CN111034351A - 加热装置 - Google Patents

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Abstract

加热装置(100)包括：加热器(10)，对被加热物(1)进行加热；温度检测部(20)，对被加热物(1)的温度进行检测；以及温度调节器(30)，基于温度检测部(20)的检测值与目标温度来控制加热器(10)，以使被加热物(1)的温度成为目标温度。温度检测部(20)包含多个温度传感器(21、22)。鉴定部(34)根据由温度传感器(21、22)所检测出的温度数据、与相当于对加热器(10)的施加电力的操作量数据，来鉴定加热器(10)与温度传感器(21、22)之间的热的传递函数、及温度传感器(21、22)间的热的传递函数。判定部(36)探测传递函数的系数从初始值计起的变化，根据所述变化来判定加热器(10)或温度传感器(21、22)的异常部位。

Description

加热装置
技术领域
本发明涉及一种加热装置，其包括对被加热物进行加热的加热器(heater)、及对被加热物的温度进行检测的温度检测部。
背景技术
一般而言，对某些被加热物进行加热的加热装置包括：加热器，对被加热物进行加热；温度传感器，对被加热物的温度进行检测；以及温度调节器，基于温度传感器的检测来控制加热器。
所述温度调节器是基于温度传感器的检测值与目标温度来对加热器进行反馈控制，以使被加热物的温度成为目标温度，因此被加热物的温度在恒定状态下成为目标温度。如上所述的加热装置例如在专利文献1、2、3中有所展示。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平6-12133号公报
专利文献2：日本专利特开平8-166826号公报
专利文献3：日本专利特开2011-193148号公报
发明内容
发明所要解决的问题
在包括所述加热器与温度传感器的加热装置中，前提是准确地进行温度传感器对被加热体的温度检测，且正常进行加热器对被加热物的加热，若它们存在异常，则被加热物无法准确地受到温度控制。
因此，本发明的目的在于提供一种加热装置，能够判定是否为准确地进行温度传感器对被加热体的温度检测的状态、是否为正常进行加热器对被加热物的加热的状态。
解决问题的技术手段
作为本揭示的一例的加热装置包括：加热器，对被加热物进行加热；温度检测部，对被加热物的温度进行检测；以及温度调节器，基于温度检测部的检测值与目标温度来控制加热器，以使被加热物的温度成为目标温度，其中
温度检测部包含多个温度传感器，且
所述加热装置包括：鉴定部，根据由多个温度传感器所检测出的温度数据、与对加热器的施加电力或相当于所述施加电力的操作量数据，来鉴定多个传递函数，所述多个传递函数包含加热器与多个温度传感器之间的热的传递函数、及多个温度传感器间的热的传递函数；以及判定部，探测所述多个传递函数的系数从初始值计起的变化，根据所述变化来判定加热器或多个温度传感器的异常部位。
所述结构中，能够判定加热器或多个温度传感器的异常部位。
而且，本揭示的一例中，所述判定部通过传递函数的系数从初始值计起的变化量与阈值的比较，来探测传递函数的变化有无。
所述结构中，传递函数从初始值计起的变化有无的探测变得容易，加热器或多个温度传感器的异常部位的判定变得容易。
而且，本揭示的一例中，所述阈值是根据传递函数的系数相对于初始值的比率而定。
所述结构中，对于传递函数的多个系数而均等地探测它们的变化的异常性，加热器或多个温度传感器的异常部位的判定变得更为准确。
而且，本揭示的一例中，所述被加热物是树脂加热成形机的加热部，在所述加热部设有加热器及温度检测部。
所述结构中，在射出成形机或挤出成形机等中，能够防止因加热器或温度检测部的异常造成的不良品的成形于未然。
发明的效果
根据本发明，能够判定是否为准确地进行温度传感器对被加热体的温度检测的状态、是否为正常进行加热器对被加热物的加热的状态，因此，结果能获得可靠性高的加热装置。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的加热装置100的结构的图。
图2是表示温度调节器30的尤其是传递函数的鉴定、和与异常部位的判定相关的处理内容的流程图。
图3是表示图2的初始化处理(S1)的详细的流程图。
具体实施方式
以下，参照若干个图来说明用于实施本发明的方式。
·适用例
首先，一边参照图1，一边说明适用本发明的一例。图1是表示本发明的实施方式的加热装置100的结构的图。
