JP6674349B2 - 圧延制御装置、圧延制御方法およびプログラム - Google Patents

圧延制御装置、圧延制御方法およびプログラム Download PDF

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Description

本発明は、圧延制御装置、圧延制御方法およびプログラムに関する。
鋼板などの被圧延材を圧延する圧延機の一形態として、１セットの圧延ロールと、その圧延ロールの両側に設けられたテンションリールと、を備えてなるシングルスタンド圧延機がある。シングルスタンド圧延機では、圧延方向に対して入側に設置された入側テンションリールから巻き出された被圧延材は、前記圧延ロールにより圧延され板厚を薄くし、圧延方向に対して出側に設置された出側テンションリールに巻き取られる。このようなシングルスタンド圧延機を用いた圧延操業では、被圧延材は、両端がテンションリールに挿入されたまま圧延方向を変えながら、通常、複数回圧延されることで製品仕様の板厚まで加工される。
シングルスタンド圧延機での圧延においても、１本の被圧延材の中で板厚の異なる製品を製造することが求められる場合がある。そのような場合、板厚変更量が少ない場合は、圧延中に上下の圧延ロール（作業ロール）の間隔であるロールギャップを変更して、出側板厚を変更することが行われる。また、板厚変更量が大きい場合は、被圧延材を長手方向で例えば板厚の厚い前半部と板厚の薄い後半部に分け、厚い方の製品厚までは前半部後半部ともに圧延し、薄い方の製品厚までは後半部のみを圧延することで板厚の異なる製品を製造することが行われている。
しかしながら、前記のような方法を用い、とくに板厚変更量が大きい場合には、後半部のみをさらに複数回圧延することとなるため、前半部と後半部の境界部で圧延を一時停止し、圧延方向を変えることが必要となる。その結果、圧延を一時停止した場所には、大きな板厚変動が発生し、被圧延材の製造歩留まりが低下する。
この製造歩留まり低下を避けるためには、板厚変更量が大きい場合にも、圧延中にロールギャップを変更して出側板厚を変更するようにしてもよい。しかしながら、その場合には、製品板厚の薄い方に合わせて圧延する回数を決定する必要があり、圧延時間が長くなり、操業効率が低下するという問題があった。
特許文献１には、タンデム圧延機において、被圧延材の製品仕様に応じて、圧延に必要なスタンド数を求め、スタンド数に余裕がある場合は溶接点通過時に圧延機スタンドを開放して不使用状態とし、またスタンド数が不足する場合は溶接点通過時に圧延機スタンドを圧下して使用状態として、必要とされる製品厚を得ることで、複数の圧延機スタンドを有効に利用することが記載されている。
特許５４２２０３２号公報
シングルスタンド圧延機において、パス数（被圧延材を圧延機で圧延する回数）を変更することは、タンデム圧延機において、圧延機のスタンド数を変更することに相当する。この意味では、特許文献１に開示された技術を用いることで、シングルスタンド圧延機においても被圧延材の製品板厚に応じてパス数を変更すればよいと考えられる。
しかしながら、シングルスタンド圧延機においては、パス数を増大させると、何度も圧延方向を変えることが必要となる。圧延方向を変えるためには、圧延機を停止する必要があり、圧延機を停止することなく圧延機の使用状態と不使用状態を切替える特許文献１に開示された技術とは異なる技術が必要となる。すなわち、実用的には、製品の製造品質を低下させることなく、製品の板厚などの仕様応じて必要となる圧延パス数に基づき、最も操業効率の高い圧延方向の変更タイミングを決定し、最短時間での圧延操業を実現する技術などが必要となる。
以上のような従来技術の問題点に鑑み、本発明の目的は、シングルスタンド圧延機での圧延において、製品の製造品質を低下させることなく、圧延操業時間を短縮することが可能な圧延制御装置、圧延制御方法およびプログラムを提供することにある。
前記発明の目的を達成するために、本発明に係る圧延制御装置は、上下に配置された２つの圧延ロールを備え、前記２つ圧延ロールの間に挟まれた被圧延材に荷重をかけて前記圧延ロールを回転させつつ前記被圧延材を前記２つ圧延ロールの間を通過させることにより前記被圧延材を圧延するシングルスタンド圧延機の圧延制御装置であって、入側板厚が第１の板厚である被圧延材に第１の荷重をかけて前記被圧延材の出側板厚を第２の板厚にする圧延が実行されているときに、前記被圧延材にかける荷重を前記第１の荷重から前記被圧延材の出側板厚が前記第１の板厚と略同じ板厚になる第２の荷重まで減少させる第１の制御と、前記被圧延材に前記第２の荷重をかけた状態で前記圧延ロールの回転を停止させる第２の制御と、前記被圧延材に前記第２の荷重をかけた状態で前記圧延ロールの回転を逆回転方向に開始させる第３の制御と、前記被圧延材にかける荷重を前記第２の荷重から前記被圧延材の出側板厚が前記第２の板厚よりも薄い第３の板厚となるような第３の荷重まで増加させる第４の制御と、を前記に記載の制御の順で実行する軽圧下板厚変更制御手段を備えることを特徴とする。
本発明によれば、シングルスタンド圧延機での圧延において、製品の製造歩留まりを低下させることなく、圧延操業時間を短縮することが可能な圧延制御装置、圧延制御方法およびプログラムを提供される。
本発明の実施形態に係るシングルスタンド圧延機および圧延制御装置の全体構成の例を示した図。 圧延ロールにより行われる被圧延材の圧延現象および圧延制御に関係するパラメータの例を示した図。 圧延制御装置における左側板厚制御部の機能ブロック構成の例を示した図。 圧延制御装置における右側板厚制御部の機能ブロック構成の例を示した図。 シングルスタンド圧延機による被圧延材の圧延の圧延スケジュールの例を示した図。 圧延により得られる製品コイルの製品仕様の例を示した図であり、（ａ）は製品仕様（１）の例、（ｂ）は、製品仕様（２）の例。 製品コイルを製造するための従来の一般的な圧延手順の例の前半部を示した図。 製品コイルを製造するための従来の一般的な圧延手順の例の後半部を示した図。 製品コイル製造時の走間板厚変更法に基づく圧延手順の例を示した図。 走間板厚変更法で用いられる各パスの各製品部での補正された出側板厚および圧延荷重の計算式の例をまとめて示した図。 走間板厚変更法を詳しく説明した図。 製品コイル製造時の軽圧下法に基づく圧延手順の例の前半部を示した図。 製品コイル製造時の軽圧下法に基づく圧延手順の例の後半部を示した図。 軽圧下法を詳しく説明した図。 図６に示した製品仕様（１）の製品コイル製造について、圧延手順の相違の要点を比較して示した図。 図６に示した製品仕様（２）の製品コイル製造について、圧延手順の相違の要点を比較して示した図。 本実施形態に係る圧延制御装置に含まれる圧延手順制御部の構成の例を示した図。 製品コイルパターンＤＢ（データベース）の構成の例を示した図。 最大圧延速度Ｖｏが与えられたときの圧延速度パターンの基本形の例を示した図。 走間板厚変更法に基づく圧延手順での各パスにおける圧延速度パターンの例を示した図。 軽圧下法に基づく圧延手順での各パスにおける圧延速度パターンの例を示した図。 走間板厚変更法に基づく圧延手順での各パスにおける各リーダ部および製品部の圧延長を計算する計算式の例を示した図。 軽圧下法に基づく圧延手順での各パスにおける各リーダ部および製品部の圧延長を計算する計算式の例を示した図。 操業時間推定処理の処理フローの例を示した図。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図面において、共通する構成要素には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
≪１．圧延機および圧延制御装置の構成≫
図１は、本発明の実施形態に係るシングルスタンド圧延機１００および圧延制御装置２００の全体構成の例を示した図である。図１に示すように、本実施形態に係るシングルスタンド圧延機１００は、圧延スタンドを構成する圧延ロール１、その圧延ロール１の左側に設けられた左側ＴＲ（テンションリール）３Ｌおよび右側に設けられた右側ＴＲ（テンションリール）３Ｒを主たる構成要素とする。ここで、圧延ロール１は、被圧延材２を挟んで、上側に設けられた上作業ロール１ａｕ、上中間ロール１ｂｕ、上バックアップロール１ｃｕと、下側に設けられた下作業ロール１ａｄ、下中間ロール１ｂｄ、下バックアップロール１ｃｄとにより構成される。
