特許 6156016 連続鋳造機の湯面レベル制御装置、連続鋳造機の湯面レベル制御方法およびコンピュータプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6156016

(24)【登録日】2017年6月16日

(45)【発行日】2017年7月5日

(54)【発明の名称】連続鋳造機の湯面レベル制御装置、連続鋳造機の湯面レベル制御方法およびコンピュータプログラム

(51)【国際特許分類】

   B22D 11/18 20060101AFI20170626BHJP

   G05D 9/12 20060101ALI20170626BHJP

【ＦＩ】

   B22D11/18 A

   B22D11/18 F

   G05D9/12 D

【請求項の数】11

【全頁数】24

(21)【出願番号】特願2013-197390(P2013-197390)

(22)【出願日】2013年9月24日

(65)【公開番号】特開2015-62917(P2015-62917A)

(43)【公開日】2015年4月9日

【審査請求日】2016年5月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】新日鐵住金株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090273

【弁理士】

【氏名又は名称】國分 孝悦

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 大

【審査官】 川崎 良平

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０５−０１５９５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−２６２８４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１９３６０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−２７４５９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−０９７３４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２７７２０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５３１１９２４（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２２Ｄ １１／１８

Ｇ０５Ｄ ９／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

タンディッシュから浸漬ノズルを介して鋳型に供給される金属溶湯の供給量を調整するためのアクチュエータの開度を所定の制御周期で制御することによって、鋳型内の金属溶湯の湯面レベルを制御する連続鋳造機の湯面レベル制御装置であって、
前記アクチュエータの開度の指示値である開度指令と、前回の制御周期での開度指令または前回の制御周期での前記アクチュエータの開度の実績値と、の差分である開度指令の差分を導出する開度指令差分導出手段と、
前記開度指令差分導出手段により導出された、前記開度指令の差分を補正した値である開度指令の差分の補正値を導出する開度指令差分補正手段と、
前記アクチュエータを駆動するパルスモータの単位ステップ当たりの動作に対応する前記アクチュエータの移動量に、前記アクチュエータを駆動するパルスモータの回転方向に応じた正負の符号が付された値であるアクチュエータ操作量で、前記開度指令差分補正手段により導出された、前記開度指令の差分の補正値を除する除算手段と、
前記除算手段で得られた商の整数部分の値である整数値が、第１の上下限の範囲内にあるか否かを判定する上下限判定手段と、
前記整数値と、所定の最小パルス幅とに基づいて、前記アクチュエータの開度を制御するためのパルス信号である開閉パルス信号を生成するパルス信号生成手段と、
前記整数値と、前記アクチュエータ操作量と、に基づいて、前記アクチュエータの移動量の積算値を、前記アクチュエータの開度の実績値として導出する積算値導出手段と、
前記パルス信号生成手段により生成された開閉パルス信号に基づく情報を出力する出力手段と、
を有し、
前記第１の上下限は、前記パルス信号生成手段により１つの前記開閉パルス信号を生成するための制御周期と、前記アクチュエータの移動速度と、前記アクチュエータの最小操作量の逆数と、の積に基づいて定められ、
前記開度指令差分補正手段は、前記上下限判定手段により、前記整数値が、前記第１の上下限の範囲内にあると判定された場合には、前記開度指令の差分と、前記除算手段で得られた商の小数点以下の部分の値である剰余と、を加算した値を、前記開度指令の差分の補正値として導出し、前記上下限判定手段により、前記整数値が、前記第１の上下限の範囲内にないと判定された場合には、前記剰余を使用せずに、前記開度指令の差分を、前記開度指令の差分の補正値として導出することを特徴とする連続鋳造機の湯面レベル制御装置。

【請求項2】

前記開度指令差分導出手段は、前記アクチュエータの開度の指示値である開度指令と、前記積算値導出手段により前回の制御周期で導出された、前記アクチュエータの開度の実績値と、の差分を導出することを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造機の湯面レベル制御装置。

【請求項3】

前記開度指令と、前記積算値導出手段により前回の制御周期で導出された前記アクチュエータの開度の実績値と、の差分が、第２の上下限の範囲内にあるか否かを判定する指令比較判定手段と、
前記指令比較判定手段により、前記開度指令と、前回の制御周期で導出された前記アクチュエータの開度の実績値と、の差分が、前記第２の上下限の範囲内にないと判定された場合に限り、前記開度指令の差分または前記整数値に対して所定の補正値を加算する補正値加算手段と、
を更に有し、
前記第２の上下限は、前記アクチュエータの最小操作量に基づいて定められ、
前記開度指令差分導出手段は、今回の制御周期での前記開度指令と前回の制御周期での前記開度指令との差分を導出することを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造機の湯面レベル制御装置。

【請求項4】

前記所定の補正値は、前記アクチュエータ操作量であることを特徴とする請求項３に記載の連続鋳造機の湯面レベル制御装置。

【請求項5】

前記補正値加算手段は、前記開度指令差分補正手段に含まれており、
前記開度指令差分補正手段は、前記指令比較判定手段により、前記開度指令と、前回の制御周期で導出された前記アクチュエータの開度の実績値と、の差分が、前記第２の上下限の範囲内にないと判定された場合に限り、前記開度指令の差分に対して、前記所定の補正値を加算することを特徴とする請求項３または４に記載の連続鋳造機の湯面レベル制御装置。

【請求項6】

タンディッシュから浸漬ノズルを介して鋳型に供給される金属溶湯の供給量を調整するためのアクチュエータの開度を所定の制御周期で制御することによって、鋳型内の金属溶湯の湯面レベルを制御する連続鋳造機の湯面レベル制御方法であって、
前記アクチュエータの開度の指示値である開度指令と、前回の制御周期での開度指令または前回の制御周期での前記アクチュエータの開度の実績値と、の差分である開度指令の差分を導出する開度指令差分導出工程と、
前記開度指令差分導出工程により導出された、前記開度指令の差分を補正した値である開度指令の差分の補正値を導出する開度指令差分補正工程と、
前記アクチュエータを駆動するパルスモータの単位ステップ当たりの動作に対応する前記アクチュエータの移動量に、前記アクチュエータを駆動するパルスモータの回転方向に応じた正負の符号が付された値であるアクチュエータ操作量で、前記開度指令差分補正工程により導出された、前記開度指令の差分の補正値を除する除算工程と、
前記除算工程で得られた商の整数部分の値である整数値が、第１の上下限の範囲内にあるか否かを判定する上下限判定工程と、
前記整数値と、所定の最小パルス幅とに基づいて、前記アクチュエータの開度を制御するためのパルス信号である開閉パルス信号を生成するパルス信号生成工程と、
前記整数値と、前記アクチュエータ操作量と、に基づいて、前記アクチュエータの移動量の積算値を、前記アクチュエータの開度の実績値として導出する積算値導出工程と、
前記パルス信号生成工程により生成された開閉パルス信号に基づいて、前記アクチュエータの開度を制御する制御工程と、
を有し、
前記第１の上下限は、前記パルス信号生成工程により１つの前記開閉パルス信号を生成するための制御周期と、前記アクチュエータの移動速度と、前記アクチュエータの最小操作量の逆数と、の積に基づいて定められ、
前記開度指令差分補正工程は、前記上下限判定工程により、前記整数値が、前記第１の上下限の範囲内にあると判定された場合には、前記開度指令の差分と、前記除算工程で得られた商の小数点以下の部分の値である剰余と、を加算した値を、前記開度指令の差分の補正値として導出し、前記上下限判定工程により、前記整数値が、前記第１の上下限の範囲内にないと判定された場合には、前記剰余を使用せずに、前記開度指令の差分を、前記開度指令の差分の補正値として導出することを特徴とする連続鋳造機の湯面レベル制御方法。

【請求項7】

前記開度指令差分導出工程は、前記アクチュエータの開度の指示値である開度指令と、前記積算値導出工程により前回の制御周期で導出された、前記アクチュエータの開度の実績値と、の差分を導出することを特徴とする請求項６に記載の連続鋳造機の湯面レベル制御方法。

【請求項8】

前記開度指令と、前記積算値導出工程により前回の制御周期で導出された前記アクチュエータの開度の実績値と、の差分が、第２の上下限の範囲内にあるか否かを判定する指令比較判定工程と、
前記指令比較判定工程により、前記開度指令と、前回の制御周期で導出された前記アクチュエータの開度の実績値と、の差分が、前記第２の上下限の範囲内にないと判定された場合に限り、前記開度指令の差分または前記整数値に対して所定の補正値を加算する補正値加算工程と、
を更に有し、
前記第２の上下限は、前記アクチュエータの最小操作量に基づいて定められ、
前記開度指令差分導出工程は、今回の制御周期での前記開度指令と前回の制御周期での前記開度指令との差分を導出することを特徴とする請求項６に記載の連続鋳造機の湯面レベル制御方法。

