JP3699216B2 - 定量供給装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、塊状物、粒体、粉体又は液体を計量式の貯槽に収納しておき、これらを一定流量で次段に設けられた貯槽等の下部装置に供給する定量供給装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の装置は化学工業を始め広い分野で利用されており、その目的は、瞬間に近い短時間間隔でも供給量が基準値にできる限り一致しており、又長い時間間隔では累積供給量が累積目標値にできる限り一致することが望まれている。上記のように長時間連続して定量供給するときは、２つの貯槽を相互に切り換えながら供給する方法がよく使用されている。このような定量供給装置としては特公昭４１−２３２７に開示されており、第４図はこの実施例のブロック図である。この図において２１ａ、２１ｂは貯槽、２２ａ、２２ｂはこの貯槽中の内容物の重量又は容積を指示する指示計、２４ａ、２４ｂは上記指示計の単位時間当たりの移動量を加算装置２５に伝達するための接続機構である。又２３ａ、２３ｂは上記貯槽の内容物を排出する排出機構で、貯槽等の下部装置３０に接続されている。２６は基準値発生装置、２７は比較器、２８は偏差信号発生器、２８ａ、２８ｂは排出機構を調節する調節器で、２９は切り換え器である。上記接続機構２４ａ、２４ｂは貯槽に物品を投入している間は切り離され、貯槽から内容物が排出され、その排出機構が完全に停止するまでは接続されている。
【０００３】
第５図は前述の装置の制御系統を示す実施例である。この図において指示計２２ａ、２２ｂの指示軸は、それぞれ２４ａ、２４ｂをそれぞれクラッチとすると、そのクラッチを経てシンクロ発生器２５ａ、２５ｂに接続されている。これらシンクロ発生器の出力はシンクロ制御変圧器２７に接続されている。一方回転機のような基準値発生装置２６で設定された基準値は、上記シンクロ制御変圧器２７に供給され、上記指示計２２ａ、２２ｂの和の基準速度に対する偏差を出力として発生し、この出力を増幅器３１によって拡大した後モータ３２を回転させ、その回転により偏差信号発生器２８を調節している。このモータ３２はシンクロ制御変圧器２７の出力を偏差信号発生器２８の偏差信号に等しくなるように動作する。この偏差信号は切り換え器２９を経て排出弁２３ａ、２３ｂの開度を調節するモータ２８ａ、２８ｂの一方に与えられ、その排出量を定量に対する偏差がないように調節する。従って、排出量が基準値に対応しておればシンクロ発信機２５ａ及び２５ｂの総合出力は基準速度に対応し、シンクロ制御変圧器２７は出力せず０であり、モータ２８ａ及び２８ｂも回転しない。
【０００４】
この図４の装置において、貯槽２１ａより定量供給を始め、この貯層が空に近くなると排出機構２３ａを２３ｂに切り換えて貯槽２１ｂからの供給に切り換える。このとき指示計２２ａと２２ｂの移動速度を加算装置２５で加算の上基準値発生装置２６からの基準値信号とを比較器２７で比較して誤差信号を取り出し、２８、２９とを介して調節器２８ｂに入力して排出機構２３ｂにて貯槽２１ｂからの排出量を制御するようになっている。即ち貯槽からの実際の供給量と設定された基準値とを比較しながらその誤差をフィードバックして供給量を基準値と一致するように調節するようになっている。しかしながら、貯槽２１ａから貯槽２１ｂに定量供給を切り換えても、排出機構２３ａは慣性のためしばらく動き、その間上記貯槽２１ａからは少量の排出を行った後停止し、その間は上記貯槽２１ａに対して排出制御をしていないことになるので、その排出量は不安定であった。このような不安定な供給は貯槽２１ｂの定量供給制御への大きな外乱となり、フィードバック制御を行っても瞬間に近い短時間で供給誤差が生じることになる。又、この開示されているものでは長時間の累積供給量を正確に制御することができない。従ってこの開示された技術では、貯槽を切り換えたときの瞬時に近い短時間の供給誤差と長時間の累積供給誤差とを生じるという問題点があった。
