(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状及び半液状製品を製造する装置（１）であって、
前記液状及び半液状製品を処理するための容器（２）と、
前記処理容器の内部で動作するミキサー（３）と、
前記処理容器（２）と連動して、前記容器（２）内部の液状又は半液状製品と熱を交換する熱交換器（４）を有する熱力学システムと、
前記ミキサー（３）に作用し、前記容器（２）内部で前記ミキサーが回転するよう駆動するモータユニットと、
前記モータユニット（５）に接続され、前記モータユニット（５）の動作を制御するインバータ（６）と、
前記インバータ（６）に接続され、指令信号を送出し、制御信号を受信する制御動作ユニット（７）と、
前記インバータ（６）と前記制御動作ユニット（７）との間に挿入され、前記インバータ（６）と前記制御動作ユニット（７）との間で前記指令信号及び前記制御信号を送信可能とする通信フィールドバス（８）と、を備え、
前記制御動作ユニット（７）は、前記インバータ（６）に指令したり制御したりするよう構成された有限状態機械型の第一のアルゴリズムを実行するようにプログラムされており、状態として、
前記インバータ（６）に指令を送信する状態、
前記インバータ（６）が前記指令を受信したことの確認のために待機する状態、
インバータ（６）の動作パラメータに関する読み出し要求を送信する状態、
前記インバータ（６）のパラメータを受信するために待機する状態、
を有する、装置。
【請求項２】
前記インバータ（６）に送信する指令が、前記モータユニット（５）に関する始動指令、前記モータユニット（５）に関する停止指令、前記モータユニット（５）に関する回転周波数設定、アラーム出力ゼロ化のうちの一つである、
請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記制御動作ユニット（７）が、前記装置が始動した瞬間から前記第一のアルゴリズムを連続的に実行するよう構成される、
請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記制御動作ユニット（７）が、実質的に第一のアルゴリズムとは独立して、処理を制御するために状態機械型の第二のアルゴリズムを実行するよう構成され、前記熱力学システムを含む、一以上のアクチュエータを制御するよう構成される、
請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
各レシピの様々な段階に関するデータの集合を表す第一のデータ構造を備える第一のメモリを備え、前記第二のアルゴリズムは、レシピの各段階の開始時に、実行すべき特定の段階に関するデータの集合を読み出して、前記読み出したデータに基づいて前記インバータ（６）に送信する初期指令を設定するよう設計される、
請求項４に記載の装置。
【請求項６】
第二のメモリと、第一のデータ構造と実質的に類似し（ｓｐｅｃｕｌａｒ）、各レシピの様々な段階に関してユーザによって入力や変更が可能なデータを備える第二のデータ構造とを備える、
請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記第一のデータ構造は、各レシピ及び段階に関して、少なくとも以下のデータ、
実行すべき機能、
段階実行時間、
所望の製品温度、
所望のモータユニット速度、
を備える、請求項５または６に記載の装置。
【請求項８】
前記実行すべき機能は、以下の値、
加熱、
冷却、
加熱及び攪拌、
冷却及び攪拌、
攪拌、
製品の貯蔵、
製品の準備完了
を備える、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記第一のデータ構造は、以下のデータ、
表示すべき材料、
インバータによる、設定可能なモータユニットの最低指令速度、
インバータによる、設定可能なモータユニットの最高指令速度、
設定可能な最小時間、
設定可能な最大時間、
設定可能な製品の最低温度、
設定可能な製品の最高温度、
制御温度の限界
を更に備える、請求項５から８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記第二のアルゴリズムは、
ａ）工程の開始時に前記第一のデータ構造からパラメータを読み出し、
ｂ）読み出したパラメータの機能としてアクチュエータに指令を送り、
