JPH0516121B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、エナメル線焼付炉の制御方法に関
し、特に、炉温および線速としての制御量が多変
数であるエナメル線焼付炉の制御方法に係わる。

［発明の技術的背景］ 従来から、銅線、アルミ線などの芯線に絶縁塗
料を焼付けて、電動モータ等に用いる絶縁電線を
製造するための熱風循環式エナメル線焼付炉が知
られている。この焼付炉は、第１図に示すよう
に、電線走行路１の線入口２から線出口３に向つ
て電線４が走行し、電線に予じめ塗布されている
焼付用ワニス（例えば、ポリエステル（PEW）、
ポリエステルイミド（EIW）のようなエステル
系、あるいはポリビニルホルマール（PVF）、ポ
リウレタン（UEW）のようなホルマリン系樹脂）
の溶剤を、ダンパー（開閉器）GAS−Ｄから供
給されるエアー８と燃焼用ガス９で高温とし、触
媒６により燃焼させ、ブロア７で高温空気を図の
矢印方向に循環させるものである。

この炉において、上記のエアー８の供給量（し
かたがつて、このエアー量に応じて供給されるガ
ス９（例えば、ブタン）の供給量）を調節するダ
ンパーGAS−Ｄの他に各所にダンパーが設けら
れている。即ち、炉体上部に設けたダンパーＦ−
Ｄは炉体から排気されるエアー量を調節するもの
である。

PB−Ｄは圧力室を形成するダンパーで、炉体
からの熱風をシールするものである。Ｃ−Ｄはダ
ンパーＤと共に蒸発帯EZ上部に直接熱風を送る
ダンパーである。また、Ｂ−Ｄは硬化帯CZと蒸
発帯EZに熱風を分流するダンパーで、これによ
り硬化帯と蒸発帯の風量が変化し、焼付線の焼度
に影響する。

これらのダンパーGAS−Ｄ，Ｆ−Ｄ，PB−
Ｄ，Ｃ−Ｄ，Ｂ−Ｄの開度を調節することによ
り、硬化帯CZ、蒸発帯EZに最適な温度分布を与
え、電線に塗布されたワニスの焼付具合を決定す
ることができる。

このような温度分布を計測するために、炉体の
各所に温度検出点を設ける。即ち、硬化帯と蒸発
帯に熱風を分流させる前の測定点１６（その温度
をＢ−Ｔとする）、炉体からの熱風吹出しとダン
パーPB−Ｄからの冷風の合流点にある測定点１
７（その温度をPB−Ｔとする）、硬化帯中部の測
定点１８（その温度をＫ−Ｔとする）、蒸発帯上
部の測定点１９（その温度をJ₁−Ｔとする）、蒸
発帯下部の測定点２０（その温度をJ₂−Ｔとす
る）である。

一般に、１つの炉は線径が0.6〜２mmφ程度の
多種の電線の焼付を行なうが、線速は線径によつ
て異なり、かつ炉は例えば２本１組で、１本の炉
において例えば10組70本もの電線の焼付を同時に
行なうが、当然隣の炉の熱的影響を受け、しかも
線径によつて、またワニスの種類によつてもガス
の定常供給量も異なる。

上述のような温度分布が形成された炉内を芯線
は芯線ボビン４７から繰出され、プーリ４１を介
してプーリ４２−４３間で所定回数巻回された
後、プーリ４４−４５を経て巻取ボビン（図示せ
ず）に巻取られる。

線速は線速付与駆動体としての交流可変モータ
M₁₅によりプーリ４４を駆動し、その回転数を変
えることにより制御される。

而して、従来から、このようなエナメル線焼付
炉の始動時には、線速を高速とし、芯線に塗布さ
れた焼付用ワニスの溶剤をダンパーGAS−Ｄか
ら送給される燃焼用ガスで高速高温化し、触媒６
により燃焼させ、ブロア７で高温空気を第１図の
矢印方向に循環させている。そして、炉温が定常
温度になると、線速を定常速度に降下させて通常
運転となる。このため、作業の立上がり時間まで
は、焼付用ワニスが芯線に焼度過小で焼付けられ
るので、その間の製品は屑となり、生産歩留まり
が悪いという難点があつた。

上記のような難点を解消するために、芯線の線
速と硬化帯、蒸発帯の温度分布を所定の関係に制
御することが検討されている。その手法の１つと
して、例えば複数の操作量を用いて複数の制御量
を制御する多変数制御方法が考えられる（特開昭
49−32068号、特開昭53−126482号公報）。これら
の方法においては、各制御量に関する偏差の線形
結合で表される量に基づいて操作量を出力するこ
とが行なわれている。

