JP6105357B2 - 装入装置およびその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、装入装置およびその制御方法に関し、高炉などの容器内部に装入物を装入する装置に関する。

従来、製銑用の高炉においては、炉内に装入物を装入する設備として装入装置が用いられている。同様な装入装置は、他の反応炉や反応塔、触媒容器など、容器内部に内容物を充填する際にも用いられている。
このような装入装置においては、容器内における装入物の平面分布を均一にする等、装入物を所望の状態とすることが要求される。このために、装入装置においては、装入物の散布方向や散布状態を自由に制御することが求められ、様々な散布機構が開発されている。

特許文献１の装置は、装入物を送り出す円筒状または樋状のシュートを旋回部分（ロータ）に傾斜して設置し、このロータをシュートとともに鉛直な旋回軸まわりに旋回させることで、シュートの先端から放出される装入物をドーナツ状に散布する。さらに、旋回軸に対するシュートの傾斜角度を調整することで、シュートから放出される装入物の到達領域を変更し、これにより散布状態の制御を実現している。

特許文献１の装置では、シュートは傾斜角度の調整機構を介してロータに支持される。ロータを旋回駆動するために旋回駆動モータが用いられ、旋回駆動モータの出力は調整機構にも伝達されている。調整機構と旋回駆動モータとの間には差動機構（遊星歯車）が介在され、差動機構の３つめの軸には調整駆動モータが接続されている。このような構成において、中間歯車の減速比を正しく選択すれば、旋回駆動モータにより調整機構と旋回部分とが一体に回転するようにできる。また、調整駆動モータを作動させることで、差動機構から旋回動作に対する相対回転（相対角度、位相差の変化）が調整機構に伝達され、調整機構においては伝達された相対回転に応じてシュートの傾斜角度の調整動作が行われる。

前述した特許文献１では、シュートおよびロータを旋回駆動モータの駆動により一体的に旋回させるとともに、調整駆動モータの駆動により調整機構を駆動させている。この際、旋回するロータ上の調整機構を駆動するために、差動機構を介在させている。このような差動機構があると、装置としての構造が複雑化し、設備コストも上昇する。さらに、複雑な機構の旋回を維持するために保守点検が煩雑になる。

これに対し、本願の出願人により、シュートの旋回軸まわりに回転する旋回用ロータ（以下単にロータということがある）と、旋回機構に支持されて旋回軸に対して傾斜した調整軸まわりに回転する傾動用ロータ（以下ホルダということがある）とを設置し、この傾動用ロータにシュートを支持した構成が提案されている（特許文献２参照）。
特許文献２では、通常はこれらの旋回用ロータおよび傾動用ロータを同期回転させること（相対回転なし）でシュートを一定の傾斜角度に維持して旋回させるとともに、旋回用ロータに対して傾動用ロータを相対回転させることにより、シュートの傾斜角度を調整することができる。

このような構成の駆動には、差動機構と旋回駆動モータおよび調整駆動モータとを用い、通常は旋回駆動モータだけで旋回用ロータと傾動用ロータとを同期回転させ、シュート角度の調整時には調整駆動モータと差動機構とにより旋回用ロータと傾動用ロータとを相対回転させる構造が利用される（特許文献２の段落００４８〜００４９および図１６を参照）。なお、差動機構は、動力伝達の見直しにより特許文献１の差動機構よりも簡素化されている。

また、旋回用ロータおよび傾動用ロータに対して個別の駆動モータを用い、各々の回転を個別に制御することで、差動機構を用いずに旋回動作および傾斜角度調整を行う構造も利用できる。つまり、旋回用ロータおよび傾動用ロータを同期回転させることで、シュートを現状角度のまま旋回動作させることができ、あるいは旋回用ロータと傾動用ロータとを相対回転させることでシュートの傾斜角度調整を行うことができる（特許文献２の段落００３８および図１、段落００４７および図１５を参照）。

特開昭４９−４１２０５号公報 国際公開第２０１１／０４３４５４号

ところで、装入物の炉内での充填状態は、その後の炉内挙動に大きく影響するものであり、高炉の運転においては重大な関心事となっている。
このため、高炉の運転に関する過去の運転事例をデータベースに蓄積しておき、実際の運転の際に参照することが行われている。例えば、装入物や運転環境が特定の状態で、過去に運転結果が良好となった散布動作でのシュートの傾斜角度および旋回角度等のパラメータの値を記録しておき、同様な条件で良好な運転結果が得られた設定とすることで、良好な運転結果が得られる可能性が高い。

従来の運転事例では、装入時の関心事である実際のシュート旋回角を蓄積するのではなく、その代替として、具体的な制御対象であるロータ旋回角の指令値を蓄積していた。これは、特許文献１のような従来の装入装置では、旋回軸まわりのシュートの向きつまりシュート旋回角と、シュートが設置されて実際に旋回駆動される旋回用ロータの向きつまりロータ旋回角とは、その構造上常に一致する。このため、特許文献１に類する従来の装入装置を対象に蓄積された従来の運転事例では、シュート旋回角としてロータ旋回角を用いても全く問題がないことによる。