ｃ）工程数カウンタの値を増加させる、よう構成される、請求項４から９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記第一のアルゴリズムは、前記製品の貯蔵又は製品の準備完了機能と関連して、モータ停止指令、又はゼロ速度モータ始動指令を送信するよう構成され、レシピの準備の終了条件に相当する、請求項１から１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記第一のアルゴリズムは、順次及び所定の状態で前記インバータに指令及び読み出し要求を周期的に送信するよう構成され、前記指令は各サイクルについて同一であるが、前記読み出し要求はあるサイクルと次のサイクルとでは異なる、
請求項１から１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
前記モータユニット（５）の回転速度を調整するためのコントロールを備え、前記モータユニット（５）の回転速度の調整を可能とする、ユーザインタフェースを備える、
請求項１から１２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
インバータの動作パラメータに関する読み出し要求を送信する状態において、以下の動作パラメータ、
前記モータユニット（５）の回転トルク、
前記インバータ（６）の論理入力
アラームの状態、
を読み出すための読み出し要求を前記インバータ（６）に送るよう、前記制御動作ユニット（７）が構成される、
請求項１から１３のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液状製品又は半液状製品を製造するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、当該分野においては、液状又は半液状製品の製造プロセスを正確且つ厳密に制御する必要性が特に高い。
【０００３】
液状又は半液状製品を製造するための従来の装置は実質的に、基本的な液状又は半液状材料を処理する容器と、この容器内で動作し、モータによって駆動されるミキサーとを備える。
【０００４】
これらの装置は更に、モータを制御するよう設計された制御ユニットを備える。
【０００５】
本出願人による特許文献ＥＰ２０８２６４９（欧州特許出願公開第２０８２６４９号明細書）には、液状又は半液状製品用の装置であって、マイクロプロセッサ制御ユニットが、通信フィールドバスを介して、モータに接続されたインバータに作用し、ミキサーを駆動する装置が開示されている。
【０００６】
この文献の公開の後に出願された、Ｇ．Ｓ．Ｇ  Ｓｒｌによる特許文献ＵＳ２０１２／０２１５３６１（米国特許出願公開第２０１２／０２１５３６１号明細書）には、液状及び半液状製品を製造するための装置であって、ミキサーが搭載された処理容器（ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｂａｓｉｎ）を備えた装置が開示されている。
【０００７】
ミキサーはモータによって駆動され、またモータは通信バスを介してインバータによって制御される。
【０００８】
制御ユニットは、タイマーを用いて所定の間隔で、或いは所定のイベントに基づいて、インバータの状態を要求する指令をインバータに送出し、更にインバータの瞬間状態に基づいてインバータに指令を送出する。
【発明の概要】
【０００９】
本発明の目的は、液状及び半液状製品を処理するための装置を提供することであり、特に正確で、信頼性が高く、且つ簡単な方法で主要プロセスパラメータの制御が可能であり、従来のシステムの代替となる装置を提供することである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
上述の目的を参照した本発明の技術的な特徴は、下述の請求項に明確に記載されており、その効果は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な記載により明らかであるが、図面に記載の実施形態は例示であって本発明を限定するものではない。
【図１】液状又は半液状製品を製造するための本発明の装置を示す概略図
【図２】液状又は半液状製品を製造するための本発明の装置を示す概略図
【図３】本発明の装置を実施するアルゴリズムを表す概略図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
添付の図面において、参照符号１は、液状及び半液状製品を製造する装置を示し、
−液状及び半液状製品を処理するための容器２と、
−処理容器２の内部で動作するミキサー３と、
−処理容器２と連動して、容器２内部の液状又は半液状製品と熱を交換する熱交換器４と、
−ミキサー３に作用するモータユニット５であって、容器２の内部でミキサーが回転するよう駆動するモータユニットと、
−モータユニット５に接続され、モータユニット５の動作を制御するインバータ６と、
