エネルギー消費量予測装置
【課題】予測精度の高い熱間圧延ラインのエネルギー消費量予測装置を提供する。
【解決手段】圧延トルク、ロール速度及び圧延パワーの設定値を用いてエネルギー消費量計算値を算出するエネルギー消費量算出装置と、圧延トルク及びロール速度の実績値から算出される計算値を用いてエネルギー消費量実績計算値を算出するエネルギー消費量実績値算出装置と、圧延パワーの動作実績値を積分することによってエネルギー消費量実績値を取得するエネルギー消費量実績値取得装置と、エネルギー消費量実績計算値とエネルギー消費量実績値とを比較することにより、エネルギー消費量学習値を算出するエネルギー消費量学習値算出装置と、エネルギー消費量学習値をエネルギー消費量計算値に反映させたエネルギー消費量予測値を算出する予測値算出装置とを備える。
【解決手段】圧延トルク、ロール速度及び圧延パワーの設定値を用いてエネルギー消費量計算値を算出するエネルギー消費量算出装置と、圧延トルク及びロール速度の実績値から算出される計算値を用いてエネルギー消費量実績計算値を算出するエネルギー消費量実績値算出装置と、圧延パワーの動作実績値を積分することによってエネルギー消費量実績値を取得するエネルギー消費量実績値取得装置と、エネルギー消費量実績計算値とエネルギー消費量実績値とを比較することにより、エネルギー消費量学習値を算出するエネルギー消費量学習値算出装置と、エネルギー消費量学習値をエネルギー消費量計算値に反映させたエネルギー消費量予測値を算出する予測値算出装置とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製品を製造する熱間圧延ラインにおけるエネルギー消費量を予測するエネルギー消費量予測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱間圧延ラインによって所望のサイズ・品質の製品を製造するために必要とされるエネルギー消費量は、例えば圧延スタンドの圧延トルクやロール速度を用いて算出される（例えば、特許文献１参照）。また、被圧延材毎に圧延トルクとロール速度が概ね決まっていることを前提とし、圧延トルクやロール速度の予測値を用いずに、材質、圧延時間及び圧延前後の被圧延材サイズに基づく区分毎にエネルギー消費量を学習する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３４４４２６７号公報
【特許文献２】特許第３４９８７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
エネルギー消費量の予測に使用されるパラメータである圧延時間、圧延トルク、ロール速度のうち、圧延トルクは、モデル式を用いた設定計算などにより精度よく予測することができる。しかし、圧延時間やロール速度は実際の圧延において予測値との誤差が生じやすく、エネルギー消費量の予測誤差の要因である。また、エネルギー消費量は、圧延スタンドのロールを駆動するモータの経時変化などの、設定計算や設定計算学習では考慮されていない要因によっても変化する。このため、エネルギー消費量を正確に予測するためには、これらの誤差を学習計算により補正する必要がある。
【０００５】
しかしながら、材質、圧延時間及び圧延前後の被圧延材サイズに基づく区分毎にエネルギー消費量を学習する上記の方法では、圧延トルクやロール速度の予測値を用いていない。このため、同じ区分であっても、圧延条件が変化した時、圧延トルク及び圧延速度が変化すると予測精度が低下するという問題があった。
【０００６】
上記問題点に鑑み、本発明は、予測精度の高い熱間圧延ラインのエネルギー消費量予測装置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】
【０００７】
本発明の一態様によれば、熱間圧延ラインのエネルギー消費量予測装置であって、（イ）熱間圧延ラインでの圧延処理中に計測された動作実績値を取得する実績値取得装置と、（ロ）モデル式のパラメータに動作実績値を適用して得られる動作実績計算値と動作実績値とを比較して、設定計算学習値を算出する設定計算学習装置と、（ハ）熱間圧延ラインの操業条件及び設定計算学習値を用いて、熱間圧延ラインにおける圧延トルク、ロール速度及び圧延パワーの設定値を含む動作設定値を計算する設定計算装置と、（ニ）動作設定値を用いてエネルギー消費量計算値を算出するエネルギー消費量算出装置と、（ホ）圧延トルク及びロール速度の動作実績計算値を用いてエネルギー消費量実績計算値を算出するエネルギー消費量実績値算出装置と、（ヘ）圧延パワーの動作実績値を積分することによってエネルギー消費量実績値を取得するエネルギー消費量実績値取得装置と、（ト）エネルギー消費量実績計算値とエネルギー消費量実績値とを比較することにより、エネルギー消費量学習値を算出するエネルギー消費量学習値算出装置と、（チ）エネルギー消費量学習値をエネルギー消費量計算値に反映させたエネルギー消費量予測値を算出する予測値算出装置とを備えるエネルギー消費量予測装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、予測精度の高い熱間圧延ラインのエネルギー消費量予測装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るエネルギー消費量予測装置の構成を示す模式図である。
【図２】熱間圧延ラインの構成例を示す模式図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るエネルギー消費量予測装置によるエネルギー消費量実績値の算出方法の例を示す模式図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るエネルギー消費量予測装置の構成を示す模式図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係るエネルギー消費量予測装置の構成を示す模式図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るエネルギー消費量予測装置の学習値データベースに格納されるテーブルの例を示す表である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係るエネルギー消費量予測装置の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、図面を参照して、本発明の第１乃至第４の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１１】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るエネルギー消費量予測装置１０は、熱間圧延ライン２０のエネルギー消費量を予測する装置であって、図１に示すように、実績値取得装置１１、設定計算学習装置１２、設定計算装置１３、エネルギー消費量算出装置１４、エネルギー消費量実績値算出装置１５、エネルギー消費量実績値取得装置１６、エネルギー消費量学習値算出装置１７、予測値算出装置１８を備える。
【００１２】
実績値取得装置１１は、熱間圧延ライン２０での圧延処理中に計測された、圧延トルク、ロール速度及び被圧延材の全長に亘る圧延パワーなどを含む実績値（以下において、「動作実績値ＡACT」という。）を取得する。
【００１３】
設定計算学習装置１２は、モデル式のパラメータに動作実績値ＡACTを適用して得られる動作実績計算値ＡACTCALと動作実績値ＡACTとを比較して、設定計算学習値ＺｎMを算出する。ここで、上添字ACTは動作実績値を意味し、上添字ACTCALは動作実績計算値を意味する（以下において同様。）。
【００１４】
設定計算装置１３は、熱間圧延ライン２０の操業条件及び設定計算学習値ＺｎMを用いて、熱間圧延ライン２０における圧延トルク、ロール速度及び圧延パワーの設定値を含む動作設定値ＡSETを計算する。エネルギー消費量算出装置１４は、動作設定値ＡSETを用いてエネルギー消費量計算値ＥｎSETを算出する。
【００１５】