このようなシングルスタンド圧延機１００においては、圧延方向が右行の圧延は、左側ＴＲ３Ｌから巻き出された被圧延材２が圧延ロール１で圧延された後、右側ＴＲ３Ｌで巻き取られることにより行われる。また、圧延方向が左行の圧延は、右側ＴＲ３Ｒから巻き出された被圧延材２が圧延ロール１で圧延された後、左側ＴＲ３Ｌで巻き取られることにより行われる。
また、図１に示すように、シングルスタンド圧延機１００には、圧延制御に必要となる様々な計測器および制御装置が設けられている。計測器としては、左側張力計４Ｌ、右側張力計４Ｒ、左側板厚計５Ｌ、右側板厚計５Ｒ、左側ＴＲ回転計７Ｌ、右側ＴＲ回転計７Ｒ、圧延荷重計８などが設けられている。
ここで、左側張力計４Ｌおよび右側張力計４Ｒは、それぞれ左側デフロール６Ｌおよび右側デフロール６Ｒに付属するように設けられ、圧延時の被圧延材２の左側および右側の張力を計測する。また、左側板厚計５Ｌおよび右側板厚計５Ｒは、圧延時の被圧延材２の入側および出側の板厚を計測する。このとき、いずれが入側になるかまたは出側になるかは、圧延方向によって変わる。また、左側ＴＲ回転計７Ｌおよび右側ＴＲ回転計７Ｒは、それぞれ左側ＴＲ３Ｌおよび右側ＴＲ３Ｒの回転量（回転数および回転角）を計測する。また、圧延荷重計８は、圧延ロール１に付属するように設けられ、圧延ロール１によって被圧延材２にかけられる荷重を計測する。
また、制御装置としては、左側ＴＲ制御装置９Ｌ、右側ＴＲ制御装置９Ｒ、ロールギャップ制御装置１０、ミル速度制御装置１１などが設けられている。ここで、左側ＴＲ制御装置９Ｌおよび右側ＴＲ制御装置９Ｒは、左側ＴＲ３Ｌおよび右側ＴＲ３Ｒをそれぞれ駆動する電動機を制御する。また、ミル速度制御装置１１は、上作業ロール１ａｕおよび下作業ロール１ａｄを駆動する電動機を制御する。また、ロールギャップ制御装置１０は、上作業ロール１ａｕと下作業ロール１ａｄとの間隙部であるロールギャップの大きさを制御する。なお、これらの制御装置は、被圧延材２が圧延されるとき、圧延制御装置２００によって適宜制御される。
続いて、圧延制御装置２００の構成を説明する前に、圧延ロール１により行われる被圧延材２の圧延現象について説明しておく。
図２は、圧延ロール１により行われる被圧延材２の圧延現象および圧延制御に関係するパラメータの例を示した図である。図２に示すように、圧延は、圧延ロール１の上作業ロール１ａｕと下作業ロール１ａｄとで被圧延材２を挟んで押し潰し、被圧延材２の板厚を減ずることにより行われる。
このとき、被圧延材２は、入側張力Ｔｂおよび出側張力Ｔｆにより引っ張られ、上作業ロール１ａｕと下作業ロール１ａｄとから受ける圧延荷重Ｐにより圧下されることで圧延され、入側板厚Ｈは出側板厚ｈとなる。なお、圧延荷重Ｐは、ロールギャップＳにより決まる。
そして、このような圧延現象では、被圧延材２の入側速度Ｖｅは、作業ロール速度ＶＲより遅くなり、出側速度Ｖｏは、作業ロール速度ＶＲより速くなる。ここで、作業ロール速度ＶＲと、入側速度Ｖｅおよび出側速度Ｖｏの関係は、図２の図中に示されているように、先進率ｆおよび後進率ｂを用いて表すことができる。そして、このとき、被圧延材２がどちら側に進んでいるかが重要であり、被圧延材２が進んでいる方向を、圧延方向と呼んでいる。また、圧延ロール１を基準として圧延方向側を出側、その逆側を入側と呼んでいる。圧延現象を考える上では、圧延方向に対して入側、出側のどちら側にあるかが重要である。
続いて、図１の説明に戻り、圧延制御装置２００の構成について説明する。図１に示すように、圧延制御装置２００は、圧延速度設定部１８を備えている。圧延速度設定部１８は、製品コイル仕様に従って圧延手順制御部２０で設定される圧延手順に基づき、圧延中の被圧延材２の現在位置（圧延ロール１の直下位置）における圧延速度を計算し、その計算した圧延速度をミル速度制御装置１１に出力する。ミル速度制御装置１１は、受信した圧延速度に従って、上作業ロール１ａｕおよび下作業ロール１ａｄを駆動する電動機を制御して、作業ロール速度ＶＲを一定に保つなどの制御を行う。なお、本明細書内では、右行圧延方向のミル速度を正方向として正の値で表し、左行圧延方向のミル速度を負方向として負の値で表すものとする。
また、圧延制御装置２００は、左側張力設定部１３Ｌ、右側張力設定部１３Ｒ、左側張力制御部１４Ｌ、右側張力制御部１４Ｒ、左側張力電流変換部１５Ｌおよび右側張力電流変換部１５Ｒを備えている。ここで、左側張力設定部１３Ｌおよび右側張力設定部１３Ｒは、圧延手順制御部２０で設定された圧延手順に従い、被圧延材２の圧延を安定かつ効率的に行うために必要な張力を計算する。また、左側張力制御部１４Ｌおよび右側張力制御部１４Ｒは、左側張力計４Ｌおよび右側張力計４Ｒで計測された実測値と左側張力設定部１３Ｌおよび右側張力設定部１３Ｒで計算された計算値との差分値を用いて、左側張力設定部１３Ｌおよび右側張力設定部１３Ｒで計算された張力を補正する。
この補正した張力は、被圧延材２に加えるべき張力であり、その張力は、左側ＴＲ３Ｌおよび右側ＴＲ３Ｒの回転トルクにより実現される。そこで、左側張力電流変換部１５Ｌおよび右側張力電流変換部１５Ｒは、前記補正した張力を、その張力に相当する電動機トルクを得るための電流値に変換する。そして、その変換した電流値を、左側ＴＲ制御装置９Ｌおよび右側ＴＲ制御装置９Ｒへ出力する。
左側ＴＲ制御装置９Ｌおよび右側ＴＲ制御装置９Ｒは、受信した電流値に基づき、左側ＴＲ３Ｌおよび右側ＴＲ３Ｒの電動機を駆動し、被圧延材２には、左側張力設定部１３Ｌおよび右側張力設定部１３Ｒで設定された張力が加えられる。
なお、左側張力電流変換部１５Ｌおよび右側張力電流変換部１５Ｒは、テンションリールの機械系およびその制御モデルに基づき、張力値を電流値（電動機トルク値）に変換するが、制御モデルには誤差が含まれる。そこで、本実施形態では、左側張力制御部１４Ｌおよび右側張力制御部１４Ｒを介して、左側張力計４Ｌおよび右側張力計４Ｒで実測された張力値と、左側張力設定部１３Ｌおよび右側張力設定部１３Ｒで計算された計算値との差分値などが求められる。そして、その差分値などに基づき左側張力設定部１３Ｌおよび右側張力設定部１３Ｒで計算された張力が補正される。したがって、本実施形態では誤差は、最小限に抑えられている。
また、圧延制御装置２００は、圧延荷重設定部１９、荷重制御部１７、左側板厚制御部１６Ｌおよび右側板厚制御部１６Ｒを備えている。圧延荷重設定部１９は、圧延手順制御部２０で指定される圧延手順に従って、指定される板厚を実現する圧延荷重を計算する。荷重制御部１７は、圧延荷重設定部１９で計算された圧延荷重を、圧延荷重計８で実測した圧延荷重で補正し、ロールギャップ制御装置１０へ出力する。ただし、被圧延材２の板厚は、製品品質上重要であるため、左側板厚制御部１６Ｌおよび右側板厚制御部１６Ｒでは、後記にて説明するような制御が行われ、その結果がロールギャップ制御装置１０へ出力される圧延荷重に反映される。すなわち、荷重制御部１７から出力される圧延荷重は、左側板厚制御部１６Ｌおよび右側板厚制御部１６Ｒでの制御結果に基づき補正されたうえで、ロールギャップ制御装置１０へ入力される。
圧延手順制御部２０は、被圧延材２を圧延した結果得られる製品コイルの仕様に基づき、詳細な圧延手順を決定するとともに、左側ＴＲ回転計７Ｌおよび右側ＴＲ回転計７Ｒから得られる情報に基づき、圧延中の被圧延材２の長手方向の現在位置を計算する。そして、圧延手順制御部２０は、決定した圧延手順および長手方向の現在位置を、左側張力設定部１３Ｌ、右側張力設定部１３Ｒ、圧延速度設定部１８および圧延荷重設定部１９へ出力する。なお、圧延手順制御部２０の構成および機能は、本実施形態を特徴づけるものであるので、別途図面を参照し、後記にて詳しく説明する。
