热轧机的温度控制装置的制造方法

热轧机的温度控制装置的制造方法
【专利摘要】本发明所涉及的热轧机的温度控制装置从设定在热转换机的出口侧的温度管理装置的材料温度的计算值或者测定值与提供的温度目标值的偏差，抽出高频分量、中频分量、以及低频分量。而且，基于高频分量，修正对电力变更装置设定的感应加热装置的电力的基准值，基于中频分量，修正对流量变更装置设定的冷却水流量的基准值，基于低频分量，修正对速度变更装置设定的辊子旋转速度的基准值。
【专利说明】
热轧机的温度控制装置
技术领域
[0001] 本发明涉及热乳机的温度控制装置，更详细地说，涉及如下温度控制装置:对温度 调整单元进行操作使得设定在乳机的出口侧的温度管理位置的材料温度成为目标值。
【背景技术】
[0002] 在热乳中，需要获得抗拉强度等所期望的产品的材质特性，还要求良好地保持产 品的表面品质。为了应对上述要求，进行如下的温度控制:在乳机的出口侧设定温度管理位 置，使在该温度管理位置的材料温度在材料的整个长度上与指定的目标值一致。
[0003] 作为在热乳中对材料温度进行调整的单元，已知有下述的三个单元。以往，提出了 使用这些温度调整单元的各种温度控制方法。 第一温度调整单元:对乳制速度进行变更 第二温度调整单元:对冷却装置的冷却水流量进行变更 第三温度调整单元:对感应加热装置的电力进行变更
[0004] 例如，在专利文献1中，示出利用第一温度调整单元以及第二温度调整单元的温度 控制方法。根据该文献公开的方法，对于材料的长边方向的多个计算点，使用温度模型计算 需要的冷却水流量，并且通过前馈控制操作冷却水流量。此外，通过反馈控制操作冷却水流 量，使得温度管理位置的材料温度和目标值的偏差减少。并且，在冷却水流量达到上限或者 下限时，通过反馈控制进行乳制速度的修正，使得材料温度变为目标值。
[0005] 此外，在专利文献2中，示出利用第三温度调整单元的温度控制方法。在用加热炉 对材料进行升温时，若材料与水冷的炉内的支撑梁接触，则在材料与支撑梁接触的部分产 生由温度降低引起的冷痕。根据在专利文献2中公开的方法，通过对于冷痕局部地增加感应 加热的电力，从而抑制温度管理位置的温度的变动。 现有技术文献 专利文献
[0006] 专利文献1:日本专利第3657750号公报 专利文献2:日本专利公开昭61 - 29110号公报 专利文献3:日本专利特开平3 - 99710号公报 专利文献4:日本专利第3041134号公报 专利文献5:国际公开第10/058457号

【发明内容】
发明所要解决的技术问题
[0007] 然而，上述的第一至第三温度调整单元在温度调整的响应特性上有区别。其中，此 处所谓的响应特性是指操作上的各种限制也包括在内的响应特性，不一定和设备单体的响 应特性一致。将在包含操作上的各种限制下能进行快速变更的情况称为响应快，将限于缓 慢变更的情况称为响应慢。
[0008] 就第一温度调整单元而言，快速的乳制速度变更成为生产线整体的控制干扰。因 此，用于温度调整的乳制速度的变更限于缓慢的变更。即，第一温度调整单元对于温度调整 的响应较慢。此外，在控制干扰中，包含机架间的张力变动导致板宽精度降低、和下游的冷 却设备(输出辊道)的水冷的冷却时间变化导致卷绕机入口侧温度发生变动等。
[0009] 另一方面，感应加热装置的电力的变更利用电气线路，因此响应较好，能进行快速 变更。即，第三温度调整单元对于温度调整的响应较快。
[0010] 对于第二温度调整单元，在将响应较好的伺服阀等用于冷却装置的情况下，在变 更性以及变更范围两方面，能获得第一温度调整单元和第三温度调整单元的中间的特性。 因此，将三个温度调整单元的响应特性进行比较，则可知按照第三温度调整单元、第二温度 调整单元、第一温度调整单元的顺序，温度调整的响应依次变快。
[0011] 然而，上述的第一至第三温度调整单元间的响应特性的区别在以往的温度控制方 法中，没有被充分地考虑。即，以往的温度控制方法仅将第一至第三温度控制单元组合，这 对于提高温度精度存在限制。
