(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱制御を行うコントローラの操作量出力を、冷却制御を行うコントローラへの制御量入力として与え、
省エネルギーと温度制御とを両立させることが可能なように予め与えられる前記操作量出力の理想値を設定値として、前記冷却制御を行うコントローラが、前記設定値と前記制御量入力との偏差に基づきＰＩＤ演算を行い、冷却制御の操作量出力を算出するようにしたことを特徴とする温度制御方法。
【請求項２】
温度制御の加熱機能を実現する加熱アクチュエータと、
温度制御の冷却機能を実現する冷却アクチュエータと、
加熱制御を行い、前記加熱アクチュエータに対して操作量出力を与える温度制御加熱コントローラと、
この温度制御加熱コントローラの前記操作量出力を制御量入力とし、省エネルギーと温度制御とを両立させることが可能なように予め与えられる前記操作量出力の理想値を設定値として、前記設定値と前記制御量入力との偏差に基づきＰＩＤ演算を行い、演算結果の操作量出力を前記冷却アクチュエータへ出力する温度制御冷却コントローラとを有することを特徴とする温度制御装置。
【請求項３】
温度制御の加熱機能を実現する加熱アクチュエータと、
温度制御の冷却機能および湿度制御の除湿機能を実現する冷却アクチュエータと、
湿度制御の加湿機能を実現する加湿アクチュエータと、
温度制御を行う温度制御コントローラと、
湿度制御を行う湿度制御コントローラと、
前記温度制御コントローラの操作量出力が加熱モードに対応した値の場合には前記加熱アクチュエータへ出力し、前記温度制御コントローラの操作量出力が冷却モードに対応した値の場合には前記冷却アクチュエータへ出力する温度制御出力分岐部と、
前記湿度制御コントローラの操作量出力が加湿モードに対応した値の場合には前記加湿アクチュエータへ出力し、前記湿度制御コントローラの操作量出力が除湿モードに対応した値の場合には前記冷却アクチュエータへ出力する湿度制御出力分岐部と、
前記温度制御出力分岐部の前記操作量出力を制御量入力とし、省エネルギーと温度制御とを両立させることが可能なように予め与えられる前記操作量出力の理想値を設定値として、前記設定値と前記制御量入力との偏差に基づきＰＩＤ演算を行い、演算結果の操作量出力を前記冷却アクチュエータへ出力する温度制御冷却コントローラと、
前記温度制御出力分岐部、湿度制御出力分岐部及び温度制御冷却コントローラと前記冷却アクチュエータとの間に設けられ、前記温度制御出力分岐部と前記湿度制御出力分岐部と前記温度制御冷却コントローラの各操作量出力を比較して、最も大きい操作量出力を前記冷却アクチュエータに与える冷却出力最大値演算部とを有することを特徴とする温湿度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱アクチュエータ、冷却アクチュエータ及び加湿アクチュエータを用いる温湿度制御系、または加熱アクチュエータを主アクチュエータ、冷却アクチュエータを補助アクチュエータとして用いる温度制御系において、省エネルギーを実現することができる温度制御方法及び温湿度または温度制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ビル等の空調制御システムでは、冷房のための冷却器、暖房のためのヒータが備わっているが、快適性を増すために湿度も制御することが多く、加湿器を合わせて持つことにより、温度と湿度の両方を同時に制御する温湿度制御が行われている。なお、冷却器がその機能から除湿効果を持つため、除湿器を別途持つ必要はない。同様に、恒温恒湿槽においても、冷却器とヒータと加湿器とを用いた温湿度制御が行われている。
【０００３】
また、冷却器とヒータを用いる温度制御系において、冷却器の出力の分解能があまり高くなく、恒温槽のように精密な温度制御が要求される場合は、冷却器によっていったん過冷却した上でヒータによる加熱で最適温度にするような予冷却・再加熱式の制御が行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の温湿度制御系では、降温のために冷却器を働かせることによる湿度の低下を加湿器で補ったり、除湿のために冷却器を働かせることによる温度低下をヒータで補ったりする出力相殺が行われる。しかしながら、このような出力相殺が不適切に行われると、エネルギー消費の無駄が発生するという問題点があった。特に、温湿度制御系では、前記出力相殺のために、冷却器、ヒータ及び加湿器の３つのアクチュエータを同時に動作させる場合があり、この場合にエネルギー消費が大きくなるという問題点があった。
また、予冷却・再加熱式の温度制御系では、冷却器によっていったん予冷却した上でヒータによって加熱する出力相殺が行われるため、この出力相殺が不適切に行われると、エネルギー消費が大きくなるという問題点があった。
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、温湿度制御系または温度制御系において、出力相殺を最小限にして、省エネルギーを実現することができる温湿度または温度制御方法及び温湿度または温度制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の温湿度制御方法は、加熱制御を行うコントローラの操作量出力を、冷却制御を行うコントローラへの制御量入力として与え、省エネルギーと温度制御とを両立させることが可能なように予め与えられる前記操作量出力の理想値を設定値として、前記冷却制御を行うコントローラが、前記設定値と前記制御量入力との偏差に基づきＰＩＤ演算を行い、冷却制御の操作量出力を算出するようにしたものである。
