JP2009070682A

JP2009070682A - ヒータ制御装置

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Publication number: JP2009070682A
Application number: JP2007237909A
Authority: JP
Inventors: Yukiyoshi Yamamoto; 幸義山本
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2007-09-13
Filing date: 2007-09-13
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2027-09-13
Also published as: JP5050748B2

Abstract

【課題】電圧系統を使用しなくても、ヒータ断線を確実に識別判定することができる。
【解決手段】交流電流の半周期区間毎に、温調制御信号に対応した位相制御角に基づき、同半周期区間内でサイリスタ１３ＡをＯＮした後、同半周期区間の零クロス位置で同サイリスタをＯＦＦして同交流電流の電流実効値を調整し、この電流実効値に基づき、ヒータへのヒータ電流を調整出力する電力調整装置１３と、ヒータ電流に基づきヒータ断線を検出するヒータ断線検出装置１６とを有し、ヒータ断線検出装置は、ヒータ電流に基づきサイリスタＯＮ継続時間、周期及び電流実効値を算出し、ＯＮ継続時間及び周期に基づき位相制御角を算出し、電流実効値及び位相制御角に基づき制御量１００％相当の電流実効値を算出し、この電流実効値に基づき、ヒータ断線を識別判定するようにした。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば工業炉ヒータ、半導体洗浄装置、プラスチック成形機等に使用される制御対象のヒータの温度を目標温度に設定するための温調制御信号を受信し、交流電流の半周期区間毎に前記温調制御信号に対応した位相制御角に基づき、同半周期区間内でサイリスタをＯＮした後、同半周期区間の零クロス位置で同サイリスタをＯＦＦして同交流電流の電流実効値を調整し、この調整した電流実効値に基づき、前記ヒータへのヒータ電流を調整出力する電力調整装置と、前記ヒータ電流に基づき、前記ヒータの断線を検出するヒータ断線検出装置とを有するヒータ制御装置に関する。

従来のヒータ制御装置を使用した温度調整システムについて説明する。

このような従来の温度調整システムにおいては、制御対象のヒータと、ヒータへのヒータ電流を供給する交流電源と、ヒータ及び交流電源間に配置され、温調制御信号に応じて交流電源からヒータへのヒータ電流供給量を調整する電力調整装置と、ヒータの温度を監視し、この監視結果に基づき、ヒータの温度を目標温度に設定すべく、温調制御信号を出力する温度調整装置と、ヒータ電流に基づき、ヒータ内部の断線を検出するヒータ断線検出装置とを有し、電力調整装置は、交流電流を位相制御するサイリスタと、このサイリスタを駆動制御する位相制御部とを有している。

図３は一般的なサイリスタ位相制御の原理を端的に示す説明図である。

電力調整装置内の位相制御部は、図３に示すように交流電源からの交流電流の半周期区間毎に、温調制御信号に対応した位相制御角θに基づき、同半周期区間内でサイリスタをＯＮした後、同半周期区間の零クロス位置で同サイリスタをＯＦＦすることで、位相制御角θに対応した０〜１００％範囲で制御量を調整し、その結果、交流電流の電流実効値を調整し、この調整した電流実効値に基づき、ヒータへのヒータ電流を調整出力するものである。

また、ヒータ断線検出装置は、電流検出器を通じてヒータ電流を検出し、オームの法則を利用してヒータ電流及びヒータ電圧に応じてヒータ抵抗を算出し、このヒータ抵抗に基づき、ヒータ断線を判別するようにしている。

しかしながら、上記従来のヒータ断線検出装置によれば、電流検出器を通じてヒータ電流を検出し、オームの法則を利用してヒータ電流及びヒータ電圧に応じてヒータ抵抗を算出するようにしたが、ヒータ電圧に変動が生じた場合、ヒータ抵抗も変動することになるため、ヒータ断線と誤判断してしまう虞がある。

そこで、従来のヒータ断線検出装置としては、電流検出器の他に、ヒータ電圧を検出する電圧検出器を備え、これら電流検出器及び電圧検出器を通じてヒータ電流の瞬時値及びヒータ電圧の瞬時値を夫々検出し、これら検出したヒータ電流の瞬時値及びヒータ電圧の瞬時値に基づきオームの法則を利用してヒータ抵抗を算出するようにしたので、ヒータ電圧変動によるヒータ断線の誤判断を確実に防止することができる技術が広く知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２００７−１２５７８号公報（段落番号「０００２」〜「０００５」参照）。

