JP2013180333A

JP2013180333A - 連続ラインにおけるルーパの制御方法およびルーパ制御装置

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Publication number: JP2013180333A
Application number: JP2012046796A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Toyofuku; 達生豊福
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2013-09-12

Abstract

【課題】能力の異なる設備間にルーパを備えた連続ラインにおいて、ルーパの設備能力を有効利用して、それぞれの設備における材料の速度の設定を最適化でき、連続ライン全体の設備能力を向上させること。
【解決手段】材料ごとに、中間ルーパにおけるルーパ蓄積量Ｌ、および後段の圧延セクションの中央速度Ｖａの初期値を設定する。中央速度や入側制約速度に基づいてルーパ減少量Ｌ₁を算出して、払い出し後のルーパ蓄積量の最小値を算出する。ルーパ蓄積量の最小値が下限値Ｌmin以上になるように、材料ごとのルーパ蓄積量Ｌの最小値および中央速度Ｖａを、前段階の材料にさかのぼって順次繰り返し調整する。調整後、ルーパ回復量を算出して、中間ルーパの設備制約とから回復後のルーパ蓄積量の最大値を算出する。材料ごとのルーパ蓄積量の最小値および最大値に基づいて中間ルーパを制御する。
【選択図】図６

Description

本発明は、ルーパによって接続された複数の処理設備を備えた連続ラインにおけるルーパの制御方法およびルーパ制御装置に関する。

複数の設備を備えた連続ラインのうちの酸による洗浄を行う酸洗セクションは、連続ラインを流れる材料（鋼帯、鋼板、棒鋼、または形鋼）の表面に形成された酸化鉄を酸によって溶解させる設備である。この酸洗セクションにおいては、材料の通過速度が速すぎると、材料の表面に酸化鉄が残ってしまい品質欠陥につながる。反面、材料が酸洗セクションに必要以上に滞留すると、酸化鉄部分のみならず材料部分まで溶け出してしまい、過酸洗や変色などの欠陥が生じる原因となる。そのため、酸洗セクションを通過する際の通過速度として、材料ごとの制約速度として上限速度ＶＰＬおよび下限速度ＶＰＨとが設定されている。

また、複数の設備を備えた連続ラインのうちの圧延セクションは、入側の材料を所定の板厚まで圧延する設備である。この圧延セクションにおいては、圧延ロールと材料との間の摩擦係数は圧延速度によって変化する。そのため、圧延中における圧延速度の変更は板厚変動の要因になる。さらに、圧延速度の上限値は、駆動装置の最高速度と圧延に必要なトルクの制約に基づく速度との低い方の値になる。すなわち、比較的圧延負荷の小さい材料における圧延速度は、駆動装置の速度能力によって制約される一方、圧延負荷の大きい材料、硬質材、および高圧下率材における圧延速度は、駆動装置のパワーによって制約されることになる。

これらの酸洗セクションおよび圧延セクションを備えた連続ラインにおいては、それぞれのセクションにおいて、セクションごとの設備能力や必要な処理、入側コイルの装入処理、先行の材料と後行の材料との溶接、トリマー幅の変更、および圧延機の板厚変更などによって、通過速度が変更される。そのため、各セクションの間には、材料を蓄積してセクション間の速度差を吸収するルーパが設置されている。

また、従来の酸洗セクションや圧延セクションなどのセクションごとの通過速度（運転速度）は、オペレータが、設備状況を監視しつつ経験に基づいてセクションごとに決定していた。

ところが、運転方法に関してオペレータごとにばらつきがあった。すなわち、オペレータが運転速度を増加させすぎてルーパの容量が不足したり、逆にオペレータが運転速度を急激に減少させすぎて圧延セクションにおいて材料の板厚変動が生じたりすることがあった。一方で、オペレータが余裕を確保しすぎて全体的に速度を減少させることから、設備能力が最大限まで利用されずに抑制されてしまう傾向にあった。

このように、ルーパが設置された連続ラインにおいて、最適な運転速度を決定することは困難であることから、従来、入側ルーパなどの場合には、材料の後端と次の材料の先端とを溶接するための入側停止に備えて、定常運転中においては、入側ルーパのルーパ蓄積量を常に設備能力（設備制約）の上限になるようにしている。

さらに、入側ルーパの上流側において材料の走行が停止すると、入側での停止が解除された後は、停止時間中に減少したルーパ蓄積量を回復させ入側ルーパを早期に復旧させるために、オペレータは入側ルーパの材料の走行速度を中央速度よりも速い速度（追込速度）で運転するように制御する。ルーパ蓄積量の回復速度は追込速度と中央速度との差で決まる。そのため、オペレータは、ルーパ蓄積量の回復が間に合わないと判断した場合には、後段の設備における材料の中央速度を下げることにより速度差を確保して、入側ルーパのルーパ蓄積量を回復させる。特に、材料長の短い材料が連続する場合には、追い込み運転中に先行の材料と後続の材料との溶接のために減速したり停止したりする状況が生じるため、オペレータは、中央速度を大きく下げる制御を行う傾向にある。

また、圧延セクションにおいては、材料の接続部分（溶接点）を通過した時、板厚の変更時、および出側においてコイルを切断する時などに、１０００ｍｐｍ程度の通常の圧延速度から１００〜２５０ｍｐｍ程度まで減速される。この際、酸洗セクションにおける通過速度（酸洗速度）は減速された圧延速度よりも大きくなる。このとき、酸洗速度と圧延速度との速度差分の材料が中間ルーパに吸収されるため、中間ルーパのルーパ蓄積量は増加する。これにより、圧延セクションを含む連続ラインにおいては、前段の中間ルーパのルーパ蓄積量は常に下限値に制御され、圧延速度が低下した場合にも酸洗速度が変更されないように構成されている。

そして、材料の溶接部分の通過やコイルの切断処理の終了などといった圧延速度の減速要因が終了した後は、連続ラインの中間ルーパにおいて増加したルーパ蓄積量を当初の最小量まで払い出すために、酸洗速度より速い速度で運転が行われる。そのため、圧延セクションにおいては強制的に速度変更が行われ、圧延速度を一定速度にすることができない。また、このような中間ルーパの回復運転に備えて、オペレータは、圧延セクションにおいて常に圧延速度に余裕を持たせる運転を行うように制御する傾向になる。