図７に、特許文献１の装入装置を模式的に示す。
図７において、シュート９３は旋回用ロータ９１に設置され、その傾斜角度（シュート傾斜角ｓ）が調整機構９４により調節される。旋回用ロータ９１は、フレーム９９に支持され、旋回駆動モータ９２により駆動されて鉛直方向である旋回軸Ｄまわりに旋回する（シュート旋回角α）。
図８にも示すように、シュート９３は、旋回用ロータ９１の旋回（ロータ旋回角θ）に伴って一体に旋回し、その先端はシュート傾斜角ｓに応じた半径の回転軌跡を描く。これにより、シュート９３の先端から散布される装入物は、炉内の所定の半径領域に堆積される。

このような旋回の動作制御は、制御装置９０にロータ旋回速度指令値Ｖcを与えることで行われる。ロータ旋回速度指令値Ｖcを与えられた制御装置９０は、旋回駆動モータ９２がロータ旋回速度指令値Ｖcに応じた速度で回転するように旋回駆動モータ９２を運転する。
この際、シュート９３はシュート傾斜角ｓが変化しても旋回用ロータ９１に対する旋回方向に変化がなく、シュート旋回角αとロータ旋回角θとは常に一致しており、制御にあたって両者を区別する必要はない。
また、シュート傾斜角ｓの制御は、制御装置９０にシュート傾斜角指令値ｓｃを与えることで、制御装置９０から調整機構９４に対してシュート傾斜速度目標値ｓｒが与えられ、これによりシュート９３が所定のシュート傾斜角ｓへと移動することで行われる。

従って、このような特許文献１に類する従来の装入装置における制御パラメータは次の通りとなる。
シュート傾斜角ｓ：旋回軸Ｄに対するシュート９３の傾斜角度。
シュート傾斜角指令値ｓｃ：制御装置９０に与えられるシュート傾斜角ｓの指令値。
シュート傾斜速度目標値ｓｒ：調整機構９４に与えられるシュート傾斜速度の目標値。
シュート旋回角α：フレーム９９に対するシュート９３の旋回軸Ｄまわりの角度位置。
ロータ旋回角θ：フレーム９９に対する旋回用ロータ９１の旋回軸Ｄまわりの角度位置（＝シュート旋回角α）。
ロータ旋回速度指令値Ｖc：制御装置９０に与えられる旋回駆動モータ９２の速度の指令値。

装入装置の運転事例として蓄積すべきパラメータは、装入動作に直接的に関連するシュート傾斜角ｓおよびシュート旋回速度であるが、特許文献１の装入装置ではシュート旋回角αとロータ旋回角θとが常に一致していること、および制御対象である旋回部分が具体的には旋回用ロータ９１であるため、運転事例として実際に蓄積されるのはシュート傾斜角ｓおよびロータ旋回速度指令値Ｖｃであり、これらが運転時に参照されて制御装置９０に与えられる。
このように、従来蓄積されてきた運転事例では、シュート旋回速度の代わりに具体的な制御パラメータであるロータ旋回速度指令値Ｖｃが用いられていた。

一方、前述した旋回用ロータに対して傾斜した調整軸まわりに回転する傾動用ロータを有する構成（特許文献２参照）では、その構造的な特性として、シュートの傾斜角度に応じて、シュート先端の向きが旋回用ロータの向きに対して旋回方向（旋回動作の周方向）に変位する。このような周方向の変位が生じるため、特許文献２の装入装置では、前述したデータベースの運転事例をそのまま適用できないという問題が生じる。

すなわち、シュートの向きに周方向の変位が生じた状態では、制御装置に与えられるロータ旋回速度指令値に基づいて旋回用ロータをロータ旋回速度と同じ値に制御したとしても、シュート旋回角つまり実際に装入物の方向を決定するシュートは異なる方向を向いていることになる。
そして、シュート旋回角がロータ旋回角と異なると、既存の運転事例に基づいて適切なロータ旋回速度指令値を与えても、装入物の装入動作が指定通り行われないことになり、前述したデータベースの運転事例をそのまま適用できず、高炉運転上大きな問題となる可能性があった。

図９に、特許文献２の装入装置を模式的に示す。
図９において、旋回用ロータ８１は、フレーム８９に支持され、旋回駆動モータ８２により駆動されて鉛直方向である旋回軸Ｄ１まわりに旋回する（ロータ旋回角θ）。
旋回用ロータ８１には傾動用ロータ８４が設置され、シュート８３は傾動用ロータ８４に支持されている。傾動用ロータ８４は、調整駆動モータ８５および旋回駆動モータ８２により駆動され、旋回軸Ｄ１に対して傾斜した調整軸Ｄ２まわりに回転可能である。シュート８３は、傾動用ロータ８４の回転角度（ベベル角β）に応じて、傾斜角度（シュート傾斜角ｓ）が変化する。

図１０にも示すように、シュート８３は、旋回用ロータ８１の旋回に伴って一体に旋回し、その先端はシュート傾斜角ｓに応じた半径の回転軌跡を描く。これにより、シュート８３の先端から散布される装入物は、炉内の所定の半径領域に堆積される。
ここで、シュート傾斜角ｓを変更するために、傾動用ロータ８４を回転させると、シュート８３の先端は現在のロータ旋回角θに対して異なる方向へ向くことになる（旋回角偏差σ）。このような旋回角偏差σが生じると、シュート８３の向き（シュート旋回角α）はロータ旋回角θから旋回角偏差σだけ変化した状態（シュート旋回角α＝ロータ旋回角θ＋旋回角偏差σ）となる。