しかしながら、上記特許文献１のヒータ断線検出装置によれば、電流検出器及び電圧検出器を通じてヒータ電流の瞬時値及びヒータ電圧の瞬時値を夫々検出し、これら検出したヒータ電流の瞬時値及びヒータ電圧の瞬時値に基づきオームの法則を利用してヒータ抵抗を算出し、このヒータ抵抗に基づきヒータ断線を判別するようにしたが、交流電源の一相毎に電流検出器及び電圧検出器で合計４本の配線を要し、三相の場合は、単純に合計１２本の配線を要する。

また、上記特許文献１のヒータ断線検出装置によれば、ヒータ断線の誤判断を防止するには、位相ズレなく、ヒータ電流及びヒータ電圧の瞬時値を取得する必要があるが、位相ズレなく、ヒータ電流及びヒータ電圧の瞬時値を取得するためには検出精度の高い電流検出器及び電圧検出器を配置しなければならず、部品コストが嵩む。

そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電圧系統の配線を要することなく、電流検出器等の電流系統の配線のみで位相ズレを考慮することなく、ヒータ断線を確実に識別判定することができる安価なヒータ制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明のヒータ制御装置は、制御対象のヒータの温度を目標温度に設定するための温調制御信号を受信し、交流電流の半周期区間毎に前記温調制御信号に対応した位相制御角に基づき、同半周期区間内でサイリスタをＯＮした後、同半周期区間の零クロス位置で同サイリスタをＯＦＦして同交流電流の電流実効値を調整し、この調整した電流実効値に基づき、前記ヒータへのヒータ電流を調整出力する電力調整装置と、前記ヒータ電流に基づき、前記ヒータの断線を検出するヒータ断線検出装置とを有するヒータ制御装置であって、前記ヒータ断線検出装置は、前記ヒータ正常時のヒータ電流に関わる所定制御量相当の電流実効値を基準電流実効値として予め記憶した基準電流実効値記憶手段と、前記ヒータ電流の電流波形を検出するヒータ電流波形検出手段と、このヒータ電流波形検出手段にて検出した前記ヒータ電流の電流波形に基づき、所定半周期区間内のＯＮ継続時間を測定するＯＮ継続時間測定手段と、前記ヒータ電流波形検出手段にて検出した前記ヒータ電流の電流波形に基づき、前記所定半周期区間の周期を測定する周期測定手段と、前記ヒータ電流波形検出手段にて検出した前記ヒータ電流の電流波形に基づき、前記所定半周期区間の電流実効値を算出する第１電流実効値算出手段と、前記ＯＮ継続時間測定手段にて測定した前記所定半周期区間内のＯＮ継続時間及び、前記周期測定手段にて測定した前記所定半周期区間の周期に基づき、この所定半周期区間の前記位相制御角を算出する位相制御角算出手段と、前記第１電流実効値算出手段にて算出した前記所定半周期区間の電流実効値及び、前記位相制御角算出手段にて算出した前記所定半周期区間の前記位相制御角に基づき、前記所定制御量相当の電流実効値を算出する第２電流実効値算出手段と、この第２電流実効値算出手段にて算出した前記所定制御量相当の電流実効値と、前記基準電流実効値記憶手段に記憶中の基準電流実効値とを比較し、この比較結果に基づき、前記ヒータの断線を識別判定するヒータ断線判定手段とを有するようにした。

従って、本発明のヒータ制御装置によれば、交流電流の半周期区間毎に、位相制御角に基づき、同半周期区間内でサイリスタをＯＮした後、同半周期区間の零クロス位置で同サイリスタをＯＦＦして同交流電流の電流実効値を調整する際に、同半周期区間内のサイリスタＯＮ継続時間に比例した電流実効値が得られるというサイリスタ位相制御の原理に着目し、前記ヒータ正常時のヒータ電流に関わる所定制御量相当の電流実効値を基準電流実効値として予め記憶しておき、前記ヒータ電流の電流波形を検出し、この電流波形に基づき、所定半周期区間内のＯＮ継続時間、周期及び電流実効値を測定し、所定半周期区間内のＯＮ継続時間及び周期に基づき位相制御角を算出すると共に、この所定半周期区間の位相制御角及び電流実効値に基づき、所定制御量相当の電流実効値を算出し、この所定制御量相当の電流実効値及び基準電流実効値の比較結果に基づきヒータ断線を識別判定するようにしたので、電圧系統の配線を要することなく、ヒータ電流波形検出手段等の電流検出器の電流系統の配線のみで、しかも、位相ズレを考慮することなく、ヒータ断線を確実に識別判定することができる。