そこで、これらの問題を解決するために、特許文献１、２に記載された技術が提案されている。特許文献１には、あらかじめコイルごとにそれぞれのセクションにおける平均速度を算出して、各セクションの速度差と処理時間とから必要なルーパ容量を算出し、必要なルーパ容量がルーパの能力を超えないように速度を決定する技術が提案されている。特許文献２には、ルーパ蓄積量があらかじめ計算された必要なルーパ蓄積量になるように、自動的にそれぞれのセクションにおける速度を変更する技術が提案されている。

特開平２−２９０６１１号公報特開２００７−１４４４８３号公報

しかしながら、上述した特許文献１，２に記載の技術においては、ルーパ蓄積量の目標値を固定化しているため、圧延連続ラインの能率を向上させたり材料の速度変更を最小限にしたりすることが極めて困難であった。

また、特許文献１，２に記載のように、ルーパ蓄積量の目標値を固定化するためには、次のような制御を行う必要がある。まず、先行する材料と後行する材料との接続部分（溶接点）の通過や、出側におけるコイルの切断などの処理のために、それぞれのセクションにおける材料の速度を増減させたり、材料の搬送を停止させたり、再起動させたりする。その後、これらの非定常状態から材料の速度を目標速度に戻した後、さらにルーパ蓄積量が目標値に達するまで、材料の速度を必要以上に加速させたり減速させたりする。

さらに、特許文献２においては、圧延速度を、影響のない範囲内で徐々に変動させる方法を採用している。しかしながら、この場合においても、ルーパ蓄積量の目標値を固定して、ルーパ蓄積量が目標値に達するまでに材料の速度の加減速が行われる。材料の材質を考慮すると、圧延速度が高速の場合と低速の場合とにおいて潤滑状態などが異なるため、品質を均一化させる要請から、圧延速度の速度変更は徐々に変更させるとしても好ましくない。

また、特許文献２に記載された方法においては、現に圧延処理を行っている材料と次に圧延処理を行う材料との関係だけから、ルーパ蓄積量を計算している。ところが、実際には、材料ごとに材料長が異なるため、材料が短い場合には酸洗セクションから圧延セクションの間に複数の材料が共存するようなタイミングも存在する。これにより、特許文献２に記載された方法では、実際の圧延処理を含む連続ラインの操業に採用できない場合があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、異なる設備の間にルーパを備えた連続ラインにおいて、処理対象となる材料の中央速度を可能な限り大きくすることができ、ルーパの設備能力を最大限に利用して、それぞれの設備における材料の速度の設定を最適化でき、連続ラインの設備能力を向上できる連続ラインにおけるルーパの制御方法およびルーパ制御装置を提供することにある。

上述した課題を解決し、上記目的を達成するために、本発明に係る連続ラインにおけるルーパの制御方法は、連続して接合された複数の材料ごとに、第１の設備での第１の制約速度を算出する第１の制約速度算出ステップと、材料ごとに、第２の設備での第２の制約速度を算出する第２の制約速度算出ステップと、材料ごとに、少なくとも設備制約および第２の制約速度に基づいて第２の設備における処理速度を算出する速度算出ステップ、第１の設備と第２の設備との間のルーパが蓄積したルーパ蓄積量から払い出したルーパ減少量を、材料ごとに、少なくとも第１の制約速度および処理速度に基づいて算出するルーパ減少量算出ステップ、ルーパ減少量に基づいて材料ごとに払い出し時のルーパ蓄積量最小値を算出する最小値算出ステップ、およびルーパ蓄積量最小値がルーパの設備制約の範囲外である場合に処理速度を減少させる速度再計算ステップを、ルーパ蓄積量最小値がルーパの設備制約の範囲に収まるまで、順次少なくとも１回行う調整ステップと、材料ごとに、調整ステップにおいて算出された処理速度とルーパ蓄積量最小値とに基づいて、ルーパを制御するルーパ制御ステップと、を含むことを特徴とする。

本発明に係る連続ラインにおけるルーパの制御方法は、上記の発明において、材料ごとに、ルーパが蓄積しているルーパ蓄積量から回復させるルーパ回復量を、少なくともルーパの設備制約、第１の制約速度、および調整ステップにおいて算出された処理速度に基づいて算出するルーパ回復量算出ステップと、材料ごとに、ルーパ回復量、ルーパ蓄積量最小値、およびルーパの設備制約に基づいて、ルーパにおけるルーパ蓄積量最大値を算出する最大値算出ステップと、をさらに含み、ルーパ制御ステップが、材料ごとの、調整ステップにおいて算出された処理速度、ルーパ蓄積量最小値、およびルーパ蓄積量最大値に基づいて、ルーパを制御するステップであることを特徴とする。

本発明に係るルーパ制御装置は、連続して接合された複数の材料に対して第１の処理を行う第１の設備と、複数の材料に対して第２の処理を行う第２の設備との間に設けられたルーパを制御するルーパ制御装置において、材料ごとに、第１の設備での第１の制約速度を算出する第１の制約速度算出手段と、材料ごとに、第２の設備での第２の制約速度を算出する第２の制約速度算出手段と、材料ごとに、少なくとも第２の制約速度に基づいた第２の設備における処理速度の算出、少なくとも第１の制約速度および処理速度に基づいた、ルーパに蓄積したルーパ蓄積量から払い出すルーパ減少量の算出、ルーパ減少量に基づいたルーパ蓄積量最小値の算出、およびルーパ蓄積量最小値がルーパの設備制約の範囲外である場合に処理速度を減少させる計算を、ルーパ蓄積量最小値がルーパの設備制約の範囲に収まるまで、順次少なくとも１回行う調整手段と、調整手段が材料ごとに算出した処理速度およびルーパ蓄積量最小値に基づいて、ルーパを制御するルーパ制御手段と、を備えることを特徴とする。

