連続処理ラインの速度制御方法及び装置
【課題】速度の制約や、設備上、操業上の制約が被処理材ごとに異なる場合でも、連続処理ラインの能率最大化を達成する速度制御方法を提供する。
【解決手段】帯状の被処理材の連続処理ラインにおいて、貯留設備における各被処理材の長さの時間変化を表わすモデル６２と、前記貯留設備内の被処理材の全長、前記貯留設備の入側及び出側における被処理材の速度、並びに、前記処理設備における被処理材の速度に関する制約条件６４と、該制約条件が設定された前記被処理材の速度のうち少なくとも前記処理設備の被処理材の速度を含み構成される評価関数６６と、からなる最適化問題６０を、一定の時間ごと又は予め定められたイベントの発生ごとに解くことにより、前記評価関数６６に含まれる被処理材の速度を制御する指令値を時々刻々算出Ｓ１０し、該指令値に基づいて前記被処理材の速度を操作Ｓ２０する。
【解決手段】帯状の被処理材の連続処理ラインにおいて、貯留設備における各被処理材の長さの時間変化を表わすモデル６２と、前記貯留設備内の被処理材の全長、前記貯留設備の入側及び出側における被処理材の速度、並びに、前記処理設備における被処理材の速度に関する制約条件６４と、該制約条件が設定された前記被処理材の速度のうち少なくとも前記処理設備の被処理材の速度を含み構成される評価関数６６と、からなる最適化問題６０を、一定の時間ごと又は予め定められたイベントの発生ごとに解くことにより、前記評価関数６６に含まれる被処理材の速度を制御する指令値を時々刻々算出Ｓ１０し、該指令値に基づいて前記被処理材の速度を操作Ｓ２０する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続処理ラインの速度制御方法及び装置に係り、例えば、鋼板の冷間圧延ライン、酸洗ライン、連続焼鈍ライン、鍍金ライン、コーティングライン、あるいは印刷ラインのように、処理設備の入側及び出側のうち、少なくとも一方に処理の対象となる材料を貯留する設備を有する連続処理ラインにおいて、ライン内の材料の速度を制御する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼板製造においては、酸洗ライン、冷間圧延ライン、連続焼鈍ライン、鍍金ライン、コーティングラインのように、薄鋼板を連続して処理するラインが多数存在する。図１に示される如く、このような薄鋼板などの被処理材２を連続して処理する連続処理ラインは、例えば、入側セクション１０、中央セクション２０及び出側セクション３０の３つのセクションと、入側セクション１０と中央セクションとの間の上流側に配置された入側ルーパ４０と、中央セクション２０と出側セクション３０との間の下流側に配置された出側ルーパ５０とから構成されている。
【０００３】
入側セクション１０は、薄鋼板などの被処理材２をコイル状に巻き付けたペイオフリール１２と、溶接機１４と、入側セクション１０における被処理材２の速度（以下、入側速度）を決めるブライドルロール１６とを有しており、この入側セクション１０では、ペイオフリール１２上に巻き付けられた被処理材２を巻き出し、その先端と先行する被処理材２の尾端を溶接機１４で溶接を行い、一つの長い帯状の鋼帯とする作業が行われる。
【０００４】
中央セクション２０は、被処理材２を処理する処理装置２４と、中央セクション２０における被処理材２の速度（以下、中央速度と称する）を決めるブライドルロール２２、２６とを有しており、この中央セクション２０では、処理装置２４において、被処理材２に対して熱処理、化学処理、圧延、鍍金処理などの処理が行われ、例えば、被処理材２である鋼板の表面の酸化物スケールを取り除くため、酸による化学処理が行われる。
【０００５】
出側セクション３０は、処理された被処理材２を所望の長さに切断する切断機３４と、切断された被処理材２をコイル状に巻き取るテンションリール３６と、出側セクション３０における被処理材２の速度（以下、出側速度と称する）を決めるブライドルロール３２とを有しており、この出側セクション３０では、処理の終わった被処理材２を切断機３４で切断し、テンションリール３６上に再び巻き取る。
【０００６】
入側ルーパ４０及び出側ルーパ５０は、図１の上下方向にスライドするロール４２、５２を有し、各セクション間の被処理材２の速度差を吸収する貯留設備である。
【０００７】
入側速度を決めるブライドルロール１６、中央速度を決めるブライドルロール２２、２６、及び、出側速度を決めるブライドルロール３２は、モータ（図示せず）で駆動される。
【０００８】
入側セクション１０における溶接機１４による被処理材２の溶接は、通例、被処理材２を停止した状態で行われるため、溶接の間は中央セクション２０への被処理材２の供給が停止し、又、出側セクション３０における切断機３４による被処理材２の切断に関しては、被処理材２の分割などで被処理材２を停止、減速することがあり、中央セクション２０における中央速度が影響を受ける。
【０００９】
処理能率最大化の観点から、中央速度は、設備上、操業上の制約内で最大にするのが望ましく、入側セクション１０や出側セクション３０における溶接や切断などの作業による中央速度の低下は極力避けなければならない。又、製品品質確保のため、中央速度はあらかじめ設定した下限以上で操業を行う必要がある。
【００１０】
入側ルーパ４０及び出側ルーパ５０は、このような場合に被処理材２を貯留するバッファとして設けられたものであり、ロール４２、５２を上下方向にスライドさせることで貯留長さを変えて各セクション間の被処理材２の速度差を吸収し、入側セクション１０や出側セクション３０における作業による被処理材２の速度変化によらず、中央セクション２０への被処理材２の供給と払い出しを安定して行う。つまり、中央速度を定常状態に保つためのものである。
【００１１】
入側ルーパ４０や出側ルーパ５０における被処理材の貯蔵可能量（ルーパの容量）が十分であれば、中央速度を常に定常状態における設定値に保つことができるが、被処理材２の長さが短く、入側セクション１０や出側セクション３０における作業による停止や減速が占める時間比率が大きい場合や、想定外のトラブルなどによって入側や出側における被処理材２である被圧延材の搬送が停止した場合などには、入側ルーパ４０内の被圧延材量（以下、入側ループ量と称する）が減少して中央セクション２０への供給ができなくなったり、出側ルーパ５０内の被圧延材量（以下、出側ループ量と称する）が上限に達し、中央セクション２０からの払い出しができなくなる。
【００１２】
このような場合、中央速度が下限を切ることがないように、ラインの運転員は入側ループ量を見て中央速度を定常状態における設定値から減速し、作業が終了した後で加速するといった操作を行っていた。速度操作を安全側で行えば、中央セクション２０で被処理材２が停止するようなリスクは避けやすいが、能率は低下する。即ち、連続処理ラインの速度制御は手動で行われていたため、ラインの能率は運転員の技能に左右され、設備能力を最大に発揮させることはできなかった。
【００１３】
このような問題に対して、連続処理ラインの速度制御の自動化を目指していくつかの方法が提案されている。
【００１４】
例えば、特許文献１では、入側セクションにおいて巻き出し中の被処理材の残り長さ、入側ループ量、入側速度、入側における作業による標準停止時間から求めた中央速度と、出側セクションにおける被処理材の分割までの長さ、出側ループ量、出側速度、出側における作業による標準停止時間から求めた中央速度を求め、それら二つの速度のうち小さい方に中央速度を設定する中央速度自動制御方法が開示されている。
【００１５】
又、特許文献２では、中央速度を変数とし、計算パラメータの学習機能を有する操業シミュレーションにより入側及び出側ループ量の今後の推移を予測し、中央セクションにおいて被処理材が停止しないような中央セクションの最高速度を求め、これを目標として速度制御する中央速度制御方法が提案されている。
【００１６】
【特許文献１】特開昭５４−１２３５２８号公報
【特許文献２】特開平３−１２８１２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、中央速度の設定値は、被処理材２の鋼種や寸法によって異なるため、先行する被処理材２（先行材）と後行する被処理材２（後行材）に対する中央速度の設定値が異なるときは溶接点が中央セクション２０に入ったタイミングで中央速度の設定値が変化する。
【００１８】
又、入側セクション１０及び出側セクション３０における作業も被処理材２ごとに異なることがある。例えば、出側セクション３０では、表面品質検査のために被処理材２の長手方向の複数箇所で減速することがあるが、その減速パターンは被処理材２によって異なることがある。言い換えれば、各セクション１０、２０、３０における被処理材２の速度制約は、長手方向で変化する。
【００１９】
又、従来法における速度操作のためのいくつかのパラメータの設定は、例えば、中央セクション２０で被処理材２が停止しない、入側セクション１０あるいは出側セクション３０で加速が開始されるタイミングでルーパ量が下限あるいは上限になる等の観点から中央速度の上限中央速度の減速開始点などのパラメータを設定するものであったため、時々刻々変化する速度制約やループ量に対応できなかった。
【００２０】
特許文献１では、入側あるいは出側セクションにおける作業が完了して加速を開始するタイミングで入側ルーパ量が下限、出側ルーパ量が上限になるような中央速度を求めているが、その際に上記のような各セクションの速度制約の変化は考慮していないため、求めた中央速度設定値が不適切なものとなる恐れがある。
【００２１】
又、特許文献２では、シミュレーションの中で速度制約を考慮することは可能であるが、中央速度がロット間は一定であることを前提としてシミュレーションを繰り返して中央の最高速度を求めているため、能率最大化の観点からは最適なものとなっていない可能性がある。
【００２２】
本発明は、前記従来の問題点を解消すべくなされたもので、速度の制約や、設備上、操業上の制約が被処理材ごとに異なる場合でも、連続処理ラインの能率最大化を達成するための最適な速度操作を時々刻々行う速度制御技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明者は、前記問題点を、被処理材ごとに異なる速度制約や、設備上、操業上の制約内で能率最大化を達成するための最適な速度操作量を時々刻々算出することにより解決した。最適な操作量を時々刻々算出する方法としては、入側セクションにおいて巻き出し中の被処理材の長さ、出側セクションにおいて巻き取り中の被処理材の長さ、および入側および出側ループ量の時間変化を表すモデルと、ループ量に関する制約条件と、入側速度、中央速度、出側速度に関する制約条件と、入側速度、中央速度、出側速度のうち少なくとも中央速度に関する評価関数とからなる最適化問題を一定時間ごと、あるいはあらかじめ定められたイベントの発生ごとに解くことにより、前記評価関数に含まれる被処理材の速度の時々刻々の指令値を算出するという新たな方法を着想した。
【００２４】