このような構成において、シュート傾斜角ｓの制御は、前述した従来の構成と同様、制御装置８０にシュート傾斜角ｓの指令値（シュート傾斜角指令値ｓｃ）を与えることで、同指令値に対応したシュート傾斜速度の目標値（シュート傾斜速度目標値ｓｒ）が調整駆動モータ８５に送られ、傾動用ロータ８４が旋回用ロータ８１に対して回転することでシュート８３の傾斜が変更される。

一方、旋回の動作制御は、制御装置８０にロータ旋回速度指令値Ｖcを与えることで行われる。ロータ旋回速度指令値Ｖcを与えられた制御装置８０は、旋回駆動モータ８２がロータ旋回速度指令値Ｖcに応じた速度で回転するように旋回駆動モータ８２を運転する。
しかし、前述したように、特許文献２の装入装置では、シュート８３の向き（シュート旋回角α）はロータ旋回角θから旋回角偏差σだけ変化した状態（シュート旋回角α＝ロータ旋回角θ＋旋回角偏差σ）となる。
つまり、特許文献２の装入装置では、既存の運転事例（例えば前述した特許文献１など、ロータ旋回角θ＝シュート旋回角αで蓄積された運転事例）を参照しようとしても、ロータ旋回速度指令値Ｖｃをそのまま適用したのでは旋回角偏差σ分の相違が生じて所期の装入動作が行われないことになり、前述したデータベースの運転事例をそのまま適用できず、高炉運転上大きな問題となる可能性があった。

本発明の主な目的は、旋回用ロータに対して傾斜した調整軸まわりに回転する傾動用ロータを有する構成においても、従来の運転事例を適用できる装入装置およびその制御方法を提供することにある。

本発明は、特許文献１等で蓄積された既存の運転事例のロータ旋回速度指令値Ｖcを前述した特許文献２の装入装置にそのまま適用すると、シュート旋回角αがロータ旋回角θに対して旋回角偏差σだけ相違が生じるとの知見に基づき、前述した特許文献２の装入装置において、前述した制御装置８０に、ロータ旋回速度指令値Ｖcを積分してシュート旋回角αの指令値に相当するシュート旋回角指令値αｃを求める機能を付加するとともに、制御装置８０から旋回駆動モータ８２に与えられる目標値としてのロータ旋回角目標値θｒについて、運転実績に基づくロータ旋回速度指令値Ｖcから演算されたシュート旋回角指令値αｃに対して旋回角偏差σ分の補償を行い、このロータ旋回角目標値θｒに従って旋回駆動モータ８２を制御することで、旋回角偏差σ分の相違が生じないようにし、前述した特許文献２の装入装置でも従来の運転事例を適用できるようにする。そして、このような旋回角偏差σ分の補償を行うために、本発明では、旋回角偏差σをシュート傾斜角ｓとベベル角βとの関係において明らかにし、これにより具体的な補償を実現したものである。
具体的に、本発明は、以下に示す要件を備えて構成される。

本発明の装入装置は、フレームに支持されて旋回軸を中心に回転可能な旋回用ロータと、前記旋回用ロータに設定されて前記旋回軸に第１角度で交差する調整軸と、前記旋回用ロータに支持されて前記調整軸を中心に回転可能な傾動用ロータと、前記傾動用ロータに固定されて前記調整軸に第２角度で交差する方向へ延びるシュートと、前記旋回用ロータを前記フレームに対して回転させる旋回駆動モータと、前記傾動用ロータを前記旋回用ロータに対して回転させる調整駆動モータと、前記旋回駆動モータおよび前記調整駆動モータを制御する制御装置と、を有し、前記フレームに対する前記旋回用ロータの前記旋回軸まわりの角度位置をロータ旋回角、前記旋回用ロータに対する前記傾動用ロータの前記調整軸まわりの角度位置をベベル角、前記フレームに対する前記シュートの前記旋回軸まわりの角度位置をシュート旋回角として、前記制御装置は、指令値としてロータ旋回速度指令値が与えられるとともに、前記ロータ旋回速度指令値をシュート旋回角指令値に変換し、現在の前記ベベル角を参照して前記シュート旋回角を演算し、得られた前記シュート旋回角と前記シュート旋回角指令値とが一致するように前記旋回駆動モータを制御することを特徴とする。

このような本発明では、制御装置により、与えられたロータ旋回速度指令値がシュート旋回角指令値に変換されるとともに、現在のベベル角を参照してシュート旋回角が演算され、得られたシュート旋回角とシュート旋回角指令値とが一致するように旋回駆動モータが制御される。これにより、ロータ旋回角は旋回角偏差を加味したロータ旋回角目標値に基づいて制御され、その結果、シュート旋回角は与えられたロータ旋回速度指令値に基づいて制御される。
従って、旋回用ロータに対して傾斜した調整軸まわりに回転する傾動用ロータを有する構成でありながら、制御装置に与えられる指令値としてロータ旋回速度指令値を用いることができ、従来の装入装置で蓄積された運転事例をそのまま適用することができる。

