JPS61125618A

JPS61125618A - パタ−ン切換式温度制御装置

Info

Publication number: JPS61125618A
Application number: JP59247015A
Authority: JP
Inventors: Takehiko Motomiya; 本宮　丈彦; Shigeru Ogawa; 尾川　茂
Original assignee: Ohkura Electric Co Ltd
Current assignee: Ohkura Electric Co Ltd
Priority date: 1984-11-24
Filing date: 1984-11-24
Publication date: 1986-06-13
Also published as: US4605161A

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】産業上の利用分野本発明は、熱処理炉に対する温度パターン切換式の温度
制御装置に関する。更に詳しくは、本発明は、長手方向
熱分布を一定パターンに維持した熱処理炉の一端から他
端へ処理品をコンベア等により移動させながら熱処理を
行ない、炉の他端より被処理品を取出すいわゆるトンネ
ル炉の制御に用いるパターン切換式温度制御装置に関す
る。

従来の技術従来のトンネル炉の一例を第２図に図式的に示す、炉１
は、その内部に複数個のゾーンＺ１．２２゜・・拳Ｚｎ
を有し、各ゾーンは、ヒータ等の加熱素子２により加熱
され、サイリスタ或いはスイッチなどの操作部３がその
加熱を連続的或いは断続的に調節する。熱電対等の温度
検出素子４が、各ゾーンの温度を検出し温度信号を当該
ゾーンに対する調節計２８Ａ、　２８Ｂ、　−−・２８
Ｎへ加える。各調節計は、設定素子２７に設定された温
度と上記検出温度とが一致する様に演算器２７Ａにより
演算し操作信号５を発生する。操作信号５は、例えばサ
イリスタ又は電磁開閉器等の操作部３を操作し、電源そ
の他のエネルギーｉ２Ａからヒータ等の加熱素子２への
エネルギー供給を調整して各ゾーンの温度を制御する。

この温度制御により、炉全体として例えば同図に実線パ
ターンで示す温度分布Ｐａが生ずる。矢印３０で示され
る様に、処理品６をこの温度分布の炉１内を通過させる
ことにより熱処理を行なう。

１ＰＪｚ図は、電気炉の例であるが、ガス炉の場合にも
、加熱素子２をヒータの代りにガスバーナとし、操作部
３をスイッチの代りに操作弁とし、エネルギー源２Ａを
電源の代りにガス供給源とすれば、同様な温度制御を行
なうことができる。

ところで、炉１の温度分布パターンは、当該炉ｌで熱処
理すべき処理品６の材質・形状や寸法等の条件により変
える必要がある。とくに、多品種少量生産の場合には、
温度分布パターン変更の頻度が高くなる。炉内温度分布
変更のため、従来の温度ｙ４節計では、各調節計２８４
ないし２８Ｎの設定素子２７を手動操作し、温度分布パ
ターンを例えばｆｆＩＪＺ図のカーブＰａからカーブｐ
ｂに変更するが、手動調整であるため手間がかかるだけ
でなく、正確性に欠けるおそれがある。

また、従来装置では、設定値を変えても直ちに所望の温
度分布パターンは得られず、所望の温度分布パターンが
安定するまでには時間遅れがあるため、炉１へ次の処理
品６を装入する前に待時間が必要となる欠点が避けられ
ない。

発明が解決しようとする問題点従って、本発明が解決しようとする問題点は。

処理品の種類に応するトンネル炉内温度分布パターン変
更の自動化、及び処理品の種類に応じた最適制御パラメ
ータの自動設定にある。

問題点を解決するための手段上記問題点を解決するため、第１図及び第７図に示され
る様に１本発明によるパターン切換式温度制御装置１５
は、温度検出素子４及び加熱素子２がそれぞれ設けられ
た複数のゾーンＺｌないしＺｎを有する炉１に対するも
のであり、処理品６の種類に応じた炉内温度分布パター
ンＰ１、Ｐ２．２３等の列を前記各ゾーン別に記憶する
記憶装置２０を有する。記憶装置２０はまた各炉内温度
分布パターンで処理される処理品６の予定数をも記憶す
る。例えば、炉ｌがゾーンとしてＺｌ、Ｚ２）Ｚ３、Ｚ
４、Ｚ５の５ゾーンを有する場合には、第４図に示され
る様に、前記温度パターンＰＩが、各ゾーンに対する合
計５つの部分ＰＩ、　、Ｐｉ□、ＰＩ３．　ＰＩ４、ｐ
ｔ５を有し、前記温度パターンＰ２が、各ゾーンに対す
る合計５つの部分Ｐ２．　、　Ｐ２□、Ｐ２３　、　Ｐ
２ａ　、　Ｐ２５を有する。　処理品検出器７が、炉１
に対する処理品６の進行に同期して各処理品６ごとに１
つの処理品信号８を温度制御装置１５に与える。計数手
段４５がこの処理品信号８を計数する。ある炉内温度分
布パターン、例えばＰＩに対する計数手段４５の計数値
が、前記記憶装置２０に記憶された当該炉内温度分布パ
ターンにより処理される処理品の予定数と一致したとき
に、設定手段６０が、次の後続炉内温度分布パターンＰ
２を、処理品６の炉ｌ内進行に同期して前記記憶装置２
０から温度設定素子４０へ各ゾーンごとに読出す。

