JP2013194583A - 送液装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液状物の出力量の計測精度を向上させる。
【解決手段】本発明の送液装置は、貯蔵部に貯蔵された液状物を出力口から出力する送液装置であって、前記液状貯蔵物を送出する送液部と、前記送液部により送出された液状物の出力先を、前記出力口と前記貯蔵部のいずれかに切り替える切り替え部と、前記送液部と前記切り替え部との間の前記液状物の送液量を計測し、計測した計測送液量を示す計測結果を出力する計測部と、所定期間における前記計測部の出力に示される計測送液量の平均値および変化量を算出し、該算出した計測送液量の平均値および変化量に基づいて、前記所定期間に前記出力口から出力された前記液状物の量を算出する制御部と、を有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、液状物を出力する送液装置およびその制御方法に関する。

様々な製品の製造時に液状材料（液状物）を出力する送液装置が用いられる。

図８は、一般的な送液装置１００の構成を示すブロック図である。

図８に示す送液装置１００は、貯蔵部１１０と、出力口１２０と、送出配管１３０と、送液部１４０と、出力配管１５０と、循環配管１６０と、切り替え部１７０とを有する。

貯蔵部１１０は、液状物を貯蔵する。

出力口１２０は、液状物を送液装置１００の外部に出力する。

送液部１４０は、貯蔵部１１０に貯蔵されている液状物を送出配管１３０に送出する。送出配管１３０に送出された液状物は切り替え部１７０に入力される。

切り替え部１７０は、送出配管１３０に送出された液状物（以下、送出液状物と称する）の出力先を出力口１２０と貯蔵部１１０とのいずれかに切り替える。出力先が出力口１２０である場合には、送出液状物は出力配管１５０を介して出力口１２０から出力される。一方、出力先が貯蔵部１１０である場合には、送出液状物は循環配管１６０を介して貯蔵部１１０に循環する。

上述したような送液装置を用いて安定的に製品を製造するためには、供給が必要とされるときに、定められた量の液状物が正確に出力されるように、出力口１２０からの出力量を制御する必要がある。また、出力量を制御するためには、出力量を高精度に計測する必要がある。

特許文献１（特開２００５−２８８３８７号公報）には、図９に示すように、出力口１２０からの液状物の出力圧力を計測する計測部２１０を設け、計測部２１０により計測される圧力が予め定められた圧力となるように液状物の送液量を制御することで、出力量を一定に保つ技術が開示されている。しかし、特許文献１に開示の技術においては、液状物の粘性が変化すると、配管における液状物の流れ方が変化し、同じ出力圧力であっても出力量が変化するため、出力量を正確に制御することができない。

そこで、特許文献２（特開２０１１−２４０２８１号公報）には、図１０に示すように、出力口１２０と切り替え部１７０との間に、出力配管１５０を流れる液状物の送液量を計測する計測部３１０を設け、計測部３１０により計測された計測送液量の積算値を出力量として計測する技術が開示されている。

特許文献２に開示の技術においては、出力配管１５０を流れる液状部の送液量に基づいて出力量を計測するため、液状物の粘性が変化した場合にも、出力量の計測精度を向上させることができる。しかし、特許文献２に開示の技術においては、出力配管１５０を流れる液状物の計測送液量に誤差が含まれると、出力量にも誤差が積算されてしまい、出力量の計測精度が低下する。

図１１は、出力配管の開閉状態と出力配管を流れる液状物の送液量との関係を示す図である。以下では、出力配管が開状態とは、送出液状物の出力先が出力配管である状態を示し、出力配管が閉状態とは、送出液状物の出力先が循環配管である状態を示す。

図１１に示すように、時刻ｔ１１１において、出力配管が閉状態から開状態に切り替わると、出力配管を流れる液状物の送液量の急峻な立ち上がりが生じる。また、時刻ｔ１１２において、出力配管が開状態から閉状態に切り替わると、出力配管を流れる液状物の送液量の急峻な立ち下がりが生じる。液状物の送液量に大きな変動が生じると、送液量を正確に計測することができず、計測送液量には誤差が含まれることになる。そのため、特許文献２に開示の技術においては、出力配管を流れる液状物の計測送液量に含まれる誤差のために、出力量の計測精度が低下する。

なお、送出配管１３０を流れる送液液状物の送液量は、送出液状物の出力先が切り替わった場合には、変動が生じる。そこで、特許文献３（特開平６−２３１６８２号公報）には、図１２に示すように、送液部１４０と切り替え部１７０との間に、送出配管１３０を流れる送出液状物の送液量を計測する計測部４１０を設ける技術が開示されている。これにより、送出配管１３０を流れる送出液状物の計測送液量の計測精度を向上させることができる。

