(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のノッチ位置を有する２次抵抗器が接続される誘導電動機と、前記誘導電動機により駆動されるプッシャによりコークス炉内の灼熱コークスを押出すコークス押出し装置において、
前記プッシャが受ける反力を検出する反力検出手段と、
前記反力検出手段によりプッシャの移動停止時に検出された反力が予め定められた閾値以上であるか否かに応じて、プッシャによる再押し出しが可能であるか否かを判定する再押し動作可否判定手段と、を具備する再押し動作可否判定機能付コークス押し出し装置。
【請求項２】
前記反力検出手段が、
前記誘導電動機の回転速度を検出する速度検出手段と、
前記速度検出手段で検出された前記誘導電動機の回転速度に基づいて前記誘導電動機のスベリを算出するスベリ算出手段と、
前記誘導電動機に接続される２次抵抗器の抵抗値と前記誘導電動機の２次巻線抵抗に基づいてノッチ位置を算出するノッチ位置算出手段と、
前記スベリ算出手段によって算出されたスベリおよび前記ノッチ位置算出手段で算出されたノッチ位置に基づいて前記誘導電動機の推定発生トルクを算出する推定発生トルク算出手段と、
前記推定発生トルク算出手段で算出された推定発生トルクと推定反力との差を前記電動機が駆動する負荷の慣性モーメントで除した後積分して推定回転速度を算出し、前記推定回転速度と前記速度検出手段で検出された回転速度の差にオブザーバゲインを乗算して前記推定反力とする推定反力算出手段と、を具備する反力オブザーバである請求項１に記載の再押し動作可否判定機能付コークス押し出し装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は再押し動作可否判定機能付コークス押し出し装置に係り、特に、プッシャが受ける反力に基づいて再押し動作可否を判定する再押し動作可否判定機能付コークス押し出し装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は製鉄用コークスを製造するコークス炉の断面斜視図であって、高さ２０ｍ×幅０．５ｍ×長さ２０ｍの耐火れんが製のコークス炉１０の中に石炭を投入し乾留してコークス１１を製造する。乾留後の灼熱コークス１１は、プッシャ１２によって矢印Ｘ方向に押し出されれ、貨車によって原料ヤードに送り出される。
【０００３】
プッシャ１２背後に固着されたラック１３は減速装置付巻線形誘導電動機（以下単に誘導電動機と記す。）１４によって回転駆動されるピニオン１５と嵌合しており、誘導電動機１４を駆動することによってプッシャ１２は矢印Ｘ方向に移動する。
図２はコークス押し出し時にプッシャ１２がコークスから受ける反力の時間的変化を示すグラフであって、横軸は時間を、縦軸は反力を示す。即ち時刻ｔ0 で減速装置付誘導電動機１４が回転を開始するとプッシャ１２がコークス炉１０内のコークス１１に突き当たるまでは反力は零である。時刻ｔ1 でプッシャ１２がコークス１１に突き当たるとコークス１１を圧縮し始め、時刻ｔ2 でコークス１１の圧縮は完了し、プッシャ１２には最大反力であるコークス１１の静止摩擦Ｔs が作用する。
【０００４】
時刻ｔ2 以後コークス１１は移動を開始するので、プッシャ１２に作用する反力は徐々に減少する。
図３は誘導電動機の発生トルク特性であって、横軸は回転角速度を、縦軸は発生トルクを表す。なおノッチは、誘導電動機１４の２次巻線に接続される２次抵抗器の抵抗値を表すインデックスである。即ち、ノッチ０の点ａで誘導電動機は回転を開始し、０→１→２→３→４と順次ノッチを切り換えて誘導電動機１４の２次抵抗器の抵抗値を減少する。
【０００５】
従来、上述のノッチ切替は、誘導電動機を流れる電流を監視しつつ操作員が手動で行うか、あるいは単純なタイマを使用したシーケンス制御装置を使用して制御されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、コークス１１の静止摩擦Ｔs はコークスの製造量、コークスの乾留状態、コークス炉炉壁の状態等によって影響されて最大３倍程度変動するため、シーケンス制御装置内に予め設定されたシーケンスに従ってノッチ位置を制御したときには、静止摩擦Ｔs に打ち勝つ出力を発生できず、プッシャが停止してしまうおそれもある。
【０００７】
また、ノッチ切替時には誘導電動機に許容値以上の電流が流れ、保護リレイが動作して誘導電動機への電源供給が遮断され、コークスの押し出しが中断される場合もある。
