TWI751539B

TWI751539B - 溫度調節計及異常判斷方法

Info

Publication number: TWI751539B
Application number: TW109114058A
Authority: TW
Inventors: 谷口直俊; 菅原文仁; 岩切研
Original assignee: 日商阿自倍爾股份有限公司
Priority date: 2019-05-17
Filing date: 2020-04-27
Publication date: 2022-01-01
Also published as: CN111949054A; TW202043958A; JP2020187685A; KR20200132684A

Abstract

一種溫度調節計及異常判斷方法，在於能更確實地防止由感測器偏離適當的測定部位而導致的加熱器破損。測定部測定加熱器的溫度。計算部基於測定部所測定的測定溫度及預先設定的設定溫度來計算用於控制加熱器的控制值。當計算部所計算出的計算值超過預先設定的控制值上限時，控制部將控制值上限作為控制值而輸出。檢測部檢測計算部所計算出的計算值超過從控制部輸出的控制值上限。測量部測量如下狀態持續的時間，所述狀態為檢測部檢測到計算值超過從控制部輸出的控制值上限的狀態。

Description

溫度調節計及異常判斷方法

本發明關於一種對控制物件的溫度進行控制的溫度調節計及異常判斷方法。

對各種溫度環境等的溫度進行調節的溫度調節計，將使用熱電偶或測溫電阻體等溫度感測器所檢測出的監視物件的溫度進行數值顯示，而且根據所檢測出的溫度及設定溫度而求出對加熱器的控制值，控制監視物件的溫度。

此外，加熱器當錯誤操作時會破損，因此對於溫度調節計等控制加熱器的設備，通常可進行下述那樣的警報設定或控制值的設定（參照專利文獻1、專利文獻2）。加熱器的利用者使用這些功能來輸出警報，而且限制流經加熱器的電流。

·監視溫度，以不加熱至加熱器的製造廠商所規定的溫度以上（溫度上限警報）。 ·監視溫度變化率，以不成為加熱器的製造廠商所規定的升溫速度以上（溫度變化率警報）。 ·監視溫度調節計的控制值（操縱變數（Manipulated Variable，MV）值）的上限，當超過警報上限值時發出警報（MV值上限警報）。 ·設定控制值（MV值）的上限（控制值上限），以使溫度調節計不產生必要以上的輸出（控制值上限設定）。 ·測定流經加熱器的電流，當流通設定值以上的電流時發出警報（過電流警報）。 [先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本專利特開平09-243098號公報專利文獻2：日本專利特開平01-298385號公報

此外，如所述那樣，當控制值（MV值）的上限（控制值上限）設定為例如80%時，即使通過比例積分微分（Proportion Integral Differential，PID）控制等運算根據檢測出的溫度及設定溫度求出的MV值為100%，實際輸出的MV值也成為設定為控制值上限的80%。

在穩定控制的情況下，PID運算的結果超過控制值上限的期間大致固定的情況多。另一方面，關於MV值，視異常狀態的狀況，在發生的異常狀態得到改善之前，計算超過控制值上限的MV值。例如，在如感測器偏離適當的測定部位，測定的不是加熱器的溫度而是周圍的溫度那樣的情況下，感測器輸出的測定值成為大幅低於設定值的值，溫度調節計增大MV值，以使測定值升溫至設定值的溫度為止。當計算出的MV值達到控制值上限時，不會輸出更大的MV值，當所述狀態持續得長時，加熱器會成為超過使用範圍的高溫度，有時會導致破損。

此外，當在感測器所連接的電路發生斷線等的情況下，在溫度調節計中成為與所述同樣的控制狀態。然而，關於斷線，所述狀態是由一般的溫度調節計檢測，當檢測出斷線後MV值成為0%，因此不會導致加熱器破損。

所述感測器偏離適當的部位時的加熱器破損的問題例如能夠通過使用警報上限值的警報發出來應對。當計算出的MV值超過所設定的警報上限值的時間持續固定時間後，可以通過發出警報，應對所述問題。例如，若為所設定的警報上限值，則將不發生破損的時間設定為用於發出所述警報的限制時間。根據所述控制，即使感測器偏離適當的測定部位，MV值成為控制值上限，也會在固定時間後發出警報，因此管理者（利用者）認識到異常的狀態。若管理者認識到異常的狀態，則能夠實施例如停止溫度調節計的運行，確認異常的狀態，消除異常的狀態等由管理者進行的處理，能防止加熱器破損。

