JP2910136B2 - タンディッシュ溶鋼プラズマ加熱装置の温度制御装置 - Google Patents
タンディッシュ溶鋼プラズマ加熱装置の温度制御装置Info
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- JP2910136B2 JP2910136B2 JP7866690A JP7866690A JP2910136B2 JP 2910136 B2 JP2910136 B2 JP 2910136B2 JP 7866690 A JP7866690 A JP 7866690A JP 7866690 A JP7866690 A JP 7866690A JP 2910136 B2 JP2910136 B2 JP 2910136B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、タンディッシュ溶鋼プラズマ加熱装置の
温度制御装置に係り、さらに詳しくは、タンディッシュ
内溶鋼加熱のように加熱空間において、被加熱物の蓄積
量および通過速度が変動する条件下における加熱空間出
側の被加熱物温度のPID制御装置に関するものである。
温度制御装置に係り、さらに詳しくは、タンディッシュ
内溶鋼加熱のように加熱空間において、被加熱物の蓄積
量および通過速度が変動する条件下における加熱空間出
側の被加熱物温度のPID制御装置に関するものである。
［従来の技術］ タンディッシュ溶鋼プラズマ加熱装置において、製鋼
温度の制御は従来PID温度調節器によるフィードバック
制御が行われている。第４図はこのダンディッシュ溶鋼
プラズマ加熱装置における温度制御系の構成を示す説明
図である。
温度の制御は従来PID温度調節器によるフィードバック
制御が行われている。第４図はこのダンディッシュ溶鋼
プラズマ加熱装置における温度制御系の構成を示す説明
図である。
図において、（１）はプラズマトーチ、（２）はプラ
ズマ、（３）は注入室（タンディッシュ）、（４）は加
熱室、（５）は鋳込室、（６）はプラズマ電源、（７）
は炉底電極、（８）は温度調節器、（９）は溶鋼温度検
出器、（10）は溶鋼温度設定器、（14）は取鍋、（15）
はモールドである。
ズマ、（３）は注入室（タンディッシュ）、（４）は加
熱室、（５）は鋳込室、（６）はプラズマ電源、（７）
は炉底電極、（８）は温度調節器、（９）は溶鋼温度検
出器、（10）は溶鋼温度設定器、（14）は取鍋、（15）
はモールドである。
取鍋（14）で受け入れられた溶鋼は、注入室（３）に
注入され、次いで加熱室（４）に流れる。ここではプラ
ズマトーチ（１）によってプラズマ（２）が発生し、溶
鋼を所定温度まで過熱する。溶鋼はその後鋳込室（５）
からモールド（15）に鋳込まれる。ここで加熱室（４）
における溶鋼の昇温特性は次の伝達関数で示される。
注入され、次いで加熱室（４）に流れる。ここではプラ
ズマトーチ（１）によってプラズマ（２）が発生し、溶
鋼を所定温度まで過熱する。溶鋼はその後鋳込室（５）
からモールド（15）に鋳込まれる。ここで加熱室（４）
における溶鋼の昇温特性は次の伝達関数で示される。
ここでＫは加熱室の比例ゲイン［℃/Kw］、Ｔは応答
時定数［分］、Ｌは制御むだ時間［分］、Ｓはラプラス
演算子である。
時定数［分］、Ｌは制御むだ時間［分］、Ｓはラプラス
演算子である。
［１］式で示される制御対象の制御量は加熱室（４）
の出側の温度Taであり、温度Taは溶鋼温度検出器（９）
により検出される。温度調節器（８）はこのTaの値を温
度設定器（10）で与えられる目標温度Trと比較し、温度
Taが目標温度Trと等しくなるよう過熱装置のプラズマ電
源（６）を操作してフィードバック制御が行われる。
の出側の温度Taであり、温度Taは溶鋼温度検出器（９）
により検出される。温度調節器（８）はこのTaの値を温
度設定器（10）で与えられる目標温度Trと比較し、温度
Taが目標温度Trと等しくなるよう過熱装置のプラズマ電
源（６）を操作してフィードバック制御が行われる。
第５図はこのフィードバック制御系の信号フローを示
すブロック図であり、（４）は加熱室、（８）は温度調
節器としてのPID調節器、（32）は過熱器である。過熱
器（32）は第４図におけるプラズマ給電線を含む電源
（６）、プラズマトーチ（１）及び炉底電極（７）で構
