JP2005273195A - 開閉体制御装置及び開閉体制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 シートシャッタの開閉時における障害物を精度良く検出し、しかもシートシャッタの特性に経年変化があっても対応できるようにする。
【解決手段】 この装置は、負荷変動値検出部１と、移動平均処理部２と、積算時定数メモリ３と、変動上限値メモリ４と、学習補正部５と、障害物検出部６とを備えている。負荷変動値検出部１は負荷変動値としてモータの出力電流値を検出する。移動平均処理部２は、負荷変動値の移動平均処理を行い、負荷変動平均値を算出する。積算時定数メモリ３は障害物検出を行うための積算時定数を記憶する。変動上限値メモリ４は負荷変動の上限値を記憶する。学習補正部５は、負荷変動平均値及び負荷変動幅に応じて、積算時定数及び変動上限値を補正する。障害物検出部６は負荷変動平均値と変動上限値とを比較して障害物を検出する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、開閉体制御装置、特に、駆動手段により駆動される開閉体を制御する開閉体制御装置に関する。また、本発明は、開閉体の制御方法に関する。

開閉体としての例えばシャッタは、工場等における出入口に設けられており、工場内部と外気との間で熱が移動するのを抑えたり、また工場内に埃等が入りにくくするようにしている。このシャッタは、巻き上げ機構及びそれを駆動するモータ等の駆動装置によって昇降させられるようになっている。巻き上げ機構は、出入口の上部において横方向に延び、外周にシャッタを巻き付けるための巻取りドラムを有している。そして、この巻取りドラムが駆動装置によって回転させられることにより、シャッタが昇降するようになっている。

このようなシャッタの開閉時に、障害物を検知して駆動装置のモータを制御する装置が従来から提案されている。例えば、特開平１０−２５９８０号公報に示された装置では、シャッタを昇降駆動するモータの負荷トルクの変化量を求め、その変化量が予め定められたしきい値を越えたときに障害物を検知するようにしている。また、特開平１０−３７６３７号公報に示された装置では、シャッタを昇降駆動するモータの負荷トルクを検出し、この検出されたトルク値をシャッタの上昇時、下降時において、それぞれ異なる設定トルク値と比較して障害物を検知するようにしている。

さらに、特開２００２−７０４２３号公報に示された装置では、シャッタ等の開閉体の特性に応じて変化する負荷値が、上限値、下限値により定められた変動許容範囲を越えたことを判定して異常を検出し、かつ変動許容範囲の上限値又は下限値の少なくとも一方を更新していくことで、特性の変化に対応できるようにしている。
特開平１０−２５９８０号公報 特開平１０−３７６３７号公報 特開２００２−７０４２３号公報

一般にシャッタ駆動装置は、経年変化等によって負荷の特性等が変化する。このように負荷の特性等に変化がある場合、従来の特開平１０−２５９８０号公報に記載された装置では、しきい値が固定されているために対応ができず、正確な障害物検知を行うことができない。

また、特開平１０−３７６３７号公報や特開２００２−７０４２３号公報に示された装置では、シャッタの一単位動作（開→閉動作、閉→開動作）につき、一定の変動許容範囲を設定することはできるが、シャッタの正常な負荷の変動幅が大きい場合には、定められた変動許容範囲に大きな誤差が発生する可能性がある。そこで、変動許容範囲のデータを複数個持つことも考えられるが、このような構成にしても有限個のデータとの比較でしかなく、異常検出の精度の改善には十分に寄与するとは言えない。

本発明の課題は、異常検出の際の負荷値を精度良く検出することによって障害物を精度良く検出し、しかも開閉体の特性に経年変化があっても、障害物を精度良く検出できるようにすることにある。

