JPS6411092B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、間接加熱炉の温度制御装置に関し、
特に、操作入力範囲内に温度制御に寄与しないア
イドル域があつても、好適な温度制御特性が得ら
れる温度制御装置に関するものである。

バーナによつて加熱される隔壁を介して被加熱
物を熱処理する間接加熱炉において、第１図の実
線に示されるように、所定の操作入力範囲（０乃
至100％）を備え、その操作入力範囲中の中立操
作値Ｎを境にして操作入力値がその中立操作値Ｎ
から離れる程、上記バーナに供給する空気量を増
加させる空気量調節装置と、第１図の破線に示さ
れるように上記操作入力量が中立操作値Ｎを超え
た状態に於いて、前記空気量に対して一定の割合
の燃料をバーナに供給する燃料調節装置と、第１
図の中立操作値Ｎとカツト値Ｃとの間に示される
ように、前記空気量調節装置に於ける操作入力量
が燃焼状態を良好に維持し得る最小空気量をバー
ナに供給するためのカツト値Ｃよりも下廻つたと
き、バーナに供給される燃料を遮断する燃料遮断
装置とを備え、前記空気量調節装置に付与する操
作入力量を前記カツト値Ｃよりも大きい加熱制御
範囲内として加熱操作するとともに、その操作入
力量を前記中立操作位置Ｎよりも小さい冷却制御
範囲内として冷却操作することにより、前記加熱
炉内の雰囲気温度を目標温度に一致させるように
制御する温度制御装置が提案されている。

しかしながら、斯る温度制御装置に於いては、
その操作入力範囲内に於いて温度制御に寄与しな
いアイドル範囲を含むため、そのアイドル範囲に
起因する制御応答の遅れが避けられず、高精度の
温度制御特性が得られない欠点があつた。即ち、
第１図に於いて、例えば操作入力量が燃焼制御範
囲内からカツト値Ｃを下廻つてカツト値Ｃと中立
操作値Ｎとの間のアイドル範囲に入ると、燃料は
遮断されるものの空気流量は更に減少して積極的
な冷却操作に何等寄与しないのである。また、操
作入力量が冷却制御範囲内から中立操作値Ｎを超
えてアイドル範囲に入ると、空気量のみが増大し
て炉内が冷却され、積極的な加熱操作に何等寄与
しないのである。従つて、操作入力量がアイドル
範囲にある時間が制御応答の遅れ（無駄時間）と
なり、加熱炉内の雰囲気温度のハンチングを大き
くしてしまうのである。また、斯るアイドル範囲
は単に制御応答の遅れの原因になるのみならず、
アイドル範囲に於いては温度制御方向に対して逆
方向に空気量を変化させるので、これも雰囲気温
度をばらつかせる原因となつていたのである。間
接加熱炉は、直火式の炉と異り被加熱物の雰囲気
制御が容易である反面、その加熱炉内雰囲気温度
制御に際しては本来的に応答時間が長いため、特
に、均熱或いは徐冷ゾーンにおいて上記アイドル
範囲に起因する不都合が顕著である。

本発明は、以上の事情を背景として為されたも
のであり、その目的とするところは、高精度の温
度制御特性が得られる間接加熱炉の温度制御装置
を提供することにある。

斯る目的を達成するため、本発明の温度制御装
置は、少なくとも前記操作入力量が前記中立操作
値を超えたこと、及びその操作入力量が前記カツ
ト値よりも下廻つたことを検知する検知手段と、
前記操作入力量が前記冷却制御範囲から前記中立
操作値を超えたとき、その操作入力量を直ちに前
記カツト値以上の予め定められた値に変更し、そ
の操作入力量が前記加熱制御範囲からカツト値を
下廻つたとき、その操作入力量を直ちにその中立
値以下の予め定めれた値に変更する操作量変更手
段とを含むことを特徴とする。

この様にすれば、操作入力量が中立操作値を超
えたとき、直ちにカツト値以上の値に変更される
とともに、操作入力量がカツト値を下廻つたとき
直ちに中立操作値以下の値に変更されるので、操
作入力量がアイドル範囲をスキツプさせられ、操
作入力範囲中のアイドル範囲が恰も存在しない如
くとなる。このため、アイドル範囲に起因する制
御応答の遅れ及び雰囲気温度のばらつきが全く解
消され、高精度の温度特性が得られるのである。