−インバータ６に接続され、指令信号Ｓ１を送り、制御信号Ｓ２を受信する、制御動作ユニット７（以降「制御ユニット」とも呼ぶ）と、
−インバータ６と制御ユニット７との間に挿入され、インバータ６と制御ユニット７との間で指令及び制御信号Ｓ１、Ｓ２を送信可能とする通信フィールドバス８と、
を備える。
【００１２】
通信フィールドバス８は、シリアルバスであることが好ましく、モドバス（Ｍｏｄｂｕｓ）であることが更に好ましい。
【００１３】
処理容器２に関して、この容器２は円筒容器であることが好ましい。
【００１４】
容器２は軸対称であることが好ましい。
【００１５】
容器２は、水平軸を有することが好ましい。
【００１６】
但し、熱交換器４に関して、この装置は熱力学システムを備えることが好ましく、その動作は熱媒体流体（ｈｅａｔ  ｃａｒｒｉｅｒ  ｆｌｕｉｄ）に基づくものであって、熱交換器４は、熱媒体流体がその内部を流れるよう構成される。
【００１７】
交換器４は熱力学システムの一部をなす。
【００１８】
熱力学システムは、（図示しない）コンプレッサを備えることが好ましい。
【００１９】
但し、ミキサー３に関して、このミキサーは（中央軸から放射状に延在する）一以上の刃又は掻き取り素子（ｓｃｒａｐｉｎｇ  ｅｌｅｍｅｎｔｓ）を有する。
【００２０】
ミキサー３は、容器２の内壁の掻き取り動作（ｓｃｒａｐｉｎｇ）を可能とするよう構成することが好ましい。
【００２１】
但し、交換器４に関して、この熱交換器４は、熱媒体（熱交換）流体用の流れ回路（ｆｌｏｗ  ｃｉｒｃｕｉｔ）を備える。
【００２２】
図１に装置１の第一の実施形態を示すが、容器２は処理（混合及び冷凍）シリンダーである。
【００２３】
図２は、製品の前処理用の槽２Ａ（第一の容器２を構成）と製品処理用のシリンダー２Ｂ（第二の容器２を構成）とを備える装置１を示す図である。
【００２４】
従って、図２の装置は、第一の容器２Ａ内で動作する第一ミキサーを駆動するための第一モータ及び第一インバータと、第二の容器２Ｂ内で動作する第二ミキサーを駆動するための第二モータ及び第二インバータとを備える。
【００２５】
制御ユニット７は、第一及び第二インバータに（単一のフィールドバス又は二つのフィールドバス８を介して）接続される。
【００２６】
制御ユニット７は、同一のフィールドバス８を介して第一及び第二のインバータに接続されることが好ましい（この場合、各インバータは、制御ユニットがインバータに送信又は要求指令を送るのに使用する固有の識別ＩＤを有する）。
【００２７】
必ずというわけではないが、装置１は、アイスクリーム（職人による及び／又はソフトクリーム）を製造するための装置であることが好ましい。より一般には、装置１によれば、任意の種類の液状及び／又は半液状製品（例えば、ヨーグルト、チョコレート、ソルベ、クリーム等）を製造可能である。
【００２８】
本発明によれば、制御ユニット７は、（有限）状態機械型の第一のアルゴリズムを実行して、インバータを制御するようプログラミングされる。
【００２９】
即ち、装置１（特に制御ユニット７）は、（一以上の処理装置を備える）ハードウェアモジュールと、このハードウェアモジュールが実行するソフトウェア命令とを備え、（有限）状態機械型の第一のアルゴリズムを実行して、インバータを制御するよう構成される。
【００３０】
状態制御アルゴリズムは、少なくとも以下の状態を備える。
ａ）インバータに少なくとも一つの指令を送る
ｂ）インバータが指令を受信したことを確認するために待機
ｃ）インバータの動作パラメータに関する読み出し要求（ｒｅａｄ  ｒｅｑｕｅｓｔ）を送信する
ｄ）インバータのパラメータを受信するために待機
【００３１】
但し、工程ａ）に関して、インバータに送信する指令は、モータユニットに関する始動指令、モータユニットに関する停止指令、モータに関する回転周波数設定、アラーム出力ゼロ化（ａｌａｒｍｓ  ｚｅｒｏｉｎｇ）のうちの一つ（及び一つ以上）である。
【００３２】
モータ始動指令により、モータ、即ちミキサー３が始動する。
【００３３】
モータ停止指令により、モータ、即ちミキサー３が停止する。
【００３４】
回転周波数設定指令により、インバータ６に関する回転周波数が設定される。
【００３５】
尚、インバータ６が始動及び停止指令を受け取ったのち、モータは、制御ユニットではなくモータ駆動パラメータ（例えば、加速、減速）を制御する任意の方法によって、インバータによって能動的に管理及び制御され、従ってモータは制御ユニットとは独立に、即ち、インバータ内で実装される動作論理（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｌｏｇｉｃ）によってのみ制御される。