【０００９】
また、本発明の温度制御装置は、温度制御の加熱機能を実現する加熱アクチュエータ（Ａｃｔ1 ）と、温度制御の冷却機能を実現する冷却アクチュエータ（Ａｃｔ2 ）と、加熱制御を行い、前記加熱アクチュエータに対して操作量出力（ＭＶHO）を与える温度制御加熱コントローラ（ＰＩＤ＿H ）と、この温度制御加熱コントローラの前記操作量出力を制御量入力とし、省エネルギーと温度制御とを両立させることが可能なように予め与えられる前記操作量出力の理想値を設定値として、前記設定値と前記制御量入力との偏差に基づきＰＩＤ演算を行い、演算結果の操作量出力（ＭＶCO）を前記冷却アクチュエータへ出力する温度制御冷却コントローラ（ＰＩＤ＿C ）とを有するものである。
【００１０】
また、本発明の温湿度制御装置は、温度制御の加熱機能を実現する加熱アクチュエータ（Ａｃｔ1 ）と、温度制御の冷却機能及び湿度制御の除湿機能を実現する冷却アクチュエータ（Ａｃｔ2 ）と、湿度制御の加湿機能を実現する加湿アクチュエータ（Ａｃｔ3 ）と、温度制御を行う温度制御コントローラ（ＰＩＤ＿Temp）と、湿度制御を行う湿度制御コントローラ（ＰＩＤ＿Hum ）と、前記温度制御コントローラの操作量出力（ＭＶT ）が加熱モードに対応した値の場合には前記加熱アクチュエータへ出力し、前記温度制御コントローラの操作量出力が冷却モードに対応した値の場合には前記冷却アクチュエータへ出力する温度制御出力分岐部（Ｄ＿ＭＶ＿Temp）と、前記湿度制御コントローラの操作量出力（ＭＶH ）が加湿モードに対応した値の場合には前記加湿アクチュエータへ出力し、前記湿度制御コントローラの操作量出力が除湿モードに対応した値の場合には前記冷却アクチュエータへ出力する湿度制御出力分岐部（Ｄ＿ＭＶ＿Hum ）と、前記温度制御出力分岐部の前記操作量出力を制御量入力とし、省エネルギーと温度制御とを両立させることが可能なように予め与えられる前記操作量出力の理想値を設定値として、前記設定値と前記制御量入力との偏差に基づきＰＩＤ演算を行い、演算結果の操作量出力（ＭＶCO）を前記冷却アクチュエータへ出力する温度制御冷却コントローラ（ＰＩＤ＿C ）と、前記温度制御出力分岐部、湿度制御出力分岐部及び温度制御冷却コントローラと前記冷却アクチュエータとの間に設けられ、前記温度制御出力分岐部と前記湿度制御出力分岐部と前記温度制御冷却コントローラの各操作量出力を比較して、最も大きい操作量出力を前記冷却アクチュエータに与える冷却出力最大値演算部（Ｃ＿MAX2）とを有するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
［参考例１］
次に、本発明の参考例について図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の参考例１となる温湿度制御装置の構成を示すブロック図である。
図１の温湿度制御装置は、温度制御を行う温度制御コントローラＰＩＤ＿Tempと、湿度制御を行う湿度制御コントローラＰＩＤ＿Hum と、温度制御コントローラＰＩＤ＿Tempの操作量出力ＭＶT を分岐出力する温度制御出力分岐部Ｄ＿ＭＶ＿Tempと、湿度制御コントローラＰＩＤ＿Hum の操作量出力ＭＶH を分岐出力する湿度制御出力分岐部Ｄ＿ＭＶ＿Hum と、温度制御出力分岐部Ｄ＿ＭＶ＿Tempと湿度制御出力分岐部Ｄ＿ＭＶ＿Hum の各操作量出力を比較して、最も大きい操作量出力を冷却アクチュエータＡｃｔ2 に与える冷却出力最大値演算部Ｃ＿MAX と、温度制御の加熱機能を実現するヒータ等の加熱アクチュエータＡｃｔ1 と、温度制御の冷却機能を実現する冷却器等の冷却アクチュエータＡｃｔ2 と、湿度制御の加湿機能を実現する加湿器等の加湿アクチュエータＡｃｔ3 とから構成されている。なお、湿度制御の除湿機能は、冷却アクチュエータＡｃｔ2 によって実現される。
【００１２】
本参考例は、恒温恒湿槽、クリーンルーム、温室などの槽内・室内空気の温湿度制御系において、加熱冷却機能の出力相殺、加湿除湿機能の出力相殺を抑えて省エネルギーを実現しようとする場合に、この温湿度制御系を対象として適用することができる。
【００１３】
以下、本参考例の温湿度制御装置の動作について説明する。図２は図１の温湿度制御装置の動作を示すフローチャート図である。
最初に、温度制御コントローラＰＩＤ＿Tempは、ＰＩＤ演算を実行して操作量出力ＭＶT を算出する（図２ステップ１０１）。ただし、温度制御コントローラＰＩＤ＿Tempは、一般のヒートクール制御ロジックで構成されている。ヒートクール制御は、加熱能力と冷却能力を使い分ける制御技術である。
【００１４】
ヒートクール制御の手法を単純に説明するならば、温度制御コントローラＰＩＤ＿Tempから出力される操作量出力ＭＶT が５０％より大きい場合は加熱アクチュエータＡｃｔ1 を操作量出力ＭＶT に対応して動作させ、操作量出力ＭＶT が５０％以下の場合は冷却アクチュエータＡｃｔ2 を操作量出力ＭＶT に対応して動作させる制御手法である。
【００１５】
また、ヒートクール制御では、例えば加熱モードで制御中に温度制御コントローラＰＩＤ＿Tempから出力される操作量出力ＭＶT が５０％以下になると、即座に冷却モードへの切り換えが行われ、冷却モードで制御中に操作量出力ＭＶT が５０％より大きくなると、即座に加熱モードへの切り換えが行われる。
【００１６】