如图1所示，本实施方式的加热装置100包括：加热器10，对被加热物1进行加热；温度检测部20，对被加热物1的温度进行检测；温度调节器30，基于温度检测部20的检测值与目标温度来控制加热器10，以使被加热物1的温度成为目标温度。
被加热物1例如是射出成形机或挤出成形机等树脂加热成形机的加热部，加热器10及温度检测部20被设于树脂加热成形机的加热部。
本例中，温度检测部20包含第一温度传感器21与第二温度传感器22。温度调节器30具备鉴定部34，所述鉴定部34根据由温度传感器21、22所检测出的温度数据、与相当于对加热器10的施加电力的操作量数据，来鉴定加热器10与温度传感器21、22之间的热的传递函数、及温度传感器21、22间的热的传递函数。
而且，温度调节器30具备判定部36，所述判定部36探测所述传递函数的系数从初始值计起的变化，根据所述变化来判定加热器10或温度传感器21、22的异常部位。
所述结构中，能够判定加热器10或温度传感器21、22的异常部位。
·结构例
接下来，参照图来说明本发明的实施方式的加热装置的结构。如上所述，图1是表示本发明的实施方式的加热装置100的结构的图。
如图1所示，加热装置100包括：加热器10，对被加热物1进行加热；温度检测部20，对被加热物1的温度进行检测；温度调节器30，基于温度检测部20的检测值与目标温度来控制加热器10，以使被加热物1的温度成为目标温度；固态开关(solid state switch)40；以及加热器电源50。被加热物1为金属等的成形体。图1为结构框图，因此被加热物1是概念性地绘制，但实际形状可适当决定。
温度调节器30包括模拟/数字(Analog/Digital，A/D)转换器(converter)31、比例积分微分(Proportional Integral Differential，PID)运算部32、数字/模拟(Digital/Analog，D/A)转换器33、鉴定部34、设定部35及判定部36。
温度传感器21、22例如分别为热电偶，且被安装于被加热物1的互不相同的位置。例如被设在射出成形机的喷嘴(nozzle)的内部、或者挤出成形机的模具或其附近。
A/D转换器31将温度传感器21、22的电动势分别转换为数字数据(digital data)。PID运算部32基于从外部设定的目标温度与A/D转换器31的输出值，通过PID运算来求出操作量。经A/D转换的温度数据为多个(本例中为两个)，因此，PID运算部32使用对两个温度数据进行统计处理而求出的温度数据。例如，将两个温度数据的平均值设为PID运算部32中所用的温度数据。PID运算部32将所述操作量的数据输出至D/A转换器33。D/A转换器33产生与操作量相应的脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号。所述PWM信号是作为针对固态开关40的通断(on/off)信号而提供。
鉴定部34根据由温度传感器21、22所检测出的温度数据、与相当于对加热器10的施加电力的操作量数据，来鉴定加热器10与温度传感器21、22之间的热的传递函数、及温度传感器21、22间的热的传递函数。
设定部35对由鉴定部34所求出的、加热器10与温度传感器21、22之间的热的传递函数、及温度传感器21、22间的热的传递函数的各系数的初始值进行设定。而且，设定部35对从外部输入的阈值设定值进行设定。
判定部36探测传递函数的系数从初始值计起的变化，并根据所述变化来判定加热器10或温度传感器21、22的异常部位。
图1所示的、加热器10→被加热物1→温度传感器21、22→A/D转换器31→PID运算部32→D/A转换器33→固态开关40→加热器10的环构成反馈环(feedback loop)，通过温度调节器30的反馈控制，被加热物的温度被控制为追随于目标温度。
图2是表示温度调节器30的尤其是传递函数的鉴定、和与异常部位的判定相关的处理内容的流程图。这些处理是图1所示的鉴定部34、设定部35及判定部36的处理。
首先，进行初始化处理(S1)。在所述初始化处理中，重置(reset)各种标记(flag)，并读取阈值设定值。所述初始化处理的详细将基于图3而后述。
随后，读取由温度传感器21所检测出的温度与操作量的数据，并基于温度与操作量的数据来鉴定加热器10与温度传感器21之间的热的传递函数(第一传递函数)(S2→S3)。
对所述第一传递函数的系数与在所述初始化处理中决定的阈值进行比较，若加热器10与温度传感器21之间的传递函数的系数存在超过阈值的变动，则设置(set)标记F1(S4→S5)。
