連続熱処理設備の速度制御方法、装置及びプログラム
【課題】制約条件に基づくネック速度スケジュールを考慮し、板温変化量と通板速度との相関の最適化を図る。
【解決手段】理論制約速度に基づいてストリップが現在から所定距離だけ進行する間のネック速度スケジュールを作成するネック速度スケジュール作成部２と、ネック速度スケジュールをベースにして複数の速度変更パターンに基づいて複数の速度スケジュールを作成し、それら各速度スケジュールについてシミュレーションを実行して加熱炉５１の誤差予測値を予測するシミュレーション部３と、加熱炉５１の誤差予測値を要素として含む評価関数を使用して、複数の速度変更パターンを評価し、その中から速度変更パターンを決定する中央速度探索部４とを備え、速度変更パターンとして、ネック速度を移行させる際に、その移行前後のネック速度よりもいったん低速にするパターンを採用している。
【解決手段】理論制約速度に基づいてストリップが現在から所定距離だけ進行する間のネック速度スケジュールを作成するネック速度スケジュール作成部２と、ネック速度スケジュールをベースにして複数の速度変更パターンに基づいて複数の速度スケジュールを作成し、それら各速度スケジュールについてシミュレーションを実行して加熱炉５１の誤差予測値を予測するシミュレーション部３と、加熱炉５１の誤差予測値を要素として含む評価関数を使用して、複数の速度変更パターンを評価し、その中から速度変更パターンを決定する中央速度探索部４とを備え、速度変更パターンとして、ネック速度を移行させる際に、その移行前後のネック速度よりもいったん低速にするパターンを採用している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続溶融めっき設備や連続焼鈍設備などの連続熱処理設備でのストリップの通板速度を制御するための速度制御方法、装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば鉄鋼業などの金属製造プラントで、金属ストリップの連続溶融めっき設備や連続焼鈍設備などの連続熱処理設備において、加熱炉入側から合金化炉出側までの間、又は加熱炉入側から一連の熱処理炉出側までの間の通板速度（中央速度と称される）を制御する場合、例えば加熱炉の加熱能力や搬送ロールの搬送速度範囲等の設備能力や、金属ストリップの熱処理温度や時間等の製造仕様といった制約条件に基づいてネック速度スケジュールを決定する必要がある。制約条件が複数存在する場合は、それら制約条件をすべて満たすように、各制約条件から求められる理論制約速度の最低速度をネック速度スケジュールとして抽出する。
【０００３】
ネック速度スケジュールが決定されたならば、それをベースにして適切な加減速レートで速度変更させるのであるが、固定的に決められている加減速レートで速度変更した場合、板温が上下限範囲を外れるなどして操業を不安定にする結果を招くおそれもある。
【０００４】
現在のところ、ネック速度スケジュールを画面表示するなどのガイダンスレベルのシステム構築はなされているものの、最終的な速度決定はオペレータの判断によるものとされているのが実情である。
【０００５】
連続熱処理設備での通板速度を制御する技術として、例えば特許文献１には、板温測定値に基づいてライン速度の加減速レートを自動設定することにより、連続焼鈍炉に通板される鋼帯に板温外れを生じさせることなく、適正な加減速レートで鋼帯のライン速度を変更するようにしたライン速度の加減速レート自動設定システムが開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、炉負荷燃焼、熱処理方法による制約に基づいて中央速度の制約速度を算出する工程と、加減速率の決定を行う工程とを行うようにした連続焼鈍ラインの中央速度制御方法が開示されている。
【０００７】
また、特許文献３には、推定された板温変化量とストリップの目標板温との偏差が許容範囲外である場合には、加熱炉の炉温制御及びストリップの通板速度の修正制御を行うようにした連続焼鈍炉における板温制御方法が開示されている。
【０００８】
また、本出願人による特許文献４には、制約条件に基づくネック速度スケジュールを考慮しつつ、予め設定した複数パターンの速度スケジュールについて、加熱炉の出側板温の応答性をシミュレーションにより予測することにより、厳密性を保ちながら、板温変化量と通板の中央速度との相関の最適化を図る、連続焼鈍炉における速度制御方法が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−２２６９１１号公報
【特許文献２】特開平６−３３０１８２号公報
【特許文献３】特開平２−２５８９３３号公報
【特許文献４】特開２００７−６３６４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示されたライン速度の加減速レート自動設定システムでは、制約条件に基づくネック速度スケジュールが考慮されていないという問題がある。
【００１１】
また、特許文献２に開示された連続焼鈍ラインの中央速度制御方法では、加減速率を決定するに際して、実験から知見された各熱処理炉の板温変動しない限界速度（律速線）を用いるが、あくまでも実験に基づくものであるため、板温の制御精度の点で問題がある。
【００１２】
また、特許文献３に開示された板温制御方法では、推定された板温変化量とストリップの目標板温との偏差が許容範囲外である場合に、加熱炉の炉温制御及びストリップの通板速度の修正制御を行うものであり、必ずしも最適な操業条件を決定する技術ではない。
【００１３】
また、特許文献４に開示された連続焼鈍炉における速度制御方法は、一応高精度な板温制御が可能となるものの、速度変更パターンを直線的に変化させるため、通板する金属ストリップの板厚が薄い場合や変動量が大きい場合に、十分高精度に板温を制御できないことがあった。
【００１４】
本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、制約条件に基づくネック速度スケジュールを考慮しつつ板温が上下限範囲を外れることなく、板温制御を高精度に保ちながら、板温変化量と速度変更パターンを同時に計算して可及的に良好な操業条件を決定できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の連続熱処理設備の速度制御方法は、連続熱処理設備でのストリップの通板速度を制御するための速度制御方法であって、前記連続熱処理設備での制約条件に基づいて、ストリップが所定距離だけ進行する間のネック速度スケジュールを作成するネック速度スケジュール作成手順と、前記ネック速度スケジュール作成手順により作成されたネック速度スケジュールをベースにして速度変更パターンに基づいて速度スケジュールを作成し、その速度スケジュールについて前記連続熱処理設備に含まれる所定の熱処理炉を模擬したシミュレータにより板温を予測するシミュレーション手順と、前記シミュレーション手順により得られた結果を要素として含む評価関数を使用して、前記速度変更パターンを評価し、その評価の結果に応じて速度変更パターンを決定する速度探索手順とからなり、前記速度変更パターンを、ネック速度を移行させる際に、その移行前後のネック速度よりもいったん低速にするパターンとすることを特徴とする。
本発明の連続熱処理設備の速度制御装置は、連続熱処理設備でのストリップの通板速度を制御するための速度制御装置であって、前記連続熱処理設備での制約条件に基づいて、ストリップが所定距離だけ進行する間のネック速度スケジュールを作成するネック速度スケジュール作成手段と、前記ネック速度スケジュール作成手段により作成されたネック速度スケジュールをベースにして速度変更パターンに基づいて速度スケジュールを作成し、その速度スケジュールについて前記連続熱処理設備に含まれる所定の熱処理炉を模擬したシミュレータにより板温を予測するシミュレーション手段と、前記シミュレーション手段により得られた結果を要素として含む評価関数を使用して、前記速度変更パターンを評価し、その評価の結果に応じて速度変更パターンを決定する速度探索手段とを備え、前記速度変更パターンを、ネック速度を移行させる際に、その移行前後のネック速度よりもいったん低速にするパターンとすることを特徴とする。
