JP6654335B2

JP6654335B2 - 圧延ライン冷却システムの制御システム

Info

Publication number: JP6654335B2
Application number: JP2017056434A
Authority: JP
Inventors: 亮輔高須
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2017-03-22
Filing date: 2017-03-22
Publication date: 2020-02-26
Anticipated expiration: 2037-03-22
Also published as: JP2018158353A

Description

本発明は、例えば熱間圧延ラインにおいて、仕上圧延後のストリップを冷却するランアウトテーブルで、オペレータが目視で行っている故障診断と、手動で行っている故障バルブの登録とそのバルブを制御系から切り離す作業を、画像データを用いて自動で行う圧延ライン冷却システムの制御システムに関する。

鉄鋼プラントの熱間圧延ラインは、スラブと呼ばれる高温に熱せられた鉄のブロックを圧延し、スラブを所望の厚さになるまで薄く延ばす設備である。粗圧延と仕上圧延の２種類の圧延工程を経て、スラブは最終的に厚さ数ミリの鋼板となり、コイル状に巻き取られ次工程へコンベアで搬送される。

鋼板が巻き取られる前に、ランアウトテーブルと呼ばれる設備で高温の鋼板を冷やす工程があり、この工程における冷却量は鉄の強度や加工のしやすさ等の材質に大きく影響する。圧延ラインに設置されているセンサの情報（例えば、鋼板の温度や位置等）は制御室に集中し、オペレータは設備の故障診断を目視で行い、手動で故障している設備を制御系から切り離して調整を行っている（例えば特許文献１）。

特開平１０−６１８１９号公報

従来の冷却システム異常検出では、複数のバルブに共通に設置される圧力センサ（又は流量センサ）の状態を監視するか、各ノズルから噴射される冷却水の噴射状態をオペレータが目視確認して異常検出していた。

異常を検出した場合は、オペレータが異常バルブを制御系から切り離し、他のバルブを開けて調整し鋼板温度の均一化を図っていた。しかし、この手法はオペレータによる作業ミス等で品質のバラツキが発生しやすい。

異常監視を自動で行うには、バルブ出口に圧力センサ(又は流量センサ)を設け、バルブを開閉する電磁弁の状態と、バルブ出口に設置した圧力センサ(又は流量センサ)の状態を監視して異常を検出する手段が考えられるが、バルブ一つ一つにセンサを設置する必要があり、設置やメンテナンスのコストが高くなってしまう。また、設備的にバルブ一つ一つにセンサを設置するスペースを確保するのは難しい。

本発明の一態様によれば、上記のような課題を解決するためになされたものであり、広範囲を監視できるカメラにより冷却水の噴射状態の画像データを取得し、その画像データに基づき故障したノズルを自動検出し、故障情報リストに自動登録し、自動で制御系から切り離すシステムの構築を目的とする。

本発明の一態様によれば、制御装置と、鋼板の搬送ラインに沿って配置され、前記制御装置の制御による冷却水噴射に使われる制御対象ノズルと、前記制御装置の制御からは外され冷却水が噴射されない非制御対象ノズルとを含む複数のスプレーノズルのうちの前記制御対象ノズルから噴射される冷却水の噴射状態を撮影するカメラと、を備え、前記制御装置は、前記カメラで撮影された前記冷却水の噴射状態の画像データから前記制御対象ノズルの異常を検出し、この異常検出ノズルへの前記冷却水の供給経路を開閉するバルブを制御対象外とし、前記異常検出ノズルからは冷却水を噴射させず、前記異常検出ノズルの近くに配置された前記非制御対象ノズルへの前記冷却水の供給経路を開閉するバルブを代わりに制御対象に切り替え、前記非制御対象ノズルを制御対象ノズルとし、このノズルから冷却水を噴射させる圧延ライン冷却システムの制御システムが提供される。

ノズルの異常（故障）診断を自動で行い、その異常ノズルに接続されたバルブを制御系から外し、代わりに正常なバルブを制御系に組み込むため、常に一定の冷却量を維持できる。また、カメラを用いることによって、バルブ一つ一つにセンサを設置する必要がなくなり、設備コストやメンテナンスコストを下げられる。

実施形態の鉄鋼圧延ラインの模式図。実施形態の圧延ライン冷却システムの制御システムの模式図。実施形態の圧延ライン冷却システムの制御システムの模式図。実施形態の圧延ライン冷却システムの制御システムの一部の模式図。

