JP3565568B2 - 原料切出し秤量制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、既に切り出された原料を秤量しながら、目標原料分量となる時点で、この切り出しを停止する原料切出し秤量制御方法に係り、特に、種々のデータ管理を増加させることなく、最終的に切り出される原料分量の精度をより向上させ、又、比較的短時間に所望の分量の原料を切り出すことができる原料切出し秤量制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉へ装入する原料、例えば鉱石やコークス、又、副原料などは、例えば秤量ホッパに取り付けられたロードセルにて、既に切り出された原料を秤量しながら、例えば所定のストッカから目標原料分量だけ切り出すようにしている。又、このように目標原料分量だけ切り出された原料は、所定のコンベアなどにて輸送され、高炉へと装入される。これは、既に切り出された原料を秤量しながら、目標原料分量となる時点で、この切出しを停止するというものである（以降、原料切出し秤量制御と称する）。このような原料切出し秤量制御として、様々な技術が開示されている。
【０００３】
例えば、特開昭４８−５１６１では、制御可能な供給装置を備えたそれぞれ異なる貯鉱槽から供給される異なる原料を、全ての貯鉱槽に共通な連続的に走行するコンベアを介して、重量測定装置を備えた容器に導くようにし、重量測定装置によって求められた重量実績値を、重量の変化に関係する量と合せて和の実績値として重量目標値と所定の比較装置において比較するようにし、和の実績値が重量目標値に到達した際に、前記供給装置を停止させるようにした各種原料の高炉への自動装入装置に関する技術が開示されている。該特開昭４８−５１６１は、特に、重量測定装置によって測定された重量実績値と、貯鉱槽と重量測定装置との間のコンベアの長さ及び積載物に関連して予め与えられる付加的実績値との和が重量目標値に達した際、供給装置の供給量が大から小に切替え可能にする。又、これと同時に、負荷的実績値の代わりに、単位行程当りの重量変化と原料の走行距離とから形成される重量の変化に関係する量が、重量測定装置により測定された重量実績値と共に前記和の実績値として比較装置に導かれるようにしている。該特開昭４８−５１６１で開示されている技術によれば、前記コンベアのコンベア速度が変動してしまったり、該コンベアの原料が載せられたコンベアベルトが一度停止して再び動かされたような場合における、測定誤差を減少することができる。
【０００４】
又、特開昭５７−１１７４２２では、複数のビンからコンベアなどの輸送手段を介してホッパに粉粒物を装入する工程に係る粉粒物の切出し制御方法に関する技術が開示されている。該特開昭５７−１１７４２２では、切出しビンの今回のフィーダ停止時期を、前記ホッパ内秤量設定値（Ｗ）、ホッパ内中間秤量値（Ｗｏ ）とそれを得た時刻（Ｔｏ ）、フィーダ切出し重量速度（Ｆｉ ）、切出しビンとホッパ間のコンベア長さ（Ｌｂｉ）及びコンベア速度（Ｖｂ ）から演算して決定するようにしている。又、切出しビンの次回のフィーダ起動時期を、前記Ｗ、Ｗｏ 、Ｔｏ 、Ｆｉ 、Ｖｂ 、及び次回切出しビンとホッパ間のコンベア長さから演算決定して操作を行う。又、今回切出し粉粒物が前記ホッパ内で秤量設定値（Ｗ）に達し、前記コンベアを停止した時期には、次回切出し粉粒物のみをコンベア上に残留せしめるというものである。該特開昭５７−１１７４２２によれば、バッチ毎に一定の粉粒物性状とすることができると共に、的確な水分測定により所望重量を安定的に供給することができる。
【０００５】
一方、特開昭６１−４７５３５では、複数の貯鉱槽と、各貯鉱槽に対応して設けられた複数の切出し装置と、ベルトコンベアと、秤量ホッパとを有する高炉コークス切出し秤量設備に係る高炉コークス切出し制御装置に関する技術が開示されている。該特開昭６１−４７５３５では、秤量速度から求められた切出し速度と、切出し開始から現時点までの経過時間の積と、秤量ホッパの現時点の秤量値とからベルトコンベア上のコークス搭載量を演算する原料搭載量演算手段を備えている。又、秤量目標値に対する秤量残量値からこの原料搭載量演算手段で演算したコークス搭載量を減算し、この減算結果が所定量以下になったときに、当該切出し装置に切出し停止信号を出力する切出し停止タイミング制御手段を備えている。該特開昭６１−４７５３５によれば、秤量したコークスに混在する前回のバッチのコークスの量を削減して、コークスの正確な水分測定、コークスの必要量の正確な秤量及びバッチ毎の炉内への粒度別の装入を可能とすることができる。
【０００６】
図４は、従来の原料切出し秤量制御方法が適用された秤量制御装置の構成を示すブロック図である。
【０００７】
この図４において、秤量制御装置８０は、秤量ホッパ１へと既に切り出された原料を秤量しながら、秤量対象となる原料が蓄えられたストッカ１３の下方に配置された切出しフィーダ１２によって、その原料の切出し速度を制御する。又、該秤量制御装置８０は、目標原料分量となる時点で、前記切出しフィーダ１２によってその切出しを停止する。
【０００８】
このような秤量制御装置８０において、前記秤量ホッパ１に既に切り出された原料の分量は、ロードセル２ａ 及び秤量演算器２ｂ にて測定される。該秤量演算器２ｂ の出力は、現場指示計７１及び秤量信号Ａ／Ｄ変換器７０に入力される。又、前記秤量ホッパ１に既に切り出された原料の水分含有量は、中性子水分計６０にて測定される。該測定結果は、その値を逐次印字する記録計６１と、水分信号Ａ／Ｄ変換器６２へと入力される。
【０００９】
この図４の前記秤量制御装置８０において、まず、秤量スケジュール装置７２にて、前記ストッカ１３に蓄えられた原料の、今回切り出して秤量するその秤量設定値、即ち目標原料分量を求め、これを秤量設定値メモリ７４へと書き込む。
【００１０】
一方、前記秤量信号Ａ／Ｄ変換器７０にてＡ／Ｄ変換された実績切出し済み原料分量は、切出し実績値演算器４０及びＷＥＴ／ＤＲＹ変換器４２にて、実績切出し量ＷＦＥＤｉに変換される。累積誤差値演算器４４は、前記ＷＥＴ／ＤＲＹ変換器４２の出力から、累積誤差値Σｉ Ｄｊ を求める。ここで、該ＷＥＴ／ＤＲＹ変換器４２は、前記水分信号Ａ／Ｄ変換器６２にてＡ／Ｄ変換された前記水分含有量に基づいて、乾燥時に換算した切出し量を求めるものである。
【００１１】
切出し目標値演算器４６及びＤＲＹ／ＷＥＴ変換器４８は、前記秤量設定値メモリ７４に書き込まれた値と、前記累積誤差値演算器４４で求められた前記累積誤差値Σｉ Ｄｊ とに従って、切出し目標値ＷＴＧＴｉを求める。該切出し目標値ＷＴＧＴｉは、実際に切り出している原料の水分含有量を配慮したものである。この実際の水分含有量を配慮した値は、前記ＤＲＹ／ＷＥＴ変換器４８によって得られる。
【００１２】
切出し停止値演算器５０は、前記ＤＲＹ／ＷＥＴ変換器４８で求められた前記切出し目標値ＷＴＧＴｉにより、切出し停止値ＷＳＴを求める。比較装置５２は、主として前記切出し停止値ＷＳＴに従って、定量前検出の判定、定量検出の判定、及び空量検出の判定を行う。前記定量前検出は、前記秤量ホッパ１に切出し中の原料が、前記目標原料分量に接近しているという判定である。前記定量検出は、該目標原料分量に達しているか否かの判定である。前記空量検出とは、既に秤量された前記秤量ホッパ１中の原料が、全て払い出されたか否かを判定するものである。
【００１３】
このような判定結果に基づき、シーケンス制御装置５４は、切出し制御回路５６へと、運転指令あるいは低速指令を出力する。該運転指令は、前記ストッカ１３から前記秤量ホッパ１へと前記切出しフィーダ１２にて原料を切出すというものである。前記低速指令は、このような切出しを低速にて行うというものである。前記切出し制御回路５６は、このような運転指令や低速指令に基づいて、実際に前記切出しフィーダ１２の制御を行う。
【００１４】
又、以上説明した従来の前記秤量制御装置は、具体的には次の通りの演算を行う。
【００１５】
即ち、まず、次式によって、又、前記切出し実績値演算器４０及び前記ＷＥＴ／ＤＲＹ変換器４２において、既に切り出された原料の実績切出し量ＷＦＥＤｉを求める。
【００１６】
ＷＦＥＤｉ＝（Ｗ１００ｉ−Ｗ０ｉ）×（１−αｉ ） …（１）
【００１７】
又、このときの累積誤差値Σｉ Ｄｊ は、前記累積誤差値演算器４４において、次式により求めることができる。