本発明のプログラムは、連続熱処理設備でのストリップの通板速度を制御する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記連続熱処理設備での制約条件に基づいて、ストリップが所定距離だけ進行する間のネック速度スケジュールを作成するネック速度スケジュール作成処理と、前記ネック速度スケジュール作成処理により作成されたネック速度スケジュールをベースにして速度変更パターンに基づいて速度スケジュールを作成し、その速度スケジュールについて前記連続熱処理設備に含まれる所定の熱処理炉を模擬したシミュレータにより板温を予測するシミュレーション処理と、前記シミュレーション処理により得られた結果を要素として含む評価関数を使用して、前記速度変更パターンを評価し、その評価の結果に応じて速度変更パターンを決定する速度探索処理とをコンピュータに実行させ、前記速度変更パターンを、ネック速度を移行させる際に、その移行前後のネック速度よりもいったん低速にするパターンとすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、制約条件に基づくネック速度スケジュールを考慮しつつ、熱処理炉を模擬したシミュレータによりシミュレーションを行うことで、厳密性を保ちながら、板温変化量と速度変更パターンを同時に計算して可及的に良好な操業条件を決定することができる。特に、速度変更パターンとしてネック速度を移行させる際に、その移行前後のネック速度よりもいったん低速にするパターンを採用することにより、ストリップの板厚が薄い場合やストリップの板厚が所定の範囲を越えて変化する場合でも、板温外れが発生しないようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１３（ａ）に、加熱炉５１、均熱炉５２、冷却炉５３及び過時効帯５４を備えた連続熱処理設備の構成例を示す。鋼材などの金属ストリップＳ（以下、ストリップ、コイルとも称する）は、連続熱処理設備の前段で順次溶接され、加熱炉５１、均熱炉５２、冷却炉５３及び過時効帯５４に連続的に通板され、連続熱処理設備の後段でカッタにより再切断される。
【００１８】
図１に、本発明を適用した実施形態に係る連続熱処理設備の速度制御装置の構成を示す。本実施形態に係る速度制御装置は、図１３（ａ）に示した連続熱処理設備での通板速度を制御するものである。連続熱処理設備での通板速度、すなわち図１３（ａ）に示す連続熱処理設備の入側から出側までの間の速度は中央速度（中央ライン速度）と称される。
【００１９】
１は入力部であり、中央速度の上限値及びネック速度スケジュールに対するバイアス値をオペレータが入力するためのものである。オペレータは、不図示のオペレータ介入操作盤を介して、任意の上限値［ｍｐｍ］、及び、所定の範囲で任意のバイアス値［ｍｐｍ］を入力することができる。
【００２０】
２はネック速度スケジュール作成部であり、連続熱処理設備の各熱処理炉５１〜５４での、設備能力や金属ストリップの製造仕様等の制約条件に基づいて、ストリップＳが現在から所定距離ｘ［ｍ］だけ進行する間のネック速度スケジュールを作成する。
【００２１】
３はプロセスシミュレータを含むシミュレーション部であり、ネック速度スケジュール作成部２により作成されたネック速度スケジュールをベースにして、予め用意された複数の速度変更パターンに基づいて複数の速度スケジュールを作成し、それら各速度スケジュールについて板温応答をシミュレーションして、加熱炉５１の出側板温を予測する。このとき、入力部１を介して中央速度の上限値やネック速度スケジュールに対するバイアス値が入力されている場合は、それを考慮する。
【００２２】
４は中央速度探索部であり、加熱炉５１の出側板温を要素として含む評価関数を使用して、複数の速度変更パターンを評価し、その中から速度変更パターンを決定する。
【００２３】
速度制御装置は、中央速度探索部４により決定された速度変更パターンに基づく速度スケジュールに従って、連続熱処理設備での通板速度の制御を実行する。
【００２４】
また、速度制御装置は、表示装置５に、中央速度探索部４により決定された速度変更パターンに基づく速度スケジュールを可視的画像表示する。また、表示装置５に、例えばネック速度スケジュール作成部２により作成されるネック速度スケジュールや、プロセスシミュレータ３により作成される複数の速度スケジュールを可視的に画像表示すれば、オペレータに対する操業ガイダンス機能の向上が実現される。
【００２５】
図２は、本実施形態に係る速度制御装置の処理動作を説明するためのフローチャートである。まず、ステップＳ１０１において、ネック速度スケジュール作成部２は、加熱炉５１、均熱炉５２、冷却炉５３などでの理論制約速度（ネック速度）を算出する。
【００２６】
例えば加熱炉５１での設備仕様上の加熱能力に基づく理論制約速度ＶＣHFは、下式（１０１）のように数式モデルｆ1を適宜用いて算出される。なお、数式モデルｆ1としては公知のモデルを用いることもできる。
ＶＣHF＝ｆ1（ＴＰＨ，ρ，ＷＤ，ＴＨ，ＶＲ）・・・（１０１）
ただし、ＴＰＨ：Ｔ／Ｈ［ｔｏｎ／ｈｏｕｒ］、ρ：比重［ｔｏｎ／ｍ3］、ＷＤ：板幅［ｍ］、ＴＨ：板厚［ｍ］、ＶＲ：速度達成率［−］である。
【００２７】
また、均熱炉５２での設備仕様上の均熱時間に基づく理論制約速度ＶＣRSFは、下式（１０２）のように数式モデルｆ2を適宜用いて算出される。なお、数式モデルｆ2としては公知のモデルを用いることもできる。
ＶＣRSF＝ｆ2（ＰＬRSF，ＴｒｅｆRSF）・・・（１０２）
ただし、ＰＬRSF：均熱炉パス長［ｍ］、ＴｒｅｆRSF：均熱時間［ｓｅｃ］である。
【００２８】
次に、ステップＳ１０２において、ネック速度スケジュール作成部２は、上記ステップＳ１０１で算出された加熱炉５１、均熱炉５２、冷却炉５３などでの理論制約速度ＶＣHF、ＶＣRSF、・・・に基づいて、ストリップＳが現在から所定距離ｘ［ｍ］だけ進行する間のネック速度スケジュールＶＣminを作成する。
【００２９】
具体的には、図３に示すように、加熱炉５１、均熱炉５２、冷却炉５３などでの理論制約速度ＶＣHF、ＶＣRSF、・・・をすべて満たすように、理論制約速度ＶＣHF、ＶＣRSF、・・・の最低速度をネック速度スケジュールＶＣminとして抽出する（図３中の実線）。
【００３０】
次に、ステップＳ１０３において、シミュレーション部３は、上記ステップＳ１０２で作成されたネック速度スケジュールＶＣminをベースにして、予め用意された複数の速度変更パターンに基づいて複数の速度スケジュールＶを作成し、それら各速度スケジュールＶについてプロセスシミュレータにより加熱炉５１の出側板温を予測する。
【００３１】
具体的には、まず、中央速度の上限値やネック速度スケジュールに対するバイアス値が入力されている場合、上記ステップＳ１０２で作成されたネック速度スケジュールＶＣminを、バイアス値分だけ下げるとともに、上限値を超える部分をカットする。
【００３２】
続いて、予め用意された複数の速度変更パターンに基づいて、複数の速度スケジュールＶを作成する。本実施形態では、速度変更パターンとして、図４に点線で示すように、ネック速度を移行させる際に、その移行前後のネック速度よりもいったん低速にするＶ字型パターンを採用している。図４の例で説明すれば、ネック速度ＶＣmin1→ＶＣmin2に移行させる際に、それら移行前後のネック速度ＶＣmin1、ＶＣmin2よりもいったん低速にする。同様に、ネック速度ＶＣmin2→ＶＣmin3に移行させる際に、それら移行前後のネック速度ＶＣmin2、ＶＣmin3よりもいったん低速にする。
【００３３】
本実施形態では、Ｖ字型パターンを、減速開始位置ａ、減速レート∠ｂ、折り返し位置ｃ、加速レート∠ｄの４つのパラメータで表現しており、パラメータａ〜ｄの複数の組み合わせを予め用意しておけばよい。なお、Ｖ字型パターンの表現の仕方はこれに限らず、例えば減速開始位置ａ、折り返し位置ｃ、ネック速度到達位置ｅの３つのパラメータで表現することもできる。図５には、速度スケジュールＶを作成している様子を示す。
【００３４】
続いて、複数の速度変更パターンそれぞれに基づく速度スケジュールＶについてプロセスシミュレータによりシミュレーションを実行して加熱炉５１の出側板温を予測する。本実施形態では、シミュレーション部３により予測する加熱炉５１の出側板温そのものではなく、図６に示すように、各速度スケジュールＶについて、加熱炉５１の出側板温の目標板温に対する誤差予測値ΔＴＳ（ｔ）［℃］を求める。加熱炉５１の出側板温の目標板温は、不図示のプロセスコンピュータにより生産スケジュールに従って決定されている。
