(57)【要約】【課題】駆動モータの摩擦係数、及び油圧圧下系のダンピング係数をオペレータに提示することにより、オペレータによる適切な圧延機のメンテナンスの実施を可能とする。【解決手段】本発明に係る圧延機の操業保全支援システム１０は、上下一対のワークロール２，２とこのワークロール２，２間のギャップ量を調整する油圧圧下系９とワークロール２に駆動力を与える駆動モータ１とを備えた圧延機８の内部パラメータを推定し、推定した内部パラメータを操業オペレータＰ及び／又は保全オペレータＭに提示する操業保全のための支援システム１０であって、圧延機８の内部パラメータとして、駆動モータ１の摩擦係数と油圧圧下系９のダンピング係数と推定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下一対のワークロールとこのワークロール間のギャップ量を調整する圧下装置とワークロールに駆動力を与える駆動モータとを備えた圧延機の内部パラメータを推定し、推定した内部パラメータを操業オペレータ及び／又は保全オペレータに提示する操業保全のための支援システムであって、 
前記圧延機の内部パラメータとして、駆動モータの摩擦係数と圧下装置のダンピング係数と推定することを特徴とする圧延機の操業保全支援システム。 
【請求項２】
前記摩擦係数を、駆動モータの角速度と負荷外力が作用するワークロールの角速度との差を基に算出することを特徴とする請求項１に記載の圧延機の操業保全支援システム。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧延機の操業や保全作業（メンテナンス作業）を行うことを人的に判断するに際し、オペレータの判断をより正確に行わせるための支援システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、厚鋼板、薄鋼板などの圧延材は、加熱された鋳片を圧延機で圧延することで製造されている。圧延機には、上下一対に配置されたワークロールと一対のバックアップロールとが備えられると共に、このワークロールを駆動する駆動モータ（ミルモータ）が備えられている。さらに、圧延機には、ワークロール間のギャップ量を調整するためのギャップ調整機構が設けられている。このギャップ調整機構は、油圧圧下装置や油圧シリンダ等から構成された油圧圧下系である。
【０００３】
圧延機の操業においては、圧延を進めてゆくに伴い、前述した油圧圧下系が劣化し圧延に支障をきたす状況となることがある。斯かる状況は避けるべきものであり、熟練したオペレータであれば、油圧圧下系での微細な変化を見抜き、油圧圧下系のメンテナンスを実施することが可能となる。しかしながら、経験の浅いオペレータの場合、油圧圧下系の異変を見極めることが困難であることが多い。また、経験豊富なオペレータであっても斯かる異変を確実に察知できるとは言い難い。
【０００４】
そこで、本願出願人は、特許文献１のような技術を開発している。
すなわち、特許文献１は、油圧サーボ系によりワークロール間のロールギャップを調整して被圧延材Ｗの板厚を制御する圧延機において、圧延中の前記油圧サーボ系の入力データおよび出力データをそれぞれ採取し、採取された各データについてフーリエ変換を施してボード線図を作成した後、該ボード線図のゲイン曲線の所定周波数区間を近似する２次伝達関数を求め、該２次伝達関数の共振周波数および減衰係数に基づいて前記油圧サーボ系の劣化状態を診断する圧延機用油圧サーボ系の劣化診断方法を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平６−２２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示した圧延機用油圧サーボ系の劣化診断方法によっても、圧延機に備えられた油圧圧下系の劣化状態を診断することが可能であることを、本願発明者らは確認している。
しかしながら、本願発明者らは、より確実な圧延機の操業支援システムを構築するためには、圧延機に関する他のパラメータを求め、求めた複数のパラメータをオペレータに開示する必要があることを知見した。オペレータにとって、圧延機の劣化を判断するに有益なパラメータとして、油圧圧下系のダンピング係数（減衰係数）に加え、駆動モータの摩擦係数のパラメータが有益であることを明らかにした。
【０００７】
