、スタートする材料から最終製品まで、鋼処理プロセス全体を考慮することに今や道を譲る効果を達成する。このジョイントした考慮（joint consideration）は革新と改良の大きな可能性を抱いて（harbors）いる。
【００１１】
該新しいジョイントしたレベル、テックレベル、及び上位レベル、スーパーレベルを用いて、鋼処理プロセスを制御する、特にホットローリングプロセス用の、方法の変型された、新しい構造体は生産協調及び管理の既知の上位レベルにより補間される。この場合、該鋼処理プロセスはいわゆる”グランド制御システム（grand contorl system）”と考えられる。これは相互作用により又は共通の源により結合された多数の比較的独立したサブシステムの存在を含む。ターゲット機能に関して、該システム用の全体的な狙い（overall aim）を全体として共同決定する個別サブシステム用の下位の狙い（subaims）があり、又該下位の狙いが相互にそして該全体的狙いと矛盾することが或る程度起こり得る。又該システムはその制御デバイスに関して該制御デバイス又は制御アルゴリズムの機能的に分散化（decentralized）された又は階層化された構造を有する。
【００１２】
本発明は図面で表された例示的実施例に基づいて下記で詳細に説明される。
【００１３】
実施例１
図１は本発明の開ループ及び閉ループ制御構造体の基本線図を示すが、それは新しい第１のジョイントしたレベル、テックレベル、の上の第２レベル、スーパーレベルの上位状態（superordination）を本質的に示している。該ジョイントしたレベル、テックレベル、は多数のサブプロセスを有するが、それらは相互に並列であり、相互に局所的に又は大域的に結合され、それぞれセットアップ制御器により接続されている。該セットアップ制御器は該テックレベルのレベル内で局所的に最適化される。種々のサブプロセスを有するサブシステムのこの局所的最適化は次いで該スーパーレベルのレベル内の大域的最適化、開ループ制御及び閉ループ制御戦略と組み合わされる。該サブシステムの追加的、大域的結合が該テックレベルのレベル内で行われる。
【００１４】
この構造体は、一般的にサブプロセスの個別の最適状態の和は必ずしも全体的最適状態でない事実を見越している。その結果、中間製品の品質を考慮し、確立する時、最終製品の品質が先頭に持って来られ、考慮されるべきである。この場合、ジョイントしたレベルテックレベル内の種々のサブプロセス間の結合構造が考慮されねばならない。特に、個別サブプロセス内で被操作変数上への制限に到達する時、該サブプロセス用の設定点割り当ては、該被操作変数への制限が守られる（observed）様な仕方で該スーパーレベルにより修正されるべきである。全体的制御構造体は結果として該プロセスの内部の物理的構造を反映する。個別レベルの実現用に、最適化タスクの複雑さを減じるために種々の程度の詳細さと有効範囲（validity ranges）のモデルが必要である。モデルの詳細さの程度はテックレベルのレベルからスーパーレベル、製品協調そして管理レベルまで減少するが、該モデルの有効範囲は増加する。該スーパーレベル用に使われるモデルは該プロセスの全体的プロセス動作を説明し、その結果該サブプロセス（結合インターフエース）の相互作用を説明し、この理由で、詳述される必要はない。これのための適当なモデルは品質モデル｛例えば、ペトリネット（Petri nets）｝、代数式に基づく決定性又は確率状態機械又はモデル（deterministic or stochastic state machine or model based on algebraic equation）である。これと対照的に、テックレベル上のモデルは、例えば、デージーエル（DGL）又はエヌエヌ（NN）又はフアジーアプローチ（fuzzy approaches）により、それぞれのサブプロセスを局所的に詳細に説明する。
【００１５】
新しい更に進んだレベル、スーパーレベル（Super Level）は既知の管理及び計画レベル（一般的にレベル４）又は生産及び協調レベル（一般的にレベル３）と混同されるべきでない。該スーパーレベル制御器は、全体的プロセスの動作が規定される基準に対し最適であるように、それぞれのサブプロセスに適当な協調変数を割り当てることにより従属的テックレベル制御器に影響するタスクを取る（assumes the task of influencing the subordinate TechLevel controllers）。該スーパーレベル制御器は特に、サブプロセス内のアクチュエーター制限が到達されるか又は予期しない外乱がそこで起こる時は何時も、介入するよう意図されており、例えば、熱的そり上がり（thermal cambering）の結果としての動作点のシフトに帰着する。計画フエーズ（planning phase）で設定点変数は静的側面から１回決定されるが、プロセスシーケンス中にスーパーレベル制御器により動的介入が起こる。
【００１６】
図２はホットローリングプロセスＷＷＷに適用された時の本発明の該開ループ及び閉ループ制御構造体の基本線図を示すが、該プロセスはサブシステムとして粗圧延トレーン（roughing train）、仕上げトレーン（finishing train）そしてコイラー（coiler）を有する冷却ラインを備える。又本発明の方法により例えば、鋳造機械、コンパクト鋼生産（compact steel production）｛シーエスピー（CSP）｝設備及びコイラー付き冷却ラインのサブシステム、又は連続鋳造プラント（continuous casting plant）、ホットローリングミル及びコールドローリングミルのサブシステムを運転することも可能である。
