(57)【要約】【課題】消費無効電力量をコントロールできる熱間圧延装置及び方法を得る。【解決手段】被圧延材の加熱炉１及び抽出装置２から圧延ラインを経てコイラー７に至る鉄、非鉄の圧延ラインを持つ熱間圧延装置において、生産命令に基づく熱間圧延の圧延スケジュールとそれによって予測される搬送スケジュール、圧延ライン各装置が消費する実有効・無効電力量、及び被圧延材の抽出ピッチを元に圧延ライン各装置の無効電力量需要を予測し、上記圧延ライン全体に許容される無効電力量の基準値と上記圧延ラインの無効電力量需要予測値を比較する主計算機２０、及びこの主計算機２０の指令を受けて動作する制御装置３０を備え、無効電力量需要予測値が無効電力量基準値を超える場合、制御装置３０により抽出装置２の抽出ピッチを変えることによって上記圧延ラインの消費無効電力量を目標値に近づける。【選択図】        図１
2004283889.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被圧延材の加熱炉及び抽出装置から圧延ラインを経てコイラーに至る鉄、非鉄の圧延ラインを持つ熱間圧延装置において、生産命令に基づく熱間圧延の圧延スケジュールとそれによって予測される搬送スケジュール、圧延ライン各装置が消費する実有効・無効電力量、及び被圧延材の抽出ピッチを元に圧延ライン各装置の無効電力量需要を予測し、上記圧延ライン全体に許容される無効電力量の基準値と上記圧延ラインの無効電力量需要予測値を比較する主計算機、及びこの主計算機の指令を受けて動作する制御装置を備え、上記無効電力量需要予測値が無効電力量基準値を超える場合、上記制御装置により上記抽出装置の抽出ピッチを変えることによって上記圧延ラインの消費無効電力量を目標値に近づけるようにしたことを特徴とする熱間圧延装置。
【請求項２】
請求項１に記載の熱間圧延装置において、圧延ライン各装置の電源・駆動装置は力率改善用のコンデンサを備え、無効電力量需要予測値が無効電力量基準値を超えた場合、上記制御装置により上記力率改善用のコンデンサを投入し、それでもなお無効電力量需要予測値が無効電力量基準値を超える場合、上記制御装置により上記抽出装置の抽出ピッチを変えることによって上記圧延ラインの消費無効電力量を目標値に近づけるようにしたことを特徴とする熱間圧延装置。
【請求項３】
請求項２に記載の熱間圧延装置において、無効電力量需要予測値が、上記力率改善用コンデンサ投入後も、無効電力量基準値を超えると予測される場合、上記主計算機からの指令により警報を発してオペレータに注意を促すようにしたことを特徴とする熱間圧延装置。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の熱間圧延装置において、異なる被圧延材の圧延スケジュールが同一とみなされ、かつ予測した搬送スケジュールが実績の搬送と近似する場合、上記主計算機により有効・無効電力量需要予測式を学習し、現状の有効・無効電力量需要予測式に置き換えるようにしたことを特徴とする熱間圧延装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の熱間圧延装置において、圧延ライン各装置の交換や位置変更が行われたとき、上記主計算機は交換や変更の入力を受けて、自動的に有効・無効電力量需要予測を変更し、その変更された予測に基づき、上記制御装置に被圧延材の抽出ピッチの制御または力率改善用コンデンサの投入制御を行わせるようにしたことを特徴とする熱間圧延装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の熱間圧延装置において、無効電力量需要予測値が無効電力量基準値を超える場合、上記主計算機は、超えることにより電力供給者に支払うペナルティの額と、抽出ピッチを遅らせることによる損失の額とを比較し、有利な方の制御を選択して上記圧延ラインの消費無効電力量を目標値に近づけるようにしたことを特徴とする熱間圧延装置。