【０００５】
又、貯槽を１つとした排出制御の定量供給装置として特公平８−１３９１が開示されているが、これは貯槽に原料を補充している間は無制御状態であったから、貯槽内のヘッド圧が増加するに従って排出機構である振動フィーダを制御することによって上記無制御状態を解決しようとしたものである。更に、貯槽を上下２段としていずれも重量検出機構を備えた装置として特公平４−４１７６６が開示されているが、この技術も貯槽の原料重量の下限値から上限値になるまでの原料補充中に両重量検出機構の計量信号により排出制御しようとするものであり、いずれも効果としては認められるが、前述のように瞬時に近い短時間の供給誤差と長時間の累積誤差を解決するまでには到っていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこでこの発明は、例えば火力発電所の微粉炭噴射ノズルに供給する微粉炭の排出量制御で、瞬間排出量を所定値に維持することと、所定の電力量を所定時間に発電するためには所定時間中に供給される微粉炭の重量も所定重量に近づくことが重要である。従って、前述のような問題点である貯槽切り換えのときの瞬間供給偏差と長時間の累積供給偏差をフィードバック制御とフィードフォワード制御を併用することにより極めて少なくできる定量供給装置を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するためにこの発明は、それぞれ計量器を備えた複数の貯槽と、瞬間排出量を設定する瞬間目標値設定器と、上記計量器からＡ／Ｄ変換器を経由した計量信号と上記瞬間目標値設定器からの信号とを比較演算して制御信号を出力する演算制御器とを設け、一方上記貯槽の下部装置に内容物を供給する排出フィーダ設け、この排出フィーダを駆動するサーボモータ及びモータ制御器を設け、上記計量器からの信号を受け上記瞬間目標値設定器に出力する累積偏差補正器とにより定量供給装置を構成して、複数の貯槽の一方から排出を切り換えることによって連続した定量供給を行えるようにし、この定量供給装置において計量信号に基づき演算された瞬間排出偏差値を上記演算制御器にてフィードバック制御するとともに、貯槽量の下限値からその貯槽量の排出停止までの間における制御の目標値を一定の規則により減少させ、目標値が零になると排出動作を停止させることによって排出量を制御し、この規則による制御によって生じる目標値の変化に対する偏差をこの貯槽の演算制御器にフィードフォワードし、この貯槽からの排出量の変化による偏差を切り換えられる次の貯槽の制御器にフィードフォワードすることにより安定した瞬間排出量を維持し、更に複数の貯槽からの累積排出量を常に演算し、設定された累積目標値とを比較し、累積偏差補正器により瞬間排出量の目標値を許容誤差の範囲内で補正して累積排出量即ち累積供給量を正確に維持することができるものである。（請求項１）。
また片方の貯槽からの瞬間排出量を零にした状態で１つの貯槽からの瞬間排出量と、上記下限値から切り換わる次の貯槽量からの瞬間排出量との和が所定の瞬間排出量になるように制御することを特徴としている。（請求項２）。