また、本発明のヒータ制御装置は、前記ヒータ断線判定手段が、前記第２電流実効値算出手段にて算出した前記所定制御量相当の電流実効値が前記基準電流実効値よりも小さい場合、前記ヒータの断線と識別判定するようにした。

従って、本発明のヒータ制御装置によれば、第２電流実効値算出手段にて算出した所定制御量相当の電流実効値が基準電流実効値よりも小さい場合、ヒータの断線と識別判定するようにしたので、ヒータ断線を確実に識別判定することができる。

また、本発明のヒータ制御装置は、前記所定制御量が１００％の制御量に相当するようにした。

従って、本発明のヒータ制御装置によれば、基準電流実効値をヒータ正常時の制御量１００％相当の電流実効値に設定することで、この基準電流実効値に基づき、制御量１００％未満の制御量の基準電流実効値も順次算出することが可能になる。

また、本発明のヒータ制御装置は、前記基準電流実効値記憶手段が、前記ヒータ内の複数のヒータ本数の内、各本数に応じた正常時のヒータ電流に関わる所定制御量相当の電流実効値を基準電流実効値として夫々記憶しておき、前記ヒータ断線判定手段は、前記第２電流実効値算出手段にて算出した前記所定制御量相当の電流実効値と、前記基準電流実効値記憶手段に記憶中の各本数に応じた基準電流実効値とを順次比較し、この比較結果に基づき、前記ヒータの断線本数を識別判定するようにした。

従って、本発明のヒータ制御装置によれば、前記ヒータ内の複数のヒータ本数の内、各本数に応じた正常時のヒータ電流に関わる所定制御量相当の電流実効値を基準電流実効値として夫々記憶しておき、前記ヒータ断線判定手段にて、前記第２電流実効値算出手段にて算出した所定制御量相当の電流実効値と、記憶中の各本数に応じた基準電流実効値とを順次比較し、この比較結果に基づき、ヒータの断線本数を識別判定するようにしたので、ヒータ断線を断線本数単位で確実に識別判定することができる。

また、本発明のヒータ制御装置は、前記ヒータ断線判定手段が、前記第２電流実効値算出手段にて算出した前記所定制御量相当の電流実効値と前記基準電流実効値記憶手段に記憶中の各本数に応じた基準電流実効値とを順次比較し、この比較結果に基づき、前記複数の基準電流実効値の内、前記第２電流実効値算出手段にて算出した電流実効値以下の基準電流実効値の内、最大の基準電流実効値を検索し、この検索した最大の基準電流実効値に対応した本数を全ヒータ本数から減算した本数をヒータ断線本数と識別判定するようにした。

従って、本発明のヒータ制御装置によれば、前記第２電流実効値算出手段にて算出した所定制御量相当の電流実効値と記憶中の各本数に応じた基準電流実効値とを順次比較し、この比較結果に基づき、複数の基準電流実効値の内、第２電流実効値算出手段にて算出した電流実効値以下の基準電流実効値の内、最大の基準電流実効値を検索し、この検索した最大の基準電流実効値に対応した本数を全ヒータ本数から減じた本数をヒータ断線本数と判定するようにしたので、ヒータ断線を断線本数単位で確実に識別判定することができる。

上記のように構成された本発明のヒータ制御装置によれば、交流電流の半周期区間毎に、位相制御角に基づき、同半周期区間内でサイリスタをＯＮした後、同半周期区間の零クロス位置で同サイリスタをＯＦＦして同交流電流の電流実効値を調整する際に、同半周期区間内のサイリスタＯＮ継続時間に比例した電流実効値が得られるというサイリスタ位相制御の原理に着目し、前記ヒータ正常時のヒータ電流に関わる所定制御量相当の電流実効値を基準電流実効値として予め記憶しておき、前記ヒータ電流の電流波形を検出し、この電流波形に基づき、所定半周期区間内のＯＮ継続時間、周期及び電流実効値を測定し、所定半周期区間内のＯＮ継続時間及び周期に基づき位相制御角を算出すると共に、この所定半周期区間の位相制御角及び電流実効値に基づき、所定制御量相当の電流実効値を算出し、この所定制御量相当の電流実効値及び基準電流実効値の比較結果に基づきヒータ断線を識別判定するようにしたので、電圧系統の配線を要することなく、ヒータ電流波形検出手段等の電流検出器の電流系統の配線のみで、しかも、位相ズレを考慮することなく、ヒータ断線を確実に識別判定することができる。