成されるが、その伝達関数Ｈは次式で定義し、定数とし
て表される。
すブロック図であり、（４）は加熱室、（８）は温度調
節器としてのPID調節器、（32）は過熱器である。過熱
器（32）は第４図におけるプラズマ給電線を含む電源
（６）、プラズマトーチ（１）及び炉底電極（７）で構
成されるが、その伝達関数Ｈは次式で定義し、定数とし
て表される。
［発明が解決しようとする課題］ 従来の装置においては、温度調節器（８）におけるゲ
インKp、積分時定数Ti、微分時定数Tdの各PID値は、あ
る特定の状態下の加熱室昇温特性、すなわち特定のK1,
T,Lの値の組合わせにおける昇温特性に適合するように
設定された後は、そのままの一定値で制御を行ってい
る。
インKp、積分時定数Ti、微分時定数Tdの各PID値は、あ
る特定の状態下の加熱室昇温特性、すなわち特定のK1,
T,Lの値の組合わせにおける昇温特性に適合するように
設定された後は、そのままの一定値で制御を行ってい
る。
しかしながら、この昇温特性は一定でなく、加熱室溶
鋼流量Ｆ［Kg/分］、加熱室貯鋼量Ｗ［Kg］によって変
動し、特にタンディッシュ溶鋼過熱装置では、溶鋼鋳込
速度の増減、取鍋の交換などによって、前記F,Wの値を
一定に保持することは操業実態にそぐわず、特性の変化
は避けることができない。したがって、PID調節器のKp,
Ti,Tdの各値が固定されるときは、K,T,Lのある一部の組
み合わせ領域では適切な制御が行われても、これが変化
して他の領域に移った場合は制御がうまく行われないと
いう問題がある。
鋼流量Ｆ［Kg/分］、加熱室貯鋼量Ｗ［Kg］によって変
動し、特にタンディッシュ溶鋼過熱装置では、溶鋼鋳込
速度の増減、取鍋の交換などによって、前記F,Wの値を
一定に保持することは操業実態にそぐわず、特性の変化
は避けることができない。したがって、PID調節器のKp,
Ti,Tdの各値が固定されるときは、K,T,Lのある一部の組
み合わせ領域では適切な制御が行われても、これが変化
して他の領域に移った場合は制御がうまく行われないと
いう問題がある。
この発明は以上の課題を解決するためになされたもの
で、過熱特性が変化してもこれに対応して調節器のPID
常数を自動的に調整することにより、常に安定した制御
が得られる温度制御装置を得ることを目的とする。
で、過熱特性が変化してもこれに対応して調節器のPID
常数を自動的に調整することにより、常に安定した制御
が得られる温度制御装置を得ることを目的とする。
［課題を解決するための手段］ この発明に係るタンディッシュ溶鋼プラズマ加熱装置
の温度制御装置は、加熱室出側溶鋼温度検出器と、目標
とする溶鋼温度値を設定する溶鋼温度設定器と、前記加
熱室出側溶鋼温度検出器より入力される検出温度値が前
記溶鋼温度設定器より入力される設定温度値に等しくな
るようにプラズマ電源を操作するPID動作機能を備え各P
ID動作のゲイン、微分時定数、積分時定数が外部信号に
より可変設定される温度調節器と、加熱室溶鋼流量検出
器と、加熱室貯鋼重量検出器と、前記加熱室溶鋼流量検
出器より入力される溶鋼流量値と前記加熱室貯鋼重量検
出器より入力される貯鋼重量値を所定の演算式で演算し
て得られたゲイン、微分時定数、積分時定数の値を前記
温度調節器のゲイン、微分時定数、積分時定数の設定信
号として出力するPID常数演算器とを備えたものであ
る。
の温度制御装置は、加熱室出側溶鋼温度検出器と、目標
とする溶鋼温度値を設定する溶鋼温度設定器と、前記加
熱室出側溶鋼温度検出器より入力される検出温度値が前
記溶鋼温度設定器より入力される設定温度値に等しくな
るようにプラズマ電源を操作するPID動作機能を備え各P
ID動作のゲイン、微分時定数、積分時定数が外部信号に
より可変設定される温度調節器と、加熱室溶鋼流量検出
器と、加熱室貯鋼重量検出器と、前記加熱室溶鋼流量検
出器より入力される溶鋼流量値と前記加熱室貯鋼重量検
出器より入力される貯鋼重量値を所定の演算式で演算し
て得られたゲイン、微分時定数、積分時定数の値を前記
温度調節器のゲイン、微分時定数、積分時定数の設定信
号として出力するPID常数演算器とを備えたものであ
る。
［作用］ タンディッシュ内の溶鋼の加熱装置による昇温特性
は、加熱室溶鋼流量及び加熱室貯鋼重量の変化により大
きく変動する。この発明では、溶鋼流量と貯鋼重量の検