【００１８】
Σｉ Ｄｊ ＝Σｉ−１ Ｄｊ ＋（ＷＦＥＤｉ−ＷＳＥＴｉ） …（２）
【００１９】
又、この時点において、更に切り出さなければならない切出し目標値ＷＴＧＴｉは、次式により、前記切出し目標値演算器４６において求められる。
【００２０】
ＷＴＧＴｉ＝ＷＳＥＴｉ＋１−Σｉ Ｄｊ …（３）
【００２１】
更に、切出し停止値ＷＳＴ、即ち秤量しながら行っていた切出しの停止の判定値を、前記ＤＲＹ／ＷＥＴ変換器４８及び前記切出し停止値演算器５０において、次式により求める。
【００２２】
ＷＳＴｉ＋１ ＝Ｗｏｉ＋１＋ＷＴＧＴｉ＋１／（１−αｉ ）−ＷＯＶＦ …（４）
【００２３】
このようにして前記切出し停止値ＷＳＴが求められると、定量前検出の判定、定量検出の判定、及び、空量検出の判定は、前記比較装置５２において、それぞれ次に列挙する３つの式にて行う。
【００２４】
ＷＩＮ≧ＷＳＴ−ＷＬ → 定量前 …（５ａ ）
ＷＩＮ≧ＷＳＴ → 定量（１００％） …（５ｂ ）
ＷＩＮ≦ＷＥ → 空量（０％） …（５ｃ ）
【００２５】
なお、上記（１）式〜（５ｃ ）式における諸定数及び諸変数は次の通りである。
【００２６】
Ｗ１００ ： 満量読込値 （ＷＥＴ値） …（６ａ ）
Ｗ０ ： 空量読込値 （ＷＥＴ値） …（６ｂ ）
ＷＦＥＤ ： 実績切出量 （ＤＲＹ値） …（６ｃ ）
ΣＤｊ ： 累積誤差値 （ＤＲＹ値） …（６ｄ ）
ＷＳＥＴ ： 秤量設定値 （ＤＲＹ値）＊ …（６ｅ ）
ＷＴＧＴ ： 切出目標値 （ＤＲＹ値） …（６ｆ ）
ＷＯＶＦ ： 流れ込み量 （ＷＥＴ値） …（６ｇ ）
ＷＳＴ ： 切出停止値 （ＷＥＴ値） …（６ｈ ）
ＷＩＮ ： 秤量読込値 （ＷＥＴ値） …（６ｉ ）
ＷＬ ： 定量前設定値（ＷＥＴ値）＊ …（６ｊ ）
ＷＥ ： 空量設定値 （ＷＥＴ値）＊ …（６ｋ ）
α ： 水分値 …（６ｌ ）
【００２７】
ここで、＊印は、プリセットデータである。
【００２８】
図５は、前記従来の秤量制御装置における切出し速度指令電圧と実績切出し速度とを示すグラフである。
【００２９】
この図５においては、前記切出しフィーダ１２の制御中に前記切出し制御回路５６中で用いられる切出し速度指令電圧Ｅと、前記秤量演算器２ｂ から得られる実績切出し済み原料分量に基づいた実績切出し速度ｖ とのグラフが示されている。該実績切出し速度ｖ は、前記実績切出し済み原料分量を微分したものである。
【００３０】
この図５のグラフにおいて、まず時刻 ｔ０ にて秤量すべき原料の切出しの開始時には、前記切出し制御回路５６の前記切出し速度指令電圧Ｅは、大旨定格電圧となり、そのときの切出し速度はほぼ最大とするようにする。該時刻 ｔ０ 以降、切り出される原料の実績切出し速度ｖ には、切出し中に、この図５の破線で示されるように、種々の外的要因にて変動が見られる。
【００３１】
この後、実績切出し済み原料分量が８０〜９０％となった時点、即ち時刻 ｔ１ において、前記比較装置５２は前記定量前検出の判定を行い、これを前記シーケンス制御装置５４へと出力する。これにより、該シーケンス制御装置５４及び前記切出し制御回路５６は、前記ストッカ１３から切り出される原料の切出し速度を低下させる。これによって、前記切出し速度指令電圧Ｅも低下される。
【００３２】
この後、前記比較装置５２にて、前記定量検出の判定がなされると、時刻 ｔ２ にて、原料の切出しの停止を行う。このとき、前記切出し速度指令電圧Ｅは０となる。なお、該時刻 ｔ２ 以降でも、この図５の斜線で示される流れ込み量ＷＯＶＦ が加えられてしまっている。このため、本秤量制御装置８０では、この流れ込み量ＷＯＶＦ の、過去の実績値に従った予測制御を行っている。これは、該流れ込み量ＷＯＶＦ を見込んで、少し早い時期で切出しの停止を行うというものである。
【００３３】
【発明が達成しようとする課題】
しかしながら、前述したような従来の原料払い出し秤量制御方法では、以下に列挙するような問題があった。
【００３４】
１．秤量制御精度の問題：従来の原料切出し秤量制御は、予測制御的要素が多く、その秤量制御精度が低下してしまうことがある。予測制御は、累積誤差値を順次補正していくというものである。従って、多くのバッチ数での平均値の誤差は一定となるが、しかしながら、１バッチ当りの絶対的な秤量制御精度が悪化してしまう傾向がある。特に、高炉に装入する原料の場合には、１バッチ中での鉱石とコークスとの比の制御が重要な管理指標である。従って、このような１バッチ中での秤量制御精度の悪化は問題となってしまう。
【００３５】
２．種々のデータ管理が多くなってしまう：前述の従来の原料切出し秤量制御では、予測制御的要素が多く、このための種々のデータが増加してしまい、データ管理の問題が生じてしまう。前述のような累積誤差値などは、多くのバッチ数で蓄積していく必要があり、そのデータ管理及びそのリセット処理など、複雑な制御構成となってしまう。
【００３６】
３．秤量時間が長くなってしまう：秤量制御精度を確保するため、ある程度の分量が切り出されると、前述のようにその切出し速度を低速にしてしまうため、秤量時間が長くなってしまう。
【００３７】
４．秤量中の実績切出し速度が変動してしまう：前記図５の破線で示される如く、前記切出し速度指令電圧Ｅが一定であるにも拘らず、前記実績切出し速度ｖ が変動してしまっていた。このような変動は、前記ストッカ１３や前記切出しフィーダ１２などの特性や、切出し中の原料の銘柄及び水分含有量などによるものである。このような前記実績切出し速度ｖ の変動は、秤量制御精度を悪化させてしまう要因となってしまう。
【００３８】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべく成されたもので、種々のデータ管理を増加させることなく、最終的に切り出される原料分量の精度をより向上させ、又、比較的短時間に所定の分量の原料を切り出すことができる原料切出し秤量制御方法を提供することを目的とする。
【００３９】
【課題を達成するための手段】
本発明は、既に切り出された原料を秤量しながら、目標原料分量となる時点で、この切り出しを停止する原料切出し秤量制御方法において、予め、原料の切出し速度の変化の変化速度が、これを制御する電動機系及び機械系の切出し速度変化速度の許容範囲内となるように、所定残時間迄は最大切出し速度Ｖ ｍ 、前記残時間以降は時間と共に切出し速度が減少するような、経過時間Ｔ ｆ と切出し速度Ｖ ｆ との制御関数Ｆ１を求め、該制御関数Ｆ１から、切出し速度制御の制御系の安定制御範囲内となるように、切出し残量がゼロから所定値迄は、切出し速度が切出し残量に比例し、切出し残量が十分にある時は、切出し速度が最大切出し速度Ｖ ｍ となり、中間領域では、切出し速度が切出し残量の１／２乗に応じて変化するような、切出し残量Ｓｆと切出し速度Ｖｆとの制御関数Ｆを求めておき、実際の原料切出し中には、実績切出し残量ｓ及び実績切出し速度ｖを測定し、前記実績切出し残量ｓを前記制御関数Ｆに照合し、対応する前記切出し速度Ｖｆから目標切出し速度Ｖを求め、前記実績切出し速度ｖが前記目標切出し速度Ｖとなるように、閉ループ制御を行い、該実績切出し速度ｖを連続的に制御することにより、前記課題を達成したものである。
【００４１】
【作用】
本発明は、最終的に切り出される原料分量の精度をより向上させると共に、同時に、原料の秤量時間の短縮を図るために、秤量中の実績切出し速度ｖ を連続的に、且つ、その変動を少なくするように制御することができる、より効果的な方法を見出して成されたものである。
【００４２】
本発明においては、まず、予め切出し残量Ｓｆ と切出し速度Ｖｆ との制御関数Ｆを求めるようにしている。該制御関数Ｆは、既に切り出された原料の秤量結果に基づいて得られた、これから切り出さなければならない残量、即ち前記切出し残量ＳＦが求められると、これに対する目標切出し速度Ｖを求めるための基準となる、前記切出し速度Ｖｆ を得るための関数である。
【００４３】
又、本発明においては、前記目標切出し速度Ｖが求められると、所定の方法にて実績切出し速度ｖ を求めながら、閉ループ制御によって、該実績切出し速度ｖ を連続的に制御するようにしている。従って、本発明によれば、最終的に切り出される原料分量の精度の向上と、原料の秤量時間の短縮とを図ることが可能である。
【００４４】
