JPS63283730A

JPS63283730A - 液体計量混合装置

Info

Publication number: JPS63283730A
Application number: JP62115891A
Authority: JP
Inventors: Noboru Higuchi; 登樋口; Keizo Matsui; 敬三松井; Chuzo Kobayashi; 小林　忠造; Shigeru Yamaguchi; 滋山口
Original assignee: Fuji Photo Film Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Holdings Corp
Priority date: 1987-05-14
Filing date: 1987-05-14
Publication date: 1988-11-21

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、多種類の原料液をそれぞれ計量後、混合して
新たな混合液を調整する液体計量混合装置に関する。特
に計量範囲の広い原料液を精密に能率よく計量混合する
液体計量混合装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、液体計量混合装置に適用される計量装置として、
高精度な計量を達成するために、供給液流速可変に設け
たものはなく、計量設定値に対応した流速に制限した計
量装置が用いられている。

また、従来タイプの液体計量混合装置においては、複数
の供給液容器から１つの受波容器に液を供給する場合、
それぞれの供給液容器に付属して計量装置を具備してい
る。

例えば、容積計量式を用いた場合、第８図に図示する様
に、ＡＳＢ液２液体液体容器しては２個の計量装置を使
用し、混合容器への流れ込み量の予測制御のため、制御
装置として２ループの制御機能を必要とする。

すなわち、供給液の流速は、Ａ液、Ｂ液の供給容器内の
液量、パルプ流量特性、液物性等により異なるため、同
一の制御機能では高精度な計量が期待できないことによ
る。

このことは、タンク計量方式においても同様であり、各
県には付属するアクチユエータの閉止弁はそれぞれ独立
ループの制御系で制御される必要がある。（特開昭５７
−２９１１４号、特開昭５８−１６３４２６号、特開昭
５６−７４７１５号、各公報参照）また、高精度な計量を実現するため、流速の異なるバル
ブを並列に設置して、所定の計量偏差にて切替する方法
があるが、この場合でも制御機能として、２ループの制
御が必要である。

ここで、２ループの制御機能と言う表現を使用している
のは、例えば、分散型制御装置等を使用した場合、１つ
の制御装置内で処理可能であり、制御装置が２個必要で
あるとは言えないからである。しかし、入出力点数、ソ
フトウェアからみた場合、２個の制御装置と言える。

またバッチ製造プロセスでは、多数の薬液を使用する場
合、これらの液物性が異なるので、同一容器にて累積計
量を行うことが出来ない場合が多い。従って、第７図に
示すような複数の受波容器を有して、混合可能な液種は
同一容器にて計量し、混合不可な液種は別に計量容器を
有するような製造システムとなる。このため、下流側に
反応、調製等のための調製タンク１０が必要である。

反応調製等のための調整タンク１０が固定式の製造シス
テムでは、多品種の製造を行う場合、品種の内容に応じ
て、設備化する必要があり、特に高精度の計量のために
は前述のとおり多数の計量タンク、調製タンク及びそれ
に付属する配管計量装置、制御装置、付属バルブ等が必
要となる。この場合、設備はある品種では使用されるが
、他の品種では使用されない装置があることとなり、非
常に、無駄の多いシステムとなり、設備のイニシャルコ
ストが増大する。更に、多目的の製造システムが近年叫
ばれているが、固定式の製造システムでは、配管系の変
更が必要となり、又その付帯装置の変更等が必要であり
、今以上に複雑な製造システムとなる。

そこで、これに対して近年計量タンク又は、調製タンク
を移動式にして計量装置を節減する移動式のバッチ製造
システムが提案されている。

しかし、従来の計量装置にこのシステムを採用した場合
、計量設定値の大小にて、計量時間が異なり、計量設定
値が大きいと、計量に時間がかかり、移動式の製造シス
テムにおける容量の搬送時間に制限を加えることとなる
。このため従来製造システムでは、搬送時間に制約を与
えないために必要数の計量装置を設置しているが、これ
は移動式製造システムの利点に相反することとなる。ま
た、このようなシステムではステージ１ンでの滞在時間
を更に延長させる結果となる。（計量曹定僅の範囲、計
量時間の制限、計量精度の条件等々から、非常に多くの
計量装置を必要とする。そのため、配管の結合等の動作
時間が増加する。）写真感光材料の製造プロセスにおい
ては、感光材料を取扱うので遮光性を保たねばならず、
結合する箇所の増大によるシステムの複雑化、また搬送
サイクルの変化は製品の性能に影響する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の液体計量混合装置では、供給液流速一定を前提と
した計量制御のため、以下の欠点を有する。

