JP7338814B2 - 冷却装置の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、圧延ラインにおいて圧延材を冷却する冷却装置を制御する装置に関する。

熱間圧延における品質制御には、製品の寸法制御と圧延材の温度制御がある。寸法制御としては、板厚制御、板幅制御、平坦度制御などが例示される。温度制御としては、仕上圧延機出側温度制御、巻取温度制御などが例示される。仕上圧延機出側温度制御は、仕上圧延機の出側における圧延材の温度を制御する温度制御である。巻取温度制御は、巻取機の入側における圧延材の温度を制御する温度制御である。

巻取温度制御は、一般に、圧延ラインに設けられた複数の冷却バンクを用いて行われる。複数の冷却バンクは、全体として１つの冷却設備を構成する。巻取温度制御では、例えば、プリセット計算、フィードフォワード制御及びフィードバック制御が行われる。以下、説明の便宜上、フィードフォワードを「ＦＦ」とも称し、フィードバックを「ＦＢ」とも称す。

プリセット計算は、冷却開始前に行われる。プリセット計算では、例えば、制御目標（目標温度）が与えられ、冷却設備による冷却後の圧延材の温度がこの目標温度になるように複数の冷却バンクでの各注水量が決定される。ＦＦ制御は、冷却設備による冷却動作の開始後、冷却対象の圧延材（以下、「ストリップ」とも称す。）の温度などを計測することにより行われる。ＦＦ制御では、例えば、計測された実績値に基づいて、プリセット計算時の注水量が変更される。ＦＢ制御は、冷却設備の出側におけるストリップの温度を計測することにより行われる。ＦＢ制御では、例えば、計測された温度実績値に基づいて、プリセット計算時の注水量が変更される。

特許文献１は、複数の冷却バンクを、注水を行う水冷バンクと注水を行わない空冷バンクとに分けて、ストリップの搬送方向における水冷バンクの全長を示す「冷却長」をセグメントごとに変更する第１実施形態を開示する。第１実施形態において、「冷却長」の変更は、プリセット計算時に予測したストリップの速度と実際の速度のずれから生じる温度の変化を補償するために行われる。尚、セグメントとは、搬送方向においてストリップを仮想的な長さで区切ったときの一区間を指す。

第１実施形態では、また、水冷バンクの一部においてＦＢ制御が行われる。このＦＢ制御では、冷却設備による冷却後の圧延材の実績温度と目標温度の温度差に基づいて、ＦＢ制御が行われる水冷バンクでの各注水量が変更される。第１実施形態では、更に、ＦＢ制御が行われる水冷バンクの位置から冷却設備の出側の位置までのストリップの搬送によるむだ時間の補償機能が言及されている。

特許文献１は、また、水冷バンクの一部を「ＦＦ制御用の冷却バンク」（以下、「ＦＦバンク」とも称す。）に割り当て、このＦＦバンクでの注水量をセグメントごとにＦＦ制御する第２実施形態を開示する。この第２実施形態では、ＦＦバンクの応答遅れのむだ時間に相当する距離だけ上流の位置において上記温度差が計算される。ＦＦ制御では、この温度差に基づいて、ＦＦバンクでの注水量が変更される。尚、第２実施形態では、第１実施形態の構成と共通する構成の説明が省略されている。そのため、第２実施形態でも水冷バンクの一部においてＦＢ制御が行われていると考えられる。第２実施形態において、ＦＢ制御が行われる水冷バンクは、「ＦＢ制御用の冷却バンク」（以下、「ＦＢバンク」とも称す。）に該当すると言える。

日本特開２００４－３４１２２号公報

特許文献１の第２実施形態では、ＦＦバンクの位置が特定されていない。また、この第２実施形態では、ＦＢバンク以外の水冷バンクが全てＦＦバンクであるのか、それとも、ＦＢバンク以外の水冷バンクの一部がＦＦバンクであるのかが不明である。そこで、まず、ＦＢバンク以外の水冷バンクが全てＦＦバンクである場合を検討する。ＦＦバンクの位置が圧延ラインの上流側に位置する場合を考える。この場合は、温度差が小さいことが予想される。そうすると、プリセット計算時の注水量をこの位置でわざわざ変更するメリットが小さい。そこで、今度は、ＦＦバンクの位置が圧延ラインの下流側に位置する場合を考える。ただし、この場合は、冷却設備における冷却パターン（冷却ルール）を保つ観点から次の問題がある。

冷却パターンは、冷却設備による冷却後のストリップの材質に大きな影響を与えることから、ストリップの冷却において重要な要素である。冷却パターンとしては、前段冷却及び後段冷却が例示される。前段冷却では、圧延ラインの上流側に位置する冷却バンクでの注水量が多く、圧延ラインの下流側に向かうほど冷却バンクでの注水量が少なくなる。反対に、後段冷却では、圧延ラインの下流側に位置する冷却バンクでの注水量が多く、圧延ラインの上流側に向かうほど冷却バンクでの注水量が少なくなる。前段冷却では、高温状態のストリップが急速に冷却される。そのため、圧延材の化学成分にも依存するが、前段冷却によれば、強度は高いが加工しにくい材料となる場合がある。後段冷却では、ストリップの温度が下がってから水冷される。そのため、後段冷却によれば、強度はあまり高くないが加工しやすい粘り気のある材料となる。

特許文献１の第２実施形態では、前段冷却が行われるとの説明がある。しかし、前段冷却が行われる場合に、圧延ラインの下流側に位置するＦＦバンクにおいてＦＦ制御が行われると、ＦＦバンクでの注水量が増加されることで冷却パターンが崩れてしまう。この問題は、ＦＢバンク以外の水冷バンクが全てＦＦバンクの場合だけでなく、ＦＢバンク以外の水冷バンクの一部がＦＦバンクの場合にも当てはまる。後者の場合には、この問題は顕著となる。何故なら、後者の場合は、ＦＦバンク、ＦＢバンク及びその他の水冷バンクから別々に注水が行われるためである。このように、冷却設備による冷却後のストリップの材質を所望のものにするには、冷却パターンを崩さないことが求められる。故に、ＦＦバンクでの注水量の変更には制約があると言える。従って、ＦＦバンクにおける冷却パターンを保ちながら冷却設備の出側におけるストリップの実績温度を目標温度に制御するための改良が望まれる。

本発明の１つの目的は、ＦＦバンクにおける冷却パターンを保ちながら、冷却設備の出側におけるストリップの実績温度を目標温度に制御することが可能な技術を提供することにある。

本発明は、圧延ラインに設けられて複数の冷却バンクによって圧延材を冷却する冷却装置の制御装置であり、次の特徴を有する。
前記制御装置は、前記冷却装置の出側に設けられた出側温度計の位置での前記圧延材の目標温度を示す出側温度目標値が、前記出側温度計により計測される前記圧延材の実績温度を示す出側温度実績値と一致するように、前記複数の冷却バンクでの各注水量を制御するように構成されている。
前記制御装置は、前記複数の冷却バンクでの各注水量の制御において、プリセット計算と、冷却履歴管理と、フィードフォワード計算と、フィードバック計算と、を行う。
前記制御装置は、前記プリセット計算において、
前記複数の冷却バンクを、注水量のフィードフォワード制御を行うためのフィードフォワードバンク、又は注水量のフィードバック制御を行うためのフィードバックバンクに設定する。前記フィードバックバンクは、前記圧延材に応じて前記圧延ラインの下流側から順に割り当てられる少なくとも１基の冷却バンクであり、前記フィードフォワードバンクは残りの冷却バンクである。
前記制御装置は、前記プリセット計算において、更に、
前記出側温度計の位置での前記圧延材の予測温度を示す出側温度予測値を計算し、
前記出側温度予測値が前記出側温度目標値と一致するように前記複数の冷却バンクでの各注水量を計算する。
前記制御装置は、前記冷却履歴管理において、
前記圧延材を搬送方向において仮想的な長さに区切ったときの一区間を示すセグメントごとに、前記圧延材の位置を把握し、
前記複数の冷却バンクの各位置での前記圧延材の実績速度と、前記複数の冷却バンクでの各注水量の履歴と、を含む冷却履歴をセグメントごとに記憶する。
前記制御装置は、前記フィードフォワード計算において、
前記冷却装置の入側に設けられた入側温度計の位置での前記圧延材の実績温度を示す入側温度実績値と、前記入側温度計の位置での前記圧延材の速度と、に基づいて、前記出側温度予測値をセグメントごとに計算し、
前記出側温度目標値と、セグメントごとに計算した前記出側温度予測値との差に基づいて、前記プリセット計算において計算された前記フィードフォワードバンクでの各注水量を変更する。
前記制御装置は、前記フィードバック計算において、前記出側温度実績値と、前記出側温度目標値との差をセグメントごとに計算する。
前記制御装置は、前記冷却履歴管理において、更に、前記フィードバック計算を再実施するための再計算位置を設定する。前記再計算位置は、前記フィードバックバンクの応答遅れに相当する距離だけ前記フィードバックバンクの位置よりも前記圧延ラインの上流側に位置する。
前記制御装置は、更に、前記再計算位置にセグメントが到達した場合、前記冷却履歴に基づいて、前記再計算位置に到達したセグメントについての前記出側温度予測値の再計算を行う。
前記制御装置は、前記フィードバック計算において、更に、
前記再計算位置にセグメントが到達した場合、前記フィードバックバンクの位置から前記出側温度計の位置までの搬送時間による遅れと、前記フィードバックバンクの応答遅れとを補償するための温度補正値を計算し、
前記出側温度目標値と、セグメントごとに計算した前記出側温度実績値と、再計算された前記出側温度予測値と、前記温度補正値と、に基づいて、前記プリセット計算において計算された前記フィードバックバンクでの各注水量をセグメントごとに変更する。