したがって、温度制御コントローラＰＩＤ＿Tempは、操作量出力が０〜１００％に正規化されているとき、１制御周期前の操作量出力ＭＶT-1 が５０％より大きい場合は加熱モードであるとして、加熱用のＰＩＤパラメータを用いて現制御周期の操作量出力ＭＶT を次式のように算出する。
ＭＶT ＝Ｋｇ1 ｛１＋１／（Ｔｉ1 ｓ）＋Ｔｄ1 ｓ｝（ＳＰT −ＰＶT ）・・・（１）
【００１７】
式（１）において、Ｋｇ1 、Ｔｉ1 、Ｔｄ1 はそれぞれ温度制御コントローラＰＩＤ＿Tempの加熱側比例ゲイン、加熱側積分時間、加熱側微分時間、ＳＰT は温度制御コントローラＰＩＤ＿Tempの制御対象（不図示）について設定される温度設定値、ＰＶT はこの制御対象の制御量（温度計測値）である。加熱側比例ゲインＫｇ1 、加熱側積分時間Ｔｉ1 、加熱側微分時間Ｔｄ1 及び温度設定値ＳＰT はオペレータによってあらかじめ設定され、制御量ＰＶT は図示しない温度センサによって計測される。
【００１８】
また、温度制御コントローラＰＩＤ＿Tempは、１制御周期前の操作量出力ＭＶT-1 が５０％以下の場合は冷却モードであるとして、冷却用のＰＩＤパラメータを用いて現制御周期の操作量出力ＭＶT を次式のように算出する。
ＭＶT ＝Ｋｇ2 ｛１＋１／（Ｔｉ2 ｓ）＋Ｔｄ2 ｓ｝（ＳＰT −ＰＶT ）・・・（２）
【００１９】
式（２）において、Ｋｇ2 、Ｔｉ2 、Ｔｄ2 はそれぞれ温度制御コントローラＰＩＤ＿Tempの冷却側比例ゲイン、冷却側積分時間、冷却側微分時間である。冷却側比例ゲインＫｇ2 、冷却側積分時間Ｔｉ2 、冷却側微分時間Ｔｄ2 はオペレータによってあらかじめ設定される。こうして、ステップ１０１の処理が終了する。
【００２０】
温度制御出力分岐部Ｄ＿ＭＶ＿Tempは、温度制御コントローラＰＩＤ＿Tempから出力された操作量出力ＭＶT を温度制御に関するアクチュエータＡｃｔ1 ，Ａｃｔ2 に対して分岐出力する（ステップ１０２）。
ステップ１０２において、温度制御出力分岐部Ｄ＿ＭＶ＿Tempは、操作量出力ＭＶT が５０％より大きい場合は加熱モードであるとして、次式のような操作量指示値ＭＶ1 を加熱アクチュエータＡｃｔ1 へ出力する。
ＭＶ1 ＝２（ＭＶT −５０）                              ・・・（３）
【００２１】
また、温度制御出力分岐部Ｄ＿ＭＶ＿Tempは、操作量出力ＭＶT が５０％以下の場合は冷却モードであるとして、次式のような操作量指示値ＭＶ2 を冷却出力最大値演算部Ｃ＿MAX へ出力する。
ＭＶ2 ＝２（５０−ＭＶT ）                              ・・・（４）
以上でステップ１０２の処理が終了する。
【００２２】
図３は操作量出力ＭＶT と操作量指示値ＭＶ1 ，ＭＶ2 との関係を示す図である。図３から分かるように、温度制御出力分岐部Ｄ＿ＭＶ＿Tempは、操作量出力ＭＶT を０〜１００％の操作量指示値ＭＶ1 またはＭＶ2 に変換して出力する。
【００２３】
次に、湿度制御コントローラＰＩＤ＿Hum は、ＰＩＤ演算を実行して操作量出力ＭＶH を算出する（ステップ１０３）。ただし、湿度制御コントローラＰＩＤ＿Hum は、一般のヒートクール制御ロジックで構成されている。ヒートクール制御では、操作量出力ＭＶH が５０％より大きい場合は加湿アクチュエータＡｃｔ3 を操作量出力ＭＶH に対応して動作させ、操作量出力ＭＶH が５０％以下の場合は冷却アクチュエータＡｃｔ2 を操作量出力ＭＶH に対応して動作させる。
【００２４】
また、ヒートクール制御では、加湿モードで制御中に操作量出力ＭＶH が５０％以下になると、即座に除湿モードへの切り換えが行われ、除湿モードで制御中に操作量出力ＭＶH が５０％より大きくなると、即座に加湿モードへの切り換えが行われる。
【００２５】
したがって、湿度制御コントローラＰＩＤ＿Hum は、操作量出力が０〜１００％に正規化されているとき、１制御周期前の操作量出力ＭＶH-1 が５０％より大きい場合は加湿モードであるとして、加湿用のＰＩＤパラメータを用いて現制御周期の操作量出力ＭＶH を次式のように算出する。
ＭＶH ＝Ｋｇ3 ｛１＋１／（Ｔｉ3 ｓ）＋Ｔｄ3 ｓ｝（ＳＰH −ＰＶH ）・・・（５）
【００２６】
式（５）において、Ｋｇ3 、Ｔｉ3 、Ｔｄ3 はそれぞれ湿度制御コントローラＰＩＤ＿Hum の加湿側比例ゲイン、加湿側積分時間、加湿側微分時間、ＳＰH はコントローラＰＩＤ＿Hum の制御対象（不図示）について設定される湿度設定値、ＰＶH はこの制御対象の制御量（湿度計測値）である。加湿側比例ゲインＫｇ3 、加湿側積分時間Ｔｉ3 、加湿側微分時間Ｔｄ3 及び湿度設定値ＳＰH はオペレータによって予め設定され、制御量ＰＶH は図示しない湿度センサによって計測される。
【００２７】
また、湿度制御コントローラＰＩＤ＿Hum は、１制御周期前の操作量出力ＭＶH-1 が５０％以下の場合は除湿モードであるとして、除湿用のＰＩＤパラメータを用いて現制御周期の操作量出力ＭＶH を次式のように算出する。
ＭＶH ＝Ｋｇ4 ｛１＋１／（Ｔｉ4 ｓ）＋Ｔｄ4 ｓ｝（ＳＰH −ＰＶH ）・・・（６）
【００２８】
式（６）において、Ｋｇ4 、Ｔｉ4 、Ｔｄ4 はそれぞれ湿度制御コントローラＰＩＤ＿Hum の除湿側比例ゲイン、除湿側積分時間、除湿側微分時間である。除湿側比例ゲインＫｇ4 、除湿側積分時間Ｔｉ4 、除湿側微分時間Ｔｄ4 はオペレータによってあらかじめ設定される。このようにして、ステップ１０３の処理が終了する。
【００２９】
