(57)【要約】【課題】撮像装置を利用することなく、且つ、ライン速度を低下させることなく、先行鋼板の尾端部と後行鋼板の先端部とを接続する溶接点が誘導加熱装置を通過する際の誘導加熱装置の出力値を適切、且つ、円滑に制御すること。【解決手段】誘導加熱制御装置１１が、溶接点Ｘ１が誘導加熱装置２を通過する際の誘導加熱装置２の出力値を、誘導加熱装置２の入側に設けられたトラッキングポイントＸ１と誘導加熱装置２との間の距離Ｌ、鋼板Ｓの通板速度設定値ＬＳ、鋼板Ｓの目標温度変化量ΔＴ、先行鋼板Ｓ１及び後行鋼板Ｓ２の断面積ｗ１×ｄ１，ｗ２×ｄ２、鋼板Ｓの平均比熱Ｃｐ、鋼板Ｓの比重ρ、誘導加熱装置２の出力効率η、及び誘導加熱装置２の出力値が設定値に収束するまでの制御応答時間ｔ０を用いて補正する。【選択図】図１
2015030891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板を昇温する誘導加熱装置を備える連続焼鈍ラインの制御方法であって、先行鋼板の尾端部と後行鋼板の先端部とを接続する溶接点が誘導加熱装置を通過する際の誘導加熱装置の出力値を、誘導加熱装置の入側に設けられた出力設定変更点と誘導加熱装置との間の距離、鋼板の通板速度設定値、鋼板の目標温度変化量、先行鋼板及び後行鋼板の断面積、鋼板の比熱、鋼板の比重、誘導加熱装置の出力効率、及び誘導加熱装置の出力値が設定値に収束するまでの制御応答時間を用いて補正するステップを含むことを特徴とする連続焼鈍ラインの制御方法。
【請求項２】
鋼板を昇温する誘導加熱装置を備える連続焼鈍ラインの制御装置であって、先行鋼板の尾端部と後行鋼板の先端部とを接続する溶接点が誘導加熱装置を通過する際の誘導加熱装置の出力値を、誘導加熱装置の入側に設けられた出力設定変更点と誘導加熱装置との間の距離、鋼板の通板速度設定値、鋼板の目標温度変化量、先行鋼板及び後行鋼板の断面積、鋼板の比熱、鋼板の比重、誘導加熱装置の出力効率、及び誘導加熱装置の出力値が設定値に収束するまでの制御応答時間を用いて補正する手段を備えることを特徴とする連続焼鈍ラインの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板を昇温する誘導加熱装置を備える連続焼鈍ラインの制御方法及び制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
薄物鋼板等の鋼板の連続焼鈍ラインでは、鋼板の温度管理が製品の品質を決める上で非常に重要な作業である。連続焼鈍ラインでは、鋼板の種類及び寸法毎に設定されている温度パターンに従って鋼板を加熱することによって製品の品質を制御している。鋼板の加熱方式としては、電気加熱やガス加熱による間接加熱方式が主流になっている。しかしながら、近年、交流電流を通電している誘導コイル内に鋼板を通板することによって鋼板に発生する渦電流によるジュール熱を利用して鋼板を加熱する誘導加熱方式が間接加熱方式に代わって使用されてきている。
【０００３】
誘導加熱方式は、鋼板を急速加熱することができるために、製品の品質制御幅の拡大やライン速度上昇による生産性の向上を図ることができる。しかしながら、ライン速度が上昇した場合、先行鋼板の尾端部と後行鋼板の先端部とを接続する溶接点において鋼板の温度設定値を適切、且つ、円滑に切り換えることが難しくなる。そして、温度が設定範囲から外れた鋼板部分が発生した場合には、その部分を切り捨てなければならないために歩留まりが低下する。このため、誘導加熱方式を採用している連続焼鈍ラインでは、溶接点における鋼板の温度制御が非常に重要な作業になる。
【０００４】
