JP2819102B2 - プログラム温度調節計の温度制御方式 - Google Patents

プログラム温度調節計の温度制御方式

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JP2819102B2
JP2819102B2 JP7280025A JP28002595A JP2819102B2 JP 2819102 B2 JP2819102 B2 JP 2819102B2 JP 7280025 A JP7280025 A JP 7280025A JP 28002595 A JP28002595 A JP 28002595A JP 2819102 B2 JP2819102 B2 JP 2819102B2
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勇 小山
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大倉電気株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、昇温から定値温度制
御、降温から定値温度制御等の熱処理を行うプログラム
温度調節計に関し、特に、熱処理ワーク温度の昇温また
は降温から定値温度制御への移行時におけるオーバシュ
ートまたはアンダシュートをフィードバック制御により
防止することを可能としたプログラム温度調節計の温度
制御方式に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の熱処理ワーク温度の昇温
または降温から定値温度制御への移行時におけるオーバ
シュートまたはアンダシュートの防止技術としては、定
値温度制御への移行時のプログラム温度パターン(設定
値)に、これまでの経験に基づいて、下記1、2に示す
ように、緩やかな昇温または降温の温度傾斜または温度
曲線を入れることによって行う方法であった。
【0003】1.緩やかな温度傾斜を追加する方法 直線的な上昇温度傾斜(例えば、20℃/MIN)から
定値温度制御へ移行させるとオーバシュートする為に、
定値温度制御の直前で緩やかな1つか複数の温度傾斜
(例えば、5℃/MIN→1℃/MIN)を形成して、
これを設定されたプログラム温度パターンに挿入して、
オーバシュートを防止する。
【0004】2.緩やかな温度傾斜を曲線近似して追加
する方法 この方法は、数種類の予測曲線からの選択であり、さら
に自在な曲線ができないために、総ての温度制御系に対
し、オーバシュートの防止は不可能である。
【0005】このように、従来においてはこの種のオー
バシュートを防止するまでには試行錯誤が必要であると
共に、むだ時間の大きい温度制御系では多くの経験を必
要とし、オーバシュートの防止が不可能な場合もあっ
た。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】叙上にように、従来の
オーバシュート(アンダシュート)防止方法は、定値温
度制御への移行時におけるプログラム温度パターンに、
温度傾斜または温度曲線を、今までの経験に基づいて追
加しているために、熟練した経験が必要であったり、あ
るいは試行錯誤で作成するために多くの時間を必要とし
ていた。さらにまた、むだ時間が大きい温度制御系では
オーバシュートまたはアンダシュートを防止することは
不可能な場合があった。
【0007】本発明は従来の上記実情に鑑みてなされた
ものであり、従って本発明の目的は、プログラム温度制
御系にオーバシュート防止制御系を追加することによっ
て、従来の技術に内在する上記課題を解決し、熱処理ワ
ーク温度のオーバシュート(アンダシュート)を常に的
確に防止することを可能としたプログラム温度調節計の
新規な温度制御方式を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為
に、本発明に係るプログラム温度調節計の温度制御方式
は、温度差検出手段により検出されたワークの早く熱応
答する熱処理表面温度と遅く熱応答する最深部温度等内
部の温度差を、プログラマブルに設定されたワーク表面
温度に対するワーク温度差設定値と比較器により比較
し、該比較出力を傾斜制御演算手段に入力し、該傾斜制
御演算手段において傾斜プログラムを決定することを特
徴としている。
【0009】本発明者は、本出願と同一出願人の出願に
係る特願平6−233254号明細書において早く応答
する表面温度入力と遅れて応答する最深部温度入力との
温度差、または温度変化率を指定された一定の許容範囲
内にあるように制御傾斜を修正するプログラム温度調節
計を提案したが、上記先願に係る発明ではオーバシュー
ト(またはアンダシュート)を防止することができず、
鋭意研究した結果本発明に至ったものである。
【0010】本発明の原理は下記の通りである。オーバ
シュートは熱処理ワーク温度が定値制御が行われる熱処
理ワークの設定温度に到達した時点ですでにワーク温度
より高い温度の熱源が存在し、その熱源の温度が熱処理
ワークに伝わり、ワーク温度が設定温度より高くいきす
ぎる現象である。この場合には、熱処理ワークの温度は
初めにワーク表面が高くなり、熱がワーク最深部へと移
動し、熱の移動中はワーク表面と最深部との間に温度差
を生じさせる。また、アンダシュートはワーク温度が定
