JPH0318908A - 温度制御方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は炉内に置かれた物体の温度を２個の温度センサ
でもって温度制御する温度制御方式に係わり、特に、天
井等の物体から離れた位置に配設された主温度センサで
炉内の温度を制御するとともに側壁等の物体に近接する
位置に配設された補助温度センサで物体近傍温度を監視
する温度制御方式に関する。

（従来の技術） 第５図は連続焼鈍炉等の炉１内に置かれた被温度制御物
体として材料２を上下に配設された一対のバーナー３．
４で加熱する装置であり、炉１内の温度は天井に配設さ
れた主温度センサ５と材料２近傍に配設された補助温度
センサ６とで検出される。主温度センサ５の検出温度Ｔ
は温度制御部７へ入力される。温度＠御部７には予め設
定された天井近傍における目標温度Ｓが入力されており
、目標温度Ｓと検出温度Ｔとの温度偏差（Ｓ−Ｔ）を算
出して、この温度偏差に基づいて制御演算を行い、燃料
流量制御部８および空気流量制御部９に対する設定値と
なる操作信号を送出する。

燃料流量制御部８は、燃料流量検出器１０にて検出され
た燃料流量と前記燃料量設定値とから制御演算を行い、
調節弁１１へ調節信号を出力することにより、燃料の各
バーナー３．４への供給量を制御する。

同様に、空気流量制御部９は、空気流量検出器１２にて
検出された空気流量と前記空気量設定値とから制御演算
を行い、調節弁１３へ調節信号を出力することにより、
空気の各バーナー３，４への供給量を制御する。

一方、側壁に取付けられた補助温度センサ６で検出され
た物体近傍温度Ｖは異常温度検出部１４へ入力される。

この異常温度検出部１４には前記天井近傍の目標温度Ｓ
が入力されており、目標温度Ｓと物体近傍温度Ｖとの温
度差Ｄ　（−５−Ｖ）が予め定められた規定範囲（Ｄｓ
ａ−Ｄｓｌ）を外れるとアラーム信号を出力して、警報
表示したり、警報音を発生したりして操作員にその異常
温度発生を告知する。

なお、一般に、炉１内の天井近傍の温度は材料近傍の温
度より高いので、前記天井近傍の設定温度Ｓは材料近傍
に配設された補助温度センサ６にて検出された物体近傍
温度Ｖより高く設定されている。逆に、補助温度センサ
６で検出された物体近ｆ！ｆＩ温度Ｖが最終目標とする
真の材料温度になるように、天井近傍の目標温度Ｓが設
定されている。

なお、温度制御部７で温度制御する対象温度を補助温度
センサ６の物体近傍温度Ｖでなく、天井に設けられた主
温度センサ５の検出温度Ｔとするのは、補助温度センサ
６が材料２に近接しているために、材料２の熱反射率の
変動、材料２の上下振動等により、検出される物体近傍
温度Ｖが不安定であり、制御用温度としては不適当であ
るからである。また、材料２の過渡的な上下動により補
助温度センサ６が損傷を受ける確率が高い問題もある。

しかしながら、第５図のように構成された温度制御方式
においてもまだ解消すべき次のような課題があった。

すなわち、材料２に近接した物体近傍温度Ｖと天井近傍
の目標温度Ｓとの温度差りが前述した規定範ＦＨＪ　（
Ｄ　ＩＩａ　−Ｄ　ｓｉ）を外れるとアラーム信号が出
力されるのみであり、材料２の温度を正確に制御するた
めには、操作ハはアラーム警報を確認すると、温度制御
部７に印加する目標温度Ｓをマニアル操作で補正する必
要がある。具体的には、温度差りが小さくなり規定範囲
（Ｄａａ−Ｄａｉ）の最小値Ｄｓｌを下回ると、物体近
傍温度Ｖが上昇しすぎであり、目標温度Ｓを低下させて
、炉１内温度を短時間で低下させる必要がある。逆に、
温度差りが大きくなり規定範囲（Ｄｍａ−Ｄｍｉ）の最
大値Ｄ■ａを上回ると、物体近傍温度Ｖが低下しすぎで
あり、目標温度Ｓを上昇させて、炉１内温度を短時間で
上昇させる必要がある。