前記制御装置は、次の特徴を更に有していてもよい。
前記制御装置は、更に、前記圧延材の予測速度の計算を行うように構成されている。
前記制御装置は、前記再計算において、
前記入側温度計の位置から前記再計算位置までの前記冷却履歴に基づいて、前記入側温度計の位置から前記再計算位置まで搬送された前記圧延材の温度降下実績値をセグメントごとに計算し、
前記予測速度と、前記プリセット計算により得られた前記複数の冷却バンクでの各注水量と、に基づいて、前記再計算位置から前記出側温度計の位置までの前記圧延材の温度降下予測値をセグメントごとに計算し、
前記温度降下実績値と、前記温度降下予測値とに基づいて、前記出側温度予測値を計算する。

前記制御装置は、次の特徴を更に有していてもよい。
前記フィードフォワードバンクでの各注水量には、所定の冷却パターンが適用される。
前記制御装置は、前記フィードフォワード計算において、前記所定の冷却パターンの範囲内で前記フィードフォワードバンクでの各注水量を変更する。

前記制御装置は、次の特徴を更に有していてもよい。
前記フィードフォワードバンクでの各注水量には、所定の冷却パターンが適用される。
前記制御装置は、更に、
前記フィードバックバンクでの注水量が最大注水量又は最小注水量に近づいているか否かの判定を前記フィードバックバンクごとに行い、
前記フィードバックバンクでの注水量が最大注水量又は最小注水量に近づいていると判定された場合、前記所定の冷却パターンの範囲内で、前記フィードバックバンクでの注水又は注水の停止を前記フィードフォワードバンクに振り替える。

本発明によれば、冷却履歴管理において、フィードバック計算を再実施するための再計算位置の設定が行われる。この再計算位置は、フィードバックバンクの応答遅れに相当する距離だけフィードバックバンクの位置よりも圧延ラインの上流側に位置する。また、本発明によれば、再計算位置を利用した次のフィードバック計算が行われる。即ち、再計算位置にセグメントが到達した場合、フィードバックバンクの位置から出側温度計の位置までの搬送時間による遅れと、フィードバックバンクの応答遅れとを補償するための温度補正値が計算される。そして、出側温度目標値と、セグメントごとに計算した出側温度実績値と、再計算された出側温度予測値と、温度補正値と、に基づいて、プリセット計算において計算されたフィードバックバンクでの各注水量がセグメントごとに変更される。

再計算された出側温度予測値が各注水量の変更に考慮されることで、様々な圧延速度に対する温度制御の安定性をもたらすことが可能となる。加えて、温度補正値が各注水量の変更に考慮されることで、搬送時間による遅れと、フィードバックバンクの応答遅れとを補償することが可能となる。そのため、様々な圧延速度に対する温度制御の安定性を高めることも可能となる。従って、冷却設備の出側におけるセグメントの実績温度を目標温度に制御することが可能となる。

更に、本発明によれば、フィードバックバンクが冷却設備の出側から順に割り当てられる。そのため、フィードフォワードバンクにおける冷却パターンを遵守することも可能となる。故に、フィードフォワードバンクにおける冷却パターンを遵守しながら、冷却設備の出側におけるセグメントの実績温度を目標温度に制御することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る制御装置が適用される圧延ラインの構成例を示す図である。 第１実施形態に係る制御装置の機能構成例を示す図である。 再計算位置を説明する図である。 制御装置が行うＦＢ制御に関連する制御ブロック図である。 制御装置が行う温度制御の制御タイミングの一例を示す図である。 制御装置が行う温度制御の処理例を示すフローチャートである。 第１実施形態に係る制御装置の比較例の機能構成を示す図である。 比較例において、制御装置が行うＦＢ制御に関連する制御ブロック図である。 ＦＢバンクでの注水量が最大注水量に近づいたときの制御の概要を説明する図である。 ＦＢバンクでの注水量が最小注水量に近づいたときの制御の概要を説明する図である。 第２実施形態において制御装置が行う温度制御の処理例を示すフローチャートである。 第２実施形態において制御装置が行う温度制御の処理例を示すフローチャートである。 第２実施形態において制御装置が行う温度制御の処理例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態に係る冷却装置の制御装置について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、本発明は、下記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１．第１実施形態
まず、図１～８を参照しながら、本発明の第１実施形態に係る制御装置について説明する。

１－１．圧延ラインの構成例
図１は、第１実施形態に係る制御装置が適用される圧延ラインの構成例を示す図である。図１には、ランアウトテーブル（以下、「ＲＯＴ」とも称す。）１０の周辺の圧延ラインの構成例が描かれている。ＲＯＴ１０は、仕上圧延機１１による圧延後の圧延材（つまり、ストリップＭ）をコイラー１５に搬送するための設備である。ＲＯＴ１０には、冷却設備１２が設けられている。冷却設備１２は、ストリップＭの搬送方向に並べられたＮ基の冷却バンクを有している。図１に示す番号＃０１～＃Ｎは、これらの冷却バンクを区別するものであり、ＲＯＴ１０内の上流側から順に付されている。尚、本願における「上流」及び「下流」は、ストリップＭの搬送方向を基準とする。

冷却バンクのそれぞれは、ストリップＭの上面及び下面の少なくとも一方から冷却水を供給する複数のバルブを備えている。ある冷却バンクにおいてバルブを開く個数を変更することで、この冷却バンクでの注水量が変更される。後段の冷却バンク（例えば、＃０２の冷却バンク）のバルブ１本当たりの注水量を、前段の冷却バンク（例えば、＃０１の冷却バンク）のそれに比べて少ない量に設定してもよい。この場合、前段と後段の冷却バンクにおいてバルブを開く個数が同じでも、これらの冷却バンクの間で冷却の度合いに差を付けることが可能となる。尚、冷却バンクが備えるバルブの構成は、開状態と閉状態を切り替えて注水量を変更するものでもよいし、開度を変更することで注水量を連続的に変更するものでもよい。

ストリップＭは、ＲＯＴ１０上を図１の左側から右側に搬送される。ストリップＭが冷却設備１２を通過する間、ストリップＭは、少なくとも１基の冷却バンクから供給される冷却水によって所望の温度まで冷却される。ストリップＭの実績温度は、少なくとも入側温度計１３及び出側温度計１４において、常時、計測されている。入側温度計１３は、冷却設備１２の入側に設置された温度計である。出側温度計１４は、冷却設備１２の出側に設置された温度計である。冷却設備１２を通過したストリップＭは、コイラー１５によって巻き取られる。

入側温度計１３は、仕上圧延機１１の出側に位置し、仕上圧延機出側温度計とも呼ばれる。出側温度計１４は、コイラー１５の入側に位置し、巻取温度計とも呼ばれる。以下、説明の便宜上、入側温度計１３の位置を「ＦＤＴ(Finisher Delivery Thermometer)位置」とも称す。出側温度計１４の位置を「ＣＴ（Coiling Thermometer）位置」とも称す。