具体的には、本発明は、入側から供給される帯状の被処理材を連続的に処理する処理装置を有する処理設備と、該処理装置の上流側及び下流側の少なくとも一方に位置し被処理材を貯留する貯留設備とを有する連続処理ラインにおいて、前記貯留設備における各被処理材の長さの時間変化を表わすモデルと、前記貯留設備内の被処理材の全長、前記貯留設備の入側及び出側における被処理材の速度、並びに、前記処理設備における被処理材の速度に関する制約条件と、該制約条件が設定された前記被処理材の速度のうち、少なくとも前記処理設備における被処理材の速度を含み構成される評価関数と、からなる最適化問題を、一定の時間ごと又は予め定められたイベントの発生ごとに解くことにより、前記評価関数に含まれる被処理材の速度を制御する指令値を時々刻々算出し、該指令値に基づいて前記被処理材の速度を操作するようにして前記課題を解決したものである。
【００２５】
なお、入側ルーパの入側速度と、出側ルーパの出側速度は、入側、出側の作業次第でシーケンス的に設定される場合が多く、この場合は中央の速度だけを操作すればよいので、少なくとも中央速度を評価すれば良い。
【００２６】
又、本発明は、入側から供給される帯状の被処理材を連続的に処理する処理装置を有する処理設備と、該処理装置の上流側及び下流側の少なくとも一方に位置し被処理材を貯留する貯留設備とを有する連続処理ラインの速度制御装置において、前記貯留設備における各被処理材の長さの時間変化を表わすモデルと、前記貯留設備内の被処理材の全長、前記貯留設備の入側及び出側における被処理材の速度、並びに、前記処理設備における被処理材の速度に関する制約条件と、該制約条件が設定された前記被処理材の速度のうち少なくとも前記処理設備における被処理材の速度を含み構成される評価関数と、からなる最適化問題を、一定の時間ごと又は予め定められたイベントの発生ごとに解くことにより、前記評価関数に含まれる被処理材の速度を制御する指令値を時々刻々算出する手段と、該手段により算出された指令値に基づいて前記被処理材の速度を操作する手段とを備えるようにして前記課題を解決したものである。
【００２７】
又、本発明は、複数のコイル状に巻かれた帯状の被処理材を順次巻き出して接続する巻き出し設備と、該接続された被処理材を連続的に処理する処理装置を有する処理設備と、前記処理装置で処理された被処理材を切断して再びコイル状に巻き取る巻き取り設備と、前記処理装置の上流側及び下流側の少なくとも一方に位置し被処理材を貯留する貯留設備と、を有する連続処理ラインにおいて、前記巻き出し設備における巻き出し（巻き戻し、払い出しとも称する）中の被処理材の長さ、前記貯留設備における被処理材の長さ、及び、前記巻き取り設備における巻き出し中の各被処理材の長さの時間変化を表わすモデルと、前記貯留設備内の被処理材の全長、前記巻き出し設備における巻き出し中の被処理材の速度、前記巻き取り設備における巻き取り中の被処理材の速度、及び、前記処理設備における被処理材の速度に関する制約条件と、該制約条件が設定された前記被処理材の速度のうち少なくとも前記処理設備における被処理材の速度を含み構成される評価関数と、からなる最適化問題を、一定の時間ごと又は予め定められたイベントの発生ごとに解くことにより、前記評価関数に含まれる被処理材の速度を制御する指令値を時々刻々算出し、該指令値に基づいて前記被処理材の速度を操作するようにして前記課題を解決したものである。
【００２８】
又、本発明は、複数のコイル状に巻かれた帯状の被処理材を順次巻き出して接続する巻き出し設備と、該接続された被処理材を連続的に処理する処理装置を有する処理設備と、前記処理装置で処理された被処理材を切断して再びコイル状に巻き取る巻き取り設備と、該処理設備の上側又は下側の少なくとも一方に位置し被処理材を貯留する貯留設備と、を有する連続処理ラインの速度制御装置において、前記巻き出し設備における巻き出し中の被処理材の長さ、前記貯留設備における被処理材の長さ、及び、前記巻き取り設備における巻き出し中の各被処理材の長さの時間変化を表わすモデルと、前記貯留設備内の被処理材の全長、前記巻き出し装置における巻き出し中の被処理材の速度、前記巻き取り装置における巻き取り中の被処理材の速度、及び、前記処理設備における被処理材の速度に関する制約条件と、該制約条件が設定された前記被処理材の速度のうち少なくとも前記処理設備における被処理材の速度を含み構成される評価関数と、からなる最適化問題を、一定の時間ごと又は予め定められたイベントの発生ごとに解くことにより、前記評価関数に含まれる被処理材の速度を制御する指令値を時々刻々算出する手段と、該手段により算出された指令値に基づいて前記被処理材の速度を操作する手段とを備えるようにして前記課題を解決したものである。
【発明の効果】
【００２９】
従来技術のように速度操作のためのいくつかのパラメータを与えるのではなく、入側及び出側セクションにおける被処理材の長さや入側及び出側ループ量の時間変化を表すモデルと、被処理材ごとに異なる速度やループ量に関する制約条件と、速度に関する評価関数とからなる最適化問題を解くことにより、連続処理ラインの能率を最大化するための時々刻々の最適な速度操作量を求めることができる。即ち、制約範囲内における最適な速度操作量を理論的に求めることができ、能率最大化が達成できる。
【００３０】
又、評価関数の中に中央速度だけでなく入側速度や出側速度を含めることにより、入側速度や出側速度も制約範囲内で操作することによってさらなる能率向上を図ることができる。
【００３１】
又、貯留設備における各被処理材の長さの時間変化を表わすモデルと、貯留設備内の被処理材の全長、貯留設備の入側及び出側における被処理材の速度、並びに、処理設備における被処理材の速度に関する制約条件と、制約条件が設定された被処理材の速度のうち少なくとも処理設備の被処理材の速度を含み構成される評価関数と、からなる最適化問題を、一定の時間ごと又は予め定められたイベントの発生ごとに解くことにより、評価関数に含まれる被処理材の速度を制御する指令値を時々刻々算出し、指令値に基づいて被処理材の速度を操作することで、速度の制約や、設備上、操業上の制約が、被処理機材の鋼種や寸法によって、被処理材ごとに異なる場合、例えば、溶接点の前後で異なる場合でも、連続処理ラインの能率最大化を達成するための最適な速度操作を行うことができる。
【００３２】
又、巻き出し設備における巻き出し中の被処理材の長さ、貯留設備における被処理材の長さ、及び、巻き取り設備における巻き出し中の各被処理材の長さの時間変化を表わすモデルと、貯留設備内の被処理材の全長、巻き出し設備における巻き出し中の被処理材の速度、巻き取り設備における巻き取り中の被処理材の速度、及び、処理設備における被処理材の速度に関する制約条件と、該制約条件が設定された被処理材の速度のうち少なくとも処理設備の被処理材の速度を含み構成される評価関数と、からなる最適化問題を、一定の時間ごと又は予め定められたイベントの発生ごとに解くことにより、評価関数に含まれる被処理材の速度を制御する指令値を時々刻々算出し、該指令値に基づいて被処理材の速度を操作することで、上述の効果の他に、巻き出し設備では、現在巻き出し中の先行する被処理材（先行材）の残量が、時々刻々算出できるので、先行材の巻き出しが完了して次に巻き出す被処理材との溶接が開始される時刻や、それが終了して加速が開始される時刻の予測が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００３４】
本発明を実施する連続処理ラインは、図１に示した如く、入側セクション１０から供給される帯状の被処理材２を連続的に処理する処理装置２４を有する処理設備である中央セクション２０と、該処理装置２４の上側あるいは下側の少なくとも一方に位置し、被処理材を貯留する貯留設備である入側ルーパ４０又は出側ルーパ５０と、被処理材の速度を制御する速度制御装置であるブライドルロール（１６等）とを少なくとも有している。
【００３５】
図２に示す如く、このような連続処理ラインの、処理能率などを最大化する速度を求めるための最適化問題６０を定式化する。
【００３６】
最適化問題６０は、連続処理ラインの設備あるいは装置における各被処理材２の長さや速度などの状態変数の時間変化を表わすモデル６２と、連続処理ラインの設備あるいは装置のうち、処理設備にある被処理材の状態変数に関する制約条件を少なくとも含む複数の制約条件６４と、これら制約条件が設定された前記状態変数のうち、少なくとも処理設備である中央セクション２０での速度を有して構成される評価関数６６と、から成り立っている。
【００３７】
定式化された最適化問題を、設定された時刻ごと又は予め定められたイベントの発生ごとに解くことにより、評価関数に含まれる被処理材２の速度を制御する指令値を算出（Ｓ１０）し、この指令値に基づいて被処理材２の速度を速度制御装置により操作（Ｓ２０）する。
【００３８】
（第１実施形態）
次に、第１実施形態について説明する。
【００３９】
第１実施形態において連続処理ラインは、図１に示した連続処理ラインに関して、入側から供給される帯状の被処理材２を連続的に処理する処理装置２４を有する処理設備である中央セクション２０と、この処理装置２４の上流側及び下流側の少なくとも一方に位置し被処理材２を貯留する貯留設備である入側ルーパ４０又は出側ルーパ５０とを少なくとも有している。
【００４０】
図２の最適化問題６０に対応する第１実施形態の最適化問題は、貯留設備である入側ルーパ４０又は出側ルーパ５０における各被処理材２の長さの時間変化を表わすモデルと、入側ルーパ４０又は出側ルーパ５０内の被処理材２の全長、入側ルーパ４０又は出側ルーパ５０の入側及び出側における被処理材２の速度、並びに、中央セクション２０における被処理材２の速度に関する制約条件と、この制約条件が設定された被処理材２の速度のうち少なくとも中央セクション２０の被処理材２の速度を含み構成される評価関数６６とから構成される。
【００４１】
ここで、図２のモデル６２に対応するモデルにおいて、被処理材２の長さや速度などの状態変数として、貯留設備である入側ルーパ４０や出側ルーパ５０における被処理材２の長さを用いる。又、図２の複数の制約条件６４に対応する制約条件において、被処理材２の長さや速度などの状態変数として、貯留設備である入側ルーパ４０や出側ルーパ５０にある被処理材２の長さと、貯留設備の入側及び出側における被処理材２の速度と、処理設備である中央セクション２０における被処理材の速度とを用いる。
【００４２】
なお、本実施形態においては、中央セクション２０における被処理材の速度は、入側ルーパ４０の出側における被処理材の速度、出側ルーパの入側における被処理材の速度と同じになるので、貯留設備の入側ルーパの入側及び出側ルーパの出側、並びに、中央セクションの速度を用いれば良いことになる。
【００４３】
この最適化問題を、一定の時間ごと又は予め定められたイベントの発生ごとに解くことにより、評価関数に含まれる被処理材２の速度を制御する指令値を時々刻々算出し、この指令値に基づいて被処理材２の速度を操作する。
【００４４】
