(57)【要約】【課題】高速の排気風量制御を実現する。【解決手段】風量制御装置は、開閉可能なサッシを備えたヒュームフードからの入力信号を取り込む信号計測部１と、入力信号の変化を検出する入力信号変化検出部２と、信号計測部１で計測された入力信号に基づいて制御演算周期毎にヒュームフードの排気風量を演算して排気風量を制御し、入力信号変化検出部２によって入力信号の変化が検出されたときは、制御演算周期を通常の周期よりも短い周期に切り替える制御演算部３とを備える。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開閉可能なサッシを備えたヒュームフードからの入力信号を取り込む信号計測手段と、
前記入力信号の変化を検出する入力信号変化検出手段と、
前記信号計測手段で計測された入力信号に基づいて制御演算周期毎に前記ヒュームフードの排気風量を演算して前記排気風量を制御し、前記入力信号変化検出手段によって前記入力信号の変化が検出されたときは、前記制御演算周期を通常の周期よりも短い周期に切り替える制御演算手段とを備えることを特徴とする風量制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の風量制御装置において、
前記入力信号は、前記ヒュームフードのサッシの開度を示すサッシ開度信号であり、
前記入力信号変化検出手段が検出する入力信号の変化は、前記サッシを開く操作または閉じる操作を示すことを特徴とする風量制御装置。
【請求項３】
開閉可能なサッシを備えたヒュームフードからの入力信号を取り込む信号計測手順と、
前記入力信号の変化を検出する入力信号変化検出手順と、
前記信号計測手順で計測した入力信号に基づいて制御演算周期毎に前記ヒュームフードの排気風量を演算して前記排気風量を制御する制御演算手順と、
前記入力信号変化検出手順によって前記入力信号の変化を検出したときに、前記制御演算周期を通常の周期よりも短い周期に切り替える制御演算周期切替手順とを備えることを特徴とする風量制御方法。
【請求項４】
請求項３記載の風量制御方法において、
前記入力信号は、前記ヒュームフードのサッシの開度を示すサッシ開度信号であり、
前記入力信号変化検出手順で検出する入力信号の変化は、前記サッシを開く操作または閉じる操作を示すことを特徴とする風量制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研究施設、工場、病院など、作業者の安全や製造物に対して危険を伴う環境において、発生する有毒ガス等を局所排気するヒュームフードの排気風量を制御する風量制御装置および風量制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
製薬会社や大学研究室等の化学実験では、実験作業過程において、人体に有害なガスや粉塵等が発生する場合が多い。これら有害物質の室内への拡散を防止し、人体への汚染を防ぐ装置の１つにヒュームフードがある。一般に、ヒュームフードは、上下または左右に開閉可能なサッシドア付きの囲い（エンクロージャ）を備えており、実験室の作業者はこのサッシドアからエンクロージャ内にアクセスすることができる。ヒュームフードで作業中の作業者が有害なガスや粉塵等に曝されないようにするために、エンクロージャは有害物質を除去する排気装置に接続されている（非特許文献１参照）。
【０００３】
従来、ヒュームフードの排気風量を制御する風量制御装置では、上述したようにヒュームフードで作業中の作業者が有害なガスや粉塵等に曝されないようにするために、サッシの開閉に応じてフード内の空気の排気風量の制御を高速で行う必要がある。すなわち、風量制御装置は、入力信号であるサッシの開度信号に応じた高速な制御を行うために、入力信号の計測、演算、風量制御までの一連の動作を定周期かつ高速（数１０ｍｓ程度）で行うようにしている。しかし、制御演算部の処理能力が限られている場合、定周期かつ高速に処理を行おうとすると、制御演算部の処理負荷の大部分を占有してしまうため、他の処理演算の実行の阻害要因となる。例えば風量制御装置を複数台で連動させたい場合、通信負荷が制御演算部の大きな負荷となるため、定周期かつ高速の風量制御が難しくなる。
【０００４】
以上のような問題を解決するためには、入力信号の変化に応じて制御周期を可変にすることが有効である。例えば特許文献１に開示された制御装置では、入力の変化量が予め定められた閾値を超えた場合に制御周期を変えるようにしている。
また、特許文献２に開示された制御装置では、複数の部屋の内外の差圧を所定値に制御するためファジイ推論部を使用して圧力調節用ダンパの制御を行うようにしている。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−３００３４２号公報
