(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
洗剤を食器洗浄機に供給する計量プロセスであって、
少なくとも１つの洗浄タンク（１２）と、該洗浄タンク内に設けられた導電率変換器（２８）と、噴射された洗剤溶液を該洗浄タンク（１２）に戻す手段を備えた噴射アーム（１９）と、洗剤を該洗浄タンク（１２）に導入する計量ユニット（２２）とを含み、
学習段階において、予め定めれた時間、洗浄タンク（１２）に洗剤が連続的に導入され、時間の関数としての導電率の応答が測定値として求められ、
該応答から、制御システムの影響因子として、
計量ユニット（２２）から導入された洗剤が、導電率変換器（２８）で測定されるまでの待ち時間（Ｔt）と、
導電率の初期値（ＸA）から最後の最大値（ＸD）までの平準化速度（ＭＶ）と、
導電率の初期値（ＸA）と最後の最大値（ＸD）との間の、導電率の測定値の変化（ＭＤ）と、および／または、
導電率の初期値（ＸA）と最後の最大値（ＸD）との間の、洗剤濃度の変化（ＫＤ）とが得られ、
導電率の設定点（ＸS）が、それに続く操作段階のために決定され、
操作段階において、導電率の測定点（Ｘ）と設定点（ＸS）から、設定点偏差（□Ｘ）が式：□Ｘ＝Ｘ−ＸSより求められ、
影響因子を基礎として、設定点偏差（□Ｘ）を関数としたファジー制御システムにより、計量ユニット（２２）から供給される洗剤量を制御して、洗浄タンク内の洗剤濃度を一定にすることを特徴とする計量プロセス。
【請求項２】
上記制御システムの影響因子が、最後の最大値（ＸD）の後の、測定値の傾きにより定義される希釈速度（ＶＶ）を含むことを特徴とする請求項１に記載の計量プロセス。
【請求項３】
上記設定点偏差（□Ｘ）が、予め定められた時間中に限界を超えた場合、新たな学習段階が行われることを特徴とする請求項１または２に記載の計量プロセス。
【請求項４】
上記導電率の測定値（Ｘ）が、学習段階の最初に測定され、影響因子の測定値の変化、及び／又は平準化速度、及び／又は濃度の変化が、それに依存して求められることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の計量プロセス。
【発明の詳細な説明】
本発明は、少なくとも１つの洗浄タンクと、タンク内に設けられた導電率変換器と、噴霧された洗剤液を洗浄タンクに戻す手段を備えた噴霧アームと、洗剤を洗剤タンクに導入する計量ユニットとを含む食器洗浄機に洗剤を噴射するための計量プロセスに関する。
本発明にかかる計量プロセスが適用される食器洗浄機は、例えば、広い台所で使用されるようなタイプのいわゆる施設向けの食器洗浄機である。施設向けの食器洗浄機は、水を入れた少なくとも１つの洗浄タンクを有する。洗浄タンクからの水は、洗浄タンク上で洗浄される食器の上に水を噴霧するための噴霧アームまで、ポンプにより運ばれ、それから水は洗浄タンクに落下して戻る。洗剤は洗浄タンクの中で計量ユニットにより水に加えられる。計量ユニットは洗浄タンク内の洗剤の濃度に従ってコントローラにより制御される。この濃度は、ある一定の温度で、洗剤の濃度と、水の結果的な濃度との間には高い程度の比例関係があるという事実を利用した導電率変換器により測定される。導電率変換器は、変換器から与えられた測定値と、予め定められた設定値とを比較して、もし導電率が設定値より下がった場合は、計量バルブ又は計量ポンプを動かす。再度、設定値に達すると、計量バルブ又は計量ポンプが止められる。