特開２００５−２８８３８７号公報 特開２０１１−２４０２８１号公報 特開平６−２３１６８２号公報

上述したように、送出配管を流れる液状物の送液量は、送出液状物の出力先の切り替わり時に変動が生じる。そのため、送出配管を流れる液状物の計測送液量にも誤差が含まれてしまい、送出配管を流れる液状物の計測送液量に基づいて出力量を計測しても、出力量の計測精度を十分に向上させることができない。

また、切り替え部以降の循環配管などで、詰まりなどのために液状物の流れ方が変化した場合には、配管内の圧力変化により、送出配管を流れる液状物の送液量と出力配管を流れる液状物の送液量とのバランスが変化することがある。このような場合にも、送出配管を流れる液状物の計測送液量に基づいて出力量を計測しても、出力量を正確に計測することができない。

本発明の目的は、液状物の出力量の計測精度を高めることができる送液装置およびその制御方法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送液装置は、
貯蔵部に貯蔵された液状物を出力口から出力する送液装置であって、
前記液状物を送出する送液部と、
前記送液部により送出された液状物の出力先を、前記出力口と前記貯蔵部とのいずれかに切り替える切り替え部と、
前記送液部と前記切り替え部との間の前記液状物の送液量を計測し、計測した計測送液量を示す計測結果を出力する計測部と、
所定期間における前記計測部の出力に示される計測送液量の平均値および変化量を算出し、該算出した計測送液量の平均値および変化量に基づいて、前記所定期間に前記出力口から出力された前記液状物の量を算出する制御部と、を有する。

上記目的を達成するために本発明の送液装置の制御方法は、
貯蔵部に貯蔵された液状物を送出する送液部と、前記送液部により送出された液状物の出力先を、出力口と前記貯蔵部とのいずれかに切り替える切り替え部と、を有し、前記液状物を前記出力口から出力する送液装置の制御方法あって、
前記送液部と前記切り替え部との間の前記液状物の送液量を計測し、
所定期間における前記計測した液状物の送液量の平均値および変化量を算出し、該算出した送液量の平均値および変化量に基づいて、前記所定期間に前記出力口から出力された前記液状物の量を算出する。

本発明によれば、液状物の出力量の計測精度を高めることができる。

本発明の一実施形態の送液装置の構成を示すブロック図である。 図１に示す制御部の構成を示すブロック図である。 図１に示す送液装置の送液動作を示すフローチャートである。 図１に示す送液装置の送液動作中における配管圧力、出力量および計測送液量を示す図である。 図１に示す送液装置の送液動作中における配管圧力、出力量および計測送液量を示す図である。 図１に示す循環配管に詰まりが生じる前後での出力量および計測送液量の変化を示す図である。 図１に示す制御部の出力量の算出動作を示すフローチャートである。 図１に示す制御部の出力量の制御動作を示すフローチャートである。 関連する送液装置の構成の一例を示すブロック図である。 関連する送液装置の構成の他の一例を示すブロック図である。 関連する送液装置の構成の他の一例を示すブロック図である。 図１０に示す送液装置における問題を説明するための図である。 関連する送液装置の構成の他の一例を示すブロック図である。

以下に、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態の送液装置１０の構成を示すブロック図である。

図１に示す送液装置１０は、貯蔵部１１と、出力口１２と、送出配管１３と、送液部１４と、出力配管１５と、循環配管１６と、切り替え部１７と、計測部１８と、制御部１９と、を有する。

貯蔵部１１は、液状物を貯蔵する。

出力口１２は、液状物を送液装置１０の外部に出力する。

送液部１４は、貯蔵部１１に貯蔵されている液状物を送出配管１３に送出する。送出配管１３に送出された液状物は切り替え部１７に入力される。

切り替え部１７は、出力配管１３に送出された送出液状物の出力先を出力口１２と貯蔵部１１とのいずれかに切り替える。出力先が出力口１２である場合には、送出液状物は出力配管１５を介して出力口１２から出力される。一方、出力先が貯蔵部１１である場合には、送出液状物は循環配管１６を介して貯蔵部１１に循環する。なお、通常、循環配管１６は、出力配管１５よりも径が小さい。

計測部１８は、送液部１４と切り替え部１７との間に設けられ、送出配管１３を流れる液状物（送液部１４により貯蔵部１１から送出された液状物）の送液量を計測し、計測した計測送液量のデータを制御部１９に出力する。

制御部１９は、計測部１８の出力に示される送出配管１３を流れる液状物の送液量に基づいて出力口１２から出力される液状物の出力量を算出する。また、制御部１９は、算出した出力量が予め定められた量となるように、送液部１４の駆動を制御する。