とはいえ、製鉄所内で使用される圧延機を考えた場合、圧延中には、圧延材からの反力や圧下に伴う負荷トルクが圧延機に作用し外乱として働く。このような状況下において、摩擦係数、ダンピング係数といった圧延機のパラメータを同定することは、特許文献１の技術を用いても難しい側面がある。
そこで、本発明は、上記問題点を鑑み、圧延中に未知の負荷トルクが外乱として印加される状況であっても精度よく駆動モータの摩擦係数及び油圧圧下系のダンピング係数を求めることができ、この２つのパラメータをオペレータに提示することにより、オペレータによる適切なメンテナンスを実施することが可能となる圧延機の操業保全支援システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明に係る圧延機の操業保全支援システムは、上下一対のワークロールとこのワーク
ロール間のギャップ量を調整する圧下装置とワークロールに駆動力を与える駆動モータとを備えた圧延機の内部パラメータを推定し、推定した内部パラメータを操業オペレータ及び／又は保全オペレータに提示する操業保全のための支援システムであって、前記圧延機の内部パラメータとして、駆動モータの摩擦係数と圧下装置のダンピング係数と推定することを特徴とする。
【０００９】
好ましくは、前記摩擦係数を、駆動モータの角速度と負荷外力が作用するワークロールの角速度との差を基に算出するとよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、圧延中に未知の負荷トルクが外乱として印加される状況であっても精度よく駆動モータの摩擦係数と油圧圧下系のダンピング係数とを求めることができ、この２つのパラメータをオペレータに提示することにより、操業オペレータや保全オペレータによる適切なメンテナンスを実施すること可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る操業保全支援システムを示したブロック図である。
【図２】表示モニタの画面を示した図である。
【図３】圧延機及び油圧圧下系を模式的にを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態を、圧延機を例示しつつ図を基に説明する。なお、以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。
図３は、圧延材Ｗを圧延する圧延機８を模式的に示した図である。
圧延機８は、上下一対のワークロール２、２と、それぞれのワークロール２をバックアップするバックアップロール３を備える。
【００１３】
ワークロール２は、駆動モータ１（ミルモータ）により駆動されると共に、油圧圧下装置４により、ワークロール２、２間のギャップ量が変更可能となっている。具体的には、駆動モータ１の回転力は連結駆動軸を介してワークロール２へとつながるようになっている。この連結駆動軸は、わずかではあるが歪むことを考慮すると、バネ定数の大きいバネとして扱うことができる。この場合、駆動モータ１〜連結駆動軸までは１つの慣性系（第１の慣性系）であると考えられ、連結駆動軸〜ワークロール２までは、別の慣性系（第２の慣性系）と捉えることができる。すなわち、圧延機８は２つの慣性系で構成されている「２慣性系」と考えることができる。
【００１４】
また、圧延機８には、圧延荷重を測定する荷重計測器５（ロードセル）が備えられると共に、板厚制御装置６が備えられている。この板厚制御装置６は、荷重計測器５で得られた圧延荷重の実績値を基にゲージメータ式などで求められた推定板厚などを用いて、フィードバック制御などを行い、最適なギャップ量を算出し、油圧圧下装置４を制御するものとなっている。油圧圧下装置４からの制御量は、油圧シリンダ７へ伝えられ、この油圧シリンダ７の伸縮により、ワークロール２，２間のギャップ量が変更される。
【００１５】
このような構成を有する圧延機８で圧延材Ｗが圧下されることで、鋳片が所望の板厚、板幅、板クラウンの製品板へと圧延される。
ところで、このような圧延機８を操業するオペレータ（操業オペレータＰ）は、圧延材Ｗを製造するスケジュールに則って、圧延を進めてゆくことになる。一方で、圧延機８の保全作業を行うオペレータ（保全オペレータＭ）は、係る油圧圧下装置４や油圧シリンダ７の異常や故障（油圧圧下系９の異常、故障）に対する対応・修理を行う。併せて、保全オペレータＭは、駆動モータ１の異常や故障に対する対応・修理を行う。
【００１６】
