JP2019156540A - 定量払出装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スイングバック現象によるフィーダの後退を回避することができる定量払出装置及びその制御方法を提供する。【解決手段】定量払出装置１０は、ホッパ１１、フィーダ１２、ゲート１４、及び制御装置２０を備えて、フィーダ１２の振動周波数及びゲート１４の開度を目標値（Ｆｎ、Ａｎ）に調節したと仮定して、スイングバック現象が生じることが予測されるときは、制御装置２０により、フィーダ１２の振動周波数を、制限周波数Ｆｂに制限する制御を行う構成にした。【選択図】図１

Description

本発明は、定量払出装置及びその制御方法に関する。

水平に対して傾いた斜面を有するフィーダの振動周波数と、その斜面に沿って下方に向かう原料を堰き止めるゲートの開度を任意に設定可能とした定量払出装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、フィーダの振動周波数及びゲートの開度の組み合わせを任意に設定することで、例えば、払出量を目標払出量である６５０ｔ／ｈと９７０ｔ／ｈとで切り換え可能にしている。

特開２０１５−２０５７４４号公報

本願発明の発明者らは、特許文献１に記載の装置で、任意に振動周波数及びゲート開度を調節すると、特定の組み合わせにおいてフィーダが水平方向後方に大きく後退するスイングバック現象が生じることを見出した。

スイングバック現象が生じる組み合わせは、ゲートの開度が全閉近くまで閉じると共にフィーダの振動周波数が最大値近くまで高くなる組み合わせである。ゲートの開度が全閉近くまで閉じると、フィーダの斜面に沿う原料の流れがゲートによりある程度堰き止められることに伴って、原料からトラフに掛かる反力が大きくなる。この状態で、フィーダの振動周波数が最大値近くまで高くなると、大きくなった原料からの反力を斜面が連続的に受けることになる。このように、大きくなった反力を斜面が連続的に受けることで、フィーダが水平方向後方に大きく後退するのである。スイングバック現象が発生してフィーダが水平方向後方に大きく後退すると、フィーダが周囲の装置に衝突するおそれがある。

本発明の目的は、スイングバック現象によるフィーダの不必要な後退を回避することができる定量払出装置及びその制御方法を提供することである。

上記の目的を達成する本発明の定量払出装置は、上端及び下端が開口した漏斗形状を成すホッパと、このホッパの下方で水平に対して傾けられて振動可能に構成された斜面を有するフィーダと、前記ホッパの下端開口から前記斜面に落ちその斜面に沿って前記フィーダの出口に向う原料を堰き止めるゲートと、前記フィーダの振動周波数及び前記ゲートの開度のそれぞれを調節する制御を行う制御装置と、を備えた定量払出装置において、前記フィーダの振動周波数及び前記ゲートの開度を目標値に調節する場合に、その目標値に調節したと仮定して、前記斜面が原料からの反力で押されて前記フィーダにスイングバック現象が生じることが予測されるときは、前記制御装置により、前記フィーダの振動周波数を前記目標値における周波数よりも低い周波数に制限する制御を行うことを特徴とする。

上記の目的を達成する本発明の定量払出装置の制御方法は、ホッパに供給されてフィーダの出口から払い出される原料を、そのフィーダの振動周波数及びそのフィーダの出口に向う原料を堰き止めるゲートの開度を調節することにより所定の払出量にする定量払出装置の制御方法において、前記フィーダの振動周波数及び前記ゲートの開度を目標値に調節
する場合に、前記フィーダの振動周波数及び前記ゲートの開度を前記目標値に調節したと仮定して、前記斜面が原料からの反力で押されて前記フィーダにスイングバック現象が生じるか否かを予測し、前記スイングバック現象が生じることが予測されるときは、前記フィーダの振動周波数を前記目標値における周波数よりも低い周波数に制限することを特徴とする。

本発明によれば、目標値に調節すると仮定して、スイングバック現象の発生が予測されるときは、フィーダの振動周波数をその目標値における振動周波数よりも低い周波数に制限することで、原料とフィーダの斜面との衝突頻度を低減することができる。これにより、ゲートの開度が全閉近くまで閉じて原料から斜面に掛かる反力が大きくなったとしても、総合的に斜面を押す力を低減するには有利になり、フィーダが水平方向後方へ後退するスイングバック現象を回避できる。

定量払出装置の実施形態を例示する構成図であり、スイングバック現象が生じていない状態を示す。 定量払出装置の実施形態を例示する構成図であり、スイングバック現象が生じた状態を示す。 図１の定量払出装置のフィーダの振動周波数及びゲートの開度の相関を例示する相関図である。 定量払出装置の制御方法を例示する第一のフロー図である。 定量払出装置の制御方法を例示する第二のフロー図である。 図１の定量払出装置のフィーダの振動周波数及びゲートの開度の相関を例示する相関図であり、払出量を減少させる場合を示す。 図１の定量払出装置のフィーダの振動周波数及びゲートの開度の相関を例示する相関図であり、払出量を増加させる場合を示す。 定量払出装置の制御方法を例示する第三のフロー図である。

以下、定量払出装置の実施形態について説明する。図中では、Ｘ方向をフィーダ１２のトラフ１５の前後方向、Ｙ方向をＸ方向に直行するトラフ１５の幅方向、Ｚ方向を鉛直方向とする。

図１〜図３に例示するように、定量払出装置１０は、鉄鉱石や石炭などのばら荷（原料）を荷揚げするアンローダに搭載されて、アンローダが荷揚げしたばら荷を所定の払出量にする装置である。