■計Ｍｔａ度：外乱や液物性の変化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。

すなわち、重力移送の場合、例えば供給側容器内の液残
存量の変化が大きいと流速がある条件範囲をはみ出すた
め、計量精度を悪くした。

また、このことは、供給液容器の流量をある幅内で制限
し、液量を常にある一定量以上に確保する必要があり、
供給液容器内残存液のロスを生じてランニングコストを
増加させた。

■計量範囲：計量範囲が狭い。

この理由は、計量停止しても、系の応答遅れによる流れ
込み量があり、この量が供給液流速により決定されるた
め、流速一定のもとでは、計量範囲を狭めることにより
、許容できる流れ込み量を保証している。従って、同一
液の計量であっても、計量設定値が大きく相異する場合
はおのおの適性な計量範囲の計量装置が必要であり、装
置数が増加する。

■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（なる。従って、製造サイクル上適性な計量時間
の計量装置が計量設定値に応じて必要であり、装置数が
増加する。

また従来の液体計量混合装置は、前述した理由により、
独立に制御される計量装置を、供給液容器毎に多数台設
置し、かつ製造能力の制限による最適計量時間毎に設置
しているため、システムを複雑にすると共に、非常に多
くの計量装置が設備化された。

又従来の計量方式ではオーバル流量計の様に容積計量方
式が良く用いられており、使用中は配管内に液の充填が
必要であり、これが原料液のロスとなる問題点を有して
いた。

本発明の目的は、上記事情に基づいてなされたもので、
外乱や液物性の変化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、広範囲な計量範囲を確保し
、′かつ計量設定の大小に左右されないで短時間計量を
実現する計量制御装置を用い、これによりシステムを構
成し、設備の簡素化並びに製造能力の増強と、原材料ロ
スの低減を計り、 ■装置台数の低減によるイニシャルコスト低減■装置台
数の低減によるメンテンスエ数低減■装置台数の低減に
よる信頼性向上による故障低減 ■原材料ロスの低減によるランニングコスト低減の経済
効果の高い液体計量混合装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の上記目的は、複数の供給液容器より複数液を累
積計量して受波容器に受け混合する装置であって、該供
給液容器からの液の計量装置を受波容器側に有し、供給
液計量制御装置が供給液計量値に対応し前記開度調整弁
の開度をファジィ推論により変化させ供給液流速を変化
させて計量するクローズドループ制御の精密計量制御装
置であり、更に受波容器の移動装置を有することを特徴
とする液体計量混合装置によって達成される。

本発明の構成要素について詳しく説明する。

（１）供給液容器：計量される供給液を貯蔵する容器、
容器の容量は、製造に適したスケールを要する。本発明
にて、供給液溶器の残量の制限は無く、理論的には残量
０まで計量できる。又、液の物性値（例えば、粘度等）
に影響されず、流出可能な液物性値を有していれば、ど
んな液でも残量０まで計量可能である。

（２）開度調整弁：供給液容器数に対応した個数分の開
度調整弁を有し、弁の開度を変化させる事で供給液流速
を広範囲に亘って変化させる流速制御弁である。また、
弁の流量特性は、弁開度０％近傍で全閉とし、ｌＯ％程
度近傍から液が流れる構造を有している。１０％以上の
流量特性は、クイックオープン特性以外の特性を有する
。

駆動としては、例えばＡＣサーボモータ等があ（３）受
波容器：製造スケールに適した容量の容器。混合可能な
液については、累積計量にて計量する。計量移液毎の洗
浄を行えば、混合不可の場合でも単独に同一容器にて計
量できる。攪拌混合を本容器にて行うことも可能である
。

（４）計量装置：受波容器側に設置され１台の計量装置
によって複数の供給液容器よりの液の計量を行う、累積
計量が可能である。ロードセル、差圧伝送器、レベル計
等タンク計量方式を用いる。

