(57)【要約】【課題】予め候補として設定した複数の制御ゲインの中から最適な制御ゲインを選択して、板温調節部の効率の良い操作量変更量を決定することができ、処理炉出口板温の制御精度を向上させることが可能な、連続熱処理炉における板温制御方法及び装置、コンピュータプログラム並びにコンピュータ読取り可能な記録媒体を提供すること。【解決手段】算出された処理炉体出口板温を目標板温に設定するゲイン毎に板温調節部の操作量変更量を算出するステップと、算出された操作量変更量と、処理炉体内における熱収支モデルとから、処理炉体出口における板温の変動を、ゲイン毎に予測算出するステップと、予測算出された処理炉体出口板温と目標板温との温度差と、操作量変更量に基づいて、ゲイン毎に算出された操作量変更量の中から最適な操作量変更量を決定するステップとを含むことを特徴とする。【選択図】図２
2008266715.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
帯状に接合部で連結した複数の金属板が通過し、処理炉体内に前記金属板の進行方向を変更させる円筒形状のハースロールと、前記金属板を加熱又は冷却する板温調節部とを備える連続熱処理炉における板温制御方法であって、
前記板温調節部の現状の操作量と、前記処理炉体内における熱収支モデルとから、該処理炉体出口における板温の変動をシミュレーションして所定期間算出するステップと、
前記算出された処理炉体出口の板温を目標板温に設定して、前記熱収支モデルにて導出された熱伝達係数の変化を表す所定の関係式を用いて、板温調節のための予め設定した制御のゲイン毎に前記板温調節部の操作量変更量を算出するステップと、
前記算出された前記操作量変更量と、前記処理炉体内における熱収支モデルとから、前記処理炉体出口における板温の変動をシミュレーションして、前記ゲイン毎に予測算出するステップと、
前記予測算出された処理炉出口板温と前記目標板温との温度差と、前記操作量変更量とに基づいて、前記ゲイン毎に算出された前記操作量変更量の中から最適な前記操作量変更量を決定するステップと、
を含むことを特徴とする、連続熱処理炉における板温制御方法。
【請求項２】
前記処理炉体内における熱収支モデルは、前記処理炉体を複数の空間に分割し、前記処理炉体内雰囲気と前記金属板との間の対流伝熱、及び前記ハースロールと前記金属板との間の伝導伝熱から前記複数の空間における前記金属板の板温を算出するモデルであることを特徴とする、請求項１記載の連続熱処理炉における板温制御方法。
【請求項３】
前記ゲインは、前記金属板の前記接合部が前記処理炉体入口又は出口を通過するとき前記操作量を制御するフィードフォワード制御のゲインと、前記フィードフォワード制御後、任意の時間間隔で前記操作量を制御するフィードバック制御のゲインとからなることを特徴とする、請求項１又は２記載の連続熱処理炉における板温制御方法。
【請求項４】
前記板温調節部の操作量変更量は、前記板温の実績値、前記目標板温、前記金属板の種類、板厚、板幅と、前記ゲインとから、前記熱収支モデルにて導出された熱伝達係数の変化を表す所定の関係式を用いて算出されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の連続熱処理炉における板温制御方法。
【請求項５】
前記最適な前記操作量変更量の決定は、前記温度差の二乗和と前記変更量の二乗和の合計値が最小となるときのゲインを採用して決定されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の連続熱処理炉における板温制御方法。
【請求項６】
帯状に接合部で連結した複数の金属板が通過し、処理炉体内に前記金属板の進行方向を変更させる円筒形状のハースロールと、前記金属板の板温を加熱又は冷却する板温調節部とを備える連続熱処理炉における板温制御装置であって、
前記板温調節部の現状の操作量と、前記処理炉体内における熱収支モデルとから、該処理炉体出口における板温の変動をシミュレーションして所定期間算出するベース板温時間変化算出部と、
前記ベース板温時間変化算出部で算出された処理炉体出口板温を目標板温に設定して、前記熱収支モデルにて導出された熱伝達係数の変化を表す所定の関係式を用いて、板温調節のための予め設定した制御のゲイン毎に前記板温調節部の操作量変更量を算出する操作量変更量算出部と、
前記操作量変更量算出部で算出された前記操作量変更量と、前記処理炉体内における熱収支モデルとから、前記処理炉体出口における板温の変動をシミュレーションして、前記ゲイン毎に予測算出する板温時間変化予測算出部と、
前記板温時間変化予測算出部で予測算出された処理炉体出口板温と前記目標板温との温度差と、前記操作量変更量をファクタとして、前記ゲイン毎に算出された前記操作量変更量の中から最適な前記操作量変更量を決定する操作量変更量決定部と、