請求項１に係る開閉体制御装置は、駆動手段により駆動される開閉体を制御する装置であって、負荷変動値検出部と、移動平均処理部と、積算時定数記憶部と、変動上限値記憶部と、学習補正部と、障害物検出部とを備えている。負荷変動値検出部は開閉体を駆動する駆動手段の負荷変動値を検出する。移動平均処理部は、負荷変動値の移動平均処理を行い、負荷変動平均値を算出する。積算時定数記憶部は障害物検出を行うための積算時定数を記憶する。変動上限値記憶部は負荷変動の上限値を記憶する。学習補正部は、少なくとも移動平均処理部で得られた負荷変動平均値に応じて、積算時定数記憶部に記憶されている積算時定数と、変動上限値記憶部に記憶されている変動上限値とを補正する。障害物検出部は積算時定数内に得られる負荷変動平均値と変動上限値とを比較して障害物を検出する。

この装置では、例えばシャッタ等の開閉体を電動モータ等の駆動手段によって開閉する際に、以下のようにして障害物が検出される。

まず、開閉体を駆動する駆動手段の負荷変動値が検出される。そして、この負荷変動値の移動平均処理がとられ、負荷変動平均値が求められる。ここで、積算時定数記憶部には障害物検出を行うための積算時定数が記憶されており、変動上限値記憶部には負荷変動の上限値が記憶されている。これらの記憶部に記憶されている値は、少なくとも移動平均処理部で得られた負荷変動平均値に応じて補正される。そして、積算時定数内に得られる負荷変動平均値と変動上限値とを比較して障害物が検出される。

ここでは、障害物検知のために、すなわち負荷値の異常検出のための判定要素として、負荷変動平均値及びその移動平均処理のための積算時定数とを設定している。ここで、障害物による異常な負荷変動は、正常な負荷変動に比較して周波数が高いので、本発明の処理によって、一単位動作内での正常な負荷変動の要素を周波数成分により除去できる。したがって、障害物による異常な負荷変動平均値を精度良く検出できる。

また、負荷変動平均値に応じて、積算時定数及び変動上限値を学習し補正しているので、開閉体の負荷特性の経年変化にも対応することができる。

請求項２に係る開閉体制御装置は、請求項１の装置において、障害物検出部は、積算時定数内に得られる負荷変動平均値が変動上限値を越えたときに障害物検出動作を実行する。

ここでは、積算時定数内に得られる負荷変動平均値が変動上限値を越えたときに障害物検出動作が実行される。したがって、前記同様に、より正確な障害物検出が行えるとともに、障害物検出動作の実行により、開閉体及び駆動手段の損傷等を防ぐことが可能になる。

請求項３に係る開閉体制御装置は、請求項１又は２の装置において、学習補正部は、移動平均処理部で得られた負荷変動平均値に加えて、負荷変動値検出部で得られた負荷値の変動幅をも参照して、積算時定数及び変動上限値を補正する。

この場合は、負荷変動平均値に加えて負荷値の変動幅をも考慮して積算時定数及び変動上限値を補正するので、さらに補正精度が向上する。

請求項４に係る開閉体制御装置は、請求項１から３のいずれかに記載の装置において、障害物検出部による障害物検出動作は、駆動手段の即時停止、駆動手段の一定時間逆動作後の停止、及び障害物検知の報知の少なくともいずれか１つである。

ここでは、障害物が検出されたとき、前記処理の少なくともいずれか１つの処理が実行されるので、開閉体及び駆動手段の損傷等を避けることができる。

請求項５に係る開閉体制御方法は、障害物検出を行うための積算時定数と負荷変動の上限値とを予め記憶手段に記憶させておき、駆動手段により駆動される開閉体を制御する方法であり、負荷変動値検出ステップと、移動平均処理ステップと、学習補正ステップと、障害物検出ステップとを含む。負荷変動値検出ステップは開閉体を駆動する駆動手段の負荷変動値を検出する。移動平均処理ステップは、負荷変動値の移動平均処理を行い、負荷変動平均値を算出する。学習補正ステップは、少なくとも移動平均処理ステップによって得られた負荷変動平均値に応じて、記憶手段に記憶されている積算時定数及び変動上限値を補正する。障害物検出ステップは積算時定数内に得られる負荷変動平均値と変動上限値とを比較して障害物を検出する。

請求項６に係る開閉体制御方法は、請求項５の方法において、障害物検出ステップは、積算時定数内に得られた負荷変動平均値が変動上限値を越えたときに障害物検出動作を実行する。

