(57)【要約】【課題】熱間圧延機で圧延された鋼板の巻取り温度制御を簡単かつ高精度な冷却制御で実現する。【解決手段】冷却装置153の冷却ヘッダー160に優先順位を付与した上で、冷却ヘッダーの開閉パターンを巻取り温度との関係が単調関数となるような制御コードで定式化する。鋼板151の長さに着目して、プリセット制御手段111により、線形の最適化手法によるプリセットで制御コードを決定する。そして、冷却ヘッダー開閉のばらつきに着目したスムージングにより、最終的な制御コードを算出し、ヘッダーパターンに変換してプリセット指令とする。【選択図】図１
2007118027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間圧延機で圧延された鋼板を、熱間圧延機の出側に備えられた冷却装置で冷却し、ダウンコイラで巻取られる前の鋼板の温度を所定の目標温度に制御する巻取り温度制御装置において、
前記冷却装置に備えられた多数の冷却ヘッダーの開放順序の優先関係を格納している冷却ヘッダー優先順位テーブルと、
前記鋼板の巻取り温度を推定するための板温推定モデルと、
前記冷却ヘッダーの開閉の組み合わせであるヘッダーパターンを前記冷却ヘッダー優先順位テーブルの情報を用いて生成した制御コードと対応づけた上で、目標巻取り温度と鋼板の速度に関する情報とから、前記板温推定モデルを用いて巻取り温度を推定し、該推定した結果を用いて目標巻取り温度を実現するための制御コードを算出して出力するプリセット制御手段と、
該プリセット制御手段が出力した制御コードをヘッダーパターンに変換して冷却装置に出力するヘッダーパターン変換手段と、を含んで構成されることを特徴とする巻取り温度制御装置。
【請求項２】
前記制御コードは、すべてのヘッダーが開いた状態を最大値、すべてのヘッダーが閉じた状態を最小値とし、制御コードの増加に伴い、前記巻取り温度の推定値が単調に減少するように対応づけられていることを特徴とする請求項１記載の巻取り温度制御装置。
【請求項３】
前記制御コードは、すべてのヘッダーが開いた状態を最小値、すべてのヘッダーが閉じた状態を最大値とし、制御コードの増加に伴い、前記巻取り温度の推定値が単調に増加するように対応づけられていることを特徴とする請求項１記載の巻取り温度制御装置。
【請求項４】
前記プリセット制御手段は、制御コードの最大値と最小値をそれぞれ第１の制御コードと第２の制御コードとし、第１の制御コードと第２の制御コードから算出した第３の制御コードに対応したヘッダーパターンで巻取り温度を推定し、推定結果が前記目標巻取り温度より大きい場合には第３の制御コードを改めて第２の制御コードとし、逆に、推定結果が前記目標巻取り温度より小さい場合には第３の制御コードを改めて第１の制御コードとし、この制御コードを更新する演算を、あらかじめ定められた計算終了条件を満足するまで繰り返すことを特徴とする請求項１または２記載の巻取り温度制御装置。
【請求項５】
前記プリセット制御手段は、制御コードの最大値と最小値をそれぞれ第１の制御コードと第２の制御コードとし、第１の制御コードと第２の制御コードから算出した第３の制御コードに対応したヘッダーパターンで巻取り温度を推定し、推定結果が前記目標巻取り温度より大きい場合には第３の制御コードを改めて第１の制御コードとし、逆に、推定結果が前記目標巻取り温度より小さい場合には第３の制御コードを改めて第２の制御コードとし、この制御コードを更新する演算を、あらかじめ定められた計算終了条件を満足するまで繰り返すことを特徴とする請求項１または３記載の巻取り温度制御装置。
【請求項６】
前記プリセット制御手段は、前記制御コードを前記鋼板の長手方向の各部位に対応づけて算出して出力し、前記ヘッダーパターン変換手段は各ヘッダーの直下の鋼板の長手方向の部位を認識した上で、部位と対応した制御コードを抽出し、これをヘッダーパターンに変換して冷却装置に出力することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の巻取り温度制御装置。
【請求項７】
前記プリセット制御手段は、前記制御コードの鋼板長手方向の増減を調べ、ある部位の制御コードが前後の制御コードに比べて大きいか小さい場合には、該制御コードを前または後ろの制御コードと一致させることで、鋼板長手方向の制御コードの変化が単峰性の関数になるように制御コードを修正するスムージング手段を備えたことを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載の巻取り温度制御装置。
【請求項８】