エネルギー消費量実績値算出装置１５は、圧延トルク及びロール速度の動作実績計算値ＡACTCALを用いてエネルギー消費量実績計算値ＥｎACTCALを算出する。一方、エネルギー消費量実績値取得装置１６は、実績値取得装置１１により取得された圧延パワーの動作実績値ＰｗACTを積分することによってエネルギー消費量実績値ＥｎACTを取得する。
【００１６】
エネルギー消費量学習値算出装置１７は、エネルギー消費量実績計算値ＥｎACTCALとエネルギー消費量実績値ＥｎACTとを比較することにより、エネルギー消費量学習値ＺｎECCURを算出する。算出されたエネルギー消費量学習値ＺｎECCURは、エネルギー消費量学習値格納装置１７１に格納される。
【００１７】
予測値算出装置１８は、エネルギー消費量学習値格納装置１７１から読み出したエネルギー消費量学習値ＺｎECをエネルギー消費量計算値ＥｎSETに反映させたエネルギー消費量予測値ＥｎPredを算出する。
【００１８】
図２に、エネルギー消費量予測装置１０によるエネルギー消費量の予測対象である熱間圧延ライン２０の構成例を示す。図２に示した熱間圧延ライン２０は、加熱炉２１、粗圧延機２３、仕上圧延機２６、巻取り機２８を有する。
【００１９】
加熱炉２１から搬出された被圧延材１００は、可逆式の粗圧延機２３により圧延される。粗圧延機２３は、通常１台〜数台の圧延スタンドを有し、被圧延材１００を往復させながら粗圧延機２３に数回通過させることにより、粗圧延機出側で目標の中間バー板厚まで圧延される。粗圧延機２３の圧延スタンドに被圧延材１００を通過させることを以下において「パス」という。
【００２０】
粗圧延機２３で圧延された後、被圧延材１００は粗圧延機２３出側から仕上圧延機２６入側まで搬送され、例えば５〜７基の圧延スタンド２６０からなる仕上圧延機２６により、所望の製品板厚まで圧延される。仕上圧延機２６から搬出された被圧延材１００は、水冷装置などの冷却装置２７で冷却された後、巻取り機２８によってコイル状に巻取られる。
【００２１】
なお、粗圧延機２３の圧延スタンドのロールはモータ２３１により駆動され、仕上圧延機２６の圧延スタンド２６０のロールはモータ２６１により駆動される。また、粗圧延機２３の入側に粗圧延機入側デスケーラ２２が配置され、仕上圧延機２６の入側に仕上圧延機入側デスケーラ２５が配置されている。更に、粗圧延機２３と仕上圧延機２６間の搬送テーブルエリアにクロップカットシヤ２４が配置されている。
【００２２】
図１に示したエネルギー消費量予測装置１０は、所望のサイズ・品質の製品を製造するために必要な、熱間圧延ライン２０のエネルギー消費量の予測値を算出する。以下に、エネルギー消費量予測装置１０の詳細な動作を説明する。
【００２３】
設定計算装置１３は、操業条件及び設定計算学習値ＺｎMに基づき、公知のモデル式を用いて動作設定値ＡSETを計算する。操業条件は、例えば仕上圧延機２６出側における目標とする板厚や、仕上圧延機出側温度等である。また、動作設定値ＡSETは、被圧延材１００を所望の板厚にするために必要なロール間隙、及び所望の仕上圧延機出側温度を実現するために必要なロール速度等について計算される。つまり、熱間圧延ライン２０で製造される製品が所望のサイズ及び品質を実現するために必要な圧延トルク、ロール速度などが、設定計算装置１３により計算される。
【００２４】
更に、仕上圧延機２６の負荷限界値、及び圧延スタンド２６０のロールを駆動するモータ２６１のトルク限界値を超えないように、各パスや各圧延スタンド２６０の圧延荷重、圧延トルク及びロール速度などの設定値を含む動作設定値ＡSETが、設定計算装置１３によって計算される。
【００２５】
これらの動作設定値ＡSETは、被圧延材１００の先端から精度を保証するために重要な噛み込み点、生産量確保の点から被圧延材１００を加速させるために圧延速度が最も大きくなる中間点、被圧延材１００の温度が低くなる尾端点の、少なくても３点において算出されることが好ましい。動作設定値ＡSETを算出する地点を以下において「狙い点」という。
【００２６】
また、上記の一連の計算を「設定計算」という。設定計算によって計算されたロール間隙やロール速度などの動作設定値ＡSETは、熱間圧延ライン２０の制御装置に出力され、これらの動作設定値ＡSETに基づいて熱間圧延ライン２０は操業される。また、圧延トルク、ロール速度の動作設定値ＡSETは、エネルギー消費量計算用の入力パラメータとして、エネルギー消費量算出装置１４に出力される。
【００２７】
実績値取得装置１１は、熱間圧延ライン２０に設置された計測器（図示略）から、圧延処理中の被圧延材１００全長に亘る圧延トルク、ロール速度、及び圧延パワーなどの動作実績値ＡACTを取得する。例えば、圧延トルクはロールに加わる荷重など、ロール速度はロールの回転数など、圧延パワーはモータ２６１の駆動電流などを用いて、それぞれ算出される。
【００２８】
実績値取得装置１１によって取得された動作実績値ＡACTは、設定計算学習装置１２に出力される。
【００２９】
設定計算学習装置１２は、実績値取得装置１１によって取得された動作実績値ＡACTをモデル式のパラメータに代入して動作実績計算値ＡACTCALを算出する。更に、設定計算学習装置１２は、実績値取得装置１１によって取得された被圧延材１００の各狙い点における動作実績値ＡACTと、算出した動作実績計算値ＡACTCALとを比較することにより、動作実績値ＡACTと動作実績計算値ＡACTCALの誤差を学習する。
【００３０】
具体的には、設定計算学習装置１２は動作実績値ＡACTの動作実績計算値ＡACTCALに対する比を算出する。つまり、「動作実績値ＡACT／動作実績計算値ＡACTCAL」として設定計算学習値ＺｎMが算出される。
【００３１】
算出された設定計算学習値ＺｎMは、設定計算学習値格納装置１２１に格納される。設定計算学習値格納装置１２１に格納された設定計算学習値ＺｎMは、設定計算装置１３に使用される。
【００３２】
エネルギー消費量算出装置１４による熱間圧延ライン２０のエネルギー消費量の計算には、設定計算装置１３によって算出された動作設定値ＡSETが使用される。具体的には、エネルギー消費量算出装置１４が、算出された圧延トルク及びロール速度などの動作設定値ＡSET、及び操業条件に基づき、粗圧延機２３における各パス及び仕上圧延機２６の各圧延スタンド２６０のエネルギー消費量計算値ＥｎSETを算出する。例えば、各パス及び各圧延スタンド２６０のロールを駆動するモータ２６１のエネルギー消費量計算値ＥｎSETは、以下の式（１）及び式（２）に示すように、圧延トルクＧ（ｔ）［ｋＮｍ］、ロール速度ｖ（ｔ）［ｍ／ｓ］の積を時間（ｔ）［ｓ］積分することにより算出される：
ＥｎSET＝η∫Ｐｗ（ｔ）ｄｔ ・・・（１）
Ｐｗ（ｔ）＝（１０００×ｖ（ｔ）×Ｇ（ｔ））／Ｒ ・・・（２）
式（１）で、∫ｄｔはｔ＝０からＴまで、即ち被圧延材１００に対する圧延処理の開始から終了までの時間積分を表し、ηは電力変換効率（電流−仕事間の変換時の効率）である。式（２）で、Ｒ［ｍｍ］はロール半径、Ｐｗ（ｔ）［ｋＷ］は圧延パワーである。圧延トルクＧ（ｔ）はロール基準である。
【００３３】
エネルギー消費量実績値算出装置１５は、設定計算学習装置１２が設定計算学習値ＺｎMを算出する際に使用した、圧延トルクの動作実績計算値ＧiACTCALとロール速度の動作実績計算値ＶiACTCALを用いて、エネルギー消費量実績計算値ＥｎACTCALを算出する。エネルギー消費量実績計算値ＥｎACTCALは、式（１）及び式（２）を使用し、以下の式（３）及び式（４）により算出される：
ＰｗiACTCAL＝（１０００×ＶiACTCAL×ＧiACTCAL）／Ｒ ・・・（３）
ＥｎACTCAL＝Σ（ＰｗiACTCAL＋Ｐｗi+1ACTCAL）×Ｓi ACT／２ ・・・（４）
式（３）のＰｗiACTCALは狙い点ｉにおける圧延パワーの実績計算値であり、Ｒ［ｍｍ］はロール半径である。式（４）で、Ｓi ACT［sec］は狙い点ｉ〜ｉ＋１間の時間であり、ｎはパス或いは圧延スタンド２６０の番号である。Σは最初の狙い点から最後の狙い点Ｍまでの総和を表す。
【００３４】
