(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の圧延機を通過した被圧延材に噴出する冷却水を前記被圧延材よりも上方に設けられたヘッドタンクにくみ上げる揚水ポンプの速度を制御する速度制御装置であって、
第１の被圧延材に対して設定され、前記第１の被圧延材の単位長さの材である切り板に注水する冷却水の流量を設定する第１データおよび前記第１圧延材に設定された前記第１の被圧延材の搬送速度のパターンを含む第２データを収集するデータ収集部と、
前記第１データおよび前記第２データにもとづいて、前記第１の被圧延材に注水される冷却水の予測値である第１予測注水量を計算する第１計算部と、
前記第１予測注水量および前記揚水ポンプの吐出流量に対する前記揚水ポンプの速度の特性データにもとづいて、前記揚水ポンプを駆動するインバータ装置に供給する速度指令値を計算する第２計算部と、
を備え、
前記第１計算部は、前記第２データの大きさに応じて、前記第１予測注水量を増加するように設定し、
前記第２計算部は、前記第１予測注水量の増加に応じて、前記速度指令値を大きい値に設定する揚水ポンプの速度制御装置。
【請求項２】
前記第１計算部は、前記第１の被圧延材が、前記複数の圧延機のうち最後の圧延スタンドに噛み込まれる前に、前記第１予測注水量を増加させるように設定し、
前記第２計算部は、前記第１予測注水量とともに増加するように設定する請求項１記載の揚水ポンプの速度制御装置。
【請求項３】
前記第２計算部は、前記第２データに設定された最大の速度に対応した値に到達し、前記第１の被圧延材が、前記最後の圧延スタンドから排出された後に、前記速度指令値を減少させるように設定する請求項２記載の揚水ポンプの速度制御装置。
【請求項４】
実際に使用された冷却水が、前記第１予測注水量よりも多い場合に、前記速度指令値を修正する第１修正値を生成する第１監視部と、
前記第１修正値にもとづいて、新たな速度指令値を生成する速度修正部と、
をさらに備えた請求項１記載の揚水ポンプの速度制御装置。
【請求項５】
前記ヘッドタンクの水位であって、前記圧力を維持することができる水位である水位しきい値と実際の水位とを比較し、前記実際の水位が前記水位しきい値を下回った場合に、前記速度指令値を修正する第２修正値を生成する第２監視部と、
前記第２修正値にもとづいて、新たな速度指令値を生成する速度修正部と、
をさらに備えた請求項１記載の揚水ポンプの速度制御装置。
【請求項６】
前記第２監視部は、前記実際の水位が、前記水位しきい値を下回った後再度前記水位しきい値に到達するまでは、前記速度指令値を小さくすることを禁止する請求項５記載の揚水ポンプの速度制御装置。
【請求項７】
前記データ収集部は、
前記第１の被圧延材に続いて圧延される第２の被圧延材に対して設定され、
前記第２の被圧延材の先端に注水する冷却水の流量を設定する第３データおよび前記第２の被圧延材に設定された搬送速度のパターンを含む第４データを収集し、
前記第１計算部は、
前記第３データおよび前記第４データにもとづいて、前記第２の被圧延材に注水される冷却水の予想値である第２予測注水量を計算し、
前記第２計算部は、
前記第２予測注水量と、前記特性データと、にもとづいて、前記インバータ装置に対する第２速度指令値を計算し、
前記第２計算部は、
前記第１の被圧延材が、前記最後の圧延スタンドから排出されるよりも前に前記第２の被圧延材が前記複数の圧延機の最初の圧延スタンドに噛み込まれた場合には、前記速度指令値の減少を中止する請求項３記載の揚水ポンプの速度制御装置。
【請求項８】
前記データ収集部は、
前記第１の被圧延材に続いて圧延される第２の被圧延材に対して設定され、
前記第２の被圧延材の先端に注水する冷却水の流量を設定する第３データおよび前記第２の被圧延材に設定された搬送速度のパターンを含む第４データを収集し、
前記第１計算部は、
前記第３データおよび前記第４データにもとづいて、前記第２の被圧延材に注水される冷却水の予想値である第２予測注水量を計算し、
前記第２計算部は、
前記第２予測注水量と、前記特性データと、にもとづいて、前記インバータ装置に対する第２速度指令値を計算し、
前記第２計算部は、
前記第１の被圧延材が、前記最後の圧延スタンドから排出され、前記第１速度指令値があらかじめ設定された最低速度に対応する値に達するよりも前に前記第２の被圧延材が前記複数の圧延機の最初の圧延スタンドに噛み込まれた場合には、前記第１速度指令値の減少を中止する請求項３記載の揚水ポンプの速度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、圧延ラインに冷却水を供給する揚水ポンプの速度制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧延ラインは、ランアウトテーブルを有している。ランアウトテーブルは、材料を所定の製品厚まで圧延した後、所望の製品品質を満たすように被圧延材を冷却する設備である。ランアウトテーブルは、ヘッドタンクを有し、ヘッドタンクは、圧延ラインの上方に設けられている。被圧延材は、ヘッドタンクからの冷却水の注水によって冷却される。被圧延材の冷却パターンは、ヘッドタンクから供給される冷却水を噴出する複数のスプレーノズルの開閉状態を適宜設定することによって制御される。【０００３】
揚水ポンプは、ヘッドタンクに冷却水を供給するため、地下のウォーターピットから冷却水をくみ上げて、ヘッドタンクに供給する。ヘッドタンクの容量を超えて水がくみ上げられると、ヘッドタンクはオーバーフローする。オーバーフローした冷却水は、冷却に使用された水とともに水処理装置に送られる。冷却水は、水処理装置によって所定の浄化処理等を行った後、クーリングタワーで冷却されて、再度ウォーターピットに集められる。【０００４】
被圧延材に注水される冷却水の流量は、被圧延材の最終製品の品質に影響を及ぼし得る。被圧延材に注水される冷却水の流量は、あらかじめ設定されたモデルを用いて計算される。冷却水の水圧は、ヘッドタンクに貯水された冷却水の水位とスプレーノズルの設置高さとの差によって生み出される。冷却水の注水量は、バルブの開閉によって設定される。必要な冷却量を実現するために、揚水ポンプは、常に十分な冷却水をくみ上げて、ヘッドタンクのオーバーフロー状態またはオーバーフローに近い水位を維持するように設定されている。【０００５】
従来、揚水ポンプは、商用電源を直結することによって駆動され、常時ヘッドタンクに一定量の冷却水を揚水している。一方で、ランアウトテーブルにおける被圧延材への注水量は、圧延状態や被圧延材の材種に応じて変化する。被圧延材がランアウトテーブル上を流れている場合も流れていない場合も、揚水ポンプを駆動して揚水すると揚水流量が過大となり、揚水ポンプの駆動電力が無駄となる。【０００６】
また、被圧延材によっては、求められる注水量が少ない場合もある。このような場合に、注水量にかかわらず揚水ポンプを駆動して揚水すると、揚水流量が過大となり、揚水ポンプの駆動電力が無駄となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２０１１／０９２８５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１には、冷却水の使用状況を予測し、揚水ポンプでくみ上げる冷却水の流量を制御することによって、揚水ポンプの消費電力を抑制する技術が開示されている。しかしながら、特許文献１の技術では、ヘッドタンクの水位は、冷却水の使用状況を予測する予測サイクルの期間で、上限値と下限値との間を推移する。そのため、ヘッドタンクの水位は常に変動する。したがって、予測サイクルでは、被圧延材を冷却する冷却水の圧力は変化する。【０００９】