更に、本発明では、前記制御関数Ｆが、原料の切出し速度の変化の変化速度が、これを制御する電動機系及び機械系の切出し速度変化速度の許容範囲内となり、且つ、切出し速度制御の制御系の安定制御範囲内となるような、前記切出し残量Ｓｆ と前記切出し速度Ｖｆ との関数となっている。
【００４５】
原料切出し秤量制御に際し、原料の切出し速度を変化させる、例えば切出しフィーダや該切出しフィーダ用の電動機には、それぞれの制限トルクなどによって、その応答速度に上限が必ずある。従って、本発明では、この点に着目し、原料の切出し速度の変化の変化速度が、これを制御する電動機系及び機械系の切出し速度変化速度の許容範囲内となるようにしている。例えば、後述する実施例の如く、原料の切出し速度の変化、即ち切出し速度の加速度を所定以上に制御することが困難であるため、該切出し速度の加速度が許容範囲内となるように、前述のような制御関数Ｆを求めるようにしている。
【００４６】
又、本発明では、前述のように▲１▼まず切出し残量Ｓｆ を求め、▲２▼これと前記制御関数Ｆとにより、前記目標切出し速度Ｖを求め、▲３▼前記実績切出し速度ｖ の閉ループ制御を行うという、いくつかの制御系が組合わさったものである。又、それぞれの制御系には、特有の安定制御範囲がある。例えば、前記切出し残量Ｓｆ を求める際には、測定誤差などがある。又、前記制御関数Ｆについても、例えばデータテーブルなどを用いる場合には、離散的な誤差が生じる恐れがある。又、前記実績切出し速度ｖ に関する閉ループ制御についても、閉ループ制御特有の安定制御範囲というものがある。本発明においては、このような切出し速度制御の制御系の安定制御範囲を考慮し、前記制御関数Ｆを求めるようにしている。
【００４７】
従って、本発明によれば、前記制御関数Ｆは前述のような切出し速度変化速度の許容範囲内となり、且つ、前述のような制御系の安定制御範囲内となるように配慮されているので、最終的に切り出される原料分量の精度をより向上させることができるだけでなく、その原料の秤量中における前記実績切出し速度ｖ の変動をも低減することが可能である。
【００４９】
該制御関数Ｆは、後述する実施例の如く、経過時間Ｔｆと前記切出し速度Ｖｆとの関係、即ち制御関数Ｆ１を求めることで、この際に、前述のように前記切出し速度変化速度の許容範囲を考慮する。又、該制御関数Ｆ１から前記制御関数Ｆを求める際に、前記制御系の安定制御範囲を配慮する。このように、いくつかの関数を補助的に求めることによって、前述のような前記制御関数Ｆに関する条件を配慮することができる。又、得られる制御関数Ｆも、前記切出し速度の変化速度の許容範囲や前記制御系の安定制御範囲について、余裕をもったものとすることも容易にできる。このように余裕のある前記制御関数Ｆによれば、種々の外乱があっても、最終的に切り出される原料分量の精度を確保することができ、又、原料秤量中の前記実績切出し速度ｖの変動をも低減することが可能である。
【００５０】
なお、本発明においては、そのデータ管理は、基本的には前記制御関数Ｆに関するものだけである。例えば、従来の如く、多数のバッチそれぞれに関する実績データを管理する必要は基本的にない。この点でデータ管理上の種々の問題を低減することが可能である。しかしながら、本発明は、このような多数のバッチに関する実績データを用いないことに限定するものではなく、種々のデータを保存し、これを制御パラメータなどに用いるようにしてもよい。
【００５１】
又、本発明の原料切出し秤量制御は、他の制御方法と併用することを限定するものではない。例えば、前記図４や前記図５を用いて前述した従来例の如く、前記中性子水分計６０にて原料の水分含有量を測定し、原料の切出し時あるいは原料の秤量時などに、このようにして測定された水分含有量を配慮するようにしてもよい。
【００５２】
【実施例】
以下、図を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
【００５３】
図１は、本発明が適用された原料切出し秤量制御装置の構成を示すブロック図である。
【００５４】
この図１において、本実施例の原料切出し秤量制御装置は、秤量ホッパ１にて、既に切り出された原料を秤量しながら、目標原料分量Ｗとなる時点で、ストッカ１３から切出しフィーダ１２を経て行われる切出しを停止するというものである。該切出しフィーダ１２において、切出し中の実績切出し速度ｖ の制御、及び該切出しの停止は、切出しフィーダ電動機１１にて駆動されることにより行われる。又、前記秤量ホッパ１での既に切り出された原料の秤量は、該秤量ホッパ１に取り付けられたロードセル２ａ 及びこれが接続された秤量演算器２ｂ を用いて行われる。該秤量演算器２ｂ からは、前記秤量ホッパ１に既に蓄えられている原料の分量に従った出力 ｗＬ が成される。
【００５５】
このような前記原料切出し秤量制御装置は、主として、零規正演算器３と、微分演算器８と、第１目標切出し速度演算器４と、目標切出し速度リミッタ５と、第２目標切出し速度演算器７と、ハイセレクタ６と、加算器１４ａ 及び１４ｂ と、ＰＩＤ演算器９と、サイリスタ１次電圧制御装置１０（以降、ＳＣＲ１０と称する）とにより構成されている。
【００５６】
前記秤量演算器２ｂ から出力される前記ロードセル出力 ｗＬ には、前記秤量ホッパ１内の固着物などの重量誤差があるので、前記零規正演算器３にて補正、即ち零規正を行う。該零規正は、原料切出し中の前記ロードセル出力 ｗＬ から、前記秤量ホッパ１が空のときの該ロードセル出力 ｗＬ を減算するというものである。又、前記微分演算器８は、前記ロードセル出力 ｗＬ を微分することによって、前記実績切出し速度ｖ を求める。
【００５７】
前記加算器１４ａ は、前記目標原料分量Ｗから前記実績切出し済原料分量ｗ を減算することで、実績切出し残量ｓ を求める。該実績切出し残量ｓ は、その時点における、更に切り出さなければならない原料の分量である。該実績切出し残量ｓ は、時間経過に従って少なくなっていくものである。
【００５８】
前記第１目標切出し速度演算器４と、前記目標切出し速度リミッタ５と、前記第２目標切出し速度演算器７と、前記ハイセレクタ６とによって、切出し残量Ｓｆ と、切出し速度Ｖｆ との制御関数Ｆが形成されている。又、これら構成は、前記実績切出し残量ｓ を該制御関数Ｆに照合し、対応する前記切出し速度Ｖｆ から、目標切出し速度Ｖを求める。これらの構成については、図２及び図３を用いて詳しく後述する。
【００５９】
前記加算器１４ｂ と、前記ＰＩＤ演算器９と、前記ＳＣＲ１０とによって、前記実績切出し速度ｖ が前記目標切出し速度Ｖとなるように、閉ループ制御を行う。
【００６０】
前記加算器１４ｂ は、前記ハイセレクタ６から出力される前記目標切出し速度Ｖから、前記微分演算器８から出力される前記実績切出し速度ｖ を減算する。これによって、該加算器１４ｂ は、前記目標切出し速度Ｖと前記実績切出し速度ｖ との偏差を求める。
【００６１】
前記ＰＩＤ演算器９は、入力される前記偏差に対して、閉ループ制御に係るＰＩＤ（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｉｎｔｅｇｒａｌ ａｎｄ ｄｅｒｉｖａｔｉｎｅ）演算を行い、該偏差に従った切出し速度指令電圧Ｅを求める。該切出し速度指令電圧Ｅは、前記切出しフィーダ１２と前記切出しフィーダ電動機１１とにて制御される原料の切出し速度に比例したものである。
【００６２】
前記ＳＣＲ１０は、入力された前記切出し速度指令電圧Ｅに従って、前記切出しフィーダ電動機１１に供給される切出しフィーダ電動機電力Ｐを制御する。該ＳＣＲ１０は、前記切出しフィーダ電動機１１に取り付けられたパルス発生器にて、前記切出しフィーダ１２の動作位置を測定しながら、該切出しフィーダ電動機１１及び該切出しフィーダ１２の前記切出し速度指令電圧Ｅに従った位置制御を行う。又、該ＳＣＲ１０は、この際、前記パルス発生器にて前記切出しフィーダ電動機１１の回転速度を検出しながら、該回転速度の閉ループ制御によって、前記切出しフィーダ電動機電力Ｐを制御している。
【００６３】
図２は、本実施例で用いられる経過時間と切出し速度との制御関数を示すグラフである。
【００６４】
この図２においては、前記制御関数Ｆを求める際に用いられる、経過時間Ｔｆ と切出し速度Ｖｆ との制御関数Ｆ１が実線で示されている。このグラフでは、所望の目標原料分量Ｗとなる時点までの残時間ｔ が示されている。該残時間ｔ は、経過時間Ｔｆ に従って減少する。即ち、該経過時間Ｔｆ は、このグラフでは右方から左方へと進行する。又、前記経過時間Ｔｆ が進行するに連れ、又、前記残時間ｔ が減少するに連れ、実績切出し残量ｓ が減少する。