以上のような構成を有する圧延制御装置２００は、演算処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）と、記憶装置（ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ハードディスク装置など）とを備えてなるコンピュータにより実現される。そして、圧延制御装置２００を構成する荷重制御部１７をはじめとする各部の機能は、前記演算処理装置が前記記憶装置に格納された所定のプログラムを実行することにより実現される。
また、圧延制御装置２００を実現するためのコンピュータは、１台に限定されない。圧延制御装置２００は、ネットワークや通信線を介して相互に通信可能に接続された複数台のコンピュータにより実現されてもよい。
図３は、圧延制御装置２００における左側板厚制御部１６Ｌの機能ブロック構成の例を示した図であり、図４は、圧延制御装置２００における右側板厚制御部１６Ｒの機能ブロック構成の例を示した図である。図３に示すように、左側板厚制御部１６Ｌは、フィードフォワード板厚制御部３０およびフィードバック板厚制御部４０を含んで構成され、また、図４に示すように、右側板厚制御部１６Ｒも同様の構成である。なお、図３および図４では、被圧延材２の圧延方向は右行であるとしている。
図３に示すように、フィードフォワード板厚制御部３０は、圧延ロール１への入側板厚計（図３の例では左側板厚計５Ｌ）により計測された入側板厚偏差ΔＨを、移送時間補償部３１で圧延ロール１の直下まで移送処理する。そして、その結果に、入側板厚偏差ΔＨをロールギャップＳに変換する変換ゲイン３２および制御ゲイン３３（ＧＦＦ）を乗じたフィードフォワード制御を行い、その制御結果を圧延ロール１のロールギャップ制御装置１０に出力する。
なお、移送処理とは、入側板厚偏差ΔＨが計測された被圧延材２の位置が圧延ロール１の直下まで移送される時間ＴＥＸ−ＭＩＬＬと、入側板厚制御用制御出力タイミングシフト量ΔＴＦＦの差時間ＴＦＦで定まる時間補償をする処理である。また、変換ゲイン３２は、塑性定数Ｑとミル定数Ｍとの比で与えられる。
図４に示すように、フィードバック板厚制御部４０は、圧延ロール１からの出側の板厚計（図４の例では右側板厚計５Ｒ）によって計測された出側板厚偏差Δｈに、変換ゲイン４１および制御ゲイン４２（ＧＦＢ）を乗じる。そして、その結果を積分処理４３するフィードバック制御を行い、その制御結果を圧延ロール１のロールギャップ制御装置１０に出力する。なお、変換ゲイン４１は、出側板厚偏差ΔｈをロールギャップＳに変換するゲインであり、塑性定数Ｑとミル定数Ｍとより定まる値である。
図３および図４によれば、圧延方向が右行の場合、左側板厚制御部１６Ｌのフィードフォワード板厚制御部３０には左側板厚計５Ｌからの信号が入力されるが、フィードバック板厚制御部４０には入力される信号がない。また、圧延方向が右行の場合、右側板厚制御部１６Ｒのフィードバック板厚制御部４０には右側板厚計５Ｒからの信号が入力されるが、フィードフォワード板厚制御部３０には入力される信号がない。これは、圧延方向が右行の場合には、左側板厚制御部１６Ｌがフィードフォワード板厚制御を担い、右側板厚制御部１６Ｒがフィードバック板厚制御を担っていることを意味する。
これに対し、圧延方向が左行の場合には、フィードフォワード板厚制御部３０およびフィードバック板厚制御部４０へ入力される信号が切り替えられる。すなわち、左側板厚制御部１６Ｌのフィードフォワード板厚制御部３０には右側板厚計５Ｒからの信号が入力され、また、左側板厚制御部１６Ｌのフィードフォワード板厚制御部３０には右側板厚計５Ｒからの信号が入力されるようになる。つまり、圧延方向が左行の場合には、左側板厚制御部１６Ｌがフィードバック板厚制御を担い、右側板厚制御部１６Ｒがフィードフォワード板厚制御を担うこととなる。
したがって、ロールギャップ制御装置１０には、圧延方向が右行の場合には、左側板厚制御部１６Ｌからのフィードフォワード制御出力と、右側板厚制御部１６Ｒからのフィードバック制御出力と、により定まる信号が制御指令値として印加される。また、圧延方向が左行の場合には、左側板厚制御部１６Ｌからのフィードバック制御出力と、右側板厚制御部１６Ｒからのフィードフォワード制御出力と、により定まる信号が制御指令値としてロールギャップ制御装置１０に印加される。
なお、図１においては、圧延ロール１の左側および右側に設けられた板厚計やテンションリールなどを、設けられた位置に応じて、左側板厚計５Ｌ、右側板厚計５Ｒ、左側ＴＲ３Ｌ、右側ＴＲ３Ｒなどと称している。本実施形態の場合、圧延方向によってこれらの役割が変わるので、以下では、これらを、圧延方向に応じて、適宜、入側板厚計、出側板厚計、入側ＴＲ、出側ＴＲなどと言い換えることとする。
≪２．圧延スケジュール≫
図５は、シングルスタンド圧延機１００による被圧延材２の圧延の圧延スケジュールの例を示した図である。図５において、母材厚Ｈ１は、被圧延材２の圧延ロール１での圧延操業を開始する直前の板厚であり、１パス目は１回目の圧延を示す。１回目の圧延（１パス目）では、母材厚Ｈ１を出側板厚ｈ１まで薄くし、２回目の圧延（２パス目）では、入側板厚ｈ１を出側板厚ｈ２まで板厚を薄くする。同様にして、３回目（３パス目）、４回目（４パス目）の圧延を行い、５回目の圧延（５パス目）では、入側板厚ｈ４を出側板厚ｈ５まで板厚を薄くする。また、各パスの圧延時における圧延ロール１の入側および出側の被圧延材２の張力を入側張力および出側張力とし、Ｔｂ１〜Ｔｂ５，Ｔｆ１〜Ｔｆ５と表す。
なお、これらの板厚および張力は、被圧延材２の材質や、圧延ロール１の能力（最大荷重、圧延ロール１やテンションリールを駆動する電動機の電流容量など）、圧延油（圧延時に上作業ロール１ａｕ，下作業ロール１ａｄと被圧延材２と間の潤滑のために用いる油）などによって異なる。そこで、これらの値は、通常、圧延の操業技術者が経験により設定する。その場合、圧延現象のモデルを用いて、例えば圧延荷重を各パスで一定とするような板厚をコンピュータで求めることも可能である。また、張力に関しても、被圧延材２の応力などの測定結果から一定の法則にしたがって求めることも可能である。ここでは、圧延スケジュールに設定される板厚、張力については、何らかの手段により予め求められておくものとする。
変形抵抗は、被圧延材の材質に依存するもので、被圧延材２の硬さを表す。その値は、引っ張り試験などの機械的手段で材質ごとに実験的に求めることが可能である。さらに、上作業ロール１ａｕ，下作業ロール１ａｄと被圧延材２との間の摩擦係数をμと表す。摩擦係数μは、上作業ロール１ａｕ，下作業ロール１ａｄの速度や表面粗度に依存するが、ここでは、簡単のため、固定値であるとする。
シングルスタンド圧延機１００における入側板厚Ｈ、出側板厚ｈ、入側張力Ｔｂ、出側張力Ｔｆ、変形抵抗ｋｍおよび摩擦係数μが定まれば、公知の圧延荷重式を用いて必要な圧延荷重Ｐを求めることができる。公知の圧延荷重式としては、例えば、BLAND & FORDの式があるが、ここでは、その説明を省略するが、圧延荷重Ｐは、入側板厚Ｈ、出側板厚ｈ、入側張力Ｔｂ、出側張力Ｔｆ、変形抵抗ｋｍおよび摩擦係数μの関数として表される。すなわち、圧延荷重Ｐは、Ｐ＝Ｐ（Ｈ，ｈ，Ｔｂ，Ｔｆ，ｋｍ，μ）と表される。したがって、図５の圧延スケジュールの１パス目〜５パス目までの圧延荷重Ｐ１〜Ｐ５は、図５の下部に示された圧延荷重式により計算される。
図６は、圧延により得られる製品コイルの製品仕様の例を示した図であり、（ａ）は製品仕様（１）の例、（ｂ）は、製品仕様（２）の例である。これらの製品コイルは、図５に示した圧延スケジュールに従って製造されるものとする。
図６（ａ）に示すように、製品仕様（１）の製品コイルは、板厚ｈ３の製品部Ａ、板厚ｈ４の製品部Ｂ、板厚ｈ５のリーダ部Ａ、リーダ部Ｂ、リーダ部Ｃにより構成される。リーダ部Ａ、リーダ部Ｂ、リーダ部Ｃは、例えば溶接部として使用されたり、テンションリールへの巻き付けなどの作業用に使用されたりする部分であり、顧客に納入されるときには、切り取られスクラップ処理される。また、図６（ａ）において、ＬＡ，ＬＢは、製品部Ａ、製品部Ｂの長さを表し、ＬＤＡ，ＬＤＢ，ＬＤＣは、リーダ部Ａ、リーダ部Ｂ、リーダ部Ｃの長さを表す。なお、当然ながら、製品部Ａ，Ｂの長さＬＡ，ＬＢは、リーダ部Ａ，Ｂ，Ｃの長さＬＤＡ，ＬＤＢ，ＬＤＣに比べはるかに大きい。
