安定操業・操業支援・保守の省力化に貢献

鉄鋼プロセスライン制御システム

鉄鋼プラントでは安定操業・操業支援・保守の省力化を実現するため、最新のパワーエレクトロニクス技術、IoT、AI、ビッグデータ高度解析技術などの活用が求められます。

富士電機は、これらの革新的な技術要素を集結したシステム構築とノウハウの蓄積、制御技術の研鑽に努めてきました。私たちは様々なお客様のニーズに応え、制御・情報技術からシステム開発まで、革新的な技術を駆使し鉄鋼プロセスラインの安定操業・操業支援・保守の省力化に貢献します。

製品品質向上、プラント稼働率向上、安全性強化に貢献

安定操業

・モータ、ドライブ装置、プログラマブルコントローラ（PLC）の高速化、高機能化による電気設備の信頼性向上、制御精度向上

・制御装置ごとの合理的な機能分担によるシステム構築

・新規コンポーネントへの簡単置き換えをサポート

オペレーションの容易化･均質化で安定操業をサポート

操業支援

・操業運転条件や故障発生状況のビジュアル化、オペレータ案内機能の充実化

・充実した操業支援ツール

・ビッグデータ高度解析技術による最適な操業判断支援（ディープラーニング技術利用）

・改造箇所や新規オペレータの習熟運転を支援するオフライン操業支援環境を提供（適用開発中）

予知保全･見える化で安定操業、安定生産を支える

保守の省力化

・設備の操業監視、データ利活用によるメンテナンスの容易化

・生産性の向上、ダウンタイム削減に貢献する予知保全

・リモートメンテナンス環境をサポート

圧延機に通板材がかみ込んだ時、圧延機のロールを駆動しているモータに速度変動が起こり、通板材の形状が悪化することがあります。

これを最小限に抑えるため、オブザーバにより負荷トルクを推定し、その推定値を電流指定として制御装置へフィードフォワードで与え、モータの速度変動を抑制。操業の安定と、品質向上に貢献します。

・コイル外形演算
・リール速度演算
・板厚演算（最小二乗法）

・ライン速度演算
・加減速補償トルク演算
・無負荷損補償演算

・巻き太り補償演算
・残長演算
・尾端停止制御演算 等

トルク制御の高精度化と高応答化のためには、電流制御系の高応答化が必要です。望ましいトルクを得るには電流は過渡的にも、定常的にも、その指令値に良好に追従することが求められるため、本システムでは「高精度トルク制御PWMインバータ制御装置」を採用しています。

これは交流電流を直接制御する のではなく、定常的に直流量である磁化電流・トルク電流を調節。電圧形PWMの特長を利用して、インバータのオンオフ信号と電流極性から前述の電圧モデルを電圧検出する方法です。

ブライドルロールのように、n本のロール前後の張力を負荷として通板材を搬送する設備において、各々のロールを駆動するモータのトルクを制御し、一定比に保つことにより品質の安定化を実現します。タイトなラインに2つ以上のASR（Drooping=0%）が存在する場合には、必ずどちらかのASRにOuter loopが必要です。

ここでは、LBR（Load Balance Regurator：負荷バランス調整器）がOuter loopとなっています。この負荷分担比は、モータの容量比や張力拡大比を基準に決定します。

Expertは国際規格IEC61131-3（JIS B 3503）に準拠した、Windows対応のプログラミング支援ツール。POU、ワークシート単位のプログラミングにより、機能ごと、工程ごとに分割して作成する構造化設計が可能です。またST言語はC言語に類似した言語で、ラダー言語が苦手としている複雑な計算も、パソコンと同手法でプログラムが作成可能です。

特徴
・ 言語の混在記述
　規格で規定されている5種類のプログラム表現（IL、LD、FBD、ST、SFC）を全てサポートしています。
・卓越したドキュメント機能
・シミュレーション機能
・機能モジュール支援機能/MONITOUCH連携機能

f(s）NISDAS （呼称：fsニシダス）は、パソコン上で動作し、プログラマブルコントローラ（PLC）やインバータなどのデータを収集、解析するパッケージソフトです。

生産設備の立ち上げ・操業監視・メンテナンスなど、様々なシーンで活用できます。f（s）NISDASは、PLCでデータを収集（1ms）、データは収集と同時に記録装置へ保存され、リアルタイムにチャート画面に表示します。また、パソコンの記録装置を利用してデータを保存するので、データ容量の許す限り長期間にわたり連続データの保存が可能。収集データのトリガ信号によりデータ収取の実行・停止ができます。これにより必要なデータのみを収集でき、効率的な記録装置の利用を可能にします。