【請求項9】

前記所定の補正値は、前記アクチュエータ操作量であることを特徴とする請求項８に記載の連続鋳造機の湯面レベル制御方法。

【請求項10】

前記補正値加算工程は、前記開度指令差分補正工程に含まれており、
前記開度指令差分補正工程は、前記指令比較判定工程により、前記開度指令と、前回の制御周期で導出された前記アクチュエータの開度の実績値と、の差分が、前記第２の上下限の範囲内にないと判定された場合に限り、前記開度指令の差分に対して、前記所定の補正値を加算することを特徴とする請求項８または９に記載の連続鋳造機の湯面レベル制御方法。

【請求項11】

請求項６〜１０の何れか１項に記載の連続鋳造機の湯面レベル制御方法の各工程をコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、連続鋳造機の湯面レベル制御装置、連続鋳造機の湯面レベル制御方法およびコンピュータプログラムに関し、特に、連続鋳造機における鋳型内の金属溶湯の湯面レベルを制御するために用いて好適なものである。

【背景技術】

【0002】

連続鋳造機の操業に際し、鋳型内の金属溶湯の湯面レベルを目標レベルに保つべく、湯面レベル制御を行うことは、鋳型内での金属溶湯の冷却と凝固状態とを安定化させることによって、製造される鋳片の品質を向上させる観点から極めて重要である。また、このような湯面レベル制御を行うことは、鋳型からの金属溶湯の溢れ出しやブレークアウトの発生等、安定操業を阻害する各種の不都合を未然に防止して、生産能率の向上を図る観点からも極めて重要である。

【0003】

かかる湯面レベル制御では、鋳型への金属溶湯の注入量を調整する装置として、スライディングノズル或いはストッパーを配置するとともに、湯面レベルを検出するレベル計を鋳型内の湯面の上方に配置する。そして、鋳型内の湯面レベルをレベル計で常時検出し、レベル計で検出した湯面レベルに基づいて、スライディングノズル或いはストッパーの開度をフィードバック制御することでタンディッシュから鋳型内へ注入する金属溶湯の注入量を調整する。このように連続鋳造機では、鋳型内の金属溶湯の湯面レベルを可及的に一定の目標レベルに保持する自動制御が実施される。

【0004】

前述したスライディングノズル或いはストッパーの駆動方式として、パルスモータを回転駆動して、ステッピングシリンダー（油圧シリンダー）のロッド位置を制御することにより、スライディングノズル或いはストッパーの開度を調整する方式がある。パルスモータを回転させる時間は、パルス信号のパルス幅に応じて定まり、ステッピングシリンダー（油圧シリンダー）のロッドの移動速度にパルス幅を乗じた時間だけ、パルスモータは回転する。また、スライディングノズル或いはストッパーの開度を大きくするときと小さくするときとではパルスモータの回転方向を異ならせる。したがって、パルスモータを用いた湯面レベル制御では、パルスモータの回転量と回転方向とを決定する必要がある。

【0005】

パルス信号の生成方法には種々の方法がある。例えば、スライディングノズル或いはストッパーの開度を大きくするためのパルス信号と、スライディングノズル或いはストッパーの開度を小さくするためのパルス信号と、を個別に生成する方法がある。また、例えば、パルス信号の値が正の場合に、スライディングノズル或いはストッパーの開度を大きくし、パルス信号の値が負の場合に、スライディングノズル或いはストッパーの開度を小さくする方法もある。

【0006】

かかる湯面レベル制御の手法として特許文献１、２に記載の技術がある。
まず、特許文献１に記載の技術を説明する。
図１９は、特許文献１に記載の技術で、スライディングノズル或いはストッパーの開度を調整するためのパルス信号を生成する構成を示す図である。
図１９において、減算器１９０１は、レベル計から逐次入力される鋳型内の溶鋼の表面の高さ位置（実測値）の目標値からの偏差を計算する。
ＰＩＤ制御部１９０２は、当該偏差を入力とするＰＩＤ演算を一定の制御周期で行うことで、当該偏差を解消するために必要な目標開度を開度指令ＭＶとして生成する。
差分化部１９０３は、今回の開度指令ＭＶから前回の開度指令ＭＶを減算して、開度指令の差分ΔＭＶを計算する。
加算器１９０４は、開度指令の差分ΔＭＶに、除算器１９０５から出力された剰余ΔＭＶＡを加算して、開度指令の差分の補正値ΔＭＶＢを計算する。
除算器１９０５は、開度指令の差分の補正値ΔＭＶＢを、スライディングノズル或いはストッパーの最小操作量ΔＮで除した商の整数部分の値である整数値Ｎをパルス発生器１９０６に出力する。また、除算器１９０５は、開度指令の差分の補正値ΔＭＶＢを、スライディングノズル或いはストッパーの最小操作量で除した商の小数点以下の部分の値である剰余ΔＭＶＡを加算器１９０４に出力する。以下の説明では、「開度指令の差分の補正値ΔＭＶＢを、スライディングノズル或いはストッパーの最小操作量ΔＮで除した商の整数部分の値である整数値Ｎ」を必要に応じて「整数値Ｎ」と略称する。また、「開度指令の差分の補正値ΔＭＶＢを、スライディングノズル或いはストッパーの最小操作量ΔＮで除した商の小数部分の値である剰余ΔＭＶＡ」を必要に応じて「剰余ΔＭＶＡ」と略称する。

【0007】

整数値Ｎの絶対値は、ステッピングシリンダー（油圧シリンダー）のロッドの位置を変更するために、パルスモータに与えるパルス数を表す。また、整数値Ｎの符号（正負）は、パルスモータの回転方向を表す。例えば、整数値Ｎが正の場合、スライディングノズル或いはストッパーの開度を大きくするようにパルスモータを回転させることを表し、負の場合、スライディングノズル或いはストッパーの開度を小さくするようにパルスモータを回転させることを表す。

【0008】

パルス発生器１９０６は、除算器１９０５から出力された整数値Ｎに、パルス発生器１９０６で生成されるパルス信号の最小パルス幅を乗じたパルス幅を有し、且つ、整数値Ｎの符号に対応する極性を有するパルス信号を、パルスモータの制御装置と積算カウンタ１９０７に出力する。
積算カウンタ１９０７は、パルス発生器１９０６から出力されたパルス信号に基づいて、スライディングノズル或いはストッパーの移動量の積算値ＭＶＳを導出する。このパルス信号の積算値ＭＶＳにより、ステッピングシリンダー（油圧シリンダー）のロッドの位置を特定することができる。

【0009】

ところで、パルス発生器１９０６から発生するパルス信号のパルス幅には上限値（最大パルス幅）がある。すなわち、パルス発生器１９０６は、以下の（１）式の範囲の整数値Ｎに、ステッピングシリンダー（油圧シリンダー）のロッドの移動速度を乗じたパルス幅を有するパルス信号しか生成することができない。
−ＮＭＡＸ≦Ｎ≦ＮＭＡＸ ・・・（１）

【0010】

したがって、（１）式の範囲外の整数値Ｎが除算器１９０５から出力されても、パルス発生器１９０６は、（１）式の上限値ＮＭＡＸ又は下限値−ＮＭＡＸに、ステッピングシリンダー（油圧シリンダー）のロッドの移動速度を乗じたパルス幅を有するパルス信号を生成して出力することになる。このことをパルスの飽和と呼ぶ。

【0011】

特許文献１に記載の技術では、このようなパルスの飽和があっても、整数値Ｎの不足分を補正しないので、パルスの飽和があると、スライディングノズル或いはストッパーの移動量の積算値ＭＶＳと、開度指令ＭＶとの差が大きくなる。よって、開度指令ＭＶに合うようにスライディングノズル或いはストッパーの開度を制御することができず、鋳型内の金属溶湯の湯面レベルを目標値に正常に追従させることができなくなる虞がある。

【0012】

このような課題に対し、特許文献２に記載の技術がある。以下に、特許文献２に記載の技術を説明する。
図２０は、特許文献２に記載の技術で、スライディングノズル或いはストッパーの開度を調整するためのパルス信号を生成する構成を示す図である。
図２０において、減算器２００１は、レベル計から逐次入力される鋳型内の溶鋼の表面の高さ位置（実測値）の目標値からの偏差を計算する。
ＰＩＤ制御部２００２は、当該偏差を入力とするＰＩＤ演算を一定の制御周期で行うことで、当該偏差を解消するために必要な目標開度を開度指令ＭＶとして生成する。