【００３５】
図１２にはプロセスシミュレータの一例の概略構成を示す。図１２に示すプロセスシミュレータでは、下式の１〜５で表わされるラジアントチューブ温度モデル７０１、炉温モデル７０２、ハースロール温度モデル７０３、板温モデル７０４、炉壁温度モデル７０５が構築されており、これら数式モデルを用いて加熱炉５１での熱処理を模擬演算し、複数の速度スケジュールＶそれぞれについて加熱炉５１の出側板温の誤差予測値ΔＴＳ（ｔ）［℃］を求める。
【００３６】
【数１】
【００３７】
なお、本実施形態では、加熱炉５１の板温変化が操業上で重要であることから、加熱炉５１を模擬したシミュレータを構築するようにしたが、他の熱処理炉を模擬したシミュレータを構築してもよいし、複数の熱処理炉を模擬したシミュレータを構築するようにしてもよい。
【００３８】
次に、ステップＳ１０４において、中央速度探索部４は、上記ステップＳ１０３で求められた誤差予測値ΔＴＳ（ｔ）を要素として含む評価関数Ｊを使用して、複数の速度変更パターンを評価し、その中から速度変更パターンを決定する。
【００３９】
具体的には、上記ステップＳ１０３で算出されたΣΔＴＳ（ｔ）2と、生産量ＷＴＶ（ｔ）（マスフロー＝板幅ＷＤ*板厚ＴＨ*炉速Ｖ）と、適宜な重みＱ［−］とにより、下式（１０３）により構成される評価関数Ｊを使用する。そして、複数の速度変更パターンの中から、評価関数Ｊによる評価値が最小の値をとる速度変更パターンを決定する。式（１０３）では、重みＱの大きさを調整することにより、板温精度と生産量とのバランスを取ることができる。
Ｊ＝ΣΔＴＳ（ｔ）2＋ＱΣ１／ＷＴＶ（ｔ）・・・（１０３）
【００４０】
その後、上記ステップＳ１０４で決定された速度変更パターンに基づく速度スケジュールＶに従って、連続熱処理設備での通板速度の制御を実行する。
【００４１】
ここで、速度変更パターンとしてＶ字型パターンを採用することによる作用、効果について説明する。特許文献４では、図７に点線で示すように、ネック速度を直線的に移行させて速度スケジュールを作成する構成が開示されている。
【００４２】
既述したように、連続熱処理設備ではストリップＳが順次溶接されて連続的に通板されるが、各ストリップＳの板厚が一定であるとは限らない。すなわち、板厚の異なるストリップＳが順次溶接されて連続的に通板されることもある。図１３（ｂ）は加熱炉５１の概略構成を示し、板厚の異なるストリップＳ1〜Ｓ3が順次溶接され、連続的に通板されている様子を示す。
【００４３】
そして、ストリップＳの板厚が薄い場合や、ストリップＳの板厚が所定の範囲を越えて変化する場合に、図７に示すようにネック速度を直線的に移行させると、板温外れが発生してしまうおそれがある。以下、その点について説明する。図８には、板厚と炉温との関係、及び、板厚とネック速度との関係を示す。板厚が板厚ａより薄い場合（板厚＜ａの領域α）、通板のためのモータの駆動能力限界でネック速度が決まる。それに対して、板厚が板厚ａ以上の場合（板厚≧ａの領域β）、炉の加熱能力限界でネック速度が決まる。図８の点Ａでは、モータの駆動能力限界で通板させることが可能であり、板厚が薄いので、燃料をしっかり焚かなくても所望の板温を確保できる状況である。それに対して、点Ｂでは、板厚が厚いので、燃料をしっかり焚いて炉温を限界まで上げるとともに、速度を落として炉に滞在する時間を延ばして板温を確保する状況である。
【００４４】
ストリップＳの板厚が領域βだけで変化する場合は、図７に示すようにネック速度を直線的に移行させても、板温外れが発生することはない。しかしながら、ストリップＳの板厚が領域αで変化したり、領域αと領域βとに跨って変化（図８の点Ａ⇔点Ｂ）したりする場合、図７に示すようにネック速度を直線的に移行させると、板温外れが発生してしまうおそれがある。
【００４５】
これは、加熱炉５１での板温制御は、速度と炉温（＝燃料流量）が操作端となるが、これら２つの操作端の応答性が著しく異なるためである。すなわち、速度は応答性が高く、すぐに変更することができる（例えば数十秒〜数分程度）が、炉温は応答性が低く、炉温を上げる（下げる）には時間がかかる（例えば１００度上昇させるためには数十分程度）。そして、領域βでは炉温が最大となる定常状態にあるので炉温の応答性は問題とならないが、領域αでは炉温が変動する非定常状態にあるので炉温の応答性が問題となり、図７に示すようにネック速度を直線的に移行させると、炉温の影響が追いつかずに板温外れが発生してしまう。
【００４６】
そこで、Ｖ字型パターンを導入することにより、ストリップＳの板厚が薄い場合や、ストリップＳの板厚が所定の範囲を越えて変化する場合にも、板温外れを防ぐようにしたものである。
【００４７】
図９は、ストリップＳの板厚が点Ａから点Ｂに変化するとき、すなわち板厚が厚くなる（図９（ａ）を参照）ときの炉温、速度、板温の状態を示す特性図である。板厚が厚くなることから、図９（ｂ）に示すように、タイミング９０１で炉温を上昇させている。
【００４８】
また、図９（ｃ）に示すように、Ｖ字型パターンを導入することにより、タイミング９０２で速度を下げて、板温を確保し、板厚変更タイミング９０３で炉温の上昇に合わせて速度を上げていき、タイミング９０４でネック速度に達する。なお、図９（ｃ）中の点線は、特許文献４にあるように、ネック速度を直線的に移行させている場合の特性線である。
【００４９】
この結果、図９（ｄ）に示すように、ネック速度を直線的に移行させる場合（図９（ｄ）中の点線）に比べて、板温が下がってしまうのを抑え、板温を確保して、板温外れが発生しないようにすることができる。
【００５０】
図１０には、逆にストリップＳの板厚が点Ｂから点Ａに変化するとき、すなわち板厚が薄くなる（図１０（ａ）を参照）ときの炉温、速度、板温の状態を示す特性図である。板厚が薄くなることから、図１０（ｂ）に示すように、タイミング１００１で炉温を下降させている。
【００５１】
また、図１０（ｃ）に示すように、Ｖ字型パターンを導入し、タイミング１００１で速度を下げて、板温が下がり過ぎないようにする。板厚変更タイミング１００２で速度を上げて、タイミング１００３でネック速度に達する。なお、図１０（ｃ）中の点線は、特許文献４にあるように、ネック速度を直線的に移行させている場合の特性線である。
【００５２】
この結果、図１０（ｄ）に示すように、ネック速度を直線的に移行させる場合（図１０（ｄ）中の点線）に比べて、板温が下がってしまうのを抑え、板温を確保して、板温外れが発生しないようにすることができる。
【００５３】
なお、Ｖ字型パターンは、ストリップＳの板厚が厚いときに速度を下げて板温を確保するという意味では、図９（ｃ）、図１０（ｃ）に示すように、板厚が厚い段階で、ネック速度を緩やかに移行させる（時間をかけて次のネック速度に到達させる）形状が望ましいといえる（タイミング９０４、１００１を参照）。
【００５４】
以上述べたように、制約条件に基づくネック速度スケジュールＶＣminを考慮しつつ、熱処理炉を模擬したシミュレータによりシミュレーションを行うことで、厳密性を保ちながら、板温変化量と速度変更パターンを同時に計算して可及的に良好な操業条件を決定することができる。特に、速度変更パターンとしてＶ字型パターンを採用することにより、ストリップＳの板厚が薄い場合やストリップＳの板厚が所定の範囲を越えて変化する場合でも、板温外れが発生しないようにすることができる。
【００５５】
（第２の実施形態）
上記第１の実施形態では、予め用意された複数の速度変更パターンを評価し、その中から速度変更パターンを決定するようにした。それに対して、第２の実施形態は、評価関数Ｊによる評価値が予め設定された値を満たすまで、速度変更パターンを変更して、シミュレーション、中央速度探索を繰り返すようにした例である。なお、速度制御装置の基本的な構成及び作用は第１の実施形態と同様であり、以下では相違点を中心に説明する。
【００５６】
図１１は、本実施形態に係る連続熱処理設備の速度制御装置の処理動作を説明するためのフローチャートである。まず、ステップＳ２０１において、第１の実施形態と同様、ネック速度スケジュール作成部２は、加熱炉５１、均熱炉５２、冷却炉５３などでの理論制約速度（ネック速度）を算出する。
【００５７】
次に、ステップＳ２０２において、第１の実施形態と同様、ネック速度スケジュール作成部２は、上記ステップＳ２０１で算出された加熱炉５１、均熱炉５２、冷却炉５３などでの理論制約速度ＶＣHF、ＶＣRSF、・・・に基づいて、ストリップＳが現在から所定距離ｘ［ｍ］だけ進行する間のネック速度スケジュールＶＣminを作成する。