定量払出装置１０は、ホッパ１１、フィーダ１２、コンベヤ１３、ゲート１４、制御装置２０、払出量取得装置２１、入力装置２２、及び、貯蔵量取得装置２３を備える。

フィーダ１２は、振動フィーダで構成されていて、トラフ１５、駆動部１６、及び支持部１７を有している。フィーダ１２としては、トラフ１５にＺ方向の上下運動の加わった振動を与えて、ばら荷をトラフ１５の出口から払い出すものが例示される。

トラフ１５は、ホッパ１１の下端開口より下方に配置されて、水平面（ＸＹ平面）に対して傾けられた斜面１５ａが形成される。斜面１５ａはＸ方向の一端が他端に対して低くなり、その一端に出口１５ｂが形成されて、出口１５ｂを除く斜面１５ａのＸ方向後方とＹ方向両側方との三方がＺ方向に立設された壁により囲繞された塵取りのような形状を成す。駆動部１６は、設定周波数に応じた振動を発生させる装置であり、発生させた振動が
トラフ１５に伝達可能に構成される。支持部１７は、トラフ１５及び駆動部１６を上方から吊り下げて振動可能に支持する。

この実施形態のフィーダ１２は、駆動部１６が複数の偏心モータで構成されており、振動の発生を開始するときに振動周波数を一時的に最大値近くまで、あるいは最大値まで高くして、複数の偏心モータどうしを同期させる制御を行う。なお、フィーダ１２は、トラフ１５をＺ方向上下に振動させる構成であればよく、駆動部１６が一つのモータで構成されたものでもよい。また、支持部１７は、トラフ１５や駆動部１６を下方から振動可能に支持するものでもよい。

コンベヤ１３は、ベルトコンベヤで構成されて、フィーダ１２の斜面１５ａの下端に形成された出口１５ｂの下方に設置される。

ゲート１４は、ホッパ１１のＸ方向側方に配置されて、軸から放射状に延在する脚体とこの脚体に支持された弧状の扉体とを有する本体１８と、チェーンを巻き取るチェーンブロック１９とを有したラジアルゲートで構成される。ゲート１４は、一端が本体１８に固定されて、他端がドラムに巻かれているチェーンをチェーンブロック１９により巻き取ることで開き、繰り出すことで閉じる。ゲート１４が閉じると、ホッパ１１の下端開口からフィーダ１２の斜面１５ａに落ちその斜面１５ａに沿って出口１５ｂに向うばら荷を堰き止める。なお、ゲート１４を開閉する装置に関しては、一端が本体１８に固定された油圧シリンダでもよい。

制御装置２０は、各種情報処理を行うＣＰＵ、その各種情報処理を行うために用いられるプログラムや情報処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、及び各種インターフェースなどから構成されるハードウェアである。制御装置２０は、フィーダ１２の駆動部１６、ゲート１４のドラム、払出量取得装置２１、入力装置２２、及び貯蔵量取得装置２３に一点鎖線で示す信号線を介して電気的に接続される。

払出量取得装置２１は、コンベヤ１３に設置されたロードセルで構成される。制御装置２０は、このロードセルで取得したばら荷の質量とコンベヤ１３の運搬速度とに基づいて、コンベヤ１３により運搬されるばら荷の払出量Ｑｘを取得する。払出量取得装置２１は、制御装置２０が払出量Ｑｘを取得することができればよく、例えば、コンベヤ１３に運搬されるばら荷の形状を考慮してより高精度に払出量Ｑｘを取得可能なものも例示される。なお、払出量取得装置２１は、コンベヤ１３におけるトラフ１５の出口１５ｂの下方の近傍の払出量Ｑｘを取得することが好ましい。

入力装置２２は、運転者により目標払出量Ｑａが入力される装置である。入力装置２２としては、目標払出量Ｑａを増加するボタン、減少するボタン、及び設定された目標払出量Ｑａが表示される画面があればよく、タッチパネル式のものが例示される。運転者は、入力装置２２を操作して任意の目標払出量Ｑａを入力可能である。また、目標払出量Ｑａの代わりに、フィーダ１２の振動周波数の目標値とゲート１４の開度の目標値を、それぞれ入力可能な装置としてもよい。

貯蔵量取得装置２３は、ホッパ１１を支持する部材に設置されているロードセルで構成されて、ホッパ１１に貯蔵されたばら荷の貯蔵量Ｑｙを取得している。貯蔵量取得装置２３は、ホッパ１１にばら荷が貯蔵されているか否かを特定できればよく、例えば、ホッパ１１の内部を二次元センサなどでセンシングして、ホッパ１１に貯蔵されたばら荷の貯蔵状態を取得してもよい。

制御装置２０は、各機能要素として、設定部２４、及び制御部２５を有している。各機
能要素は、プログラムとして内部記憶装置に記憶されていて、適時、ＣＰＵにより実行されている。なお、各機能要素としては、プログラムの他にそれぞれが独立して機能するプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）で構成されてもよい。

設定部２４は、払出量取得装置２１を用いて取得した払出量Ｑｘと入力装置２２で入力された目標払出量Ｑａとの差分ΔＱに基づいて、フィーダ１２の振動周波数及びゲート１４の開度の目標値（Ｆｎ、Ａｎ）を設定する機能要素である。また、設定部２４は、目標値（Ｆｎ、Ａｎ）を設定する際に、その目標値（Ｆｎ、Ａｎ）に調節する仮定して、スイングバック現象が生じると予測すると、目標値（Ｆｎ、Ａｎ）に制限を掛ける機能要素でもある。制御部２５は、設定部２４が設定した目標値（Ｆｎ、Ａｎ）に基づいて、フィーダ１２の振動周波数及びゲート１４の開度のそれぞれを調節する機能要素である。