以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。

図１は、実施形態の鉄鋼圧延ラインの模式図である。

この圧延ラインは例えば熱間圧延ラインである。加熱炉１１にて加熱されたスラブは粗圧延機１２で粗圧延され、粗圧延後の鋼板（粗バー）１３は仕上げ圧延機１８で仕上げ圧延され、仕上げ圧延後の鋼板１５はランナウト１９で冷却された後、コイラー１６にコイル１７として巻き取られ、次工程へと送られる。

図２は、実施形態の圧延ライン冷却システムの制御システムの模式図であり、図１におけるランナウト１９に対応する。

複数のテーブルロール（ランアウトテーブル）６０が鋼板１５の搬送ラインに沿って配置されている。鋼板１５はテーブルロール１５上に乗って、図２における右方へと搬送される。

冷却システムは、搬送ラインに沿って配置された複数のスプレーノズル２１ａ〜２１ｆ、２２ａ〜２２ｆと、複数のバルブ３１ａ〜３１ｆ、３２ａ〜３２ｆと、冷却水供給用の配管７１、７２と、を有する。

複数のスプレーノズルは、搬送ライン（テーブルロール６０）の上側で、搬送ラインに沿って配置された複数の上面冷却用ノズル２２ａ〜２２ｆと、搬送ライン（テーブルロール６０）の下側で、搬送ラインに沿って配置された複数の下面冷却用ノズル２１ａ〜２１ｆとを有する。

また、複数の上面冷却用ノズル２２ａが紙面奥行き方向にライン上に配置されている。同様に、他のノズル２２ｂ〜２２ｆ、２１ａ〜２１ｆについても、紙面奥行き方向に複数ライン上に配置されている。

上面冷却用ノズル２２ａ〜２２ｆは、配管７２に接続され、下方に冷却水を噴射して、テーブルロール６０上を搬送される鋼板１５の上面を冷却する。下面冷却用ノズル２１ａ〜２１ｆは、配管７１に接続され、上方に冷却水を噴射して、テーブルロール６０上を搬送される鋼板１５の下面を冷却する。

バルブ３１ａは、ノズル２１ａに接続された配管７１に接続され、ノズル２１ａへの冷却水の供給経路を開閉する。同様に、バルブ３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、３１ｅ、３１ｆ、３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ、３２ｆは、それぞれ、ノズル２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆに接続された配管７１、ノズル２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆに接続された配管７２に接続され、ノズル２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆへの冷却水の供給経路を開閉する。

バルブ３１ａ〜３１ｆ、３２ａ〜３２ｆは電磁弁であり、制御装置５２からの開閉指令を受けて、内蔵されている電磁石が励磁・非励磁され、冷却水の供給経路（配管７１、７２）を開閉する。

搬送ラインに沿って配置された複数の上面冷却用ノズル２２ａ〜２２ｆのうちのすべてが使用されるわけれはなく、一部のノズル（例えばノズル２２ａ、２２ｃ、２２ｅ）だけを使って鋼板１５に冷却水を噴射する。したがって、ノズル２２ａ、２２ｃ、２２ｅからの冷却水の噴射をオンオフするバルブ３２ａ、３２ｃ、３２ｅは制御系に接続され、ノズル２２ｂ、２２ｄ、２２ｆからの冷却水の噴射をオンオフするバルブ３２ｂ、３２ｄ、３２ｆは制御系から外されている。

搬送ラインに沿って配置された複数の下面冷却用ノズル２１ａ〜２１ｆのうちのすべてが使用されるわけれはなく、一部のノズル（例えばノズル２１ａ、２１ｃ、２１ｅ）だけを使って鋼板１５に冷却水を噴射する。したがって、ノズル２１ａ、２１ｃ、２１ｅからの冷却水の噴射をオンオフするバルブ３１ａ、３１ｃ、３１ｅは制御系に接続され、ノズル２１ｂ、２１ｄ、２１ｆからの冷却水の噴射をオンオフするバルブ３１ｂ、３１ｄ、３１ｆは制御系から外されている。

制御系に接続されたバルブ３１ａ、３１ｃ、３１ｅ、３２ａ、３２ｃ、３２ｅ、およびそのバルブに対応付けられたノズル２１ａ、２１ｃ、２１ｅ、２２ａ、２２ｃ、２２ｅを、それぞれ、制御対象バルブ、制御対象ノズルとする。