洗剤の添加の制御は、例えば、食器洗浄機の形や大きさ、特定の洗剤の性質や特性、及び水温のような多くのパラメータにより影響される。更には、待ち時間（dead time）、即ち、洗剤の添加開始と導電率の増加による添加の活性と間の時間、も考慮しなければならない。混合効果の強さは、このことに関する他の重要な要素である。濃度の制御に影響する要素としては、洗剤添加地点の位置、洗浄タンク中の導電率測定セルの位置、粉体状の洗剤の場合のすすぎ落としパイプ（rinse-out pipe）の長さのような機械的な影響、及び、洗剤の溶解度、洗剤の導電率／濃度の挙動のような化学的影響がある。多くの影響する要素（influencing factor）のために、洗剤の濃度を所望のレベルに保持することは非常に難しい。反対の状態においては、従来の計量及び制御プロセスでは、洗浄タンク中で一定の洗剤濃度に維持することは困難である。例えば、必要とされる設定値は、非常にゆっくり到達されることが期待され、また、意味のある濃縮が起きることが期待される。たとえ非常に高価な制御装置を用いて制御を最適化しても、もしごく僅かな変化が食器洗浄機に起きた場合、又は他の洗剤が用いられた場合、制御基準が全く変化し、制御システムのセットアップが完全に変化する。しかしながら、食器乾燥機が最小の洗剤の消費で効率良く操作する場合、洗剤の正確な添加と、前もって設定された濃度の厳密な持続が、最も重要である。
プロセス制御システムは、従来の決定論的な制御技術のみならず、入力変数が、例えば、「大きい」「平均の」又は「小さい」のような状態を仮定することができる、いわゆる言語上の変数として分類される「不正確な」制御プロセスをも含む。このファジーな（fuzzy）制御システムでは、測定された変数のためのメンバーシップ関数（membership function）が、それらの不正確な量のメンバーシップ値を定義する。制御システムにおいて、リンク（WHEN...THEN...規則）が、不正確な論理の感覚の中に確立される。各規則の結果は、出力変数（調整可能な変数）について不正確なステイトメント（statement）である。デファジフィケイション（defuzzyfication）により、この不正確な記述から絶対値が得られる。
本発明が取り扱う問題は、到達できるレベルに関する測定精度が、従来のコントローラより相当高い食器洗浄機に洗剤を供給するための計量プロセスの提供であった。
本発明によれば、この問題は請求項１で限定された特徴により解決される。
本発明にかかる計量プロセスは、帰納的で、不正確な規則で操作されるファジー理論に基づく。最初に、学習段階で、予め決められた期間を超えて、洗剤が洗浄タンクに導入される。制御システムの特徴的な影響する要素は、この添加から現れるシステム応答から得られる。この応答は、添加に基づいて確立された導電率曲線からなる。これは、制御システムの、いわゆるステップ応答である。例えば、待ち時間、濃度の変化、平準化速度（equalizing rate）、及び／又は測定値の変化のような一定の影響する要素がそこから定められる。その後に続く操作段階で、制御システムのそれらの影響要素が、帰納的変数、即ち、制御システムの不確定なパラメータとして、ファジー制御により処理される。以下に続く操作段階で行われるファジー制御では、測定された導電率の値、又は設定点の偏差のみが変数として用いられ、他の影響する要素は、先立つ学習段階から作られる。
学習段階のおかげで、変換器、計量ユニット、及びコントローラを含む全制御システムの影響する要素が、考慮に入れられる。
操作段階において、設定値の偏差が、予め定められた最小時間の間に限界を超えた場合には、新たな学習段階が常に行われることが好ましい。この場合、学習段階で保証された影響する要素の評価はもはや適用できず、やりなおさなければならないと仮定される。
本発明は具体例が、添付した図面を参照しながら以下に詳細に述べられる。
図１は、施設向けの食器洗浄機の概略図である。
図２は、学習段階における、時間を関数とした導電率の傾向の応答の例である。
図３は、ファジーコントローラの模式図である。
図４は、液体洗剤で操作される食器洗浄機の計量セクションの他の具体例である。