を備えることを特徴とする、連続熱処理炉における板温制御装置。
【請求項７】
前記処理炉体内における熱収支モデルは、前記処理炉体を複数の空間に分割し、前記処理炉体内雰囲気と前記金属板との間の対流伝熱、及び前記ハースロールと前記金属板との間の伝導伝熱から前記複数の空間における前記金属板の板温を算出するモデルであることを特徴とする、請求項６記載の連続熱処理炉における板温制御装置。
【請求項８】
前記ゲインは、前記金属板の前記接合部が前記処理炉体入口又は出口を通過するとき前記操作量を制御するフィードフォワード制御のゲインと、前記フィードフォワード制御後、任意の時間間隔で前記操作量を制御するフィードバック制御のゲインとからなることを特徴とする、請求項６又は７記載の連続熱処理炉における板温制御装置。
【請求項９】
前記板温調節部の操作量変更量は、前記板温の実績値、前記目標板温、前記金属板の種類、板厚、板幅と、前記ゲインとから、前記熱収支モデルにて導出された熱伝達係数の変化を表す所定の関係式を用いて算出されることを特徴とする、請求項６〜８のいずれかに記載の連続熱処理炉における板温制御装置。
【請求項１０】
前記最適な前記操作量変更量の決定は、前記温度差の二乗和と前記操作量変更量の二乗和の合計値が最小となるときのゲインを採用して決定されることを特徴とする、請求項６〜９のいずれかに記載の連続熱処理炉における板温制御装置。
【請求項１１】
コンピュータを、請求項６〜１０のいずれかに記載の連続熱処理炉における板温制御装置として機能させることを特徴とする、コンピュータプログラム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のコンピュータプログラムを記録したことを特徴とする、コンピュータ読取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連結された複数の鋼板等の金属板を連続熱処理炉において連続的に熱処理する際の板温制御方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、鋼板等の連続溶融めっき設備や、連続焼鈍設備などには、帯状の金属板が目標とする温度に達成するように、金属板を加熱又は冷却する連続熱処理炉が設けられる。連続熱処理炉における板温の制御は、製品としての金属板の品質に影響するため、金属板の製造において非常に重要な要素である。
【０００３】
連続熱処理炉で処理される帯状の金属板は、鋼種、板幅、板厚、熱処理前の板温、目標板温といった製造仕様等の製造条件が異なる複数の種類の金属板が、その先端部と尾端部を溶接して接続されたものである。そして、連続熱処理炉内部では、これらの金属板が連続的に通過していく。連続熱処理炉には、加熱装置やブロワなどの温度調節部が設けられており、温度調節部は、熱処理炉の内部温度の調節によって、金属板の温度が目標板温になるように加熱・冷却する。温度調節部は、金属板の種類に応じて、連続的に精度良く動作させる必要がある。温度調節部の操作量は、製造設備の設備能力や、金属板の製造仕様等の製造条件などに基づいて決定される。
【０００４】
熱処理炉の出口における金属板の板温を推定する方法として、下記の特許文献１〜５が開示されている。特許文献１、２では、金属板の推定板温と目標とする金属板の目標板温との温度差、操作量変更量に基づいた評価関数を用いて、評価関数から得られる値が最小となるときの操作量を、実際の板温制御に用いる操作量として採用することが開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平９−３１６５４５号公報
【特許文献２】特開平９−２２７９５４号公報
【特許文献３】特開平５−２５５７５９号公報
【特許文献４】特開２００５−２９８９４１号公報
【特許文献５】特開平５−１８６８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上記特許文献１〜５で開示されたような熱処理炉の出口における金属板の板温を推定する方法は、熱処理炉全体の熱収支をマクロに近似した線形のモデル式を用いて推定計算を行っている。そのため、算出された推定板温は、精度の点において問題があった。
【０００７】