図２に例示するように、スイングバック現象は、フィーダ１２の斜面１５ａに沿うばら荷の流れがゲート１４によりある程度堰き止められたときに、ばら荷からの反力（図中の白抜き矢印）が大きくなり、その反力をフィーダ１２が振動して連続的に受けることにより、フィーダ１２がＸ方向後方に大きく後退する現象である。

具体的に、スイングバック現象は、フィーダ１２の振動周波数Ｆｘが現象発生周波数Ｆａを上回ると共にゲート１４の開度Ａｘが現象発生開度Ａａを下回る組み合わせになるときに生じる現象である。なお、現象発生周波数Ｆａ及び現象発生開度Ａａは、ホッパ１１の下端開口の広さやフィーダ１２の傾き角度などにより変わる。

図３に例示するように、フィーダ１２の振動周波数とゲート１４の開度との相関図において、現象発生周波数Ｆａ、現象発生開度Ａａ、制限周波数Ｆｂ、制限解除開度Ａｂ、現象発生領域Ｒａ、及び応差領域Ｒｂが設定される。この相関図は、予め実験や試験により求められて、制御装置２０の内部記憶装置に記憶される。

相関図においては、Ｆｍｉｎをフィーダ１２の振動周波数の最小値、Ｆｍａｘをフィーダ１２の振動周波数の最大値、Ａｍｉｎをゲート１４の開度の最小値、Ａｍａｘをゲート１４の開度の最大値とする。相関図においては、図中の左下におけるフィーダ１２の振動周波数及びゲート１４の開度の組み合わせによる払出量が小さくなり、図中の右上における組み合わせによる払出量が大きくなる。

現象発生周波数Ｆａは、フィーダ１２の振動周波数の最大値Ｆｍａｘの近くに設定された周波数である。なお、現象発生周波数Ｆａは最大値Ｆｍａｘに設定されてもよく、最大値Ｆｍａｘとしては、６０Ｈｚが例示される。

現象発生開度Ａａは、ゲート１４の開度の最小値Ａｍｉｎの近くに設定された開度である。なお、現象発生開度Ａａは最小値Ａｍｉｎに設定されてもよく、最小値Ａｍｉｎとしては、全閉の開度が例示される。

現象発生領域Ｒａは、フィーダ１２の振動周波数が現象発生周波数Ｆａよりも高くなり、且つ、ゲート１４の開度が現象発生開度Ａａよりも小さくなる組み合わせを示す領域である。つまり、現象発生領域Ｒａに目標値（Ｆｎ、Ａｎ）が存在する場合に、目標値（Ｆｎ、Ａｎ）に調節したと仮定して、スイングバック現象が生じることが予測される。本明細書において、「〜よりも高い（大きい）」、「〜よりも低い（小さい）」は対象となる値を含まないものとする。一方で、「〜以下」及び「〜以上」は対象となる値を含むものとする。

現象発生周波数Ｆａ及び現象発生開度Ａａは、フィーダ１２にスイングバック現象が生
じて、フィーダ１２がＸ方向後方に後退する後退距離に基づいて設定してもよい。例えば、後退距離が長くてもフィーダ１２が周囲の装置と衝突しない場合は、現象発生周波数Ｆａを最大値Ｆｍａｘにより近接させて、現象発生開度Ａａを最小値Ａｍｉｎにより近接させるとよい。また、後退距離が短くても、フィーダ１２が周囲の装置と衝突するおそれがある場合は、現象発生周波数Ｆａを最大値Ｆｍａｘから離間させ、現象発生開度Ａａを最小値Ｆｍｉｎから離間させるとよい。

制限周波数Ｆｂは、現象発生周波数Ｆａよりも低い周波数であり、フィーダ１２の振動周波数及びゲート１４の開度の組み合わせが現象発生領域Ｒａになると予測される場合の制限値である。制限周波数Ｆｂは、現象発生周波数Ｆａと最小値Ｆｍｉｎとの間の中途位置に設定される。制限周波数Ｆｂは、予測不可能な外乱が生じた場合でも、フィーダ１２にスイングバック現象が生じない周波数に設定される。

制限周波数Ｆｂは、現象発生周波数Ｆａに対して６０％〜９０％の周波数（６０％及び９０％を含む）が望ましい。制限周波数Ｆｂが現象発生周波数Ｆａに対して６０％よりも低い周波数に設定されると、制限された場合のフィーダ１２の振動周波数が過剰に低くなり、払出量Ｑｘと目標払出量Ｑａとの差分が大きくなる。一方、制限周波数Ｆｂが現象発生周波数Ｆａに対して９０％よりも高い周波数に設定されると、制限された場合のフィーダ１２の振動周波数の現象発生周波数Ｆａに対するマージンが減少して、外乱に対する対策とならない。例えば、現象発生周波数Ｆａが６０Ｈｚの場合に、制限周波数Ｆｂは３６Ｈｚ〜５４Ｈｚとなる。