【００５８】
次に、ステップＳ２０３において、速度変更パターンの初期値を与える。次に、ステップＳ２０４において、シミュレーション部３は、上記ステップＳ２０２で作成されたネック速度スケジュールＶＣminをベースにして、現在与えられている速度変更パターンに基づいて速度スケジュールＶを作成し、その速度スケジュールＶについてプロセスシミュレータにより加熱炉５１の出側板温（加熱炉５１の出側板温の目標板温に対する誤差予測値ΔＴＳ（ｔ）［℃］）を予測する。
【００５９】
次に、ステップＳ２０５において、中央速度探索部４は、上記ステップＳ２０４で求められた誤差予測値ΔＴＳ（ｔ）を要素として含む評価関数Ｊを使用して、現在与えられている速度変更パターンを評価する。そして、その評価値が予め設定された値（許容誤差ε）以内であるか否かを判定する。
【００６０】
評価値が許容誤差ε以内であれば、ステップＳ２０６において、現在与えられている速度変更パターンを最適な速度変更パターンとして決定する。それに対して、評価値が許容誤差ε以内になければ、ステップＳ２０７において、速度変更パターンを修正した上で、ステップＳ２０４に戻る。ステップＳ２０７で速度変更パターンを修正する場合に、過去の実績から、どの方向に修正すれば評価関数Ｊによる評価値が許容誤差εに近づくかを学習させる等しておき、その方向に修正するような機能を持たせてもよい。
【００６１】
以上述べた第２の実施形態では、再帰的に演算処理を行うことから、第１の実施形態に比較して演算時間が長くなる可能性があるが、評価関数Ｊによる評価が高い速度変更パターンを確実に求めることができる。
【００６２】
なお、上記実施形態ではＶ字型パターンを説明したが、ネック速度を移行させる際に、その移行前後のネック速度よりもいったん低速にするパターンであればＶ字型パターンに限られるものではない。例えばネック速度を移行させる際に、その移行前後のネック速度よりもいったん低速にし、その状態を所定の時間だけ維持する台形状パターンとしてもよいし、減速及び加速を滑らかに行うＵ字型パターンとしてもよい。
【００６３】
なお、本発明を適用した速度制御装置は具体的にはコンピュータシステム或いは装置により構成することが可能である。したがって、上述した機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体をシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。
【００６４】
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した実施形態の機能を実現することになり、プログラムコード自体及びそのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】第１の実施形態に係る連続熱処理設備の速度制御装置の構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る速度制御装置の処理動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】ネック速度スケジュールを作成する様子を示す図である。
【図４】Ｖ字型パターンを示す図である。
【図５】ネック速度スケジュールをベースにして速度変更パターンに基づいて速度スケジュールを作成する様子を示す図である。
【図６】時間と板温との関係を示す特性図である。
【図７】従来の速度変更パターンを示す図である。
【図８】板厚と炉温との関係、及び、板厚とネック速度との関係を示す特性図である。
【図９】板厚が厚くなるときの炉温、速度、板温の状態を示す特性図である。
【図１０】板厚が薄くなるときの炉温、速度、板温の状態を示す特性図である。
【図１１】第２の実施形態に係る速度制御装置の処理動作を説明するためのフローチャートである。
【図１２】プロセスシミュレータの概要を示す図である。
【図１３】連続熱処理設備の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１ 入力部
２ ネック速度スケジュール作成部
３ シミュレーション部
４ 中央速度探索部
５ 表示装置
５１ 加熱炉
５２ 均熱炉
５３ 冷却路
５４ 過時効帯
Ｓ ストリップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続溶融めっき設備や連続焼鈍設備などの連続熱処理設備でのストリップの通板速度を制御するための速度制御方法、装置及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば鉄鋼業などの金属製造プラントで、金属ストリップの連続溶融めっき設備や連続焼鈍設備などの連続熱処理設備において、加熱炉入側から合金化炉出側までの間、又は加熱炉入側から一連の熱処理炉出側までの間の通板速度（中央速度と称される）を制御する場合、例えば加熱炉の加熱能力や搬送ロールの搬送速度範囲等の設備能力や、金属ストリップの熱処理温度や時間等の製造仕様といった制約条件に基づいてネック速度スケジュールを決定する必要がある。制約条件が複数存在する場合は、それら制約条件をすべて満たすように、各制約条件から求められる理論制約速度の最低速度をネック速度スケジュールとして抽出する。
【０００３】
ネック速度スケジュールが決定されたならば、それをベースにして適切な加減速レートで速度変更させるのであるが、固定的に決められている加減速レートで速度変更した場合、板温が上下限範囲を外れるなどして操業を不安定にする結果を招くおそれもある。
【０００４】
現在のところ、ネック速度スケジュールを画面表示するなどのガイダンスレベルのシステム構築はなされているものの、最終的な速度決定はオペレータの判断によるものとされているのが実情である。
【０００５】
連続熱処理設備での通板速度を制御する技術として、例えば特許文献１には、板温測定値に基づいてライン速度の加減速レートを自動設定することにより、連続焼鈍炉に通板される鋼帯に板温外れを生じさせることなく、適正な加減速レートで鋼帯のライン速度を変更するようにしたライン速度の加減速レート自動設定システムが開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、炉負荷燃焼、熱処理方法による制約に基づいて中央速度の制約速度を算出する工程と、加減速率の決定を行う工程とを行うようにした連続焼鈍ラインの中央速度制御方法が開示されている。
【０００７】
また、特許文献３には、推定された板温変化量とストリップの目標板温との偏差が許容範囲外である場合には、加熱炉の炉温制御及びストリップの通板速度の修正制御を行うようにした連続焼鈍炉における板温制御方法が開示されている。
【０００８】
また、本出願人による特許文献４には、制約条件に基づくネック速度スケジュールを考慮しつつ、予め設定した複数パターンの速度スケジュールについて、加熱炉の出側板温の応答性をシミュレーションにより予測することにより、厳密性を保ちながら、板温変化量と通板の中央速度との相関の最適化を図る、連続焼鈍炉における速度制御方法が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−２２６９１１号公報
【特許文献２】特開平６−３３０１８２号公報
【特許文献３】特開平２−２５８９３３号公報
【特許文献４】特開２００７−６３６４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示されたライン速度の加減速レート自動設定システムでは、制約条件に基づくネック速度スケジュールが考慮されていないという問題がある。
【００１１】
また、特許文献２に開示された連続焼鈍ラインの中央速度制御方法では、加減速率を決定するに際して、実験から知見された各熱処理炉の板温変動しない限界速度（律速線）を用いるが、あくまでも実験に基づくものであるため、板温の制御精度の点で問題がある。
【００１２】
また、特許文献３に開示された板温制御方法では、推定された板温変化量とストリップの目標板温との偏差が許容範囲外である場合に、加熱炉の炉温制御及びストリップの通板速度の修正制御を行うものであり、必ずしも最適な操業条件を決定する技術ではない。
【００１３】