以下、図面に基づいて本発明のヒータ制御装置に関わる実施の形態を示す温度調整システムについて説明する。図１は本実施の形態を示す温度調整システム内部の概略構成を示すブロック図である。

図１に示す温度調整システム１は、例えば射出成形機内のシリンダに配置された制御対象のヒータ１１と、ヒータ１１へヒータ電流を供給する交流電源１２と、これらヒータ１１及び交流電源１２間に配置され、温調制御信号に応じて交流電源１２からの交流電流を位相制御して電流実効値を調整し、この調整した電流実効値に基づきヒータ電流を調整出力する電力調整装置１３と、図示せぬ温度センサでヒータ１１の温度を監視し、この監視結果に基づき、ヒータ１１の温度を目標温度に設定すべく、温調制御信号を出力する温度調整装置１４と、ヒータ電流を検出する電流検出器１５と、この電流検出器１５にて検出したヒータ電流に基づき、ヒータ断線を検出するヒータ断線検出装置１６とを有している。

電力調整装置１３は、交流電源１２からの交流電流を位相制御するサイリスタ１３Ａと、このサイリスタ１３Ａを駆動制御する位相制御部１３Ｂとを有し、交流電源１２からの交流電流の半周期区間毎に、温調制御信号に対応した位相制御角θに基づき、同半周期区間内でサイリスタ１３ＡをＯＮした後、同半周期区間の零クロス位置で同サイリスタ１３ＢをＯＦＦすることで、位相制御角θに対応した０〜１００％範囲内で制御量を調整し、その結果、交流電流の電流実効値を調整し、この調整した電流実効値に基づき、ヒータ１１へのヒータ電流を調整出力するものである。

基本的に、図３に示すように、サイリスタ１３Ａを使用して交流電流の位相制御を実行する場合、交流電流の半周期区間毎に、位相制御角θに基づき同半周期区間内でサイリスタ１３ＡをＯＮした後、同半周期区間の零クロス位置で同サイリスタ１３ＢをＯＦＦして交流電流の電流実効値を調整する際に、サイリスタ位相制御の原理上、同半周期区間内のサイリスタＯＮ継続時間及び電流実効値間にはある一定の比例関係がある。

また、ヒータ断線検出装置１６は、ヒータ１１内に並列接続で構成する複数本のヒータ線の内、一本のヒータ線が断線したとしても、ヒータ電流に基づき、同ヒータ１内のヒータ断線を識別判定できるものである。

ヒータ断線検出装置１６は、図２に示すように、電流検出器１５にて検出したヒータ電流に比例した電圧に変換して電流波形を得る電圧変換部２１と、この電圧変換部２１にて得た電流波形を所定レベルまで増幅する増幅部２２と、この増幅部２２にて増幅した電流波形をパルス変換するパルス変換部２３と、増幅部２２にて増幅した電流波形を数値化するＡ／Ｄ変換部２４と、ヒータ断線検出装置１６全体を制御するＣＰＵ２５とを有している。

また、ＣＰＵ２５内部は、ヒータ正常時の制御量１００％相当のヒータ電流の電流実効値を基準電流実効値として予め記憶した基準電流実効値記憶部３１と、パルス変換部２３にてパルス変換したヒータ電流の電流波形に基づき、同電流波形の所定半周期区間内のＯＮ継続時間を測定するＯＮ継続時間測定部３２と、同電流波形の所定半周期区間内の周期を測定する周期測定部３３と、ＯＮ継続時間測定部３２にて測定した所定半周期区間内のＯＮ継続時間及び、周期測定部３３にて測定した所定半周期区間の周期に基づき同所定半周期区間内の位相制御角θを算出する位相制御角算出部３４と、Ａ／Ｄ変換部２４にて数値化した電流波形に基づき、同所定半周期区間内の電流実効値を算出する第１電流実効値算出部３５と、位相制御角算出部３４にて算出した同所定半周期区間内の位相制御角θ及び、第１電流実効値算出部３５にて算出した同所定半周期区間内の電流実効値に基づき、制御量１００％相当の電流実効値を算出する第２電流実効値算出部３６と、第２電流実効値算出部３６にて算出した制御量１００％相当の電流実効値と基準電流実効値記憶部３１に記憶中の基準電流実効値とを比較し、この比較結果に基づきヒータ断線を識別判定するヒータ断線判定部３７と、このヒータ断線判定部３７の判定結果に基づき、ヒータ断線発生の警告音又は警告表示を出力制御する警告出力制御部３８とを有している。