本発明の実施形態は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ヘッドタンクの水位をオーバーフロー状態に維持しつつ、不要な冷却水のくみ上げを抑制して圧延ラインを省エネルギー化する揚水ポンプの速度制御装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施形態によれば、複数の圧延機を通過した被圧延材に噴出する冷却水を前記被圧延材よりも上方に設けられたヘッドタンクにくみ上げる揚水ポンプの速度を制御する速度制御装置が提供される。この速度制御装置は、圧延する第１の被圧延材に対して設定され、前記第１の被圧延材の単位長さの材である切り板に注水する冷却水の流量を設定する第１データおよび前記第１の被圧延材に設定された前記第１の被圧延材の搬送速度のパターンを含む第２データを収集するデータ収集部と、前記第１データおよび前記第２データにもとづいて、前記第１の被圧延材に注水される冷却水の予想値である第１予測注水量を計算する第１計算部と、前記第１予測注水量および前記揚水ポンプの吐出流量に対する前記揚水ポンプの速度の特性データにもとづいて、前記揚水ポンプを駆動するインバータ装置に供給する速度指令値を計算する第２計算部と、を備える。前記第１計算部は、前記第２データの大きさに応じて、前記第１予測注水量を増加するように設定する。前記第２計算部は、前記第１予測注水量の増加に応じて、前記速度指令値を大きい値に設定する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の実施形態によれば、ヘッドタンクの水位をオーバーフロー状態に維持しつつ、不要な冷却水のくみ上げを抑制して圧延ラインを省エネルギー化する揚水ポンプの速度制御装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】熱間圧延ラインを例示する模式的な構成図である。
【図２】ランアウトテーブルの冷却水の循環システムを例示する模式的な構成図である。
【図３】実施形態に係る揚水ポンプの速度制御装置を例示するブロック図である。
【図４】揚水ポンプの速度対流量特性を模式的に示すグラフである。
【図５】実施形態の揚水ポンプの速度制御装置の動作を説明するための模式的なタイミングチャートである。
【図６】実施形態の揚水ポンプの速度制御装置の動作を説明するための模式的なタイミングチャートである。
【図７】実施形態の揚水ポンプの速度制御装置の動作を説明するための模式的なタイミングチャートである。
【図８】実施形態の揚水ポンプの速度制御装置の動作を説明するためのフローチャートの例である。
【図９】実施形態の変形例の揚水ポンプの速度制御装置において、被圧延材が連続して搬送される場合の動作を説明するための模式的なタイミングチャートである。
【図１０】実施形態の変形例の揚水ポンプの速度制御装置において、被圧延材が連続して搬送される場合の動作を説明するための模式的なタイミングチャートである。
【図１１】実施形態の変形例の揚水ポンプの速度制御装置において、被圧延材が連続して搬送される場合の動作を説明するための模式的なタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
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は適宜省略する。
【００１４】
以下では、主として、熱間圧延ラインの場合について説明するが、本発明の実施形態は、熱間圧延ラインに限らず、厚板圧延ライン等の材に直接水をかけて冷却する設備があるすべての圧延プロセスに適用できる。
＜圧延ラインの構成＞  
図１は、熱間圧延ラインを例示する模式的な構成図である。  
図１に示すように、熱間圧延ライン１００は、加熱炉１と、粗圧延前スケール除去装置（Hydraulic Scale Breaker、ＨＳＢ）２と、粗圧延機３と、仕上圧延前スケール除去装置（Finishing Scale Breaker、ＦＳＢ）４と、仕上圧延機５と、ランアウトテーブル（Run Out Table、ＲＯＴ）６と、ダウンコイラ７と、を含む。被圧延材２００ａ〜２００ｃは、加熱炉１からダウンコイラ７に向かって搬送される。図１では、被圧延材２００ａ〜２００ｃは、左から右に搬送される。後述する図２も同様である。
【００１５】
加熱炉１から抽出された被圧延材２００ａは、ＨＳＢ２を通過する。被圧延材２００ａの表面に形成された酸化被膜は、ＨＳＢ２の高圧水によって取り除かれる。被圧延材２００ａは、粗圧延機３によって数パスにわたって圧延される。粗圧延機３によってある程度の厚みまで圧延された被圧延材２００ｂは、ＦＳＢ４を通過する。被圧延材２００ｂの表面に形成された酸化被膜は、ＦＳＢ４の高圧水によって、再度取り除かれる。
【００１６】
その後、被圧延材２００ｂは、仕上圧延機５に搬送される。仕上圧延機５は、複数段の圧延スタンド５ａ〜５ｇを含んでおり、被圧延材２００ｂは、各圧延スタンド５ａ〜５ｇを通過することによって、所望の製品厚まで圧延される。この例では、７段の圧延スタンドの場合を示しているが、たとえば、６段の圧延スタンドでも同様に圧延される。
【００１７】
ＲＯＴ６は、ヘッドタンク６ａと、スプレーバルブ６ｂ，６ｃと、テーブルロール６ｄと、を含む。ＲＯＴ６のうち少なくともスプレーバルブ６ｂ，６ｃおよびテーブルロール６ｄは、仕上圧延機５の最終段の圧延スタンド５ｇとダウンコイラ７との間に設けられている。
【００１８】
ヘッドタンク６ａは、テーブルロール６ｄ上を搬送されている被圧延材２００ｃよりも高い位置に設けられている。所望の厚みに圧延された被圧延材２００ｃは、ＲＯＴ６によって、所望の製品品質を有するように冷却水で冷却される。冷却された被圧延材２００ｃは、ダウンコイラ７によって巻き取られる。
【００１９】
＜ランアウトテーブル（ＲＯＴ）の構成＞
ＲＯＴ６の設備構成について説明する。
図２は、ランアウトテーブルの冷却水の循環システムを例示する模式的な構成図である。
ヘッドタンク６ａは、被圧延材２００ｃを冷却するための冷却水を貯水する。スプレーバルブ６ｂ，６ｃは、いずれもヘッドタンク６ａよりも下方に設けられている。スプレーバルブ６ｂ，６ｃは、上方に設けられたヘッドタンク６ａとの高さの差による圧力で、冷却水を噴出する。
【００２０】
スプレーバルブ６ｂ，６ｃは、被圧延材２００ｃの搬送方向に沿ってそれぞれ複数個設けられている。被圧延材２００ｃの搬送方向に直交する方向（被圧延材２００ｃの幅方向）に沿ってそれぞれ複数個設けられている。
【００２１】
スプレーバルブ６ｂは、被圧延材２００ｃの上方で噴出口を下方に向けて設けられている。スプレーバルブ６ｂは、被圧延材２００ｃの上面に冷却水を噴出する。スプレーバルブ６ｃは、被圧延材２００ｃの下方で噴出口を上方に向けて設けられている。スプレーバルブ６ｃは、被圧延材２００ｃの下面に冷却水を噴出する。
【００２２】
複数のスプレーバルブ６ｂ，６ｃのそれぞれは、後述する巻線温度制御装置によって設定された流量となるように、プログラマブルコントローラによって、その開閉が設定される。
【００２３】
テーブルロール６ｄは、搬送される被圧延材２００ｃの搬送面であるパスラインを形成するように配置されている。テーブルロール６ｄの回転軸は、パスラインを含む平面に平行で、被圧延材２００ｃの搬送される方向にほぼ垂直な方向に伸びる回転軸を有している。テーブルロール６ｄは、搬送方向に沿って、それぞれの回転軸がほぼ平行になるように複数個配置されている。テーブルロール６ｄが回転することによって、被圧延材２００ｃは、圧延スタンド５ｇの出側からダウンコイラ７に向かって搬送される。