算出されたエネルギー消費量実績計算値ＥｎACTCALは、エネルギー消費量学習値算出装置１７に出力される。
【００３５】
エネルギー消費量実績値取得装置１６は、実績値取得装置１１によって取得された圧延パワーの動作実績値を積分してエネルギー消費量実績値ＥｎACTを算出する。図３はエネルギー消費量実績値ＥｎACTの算出方法の例を示している。図３では、縦軸が圧延パワーの動作実績値ＰｗACT 、横軸が時間ｔである。
【００３６】
以下の式（５）に示すように、測定地点jにおける圧延パワーの動作実績値ＰｗACT(j)とタイムステップΔｔ(j)とを積算した値を最終測定地点まで加算することによって、エネルギー消費量実績値ＥｎACTを正確に算出することができる：
ＥｎACT＝∫ＰｗACT(j)（ｔ）ｄｔ＝Σ（ＰｗACT(j)×Δｔ(j)） ・・・（５）
式（５）において、∫ｄｔはｔ＝０からＴまでの時間積分を表し、Σはｊ＝０からＬ−１までの総和を表す。Ｌは最終測定地点である。
【００３７】
算出されたエネルギー消費量実績値ＥｎACTは、エネルギー消費量学習値算出装置１７に出力される。
【００３８】
エネルギー消費量学習値算出装置１７は、エネルギー消費量実績値ＥｎACTとエネルギー消費量実績計算値ＥｎACTCALとを比較することにより、エネルギー消費量実績値ＥｎACTとエネルギー消費量実績計算値ＥｎACTCALとの誤差を学習する。具体的には、以下の式（６）に示すように、エネルギー消費量実績値ＥｎACTのエネルギー消費量実績計算値ＥｎACTCALに対する比をエネルギー消費量学習値ＺｎECCURとして算出する：
ＺｎECCUR＝ＥｎACT／ＥｎACTCAL ・・・（６）
算出されたエネルギー消費量学習値ＺｎECCURは、エネルギー消費量学習値格納装置１７１に格納される。
【００３９】
エネルギー消費量学習値格納装置１７１において、過去に算出されて既にエネルギー消費量学習値格納装置１７１に格納されていた古いエネルギー消費量学習値（以下において「ＺｎECOLD」と表す。）と新たに算出されたエネルギー消費量学習値ＺｎECCURとを用いる、式（７）に示す重みつき平均演算によって、新たにエネルギー消費量学習値ＺｎECが算出される：
ＺｎEC＝（１−α）ＺｎECOLD＋αＺｎECCUR ・・・（７）
式（７）で、αは重み係数である。式（７）を用いて更新された新たなエネルギー消費量学習値ＺｎECが、エネルギー消費量学習値格納装置１７１に格納される。
【００４０】
予測値算出装置１８は、エネルギー消費量算出装置１４によって算出されたエネルギー消費量計算値ＥｎSETに、エネルギー消費量学習値格納装置１７１に格納されたエネルギー消費量学習値ＺｎECを反映させて、エネルギー消費量予測値ＥｎPredを算出する。具体的には、以下の式（８）を用いて、エネルギー消費量学習値ＺｎECを考慮したエネルギー消費量予測値ＥｎPredを算出する：
ＥｎPred＝ＺｎEC×ＥｎSET ・・・（８）
上記のように、圧延パワーを時間積分することで得られたエネルギー消費量実績値ＥｎACTと、実績値から算出された圧延トルク及び計算ロール速度の動作実績計算値ＡACTCALを使用して算出したエネルギー消費量実績計算値ＥｎACTCALとを比較して求めたエネルギー消費量学習値ＺｎECを用いることで、正確なエネルギー消費量予測値ＥｎPredを高い精度で算出することができる。
【００４１】
以上に説明したように、本発明の第１の実施形態に係るエネルギー消費量予測装置１０は、圧延トルクとロール速度をエネルギー消費量計算の入力パラメータとするエネルギー消費量計算式を使用し、エネルギー消費量計算値を算出する。この時、圧延トルクとロール速度は、設定計算のモデル式を用いて計算される。
【００４２】
そして、エネルギー消費量計算式の入力パラメータである圧延トルク及びロール速度の動作実績値ＡACTと動作実績計算値ＡACTCALとの誤差は、設定計算学習装置１２によって算出される設定計算学習値ＺｎMを用いて解消される。
【００４３】
また、エネルギー消費量の学習においては、圧延トルク及びロール速度の動作実績計算値ＡACTCALを入力パラメータとするエネルギー消費量計算式を用いて算出されたエネルギー消費量実績計算値ＥｎACTCALと、熱間圧延ライン２０からのフィードバック情報である圧延パワーの動作実績値を用いて算出されたエネルギー消費量実績値ＥｎACTとの誤差を学習することにより、エネルギー消費量計算式自体の誤差が解消される。
【００４４】
したがって、図１に示したエネルギー消費量予測装置１０によれば、エネルギー消費量計算式の入力パラメータの誤差と、エネルギー消費量計算式自体の誤差とを分別し、それぞれの誤差を別に学習することで、エネルギー消費量の予測精度が向上される。
【００４５】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るエネルギー消費量予測装置１０は、図４に示すように、エネルギー消費量学習値更新装置１９を更に備える点が図１に示したエネルギー消費量予測装置１０と異なる。その他の構成については、図１に示す第１の実施形態と同様である。
【００４６】
エネルギー消費量学習値更新装置１９は、詳細を後述するように、設定計算学習装置１２によって算出された設定計算学習値ＺｎMの変化率に応じて、エネルギー消費量学習値格納装置１７１に格納されたエネルギー消費量学習値ＺｎECを設定計算学習値ＺｎMの変化率で除算して、新たなエネルギー消費量学習値ＺｎECを算出する。そして、予測値算出装置１８は、新たなエネルギー消費量学習値ＺｎECを用いて、エネルギー消費量予測値ＥｎPredを算出する。
【００４７】
エネルギー消費量実績値ＥｎACTとエネルギー消費量計算値ＥｎSETの誤差は、圧延トルク及びロール速度の算出に使用されるモデル式の予測誤差によっても生じる。圧延トルク及びロール速度の設定計算学習値ＺｎMが大きく変化した場合、エネルギー消費量計算の入力パラメータである圧延トルク及びロール速度が変化するため、エネルギー消費量の予測精度が低下する恐れがある。
【００４８】
このため、エネルギー消費量学習計算では、圧延トルク及びロール速度の設定計算学習値ＺｎMが飽和しているかどうかを判断する必要がある。ここで「設定計算学習値が飽和している」とは、熱間圧延ラインにおける圧延処理を繰り返しても設定計算学習値がほとんど変化しないことをいう。例えば、設定計算学習値の変化率が１０％以下である場合は、飽和していると判断される。
【００４９】
圧延トルク及びロール速度の設定計算学習値ＺｎMが飽和していなければ、次に処理する被圧延材１００でのエネルギー消費量計算において、設定計算学習値ＺｎMの変化分を考慮し、この変化分を除外する必要がある。
【００５０】
エネルギー消費量学習値更新装置１９は、設定計算学習値格納装置１２１からエネルギー消費量計算の入力パラメータである圧延トルク及びロール速度の設定計算学習値ＺｎMを読み出す。読み出される設定計算学習値ＺｎMは、更新前の設定計算学習値ＺｎMOLD及び更新後の設定計算学習値ＺｎMNEWである。なお、圧延速度とロール速度はほぼ比例関係があるので、圧延速度の設定計算学習値を使用しても何ら問題ない。
【００５１】
エネルギー消費量計算において設定計算学習値変化分を除外するために、以下の処理を行う。即ち、エネルギー消費量学習値更新装置１９は、更新前の設定計算学習値ＺｎMOLDと更新後の設定計算学習値ＺｎMNEWとを比較して、設定計算学習値の変化率βMを算出する。この設定計算学習値の変化率βMが予め設定された一定の閾値γ以上の場合、エネルギー消費量計算に適用される設定計算学習値ＺｎMとして、設定計算学習値格納装置１２１に格納されている設定計算学習値を設定計算学習値の変化率βMで除算した値を使用する。閾値γは、例えば０．１である。
【００５２】
具体的には、式（９）を用いて設定計算学習値の変化率βMが算出される：
βM＝ＺｎMNEW／ＺｎMOLD ・・・（９）
ここで、γ≦｜１−βM｜の場合には、以下の式（１０）によって、エネルギー消費量計算に適用される新たなエネルギー消費量学習値ＺｎECを算出する：
ＺｎEC＝ＺｎECOLD／βM ・・・（１０）