各ゾーンＺ１ないしＺｎの前記温度検出素子４が検出し
た検出温度と当該ゾーンに対し前記温度設定素子４０へ
読出された温度との差に応じ、当該ゾーンの前記加熱素
子２を操作する調節手段５０を温度制御装置１５に含め
る。

好ましくは、各種類の処理品６に対する最適制御パラメ
ータを各ゾーンごとに前記記憶装置２０に記憶し、前記
計数手段４５が処理品６の予定数を計数し終ったときに
、前記設定手段８０によりその制御パラメータを前記記
憶装置２０から調節手段５０へ読出す。

温度変化の時定数が大きい炉ｌに対しては、処理温度が
異なる処理品６の種類Ａと種類Ｂとの間にダミー体１４
（第５図）を適当数挿入し、時定数に見合った時間だけ
ダミー体１４を通過させた後。

新しい処理温度に対する処理品６を炉１内へ送入するこ
とも可能である。ダミー体１４を使う場合には、処理品
ライン１１（第５図）とダミーライン１２とを選択的に
駆動する選択駆動手段７０を温度制御装置１５に含めて
もよい。

１月８４図、第７図、及び第８図を参照して作用を説明する
。第４図のグラフ（ａ）において、温度分布パターンＰ
１は種類Ａの処理品６に適するものであり、温度分布パ
ターンＰ２は種類Ｂの処理品６に適するものであるとす
る。炉ｌによる処理品６の熱処理が開始されると、処理
品６が炉１に対して移動するごとに処理品検出器７から
１つの処理品信号８が温度制御装置１５のバス２５に加
えられる。

計数手段４５がこの処理品信号８を計数する。

ある温度分布パターンに対し、計数手段４５による処理
品信号８の計数値が前記記憶装置２０に記憶された当該
温度分布パターンにより処理される処理品６の予定数以
下であり、しかもゾーンＺｌないしＺ５の何れのゾーン
においても処理品の進行に伴う処理品種類の変化がない
場合には、設定手段６０及び選択駆動手段７０は全く作
動せず、調節手段５０が、温度設定素子４０に既に設定
されている設定値と温度検出素子４からの検出温度とに
より作動する。

他方、ある温度分布パターンに対し、計数手段４５によ
る処理品信号８の計数値が前記記憶装置２０に記憶され
た当該温度分布パターンにより処理される処理品６の予
定数と一致した場合は、設定手段８０が、記憶装置２０
において当該温度分布パターンの次に後続する温度分布
パターンを記憶装置２０から温度設定素子４０へ読出す
０例えば、第４図のダミー体１４の予定数を計数手段４
５が数え終り、種類Ｂの処理品６が初めて処理品検出器
７に検出されたとすると、種類Ｂの処理品６に対応する
温度分布パターンＰ２のうちゾーンＺ１に対する部分が
記憶装置２０から設定素子４０へ読出される。こうして
設定素子４０に新しく読出された設定値を用いて、調節
手段５０が作動する。

第４図に示される種類Ｂの処理品６列の先頭のものがゾ
ーンＺ２に到達する時点を、例えば、当該先頭処理品６
が処理品検出器７により検出された後一定数、例えばｍ
個の種類Ｂの処理品６が処理品検出器７を通過したこと
を計数手段４５が計数した時点として間接的に検出する
ことができる。この個数ｍは、ゾーンＺｌ及び各処理品
６の寸法により定まる。