更にそれぞれの貯槽からの内容物の排出開始から排出終了までの排出量を静的計量値から算出し、それらの排出量を定量供給の全過程にわたって加算することにより、累積供給量を正確に算出することができるようにした。（請求項３）。つまり、上記規則による目標値の変化による偏差を先の貯槽の演算制御器にフィードフォワードし、更にこの貯槽からの排出量の変化による偏差を切り換えられる次の貯槽の演算制御器にフィードフォワードすることにより瞬間排出量を安定して維持できるようにし、加えて複数の貯槽からの累積排出量を常に演算しつつ設定された累積目標値とを比較して、累積偏差補正器によって瞬間排出量の目標値を許容誤差の範囲内で補正することにより累積排出量即ち累積供給量を正確に維持するように構成したので、前述したように瞬時に近い短時間の供給誤差と長時間の累積誤差を解決することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この発明では、複数の計量器付貯槽を切り換えての排出制御で定量供給を行うが、瞬間供給偏差を制御系へフィードバックするとともに、切り換え時においては先行排出をしている貯槽は一定規則における減量排出によって目標値の変化による偏差をその貯槽の制御系へ、同時に排出量の変化による偏差を切り換えられる次の貯槽の制御系へそれぞれフィードフォワードすることで瞬間排出量を所定値に正確に維持し、更に累積排出量の偏差により瞬間排出量の目標値を補正することで累積排出量を所定値に正確に維持できる。
【０００９】
【実施例】
この発明の実施例におけるブロック図を図１に、制御器の演算動作タイミングを図２に、累積目標値における所定時間間隔が１つの貯槽からの排出時間より長いときの供給量と時間との関係を図３にそれぞれ示す。図１において、１ａ、１ｂはそれぞれ計量器２ａ、２ｂを備えた貯槽で図示しない投入装置から粉粒体の原料を投入するようになっている。３ａ、３ｂは上記計量器からのアナログ出力をディジタル計量信号に変換するＡ／Ｄ変換器で、その信号はそれぞれ演算制御器４ａ、４ｂに入力されている。一方、瞬間目標値ｒａ、ｒｂと（瞬間供給基準値又は一定規則の減り変化値として設定される）、それから発信された瞬間目標値ｒａ、ｒｂの変化による供給量偏差１１ａ、１１ｂ及び貯槽１ｂからの排出量ｑｂの変化による排出量偏差１２ａ、貯槽１ａからの排出量ｑａの変化による排出量偏差１２ｂがそれぞれ上記演算制御器４ａ、４ｂに入力される。更に相互補正のため上記供給量偏差１１ａは演算制御器４ｂへ、供給量偏差１１ｂは演算制御器４ａへそれぞれ入力されている。上記演算制御器４ａ、４ｂにおいては、入力されたそれぞれの信号は演算の後操作量としてモータ制御器６ａ、６ｂに供給され、サーボモータ７ａ、７ｂを制御して排出フィーダ８ａ、８ｂを駆動するようになっている。又、上記貯槽１ａ、１ｂのそれぞれの排出フィーダ８ａ、８ｂからの排出量の和が下部装置９への供給量となっている。更に、それぞれの計量器からの信号を受ける累積偏差補正器１０ａ、１０ｂは累積供給誤差を減らすためにその信号はそれぞれ瞬間目標値ｒａ設定器５ａ及びｒｂ設定器５ｂに入力され瞬間目標値ｒａ及びｒｂを修正するようになっている。
【００１０】
この装置の動作状況を図１及び図２によって説明する。最初貯槽１ａより図２Ａにおいて目標値ｒａ（ｎ）を実線Ａ1 に示すように瞬間基準値として目標値ｒａ設定器５ａにより設定した上排出フィーダ８ａより原料の定量供給制御を開始する。但し、上記ｎは１、２、・・・の整数で、ｒａ（ｎ）はサンプル時刻ｎのサンプル値を表す。上記のように供給を開始するとＡ／Ｄ変換器３ａからの計量信号により演算された時間当たりの排出量である瞬間供給値をｑａ（ｎ）とし、瞬間供給偏差をｅｑａ（ｎ）とすると式１となる。
ｅｑａ（ｎ）＝ｒａ（ｎ）−ｑａ（ｎ）・・・・・式１