制限解除開度Ａｂは、現象発生開度Ａａよりも大きい開度であり、フィーダ１２の振動周波数が制限された場合に、その制限を解除する解除値である。制限解除開度Ａｂは、現象発生開度Ａａと最大値Ａｍａｘとの間の中途位置に設定される。制限解除開度Ａｂは、フィーダ１２の振動周波数に対する制限が掛けられる頻度を低減可能な開度に設定される。

制限解除開度Ａｂは、現象発生開度Ａａに対して１２０％〜２００％の開度（１２０％及び２００％を含む）が望ましい。制限解除開度Ａｂが現象発生開度Ａａに対して１２０％よりも小さい開度に設定されると、フィーダ１２の振動周波数に制限が設けられた後に、直ぐにゲート１４の開度が現象発生開度Ａａよりも小さくなる頻度が多くなり、制限が掛けられる頻度が多くなる。一方、制限解除開度Ａｂが現象発生開度Ａａに対して２００％よりも大きい開度に設定されると、制限を解除するまでの時間が長期化する。例えば、現象発生開度Ａａが１０％の場合に、制限解除開度Ａｂは１２％〜２０％となる。

応差領域Ｒｂは、制限周波数Ｆｂよりも高く、且つ、現象発生周波数Ｆａより低い振動周波数と、現象発生開度Ａａよりも大きく、且つ、制限解除開度Ａｂよりも小さい開度との組み合わせを示す領域である。応差領域Ｒｂは、フィーダ１２の振動周波数及びゲート１４の開度を調節する制御上で、不可侵の領域である。つまり、目標値（Ｆｎ、Ａｎ）は、応差領域Ｒｂに存在するフィーダ１２の振動周波数及びゲート１４の開度の組み合わせには設定されない。

図４及び図５に例示するように、定量払出装置１０の制御方法は、所定の周期ごとに行われるフィードバック制御により払出量Ｑｘを目標払出量Ｑａに近づける方法である。また、定量払出装置１０の制御方法は、払出量Ｑｘを設定された目標払出量Ｑａに近づける際に、スイングバック現象の発生を回避するために、目標値（Ｆｎ、Ａｎ）に制限を掛ける方法である。

以下では、（ｎ−１）を前回（制御前）の周期、及びｎを今回（制御後）の周期とする
。つまり、Ｆ（ｎ−１）は、現時点のフィーダ１２の振動周波数であり、前回の制御におけるフィーダ１２の振動周波数の目標値である。また、Ｆｎは、今回の制御におけるフィーダ１２の振動周波数の目標値である。

図４に例示するように、制御装置２０の設定部２４は、入力装置２２で入力されて内部記憶装置に記憶された目標払出量Ｑａを読み込む（Ｓ１１０）。次いで、設定部２４は、払出量取得装置２１を用いて払出量Ｑｘを取得する（Ｓ１２０）。

次いで、設定部２４は、取得した払出量Ｑｘと呼び出した目標払出量Ｑａとを比較して、それらが等しいか否かを判定する（Ｓ１３０）。本明細書において、払出量Ｑｘ及び目標払出量Ｑａが「等しい」ことは、払出量Ｑｘ及び目標払出量Ｑａが等しい値になることに加えて、払出量Ｑｘが目標払出量Ｑａを基準とした所定の範囲に収まっていることも包含する。このステップでは、払出量Ｑｘ及び目標払出量Ｑａの差分がゼロであるか否か、あるいは所定の範囲に収まっているか否かを判定してもよい。

払出量Ｑｘ及び目標払出量Ｑａが等しいと判定すると（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、設定部２４は、目標値（Ｆｎ、Ａｎ）として現時点のフィーダ１２の振動周波数Ｆ（ｎ−１）及びゲート１４の開度Ａ（ｎ−１）を設定する（Ｓ１４０）。

次いで、制御装置２０の制御部２５が、設定された目標値（Ｆｎ、Ａｎ）に基づいて、フィーダ１２の振動周波数及びゲート１４の開度を調節して（Ｓ１５０）、スタートへ戻る。つまり、払出量Ｑｘ及び目標払出量Ｑａが等しいと判定した場合は、制御部２５が、フィーダ１２の振動周波数及びゲート１４の開度のそれぞれを前回の制御から可変させずに一定に維持する。

図５に例示するように、払出量Ｑｘ及び目標払出量Ｑａが等しくないと判定すると（Ｓ１３０：ＮＯ）、設定部２４は、現時点でフィーダ１２の振動周波数に制限が設けられているか否かを判定する（Ｓ２１０）。このステップでは、フラグが立っている場合に（ｆｌａｇ：ＯＮ）、フィーダ１２の振動周波数に制限が設けられていると判定し、フラグが降りている場合に（ｆｌａｇ：ＯＦＦ）、フィーダ１２の振動周波数に制限が設けられていないと判定する。

フィーダ１２の振動周波数に制限が設けられていないと判定すると（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、設定部２４は、現時点のフィーダ１２の振動周波数Ｆ（ｎ−１）及びゲート１４の開度Ａ（ｎ−１）とは異なる目標値（Ｆｎ、Ａｎ）を算出する（Ｓ２２０）。