【請求項７】
被圧延材の加熱炉及び抽出装置から圧延ラインを経てコイラーに至る鉄、非鉄の圧延ラインによる熱間圧延方法において、生産命令に基づく熱間圧延の圧延スケジュールとそれによって予測される搬送スケジュール、圧延ライン各装置が消費する実有効・無効電力量、及び被圧延材の抽出ピッチを元に圧延ライン各装置の無効電力量需要を予測し、上記圧延ライン全体に許容される無効電力量の基準値と上記圧延ラインの無効電力量需要予測値を比較し、この比較の結果、上記無効電力量需要予測値が無効電力量基準値を超える場合、上記抽出装置による被圧延材の抽出ピッチを変えることによって上記圧延ラインの消費無効電力量を目標値に近づけるようにしたことを特徴とする熱間圧延方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、鉄、非鉄鋼等の被圧延材を熱間圧延する際において、力率向上すなわち無効電力低減を図る熱間圧延装置及び方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１に示されているように、従来の熱間圧延装置では、加熱炉に装入される上流からのピッチと加熱炉の焼き上げ能力と圧延側の圧延製造能力から決まる被圧延材の抽出ピッチを元に、エネルギーコストを最小にするピッチを抽出ピッチとする方法が採用されている。
【０００３】
一方、今まで、熱間圧延装置全体が発生する有効・無効電力量や力率から見て、ピッチを修正することは上記「設備の能力を最大に使用すること」をベースにしているため、通常行っていない。
【０００４】
一般に圧延ラインでの製造間隔（ピッチ）を大きくすれば、単位時間当りの有効・無効電力量は少なくなる。また、投入材料と目標仕上げ製品の関係から有効・無効電力量も変わってくる。
【０００５】
【特許文献１】
特許第２６３５５４８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、現状の設備の中にサイリスタやその他力率を悪くする装置を増設したり、新しい種類の被圧延材料や被圧延材料の新処理方法を採用したり、新しいサイズの製品を作ることになった時など、当初の想定していた力率制限（無効電力量）を超えることがある。このような場合にも、無効電力量が売電側との契約値を超えないようにする必要があり、また、無効電力発生による電圧降下を基準以下に抑える必要がある。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、抽出時刻間近において有効・無効電力需要量、力率予測を、それまでの有効・無効電力量とこれからの圧延スケジュールにより正確に予測し、消費無効電力量をコントロールしようとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る熱間圧延装置は、被圧延材の加熱炉及び抽出装置から圧延ラインを経てコイラーに至る鉄、非鉄の圧延ラインを持つ熱間圧延装置において、生産命令に基づく熱間圧延の圧延スケジュールとそれによって予測される搬送スケジュール、圧延ライン各装置が消費する実有効・無効電力量、及び被圧延材の抽出ピッチを元に圧延ライン各装置の無効電力量需要を予測し、上記圧延ライン全体に許容される無効電力量の基準値と上記圧延ラインの無効電力量需要予測値を比較する主計算機、及びこの主計算機の指令を受けて動作する制御装置を備え、上記無効電力量需要予測値が無効電力量基準値を超える場合、上記制御装置により上記抽出装置の抽出ピッチを変えることによって上記圧延ラインの消費無効電力量を目標値に近づけるようにしたものである。