湿度制御出力分岐部Ｄ＿ＭＶ＿Hum は、湿度制御コントローラＰＩＤ＿Hum から出力された操作量出力ＭＶH を湿度制御に関するアクチュエータＡｃｔ2 ，Ａｃｔ3 に対して分岐出力する（ステップ１０４）。
ステップ１０４において、湿度制御出力分岐部Ｄ＿ＭＶ＿Hum は、操作量出力ＭＶH が５０％より大きい場合は加湿モードであるとして、次式のような操作量指示値ＭＶ3 を加湿アクチュエータＡｃｔ3 へ出力する。
ＭＶ3 ＝２（ＭＶH −５０）                              ・・・（７）
【００３０】
また、湿度制御出力分岐部Ｄ＿ＭＶ＿Hum は、操作量出力ＭＶH が５０％以下の場合は除湿モードであるとして、次式のような操作量指示値ＭＶ4 を冷却出力最大値演算部Ｃ＿MAX へ出力する。
ＭＶ4 ＝２（５０−ＭＶH ）                              ・・・（８）
以上でステップ１０４の処理が終了する。
【００３１】
図４は操作量出力ＭＶH と操作量指示値ＭＶ3 ，ＭＶ4 との関係を示す図である。図４から分かるように、湿度制御出力分岐部Ｄ＿ＭＶ＿Hum は、操作量出力ＭＶH を０〜１００％の操作量指示値ＭＶ3 またはＭＶ4 に変換して出力する。
【００３２】
次に、冷却出力最大値演算部Ｃ＿MAX は、温度制御出力分岐部Ｄ＿ＭＶ＿Tempから出力された操作量指示値ＭＶ2 と湿度制御出力分岐部Ｄ＿ＭＶ＿Hum から出力された操作量指示値ＭＶ4 の最大値ＭＶ2xを求めて、この最大値ＭＶ2xを冷却アクチュエータＡｃｔ2 へ出力する（ステップ１０５）。
【００３３】
すなわち、冷却出力最大値演算部Ｃ＿MAX は、操作量指示値ＭＶ2 が操作量指示値ＭＶ4 より大きい場合、操作量指示値ＭＶ2 を最大値ＭＶ2xとして冷却アクチュエータＡｃｔ2 へ出力し、操作量指示値ＭＶ2 が操作量指示値ＭＶ4 以下の場合、操作量指示値ＭＶ4 を最大値ＭＶ2xとして冷却アクチュエータＡｃｔ2 へ出力する。
以上のステップ１０１〜１０５を１制御周期における処理とし、ステップ１０１〜１０５の処理を制御周期毎に繰り返す。
【００３４】
以上のように、温度制御コントローラＰＩＤ＿Tempと温度制御出力分岐部Ｄ＿ＭＶ＿Tempの連係動作では、一般的なヒートクール制御ロジックに基づき、加熱アクチュエータＡｃｔ1 への操作量指示値ＭＶ1 、冷却アクチュエータＡｃｔ2 への操作量指示値ＭＶ2 を算出して出力する。ヒートクール制御ロジックなので、操作量指示値ＭＶ1 と操作量指示値ＭＶ2 が同時に０％より大きな値になることは原則的にない。
【００３５】
また、湿度制御コントローラＰＩＤ＿Hum と湿度制御出力分岐部Ｄ＿ＭＶ＿Hum の連係動作では、一般的なヒートクール制御ロジックに基づき、加湿アクチュエータＡｃｔ3 への操作量指示値ＭＶ3 、冷却アクチュエータＡｃｔ2 への操作量指示値ＭＶ4 を算出して出力する。ヒートクール制御ロジックなので、操作量指示値ＭＶ3 と操作量指示値ＭＶ4 が同時に０％より大きな値になることは原則的にない。
【００３６】
加熱アクチュエータＡｃｔ1 は温度制御専用のアクチュエータなので、温度制御側（温度制御コントローラＰＩＤ＿Tempと温度制御出力分岐部Ｄ＿ＭＶ＿Temp）で求められた操作量指示値ＭＶ1 は、加熱アクチュエータＡｃｔ1 へ直接出力される。
加湿アクチュエータＡｃｔ3 は湿度制御専用のアクチュエータなので、湿度制御側（湿度制御コントローラＰＩＤ＿Hum と湿度制御出力分岐部Ｄ＿ＭＶ＿Hum ）で求められた操作量指示値ＭＶ3 は、加湿アクチュエータＡｃｔ3 へ直接出力される。
【００３７】
冷却アクチュエータＡｃｔ2 は温度制御と湿度制御に併用のアクチュエータなので、温度制御側で求められた操作量指示値ＭＶ2 と湿度制御側で求められた操作量指示値ＭＶ4 の最大値ＭＶ2xが冷却出力最大値演算部Ｃ＿MAX で算出され、この最大値ＭＶ2xが冷却アクチュエータＡｃｔ2 へ出力される。
【００３８】
このとき、湿度制御側で求められた操作量指示値ＭＶ4 よりも温度制御側で求められた操作量指示値ＭＶ2 が小さい場合、温度制御側にとっては冷却アクチュエータＡｃｔ2 への出力が過剰、すなわち冷却が過剰となるので、時間の経過に伴って温度計測値ＰＶT が設定値ＳＰT より低くなる。このため、冷却モードであった温度制御コントローラＰＩＤ＿Tempが加熱モードに切り替わり、５０％より大きい操作量出力ＭＶT が出力され、結果として０％より大きい操作量指示値ＭＶ1 が加熱アクチュエータＡｃｔ1 に出力される。
【００３９】
逆に、温度制御側で求められた操作量指示値ＭＶ2 よりも湿度制御側で求められた操作量指示値ＭＶ4 が小さい場合、湿度制御側にとっては冷却アクチュエータＡｃｔ2 への出力が過剰、すなわち除湿が過剰となるので、時間の経過に伴って湿度計測値ＰＶH が設定値ＳＰH より低くなる。このため、除湿モードであった湿度制御コントローラＰＩＤ＿Hum が加湿モードに切り替わり、５０％より大きい操作量出力ＭＶH が出力され、結果として０％より大きい操作量指示値ＭＶ3 が加湿アクチュエータＡｃｔ3 に出力される。
【００４０】
以上の構成により、温湿度制御系において、３つのアクチュエータのうち最大でも２つだけが動作するように保証することができ、出力相殺の発生を温度制御に関する加熱冷却機能の出力相殺と湿度制御に関する加湿除湿機能の出力相殺のどちらか一方に確実に限定することができる。その結果、温湿度制御系全体にとって最低出力に近い制御を実現することができ、省エネルギーを実現することができる。