この特開昭49−32068号公報記載の方法は、ｎ
入力ｎ出力という１対１の対応関係において、静
的および動的干渉を防ぐために非干渉となるよう
に多変数分割制御をしており、また特開昭53−
126482号公報記載の方法は、出力の時間微分と出
力を用いたフイードバツクを行ない、非線形を線
形にしてモデル化し、目的マトリツクスの対角要
素から解く多変数制御方式である。

しかしながら、これらの公報記載の何れの方法
においても、入、出力は１対１で対応する制御手
法であることから、相互干渉を除去しないで、即
ち非干渉化しないで芯線の線速と硬化帯、蒸発帯
の温度分布を所定の関係に最適制御することは不
可能である。

［発明の目的］ したがつて、本発明の目的は、炉温の上昇時お
よび定常時において炉温に対応してエナメル線の
線速を相互干渉を除去せしないで、即ち非干渉化
しないで適正に制御し、もつて品質が一定の製品
を炉温の立上り時点から製造し得るエナメル線焼
付炉の制御方法を提供せんとするものである。

［発明の好ましい実施例］ 以下、本発明によるエナメル線焼付炉の制御方
法の好ましい一実施例を図面を参照して順次説明
する。

先ず、本実施例では、第１図に示す各ダンパー
GAS−Ｄ，Ｆ−Ｄ，PB−Ｄ，Ｃ−Ｄ，Ｂ−Ｄは
それぞれステツピングモータM₅，M₁₀，M₁₁，
M₁₂，M₁₄によりその開度が調節され、かつ点１
６，１７，１８，１９，２０に熱電対が設置され
ている。各ステツピングモータは入力信号（実線
で示す）が印加され、かつ出力信号（点線で示
す）が発生される。さらに、絶縁塗料を塗布した
芯線４の線速Ｓを規制するモータM₁₅へは交流が
印加され、その線速Ｓは例えば何れかのプーリに
組合されたタコメータからなる線速計４０で示さ
れる。また、モータM₁₅からの線速Ｓおよび各熱
電対からの出力信号はＩ／Ｏ（Ａ／Ｄ）コントロ
ーラ２５でＡ／Ｄ変換されてCPU２６（ヒユー
レツトパツカード社製HP1000Mシリーズ）へ供
給され、そこで演算、制御された信号が、再びコ
ントローラ２５でＤ／Ａ変換されて各ダンパーの
ステツピングモータおよびモータM₁₅へ印加され
る。

同方式において、制御対象であるエナメル線焼
付炉３０の、炉温温度およびエナメル線の線速Ｓ
からなる制御量（線速付与駆動体M₁₅で制御する
ことにより得られる線速Ｓおよび点１８，１９，
２０における温度Ｋ−Ｔ，J₁−Ｔ，J₂−Ｔ） Ｙ＝Y₁ Y₂ Y₃ Y₄ を含む複数の測定量（線速付与駆動体M₁₅で制御
することにより得られる線速Ｓおよび点１６，１
７，１８，１９，２０における温度Ｂ−Ｔ，PB
−Ｔ，Ｋ−Ｔ，J₁−Ｔ，J₂−Ｔ） Y₁ Y₂ Y₃ Y₄ Y₅ が、線速付与駆動体の入力およびダンパーの開度
からなる複数の操作量（モータM₁₅の回転数およ
びダンパーGAS−Ｄ，Ｆ−Ｄ，PB−Ｄ，Ｃ−
Ｄ，Ｂ−Ｄの開度） Ｕ＝U₁ U₂ U₃ U₄ U₅ の何れによつても変動する場合に、制御量がその
目標値 YR＝YR₁ YR₂ YR₃ YR₄ に調節されるように操作量を制御せんとするもの
である。

Y₁〜Y₄は、引出し点３１から引出されて目標
値Y_R1〜Y_R4の差引き点３２へそれぞれ接続され、 制御量と目標値の差 Y₁ 〓 〓 Y₄− −YR₁ 〓 〓 YR₄＝ε₁ 〓 〓 ε₄ を得ている。