次に、制御部１９の構成について図２を参照して説明する。

図２に示す制御部１９は、データ取得部２１と、出力量算出部２２と、送液制御部２３と、を有する。

データ取得部２１は、計測部１８から計測送液量の現在値のデータを取得する。また、データ取得部２１は、切り替え部１７から切り替えタイミングのデータを取得する。

出力量算出部２２は、データ取得部２１が取得した計測送液量の現在値のデータと切り替えタイミングのデータとに基づいて出力量を算出し、算出結果を送液制御部２３に出力する。ここで、出力量算出部２２は、所定期間（送出液状物の出力先が出力配管１５である出力期間）における計測送液量の平均値および送液量の変化量を算出し、算出した計測送液量の平均値および送液量の変化量に基づいて、その所定期間に出力口１１から出力された液状物の量である出力量を算出する。なお、出力量を算出する際の動作の詳細については後述する。

送液制御部２３は、出力量算出部２２の出力に示される出力量が予め設定された目標出力量と一致するように送液部１４の駆動を制御する。

次に、本実施形態の送液装置１０の動作について説明する。

図３は、本実施形態の送液装置１０の送液動作を示すフローチャートである。

制御部１９は、例えば、送液装置１０の外部から、液状物の送液量の設定値の入力を受け付ける。また、切り替え部１７は、例えば、送液装置１０の外部から、切り替えタイミングの入力を受け付ける（ステップＳ３１）。

次に、制御部１９は、入力された送液量の液状物が送出されるように送液部１３を駆動させる（ステップＳ３２）。送液部１３は、貯蔵部１１に貯蔵されている液状物を送出配管１３に送出する。なお、ステップＳ３２においては、切り替え部１７は、送出液状物の出力先を循環配管１６とする。循環配管１６が出力先であるため、送出液状物は循環配管１６を介して貯蔵部１１に循環する。

切り替えタイミングになると、切り替え部１７は、送出液状物の出力先を出力配管１５に切り替える。出力配管１５が出力先となると、送出液状物は出力配管１５を介して出力口１２から出力される。次の切り替えタイミングになると、切り替え部１７は、送出液状物の出力先を循環配管１６に切り替える（ステップＳ３３）。このように、ステップＳ３３においては、液状物の出力と循環とが繰り返される。

次に、制御部１９は、送液を終了する旨が入力されたか否かを判定する（ステップＳ３４）。

送液を終了する旨が入力されていない場合には（ステップＳ３４：Ｎｏ）、切り替え部１７により、ステップＳ３３の処理が繰り返される。

送液を終了する旨が入力された場合には（ステップＳ３４：Ｙｅｓ）、制御部１９は、その旨を切り替え部１７に通知し、切り替え部１７は、送出液状物の出力先を循環配管１６に切り替えた上で、処理を終了する。

次に、送液動作中における配管圧力、出力量および計測送液量について、図４Ａ，４Ｂを参照して説明する。ここで、図４Ａは、出力圧力が十分に高くない場合を示し、図４Ｂは、出力圧力が十分高い場合を示す。

図４Ａ（ａ）および図４Ｂ（ａ）は、出力配管１５の開閉状態を示す。図４Ａ（ｂ）および図４Ｂ（ｂ）は、出力配管１５内の圧力（以下、出力圧力と称する）および循環配管１６内の圧力（以下、循環圧力と称する）を示す。なお、図４Ａ（ｂ）および図４Ｂ（ｂ）において、実線は出力圧力を示し、点線は循環圧力を示す。図４Ａ（ｃ）および図４Ｂ（ｃ）は、出力量を示す。図４Ａ（ｄ）および図４Ｂ（ｄ）は、計測送液量を示す。

図４Ａ（ａ）および図４Ｂ（ａ）において、時刻ｔ４１から時刻ｔ４２まで、また、時刻ｔ４３から時刻ｔ４４までは出力配管１５が閉状態である。また、時刻ｔ４２から時刻ｔ４３までは出力配管１５は開状態である。

時刻ｔ４２において、出力配管１５の閉状態から開状態への切り替わり時に、出力圧力が十分に高くないと、図４Ａ（ｃ）に示すように、出力量が安定するまでに時間がかかる。この時間を短くするためには、出力配管１５が開状態となった際に、出力圧力を上げ、液状物が瞬時に押し出されるように、図４Ｂ（ｂ）に示すように、出力配管１５が閉状態である間に、循環圧力を十分に上げておく必要がある。

