(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被制御物の被制御値と予め与えられた設定値とを一致させるように、前記被制御物の前記被制御値を変化させる手段へ供給する駆動信号を出力するコントローラと、
第１の目標値に対して単位時間毎に一定の変化量を減算して得られる値、又は前記第１の目標値より相対的に小さい第２の目標値に対して前記変化量を加算して得られる値を前記設定値として前記コントローラに出力する設定値出力部と、
前記設定値出力部により出力される前記設定値が前記第１の目標値又は前記第２の目標値に至ったときに前記設定値出力部による前記変化量の減算又は加算を停止させる停止判定部と、
前記変化量を入力するための操作部と、
前記第１の目標値と前記第２の目標値のいずれを用いて前記設定値を求めるかを切り替えさせる動作指示を前記設定値出力部へ与えるための切り替え指示部と、
を備える、物理量制御装置。
【請求項２】
前記被制御値と前記設定値との差が所定の許容範囲から逸脱した場合に警報を出力する警報出力部、を更に備える請求項１に記載の物理量制御装置。
【請求項３】
前記被制御物が液体であり前記被制御値が当該液体の温度である、請求項１又は２に記載の物理量制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度や圧力等の物理量を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
温度や圧力等の物理量を制御するコントローラには、大別して、設定された目標値に向かって最短時間で到達する様に制御を行う単一機能のコントローラと、複数の時間毎に複数の目標値に到達する様に制御を行うプログラマブルコントローラの２種類が存在する（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
単一機能のコントローラとしては、バイメタル温度調節器に代表される２位置制御のON/OFFコントローラと、より精密に制御を行い目標値に近づける工夫をした比例(P)制御方式や積分(I)制御方式、微分(D)制御方式が有り、それらを組み合わせたPIDコントローラと呼ばれるものが多く普及している。
【０００４】
他方、プログラマブルコントローラは、環境試験の自動化等に多く使用されている。このプログラマブルコントローラを使用する際には、一般に、最初に到達する目標値と到達するまでの時間、次の制御に移るまでの時間、次の目標値と到達するまでの時間等、多くの項目を入力する必要がある。しかし、このような項目を設定するためには、多くの場合、コントローラの表示装置を特殊な表示状態において入力作業を行わなければならず、設定が難しく設定ミスが発生しやすいという不都合があった。例えば、プログラマブルコントローラの組み込まれる装置が不特定多数の関係者によって操作される状況にあり、しかも船舶に代表されるような孤立した遠隔地に設置されているとすると、誤操作による設定ミスが生じた場合に、通信手段を通して現場と連絡を取りながら正常な状態に回復させることは容易ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１５０２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで本発明は、動作条件の設定が容易で設定ミスを起こしにくい物理量制御技術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】
【０００７】
本発明に係る一態様の物理量制御装置は、（ａ）被制御物の被制御値と予め与えられた設定値とを一致させるように、前記被制御物の前記被制御値を変化させる手段へ供給する駆動信号を出力するコントローラと、（ｂ）第１の目標値に対して単位時間毎に一定の変化量を減算して得られる値、又は前記第１の目標値より相対的に小さい第２の目標値に対して前記変化量を加算して得られる値を前記設定値として前記コントローラに出力する設定値出力部と、（ｃ）前記設定値出力部により出力される前記設定値が前記第１の目標値又は前記第２の目標値に至ったときに前記設定値出力部による前記変化量の減算又は加算を停止させる停止判定部と、（ｄ）前記変化量を入力するための操作部と、（ｅ）前記第１の目標値と前記第２の目標値のいずれを用いて前記設定値を求めるかを切り替えさせる動作指示を前記設定値出力部へ与えるための切り替え指示部と、を備える物理量制御装置である。