一方、｜１−βM｜＜γの場合には、更新前のエネルギー消費量学習値ＺｎECOLDが、そのままエネルギー消費量計算に適用されるエネルギー消費量学習値ＺｎECとして使用される。即ち、ＺｎEC＝ＺｎECOLDである。
【００５３】
上記のように決定されたエネルギー消費量学習値ＺｎECが、予測値算出装置１８に出力される。予測値算出装置１８は、エネルギー消費量学習値ＺｎECを反映したエネルギー消費量を算出する。他は、第１の実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。
【００５４】
以上に説明したように、第２の実施形態に係るエネルギー消費量予測装置１０によれば、エネルギー消費量計算の入力パラメータの予測誤差を、エネルギー費量計算の入力パラメータを演算する設定計算学習装置１２と、エネルギー消費量学習値算出装置１７の双方が重複して学習することを避けることができる。その結果、エネルギー消費量予測の精度を安定・向上させることができる。
【００５５】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係るエネルギー消費量予測装置１０は、図５に示すように、被圧延材１００の板厚、板幅及び鋼種毎に区分された複数のエネルギー消費量学習値を格納する学習値データベース３０を備える点が、第１の実施形態と異なる。その他の構成については、図１に示す第１の実施形態と同様である。
【００５６】
圧延トルク、ロール速度及び圧延時間は、被圧延材１００の板厚、板幅及び鋼種によって異なる。このため、エネルギー消費量の予測誤差は、被圧延材１００の板厚、板幅及び鋼種毎に異なる。したがって、エネルギー消費量学習値ＺｎECとして、被圧延材１００の板厚、板幅及び鋼種毎に区分された学習値を用意することが有効である。
【００５７】
図６に、学習値データベース３０に格納されるテーブルの例を示す。このテーブルの構成は、鋼種毎にシートを用意し、各シートについて板厚及び板幅で区分し、区分毎のエネルギー消費量学習値ＺｎECが記録されている。
【００５８】
例えば、板厚区分１は１．２[mm]〜１．４[mm]、板幅区分２は９８０[mm]〜１１００[mm]のように、決められた範囲で板厚及び板幅を区切り、区分毎に通し番号がつけられている。そして、図６に示したテーブルには区分毎にエネルギー消費量学習値が表示されている。
【００５９】
熱間圧延ライン２０における被圧延材１００の圧延処理後、エネルギー消費量学習値格納装置１７１に、エネルギー消費量学習値算出装置１７によって算出されたエネルギー消費量学習値が入力される。この時、圧延処理された被圧延材１００の板厚、板幅及び鋼種の区分に対応したエネルギー消費量学習値が、式（７）における既に格納されていたエネルギー消費量学習値ＺｎECOLDとして使用される。そして、式（７）を用いて更新されたエネルギー消費量学習値ＺｎECが、新たなエネルギー消費量学習値として、学習値データベース３０に格納されるテーブル内の対応する区分に記録される。一方、圧延予定の被圧延材１００の板厚、板幅及び鋼種の区分に対応したエネルギー消費量学習値が、圧延処理前に予測値算出装置１８に出力される。
【００６０】
上記のように、図５に示したエネルギー消費量予測装置１０では、被圧延材１００の板厚、板幅及び鋼種の区分に従って、エネルギー消費量学習値が区分毎に更新されて学習値データベース３０に保存される。そして、区分毎に学習値データベース３０に格納されているエネルギー消費量学習値が予測値算出装置１８に出力される。予測値算出装置１８は、区分に応じたエネルギー消費量学習値を反映させたエネルギー消費量予測値ＥｎPredを算出する。他は、第１の実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。
【００６１】
以上に説明したように、第３の実施形態に係るエネルギー消費量予測装置１０によれば、板厚、板幅及び鋼種の区分毎にエネルギー消費量学習値を持たせることにより、被圧延材１００の板厚、板幅及び鋼種毎に異なる予測誤差を補償することができる。その結果、エネルギー消費量を更に正確に予測することができる。
【００６２】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係るエネルギー消費量予測装置１０は、図７に示すように、予測値算出装置１８が算出したエネルギー消費量予測値ＥｎPredを表示する表示装置４０を更に備える点が図１に示したエネルギー消費量予測装置１０と異なる。その他の構成については、図１に示す第１の実施形態と同様である。
【００６３】
第４の実施形態に係るエネルギー消費量予測装置１０によれば、算出されたエネルギー消費量予測値ＥｎPredが表示装置４０に表示される。このため、オペレータやエンジニア等の熱間圧延ライン２０の作業者は、次に処理される被圧延材１００のエネルギー消費量を常に確認できる。このため、エネルギー消費量予測値ＥｎPredが大きい場合、必要に応じて作業者は圧延条件の変更を行うことができる。
【００６４】
上記のように、本発明は第１乃至第４の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００６５】
１０…エネルギー消費量予測装置
１１…実績値取得装置
１２…設定計算学習装置
１３…設定計算装置
１４…エネルギー消費量算出装置
１５…エネルギー消費量実績値算出装置
１６…エネルギー消費量実績値取得装置
１７…エネルギー消費量学習値算出装置
１８…予測値算出装置
１９…エネルギー消費量学習値更新装置
２０…熱間圧延ライン
２１…加熱炉
２３…粗圧延機
２６…仕上圧延機
２７…冷却装置
２８…巻取り機
３０…学習値データベース
４０…表示装置
１００…被圧延材
１２１…設定計算学習値格納装置
１７１…エネルギー消費量学習値格納装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属製品を製造する熱間圧延ラインにおけるエネルギー消費量を予測するエネルギー消費量予測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
熱間圧延ラインによって所望のサイズ・品質の製品を製造するために必要とされるエネルギー消費量は、例えば圧延スタンドの圧延トルクやロール速度を用いて算出される（例えば、特許文献１参照）。また、被圧延材毎に圧延トルクとロール速度が概ね決まっていることを前提とし、圧延トルクやロール速度の予測値を用いずに、材質、圧延時間及び圧延前後の被圧延材サイズに基づく区分毎にエネルギー消費量を学習する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第３４４４２６７号公報
【特許文献２】特許第３４９８７８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
エネルギー消費量の予測に使用されるパラメータである圧延時間、圧延トルク、ロール速度のうち、圧延トルクは、モデル式を用いた設定計算などにより精度よく予測することができる。しかし、圧延時間やロール速度は実際の圧延において予測値との誤差が生じやすく、エネルギー消費量の予測誤差の要因である。また、エネルギー消費量は、圧延スタンドのロールを駆動するモータの経時変化などの、設定計算や設定計算学習では考慮されていない要因によっても変化する。このため、エネルギー消費量を正確に予測するためには、これらの誤差を学習計算により補正する必要がある。
【０００５】
しかしながら、材質、圧延時間及び圧延前後の被圧延材サイズに基づく区分毎にエネルギー消費量を学習する上記の方法では、圧延トルクやロール速度の予測値を用いていない。このため、同じ区分であっても、圧延条件が変化した時、圧延トルク及び圧延速度が変化すると予測精度が低下するという問題があった。
【０００６】
上記問題点に鑑み、本発明は、予測精度の高い熱間圧延ラインのエネルギー消費量予測装置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】
【０００７】