さらにf（s）NISDASで収集した設備のビッグデータと富士電機のアナリティクス・AI技術を活用し、インバータ装置、モータ、各部品の予知保全へつなげます。これにより生産性の向上、ダウンタイム低減などに貢献します。

特徴
・高度なシステム監視
　複数台PLCやインバータなどのデータを1台のパソコンで収集します。
・豊富なシステム解析
　データ収集しながら、その場でタイムリーにデータ解析が可能。また、後からデータ解析も可能です。
・簡単な操作
　簡単かつ明瞭に操作できます。
・容易な導入・高い拡張性
　オープンネットワーク対応、クライアント/サーバシステムに対応します。
・サポート&サービス
　セットアップを強力にサポートします。

電動力応用プラント用途として、高速性と信頼性を追求した「MICREX XCS-3000 Type E」。生産設備の稼働状況を監視･制御し、高い信頼性を持たせながら、大容量の監視･制御データの高速更新が可能です。富士電機独自の大容量高速制御ネットワークと、高速I/Oネットワーク技術により、コントロールシステムから現場までをシームレスに繋ぐ監視制御システムを実現します。

特徴
・ループ構成対応でネットワークの高信頼化とSX-Net（高速制御ネットワーク通信）、E-SXバス（高速I/Oネットワーク通信）の冗長化を実現。高速性（1Gbps）と、ネットワークが遮断しても1ヵ所であれば運転を継続できる高信頼性を両立しました。
・接続端末の監視/制御データを高速更新伝送容量の増大により、設備の規模を問わずネットワーク上の全ての機器（最大128台）で、監視/制御データを一括かつ高速で更新できます。
・複数コントローラ間の多重同期制御を実現し、SX-Net上にある、異なる複数コントローラ配下のI/O局を同期制御させ、多軸同期制御を実現します。

省スペース、高性能、高機能を追求したプラント用PWMインバータ。VM5R/FM5Rとの互換性を追求し、高性能・高信頼性をさらに向上させました。

特徴
・IEC規格/新JIS規格 ※ 対応により安全性を強化。海外プラントへの幅広い導入が可能。また産業標準化法の施行を受け、2019年7月に改正されたJIS規格にも準拠しています。
・超高速E-SXバスのネットワークグループ、各種伝送接続に対応（オプション）
・トレース機能を拡充。ユーザビリティを向上し、低速トレース機能により、故障前後の採取レンジが拡大。さらにチャートのExcel出力や、ローダ上での1msリアルタイムチャート表示など、多彩な機能も追加しています。
※IEC規格（近日対応）:IEC 60204-1:2016、 IEC61800-3:2017、IEC61800-5-1:2007+A1/2016、新JIS規格:JIS B 9960-1:2019、 JIS C 61800-5-1:2016、JIS C 4421:2008

鉄鋼プロセスラインを始めとする、あらゆる産業分野に適用できるDDC直流可変速制御装置です。

特徴
・全デジタル式による高精度速度制御および高速応答性能
・上位コントローラ（PLC）とのインタフェースが容易（Tリンク、SXバス、PROFIBUS等）
・パソコンローダシステム（オプション）の使用で保守性が大幅に向上
・現状のアナログインタフェースが流用可能
・用途に応じた制御方式をソフトスイッチで切換可能
・停電保護機能を装備

本論文は、富士電機の高速コントローラ「MICREX-VieW XX XCS-3000 Type E」を用いたプラント駆動制御システムについて解説しています。このコントローラは、高速大容量制御ネットワーク「SX-Net」や高速I/Oネットワーク「E-SXバス」を搭載し、プラント全体を高速かつ高精度に制御できます。

鉄鋼プロセスラインへの適用事例では、数百台のモーターを制御する大規模システムにおいても、安定かつ高効率な運転を実現していることが示されています。

（出所：富士電機技報 Vol.93 No.01 (2020)）

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本論文は、鉄鋼プラントにおける最新のデジタル化の取り組みを紹介しています。高速ドライブ制御システムをはじめとした先進的な技術の導入することで、生産性の向上、品質の安定化、エネルギー効率の改善などが実現できます。

具体的には、富士電機の監視制御システム「MICREX-VieW XX」を活用した段階的な更新方法や、ビッグデータによる運転支援システムの導入、ウェアラブル端末を用いた遠隔作業支援システムなど、多岐にわたる取り組みが紹介されています。

（出所：富士電機技報 Vol.89 No.3 p.146(2016)

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