１－２．制御装置の構成例
第１実施形態に係る制御装置は、典型的には、少なくとも１つのプロセッサ、少なくとも１つのメモリ、及び、入出力インターフェースを備えるコンピュータから構成される。この制御装置は、製品板厚等の圧延に関する諸元を決定する上位コンピュータに接続されている。この上位コンピュータの機能の一部が制御装置に含まれていてもよい。

図２は、第１実施形態に係る制御装置の機能構成例を示す図である。図２に示されるように、制御装置２０は、プリセット計算部２１と、冷却履歴管理部２２と、フィードフォワード計算部（ＦＦ計算部）２３と、再計算部２４と、フィードバック計算部（ＦＢ計算部）２５と、を備えている。尚、これらの機能は、制御装置２０のプロセッサがメモリに記憶されている所定のプログラムを実行することにより実現される。

プリセット計算部２１は、ストリップＭの冷却を開始する前に、上位コンピュータから受け取った操業指令に基づき、冷却バンクの初期注水量をそれぞれ決定する。操業指令には、ストリップＭの出側温度目標値Ｔ_ＣＴ ^ＡＩＭ、冷却パターンなどが含まれる。出側温度目標値Ｔ_ＣＴ ^ＡＩＭは、ＣＴ位置でのストリップＭの目標温度である。冷却パターンとしては、前段冷却及び後段冷却が例示される。これらの例については既に説明したとおりである。

ストリップＭの先端部から冷却を開始するため、プリセット計算部２１は、ストリップＭが入側温度計１３に到達するよりも前に、冷却バンクの初期設定を決定し、かつ、冷却バンクでの各初期注水量を決定する。初期注水量の決定を行うタイミングは、バルブを開いてから冷却水がストリップに到達するまでの時間である「バルブ応答遅れ」を十分に考慮して決定される。この「バルブ応答遅れ」は、本明細書における「冷却バンクの応答遅れ」と同義である。

冷却バンクの初期設定では、冷却バンクがＦＦバンク又はＦＢバンクに設定される。第１実施形態では、ＦＦバンクがＲＯＴ１０内の上流側（圧延ラインの上流側）から順に設定され、ＦＢバンクがＲＯＴ１０内の下流側（圧延ラインの下流側）から順に設定される。冷却パターンはＦＦバンクに適用される。冷却パターンを崩さないようにするため、ＦＢバンクの総数は製品の諸元に応じて１～２程度とされる。図２に示される例では、＃Ｎ－１及び＃Ｎの冷却バンクがＦＢバンクに該当し、残りの冷却バンク（つまり、＃０１～＃Ｎ－２の冷却バンク）がＦＦバンクに該当する。

初期注水量の決定では、まず、ＦＤＴ位置からＣＴ位置までストリップＭが搬送されたときの当該ストリップＭの温度降下予測値ｄＴが計算される。温度降下予測値ｄＴの計算には、ＦＤＴ位置でのストリップＭの予測温度を示す入側温度予測値Ｔ_ＦＤＴ ^ＣＡＬが用いられる。また、この計算の結果に基づいて、ＣＴ位置でのストリップＭの予測温度を示す出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬが計算される。そして、出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬが出側温度目標値Ｔ_ＣＴ ^ＡＩＭと一致するように、初期注水量が決定される。初期注水量の決定に際しては、冷却バンクでの注水量の将来における変更（増加及び減少）を見込んだ値が用いられる。

出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬの計算は、例えば式（１）及び（２）を用いて行われる。

式（１）及び（２）の変数は次のとおりである。
ｔ（ＦＤＴ）：ＦＤＴ位置を通過する時刻［ｓ］
ｔ（ＣＴ）：ＣＴ位置を通過する時刻［ｓ］
ｈ：ストリップＭの板厚［ｍ］
γ（Ｔ（ｔ））：温度Ｔにおける比熱［Ｊ／（ｋｇ・ｄｅｇＣ）］
Ｔ（ｔ）：時間ｔにおけるストリップＭの温度［ｄｅｇＣ］
ρ：密度［ｋｇ／ｍ^３］
ｑ（ｖ^ｐｒｅ（ｔ），Ｔ（ｔ），δ^ｐｒｅ（ｔ），・・・）：熱流束［Ｗ／ｍ^２］
ｖ^ｐｒｅ（ｔ）：ストリップＭの予測速度［ｍ／ｓ］
δ^ｐｒｅ（ｔ）：決定された冷却の種類（注水による水冷又は空冷）［－］
尚、ストリップＭの予測速度は、冷却設備１２よりも上流側におけるストリップＭの速度実績値、熱間圧延ラインの操業状況などに基づいて計算され、必要に応じて繰り返し修正される。

冷却履歴管理部２２は、ストリップＭの位置及び冷却履歴をセグメントＳに基づいて管理する。セグメントＳは、ストリップＭを搬送方向において仮想的な長さに区切ったときの一区間を示す。冷却設備１２を通過する各セグメントＳの位置の管理（把握）は、圧延機（例えば、仕上圧延機１１）の出側でのストリップＭの速度に基づいて行われる。この速度は、圧延機のロール回転速度を用いて計算されてもよいし、直接計測されてもよい。冷却設備１２を通過する各セグメントＳの冷却履歴には、冷却バンクの各位置でのセグメントＳの実績速度と、冷却バンクでの各注水量の履歴と、が含まれる。

冷却履歴管理部２２は、また、フィードバック計算（ＦＢ計算）の再計算位置をセグメントＳごとに決定する。再計算位置は、ＦＢバンクでの各注水量の再計算を行う位置（つまり、ＦＢ計算の再実施の位置）である。ＦＦ計算の再実施については後述される。ここでは、まず、再計算位置について説明する。

図３は、再計算位置を説明する図である。図３には、＃Ｎ－１の冷却バンクの再計算位置ＳＰが示されている。この再計算位置ＳＰは、＃Ｎ－１の冷却バンクの位置よりも、むだ時間に相当する距離Ｄ２だけＲＯＴ１０内の上流側（圧延ラインの上流側）に位置している。むだ時間は、＃Ｎ－１の冷却バンクのバルブ応答遅れに相当する。尚、図３には、距離Ｄ２の隣に距離Ｄ１が示されている。距離Ｄ１は、＃Ｎ－１の冷却バンクの位置からＣＴ位置までの距離である。

ＦＦ計算部２３は、ｉ番目（ｉは自然数）のセグメントＳｉがＦＤＴ位置を通過する時、このセグメントＳｉのＣＴ位置での予測温度を示す出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬ（ｉ）を計算する。出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬ（ｉ）の計算は、例えば式（３）及び（４）を用いて行われる。

式（３）及び（４）に示される変数は次のとおりである。
Ｔ_ＦＤＴ ^ＡＣＴ（ｉ）：ＦＤＴ位置でのセグメントＳｉの実績温度［ｄｅｇＣ］
ｔ（ＦＤＴ）（ｉ）：セグメントＳｉがＦＤＴ位置を通過する時間［ｓ］
ｔ（ＣＴ）：セグメントＳｉがＣＴ位置を通過する時間［ｓ］
Ｔ（ｔ）（ｉ）：時間ｔにおけるセグメントＳｉの温度［ｄｅｇＣ］
その他の変数については式（１）及び（２）の変数と基本的に同じである。

ＦＦ計算部２３は、また、出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬ（ｉ）と出側温度目標値Ｔ_ＣＴ ^ＡＩＭ（ｉ）の差が小さくなるように、ＦＦバンクでの各注水量を変更する。変更に際しては、冷却パターンを維持するようこの冷却パターンの範囲内で各注水量が決定される。各注水量が決定されたら、ＦＦ制御が行われる。ＦＦ制御では、バルブ応答遅れが考慮される。具体的には、変更後の注水量に基づいた冷却に間に合うように、注水量が変更される冷却バンクにセグメントＳｉが到達する前に、この冷却バンクのバルブの開閉操作が開始される。

