JP4010880B2

JP4010880B2 - 加熱装置の温度制御装置

Info

Publication number: JP4010880B2
Application number: JP2002170966A
Authority: JP
Inventors: 恒奥原
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2007-11-21
Anticipated expiration: 2022-06-12
Also published as: JP2004022171A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、電縫管造管装置における溶接温度の制御、線材・棒材などを高周波焼入れ、焼鈍しを行う装置の焼入れ、焼鈍し温度の制御などに適した温度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電縫管を製造する造管装置は、図２のブロック図に示すように、高周波発振器１の出力側に接続されたワーク・コイル11とインピーダ12とを備え、ワーク・コイル11の中でインピーダ12を包むように帯状の鋼板14を丸めながら引き出し、Ｖ字形に開いた接合部の表面に沿って点線15で示す高周波電流を誘起せしめ、この誘起された高周波電流によって接合部を加熱しながら、スクイズロール（図示せず）で突き合わせて溶接することにより電縫管13を連続的に製造するものである。なお、高周波発振器１は、その入力端子に印加される制御電圧Ｖcに対応した大きさの高周波電力を発生して、ワーク・コイル11に印加するように動作するものである。
【０００３】
このような電縫管13の造管時における接合部の溶接温度が高過ぎると、鋼板14の接合部が熔融し過ぎて溶接することはできず、反対に溶接温度が低過ぎると、鋼板14が軟化しないために、突き合わせても接合できないので、接合に適した溶接温度を保つ必要がある。
【０００４】
そこで、造管中の接合部から放射される輻射エネルギーを色温度計のような光学的温度計２により受光して接合部の温度を光学的に測定し、その測定温度に対応した温度電圧Ｖtを得るフィードバック系と、温度電圧Ｖtと温度設定器３に設定された基準温度電圧Ｖrとを減算回路４に印加して両者の差電圧（Ｖt−Ｖr）を発生させ、この差電圧に基づいて比例・積分・微分の演算処理を行うＰＩＤ制御回路６によりＰＩＤ制御電圧Ｖpidを発生させ、さらに、加算回路７において見込制御電圧発生器８から出力される見込制御電圧Ｖsと加算して、この加算回路７の出力（Ｖc＝Ｖs＋Ｖpid）により高周波発振器１の出力を制御するフォワード系とよりなる閉ループ制御系を備えている。なお、光学的温度計２には、温度表示器２aが接続されて測定した温度を表示している。
【０００５】
見込制御電圧発生器８から出力され、加算回路７に印加される見込制御電圧Ｖsは、開ループ制御を行う制御電圧であって、造管中の鋼板14を単位時間に設定温度まで加熱するための見込まれる制御電圧であり、造管速度および板厚に比例する電圧である。板厚が一定の鋼板を使用して造管している場合には、見込制御電圧Ｖsは造管速度に依存する電圧である。
【０００６】
したがって、造管速度が速くて高周波発振器１より大きな高周波電力を出力させる場合には、見込制御電圧Ｖsを高くし、造管速度が遅くて高周波発振器１より小さい高周波電力を出力させる場合には、見込制御電圧Ｖsを低くするように調整している。
【０００７】
加算回路７に印加されるＰＩＤ制御電圧Ｖpidは、光学的温度計２から出力される温度電圧Ｖtと基準温度電圧Ｖrとの差電圧（Ｖt−Ｖr）に基づいて閉ループ制御を行う制御電圧である。
【０００８】
このような従来の温度制御装置においては、造管速度を変化させたときに、高周波発振器１に印加する見込制御電圧Ｖsを調整して高周波発振器１の出力を変化させ、造管速度に対応した高周波電力をワーク・コイル11に印加している。
【０００９】
そして、何らかの原因で接合部の溶接温度が変化して測定した溶接部の温度が基準温度より相違したときに、減算回路４より差電圧（Ｖt−Ｖr）を生じてＰＩＤ制御回路６よりＰＩＤ制御電圧Ｖpidを発生するから、このＰＩＤ制御電圧Ｖpidを高周波発振器１に印加して、溶接温度を基準温度と等しくするように閉ループ制御を行っている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、造管速度が速くて高周波発振器１が大きな高周波電力を出力している場合にも、造管速度が遅くて高周波発振器１が小さい高周波電力を出力している場合にも、温度電圧Ｖtと基準温度電圧Ｖrとの差電圧（Ｖt−Ｖr）が同じであると、その差電圧（Ｖt−Ｖr）に基づくＰＩＤ制御電圧Ｖpidも同じである。