請求項７に係る開閉体制御方法は、請求項５又は６の方法において、学習補正ステップは、移動平均処理ステップで得られた負荷変動平均値に加えて、負荷変動値検出ステップで得られた負荷値の変動幅をも参照して、積算時定数及び変動上限値を補正する。

以上のような本発明では、障害物をより精度良く検出することができ、しかも開閉体の特性の経年変化に対応できる。

［システム構成］
図１に本発明の一実施形態によるシャッタ制御装置のシステム構成を示す。この装置は、開閉体としてのシャッタの負荷変動値を検出する負荷変動値検出部１と、負荷変動値の移動平均処理を行って負荷変動平均値を算出する移動平均処理部２と、積算時定数メモリ３及び変動上限値メモリ４の内容を補正する学習補正部５と、負荷変動平均値と学習した積算時定数メモリ３及び変動上限値メモリ４の値とによって障害物を検出する障害物検出部６とを有している。

負荷変動値検出部１は、図２に示すように、電流値検出部１０と、Ａ／Ｄ（アナログ−ディジタル）変換器１１と、負荷値メモリ１２と、負荷変動値算出部１３とから構成されている。電流値検出部１０は、シャッタの巻き上げ機構を駆動する電動モータのモータ出力電流値を計測するものであり、この計測値を負荷値としている。Ａ／Ｄ変換器１１は電流値検出部１０で得られた電流値をディジタル値に変換するものである。ここで、モータ出力電流値は、シャント抵抗を利用し、マイクロコンピュータのＡ／Ｄ変換ポートによって計測することができる。また、負荷変動値算出部１３は、負荷値メモリ１２に記憶されている前回の計測値と今回の計測値との差分を算出して、負荷変動値とするものである。なお、この負荷変動値検出部１で得られた負荷の最大値及び最小値は、学習補正部５に記憶される。

移動平均処理部２は、負荷変動値検出部１によって得られた負荷変動値を、ＦＩＦＯ（First in First out：先入れ先出し）構造の記憶領域に記憶させていき、全記憶データの平均値をとるものである。ここで、ＦＩＦＯ構造の記憶領域の容量は、積算時定数メモリ３の最大設定値によって定まる時間に相当する容量である。そして、この移動平均処理部２で得られた負荷変動平均値のうちの最大値は学習補正部５に記憶される。

学習補正部５は、負荷変動平均値の最大値と積算時定数メモリ３の現在の値から定まる単位時間当たりの最大負荷変動量を求め、その値に基づいて積算時定数メモリ３及び変動上限値メモリ４の内容を補正する。

この場合の補正の内容を図７（ａ）〜（ｉ）に示している。すなわち、
（ａ）単位時間当たりの最大負荷変動量及び負荷値の変動幅が前回値に比較して大きくなった場合は、シャッタの正常な負荷はより高周波で、負荷の変移量は大きくなったと判断し、積算時定数メモリ３に記憶されている値を小さく、かつ変動上限値メモリ４に記憶されている値を大きく補正する。

（ｂ）単位時間当たりの最大負荷変動量が前回値に比較して大きくなり、負荷値の変動幅が変わらない場合は、シャッタの正常な負荷はより高周波になったと判断し、積算時定数メモリ３に記憶されている値を小さく補正する。

（ｃ）単位時間当たりの最大負荷変動量が前回値に比較して大きくなり、負荷値の変動幅が前回値に比較して小さくなった場合は、シャッタの正常な負荷はより高周波で、負荷の変移量は小さくなったと判断し、積算時定数メモリ３に記憶されている値を小さく、かつ変動上限値メモリ４に記憶されている値を小さく補正する。

（ｄ）単位時間当たりの最大負荷変動量が変わらず、負荷値の変動幅が前回値に比較して大きくなった場合は、負荷の変移量は大きくなったと判断し、変動上限値メモリ４に記憶されている値を大きく補正する。

（ｅ）単位時間当たりの最大負荷変動量及び負荷値の変動幅が変化しない場合は、各メモリ３，４に記憶されている値はそのままにする。

（ｆ）単位時間当たりの最大負荷変動量が変わらず、負荷値の変動幅が前回値に比較して小さくなった場合は、負荷の変移量は小さくなったと判断し、変動上限値メモリ４に記憶されている値を小さく補正する。

