JP2587235B2

JP2587235B2 - 液体計量方法

Info

Publication number: JP2587235B2
Application number: JP62106412A
Authority: JP
Inventors: 登樋口; 敬三松井; 忠造小林
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1987-05-01
Filing date: 1987-05-01
Publication date: 1997-03-05
Anticipated expiration: 2012-03-05
Also published as: JPS63273013A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は液体計量方法に関し、更に詳述すれば、計量
途中に得られる観測量に基づいてファジィ推論を行い、
被計量体の流速を逐次変化させることにより、計量精度
の向上、計量範囲の拡大及び短時間計量を実現する液体
計量方法に関する。

（従来技術）液体計量においては、検出方式として、重量式（ロー
ドセル等）、圧力式（差圧伝送器等）、容積式（オーバ
ル流量計等）等、様々な方式がある。

しかし、いずれの方式においても、計量制御として流
速一定が前提であり、連続的に流速を可変させるクロー
ズドループの計量制御方式はない。

従来、計量精度を向上させる方法として、下記の技術
が実施されている。

流速を２段階に分割して、計量設定値の近傍にて、
遅い流速側に切り換えて計量する技術（例えば特開昭56
−148019号公報）。

具体例１）流速の異なる２種類の装置を設置して、計量
設定値と実計量値との偏差がある条件値に達すると切り
換える。

２）流速を２種類の固定条件に切り換えられる機能を有
した単一装置を設置して、１）と同様に偏差がある条件
値に達すると切り換える。

３）１）、２）の内容において、ソフトウェア機能とし
て学習機能を付加して、前回の計量実績値から、切り換
えを指令する条件値を修正する。

計量停止条件として、流れ込み量（落差量とも言わ
れる）があり、この量を予測して事前に計量を停止させ
て計量する技術（例えば特開昭57−29114号公報）。

具体例１）計量設定値と実計量値との偏差がある条件に
達すると計量停止させる。

２）−３）と同様であるが、前回の計量実績値から演
算して、計量停止を指令する条件値を修正する。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、従来の計量制御では、流速一定或いは
前述したとおり流速を２段階に分割して切換えているも
ののある範囲内では固定しての計量のため、下記の欠点
がある。

計量精度：外乱による流速変動や液物性（粘度な
ど）の違いによる流速変動により、精度が保証されない
事態を生じる。

例えば、重力移送の場合、上流側容器内の被計量体の
残存量（以下、本明細書ではこの残存量をヘッド差と呼
ぶ。）により、流出する被計量体に流速変動を生じる
が、ヘッド差の変化が大きいと流速がある条件範囲をは
み出し、精度が悪化する。また、このことは、上流側容
器のヘッドの変化巾に制限を生じさせる結果となり、ヘ
ッド差を所定範囲内に維持しておくためには、計量の停
止或いは上流側容器に適宜原材料を補給しなければなら
ず、計量値以上の原材料を準備することは、二次的に原
材料のロスの発生につながる。

計量範囲：流速を制限しているため、計量可能な
最小計量値及び最大計量値の比は通常1:5程度である。

流速の２段設定タイプでも、最大1:10程度となる。

このように、計量範囲が狭い理由は、計量停止して
も、系の応答遅れによる流れ込み量があり、この量が流
速により決定されるため計量設定値が小さい場合に、こ
の量が精度の保証範囲を越え、その結果計量レンジが制
限される事となる。

多品種対応の製造プラントにおいては、同一原材料に
おいても計量レンジとして最大1:100程度のものもあ
り、計量設定値範囲にて計量装置を選択する必要があ
る。

計量時間：計量設定値により計量時間が左右され
る。

計量設定値が小さい場合は、計量時間は短く、大きい
場合は長くなる。

計量設定値が小さい場合は、系の動作時間のバラツキ
があり、計量精度を保証できず、計量範囲を狭くするこ
とにもつながる。

更に、計量された複数種の被計量体を混合して新たな
品種を生産するシステム全体から見ると、製造能力が個
々の計量時間に左右され、これら計量時間は、特にパイ
プレスの移動方式の製造システムにおいては、搬送能力
を制限することとなる。

（発明の目的）本発明の目的は、上記事情にもとづいてなされたもの
で、外乱による流速変動に影響されない高精度な計量を
実現すると共に、ワイドレンジな計量範囲を確保し、か
つ計量設定値の大小に左右されない短時間計量を実現す
る液体計量方法を提供することにある。

更に、本発明の他の目的は、システム構成、バルブ流
量特性・液物性（粘度など）に左右されず、容易な調整
のみで、高精度、広範囲、短時間計量を実現する液体計
量方法を提供することにある。

すなわち、本発明は、液体についての計量に限定して
より高精度な計量を実現するものであり、従来計量装置
における制御方式、開度調整弁、被計量体の流量を測定
する検出器等における下記の欠点を解消することにあ
る。

