JP2020160500A

JP2020160500A - 制御装置

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Publication number: JP2020160500A
Application number: JP2019056022A
Authority: JP
Inventors: 孝統青木; Takanori Aoki
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2019-03-25
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2020-10-01
Also published as: CN111736497A

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

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。