JP3149745U

JP3149745U - 通信機能付き圧力スイッチ

Info

Publication number: JP3149745U
Application number: JP2009000409U
Authority: JP
Inventors: 剛川島; 田中　達也; 達也田中; 秀観山中
Original assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 2009-01-30
Filing date: 2009-01-30
Publication date: 2009-04-09
Anticipated expiration: 2019-01-30

Abstract

【課題】冷凍機を圧力スイッチ１０とコンピュータとで制御する冷凍機制御システムにおいて、圧力スイッチ１０の設定値の設定作業を容易にして使い勝手をよくするとともに、コンピュータとの通信が途絶えても冷凍機を適正に運転する。【解決手段】ＥＥＰＲＯＭ１０ｂにオンライン用設定値と汎用的なオフライン用設定値とを記憶しておく。マイコン１０ａが通信状態を監視し、通信が途絶えていないときはオンライン用設定値によりリレー出力回路１０ｈを制御して冷凍機を運転する。一定時間内にコンピュータから要求電文がなければ通信が途絶えたと判定して、オフライン用設定値によりリレー回路１０ｈを制御して冷凍機を運転する。オンライン用設定値を複数組記憶しておき、選択する。通信入出力端子２１，２２を接点入力端子として兼用し、電圧検出回路１０ｄで電圧を監視して、通信入出力端子２１，２２のオープン状態とショート状態とを判定する。【選択図】図１

Description

本考案は、特に冷凍機の冷凍サイクルの制御用に冷凍サイクルの管路に設けて冷媒の圧力を検出するのに適した電文通信機能付き圧力スイッチに関する。

従来、冷凍サイクルに設けられた圧力スイッチは、冷凍機における冷凍サイクルの冷媒の圧力を検出して、その圧力スイッチに設定されている設定値に応じて圧縮機のＯＮ／ＯＦＦの切り換えを行っている。

本考案に関連する先行技術文献として、例えば、特開２００６−２８６３５９号公報（特許文献１）、特開２００６−５３００９号公報（特許文献２）、特開２０００−２４１０６８号公報（特許文献３）、特表２００８−５２４５４８号公報（特許文献４）がある。

特許文献１には、負圧流体の圧力をセンサで検出し、検出した圧力が予め設定された設定圧力になると出力端子から検出信号を出力する圧力スイッチが開示されている。

特許文献２には、冷却用温度制御システムの冷凍サイクルに設けられた圧力スイッチを制御装置に通信ケーブルで接続し、この圧力スイッチから、検出圧力データ、ＭＯＰ設定値、低圧カット設定値等をデジタル信号として出力するものが開示されている。

特許文献３には、ショーケース等の冷蔵冷凍機器に設けられている冷凍機の運転状態の表示を行う圧力制御装置において、冷凍機の運転圧力の設定変更を容易にかつ効果的に行うようにした技術が開示されている。また、圧力スイッチを外部デバイスから通信でコントロールする技術が開示されている。

特許文献４には、空調診断システムにおいて、コントローラで空調システムのパラメータをモニターするための、圧力スイッチとコントローラーとの間で電子的な通信を行う技術が開示されている。

特開２００６−２８６３５９号公報特開２００６−５３００９号公報特開２０００−２４１０６８号公報特表２００８−５２４５４８号公報

従来のデジタル圧力スイッチの多くは、リレー出力のＯＮ／ＯＦＦ、圧力、遅延時間、マスク時間等の設定値は、圧力スイッチに搭載されたキーによって設定変更する。しかしながら、この圧力スイッチは屋外などの装置に取り付けられており、設定値の設定や変更を行うためには、装置の設置場所まで移動しなければならず、使い勝手の点で改良の余地がある。

例えば、冷蔵ショーケースの冷凍機の発停制御に圧力スイッチが使われるが、冷蔵ショーケースは店内に設置され、冷凍機は屋上などに設置される。このため、圧力スイッチも屋上などの移動しにくい場所に設置されている。