尚、ＯＮ継続時間測定部３２、周期測定部３３及び第１電流実効値算出部３５は、同一の所定半周期区間の電流波形でＯＮ継続時間、周期及び実効電流値を得るものである。

また、位相制御角算出部３４は、ＯＮ継続時間をｔ、周期をＴ及び位相制御角θとした場合、θ＝ｔ／Ｔ＊２πの数式で所定半周期区間の位相制御角θを算出するものである。

また、第２電流実効値算出部３６は、第１電流実効値算出部３５にて算出した電流実効値Ｉ、制御量１００％相当の電流実効値Ｉｍａｘとした場合、（数１）で所定半周期区間の制御量１００％相当の電流実効値Ｉｍａｘを算出するものである。

また、ヒータ断線判定部３７は、第２電流実効値算出部３６にて算出した制御量１００％相当の電流実効値Ｉｍａｘと、基準電流実効値記憶部３１に記憶中のヒータ正常時の制御量１００％相当の電流実効値としての基準電流実効値とを比較し、この比較結果、すなわち第２電流実効値算出部３６にて算出した電流実効値Ｉｍａｘが基準電流実効値よりも小さい場合、ヒータ断線が発生したものと識別判定するものである。

尚、請求項記載のヒータ制御装置は電力調整装置１３及びヒータ断線検出装置１６、ヒータはヒータ１１、電力調整装置は電力調整装置１３、サイリスタはサイリスタ１３Ａ、ヒータ断線検出装置はヒータ断線検出装置１６、基準電流実効値記憶手段は基準電流実効値記憶部３１、ヒータ電流波形検出手段は電流検出器１５、ＯＮ継続時間測定手段はＯＮ継続時間測定部３２、周期測定手段は周期測定部３３、位相制御角算出手段は位相制御角算出部３４、第１電流実効値算出手段は第１電流実効値算出部３５、第２電流実効値算出手段は第２電流実効値算出部３６、ヒータ断線判定手段はヒータ断線判定部３７に相当するものである。

次に本実施の形態を示す温度調整システム１内部の動作について説明する。

ヒータ断線検出装置１６側の電圧変換部２１は、電流検出器１５にて検出したヒータ電流に比例した電圧に変換して電流波形を増幅部２２に供給する。

増幅部２２は、電圧変換部２１からの電流波形を所定レベルまで増幅し、この増幅した電流波形をＡ／Ｄ変換部２４及びパルス変換部２３に供給する。

Ａ／Ｄ変換部２４は、増幅した電流波形を数値化し、この数値化したデータをＣＰＵ２５内の第１電流実効値算出部３５に供給する。また、パルス変換部２３は、増幅した電流波形をパルス変換し、このパルス変換した電流波形をＣＰＵ２５内のＯＮ時間継続測定部３２に供給する。

ＣＰＵ２５内部のＯＮ継続時間測定部３２は、パルス変換部２３にてパルス変換したヒータ電流の電流波形に基づき、同電流波形の所定半周期区間内のＯＮ継続時間を測定する。

さらに、周期測定部３３は、パルス変換部２３にてパルス変換した電流波形に基づき、同電流波形の所定半周期区間の周期を測定する。

位相制御角算出部３４は、ＯＮ継続時間測定部３２にて測定した所定半周期区間内のＯＮ継続時間ｔ及び周期測定部３３にて測定した所定半周期区間の周期Ｔに基づき、θ＝ｔ／Ｔ＊２πの数式で所定半周期区間の位相制御角θを算出する。

さらに、ＣＰＵ２５内部の第１電流実効値算出部３５は、Ａ／Ｄ変換部２４にて数値化したデータに基づき所定半周期区間内の電流実効値を算出する。

第２電流実効値算出部３６は、位相制御角算出部３４にて算出した所定半周期区間の位相制御角θ及び、第１電流実効値算出部３５にて算出した所定半周期区間の電流実効値Ｉに基づき、（数１）で所定半周期区間の制御量１００％相当の電流実効値Ｉｍａｘを算出する。

