JP3924854B2 - 温度制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属等を加熱対象とし、急速加熱後に保温を必要とする加熱パターンの静止加熱プロセスに適用する温度制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
金属の焼きなまし、焼きならしなどでは、図5に示すように急速加熱後に保温を必要とする加熱パターンで熱処理を行っている。このような加熱パターンで温度を制御する場合には、一般に、以下のような温度制御法を用いる。
【0003】
(1) 全域に亘って温度フィードバック制御をPID調節計で行い、目標温度をパターン通りに時間と共に変化させる.
(2) 全域に亘って温度フィードバック制御をPID調節計で行い、目標温度を一定とする.
(3) 2位置あるいは3位置式PID調節計で目標温度近くになるまでは最大出力などの一定出力とし、目標値近傍で温度フィードバックを掛ける.
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上述の各温度制御法には、それぞれ次のような問題点がある。
【0005】
(1) 全域にPID制御を掛け、目標温度を変化させる場合
・緩やかな温度変化(数℃/sec程度)にしか追従できない.
(2) 目標温度一定でPID制御を掛ける場合
・目標温度に達するまでの(+)分の積分量が大きく、目標温度を大幅に越えてから収束に向かうので、制御系が不安定となり、発振(ハンチング)を生じる可能性がある.
・制御系の安定化を図るために微分ゲインを増やすと、目標温度に収束するまでに時間が掛かり、急速加熱を阻害する(図6参照).
(3) 目標温度近傍でPID制御を掛ける場合
・目標温度到達前の(+)積分の影響は防げるが、昇温出力→保温出力に移行する間のオーバーシュートは避けられない(図7(a)(b)参照).
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、昇温・保温で個別に出力設定を行い、その切り替えタイミングを目標温度と実態温度との関係に基づく所定の関係式から割り出し、保温時には温度フィードバック制御を実行することにより、急速加熱→保温加熱の切り替え時の不連続な温度検出量の悪影響を排除し、保温期間において高精度で安定な温度制御が可能な温度制御装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、急速加熱後に保温を必要とする加熱パターンの静止加熱プロセスに適用する温度制御装置において、
昇温・保温で個別に出力設定を行い、この設定を切り替える温度(θs−α)の切り替えタイミングを、目標温度θsと実態温度との関係に基づき、昇温出力が直接熱量に換算できる電力の場合は、α=aX+b式から、昇温出力が指数的に熱量換算となる電圧の場合は、α=aX β +b式から割り出し、保温時には温度フィードバック制御を実行するようにしたことを特徴とする。
但し、上記式において、αは温度、βは電圧の場合2.0、aは係数、bは定数(温度)、Xは昇温出力である。
【0007】
【発明の実施の形態】
図1及び図2に本発明の実施形態1を示す。図1は本発明を冷間圧延ラインの入側板継ぎ溶接後のシーム部の熱処理に適用した場合の構成説明図、図2(a)(b)は動作説明図で、(a)は時間−温度特性図、(b)は時間−電圧特性図である。
【0008】
図1において、1Aは先行材(鋼板)、1Bは後続材(鋼板)、2Aは入側クランプ、2Bは出側クランプ、3は先行材1Aの後端と後続材1Bの前端を溶接する板継ぎ用溶接機、例えばレーザビームウェルダ(LBW)、10は板継ぎ溶接後に焼鈍加熱を行う誘導加熱装置である。
【0009】
上記誘導加熱装置10は、シーム部(板継ぎ溶接部)の下側に配置した誘導子11、高周波電源12、シーム部温度を計測する放射温度計13、プログラマブルコントローラ(PC)14などにより構成し、昇温→保温の温度制御を行うようにしている。PC14には、計測温度θr、目標温度θs、昇温設定電圧V1、保温設定電圧V2を取り込み、高周波電源12の電圧Eを所要値に調節する。昇温速度は、例えば700℃までで10〜20sec(70〜35℃/sec)とする。設定電圧V1及びV2は、板厚に応じてその値を選定する。
【0010】
本発明では昇温と保温の2種類の設定を行うようにしており、その2種類の設定、つまり昇温設定電圧V1と保温設定電圧V2を図2のように(θs−α)℃で切り替える。切り替え後、温度平衡状態になるまでの時間Tdが経過した時点からPID(Dゲインは不要)制御を実行する。このPID制御は、保温時間Thの間、続行する。
【0011】
設定切り替え温度の(θs−α)は、温度検出遅れ及び制御遅れを考慮し、目標温度と実態温度との関係に基づく所定の関係式を用いて算出する。温度αは、
(1) 昇温出力が直接熱量に換算できる電力などの場合
α=aX+b
ここに、X:昇温出力
a:係数
b:定数(温度)
(2) 昇温出力が指数的に熱量換算となる電圧などの場合
α=aXβ+b (β:電圧の場合は2.0)
の2種類の式から該当するものを選択し、算出する。
【0012】
本実施形態1では、電圧V1,V2を用いているので、(2)の場合の式
α=aXβ+b
を採用し、X=V1とする。
【0013】