【００１７】
図３には、ホットワイドストリップトレーンＷＢの協調した平面度及び冷却の制御に適用された時の本発明の全体的、階層的開ループ及び閉ループ制御構造体の基本線図が示されている。
【００１８】
該協調した平面度及び冷却の制御の狙いは該冷却の下流で測定された該ロールドホットストリップの平面度を最適化することである。該ホットワイドストリップトレーンＷＢと該冷却ラインは従属制御、ＷＢモデルとモデル冷却（model cooling）により安定化される。これらの従属制御はその結果該テックレベルに属する。該従属制御、ＷＢモデルのために、該ホットストリップトレーンＷＢは特定の平面度偏差を有する金属ストリップを供給する。この平面度偏差は下流冷却プロセスについての外乱（disturbance）ｙ１となる。該スーパーレベルでの協調された平面度制御の狙いは、該冷却ラインの下流の平面度が予め決められた要求に対応する様な仕方で、該テックレベル内の従属制御、ＷＢモデルとモデル冷却の設定点値を適合させることである。該冷却ラインの下流の平面度は該スーパーレベルの被制御変数である。
【００１９】
例えば、該スーパーレベルの制御としてモデル予測制御（model predictive control）｛エムピーシー（MPC）｝が使われる。該エムピーシーは、フイードフオワード制御Ｇｓｔｗ及びＧｓｔｋを有する内部モデル制御（Internal Model Control）｛アイエムシー（IMC）｝構造体に埋め込まれる。この場合、プロセス段階間のデッドタイム（dead time）を越える被制御変数の予測は動的最適化（dynamic optimization）、オーピーテー（OPT）内に含まれる。これらの簡単化されたモデルは該ホットストリップトレーン及び冷却ラインの主要な動的入力／出力動作を記述するが、それは該２つのプロセスの動的協調用に必要である。これはモデル化の労力を減じ、制御する労力を簡単化する。非線形モデルが該モデル用に使用されるのが好ましい。
【００２０】
従属制御のために、該被制御冷却ライン及びホットワイドストリップトレーンＷＢの大幅に簡単化されたモデルを使用することは適切である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の開ループ及び閉ループ制御構造体の基本線図を示す。
【図２】ホットローリングプロセスに適用時の本発明の開ループ及び閉ループ制御構造体の基本線図を示す。
【図３】ホットワイドストリップトレーンの協調した平面度及び冷却の制御に適用時の本発明の開ループ及び閉ループ制御構造の基本線図を示す。
【図１】
2005509206.tif 000003
【図２】
2005509206.tif 000004
【図３】
2005509206.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成15年6月17日(2003.6.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オートメーション、閉ループ制御及び開ループ制御の動作が階層的レベルに割り当てられる鋼処理プロセス、特にホットローリングプロセス、を制御する方法に於いて、
−サブプロセス協調させられる平面度及び冷却の制御の個別のオートメーション、閉ループ制御及び開ループ制御の動作が、プロセスオートメーション、基本的オートメーション及びドライブ制御がテックレベル制御器を用いて行われる、ジョイントした第１レベル（テックレベル）内で組み合わされ、そして
−該ジョイントした第１レベル（テックレベル）は、スーパーレベル制御器を用いて、従属的制御レベルを、階層的に結合された最適化に基づいて、協調させるための開ループ制御、閉ループ制御及び最適化のレベルである、上位の第２レベル（スーパーレベル）を割り当てられ、そして
−該スーパーレベル制御器はプロセス全体の動作が規定される基準に対し最適であるように、適当な協調変数をそれぞれのサブプロセスに割り当てることにより該従属的テックレベル制御器への影響を行使することを特徴とする該方法。
【請求項２】
スーパーレベル制御器がプロセスシーケンス内で動的に介入することを特徴とする請求項１に記載の該方法。
【請求項３】
該第１レベル（テックレベル）の個別のサブプロセスで被操作変数の制限に到達すると、該第１レベル内の該サブプロセス用の設定点割り当てが、該被操作変数上の該制限が守られる様な仕方で、制御器を用いて、該第２レベル（スーパーレベル）により修正されることを特徴とする請求項１又は２に記載の該方法。
【請求項４】
粗圧延トレーン、仕上げトレーン及び冷却ラインが更に進んだサブプロセスとして該ジョイントした第１レベル（テックレベル）内で組み合わされ、そしてそれらに割り当てられた該テックレベル制御器が、プロセス全体の動作が規定される基準に対して最適であるよう、適当な協調変数を割り当てることにより該スーパーレベル制御器に影響されることを特徴とする請求項１から３の１つに記載の該方法。
【請求項５】
鋳造機械、コンパクト鋼生産（ＣＳＰ）設備及びコイラー付き冷却ラインのサブプロセスが更に該ジョイントした第１レベル（テックレベル）内で組み合わされ、そして該サブプロセスに割り当てられた該テックレベル制御器が、該プロセス全体の動作が規定される基準に対して最適であるよう、適当な協調変数を割り当てることにより該スーパーレベル制御器に影響されることを特徴とする請求項１から３に記載の該方法。
【請求項６】