そして、ヒータ断線判定部３７は、第２電流実効値算出部３６にて算出した所定半周期区間内の制御量１００％相当の電流実効値Ｉｍａｘと、基準電流実効値記憶部３１に記憶中のヒータ正常時の制御量１００％相当の電流実効値としての基準電流実効値とを比較し、この比較結果に基づき、第２電流実効値算出部３６にて算出した電流実効値が基準電流実効値よりも小さい場合、ヒータ断線が発生したものと判断する。

警告出力制御部３８は、ヒータ断線判定部３７にてヒータ断線が発生したものと判断されると、警告音又は警告表示を外部出力することになる。

また、ヒータ断線判定部３７は、第２電流実効値算出部３６にて算出した制御量１００％相当の電流実効値が基準電流実効値よりも小さくない場合、ヒータ断線が発生してないと判断することになる。

本実施の形態によれば、交流電流の半周期区間毎に、位相制御角θに基づき、同半周期区間内でサイリスタ１３ＡをＯＮした後、同半周期区間の零クロス位置で同サイリスタ１３ＡをＯＦＦして同交流電流の電流実効値を調整する際に、同半周期区間内のサイリスタ１３ＡのＯＮ継続時間に比例した電流実効値が得られるというサイリスタ位相制御の原理に着目し、ヒータ正常時のヒータ電流に関わる制御量１００％相当の電流実効値を基準電流実効値として予め記憶しておき、ヒータ電流の電流波形を検出し、この電流波形に基づき、所定半周期区間内のＯＮ継続時間、周期及び電流実効値を測定し、所定半周期区間内のＯＮ継続時間及び周期に基づき位相制御角θを算出すると共に、この所定半周期区間の位相制御角及び電流実効値に基づき、制御量１００％相当の電流実効値を算出し、この制御量１００％相当の電流実効値及び基準電流実効値の比較結果に基づきヒータ断線を識別判定するようにしたので、電圧系統の配線を要することなく、電流検出器１５の電流系統の配線のみで、しかも、位相ズレを考慮することなく、ヒータ断線を確実に識別判定することができる。

また、本実施の形態によれば、第２電流実効値算出部３６にて算出した制御量１００％相当の電流実効値が基準電流実効値よりも小さい場合、ヒータ断線と判定するようにしたので、ヒータ断線を確実に識別判定することができる。

また、本実施の形態によれば、基準電流実効値をヒータ正常時の制御量１００％相当の電流実効値に設定することで、この基準電流実効値に基づき、制御量１００％未満の制御量の基準電流実効値も順次算出することが可能になる。

尚、上記実施の形態においては、ヒータ正常時の制御量１００％相当の電流実効値を基準電流実効値として基準電流実効値記憶部３１に記憶し、第２電流実効値算出部３６にて算出した制御量１００％相当の電流実効値及び基準電流実効値を比較し、この比較結果に基づき、ヒータ断線の有無を判定するようにしたが、例えばヒータ１１内のヒータ本数毎の制御量１００％相当の電流実効値を基準電流実効値として基準電流実効値記憶部３１に予め記憶しておき、ヒータ断線判定部３７にて、第２電流実効値算出部３６にて算出した制御量１００％相当の電流実効値と基準電流実効値記憶部３１に記憶中の各基準電流実効値とを順次比較し、この比較結果に基づき、複数の基準電流実効値の内、第２電流実効値算出部３６にて算出した制御量１００％相当の電流実効値以下の基準電流実効値の内、最大の基準電流実効値を検索し、この検索した最大の基準電流実効値に対応したヒータ本数を全ヒータ本数から減じた本数をヒータ断線本数と識別判定するようにしても良い。

この場合、基準電流実効値記憶部３１は、例えばヒータ１１内部の全ヒータ本数が１０本の場合、ヒータ本数が１０本の制御量１００％相当の電流実効値、９本の制御量１００％相当の電流実効値、８本の制御量１００％相当の電流実効値、７本の制御量１００％相当の電流実効値、６本の制御量１００％相当の電流実効値、５本の制御量１００％相当の電流実効値、４本の制御量１００％相当の電流実効値、３本の制御量１００％相当の電流実効値、２本の制御量１００％相当の電流実効値、１本の制御量１００％相当の電流実効値を基準電流実効値とし、ヒータ本数に応じた基準電流実効値を予め記憶しておくものである。

