(57)【要約】【課題】水処理設備のタンクの水位レベルを一定の範囲に維持しつつ、ポンプ回転数を制御することにより、消費電力を低減する。【解決手段】水処理設備は、鉄鋼プラントにおいて使用される水を貯留する少なくとも２つのタンクと、上流側のタンクに貯留された水を、下流側のタンクに送水するためのポンプとを備える。制御装置は、鉄鋼プラントに投入される製造物をグループ化し、各グループと、各グループに属する製造物が投入された場合に生じると推定される水位変化とを対応付けて記憶している。鉄鋼プラントに製造物が投入されると、投入された製造物の情報に基づき、該製造物の属するグループと該グループに対応する水位変化とを読み取り、製造物の鉄鋼プラントへの投入タイミングを検出又は推定する。この水位変化と投入タイミングとに応じて、タンクの水位が一定範囲に維持されるように、ポンプの回転数を制御する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄鋼プラントで使用される水を処理する水処理設備のための制御装置であって、
前記水処理設備は、
前記鉄鋼プラントにおいて使用される水を貯留する、配管により連結された少なくとも２つのタンクと、
前記配管に設置され、前記２つのタンクのうち上流側のタンクに貯留された水を、下流側のタンクに送水するためのポンプと、
を備え、
前記鉄鋼プラントで製造される製造物が属する複数のグループと、前記グループそれぞれに属する製造物の特性と、前記グループそれぞれに属する製造物が投入された場合に前記上流側のタンクに生じると推定される水位変化とを対応付けて記憶する記憶手段と、
前記鉄鋼プラントに投入された製造物の情報に基づき、該製造物が属するグループを検出し、該グループに対応する水位変化を、前記記憶手段から読み取る水位変化読取手段と、
該製造物の前記鉄鋼プラントへの投入タイミングを検出又は推定する投入タイミング検出手段と、
該水位変化と該投入タイミングに応じて、前記ポンプの回転数を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする水処理設備用の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水処理設備用の制御装置に関する。更に具体的には、鉄鋼プラントなどの水処理設備においてタンクに貯留された処理水の配水に用いられるポンプの回転数を制御する制御装置として好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、同一の上流側池槽から分岐されて繋がる複数の下流側池槽を有する水処理設備において、複数の池槽の水位を制御する水位制御システムが開示されている。具体的に、このシステムにおいて各下流側池槽と上流側池槽の間には、処理水を下流側に送出する配水ポンプと、下流側への流入水量を調節する調節弁と、送水量を計測する流量計とが設置されている。下流側池槽には水位レベルを検出するレベル計が設置されている。
【０００３】
このシステムの運転中は、一定周期で定期的に下流側池槽のレベル計の測定値と流量計の測定値とが取り込まれ、測定値に応じて調節弁の操作量と配水ポンプが送水する流量が演算によって求められる。そして演算された操作量及び流量に応じて、調節弁の開度と排水ポンプによる吐出量が制御され、池槽の水位が制御される。
【０００４】
また、特許文献２には、上位制御装置側において、過去の水処理設備運転情報と現在の水処理設備運転情報を統計的に処理し、これにより下位水処理制御装置側へ制御指令を出力し水位を制御するシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２９５６５４号公報
【特許文献２】特開２００３−１４０７１２号公報
【特許文献３】特開平８−３２０７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように複数のタンクを有する水処理設備において、その水位レベルを制御するシステムは開示されているものの、その水位レベルの変化に応じてポンプを回転させる電動機の周波数を制御することについては開示されていない。上記従来技術においては、ポンプは設定された流量を送水する間、例えば最大出力等一定の出力で回転されているものと考えられる。
【０００７】