再計算部２４は、セグメントＳｉが再計算位置ＳＰに到達したときに、ＦＤＴ位置から再計算位置ＳＰまでの温度降下実績値ｄＴ^{ａｃｔｃａｌ}と、再計算位置ＳＰからＣＴ位置までの温度降下予測値ｄＴと、に基づいて、セグメントＳｉのＣＴ位置での出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬ（ｉ）を再計算する。温度降下実績値ｄＴ^{ａｃｔｃａｌ}は、冷却履歴に基づいて計算される。温度降下予測値ｄＴは、ストリップＭの予測速度と、ＦＢバンクでの各注水量と、に基づいて計算される。出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬ（ｉ）の再計算は、例えば式（５）～（７）を用いて行われる。

式（５）～（７）に示される変数は次のとおりである。
ｔ（ＳＰ）：セグメントＳｉが再計算位置ＳＰを通過する時間［ｓ］
ｖ^ａｃｔ（ｔ）：セグメントＳｉの実績速度［ｍ／ｓ］
δ^ａｃｔ（ｔ）：セグメントＳｉの実績として得られた冷却の種類（注水による水冷又は空冷）［－］
その他の変数については式（１）～（４）の変数と基本的に同じである。

ＦＢ計算部２５は、ＦＢ計算を行う。ＦＢ計算では、ＣＴ位置でのセグメントＳｉの実績温度を示す出側温度実績値Ｔ_ＣＴ ^ＡＣＴと、出側温度目標値Ｔ_ＣＴ ^ＡＩＭとの差が計算される。ＦＢ計算では、更に、スミス法を利用し、ＦＢバンクの各位置からＣＴ位置までの搬送時間による遅れと、当該ＦＢバンクの応答遅れと、に伴うセグメントＳｉの温度変化が補償される。このＦＢ計算について、図４を参照しながら説明する。

図４は、制御装置２０が行うＦＢ制御に関連する制御ブロック図である。図４には、フィードバックコントローラ２６と、制御対象２７と、が描かれている。フィードバックコントローラ２６は、ＰＩＤコントローラＧ_Ｃと、スミス補償器２８と、を備えている。

制御対象２７は、対象プラントＧ_Ｐと、搬送遅れｅ^－Ｄ１ｓと、バルブ応答遅れｅ^－Ｄ２ｓと、から構成される（“ｓ”はラプラス演算子）。搬送遅れｅ^－Ｄ１ｓは、ＦＢバンクの各位置からＣＴ位置までの距離Ｄ１を、セグメントＳｉを搬送する時間だけ遅れることを示す。バルブ応答遅れｅ^－Ｄ２ｓは、ＦＢバンクの応答がむだ時間だけ遅れることを示す。

スミス補償器２８は、対象プラントモデルＧ_ＰＭと、搬送遅れモデルｅ^{－Ｄ１Ｍｓ}と、バルブ応答遅れモデルｅ^{－Ｄ２Ｍｓ}と、から構成される。搬送遅れモデルｅ^{－Ｄ１Ｍｓ}は、ＦＢバンクの各位置からＣＴ位置までの搬送時間による遅れに伴うセグメントＳｉの温度補正値を計算するためのモデルである。バルブ応答遅れモデルｅ^{－Ｄ２ＭＳ}は、ＦＢバンクの応答遅れに伴うセグメントＳｉの温度補正値を計算するためのモデルである。

ＰＩＤコントローラ２６ａには、式（８）に示す温度差ΔＴ_Ｅが入力される。

式（８）に示される変数は次のとおりである。
ｒ：プリセット計算において得られたストリップＭのＣＴ位置での予測温度
ｙ：ストリップＭのＣＴ位置での実績温度
ｙ_Ｍ１：セグメントＳｉが再計算位置ＳＰに到達したときに計算される、当該セグメントＳｉのＣＴ位置での予測温度
ｙ_Ｍ２２：セグメントＳｉが再計算位置ＳＰに到達したときに計算されたｙ_Ｍ１であって、この計算後にメモリに記録され、当該セグメントＳｉがＣＴ位置に到達したときにメモリから読み出されたｙ_Ｍ１

１－３．制御装置による温度制御の流れ
図５及び６を参照しながら、冷却設備１２によるストリップＭの冷却の開始から終了までの制御の流れを説明する。図５は、制御装置２０が行う温度制御の制御タイミングの一例を示す図である。図６は、制御装置２０が行う温度制御の処理例を示すフローチャートである。

ストリップＭはＲＯＴ１０よりも上流に位置する圧延機において連続で圧延されている。そのため、例えば、ストリップＭの最先端のセグメントＳ１が入側温度計１３を通過した後、ストリップＭの最尾端のセグメントＳｍ（ｍは自然数）が出側温度計１４を通過するまで数分を要する。図５（ｉ）には、ＦＢ制御の開始前のＲＯＴ１０の状況が描かれている。この図５（ｉ）に示されるように、ＦＤＴ位置を通過したセグメントＳ１は、ＲＯＴ１０を進んでいき再計算位置ＳＰに到達する。尚、図５（ｉ）に示される再計算位置ＳＰは、＃Ｎ－１の冷却バンクの位置を基準としたものである。

セグメントＳｉ（１≦ｉ≦ｍ）が再計算位置ＳＰに到達するたびに、図６に示されるルーチンが実行される。図６に示されるルーチンでは、まず、カウンタＩｔｒがゼロに設定される（ステップＳ１０）。カウンタＩｔｒは、ステップＳ１４以降の処理で行われる収束計算に用いられる。

ステップＳ１０の処理に続いて、出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬ（ｉ）が計算（再計算）される（ステップＳ１１）。出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬ（ｉ）の計算（再計算）は、例えば式（５）～（７）を用いて行われる。ステップＳ１１の処理で計算された出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬ（ｉ）は、予測温度ｙＭ１（ｉ）としてメモリに保存される。

ステップＳ１１の処理に続いて、ＣＴ位置にセグメントＳｉが存在するか否かが判定される（ステップＳ１２）。ステップＳ１２の処理は、ＦＢ制御を開始するか否かを判定するために行われる。ＣＴ位置にセグメントＳｉが存在するか否かは、例えば、出側温度計１４において計測されたストリップＭの実績温度に基づいて判定される。

ステップＳ１２の処理において、ＣＴ位置にセグメントＳｉが存在すると判定された場合、ＦＢ制御が実行される（ステップＳ１３）。図５（ｉｉ）には、ＦＢ制御の実行中のＲＯＴ１０の状況が描かれている。この図５（ｉｉ）には、ＣＴ位置に存在するセグメントＳｊ（１≦ｊ≦ｍ）と、再計算位置ＳＰに存在するセグメントＳｋ（１≦ｋ≦ｍ）と、が描かれている。

ただし、セグメントＳｋの最先端部の実績温度の計測は安定しないことがある。そのため、この最先端部がＣＴ位置に到達したときのセグメントＳｋに対するＦＢ制御の実行は、この到達から所定時間（例えば、数秒）だけ遅らせて開始される。ＦＢ制御では、上記式（８）を用いて温度差ΔＴ_Ｅが計算され、この温度差ΔＴ_Ｅに基づいて＃Ｎ－１のＦＢバンクでの注水量が変更される。

例えば、セグメントＳｋが再計算位置ＳＰに到達したときの温度差ΔＴ_Ｅは、式（９）及び（１０）を用いて計算された予測温度ｙ_Ｍ１及びｙ_Ｍ２２を、上記式（８）に代入することにより計算される。

ここで、式（９）において予測温度ｙ_Ｍ２２にｙ_Ｍ１［ｊ］を用いる理由は次のとおりである。即ち、式（８）の説明で述べたように、式（８）に示した予測温度ｙ_Ｍ２２は、セグメントＳｉが再計算位置ＳＰに到達したときに計算される、搬送遅れ及びバルブ応答遅れを考慮した当該セグメントＳｉのＣＴ位置での予測温度である。ただし、この予測温度は、セグメントＳｊが再計算位置ＳＰに到達したときに計算された、当該セグメントＳｊのＣＴ位置での予測温度と等しい。そのため、式（９）では予測温度ｙ_Ｍ２２にｙ_Ｍ１［ｊ］が用いられている。

式（１０）に示される予測温度ｙ_Ｍ１［ｋ］の計算は、上記式（５）に基づいて行われる（ただし、式（５）の“ｉ”を“ｋ”と読み替える）。

ステップＳ１３の処理は、再計算位置ＳＰにセグメントＳｉが存在すると判定されている間、繰り返し実行される。図５（ｉｉｉ）には、セグメントＳｍ（最尾端のセグメントＳｉ）が再計算位置ＳＰに到達したときの状況が描かれている。セグメントＳｍが再計算位置ＳＰを通過した後は、図６に示されるルーチンの処理が終了される。

