JP2023149545A - temperature control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、熱電対の測定値に基づき、制御パラメータを算出し、制御対象の温度制御を行う温度制御システムに関する。 The present invention relates to a temperature control system that calculates control parameters based on measured values of thermocouples and controls the temperature of a controlled object.
熱電対は熱電能の異なる二種の金属を接合して、2つの接合点を異なる温度にすると、一定の方向に電流が流れ、熱起電力が生じる現象(ゼーベック効果)を利用して、温度を測定する。そして、熱電対を利用した温度測定においては、熱電対を接続する基準接点(冷接点)の温度をダイオードなどの感温素子などで検出して、常に基準接点が0℃になっているように電気的に補償を行っている。 Thermocouples are made by bonding two metals with different thermoelectric powers, and when the two junctions are brought to different temperatures, a current flows in a fixed direction and a thermoelectromotive force is generated (Seebeck effect). Measure. When measuring temperature using a thermocouple, the temperature of the reference junction (cold junction) to which the thermocouple is connected is detected by a temperature sensing element such as a diode, and the reference junction is always kept at 0°C. Compensation is performed electrically.
熱電対を調節計に接続して使用する場合、基準接点の補償を行うための感温素子は調節計の筐体に内蔵されるので、内部の電源回路や電子部品からの発熱で、検出温度に誤差が生じる問題があった。 When a thermocouple is connected to a controller, the temperature-sensing element used to compensate for the reference junction is built into the controller's housing, so heat generated from the internal power supply circuit and electronic components may cause the detected temperature to rise. There was a problem that an error occurred.
そこで、端子部と感温素子を包囲する保護ボックスを設けることで、入力端子と感温素子に対する調節計内部からの熱の影響を抑制する技術が開示されている。 Therefore, a technique has been disclosed in which a protective box surrounding the terminal portion and the temperature sensing element is provided to suppress the influence of heat from inside the controller on the input terminal and the temperature sensing element.
しかしながら、調節計の入力精度が±0.1%で、R熱電対を測定温度1100℃で使用する場合、温度の精度は±1.1℃となり、クラス1の±1.0℃を満たせない。AMS(Aerospace Material Specification)2750の様に、航空宇宙材料に対する高度な高温計測の規格では、その調節計は使用できないことになる。 However, if the input accuracy of the controller is ±0.1% and the R thermocouple is used at a measurement temperature of 1100°C, the temperature accuracy will be ±1.1°C, which does not meet the ±1.0°C requirement of class 1. . This controller cannot be used with advanced high temperature measurement standards for aerospace materials such as AMS (Aerospace Material Specification) 2750.
そこで、基準接点の補償を行う感温素子を調節計の外部に設けることで、調節計内部の影響を受けないようにする。さらに、熱電対による温度測定値をデジタルデータとして出力する。 Therefore, by providing a temperature sensing element for compensating the reference junction outside the controller, it is prevented from being influenced by the inside of the controller. Furthermore, the temperature value measured by the thermocouple is output as digital data.
上記目的を達成するため、本発明の請求項1に記載された温度制御システムは、
制御対象の温度をアナログ温度情報として測温する測温部と、
測温部からアナログ温度情報を取得する取得部と、
基準接点の温度を決定する温度補償部と、
取得部が取得したアナログ温度情報と前記温度補償部の温度に基づき、デジタル温度情報に変換する変換部と、
デジタル温度情報を制御部に出力する出力部と、
出力部から出力されたデジタル温度情報に基づき、被制御対象の温度を制御する制御部と、
からなることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the temperature control system according to claim 1 of the present invention includes:
a temperature measurement unit that measures the temperature of the controlled object as analog temperature information;
an acquisition unit that acquires analog temperature information from the temperature measurement unit;
a temperature compensation section that determines the temperature of the reference junction;
a conversion unit that converts into digital temperature information based on the analog temperature information acquired by the acquisition unit and the temperature of the temperature compensation unit;
an output section that outputs digital temperature information to the control section;
a control unit that controls the temperature of the controlled object based on the digital temperature information output from the output unit;
It is characterized by consisting of.
本発明の請求項2に記載された温度制御システムは、測温部が熱電対であることを特徴とする。 The temperature control system according to claim 2 of the present invention is characterized in that the temperature measuring section is a thermocouple.
本発明の請求項3に記載された温度制御システムは、変換部と制御部との間に、データ送受信装置を配置したことを特徴とする。 The temperature control system according to a third aspect of the present invention is characterized in that a data transmitting/receiving device is disposed between the converting section and the control section.
本発明により、調節計本体の温度補償の精度によらないで、高精度の温度制御を可能にする温度制御システムを提供する。 The present invention provides a temperature control system that enables highly accurate temperature control without depending on the accuracy of temperature compensation of the controller body.
以下に、図を用いて本発明の実施の形態を説明する。なお、本発明はこれら実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施しうる。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to these embodiments in any way, and may be implemented in various forms without departing from the spirit thereof.