また、特許文献４に開示された連続焼鈍炉における速度制御方法は、一応高精度な板温制御が可能となるものの、速度変更パターンを直線的に変化させるため、通板する金属ストリップの板厚が薄い場合や変動量が大きい場合に、十分高精度に板温を制御できないことがあった。
【００１４】
本発明は上記のような点に鑑みてなされたものであり、制約条件に基づくネック速度スケジュールを考慮しつつ板温が上下限範囲を外れることなく、板温制御を高精度に保ちながら、板温変化量と速度変更パターンを同時に計算して可及的に良好な操業条件を決定できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の連続熱処理設備の速度制御方法は、連続熱処理設備でのストリップの通板速度を制御するための速度制御方法であって、前記連続熱処理設備での制約条件に基づいて、ストリップが所定距離だけ進行する間のネック速度スケジュールを作成するネック速度スケジュール作成手順と、前記ネック速度スケジュール作成手順により作成されたネック速度スケジュールをベースにして速度変更パターンに基づいて速度スケジュールを作成し、その速度スケジュールについて前記連続熱処理設備に含まれる所定の熱処理炉を模擬したシミュレータにより板温を予測するシミュレーション手順と、前記シミュレーション手順により得られた結果を要素として含む評価関数を使用して、前記速度変更パターンを評価し、その評価の結果に応じて速度変更パターンを決定する速度探索手順とからなり、前記速度変更パターンを、ネック速度を移行させる際に、その移行前後のネック速度よりもいったん低速にするパターンとすることを特徴とする。
本発明の連続熱処理設備の速度制御装置は、連続熱処理設備でのストリップの通板速度を制御するための速度制御装置であって、前記連続熱処理設備での制約条件に基づいて、ストリップが所定距離だけ進行する間のネック速度スケジュールを作成するネック速度スケジュール作成手段と、前記ネック速度スケジュール作成手段により作成されたネック速度スケジュールをベースにして速度変更パターンに基づいて速度スケジュールを作成し、その速度スケジュールについて前記連続熱処理設備に含まれる所定の熱処理炉を模擬したシミュレータにより板温を予測するシミュレーション手段と、前記シミュレーション手段により得られた結果を要素として含む評価関数を使用して、前記速度変更パターンを評価し、その評価の結果に応じて速度変更パターンを決定する速度探索手段とを備え、前記速度変更パターンを、ネック速度を移行させる際に、その移行前後のネック速度よりもいったん低速にするパターンとすることを特徴とする。
本発明のプログラムは、連続熱処理設備でのストリップの通板速度を制御する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、前記連続熱処理設備での制約条件に基づいて、ストリップが所定距離だけ進行する間のネック速度スケジュールを作成するネック速度スケジュール作成処理と、前記ネック速度スケジュール作成処理により作成されたネック速度スケジュールをベースにして速度変更パターンに基づいて速度スケジュールを作成し、その速度スケジュールについて前記連続熱処理設備に含まれる所定の熱処理炉を模擬したシミュレータにより板温を予測するシミュレーション処理と、前記シミュレーション処理により得られた結果を要素として含む評価関数を使用して、前記速度変更パターンを評価し、その評価の結果に応じて速度変更パターンを決定する速度探索処理とをコンピュータに実行させ、前記速度変更パターンを、ネック速度を移行させる際に、その移行前後のネック速度よりもいったん低速にするパターンとすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、制約条件に基づくネック速度スケジュールを考慮しつつ、熱処理炉を模擬したシミュレータによりシミュレーションを行うことで、厳密性を保ちながら、板温変化量と速度変更パターンを同時に計算して可及的に良好な操業条件を決定することができる。特に、速度変更パターンとしてネック速度を移行させる際に、その移行前後のネック速度よりもいったん低速にするパターンを採用することにより、ストリップの板厚が薄い場合やストリップの板厚が所定の範囲を越えて変化する場合でも、板温外れが発生しないようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。
（第１の実施形態）
図１３（ａ）に、加熱炉５１、均熱炉５２、冷却炉５３及び過時効帯５４を備えた連続熱処理設備の構成例を示す。鋼材などの金属ストリップＳ（以下、ストリップ、コイルとも称する）は、連続熱処理設備の前段で順次溶接され、加熱炉５１、均熱炉５２、冷却炉５３及び過時効帯５４に連続的に通板され、連続熱処理設備の後段でカッタにより再切断される。
【００１８】
図１に、本発明を適用した実施形態に係る連続熱処理設備の速度制御装置の構成を示す。本実施形態に係る速度制御装置は、図１３（ａ）に示した連続熱処理設備での通板速度を制御するものである。連続熱処理設備での通板速度、すなわち図１３（ａ）に示す連続熱処理設備の入側から出側までの間の速度は中央速度（中央ライン速度）と称される。
【００１９】
１は入力部であり、中央速度の上限値及びネック速度スケジュールに対するバイアス値をオペレータが入力するためのものである。オペレータは、不図示のオペレータ介入操作盤を介して、任意の上限値［ｍｐｍ］、及び、所定の範囲で任意のバイアス値［ｍｐｍ］を入力することができる。
【００２０】
２はネック速度スケジュール作成部であり、連続熱処理設備の各熱処理炉５１〜５４での、設備能力や金属ストリップの製造仕様等の制約条件に基づいて、ストリップＳが現在から所定距離ｘ［ｍ］だけ進行する間のネック速度スケジュールを作成する。
【００２１】
３はプロセスシミュレータを含むシミュレーション部であり、ネック速度スケジュール作成部２により作成されたネック速度スケジュールをベースにして、予め用意された複数の速度変更パターンに基づいて複数の速度スケジュールを作成し、それら各速度スケジュールについて板温応答をシミュレーションして、加熱炉５１の出側板温を予測する。このとき、入力部１を介して中央速度の上限値やネック速度スケジュールに対するバイアス値が入力されている場合は、それを考慮する。
【００２２】
４は中央速度探索部であり、加熱炉５１の出側板温を要素として含む評価関数を使用して、複数の速度変更パターンを評価し、その中から速度変更パターンを決定する。
【００２３】
速度制御装置は、中央速度探索部４により決定された速度変更パターンに基づく速度スケジュールに従って、連続熱処理設備での通板速度の制御を実行する。
【００２４】
また、速度制御装置は、表示装置５に、中央速度探索部４により決定された速度変更パターンに基づく速度スケジュールを可視的画像表示する。また、表示装置５に、例えばネック速度スケジュール作成部２により作成されるネック速度スケジュールや、プロセスシミュレータ３により作成される複数の速度スケジュールを可視的に画像表示すれば、オペレータに対する操業ガイダンス機能の向上が実現される。
【００２５】
図２は、本実施形態に係る速度制御装置の処理動作を説明するためのフローチャートである。まず、ステップＳ１０１において、ネック速度スケジュール作成部２は、加熱炉５１、均熱炉５２、冷却炉５３などでの理論制約速度（ネック速度）を算出する。
【００２６】
例えば加熱炉５１での設備仕様上の加熱能力に基づく理論制約速度ＶＣHFは、下式（１０１）のように数式モデルｆ1を適宜用いて算出される。なお、数式モデルｆ1としては公知のモデルを用いることもできる。
ＶＣHF＝ｆ1（ＴＰＨ，ρ，ＷＤ，ＴＨ，ＶＲ）・・・（１０１）
ただし、ＴＰＨ：Ｔ／Ｈ［ｔｏｎ／ｈｏｕｒ］、ρ：比重［ｔｏｎ／ｍ3］、ＷＤ：板幅［ｍ］、ＴＨ：板厚［ｍ］、ＶＲ：速度達成率［−］である。
【００２７】
また、均熱炉５２での設備仕様上の均熱時間に基づく理論制約速度ＶＣRSFは、下式（１０２）のように数式モデルｆ2を適宜用いて算出される。なお、数式モデルｆ2としては公知のモデルを用いることもできる。
ＶＣRSF＝ｆ2（ＰＬRSF，ＴｒｅｆRSF）・・・（１０２）
ただし、ＰＬRSF：均熱炉パス長［ｍ］、ＴｒｅｆRSF：均熱時間［ｓｅｃ］である。
【００２８】