【0013】

減算器２００３は、開度指令ＭＶから、積算カウンタ２００７によりフィードバックされたパルス信号の積算値ＭＶＳを減算して開度指令の差分ΔＭＶを計算する。
加算器２００４は、開度指令の差分ΔＭＶに、除算器２００５から出力された剰余ΔＭＶＡを加算して、開度指令の差分の補正値ΔＭＶＢを計算する。
除算器２００５は、開度指令の差分の補正値ΔＭＶＢを、スライディングノズル或いはストッパーの最小操作量ΔＮで除した値の整数部分の値である整数値Ｎをパルス発生器２００６に出力する。また、除算器２００５は、開度指令の差分の補正値ΔＭＶＢを、スライディングノズル或いはストッパーの最小操作量で除した値の小数点以下の部分を剰余ΔＭＶＡとして加算器２００４に出力する。

【0014】

パルス発生器２００６は、除算器２００５から出力された整数値Ｎに、パルス発生器２００６で生成されるパルス信号の最小パルス幅を乗じたパルス幅を有し、且つ、整数値Ｎの符号に対応する極性を有するパルス信号を、パルスモータの制御装置と積算カウンタ２００７に出力する。
積算カウンタ２００７は、パルス発生器２００６から出力されたパルス信号に基づいて、スライディングノズル或いはストッパーの移動量の積算値ＭＶＳを導出する。そして、積算カウンタ２００７は、スライディングノズル或いはストッパーの移動量の積算値ＭＶＳを減算器２００３に出力（フィードバック）する。このパルス信号の積算値ＭＶＳにより、ステッピングシリンダー（油圧シリンダー）のロッドの位置を特定することができる。

【0015】

このように特許文献２に記載の技術では、開度指令ＭＶから、スライディングノズル或いはストッパーの移動量の積算値ＭＶＳを減算して、開度指令の差分ΔＭＶを算出し、開度指令の差分ΔＭＶを、整数値Ｎに反映させる。したがって、特許文献１に記載の技術に比べると、パルスの飽和があった場合でも、スライディングノズル或いはストッパーの移動量の積算値ＭＶＳと、開度指令ＭＶとの差が大きくなることを抑制することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0016】

【特許文献1】特開平４−２６２８４３号公報

【特許文献2】特開平５−１５９５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0017】

ところで、特許文献２に記載の技術では、パルスの飽和があった場合、積算カウンタ２００７における積算値ＭＶＳには、（１）式の上限値ＮＭＡＸ又は下限値−ＮＭＡＸを超える部分の情報が含まれない。したがって、（１）式の上限値ＮＭＡＸ又は下限値−ＮＭＡＸを超える部分の情報は、減算器２００３で計算される開度指令の差分ΔＭＶに反映される。一方、除算器２００５で得られた剰余ΔＭＶＡは、パルスの飽和の有無とは関係なく、次回の開度指令の差分の補正値ΔＭＶＢの計算に使用される。よって、パルスの飽和があった場合、加算器２００４によって、除算器２００５で得られた剰余ΔＭＶＡの分だけ過剰に補正をすることになる。

【0018】

このように、特許文献２に記載の技術では、パルスの飽和があった場合には、開度指令の差分ΔＭＶを過剰に補正してしまう。したがって、ステッピングシリンダー（油圧シリンダー）のロッドも過剰に移動させることになり、スライディングノズル或いはストッパーの開度が大きく（又は小さく）なってしまう。これにより、タンディッシュから鋳型内へ注入する金属溶湯の注入量が必要以上に多く（又は小さく）なり、鋳型内の金属溶湯の湯面レベルを必要以上に変動させてしまう虞がある。

【0019】

本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、タンディッシュから鋳型内へ注入する金属溶湯の注入量を調整するアクチュエータの開度をパルスモータによって制御するに際し、パルスの飽和があった場合に、開度指令の差分を過剰に補正することを可及的に抑制することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0020】

本発明の連続鋳造機の湯面レベル制御装置は、タンディッシュから浸漬ノズルを介して鋳型に供給される金属溶湯の供給量を調整するためのアクチュエータの開度を所定の制御周期で制御することによって、鋳型内の金属溶湯の湯面レベルを制御する連続鋳造機の湯面レベル制御装置であって、前記アクチュエータの開度の指示値である開度指令と、前回の制御周期での開度指令または前回の制御周期での前記アクチュエータの開度の実績値と、の差分である開度指令の差分を導出する開度指令差分導出手段と、前記開度指令差分導出手段により導出された、前記開度指令の差分を補正した値である開度指令の差分の補正値を導出する開度指令差分補正手段と、前記アクチュエータを駆動するパルスモータの単位ステップ当たりの動作に対応する前記アクチュエータの移動量に、前記アクチュエータを駆動するパルスモータの回転方向に応じた正負の符号が付された値であるアクチュエータ操作量で、前記開度指令差分補正手段により導出された、前記開度指令の差分の補正値を除する除算手段と、前記除算手段で得られた商の整数部分の値である整数値が、第１の上下限の範囲内にあるか否かを判定する上下限判定手段と、前記整数値と、所定の最小パルス幅とに基づいて、前記アクチュエータの開度を制御するためのパルス信号である開閉パルス信号を生成するパルス信号生成手段と、前記整数値と、前記アクチュエータ操作量と、に基づいて、前記アクチュエータの移動量の積算値を、前記アクチュエータの開度の実績値として導出する積算値導出手段と、前記パルス信号生成手段により生成された開閉パルス信号に基づく情報を出力する出力手段と、を有し、前記第１の上下限は、前記パルス信号生成手段により１つの前記開閉パルス信号を生成するための制御周期と、前記アクチュエータの移動速度と、前記アクチュエータの最小操作量の逆数と、の積に基づいて定められ、前記開度指令差分補正手段は、前記上下限判定手段により、前記整数値が、前記第１の上下限の範囲内にあると判定された場合には、前記開度指令の差分と、前記除算手段で得られた商の小数点以下の部分の値である剰余と、を加算した値を、前記開度指令の差分の補正値として導出し、前記上下限判定手段により、前記整数値が、前記第１の上下限の範囲内にないと判定された場合には、前記剰余を使用せずに、前記開度指令の差分を、前記開度指令の差分の補正値として導出することを特徴とする。

【0021】

本発明の連続鋳造機の湯面レベル制御方法は、タンディッシュから浸漬ノズルを介して鋳型に供給される金属溶湯の供給量を調整するためのアクチュエータの開度を所定の制御周期で制御することによって、鋳型内の金属溶湯の湯面レベルを制御する連続鋳造機の湯面レベル制御方法であって、前記アクチュエータの開度の指示値である開度指令と、前回の制御周期での開度指令または前回の制御周期での前記アクチュエータの開度の実績値と、の差分である開度指令の差分を導出する開度指令差分導出工程と、前記開度指令差分導出工程により導出された、前記開度指令の差分を補正した値である開度指令の差分の補正値を導出する開度指令差分補正工程と、前記アクチュエータを駆動するパルスモータの単位ステップ当たりの動作に対応する前記アクチュエータの移動量に、前記アクチュエータを駆動するパルスモータの回転方向に応じた正負の符号が付された値であるアクチュエータ操作量で、前記開度指令差分補正工程により導出された、前記開度指令の差分の補正値を除する除算工程と、前記除算工程で得られた商の整数部分の値である整数値が、第１の上下限の範囲内にあるか否かを判定する上下限判定工程と、前記整数値と、所定の最小パルス幅とに基づいて、前記アクチュエータの開度を制御するためのパルス信号である開閉パルス信号を生成するパルス信号生成工程と、前記整数値と、前記アクチュエータ操作量と、に基づいて、前記アクチュエータの移動量の積算値を、前記アクチュエータの開度の実績値として導出する積算値導出工程と、前記パルス信号生成工程により生成された開閉パルス信号に基づいて、前記アクチュエータの開度を制御する制御工程と、を有し、前記第１の上下限は、前記パルス信号生成工程により１つの前記開閉パルス信号を生成するための制御周期と、前記アクチュエータの移動速度と、前記アクチュエータの最小操作量の逆数と、の積に基づいて定められ、前記開度指令差分補正工程は、前記上下限判定工程により、前記整数値が、前記第１の上下限の範囲内にあると判定された場合には、前記開度指令の差分と、前記除算工程で得られた商の小数点以下の部分の値である剰余と、を加算した値を、前記開度指令の差分の補正値として導出し、前記上下限判定工程により、前記整数値が、前記第１の上下限の範囲内にないと判定された場合には、前記剰余を使用せずに、前記開度指令の差分を、前記開度指令の差分の補正値として導出することを特徴とする。