そこでフィードバック制御理論を用いて演算制御器４ａからモータ制御器６ａへ出力する。例えば偏差ｅｑａ（ｎ）に適当な比例（Ｐ）及び積分（Ｉ）の定数を乗算し、これらの乗算結果を加算した上、上記モータ制御器６ａに供給することになる。ここまでは在来のフィードバック制御と同じである。次に貯槽１ａが予め設定された計量器２ａにおける下限値Ｗa1即ち空に近くなったとき、上記貯槽１ａから貯槽１ｂに定量供給を切り換える。そのとき上記目標値ｒａ（ｎ）を実線Ａ2 に示すように、例えばランプ減り関数とか正弦関数の減少部分のような一定の規則によって設定し、上記貯槽１ａからの排出量を上記の一定の規則で安定的に減らせるように上記演算制御器４ａから信号をモータ制御器６ａに送りモータ７ａによって排出フィーダ８ａを制御するようにする。更に制御の即応性を向上させるため目標値ｒａ（ｎ）変化による偏差ｅｆａ（ｎ）１１ａを演算制御器４ａにフィードフォワードして直接制御対象に加える。この上記偏差は式２によって求めることができる。
ｅｆａ（ｎ）＝ｒａ（ｎ＋１）−ｒａ（ｎ）・・・・・式２
この目標値ｒａ（ｎ）変化による偏差についても、瞬間供給偏差ｅｑａ（ｎ）と同様適当な比例（Ｐ）及び積分（Ｉ）の定数を乗算し、その乗算結果を加算して上記ｅｑａ（ｎ）のフィードバックの結果と合わせて演算制御器４ａよりモータ制御器６ａに信号を供給し、目標値ｒａ（ｎ）が零になると排出フィーダ８ａの排出動作を停止させ貯槽１ａに原料を補充することになる。
【００１１】
次に貯槽１ｂの定量供給となるが、前述のように貯槽１ａの貯留量が予め設定された下限値Ｗa1となったことを計量器２ａからの計量信号としてＡ／Ｄ変換器３ａから演算制御器４ｂに入力されると、予め瞬間目標値ｒｂ設定器５ｂにより図２Ｂの点線Ｂ1 として示すように目標値ｒｂ（ｎ）を瞬間基準値として定量供給を行うことになるが、前述のように排出フィーダ８ａが排出動作を停止するまでは貯槽１ａと貯槽１ｂとの双方が排出を行うことになる。従って定量供給量はこれら２つの貯槽からの排出量の和となる。この間Ａ／Ｄ変換器３ｂからの計量信号により演算された時間当たりの排出量である瞬間供給値をｑｂ（ｎ）とし、瞬間供給偏差をｅｑｂ（ｎ）とすると式３によって求めることができる。
ｅｑｂ（ｎ）＝ｒｂ（ｎ）−ｑａ（ｎ）−ｑｂ（ｎ）・・・・・式３
そこで前述の貯槽１ａから定量供給で述べたと同様、フィードバック制御理論を用いて演算制御器４ｂからモータ制御器６ｂへ出力する。即ち偏差ｅｑｂ（ｎ）に適当な比例（Ｐ）及び積分（Ｉ）の定数を乗算し、これらの乗算結果を加算した上、上記モータ制御器６ｂに供給することになる。この場合、瞬間供給量は貯槽１ａと貯槽１ｂの両方からの排出量の和となるので、貯槽１ｂからの実際の排出量は図２Ｃの点線Ｂ1'となる。そこで貯槽１ａからの排出量ｑａ（ｎ）の減少が貯槽１ｂの定量供給制御への外乱とみなされるが、貯槽１ａからの排出量が制御されているので、貯槽１ｂからの排出は充分外乱を減少した定量供給制御となり安定している。また、その変化による偏差ｅｄｂ（ｎ）は貯槽１ａの目標値ｒａ（ｎ）の変化による偏差ｅｆａ（ｎ）と同じであり、これを式４に示す。
ｅｄｂ（ｎ）＝ｒａ（ｎ＋１）−ｒａ（ｎ）・・・・・式４
そこで前述と同様、制御の即応性を向上させるためこの偏差ｅｄｂ（ｎ）１１ｂを演算制御器４ｂにフィードフォワードして直接制御対象に加える。
【００１２】
貯槽１ａの排出フィーダ８ａの排出動作を停止させると、図２Ａ及び２Ｃに示すように貯槽１ａからの排出が停止された時刻となり、その時から定量供給は貯槽１ｂのみとなり、Ａ／Ｄ変換器３ｂからの計量信号を受けた演算制御器４ｂにより制御される。そのときの瞬間供給偏差は式５によって求められる。
ｅｑｂ（ｎ）＝ｒｂ−ｑｂ（ｎ）・・・・・式５
次に前述の貯槽１ａからの定量供給と同様、図２Ｂに示すように貯槽１ｂが予め設定された計量器２ｂにおける下限値Ｗb1即ち空に近くなったとき、上記貯槽１ｂから貯槽１ａに定量供給を切り換える。そのとき、前述と同様貯槽１ｂから排出量を図２Ｂの点線Ｂ2 に示すように一定の規則で安定的に減らせるように上記演算制御器４ｂから信号をモータ制御器６ｂに送りモータ７ｂによって排出フィーダ８ｂを制御するようにする。上記の排出量を減らす割合は、貯槽１ａ又は１ｂから一定の規則で減っていた供給量が急に零とならないよう、排出フィーダ８ａ又は８ｂの排出動作停止時点では完全に排出せず若干残すようにしておく。この例では貯槽１ｂの定量供給制御に対する外乱とみなしていた貯槽１ａからの排出量の減少変化による偏差は、前述のように設定された目標値ｒａ（ｎ）によって式４のように演算されるが、前回の貯槽１ａから排出したときの排出量を記憶しておき、これを用いてもよい。このことによって貯槽１ａからの排出量の制御誤差の影響がなくなる。