接下来，基于由温度传感器22所检测出的温度与操作量的数据，来鉴定加热器10与温度传感器22之间的热的传递函数(第二传递函数)(S6)。
对所述第二传递函数的系数与在所述初始化处理中决定的阈值进行比较，若加热器10与温度传感器22之间的传递函数的系数存在超过阈值的变动，则设置标记F2(S7→S8)。
而且，基于由温度传感器21所检测出的温度与由温度传感器22所检测出的温度，来鉴定温度传感器21与温度传感器22之间的热的传递函数(第三传递函数)(S9)。
对所述传递函数的系数与在所述初始化处理中决定的阈值进行比较，若温度传感器21与温度传感器22之间的传递函数的系数存在超过阈值的变动，则设置标记F3(S10→S11)。
随后，基于所述标记F1、F2、F3与后文所示的判定表，来判定加热器10、第一温度传感器21、第二温度传感器22的异常有无与异常部位。若存在异常，则进行表示其意旨的警报处理(S12→S13)。例如，进行“加热器异常”、“第一温度传感器异常”、“第二温度传感器异常”之类的显示。
随后，前进至下个处理。图2所示的一连串处理是以规定时间间隔而反复执行。或者，在反复进行加热处理的情况下，每隔加热处理的周期而执行。
图3是表示图2的初始化处理(S1)的详细的流程图。首先，重置各种标记(S21)。继而，从外部读取阈值设定值(S22)。所述阈值设定值例如是±10％或±15％等以比率来表示阈值范围的值。
接下来，将目标温度定为规定值，使对加热器10的施加电力发生变化(S23)。
通过目标温度的变更，对加热器10的施加电力发生变化，因此伴随从目标温度的设定开始的时间经过，被加热物的温度也会发生变化。将此过渡时的、由第一温度传感器21所检测出的温度、由第二温度传感器22所检测出的温度与从PID运算部32输出的操作量按照时间序列予以存储(S24)。
若存储了一定数量的数据，则基于第一温度传感器21所检测出的温度和操作量的一定数量的数据，来鉴定加热器10与第一温度传感器21之间的热的传递函数(S25→S26)。即，求出所述传递函数的各系数。同样地，基于第二温度传感器22所检测出的温度和操作量的一定数量的数据，来鉴定加热器10与第二温度传感器22之间的热的传递函数(S27)。而且，基于第一温度传感器21所检测出的温度和第二温度传感器22所检测出的温度的一定数量的数据，来鉴定第一温度传感器21与第二温度传感器22之间的热的传递函数(S28)。
随后，根据各传递函数的系数来决定各阈值(S29)。
一般而言，从输入直至输出为止的传递函数例如是通过将输入数据作为分母、将输出数据作为分子来进行傅里叶变换而获得。本实施方式中，例如在鉴定加热器10与第一温度传感器21之间的热的传递函数(第一传递函数)的情况下，加热器10的时间序列数据(操作量的时间序列数据)对应于所述输入数据，第一温度传感器21的检测温度的时间序列数据对应于所述输出数据。同样地，在鉴定加热器10与第二温度传感器22之间的热的传递函数(第二传递函数)的情况下，加热器10的时间序列数据(操作量的时间序列数据)对应于所述输入数据，第二温度传感器22的检测温度的时间序列数据对应于所述输出数据。而且，在鉴定第一温度传感器21与第二温度传感器22之间的热的传递函数(第三传递函数)的情况下，第一温度传感器21的检测温度的时间序列数据对应于所述输入数据，第二温度传感器22的检测温度的时间序列数据对应于所述输出数据。
所述第一传递函数、第二传递函数、第三传递函数例如均以下述方式表示。
f＝k/{(τ1·s+1)(τ2·s+1)}
此处，k、τ1、τ2均为系数，k为比例增益，τ1、τ2为时间常数。而且，s为拉普拉斯算子(Laplace operator)。
初始状态的各系数k＝1000℃、τ1＝10、τ2＝100，若阈值设定值为±10％，则各系数的初始值例如如下。
[表1]
Figure BDA0002385429250000071
图2的步骤S12所示的判定表例如如下。
[表2]
Figure BDA0002385429250000072
例如，若标记F3保持重置状态而标记F1、F2被设置，则判定为加热器10的异常。所述异常状态例如是加热器10的安装松弛或断线等。即，若因加热器10的安装松弛而导致加热器10与被加热物的间隙变大，则被加热物的温度变化会变得缓慢，因此加热器10与第一温度传感器21间的传递函数的系数、及加热器10与第二温度传感器22间的传递函数的系数将出现异常，从而能够判定此情况。而且，若加热器10存在断线，则被加热物的温度变化将变得异常，因此加热器10与第一温度传感器21间的传递函数的系数、及加热器10与第二温度传感器22间的传递函数的系数将出现异常，从而能够判定此情况。