こうして検出された時点において、ゾーンＺ２のみで進
入処理品と送出処理品とが異なる、即ち種ｆｌＢの処理
品６が進入しダミー体１４が送出されるものとすれば、
種類Ｂの処理品６に対する温度分布パターンＰ２のうち
ゾーンＺ２に対する部分Ｐ２２が記憶装置２０から設定
素子４ｏへ読出され、第４図カーブ（ｂ）に示される設
定値が設定素子４ｏに設定され、この設定値の下で調節
手段５ｏが調節動作をする。

処理品６及びダミー体１４の列が第１図の処理ライン３
０上で１ステップ進行すると、処理品検出器７は、前回
検出した処理品６又はダミー体１４の次に続く処理品６
又はダミー体１４を検出する。こうして、温度制御装置
１５の動作の１サイクルが完了する。その後、処理品信
号８の温度制御装置１５のバス２５への印加に続き上記
と同様な動作が繰返される。

各種類の処理品６に対するゾーンごとの制御パラメータ
を温度分布パターンと共に記憶装置２ｏに記憶した場合
には、温度分布パターン読出しの際にその制御パラメー
タを記憶装置２ｏから調節手段５０へ読出し、読出され
た制御パラメータによる調節動作を行なうことができる
。

処理品６の種類及び債数韮びにダミー体１４の個数から
なる情報の列を記憶装置２０に記憶した場合には、選択
駆動手段７０により処理品検出器７からの処理品信号８
を計数し、第５図の処理品ライン１１又はダミーライン
１２を選択的に駆動することができる。

選択駆動手段７０を設けた場合には、さらに次の構成を
用いることができる。即ち、ある炉内温度分布パターン
に対する処理品６の予定数を前記計数手段４５が計数し
た時点以降、炉ｌの処理品進入端末ゾーンＺ１の温度と
当該計数時に読出された前記温度分布パターンの当該端
末ゾーン２１部分の温度との温度差Δｔを検出する温度
比較手段４６（第７図）を設け、前記温度差Δｔが一定
値以下になるまで前記選択駆動手段７０によりダミー体
１４を炉１へ送入し続けることができる。

実施例第１図は、ゾーンＺ１ないしＺｎを有する炉１に対する
本発明の温度制御装置１５を示す、ゾーンＺ１ないしＺ
ｎは、それぞれ操作部３ｉないし３ｎにより操作される
加熱素子２を有し、いわゆるトンネル炉１を構成する。

この種のトンネル炉１では、炉内で処理すべき処理品の
品種又はロフトにより炉内温度分布のパターンを変更す
る場合が多い０本発明では、処理品の種類に応じて異な
る炉内温度分布パターンを各ゾーンごとの設定値として
記憶しておくものである。同時に、各温度分布パターン
に対応する処理品の個数をも記憶することができる。第
１図の実施例は、３種類の温度分布パターン、　Ｐｉ、
　Ｐ２）Ｐ３を記憶する０図中、処理品検出器７は、処
理品６の計数に用いられる処理品信号８を発生する。

第３図は、第１図に示した本発明の実施例の要部の詳細
なブロック図であり、第１図及び第２図と同一部品は同
一記号、同一番号で示す。マルチプレクサ１６は、ゾー
ン２１ないしＺｎの温度検出素子４からの温度信号をア
ナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ１７を介して
バス２５へ順次加える。ディジタル／アナログ（Ｄ／Ａ
）コンバータ１８１乃至１８ｎは、バス２５上の操作信
号５工　　ないし５ｎをディジタル信号に変換して操作
部３Ｌ　ないし３ｎへ加える。

バス２５には、温度制御装置１５の動作を司るマイクロ
プロセッサ（ＣＰＵ）１９及び記憶装置２０が接続され
ると共に表示器２１の表示インタフェース２１ａが接続
される。

処理品検出器７からの処理品信号８は、入出力インタフ
ェース２３を介してバス２５へ加えられ、キーボード２
２からの入力は、キーボード・インタフェース２２ａを
介してバス２５に加えられる。

本発明による温度制御装置１５の動作を、第３図及び第
４図を参照して説明する。炉１内の温度検出素子４から
の入力がマルチプレクサ１Ｂ及びＡ／Ｄコンバータ１７
を介して一定時間毎に読取られ、その入力値は、ＣＰ０
１９により、キーボード２２Ｄからセットされ記憶装置
２０に記憶された温度分布パターンの設定値と比較演算
される。前記入力値を前記設定値と一致させるような操
作信号５１　　ないし５ｎがＤ／Ａコンバータ１８゜な
いし１８ｎを経由して出力される。本発明は、処理品種
類に応じた複数個の温度分布パターン設定値を記憶装置
２０に記憶し、予め記憶装置に入力した数の処理品の熱
処理が終了すると、自動的に次の種類の処理品のための
温度分布パターンに切換えられるようにする。