【００６５】
この図２のグラフの実線で示されるように、残時間 ｔＤ までは、次式に示されるような目標切出し速度Ｖにて制御を行う。
【００６６】
Ｖ＝Ｖｍ …（６）
【００６７】
又、前記残時間 ｔＤ までは、目標切出し残量Ｓは、次式のようになる。
【００６８】
Ｓ＝Ｖｍ ・ｔ …（７）
【００６９】
ここで、Ｖｍ は、最大切出し速度（ｔｏｎ ／秒）である。即ち、残時間 ｔＤ までは、最大切出し速度Ｖｍ にて原料を切り出すことにより、原料の秤量時間の短縮を図っている。該残時間 ｔＤ 以降、目標原料分量Ｗが全て切り出される前記残時間ｔ が零となるときまでは、前記目標切出し速度Ｖは、次式によって求められるものとなる。
【００７０】
Ｖ＝Ｋｍ ・ｔ …（８）
【００７１】
なお、Ｋｍ は、前記目標原料分量Ｗとなる時点で切出しを停止する際、オーバ秤量となってしまわないように配慮された所定の定数である。例えば、該定数Ｋｍ は、制御系の遅れや、前記切出しフィーダ１２に滞留してしまっている原料などを配慮して設定される。又、該定数Ｋｍ は、前記残時間 ｔＤ にて、切出し速度の加速度が、電動機系の制限トルクの許容範囲や機械系の制限トルクの許容範囲内となるように設定されたものである。又、前記残時間 ｔＤ から残時間が零となるまでの期間において、前記目標切出し残量Ｓは、次式の通りとなる。
【００７２】
Ｓ＝（Ｋｍ ・ ｔ２ ）／２ …（９）
【００７３】
上記（８）式及び上記（９）式より、前記残時間ｔ を消去すると、次式の通りとなる。
【００７４】
Ｖ＝（２・Ｋｍ ・Ｓ）１／２ …（１０）
【００７５】
上記（１０）式は、前記経過時間Ｔｆ と前記切出し速度Ｖｆ との制御関数Ｆ１に対応するものである。該（１０）式の関数の演算は、前記第１目標切出し速度演算器４及び前記目標切出し速度リミッタ５にて演算される。即ち、上記（１０）式及び前記第１目標切出し速度演算器４で求められるものは、第１目標切出し速度Ｖ１となる。又、該第１目標切出し速度Ｖ１は、前記目標切出し速度リミッタ５にて一定上限値にクランプされる。該クランプは、前記（６）式や前記（７）式に対応したものである。又、該目標切出し速度リミッタ５にて、第１目標切出し速度クランプ値Ｖ３が得られる。該第１目標切出し速度クランプ値Ｖ３によれば、電動機系及び機械系の切出し速度変化速度の許容範囲内で、最も短時間に原料の秤量を行うことができる。
【００７６】
しかしながら、前記目標切出し残量Ｓが零となる近傍では、次式に示す通り、その値が無限大となってしまい、秤量制御系のループゲインが非常に高くなってしまう。従って、制御安定上好ましくない。
【００７７】
ｌｉｍ Ｓ → ０（Ｄｖ ／Ｄｓ ）→∞ …（１１）
【００７８】
従って、本実施例では、前記秤量制御系の安定限界ゲインをｋ とすると、次式のように求められる第２目標切出し速度Ｖ２をも併用するようにしている。
【００７９】
Ｖ２＝ｋ ・Ｓ …（１２）
【００８０】
上記（１２）式の演算は、前記第２目標切出し速度演算器７にて行われる。
【００８１】
又、前記ハイセレクタ６は、前記第１目標切出し速度クランプ値Ｖ３と、前記第２目標切出し速度Ｖ２のうち、大きな値の方を採用し、これを目標切出し速度Ｖとして出力する。該ハイセレクタ６のこのような動作は、前記（１０）式で示されるものと、前記（１２）式で示されるものとの、次式で示されるような接点での切替え運転となる。
【００８２】
Ｓ１＝（２・Ｋｍ ）／ ｋ２ …（１３）
【００８３】
なお、前記第１目標切出し速度演算器４と、前記目標切出し速度リミッタ５と、前記第２目標切出し速度演算器７と、前記ハイセレクタ６とによって定まる、本実施例で用いられる前記切出し残量Ｓｆ と、前記切出し速度Ｖｆ との制御関数Ｆは、図３のグラフに示す通りである。
【００８４】
この図３のグラフにおいて、前記切出し残量Ｓｆ がゼロからＳ１までは、（ｖ ＝ｋ ・ｓ ）となる。Ｓ１から ｔＤ までは（ｖ ＝（２・Ｋｍ ・Ｓ）１／２ ）となる。
【００８５】
ｔＤ 以上は（ｖ ＝Ｖｍ ）となる。
【００８６】
本実施例では、前記加算器１４ａ などによって前記実績切出し残量ｓ が求められると、前記関数Ｆによって前記目標切出し速度Ｖを求めることができる。又、本実施例では、前記目標切出し速度Ｖに従って、前記実績切出し速度ｖ の閉ループ制御を前述のように行う。
【００８７】
従って、本実施例によれば、前述のように電動機系や機械系や制御系の種々の状況に適合した前述のような制御関数Ｆを用い、既に切出された原料を秤量しながら、この切出しの制御を行うことができる。従って、最終的に切り出される原料分量の精度をより向上できるだけでなく、原料の秤量時間の短縮も図ることができる。
【００８８】
又、秤量中の前記実績切出し速度ｖ の変動を減少することができる。これは、該実績切出し速度ｖ が、前記目標切出し速度Ｖに従って閉ループ制御されることによる。
【００８９】
又、本実施例では、前記図３に示されるような前記制御関数Ｆを、前記ハイセレクタ６などを用いることによって、比較的簡単な構成にて実現することができている。即ち、前記（１０）式で示される関数と、前記（１２）式で示される関数との切替えを、比較的簡単な構成にて行えるようにしている。
【００９０】
なお、本実施例では、前述の従来例のような予測制御を行わずに、所望の制御精度を確保している。しかしながら、本発明は種々の予測制御と併用して行うことも可能である。例えば、制御系の遅れ時間は、前記切出しフィーダ電動機１１や前記切出しフィーダ１２の動作遅れや、該切出しフィーダ１２、あるいはこれ以降の部分に滞留している原料の影響などによって、従来例での流れ込み量ＷＯＶＦ に相当するオーバ秤量が生じる恐れがある。本実施例では、前記目標原料分量Ｗとなり、その切出しが停止する時点では、前記目標切出し速度Ｖ及び前記実績切出し速度ｖ が減速されているため、このようなオーバ秤量は少ないと思われる。しかしながら、このようなオーバ秤量される分を配慮して、予測制御を本発明と共に適用することも可能である。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、種々のデータ管理を増加させることなく、最終的に切り出される原料分量の精度をより向上させ、又、比較的短時間に所望の分量の原料を秤量することができるという優れた効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された実施例の原料切出し秤量制御装置の構成を示すブロック図
【図２】前記実施例で用いられる経過時間Ｔｆ と切出し速度Ｖｆ との制御関数Ｆ１を示すグラフ
【図３】前記実施例で用いられる切出し残量Ｓｆ と切出し速度Ｖｆ との制御関数Ｆを示すグラフ
【図４】従来の秤量制御装置の構成を示すブロック図
【図５】前記従来の秤量制御装置での切出し速度指令電圧Ｅと実績切出し速度ｖ とを示すグラフ
【符号の説明】
１…秤量ホッパ
２ａ …ロードセル
２ｂ …秤量演算器
３…零規正演算器
４…第１目標切出し速度演算器
５…第１目標切出し速度リミッタ
６…ハイセレクタ
７…第２目標切出し速度演算器
８…微分演算器
９…ＰＩＤ演算器
１０…サイリスタ１次電圧制御装置
１１…切出しフィーダ電動機
１２…切出しフィーダ
１３…ストッカ
１４ａ 、１４ｂ …加算器
Ｗ…目標原料分量（単位トン）
ｗ …実績切出し済原料分量（単位トン）
ｗＬ …ロードセル出力
ｓ …実績切出し残量
Ｖ…目標切出し速度
Ｖ１…第１目標切出し速度
Ｖ２…第２目標切出し速度
Ｖ３…第１目標切出し速度クランプ値
ｖ …実績切出し速度
Ｅ…切出し速度指令電圧
Ｐ…切出しフィーダ電動機電力
【産業上の利用分野】
本発明は、既に切り出された原料を秤量しながら、目標原料分量となる時点で、この切り出しを停止する原料切出し秤量制御方法に係り、特に、種々のデータ管理を増加させることなく、最終的に切り出される原料分量の精度をより向上させ、又、比較的短時間に所望の分量の原料を切り出すことができる原料切出し秤量制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉へ装入する原料、例えば鉱石やコークス、又、副原料などは、例えば秤量ホッパに取り付けられたロードセルにて、既に切り出された原料を秤量しながら、例えば所定のストッカから目標原料分量だけ切り出すようにしている。又、このように目標原料分量だけ切り出された原料は、所定のコンベアなどにて輸送され、高炉へと装入される。これは、既に切り出された原料を秤量しながら、目標原料分量となる時点で、この切出しを停止するというものである（以降、原料切出し秤量制御と称する）。このような原料切出し秤量制御として、様々な技術が開示されている。