また、冷凍機の制御を設定変更せずに固定の設定値で運転すると、冷凍機の環境によっては無駄な運転が発生し、エネルギーの過大な損失となる。すなわち、冷凍機の設定値は、気温の変化やショーケースの負荷変動などに対し、最適な設定値を圧力スイッチに設定することで省エネとなる。

本考案は、冷凍機の圧縮機の運転制御を行う圧力スイッチの設定値を遠隔操作で容易に設定できるようにするとともに、省エネに最適で利便性の高いシステムを提供することを課題とする。

請求項１の圧力スイッチは、冷凍機に設けられ冷媒圧力を計測するとともに、該計測圧力と設定値とに基づいて冷凍機の圧縮機をＯＮ／ＯＦＦ制御する圧力スイッチであって、前記冷媒圧力を検出する圧力センサと、リレーのＯＮ／ＯＦＦにより前記冷凍機を運転制御するリレー出力回路と、ケーブルにより接続された外部機器と通信を行う通信手段と、オンライン用設定値及びオフライン用設定値を記憶する設定値記憶手段と、前記通信手段がオンライン状態かオフライン状態かを判定するオンライン判定手段と、オンライン判定手段でオンライン状態と判定された場合は前記設定値記憶手段のオンライン用設定値に基づいてリレー出力回路を制御し、オンライン判定手段でオフライン状態と判定された場合は前記設定値記憶手段のオフライン用設定値に基づいてリレー出力回路を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする。

請求項２の圧力スイッチは、請求項１に記載の圧力スイッチであって、キー入力手段を備え、前記設定値記憶手段の前記オンライン用設定値及びオフライン用設定値が、複数組の設定値からなり、前記キー入力手段の操作または前記通信手段の電文通信機能で受信した要求電文により、前記設定値記憶手段の複数組の設定値を前記リレー出力回路の制御用の設定値として切り替えることを特徴とする。

請求項３の圧力スイッチは、請求項２に記載の圧力スイッチであって、前記通信手段の通信入力端子間に電圧検出回路を備え、前記制御手段は、前記電圧検出回路で前記通信入力端子間が短絡または開放されていることを検出し、該通信入力端子間の状態に応じて、前記設定値記憶手段の複数組の設定値を前記リレー出力回路の制御用の設定値として切り替えることを特徴とする。

請求項１の圧力スイッチによれば、通信手段の電文通信機能によりコンピュータ等の上位機器から設定値を遠隔より定期的もしくは不定期的に設定変更できるので、使い勝手が向上するとともに冷凍機を環境に合わせた最適条件で運転でき、省エネ効果をもたらす。また、電文通信機能によって圧力スイッチの設定値を最適にしている状況で、通信が途絶えた場合、汎用的なオフライン用設定値に自動的に切り替わり、圧力スイッチ単独で動作するので、負荷に対して十分な冷却能力を保持した制御ができる。また、通信手段の電文通信機能により、計測圧力値、各設定値の読み出しを行うことができる。

請求項２の圧力スイッチによれば、請求項１の効果に加えて、複数組の設定値により、冷凍機の制御態様を広くできるとともに、通信手段の電文通信機能で設定値を変更することにより、ユーザが手動操作により設定値の設定変更を行うことなく、コンピュータ等の上位機器の通信指令により、常時設定値の変更を行うことができる。キー入力手段で設定値の設定変更を行う場合でも、複数組の設定値の入力を必要としないので、設定変更は容易になる。

請求項３の圧力スイッチによれば、請求項１または２の効果に加えて、通信入出力端子を接点入力端子として兼用することが可能となり、電文通信機能を有さず接点出力機能を有するコンピュータ等の指令により、圧力スイッチの接点入力状態を判定し、設定値の組を切り替えることができる。さらには、複数台の圧力スイッチが接続されている場合には、それらの設定値の組を一斉に切り替えることができる。また、通信入出力端子を接点入力端子として兼用できるので、圧力スイッチの部品点数の削減、実装面積の縮小、圧力スイッチの小型化が可能となる。