【００２４】
冷却水は、揚水ポンプ９によって、ウォーターピット８からヘッドタンク６ａにくみ上げられる。ウォーターピット８は、たとえば熱間圧延ライン１００が設置されているプラントの地下に設けられている。揚水ポンプ９は、電動機１０によって駆動される。後述するインバータ装置は、電動機１０を介して揚水ポンプ９を速度制御することによって、揚水ポンプ９がくみ上げる冷却水の流量を制御する。本実施形態の揚水ポンプの速度制御装置は、揚水ポンプ９および電動機１０を速度制御するインバータ装置に速度指令値をインタフェースして、揚水ポンプ９の速度および流量を制御する。
【００２５】
ＲＯＴ６で使用された冷却水は、被圧延材の鉄粉等が混じっている上、被圧延材との接触により温度が上昇している。高温となった冷却水は、水処理装置１１で浄化処理され、図示しないクーリングタワーによる冷却プロセスを経て、ウォーターピット８に戻される。冷却水の循環のために、循環ポンプ１２および電動機１３が用いられる。水処理装置１１は、ＲＯＴ６の冷却水だけでなく、熱間圧延ライン１００を含む他の設備、たとえばロール冷却に使用された水などの循環にも、共通の水処理の設備として用いられる。したがって、水処理装置１１の容量は十分に大きく、ウォーターピット８には常に十分な冷却水が溜められている。
【００２６】
揚水ポンプ９は、複数台設置されていてもよく、その場合には、それぞれの揚水ポンプ９の吐出側で共通配管に接続される。揚水ポンプ９を複数台設置される場合には、たとえば、故障に備えて冗長運転する場合や、冷却水の流量を増大するために並列運転する場合等がある。冗長運転の場合には、複数台の揚水ポンプ９のうち、１台ないし複数台をスタンバイとし、停止ポンプと稼働ポンプを一定周期で切り替えて運転する。冷却水の流量をインバータの速度制御により増減させる場合には、並列運転する揚水ポンプ９は、それぞれのポンプの吐出圧がすべて同じになるような速度で制御される。
【００２７】
ヘッドタンク６ａには、冷却水が揚水ポンプ９から送られてくる配管１４が接続されている。ヘッドタンク６ａは、その容量以上に冷却水がくみ上げられた場合には、冷却水がオーバーフローする構造を有する。ヘッドタンク６ａからオーバーフローした冷却水は、冷却に使用された水と同様に水処理装置１１に回収され、上述と同様にウォーターピット８に戻る。ヘッドタンク６ａの内部には、たとえば水位計が設置されている。水位計は、ヘッドタンクの水位を常時監視するものや、設定値以下の水位となるとアラームを出力するもの等がある。
【００２８】
＜揚水ポンプ制御装置の構成＞  
図３は、実施形態に係る揚水ポンプの速度制御装置を例示するブロック図である。
図３には、速度制御装置２０のほか、揚水ポンプ９および電動機１０の速度を制御するための他の要素も合わせて示されている。
図３に示すように、速度制御装置２０は、巻取温度制御装置（Coiling Temperature Controller、ＣＴＣ）３０、仕上圧延設定計算装置４０、プログラマブルコントローラ（Programmable Logic Controller、ＰＬＣ）５０およびインバータ装置６０に接続されている。速度制御装置２０、ＣＴＣ３０、仕上圧延設定計算装置４０、ＰＬＣ５０およびインバータ装置６０は、たとえば図示しない制御系ネットワークに接続され、互いにデータを送受信することができる。
【００２９】
速度制御装置２０は、ＣＴＣ３０、仕上圧延設定計算装置４０およびＰＬＣ５０から所定のデータを受信して、これらのデータにもとづいて、速度指令値を生成してインバータ装置６０に供給する。インバータ装置６０は、供給された速度指令値にもとづいて、揚水ポンプ９および電動機１０を駆動する。
【００３０】
速度制御装置２０は、データ収集部２１と、予測注水量の計算部２２と、揚水ポンプ９の速度の計算部２３と、を備える。
【００３１】
データ収集部２１は、ＣＴＣ３０から初期流量設定情報のデータＡを取得する。データ収集部２１は、仕上圧延設定計算装置４０から圧延速度設定値のデータＶを取得する。データ収集部２１は、ＰＬＣ５０から冷却水使用実績のデータｂ、圧延速度実績のデータｖ、およびヘッドタンク水位実績のデータｃを取得する。データ収集部２１は、これらのデータを、速度制御装置２０の他の部分に配信する。
【００３２】
データ収集部２１は、データＡ，Ｖを、被圧延材への注水が開始されるまでの適切なタイミングで取得して、予測注水量の計算部２２に供給する。
【００３３】
データ収集部２１は、データｂ，ｖ，ｃを、たとえば制御系ネットワークで設定された定周期でリアルタイムで逐次取得する。データｂ，ｖ，ｃは、後に詳述する水位の監視機能のために用いられる。
【００３４】
予測注水量の計算部（第１計算部）２２は、データＡ，Ｖにもとづいて、被圧延材への注水量のデータＥを計算する。データＡは、その被圧延材の切り板のうち最初の切り板に注水される冷却水の注水量の設定値である。ここで、切り板とは、単位長さごとの被圧延材をいい、１本の被圧延材には複数の切り板が含まれる。切り板は、被圧延材の製造仕様のための仮想的な単位であり、実際に切断された材を表すものではない。
【００３５】
データＶは、被圧延材ごとに設定された圧延速度パターンの情報を含んでいる。ここでは、圧延速度パターンは、仕上圧延機５の出側の被圧延材の圧延速度で設定されている。圧延速度パターンは、先端通板速度、最大圧延速度、尾端通板速度を含み、先端通板速度と最大圧延速度との間で複数の加速率が設定されることもある。
【００３６】
切り板への注水量を、被圧延材の搬送速度によらず一定とするために、計算部２２は、データＡ，Ｖの積に比例するようにデータＥを計算する。つまり、計算部２２は、データＡが一定値であり、Ｖが被圧延材の速度パターンに応じて変化する場合には、被圧延材の速度に比例した注水量を計算する。このように、速度制御装置２０では、最初の切り板に対する初期流量設定情報および圧延速度を用いて、その被圧延材に対するすべての注水量を予測する。
【００３７】
揚水ポンプ速度の計算部（第２計算部）２３は、計算部２２によって計算された注水量のデータＥをもとに、揚水ポンプ９の吐出流量Ｑを計算する。吐出流量Ｑは、揚水ポンプ９がくみ上げる冷却水の流量である。計算部２３は、揚水ポンプ９の速度対流量特性を用いて、所望の吐出流量Ｑに対応する揚水ポンプ９の速度ｓを抽出する。計算部２３は、抽出した速度ｓにもとづいて、揚水ポンプ９および電動機１０を駆動するためのインバータ装置６０に対する速度指令値の目標値Ｇｏｐｒを決定する。決定された目標値Ｇｏｐｒは、後述する監視部２４によって修正されない場合には、そのままインバータ装置６０に供給される。
【００３８】
計算部２３は、速度指令値の最小値Ｇｍｉｎから目標値Ｇｏｐｒに到達するまでの加速時間Ｔａを計算する。計算部２３は、速度指令値の目標値Ｇｏｐｒから速度指令値の最小値Ｇｍｉｎまで減速する減速時間Ｔｄを計算する。後述するように、計算部２３は、Ｔａ，Ｔｄを計算する場合には、圧延速度パターンのデータＶのほか、ＲＯＴ６の設備長を用いる。
【００３９】
速度制御装置２０は、揚水ポンプ９の加速を開始すべきとする信号を、たとえばＰＬＣ５０から受信すると、加速時間Ｔａをかけて、最小値Ｇｍｉｎから目標値Ｇｏｐｒに変化させて速度指令値をインバータ装置６０に供給する。加速時間Ｔａにおける加速率は、一定である。
【００４０】
速度制御装置２０は、揚水ポンプ９の減速を開始すべきとする信号を、たとえばＰＬＣ５０から受信すると、減速時間Ｔｄをかけて、目標値Ｇｏｐｒから最小値に変化させて速度指令値をインバータ装置６０に供給する。減速時間にＴｄにおける減速率は、一定である。
【００４１】