この操作を行わずに放置すると、材料２の温度制御精度
が低下して、材料２の品質が低下する問題がある。

（発明が解決しようとする課題） このように、従来の温度制御方式によれば、物体近傍温
度Ｖが大さ（変化して、７３度差りが規定範囲（Ｄｍａ
−ＤａＤを外れてアラーム信号が送出されたとしても、
操作員がマニアルで対応操作を実施する必要があったの
で、操作員の負担が増大すると共に、適切なタイミング
で対応操作が実施されるとは限らず、材料の温度制御精
度が低下する問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みてなさたものであり、
補助温度センサにて検出される物体近傍温度と目標温度
との温度差が規定範囲を外れた場合には、自動的に目標
温度を補正する事により、物体の温度制御精度を大幅に
向上でき、かつ操作員の負担を大幅に軽減できるきる温
度制御方式を提供することを目的とする。

［発明の構成〕 （課題を解決するための手段） 上記課題を解消するために本発明は、炉内に置かれた物
体に離間配置された主温度センサと物体に近接配置され
た補助温度センサとの２個の温度センサを設け、主温度
センサの検出温度が予め定められた目標温度になるよう
に炉内の温度を制御するとともに、補助温度センサで物
体近傍温度を監視する温度制御方式において、 補助温度センサの検出温度と目標温度との間の温度差を
検出し、この温度差が規定範囲を外れると高温信号また
は低温信号を出力する異常温度検出手段と、高温信号を
受領して目標温度を低温側へ補正する第１の目標温度補
正手段と、低温信号を受領して目標温度を高温側へ補正
する第２の目標温度補正手段とを備えたものである。

（作用） このように構成された温度制御方式によれば、通常は物
体に離間配置された主温度センサにて検出される検出温
度が目標温度になるように温度制御される。そして、物
体近傍に配設された補助温度センサから出力された物体
近傍温度と前記目標温度との温度差が規定範囲を外れる
と、外れた方向に対応して高温信号または低温信号が異
常温度検出手段から出力される。

高温信号が出力されると、目標温度が自動的に低温側へ
補正され、補正された目標温度に従って、炉内の温度が
制御されるので、炉内温度は短時間で低下する。また、
低温信号が出力されると、目標温度が自動的に高温側へ
補正され、補正された目標温度に従って、炉内の温度が
制御されるので、炉内温度は短時間で上昇する。

（実施例） 以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は実施例の温度制御方式を示す模式図である。第
５図と同一部分には同一符号を付して重複する説明を省
略する。

炉１内の天井に設置された主温度センサ５にて検出され
た検出温度Ｔは温度制御部７に入力される。温度制御部
７には加減算部２１から送出された補正目標温度Ｓ、が
入力され、補正目標温度Ｓ、と検出温度Ｔとの温度偏差
（Ｓ、−Ｔ）を算出して、この温度偏差に基づいて制御
演算を行い、燃料流量制御部８および空気流量制御部９
に対する設定値となる操作信号を送出する。そして、燃
料流量制御部８および空気流量制御部９は、それぞれバ
ーナー３．４に対する燃料供給量および空気供給量を調
節して、主温度センサ５の検出温度Ｔが補正目標温度Ｓ
、に近似するように炉内温度を制御する。

また、炉１内の側壁に取付けられた補助温度センサ６で
検出された物体近傍温度Ｖは異常温度検出部２３へ入力
される。異常温度検出部２３には天井近傍における修正
前の目標温度Ｓが入力されている。そして、異常温度検
出部２３内においては、目標温度Ｓと検出された物体近
傍温度Ｖとの温度差Ｄ　（−８−Ｖ）を検出して、その
温度差りが、第２図に示すように、予め定められた規定
範囲（Ｄｍａ−ＤＩＩｌ＋）の最小値Ｄ１未満になると
、物体近傍温度Ｖが上限温度ＶＨを上回ったので、ハイ
（Ｈ）レベルの高温信号ａを出力する。また、予め定め
られた規定範囲（Ｄ　ｍａ−Ｄ　ｍｌ）の最大値Ｄｓａ
を越えると、物体近傍温度Ｖが下限温度ｖＬを下回った
ので、ハイ（Ｈ）レベルの低温信号すを出力する。よっ
て、この温度制御方式においては、物体近傍温度Ｖにて
示される材料２の温度が、下限温度ｖＬと上限温度Ｖｌ
Ｉとの間に制御されることを目標としている。