逆に、制御系から外されているバルブ３１ｂ、３１ｄ、３１ｆ、３２ｂ、３２ｄ、３２ｆ、およびそのバルブに対応付けられたノズル２１ｂ、２１ｄ、２１ｆ、２２ｂ、２２ｄ、２２ｆを、それぞれ、非制御対象バルブ、非制御対象ノズルとする。

上面冷却用ノズル２２ａと下面冷却用ノズル２１ａとは搬送ラインに沿った方向に関して同じ位置（テーブルロール６０を上下に挟んで向き合う位置）に配置されている。上面冷却用ノズル２２ｂと下面冷却用ノズル２１ｂも搬送ラインに沿った方向に関して同じ位置に配置されている。上面冷却用ノズル２２ｃと下面冷却用ノズル２１ｃも搬送ラインに沿った方向に関して同じ位置に配置されている。上面冷却用ノズル２２ｄと下面冷却用ノズル２１ｄも搬送ラインに沿った方向に関して同じ位置に配置されている。上面冷却用ノズル２２ｅと下面冷却用ノズル２１ｅも搬送ラインに沿った方向に関して同じ位置に配置されている。上面冷却用ノズル２２ｆと下面冷却用ノズル２１ｆも搬送ラインに沿った方向に関して同じ位置に配置されている。

冷却水はそれら同じ位置に配置された上面冷却用ノズルおよび下面冷却用ノズルの両方から同じタイミングで噴射され、また同じタイミングで噴射が停止される。これにより、鋼板１５の上面だけが、または下面だけが冷却されることによる反りなどを防ぐことができる。

また、実施形態によれば、上記冷却システムの制御システムとして、カメラ４１、４２と、画像処理装置５１と、制御装置５２を備えている。なお、制御装置５２が画像処理装置５１を兼ねてもよい。

カメラ４１、４２で撮影された画像のデータは、画像処理装置５１に入力する。制御装置５２は、バルブ３１ａ〜３１ｆ、３２ａ〜３２ｆの開閉を制御する。

搬送ラインの下側に少なくとも１つのカメラ４１が配置されている。カメラ４１は、下面冷却用ノズル２１ａ〜２１ｆのうちの複数のノズルから噴射している冷却水を撮影可能な位置に配置されている。下面冷却用ノズル２１ａ〜２１ｆの数や、カメラ４１の性能、画角によっては、複数のカメラ４１が搬送ラインの下側に配置される場合もあり得る。また、カメラ４１の撮影方向や角度を遠隔操作で可変することで、複数のノズルの冷却水噴射状態を撮影してもよい。

同様に、搬送ラインの上側に少なくとも１つのカメラ４２が配置されている。カメラ４２は、上面冷却用ノズル２２ａ〜２２ｆのうちの複数のノズルから噴射している冷却水を撮影可能な位置に配置されている。上面冷却用ノズル２２ａ〜２２ｆの数や、カメラ４２の性能、画角によっては、複数のカメラ４２が搬送ラインの上側に配置される場合もあり得る。また、カメラ４２の撮影方向や角度を遠隔操作で可変することで、複数のノズルの冷却水噴射状態を撮影してもよい。

鋼板１５がランアウトテーブルに搬送されてくると、制御対象ノズルのうちの搬送方向に関して上流側のノズル（図２の例ではノズル２２ａ、２１ａ）から順に冷却水の噴射が開始される。そして、ノズル配置位置を鋼板１５が通り過ぎると、上流側のノズルから順に冷却水の噴射が停止される。このような鋼板１５の搬送タイミングに合わせた冷却制御は、図示しないセンサ等からの鋼板１５のトラッキング情報に基づいて、制御装置５２がバルブの開閉タイミングを制御することで実行される。

画像処理装置５１は、カメラ４１、４２で撮影された冷却水の噴射状態の画像データの入力を受け、その画像データから冷却水噴射に使われている制御対象ノズルの異常を検出する。そして、制御装置５２は、画像処理装置５１による異常ノズルの検出を受け、その異常検出ノズルへの冷却水の供給経路を開閉するバルブを制御対象外とするとともに、異常検出ノズルの近くに配置された非制御対象ノズルへの冷却水の供給経路を開閉するバルブを代わりに制御対象に切り替える。

カメラ４１、４２は冷却水の噴射状態を撮影し、画像処理装置５１はカメラ４１、４２の画像データを正常時の画像データと比較し続けることで、冷却水の噴射状態が自動で常に監視される。