【０００９】
また、この発明に係る熱間圧延方法は、被圧延材の加熱炉及び抽出装置から圧延ラインを経てコイラーに至る鉄、非鉄の圧延ラインによる熱間圧延方法において、生産命令に基づく熱間圧延の圧延スケジュールとそれによって予測される搬送スケジュール、圧延ライン各装置が消費する実有効・無効電力量、及び被圧延材の抽出ピッチを元に圧延ライン各装置の無効電力量需要を予測し、上記圧延ライン全体に許容される無効電力量の基準値と上記圧延ラインの無効電力量需要予測値を比較し、この比較の結果、上記無効電力量需要予測値が無効電力量基準値を超える場合、上記抽出装置による被圧延材の抽出ピッチを変えることによって上記圧延ラインの消費無効電力量を目標値に近づけるようにしたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明に係る熱間圧延装置及び方法を説明する図である。加熱炉１から抽出装置２により所定の抽出ピッチで取り出された被圧延材はテーブル３上を搬送され、粗ミル４で圧延された後、シャー５で切断され、その後仕上げミル群６で圧延された後、コイラー７に巻き取られる。加熱炉１からコイラー７までの間には多数のセンサ８やデスケーラ装置９や冷却装置１０が設けられ、さらにミルやコイラー駆動用のモータＭや、水散布用ポンプＰのモータその他各種の電気関連装置が設置されて、電力供給を受けている。
【００１１】
上記圧延ラインは、主計算機２０からの指令を受ける制御装置３０により、被圧延材の抽出装置２、電源関連装置の入り切り、電源関連実績収集等の制御が行われる。電源・駆動装置４０は電源ラインに接続される遮断器４１、変圧器４２、サイリスタ４３、各種スイッチ４４、力率改善用コンデンサ４５等を含み、これらの機器により圧延ラインを動かすモータ、センサ等の電気関連装置に電力を供給している。
【００１２】
制御装置３０に指令を出す主計算機２０は次のＡ〜Ｌの機能、装置乃至データを備えている。
Ａ：燃焼スケジュール計算
Ｂ：圧延スケジュール計算
Ｃ：搬送スケジュール計算
Ｄ：各機械位置のデータ
Ｅ：抽出ピッチの計算、抽出ピッチ修正量計算
Ｆ：有効・無効電力量の計算、力率の計算（総和計算）
Ｇ：有効・無効電力量の実績収集（総和計算）
Ｈ：有効・無効電力量の予測計算、修正計算
Ｉ：力率改善用コンデンサの入り切り演算
Ｊ：比較装置
Ｋ：ペナルティ演算、比較
Ｌ：通信装置
さらに、この主計算機２０は入力装置２１、データの蓄積装置２２、及び表示装置２３を備えている。入力装置２１からは力率基準値や変更した機械位置等の入力を行う。蓄積装置２２は有効・無効電力量需要予測値、有効・無効電力需要量実績値、圧延スケジュール等を蓄積記憶する。表示装置２３は主計算機２０からの警報状態を表示する。主計算機２０には生産命令用計算機５０から指令が与えられる。
【００１３】
次にこの装置の動作を図２のフローにより説明する。連続式加熱炉と熱間圧延装置からなる熱間圧延工程において、投入材料と製品の指示及び途中での処理指示を行う生産命令用計算機５０に従い、主計算機２０では連続式加熱炉と熱間圧延装置のそれぞれの最大能力に基づいて、加熱炉１での燃焼スケジュール（ａ）と熱間圧延機での圧延スケジュール（ｂ）を決定する。さらに上記燃焼スケジュールを元に搬送スケジュールを（ｃ１）、また、圧延スケジュールを元に搬送スケジューラ（図３参照）をそれぞれ計算する（ｃ２）。
【００１４】
主計算機２０では、ある抽出ピッチでの圧延ラインにおける有効・無効電力量の実績収集（ｇ１）を行い、この結果から実有効・無効電力量計算を行う（ｇ２）。同時に、搬送スケジュールに基づいて、有効・無効電力量予測を行う（ｆ１）。また、搬送スケジューラに基づいて有効・無効電力量予測を行う（ｆ２）。
