JP2001506151A - 食器洗浄機に洗剤を加える添加方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、市販用の食器洗浄機に関するものであり、洗浄セクションの第１洗浄タンク（１２）に加えられた洗剤が、混合装置（２２）を制御するレギュレータ（２９）により制御される。該レギュレータ（２９）はファジーレギュレータであり、学習段階で、該システムの特有の影響する値を、調整すべき値に限定する。学習段階において、洗剤は、予め定められ期間、洗浄タンク（１２）に連続的に加えられる。これから、該期間の水の導電率の変化が求められる。次の操作段階では、測定された導電率が設定値から離れた範囲が、求められる。ファジー変数として測定された影響する要素に基づいて、該設定値の偏差に依存したファジー調整により、添加が行われる。学習段階で、洗浄装置、添加装置、及び洗剤が考慮されるため、添加が、自動的に、最良に、有効な状態に調整される。

Description

【発明の詳細な説明】 食器洗浄機に洗剤を加える添加方法 本発明は、少なくとも１つの洗浄タンクと、タンク内に設けられた導電率変換 器と、噴霧された洗剤液を洗浄タンクに戻す手段を備えた噴霧アームと、洗剤を 洗浄タンクに導入する計量ユニットとを含む食器洗浄機に洗剤を噴射するための 計量プロセスに関する。 本発明にかかる計量プロセスが適用される食器洗浄機は、例えば、広い台所で 使用されるようなタイプのいわゆる施設向けの食器洗浄機である。施設向けの食 器洗浄機は、水を入れた少なくとも１つの洗浄タンクを有する。洗浄タンクから の水は、洗浄タンク上で洗浄される食器の上に水を噴霧するための噴霧アームま で、ポンプにより運ばれ、それから水は洗浄タンクに落下して戻る。洗剤は洗浄 タンクの中で計量ユニットにより水に加えられる。計量ユニットは洗浄タンク内 の洗剤の濃度に従ってコントローラにより制御される。この濃度は、ある一定の 温度で、洗剤の濃度と、水の結果的な濃度との間には高い程度の比例関係がある という事実を利用した導電率変換器により測定される。導電率変換器は、変換器 から与えられた測定値と、予め定められた設定値とを比較して、もし導電率が設 定値より下がった場合は、計量バルブ又は計量ポンプを動かす。再度、設定値に 達すると、計量バルブ又は計量ポンプが止められる。 洗剤の添加の制御は、例えば、食器洗浄機の形や大きさ、特定の洗剤の性質や 特性、及び水温のような多くのパラメータにより影響される。更には、待ち時間 （dead time）、即ち、洗剤の添加開始と導電率の増加による添加の活性との間 の時間、も考慮しなければならない。混合効果の強さは、このことに関する他の 重要な要素である。濃度の制御に影響する要素としては、洗剤添加地点の位置、 洗浄タンク中の導電率測定セルの位置、粉体状の洗剤の場合のすすぎ落としパイ プ（rinse-out pipe）の長さのような機械的な影響、及び、洗剤の溶解度、洗剤 の導電率／濃度の挙動のような化学的影響がある。多くの影響する要素（influe ncing factor）のために、洗剤の濃度を所望のレベルに保持することは 非常に難しい。反対の状態においては、従来の計量及び制御プロセスでは、洗浄 タンク中で一定の洗剤濃度に維持することは困難である。例えば、必要とされる 設定値は、非常にゆっくり到達されることが期待され、また、意味のある濃縮が 起きることが期待される。たとえ非常に高価な制御装置を用いて制御を最適化し ても、もしごく僅かな変化が食器洗浄機に起きた場合、又は他の洗剤が用いられ た場合、制御基準が全く変化し、制御システムのセットアップが完全に変化する 。しかしながら、食器乾燥機が最小の洗剤の消費で効率良く操作する場合、洗剤 の正確な添加と、前もって設定された濃度の厳密な持続が、最も重要である。 プロセス制御システムは、従来の決定論的な制御技術のみならず、入力変数が 、例えば、「大きい」「平均の」又は「小さい」のような状態を仮定することが できる、いわゆる言語上の変数として分類される「不正確な」制御プロセスをも 含む。