本発明に係るルーパ制御装置は、上記の発明において、調整手段が、材料ごとに、ルーパが蓄積しているルーパ蓄積量から回復させるルーパ回復量を、少なくともルーパの設備制約、第１の制約速度、および処理速度に基づいて算出するルーパ回復量算出手段と、材料ごとに、ルーパ回復量、ルーパ蓄積量最小値、およびルーパの設備制約に基づいて、ルーパにおけるルーパ蓄積量最大値を算出する最大値算出手段と、を備え、ルーパ制御手段が、材料ごとの、調整手段によって算出された処理速度、ルーパ蓄積量最小値、およびルーパ蓄積量最大値に基づいて、ルーパを制御することを特徴とする。

本発明に係る連続ラインにおけるルーパの制御方法およびルーパ制御装置によれば、複数の設備の間にルーパ設備を備えた連続ラインにおいて、事前にルーパ蓄積量のシミュレーションを行っていることにより、異なる設備の間にルーパを備えた連続ラインにおいて、処理対象となる材料の中央速度を可能な限り大きくすることができ、ルーパの設備能力を最大限に利用して、それぞれの設備における材料の速度の設定を最適化でき、連続ラインの設備能力を向上することが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態による圧延連続ラインの制御構成を示すブロック図である。図２は、本発明の一実施形態による圧延連続ラインを示す構成図である。図３は、本発明の一実施形態による連続ラインにおけるルーパでの材料の速度および蓄積量の時間変化を示すグラフである。図４は、本発明の一実施形態による連続ラインにおけるルーパでの定常状態が存在する場合の材料の速度の時間変化を示すグラフである。図５は、本発明の一実施形態による連続ラインにおけるルーパでの定常状態が存在しない場合の材料の速度の時間変化を示すグラフである。図６は、本発明の一実施形態による圧延連続ラインのルーパの制御を行うシミュレーション方法の具体例を示すフローチャートである。図７は、本発明の一実施形態による圧延連続ラインにおける、ルーパ蓄積量、および入側最高速度と中央速度との、材料ごとの変化を示すグラフである。図８は、従来技術による圧延連続ラインにおける、ルーパ蓄積量、および入側最高速度と中央速度との、材料ごとの変化の実績を示すグラフである。図９は、本発明の一実施形態に基づいた実施例を示す表である。図１０は、各実施例に対応する従来技術に基づいた比較例を示す表である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の一実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、本発明は以下に説明する一実施形態によって限定されるものではない。

（連続ラインの制御構成）
まず、本発明の一実施形態による連続ラインの制御方法について説明する。図１は、この一実施形態による酸洗セクションと圧延セクションとの連続ラインに対する制御構成を示す。

図１に示すように、この一実施形態においては、生産計画用上位計算機１、プロセス用計算機２、酸洗主幹制御装置３、圧延主幹制御装置４、およびルーパ制御部７を有して連続ラインの制御装置が構成されている。そして、この制御装置によって、酸洗セクション１０における複数のモータ駆動装置５ａ，５ｂ，５ｃ、圧延セクション２０における複数のモータ駆動装置６ａ，６ｂ，６ｃ、および後述するループカー１５ａ，１５ｂが制御される。

すなわち、生産計画用上位計算機１は、材料諸元や材料の装入順などの材料８に関する材料データを演算して設定すると、これらの材料データを含む指示データをプロセス用計算機２に供給する。

また、酸洗主幹制御装置３は、モータ駆動装置５ａ〜５ｃにおいて実行される実際の酸洗速度（酸洗速度実績）、ルーパ位置情報、および溶接点位置情報をプロセス用計算機２に供給する。圧延主幹制御装置４は、モータ駆動装置６ａ〜６ｃにおいて実行される実際の圧延速度（圧延速度実績）、ルーパ位置情報、および溶接点位置情報をプロセス用計算機２に供給する。

プロセス用計算機２は、供給された指示データと、酸洗速度実績、圧延速度実績、ルーパ位置情報、および溶接点位置情報とに基づいて、酸洗セクション１０における酸洗速度や圧延セクション２０における圧延速度などの材料を搬送するための速度を演算する。プロセス用計算機２は、これらの酸洗セクション１０および圧延セクション２０における材料の速度を設定データとして生成する。

また、プロセス用計算機２は、酸洗セクション１０における酸洗速度の設定データを酸洗主幹制御装置３に供給する。酸洗主幹制御装置３は、酸洗セクション１０において、供給された酸洗速度の設定データに基づいてそれぞれのモータ駆動装置５ａ〜５ｃを制御して、材料を設定された酸洗速度で搬送させる。さらに、プロセス用計算機２は、圧延セクション２０における圧延速度の設定データを圧延主幹制御装置４に供給する。圧延主幹制御装置４は、圧延セクション２０において、供給された圧延速度の設定データに基づいてそれぞれのモータ駆動装置６ａ〜６ｃを制御して、材料を設定された圧延速度で搬送させる。

また、プロセス用計算機２は、ルーパにおけるルーパ蓄積量に関する演算を行い、このルーパ蓄積量の演算結果をルーパ制御部７に供給する。ルーパ制御部７は、連続ラインのルーパにおいて、供給されたルーパ蓄積量の設定データに基づいてルーパ蓄積量を調整するループカー１５ａ、１５ｂを制御する。これらのプロセス用計算機２およびルーパ制御部７によって、ルーパ制御手段が構成される。

次に、上述のように構成された連続ラインの制御装置によって制御される、酸洗セクションおよび圧延セクションを有する連続ラインについて説明する。図２は、酸洗セクションと圧延セクションとの連続ラインの装置構成を示す。

図２に示すように、この一実施形態においては、連続ラインは、第１の設備としての酸洗セクション１０、および第２の設備としての圧延セクション２０とが連続して構成されている。

酸洗セクション１０は、ペイオフリール１１、入側シャー１２、溶接機１３、テンションレベラー１６、酸洗タンク１７、およびサイドトリマー１８を備える。これらの装置は、図１に示す複数のモータ駆動装置５ａ〜５ｃにより駆動される。また、図２に示すように、入側ルーパ１４のルーパ蓄積量がループカー１５ａにより調整され、中間ルーパ１９のルーパ蓄積量がループカー１５ｂにより調整される。

