(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
大口径バルブ及び小口径バルブを用いた高速送出と、前記小口径バルブのみを用いた低速送出とを選択的に行う計量物送出手段と、
前記計量物送出手段による計量物の送出速度を検出する送出速度検出手段と、
前記各バルブを閉じることにより計量物の送り出しを停止する送出停止手段と、
前記送出速度検出手段による送出速度に基づき一定時間毎に送出積算量を求める送出積算量算出手段と、
前記計量物の送出停止の信号を出してから実際に送出が停止するまでのムダ時間に基づき、前記送出速度検出手段による送出速度と前記ムダ時間とを乗じてプリセット値を算出し、このプリセット値の算出を前記一定時間毎に行うプリセット値算出手段と、
前記送出積算量算出手段の送出積算量が、計量設定値から一定量の予報値を引いた値になったときに、前記大口径バルブを閉じて前記計量物の送出速度を高速から低速に切り換える送出速度切り換え手段と、
前記送出積算量算出手段の前記送出積算量、前記プリセット値算出手段の前記プリセット値、及び単位時間当たり流量を加算してなる比較値と前記計量設定値とを前記一定時間毎に比較し、前記比較値が前記計量設定値未満の場合に前記比較を継続して行い、前記比較値が前記計量設定値以上の場合に、前記計量設定値から前記送出積算量及び前記プリセット値を引いた残り流量を単位時間当たり流量で除した残り時間に基づきタイマ計時により小口径バルブを閉じる制御手段とを備えることを特徴とする計量装置。
【請求項２】
計量開始時点で前記計量設定値と前記予報値とを比較し、計量設定値が予報値以下のときに、前記送出速度切り換え手段により送出速度を低速にして計量物を送出することを特徴とする請求項１記載の計量装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は計量装置に関し、特に、流量計や重量計の信号を取り込み、液体または粉体などの計量物を、タンクなどに一定の量だけ送り出して計量する計量装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ストックタンクなどに貯留された液体を調製タンクなどに一定の量を計測して送り出すバッチ計量器などでは、流量計とバルブとを直列に接続して、ストックタンクから調製タンクへ液体を一定量だけ送り出している。このような計量器では、送出停止信号を発してから実際に液体の送出が停止するまでのオーバー量をプリセット値として予め求めて、これを記憶している。そして、流量計からの送り出し速度に基づき求めた送出積算量が、計量設定値から前記プリセット値に相当する流量値を差し引いた値になったときに、送出停止信号を出して、計量設定値分だけ調製タンクへ液体を送り出している。
【０００３】
また、計量時間を短縮するために、前記バルブとして、大口径バルブと小口径バルブとを並列に接続したものを用い、計量開始時点では高速に液体を送り出し、計量設定値から一定値を引いた値になったときに、大口径バルブを閉じて低速に液体を送り出すようにしている。なお、液体の送り出し速度を高速から低速に切り換えるタイミングのために、前記一定値を予報値として予め記憶している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような計量装置では、計量開始時点において液体の送り出し速度を高速にして行っている。このため、計量設定値が小さい場合には、計量開始直後において送出速度出力が高速から始まるために、一瞬にして予報値を超え、その直後に低速への切り換えが起きる。この結果、送り出し速度が短時間に高速から低速へ変化し、流速が安定する前に計量物の送出の停止が発生する。これにより、大きなオーバーランが生じて計量精度が低下するという問題がある。
【０００５】
また、従来のものでは、計量物の送出速度が変動すると誤差が大きくなり、計量精度が低下するという問題がある。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するためのものであり、計量物の送出速度の変動による影響を少なくし、しかも少量計量でも計量精度が低下することがないようにした計量装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の計量装置では、大口径バルブ及び小口径バルブを用いた高速送出と、前記小口径バルブのみを用いた低速送出とを選択的に行う計量物送出手段と、前記計量物送出手段による計量物の送出速度を検出する送出速度検出手段と、前記各バルブを閉じることにより計量物の送り出しを停止する送出停止手段と、前記送出速度検出手段による送出速度に基