異常温度検出部２３から出力されたＨレベルの高音信号
ａは接点２４を閉成する。また、異常温度検出部２３か
ら出力されたＨレベルの低温信号すは切換接点２５を常
開端子側へ切換接続する。

高音信号ａと低温信号すとが同時に出力されることはな
いので、高温信号ａが出力されている状態においては、
接点２４が閉成されており、接点２４および切換接点２
５の常閉端子を介して前記加減算部２１へ前記目標温度
Ｓを（−）側へ補正するための単位微小温度（−ΔＳ）
が人力される。

一方、低温信号すが出力されている状態においては、切
換接点２５が常開端子側に接続されているので、切換接
点２５の常開端子を介して前記加減算部２１へ前記目標
温度Ｓを（＋）側へ補正するための単位微小温度ΔＳが
入力される。

加減算部２１には前記天井近傍の目標温度Ｓが初期値と
して入力されており、この目標温度Ｓを前記各単位微小
温度ΔＳ、−ΔＳで補正して、補正後の補正目標温度Ｓ
、を前記温度制御部７へ送出する。

具体的には、一定周期Ｔ毎に、現在入力されている単位
微小温度ΔＳ、−ΔＳを一つ前の周期の補正目標温度Ｓ
、−０に加算して、今回の補正目標温度Ｓ、を算出する
。したがって、異常温度検出部２３から高温信号ａおよ
び低温信号すが出力されていない状態においては、各単
位微小温度ΔＳ。

−ΔＳは人力されないので、０温度を加算することにな
り、温度制御部７へ送出する補正目標温度Ｓ、は前回の
補正目標温度Ｓ。−０を維持する。よって、高温信号ａ
が長時間継続して送出されると、温度制御部７へ送出さ
れる補正目標温度Ｓｏは時間経過と共に低下する。逆に
、低温信号すが長時間継続して送出されると、温度制御
部７へ送出される補正目標温度Ｓ、は時間経過と共に上
昇する。

次に、このように構成された温度制御方式の動作を第２
図のタイムチャートを用いて説明する。

時刻ｔ、にて補助温度センサ６にて検出された物体近傍
温度Ｖが下限温度ＶＬを下回ると、目標温度Ｓとの温度
差Ｄ　（−５−Ｖ）が規定範囲（ＤＩＩａ−Ｄｆｆｉｉ
）の最大値ＤＩｌｌａを越えるので、異常温度検出部２
３が低温信号すを出力する。その結果、切換接点２５が
常開端子側に切換り、加減算部２１に単位微小温度ΔＳ
が印加される。しかして、補正目標温度Ｓ、は時間経過
と共に上昇する。

加減算部２１から温度制御部７へ出力される補正目標温
度Ｓ。が上昇すると、温度制御部７におれる目標温度Ｓ
、と検出温度Ｔとの温度偏差が大きくなり、早急に検出
温度Ｔを上昇させる方向に温度制御部７は動作する。よ
って、各バーナー３゜４の火力が強くなり、炉１内温度
は急上昇する。

そして、時刻ｔ２にて物体近傍温度Ｖが下限温度Ｖ、を
上回ると、低温信号すが解除され、切換接点２５は常閉
端子側に戻る。その結果、加減算部２１の補正目標温度
Ｓ４はその値を維持する。

さらに、物体近傍温度■が上昇して、時刻ｔ。

にて上限温度■Ｈを上回ると、目標温度Ｓとの温度差Ｄ
　（−５−’ｌが規定範囲（Ｄ　ｎ＋ａ−Ｄ　ｍｌ）の
最小値Ｄ１１＋未満になるので、異常温度検出部２３が
高温信号ａを出力する。その結果、接点２４が閉成され
、加減算部２１に単位微小温度（−ΔＳ）が印加される
。しかして、補正目標温度Ｓ。は時間経過と共に低下す
る。