また、上記特許文献１、２で開示された操作量の決定方法では、複数の異なる操業条件に対しても操作量を導出する計算パラメータが単一となっていた。そのため、製造条件によっては、実際の熱処理の結果から得られる実績板温が、目標板温の上限又は下限から外れることがあった。そして、その結果、目標板温から外れた金属板が、炉況を不安定にするという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、予め候補として設定した複数の制御ゲインの中から最適な制御ゲインを選択して、板温調節部の効率の良い操作量変更量を決定することができ、処理炉体出口板温の制御精度を向上させることが可能な、連続熱処理炉における板温制御方法及び装置、コンピュータプログラム並びにコンピュータ読取り可能な記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、帯状に接合部で連結した複数の金属板が通過し、処理炉体内に金属板の進行方向を変更させる円筒形状のハースロールと、金属板を加熱又は冷却する板温調節部とを備える連続熱処理炉における板温制御方法であって、板温調節部の現状の操作量と、処理炉体内における熱収支モデルとから、処理炉出口における板温の変動をシミュレーションして所定期間算出するステップと、算出された処理炉出口の板温を目標板温に設定して、熱収支モデルにて導出された熱伝達係数の変化を表す所定の関係式を用いて、板温調節のための予め設定した制御のゲイン毎に板温調節部の操作量変更量を算出するステップと、算出された操作量変更量と、処理炉体内における熱収支モデルとから、処理炉体出口における板温の変動をシミュレーションして、ゲイン毎に予測算出するステップと、予測算出された処理炉体出口板温と目標板温との温度差と、操作量変更量に基づいて、ゲイン毎に算出された操作量変更量の中から最適な操作量変更量を決定するステップとを含むことを特徴とする連続熱処理炉における板温制御方法が提供される。
【００１０】
かかる構成により、ゲイン毎に板温調節部の操作量変更量が算出され、算出された操作量変更量と、処理炉体内における熱収支モデルとから、処理炉体出口における板温の変動を、ゲイン毎に予測算出することができる。そして、予測算出された処理炉出口板温と目標板温との温度差と、ゲイン毎に算出された操作量変更量の中から最適な操作量変更量を決定することができる。
【００１１】
上記処理炉体内における熱収支モデルは、処理炉体を複数の空間に分割し、処理炉体内雰囲気と金属板との間の対流伝熱、及びハースロールと金属板との間の伝導伝熱から複数の空間における金属板の板温を算出するモデルであることができる。かかる構成により、処理炉体内の金属板の熱収支を厳密に算出するため、金属板の板温の変動を精度よく推定することができる。例えば、金属板の製造条件や炉内の条件が変わっても板温制御精度を向上させることができる。
【００１２】
上記ゲインは、金属板の接合部が処理炉体入口又は出口を通過するとき操作量を制御するフィードフォワード制御のゲインと、フィードフォワード制御後、任意の時間間隔で操作量を制御するフィードバック制御のゲインとからなることができる。かかる構成により、金属板を目標板温に精度良く近づけることができる。
【００１３】
上記板温調節部の操作量変更量は、板温の実績値、目標板温、金属板の種類、板厚、板幅と、ゲインとから、熱収支モデルにて導出された熱伝達係数の変化を表す所定の関係式を用いて算出される。かかる構成により、板温の実績値、目標板温、金属板の種類、板厚、板幅に応じて、操作量変更量が算出され、板温制御精度を向上させることができる。
【００１４】
上記最適な操作量変更量の決定は、温度差の二乗和と操作量変更量の二乗和の合計値が最小となるときのゲインを採用して決定されてもよい。かかる構成により、温度変動や操作量変更量を最小限にして、板温を制御することができる。
【００１５】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、帯状に接合部で連結した複数の金属板が通過し、処理炉体内に金属板の進行方向を変更させる円筒形状のハースロールと、金属板の板温を加熱又は冷却する板温調節部とを備える連続熱処理炉における板温制御装置であって、板温調節部の現状の操作量と、処理炉体内における熱収支モデルとから、処理炉体出口における板温の変動をシミュレーションして所定期間算出するベース板温時間変化算出部と、ベース板温時間変化算出部で算出された処理炉体出口板温を目標板温に設定して、熱収支モデルにて導出された熱伝達係数の変化を表す所定の関係式を用いて、板温調節のための予め設定した制御のゲイン毎に板温調節部の操作量変更量を算出する操作量変更量算出部と、操作量変更量算出部で算出された操作量変更量と、処理炉体内における熱収支モデルとから、処理炉体出口における板温の変動をシミュレーションして、ゲイン毎に予測算出する板温時間変化予測算出部と、板温時間変化予測算出部で予測算出された処理炉体出口板温と目標板温との温度差と、操作量変更量をファクタとして、ゲイン毎に算出された操作量変更量の中から最適な操作量変更量を決定する操作量変更量決定部とを備えることを特徴とする連続熱処理炉における板温制御装置が提供される。
