JPS63807B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、プロセスゲインが非常に高く、且つ
操作出力の中心値がゆるやかに変化するプロセス
に対して良好な制御効果が得られるレベル制御装
置に関するものである。

この種プロセスにおけるレベル制御の従来例を
連続鋳造設備のタンデイツシユレベル制御を例に
して説明する。第１図はタンデイツシユレベル制
御の系統図で、タンデイツシユ１に溶鋼２を入れ
ておき、ストツパ３を上下し、タンデイツシユ１
の底部の降下口４から出る溶鋼の流量を制御す
る。タンデイツシユ１の降下口４から出た溶鋼
は、鋳型を兼ねた冷却部５に入り、周囲から冷却
されて凝固し所定断面形状の鋳鋼６となる。ロー
ル７により冷却部５の下部から鋳鋼６を引き抜く
ことにより連続プロセスを形成している。

このプロセスにおいて、冷却部５の開口径は冷
却効果を考えるとあまり大きくできないと共に、
鋳鋼６を連続で引き抜くため冷却部５の高さ方向
の寸法もあまり長くすることができない。また、
タンデイツシユ１の降下口４からの溶鋼の流量
は、降下口４の径とストツパ３の位置関係および
溶鋼２のレベルにより決まる。そして、冷却部５
の開口径が大きくできず冷却部５のレベルの制御
範囲の幅が小さいことから、プロセスゲインが非
常に高く、なおかつ流量がタンデイツシユ１の溶
鋼のレベルに依存することからプロセスゲインが
変化して行く、つまり不安定となる。さらに、も
う一つこのプロセスの制御上考慮しておく重要な
ポイントがある。それは冷却部５のレベルであ
り、もしオーバーフローすると高温の溶鋼が冷却
部５からあふれてオペレータに危険であり、逆に
アンダーフローすると冷却部５がすどおしとな
り、高温の溶鋼が冷却部にたまることなく落下し
てしまう。

上述のような特性を有する本プロセスにPID制
御を組み込むとオンオフ制御を行ない、オーバー
フローあるいはアンダーフローしてしまう結果と
なる。そこで操作出力（MV）に上下限リミツト
を設けることにより、オーバーフローあるいはア
ンダーフローを防止している。しかしながら、こ
の方法もタンデイツシユ１の溶鋼のレベルの変化
やタンデイツシユ１の底部の降下口４が構造材の
溶融により拡大して行くなどにより、ストツパ３
の位置が同じでも溶鋼の流量が除々に変化する。
そのため、操作出力（MV）に対して範囲が固定
されたリミツトを設けても、いずれは操作出力
（MV）がリミツトの一方に固定された形となり、
冷却部５のレベルがオーバーフローあるいはアン
ダーフローしてしまう。このため、従来技術で
は、いろいろな試みをしているが、オペレータの
勘にたよる手動操作が主流であつた。

本発明は、上述したようなプロセスゲインが非
常に高く、且つ操作出力の中心値がゆるやかに変
化するプロセスに適用して良好な制御結果を得る
ことができるレベル制御装置を提供することを目
的とする。本発明によるレベル制御装置は、調節
計から出力された制御演算出力を制限する信号制
限器の上下限リミツトの中心値が、適宜さかのぼ
つた時点より現在までの制御演算出力の平均値に
より、上下限リミツトの幅は一定のまゝ自動的に
修正される機能を具備し、時間的にゆるやかな外
乱およびプロセス定数の緩漫な変化に対処できる
ことを特徴とする。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明す
る。第２図は本発明によるレベル制御装置を連続
鋳造設備のタンデイツシユレベル制御に適用した
一実施例を示すブロツク図である。第２図におい
て、１１は冷却部５に設けられたレベル検出器、
３は溶鋼２を一時貯留する槽すなわちタンデイツ
シユ１の降下口４から流出する溶鋼２の流出量を
変化させるストツパで、上下に移動して降下口４
の開度を変える。１２は冷却部５のレベル目標値
とレベル検出器１１からの冷却部５のレベルを示
す出力信号との差を演算する第１減算器である。
１３は第１減算器１２からの差信号を比例・積
分・微分演算して制御演算出力を出力する調節計
である。この調節計１３の出力は信号制限器１４
および第１平均値演算器１５にそれぞれ入力され
る。信号制限器１４は調節計１３の出力を設定さ
れた上下限リミツト範囲に制限する。第１平均値
演算器１５は予め定められた範囲だけさかのぼつ
た時点から現在までの調節計１３の制御演算出力
の平均値を演算して第２減算器１６に送る。信号
制限器１４の上限制限値を設定する上限値設定器
１７、下限制限値を設定する下限値設定器１８お
よび前記上下限制限値の中心点を設定する中心点
設定器１９が設けられている。第２減算器１６は
第１平均値演算器１５から出力された平均値から
前記中心点設定器１９の出力を減算して第１加算
器２０および第２加算器２１にそれぞれ送る。第
１加算器２０は前記上限値設定器１７の出力と第
２減算器１６の出力とを加算して信号制限器１４
に上限制限値として入力する。第２加算器２１は
前記下限値設定器１８の出力と第２減算器１６の
出力とを加算して信号制限器１４に下限制限値と
して入力する。信号制限器１４で上下限の制限を
受けた調節計１３からの操作信号はタンデイツシ
ユ１のストツパ３を作動させ降下口４から流出す
る溶鋼の流出量を変化させる。