以上のような本実施形態では、従来技術のように速度操作のためのいくつかのパラメータを与えるのではなく、入側及び出側セクションにおける被処理材の長さや入側及び出側ループ量の時間変化を表すモデルと、被処理材ごとに異なる速度やループ量に関する制約条件と、速度に関する評価関数とからなる最適化問題を解くことにより、連続処理ラインの能率を最大化するための時々刻々の最適な速度操作量を求めることができる。即ち、制約範囲内における最適な速度操作量を理論的に求めることができ、能率最大化が達成できる。
【００４５】
又、評価関数の中に入側速度や出側速度を含めることにより、中央速度だけでなく、入側速度や出側速度も制約範囲内で操作することによってさらなる能率向上を図ることができる。
【００４６】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。
【００４７】
第２実施形態において連続処理ラインは、図１に示した連続処理ラインに関して、複数のコイル状に巻かれた帯状の被処理材２を順次巻き出して溶接機１４で接続し、ペイオフロール２０から巻き出す巻き出し設備である入力セクション１０と、この接続された被処理材２を連続的に処理する処理装置２４を有する処理設備である中央セクション２０と、処理装置２４で処理された被処理材２を切断機３４で切断してテンションロール２８で再びコイル状に巻き取る巻き取り設備である出側セクション３０と、処理装置２４の上流側及び下流側の少なくとも一方に位置し被処理材２を貯留する貯留設備である入側ルーパ４０や出側ルーパ５０とを少なくとも有している。
【００４８】
図２の最適化問題６０に対応する第２実施形態の最適化問題は、巻き出し設備である入力セクション１０における巻き出し中の被処理材２の長さ、貯留設備である入側ルーパ４０又は出側ルーパ５０における各被処理材の長さ、処理設備である中央セクション２０における被処理材２の長さ、及び、巻き取り設備である出側セクション３０における巻き出し中の被処理材２の長さの時間変化を表わすモデルと、貯留設備である入側ルーパ４０や出側ルーパ５０内の被処理材２の全長、巻き出し設備である入側セクション１０における巻き出し中の被処理材２の速度、巻き取り設備である出側セクション３０における巻き取り中の被処理材２の速度、及び、処理設備である中央セクション２０における被処理材２の速度に関する制約条件と、これらの制約条件が設定された被処理材２の速度のうち少なくとも処理設備である中央セクション２０の被処理材２の速度を含み構成される評価関数とから構成される。
【００４９】
ここで、図２のモデル６２に対応するモデルにおいて、被処理材２の状態変数として、複数のコイル状に巻かれた被処理材２を順次巻き出して接続し処理装置２４に供給する巻き出し設備である入側セクション１０における巻き出し中の被処理材２の長さと、貯留設備である入側ルーパ４０や出側ルーパ５０における被処理材２の長さと、処理装置２４で処理された被処理材２を切断して再びコイル状に巻き取る巻き取り設備である出側セクション３０における巻き取り中の被処理材２の長さを用いる。
【００５０】
図２の複数の制約条件６４に対応する制約条件において、被処理材２の長さや速度などの状態変数として、貯留設備ある入側ルーパ４０や出側ルーパ５０内の被処理材２の全長と、巻き出し設備である入側セクション１０における巻き出し中の被処理材２の速度と、巻き取り設備である出側セクション３０における巻き取り中の被処理材２の速度と、処理設備である中央セクション２０における被処理材の速度を用いる。
【００５１】
前記最適化問題を、一定の時間ごと又は予め定められたイベントの発生ごとに解くことにより、評価関数に含まれる被処理材２の速度を制御する指令値を時々刻々算出し、この指令値に基づいて被処理材２の速度を操作する。
【００５２】
以上のような本実施形態では、第１実施形態の効果の他に、入側セクション１０において巻き出し中の被処理材２の長さ、出側セクション３０において巻き取り中の被処理材２の長さ、及び入側及び出側ループ量の時間変化を表すダイナミックモデルにより、連続処理ライン内の被処理材の流れを表すことにより、将来にわたる操業状態の予測を可能としている。
【００５３】
即ち、入側セクション１０では、現在巻き出し中の被処理材（先行材）の残量が、入側速度を与えることによって時々刻々算出できるので、先行材の巻き出しが完了して後行材（次に巻き出す被処理材）との溶接が開始される時刻や、それが終了して加速が開始される時刻の予測が可能になる。
【００５４】
入側ルーパ４０では、入側速度と中央速度を与えることにより、ループ量の増減が予測できる。
【００５５】
又、中央セクション２０では、ペイオフリール〜入側ルーパ入側、入側ループ量、入側ルーパ出側〜中央セクションの被処理材の長さを加算することにより、溶接点の位置をトラッキングすることが可能となる。
【００５６】
出側セクション３０でも、入側と同様、作業開始、終了の時刻が予測可能となる。
【００５７】
第１実施形態及び第２実施形態において、ダイナミックモデルは、例えば、入側ルーパ４０では、ループ量の時間微分は入側速度と中央速度の差であるという関係から微分方程式、あるいは差分方程式として記述できる。
【００５８】
又、速度及びループ量に関する制約は、操業上、設備上の観点から被処理材ごとに与えられる上下限値を不等式制約の形で表すことができる。
又、最適化のための評価関数としては、能率最大化の観点からは各セクションの速度やその二乗した量を現在時刻から将来のある時刻まで積分した値とし、それを最大化するような速度を算出し、速度操作量とすることが好ましい。
【実施例】
【００５９】
以下、具体的に図３を参照して、本発明を鋼板の連続処理ラインにおいて適用した実施例について詳細に説明する。なお、図３は、連続処理ラインの構成を示す図１に、本実施例において設定した変数を書き加えたものである。
【００６０】
まず、図２のモデル６２に対応し、ライン内の被処理材２の流れを表すモデルについて説明する。
【００６１】
【数１】
【００６２】
ここで、ｋは離散化された時刻、ｘc,i,jは、ｉ番目の被処理材２のｊ番目の場所における長さ〔ｍ〕を表し、具体的には、図３に示されたところにおいて、
ｘc,i,1： ペイオフリール１２〜入側ルーパ４０の入側位置までの被処理材２の長さ、
ｘc,i,2： 入側ルーパ４０における被処理材２の長さ、
ｘc,i,3： 中央セクション２０における被処理材２の長さ、
ｘc,i,4： 出側ルーパ１４における被処理材２の長さ、
ｘc,i,5： 出側ルーパ１４の出側位置〜テンションリール３２までの被処理材２の長さ
、
である。
【００６３】
ここでは、ライン上に３本の被処理材２がある場合を考え、ｉ＝１、２、３（例えば、下流側ほどｉが小さいとする）とする。
【００６４】
次に、ｖc,i,jは、被処理材２の以下の区間における速度〔ｍ／ｓｅｃ］である。具体的には、図３に示されたところにおいて、
ｖc,i,1： ペイオフリール１２〜入側ルーパ４０における入側速度、
ｖc,i,2： 入側ルーパ４０〜処理装置２４における中央速度、
ｖc,i,3： 処理装置２４〜出側ルーパ５０における中央速度、
ｖc,i,4： 出側ルーパ５０〜テンションリール３２における出側速度、
である。
【００６５】
ここで、中央セクション２０で被処理材２が滞留することはないので、ｊ＝２：入側ルーパ４０〜処理装置２４における中央速度とｊ＝３：処理装置２４〜出側ルーパ５０における中央速度との速度は同一であるが、モデリングの便宜上、このように変数を設定している。
【００６６】
又、速度は上記区間における観測ポイントを通過中の被処理材２に対して与えるものであり、当該区間に別の被処理材２が存在した場合、その速度は零であるとする。
【００６７】
なお、第１実施形態の時間変化を表わすモデルの変数、即ち、貯留設備である入側ルーパ４０又は出側ルーパ５０における各被処理材２の長さが、ｘc,i,2又はｘc,i,4に対応する。
【００６８】
又、第２実施形態の時間変化を表わすモデルの変数、即ち、巻き出し設備である入側セクション１０における巻き出し中の被処理材２の長さがｘc,i,1、貯留設備である中央セクション２０における被処理材２の長さがｘc,i,3、及び、巻き取り設備である出側セクション３０における巻き取り中の被処理材２の長さがｘc,i,5、貯留設備である入側ルーパ４０における被処理材２の長さがｘc,i,2、出側ルーパ５０における被処理材２の長さがｘc,i,4に対応する。
【００６９】
なお、第２実施形態の場合、前記ｘc,i,1〜ｘc,i,5の５つの変数が全て用いられているのに対し、第１実施形態の場合、ペイオフリール１２、テンションリール３２が考慮されないので、ｘc,i,1とｘc,i,5の変数が前述のようには定義されないことになるが、ペイオフリール１２、テンションリール３２の位置には、代わりに他の設備が配置され、例えば、材料が酸洗ラインに供給されたり、処理された材料が搬出されたりするので、同様にｘc,i,1、ｘc,i,5に相当する変数を定義して用いれば良い。
【００７０】
次に、図２の複数の制約条件６４に対応し、長さに関する制約条件と速度に関する制約条件と、加減速率（速度の差で表わす）に関する制約条件とについて説明をする。
【００７１】
まず下記の変数を定義する。
【００７２】
【数２】
【００７３】
【数３】
【００７４】
【数４】
【００７５】
【数５】
【００７６】
【数６】
【００７７】
ここで、ｌpor：ペイオフリール１２〜入側ルーパ４０内の被処理材２の全長、ｌin：入側ルーパ４０内の被処理材２の全長、ｌcenter：中央セクション２０内の被処理材２の全長、ｌout：出側ルーパ１４内の被処理材２の全長、ｌtr：出側ルーパ１４〜テンションリール３２内の被処理材２の全長で、図３に対応が示されている。
【００７８】
なお、入側ルーパ等の設備内の被処理材の全長とは、ライン上に存在する３本の被処理材に関して、夫々、この設備における被処理材の長さを合計した長さである。
【００７９】
上記変数に関する制約条件は、以下のように表される。ここで、不等式の上下限は設備上の制約によって与えられるものである。
【００８０】
【数７】
【００８１】
又、速度に関する制約条件は以下のように表される。
【００８２】
【数８】
【００８３】
不等式の上下限は、被処理材ごとに異なる可能性があるが、ここではすべて同じである場合を仮定した。
【００８４】
又、加減速率に関する制約条件は以下のように表される。
【００８５】
【数９】
【００８６】
ここで、次式（５）のように、出側ルーパ１４〜テンションリール３２における被処理材２の長さが７５〜１４０〔ｍ〕のとき、出側作業のために速度上限を０．５〔ｍ／ｓｅｃ〕とする速度制約を受けるとする。
【００８７】
【数１０】
【００８８】
なお、第１実施形態の変数を対応させると、入側ルーパ４０内の被処理材２の全長は、ｌin、出側ルーパ５０内の被処理材２の全長はｌout、入側ルーパ４０の入側における各被処理材２の速度はｖc,i,1、入側ルーパ４０の出側における各被処理材２の速度はｖc,i,2、出側ルーパ５０の入側における各被処理材２の速度はｖc,i,3、出側ルーパ５０の出側における各被処理材２の速度はｖc,i,3、ｖc,i,4、であり、中央セクション２０における被処理材２の速度はｖc,i,2（＝ｖc,i,3）となる。