[0012] 具体而言，对于冷痕那样的短时间的现象，即使用响应慢的第一温度调整单元，也 不能充分地去除材料的温度变动。另一方面，材料的前端部和尾端部在乳机列的入口侧的 待机时间存在差异。因此，存在由待机时间的差异引起长边方向的温度差(热无序)达到数 10°c的情况。若想要仅用第三温度调整单元就将上述长时间内较大的温度变动全部去除， 则有时感应加热装置的电力值容易达到上限或者下限，从而难以保持材料温度目标值。此 外，如在专利文献1中公开的那样，也有如下方式:首先利用响应较好的温度调整单元进行 温度调整，若该温度调整单元的操作量接近上限或者下限，则切换成利用下一个温度调整 单元的温度调整。但是，在该方式中，存在切换延迟的问题。
[0013] 本发明是鉴于上述的技术问题而完成的，其目的是在具有响应特性不同的多个温 度调整单元的热乳机中，通过对各个温度调整单元根据其响应特性进行适当地操作，从而 使被乳材的温度精度提高。 解决技术问题的技术方案
[0014] 为了达到上述目的，本发明所涉及的热乳机的温度控制装置构成如下。
[0015] 本发明所涉及的热乳机的温度控制装置适用如下的热乳机，该热乳机包括:对被 乳材进行乳制的乳制机架、对所述被乳材进行冷却的水冷装置、对所述被乳材进行加热的 感应加热装置、对所述乳制机架的辊子旋转速度进行变更的速度变更装置、对所述水冷装 置的冷却水流量进行变更的流量变更装置、以及对所述感应加热装置的电力进行变更的电 力变更装置。
[0016] 根据本发明的一个实施方式，适用于所述热乳机的温度控制装置包括:设定计算 装置、出口侧温度计算装置、频率分量抽出装置、电力设定修正装置、流量设定修正装置、以 及速度设定修正装置。所述设定计算装置构成为基于提供的制造指示信息，计算对于所述 电力变更装置的电力的基准值、对于所述流量变更装置的冷却水流量的基准值、以及对于 所述速度变更装置的辊子旋转速度的基准值各自的初始值。所述出口侧温度计算装置构成 为对于所述被乳材的长边方向的多个计算点，基于所述热乳机的入口侧的各计算点的测定 温度或者计算温度、所述乳机机架的辊子旋转速度、所述感应加热装置的电力、以及所述水 冷装置的冷却水流量，计算在到达设定在所述热乳机的出口侧的温度管理位置时的温度。 所述频率分量抽出装置构成为从在所述出口侧温度计算装置计算出的各计算点的出口侧 温度与所提供的温度目标值的偏差，抽出高频分量、中频分量、以及低频分量。所述电力设 定修正装置构成为基于所述高频分量，修正对于所述电力变更装置的电力的基准值。所述 流量设定修正装置构成为基于所述中频分量，修正对于所述流量变更装置的冷却水流量的 基准值。而且，所述速度设定修正装置构成为基于所述低频分量，修正对于所述速度变更装 置的辊子旋转速度的基准值。
[0017] 根据本发明的另一个实施方式，适用于所述热乳机的温度控制装置包括:设定计 算装置、温度计、频率分量抽出装置、电力设定修正装置、流量设定修正装置、以及速度设定 修正装置。所述设定计算装置构成为基于提供的制造指示信息，计算对于所述电力变更装 置的电力的基准值、对于所述流量变更装置的冷却水流量的基准值、以及对于所述速度变 更装置的辊子旋转速度的基准值各自的初始值。所述温度计构成为在所述热乳机的出口 侦I对所述被乳材的温度进行测定。所述频率分量抽出装置构成为从利用所述温度计测定 的所述被乳材的温度与所提供的温度目标值的偏差，抽出高频分量、中频分量、以及低频分 量。所述电力设定修正装置构成为基于所述高频分量，修正对于所述电力变更装置的电力 的基准值。所述流量设定修正装置构成为基于所述中频分量，修正对于所述流量变更装置 的冷却水流量的基准值。而且，所述速度设定修正装置构成为基于所述低频分量，修正对于 所述速度变更装置的辊子旋转速度的基准值。 发明效果
[0018] 根据本发明，对于会在被乳材的出口侧温度的计算值或者测定值中包含的高频下 进行变动的分量，能通过响应快的温度调整单元即感应加热装置的电力的变更来进行对 应，对于在低频下进行变动的分量，能通过响应慢的温度调整单元即辊旋转速度的变更来 进行对应，对于在中间频率下进行变动的分量，能通过响应处于中间水平的温度调整单元 即冷却水流量的变更来进行对应。通过对上述各种温度调整单元考虑其响应特性来进行操 作，从而能快速抑制被乳材的温度变动，并且各温度调整单元的操作量难以达到上限或者 下限。由此，根据本发明，能提高被乳材的温度精度。