熱間圧延機で圧延された鋼板を、該熱間圧延機の出側に備えられた冷却装置で冷却し、ダウンコイラで鋼板が巻取られる前の鋼板の温度を所定の目標温度に制御する巻取り温度制御方法において、
プリセット制御手段は、冷却装置に備えられた冷却ヘッダーの開放順序に優先順位を付与し、冷却ヘッダー開閉の組み合わせであるヘッダーパターンと対応する制御コードを、該優先順位を用いて生成し、制御コードと鋼板の速度に関する情報とから、板温推定モデルを用いて該鋼板の巻取り温度を推定し、推定結果を用いて目標巻取り温度を実現するための制御コードを決定して出力し、該制御コードをヘッダーパターンに変換して冷却装置に出力することを特徴とする巻取り温度制御方法。
【請求項９】
前記制御コードの最大値と最小値をそれぞれ第１の制御コードと第２の制御コードとし、第１の制御コードと第２の制御コードから算出した第３の制御コードに対応したヘッダーパターンで巻取り温度を推定し、推定結果が前記目標巻取り温度より大きい場合には第３の制御コードを改めて第２の制御コードとし、逆に、推定結果が前記目標巻取り温度より小さい場合には第３の制御コードを改めて第１の制御コードとし、この制御コードを更新する演算を、あらかじめ定められた計算終了条件を満足するまで繰り返すことを特徴とする請求項８記載の巻取り温度制御方法。
【請求項１０】
前記制御コードの最大値と最小値をそれぞれ第１の制御コードと第２の制御コードとし、第１の制御コードと第２の制御コードから算出した第３の制御コードに対応したヘッダーパターンで巻取り温度を推定し、推定結果が前記目標巻取り温度より大きい場合には第３の制御コードを改めて第１の制御コードとし、逆に、推定結果が前記目標巻取り温度より小さい場合には第３の制御コードを改めて第２の制御コードとし、この制御コードを更新する演算を、あらかじめ定められた計算終了条件を満足するまで繰り返すことを特徴とする請求項８記載の巻取り温度制御方法。
【請求項１１】
前記プリセット制御手段は、前記鋼板を長手方向にメッシュに分割し、前記制御コードを各メッシュに対応づけてそれぞれ算出し、各ヘッダー直下のメッシュを認識した上で、メッシュと対応した制御コードを抽出し、これをヘッダーパターンに変換して冷却装置に出力することを特徴とする請求項８乃至１０の何れかに記載の巻取り温度制御方法。
【請求項１２】
前記制御コードの鋼板長手方向の増減を調べ、ある部位の制御コードが前後の制御コードに比べて大きいか小さい場合には、該制御コードを前または後ろの制御コードと一致させることで、鋼板長手方向の制御コードが単峰性に変化するように制御コードを微調整することを特徴とする請求項８乃至１１の何れかに記載の巻取り温度制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱間圧延ラインの巻取温度制御装置およびその制御方法に係り、簡易な計算で巻取温度を目標温度に一致させるのに好適な巻取温度制御装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
巻取温度制御を行う従来方法として、例えば、特許文献１には、冷却開始前にあらかじめ得られた圧延材の速度パターンに対応して、圧延材の情報に基づいて冷却パターンを設定する制御方法が開示されている。また特許文献２には、圧延材冷却装置に対応して長手方向に分割し、これを材料冷却単位としてこの単位毎に温度を予測し、その予測温度を目標温度に一致させる巻取温度制御方法が記載されている。また圧延材の温度変化や搬送テーブルの入側温度変化を取り込んでリアルタイムで冷却水量を決め、これに応じてバルブの操作をすることにより、外乱の影響を低減することのできる巻取温度制御装置が示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平８−６６７１３号公報
【特許文献２】特開２０００−１６７６１５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、これらの手法では、膨大な組み合わせとなる冷却パターンの中から適切なパターンを効率的に選択することに配慮されていないため、冷却パターンの決定に多大な計算時間を必要とする問題点があった。またバルブの操作を巻取温度制御にとって最適化することに主眼を置いているため、あるバルブが時系列に開閉を繰り返すことがある問題点があった。
【０００５】
さらに、一般に圧延材の通板速度は、ミル払い出し時は低速で、ダウンコイラ巻取開始後、急激に高速になり、コイルがミルを抜ける直前に再度低速になる。特許文献１では、速度一定の定常部では良い制御が行えるが、速度が変化する過渡状態部では、速度パターンと巻取温度パターンは直接対応しないので、速度パターンに対応して冷却パターンを変更する手法では巻取温度制御の精度が低下する問題点があった。
