JPS6131946B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は移動中の長尺金属材、例えば鋼管等
の被加熱材を一定温度に加熱するための電気誘導
加熱方法に関する。 鋼管等の長尺金属材を、その長手方向に移動さ
せながら均一に加熱する電気誘導加熱装置は多く
発表されている。例えば特公昭42−13674号に
は、加熱電源の改良型二位置制御による均一加熱
法が開示されている。又特開昭52−122941号、特
開昭52−122942号、特開昭52−122943号公報には
加熱誘導コイルへの供給電力量の制御装置が開示
されている。 而して、これら公知の電気誘導加熱制御におい
て被加熱材の温度を検出し、所定温度になるまで
加熱誘導コイルへの供給電力量を制御するもので
同一の被加熱材内での制御がなされる。これら公
知の電気誘導加熱制御においては、与えられる制
御量が未確実であり、制御過程にある加熱誘導コ
イルを出た被加熱材の測定温度によつて制御の継
続がなされる。又これらの電気誘導加熱にあつて
は同一被加熱材内での温度制御であるため単純制
御となり、制御精度に未だしの感があつた。 本発明は順次に加熱誘導子コイルに送られる多
くの被加熱材にそれぞれ一定の昇温量を与えるに
おいて、各被加熱材相互間の加熱昇温量の高低を
低減し、被加熱材毎の昇温量を一定値にすること
を目的とする。 上記目的を達成するために本発明においては、
ロツト区分毎など、１つのグループに属する多数
の被加熱材の誘導子コイルによる誘導加熱におい
て、該誘導子コイルによりすでに加熱した前記１
グループ内の被加熱材の、加熱前温度と加熱後温
度の差、すなわち実昇温量と、目標昇温量の偏差
を求めて、前記すでに加熱した被加熱材に対する
誘導子コイル供給電力設定値に対して、前記偏差
に対応する供給電力値に所定のゲインを乗じた供
給電力補正値を調整値として加えて、該誘導子コ
イルに到来する被加熱材に対する加熱制御操作量
を定める。上記ゲインは、被加熱材の１つ毎に対
する段階的な操作量の高低を、数本以上にわたつ
てなめらかに平滑化し、多くの被加熱材にわたつ
てゆるやかに操作量の変動を分散させ、これによ
り１本毎の急激な昇温量変動を防止するものであ
る。 多くの被加熱材について加熱昇温量が目標値に
収束するように、前記偏差としてはすでに加熱し
た複数個の被加熱材の偏差を平滑したものとする
のが好ましい。この平滑手法には単純平均法、過
去のもの程比重を低くし、現在に近いもの比重を
高くして偏差の重み平均をとる方法、指数平滑法
あるいはその他の平滑手法を用いうるが、多数の
被加熱材の昇温加熱実績を十分に反映し、各被加
熱材の加熱昇温量の目標値への収束をなめらかに
するにおいて、そして演算が簡易であるにおいて
指数平滑法を用いるのが好ましい。また、各個の
変動を小さくし、ロツト全体について安定して目
標昇温量に収束させるにおいて、平滑偏差に更
に、多くの被加熱材の全体についての昇温量のゆ
るやかな変動に合致するように、適当なゲインを
乗じて操作量変化分を定めるのが好ましい。 このような本発明の加熱制御手法は、ロツト毎
に被加熱材のサイズおよび規格に基づいて第１の
加熱供給電力設定をおこない、そのロツト内の各
被加熱材については、すでに加熱した被加熱材に
ついての実昇温量偏差にもとづいて各個の被加熱
材について第２の加熱供給電力設定をおこない、
更に各個の被加熱材の各部の加熱制御において
は、各部の加熱前の温度と昇温目標値との対応関
係から各部の加熱制御をしたり、および／又は１
個のすでに加熱した部分の偏差をもとに残余の部
分の加熱制御をするという、３段階の加熱設定あ
るいは加熱制御によりロツト全体、各被加熱材お
よび各被加熱材各部を一定の昇温量に加熱する制
御において、その一部（第２の加熱供給電力設
定）として用いるのに、特に好適である。 第１図に本発明を実施する装置の一例構成を示
す。第１図において、１_１，１_２および１_３は加
熱誘導子コイルであり、鋼管等の被加熱材３の移
送経路２に沿つて配列されている。４_１〜４_６は
温度検出器であり、検出器４_１，４_３および４_５
はそれぞれ誘導子コイル１_１，１_２および１_３の