【００８９】
又、第２実施形態の変数を対応させると、貯留設備である入側ルーパ４０内の被処理材２の全長はｌin、貯留設備である出側ルーパ５０内の被処理材２の全長はｌout、巻き出し設備である入側セクション１０における巻き出し中の被処理材２の速度はｖc,i,1、巻き取り設備である出側セクション３０における巻き取り中の被処理材２の速度はｖc,i,4、処理設備である中央セクション２０における被処理材２の速度はｖc,i,2（＝ｖc,i,3）となる。
【００９０】
次に、評価関数について説明する。
【００９１】
各セクション１０、２０、３０の最適化の評価関数は、以下のように評価する期間（現在時刻ｋ＝０から、将来の時刻ｋ＝Ｋ−１まで）における入側、中央、出側の各速度に重みを掛けて加算したものとした。ここで、ｋは、制御周期Ｔｓを単位として時刻を示すパラメータであり、厳密には、時刻は、（Ｋ−１）×Ｔｓとなる。
【００９２】
【数１１】
【００９３】
ここで、ｉはコイル番号、ｖcenter、ｖin、ｖoutは、ｉ番目のコイルの中央、入側、出側の各速度、Ｔｓは制御周期（時刻ｋから時刻ｋ＋１までの長さ）、α、βは重みを表す。入側、中央、出側のすべての速度が操作量とみなされており、最適化の対象となる。
【００９４】
以上のようにモデルと制約条件と評価関数とから最適化問題が構成される。
【００９５】
さて、各セクション１０、２０、３０の速度が大きいほど被処理材２の搬送が速やかに行われるので、処理能率が向上するが、このとき（６）式の評価関数の値も大きくなる。
【００９６】
したがって、上述の最適化問題を解くことで、即ち、（２）〜（５）式の制約条件の下で、（６）式の評価関数を最大化するような各セクションでの速度を求めれば、それらは理論上、本連続処理ラインの処理能率を最大化する速度ということができ、それらに従って速度制御を行うことにより、設備上、操業上の制約範囲内で最高の処理能率を達成できることになる。
【００９７】
即ち、最適化問題を一定の時間ごと又は予め定められたイベントの発生ごとに解くことにより、評価関数に含まれる被処理材の速度を制御する指令値を時々刻々算出し、指令値に基づいて被処理材の速度を操作することで、連続処理ラインの能率最大化を達成するための最適な速度操作を行うことができる。
【００９８】
又、中央セクション２０のみならず、各セクション１０、２０、３０での速度を求めているので、速度の制約や、設備上、操業上の制約が、被処理機材の鋼種や寸法によって、被処理材ごとに異なる場合、例えば、溶接点の先行材と後行材とで異なる場合でも、連続処理ラインの能率最大化を達成するための最適な速度操作を行うことができる。
【００９９】
次に、シミュレーション結果として、上述のように（１）〜（６）式で定義された最適化問題を解くことにより得られる速度操作量を図４に、図４に示される速度操作量に基づいて操作を行った場合の入側及び出側ループ量を図５に示す。
【０１００】
なお、（６）式において、Ｔｓ＝１秒、α＝β＝１、Ｋ＝６０とした。
【０１０１】
図４に示された速度操作量は、現在時刻から６０秒先までの最適な入側速度、中央速度、出側速度を、現在時刻ｋ＝０において算出した結果を示している。いずれの速度も、初期値から加速して上限に達しており、出側速度は（５）式の制約条件に対応して減速し、その制約条件を満たしている。
【０１０２】
又、図５から、入側ループ量、出側ループ量はともに制約範囲内にあることがわかる。
【０１０３】
もし、連続処理ラインの操業が現在時刻に想定した通りに行われる場合には、図４の速度操作量に従って６０秒間の速度制御を行い、６０秒が経過した後に再び最適化の計算を行って次の６０秒間の速度操作量を求め、それに従って６０秒間の速度制御を行う、という手順を繰り返すことにより、想定したとおりの制御効果を挙げることができる。
【０１０４】
しかし、入側セクション１０や出側セクション３０における作業が予定通りに完了しなかった場合や、想定外のトラブルなどによって入側や出側における被圧延材の搬送が停止した場合などには、算出した速度操作量が最適なものとはならない。
【０１０５】
そこで、最適化計算を制御周期ごと（例えば、図４、図５では１秒ごと）に行うものとし、現在時刻から６０秒先までの最適な速度操作量を求め、そのうち現在時刻に対応した速度操作を実施し、次の制御周期で再び６０秒先までの最適な速度操作量を求め、現在時刻に対応した速度操作を実施する、という手順を取ることもできる。
【０１０６】
この場合、（１）式のモデル中の変数の初期値を制御周期ごとに実績値に合わせることができるので、ペイオフリール１２、ルーパ４０、５０やテンションリール３２における将来の被処理材長の予測精度が向上するため、操業状態があらかじめ想定したものからずれた場合であっても適切な速度操作量を求めることができる。
【０１０７】
又、計算負荷の観点から、制御周期ごとに最適化計算を行うのが難しい場合には、例えば、１０秒ごとに最適化計算を行うこととし、現在時刻から６０秒先までの速度操作量のうち最初の１０秒間に対応した速度操作を実施し、１０秒後に次の６０秒間に対応した最適化計算を行うようにしてもよい。
【０１０８】
更に、最適化計算を一定周期ごとに行うのではなく、あらかじめ設定したイベントごとに行ってもよい。イベントとしては、例えば、入側セクションや出側セクションにおける作業や、それらの作業を構成する細かなステップの開始及び終了や、被処理材の溶接点がライン内の定められたポイントを通過すること、ペイオフリールの被処理材長、テンションリールの被処理材長、入側及び出側のループ量が定められたしきい値を越えたり割ったりすることなど、ライン内における被処理材の速度や長さに関する事象を用いることができる。
【０１０９】
また、以上説明した実施例の定式化では、各被処理材長を１つの変数に割り当てていたが、各セクション内に存在する被処理材長の和を変数とすることもできる。その場合、各被処理材を区別するには、溶接部の位置をトラッキングすればよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】連続処理ラインを示す構成図
【図２】本発明による連続処理ラインの速度制御の概要を示す説明図
【図３】実施例において設定した変数と連続処理ラインの構成との対応を示す説明図
【図４】実施例に基づいて各セクションにおける速度操作量を示す線図
【図５】図４の速度操作量に基づいて操作を行った場合の入側及び出側ループ量のシミュレーション結果を示す線図
【符号の説明】
【０１１１】
２…被処理材
２０…中央セクション
２４…処理装置
４０…入側ルーパ
５０…出側ルーパ
６０…最適化問題
６２…モデル
６４…複数の制約条件
６６…評価関数
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続処理ラインの速度制御方法及び装置に係り、例えば、鋼板の冷間圧延ライン、酸洗ライン、連続焼鈍ライン、鍍金ライン、コーティングライン、あるいは印刷ラインのように、処理設備の入側及び出側のうち、少なくとも一方に処理の対象となる材料を貯留する設備を有する連続処理ラインにおいて、ライン内の材料の速度を制御する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼板製造においては、酸洗ライン、冷間圧延ライン、連続焼鈍ライン、鍍金ライン、コーティングラインのように、薄鋼板を連続して処理するラインが多数存在する。図１に示される如く、このような薄鋼板などの被処理材２を連続して処理する連続処理ラインは、例えば、入側セクション１０、中央セクション２０及び出側セクション３０の３つのセクションと、入側セクション１０と中央セクションとの間の上流側に配置された入側ルーパ４０と、中央セクション２０と出側セクション３０との間の下流側に配置された出側ルーパ５０とから構成されている。
【０００３】
入側セクション１０は、薄鋼板などの被処理材２をコイル状に巻き付けたペイオフリール１２と、溶接機１４と、入側セクション１０における被処理材２の速度（以下、入側速度）を決めるブライドルロール１６とを有しており、この入側セクション１０では、ペイオフリール１２上に巻き付けられた被処理材２を巻き出し、その先端と先行する被処理材２の尾端を溶接機１４で溶接を行い、一つの長い帯状の鋼帯とする作業が行われる。
【０００４】
中央セクション２０は、被処理材２を処理する処理装置２４と、中央セクション２０における被処理材２の速度（以下、中央速度と称する）を決めるブライドルロール２２、２６とを有しており、この中央セクション２０では、処理装置２４において、被処理材２に対して熱処理、化学処理、圧延、鍍金処理などの処理が行われ、例えば、被処理材２である鋼板の表面の酸化物スケールを取り除くため、酸による化学処理が行われる。
【０００５】
出側セクション３０は、処理された被処理材２を所望の長さに切断する切断機３４と、切断された被処理材２をコイル状に巻き取るテンションリール３６と、出側セクション３０における被処理材２の速度（以下、出側速度と称する）を決めるブライドルロール３２とを有しており、この出側セクション３０では、処理の終わった被処理材２を切断機３４で切断し、テンションリール３６上に再び巻き取る。
【０００６】
入側ルーパ４０及び出側ルーパ５０は、図１の上下方向にスライドするロール４２、５２を有し、各セクション間の被処理材２の速度差を吸収する貯留設備である。
【０００７】
入側速度を決めるブライドルロール１６、中央速度を決めるブライドルロール２２、２６、及び、出側速度を決めるブライドルロール３２は、モータ（図示せず）で駆動される。
【０００８】
入側セクション１０における溶接機１４による被処理材２の溶接は、通例、被処理材２を停止した状態で行われるため、溶接の間は中央セクション２０への被処理材２の供給が停止し、又、出側セクション３０における切断機３４による被処理材２の切断に関しては、被処理材２の分割などで被処理材２を停止、減速することがあり、中央セクション２０における中央速度が影響を受ける。
【０００９】
処理能率最大化の観点から、中央速度は、設備上、操業上の制約内で最大にするのが望ましく、入側セクション１０や出側セクション３０における溶接や切断などの作業による中央速度の低下は極力避けなければならない。又、製品品質確保のため、中央速度はあらかじめ設定した下限以上で操業を行う必要がある。
【００１０】
入側ルーパ４０及び出側ルーパ５０は、このような場合に被処理材２を貯留するバッファとして設けられたものであり、ロール４２、５２を上下方向にスライドさせることで貯留長さを変えて各セクション間の被処理材２の速度差を吸収し、入側セクション１０や出側セクション３０における作業による被処理材２の速度変化によらず、中央セクション２０への被処理材２の供給と払い出しを安定して行う。つまり、中央速度を定常状態に保つためのものである。
【００１１】