【００３６】
回転周波数は、値の離散集合に属するある数字であることが好ましい。回転周波数は、０、第一の値、第二の値、及び第三の値の間の値であることが好ましい。
【００３７】
アラーム出力ゼロ化指令によって、インバータレジスタ内にアラームの出力がもしあれば、ゼロ化される。
【００３８】
尚、指令は、実質的には一以上のインバータレジスタ内に書き込むための要求を送ることからなる。
【００３９】
従って、更に、制御ユニット７は一以上の指令を同時に送ることができる。
【００４０】
尚、第一のアルゴリズムは周期的に実行される。
【００４１】
従って、インバータカードからの指令は、所定の時間スキーム（例えば所定の間隔で）に従って送られるのではなく、イベントに基づいて送られるのでもなく、アルゴリズムが特定の状態、特に「インバータに指令を送信する」状態にあると送られる。
【００４２】
図３は、指令や読み出し要求が制御ユニット７によってインバータ６にどのように送られるのかを概略的に示す図である。
【００４３】
尚、読み出し要求のような指令は、周期的スキームに従って、即ち周期的に送られる。
【００４４】
より具体的には、通常動作中（即ち、インバータからのアラームや駆動変動がない場合）は、第一のアルゴリズムによって指令及び要求が周期的且つ交互に送られ、（図３に示すような）インバータ動作パラメータが読み出される。
【００４５】
各サイクルにおいて送られる指令は同一である一方で、インバータ動作パラメータを読み出す要求は各サイクルで異なることが好ましい（図３の通りである。読み出し要求はＲＤとラベル付けされ、指令はＷＲとラベル付けされる）。
【００４６】
アルゴリズムが「インバータ動作パラメータの読み出し要求を送信する」状態にある際には、インバータ動作パラメータを読み出す要求が、制御ユニットによってインバータに送られる。
【００４７】
従って、事実上、第一のアルゴリズムによって状態機械が定義され、指令や読み出し要求をインバータに周期的且つ繰り返し送る。
【００４８】
更に、第一のアルゴリズムは、装置が開始した瞬間から実質的に連続的に実行される。
【００４９】
バス８を介して送られるデジタルデータは、通信バス８以外の通信線を介して制御ユニット７に到達する様々なセンサ（温度、圧力）からの別の信号ではなく、インバータの動作に関する指令のみに関するものである。
【００５０】
言い換えれば、通信バス８は、指令やパラメータ読み出し要求に関するデータの送信専用である。別の態様に関して、制御動作ユニット７は、第一のアルゴリズムとは独立の、状態機械型の第二のアルゴリズムを（好ましくは並列に）実行するよう構成され、熱力学システム（特に、熱力学システムのコンプレッサ）を含む、一以上の装置用アクチュエータ（ｍａｃｈｉｎｅ  ａｃｔｕａｔｏｒｓ）を制御するよう構成される。
【００５１】
尚、第二のアルゴリズムは、プロセスの進捗の管理に関与している一方、第一のアルゴリズムは処理の間の通信やインバータ６の制御に実質的に関与している。
【００５２】
第二のアルゴリズムは、
ａ）（以下に記載の第一のデータ構造及び／又は第二のデータ構造から）行うべき工程のパラメータを読み出し、
ｂ）読み出したパラメータの機能（ｆｕｎｃｔｉｏｎ）としてアクチュエータに指令を送り、
ｃ）工程数カウンタの値を増加させる、よう構成される。
【００５３】
従って、プロセスの進捗は、第一のアルゴリズムが制御するのではなく、第二のアルゴリズムによって独立及び単独に制御される。
【００５４】
（製品を製造するための）全てのレシピは、幾つかの工程（段階）によって構成される。但し、各工程において、最終工程に到達するまで、第二のアルゴリズムが先に述べた動作ａ）〜ｃ）を行う。
【００５５】
別の態様によれば、装置１は、メモリを備え、好ましくは、第一のデータ構造を備えるＲＯＭ、即ち読み取り専用メモリを備える。
【００５６】
第一のデータ構造は、各レシピの様々な段階に関して設定された情報の集合である。
【００５７】
但し、開始時及びプロセスの各段階の開始時のみに、アルゴリズムがデータ構造を読取ることが好ましい。
【００５８】
但し、データ構造から検索された、即ち読み出されたデータは、グローバル変数内に記憶され、（事実上独立である）第一及び第二のアルゴリズムの双方にアクセス可能となる。
【００５９】
この読み取りに基づいて、第一のアルゴリズムがインバータ６に送る初期指令を設定する。
【００６０】
レシピに関連した特定の段階を行っている間、データ構造内のデータは、再び読み出されることも、データ構造内のデータを比較されることもない。
【００６１】
即ち、各段階の開始時、その段階の間に行なうべき指令及び／又は装置１の動作パラメータに関する情報をデータ構造自身から検索するために、第二のアルゴリズムがデータ構造を読み出す。