図１に示す施設向けの食器洗浄機ＧＳＭは、洗浄される食器類が、矢印１１の方向に運ばれるコンベアセクション１０を含む。コンベアセクション１０は、ローラの上を移動する透水性のコンベアからなる。カスケードの形に配置され、オーバフロー１５を通って第１洗浄タンク１２から第２洗浄タンク１３に水が溢れる第１洗浄タンク１２、第２洗浄タンク１３、及び第３洗浄タンク１４が、コンベアセクション１０の下方に設けられている。水は、第２洗浄タンク１３から、オーバフロー１６を通って第３洗浄タンク１４の中に溢れ、第３洗浄タンク１４から出口１７の中に排出される。水は、コンベアセクション１０の輸送方向１１と反対の方向に運ばれる。
洗浄タンクから、コンベア１０の上に横たわる食器類の上に水を噴射する噴射アーム１９に水をくみ上げるピストンポンプ１８が、各洗浄タンク１２、１３、１４に設けられている。噴射アーム１９は、開放された洗浄タンクの上に配置され、そこから噴射された水が洗浄タンクの中に落ちる。
洗浄タンクのいずれからも来ない新しい水を食器類に噴射するリンス用ノズル２０が、コンベア１０の端部の上方に配置される。新しい水を集め、第１洗浄タンク１２に導く傾斜した排出パネル２１が、リンス用ノズル２０の下部に配置される。水の汚れ含有量は、第１洗浄タンク１２から第３洗浄タンク１４に向かって漸次増加する。
洗剤は、計量パイプを通って第１洗浄タンク１２に、計量ユニット２２により導入される。計量ユニット２２は、水パイプ２４に接続され、電磁石２６により開放することができ、これにより新しい水を粉体容器２７の中に導くバルブ２５を含む。粉体容器２７は、流入する水の中で解ける粉体形状の洗剤を含む。粉体容器２７の出口は、計量パイプ２３に接続されている。もし、バルブ２５が所定の時間開放されれば、予め決められた量の水が粉体容器２７の中に流入し、対応する量の洗剤が溶解し、計量パイプ２３の中に導かれる。
第１洗浄タンク１２に提供される水の中の洗剤の濃度は、第１洗浄タンク１２の中に配置され水の導電率を測定する導電率変換器２８により決められる。水の中の洗剤の濃度と、測定された導電率との間には、高い程度の比例が存在する。変換器２８の電気的出力シグナルは、測定値に応じてバルブ２５の電磁石２６を動かすコントローラ２９に与えられる。バルブ２５は、単にオン／オフの原理で動作する。
図２は、計量ユニット２２により発生した計量パルスＩに対する変換器２８のシグナルＸの応答例であり、その間、バルブ２５は所定の時間ｔvの間、開放されて、洗浄タンク１２に洗剤を送る。待ち時間Ｔtは、始めに、洗剤が、変換器２８からの反応を生じる前に経過する。この待ち時間は、バルブ２５の開放運動、粉体容器２７中の粉体形状の洗剤の溶解時間、及び計量パイプ２３の中を液体洗剤溶液が流れる時間を考慮してある。応答曲線のＡで、待ち時間Ｔtが終了し、導電率の最初の急な増加が始まり、測定値がＸBになるポイントＢに到る。このピークは、洗浄タンク１２入った洗剤がバスの中に広がる前に、変換器２８の近傍に最初に移動するという事実によるものである。測定値は、その後、ポイントＣまで下がり、最後に、ゆっくりした漸近的増加により、曲線の最後の最大値を示す平準値（equalizing value）Ｄまで戻る。この増加は、待ち時間Ｔtに続く拡散時間ＴMの間に、洗浄タンク中で混合が起きるという事実によるものである。時間Ｄにおける測定値ＸDと、添加動作の始めにおける測定値ＸAとの間の差を、濃度の変化ＫＤと呼ぶ、平準化速度は、応答曲線のポイントＡ、Ｄ間の時間ＴMにより求められる。
測定された値ＭＤの変化も求められる。この変化はポイントＡとＢとの間の応答曲線の傾きにより求められる。
ポイントＤにおける応答曲線の最後の最大値の後、洗浄用溶剤が、リンスセクション２０を通って、又は他の水の入口を通って洗浄タンク１２に入る水により希釈される。この水の流入は、学習段階、及び操作段階の双方で連続して起きる。希釈速度ＶＶは、ポイントＤの後の応答曲線の傾きの勾配により求められる。学習段階で、ピストンポンプ１８と噴射アーム１９も動作する。