入側ルーパ４０や出側ルーパ５０における被処理材の貯蔵可能量（ルーパの容量）が十分であれば、中央速度を常に定常状態における設定値に保つことができるが、被処理材２の長さが短く、入側セクション１０や出側セクション３０における作業による停止や減速が占める時間比率が大きい場合や、想定外のトラブルなどによって入側や出側における被処理材２である被圧延材の搬送が停止した場合などには、入側ルーパ４０内の被圧延材量（以下、入側ループ量と称する）が減少して中央セクション２０への供給ができなくなったり、出側ルーパ５０内の被圧延材量（以下、出側ループ量と称する）が上限に達し、中央セクション２０からの払い出しができなくなる。
【００１２】
このような場合、中央速度が下限を切ることがないように、ラインの運転員は入側ループ量を見て中央速度を定常状態における設定値から減速し、作業が終了した後で加速するといった操作を行っていた。速度操作を安全側で行えば、中央セクション２０で被処理材２が停止するようなリスクは避けやすいが、能率は低下する。即ち、連続処理ラインの速度制御は手動で行われていたため、ラインの能率は運転員の技能に左右され、設備能力を最大に発揮させることはできなかった。
【００１３】
このような問題に対して、連続処理ラインの速度制御の自動化を目指していくつかの方法が提案されている。
【００１４】
例えば、特許文献１では、入側セクションにおいて巻き出し中の被処理材の残り長さ、入側ループ量、入側速度、入側における作業による標準停止時間から求めた中央速度と、出側セクションにおける被処理材の分割までの長さ、出側ループ量、出側速度、出側における作業による標準停止時間から求めた中央速度を求め、それら二つの速度のうち小さい方に中央速度を設定する中央速度自動制御方法が開示されている。
【００１５】
又、特許文献２では、中央速度を変数とし、計算パラメータの学習機能を有する操業シミュレーションにより入側及び出側ループ量の今後の推移を予測し、中央セクションにおいて被処理材が停止しないような中央セクションの最高速度を求め、これを目標として速度制御する中央速度制御方法が提案されている。
【００１６】
【特許文献１】特開昭５４−１２３５２８号公報
【特許文献２】特開平３−１２８１２１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、中央速度の設定値は、被処理材２の鋼種や寸法によって異なるため、先行する被処理材２（先行材）と後行する被処理材２（後行材）に対する中央速度の設定値が異なるときは溶接点が中央セクション２０に入ったタイミングで中央速度の設定値が変化する。
【００１８】
又、入側セクション１０及び出側セクション３０における作業も被処理材２ごとに異なることがある。例えば、出側セクション３０では、表面品質検査のために被処理材２の長手方向の複数箇所で減速することがあるが、その減速パターンは被処理材２によって異なることがある。言い換えれば、各セクション１０、２０、３０における被処理材２の速度制約は、長手方向で変化する。
【００１９】
又、従来法における速度操作のためのいくつかのパラメータの設定は、例えば、中央セクション２０で被処理材２が停止しない、入側セクション１０あるいは出側セクション３０で加速が開始されるタイミングでルーパ量が下限あるいは上限になる等の観点から中央速度の上限中央速度の減速開始点などのパラメータを設定するものであったため、時々刻々変化する速度制約やループ量に対応できなかった。
【００２０】
特許文献１では、入側あるいは出側セクションにおける作業が完了して加速を開始するタイミングで入側ルーパ量が下限、出側ルーパ量が上限になるような中央速度を求めているが、その際に上記のような各セクションの速度制約の変化は考慮していないため、求めた中央速度設定値が不適切なものとなる恐れがある。
【００２１】
又、特許文献２では、シミュレーションの中で速度制約を考慮することは可能であるが、中央速度がロット間は一定であることを前提としてシミュレーションを繰り返して中央の最高速度を求めているため、能率最大化の観点からは最適なものとなっていない可能性がある。
【００２２】
本発明は、前記従来の問題点を解消すべくなされたもので、速度の制約や、設備上、操業上の制約が被処理材ごとに異なる場合でも、連続処理ラインの能率最大化を達成するための最適な速度操作を時々刻々行う速度制御技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明者は、前記問題点を、被処理材ごとに異なる速度制約や、設備上、操業上の制約内で能率最大化を達成するための最適な速度操作量を時々刻々算出することにより解決した。最適な操作量を時々刻々算出する方法としては、入側セクションにおいて巻き出し中の被処理材の長さ、出側セクションにおいて巻き取り中の被処理材の長さ、および入側および出側ループ量の時間変化を表すモデルと、ループ量に関する制約条件と、入側速度、中央速度、出側速度に関する制約条件と、入側速度、中央速度、出側速度のうち少なくとも中央速度に関する評価関数とからなる最適化問題を一定時間ごと、あるいはあらかじめ定められたイベントの発生ごとに解くことにより、前記評価関数に含まれる被処理材の速度の時々刻々の指令値を算出するという新たな方法を着想した。
【００２４】
具体的には、本発明は、入側から供給される帯状の被処理材を連続的に処理する処理装置を有する処理設備と、該処理装置の上流側及び下流側の少なくとも一方に位置し被処理材を貯留する貯留設備とを有する連続処理ラインにおいて、前記貯留設備における各被処理材の長さの時間変化を表わすモデルと、前記貯留設備内の被処理材の全長、前記貯留設備の入側及び出側における被処理材の速度、並びに、前記処理設備における被処理材の速度に関する制約条件と、該制約条件が設定された前記被処理材の速度のうち、少なくとも前記処理設備における被処理材の速度を含み構成される評価関数と、からなる最適化問題を、一定の時間ごと又は予め定められたイベントの発生ごとに解くことにより、前記評価関数に含まれる被処理材の速度を制御する指令値を時々刻々算出し、該指令値に基づいて前記被処理材の速度を操作するようにして前記課題を解決したものである。
【００２５】
なお、入側ルーパの入側速度と、出側ルーパの出側速度は、入側、出側の作業次第でシーケンス的に設定される場合が多く、この場合は中央の速度だけを操作すればよいので、少なくとも中央速度を評価すれば良い。
【００２６】
又、本発明は、入側から供給される帯状の被処理材を連続的に処理する処理装置を有する処理設備と、該処理装置の上流側及び下流側の少なくとも一方に位置し被処理材を貯留する貯留設備とを有する連続処理ラインの速度制御装置において、前記貯留設備における各被処理材の長さの時間変化を表わすモデルと、前記貯留設備内の被処理材の全長、前記貯留設備の入側及び出側における被処理材の速度、並びに、前記処理設備における被処理材の速度に関する制約条件と、該制約条件が設定された前記被処理材の速度のうち少なくとも前記処理設備における被処理材の速度を含み構成される評価関数と、からなる最適化問題を、一定の時間ごと又は予め定められたイベントの発生ごとに解くことにより、前記評価関数に含まれる被処理材の速度を制御する指令値を時々刻々算出する手段と、該手段により算出された指令値に基づいて前記被処理材の速度を操作する手段とを備えるようにして前記課題を解決したものである。
【００２７】
又、本発明は、複数のコイル状に巻かれた帯状の被処理材を順次巻き出して接続する巻き出し設備と、該接続された被処理材を連続的に処理する処理装置を有する処理設備と、前記処理装置で処理された被処理材を切断して再びコイル状に巻き取る巻き取り設備と、前記処理装置の上流側及び下流側の少なくとも一方に位置し被処理材を貯留する貯留設備と、を有する連続処理ラインにおいて、前記巻き出し設備における巻き出し（巻き戻し、払い出しとも称する）中の被処理材の長さ、前記貯留設備における被処理材の長さ、及び、前記巻き取り設備における巻き出し中の各被処理材の長さの時間変化を表わすモデルと、前記貯留設備内の被処理材の全長、前記巻き出し設備における巻き出し中の被処理材の速度、前記巻き取り設備における巻き取り中の被処理材の速度、及び、前記処理設備における被処理材の速度に関する制約条件と、該制約条件が設定された前記被処理材の速度のうち少なくとも前記処理設備における被処理材の速度を含み構成される評価関数と、からなる最適化問題を、一定の時間ごと又は予め定められたイベントの発生ごとに解くことにより、前記評価関数に含まれる被処理材の速度を制御する指令値を時々刻々算出し、該指令値に基づいて前記被処理材の速度を操作するようにして前記課題を解決したものである。
【００２８】
又、本発明は、複数のコイル状に巻かれた帯状の被処理材を順次巻き出して接続する巻き出し設備と、該接続された被処理材を連続的に処理する処理装置を有する処理設備と、前記処理装置で処理された被処理材を切断して再びコイル状に巻き取る巻き取り設備と、該処理設備の上側又は下側の少なくとも一方に位置し被処理材を貯留する貯留設備と、を有する連続処理ラインの速度制御装置において、前記巻き出し設備における巻き出し中の被処理材の長さ、前記貯留設備における被処理材の長さ、及び、前記巻き取り設備における巻き出し中の各被処理材の長さの時間変化を表わすモデルと、前記貯留設備内の被処理材の全長、前記巻き出し装置における巻き出し中の被処理材の速度、前記巻き取り装置における巻き取り中の被処理材の速度、及び、前記処理設備における被処理材の速度に関する制約条件と、該制約条件が設定された前記被処理材の速度のうち少なくとも前記処理設備における被処理材の速度を含み構成される評価関数と、からなる最適化問題を、一定の時間ごと又は予め定められたイベントの発生ごとに解くことにより、前記評価関数に含まれる被処理材の速度を制御する指令値を時々刻々算出する手段と、該手段により算出された指令値に基づいて前記被処理材の速度を操作する手段とを備えるようにして前記課題を解決したものである。
【発明の効果】
【００２９】
従来技術のように速度操作のためのいくつかのパラメータを与えるのではなく、入側及び出側セクションにおける被処理材の長さや入側及び出側ループ量の時間変化を表すモデルと、被処理材ごとに異なる速度やループ量に関する制約条件と、速度に関する評価関数とからなる最適化問題を解くことにより、連続処理ラインの能率を最大化するための時々刻々の最適な速度操作量を求めることができる。即ち、制約範囲内における最適な速度操作量を理論的に求めることができ、能率最大化が達成できる。
【００３０】
又、評価関数の中に中央速度だけでなく入側速度や出側速度を含めることにより、入側速度や出側速度も制約範囲内で操作することによってさらなる能率向上を図ることができる。
【００３１】
又、貯留設備における各被処理材の長さの時間変化を表わすモデルと、貯留設備内の被処理材の全長、貯留設備の入側及び出側における被処理材の速度、並びに、処理設備における被処理材の速度に関する制約条件と、制約条件が設定された被処理材の速度のうち少なくとも処理設備の被処理材の速度を含み構成される評価関数と、からなる最適化問題を、一定の時間ごと又は予め定められたイベントの発生ごとに解くことにより、評価関数に含まれる被処理材の速度を制御する指令値を時々刻々算出し、指令値に基づいて被処理材の速度を操作することで、速度の制約や、設備上、操業上の制約が、被処理機材の鋼種や寸法によって、被処理材ごとに異なる場合、例えば、溶接点の前後で異なる場合でも、連続処理ラインの能率最大化を達成するための最適な速度操作を行うことができる。
