JP2012226464A - Process temperature control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、工業、化学プラントで加熱処理および冷却処理を必要とする製造プロセスなどにおいて、加熱および冷却処理時の温度制御を精度よく行うプロセス温度制御方法に関する。 The present invention relates to a process temperature control method for accurately performing temperature control during heating and cooling processing in a manufacturing process that requires heating and cooling processing in an industrial or chemical plant.
従来、工業・化学プラントなどでプロセス温度制御を行うのに、例えば最大加熱能力の異なる2系統の加熱機能を備えた加熱器と最大冷却能力の異なる2系統の冷却機能を備えた冷却器からなるシリンダを備えた押出機を利用している。当該押出機では、ペレット状のプラスチックを溶融させながら摩擦・剪断する過程でその溶融温度が制御されている。つまり、押出機に備わったシリンダの温度をセンサで測定し、測定結果の実測値と予め決めた目標値の偏差に対し、プラス側とマイナス側に閾値を設定する。冷却制御出力はプラス側の閾値に向けて小さくなり、これに対して加熱制御出力は、マイナス側の閾値に向けて小さくなるように制御されている。したがって、閾値の範囲では、加熱と冷却を同時に実行している(特許文献1参照)。 Conventionally, process temperature control in an industrial / chemical plant, for example, consists of a heater with two heating functions with different maximum heating capacities and a cooler with two cooling functions with different maximum cooling capacities. An extruder equipped with a cylinder is used. In the extruder, the melting temperature is controlled in the process of friction and shearing while the pellet-shaped plastic is melted. That is, the temperature of the cylinder provided in the extruder is measured by a sensor, and threshold values are set on the plus side and the minus side with respect to the deviation between the actually measured value of the measurement result and a predetermined target value. The cooling control output decreases toward the positive threshold value, while the heating control output is controlled to decrease toward the negative threshold value. Therefore, heating and cooling are simultaneously performed within the threshold range (see Patent Document 1).
従来のプロセス温度制御方法では、溶融した材料の目標温度と実測温度の偏差が±4〜5℃程度であれば温度コントロールできるものの、偏差が±1℃以下の範囲では温度コントロールできないといった問題ある。そこで、発明者は、当該問題を解決すべく実験を繰り返して鋭意検討した結果、次のような知見を得た。 In the conventional process temperature control method, the temperature can be controlled if the deviation between the target temperature of the molten material and the measured temperature is about ± 4 to 5 ° C., but the temperature cannot be controlled if the deviation is within ± 1 ° C. Therefore, as a result of intensive studies by repeating experiments to solve the problem, the inventors have obtained the following knowledge.
すなわち、目標温度の近傍において、シリンダ内に供給する冷却水の量を減らしてゆくと、当該シリンダに備わった流量バルブでは、微量の冷却水を一定量だけ供給しつづけることができないことが分かった。また、制御対象の溶融した材料を100℃より高い目標温度で冷却制御する場合において、シリンダに供給した冷却水による顕熱作用と気化熱による冷却によって押出機の除熱が行われている。ここで、気化熱による冷却は、顕熱作用による冷却効率(冷却水の単位量当たりの除熱量)よりも大きいので、シリンダへの冷却水の供給量の僅かな変化であっても気化熱による冷却精度に大きな誤差が生じ、ひいては目標温度の近傍でのプロセス温度制御を精度よく行えないことが分かった。 That is, it was found that if the amount of cooling water supplied into the cylinder is reduced near the target temperature, a small amount of cooling water cannot be continuously supplied by the flow valve provided in the cylinder. . Further, in the case of controlling the cooling of the melted material to be controlled at a target temperature higher than 100 ° C., the heat removal of the extruder is performed by the sensible heat action by the cooling water supplied to the cylinder and the cooling by the vaporization heat. Here, since the cooling by the heat of vaporization is larger than the cooling efficiency by the sensible heat action (the amount of heat removed per unit amount of cooling water), even if a slight change in the amount of cooling water supplied to the cylinder is caused by the heat of vaporization It was found that a large error occurred in the cooling accuracy, and as a result, the process temperature control near the target temperature could not be performed with high accuracy.
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、溶融した材料を目標温度の近傍で温度を精度よく制御可能なプロセス温度制御方法を提供することを主たる目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and a main object thereof is to provide a process temperature control method capable of accurately controlling the temperature of a molten material in the vicinity of a target temperature.
この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、溶融した材料の製造過程におけるプロセス温度制御方法において、
冷却器および加熱器を備えた容器の当該冷却器への冷却水の供給を一定に保てる最低流量に応じた流量バルブへの最低制御出力を予め決定し、
溶融した前記材料の製造過程で測定した当該材料の実測温度と予め決めた目標温度の偏差を求め、
当該偏差が目標温度の近傍にあるとき、最低制御出力によって最低流量の冷却水を前記冷却器に供給しつつ、前記加熱器による加熱を調整して前記容器内の溶融した材料の温度を制御する
ことを特徴とする。
In order to achieve such an object, the present invention has the following configuration.