【０００８】
上記の構成によれば、予め与えられた２つの目標値のいずれかに対して単位時間毎に一定の変化量を加減算することによりコントローラによる制御目標となる設定値を階段的に変更して物理量を制御するので、コントローラとしては単一機能のものを用いることが可能となり装置を簡素化できる。また、ユーザが指定すべきパラメータは最低限として変化量のみとなるので、単一機能のコントローラとほぼ変わりなく非常に取り扱いやすい。なお、第１の目標値および第２の目標値は予め組み込まれている場合のほか、操作部を用いてユーザが適宜指定してもよい。このようにユーザが指定できる項目を絞り込むことにより、動作条件の設定が容易で設定ミスを起こしにくく、誤操作による不正設定からの回復も容易となる。設定値出力部による演算処理も単純であるから処理負荷が軽く、高価な演算装置が不要となるので低コスト化を図ることも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態の温度制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】温度制御装置の動作時における制御対象物の温度特性曲線を示す図である。
【図３】操作部、表示部および警報出力部の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、物理量制御装置の一例である温度制御装置に対して本発明を適用した場合の実施の形態を詳細に説明する。
【００１１】
図１は、一実施形態の温度制御装置の構成を示すブロック図である。図１に示す本実施形態の温度制御装置１は、被制御物の一例である重油４の温度制御を行うものであり、マイコン（制御部）１０、操作部１４、表示部１５、切り替え指示部１６、ロック指示部１８、警報出力部１９を含んで構成されている。
【００１２】
マイコン１０は、操作部１４による操作入力を受け、センサ２により検出される重油４の温度に応じて加熱手段３へ駆動信号を供給し、またその動作状態を表示部１５に表示するなどの処理を実行する。このマイコン１０は、所定の動作プログラムを実行することにより、設定値出力部１１、停止判定部１２、ロック制御信号出力部１３およびコントローラ１７として機能する。
【００１３】
コントローラ１７は、被制御物の一例である重油４の温度（被制御値）を検出するセンサ２およびこの重油４の温度に変化を生じさせるための加熱手段３と接続されている。図示のように、センサ２および加熱手段３は容器５に収容された重油４に浸漬している。本実施形態のコントローラ１７は、２位置制御方式、比例制御方式、積分値制御方式又は微分値制御方式などによって駆動信号を設定する一般的な単一機能のコントローラである。このコントローラ１７は、センサ２から入力される重油４の温度と予め与えられる設定値とを一致させるように、加熱手段３へ供給する駆動信号を可変し出力する。設定値についてはマイコン１０の設定値出力部１１からコントローラ１７に与えられる。設定値や許容範囲の具体例については後述する。
【００１４】
設定値出力部１１は、ある目標値Ａ（第１の目標値）に対して単位時間毎に一定の変化量（例えば１℃）を順次減算して得られる値、又は目標値Ａより相対的に小さい目標値Ｂ（第２の目標値）に対して一定の変化量を順次加算して得られる値を上記した設定値としてコントローラ１７に出力する。ここでいう「単位時間」は、例えば、１秒間、１分間、１時間、１日間あるいはこれらの倍数とすることが望ましい。人間にとって直感的に理解しやすい単位だからである。例えば本実施形態では、単位時間が１分間に設定されている。また「変化量」は、上記した単位時間毎に目標値Ａに順次加算され、または目標値Ｂから順次減算される。それにより、単位時間毎に階段的（階段状）に変更された設定値がコントローラ１７に与えられることになる。
