JPH04262407A - ステッピングシリンダのロッド位置制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、連続鋳造用の
鋳型内部における湯面レベル制御の実施に際し、該鋳型
への注湯量の調節手段として用いられているステッピン
グシリンダのロッド位置を制御する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造設備の操業に際しては、鋳型内
部における溶鋼の冷却，凝固状態を安定化させ、製品鋳
片の品質を向上させると共に、ブレークアウト等、操業
の休止を強いる各種の不都合の発生を未然に防止するた
め、鋳型内部の湯面レベルを常時適正に保つべく湯面レ
ベル制御が行われている。

【０００３】この湯面レベル制御は、鋳型への注湯を行
う注湯ノズルに、スライディングノズル、ストッパ装置
等の開閉装置を付設する一方、鋳型内部の湯面レベルを
逐次検出し、これを所定の目標レベルと比較して、両者
の偏差を解消すべく前記開閉装置を動作させて鋳型への
注湯量を加減する手順にて行われる。

【０００４】前記開閉装置は、従来一般的に、油圧サー
ボシリンダとサーボ弁とを備えた油圧駆動系にて駆動さ
れており、この場合、湯面レベルの検出値と目標レベル
との偏差に基づいて上位のコントローラから与えられる
開度指令、即ち、前記サーボシリンダのロッド位置指令
と、該サーボシリンダの現状のロッド位置とを比較して
、両者の偏差を解消すべくサーボ弁をオンオフ制御し、
サーボシリンダへの圧油の給排を行わせることにより湯
面レベル制御が実施される。

【０００５】ところがこの構成においては、鋳型の直上
に位置するサーボシリンダの近くに耐熱性に劣るサーボ
弁を配し得ないことから、両者を接続する長寸の油圧配
管を必要とし、またサーボシリンダとサーボ弁との間に
は振動に起因する位置変動が生じることから、前記油圧
配管としてフレキシブルチューブを用いざるを得ず、サ
ーボ弁からの送給油圧がフレキシブルチューブの拡張及
びこれの内部の滞留油の圧縮に供されることになり、前
述の如き湯面レベル制御の実施に際し、サーボ弁の動作
に応じてサーボシリンダが動作するまでの間、即ち、湯
面の変動が生じてから該湯面の調整動作がなされるまで
の間にタイムラグが生じ、応答性の向上に限界があって
、近年における鋳込速度の高速化の要求に応え得ないと
いう難点がある。

【０００６】この難点を解消するため、近年、前述した
サーボ弁とサーボシリンダとの組み合わせに換えて、ス
テッピングシリンダを用いて前記開閉装置を駆動する湯
面レベル制御方法が実用化されている。ステッピングシ
リンダは、前記開閉装置の開閉力を発生するワークシリ
ンダにパルスモータによって駆動されるスプールを付設
し、該スプールと前記ワークシリンダのロッドとが油圧
力によりバランスするように動作するアクチュエータで
あり、油圧配管が実質的に不要となることから応答性の
大幅な向上が実現される。

【０００７】なお、ステッピングシリンダを用いた湯面
レベル制御の実施に際しては、上位のコントローラから
前述の如く与えられる開度指令を実現すべくステッピン
グシリンダのロッド位置を制御する必要があり、このと
き、ステッピングシリンダの動作は前記パルスモータの
回転に応じて行われ、該パルスモータの駆動には速度型
の制御を必要とするのに対し、上位のコントローラから
与えられる開度指令は位置型の指令であることから、ス
テッピングシリンダのロッド位置制御は、上位のコント
ローラを速度型に更新するか、又は上位のコントローラ
からの位置型の指令を速度型の指令に変換してパルスモ
ータの駆動回路に出力する下位のコントローラ（ステッ
ピングシリンダコントローラ）を設ける必要がある。