That is, in the process temperature control method in the manufacturing process of the molten material,
The minimum control output to the flow valve according to the minimum flow rate that can keep the supply of the cooling water to the cooler of the container equipped with the cooler and the heater constant is determined in advance.
Find the deviation between the measured temperature of the material measured during the manufacturing process of the melted material and the predetermined target temperature,
When the deviation is in the vicinity of the target temperature, the temperature of the molten material in the container is controlled by adjusting the heating by the heater while supplying the cooling water with the minimum flow rate to the cooler by the minimum control output. It is characterized by that.
(作用・効果) 上記方法によれば、溶融した材料の目標温度と実測温度から求まる偏差が、当該目標温度の近傍にあるとき、一定量の冷却水を冷却器に供給可能な最低制御出力によって流量バルブの開度を固定する。溶融した材料の冷却が必要なときに、冷却器には一定量の冷却水が常に満たされているので、気化熱による冷却を安定させることがでる。したがって、偏差が目標値に収束してゆく過程で、偏差に応じて加熱器を操作して加熱によって冷却作用を相殺させて温度を調整するので、冷却器によって容器の除熱を精度よく行うことができ、ひいては目標温度の近傍で容器内の溶融した材料の温度制御を精度よく行える。 (Operation / Effect) According to the above method, when the deviation obtained from the target temperature and the measured temperature of the melted material is in the vicinity of the target temperature, the minimum control output capable of supplying a certain amount of cooling water to the cooler. Fix the opening of the flow valve. When the molten material needs to be cooled, the cooler is always filled with a certain amount of cooling water, so that the cooling by the heat of vaporization can be stabilized. Therefore, in the process where the deviation converges to the target value, the heater is operated according to the deviation and the cooling action is offset by heating to adjust the temperature. As a result, the temperature of the molten material in the container can be accurately controlled near the target temperature.
なお、前記プロセス温度制御方法において、目標温度の近傍におけるプロセス温度制御は、次のようにしてもよい。 In the process temperature control method, the process temperature control near the target temperature may be performed as follows.
偏差の少なくともマイナス側で前記偏差に基づいて流量バルブの開度を決定する制御出力を算出するに際し、前記最低制御出力を閾値として設定し、実測演算過程で当該閾値に達した時点から目標温度に達するまでの範囲で最低流量の冷却水を前記冷却器に供給しつつ、前記加熱器による加熱を調整する。 When calculating the control output for determining the opening of the flow valve based on the deviation at least on the minus side of the deviation, the minimum control output is set as a threshold, and the target temperature is reached from the time when the threshold is reached in the actual measurement calculation process. Heating by the heater is adjusted while supplying the cooling water with the lowest flow rate to the cooler until it reaches.
つまり、偏差がゼロになった時点で冷却器への冷却水の供給および加熱器による加熱を停止した後に、偏差のプラス側で加熱器による加熱制御に切り換える。 That is, after the deviation becomes zero, the cooling water supply to the cooler and the heating by the heater are stopped, and then the control is switched to the heating control by the heater on the plus side of the deviation.
この方法によれば、目標温度の近傍において、マイナス側の閾値から目標温度までの冷却の必要な範囲で冷却と加熱による温度制御を精度よく行うことができる。 According to this method, in the vicinity of the target temperature, temperature control by cooling and heating can be accurately performed within a necessary range from the minus threshold to the target temperature.
積極的な加熱による温度制御が必要な目標温度よりもプラス側の偏差の範囲では、加熱器のみで温度制御を行う。すなわち、当該範囲で冷却水による冷却と加熱器を利用して加熱した場合、加熱制御出力を大きくしてゆく過程で発生しがちなエネルギー効率の悪いといった不都合を回避することができる。 In the range of deviation on the plus side of the target temperature that requires temperature control by active heating, temperature control is performed only by the heater. That is, when cooling is performed with cooling water in the above range and heating is performed using a heater, inconveniences such as poor energy efficiency that tend to occur in the process of increasing the heating control output can be avoided.
なお、上記方法において、差のプラス側にも前記閾値を設定し、実測演算過程で当該閾値を超える時点から冷却器への冷却水の供給を停止し、加熱器による加熱制御に切り換えてもよい。 In the above method, the threshold value may be set on the plus side of the difference, and the supply of the cooling water to the cooler may be stopped when the threshold value is exceeded in the actual measurement calculation process, and the control may be switched to the heating control by the heater. .
この方法によれば、積極的な加熱を行う範囲で冷却と加熱による温度制御する場合、エネルギー効率は悪くなるものの、気化熱による冷却と加熱を精度よくコントロールすることにより、目標温度の近傍での温度制御を精度よく行うことができる。さらに、冷却制御を伴う加熱制御の範囲から冷却制御が不要で加熱制御のみでよい範囲への切り替え時に加熱制御が連続的に機能しているので、効率的にプロセス温度制御を行うことができる。 According to this method, when temperature control by cooling and heating is performed in a range where active heating is performed, energy efficiency is deteriorated, but by accurately controlling cooling and heating by heat of vaporization, the temperature near the target temperature can be controlled. Temperature control can be performed with high accuracy. Furthermore, since the heating control functions continuously when switching from the range of the heating control with the cooling control to a range where the cooling control is unnecessary and only the heating control is required, the process temperature control can be performed efficiently.