入側において、到来する被加熱材３の温度Ｔ_i1，
Ｔ_i2およびＴ_i3を検出するものであり、検出器４
_２，４_４および４_６はそれぞれ誘導子コイル１
_１，１_２および１_３の出側において被加熱材３の
温度Ｔ_p1，Ｔ_p2およびＴ_p3を検出するものであ
る。 この実施例においては、第１の誘導子コイル１
_１は、バラエテイがある入側温度Ｔ_i1にもかかわ
らず出側温度Ｔ_p1を常に一定の目標温度T₁に加熱
昇温するための、定温度加熱用として配置されて
おり、第２の誘導子コイル１_２は、入側温度Ｔ_i2
に所定の温度上昇（T₂−T₁）を与える定昇温加熱
用として用いられており、第３の誘導子コイル１
_３も、入側温度Ｔ_i3に所定の温度上昇（T₃−T₂）
を与える定昇温加熱用として用いられている。こ
れに対応して、各誘導子コイル１_１〜１_３の加熱
電力制御をおこなう加熱制御回路，および
は、ほとんど同じ構成であるが、定温度加熱用の
第１の誘導子コイル１_１の加熱制御回路は、入
側温度Ｔ_in1と目標温度T₁との差（T₁−Ｔ_in1）を
１つの入力量としているのに対して、定昇温加熱
用の第２および第３の誘導子コイル１_２および１
_３の加熱制御回路およびは、それぞれ設定さ
れた昇温量（T₂−T₁）および（T₃−T₂）を１つの
入力量としている。 加熱制御回路は、入側温度Ｔ_i1を表わす電気
信号を連続的あるいは隔時点に取り込んでＴ_i1の
時系列の平均値Ｔ_in1を表わす信号を出力する、
所定時定数の積分回路などで構成される平均値演
算回路５_１；同様な構成であつて出側温度Ｔ_p1の
平均値Ｔ_pn1を表わす信号を出力する平均値演算
回路５_２；目標温度設定器６_１（たとえばポテン
シヨメータ）よりの、目標温度T₁を表わす信号
と、平均値演算回路５_１よりの入側温度平均値Ｔ
_in1を表わす信号とを入力とし、（T₁−Ｔ_in1）なる
温度差を表わす信号を出力する、演算増幅器、差
動増幅器等で構成される昇温量目標値設定回路７
_１；平均値演算回路５_１および５_２のＴ_in1を表
わす信号およびＴ_pn1を表わす信号、ならびに設
定回路７_１よりの（T₁−Ｔ_in1）を表わす信号を
入力として、（Ｔ_pn1−Ｔ_in1）−（T₁−Ｔ_in1）を表
わす信号、つまり、実平均昇温量（Ｔ_pn1−Ｔ_in
１）の目標昇温量（T₁−Ｔ_in1）に対する偏差を
表わす信号を出力する、演算増幅器などで構成さ
れる昇温量偏差演算回路８_１；該演算回路８_１の
出力偏差信号を、被加熱材２本以上たとえば数本
分にわたつて平滑化し、この平滑値に予め求めた
操作量ゲインを乗じて電力制御用の操作量変化分
を表わす信号に変換する、演算増幅器、函数発生
器などで構成される操作量偏差演算回路９_１；電
力制御用の操作量の前回値を表わす信号と前記操
作量変化分を表わす信号を加算して次回操作量を
表わす信号を発する、演算増幅器などで構成され
る操作量演算回路１０_１；およびこの演算回路１
０_１の出力により誘導子コイル１_１への印加電圧
および／又はコイル電流などの操作量を制御す
る、公知の供給電力制御装置１１_１で構成されて
いる。この加熱制御回路においては、昇温量目
標値設定回路７_１には、第１の誘導子コイル１_１
の入側の温度Ｔ_in1と目標温度T₂が入力され、こ
れにより（T₁−Ｔ_in1）が目標昇温量となり、し
たがつて、被加熱材３の入側の温度Ｔ_i1が様々で
あつても、出側の温度を目標値T₁とする加熱制
御がおこなわれる。 加熱制御回路においては、その昇温量目標値
設定回路７_２に、ポテンシヨメータなどの目標温
度設定器６_２および６_３よりそれぞれ第１および
第２の目標温度T₁およびT₂を表わす信号が印加
される。したがつて加熱制御回路は、目標昇温
量を（T₂−T₁）なる固定量とする。したがつて、
加熱制御回路は、入側の温度Ｔ_i2が仮に変動し
ても出側の温度が常にＴ_i2＋（T₂−T₁）となるよう
に定昇温量制御をおこなう。加熱制御回路も
と同様に定昇温制御をおこなう。なお、第１図に
おいて、目標温度設定器６_２，６₃.６_４および６
_５がそれぞれ目標温度T₁，T₂，T₂およびT₃を表
わす信号を出力するように示しているが、これ