【００１６】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、コンピュータを、上記の連続熱処理炉における板温制御装置として機能させることを特徴とするコンピュータプログラムが提供される。
【００１７】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、上記のコンピュータプログラムを記録したことを特徴とするコンピュータ読取り可能な記録媒体が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、予め候補として設定した複数の制御ゲインの中から最適な制御ゲインを選択して、板温調節部の効率の良い操作量変更量を決定することができ、処理炉体出口板温の制御精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２０】
（第１の実施形態の構成）
まず、本発明の第１の実施形態に係る連続熱処理炉について説明する。図１は、本実施形態に係る連続熱処理炉１００を示す概略図である。
【００２１】
連続熱処理炉１００は、移動する帯状のストリップ（金属板）１１０を連続的に加熱又は冷却して、ストリップ１１０を目標とする温度に処理する設備であり、例えば鋼板等の製造工程で、亜鉛をめっきする連続溶融めっき設備や、連続焼鈍設備などに設けられる。
【００２２】
連続熱処理炉１００は、ストリップ１１０が通過する中空の塔状の処理炉体１２０と、ストリップ１１０の進行方向を変更させる円筒形状のハースロール１３０と、ストリップ１１０に低温の気体を吹き付けて板温を冷却させるブロワ１４０とを備える。処理炉体１２０入口と出口には、ストリップ表面温度を測定する板温計１２４、１２２が設けられる。
【００２３】
ストリップ１１０は、鋼種、板幅、板厚、熱処理前の板温、目標板温といった製造仕様等の製造条件の異なる種々のストリップ１１０が、前端部及び尾端部でそれぞれ溶接により接続されている。なお、ここで目標板温は、本実施形態では炉出側の板温としているが、板温検出端となる板温計が設置されている場所であれば、当該箇所の板温とすることも可能である。処理炉体１２０内は、ストリップ１１０が一側の入口から他側出口に向かって移動しており、処理炉体１２０の雰囲気温度は、ブロワ１４０やストリップ１１０によって変動する。ハースロール１３０は、ストリップ１１０と接触しており、ストリップ１１０と熱の移動が行われる。ブロワ１４０は、板温調節部の一例であり、処理炉体１２０内に設けられ、ブロワ１４０の回転数（操作量）Ｇを調節することによって、処理炉体１２０のストリップ１１０を冷却させることができる。
【００２４】
次に、本実施形態に係る板温制御装置２００の構成について説明する。図２は、本実施形態に係る連続熱処理炉１００における板温制御装置２００を示すブロック図である。
【００２５】
板温制御装置２００は、ＦＦ／ＦＢゲインテーブル記録部２１０と、プロセスシミュレータ２２０と、ＦＦ（フィードフォワード）コントローラ２３０と、ＦＢ（フィードバック）コントローラ２３２とを備える。
【００２６】
ＦＦ／ＦＢゲインテーブル記録部２１０は、プロセスシミュレータ２２０に入力されるフィードフォワード制御ゲイン（ＦＦゲイン）とフィードバック制御ゲイン（ＦＢゲイン）との対を１つのケースとして予め複数のケースをＦＦ／ＦＢゲインテーブルとして記録しておく。ＦＦゲインは、例えば、ストリップ１１０の溶接部分が処理炉体１２０の入口又は出口を通過するとき、先行する金属板（先行材）の目標板温と後行する金属板（後行材）の目標板温との差に基づき、ブロワ回転数Ｇをフィードフォワード制御で変更させ、ストリップ温度Ｔ２を目標温度に設定するための計算パラメータとなる制御ゲインである。また、ＦＢゲインは、フィードフォワード制御後、任意の時間間隔、例えば所定の周期タイミングで、処理炉体１２０の出側を通過中の金属板の目標板温と板温計にて検出した実績板温との偏差に基づき、ブロワ回転数Ｇをフィードバック制御で変更するための計算パラメータとなる制御ゲインである。ＦＢ周期は、ブロワ回転数Ｇを変更した後、当該ブロワ回転数Ｇが実績板温に反映されて安定するまでの時間を設定する。ＦＦ／ＦＢゲインテーブルは、予め複数の異なる操業条件においてＦＦコントローラ及びＦＢコントローラで制御ゲイン（ＦＦ／ＦＢゲイン）を変えて調節し、経験的に導出した適切な数値の複数のＦＦ／ＦＢゲインを記憶させておく。また、シミュレーション等で理論的に検討してＦＦ／ＦＢゲインの候補を導出して記憶させてもよい。即ち、予め複数の異なる操業条件で調節して決定した、操作量変更量を算出する際に適用したゲインの組み合わせを格納したテーブルである。図３は、本実施形態に係るブロワの回転数変更量を決定するＦＦ／ＦＢゲインテーブルを示す説明図である。
【００２７】