このような背景から、特許文献１には、誘導加熱帯及びガス加熱帯の順に鋼板が通板される連続焼鈍ラインにおいて、応答性に優れる誘導加熱帯とコストに優れるガス加熱帯とにおける負荷バランス制御を行い、溶接点において鋼板の断面積が増加する場合、断面積の増加度合いに応じて目標ライン速度を焼鈍に必要な範囲内で低下させる技術が記載されている。また、特許文献２には、カメラによって撮影された鋼板の画像の輝度レベルに対して二値化処理を施すことによって溶接点の位置を検出し、検出された溶接点の位置と基準溶接点位置との偏差をゼロにするように溶接機の入熱電圧を制御する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１７９０３５号公報
【特許文献２】特開平８−７１６３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１記載の技術の適用範囲は誘導加熱帯及びガス加熱帯の順に鋼板が通板される連続焼鈍ラインに限定されており、ガス加熱帯を備えない連続焼鈍ラインに対し特許文献１記載の技術を適用することはできない。また、特許文献１記載の技術では、鋼板の断面積の増加に応じてライン速度を低下させるために連続焼鈍ラインの生産能力が低下する。一方、特許文献２記載の技術は、カメラを利用するために、カメラを設置することが困難な環境には適用できない。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、鋼板を昇温する誘導加熱装置を備える連続焼鈍ラインにおいて、撮像装置を利用することなく、且つ、ライン速度を低下させることなく、先行鋼板の尾端部と後行鋼板の先端部とを接続する溶接点が誘導加熱装置を通過する際の誘導加熱装置の出力値を適切、且つ、円滑に制御可能な連続焼鈍ラインの制御方法及び制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る連続焼鈍ラインの制御方法は、鋼板を昇温する誘導加熱装置を備える連続焼鈍ラインの制御方法であって、先行鋼板の尾端部と後行鋼板の先端部とを接続する溶接点が誘導加熱装置を通過する際の誘導加熱装置の出力値を、誘導加熱装置の入側に設けられた出力設定変更点と誘導加熱装置との間の距離、鋼板の通板速度設定値、鋼板の目標温度変化量、先行鋼板及び後行鋼板の断面積、鋼板の比熱、鋼板の比重、誘導加熱装置の出力効率、及び誘導加熱装置の出力値が設定値に収束するまでの制御応答時間を用いて補正するステップを含むことを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る連続焼鈍ラインの制御装置は、鋼板を昇温する誘導加熱装置を備える連続焼鈍ラインの制御装置であって、先行鋼板の尾端部と後行鋼板の先端部とを接続する溶接点が誘導加熱装置を通過する際の誘導加熱装置の出力値を、誘導加熱装置の入側に設けられた出力設定変更点と誘導加熱装置との間の距離、鋼板の通板速度設定値、鋼板の目標温度変化量、先行鋼板及び後行鋼板の断面積、鋼板の比熱、鋼板の比重、誘導加熱装置の出力効率、及び誘導加熱装置の出力値が設定値に収束するまでの制御応答時間を用いて補正する手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る連続焼鈍ラインの制御方法及び制御装置によれば、鋼板を昇温する誘導加熱装置を備える連続焼鈍ラインにおいて、撮像装置を利用することなく、且つ、ライン速度を低下させることなく、先行鋼板の尾端部と後行鋼板の先端部とを接続する溶接点が誘導加熱装置を通過する際の誘導加熱装置の出力値を適切、且つ、円滑に