【００４１】
［参考例２］
図５は本発明の参考例２となる温湿度制御装置の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。図５の温湿度制御装置は、加熱制御を行う温度制御加熱コントローラＰＩＤ＿Temp1 と、冷却制御を行う温度制御冷却コントローラＰＩＤ＿Temp2 と、加湿制御を行う湿度制御加湿コントローラＰＩＤ＿Hum3と、除湿制御を行う湿度制御除湿コントローラＰＩＤ＿Hum4と、コントローラＰＩＤ＿Temp1 とコントローラＰＩＤ＿Temp2 とを切り替える温度制御コントローラ切換処理部ＣＨ＿Tempと、コントローラＰＩＤ＿Hum3とコントローラＰＩＤ＿Hum4とを切り替える湿度制御コントローラ切換処理部ＣＨ＿Hum と、冷却出力最大値演算部Ｃ＿MAX と、加熱アクチュエータＡｃｔ1 と、冷却アクチュエータＡｃｔ2 と、加湿アクチュエータＡｃｔ3 とから構成されている。
【００４２】
本参考例は、空調制御システムを適用対象とするもので、コントローラＰＩＤ＿Temp1 は例えば空調暖房コントローラであり、コントローラＰＩＤ＿Temp2 は例えば空調冷房コントローラであり、コントローラＰＩＤ＿Hum3は例えば空調加湿コントローラであり、コントローラＰＩＤ＿Hum4は例えば空調除湿コントローラである。
【００４３】
温度制御コントローラ切換処理部ＣＨ＿Tempは、暖房要求が発生している場合、温度制御加熱コントローラＰＩＤ＿Temp1 を動作させる。温度制御加熱コントローラＰＩＤ＿Temp1 は、参考例１で説明した式（１）と同様にして暖房用の０〜１００％の操作量出力ＭＶ1 を算出する。
【００４４】
また、温度制御コントローラ切換処理部ＣＨ＿Tempは、冷房要求が発生している場合、温度制御冷却コントローラＰＩＤ＿Temp2 を動作させる。温度制御冷却コントローラＰＩＤ＿Temp2 は、式（２）と同様にして冷房用の０〜１００％の操作量出力ＭＶ2 を算出する。
【００４５】
一方、湿度制御コントローラ切換処理部ＣＨ＿Hum は、加湿要求が発生している場合、湿度制御加湿コントローラＰＩＤ＿Hum3を動作させる。湿度制御加湿コントローラＰＩＤ＿Hum3は、式（５）と同様にして加湿用の０〜１００％の操作量出力ＭＶ3 を算出する。
【００４６】
また、湿度制御コントローラ切換処理部ＣＨ＿Hum は、除湿要求が発生している場合、湿度制御除湿コントローラＰＩＤ＿Hum4を動作させる。湿度制御除湿コントローラＰＩＤ＿Hum4は、式（６）と同様にして除湿用の０〜１００％の操作量出力ＭＶ4 を算出する。
【００４７】
冷却出力最大値演算部Ｃ＿MAX の動作は参考例１と全く同じである。こうして、空調制御システムにおいて参考例１と同様の効果を得ることができる。
【００４８】
［第１の実施の形態］
図６は本発明の第１の実施の形態となる温度制御装置の構成を示すブロック図である。図６の温度制御装置は、加熱制御を行う温度制御加熱コントローラＰＩＤ＿H と、この温度制御加熱コントローラＰＩＤ＿H を操作量出力を制御量入力とし、操作量出力の理想値を設定値として演算を行う温度制御加熱コントローラＰＩＤ＿H と、温度制御冷却コントローラＰＩＤ＿C と、ヒータ等の加熱アクチュエータＡｃｔ1 と、冷却器等の冷却アクチュエータＡｃｔ2 とから構成されている。
【００４９】
本実施の形態は、例えば冷却器とヒータを用いる予冷却・再加熱式の恒温槽の温度制御系において、加熱冷却機能の出力相殺を抑えて省エネルギーを実現しようとする場合に、この温度制御系を対象として適用することができる。
【００５０】
以下、本実施の形態の温度制御装置の動作について説明する。図７は図６の温度制御装置の動作を示すフローチャート図である。
最初に、温度制御加熱コントローラＰＩＤ＿H は、ＰＩＤ演算を実行して操作量出力ＭＶHOを次式のように算出する（図７ステップ２０１）。
ＭＶHO＝ＫｇH ｛１＋１／（ＴｉH ｓ）＋ＴｄH ｓ｝（ＳＰT −ＰＶT ）・・・（２０）
【００５１】
式（２０）において、ＫｇH 、ＴｉH 、ＴｄH はそれぞれ温度制御加熱コントローラＰＩＤ＿H の比例ゲイン、積分時間、微分時間、ＳＰT はコントローラＰＩＤ＿H の制御対象（不図示）について設定される温度設定値、ＰＶT はこの制御対象の制御量（温度計測値）である。比例ゲインＫｇH 、積分時間ＴｉH 、微分時間ＴｄH 及び温度設定値ＳＰT は予め設定され、制御量ＰＶT は図示しない温度センサによって計測される。
【００５２】
そして、温度制御加熱コントローラＰＩＤ＿H は、算出した操作量出力ＭＶHOを加熱アクチュエータＡｃｔ1 と温度制御冷却コントローラＰＩＤ＿C へ出力する。
次に、温度制御冷却コントローラＰＩＤ＿C は、ＰＩＤ演算を実行して操作量出力ＭＶCOを次式のように算出する（ステップ２０２）。
ＭＶCO＝ＫｇC ｛１＋１／（ＴｉC ｓ）＋ＴｄC ｓ｝（ＳＰ1 −ＰＶ1 ）・・・（２１）
【００５３】
式（２１）において、ＫｇC 、ＴｉC 、ＴｄC はそれぞれ温度制御冷却コントローラＰＩＤ＿C の比例ゲイン、積分時間、微分時間、ＳＰ1 はコントローラＰＩＤ＿C の設定値、ＰＶ1 はコントローラＰＩＤ＿C の制御量である。比例ゲインＫｇC 、積分時間ＴｉC 及び微分時間ＴｄC は予め設定される。
【００５４】
設定値ＳＰ1 として予め与えられる値は、省エネルギーと温度制御とを両立させることが可能な、操作量出力ＭＶHOの理想値（操作量出力ＭＶHOが０〜１００％に正規化されている場合において例えば１０％）である。