【００１１】
そのために、溶接温度が基準温度から相違して差電圧（Ｖt−Ｖr）を生じたときに、被加熱物体の熱容量が小さく、高周波発振器１が小さい高周波電力を出力している場合には、熱容量が小さいので閉ループ制御により速やかに基準温度に到達するが、被加熱物体の熱容量が大きく、高周波発振器１が大きな高周波電力を出力している場合には、閉ループ制御が動作しても、帰還されるＰＩＤ制御電圧Ｖpidが同じであるから、高周波発振器１の出力が変化して基準温度に至るまでの時間が熱容量が大きいので長くなり、閉ループ制御の応答速度が、被加熱物体の熱容量により相違したり不安定になるなどの問題があった。
【００１２】
そこで、この発明の温度制御装置は、被加熱物体の熱容量が相違して高周波発振器の出力レベルが相違しても、閉ループ制御のフォワード・ゲインを変化させて応答速度を一定ならしめて、安定な制御を行わせることを目的として考えられたものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明の加熱装置の温度制御装置は、高周波発振器から出力される高周波電力が印加されるワーク・コイルの中を走行しながら加熱される被加熱物体と、該被加熱物体を設定温度まで単位時間内に加熱するために見込まれる見込制御電圧を発生して上記高周波発振器を制御する開ループ制御系と、上記被加熱物体の加熱位置における加熱温度を温度計によって検出し、該温度計の出力に基づいて上記高周波発振器の出力を制御して上記加熱温度を設定値に近づける閉ループ制御系を備え、上記閉ループ制御系のフォワード・ゲインを上記開ループ制御系の見込制御電圧に比例させるように構成したものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
この発明の温度制御装置を適用する装置として電縫管の造管装置を例にあげて説明する。造管装置は、図１のブロック図に示すように、高周波発振器１の出力側に接続されたワーク・コイル11とインピーダ12とを備え、ワーク・コイル11の中でインピーダ12を包むように帯状の鋼板14を丸めて、Ｖ字形に開いた接合部の表面に沿って点線15で示す高周波電流を誘起せしめ、この誘起された高周波電流によって走行する接合部を加熱しながら、スクイズロールで突き合わせて溶接することにより電縫管13を連続的に製造するものである。
【００１５】
この高周波発振器１は、その入力端子に印加される制御電圧Ｖcに対応した大きさの高周波電力を発生して、ワーク・コイル11に印加するように動作する。
【００１６】
この発明の温度制御装置は、図１のブロック図に示すように、造管中の溶接部から放射される輻射エネルギーを受光して、溶接部の温度に対応した温度電圧Ｖtを発生する光学的温度計２と、溶接に適した基準温度に対応する基準温度電圧Ｖrを発生する温度設定器３と、光学的温度計２から出力される温度電圧Ｖtと温度設定器３から出力される基準温度電圧Ｖrが印加され、両者の差電圧（Ｖt−Ｖr）を発生させる減算回路４と、この減算回路４から出力される差電圧（Ｖt−Ｖr）に対して見込制御電圧発生器８から出力される見込制御電圧Ｖsを乗算する乗算回路５と、この乗算回路５から出力される電圧｛（Ｖt−Ｖr）・Ｖc｝に基づいてＰＩＤ制御電圧Ｖpidを発生させるＰＩＤ制御回路６と、このＰＩＤ制御回路６から出力されるＰＩＤ制御電圧Ｖpidと見込制御電圧Ｖsを加算して、その加算電圧｛Ｖc＝Ｖs＋Ｖpid｝を高周波発振器１の制御入力端子に印加する加算回路７とにより構成されている。なお、光学的温度計２には、温度表示器２aが接続されて測定した温度を表示している。
【００１７】
見込制御電圧発生器８から出力される見込制御電圧Ｖsは、高周波発振器１を開ループ制御する制御電圧であって、鋼板14を単位時間に設定温度まで加熱するための見込まれる制御電圧であり、造管速度および板厚に比例する電圧である。板厚が一定の鋼板を使用して造管している場合には、見込制御電圧Ｖsは造管速度に依存する電圧である。そこで、見込制御電圧Ｖs の代わりに、造管速度を制御する造管速度信号電圧を利用してもよいのである。
【００１８】
次に、このように構成されたこの発明の温度制御装置の動作について説明する。
【００１９】
造管開始時には、スイッチ６aを閉じてＰＩＤ制御回路６の動作を停止させることによりＰＩＤ制御回路６の出力電圧Ｖpidを“０”にして、光学的温度計２により測定された溶接温度を温度表示器２aによって確認しながら見込制御電圧発生器８から出力される見込制御電圧Ｖsを調整して、溶接温度を適正温度に調整する。
【００２０】