このファジーな（fuzzy）制御システムでは、測定された変数のためのメ ンバーシップ関数（membership function）が、それらの不正確な量のメンバー シップ値を定義する。制御システムにおいて、リンク（WHEN...THEN...規則）が 、不正確な論理の感覚の中に確立される。各規則の結果は、出力変数（調整可能 な変数）について不正確なステイトメント（statement）である。デファジフィ ケイション（defuzzyfication）により、この不正確な記述から絶対値が得られ る。 本発明が取り扱う問題は、到達できるレベルに関する測定精度が、従来のコン トローラより相当高い食器洗浄機に洗剤を供給するための計量プロセスの提供で あった。 本発明によれば、この問題は請求項１で限定された特徴により解決される。 本発明にかかる計量プロセスは、帰納的で、不正確な規則で操作されるファジ ー理論に基づく。最初に、学習段階で、予め決められた期間を超えて、洗剤が洗 浄タンクに導入される。制御システムの特徴的な影響する要素は、この添加から 現れるシステム応答から得られる。この応答は、添加に基づいて確立された導電 率曲線からなる。これは、制御システムの、いわゆるステップ応答である。例え ば、待ち時間、濃度の変化、平準化速度（equalizing rate）、及び／又は測定 値の変化のような一定の影響する要素がそこから定められる。その後に続く操作 段階で、制御システムのそれらの影響要素が、帰納的変数、即ち、制御システム の不確定なパラメータとして、ファジー制御により処理される。以下に続く操作 段階で行われるファジー制御では、測定された導電率の値、又は設定点の偏差の みが変数として用いられ、他の影響する要素は、先立つ学習段階から作られる。 学習段階のおかげで、変換器、計量ユニット、及びコントローラを含む全制御 システムの影響する要素が、考慮に入れられる。 操作段階において、設定値の偏差が、予め定められた最小時間の間に限界を超 えた場合には、新たな学習段階が常に行われることが好ましい。この場合、学習 段階で保証された影響する要素の評価はもはや適用できず、やりなおさなければ ならないと仮定される。 本発明の具体例が、添付した図面を参照しながら以下に詳細に述べられる。 図１は、施設向けの食器洗浄機の概略図である。 図２は、学習段階における、時間を関数とした導電率の傾向の応答の例である 。 図３は、ファジーコントローラの模式図である。 図４は、液体洗剤で操作される食器洗浄機の計量セクションの他の具体例であ る。 図１に示す施設向けの食器洗浄機ＧＳＭは、洗浄される食器類が、矢印１１の 方向に運ばれるコンベアセクション１０を含む。コンベアセクション１０は、ロ ーラの上を移動する透水性のコンベアからなる。カスケードの形に配置され、オ ーバフロー１５を通って第１洗浄タンク１２から第２洗浄タンク１３に水が溢れ る第１洗浄タンク１２、第２洗浄タンク１３、及び第３洗浄タンク１４が、コン ベアセクション１０の下方に設けられている。水は、第２洗浄タンク１３から、 オーバフロー１６を通って第３洗浄タンク１４の中に溢れ、第３洗浄タンク１４ から出口１７の中に排出される。水は、コンベアセクション１０の輸送方向１１ と反対の方向に運ばれる。 洗浄タンクから、コンベア１０の上に横たわる食器類の上に水を噴射する噴射 アーム１９に水をくみ上げるピストンポンプ１８が、各洗浄タンク１２、１３、 １４に設けられている。噴射アーム１９は、開放された洗浄タンクの上に配置さ れ、そこから噴射された水が洗浄タンクの中に落ちる。 洗浄タンクのいずれからも来ない新しい水を食器類に噴射するリンス用ノズル ２０が、コンベア１０の端部の上方に配置される。新しい水を集め、第１洗浄タ ンク１２に導く傾斜した排出パネル２１が、リンス用ノズル２０の下部に配置さ れる。水の汚れ含有量は、第１洗浄タンク１２から第３洗浄タンク１４に向かっ て漸次増加する。 洗剤は、計量パイプを通って第１洗浄タンク１２に、計量ユニット２２により 導入される。計量ユニット２２は、水パイプ２４に接続され、電磁石２６により 開放することができ、これにより新しい水を粉体容器２７の中に導くバルブ２５ を含む。