【００１５】
停止判定部１２は、設定値出力部１１によりコントローラ１７に対して出力される設定値が目標値Ａまたは目標値Ｂに至ったときに設定値出力部１１による変化量の減算又は加算を停止させる。ここでいう「目標値に至る」とは、厳密に設定値が目標値と一致する場合のみならず、ある程度の許容範囲内に納まることも含む。
【００１６】
操作部１４は、例えば押しボタンスイッチやタッチパネル等であり、上記した変化量、目標値Ａ、目標値Ｂなどをユーザがマイコン１０へ入力するために用いられる。
【００１７】
表示部１５は、例えばＬＥＤランプや液晶表示装置等であり、マイコン１０から供給される制御信号に基づいて各種の情報を表示する。
【００１８】
切り替え指示部１６は、例えばユーザによって操作される切り替え式スイッチであり、コントローラ１７による温度制御を高温側である目標値Ａへ向かわせるか、低温側である目標値Ｂへ向かわせるかを切り替えることができる。詳細には、切り替え指示部１６を用いた動作指示が入力されると、マイコン１０の設定値出力部１１により、目標値Ｂに対して所定の変化量を単位時間毎に加算する処理（温度制御を目標値Ａへ向かわせる場合に対応）と目標値Ａに対して所定の変化量を単位時間毎に減算する処理（温度制御を目標値Ｂへ向かわせる場合に対応）のいずれかが選択的に実行される。
【００１９】
ロック指示部１８は、例えばユーザによって操作される押しボタンスイッチであり、コントローラ１７により加熱手段３へ供給される駆動信号が最大値又は最小値に達したときに、コントローラ１７に駆動信号をその最大値又は最小値で自動的に固定させる動作指示を与えるために用いられる。具体的には、このロック指示部１８がオン状態とされている場合には、コントローラ１７は駆動信号を最大値又は最小値でロックする制御を実行する。ロック指示部１８がオフ状態とされている場合には、コントローラ１７は駆動信号をロックする制御を実行しない。
【００２０】
ロック制御信号出力部１３は、コントローラ１７に対して、駆動信号をロックする制御を解除させるロック解除信号と駆動信号をロックする制御を一時的に停止させるロック禁止信号を出力する。具体的には、ロック解除信号は、切り替え指示部１６を用いて動作指示が与えられ、目標値がＡからＢ、又はその逆のＢからＡに切り替えられたときに出力される。また、ロック禁止信号は、ロック解除信号が出力された場合に、その後、設定値出力部１１により順次出力される設定値が一方の目標値と他方の目標値の中間値を通過するまでの間に出力される。例えば、目標値Ａが１３０℃、目標値Ｂが３０℃であるとすると、それらの中間値の８０℃を超えるまでロック禁止信号が出力される。
【００２１】
警報出力部１９は、コントローラ１７と接続されており、センサ２によって検出される重油４の温度（被制御値）とマイコン１０の設定値出力部１１によって与えられる設定値の差が所定の許容範囲から逸脱した場合に警報を出力する。本実施形態では、警報出力部１９は、アラームランプを点灯させる。なお、警報としてアラーム音を出力してもよいし、アラームランプとアラーム音を併用してもよい。
【００２２】
本実施形態の温度制御装置１は以上のような構成を備えており、次にその動作について詳細に説明する。
【００２３】
図２は、温度制御装置の動作時における制御対象物の温度特性曲線の例を示す図である。図２では、目標値Ａが１３０．０℃、目標値Ｂが３０．０℃に設定されており、当初は目標値Ａに制御されていた重油４の温度を約１時間かけて目標値Ｂへ制御し、その後、目標値Ｂに制御されていた重油４の温度を約１時間かけて目標値Ａへ制御する際の温度特性曲線の例が示されている。
【００２４】