加速を開始すべきとする信号および減速を開始すべきとする信号は、適切なものを任意に選定することができ、たとえば既存のＣＴＣによる圧延ラインで用いられる信号を用いることができる。加速を開始すべきとする信号は、被圧延材の先端がＲＯＴ６に入るタイミングよりも十分に前のタイミングで生成される信号であればよい。たとえば、そのタイミングは、被圧延材が最初の圧延スタンド５ａに噛み込んだタイミングとすることができる。減速を開始すべきとする信号は、被圧延材がＲＯＴ６から抜け始めるタイミングで生成される信号であればよい。たとえば、その信号は、被圧延材の尾端が最終の圧延スタンド５ｇを抜けた信号とすることができる。圧延スタンドの荷重に関する信号は、ＰＬＣ５０から受け取ることができる。
【００４２】
図４は、揚水ポンプの速度対流量特性を模式的に示すグラフである。
図４には、揚水ポンプ９の速度ｓを横軸に、揚水ポンプ９の吐出流量Ｑを縦軸にとったグラフが描かれている。
【００４３】
図４に示すように、揚水ポンプ９の速度ｓは、揚水ポンプ９の吐出流量Ｑに応じて決定される。吐出流量Ｑは、揚水ポンプ９の吐出側から流出する冷却水の流量を表しており、ヘッドタンク６ａへの流入量に等しい。揚水ポンプ９の速度対流量特性は、たとえば、テーブル形式や特性の近似曲線を表す関数で計算部２３に格納されている。あるいは、この速度対流量特性は、図示しない記憶部や記憶装置に格納されていてもよい。計算部２３は、都度、速度対流量特性を参照して、吐出流量Ｑに対応する速度ｓを抽出し、速度ｓにもとづいて速度指令値Ｇを計算する。
【００４４】
ウォーターピット８からヘッドタンク６ａまでの揚程が高いので、揚水ポンプ９の最低速度ｓｍｉｎは、揚水ポンプ９の吐出圧が実揚程を必ず上回る程度にとどめる必要がある。この最低速度ｓｍｉｎの設定は、ポンプの特性等に依存し、最大速度の６０％〜７０％程度とされる場合が多い。ポンプの吐出圧が実揚程を下回る速度で駆動された場合には、揚水ポンプ９は冷却水をくみ上げることができず、過熱により、揚水ポンプ９自体を破損するおそれがある。そのため、以下説明する動作においても、揚水ポンプ９および電動機１０のための速度指令値Ｇは、揚水ポンプ９の最低速度に対応する速度指令値の最小値Ｇｍｉｎ以上となるように設定される。揚水ポンプ９の最大速度ｓｍａｘは、揚水ポンプ９の最大定格等の仕様に応じて設定される。
【００４５】
吐出流量Ｑは、予測注水量のデータＥ以上の値となるように、上述した計算部２３において計算される。後に詳述するが、吐出流量Ｑは、調整パラメータα１を用いて、（１＋α１）をデータＥに乗じて計算される。吐出流量Ｑが予測注水量を上回ることによって、ヘッドタンク６ａの貯水量を所定値に維持することができる。調整パラメータα１は、０＜α１＜１である。
【００４６】
図３に戻って説明を続ける。速度制御装置２０は、監視部２４と、速度修正部２５と、をさらに備える。監視部２４は、計算部２３によって予測された注水量のデータＥが実際の注水量を下回らないように、冷却水の使用実績およびヘッドタンク６ａの水位実績を監視する。監視部２４は、データ収集部２１および計算部２３から必要なデータを取得して、吐出流量Ｑの修正値を求める。速度修正部２５は、吐出流量Ｑの修正値にもとづいて、修正された速度指令値Ｇ’を計算する。計算された速度指令値Ｇ’は、インバータ装置６０に供給される。
【００４７】
監視部２４は、冷却水使用実績監視部２４１と、ヘッドタンク水位監視部２４２と、を含む。冷却水使用実績監視部２４１は、冷却水使用実績のデータｂ、揚水ポンプ９の吐出流量Ｑ、圧延速度実績のデータｖおよび圧延速度設定値のデータＶを入力する。冷却水使用実績監視部２４１は、データｂ，Ｑ，ｖ，Ｖにもとづいて、吐出流量Ｑを修正して、修正された吐出流量Ｑ’を速度修正部２５に供給する。速度修正部２５は、修正された吐出流量Ｑ’に応じた速度ｓ’を抽出し、速度ｓ’に対応する速度指令値Ｇ’を生成する。
【００４８】
より具体的には、冷却水使用実績監視部２４１は、冷却水使用実績のデータｂが揚水ポンプ９の吐出流量Ｑを上回ったときに、修正された吐出流量Ｑ’を計算する。吐出流量Ｑ’は、たとえば、調整パラメータα１にさらに修正用の調整パラメータα２を加算することにより計算される。調整パラメータα２は、０＜α２＜１であり、あらかじめ設定されている。
【００４９】
冷却水使用実績監視部２４１は、圧延速度実績のデータｖが、圧延速度設定値のデータＶを上回ったときにも、吐出流量Ｑを修正する。速度修正部２５は、修正された流量にもとづいて修正された速度指令値Ｇ’を生成して、揚水ポンプ９の速度を増加させる。冷却水の使用流量は、圧延速度に応じて変化するので、冷却水使用実績監視部２４１の監視対象をデータｂまたはデータｖのいずれか一方としてもよい。
【００５０】
速度修正部２５は、図４の速度対流量特性のデータを参照して、吐出流量Ｑ’に対応する速度ｓ’を抽出する。速度修正部２５は、抽出された速度ｓ’にもとづいて、修正された速度指令値Ｇ’を計算する。
【００５１】
冷却水使用実績監視部２４１において、データｂが吐出流量Ｑを下回ったとき、あるいは、データｖがデータＶを下回ったときには、揚水ポンプ９の速度を下限値以上の範囲、たとえば修正前の速度ｓに減ずるようにしてもよい。
【００５２】
ヘッドタンク水位監視部２４２は、ヘッドタンク水位実績のデータｃを取得して、データｃにもとづいて、修正された吐出流量Ｑ’を計算する。修正された吐出流量Ｑ’は、速度修正部２５に入力される。
【００５３】
より具体的には、ヘッドタンク水位監視部２４２では、ヘッドタンク６ａに貯水される冷却水の水位の下限であるヘッドタンク減速可能水位Ｃｔｈがあらかじめ設定されている。データｃがヘッドタンク減速可能水位Ｃｔｈよりも小さい場合には、ヘッドタンク水位監視部２４２は、元の吐出流量Ｑを増大させるように修正された吐出流量Ｑ’を生成する。
【００５４】
ヘッドタンク６ａの水位の減少は、冷却水の圧力の減少につながり、ひいては、製品の品質低下につながるおそれがある。そのため、ヘッドタンク水位監視部２４２は、データｃがヘッドタンク減速可能水位Ｃｔｈよりも低下した場合には、吐出流量Ｑ，Ｑ’の計算を経ることなく、最大の吐出流量に設定し、速度指令値の最大値Ｇｍａｘを出力するようにしてもよい。
【００５５】
さらに、修正前の速度指令値Ｇがすでに最大値に設定されている場合には、ヘッドタンク６ａの水位がヘッドタンク減速可能水位Ｃｔｈを再度超えたことを検出した後、速度指令値Ｇを低下させて、揚水ポンプ９を減速させるようにしてもよい。
【００５６】
＜速度制御装置の周辺のシステムの構成＞
ＣＴＣ３０は、各被圧延材の鋼種や厚み、求められる製品品質を上位計算機システムから取得して、これらに合わせて、被圧延材２００ｃの単位長さごとに冷却水の注水量を決定する。つまり、ＣＴＣ３０は、切り板ごとに冷却水の注水量を決定する。ＣＴＣ３０で決定された切り板ごとの注水量は、ＣＴＣ３０の下位に設けられた、スプレーバルブ制御用のＰＬＣ（図示せず）によって、スプレーバルブ６ｂ，６ｃの開閉パターンに変換される。
【００５７】
ＣＴＣ３０は、注水が開始された場合には、仕上圧延機５の出側の被圧延材の温度（Finishing mill Delivery Temperature、ＦＤＴ）および巻取時における被圧延材の温度（Coiling Temperature、ＣＴ）をフィードバックして、図示しないＰＬＣを介してスプレーバルブ６ｂ，６ｃの開閉パターンを制御し、注水量を変化させる。
【００５８】
ＣＴＣ３０は、被圧延材ごとに初期流量設定情報のデータＡを設定する。データＡは、被圧延材の最初の切り板に注水される注水量であり、適切なタイミングで速度制御装置２０に送信される。データＡは、設備等に応じて設定され、たとえば粗圧延工程の最終パスを終了した時点で設定され、速度制御装置２０に送信される。