本発明の装入装置において、前記制御装置は、前記シュートが前記調整軸廻りに回転した際の、前記ベベル角と、前記シュート旋回角と前記ロータ旋回角との偏差である旋回角偏差との関係を示す関数またはデータテーブルを記憶しており、現在の前記ベベル角に基づいて現在の前記旋回角偏差を取得して前記シュート旋回角と前記シュート旋回角指令値とが一致するロータ旋回角目標値を計算することが好ましい。

本発明の装入装置において、前記制御装置は、前記ロータ旋回速度指令値を積分器で積分して前記シュート旋回角指令値を計算することが好ましい。

本発明の装入装置において、前記制御装置は、指令値としてロータ旋回速度指令値が与えられるとともに、現在の前記ベベル角を参照して現在の前記旋回角偏差を演算し、前記旋回角偏差を微分器で微分して旋回角偏差微分値を求め、前記旋回角偏差微分値と前記ロータ旋回速度指令値とから得られる旋回モータ角度指令に基づいて前記旋回駆動モータを制御する構成としてもよい。
このような構成においても、旋回用ロータに対して傾斜した調整軸まわりに回転する傾動用ロータを有する構成でありながら、制御装置に与えられる指令値としてロータ旋回速度指令値を用いることができ、従来の装入装置で蓄積された運転事例をそのまま適用することができる。

本発明の装入装置の制御方法は、フレームに支持されて旋回軸を中心に回転可能な旋回用ロータと、前記旋回用ロータに設定されて前記旋回軸に第１角度で交差する調整軸と、前記旋回用ロータに支持されて前記調整軸を中心に回転可能な傾動用ロータと、前記傾動用ロータに固定されて前記調整軸に第２角度で交差する方向へ延びるシュートと、前記旋回用ロータを前記フレームに対して回転させる旋回駆動モータと、前記傾動用ロータを前記旋回用ロータに対して回転させる調整駆動モータと、前記旋回駆動モータおよび前記調整駆動モータを制御する制御装置と、を有する装入装置の制御方法であって、前記フレームに対する前記旋回用ロータの前記旋回軸まわりの角度位置をロータ旋回角、前記旋回用ロータに対する前記傾動用ロータの前記調整軸まわりの角度位置をベベル角、前記フレームに対する前記シュートの前記旋回軸まわりの角度位置をシュート旋回角として、指令値としてロータ旋回速度指令値を与え、前記ロータ旋回速度指令値をシュート旋回角指令値に変換し、現在の前記ベベル角を参照して前記シュート旋回角を演算し、得られた前記シュート旋回角と前記シュート旋回角指令値とが一致するように前記旋回駆動モータを制御することを特徴とする。

このような本発明では、前述した本発明の装入装置で述べた通りの作用効果を得ることができ、従来の装入装置で蓄積された運転事例をそのまま適用することができる。

本発明の装入装置およびその制御方法によれば、旋回用ロータに対して傾斜した調整軸まわりに回転する傾動用ロータを有する構成においても、従来の運転事例を適用することができる。

本発明の第１実施形態を示すブロック図。 前記第１実施形態の旋回速度積分器の動作を示すグラフ。 前記第１実施形態の旋回角偏差とベベル角との関係を示す図。 前記第１実施形態のベベル角度および旋回角偏差を示すグラフ。 前記第１実施形態の変形例のベベル角度および旋回角偏差を示すグラフ。 本発明の第２実施形態を示すブロック図。 シュートと旋回用ロータとの旋回角が一致した従来の装入装置を示す模式図。 前記図１の装入装置における散布動作を示す模式図。 ベベル式の装入装置を示す模式図。 前記ベベル式の装入装置における散布動作を示す模式図。

〔第１実施形態〕
図１には、本発明の第１実施形態が示されている。
図１に示されるのは、本発明に基づく装入装置の旋回制御装置１０である。
本実施形態の装入装置は、基本的に前述した特許文献２の構成（図９および図１０参照）を備えている。

すなわち、装入装置は、図９に示すように、フレーム８９に支持されて旋回軸Ｄ１を中心に回転可能な旋回用ロータ８１と、旋回用ロータ８１に設定されて旋回軸Ｄ１に第１角度で交差する調整軸Ｄ２と、旋回用ロータ８１に支持されて調整軸Ｄ２を中心に回転可能な傾動用ロータ８４と、傾動用ロータ８４に固定されて調整軸Ｄ２に第２角度で交差する方向へ延びるシュート８３と、旋回用ロータ８１をフレーム８９に対して回転させる旋回駆動モータ８２と、傾動用ロータ８４を旋回用ロータ８１に対して回転させる調整駆動モータ８５と、旋回駆動モータ８２および調整駆動モータ８５を制御する制御装置８０とを備えている。

前述した制御装置８０における制御パラメータとしては、以下が用いられている。
（従来同様の制御パラメータ）
シュート傾斜角ｓ：旋回軸Ｄ１に対するシュート８３の傾斜角度。
シュート傾斜角指令値ｓｃ：制御装置８０に与えられるシュート傾斜角ｓの指令値（運転事例で蓄積されるパラメータ）。
ロータ旋回角θ：フレーム８９に対する旋回用ロータ８１の旋回軸まわりの角度位置。
ロータ旋回速度指令値Ｖc：制御装置８０に与えられる旋回駆動モータ８２の速度の指令値（ロータ旋回速度の指令値に相当、シュート旋回角αの指令値の代替として運転事例で蓄積されているパラメータ）。

