JPH0261130A - 加熱回転体の温度制御装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、加熱回転体の温度制御装置に関し、例えば加
熱回転体としてのローラシェルを有する紡糸延伸加熱ロ
ーラ装置に適用して好適な加熱回転体の温度制御装置に
関する。

（従来の技術） −ｉに、回転加熱体としてのローラシェルを有する紡糸
延伸加熱ローラ装置においては、被加熱物である紡出糸
条に対応してローラシェルの温度および回転速度を適値
に制御する２つの制御系、すなわち温度制御系および速
度制御系が設けられている。温度制御系は、目標温度を
設定する温度設定器と、ローラシェルを加熱するヒータ
を操作する操作部と、ローラシェルの温度を検出する温
度検出器と、温度検出器からのフィードバック信号に応
じて操作部の操作量をＰＩＤ制御する制御部とを備え、
温度制御装置として機能する。また、速度制御装置も速
度設定器、モータ操作部、速度検出器および速度制御部
を備えた速度制御装置として機能する。この２つの制御
系はそれぞれの系内での検出情報に基づいて最適制御を
促そうとするものである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来の加熱回転体の温度制御
装置にあっては、ローラシェルの回転速度の変化によっ
て風損等に起因するローラシエルから外部への放熱量が
変化するにも拘らず、この回転速度の変化による影響を
温度制御に反映させていなかったため、ローラシェルの
回転速度変化によりローラシェルの温度が変動し、第７
図に示すようないわゆるオーバーシュートやアンダーシ
ュートが発生していた。また、ローラシェルの回転速度
に影響される放熱量や紡出糸条を加熱するために消費さ
れる熱量が異なると、ローラシェルの温度が目標値に安
定するまでの時間に大きな違いを生じることとなった。

すなわち、このような従来の加熱回転体の温度制御装置
にあっては、加熱回転体の温度を変化させる外乱の発生
時に制御出力を速やかに調節することができず、外乱に
対する応答が遅れて良好な温度制御を行うことができな
かった。

（発明の目的） そこで本発明は、加熱回転体の温度を変化させる外乱の
状態変化を検出し、外乱状態変化時に制御出力を速やか
に調節することにより、外乱に対する応答を早めて良好
な温度制御を行うことを目的としている。

（課題を解決するための手段） 本発明による加熱回転体の温度制御装置は、上記の目的
を達成するために、加熱回転体と、加熱回転体を加熱す
る加熱手段と、加熱回転体の温度を検出する温度検出手
段と、加熱回転体の温度を変化させる外乱状態変化を検
出する外乱状態変化検出手段と、温度検出手段および外
乱状態変化検出手段からの検出情報に基づいて加熱手段
の作動を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とす
るものである。

（作用） 本発明では、外乱状態変化検出手段によって加熱回転体
の温度を変化させる外乱状態の変化が検出され、この外
乱状態変化検出手段と加熱回転体の温度を検出する温度
検出手段との検出情報に基づき、制御手段により加熱回
転体を加熱する加熱手段の作動が制御される。

したがって、外乱が発生すると、制御手段による制御出
力が外乱状態変化検出手段からの検出情報に基づいて速
やかに調節され、外乱に対する応答が早められて良好な
温度制御が促される。

（実施例） 以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第１〜６図は本発明の一実施例を示す図であり、本発明
を紡糸延伸加熱ローラ装置に適用した例を示している。

まず、構成を説明する。

第１．２図において、１は有底円筒状のローラシェル（
加熱回転体）であり、ローラシェルｌ内には加熱手段で
あるヒータ１１（後述する）、例えば電磁誘導加熱用コ
イルが収装されている。ローラシェル１は駆動モータ２
の出力軸２ａに連結され、駆動モータ２によって駆動さ
れるようになっている。また、ローラシェル１あるいは
駆動モータ２の出力軸２ａには熱電対あるいは測温抵抗
体等の測温素子、例えば白金測温抵抗体を有する温度セ
ンサ３　（温度検出手段）が取り付けられており、ロー
ラシェル１あるいは出力軸２ａの近傍には磁気センサ等
からなりローラシェル１の回転速度に応じたパルスをサ
ンプリングする速度センサ４が設けられている。