【００５９】
仕上圧延設定計算装置４０は、仕上圧延機５における被圧延材２００ｂの各種パラメータの設定のための計算を行う。各種パラメータは、圧延速度パターンを含んでおり、圧延速度パターンは、被圧延材２００ｂの先端通板速度Ｖ１、尾端退出速度Ｖ２、圧延時最大速度Ｖｒ、一次加速率ａ１、および二次加速率ａ２を含んでいる。先端通板速度Ｖ１、尾端退出速度Ｖ２、圧延時最大速度Ｖｒ、一次加速率ａ１、および二次加速率ａ２をまとめて、圧延速度設定値のデータＶと呼ぶ。これらデータＶの設定計算は、被圧延材が加熱炉１から抽出された後、圧延状況により数回実施され、都度修正される。修正された圧延速度設定値のデータＶは、速度制御装置２０に送信される。
【００６０】
ＣＴＣ３０および仕上圧延設定計算装置４０は、たとえば、制御系ネットワークに接続することができるサーバやエンジニアリングワークステーション等である。ＣＴＣ３０および仕上圧延設定計算装置４０は、それぞれ異なるサーバ等で実現されてもよいし、同じサーバ等にインストールされたプログラム等によって実現されてもよい。
【００６１】
ＰＬＣ５０は、熱間圧延ライン１００中に配置されたセンサ等によって、各種データをたとえば定周期で収集する。各種データは、冷却水使用実績のデータｂ、圧延速度実績のデータｖ、およびヘッドタンク水位実績のデータｃを含んでいる。なお、データｂ，ｖ，ｃは、同一のＰＬＣにインタフェースされていてもよいし、別々のＰＬＣにインタフェースされそれぞれから収集されるようにしてもよい。
【００６２】
ＰＬＣ５０は、上位計算機システムで計算した結果をもとにリファレンスを作成し、仕上圧延機５のドライブ装置やスプレーバルブ６ｂ，６ｃのアクチュエータ等へ指令を出す。また、ＰＬＣ５０は、ドライブ装置やアクチュエータ等から、実際の速度やスプレーバルブ６ｂ，６ｃの開閉設定といったフィードバック情報を受け取る。
【００６３】
データｂは、各スプレーバルブ６ｂ，６ｃの開閉情報および各バルブの定格流量から、ＰＬＣ５０内で計算される。スプレーバルブ６ｂ，６ｃの開閉情報は、時間とともに設定が変化するので、冷却水使用実績のデータｂは、時系列の使用流量として計算される。
【００６４】
圧延速度実績のデータｖは、ＲＯＴ６上の被圧延材２００ｃの搬送速度に最終の圧延スタンド５ｇの先進率を乗じたもの、またはＲＯＴ６に設けられたテーブルロール６ｄによって検出されるテーブル搬送速度である。ここで、ＲＯＴ６上の被圧延材２００ｃの搬送速度は、最終の圧延スタンド５ｇの圧延速度である。
【００６５】
ヘッドタンク水位実績のデータｃは、ヘッドタンク６ａの現時点における水位を表している。データｃは、ヘッドタンク６ａに設置されている水位計の出力信号として提供される。なお、ヘッドタンク６ａに水位計が設置されていない場合には、ヘッドタンク水位実績は、あらかじめ決められた計算式にもとづいて算出されてもよい。この計算式は、ヘッドタンク６ａへの冷却水の流入量、すなわち揚水ポンプ９の吐出流量Ｑおよび実際の注水量のデータｂをもとに、ヘッドタンクの形状、タンク容量を考慮して設定される。
【００６６】
＜速度制御装置２０の動作＞
本実施形態の速度制御装置２０の動作について説明する。
図５〜図７は、本実施形態の速度制御装置の動作を説明するための模式的なタイミングチャートである。
図５には、監視部２４が動作しない場合のタイミングチャートの例が示されている。
図６および図７には、監視部２４が動作した場合のタイミングチャートの例が示されている。
図５〜図７のチャートは、すべて同一の軸に関して示されている。チャートの横軸は、時間軸である。チャートの縦軸は、冷却水使用実績のデータｂ、圧延速度実績のデータｖ、揚水ポンプの速度指令値Ｇおよびヘッドタンク水位実績のデータｃであり、目盛りは任意とされている。
図５および図６では、ヘッドタンク水位実績のデータｃは、常にヘッドタンク減速可能水位Ｃｔｈ以上となっている。
【００６７】
圧延速度設定値のデータＶのうち、先端通板速度Ｖ１に対応する実測データをｖ１、圧延時最大速度Ｖｒに対応する実測データをｖｒ、尾端退出速度Ｖ２に対応する実測データをｖ２とする。
【００６８】
まず、監視部２４が動作しない場合の動作について説明する。
図５の破線で表されている圧延速度実績値のデータｖについて説明する。
図５に示すように、被圧延材は、時刻ｔ１において、先端通板速度ｖ１で最初の圧延スタンド５ａに噛み込まれる。被圧延材は、時刻ｔ２において先端通板速度ｖ１で最後の圧延スタンド５ｇに噛み込まれる。
【００６９】
被圧延材は、時刻ｔ２において、最終段の圧延スタンド５ｇに先端が噛み込まれるタイミングで、一次加速が開始される。時刻ｔ３において、被圧延材の先端がダウンコイラ７に到達し、一次加速が完了するとともに、二次加速が開始される。時刻ｔ５において、被圧延材は、設定された最大通板速度ｖｒに到達し、その速度が維持される。
【００７０】
被圧延材の尾端が最終段の圧延スタンド５ｇに近づくと、減速が開始される。そのときの時刻はｔ６である。被圧延材の尾端が最終段の圧延スタンド５ｇを抜けるタイミングに合わせて尾端退出速度ｖ２まで減速する。そのときの時刻はｔ７である。
【００７１】
被圧延材は、尾端退出速度ｖ２でダウンコイラ７に巻き取られ、時刻ｔ９において巻取が完了する。その後、ＲＯＴ６のテーブルロール６ｄが減速して停止する。
【００７２】
次に、一点鎖線で表されている冷却水使用実績のデータｂの時間変化について説明する。
冷却水使用実績のデータｂは、ＣＴＣ３０によってフィードバック制御される実際の注水量に等しいので、図の曲線は、実際の注水量とみることができる。被圧延材への注水は、ＣＴＣ３０によるスプレーバルブ６ｂ，６ｃの開閉設定の完了と、実際の注水の開始にはタイムラグがあるので、被圧延材が最後の圧延スタンド５ｇに被圧延材２００ｂが噛み込まれる前に開始される。スプレーバルブ６ｂ，６ｃは、ＰＬＣ５０からバルブの開閉指令が送信されてから実際に注水が開始されるまでのタイムラグを考慮してプリセットにより開閉の設定がされる。
【００７３】
ＣＴＣ３０は、時刻ｔ１〜ｔ４にわたって、被圧延材の速度が増大するため被圧延材の温度フィードバックによって注水量を増大させる。時刻ｔ４以降、時刻ｔ６まで、設定された最大の注水量が維持される。
【００７４】
ＣＴＣ３０は、被圧延材が減速するので被圧延材の温度フィードバックによって、注水量を減少させる。時刻ｔ６〜時刻ｔ７では、被圧延材が最大通板速度ｖｒから尾端退出速度ｖ２まで減速するのに応じて、注水量を減少させる。
【００７５】
実線で示されている揚水ポンプ９の速度指令値の時間変化について説明する。
揚水ポンプ９に対する速度指令値Ｇは、時刻ｔ１では、最小値Ｇｍｉｎに設定されており、以降後述する加速率にしたがって増大する。揚水ポンプ９の加速開始のタイミングは、被圧延材の先端がＲＯＴ６に入る前のタイミングである。この例では、時刻ｔ１は、最初の圧延スタンド５ａに被圧延材が噛み込むタイミングとしている。たとえば、このとき、スプレーバルブ６ｂ，６ｃの開閉指令が出力され、注水が開始される。揚水ポンプ９は、時刻ｔ１から加速時間Ｔａが経過するまで加速し、予測注水量によって求められた吐出流量Ｑに応じた一定の速度ｓで運転され、速度制御装置２０は、速度指令値の目標値Ｇｏｐｒを出力する。
【００７６】
揚水ポンプ９の加速時間Ｔａは、圧延速度設定値のデータＶ（Ｖ１，Ｖｒ，Ｖ２，ａ１，ａ２）およびランアウトテーブル６の設備長ｄを用いて、計算することができる。ランアウトテーブル６の設備長ｄは、以下の式（１）のように表すことができる。
【００７７】
【数１】