次に、ステップＳ１０２において、ネック速度スケジュール作成部２は、上記ステップＳ１０１で算出された加熱炉５１、均熱炉５２、冷却炉５３などでの理論制約速度ＶＣHF、ＶＣRSF、・・・に基づいて、ストリップＳが現在から所定距離ｘ［ｍ］だけ進行する間のネック速度スケジュールＶＣminを作成する。
【００２９】
具体的には、図３に示すように、加熱炉５１、均熱炉５２、冷却炉５３などでの理論制約速度ＶＣHF、ＶＣRSF、・・・をすべて満たすように、理論制約速度ＶＣHF、ＶＣRSF、・・・の最低速度をネック速度スケジュールＶＣminとして抽出する（図３中の実線）。
【００３０】
次に、ステップＳ１０３において、シミュレーション部３は、上記ステップＳ１０２で作成されたネック速度スケジュールＶＣminをベースにして、予め用意された複数の速度変更パターンに基づいて複数の速度スケジュールＶを作成し、それら各速度スケジュールＶについてプロセスシミュレータにより加熱炉５１の出側板温を予測する。
【００３１】
具体的には、まず、中央速度の上限値やネック速度スケジュールに対するバイアス値が入力されている場合、上記ステップＳ１０２で作成されたネック速度スケジュールＶＣminを、バイアス値分だけ下げるとともに、上限値を超える部分をカットする。
【００３２】
続いて、予め用意された複数の速度変更パターンに基づいて、複数の速度スケジュールＶを作成する。本実施形態では、速度変更パターンとして、図４に点線で示すように、ネック速度を移行させる際に、その移行前後のネック速度よりもいったん低速にするＶ字型パターンを採用している。図４の例で説明すれば、ネック速度ＶＣmin1→ＶＣmin2に移行させる際に、それら移行前後のネック速度ＶＣmin1、ＶＣmin2よりもいったん低速にする。同様に、ネック速度ＶＣmin2→ＶＣmin3に移行させる際に、それら移行前後のネック速度ＶＣmin2、ＶＣmin3よりもいったん低速にする。
【００３３】
本実施形態では、Ｖ字型パターンを、減速開始位置ａ、減速レート∠ｂ、折り返し位置ｃ、加速レート∠ｄの４つのパラメータで表現しており、パラメータａ〜ｄの複数の組み合わせを予め用意しておけばよい。なお、Ｖ字型パターンの表現の仕方はこれに限らず、例えば減速開始位置ａ、折り返し位置ｃ、ネック速度到達位置ｅの３つのパラメータで表現することもできる。図５には、速度スケジュールＶを作成している様子を示す。
【００３４】
続いて、複数の速度変更パターンそれぞれに基づく速度スケジュールＶについてプロセスシミュレータによりシミュレーションを実行して加熱炉５１の出側板温を予測する。本実施形態では、シミュレーション部３により予測する加熱炉５１の出側板温そのものではなく、図６に示すように、各速度スケジュールＶについて、加熱炉５１の出側板温の目標板温に対する誤差予測値ΔＴＳ（ｔ）［℃］を求める。加熱炉５１の出側板温の目標板温は、不図示のプロセスコンピュータにより生産スケジュールに従って決定されている。
【００３５】
図１２にはプロセスシミュレータの一例の概略構成を示す。図１２に示すプロセスシミュレータでは、下式の１〜５で表わされるラジアントチューブ温度モデル７０１、炉温モデル７０２、ハースロール温度モデル７０３、板温モデル７０４、炉壁温度モデル７０５が構築されており、これら数式モデルを用いて加熱炉５１での熱処理を模擬演算し、複数の速度スケジュールＶそれぞれについて加熱炉５１の出側板温の誤差予測値ΔＴＳ（ｔ）［℃］を求める。
【００３６】
【数１】
【００３７】
なお、本実施形態では、加熱炉５１の板温変化が操業上で重要であることから、加熱炉５１を模擬したシミュレータを構築するようにしたが、他の熱処理炉を模擬したシミュレータを構築してもよいし、複数の熱処理炉を模擬したシミュレータを構築するようにしてもよい。
【００３８】
次に、ステップＳ１０４において、中央速度探索部４は、上記ステップＳ１０３で求められた誤差予測値ΔＴＳ（ｔ）を要素として含む評価関数Ｊを使用して、複数の速度変更パターンを評価し、その中から速度変更パターンを決定する。
【００３９】
具体的には、上記ステップＳ１０３で算出されたΣΔＴＳ（ｔ）2と、生産量ＷＴＶ（ｔ）（マスフロー＝板幅ＷＤ*板厚ＴＨ*炉速Ｖ）と、適宜な重みＱ［−］とにより、下式（１０３）により構成される評価関数Ｊを使用する。そして、複数の速度変更パターンの中から、評価関数Ｊによる評価値が最小の値をとる速度変更パターンを決定する。式（１０３）では、重みＱの大きさを調整することにより、板温精度と生産量とのバランスを取ることができる。
Ｊ＝ΣΔＴＳ（ｔ）2＋ＱΣ１／ＷＴＶ（ｔ）・・・（１０３）
【００４０】
その後、上記ステップＳ１０４で決定された速度変更パターンに基づく速度スケジュールＶに従って、連続熱処理設備での通板速度の制御を実行する。
【００４１】
ここで、速度変更パターンとしてＶ字型パターンを採用することによる作用、効果について説明する。特許文献４では、図７に点線で示すように、ネック速度を直線的に移行させて速度スケジュールを作成する構成が開示されている。
【００４２】
既述したように、連続熱処理設備ではストリップＳが順次溶接されて連続的に通板されるが、各ストリップＳの板厚が一定であるとは限らない。すなわち、板厚の異なるストリップＳが順次溶接されて連続的に通板されることもある。図１３（ｂ）は加熱炉５１の概略構成を示し、板厚の異なるストリップＳ1〜Ｓ3が順次溶接され、連続的に通板されている様子を示す。
【００４３】
そして、ストリップＳの板厚が薄い場合や、ストリップＳの板厚が所定の範囲を越えて変化する場合に、図７に示すようにネック速度を直線的に移行させると、板温外れが発生してしまうおそれがある。以下、その点について説明する。図８には、板厚と炉温との関係、及び、板厚とネック速度との関係を示す。板厚が板厚ａより薄い場合（板厚＜ａの領域α）、通板のためのモータの駆動能力限界でネック速度が決まる。それに対して、板厚が板厚ａ以上の場合（板厚≧ａの領域β）、炉の加熱能力限界でネック速度が決まる。図８の点Ａでは、モータの駆動能力限界で通板させることが可能であり、板厚が薄いので、燃料をしっかり焚かなくても所望の板温を確保できる状況である。それに対して、点Ｂでは、板厚が厚いので、燃料をしっかり焚いて炉温を限界まで上げるとともに、速度を落として炉に滞在する時間を延ばして板温を確保する状況である。
【００４４】
ストリップＳの板厚が領域βだけで変化する場合は、図７に示すようにネック速度を直線的に移行させても、板温外れが発生することはない。しかしながら、ストリップＳの板厚が領域αで変化したり、領域αと領域βとに跨って変化（図８の点Ａ⇔点Ｂ）したりする場合、図７に示すようにネック速度を直線的に移行させると、板温外れが発生してしまうおそれがある。
【００４５】
これは、加熱炉５１での板温制御は、速度と炉温（＝燃料流量）が操作端となるが、これら２つの操作端の応答性が著しく異なるためである。すなわち、速度は応答性が高く、すぐに変更することができる（例えば数十秒〜数分程度）が、炉温は応答性が低く、炉温を上げる（下げる）には時間がかかる（例えば１００度上昇させるためには数十分程度）。そして、領域βでは炉温が最大となる定常状態にあるので炉温の応答性は問題とならないが、領域αでは炉温が変動する非定常状態にあるので炉温の応答性が問題となり、図７に示すようにネック速度を直線的に移行させると、炉温の影響が追いつかずに板温外れが発生してしまう。
【００４６】
そこで、Ｖ字型パターンを導入することにより、ストリップＳの板厚が薄い場合や、ストリップＳの板厚が所定の範囲を越えて変化する場合にも、板温外れを防ぐようにしたものである。
【００４７】
図９は、ストリップＳの板厚が点Ａから点Ｂに変化するとき、すなわち板厚が厚くなる（図９（ａ）を参照）ときの炉温、速度、板温の状態を示す特性図である。板厚が厚くなることから、図９（ｂ）に示すように、タイミング９０１で炉温を上昇させている。
【００４８】
また、図９（ｃ）に示すように、Ｖ字型パターンを導入することにより、タイミング９０２で速度を下げて、板温を確保し、板厚変更タイミング９０３で炉温の上昇に合わせて速度を上げていき、タイミング９０４でネック速度に達する。なお、図９（ｃ）中の点線は、特許文献４にあるように、ネック速度を直線的に移行させている場合の特性線である。
【００４９】
この結果、図９（ｄ）に示すように、ネック速度を直線的に移行させる場合（図９（ｄ）中の点線）に比べて、板温が下がってしまうのを抑え、板温を確保して、板温外れが発生しないようにすることができる。
【００５０】