ステップＳ１２の処理において、ＣＴ位置にセグメントＳｉが存在しないと判定された場合、ステップＳ１４以降の処理が実行される。ステップＳ１４以降の処理は、ＦＢ制御の開始前の温度制御である。ステップＳ１４では、ステップＳ１１の処理で計算された出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬ（ｉ）と出側温度目標値Ｔ_ＣＴ ^ＡＩＭの差の絶対値が、閾値ΔＴ^ｔｏｌよりも小さいか否かが判定される。閾値ΔＴ^ｔｏｌは、ＦＢバンクでの注水量の変更が必要となる温度差であり、事前に設定されている。

ステップＳ１４の処理において、絶対値が閾値ΔＴ^ｔｏｌ以上であると判定された場合、出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬ（ｉ）と出側温度目標値Ｔ_ＣＴ ^ＡＩＭの差の符号が負であるか否かが判定される（ステップＳ１５）。この符号が負であるということは、出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬ（ｉ）が出側温度目標値Ｔ_ＣＴ ^ＡＩＭよりも低いことを意味する。反対に、この符号が正であるということは、出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬ（ｉ）が出側温度目標値Ｔ_ＣＴ ^ＡＩＭよりも高いことを意味する。

よって、符号が負であると判定された場合、ＦＢバンクでの注水量を減らす（ステップＳ１６）。注水量の減少は、具体的に、ＦＢバンクが有するバルブの１本を閉じることにより行われる。一方、符号が正であると判定された場合、ＦＢバンクでの注水量を増やす（ステップＳ１７）。注水量の増加は、具体的に、ＦＢバンクが有するバルブの１本を開くことにより行われる。

ステップＳ１６又はＳ１７の処理に続いて、出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬ（ｉ）が計算（再々計算）される（ステップＳ１８）。ステップＳ１８の処理の内容は、ステップＳ１２の処理と基本的に同じである。ステップＳ１８の処理で計算された出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬ（ｉ）は、予測温度ｙＭ１（ｉ）としてメモリに保存される。

ステップＳ１８の処理に続いて、カウンタＩｔｒが閾値Ｉｔｒ^ｍａｘを下回るか否かが判定される（ステップＳ１９）。閾値Ｉｔｒ^ｍａｘは、ステップＳ１４～Ｓ１８の処理の繰り返し回数の上限であり、事前に設定されている。閾値Ｉｔｒ^ｍａｘは、セグメントＳ（ｉ）の次に再計算位置ＳＰに到達するセグメントＳ（ｉ＋１）の温度制御の実行を妨げないようにセグメントＳ（ｉ）の長さ、セグメントＳ（ｉ）の速度実績、プロセッサの計算処理速度等を考慮して設定される。

ステップＳ１９の処理において、カウンタＩｔｒが閾値Ｉｔｒ^ｍａｘを上回ると判定された場合、図６に示されるルーチンの処理が終了される。そうでないと判定された場合、ステップＳ１４の処理に戻る。

１－４．効果
図７及び８を参照しながら、第１実施形態による効果について説明する。図７は、第１実施形態に係る制御システムの比較例の構成を示す図である。図８は、この比較例において、制御装置が行うＦＢ制御に関連する制御ブロック図である。図７は図２に対応しており、図８は図４に対応している。

図２と図７を比較すると分かるように、図７に示される比較例では、制御装置３０の機能構成において図２に示した制御装置２０のそれと異なる。具体的に、制御装置３０は、再計算部２４を備えていない点で制御装置２０と異なる。

既に説明したように、再計算部２４は、ＦＤＴ位置から再計算位置ＳＰまでの温度降下実績値ｄＴ^{ａｃｔｃａｌ}と、再計算位置ＳＰからＣＴ位置までの温度降下予測値ｄＴと、に基づいて出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬ（ｉ）を再計算する。これに対し、制御装置３０は、再計算部２４を備えていない。そのため、制御装置３０では、ＦＢバンクでの各注水量のＦＢ制御において、ＣＴ位置でのセグメントＳｉの実績温度を示す出側温度実績値Ｔ_ＣＴ ^ＡＣＴと、出側温度目標値Ｔ_ＣＴ ^ＡＩＭとの差に基づいたＦＢ計算を行うことしかできない。

この点、第１実施形態によれば、再計算位置ＳＰにおいて出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬ（ｉ）が再計算される。更に、ＰＩＤコントローラ２６ａに入力される温度差ΔＴ_Ｅに、この再計算された出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬ（ｉ）が考慮される。従って、様々な圧延速度に対する温度制御の安定性をもたらすことが可能となる。

ここで、特許文献１の第１実施形態のように、ＦＢ制御においてストリップの搬送によるむだ時間を補償することを考える。そこで、このむだ時間の補償を図７の制御装置３０で行う構成を考える。この場合に制御装置３０が行うＦＢバンクでの各注水量のＦＢ制御に関連する制御ブロック図を示したものが図８に該当する。図４と図８を比較すると分かるように、図８に示される比較例では、制御対象２７にバルブ応答遅れｅ^－Ｄ２Ｓが含まれない。また、スミス補償器２８がバルブ応答遅れモデルｅ^{－Ｄ２ＭＳ}を有していない。そのため、図８に示される比較例では、ＰＩＤコントローラ２６ａに入力される温度差ΔＴ_Ｅにバルブ応答遅れが考慮されない。

この点、第１実施形態によれば、温度差ΔＴ_Ｅに搬送遅れとバルブ応答遅れの両方が考慮されるので、様々な圧延速度に対する温度制御の安定性を高めることが可能となる。具体的に、図２に示した再計算位置ＳＰからＣＴ位置までの距離が２０ｍで、ストリップＭの搬送速度が１０又は２０ｍ／ｓである場合を考える。この場合、搬送時間は２．０ｓ又は１．０ｓとなる。バルブ応答遅れは一般に２～２．５ｓ程度であることから、バルブ応答遅れを無視することはできない。また、ストリップＭの搬送速度は板厚が小さくなるほど増加する傾向があり、板厚２０ｍｍでは２．０ｍ／ｓであった搬送速度が、板厚１．２ｍｍでは２０ｍ／ｓまで増加する。従って、特に薄い製品の圧延の際には、バルブ応答遅れの影響が大きくなる。

このように、第１実施形態によれば、再計算された出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬ（ｉ）と、搬送遅れと、バルブ応答遅れとを考慮したＦＢ制御が行われる。従って、セグメントＳｉの実績温度を目標温度に制御することが可能となる。また、第１実施形態によれば、ＦＢバンクがＲＯＴ１０内の下流側（圧延ラインの下流側）に１～２基程度設定される。従って、ＲＯＴ１０内の上流側（圧延ラインの上流側）に設定されるＦＦバンクでの冷却パターンを遵守しながら、セグメントＳｉの実績温度を目標温度に制御することが可能となる。

２．第２実施形態
次に、図９～１３を参照しながら、本発明の第２実施形態に係る温度制御システムについて説明する。なお、第１実施形態の説明と重複する説明については適宜省略される。

２－１．第２実施形態の概要
第１実施形態のＦＢ制御によれば、圧延材の速度変化があった場合においても、セグメントＳｉの実績温度を目標温度に制御することが可能となる。しかしながら、ＦＢバンクが有するバルブの本数には限りがあることから、注水量の増加代又は減少代には限界がある。そこで、第２実施形態では、ＦＢバンクでの注水量が最大注水量又は最小注水量に到達する前に、ＦＢバンクでの注水をＦＦバンクでの注水に振り替える。

図９は、ＦＢバンクでの注水量が最大注水量（ＭＡＸ）に近づいたときの制御の概要を説明する図である。図９では、ＦＢバンクとしての＃Ｎ－１の冷却バンクに着目する。図９（ｉ）に示されるように、＃Ｎ－１の冷却バンクでは合計６本のバルブから冷却水が供給されている。図９（ｉ）は、＃Ｎ－１の冷却バンクの合計４本のバルブが開かれていた状況において、圧延ラインの上流側に位置する上下２本のバルブが更に開かれた直後の状況を示している。ここで、＃Ｎ－１の冷却バンクが有するバルブの総本数が例えば８の場合、図９（ｉ）に示される状況は、ＦＢバンクでの注水量が最大注水量に近づいていると言える。一方、ＦＦバンクとしての＃ｈ（１≦ｈ≦Ｎ－２）の冷却バンクでは冷却水の供給が行われていない（つまり、空冷）。