そして、押し出しの中断は以下の２つの場合に発生し得る。
１．プッシャが受ける反力が誘導電動機が発生し得る最大発生トルク以上となったために押し出しが中断する場合
２．プッシャが受ける反力が誘導電動機が発生し得る最大発生トルク以下であっても、ノッチ位置の切り替えシーケンスが適当でないために押し出しが中断する場合
１の場合はノッチ位置の切り替えシーケンスをいかに変更しても誘導電動機は反力に打ち勝つ発生トルクをだすことができないばかりでなく、コークスを一層圧縮してしまったりコークス炉内壁を損傷したりして復旧を困難にする。
【０００８】
逆に２の場合はノッチ位置の切り替えシーケンスを変更すれば、コークスの押し出しを再開できる場合もある。
本発明は上記課題に鑑みなされたものであって、コークスの押し止まりが発生した場合に、再押し出しが可能か否かを自動判定することを可能とする再押し動作可否判定機能付コークス押し出し装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明に係る再押し動作可否判定機能付コークス押し出し装置は、複数のノッチ位置を有する２次抵抗器が接続される誘導電動機と、誘導電動機により駆動されるプッシャによりコークス炉内の灼熱コークスを押出すコークス押出し装置において、プッシャが受ける反力を検出する反力検出手段と、反力検出手段によりプッシャの移動停止時に検出された反力が予め定められた閾値以上であるか否かに応じてプッシャによる再押し出しが可能であるか否かを判定する再押し動作可否判定手段と、を具備する。
【００１０】
本発明にあっては、プッシャが停止したときに再押し出しが可能か否かをプッシャが受ける反力に基づいて自動判定する。
第２の発明に係る再押し動作可否判定機能付コークス押し出し装置は、反力検出手段が、誘導電動機の回転速度を検出する速度検出手段と、速度検出手段で検出された誘導電動機の回転速度に基づいて誘導電動機のスベリを算出するスベリ算出手段と、誘導電動機に接続される２次抵抗器の抵抗値と電動機の２次巻線抵抗に基づいてノッチ位置を算出するノッチ位置算出手段と、スベリ算出手段によって算出されたスベリおよびノッチ位置算出手段で算出されたノッチ位置に基づいて誘導電動機の推定発生トルクを算出する推定発生トルク算出手段と、推定発生トルク算出手段で算出された推定発生トルクと推定反力との差を誘導電動機が駆動する負荷の慣性モーメントで除した後積分して推定回転速度を算出し推定速度と速度検出手段で検出された回転速度の差にオブザーバゲインを乗算して推定反力とする推定反力算出手段と、を具備する。
【００１１】
本発明にあっては、反力は電動機の回転速度およびノッチ位置からオブザーバを使用して推定される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図４は本発明に係るコークス押し止まり時再押し動作可否判定装置の構成図であって、図１と同一の構成要素に対しては同一の参照番号を付している。
即ち、プッシャ１２の背後にはラック１３が取り付けられ、誘導電動機１４１により減速機１４２を介して駆動されるピニオン１５と嵌合する。従って、プッシャ１２は誘導電動機１４１の回転方向によって前後に移動する。
【００１３】
誘導電動機１４１の回転軸には電磁ブレーキ４１およびパルスジェネレータ（ＰＧ）４２も直結されている。誘導電動機１４１は３相交流電源４３から電力の供給を受け、誘導電動機１４１の２次巻線には２次抵抗器４４が接続される。
上記構成のコークス押し止まり時再押し動作可否判定装置は、例えばマイクロプロセッサシステムである判定部４０で構成される。ここで、判定部４０はバス４００を中心としてＣＰＵ４０１、メモリ４０２、パルス入力インターフェイス（ＰＩＩ／Ｆ）４０３、アナログ入力インターフェイス（ＡＩＩ／Ｆ）４０４、ディジタル入力インターフェイス（ＤＩＩ／Ｆ）４０５、およびディジタル出力インターフェイス（ＤＯＩ／Ｆ）４０６から構成される。
【００１４】
ＰＧ４２はＰＩＩ／Ｆ４０３に接続され、ＰＧ４２によって検出される誘導電動機１４１の回転速度に比例する周波数ｆのパルスを判定部４０に出力する。
誘導電動機１４１、および電磁ブレーキ４１を流れる電流はＡＩＩ／Ｆ４０４を介して、また誘導電動機１４１、および電磁ブレーキ４１の動作状態はＤＩＩ／Ｆ４０５を介して判定部４０に転送される。また、運転員が操作する操作盤４５の出力もＤＩＩ／Ｆ４０５を介して判定部４０に転送される。