そこで、通常、送液装置においては、循環配管１６は出力配管１５よりも径を小さくしたり、切り替えタイミングを調整したりして、循環圧力や出力圧力を上がりやすくしている。そのため、図４Ａ（ｄ）および図４Ｂ（ｄ）に示すように、出力配管１５が閉状態では、計測送液量は減少する。一方、出力配管１５が開状態では、計測送液量は上昇する。したがって、計測送液量には、液状物の循環時と出力時とで変動（脈動）が生じる。ここで、出力配管１５の送液量と循環配管１６の送液量とのバランスが常に一定であれば、計測送液量の平均値の推移と出力量との関係は比例関係となる。

次に、詰まりなどにより循環配管１６の液状物の流れ方が変化した場合の計測送液量の変化について図５を参照して説明する。

図５（ａ）は出力配管１５の開閉状態を示し、図５（ｂ）は出力量を示し、図５（ｃ）は計測送液量を示す。なお、図５（ｂ）および図５（ｃ）において、実線は循環配管１６の液状物の流れ方の変化前の出力量および計測送液量を示し、点線は循環配管１６における液状物の流れ方の変化後の出力量および計測送液量を示す。

図５において、時刻ｔ５１から時刻ｔ５２まで、また、時刻ｔ５３から時刻ｔ５４までは出力配管１５は閉状態である。また、時刻ｔ５２から時刻ｔ５３までは出力配管１５は開状態である。

循環配管１６に詰まりが発生すると、詰まりが発生する前の正常時と比べて、循環配管１６において液状物が流れにくくなるため、図５（ｃ）に示すように、時刻ｔ５１から時刻ｔ５２までの期間において、正常時よりも計測送液量が低下する。そのため、時刻ｔ５２において出力配管１５が開状態になった直後の計測送液量は正常時よりも低下する。

また、循環配管１６の詰まりにより、液状物の循環時の循環圧力は通常時よりも大きくなる。そのため、時刻ｔ５２において出力配管１５が開状態となると、循環圧力の上昇の影響により、通常時よりも多くの液状物が押し出され、計測送液量は増加する。したがって、図５（ｃ）に示すように、時刻ｔ５２において出力配管１５が開状態となった直後は、計測送液量は正常時よりも小さいが、その後、急激に増加して正常時よりも大きくなり、徐々に安定していく。

ここで、出力配管１５が開状態となった直後における循環配管１６の詰まりによる計測送液量の低下と配管圧力の上昇による計測送液量の増加とが相殺され、循環配管１６の液状物の流れ方の変化が発生する前後での計測送液量の平均値は、略一定となることがある。しかし、実際には、図５（ｂ）に示すように、配管圧力の上昇により出力量は増加する。そのため、計測送液量の平均値だけに基づいて出力量を算出しても、正確な測定結果を得ることができない。

そこで、本実施形態においては、計測送液量の平均値だけでなく、所定期間における計測送液量の最大値と最小値との差分である計測送液量の変化量も用いて、その所定期間における出力量を算出する。計測送液量の変化量には循環配管１６の液状物の流れ方の変化の影響が反映されるため、計測送液量の平均値および変化量に基づいて出力量を算出することで、より正確に出力量を計測することができる。

次に、制御部１９による出力量の算出動作について、図６に示すフローチャートを参照して説明する。

まず、データ取得部２１は、計測部１８から計測送液量の現在値のデータを取得し、切り替え部１７から切り替えタイミングのデータを取得する（ステップＳ６１）。

出力量算出部２２は、切り替えタイミングのデータに基づいて、出力期間を特定する。また、出力量算出部２２は、出力期間における計測送液量の平均値および変化量を算出する（ステップＳ６２）。

次に、出力量算出部２２は、計測送液量の平均値および変化量に基づいて出力量を算出する。ここで、出力量算出部２２は、例えば、式（１）に示される出力量と計測送液量の平均値および変化量との関係式を記憶しており、この関係式を用いて出力量を算出する。

ＭＦＯｕｔ＝α１・ＭＦＡｖｅ＋α２・ＭＦｐ−ｐ＋β 式（１）
式（１）において、ＭＦＯｕｔは出力量を示し、ＭＦＡｖｅは計測送液量の平均値を示し、ＭＦｐ−ｐは計測送液量の変化量を示す。また、α１，α２は所定の係数であり、βはオフセットである。α１，α２およびβは、例えば、多変量解析などを用いて事前に求めることができる。

出力配管１５や循環配管１６の液状物の流れ方が変化した場合に、計測送液量の平均値だけに基づいて出力量を算出しても、出力配管１５や循環配管１６の液状物の流れ方の変化の影響が反映されず、出力量を正確に算出することができない。そこで、計測送液量の平均値および変化量に基づいて出力量を算出することで、出力配管１５や循環配管１６の液状物の流れ方の変化の影響が反映された出力量を算出することができる。そのため、出力量の計測精度を向上させることができる。