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明が適用される連続焼鈍ライン及びその制御系の構成を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態である誘導加熱制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の一実施形態である誘導加熱制御処理を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、本発明の一実施形態である連続焼鈍ラインの制御装置の構成及びその動作について説明する。
【００１３】
〔連続焼鈍ラインの構成〕
始めに、図１を参照して、本発明が適用される連続焼鈍ラインの構成について説明する。図１は、本発明が適用される連続焼鈍ライン及びその制御系の構成を示す模式図である。
【００１４】
図１に示すように、本発明が適用される連続焼鈍ライン１は、ブライドルロール等によって区切られたセクション毎に設けられた誘導加熱装置２を備えている。誘導加熱装置２は、交流電流を通電している誘導コイル内に搬送ロール３によって搬送されてきた鋼板Ｓを通板することにより鋼板Ｓに発生する渦電流によるジュール熱を利用して鋼板Ｓを急速加熱によって昇温する。
【００１５】
連続焼鈍ライン１は、制御系として、ライン制御装置１０及び誘導加熱制御装置１１を備えている。ライン制御装置１０は、例えばパーソナルコンピュータ等の情報処理装置によって構成されている。ライン制御装置１０は、先行鋼板Ｓ１の尾端部と後行鋼板Ｓ２の先端部とを接続する溶接点Ｘ１が誘導加熱装置２の入側に設けられたトラッキングポイント（出力設定変更点）Ｘ２を通過したタイミングで、上位コンピュータ１２から誘導加熱装置２の設定値及び鋼板Ｓに関する情報を取得し、取得した情報を誘導加熱制御装置１１に入力する。
【００１６】
誘導加熱装置２の設定値としては、誘導加熱装置２の入側及び出側における鋼板Ｓの目標温度差（＝誘導加熱装置２での鋼板Ｓの昇温量，鋼板Ｓの目標温度変化量）ΔＴを例示できる。また、鋼板Ｓに関する情報としては、鋼板Ｓの平均比熱Ｃｐ［ｋＪ／ｋｇ・℃］、鋼板Ｓの通板速度（ライン速度）ＬＳ［ｍ／ｓ］、鋼板Ｓの比重ρ［ｋｇ／ｍ３］、鋼板Ｓの幅ｗ［ｍ］、及び鋼板Ｓの厚さｄ［ｍ］を例示できる。
【００１７】
また、ライン制御装置１０は、誘導加熱装置２の出側に設置された板温計１３が測定した鋼板Ｓの温度に関する情報を所定の制御周期毎に取得し、取得した情報を誘導加熱制御装置１１に入力する。さらに、ライン制御装置１０は、連続焼鈍ライン１や誘導加熱装置２の実績情報を監視するための表示装置１４を備えている。
【００１８】
誘導加熱制御装置１１は、例えばマイクロコンピュータ等の情報処理装置によって構成されている。誘導加熱制御装置１１は、ライン制御装置１０から入力された情報を用いて、鋼板Ｓの温度が設定範囲内になるように誘導加熱装置２の出力値をフィードバック制御する。
【００１９】
このような構成を有する連続焼鈍ライン１では、誘導加熱制御装置１１が以下に示す誘導加熱制御処理を実行することによって、撮像装置を利用することなく、且つ、ライン速度を低下させることなく、溶接点Ｘ１が誘導加熱装置２を通過する際の誘導加熱装置２の出力値を適切、且つ、円滑に制御する。以下、図２，図３を参照して、誘導加熱制御処理を実行する際の誘導加熱制御装置１１の動作について説明する。
【００２０】
〔誘導加熱制御処理〕