本考案の実施形態の圧力スイッチのブロック図である。本考案の実施形態の圧力スイッチの正面図である。本考案の実施形態の冷凍機制御システムにおける一つの冷凍機の冷凍サイクルを示す図である。本考案の実施形態における圧力スイッチが圧縮機に対して出力する制御信号と圧力センサによる計測圧力との関係を示す図である。本考案の実施形態における冷凍機制御システムの上位機器としてのコンピュータと複数の圧力スイッチのネットワークを示す図である。本考案の実施形態におけるマイコンが実行する制御プログラムのメイン処理のフローチャートである。本考案の実施形態におけるマイコンが実行する制御プログラムのタイマ割り込み処理のフローチャートである。

次に、本考案の圧力スイッチの実施形態を図面を参照して説明する。図１は実施形態の圧力スイッチ１０のブロック図、図２は実施形態の圧力スイッチ１０の正面図である。この圧力スイッチ１０は後述のように、冷凍機制御システムの冷凍サイクルに接続される。図１に示すように、圧力スイッチ１０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを内蔵したマイコン１０ａ、「設定値記憶手段」としてのＥＥＰＲＯＭ１０ｂ、「通信手段」としての通信ＩＣ１０ｃ、電圧検出回路１０ｄ、圧力センサ１０ｆ、操作スイッチ１０ｇ、リレー出力回路１０ｈ、表示器１０ｉを備えている。

マイコン１０ａは、圧力スイッチ１０全体の制御を行い、操作スイッチ１０ｇによる各種の設定値の入力操作、各種演算処理、通信ＩＣ１０ｃを介して冷凍機制御システムの上位機器としての集中監視用のコンピュータ１００との間で通信データの授受を行う。表示器１０ｉは例えば７セグメントＬＥＤ素子を４乃至８桁備えている。

圧力センサ１０ｆは、例えば冷媒に曝されるダイヤフラム等に配設したピエゾ抵抗素子と電子回路とを備えたシングルチップ半導体圧力センサであり、ピエゾ素子が印加圧力に応じてアナログ信号を出力する。

通信ＩＣ１０ｃには、（＋）で示すプラス側の通信入出力端子２１と（−）で示すマイナス側の通信入力端子２２が接続されている。通信入出力端子２１はプルアップ抵抗２１ａを介して所定電圧（例えばＤＣ５Ｖ）に接続され、通信入出力端子２２はプルダウン抵抗２２ａを介してグランドに接続されている。また、通信入出力端子２１と通信入出力端子２２間は、スライドスイッチ２３を介して終端抵抗２３ａが接続及び非接続可能となっている。

通信ＩＣ１０ｃは、通信入出力端子２１，２２間の電位差を検出し、その電圧レベルをシリアル信号に変換してマイコン１０ａに入力する電文通信機能を有している。また、通信ＩＣ１０ｃは、マイコン１０ａから入力されるシリアル信号の電圧レベルを変換し、通信入出力端子２１，２２間の電位差として出力する電文通信機能を有している。そして、これら電文通信機能により圧力スイッチ１０とコンピュータ１００との間で電文の送受信を行う。なお、この電文通信機能は、例えばＲＳ−４８５の規格の送受信となる。また、プルアップ抵抗２１ａ及びプルダウン抵抗２２ａは、通信電文の送受信が行われていないときに、各通信入出力端子２１，２２の電圧を一定に保ち、ノイズの影響を受け難くする効果がある。なお、電文通信機能を使用するときは、アナログ入力端Ａでの電圧検出は行わない。

電圧検出回路１０ｄは、一方の入力端がプラス側の通信入出力端子２１に接続され、他方の入力端がグランド及びプルダウン抵抗２２ａを介してマイナス側の通信入出力端子２２に接続されている。そして、電圧検出回路１０ｄの出力端はマイコン１０ａのアナログ入力端Ａに入力されている。これにより、マイコン１０ａは電圧検出回路１０ａを介して通信入出力端子２１−グランド間の電位差を検出することができる。このとき、通信入出力端子２１，２２は接点入力端子の役割を果たす。つまり、マイコン１０ａは接点入力端子のオープン状態とショート状態を判定する。なお、この通信入出力端子２１，２２による接点入力機能を使用する場合、スライドスイッチ２３は開放し、終端抵抗２３ａを接続しないようにすることが望ましい。