ここで、速度センサ４からの速度検出信号はローラシェ
ル１の回転速度つまりローラシェルｌが回転に伴う風損
によって放熱する度合、すなわちローラシェル１の温度
を変化させる外乱状態変化の度合を示すものであり、速
度センサ４は外乱状態変化検出手段として機能する。温
度センサ３はＲ／Ｆ変換器５に接続されており、ローラ
シェル１の温度により異なる温度センサ３の抵抗値に対
応した周波数の温度検出信号がＲ／Ｆ変換器５がら出力
される。この温度センサ３の温度検出信号および速度セ
ンサ４の速度検出信号（パルス）はマイクロコンピュー
タ等からなる制御器６に入力され、制御器６により各検
出信号および温度設定器７の設定入力に基づいて駆動モ
ータ２に通電するインバータ８とヒータ１１の通電を制
御するサイリスク等の電力調整器９との出力設定電圧が
調整されるとともに、温度表示器１ｏの表示が促される
ようになっている。

また、第２図に示すように、制御器６は公知のＰＩＤ制
御によりヒータ１１の温度制御と駆動モータ２の速度制
御とを行う単一の制御器となっており、温度設定器７、
制御器６、電力調整器９および温度センサ３等からヒー
タ１１の温度制御系が構成されるとともに、速度設定器
１２、速度制御器２９、インバータ８および速度センサ
４等から駆動モータ２の速度制御系が構成されている。

そして、制御器６は温度設定器７の出力、温度センサ３
の前記温度検出信号および速度センサ４の速度検出信号
に基づいて電力調整器９の操作量をＰｒＤ制御する。具
体的には、制御器６は第３図に示すように構成され、外
部のホストコンピュータ、シーケンサ、盤面スイッチお
よび盤面ランプ等と温度設定器７および速度設定器１２
とに接続されたＩ１０ポート１３を有する。Ｉ１０ボー
ト１３に入力された各情報信号はＩ１０バスを介して通
信用ＣＰＵ１４に取り込まれ、必要に応じて２ボートの
共通ＲＡＭ１５に記憶される。通信用ＣＰＵ１４はＥＰ
−ＲＯＭ１６に書き込まれたプログラムおよびＥＥＰ−
ＲＯＭ１７に記憶されたバンクアンプ用データに基づい
て各入力信号および共通ＲＡＭ１５に記憶されたメイン
コントロール用ＣＰＵ１８からの指令情Ｉ［１ｉｔ−処
理し、処理結果を共通ＲＡＭ１５に記憶させたり外部に
出力したりする。ＣＰＵ１８はＥＰ−ＲＯＭ１９に書き
込まれたプログラムに基づいて共通ＲＡＭ１５およびワ
ークエリアとしての５−ＲＡＭ２１と出力制御用のＣＰ
Ｕ２２および２ポ一トＲＡＭ２３との間でデータを取り
込みあるいは必要に応じて指令情報を出力する。ＣＰＵ
２２はＥＰ−ＲＯＭ２４に書き込まれたプログラムに基
づいて２ポートＲｋ−Ｍ２３およびＣＰＵ１８とデータ
の授受を行い、入力ボート２５からカウンタ２６を介し
て読み取った温度情報および速度情報に対応するＰＩＤ
制御の制御定数を演算し、Ｄ／Ａ変換器２７を介して出
力ボート２８からインバータ８の出力設定電圧および電
力調整器９の出力設定電圧を出力するようになっている
。すなわち、制御器６は、温度設定器７および電力調整
器９と共に、温度センサ３および速度センサ４からの雨
検出情報に基いて、ヒータ１１の作動を制御する制御手
段３０を構成している。