前述した従来の制御パラメータに対し、制御装置８０においては、ベベル式のシュート傾斜調整を行うために、以下のパラメータが追加されている。
（ベベル式で追加される制御パラメータ）
シュート旋回角α：フレーム８９に対するシュート８３の旋回軸Ｄ１まわりの角度位置。
旋回角偏差σ：ロータ旋回角θとシュート旋回角αとの角度差。シュート傾斜角ｓの調整に伴う旋回用ロータ８１におけるシュート８３の向きに起因し、ベベル角βの関数となる。
シュート旋回角指令値αｃ：制御装置８０が従うべきシュート旋回角αの指令値。運転事例で蓄積されているロータ旋回速度指令値Ｖcを積分して得られるパラメータ。
ロータ旋回角目標値θｒ：旋回駆動モータ８２に与えられるロータ旋回角θの目標値。
旋回モータ速度指令Ｖｒ：制御装置９０で求められる旋回モータ８２の速度指令。
ベベル角β：旋回用ロータ８１に対する傾動用ロータ８４の調整軸Ｄ２まわりの角度位置であり、調整駆動モータ８５の動作結果。シュート傾斜角ｓの調整用。
ベベル角目標値βｒ：調整駆動モータ８５に与えられるベベル角βの目標値（シュート傾斜角ｓの関数）。

このような制御装置８０のうち、旋回動作に関する制御を行うために、本実施形態では図１に示す旋回制御装置１０を用いる。
なお、制御装置８０の機能のうち、シュート８３の傾斜調整ほかの機能については、制御装置８０の既存の制御構成を利用する。

図１において、旋回制御装置１０には、前述した制御装置８０の制御パラメータであるロータ旋回速度指令値Ｖｃ（運転実績を参照）、ロータ旋回角θの現在値（システム内で検出される実績値）、ベベル角βの現在値（同）が与えられる。
そして、旋回制御装置１０においては、ロータ旋回速度指令値Ｖｃを積分してシュート旋回角指令値αｃが演算され、ベベル角βから旋回角偏差σが演算され、このシュート旋回角指令値αｃに旋回角偏差σ分の補償を行ったロータ旋回角目標値θｒが求められる。

このロータ旋回角目標値θｒに基づいて旋回駆動モータ８２を制御することで、ロータ旋回速度指令値Ｖｃ（従来はシュート旋回角αを意図したもの）に旋回角偏差σ分の補償が行われた状態で旋回用ロータ８１を回転させることができる。
なお、オペレータの参照用および制御用に、シュート旋回角αの現在値（システム内で検出される実績値）が出力される。

なお、本実施形態の制御装置８０においては、旋回駆動モータ８２をシュート旋回角αで制御している。このため、旋回制御装置１０の内部では、与えられたロータ旋回速度指令値Ｖｃを積分して角度値での演算（旋回角偏差σ分の補償）を行うとともに、出力にあたって再び旋回速度である旋回モータ速度指令Ｖｒに変換している。

旋回制御装置１０は、前述した処理を行うために、旋回速度積分器１１、旋回角偏差演算器１２、旋回角目標値演算器１３、旋回角位置制御器１４、シュート旋回角演算器１５を備えている。

旋回速度積分器１１は、積分器１１１および角度制限器１１２を備えている。
積分器１１１は、旋回速度積分器１１に入力されるロータ旋回速度指令値Ｖｃを積分してシュート旋回角指令値αｃとして出力する。
角度制限器１１２は、積分器１１１からのシュート旋回角指令値αｃを０〜３６０度の範囲内の数値に制限するものである。具体的には、ロータ旋回速度指令値Ｖｃの値が３６０に達する毎にリセット信号を積分器１１１に送り、積分値を０にリセットする。
このような積分器１１１および角度制限器１１２により、旋回速度積分器１１においては、図２に示すように、入力されるロータ旋回速度指令値Ｖｃの値が増加し続けても、出力されるシュート旋回角指令値αｃの値は０〜３６０度の間の値に制限される。

旋回角偏差演算器１２は、演算器１２１を備えている。
演算器１２１は、旋回角偏差演算器１２に入力されるベベル角βから旋回角偏差σを演算する。
ここで、制御対象である図９に示す装入装置において、ベベル角βと旋回角偏差σとの関係は次のようになる。

先ず、旋回軸Ｄ１と調整軸Ｄ２のなす角度（第１角度）をＡ１、調整軸Ｄ２とシュート８３の軸線のなす角度（第２角度）をＡ２とする。
図３に示すように、シュート８３の軸線と旋回軸Ｄ１との交点Ｐ、シュート８３先端の中心点Ｑとし、シュート８３軸線に沿った点Ｐと点Ｑとの距離をＲ、シュート８３先端の旋回軸Ｄ１からの距離をＬとして、シュート８３の向きの水平成分（シュート旋回角α）方向をｘ、その直交方向をｙとし、シュート８３先端のｘ方向位置をｘ１、同ｙ方向位置をｙ１とすると、ｘ１，ｙ１は次式（１）（２）で表される。