【附图说明】
[0019] 图1是示出本发明的第1实施方式所涉及的热乳机以及其温度控制装置的结构的 示意图。 图2是示出本发明的第2实施方式所涉及的热乳机以及其温度控制装置的结构的示意 图。
【具体实施方式】
[0020] 参照附图，对本发明的第1及第2实施方式进行说明。在各附图中，对于相同或者类 似的部分标注相同或者类似的标号。以下所示的实施方式是对用于将本发明的技术思想具 体化的装置和方法的示例，并非意图将结构元器件的构造、配置等限定于下述的内容。本发 明不限定于以下所示出的实施方式，在不脱离本发明的要旨的范围内，可以进行各种变形 来实施。
[0021] 第1实施方式 一般的热乳机包括单个或多个乳制机架。本实施方式所涉及的热乳机构成为具备多个 乳制机架的对钢板进行薄板热乳（带钢热乳机)的精乳机。在精乳机的上游侧，有加热工序 以及粗乳工序，加热至1200°C左右的板厚200~250mm左右的被乳材（以下，简称为材料)被 乳制到板厚为20~50mm左右之后，用电动的运送台传送至精乳机。此外，在精乳机的下游 侦L设置具有多个冷却水喷嘴的冷却台（输出辊道)和卷取机(卷绕机），乳制材料在被冷却 后卷取成线圈状。
[0022] 如图1所示，在本实施方式中，精乳机1包括6台乳制机架la~If。各个乳制机架la ~If具备使辊子旋转的电动机2。电动机2的操作通过设置在每台电动机2的等速控制装置 (ASC)4来进行。此外，各个乳制机架la~If还具备用于变更辊子间隙的液压或者电动的压 下装置3。压下装置3的操作通过设置在压下装置3的固定位置控制装置(APC)5来进行。等速 控制装置4和固定位置控制装置5分别根据设定计算装置10计算出的基准值来进行动作。
[0023] 若粗乳工序乳制后的材料到达精加工乳机1前面的规定位置，则设定计算装置10 对各乳制机架la~If的出口侧板厚以及辊子间隙基准值进行计算，使得能制造由上位计算 机30指定的期望的板厚的产品。由于该方法的详细内容例如在专利文献3中公开的那样已 为公众所知，因此此处省略说明。固定位置控制装置5根据设定计算装置10计算出的辊子间 隙基准值，对压下装置3进行操作。
[0024] 此外，设定计算装置10以后文中阐述的方法决定最后一台乳制机架If的电动机旋 转速度。并且，为了使材料稳定地通过，设定计算装置10还对其它各乳制机架la~le的辊子 旋转速度进行计算，使得在各乳制机架la~1 e的出口侧的材料的体积速度（质量流量)恒 定。设定计算装置10计算出的辊子旋转速度的基准值输入至速度变更装置11。等速控制装 置4根据由速度变更装置11指示的电动机旋转速度，对电动机2进行操作。此外，乳制过程 中，由张力控制装置8对等速控制装置4指示电动机旋转速度。张力控制装置8经由等速控制 装置4对各乳制机架la~le的辊子旋转速度进行调整，使得作用于材料的张力适当。由于该 方法的详细内容例如在专利文献4中公开的那样已为公众所知，因此此处省略说明。此外， 设定计算装置10使用设置在生产线上的关键位置的未图示的热金属片探测器(HMD)和运送 台的速度实际值，对生产线上的材料的位置进行跟踪。
[0025] 在乳制机架la~If间，设置用于对在乳制机架la~le上乳制的材料进行冷却的水 冷装置6。水冷装置6分别配置在运送台的上侧和下侧，使得能从材料的上表面和下表面进 行冷却。在水冷装置6设有流量调整阀，通过对该阀的开度进行操作，从而能对灌注的冷却 水的流量进行调整。各水冷装置6的冷却水流量的变更通过流量变更装置12来进行。
[0026] 在第一台乳制机架la的上游、以及第二台乳制机架lb与第三台乳制机架lc之间， 设置用于对材料进行加热的感应加热装置7。感应加热装置7分别配置在运送台的上侧和下 侧，使得能从材料的上表面和下表面双方进行加热。感应加热装置7通过对其提供的电力进 行操作，从而能调整加热能力。各感应加热装置7的电力的变更通过电力变更装置13进行。
[0027] 本实施方式所涉及的温度控制装置适用于具有上述的结构的精乳机1。本实施方 式所涉及的温度控制装置包括:入口侧温度计算装置15、出口侧温度计算装置16、频率分量 抽出装置17、速度修正量计算装置18、流量修正量计算装置19、以及电力修正量计算装置 20。上述的设定计算装置10也是构成本实施方式所涉及的温度控制装置的要素之一。