同様に、図６（ｂ）に示す製品仕様（２）の製品コイルは、板厚ｈ３の製品部Ｃ、板厚ｈ５のリーダ部Ｄ、リーダ部Ｅにより構成される。そして、ＬＣは、製品部Ｃの長さを表し、ＬＤＤ，ＬＤＥは、リーダ部Ｄ、リーダ部Ｅの長さを表す。
≪３．製品コイル製造のための圧延手順≫
＜３．１ 従来の一般的な圧延手順＞
図７は、製品コイルを製造するための従来の一般的な圧延手順の例の前半部を示した図である。また、図８は、同じく製品コイルを製造するための従来の一般的な圧延手順の例の後半部を示した図である。なお、図７、図８の例では、図６に示した製品仕様（１）の製品コイルを製造するものとしている。
また、図７、図８でいう括弧内の番号付きの手順は、前記製品コイルを製造するための圧延手順に含まれる下位レベルの手順を意味する。なお、括弧内に記載された手順は、以下、図９、図１２、図１３でも同様に下位レベルの手順を意味する。
まず、図７（手順１）に示すように、コイル（被圧延材２）の全長を母材厚Ｈ１（細い破線で示した厚み位置）から１パス目の出側板厚ｈ１（太い一点鎖線で示した厚み位置）まで圧延する。次に、（手順２）では、圧延方向を変えて、コイル全長を２パス目の出側板厚ｈ２まで圧延する。これら１パス目、２パス目の圧延では、圧延中のコイルには、それぞれ圧延荷重Ｐ１，Ｐ２がかけられる。なお、１パス目、２パス目など各パス目の入側板厚、出側板厚、圧延荷重などの値は、図５に示された圧延スケジュールによる。
次に、（手順３）〜（手順５）では、コイルの先端部にリーダ部Ａを作成する。まず、（手順３）では、コイル先端部からコイル位置ＣＰ（１）−１まで出側板厚を３パス目の出側板厚ｈ３とする圧延を行う。次に、（手順４）では、圧延方向を変えてコイル先端部まで出側板厚を４パス目の出側板厚ｈ４とする圧延を行う。さらに、（手順５）では、圧延方向を変えてコイル先端部からコイル位置ＣＰ（１）−１まで出側板厚を５パス目の出側板厚ｈ５とする圧延を行う。
ここまでの図７に示した圧延手順でリーダ部Ａが作成されたことになるので、図８（手順６）では、コイル位置ＣＰ（１）−１からコイルの後端部まで、出側板厚を３パス目の出側板厚ｈ３とする圧延を行う。なお、図８の（手順６）以降では、圧延済みのコイル部分を太い実線で示している。
続いて、（手順７）では、圧延方向を反転させて、コイルの後端部からコイル位置ＣＰ（１）−２まで、出側板厚を４パス目の出側板厚ｈ４とする圧延を行う。次に、リーダ部Ｂを作るために、コイル位置ＣＰ（１）−２からコイル位置ＣＰ（１）−３まで、出側板厚を５パス目の出側板厚ｈ５とする圧延を行う。最後に、リーダ部Ｃを作るために、コイル位置ＣＰ（１）−４からコイル後端部まで、出側板厚を５パス目の出側板厚ｈ５とする圧延を行う。
以上、図７および図８に示した一連の圧延手順により、図６に示した製品仕様（１）の製品コイルが製造される。ここで、図７の（手順３）〜（手順５）のように、３パス目のコイル先端部で３回圧延を実施し、コイル先端部の板厚をｈ５としてしまうのは、リーダ部Ａ、リーダ部Ｂ、リーダ部Ｃの長さに比べて製品部Ａ、製品部Ｂの長さが圧倒的に長いためである。つまり、（手順５）以降では、コイルを先端部まで戻す必要がなくなるので、圧延時間を短縮することができる。
図１５は、図６に示した製品仕様（１）の製品コイル製造について、圧延手順の相違の要点を比較して示した図である。なお、図１５に記載されている走間板厚変更法および軽圧下法については、この後、詳しく説明する。
図１５において、矢印付きの太実線は、圧延対象のコイルの圧延範囲と圧延方向を示している。また、図中の逆三角印（▽）は、圧延ロール１を停止して圧下位置すなわち圧延荷重を変更することが必要な位置を表している。通常、圧延ロール１を圧下状態で停止すると、停止した位置の板厚が薄くなり、製品公差を外れる箇所（以下、このような箇所をストップマークという）となる。
従来の一般的な圧延手順では、板厚を変更する場合には、圧下状態で圧延ロール１を停止させたうえで圧下位置すなわち圧延荷重が変更される。したがって、従来の一般的な圧延手順で製品仕様（１）の製品コイルを製造すると、製品コイル内（両端を除いた箇所）の４箇所にストップマークによる板厚不良が発生する。この製品コイル内に生じたストップマークは、製品コイルの品質を劣化させる大きな原因となっている。
従って、製品コイルの品質を向上させるためには、製品コイル内にストップマークを生じさせないようにすることが重要である。そこで、ストップマークが生じることがない板厚変更方法として、以下、走間板厚変更法および軽圧下法について説明する。
＜３．２ 走間板厚変更法に基づく圧延手順＞
図９は、製品コイル製造時の走間板厚変更法に基づく圧延手順の例を示した図である。走間板厚変更法では、出側板厚は、コイル両端部で圧延方向が反転されるときを除き、圧延ロール１を停止させることなく圧下位置すなわち圧延荷重が変更される。したがって、製品コイル内にはストップマークによる板厚不良は発生しない。
なお、図９に示した圧延手順は、図６に示した製品仕様（１）の製品コイルを製造するものであり、また、その圧延スケジュールは、図５に示した圧延スケジュールに従うものとしている。そして、ここでは、圧延ロール１の圧延能力上、図５に示された各パスの出側板厚をこれ以上薄くできないものとしている。そうすると、製品部Ｂの出側板厚ｈ４にあわせて４回の圧延で製品仕様（１）の製品コイルを製造することはできず、どうしても５回の圧延を行うこととなる。
（手順１）の１パス目の圧延では、圧延対象の母材コイル全長を先端部から後端部へ向けて、各製品部および各リーダ部での圧延荷重を変更しながら圧延する。このとき、製品部Ａおよび製品部Ｂにおける出側板厚および圧延荷重については、図５の圧延スケジュールに示された出側板厚、圧延荷重よりも小さい値に補正する。図９では、製品部Ａ、製品部Ｂの補正された出側板厚は、ｈ１Ｔ１，ｈ１Ｔ２と記載され、また、補正された圧延荷重は、Ｐ１Ｔ１，Ｐ１Ｔ２と記載されている。
（手順２）〜（手順５）の２パス目〜５パス目の圧延では、圧延方向を反転させた後、（手順１）と同様に圧延対象のコイル全長にわたって圧延荷重を変更しながら圧延する。この場合も、製品部Ａおよび製品部Ｂにおける出側板厚および圧延荷重については、図５の圧延スケジュールに示された出側板厚、圧延荷重よりも小さい値に補正される。なお、図９では、その補正された値が、（手順２）では、ｈ２Ｔ１，ｈ２Ｔ２，Ｐ２Ｔ１，Ｐ２Ｔ２と、・・・（中略）・・・・、（手順５）では、ｈ５Ｔ１，ｈ５Ｔ２，Ｐ５Ｔ１，Ｐ５Ｔ２と記載されている。
以上のように、走間板厚変更法を用いたコイルの圧延手順では、圧延対象のコイルは、コイル全長にわたって圧延ロール１を停止させることなく、適宜出側板厚および圧延荷重が変更されながら圧延される。したがって、製品コイル内にストップマークによる板厚不良が生じないので、製品コイルの品質が向上する。
一方で、走間板厚変更法を用いたコイルの圧延手順では、各パスとも圧延対象のコイルの全長にわたって圧延され、かつ、製品部についてもリーダ部を作成するのに必要な圧延回数だけ圧延される。そのため、例えば、図６に示された製品仕様（１）の製品コイルなどでは、従来の一般的な圧延手順に比べても、全体としての圧延時間が長くなってしまうことがある。圧延時間が長くなることは、圧延の操業効率が低下することを意味する。さらに、図６に示された製品仕様（２）の製品コイルでは、製品部Ｃの長さがリーダ部Ｄ，Ｅの長さに比べ圧倒的に長くなるので、操業効率の低下がより大きくなる。
図１０は、走間板厚変更法で用いられる各パスの各製品部での補正された出側板厚および圧延荷重の計算式の例をまとめて示した図である。図１０において、ｈｉＴ１，ｈｉＴ２は（ｉ＝１，・・・，５）、ｉパス目の製品部Ａ、製品部Ｂの補正出側板厚を表し、Ｐ２Ｔ１，Ｐ２Ｔ２は、ｉパス目の製品部Ａ、製品部Ｂの補正圧延荷重を表している。また、圧延荷重を計算する関数としては、前記同様にBLAND & FORDの式などを用いることができる。