【特許文献２】特開平７−８３４７５号公報
【非特許文献１】松村  昭男，「研究施設環境管理支援システムの開発」，Savemation Review  ２００４年２月号，株式会社山武，２００４年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示された制御装置のように入力信号の変化量に応じて制御周期を可変にする場合、入力信号の変化量が予め定められた閾値を超えているかどうかを判断する必要があり、温度制御といった用途では有効であるが、風量制御装置のように緊急時に排気制御を行う用途では、瞬時応答が遅れてしまうという問題点があった。
また、特許文献２に開示された制御装置では、予め定められたファジイルールおよびメンバーシップ関数を用いたファジイ推論により圧力調節用ダンパの開度修正量を算出する必要があり、風量制御装置のように緊急時に排気制御を行う用途では、瞬時応答が遅れてしまうという問題点があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、高速の排気風量制御を実現することができる風量制御装置および風量制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の風量制御装置は、開閉可能なサッシを備えたヒュームフードからの入力信号を取り込む信号計測手段と、前記入力信号の変化を検出する入力信号変化検出手段と、前記信号計測手段で計測された入力信号に基づいて制御演算周期毎に前記ヒュームフードの排気風量を演算して前記排気風量を制御し、前記入力信号変化検出手段によって前記入力信号の変化が検出されたときは、前記制御演算周期を通常の周期よりも短い周期に切り替える制御演算手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の風量制御装置の１構成例において、前記入力信号は、前記ヒュームフードのサッシの開度を示すサッシ開度信号であり、前記入力信号変化検出手段が検出する入力信号の変化は、前記サッシを開く操作または閉じる操作を示すものである。
【０００９】
また、本発明の風量制御方法は、開閉可能なサッシを備えたヒュームフードからの入力信号を取り込む信号計測手順と、前記入力信号の変化を検出する入力信号変化検出手順と、前記信号計測手順で計測した入力信号に基づいて制御演算周期毎に前記ヒュームフードの排気風量を演算して前記排気風量を制御する制御演算手順と、前記入力信号変化検出手順によって前記入力信号の変化を検出したときに、前記制御演算周期を通常の周期よりも短い周期に切り替える制御演算周期切替手順とを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、入力信号変化検出手段で入力信号の変化を検出したときに、制御演算周期を通常の周期よりも短い周期に切り替えるようにしたので、入力信号の変化量が予め定められた閾値を超えているかどうかを判断する必要がなく、高速の排気風量制御を実現することができる。また、本発明では、入力信号が変化したときのみ制御演算周期を短い周期に切り替えるようにしたので、制御演算手段の処理負荷の増大を最小限に抑えると共に、高速応答が必要なときのみ高速の排気風量制御を実現することができる。したがって、本発明では、安全性が要求されるヒュームフードの排気風量制御において、緊急時の瞬時応答を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１はヒュームフードの外観を示す斜視図、図２は本発明の実施の形態に係る風量制御装置の構成を示すブロック図である。
ヒュームフード１０は、開閉可能なサッシ１１と、排気風量を制御するための風量制御バルブ１２と、検知範囲に人がいるかどうかを検出する人検知センサ１３と、サッシ１０の開度を検出する垂直サッシセンサ１４とを備えている。
【００１２】
風量制御装置は、ヒュームフード１０からの入力信号Ａを取り込む信号計測部１と、入力信号Ａの変化を検出する入力信号変化検出部２と、信号計測部１で計測された入力信号Ａに基づいて制御演算周期毎にヒュームフード１０の排気風量を演算して排気風量を制御し、入力信号変化検出部２によって入力信号Ａの変化が検出されたときは、制御演算周期を通常の周期よりも短い周期に切り替える制御演算部３とをから構成される。
【００１３】
入力信号変化検出部２は、微分回路部２０と、信号増幅部２１と、信号レベル変換部２２とを有する。微分回路部２０は、オペアンプＵ１と、抵抗Ｒ１と、コンデンサＣ１とから構成される。信号増幅部２１は、オペアンプＵ２と、抵抗Ｒ２，Ｒ３とから構成される。信号レベル変換部２２は、オペアンプＵ３と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、抵抗Ｒ４，Ｒ５とから構成される。