これらの差ε₁〜ε₄は、演算要素Ｃに印加され
る。要素Ｃは C₁₁ 〓 〓 C₅₁……… ………C₁₄ 〓 〓 C₅₄ と記述される行列で、 C₁₁ 〓 〓 C₅₁……… ………C₁₄ 〓 〓 C₅₄ ε₁ 〓 〓 ε₄＝U′c₁ 〓 〓 U′c₅ の操作変数U′c₁〜U′c₅を線形処理により与えるも
のである。これらの操作変数はそれぞれ積分器I₁
〜I₅に印加され、積分動作が遂行されて量Uc₁〜
Uc₅として角操作量U₁〜U₅に印加される。

この量Ucは、積分機能が遂行される結果、次
のように表わされる。

Uc（ｔ）＝Uc（ｔ−１）＋C₁₁ 〓 〓 C₅₁……… ………C₁₄ 〓 〓 C₅₄ ε₁ 〓 〓 ε₄ この積分動作とは、積分器による線形の積分機
能のみならず、積分機能を含む、あるいはこれと
類似する動作を包含するものである。

また、積分動作には、動的補償を含ませるよう
にしてもよい。

なお、演算要素Ｃの、 C₁₁ 〓 〓 C₅₁……… ………C₁₄ 〓 〓 C₅₄ の各要素は、制御対象としてのエナメル線焼付炉
３０を自動制御する前に、予めその制御対象をモ
デルとして最適制御理論と、目標値Y_R1〜Y_R4を
与えるときの、操作変数U′_c1〜U′_c5、操作量U₁〜
U₅、制御量Y₁〜Y₄の挙動のシユミレーシヨンと
により求め、最も適切に定められるものである。
（“Control System Design for Furnace by
Using CAD”by K.Furuta et al at the IFAC
Symposium on the Theory and Application
of Digital Control，Delhi，Session 20，1982
参照）。

また、引出し点３１は、フイードバツク要素Ｆ
を介して差引き点３３に接続されている。これに
より、制御量Y₁〜Y₄を含む測定量Y₁〜Y₅にフイ
ードバツク動作が線形処理により遂行され操作量
U₁〜U₅へ減算的に印加される。このフイードバ
ツク動作には、動的補償を含ませるようにしても
よい。フイードツクの出力U_Fは、 UF＝UF₁ 〓 〓 UF₅＝F₁₁ 〓 〓 F₅₁……… ………F₁₅ 〓 〓 F₅₅ Y₁ 〓 〓 Y₅ である。

なお、 F₁₁ 〓 〓 F₅₁……… ………F₁₅ 〓 〓 F₅₅ の各要素も、前途の最適制御理論と、シユミレー
シヨンとにより予め求められるものである。

更に、引出し点３４は、フイードフオワード要
素Ｎを介して加合せ点３３へ接続されている。こ
れにより、目標値Y_R1〜Y_R4にフイードフオワー
ド動作即ち比例動作が線形処理により遂行されて
操作量U₁〜U₅へ加算的に印加される。このフイ
ードフオワード動作には、動的補償を含ませるよ
うにしてもよい。フイードフオワードの出力U_N
は、 UN＝UN₁ 〓 〓 UN₅＝N₁₁ 〓 〓 N₅₁……… ………N₁₄ 〓 〓 N₅₄ YR₁ 〓 〓 YR₄ である。

この場合、 N₁₁ 〓 〓 N₅₁……… ………N₁₄ 〓 〓 N₅₄ の各要素も、前述と同様に最適制御理論と、シユ
ミレーシヨンとによつて予め求められるものであ
る。

このように、操作量Ｕには、３種類の操作入力
が供給される結果、最終的には操作量Ｕは次のよ
うになる。

Ｕ＝U_C−U_F＋U_N 操作量へ供給されるこれらの和出力 U_C−U_F＋U_N が所定の範囲を越えるときに、前記積分動作を停
止させるリミツタＬが各操作ラインに介在されて
いる（第２図）。

第２図において、点線で囲む部分はCPUを表
わし、目標値Y_R1〜Y_R4の入力インターフエース
にはＡ／Ｄ変換のための入出力装置Ｉ／Ｏ−１、
操作量U₁〜U₅の出力インターフエースにはＤ／
Ａ変換のための入出力装置Ｉ／Ｏ−２、制御量
Y₁〜Y₄を含む測定量Y₁〜Y₅の後向き経路への入
力インターフエースにはＡ／Ｄ変換のための入出
力装置Ｉ／Ｏ−３が介在されている（第１図）。