それゆえに、学習段階で応答曲線から決められる影響する要素は、以下のようになる。
待ち時間  Ｔt
平準化速度  ＭＶ
測定値の変化  ＭＤ
濃度の変化  ＫＤ
希釈速度  ＶＶ
これらの影響する要素は蓄積され、コントローラ２９で処理される。
コントローラ２９を模式的に図３に示す。これは、上述した影響する要素をファジー化するファジーコントローラである。このために、ある一定のメンバシップ関数ＭＦが、各影響する要素のために確立される。これらのメンバシップ関数は、影響する要素の値のさまざまな領域を、意味論上の（semantic）用語、例えば、「非常に高い」、「高い」、「平均」、「低い」、「非常に低い」に分割する三角曲線又は台形曲線である。学習段階では、影響する要素のために限定された値と一致するメンバシップ値は、メンバシップ関数ＭＦで限定される。影響する段階は、多くの影響する要素の、多くの”ＷＨＥＮ．．．，ＴＨＥＮ．．．”リンケージを含む。最後に、デファジフィケイションが行われ、計量ユニット２２のための制御シグナルが生成される。
この例のための言語上の入力変数は、以下に詳細に定義される。
規則１：待ち時間（Ｔt）
計測と測定セルでの導電率の最初の変化＞１２秒の場合、待ち時間＝非常の長い。
７秒＜計測と測定セルでの導電率の最初の変化＜１２秒の場合、待ち時間＝長い。
４秒＜計測と測定セルでの導電率の最初の変化＜７秒の場合、待ち時間＝平均。
２秒＜計測と測定セルでの導電率の最初の変化＜４秒の場合、待ち時間＝短い。
計測と測定セルでの導電率の最初の変化＜２秒の場合、待ち時間＝非常に短い。
もし、待ち時間＞１５秒の場合、学習段階終了、警告シグナル。なぜならば、制御プロセスは、もはや制御できないからである。
規則２：平準化速度ＭＶ
第１の導電率変化と最後の最大値との間＜２秒の場合、平準化速度＝非常に高い。
２秒＜第１の導電率変化と最後の最大値との間＜４秒の場合、平準化速度＝高い。
４秒＜第１の導電率変化と最後の最大値との間＜７秒の場合、平準化速度＝平均。
７秒＜第１の導電率変化と最後の最大値との間＜１２秒の場合、平準化速度＝低い。
１２秒＜第１の導電率変化と最後の最大値との間の場合、平準化速度＝非常に低い。
規則３：測定値の変化ＭＤ
最大と最小の導電率変化の間の比＞１０：１の場合、測定値の変化＝非常に速い。
５：１＜最大と最小の導電率変化の間の比＜１０：１の場合、測定値の変化＝速い。
３：１＜最大と最小の導電率変化の間の比＜５：１の場合、測定値の変化＝平均。
１：１＜最大と最小の導電率変化の間の比＜３：１の場合、測定値の変化＝遅い。
最大と最小の導電率変化の間の比＜１：１の場合、測定値の変化＝非常に速い。
規則４：濃度の変化ＫＤ
計量後の導電性の変化の平均＞１．５×Ｌｆ  ａｌｔの場合、濃度の変化＝非常に高い。
１．３×Ｌｆ  ａｌｔ＜計量後の変化の平均＜１．５×Ｌｆ  ａｌｔの場合、濃度の変化＝高い。
１．１×Ｌｆ  ａｌｔ＜計量後の変化の平均＜１．３×Ｌｆ  ａｌｔの場合、濃度の変化＝平均。
１．０５×Ｌｆ  ａｌｔ＜計量後の変化の平均＜１．１×Ｌｆ  ａｌｔの場合、濃度の変化＝低い。
計量後の変化の平均＜１．０５×Ｌｆ  ａｌｔの場合、濃度の変化＝非常に低い。
規則５：水の添加による希釈ＶＶ
−０．１ｍＳ／秒＜混合後の導電率変化の勾配の場合、希釈＝非常に速い。
−０．０５ｍＳ／秒＜混合後の導電率変化の勾配＜−０．１ｍＳ／秒の場合、希釈＝速い。
−０．０３ｍＳ／秒＜混合後の導電率変化の勾配＜−０．０５ｍＳ／秒の場合、希釈＝平均。
−０．０１ｍＳ／秒＜混合後の導電率変化の勾配＜−０．０３ｍＳ／秒の場合、希釈＝遅い。
混合後の導電率変化の勾配＜−０．０１ｍＳ／秒の場合、希釈＝非常に遅い。
規則６：設定点偏差  □Ｘ
導電率測定のすべり平均＜比例領域（−）の場合、設定点＝負で大きい。
比例領域（−）＜導電率測定のすべり平均＜比例領域／２の場合、設定点＝負の平均。
導電率測定のすべり平均＝設定点  ±  比例領域／１０の場合、設定点＝ゼロ。