出値により、その状態における加熱室の昇温特性に最適
なPID調節器のゲイン、微分時定数、積分時定数を演算
し、PID調節器の各常数を演算器出力によってこの値に
可変設定することにより、常に安定した最適の制御動作
を維持することができる。
は、加熱室溶鋼流量及び加熱室貯鋼重量の変化により大
きく変動する。この発明では、溶鋼流量と貯鋼重量の検
出値により、その状態における加熱室の昇温特性に最適
なPID調節器のゲイン、微分時定数、積分時定数を演算
し、PID調節器の各常数を演算器出力によってこの値に
可変設定することにより、常に安定した最適の制御動作
を維持することができる。
［実施例］ 第１図はこの発明の一実施例を示すタンディッシュ溶
鋼プラズマ加熱装置の温度制御系の構成図である。図に
おいて、（１）〜（10），（14），（15）の各要素は第
４図に示した従来のものと同等である。さらに、（11）
はPID常数演算器、（12）は溶鋼流量検出器、（13）は
貯鋼重量検出器である。
鋼プラズマ加熱装置の温度制御系の構成図である。図に
おいて、（１）〜（10），（14），（15）の各要素は第
４図に示した従来のものと同等である。さらに、（11）
はPID常数演算器、（12）は溶鋼流量検出器、（13）は
貯鋼重量検出器である。
ここで加熱室（４）の出側温度Taは溶鋼温度検出器
（９）により検出される。温度調節器（８）はこのTaの
値と、温度設定器（10）で与えられた目標温度Trとを比
較し、TaがTrに等しくなるよう加熱装置のプラズマ電源
（６）を操作する。このPID制御動作におけるゲイン
Kp、積分時定数Ti、微分時定数Tdの各常数は、PID常数
演算器（11）によって与えられる。
（９）により検出される。温度調節器（８）はこのTaの
値と、温度設定器（10）で与えられた目標温度Trとを比
較し、TaがTrに等しくなるよう加熱装置のプラズマ電源
（６）を操作する。このPID制御動作におけるゲイン
Kp、積分時定数Ti、微分時定数Tdの各常数は、PID常数
演算器（11）によって与えられる。
溶鋼流量検出器（12）及び貯鋼重量検出器（13）は、
それぞれ加熱室（４）内の加熱溶鋼流量Ｆ［Kg/分］及
び貯鋼重量Ｗ［Kg］を検出し、PID常数演算器（11）に
この検出信号を供給する。PID常数演算器（11）はこの
F,Wの値により、このF,Wのプロセス変数によって変動す
る加熱室（４）の昇温特性に対して最適なPID常数のKp,
Td,Ti値を演算し、PID調節計の当該常数を設定する。
それぞれ加熱室（４）内の加熱溶鋼流量Ｆ［Kg/分］及
び貯鋼重量Ｗ［Kg］を検出し、PID常数演算器（11）に
この検出信号を供給する。PID常数演算器（11）はこの
F,Wの値により、このF,Wのプロセス変数によって変動す
る加熱室（４）の昇温特性に対して最適なPID常数のKp,
Td,Ti値を演算し、PID調節計の当該常数を設定する。
第２図はこの温度制御系の信号フローを示すブロック
図であり、第５図のフロー図に加えてPID常数演算器（1
1）によるKp,Td,Tiの設定信号のフローが示されている
が、このPID常数演算器（11）の演算は次の説明による
事項を基として行われるものである。
図であり、第５図のフロー図に加えてPID常数演算器（1
1）によるKp,Td,Tiの設定信号のフローが示されている
が、このPID常数演算器（11）の演算は次の説明による
事項を基として行われるものである。
加熱室（４）の伝達関数に含まれる係数［K1,T,L］
は、加熱室溶鋼流量Ｆ［Kg/分］、加熱室貯鋼量Ｗ［K
g］の変動に対して、K1はＦに反比例し、ＴはW/Fに比例
し、ＬはW/Fに比例することが確かめられており、した
がって Ｔ＝αＬ …［３］ である。ここでαはタンディッシュ設備毎に異なる固有
の定数で、1.5〜2.5の値をとる。
は、加熱室溶鋼流量Ｆ［Kg/分］、加熱室貯鋼量Ｗ［K
g］の変動に対して、K1はＦに反比例し、ＴはW/Fに比例
し、ＬはW/Fに比例することが確かめられており、した
がって Ｔ＝αＬ …［３］ である。ここでαはタンディッシュ設備毎に異なる固有
の定数で、1.5〜2.5の値をとる。
よく知られているZiegler・Nicholsの限界感度法で
は、プロセス制御におけるPID調節器の最適の制御動作