は、Ｔ_p1＝Ｔ_i2＝T₁，Ｔ_p2＝Ｔ_i3＝T₂と見なし得
ると仮定して一応表示したものであり、これらの
目標温度設定器６_２〜６_５はそれぞれ、他の所定
の温度を表示する信号を出力するように設定して
もよい。なぜならば、第２の誘導子コイル１_２に
おいては、第１の誘導子コイル１_１の加熱温度
（T₁）に対して所定の昇温量Ｔ_p1（図示上ではＴ_p1
＝T₂−T₁）を上乗せ加熱すればよく、また第３の
誘導子コイル１_３においては、第２の誘導子コイ
ルの出側の温度（T₁＋Ｔ_p1）に対して所定の昇
温量Ｔ_p2（図示上ではＴ_p2＝T₃−T₂）を上乗せ加
熱すればよいからである。この第１図に示す実施
例では最終目標温度はT₁＋Ｔ_p1＋Ｔ_p2である。な
お図示上ではT₃であり、T₃＝T₁＋Ｔ_p1＋Ｔ_p2な
る関係となる。但し、以上は第１誘導子コイル１
と第２誘導子コイルの間、および第２誘導子コイ
ルと第３誘導子コイルの間を被加熱材３が走行中
にその冷却は無いものと仮定した場合である。冷
却の影響は目標温度設定器６_１〜６_５の設定値の
調整で補償しうる。 以下に第１図に示す加熱制御回路を用いた本発
明の実施例を説明する。ロツト一本目の設定は予
め定められたサイズおよび規格に基づいて供給電
力制御装置１１_１，１１_２を直接に設定すること
によりおこない、２本目以降については前回のロ
ツト一本目の加熱実績によつて前回の設定を逐次
修正する。すなわち昇温量実績値（Ｔ_pn1−Ｔ_in
１），（Ｔ_pn2−Ｔ_in2），…と目標昇温量（T₁−Ｔ_in
１），（T₂−T₁），…との間に偏差がある場合、そ
れを零にする方向に設定操作量を動かす。 第２図に、第１および第２の誘導子コイル１_１
および１_２で300℃の一定温度に加熱した鋼管を
第３の誘導子コイル１_３で更に70℃の昇温量を与
えた場合の実験データを示す。第２図ａおよびｂ
の横軸は使用された鋼管No.（投入順）を示す。こ
れらの図面において、一番最初に投入された鋼管
（No.１）では、手動設定（割込）でコイル１_２に
720Vの電圧を印加したので９℃の過熱となつた
が、２本目以降の鋼管では加熱制御回路により
自動制御したので昇温量は70℃を中心とする小さ
い偏差範囲内に留まつた。 第１図に示す回路構成において、昇温量偏差演
算回路８_１，８_２で得られた値を過去の数本に亘
つて平滑することもできる。此の場合平滑の手段
としては指数平滑、過去数本の単純平均或は重み
付平均等、本発明の目的の範囲内において任意の
平滑化回路を設けることができる。この場合、操
作量偏差演算回路９_１，９_２においては昇温量偏
差値或はその平滑値に予め求めた操作量ゲインを
乗じて操作量変化分を求める。 次に、指数平滑を用いる場合の一例を説明する
と、今回１本の実績偏差をΔθｋ、その前までの
平滑値を_k-1とすると、今回の平滑値ｋ
＝α・Δθｋ＋（１−α）_k-1，Ｏ＜α＜１と
する。一方、昇温量を１℃変化させるに必要な操
作量をa₁とするとき、今回の操作量を−a₁a₂
ｋ，０＜a₂＜１とする。これにおいてa₂が安定性
を増すためのゲインであり、αは、やはり安定性
を増すための、平滑係数である。この平滑ｋ
およびゲインa₂によつて、前回の一本に対してた
またま混入した外乱に過敏に反応して操作量が必
要以上に変化されることがなく、安定した加熱制
御がおこなわれる。次に実例を説明すると、第３
段コイルにおいて、サイズが外径273mm、肉厚
13.84mm（公称）の搬送速度4.5ｍ／minで送られ
るパイプを、

【表】 で加熱制御をおこなつた。これにおいて６本目の
パイプで操作量設定値Ｖ_S6＝650Vを設定した。
パイプの両端1000mmを除く部分で500mm毎に入側
の出側温度をサンプリング計測し、平均したとこ
ろ 入側温度平均値（Tin） 302℃ 出側温度平均値（Tout） 366℃ となつた。 なお、 ５本目までの昇温量平滑値（_５）０℃ 昇温量平滑係数（α） 0.5 昇温量〜操作量ゲイン（a₁） 6.4V／℃ 調整ゲイン （a₂） 0.6 であつた。 以上より７本目のパイプに対する操作量の設定