このような保全業務は、経験を積んだ保全オペレータＭであれば、過去の様々な経験を基に、適切なときに実施することができる。しかしながら、経験の浅い保全オペレータＭの場合、圧延機８の保全作業や保全時期の的確な決定が困難となることが十分考えられる。また、操業オペレータＰの場合、圧延材Ｗの製造を優先するあまり、油圧圧下系９や駆動モータ１の保全作業を後回しにしてしまうといったことも否めない。
【００１７】
そこで、本実施形態の操業保全支援システム１０は、圧延機８の内部パラメータを提示
するように構成することで、オペレータ（保全オペレータＭ、操業オペレータＰ）の経験度合いに左右されることなく、適切な操業・保全条件を設定することができるようにしている。
以下、本実施形態の圧延機の操業保全支援システム１０の詳細を述べることにする。
【００１８】
図１に示すように、操業保全支援システム１０は、圧延機８の内部パラメータの少なくとも１つ以上を表示可能な表示器（支援モニタ１２）を有している。加えて、操業データを入力値として圧延機８の内部パラメータを計算することが可能なモデル（パラメータ同定モデル）を有している。
圧延機８の内部パラメータを表示する支援モニタ１２は、液晶モニタやＣＲＴモニタで構成され、コントロール室内に設置されている。保全オペレータＭや操業オペレータＰは常にこの支援モニタ１２を視聴可能な状態となっている。
【００１９】
パラメータ同定モデルは、本操業支援システム１０に設けられたコンピュータ１３乃至はプロコン内にソフトウエアの形で実現されている。
具体的には、このコンピュータ１３は、内部に演算装置を備えると共に記憶装置を備えていて、当該コンピュータ１３に対する指示や外部からの信号を取り込むための入力装置や演算結果を表示する出力装置を備えている。
【００２０】
パラメータ同定モデルはプログラム化されてハードディスクで構成された記憶装置に記憶されており、このパラメータ同定モデルをＭＰＵなどで構成された演算装置により演算する。演算にあたっては、ＡＤ変換ボードなどで構成された入力装置を介して、操業中の圧延機８から得られた実績値（駆動モータ１の電流値、駆動モータ１の回転速度や角速度、油圧シリンダ７へのロールギャップ量の指令値や実績値、ワークロール２の角速度など）が入力され、パラメータ同定モデルの条件値として採用される。実績値は、キーボードなどの入力装置により直接入力されてもよい。
【００２１】
演算装置で演算された結果（パラメータ同定モデルの計算結果）は、記憶装置に記録されると共に、出力装置すなわち支援モニタ１２に表示される。
本実施形態の場合、パラメータ同定モデルで算出され且つ支援モニタ１２に表示される圧延機８の内部パラメータとしては、駆動モータ１の「摩擦係数」と、油圧圧下装置４及び油圧シリンダ７から構成される油圧圧下系９の「ダンピング係数（減衰係数）」が採用されている。
【００２２】
その理由は以下の通りである。
本願発明者らは、圧延機８の過去の操業実績や保全データ（メンテナンス記録）を精査した結果、駆動モータ１の劣化や駆動モータ１のトラブルの発生と、駆動モータ１の摩擦係数とには、強い相関があることを知見した。つまり、駆動モータ１にトラブルが発生する前には、駆動モータ１の摩擦係数が大きくなることが明らかとなっている。また、油圧圧下系９の劣化やトラブルの発生と、油圧圧下系９のダンピング係数とには強い相関があることを知見した。つまり、油圧圧下系９にトラブルが発生する前には、油圧圧下系９のダンピング係数が大きくなることが明らかとなっている。なお、油圧圧下系９をモデル化した際のモデル式は、図３に示す通りであり、このモデル式のηがダンピング係数（減衰係数）である。
【００２３】
以上の知見を基に、支援モニタ１２に、駆動モータ１の摩擦係数と油圧圧下系９のダンピング係数を表示するようにしている。オペレータは、表示された摩擦係数、ダンピング係数の時間推移などを見ることで、操業を続行するか保全作業を行うかを決定することができる。
図２には、本実施形態の支援モニタ１２の画面表示の例が示されている。
【００２４】
図２に示す如く、支援モニタ１２に示されたグラフに関し、その横軸には、モータ摩擦係数指数（駆動モータの摩擦係数）が示され、縦軸には、油圧サーボ系指数（油圧系のダンピング係数）が表示されるようになっている。
例えば、時間推移と共に、駆動モータ１の摩擦係数の値が増加するようであれば、駆動モータ１の劣化が進んでいることをオペレータＭ，Ｐは知ることができる。駆動モータ１の摩擦係数の増加量が大きいようであれば、操業を一時的に止めてでも駆動モータ１のメ