<実施例1>
<機能的構成>
図1に、本発明の第1の実施例と構成を示す。温度制御システムは、測温部1100、制御対象1200、温度変換器1300、調節計1400を有する。
<Example 1>
<Functional configuration>
FIG. 1 shows a first embodiment and configuration of the present invention. The temperature control system includes a
制御対象1200は加工物を加熱したり、所定温度に温度を保持したりする装置で、制御回路1201と温度制御装置1202を有する。温度制御装置1202は、用途に応じて、ヒータ、ランプ、冷却ファン、水冷装置などを用いることができる。
A controlled
測温部1100は、制御対象1200の中に設置され、制御対象の内部の温度を測定する温度センサである。具体的には、熱電対や測温抵抗体を使用する。
The
温度変換器1300は、測温部が熱電対の場合、測温部から送られてきたアナログデータを取得する取得部1301、アナログ温度データをデジタル温度データに変換する変換部1302、変換部に基準接点温度を提供する温度補償部1303、デジタルデータに変換されたデジタル温度データを外部へ出力する出力部1304を有する。
When the temperature measurement unit is a thermocouple, the
測温部が測温抵抗体の場合、温度補償部1303からの基準接点温度を使用せずに、取得部1301で得た測定値を変換部1302でデジタル温度データに変換して、出力部1304から外部へ送ることが可能である。
When the temperature measurement unit is a resistance temperature detector, the measurement value obtained by the
制御部1400は、デジタル温度データを受信する入力部1401、デジタル温度データを入力値として、制御対象の制御パラメータを算出する演算部1402、算出した制御パラメータを外部へ出力する出力部1403を有する。制御部は調節計が使用される。単独で動作する調節計の他に、モジュールを増設して、接続端子を増やすことができるモジュール型の調節計も使用できる。
The
<処理の流れ>
図2は、実施例1の温度制御システムの処理の流れを示すフロー図である。
<Processing flow>
FIG. 2 is a flowchart showing the process flow of the temperature control system according to the first embodiment.
(S2101)測温部により温度が測定される。熱電対を使用する場合、測定値はアナログ電流データとして出力される。 (S2101) The temperature is measured by the temperature measuring unit. When using a thermocouple, the measured value is output as analog current data.
(S2201)測温部からの出力は、温度変換器へ入力される。 (S2201) The output from the temperature measuring section is input to the temperature converter.
(S2202)温度補償部で基準接点温度が測定される。 (S2202) The temperature compensation unit measures the reference junction temperature.
(S2203)アナログ温度データが、温度補償部で測定された基準接点の温度に基づき、デジタル温度データに変換される。 (S2203) The analog temperature data is converted into digital temperature data based on the temperature of the reference junction measured by the temperature compensator.
(S2204)デジタル温度データ値が制御部となる調節計へ送信される。温度変換器と調節計はRS-485の等のシリアル通信で接続される。なお、デジタル温度データは通常のデータと同じ取り扱いができるので、有線LAN、無線LAN、携帯電話回線等の様々な通信手段で送信することもできる。 (S2204) The digital temperature data value is sent to the controller serving as the control unit. The temperature converter and controller are connected through serial communication such as RS-485. Furthermore, since digital temperature data can be handled in the same way as normal data, it can also be transmitted using various communication means such as wired LAN, wireless LAN, and mobile phone lines.
(S2301)制御部となる調節計で、デジタル温度データを受信する。 (S2301) A controller serving as a control unit receives digital temperature data.
(S2302)デジタル温度データ及び調節計のプログラムに基づいて、制御パラメータが算出される。 (S2302) Control parameters are calculated based on the digital temperature data and the controller program.
(S2303)制御パラメータが、制御対象に送信される。 (S2303) Control parameters are transmitted to the controlled object.
(S2401)制御対象が、制御部となる調節計が算出した制御パラメータを受信する。 (S2401) The controlled object receives the control parameters calculated by the controller serving as the control unit.
(S2402)制御パラメータが実行される。具体的には、図1の制御回路1201が温度制御装置1202を制御パラメータに従って動作させる。
(S2402) Control parameters are executed. Specifically,
引き続き、制御を行う場合は、制御結果に基づく温度を測温部で測定し、処理が行われる。 If control is to be performed subsequently, the temperature based on the control result is measured by the temperature measuring section, and processing is performed.