【0022】

本発明のコンピュータプログラムは、前記連続鋳造機の湯面レベル制御方法の各工程をコンピュータに実行させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0023】

本発明によれば、タンディッシュから鋳型内へ注入する金属溶湯の注入量を調整するアクチュエータの開度をパルスモータによって制御するに際し、パルスの飽和があった場合に、開度指令の差分を過剰に補正することを可及的に抑制することができる。これにより、鋳型内における金属溶湯のレベルの変動を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】連続鋳造機の構成の一例を示す図である。

【図2】連続鋳造機の湯面レベル制御装置の構成の第１の例を示す図である。

【図3】連続鋳造機の湯面レベル制御装置の構成の第２の例を示す図である。

【図4】連続鋳造機の構成の変形例を示す図である。

【図5】連続鋳造機の湯面レベル制御装置の構成の第３の例を示す図である。

【図6】特許文献１のレベル制御装置を用いた場合の油面レベルと時間との関係を示す図である。

【図7】特許文献１に記載の技術を用いた場合のストッパーの開度と時間との関係を示す図である。

【図8】特許文献２のレベル制御装置を用いた場合の油面レベルと時間との関係を示す図である。

【図9】特許文献２に記載の技術を用いた場合のストッパーの開度と時間との関係を示す図である。

【図10】、図９の０〜２０［ｓｅｃ］の部分を拡大して示す図である。

【図11】第１の実施形態のレベル制御装置を用いた場合の油面レベルと時間との関係を示す図である。

【図12】第１の実施形態のレベル制御装置を用いた場合のストッパーの開度と時間との関係を示す図である。

【図13】図１２の０〜２０［ｓｅｃ］の部分を拡大して示す図である。

【図14】第２の実施形態のレベル制御装置を用いた場合の油面レベルと時間との関係を示す図である。

【図15】第２の実施形態のレベル制御装置を用いた場合のストッパーの開度と時間との関係を示す図である。

【図16】図１５の０〜２０［ｓｅｃ］の部分を拡大して示す図である。

【図17】湯面レベルの実績の目標値に対する偏差の平均値と標準偏差を示す図である。

【図18】ストッパーの開度の実績の開度指令ＭＶに対する偏差の標準偏差を示す図である。

【図19】第１の従来技術におけるレベル制御装置の構成を示す図である。

【図20】第２の従来技術におけるレベル制御装置の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。尚、各図では、説明の都合上、説明に必要な部分のみを省略化又は簡略化して示す。
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態の連続鋳造機の湯面レベル制御装置を適用した連続鋳造機の構成の一例を示す図である。尚、以下の説明では、連続鋳造機の湯面レベル制御装置を必要に応じてレベル制御装置と略称する。
図１において、連続鋳造機は、タンディッシュ１１と、浸漬ノズル１２と、ストッパー１３と、鋳型（モールド）１４と、ピンチロール１５と、冷却スプレー１６とを有する。

【0026】

タンディッシュ１１は、不図示の取鍋から供給された溶鋼（金属溶湯）１７を一時的に貯留する。
鋳型１４は、タンディッシュ１１と間隔を有して、タンディッシュ１１の下方に配置される。鋳型１４は、例えば筒形状を有する。また、鋳型１４は水冷される。
浸漬ノズル１２は、タンディッシュ１１に貯留されている溶鋼１７を鋳型１４の内部に注入する。浸漬ノズル１２は、その基端がタンディッシュ１１の底面に位置するとともに、先端側の所定の領域が鋳型１４の内部に位置するように配置される。また、浸漬ノズル１２の内部とタンディッシュ１１の内部は連通している。

【0027】

ストッパー１３は、タンディッシュ１１から浸漬ノズル１２に供給される溶鋼１７の供給量を制御するためのものであり、タンディッシュ１１と浸漬ノズル１２との接続部分に配置される。ストッパー１３は、高さ方向（図１の上下方向）に移動する。ストッパー１３が最も低い位置にあるときに、タンディッシュ１１と浸漬ノズル１２との接続部分は全閉する。ストッパー１３が当該位置よりも高い位置に位置するほど、タンディッシュ１１と浸漬ノズル１２との接続部分の開口面積が増加する。ストッパー１３が所定の上限位置まで上昇すると、タンディッシュ１１から浸漬ノズル１２に供給される溶鋼１７の供給量は最大となる。

【0028】

鋳型１４から下方に引き出された鋼（の相互に対向する端部）の搬送経路に沿うように、複数対のピンチロール１５が配置される。ピンチロール１５の外側には、鋳型１４から下方に引き出された鋼を冷却するための冷却水を当該鋼に対して噴射する複数の冷却スプレー１６が配置される。
このように、鋳型１４の内部の注入された溶鋼は、鋳型１４で冷却され、その表面から凝固殻１８が形成されて凝固する。表面は凝固殻１８となっているが内部は凝固していない鋼が、ピンチロール１５によって挟まれながら鋳型１４の下端部から連続的に引き出される。このようにして鋳型１４から引き出される過程で、冷却スプレー１６から噴射される冷却水によって鋼の冷却を進めることで、内部まで鋼を凝固させる。このようにして凝固した鋼は、図示しない連続鋳造機の下流側で所定の大きさに切断され、スラブ、ブルーム、ビレッド等、断面の形状が異なる鋳片が製造される。

【0029】

以上のような連続鋳造機の鋳型１４の内部に滞留する溶鋼の表面を臨むように、鋳型１４の上方に、レベル計１９が配置される。レベル計１９は、鋳型１４の内部に滞留する溶鋼１７の表面の高さ位置（湯面レベル）を検出する。
レベル制御装置１００は、レベル計１９で検出された溶鋼の高さ位置を湯面レベルとして入力し、ストッパー１３の開度の変更分を表すパルス信号である開閉パルス信号を出力する。レベル制御装置１００の詳細については後述する。

【0030】

ＳＴ制御装置２００は、油圧シリンダー３００を動作させるためのパルスモータの駆動回路を備える。ＳＴ制御装置２００は、レベル制御装置１００から出力された開閉パルス信号を入力して、当該駆動回路等による処理を行った後の開閉パルス信号を、油圧シリンダー３００に出力する。尚、レベル制御装置１００は、開閉パルス信号の代わりに、当該開閉パルス信号に含まれる情報を表すアナログ信号をＳＴ制御装置２００に出力することができる。この場合、ＳＴ制御装置２００は、レベル制御装置１００から出力されたアナログ信号に基づいて開閉パルス信号を生成して油圧シリンダー３００に出力する。

【0031】

油圧シリンダー３００は、パルスモータを備える。パルスモータは、ＳＴ制御装置２００から送信される開閉パルス信号に基づいて回転し、この回転により、油圧シリンダー３００のロッドの位置を変更する。油圧シリンダー３００は、公知の技術で実現できるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。

【0032】

図２は、連続鋳造機の湯面レベル制御装置１００ａの構成の第１の例を示す図である。レベル制御装置１００ａのハードウェアは、例えば、プログラマブルコントローラ又はパーソナルコンピュータを用いることにより実現することができる。
図２において、減算器１０１は、レベル計１９から、溶鋼の表面の高さ位置の情報を逐次入力する。減算器１０１は、溶鋼の表面の高さ位置の目標値から、レベル計１９から入力した溶鋼の表面の高さ位置の実測値を減算し、溶鋼の表面の高さ位置の実測値の目標値からの偏差を計算する。

【0033】

ＰＩＤ制御部１０２は、減算器１０１で計算された偏差を入力とするＰＩＤ演算を一定の制御周期で行うことで、当該偏差を解消するために必要なストッパー１３の目標開度を開度指令ＭＶとして生成する。本実施形態では、ストッパー１３の開度は、運転状態の釣り合い点のときに０（ゼロ）をとるものとする。また、ストッパー１３の開度は、このときよりもストッパー１３が開く場合に正の値となり、閉まる場合に負の値をとるものとする。開度指令ＭＶは、このようなストッパー１３の開度の指示値である。尚、運転状態が釣り合うとは、鋳型１４の水平断面積と鋳造速度（鋳型１４から引き抜かれる鋼の引き抜き速度）とを乗算した値と、ストッパー１３の開度により定まる浸漬ノズル１２の開口面積とタンディッシュ１１から鋳型１４に流出する溶鋼の流出速度とを乗算した値と、の釣り合いがとれることをいう。