【０００３】
例えば、特開昭４８−５１６１では、制御可能な供給装置を備えたそれぞれ異なる貯鉱槽から供給される異なる原料を、全ての貯鉱槽に共通な連続的に走行するコンベアを介して、重量測定装置を備えた容器に導くようにし、重量測定装置によって求められた重量実績値を、重量の変化に関係する量と合せて和の実績値として重量目標値と所定の比較装置において比較するようにし、和の実績値が重量目標値に到達した際に、前記供給装置を停止させるようにした各種原料の高炉への自動装入装置に関する技術が開示されている。該特開昭４８−５１６１は、特に、重量測定装置によって測定された重量実績値と、貯鉱槽と重量測定装置との間のコンベアの長さ及び積載物に関連して予め与えられる付加的実績値との和が重量目標値に達した際、供給装置の供給量が大から小に切替え可能にする。又、これと同時に、負荷的実績値の代わりに、単位行程当りの重量変化と原料の走行距離とから形成される重量の変化に関係する量が、重量測定装置により測定された重量実績値と共に前記和の実績値として比較装置に導かれるようにしている。該特開昭４８−５１６１で開示されている技術によれば、前記コンベアのコンベア速度が変動してしまったり、該コンベアの原料が載せられたコンベアベルトが一度停止して再び動かされたような場合における、測定誤差を減少することができる。
【０００４】
又、特開昭５７−１１７４２２では、複数のビンからコンベアなどの輸送手段を介してホッパに粉粒物を装入する工程に係る粉粒物の切出し制御方法に関する技術が開示されている。該特開昭５７−１１７４２２では、切出しビンの今回のフィーダ停止時期を、前記ホッパ内秤量設定値（Ｗ）、ホッパ内中間秤量値（Ｗｏ ）とそれを得た時刻（Ｔｏ ）、フィーダ切出し重量速度（Ｆｉ ）、切出しビンとホッパ間のコンベア長さ（Ｌｂｉ）及びコンベア速度（Ｖｂ ）から演算して決定するようにしている。又、切出しビンの次回のフィーダ起動時期を、前記Ｗ、Ｗｏ 、Ｔｏ 、Ｆｉ 、Ｖｂ 、及び次回切出しビンとホッパ間のコンベア長さから演算決定して操作を行う。又、今回切出し粉粒物が前記ホッパ内で秤量設定値（Ｗ）に達し、前記コンベアを停止した時期には、次回切出し粉粒物のみをコンベア上に残留せしめるというものである。該特開昭５７−１１７４２２によれば、バッチ毎に一定の粉粒物性状とすることができると共に、的確な水分測定により所望重量を安定的に供給することができる。
【０００５】
一方、特開昭６１−４７５３５では、複数の貯鉱槽と、各貯鉱槽に対応して設けられた複数の切出し装置と、ベルトコンベアと、秤量ホッパとを有する高炉コークス切出し秤量設備に係る高炉コークス切出し制御装置に関する技術が開示されている。該特開昭６１−４７５３５では、秤量速度から求められた切出し速度と、切出し開始から現時点までの経過時間の積と、秤量ホッパの現時点の秤量値とからベルトコンベア上のコークス搭載量を演算する原料搭載量演算手段を備えている。又、秤量目標値に対する秤量残量値からこの原料搭載量演算手段で演算したコークス搭載量を減算し、この減算結果が所定量以下になったときに、当該切出し装置に切出し停止信号を出力する切出し停止タイミング制御手段を備えている。該特開昭６１−４７５３５によれば、秤量したコークスに混在する前回のバッチのコークスの量を削減して、コークスの正確な水分測定、コークスの必要量の正確な秤量及びバッチ毎の炉内への粒度別の装入を可能とすることができる。
【０００６】
図４は、従来の原料切出し秤量制御方法が適用された秤量制御装置の構成を示すブロック図である。
【０００７】
この図４において、秤量制御装置８０は、秤量ホッパ１へと既に切り出された原料を秤量しながら、秤量対象となる原料が蓄えられたストッカ１３の下方に配置された切出しフィーダ１２によって、その原料の切出し速度を制御する。又、該秤量制御装置８０は、目標原料分量となる時点で、前記切出しフィーダ１２によってその切出しを停止する。
【０００８】
このような秤量制御装置８０において、前記秤量ホッパ１に既に切り出された原料の分量は、ロードセル２ａ 及び秤量演算器２ｂ にて測定される。該秤量演算器２ｂ の出力は、現場指示計７１及び秤量信号Ａ／Ｄ変換器７０に入力される。又、前記秤量ホッパ１に既に切り出された原料の水分含有量は、中性子水分計６０にて測定される。該測定結果は、その値を逐次印字する記録計６１と、水分信号Ａ／Ｄ変換器６２へと入力される。
【０００９】
この図４の前記秤量制御装置８０において、まず、秤量スケジュール装置７２にて、前記ストッカ１３に蓄えられた原料の、今回切り出して秤量するその秤量設定値、即ち目標原料分量を求め、これを秤量設定値メモリ７４へと書き込む。
【００１０】
一方、前記秤量信号Ａ／Ｄ変換器７０にてＡ／Ｄ変換された実績切出し済み原料分量は、切出し実績値演算器４０及びＷＥＴ／ＤＲＹ変換器４２にて、実績切出し量ＷＦＥＤｉに変換される。累積誤差値演算器４４は、前記ＷＥＴ／ＤＲＹ変換器４２の出力から、累積誤差値Σｉ Ｄｊ を求める。ここで、該ＷＥＴ／ＤＲＹ変換器４２は、前記水分信号Ａ／Ｄ変換器６２にてＡ／Ｄ変換された前記水分含有量に基づいて、乾燥時に換算した切出し量を求めるものである。
【００１１】
切出し目標値演算器４６及びＤＲＹ／ＷＥＴ変換器４８は、前記秤量設定値メモリ７４に書き込まれた値と、前記累積誤差値演算器４４で求められた前記累積誤差値Σｉ Ｄｊ とに従って、切出し目標値ＷＴＧＴｉを求める。該切出し目標値ＷＴＧＴｉは、実際に切り出している原料の水分含有量を配慮したものである。この実際の水分含有量を配慮した値は、前記ＤＲＹ／ＷＥＴ変換器４８によって得られる。
【００１２】
切出し停止値演算器５０は、前記ＤＲＹ／ＷＥＴ変換器４８で求められた前記切出し目標値ＷＴＧＴｉにより、切出し停止値ＷＳＴを求める。比較装置５２は、主として前記切出し停止値ＷＳＴに従って、定量前検出の判定、定量検出の判定、及び空量検出の判定を行う。前記定量前検出は、前記秤量ホッパ１に切出し中の原料が、前記目標原料分量に接近しているという判定である。前記定量検出は、該目標原料分量に達しているか否かの判定である。前記空量検出とは、既に秤量された前記秤量ホッパ１中の原料が、全て払い出されたか否かを判定するものである。
【００１３】
このような判定結果に基づき、シーケンス制御装置５４は、切出し制御回路５６へと、運転指令あるいは低速指令を出力する。該運転指令は、前記ストッカ１３から前記秤量ホッパ１へと前記切出しフィーダ１２にて原料を切出すというものである。前記低速指令は、このような切出しを低速にて行うというものである。前記切出し制御回路５６は、このような運転指令や低速指令に基づいて、実際に前記切出しフィーダ１２の制御を行う。
【００１４】
又、以上説明した従来の前記秤量制御装置は、具体的には次の通りの演算を行う。
【００１５】
即ち、まず、次式によって、又、前記切出し実績値演算器４０及び前記ＷＥＴ／ＤＲＹ変換器４２において、既に切り出された原料の実績切出し量ＷＦＥＤｉを求める。
【００１６】
ＷＦＥＤｉ＝（Ｗ１００ｉ−Ｗ０ｉ）×（１−αｉ ） …（１）
【００１７】
又、このときの累積誤差値Σｉ Ｄｊ は、前記累積誤差値演算器４４において、次式により求めることができる。
【００１８】
Σｉ Ｄｊ ＝Σｉ−１ Ｄｊ ＋（ＷＦＥＤｉ−ＷＳＥＴｉ） …（２）
【００１９】
又、この時点において、更に切り出さなければならない切出し目標値ＷＴＧＴｉは、次式により、前記切出し目標値演算器４６において求められる。
【００２０】
ＷＴＧＴｉ＝ＷＳＥＴｉ＋１−Σｉ Ｄｊ …（３）
【００２１】
更に、切出し停止値ＷＳＴ、即ち秤量しながら行っていた切出しの停止の判定値を、前記ＤＲＹ／ＷＥＴ変換器４８及び前記切出し停止値演算器５０において、次式により求める。
【００２２】
ＷＳＴｉ＋１ ＝Ｗｏｉ＋１＋ＷＴＧＴｉ＋１／（１−αｉ ）−ＷＯＶＦ …（４）
【００２３】