以下、本発明の一実施例を示す図面に基づいて
詳細に説明する。

第２図に於いて、１０は間接加熱炉であり、そ
の炉壁１２には隔壁としてのラジアントチユーブ
１４がその端部を炉外に開口した状態で固定され
ている。ラジアントチユーブ１４の一端にはバー
ナ１６が取り付けられており、そのバーナ１６に
は空気配管１８及び燃料配管２０が接続されて、
空気及び燃料が供給されるようになつている。空
気配管１８には空気量調節装置としてのバタフラ
イ弁２２が取り付けられている。このバタフライ
弁２２は、第１図および第３図に示されるように
±90度の操作入力範囲（弁操作角度範囲）を備
え、所定の中立操作位置Ｎ（本実施例では操作入
力が50％、すなわち弁操作角度が０度）を境にし
て、操作入力量が離れるほど、バーナ１６に供給
される空気量を増加させる特性を備えている。そ
して、バタフライ弁２２は、駆動モータ２４に連
結棒２６によつて連結されており、駆動モータ２
４によつて操作されるようになつている。燃料配
管２０には燃料を流通、遮断させる電磁弁２７が
直列に設けられているとともに、燃料調節装置と
しての調節弁２８が設けられている。調節弁２８
は駆動モータ３０に連結されており、駆動モータ
３０は空気配管１８に設けられた流量センサ３２
の出力信号が表す空気流量に対して一定の比率の
燃料を流すように調節する調節計３４からの信号
に従つて作動する。従つて、燃料配管２０を通し
て流れる燃料は、第１図の破線に示されるよう
に、空気配管１８内を流れる空気流量に対して所
望の空燃比が得られるように所定の割合で調節さ
れるのである。

一方、炉壁１２には炉１０内の雰囲気温度を検
出するための熱電対３６が取り付けられている。
熱電対３６の出力信号は、記録計３８に供給され
て炉１０内の温度が記録紙上に記録されるととも
に、温度変換器４０に供給されて所定の温度信号
に変換される。温度変換器４０から出力される温
度信号は、Ａ／Ｄコンバータ４２を介して演算制
御装置４４に供給される。演算制御装置４４に
は、温度プログラム設定器４６から、例えば第４
図に示されるような目標温度を表す指令信号が予
め定められたプログラムに従つて遂次供給され
る。またバタフライ弁２２を駆動する連結棒２６
には、バタフライ弁２２の移動位置即ち操作入力
量を検知する検知手段としてのリミツトスイツチ
４８が設けられており、バタフライ弁２２の操作
入力量（操作角度）が中立操作値Ｎおよびカツト
値Ｃであることを表わす操作量信号が、リミツト
スイツチ４８から演算制御装置４４に供給され
る。

演算制御装置４４は、所謂デジタルピユータで
構成されており、予め記憶されたプログラムに従
つて温度信号、指令信号、および操作量信号を処
理し、その結果、バタフライバルブ２２を開閉す
るためのON−OFF信号である開閉信号をバルブ
駆動回路５０に供給して駆動モータ２４を駆動さ
せるとともに、電磁弁２７にカツト信号を供給し
て燃料を遮断させる。

以下、本実施例の作動を説明する。

図示しない操作スイツチによつてスタート操作
が為されると、演算制御装置４４は第５図のフロ
ーチヤートに従つて作動する。

先ずステツプＳ１が実行されて、バタフライ弁
２２における操作入力量が冷却制御範囲であるこ
とを表わす冷却モードにセツトされるとともに、
ステツプＳ２が実行されてモードの設定状態が判
断される。この状態においては既に冷却モードに
セツトされているのでステツプＳ３が実行され、
温度制御操作が行われる。すなわち、前記温度信
号および指令信号が読み込まれることによつて、
炉１０内の雰囲気温度と目標温度との偏差が算出
されるとともに、その偏差が零となるように、そ
の偏差に基づいて比例、積分、微分制御のための
演算式から操作量が算出され、その操作量に対応
した角度量だけバタフライ弁２２が駆動されるよ
うに、その角度量に対応した時間幅を有するパル
ス状の開閉信号がバルブ駆動回路５０に供給され
る。このため、駆動モータ２４はバタフライ弁２
２をその操作入力量が中立操作位置Ｎ（50％）に
近ずく方向に開閉信号に従つて駆動する。

次に、ステツプＳ４が実行され、バタフライ弁
２２の開度が全閉であるか、換言すればバタフラ
イ弁２２における操作入力量が50％に到達したか
否かが判断される。バタフライ弁２２における操
作入力量が未だ50％に到達する前においては前記
ステツプＳ２，Ｓ３および１秒待機のステツプＳ
１５が繰返し実行されて温度制御動作が行なわれ
るが、バタフライ弁２２における操作入力量が50
％に達すると、ステツプＳ５が実行されてバルブ
駆動回路５０にバタフライ弁２２を連続的に正転
させる開閉信号が供給される。すなわち、一定電
圧の開閉信号が連続的に供給され、バタフライ弁
２２における操作入力量が急速に増大させられる
のである。