（ｇ）単位時間当たりの最大負荷変動量が前回値に比較して小さくなり、かつ負荷値の変動幅が前回値に比較して大きくなった場合は、シャッタの正常な負荷はより低周波で、負荷の変移量は大きくなったと判断し、積算時定数メモリ３に記憶されている値を大きく、かつ変動上限値メモリ４に記憶されている値を大きく補正する。

（ｈ）単位時間当たりの最大負荷変動量が前回値と比較して小さくなり、負荷値の変動幅が変わらない場合は、シャッタの正常な負荷はより低周波になったと判断し、積算時定数メモリ３に記憶されている値を大きく補正する。

（ｉ）単位時間当たりの最大負荷変動量及び負荷値の変動幅が前回値に比較して小さくなった場合は、シャッタの正常な負荷はより低周波で、変移量は小さくなったと判断し、積算時定数メモリ３に記憶されている値を大きく、かつ変動上限値メモリ４に記憶されている値を小さく補正する。

障害物検出部６は、移動平均処理部２によって求められた負荷変動平均値と変動上限値メモリ４に記憶されている変動上限値とを比較し、負荷変動平均値が変動上限値を越えた場合は、障害物検出動作を行う。なお、障害物検出動作としては、モータの即時停止、一定時間モータの回転を逆転させた後のモータ停止、警報の発信などである。

［内部メモリ］
ここで、以上のようなシステム構成は、マイクロコンピュータによって構成されるが、このマイクロコンピュータの内部メモリの構成（記憶内容）を図３に示す。この図に示すように、内部メモリ２０には、負荷値最大値記憶領域２０ａと、負荷値最小値記憶領域２０ｂと、負荷変動値の前回値記憶領域２０ｃと、負荷変動値の今回値記憶領域２０ｄと、変動幅の前回値記憶領域２０ｅと、変動幅の今回値記憶領域２０ｆと、積算時定数記憶領域２０ｇと、変動上限値記憶領域２０ｈとが設けられている。なお、積算時定数記憶領域２０ｇが図１の積算時定数メモリ３に対応し、変動上限値記憶領域２０ｈが図１の変動上限値メモリ４に対応している。

［制御処理］
次に、図４Ａ及び図４Ｂに示すフローチャートにしたがって、制御処理について説明する。まず、ステップＳ１では、積算時定数メモリ３（内部メモリ２０の記憶領域２０ｇ）及び変動上限値メモリ４（内部メモリ２０の記憶領域２０ｈ）の値を予め設定された初期値に設定する等の初期化処理を実行する。

＜障害物検出処理＞
次に、図示しない電動モータを駆動することによって巻き上げ機構を駆動し、シャッタを昇降すると、図５（ａ）及び（ｂ）に示すように、開動作（上昇時）及び閉動作（下降時）において、負荷（駆動トルク）値が変化する。そこで、ステップＳ２では、負荷値としてモータ出力電流値を適切なサンプリング周期で取り込み、ステップＳ３及びステップＳ４において、取り込んだ負荷値が最大値であるか最小値であるかを検出する。そして、取り込んだ値がそれまでの値と比較して大きい場合はステップＳ３からステップＳ５に移行し、それまでの負荷値が更新される。同様に、取り込んだ値がそれまでの値と比較して小さい場合はステップＳ６に移行し、それまでの負荷値が更新される。このようにして、内部メモリ２０の負荷値最大値記憶領域２０ａに負荷値最大値が記憶され、負荷値最小値記憶領域２０ｂに負荷値最小値が記憶される。