なお、上記方法において、最大加熱量の異なるシステムを備えた加熱器と最大冷却量の異なるシステムを備えた冷却器の組合せを利用し、予め決めた温度偏差の閾値に達した時点から目標温度までの範囲で最大加熱量および最大冷却量の小さい側のシステムを同時に利用してプロセス温度制御することが好ましい。 In the above method, a combination of a heater having a system having a different maximum heating amount and a cooler having a system having a different maximum cooling amount is used to reach a target temperature from when a predetermined temperature deviation threshold is reached. In this range, it is preferable to control the process temperature by simultaneously using the system having the smaller maximum heating amount and the maximum cooling amount.
この方法によれば、温度偏差の小さい領域で加熱および冷却の専用システムを利用することができるので、一機能しか有しない一台の装置で温度コントロールする場合に発生しがちなハンチングを起こさせることなくプロセス温度制御を精度よく行うことができる。 According to this method, since a dedicated system for heating and cooling can be used in a region where the temperature deviation is small, it is possible to cause hunting that tends to occur when temperature is controlled by a single device having only one function. Therefore, the process temperature control can be performed with high accuracy.
本発明のプロセス温度制御方法によれば、溶融した材料の製造過程において、当該材料の目標温度の近傍でプロセス温度制御を精度よく行うことができる。 According to the process temperature control method of the present invention, the process temperature control can be accurately performed in the vicinity of the target temperature of the material in the manufacturing process of the molten material.
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
なお、本実施例では、押出機を利用してフィルムを製造する過程で、当該押出機内で溶融した材料(樹脂)の温度を制御する場合を例に採って説明する。したがって、本実施例は一例であって、本発明のプロセス温度制御方法は、フィルムの製造に限定されず製造過程で溶融した材料の温度制御に利用できる。 In this embodiment, a case where the temperature of a material (resin) melted in the extruder is controlled in the process of manufacturing a film using the extruder will be described as an example. Therefore, this example is merely an example, and the process temperature control method of the present invention is not limited to film production, and can be used for temperature control of a material melted in the production process.
図1は押出機の概略構成を示す側面図、図2はシリンダおよびその周りの概略構成を示すブロック図である。 FIG. 1 is a side view showing a schematic configuration of an extruder, and FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of a cylinder and its surroundings.
図1に示す本実施例に用いる押出機1は、ペレット状のプラスチックなどの材料2を供給するホッパー3と、内装したスクリュー4によって材料2を摩擦・剪断しながら搬送する搬送部5と、搬送部5内の材料2を加熱、冷却またはこれらを組合せたシリンダ6と、搬送部5内で溶融した材料2を冷却して硬化させる冷却ロール8の表面に塗工するダイ7などから構成されている。
An
押出機1から冷却ロール8に塗工される材料2は、厚み調節ロール9、搬送ロール10群、厚み調整後にフィルム化された材料2の表面処理(例えばコロナ処理など)を施す表面処理部11の順で搬送され、回収先のターレット12に巻取り回収されるように構成されている。以下、各部の構成について具体的に説明する。
The
シリンダ6は、ホッパー3側の搬送部5の基端からダイ7の先端に向かって複数個を略等間隔に配備されている。各シリンダ6は、冷却水を循環させる配管などからなり、搬送部5を冷却する冷却器と搬送部5を加熱する加熱器から構成されている。
A plurality of
また、図2に示すように、加熱器および冷却器を操作するための各種出力信号を送信するPIDコントローラ13が設けられている。なお、PIDコントローラ13については後述する。
Moreover, as shown in FIG. 2, the
加熱器は、ヒータ14と、ヒータ14に供給する電力量を調節する電力調節器15と、ヒータ14のオン・オフのタイミングを操作して加熱温度を制御する半導体リレー16(SSR:Solid State Relay)とから構成されている。
The heater includes a