ここで、ポンプ用電動機の回転数を流水量や水位レベルの変化に応じて効果的に制御することができれば、消費電力を低減し省エネルギー化を図ることができるものと考えられる。しかしながら、例えば鉄鋼プラントなどの水処理設備の場合、水の使用量は常に一定とはならず、製造される製造物の特性や、その製造物の投入のタイミング、あるいは各工程の処理内容等様々な要素に依存して変化する。そのため、常に流水量や水位レベルの変化を予測して、それに応じたポンプの回転数制御を実行することは困難である。
【０００８】
この発明は、上記課題を解決することを目的とし、水位レベルの制御において効果的にポンプ回転数を制御することによりポンプ回転の消費電力を低減することができるようにした水処理施設用の制御装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、上記の目的を達成するため、鉄鋼プラントで使用される水を処理する水処理設備のための制御装置であって、
前記水処理設備は、
前記鉄鋼プラントにおいて使用される水を貯留する、配管により連結された少なくとも２つのタンクと、
前記配管に設置され、前記２つのタンクのうち上流側のタンクに貯留された水を、下流側のタンクに送水するためのポンプと、
を備え、
前記鉄鋼プラントで製造される製造物が属する複数のグループと、前記グループそれぞれに属する製造物の特性と、前記グループそれぞれに属する製造物が投入された場合に、前記上流側のタンクに生じると推定される水位変化とを対応付けて記憶する記憶手段と、
前記鉄鋼プラントに投入された製造物の情報に基づき、該製造物が属するグループを検出し、該グループに対応する水位変化を、前記記憶手段から読み取る水位変化読取手段と、
該製造物の前記鉄鋼プラントへの投入タイミングを検出又は推定する投入タイミング検出手段と、
該水位変化と該投入タイミングに応じて、前記ポンプの回転数を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、製造物をグループ化することで、グループごとにタンクの水位変化を予測することができる。従って、タンクの水位を一定範囲内に制御しつつ、タンクからの排水の際のポンプ回転数を最適な範囲に設定し、消費電力の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態の鉄鋼プラントにおける水処理システムについて説明するための模式図である。
【図２】この発明の実施の形態のスラブのグループ化の概念を説明するための図である。
【図３】この発明の実施の形態においてシステムが実行する制御について説明するためのタイミングチャートである。
【図４】従来のシステムが実行する制御について説明するためのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００１３】
実施の形態．
図１はこの発明の実施の形態における鉄鋼プラントにおける水処理システムについて説明するための図である。この水処理システムは、鉄鋼プラントで製造される製造物であるスラブ（鋼板）の、例えば、圧延ラインのデスケーリング、ロール冷却、ランアウトテーブルなどのような水を利用する装置において使用された水を再生処理して循環利用する場合等に用いられる。
【００１４】
この水処理システムは、異なるスラブに使用された水が流れ込む上流タンク２と下流タンク４と備える。上流タンク２と下流タンク４とは、配管６により連結されている。配管６には、下流タンク４への処理水の流量を所定量に調節して処理水を下流タンク４へ送水するためのポンプ８が取り付けられている。また、配管６のポンプ８の下流にはバルブ１０が取り付けられている。
【００１５】
ポンプ８には、ポンプ８を回転させる電動機１２が接続している。電動機１２には、インバータ１４を介して制御装置１６が接続している。制御装置１６には更に上位制御装置１８が接続している。このシステムにおいては、上位制御装置１８からの情報信号を受けて、制御装置１６においてポンプ８の回転周波数基準値や運転指令のタイミングが演算され、その演算結果に応じてインバータ１４に制御信号が発せられる。この制御信号に基づきインバータ１４から電動機１２に電力が供給され、ポンプ８が回転する。
【００１６】
ところで、この水処理システムが用いられる圧延ラインに投入されるスラブは、厚さ、長さ、幅、炉出口抽出温度等の特性を持っている。また、圧延ピッチに応じてスラブは加熱炉から出される。同じ工程の処理であっても、その処理に必要な水の流量は上記特性、スラブ投入開始のタイミング、投入間隔など諸元に左右されるため、使用後に上流タンク２に流入する処理水の単位時間あたりの流入量や、総流入量も一定とはならない。このように上記特性やスラブの投入タイミング等によって上流タンク２に流入する水量が変化するため、上流タンク２の水位レベルの変化量も異なるものとなる。