加減算部２１から温度制御部７へ出力される補正目標温
度Ｓ。が低下すると、温度制御部７における目標温度Ｓ
。と検出温度Ｔとの温度偏差が逆方向に大きくなり、早
急に検出温度Ｔを低下させる方向に温度制御部７は動作
する。よって、各バーナー３．４の火力が弱くなり、炉
１内温度は急低下する。

そして、時刻ｔ４にて物体近傍温度Ｖが上限温度ＶＨ以
下になると、高温信号ａが解除され、接点２４が解放さ
れる。その結果、加減算部２１の補正目標温度Ｓ。はそ
の値を維持する。

このような温度制御方式であれば、通常は温度制御部７
と各流量制御部８，９および主温度センサ５とで形成さ
れる温度制御ループでもって、炉１内温度が一定値に制
御されるが、材料２の温度を示す物体近傍温度Ｖと目標
温度Ｓとの温度差Ｄ（−Ｓ　−Ｖ）が規定範囲（Ｄｒａ
ａ−Ｄｍｉ）を外れると、前記温度制御ループに印加す
る目は温度Ｓを自動的に補正して、物体近傍温度Ｖを短
詩１ｉ８１で元の規定範囲に対応する温度範囲（Ｖｌ、
〜Ｖｕ）内に復帰させている。

よって、たとえ材料２の温度が大幅に変化したとしても
ごく短時間で元の温度範囲に復帰するので、温度制御精
度を大幅に向上できる。その結果、温度制御される材料
２の品質を大幅に向上できる。

また、温度差Ｄ（−５−Ｖ）が規定範囲を外れると、自
動的に目標温度が補正されるので、第５図に示した従来
の温度制御方式に比較して操作員の負担を大幅に向上で
きる。

第３図は本発明の他の実施例に係わる温度制御方式を示
す模式図である。第１図の実施例と同一部分には同一符
号を付して重複する説明を省略する。

この実施例においては、物体近傍温度Ｖおよび目標温度
Ｓが入力される異常温度検出部３１は、塩度差Ｄ　（−
５−Ｖ）が規定範囲ＣＤ　ｍａ−Ｄ　ｓｉ）を外れると
高温信号ａおよび低温信号すを出力すると共に、第３図
に示すように、前記規定範囲（Ｄｍａ−Ｄｍｉ内にこの
規定範囲よりさらに狭い微調整範囲（ＤＩＩａ２〜Ｄｓ
＋２）を設定して、前記温度差りがその微調整範囲（Ｄ
■ａ２〜Ｄｍ！２）に入ると、低温復帰信号Ｍａおよび
高温復帰信号Ｍｂを出力する。

すなわち、物体近傍温度Ｖが微調整範囲の最大値Ｄ　ｍ
ａ２に対応する下限温度ＶＬ２以上になると低温復帰信
号Ｍａを出力し、物体近傍温度Ｖが微調整範囲の最小値
Ｄ　ｓｉ２に対応する上限温度ＶＨ２以下になると高温
復帰信号Ｍｂを出力する。

そして、異常温度検出部３１から出力された高温信号ａ
はオアゲート３２を介して単位微小温度（−ΔＳ）が印
加されている接点２４に送出され、低温復帰信号Ｍａは
アンドゲート３３を介して前記オアゲート３２の他方端
に入力されている。さらに、異常温度検出部３１から出
力された低温信号すはオアゲート３４を介して単位微小
温度（ΔＳ）が印加されている切換接点２５に送出され
、高温復帰信号Ｍｂはアンドゲート３５を介して前記オ
アゲート３４の他方端に入力されている。

また、比較部３６は、目標温度Ｓと加減算部２１から出
力される補正目標温度Ｓ７とを比較して、補正目標温度
Ｓ７が目標温度Ｓより大きいときにハイ（Ｈ）レベルに
なる出力信号ＣＡを前記アンドゲート３３の他方の入力
端子へ送出する。