[0028] 若材料到达精乳机1前面的规定位置，则设定计算装置10基于从上位计算机30提 供的制造指示信息，决定水冷装置6的冷却水流量、感应加热装置7的电力、以及各乳制机架 la~If的辊子旋转速度各自的初始值。在制造指示信息中包含产品的板厚。此外，冷却水流 量的初始值是材料的前端部到达精乳机1时的流量，感应加热装置7的电力的初始值是材料 的前端部到达精乳机1时的电力，辊子旋转速度的初始值是材料的前端部到达精乳机1时的 速度。
[0029] 对于冷却水流量、感应加热装置7的电力、以及辊子旋转速度，预先指定因机械限 制以及操作上的限制（例如用于避免钢材产生氧化物皮层所导致的表面品质恶化的限制） 而产生的上下限值。设定计算装置10在该上下限值的范围内决定各初始值。初始值的确定 方法可以考虑各种方法。此处，对于响应快的感应加热装置7的电力、以及水冷装置6的冷却 水流量的各初始值，对计算机内的数值表进行索引等来预先决定，使得能充分地确保变更 范围。例如，也可以将上下限值的中值设为初始值。接着，在上述的条件下，对辊子旋转速度 的初始值进行计算，使得精乳机1的出口侧的温度与目标值一致。但是，初始值间的计算顺 序是任意的。例如可以首先对计算机内的数值表进行索引等来确定最后一台终乳制机架If 的辊子旋转速度和感应加热装置7的电力，接着在上述的条件下，对水冷装置6的冷却水流 量进行计算使得精乳机1的出口侧的温度与目标值一致。
[0030] 在各初始值的计算中，设定计算装置10使用能对材料通过精乳机1期间的温度变 化进行正确地模拟的数学模型。以下，将该数学模型称为温度模型。在温度模型中，考虑以 下的因子。 (a) 在各乳制机架上伴随材料变形的加工发热 (b) 由材料和辊子的接触面的相对滑动引起的摩擦发热 (c) 来自材料和辊子的接触面的散热 (d) 从材料表面向冷却水的散热 (e) 从感应加热装置向材料表面的输入热量 (f) 从材料表面向空气热辐射而引起的散热
[0031] 在温度模型的计算中，需要乳制速度作为输入变量。在乳制速度的计算中使用收 敛计算的方法。对于(a)~(e)的具体的计算方法，能利用在专利文献5等中公开的方法。例 如能利用下式来进行计算。此外，9卩1、9^、91^、(^、9\^、9即者卩是单位时间、单位板宽的热量。
[0032] 〈加工发热量〉 【数学式1】
[0033]〈摩擦发热量〉
【数学式2】
[0034]〈辑子散热量〉 【数学式3】
[0035]〈风冷散热量〉
【数学式4】
[0036]〈水冷散热量〉 【数学式5】
[0037]〈来自感应加热装置的输入热量〉 【数学式6】
[0038] 此处，上述式中的符号的意思如下所述。 i:表示乳制机架的编号的下标 j :表示加热区间以及冷却区间的编号的下标 fp(...):表示加工发热量的函数 ff(...):表示摩擦发热量的函数 fR(...):表示向辑子的散热量的函数 fA(...):表示风冷的散热量的函数 fw(...):表示水冷的散热量的函数 flH(...):表示来自感应加热装置的输入热量的函数 μ:摩擦系数 ρ:乳制的材料的密度 Φ :乳制的材料的比热 λ:乳制的材料的热传导率 PR:辊子的密度 Φ R:车昆子的比热 Xr:$昆子的热传导率 εΑ:向空气的辐射率 〇:Stefan-Boltzmann(斯蒂芬-玻耳兹曼)常数 Qi:冷却水流量 LISi:i机架和i+Ι机架的距离 T:加热区间或者冷却区间的开始温度 Τα:空气温度 TRi :辑子温度代表值 P:提供至感应加热装置的每单位宽度的电力
[0039] 在材料上，多个计算点用在材料的长边方向上隔开规定间隔的方式来定义。该计 算点的间隔若过长则不能捕捉冷痕等快速的温度变动，反之若过短则计算机的运算能力可 能会不足。因此，在精乳机1的出口侧期望是1~20m左右的间隔。在精乳机1的入口侧的间 隔，能根据下式换算。 入口侧的计算点的间隔=出口侧的计算点的间隔X入口侧的板厚/出口侧的板厚