【００３２】
又、巻き出し設備における巻き出し中の被処理材の長さ、貯留設備における被処理材の長さ、及び、巻き取り設備における巻き出し中の各被処理材の長さの時間変化を表わすモデルと、貯留設備内の被処理材の全長、巻き出し設備における巻き出し中の被処理材の速度、巻き取り設備における巻き取り中の被処理材の速度、及び、処理設備における被処理材の速度に関する制約条件と、該制約条件が設定された被処理材の速度のうち少なくとも処理設備の被処理材の速度を含み構成される評価関数と、からなる最適化問題を、一定の時間ごと又は予め定められたイベントの発生ごとに解くことにより、評価関数に含まれる被処理材の速度を制御する指令値を時々刻々算出し、該指令値に基づいて被処理材の速度を操作することで、上述の効果の他に、巻き出し設備では、現在巻き出し中の先行する被処理材（先行材）の残量が、時々刻々算出できるので、先行材の巻き出しが完了して次に巻き出す被処理材との溶接が開始される時刻や、それが終了して加速が開始される時刻の予測が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００３４】
本発明を実施する連続処理ラインは、図１に示した如く、入側セクション１０から供給される帯状の被処理材２を連続的に処理する処理装置２４を有する処理設備である中央セクション２０と、該処理装置２４の上側あるいは下側の少なくとも一方に位置し、被処理材を貯留する貯留設備である入側ルーパ４０又は出側ルーパ５０と、被処理材の速度を制御する速度制御装置であるブライドルロール（１６等）とを少なくとも有している。
【００３５】
図２に示す如く、このような連続処理ラインの、処理能率などを最大化する速度を求めるための最適化問題６０を定式化する。
【００３６】
最適化問題６０は、連続処理ラインの設備あるいは装置における各被処理材２の長さや速度などの状態変数の時間変化を表わすモデル６２と、連続処理ラインの設備あるいは装置のうち、処理設備にある被処理材の状態変数に関する制約条件を少なくとも含む複数の制約条件６４と、これら制約条件が設定された前記状態変数のうち、少なくとも処理設備である中央セクション２０での速度を有して構成される評価関数６６と、から成り立っている。
【００３７】
定式化された最適化問題を、設定された時刻ごと又は予め定められたイベントの発生ごとに解くことにより、評価関数に含まれる被処理材２の速度を制御する指令値を算出（Ｓ１０）し、この指令値に基づいて被処理材２の速度を速度制御装置により操作（Ｓ２０）する。
【００３８】
（第１実施形態）
次に、第１実施形態について説明する。
【００３９】
第１実施形態において連続処理ラインは、図１に示した連続処理ラインに関して、入側から供給される帯状の被処理材２を連続的に処理する処理装置２４を有する処理設備である中央セクション２０と、この処理装置２４の上流側及び下流側の少なくとも一方に位置し被処理材２を貯留する貯留設備である入側ルーパ４０又は出側ルーパ５０とを少なくとも有している。
【００４０】
図２の最適化問題６０に対応する第１実施形態の最適化問題は、貯留設備である入側ルーパ４０又は出側ルーパ５０における各被処理材２の長さの時間変化を表わすモデルと、入側ルーパ４０又は出側ルーパ５０内の被処理材２の全長、入側ルーパ４０又は出側ルーパ５０の入側及び出側における被処理材２の速度、並びに、中央セクション２０における被処理材２の速度に関する制約条件と、この制約条件が設定された被処理材２の速度のうち少なくとも中央セクション２０の被処理材２の速度を含み構成される評価関数６６とから構成される。
【００４１】
ここで、図２のモデル６２に対応するモデルにおいて、被処理材２の長さや速度などの状態変数として、貯留設備である入側ルーパ４０や出側ルーパ５０における被処理材２の長さを用いる。又、図２の複数の制約条件６４に対応する制約条件において、被処理材２の長さや速度などの状態変数として、貯留設備である入側ルーパ４０や出側ルーパ５０にある被処理材２の長さと、貯留設備の入側及び出側における被処理材２の速度と、処理設備である中央セクション２０における被処理材の速度とを用いる。
【００４２】
なお、本実施形態においては、中央セクション２０における被処理材の速度は、入側ルーパ４０の出側における被処理材の速度、出側ルーパの入側における被処理材の速度と同じになるので、貯留設備の入側ルーパの入側及び出側ルーパの出側、並びに、中央セクションの速度を用いれば良いことになる。
【００４３】
この最適化問題を、一定の時間ごと又は予め定められたイベントの発生ごとに解くことにより、評価関数に含まれる被処理材２の速度を制御する指令値を時々刻々算出し、この指令値に基づいて被処理材２の速度を操作する。
【００４４】
以上のような本実施形態では、従来技術のように速度操作のためのいくつかのパラメータを与えるのではなく、入側及び出側セクションにおける被処理材の長さや入側及び出側ループ量の時間変化を表すモデルと、被処理材ごとに異なる速度やループ量に関する制約条件と、速度に関する評価関数とからなる最適化問題を解くことにより、連続処理ラインの能率を最大化するための時々刻々の最適な速度操作量を求めることができる。即ち、制約範囲内における最適な速度操作量を理論的に求めることができ、能率最大化が達成できる。
【００４５】
又、評価関数の中に入側速度や出側速度を含めることにより、中央速度だけでなく、入側速度や出側速度も制約範囲内で操作することによってさらなる能率向上を図ることができる。
【００４６】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について説明する。
【００４７】
第２実施形態において連続処理ラインは、図１に示した連続処理ラインに関して、複数のコイル状に巻かれた帯状の被処理材２を順次巻き出して溶接機１４で接続し、ペイオフロール２０から巻き出す巻き出し設備である入力セクション１０と、この接続された被処理材２を連続的に処理する処理装置２４を有する処理設備である中央セクション２０と、処理装置２４で処理された被処理材２を切断機３４で切断してテンションロール２８で再びコイル状に巻き取る巻き取り設備である出側セクション３０と、処理装置２４の上流側及び下流側の少なくとも一方に位置し被処理材２を貯留する貯留設備である入側ルーパ４０や出側ルーパ５０とを少なくとも有している。
【００４８】
図２の最適化問題６０に対応する第２実施形態の最適化問題は、巻き出し設備である入力セクション１０における巻き出し中の被処理材２の長さ、貯留設備である入側ルーパ４０又は出側ルーパ５０における各被処理材の長さ、処理設備である中央セクション２０における被処理材２の長さ、及び、巻き取り設備である出側セクション３０における巻き出し中の被処理材２の長さの時間変化を表わすモデルと、貯留設備である入側ルーパ４０や出側ルーパ５０内の被処理材２の全長、巻き出し設備である入側セクション１０における巻き出し中の被処理材２の速度、巻き取り設備である出側セクション３０における巻き取り中の被処理材２の速度、及び、処理設備である中央セクション２０における被処理材２の速度に関する制約条件と、これらの制約条件が設定された被処理材２の速度のうち少なくとも処理設備である中央セクション２０の被処理材２の速度を含み構成される評価関数とから構成される。
【００４９】
ここで、図２のモデル６２に対応するモデルにおいて、被処理材２の状態変数として、複数のコイル状に巻かれた被処理材２を順次巻き出して接続し処理装置２４に供給する巻き出し設備である入側セクション１０における巻き出し中の被処理材２の長さと、貯留設備である入側ルーパ４０や出側ルーパ５０における被処理材２の長さと、処理装置２４で処理された被処理材２を切断して再びコイル状に巻き取る巻き取り設備である出側セクション３０における巻き取り中の被処理材２の長さを用いる。
【００５０】
図２の複数の制約条件６４に対応する制約条件において、被処理材２の長さや速度などの状態変数として、貯留設備ある入側ルーパ４０や出側ルーパ５０内の被処理材２の全長と、巻き出し設備である入側セクション１０における巻き出し中の被処理材２の速度と、巻き取り設備である出側セクション３０における巻き取り中の被処理材２の速度と、処理設備である中央セクション２０における被処理材の速度を用いる。
【００５１】
前記最適化問題を、一定の時間ごと又は予め定められたイベントの発生ごとに解くことにより、評価関数に含まれる被処理材２の速度を制御する指令値を時々刻々算出し、この指令値に基づいて被処理材２の速度を操作する。
【００５２】
以上のような本実施形態では、第１実施形態の効果の他に、入側セクション１０において巻き出し中の被処理材２の長さ、出側セクション３０において巻き取り中の被処理材２の長さ、及び入側及び出側ループ量の時間変化を表すダイナミックモデルにより、連続処理ライン内の被処理材の流れを表すことにより、将来にわたる操業状態の予測を可能としている。
【００５３】
即ち、入側セクション１０では、現在巻き出し中の被処理材（先行材）の残量が、入側速度を与えることによって時々刻々算出できるので、先行材の巻き出しが完了して後行材（次に巻き出す被処理材）との溶接が開始される時刻や、それが終了して加速が開始される時刻の予測が可能になる。
【００５４】
入側ルーパ４０では、入側速度と中央速度を与えることにより、ループ量の増減が予測できる。
【００５５】
又、中央セクション２０では、ペイオフリール〜入側ルーパ入側、入側ループ量、入側ルーパ出側〜中央セクションの被処理材の長さを加算することにより、溶接点の位置をトラッキングすることが可能となる。
【００５６】
出側セクション３０でも、入側と同様、作業開始、終了の時刻が予測可能となる。
【００５７】
第１実施形態及び第２実施形態において、ダイナミックモデルは、例えば、入側ルーパ４０では、ループ量の時間微分は入側速度と中央速度の差であるという関係から微分方程式、あるいは差分方程式として記述できる。
【００５８】
又、速度及びループ量に関する制約は、操業上、設備上の観点から被処理材ごとに与えられる上下限値を不等式制約の形で表すことができる。
又、最適化のための評価関数としては、能率最大化の観点からは各セクションの速度やその二乗した量を現在時刻から将来のある時刻まで積分した値とし、それを最大化するような速度を算出し、速度操作量とすることが好ましい。
【実施例】
【００５９】
以下、具体的に図３を参照して、本発明を鋼板の連続処理ラインにおいて適用した実施例について詳細に説明する。なお、図３は、連続処理ラインの構成を示す図１に、本実施例において設定した変数を書き加えたものである。
【００６０】
まず、図２のモデル６２に対応し、ライン内の被処理材２の流れを表すモデルについて説明する。
【００６１】
【数１】