本発明の一態様によれば、熱間圧延ラインのエネルギー消費量予測装置であって、（イ）熱間圧延ラインでの圧延処理中に計測された動作実績値を取得する実績値取得装置と、（ロ）モデル式のパラメータに動作実績値を適用して得られる動作実績計算値と動作実績値とを比較して、設定計算学習値を算出する設定計算学習装置と、（ハ）熱間圧延ラインの操業条件及び設定計算学習値を用いて、熱間圧延ラインにおける圧延トルク、ロール速度及び圧延パワーの設定値を含む動作設定値を計算する設定計算装置と、（ニ）動作設定値を用いてエネルギー消費量計算値を算出するエネルギー消費量算出装置と、（ホ）圧延トルク及びロール速度の動作実績計算値を用いてエネルギー消費量実績計算値を算出するエネルギー消費量実績値算出装置と、（ヘ）圧延パワーの動作実績値を積分することによってエネルギー消費量実績値を取得するエネルギー消費量実績値取得装置と、（ト）エネルギー消費量実績計算値とエネルギー消費量実績値とを比較することにより、エネルギー消費量学習値を算出するエネルギー消費量学習値算出装置と、（チ）エネルギー消費量学習値をエネルギー消費量計算値に反映させたエネルギー消費量予測値を算出する予測値算出装置とを備えるエネルギー消費量予測装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、予測精度の高い熱間圧延ラインのエネルギー消費量予測装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るエネルギー消費量予測装置の構成を示す模式図である。
【図２】熱間圧延ラインの構成例を示す模式図である。
【図３】本発明の第１の実施形態に係るエネルギー消費量予測装置によるエネルギー消費量実績値の算出方法の例を示す模式図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るエネルギー消費量予測装置の構成を示す模式図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係るエネルギー消費量予測装置の構成を示す模式図である。
【図６】本発明の第３の実施形態に係るエネルギー消費量予測装置の学習値データベースに格納されるテーブルの例を示す表である。
【図７】本発明の第４の実施形態に係るエネルギー消費量予測装置の構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、図面を参照して、本発明の第１乃至第４の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。以下に示す実施形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施形態は、構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
【００１１】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係るエネルギー消費量予測装置１０は、熱間圧延ライン２０のエネルギー消費量を予測する装置であって、図１に示すように、実績値取得装置１１、設定計算学習装置１２、設定計算装置１３、エネルギー消費量算出装置１４、エネルギー消費量実績値算出装置１５、エネルギー消費量実績値取得装置１６、エネルギー消費量学習値算出装置１７、予測値算出装置１８を備える。
【００１２】
実績値取得装置１１は、熱間圧延ライン２０での圧延処理中に計測された、圧延トルク、ロール速度及び被圧延材の全長に亘る圧延パワーなどを含む実績値（以下において、「動作実績値ＡACT」という。）を取得する。
【００１３】
設定計算学習装置１２は、モデル式のパラメータに動作実績値ＡACTを適用して得られる動作実績計算値ＡACTCALと動作実績値ＡACTとを比較して、設定計算学習値ＺｎMを算出する。ここで、上添字ACTは動作実績値を意味し、上添字ACTCALは動作実績計算値を意味する（以下において同様。）。
【００１４】
設定計算装置１３は、熱間圧延ライン２０の操業条件及び設定計算学習値ＺｎMを用いて、熱間圧延ライン２０における圧延トルク、ロール速度及び圧延パワーの設定値を含む動作設定値ＡSETを計算する。エネルギー消費量算出装置１４は、動作設定値ＡSETを用いてエネルギー消費量計算値ＥｎSETを算出する。
【００１５】
エネルギー消費量実績値算出装置１５は、圧延トルク及びロール速度の動作実績計算値ＡACTCALを用いてエネルギー消費量実績計算値ＥｎACTCALを算出する。一方、エネルギー消費量実績値取得装置１６は、実績値取得装置１１により取得された圧延パワーの動作実績値ＰｗACTを積分することによってエネルギー消費量実績値ＥｎACTを取得する。
【００１６】
エネルギー消費量学習値算出装置１７は、エネルギー消費量実績計算値ＥｎACTCALとエネルギー消費量実績値ＥｎACTとを比較することにより、エネルギー消費量学習値ＺｎECCURを算出する。算出されたエネルギー消費量学習値ＺｎECCURは、エネルギー消費量学習値格納装置１７１に格納される。
【００１７】
予測値算出装置１８は、エネルギー消費量学習値格納装置１７１から読み出したエネルギー消費量学習値ＺｎECをエネルギー消費量計算値ＥｎSETに反映させたエネルギー消費量予測値ＥｎPredを算出する。
【００１８】
図２に、エネルギー消費量予測装置１０によるエネルギー消費量の予測対象である熱間圧延ライン２０の構成例を示す。図２に示した熱間圧延ライン２０は、加熱炉２１、粗圧延機２３、仕上圧延機２６、巻取り機２８を有する。
【００１９】
加熱炉２１から搬出された被圧延材１００は、可逆式の粗圧延機２３により圧延される。粗圧延機２３は、通常１台〜数台の圧延スタンドを有し、被圧延材１００を往復させながら粗圧延機２３に数回通過させることにより、粗圧延機出側で目標の中間バー板厚まで圧延される。粗圧延機２３の圧延スタンドに被圧延材１００を通過させることを以下において「パス」という。
【００２０】
粗圧延機２３で圧延された後、被圧延材１００は粗圧延機２３出側から仕上圧延機２６入側まで搬送され、例えば５〜７基の圧延スタンド２６０からなる仕上圧延機２６により、所望の製品板厚まで圧延される。仕上圧延機２６から搬出された被圧延材１００は、水冷装置などの冷却装置２７で冷却された後、巻取り機２８によってコイル状に巻取られる。
【００２１】
なお、粗圧延機２３の圧延スタンドのロールはモータ２３１により駆動され、仕上圧延機２６の圧延スタンド２６０のロールはモータ２６１により駆動される。また、粗圧延機２３の入側に粗圧延機入側デスケーラ２２が配置され、仕上圧延機２６の入側に仕上圧延機入側デスケーラ２５が配置されている。更に、粗圧延機２３と仕上圧延機２６間の搬送テーブルエリアにクロップカットシヤ２４が配置されている。
【００２２】
図１に示したエネルギー消費量予測装置１０は、所望のサイズ・品質の製品を製造するために必要な、熱間圧延ライン２０のエネルギー消費量の予測値を算出する。以下に、エネルギー消費量予測装置１０の詳細な動作を説明する。
【００２３】
設定計算装置１３は、操業条件及び設定計算学習値ＺｎMに基づき、公知のモデル式を用いて動作設定値ＡSETを計算する。操業条件は、例えば仕上圧延機２６出側における目標とする板厚や、仕上圧延機出側温度等である。また、動作設定値ＡSETは、被圧延材１００を所望の板厚にするために必要なロール間隙、及び所望の仕上圧延機出側温度を実現するために必要なロール速度等について計算される。つまり、熱間圧延ライン２０で製造される製品が所望のサイズ及び品質を実現するために必要な圧延トルク、ロール速度などが、設定計算装置１３により計算される。
【００２４】
更に、仕上圧延機２６の負荷限界値、及び圧延スタンド２６０のロールを駆動するモータ２６１のトルク限界値を超えないように、各パスや各圧延スタンド２６０の圧延荷重、圧延トルク及びロール速度などの設定値を含む動作設定値ＡSETが、設定計算装置１３によって計算される。
【００２５】