ｘ１＝Ｒ［ｓｉｎＡ２ｃｏｓＡ１
＋ｓｉｎＡ２ｃｏｓＡ１ｃｏｓβ−ｓｉｎ（Ａ２−Ａ１）］ …（１）
ｙ１＝ＲｓｉｎＡ２ｓｉｎβ …（２）
このとき、Ｌ＝（ｘ１^２＋ｙ１^２）^−２ であり、旋回角偏差σとの関係についてみるとｓｉｎσ＝ｙ１／Ｌであるから、σ＝ｓｉｎ^−１（ｙ１／Ｌ）。ここで、ｙ１は式（２）の通りであるから、次式（３）となる。
σ＝ｓｉｎ^−１（ＲｓｉｎＡ２ｓｉｎβ／Ｌ） …（３）
これにより、ベベル角βが決まれば式（３）から旋回角偏差σが演算できる。

演算器１２１は、前述した旋回角偏差σの演算を行うために、図４に示すようなベベル角βと旋回角偏差σとの対応関係をデータテーブルあるいは関数として記録しておき、入力されたベベル角βを旋回角偏差σに変換する。

図４において、ベベル角βが０度のとき、シュート８３は先端が最も上向き（図９のシュート傾斜角ｓが最大）であり、図３においてはシュート先端が軌跡Ｌ２の最右側にあり、シュート先端の向きであるシュート旋回角αはロータ旋回角θと一致し、旋回角偏差σ＝０である。
ベベル角βが９０度のとき、シュート８３は中途角度となり、図３においてはシュート先端が軌跡Ｌ２の図中下端となり、シュート旋回角αはロータ旋回角θから大きくずれ、旋回角偏差σ＞０である。

ベベル角βが１８０度に近づくと、シュート８３は真下向きに近づくことになり、図３においてはシュート先端が軌跡Ｌ２の最左側に近づき、シュート旋回角αはロータ旋回角θに対して下向きに直交する状態に近くなり、旋回角偏差σ＝９０に近づく。
ここで、ベベル角βが１８０度になると、シュート８３は真下向きとなり、図３においてはシュート先端が軌跡Ｌ２の最左側となる。

ベベル角βが１８０度を超えると、図３においてはシュート先端が軌跡Ｌ２の最左側から図中上方へ移り、シュート旋回角αはロータ旋回角θに対して上向きに直交する状態となり、旋回角偏差σ＝−９０から０に近づいてゆく。
ベベル角βが２７０度のとき、シュート８３は中途角度となり、図３においてはシュート先端が軌跡Ｌ２の図中上端となり、シュート旋回角αはロータ旋回角θから大きくずれ、旋回角偏差σ＜０である。

なお、演算器１２１においては、ベベル角βを−１８０＜β＜１８０（図９において旋回用ロータ８１に対して傾動用ロータ８４が調整軸Ｄ２まわりに１回転する範囲）とするのではなく、例えば−３６０＜β＜３６０（同２回転する範囲）あるいは−７２０＜β＜７２０（同４回転する範囲）としてもよい。

ベベル角βを−７２０＜β＜７２０とする場合、図５に示すように、ベベル角βの増減に伴って、図９で旋回用ロータ８１に対して傾動用ロータ８４が調整軸Ｄ２まわりに４回転し、その間にシュート８３は一方の上端位置から反対側の上端位置への傾斜を４回繰り返すことができる。この間、シュート８３は、ベベル角β＝０のとき一方の上端位置にあり、β＝１８０度のとき真下向きとなり、β＝３６０度のとき反対側の上端位置に至る。
従って、このような動作により、旋回用ロータ８１を旋回させることなく、シュート８３を１８０度逆向きに傾斜させることができる。

このような旋回角偏差演算器１２により、旋回角偏差σが演算され、演算された旋回角偏差σは旋回角目標値演算器１３、旋回角位置制御器１４およびシュート旋回角演算器１５に与えられて次の演算に利用される。

旋回角目標値演算器１３は、加算器１３１を有し、旋回速度積分器１１から出力されたシュート旋回角指令値αｃと、旋回角偏差演算器１２からの旋回角偏差σとを加算してロータ旋回角目標値θｒを演算する。

旋回角位置制御器１４は、減算器１４１、増幅器１４２および加算器１４３を備えている。
減算器１４１は、旋回角目標値演算器１３で演算されたロータ旋回角目標値θｒから、現在のロータ旋回角θを減算し、その差分を増幅器１４２に送る。
増幅器１４２は、減算器１４１で計算された差分を所定の制御ゲインで増幅し、加算器１４３に送る。

加算器１４３は、増幅器１４２で増幅された差分に、現在のロータ旋回速度指令値Ｖｃを加算し、旋回モータ速度指令Ｖｒを演算する。
旋回モータ速度指令Ｖｒは、旋回駆動モータ８２に与えられ、図９において旋回用ロータ８１が回転して所定のロータ旋回角目標値θｒへ駆動される。
このとき、シュート８３はロータ旋回角θに対して旋回角偏差σ分変位したシュート旋回角αへ向くことになる。このときのシュート旋回角αは、シュート旋回角指令値αｃで指定された向きであり、運転事例から参照された旋回モータ速度指令Ｖｒが意図するシュート８３の向きとなる。

シュート旋回角演算器１５は、加算器１５１を有する。
加算器１５１は、旋回角偏差演算器１２で演算された旋回角偏差σと、現在のロータ旋回角θとを加算し、これにより実際のシュート８３の向きであるシュート旋回角αが演算され、オペレータの参照用および制御用に出力される。