即ち、温度制御装置１５に、処理品のロフト又は種類に
対する温度分布パターンの設定値の組及び当該ロフト又
は処理品種類の処理数量を予め記憶しておく、第４図は
、種類Ａの処理品６群の熱処理が終了し、種類Ｂの処理
品６の熱処理に移行する段階を示す０種類別の処理品６
の計数は、炉ｌの送入側で処理品検出器７により行なわ
れる。第４図の下端に示す炉１では、種類Ａの処理品６
の列の最終処理品６が通過し終ったゾーンから順次温度
分布パターン設定値が次の種類Ｂの処理品に対する温度
分布パターン設定値に切換えられる。

この際注意すべきことに、温度設定値が変更された後、
炉内温度が新しい設定値に到達し安定な制御が行なわれ
るまでにある程度の時間が必要である。この間に処理品
６を炉１内に挿入すると不都合が生ずるので、第４図の
例では炉内温度の過渡期間にダミー体１４を挿入し、炉
内所定ゾーンの温度が新しい設定温度に達し安定に制御
が開始されたときに次の種類Ｂの処理品６を挿入し、後
続種類の処理品６に対する悪影響を防止している。

第５図は、このダミー体送入のため、処理品ライン１１
に加え、ダミーライン１２を設け、ブツシャ１３に処理
品６又はダミー体１４を選択的に臨ませ、矢印Ｍで示さ
れる様にその処理品６又はダミー体１４を炉１へ送入す
る。

上記説明においては、炉内の温度分布パターンのみの切
換えを示したが、炉全体又は特定ゾーンの温度設定値の
変更幅が大きい場合には、制御対象のプロセス特性も制
御温度の変更に伴ない変化する。この場合に、例えば、
比例十積分十微分の三項動作調節等をしているときは、
温度設定値の変更に対応して制御定数若しくはパラメー
タの数値、即ち比例ゲイン（又は比例帯）、積分時間。

微分時間をそれぞれ変えないと良好な制御結果を得るこ
とができない、従って、炉内温度分布パターンの記憶と
同時に、制御パラメータも記憶し、温度設定値の変更と
同時に制御パラメータをも切換えるようにすることが良
好な制御を確保するために望ましい。

第３図の実施例は、複数のループを単一制御装置で制御
する形式のいわゆるマルチループ形制御装置を用いるが
、最近はいわゆるシングルループ又はワンループなどの
分散形調節計が多く使われる。第６図は、分散形調節計
を用いた本発明の実施例を示す、炉１のゾーンＺ１ない
しＺｎは、それぞれ単一ループ調節計１０１１ないし１
０　ｉｎによって制御されるが、これらの単一ループ調
節計は、伝送線１０２を介してコンピュータ１０３に接
続されている。この実施例では、処理品検出器７からの
処理品信号８がコンピュータ１０３へ接続される。

第６図の構成においては、温度分布パターンの記憶、こ
れに対応する制御パラメータの記憶、及び各温度分布パ
ターンが適用される処理品６の数量の記憶は、コンピュ
ータ１０３の記憶装置において行なう、従って、各単一
ループ調節計は、伝送線１０２　ヲ介してコンピュータ
１０３から設定値を受信し、その受信した設定値に基づ
いて制御を行なう、温度分布パターン切換の際は、コン
ピュータ１０３から新しい温度パターン及び制御パラメ
ータを順次受信し、その時点以降新しい温度設定値及び
制御パラメータの下で制御をすれば、第３図の実施例と
同様な温度調節を行なうことができる。

発明の詳細な説明した如く、本発明によるパターン切換式温度制御
装置は、複数のゾーンを有するいわゆるトンネル炉にお
ける炉内温度分布パターンの切換えを各ゾーンごとに行
なうので次の顕著な効果を奏する。

