JP2020160500A - 制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】リレーを用いる制御出力方式で、様々な制御状態に最適な状態で制御する。【解決手段】第1制御出力部103は、第1リレーから構成され、第1ヒータ101に電源106から出力される電圧を制御することで第1制御出力を出力する。第2制御出力部104は、第2リレーから構成され、第2ヒータ102に電源106から出力される電圧を制御することで第2制御出力を出力する。制御部105は、制御対象の制御状態に応じて、第1ヒータ101の動作および第2ヒータ102の動作の少なくとも一方を選択する。【選択図】 図1

Description

本発明は、制御対象機器を切り替える制御装置に関する。
例えば、建築物に付帯している各設備の監視制御や、プラントなどの制御には制御装置や機器管理装置などによる制御システムが用いられている。例えば、各種温度環境などの温度の調節を実施する温調機器が、制御システムによって制御される。この種の制御では、温度センサを用いて測定された制御対象の温度と設定温度とに従って、温調機器(制御対象機器)に対する制御出力を求めて温調機器の制御を実施する。例えば、制御対象機器がヒータの場合、リレーからなる制御出力部を制御し、ヒータに対して所定の制御出力を出力する。
上述した制御出力部では、例えば、有接点リレーである電磁開閉器を用いた制御出力方式や、無接点リレーであるサイリスタなどの半導体リレーを用いた制御出力方式が用いられている。各制御出力方式は、定格容量、出力部接点の動作寿命回数、外部からの耐サージ電圧特性、放熱対策、製品コストなどの特徴を考慮し、制御対象機器や制御環境に合わせて適宜に選択されている。
特開平07−306724号公報
しかしながら、リレーを用いる制御出力方式では、以下に示すように、様々な制御状態に最適な状態で制御することができないという問題があった。例えば、有接点リレーである電磁開閉器による制御出力方式では、動作時に発熱が少なく電力損失が小さく、電流容量が大きいという利点がある。一方、電磁開閉器による制御出力方式では、出力部接点の動作寿命回数に制限がある。また、電磁開閉器による制御出力方式では、出力部接点の動作寿命回数を考慮して制御周期を長くしているためなどにより、精度の高い制御が行えない。従って、有接点リレーによる制御出力方式は、高い制御性が要求される制御状態には適用しにくいという問題がある。
これに対し、無接点リレーであるサイリスタによる制御出力方式では、応答性が速く、精度の高い制御性が得られるという利点がある。一方、サイリスタによる制御出力方式では、動作時の発熱が大きい、電力損失が大きい、電流容量が小さいなどの問題がある。従って、無接点リレーによる制御出力方式は、長い時間、大きな電力の制御出力が要求される制御状態には適用しにくいという問題がある。
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、リレーを用いる制御出力方式で、様々な制御状態に最適な状態で制御することを目的とする。
本発明に係る制御装置は、同一の制御対象を制御する同一の構成の第1制御対象機器および第2制御対象機器と、第1制御対象機器に第1制御出力を出力するように構成された第1リレーからなる第1制御出力部と、第2制御対象機器に第2制御出力を出力するように構成された第2リレーからなる第2制御出力部と、制御対象の制御状態に応じて、第1制御対象機器の動作および第2制御対象機器の動作の少なくとも一方を選択する制御部とを備える。
上記制御装置の一構成例において、制御部は、第1制御出力部および第2制御出力部の動作を制御することで、第1制御対象機器の動作および第2制御対象機器の動作の少なくとも一方を選択する。
上記制御装置の一構成例において、第1制御対象機器および第2制御対象機器は、温調機器である。
上記制御装置の一構成例において、第1制御対象機器および第2制御対象機器は、ヒータである。
上記制御装置の一構成例において、第1リレーは、有接点リレーであり、第2リレーは、無接点リレーである。
上記制御装置の一構成例において、第1リレーは、電磁開閉器であり、第2リレーは、半導体リレーである。
上記制御装置の一構成例において、制御部は、制御状態が運転状態では第2制御対象機器の動作を選択し、制御状態が運転状態以外では、少なくとも第1制御対象機器の動作を選択する。