0006716186.tif 000002
ここで、Ｔ１は、一次加速率ａ１によって被圧延材が加速している期間である。この期間を一次加速時間という。一次加速時間Ｔ１は、Ｔ１＝ｔ３−ｔ２である。一次加速率ａ１は一定値である。
式（１）より、一次加速時間Ｔ１は、以下の式（２）のように求められる。
【００７８】
【数２】
0006716186.tif 000003
【００７９】
二次加速率ａ２によって被圧延材が二次加速している二次加速時間Ｔ２は、以下の式（３）のように求めることができる。二次加速率ａ２は一定値である。
【００８０】
【数３】
0006716186.tif 000004
【００８１】
加速時間Ｔａは、以下の式（４）のように、一次加速時間Ｔ１と二次加速時間Ｔ２の和として求めることができる。
Ｔａ＝Ｔ１＋Ｔ２          （４）
【００８２】
揚水ポンプ９の速度指令値Ｇは、加速時間Ｔａを経過した後、動作速度の目標値Ｇｏｐｒに設定される。
【００８３】
計算部２２は、初期流量設定情報のデータＡおよび圧延速度設定値のデータＶを用いて、予測注水量のデータＥを計算する。予測注水量の最大値は、最大注水量＝Ａ×Ｖｒ／Ｖ１のように求められる。
【００８４】
揚水ポンプ９の吐出流量Ｑは、予測注水量に対して余裕をもって設定される。調整パラメータα１は、予測注水量に対して、揚水ポンプ９がくみ上げる吐出流量Ｑの余裕を表す係数である。吐出流量Ｑは、（１＋α１）×Ｅとなるように設定される。
【００８５】
第２計算部２３では、揚水ポンプ９の速度対流量特性にしたがって、Ｑ＝（１＋α１）×Ｅのときの揚水ポンプ９の速度ｓを求める。速度制御装置２０がインバータ装置６０に供給する速度指令値Ｇは、揚水ポンプ９の速度ｓに等しくなるように設定される。調整パラメータα１は、適切な任意の値を設定することができ、たとえば、計算部２２で推定される流量の計算誤差や、揚水ポンプの速度対流量特性の誤差等を見込んで設定される。
【００８６】
揚水ポンプ９の減速は、ヘッドタンク６ａへの十分な揚水を確保する観点から、被圧延材が減速を開始するタイミングよりも遅いタイミングとするのが好ましい。この場合には、注水量を減少させるタイミングよりも遅いタイミングとなる。この例では、揚水ポンプ９の減速を開始するタイミングは、時刻ｔ８としている。時刻ｔ８は、最終段の圧延スタンド５ｇが被圧延材の尾端を排出するタイミングである。
【００８７】
揚水ポンプ９の減速時間Ｔｄは、たとえば、以下の式（５）のように、ＲＯＴ設備長ｄを尾端退出速度Ｖ２で割ったものとすることができる。
【００８８】
【数４】
0006716186.tif 000005
この場合には、以下の式（６）のように、減速率ａｄは、減速開始速度と加減速度の差分を、減速時間Ｔｄで割ったものとなる。
【００８９】
【数５】
0006716186.tif 000006
減速開始のタイミングは、被圧延材がＲＯＴ６を抜け始めるタイミングよりも遅ければよく、減速開始のタイミングおよび減速時間Ｔｄは、尾端通板速度や適切な値を任意に設定することができる。この例では、揚水ポンプ９の減速が完了する時刻ｔ１０は、時刻ｔ８および減速時間Ｔｄによって設定される。
ｔ１０＝ｔ８＋Ｔｄ
【００９０】
次に、監視部２４のうち、冷却水使用実績監視部２４１が動作する場合について説明する。
図６では、時刻ｔ１〜時刻ｔ５での動作は、上述の場合と同じであり、時刻ｔ５において、圧延速度および注水量がそれぞれ一定値となった後、時刻ｔ１８でこれらの実績値が設定値を上回った状態が示されている。
【００９１】
図６に示すように、時刻ｔ１８〜時刻ｔ１９の期間では、何らかの原因で、圧延速度実績のデータｖは、仕上圧延設定計算装置４０から供給される圧延速度設定値のデータＶ（図示せず）を上回っている。これによって、被圧延材の温度（ＦＤＴ，ＣＴ）が変化し、ＣＴＣ３０では、これに対応するため注水量を増大させる。
【００９２】
冷却水使用実績監視部２４１は、圧延速度実績のデータｖが圧延速度設定値のデータＶを上回ったこと、および、冷却水使用実績のデータｂ（≒注水量の実績）が吐出流量Ｑを上回ったことを検出する。この例では、冷却水使用実績監視部２４１は、調整パラメータα１にさらに修正用の調整パラメータα２を加算して、予測注水量のデータＥに乗じて、吐出流量の修正値を計算する。つまり、修正された吐出流量Ｑ’は、以下の式（７）のように表される。
【００９３】
Ｑ’＝（１＋α１＋α２）×Ｅ          （７）
ここで、α２は、０＜α２＜１であり、あらかじめ適切な値が設定されている。
【００９４】
修正された吐出流量Ｑ’は速度修正部２５に入力され、速度修正部２５は、揚水ポンプ９の速度対流量特性を参照して、修正された吐出流量Ｑ’に対応する速度ｓ’を抽出する。速度修正部２５は、速度ｓ’にもとづいて、修正された速度指令値Ｇ’を生成して、インバータ装置６０に供給する。
【００９５】
図６では、時刻ｔ１８以降に揚水ポンプ９の速度指令値Ｇ’がそれよりも前の目標値Ｇｏｐｒ１よりも大きい目標値Ｇｏｐｒ２に設定されていることが示されている。
【００９６】
時刻ｔ２０において、速度制御装置２０は、最終段の圧延スタンド５ｇから被圧延材が排出されたことを検出し、時刻ｔ２０以降で、揚水ポンプ９を減速させる。揚水ポンプ９の減速期間等は、上述と同様に設定され、速度指令値Ｇ’は、被圧延材の巻き取りが完了した時刻ｔ２１の後、時刻ｔ２２において最小値Ｇｍｉｎに達するよう設定される。
【００９７】
次に、監視部２４のうち、ヘッドタンク水位監視部２４２が動作する場合について説明する。
図７では、時刻ｔ１〜時刻ｔ５までの圧延速度実績の時間変化は、上述の場合と同じであるが、この例では、注水量の実績値が上述の場合よりも大きくなっている。このように、被圧延材の材種によっては、より多くの冷却水を注水する場合がある。そのため、この例では、揚水ポンプ９の速度指令値の目標値Ｇｏｐｒは、速度の最大値Ｇ１００％とされている。したがって、揚水ポンプ９の速度を上げて、揚水ポンプ９の吐出流量をこれ以上大きくすることができない。
【００９８】
図７に示すように、時刻ｔ３から時刻ｔ３６で、注水量が大幅に増大し、その結果、時刻ｔ３７において、ヘッドタンク水位実績のデータｃがヘッドタンク減速可能水位Ｃｔｈを下回っている。
【００９９】
ここで、ヘッドタンク水位監視部２４２は、ヘッドタンク水位実績のデータｃがヘッドタンク減速可能水位Ｃｔｈを下回ったことを検出し、速度指令値の修正値を計算するが、現在の速度が最大値Ｇ１００％であるため、修正値の算出をしても、最大値を超えて速度指令値を設定することができない。
【０１００】
ヘッドタンク水位実績のデータｃは、時刻ｔ３８以降の注水量の減少により上昇に転ずる。上述の図５や図６の場合には、被圧延材が最終段の圧延スタンド５ｇを排出された時点（図５の場合の時刻ｔ８、図６の場合の時刻ｔ２０）で揚水ポンプ９の減速を開始する。しかし、この例においては、この時点で揚水ポンプ９の減速を開始すると、ヘッドタンク６ａの水位をヘッドタンク減速可能水位Ｃｔｈまで回復できないおそれがある。ヘッドタンク６ａの水位がヘッドタンク減速可能水位Ｃｔｈよりも下回った状態で、ＲＯＴ６の運転を継続すると、噴出する冷却水の圧力が不足し、製品の品質に影響を生ずるおそれがある。
【０１０１】
そこで、ヘッドタンク水位監視部２４２および速度修正部２５は、被圧延材の尾端が最終の圧延スタンド５ｇを抜けたことを表す信号を受信しても、揚水ポンプ９の減速を開始することを中止する。ヘッドタンク水位監視部２４２は、揚水ポンプ９の速度を維持したまま、ヘッドタンク水位実績のデータｃの監視を継続する。ヘッドタンク水位監視部２４２および速度修正部２５は、時刻ｔ４０において、データｃがヘッドタンク減速可能水位Ｃｔｈを上回ったことを検出した後、揚水ポンプ９を減速するように速度指令値を生成する。