逆に、比較部３７は、補正目標温度Ｓ、が目標温度Ｓよ
り小さいときにハイ（Ｈ）レベルになる出力信号ＣＢを
前記アンドゲート３５の他方の入力端子へ送出する。

次に、このように構成された温度制御方式の動作を第４
図のタイムチャートを用いて説明する。

時刻ｔ、にて物体近傍温度■が規定範囲（Ｄｍａ〜Ｄ　
ｍｌ）の最大値に対応する下限温度Ｖ、を下回ると、低
温信号すが出力され、オアゲート３４を介して切換接点
２５が常開端子側に切換り、加減算部２１から出力され
る補正目標温度Ｓ、が上昇する。その結果、物体近傍温
度Ｖは一定の時間遅れをもって上昇に転じる。また、補
正目標温度Ｓ７が目標温度Ｓを上回るので、比較部３６
からハイ（Ｈ）レベルの出力信号ＣＡがアンドゲート３
３へ送出される。

しかして、時刻ｔ６にて物体近傍温度Ｖが前記下限温度
ｖＬを上回ると、低温信号すが解除され、切換接点２５
が元の常閉端子側に切換り、加減算回路２１の補正目標
温度Ｓ、の上昇は停止する。

さらに、時刻ｔ７にて物体近傍温度Ｖが微調整範囲（Ｄ
ＩＩｌａ２〜Ｄｍ１２　）の最大値Ｄ　ａ＋ａ２に対応
する下限温度ＶＬ２まで復帰すると、ノ１イ（）Ｉ）レ
ベルの低温復帰信号Ｍａが出力される。よって、先の比
較部３６からの出力信号ＣＡと低温復帰信号Ｍａとでア
ンドゲート３３が成立して、オアゲート３２を介して接
点２４が閉成される。接点２４が閉成されると、単位微
小温度（−ΔＳ）が減算回路２１へ人力される。その結
果、加減算部２１は時刻ｔ、〜ｔ６間で上昇した補正目
標温度Ｓ。

に対する減算演算を開始する。よって、温度制御部７へ
送出する補正目標温度Ｓ。が低下する。補正目標温度Ｓ
、が低下すれば、物体近傍温度Ｖの上昇速度が低下する
。

時刻ｔ８にて、補正目標温度Ｓ、が最初の目標温度Ｓま
で低下すると、比較部３６から出力されていたハイ（Ｈ
）レベルの出力信号ＣＡが解除されるので、アンドゲー
ト３３が成立しなくなり、接点２４が解放され、加減算
部２１の補正目標？Ｈ度Ｓ。は元の目標温度Ｓとなり、
一定値を維持する。

さらに、時刻ｔ９にて物体近ｆｙｔｉＡｉ度Ｖが微調整
範囲（ＤＩｌａ２〜Ｄａ１２　）の最小値Ｄ　ｍ＋２に
対応する上限温度ＶＨ２以上になると、高温復帰信号Ｍ
ｂがロー（Ｌ）レベルへ変化し、時刻ｔ＋ｏにて、物体
近傍温度Ｖが規定範囲（Ｄｍａ−Ｄｍｉ）の最小値に対
応する上限温度ＶＨを上回ると、高温信号ａが出力され
、オアゲート３２を介して接点２４が閉成され、加減算
部２１から出力される補正目標温度Ｓ、が低下する。そ
の結果、物体近傍温度Ｖは一定の時間遅れをもって下降
に転じる。また、補正目標温度Ｓ、が目標温度Ｓを下回
るので、比較部３７からハイ（Ｈ）レベルの出力信号Ｃ
Ｂがアンドゲート３５へ送出される。

しかして、時刻ｔ１１にて物体近傍温度Ｖが前記上限温
度■□を下回ると、高温信号ａが解除され、接点２４が
解放され、加減算部２１の補正目標温度Ｓ、の低下は停
止する。

さらに、時刻ｔ１２にて物体近傍温度■が微調整範囲（
Ｄ　ｍａ２〜Ｄ　ｍｉ２　）の最小値Ｄ１１２に対応す
る上限温度ＶＨ２まで復帰（低下）すると、ハイ（Ｈ）
レベルの高温復帰信号Ｍｂが出力される。