【０００８】これらの内、前者の方法は、新規に計画さ
れる連続鋳造設備においては有効な方法であるが、サー
ボ弁とサーボシリンダとを用いて注湯量の調節を行って
いた既存の連続鋳造設備をステッピングシリンダによる
調節に改造する場合、前者の方法は、長期間の操業停止
を強いられるという難点があり、専ら後者の方法が採用
されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】さて前記ステッピング
シリンダコントローラは、ステッピングシリンダの現状
のロッド位置と上位のコントローラから与えられる目標
位置との偏差を求め、この偏差を解消すべく前記パルス
モータの駆動回路に正転パルス又は逆転パルスを出力す
る機能を備えた演算制御部であるが、この演算をアナロ
グ演算にて行った場合、正転パルスから逆転パルスへの
切換え時、又は逆転パルスから正転パルスへの切換え時
に次のような不都合が生じる。

【００１０】ステッピングシリンダのパルスモータは、
ステッピングシリンダコントローラからの正転パルス又
は逆転パルスの停止に伴って瞬時に停止しようとするが
、実際には、回転体のホールドトルクの影響により振動
（ダンピング）が発生し、所定の停止位置に整定するま
での間には若干の時間を必要とする。

【００１１】従って、正転パルス及び逆転パルスの一方
から他方への切換えがこのようなダンピング中に行われ
、この時の振動方向と回転指令の方向とが一致した場合
、パルスモータの回転位置が所定位置から大きく外れる
現象、所謂、脱調を招来し、以降の制御が行えなくなる
難点がある。

【００１２】この難点は、パルスモータの仕様に定めら
れた所定時間内に前記切換えを行うことにより解消され
るが、この時間は、数μｓｅｃ　程度の極めて短い時間
であり、現状のロッド位置と目標位置との偏差を求めて
からパルス出力をなすまでの処理をこの時間内にて行う
ことはアナログ演算によっては不可能である。また前記
難点は、パルスモータの最大速度を、これの自起動周波
数以下に抑えることによっても解消されるが、このこと
はステッピングシリンダの特徴である高応答性をも打ち
消すこととなり、現実的な解決方法ではない。

【００１３】即ちステッピングシリンダのロッド位置制
御においては、パルスモータの正，逆転の切換えに伴う
脱調を回避するため、高速演算が可能なディジタル演算
装置を用いざるを得ず、これが高価であると共に、保守
及び調整に煩雑な作業が強いられることから、湯面レベ
ル制御におけるステッピングシリンダの採用を阻害する
要因となっていた。

【００１４】なお以上の難点は、連続鋳造設備における
湯面レベル制御の場合に限らず、位置型の指令に従って
ステッピングシリンダを制御する場合に全く同様に生じ
るものである。

【００１５】本発明は斯かる事情に鑑みてなされたもの
であり、位置型の指令に従うステッピングシリンダのロ
ッド位置制御を、正，逆転の切換えに伴う脱調の虞なく
アナログ演算により可能とするステッピングシリンダの
ロッド位置制御装置を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明に係るステッピン
グシリンダのロッド位置制御装置は、パルスモータの回
転に応じて動作するステッピングシリンダの現状のロッ
ド位置と目標位置との偏差を求め、この偏差を解消すべ
く前記パルスモータの駆動回路に正転パルス又は逆転パ
ルスを出力する演算制御部を備えたステッピングシリン
ダのロッド位置制御装置において、前記演算制御部は、
前記正転パルス及び前記逆転パルスの一方から他方への
切換えを検知する反転検知手段と、この検知がなされた
とき、前記駆動回路への出力を所定時間停止するディレ
イ手段とを具備することを特徴とする。

【００１７】

【作用】本発明においては、正転パルス及び逆転パルス
の一方から他方への切換え、即ち、パルスモータの正，
逆転の切換えを反転検知手段にて検知し、このとき次な
る正転パルス又は逆転パルスの出力を所定時間、具体的
には、前記パルスモータの正，逆転時における自起動周
波数の相当周期分だけ停止する。これにより、正、逆転
の切換えに伴って生じるパルスモータのダンピング中に
次なる駆動パルスが与えられることがなくなり、これに
起因する脱調が未然に回避されると共に、パルスモータ
の最大速度に制限を設けることなくアナログ型の演算制
御部を用い得る。

【００１８】

【実施例】以下本発明をその実施例を示す図面に基づい
て詳述する。図１は本発明に係るステッピングシリンダ
のロッド位置制御装置（以下本発明装置という）の連続
鋳造設備の湯面レベル制御への適用状態を示す模式図で
ある。