そして、以上のように構成された酸洗セクション１０においては、ペイオフリール１１から装入された材料８が、入側シャー１２においてその先端部分がカットされる。続いて、溶接機１３において、先行する材料８の終端が到達した時点で、先行する材料８の終端と後行する材料８の先端とが溶接される。この溶接時において、溶接処理を行うために材料８の走行が所定時間停止する。入側ルーパ１４は、この停止時間において、酸洗タンク１７内の材料８の搬送を停止させずに連続して酸洗処理を行うために、材料８を払い出す。すなわち、溶接処理の際に入側ルーパ１４の入側で材料８が停止している間は、入側ルーパ１４に蓄積されている材料８が酸洗タンク１７に払い出される。溶接処理が終了して材料８の停止が解除された後は、入側ルーパ１４の入側における材料８の速度が増加して、材料８が入側ルーパ１４に蓄積される。ルーパ蓄積量の調整は、ルーパ制御部７が制御するループカー１５ａが行う。

テンションレベラー１６は、入側ルーパ１４から払い出された材料８の形状を整える。その後、材料８は酸洗タンク１７に供給され、表面が酸によって洗浄されてスケールが除去される。酸洗処理が行われた材料８は、サイドトリマー１８によって搬送方向に対して左右の両端部分がカットされ、所定の幅に成形される。成形後の材料８は、中間ルーパ１９に送り出される。

中間ルーパ１９は、酸洗セクション１０における酸洗速度やサイドトリマー１８での幅の変更時における停止と、圧延セクション２０における圧延速度との差を吸収するために設けられ、後段の圧延セクション２０への材料８の払い出しを調整する。中間ルーパ１９のルーパ蓄積量の調整は、ルーパ制御部７が制御するループカー１５ｂにより行われる。なお、中間ルーパ１９の制御方法の詳細については、後述する。

また、酸洗セクション１０の下流側の圧延セクション２０は、圧延機２１、出側シャー２２、およびテンションリール２３を備える。これらの装置は、図１に示す複数のモータ駆動装置６ａ〜６ｃにより駆動される。すなわち、図２に示すように、圧延セクション２０において、材料８は、圧延機２１によって所定の板厚まで圧延された後、出側シャー２２によって任意の長さにカットされ、テンションリール２３に巻き取られてコイルとされる。

以上のようにして、中間ルーパ１９を介して酸洗セクション１０と圧延セクション２０とを備えた連続ラインが構成され、材料８に対して酸洗処理および圧延処理が連続して行われる。

（ルーパ設備制御）
次に、上述のように構成された連続ラインにおける中間ルーパ１９の制御について説明する。ここで、中間ルーパ１９の制御の理解を容易にするため、ルーパの制御の基本原理について説明する。図３は、この基本原理を説明するためのルーパの速度の時間変化とルーパ蓄積量の時間変化との一例を示すグラフである。

図３（ａ）に示すように、定常状態である時間Ｔ₀〜Ｔ₁の間において、中間ルーパ１９の入側における酸洗セクション１０における材料８の速度（入側速度Ｖｅ）と、中間ルーパ１９の出側における圧延セクション２０による材料８の処理速度である中央速度Ｖａとが同期していると、入側速度Ｖｅと中央速度Ｖａとは等しくなる。また、図３（ｂ）に示すように、この一実施形態においては、時間Ｔ₀〜Ｔ₁の間において中間ルーパ１９における材料８のルーパ蓄積量は上限値になっている。

その後、例えば、サイドトリマー１８における幅を変更する場合などにおいて、中間ルーパ１９の入側で材料８を減速させ停止させる場合がある。この際、図３（ａ）に示すように、時間Ｔ₁〜Ｔ₂において材料８の入側速度Ｖｅを減少させて、時間Ｔ₂〜Ｔ₃（入側停止時間Ｔｅ）の間停止させる。その後、時間Ｔ₃〜Ｔ₄において入側速度Ｖｅを増加させ、時点Ｔ₄で中央速度Ｖａと同じ速度にする。これらの時間Ｔ₁〜Ｔ₄の間、入側速度Ｖｅは中央速度Ｖａ以下であるので、中間ルーパ１９は蓄積している材料８を払い出すことになる。この払い出しによって、中間ルーパ１９のルーパ蓄積量は、図３（ｂ）に示すルーパ減少量Ｌ₁だけ減少して、ルーパ蓄積量最小値となる。ルーパ減少量Ｌ₁は、図３（ａ）に示す減速部分の面積Ｓ１と等しいので、以下の（１）式で得られる。

ここで、αは入側減速率、βは入側加速率で、いずれも正数である。また、中央速度Ｖａは、材料８の制約または連続ラインの設備制約に基づいた制約速度になる。

なお、この（１）式は、時間Ｔ₂〜Ｔ₃の間において材料８を停止させた場合の式であるが、中間ルーパ１９の入側において時間Ｔ₂〜Ｔ₃の間で停止させずに一定速度Ｖｐ（＝Ｖ（Ｔ₂）＝Ｖ（Ｔ₃））を維持する場合には、ルーパ減少量Ｌ₁は、以下の（１）′式で得られる。

その後、中間ルーパ１９の追い込み運転を行う。この追い込み運転においては、中間ルーパ１９が材料８を、時間Ｔ₄〜Ｔ₅の間で入側の設備における速度制約に基づいた最高速度である追込速度Ｖｅmaxまで加速させ、時間Ｔ₅〜Ｔ₆の間、追込速度Ｖｅmaxを維持して走行させた後、時間Ｔ₆〜Ｔ₇の間で中央速度Ｖａまで減速させる。この時点Ｔ₇で、中間ルーパ１９の入側速度Ｖｅと、圧延セクション２０の圧延速度である中央速度Ｖａとが同期する。この時間Ｔ₄〜Ｔ₇の間、入側速度Ｖｅは中央速度Ｖａ以上になるので、中間ルーパ１９は材料８を蓄積する。