図２に示したように圧力スイッチ１０の操作パネルには表示器１０ｉの各表示部１１が配設されている。表示部１１は設定操作時に各種設定値を表示したり、冷凍機制御システムの低圧圧力（測定圧力）を表示したりする。また、操作パネルには操作スイッチ１０ｇのアップダウン操作子１３、決定操作子１４が配設されている。なお、本体の下部には冷凍サイクルの配管に接続する継手管１５が配設されている。

図３は実施例の冷凍機制御システムにおける一つの冷凍機の冷凍サイクルを示す図である。この冷凍サイクルは、圧力スイッチ１０の制御により運転される圧縮機１と、凝縮器１１０と、膨張弁１２０と、蒸発器１３０とを有している。そして、圧縮機１、凝縮器１１０、膨張弁１２０及び蒸発器１３０は、冷媒通路によりループ接続され、冷凍サイクルを構成している。

圧縮機１で圧縮された冷媒は、実線の矢印で示すよう凝縮器１１０に供給され、この凝縮器１１０で冷却された冷媒は膨張弁１２０に送られる。膨張弁１２０は冷媒を膨張減圧して蒸発器１３０に送る。そして、この蒸発器１３０によりショーケース等の冷却がなされる。蒸発器１３０で蒸発した冷媒は圧縮機１に循環される。そして、圧力スイッチ１０は圧縮機１の下流側の配管に連結され、冷媒の低圧圧力を圧力センサ１０ｆで計測し、この計測圧力と設定値とを比較して圧縮機１のＯＮ／ＯＦＦを切り替える。

図４は圧力スイッチ１０がリレー出力回路１０ｃから圧縮機１に対して出力する制御信号と圧力センサ１０ｆによる計測圧力との関係を示す図である。制御信号は、リレーによる接点出力ショートの状態と、リレーによる接点出力オープンの状態により構成され、接点出力ショートで圧縮機１はＯＮになり、接点出力オープンで圧縮機１はＯＦＦになる。なお、図４に示すように、計測圧力がＯＦＦ圧力設定値に達してからＯＦＦ遅延時間が経過してから接点出力ショートとなり、計測圧力がＯＮ圧力設定値に達してからＯＮ遅延時間が経過してから接点出力オープンとなる。このＯＦＦ圧力設定値、ＯＦＦ遅延時間、ＯＮ圧力設定値、ＯＮ遅延時間は１つの設定値の組であり、オンライン用設定値の組とオフライン用設定値の組の２通りある。

図５は実施形態における冷凍機制御システムの上位機器としてのコンピュータ１００と複数の圧力スイッチ１０のネットワークを示す図であり、この実施形態では複数の冷凍機をコンピュータ１００で集中管理する。なお、各冷凍機は図３に示す冷凍サイクルをそれぞれ備えており、この冷凍サイクルに対応する各圧力スイッチ１０を備えている。

各圧力スイッチ１０は従属局であり、前記通信入出力端子２１，２２に接続された通信ケーブル２００により主局となる集中監視用のコンピュータ１００に接続されている。なお、コンピュータ１００から最遠方にある圧力スイッチ１０ｅにおいては、スライドスイッチ２３を短絡して終端抵抗２３ａが接続される。

そして、コンピュータ１００から、通信ケーブル２００に要求電文が送信され、要求電文は各圧力スイッチに取り込まれ、要求電文中に含まれるアドレスにより、そのアドレスに対応する圧力スイッチ１０が電文の内容（設定値等）を取り込み、ＥＥＰＲＯＭ１０ｂに書き込む。そして、圧力スイッチ１０は、このコンピュータ１００からの要求電文の内容に応じて動作する。この要求電文には、圧力センサ１０の最適な設定値として、ＯＦＦ圧力設定値、ＯＮ圧力設定値、ＯＦＦ遅延時間設定値、ＯＮ遅延時間設定値、ＯＦＦマスク時間設定値、ＯＮマスク時間設定値の各設定値や、通信制御モードや強制ＯＮ／ＯＦＦモードなどの制御モードを指定するデータが含まれている。