<実施例2>
<機能的構成>
図3に、本発明の第2の実施例と構成を示す。温度制御システムは、測温部3100、制御対象3200、温度変換器3300、データ送受信装置3400、制御部3500、上位制御装置3600からなる。
<Example 2>
<Functional configuration>
FIG. 3 shows a second embodiment and configuration of the present invention. The temperature control system includes a
実施例2でも、測温部3100で測定したアナログ電流値を温度変換器でデジタル温度データに変換し、制御部3500でデジタル温度データに基づき、制御パラメータを算出し、制御対象3200の温度制御装置3202を動作させるという基本的な処理の流れは実施例1と同じである。そのため、測温部3100、制御対象3200、温度変換器3300、制御部3500およびその内部構成は、実施例1と同じである。
In the second embodiment as well, the analog current value measured by the
実施例2では、温度変換器3300と制御部3500の間に、データ送受信装置3400を配置し、温度変換器3300から送信されたデジタル温度データは、データ送受信機3400を介して、制御部3500、上位制御装置3600に送信される。したがって、データ送受信装置が出力部として機能する。
In the second embodiment, a data transmitting/
この構成は、温度測定データがデジタルデータに変換されたことにより、温度測定データを通常のデータと同じ手法で、外部機器へ送信できることにより可能となる。従来の構成では、測温部の温度データがアナログ電流として調節計に送られていたので、調節計で温度データをデジタル温度データにして、上位制御装置に送信する必要があった。 This configuration is possible because the temperature measurement data is converted into digital data and can be transmitted to an external device using the same method as normal data. In the conventional configuration, temperature data from the temperature measurement unit was sent to the controller as an analog current, so it was necessary for the controller to convert the temperature data into digital temperature data and send it to the host controller.
上位制御装置3600は、制御対象3200だけでなく、制御対象で部品を加熱して、制御対象の前後の工程で、加工や組み立てを行う不図示の装置を含む、製造工程全般を管理する装置である。そのため、測温部3100の温度測定結果が異常な場合や、逆にその他の装置の異常により、制御対象での処理が滞る場合に、関連する装置に対して、停止命令や警報を出すことができる。
The
また、制御部3500で算出された制御パラメータは、データ送受信装置3400に送られ、データ送受信装置3400から制御対象3200の制御回路3201へ送られ、温度制御装置3202を制御する。
Further, the control parameters calculated by the control unit 3500 are sent to the data transmitting/
なお、どちらの実施例においても、制御部と制御対象は通信を介して接続できるため、離れた場所に配置できる。その一方、制御部と制御対象との間の通信が途絶えると、ヒータが加熱をしているにも関わらず、制御ができない事態になる可能性もある。そのため、制御部と制御対象を通信で接続する場合は、通信異常に対応して、制御対象の近くで警告を発する装置や制御対象を強制的に停止する仕様があると望ましい。 In both embodiments, the control unit and the controlled object can be connected via communication, so they can be placed at separate locations. On the other hand, if communication between the control unit and the controlled object is interrupted, there is a possibility that the control cannot be performed even though the heater is heating. Therefore, when the control unit and the controlled object are connected through communication, it is desirable to have a specification for forcibly stopping the controlled object or a device that issues a warning near the controlled object in response to a communication abnormality.
図4と図5は、温度変換器を調節計と接続して、一体化する場合の例である。図4は、調節計本体4100に、外付けモジュールの様に温度変換器4101を接続した場合の例である。図5は、調節計本体5100に対して、温度変換機能を有するモジュール5101をスロットに挿入して、調節計5100に温度変換機能を追加する場合の例である。
4 and 5 are examples in which a temperature converter and a controller are connected and integrated. FIG. 4 shows an example in which a
図6は調節計単独で電気炉を制御した場合と、調節計に温度変換器を接続して、電気炉を制御した場合の温度変化を比較したものである。400秒で、200℃から600℃へ加熱した時の昇温特性及び一定温度を保持する特性に差がないことがわかる。 FIG. 6 compares the temperature changes when the electric furnace is controlled by a controller alone and when the electric furnace is controlled by connecting a temperature converter to the controller. It can be seen that there is no difference in the temperature increase characteristics and the characteristics of maintaining a constant temperature when heating from 200° C. to 600° C. in 400 seconds.
1100 測温部
1200 制御対象
1300 温度変換器
1400 制御部
3400 データ送受信装置
3600 上位制御装置
1100
Claims (3)
測温部からアナログ温度情報を取得する取得する取得部と、
基準接点の温度を決定する温度補償部と、
取得部が取得したアナログ温度情報と前記温度補償部の温度に基づき、デジタル温度情報に変換する変換部と、
デジタル温度情報を制御部に出力する出力部と、
出力部から出力されたデジタル温度情報に基づき、被制御対象の温度を制御する制御部と、
からなる、温度制御システム。 a temperature measurement unit that measures the temperature of the controlled object as analog temperature information;
an acquisition unit that acquires analog temperature information from the temperature measurement unit;
a temperature compensation section that determines the temperature of the reference junction;
a conversion unit that converts into digital temperature information based on the analog temperature information acquired by the acquisition unit and the temperature of the temperature compensation unit;
an output section that outputs digital temperature information to the control section;
a control unit that controls the temperature of the controlled object based on the digital temperature information output from the output unit;
A temperature control system consisting of:
3. The temperature control system according to claim 1, further comprising a data transmitting/receiving device disposed between the converter and the controller.
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