電力調節器15は、異なる最大加熱量をヒータ14によって出力できるようにする。具体的には、抵抗値の異なる2個の電力調整用の抵抗器R1,R2のそれぞれが抵抗切替リレー17a,17bと組み合わされて並列接続さており、最大加熱能力が異なる2系統の加熱器を構成している。
The
すなわち、抵抗切替リレー17a,17bのそれぞれは、PIDコントローラ13に接続されており、PIDコントローラ13のからの信号に応じていずれか一方側がオン状態となる。例えば、抵抗値がR1<R2の関係となるように設定し、抵抗器R1をオンにして第1系統を利用するとき、抵抗器R2を備えた第2系統側から供給される電力よりも大きい電力がヒータ14に供給される。逆に抵抗器R2をオンにして第2系統側を利用するとき、第1系統側の電力よりも小さい電力がヒータ14に供給される。したがって、最大加熱能力の異なる2系統の加熱システムを有する加熱器を構成することができる。
That is, each of the resistance switching relays 17 a and 17 b is connected to the
冷却器は、シリンダ6への冷却水の供給量を一定に保つことができる2系統の冷却システムを有している。当該2系統の冷却システムには異なる流量の冷却水が供給される。具体的には、冷却水の供給源であるバッファタンクを備えた冷却ユニット18、冷却水の供給量の切り替えを行うコントロールバルブ19、コントロールバルブ19から下流側で分岐された配管ごとに第1電磁バルブ20と第2電磁バルブ22を備えている。さらに、当該第1電磁バルブ20の下流側に第1手動バルブ21を備えている。また、第2電磁バルブ22の下流側に第2手動バルブ23を備えている。
The cooler has two cooling systems that can keep the amount of cooling water supplied to the
冷却器の第1系統側は、第2系統側に比べて最大冷却能力が大きく設定されている。つまり、第1手動バルブ21の開度を第2手動バルブ23の開度よりも予め大きくした状態に設定されている。第1手動バルブ21の開度を予め設定した後は、第1電磁バルブ20のオンオフにより使用・未使用を決定する。ただし、当該第1系統側からシリンダ6に供給される冷却水の流量は、第2系統からシリンダ6に供給される冷却水の流量よりも多い。
The maximum cooling capacity is set larger on the first system side of the cooler than on the second system side. That is, the opening degree of the first
また、冷却器の第2系統側も同様に第2手動バルブ23の開度を予め設定した後は、第2電磁バルブ22のオンオフにより第2系統の使用・未使用を決定する。
Similarly, on the second system side of the cooler, after the opening degree of the second
なお、第1系統または第2系統に対する冷却水の供給量の切り替えは、PIDコントローラ13から送信される信号によるコントロールバルブ19の調整により行われている。
Note that switching of the cooling water supply amount to the first system or the second system is performed by adjusting the
また、第1手動バルブ21と第2手動バルブ23の開度、第1電磁バルブ20と第2電磁バルブ22のオンオフやコントロールバルブ19の開度は、実験やシミュレーションなどによって予め決められている。なお、これら各バルブは、本発明の流量バルブに相当する。
Further, the opening degree of the first
なお、図1に示す各シリンダ6は、上述の加熱器および冷却器を個別に備えており、シリンダ6ごとに独立して温度制御可能に構成されている。
In addition, each
冷却ロール8は、そのロール内部に冷却水が循環するように構成されている。つまり、冷却ロール8上で溶融した材料2が均一に延伸されてフィルム状になる過程で、当該フィルムを冷却硬化させる。厚み調節ロール9は、例えば金属やゴム製のものが適宜に利用される。
The
次に、本実施例の特徴であるプロセスの温度制御方法を、上記実施例装置を用いて図2〜図5に基づいて説明する。 Next, a process temperature control method that is a feature of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
溶融した材料の温度を直接または間接的にセンサで測定し、予め決めた目標値と実測値から偏差を求め、当該偏差が予め決めた閾値から目標値の範囲に収まっている場合に、冷却器および加熱器のそれぞれから最大加熱出力および最大冷却出力の小さい側の第2系統を選択してプロセス温度制御を行う。当該設定範囲以外の偏差の領域では、最大加熱出力および最大冷却出力の大きい第1系統のいずれか一方を利用して、プロセス温度制御を行う。 When the temperature of the molten material is measured directly or indirectly with a sensor, a deviation is obtained from a predetermined target value and an actual measurement value, and when the deviation falls within the target value range from the predetermined threshold value, the cooler The second system having the smaller maximum heating output and maximum cooling output is selected from each of the heaters and process temperature control is performed. In a deviation region other than the set range, process temperature control is performed using one of the first system having the largest maximum heating output and the largest cooling output.