ところで、従来技術の固定式の信号制限器で
は、第３図に示すように操作出力（MV）が移動
する。したがつて、制御演算出力（MV_c）の中
心値が移動するプロセスでは、制御演算出力
（MV_c）あるいは制御量（PV）変化から判断し
て手動操作で信号制限器のリミツト幅と中心値を
変更して行く必要がある。しかしながら、第２図
のように構成された本発明によるレベル制御装置
では、調節計１３の制御演算出力（MV_c）の中
心値の移動傾向を、第１平均値演算器１５、中心
点設定器１９および第２減算器１６により、現在
から過去にさかのぼつた一定期間の制御演算出力
（MV_c）の平均値から算出し、それに基づいて信
号制限器１４の上限値および下限値をリミツト幅
は変えずに変えて行く移動式の信号制限器１４を
用いている。このため、信号制限器１４からの操
作出力は第４図のようになる。ここで、平均値を
採用した理由は、制御演算出力（MV_c）の振動
を取除くことは不可能であり、その平均値を取る
ことにより、この移動する中心値を自動的に合わ
せて行つている。すなわち、従来技術でもそうで
あつたように、本制御対象のようにプロセスゲイ
ンが大きいプロセスでは、オンオフ制御をおさえ
ることはむづかしい。そのため、このオンオフ制
御を積極的に利用し、通常の毎回の制御出力では
オンオフ制御を行なわせながら除々に変化するプ
ロセスゲインが冷却部５のレベルに影響し、操作
出力に影響を及ぼす変化を調節計１３の制御演算
出力（MV_c）の平均値という形でとらえて行つ
ている。

いま、タンデイツシユ１の溶鋼２が流出して行
くにつれて溶鋼のレベルが低下して行くとプロセ
スゲインが除々に小さくなつて行き、同じ操作量
（MV）出力に対するタンデイツシユ１からの溶
鋼の流出量が減少するので、冷却部５のレベルが
低下し、したがつて毎回のオンオフ制御において
も調節計の制御演算出力（MV_c）は大きくなり、
従来技術の場合には、信号制限器における上限制
限値一ぱいの状態が継続する状態になり、冷却部
５のレベルが許容限度以下に低下してしまう不都
合を起す。しかしながら、本発明によるレベル制
御装置では、調節計１３の制御演算出力（MV_c）
が大きくなると、第１平均値演算器１５で演算さ
れた（MV_c）の平均値も大きくなるので、制限
値の中心点設定器１９の設定値との差がプラスと
なつて第２減算器１６から出力されることにな
る。このプラスの差出力が第１加算器２０で上限
値設定器１７の設定値に加算され、増大された上
限制限値が信号制限器１４に設定される。また、
前記プラスの差出力が同時に第２加算器２１で下
限設定器１８の設定値に加算され、増大された下
限制限値が信号制限器１４に設定される。つま
り、制限値の幅は変らずに制限値の中心値が増大
した状態に変る。したがつて、プロセスゲインが
小さくなつたことに対処して操作量（MV）出力
の上限制限値を大きくして制御演算出力（MV_c）
の増大に対応してやり、上限制限値で頭打ちされ
ることなく必要な操作量（MV）出力を操作端に
与えることができる。その結果、流出量も増大さ
せることができて、冷却部５のレベルを許容範囲
内に維持することが可能となる。