また、温度制御冷却コントローラＰＩＤ＿C は、温度制御加熱コントローラＰＩＤ＿H から出力された操作量出力ＭＶHOを制御量ＰＶ1 として式（２１）の計算を行う。
【００５５】
そして、温度制御冷却コントローラＰＩＤ＿C は、算出した操作量出力ＭＶCOを冷却アクチュエータＡｃｔ2 へ出力する。
以上のステップ２０１，２０２を１制御周期における処理とし、ステップ２０１，２０２の処理を制御周期毎に繰り返す。
【００５６】
温度制御系においては、温度制御のアクチュエータとして加熱アクチュエータＡｃｔ1 を利用するが、制御される温度範囲として低温側が自然冷却では不十分になる場合、供給される流体（例えば空気）を冷却アクチュエータＡｃｔ2 により冷却する必要がある。冷却アクチュエータＡｃｔ2 の出力が十分な分解能で精密な温度制御が可能なように構成されている場合は、一般的なヒートクール制御を適用するのが妥当である。しかし、冷却アクチュエータＡｃｔ2 の出力の分解能が不十分な場合は、冷却アクチュエータＡｃｔ2 により十分に予冷却した後に、加熱アクチュエータＡｃｔ1 により再加熱するように構成する。この場合、再加熱のヒータ出力が温度制御の操作量になる。
【００５７】
図８は本実施の形態の温度制御装置を恒温槽の温度制御に使用した例を示す図である。この恒温槽では、加熱アクチュエータＡｃｔ1 で加熱、冷却アクチュエータＡｃｔ2 で冷却した空気を循環させるようになっている。
温度制御加熱コントローラＰＩＤ＿H は、ＰＩＤロジックに基づき加熱用の操作量出力ＭＶH0を算出する。
【００５８】
ここで、加熱アクチュエータＡｃｔ1 の出力を下げることにより降温作用が得られる状態を実現するには、温度制御加熱コントローラＰＩＤ＿H の操作量出力ＭＶH0が少なくとも１０％程度で再加熱制御されている必要があり、予冷却を行なう冷却アクチュエータＡｃｔ2 は、加熱用の操作量出力ＭＶH0を制御変数として制御される。
【００５９】
すなわち、温度制御冷却コントローラＰＩＤ＿C は、設定値ＳＰ1 として温度制御加熱コントローラＰＩＤ＿H の加熱用操作量出力ＭＶHOの理想値を採用し、制御量ＰＶ1 として実際の加熱用操作量出力ＭＶHOを採用し、ＰＩＤロジックに基づき操作量出力ＭＶCOを算出する。
【００６０】
加熱用の操作量出力ＭＶHOが理想値（設定値）ＳＰ1 よりも高い場合は、冷却アクチュエータＡｃｔ2 による予冷却が過剰であることを意味している。この場合、温度制御冷却コントローラＰＩＤ＿C は、操作量出力ＭＶCOを下げるように作用する。これにより、予冷却の効果が減少し、制御量ＰＶT の上昇に伴って再加熱に必要な加熱用操作量出力ＭＶHOも低下するので、操作量出力ＭＶHOが理想値ＳＰ1 に一致する方向に近付く。
【００６１】
逆に、加熱用の操作量出力ＭＶHOが理想値ＳＰ1 よりも低い場合は、冷却アクチュエータＡｃｔ2 による予冷却が不足していることを意味している。この場合、温度制御冷却コントローラＰＩＤ＿C は、操作量出力ＭＶCOを上げるように作用する。これにより、予冷却の効果が増加し、制御量ＰＶT の低下に伴って再加熱に必要な加熱用操作量出力ＭＶHOも上昇するので、操作量出力ＭＶHOが理想値ＳＰ1 に一致する方向に近付く。
【００６２】
また、オペレータが温度設定値ＳＰT を例えば低い値から高い値に切り換えた場合には、昇温要求が発生したことになるため、温度制御加熱コントローラＰＩＤ＿H は操作量出力ＭＶH0を上昇させる。この場合、加熱用の操作量出力ＭＶHOが理想値ＳＰ1 よりも高くなるので、温度制御冷却コントローラＰＩＤ＿C は、予冷却過剰と見なして、操作量出力ＭＶCOを下げるように作用する。したがって、冷却アクチュエータＡｃｔ2 が昇温を妨げることがないように動作する。
【００６３】
逆に、オペレータが温度設定値ＳＰT を高い値から低い値に切り換えた場合には、降温要求が発生したことになるため、温度制御加熱コントローラＰＩＤ＿H は操作量出力ＭＶH0を低下させる。この場合、加熱用の操作量出力ＭＶHOが理想値ＳＰ1 よりも低くなるので、温度制御冷却コントローラＰＩＤ＿C は、予冷却不足と見なして、操作量出力ＭＶCOを上げるように作用する。したがって、冷却アクチュエータＡｃｔ2 が降温を促進するように動作する。
【００６４】
以上の構成により、加熱アクチュエータＡｃｔ1 を主アクチュエータ、冷却アクチュエータＡｃｔ2 を補助アクチュエータとして用いる温度制御系において、加熱冷却機能の出力相殺（予冷却過剰または予冷却不足）を回避しつつ、予冷却・再加熱を維持することができる。その結果、温度制御系全体にとって最低出力に近い制御を実現することができ、省エネルギーを実現することができる。また、昇温要求や降温要求の発生時においても、冷却アクチュエータＡｃｔ2 を適切に動作させることができるので、良好な制御性を得ることができる。
【００６５】
［第２の実施の形態］
図９は本発明の第２の実施の形態となる温湿度制御装置の構成を示すブロック図である。図９の温湿度制御装置は、温度制御コントローラＰＩＤ＿Tempと、湿度制御コントローラＰＩＤ＿Hum と、温度制御冷却コントローラＰＩＤ＿C と、温度制御出力分岐部Ｄ＿ＭＶ＿Tempと、湿度制御出力分岐部Ｄ＿ＭＶ＿Hum と、温度制御出力分岐部Ｄ＿ＭＶ＿Tempと湿度制御出力分岐部Ｄ＿ＭＶ＿Hum と温度制御冷却コントローラＰＩＤ＿C の各操作量出力を比較して、最も大きい操作量出力を冷却アクチュエータＡｃｔ2 に与える冷却出力最大値演算部Ｃ＿MAX2と、加熱アクチュエータＡｃｔ1 と、冷却アクチュエータＡｃｔ2 と、加湿アクチュエータＡｃｔ3 とから構成されている。