此外，在此種控制中，大多情況下與控制環境的變化相對應，從初始的設定變更所述控制值上限。例如，有時在初始將設為80%的控制值上限變更為70%。在此種變更時，警報上限值也需要從80%變更為70%。然而，有時即使控制值上限變更，也會忘記變更MV值上限警報的警報上限值。例如，有時即使控制值上限變更為70%，也會忘記警報上限值的變更，警報上限值仍為80%。

在此種情況下，即使感測器偏離適當的測定部位，MV值成為控制值上限，也未達到警報上限值，因此，結果不會發出警報。當未發出警報時，不會進行如上所述的由管理者進行的處理，結果導致加熱器破損。使用警報上限值的警報發出具有可以與控制值上限分開設定警報上限值的警報發出的自由度，但如上所述，存在有時由於忘記設定警報上限值等而無法防止感測器偏離適當的測定部位等異常的狀態下的加熱器破損等問題。

本發明是為了解決以上那樣的問題而成，其目的在於能更確實地防止由感測器偏離適當的測定位置而導致的加熱器破損。

本發明的溫度調節計控制加熱器的加熱能力，將控制物件的溫度控制為預先設定的設定溫度，所述溫度調節計包括：測定部，構成為測定加熱器的溫度；計算部，構成為基於測定部所測定的測定溫度及預先設定的設定溫度來計算用於控制加熱器的控制值；控制部，當計算部所計算出的計算值超過預先設定的控制值上限時，將控制值上限作為控制值而輸出；檢測部，構成為檢測計算部所計算出的計算值超過從控制部輸出的控制值上限；測量部，構成為測量下述狀態持續的時間，所述狀態為檢測部檢測到計算值超過從控制部輸出的控制值上限的狀態；判斷部，構成為當測量部測量的時間超過預先設定的判斷時間時判斷為異常；以及輸出部，當判斷部判斷為異常時，輸出警報。

在所述溫度調節計的一構成例中，計算部具有多個用於計算控制值的控制內容。

在所述溫度調節計的一構成例中，針對計算部用於計算控制值的每個控制內容設定判斷時間。

另外，本發明的異常判斷方法包括：第一步驟，基於所測定的加熱器的測定溫度及預先設定的設定溫度來計算用於控制加熱器的控制值；第二步驟，檢測第一步驟中計算出的計算值超過預先設定的控制值上限；第三步驟，測量下述狀態持續的時間，所述狀態為在第二步驟中檢測到計算值超過控制值上限；以及第四步驟，當第三步驟中測量的時間超過預先設定的判斷時間時，判斷為異常。

在所述異常判斷方法的一構成例中，具有多個用於計算控制值的控制內容。

在所述異常判斷方法的一構成例中，針對用於計算控制值的每個控制內容設定判斷時間。

如以上所說明，根據本發明，測量下述狀態持續的時間，所述狀態為檢測部檢測到計算值超過從控制部輸出的控制值上限的狀態，當測量的時間超過預先設定的判斷時間時，判斷為異常，因此能更確實地防止由感測器偏離適當的測定部位而導致的加熱器破損。

以下，參照圖1對本發明實施方式的溫度調節計進行說明。所述溫度調節計控制加熱器101的加熱能力，將控制物件的溫度控制為預先設定的設定溫度。所述溫度調節計包括測定部102、計算部103、控制部104、檢測部105、測量部106、判斷部107、輸出部108、以及記憶部109。

測定部102測定加熱器101的溫度。計算部103基於測定部102所測定的測定溫度及預先設定的設定溫度來計算用於控制加熱器101的控制值。計算部103例如基於記憶（設定）在記憶部109的控制內容來計算控制值。

控制部104將計算部103所計算出的計算值作為控制值而輸出。另外，當計算部103所計算出的計算值超過預先設定的控制值上限時，控制部104將控制值上限作為控制值而輸出。控制部104例如使用記憶（設定）在記憶部109的控制值上限。例如，將80%設定為控制值上限。在此情況下，當計算部103所計算出的計算值超過80%且例如成為90%時，控制部104將控制值上限的80%作為控制值而輸出到加熱器101側。