第２実施形態では、そこで、図９（ｉｉ）に示されるように、＃Ｎ－１の冷却バンクの合計４本のバルブからの注水を、＃ｈの冷却バンクの合計２本のバルブからの注水に振り替える。＃ｈの冷却バンクからの注水だけでこの振替が賄えない場合は、冷却パターンを遵守しながら＃ｈの冷却バンクと、これ以外の冷却バンクとで＃Ｎ－１の冷却バンクでの注水を分担してもよい。例えば、冷却パターンが前段冷却の場合、この冷却のパターンを遵守するため、＃Ｎ－１の冷却バンクでの注水を、＃ｈ及び＃ｈ＋１の冷却バンクで分担してもよい。振替に伴う＃ｈの冷却バンクでの注水は、振り替えられた注水が行われるセグメントＳｉ（以下、「対象セグメントＴＳｉ」とも称す。）が＃ｈの冷却バンクの位置に到達する前に開始される。＃ｈの冷却バンクでの注水は、また、バルブ応答遅れを考慮して開始される。

図９（ｉｉｉ）に示されるように、振替に伴う＃Ｎ－１の冷却バンクの４本のバルブからの注水の停止は、対象セグメントＴＳｉが＃Ｎ－１の冷却バンクの位置に到達する前に行われる。対象セグメントＴＳｉに冷却水がかからないように、注水の停止は、バルブ応答遅れの分だけ早く行われる。

図１０は、ＦＢバンクでの注水量が最小注水量（ＭＩＮ）に近づいたときの制御の概要を説明する図である。図９同様、図１０でも、ＦＢバンクとしての＃Ｎ－１の冷却バンクに着目する。図１０（ｉ）に示されるように、＃Ｎ－１の冷却バンクでは合計２本のバルブから冷却水が供給されている。図１０（ｉ）は、＃Ｎ－１の冷却バンクの合計４本のバルブが開かれていた状況において、圧延ラインの上流側に位置する上下２本のバルブが閉じられた直後の状況を示している。故に、図１０（ｉ）に示される状況は、ＦＢバンクでの注水量が最小注水量に近づいていると言える。一方、ＦＦバンクとしての＃ｈの冷却バンクでは、合計４本のバルブから冷却水の供給が行われている。

第２実施形態では、そこで、図１０（ｉｉ）に示されるように、＃Ｎ－１の冷却バンクの合計２本のバルブからの注水の停止を、＃ｈの冷却バンクの合計２本のバルブからの注水の停止に振り替える。＃ｈの冷却バンクの注水の停止だけでこの振替が賄えない場合は、冷却パターンを遵守しながら＃ｈの冷却バンクと、これ以外の冷却バンクとで＃Ｎ－１の冷却バンクでの注水を分担してもよい。例えば、冷却パターンが前段冷却の場合、この冷却のパターンを遵守するため、＃Ｎ－１の冷却バンクでの注水の停止を、＃ｈ－１及び＃ｈの冷却バンクで分担してもよい。振替に伴う＃ｈの冷却バンクでの注水の停止は、対象セグメントＴＳｉが＃ｈの冷却バンクの位置に到達する前に行われる。＃ｈの冷却バンクでの注水の停止は、また、バルブ応答遅れを考慮して行われる。

図１０（ｉｉｉ）に示されるように、振替に伴う＃Ｎ－１の冷却バンクの２本のバルブからの注水は対象セグメントＴＳｉが＃Ｎ－１の冷却バンクの位置に到達する前に行われる。対象セグメントＴＳｉに冷却水がかかるように、注水は、バルブ応答遅れの分だけ早く行われる。

注水の振替を行うか否かは、例えば、最大注水量に相当する上限側閾値、又は最小注水量に相当する下限側閾値に関する次の条件（１１）及び（１２）に基づいて判定される。条件（１１）又は（１２）が満たされる場合、注水の振替を行う。

条件（１１）及び（１２）の両辺の値の意味は次のとおりである。
α_ＦＢ ^ＵＰ：上限側閾値の調整係数
α_ＦＢ ^ＬＷ：下限側閾値の調整係数
Ｎ_ＦＢ ^ＡＶＡ：使用可能なバルブの総数
Ｎ_ＦＢ ^ＯＮ：現在開いているバルブの総数

２－２．制御装置による処理例
図１１～１３は、第２実施形態において制御装置２０が行う温度制御の処理例を示すフローチャートである。図１１～１３に示されるフローチャートは、例えば、図６に示したステップＳ１３の処理の一部として実行される。

図１１に示されるルーチンでは、まず、条件（１１）が満たされるか否かが判定される（ステップＳ２０）。条件（１１）が満たされるということは、ＦＢバンクでの注水量が最大注水量に近づいていることを意味する。この場合は、図１２に示されるルーチンの処理が実行される。一方、条件（１１）が満たされないと判定された場合、条件（１２）が満たされるか否かが判定される（ステップＳ２１）。条件（１２）が満たされるということは、ＦＢバンクでの注水量が最小注水量に近づいていることを意味する。この場合は、図１３に示されるルーチンの処理が実行される。

２－２－１．注水量が最大注水量に近づいている場合
図１２に示されるルーチンでは、まず、ケース番号Ｎｍｍが設定される（ステップＳ３０）。ケース番号Ｎｍｍは、ステップＳ３１～Ｓ３３の処理の結果をメモリに保存するための連続番号である（Ｎｍｍの初期値は１）。ステップＳ３０の処理では、また、ＦＦバンクのバルブの変更数Ｎ_{ＣＨ＿ＦＦ}の初期値Ｎ_{ＣＨ＿ＦＦ} ^ＩＮＩと、ＦＢバンクのバルブの変更数Ｎ_{ＣＨ＿ＦＢ}の初期値Ｎ_{ＣＨ＿ＦＢ} ^ＩＮＩが設定される。

初期値Ｎ_{ＣＨ＿ＦＦ} ^ＩＮＩ及びＮ_{ＣＨ＿ＦＢ} ^ＩＮＩは、式（１３）及び（１４）により表される。

尚、変更数Ｎ_{ＣＨ＿ＦＢ}及びＮ_{ＣＨ＿ＦＦ}は、調整項として適宜変更することができる。

ＦＢバンクのバルブの本数を減らすときの変更数Ｎ_{ＣＨ＿ＦＢ}の上限Ｎ_{ＣＨ＿ＦＢ} ^{ＭＡＸ＿Ｄｅｃ}は、事前に設定されている。例えば、一度の変更で最大４本のバルブを閉じることができるとする（つまり、Ｎ_{ＣＨ＿ＦＢ} ^{ＭＡＸ＿Ｄｅｃ}＝４）。一方、ＦＦバンクのバルブの本数を増やすときの変更数Ｎ_{ＣＨ＿ＦＦ}の上限Ｎ_{ＣＨ＿ＦＦ} ^{ＭＡＸ＿Ｉｎｃ}は、冷却パターンに従い、現状使用可能な閉状態のバルブ（つまり、振替によって開状態に変更可能なバルブ）の数が設定される。

ステップＳ３０の処理では、更に、振替の対象となるＦＦバンクのバルブ（以下、「振替バルブ」とも称す。）が冷却パターンに従って決定される。冷却パターンが前段冷却の場合を考える。この場合、振替バルブは、ＦＦバンクが有する現状使用可能な閉状態のバルブのうち、ＲＯＴ１０内の最も上流に位置するバルブ（つまり、冷却設備１２の入側に最も近いＦＦバンクのバルブ）である。変更数Ｎ_{ＣＨ＿ＦＢ}が２以上の場合は、振替の対象となるＦＦバンク（以下、「振替バンク」とも称す。）が有する２以上のバルブが振替バルブに該当する。