このようにして前記切出し停止値ＷＳＴが求められると、定量前検出の判定、定量検出の判定、及び、空量検出の判定は、前記比較装置５２において、それぞれ次に列挙する３つの式にて行う。
【００２４】
ＷＩＮ≧ＷＳＴ−ＷＬ → 定量前 …（５ａ ）
ＷＩＮ≧ＷＳＴ → 定量（１００％） …（５ｂ ）
ＷＩＮ≦ＷＥ → 空量（０％） …（５ｃ ）
【００２５】
なお、上記（１）式〜（５ｃ ）式における諸定数及び諸変数は次の通りである。
【００２６】
Ｗ１００ ： 満量読込値 （ＷＥＴ値） …（６ａ ）
Ｗ０ ： 空量読込値 （ＷＥＴ値） …（６ｂ ）
ＷＦＥＤ ： 実績切出量 （ＤＲＹ値） …（６ｃ ）
ΣＤｊ ： 累積誤差値 （ＤＲＹ値） …（６ｄ ）
ＷＳＥＴ ： 秤量設定値 （ＤＲＹ値）＊ …（６ｅ ）
ＷＴＧＴ ： 切出目標値 （ＤＲＹ値） …（６ｆ ）
ＷＯＶＦ ： 流れ込み量 （ＷＥＴ値） …（６ｇ ）
ＷＳＴ ： 切出停止値 （ＷＥＴ値） …（６ｈ ）
ＷＩＮ ： 秤量読込値 （ＷＥＴ値） …（６ｉ ）
ＷＬ ： 定量前設定値（ＷＥＴ値）＊ …（６ｊ ）
ＷＥ ： 空量設定値 （ＷＥＴ値）＊ …（６ｋ ）
α ： 水分値 …（６ｌ ）
【００２７】
ここで、＊印は、プリセットデータである。
【００２８】
図５は、前記従来の秤量制御装置における切出し速度指令電圧と実績切出し速度とを示すグラフである。
【００２９】
この図５においては、前記切出しフィーダ１２の制御中に前記切出し制御回路５６中で用いられる切出し速度指令電圧Ｅと、前記秤量演算器２ｂ から得られる実績切出し済み原料分量に基づいた実績切出し速度ｖ とのグラフが示されている。該実績切出し速度ｖ は、前記実績切出し済み原料分量を微分したものである。
【００３０】
この図５のグラフにおいて、まず時刻 ｔ０ にて秤量すべき原料の切出しの開始時には、前記切出し制御回路５６の前記切出し速度指令電圧Ｅは、大旨定格電圧となり、そのときの切出し速度はほぼ最大とするようにする。該時刻 ｔ０ 以降、切り出される原料の実績切出し速度ｖ には、切出し中に、この図５の破線で示されるように、種々の外的要因にて変動が見られる。
【００３１】
この後、実績切出し済み原料分量が８０〜９０％となった時点、即ち時刻 ｔ１ において、前記比較装置５２は前記定量前検出の判定を行い、これを前記シーケンス制御装置５４へと出力する。これにより、該シーケンス制御装置５４及び前記切出し制御回路５６は、前記ストッカ１３から切り出される原料の切出し速度を低下させる。これによって、前記切出し速度指令電圧Ｅも低下される。
【００３２】
この後、前記比較装置５２にて、前記定量検出の判定がなされると、時刻 ｔ２ にて、原料の切出しの停止を行う。このとき、前記切出し速度指令電圧Ｅは０となる。なお、該時刻 ｔ２ 以降でも、この図５の斜線で示される流れ込み量ＷＯＶＦ が加えられてしまっている。このため、本秤量制御装置８０では、この流れ込み量ＷＯＶＦ の、過去の実績値に従った予測制御を行っている。これは、該流れ込み量ＷＯＶＦ を見込んで、少し早い時期で切出しの停止を行うというものである。
【００３３】
【発明が達成しようとする課題】
しかしながら、前述したような従来の原料払い出し秤量制御方法では、以下に列挙するような問題があった。
【００３４】
１．秤量制御精度の問題：従来の原料切出し秤量制御は、予測制御的要素が多く、その秤量制御精度が低下してしまうことがある。予測制御は、累積誤差値を順次補正していくというものである。従って、多くのバッチ数での平均値の誤差は一定となるが、しかしながら、１バッチ当りの絶対的な秤量制御精度が悪化してしまう傾向がある。特に、高炉に装入する原料の場合には、１バッチ中での鉱石とコークスとの比の制御が重要な管理指標である。従って、このような１バッチ中での秤量制御精度の悪化は問題となってしまう。
【００３５】
２．種々のデータ管理が多くなってしまう：前述の従来の原料切出し秤量制御では、予測制御的要素が多く、このための種々のデータが増加してしまい、データ管理の問題が生じてしまう。前述のような累積誤差値などは、多くのバッチ数で蓄積していく必要があり、そのデータ管理及びそのリセット処理など、複雑な制御構成となってしまう。
【００３６】
３．秤量時間が長くなってしまう：秤量制御精度を確保するため、ある程度の分量が切り出されると、前述のようにその切出し速度を低速にしてしまうため、秤量時間が長くなってしまう。
【００３７】
４．秤量中の実績切出し速度が変動してしまう：前記図５の破線で示される如く、前記切出し速度指令電圧Ｅが一定であるにも拘らず、前記実績切出し速度ｖ が変動してしまっていた。このような変動は、前記ストッカ１３や前記切出しフィーダ１２などの特性や、切出し中の原料の銘柄及び水分含有量などによるものである。このような前記実績切出し速度ｖ の変動は、秤量制御精度を悪化させてしまう要因となってしまう。
【００３８】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべく成されたもので、種々のデータ管理を増加させることなく、最終的に切り出される原料分量の精度をより向上させ、又、比較的短時間に所定の分量の原料を切り出すことができる原料切出し秤量制御方法を提供することを目的とする。
【００３９】
【課題を達成するための手段】
本発明は、既に切り出された原料を秤量しながら、目標原料分量となる時点で、この切り出しを停止する原料切出し秤量制御方法において、予め、原料の切出し速度の変化の変化速度が、これを制御する電動機系及び機械系の切出し速度変化速度の許容範囲内となるように、所定残時間迄は最大切出し速度Ｖ ｍ 、前記残時間以降は時間と共に切出し速度が減少するような、経過時間Ｔ ｆ と切出し速度Ｖ ｆ との制御関数Ｆ１を求め、該制御関数Ｆ１から、切出し速度制御の制御系の安定制御範囲内となるように、切出し残量がゼロから所定値迄は、切出し速度が切出し残量に比例し、切出し残量が十分にある時は、切出し速度が最大切出し速度Ｖ ｍ となり、中間領域では、切出し速度が切出し残量の１／２乗に応じて変化するような、切出し残量Ｓｆと切出し速度Ｖｆとの制御関数Ｆを求めておき、実際の原料切出し中には、実績切出し残量ｓ及び実績切出し速度ｖを測定し、前記実績切出し残量ｓを前記制御関数Ｆに照合し、対応する前記切出し速度Ｖｆから目標切出し速度Ｖを求め、前記実績切出し速度ｖが前記目標切出し速度Ｖとなるように、閉ループ制御を行い、該実績切出し速度ｖを連続的に制御することにより、前記課題を達成したものである。
【００４１】
【作用】
本発明は、最終的に切り出される原料分量の精度をより向上させると共に、同時に、原料の秤量時間の短縮を図るために、秤量中の実績切出し速度ｖ を連続的に、且つ、その変動を少なくするように制御することができる、より効果的な方法を見出して成されたものである。
【００４２】
本発明においては、まず、予め切出し残量Ｓｆ と切出し速度Ｖｆ との制御関数Ｆを求めるようにしている。該制御関数Ｆは、既に切り出された原料の秤量結果に基づいて得られた、これから切り出さなければならない残量、即ち前記切出し残量ＳＦが求められると、これに対する目標切出し速度Ｖを求めるための基準となる、前記切出し速度Ｖｆ を得るための関数である。
【００４３】
又、本発明においては、前記目標切出し速度Ｖが求められると、所定の方法にて実績切出し速度ｖ を求めながら、閉ループ制御によって、該実績切出し速度ｖ を連続的に制御するようにしている。従って、本発明によれば、最終的に切り出される原料分量の精度の向上と、原料の秤量時間の短縮とを図ることが可能である。
【００４４】
更に、本発明では、前記制御関数Ｆが、原料の切出し速度の変化の変化速度が、これを制御する電動機系及び機械系の切出し速度変化速度の許容範囲内となり、且つ、切出し速度制御の制御系の安定制御範囲内となるような、前記切出し残量Ｓｆ と前記切出し速度Ｖｆ との関数となっている。
【００４５】
原料切出し秤量制御に際し、原料の切出し速度を変化させる、例えば切出しフィーダや該切出しフィーダ用の電動機には、それぞれの制限トルクなどによって、その応答速度に上限が必ずある。従って、本発明では、この点に着目し、原料の切出し速度の変化の変化速度が、これを制御する電動機系及び機械系の切出し速度変化速度の許容範囲内となるようにしている。例えば、後述する実施例の如く、原料の切出し速度の変化、即ち切出し速度の加速度を所定以上に制御することが困難であるため、該切出し速度の加速度が許容範囲内となるように、前述のような制御関数Ｆを求めるようにしている。