中間ルーパ１９のルーパ蓄積量が、定常状態の時点Ｔ₀でのルーパ蓄積量まで回復すると、そのルーパ回復量は図３（ａ）に示す面積Ｓ２と等しくなる。なお、従来は、図３（ｂ）に示すように、中間ルーパ１９によってルーパ減少量Ｌ₁だけ回復させていたため、面積Ｓ２と面積Ｓ１のルーパ減少量Ｌ₁とは等しくなっていた。

次に、中間ルーパ１９の追い込み運転によって回復可能なルーパ蓄積量の最大値を求める。図４は、中間ルーパ１９により回復可能なルーパ蓄積量の最大値を求める方法を説明するための、入側速度Ｖｅおよび中央速度Ｖａの時間変化の一例を示すグラフである。この回復可能な量の上限は、材料８を、酸洗セクション１０や中間ルーパ１９の設備制約に基づく最高速度である追込速度Ｖｅmaxで走行させた場合の、中央速度Ｖａとの速度差に基づいて算出される。

すなわち、図４に示すように、材料８の入側速度Ｖｅが時点Ｔ₁₁において０とされた後に時間Ｔ₁₂〜Ｔ₁₅に伴って変化した場合、中間ルーパ１９によって材料８は、払い出しが終了した時点Ｔ₁₂から時間Ｔ₁₂〜Ｔ₁₃の間加速し、時間Ｔ₁₃〜Ｔ₁₄（定常時間Ｔｃ）において一定の追込速度Ｖｅmaxで走行して、時間Ｔ₁₄〜Ｔ₁₅の間減速する。

このとき、材料８の加速の開始時点Ｔ₁₂から、中間ルーパ１９のルーパ蓄積量を回復させた場合、上述した面積Ｓ２の場合と同様に、中間ルーパ１９に蓄積されるルーパ回復量は面積Ｓ３の部分になる。一方、時間Ｔ₁₂〜Ｔ₁₅において中間ルーパ１９の入側を通過する材料８の長さ、すなわち実際に中間ルーパ１９が引き込む材料８の材料長Ｌｚは、面積Ｓ３と面積Ｓ４との合計（Ｓ３＋Ｓ４）になる。

そこで、この材料長Ｌｚとルーパ回復量との関係から、材料長Ｌｚの１つの材料８において許容される定常時間Ｔｃを算出する。図４に示す入側速度Ｖｅの時間変化において、材料８の中間ルーパ１９の入側を実際に通過する長さは、加速している間の払出し長さと、材料８が定常状態である間の払出し長さと、減速している間の払出し長さとの合計値となる。そのため、中間ルーパ１９が実際に引き込む材料長Ｌｚは以下の（２）式で求められる。

したがって、定常時間Ｔｃは、以下の（３）式から算出される。

（３）式から、定常時間Ｔｃが確保できなくなる条件、すなわち定常時間Ｔｃが負になる条件は、次の（４）式が成立する場合である。

（４）式が成立するのは、材料長Ｌｚが小さく、入側速度Ｖｅが連続ラインにおける設備制約や中間ルーパ１９の設備制約に基づく入側制約速度の上限値Ｖｅmaxまで加速する前に、減速を開始する必要が生じる場合である。図５は、Ｔｃがその境界値である０になる場合の入側速度Ｖｅの時間変化の一例を示すグラフである。図５から、Ｔc＝０となる条件に基づいて、（２）式から以下の（５）式が導出される。

この（５）式から、中間ルーパ１９における材料８の入側での入側制約速度Ｖｅmaxは（６）式として導出される。

（６）式から、中間ルーパ１９の加速率および減速率が固定であるとすると、材料８ごとの材料長Ｌｚに応じて、中間ルーパ１９の入側制約速度Ｖｅmaxを算出することができる。

また、中間ルーパ１９における材料８のルーパ回復量Ｌｒは、（１）′式と同様にして、以下の（７）式から得られる。

なお、中央速度Ｖａとしては、材料８の制約中央速度Ｖａmaxと設備上の制約速度Ｖｚmaxとの大きくない側の制約速度に設定する。この条件を（８）式に示す。

（ルーパ蓄積量のシミュレーション）
次に、以上の式を用いたルーパ蓄積量のシミュレーションについて説明する。まず、図１に示す生産計画用上位計算機１は、各種定数を、材料８ごとまたは前後の材料８の関係に基づいて決定して設定する。各種定数としては、例えば連続ラインの入側における溶接時間やサイドトリマー１８の幅の切替時間に基づく入側停止時間Ｔｅ、材料８ごとの材料長Ｌｚ、酸洗セクション１０における制約速度、圧延セクション２０における制約速度などを挙げることができる。すなわち、生産計画用上位計算機１は、制約速度算出手段として構成されている。なお、生産計画用上位計算機１により設定される各種定数は、必ずしもこれらに限定されるものではない。

そして、生産計画用上位計算機１が設定した材料８の装入順に従って、プロセス用計算機２は、材料８ごとに、中間ルーパ１９におけるルーパ蓄積量の時間変化を演算して、中間ルーパ１９における制約速度の範囲内でルーパ蓄積量の最大値および最小値を算出する。

すなわち、プロセス用計算機２は、材料８ごとに、中間ルーパ１９のルーパ回復量Ｌｒに基づくルーパ蓄積量の最大値を算出して、この最大値と設備制約に基づくルーパ蓄積量の上限値Ｌmaxとの大きくない方を中間ルーパ１９におけるルーパ蓄積量の最大値に設定する。

一方、プロセス用計算機２は、材料８ごとに、中間ルーパ１９のルーパ減少量Ｌ₁に基づくルーパ蓄積量の最小値を算出して、この最小値と中間ルーパ１９の設備制約に基づくルーパ蓄積量の下限値Ｌminとを比較する。ルーパ蓄積量の最小値が下限値Ｌmin未満の場合、プロセス用計算機２は、現在の材料８または先行する前段階の材料８の中央速度Ｖａを減少させ、減少させた中央速度Ｖａに基づいてルーパ蓄積量の最小値を再度算出して調整する計算を行う。なお、この調整の計算は複雑であるため、プロセス用計算機２は、中央速度Ｖａを所定割合低下させて再計算する算出処理を、ルーパ蓄積量の最小値が下限値Ｌmin以上になるまで必要な回数繰り返し行う。プロセス用計算機２は、材料８ごとに、中央速度Ｖａと、下限値Ｌmin以上となった最終のルーパ蓄積量の最小値を算出して設定する。