ＦＦコントローラ２３０とＦＢコントローラ２３２は、プロセスシミュレータ２２０で決定された最適なブロワ回転数変更量に対応するＦＦゲインとＦＢゲインをそれぞれ、プロセスシミュレータ２２０から取得する。そして、ＦＦコントローラ２３０とＦＢコントローラ２３２は、取得したＦＦゲイン、ＦＢゲインに基づいてブロワ回転数変更量を制御する信号をブロワ１４０の駆動部（図示せず。）に出力する。
【００２８】
プロセスシミュレータ２２０は、鋼種、板幅、板厚、熱処理前の板温、目標板温といった製造命令（製造条件）、熱収支モデル、フィードフォワード制御ゲイン、フィードバック制御ゲイン、プロセス実績データ等から、ストリップ温度Ｔ２の時間変化をシミュレートして算出し、ストリップ温度Ｔ２を調節するための最適なブロワ回転数変更量を決定する。
【００２９】
プロセスシミュレータ２２０は、図４に示すように、ベース板温時間変化算出部２２２と、操作量変更量算出部２２４と、板温時間変化予測算出部２２６と、操作量変更量決定部２２８などの機能ブロックを有する。
【００３０】
ベース板温時間変化算出部２２２は、ブロワ１４０の現状のブロワ回転数Ｇと、処理炉体１２０内における熱収支モデルとから、制御すべきストリップ１１０について処理炉体１２０出口におけるストリップ温度Ｔ２の時間変化を未来方向一定期間Ｎについて算出する。ここで、ブロワ１４０の現状の回転数Ｇとは、制御対象となるストリップ１１０に対して設定している、ベース板温時間変化算出部２２２での計算開始タイミングでのブロワ１４０の回転数Ｇである。
【００３１】
処理炉体１２０内における熱収支モデルでは、処理炉体１２０をストリップ１１０の通板方向について微小空間（複数の空間）に分割して、各微小空間でのストリップ１１０の熱収支を検討し、ストリップ温度Ｔ２の時間変化を一定期間Ｎに亘って算出する。熱収支モデルは、処理炉体１２０内雰囲気とストリップ１１０との間の対流伝熱を考慮する対流伝熱モデルと、ハースロール１３０とストリップ１１０との間の伝導伝熱を考慮する伝導伝熱モデルとからなる。この微小空間のサイズとしては、コンピュータの計算処理能力や所望の計算精度に基づき決定すればよく、本実施形態の処理炉体１２０の場合では１０ｃｍとしている。
【００３２】
まず、初期値として、現時点の時間ｉ＝０、処理炉体１２０入口におけるストリップ１１０（炉内位置ｊ＝０）のストリップ温度をＴ２（ｉ，ｊ）＝Ｔ２（０，０）とする。そして、これ以降の時刻ｉ、炉内位置ｊのストリップ温度Ｔ２（ｉ，ｊ）を、後で詳述する熱収支モデルを用いて算出する。即ち、ストリップ温度Ｔ２（ｉ，ｊ）は、第一義的には、ストリップ１１０の特定の部位について定義された温度ではなく、炉内位置ｊについて定義される。時刻ｉと時刻ｉ＋１との間隔を微小時刻ｄｔとする。
【００３３】
ストリップ１１０の各部位の温度は、時刻ｉ、ｉ＋１、・・・、炉内位置ｊ、ｊ＋１、・・・、におけるストリップ１１０のストリップ温度Ｔ２（ｉ，ｊ）によって、図５に示すように表せる。本実施形態の連続熱処理炉１００内部のストリップ１１０が微小距離移動した場合の時刻及び位置と、ストリップ温度との関係を示す図である。図５中で、制御対象となるストリップ１１０は、長さ方向に炉内位置ｊとｊ＋１間が微小時間ｄｔ刻みでｎ個、又炉内位置ｊ＋１とｊ＋２間がｍ個となっている場合を示している。ｖ（ｉ）は、時間ｉにおけるストリップ１１０の進行速度であり、対象となるストリップ１１０の長さは、Σｖ（ｉ）×ｄｔで表される。
【００３４】
ベース板温時間変化算出部２２２が、ブロワ１４０の現状のブロワ回転数Ｇが一定のままとして、処理炉体１２０内における熱収支モデルとから、処理炉体１２０出口におけるストリップ温度Ｔ２の時間変化を予め設定したＦＢ期間ごとに未来方向一定期間Ｎについて算出すると、ストリップ温度Ｔ２の時間変化は、図６に示すようになる。図６におけるＦＢはＦＢ期間とも記し、フィードバック制御周期である。このときの時間軸方向のストリップ温度Ｔ２の温度変化をベース板温時間変化と記すことにする。ＦＢ期間は、制御系を構成するコンピュータ等の機器の計算能力や所望の制御精度に基づいて決定すればよい。
【００３５】
対流伝熱モデルは、処理炉体１２０内雰囲気とストリップ１１０との間の対流伝熱を考慮するモデルであり、ストリップ温度Ｔ２は、数式１で表される。対流伝熱モデルでは、ストリップ温度Ｔ２は、ストリップ１１０の密度、比熱、板厚、板幅といった製造条件と、ブロワ１４０の回転数Ｇなどの条件から算出される。
【００３６】
【数１】
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【００３７】