づき一定時間毎に送出積算量を求める送出積算量算出手段と、前記計量物の送出停止の信号を出してから実際に送出が停止するまでのムダ時間に基づき、前記送出速度検出手段による送出速度と前記ムダ時間とを乗じてプリセット値を算出し、このプリセット値の算出を前記一定時間毎に行うプリセット値算出手段と、前記送出積算量算出手段の送出積算量が、計量設定値から一定量の予報値を引いた値になったときに、前記大口径バルブを閉じて前記計量物の送出速度を高速から低速に切り換える送出速度切り換え手段と、前記送出積算量算出手段の前記送出積算量、前記プリセット値算出手段の前記プリセット値、及び単位時間当たり流量を加算してなる比較値と前記計量設定値とを前記一定時間毎に比較し、前記比較値が前記計量設定値未満の場合に前記比較を継続して行い、前記比較値が前記計量設定値以上の場合に、前記計量設定値から前記送出積算量及び前記プリセット値を引いた残り流量を単位時間当たり流量で除した残り時間に基づきタイマ計時により小口径バルブを閉じる制御手段とを備えている。
【０００８】
なお、計量開始時点で前記計量設定値と前記予報値とを比較し、計量設定値が予報値以下のときに、前記送出速度切り換え手段により送出速度を低速にして計量物を送出することが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明を実施したバッチ計量装置を示す概略構成図である。ストックタンク１０内に貯留された液体１１は、流量計１２、大口径バルブ１３、小口径バルブ１４を介して、調製タンク１５に送られる。大口径バルブ１３と小口径バルブ１４とは配管１６，１７により並列に接続されている。また、大口径バルブ１３及び小口径バルブ１４とストックタンク１０との間には、配管１６、１８を介して、流量計１２が直列に接続されている。
【００１１】
流量計１２は、ストックタンク１０からの液体１１の流量を検出し、この流量信号Ｖｆを計量装置本体２０に出力する。計量装置本体２０はＰＬＣ（プログラマブルコントローラ）を用いて構成されており、ソフトウェアによって、デジタルフィルタ２１、プリセット値算出部２２、流量積算器２３、メインシーケンス部２４、出力器２５、高速タイマ２６、高速出力器２７などの各機能ブロックが設けられている。そして、デジタルフィルタ２１、プリセット値算出部２２、流量積算器２３、メインシーケンス部２４、出力器２５は、１秒の低速スキャンで実行され、高速タイマ２６、高速出力器２７は０．０１秒の高速スキャンで実行される。
【００１２】
また、外部からは人手により動作ムダ時間Ｔ、計量設定値Ａ、予報値Ｂ、計量開始信号Ｓt が図示しないキーボード等の入力部２８を用いて入力され、動作ムダ時間Ｔ、計量設定値Ａ、予報値Ｂなどがメモリ２９に記憶される。また、人手によるキー入力等に代えて、別の制御系のシステムコントローラから、これら所定の値が入力される。
【００１３】
デジタルフィルタ２１では、流量計１２の流速信号Ｖf （ｍＬ／ｓ）に対してデジタルフィルタ処理を行い、低域を通過させるフィルタとして機能させる。これにより、プリセット値算出部２２における算出結果を安定させることができる。プリセット値算出部２２では、デジタルフィルタ２１からの流速信号Ｖf とメモリ２９に記憶された動作ムダ時間Ｔとを乗じることで、プリセット値Ｖprを算出する。このプリセット値Ｖprはメインシーケンス部２４に送られる。
【００１４】
また、流量計１２からの流速信号Ｖf は流量積算部２３に送られ、ここで流速信号Ｖf に基づき積算流量ＰＶが求められる。求めた積算流量ＰＶはメインシーケンス部２４に送られる。
【００１５】
メインシーケンス部２４では、入力部２８から入力されてメモリ２９に記憶された計量設定値Ａ及び予報値Ｂと、入力部２８から入力された計量開始信号Ｓt とに基づき、計量処理を実行する。
【００１６】
図２は、メインシーケンス部２４における計量処理を示すフローチャートである。先ず、電源投入後の初期化後に、動作ムダ時間Ｔ、計量設定値Ａ、予報値Ｂがメモリ２９から読み出され、これが図示しないディスプレイに表示される。これら動作ムダ時間Ｔ、計量設定値Ａ、予報値Ｂは入力部２８のキーボードや入力つまみ等の操作により予め入力され、この入力されたものが更新されない限り同じものが表示される。これらの値は、必要に応じてキーボードなどからの入力操作や、他の制御系からの信号入力によって更新される。
【００１７】