粉体容器２７は、流入する水の中で解ける粉体形状の洗剤を含む。粉体 容器２７の出口は、計量パイプ２３に接続されている。もし、バルブ２５が所定 の時間開放されれば、予め決められた量の水が粉体容器２７の中に流入し、対応 する量の洗剤が溶解し、計量パイプ２３の中に導かれる。 第１洗浄タンク１２に提供される水の中の洗剤の濃度は、第１洗浄タンク１２ の中に配置され水の導電率を測定する導電率変換器２８により決められる。水の 中の洗剤の濃度と、測定された導電率との間には、高い程度の比例が存在する。 変換器２８の電気的出力シグナルは、測定値に応じてバルブ２５の電磁石２６を 動かすコントローラ２９に与えられる。バルブ２５は、単にオン／オフの原理で 動作する。 図２は、計量ユニット２２により発生した計量パルスＩに対する変換器２８の シグナルＸの応答例であり、その間、バルブ２５は所定の時間ｔ_vの間、開放さ れて、洗浄タンク１２に洗剤を送る。待ち時間Ｔ_tは、始めに、洗剤が、変換器 ２８からの反応を生じる前に経過する。この待ち時間は、バルブ２５の開放運動 、粉体容器２７中の粉体形状の洗剤の溶解時間、及び計量パイプ２３の中を液体 洗剤溶液が流れる時間を考慮してある。応答曲線のＡで、待ち時間Ｔ_tが終了し 、導電率の最初の急な増加が始まり、測定値がＸ_BになるポイントＢに到る。こ のピークは、洗浄タンク１２入った洗剤がバスの中に広がる前に、変換器２８の 近傍に最初に移動するという事実によるものである。測定値は、その後、ポイン ト Ｃまで下がり、最後に、ゆっくりした漸近的増加により、曲線の最後の最大値を 示す平準値（equalizing value）Ｄまで戻る。この増加は、待ち時間Ｔ_tに続く 拡散時間Ｔ_Mの間に、洗浄タンク中で混合が起きるという事実によるものである 。時間Ｄにおける測定値Ｘ_Dと、添加動作の始めにおける測定値Ｘ_Aとの間の差を 、濃度の変化ＫＤと呼ぶ。平準化速度は、応答曲線のポイントＡ、Ｄ間の時間Ｔ_M により求められる。 測定された値ＭＤの変化も求められる。この変化はポイントＡとＢとの間の応 答曲線の傾きにより求められる。 ポイントＤにおける応答曲線の最後の最大値の後、洗浄用溶剤が、リンスセク ション２０を通って、又は他の水の入口を通って洗浄タンク１２に入る水により 希釈される。この水の流入は、学習段階、及び操作段階の双方で連続して起きる 。希釈速度ＶＶは、ポイントＤの後の応答曲線の傾きの勾配により求められる。 学習段階で、ピストンポンプ１８と噴射アーム１９も動作する。 それゆえに、学習段階で応答曲線から決められる影響する要素は、以下のよう になる。 待ち時間 Ｔ_t 平準化速度 ＭＶ 測定値の変化 ＭＤ 濃度の変化 ＫＤ 希釈速度 ＶＶ これらの影響する要素は蓄積され、コントローラ２９で処理される。 コントローラ２９を模式的に図３に示す。これは、上述した影響する要素をフ ァジー化するファジーコントローラである。このために、ある一定のメンバシッ プ関数ＭＦが、各影響する要素のために確立される。これらのメンバシップ関数 は、影響する要素の値のさまざまな領域を、意味論上の（semantic）用語、例え ば、「非常に高い」、「高い」、「平均」、「低い」、「非常に低い」に分割す る三角曲線又は台形曲線である。学習段階では、影響する要素のために限定され た値と一致するメンバシップ値は、メンバシップ関数ＭＦで限定される。影響す る段階は、多くの影響する要素の、多くの”ＷＨＥＮ．．．，ＴＨＥＮ．．．” リンケージを含む。最後に、デファジフィケイションが行われ、計量ユニット２ ２のための制御シグナルが生成される。 この例のための言語上の入力変数は、以下に詳細に定義される。 規則１：待ち時間（Ｔ_t） 計測と測定セルでの導電率の最初の変化＞１２秒の場合、待ち時間＝非常の長 い。 ７秒＜計測と測定セルでの導電率の最初の変化＜１２秒の場合、待ち時間＝長 い。 ４秒＜計測と測定セルでの導電率の最初の変化＜７秒の場合、待ち時間＝平均 。 ２秒＜計測と測定セルでの導電率の最初の変化＜４秒の場合、待ち時間＝短い 。 計測と測定セルでの導電率の最初の変化＜２秒の場合、待ち時間＝非常に短い 。 