【００１５】
２次抵抗器４４へのノッチ切替信号、ならびに操作盤４５への再押し出し可否の判定結果はＤＯＩ／Ｆ４０６を介して出力される。
図５は判定部４０で実行される再押し出し可否判定ルーチンのフローチャートであって、ステップ５１でプッシャ１２が受ける反力ＴP を読み込む。
反力ＴP は例えばピニオン１５の回転軸に設置されたトルク計によって実測された反力ＴP を読み込むことも可能であるが、元来ピニオン軸はトルク計を設置するように製作されておらず、また、周囲は高温・多塵埃の雰囲気であるためトルク計の出力には信頼がおけない。
【００１６】
このため、本実施形態においてはオブザーバにより誘導電動機の回転数ならびに２次抵抗器４４のノッチ位置に基づいて推定された反力ＴP を読み込んでいるが、オブザーバの詳細は後述する。
ステップ５２で誘導電動機の過電流保護リレイ（図示せず）の状態を読み込み、ステップ５３で保護リレイが動作しているかを判定する。
【００１７】
ステップ５３で否定判定されたとき、即ち、保護リレイが動作しておらずプッシャが停止していないと判定されるときは直接このルーチンを終了する。
ステップ５３で肯定判定されたとき、即ち、保護リレイが動作してプッシャが停止していると判定されるときは、ステップ５４に進み反力ＴP が予め設定された閾値ＴMAX 以上であるかを判定する。
【００１８】
ステップ５４で肯定判定されたとき、即ち反力ＴP が閾値ＴMAX 以上であるときはステップ５５で “再押し出し不可” を出力してこのルーチンを終了する。
逆に、ステップ５４で否定判定されたとき、即ち、反力ＴP が閾値ＴMAX 以下であるときはステップ５６で “再押し出し可” を出力してこのルーチンを終了する。
【００１９】
なお、閾値ＴMAX は誘導電動機の特性曲線に基づき決定することが可能であり、通常電動機の定格出力の２〜３倍の値に設定される。
例えば “再押し出し不可” であるときは操作盤４５に設置された赤色灯を点灯し、 “再押し出し可” であるときは緑色灯を点灯するようにしてもよく、メッセージをディスプレイに表示してもよい。
【００２０】
以下本実施形態において反力を推定するために使用するオブザーバの構成を説明する。
まず、誘導電動機の角速度が〔数１〕により定まることは周知である。
【００２１】
【数１】
0003718363.tif 000002
【００２２】
ここで、ωは誘導電動機の角速度、Ｊは回転体の慣性モーメントである。また、ΔＴは回転体に加わるトルク差であって、〔数２〕で定義される。
【００２３】
【数２】
0003718363.tif 000003
【００２４】
ここで、Ｔm は誘導電動機の出力、Ｔp はプッシャがコークスを押すときに受ける反力である。
以上から誘導電動機の角速度ωは〔数３〕の積分方程式の解として決定される。
【００２５】
【数３】
0003718363.tif 000004
【００２６】
図６は実機と反力オブザーバの機能線図であって、一点鎖線の上部（実機部）は〔数３〕の機能線図である。加減算部６０において誘導電動機の発生トルクＴm とプッシャがコークスを押すときに受ける反力Ｔp との差ΔＴが算出され、係数部６１で差ΔＴが（１／Ｊ）倍された後、積分部６２で積分されて誘導電動機の角速度ωが決定される。
【００２７】
以上に基づいて反力オブザーバの構成を考える。
図６の一点鎖線の下部（反力オブザーバ部）は、本実施形態で使用される反力オブザーバの機能線図である。誘導電動機の角速度ωは誘導電動機に直結されるＰＧ４２から出力されるパルスに基づいて算出され、スベリ算出部６３ではこの角速度ω使用して〔数４〕に基づいてスベリｓが算出される。
【００２８】
【数４】
0003718363.tif 000005
【００２９】
誘導電動機の推定発生トルクＴm * は、発生トルク算出部６４において〔数５〕を使用してスベリｓとノッチ位置Ｋr の関数として算出され、トルク偏差算出部６５の加算入力に導かれる。
【００３０】
【数５】
0003718363.tif 000006
【００３１】
トルク偏差算出部６５の出力ΔＴ* によって駆動される慣性モーメントがＪの回転系の推定角速度ω* は、オブザーバ係数部６６で（１／Ｊ）倍されたトルク偏差算出部６５の出力ΔＴ* をオブザーバ積分部６７で積分した積分値として推定することが可能である。そして、推定角速度ω* であるオブザーバ積分部６７の出力は角速度偏差算出部６８の加算入力に導かれる。
【００３２】