【００１４】
次に、本実施の形態の風量制御装置の動作について説明する。図３は風量制御装置の各部の信号を示す波形図、図４は制御演算部３の動作を示すフローチャートである。図３（Ａ）、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）、図３（Ｄ）、図３（Ｅ）、図３（Ｆ）は、それぞれ図２のＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆの信号を示す波形図である。
まず、風量制御装置の信号計測部１と入力信号変化検出部２には、ヒュームフード１０の垂直サッシセンサ１４から図３（Ａ）に示すようなアナログの入力信号Ａが入力される。本実施の形態では、入力信号Ａはサッシ１１の開度を示すサッシ開度信号である。
【００１５】
信号計測部１は、入力信号ＡをＡ／Ｄ変換して取り込み、変換後の計測信号を制御演算部３に出力する。入力信号変化検出部２の微分回路部２０は、入力信号Ａを微分し、図３（Ｂ）に示すような信号Ｂを出力する。
【００１６】
入力信号変化検出部２の信号増幅部２１は、制御演算部３で検出可能なレベルとするため、微分回路部２０の出力信号Ｂを増幅し、図３（Ｃ）に示すような信号Ｃを出力する。
入力信号変化検出部２の信号レベル変換部２２は、信号増幅部２１の出力信号Ｃを絶対値化して、図３（Ｄ）、図３（Ｅ）に示すような制御演算部３への割り込み信号Ｄ，Ｅを生成する。このとき、図３（Ｄ）に示す割り込み信号Ｄは、信号増幅部２１の出力信号の正電圧期間（サッシ１１の開操作期間）を示す信号であり、図３（Ｅ）に示す割り込み信号Ｅは、信号増幅部２１の出力信号の負電圧期間（サッシ１１の閉操作期間）を示す信号である。
【００１７】
制御演算部３は、信号計測部１から出力された計測信号が示すサッシ開度に応じてヒュームフード１０の瞬時排気風量を演算し、図３（Ｆ）に示すような風量制御信号Ｆを風量制御バルブ１２に出力する。制御演算部３は、ヒュームフード１０のサッシ開度が２０％以下のときは例えば最小排気風量にし、サッシ開度が１００％のときは排気風量を例えば１００％にするといったように瞬時排気風量を演算する。制御演算部３から出力された風量制御信号Ｆに応じて風量制御バルブ１２の開度が調節されることにより、ヒュームフード１０の排気風量が制御される。制御演算部３は、このような風量制御信号Ｆの演算・出力を制御演算周期毎に行う。
【００１８】
ここで、制御演算部３は、通常時、すなわちヒュームフード１０のサッシ開度に変化がないときは、制御演算周期毎に排気風量を演算しなくてもよく、直前に算出した排気風量を維持する風量制御信号Ｆを出力してもよい。また、制御演算部３は、信号計測部１に通常時の計測部制御信号（クロック）を出力し、信号計測部１は、この計測部制御信号に同期して入力信号Ａのサンプリングを行う。通常時の計測部制御信号は、通常時の制御演算周期に同期している。こうして、信号計測部１は、通常時の制御演算周期毎に入力信号Ａを取り込み、制御演算部３は、同周期毎に後述する割り込み信号Ｄ，Ｅの検出と風量制御信号Ｆの演算・出力とを行う。通常時の制御演算周期と計測部制御信号の周期は例えば３０ｍｓ程度である。
【００１９】
次に、制御演算部３は、通常時の制御演算周期で動作しているときに、入力信号変化検出部２から出力された割り込み信号Ｄ，Ｅを検出すると、制御演算周期を高速時の周期に切り替え、計測部制御信号（クロック）を高速時の制御信号に切り替える。こうして、信号計測部１は、高速時の制御演算周期毎に入力信号Ａを取り込み、制御演算部３は、同周期毎に割り込み信号Ｄ，Ｅの検出と風量制御信号Ｆの演算・出力とを行う。通常時と同様に、制御演算周期と計測部制御信号とは同期しており、高速時の制御演算周期と計測部制御信号の周期は例えば１０ｍｓ程度である。
【００２０】
例えば作業者がヒュームフード１０のサッシ１１を開くと、図３（Ａ）に示すように入力信号Ａが示すサッシ開度が増加するため、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）に示すように微分回路部２０および信号増幅部２１の出力Ｂ，Ｃが変化する。微分回路部２０および信号増幅部２１の出力Ｂ，Ｃは、サッシ１１に対する作業者の操作が停止すると０に戻る。サッシ１１の開操作に対応する、信号増幅部２１の正電圧出力が割り込み信号として出力されるように信号レベル変換部２２でレベル変換すると、図３（Ｄ）に示すような割り込み信号Ｄが得られる。
【００２１】
制御演算部３は、割り込み信号Ｄの立ち上がりを検出した場合、サッシ１１の開操作があったと判断し（図４ステップＳ１においてＹＥＳ）、制御演算周期を高速時の周期に切り替え、計測部制御信号を高速時の制御信号に切り替える（ステップＳ２）。続いて、制御演算部３は、割り込み信号Ｄの立ち下がりを検出した場合、サッシ１１の開操作が停止したと判断し（ステップＳ３においてＹＥＳ）、制御演算周期を通常時の周期に戻し、計測部制御信号を通常時の制御信号に戻す（ステップＳ４）。