一方、各圧力スイッチ１０はコンピュータ１００に応答電文を送信する。この応答電文には、当該圧力スイッチ１０の設定値（設定結果）、現在の計測圧力、制御モードを示すデータが含まれている。

次表１はコンピュータ１００から圧力スイッチ１０に送信される設定値の例であり、２組の設定値がＥＥＰＲＯＭ１０ｂに記憶される。

通常時、圧力スイッチ１０は、表１に示す設定（１）の設定値の組にて冷凍機（圧縮機）の制御を行う。複数台の圧力スイッチ１０，１０，…と電文通信機能を有するコンピュータ１００とからなる通信ネットワークを構成する冷凍機制御システムにおいては、コンピュータ１００から設定（２）にする制御が要求された場合には、圧力スイッチ１０はＥＥＰＲＯＭ１０ｂから設定（２）の設定値の組を読み出して、この設定値の組にて冷凍機の制御を開始する。また、コンピュータ１００から設定（１）による制御を要求された場合には、圧力スイッチ１０はＥＥＰＲＯＭ１０ｂから設定（１）の設定値の組を読み出して、この設定値の組にて冷凍機の制御を開始する。

これらの設定値はオンライン用設定値であり、気温やショーケースの負荷を考慮してコンピュータ１００から最適な設定値が通信によって設定される。しかし、コンピュータ１００との通信が途絶えた場合、そのままでは、圧力スイッチ１０は、最後に設定した設定値で動作し続けることになり、冷凍機の運転環境（気温、ショーケースの負荷）が変動すると、エネルギーの過大な損失となる場合がある。そこで、通信が途絶えたことを検出し、通信が途絶えた場合には、別途ＥＥＰＲＯＭ１０ｂに記憶されている汎用的なオフライン用設定値に設定を変更する。

図６はマイコン１０ａが実行する制御プログラムのメイン処理のフローチャート、図７はマイコン１０ａが実行する制御プログラムのタイマ割り込み処理のフローチャートである。図６のメイン処理では、ステップＳ１でタイマをスタートし、ステップＳ２でタイマがタイムアウトしているか否かを判定する。タイムアウトしていなければ、ステップＳ３でオンライン用設定値を制御用に設定してステップＳ５に進む。タイムアウトしていれば、ステップＳ４でオフライン用設定値を制御用に設定してステップＳ５に進む。ステップＳ５では圧力センサにより冷媒圧力を計測し、ステップＳ６でリレー出力回路のリレーのＯＮ／ＯＦＦ制御を行い、ステップＳ７でその他の処理を行ってステップＳ２に戻る。

図７のタイマ割り込み処理では、ステップＳ１１で、通信ＩＣで要求電文を受信したか否かを判定し、受信していなければステップＳ１３に進む。受信していれば、ステップＳ１２でタイマをクリア（再スタート）し、ステップＳ１３で受信した要求電文の内容に応じた処理を行う。次に、ステップＳ１４で送信すべき応答電文があるかを判定し、あれば、ステップＳ１５で応答電文を送信して元のルーチンに復帰する。

次に、通信入出力端子２１，２２を接点入力端子として使用する場合の詳細について説明する。例えば、プルアップ抵抗２１ａ及びプルダウン抵抗２２ａの抵抗値を１ｋΩとし、プルアップ抵抗２１ａがＤＣ５Ｖに接続されているとする。

通信入出力端子２１，２２（各接点入力端子）がオープンの状態のとき、ＤＣ５Ｖに接続されたプルアップ抵抗２１ａにより、通信入出力端子２１は５Ｖとなる。この電圧は、電圧検出回路１０ｄを介してマイコン１０ａのアナログ入力端Ａで電圧レベルの判定を行う。通信入出力端子２１，２２がショートの状態のとき、プルアップ抵抗２１ａ及びプルダウン抵抗２２ａにより電圧が分圧され、通信入出力端子２１は２．５Ｖとなる。この電圧は、電圧検出回路を介してマイコンのアナログ入力端子で電圧レベルの判定を行う。このようにすることで、通信入出力端子２１，２２が接点入力端子として機能し、そのオープン状態及びショート状態を判定することが可能となる。この場合、マイコン１０ａは端子間の状態を判定し、その状態に応じて圧力スイッチ１０の設定値を切り替える。また、通信入出力端子２１−グランド間の電位差を表示器１０ｉで表示することにより、電位差を目視により確認できるようにしてもよい。なお、この接点入力機能を使用する場合は終端抵抗２３ａが接続されないようにする。また、通信ＩＣによる電文の送受信も行わない。