【０００６】
また、特許文献２に記載された制御方法では、圧延材の温度予測をする分割単位が冷却装置の大きさに依存するため、精度上必要とする値に比べ、分割が粗くなる問題があった。
【０００７】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、膨大な組み合わせとなる冷却パターンの中から巻取り温度を精度良く制御するのに適切な冷却パターンを、効率的に選択する手法を提供し、冷却パターンを算出するための計算時間を低減することにある。また、バルブが時系列に開閉を繰り返すことのない冷却パターンを生成することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記した課題を解決するために、本発明は、熱間圧延機で圧延された鋼板を、該熱間圧延機の出側に備えられた冷却装置で冷却し、ダウンコイラで巻取られる前の鋼板の温度を所定の目標温度に制御する巻取り温度制御装置において、冷却装置に備えられた多数の冷却ヘッダーの開放順序の優先関係を格納している冷却ヘッダー優先順位テーブルと、該鋼板の巻取り温度を推定するための板温推定モデルと、冷却ヘッダーの開閉の組み合わせであるヘッダーパターンを該優先順位テーブルの情報を用いて生成した制御コードと対応づけた上で、目標巻取り温度と鋼板の速度に関する情報とから、該板温推定モデルを用いて巻取り温度を推定し、推定結果を用いて目標巻取り温度を実現するための制御コードを算出して出力するプリセット制御手段と、該プリセット手段が出力した制御コードをヘッダーパターンに変換して冷却装置に出力するヘッダーパターン変換手段と、を含んで構成されることを特徴とする。
【０００９】
前記制御コードは、すべてのヘッダーが開いた状態を最大値（または最小値）、すべてのヘッダーが閉じた状態を最小値（または最大値）とし、制御コードの増加に伴い、前記巻取り温度の推定値が単調に減少（または増加）するように対応づけられている。
【００１０】
前記プリセット制御手段は、前記制御コードを前記鋼板の長手方向の各部位に対応づけて算出して出力し、前記ヘッダーパターン変換手段は各ヘッダーの直下の鋼板の長手方向の部位を認識した上で、部位と対応した制御コードを抽出し、これをヘッダーパターンに変換して冷却装置に出力することを特徴とする。
【００１１】
前記プリセット制御手段は、前記制御コードの鋼板長手方向の増減を調べ、ある部位の制御コードが前後の制御コードに比べて大きいか小さい場合には、該制御コードを前または後ろの制御コードと一致させることで、鋼板長手方向の制御コードの変化が単峰性の関数になるように制御コードを修正するスムージング手段を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、熱間圧延機で圧延された鋼板を、該熱間圧延機の出側に備えられた冷却装置で冷却し、ダウンコイラで鋼板が巻取られる前の鋼板の温度を所定の目標温度に制御する巻取り温度制御方法において、冷却装置に備えられた冷却ヘッダーの開放順序に優先順位を付与し、冷却ヘッダー開閉の組み合わせであるヘッダーパターンと対応する制御コードを、該優先順位を用いて生成し、制御コードと鋼板の速度に関する情報とから、板温推定モデルを用いて該鋼板の巻取り温度を推定し、推定結果を用いて目標巻取り温度を実現するための制御コードを決定して出力し、この制御コードをヘッダーパターンに変換して冷却装置に出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によると、熱間圧延における巻取り冷却工程において、簡単な計算により鋼板の長手方向で温度を高精度に制御することができる。また冷却バルブが時系列に入切を繰り返すことのない冷却パターンを生成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の巻取り温度制御装置を実施するための最良の形態は、図１に示すように、巻取り温度制御装置１００が、目標巻取り温度と鋼板の速度パターンと冷却装置の優先順位を入力情報とする。そして、板温推定モデルを用いて所望の巻取り温度を実現する冷却装置の指令値に対応した制御コードを算出するモデルベーストプリセット手段１１１と、冷却装置の指令値の不要な変更を抑制する冷却装置の指令値スムージング手段１１２を有する。さらに、制御コードを冷却装置の出力パターンに変換するヘッダーパターン変換手段１３０とを含んで構成される。
【００１５】
これにより、熱間圧延後の、鋼板の巻取り制御において、鋼板長手方向のどの部位においても、高精度な巻取り温度が得られる。この結果、鋼板の組成品質を向上させることができ、同時に、平坦に近い鋼板形状を得ることができる。