供給液容器に取付ける場合と、供給液容器を計量台に乗
せる場合とある。

（５）計量制御装置：流速を変化させるクローズドルー
プ制御の精密計量装置であり、ファジィ推論による制御
方式により、開度調整弁の弁開度を可変にする。即ち、
弁の初期開度は弁の流量特性と計量設定値により、また
、その後の弁開度の推移は供給液計量値と計量設定値と
に基づいたファジィ制御により行われる。切替装置付に
することによって、複数の液を同一受波容器にて亦１台
の計量装置にて累積計量が可能であり、装置数を低減出
来る。

（６）切替装置：複数の開度調整弁を、１台の駆動制御
装置にて制御するための装置であり、計量制御装置の構
成の一部である。これによって開度調整弁１個宛に計量
制御部、駆動制御部を取付けなくて済む。

（７）移動装置：受波容器を搬送させるための移動装置
である。搬送方法としては、無人搬送車、コンベア等が
ある。又、搬送物として、受波容器自体に搬送機能があ
る場合と、受波容器と分離する場合がある。

本発明の基本構成要素は、上記の通りであるが、流速を
可変するクローズドループの計量制御装置を用いる事が
基本となり、かつその計量制御装置はファジィ制御を行
う。

亦、他に種々の付帯装置を設置する場合がある。

例えば、洗浄のため、各容器にスプレーボール等を設置
し、配管途中に切替弁を設置する。又、各容器に混合等
のため攪拌機を設定する。更に、保温のため恒温槽等か
らの温水循環等を行う。

〔作　　用〕

本発明は複数の供給液容器より複数液を累積計量して受
波容器に受け混合する装置であって、該供給液容器が供
給液配管に開度調整弁を有し、供給液容器からの液の計
量装置を受波容器側に有し、供給液計量制御装置を各供
給液計量値に対応し、前記それぞれの開度調整弁の開度
をファジィ推論により変化させ供給液流速を変化させて
計量するクローズドループ制御の切替装置付精密計量制
御装置であり、更に受波容器の移動装置を有することを
特徴とする液体計量装置により、クローズドループ制御
の精密計量制御装置だけでも各種供給液容器に対し、計
量範囲の大小に左右されないで１種類の供給液容器に対
し１ケの開度調節弁で済ませるようになり、少なくとも
混合してもかまわない一緒に累積計量できる複数の供給
液容器に対しては連結管を用いて一つの受波容器（計量
タンク）と一つの計量装置と、一つの切替装置付計量制
御装置で計量が可能となり、大幅に装置を単純化してし
かも各供給液容器よりの液計量を精度良く短時間に行う
ことが出来る。

更に受波容器の移動装置を備えることにより、■各供給
液容器の供給液配管は連結管を使用せず単純化出来、洗
浄の必要性が減り設備が簡単化する。■受波容器（計量
タンク又は計量ポット）は移動出来るため、全ての調整
タンクに固定配管無しで計量した液を配給することが出
来るので、受波容器を少くして設備の融通性が出来る。

従って多品種の製造を行う場合、受波容器側の設備の遊
休を無くすることが出来るし、処決変更等に対しても設
備の増設を極力減らして対応することが出来る。■又受
波容器（計量ポット）の移動により計量サイクルを早く
することが出来るので、少量液調製により経時変化を少
くおさえることが出来る。■供給液容器よりの液の計量
タンクに撹拌機を取り付は反応タンクとして用いること
も出来る〔実施態様〕本発明の実施態様を図によって更に詳しく説明する。

第１図に示す様に、累積液間の汚染等が問題とならない
液のグループとしてＭグループあり、その中にそれぞれ
Ｎ個の薬品がある場合について考える。製造する品種数
が多数あるとするが、どの製造品種においても薬品の使
用総数は、ＭＸＮＸＮ下である。従来の製造システムで
は、移動式、固定式を問わず、計量範囲、計量時間、計
量精度から、同種であっそも製造品種専用に薬品の供給
液容器１、計量装置５を必要としＭＸＮＸＮ上の装置台
数になった。しかし、本発明では、流速可変のクローズ
ドループの計量制御装置を採用し、かつ該計量制御装置
がファジィ制御するため、計量範囲、計量時間、計量精
度に対する心配は不要になり供給液容器１は、ＭＸＮ個
の台数で良く、計量装置５は液の汚染の問題がなければ
、搬送能力から決定した非常に少ない台数で良い。