これらの動作設定値ＡSETは、被圧延材１００の先端から精度を保証するために重要な噛み込み点、生産量確保の点から被圧延材１００を加速させるために圧延速度が最も大きくなる中間点、被圧延材１００の温度が低くなる尾端点の、少なくても３点において算出されることが好ましい。動作設定値ＡSETを算出する地点を以下において「狙い点」という。
【００２６】
また、上記の一連の計算を「設定計算」という。設定計算によって計算されたロール間隙やロール速度などの動作設定値ＡSETは、熱間圧延ライン２０の制御装置に出力され、これらの動作設定値ＡSETに基づいて熱間圧延ライン２０は操業される。また、圧延トルク、ロール速度の動作設定値ＡSETは、エネルギー消費量計算用の入力パラメータとして、エネルギー消費量算出装置１４に出力される。
【００２７】
実績値取得装置１１は、熱間圧延ライン２０に設置された計測器（図示略）から、圧延処理中の被圧延材１００全長に亘る圧延トルク、ロール速度、及び圧延パワーなどの動作実績値ＡACTを取得する。例えば、圧延トルクはロールに加わる荷重など、ロール速度はロールの回転数など、圧延パワーはモータ２６１の駆動電流などを用いて、それぞれ算出される。
【００２８】
実績値取得装置１１によって取得された動作実績値ＡACTは、設定計算学習装置１２に出力される。
【００２９】
設定計算学習装置１２は、実績値取得装置１１によって取得された動作実績値ＡACTをモデル式のパラメータに代入して動作実績計算値ＡACTCALを算出する。更に、設定計算学習装置１２は、実績値取得装置１１によって取得された被圧延材１００の各狙い点における動作実績値ＡACTと、算出した動作実績計算値ＡACTCALとを比較することにより、動作実績値ＡACTと動作実績計算値ＡACTCALの誤差を学習する。
【００３０】
具体的には、設定計算学習装置１２は動作実績値ＡACTの動作実績計算値ＡACTCALに対する比を算出する。つまり、「動作実績値ＡACT／動作実績計算値ＡACTCAL」として設定計算学習値ＺｎMが算出される。
【００３１】
算出された設定計算学習値ＺｎMは、設定計算学習値格納装置１２１に格納される。設定計算学習値格納装置１２１に格納された設定計算学習値ＺｎMは、設定計算装置１３に使用される。
【００３２】
エネルギー消費量算出装置１４による熱間圧延ライン２０のエネルギー消費量の計算には、設定計算装置１３によって算出された動作設定値ＡSETが使用される。具体的には、エネルギー消費量算出装置１４が、算出された圧延トルク及びロール速度などの動作設定値ＡSET、及び操業条件に基づき、粗圧延機２３における各パス及び仕上圧延機２６の各圧延スタンド２６０のエネルギー消費量計算値ＥｎSETを算出する。例えば、各パス及び各圧延スタンド２６０のロールを駆動するモータ２６１のエネルギー消費量計算値ＥｎSETは、以下の式（１）及び式（２）に示すように、圧延トルクＧ（ｔ）［ｋＮｍ］、ロール速度ｖ（ｔ）［ｍ／ｓ］の積を時間（ｔ）［ｓ］積分することにより算出される：
ＥｎSET＝η∫Ｐｗ（ｔ）ｄｔ ・・・（１）
Ｐｗ（ｔ）＝（１０００×ｖ（ｔ）×Ｇ（ｔ））／Ｒ ・・・（２）
式（１）で、∫ｄｔはｔ＝０からＴまで、即ち被圧延材１００に対する圧延処理の開始から終了までの時間積分を表し、ηは電力変換効率（電流−仕事間の変換時の効率）である。式（２）で、Ｒ［ｍｍ］はロール半径、Ｐｗ（ｔ）［ｋＷ］は圧延パワーである。圧延トルクＧ（ｔ）はロール基準である。
【００３３】
エネルギー消費量実績値算出装置１５は、設定計算学習装置１２が設定計算学習値ＺｎMを算出する際に使用した、圧延トルクの動作実績計算値ＧiACTCALとロール速度の動作実績計算値ＶiACTCALを用いて、エネルギー消費量実績計算値ＥｎACTCALを算出する。エネルギー消費量実績計算値ＥｎACTCALは、式（１）及び式（２）を使用し、以下の式（３）及び式（４）により算出される：
ＰｗiACTCAL＝（１０００×ＶiACTCAL×ＧiACTCAL）／Ｒ ・・・（３）
ＥｎACTCAL＝Σ（ＰｗiACTCAL＋Ｐｗi+1ACTCAL）×Ｓi ACT／２ ・・・（４）
式（３）のＰｗiACTCALは狙い点ｉにおける圧延パワーの実績計算値であり、Ｒ［ｍｍ］はロール半径である。式（４）で、Ｓi ACT［sec］は狙い点ｉ〜ｉ＋１間の時間であり、ｎはパス或いは圧延スタンド２６０の番号である。Σは最初の狙い点から最後の狙い点Ｍまでの総和を表す。
【００３４】
算出されたエネルギー消費量実績計算値ＥｎACTCALは、エネルギー消費量学習値算出装置１７に出力される。
【００３５】
エネルギー消費量実績値取得装置１６は、実績値取得装置１１によって取得された圧延パワーの動作実績値を積分してエネルギー消費量実績値ＥｎACTを算出する。図３はエネルギー消費量実績値ＥｎACTの算出方法の例を示している。図３では、縦軸が圧延パワーの動作実績値ＰｗACT 、横軸が時間ｔである。
【００３６】
以下の式（５）に示すように、測定地点jにおける圧延パワーの動作実績値ＰｗACT(j)とタイムステップΔｔ(j)とを積算した値を最終測定地点まで加算することによって、エネルギー消費量実績値ＥｎACTを正確に算出することができる：
ＥｎACT＝∫ＰｗACT(j)（ｔ）ｄｔ＝Σ（ＰｗACT(j)×Δｔ(j)） ・・・（５）
式（５）において、∫ｄｔはｔ＝０からＴまでの時間積分を表し、Σはｊ＝０からＬ−１までの総和を表す。Ｌは最終測定地点である。
【００３７】
算出されたエネルギー消費量実績値ＥｎACTは、エネルギー消費量学習値算出装置１７に出力される。
【００３８】
エネルギー消費量学習値算出装置１７は、エネルギー消費量実績値ＥｎACTとエネルギー消費量実績計算値ＥｎACTCALとを比較することにより、エネルギー消費量実績値ＥｎACTとエネルギー消費量実績計算値ＥｎACTCALとの誤差を学習する。具体的には、以下の式（６）に示すように、エネルギー消費量実績値ＥｎACTのエネルギー消費量実績計算値ＥｎACTCALに対する比をエネルギー消費量学習値ＺｎECCURとして算出する：
ＺｎECCUR＝ＥｎACT／ＥｎACTCAL ・・・（６）
算出されたエネルギー消費量学習値ＺｎECCURは、エネルギー消費量学習値格納装置１７１に格納される。
【００３９】
エネルギー消費量学習値格納装置１７１において、過去に算出されて既にエネルギー消費量学習値格納装置１７１に格納されていた古いエネルギー消費量学習値（以下において「ＺｎECOLD」と表す。）と新たに算出されたエネルギー消費量学習値ＺｎECCURとを用いる、式（７）に示す重みつき平均演算によって、新たにエネルギー消費量学習値ＺｎECが算出される：
ＺｎEC＝（１−α）ＺｎECOLD＋αＺｎECCUR ・・・（７）
式（７）で、αは重み係数である。式（７）を用いて更新された新たなエネルギー消費量学習値ＺｎECが、エネルギー消費量学習値格納装置１７１に格納される。
【００４０】
予測値算出装置１８は、エネルギー消費量算出装置１４によって算出されたエネルギー消費量計算値ＥｎSETに、エネルギー消費量学習値格納装置１７１に格納されたエネルギー消費量学習値ＺｎECを反映させて、エネルギー消費量予測値ＥｎPredを算出する。具体的には、以下の式（８）を用いて、エネルギー消費量学習値ＺｎECを考慮したエネルギー消費量予測値ＥｎPredを算出する：
ＥｎPred＝ＺｎEC×ＥｎSET ・・・（８）
上記のように、圧延パワーを時間積分することで得られたエネルギー消費量実績値ＥｎACTと、実績値から算出された圧延トルク及び計算ロール速度の動作実績計算値ＡACTCALを使用して算出したエネルギー消費量実績計算値ＥｎACTCALとを比較して求めたエネルギー消費量学習値ＺｎECを用いることで、正確なエネルギー消費量予測値ＥｎPredを高い精度で算出することができる。
【００４１】
以上に説明したように、本発明の第１の実施形態に係るエネルギー消費量予測装置１０は、圧延トルクとロール速度をエネルギー消費量計算の入力パラメータとするエネルギー消費量計算式を使用し、エネルギー消費量計算値を算出する。この時、圧延トルクとロール速度は、設定計算のモデル式を用いて計算される。
【００４２】