比例領域／２≦導電率測定のすべり平均＜比例領域（＋）の場合、設定点＝正の平均。
比例領域（＋）≦導電率測定のすべり平均＜比例領域（＋）の場合、設定点＝正で大きい。
規則１から５にかかる言語学上の変数は、学習段階において求められ記憶される。これらは、操作段階で、変化せずに残る。対照的に、規則６にかかる変数は、操作段階で連続的に求められ、計測ユニット２２は、時間を関数としたその動向により制御される。このために、変換器２８の測定値Ｘは、導電率がその値に制御される設定点Ｘとともに、ファジーコントローラに与えられる。設定点の偏差□Ｘ＝Ｘ−Ｘsは、それらの２つの変数から得られる。
ファジーコントローラ２９の出力シグナルは、以下の状態を想定することができる：
永続的にオン（permanently on）
非常に長時間の間（on for a very long time）
長時間の間（on for a long time）
平均的時間の間（on for an average time）
短時間の間（on for a short time）
非常に短時間の間（on for a short time）
永続的にオフ（permanently off）
いくつかのファジー規則は、以下のように設計される：
待ち時間＝非常に長い、及び設定点の偏差＝負の平均の場合、出力＝平均時間オン（on for an average time）。
待ち時間＝長い、及び設定点の偏差＝負の平均の場合、出力＝長時間オン（on for a long time）。
待ち時間＝平均、及び設定点の偏差＝負の平均の場合、出力＝平均時間オン（on for a long time）。
待ち時間＝短い、及び設定点の偏差＝負の平均の場合、出力＝非常に長時間オン（on for a very long time）。
待ち時間＝非常に短い、及び設定点の偏差＝負の平均の場合、出力＝永続的にオン（permanently on）。
このことから、濃度の変化はすぐに検知されるため、待ち時間がより短くなると、より長い計量時間が連続するために選択することができることが導かれる。
希釈＝非常に速い、及び設定点の偏差＝負の平均の場合、出力は永続的にオン。
希釈＝速い、及び設定点の偏差＝負の平均の場合、出力は非常に長い時間オン。
希釈＝平均、及び設定点の偏差＝負の平均の場合、出力は長い時間オン。
希釈＝遅い、及び設定点の偏差＝負の平均の場合、出力は平均時間オン。
希釈＝非常に遅い、及び設定点の偏差＝負の平均の場合、出力は短時間オン。
上記規則から、希釈速度は、同一の偏差に対する付加時間に影響を与えることが導かれる。言い換えれば、希釈速度がより高くなれば、付加時間をより長くしなければならない。
非常に高い制御精度が、規則１から５で定義される全てのファジー変数をリンクすることにより達成することができる。
もし、操作段階において、設定点の偏差□Ｘが、予め定められた最小時間に間に限界を超えた場合、学習段階で求められた影響する要素はもはや利用できないと仮定され、新しい学習段階が行われて計測パルスＩへの新たな応答が求められる。
図２では、初期値ＸAがゼロ又は実質的にゼロと仮定される。これは、洗浄タンク中で、所定の洗剤の濃度がすでに存在するような場合ではない。初期値に依存して、影響する要素の測定値の変化、及び／又は、平準化速度は、異なって計算されなければならないだろう。これは、対応する要素による増加により行われる。
図４に示す具体例では、計測ユニット２２ａは、液体コンテナ３１から計量パイプ２３に液体洗剤をくみ上げるポンプ３０を含み。この場合、コントローラ２９は、オン又はオフに切り換えることによりポンプ３０を制御する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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