ここでは、Ａ、８２台の計量装置５（ロードセル）を想
定する。供給液容器１については、ＭＸＮ個の台数で良
いが、計量装置５の数は薬品調製時間、品種の製造スケ
ール等から判断して決定されるため、供給容器１の台数
はそれ以上の台数を必要とする場合がある。

各計量装置は、第２図に示す制御ブロックの内容の計量
制御装置６を有しており、該計量制御装置の出力は切替
装置７の切替により複数の開度調整弁２（１〜Ｎ）に選
択出力される。つまり同一の制御アルゴリズムにて多数
の薬品（１〜Ｎ）の計量が同一の受波容器４（計量ポッ
ト）にて行われる。

前記開度調整弁２（１〜Ｎ）は、第３図に図示する如く
、それぞれの流量特性がイコールパーセント特性を有す
ると共に、弁開度０％近傍で全閉とし、ｌＯ％程度近傍
から液が流れ出す特性を有している。

前記計量制御装置６は、フィルタ演算部６１゜ファジィ
制御部６２及び駆動制御部６３とから構成されており、
前記開度調整弁２（１〜Ｎ）の流量特性、計量装置５に
より得られる計量値及び計量設定値とに基づいてファジ
ィ制御を行い、前記開度調整弁２（１〜Ｎ）の弁開度を
制御する。

次に、本発明の液体計量混合装置の動作プロセスを説明
する。

上位の製造制御装置より、移動させるための例えば無人
搬送車９に対し、受波容器４の計量ポットＡをステーシ
ョン１に移載する指示が出される。

更に、計量装置５（ロードセルＡ）に対し、所定の供給
液容器１　（例えばタンク１２）の薬品を計量する指示
が出される。切替装置７は系統選択信号により切替り、
選択された前記タンク１２の開度調整弁２（１２）及び
閉止弁３（１２）が計量制御装置６により制御可能に設
ける。

また、上位の製造制御装置より、付帯装置である供給液
容器の結合装置１２が、受波容器４（計量ポットＡ）の
結合装置部と結合する指示が出される。このような初期
状態を通じて、計量準備が確認できると、上位から計量
開始が指示される。

計量開始指令により、前記閉止弁３（１２）が開となり
、前記開度調整弁２（１２）が、予め定められた開度と
なるように、計量制御装置６から位置指令が伝送され、
前記タンク１２の駆動モータ８（１２）を駆動して指示
された位置に開度調整弁２（１２）の弁ボートを設定し
て、開度を調整し、原材料の流れを引き起こす、この際
、弁の初期開度は、弁の流量特性と計量設定値とにより
、計量制御装置のファジィ制御部６２がファジィルール
に基づいて算出する。これにより、前記タンク１２の原
材料は、受波容器４に移送され始める。

前記タンク１２の計量装置！５（ロードセルＡ）は、移
送された原材料の重量を検知し、その値を計量制御装置
６にフィードバックする。

前記計量制御装置６は、フィードバックされた供給液計
量値から、ファジィ制御部６２が計量設定値との偏差、
偏差の時間変化量を演算すると共に、これら量にローパ
スフィルタ処理を施した値を算出する。前記ファジィ制
御部６２はこの算出された値をもとに、ファジィルール
に基づく推論演算を行い、次の制御周期において適切な
流速となる弁開度を得る。

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図のような形を有する。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、制御性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、−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。

計量開始後、計量偏差が小さくなると、開度調整弁２（
１２）は開度を絞り、微小流速となる。

計量偏差、計量偏差の時間変化量が小さくなり、計量偏
差がある値以下になると、計量停止し、閉止弁３　（１
２）は全閉方向に移動する。このとき、流速は微小であ
り、流れ込み量は微小である。よって、計量停止後の流
れ込み量は小さくなり、計量精度は、流速変動に依存せ
ず向上する。また、前記開度調整弁２（１２）は、第３
図の流量特性を有することにより、偏差０近傍にて弁開
度約１０％程度をファジィ推論演算に基づき推移する。

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より、ガタ等の悪影響を吸収
し、高精度の計量が出来る。更に、計量範囲において、
計量設定値とかプロセスの系により開度調整弁の動作が
変わり、計量設定値の大小を問わず同一計量装置にて計
量ができ、計量範囲が拡大する。又、計量時間において
も、前記開度調整弁の動作パターンが変化し、計量設定
値の大小を問わず、はぼ同一の短時間の計量ができる。

