(57)【要約】【課題】  一定の条件を満たさない計測値を異常値として平均値の演算対象から外すことにより、制御対象の制御を行う場合における制御精度を改善できる制御測定装置を提供すること。【解決手段】  複数の入力信号の平均値を求め、この平均値と設定値との偏差が零になるように制御対象を制御する制御信号を出力する制御測定装置において、  所定の範囲から外れた値の入力信号を異常値として平均値の演算対象から除去する異常値除去手段を設けたことを特徴とするもの。【選択図】                    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の入力信号の平均値を求め、この平均値と設定値との偏差が零になるように制御対象を制御する制御信号を出力する制御測定装置において、
所定の範囲から外れた値の入力信号を異常値として平均値の演算対象から除去する異常値除去手段を設けたことを特徴とする制御測定装置。
【請求項２】
前記所定の範囲は、設定値に基づいて設定されることを特徴とする請求項１記載の制御測定装置。
【請求項３】
前記所定の範囲は、前記設定値が変化している状態と一定の状態とで異なることを特徴とする請求項２記載の制御測定装置。
【請求項４】
前記異常値除去手段の異常値除去機能を選択的にオンオフする手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の制御測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は制御測定装置に関するものであり、詳しくは、複数の入力信号の平均値を求めて制御対象の制御を行う場合における制御精度の改善に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
制御測定装置の一種に、非特許文献１に記載されているように、複数の測定チャネルと複数の制御ループを備え、時間に応じて変化するように事前にプログラム設定された設定値(SP)または測定値(PV)に対して制御対象に応じた所定の演算式に基づく必要な演算を施してPID演算部に入力し、PID演算部から測定値(PV)が設定値(SP)と等しくなる方向に制御対象を制御する制御信号OUTを出力するように構成されたものがある。
【０００３】
このような制御測定装置を用いることにより、１台の制御測定装置で例えば複数の電気炉を個別にプログラム運転でき、１つの電気炉内部に設けられている複数のヒーターを同期してプログラム運転できる。
【０００４】
【非特許文献１】横河電機株式会社製品案内「制御・計測ステーション  CX1000/CX2000」          [平成１７年５月１２日検索]  インターネット          http://www.yokogawa.co.jp/ns/daq/daqstation/cx/ns-cx-03-ja.htm
【０００５】
図３は、従来の制御測定装置の使用例を示す概念図であり、真空炉１で製品２に焼入れ処理を行う例を示している。炉内部の製品２の長手方向に沿った複数地点P1〜P4には、温度を測定するための温度センサとして熱電対３〜６が配置されていて、これら熱電対３〜６の測定信号は制御測定装置７に入力されている。制御測定装置７は、これら熱電対３〜６の測定信号の平均値に基づいて、炉内部に設けられている図示しないヒーターを駆動制御するための制御信号を出力する。
【０００６】
図４は、従来の制御測定装置７の具体例を示すブロック図である。熱電対３〜６の測定信号は測定入力部８に入力されてデジタル信号に変換され、測定データとして測定値格納部９に格納される。測定値格納部９に格納された測定データは、測定値平均演算部１０および表示記録制御部１１に入力される。
【０００７】
測定値平均演算部１０は熱電対３〜６の測定データの平均値を演算して、その演算結果をPV値として表示記録制御部１１およびヒーター制御部１２に出力する。
【０００８】
ヒーター制御部１２には設定値入力部１３から設定値(SP)が入力される。ヒーター制御部１２はPID演算部を含むものであり、測定値(PV)が設定値(SP)と等しくなる方向に制御対象であるヒーターを制御する制御信号OUTを出力する。これにより、炉内部の温度は、測定値(PV)が設定値(SP)と等しくなるように制御される。
【０００９】
表示記録制御部１１には、測定値格納部９の測定データおよび測定値平均演算部１０の演算結果(PV)の他、設定値入力部１３から設定値(SP)も入力される。表示記録制御部１１は、これら測定値格納部９に格納されている測定データ、測定値平均演算部１０の演算結果であるPV値および設定値入力部１３から入力される設定値(SP)を、表示部１４に表示できるように表示データとして演算処理して表示部１４に出力するとともに、記録部１５で記録できるように記録データとして演算処理して記録部１５に出力する。