ンテナンスを行う必要がある。このような判断は、経験の浅い保全オペレータＭであれば判断できかねる場合があるが、本発明の操業保全支援システム１０によれば、この決定を支援モニタ１２の結果を根拠として比較的容易に行える。同様に、時間の経過と共に推移と共に油圧圧下系９のダンピング係数の値が増加するようであれば、油圧シリンダ７などの劣化が進んでいることをオペレータＭ，Ｐは知ることができる。ダンピング係数の増加量が大きいようであれば、操業を一時的に止めてでも油圧圧下系９のメンテナンスを行う必要がある。
【００２５】
このような判断は、経験の浅い保全オペレータＭであれば判断できかねる場合があるが、本発明の操業保全支援システム１０によれば、この決定を支援モニタ１２の結果を根拠として比較的容易に行える。駆動モータ１の摩擦係数と油圧圧下系９のダンピング係数とが同時に増えていくような状況下が表示された場合は、圧延機８のメンテナンスを早急に行う必要があることを知ることができる。
【００２６】
ところで、駆動モータ１の摩擦係数と油圧圧下系９のダンピング係数とを求めるパラメータ同定モデルとしては、本実施形態の場合、以下のものを採用している。
油圧圧下系９のダンピング係数を求めるにあたっては、特公平６−２２９０号公報に開示された技術、すなわち「油圧サーボ系によりワークロール間のロールギャップを調整して被圧延材Ｗの板厚を制御する圧延機において、圧延中の前記油圧サーボ系の入力データおよび出力データをそれぞれ採取し、採取された各データについてフーリエ変換を施してボード線図を作成した後、該ボード線図のゲイン曲線の所定周波数区間を近似する２次伝達関数を求め、該２次伝達関数の共振周波数および減衰係数に基づいて前記油圧サーボ系の劣化状態を診断する」といった圧延機用油圧サーボ系の劣化診断方法を用いている。
【００２７】
駆動モータ１の摩擦係数を求めるにあたっては、「負荷外力の存在するシステムの入出力データに基づくパラメータ同定、松尾，浅井，中山ら、第54回自動制御連合講演会、2011年11月19日，20日」に開示された技術、すなわち「駆動モータによって構成される第１の慣性系とこの第１の慣性系につながっており且つ外部から負荷外力が付与される第２の慣性系とからなる２慣性系のシステムにおける応答を規定するパラメータを同定するパラメータ同定方法であって、前記２慣性系のシステムを、入力が前記負荷外力であって出力が前記駆動モータの回転数となるような同定対象モデルで表現しておき、前記同定対象モデルを構成するパルス伝達関数が、前記応答を規定するパラメータで表現されるものとなっており、 前記同定対象モデルへの入力値とパルス伝達関数とで構成される誤差関数が最小値を取るように、前記応答を規定するパラメータを同定する」といったシステムのパラメータ同定方法を用いている。
【００２８】
以上述べたように、本発明によれば、圧延中に未知の負荷トルクが外乱として印加される状況であっても、圧延機８の駆動モータ１の摩擦係数、及び油圧圧下系９のダンピング係数を精確に求めることができ、この２つのパラメータを操業オペレータＰ、保全オペレータＭに提示することにより、操業オペレータＰや保全オペレータＭによる適切なメンテナンスを実施すること可能となる。
【００２９】
以上、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
例えば、発明を実施するための形態においては、単一の圧延機８を例示しつつ説明を行ったが、本願発明の技術は、タンデム型の圧延スタンドからなる圧延機８にも適用可能である。
【符号の説明】
【００３０】
１      駆動モータ（ミルモータ）
２      ワークロール（ディスク）
３      バックアップロール
４      油圧圧下装置
５      荷重計測器
６      板厚制御装置
７      油圧シリンダ
８      圧延機
９      油圧圧下系
１０    操業保全支援システム
１２    支援モニタ
１３    コンピュータ
Ｍ      保全オペレータ
Ｐ      操業オペレータ
Ｗ      圧延材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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