【００１３】
次に前述の課題でも述べたように、所定時間中に供給される原料の重量も所定重量に近づくことが重要であり、そのために累積供給誤差を修正することが是非必要となる。前述のように貯槽１ａ、１ｂからの排出量は、常に計量・制御されているので任意の例えばＮのサンプル間隔での累積供給量値ＷN を正確に計算することができる。即ち、貯槽１ａ又は１ｂから原料供給が単独で行われているときは、それぞれ対応する計量器２ａ又は２ｂから出力される計量信号を用いて累積供給量値ＷN を計算することができるし、貯槽を切り換えるときは、貯槽１ａと１ｂの両方から原料が供給されるので、計量器２ａ、２ｂからの出力される計量信号の和を用いて累積供給量ＷN を計算することができる。そこで計算された上記累積供給量ＷN を予め設定された累積目標値ＷS と比較して供給量の累積偏差ＥＷN が式６により求められる。
ＥＷN ＝ＷS −ＷN ・・・・・式６
又、上記供給量の累積偏差により前述した瞬間供給基準値に基づいて設定された瞬間目標値ｒａ（ｎ）、ｒｂ（ｎ）がそれぞれ累積偏差補正器１０ａ、１０ｂから瞬間目標値ｒａ設定器５ａ及び瞬間目標値ｒｂ設定器５ｂに補正信号が出力され補正される。今補正係数をＧとすると瞬間目標値ｒａ（ｎ）、ｒｂ（ｎ）がそれぞれ式７及び式８により許容誤差の範囲で補正され、累積供給量を正確に維持することができる。
ｒａ（ｎ）＝ｒａ（ｎ）−Ｇ×ＥＷN ・・・・・式７
ｒｂ（ｎ）＝ｒｂ（ｎ）−Ｇ×ＥＷN ・・・・・式８
【００１４】
累積目標値における所定時間間隔が図３に示すように１つの貯槽排出時間より長くかかる場合、例えば貯槽１ａの排出開始時刻ＴS から２つ目の貯槽１ｂの排出終了時刻までかかるときは、それぞれの貯槽１ａ、１ｂの排出開始から排出終了までの原料の重量が計量器２ａ、２ｂからの計量信号により排出開始時点の計量値から排出終了時点の計量値を減算することにより求められ、この２つの貯槽からの排出量の和により累積供給量が高精度に算出される。上記の所定時間間隔は図に示すようにＴS からＴE までのＴ時間となるので、上記累積供給量の中には前回定量供給されていた貯槽（この場合は１ｂ）から一定の規則で減っていた排出量（点線Ｃ’までの斜線部分）及び次回定量供給される貯槽（この場合は１ａ）から一定の規則で増えていた排出量（点線Ｃ”点からの斜線部分）が計量信号によってそれぞれ算出されて含まれている。従って殆ど静的計量値を用いて算出されるので正確である。但し、累積供給量を予め設定された累積目標値に近づける必要があるので、式６に示すように供給量の累積偏差を求め、式７及び式８により瞬間目標ｒａ（ｎ）及びｒｂ（ｎ）を１つの貯槽からの排出時間ごとに補正することになる。そこで定量供給の全過程における累積供給量は正確に算出されることになる。
【００１５】
【発明の効果】