檢測部105檢測計算部103所計算出的計算值超過控制值上限的情況。測量部106測量下述狀態持續的時間，所述狀態為檢測部105檢測到計算值超過從控制部104輸出的控制值上限的狀態。當測量部106測量的時間超過預先設定的判斷時間時，判斷部107判斷為異常。判斷時間例如可設為50秒。當判斷部107判斷為異常時，輸出部108進行異常處理（跳轉為異常時操作量，發出警報等）。例如，在未圖示的顯示部顯示產生了異常。另外，使用喇叭、揚聲器等通過聲音等發出通知作為警報。

根據所述實施方式，由檢測部105檢測出計算部103所計算出的計算值超過控制值上限，由測量部106測量其持續的時間，當測量的時間超過判斷時間時判斷為異常。如此，檢測部105的檢測不參照警報上限值，而是參照控制值上限，檢測出計算值超過所述值。根據實施方式，若控制值的上限被變更，則自動地反映至檢測部105的檢測中的參照物件。

其結果，根據實施方式，即使因管理者等忘記設定警報上限值或設定錯誤等，而產生感測器的位置偏離也不會不發出警報，能更確實地防止由感測器的位置偏離而產生的加熱器破損。

此外，在此種PID控制中，為了可以通過使用各自不同的PID常數的多個控制內容來實施控制，如以下的表1所示，將PID常數及與此相關的設定值（也包括控制值上限等）作為控制內容的組（PID組）設定在溫度調節計。當設定多個PID組時，可以通過變更用於控制的PID組來簡單地改變控制性。例如，多個PID組可以記憶在記憶部109。

[表1]

PID組	1組	2組	…	x組
比例帶	5	10	…	15
積分時間	10	30	…	50
微分時間	1	3	…	5
…	…	…	…	…
控制值上限	80	90	…	85
控制值下限	0	0	…	0
…	…	…	…	…

在如上所述那樣設定多個PID組的情況下，也可以如以下的表2所示，用於針對計算部103用於計算控制值的每個PID組（控制內容）設定判斷時間。通過如上所述那樣操作，可以根據控制內容自動地設定適當的判斷時間。

[表2]

PID組	1組	2組	3組
比例帶	5	10	15
積分時間	10	30	50
微分時間	1	3	5
…	…	…	…
判斷時間	5	1	3
控制值上限	80	90	85
…	…	…	…

接下來，使用圖2的流程圖對實施方式的溫度調節計的運行例（異常判斷方法）進行說明。

首先，步驟S101中，計算部103基於所測定的加熱器101的測定溫度及預先設定的設定溫度來計算用於控制加熱器101的控制值（第一步驟）。接著，步驟S102中，檢測部105檢測由計算部103所計算出的計算值超過控制值上限（第二步驟）。當由檢測部105檢測到計算值超過控制值上限時（步驟S102的是（yes）），步驟S103中，判斷測量部106是否已開始測量下述狀態持續的時間，即，檢測到計算值超過從控制部104輸出的控制值上限的狀態。當未開始測量時間時（步驟S103的否（no）），步驟S104中，測量部106開始測量下述狀態持續的時間，即，檢測到計算值超過從控制部104輸出的控制值上限的狀態，進入步驟S105。另外，當已開始測量時間時（步驟S103的是（yes）），進入步驟S105（第三步驟）。

接著，步驟S105中，判斷測量的時間是否超過預先設定的判斷時間。當測量的時間超過判斷時間時（步驟S105的是（yes）），步驟S106中，測量部106停止（結束）測量時間，步驟S107中，判斷部107判斷為異常（第四步驟）。此外，時間的測量在檢測到計算值超過控制值上限的期間中持續（步驟S101～步驟S105）。當判斷部107判斷為異常時，步驟S108中進行異常處理（跳轉為異常時操作量，發出警報等）。警報發出後，維持所述狀態直到步驟S109中進行解除操作為止。