伝導伝熱モデルは、ハースロール１３０とストリップ１１０との間の伝導伝熱を考慮するモデルであり、ハースロール１３０とストリップ１１０との接触部分の熱流量Ｑは、下記の数式３で表され、ハースロール温度Ｔ１は数式４で、ストリップ温度Ｔ２は数式５で表される。伝導伝熱モデルを表すための説明図を図７及び図８に示す。図７は、本実施形態に係る連続熱処理炉内部のハースロール及びストリップの配置を示す側面図である。図８は、本実施形態に係る連続熱処理炉内部、ハースロール及びストリップ間の熱伝導を示す模式図である。
【００３８】
【数２】
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【００３９】
操作量変更量算出部２２４は、ＦＦ／ＦＢゲインテーブル記録部２１０から、予め用意されたケース毎にＦＦゲイン及びＦＢゲイン、製造命令情報、プロセス実績情報を読み込んで、ブロワ１４０のブロワ回転数変更量を算出する。ブロワ回転数Ｇの変更量（ＤＲＢ）は、例えば、上記の熱収支モデルである伝熱モデルを用いて導出される、板厚、目標板温、及び実績板温等の微小な変化量に対する熱伝達係数の変化を表す関係式である下記の数式６を用いて算出される。ブロワ１４０のブロワ回転数変更量は、先行するストリップ（先行材）と後行するストリップ（後行材）それぞれに関する、目標板温、ストリップの種類、板厚、板幅等の製造命令情報（製造条件）や、処理炉体１２０出口におけるストリップ温度Ｔ２の実績値、処理炉体１２０内部温度の実績値等のプロセス実績情報に基づいて、ＦＦゲイン及びＦＢゲインを用いて算出される。ここで、後行材とは、処理中又はこれから処理するストリップ、先行材とは、当該後行材の直前に処理されたストリップである。
【００４０】
【数３】
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【００４１】
板温時間変化予測算出部２２６は、操作量変更量算出部２２４で算出されたブロワ１４０のブロワ回転数変更量と、処理炉体１２０内における熱収支モデルとから、処理炉体１２０出口におけるストリップ温度Ｔ２の時間変化を一定期間未来方向に予測算出する。熱収支モデルは、ベース板温時間変化算出部２２２と同様の数式１〜５で表される対流伝熱モデルと伝導伝熱モデルであり、処理炉体１２０を微小空間に分割して、ストリップ１１０の熱収支を検討できるモデルである。
【００４２】
板温時間変化予測算出部２２６は、操作量変更量算出部２２４で算出されたブロワ回転数変更量をもとにブロワ回転数Ｇを決定する。そして、板温時間変化予測算出部２２６は、熱収支モデルを用いて、ブロワ１４０の回転数Ｇを変化させた場合のストリップ１１０とハースロール１３０の温度の時間変化を算出する。図９〜図１１は、ケース１〜３それぞれについて、ストリップ温度とブロワの回転数の時間変化の例を示すグラフである。
【００４３】
操作量変更量決定部２２８は、板温時間変化予測算出部２２６で予測算出された処理炉体１２０の出口におけるストリップ温度Ｔ２と目標板温との温度差ΔＴ２と、ブロワ回転数変更量ΔＧに基づいた、数式７に示す評価関数Ｊｓを用いて、ゲイン毎に算出されたブロワ回転数変更量の中から最適なブロワ回転数変更量を決定する。評価関数Ｊｓは、最適なブロワ回転数変更量を決定するための関数であり、温度差の二乗和ΣΔT2(i)2とブロワ回転数変更量の二乗和ΣΔG(i)2の合計値である。そして、評価関数Ｊｓの評価値が最小となるときのゲインを、実際にブロワ１４０を駆動するときのゲインとして採用する。即ち、未来方向一定期間Ｎにおいて目標板温との温度差が小さく、かつ回転数変化量が小さくなるゲインを実際の制御のゲインとする。
【００４４】
【数４】
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【００４５】
板温時間変化予測算出部２２６で予測算出された処理炉体１２０の出口におけるストリップ温度Ｔ２と目標板温との温度差ΔＴ２、ブロワ回転数変更量ΔＧは、図１１に示すようにＦＢ周期のタイミングで算出される。温度差の二乗和ΣΔT2(i)2、ブロワ回転数変更量の二乗和ΣΔG(i)2は、それぞれ未来方向一定期間Ｎにおける温度差ΔＴ２の二乗値、ブロワ回転数変更量ΔＧの二乗値を合計したものである。
【００４６】
温度差ΣΔT2(i)2と、ブロワ回転数変更量ΣΔG(i)2は、図１２に示すテーブルのように格納される。図１２には、加えてブロワの回転数変更量を決定する制御ゲインテーブルを示す。
【００４７】
（第１の実施形態の動作）
次に、図１３を参照して、本実施形態に係る板温制御装置２００の動作について説明する。図１３は、本実施形態に係るストリップ温度制御方法を示すフロー図である。
【００４８】