切り替え指示部１６が操作され、重油４の温度を目標値Ｂへ向けて制御するように動作指示が与えられると、設定値出力部１１は、目標値Ａである１３０．０℃に対して、単位時間である１分間毎に順次、一定の変化量を減算して設定値を求め、この設定値をコントローラ１７に出力する。ここでは変化量が「１．７℃」と設定されているとする。これにより、コントローラ１７に与えられる設定値は１分間毎に階段的に変更される。例えば、図示のように時間ｔ＝２１分の時点における設定値は９４．３℃（＝１３０℃−１．７℃×２１）なので、その１分間後のｔ＝２２分の時点では設定値が９２．６℃に変更され、さらに１分間後のｔ＝２３分の時点では設定値が９０．９℃に変更される。このように階段的に変更される設定値に基づいてコントローラ１７が加熱手段３へ供給する駆動信号を制御することにより、重油４の温度は漸次下降する。そして、約５９分後には、重油４の温度は目標値Ｂである３０．０℃に制御される。なお、この例ではｔ＝５９分の時点における設定値が計算上は２９．７℃となるが、設定値出力部１１はコントローラ１７に供給する設定値を目標値Ｂに対応させて３０．０℃と設定する。また、この時点で設定値が目標値Ｂに至ったことになるので、停止判定部１２は、設定値出力部１１による演算を停止させる。これにより、目標値Ｂと同値の設定値がコントローラ１７に設定された状態が維持されるので、コントローラ１７は、重油４の温度を目標値Ｂである３０．０℃で保持するように温度制御を実行する。
【００２５】
次に、切り替え指示部１６が操作され、重油４の温度を目標値Ａへ向けて制御するように動作指示が与えられると、設定値出力部１１は、目標値Ｂである３０．０℃に対して、単位時間である１分間毎に順次、一定の変化量「１．７℃」を加算して設定値を求め、この設定値をコントローラ１７に出力する。これにより、コントローラ１７に与えられる設定値は１分間毎に階段的に変更される。具体的には、１分間が経過する毎に設定値が１．７℃ずつ増加する。このように階段的に変更される設定値に基づいてコントローラ１７が加熱手段３へ供給する駆動信号を制御することにより、重油４の温度は漸次上昇する。そして、約５９分後には、重油４の温度は目標値Ａである１３０．０℃に制御される。なお、この例ではｔ＝５９分の時点における設定値が計算上は１３０．３℃となるが、設定値出力部１１はコントローラ１７に供給する設定値を目標値Ａに対応させて１３０．０℃と設定する。また、この時点で設定値が目標値Ａに至ったことになるので、停止判定部１２は、設定値出力部１１による演算を停止させる。これにより、目標値Ａと同値の設定値がコントローラ１７に設定された状態が維持されるので、コントローラ１７は、重油４の温度を目標値Ａである１３０．０℃で保持するように温度制御を実行する。
【００２６】
また、図２に示す例では、警報出力部１９による警報出力の可否を判定する基準である重油４の温度と設定値との差の許容範囲（逸脱警報監視範囲）が±１５℃に設定されている。上記した重油４の温度制御が実行されている間に、センサ２によって検出される重油４の温度と設定値との差が＋１５℃以上または−１５℃以上になったときには、警報出力部１９は所定の警報出力を実行する。
【００２７】
また、上記のような温度制御の過程においてコントローラ１７により加熱手段３へ供給される駆動信号が最大値又は最小値に達したときには、その旨が表示部１５に表示される。このとき、ロック指示部１８がオン状態であればコントローラ１７は駆動信号をその最大値又は最小値で固定する。また、上記の温度制御の過程において切り替え指示部１６を用いた動作指示が与えられたときには、ロック制御信号出力部１３からコントローラ１７に対してロック解除信号が与えられるので、コントローラ１７は駆動信号を固定する制御を解除する。併せて、ロック制御信号出力部１３からコントローラ１７に対しては、設定値が目標値Ａと目標値Ｂの中間値を通過するまでの間、再ロック禁止信号が出力されるので、コントローラ１７は、例え、駆動信号が再び最大値又は最小値に達したときにも駆動信号を固定する制御を実行しない。
【００２８】