図１１は、走間板厚変更法を詳しく説明した図であり、ここでは、図９の（手順３）の領域Ａの部分の動作を例に詳細に説明する。走間板厚変更法では、圧延ロール１を運転したまま（すなわち、圧延速度一定の状態で）、圧延荷重を例えばＰ３からＰ３Ｔ１に変更することで、出側板厚をｈ３からｈ３Ｔ１に変更する変更する。また、この間、入側張力および出側張力は一定に保たれる。
図６に示された製品仕様（１）の製品コイルのコイル先端部からの長さまたはコイル後端部からの長さは、テンションリール（左側ＴＲ３Ｌ，右側ＴＲ３Ｒ）の積算回転数から求めることができる。例えば、製品コイルにおける製品部Ａの長さをＬＡとすると、３パス目の入側における長さは、マスフロー一定則により（ｈ５／ｈ２）・ＬＡとなる。したがって、各パスにおける図６（ａ）でいうコイル位置ＣＰ（１）−１〜ＣＰ（１）−４までの長さやリーダ部Ａ，Ｂ，Ｃのテーパ部長さＬＴなどを求めることができる。
さらに、これらの情報から圧延荷重変更などの操作開始タイミング点を作成し、入側板厚の変化に合わせて圧延荷重を変更すれば、結果として出側板厚が変更される。ここで、圧延荷重の変更時間は、各パスにおけるテーパ部の長さおよび入側速度の実績値を用いて求めることが可能である。
以上のような走間板厚変更は、必ず出側板厚＜入側板厚の条件で行われ、そのときの被圧延材２（圧延対象コイル）の圧延は、塑性変形領域の状態で行われる。
＜３．３ 軽圧下法に基づく圧延手順＞
図１２は、製品コイル製造時の軽圧下法に基づく圧延手順の例の前半部を示した図である。また、図１３は、同じく製品コイル製造時の軽圧下法に基づく圧延手順の例の後半部を示した図である。なお、図１２、図１３の例では、図６に示した製品仕様（１）の製品コイルを製造するものとしている。
軽圧下法では、被圧延材２（圧延対象コイル）を弾性変形状態にした状態で圧延方向を変更することを特徴とする。一般に、被圧延材２は、圧延状態において入側板厚Ｈより出側板厚ｈが薄くなる塑性変形状態にある。この状態で、圧延荷重、入側張力、出側張力を小さくしていくと、被圧延材２の入側板厚と出側板厚とがほぼ等しくなる弾性変形状態に移行する。弾性変形状態においては、被圧延材２は、圧延ロール１により圧下されて一時的に板厚が減少するものの、圧延ロール１の直下からはずれると板厚減少が復帰し、入側板厚と出側板厚とがほぼ同じになる。この状態を軽圧下とよび、軽圧下状態においては、圧延ロール１を停止させても被圧延材２にストップマークが付くことはない。なお、厳密にいえば、軽圧下状態でもわずかな板厚変動が発生するが、その板厚変動量は、圧延状態で圧延ロール１を停止させた場合に比較して十分小さいため無視することができる。
そこで、圧延方向を変更するのに圧延を停止する場合には、被圧延材２を弾性変形状態つまり軽圧下状態にすることにすれば、製品コイル内にストップマークが付くことはなくなる。したがって、この軽圧下法を利用すれば、製品コイルの品質を劣化させることなく、従来の一般的な圧延手順とほぼ同等の生産効率で製品コイルを製造することが可能となる。
以下、図１２、図１３を参照して、軽圧下法に基づく圧延手順について説明する。まず、図１２の（手順１）では、コイル（被圧延材２）の全長を母材厚Ｈ１（細い破線で示した厚み位置）から１パス目の出側板厚ｈ１（太い一点鎖線で示した厚み位置）まで圧延する。次に、（手順２）では、圧延方向を変えて、コイル全長を２パス目の出側板厚ｈ２まで圧延する。なお、これら１パス目、２パス目の圧延は、従来の一般的な圧延手順と同じである（図７参照）。
次に、（手順３）では、リーダ部Ａを作成するために、圧延荷重Ｐ３をかけてコイルを先端部からコイル位置ＣＰ（１）−１まで圧延し、圧延荷重を圧延荷重Ｐｅ２まで減じたうえで、その圧延を停止する。ここで、圧延荷重Ｐｅ２は、出側板厚が入側板厚ｈ２とほぼ等しくなる圧延荷重であるとし、このとき、コイルの被圧延部分は、弾性変形状態となっている。次に、（手順４）では、圧延荷重Ｐｅ３をかけたままの状態つまりコイルの被圧延部分が弾性変形状態であるときに、圧延方向を右行に変更して圧延を再開する。さらに、圧延荷重を圧延荷重Ｐ４まで増加させてコイル先端部まで圧延する。
次に、（手順５）の圧延は、圧延方向を右行としてコイル全長を走間板厚変更に基づく圧延を行う。なお、この場合、コイル位置ＣＰ（１）−１において出側板厚ｈ５から出側板厚ｈ３への走間板厚変更が行われる。
次に、図１３の（手順６）では、圧延方向を左行に変更してコイル位置ＣＰ（１）−２まで圧延荷重Ｐ４により出側板厚ｈ４とする圧延を行い、圧延荷重を圧延荷重Ｐｅ３に減じコイルの被圧延部分を弾性変形状態にしたうえで圧延を停止する。そして、（手順７）では、弾性変形状態で圧延方向を右行に変更した後、圧延荷重を圧延荷重Ｐ５まで上昇させてコイル位置ＣＰ（１）−３まで圧延する。これにより、出側板厚ｈ５のリーダ部Ｂが得られる。その後、圧延荷重を圧延荷重Ｐｅ４まで減じ、出側板厚ｈ４とする圧延をコイル位置ＣＰ（１）−４まで続ける。最後に、コイル位置ＣＰ（１）−４で走間板厚変更に基づき、出側板厚ｈ５とする圧延を後端部まで行い圧延を終了する。
なお、（手順７）のコイル位置ＣＰ（１）−３からコイル位置ＣＰ（１）−４までの圧延は、入側板厚と出側板厚が同じであることから、軽圧下での圧延ということができる。なお、この部分のコイル移動は、圧下を開放した状態、つまり上作業ロール１ａｕ，下作業ロール１ａｄと被圧延材２とが接触しない状態で被圧延材２を左側ＴＲ３Ｌまたは右側ＴＲ３Ｒ巻き取ることにより行うこともできる。
図１４は、軽圧下法を詳しく説明した図であり、ここでは、図１２での（手順３）から（手順４）に移行するときの動作を詳細に説明した図である。図１２に示すように、軽圧下方法では、（手順３）の圧延ロール１の圧延荷重Ｐ３を被圧延材２の出側板厚ｈ３が入側板厚ｈ２と同じになる圧延荷重Ｐｅ２まで減少（必要に応じて張力も減少）させると、圧延ロール１直下近傍の被圧延材２は弾性変形状態となる。被圧延材２が弾性変形状態となったところで、圧延ロール１による圧延を一時停止させ、圧延方向を反転させたうえで圧延を再開する。こうすることで被圧延材２（コイル）におけるストップマークの発生を抑制することができる。
なお、この軽圧下法を用いた圧延でも、圧延中の被圧延材２のコイル先端部または後端部からの位置を求めることができ、圧延荷重や入側張力、出側張力の変更開始タイミングや変更時間を計算することができる。
図１５は、前記したように、図６に示した製品仕様（１）の製品コイル製造について、圧延手順の相違の要点を比較して示した図である。また、図１６は、図６に示した製品仕様（２）の製品コイル製造について、圧延手順の相違の要点を比較して示した図である。
図１５および図１６において、矢印付きの太実線は、圧延対象のコイルの圧延範囲と圧延方向を示している。また、図中の逆三角印（▽）は、圧延ロール１を停止して圧下位置すなわち圧延荷重を変更することが必要な位置、言い換えれば、ストップマークが発生する位置を表している。また、図中の太い破線は、圧下開放の状態で圧延対象のコイルを移動させる（巻きとる）ことが可能な部分を表している。
図１５および図１６に示されているように、軽圧下法に基づく圧延手順には、従来の一般的な圧延手順とほぼ同等の操業効率を得ることができ、かつ、製品コイル内にストップマークによる板厚不良が生じないという特徴がある。また、走間板厚変更法に基づく圧延手順には、圧延対象のコイルを全長にわたって必要な回数圧延するため操業効率が低下し勝ちではあるが、製品コイル内にストップマークによる板厚不良が生じないという特徴がある。
しかしながら、１つの製品コイルの中に形成されるリーダ部の数などによっては、走間板厚変更法に基づく圧延手順のほうが軽圧下法に基づく圧延手順よりも操業効率がよくなる場合がある。これは、走間板厚変更法に基づく圧延手順のほうが圧延ロール１を停止させる回数が少なくて済むからである。ちなみに、図１５の例では、走間板厚変更法に基づく圧延手順で順では、その停止回数は、コイル両端で停止するときの５回だけであるが、軽圧下法に基づく圧延手順では、リーダ部Ａ，Ｂ形成時にも停止するので、合計７回となる。したがって、この停止時間や製品部Ａ，Ｂの長さなどによっては、走間板厚変更法に基づく圧延手順のほうが、操業効率がよくなる場合もあると考えられる。