まず、プロセスシミュレータ２２０は、初期データとして、製造設備の設備能力や、ストリップ１１０の製造仕様等の製造条件から決定される設備定数や制御定数をデータベースから読み取る。更に、ベース板温時間変化算出部２２２は、ブロワ１４０の現状のブロワ回転数Ｇと、処理炉体１２０内における熱収支モデルとを用いて、処理炉体１２０出口におけるストリップ温度Ｔ２の時間変化を一定期間未来方向に算出する（ステップＳ１）。
【００４９】
次に、操作量変更量算出部２２４は、ＦＦ／ＦＢゲインテーブル記録部２１０から、予め用意されたケース毎にＦＦゲイン及びＦＢゲインを読み込む（ステップＳ２）。操作量変更量算出部２２４は、ＦＦ制御であるか、ＦＢ制御であるかを判断し（ステップＳ３）、ＦＦ制御である場合は、データベースからＦＦ制御情報を読み込み設定し（ステップＳ４）、ＦＢ制御である場合は、データベースからＦＢ制御情報を読み込み設定する（ステップＳ５）。
【００５０】
そして、操作量変更量算出部２２４は、ブロワ１４０のブロワ回転数変更量（ＤＲＢ）を例えば所定の経過時刻毎に算出する（ステップＳ６）。その際、操作量変更量算出部２２４は、製造命令情報、プロセス実績情報をデータベースから読み込む。
【００５１】
次に、板温時間変化予測算出部２２６は、操作量変更量算出部２２４で算出されたブロワ１４０のブロワ回転数変更量と、処理炉体１２０内における熱収支モデルとから、ある時刻における処理炉体１２０出口におけるストリップ温度Ｔ２、及びハースロール１３０の温度を算出する（ステップＳ７）。板温時間変化予測算出部２２６は、ストリップ温度Ｔ２とハースロール１３０温度を例えば所定の経過時刻毎に算出しており、算出した温度の経過時刻が、所定のＦＢ周期タイミングと一致するか、又は超過しているかを判断する（ステップＳ８）。
【００５２】
経過時刻が所定のＦＢ周期タイミングと一致せず、更に超過もしていない場合、即ち、ＦＢ周期タイミングに依然として到達していない場合、ステップＳ６に戻り、操作量変更量算出部２２４は、次の経過時刻におけるブロワ１４０のブロワ回転数変更量（ＤＲＢ）を算出する。
【００５３】
一方、経過時刻が所定のＦＢ周期タイミングと一致したり、又は超過している場合、その経過時刻におけるストリップ温度Ｔ２とブロワ１４０の回転数Ｇを、それぞれＦＢ周期タイミングにおけるストリップ温度T2(t)とブロワ１４０の回転数G(t)と決定する。そして、操作量変更量決定部２２８は、ストリップ温度T2(t)とブロワ１４０の回転数G(t)から、ＦＢ周期タイミングの評価関数Ｊｓの評価値を算出し、その評価値をデータベースに保存する（ステップＳ９）。
【００５４】
以降、ＦＢ周期タイミング毎に評価関数Ｊｓの評価値がデータベースに保存される。そして、板温時間変化予測算出部２２６は、経過時刻が未来一定方向期間Ｎに到達しているかどうかを判断する（ステップＳ１０）。そして、未来一定方向期間Ｎに到達するまで、評価関数Ｊｓの評価値をＦＢ周期タイミング毎にデータベースに格納する。一方、経過時刻が未来一定方向期間Ｎ以上となった場合、操作量変更量決定部２２８は、評価関数Ｊｓの評価値が最小となるときのＦＦゲイン又はＦＢゲインを、実際にブロワ１４０を駆動するときのＦＦゲイン又はＦＢゲインとして決定する（ステップＳ１１）。
【００５５】
次に、図１４を参照して、本実施形態に係るプロセスシミュレータ２２０が、ＦＦ／ＦＢゲインテーブルのケースごとに評価関数の評価値を算出し、評価関数の最小値を算出する方法について説明する。図１４は、本実施形態に係る評価関数の最小値を決定する方法を示すフロー図である。
【００５６】
プロセスシミュレータ２２０の操作量変更量算出部２２４は、まずＦＦ／ＦＢゲインテーブルのケースｉ＝１を設定する（ステップＴ１）。次に、操作量変更量算出部２２４は、ＦＦ／ＦＢゲインテーブル記録部２１０からケースｉ＝１の場合のＦＦゲイン又はＦＢゲインを読み込む（ステップＴ２）。なお、ステップＴ２は、上述したステップＳ２に対応する。そして、操作量変更量算出部２２４は、上述したステップＳ３〜ステップ８の過程を経て、ケースｉ＝１の場合の評価関数Ｊｓの評価値Ｊｓ（１）をデータベースに格納する。
【００５７】
そして、ケースｉ＝１の場合、操作量変更量算出部２２４は、次に、ＦＦ／ＦＢゲインテーブルのケースｉ＝２（＝１＋１）を設定する（ステップＴ７）。そして、ケースｉ＝２がＦＦ／ＦＢゲインテーブルに用意されたケースの最大のケース番号ｉｍａｘよりも大きい場合は終了するが（ｉｆ  ｉｍａｘ＝１）、通常ＦＦ／ＦＢゲインテーブルには複数のケースを用意するので、再びステップＴ２へ戻る。
【００５８】
そして、ケースｉ＝２の場合の評価関数Ｊｓの評価値Ｊｓ（２）をデータベースに格納し（ステップＴ３）、評価値Ｊｓ（２）がデータベースに格納されている評価値の最小値Ｊｓｍｉｎに比べて小さいか否かを判断する（ステップＴ５）。Ｊｓ（２）が評価値の最小値Ｊｓｍｉｎに比べて小さい場合、Ｊｓ（２）をＪｓｍｉｎと決定する（ステップＴ６）。なお、ｉ＝２のときのＪｓｍｉｎは、Ｊｓ（１）である。次に、操作量変更量算出部２２４は、ＦＦ／ＦＢゲインテーブルのケースｉ＝３（＝２＋１）を設定する（ステップＴ７）。一方、Ｊｓ（２）が評価値の最小値Ｊｓｍｉｎ以上である場合は、評価値Ｊｓｍｉｎは変更されず、操作量変更量算出部２２４は、ＦＦ／ＦＢゲインテーブルのケースｉ＝３を設定する（ステップＴ７）。