よって、先の比較部３７からの出力信号ＣＢと高温復帰
信号Ｍｂとでアンドゲート３５が成立して、オアゲート
３４を介して切換接点２５が常開端子側へ切換り、単位
微小温度ΔＳが減算回路２１へ入力される。その結果、
加減算部２１は時刻ｔｌＯ〜ｔｌ１間で低下した補正目
標温度Ｓ、に対する加算演算を開始する。よって、温度
制御部７へ送出する補正目標温度Ｓ、が上昇する。補正
目標温度Ｓ、が上昇すれば、物体近傍温度■の下降速度
が低下する。

そして、例えば補正目標温度Ｓ、が上昇しすぎて、時刻
ｔｒｉにて物体近傍温度Ｖが再度微調整範囲（Ｄ　ｍａ
２〜Ｄ１２）の最小値Ｄ　ｓ１２に対応する上限温度Ｖ
Ｈ２以上に上昇すると、高温復帰信号Ｍｂがロー（Ｌ）
レベルへ戻るので、アンドゲート３５の成立が解除され
、切換接点２５が元の常閉端子側に戻る。その結果、加
減算部２１は補正目標温度Ｓ、に対する加減演算を停止
する。

次に、このように構成された温度制御方式の特徴を説明
する。

例えば物体近傍温度Ｖが下限温度ｖＬを下回り、補正目
標温度Ｓ、が上昇して、物体近傍温度Ｖが一定の遅れを
有して上昇して、前記下限温度ｖＬ以上に復帰した場合
において、第１図の実施例においては、物体近傍温度Ｖ
が規定範囲で定まる上限温度Ｖ　１１を越えた時点で初
めて補正目標温度Ｓ、が下降するが、この実施例におい
ては、物体近傍温度Ｖが規定範囲（Ｄｍａ−ＤｇＪ）の
さらに内側に設定された微調整範囲（Ｄ　ｍａ２〜Ｄ■
１２　）に入ると、補正目標温度Ｓ、を逆方向に、すな
わち、先に補正した補正量を打ち消す方向に補正する。

したがって、物体近傍温度Ｖは微調整範囲（Ｄ　ｌ１ａ
２〜Ｄ１２）に入ると、温度変化が急に緩やかになる。

その結果、目標温度Ｓを補正したことに起因する物体近
傍温度Ｖのオーバーシュート現象を未然に防止でき、被
温度制御対象物体としての材料２の温度制御精度をさら
に向上できる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の温度制御方式によれば、補
助温度センサにて検出される物体近傍温度と目標温度と
の温度差が規定範囲を外れた場合には、自動的に目標温
度を温度差が元の規定範囲内に戻る方向に補正するよう
にしている。したがって、炉内に置かれた被温度制御物
体の温度制御精度を大幅に向上でき、かつ操作員の負担
を大幅に軽減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる温度制御方式を示す
模式図、ｆｆ１２図は同実施例の動作を示すタイム、チ
ャート、第３図は本発明の他の実施例に係わる温度制御
方式を示す模式図、第４図は同実施例の動作を示すタイ
ムチャート、第５図は従来の温度制御方式を示す模式図
である。 １・・・炉、２・・・物体、３，４・・・バーナー　５
・・・主温度センサ、６・・・補助温度センサ、７・・
・温度制御部、２１・・・加減算部、２３．３１・・・
異常温度検出部、２４・・・接点、２５・・・切換接点
、３２゜３４・・・オアゲート、３３．３５・・・アン
ドゲート、３６．３７・・・比較部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 炉内に置かれた物体に離間配置された主温度センサと前
   記物体に近接配置された補助温度センサとの２個の温度
   センサを設け、前記主温度センサの検出温度が予め定め
   られた目標温度になるように前記炉内の温度を制御する
   とともに、前記補助温度センサで前記物体近傍温度を監
   視する温度制御方式において、 前記補助温度センサの検出温度と前記目標温度との間の
   温度差を検出し、この温度差が規定範囲を外れると高温
   信号または低温信号を出力する異常温度検出手段と、前
   記高温信号を受領して前記目標温度を低温側へ補正する
   第１の目標温度補正手段と、前記低温信号を受領して前
   記目標温度を高温側へ補正する第２の目標温度補正手段
   とを備えた温度制御方式。