このように、圧力スイッチ１０に接点入力機能を付加することにより、コンピュータ１００と複数台の圧力スイッチ１０，１０，…からなる冷凍機制御システムにおいて、コンピュータ１００からの出力指令により、圧力スイッチ１０の設定値の切り替えが可能となる。また、電文通信機能のための通信入出力端子２１，２２を、接点入力機能のための接点入力端子として兼用するので、部品点数の低減にもなる。

また、電文通信機能のみでしか使用できないコンピュータから接点出力機能のみでしか使用できないコンピュータに交換された場合、または、接点出力機能のみでしか使用できないコンピュータから電文通信機能のみでしか使用できないコンピュータに交換された場合、従来の通信機能付き圧力スイッチでは電文通信機能のための通信入出力端子２１，２２を、接点入力機能のための接点入力端子として兼用できないので、結線作業が必要となり、作業効率が悪かった。しかしながら、本考案によれば結線を変更する必要がない。

以上のように、圧力スイッチ１０に電文通信機能、あるいは接点入力機能による遠隔操作機能を付加することにより、コンピュータ１００と複数台の圧力スイッチ１０からなる冷凍機制御システムにおいて、コンピュータ１００からの通信指令により各設定値の変更をすることが可能となる。

なお、複数組の設定値の変更は、操作スイッチ１０ｇの手動操作で行うようにしてもよいし、電文通信機能または接点入力機能によりコンピュータ１００の指令により行ってもよい。

１０圧力スイッチ
１０ａマイコン
１０ｂＥＥＰＲＯＭ
１０ｃ通信ＩＣ
１０ｄ電圧検出回路
１０ｆ圧力センサ
１０ｈリレー出力回路
２１，２２通信入出力端子（接点入力端子）
１００コンピュータ

Claims

冷凍機に設けられ冷媒圧力を計測するとともに、該計測圧力と設定値とに基づいて冷凍機の圧縮機をＯＮ／ＯＦＦ制御する圧力スイッチであって、
前記冷媒圧力を検出する圧力センサと、
リレーのＯＮ／ＯＦＦにより前記冷凍機を運転制御するリレー出力回路と、
ケーブルにより接続された外部機器と通信を行う通信手段と、
オンライン用設定値及びオフライン用設定値を記憶する設定値記憶手段と、
前記通信手段がオンライン状態かオフライン状態かを判定するオンライン判定手段と、
オンライン判定手段でオンライン状態と判定された場合は前記設定値記憶手段のオンライン用設定値に基づいてリレー出力回路を制御し、オンライン判定手段でオフライン状態と判定された場合は前記設定値記憶手段のオフライン用設定値に基づいてリレー出力回路を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする圧力スイッチ。
請求項１に記載の圧力スイッチであって、キー入力手段を備え、
前記設定値記憶手段の前記オンライン用設定値及びオフライン用設定値が、複数組の設定値からなり、前記キー入力手段の操作または前記通信手段の電文通信機能で受信した要求電文により、前記設定値記憶手段の複数組の設定値を前記リレー出力回路の制御用の設定値として切り替えることを特徴とする圧力スイッチ。
請求項２に記載の圧力スイッチであって、前記通信手段の通信入力端子間に電圧検出回路を備え、
前記制御手段は、前記電圧検出回路で前記通信入力端子間が短絡または開放されていることを検出し、該通信入力端子間の状態に応じて、前記設定値記憶手段の複数組の設定値を前記リレー出力回路の制御用の設定値として切り替えることを特徴とする圧力スイッチ。