このように構成されて成る多変数自動制御系は
次のように動作する。

先ず焼付炉３０を働かせて、制御量Y₁〜Y₄を
含む測定量Y₁〜Y₅に応じて積分動作の初期値を
設定する（第３図）。次いで、CPUは目標値Y_R1
〜Y_R4、制御量Y₁〜Y₄を含む測定量Y₁〜Y₅のデ
ータを読み取る。CPUの演算要素Ｃ、フイード
バツク要素Ｆ、フイードフオワード要素Ｎはそれ
ぞれ前述の行列式で表わされる値に従つてその演
算を遂行し、 U′C＝U′C₁ 〓 〓 U′C₅＝C₁₁ 〓 〓 C₅₁……… ………C₁₄ 〓 〓 C₅₄ ε₁ 〓 〓 ε₄ UF＝UF₁ 〓 〓 UF₅＝F₁₁ 〓 〓 F₅₁……… ………F₁₅ 〓 〓 F₅₅ Y₁ 〓 〓 Y₅ UN＝UN₁ 〓 〓 UN₅＝N₁₁ 〓 〓 N₅₁……… ………N₁₄ 〓 〓 N₅₄ YR₁ 〓 〓 YR₄ を計算する。

この操作量出力は、所定の範囲内に維持されて
制御される必要がある。このため、各操作量出力
値は、その範囲にあるか否かが判断され、若しも
その範囲内にあるときは、積分動作を遂行し、範
囲を越えるときは、リミツタＬを介して出力せし
める（第３図）。

このようにして、各操作変数U′_c1……はそれぞ
れ積分器I₁……I₅が働らき、積分動作が遂行され
て Uc（ｔ）＝Uc（ｔ−１）＋U′C₁ 〓 〓 U′C₅ の積分出力を生じる。

このような機能を導入すれば、本実施例のよう
に操作量としてのダンパーの開度が０〜100％で
あるにもかかわらず、動作開始時から積分動作を
遂行すれば、当初は操作量と目標値との差ε₁…ε₄
が大きいので、ダンパーの開度が事実上200ある
いは300％という不都合な操作量信号を発生する
ということが回避される。

こうして、積分器は目標値と制御量の差 ε＝YR₁ 〓 〓 YR₅−Y₁ 〓 〓 Y₄ が零になるまで積分動作を繰返し、制御量が目標
値に可及的に接近するように制御ループを形成す
るものである。

而して、操作量Ｕ Ｕ＝U_C−U_F＋U_N が計算され、制御対象３０へ出力される。

この場合、フイードバツク要素Ｆのフイードバ
ツク出力U_Fは、制御系の固有の特性を安定化さ
せる機能をもつものである。

一方、フイードフオワード要素Ｎの出力U_Nは、
目標値Y_Rに制御量Ｙが迅速に接近するようにそ
の立上りを早めるもので、特に炉の動作開始時に
大きな効果を有する。この要素Ｎにより制御系の
応答性（レスポンス）は一段と向上する。

こうして、操作量Ｕが制御対象３０へ出力され
ると、次のサンプリングまで所定時間遅延させ、
再び次の動作が繰返される。

本発明のエナメル線焼付炉の制御方法による炉
温の上昇時および定常時における線速および炉温
の変化を示すグラフを第４図に示す。この図にお
いて、芯線４の線速Ｓは一定の低速に維持される
一方、硬化帯CZの炉温Ｋ−Ｔおよび蒸発帯EZ上
部および下部の炉温J₁−Ｔ，J₂−Ｔ、硬化帯CZ
と蒸発帯EZに熱風を分流させる前の炉温Ｂ−Ｔ
は低温から漸進的に温度上昇し、炉温は立上がり
温度に至る。この時点T₁から多変数制御がスタ
ートする。時点T₂において定常時運転となる。
時点T₁から時点T₂までの炉温の上昇時において
も炉温に対応して適正に線速が上昇されるから品
質が一定のエナメル電線が製造でき、非規格品、
即ち屑の発生が防止されて芯線およびワニスが無
駄とならない。

なお、上記実施例において、制御量、目標値は
４個、操作変数、操作量は５個、測定量は５個の
場合について説明したが、それぞれｌ個、ｎ個、
ｍ個（ｌ，ｎ，ｍは正の整数で、ｎ，ｍ≧ｌ）の
場合にも、本発明は等しく適用できるものであ
る。