【００１９】図中Ｔは、その内部に溶鋼３を貯留するタ
ンディッシュである。該タンディッシュＴの下方に適長
離隔した位置には筒形をなす鋳型Ｍが配してあり、該鋳
型Ｍの内部には、タンディッシュＴの底面にその基端を
開口させた浸漬ノズル４が延設されている。而して、タ
ンディッシュＴ内の溶鋼３は、浸漬ノズル４を介して鋳
型Ｍに注入され、該鋳型Ｍの内壁との接触により冷却さ
れて外側を凝固シェル５０にて被覆された鋳片５となり
、鋳型Ｍの下方に連続的に引抜かれる。そしてこの引抜
きの間に更に冷却されて、内側にまで凝固が進行した後
に適宜の寸法に切断され、圧延等の後工程における素材
となる製品鋳片が得られる。

【００２０】浸漬ノズル４の中途には、該浸漬ノズル４
を、これの長手方向と略直交する面内での摺動により開
閉するゲート板６０を備え、該ゲート板６０の摺動に応
じて前記鋳型Ｍへの注湯量を調節するスライディングノ
ズル６が固設してある。スライディングノズル６のゲー
ト板６０は、パルスモータ８を一体的に備えたステッピ
ングシリンダ７の出力ロッドの先端に連結してある。ま
た、鋳型Ｍ内部の湯面レベルは、該鋳型Ｍ内に滞留する
溶鋼３の表面に臨ませたレベル検出器９にて検出される
ようになしてある。

【００２１】ステッピングシリンダ７は、パルスモータ
８の回転に応じて位置決めされるスプールを内蔵し、該
スプールと出力ロッドとが油圧力によりバランスするよ
うに動作するアクチュエータであり、該ステッピングシ
リンダ７の出力ロッドの先端に連結されたゲート板６０
の摺動位置、即ち、鋳型Ｍへの注湯量は、パルスモータ
８の回転に伴うステッピングシリンダ７の動作に応じて
加減される。

【００２２】而して、以上の如き構成の連続鋳造設備に
おける湯面レベル制御は、レベル検出器９による湯面レ
ベルの検出結果に基づいてパルスモータ８の駆動回路８
０に駆動指令を与え、ステッピングシリンダ７のロッド
位置を制御することにより行われる。この制御を行うた
めの制御装置は、上位の位置型コントローラである開度
制御部１と、下位の速度型コントローラであり、本発明
の特徴となるシリンダ制御部２とを備えてなる。

【００２３】上位のコントローラである開度制御部１に
は、レベル検出器９により検出された鋳型Ｍ内の現状の
湯面レベルと、予め設定された目標レベルとの偏差が逐
次与えられており、開度制御部１は、この偏差を用いた
ＰＩＤ演算を実施して前記目標レベルを実現するために
必要な開度を求め、この結果を開度指令としてシリンダ
制御部２に与える動作をなす。

【００２４】シリンダ制御部２は、開度制御部１から与
えられた位置型の指令である前記開度指令を用い、後述
する如く、前記パルスモータ８の回転方向及び回転速度
を求めし、この結果をパルスモータ８の駆動回路８０に
、速度型の指令、具体的には正転を指令する正転パルス
又は逆転を指令する逆転パルスとして出力する動作をな
す。

【００２５】図２は、シリンダ制御部２の内部構成を示
すブロック図である。本図に示す如くシリンダ制御部２
は、加算器２０、正逆判定器２１、速度判定器２２、Ｖ
／Ｆコンバータ２３、積算カウンタ２４、及び本発明の
特徴部分であるマスク回路２５を備えたアナログ演算部
であり、開度制御部１から与えられる開度指令信号は、
積算カウンタ２４の出力として後述の如く得られる現状
のロッド位置のフィードバック信号と共に加算器２０に
与えられており、該加算器２０は、両者の偏差を求め、
この結果を正逆判定器２１及び速度判定器２２に与える
動作をなす。