【０１０２】
その後、時刻ｔ４１において、被圧延材の巻き取りが完了し、時刻ｔ４２において、速度指令値Ｇは最小値Ｇｍｉｎに達する。
【０１０３】
なお、ヘッドタンク水位監視部２４２は、揚水ポンプ９の到達速度が最大速度から余裕がある場合には、冷却水使用実績監視部２４１の場合と同様に、調整パラメータα２を用いて、吐出流量を計算し、速度指令値Ｇ’を設定してもよい。
【０１０４】
実施形態の速度制御装置２０の一連の動作についてフローチャートを用いて説明する。
図８は、実施形態の揚水ポンプの速度制御装置の動作を説明するためのフローチャートの例である。
図８に示すように、ステップＳ１において、データ収集部２１は、初期流量設定情報、圧延速度設定値、冷却水使用実績、圧延速度実績、およびヘッドタンク水位実績の各データＡ，Ｖ，ｂ，ｖ，ｃを収集する。データ収集部２１は、制御系ネットワークを介して、これらのデータをＣＴＣ３０、仕上圧延設定計算装置４０、およびＰＬＣ５０から収集する。
【０１０５】
ステップＳ２において、予測注水量の計算部２２は、初期流量設定情報のデータＡおよび圧延速度設定値Ｖにもとづいて、予測注水量のデータＥを計算する。
【０１０６】
ステップＳ３において、揚水ポンプ速度の計算部２３は、式（１）〜（６）を用いて、加速時間Ｔａおよび減速時間Ｔｄを計算する。
【０１０７】
計算部２３は、予測注水量のデータＥおよび調整パラメータα１を用いて、揚水ポンプ９がくみ上げる冷却水の吐出流量Ｑを計算する。計算部２３は、あらかじめ設定された揚水ポンプ９の速度対流量特性から吐出流量Ｑに対応する速度ｓを抽出する。計算部２３は、速度ｓに応じた速度指令値の目標値Ｇｏｐｒを設定する。
【０１０８】
計算部２３は、最初の圧延スタンド５ａに被圧延材が噛み込んだタイミングをＰＬＣ５０から受信して、速度指令値Ｇを最小値Ｇｍｉｎから加速を開始する。計算部２３は、Ｇｏｐｒまで加速時間Ｔａをかけて直線的に増大させて、インバータ装置６０に供給する。
【０１０９】
ステップＳ４において、冷却水使用実績監視部２４１は、冷却水使用実績のデータｂおよび吐出流量Ｑを入力して、これらの大小関係を比較する。冷却水使用実績監視部２４１は、圧延速度実績のデータｖおよび圧延速度設定値のデータＶを入力して、これらの大小関係を比較する。
【０１１０】
冷却水使用実績監視部２４１は、実績のデータｂが計算された吐出流量Ｑよりも大きい場合、または、実績のデータｖが設定値のデータＶよりも大きい場合には、処理をステップＳ５に遷移させる。冷却水使用実績監視部２４１は、実績のデータｂが吐出流量Ｑ以下の場合、かつ、実績のデータｖが設定値のデータ以下の場合には、処理をステップＳ６に遷移させる。なお、ステップＳ５では、データｖ，Ｖの比較を行わず、データｂおよび吐出流量Ｑの比較によって判定してもよいし、データｂ，Ｑの比較結果とデータｖ，Ｖの比較結果との論理積をとるようにしてもよい。
【０１１１】
ステップＳ５において、冷却水使用実績監視部２４１は、修正された吐出流量Ｑ’を計算する。吐出流量Ｑ’は、式（７）を用いて計算される。速度修正部２５は、速度体流量特性を参照して、修正された吐出流量Ｑ’に対応する速度ｓ’を抽出し、新たな速度指令値Ｇ’を生成する。
【０１１２】
ステップＳ６において、ヘッドタンク水位監視部２４２は、実績のデータｃおよびヘッドタンク減速可能水位Ｃｔｈを比較する。ヘッドタンク水位監視部２４２は、実績のデータｃがヘッドタンク減速可能水位Ｃｔｈよりも低下した場合には、処理をステップＳ７に遷移させる。ヘッドタンク水位監視部２４２は、データｃがヘッドタンク減速可能水位Ｃｔｈ以上の場合には、処理をステップＳ８に遷移させる。
【０１１３】
ステップＳ７において、ヘッドタンク水位監視部２４２および速度修正部２５は、修正された吐出流量および速度指令値を計算する。この例では、修正された吐出流量および速度指令値は最大値に設定されている。ヘッドタンク水位監視部２４２および速度修正部２５は、吐出流量および速度指令値がすでに最大値に設定されている場合には、ヘッドタンク水位監視部２４２および速度修正部２５は、吐出流量および速度指令値を最大値に維持する。
【０１１４】
ステップＳ８において、ヘッドタンク水位監視部２４２は、再度、ヘッドタンク水位実績のデータｃおよびヘッドタンク減速可能水位Ｃｔｈを比較する。データｃがヘッドタンク減速可能水位Ｃｔｈ以上の場合には、処理をステップＳ９に遷移させる。ヘッドタンク水位監視部２４２は、データｃがヘッドタンク減速可能水位Ｃｔｈよりも低い場合には、処理をステップＳ１０に遷移させる。
【０１１５】
ステップＳ９において、ヘッドタンク水位監視部２４２は、揚水ポンプ９の減速を許可する減速許可信号を計算部２３に供給する。計算部２３は、最終の圧延スタンド５ｇから被圧延材が抜けた信号をＰＬＣ５０から受信して、揚水ポンプ９の減速を開始し、計算された減速時間Ｔｄで最小値Ｇｍｉｎまで減速する。
【０１１６】
ステップＳ１０において、ヘッドタンク水位監視部２４２は、揚水ポンプ９の速度の減速を禁止する減速禁止信号を計算部２３に供給する。ヘッドタンク水位監視部２４２は、処理を、ステップＳ６に戻す。
【０１１７】
このようにして、実施形態の速度制御装置２０は、動作することができる。
【０１１８】
揚水ポンプ９の速度制御装置２０は、たとえば、サーバ等のコンピュータ装置であり、プログラムを実行することによって動作するＣＰＵやＭＰＵ等の演算装置を含んでもよい。このような演算装置は、読み込んだプログラムを実行することによって、上述の各ブロックの機能あるいは各ステップの動作の一部または全部を実現する。
【０１１９】
実施形態の速度制御装置２０の効果について説明する。
実施形態の速度制御装置２０では、ＣＴＣ３０および仕上圧延設定計算装置４０から初期流量設定情報のデータＡおよび圧延速度設定値のデータＶを取得して、これらにもとづいて、ＣＴＣの使用流量を予測することができる。そのため、予測計算された注水量のデータＥに応じて、揚水する冷却水の流量を決定することができ、注水量が少ないときに、揚水ポンプ９の速度を抑えることができる。したがって、揚水ポンプ９の駆動電力を抑制することができ、圧延ラインの省エネルギー化が可能になる。
【０１２０】
データＡ，Ｖは、冷却水の使用実績や、圧延速度の実績のフィードバックを得ることができるタイミングよりも前に受信することができ、また、ＲＯＴ６の設備長ｄを用いることによって、必要な加速時間を計算することができる。そのため、フィードバック制御のような制御遅れを生じることなく、揚水ポンプを加速させ、必要な加速時間で所望の吐出流量を実現することができる。
【０１２１】
揚水ポンプの減速時間も、ＲＯＴ６の設備長およびデータＶを用いることによってあらかじめ計算されることができ、速度制御装置２０は、被圧延材の尾端が最終の圧延スタンド５ｇを抜けるタイミング等の適切なタイミングで減速を開始することができる。そのため、ヘッドタンク６ａの貯水量を減少させることなく、適切に揚水ポンプ９は停止される。
【０１２２】
実施形態の速度制御装置２０は、監視部２４をさらに備えている。監視部２４は、ＰＬＣ５０を介して冷却水の使用実績および圧延速度実績の各データをリアルタイムで取得することができる。したがって、これらの実績データが設定値を上回った場合であっても、迅速に揚水ポンプ９の速度を修正することができ、安定した品質を有する製品を製造することができる。
【０１２３】