そして、エネルギー消費量計算式の入力パラメータである圧延トルク及びロール速度の動作実績値ＡACTと動作実績計算値ＡACTCALとの誤差は、設定計算学習装置１２によって算出される設定計算学習値ＺｎMを用いて解消される。
【００４３】
また、エネルギー消費量の学習においては、圧延トルク及びロール速度の動作実績計算値ＡACTCALを入力パラメータとするエネルギー消費量計算式を用いて算出されたエネルギー消費量実績計算値ＥｎACTCALと、熱間圧延ライン２０からのフィードバック情報である圧延パワーの動作実績値を用いて算出されたエネルギー消費量実績値ＥｎACTとの誤差を学習することにより、エネルギー消費量計算式自体の誤差が解消される。
【００４４】
したがって、図１に示したエネルギー消費量予測装置１０によれば、エネルギー消費量計算式の入力パラメータの誤差と、エネルギー消費量計算式自体の誤差とを分別し、それぞれの誤差を別に学習することで、エネルギー消費量の予測精度が向上される。
【００４５】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るエネルギー消費量予測装置１０は、図４に示すように、エネルギー消費量学習値更新装置１９を更に備える点が図１に示したエネルギー消費量予測装置１０と異なる。その他の構成については、図１に示す第１の実施形態と同様である。
【００４６】
エネルギー消費量学習値更新装置１９は、詳細を後述するように、設定計算学習装置１２によって算出された設定計算学習値ＺｎMの変化率に応じて、エネルギー消費量学習値格納装置１７１に格納されたエネルギー消費量学習値ＺｎECを設定計算学習値ＺｎMの変化率で除算して、新たなエネルギー消費量学習値ＺｎECを算出する。そして、予測値算出装置１８は、新たなエネルギー消費量学習値ＺｎECを用いて、エネルギー消費量予測値ＥｎPredを算出する。
【００４７】
エネルギー消費量実績値ＥｎACTとエネルギー消費量計算値ＥｎSETの誤差は、圧延トルク及びロール速度の算出に使用されるモデル式の予測誤差によっても生じる。圧延トルク及びロール速度の設定計算学習値ＺｎMが大きく変化した場合、エネルギー消費量計算の入力パラメータである圧延トルク及びロール速度が変化するため、エネルギー消費量の予測精度が低下する恐れがある。
【００４８】
このため、エネルギー消費量学習計算では、圧延トルク及びロール速度の設定計算学習値ＺｎMが飽和しているかどうかを判断する必要がある。ここで「設定計算学習値が飽和している」とは、熱間圧延ラインにおける圧延処理を繰り返しても設定計算学習値がほとんど変化しないことをいう。例えば、設定計算学習値の変化率が１０％以下である場合は、飽和していると判断される。
【００４９】
圧延トルク及びロール速度の設定計算学習値ＺｎMが飽和していなければ、次に処理する被圧延材１００でのエネルギー消費量計算において、設定計算学習値ＺｎMの変化分を考慮し、この変化分を除外する必要がある。
【００５０】
エネルギー消費量学習値更新装置１９は、設定計算学習値格納装置１２１からエネルギー消費量計算の入力パラメータである圧延トルク及びロール速度の設定計算学習値ＺｎMを読み出す。読み出される設定計算学習値ＺｎMは、更新前の設定計算学習値ＺｎMOLD及び更新後の設定計算学習値ＺｎMNEWである。なお、圧延速度とロール速度はほぼ比例関係があるので、圧延速度の設定計算学習値を使用しても何ら問題ない。
【００５１】
エネルギー消費量計算において設定計算学習値変化分を除外するために、以下の処理を行う。即ち、エネルギー消費量学習値更新装置１９は、更新前の設定計算学習値ＺｎMOLDと更新後の設定計算学習値ＺｎMNEWとを比較して、設定計算学習値の変化率βMを算出する。この設定計算学習値の変化率βMが予め設定された一定の閾値γ以上の場合、エネルギー消費量計算に適用される設定計算学習値ＺｎMとして、設定計算学習値格納装置１２１に格納されている設定計算学習値を設定計算学習値の変化率βMで除算した値を使用する。閾値γは、例えば０．１である。
【００５２】
具体的には、式（９）を用いて設定計算学習値の変化率βMが算出される：
βM＝ＺｎMNEW／ＺｎMOLD ・・・（９）
ここで、γ≦｜１−βM｜の場合には、以下の式（１０）によって、エネルギー消費量計算に適用される新たなエネルギー消費量学習値ＺｎECを算出する：
ＺｎEC＝ＺｎECOLD／βM ・・・（１０）
一方、｜１−βM｜＜γの場合には、更新前のエネルギー消費量学習値ＺｎECOLDが、そのままエネルギー消費量計算に適用されるエネルギー消費量学習値ＺｎECとして使用される。即ち、ＺｎEC＝ＺｎECOLDである。
【００５３】
上記のように決定されたエネルギー消費量学習値ＺｎECが、予測値算出装置１８に出力される。予測値算出装置１８は、エネルギー消費量学習値ＺｎECを反映したエネルギー消費量を算出する。他は、第１の実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。
【００５４】
以上に説明したように、第２の実施形態に係るエネルギー消費量予測装置１０によれば、エネルギー消費量計算の入力パラメータの予測誤差を、エネルギー費量計算の入力パラメータを演算する設定計算学習装置１２と、エネルギー消費量学習値算出装置１７の双方が重複して学習することを避けることができる。その結果、エネルギー消費量予測の精度を安定・向上させることができる。
【００５５】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係るエネルギー消費量予測装置１０は、図５に示すように、被圧延材１００の板厚、板幅及び鋼種毎に区分された複数のエネルギー消費量学習値を格納する学習値データベース３０を備える点が、第１の実施形態と異なる。その他の構成については、図１に示す第１の実施形態と同様である。
【００５６】
圧延トルク、ロール速度及び圧延時間は、被圧延材１００の板厚、板幅及び鋼種によって異なる。このため、エネルギー消費量の予測誤差は、被圧延材１００の板厚、板幅及び鋼種毎に異なる。したがって、エネルギー消費量学習値ＺｎECとして、被圧延材１００の板厚、板幅及び鋼種毎に区分された学習値を用意することが有効である。
【００５７】
図６に、学習値データベース３０に格納されるテーブルの例を示す。このテーブルの構成は、鋼種毎にシートを用意し、各シートについて板厚及び板幅で区分し、区分毎のエネルギー消費量学習値ＺｎECが記録されている。
【００５８】
例えば、板厚区分１は１．２[mm]〜１．４[mm]、板幅区分２は９８０[mm]〜１１００[mm]のように、決められた範囲で板厚及び板幅を区切り、区分毎に通し番号がつけられている。そして、図６に示したテーブルには区分毎にエネルギー消費量学習値が表示されている。
【００５９】
熱間圧延ライン２０における被圧延材１００の圧延処理後、エネルギー消費量学習値格納装置１７１に、エネルギー消費量学習値算出装置１７によって算出されたエネルギー消費量学習値が入力される。この時、圧延処理された被圧延材１００の板厚、板幅及び鋼種の区分に対応したエネルギー消費量学習値が、式（７）における既に格納されていたエネルギー消費量学習値ＺｎECOLDとして使用される。そして、式（７）を用いて更新されたエネルギー消費量学習値ＺｎECが、新たなエネルギー消費量学習値として、学習値データベース３０に格納されるテーブル内の対応する区分に記録される。一方、圧延予定の被圧延材１００の板厚、板幅及び鋼種の区分に対応したエネルギー消費量学習値が、圧延処理前に予測値算出装置１８に出力される。
【００６０】
上記のように、図５に示したエネルギー消費量予測装置１０では、被圧延材１００の板厚、板幅及び鋼種の区分に従って、エネルギー消費量学習値が区分毎に更新されて学習値データベース３０に保存される。そして、区分毎に学習値データベース３０に格納されているエネルギー消費量学習値が予測値算出装置１８に出力される。予測値算出装置１８は、区分に応じたエネルギー消費量学習値を反映させたエネルギー消費量予測値ＥｎPredを算出する。他は、第１の実施形態と実質的に同様であり、重複した記載を省略する。
【００６１】