このステップで、設定部２４は、目標払出量Ｑａに対して払出量Ｑｘが大きい場合に、払出量Ｑｘを減少させる目標値（Ｆｎ、Ａｎ）を算出する。一方、設定部２４は、目標払出量Ｑａに対して払出量Ｑｘが小さい場合に、払出量Ｑｘを増加させる目標値（Ｆｎ、Ａｎ）を算出する。つまり、設定部２４は、目標払出量Ｑａに対して払出量Ｑｘが大きい場合に、フィーダ１２の目標周波数Ｆｎを全開の目標周波数Ｆ（ｎ−１）よりも低くする、及び／又は、ゲート１４の目標開度Ａｎを前回の目標開度Ａ（ｎ−１）よりも小さくする。また、設定部２４は、目標払出量Ｑａに対して払出量Ｑｘが小さい場合に、フィーダ１２の目標周波数Ｆｎを前回の目標周波数Ｆ（ｎ−１）よりも高くする、及び／又は、ゲート１４の目標開度Ａｎを前回の目標開度Ａ（ｎ−１）よりも大きくする。

目標値（Ｆｎ、Ａｎ）を算出する方法としては、払出量Ｑｘ及び目標払出量Ｑａの差分と、予め実験や試験により求めたフィーダ１２の振動周波数及びゲート１４の開度の組み合わせとが設定されたマップを用いる方法が例示される。また、その差分と、予め実験や試験により求めたフィーダ１２の振動周波数及びゲート１４の開度の増加量（減少量）と
が設定されたマップを用いて、現時点の値にその増加量（減少量）を加算する方法を用いてもよい。

次いで、設定部２４は、算出した目標値（Ｆｎ、Ａｎ）の組み合わせが現象発生領域Ｒａに存在するか否かを判定する（Ｓ２３０）。このステップでは、目標周波数Ｆｎが現象発生周波数Ｆａより高くなり、目標開度Ａｎが現象発生開度Ａａよりも小さくなった場合に、目標値（Ｆｎ、Ａｎ）の組み合わせが現象発生領域Ｒａに存在すると判定する。換言すると、このステップは、目標値（Ｆｎ、Ａｎ）に調節したと仮定して、スイングバック現象が生じることが予測されるか否かを判定する。

目標値（Ｆｎ、Ａｎ）の組み合わせが現象発生領域Ｒａに存在すると判定すると（Ｓ２３０：ＹＥＳ）、スイングバック現象が生じることが予測されるとして、設定部２４は、フィーダ１２の振動周波数に制限を掛ける。具体的に、設定部２４は、フィーダ１２の振動周波数を制限周波数Ｆｂに制限する。次いで、設定部２４は、フィーダ１２の振動周波数に制限を設けたことを示すように、フラグを立てて（Ｓ２５０）、ステップＳ１５０へ進む。

次いで、制御部２５は、設定部２４により設定された目標値（Ｆｎ、Ａｎ）に基づいて、フィーダ１２及びゲート１４を調節して（Ｓ１５０）、スタートへ戻る。つまり、目標値（Ｆｎ、Ａｎ）の組み合わせが現象発生領域Ｒａに存在すると判定した場合は、制御部２５が、フィーダ１２の振動周波数を制限周波数Ｆｂに制限すると共に、ゲート１４の開度を目標開度Ａｎに調節する。

上記のステップＳ２３０で、目標値（Ｆｎ、Ａｎ）の組み合わせが現象発生領域Ｒａに存在しないと判定すると（Ｓ２３０：ＮＯ）、設定部２４により制限を掛けることなく、ステップＳ１５０へ進む。

次いで、制御部２５は、設定部２４により設定された目標値（Ｆｎ、Ａｎ）に基づいて、フィーダ１２及びゲート１４を調節して（Ｓ１５０）、スタートへ戻る。つまり、目標値（Ｆｎ、Ａｎ）の組み合わせが現象発生領域Ｒａに存在しないと判定した場合は、制御部２５が、フィーダ１２の振動周波数を目標周波数Ｆｎに調節すると共に、ゲート１４の開度を目標開度Ａｎに調節する。

上記のステップＳ２１０で、フラグが立っていて（ｆｌａｇ：ＯＮ）、フィーダ１２の振動周波数に制限が設けられていると判定すると（Ｓ２１０：ＮＯ）、設定部２４は、フィーダ１２の振動周波数を制限周波数Ｆｂに制限した状態で、現時点のゲート１４の開度Ａ（ｎ−１）とは異なる目標開度Ａｎを算出する（Ｓ２６０）。

このステップで、設定部２４は、目標払出量Ｑａに対して払出量Ｑｘが大きい場合に、払出量Ｑｘを減少させるように前回の目標開度Ａ（ｎ−１）よりも小さい目標開度Ａｎを算出する。一方、設定部２４は、目標払出量Ｑａに対して払出量Ｑｘが小さい場合に、払出量Ｑｘを増加させるように前回の目標開度Ａ（ｎ−１）よりも大きい目標開度Ａｎを算出する。

次いで、設定部２４は、算出した目標開度Ａｎが制限解除開度Ａｂ以上か否かを判定する（Ｓ２７０）。目標開度Ａｎが制限解除開度Ａｂ以上と判定すると（Ｓ２７０：ＹＥＳ）、設定部２４は、フィーダ１２の振動周波数に設けた制限を解除したこと示すように、フラグを降ろして（Ｓ２８０）、ステップＳ１５０へ進む。

次いで、制御部２５は、設定部２４により設定された目標値（Ｆｎ、Ａｎ）に基づいて
、フィーダ１２及びゲート１４を調節して（Ｓ１５０）、スタートへ戻る。つまり、フィーダ１２の振動周波数に設けた制限を解除した場合は、制御部２５が、フィーダ１２の振動周波数を目標開度Ｆｎに調節すると共に、ゲート１４の開度を目標開度Ａｎに調節する。そして、次の周期（ｎ＋１）で、ステップＳ２１０からステップＳ２２０へ進むようにフラグを降ろす（ｆｌａｇ：ＯＦＦ）。