監視部２４は、ヘッドタンク６ａの水位を監視し、ヘッドタンクの水位が所定値よりも低下した場合であっても、迅速に揚水ポンプ９の速度を修正することができる。さらに、監視部２４は、揚水ポンプ９の速度修正では不足する流量分については、所定値以上の水位が確保されるまで、揚水ポンプ９の減速を禁止する。そのため、ヘッドタンク６ａの水位が不足した状態で行われる注水を最低期間内に収めることができる。
【０１２４】
（変形例）
上述のように、実施形態の速度制御装置２０は、被圧延材への予測注水量に応じて、揚水ポンプ９を加速し、減速することによって、圧延ラインにおける省エネルギー化を実現するものである。ここで、被圧延材は１本ごとに圧延され、コイルに巻き取られるが、被圧延材は連続して順次圧延され、コイルに巻き取られる場合が多い。順次圧延プロセスに投入される被圧延材は、近接して工程を通す方が製品のスループットの観点から好ましいことが多い。
【０１２５】
一方、順次流れてくる被圧延材の加速、減速に合わせて揚水ポンプ９の加減速を設定すると、揚水ポンプ９を頻繁に加減速することとなり、揚水ポンプ９の機械系の疲労が著しくなり、圧延ライン全体のパフォーマンスが必ずしも高まらないこともある。
【０１２６】
本変形例では、順次送られてくる被圧延材の間隔に応じて、揚水ポンプ９の減速動作をキャンセルする。具体的には、速度制御装置２０が受信する次材の初期流量設定情報のデータＡの生成タイミングに応じて、先行材の減速動作を中止する。データＡが生成されるタイミングは、たとえば、粗圧延機３の出側に設けられたパイロメータ等のセンサの信号に応じて、ＣＴＣ３０等では次材の設定計算が開始され、その結果が出力されるタイミングである。
【０１２７】
次材のデータＡ取得のタイミングは、上述に限らず、圧延ラインの設定等に応じて、適切かつ任意に設定することができる。たとえば、最初の圧延スタンド５ａの噛み込み時の信号でもよいし、２段目や３段目の圧延スタンドの噛み込み時の信号等でもよい。
【０１２８】
図９〜図１１は、実施形態の変形例の揚水ポンプの速度制御装置において、被圧延材が連続して搬送される場合の動作を説明するための模式的なタイミングチャートである。
図９〜図１１では、揚水ポンプの速度指令値の時間変化が示されている。
図９〜図１１の横軸は時間軸であり、縦軸は速度指令値を示している。
図９には、先行材が減速を開始する前、すなわち先行材の尾端が最終段の圧延スタンド５ｇから排出される前に、次材の初期流量設定情報のデータＡが受信された場合について示されている。この例では、先行材ＧＡの動作速度ＧｏｐｒＡは、次材ＧＢの動作速度ＧｏｐｒＢよりも大きく設定されている。
【０１２９】
図９に示すように、先行材ＧＡは、時刻ｔ５１において初期流量設定情報のデータＡによって、揚水ポンプ９の加速を開始する。その後、揚水ポンプ９は、一定の動作速度ＧｏｐｒＡに対応する速度で動作し、時刻ｔ５３において、先行材ＧＡの尾端が最終段の圧延スタンド５ｇから排出されるため減速を開始する。
【０１３０】
この例では、時刻ｔ５３よりも前の時刻ｔ５２において、速度制御装置２０は、次材ＧＢの初期流量設定情報のデータＡを受信する。時刻ｔ５３で、先行材ＧＡをこのまま減速させると、減速が終了してすぐに次材ＧＢの加速をすることとなる。そのため、揚水ポンプ９および電動機１０の機械的ストレスが大きくなるおそれがある。
【０１３１】
そこで、本変形例では、時刻ｔ５３で先行材が減速を開始した後、時刻ｔ５４で次材ＧＢの動作速度ＧｏｐｒＢに達したところで、動作速度ＧｏｐｒＢを維持して、次材ＧＢのＲＯＴ６への進入に備える。
【０１３２】
図１０には、先行材ＧＡの尾端が最終段の圧延スタンド５ｇから排出される前に、次材ＧＢの初期流量設定情報のデータＡを受信し、次材ＧＢの動作速度ＧｏｐｒＢが、先行材ＧＡの動作速度ＧｏｐｒＡよりも大きい場合が示されている。
図１０に示すように、先行材ＧＡは、時刻ｔ６１において揚水ポンプ９の加速を開始する。その後、一定の動作速度ＧｏｐｒＡで推移し、時刻ｔ６３において、先行材ＧＡの尾端が最終段の圧延スタンド５ｇから排出される。
【０１３３】
この例では、時刻ｔ６３よりも前の時刻ｔ６２において、次材ＧＢの初期流量設定情報のデータＡを受信している。このまま先行材ＧＡを減速させると、減速が終了した後、速度制御装置２０は、すぐに次材ＧＢのための加速を開始することとなる。
【０１３４】
そこで、次材ＧＢのデータＡの受信によって、先行材ＧＡのための揚水ポンプ９の減速を中止し、動作速度ＧｏｐｒＡを維持する。その後、時刻ｔ６４で次材の加速時間の速度とし、動作速度ＧｏｐｒＢに達するようにして、次材ＧＢのＲＯＴ６への進入に備える。
【０１３５】
図１１には、先行材の減速時間中に、速度制御装置２０が次材の初期流量設定情報のデータＡを受信した場合が示されている。
【０１３６】
図１１に示すように、時刻ｔ７１において、先行材ＧＡに応じて揚水ポンプ９の加速を開始し、一定の動作速度ＧｏｐｒＡを維持した後、時刻ｔ７２において、速度制御装置２０は、揚水ポンプ９の減速を開始させる。
【０１３７】
先行材ＧＡが減速している期間内の時刻ｔ７３において、速度制御装置２０は、次材ＧＢのデータＡを受信する。速度制御装置２０は、データＡを受信した時刻ｔ７３で、揚水ポンプ９の減速を停止し、そのときの速度を維持する。その後、時刻ｔ７４で次材ＧＢの加速完了速度まで加速させるタイミングに合わせて、ポンプを加速させる。
【０１３８】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。たとえば、各制御装置や計算装置などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
【０１３９】
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０１４０】
その他、本発明の実施の形態として上述した速度制御装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得るすべての速度制御装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１４１】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例および修正例に想到し得るものであり、それら変更例および修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【０１４２】
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、その他の様々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、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【要約】
実施形態によれば、圧延する第１の被圧延材に対して設定され、前記第１の被圧延材の先端に注水する冷却水の流量を設定する第１データおよび前記第１の被圧延材に設定された前記第１の被圧延材の搬送速度のパターンを含む第２データを収集するデータ収集部と、前記第１データおよび前記第２データにもとづいて、前記第１の被圧延材に注水される冷却水の予想値である第１予測注水量を計算する第１計算部と、前記第１予測注水量と、前記揚水ポンプがくみ上げることができる流量に対する前記揚水ポンプの速度の特性データと、にもとづいて、前記揚水ポンプを駆動するインバータ装置に供給する速度指令値を計算する第２計算部と、を備えた揚水ポンプの速度制御装置が提供される。【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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