以上に説明したように、第３の実施形態に係るエネルギー消費量予測装置１０によれば、板厚、板幅及び鋼種の区分毎にエネルギー消費量学習値を持たせることにより、被圧延材１００の板厚、板幅及び鋼種毎に異なる予測誤差を補償することができる。その結果、エネルギー消費量を更に正確に予測することができる。
【００６２】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係るエネルギー消費量予測装置１０は、図７に示すように、予測値算出装置１８が算出したエネルギー消費量予測値ＥｎPredを表示する表示装置４０を更に備える点が図１に示したエネルギー消費量予測装置１０と異なる。その他の構成については、図１に示す第１の実施形態と同様である。
【００６３】
第４の実施形態に係るエネルギー消費量予測装置１０によれば、算出されたエネルギー消費量予測値ＥｎPredが表示装置４０に表示される。このため、オペレータやエンジニア等の熱間圧延ライン２０の作業者は、次に処理される被圧延材１００のエネルギー消費量を常に確認できる。このため、エネルギー消費量予測値ＥｎPredが大きい場合、必要に応じて作業者は圧延条件の変更を行うことができる。
【００６４】
上記のように、本発明は第１乃至第４の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。即ち、本発明はここでは記載していない様々な実施形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００６５】
１０…エネルギー消費量予測装置
１１…実績値取得装置
１２…設定計算学習装置
１３…設定計算装置
１４…エネルギー消費量算出装置
１５…エネルギー消費量実績値算出装置
１６…エネルギー消費量実績値取得装置
１７…エネルギー消費量学習値算出装置
１８…予測値算出装置
１９…エネルギー消費量学習値更新装置
２０…熱間圧延ライン
２１…加熱炉
２３…粗圧延機
２６…仕上圧延機
２７…冷却装置
２８…巻取り機
３０…学習値データベース
４０…表示装置
１００…被圧延材
１２１…設定計算学習値格納装置
１７１…エネルギー消費量学習値格納装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱間圧延ラインのエネルギー消費量予測装置であって、
前記熱間圧延ラインでの圧延処理中に計測された動作実績値を取得する実績値取得装置と、
モデル式のパラメータに前記動作実績値を適用して得られる動作実績計算値と前記動作実績値とを比較して、設定計算学習値を算出する設定計算学習装置と、
前記熱間圧延ラインの操業条件及び前記設定計算学習値を用いて、前記熱間圧延ラインにおける前記圧延トルク、前記ロール速度及び前記圧延パワーの設定値を含む動作設定値を計算する設定計算装置と、
前記動作設定値を用いてエネルギー消費量計算値を算出するエネルギー消費量算出装置と、
前記圧延トルク及び前記ロール速度の前記動作実績計算値を用いてエネルギー消費量実績計算値を算出するエネルギー消費量実績値算出装置と、
前記圧延パワーの前記動作実績値を積分することによってエネルギー消費量実績値を取得するエネルギー消費量実績値取得装置と、
前記エネルギー消費量実績計算値と前記エネルギー消費量実績値とを比較することにより、エネルギー消費量学習値を算出するエネルギー消費量学習値算出装置と、
前記エネルギー消費量学習値を前記エネルギー消費量計算値に反映させたエネルギー消費量予測値を算出する予測値算出装置と
を備えることを特徴とするエネルギー消費量予測装置。
【請求項２】
前記予測値算出装置が、過去に算出された古いエネルギー消費量学習値を前記エネルギー消費量学習値に重み付けして得られるエネルギー消費量学習値を使用して、前記エネルギー消費量予測値を算出することを特徴とする請求項１に記載のエネルギー消費量予測装置。
【請求項３】
前記設定計算学習値の変化率が一定値以上の場合に、前記エネルギー消費量学習値を前記設定計算学習値の変化率で除算して新たなエネルギー消費量学習値を算出するエネルギー消費量学習値更新装置を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のエネルギー消費量予測装置。
【請求項４】
前記被圧延材の板厚、板幅及び鋼種毎に区分された複数のエネルギー消費量学習値を格納する学習値データベースを更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のエネルギー消費量予測装置。
【請求項５】
前記エネルギー消費量予測値を表示する表示装置を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のエネルギー消費量予測装置。
【請求項１】
熱間圧延ラインのエネルギー消費量予測装置であって、
前記熱間圧延ラインでの圧延処理中に計測された動作実績値を取得する実績値取得装置と、
モデル式のパラメータに前記動作実績値を適用して得られる動作実績計算値と前記動作実績値とを比較して、設定計算学習値を算出する設定計算学習装置と、
前記熱間圧延ラインの操業条件及び前記設定計算学習値を用いて、前記熱間圧延ラインにおける前記圧延トルク、前記ロール速度及び前記圧延パワーの設定値を含む動作設定値を計算する設定計算装置と、
前記動作設定値を用いてエネルギー消費量計算値を算出するエネルギー消費量算出装置と、
前記圧延トルク及び前記ロール速度の前記動作実績計算値を用いてエネルギー消費量実績計算値を算出するエネルギー消費量実績値算出装置と、
前記圧延パワーの前記動作実績値を積分することによってエネルギー消費量実績値を取得するエネルギー消費量実績値取得装置と、
前記エネルギー消費量実績計算値と前記エネルギー消費量実績値とを比較することにより、エネルギー消費量学習値を算出するエネルギー消費量学習値算出装置と、
前記エネルギー消費量学習値を前記エネルギー消費量計算値に反映させたエネルギー消費量予測値を算出する予測値算出装置と
を備えることを特徴とするエネルギー消費量予測装置。
【請求項２】
前記予測値算出装置が、過去に算出された古いエネルギー消費量学習値を前記エネルギー消費量学習値に重み付けして得られるエネルギー消費量学習値を使用して、前記エネルギー消費量予測値を算出することを特徴とする請求項１に記載のエネルギー消費量予測装置。
【請求項３】
前記設定計算学習値の変化率が一定値以上の場合に、前記エネルギー消費量学習値を前記設定計算学習値の変化率で除算して新たなエネルギー消費量学習値を算出するエネルギー消費量学習値更新装置を更に備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のエネルギー消費量予測装置。
【請求項４】
前記被圧延材の板厚、板幅及び鋼種毎に区分された複数のエネルギー消費量学習値を格納する学習値データベースを更に備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のエネルギー消費量予測装置。
【請求項５】
前記エネルギー消費量予測値を表示する表示装置を更に備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のエネルギー消費量予測装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−１７０９６２（Ｐ２０１２−１７０９６２Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３３００２（Ｐ２０１１−３３００２）
【出願日】平成２３年２月１８日（２０１１．２．１８）
【出願人】（５０１１３７６３６）東芝三菱電機産業システム株式会社 (904)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１８日（２０１１．２．１８）
【出願人】（５０１１３７６３６）東芝三菱電機産業システム株式会社 (904)
【Ｆターム（参考）】
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