このような本実施形態によれば、図９の装入装置は、旋回制御装置１０を有する制御装置８０により、ロータ旋回速度指令Ｖｃからシュート旋回角指令値αｃを演算し、ベベル角βから旋回角偏差σを演算するとともに、これらのシュート旋回角指令値αｃ、旋回角偏差σおよび現在のロータ旋回角θを参照してロータ旋回角目標値θｒおよび旋回モータ速度指令Ｖｒが計算され、この旋回モータ速度指令Ｖｒに基づいて旋回駆動モータ８２が制御される。
これにより、旋回用ロータ８１のロータ旋回角θは、ロータ旋回速度指令Ｖｃから旋回角偏差σの影響を除去した旋回モータ速度指令Ｖｒに基づいて制御され、シュート８３のシュート旋回角αはロータ旋回速度指令Ｖｃとして運転事例に意図された通りのシュート旋回角指令値αｃに基づいて制御される。

従って、旋回用ロータ８１に対して傾斜した調整軸Ｄ２まわりに回転する傾動用ロータ８４を有する構成でありながら、制御装置８０に与えられるパラメータがロータ旋回速度指令Ｖｃであっても、シュート８３の旋回角を適切に制御することができ、従来の装入装置で蓄積された運転事例をそのまま適用することができる。

〔第２実施形態〕
図６には、本発明の第２実施形態が示されている。
図６に示されるのは、本発明に基づく装入装置の旋回制御装置１０Ａである。
本実施形態において、装入装置の全体構成および制御装置８０は、基本的に前述した第１実施形態と同様である。このため、共通の構成に関する重複する説明は省略し、以下には本実施形態の旋回制御装置１０Ａについて説明する。

前述した第１実施形態の旋回制御装置１０（図１参照）は、与えられたロータ旋回速度指令値Ｖｃを積分して角度値での演算を行うとともに、出力にあたって再び旋回速度である旋回モータ速度指令Ｖｒに変換していた。
これに対し、本実施形態の旋回制御装置１０Ａでは、旋回角偏差σを微分してロータ旋回速度指令値Ｖｃに加算することにより、速度制御パラメータのまま旋回モータ速度指令Ｖｒを演算している。

このために、旋回制御装置１０Ａは、前述した第１実施形態の旋回制御装置１０（図１参照）と同様な旋回角偏差演算器１２およびシュート旋回角演算器１５を有するとともに、旋回角目標値演算器１３Ａおよび旋回角偏差微分器１６を有する。
旋回角偏差演算器１２およびシュート旋回角演算器１５は、前述した第１実施形態で説明した通りであるので、ここでは説明を省略する。

旋回角偏差微分器１６は、旋回角偏差演算器１２で演算された旋回角偏差σを微分し、旋回角偏差微分値σ’として出力する。
旋回角目標値演算器１３Ａは、加算器１３１Ａを有し、旋回制御装置１０Ａから入力されるロータ旋回速度指令値Ｖｃと、旋回角偏差微分器１６からの旋回角偏差微分値σ’とを加算し、旋回モータ速度指令Ｖｒとして出力する。

このような本実施形態によっても、図９の装入装置は、旋回制御装置１０Ａを有する制御装置８０により、ベベル角βを参照して旋回モータ速度指令Ｖｒが計算され、この旋回モータ速度指令Ｖｒに基づいて旋回駆動モータ８２が制御される。これにより、ロータ旋回角θはロータ旋回角目標値θｒに基づいて制御され、その結果、シュート旋回角αはシュート旋回角指令値αｃに基づいて制御される。
従って、旋回用ロータ８１に対して傾斜した調整軸Ｄ２まわりに回転する傾動用ロータ８４を有する構成でありながら、制御装置８０に与えられるシュート旋回角指令値αｃとして、従来の装入装置で蓄積された運転事例をそのまま適用することができる。

〔変形例〕
本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形等は本発明に含まれるものである。
例えば、旋回制御装置１０，１０Ａの具体的な構成は既存のハードウェアまたはソフトウェアを用いて適宜設計すればよい。
また、本発明の旋回制御装置としては、前述した旋回制御装置１０，１０Ａと同様な機能が得られれば、前述した旋回制御装置１０，１０Ａ以外の構成であってもよい。
さらに、本発明の装入装置としては、制御装置８０の前述した旋回制御装置１０，１０Ａ以外の構成、例えばシュート傾斜角度を制御する機能等は適宜設計すればよい。

本発明は、装入装置およびその制御方法に関し、高炉などの容器内部に装入物を装入する装置に利用できる。

１０，１０Ａ…旋回制御装置
１１…旋回速度積分器
１１１…積分器
１１２…角度制限器
１２…旋回角偏差演算器
１２１…演算器
１３，１３Ａ…旋回角目標値演算器
１３１，１３１Ａ…加算器
１４…旋回角位置制御器
１４１…減算器
１４２…増幅器
１４３…加算器
１５…シュート旋回角演算器
１５１…加算器
１６…旋回角偏差微分器
８０…制御装置
８１…旋回用ロータ
８２…旋回駆動モータ
８３…シュート
８４…傾動用ロータ
８５…調整駆動モータ
８９…フレーム
Ｄ１…旋回軸
Ｄ２…調整軸
Ｌ１，Ｌ２…軌跡
ｓ…シュート傾斜角
Ｖｃ…ロータ旋回速度指令値
Ｖｒ…旋回モータ速度指令
α…シュート旋回角
αｃ…シュート旋回角指令値
β…ベベル角
βｒ…ベベル角目標値
θ…ロータ旋回角
θｒ…ロータ旋回角目標値
σ…旋回角偏差