【００１５】
次に、（ｇ２）で得た実有効・無効電力量と（ｆ１）で求めた搬送スケジュールと（ｆ２）で求めた搬送スケジューラに基づいて、実力率、実有効・無効電力量、及び搬送スケジュール、搬送スケジューラに基づく力率、有効・無効電力量需要予測を行う（ｈ）と共に、この予測値を各時間毎に蓄積装置２２に蓄積する。
【００１６】
次に、上記有効・無効電力量需要予測値を、入力装置２１から入力された力率（無効電力量）基準値すなわち制限値と比較する（ｊ）。比較した結果、力率（無効電力量）が基準値を超える場合は制御装置３０に指示を与え、制御装置３０により電源・駆動装置４０の力率改善用コンデンサ４５を投入し、有効・無効電力量需要予測値が基準値内におさまるかどうか判断する（ｉ）。基準値内におさまらない場合、力率（無効電力量）が基準値を超える時刻が次の被圧延材の抽出時刻より前かどうか判断（ｅ１）し、前の場合、被圧延材の抽出ピッチを修正する（ｅ２）。この抽出ピッチの修正により、力率（無効電力量）を基準値内におさめる。
【００１７】
図３を用いてさらに詳述すると次のようになる。図３はある被圧延材が圧延ラインに投入され搬送された時の被圧延材の先端と尾端の軌跡を、縦軸に時間、横軸に位置をとり示した圧延ライン側の搬送スケジューラであり、また同時に、各機器により圧延の進捗（時間）に従い消費される有効・無効電力量を示す。
【００１８】
被圧延材のサイズと圧延スケジュールから、加熱炉及び圧延ラインでの搬送スケジュールによる有効・無効電力量を予測する。演算する時点（図３のｔｘ）での総有効、総無効電力量の部分である各機械の有効・無効電力量実績を取り込む。各機械の有効電力量と無効電力量をそれぞれ  ＰＭ１、ＰＭ２…ＰＭＮ，   ＱＭ１、ＱＭ２…ＱＭＮとし、その他、水、油用ポンプなど、他のドライブ用有効・無効電力量実績をＰＵ１、ＰＵ２…ＰＵＮ ，   ＱＵ１、ＱＵ２…ＱＵＮ とすると、ｔｘでの総和（有効・無効電力量は−ｔｐからｔｘの間を対象とする）は、
ＰｔＸ−ｔＰ＝ＰＭ１＋ＰＭ２＋…ＰＭＮ＋ＰＵ１＋…ＰＵＭ    
ＱｔＸ−ｔＰ＝ＱＭ１＋ＱＭ２＋…ＱＭＮ＋ＱＵ１＋…ＱＵＭ
となる。
【００１９】
また、更なる将来分の有効・無効電力量予測値はｔ＝ｔｆ１（ｔｆ１，ｔｆ２…と小刻みにとる）において、各機械で、Ｐｆ１Ｍ１、Ｐｆ１Ｍ２・・・Ｐ０ｆ１ＭＮ、Ｐｆ１ｕ１、Ｐｆ１ｕ２…Ｐｆｕｎ，    Ｑｆ１Ｍ１、Ｑｆ１Ｍ２・・・Ｑｆ１ＭＮ、 Ｑｆ１ｕ１、Ｑｆ１ｕ２…Ｑｆｕｎとすれば、その総和は、
Ｐｆ１＝ＰｆＭ１＋…＋Ｐｆｕｎ  
Ｑｆ１＝ＱｆＭ１＋…＋Ｑｆｕｎ 
となる。
【００２０】
電力量を計算する時間スパンを一定に取るため過去の分はｔｆ１分短くして計算する。
Ｐｔｘ−ｔｐ−ｔｆ１  よって電力量の予測ＰＥ１は
ＰＥ１＝Ｐｔｘ−ｔｐ−ｔｆ１＋Ｐｆ１
となる。
【００２１】
同様にしてｔ＝ｔｆ２、ｔ＝ｔｆ３…ｔ＝ｔｆｎ 時点での予測ＰＥ２、ＰＥ３…を行う。このとき同様にして過去の分も基準時点からｔｆ２、ｔｆ３…分短くして演算するその実績をＰｔｘ−ｔｐ−ｔｆ１とする。即ち、
ＰＥｉ＝Ｐｔｘ−ｔｐ−ｔｆｉ＋Ｐｆｉ
となる。
【００２２】
無効電力量を計算する時間スパンを一定に取るため過去の分はｔｆ１分短くして計算する。Ｑｔｘ−ｔｐ−ｔｆ１  よって無効電力量の予測ＱＥ１は
ＱＥ１＝Ｑｔｘ−ｔｐ−ｔｆ１＋Ｑｆ１
となる。
【００２３】
同様にしてｔ＝ｔｆ２、ｔ＝ｔｆ３…ｔ＝ｔｆｎ 時点での予測を行い、ＱＥ２、ＱＥ３…を得る。このとき同様にして過去の分も基準時点からｔｆ２、ｔｆ３…分短くして演算するその実績をＱｔｘ−ｔｐ−ｔｆ１とする。
即ち
ＱＥｉ＝Ｑｔｘ−ｔｐ−ｔｆｉ＋Ｑｆｉ
となる。ここで、力率Ｅｉ（ＣＯＳφ）＝ＰＥｉ／√（ＰＥｉ２  ＋ＱＥｉ２）である。
【００２４】