もし、待ち時間＞１５秒の場合、学習段階終了、警告シグナル。なぜならば、 制御プロセスは、もはや制御できないからである。 規則２：平準化速度ＭＶ 第１の導電率変化と最後の最大値との間＜２秒の場合、平準化速度＝非常に高 い。 ２秒＜第１の導電率変化と最後の最大値との間＜４秒の場合、平準化速度＝高 い。 ４秒＜第１の導電率変化と最後の最大値との間＜７秒の場合、平準化速度＝平 均。 ７秒＜第１の導電率変化と最後の最大値との間＜１２秒の場合、平準化速度＝ 低い。 １２秒＜第１の導電率変化と最後の最大値との間の場合、平準化速度＝非常に 低い。 規則３：測定値の変化ＭＤ 最大と最小の導電率変化の間の比＞１０：１の場合、測定値の変化＝非常に速 い。 ５：１＜最大と最小の導電率変化の間の比＜１０：１の場合、測定値の変化＝ 速い。 ３：１＜最大と最小の導電率変化の間の比＜５：１の場合、測定値の変化＝平 均。 １：１＜最大と最小の導電率変化の間の比＜３：１の場合、測定値の変化＝遅 い。 最大と最小の導電率変化の間の比＜１：１の場合、測定値の変化＝非常に速い。 規則４：濃度の変化ＫＤ 計量後の導電性の変化の平均＞１．５×Ｌｆ ａｌｔの場合、濃度の変化＝非 常に高い。 １．３×Ｌｆ ａｌｔ＜計量後の変化の平均＜１．５×Ｌｆ ａｌｔの場合、 濃度の変化＝高い。 １．１×Ｌｆ ａｌｔ＜計量後の変化の平均＜１．３×Ｌｆ ａｌｔの場合、 濃度の変化＝平均。 １．０５×Ｌｆ ａｌｔ＜計量後の変化の平均＜１．１×Ｌｆ ａｌｔの場合 、濃度の変化＝低い。 計量後の変化の平均＜１．０５×Ｌｆ ａｌｔの場合、濃度の変化＝非常に低 い。 規則５：水の添加による希釈ＶＶ −０．１ｍＳ／秒＜混合後の導電率変化の勾配の場合、希釈＝非常に速い。 −０．０５ｍＳ／秒＜混合後の導電率変化の勾配＜−０．１ｍＳ／秒の場合、 希釈＝速い。 −０．０３ｍＳ／秒＜混合後の導電率変化の勾配＜−０．０５ｍＳ／秒の場合 、 希釈＝平均。 −０．０１ｍＳ／秒＜混合後の導電率変化の勾配＜−０．０３ｍＳ／秒の場合 、希釈＝遅い。 混合後の導電率変化の勾配＜−０．０１ｍＳ／秒の場合、希釈＝非常に遅い。 規則６：設定点偏差 □Ｘ 導電率測定のすべり平均＜比例領域（−）の場合、設定点＝負で大きい。 比例領域（−）＜導電率測定のすべり平均＜比例領域／２の場合、設定点＝負 の平均。 導電率測定のすべり平均＝設定点±比例領域／１０の場合、設定点＝ゼロ。 比例領域／２≦導電率測定のすべり平均＜比例領域（＋）の場合、設定点＝正 の平均。 比例領域（＋）≦導電率測定のすべり平均＜比例領域（＋）の場合、設定点＝ 正で大きい。 規則１から５にかかる言語学上の変数は、学習段階において求められ記憶され る。これらは、操作段階で、変化せずに残る。対照的に、規則６にかかる変数は 、操作段階で連続的に求められ、計測ユニット２２は、時間を関数としたその動 向により制御される。このために、変換器２８の測定値Ｘは、導電率がその値に 制御される設定点Ｘとともに、ファジーコントローラに与えられる。設定点の偏 差□Ｘ＝Ｘ−Ｘ_Sは、それらの２つの変数から得られる。 ファジーコントローラ２９の出力シグナルは、以下の状態を想定することがで きる： 永続的にオン（permanently on） 非常に長時間の間（on for a very long time） 長時間の間（on for a long time） 平均的時間の間（on for an average time） 短時間の間（on for a short time） 非常に短時間の間（on for a short time） 永続的にオフ（permanently off） いくつかのファジー規則は、以下のように設計される： 待ち時間＝非常に長い、及び設定点の偏差＝負の平均の場合、出力＝平均時間 オン（on for an average time）。 待ち時間＝長い、及び設定点の偏差＝負の平均の場合、出力＝長時間オン（on for a long time）。 待ち時間＝平均、及び設定点の偏差＝負の平均の場合、出力＝平均時間オン（ on for a long time）。 