連続鋳造プラント、ホットローリングミル及びコールドローリングミルのサブプロセスが更に該ジョイントした第１レベル（テックレベル）内で組み合わされ、そして該サブプロセスに割り当てられた該テックレベル制御器が、該プロセス全体の動作が規定される基準に対して最適であるよう、適当な協調変数を割り当てることにより該スーパーレベル制御器に影響されることを特徴とする請求項１から３に記載の該方法。
【請求項７】
該第２レベル（スーパーレベル）に対し上位の、追加的第３レベル（レベル３）では、例えば、材料追跡、スケジューリング、品質管理、の様な生産協調に関する情報が処理され、そして該第３レベル（レベル３）に対し上位の、更に進んだ第４レベル（レベル４）では、生産計画に関する情報が処理されることを特徴とする請求項１から６の１つに記載の該方法。
【請求項８】
該第１レベル（テックレベル）では、個別のサブプロセスの個別の該開ループ及び閉ループ制御の動作がハードウエアのジョイントした単品上で行われることを特徴とする請求項１から３の１つに記載の該方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
更に、上記説明のレベルの組み合わせは又、さもなければ、プロセス制御用に種々のレベルの方法で働く、セットアップ専門家（setup specialists）と制御技術者（control technicians）間のノーハウ及び情報の交換を改善する効果を有する。結果としてシナージー（synergies）が使用され、開発、実施そして任務（commissioning）時間が節約される。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
開ループ制御、閉ループ制御及び最適化のレベルである更に上位（superordinate）のレベル、いわゆるスーパーレベル（SuperLevel）、が導入される。この更に進んだレベルのタスクは、最終製品の所要製品品質が達成されるよう、従属制御レベルを、該階層的に結合された最適化に基づいて、協調（coordination）させることである。いわゆるスーパーレベルの導入は、別々に考慮された鋼処理段階の、以前には多大の労力を掛けて最適化された、個別技術機能が、下位段階（substages）間の相互関係を含め、スタートする材料から最終製品まで、鋼処理プロセス全体を考慮することに今や道を譲る効果を達成する。このジョイントした考慮（joint consideration）は革新と改良の大きな可能性を抱いて（harbors）いる。
該スーパーレベル制御は、プロセス全体の動作が規定される基準に対して最適であるように適切な協調変数をそれぞれのサブプロセスに割り当てることにより従属的なテックレベル制御への影響を行使する（carries out the influencing with the subordinate Techlevel control）。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
該新しいジョイントしたレベル、テックレベル、及び上位レベル、スーパーレベルを用いて、鋼処理プロセスを制御する、特にホットローリングプロセス用の、方法の変型された、新しい構造体は生産協調及び管理の既知の上位レベルにより補間される。この場合、該鋼処理プロセスはいわゆる”グランド制御システム（grand control system）”と考えられる。これは相互にそして該全体的狙いと矛盾する存在を含む。又該システムはその制御デバイスに関して該制御デバイス又は制御アルゴリズムの機能的に分散化（decentralized）された又は階層化された構造を有する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
この構造体は、一般的にサブプロセスの個別の最適状態の和は必ずしも全体的最適状態でない事実を見越している。その結果、中間製品の品質を考慮し、確立する時、最終製品の品質が先頭に持って来られ、考慮されるべきである。この場合、ジョイントしたレベル、テックレベル内の種々のサブプロセス間の結合構造が考慮されねばならない。特に、個別サブプロセス内で被操作変数上への制限に到達する時、該サブプロセス用の設定点割り当ては、該被操作変数への制限が守られる（observed）様な仕方で該スーパーレベルにより修正されるべきである。全体的制御構造体は結果として該プロセスの内部の物理的構造を反映する。個別レベルの実現用に、最適化タスクの複雑さを減じるために種々の程度の詳細さと有効範囲（validity ranges）のモデルが必要である。モデルの詳細さの程度はテックレベルのレベルからスーパーレベル、製品協調そして管理レベルまで減少するが、該モデルの有効範囲は増加する。該スーパーレベル用に使われるモデルは該プロセスの全体的プロセス動作を、その結果該サブプロセス（結合インターフエース）の相互作用を説明し、この理由で、詳述される必要はない。これのための適当なモデルは品質モデル｛例えば、ペトリネット（Petri nets）、決定性又は確率状態機械（deterministic or stochastic state machines）｝又は代数方程式に基づくモデルである。これと対照的に、テックレベル上のモデルは、例えば、デージーエル（DGL）又はエヌエヌ（NN）又はフアジーアプローチ（fuzzy approaches）により、それぞれのサブプロセスを局所的に詳細に説明する。


【国際調査報告】
2005509206.tif 000006
2005509206.tif 000007
2005509206.tif 000008
2005509206.tif 000009
2005509206.tif 000010
2005509206.tif 000011