【００２６】正逆判定器２１及び速度判定器２２におい
てはいずれも、加算器２０から与えられる偏差信号Δの
大きさが調べられ、これが所定の不感帯εを超える正又
は負の値を有する場合、前者は、この正負に応じて正転
指令又は逆転指令のいずれか一方を出力する動作をなし
、また後者は、この正負の値の大きさに応じて予め定め
られた電圧信号を出力する動作をなす。正逆判定器２１
が出力する正転指令及び逆転指令は直接的に、また速度
判定器２２の前記出力は、Ｖ／Ｆコンバータ２３を経て
前記偏差の大きさに対応する周波数の正転パルス又は逆
転パルスに変換された後に、パルスモータ８の駆動回路
８０に夫々与えられている。

【００２７】Ｖ／Ｆコンバータ２３からの前記出力は、
前記積算カウンタ２４にも与えられている。積算カウン
タ２４は、動作開始時におけるステッピングシリンダ７
のロッド位置を記憶しており、Ｖ／Ｆコンバータ２３か
らの入力が正転パルスである場合には加算により、また
逆転パルスである場合には減算により前記記憶値を順次
更新する動作をなす。このように更新される積算カウン
タ２４内の記憶値は、各更新時点におけるロッド位置に
対応することになり、この結果は、フィードバック信号
として前記加算器２０に与えられている。

【００２８】前記駆動回路８０は、例えば、正逆判定器
２１から正転指令が与えられている場合には、Ｖ／Ｆコ
ンバータ２３から与えられたパルス信号をそのまま、逆
転指令が与えられている場合には、Ｖ／Ｆコンバータ２
３から与えられたパルス信号を反転させて出力する。そ
してこの出力に応じてパルスモータ８が駆動される結果
、ステッピングシリンダ７のロッド位置は、開度制御部
１の出力である開度指令と、現状のロッド位置、即ち現
状の開度との偏差を解消すべく制御されることになり、
前記開度指令は、鋳型Ｍ内の湯面レベルと目標レベルと
の間の偏差を解消すべく出力されたものであるから、前
述のロッド位置の制御により鋳型Ｍ内の湯面レベルを適
正に保つことができる。

【００２９】本発明の特徴部分であるマスク回路２５は
、正逆判定器２１とＶ／Ｆコンバータ２３との間に図示
の如く介装されている。図３は、マスク回路２５の内部
構成を示すブロック図である。

【００３０】マスク回路２５への入力は、正逆判定器２
１が出力する正転指令及び逆転指令であり、これは反転
検知器３０に与えられている。反転検知器３０は、この
入力を監視して正転指令から逆転指令への、又はこれと
逆の切換えがなされたとき、即ち、前記パルスモータ８
への回転方向の指令が反転されたとき、一回のハイレベ
ル出力を発するものであり、この出力は、タイマ３１、
ディレイ回路３２及びラッチ３３に与えられる。

【００３１】タイマ３１は、反転検知器３０からの入力
に応じて計時を開始し、ディレイ回路３２からの入力に
応じて計時を終了して、ラッチ３３にハイレベル出力を
発する動作をなし、またディレイ回路３２は、反転検知
器３０からの入力を予め設定された所定時間遅らせて出
力する動作をなす。従ってタイマ３１は、パルスモータ
８への回転方向の指令が反転されたことが反転検知器３
０において検知された時点から、ディレイ回路３２に設
定された所定のディレイ時間が経過した後にラッチ３３
にハイレベルの出力を行うことになる。

【００３２】ラッチ３３においては、反転検知器３０か
らの入力がオフ信号として、タイマ３１からの入力がオ
ン信号として夫々用いられるようになしてあり、これに
よりマスク回路２５は、常時はハイレベル信号を出力し
、パルスモータ８への回転方向の指令が反転された時点
から前記ディレイ時間の間にのみローレベル信号を出力
することになる。

【００３３】マスク回路２５のこの出力は、Ｖ／Ｆコン
バータ２３における前記正転パルス及び逆転パルスの出
力端に夫々配された一対のＡＮＤ回路３４，３５に与え
られており、これにより前記両パルスは、マスク回路２
５がローレベルの出力をなしている場合に出力されなく
なる。即ち、パルスモータ８への回転方向の指令が反転
された時点から前記ディレイ時間が経過するまでの間に
は、該パルスモータ８の駆動回路８０への正転パルス又
は逆転パルスの出力が停止される。