【実施例１】
【００１６】
図１は本発明の実施例１による巻取り温度制御装置と制御対象の構成を示す。巻取り温度制御装置１００は制御対象１５０から種々の信号を受信し、制御信号を制御対象150に出力するものである。
【００１７】
まず、制御対象150の構成を説明する。本実施例で制御対象150は熱間圧延の巻取り温度制御ラインであり、圧延部152のミル157で圧延された900℃〜1000℃の温度の鋼板151を巻取り冷却部153で冷却し、ダウンコイラ154で巻取る。巻取冷却部153には、鋼板151の上側から水冷する上部冷却装置158と鋼板151の下側から水冷する下部冷却装置159が備えられている。各冷却装置は、水を放出する冷却ヘッダー160が一定本数組み合わされたバンク159を複数個、それぞれ備えている。
【００１８】
本実施例では、各冷却ヘッダー160の操作指令が開または閉の場合を例に説明する。ミル出側温度計155は、圧延部152で圧延された直後の鋼板の温度を計測し、巻取り温度計156はダウンコイラ154で巻取る直前の温度を計測する。巻取り温度制御の目的は、巻取り温度計156で計測された温度を目標温度に一致させることである。目標温度は、コイル長手方向の各部位で一定でも良いし、各部位に応じて異なった値を設定することもできる。
【００１９】
次に、巻取り温度制御装置100の構成を示す。巻取り温度制御装置100は、鋼板155が巻取り冷却部153で冷却されるのに先立って各冷却ヘッダー160の開閉パターンに対応した制御コードを算出するプリセット制御手段110を備える。また、鋼板155が巻取り冷却部153で冷却されているときに、巻取り温度計156の測定温度等の実績をリアルタイムに取り込んで、制御コードを変更するダイナミック制御手段120を備える。また、制御コードを各冷却ヘッダー160の開閉パターンに変換するヘッダーパターン変換手段130を備えている。各冷却ヘッダー160の開閉パターンの集合を、以下、ヘッダーパターンと称する。
【００２０】
プリセット制御手段110は、目標巻取り温度テーブル114、速度パターンテーブル115、冷却ヘッダー優先順位テーブル116から情報を取り込み、板温推定モデル117を用いた演算によりヘッダーパターンを算出するモデルベーストプリセット手段111を有する。モデルベーストプリセット手段111の計算結果に対して、ヘッダーパターンの時間的な出力を滑らかにする冷却装置指令値スムージング手段112を有している。
【００２１】
ダイナミック制御手段120は、巻取り温度計156からの検出温度を用いて、これと目標温度との偏差を補正する、巻取り温度偏差補正手段121を有している。また、ミル出側温度計155からの検出温度を用いて、これとプリセット制御演算時に想定したミル出側温度との偏差を補正する、ミル出側温度偏差補正手段122を有している。また、ミル157やダウンコイラ154の回転速度から鋼板151の速度を算出し、算出結果とプリセット制御演算時に想定した鋼板速度との偏差を補正する、速度偏差補正手段123を有している。
【００２２】
図２は目標巻取り温度テーブル114の構成を示す。鋼板の種類（鋼種）に対応して目標温度が層別された例を示している。プリセット制御手段110は該当コイルの鋼種を判定して、目標巻取り温度テーブル114から対応する目標温度を抽出する。
【００２３】
図３に速度パターンテーブル115の構成を示す。鋼種、板厚、板幅に対して、ミル157から鋼板151の先端が払い出されて、ダウンコイラ154に巻き取られるまでの速度が初期速度である。その後、急加速された後の定常速度、鋼板151の後端がミル157から払いだされる直前に急減速され、ダウンコイラ154で巻き取られるまでの速度が終期速度で、各速度は層別されている。
【００２４】
プリセット制御手段110は該当コイルの鋼種、板厚、板幅を判定して、速度パターンテーブル115から対応する速度パターンを抽出する。たとえば鋼種がSUS304、板厚3.0〜4.0mm、板幅が1200mmのときには、初期速度150mpm、定常速度150mpm、終期速度150mpmが設定されることを示している。
【００２５】
図４に冷却ヘッダー優先順位テーブル115の構成を示す。以下では、ヘッダーの総数が100の場合を例に説明する。図４は100個のヘッダーの開放順位に、１〜100の優先順位を付与したもので、鋼種、板厚、ヘッダー区分（上ヘッダーまたは下ヘッダー）に対して、優先的に開放する冷却ヘッダーの順序が格納されている。
【００２６】