以上のような構成によるローラシェル１の温度制御は、
例えば、温度設定器７によりローラシェル１の目標温度
を設定する工程と、温度センサ３によりローラシェルｌ
の温度を検出する工程と、制御器６により温度センサ３
からのローラシェルｌの現在の温度と目標温度との偏差
を求める工程と、速度センサ４により風損等ローラシェ
ルｌの温度を変化させる外乱の状態変化を検出する工程
と、制御器６により前記偏差を雰にすべくローラシェル
１の加熱条件を決定し、この加熱条件に対応する電力調
整器９の出力設定電圧を出力して必要に応じヒータ１１
のローラシェル１を加熱する工程と、を含むものである
。

また、本実施例においては、外乱の有無に相当するロー
ラシェル１が回転中か停止中かにより最適な制御定数を
使い分ける、例えば駆動モータ２の回転指令信号（運転
信号）のＯＮ１０　Ｆ　Ｆにより第４図に示すＰＩＤ定
数■〜■を切換える第１の温度制御方法と、前記温度偏
差が零から外れているとき、制御器６により外乱の検出
結果に対応して制御パラメータであるＰＩＤ制御の制御
定数を決定し、少なくともこの制御定数および温度偏差
に基づいてローラシェルｌの温度が前記目標温度と一致
するようヒーター１によるローラシェル１の加熱条件を
変化させる第２の温度制御方法と、を実施できる゛よう
にしている。

なお、第４図に示すＰＩＤ定数■〜■は予め設定された
異なる定数であり、ローラシェル１の回転速度（Ｖ）お
よび回転状態に応じてＰＩＤ定数■〜■のうちの１つを
選定する。第２の温度制御方法においては、ローラシェ
ルｌの回転速度を■、ＰＩＤ制御の制御定数を回転速度
■の関数であるＰ　（ｖ）　、Ｔｉ　　（ｖ）　、Ｔｄ
　（ｖ）としており、制御出力をＭ　（ｔ）とすると、 Ｍ　（ｔ）　＝Ｐ　（ｖ）　　ｅ　　（ｔ）　＋Ｔｉ　
　（ｖ）　　ｅｄ　ｔ但し、ｅ　（ｔ）　　：目標温度
と現在の温度の偏差Ｐ　（ｖ）　　：比例定数関数 Ｔｉ（ｖ）：積分定数関数 Ｔｄ　（ｖ）：微分定数関数 Ｍφ：偏差０のときの操作量 で示される。すなわち、制御定数であるＰ、Ｔｉ、Ｔｄ
をローラシェル１の回転状態（速度安定状態、速度上昇
状態、速度下降状態等）に応じて選定しながら温度制御
するようになっており、例えば速度安定状態の温度制御
に好適なＰＩＤ定数関数の（回転速度Ｖにより決定され
る）、速度上昇状態に好適なＰＩＤＩＤ関数口転速度Ｖ
および速度上昇率により定数が決定される）、速度下降
状態に好適なＰＩＤＩＤ定数関数図転速度Ｖおよび速度
下降率により定数が決定される）等を予め設定している
。

次に作用を説明する。

第５図は第１の温度制御方法を実施する制御プログラム
のフローチャートであり、このプログラムは所定時間毎
に繰返し実行される。

まず、Ｐｌで温度設定器７に設定された目標温度、温度
センサ３からのローラシェル１の現在の温度および速度
センサ４からのローラシェル１の回転速度情報が入力さ
れ、Ｐ２で温度センサー３の現在の検出温度が比例帯よ
り下かどうか判別される。このとき、温度センサー３の
現在の検出温度が比例帯より下であればＰ、でヒータ１
１の出力を１００％にするよう電力調整器９の操作量が
調整され、温度センサー３の現在の検出温度が比例帯よ
り下でなければ、Ｐ４で温度センサー３の現在の検出温
度が比例帯より上かどうか判別される。