従来の計量制御では、流速一定を前提としている
が、バルブの流量特性は、ヘッド差、液物性等にて変化
し、計量精度を悪化させる。

検出器の動特性により、観測量が見掛け上ある変動
巾をもつため、計量精度を悪化させる。

バルブの流量特性において、リニアな特性をもた
せ、且つ同一の特性を持たせることは難しく、バルブ毎
に流量特性がことなり、又、システム構成によっても流
量特性が異なる。そのため、高精度の計量を確保するた
めには、構成毎に調整を必要とする。

（発明の概要）本発明は、任意に設定される計量設定値と帰還される
実計量値とにより流速を変化させるクローズドループの
液体計量方法において、液流量を制限する開度調整弁の
流量特性と計量設定値とによりファジィ推論を行い、計
量開始前の弁の初期開度を決定し、計量開始後は、逐次
観測される実計量値と計量設定値との偏差及び偏差の時
間的変化量を観測量とし、偏差と偏差の時間的変化の領
域をメンバシップ関数表現し、かつ、観測量に対応する
軸の分割を観測量の小さい区間は細かくるように表現
し、このメンバシップ関数で表現された領域の移行関係
をファジィルールで表現し、これらからファジィ推論を
行い、そのファジィ推論の結果に基づいて前記開度調整
弁の弁開度を変化させることを特徴とする液体計量方法
にある。

（実施態様）以下、図面に基づいて本発明の実施態様を説明する。

第１図は、本発明の１実施態様に適用される液体計量
装置であり、本実施態様では、計量タンクから流出され
た液量を観測する減算式計量に基づいて説明する。

図において、１は計量制御装置、２は計量タンク８に
重点された原材料の重量を測定するロードセル、３は重
量計増幅器、４は計量制御装置１により制御されるサー
ボドライバ、５はサーボドライバ４により駆動され、後
述する開度調整弁を可動するサーボモータ、６は計量タ
ンク８からの流出液量を調整する開度調整弁、７は計量
制御装置１により制御され、液の流出を停止させるスト
ップ弁である。また、前記開度調整弁６は流量特性が第
３図の（１）に示すようなそれぞれの特性を有してい
る。

次に、本発明の液体計量方法について説明する。第２
図は、本発明の計量方法に係わる制御プロセスを示して
いる。

第１図及び第２図において、計量設定値が計量制御装
置１に与えられると、計量制御装置１のファジィ制御部
（第２図、符号１−２）にて、第３図の弁の流量特性か
らファジィ推論による弁の初期開度が算出される。この
時の、メンバシップ関数は、第８図に示すように、計量
の設定値に対して開度調整弁の初期開度の係数を関数付
けるものであり、例えば、設定値が1000gであれば、初
期開度の係数は×0.5となる。このようにして得た初期
開度が、第７図（ａ）および（ｂ）における計量時刻ゼ
ロにおける弁開度である。計量制御装置１は、計量開始
と同時に初期開度設定値を、サーボドライバ４を通じて
開度調整弁６のサーボモータ５に指示する。これにより
液が計量タンク８から流出し、ロードセル２の実重量値
が変化する。また、計量制御装置１は所定の制御周期に
て重量増幅器３よりの実重量値を繰り返し計測してお
り、計量制御装置１の中のファジィ演算部（第２図、符
号１−１）が、計量設定値と実重量値との偏差及び偏差
の時間的変化量を算出すると共に、これら量にローパス
フィルタ処理を施した観測量を算出すると、ファジィ制
御部１−２が定められたファジィルールに基づき、すな
わち、偏差と偏差の時間的変化分をメンバシップ関数に
表現し、それぞれのバランス領域に移行する条件を定め
たファジィルールに従って弁開度の変化分を求めるファ
ジィ推論を行う。この際、ファジィ推論によるメンバー
シップ関数は、偏差量及び偏差時間変化量の各物理量に
対応する軸の分割が物理量の小さい区間を細かくした、
例えば片対数とする第４図および第９図に示す形を持た
せる。これは、計量精度向上並びに短時間計量を目的と
するためであり、偏差量が大であれば、制御精度の良い
事は必要なく、偏差量が小である場合に制御精度を向上
させる必要があるからである。このことは、一次フィル
タ処理機能にも当てはまり、偏差量等が小さい場合に一
次フィルタの偏差量等を使用し、計量検出器の動特性を
緩和して計量精度を向上させる。

なお、第９図は、メンバシップ関数のそれぞれの区間
に対応する、偏差及び偏差の時間的変化量のバランス領
域を示し、図中のバランス点は、それぞれの領域におい
て弁開度の変更を必要としない点を示している。

計量開始後、観測量が第９図中のどこに位置するかに
対応して、それぞれのバランス領域に移行する条件を定
めたファジィルールに従ってファジィ推論を行い、その
結果により開度調整弁６は適切な開度となるように制御
され、次第に計量偏差が小さくなるにつれ、開度調整弁
６の開度も次第に絞まる方向になり、流速は小さくな
る。この時、第３図の流量特性を開度調整弁６が有して
いれば、弁開度は、偏差０近傍においては弁開度約10％
程度の領域すなわち、デッドゾーンにファジィ推論演算
に基づき推移する。デッドゾーンでは弁開度の所定の範
囲において流量が出ない。従って、弁の機械的ガタ等が
あっても、このデッドゾーン及びファジィ制御方式にて
弁開度変動が小さいことによりこのガタ等の悪影響が吸
収され、高精度の計量ができる。