例えば、カメラ４１、４２で撮影された画像データ上における冷却水の噴射長さ、太さなどから、画像処理装置５１は噴射の異常、すなわちノズルの異常を検出する。

例えば図２においてノズル２１ｃに穴があく、詰まりが発生するなどして、ノズル２１ｃからの冷却水の噴射量が少なくなると（噴射の勢いが弱まると）、ノズル２１ｃから噴射される冷却水が鋼板１５まで届かなかったり、正常噴射時よりも細くなる。これを画像処理装置５１は正常噴射時のデータとの比較で検出し、異常ノズルデータとして制御装置５２に送る。

そして、制御装置５２は、異常検出ノズル（例えばノズル２１ｃ）、およびそれに対応付けられたバルブ（例えばバルブ３１ｃ）を故障情報リストに自動で登録する。

その後、図３に示すように、制御装置５２は故障情報リストに登録されたノズル２１ｃに接続されているバルブ３１ｃに閉指令を出してバルブ３１ｃを閉め、ノズル２１ｃからの冷却水の噴射を止める。代わって、制御装置５２は故障したノズル２１ｃの直近（例えば搬送方向に関してすぐ隣）の非制御対象となっていたノズル２１ｄに接続されたバルブ３１ｄへ開指令を出してバルブ３１ｄを開け、ノズル２１ｄから冷却水を噴射させる。

ノズル２１ｄは、冷却水噴射が停止されたノズル２１ｃが担っていた冷却能力（冷却量）を補う。以降の使用において、ノズル２１ｃおよびバルブ３１ｃは制御系から外され、代わりにノズル２１ｄおよびバルブ３１ｄが制御対象となる。

また、ノズル２１ｃは、故障情報リストに登録保存されることで、この情報を基に、後でノズル２１ｃの修理または交換を行うことができる。

また、制御装置５２は、上記例において異常が検出された下面冷却用ノズル２１ｃと搬送方向に関して同じ位置に配置された上面冷却用ノズル２２ｃについてもそれに接続されたバルブ３２ｃを閉じて、その上面冷却用ノズル２２ｃからの冷却水の噴射を停止させる。そして、制御装置５２は、下面側において異常ノズルの代わりに制御対象となった上記ノズル２１ｄと搬送方向に関して同じ位置に配置された、非制御対象であった上面冷却用ノズル２２ｄのバルブ３２ｄを開き、その上面冷却用ノズル２２ｄから冷却水を噴射させる。

すなわち、下面側における制御対象ノズルの切り替えに合わせて、上面側においても制御対象ノズルを切り替えて、搬送方向に関して同じ位置にある上下のノズルから同時に冷却水を噴射する。これにより、鋼板１５の上面だけが、または下面だけが冷却されることによる反りなどを防ぐことができる。

上記例とは逆に、上面側のノズルに異常が検出された場合には、制御装置５２は、その異常が検出された上面冷却用ノズルから、このノズルの近くの非制御対象の上面冷却用ノズルへと制御対象を切り替えるとともに、異常が検出された上面冷却用ノズルと搬送方向に関して同じ位置に配置された下面冷却用ノズルについても、制御対象に切り替えられた上面冷却用ノズルと搬送方向に関して同じ位置に配置された非制御対象の下面冷却用ノズルへと制御対象を切り替える。

以上説明した実施形態によれば、カメラを用いて冷却水の噴射状態を監視し、バルブのテスト噴射時または圧延操業中にノズルが詰まっていたり、冷却水が漏れていたりして本来の噴射量を出せないノズルの異常（故障）診断を自動で行い、故障情報リストに自動で登録するとともに、その異常ノズルに接続されたバルブを制御系から外す。そして、代わりに正常なノズルおよびそのノズルに接続されたバルブを制御系に組み込むため、常に一定の冷却量、すなわち安定した鋼板の品質を維持できる。

また、カメラを用いることによって広範囲の監視が可能になり、バルブ一つ一つに圧力センサ等を設置する必要がなくなり、設備コストやメンテナンスコストを下げられる。

図４（ａ）はノズル２０からの冷却水の噴射開始時（時間Ｔ＝０）を表し、図４（ｂ）は図４（ａ）から時間Ｔ＝ｔ後に冷却水が鋼板１５に到達した状態を表す。

上記ノズル２１ａ〜２１ｆ、２２ａ〜２２ｆを、図４（ａ）及び（ｂ）においてはまとめてノズル２０と表し、上記バルブ３１ａ〜３１ｆ、３２ａ〜３２ｆを、図４（ａ）及び（ｂ）においてはまとめてバルブ３０と表す。