を実現するKp,Td,Ti値の調整値を K2＝0.6Kc …［４］ Td＝0.125Pc …［５］ Ti＝0.5Pc …［６］ としており、ここでK2＝KpH（第５図参照）でありKcは
ハンチングゲイン、Pcはハンチング周期である。
は、プロセス制御におけるPID調節器の最適の制御動作
を実現するKp,Td,Ti値の調整値を K2＝0.6Kc …［４］ Td＝0.125Pc …［５］ Ti＝0.5Pc …［６］ としており、ここでK2＝KpH（第５図参照）でありKcは
ハンチングゲイン、Pcはハンチング周期である。
K2は第５図のPID調節器（８）のTd項とTiを含む項を
消去し、K2のみで制御した場合、K2を小さい値から次第
に大きくして制御系にハンチングが始まるときのK2の値
をKcとし、これに0.6を乗じて（［４］式参照）得られ
る。こときのハンチング周期がPcである。
消去し、K2のみで制御した場合、K2を小さい値から次第
に大きくして制御系にハンチングが始まるときのK2の値
をKcとし、これに0.6を乗じて（［４］式参照）得られ
る。こときのハンチング周期がPcである。
ハンチング角周波数ωｃとKc,Pcの間には Pc＝２π／ωｃ …［８］ の関係がある。また、ωｃ,L,Tの関係は Tan-1ωｃＴ＋ωｃＬ＝π …［９］ である。θ＝ωｃＴとし、［３］式及び［９］式から Tan-1θ＝π−1/α・θ …［10］ が得られる。［10］式のθの解は第３図の図解で示され
る左辺を表す曲線と右辺を表す直線の交点のθ座標とし
て得られ、αの通常取り得る範囲（α:1.5〜2.5）内で
は近似的に次式となる。
る左辺を表す曲線と右辺を表す直線の交点のθ座標とし
て得られ、αの通常取り得る範囲（α:1.5〜2.5）内で
は近似的に次式となる。
θ＝1.6α＋0.4 …［11］ 但し、1.5＜α＜2.5 ［４］〜［８］式及びωｃＴ＝θの関係から となり、K2,Td,Tiが計算できる。
前記K2,K1及びＴは、K2＝KpH、K1＝k1/F、Ｔ＝t W/F
（Kp,k,tは定数）で置き換えられるので、 ［12］〜［14］はPID調節器に与えるべき３つの可変
常数を下記により設定できることを示している。
（Kp,k,tは定数）で置き換えられるので、 ［12］〜［14］はPID調節器に与えるべき３つの可変
常数を下記により設定できることを示している。
ここで、Kp,td,tiは定数である。
この［15］，［16］，［17］式は第１図において被制
御対象である加熱室（４）の伝達関数がF,Wの値と共に
変動する場合、PIDフィードバック制御が最適な制御性
を維持するのには、この式に従ってKp,Td,Tiを可変制御
すればよいことを示している。これは第２図に示すよう
にPID常数演算器（11）が［15］，［16］，［17］式の
演算によって、３つの常数を制御対象特性に対して常に
最適に更新、維持することにより達成できる。
御対象である加熱室（４）の伝達関数がF,Wの値と共に
変動する場合、PIDフィードバック制御が最適な制御性
を維持するのには、この式に従ってKp,Td,Tiを可変制御
すればよいことを示している。これは第２図に示すよう
にPID常数演算器（11）が［15］，［16］，［17］式の
演算によって、３つの常数を制御対象特性に対して常に
最適に更新、維持することにより達成できる。
［発明の効果］ この発明によれば、被加熱溶鋼の流量および溶鋼蓄積
量の大巾な変動に対して、常に安定した温度のPIDフィ
ードバック制御が可能であるので、その制御の適用領域
を格段に拡大することができる効果がある。
量の大巾な変動に対して、常に安定した温度のPIDフィ
ードバック制御が可能であるので、その制御の適用領域
を格段に拡大することができる効果がある。
第１図はこの発明の一実施例を示すタンディッシュ溶鋼
プラズマ加熱装置の温度制御系の構成図、第２図はこの
発明の一実施例の温度制御系の信号フローを示すブロッ
ク図、第３図は方程式の解を求めるための線図、第４図
は従来のタンディッシュ溶鋼プラズマ加熱装置の温度制
御系の一例を示す構成図、第５図は従来の温度制御系の
信号フローを示すブロック図である。 （４）……加熱室、（６）……プラズマ電源、（８）…
…温度調節計、（９）……溶鋼温度検出器、（10）……
溶鋼温度設定器、（11）……PID常数演算器、（12）…
…溶鋼流量検出器、（13）……貯鋼重量検出器。
プラズマ加熱装置の温度制御系の構成図、第２図はこの