【0034】

差分化部１０３は、以下の（２）式の計算を行って、開度指令の差分ΔＭＶを計算する。
ΔＭＶ（ｉ）＝ＭＶ（ｉ）−ＭＶ（ｉ−１） ・・・（２）
（２）式において、ＭＶは、ＰＩＤ制御部１０２で生成された開度指令である。また、変数ｉは、レベル制御装置１００ａの制御周期が経過する（開閉パルス信号の計算を開始する）たびに、１から順にインクリメントされる正の整数である。すなわち、ＭＶ（ｉ）は、レベル制御装置１００ａの今回の制御周期で得られた開度指令であり、ＭＶ（ｉ−１）は、レベル制御装置１００ａの前回の制御周期で得られた開度指令である。

【0035】

加算器１０４は、以下の（３）式により、開度指令の差分の補正値ΔＭＶＢを計算する。
ΔＭＶＢ（ｉ）＝ΔＭＶ（ｉ）+ΔＭＶＡ（ｉ−１） ・・・（３）
（３）式において、ΔＭＶＡは、後述する切り捨て処理部１０７から出力された剰余（開度指令の差分の補正値ΔＭＶＢを、ストッパー１３の最小操作量ΔＮで除した商の小数点以下の部分）である。この（３）式の計算を行うことによって、前回の開度指令の差分ΔＭＶのうち、前回の開閉パルス信号に反映することができなかった部分を、今回の開閉パルス信号の計算に反映させることができる。

【0036】

ここで、ストッパー１３の最小操作量ΔＮは、ストッパー１３の開度の分解能に対応するものであり、パルスモータの単位ステップ（１ステップ）の回転により変更されるストッパー１３の開度（油圧シリンダー３００のロッドの移動量）を表す。ストッパー１３の最小操作量ΔＮ［ｍｍ］は、以下の（４）式で表される。
ΔＮ＝ＭＰＷ×ＳＶ×１０００ ・・・（４）
（４）式において、ＭＰＷは、パルス発生器１０８で生成される開閉パルス信号の最小パルス幅［ｍｓｅｃ］である。ＳＶは、ストッパー１３（油圧シリンダー３００のロッド）の移動速度［ｍｍ／ｓｅｃ］である。本実施形態では、ストッパー１３の移動速度ＳＶは、一定であり、予め定められるものとする。
このように、ストッパー１３の最小操作量ΔＮ［ｍｍ］は、ＳＴ制御装置２００で受け付けることができるパルス幅の最小値に相当する時間内に、ストッパー１３（油圧シリンダー３００のロッド）を移動させることができる距離を表す。本実施形態では、ストッパー１３の開度を大きくする方向（正の方向）のストッパー１３の最小操作量ΔＮを正の値とし、小さくする方向（負の方向）のストッパー１３の最小操作量ΔＮを負の値とする。

【0037】

パルス発生器１０８では、最小パルス幅ＭＰＷよりも小さいパルス幅の開閉パルス信号を出力することができない。ＳＴ制御装置２００やパルスモータで最小パルス幅ＭＰＷよりも小さいパルス幅の開閉パルス信号を識別できないことや、レベル制御装置１００ａのパルス発生器１０８で最小パルス幅ＭＰＶよりも小さいパルス幅の開閉パルス信号を生成できないこと等によって、このような最小パルス幅ＭＰＷが生じる。このように最小パルス幅ＭＰＷは、システムの制約により予め定められるものである。

【0038】

除算器１０５は、以下の（５）式のように、加算器１０４で計算された開度指令の差分の補正値ΔＭＶＢを、ストッパー１３の最小操作量ΔＮで除して、その商Ｘｎの整数部分の値である整数値Ｎを計算する。
Ｎ（ｉ）＝切り捨て（ΔＭＶＢ（ｉ）÷ΔＮ） ・・・（５）
（５）式において、切り捨て（Ｘ）は、商Ｘの絶対値を超えない大きさの整数値であって、商Ｘに最も近い整数値を与える関数である。

【0039】

上下限判定部１０６は、除算器１０５で計算された整数値Ｎが、下限値−ＮＭＡＸから上限値ＮＭＡＸまでの範囲内にあるか否かを判定する（発明が解決しようとする課題の欄に示した（１）式を参照）。ここで、整数値Ｎの上限値ＮＭＡＸは、以下の（６）式で表される。
ＮＭＡＸ＝ΔＴ×ＳＶ×１０００÷ΔＮ ・・・（６）
（６）式において、ΔＴは、レベル制御装置１００ａの（１つの開閉パルス信号を生成するための）制御周期［ｍｓｅｃ］である。
また、上下限判定部１０６は、（５）式で計算した整数値Ｎをパルス発生器１０８に出力する。

【0040】

切り捨て処理部１０７は、以下の（７）式により、開度指令の差分の補正値ΔＭＶＢを、ストッパー１３の最小操作量ΔＮで除した商の小数点以下の部分の値である剰余ΔＭＶＡを計算する。
ΔＭＶＡ（ｉ）＝ΔＭＶＢ（ｉ）−Ｎ（ｉ）×ΔＮ ・・・（７）

【0041】

切り捨て処理部１０７は、上下限判定部１０６により、除算器１０５で計算された整数値Ｎが、下限値−ＮＭＡＸから上限値ＮＭＡＸまでの範囲内にあると判定された場合に、（７）式で計算した剰余ΔＭＶＡを加算器１０４に出力する。一方、上下限判定部１０６により、除算器１０５で計算された整数値Ｎが、下限値−ＮＭＡＸから上限値ＮＭＡＸまでの範囲内にないと判定された場合、切り捨て処理部１０７は、（７）式で計算した剰余ΔＭＶＡを加算器１０４に出力しない。この場合、切り捨て処理部１０７は、例えば、０（ゼロ）を剰余ΔＭＶＡとして加算器１０４に出力する。

【0042】

パルス発生器１０８は、上下限判定部１０６から出力された整数値Ｎに、パルス発生器１０８で生成される開閉パルス信号の最小パルス幅ＭＰＷを乗じたパルス幅を有し、且つ、整数値Ｎの符号に対応する極性を有するパルス信号を、変数ｉで特定されるレベル制御装置１００ａの今回の制御周期における開閉パルス信号として、ＳＴ制御装置２００と積算カウンタ１０９に出力する。
積算カウンタ１０９は、以下の（８）式の計算を行って、ストッパー１３（油圧シリンダー３００のロッド）の移動量の積算値ＭＶＳを計算する。

【0043】

【数1】

【0044】

以上のように、本発明者らは、図２に示すようにしてレベル制御装置１００ａを構成すれば、パルスの飽和が発生した場合には、開度指令の差分の補正値ΔＭＶＢを、ストッパー１３の最小操作量ΔＮで除した値の剰余ΔＭＶＡを、開度指令の差分ΔＭＶに加算しないようにすることで、前述した課題を解決できることを見出した。一方で、本発明者らは、図２に示す構成にした場合、パルスの飽和が発生すると、剰余ΔＭＶＡの切り捨てに伴い、開度指令ＭＶと、ストッパー１３（油圧シリンダー３００のロッド）の移動量の積算値ＭＶＳとの乖離が発生することを見出した。

【0045】

このような知見を踏まえ、本発明者らは、図３に示すようにしてレベル制御装置を構成することを見出した。
図３は、連続鋳造機の湯面レベル制御装置１００ｂの構成の第２の例を示す図である。レベル制御装置１００ｂのハードウェアも、例えば、プログラマブルコントローラ又はパーソナルコンピュータを用いることにより実現することができる。
図３に示すレベル制御装置１００ｂは、図２に示したレベル制御装置１００ａの差分化部１０３に代えて減算器１１０を設けたものである。この減算器１１０は、開度指令ＭＶから、積算カウンタ１０９により出力（フィードバック）されたストッパー１３（油圧シリンダー３００のロッド）の移動量の積算値ＭＶＳを減算して開度指令の差分ΔＭＶを計算する。