【００１０】
ところで、真空炉内は温度が急激に上昇・下降を繰り返すような苛酷な環境のため、制御中に入力値の計測に使用する熱電対３〜６が断線したバーンアウト状態になったり、ショート状態になってしまうことがある。
【００１１】
そのような状態になってしまった熱電対３〜６の測定データが平均値を求める演算対象に入ってしまうと、熱電対３〜６の測定データの平均値(PV)は炉内部の温度を正しく示すものとはいえなくなり、このような平均値(PV)を用いて温度制御を行うと、炉内部の正確な温度制御が行えなくなってしまう。
【００１２】
図５は図３の構成における炉内部の温度測定結果例図であり、図６は図５の測定結果を示すグラフである。図５および図６において、SPは設定値を示し、IN1は熱電対３の測定データを示し、IN2は熱電対４の測定データを示し、IN3は熱電対５の測定データを示し、IN4は熱電対６の測定データを示している。
【００１３】
時間0における設定値(SP)は27℃であり、熱電対３〜６の測定データIN1〜IN4は、いずれも室温を示している。
【００１４】
時間30になると、設定値(SP)は800℃であり、熱電対３〜５の測定データIN1〜IN3は800℃前後を示しているが、熱電対６の測定データIN4は36℃を示している。
【００１５】
時間60でも、設定値(SP)は800℃であり、熱電対３〜６の測定データIN1〜IN4は時間30とほぼ同様の測定データを示している。
【００１６】
時間90において、設定値(SP)は500℃であり、熱電対３〜４の測定データIN1〜IN2は500℃前後を示しているが、熱電対５の測定データIN3は590℃を示し、熱電対６の測定データIN4は30℃を示している。
【００１７】
時間120において、設定値(SP)は500℃であり、熱電対３〜４の測定データIN1〜IN2は480℃を示しているが、熱電対５の測定データIN3は680℃を示し、熱電対６の測定データIN4は30℃を示している。
【００１８】
時間150において、設定値(SP)は27℃であり、熱電対３,４,６の測定データIN1，IN2，IN4はほぼ室温を示しているが、熱電対５の測定データIN3は327℃を示している。
【００１９】
図５および図６から明らかなように、熱電対５と６は異常が発生していて、それらの測定データIN3とIN4は異常値を示している。ここで、図４の測定値平均演算部１０で、PV=(IN1+IN2+IN3+IN4)/4の演算を行うと、時間30におけるPVは599、時間60におけるPVは617、時間90におけるPVは408、時間120におけるPVは418、時間150におけるPVは102になる。
【００２０】
すなわち、この場合には、異常な熱電対５と６の測定データの影響がPV値に含まれるため、PV値は正しい炉内温度を示すことができず、結果として、正常な温度制御が行われないことになる。
【００２１】
このような不都合を回避するために、従来から、バーンアウトになった熱電対を特定してその測定データを平均値処理の対象から除くために、熱電対３〜６のバーンアウトをハードウェア的な構成で検出することが実用化されている。
【００２２】
ところが、熱電対３〜６のショート検出に関しては、装置の構成によってはハードウェア的に検知できないものもある。
【００２３】
また、熱電対の手前で配線がショートした場合には室温を測定値とすることも行われているが、ショートやバーンアウトになりかけた場合には測定値がふらつくことや、熱電対の途中でショートしたり複数個所でショート状態になることもあるため、単純に熱電対が室温付近だけを指し示すようになるわけではなく、簡単にショート状態と判断することは困難である。
【００２４】
さらに、閾値を設定することも考えられるが、上限値あるいは下限値のいずれか一方だけを設定するのでは、異常な入力が室温付近あるいは上限値に張り付いている場合には両者ともにうまく対応することはできない。また、上限値および下限値の両方に閾値を設定するにしても、閾値をどのような値にセットすればよいのかという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
本発明は、これら従来の問題点を解決するものであり、その目的は、一定の条件を満たさない計測値を異常値として平均値の演算対象から外すことにより、制御対象の制御を行う場合における制御精度を改善できる制御測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
複数の入力信号の平均値を求め、この平均値と設定値との偏差が零になるように制御対象を制御する制御信号を出力する制御測定装置において、