【００３４】図４は、本発明装置の動作内容を示すタイ
ムチャートである。シリンダ制御部２内部の正逆判定器
２１の出力、即ちパルスモータ８への回転方向の指令は
、本図に示す如く、開度制御部１からの開度指令に従っ
て正から逆へ反転されるが、この反転後の逆転パルスの
出力は、マスク回路２５の前述した動作により前記ディ
レイ時間Δｔの間停止される。なおこのような出力の停
止は、逆転から正転への反転がなされた場合においても
全く同様に生じる。前記ディレイ時間Δｔは、パルスモ
ータ８の正，逆転時における自起動周波数の周期に相当
するように設定してあり、この間シリンダ制御部２から
駆動回路８０への出力が停止されることから、パルスモ
ータ８の反転駆動はこれの自起動周波数の相当周期が経
過した後に開始される。

【００３５】前述の如くパルスモータ８の回転方向が反
転するとき、回転体のホールドトルクの影響によりダン
ピングが発生するが、本発明装置においては、前述した
如きパルス出力の停止により前記ダンピングに起因して
脱調を発生する虞が解消される。従って、パルスモータ
８の回転速度を正，逆転時の自起動周波数以下に制限す
る必要がなくなり、該パルスモータ８にて駆動されるス
テッピングシリンダ７の高応答性を十分に活かすことが
でき、該ステッピングシリンダ７にて注湯量の調節を行
うことにより、鋳込速度の高速化に対応可能な湯面レベ
ル制御が可能となる。

【００３６】なお本実施例においては、連続鋳造設備に
おける鋳型内の湯面レベル制御における本発明装置の適
用例について説明したが、本発明装置の適用範囲はこれ
に限るものではなく、位置型の指令に従ってステッピン
グシリンダを制御することが要求されるあらゆる用途に
適用可能なことは言うまでもない。

【００３７】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明装置においては
、現状のロッド位置と目標位置との偏差を解消すべくス
テッピングシリンダのロッド位置を制御するに際し、駆
動源となるパルスモータの回転方向の切り換えが必要と
なったとき、該パルスモータへの駆動パルスの出力が所
定時間、具体的には、正，逆転時の自起動周波数の相当
周期分だけ停止されるから、パルスモータのダンピング
に起因する脱調を未然に回避でき、前記偏差の検出時点
から次なるパルス出力をなすまでの処理時間が長いアナ
ログ演算によっても、パルスモータの最大速度に制限を
設けることなくロッド位置制御を確実に行え、アナログ
演算装置の採用による装置コストの低減が可能となり、
また保守及び調整作業の簡素化が図れる等、本発明は優
れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】連続鋳造設備の湯面レベル制御における本発明
装置の適用状態を示す模式図である。

【図２】シリンダ制御部の内部構成を示すブロック図で
ある。

【図３】本発明装置の特徴部分であるマスク回路の内部
構成を示すブロック図である。

【図４】本発明装置の動作内容を示すタイムチャートで
ある。

【符号の説明】

１　　開度制御部 ２　　シリンダ制御部 ６　　スライディングノズル ７　　ステッピングシリンダ ８　　パルスモータ ２１　　正逆判定器 ２２　　速度判定器 ２５　　マスク回路 ３０　　反転検知器 ３１　　タイマ ３２　　ディレイ回路 ３３　　ラッチ Ｍ　　鋳型 Ｔ　　タンディッシュ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　パルスモータの回転に応じて動作する
   ステッピングシリンダの現状のロッド位置と目標位置と
   の偏差を求め、この偏差を解消すべく前記パルスモータ
   の駆動回路に正転パルス又は逆転パルスを出力する演算
   制御部を備えたステッピングシリンダのロッド位置制御
   装置において、前記演算制御部は、前記正転パルス及び
   前記逆転パルスの一方から他方への切換えを検知する反
   転検知手段と、この検知がなされたとき、前記駆動回路
   への出力を所定時間停止するディレイ手段とを具備する
   ことを特徴とするステッピングシリンダのロッド位置制
   御装置。