この発明になる複数の貯槽を切り換えて内容物を定量供給する装置においては、貯槽からの排出を切り換えるとき、先に排出していた貯槽が下限値になったとき、上記貯槽からの排出量を一定の規則で減じることによりその貯槽からの安定な排出が維持できるとともに、現在排出中の目標値が零になると排出動作を停止させているので、次に切り換わるべき貯槽に対する定量供給制御に外乱を与えることがない。従って正確な瞬間供給ができるという効果がある。又、瞬間供給偏差を排出機構にフィードバックすると共に、例えば２つの貯槽ａ、ｂを切り換えるとき貯槽ａの減少する目標値の変化による偏差を直接貯槽ａの制御器にフィードフォワードすることで制御の即応性が向上するという効果があり、同様に貯槽ａからの排出量の減少変化分を貯槽ｂの定量供給制御の外乱とみなして直接貯槽ｂの制御器にフィードフォワードして効果を出し、このようにフィードバック制御とフィードフォワード制御を併用することで複数の貯槽を切り換えて定量供給するときの瞬間供給値が正確に得られるという大きな効果がある。更に貯槽ａ、ｂからの排出量が常に計量・制御されているので長時間の累積供給が正確に算出でき、予め設定された累積目標値とを比較して供給量の目標値を許容誤差範囲内に補正することができるので累積供給量を正確に維持できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例におけるブロック図である。
【図２】この発明の実施例における貯槽からの供給量と時間との関係を示す図で、貯槽１ａの（Ａ）、貯槽１ｂの（Ｂ）及び貯槽１ａから貯槽１ｂに切り換えるときの（Ｃ）である。
【図３】この発明の実施例における累積目標値における所定時間間隔が１つの貯槽よりの排出時間より長いときの供給量と時間との関係を示す図である。
【図４】従来の実施例のブロック図である。
【図５】従来の図４の実施例における制御系統を示す図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ 貯槽
２ａ、２ｂ 計量器
３ａ、３ｂ Ａ／Ｄ変換器
４ａ、４ｂ 演算制御器
５ａ、５ｂ 瞬間目標値設定器
６ａ、６ｂ モータ制御器
７ａ、７ｂ サーボモータ
８ａ、８ｂ 排出フィーダ
９ 下部装置
１０ａ、１０ｂ 累積偏差補正器
１１ａ、１１ｂ 目標値変化による偏差
１２ａ、１２ｂ 排出量変化による偏差

Claims (3)

1. それぞれ計量器を備えた複数の貯槽と、瞬間排出量を設定する瞬間目標値設定器と、上記計量器からＡ／Ｄ変換器を経由した計量信号と上記瞬間目標値設定器からの信号とを比較演算して制御信号を出力する演算制御器と、上記貯槽の内容物を下部装置に供給する排出フィーダと、この排出フィーダを駆動するサーボモータ及びモータ制御器と、上記計量器からの信号を受け上記瞬間目標値設定器に出力する累積偏差補正器とを備え、貯槽からの排出を切り換えて定量供給を行う装置において、計量信号に基づき演算された瞬間排出偏差値を上記演算制御器にてフィードバック制御するとともに、貯槽量の下限値から排出停止までの間における制御の目標値を一定の規則により減少させ、目標値が零になると排出動作を停止させることによって排出量を制御し、この規則による制御によって生じる目標値の変化に対する偏差をこの貯槽の演算制御器にフィードフォワードし、この貯槽からの排出量の変化による偏差を切り換えられる次の貯槽の制御器にフィードフォワードすることにより安定した瞬間排出量を維持し、更に複数の貯槽からの累積排出量を常に演算し、設定された累積目標値とを比較し、累積偏差補正器により瞬間排出量の目標値を許容誤差の範囲内で補正して累積排出量即ち累積供給量を正確に維持することを特徴とする定量供給装置。
2. 片方の貯槽からの瞬間排出量を零にした状態で１つの貯槽からの瞬間排出量と上記下限値から切り換わる次の貯槽量からの瞬間排出量との和が所定の瞬間排出量になるように制御することを特徴とする請求項１に記載の定量供給装置。
3. それぞれの貯槽からの内容物の排出開始から排出終了までの排出量を静的計量値から算出し、それらの排出量を定量供給の全過程にわたって加算することにより、累積供給量を正確に算出することを特徴とする請求項１に記載の定量供給装置。

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