所定の範囲から外れた値の入力信号を異常値として平均値の演算対象から除去する異常値除去手段を設けたことを特徴とする。
【００２７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の制御測定装置において、
前記所定の範囲は、設定値に基づいて設定されることを特徴とする。
【００２８】
請求項３記載の発明は、請求項２記載の制御測定装置において、
前記所定の範囲は、前記設定値が変化している状態と一定の状態とで異なることを特徴とする。
【００２９】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の制御測定装置において、
前記異常値除去手段の異常値除去機能を選択的にオンオフする手段を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、一定の条件を満たさない計測値を異常値として平均値の演算対象から外すことができるので、制御対象の制御を行う場合における制御精度を改善できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明について図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示すブロック図であり、図４と共通する部分には同一の符号を付けている。図１において、測定値格納部９と測定値平均演算部１０との間には、切換スイッチ１６と異常値除去手段として用いる測定値選択部１７が接続されている。切換スイッチ１６の可動接点ａは測定値格納部９の出力端子に接続され、一方の固定接点ｂは測定値平均演算部１０の入力端子に直接接続され、他方の固定接点ｃは測定値選択部１７の入力端子に接続されている。
【００３２】
測定値選択部１７は、一定の条件を満たさない測定データを平均値演算対象から除外する機能を有するもので、測定値格納部９に格納されている測定データが切換スイッチ１６を介して入力されるとともに、一定の条件を設定するための設定値(SP)が設定値入力部１３から入力されている。
【００３３】
ここで、切換スイッチ１６の可動接点ａは、異常値除去手段として用いる測定値選択部１７の異常値除去機能を動作させない場合には固定接点ｂ側に接続され、測定値選択部１７の異常値除去機能を動作させる場合には固定接点ｃ側に接続される。これにより、測定値選択部１７の異常値除去機能を、選択的にオンオフさせることができる。
【００３４】
切換スイッチ１６の可動接点ａを固定接点ｃ側に接続して、測定値選択部１７の異常値除去機能を選択的にオンさせた状態の動作について、図２のフローチャートを用いて説明する。
【００３５】
真空炉が予め設定された設定値(SP)に基づいてプログラム運転されていて、正しく炉内温度が制御されている場合には、炉内温度が設定値に対して偏差がそれほど大きくないであろうということが推測される。
【００３６】
そこで、測定値選択部１７は、設定値(SP)を利用し、切換スイッチ１６を介して測定値格納部９から入力される測定データが設定値(SP)に対して一定の範囲内にあるか否かを判断する(ステップ1)。
【００３７】
測定データが一定の範囲内にあれば、測定値平均演算部１０の図示しないデータ格納領域に測定データを保存する(ステップ2)。測定データが一定の範囲内でなければ、ステップ2をスキップして他に測定データが存在するか否かを判断する(ステップ3)。
【００３８】
他に測定データが存在すればステップ1に戻り、測定データが存在しなければ測定値平均演算部１０のデータ格納領域の測定データを演算対象として平均演算を行い、測定データの平均値をPV値としてヒーター制御部１２に演算出力する(ステップ4)。
【００３９】
この結果、設定値(SP)から一定の範囲内にある値だけを用いて各測定データの平均を求めることができ、一定の条件を満たさない測定データを異常値として平均値の演算対象から外すことができる。
【００４０】
これにより、PV値には異常な熱電対の測定データの影響が含まれないため、PV値は炉内の温度を正しく示すことになり、ヒーター制御部１２は制御対象であるヒーターに対する制御精度を改善できる。
【００４１】
さらに本発明に基づくPV値を、図５および図６を用いて説明する。
時間0における本発明に基づくPV値は、PV=(IN1+IN2+IN3+IN4)/4から27℃になる。
【００４２】
時間30において、36℃を示している熱電対６の測定データIN4は、設定値(SP)である800℃との偏差が極めて大きいことから、測定値選択部１７により異常値として平均値演算対象から除外される。この結果、本発明に基づくPV値は、PV=(IN1+IN2+IN3)/3から787℃になる。
【００４３】