ステップＳ３０の処理に続いて、対象セグメントＴＳｉが決定される（ステップＳ３１）。ＦＦバンクのあるバルブを開くとき、そのバルブの注水量が実際に変化するまでにはバルブ応答遅れが存在する。そこで、ステップＳ３１の処理では、早期の振替を行うため、振替バルブを開くことで注水量が変化したときに、この振替バルブの位置を最初に通過するセグメントＳｉが予測される。このセグメントＳｉが対象セグメントＴＳｉに設定される。

尚、近年の計算機制御システムであれば計算時間及び伝送時間は数ｍｓｅｃ程度であることから、対象セグメントＴＳｉの予測計算に要する時間が対象セグメントＴＳｉの温度変化に影響することは殆どない。また、この予測計算において、対象セグメントＴＳｉの搬送に要する時間は、ストリップＭの予測速度により計算される。この予測速度は、ストリップＭの速度実績値、熱間圧延ラインの操業状況などに基づいて計算され、必要に応じて繰り返し修正される。

ステップＳ３１の処理に続いて、対象セグメントＴＳｉのＣＴ位置での予測温度を示す出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬ（Ｎｍｍ）が計算される（ステップＳ３２）。出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬ（Ｎｍｍ）の計算は、例えば式（５）～（７）を用いて行われる（ただし、式（５）～（７）の“セグメントＳｉ”を“対象セグメントＴＳｉ”と読み替える）。

ステップＳ３２の処理に続いて、ステップＳ３２の処理で計算された出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬ（Ｎｍｍ）と、出側温度目標値Ｔ_ＣＴ ^ＡＩＭの差の絶対値が、閾値ΔＴ^ｔｏｌよりも小さいか否かが判定される（ステップＳ３３）。ステップＳ３３の処理は、図６に示したステップＳ１４の処理と基本的に同じである。

ステップＳ３３の処理において、絶対値が閾値ΔＴ^ｔｏｌ以上であると判定された場合、ステップＳ３１～Ｓ３３の処理の結果が保存される（ステップＳ３４）。続いて、出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬ（Ｎｍｍ）と出側温度目標値Ｔ_ＣＴ ^ＡＩＭの差の符号が負であるか否かが判定される（ステップＳ３５）。ステップＳ３５の処理は、図６に示したステップＳ１５の処理と同じである。

差の符号が負であるということは、出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬ（Ｎｍｍ）が出側温度目標値Ｔ_ＣＴ ^ＡＩＭよりも低いことを意味する。そこで、符号が負であると判定された場合は、ＦＢバンクが有する開状態のバルブの数を１本減らす（変更数Ｎ_{ＣＨ＿ＦＢ}→変更数Ｎ_{ＣＨ＿ＦＢ}－１）（ステップＳ３６）。これにより、ＦＢバンクでの注水量が減るので、出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬ（Ｎｍｍ）が上昇する。

差の符号が正であるということは、出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬ（Ｎｍｍ）が出側温度目標値Ｔ_ＣＴ ^ＡＩＭよりも高いことを意味する。そのため、ＦＢバンクが有する開状態のバルブの数を増やすことが考えられるが、ＦＢバンクでの注水量は最大注水量に近づいている。そこで、符号が正であると判定された場合は、振替バンクにおける振替バルブ（閉状態から開状態に切り替えるバルブ）の数を１本増やす（変更数Ｎ_{ＣＨ＿ＦＦ}→変更数Ｎ_{ＣＨ＿ＦＦ}＋１）（ステップＳ３７）。これにより、振替バンクでの注水量が増えるので、出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬ（Ｎｍｍ）が減少する。

ステップＳ３６又はＳ３７の処理に続いて、変更数Ｎ_{ＣＨ＿ＦＢ}又はＮ_{ＣＨ＿ＦＦ}が上限に到達したか否かが判定される（ステップＳ３８）。ステップＳ３８の処理は、条件（１５）又は（１６）が満たされるか否かにより行われる。

式（１５）に示すａｂｓ（Ｎ_{ＣＨ＿ＦＢ}）は変更数Ｎ_{ＣＨ＿ＦＢ}の絶対値であり、式（１６）に示すａｂｓ（Ｎ_{ＣＨ＿ＦＦ}）は変更数Ｎ_{ＣＨ＿ＦＦ}の絶対値である。

ステップＳ３８の処理において、変更数Ｎ_{ＣＨ＿ＦＢ}又はＮ_{ＣＨ＿ＦＦ}が上限に到達していないと判定された場合は、ケース番号Ｎｍｍを１だけ増加させてステップＳ３１の処理に戻る（Ｎｍｍ→Ｎｍｍ＋１）。つまり、ステップＳ３１～Ｓ３８の処理は、ステップＳ３３の処理において肯定的な判定結果が得られるまでケース番号Ｎｍｍを増やしながら繰り返し実行される。

ステップＳ３８の処理において、変更数Ｎ_{ＣＨ＿ＦＢ}又はＮ_{ＣＨ＿ＦＦ}が上限に到達したと判定された場合は、ケース番号Ｎｍｍと対象セグメントＴＳｉの最適な組み合わせが選択される（ステップＳ３９）。最適な組み合わせは、ステップＳ３４の処理によってメモリに保存されていたケース番号Ｎｍｍの内から、出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬ（Ｎｍｍ）と出側温度目標値Ｔ_ＣＴ ^ＡＩＭの差の絶対値が最も小さいケース番号Ｎｍｍを選択することにより行われる。

２－２－２．注水量が最小注水量に近づいている場合
図１３に示されるルーチンでは、まず、ケース番号Ｎｍｍが設定される（ステップＳ４０）。ステップＳ４０の処理の内容は、図１２に示したステップＳ３０のそれと基本的に同じである。ただし、初期値Ｎ_{ＣＨ＿ＦＦ} ^ＩＮＩ及びＮ_{ＣＨ＿ＦＢ} ^ＩＮＩは、式（１７）及び（１８）により表される。

ＦＢバンクのバルブの本数を増やすときの変更数Ｎ_{ＣＨ＿ＦＢ}の上限Ｎ_{ＣＨ＿ＦＢ} ^{ＭＡＸ＿Ｉｎｃ}は、事前に設定されている。例えば、一度の変更で最大４本のバルブを開くことができるとする（つまり、Ｎ_{ＣＨ＿ＦＢ} ^{ＭＡＸ＿Ｉｎｃ}＝４）。一方、ＦＦバンクのバルブの本数を減らすときの変更数Ｎ_{ＣＨ＿ＦＦ}の上限Ｎ_{ＣＨ＿ＦＦ} ^{ＭＡＸ＿Ｄｅｃ}は、冷却パターンに従い、現状使用可能な開状態のバルブ（つまり、振替によって閉状態に変更可能なバルブ）の数が設定される。

ステップＳ４０の処理では、更に、振替バルブが冷却パターンに従って決定される。冷却パターンが前段冷却の場合を考える。この場合、振替バルブは、ＦＦバンクが有する現状使用可能な開状態のバルブのうち、最も下流に位置するバルブ（つまり、冷却設備１２の出側に最も近いＦＦバンクのバルブ）である。変更数Ｎ_{ＣＨ＿ＦＢ}が２以上の場合は、振替バンクが有する２以上のバルブが振替バルブに該当する。

ステップＳ４０の処理に続いて、対象セグメントＴＳｉが決定される（ステップＳ４１）。ＦＦバンクのあるバルブを閉じるとき、そのバルブの注水量が実際に変化するまでにはバルブ応答遅れが存在する。そこで、ステップＳ４１の処理では、早期の振替を行うため、振替バルブを閉じることで注水量が変化したときに、この振替バルブの位置を最初に通過するセグメントＳｉが予測される。このセグメントＳｉが対象セグメントＴＳｉに設定される。

ステップＳ４１の処理に続いて、ステップＳ４２～Ｓ４５の処理が行われる。ステップＳ４２及びＳ４３の処理の内容は、図１２に示したステップＳ３２～Ｓ３５のそれと同じである。

ステップＳ４５の処理において、差の符号が負であるということは、出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬ（Ｎｍｍ）が出側温度目標値Ｔ_ＣＴ ^ＡＩＭよりも低いことを意味する。そのため、ＦＢバンクが有する閉状態のバルブの数を増やすことが考えられるが、ＦＢバンクでの注水量は最小注水量に近づいている。そこで、差の符号が負であると判定された場合は、ＦＦバンクにおける振替バルブ（開状態から閉状態に切り替えるバルブ）の数を１本増やす（変更数Ｎ_{ＣＨ＿ＦＦ}→変更数Ｎ_{ＣＨ＿ＦＦ}＋１）（ステップＳ４６）。これにより、振替バンクでの注水量が減るので、出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬ（Ｎｍｍ）が上昇する。