次に、制御部１９による出力量の制御動作について、図７に示すフローチャートを参照して説明する。なお、図７において、図６と同様の処理については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。

まず、送液制御部２３は、送液装置１０の外部から目標出力量の設定値の入力を受け付ける（ステップＳ７１）。

データ取得部２１は、計測送液量の現在値のデータおよび切り替えタイミングのデータを取得し（ステップＳ６１）、出力量算出部２２は、これらのデータに基づき出力量を算出する（ステップＳ６２）。

送液制御部２３は、出力算出部２２により算出された出力量と設定された目標出力量との差が０となるような送液部１４への指示値（送出配管１３への液状物の送出量）を算出する（ステップＳ７２）。なお、送液部１４への指示値は、例えば、ＰＩＤ（Proportional Integral Differential）演算などの演算制御により算出することができる。

次に、送液制御部２３は、算出した指示値を送液部１４の設定値として再設定する（ステップＳ７２）。

次に、出力量算出部２２は、送液を終了する旨が入力されたか否かを判定する（ステップＳ７３）。

送液を終了する旨が入力されていない場合には（ステップＳ７３：Ｎｏ）、ステップＳ６１から処理が繰り返される。

送液を終了する旨が入力された場合には（ステップＳ７３：Ｙｅｓ）、出力量算出部２２は、処理を終了する。

このように本実施形態によれば、送液装置１０は、出力期間における送出配管１３を流れる液状物の計測送液量の平均値と変化量とに基づいて出力量を算出する。

計測送液量の平均値を用いて出力量を算出することで、例えば、図４Ａ（ｄ）および図４（ｄ）に示される計測送液量の脈動の影響を抑えた出力量を算出することができる。

また、循環配管１６の液状物の流れが変わると、管内の圧力も変化し、出力配管における送液量にも影響が生じる。その結果、図５（ｂ）および図５（ｃ）に示すように、出力期間における計測送液量の平均値は略一定であるにも関わらず、出力量は変化する場合がある。このような場合には、計測送液量の平均値のみを用いて出力量を算出しても、正確に出力量を計測することができない。そこで、本実施形態においては、計測送液量の平均値に加えて、計測送液量の変化量に基づいて出力量を算出する。計測送液量の変化量には、循環配管１６の液状物の流れ方が変わったことによる影響が反映されるため、計測送液量の平均値および変化量に基づいて出力量を算出することで、より正確に出力量を計測することができる。

１０ 送液装置
１１ 貯蔵部
１２ 出力口
１３ 配管
１４ 送液部
１５ 出力配管
１６ 循環配管
１７ 切り替え部
１８ 計測部
１９ 制御部
２１ データ取得部
２２ 出力量算出部
２３ 送液制御部

Claims (4)

1. 貯蔵部に貯蔵された液状物を出力口から出力する送液装置であって、
   前記液状貯蔵物を送出する送液部と、
   前記送液部により送出された液状物の出力先を、前記出力口と前記貯蔵部のいずれかに切り替える切り替え部と、
   前記送液部と前記切り替え部との間の前記液状物の送液量を計測し、計測した計測送液量を示す計測結果を出力する計測部と、
   所定期間における前記計測部の出力に示される計測送液量の平均値および変化量を算出し、該算出した計測送液量の平均値および変化量に基づいて、前記所定期間に前記出力口から出力された前記液状物の量を算出する制御部と、を有することを特徴とする送液装置。
2. 請求項１記載の送液装置であって、
   前記制御部は、前記算出した前記液状物の出力量と予め設定された目標出力量との差が小さくなるように前記送液部の駆動を制御することを特徴とする送液装置。
3. 貯蔵部に貯蔵された液状物を送出する送液部と、前記送液部により送出された液状物の出力先を、出力口と前記貯蔵部のいずれかに切り替える切り替え部と、を有し、前記液状物を前記出力口から出力する送液装置の制御方法あって、
   前記送液部と前記切り替え部との間の前記液状物の送液量を計測し、
   所定期間における前記計測した液状物の送液量の平均値および変化量を算出し、該算出した送液量の平均値および変化量に基づいて、前記所定期間に前記出力口から出力された前記液状物の量を算出することを特徴とする送液装置の制御方法。
4. 請求項３記載の送液装置の制御方法であって、
   前記算出した前記液状物の出力量と予め設定された目標出力量との差が小さくなるように前記送液部の駆動を制御することを特徴とする送液装置の制御方法。

Images