【００４６】
又、本発明では、前述のように▲１▼まず切出し残量Ｓｆ を求め、▲２▼これと前記制御関数Ｆとにより、前記目標切出し速度Ｖを求め、▲３▼前記実績切出し速度ｖ の閉ループ制御を行うという、いくつかの制御系が組合わさったものである。又、それぞれの制御系には、特有の安定制御範囲がある。例えば、前記切出し残量Ｓｆ を求める際には、測定誤差などがある。又、前記制御関数Ｆについても、例えばデータテーブルなどを用いる場合には、離散的な誤差が生じる恐れがある。又、前記実績切出し速度ｖ に関する閉ループ制御についても、閉ループ制御特有の安定制御範囲というものがある。本発明においては、このような切出し速度制御の制御系の安定制御範囲を考慮し、前記制御関数Ｆを求めるようにしている。
【００４７】
従って、本発明によれば、前記制御関数Ｆは前述のような切出し速度変化速度の許容範囲内となり、且つ、前述のような制御系の安定制御範囲内となるように配慮されているので、最終的に切り出される原料分量の精度をより向上させることができるだけでなく、その原料の秤量中における前記実績切出し速度ｖ の変動をも低減することが可能である。
【００４９】
該制御関数Ｆは、後述する実施例の如く、経過時間Ｔｆと前記切出し速度Ｖｆとの関係、即ち制御関数Ｆ１を求めることで、この際に、前述のように前記切出し速度変化速度の許容範囲を考慮する。又、該制御関数Ｆ１から前記制御関数Ｆを求める際に、前記制御系の安定制御範囲を配慮する。このように、いくつかの関数を補助的に求めることによって、前述のような前記制御関数Ｆに関する条件を配慮することができる。又、得られる制御関数Ｆも、前記切出し速度の変化速度の許容範囲や前記制御系の安定制御範囲について、余裕をもったものとすることも容易にできる。このように余裕のある前記制御関数Ｆによれば、種々の外乱があっても、最終的に切り出される原料分量の精度を確保することができ、又、原料秤量中の前記実績切出し速度ｖの変動をも低減することが可能である。
【００５０】
なお、本発明においては、そのデータ管理は、基本的には前記制御関数Ｆに関するものだけである。例えば、従来の如く、多数のバッチそれぞれに関する実績データを管理する必要は基本的にない。この点でデータ管理上の種々の問題を低減することが可能である。しかしながら、本発明は、このような多数のバッチに関する実績データを用いないことに限定するものではなく、種々のデータを保存し、これを制御パラメータなどに用いるようにしてもよい。
【００５１】
又、本発明の原料切出し秤量制御は、他の制御方法と併用することを限定するものではない。例えば、前記図４や前記図５を用いて前述した従来例の如く、前記中性子水分計６０にて原料の水分含有量を測定し、原料の切出し時あるいは原料の秤量時などに、このようにして測定された水分含有量を配慮するようにしてもよい。
【００５２】
【実施例】
以下、図を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
【００５３】
図１は、本発明が適用された原料切出し秤量制御装置の構成を示すブロック図である。
【００５４】
この図１において、本実施例の原料切出し秤量制御装置は、秤量ホッパ１にて、既に切り出された原料を秤量しながら、目標原料分量Ｗとなる時点で、ストッカ１３から切出しフィーダ１２を経て行われる切出しを停止するというものである。該切出しフィーダ１２において、切出し中の実績切出し速度ｖ の制御、及び該切出しの停止は、切出しフィーダ電動機１１にて駆動されることにより行われる。又、前記秤量ホッパ１での既に切り出された原料の秤量は、該秤量ホッパ１に取り付けられたロードセル２ａ 及びこれが接続された秤量演算器２ｂ を用いて行われる。該秤量演算器２ｂ からは、前記秤量ホッパ１に既に蓄えられている原料の分量に従った出力 ｗＬ が成される。
【００５５】
このような前記原料切出し秤量制御装置は、主として、零規正演算器３と、微分演算器８と、第１目標切出し速度演算器４と、目標切出し速度リミッタ５と、第２目標切出し速度演算器７と、ハイセレクタ６と、加算器１４ａ 及び１４ｂ と、ＰＩＤ演算器９と、サイリスタ１次電圧制御装置１０（以降、ＳＣＲ１０と称する）とにより構成されている。
【００５６】
前記秤量演算器２ｂ から出力される前記ロードセル出力 ｗＬ には、前記秤量ホッパ１内の固着物などの重量誤差があるので、前記零規正演算器３にて補正、即ち零規正を行う。該零規正は、原料切出し中の前記ロードセル出力 ｗＬ から、前記秤量ホッパ１が空のときの該ロードセル出力 ｗＬ を減算するというものである。又、前記微分演算器８は、前記ロードセル出力 ｗＬ を微分することによって、前記実績切出し速度ｖ を求める。
【００５７】
前記加算器１４ａ は、前記目標原料分量Ｗから前記実績切出し済原料分量ｗ を減算することで、実績切出し残量ｓ を求める。該実績切出し残量ｓ は、その時点における、更に切り出さなければならない原料の分量である。該実績切出し残量ｓ は、時間経過に従って少なくなっていくものである。
【００５８】
前記第１目標切出し速度演算器４と、前記目標切出し速度リミッタ５と、前記第２目標切出し速度演算器７と、前記ハイセレクタ６とによって、切出し残量Ｓｆ と、切出し速度Ｖｆ との制御関数Ｆが形成されている。又、これら構成は、前記実績切出し残量ｓ を該制御関数Ｆに照合し、対応する前記切出し速度Ｖｆ から、目標切出し速度Ｖを求める。これらの構成については、図２及び図３を用いて詳しく後述する。
【００５９】
前記加算器１４ｂ と、前記ＰＩＤ演算器９と、前記ＳＣＲ１０とによって、前記実績切出し速度ｖ が前記目標切出し速度Ｖとなるように、閉ループ制御を行う。
【００６０】
前記加算器１４ｂ は、前記ハイセレクタ６から出力される前記目標切出し速度Ｖから、前記微分演算器８から出力される前記実績切出し速度ｖ を減算する。これによって、該加算器１４ｂ は、前記目標切出し速度Ｖと前記実績切出し速度ｖ との偏差を求める。
【００６１】
前記ＰＩＤ演算器９は、入力される前記偏差に対して、閉ループ制御に係るＰＩＤ（ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ ｉｎｔｅｇｒａｌ ａｎｄ ｄｅｒｉｖａｔｉｎｅ）演算を行い、該偏差に従った切出し速度指令電圧Ｅを求める。該切出し速度指令電圧Ｅは、前記切出しフィーダ１２と前記切出しフィーダ電動機１１とにて制御される原料の切出し速度に比例したものである。
【００６２】
前記ＳＣＲ１０は、入力された前記切出し速度指令電圧Ｅに従って、前記切出しフィーダ電動機１１に供給される切出しフィーダ電動機電力Ｐを制御する。該ＳＣＲ１０は、前記切出しフィーダ電動機１１に取り付けられたパルス発生器にて、前記切出しフィーダ１２の動作位置を測定しながら、該切出しフィーダ電動機１１及び該切出しフィーダ１２の前記切出し速度指令電圧Ｅに従った位置制御を行う。又、該ＳＣＲ１０は、この際、前記パルス発生器にて前記切出しフィーダ電動機１１の回転速度を検出しながら、該回転速度の閉ループ制御によって、前記切出しフィーダ電動機電力Ｐを制御している。
【００６３】
図２は、本実施例で用いられる経過時間と切出し速度との制御関数を示すグラフである。
【００６４】
この図２においては、前記制御関数Ｆを求める際に用いられる、経過時間Ｔｆ と切出し速度Ｖｆ との制御関数Ｆ１が実線で示されている。このグラフでは、所望の目標原料分量Ｗとなる時点までの残時間ｔ が示されている。該残時間ｔ は、経過時間Ｔｆ に従って減少する。即ち、該経過時間Ｔｆ は、このグラフでは右方から左方へと進行する。又、前記経過時間Ｔｆ が進行するに連れ、又、前記残時間ｔ が減少するに連れ、実績切出し残量ｓ が減少する。
【００６５】
この図２のグラフの実線で示されるように、残時間 ｔＤ までは、次式に示されるような目標切出し速度Ｖにて制御を行う。
【００６６】
Ｖ＝Ｖｍ …（６）
【００６７】
又、前記残時間 ｔＤ までは、目標切出し残量Ｓは、次式のようになる。
【００６８】
Ｓ＝Ｖｍ ・ｔ …（７）
【００６９】
ここで、Ｖｍ は、最大切出し速度（ｔｏｎ ／秒）である。即ち、残時間 ｔＤ までは、最大切出し速度Ｖｍ にて原料を切り出すことにより、原料の秤量時間の短縮を図っている。該残時間 ｔＤ 以降、目標原料分量Ｗが全て切り出される前記残時間ｔ が零となるときまでは、前記目標切出し速度Ｖは、次式によって求められるものとなる。