一方、差の符号が正であるということは、出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬ（Ｎｍｍ）が出側温度目標値Ｔ_ＣＴ ^ＡＩＭよりも高いことを意味する。そこで、差の符号が正であると判定された場合は、ＦＢバンクが有する開状態のバルブの数を１本増やす（変更数Ｎ_{ＣＨ＿ＦＢ}→変更数Ｎ_{ＣＨ＿ＦＢ}＋１）（ステップＳ４７）。これにより、ＦＢバンクでの注水量が増えるので、出側温度予測値Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬ（Ｎｍｍ）が減少する。

ステップＳ４６又はＳ４７の処理に続いて、変更数Ｎ_{ＣＨ＿ＦＢ}又はＮ_{ＣＨ＿ＦＦ}が上限に到達したか否かが判定される（ステップＳ４８）。ステップＳ４８の処理は、条件（１９）又は（２０）が満たされるか否かにより行われる。

ステップＳ４８の処理において、変更数Ｎ_{ＣＨ＿ＦＢ}又はＮ_{ＣＨ＿ＦＦ}が上限に到達していないと判定された場合は、ケース番号Ｎｍｍを１だけ増加させてステップＳ４１の処理に戻る（Ｎｍｍ→Ｎｍｍ＋１）。つまり、ステップＳ４１～Ｓ４８の処理は、ステップＳ４３の処理において肯定的な判定結果が得られるまでケース番号Ｎｍｍを増やしながら繰り返し実行される。

ステップＳ４８の処理において、変更数Ｎ_{ＣＨ＿ＦＢ}又はＮ_{ＣＨ＿ＦＦ}が上限に到達したと判定された場合は、ケース番号Ｎｍｍと対象セグメントＴＳｉの最適な組み合わせが選択される（ステップＳ４９）。ステップＳ４９の処理の内容は図１２に示したステップＳ３９のそれと同じである。

２－３．効果
第２実施形態によれば、ＦＢバンクでの注水量が最大注水量又は最小注水量になること回避しながら、対象セグメントＴＳｉを含むセグメントＳｉの実績温度を目標温度に制御することが可能となる。

１０ ランアウトテーブル（ＲＯＴ）
１２ 冷却設備
１３ 入側温度計
１４ 出側温度計
２０，３０ 制御装置
２１ プリセット計算部
２２ 冷却履歴管理部
２３ フィードフォワード計算部
２４ 再計算部
２５ フィードバック計算部
２６ フィードバックコントローラ
２７ 制御対象
２８ スミス補償器
Ｍ ストリップ（圧延材）
Ｓ，Ｓｉ，Ｓｊ，Ｓｋ，Ｓｍ セグメント
ＳＰ 再計算位置
Ｔ_ＣＴ ^ＡＣＴ 出側温度実績値
Ｔ_ＣＴ ^ＡＩＭ 出側温度目標値
Ｔ_ＣＴ ^ＣＡＬ 出側温度予測値
Ｔ_ＦＤＴ ^ＣＡＬ 入側温度予測値
ｄＴ 温度降下予測値
ｄＴ^{ａｃｔｃａｌ} 温度降下実績値

Claims (4)

1. 圧延ラインに設けられて複数の冷却バンクによって圧延材を冷却する冷却装置の制御装置であって、
   前記制御装置は、前記冷却装置の出側に設けられた出側温度計の位置での前記圧延材の目標温度を示す出側温度目標値が、前記出側温度計により計測される前記圧延材の実績温度を示す出側温度実績値と一致するように、前記複数の冷却バンクでの各注水量を制御するように構成され、
   前記制御装置は、前記複数の冷却バンクでの各注水量の制御において、プリセット計算と、冷却履歴管理と、フィードフォワード計算と、フィードバック計算とを行い、
   前記制御装置は、前記プリセット計算において、
   前記複数の冷却バンクを、注水量のフィードフォワード制御を行うためのフィードフォワードバンク、又は注水量のフィードバック制御を行うためのフィードバックバンクに設定し、
   前記フィードバックバンクは、前記圧延材に応じて前記圧延ラインの下流側から順に割り当てられる少なくとも１基の冷却バンクであり、前記フィードフォワードバンクは残りの冷却バンクであり、
   前記出側温度計の位置での前記圧延材の予測温度を示す出側温度予測値を計算し、
   前記出側温度予測値が前記出側温度目標値と一致するように前記複数の冷却バンクでの各注水量を計算し、
   前記制御装置は、前記冷却履歴管理において、
   前記圧延材を搬送方向において仮想的な長さに区切ったときの一区間を示すセグメントごとに、前記圧延材の位置を把握し、
   前記複数の冷却バンクの各位置での前記圧延材の実績速度と、前記複数の冷却バンクでの各注水量の履歴と、を含む冷却履歴をセグメントごとに記憶し、
   前記制御装置は、前記フィードフォワード計算において、
   前記冷却装置の入側に設けられた入側温度計の位置での前記圧延材の実績温度を示す入側温度実績値と、前記入側温度計の位置での前記圧延材の速度と、に基づいて、前記出側温度予測値をセグメントごとに計算し、
   前記出側温度目標値と、セグメントごとに計算した前記出側温度予測値との差に基づいて、前記プリセット計算において計算された前記フィードフォワードバンクでの各注水量を変更し、
   前記制御装置は、前記フィードバック計算において、前記出側温度実績値と、前記出側温度目標値との差をセグメントごとに計算し、
   前記制御装置は、前記冷却履歴管理において、更に、前記フィードバック計算を再実施するための再計算位置を設定し、
   前記再計算位置は、前記フィードバックバンクの応答遅れに相当する距離だけ前記フィードバックバンクの位置よりも前記圧延ラインの上流側に位置し、
   前記制御装置は、更に、前記再計算位置にセグメントが到達した場合、前記冷却履歴に基づいて、前記再計算位置に到達したセグメントについての前記出側温度予測値の再計算を行い、
   前記制御装置は、前記フィードバック計算において、更に、
   前記再計算位置にセグメントが到達した場合、前記フィードバックバンクの位置から前記出側温度計の位置までの搬送時間による遅れと、前記フィードバックバンクの応答遅れとを補償するための温度補正値を計算し、
   前記出側温度目標値と、セグメントごとに計算した前記出側温度実績値と、再計算された前記出側温度予測値と、前記温度補正値と、に基づいて、前記プリセット計算において計算された前記フィードバックバンクでの各注水量をセグメントごとに変更する
   ことを特徴とする冷却装置の制御装置。
2. 前記制御装置は、更に、前記圧延材の予測速度の計算を行い、
   前記制御装置は、前記再計算において、
   前記入側温度計の位置から前記再計算位置までの前記冷却履歴に基づいて、前記入側温度計の位置から前記再計算位置まで搬送された前記圧延材の温度降下実績値をセグメントごとに計算し、
   前記予測速度と、前記プリセット計算により得られた前記複数の冷却バンクでの各注水量と、に基づいて、前記再計算位置から前記出側温度計の位置までの前記圧延材の温度降下予測値をセグメントごとに計算し、
   前記温度降下実績値と、前記温度降下予測値とに基づいて、前記出側温度予測値を計算する
   ことを特徴とする請求項１に記載の冷却装置の制御装置。
3. 前記フィードフォワードバンクでの各注水量には、所定の冷却パターンが適用され、
   前記制御装置は、前記フィードフォワード計算において、前記所定の冷却パターンの範囲内で前記フィードフォワードバンクでの各注水量を変更する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の冷却装置の制御装置。
4. 前記フィードフォワードバンクでの各注水量には、所定の冷却パターンが適用され、
   前記制御装置は、更に、
   前記フィードバックバンクでの注水量が最大注水量又は最小注水量に近づいているか否かの判定を前記フィードバックバンクごとに行い、
   前記フィードバックバンクでの注水量が最大注水量又は最小注水量に近づいていると判定された場合、前記所定の冷却パターンの範囲内で、前記フィードバックバンクでの注水又は注水の停止を前記フィードフォワードバンクに振り替える
   ことを特徴とする請求項１～３の何れか１項に記載の冷却装置の制御装置。

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