【００１７】
具体的に、例えば、投入されたスラブに対する装置の水の使用量が少ない場合には、上流タンク２に流入する水量も緩やかである。一方、水の使用量が多くなると上流タンク２の水位増加も早くなる。また、同じ水の使用量であっても、スラブの投入間隔が長い程、上流タンク２への水の流入間隔も緩やかとなる。従って、上流タンク２が水位管理上設定された水位の上限（以下、上限レベル）にまで水位が達している段階でも、水の使用量が少なく、スラブの投入間隔が長ければその間に排水することができ、一方、水の使用量が多く、スラブの投入間隔が短ければ、早急な排水が要求される。
【００１８】
そこで、この水処理システムの制御装置１６は、上流タンク２に流入する水量とその流入間隔に応じて、上流タンク２の水位レベルが上限レベルを超えない範囲で、消費電力量を小さく抑えることができる最適な回転数にポンプ８の回転を制御する。
【００１９】
但し、上記したように上流タンク２に流入する水量やその間隔は、投入されるスラブの特性や投入タイミング等に応じて異なるものとなる。また、上流タンク２に至るまでの配管での遅れも生じるため、上流タンク２の水位変化を、スラブの特性のみにより正確に演算することは困難である。
【００２０】
そこで、この実施の形態のシステムでは、スラブの情報（厚さ、長さ、幅等）及びスラブが投入された際に起こる上流タンク２の水位変化の開始タイミング、単位時間あたりの水位変化量及び水位変化の総量の実測値とを予めデータベース化する。そして、データベース化された情報をいくつかのグループに分ける。図２は、この発明の実施の形態におけるグループ化の概念を説明するための図である。図２において、Ｘ軸はスラブの幅Ｗ、Ｙ軸はスラブの厚さＴ、Ｚ軸はスラブの長さＬを表す。また図２においては、Ｚ軸に平行な線分を一点鎖線で表している。また、図２において、矢印は推移時間を表している。即ち、スラブはＡグループから順に、Ｂグループ、Ｃグループと、それぞれのグループに応じた投入間隔で投入される。
【００２１】
ここでは、各グループの範囲は、そのスラブを投入した場合の水位変化量の実測値が同程度となる範囲に設定されたものであり、スラブの幅Ｗ、厚さＴ、長さＬによって定義され、制御装置１６のメモリに記憶されている。図２を参照して、具体的に、各グループは、例えば、Ａグループのスラブは、幅WAがW1＜WA≦W2、厚さTAがT1＜TA≦T2、長さLAがL1＜LA≦L2を満たし、Ｂグループのスラブは、厚さTBがT2＜TB≦T3、長さLBがL2＜LB≦L3、幅WBがW2＜WB≦W3を満たすといったように分類されている。
【００２２】
そして、このように設定された各グループに属するスラブを投入した場合の水位変化量（単位時間あたりの変化量と総変化量）の実測値に基づき、各グループに対応する水位変化量を設定し、制御装置１６のメモリ内に記憶する。この水処理システムでは、投入されたスラブは同一グループであれば、そのグループに対応して記憶された同一の水位変化が、その投入間隔に応じて発生するものとして処理される。異なるグループに推移する場合には、その推移したグループに対応する水位変化が、そのグループの投入間隔に応じた間隔で発生するものとして処理される。
【００２３】
この水処理システムは、このようにグループ内では同一の水位変化が、投入間隔に応じて発生するものとし、この水位変化と投入間隔（即ち水位変化の間隔）に応じた最適なポンプ回転数を設定し、排水を行なう。なお、スラブの投入間隔や、異なるグループに推移した場合のスラブの投入開始タイミングは、当該スラブ生産直前に決定されることは多いが、通常、少なくとも水位変化が生じるより前にその投入タイミングや投入間隔に関する情報を取得することができる。
【００２４】
図３は、この発明の実施の形態において制御装置１６が実行するポンプ制御について説明するためのタイミングチャートである。制御装置１６は、投入されたスラブの情報を上位制御装置１８から取得し、そのスラブ情報から、そのスラブが属するグループ及びそのグループに対応する水位変化とを読み取る。更に、上位制御装置１８から、そのグループのスラブ投入開始タイミング及びスラブ投入間隔を読み取り、これに応じて上流タンク２への処理水の流入開始時刻Ｔ１が求められる。
【００２５】