Claims (5)

1. フレームに支持されて旋回軸を中心に回転可能な旋回用ロータと、前記旋回用ロータに設定されて前記旋回軸に第１角度で交差する調整軸と、前記旋回用ロータに支持されて前記調整軸を中心に回転可能な傾動用ロータと、前記傾動用ロータに固定されて前記調整軸に第２角度で交差する方向へ延びるシュートと、前記旋回用ロータを前記フレームに対して回転させる旋回駆動モータと、前記傾動用ロータを前記旋回用ロータに対して回転させる調整駆動モータと、前記旋回駆動モータおよび前記調整駆動モータを制御する制御装置と、を有し、
   前記フレームに対する前記旋回用ロータの前記旋回軸まわりの角度位置をロータ旋回角、前記旋回用ロータに対する前記傾動用ロータの前記調整軸まわりの角度位置をベベル角、前記フレームに対する前記シュートの前記旋回軸まわりの角度位置をシュート旋回角として、
   前記制御装置は、指令値としてロータ旋回速度指令値が与えられるとともに、前記ロータ旋回速度指令値をシュート旋回角指令値に変換し、現在の前記ベベル角を参照して前記シュート旋回角を演算し、得られた前記シュート旋回角と前記シュート旋回角指令値とが一致するように前記旋回駆動モータを制御することを特徴とする装入装置。
2. 請求項１に記載された装入装置において、
   前記制御装置は、前記シュートが前記調整軸廻りに回転した際の、前記ベベル角と、前記シュート旋回角と前記ロータ旋回角との偏差である旋回角偏差との関係を示す関数またはデータテーブルを記憶しており、現在の前記ベベル角に基づいて現在の前記旋回角偏差を取得して前記シュート旋回角と前記シュート旋回角指令値とが一致するロータ旋回角目標値を計算することを特徴とする装入装置。
3. 請求項１または請求項２に記載された装入装置において、
   前記制御装置は、前記ロータ旋回速度指令値を積分器で積分して前記シュート旋回角指令値を計算することを特徴とする装入装置。
4. フレームに支持されて旋回軸を中心に回転可能な旋回用ロータと、前記旋回用ロータに設定されて前記旋回軸に第１角度で交差する調整軸と、前記旋回用ロータに支持されて前記調整軸を中心に回転可能な傾動用ロータと、前記傾動用ロータに固定されて前記調整軸に第２角度で交差する方向へ延びるシュートと、前記旋回用ロータを前記フレームに対して回転させる旋回駆動モータと、前記傾動用ロータを前記旋回用ロータに対して回転させる調整駆動モータと、前記旋回駆動モータおよび前記調整駆動モータを制御する制御装置と、を有し、
   前記フレームに対する前記旋回用ロータの前記旋回軸まわりの角度位置をロータ旋回角、前記旋回用ロータに対する前記傾動用ロータの前記調整軸まわりの角度位置をベベル角、前記フレームに対する前記シュートの前記旋回軸まわりの角度位置をシュート旋回角、前記シュート旋回角と前記ロータ旋回角との偏差を旋回角偏差として、
   前記制御装置は、指令値としてロータ旋回速度指令値が与えられるとともに、現在の前記ベベル角を参照して現在の前記旋回角偏差を演算し、前記旋回角偏差を微分器で微分して旋回角偏差微分値を求め、前記旋回角偏差微分値と前記ロータ旋回速度指令値とから得られる旋回モータ角度指令に基づいて前記旋回駆動モータを制御することを特徴とする装入装置。
5. フレームに支持されて旋回軸を中心に回転可能な旋回用ロータと、前記旋回用ロータに設定されて前記旋回軸に第１角度で交差する調整軸と、前記旋回用ロータに支持されて前記調整軸を中心に回転可能な傾動用ロータと、前記傾動用ロータに固定されて前記調整軸に第２角度で交差する方向へ延びるシュートと、前記旋回用ロータを前記フレームに対して回転させる旋回駆動モータと、前記傾動用ロータを前記旋回用ロータに対して回転させる調整駆動モータと、前記旋回駆動モータおよび前記調整駆動モータを制御する制御装置と、を有する装入装置の制御方法であって、
   前記フレームに対する前記旋回用ロータの前記旋回軸まわりの角度位置をロータ旋回角、前記旋回用ロータに対する前記傾動用ロータの前記調整軸まわりの角度位置をベベル角、前記フレームに対する前記シュートの前記旋回軸まわりの角度位置をシュート旋回角として、
   指令値としてロータ旋回速度指令値を与え、前記ロータ旋回速度指令値をシュート旋回角指令値に変換し、現在の前記ベベル角を参照して前記シュート旋回角を演算し、
   得られた前記シュート旋回角と前記シュート旋回角指令値とが一致するように
   前記旋回駆動モータを制御することを特徴とする装入装置の制御方法。

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