目標開度Ａｎが制限解除開度Ａｂよりも小さいと判定すると（Ｓ２７０：ＮＯ）、設定部２４は、設定部２４により制限を解除することなく、ステップＳ１５０へ進む。

次いで、制御部２５は、設定部２４により設定された目標値（Ｆｎ、Ａｎ）に基づいて、フィーダ１２及びゲート１４を調節して（Ｓ１５０）、スタートへ戻る。つまり、フィーダ１２の振動周波数に設けた制限を解除しない場合は、制御部２５が、フィーダ１２の振動周波数を制限周波数Ｆｂに制限すると共に、ゲート１４の開度を目標開度Ａｎに調節する。そして、次の周期（ｎ＋１）で、ステップＳ２１０から再度、ステップＳ２６０へ進むようにフラグを立てた状態を維持する。

図６及び図７に例示するように、制御部２５が、設定部２４により設定された目標値（Ｆｎ、Ａｎ）に基づいて、フィーダ１２及びゲート１４を調節する場合は、フィーダ１２の振動周波数及びゲート１４の開度を交互に調節することが望ましい。また、制御部２５が、フィーダ１２及びゲート１４を調節する場合は、調節する過程における組み合わせが描く軌跡Ｌ１、Ｌ２を応差領域Ｒｂの外周に沿わせることが望ましい。

図６に例示するように、払出量Ｑｘを減少する場合に、制御部２５は、ゲート１４の開度を開度Ａ（ｎ−１）から開度Ａｎに向って閉じる。次いで、ゲート１４の開度が現象発生開度Ａａに達したときに、制御部２５は、ゲート１４の開度を現象発生開度Ａａに維持した状態で、フィーダ１２の振動周波数を制限周波数Ｆｂまで低下させる。次いで、フィーダ１２の振動周波数が制限周波数Ｆｂまで達したときに、制御部２５は、フィーダ１２の振動周波数を制限周波数Ｆｂに維持した状態で、ゲート１４の開度を目標開度Ａｎまで閉じる。

図７に例示するように、フィーダ１２の振動周波数に制限が設けられた状態で、払出量Ｑｘを増加する場合に、制御部２５は、フィーダ１２の振動周波数を制限周波数Ｆｂに維持した状態で、ゲート１４の開度を開度Ａ（ｎ−１）から制限解除開度Ａｂまで開く。次いで、ゲート１４の開度が制限解除開度Ａｂまで達したときに、制御部２５は、ゲート１４の開度を制限解除開度Ａｂに維持した状態で、フィーダ１２の振動周波数を目標周波数Ｆｎまで上昇させる。次いで、フィーダ１２の振動周波数が目標周波数Ｆｎまで達したときに、制御部２５は、フィーダ１２の振動周波数を目標周波数Ｆｎに維持した状態で、ゲート１４の開度を目標開度Ａｎまで開く。

このように、定量払出装置１０は、目標値（Ｆｎ、Ａｎ）に調節すると仮定して、スイングバック現象の発生が予測されるときは、フィーダ１２の振動周波数をその目標値における振動周波数よりも低い周波数に制限することで、原料とフィーダ１２の斜面１５ａとの衝突頻度を低減することができる。これにより、ゲート１４の開度が全閉近くまで閉じて原料から斜面１５ａに掛かる反力が大きくなったとしても、総合的に斜面１５ａを押す力を低減するには有利になり、フィーダ１２がＸ方向後方へ後退するスイングバック現象を回避できる。

定量払出装置１０は、スイングバック現象の発生を、目標値におけるフィーダ１２の振動周波数が現象発生周波数Ｆａよりも高くなると共にゲート１４の開度が現象発生開度Ａａよりも小さくなることで予測する。そして、定量払出装置１０は、スイング現象の発生
を予測したときに、フィーダ１２の振動周波数を現象発生周波数Ｆａよりも低い周波数に制限する。つまり、定量払出装置１０によれば、スイングバック現象の発生を確実に予測することができる。そして、その予測に基づいてフィーダ１２の振動周波数に制限を掛けることで、フィーダ１２がＸ方向後方へ後退するスイングバック現象を確実に回避できる。

定量払出装置１０は、フィーダ１２の振動周波数に制限を掛けた後に、ゲート１４の開度が制限解除開度Ａｂを上回るまで、フィーダ１２の振動周波数への制限を維持し、ゲート１４の開度が制限解除開度Ａｂ以上になるときに、フィーダ１２の振動周波数への制限を解除する。

フィーダ１２の振動周波数を制限周波数Ｆｂに制限する場合は、目標値（Ｆｎ、Ａｎ）が現象発生領域Ｒａに存在する場合であり、目標開度Ａｎが現象発生開度Ａａよりも小さい場合である。つまり、制限を掛けてから直ぐにその制限を解除すると、ゲート１４の開度が現象発生開度Ａａよりも小さい状態で制限を解除するおそれがある。そこで、定量払出装置１０は、ゲート１４の開度が制限解除開度Ａｂ以上になり、スイングバック現象が確実に発生しない状態を確認してから、制限を解除する。これにより、スイングバック現象の発生を確実に回避できる。