次にステップＳ７において負荷変動値を算出する。ここで、負荷変動値は、前回の負荷値と今回の負荷値との差分によって求められる。そして、内部メモリ２０の負荷変動値前回値記憶領域２０ｃに前回のサンプリング周期の負荷変動値が記憶され、負荷変動値今回値記憶領域２０ｄに今回のサンプリング周期の負荷変動値が記憶される。また、ステップＳ８では積算時定数を積算時定数メモリ３（記憶領域２０ｇ）から読み込む。そして、ステップＳ９では、ステップＳ７で得られた負荷変動値の、積算時定数により設定される時間での移動平均値を求める（図６参照）。これにより、ある積算時間での負荷変動平均値を求めることができる。そして、ステップＳ１０では、ステップＳ９で求められた積算時定数により設定される時間での負荷変動平均値が予め変動上限値メモリ４に設定された初期の変動上限値を越えるか否かを判断する。なお、以降の処理で変動上限値が学習補正された場合は、このステップＳ１０における変動上限値として、補正された変動上限値が用いられる。負荷変動平均値が変動上限値メモリ４に記憶されている変動上限値を越える場合は、障害物を検知したとしてステップＳ１１に移行し、前述のような障害物検出動作を実行する。

＜学習補正処理＞
一方、負荷変動平均値が変動上限値を越えない場合は、ステップＳ１０からステップＳ１２に移行する。ステップＳ１２以降の処理は、積算時定数及び変動上限値を学習して補正するための処理であり、図７で示した内容の処理に相当している。

ステップＳ１２では、今回の負荷変動平均値が前回の負荷変動平均値に比較して大きいか否かを判断し、ステップＳ１３では、今回の負荷変動平均値が前回の負荷変動平均値に比較して小さいか否かを判断する。今回の負荷変動平均値が前回のそれより大きい場合は、ステップＳ１２からステップＳ１４に移行し、積算時定数メモリ３に記憶されている積算時定数の値を減算する。また、今回の負荷変動平均値が前回のそれより小さい場合は、ステップＳ１３からステップＳ１５に移行し、積算時定数メモリ３に記憶されている積算時定数の値を加算する。なお、ステップＳ１４及びステップＳ１５において、それぞれ積算時定数を減算又は加算するが、積算時定数の値には下限及び上限があるので、それに達した場合は、減算又は加算をしない。そして、ステップＳ１６において、前回の負荷変動平均値をステップＳ９で得られた値に更新する。

次にステップＳ１７では、負荷値最大値と負荷値最小値の差分をとり、変動幅を求める。この値は記憶領域２０ｆに記憶される。そして、ステップＳ１８において、今回の変動幅が記憶領域２０ｅに記憶されている前回値と比較して大きいか否かを判断し、ステップＳ１９において、今回の変動幅が前回値と比較して小さいか否かを判断する。今回の変動幅の方が大きい場合は、ステップＳ１８からステップＳ２０に移行し、変動上限値メモリ４に記憶されている値を加算する。また、今回の変動幅の方が小さい場合は、ステップＳ１９からステップＳ２１に移行し、変動上限値メモリ４に記憶されている値を減算する。なお、ステップＳ１８及びステップＳ１９において、それぞれ変動上限値を加算又は減算するが、変動上限値には上限及び下限があるので、それに達した場合は、加算又は減算をしない。そして、ステップＳ２２において、前回の変動幅の値をステップＳ１７で得られた値に更新する。

［実施形態の効果］
以上のような本実施形態では、負荷変動値を異常検出判定要素とし、かつ負荷変動平均値の積算時定数を設定できるので、一単位動作内での正常な負荷変動の要素を周波数成分（異常による負荷変動は正常な負荷変動よりも周波数が高い）により除去でき、異常による負荷変動平均値をより精度良く検出できる。これにより、異常が検出される負荷値を一単位動作内（全閉→全開、全開→全閉）の全域で安定にすることができる。

また、負荷変動平均値の積算時定数、変動上限値を学習することにより、シャッタを含めた各構成要素の特性の経年変化に対応することができる。

［他の実施形態］
前記実施形態では、負荷変動値検出部１を、電流値検出部１０、Ａ／Ｄ変換器１１、負荷値メモリ１２及び負荷変動値算出部１３で構成したが、これは、モータ電流検出部の後段に微分器回路を設け、この微分器の出力をマイクロコンピュータのＡ／Ｄ変換ポートによって計測し、負荷変動値を求めるようにしてもよい。