【００６２】
従って、第二のアルゴリズムは、データ構造から検索した情報に基づいてインバータに送信するべき指令を設定するべく、データ構造内に存在する、各段階について設定された情報をその段階の開始時にデータ構造から読み出すよう構成される。
【００６３】
より具体的には、データ構造は、各レシピ及び段階に関して、少なくとも以下の情報を備える。
−実行すべき機能（指令）、
−表示すべき材料、
−所望のインバータ速度、
−設定可能なインバータの最低指令速度、
−設定可能なインバータの最高指令速度、
−段階実行時間、
−設定可能な最小時間、
−設定可能な最大時間、
−所望の製品温度、
−設定可能な製品の最低温度、
−設定可能な製品の最高温度、
−制御温度の限界
【００６４】
装置１は、（工場で設定された（ｆａｃｔｏｒｙ  ｓｅｔ））プログラミングする値を含む、ＲＯＭによって具現化される第一のデータ構造と、ユーザが設定可能な値を含む、不揮発性（書き込み可能）な第二の別のメモリによって具現化される第二のデータ構造とを備えることが好ましい。
【００６５】
必ずというわけではないが、第二のデータ構造は、第一のデータ構造と同一の構造を有することが好ましい。
【００６６】
各段階の開始時に、アルゴリズムは、第一及び第二のデータ構造の両方から情報項目を検索する。
【００６７】
実行すべき機能（データ構造内に存在する情報項目）に関して、この機能は以下の内の一つであることが好ましい。
−加熱、
−冷却、
−加熱及び攪拌、
−冷却及び攪拌、
−攪拌、
−製品の貯蔵、
−製品の準備完了（ｒｅａｄｙ）
【００６８】
但し、加熱機能において、制御ユニット７（より具体的には第二のアルゴリズム）は、容器２に関連するヒータを起動して、容器２内部の製品を加熱する（ヒータは熱交換器４と同一であってもよい）。
【００６９】
一方、冷却機能において、制御ユニット７（より具体的には第二のアルゴリズム）は、容器２に関連する冷却素子を起動して、容器２内部の製品を冷却する（冷却素子は熱交換器４と同一であってもよい）。
【００７０】
「加熱及び攪拌」、「冷却及び攪拌」及び「攪拌」機能において、制御ユニット７は、インバータ６に指令を送ってモータ５を起動する。
【００７１】
ヒータ及び冷却素子は、交換器４又は二つの異なる交換器によって規定されることが好ましい。
【００７２】
第一のアルゴリズムは、「インバータに指令を送信する」状態において、「製品の貯蔵」又は「製品の準備完了」機能と関連して、モータ停止指令、又はゼロ速度モータ始動指令を送信するよう構成されるのが好ましく、レシピの準備の終了条件に相当する。
【００７３】
装置１は、コントロールを備え、インバータに送信する指令の一以上のパラメータを調整するよう構成された（図示しない）ユーザインタフェースを備えることが好ましい。
【００７４】
このようなインタフェースによって、第二のデータ構造の値の一部を変更及びデータ構造に保存可能となる。
【００７５】
別の実施態様によれば、インタフェースは、インバータの回転速度を調整するためのコントロールを備え、インバータの回転速度の調整が可能となる。
【００７６】
従って、ユーザは必要に応じてインバータの回転速度を調整することで、様々に変化した（ｖａｒｉｅｇａｔｅｄ）製品を製造可能となり有利である。
【００７７】
装置１は、その動作において非常に信頼性が高く特に制御が簡単であるとよい。
【００７８】
上述の二つの状態アルゴリズムを組み合わせたり別々にしたりすることで、特に安全且つ信頼性高く制御された装置の動作を維持することが可能となる。
【００７９】
尚、「インバータ動作パラメータの読み出し要求を送信する」状態に関して、制御ユニット７は、以下の動作パラメータを読み出す。
−モータの回転トルク、
−インバータにおける論理入力の状態（これらの入力はこれらに関連した外部の安全装置であってもよい）、
−アラームの状態（アラームレジスタ及びアラームコードレジスタ）
【００８０】
尚、アラーム管理に関して、アラーム管理は第一のアルゴリズム内で行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００８１】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２０８２６４９号
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１２／０２１５３６１号
【図１】
0006721970.tif 000002
【図２】
0006721970.tif 000003
【図３】
0006721970.tif 000004