以上の内容の動作を品種内容に従い、実行し、品種内の
全薬品を計量すると、下流工程の調製タンクに移液する
動作に移る。

上位からステーション３への移動指示が出されると、無
人搬送車９は、受波容器４（計量ポットＡ）をステーシ
ョン３に搬送する。゛そして、配管接続装置に結合され
る。調整タンク１０が第１図のような移動装置であれば
、この調整タンク１０も移動して、配管接続装置の下部
に結合される。

結合が確認されたのち受波容器４（計量ボッ・）Ａ）の
底弁が搬送制御装置にて制御され、開となり液が移液さ
れる。

第１図はステーション１．２に計量装置５を配置（ロー
ドセルを配置）して、所定の位置での計量システムで無
人搬送車９で搬送する形式であるが、第４図の如く受波
容器４（計量ポット）そのものが計量装置４と車輪１０
０付の搬送機能をもつ形式のものでもよい。このように
構成することにより、第１図に比べ結合装置がステーシ
ョンに固定されない、但し、各結合位置に位置検知セン
サー等の電気関係の接続装置を必要とする。

第５図のように受波容器４（計量ポット）に攪拌機１０
１翼部を付加し、該受波容器４が攪拌機ステーション１
０２に搬送されることにより、受波容器４に混合、反応
等の機能を持たせて調整タンクとして位置付けると、よ
り効率の良いシステムとなる。

計量のための計量装置４として、前記実施態様では、ロ
ードセルを例として挙げたが、他のタンク計量式計量器
を用いても同様である。特に、第４図、第５図において
タンクに差圧伝送器等を使用すると、受波容器（計量ポ
ット）を自走車に固定することが出来、受波容器の製作
が容易となり、振動等の影響が無くなる。

受波容器４（計量ポット）に右ける加算計量と更に供給
液容器１　（タンク）に計量装置をつけて減算計量との
機能をもつ計量制御装置を使用すると、より広範囲な精
密計量が可能となる。

〔発明の効果〕

本発明の複数の供給液容器より複数液を累積計量して受
波容器に受け混合する装置であって、該供給液容器が供
給液配管に開度調整弁を有し、供給液容器からの液の計
量装置を受波容器側に有し、供給液計量制御装置が各供
給液計量値に対応し前記それぞれの開度調整弁の開度を
ファジィ推論により変化させ供給液流速を変化させて計
量するクローズドループ制御の切替装置付精密計量制御
装置であり、更に受波容器の移動装置を有することを特
徴とする液体計量混合装置により、本発明の制御装置の
採用によるシステムにおいては、外乱による流速変動に
影響されない高精度な計量が実現出来１．また広範囲な
計量範囲でも計量時間が短時間で迅速に、可能になる。

更に、設備の簡単化と計量装置台数の低減となり、大規
模設備であっても製造能力が増大し、大規模調製による
製品品質の向上と原材料のロスの低減を実現出来た。そ
れによってイニシャルコストダウン、メンテナンスコス
トダウン、ランニングコストダウン、信転性の向上を得
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液体計量混合装置の１実施例のフロー
シート、第２図は本発明に係わるクローズドループ制御
のブロック図、第３図は開度調整弁の流量特性図、第４
図、第５図は本発明の他の実施例を示すフローシート、
第６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７図、第８図は従来の液体計量混合装置の１実施
例のフローシートである。１・・・供給液容器　　２・・・開度調整弁３・・・閉
止弁　　　　４・・・受波容器５・・・計量装置　　　
６・・・計量制御装置７・・・切替装置　　　８・・・
駆動モータ９・・・無人搬送車１０・・・調整タンク代理人　弁理士（８１０７）　　佐々木　清隆第６図

Claims

【特許請求の範囲】

複数の供給液容器より複数液を累積計量して受波容器に
受け混合する装置であって、該供給液容器が供給液配管
に開度調整弁を有し、供給液容器からの液の計量装置を
受波容器側に有し、供給液計量制御装置が各供給液計量
値に対応し前記それぞれの開度調整弁の開度をファジィ
推論により変化させ供給液流速を変化させて計量するク
ローズドループ制御の切替装置付精密計量制御装置であ
り、更に受波容器の移動装置を有することを特徴とする
液体計量混合装置。