叙上のように、本発明のエナメル線焼付炉の制
御方法によれば、相互干渉を除去しないで、即ち
非干渉化しないで芯線の線速と硬化帯、蒸発帯の
温度分布を所定の関係に最適制御することが可能
となり、多変数制御をエナメル線焼付炉に適用し
て炉温の立上がり時から品質が一定のエナメル電
線が製造できるようにした技術的意義は顕著であ
る。

［発明の効果］ 以上の実施例からも明らかなように、本発明の
エナメル線焼付炉の制御方法によれば、炉温の上
昇時および定常時において炉温に対応して相互干
渉を除去せしないで、即ち非干渉化しないで適正
な線速が与えられるから、炉温の立上がり時から
品質が一定のエナメル電線が製造でき、非規格
品、即ち屑の発生が防止されて芯線およびワニス
が無駄とならず、生産歩留まりを向上させること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は制御対象としての熱風循環式エナメル
線焼付炉の説明図、第２図は該制御対象へ本発明
を適用した自動制御方法のブロツクダイヤグラ
ム、第３図は該方法の動作フローチヤート、第４
図は該方法による炉温の上昇時および定常時にお
ける線速および炉温の変化を示すグラフである。 ４……芯線、３０……エナメル線焼付炉、Y₁
〜Y₄……制御量、Y₁〜Y₅……測定量、U₁〜U₅…
…操作量、Y_R1〜Y_R4……目標値、ε₁〜ε₄……制御
量と目標値の差、U′_C1〜U′_C5……操作変数、M₁₅
……線速付与駆動体、Ｓ……線速、GAS−Ｄ，
Ｆ−Ｄ，PB−Ｄ，Ｃ−Ｄ，Ｂ−Ｄ……ダンパー、
CZ……硬化帯、EZ……蒸発帯、Ｋ−Ｔ，J₁−Ｔ，
J₂−Ｔ……蒸発帯上部および下部の炉温、PB−
Ｔ，Ｂ−Ｔ……蒸発帯上部および下部の炉温以外
の炉温。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 絶縁塗料を塗布した芯線４を線速付与駆動体
   M₁₅で制御することにより得られる線速Ｓおよび
   ダンパーGAS−Ｄ，Ｆ−Ｄ，PB−Ｄ，Ｃ−Ｄ，
   Ｂ−Ｄの開度を調節することにより硬化帯CZお
   よび蒸発帯EZの炉温が所定の温度分布に制御可
   能なエナメル線焼付炉３０を用いて芯線４に絶縁
   塗料を焼付けてエナメル線を製造する際に、前記
   線速Ｓ、前記硬化帯CZの炉温Ｋ−Ｔおよび蒸発
   帯EZ上部および下部の炉温J₁−Ｔ，J₂−Ｔから
   なる複数の制御量 Ｙ＝Y₁ 〓 Y_l と、前記硬化帯、蒸発帯上部および下部の炉温以
   外の炉温PB−Ｔ，Ｂ−Ｔとからなる複数の測定
   量 Y₁ 〓 Y_l 〓 Y_n が、前記線速付与駆動体の入力および前記ダンパ
   ーの開度からなる複数の操作量 Ｕ＝U₁ 〓 U_o （但し、ｌ，ｍ，ｎは２以上の正の整数で、 ｎ，ｍ≧ｌ） の何れによつても変動する場合に、前記制御量が
   その目標値 YR＝Y_R1 〓 Y_R1 に調節されるように前記操作量を制御するにあた
   り、前記制御量と前記目標値の差 YR−Ｙ＝YR₁ 〓 Y_Rl− −Y₁ 〓 Y_l＝ε₁ 〓 ε_l を、前記目標値を与えるときの前記操作量および
   前記制御量の挙動のシユミレーシヨン評価して予
   め決定された演算要素 C₁₁ 〓 Cn₁……… ………C_1l 〓 C_o に乗じて算出される操作変数 U′c＝Uc₁ 〓 Uc_o のそれぞれに積分動作を遂行した出力 Uc＝Uc₁ 〓 Uc_o を各操作量とし、前記制御量を含む複数個の測定
   量 Y₁ 〓 Y_n にフイードバツク動作を遂行した出力 UF＝UF₁ 〓 UF_o を前記各操作量へそれぞれ印加すると共に、前記
   各操作量へそれぞれ供給される、前記出力Uc−
   前記出力U_Fの和出力が所定値を越える時に、前
   記積分動作をそれぞれ停止させることにより炉温
   の上昇時および定常時において炉温に対応してエ
   ナメル線の線速を制御せしめることを特徴とする
   エナメル線焼付炉の制御方法。