更に、本発明を、第５図に図示する複数のタンク11,1
2から供給される被計量体を１つの計量タンク16に混合
してロードセル15にて計量する累積計量系に適用する
と、上流側タンク11,12にそれぞれ付属した開度調整弁1
3,14の流量特性が異っても、第３図に示したデッドゾー
ン近傍の特性があまり変わらなければ、計量開始後の開
度調整弁の挙動は異なるが、計量終了直前の挙動はほぼ
同等となり、同一のメンバーシップ関数並びにファジィ
ルールにて計量できる。

従って、システム構成、バルブ特性・液物性等の違い
に因らず容易に高精度、広範囲、短時間の計量が達成出
来る。

次に、本発明に基づいて行った実験結果について述べ
る。

この実験は、先の第１図に示した計量装置において行
った。

本結果の計量装置は、最大10kgの計量ができ、ロード
セルの精度は5000分の１である。FCV（開度調整弁）は
サーボモータにて位置制御され、計量制御装置から位置
指令が出力される。

第６図は、２種類の開度調整弁の流量特性を示す。こ
の２種類の開度調整弁を第１図の構成系に順次設置して
制御方式等全く変更せずに計量を行った。

第７図は、その時の1000g計量結果を示す。図７−ａ
は図６−ａの流量特性を持つ開度調整弁の結果であり、
図７−ｂは図６−ｂの結果である。

第７図から明らかなとおり、当然開度調整弁の弁開度
の動作パターンは変わるが、ほぼ同じ計量時間で、高精
度の計量結果が得られた。

また、本計量系では、第６図に示しているように、液
の残存量（ヘッド差）により同一開度であっても流量、
すなわち流速は異なる。そして、当然弁開度の動作パタ
ーンは異なるものの、計量時間、計量精度共に同一の結
果を得た。又、計量範囲についても、1:100の範囲に
て、±1.0g以内の精度が保証された。

前記実施態様では、計量検出器としてロードセルを用
いているが、ロードセルの代りに差圧伝送器、液面計等
の計量値が観測できるものであれば、何れの検出器でも
よい。

また、開度調整弁の駆動装置としてサーボモータを例
として示したが、位置制御出来る装置であれば、いずれ
の機器でも実現できる。

（発明の効果）以上記載したとおり、本発明により、下記の効果が得
られる。

開度調整弁の流量特性、計量システムの構成等に依存
せず、同一のメンバーシップ関数並びにファジィルール
にて、下記の効果が得られる。

外乱による流速変動に影響されない高精度な計量の
実現計量設定値の範囲の広いワイドレンジの計量の実現計量設定値の大小に依存しない短時間の計量の実現更に、計量制御装置として、低容量のメモリにて容易
に製作でき、装置価格のコストダウンができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施態様に適用される液体計量装置
を説明する図、第２図は第１図を装置における制御プロ
セスを説明するブロック図、第３図は開度調整弁の流量
特性図、第４図はファジィ制御のメンバーシップ関数を
説明する図、第５図は本発明が適用される累積計量装置
を説明する図、第６図は本発明の実験のために、第１図
の計量装置に適用される開度調整弁の流量特性図であ
り、（ａ）は流速大のタイプを、（ｂ）流速小のタイプ
を、それぞれ示した図であり、第７図は実験により得ら
れた計量結果を示す図であり、（ａ）及び（ｂ）は第６
図のそれとそれぞれ対応した図、第８図は弁開度の初期
値を決めるメンバシップ関数を説明する図、第９図は偏
差と偏差の時間的変化量から弁開度を決めるメンバシッ
プ関数を説明する図である。１……計量制御装置、2,15……ロードセル、３……重量計増幅器、４……サーボドライバ、５……サーボモータ、6,13,14……開度調整弁、７……ストップ弁、８……タンク、 16……計量タンク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小林忠造南足柄市中沼210番地富士写真フイルム株式会社内 (56)参考文献特開昭51−147356（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−202504（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−185826（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−56118（ＪＰ，Ａ) 実開昭51−123049（ＪＰ，Ｕ) 計測自動制御学会論文集，Ｖｏｌ. 20，Ｎｏ．８、昭和59年８月、Ｐ．720 〜726，自動学習ファジーコントローラの項参照

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】任意に設定される計量設定値と帰還される
実計量値とにより流速を変化させるクローズドループの
液体計量方法において、液流量を制限する開度調整弁の
流量特性と計量設定値とによりファジィ推論を行い、計
量開始前の弁の初期開度を決定し、計量開始後は、逐次
観測される実計量値と計量設定値との偏差及び偏差の時
間的変化量を観測量とし、偏差と偏差の時間的変化の領
域をメンバシップ関数表現し、かつ、観測量に対応する
軸の分割を観測量の小さい区間は細かくするように表現
し、このメンバシップ関数で表現された領域の移行関係
をファジィルールで表現し、これらからファジィ推論を
行い、そのファジィ推論の結果に基づいて前記開度調整
弁の弁開度を変化させることを特徴とする液体計量方
法。