先ず、フィルム製造を開始する前に、フィルムの製造条件を図3に示すコントローラ切替器24に設定する。例えば、目的のフィルムを製造するのに用いる各種材料ごとに適した温度を目標値SVとして実験やシミュレーションで予め求めて設定入力する。
First, before starting film production, the film production conditions are set in the
また、冷却器の第2系統を利用して一定量の冷却水を連続してシリンダ6に供給可能な最低流量となるコントロールバルブ19の開度を決定する。ここで、最低流量は、常温で所定量の冷却水をシリンダ6内に供給し、循環して排出される冷却水の量から決定する。つまり、シリンダ6への冷却水の供給量とシリンダ6からの排出量が連続的に一致する最小流量を予め実験で求めておく。
Moreover, the opening degree of the
第2系統を利用した最小流量が決まるとコントロールバルブ19の特性から最低制御出力Mc2が求まる。本実施例では、第2系統を利用したコントロールバルブ19の開度との対比から最低制御出力を10%に設定している。
When the minimum flow rate using the second system is determined, the minimum control output Mc2 is obtained from the characteristics of the
次に、冷却器の第2系統および加熱器の第2系統への切り替えタイミングを決定する。つまり、本発明の目標値SVの近傍でのプロセス温度制御の範囲を決定する。例えば、PID制御演算により冷却器の第1系統の最低制御出力を満たすコントロールバルブ19の開度=偏差(目標値SV−実測値PV)×ゲインによって目標値SVからマイナス側の偏差を決定し、当該偏差を閾値として利用する。本実施例では、閾値を−3℃に設定し、目標値SVから当該閾値−3℃の範囲で、冷却器の第2系統を利用してプロセス温度制御を行うように設定する。
Next, the switching timing to the 2nd system of a cooler and the 2nd system of a heater is determined. That is, the process temperature control range in the vicinity of the target value SV of the present invention is determined. For example, a negative deviation from the target value SV is determined by opening degree = deviation (target value SV−actual value PV) × gain of the
この冷却器の第2系統を利用する過程において、PID制御演算により逐次に求まる冷却制御出力が予め決めた最低制御出力の10%に達した時点で加熱器の第2系統を作動させ、冷却と加熱を利用してプロセス温度制御を行うように設定する。 In the process of using the second system of the cooler, the second system of the heater is activated when the cooling control output sequentially obtained by the PID control calculation reaches 10% of the predetermined minimum control output. It sets so that process temperature control may be performed using heating.
加熱器の第1系統への切り替えタイミングは、閾値として3℃に設定している。 The switching timing of the heater to the first system is set to 3 ° C. as a threshold value.
なお、本実施例では、加熱制御出力100%のときの偏差+10℃、冷却制御出力100%のとき−10℃に設定し、偏差が±10℃を超える場合は、100%の制御出力を維持するように設定している。 In this embodiment, the deviation is set to + 10 ° C. when the heating control output is 100%, and is set to −10 ° C. when the cooling control output is 100%. If the deviation exceeds ± 10 ° C., the control output of 100% is maintained. It is set to do.
条件設定の入力が完了すると、フィルムの製造を開始する。当該フィルムの製造に伴ってシリンダ6の温度が温度センサなどによって逐次に測定される。つまり、搬送路5内の溶融した材料2の温度変化とシリンダ6の温度変化の相関関係が予め求められており、間接的に材料2の温度を測定している。この実測値PVと目標値SVが、図3に示すコントローラ切替器24に入力される。
When the input of the condition setting is completed, the production of the film is started. As the film is manufactured, the temperature of the
コントローラ切替器24内において、偏差e=目標値SV−実測値PVが求められる。偏差e<閾値(−3℃)の場合、冷却器の第1系統を利用してプロセス温度制御を行う。ここで、偏差eが−10℃を超える場合、つまり、最大冷却が必要な場合には、図4に示すように予め決めた冷却制御出力100%で冷却水をシリンダ6に供給しながら搬送路5の除熱を行う。
In the
偏差eが−10℃より小さくなり、閾値までの範囲にあるとき、第1冷却用PIDコントローラによって偏差eに応じた冷却水の供給量をシリンダ6に供給可能なコントロールバルブ19の開度に相当する冷却制御出力Mc1が、次式(1)によって逐次に求められる。
When the deviation e is smaller than −10 ° C. and within the range up to the threshold value, the first cooling PID controller corresponds to the opening of the
偏差eが小さくなるのに伴い、上記式(1)によって求まる冷却制御出力Mc1に応じたコントロールバルブ19の開度を絞りシリンダ6への冷却水の供給量を減らしてゆく。当該過程で偏差eが閾値に到達すると、コントローラ切替器24は、第2冷却用PIDコントローラをオンにする。そして、第2冷却用PIDコントローラは、図5に示すフローチャートに沿った処理を実行する。
As the deviation e becomes smaller, the opening degree of the
第2冷却用PIDコントローラは、シリンダ温度の目標値(SV)とシリンダの実測値(PV)から偏差eを逐次に求める。当該偏差eに応じた冷却水の供給量をシリンダ6に供給可能な開度に相当する冷却制御出力が、上記式(1)によって、同じく逐次に求められる(ステップS1)。
The second cooling PID controller sequentially obtains the deviation e from the target value (SV) of the cylinder temperature and the actually measured value (PV) of the cylinder. Similarly, the cooling control output corresponding to the opening degree at which the supply amount of the cooling water corresponding to the deviation e can be supplied to the
求めた冷却制御出力Mc2が、予め設定した10%に達するかどうかをモニタする(ステップS2)。冷却制御出力Mc2が10%以上であれば、そのままの値を利用してコントロールバルブ19の開度を調整する(ステップS3)。
It is monitored whether or not the obtained cooling control output Mc2 reaches a preset 10% (step S2). If the cooling control output Mc2 is 10% or more, the opening of the
ステップS2において、冷却制御出力Mc2が10%を下回ると、この状態で最低制御出力Mc2を10%に固定する(ステップS4)。同時に、第2冷却用PIDコントローラから第2加熱用PIDコントローラにフラグをオンにする(ステップS5)。 In step S2, when the cooling control output Mc2 falls below 10%, the minimum control output Mc2 is fixed to 10% in this state (step S4). At the same time, a flag is turned on from the second cooling PID controller to the second heating PID controller (step S5).