この状態において、ステツプＳ６が実行される
ことによつてバタフライ弁２２における操作入力
量がリミツトスイツチ４８からの操作量信号に従
つてカツト値Ｃに到達したか否かが判断され、到
達するとステツプＳ７が実行される。ステツプＳ
７においては、上記開閉信号の供給が停止される
ことによつてバタフライ弁２２の駆動が停止され
るとともに、それまで電磁弁２７に供給されてい
たカツト信号の出力を停止して燃料をバーナ１６
に供給し、ラジアントチユーブ１４内で燃料を燃
焼させる。同時に、本ステツプＳ７において、バ
タフライ弁２２における操作入力量が加熱制御範
囲内であることを表わす加熱モードにセツトされ
る。

このように、ステツプＳ４乃至Ｓ６において、
バタフライ弁２２の操作入力量が冷却制御範囲か
ら中立操作位置Ｎを超えてアイドル範囲に入ると
直ちにその操作入力量がカツト値Ｃに増量変更さ
れるので、ステツプＳ４乃至Ｓ６が操作量変更手
段を形成しているのである。

ステツプＳ７における燃焼開始後、ステツプＳ
８が実行され、燃焼安定期間に対応する時間であ
る５秒間待機させられる。その後、再びステツプ
Ｓ２が実行されてモードの設定状態が判断され
る。ステツプＳ７において加熱モードにセツトさ
れているので、次のステツプＳ９が実行され、温
度制御作動が行なわれる。すなわち、ステツプＳ
３と同様に、温度信号および、指令信号が読込ま
れることによつて、炉１０内の雰囲気温度と目標
度との偏差が算出されるとともに、その偏差が雰
となるように、その偏差に基づいて比例、積分、
微分制御のための演算式から操作量が算出され、
その操作量に対応した角度量だけバタフライ弁２
２が駆動されるように、その角度量に対応した時
間幅を有するパルス状の開閉信号がバルブ駆動回
路５０に供給されるのである。

次に、ステツプＳ１０が実行され、バタフライ
弁２２における操作入力量がカツト値Ｃを下廻つ
たか否かが判断される。未だ下廻つていない場合
には、前記ステツプＳ２，Ｓ９およびＳ１５が繰
返し実行されて温度制御動作が行なわれるが、下
廻るとステツプＳ１１が実行されて、カツト信号
が電磁弁２７に供給されて燃料が遮断されるとと
もに、バルブ駆動回路５０にバタフライ弁２２を
連続的に逆転させる開閉信号が供給される。すな
わち、バタフライ弁２２における操作入力量が急
速に減少させられるのである。

この状態においてステツプＳ１２が実行される
ことによつてバタフライ弁２２における操作入力
量が、リミツトスイツチ４８からの操作量信号に
従つて、中立操作位置Ｎ以下であつて弁開度が略
２％である予め定められた値Ｌに到達したか否か
が判断され、到達するとステツプＳ１３が実行さ
れる。ステツプＳ１３においては、上記開閉信号
の供給が停止されるとことによつてバタフライ弁
２２の駆動が停止されるとともに、冷却モードに
セツトされる。

このように、ステツプＳ１０乃至Ｓ１３におい
て、バタフライ弁２２における操作入力量が加熱
制御範囲からカツト値Ｃを下廻つてアイドル範囲
に入ると、直ちにその操作入力量が中立操作値Ｎ
以下の予め定められた値Ｌに減量変更されるので
ステツプＳ１０乃至Ｓ１３が操作量変更手段を形
成しているのである。

そして、ステツプＳ１３の実行後、ステツプＳ
１４，Ｓ１５が実行されて待機させられた後、再
びステツプＳ２が実行され、上述の作動が繰返さ
れる。

このように、本実施例によれば、温度制御に何
等寄与しないのみならず、温度制御方向に対して
逆方向の特性を有するアイドル範囲に、バタフラ
イ弁２２の操作入力量（弁操作角度）が入ると、
アイドル範囲外となるように、操作入力量が直ち
に変更される。即ち、バタフライ弁２２の操作入
力量がアイドル範囲をスキツプさせられるので、
恰も操作入力範囲からアイドル範囲が除かれた如
くとなり、アイドル範囲の存在に起因する制御応
答の遅れや温度制御のばらつきが全く解消され、
高精度の温度制御特性が得られるのである。本発
明者の実験によれば、上記操作量変更変段を設け
ない従来の場合には、被加熱物の温度のばらつき
が徐冷ゾーンにおいて±15℃であつたのに対し操
作量変更手段を備えた本実施例の装置を用いると
±３℃と、大幅に高精度の温度制御が得られたの
である。