角速度偏差算出部６８の減算入力には誘導電動機の角速度ωが入力され、角速度偏差算出部６８の出力はオブザーバゲイン部６９を介してトルク偏差算出部６５の減算入力にフィードバックされる。
即ち、角速度偏差算出部６８においては推定角速度ω* と誘導電動機の回転速度から算出された角速度ωとの角速度偏差Δωにオブザーバゲイン部６９の設定ゲインＬが乗算されたＬ・Δωがトルク偏差算出部６５の減算入力にフィードバックされることとなる。
【００３３】
ここで、図６の実機部と反力オブザーバ部とを比較すると、トルク偏差算出部６５は加算部６０に、オブザーバ係数部６６は係数部６１に、積分部６２はオブザーバ積分部６７に対応している。
従って反力オブザーバは、推定角速度ω* が誘導電動機の実測角速度ωと等しくなり角速度偏差Δωが零となるように、Ｌ・Δωを決定する機能を有すると考えることができる。
【００３４】
そして、トルク偏差算出部６５の加算入力には誘導電動機の発生トルクＴm が印加されているので、図６の実機部と反力オブザーバ部との対応関係から、フィードバック量Ｌ・Δωをプッシャの受ける反力ＴP に相当するものと考えることが可能である。よって、本実施形態においては、フィードバック量Ｌ・Δωを反力ＴP として出力している。
【００３５】
図７はＣＰＵ４０１で実行される反力オブザーバルーチンのフローチャートであって、ステップ７１で角速度算出サブルーチンが、ステップ７２でスベリ算出サブルーチンが、ステップ７３で内部ノッチ算出サブルーチンが、ステップ７４で推定発生トルク算出サブルーチンが、さらにステップ７５で反力推定サブルーチンを実行して、このルーチンを終了するが各サブルーチンの詳細は後述する。
【００３６】
図８は反力オブザーバルーチンのステップ７１で実行される角速度算出サブルーチンのフローチャートであって、ステップ７１１でＰＧ４２から出力されるパルス数Ｐを読み込む。
ステップ７１２で今回読み込んだパルス数Ｐと前回のパルス数ＰＢとのパルス差ｄＰを算出し、ステップ７１３でパルス差ｄＰに予め定められた係数Ｃ1 を乗算して角速度変化分ｄωを算出する。さらに、ステップ７１４で〔数６〕により角速度ωを算出する。
【００３７】
【数６】
0003718363.tif 000007
【００３８】
最後にステップ７１５で前回のパルス数ＰＢを今回のパルス数Ｐで更新して、このサブルーチンを終了する。
図９は反力オブザーバルーチンのステップ７２で実行されるスベリ算出サブルーチンのフローチャートであって、ステップ７２１で〔数７〕に基づいてスベリｓが算出される。
【００３９】
【数７】
0003718363.tif 000008
【００４０】
図１０は反力オブザーバルーチンのステップ７３で実行されるノッチ位置算出サブルーチンのフローチャートであって、ステップ７３１でＣＴ６９を介して誘導電動機電流Ｉを読み込む。
ステップ７３２で出力ノッチが内部ノッチに等しいかを判定し、否定判定されたときはステップ７３３でノッチアンサが出力ノッチに等しいかを判定する。
【００４１】
ステップ７３３で否定判定されたときはステップ７３４に進み、今回測定された電流Ｉと前回の測定電流ＩＢとの差の絶対値が予め定められた閾値電流ΔＩ以上であるかを判定する。
ステップ７３２で肯定判定されたとき、即ち、出力ノッチが内部ノッチに等しいとき、および、ステップ７３４で否定判定されたとき、即ち、今回測定された電流Ｉと前回の測定電流ＩＢとの差の絶対値が閾値電流ΔＩ以下であるときは、直接ステップ７３７に進む。
【００４２】
逆に、ステップ７３３で肯定判定されたとき、即ち、ノッチアンサと出力ノッチとが等しいとき、および、今回測定された電流Ｉと前回の測定電流ＩＢとの差の絶対値が閾値電流ΔＩ以上であるときは、ステップ７３５において内部ノッチを出力ノッチに設定し、ステップ７３６でノッチＫr は外部抵抗ＲEXと２次内部抵抗値Ｒ2 ’との和の１次換算値と２次内部抵抗値Ｒ2 ’の１次換算値との比を算出した後、ステップ７３７に進む。
【００４３】
ステップ７３７では前回の測定電流ＩＢは今回測定された電流Ｉで更新してこのサブルーチンを終了する。
図１１は反力オブザーバルーチンのステップ７４で実行される推定発生トルク算出サブルーチンのフローチャートであって、ステップ７４１でスベリｓが例えば１０-3以下であるかを判定する。
【００４４】
ステップ７４１で否定判定されたとき、即ち、スベリｓが１０-3以上であるときはステップ７４２で〔数８〕によってパラメータｔmpを算出する。