以上のルーパ蓄積量における初期計算は、プロセス用計算機２が、生産計画用上位計算機１から装入予定の材料８の情報データが供給されたタイミングで行うことが好ましい。また、連続ラインの運転中においては、入側において材料８の走行が、例えば溶接やサイドトリマー１８の幅の変更などに起因して停止するたびに、プロセス用計算機２が改めて計算を行うことが好ましい。

（シミュレーション計算の具体例）
次に、上述したルーパ蓄積量に関する制御原理およびシミュレーション方法に基づいて、中間ルーパ１９に対する制御を行う前に行われるシミュレーション方法の具体例について説明する。図６は、このシミュレーション方法の具体例を示すフローチャートである。

まず、前段階において、生産計画用上位計算機１は、あらかじめ設定されている材料８の装入計画に従って、ｎ本分（ｎは任意の自然数）の材料８ごとに、連続ラインの入側、酸洗セクション１０および圧延セクション２０における速度制約条件に基づいて、最高速度を設定する。具体的には、生産計画用上位計算機１は、酸洗セクション１０において、酸洗能力に応じた操業実績から求められる速度制約、設備能力、および装入ピッチなどによって、速度制約条件を設定する。また、生産計画用上位計算機１は、圧延セクション２０において、圧延モータのトルクの制約による速度制約や、材料８の圧延における品質上の操業制約などに基づいた圧延モデルに応じて速度制約条件を設定する。

その後、生産計画用上位計算機１は、ルーパ蓄積量の初期値からの変化量を、あらかじめ設定されている装入計画に基づいた材料８の先頭から順に算出していく。

すなわち、図６に示すように、まず、ステップＳＴ１においては、プロセス用計算機２が初期値の設定を行う。この初期値の設定においては、例えば、中間ルーパ１９における現在のルーパ蓄積量Ｌの初期値を中間ルーパ１９の設備上の上限値Ｌmaxとするとともに、装入順の最初の材料８の材料番号ｎをｎ＝１に設定する。なお、中間ルーパ１９のルーパ蓄積量の初期値としては、実際の操業における初期値を採用するなど、種々の値を採用することが可能である。その後、ステップＳＴ２に移行する。

ステップＳＴ２において、調整手段としてのプロセス用計算機２は、材料番号ｎの材料８における中央速度Ｖａｎを設定する。この中央速度Ｖａｎとしては、（８）式の条件から、材料番号ｎの材料８の制約速度Ｖａmaxと、設備上の最高速度である制約速度Ｖｚmaxとの、大きくない側の速度に設定する。その後、ステップＳＴ３に移行する。

ステップＳＴ３においては、上述した（１）式や（１）′式で求められる、材料８を払い出した際のルーパ減少量Ｌ₁を算出する。その後、ステップＳＴ４に移行して、プロセス用計算機２は、ルーパ蓄積量Ｌがルーパ減少量Ｌ₁にだけ減少した場合のルーパ蓄積量Ｌの最小値を算出して、算出すべきルーパ蓄積量Ｌの最小値とする。その後、ステップＳＴ５に移行する。

ステップＳＴ５においては、プロセス用計算機２が、ルーパ蓄積量Ｌの最小値が、中間ルーパ１９の設備における下限値Ｌmin以上であるか否かを判断する。そして、プロセス用計算機２が、ルーパ蓄積量Ｌの最小値が、設備制約に基づくルーパ蓄積量の下限値Ｌmin未満であると判断した場合（ステップＳＴ５：Ｎｏ）、ステップＳＴ１０に移行する。

ステップＳＴ１０においては、プロセス用計算機２は、材料番号ｎが初期値である１より大きい場合に、材料番号のｎの値を１だけ減算して置換する。なお、ｎ＝１の場合、材料番号ｎは初期値のｎ＝１のままとする。ここで、ステップＳＴ１０において材料番号ｎが１だけ減算されていることにより、中央速度Ｖａｎを算出する対象となる材料８は、１つ前の先行する材料８となる。

その後、ステップＳＴ１１に移行して、プロセス用計算機２は、ステップＳＴ２において設定された中央速度Ｖａｎに対して例えば１０％低下させた値（Ｖａｎ×０．９）を算出して、新たな中央速度Ｖａｎに置換して設定する。なお、中央速度Ｖａｎを低下させる比率については、必ずしも１０％に限定されるものではなく、中央速度Ｖａｎの制約に応じて、種々の比率を採用することが可能である。その後、ステップＳＴ３に復帰する。ステップＳＴ３においては、新たに設定された中央速度Ｖａｎに基づいてルーパ減少量Ｌ₁を算出し、続いてステップＳＴ４においてルーパ蓄積量Ｌの最小値の再計算を行う。

プロセス用計算機２は、ステップＳＴ５においてルーパ蓄積量Ｌの最小値が中間ルーパ１９の設備上の下限値Ｌmin以上になるまで、ステップＳＴ３〜ＳＴ５およびステップＳＴ１０，ＳＴ１１を繰り返し行う。すなわち、ルーパ蓄積量Ｌは中間ルーパ１９の設備制約の範囲内に収まるように、その最小値が算出される。

他方、ステップＳＴ５において、プロセス用計算機２が、この段階でのルーパ蓄積量Ｌの最小値が、設備制約上の下限値Ｌmin以上であると判断した場合（ステップＳＴ５：Ｙｅｓ）、ステップＳＴ６に移行する。