画像処理装置５１は、冷却水が制御対象ノズル２０から噴射開始され鋼板１５に到達するまでの時間ｔをカメラ４１、４２の画像データから自動計測し、さらに制御装置５２が、前記時間ｔをバルブ３０の開指令に反映させる。

時間ｔは、バルブ３０に開指令が出されてから、冷却水が実際に鋼板１５に到達するまでの応答遅れに対応する。制御装置５２は、鋼板１５が目標の設定温度になるようにバルブ３０の開閉タイミングを制御しているが、そのとき上記ｔの遅れを補正して、開指令をバルブ３０に与える。

従来は、人が直接見て上記時間ｔを計り、その結果を監視画面や制御コントローラに手で入力していた。これに対して、本実施形態によれば、リアルタイムで撮り続けている画像データを用いて自動で時間ｔを精度よく計測でき、同時に監視画面や制御コントローラに計測結果を保存できる。手入力の作業の省略も可能となり、上記時間ｔを用いて応答遅れを補正した自動冷却システムが得られる。

カメラ４１、４２としては、可視画像を取得するものに限らず、物体から発する熱エネルギーを視覚化するサーモグラフィを使ってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１５…鋼板、２１ａ〜２１ｆ…下面冷却用ノズル、２２ａ〜２２ｆ…上面冷却用ノズル、３０，３１ａ〜３１ｆ，３２ａ〜３２ｆ…バルブ、４１，４２…カメラ、５１…画像処理装置、５２…制御装置、６０…テーブルロール、７１，７２…冷却水供給配管

Claims

制御装置と、
鋼板の搬送ラインに沿って配置され、前記制御装置の制御による冷却水噴射に使われる制御対象ノズルと、前記制御装置の制御からは外され冷却水が噴射されない非制御対象ノズルとを含む複数のスプレーノズルのうちの前記制御対象ノズルから噴射される冷却水の噴射状態を撮影するカメラと、
を備え、
前記制御装置は、
前記カメラで撮影された前記冷却水の噴射状態の画像データから前記制御対象ノズルの異常を検出し、この異常検出ノズルへの前記冷却水の供給経路を開閉するバルブを制御対象外とし、前記異常検出ノズルからは冷却水を噴射させず、前記異常検出ノズルの近くに配置された前記非制御対象ノズルへの前記冷却水の供給経路を開閉するバルブを代わりに制御対象に切り替え、前記非制御対象ノズルを制御対象ノズルとし、このノズルから冷却水を噴射させる圧延ライン冷却システムの制御システム。
前記冷却水が前記制御対象ノズルから噴射開始され前記鋼板に到達するまでの時間ｔが前記画像データから自動計測され、前記制御装置は、前記時間ｔを前記バルブの開指令に反映させる請求項１記載の圧延ライン冷却システムの制御システム。
前記スプレーノズルは、前記搬送ラインの上側に配置され、下方に前記冷却水を噴射する複数の上面冷却用ノズルと、前記搬送ラインの下側に配置され、上方に前記冷却水を噴射する複数の下面冷却用ノズルとを有し、
前記上面冷却用ノズルと前記下面冷却用ノズルとは前記搬送ラインに沿った方向に関して同じ位置に配置され、前記冷却水は同じ位置に配置された前記上面冷却用ノズルおよび前記下面冷却用ノズルの両方から同じタイミングで噴射され、
前記制御装置は、
前記異常が検出された上面冷却用ノズルから、このノズルの近くの非制御対象の上面冷却用ノズルへと制御対象を切り替えるとともに、前記異常が検出された上面冷却用ノズルと前記同じ位置に配置された下面冷却用ノズルについても、前記制御対象に切り替えられた上面冷却用ノズルと前記同じ位置に配置された非制御対象の下面冷却用ノズルへと制御対象を切り替える、または、
前記異常が検出された下面冷却用ノズルから、このノズルの近くの非制御対象の下面冷却用ノズルへと制御対象を切り替えるとともに、前記異常が検出された下面冷却用ノズルと前記同じ位置に配置された上面冷却用ノズルについても、前記制御対象に切り替えられた下面冷却用ノズルと前記同じ位置に配置された非制御対象の上面冷却用ノズルへと制御対象を切り替える請求項１または２に記載の圧延ライン冷却システムの制御システム。