【００６２】
ここで、ｋは離散化された時刻、ｘc,i,jは、ｉ番目の被処理材２のｊ番目の場所における長さ〔ｍ〕を表し、具体的には、図３に示されたところにおいて、
ｘc,i,1： ペイオフリール１２〜入側ルーパ４０の入側位置までの被処理材２の長さ、
ｘc,i,2： 入側ルーパ４０における被処理材２の長さ、
ｘc,i,3： 中央セクション２０における被処理材２の長さ、
ｘc,i,4： 出側ルーパ１４における被処理材２の長さ、
ｘc,i,5： 出側ルーパ１４の出側位置〜テンションリール３２までの被処理材２の長さ
、
である。
【００６３】
ここでは、ライン上に３本の被処理材２がある場合を考え、ｉ＝１、２、３（例えば、下流側ほどｉが小さいとする）とする。
【００６４】
次に、ｖc,i,jは、被処理材２の以下の区間における速度〔ｍ／ｓｅｃ］である。具体的には、図３に示されたところにおいて、
ｖc,i,1： ペイオフリール１２〜入側ルーパ４０における入側速度、
ｖc,i,2： 入側ルーパ４０〜処理装置２４における中央速度、
ｖc,i,3： 処理装置２４〜出側ルーパ５０における中央速度、
ｖc,i,4： 出側ルーパ５０〜テンションリール３２における出側速度、
である。
【００６５】
ここで、中央セクション２０で被処理材２が滞留することはないので、ｊ＝２：入側ルーパ４０〜処理装置２４における中央速度とｊ＝３：処理装置２４〜出側ルーパ５０における中央速度との速度は同一であるが、モデリングの便宜上、このように変数を設定している。
【００６６】
又、速度は上記区間における観測ポイントを通過中の被処理材２に対して与えるものであり、当該区間に別の被処理材２が存在した場合、その速度は零であるとする。
【００６７】
なお、第１実施形態の時間変化を表わすモデルの変数、即ち、貯留設備である入側ルーパ４０又は出側ルーパ５０における各被処理材２の長さが、ｘc,i,2又はｘc,i,4に対応する。
【００６８】
又、第２実施形態の時間変化を表わすモデルの変数、即ち、巻き出し設備である入側セクション１０における巻き出し中の被処理材２の長さがｘc,i,1、貯留設備である中央セクション２０における被処理材２の長さがｘc,i,3、及び、巻き取り設備である出側セクション３０における巻き取り中の被処理材２の長さがｘc,i,5、貯留設備である入側ルーパ４０における被処理材２の長さがｘc,i,2、出側ルーパ５０における被処理材２の長さがｘc,i,4に対応する。
【００６９】
なお、第２実施形態の場合、前記ｘc,i,1〜ｘc,i,5の５つの変数が全て用いられているのに対し、第１実施形態の場合、ペイオフリール１２、テンションリール３２が考慮されないので、ｘc,i,1とｘc,i,5の変数が前述のようには定義されないことになるが、ペイオフリール１２、テンションリール３２の位置には、代わりに他の設備が配置され、例えば、材料が酸洗ラインに供給されたり、処理された材料が搬出されたりするので、同様にｘc,i,1、ｘc,i,5に相当する変数を定義して用いれば良い。
【００７０】
次に、図２の複数の制約条件６４に対応し、長さに関する制約条件と速度に関する制約条件と、加減速率（速度の差で表わす）に関する制約条件とについて説明をする。
【００７１】
まず下記の変数を定義する。
【００７２】
【数２】
【００７３】
【数３】
【００７４】
【数４】
【００７５】
【数５】
【００７６】
【数６】
【００７７】
ここで、ｌpor：ペイオフリール１２〜入側ルーパ４０内の被処理材２の全長、ｌin：入側ルーパ４０内の被処理材２の全長、ｌcenter：中央セクション２０内の被処理材２の全長、ｌout：出側ルーパ１４内の被処理材２の全長、ｌtr：出側ルーパ１４〜テンションリール３２内の被処理材２の全長で、図３に対応が示されている。
【００７８】
なお、入側ルーパ等の設備内の被処理材の全長とは、ライン上に存在する３本の被処理材に関して、夫々、この設備における被処理材の長さを合計した長さである。
【００７９】
上記変数に関する制約条件は、以下のように表される。ここで、不等式の上下限は設備上の制約によって与えられるものである。
【００８０】
【数７】
【００８１】
又、速度に関する制約条件は以下のように表される。
【００８２】
【数８】
【００８３】
不等式の上下限は、被処理材ごとに異なる可能性があるが、ここではすべて同じである場合を仮定した。
【００８４】
又、加減速率に関する制約条件は以下のように表される。
【００８５】
【数９】
【００８６】
ここで、次式（５）のように、出側ルーパ１４〜テンションリール３２における被処理材２の長さが７５〜１４０〔ｍ〕のとき、出側作業のために速度上限を０．５〔ｍ／ｓｅｃ〕とする速度制約を受けるとする。
【００８７】
【数１０】
【００８８】
なお、第１実施形態の変数を対応させると、入側ルーパ４０内の被処理材２の全長は、ｌin、出側ルーパ５０内の被処理材２の全長はｌout、入側ルーパ４０の入側における各被処理材２の速度はｖc,i,1、入側ルーパ４０の出側における各被処理材２の速度はｖc,i,2、出側ルーパ５０の入側における各被処理材２の速度はｖc,i,3、出側ルーパ５０の出側における各被処理材２の速度はｖc,i,3、ｖc,i,4、であり、中央セクション２０における被処理材２の速度はｖc,i,2（＝ｖc,i,3）となる。
【００８９】
又、第２実施形態の変数を対応させると、貯留設備である入側ルーパ４０内の被処理材２の全長はｌin、貯留設備である出側ルーパ５０内の被処理材２の全長はｌout、巻き出し設備である入側セクション１０における巻き出し中の被処理材２の速度はｖc,i,1、巻き取り設備である出側セクション３０における巻き取り中の被処理材２の速度はｖc,i,4、処理設備である中央セクション２０における被処理材２の速度はｖc,i,2（＝ｖc,i,3）となる。
【００９０】
次に、評価関数について説明する。
【００９１】
各セクション１０、２０、３０の最適化の評価関数は、以下のように評価する期間（現在時刻ｋ＝０から、将来の時刻ｋ＝Ｋ−１まで）における入側、中央、出側の各速度に重みを掛けて加算したものとした。ここで、ｋは、制御周期Ｔｓを単位として時刻を示すパラメータであり、厳密には、時刻は、（Ｋ−１）×Ｔｓとなる。
【００９２】
【数１１】
【００９３】
ここで、ｉはコイル番号、ｖcenter、ｖin、ｖoutは、ｉ番目のコイルの中央、入側、出側の各速度、Ｔｓは制御周期（時刻ｋから時刻ｋ＋１までの長さ）、α、βは重みを表す。入側、中央、出側のすべての速度が操作量とみなされており、最適化の対象となる。
【００９４】
以上のようにモデルと制約条件と評価関数とから最適化問題が構成される。
【００９５】
さて、各セクション１０、２０、３０の速度が大きいほど被処理材２の搬送が速やかに行われるので、処理能率が向上するが、このとき（６）式の評価関数の値も大きくなる。
【００９６】
したがって、上述の最適化問題を解くことで、即ち、（２）〜（５）式の制約条件の下で、（６）式の評価関数を最大化するような各セクションでの速度を求めれば、それらは理論上、本連続処理ラインの処理能率を最大化する速度ということができ、それらに従って速度制御を行うことにより、設備上、操業上の制約範囲内で最高の処理能率を達成できることになる。
【００９７】
即ち、最適化問題を一定の時間ごと又は予め定められたイベントの発生ごとに解くことにより、評価関数に含まれる被処理材の速度を制御する指令値を時々刻々算出し、指令値に基づいて被処理材の速度を操作することで、連続処理ラインの能率最大化を達成するための最適な速度操作を行うことができる。
【００９８】
又、中央セクション２０のみならず、各セクション１０、２０、３０での速度を求めているので、速度の制約や、設備上、操業上の制約が、被処理機材の鋼種や寸法によって、被処理材ごとに異なる場合、例えば、溶接点の先行材と後行材とで異なる場合でも、連続処理ラインの能率最大化を達成するための最適な速度操作を行うことができる。
【００９９】
次に、シミュレーション結果として、上述のように（１）〜（６）式で定義された最適化問題を解くことにより得られる速度操作量を図４に、図４に示される速度操作量に基づいて操作を行った場合の入側及び出側ループ量を図５に示す。
【０１００】
なお、（６）式において、Ｔｓ＝１秒、α＝β＝１、Ｋ＝６０とした。
【０１０１】
図４に示された速度操作量は、現在時刻から６０秒先までの最適な入側速度、中央速度、出側速度を、現在時刻ｋ＝０において算出した結果を示している。いずれの速度も、初期値から加速して上限に達しており、出側速度は（５）式の制約条件に対応して減速し、その制約条件を満たしている。
【０１０２】
又、図５から、入側ループ量、出側ループ量はともに制約範囲内にあることがわかる。
【０１０３】
もし、連続処理ラインの操業が現在時刻に想定した通りに行われる場合には、図４の速度操作量に従って６０秒間の速度制御を行い、６０秒が経過した後に再び最適化の計算を行って次の６０秒間の速度操作量を求め、それに従って６０秒間の速度制御を行う、という手順を繰り返すことにより、想定したとおりの制御効果を挙げることができる。
【０１０４】
しかし、入側セクション１０や出側セクション３０における作業が予定通りに完了しなかった場合や、想定外のトラブルなどによって入側や出側における被圧延材の搬送が停止した場合などには、算出した速度操作量が最適なものとはならない。
【０１０５】
そこで、最適化計算を制御周期ごと（例えば、図４、図５では１秒ごと）に行うものとし、現在時刻から６０秒先までの最適な速度操作量を求め、そのうち現在時刻に対応した速度操作を実施し、次の制御周期で再び６０秒先までの最適な速度操作量を求め、現在時刻に対応した速度操作を実施する、という手順を取ることもできる。
【０１０６】
この場合、（１）式のモデル中の変数の初期値を制御周期ごとに実績値に合わせることができるので、ペイオフリール１２、ルーパ４０、５０やテンションリール３２における将来の被処理材長の予測精度が向上するため、操業状態があらかじめ想定したものからずれた場合であっても適切な速度操作量を求めることができる。
【０１０７】
又、計算負荷の観点から、制御周期ごとに最適化計算を行うのが難しい場合には、例えば、１０秒ごとに最適化計算を行うこととし、現在時刻から６０秒先までの速度操作量のうち最初の１０秒間に対応した速度操作を実施し、１０秒後に次の６０秒間に対応した最適化計算を行うようにしてもよい。
【０１０８】
更に、最適化計算を一定周期ごとに行うのではなく、あらかじめ設定したイベントごとに行ってもよい。イベントとしては、例えば、入側セクションや出側セクションにおける作業や、それらの作業を構成する細かなステップの開始及び終了や、被処理材の溶接点がライン内の定められたポイントを通過すること、ペイオフリールの被処理材長、テンションリールの被処理材長、入側及び出側のループ量が定められたしきい値を越えたり割ったりすることなど、ライン内における被処理材の速度や長さに関する事象を用いることができる。
【０１０９】