値制御が行われる熱処理ワークの設定温度に到達した時
点で、すでにワーク温度より低い温度の熱源が存在し、
その低い温度の熱源が熱処理ワークの熱を奪い、ワーク
温度が設定温度より低くいきすぎる現象である。この場
合には、ワークの温度は初めに熱処理ワークの表面が低
くなり、ワーク最深部から表面へと熱が移動し、熱の移
動中はワーク表面と最深部との間にオーバシュートとは
逆の最深部が高く、表面が低い温度差を生じさせる。即
ち、温度差計測が可能な熱処理ワークの表面と最深部等
との間に温度差が生じている場合には、熱の移動が行わ
れており、温度は高い部分から低い部分に移り、これが
オーバシュートまたはアンダシュートの原因になる。
【0011】そのために、熱処理ワークの温度差を零に
制御すれば、熱の移動がなくなり、オーバシュートまた
はアンダシュートの原因は除去される。しかしながら、
最初からこの温度差を零にすると、熱処理ワークの昇温
または降温ができなくなるために、この温度差を、プロ
グラマブルに制御し、定値制御の温度で零に収束させて
いる。
【0012】上記原理に従って本発明においては、従来
のプログラム温度調節計の制御温度入力に、熱処理ワー
クの表面温度と最深部等の内部温度の入力を追加してい
る。そして、熱処理ワークの表面と最深部等の内部の温
度差を予めプログラマブルに設定されている温度差設定
値と比較し、その比較結果を傾斜制御演算器により傾斜
演算する。この傾斜演算された出力は、従来のプログラ
ム温度調節計の実行プログラムパターン(傾斜値)を修
正し、熱処理ワークの温度差と予めプログラマブルに設
定された上記温度差設定値が等しくなるように制御され
る。
【0013】叙上のように、本発明では、熱処理ワーク
の温度差をプログラム温度パターンの定値制御が行われ
る設定温度に向かって零に収束させるべき制御を行うこ
とにより、その定値制御での温度に対して、熱処理ワー
ク温度のオーバシュートまたはアンダシュートを防止す
る温度制御が実行される。
【0014】
【実施例】次に本発明をその一実施例について図面を参
照しながら具体的に説明する。
【0015】図1は本発明の一実施例を示すブロック構
成図である。
【0016】図1を参照するに、参照符号1は電気炉を
示し、この電気炉1内には、熱処理ワーク11が配置さ
れ、その周辺には熱処理ワーク11を必要に応じて加熱
するヒータ12が配設されている。また熱処理ワーク1
1には熱処理ワーク11の早く熱応答する表面温度TC
1を検出する検出器13及びワーク11の遅れて熱応答
する最深部等の内部温度TC2を検出する検出器14が
配設されている。2は例えばSCR等により形成された
電力調整器である。
【0017】参照符号3は本発明に係るプログラム調節
計を示し、このプログラム調節計3は、熱処理ワーク1
1の表面温度TC1と温度設定器31から出力される実
行プログラムパターン設定値とを比較する比較器32
と、この比較器32の出力により制御される温度制御演
算器33と、熱処理ワーク11の表面温度TC1と最深
部等の内部温度TC2とを入力して温度TC1とTC2
の温度差ΔTpvを検出する温度差検出器34と、予めプ
ログラマブルに設定されたワーク表面温度に対するワー
ク温度差設定値ΔTspを設定するプログラム温度差設定
器35と、温度差検出器34の出力とプログラム温度差
設定器35の出力とを比較する比較器36と、この比較
器36の出力により制御されて傾斜演算し温度設定器3
1から出力される実行プログラムパターン傾斜値を制御
する傾斜制御演算器37とを含み構成されている。
【0018】図2及び図3は本発明に係るプログラム温
度制御の一例を示すパターン図であり、そのうち図2
は、熱処理ワーク11が、その表面及び最深部等の内部
の温度差が制御されて昇温していき、その後設定温度に
キープされている図である。ワーク温度差設定値ΔTsp
が、一定の温度領域ではワーク温度は直線状に昇温し、
比例的に小さくなる等変化している温度領域では曲線状
に昇温する。即ち、ヒータまたは燃焼部(燃焼炉)と熱
処理ワーク11との間の雰囲気温度を制御入力にする
が、図1の制御温度入力と表面温度は同一であるため
に、ワーク表面温度TC1は制御によりプログラム温度
パターンに追従している。設定変更温度T1℃から設定
温度T2℃にかけての傾斜制御演算器37により修正さ
れた温度パターンは曲線状になり、ワークの表面温度T
C1は上記修正された温度パターンに等しく制御され
る。
【0019】図3に示されている予めプログラム化され
たワーク温度差設定値ΔTspは、ワーク表面温度及び温
度設定値にリンクしたプログラムが作成されている。図
3に示された横軸(温度軸)は図2の縦軸(温度軸)に
対応している。
【0020】 次に図1〜図3を参照して本発明の動作
について説明するに、熱処理ワークの情報として早く応
答する熱処理ワーク11の表面と遅れて応答する最深部
等の内部の温度TC1、TC2は、温度検出器13、1
4によって検出されて温度差検出器34に入力され、そ
こでそれらの温度差ΔTpvが検出される。温度差検出器
34から出力される温度差ΔTpvは、プログラム温度差
設定器35に予めプログラマブルに設定されている図3
に示す如きワーク表面温度に対するワーク温度差設定値
ΔTspと比較器36によって比較される。比較器36の
出力は、傾斜制御演算器37に入力され、そこで従来の