ここで、一方の第2冷却用PIDコントローラは、冷却制御出力Mc2を10%とする最低流量の冷却水をシリンダ6に供給する。
Here, one of the second cooling PID controllers supplies the
他方の、第2加熱用PIDコントローラは、加熱器の第2系統の制御出力Mh2を求め、当該結果に応じてヒータ14への電力量を調整してプロセス温度制御を行う。すなわち、図6に示すように、第2加熱用PIDコントローラは、ステップ10において第2冷却用PIDコントローラからフラグをオンにする信号の受信判定を行う。受信が確認されると、当該信号が1回目かどうかを判定する(ステップS11)。
On the other hand, the second heating PID controller obtains the control output Mh2 of the second system of the heater and adjusts the amount of electric power to the
受信した信号が1回目であれば、第2加熱用PIDコントローラは、現在時点で算出した偏差eを内部のメモリに初期偏差e0とし記憶する(ステップS12)。この時点で、偏差eは初期値なので、e=e0とし(ステップS13)、当該値に応じた加熱制御出力Mh2を上記式(1)を利用して求める(ステップS14)。 If the received signal is the first time, the second heating PID controller stores the deviation e calculated at the present time as an initial deviation e 0 in the internal memory (step S12). At this time, since the deviation e is an initial value, e = e 0 is set (step S13), and the heating control output Mh2 corresponding to the value is obtained using the above equation (1) (step S14).
以後の第2加熱用PIDコントローラによる加熱制御過程において、ステップS10からステップS14の処理が繰り返し実行される。この2回目以降の処理では、ステップS13における偏差が逐次に偏差e’に変化する。したがって、2回目以降の加熱制御出力Mh2は、上記式(1)おいて、e’=e−e0として逐次に求められる。 In the subsequent heating control process by the second heating PID controller, the processing from step S10 to step S14 is repeatedly executed. In the second and subsequent processes, the deviation in step S13 is sequentially changed to deviation e ′. Therefore, the second and subsequent heating control outputs Mh2 are sequentially obtained as e ′ = e−e 0 in the above equation (1).
つまり、第2冷却用PIDコントローラだけを利用して冷却によるプロセス温度制御を行った場合、冷却能力が一定に保たれて偏差eが目標値SVに収束しづらいので、加熱器の第2系統のヒータ14の加熱を調節して冷却能力を相殺しながら実測値PVを目標値SVに近づけるよう制御する。
That is, when the process temperature control by cooling is performed using only the second cooling PID controller, the cooling capacity is kept constant and the deviation e does not easily converge to the target value SV. The actual measurement value PV is controlled to approach the target value SV while adjusting the heating of the
第2冷却用PIDコントローラからフラグをオフにする信号を第2加熱用PIDコントローラが受信すると、偏差eがプラス側(e>0)に転じて積極的な加熱が必要であると判断する。すなわち、コントローラ切替器24は、冷却器をオフにし、第2加熱用PIDコントローラによって上記式(1)を利用して制御出力Mh2を求め(ステップS14)、当該結果に応じてヒータ14の電力量を調節して加熱しながらプロセス温度制御を行う。なお、加熱制御過程において偏差eが閾値3℃を超えた時点から第1加熱用PIDコントローラに切り替えて、加熱器の第1系統を利用したプロセス温度制御を実行する。
When the second heating PID controller receives a signal for turning off the flag from the second cooling PID controller, the deviation e turns to the plus side (e> 0) and it is determined that active heating is necessary. That is, the
以上のように、溶融した材料2からフィルムを製造する過程で、材料2の温度が目標値SVの近傍で、かつ、冷却が必要な所定範囲において、予め決めた冷却器の第2系統の最小制御出力を下回ったとき、第2手動バルブ23とコントロールバルブ19の組合せから求まる最小制御出力によって最低流量の冷却水を一定に保ちながらシリンダ6に供給するとともに、当該冷却によって冷却し過ぎる場合は、加熱器の第2系統を利用して冷却能力を相殺することで、シリンダ6内で冷却水が気化する量を誤差なく一定に保つことができる。つまり、最小制御可能な一定量の冷却水をシリンダ5内に供給し続けることにより、除熱量を誤差なく安定させることができる。気化熱の安定した状態で、冷却の効き過ぎを最大制御出力の小さい加熱器による加熱で相殺しつつ温度制御するので、微妙な温度調整が可能となり実測値PVを目標値SVに近づけることができる。したがって、目標値の±1℃の範囲での微妙な温度コントロールをすることができる。
As described above, in the process of manufacturing a film from the melted
また、微量の冷却水を一定に保ちながら供給可能な、高額で特殊なシステムを複数個のシリンダ6ごとに備える必要がないので、装置にかかる費用を削減することもできる。
Moreover, since it is not necessary to provide an expensive and special system for each of the plurality of
本発明は上述した実施例の形態に限らず、次のように変形実施することができる。 The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be modified as follows.