[0040] 用设置在精乳机1的上游(例如粗乳机40的出口侧）的规定位置的辐射温度计（以 下，记为上游温度计）27测定各计算点的材料温度（以下记为上游温度）。但是，也可以基于 上游侧的设备的操作状态或上游工序的途中的温度计的测定值来代替上游温度计27的测 定值，利用数学模型对上述规定位置的各计算点的材料温度进行计算。
[0041]入口侧温度计算装置15在材料到达上游温度计27和精乳机1之间的规定的入口侧 温度计算位置28的定时，进行以下的处理。此外，从上游温度计27到入口侧温度计算位置28 的距离优选为比材料的长度更长。此外，从入口侧温度计算位置28到精乳机1的距离优选为 材料在该区间传送所需要的时间比水冷装置6、感应加热装置7、以及速度变更装置11中任 意一个的响应时间都要长。但是，并不限定于此。
[0042 ]入口侧温度计算装置15首先计算各计算点从上游温度计27的测定时刻到到达精 乳机1的时刻为止的传送时间。接着，使用上游温度的实际值和传送时间的计算值，对于各 计算点到达精乳机1的入口侧时的材料温度（以下，记为入口侧温度)进行计算。在该计算 中，使用基于传送时间内的材料的热平衡的数学模型。计算出的各计算点的入口侧温度输 入至出口侧温度计算装置16。
[0043] 出口侧温度计算装置16基于入口侧温度的计算值、冷却水流量、感应加热装置7的 电力、以及乳制速度的各基准值或者测定值，对于各计算点到达设定在精乳机1的出口侧的 温度管理位置26时的材料温度（以下记为出口侧温度)进行计算。在该计算中，使用所述的 温度模型。设定计算装置10使用温度模型，根据出口侧温度的目标值对冷却水流量等的基 准值的初始值进行计算。而出口侧温度计算装置16则与设定计算装置10反方向地进行温度 模型的计算，从而根据实际的冷却水流量等计算出口侧温度的预测值。此外，出口侧温度计 算装置16与设定计算装置10之间共用相同的温度模型。但是，设定计算装置10和出口侧温 度计算装置16也可以分别独自具备温度模型。在分别具备温度模型的情况下，可以是全部 相同内容的温度模型，也可以是设定计算装置10的温度模型是详细的模型，而出口侧温度 计算装置16的温度模型是简单的模型，或者反之也可以。此外，出口侧温度计算装置16可以 构成为不具备温度模型，而是从设定计算装置10获得温度模型的计算结果。
[0044] 利用出口侧温度计算装置16计算出的各计算点的出口侧温度的计算值和从上位 计算机30提供的出口侧温度的目标值的差（以下，记为出口侧温度偏差）用运算器21计算。 计算出的各计算点的出口侧温度偏差输入至频率分量抽出装置17。
[0045] 频率分量抽出装置17参照各计算点到达精乳机1的入口侧的时刻，从各计算点的 出口侧温度偏差取出高频分量、中频分量、以及低频分量。高频、中频、以及低频的各定义应 根据对象设备的操作状态来调整。但是，比方说，高频考虑感应加热装置7的响应，可以定义 为1~0.1Hz左右的频率分量，中频考虑水冷装置6的响应，可以定义为0.2~0.03Hz左右的 频率分量，低频可以定义为〇. 〇5Hz左右以下的频率分量。
[0046] 作为频率分量的抽出方法可以适用各种方法。作为广泛被使用的方法，可以举例 如下：（i)使用数字滤波器的方法、（ii)使用窗口函数的傅里叶变换的方法、（iii)利用小波 变换的方法。
[0047] 在（i)的方法中，提出了各种方案。其全都可利用在频率分量抽出装置17。在单纯 的FIR(Finite Impulse Response-有限脉冲响应)滤波器中，输入和输出的关系如下述表 示。此处，通过用常用的涉及软件确定常量数组ao~a N，从而能实现低通滤波器(LPF)和高通 滤波器(HPF)等。此外，式中的符号η是计算点的编号，符号N是滤波器的次数，符号x[]是输 入信号，符号y[]是输出信号。 【数学式7】 y[n]=ao · x[n]+ai · x[n_l]+".+aN · x[n_N]
[0048] 若适用截止频率0.02Hz左右的LPF，则可获得低频分量。而且，若从原始信号减去 低频分量后，适用截止频率〇.2Hz左右的LPF，则可获得中频分量。并且，通过适用截止频率 0.2Hz左右的HPF，或者从原始信号减去低频分量以及中频分量，从而可获得高频分量。