【００６６】
本実施の形態は、前述の参考例１と第１の実施の形態を組み合わせたものであり、アクチュエータとして加熱アクチュエータＡｃｔ1 、冷却アクチュエータＡｃｔ2 及び加湿アクチュエータＡｃｔ3 を用いる恒温恒湿槽等の温湿度制御系において、加熱冷却機能の出力相殺、加湿除湿機能の出力相殺を抑えて省エネルギーを実現しようとする場合に、この温湿度制御系を対象として適用することができる。
【００６７】
以下、本実施の形態の温湿度制御装置の動作について説明する。図１０は図９の温湿度制御装置の動作を示すフローチャート図である。
最初に、温度制御コントローラＰＩＤ＿Tempは、ＰＩＤ演算を実行して操作量出力ＭＶT を算出する（図１０ステップ３０１）。この動作は参考例１で説明した温度制御コントローラＰＩＤ＿Tempの動作と全く同じである。
【００６８】
温度制御出力分岐部Ｄ＿ＭＶ＿Tempは、温度制御コントローラＰＩＤ＿Tempから出力された操作量出力ＭＶT を温度制御に関するアクチュエータＡｃｔ1 ，Ａｃｔ2 に対して分岐出力する（ステップ３０２）。この動作は参考例１で説明した温度制御出力分岐部Ｄ＿ＭＶ＿Tempの動作と全く同じである。
【００６９】
次に、湿度制御コントローラＰＩＤ＿Hum は、ＰＩＤ演算を実行して操作量出力ＭＶH を算出する（ステップ３０３）。この動作は参考例１で説明した湿度制御コントローラＰＩＤ＿Hum の動作と全く同じである。
湿度制御出力分岐部Ｄ＿ＭＶ＿Hum は、湿度制御コントローラＰＩＤ＿Hum から出力された操作量出力ＭＶH を湿度制御に関するアクチュエータＡｃｔ2 ，Ａｃｔ3 に対して分岐出力する（ステップ３０４）。この動作は参考例１で説明した湿度制御出力分岐部Ｄ＿ＭＶ＿Hum の動作と全く同じである。
【００７０】
続いて、温度制御冷却コントローラＰＩＤ＿C は、ＰＩＤ演算を実行して操作量出力ＭＶCOを算出する（ステップ３０５）。この動作は第１の実施の形態で説明した温度制御冷却コントローラＰＩＤ＿C の動作とほぼ同様であるが、式（２１）の設定値ＳＰ1 として予め与えられる値は、省エネルギーと温度制御とを両立させることが可能な、操作量指示値ＭＶ1 の理想値である。また、温度制御冷却コントローラＰＩＤ＿C は、温度制御出力分岐部Ｄ＿ＭＶ＿Tempから出力された操作量指示値ＭＶ1 を制御量ＰＶ1 として式（２１）の計算を行う。
【００７１】
次に、冷却出力最大値演算部Ｃ＿MAX2は、温度制御出力分岐部Ｄ＿ＭＶ＿Tempから出力された操作量指示値ＭＶ2 と湿度制御出力分岐部Ｄ＿ＭＶ＿Hum から出力された操作量指示値ＭＶ4 と温度制御冷却コントローラＰＩＤ＿C から出力された操作量出力ＭＶCOの最大値ＭＶ2xを求めて、この最大値ＭＶ2xを冷却アクチュエータＡｃｔ2 へ出力する（ステップ３０６）。
【００７２】
すなわち、冷却出力最大値演算部Ｃ＿MAX2は、操作量指示値ＭＶ2 が操作量指示値ＭＶ4 より大きい場合、操作量指示値ＭＶ2 を最大値ＭＶ2xとし、操作量指示値ＭＶ2 が操作量指示値ＭＶ4 以下の場合、操作量指示値ＭＶ4 を最大値ＭＶ2xとする。
【００７３】
さらに、冷却出力最大値演算部Ｃ＿MAX2は、この最大値ＭＶ2xより操作量出力ＭＶCOが大きい場合、この操作量出力ＭＶCOを最終的な最大値ＭＶ2xとして冷却アクチュエータＡｃｔ2 へ出力し、操作量出力ＭＶCOが最大値ＭＶ2x以下の場合、この最大値ＭＶ2xをそのまま冷却アクチュエータＡｃｔ2 へ出力する。
以上のステップ３０１〜３０６を１制御周期における処理とし、ステップ３０１〜３０６の処理を制御周期毎に繰り返す。
【００７４】
以上のように、本実施の形態では、温度制御冷却コントローラＰＩＤ＿C は、設定値ＳＰ1 として操作量指示値ＭＶ1 の理想値（例えば１０％）を採用し、制御量ＰＶ1 として実際の操作量指示値ＭＶ1 を採用し、ＰＩＤロジックに基づき操作量出力ＭＶCOを算出する。
【００７５】
そして、冷却アクチュエータＡｃｔ2 については、温度制御側で求められた冷却器操作量指示値ＭＶ2 と湿度制御側で求められた冷却器操作量指示値ＭＶ4 と温度制御冷却コントローラＰＩＤ＿C で求められた冷却器操作量指示値ＭＶCOの最大値ＭＶ2xが冷却出力最大値演算部Ｃ＿MAX2で算出され、この最大値ＭＶ2xが冷却アクチュエータＡｃｔ2 へ出力される。
【００７６】
以上の構成により、アクチュエータとして加熱アクチュエータＡｃｔ1 、冷却アクチュエータＡｃｔ2 、加湿アクチュエータＡｃｔ3 を用いる温湿度制御系であり、特に温度制御については加熱アクチュエータＡｃｔ1 を主アクチュエータ、冷却アクチュエータＡｃｔ2 を補助アクチュエータとして用いる制御系において、加熱冷却機能の出力相殺や加湿除湿機能の出力相殺を削減することができ、温湿度制御系全体にとって最低出力に近い制御を実現することができ、省エネルギーを実現することができる。また、第１の実施の形態と同様に、昇温要求や降温要求の発生時においても、冷却アクチュエータＡｃｔ2 を適切に動作させることができるので、良好な制御性を得ることができる。
【００７７】
【発明の効果】