上記制御装置の一構成例において、制御部は、制御状態が運転状態以外では、第1制御対象機器の動作および第2制御対象機器の動作の両者を選択する。
以上説明したように、本発明によれば、第1リレーからなる第1制御出力部と、第2リレーからなる第2制御出力部とを、制御対象機器の制御状態に応じて切り替えるようにしたので、リレーを用いる制御出力方式で、様々な制御状態に最適な状態で制御することができる。
図1は、本発明の実施の形態に係る制御装置の構成例を示す構成図である。 図2は、温度制御の一例を示す説明図である。 図3は、実施の形態に係る制御装置の動作例を説明するためのフローチャートである。 図4は、実施の形態に係る制御装置の他の動作例を説明するためのフローチャートである。 図5は、本発明に係る制御装置の制御部のハードウエア構成を示す構成図である。
以下、本発明の実施の形態に係る制御装置について図1を参照して説明する。この制御装置は、第1ヒータ、第2ヒータ、第1制御出力部103、第2制御出力部104、制御部105を備える。
第1ヒータ101は、第1制御対象機器である。第2ヒータ102は、第2制御対象機器である。第1ヒータ101および第2ヒータ102は、各々同一の構成とされている。また、第1ヒータ101および第2ヒータ102は、例えば、同じ加熱炉(不図示)に設けられてこの加熱炉内の温度(制御対象)を制御する。
第1制御出力部103は、第1リレーから構成され、第1ヒータ101に電源106から出力される電圧を制御することで第1制御出力を出力する。第1リレーは、例えば、電磁開閉器などの有接点リレーである。第2制御出力部104は、第2リレーから構成され、第2ヒータ102に電源106から出力される電圧を制御することで第2制御出力を出力する。第2リレーは、半導体リレーなどの無接点リレーである。
制御部105は、制御対象(例えば加熱炉内の温度)の制御状態(例えば運転状態または待機状態)に応じて、第1ヒータ101の動作および第2ヒータ102の動作の少なくとも一方を選択する。制御部105は、第1制御出力部103および第2制御出力部104の動作を制御することで、第1ヒータ101の動作および第2ヒータ102の動作の少なくとも一方を選択する。例えば、制御部105は、制御状態が運転状態では第2ヒータ102の動作を選択し、制御状態が運転状態以外では、少なくとも第1ヒータ101の動作を選択する。また、制御部105は、制御状態が運転状態以外では、第1ヒータ101の動作および第2ヒータ102の動作の両者を選択することもできる。
例えば、加熱炉では、図2に例示すように、炉内の温度制御が実施される。時刻t0で装置が稼働開始され、時刻t1で所定の待機温度にまで昇温され、時刻t2まで待機状態とされる。時刻t2から時刻t3までは、製品処理のための運転状態とされ、この後、時刻t3から待機状態にまで降温され、時刻t4まで待機状態とされる。
このような運転制御において、時刻t0から時刻t1までの昇温状態、時刻t1から時刻t2まで、および時刻t3から時刻t4までの待機状態では、炉内の温度を高い精度で制御する必要がない。このため、時刻t0から時刻t2まで、および時刻t3から時刻t4までの間は、電磁開閉器などの有接点リレーによる制御出力方式とすることが望ましい。
一方、時刻t2から時刻t3までの運転状態では、炉内の温度を高い精度で制御することが有用となる。このため、時刻t2から時刻t3の間は、サイリスタなどの半導体リレーを用いた制御出力方式とすることが望ましい。
実施の形態によれば、制御部105が、上述した温度の制御状態に合わせ、第1制御出力部103の第1制御出力による第1ヒータ101による加熱と、第2制御出力部104の第2制御出力による第2ヒータ102による加熱とを切り替える。制御部105は、時刻t1から時刻t2の間、および時刻t3から時刻t4の間では、第1制御出力部103の第1制御出力により第1ヒータ101を動作させる。
また、制御部105は、時刻t0から時刻t1の間は、第1制御出力部103の第1制御出力により第1ヒータ101を動作させるとともに、第2制御出力部104の第2制御出力により第2ヒータ102を動作させることもできる。2つのヒータを同時に動作させることで、より短時間で目的の温度に達することが可能となる。
また、制御部105は、時刻t2からt3の間は、第2制御出力部104の第2制御出力により第2ヒータ102を動作させる。