溶接温度が適正温度になると、光学的温度計２から出力される温度電圧Ｖtが最適温度に設定された温度設定器３の基準温度電圧Ｖrと一致し、減算回路４の出力が“０”になり、見込制御電圧発生器８から出力される見込制御電圧Ｖsにより高周波発振器１が開ループ制御されている。この状態において、スイッチ６aを開いてＰＩＤ制御回路６の動作を開始させる。
【００２１】
造管中に、何らかの原因で接合部の溶接温度が変化したとき、その溶接温度に対応した温度電圧Ｖtと温度設定器３に設定された基準温度電圧Ｖrとの差電圧（Ｖt−Ｖr）が減算回路４より発生し、さらに乗算回路５において差電圧（Ｖt−Ｖr）と見込制御電圧Ｖsとを乗算させ、その乗算値｛（Ｖt−Ｖr）・Ｖs｝に基づいてＰＩＤ制御回路６によりＰＩＤ制御電圧Ｖpidを発生させ、加算回路７において見込制御電圧Ｖsと加算して、この加算回路７の出力電圧｛Ｖs＋Ｖpid｝により高周波発振器１の出力レベルを閉ループ制御する。
【００２２】
長時間にわたって造管し続けると、インピーダ12の劣化、板厚の変動などにより、最初に調整した見込制御電圧Ｖsと高周波発振器１の制御電圧Ｖcとの間に差電圧を生じるが、この差電圧は、ＰＩＤ制御回路６において測定温度を設定温度と一致させるために発生したものである。
【００２３】
加算回路７に印加される見込制御電圧Ｖsは、開ループ制御を行う制御電圧であり、加算回路７に印加されるＰＩＤ制御電圧Ｖpidは、溶接部の温度電圧Ｖtおよび基準温度電圧Ｖrの差電圧（Ｖt−Ｖr）に基づいて閉ループ制御を行う制御電圧であるが、ＰＩＤ制御回路６の入力側に乗算回路５を設けて、差電圧（Ｖt−Ｖr）に対して見込制御電圧Ｖsを乗算させることにより、閉ループ制御系のフォワード・ゲインを開ループ制御を行う制御電圧に対応して変化させることができる。
【００２４】
このように、閉ループ制御系のフォワード・ゲインを予め設定された見込制御電圧Ｖsに対応して変化させるので、何らかの原因で接合部の溶接温度が変化して基準温度から相違して差電圧（Ｖt−Ｖr）を生じたとき、ＰＩＤ制御回路６に対する入力電圧の倍率を変えてＰＩＤ制御電圧Ｖpidを発生させることになり、高周波発振器１が発生している高周波電力の大小に関係なく、閉ループ制御により速やかに基準温度となるように応答速度を一定にすることができる。
【００２５】
以上で電縫管を製造する造管装置における溶接温度の制御を実施の形態として説明したが、この発明の温度制御装置は、焼鈍装置における焼き鈍し温度の管理、焼入れ装置における焼入れ温度の管理など各種の加熱装置に適用することができる。
【００２６】
【発明の効果】
以上の実施の形態に基づく説明から明らかなように、この発明の温度制御装置によると、高周波発振器から出力される高周波電力が印加されるワーク・コイルの中を走行しながら加熱される被加熱物体と、この被加熱物体の加熱温度を設定温度に加熱するために見込まれる見込制御電圧を発生して上記高周波発振器を制御する開ループ制御系と、上記被加熱物体の加熱温度を温度計によって検出し、この温度計の出力に基づいて上記高周波発振器の出力を制御して上記加熱温度を設定値に近づける閉ループ制御系を備え、上記閉ループ制御系のフォワード・ゲインを上記開ループ制御系の見込制御電圧に対応させので、高周波発振器の出力レベルが相違しても、閉ループ制御系の応答速度を一定ならしめることができ、加熱温度を安定化して均質な製品が得られ、製品の歩留まりが向上するという効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の温度制御装置を電縫管造管装置に適用した実施形態を示すブロック図、
【図２】従来の電縫管造管装置における温度制御装置の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１高周波発振器
２温度計
３温度設定器
４減算回路
５乗算回路
６ＰＩＤ制御回路
７加算回路
８見込制御電圧発生器
11 ワーク・コイル
12 インピーダ
13 電縫管
14 鋼板
15 誘起された高周波電流

Claims

高周波発振器から出力される高周波電力が印加されるワーク・コイルの中を走行しながら加熱される被加熱物体と、該被加熱物体を設定温度まで単位時間内に加熱するために見込まれる見込制御電圧を発生して上記高周波発振器を制御する開ループ制御系と、上記被加熱物体の加熱位置における加熱温度を温度計によって検出し、該温度計の出力に基づいて上記高周波発振器の出力を制御して上記加熱温度を設定値に近づける閉ループ制御系を備え、
上記閉ループ制御系のフォワード・ゲインを上記開ループ制御系の見込制御電圧に比例させることを特徴とする加熱装置の温度制御装置。
見込制御電圧として、被加熱物の走行速度を設定する速度信号電圧を利用することを特徴とする請求項１に記載の加熱装置の温度制御装置。