最初にこの力率と基準値力率Ｂ（ＣＯＳφ）とを比較し、下回っていれば、力率改善用コンデンサ４５（ＱＣ）を投入するが、それでも下回れば、ここで、改善後の力率Ｅｉ＋Ｃ（ＣＯＳφ）＝ＰＥｉ／√（ＰＥｉ２  ＋（ＱＥｉ −ＱＣ）２）とおいて、改善後の力率Ｅｉ＋Ｃ（ＣＯＳφ）と基準値力率Ｂ（ＣＯＳφ）と比較し、ｉを順に大きくしてゆき、最初に力率Ｂ（ＣＯＳφ）を超える時点が加熱炉及び機械制約から算出していたピッチＴｐｉｔｃｈｘより小さければ抽出ピッチを遅らせる。その時、△ｔずつ小刻みに抽出ピッチを遅らせ再度無効電力量を予測する。
ｋ＊△ｔ後に無効電力量が基準値に入るなら、即ち
ＴＰＩＴＣＨ＝ＴＰＩＴＣＨ＋ｋ＊△ｔ
が新たな抽出ピッチとなる。
【００２５】
実施の形態２．
実施の形態２は、図１の主計算機２０の計算結果により、力率（無効電力量需要）予測値が、力率改善用コンデンサ４５の投入後も、設定した力率下限値（無効電力量上限値）を、ｎ分後近辺に超えると予測される場合、主計算機２０から表示装置２３へ信号を送り、警報を鳴らしてオペレータに注意を促す。同時に主計算機２０の通信装置Ｌを用いて遠く離れた場所の遠方表示装置に情報を伝送して監視する。
【００２６】
図１、図２、及び動作のフローを示す図４により説明する。図２の（ｉ）で力率予測が基準値を下回る（４００）時は、主計算機２０は制御装置３０に指令を送り、電源・駆動装置４０の力率改善コンデンサ４５を投入する（４０１）。図２の（ｅ１）でｎ分後の力率を予測し、力率が基準値を下回る（４０２）ときは、「ｎ分後基準値を下回る」警報を発信し（４０３）、オペレータに警報で注意を促すか、または、通信装置Ｌにより遠方の事務所にも情報を伝送して（４０４）装置の監視を可能にする。
【００２７】
実施の形態３．
本実施の形態は、同一圧延スケジュールとみなされ、しかも予測した搬送スケジュールが実績の搬送と同じ範囲とみなされるのであれば、各機械の消費有効・無効電力量を元に、各機械の有効・無効電力量予測式を学習し現状の有効・無効電力量予測式及び力率におきかえるものである。
【００２８】
図５はその動作フローを示している。まず、圧延命令（圧延スケジュールＡｋ）による搬送予測を行い（５００）、実績値収集装置で収集して（５０４）いる圧延スケジュール実績Ａｋｍ、搬送実績値の内の被圧延材先端通過時刻ＴＨｉｍ、及び尾端通過時刻ＴＴｉｍに基づいて、予測先端通過時刻ＴＨｉ、予測尾端通過時刻ＴＴｉとの偏差ΔＴＨとΔＴＴを計算して求める（５０１）。
【００２９】
計算の結果、上記先端の偏差ΔＴＨ及び尾端の偏差ΔＴＴが共に基準値より小さければ（５０２）、消費電力量（有効・無効電力量）の予測値に、圧延スケジュールに対応した現状の有効・無効電力量を使用する（５０３）。このとき現状の有効・無効電力量は、実績収集装置（５０４）から得られた消費有効・無効電力量を蓄積している蓄積装置から得、また、この蓄積装置に新たな予測値を蓄積する（５０５）。
【００３０】
実施の形態４．
本実施の形態は、機械やセンサの変更等が行われ、搬送の諸タイミングが変更となった場合に、自動的に有効・無効電力量の需要予測と力率を計算し、必要時に力率改善用コンデンサ４５の投入量を変更したり、抽出ピッチを変更したりするものである。
【００３１】
図６にその動作フローを示している。機械やセンサの位置が変更されたときは（６００）、図１の入力装置２１から機械等の位置データを入力する（６０１）。機械位置の変更により、搬送の加減速位置が変更されるので、搬送スケジューラの再計算を行う（６０２）。さらに、搬送スケジューラに基づき力率の計算を行う（６０３）。力率が基準値から外れている場合（６０４）、搬送加速タイミングを遅らせて、加速時間を減じると共に、搬送スケジューラの再計算を行う（６０５）。この搬送スケジューラの再計算結果に基づき力率を計算する（６０６）。力率が基準以内かどうか判断し（６０７）、基準から外れていれば（６０５）に戻すか▲１▼、抽出ピッチ変更ロジック（６０８）へ進めるか▲２▼、センサや機械位置を再検討（６０９）をするか▲３▼を選択する。▲１▼、▲２▼、▲３▼のいずれかの選択は人により行う。