そこで、本実施形態に係る圧延制御装置２００は、圧延対象コイルの製品コイル仕様に基づき、走間板厚変更法に基づく圧延手順および軽圧下法に基づく圧延手順それぞれの操業効率を評価し、操業効率のよい圧延手順を選択する機能を備えている。さらに、この機能により選択した圧延手順に従って、圧延対象コイルの圧延を制御する。これらの機能は、圧延制御装置２００の圧延手順制御部２０（図１参照）によって実現される。以下、圧延手順制御部２０の詳細について説明する。
≪４．圧延手順制御部２０の構成および機能≫
図１７は、本実施形態に係る圧延制御装置２００に含まれる圧延手順制御部２０の構成の例を示した図である。図１７に示すように、圧延手順制御部２０は、走間板厚変更法圧延制御部２１、軽圧下法圧延制御部２２、長手方向位置認識部２３、製品コイル製造方法選択部２４などを含んで構成される。
図１７において、製品コイル製造方法選択部２４は、入力される製品コイル仕様について、走間板厚変更法および軽圧下法それぞれを用いた場合の圧延の操業時間を推定し、操業時間が短い方を製品コイル製造時の圧延手順として選択する。ここで、製品コイル仕様とは、例えば、図６に示された製品仕様（１）、（２）のコイル長手方向の板厚分布などの情報などをいう。また、長手方向位置認識部２３は、左側ＴＲ回転計７Ｌまたは右側ＴＲ回転計７Ｒによって検出された左側ＴＲ３Ｌまたは右側ＴＲ３Ｒの回転数に基づき、被圧延材２における圧延ロール１の直下部分の長手方向位置（例えば、先端部から長さ）を算出する。
製品コイル製造方法選択部２４により走間板厚変更法が選択された場合には、走間板厚変更法圧延制御部２１の動作が起動される。走間板厚変更法圧延制御部２１は、図９などに示された走間板厚変更法に基づく圧延手順に従って、長手方向位置認識部２３で算出された圧延対象コイルの長手方向位置における圧延荷重、圧延速度、左側張力および右側張力を算出する。そして、その算出した圧延荷重、圧延速度、左側張力および右側張力を、図１にて説明した圧延荷重設定部１９、圧延速度設定部１８、左側張力設定部１３Ｌおよび右側張力設定部１３Ｒへ出力する。
また、製品コイル製造方法選択部２４により軽圧下法が選択された場合には、軽圧下法圧延制御部２２の動作が起動される。軽圧下法圧延制御部２２は、図１２、図１３などに示された軽圧下法に基づく圧延手順に従って、長手方向位置認識部２３で算出された圧延対象コイルの長手方向位置における圧延荷重、圧延速度、左側張力および右側張力を算出する。そして、その算出した圧延荷重、圧延速度、左側張力および右側張力を、図１にて説明した圧延荷重設定部１９、圧延速度設定部１８、左側張力設定部１３Ｌおよび右側張力設定部１３Ｒへ出力する。
さらに、図１７に示すように、製品コイル製造方法選択部２４は、圧延手順選択部２５、走間板厚変更法操業時間推定部２６、軽圧下法操業時間推定部２７、製品コイルパターン選択部２８などのサブブロックを含んで構成される。製品コイルパターン選択部２８は、例えば、製造管理者などにより入力される製品コイルの識別名称に基づき、製品コイルパターンＤＢ５０の中から、前記入力された識別名称に該当する製品コイルの長手方向の板厚分布の情報を選択する。なお、製品コイルパターンＤＢ５０の構成については、別途、図１８を用いて説明する。
走間板厚変更法操業時間推定部２６は、製品コイルパターン選択部２８で選択された製品コイルの長手方向の板厚分布の情報に基づき、走間板厚変更法を用いた圧延手順を作成するとともに、その圧延手順に従った場合の圧延総時間（操業時間）を推定する。また、軽圧下法操業時間推定部２７は、製品コイルパターン選択部２８で選択された製品コイルの長手方向の板厚分布の情報に基づき、軽圧下法を用いた圧延手順を作成するとともに、その圧延手順に従った場合の圧延総時間（操業時間）を推定する。
圧延手順選択部２５は、走間板厚変更法操業時間推定部２６で推定された操業時間と、軽圧下法操業時間推定部２７で推定された操業時間とを比較し、操業時間が短いほうの圧延手順を選択する。そして、その結果を、その結果に応じて、走間板厚変更法圧延制御部２１または軽圧下法圧延制御部２２へ通知する。なお、このとき、選択された製品コイルの長手方向の板厚分布の情報も併せて走間板厚変更法圧延制御部２１または軽圧下法圧延制御部２２へ通知される。
図１８は、製品コイルパターンＤＢ（データベース）５０の構成の例を示した図である。図１８に示すように、製品コイルパターンＤＢ５０は、製造される製品コイルの長手方向の板厚分布の情報を予め登録したデータベースである。すなわち、製品コイルパターンＤＢ５０には、製品コイルの長手方向の板厚分布の情報が製品コイルの識別名称に対応付けられて登録されている。また、製品コイルパターンＤＢ５０では、登録された製品コイルの長手方向の板厚分布の情報は、リーダ部の数や製品部の板厚数（異なる板厚を有する製品部の数）などで分類されている。
また、製品コイルパターン選択部２８で製品コイルの長手方向の板厚分布が選択され、走間板厚変更法操業時間推定部２６および軽圧下法操業時間推定部２７で操業時間が推定され、さらに、圧延手順選択部２５で圧延手順が選択されたものについては、その結果を製品コイルパターンＤＢ５０に登録しておいてもよい。
例えば、図１８では、仕様（１）の製品コイルについては、走間板厚変更法に基づく圧延手順を選択するほうが軽圧下法に基づく圧延手順を選択するよりも操業時間が短かったことを表している。反対に、仕様（２）の製品コイルについては、軽圧下法に基づく圧延手順を選択するほうが走間板厚変更法に基づく圧延手順を選択するよりも操業時間が短かったことを表している。さらに、その選択された圧延手順についての詳細な手順情報（図９、図１２、図１３などに示された手順の情報）についても、併せて製品コイルパターンＤＢ５０に登録しておいてもよい。
以上のように、製品コイルパターンＤＢ５０に圧延手順の選択結果や圧延手順の詳細な情報が登録されていれば、その登録されている製品コイル仕様と同じ製品コイル仕様のコイルが圧延されるときには、改めて操業時間などを推定する必要がなくなる。よって、製品コイル製造方法選択部２４を含むコンピュータの負荷を軽減することができる。
なお、以上の製品コイル製造方法選択部２４の説明では、走間板厚変更法操業時間推定部２６および軽圧下法操業時間推定部２７は、与えられた製品コイルの長手方向の板厚分布の情報に基づき、それぞれの圧延手順を作成するとしている。ここでいう圧延手順とは、図９、図１２、図１３などに示されたような具体的なものを指すが、このような圧延手順は、熟練した操業技術者が介入したほうが効率的に作成できる場合が多い。そこで、走間板厚変更法操業時間推定部２６および軽圧下法操業時間推定部２７を実現するコンピュータプログラムは、適宜操業技術者の介入が可能なように作成されているものとする。
図１９は、最大圧延速度Ｖｏが与えられたときの圧延速度パターンの基本形の例を示した図である。ここで、圧延開始の場合、圧延速度は、最大圧延速度Ｖｏに達するまで所定の加速度αで加速し、圧延停止の場合、圧延速度は、最大圧延速度Ｖｏから所定の加速度−αで減速するものとしている。この場合、圧延長ｌは、圧延速度パターンが表す台形の面積として計算することができる。そして、圧延開始から圧延停止までの圧延時間ｔは、図１９の四角の枠内に示された計算式により算出することができる。
そこで、走間板厚変更法操業時間推定部２６および軽圧下法操業時間推定部２７は、与えられた製品コイルの長手方向の板厚分布の情報に基づき、それぞれの圧延手順を作成するときには、まず、図２０、図２２に示すような圧延速度パターンを作成する。ここで、図２０は、走間板厚変更法に基づく圧延手順での各パスにおける圧延速度パターンの例を示した図、図２１は、軽圧下法に基づく圧延手順での各パスにおける圧延速度パターンの例を示した図である。ここでは、リーダ部Ａ，Ｂ，Ｃの圧延速度は、各パスともにＶＬとし、製品部Ａ，Ｂの各パスの圧延速度は、Ｖ１〜Ｖ５としている。なお、これらの圧延速度パターンは、厳密には現実の圧延時の速度パターンと異なるが、圧延時間を推定する上では問題ない。