また、ヒータ断線判定部３７は、第２電流実効値算出部３６にて算出した制御量１００％相当の電流実効値が１０本相当の基準電流実効値と比較し、第２電流実効値算出部３６にて算出した制御量１００％相当の電流実効値が１０本相当の基準電流実効値よりも小さい場合、第２電流実効値算出部３６にて算出した制御量１００％相当の電流実効値が９本相当の基準電流実効値と比較し、第２電流実効値算出部３６にて算出した制御量１００％相当の電流実効値が９本相当の基準電流実効値よりも小さい場合、第２電流実効値算出部３６にて算出した制御量１００％相当の電流実効値が８本相当の基準電流実効値と比較し、さらに第２電流実効値算出部３６にて算出した制御量１００％相当の電流実効値が８本相当の基準電流実効値よりも小さい場合、第２電流実効値算出部３６にて算出した制御量１００％相当の電流実効値が７本相当の電流実効値と比較し、第２電流実効値算出部３６にて算出した制御量１００％相当の電流実効値を６本相当の電流実効値→５本相当の電流実効値→４本相当の電流実効値→３本相当の電流実効値→２本相当の電流実効値→１本相当の電流実効値の順に順次比較するものである。

この際、ヒータ断線判定部３７は、例えば第２電流実効値算出部３６にて算出した制御量１００％相当の電流実効値が７本相当の電流実効値と比較し、第２電流実効値算出部３６にて算出した制御量１００％相当の電流実効値が７本相当の電流実効値よりも大きい場合、第２電流実効値算出部３６にて算出した制御量１００％相当の電流実効値以下の基準電流実効値の内、最大の基準電流実効値、すなわち７本相当の基準電流実効値を検索し、この検索した基準電流実効値に対応した本数、７本を全ヒータ本数である１０本から減じた本数、すなわち３本のヒータ断線が発生したことを認識することができるものである。

その結果、ヒータ１１内の複数のヒータ本数の内、各本数に応じた正常時のヒータ電流に関わる制御量１００％相当の電流実効値を基準電流実効値として記憶しておき、ヒータ断線判定部３７にて、第２電流実効値算出部３６にて算出した制御量１００％相当の電流実効値と、記憶中の各本数に応じた制御量１００％相当の基準電流実効値とを順次比較し、この比較結果に基づき、複数の基準電流実効値の内、第２電流実効値算出部３６にて算出した電流実効値以下の基準電流実効値の内、最大の基準電流実効値を検索し、この検索した最大の基準電流実効値に対応した本数を全ヒータ本数から減じた本数をヒータ断線本数と判定するようにしたので、ヒータ断線を断線本数単位で確実に識別判定することができる。

本発明のヒータ制御装置によれば、交流電流の半周期区間毎に、位相制御角に基づき、同半周期区間内でサイリスタをＯＮした後、同半周期区間の零クロス位置で同サイリスタをＯＦＦして同交流電流の電流実効値を調整する際に、同半周期区間内のサイリスタＯＮ継続時間に比例した電流実効値が得られるというサイリスタ位相制御の原理に着目し、前記ヒータ正常時のヒータ電流に関わる所定制御量相当の電流実効値を基準電流実効値として予め記憶しておき、前記ヒータ電流の電流波形を検出し、この電流波形に基づき、所定半周期区間内のＯＮ継続時間、周期及び電流実効値を測定し、所定半周期区間内のＯＮ継続時間及び周期に基づき位相制御角を算出すると共に、この所定半周期区間の位相制御角及び電流実効値に基づき、所定制御量相当の電流実効値を算出し、この所定制御量相当の電流実効値及び基準電流実効値の比較結果に基づきヒータ断線を識別判定するようにしたので、電圧系統の配線を要することなく、ヒータ電流波形検出手段等の電流検出器の電流系統の配線のみで、しかも、位相ズレを考慮することなく、ヒータ断線を確実に識別判定することができる、例えば工業炉ヒータ等を温度調整する温度調整システムに有用である。

本発明のヒータ制御装置に関わる実施の形態を示す温度調整システム内部の概略構成を示すブロック図である。本実施の形態に関わるヒータ断線検出装置内部の概略構成を示すブロック図である。一般的なサイリスタ位相制御の原理を端的に示す説明図である。