（イ）処理品の加熱処理を中断することなく温度設定値
パターンの切換えを迅速に行ない、処理品の熱処理を迅
速化することができる。

（ロ）切れ目なしに炉を操業するので、炉の使用効率を
高めることができる。

（ハ）温度設定パターンの切換えを自動的に行なうので
、煩雑な手動操作を省略し、省力化を図ることができる
。

（ニ）手動切換えに付随する設定値変更のタイミングの
ずれを除き、高精度の温度制御システムを構成すること
ができる。

（ホ）コンピュータ併用システムとして温度分布パター
ン等を大量に記憶し、温度調整点が多い大規模システム
に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はトンネル炉に適用した本発明による温度制御装
置の説明図、Ｓ２図は従来技術による温度調節計の説明
図、第３図は本発明の一実施例の要部詳細ブロック図、
第４図は本発明の動作原理の説明に使われるグラフ、第
５ｒＩ！Ｊはダミーライン及び処理品ラインの説明図、
第６図はコンピュータを用いた実施例の説明図、第７図
は本発明の構成を示すブロック図、第８図は動作を説明
する流れ図である。１・・・炉、２・・・加熱素子、３・・・操作部、４・
・・温度検出素子、５・・・操作信号、６・・・処理品
、７・・・処理品検出器、８・・・処理品信号、１１・
・・処理品ライン、１２・・・ダミーライン、１４・・
・ダミー体、１５・・・温度制御装置、１６・・・マル
チプレクサ、１７・・・Ａ／Ｄコンバータ、１８−　Ｄ
／Ａ　：＋７　／＜　−タ、１９−ＣＰＵ、２０・・・
記憶装置、２１・・・表示器、２２・・・キーボード、
２３・・・入出力インタフェース、２５・・・パス、２
７・・・設定素子、２８Ａ−２８Ｎ・・・調節計、３０
・・・処理ライン、４０・・・設定素子、５０・・・調
節手段、８０・・・設定手段、７０・・・選択駆動手段
、　１０１１−１０Ｉｎ・・・調節計、１０２・・・伝
送線、１０３・・・コンピュータ、Ｐ・・・温度分布パ
ターン、２ｌ−Ｚｎ・・・ゾーン。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）温度検出素子及び加熱素子が設けられた複数のゾ
ーンを有する炉に対する温度制御装置において、複数の
炉内温度分布パターンの列と各炉内温度分布パターンに
より順次熱処理される処理品の予定数の列とを記憶する
記憶装置；各炉内温度分布パターンで熱処理された処理
品の数を計数する計数手段；前記計数手段の計数値が当
該炉内温度分布パターンに対する前記予定数と一致した
ときに次の後続炉内温度分布パターンを処理品の炉内進
行に同期して前記記憶装置から温度設定素子へ各ゾーン
ごとに読出す設定手段；及び各ゾーンの前記温度検出素
子の検出温度と当該ゾーンに対し前記温度設定素子へ読
出された前記パターンの温度との差に応じ当該ゾーンの
前記加熱素子を操作する調節手段を備えてなるパターン
切換式温度制御装置。
（２）特許請求の範囲第１項記載の温度制御装置におい
て、各種類の処理品に対する制御パラメータを各ゾーン
ごとに前記記憶装置に記憶し、前記設定手段による前記
温度パターン読出し時に前記制御パラメータを前記設定
手段により前記調節手段へ読出してなるパターン切換式
温度制御装置。
（３）特許請求の範囲第１項記載の温度制御装置におい
て、前記予定数の列にダミー体の予定数を加えてなるパ
ターン切換式温度制御装置。
（４）特許請求の範囲第３項記載の温度制御装置におい
て、前記各処理品又はダミー体の前記予定数が計数され
た時に後続ダミー体又は処理品を選択的に炉へ送入する
選択駆動手段を備えてなるパターン切換式温度制御装置
。
（５）特許請求の範囲第４項記載の温度制御装置におい
て、前記炉の処理品進入端末ゾーン内の温度と前記計数
時に読出された前記温度分布パターンの当該端末ゾーン
温度との温度差を検出する温度比較手段を備え、前記温
度差が一定値以下になるまで前記選択駆動手段によりダ
ミー体を炉へ送入してなるパターン切換式温度制御装置
。
（６）特許請求の範囲第１項又は第２項記載の温度制御
装置において、前記調節手段が前記各ゾーンの加熱手段
に対する操作信号を発生するマルチループ調節手段であ
るパターン切換式温度制御装置。
（７）特許請求の範囲第１項又は第２項記載の温度制御
装置において、前記調節手段が、前記各ゾーンごとに設
けられ当該ゾーンに対する温度設定素子及び制御パラメ
ータ素子を有する複数の単一ループ調節計、前記温度パ
ターン及び前記制御パラメータの記憶装置と伝送手段と
を有するコンピュータ、並びに前記複数の単一ループ調
節計と前記コンピュータとを結合する伝送線により構成
されてなるパターン切換式温度制御装置。