圧延対象のコイルの圧延長は、製品コイルの納入先や、母材コイル大きさ（長さ）などによって異なるが、その圧延対象のコイルの圧延前には、どのような製品コイルを製造するかの情報が操業技術者やオペレータにより決定される。これらの情報は、図１７でいう製品コイル仕様の一部であるといえ、その圧延速度などの詳細な情報は、製品仕様の識別情報に対応づけて製品コイルパターンＤＢ５０に予め登録されておくものとする。
図２２は、走間板厚変更法に基づく圧延手順での各パスにおける各リーダ部および製品部の圧延長を計算する計算式の例を示した図である。また、図２３は、軽圧下法に基づく圧延手順での各パスにおける各リーダ部および製品部の圧延長を計算する計算式の例を示した図である。なお、図２２、図２３に示された計算式の例は、図６の製品仕様（１）の製品コイルに関するものである。
一般に、被圧延材２の圧延においては、マスフロー一定則（体積一定側）が成立するため、板厚×圧延長は、圧延されても一定となる。したがって、最終的な圧延長と各パスの出側板厚がわかれば、各パスにおける圧延長を計算することができる。なお、この例では、図６の製品仕様（１）から、リーダ部Ａ，Ｂ，Ｃの最終的な圧延長がＬＤＡ，ＬＤＢ，ＬＤＣであり、製品部Ａ，Ｂの最終的な圧延長がＬＡ，ＬＢであることが分かっている。また、各パスでのリーダ部Ａ，Ｂ，Ｃ、製品部Ａ，Ｂの出側板厚も分かっている。したがって、各パス、各部での圧延長を計算することができる。
以上のようにして、圧延長と各パスにおける最大圧延速度が分かれば、各パスにおける圧延時間を求めることができる。しかしながら、実際の圧延操業においては、圧延方向を変更するときには、オペレータによる機械操作やその操作結果の確認などが必要であり、それなりの時間を要する。そのため、操業時間には、この圧延方向切り替えに要する時間を考慮する必要がある。
圧延方向の切り替えは、走間板厚変更法に基づく圧延手順では、図９に示されているように、（手順１）〜（手順５）の各手順が終了したときに行われる。また、軽圧下法に基づく圧延手順では、図１２、図１３に示されているように、（手順１）〜（手順７）の各手順が終了したときに行われる。ただし、このうち、（手順３）および（手順６）終了時の２回は、軽圧下状態で圧延方向の切り替えが行われる。通常、軽圧下状態で行われる圧延方向の切り替え時間は、圧下状態で行われる圧延方向の切り替え時間とは異なる。
このような圧延方向の切り替え時間は、実際に行われる圧延操業での切り替え時間を測定して得ることができる。そこで、実際に得られた切り替え時間の平均的な値を、圧下状態での圧延方向切り替え時間、軽圧下状態での圧延方向切り替え時間として、製品コイルパターンＤＢ５０を含む記憶装置などに記憶しておくのがよい。
図２４は、操業時間推定処理の処理フローの例を示した図である。図２４に示すように、走間板厚変更法操業時間推定部２６は、まず、製品コイル仕様から各圧延回数（図９でいう手順１〜手順５）での圧延長を算出する（ステップＳ１０）。この処理は、図２２および図２３に示された式を用いて計算することができる。
続いて、走間板厚変更法操業時間推定部２６は、各圧延回数（図９でいう手順１〜手順５）における最大速度、圧延長などに基づき、圧延時間を計算する（ステップＳ２０）。この計算では、図２０、図２１に示した圧延速度パターンおよび図１９に示した圧延時間を計算する式が用いられる。また、このとき、図２０、図２１に示した圧延速度パターンは、製品コイルパターンＤＢ５０から読み出す。
次に、走間板厚変更法操業時間推定部２６は、以上のようにして求めた各回の圧延時間の合計に各回での圧延方向切り替え時間を加算することにより操業時間を算出する（ステップＳ３０）。また、このとき、圧延方向切り替え時間は、製品コイルパターンＤＢ５０から読み出す。
なお、軽圧下法操業時間推定部２７における操業時間推定処理の処理手フローも図２４と同様であるので、ここではその説明を省略する。
≪４．効果≫
以上、本発明の実施形態によれば、走間板厚変更法に基づく圧延手順であっても、また、軽圧下法に基づく圧延手順であっても、製造される製品コイルにストップマークによる板厚不良が発生することはない。したがって、製品品質の劣化を抑制することができる。
また、本実施形態では、製品コイルは、その製品コイルの製品仕様に応じて、走間板厚変更法または軽圧下法を用いた場合それぞれの場合の操業時間が推定され、操業時間が短いほうの圧延手順に従って製造される。したがって、操業時間が短縮されるので、圧延の操業効率が向上する。
≪５．補足≫
以上、本実施形態では、被圧延材の母材厚がコイルの長手方向で同一としたが、母材厚が異なる場合についても、本実施形態に係る圧延制御装置２００を同様に適用することができる。
また、本実施形態では、圧延手順の選択を操業時間の推定値に基づいて実施したが、被圧延材の製品仕様に応じて必要となる板厚精度に基づき、圧延手順を選択することも可能である。一般的には、走間板厚変更法に基づく圧延手順のほうが、圧延ロール１の停止回数が少ない分、軽圧下法に基づく圧延手順よりも板厚精度がよくなる。したがって、この場合は、操業効率を犠牲にしても板厚精度がよい走間板厚変更法に基づく圧延手順を選択するか否かが、その選択の基準となる。
また、本実施形態では、シングルスタンド圧延機１００を対象としたが、圧延方向を変えて圧延回数を増やすことが可能な２スタンド以上のタンデム圧延機についても、本実施形態と同様の技術を適用することができる。
また、本実施形態では、軽圧下または走間板厚変更時は、圧延荷重を変更しているが、圧延荷重を得るのに必要なロールギャップを演算し、ロールギャップを操作することで圧延荷重を変更する場合でも、同様の技術を適用することができる。
なお、本発明は、以上に説明した実施形態および変形例に限定されるものではなく、さらに、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施形態および変形例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態や変形例の構成の一部を、他の実施形態や変形例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態や変形例の構成に他の実施形態や変形例の構成を加えることも可能である。また、各実施形態や変形例の構成の一部について、他の実施形態や変形例に含まれる構成を追加・削除・置換することも可能である。
１００ シングルスタンド圧延機
２００ 圧延制御装置
１ 圧延ロール
２ 被圧延材
１ａｕ 上作業ロール
１ｂｕ 上中間ロール
１ｃｕ 上バックアップロール
１ａｄ 下作業ロール
１ｂｄ 下中間ロール
１ｃｄ 下バックアップロール
３Ｌ 左側テンションリール（左側ＴＲ）
３Ｒ 右側テンションリール（右側ＴＲ）
４Ｌ 左側張力計
４Ｒ 右側張力計
５Ｌ 左側板厚計
５Ｒ 右側板厚計
６Ｌ 左側デフロール
６Ｒ 右側デフロール
７Ｌ 左側ＴＲ回転計
７Ｒ 右側ＴＲ回転計
８ 圧延荷重計
９Ｌ 左側ＴＲ制御装置
９Ｒ 右側ＴＲ制御装置
１０ ロールギャップ制御装置
１１ ミル速度制御装置（圧延速度制御装置）
１３Ｌ 左側張力設定部
１３Ｒ 右側張力設定部
１４Ｌ 左側張力制御部
１４Ｒ 右側張力制御部
１５Ｌ 左側張力電流変換部
１５Ｒ 右側張力電流変換部
１６Ｌ 左側板厚制御装置
１６Ｒ 右側板厚制御装置
１７ 荷重制御部
１８ 圧延速度設定部
１９ 圧延荷重設定部
２０ 圧延手順制御部（圧延手順制御手段）
２１ 走間板厚変更法圧延制御部（走間板厚変更制御手段、走間板厚変更法圧延制御手段）
２２ 軽圧下法圧延制御部（軽圧下厚変更制御手段、軽圧下法圧延制御手段）
２３ 長手方向位置認識部
２４ 製品コイル製造方法選択部
２５ 圧延手順選択部（圧延手順選択手段）
２６ 走間板厚変更法操業時間推定部（操業時間推定手段）
２７ 軽圧下法操業時間推定部（操業時間推定手段）
２８ 製品コイルパターン選択部
３０ フィードフォワード板厚制御部
４０ フィードバック板厚制御部
５０ 製品コイルパターンＤＢ（データベース）

Claims (9)

  1. 上下に配置された２つの圧延ロールを備え、前記２つ圧延ロールの間に挟まれた被圧延材に荷重をかけて前記圧延ロールを回転させつつ前記被圧延材を前記２つ圧延ロールの間を通過させることにより前記被圧延材を圧延するシングルスタンド圧延機の圧延制御装置であって、