【0046】

具体的に、減算器１１０は、以下の（９）式により、開度指令の差分ΔＭＶを計算する。
ΔＭＶ（ｉ）＝ＭＶ（ｉ）−ＭＶＳ（ｉ−１） ・・・（９）
（９）式において、ＭＶは、前述したようにＰＩＤ制御部１０２で生成された開度指令である。ＭＶＳは、積算カウンタ１０９により出力された、ストッパー１３（油圧シリンダー３００のロッド）の移動量の積算値である。
開度指令の差分ΔＭＶは、これまでにレベル制御装置１００で生成されたストッパー１３の開度が、新たに生成された今回の開度指令ＮＶ（ｉ）と、どのくらい異なるかを示すものである。
このようにして得られた開度指令の差分ΔＭＶが加算器１０４に出力される。

【0047】

積算カウンタ１０９は、前述したように（８）式の計算を行って、ストッパー１３（油圧シリンダー３００のロッド）の移動量の積算値ＭＶＳを計算する。図３に示すレベル制御装置１００ｂでは、ストッパー１３（油圧シリンダー３００のロッド）の移動量の積算値ＭＶＳは、ストッパー１３の開度の実績値として、減算器１１０に出力される。
レベル制御装置１００ｂのこの他の構成は、図２に示したレベル制御装置１００ａの構成と同じであるので、ここでは当該構成の詳細な説明を省略する。

【0048】

以上のように本実施形態では、除算器１０５で計算された整数値Ｎが、下限値−ＮＭＡＸから上限値ＮＭＡＸまでの範囲にない場合（パルスの飽和が発生した場合）には、開度指令の差分の補正値ΔＭＶＢをストッパー１３の最小操作量ΔＮで除した値の剰余ΔＭＶＡを、レベル制御装置１００の次回の制御周期において、開度指令の差分ΔＭＶに加算しないようにした。したがって、パルス飽和があった場合に開度指令の差分ΔＭＶを過剰に補正することを抑制することができる。よって、油圧シリンダー３００のロッドを過剰に移動させることがなくなり、ストッパー１３の開度が必要以上に大きく（又は小さく）なってしまうことを抑制することができる。これにより、タンディッシュ１１から鋳型１４内へ注入する溶鋼の注入量が必要以上に多く（又は小さく）なり、鋳型１４内の溶鋼の湯面レベルを必要以上に変動させてしまうことを抑制することができる。また、パルス飽和があった場合に開度指令の差分ΔＭＶを過剰に補正しないので、積算カウンタ１０９から出力されたストッパー１３（油圧シリンダー３００のロッド）の移動量の積算値ＭＶＳはハンチングせずに、開度指令ＭＶに滑らかに追従するようになる。

【0049】

また、図３に示すように、開度指令ＭＶから、ストッパー１３（油圧シリンダー３００のロッド）の移動量の積算値ＭＶＳを減算して開度指令の差分ΔＭＶを生成して加算器１０４に出力した。したがって、パルスの飽和があった場合に、開度指令ＭＶと、ストッパー１３（油圧シリンダー３００のロッド）の移動量の積算値ＭＶＳとが乖離することを確実に抑制することができる。このように図３に示す構成にするのが好ましいが、図２に示す構成にしても、パルス飽和があった場合に開度指令の差分ΔＭＶを過剰に補正しないので、図２に示す構成を採用してもよい。

【0050】

本実施形態では、タンディッシュ１１から鋳型１４内へ注入する溶鋼の注入量を調整するアクチュエータとして、ストッパー１３を用いた場合を例に挙げて説明した。しかしながら、タンディッシュ１１から鋳型１４内へ注入する溶鋼の注入量を制御するアクチュエータは、ストッパー１３に限定されるものではない。
図４は、本実施形態の連続鋳造機のレベル制御装置を適用した連続鋳造機の構成の変形例を示す図である。

【0051】

図４に示す連続鋳造機では、図１に示した連続鋳造機に配置したストッパー１３に代えて、スライディングノズル２０を配置したものである。連続鋳造機のその他の構成は、図１に示した連続鋳造機の構成と同じである。
スライディングノズル２０は、ストッパー１３と同様に、タンディッシュ１１から浸漬ノズル１２に供給される溶鋼１７の供給量を制御するためのものであり、浸漬ノズル１２の上部に配置される。スライディングノズル２０は、ゲート板２１を有する。ゲート板２１が水平方向に移動することにより、スライディングノズル２０の開度（浸漬ノズル１２の開口面積）が変化する。

【0052】

レベル制御装置１００は、前述したレベル制御装置１００ａ、１００ｂと同じ構成を有する。ただし、前述した説明において、ストッパー１３（油圧シリンダー３００）に関する部分がスライディングノズル（油圧シリンダー５００）に関するものになる。
具体的に説明すると、スライディングノズル２０の開度は、例えば、運転状態の釣り合い点のときに０（ゼロ）となり、このときよりもスライディングノズル２０が開く場合に正の値となり、スライディングノズル２０が閉まる場合に負の値をとるものとする。ＭＶは、このような開度の指示値である開度指令になる。次に、ＭＶＳは、スライディングノズル２０（油圧シリンダー５００のロッド）の移動量の積算値になる。次に、ΔＮは、スライディングノズル２０の最小操作量になる。最後に、ＳＶは、スライディングノズル２０（油圧シリンダー５００のロッド）の移動速度［ｍｍ／ｓｅｃ］になる。

【0053】

ＳＮ制御装置４００は、油圧シリンダー５００を動作させるためのパルスモータの駆動回路を備える。ＳＮ制御装置４００は、図１に示したＳＴ制御装置２００と同様に、レベル制御装置１００から出力された開閉パルス信号を入力して、当該駆動回路等による処理を行った後の開閉パルス信号を、油圧シリンダー５００に出力する。尚、前述したように、レベル制御装置１００が、開閉パルス信号に含まれる情報を表すアナログ信号をＳＮ制御装置４００に出力する場合、ＳＮ制御装置４００は、レベル制御装置１００から出力されたアナログ信号に基づいて開閉パルス信号を生成して油圧シリンダー５００に出力する。

【0054】

油圧シリンダー５００は、図１に示した油圧シリンダー３００と同様に、パルスモータを備える。パルスモータは、ＳＮ制御装置４００から送信される開閉パルス信号に基づいて回転し、この回転により、油圧シリンダー５００のロッドの位置を変更する。図１に示した油圧シリンダー３００は、ストッパー１３のロッドを高さ方向に動かせるように配置される。これに対し、図４に示す油圧シリンダー５００は、スライディングノズル２０のゲート板２１を水平方向に動かせるように配置される。

【0055】

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
前述した第１の実施形態では、ストッパー１３（油圧シリンダー３００のロッド）の移動量の積算値の、開度指令ＭＶからの偏差を、開度指令の差分ΔＭＶとし、当該開度指令の差分ΔＭＶを一度に解消する場合を例に挙げて説明した。これに対し、本実施形態では、パルスの飽和によって開閉パルス信号に含めることができなかった部分を、ストッパー１３（又はスライディングノズル２０）の最小操作量ΔＮの単位で、次回の開閉パルス信号に反映させる。このように本実施形態と第１の実施形態とは、レベル制御装置の構成のうち、パルスの飽和を抑制するための構成等が主として異なる。したがって、本実施形態の説明において、第１の実施形態と同一の部分については、図１〜図４に付した符号と同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

【0056】

尚、本実施形態では、タンディッシュ１１から鋳型１４内へ注入する溶鋼の注入量を制御するアクチュエータとして、ストッパー１３を用いた場合を例に挙げて説明する。ただし、本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、かかるアクチュエータとして、スライディングノズル２０等を用いることができる。

【0057】

図５は、連続鋳造機の湯面レベル制御装置１００ｃの構成の第３の例を示す図である。レベル制御装置１００ｃのハードウェアは、例えば、プログラマブルコントローラ又はパーソナルコンピュータを用いることにより実現することができる。
本実施形態のレベル制御装置１００ｃでも、第１の実施形態のレベル制御装置１００ａ、１００ｂと同様に、ＰＩＤ制御部１０２によって開度指令ＭＶが生成される。また、レベル制御装置１００ａと同様に、差分化部１０３による前述した（２）式の計算により、開度指令の差分ΔＭＶが計算される。

【0058】

加算器６０１は、差分化部１０３から出力された開度指令の差分ΔＭＶを用いて、以下の（１０）式の計算を行い、開度指令の差分の補正値ΔＭＶＢを計算する。
ΔＭＶＢ（ｉ）＝ΔＭＶ（ｉ）＋ΔＭＶＡ（ｉ−１）＋ΔＭＶＣ（ｉ−１） ・・・（１０）
（１０）式において、ΔＭＶＣ（ｉ−１）は、後述する最小パルス幅補正部６０２から出力される補正操作量である。補正操作量ΔＭＶＣの絶対値としてとり得る値は、例えば、ストッパー１３の最小操作量ΔＮである。