而且，例如，若标记F2保持重置状态而标记F1、F3被设置，则判定为第一温度传感器21的异常。所述异常状态例如是第一温度传感器21的安装松弛或断线等。即，若第一温度传感器21存在安装松弛，则第一温度传感器21的检测温度的变化将变得缓慢，因此加热器10与第一温度传感器21间的传递函数的系数、及第一温度传感器21与第二温度传感器22间的传递函数的系数将出现异常，从而能够判定此情况。而且，若第一温度传感器21存在断线，则无法准确地进行温度检测，因此加热器10与第一温度传感器21间的传递函数的系数、及第一温度传感器21与第二温度传感器22间的传递函数的系数将出现异常，从而能够判定此情况。
同样，例如，若标记F1保持重置状态而标记F2、F3被设置，则判定为第二温度传感器22的异常。所述异常状态例如是第二温度传感器22的安装松弛或断线等。
而且，例如，若标记F1、F2、F3均被设置，则判定为加热器10、温度传感器21、22中的两个以上存在异常。即，在此状态下，无法判定到异常部位，但能够判定异常的有无。
本例中，为了探测传递函数的系数的变化量是否超过阈值，根据传递函数的系数相对于初始值的比率(+10％或-10％等)来决定阈值，但并不限于此。例如，也可针对每个系数而将差值定为阈值。
而且，也可实测各系数正常时的标准偏差等偏差，例如将其三倍的值定为阈值。而且，也可将温度调节器30的控制进行规定动作的范围内所容许的系数的变动幅度设定为阈值。
而且，也可并非探测系数的绝对值是否超过阈值，而是探测每当时间经过的系数变化量是否超过阈值。由此，能够响应性良好地探测加热器10、温度传感器21、22的安装状态的急遽变化。
图1所示的示例中，是将相当于对加热器10的施加电力的操作量数据用于传递函数的鉴定，但也可直接检测对加热器10的施加电力，并将其数据用于传递函数的鉴定。
最后，无须赘言，用于实施所述发明的方式的说明在所有方面仅为例示而非限制者。对于本领域技术人员而言可适当变形及变更。
例如，对于进行鉴定的传递函数的形式，也并不限于所述者。加热器10与温度传感器21、22之间的热的传递函数只要与实际的传递函数近似即可，也可不同。通过求出加热器10与温度传感器21、22之间的热的传递函数的各系数，并将它们与阈值进行比较，由此来进行异常判定，因此即使进行鉴定的传递函数稍许偏离实际的传递函数，也能进行异常有无的判定及异常部位的判定。
而且，以上所示的实施方式中，例示了具备两个温度传感器的加热装置，但对于具备三个以上的温度传感器的情况也同样能够适用。
而且，在具备多个温度传感器，且多个温度传感器的间隔大的情况下，也可将温度传感器的检测值用于探测被加热物的温度分布。
符号的说明
1：被加热物
10：加热器
20：温度检测部
21：第一温度传感器
22：第二温度传感器
30：温度调节器
31：A/D转换器
32：PID运算部
33：D/A转换器
34：鉴定部
35：设定部
36：判定部
40：固态开关
50：加热器电源
100：加热装置

Claims (4)

1.一种加热装置，其包括：加热器，对被加热物进行加热；温度检测部，对所述被加热物的温度进行检测；以及温度调节器，基于所述温度检测部的检测值与目标温度来控制所述加热器，以使所述被加热物的温度成为所述目标温度，其中
所述温度检测部包含多个温度传感器，且
所述加热装置包括：
鉴定部，根据由所述多个温度传感器所检测出的温度数据、与对所述加热器的施加电力或相当于所述施加电力的操作量数据，来鉴定多个传递函数，所述多个传递函数包含所述加热器与所述多个温度传感器之间的热的传递函数、及所述多个温度传感器间的热的传递函数；以及
判定部，探测所述多个传递函数的系数从初始值计起的变化，根据所述变化来判定所述加热器或所述多个温度传感器的异常部位。
2.根据权利要求1所述的加热装置，其中
所述判定部通过从所述初始值计起的变化量与阈值的比较，来探测所述传递函数的系数的变化有无。
3.根据权利要求2所述的加热装置，其中
所述阈值是根据所述传递函数的系数相对于所述初始值的比率而定。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的加热装置，其中
所述被加热物是树脂加热成形机的加热部，所述加热器及所述温度检测部被设于所述加热部。
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