次に、推測された水位変化に基づき、上流タンク２の水位変化が演算される。そして水位が上限レベルに達する時刻Ｔ２においてポンプ８の回転が開始される。ここで、ポンプ８を回転させる周波数及び回転時間は、投入されたスラブのグループに対応する水位変化量とスラブの投入間隔に応じて算出される。より具体的には、スラブ投入間隔に応じた処理水の流入間隔が予測され、次の処理水の流入が開始する時刻Ｔ５までの間に上流タンク２の処理水を排水して下限レベルの水位に下げることができる範囲内で、最低のポンプ回転周波数が演算される。
【００２６】
この演算結果に基づき、制御装置１６からの制御信号が出力され、電動機１２によりポンプ８が回転する。ポンプ８の回転が開始すると、上流タンク２の水位は緩やかに低下する。図３の例では、時刻Ｔ３において処理水の流入が停止した後もポンプ８の回転が続けられ処理水の流入停止中の時刻Ｔ４に、上流タンク２の水量を下限レベルにまで低下させることができる。
【００２７】
比較のため、図４に従来のようにポンプを最大回転数で回転させている場合の例を示す。従来の場合、流入が開始する時刻Ｔ１１から、上限レベルの水位に達する時刻Ｔ１２において、ポンプ８の運転を開始し最大回転数で排水する。この場合、処理水の流入が停止する時刻Ｔ１４よりも更に前の、時刻Ｔ１３で短時間のうちに排水を完了する。
【００２８】
ところで、一般に、ポンプによる排水量とポンプの消費電力とには三乗則が適用できる。したがって、ポンプ８の回転数を、従来の最大回転数の場合の例えば半分とした場合、ポンプ８の消費電力は１/８となる。この場合、排水の流量も半分となるため、ポンプ８の運転時間は、最大回転数の場合の２倍となる。しかし、結果的に消費電力量は、ポンプ８を最大出力で回転させた場合の２５％程度に押さえ込むことができる。
【００２９】
以上説明したように、この実施の形態のシステムによれば、投入されるスラブのグループごとに、水位変化とその間隔を予め推測することができる。従って、上流タンク２の水位が上限レベルに達した後、次の処理水の流入が開始するまでの間に、最適なポンプ回転数で排水を行なうことができる。従って、ポンプ８による消費電力の低減を図りつつ、確実に上流タンク２の水位を一定範囲内に制御することができる。また、ポンプ８の運転を低回転とすることができるため、ポンプ８の故障や劣化を抑制することができる。
【００３０】
なお、この実施の形態においては、圧延ラインにスラブを投入する場合について説明したが、この発明はこれに限るものではなく、水処理が必要な他の鉄鋼プラントにおいて、使用する水量がその製造物に依存して変化する場合のタンク水位の制御に適用することができる。
【００３１】
また、この実施の形態においては、次回の処理水の流入時刻Ｔ５より前に下限レベルにまで下げられるようにポンプ回転数を設定する場合について説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、次回の処理水の流入時刻に関わらず、上限レベルに達するまでの間に水位を設定された下限レベルに下げられるようにポンプ８の回転を制御するものであればよい。
【００３２】
また、この実施の形態では、スラブのグループ化を、厚さ、幅、長さに応じたものとしたが、他に水位変化を左右する要因がある場合には、その要因をも含めて、水位変化がある程度同一となる範囲でスラブをグループ化することで、同様の制御装置１６を適用することができる。
【００３３】
また、実施の形態においては、簡略化のため上流タンク２、下流タンク４を１つずつ備える水処理システムについて説明した。しかし、この発明はこれに限るものではなく、複数のタンクが設置されているものであってもよい。この場合にも、それぞれのタンク２について別個にポンプ８を設置して制御してもよく、あるいは共通のポンプとし、タンクの総容量に応じて統括的に制御することもできる。
【００３４】
なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【符号の説明】
【００３５】
２    上流タンク
４    下流タンク
６    配管
８    ポンプ
１０    バルブ
１２    電動機
１４    インバータ
１６    制御装置
１８    上位制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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