ステップＳＴ６において、ルーパ回復量算出手段としてのプロセス用計算機２は、材料８における上述した（７）式からルーパ回復量Ｌｒを算出する。その後、ステップＳＴ７に移行して、ルーパ蓄積量最大値算出手段としてのプロセス用計算機２は、ステップＳＴ４において算出したルーパ蓄積量Ｌの最小値からルーパ回復量Ｌｒにだけ増加した場合の中間ルーパ１９のルーパ蓄積量Ｌの最大値を算出する。そして、プロセス用計算機２は、ルーパ蓄積量Ｌの最大値と中間ルーパ１９の設備上の上限値Ｌmaxとのいずれか大きくない方を、ルーパ蓄積量Ｌの最大値として設定する。これにより、ルーパ蓄積量Ｌを、中間ルーパ１９の設備制約の上限値Ｌmaxを超えないように設定できるとともに、ルーパ回復量Ｌｒだけ増加させても上限値Ｌmaxに達しない場合には、従来に比してルーパ蓄積量Ｌの増加を必要最小限にとどめることができる。その後、ステップＳＴ８に移行する。

ステップＳＴ８においては、プロセス用計算機２は、ルーパ蓄積量Ｌの計算の対象となっている材料８の材料番号ｎが、生産計画用上位計算機１において設定された最後の材料番号ｎmaxであるか否かを判断する。プロセス用計算機２が、ルーパ蓄積量Ｌの計算の対象となっている材料の材料番号ｎが最後の材料番号ｎmaxではないと判断した場合（ステップＳＴ８：Ｎｏ）、ステップＳＴ９に移行する。

ステップＳＴ９においては、ｎの値に１を加算して新たな材料番号ｎとして置換した後、ステップＳＴ２に復帰する。プロセス用計算機２は、ルーパ蓄積量Ｌの計算の対象となっている材料の材料番号ｎが最後の材料番号ｎmaxになる（ステップＳＴ８：Ｙｅｓ）まで、ステップＳＴ２〜ステップＳＴ９、および必要に応じてステップＳＴ１０，ＳＴ１１を繰り返し行う。

そして、プロセス用計算機２は、以上のシミュレーション計算を、所定時間ごと、材料が変更される溶接点ごと、または逐次繰り返し実行する。これにより、プロセス用計算機２は、材料８ごとに、常にルーパ蓄積量Ｌの最大値および最小値と、中央速度Ｖａｎの最適値とを算出することができる。

また、以上のシミュレーションを行ったプロセス用計算機２は、このシミュレーション計算の結果のデータを、ルーパ制御部７および圧延主幹制御装置４に供給する。そして、以上のシミュレーション計算の結果のデータに基づいて、ルーパ制御部７がループカー１５ｂを制御することで中間ルーパ１９を制御するとともに、圧延主幹制御装置４がモータ駆動装置６ａ〜６ｃを制御することによって圧延セクション２０における材料の圧延速度を制御する。

（従来技術との比較）
次に、上述の一実施形態に基づいたシミュレーション計算を行った後に、このシミュレーション結果に基づいてルーパを制御した場合と、従来技術による制御方法によってルーパを制御した場合とについて説明する。図７は、上述の一実施形態によるシミュレーション計算を行って、このシミュレーション計算に従ってルーパを制御した場合の装入材料ごとのルーパ蓄積量の変化を示すグラフである。図８は、従来技術による制御方法によって制御した場合における装入される材料ごとのルーパ蓄積量の変化を示すグラフである。

図８（ａ）に示すように、従来技術においては、材料を払い出した後のルーパにおいて、ルーパ蓄積量Ｌの最大値が常に設備制約の上限値Ｌmaxになるようにしている。これに対し、図７（ａ）に示すように、上述の一実施形態においては、材料８を払い出した後の中間ルーパ１９において、ルーパ蓄積量Ｌの最大値を必ずしも設備上の上限値Ｌmaxにする必要がないことが分かる。これに基づいて、図８（ｂ）と図７（ｂ）とを比較すると、装入される材料ごとの入側の制約速度Ｖｅmaxの変化を従来技術の場合と一実施形態の場合とで同一条件としても、従来技術に比して一実施形態の方が中央速度Ｖａを大きくできる場合があることが分かる（図７（ｂ）中、点線部）。

（実施例および比較例）
次に、上述した一実施形態によるルーパの制御方法に基づいて種々のサイズおよび材料長の材料に対して圧延を行った場合の各実施例、および、これらの各実施例と同一条件下において、従来技術によるルーパの制御方法に基づいて行った比較例について説明する。図９は、この一実施形態に基づく実施例１〜１０を示す表であり、図１０は、実施例１〜１０のそれぞれに対応した比較例１〜１０を示す表である。

図９および図１０から、例えば、実施例１と比較例１とを比較すると、比較例１に対して実施例１において処理時間が６秒短縮され、中央速度Ｖａの具体例である圧延速度の平均（平均速度）が、１５ｍ／ｍｉｎ程度向上していることが分かる。同様に、図９および図１０から、各実施例２〜１０と、各実施例２〜１０に対応する各比較例２〜１０とをそれぞれ比較すると、比較例に比して、実施例に関しては、いずれも平均速度が向上しており、実施例１〜１０で平均すると、平均速度が約６％向上していることが分かる。すなわち、この一実施形態によるルーパの制御方法によれば、中央速度Ｖａを増加できることが分かる。

以上説明した本発明の一実施形態によれば、酸洗セクション１０と圧延セクション２０との間の中間ルーパ１９において、圧延セクション２０における圧延速度における速度制約と、中間ルーパ１９の設備上の制約と、ルーパ蓄積量のルーパ減少量およびルーパ回復量とに基づいて、ルーパ蓄積量が最小になるように、プロセス用計算機２が材料ごとの中間ルーパ１９のルーパ蓄積量の推移を算出し、このルーパ蓄積量の推移の算出結果に基づいて、中間ルーパ１９を制御していることにより、後段に設けられた圧延セクション２０における材料８の圧延速度（中央速度）を可能な限り大きな速度に設定できる。これによって、連続ラインにおける処理能力を向上させることができ、中間ルーパ１９の設備能力を最大限有効利用しつつ、連続ラインを構成する各設備における材料８の速度の設定を最適化して、設備能力を有効に利用することができる。また、この一実施形態による連続ラインにおいては、圧延セクションにおける圧延速度の変更を最小限に抑制することができるので、材料が圧延されて製造された最終製品を安定して高品質に保つことが可能になる。