Ｐ４で温度センサー３の現在検出温度が比例帯より上で
あればＰ、でヒータエ１の出力を０％にするよう操作部
９の操作量が調整され、温度センサー３の現在検出温度
が比例帯より上でなければ、Ｐ６でローラシェル１の回
転速度Ｖがあらかじめ決められた目標値範囲内かどうか
判別される。Ｐ６で回転速度■が目標値範囲内にあれば
、Ｐ７でＰＩＤ定数■が選定された後にＰ８でＰＩＤ制
御出力が演算され、次いでＰ、で演算結果に対応する制
御出力が促される。一方、Ｐ６で回転速度Ｖが目標値範
囲内になければ、Ｐ、。で回転速度Ｖ（周速度）が０　
（ｍ／ｗｉｎ　）かどうか判別される。このとき、回転
速度Ｖが０　（ｍ／ｍｉｎ　）であれば、Ｐ＋＋でＰＩ
Ｄ定数■が選定された後にＰ、に進み、回転速度■が０
　（ｍ／ｍｉｎ　）でなければ、ｐ＋ｚで外部からロー
ラ運転信号がＯＮがどうがが判別される。Ｐｌｇでロー
ラ運転信号がＯＮであれば、Ｐｌ３で回転速度Ｖが目標
値より下かど゛うか判別され、Ｐｌ３で回転速度■が目
標値より下であれば、Ｐｌ４に進んでＰＩＤ定数■が選
定される。ｐ＋ｚでローラ運転信号がＯＮでないときお
よびＰｌ３で回転速度■が目標値より下でないときは、
Ｐｌ５に進んでＰＩＤ定数■が選定される。Ｐｌ４ある
いはＰｌ５でＰＩＤ定数■あるいは■が選定されると、
Ｐ８で各選定定数に基づいて制御出力演算が実行され、
次いでＰ、で制御出力が促される。

第６図は第２の温度制御方法を実施する制御プログラム
のフローチャートであり、このプログラムは所定時間毎
に実行される。

まず、ＰＺＩで目標温度、ローラシェル１の現在の温度
およびローラシェル１の回転速度情報が入力され、Ｐ２
□で温度センサー３の現在の検出温度が比例帯より下か
どうか判別される。このとき、温度センサー３の現在の
検出温度が比例帯より下であればＰｏでヒータ１１の出
力を１００％にするよう電力調整器９の操作量が調整さ
れ、温度センサー３の現在の検出温度が比例帯より下で
なければ、Ｐｔ４で温度センサー３の現在の検出温度が
比例帯より上かどうかが判別される。Ｐｔ４で温度セン
サー３の現在の検出温度が比例帯より上であれば、Ｐｕ
ｓでヒータ１１の出力を０％にするよう電力調整器９の
操作量が調整され、温度センサー３の現在の検出温度が
比例帯より上でなければｐｚ６でローラシェルｌの回転
速度■が目標値範囲内かどうか判別される。ｐｚｉで回
転速度Ｖが目標値範囲内にあれば、Ｐｔ’ｌに進んでＰ
ＩＤ定数関数■が選定された後にｐｚｓでＰＩＤ制御出
力が演算され、次いでＰ２．で演算結果に対応する制御
出力が促される。

一方、ＰＺ＆で回転速度Ｖが目標範囲内になければ、Ｐ
２Ｏで回転速度Ｖ（周速度）がＯ（ｍ／ｌｌｌ１ｎ　）
がどうか判別される。このとき、回転速度Ｖが０（ｍ／
１ｌＩｉｎ）であれば、Ｐｔ７に進み、回転速度Ｖが０
　　（ｍ／ｍｔｎ　）でなければ、Ｐｆｆｌに進んで外
部からのローラ運転信号がＯＮがど・うか判別される。