【００４５】
【数８】
0003718363.tif 000009
【００４６】
次にステップ７４３で〔数９〕によって誘導モータの推定発生トルクＴm * を算出してこのサブルーチンを終了する。
【００４７】
【数９】
0003718363.tif 000010
【００４８】
ステップ７４１で肯定判定されたとき、即ち、スベリｓが１０-3以下であるときは、ステップ７４４で誘導電動機の推定出力トルクＴm * を “０．０” に設定してこのサブルーチンを終了する。
図１２は反力オブザーバルーチンのステップ７５で実行される推定反力算出サブルーチンのフローチャートであって、ステップ７５１で〔数１０〕に基づいて推定角速度ω* を更新する。
【００４９】
【数１０】
0003718363.tif 000011
【００５０】
次に、ステップ７５２で〔数１１〕に基づいて推定反力ＴP * を算出してこのサブルーチンを終了する。
【００５１】
【数１１】
0003718363.tif 000012
【００５２】
図１３は本発明の効果の説明図であって、（イ）は再押し不可と判定された場合を、（ロ）は再押し可と判定された場合を示す。なお、（イ）および（ロ）において上段のグラフは電動機電流を、下段のグラフはプッシャが受ける反力を示す。また、鎖線は反力の閾値ＴMAX を示す。
即ち、（イ）の場合は、押し出し開始後約２２秒後にコークスの押し出しは停止しているが、この時点においてプッシャが受ける反力は閾値ＴMAX を越えているため“ 再押し不可” と判定される。
【００５３】
逆に、（ロ）の場合は、押し出し開始後約１２秒後にコークスの押し出しは停止しているが、この時点においてプッシャが受ける反力は閾値ＴMAX を越えていないため“ 再押し可” と判定される。
このように、コークスの押し出しが中断した場合に、再押し出しが可能か否かが自動判定されるため、その後に適切な対応をとることが可能となる。
【００５４】
【発明の効果】
第１の発明に係る再押し動作可否判定機能付コークス押し出し装置によれば、プッシャによるコークス押し出しが停止したときにその後の再押し出しが可能か否かを確実に自動判定することができるため、その後に適切な対応をとることが可能となる。
【００５５】
第２の発明に係る再押し動作可否判定機能付コークス押し出し装置によれば、プッシャの受ける反力は電動機の回転速度および２次抵抗のノッチ位置を入力とするオブザーバによって推定することが可能となりより確実な判断ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コークス炉の断面斜視図である。
【図２】反力の時間的変化を示すグラフである。
【図３】誘導電動機の発生トルク特性である。
【図４】本発明に係る再押し動作可否判定機能付コークス押し出し装置の構成図である。
【図５】再押し出し可否判定ルーチンのフローチャートである。
【図６】実機と反力オブザーバの機能線図である。
【図７】反力オブザーバルーチンのフローチャートである。
【図８】角速度算出サブルーチンのフローチャートである。
【図９】スベリ算出サブルーチンのフローチャートである。
【図１０】ノッチ位置算出サブルーチンのフローチャートである。
【図１１】推定発生トルク算出サブルーチンのフローチャートである。
【図１２】推定反力算出サブルーチンのフローチャートである。
【図１３】本発明の効果の説明図である。
【符号の説明】
１２…プッシャ
１３…ラック
１４１…誘導電動機
１４２…減速機
１５…ピニオン
４０…判定部
４１…電磁ブレーキ
４２…パルスジェネレータ
４３…３相交流電源
４４…２次抵抗器
４５…操作盤
【図１】
0003718363.tif 000013
【図２】
0003718363.tif 000014
【図３】
0003718363.tif 000015
【図４】
0003718363.tif 000016
【図５】
0003718363.tif 000017
【図６】
0003718363.tif 000018
【図７】
0003718363.tif 000019
【図８】
0003718363.tif 000020
【図９】
0003718363.tif 000021
【図１０】
0003718363.tif 000022
【図１１】
0003718363.tif 000023
【図１２】
0003718363.tif 000024
【図１３】
0003718363.tif 000025