優先順位は、冷却効率、表面と内部の許容温度差等に配慮して決定する。たとえば、鋼板151が薄い場合は、表面と内部に温度差が生じにくいため、冷却効率に配慮して鋼板151の温度が高いミル157の出側に近いヘッダーを優先的に開く。鋼板151が厚い場合には、空冷による復熱を利用して表面と内部の温度差を許容値の範囲内に抑える目的で、可能な限り開ヘッダーが連続しないように優先順位を付与する。水冷と空冷を混在させることで、冷却効率を多少犠牲にして鋼板151の表面と内部の温度差を抑制する。
【００２７】
冷却ヘッダーは目標巻取り温度が実現できる本数だけ、開放するように制御される。バルク、冷却ヘッダーには、ミル157に近い順に番号がつけられており、たとえば（１、１）は、第１バルクの第１冷却ヘッダーを表している。
【００２８】
図４で、鋼種がSUS304、板厚が2.0〜3.0mm、冷却ヘッダー区分が上ヘッダーの場合には、（１、１）、（１、２）、（１、３）、（１、４）、（１、５）、（２、１）、・・・・・、（20、4）、（20、5）の順で、優先的に開放することを示している。すなわち、薄板のため冷却効率に配慮してミル157出側のヘッダーから順に優先的に開放する。また、鋼種がSUS304、板厚が5.0〜6.0mm、冷却ヘッダー区分が上ヘッダーの場合には、（１、１）、（１、４）、（２、１）、（２、４）、（３、１）、（３、４）、・・・・・、（20、３）、（20、5）の順で、優先的に開放する。すなわち、鋼板151がやや厚いため、開ヘッダーが連続しないように優先順位を付与していることを示している。
【００２９】
本実施例では、上ヘッダーと下ヘッダーの優先順位を同一としたが、異なる優先順位を付与することもできる。
【００３０】
ヘッダーパターンは対応する制御コードで表現する。図５にプリセット制御手段110が出力する制御コードと、冷却ヘッダー開閉パターンの対応を示す。制御コード０が全開、100が全閉である。以下、優先順位１の冷却ヘッダーのみが開いているヘッダー開閉パターンを１、優先順位１と２の二つの冷却ヘッダーが開いているヘッダー開閉パターンを２、…のように制御コード化している。
【００３１】
プリセット制御手段110は、このような冷却ヘッダー開閉パターンに対応した制御コードを、スムージング手段112に出力する。すなわち、すべての冷却ヘッダーが開いた状態の制御コードを０、すべての冷却ヘッダーが閉じた状態の制御コードを100（100は上または下の冷却ヘッダーの総数）とする。そして、鋼種がSUS304、板厚が2.0〜3.0mm、冷却ヘッダー区分が上ヘッダーの場合であれば、ヘッダーの優先順位にしたがって制御コードを決定する。たとえば、（１、１）のみ開いた状態を制御コード99、（１、１）（１、２）が開いた状態を制御コード98、（１、１）（１、２）、（１、３）が開いた状態を制御コード97とする。この要領で、以下、全ヘッダーが開いている状態の制御コードである０まで、ヘッダーの開放パターンに制御コードを付与する。
【００３２】
図６にモデルベーストプリセット手段111が実行するアルゴリズムを示す。S6−1で速度パターンテーブル115から取り込んだ値をもとに、初期速度から定常速度に移行するための加速開始位置、定常速度から終期速度に移行するための減速開始位置を算出する。そして、鋼板151のミル157での払い出し開始からダウンコイラ154での巻取り完了までの速度パターンを計算する。加速開始位置Saccp、加速完了位置Saccq、は、減速開始位置Sdccp、減速完了位置Sdccqは、以下に示す数１〜数４でそれぞれ算出できる。
【００３３】
【数１】
2007118027.tif 000003
ただし、Ｌmd：ミル157からダウンコイラ154までの距離。
【００３４】
【数２】
2007118027.tif 000004
ただし  Sstart：鋼板151の初期速度、Smid：鋼板151の定常速度、Saccrate：鋼板151の初期速度から定常速度までの加速レート。
【００３５】
【数３】
2007118027.tif 000005
ただし、Lstrip：鋼板151の長さ、Send：鋼板151の終期速度、Sdccrate：鋼板151の定常速度から終期速度までの減速レート、Lmargin：鋼板151の尻抜けする、どのくらい前で減速を完了するかを示すマージン。
【００３６】
【数４】
2007118027.tif 000006
算出した速度パターンにしたがって、S6-2以降で、目標巻取り温度を実現するヘッダーパターンの時間変化を板温推定モデル117を用いた演算で算出する。本実施例では線形逆補間法にしたがって、ヘッダーパターンを算出する例を示す。
【００３７】