【００３２】
実施の形態５．
本実施の形態は、力率予測が基準値を超えるとき、力率基準値の超過により電力供給者へ支払うペナルティ額と被圧延材抽出ピッチを遅らせることによる損失エネルギーの額を比較し、有利な方の制御を行わせるようにしたものである。
【００３３】
図７は実施の形態５の動作を説明するフローである。まず、搬送スケジュールによる力率予測値と基準値を比較し、力率予測値が基準値を下回る場合（７００）、力率予測値を制限値内におさめるため、抽出ピッチを遅らせる時間Ｔ（秒）を計算する（７０１）。時間Ｔ遅らせることによる発生エネルギー損失の金額Ｅを計算により求める（７０２）。
【００３４】
また、力率予測値が制限値を下回る場合（７００）、予測値による抽出を行ったとき、基準値からの下回り量によるペナルティ量を計算し（７０３）、その金額Ｘを計算により求める（７０４）。上記ＥとＸを比較し、Ｅ＞Ｘならば抽出ピッチを変えずに運転する（７０６）。Ｅ＞Ｘでなければ抽出ピッチを時間Ｔ遅らせる（７０７）。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の熱間圧延装置及び方法によれば、被圧延材の抽出時刻間近において有効・無効電力量需要予測、力率予測を、それまでの有効・無効電力量とこれからの圧延スケジュールにより正確に予測し、それに基づいて抽出ピッチを制御し、消費無効電力量をコントロールすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る熱間圧延装置及び方法を説明する図である。
【図２】実施の形態１の動作を説明するフロー図である。
【図３】実施の形態１の動作を説明する圧延ライン側の搬送スケジューラである。
【図４】この発明の実施の形態２に係る熱間圧延装置及び方法を説明するフロー図である。
【図５】この発明の実施の形態３に係る熱間圧延装置及び方法を説明するフロー図である。
【図６】この発明の実施の形態４に係る熱間圧延装置及び方法を説明するフロー図である。
【図７】この発明の実施の形態５に係る熱間圧延装置及び方法を説明するフロー図である。
【符号の説明】
１  加熱炉、                        ２  抽出装置、
３  テーブル、                      ４  粗ミル、
５  シャー、                        ６  ミル群、
７  コイラー、                      ８  センサ、
９  デスケーリング装置、          １０  冷却装置、
２０  主計算機、                    ２１  入力装置、
２２  蓄積装置、                    ２３  表示装置、
３０  制御装置、                    ４０  電源・駆動装置、
４１  遮断器、                      ４２  変圧器、
４３  サイリスタ、                  ４４  スイッチ、
４５  力率改善用コンデンサ、        ５０  生産命令用計算機。
【図１】
2004283889.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004283889.tif 000007
【図６】
2004283889.tif 000008
【図７】
2004283889.tif 000009