また、学習補正の内容として、前記実施形態では図７にしたがって補正を行うようにしたが、補正のための処理を簡略化するために、図８に示すような補正内容にしても良い。この図８に示す補正内容では、最大負荷変動量のみによって、積算時定数及び変動上限値の値を増減するようにしている。すなわち、
（ａ）単位時間当たりの最大負荷変動量が前回値に比較して大きくなった場合は、シャッタの正常な負荷はより高周波で、負荷の変移量は大きくなったと判断し、積算時定数メモリ３に記憶されている値を小さく、かつ変動上限値メモリ４に記憶されている値を大きく補正する。

（ｂ）単位時間当たりの最大負荷変動量が前回値に比較して小さくなった場合は、シャッタの正常な負荷はより低周波で、変移量は小さくなったと判断し、積算時定数メモリ３に記憶されている値を大きく、かつ変動上限値メモリ４に記憶されている値を小さく補正する。

開閉制御装置のシステム構成図。 負荷変動値検出部の構成図。 内部メモリの構成図。 本装置の制御処理のフローチャート。 本装置の制御処理のフローチャート。 シャッタの位置と負荷値との関係の一例を示す図。 負荷値の変化を示す図。 学習補正の内容を示す図。 学習補正の他の内容を示す図。

符号の説明

１ 負荷変動値検出部
２ 移動平均処理部
３ 積算時定数メモリ
４ 変動上限値メモリ
５ 学習補正部
６ 障害物検出部

Claims (7)

1. 駆動手段により駆動される開閉体を制御する開閉体制御装置であって、
   前記開閉体を駆動する駆動手段の負荷変動値を検出する負荷変動値検出部と、
   前記負荷変動値の移動平均処理を行い、負荷変動平均値を算出する移動平均処理部と、
   障害物検出を行うための積算時定数を記憶する積算時定数記憶部と、
   負荷変動の上限値を記憶する変動上限値記憶部と、
   少なくとも前記移動平均処理部で得られた負荷変動平均値に応じて、前記積算時定数記憶部に記憶されている積算時定数と、前記変動上限値記憶部に記憶されている変動上限値とを補正する学習補正部と、
   前記積算時定数内に得られる前記負荷変動平均値と前記変動上限値とを比較して障害物を検出する障害物検出部と、
   を備えた開閉体制御装置。
2. 前記障害物検出部は、前記積算時定数内に得られる前記負荷変動平均値が前記変動上限値を越えたときに障害物検出動作を実行する、請求項１に記載の開閉体制御装置。
3. 前記学習補正部は、前記移動平均処理部で得られた負荷変動平均値に加えて、前記負荷変動値検出部で得られた負荷値の変動幅をも参照して、前記積算時定数及び前記変動上限値を補正する、請求項１又は２に記載の開閉体制御装置。
4. 前記障害物検出部による障害物検出動作は、前記駆動手段の即時停止及び一定時間逆動作後の停止の少なくともいずれか１つである、請求項１から３のいずれかに記載の開閉体制御装置。
5. 障害物検出を行うための積算時定数と負荷変動の上限値とを予め記憶部に記憶させておき、駆動手段により駆動される開閉体を制御する方法であって、
   前記開閉体を駆動する駆動手段の負荷変動値を検出する負荷変動値検出ステップと、
   前記負荷変動値の移動平均処理を行い、負荷変動平均値を算出する移動平均処理ステップと、
   少なくとも前記移動平均処理ステップによって得られた負荷変動平均値に応じて、前記記憶部に記憶されている積算時定数及び変動上限値を補正する学習補正ステップと、
   前記積算時定数内に得られる前記負荷変動平均値と前記変動上限値とを比較して障害物を検出する障害物検出ステップと、
   を備えた開閉体制御方法。
6. 前記障害物検出ステップは、前記積算時定数内に得られる前記負荷変動平均値が前記変動上限値を越えたときに障害物検出動作を実行する、請求項５に記載の開閉体制御方法。
7. 前記学習補正ステップは、前記移動平均処理ステップで得られた負荷変動平均値に加えて、前記負荷変動値検出ステップで得られた負荷値の変動幅をも参照して、前記積算時定数及び前記変動上限値を補正する、請求項５又は６に記載の開閉体制御方法。

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