上述実施例装置では、目標値SVからマイナス側に閾値を設け、当該閾値から目標値の範囲で冷却器の第2系統を利用して最低流量を維持するように構成していたが、次のようにしてプロセス温度制御を行ってもよい。 In the above-described embodiment apparatus, a threshold value is provided on the minus side from the target value SV, and the minimum flow rate is maintained using the second system of the cooler within the range from the threshold value to the target value. Thus, process temperature control may be performed.
(1)偏差eが目標値SVに近づく傾向にある場合において、実測値PVが目標値SVと一致したときに最低流量の冷却水をシリンダ6に供給するようにプロセス温度制御を行ってもよい。例えば、図7に示すように、偏差が−10℃で冷却制御出力100%から偏差がゼロの目標値SVに向けて冷却制御出力を小さくしてゆく。
(1) In the case where the deviation e tends to approach the target value SV, the process temperature control may be performed so that the cooling water having the lowest flow rate is supplied to the
この場合、図2に示す2系統を備えた冷却器を利用してもよいし、図8に示す1系統しか備えていない冷却器を利用してもよい。当該構成の場合、系統を切り替えるため電磁バルブは不要となる。 In this case, a cooler having two systems shown in FIG. 2 may be used, or a cooler having only one system shown in FIG. 8 may be used. In the case of this configuration, an electromagnetic valve is not necessary because the system is switched.
2系統を備えた冷却器の場合、加熱器の第2系統を同時に利用するタイミングとなる閾値を予め決める。当該閾値は、例えば、上記実施例と同様に−3℃に設定する場合、−3℃のときにシリンダ6への冷却水の供給量は、上記実施例に比べて多いので、加熱器の第2系統側のヒータ14の制御出力を上記実施例の場合に比べて大きくしておく必要がある。
In the case of a cooler having two systems, a threshold value is determined in advance as a timing for simultaneously using the second system of the heater. For example, when the threshold is set to −3 ° C. as in the above embodiment, the amount of cooling water supplied to the
したがって、本実施例は上記実施例とは異なり、第2冷却用コントローラからの信号に依存せず、第2加熱用コントローラ自体が偏差eを逐次にモニタする。その過程で、第2冷却用コントローラによって算出される冷却制御出力Mc2が10%になる以前の高い値の時点の偏差eを固定偏差e0として予め設定し、当該偏差e0に達した時点から加熱制御を行うようにする。なお、冷却器の第2系統への切り替えは、上記実施例と同様に閾値(−3℃)に設定する。 Therefore, unlike the above embodiment, this embodiment does not depend on a signal from the second cooling controller, and the second heating controller itself monitors the deviation e sequentially. In the process, from the point where the cooling control output Mc2 calculated by the second cooling controller deviation e at the time of the previous high value to be 10% preset as a fixed deviation e 0, it reaches the deviation e 0 Heat control is performed. In addition, switching to the 2nd system | strain of a cooler is set to a threshold value (-3 degreeC) similarly to the said Example.
図8に示すように、冷却器に1系統の冷却機能しか有していないシリンダ構成の場合、手動バルブ21Aの開度を予め決めて固定し、冷却制御出力100%から10%の範囲でコントロールバルブ19の開度を調節すればよい。また、閾値に到達した時点から加熱器の第2系統を利用して加熱を調節してプロセス温度制御を行えばよい。
As shown in FIG. 8, in the case of a cylinder configuration in which the cooler has only one cooling function, the opening degree of the
(2)別の変形例として、例えば、図9に示すように、偏差のプラス側に閾値を設け、マイナス側からプラス側の閾値の範囲で冷却器の第2系統と加熱器の第2系統を同時に利用してプロセス温度制御をする。当該方法によれば、目標値からプラス側の閾値の範囲では積極的な加熱がされるので、マイナス側の領域で保証していた最低流量の冷却水の気化する量が多くなる傾向にある。したがって、積極的な加熱を行う範囲で冷却と加熱による温度制御をするので、エネルギー効率は悪くなるものの、気化熱により冷却と加熱を精度よくコントロールすることにより、目標温度の近傍での温度制御を精度よく行うことができる。さらに、冷却制御を伴う加熱制御の範囲から冷却制御が不要で加熱制御のみでよい範囲への切り替え時に加熱制御が連続的に機能しているので、効率的にプロセス温度制御を行うことができる。 (2) As another modification, for example, as shown in FIG. 9, a threshold value is provided on the plus side of the deviation, and the second system of the cooler and the second system of the heater are within the range of the minus side to the plus side threshold value. Are used simultaneously to control the process temperature. According to this method, since positive heating is performed in the range of the threshold value on the plus side from the target value, the amount of the cooling water having the minimum flow rate that is guaranteed in the minus region tends to increase. Therefore, since temperature control by cooling and heating is performed within the range where active heating is performed, energy efficiency is deteriorated, but temperature control near the target temperature can be performed by accurately controlling cooling and heating by heat of vaporization. It can be performed with high accuracy. Furthermore, since the heating control functions continuously when switching from the range of the heating control with the cooling control to a range where the cooling control is unnecessary and only the heating control is required, the process temperature control can be performed efficiently.