図１０には、逆にストリップＳの板厚が点Ｂから点Ａに変化するとき、すなわち板厚が薄くなる（図１０（ａ）を参照）ときの炉温、速度、板温の状態を示す特性図である。板厚が薄くなることから、図１０（ｂ）に示すように、タイミング１００１で炉温を下降させている。
【００５１】
また、図１０（ｃ）に示すように、Ｖ字型パターンを導入し、タイミング１００１で速度を下げて、板温が下がり過ぎないようにする。板厚変更タイミング１００２で速度を上げて、タイミング１００３でネック速度に達する。なお、図１０（ｃ）中の点線は、特許文献４にあるように、ネック速度を直線的に移行させている場合の特性線である。
【００５２】
この結果、図１０（ｄ）に示すように、ネック速度を直線的に移行させる場合（図１０（ｄ）中の点線）に比べて、板温が下がってしまうのを抑え、板温を確保して、板温外れが発生しないようにすることができる。
【００５３】
なお、Ｖ字型パターンは、ストリップＳの板厚が厚いときに速度を下げて板温を確保するという意味では、図９（ｃ）、図１０（ｃ）に示すように、板厚が厚い段階で、ネック速度を緩やかに移行させる（時間をかけて次のネック速度に到達させる）形状が望ましいといえる（タイミング９０４、１００１を参照）。
【００５４】
以上述べたように、制約条件に基づくネック速度スケジュールＶＣminを考慮しつつ、熱処理炉を模擬したシミュレータによりシミュレーションを行うことで、厳密性を保ちながら、板温変化量と速度変更パターンを同時に計算して可及的に良好な操業条件を決定することができる。特に、速度変更パターンとしてＶ字型パターンを採用することにより、ストリップＳの板厚が薄い場合やストリップＳの板厚が所定の範囲を越えて変化する場合でも、板温外れが発生しないようにすることができる。
【００５５】
（第２の実施形態）
上記第１の実施形態では、予め用意された複数の速度変更パターンを評価し、その中から速度変更パターンを決定するようにした。それに対して、第２の実施形態は、評価関数Ｊによる評価値が予め設定された値を満たすまで、速度変更パターンを変更して、シミュレーション、中央速度探索を繰り返すようにした例である。なお、速度制御装置の基本的な構成及び作用は第１の実施形態と同様であり、以下では相違点を中心に説明する。
【００５６】
図１１は、本実施形態に係る連続熱処理設備の速度制御装置の処理動作を説明するためのフローチャートである。まず、ステップＳ２０１において、第１の実施形態と同様、ネック速度スケジュール作成部２は、加熱炉５１、均熱炉５２、冷却炉５３などでの理論制約速度（ネック速度）を算出する。
【００５７】
次に、ステップＳ２０２において、第１の実施形態と同様、ネック速度スケジュール作成部２は、上記ステップＳ２０１で算出された加熱炉５１、均熱炉５２、冷却炉５３などでの理論制約速度ＶＣHF、ＶＣRSF、・・・に基づいて、ストリップＳが現在から所定距離ｘ［ｍ］だけ進行する間のネック速度スケジュールＶＣminを作成する。
【００５８】
次に、ステップＳ２０３において、速度変更パターンの初期値を与える。次に、ステップＳ２０４において、シミュレーション部３は、上記ステップＳ２０２で作成されたネック速度スケジュールＶＣminをベースにして、現在与えられている速度変更パターンに基づいて速度スケジュールＶを作成し、その速度スケジュールＶについてプロセスシミュレータにより加熱炉５１の出側板温（加熱炉５１の出側板温の目標板温に対する誤差予測値ΔＴＳ（ｔ）［℃］）を予測する。
【００５９】
次に、ステップＳ２０５において、中央速度探索部４は、上記ステップＳ２０４で求められた誤差予測値ΔＴＳ（ｔ）を要素として含む評価関数Ｊを使用して、現在与えられている速度変更パターンを評価する。そして、その評価値が予め設定された値（許容誤差ε）以内であるか否かを判定する。
【００６０】
評価値が許容誤差ε以内であれば、ステップＳ２０６において、現在与えられている速度変更パターンを最適な速度変更パターンとして決定する。それに対して、評価値が許容誤差ε以内になければ、ステップＳ２０７において、速度変更パターンを修正した上で、ステップＳ２０４に戻る。ステップＳ２０７で速度変更パターンを修正する場合に、過去の実績から、どの方向に修正すれば評価関数Ｊによる評価値が許容誤差εに近づくかを学習させる等しておき、その方向に修正するような機能を持たせてもよい。
【００６１】
以上述べた第２の実施形態では、再帰的に演算処理を行うことから、第１の実施形態に比較して演算時間が長くなる可能性があるが、評価関数Ｊによる評価が高い速度変更パターンを確実に求めることができる。
【００６２】
なお、上記実施形態ではＶ字型パターンを説明したが、ネック速度を移行させる際に、その移行前後のネック速度よりもいったん低速にするパターンであればＶ字型パターンに限られるものではない。例えばネック速度を移行させる際に、その移行前後のネック速度よりもいったん低速にし、その状態を所定の時間だけ維持する台形状パターンとしてもよいし、減速及び加速を滑らかに行うＵ字型パターンとしてもよい。
【００６３】
なお、本発明を適用した速度制御装置は具体的にはコンピュータシステム或いは装置により構成することが可能である。したがって、上述した機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体をシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ）が記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成されることは言うまでもない。
【００６４】
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した実施形態の機能を実現することになり、プログラムコード自体及びそのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭなどを用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】第１の実施形態に係る連続熱処理設備の速度制御装置の構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る速度制御装置の処理動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】ネック速度スケジュールを作成する様子を示す図である。
【図４】Ｖ字型パターンを示す図である。
【図５】ネック速度スケジュールをベースにして速度変更パターンに基づいて速度スケジュールを作成する様子を示す図である。
【図６】時間と板温との関係を示す特性図である。
【図７】従来の速度変更パターンを示す図である。
【図８】板厚と炉温との関係、及び、板厚とネック速度との関係を示す特性図である。
【図９】板厚が厚くなるときの炉温、速度、板温の状態を示す特性図である。
【図１０】板厚が薄くなるときの炉温、速度、板温の状態を示す特性図である。
【図１１】第２の実施形態に係る速度制御装置の処理動作を説明するためのフローチャートである。
【図１２】プロセスシミュレータの概要を示す図である。
【図１３】連続熱処理設備の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１ 入力部
２ ネック速度スケジュール作成部
３ シミュレーション部
４ 中央速度探索部
５ 表示装置
５１ 加熱炉
５２ 均熱炉
５３ 冷却路
５４ 過時効帯
Ｓ ストリップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続熱処理設備でのストリップの通板速度を制御するための速度制御方法であって、
前記連続熱処理設備での制約条件に基づいて、ストリップが所定距離だけ進行する間のネック速度スケジュールを作成するネック速度スケジュール作成手順と、
前記ネック速度スケジュール作成手順により作成されたネック速度スケジュールをベースにして速度変更パターンに基づいて速度スケジュールを作成し、その速度スケジュールについて前記連続熱処理設備に含まれる所定の熱処理炉を模擬したシミュレータにより板温を予測するシミュレーション手順と、
前記シミュレーション手順により得られた結果を要素として含む評価関数を使用して、前記速度変更パターンを評価し、その評価の結果に応じて速度変更パターンを決定する速度探索手順とからなり、