[0049] (ii)的方法中，窗口函数是仅在某有限区间内具有值，除此以外为零的函数，已知 有例如高斯窗和布莱克曼窗。高斯窗用下式表示。此外，t0是时刻的参数，σ是表示窗口宽度 的参数。 【数学式8】
[0050] 若将窗口函数乘以要分析的波形之后适用傅里叶变换，则能获得特定时刻的频率 分布。通过使该窗口函数稍微移动并且适用傅里叶变换，从而能获得频率分量的另一个信 号。此外，通过改变窗函数的窗口宽度，从而能对时间分辨率进行变更。即，若窗口宽度过 大，对于短时间的现象不能无视时间的偏移。若窗口宽度变窄则能提高时刻的特定精度，但 相反地频率分辨率降低，不能将各频率分量分离。因而，窗口宽度(高斯窗中为σ)优选为〇. 5 ~1〇(秒)左右。
[0051] (iii)的方法中，根据频率放大或缩小小波基函数(母小波），具体而言，存在以下 特征:具有在高频下时间分辨率变高的结构，从而容易兼顾时间分辨率和频率分辨率。该特 性根据使用的小波基函数进行变化。在一般的热乳设备中，由于温度变动以恒定的短周期 反复发生的现象较少，因此适合时间分解率较好的低次小波基函数，即波数较少的小波基 函数(例如，4次的保罗小波(Paul wavelet))。但是，在因某些理由以恒定的短周期反复变 化的情况下，适合时间分解率较高的高次小波基函数，即波数较多的小波基函数(例如，6次 的摩雷特小波(Morlet wavelet))。
[0052] 此外，在利用（ii)的方法和（iii)的方法抽出频率分量时，已知在时间增量为等间 隔的情况下、以及测定点数为2的乘方时，是能有效地运算的算法。例如，快速傅里叶变换 (FFT)和频域中的wavelet(小波)变換等。在利用它们时，对各计算点的数据、即到达时刻以 及出口侧温度偏差通过线性插补和多次函数插补等进行插补从而恢复波形后，以等时间间 隔再次取样使得数据数为2的乘方(例如，1024点或2048点等），以此进行频率分量抽出 [0053]由此，在频率分量抽出装置17中，各计算点会获得将出口侧温度偏差分解至各频 率分量的结果。其中，高频分量输入至电力修正量计算装置20,中频分量输入至流量修正量 计算装置19,低频分量输入至速度修正量计算装置18。
[0054]电力修正量计算装置20基于高频分量对感应加热装置7的电力的修正量进行计 算。在电力修正量的计算中，设定计算装置10可以使用与感应加热装置7的电力的初始值的 计算所用的模型相同的数学模型。通过对该数学模型进行逆运算来获得电力修正量。但是， 由于在该方法中计算负荷较高，因此优选为使用如下所示的简单的公式来计算电力修正 量。此外，在下式中，A P是电力修正量(kW)，δΡ/δΤ?是影响系数(kW/°C)，Δ Tfdhf是出口侧温 度偏差的高频分量。 【数学式9】
[0055] 此外，上述式中的偏微分系数在使用加上微小值（土δΡ)时的计算结果并根据下式 进行预先设定计算时计算。 【数学式10】
[0056] 电力修正量计算装置20计算出的电力修正量利用运算器24与设定计算装置10设 定的电力基准值相加。由此，修正对于电力变更装置13的电力的基准值。在本实施方式中， 由电力修正量计算装置20和运算器24构成"电力设定修正装置"。输入修正后的电力基准值 的电力变更装置13考虑设备变更电力所需要的时间，在该计算点到达感应加热装置7的正 下方时相应地对感应加热装置7的电力进行变更。如图1所示感应加热装置7为多个时，根据 预先指定的优先度或者重要性，对电力进行变更。
[0057]流量修正量计算装置19基于中频分量对水冷装置6的冷却水流量的修正量进行计 算。在流量修正量的计算中，设定计算装置10可以使用与水冷装置6的冷却水流量的初始值 的计算所使用的模型相同的数学模型。通过对该数学模型进行逆运算来获得流量修正量。 但是，由于在该方法中计算负荷较高，因此优选为使用如下所示的简单的公式来计算流量 修正量。此外，在下式中，Δ f lw是流量修正量（％ )，5f 1w/5Tfd是影响系数（％/°C)，Δ TFDMF是 出口侧温度偏差的中频分量。 【数学式11】
[0058]此外，上述式中的偏微分系数在使用加上微小值（土δην)时的计算结果并根据下 式进行预先设定计算时计算。 【数学式12】