S6−2では鋼板151の各部位について、解の制御コードを挟むような二つの制御コードｎL、ｎHを定義する。ここでは冷却ヘッダーの全開と全閉の間に解が存在することから、一律にｎL＝０、ｎH＝100とする。ここで制御コードの増加に伴って、単純に開いている冷却ヘッダーが減少するので、ｎ１＜ｎ２のとき、これらのヘッダーパターンに対応した巻取り温度Tc1、Tc2について、Tc1＜Tc2が成立する。
【００３８】
次にS6−3で、ｎLとｎHの平均をｎ0とする。そしてS6−4で、制御コードｎ0に対応した巻取り温度Tc0を算出する。S6-4は板温推定モデル117にしたがった温度推定演算を、鋼板150の長手方向の各部位について、ミル払い出しからダウンコイラ巻取りまで、連続計算し、巻取り温度を推定する。S6−5で目標巻取り温度Ttargetに対する推定巻取り温度Tc0の符号を判定し、Tc0＞Ttarget の場合は、ｎ0とｎＬの間に解があるので、ｎ0を新たにｎＨとおく。逆にTc0＜Ttarget の場合は、ｎ0とｎＨの間に解があるので、ｎ0を新たにｎＬとおく。S6−6でアルゴリズムの終了条件を判定し、満足していない時はS6-3〜S6-5の実行を繰り返す。
【００３９】
アルゴリズムの終了は、S5-3〜S5-5の一定回数以上の繰り返しを完了、巻取り温度推定値Tcと目標巻取り温度Ttargetの偏差が一定値以下、ｎ0がｎH、ｎLのいずれかと一致、等を条件に判定すれば良い。
【００４０】
制御コード付与の方法としては、すべての冷却ヘッダーが閉じた状態の制御コードを０（最小値）、すべての冷却ヘッダーが開いた状態の制御コードを100（最大値）とし、制御コードの増加に伴い、巻取り温度の推定値が単調に増加するように対応付けられていても良い。
【００４１】
図7にS6−4に対応した温度推定演算の詳細を示す。温度推定演算としては、鋼板151を長手方向および厚み方向に分割し、一定刻みΔで時間を進めて計算する、いわゆる前進差分法の例を示す。
【００４２】
S7−１で計算時刻を更新し、さらに図６のS６−１で生成した速度パターンから、該当時刻の板速Vｔを計算する。S7−2で、算出した板速を用いて、ミル払い出し長さを計算する。払い出し長さLnとは、圧延を終えてミルから払い出された鋼板の長さで、数５で計算できる。ただしLn-1は、前時刻の払い出し長さである。
【００４３】
【数５】
2007118027.tif 000007
S7−3で演算の完了を判定する。ミル払い出し長さLnが、鋼板151の全長とミル157〜ダウンコイラ154距離の和より大きくなった時、コイル１本に対応した巻取り温度予測計算がすべて終了しているので、演算完了となる。
【００４４】
演算が完了していない場合には、S7−4で鋼板の温度トラッキングを行う。すなわち、前時刻の鋼板の位置に対して、Δだけ時間が経過した後に鋼板がどれだけ進むかがLnとLn-1の関係から分かるので、鋼板の温度分布を対応した距離だけ移動する処理を行う。S7−5でΔの間にミルから排出された鋼板151にミル出側の鋼板温度の推定値を設定する。Ｓ7−6で鋼板151の各部位に対応したヘッダーの開閉の情報から、各部位が水冷か空冷かを判定する。水冷の場合はＳ7−7で、例えば数６にしたがって熱伝達係数を計算する。
【００４５】
【数６】
2007118027.tif 000008
ただし、ω：水量密度、Tw：水温、D：ノズル直径、pl：ライン方向のノズルピッチ、pc：ラインと直行方向のノズルピッチ 、Tsu：鋼板151の表面温度。
【００４６】
数６は、いわゆるラミナー冷却の場合の熱伝達係数である。水冷方法としてはこの他にスプレー冷却等、種々あり、いくつかの熱伝達係数の計算式が知られている。一方、空冷の場合は、例えば数７にしたがって熱伝達係数を計算する。
【００４７】
【数７】
2007118027.tif 000009
ただし、σ：ステファンボルツマン定数（＝4.88）、ε：放射率、Ta：空気温度（℃）、Tsu：鋼板151の表面温度。
【００４８】
数６と数７は、鋼板151の表と裏について、それぞれ計算する。そしてS7−9で鋼板151の各部位の温度を、Δ経過する前の温度をもとに、Δ間の熱量の移動を加減算することで、計算する。鋼板151の厚み方向の熱移動を無視する場合であれば、鋼板151の長手方向の各部位について数８のように計算できる。
【００４９】
【数８】
2007118027.tif 000010
ただし、Tn：現在の板温、Tn-1：Δ前の板温、ht：鋼板表面の熱伝達係数、hb：鋼板裏面の熱伝達係数、ρ：鋼板の密度、C：鋼板の比熱、B：鋼板厚。
【００５０】
また鋼板151の厚み方向の熱伝導を考慮する必要がある場合には、良く知られる熱方程式を解くことで計算できる。熱方程式は数９で表され、これを計算機で差分計算する方法は、種々の文献で公開されている。