本発明によれば、温度制御を行うコントローラの加熱アクチュエータ及び冷却アクチュエータへの操作量出力のうち冷却アクチュエータへの操作量出力と、湿度制御を行うコントローラの加湿アクチュエータ及び冷却アクチュエータへの操作量出力のうち冷却アクチュエータへの操作量出力とを比較して、大きい方の操作量出力を冷却アクチュエータに対して与えることにより、温湿度制御系において、３つのアクチュエータのうち最大でも２つだけが動作するように保証することができ、出力相殺の発生を温度制御に関する加熱冷却機能の出力相殺と湿度制御に関する加湿除湿機能の出力相殺のどちらか一方に確実に限定することができる。その結果、温湿度制御系全体にとって最低出力に近い制御を実現することができ、省エネルギーを図ることができる。
【００７８】
また、加熱制御を行うコントローラの操作量出力を冷却制御を行うコントローラへの制御量入力として与え、この冷却制御を行うコントローラに対して操作量出力の理想値を設定値として与えることにより、加熱冷却機能の出力相殺（予冷却過剰または予冷却不足）を回避しつつ、予冷却・再加熱を維持することができる。その結果、温度制御系全体にとって最低出力に近い制御を実現することができ、省エネルギー化を図ることができる。また、昇温要求や降温要求の発生時においても、冷却アクチュエータを適切に動作させることができるので、良好な制御性を得ることができる。
【００７９】
また、加熱アクチュエータ、冷却アクチュエータ、加湿アクチュエータ、温度制御コントローラ、湿度制御コントローラ、温度制御出力分岐部、湿度制御出力分岐部及び冷却出力最大値演算部を設けることにより、出力相殺を最小限にして、省エネルギーを図れる温湿度制御装置を実現することができる。
【００８０】
また、加熱アクチュエータ、冷却アクチュエータ、加湿アクチュエータ、温度制御加熱コントローラ、温度制御冷却コントローラ、湿度制御加湿コントローラ、湿度制御除湿コントローラ、温度制御コントローラ切換処理部、湿度制御コントローラ切換処理部及び冷却出力最大値演算部を設けることにより、空調制御システム等において、出力相殺を最小限にして、省エネルギーを図れる温湿度制御装置を実現することができる。
【００８１】
また、加熱アクチュエータ、冷却アクチュエータ、温度制御加熱コントローラ及び温度制御冷却コントローラを設けることにより、恒温槽等の温度制御系において、出力相殺を最小限にして、省エネルギーを図れる制御装置を実現することができる。
【００８２】
また、加熱アクチュエータ、冷却アクチュエータ、加湿アクチュエータ、温度制御コントローラ、湿度制御コントローラ、温度制御出力分岐部、湿度制御出力分岐部、温度制御冷却コントローラ及び冷却出力最大値演算部を設けることにより、出力相殺を最小限にして、省エネルギーを図れる温湿度制御装置を実現することができる。また、温度制御冷却コントローラと冷却出力最大値演算部とを組み合わせることにより、省エネルギー効果を一層高めることができる。また、昇温要求や降温要求の発生時においても、冷却アクチュエータを適切に動作させることができるので、良好な制御性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考例１となる温湿度制御装置の構成を示すブロック
図である。
【図２】  図１の温湿度制御装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【図３】  温度制御コントローラから出力される操作量出力と温度制御出力分岐部から出力される操作量指示値との関係を示す図である。
【図４】  湿度制御コントローラから出力される操作量出力と湿度制御出力分岐部から出力される操作量指示値との関係を示す図である。
【図５】  本発明の参考例２となる温湿度制御装置の構成を示すブロック
図である。
【図６】  本発明の第１の実施の形態となる温度制御装置の構成を示すブ
ロック図である。
【図７】  図６の温度制御装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【図８】  本実施の形態の温度制御装置を恒温槽の温度制御に使用した例を示す図である。
【図９】  本発明の第２の実施の形態となる温湿度制御装置の構成を示す
ブロック図である。
【図１０】  図９の温湿度制御装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【符号の説明】
ＰＩＤ＿Temp…温度制御コントローラ、ＰＩＤ＿Hum …湿度制御コントローラ、ＰＩＤ＿Temp1 …温度制御加熱コントローラ、ＰＩＤ＿Temp2 …温度制御冷却コントローラ、ＰＩＤ＿Hum3…湿度制御加湿コントローラ、ＰＩＤ＿Hum4…湿度制御除湿コントローラ、ＰＩＤ＿H …温度制御加熱コントローラ、ＰＩＤ＿C …温度制御冷却コントローラ、Ｄ＿ＭＶ＿Temp…温度制御出力分岐部、Ｄ＿ＭＶ＿Hum …湿度制御出力分岐部、Ｃ＿MAX 、Ｃ＿MAX2…冷却出力最大値演算部、ＣＨ＿Temp…温度制御コントローラ切換処理部、ＣＨ＿Hum …湿度制御コントローラ切換処理部、Ａｃｔ1 …加熱アクチュエータ、Ａｃｔ2 …冷却アクチュエータ、Ａｃｔ3 …加湿アクチュエータ。
【図１】
0003805957.tif 000002
【図２】
0003805957.tif 000003
【図３】
0003805957.tif 000004
【図４】
0003805957.tif 000005
【図５】
0003805957.tif 000006
【図６】
0003805957.tif 000007
【図７】
0003805957.tif 000008
【図８】
0003805957.tif 000009
【図９】
0003805957.tif 000010
【図１０】
0003805957.tif 000011