待ち時間＝短い、及び設定点の偏差＝負の平均の場合、出力＝非常に長時間オ ン（on for a very long time）。 待ち時間＝非常に短い、及び設定点の偏差＝負の平均の場合、出力＝永続的に オン（permanently on）。 このことから、濃度の変化はすぐに検知されるため、待ち時間がより短くなる と、より長い計量時間が連続するために選択することができることが導かれる。 希釈＝非常に速い、及び設定点の偏差＝負の平均の場合、出力は永続的にオン 。 希釈＝速い、及び設定点の偏差＝負の平均の場合、出力は非常に長い時間オン 。 希釈＝平均、及び設定点の偏差＝負の平均の場合、出力は長い時間オン。 希釈＝遅い、及び設定点の偏差＝負の平均の場合、出力は平均時間オン。 希釈＝非常に遅い、及び設定点の偏差＝負の平均の場合、出力は短時間オン。 上記規則から、希釈速度は、同一の偏差に対する付加時間に影響を与えること が導かれる。言い換えれば、希釈速度がより高くなれば、付加時間をより長くし なければならない。 非常に高い制御精度が、規則１から５で定義される全てのファジー変数をリン クすることにより達成することができる。 もし、操作段階において、設定点の偏差□Ｘが、予め定められた最小時間に間 に限界を超えた場合、学習段階で求められた影響する要素はもはや利用できない と仮定され、新しい学習段階が行われて計測パルスＩへの新たな応答が求められ る。 図２では、初期値Ｘ_Aがゼロ又は実質的にゼロと仮定される。これは、洗浄タ ンク中で、所定の洗剤の濃度がすでに存在するような場合ではない。初期値に依 存して、影響する要素の測定値の変化、及び／又は、平準化速度は、異なって計 算されなければならないだろう。これは、対応する要素による増加により行われ る。 図４に示す具体例では、計測ユニット２２ａは、液体コンテナ３１から計量パ イプ２３に液体洗剤をくみ上げるポンプ３０を含む。この場合、コントローラ２ ９は、オン又はオフに切り換えることによりポンプ３０を制御する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．洗剤を食器洗浄機に配る計量プロセスであって、少なくとも１つの洗浄タン ク（１２）と、該洗浄タンク内に設けられた導電率変換器（２８）と、噴射され た洗剤溶液を該洗浄タンク（１２）に戻す手段を備えた噴射アーム（１９）と、 洗剤を該洗浄タンク（１２）に導入する計量ユニット（２２）とを含み、 学習段階において、予め定められた時間、洗浄タンク（１２）に洗剤が連続的 に導入され、時間の関数として結果的に生じる導電率の応答が求められ、制御シ ステムの特徴的な影響する要素（Ｔ_t、ＭＶ、ＭＤ、ＫＶ、ＶＶ）が、該応答か ら得られ、導電率の設定点（Ｘ_S）は、それに続く操作段階のために調整され、 操作段階において、測定された導電率の設定点の偏差（□Ｘ）が求められ、ファ ジー変数として求められた影響する要素を基礎として、設定点の偏差（□Ｘ）を 関数としてファジー制御システムにより計量が行われることを特徴とする計量プ ロセス。 ２．上記応答から得られた制御システムの影響する要素が、少なくとも上記待ち 時間（Ｔ_t）と、上記初期値（Ａ）と上記応答の最後の最大値（Ｄ）との間の濃 度の変化（ＫＤ）と、上記平準化速度（ＭＶ）と、及び／又は、最大と最小の導 電率の間の上記測定値の変化（ＭＤ）とを含むことを特徴とする請求項１に記載 の計量プロセス。 ３．上記応答から得られた制御システムの影響する要素が、上記最後の最大値（ Ｄ）の後に、水の添加により起こる上記希釈速度（ＶＶ）を含むことを特徴とす る請求項１又は２に記載の計量プロセス。 ４．上記設定点（□Ｘ）が予め定められた時間の間に限界を超えた場合、新たな 学習段階が行われることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の計量プ ロセス。 ５．上記導電率（Ｘ）が、学習段階の最初で測定され、上記影響する要素の測定 値の変化及び／又は上記平準化速度及び／又は濃度の変化が、それに依存して、 その結果として数値が求められることを特徴とする請求項１から４のいずれかに 記載の計量プロセス。