これらの結果、実施の形態によれば、リレーを用いる制御出力方式で、様々な制御状態に最適な状態で制御することが可能となる。
次に、実施の形態に係る制御装置の動作例について図3のフローチャートを用いて説明する。まず、装置が起動されると、ステップS101で、制御部105が、第1制御出力部103を選択し、第1制御出力部103による第1制御出力の制御で、第1ヒータ101を動作させる。制御部105は、第1ヒータ101により加熱されている対象の温度が待機温度にまで昇温するように、第1ヒータ101を制御する。次に、ステップS102で、制御部105は、設定されているプログラムに従って、第1ヒータ101により加熱されている対象の温度が待機温度に達したか否かを判断する。
第1ヒータ101により加熱されている対象の温度が待機温度に達したことが測定されると(ステップS102のyes)、ステップS103で、制御部105は、設定されているプログラムに従って、運転が開始される時刻になったか否かを判断する。運転が開始される時刻になると(ステップS103のyes)、ステップS104で、制御部105が、第2制御出力部104を選択し、第2制御出力部104による第2制御出力の制御で、第2ヒータ102を動作させる。なお、このとき、第1制御出力部103の第1制御出力の制御による第1ヒータ101の動作は、停止させる。
次に、ステップS105で、制御部105が、設定されているプログラムに従って、運転終了となる時刻になったか否かを判断する。運転終了の時刻になると(ステップS105のyes)、ステップS106で、制御部105が、第1制御出力部103を選択し、第1制御出力部103による第1制御出力の制御で、第1ヒータ101を動作させる。また、制御部105が、第1ヒータ101により加熱されている対象の温度が待機温度となるように、第1ヒータ101を制御する。なお、このとき、第2制御出力部104の第2制御出力の制御による第2ヒータ102の動作は、停止させる。上述したステップS103〜ステップS106の動作を、装置を停止するまで実施する(ステップS107)。
次に、実施の形態に係る制御装置の他の動作例について図4のフローチャートを用いて説明する。まず、装置が起動されると(ステップS201のyes)、ステップS202で、制御部105が、第1制御出力部103および第2制御出力部104を選択し、第1制御出力部103による第1制御出力の制御で、第1ヒータ101を動作さ、加えて、第2制御出力部104による第2制御出力の制御で、第2ヒータ102を動作させる。ステップS201では、全てのヒータを動作させる。制御部105は、第1ヒータ101および第2ヒータ102により加熱されている対象の温度が待機温度にまで昇温するように、第1ヒータ101および第2ヒータ102を制御する。
次に、ステップS203で、制御部105は、設定されているプログラムに従って、第1ヒータ101および第2ヒータ102により加熱されている対象の温度が待機温度に達したか否かを判断する。
第1ヒータ101および第2ヒータ102により加熱されている対象の温度が待機温度に達したことが測定されると(ステップS203のyes)、ステップS204で、制御部105が、第1制御出力部103を選択し、第1制御出力部103による第1制御出力の制御で、第1ヒータ101を動作させる。制御部105は、第1ヒータ101により加熱されている対象の温度が、所定の許容範囲で待機温度に維持されるように、第1ヒータ101を制御する。
次に、ステップS205で、制御部105は、設定されているプログラムに従って、運転が開始される時刻になったか否かを判断する。運転が開始される時刻になると(ステップS205のyes)、ステップS206で、制御部105が、第2制御出力部104を選択し、第2制御出力部104による第2制御出力の制御で、第2ヒータ102を動作させる。なお、このとき、第1制御出力部103の第1制御出力の制御による第1ヒータ101の動作は、停止させる。
次に、ステップS207で、制御部105が、設定されているプログラムに従って、運転終了となる時刻になったか否かを判断する。運転終了の時刻になると(ステップS207のyes)、ステップS208で、制御部105が、第1制御出力部103を選択し、第1制御出力部103による第1制御出力の制御で、第1ヒータ101を動作させる。また、制御部105が、第1ヒータ101により加熱されている対象の温度が、所定の許容範囲で待機温度となるように、第1ヒータ101を制御する。なお、このとき、第2制御出力部104の第2制御出力の制御による第2ヒータ102の動作は、停止させる。上述したステップS203〜ステップS206の動作を、装置を停止するまで実施する(ステップS209)。