以上、本発明の一実施例を示す図面に基づいて
説明したが、本発明はその他の態様に於いても適
用される。

例えば、前述の実施例に於いて、アイドル範囲
をスキツプさせるための、バタフライ弁２２の操
作入力量変更後の値は、加熱モードに於いてはカ
ツト値Ｃであり、冷却モードに於いては予め定め
られた値Ｌであるが、カツト値Ｃ以上の値または
中立位置Ｎ以下の値に予め定められておれば良い
のである。

前述の実施例に於いて、調節弁２８はバーナ１
６に供される空気量に対して一定の比率で燃料を
供給するように調節計３４及び駆動モータ３０に
よつて操作されるが、連結棒２６に機械的に連結
され、その連結棒２６によつて操作されるように
構成されていても良いのである。

また、駆動モータ２４は、AC若しくはDCのサ
ーボモータのみならずパルスモータによつて構成
されても良いことは言うまでもない。

また、連結棒２６の操作位置を検知する検知手
段は、リミツトスイツチ２８のみならずロータリ
エンコーダやポテンシヨメータ等の位置センサを
用いてバタフライ弁２２の操作入力量を連続的に
検出するとともに、予め記憶された中立操作位置
Ｎやカツト値とその検出値とを比較することによ
つて、バタフライ弁２２の操作入力量を判断する
ように構成しても良い。この場合には、その位置
センサとコンパレータまたは判断プログラムステ
ツプとが検知手段を形成する。

また、バタフライ弁２２における操作入力量を
変更して、アイドル範囲をスキツプさせる際、駆
動モータ２４を増速して駆動させても良いのであ
る。このような場合には、スキツプ時間が更に短
縮される利点がある。

更に、バタフライ弁２２の特性において、操作
入力範囲中の中立操作値Ｎは50％でなくても良
く、また中立操作値における空気流量（弁開度）
が雰でなくても良いのである。要するに、中立操
作値Ｎから操作入力量が離れる程空気流量が増加
する特性を備えていれば良いのである。

尚、上述したのはあくまでも本発明の一実施例
であり、本発明はその精神を逸脱しない範囲にお
いて種々変更が加えられ得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図および第３図は本発明の一実施例に用い
られるバタフライ弁の特性および構成を示す図で
ある。第２図は第１図の実施例の構成を説明する
ブロツク線図である。第４図は第２図に示される
温度プログラム設定器の出力特性を示す図であ
る。第５図は第２図に示される実施例の作動を説
明するフローチヤートである。 １０…間接加熱炉、１４…ラジアントチユーブ
（隔壁）、１６…バーナ、２２…バタフライ弁（空
気調節装置）、２７…電磁弁（燃料遮断装置）、２
８…調節弁（燃料調節装置）、４４…演算制御装
置、５０…バルブ駆動回路、４８…リミツトスイ
ツチ（検知手段）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ バーナによつて加熱される隔壁を介して被加
   熱物を熱処理する間接加熱炉において、 所定の操作入力範囲を備え、該操作入力範囲中
   の中立操作値を境にして操作入力量が該中立操作
   値から離れる程、前記バーナに供給する空気量を
   増加させる空気量調節装置と、 該空気量調節装置における操作入力量が前記中
   立操作値を超えた状態において、前記空気量に対
   して一定の割合の燃料を前記バーナに供給する燃
   料調節装置と、 前記空気量調節装置における操作入力量が燃焼
   状態を良好に維持し得る最小空気量を前記バーナ
   に供給するためのカツト値よりも下廻つたとき、
   該バーナに供給される前記燃料を遮断する燃料遮
   断装置と を備え、前記空気量調節装置に付与する操作入力
   量を前記カツト値よりも大きい加熱制御範囲内と
   して加熱操作するとともに、該操作入力量を前記
   中立操作値よりも小さい冷却制御範囲内として冷
   却操作することにより、前記加熱炉内の雰囲気温
   度を目標温度に一致させるように制御する温度制
   御装置であつて、 少なくとも、前記操作入力量が前記中立操作値
   を超えたこと、および該操作入力量が前記カツト
   値よりも下廻つたことを検知する検知手段と、 前記操作入力量が前記冷却制御範囲から前記中
   立操作値を超えたとき、該操作入力量を直ちに前
   記カツト値以上の予め定められた値に変更し、該
   操作入力量が前記加熱制御範囲から該カツト値を
   下廻つたとき、該操作入力量を直ちに該中立操作
   値以下の予め定められた値に変更する操作量変更
   手段と、 を含むことを特徴とする間接加熱炉の温度制御装
   置。