プログラム温度パターンの傾斜値を修正させるための傾
斜演算が行われる。傾斜演算出力により温度設定器31
から出力される実行中のプログラム温度パターンの傾斜
値が修正制御され、図2に示される如く、定値制御の設
定温度T2℃で温度差ΔTpvとワーク温度差設定値ΔT
spとが等しくなり、設定温度T2℃での定値制御に移行
する。
【0021】 図2に示されたプログラム温度パターン
及び熱処理ワーク11の表面温度が設定変更温度T1℃
に達すると、図3に示されたワーク温度差設定値ΔTsp
は、設定変更温度T1℃から図1の温度検出器13、比
較器32、温度制御演算器33及び電力調整器2を経由
するループによる定値制御の設定温度T2℃への変化に
対して比例的に小さくなり、温度T2℃で零となる。こ
のために、温度差ΔTpvは温度T1℃までは一定のΔT
pvで昇温してきたが、温度T1℃から温度T2℃にかけ
ては比例的に小さくなり、温度T2℃では零となってし
まう。
【0022】図2において、設定変更温度T1℃から定
値制御の設定温度T2℃にかけての温度差ΔTpvの変化
は、プログラム温度パターンの傾斜部分が連続的に緩や
かな方向に修正された結果である。修正された結果は、
図2のワーク表面温度TC1の軌跡としてとらえること
ができる。
【0023】ΔTpvは熱処理ワーク11の温度差である
が、熱の移動(伝導)の結果としてとらえれば、ΔTpv
がプラスの温度差になれば温度は上昇し、マイナスの温
度差になれば下降し、零の温度差であれば温度変化が無
くなる。この関係を熱処理のプログラム温度制御にあて
はめて、図2の定値制御設定温度T2℃で温度差ΔTpv
が零になるように制御することによって、オーバシュー
ト(アンダシュート)を防止することが可能となる。
【0024】図2及び図3に示された本実施例において
は、昇温から定値制御についての例を示しているが、降
温から定値制御でも同様の制御が可能である。
【0025】また本実施例においては、常時熱処理ワー
クの最深部等の内部に温度検出器を配設しているが、常
時測温できない場合には熱処理ワークと同じ熱伝導のダ
ミーワークで熱処理工程を実施し、その修正プログラム
温度パターンをメモリすることも可能である。このよう
にすることによって、次回からは同一条件のワークであ
れば従来のプログラム調節計と同様に制御入力だけでオ
ーバシュート防止効果が可能である。
【0026】また、図3に示したワーク表面温度に対す
るプログラム化されたワーク温度差設定値ΔTspは、設
定変更温度T1℃までは一定の温度差を与える制御をし
ているが、この設定変更温度T1℃に至る過程は一定の
温度差とは限らず、いかなる変化があってもよい。
【0027】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
熱処理ワーク温度のオーバシュート及びアンダシュート
を的確に防止することが可能となり、ワーク品質を保証
するために緩やかな傾斜でプログラム温度パターンの作
成が不要となって、熱処理ワークに許される最大のスピ
ードで定値温度制御に移行することができる効果が得ら
れる。そのために、熱処理スピードが速くなり、処理時
間が短縮される。
【0028】本発明によればまた、フィードバック制御
により無駄なく温度制御を行っているので、エネルギの
消費を最小限に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すブロック構成図であ
る。
【図2】本発明に係るプログラム温度パターン及び各部
の温度を示す特性図である。
【図3】本発明に係るワーク表面温度に対するワーク温
度差設定値の特性図である。
【符号の説明】
1…電気炉 2…電力調整器 3…プログラム調節計 11…熱処理ワーク 12…ヒータ 13…温度検出器 14…温度検出器 31…温度設定器 32、36…比較器 34…温度差検出器 35…プログラム温度差設定器 37…傾斜制御演算器

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 昇温または降温制御から定値制御へ移行
    する制御を実行する温度調節計の温度制御方式におい
    て、制御温度入力を有する従来のプログラム調節計に熱
    処理ワークの早く熱応答する部分と遅れて熱応答する部
    分との温度差を検出する温度差検出器と、熱処理ワーク
    温度に対する温度差設定値をプログラマブルに設定する
    と共に該温度差プログラムを定値制御設定温度において
    零になるように設定したプログラム温度差設定器と、前
    記温度差検出器の出力と前記プログラム温度差設定器の
    出力とを比較する比較器と、該比較器の出力により傾斜
    を演算する傾斜制御演算器とを備え、該傾斜制御演算器
    の出力により前記プログラム調節計の傾斜値を決定する
    ことを特徴としたプログラム調節計の温度制御方式。
  2. 【請求項2】 前記傾斜制御演算器における傾斜プログ
    ラムの決定によって熱処理ワーク温度のオーバシュート
    及びアンダシュートを防止することを更に特徴とする請
    求項1に記載のプログラム温度調節計の温度制御方式。
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