定量払出装置１０は、前回の目標値（Ａ（ｎ−１）、Ｆ（ｎ−１））から、目標値（Ａｎ、Ｆｎ）に向けて調節する場合に、フィーダ１２の振動周波数及びゲート１４の開度を交互に調節する。そして、定量払出装置１０は、フィーダ１２の振動周波数及びゲート１４の開度の組み合わせが描く軌跡Ｌ１、Ｌ２が応差領域Ｒｂを通過するときは、フィーダ１２の振動周波数及びゲート１４の開度の調節を交互に行って、その軌跡Ｌ１、Ｌ２を応差領域Ｒｂの外周に沿わせる。

フィーダ１２の振動周波数及びゲート１４の開度の両方を一度に変更すると、払出量Ｑｘが急激に変化することになり、オーバーシュートを起因としたハンチングが生じるおそれがある。そこで、フィーダ１２の振動周波数及びゲート１４の開度を交互に調節することで、払出量Ｑｘの急激な変化を抑制するには有利になり、ハンチングの発生を防ぐことができる。また、応差領域Ｒｂが応差（ヒステリシスともいう）として機能することで、フィーダ１２の振動周波数に制限を掛ける場合に生じる制限のループを回避することができる。

既述した実施形態において、軌跡Ｌ１、Ｌ２を応差領域Ｒｂの外周に対して左回りに沿わせたが、右回りに沿わせることも可能である。

図８に例示するように、定量払出装置１０の制御方法は、フィーダ１２の振動を停止させた状態から振動を開始させる場合に、貯蔵量取得装置２３が取得した貯蔵量Ｑｙが正の値のときは、フィーダ１２の振動周波数に制限を掛ける方法である。

フィーダ１２は、前述したとおり、駆動部１６が複数の偏心モータで構成されており、振動の発生を開始するときに振動周波数を一時的に最大値近くまで、あるいは最大値まで高くして、複数の偏心モータどうしを同期させる制御を行う。

複数の偏心モードどうしを同期させるための振動周波数を開始周波数Ｆｃとする。開始周波数Ｆｃは、フィーダ１２の振動周波数の最大値Ｆｍａｘの近くに設定された周波数である。なお、開始周波数Ｆｃは最大値Ｆｍａｘに設定されてもよく、現象発生周波数Ｆａに設定してもよい。

設定部２４は、貯蔵量取得装置２３を用いて貯蔵量Ｑｙを取得する（Ｓ３１０）。次いで、設定部２４は、取得した貯蔵量Ｑｙが正の値か否かを判定する（Ｓ３２０）。つまり、このステップで、設定部２４は、ホッパ１１の内部にばら荷が貯蔵されているか否かを判定する。なお、実施形態では、貯蔵量Ｑｙが正の値か否かを判定したが、貯蔵量Ｑｙが所定の判定値よりも多いか否かを判定してもよい。この場合に所定の判定値としては、スイングバック現象の発生を判定可能な値が好ましい。つまり、ホッパ１１の内部にばら荷が貯蔵されていたとしても、その量が少なくスイングバック現象が発生しない量か否かを判定できればよい。

貯蔵量Ｑｙが正の値と判定すると（Ｓ３２０：ＹＥＳ）、設定部２４は、フィーダ１２の振動周波数を制限周波数Ｆｂに制限すると共に、目標開度Ａｎを現在のゲート１４の開度Ａ（ｎ−１）に設定する（Ｓ３３０）。

次いで、制御装置２０の制御部２５が、設定された目標値（Ｆｎ、Ａｎ）に基づいて、フィーダ１２の振動周波数及びゲート１４の開度を調節して（Ｓ３４０）、スタートへ戻る。つまり、貯蔵量Ｑｙが正の値と判定した場合は、制御部２５が、フィーダ１２の振動周波数を制限周波数Ｆｂに制限すると共に、ゲート１４の開度を前回の制御から可変させずに一定に維持する。

一方、貯蔵量Ｑｙが正の値以外（ゼロ）と判定すると（Ｓ３２０：ＮＯ）、設定部２４は、フィーダ１２の振動周波数を制限周波数Ｆｂに制限せずに、予め設定された開始周波数Ｆｃに設定すると共に、目標開度Ａｎを現在のゲート１４の開度Ａ（ｎ−１）に設定する（Ｓ３５０）。

次いで、制御装置２０の制御部２５が、設定された目標値（Ｆｎ、Ａｎ）に基づいて、フィーダ１２の振動周波数及びゲート１４の開度を調節して（Ｓ３４０）、スタートへ戻る。つまり、貯蔵量Ｑｙが正の値以外と判定した場合は、制御部２５が、フィーダ１２の振動周波数を開始周波数Ｆｃに調節すると共に、ゲート１４の開度を前回の制御から可変させずに一定に維持する。

このように、定量払出装置１０は、フィーダ１２の振動を停止させた状態から振動を開始させる場合に、貯蔵量Ｑｙが正の値のときを、スイングバック現象が生じることが予測されるときとして、フィーダ１２の振動周波数に制限を掛ける。これにより、フィーダ１２の振動を停止した状態から再開する場合に、フィーダ１２の振動周波数を開始周波数Ｆｃに高めるように構成されていても、スイングバック現象の発生が予測されるときは、開始周波数Ｆｃを制限周波数Ｆｂに制限する。この結果、フィーダ１２の振動の開始時に生じるスイングバック現象を確実に回避することができる。