次に、計量開始信号Ｓt の入力待ち状態になり、計量開始信号Ｓt が入力されると、先ず、計量設定値Ａと予報値Ｂとが比較される。そして、計量設定値Ａが予報値Ｂを超えている場合には、大口径バルブ１３と小口径バルブ１４とが開けられる。また、計量設定値Ａが予報値Ｂ以下の場合には、小口径バルブ１４のみが開けられる。このように、計量設定値Ａが予報値Ｂ以下の場合に、小口径バルブ１４のみを開けて、ストックタンク１０の液体１１が低速で送られる。したがって、少量計量の場合であっても、安定した流速のもとに計量開始することができ、オーバーランすることもなく精度のよい計量が可能になる。
【００１８】
大口径バルブ１３が開いている状態では、流量積算器２３により、流量計１２からの流速信号Ｖf に基づき積算流量ＰＶが求められる。そして、計量設定値Ａから予報値Ｂを引いた値を基準にして、積算流量ＰＶがこの値以上になったときに、大口径バルブ１３が閉じられる。この後は、計量設定値Ａ、プリセット値Ｖpr、積算流量ＰＶ、及び流速Ｖｆに基づき、小口径バルブ１４を閉じるタイミングが決定される。
【００１９】
プリセット値Ｖprは、プリセット値算出部２２によって、デジタルフィルタ２１を介して入力される流速信号Ｖf に動作ムダ時間Ｔを乗じることで求められる。このプリセット値Ｖprは１秒間隔で求められ、流速変動に追従している。したがって、液体１１の流速変動が生じても安定した計量精度を確保することができる。
【００２０】
しかも、小口径バルブ１４の制御系は、０．０１秒の高速スキャンで実行されるため、小口径バルブ１４を瞬時に閉じることができ、液体１１の送出を精度よく止めることができる。
【００２１】
図３及び図４は、大口径バルブ１３と小口径バルブ１４との開閉動作と、流量計１２からの流速信号Ｖf と、流量積算器２３からの積算流量ＰＶとの関係を示している。図３は、計量設定値Ａが予報値Ｂを超えている場合のものであり、図４は、計量設定値Ａが予報値Ｂ以下の場合のものである。
【００２２】
図３に示すように、先ず、計量開始信号Ｓt が入力されると、大口径バルブ１３と小口径バルブ１４とが開かれて、ストックタンク１０の液体１１が調製タンク１５に高速で送り出される。そして、流量が安定するまで待った後（実際にはマスクタイマにて計測される一定時間の後）に、流速が一定時間（例えば１秒）毎にチェックされる。そして、得られた流速に基づきプリセット値Ｖprが求められる。また、流量積算器２３により積算流量ＰＶが１秒毎にチェックされる。そして、計量設定値Ａから予報値Ｂを引いた比較値（Ａ−Ｂ）に、積算流量ＰＶが達すると、出力器２５を介して大口径バルブ１３が閉じられる。
【００２３】
次に、流速変動に追従して求められるプリセット値Ｖpr、計量設定値Ａ、流量Ｖｒに基づき、小口径バルブ１４を閉じるか否かの判定が行われる。この判定は、現在の積算流量ＰＶ、プリセット値Ｖpr、１秒後の予測増加流量Ｖｒ（＝現在の流速Ｖｆ（mmＬ／ｓ）×１（ｓ））を加算したもの（ＰＶ＋Ｖpr＋Ｖｒ）と計量設定値Ａとを比較し、比較値（ＰＶ＋Ｖpr＋Ｖｒ）が計量設定値Ａ以上の場合に、小口径バルブを閉じる高速処理を実行する。また、比較値（ＰＶ＋Ｖpr＋Ｖｒ）が計量設定値Ａ未満の場合には、ＰＶ，Ｖprの算出処理と、計量設定値Ａ及び比較値（ＰＶ＋Ｖpr＋Ｖｒ）の比較処理とが１秒間隔で続行される。
【００２４】
小口径バルブを閉じる高速処理は０．０１秒周期の高速スキャンで実行される。この処理では、計量設定値Ａが得られる小口径バルブ１４の閉じるタイミングをΔｔとして求める。このΔｔは、次式から求められる。
【００２５】
Δｔ＝（Ａ−ＰＶ−Ｖpr) ／Ｖｒ
【００２６】
次に、このΔｔが高速タイマ２６にセットされ、このΔｔを経過したときに、高速出力器２７を介して小口径バルブ１４が閉じられる。
【００２７】
図５は、小口径バルブ１４を閉じるタイミングを説明するためのグラフである。時間を示す横軸において、ｔ１，ｔ２，ｔ３は、それぞれ低速スキャンの開始時点を示している。上記判定式によって、次の低速スキャンのタイミングｔ３前に積算流量ＰＶが計量設定値Ａを超えると判定される場合には、このｔ２〜ｔ３の時間内で小口径バルブ１４を閉じる高速処理が行われる。そして、高速タイマ２６によって、Δｔを経過した後に小口径バルブ１４が閉じられるため、積算流量ＰＶが計量設定値Ａに精度良く達する。
【００２８】
また、図４に示すように、計量設定値Ａが予報値Ｂ以下の場合には、計量開始信号Ｓt により小口径バルブ１４のみが開けられ、ストックタンク１０の液体１１が低速で送り出される。そして、上記同様にしてプリセット値Ｖprが流速Ｖｆに基づき求められる。また、流速変動に追従して求められるプリセット値Ｖpr、計量設定値Ａ、流量Ｖｒに基づき、上記と同様にして、小口径バルブ１４を閉じるか否かの判定が行われる。そして、判定結果により小口径バルブ１４を閉じるときには、上記同様にして、高速処理によりΔｔを算出し、このΔｔが高速タイマ２６にセットされ、このΔｔを経過したときに、高速出力器２７を介して小口径バルブ１４が閉じられる。