以上、本発明の一実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の一実施形態および実施例において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよい。

上述の一実施形態においては、連続ラインの隣り合う処理ラインとして、酸洗セクションと圧延セクションとの場合を例に説明したが、処理を行うセクションとしては、酸洗セクションや圧延セクション以外にも、焼鈍セクション、電解洗浄セクション、表面処理セクション、またはめっきセクションなどを含む連続ラインに適用することも可能である。

また、上述の一実施形態においては、本発明によって制御されるルーパとして、中間ルーパ１９を採用した例について説明しているが、複数の設備の間に設けられるルーパであれば、あらゆるルーパの制御に適用することが可能である。具体的には、上述した一実施形態における入側ルーパ１４の制御に適用することも可能である。このように、ルーパの設置状況に応じて、ルーパの入側より上流側の速度を中央速度にするとともにルーパの出側の速度を上述したルーパの速度に設定して、シミュレーションの計算を行うことも可能である。

また、上述の一実施形態において、プロセス用計算機２のシミュレーション結果を、例えば表示部（図示せず）に表示させてオペレータに開示してもよい。これによって、中間ルーパ１９のルーパ蓄積量が設備制約の下限値Ｌminを下回る前に、オペレータが、材料長Ｌｚの大きい材料を挿入するように制御を変更したりすることによって、連続ラインの運転における能率の向上を助力させるようにしても良い。

１生産計画用上位計算機
２プロセス用計算機
３酸洗主幹制御装置
４圧延主幹制御装置
５ａ，５ｂ，５ｃ，６ａ，６ｂ，６ｃモータ駆動装置
７ルーパ制御部
８材料
１０酸洗セクション
１１ペイオフリール
１２入側シャー
１３溶接機
１４入側ルーパ
１５ａ，１５ｂループカー
１６テンションレベラー
１７酸洗タンク
１８サイドトリマー
１９中間ルーパ
２０圧延セクション
２１圧延機
２２出側シャー
２３テンションリール

Claims

連続して接合された複数の材料ごとに、第１の設備での第１の制約速度を算出する第１の制約速度算出ステップと、
前記材料ごとに、第２の設備での第２の制約速度を算出する第２の制約速度算出ステップと、
前記材料ごとに、少なくとも設備制約および前記第２の制約速度に基づいて前記第２の設備における処理速度を算出する速度算出ステップ、前記第１の設備と前記第２の設備との間のルーパが蓄積したルーパ蓄積量から払い出したルーパ減少量を、前記材料ごとに、少なくとも前記第１の制約速度および前記処理速度に基づいて算出するルーパ減少量算出ステップ、前記ルーパ減少量に基づいて前記材料ごとに払い出し時のルーパ蓄積量最小値を算出する最小値算出ステップ、および前記ルーパ蓄積量最小値が前記ルーパの設備制約の範囲外である場合に前記処理速度を減少させる速度再計算ステップを、前記ルーパ蓄積量最小値が前記ルーパの設備制約の範囲に収まるまで、順次少なくとも１回行う調整ステップと、
前記材料ごとに、前記調整ステップにおいて算出された処理速度と前記ルーパ蓄積量最小値とに基づいて、前記ルーパを制御するルーパ制御ステップと、
を含むことを特徴とする連続ラインにおけるルーパの制御方法。
前記材料ごとに、前記ルーパが蓄積しているルーパ蓄積量から回復させるルーパ回復量を、少なくとも前記ルーパの設備制約、前記第１の制約速度、および前記調整ステップにおいて算出された処理速度に基づいて算出するルーパ回復量算出ステップと、前記材料ごとに、前記ルーパ回復量、前記ルーパ蓄積量最小値、および前記ルーパの設備制約に基づいて、前記ルーパにおけるルーパ蓄積量最大値を算出する最大値算出ステップと、をさらに含み、前記ルーパ制御ステップが、前記材料ごとの、前記調整ステップにおいて算出された処理速度、前記ルーパ蓄積量最小値、および前記ルーパ蓄積量最大値に基づいて、前記ルーパを制御するステップであることを特徴とする請求項１に記載の連続ラインにおけるルーパの制御方法。
連続して接合された複数の材料に対して第１の処理を行う第１の設備と、前記複数の材料に対して第２の処理を行う第２の設備との間に設けられたルーパを制御するルーパ制御装置において、
前記材料ごとに、前記第１の設備での第１の制約速度を算出する第１の制約速度算出手段と、
前記材料ごとに、前記第２の設備での第２の制約速度を算出する第２の制約速度算出手段と、
前記材料ごとに、少なくとも前記第２の制約速度に基づいた前記第２の設備における処理速度の算出、少なくとも前記第１の制約速度および前記処理速度に基づいた、前記ルーパに蓄積したルーパ蓄積量から払い出すルーパ減少量の算出、前記ルーパ減少量に基づいたルーパ蓄積量最小値の算出、および前記ルーパ蓄積量最小値が前記ルーパの設備制約の範囲外である場合に前記処理速度を減少させる計算を、前記ルーパ蓄積量最小値が前記ルーパの設備制約の範囲に収まるまで、順次少なくとも１回行う調整手段と、
前記調整手段が前記材料ごとに算出した前記処理速度および前記ルーパ蓄積量最小値に基づいて、前記ルーパを制御するルーパ制御手段と、
を備えることを特徴とするルーパ制御装置。
前記調整手段が、前記材料ごとに、前記ルーパが蓄積しているルーパ蓄積量から回復させるルーパ回復量を、少なくとも前記ルーパの設備制約、前記第１の制約速度、および前記処理速度に基づいて算出するルーパ回復量算出手段と、前記材料ごとに、前記ルーパ回復量、前記ルーパ蓄積量最小値、および前記ルーパの設備制約に基づいて、前記ルーパにおけるルーパ蓄積量最大値を算出する最大値算出手段と、を備え、前記ルーパ制御手段が、前記材料ごとの、前記調整手段によって算出された処理速度、前記ルーパ蓄積量最小値、および前記ルーパ蓄積量最大値に基づいて、前記ルーパを制御することを特徴とする請求項３に記載のルーパ制御装置。