[0059]流量修正量计算装置19计算出的流量修正量利用运算器23与设定计算装置10设 定的流量基准值相加。由此，修正对于流量变更装置12的冷却水量的基准值。在本实施方式 中，由流量修正量计算装置19和运算器23构成"流量设定修正装置"。输入修正后的流量基 准值的流量变更装置12考虑设备变更流量所需要的时间，在该计算点到达水冷装置6的正 下方时相应地对水冷装置6的冷却水流量进行变更。如图1所示水冷装置6为多个时，根据预 先指定的优先度或者重要性，对电力进行变更。
[0060]速度修正量计算装置18基于低频分量对辊子旋转速度的修正量进行计算。在速度 修正量的计算中，设定计算装置10可以使用与辊子旋转速度的初始值的计算所用的模型相 同的数学模型。通过对该数学模型进行逆运算来获得速度修正量。但是，由于在该方法中计 算负荷较高，因此优选为使用如下所示的简单的公式来计算速度修正量。此外，在下式中， A V是电力修正量(m/s)，δν/δτ?是影响系数(m/s/°C )，Δ Tfdlf是出口侧温度偏差的低频分 量。 【数学式13】
[0061]此外，上述式中的偏微分系数在使用加上微小值（土δν)时的计算结果并根据下式 进行预先设定计算时计算。 【数学式14】
[0062]速度修正量计算装置18计算出的速度修正量利用运算器22与设定计算装置10设 定的速度基准值相加。由此，修正对于速度变更装置11的辊子旋转速度的基准值。在本实施 方式中，由速度修正量计算装置18和运算器22构成"速度设定修正装置"。输入修正后的速 度基准值的速度变更装置11考虑设备变更速度所需要的时间，在该计算点到达最后一台乳 制机架If的正下方时相应地对辊子旋转速度进行变更。
[0063]然而，在本实施方式中，通过使用温度模型的前馈控制进行材料的温度控制，因此 在精乳机1的出口侧的温度管理位置26不需要设置温度计。但是，在温度管理位置26设置温 度计是任意的。在设置温度计的情况下，可以基于由温度计获得的温度数据对产品是否合 格进行判定。此外，还可以根据温度数据对异常进行判定，基于温度数据学习温度模型的参 数。
[0064] 第2实施方式 在图2中示出本发明的第2实施方式。相对于在第1实施方式中出口侧温度计算装置16 使用温度模型对出口侧温度进行计算的情况，在本实施方式中，设置在精乳机1的出口侧的 辐射温度计（以下，记为出口侧温度计)31对出口侧温度进行测定。而且，由出口侧温度计31 获得的出口侧温度的测定值和由上位计算机30获得的出口侧温度的目标值的差（以下，记 为出口侧温度偏差)用运算器32计算。出口侧温度偏差输入至与第1实施方式相同结构的频 率分量抽出装置17。即，相对于在第1实施方式中通过前馈控制进行材料的温度控制的情 况，在本实施方式中，通过反馈控制来进行材料的温度控制。
[0065] 基于利用频率分量抽出装置17抽出的高频分量，电力变更装置13立刻对感应加热 装置7的电力进行变更。高频的定义、以及用于根据高频分量对感应加热装置7的电力修正 量进行计算的结构与第1实施方式相同。此外，在对电力进行变更时，也可以适用史密斯的 死区时间修正。即，在对电力进行变更的时刻出现在感应加热装置7的正下方的材料上的点 被传送并到达出口侧温度计31的正下方为止的期间，可以从出口侧温度偏差减去由电力的 变更导致预想的温度变化量。
[0066] 此外，基于利用频率分量抽出装置17抽出的中频分量，流量变更装置12对水冷装 置6的流量进行变更。中频的定义、以及用于根据中频分量对水冷装置6的流量变更量进行 计算的结构与第1实施方式相同。此外，在对流量进行变更时，也可以适用史密斯的死区时 间修正。即，在对流量进行变更的时刻出现在水冷装置6的正下方的材料上的点被传送并到 达出口侧温度计31的正下方为止的期间，可以从出口侧温度偏差减去由冷却水流量的变更 导致预想的温度变化量。
[0067]此外，基于利用频率分量抽出装置17抽出的低频分量，速度变更装置11对最后一 台乳制机架If的辊子旋转速度进行变更。低频的定义、以及用于根据低频分量对最后一台 乳制机架If的辊子旋转装置的变更量进行计算的结构与第1实施方式相同。此外，在对辊子 旋转速度进行变更时，也可以适用史密斯的死区时间修正。即，在对辊子旋转速度进行变更 的时刻出现在最后一台乳制机架If的正下方的材料上的点被传送并到达出口侧温度计31 的正下方为止的期间，可以从出口侧温度偏差减去由辊子旋转速度的变更导致预想的温度 变化量。