既述した実施形態で、振動を停止した状態から再開する場合に、貯蔵量Ｑｙが正の値と判定したときに、フィーダ１２の振動周波数に制限を掛ける構成にした。これに加えて、ゲート１４の開度が現象発生開度Ａａ以下か否かを判定して、ゲート１４の開度が現象発生開度Ａａ以下と判定したときに、フィーダ１２の振動周波数に制限を掛ける構成としてもよい。

既述した実施形態では、アンローダに搭載される定量払出装置１０を例に説明したが、単体で使用することも可能である。例えば、工場の内部で原料の払い出しを行う装置としても適用可能である。

１０ 定量払出装置
１１ ホッパ
１２ フィーダ
１３ コンベヤ
１４ ゲート
１５ａ 斜面
２０ 制御装置
２１ 払出量取得装置
２３ 貯蔵量取得装置
Ｑｘ 払出量
Ｑｙ 貯蔵量
Ｑａ 目標払出量
Ｆｎ 振動周波数
Ａｎ 開度
Ｆａ 現象発生周波数
Ａａ 現象発生開度
Ｆｂ 制限周波数
Ａｂ 制限解除開度

Claims (7)

1. 上端及び下端が開口した漏斗形状を成すホッパと、このホッパの下方で水平に対して傾けられて振動可能に構成された斜面を有するフィーダと、前記ホッパの下端開口から前記斜面に落ちその斜面に沿って前記フィーダの出口に向う原料を堰き止めるゲートと、前記フィーダの振動周波数及び前記ゲートの開度のそれぞれを調節する制御を行う制御装置と、を備えた定量払出装置において、
   前記フィーダの振動周波数及び前記ゲートの開度を目標値に調節する場合に、その目標値に調節したと仮定して、前記斜面が原料からの反力で押されて前記フィーダにスイングバック現象が生じることが予測されるときは、前記制御装置により、前記フィーダの振動周波数を前記目標値における周波数よりも低い周波数に制限する制御を行うことを特徴とする定量払出装置。
2. 前記制御装置に接続されて、前記フィーダから払い出される原料の払出量を逐次取得する払出量取得装置を備えて、
   前記制御装置に、前記スイングバック現象が生じることを特定する閾値として現象発生周波数及び現象発生開度が予め入力されて、
   前記払出量取得装置が取得した前記払出量と予め入力された目標払出量との差分に基づいて算出した前記目標値に調節したと仮定して、前記スイングバック現象が生じることが予測されるときは、前記目標値における前記フィーダの振動周波数が前記現象発生周波数よりも高くなり、前記目標値における前記ゲートの開度が前記現象発生開度よりも小さくなるときであり、
   前記制限する制御は、前記フィーダの振動周波数を、前記現象発生周波数よりも低い周波数に制限する制御である請求項１に記載の定量払出装置。
3. 前記制御装置に、前記現象発生周波数よりも低い制限周波数と、前記現象発生開度よりも大きい制限解除開度とが予め入力されて、
   前記制限する制御で、前記フィーダの振動周波数を前記制限周波数に制限した後は、前記ゲートの開度が前記制限解除開度以上になるまで、前記制御装置により、前記制限する制御を維持する構成にした請求項２に記載の定量払出装置。
4. 前記フィーダの振動周波数及び前記ゲートの開度の相関において、応差領域が設定されて、この応差領域は、前記制限周波数よりも高く、前記現象発生周波数よりも低い周波数と、前記現象発生開度よりも大きく、前記制限解除開度よりも小さい開度との組み合わせを示し、
   前記制御装置により、前記フィーダの振動周波数及び前記ゲートの開度の組み合わせを、前記応差領域に存在する組み合わせに調節することを禁止する構成にした請求項３に記載の定量払出装置。
5. 前記フィーダの振動周波数及び前記ゲートの開度の組み合わせのうちの二つの組み合わせの一方から他方に向って調節する場合に、前記フィーダの振動周波数及び前記ゲートの開度の組み合わせが描く軌跡が前記応差領域を通過するときは、前記制御装置により、前記フィーダの振動周波数及び前記ゲートの開度の調節を交互に行って、前記軌跡を前記応差領域の外周に沿わせる制御を行う構成にした請求項４に記載の定量払出装置。
6. 前記制御装置に接続されて、前記ホッパに貯蔵される原料の貯蔵量を取得する貯蔵量取得装置を備えて、
   前記制限装置に、前記フィーダの振動を停止させた状態から振動を開始させる場合の前記フィーダの振動周波数として開始周波数が予め設定されて、
   前記スイングバック現象が生じることが予測されるときは、前記フィーダの振動を停止
   させた状態から振動を開始させる場合に、前記貯蔵量取得装置が取得した貯蔵量が正の値のときであり、
   前記制限する制御は、前記フィーダの振動周波数を、前記開始周波数よりも低い周波数に制限する制御である請求項１に記載の定量払出装置。
7. ホッパに供給されてフィーダの出口から払い出される原料を、そのフィーダの振動周波数及びそのフィーダの出口に向う原料を堰き止めるゲートの開度を調節することにより所定の払出量にする定量払出装置の制御方法において、
   前記フィーダの振動周波数及び前記ゲートの開度を目標値に調節する場合に、
   前記フィーダの振動周波数及び前記ゲートの開度を前記目標値に調節したと仮定して、前記斜面が原料からの反力で押されて前記フィーダにスイングバック現象が生じるか否かを予測し、
   前記スイングバック現象が生じることが予測されるときは、前記フィーダの振動周波数を前記目標値における周波数よりも低い周波数に制限することを特徴とする定量払出装置の制御方法。

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