図4を用いて説明した制御装置の動作によれば、装置を起動した直後の待機温度にまでの昇温において、2つのヒータを動作させるので、より短時間で待機温度に達することが可能となる。
なお、上述した実施の形態に係る制御部は、図5に示すように、CPU(CentralProcessingUnit;中央演算処理装置)201、主記憶装置202、外部記憶装置203、ネットワーク接続装置204などを備えた携帯型のコンピュータ機器であり、主記憶装置202に展開されたプログラムによりCPU201が動作することで、上述した制御部の機能が実現される。なお、ネットワーク接続装置204は、ネットワーク205に接続し、上記機器と接続可能とされている。
また、上述した実施の形態における制御部は、FPGA(field-programmable gate array)などのプログラマブルロジックデバイス(PLD:Programmable Logic Device)により構成することも可能である。例えば、FPGAのロジックエレメントに、制御部を回路として備える。制御回路は、所定の書き込み装置を接続してFPGAに書き込む。
以上に説明したように、本発明によれば、第1リレーからなる第1制御出力部と、第2リレーからなる第2制御出力部とを、制御対象機器の制御状態に応じて切り替えるようにしたので、リレーを用いる制御出力方式で、様々な制御状態に最適な状態で制御することができるようになる。なお、上述では、制御対象機器としてヒータを例に説明したが、これに限るものではなく、冷凍機などの温調機器が制御対象機器であっても同様である。また、制御対象機器は、湿度調整機器、圧力制御機器、流量制御機器であっても同様に本発明が適用可能である。
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。
101…第1ヒータ、102…第2ヒータ、103…第1制御出力部、104…第2制御出力部、105…制御部、106…電源。

Claims (8)

  1. 同一の制御対象を制御する同一の構成の第1制御対象機器および第2制御対象機器と、
    前記第1制御対象機器に第1制御出力を出力するように構成された第1リレーからなる第1制御出力部と、
    前記第2制御対象機器に第2制御出力を出力するように構成された第2リレーからなる第2制御出力部と、
    前記制御対象の制御状態に応じて、前記第1制御対象機器の動作および前記第2制御対象機器の動作の少なくとも一方を選択する制御部と
    を備える制御装置。
  2. 請求項1記載の制御装置において、
    前記制御部は、前記第1制御出力部および前記第2制御出力部の動作を制御することで、前記第1制御対象機器の動作および前記第2制御対象機器の動作の少なくとも一方を選択することを特徴とする制御装置。
  3. 請求項1または2記載の制御装置において、
    前記第1制御対象機器および前記第2制御対象機器は、温調機器であることを特徴とする制御装置。
  4. 請求項3記載の制御装置において、
    前記第1制御対象機器および前記第2制御対象機器は、ヒータであることを特徴とする制御装置。
  5. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の制御装置において、
    前記第1リレーは、有接点リレーであり、前記第2リレーは、無接点リレーであることを特徴とする制御装置。
  6. 請求項5記載の制御装置において、
    前記第1リレーは、電磁開閉器であり、前記第2リレーは、半導体リレーであることを特徴とする制御装置。
  7. 請求項5または6記載の制御装置において、
    前記制御部は、制御状態が運転状態では前記第2制御対象機器の動作を選択し、制御状態が運転状態以外では、少なくとも前記第1制御対象機器の動作を選択することを特徴とする制御装置。
  8. 請求項7記載の制御装置において、
    前記制御部は、制御状態が運転状態以外では、前記第1制御対象機器の動作および前記第2制御対象機器の動作の両者を選択することを特徴とする制御装置。
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