[0068]此外，在不适用史密斯的死区时间修正、即使适用但增益较低的情况下，相当于离 开感应加热装置7、水冷装置6、或者最后一台乳制机架If的距离的死区时间使得对于各种 变更的响应变慢。由此，在该情况下，高频、中频、以及低频的范围分别优选为与第1实施方 式相比偏移至低频侧。 标号说明
[0069] 1精乳机 la~If乳制机架 2电动机 3压下装置 4等速控制装置(ASC) 5固定位置控制装置(APC) 6水冷装置 7感应加热装置 8张力控制装置 10设定计算装置 11速度变更装置 12流量变更装置 13电力变更装置 15入口侧温度计算装置 16出口侧温度计算装置 17频率分量抽出装置 18速度修正量计算装置 19流量修正量计算装置 20电力修正量计算装置 26温度管理位置 27上游温度计 28入口侧温度计算位置 30上位计算机 31出口侧温度计 40粗乳机
【主权项】
1. 一种热乳机的温度控制装置，该热乳机包括:对被乳材进行乳制的乳制机架、对所述 被乳材进行冷却的水冷装置、对所述被乳材进行加热的感应加热装置、对所述乳制机架的 辊子旋转速度进行变更的速度变更装置、对所述水冷装置的冷却水流量进行变更的流量变 更装置、以及对所述感应加热装置的电力进行变更的电力变更装置， 该温度控制装置的特征在于，包括： 设定计算装置，该设定计算装置基于提供的制造指示信息，计算对于所述电力变更装 置的电力的基准值、对于所述流量变更装置的冷却水流量的基准值、以及对于所述速度变 更装置的辊子旋转速度的基准值各自的初始值； 出口侧温度计算装置，该出口侧温度计算装置对于所述被乳材的长边方向的多个计算 点，基于所述热乳机的入口侧的各计算点的测定温度或者计算温度、所述乳机机架的辊子 旋转速度、所述感应加热装置的电力、以及所述水冷装置的冷却水流量，计算所述多个计算 点在到达设定于所述热乳机的出口侧的温度管理位置的时刻的温度； 频率分量抽出装置，该频率分量抽出装置从所述出口侧计算装置计算出的各计算点的 出口侧温度与提供的温度目标值的偏差，抽出高频分量、中频分量、以及低频分量； 电力设定修正装置，该电力设定修正装置基于所述高频分量，修正对于所述电力变更 装置的电力的基准值； 流量设定修正装置，该流量设定修正装置基于所述中频分量，修正对于所述流量变更 装置的冷却水流量的基准值;以及 速度设定修正装置，该速度设定修正装置基于所述低频分量，修正对于所述速度变更 装置的辊子旋转速度的基准值。2. -种热乳机的温度控制装置，该热乳机包括:对被乳材进行乳制的乳制机架、对所述 被乳材进行冷却的水冷装置、对所述被乳材进行加热的感应加热装置、对所述乳制机架的 辊子旋转速度进行变更的速度变更装置、对所述水冷装置的冷却水流量进行变更的流量变 更装置、以及对所述感应加热装置的电力进行变更的电力变更装置， 该温度控制装置的特征在于，包括： 设定计算装置，该设定计算装置基于提供的制造指示信息，计算对于所述电力变更装 置的电力的基准值、对于所述流量变更装置的冷却水流量的基准值、以及对于所述速度变 更装置的辊子旋转速度的基准值各自的初始值； 温度计，该温度计设置在所述热乳机的出口侧，对所述被乳材的温度进行测定； 频率分量抽出装置，该频率分量抽出装置从所述温度计测定的所述被乳材的出口侧温 度与提供的温度目标值的偏差，抽出尚频分量、中频分量、以及低频分量； 电力设定修正装置，该电力设定修正装置基于所述高频分量，修正对于所述电力变更 装置的电力的基准值； 流量设定修正装置，该流量设定修正装置基于所述中频分量，修正对于所述流量变更 装置的冷却水流量的基准值;以及 速度设定修正装置，该速度设定修正装置基于所述低频分量，修正对于所述速度变更 装置的辊子旋转速度的基准值。
【文档编号】B21B45/02GK105960293SQ201480074713
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2014年2月4日
【发明人】佐野光彦
【申请人】东芝三菱电机产业系统株式会社