発明の一実施例の温度制御系の信号フローを示すブロッ
ク図、第３図は方程式の解を求めるための線図、第４図
は従来のタンディッシュ溶鋼プラズマ加熱装置の温度制
御系の一例を示す構成図、第５図は従来の温度制御系の
信号フローを示すブロック図である。 （４）……加熱室、（６）……プラズマ電源、（８）…
…温度調節計、（９）……溶鋼温度検出器、（10）……
溶鋼温度設定器、（11）……PID常数演算器、（12）…
…溶鋼流量検出器、（13）……貯鋼重量検出器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−178353（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−124351（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−174957（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−285746（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B22D 11/10 B22D 41/01
Claims (1)
- 【請求項１】タンディッシュ溶鋼プラズマ加熱装置にお
いて、加熱室出側溶鋼温度検出器と、目標とする溶鋼温
度値を設定する溶鋼温度設定器と、前記加熱室出側溶鋼
温度検出器より入力される検出温度値が前記溶鋼温度設
定器より入力される設定温度値に等しくなるようにプラ
ズマ電源を操作するPID動作機能を備え各PID動作のゲイ
ン、微分時定数、積分時定数が外部信号により可変設定
される温度調節器と、加熱室溶鋼流量検出器と、加熱室
貯鋼重量検出器と、前記加熱室溶鋼流量検出器より入力
される溶鋼流量値と前記加熱室貯鋼重量検出器より入力
される貯鋼重量値を所定の演算式で演算して得られたゲ
イン、微分時定数、積分時定数の値を前記温度設節器の
ゲイン、微分時定数、積分時定数の設定信号として出力
するPID常数演算器とを備えたことを特徴とするタンデ
ィッシュ溶鋼プラズマ加熱装置の温度制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7866690A JP2910136B2 (ja) | 1990-03-29 | 1990-03-29 | タンディッシュ溶鋼プラズマ加熱装置の温度制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7866690A JP2910136B2 (ja) | 1990-03-29 | 1990-03-29 | タンディッシュ溶鋼プラズマ加熱装置の温度制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03281044A JPH03281044A (ja) | 1991-12-11 |
| JP2910136B2 true JP2910136B2 (ja) | 1999-06-23 |
Family
ID=13668189
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7866690A Expired - Lifetime JP2910136B2 (ja) | 1990-03-29 | 1990-03-29 | タンディッシュ溶鋼プラズマ加熱装置の温度制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2910136B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005284828A (ja) * | 2004-03-30 | 2005-10-13 | Omron Corp | 制御装置、制御パラメータの調整方法、プログラムおよび記録媒体 |
-
1990
- 1990-03-29 JP JP7866690A patent/JP2910136B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03281044A (ja) | 1991-12-11 |
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