符号の説明

１１ヒータ
１３電力調整装置（ヒータ制御装置）
１３Ａサイリスタ
１５電流検出器（ヒータ電流波形検出手段）
１６ヒータ断線検出装置（ヒータ制御装置）
３１基準電流実効値記憶部（基準電流実効値記憶手段）
３２ＯＮ継続時間測定部（ＯＮ継続時間測定手段）
３３周期測定部（周期測定手段）
３４位相制御角算出部（位相制御角算出手段）
３５第１電流実効値算出部（第１電流実効値算出手段）
３６第２電流実効値算出部（第２電流実効値算出手段）
３７ヒータ断線判定部（ヒータ断線判定手段）

Claims

制御対象のヒータの温度を目標温度に設定するための温調制御信号を受信し、交流電流の半周期区間毎に前記温調制御信号に対応した位相制御角に基づき、同半周期区間内でサイリスタをＯＮした後、同半周期区間の零クロス位置で同サイリスタをＯＦＦして同交流電流の電流実効値を調整し、この調整した電流実効値に基づき、前記ヒータへのヒータ電流を調整出力する電力調整装置と、前記ヒータ電流に基づき、前記ヒータの断線を検出するヒータ断線検出装置とを有するヒータ制御装置であって、
前記ヒータ断線検出装置は、
前記ヒータ正常時のヒータ電流に関わる所定制御量相当の電流実効値を基準電流実効値として予め記憶した基準電流実効値記憶手段と、
前記ヒータ電流の電流波形を検出するヒータ電流波形検出手段と、
このヒータ電流波形検出手段にて検出した前記ヒータ電流の電流波形に基づき、所定半周期区間内のＯＮ継続時間を測定するＯＮ継続時間測定手段と、
前記ヒータ電流波形検出手段にて検出した前記ヒータ電流の電流波形に基づき、前記所定半周期区間の周期を測定する周期測定手段と、
前記ヒータ電流波形検出手段にて検出した前記ヒータ電流の電流波形に基づき、前記所定半周期区間の電流実効値を算出する第１電流実効値算出手段と、
前記ＯＮ継続時間測定手段にて測定した前記所定半周期区間内のＯＮ継続時間及び、前記周期測定手段にて測定した前記所定半周期区間の周期に基づき、この所定半周期区間の前記位相制御角を算出する位相制御角算出手段と、
前記第１電流実効値算出手段にて算出した前記所定半周期区間の電流実効値及び、前記位相制御角算出手段にて算出した前記所定半周期区間の前記位相制御角に基づき、前記所定制御量相当の電流実効値を算出する第２電流実効値算出手段と、
この第２電流実効値算出手段にて算出した前記所定制御量相当の電流実効値と、前記基準電流実効値記憶手段に記憶中の基準電流実効値とを比較し、この比較結果に基づき、前記ヒータの断線を識別判定するヒータ断線判定手段とを有することを特徴とするヒータ制御装置。
前記ヒータ断線判定手段は、
前記第２電流実効値算出手段にて算出した前記所定制御量相当の電流実効値が前記基準電流実効値よりも小さい場合、前記ヒータの断線と識別判定することを特徴とする請求項１記載のヒータ制御装置。
前記所定制御量は、
１００％の制御量に相当することを特徴とする請求項１又は２記載のヒータ制御装置。
前記基準電流実効値記憶手段は、
前記ヒータ内の複数のヒータ本数の内、各本数に応じた正常時のヒータ電流に関わる所定制御量相当の電流実効値を基準電流実効値として夫々記憶しておき、
前記ヒータ断線判定手段は、
前記第２電流実効値算出手段にて算出した前記所定制御量相当の電流実効値と、前記基準電流実効値記憶手段に記憶中の各本数に応じた基準電流実効値とを順次比較し、この比較結果に基づき、前記ヒータの断線本数を識別判定することを特徴とする請求項１、２又は３記載のヒータ制御装置。
前記ヒータ断線判定手段は、
前記第２電流実効値算出手段にて算出した前記所定制御量相当の電流実効値と前記基準電流実効値記憶手段に記憶中の各本数に応じた基準電流実効値とを順次比較し、この比較結果に基づき、前記複数の基準電流実効値の内、前記第２電流実効値算出手段にて算出した電流実効値以下の基準電流実効値の内、最大の基準電流実効値を検索し、この検索した最大の基準電流実効値に対応した本数を全ヒータ本数から減算した本数をヒータ断線本数と識別判定することを特徴とする請求項４記載のヒータ制御装置。