時間60においても設定値(SP)は800℃であり、熱電対６の測定データIN4は測定値選択部１７により異常値として平均値演算対象から除外される。この結果、本発明に基づくPV値は、PV=(IN1+IN2+IN3)/3から810℃になる。
【００４４】
時間90において、設定値(SP)は500℃であり、30℃を示す熱電対６の測定データIN4と590℃を示す熱電対５の測定データIN3は、測定値選択部１７により異常値として平均値演算対象から除外される。この結果、本発明に基づくPV値は、PV=(IN1+IN2)/2から533℃になる。
【００４５】
時間120における設定値(SP)も500℃であり、30℃を示す熱電対６の測定データIN4と680℃を示す熱電対５の測定データIN3は、測定値選択部１７により異常値として平均値演算対象から除外される。この結果、本発明に基づくPV値は、PV=(IN1+IN2)/2から480℃になる。
【００４６】
時間150において、設定値(SP)は27℃であり、327℃を示す熱電対５の測定データIN3は測定値選択部１７により異常値として平均値演算対象から除外される。この結果、本発明に基づくPV値は、PV=(IN1+IN2+IN4)/3から27℃になる。
【００４７】
図５および図６から明らかなように、本発明に基づくPV値には異常な熱電対５と６の測定データの影響が含まれないためPV値は正しい炉内温度を示すことになり、結果として正常な温度制御が実現できる。
【００４８】
すなわち、測定値が変化している場合でも、異常な出力のセンサの値を平均から外すことができるので、炉内の温度を正しく測定することができる。
【００４９】
制御の途中でセンサがショートしたり断線して異常な測定値が出力されるようになったとしても、その値が基準値から一定値以上離れていれば制御は正しく行われるので、最終製品への影響を最小限に抑えることができる。
【００５０】
例えば真空炉で焼入れを行う製品では、事前に長い期間をかけて前処理を行うものがある。そのような場合、センサが１点故障したことで測定値の平均値が狂ってしまって間違った温度制御を実行してしまい、最終製品の焼入れに失敗することを防止回避できる。
【００５１】
なお、設定値が変化するランプ期間と設定値が一定値になっているソーク期間とで正常値の範囲内として許容する値を切り替えることにより、プログラム運転の進行状況に合わせて正常値の範囲内として許容する値を変化させることができる。
【００５２】
これにより、急激に温度変化してしまうため異常値と正常値の評価が困難とされているランプ期間には、許容範囲の値を変えることによって異常値と正常値の評価を的確に行えるようにできる。
【００５３】
また、正しい温度で焼入れを行いたいソーク期間には、正常値の範囲内として許容する値を変えることにより、その要望に応えることができる。
【００５４】
また、厳密に焼入れを行いたい期間では、正常値の範囲内として許容する値を小さくすればよい。
【００５５】
さらに、急激に冷却を行う焼入れ終了時には異常検知機能自体をオフにすればよい。
【００５６】
上記実施例では、真空炉内の温度制御について説明したが、これに限るものではなく、複数点を同時に測定する際に、基準値から一定の範囲を外れている計測点を発見することによりすばやい異常検知が行える。
【００５７】
また、温度だけではなく、圧力等の他の種類の測定にも応用できる。
【００５８】
プログラム運転のセグメントの切り替わり等の何らかのタイミングに合わせて、許容値幅を変化させることにより、厳密に異常値を検出したいという要求にも対応できる。
【００５９】
以上説明したように、本発明によれば、一定の条件を満たさない計測値を異常値として平均値の演算対象から外すことにより、制御対象の制御を行う場合における制御精度を改善できる制御測定装置が実現でき、真空炉内の温度制御などに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図２】本発明の動作を説明するフローチャートである。
【図３】従来の制御測定装置の使用例を示す概念図である。
【図４】従来の制御測定装置の具体例を示すブロック図である。
【図５】炉内部の温度測定結果例図である。
【図６】図５の測定結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６１】
８  測定入力部
９  測定値格納部
１０  測定値平均演算部
１１  表示記録制御部
１２  ヒーター制御部
１３  設定値入力部
１４  表示部
１５  記録部
１６  切換スイッチ
１７  測定値選択部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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