このように、温度(θs−α)の時点で昇温設定電圧V1から保温設定電圧V2に設定を切り替え、時間Tdの経過後にPID制御を実施すると、速やかに目標温度θsまで上昇し、オーバーシュートを生じることなく保温制御動作に移行するようになる。即ち、高精度で安定な温度制御が行われる。
【0014】
図3及び図4に本発明の実施形態2を示す。図3は本発明を急速加熱冷却実験装置に適用した場合の構成説明図、図4(a)(b)は動作説明図で、(a)は時間−温度特性図、(b)は時間−電圧特性図である。
【0015】
図3において、5は被試験材(メッキ鋼板の切片)、6は被試験材5の支持・移動に用いるワイヤー、7は被試験材5の保温後の急冷に使用するスプレーノズル、10´は誘導加熱装置である。
【0016】
上記誘導加熱装置10´は、ソレノイド状の加熱コイル11´、高周波電源12、被試験材5の温度を計測する熱電対13´、プログラマブルコントローラ(PC)14などにより構成し、昇温→保温の温度制御を行うようにしている。PC14には、計測温度θr、目標温度θs、昇温設定電圧V1、保温設定電圧V2を取り込み、高周波電源12の電圧Eを所要値に調節する。昇温速度は、例えば600℃までで3〜60sec(200〜10℃/sec)とする。設定電圧V1は、昇温速度に応じてその値を選定する。また、設定電圧V2は、一定値に固定する。
【0017】
実施形態2においても、昇温と保温の2種類の設定を行い、2種類の設定、つまり昇温設定電圧V1と保温設定電圧V2を図4のように(θs−α)℃で切り替えることは前述の実施形態1と同様であるが、設定切り替え時間は制御遅れ(時間Tl)が主となり、Td=0となる。また、保温時間Thの後に移動時間Ttを必要とし、その後、ミスト冷却(時間Tc)が行われる。保温中には、PID制御が行われる。
【0018】
なお、各実施形態1,2では誘導加熱装置を用いたが、誘導加熱以外の誘電加熱、アーク加熱、抵抗加熱、電磁波加熱、赤外線加熱などを利用した場合にも同様に実施可能である。
【0019】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、昇温・保温の出力設定を個別に行い、その切り替えタイミングを目標温度と実態温度との関係に基づく所定の関係式から割り出し、保温時には温度フィードバック制御を実行するようにしたので、急速加熱→保温加熱の切り替え時の不連続な温度検出量の悪影響を排除することができるようになり、保温期間において高精度で安定した温度制御が可能となる。しかも、急速加熱→保温加熱の切り替えタイミングが適正化されたことにより、温度フィードバックによる補正量を最小限度とし、スムーズにモード移行を行うことができる。また、昇温速度を広範囲に変更しても、温度調節ゲイン等の調整が不要であるため、昇温設定の変更のみで対応が可能となる。更に、パーシャルヒータ(局部加熱)のように入熱・抜熱の平衡状態で局部温度が成立している場合、入熱量の急変後に不安定な温度状態となり、温度フィードバック制御に安定性を欠く恐れがあるが、このような事態でも、温度調節入タイミングの適正化によって、不安定な温度の悪影響を排除することができる、といった利点が生じる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態1を示す構成説明図。
【図2】実施形態1の動作説明図で、(a)は時間−温度の関係を示す特性図、(b)は温度を電圧に換算した場合の時間−電圧の関係を示す特性図。
【図3】本発明の実施形態2を示す構成説明図。
【図4】実施形態2の動作説明図で、(a)は時間−温度の関係を示す特性図、(b)は温度を電圧に換算した場合の時間−電圧の関係を示す特性図。
【図5】温度制御の一例を示す加熱パターン。
【図6】目標温度一定でPID制御を掛ける場合の問題点を説明するための時間−温度特性図。
【図7】目標温度近傍でPID制御を掛ける場合の問題点を説明するための特性図で、(a)は時間−温度特性図、(b)は時間−制御出力特性図。
【符号の説明】
1A…先行材(鋼板)
1B…後続材(鋼板)
2A,2B…クランプ
3…板継ぎ用溶接機
5…被試験材(メッキ鋼板の切片)
7…スプレーノズル
10,10´…誘導加熱装置
11…誘導子
11´…ソレノイド状の加熱コイル
12…高周波電源
13…放射温度計
13´…熱電対
14…プログラマブルコントローラ(PC)
θs…目標温度
θr…計測温度
(θs−α)…設定切り替え温度
V1…昇温設定電圧
V2…保温設定電圧
Claims (1)
- 急速加熱後に保温を必要とする加熱パターンの静止加熱プロセスに適用する温度制御装置において、
昇温・保温で個別に出力設定を行い、この設定を切り替える温度(θs−α)の切り替えタイミングを、目標温度θsと実態温度との関係に基づき、昇温出力が直接熱量に換算できる電力の場合は、α=aX+b式から、昇温出力が指数的に熱量換算となる電圧の場合は、α=aX β +b式から割り出し、保温時には温度フィードバック制御を実行するようにしたことを特徴とする温度制御装置。
但し、上記式において、αは温度、βは電圧の場合2.0、aは係数、bは定数(温度)、Xは昇温出力である。
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JP20401397A JP3924854B2 (ja) | 1997-07-30 | 1997-07-30 | 温度制御装置 |
Publications (2)
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