このロック禁止信号による効果は以下の通りである。例えば、加熱手段３による加熱能力が目標値Ａを実現するには不足している場合を考える。この場合、目標値がＡからＢへ切り替えられ、設定値が目標値Ａより低い値に順次変更されたとしても、元々の加熱能力が不足しているためにしばらくは駆動信号が最大値のままとなる。このとき、ロック禁止信号が与えられていないと、コントローラ１７は再び駆動信号を最大値のまま固定してしまうので、設定値が漸次低い値になっても、重油４の温度は低下しないことになる。このような不都合を解消するためにロック禁止信号が有用である。
【００２９】
図３は、操作部、表示部および警報出力部の一例を示す図である。図３に示す例では、操作部１４と表示部１５と警報出力部１９が一体のパネルとして構成されており、温度制御装置１の筐体（図示省略）の前面に設けられている。本例では、操作ボタン１４ａ〜１４ｄによって操作部１４が構成されている。操作ボタン１４ａは入力モード切り替えに用いられ、操作ボタン１４ｂは各種パラメータの決定に用いられ、操作ボタン１４ｃ、１４ｄは各種パラメータのアップ、ダウン指定に用いられる。警報出力部１９は、上側逸脱時に１９ａ、下側逸脱時に１９ｂが高速で点灯（点滅）する。
【００３０】
また、図３に示す表示ランプ１５ａ〜１５ｍによって表示部１５が構成されている。表示ランプ１５ａは入力モードが目標値Ａの設定モードであるときに点灯し、表示ランプ１５ｂは入力モードが目標値Ｂの設定モードであるときに点灯し、表示ランプ１５ｃは入力モードが単位時間毎の変化量の設定モードであるときに点灯する。表示ランプ１５ｄは入力モードが比例帯設定モードであるときに点灯し、表示ランプ１５ｅは入力モードが積分時間設定モードであるときに点灯し、表示ランプ１５ｆは警報範囲設定モードであるときに点灯する。表示ランプ１５ｇはコントローラ１７による駆動信号が最大値に到達したときに点灯し、表示ランプ１５ｊはコントローラ１７による駆動信号が最小値に到達したときに点灯する。表示ランプ１５ｈは、昇温過程において点滅し、設定値が目標値Ａに到達したときに点灯する。表示ランプ１５ｉは、降温過程において点滅し、設定値が目標値Ｂに到達したときに点灯する。表示ランプ１５ｋは、入力モードが表示部１５の明るさ設定モード（ディマー設定モード）であるときに点灯する。表示ランプ１５ｍは、セグメント表示方式により数字や文字（アルファベット）を表示する。
【００３１】
以上のような本実施形態の温度制御装置によれば、予め与えられた２つの目標値のいずれかに対して単位時間毎に一定の変化量を加減算することによりコントローラによる制御目標となる設定値を階段的に変更して物理量を制御するので、コントローラとしては単一機能のものを用いることが可能となり装置を簡素化できる。また、ユーザが指定すべきパラメータは最低限として変化量のみとなるので、単一機能のコントローラとほぼ変わりなく非常に取り扱いやすい。なお、目標値Ａおよび目標値Ｂは予め組み込まれている場合のほか、操作部を用いてユーザが適宜指定してもよい。このようにユーザが指定できる項目を絞り込むことにより、動作条件の設定が容易で設定ミスを起こしにくく、誤操作による不正設定からの回復も容易となる。設定値出力部による演算処理も単純であるから処理負荷が軽く、高価な演算装置が不要となるので低コスト化を図ることも可能になる。
【００３２】
なお、本発明は上記した内容に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々に変形して実施をすることが可能である。例えば、上記では被制御物とその被制御値として重油とその温度を挙げていたが、被制御物およびその被制御値はこれらにのみ限定されない。例えば、種々の液体や気体を被制御物とし、被制御値をそれらの圧力としてもよいし、それら以外にも種々に考え得る。
【符号の説明】
【００３３】
１：温度制御装置
２：センサ
３：加熱手段
４：重油（被制御物）
５：容器
１０：マイコン
１１：設定値出力部
１２：停止判定部
１３：ロック制御信号出力部
１４：操作部
１５：表示部
１７：コントローラ
１８：ロック指示部
１９：警報出力部
【図１】
0005746548.tif 000002
【図２】
0005746548.tif 000003
【図３】
0005746548.tif 000004