前記速度変更パターンを、ネック速度を移行させる際に、その移行前後のネック速度よりもいったん低速にするパターンとすることを特徴とする連続熱処理設備の速度制御方法。
【請求項２】
前記シミュレーション手順では、前記ネック速度スケジュール作成手順により作成されたネック速度スケジュールをベースにして複数の速度変更パターンに基づいて複数の速度スケジュールを作成し、それら各速度スケジュールについて前記シミュレータにより板温を予測し、
前記速度探索手順では、前記シミュレーション手順により得られた結果を要素として含む評価関数を使用して、前記複数の速度変更パターンを評価し、その中から速度変更パターンを決定することを特徴とする請求項１に記載の連続熱処理設備の速度制御方法。
【請求項３】
前記シミュレーション手順では、前記ネック速度スケジュール作成手順により作成されたネック速度スケジュールをベースにして一の速度変更パターンに基づいて速度スケジュールを作成し、その速度スケジュールについて前記シミュレータにより板温を予測し、
前記速度探索手順では、前記シミュレーション手順により得られた結果を要素として含む評価関数を使用して評価値を算出し、
前記評価値が予め設定された値を満たすまで、前記一の速度変更パターンを変更して、前記シミュレーション手順、前記速度探索手順を繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の連続熱処理設備の速度制御方法。
【請求項４】
連続熱処理設備でのストリップの通板速度を制御するための速度制御装置であって、
前記連続熱処理設備での制約条件に基づいて、ストリップが所定距離だけ進行する間のネック速度スケジュールを作成するネック速度スケジュール作成手段と、
前記ネック速度スケジュール作成手段により作成されたネック速度スケジュールをベースにして速度変更パターンに基づいて速度スケジュールを作成し、その速度スケジュールについて前記連続熱処理設備に含まれる所定の熱処理炉を模擬したシミュレータにより板温を予測するシミュレーション手段と、
前記シミュレーション手段により得られた結果を要素として含む評価関数を使用して、前記速度変更パターンを評価し、その評価の結果に応じて速度変更パターンを決定する速度探索手段とを備え、
前記速度変更パターンを、ネック速度を移行させる際に、その移行前後のネック速度よりもいったん低速にするパターンとすることを特徴とする連続熱処理設備の速度制御装置。
【請求項５】
連続熱処理設備でのストリップの通板速度を制御する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記連続熱処理設備での制約条件に基づいて、ストリップが所定距離だけ進行する間のネック速度スケジュールを作成するネック速度スケジュール作成処理と、
前記ネック速度スケジュール作成処理により作成されたネック速度スケジュールをベースにして速度変更パターンに基づいて速度スケジュールを作成し、その速度スケジュールについて前記連続熱処理設備に含まれる所定の熱処理炉を模擬したシミュレータにより板温を予測するシミュレーション処理と、
前記シミュレーション処理により得られた結果を要素として含む評価関数を使用して、前記速度変更パターンを評価し、その評価の結果に応じて速度変更パターンを決定する速度探索処理とをコンピュータに実行させ、
前記速度変更パターンを、ネック速度を移行させる際に、その移行前後のネック速度よりもいったん低速にするパターンとすることを特徴とするプログラム。
【請求項１】
連続熱処理設備でのストリップの通板速度を制御するための速度制御方法であって、
前記連続熱処理設備での制約条件に基づいて、ストリップが所定距離だけ進行する間のネック速度スケジュールを作成するネック速度スケジュール作成手順と、
前記ネック速度スケジュール作成手順により作成されたネック速度スケジュールをベースにして速度変更パターンに基づいて速度スケジュールを作成し、その速度スケジュールについて前記連続熱処理設備に含まれる所定の熱処理炉を模擬したシミュレータにより板温を予測するシミュレーション手順と、
前記シミュレーション手順により得られた結果を要素として含む評価関数を使用して、前記速度変更パターンを評価し、その評価の結果に応じて速度変更パターンを決定する速度探索手順とからなり、
前記速度変更パターンを、ネック速度を移行させる際に、その移行前後のネック速度よりもいったん低速にするパターンとすることを特徴とする連続熱処理設備の速度制御方法。
【請求項２】
前記シミュレーション手順では、前記ネック速度スケジュール作成手順により作成されたネック速度スケジュールをベースにして複数の速度変更パターンに基づいて複数の速度スケジュールを作成し、それら各速度スケジュールについて前記シミュレータにより板温を予測し、
前記速度探索手順では、前記シミュレーション手順により得られた結果を要素として含む評価関数を使用して、前記複数の速度変更パターンを評価し、その中から速度変更パターンを決定することを特徴とする請求項１に記載の連続熱処理設備の速度制御方法。
【請求項３】
前記シミュレーション手順では、前記ネック速度スケジュール作成手順により作成されたネック速度スケジュールをベースにして一の速度変更パターンに基づいて速度スケジュールを作成し、その速度スケジュールについて前記シミュレータにより板温を予測し、
前記速度探索手順では、前記シミュレーション手順により得られた結果を要素として含む評価関数を使用して評価値を算出し、
前記評価値が予め設定された値を満たすまで、前記一の速度変更パターンを変更して、前記シミュレーション手順、前記速度探索手順を繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の連続熱処理設備の速度制御方法。
【請求項４】
連続熱処理設備でのストリップの通板速度を制御するための速度制御装置であって、
前記連続熱処理設備での制約条件に基づいて、ストリップが所定距離だけ進行する間のネック速度スケジュールを作成するネック速度スケジュール作成手段と、
前記ネック速度スケジュール作成手段により作成されたネック速度スケジュールをベースにして速度変更パターンに基づいて速度スケジュールを作成し、その速度スケジュールについて前記連続熱処理設備に含まれる所定の熱処理炉を模擬したシミュレータにより板温を予測するシミュレーション手段と、
前記シミュレーション手段により得られた結果を要素として含む評価関数を使用して、前記速度変更パターンを評価し、その評価の結果に応じて速度変更パターンを決定する速度探索手段とを備え、
前記速度変更パターンを、ネック速度を移行させる際に、その移行前後のネック速度よりもいったん低速にするパターンとすることを特徴とする連続熱処理設備の速度制御装置。
【請求項５】
連続熱処理設備でのストリップの通板速度を制御する処理をコンピュータに実行させるためのプログラムであって、
前記連続熱処理設備での制約条件に基づいて、ストリップが所定距離だけ進行する間のネック速度スケジュールを作成するネック速度スケジュール作成処理と、
前記ネック速度スケジュール作成処理により作成されたネック速度スケジュールをベースにして速度変更パターンに基づいて速度スケジュールを作成し、その速度スケジュールについて前記連続熱処理設備に含まれる所定の熱処理炉を模擬したシミュレータにより板温を予測するシミュレーション処理と、
前記シミュレーション処理により得られた結果を要素として含む評価関数を使用して、前記速度変更パターンを評価し、その評価の結果に応じて速度変更パターンを決定する速度探索処理とをコンピュータに実行させ、
前記速度変更パターンを、ネック速度を移行させる際に、その移行前後のネック速度よりもいったん低速にするパターンとすることを特徴とするプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１０−９０４５５（Ｐ２０１０−９０４５５Ａ）
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６３２２２（Ｐ２００８−２６３２２２）
【出願日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月９日（２００８．１０．９）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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