【００５９】
以上、ケース番号ｉが最大のケース番号ｉｍａｘよりも大きくなるまで、ケースｉの場合の評価関数Ｊｓの評価値Ｊｓ（ｉ）をデータベースに格納し（ステップＴ３）、評価値Ｊｓ（ｉ）と、評価値の最小値Ｊｓｍｉｎとを比べて（ステップＴ５）、小さい値のほうをＪｓｍｉｎと決定する（ステップＴ６）。そして、ケース番号ｉが最大のケース番号ｉｍａｘよりも大きくなったときのＪｓｍｉｎが、評価関数Ｊｓの最小値として最終的に決定される。
【００６０】
（その他の実施形態）
本発明のその他の実施形態に係る連続熱処理炉の板温制御装置を構成する各構成要素は、例えば、コンピュータを板温制御装置として機能させるコンピュータプログラムを実行するプロセッサと、上記のコンピュータプログラムを記録し、コンピュータによって読取り可能なＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、又はＨＤＤ（Hard  Disk  Drive）などの記憶デバイスなどを有するハードウェア資源で構成することができる。なお、各構成要素に独立したハードウェア資源を該当させる必要はない。また、各構成要素又は各構成要素の一部分を電子ネットワークで接続された別のハードウェア資源で構成するとしてもよい。
【００６１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６２】
例えば、上記実施形態では、板温調節部の例としてブロワの場合について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、板温調節部は、他の冷却装置も適用することができ、熱交換装置などの加熱装置などであってもよい。そして、連続熱処理炉は、金属板を冷却する冷却炉に限定されず、金属板を加熱する加熱炉であってもよい。
【００６３】
また、上記実施形態では、板温調節部の操作量は、ブロワ回転数であるとしたが、板温調節部として適用する冷却装置又は加熱装置に対応した操作量とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る連続熱処理炉を示す概略図である。
【図２】同実施形態に係る連続熱処理炉における板温制御装置を示すブロック図である。
【図３】同実施形態に係るブロワの回転数変更量を決定するＦＦ／ＦＢゲインテーブルを示す説明図である。
【図４】同実施形態に係るプロセスシミュレータを示すブロック図である。
【図５】同実施形態に係る連続熱処理炉内部のストリップが微小距離移動した場合の時間及び位置と、ストリップ温度との関係を示す概略図である。
【図６】同実施形態に係るストリップ温度とブロワの回転数との関係を示すグラフである。
【図７】同実施形態に係る連続熱処理炉内部のハースロール及びストリップの配置を示す側面図である。
【図８】同実施形態に係る連続熱処理炉内部、ハースロール及びストリップ間の熱伝導を示す模式図である。
【図９】同実施形態に係るストリップ温度とブロワの回転数の時間変化を示すグラフである。
【図１０】同実施形態に係るストリップ温度とブロワの回転数の時間変化を示すグラフである。
【図１１】同実施形態に係るストリップ温度とブロワの回転数の時間変化を示すグラフである。
【図１２】同実施形態に係るブロワの回転数変更量を決定する制御ゲインテーブルを示す説明図である。
【図１３】同実施形態に係るストリップ温度制御方法を示すフロー図である。
【図１４】同実施形態に係る評価関数の最小値を決定する方法を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００６５】
１００      連続熱処理炉
１１０      ストリップ
１２０      処理炉体
１３０      ハースロール
１４０      ブロワ
２００      板温制御装置
２１０      ＦＦ／ＦＢゲインテーブル記録部
２２０      プロセスシミュレータ
２２２      ベース板温時間変化算出部
２２４      操作量変更量算出部
２２６      板温時間変化予測算出部
２２８      操作量変更量決定部
２３０      ＦＦコントローラ
２３２      ＦＢコントローラ
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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