【0059】

第１の実施形態で説明したように、切り捨て処理部１０７は、除算器１０５で計算された整数値Ｎ（開度指令の差分の補正値ΔＭＶＢを、ストッパー１３の最小操作量ΔＮで除した商の整数部分）が、上下限判定部１０６で下限値−ＮＭＡＸから上限値ＮＭＡＸまでの範囲にあると判定された場合に限り、当該商の小数点以下の部分である剰余ΔＭＶＡを加算器１０４に出力する。
パルス発生器１０８は、第１の実施形態で説明したのと同様の開閉パルス信号を、ＳＴ制御装置２００と積算カウンタ１０９に出力する。
積算カウンタ１０９は、第１の実施形態で説明した（８）式の計算を行って、ストッパー１３（油圧シリンダー３００のロッド）の移動量の積算値ＭＶＳを計算し、指令比較判定部６０３に出力する。

【0060】

指令比較判定部６０３は、以下の（１１）式、（１２）式の計算を行う。すなわち、指令比較判定部６０３は、積算カウンタ１０９により出力されたストッパー１３（油圧シリンダー３００のロッド）の移動量の積算値ＭＶＳから、開度指令ＭＶを減算した値が正の閾値Ｔｈを上回るか否かを判定する。また、指令比較判定部６０３は、積算カウンタ１０９から出力されたストッパー１３（油圧シリンダー３００のロッド）の移動量の積算値ＭＶＳから、開度指令ＭＶを減算した値が負の閾値−Ｔｈを下回るか否かを判定する。
ＭＶＳ（ｉ−１）−ＭＶ（ｉ）＞Ｔｈ ・・・（１１）
ＭＶＳ（ｉ−１）−ＭＶ（ｉ）＜−Ｔｈ ・・・（１２）
（１１）式、（１２）式において、本実施形態では、閾値Ｔｈ、−Ｔｈの絶対値は同じであるものとする。また、閾値Ｔｈ、−Ｔｈの絶対値として、例えば、ストッパー１３の最小操作量ΔＮの絶対値を採用することができる。

【0061】

最小パルス幅補正部６０２は、指令比較判定部６０３により、積算カウンタ１０９により出力されたストッパー１３（油圧シリンダー３００のロッド）の移動量の積算値ＭＶＳから、開度指令ＭＶを減算した値が正の閾値Ｔｈを上回ると判定された場合、補正操作量ΔＭＶＣとして、ストッパー１３の正の方向の最小操作量＋ΔＮ（＞０）を選択する。
一方、積算カウンタ１０９から出力されたストッパー１３（油圧シリンダー３００のロッド）の移動量の積算値ＭＶＳから、開度指令ＭＶを減算した値が負の閾値−Ｔｈを下回ると判定された場合、最小パルス幅補正部６０２は、補正操作量ΔＭＶＣとして、ストッパー１３の負の方向の最小操作量−ΔＮ（＜０）を選択する。

【0062】

さらに、指令比較判定部６０３により、積算カウンタ１０９により出力されたストッパー１３（油圧シリンダー３００のロッド）の移動量の積算値ＭＶＳから、開度指令ＭＶを減算した値が、負の閾値−Ｔｈから正の閾値Ｔｈまでの範囲にある場合、最小パルス幅補正部６０２は、補正操作量ΔＭＶＣとして、０（ゼロ）を選択する。
以上のようにして最小パルス幅補正部６０２により得られた補正操作量ΔＭＶＣが、加算器６０１に出力される。

【0063】

以上のように本実施形態では、ストッパー１３（油圧シリンダー３００のロッド）の移動量の積算値ＭＶＳから、開度指令ＭＶを減算した値が閾値Ｔｈを上回る（閾値−Ｔｈを下回る）場合に、ストッパー１３の最小操作量＋ΔＮ（−ΔＮ）に相当する補正操作量ΔＭＶＣを、剰余ΔＭＶＡ（開度指令の差分の補正値ΔＭＶＢを、ストッパー１３の最小操作量ΔＮで除した商の小数点以下の部分）とともに、開度指令の差分ΔＭＶに加算するようにした。
したがって、第１の実施形態で説明したように、パルス飽和があった場合に開度指令の差分ΔＭＶを過剰に補正することを抑制することができるとともに、ストッパー１３（油圧シリンダー３００のロッド）の移動量の積算値ＭＶＳを開度指令ＭＶに滑らかに追従させることができる。

【0064】

また、本実施形態では、開度指令ＭＶと、ストッパー１３（油圧シリンダー３００のロッド）の移動量の積算値ＭＶＳとの差分を、ストッパー１３の最小操作量＋ΔＮ（−ΔＮ）に相当する補正操作量ΔＭＶＣの単位で整数値Ｎの計算に反映させるようにした。したがって、開度指令ＭＶと、ストッパー１３（油圧シリンダー３００のロッド）の移動量の積算値ＭＶＳとの差分を補正操作量ΔＭＶＣの単位で解消することになる。よって、浸漬ノズル１２の溶損等があることによって、湯面レベルの制御ゲインが相対的に高まり、これにより湯面レベルがハンチングする場合でも、パルスの飽和に伴う補正によってパルスの飽和が起こりやすくなることを抑制することができる。

【0065】

尚、本実施形態では、補正操作量ΔＭＶＣを加算器６０１で加算する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、図５に示した加算器６０１を図２に示した加算器１０４に置き換えるとともに、除算器１０５と上下限判定部１０６との間に、整数値Ｎと補正操作量ΔＭＶＣとを加算する加算器を設けるようにしてもよい。

【0066】

尚、以上説明した本発明の実施形態は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体及び前記プログラム等のコンピュータプログラムプロダクトも本発明の実施形態として適用することができる。記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。
また、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

【0067】

（実施例）
次に、本発明の実施例について説明する。
ここでは、以下の条件で、特許文献１（図１９）、特許文献２（図２０）、第１の実施形態（図３）、第２の実施形態（図５）のレベル制御装置により、図１に示す連続鋳造機におけるストッパー１３の位置（溶鋼１７の表面の高さ位置（湯面レベル））を制御するシミュレーションを、コンピュータを用いて行った。尚、レベル制御装置を異ならせた他は、全て同じ条件でシミュレーションを行った。
ストッパー１３の移動速度ＳＶ＝２．０［ｍｍ／ｓｅｃ］
最大パルス幅＝５０［ｍｓｅｃ］
最小パルス幅＝１０［ｍｓｅｃ］

【0068】

図６〜図１８にその結果を示す。
図６は、特許文献１のレベル制御装置を用いた場合の油面レベルと時間との関係を示す図であり、図７は、特許文献１に記載の技術を用いた場合のストッパー１３の開度と時間との関係を示す図である。図８は、特許文献２のレベル制御装置を用いた場合の油面レベルと時間との関係を示す図であり、図９は、特許文献２に記載の技術を用いた場合のストッパー１３の開度と時間との関係を示す図である。また、図１０は、図９の０〜２０［ｓｅｃ］の部分を拡大して示す図である。同様に、図１１、図１４は、それぞれ、第１、第２の実施形態のレベル制御装置１００ｂ、１００ｃを用いた場合の油面レベルと時間との関係を示す図であり、図１２、図１５は、それぞれ、第１、第２の実施形態のレベル制御装置１００ｂ、１００ｃを用いた場合のストッパー１３の開度と時間との関係を示す図であり、図１３、図１６は、それぞれ、図１２、図１５の０〜２０［ｓｅｃ］の部分を拡大して示す図である。

【0069】

図６、図８、図１１、図１４において、縦軸の湯面レベルの値は、湯面レベルの目標値を０（ゼロ）として規格化した値である。また、図７、図９、図１０、図１２、図１３、図１５、図１６において、縦軸のストッパーの開度の値は、運転状態の釣り合い点のときの値を０（ゼロ）として規格化した値である。また、図６〜図１６において、シミュレーションを開始したタイミングの時間を０（ゼロ）とした。

【0070】

図６、図８、図１１、図１４において、ＬＴは、湯面レベルの目標値であり、ＬＭ１、ＬＭ２、ＬＭ３、ＬＭ４は、シミュレーションにより得られた湯面レベルの実績である。また、図７、図９、図１０、図１２、図１３、図１５、図１６において、ＭＶは、開度指令であり、ＭＶＳ１、ＭＶＳ２、ＭＶＳ３、ＭＶＳ４は、シミュレーションにより得られた開度の実績（ストッパー１３の移動量の積算値）である。