【００２９】
なお、上記実施形態では、大口径バルブ１３と小口径バルブ１４とを用いて、液体１１の送出速度を高速と低速とに切り換えたが、この他に、１つのバルブを用いて、その開度を２段階または連続的に切り換える場合に本発明を実施してもよい。
【００３０】
また、上記実施形態では、ＰＬＣを用いて計量装置本体２０を構成したが、この他に、図６に示すように、ローパスフィルタ５０、プリセット値算出部５１、流量積算器５２、コントローラ５３、出力器５４、高速出力器５５、入力部５６などをハードウェアで構成した計量装置本体５７を用いてもよい。この場合にも、ローパスフィルタ５０により流速信号Ｖf の低域を通過させ、この流速信号Ｖf を用いて、プリセット値算出部５１で、流速値と動作ムダ時間Ｔとを乗じて、プリセット値Ｖprを算出する。なお、図１に示す構成部材と同一の構成部材に同一符号を付して重複した説明を省略している。この場合には、図７に示すような処理手順にしたがって、各バルブ１３，１４が閉じられる。
【００３１】
上記実施形態では、ストックタンク１０の液体１１を調製タンク１５に一定量送り出す場合に本発明を実施したが、この他に、液体に代えて粉体等を一定量送り出す場合に本発明を実施してもよい。また、流量計１２などを用いて送出速度を検出する代わりに、重量計などの計量値を直接に計測する場合に、計量値の変化を求め、この計量値変化に基づき動作ムダ時間Ｔと計量値変化量とを乗じてプリセット値Ｖprを求め、このプリセット値Ｖprに基づき計量物の投入動作を停止させる場合に、本発明を実施してもよい。更には、一定量のバッチ計量装置のみならず、位置決め制御において、位置を前記計量値に置き換えることで、精度のよい位置決め制御も可能になる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、計量物の送出停止の信号を出してから実際に送出が停止するまでのムダ時間に基づき、送出速度検出手段による送出速度とムダ時間とを乗じてプリセット値を求めたから、送出速度の変動に応じてプリセット値を追従させることができる。したがって、計量物の送出速度の変動によって誤差が生じることがなく、計量精度が低下することがない。また、送出速度からプリセット値を求めてこれを用いるだけでよく、既存の計量装置にも簡単に実施が可能になる。
【００３３】
計量物の送出速度を変える送出速度可変機構を有する計量物送出手段を設け、計量設定値から一定量の予報値を引いた値になったときに計量物の送出速度を高速から低速に切り換えるように制御手段を構成することにより、計量速度を低下させることなく、精度のよい計量を行うことができる。
【００３４】
計量開始時点で計量設定値と予報値とを比較し、計量設定値が予報値以下のときに、送出速度可変機構を介して送出速度を低速にして計量物を送出するから、少量計量において、流速変動を抑えて、精度の良い計量を実施することができる。したがって、広い計量設定レンジを持つ計量装置が簡単に提供可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施したバッチ計量装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図２】バッチ計量の処理手順を示すフローチャートである。
【図３】計量設定値が予報値を超えている場合の各バルブの動作と、流速及び計量値との関係を示すグラフである。
【図４】計量設定値が予報値以下の場合の各バルブの動作と、流速及び計量値との関係を示すグラフである。
【図５】小口径バルブの閉じ動作を説明するためのグラフである。
【図６】他の実施形態におけるバッチ計量装置の概略構成を示す機能ブロック図である。
【図７】同実施形態におけるバッチ計量の処理手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０  ストックタンク
１１  液体
１２  流量計
１３  大口径バルブ
１４  小口径バルブ
１５  調製タンク
１６，１７，１８  配管
２０  計量装置本体
２１  デジタルフィルタ
２２，５１  プリセット値算出部
２３，５２  流量積算器
２４  メインシーケンス部
２５，２７，５４，５５  出力器
５０  ローパスフィルタ
５３  コントローラ
【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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【図７】
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