図２は、本発明の一実施形態である誘導加熱制御処理の流れを示すフローチャートである。図３は、本発明の一実施形態である誘導加熱制御処理を説明するためのタイミングチャートである。図２に示すフローチャートは、連続焼鈍ライン１の稼働が開始されたタイミングで開始となり、誘導加熱制御処理はステップＳＴ１の処理に進む。
【００２１】
ステップＳＴ１の処理では、ライン制御装置１０が、溶接点Ｘ１がトラッキングポイントＸ２を通過したか否かを判別する。そして、ライン制御装置１０は、溶接点Ｘ１がトラッキングポイントＸ２を通過したタイミングで誘導加熱制御処理をステップＳＴ２の処理に進める。
【００２２】
ステップＳＴ２の処理では、ライン制御装置１０が、上位コンピュータ１２から誘導加熱装置２の設定値及び鋼板Ｓ（先行鋼板Ｓ１及び後行鋼板Ｓ２）に関する情報を取得し、取得した情報を誘導加熱制御装置１１に入力する。これにより、ステップＳＴ２の処理は完了し、誘導加熱制御処理はステップＳＴ３の処理に進む。
【００２３】
ステップＳＴ３の処理では、誘導加熱制御装置１１が、ステップＳＴ２の処理において取得した誘導加熱装置２での鋼板Ｓの昇温量ΔＴに基づいて、誘導加熱装置２で先行鋼板Ｓ１及び後行鋼板Ｓ２を昇温量ΔＴだけ昇温させる際の誘導加熱装置２の出力差ΔＰを算出する。具体的には、鋼板Ｓを昇温量ΔＴだけ昇温するために必要な誘導加熱装置の出力Ｐ［ｋＷ］は、以下の数式（１）のように表される。
【００２４】
【数１】
2015030891.tif 000003
ここで、数式（１）中、パラメータηは、誘導加熱装置２の出力効率を示し、誘導加熱制御装置１１内に予め記憶されている。
【００２５】
従って、溶接点Ｘ１において鋼板Ｓの断面積のみが変化する場合、誘導加熱装置２で先行鋼板Ｓ１及び後行鋼板Ｓ２を昇温量ΔＴだけ昇温させる際の誘導加熱装置２の出力差ΔＰは以下の数式（２）のように表される。なお、本実施形態では、鋼板Ｓの断面積のみが変化する場合の出力差ΔＰを例示したが、同様の考えにより鋼板Ｓのその他の要素が変化する場合の出力差ΔＰも算出できる。
【００２６】
【数２】
2015030891.tif 000004
ここで、数式（２）中、ｗ１，ｄ１は先行鋼板Ｓ１の幅及び厚さを示し、ｗ１×ｄ１は先行鋼板Ｓ１の断面積に相当する。同様に、ｗ２，ｄ２は後行鋼板Ｓ２の幅及び厚さを示し、ｗ２×ｄ２は後行鋼板Ｓ２の断面積に相当する。
【００２７】
そこで、誘導加熱制御装置１１は、ステップＳＴ２の処理によって取得した値（ΔＴ，Ｃｐ，ＬＳ，ρ，ｗ１，ｗ２，ｄ１，ｄ２）を上述の数式（２）に代入することによって誘導加熱装置２で先行鋼板Ｓ１及び後行鋼板Ｓ２を昇温量ΔＴだけ昇温させる際の誘導加熱装置２の出力差ΔＰを算出する。これにより、ステップＳＴ３の処理は完了し、誘導加熱制御処理はステップＳＴ４の処理に進む。
【００２８】
ステップＳＴ４の処理では、誘導加熱制御装置１１が、溶接点Ｘ１がトラッキングポイントＸ２を通過してから時間Ｌ／ＬＳ−ｔ０／２が経過したか否かを判別する。そして、誘導加熱制御装置１１は、時間Ｌ／ＬＳ−ｔ０／２が経過したタイミングで誘導加熱制御処理をステップＳＴ５の処理に進める。なお、上述のパラメータＬは、トラッキングポイントＸ２から誘導加熱装置２の入口までの距離を示し、パラメータｔ０は、誘導加熱装置２の制御応答時間（出力設定値を指示してから実際に出力が設定値に収束するまでの時間）を示す。
【００２９】
ステップＳＴ５の処理では、誘導加熱制御装置１１が、溶接点Ｘ１がトラッキングポイントＸ２を通過してから時間Ｌ／ＬＳ＋ｔ０／２後に誘導加熱装置２の出力がステップＳＴ３の処理において算出された出力差ΔＰだけ変化するように誘導加熱装置２の出力Ｐをフィードフォワード制御する。具体的には、誘導加熱制御装置１１は、以下の数式（３）により表される補正項Ｐ１を誘導加熱装置２の出力Ｐに与える。