プロセスゲインが大きくなつた場合には、調節
計１３の制御演算出力（MV_c）が小さくなり、
したがつて、第２減算器１６の差出力がマイナス
になり、上述の場合と逆に信号制限器１４の上限
制限値および下限制限値が減少する方向にシフト
され、その制限値の中心値も低下して、操作量
（MV）出力が下限制限値で押えられることなく
調節計１３で必要としている値で操作端に与えら
れ、プロセスゲインの大きくなつた状態に対応し
た制御が行なわれる。その結果流出量が過大にな
ることが防止されて、冷却部５のレベルを許容範
囲内に維持することが可能となる。

上記のような信号制限器１４の上・下限制限値
の移動を図示すると第５図のようになる。すなわ
ち制限値の幅（MV_w）は一定のまゝ制限値の中
心値（MV_s）が矢符のように増大したり減小す
る。

なお、第２図の実施例では、制限値の中心点設
定器１９を設け、そこに設定されている制限値の
中心点と第１平均値演算器１５からの出力信号と
を第２減算器１６で減算して差信号を求めている
が、第６図に示すように、中心点設定器１９の代
りに、上限値設定器１７と下限値設定器１８との
平均値を演算する第２平均値演算器２２を設け、
この演算器２２からの上・下限制限値の平均値と
第１平均値演算器１５からの出力信号とを第２減
算器１６で減算して差信号を求めるようにしても
よい。

以上詳述したように本発明によれば、調節計出
力の現在までの適宜の期間の平均値を用いて調節
計出力の制限値を変えることにより、時間的にゆ
るやかな外乱およびプロセス定数の緩漫な変化に
対処して良好な制御効果が得られるレベル制御装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は連続鋳造設備のタンデイツシユレベル
制御の系統図、第２図は本発明によるレベル制御
装置を連続鋳造設備のタンデイツシユレベル制御
に適用した一実施例を示すブロツク図、第３図は
従来の固定式の信号制限器における操作出力の変
動状態を示すグラフ、第４図は第２図の信号制限
器における操作出力の変動状態を示すグラフ、第
５図は第２図の信号制限器における上・下限制限
値の移動を説明するグラフ、第６図は本発明によ
るレベル制御装置の変形例を示すブロツク図であ
る。 １１……レベル検出器、１２……第１減算器、
１３……調節計、１４……信号制限器、１５……
第１平均値演算器、１６……第２減算器、１７…
…上限値設定器、１８……下限値設定器、１９…
…中心点設定器、２０……第１加算器、２１……
第２加算器、２２……第２平均値演算器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 流体を一時貯留する第１の槽から流出する流
   体の流出量を変化させて前記槽から供給された流
   体を一時貯留しながら同時にこの流体を定常的に
   流出させる第２の槽の流体レベルを所定の値に保
   とうとするプロセスにおいて、前記第２の槽に設
   けられたレベル検出器と、このレベル検出器から
   のレベルを示す信号と予め設定された目標レベル
   との差を演算する第１減算器と、この第１減算器
   からの差信号を比例・積分・微分演算して制御演
   算出力を出力する調節計と、この調節計の出力を
   制限する信号制限器と、前記調節計の制御演算出
   力の現在までの一定期間の平均値を演算する第１
   平均値演算器と、前記信号制限器の上限制限値を
   設定する上限値設定器と、前記信号制限器の下限
   制限値を設定する下限値設定器と、これらの上・
   下限制限値の中心点を設定する中心点設定器また
   は前記上・下限値設定器の設定値の平均値を演算
   する第２平均値演算器と、前記第１平均値演算器
   の出力から前記中心点設定器または第２平均値演
   算器の出力を減算する第２減算器と、この第２減
   算器の出力と前記上限値設定器の出力を加算して
   前記信号制限器に上限制限値として入力する第１
   加算器と、前記第２減算器の出力と前記下限値設
   定器の出力とを加算して前記信号制限器に下限制
   限値として入力する第２加算器と、前記信号制限
   器からの操作出力を受けて前記第１の槽の流出量
   を変化させる操作端とを具備したレベル制御装
   置。