【００５１】
【数９】
2007118027.tif 000011
ただし、λ：熱伝導率、T：材料温度。
【００５２】
そして、S7−10でミル157からダウンコイラ154までの、ライン内の鋼板151の全領域で計算が完了するまで、S6−6〜S7−9を繰り返す。またS7−1〜S7−9を、S7−3で演算の終了を判定されるまで、繰り返す。
【００５３】
図８に、S6−3で鋼板151の各部位に付与されている制御コードの、図６の最適化処理による変化の一例を示す。処理１回目では、各部位で同一の初期値（ｎL＝０、ｎH＝100）に対する処理なので、図８の処理１回目に示すように、鋼板151の全域で50が付与される。処理２回目では制御コード５０に対して鋼板151の各部位の巻取り温度Ｔc0の予測結果が、Ｔtargetより大きいか小さいかで、付与される制御コードが異なる。本実施例では、鋼板速度が低速である鋼板151の先端、後端に近い部分は、ヘッダーを閉じる方向の制御コードに更新され、鋼板速度が高速である鋼板151の中央部は、ヘッダーを開く方向の制御コードに更新される例を示している。
【００５４】
具体的には、図８の処理２回目に示すように、先端部、後端部は、１回目の処理のS6−5でｎL＝50、ｎH＝100に更新された結果、制御コードはその平均である75に更新されている。一方、中央部は１回目の処理のS6−5でｎL＝0、ｎH＝50に更新された結果、制御コードは25に更新されている。このようにして、図６のS6−3〜6−6を繰り返すことで、制御コードが順次更新される。
【００５５】
図９にプリセット制御手段110が最終的に出力する、制御コードの例を示す。図の例では、鋼板151は先端からの距離に対応して１ｍ単位でメッシュに分けられており、メッシュに対応して、制御コードが割り振られる。冷却装置は鋼板の表と裏に対応して上部冷却装置158と下部冷却装置159があるので、制御コードとしては、上ヘッダーと下ヘッダーに対応して、別個に出力する。図では、鋼板151の長手方向について、先端から１ｍの上ヘッダーの制御コードは95、下ヘッダーの制御コードも95、500ｍから501ｍの間では、上ヘッダーの制御コードは14、下ヘッダーの制御コードも14であることを示している。
【００５６】
図９では、鋼板151の同一部位に対応した上ヘッダーと下ヘッダーの制御コードを同一としたが、異なった制御コードを設定することも可能である。
【００５７】
図１０にスムージング手段112の処理結果を示す。スムージング手段112はモデルベーストプリセット手段111の出力に対して、冷却ヘッダーの開閉を平滑化する処理を行う。モデルベーストプリセット手段111が出力した制御コードは、鋼板部位３ｍ〜４ｍの区間で、前後の部位に比べて、ともに小さくなっている。この場合、一部の冷却ヘッダーが部位の通過に伴って、瞬間的に開閉するような制御指令が出力される。
【００５８】
スムージング手段112によるスムージング処理の後は、制御コード12を14にスムージングすることにより、鋼板部位に対する制御コードの変化は単調となり、スムージング前の問題は解消されている。
【００５９】
短周期で冷却ヘッダーが開閉する指令を生成しても、実際には冷却ヘッダーの応答遅れのために意味を成さない。そこで、このようなスムージング処理を行い、冷却ヘッダーの指令を時間方向に平滑化する。平滑化は、各制御コードを前後の制御コードと比較し、ともに大きいか小さい場合には、前または後ろの制御コードと一致させるような、簡単な処理で実現できる。
【００６０】
プリセット制御手段110が出力した制御コードは、ダイナミック制御手段120により、実際に鋼板151を冷却中にリアルタイムで補正される。ダイナミック制御手段120は、巻取り温度計156からの検出温度を用いて、これと目標温度との偏差を補正する、巻取り温度偏差補正手段121を備える。また、ミル出側温度計155からの検出温度を用いて、これとプリセット制御演算時に想定したミル出側温度との偏差を補正する、ミル出側温度偏差補正手段122を備える。さらに、ミル157やダウンコイラ154の回転速度から鋼板151の速度を算出し、算出結果とプリセット制御演算時に想定した鋼板速度との偏差を補正する、速度偏差補正手段123を備える。これらの補正量の総和を制御コードの変化量に換算し、ダイナミック制御手段120の補正量として出力する。補正量の計算は、ＰＩ制御等の適用等により実現できる。出力された補正量にしたがって、プリセット制御手段110が出力した制御コードが修正される。
【００６１】
図１１にプリセット制御手段110が出力した制御コードをダイナミック制御手段120が補正したときの、補正結果の例を示す。鋼板部位５ｍ〜６ｍの制御コードが、12から14に補正されている。