【００３０】
【数３】
2015030891.tif 000005
ここで、数式（３）中、Ｕ（Ｌ／ＬＳ＋ｔ０／２−ｔ）及びＵ（ｔ−Ｌ／ＬＳ＋ｔ０／２）はステップ関数を示す。
【００３１】
すなわち、図３に示すように、誘導加熱制御装置１１は、溶接点Ｐ１が誘導加熱装置２に到達するｔ０／２前（時間Ｔ＝Ｔ１）から誘導加熱装置２の出力Ｐを変化させ、溶接点Ｘ１が誘導加熱装置２を通過してからｔ０／２後（時間Ｔ＝Ｔ３）に誘導加熱装置２の出力Ｐの変化を完了させる。なお、図３中、Ｌ１，Ｌ２はそれぞれ誘導加熱装置２の出力及びトラッキングポイントＸ２と溶接点Ｘ１との間の距離を示す直線を示している。また、Ｐ１，Ｐ２はそれぞれ先行鋼板Ｓ１及び後行鋼板Ｓ２に対する誘導加熱装置２の出力設定値を示し、本例では後行鋼板Ｓ２の断面積は先行鋼板Ｓ１の断面積より大きいので、出力設定値Ｐ２は出力設定値Ｐ１より大きい。
【００３２】
このような処理によれば、撮像装置を利用することなく、且つ、ライン速度を低下させることなく、溶接点Ｘ１が誘導加熱装置２を通過する際の誘導加熱装置２の出力値を適切、且つ、円滑に制御することができる。また、温度が設定範囲内にない先行鋼板Ｓ１及び後行鋼板Ｓ１の長手方向長さがほぼ均等になり、またその部分を元々切り捨てられる溶接範囲内に収めることもできるので、余分な切り捨て部分が発生することを抑制できる。これにより、ステップＳＴ５の処理は完了し、誘導加熱制御処理はステップＳＴ１の処理に戻る。
【００３３】
以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である誘導加熱制御処理では、誘導加熱制御装置１１が、溶接点Ｘ１が誘導加熱装置２を通過する際の誘導加熱装置２の出力値を、誘導加熱装置２の入側に設けられたトラッキングポイントＸ１と誘導加熱装置２との間の距離Ｌ、鋼板Ｓの通板速度設定値ＬＳ、鋼板Ｓの目標温度変化量ΔＴ、先行鋼板Ｓ１及び後行鋼板Ｓ２の断面積ｗ１×ｄ１，ｗ２×ｄ２、鋼板Ｓの平均比熱Ｃｐ、鋼板Ｓの比重ρ、誘導加熱装置２の出力効率η、及び誘導加熱装置２の出力値が設定値に収束するまでの制御応答時間ｔ０を用いて補正する。
【００３４】
これにより、撮像装置を利用することなく、且つ、ライン速度を低下させることなく、溶接点Ｘ１が誘導加熱装置２を通過する際の誘導加熱装置２の出力値を適切、且つ、円滑に制御できる。また、本誘導加熱制御処理は通常の温度制御に必要な機器のみで実現できるために、周囲の環境を考慮して機器を追加選定する必要が無く、コスト削減及び保守作業の容易化が可能になる。さらに、誘導加熱装置２を複数設置する場合、出力制御のために各誘導加熱装置２に対し新たにトラッキングポイントを設定する必要があるが、本誘導加熱制御処理ではトラッキングポイントから誘導加熱装置２までの距離を考慮して誘導加熱装置２の出力を補正するので、無闇にトラッキングポイントを増やさずに済む。
【００３５】
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
【符号の説明】
【００３６】
１  連続焼鈍ライン
２  誘導加熱装置
３  搬送ロール
１０  ライン制御装置
１１  誘導加熱制御装置
１２  上位コンピュータ
１３  板温計
１４  表示装置
Ｓ  鋼板
Ｓ１  先行鋼板
Ｓ２  後行鋼板
Ｘ１  溶接点
Ｘ２  トラッキングポイント
【図１】
2015030891.tif 000006
【図２】
2015030891.tif 000007
【図３】
2015030891.tif 000008