また、以上説明した実施例の定式化では、各被処理材長を１つの変数に割り当てていたが、各セクション内に存在する被処理材長の和を変数とすることもできる。その場合、各被処理材を区別するには、溶接部の位置をトラッキングすればよい。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】連続処理ラインを示す構成図
【図２】本発明による連続処理ラインの速度制御の概要を示す説明図
【図３】実施例において設定した変数と連続処理ラインの構成との対応を示す説明図
【図４】実施例に基づいて各セクションにおける速度操作量を示す線図
【図５】図４の速度操作量に基づいて操作を行った場合の入側及び出側ループ量のシミュレーション結果を示す線図
【符号の説明】
【０１１１】
２…被処理材
２０…中央セクション
２４…処理装置
４０…入側ルーパ
５０…出側ルーパ
６０…最適化問題
６２…モデル
６４…複数の制約条件
６６…評価関数
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入側から供給される帯状の被処理材を連続的に処理する処理装置を有する処理設備と、該処理装置の上流側及び下流側の少なくとも一方に位置し被処理材を貯留する貯留設備とを有する連続処理ラインにおいて、
前記貯留設備における各被処理材の長さの時間変化を表わすモデルと、
前記貯留設備内の被処理材の全長、前記貯留設備の入側及び出側における被処理材の速度、並びに、前記処理設備における被処理材の速度に関する制約条件と、
該制約条件が設定された前記被処理材の速度のうち少なくとも前記処理設備における被処理材の速度を含み構成される評価関数と、
からなる最適化問題を、一定の時間ごと又は予め定められたイベントの発生ごとに解くことにより、前記評価関数に含まれる被処理材の速度を制御する指令値を時々刻々算出し、該指令値に基づいて前記被処理材の速度を操作することを特徴とする連続処理ラインの速度制御方法。
【請求項２】
入側から供給される帯状の被処理材を連続的に処理する処理装置を有する処理設備と、該処理装置の上流側及び下流側の少なくとも一方に位置し被処理材を貯留する貯留設備とを有する連続処理ラインの速度制御装置において、
前記貯留設備における各被処理材の長さの時間変化を表わすモデルと、前記貯留設備内の被処理材の全長、前記貯留設備の入側及び出側における被処理材の速度、並びに、前記処理設備における被処理材の速度に関する制約条件と、該制約条件が設定された前記被処理材の速度のうち少なくとも前記処理設備における被処理材の速度を含み構成される評価関数と、からなる最適化問題を、一定の時間ごと又は予め定められたイベントの発生ごとに解くことにより、前記評価関数に含まれる被処理材の速度を制御する指令値を時々刻々算出する手段と、
該手段により算出された指令値に基づいて前記被処理材の速度を操作する手段と、
を備えたことを特徴とする連続処理ラインの速度制御装置。
【請求項３】
複数のコイル状に巻かれた帯状の被処理材を順次巻き出して接続する巻き出し設備と、該接続された被処理材を連続的に処理する処理装置を有する処理設備と、前記処理装置で処理された被処理材を切断して再びコイル状に巻き取る巻き取り設備と、前記処理装置の上流側及び下流側の少なくとも一方に位置し被処理材を貯留する貯留設備と、を有する連続処理ラインにおいて、
前記巻き出し設備における巻き出し中の被処理材の長さ、前記貯留設備における各被処理材の長さ、及び、前記巻き取り設備における巻き出し中の被処理材の長さの時間変化を表わすモデルと、
前記貯留設備内の被処理材の全長、前記巻き出し設備における巻き出し中の被処理材の速度、前記巻き取り設備における巻き取り中の被処理材の速度、及び、前記処理設備における被処理材の速度に関する制約条件と、
該制約条件が設定された前記被処理材の速度のうち少なくとも前記処理設備における被処理材の速度を含み構成される評価関数と、
からなる最適化問題を、一定の時間ごと又は予め定められたイベントの発生ごとに解くことにより、前記評価関数に含まれる被処理材の速度を制御する指令値を時々刻々算出し、該指令値に基づいて前記被処理材の速度を操作することを特徴とする連続処理ラインの速度制御方法。
【請求項４】
複数のコイル状に巻かれた帯状の被処理材を順次巻き出して接続する巻き出し設備と、該接続された被処理材を連続的に処理する処理装置を有する処理設備と、前記処理装置で処理された被処理材を切断して再びコイル状に巻き取る巻き取り設備と、該処理設備の上側及び下側の少なくとも一方に位置し被処理材を貯留する貯留設備と、を有する連続処理ラインの速度制御装置において、
前記巻き出し設備における巻き出し中の被処理材の長さ、前記貯留設備における各被処理材の長さ、及び、前記巻き取り設備における巻き出し中の被処理材の長さの時間変化を表わすモデルと、前記貯留設備内の被処理材の全長、前記巻き出し装置における巻き出し中の被処理材の速度、前記巻き取り装置における巻き取り中の被処理材の速度、及び、前記処理設備における被処理材の速度に関する制約条件と、該制約条件が設定された前記被処理材の速度のうち少なくとも前記処理設備における被処理材の速度を含み構成される評価関数と、からなる最適化問題を、一定の時間ごと又は予め定められたイベントの発生ごとに解くことにより、前記評価関数に含まれる被処理材の速度を制御する指令値を時々刻々算出する手段と、
該手段により算出された指令値に基づいて前記被処理材の速度を操作する手段と、
を備えたことを特徴とする連続処理ラインの速度制御装置。
【請求項１】
入側から供給される帯状の被処理材を連続的に処理する処理装置を有する処理設備と、該処理装置の上流側及び下流側の少なくとも一方に位置し被処理材を貯留する貯留設備とを有する連続処理ラインにおいて、
前記貯留設備における各被処理材の長さの時間変化を表わすモデルと、
前記貯留設備内の被処理材の全長、前記貯留設備の入側及び出側における被処理材の速度、並びに、前記処理設備における被処理材の速度に関する制約条件と、
該制約条件が設定された前記被処理材の速度のうち少なくとも前記処理設備における被処理材の速度を含み構成される評価関数と、
からなる最適化問題を、一定の時間ごと又は予め定められたイベントの発生ごとに解くことにより、前記評価関数に含まれる被処理材の速度を制御する指令値を時々刻々算出し、該指令値に基づいて前記被処理材の速度を操作することを特徴とする連続処理ラインの速度制御方法。
【請求項２】
入側から供給される帯状の被処理材を連続的に処理する処理装置を有する処理設備と、該処理装置の上流側及び下流側の少なくとも一方に位置し被処理材を貯留する貯留設備とを有する連続処理ラインの速度制御装置において、
前記貯留設備における各被処理材の長さの時間変化を表わすモデルと、前記貯留設備内の被処理材の全長、前記貯留設備の入側及び出側における被処理材の速度、並びに、前記処理設備における被処理材の速度に関する制約条件と、該制約条件が設定された前記被処理材の速度のうち少なくとも前記処理設備における被処理材の速度を含み構成される評価関数と、からなる最適化問題を、一定の時間ごと又は予め定められたイベントの発生ごとに解くことにより、前記評価関数に含まれる被処理材の速度を制御する指令値を時々刻々算出する手段と、
該手段により算出された指令値に基づいて前記被処理材の速度を操作する手段と、
を備えたことを特徴とする連続処理ラインの速度制御装置。
【請求項３】
複数のコイル状に巻かれた帯状の被処理材を順次巻き出して接続する巻き出し設備と、該接続された被処理材を連続的に処理する処理装置を有する処理設備と、前記処理装置で処理された被処理材を切断して再びコイル状に巻き取る巻き取り設備と、前記処理装置の上流側及び下流側の少なくとも一方に位置し被処理材を貯留する貯留設備と、を有する連続処理ラインにおいて、
前記巻き出し設備における巻き出し中の被処理材の長さ、前記貯留設備における各被処理材の長さ、及び、前記巻き取り設備における巻き出し中の被処理材の長さの時間変化を表わすモデルと、
前記貯留設備内の被処理材の全長、前記巻き出し設備における巻き出し中の被処理材の速度、前記巻き取り設備における巻き取り中の被処理材の速度、及び、前記処理設備における被処理材の速度に関する制約条件と、
該制約条件が設定された前記被処理材の速度のうち少なくとも前記処理設備における被処理材の速度を含み構成される評価関数と、
からなる最適化問題を、一定の時間ごと又は予め定められたイベントの発生ごとに解くことにより、前記評価関数に含まれる被処理材の速度を制御する指令値を時々刻々算出し、該指令値に基づいて前記被処理材の速度を操作することを特徴とする連続処理ラインの速度制御方法。
【請求項４】
複数のコイル状に巻かれた帯状の被処理材を順次巻き出して接続する巻き出し設備と、該接続された被処理材を連続的に処理する処理装置を有する処理設備と、前記処理装置で処理された被処理材を切断して再びコイル状に巻き取る巻き取り設備と、該処理設備の上側及び下側の少なくとも一方に位置し被処理材を貯留する貯留設備と、を有する連続処理ラインの速度制御装置において、
前記巻き出し設備における巻き出し中の被処理材の長さ、前記貯留設備における各被処理材の長さ、及び、前記巻き取り設備における巻き出し中の被処理材の長さの時間変化を表わすモデルと、前記貯留設備内の被処理材の全長、前記巻き出し装置における巻き出し中の被処理材の速度、前記巻き取り装置における巻き取り中の被処理材の速度、及び、前記処理設備における被処理材の速度に関する制約条件と、該制約条件が設定された前記被処理材の速度のうち少なくとも前記処理設備における被処理材の速度を含み構成される評価関数と、からなる最適化問題を、一定の時間ごと又は予め定められたイベントの発生ごとに解くことにより、前記評価関数に含まれる被処理材の速度を制御する指令値を時々刻々算出する手段と、
該手段により算出された指令値に基づいて前記被処理材の速度を操作する手段と、
を備えたことを特徴とする連続処理ラインの速度制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−１５５２４９（Ｐ２００８−１５５２４９Ａ）
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３４６７４５（Ｐ２００６−３４６７４５）
【出願日】平成１８年１２月２２日（２００６．１２．２２）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【出願人】（５０４１３９６６２）国立大学法人名古屋大学 (996)
【出願人】（５９９００２０４３）学校法人 名城大学 (142)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２２日（２００６．１２．２２）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【出願人】（５０４１３９６６２）国立大学法人名古屋大学 (996)
【出願人】（５９９００２０４３）学校法人 名城大学 (142)
【Ｆターム（参考）】
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