【００６２】
図１２にヘッダーパターン変換手段130が実行するアルゴリズムを示す。S11−1で、冷却ヘッダー直下を通過している鋼板151の先端からの距離Lhを算出する。通常、制御装置100は、このような距離情報を種々の目的で使用するため、有している。
【００６３】
S11−2でLhが０より小さいかどうか判定し、小さい場合には鋼板151が該当冷却ヘッダーまで到達していないので、処理を抜けてS11−6に進む。大きい場合には、鋼板151が該当冷却ヘッダーまで到達しているので、S11−3で距離Ｌhに対応した制御コードを抽出する。すなわちＬhと図９の鋼板部位を照合し、Ｌhに対応する部位の上ヘッダー制御コードと下ヘッダー制御コードを抽出する。
【００６４】
S11−4で制御コードから冷却ヘッダー開閉パターンを抽出する。すなわち図５の制御コードと冷却ヘッダー開閉パターンの対応を用いて、優先順位がいくつの冷却ヘッダーまでを開放するか決定する。S11−5では、冷却ヘッダー優先順位テーブル115に格納されている情報を用いて、具体的に開放する冷却ヘッダーを特定し、最終的に該当冷却ヘッダーの開閉を決定する。S11−6で、すべての冷却ヘッダーについての演算が終了したかどうかを判定し、終了していない場合には、終了するまで、S11−1〜S11−5の処理を繰り返す。
【００６５】
本実施例では冷却ヘッダー数が上下とも100の場合を例に説明したが、ヘッダー数としては設備に応じて、種々の数が可能である。本実施例ではスムージング手段112を備えたが、省略する構成も考えられる。
【実施例２】
【００６６】
本実施例では水冷モデルや空冷モデルのチューニングを、プラントメーカが遠隔からインターネットを用いたサービスとして行う場合を示す。図１３に本実施例のシステムの全体構成を示す。
【００６７】
メーカは制御対象150から制御装置100が取り込んだ巻取り温度や、これに関連したヘッダーパターン、鋼板151の速度、ミル出側温度等の実績データや板厚、板幅等のプライマリ情報を、ネットワーク1211、サーバ1210、回線網1203を介して、自社のサーバ1204に取り込む。そしてチューニング用データベース1205に格納する。
【００６８】
メーカ1202はモデルチューニング手段1206を有しており、鉄鋼会社1201からの要求にしたがって、チューニング用データベース1205に蓄積されたデータを用いて実施例１で述べたｈr、ｈw、λの補正計算を行い、計算結果を鉄鋼会社1201に送信する。補正計算は、たとえば「モデルチューニングを高精度に行うアジャスティングニューラルネットの構成と学習方式（電気学会論文誌Ｄ、平成７年４月号）」に一例を示すように、種々の方式が知られている。モデルチューニングの対価は、チューニング回数に対応付けても良いし、チューニングの結果向上した制御結果に対応付けた成果報酬でも良い。
【００６９】
上記実施例１，２に示した本発明は、熱間圧延ラインの冷却制御に広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の制御システムの一実施例を示した構成図。
【図２】目標巻取り温度テーブルの構成を示した説明図。
【図３】速度パターンテーブルの構成を示した説明図。
【図４】冷却ヘッダー優先順位テーブルの構成を示した説明図。
【図５】冷却ヘッダー開閉パターンと制御コードの対応テーブルを示す説明図。
【図６】モデルベーストプリセット手段の処理を示すフローチャート。
【図７】巻取り温度予測計算の詳細処理を示すフローチャート。
【図８】図６の最適化処理による制御コードの変化の一例を示す説明図。
【図９】鋼板部位と制御コードの対応テーブルの説明図。
【図１０】スムージング処理の説明図。
【図１１】ダイナミック制御手段による補正処理の説明図。
【図１２】ヘッダーパターン変換手段の処理を示すフローチャート。
【図１３】制御モデルのチューニングを遠隔サービスするシステムの構成図。
【符号の説明】
【００７１】
100…制御装置、111…モデルベーストプリセット手段、112…スムージング手段、114…目標巻取り温度テーブル、115…速度パターンテーブル、116…冷却ヘッダー優先順位テーブル、117…板温推定モデル、120…ダイナミック制御手段、130…ヘッダーパターン変換手段、150…制御対象、153…巻取冷却部、1205…チューニング用データベース、1206…モデルチューニング手段。
【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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