【００２２】
一方、作業者がヒュームフード１０のサッシ１１を閉じると、図３（Ａ）に示すように入力信号Ａが示すサッシ開度が減少するため、図３（Ｂ）、図３（Ｃ）に示すように微分回路部２０および信号増幅部２１の出力Ｂ，Ｃが変化する。微分回路部２０および信号増幅部２１の出力Ｂ，Ｃは、サッシ１１に対する作業者の操作が停止すると０に戻る。サッシ１１の閉操作に対応する、信号増幅部２１の負電圧出力が割り込み信号として出力されるように信号レベル変換部２２でレベル変換すると、図３（Ｅ）に示すような割り込み信号Ｅが得られる。
【００２３】
制御演算部３は、割り込み信号Ｅの立ち上がりを検出した場合、サッシ１１の閉操作があったと判断し（ステップＳ５においてＹＥＳ）、制御演算周期を高速時の周期に切り替え、計測部制御信号を高速時の制御信号に切り替える（ステップＳ６）。続いて、制御演算部３は、割り込み信号Ｅの立ち下がりを検出した場合、サッシ１１の閉操作が停止したと判断し（ステップＳ７においてＹＥＳ）、制御演算周期を通常時の周期に戻し、計測部制御信号を通常時の制御信号に戻す（ステップＳ８）。
【００２４】
以上説明したように、本実施の形態では、入力信号変化検出部２で入力信号の変化を検出したときに、制御演算周期を通常の周期よりも短い周期に切り替えるようにしたので、入力信号の変化量が予め定められた閾値を超えているかどうかを判断する必要がなく、高速の排気風量制御を実現することができる。また、本実施の形態では、入力信号が変化したときのみ制御演算周期を短い周期に切り替えるようにしたので、制御演算部３の処理負荷の増大を最小限に抑えると共に、高速応答が必要なときのみ高速の排気風量制御を実現することができる。したがって、本実施の形態では、安全性が要求されるヒュームフードの排気風量制御において、緊急時の瞬時応答を実現することができる。
【００２５】
なお、本実施の形態では、サッシ１１が開操作されると入力信号Ａが増加する前提で記載しているが、その逆もありうる。サッシ１１が開操作されたときに入力信号Ａが減少する場合には、割り込み信号Ｅが出力されたときをサッシ１１の開操作期間と判断し、割り込み信号Ｄが出力されたときをサッシ１１の閉操作期間と判断すればよい。
【００２６】
また、本実施の形態では、信号レベル変換部２２でサッシ１１の開操作期間を示す割り込み信号Ｄと閉操作期間を示す割り込み信号Ｅの２つを生成しているが、信号増幅部２１の出力にオフセットを与えた上で、オフセットを与えた後の信号をコンパレータに入力するようにすれば、サッシ１１の開操作期間と閉操作期間の両方を示す１つの割り込み信号を生成することができる。このように割り込み信号を１つにすれば、制御演算部３の割り込みの数が限られているときに有効である。なお、割り込み信号を１つにすると、サッシ１１の開操作期間か閉操作期間かを検出することはできず、単純に入力信号に変化があったこと、すなわちサッシ１１の開度に変化があったことのみ検出できる。
【００２７】
本実施の形態の制御演算部３は、ＣＰＵ、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って本実施の形態で説明した処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、ヒュームフードの排気風量を制御する技術に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ヒュームフードの外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る風量制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る風量制御装置の各部の信号を示す波形図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る風量制御装置における制御演算部の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３０】
１…信号計測部、２…入力信号変化検出部、３…制御演算部、１０…ヒュームフード、１１…サッシ、１２…風量制御バルブ、１３…人検知センサ、１４…垂直サッシセンサ、２０…微分回路部、２１…信号増幅部、２２…信号レベル変換部、Ｕ１〜Ｕ３…オペアンプ、Ｄ１，Ｄ２…ダイオード、Ｒ１〜Ｒ５…抵抗、Ｃ１…コンデンサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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