【0071】

まず、特許文献１に記載の技術の結果について説明する。
図６に示すように、特許文献１に記載の技術では、パルスの飽和により、湯面レベルの実績ＬＭ１は、目標値ＬＴに追従しきれずに、時間の経過に伴い、目標値ＬＴに対する偏差は拡大する。これにより、図７に示すように、開度指令ＭＶに対する偏差も時間の経過に伴い拡大する。

【0072】

次に、特許文献２に記載の技術の結果について説明する。
特許文献２に記載の技術では、開度指令ＭＶから、ストッパー１３の移動量の積算値ＭＶＳを減算して、開度指令の差分ΔＭＶを算出し、開度指令の差分ΔＭＶを、整数値Ｎに反映させる。したがって、図８に示すように、パルスの飽和があっても、湯面レベルの実績ＬＭ２と目標値ＬＴとの乖離は解消される。また、図９に示すように、開度指令ＭＶに対する偏差の拡大も抑制される。
しかしながら、特許文献２に記載の技術では、加算器２００４によって、除算器２００５で得られた剰余ΔＭＶＡの分だけ過剰に補正をすることになる。したがって、図１０に示すように、開度指令ＭＶに対し、開度の実績ＭＶ２は、ハンチングしながら追従する。

【0073】

次に、第１の実施形態の結果について説明する。
第１の実施形態でも、開度指令ＭＶから、ストッパー１３の移動量の積算値ＭＶＳを減算して、開度指令の差分ΔＭＶを算出し、開度指令の差分ΔＭＶを、整数値Ｎに反映させる。したがって、図１１に示すように、パルスの飽和があっても、湯面レベルの実績ＬＭ２と目標値ＬＴとの乖離は解消される。また、図１２に示すように、開度指令ＭＶに対する偏差の拡大も抑制される。さらに、パルスの飽和が発生した場合には、開度指令の差分の補正値ΔＭＶＢを、ストッパー１３の最小操作量ΔＮで除した値の剰余ΔＭＶＡを、レベル制御装置１００の次回の制御周期において、開度指令の差分ΔＭＶに加算しない。したがって、図１３に示すように、開度指令ＭＶに対し、開度の実績ＭＶ３は、ハンチングせずに滑らかに追従する。

【0074】

次に、第２の実施形態の結果について説明する。
第２の実施形態では、ストッパー１３の移動量の積算値ＭＶＳから、開度指令ＭＶを減算した値が閾値Ｔｈを上回る（閾値−Ｔｈを下回る）場合に、ストッパー１３の最小操作量＋ΔＮ（−ΔＮ）に相当する補正操作量ΔＭＶＣを、開度指令の差分ΔＭＶに加算する。したがって、図１４に示すように、パルスの飽和があっても、湯面レベルの実績ＬＭ２と目標値ＬＴとの乖離は解消される。また、図１５に示すように、開度指令ＭＶに対する偏差の拡大も抑制される。さらに、パルスの飽和が発生した場合には、開度指令の差分の補正値ΔＭＶＢを、ストッパー１３の最小操作量ΔＮで除した値の剰余ΔＭＶＡを、レベル制御装置１００の次回の制御周期において、開度指令の差分ΔＭＶに加算しない。したがって、図１６に示すように、開度指令ＭＶに対し、開度の実績ＭＶ４は、ハンチングせずに滑らかに追従する。尚、第１の実施形態に比べると、剰余ΔＭＶＡの値が小さくなる傾向にあるので、開度指令ＭＶに対し、開度の実績ＭＶ４は、若干遅れ気味に追従する。

【0075】

図１７は、図６、図８、図１１、図１４に示した結果から求めた、湯面レベルの実績ＬＭ１、ＬＭ２、ＬＭ３、ＬＭ４の目標値ＬＴに対する偏差の平均値と標準偏差を示す図である。
図１７に示す平均値が小さいほど、湯面レベルの実績ＬＭ１、ＬＭ２、ＬＭ３、ＬＭ４が目標値ＬＴによく追従できていることになる。また、図１７に示す標準偏差が小さいほど、湯面レベルの変動を抑制できていることになる。

【0076】

図１７に示すように、特許文献１に記載の技術では、パルスの飽和が生じた場合の補正を行わないため、平均値も標準偏差も大きくなり、湯面レベルの目標値ＬＴに対する偏差を解消することができない。これに対し、特許文献２に記載の技術では、パルスの飽和が生じた場合に補正を行うので、特許文献１に記載の技術を用いた場合に比べて、平均値も標準偏差も小さくなり、湯面レベルの目標値ＬＴに対する偏差を解消することができる。しかしながら、特許文献２に記載の技術では、パルスの飽和が生じた場合の補正が過剰であるので、第１、第２の実施形態で説明したレベル制御装置１００ｂ、１００ｃを用いた場合に比べ、標準偏差が大きくなる。これに対し、第１、第２の実施形態では、平均値も標準偏差も小さくなる。このように、第１、第２の実施形態で説明したレベル制御装置１００ｂ、１００ｃを用いると、平均値を、特許文献２に記載の技術と同程度にしつつ、標準偏差を、特許文献２に記載の技術よりも更に改善することができる。したがって、第１、第２の実施形態のようにすることによって、湯面レベルの目標値に対する追従性と、湯面レベルの変動の双方において優れたレベル制御装置を実現することができる。

【0077】

また、図１８は、図７、図９、図１２、図１５に示した結果から求めた、ストッパー１３の開度の実績ＭＶＳ１、ＭＶＳ２、ＭＶＳ３、ＭＶＳ４の開度指令ＭＶに対する偏差の標準偏差を示す図である。図１８に示す標準偏差が小さいほど、開度指令ＭＶに対して忠実なフィードバック信号が得られている（すなわち、適切なパルス信号への変換が行われている）ことになる。
図１８に示すように、特許文献１に記載の技術では、パルスの飽和が生じた場合の補正を行わないため、標準偏差が大きくなり、開度指令ＭＶに対して忠実なフィードバック信号を生成することができない。これに対し、特許文献２に記載の技術では、パルスの飽和が生じた場合に補正を行うので、特許文献１に記載の技術を用いた場合に比べて、標準偏差が小さくなり、開度指令ＭＶに応じたフィードバック信号を生成することができる。しかしながら、特許文献２に記載の技術では、パルスの飽和が生じた場合の補正が過剰であるので、第１、第２の実施形態で説明したレベル制御装置１００ｂ、１００ｃを用いた場合に比べ、標準偏差が大きくなる。これに対し、第１、第２の実施形態では、特許文献２に記載の技術を用いた場合よりも更に標準偏差を小さくなる。したがって、第１、第２の実施形態のようにすることによって、従来よりも、開度指令ＭＶに対して忠実なフィードバック信号を生成することができる。

【0078】

（請求項と実施形態との対応）
開度指令差分導出手段は、例えば、減算器１１０または差分化部１０３を用いることにより実現できる。
開度指令差分補正手段は、例えば、加算器１０４または６０１と切り捨て処理部１０７とを用いることにより実現できる。
除算手段は、例えば、除算器１０５を用いることにより実現できる。また、アクチュエータ操作量は、例えば、スライディングノズル或いはストッパーの最小操作量ΔＮに対応する。
上下限判定手段は、例えば、上下限判定部１０６を用いることにより実現できる。
パルス信号生成手段と出力手段は、例えば、パルス発生器１０８を用いることにより実現できる。
積算値導出手段は、例えば、積算カウンタ１０９を用いることにより実現できる。
指令比較判定手段は、例えば、指令比較判定部６０３を用いることにより実現できる。
補正値加算手段は、例えば、加算器６０１、最小パルス幅補正部６０２を用いることにより実現できる。

【符号の説明】

【0079】

１１ タンディッシュ
１２ 浸漬ノズル
１３ ストッパー
１４ 鋳型
１５ ピンチロール
１６ 冷却スプレー
１７ 溶鋼
１８ 凝固殻
２０ スライディングノズル
１００ レベル制御装置
１０１ 減算器
１０２ ＰＩＤ制御部
１０３ 差分化部
１０４ 加算器
１０５ 除算器
１０６ 上下限判定部
１０７ 切り捨て処理部
１０８ パルス発生器
１０９ 積算カウンタ
１１０ 減算器
６０１ 加算器
６０２ 最小パルス幅補正部
６０３ 指令比較判定部
２００ ＳＴ制御装置
３００、５００ 油圧シリンダー
４００ ＳＮ制御装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】