    入側板厚が第１の板厚である被圧延材に第１の荷重をかけて前記被圧延材の出側板厚を第２の板厚にする圧延が実行されているときに、前記被圧延材にかける荷重を前記第１の荷重から前記被圧延材の出側板厚が前記第１の板厚と略同じ板厚になる第２の荷重まで減少させる第１の制御と、
    前記被圧延材に前記第２の荷重をかけた状態で前記圧延ロールの回転を停止させる第２の制御と、
    前記被圧延材に前記第２の荷重をかけた状態で前記圧延ロールの回転を逆回転方向に開始させる第３の制御と、
    前記被圧延材にかける荷重を前記第２の荷重から前記被圧延材の出側板厚が前記第２の板厚よりも薄い第３の板厚となるような第３の荷重まで増加させる第４の制御と、
    を前記に記載の制御の順で実行する軽圧下板厚変更制御手段を備えること
    を特徴とする圧延制御装置。
  2. 入側板厚が第１の板厚である被圧延材に第１の荷重をかけて前記被圧延材の出側板厚を第２の板厚にする圧延が実行されているときに、前記圧延ロールを回転させたままの状態で、前記被圧延材にかける荷重を前記第１の荷重から前記被圧延材の出側板厚が前記第２の板厚とは異なる第４の板厚となるような第４の荷重に変更する第５の制御
    を実行する走間板厚変更制御手段をさらに備えること
    を特徴とする請求項１に記載の圧延制御装置。
  3. 前記シングルスタンド圧延機の圧延ロールにより前記被圧延材を複数回圧延して、互いに板厚が異なる長手方向に区分された複数の部分からなる製品コイルの製造時の圧延手順を制御する圧延手順制御手段をさらに備え、
    前記圧延手順制御手段は、
    前記被圧延材の両端部以外の位置で前記被圧延材の圧延方向を変更する場合、前記軽圧下板厚変更制御手段を用いた制御により前記圧延方向を変更する制御を含んだ制御手順により、前記製造時の圧延を制御する軽圧下法圧延制御手段と、
    前記被圧延材の両端部以外の位置で前記被圧延材の板厚を変更する場合、前記走間板厚変更制御手段を用いた制御により前記板厚を変更する制御を含んだ制御手順により、前記製造時の圧延を制御する走間板厚変更法圧延制御手段と、
    を備えること
    を特徴とする請求項２に記載の圧延制御装置。
  4. 前記圧延手順制御手段は、
    入力された前記製品コイルの長手方向の板厚分布の製品仕様に基づき、前記軽圧下法圧延制御手段に基づく制御手順により前記製品コイルを製造した場合の第１の操業時間と、前記走間板厚変更法圧延制御手段に基づく制御手順により前記製品コイルを製造した場合の第２の操業時間を推定する操業時間推定手段と、
    前記第１の操業時間と前記第２の操業時間とを比較し、前記第１の操業時間が前記第２の操業時間より短い場合には、前記製造時の圧延手順として、前記軽圧下法圧延制御手段による圧延手順を選択し、前記第１の操業時間が前記第２の操業時間以上に長い場合には、前記製造時の圧延手順として、前記軽圧下法圧延制御手段による圧延手順を選択する圧延手順選択手段と、
    をさらに備えること
    を特徴とする請求項３に記載の圧延制御装置。
  5. 上下に配置された２つの圧延ロールを備え、前記２つ圧延ロールの間に挟まれた被圧延材に荷重をかけて前記圧延ロールを回転させつつ前記被圧延材を前記２つ圧延ロールの間を通過させることにより前記被圧延材を圧延するシングルスタンド圧延機の圧延制御装置が、
    入側板厚が第１の板厚である被圧延材に第１の荷重をかけて前記被圧延材の出側板厚を第２の板厚にする圧延が実行されているときに、前記被圧延材にかける荷重を前記第１の荷重から前記被圧延材の出側板厚が前記第１の板厚と略同じ板厚になる第２の荷重まで減少させる第１の制御と、
    前記被圧延材に前記第２の荷重をかけた状態で前記圧延ロールの回転を停止させる第２の制御と、
    前記被圧延材に前記第２の荷重をかけた状態で前記圧延ロールの回転を逆回転方向に開始させる第３の制御と、
    前記被圧延材にかける荷重を前記第２の荷重から前記被圧延材の出側板厚が前記第２の板厚よりも薄い第３の板厚となるような第３の荷重まで増加させる第４の制御と、
    を前記に記載の制御の順で実行すること
    を特徴とする圧延制御方法。
  6. 前記圧延制御装置は、
    入側板厚が第１の板厚である被圧延材に第１の荷重をかけて前記被圧延材の出側板厚を第２の板厚にする圧延が実行されているときに、前記圧延ロールを回転させたままの状態で、前記被圧延材にかける荷重を前記第１の荷重から前記被圧延材の出側板厚が前記第２の板厚とは異なる第４の板厚となるような第４の荷重に変更する第５の制御
    をさらに実行すること
    を特徴とする請求項５に記載の圧延制御方法。
  7. 上下に配置された２つの圧延ロールを備え、前記２つ圧延ロールの間に挟まれた被圧延材に荷重をかけて前記圧延ロールを回転させつつ前記被圧延材を前記２つ圧延ロールの間を通過させることにより前記被圧延材を圧延するシングルスタンド圧延機の圧延制御装置を用いた圧延制御方法であって、
    前記圧延制御装置は、
    入側板厚が第１の板厚である被圧延材に第１の荷重をかけて前記被圧延材の出側板厚を第２の板厚にする圧延が実行されているときに、前記被圧延材にかける荷重を前記第１の荷重から前記被圧延材の出側板厚が前記第１の板厚と略同じ板厚になる第２の荷重まで減少させる第１の制御と、前記被圧延材に前記第２の荷重をかけた状態で前記圧延ロールの回転を停止させる第２の制御と、前記被圧延材に前記第２の荷重をかけた状態で前記圧延ロールの回転を逆回転方向に開始させる第３の制御と、前記被圧延材にかける荷重を前記第２の荷重から前記被圧延材の出側板厚が前記第２の板厚よりも薄い第３の板厚となるような第３の荷重まで増加させる第４の制御と、を前記に記載の制御の順で実行する軽圧下板厚変更制御手段と、
    入側板厚が第１の板厚である被圧延材に第１の荷重をかけて前記被圧延材の出側板厚を第２の板厚にする圧延が実行されているときに、前記圧延ロールを回転させたままの状態で、前記被圧延材にかける荷重を前記第１の荷重から前記被圧延材の出側板厚が前記第２の板厚とは異なる第４の板厚となるような第４の荷重に変更する第５の制御を実行する走間板厚変更制御手段と、
    備えており、
    前記シングルスタンド圧延機の圧延ロールにより前記被圧延材を複数回圧延して、互いに板厚が異なる長手方向に区分された複数の部分からなる製品コイルの製造時の圧延手順を制御する際、
    前記被圧延材の両端部以外の位置で前記被圧延材の圧延方向を変更する場合には、前記軽圧下板厚変更制御手段を用いた制御により前記圧延方向を変更する制御を含んだ第１の圧延手順に従って前記製造時の圧延を制御し、
    前記被圧延材の両端部以外の位置で前記被圧延材の板厚を変更する場合には、前記走間板厚変更制御手段を用いた制御により前記板厚を変更する制御を含んだ第２の圧延手順に従って前記製造時の圧延を制御すること
    を特徴とする圧延制御方法。
  8. 前記圧延制御装置は、
    入力された前記製品コイルの長手方向の板厚分布の製品仕様に基づき、前記第１の圧延手順により前記製品コイルを製造した場合の第１の操業時間と、前記第２の圧延手順により前記製品コイルを製造した場合の第２の操業時間を推定する操業時間推定ステップと、
    前記第１の操業時間と前記第２の操業時間とを比較し、前記第１の操業時間が前記第２の操業時間より短い場合には、前記製造時の圧延手順として、前記第１の圧延手順を選択し、前記第１の操業時間が前記第２の操業時間以上に長い場合には、前記製造時の圧延手順として、前記第２の圧延手順を選択する圧延手順選択ステップと、
    をさらに実行すること
    を特徴とする請求項７に記載の圧延制御方法。
  9. 請求項５ないし請求項８のいずれか１項に記載の圧延制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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