1 … 押出機
2 … 材料
3 … ホッパー
6 … シリンダ
13 … PIDコントローラ
14 … ヒータ
15 … 電力調節器
16 … SSR
17a,b…抵抗切替リレー
18 … 冷却ユニット
19 … コントロールバルブ
20 … 第1電磁バルブ
21 … 第1手動バルブ
22 … 第2電磁バルブ
23 … 第2手動バルブ
24 … コントローラ切替器
R1,R2…抵抗器
DESCRIPTION OF
17a, b ...
Claims (5)
冷却器および加熱器を備えた容器の当該冷却器への冷却水の供給を一定に保てる最低流量に応じた流量バルブへの最低制御出力を予め決定し、
溶融した前記材料の製造過程で測定した当該材料の実測温度と予め決めた目標温度の偏差を求め、
当該偏差が目標温度の近傍にあるとき、最低制御出力によって最低流量の冷却水を前記冷却器に供給しつつ、前記加熱器による加熱を調整して前記容器内の溶融した材料の温度を制御する
ことを特徴とするプロセス温度制御方法。 In the process temperature control method in the manufacturing process of the molten material,
The minimum control output to the flow valve according to the minimum flow rate that can keep the supply of the cooling water to the cooler of the container equipped with the cooler and the heater constant is determined in advance.
Find the deviation between the measured temperature of the material measured during the manufacturing process of the melted material and the predetermined target temperature,
When the deviation is in the vicinity of the target temperature, the temperature of the molten material in the container is controlled by adjusting the heating by the heater while supplying the cooling water with the minimum flow rate to the cooler by the minimum control output. A process temperature control method characterized by the above.
偏差の少なくともマイナス側で前記偏差に基づいて流量バルブの開度を決定する制御出力を算出するに際し、前記最低制御出力を閾値として設定し、実測演算過程で当該閾値に達した時点から目標温度に達するまでの範囲で最低流量の冷却水を前記冷却器に供給しつつ、前記加熱器による加熱を調整する
ことを特徴とするプロセス温度制御方法。 The process temperature control method according to claim 1,
When calculating the control output for determining the opening of the flow valve based on the deviation at least on the minus side of the deviation, the minimum control output is set as a threshold, and the target temperature is reached from the time when the threshold is reached in the actual measurement calculation process. A process temperature control method characterized by adjusting the heating by the heater while supplying the cooling water with the lowest flow rate to the cooler in a range until it reaches.
前記偏差がゼロよりプラス側に大きくなった時点から冷却器への冷却水の供給および加熱器による加熱を停止した後に、加熱器による加熱制御に切り換える
ことを特徴とするプロセス温度制御方法。 The process temperature control method according to claim 2, wherein
A process temperature control method characterized by switching to heating control by a heater after stopping the supply of cooling water to the cooler and heating by the heater from the time when the deviation becomes larger than zero.
前記偏差のプラス側にも前記閾値を設定し、実測演算過程で当該閾値を超える時点から冷却器への冷却水の供給を停止し、加熱器による加熱制御に切り換える
ことを特徴とするプロセス温度制御方法。 The process temperature control method according to claim 2, wherein
The process temperature control is characterized in that the threshold value is also set on the plus side of the deviation, the supply of the cooling water to the cooler is stopped from the time when the threshold value is exceeded in the actual measurement calculation process, and the control is switched to the heating control by the heater. Method.
最大加熱量の異なるシステムを備えた加熱器と最大冷却量の異なるシステムを備えた冷却器の組合せを利用し、予め決めた温度偏差の閾値に達した時点から目標温度までの範囲で最大加熱量および最大冷却量の小さい側のシステムを同時に利用してプロセス温度制御する
ことを特徴とするプロセス温度制御方法。 In the process temperature control method according to any one of claims 2 to 4,
Using a combination of a heater with a system with a different maximum heating amount and a cooler with a system with a different maximum cooling amount, the maximum heating amount in the range from the point at which a predetermined temperature deviation threshold is reached to the target temperature And a process temperature control method using the system with the smaller maximum cooling amount simultaneously to control the process temperature.
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JPH04209010A (en) * | 1990-11-26 | 1992-07-30 | Mitsubishi Electric Corp | Input/output controller |
JP2004246773A (en) * | 2003-02-17 | 2004-09-02 | Nitto Denko Corp | Temperature control method for process |
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