此外，所述實施方式的溫度調節計的計算部、控制部、檢測部、測量部以及判斷部也可如圖3所示，設為包括中央處理器（Central Processing Unit，CPU）301、主記憶裝置302、外部記憶裝置303以及網路連接裝置304等的電腦設備，通過CPU301根據在主記憶裝置展開的程式而運行（執行程式），從而實現上文所述的各功能（異常判斷方法）。所述程式為用於由電腦執行上文所述的實施方式所示的異常判斷方法的程式。網路連接裝置304連接於網路305。另外，各功能也可分散於多個電腦設備。

另外，上文所述的實施方式的溫度調節計的計算部、控制部、檢測部、測量部以及判斷部也可包含現場可程式設計閘陣列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）等可程式設計邏輯器件（Programmable Logic Device，PLD）。例如，通過使FPGA的邏輯元件以電路的形式包括計算部、控制部、檢測部、測量部以及判斷部各自，從而可執行上文所述的功能。計算電路、控制電路、檢測電路、測量電路以及判斷電路各自可連接規定的寫入裝置而寫入至FPGA。另外，寫入至FPGA的所述各電路也可由連接於FPGA的寫入裝置確認。

如以上所說明那樣，根據本發明，測量下述狀態持續的時間，所述狀態為檢測部檢測到計算值超過控制值上限的狀態，當測量的時間超過預先設定的判斷時間時，判斷為異常，因此能更確實地防止由感測器偏離適當的測定部位而導致的加熱器破損。

此外，顯然本發明不限定於以上說明的實施方式，可在本發明的技術思想內，由在本領域中具有通常知識的人員實施多種變形及組合。在所述實施方式中也可以將使用警報上限值的警報發出加以組合。另外，例如，除了所述實施方式所示的警報以外，也可在測定的溫度成為設定值以上時發出警報。另外，也可在流經加熱器的電流超過設定的值時發出警報。另外，也可在對加熱器施加的電壓超過設定的值時發出警報。也可通過增加監視專案從而作為更強固的負載保護功能而發揮功能。

101:加熱器 102:測定部 103:計算部 104:控制部 105:檢測部 106:測量部 107:判斷部 108:輸出部 109:記憶部 301:CPU 302:主記憶裝置 303:外部記憶裝置 304:網路連接裝置 305:網路 S101～S109:步驟

圖1為表示本發明實施方式的溫度調節計的構成的構成圖。圖2為用於說明本發明實施方式的異常判斷方法的流程圖。圖3為表示本發明實施方式的溫度調節計的計算部、檢測部、測量部以及判斷部的硬體構成的構成圖。

101:加熱器

102:測定部

103:計算部

104:控制部

105:檢測部

106:測量部

107:判斷部

108:輸出部

109:記憶部

Claims

一種溫度調節計，控制加熱器的加熱能力，將控制物件的溫度控制為預先設定的設定溫度，所述溫度調節計包括：測定部，構成為測定所述加熱器的溫度；計算部，構成為基於所述測定部所測定的測定溫度及預先設定的設定溫度來計算用於控制所述加熱器的控制值；控制部，當所述計算部所計算出的計算值超過預先設定的控制值上限時，將所述控制值上限作為控制值而輸出；檢測部，構成為檢測所述計算部所計算出的計算值超過從所述控制部輸出的控制值上限；測量部，構成為測量下述狀態持續的時間，所述狀態為所述檢測部檢測到所述計算值超過從所述控制部輸出的控制值上限的狀態；判斷部，構成為當所述測量部測量的時間超過預先設定的判斷時間時判斷為異常；以及輸出部，當所述判斷部判斷為異常時，輸出警報，其中所述計算部具有多個用於計算所述控制值的控制內容，以及針對所述計算部用於計算所述控制值的每個控制內容設定所述判斷時間。
一種異常判斷方法，包括：第一步驟，基於所測定的加熱器的測定溫度及預先設定的設定溫度來計算用於控制所述加熱器的控制值；第二步驟，檢測所述第一步驟中計算出的計算值超過預先設定的控制值上限；第三步驟，測量下述狀態持續的時間，所述狀態為在所述第二步驟中檢測到所述計算值超過所述控制值上限的狀態；以及第四步驟，當所述第三步驟中測量的時間超過預先設定的判斷時間時，判斷為異常，其中具有多個用於計算所述控制值的控制內容，以及針對用於計算所述控制值的每個控制內容設定所述判斷時間。