Ｐ３＋でローラ運転信号がＯＮであれば、ＰＪｚで回転
速度Ｖが目標値より下かどうか判別され、回転速度Ｖが
目標値より下であれば、Ｐ３３に進んでＰＩＤ定数関数
■が選定される。ＰＨ１でローラ運転信号がＯＮでない
ときおよびＰ３Ｚで回転速度■が目標値より下でないと
きは、Ｐ３４に進んでＰＩＤ定数関数■が選定され、次
いでＰｉｌｌ以下が実行される。

以上のように、本実施例においては速度制御系の速度セ
ンサ°４を利用してローラシェル１の回転状態が検出さ
れるとともに第１あるいは第２の温度制御方法が実施さ
れ、ローラシェルｌの回転状態（回転速度Ｖおよびロー
ラシェル１の回転駆動、駆動停止）に応じて風損（外乱
）の影響によるローラシェル１の温度変化を考慮した最
適なＰＩＤ定数■〜■あるいはＰＩＤ定数関数■〜■が
選定（使い分け）されるので、風損の影響によってロー
ラシェル１の温度がオーバーシュートあるいはアンダー
シュートするのが制御出力（操作量）を速やかに調節す
ることにより未然に防止され、この外乱に対する応答遅
れのない良好な温度制御が促される。

なお、本実施例においては、外乱をローラシェルｌの回
転状態の変化として説明したが、本発明はこれに限らず
、他の外乱、例えばローラシェル１によって加熱される
紡出糸条の供給条件の変化（加熱のために消費される熱
量を変化させる紡出糸条の種類の変化や糸条太さ、本数
等の変化等）を検出する外乱状態変化検出手段を設けた
ものであってもよく、この場合、外部のホストコンピュ
ータ等から紡出糸条の供給条件の変化を制御器６に入力
して最適な定数を選定することにより、紡出糸条の供給
条件が変更された場合やこれと同時にローラシェル１の
回転速度が設定変更された場合等に短時間でローラシェ
ル１の温度を目標温度に安定させ、この安定時間のばら
つきを防止することもできる。また、例えば、ヒータに
保温ボックスを付加した場合には、この保温ボックスの
開閉信号を温度制御系に取り込み、開閉信号の変化に基
づいて制御定数を選定することもでき、この場合保温ボ
ックスの開閉が外乱の状態変化となる。

（発明の効果） 本発明によれば、外乱状態変化検出手段によって加熱回
転体の温度を変化させる外乱状態変化を検出し、この外
乱状態変化検出手段の検出情報と加熱回転体の温度を検
出する温度検出手段の検出情報とに基づき、制御手段に
より加熱回転体を加熱する加熱手段の作動を制御してい
るので、外乱の発生時に制御手段の制御出力を速やかに
調節して外乱に対する応答性を高めることができ、良好
な温度制御を促すことができる。

【図面の簡単な説明】

第１〜６図は本発明に係る加熱回転体の温度制御装置の
一実施例を示す図であり、第１図はその全体構成図、第
２図はその制御システムを示すブロック図、第３図はそ
の制御手段を構成する制御器の構成図、第４図はその一
制御例における外乱の変化と加熱手段の作動制御の関係
を示すグラフ、第５図はその一制御例のプログラムを示
すフローチャート、第６図はその他の制御例のプログラ
ムを示すフローチャートである。第７図は従来の加熱回
転体の温度制御装置の課題を説明するためのグラフであ
る。 １・・・・・・ローラシェル（加熱回転体）、３・・・
・・・温度センサ（温度検出手段）、４・・・・・・速
度センサ（外乱状態変化検出手段）、１１・・・・・・
ヒータ（加熱手段）、３０・・・・・・制御手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 加熱回転体と、加熱回転体を加熱する加熱手段と、加熱
   回転体の温度を検出する温度検出手段と、加熱回転体の
   温度を変化させる外乱の状態変化を検出する外乱状態変
   化検出手段と、温度検出手段および外乱状態変化検出手
   段からの検出情報に基づいて加熱手段の作動を制御する
   制御手段と、を備えたことを特徴とする加熱回転体の温
   度制御装置。