【００７０】
Ｖ＝Ｋｍ ・ｔ …（８）
【００７１】
なお、Ｋｍ は、前記目標原料分量Ｗとなる時点で切出しを停止する際、オーバ秤量となってしまわないように配慮された所定の定数である。例えば、該定数Ｋｍ は、制御系の遅れや、前記切出しフィーダ１２に滞留してしまっている原料などを配慮して設定される。又、該定数Ｋｍ は、前記残時間 ｔＤ にて、切出し速度の加速度が、電動機系の制限トルクの許容範囲や機械系の制限トルクの許容範囲内となるように設定されたものである。又、前記残時間 ｔＤ から残時間が零となるまでの期間において、前記目標切出し残量Ｓは、次式の通りとなる。
【００７２】
Ｓ＝（Ｋｍ ・ ｔ２ ）／２ …（９）
【００７３】
上記（８）式及び上記（９）式より、前記残時間ｔ を消去すると、次式の通りとなる。
【００７４】
Ｖ＝（２・Ｋｍ ・Ｓ）１／２ …（１０）
【００７５】
上記（１０）式は、前記経過時間Ｔｆ と前記切出し速度Ｖｆ との制御関数Ｆ１に対応するものである。該（１０）式の関数の演算は、前記第１目標切出し速度演算器４及び前記目標切出し速度リミッタ５にて演算される。即ち、上記（１０）式及び前記第１目標切出し速度演算器４で求められるものは、第１目標切出し速度Ｖ１となる。又、該第１目標切出し速度Ｖ１は、前記目標切出し速度リミッタ５にて一定上限値にクランプされる。該クランプは、前記（６）式や前記（７）式に対応したものである。又、該目標切出し速度リミッタ５にて、第１目標切出し速度クランプ値Ｖ３が得られる。該第１目標切出し速度クランプ値Ｖ３によれば、電動機系及び機械系の切出し速度変化速度の許容範囲内で、最も短時間に原料の秤量を行うことができる。
【００７６】
しかしながら、前記目標切出し残量Ｓが零となる近傍では、次式に示す通り、その値が無限大となってしまい、秤量制御系のループゲインが非常に高くなってしまう。従って、制御安定上好ましくない。
【００７７】
ｌｉｍ Ｓ → ０（Ｄｖ ／Ｄｓ ）→∞ …（１１）
【００７８】
従って、本実施例では、前記秤量制御系の安定限界ゲインをｋ とすると、次式のように求められる第２目標切出し速度Ｖ２をも併用するようにしている。
【００７９】
Ｖ２＝ｋ ・Ｓ …（１２）
【００８０】
上記（１２）式の演算は、前記第２目標切出し速度演算器７にて行われる。
【００８１】
又、前記ハイセレクタ６は、前記第１目標切出し速度クランプ値Ｖ３と、前記第２目標切出し速度Ｖ２のうち、大きな値の方を採用し、これを目標切出し速度Ｖとして出力する。該ハイセレクタ６のこのような動作は、前記（１０）式で示されるものと、前記（１２）式で示されるものとの、次式で示されるような接点での切替え運転となる。
【００８２】
Ｓ１＝（２・Ｋｍ ）／ ｋ２ …（１３）
【００８３】
なお、前記第１目標切出し速度演算器４と、前記目標切出し速度リミッタ５と、前記第２目標切出し速度演算器７と、前記ハイセレクタ６とによって定まる、本実施例で用いられる前記切出し残量Ｓｆ と、前記切出し速度Ｖｆ との制御関数Ｆは、図３のグラフに示す通りである。
【００８４】
この図３のグラフにおいて、前記切出し残量Ｓｆ がゼロからＳ１までは、（ｖ ＝ｋ ・ｓ ）となる。Ｓ１から ｔＤ までは（ｖ ＝（２・Ｋｍ ・Ｓ）１／２ ）となる。
【００８５】
ｔＤ 以上は（ｖ ＝Ｖｍ ）となる。
【００８６】
本実施例では、前記加算器１４ａ などによって前記実績切出し残量ｓ が求められると、前記関数Ｆによって前記目標切出し速度Ｖを求めることができる。又、本実施例では、前記目標切出し速度Ｖに従って、前記実績切出し速度ｖ の閉ループ制御を前述のように行う。
【００８７】
従って、本実施例によれば、前述のように電動機系や機械系や制御系の種々の状況に適合した前述のような制御関数Ｆを用い、既に切出された原料を秤量しながら、この切出しの制御を行うことができる。従って、最終的に切り出される原料分量の精度をより向上できるだけでなく、原料の秤量時間の短縮も図ることができる。
【００８８】
又、秤量中の前記実績切出し速度ｖ の変動を減少することができる。これは、該実績切出し速度ｖ が、前記目標切出し速度Ｖに従って閉ループ制御されることによる。
【００８９】
又、本実施例では、前記図３に示されるような前記制御関数Ｆを、前記ハイセレクタ６などを用いることによって、比較的簡単な構成にて実現することができている。即ち、前記（１０）式で示される関数と、前記（１２）式で示される関数との切替えを、比較的簡単な構成にて行えるようにしている。
【００９０】
なお、本実施例では、前述の従来例のような予測制御を行わずに、所望の制御精度を確保している。しかしながら、本発明は種々の予測制御と併用して行うことも可能である。例えば、制御系の遅れ時間は、前記切出しフィーダ電動機１１や前記切出しフィーダ１２の動作遅れや、該切出しフィーダ１２、あるいはこれ以降の部分に滞留している原料の影響などによって、従来例での流れ込み量ＷＯＶＦ に相当するオーバ秤量が生じる恐れがある。本実施例では、前記目標原料分量Ｗとなり、その切出しが停止する時点では、前記目標切出し速度Ｖ及び前記実績切出し速度ｖ が減速されているため、このようなオーバ秤量は少ないと思われる。しかしながら、このようなオーバ秤量される分を配慮して、予測制御を本発明と共に適用することも可能である。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、種々のデータ管理を増加させることなく、最終的に切り出される原料分量の精度をより向上させ、又、比較的短時間に所望の分量の原料を秤量することができるという優れた効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された実施例の原料切出し秤量制御装置の構成を示すブロック図
【図２】前記実施例で用いられる経過時間Ｔｆ と切出し速度Ｖｆ との制御関数Ｆ１を示すグラフ
【図３】前記実施例で用いられる切出し残量Ｓｆ と切出し速度Ｖｆ との制御関数Ｆを示すグラフ
【図４】従来の秤量制御装置の構成を示すブロック図
【図５】前記従来の秤量制御装置での切出し速度指令電圧Ｅと実績切出し速度ｖ とを示すグラフ
【符号の説明】
１…秤量ホッパ
２ａ …ロードセル
２ｂ …秤量演算器
３…零規正演算器
４…第１目標切出し速度演算器
５…第１目標切出し速度リミッタ
６…ハイセレクタ
７…第２目標切出し速度演算器
８…微分演算器
９…ＰＩＤ演算器
１０…サイリスタ１次電圧制御装置
１１…切出しフィーダ電動機
１２…切出しフィーダ
１３…ストッカ
１４ａ 、１４ｂ …加算器
Ｗ…目標原料分量（単位トン）
ｗ …実績切出し済原料分量（単位トン）
ｗＬ …ロードセル出力
ｓ …実績切出し残量
Ｖ…目標切出し速度
Ｖ１…第１目標切出し速度
Ｖ２…第２目標切出し速度
Ｖ３…第１目標切出し速度クランプ値
ｖ …実績切出し速度
Ｅ…切出し速度指令電圧
Ｐ…切出しフィーダ電動機電力
Claims (1)
- 既に切り出された原料を秤量しながら、目標原料分量となる時点で、この切り出しを停止する原料切出し秤量制御方法において、
予め、原料の切出し速度の変化の変化速度が、これを制御する電動機系及び機械系の切出し速度変化速度の許容範囲内となるように、所定残時間迄は最大切出し速度Ｖ ｍ 、前記残時間以降は時間と共に切出し速度が減少するような、経過時間Ｔ ｆ と切出し速度Ｖ ｆ との制御関数Ｆ１を求め、
該制御関数Ｆ１から、切出し速度制御の制御系の安定制御範囲内となるように、切出し残量がゼロから所定値迄は、切出し速度が切出し残量に比例し、切出し残量が十分にある時は、切出し速度が最大切出し速度Ｖ ｍ となり、中間領域では、切出し速度が切出し残量の１／２乗に応じて変化するような、切出し残量Ｓｆと切出し速度Ｖｆとの制御関数Ｆを求めておき、
実際の原料切出し中には、実績切出し残量ｓ及び実績切出し速度ｖを測定し、
前記実績切出し残量ｓを前記制御関数Ｆに照合し、対応する前記切出し速度Ｖｆから目標切出し速度Ｖを求め、
前記実績切出し速度ｖが前記目標切出し速度Ｖとなるように、閉ループ制御を行い、該実績切出し速度ｖを連続的に制御することを特徴とする原料切出し秤量制御方法。
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