値を求める演算手順は次のようになる。 昇温量偏差 Δθ_６＝（366−302）−70＝−６℃ 昇温量偏差平滑値 _６＝0.5×（−６）＋0.5×０＝−３℃ 操作量補正量 ΔV₇＝−0.6×6.4×（−３）＝1152≒12V ７本目操作量設定値 Ｖ_S7＝650＋12＝662V なお、第１図においては、入側温度Ｔ_i1の平均
および出側温度Ｔ_p1の平均をまず求めて、それら
の値から入側温度Ｔ_i1と出側温度Ｔ_p1の差の平均
（Ｔ_pn1−Ｔ_in1）を求める構成を示したが、検出器
４_１，４_２の検出信号を、たとえば差動増幅回路
などの差演算回路に与えて入側温度Ｔ_i1と出側温
度Ｔ_p1の差（Ｔ_p1−Ｔ_i1）を求め、これを表わす
信号を平均値演算回路に与えて平均値（Ｔ_pn1−
Ｔ_in1）を求めて、これを表わす信号を昇温量偏
差演算回路に入力するようにしてもよい。 また、第１図には、第１の誘導子コイルで目標
温度T₁に加熱制御した後第２、第３の誘導子コ
イルで所定昇温量の加熱をする態様を示したが、
加熱制御回路において目標温度設定器６_２を省
略して検出器４_３の出力であるＴ_i2を表わす信号
を昇温量目標値設定回路７_２のマイナス入力とし
てT₂を第２の目標温度とすることにより、第２
の誘導子コイル１_２による加熱は入側温度Ｔ_i2の
変動にもかかわらずT₂を出側温度とする定温度
制御態様となる。同様にして加熱制御回路も定
温度制御態様とすることができる。このように第
２および第３の加熱制御回路およびを定温度
制御態様にした場合には、前段（上流側）に配置
された誘導子コイルによる加熱制御において出側
温度Ｔ_p1，Ｔ_p2がそれぞれ目標温度T₁，T₂から
少々ずれていても、そのずれはその後段において
補償されるので、最終の温度（T₁＋Ｔ_p1＋Ｔ_p2又
はT₃）にまで波及することがない。 第１図に示す加熱温度制御回路と、あるい
はととは、被加熱材３の移送方向に関して入
れかえて配置してもよく、また誘導子コイルと加
熱温度制御回路の組合せは、被加熱材の元の温度
と最終目標温度との温度差、および各誘導子コイ
ルの容量等に応じて、２組以上の任意の数にしう
る。検出器４_２と４_３を１つのもので共用しても
よく（この場合はＴ_p1＝Ｔ_i2）、また検出器４_４と
４_５を１つのもので共用してもよい（Ｔ_p2＝Ｔ_i
３）。このようにするときには平均値演算回路５
_２と５_３および５_４と５_５はそれぞれ共用の１つ
のものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施する電気誘導加熱装置の
一例構成を示すブロツク図、第２図は本発明を実
施したときの、誘導子コイルに印加された電圧と
昇温量の関係を示すグラフである。 １_１〜１_３：誘導子コイル、２：移送経路、
３：被加熱材、４_１〜４_６：温度検出器、６_１〜
６_５：目標温度設定器、７_１，７_２：昇温量目標
値設定回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 多くの被加熱材を順次誘導子コイルに通して
   各被加熱材を一定昇温量加熱するにおいて、該誘
   導子コイルですでに加熱した被加熱材の加熱前温
   度と加熱後温度の差すなわち実昇温量と目標昇温
   量の偏差を求めて、前記すでに加熱した被加熱材
   に対する誘導子コイル供給電力設定値に対して、
   前記偏差に対応する供給電力値に所定のゲインを
   乗じた供給電力補正値を調整値として加えて該誘
   導子コイルに到来する被加熱材を加熱する電気誘
   導加熱方法。 ２ すでに加熱した複数個の被加熱材それぞれの
   実昇温量と目標昇温量の偏差を平滑し、平滑値に
   対する供給電力値に所定のゲインを乗じた供給電
   力補正値を調整値として加えて該誘導子コイルに
   到来する被加熱材を加熱する前記特許請求の範囲
   第１項記載の電気誘導加熱方法。 ３ 平滑値に所定の平滑係数を乗じ、平滑値と平
   滑係数とゲインを乗じた値に対する供給電力補正
   値を調整値とする前記特許請求の範囲第２項記載
   の電気誘導加熱方法。 ４ 平滑を指数平滑とする前記特許請求の範囲第
   ２項又は第３項記載の電気誘導加熱方法。