JP3451554B1 - 異常検出方法、異常検出装置および温度調節器 - Google Patents

異常検出方法、異常検出装置および温度調節器

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Abstract

【要約】 【課題】 簡単な構成で、かつ低コストで制御ループの
異常を精度よく検出できるようにする。 【解決手段】 偏差が閾値を越えたか否かを第１の判定
手段１６で判定し、その判定結果に基づいて、偏差が前
記閾値を越えている期間を計測手段１７で計測し、計測
結果に基づいて、偏差が前記閾値を越えている期間が一
定期間以上継続したか否かを、第２の判定手段で判定
し、また、偏差の絶対値が減少しているか否かを第３の
判定手段１９で判定し、偏差が前記閾値を越えている期
間が一定期間以上継続し、かつ、前記偏差の絶対値が減
少してないときに、異常判定手段２で異常と判定するも
のである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、制御ループの異
常、例えば、断線や短絡などの異常を検出する異常検出
方法、異常検出装置及び温度調節器に関し、更に詳しく
は、温度制御などの制御ループにおける断線や短絡など
の異常を検出するのに好適な異常検出方法、異常検出装
置および温度調節器に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、温度制御システムは、例えば、
図１７に示されるように、加熱炉などの制御対象１の温
度を、温度センサ２で検出して温度調節器３’に入力
し、温度調節器３’では、設定温度（目標値）と検出温
度とに基づいて、ＰＩＤ演算等を行なって操作信号を、
ＳＳＲ４に出力し、ヒータ５へのＡＣ電源６による通電
を制御して制御対象１の温度を、設定温度になるように
制御するものである。
【０００３】温度調節器３’は、温度センサ２からの入
力が与えられるセンサ入力回路７と、Ａ／Ｄ変換回路８
と、ソフト処理によるフィルタ９と、ＰＩＤ演算等を行
なう制御部１０と、Ｄ／Ａ変換回路１１と、出力回路１
２とを備えている。
【０００４】かかる温度制御システムにおいて、ヒータ
５や温度センサ２の断線あるいはＳＳＲ４の短絡などの
制御ループの異常を検出するには、検出すべき各箇所に
電流センサをそれぞれ取り付けて電流を検出する必要が
あり、構成が複雑になるとともに、高価になってしま
う。
【０００５】そこで、電流センサ等を設けることなく、
ヒータ断線等の異常を検知する装置が提案されている
（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】図１８は、この特許文献１の制御ループ系
を示すブロック図である。
【０００７】制御対象５３からの測定値ＰＶは、偏差回
路５７および異常検知回路５５に入力され、演算回路５
９は、偏差回路５７からの設定値ＳＶと測定値ＰＶとの
偏差に基づいて、ＰＩＤ演算を行って操作量ＭＶを、制
御対象５３および異常検知回路５５に与える。
【０００８】異常検知回路５５では、入力された操作量
ＭＶおよび測定値ＰＶに基づいて、制御ループ系の異常
を検知するものである。
【０００９】すなわち、この制御ループ系の異常検知装
置は、所定の異常検知測定時間を一定周期でカウントす
るカウンタ手段と、制御対象からの測定値と所定の設定
値に基づき制御対象に対する操作量を演算して制御対象
へ出力する演算手段と、この演算手段からの操作量が０
％以下もしくは１００％以上であるか否かを判定する第
１の判定手段と、この第１の判定手段における判定結果
が前記操作量が０％以下もしくは１００％以上であり、
かつ前記カウント手段がカウントアップしたときに前記
制御対象からの測定値が前記カウント開始前の測定値に
対して所定の基準値の範囲を越えるか否かによって異常
を判定する第２の判定手段と、この第２の判定手段にお
いて、前記測定値が前記カウント開始前の測定値に対し
て所定の基準値の範囲を越えないときに前記制御対象の
制御ループ系の異常を指示する指示信号を出力する異常
指示手段とを具備している。
【００１０】かかる構成では、操作量が０％以下もしく
は１００％以上になった時点から所定時間をカウント
し、その所定時間毎に測定値の変化量を検知してその変
化量が所定の基準温度範囲を越えるか否かを判定して異
常を検知する構成となっている。
【００１１】例えば、操作量１００％で設定温度までヒ
ータで加熱している正常な状態においては、所定時間毎
に、所定の基準温度範囲を越えて測定値が上昇するけれ
ども、ヒータが断線すると、所定の基準温度範囲を越え
て測定値が上昇できないので、ヒータ断線の異常を検知
できるものである。
【００１２】
【特許文献１】特許第２５５２１７７号
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
従来例では、操作量が０％以下もしくは１００％以上の
状態が継続しなければ、異常を検知することができず、
したがって、操作量が、０％を越えて１００％未満の範
囲にある状態においては、異常を検知することができ
ず、高精度の制御が要求される用途では、異常検知が遅
れてしまうことになる。
【００１４】
【００１５】
【００１６】また、上述の従来例では、設定温度が操作
量１００％に対応するような場合、すなわち、定常状態
における操作量が１００％である場合、例えば、操作量
１００％で設定温度３００℃に整定しているような状態
では、正常であるにも拘わらず、操作量が１００％であ
って、所定の基準温度範囲を越えて温度が上昇しないの
で、異常であると誤判定してしまうといった難点があ
る。
【００１７】本発明は、以上のような点に鑑みて為され
たものであって、簡単な構成で、かつ低コストで、しか
も、精度よく断線や短絡等の制御ループの異常を検知で
きるようにすることを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明では、上述の目的
を達成するために、次のように構成している。
【００１９】すなわち、本発明の異常検出方法は、制御
対象からフィードバックされる観測量と目標値との偏差
に基づいて、前記制御対象に対する操作量を出力する制
御手段を含む制御ループの異常を検出する方法であっ
て、前記偏差が閾値を越えた状態が一定期間継続し、か
つ、前記偏差が減少していないときに、異常であると判
定するものである。
【００２０】ここで、制御対象からフィードバックされ
る観測量とは、制御対象の状態、例えば、温度状態や圧
力状態などを検出する検出部から制御手段にフィードバ
ックされる信号をいう。この観測量には、検出部と制御
手段との間に設けられたフィルタなどによって処理され
た信号を含み、例えば、検出部としての温度センサで検
出された検出温度に基づいて、推定した推定温度の信号
などを含むものである。
【００２１】また、目標値は、制御量の望ましい値であ
り、目標値フィルタが設けられる場合には、目標値フィ
ルタを通過した目標値をいう。
【００２２】偏差とは、観測量と目標値との差をいう。
また、閾値は、正側の閾値と負側の閾値との両方ある方
が好ましく、また、等しい値であるのが好ましい。
【００２３】本発明によると、偏差が閾値を越えた状態
が一定期間継続し、かつ、偏差が減少していないときに
は、異常であると判定するので、従来の電流センサなど
を必要とせず、簡単な構成で、かつ低コストで制御ルー
プの異常を検出できることになる。しかも、操作量でな
く、偏差に基づいて異常を検知するので、操作量の場合
に比べて、より自然に異常を検知でき、さらに、閾値等
の設定によって異常を精度高く検知できる。
【００２４】また、本発明の異常検出方法は、制御対象
からフィードバックされる観測量と目標値との偏差に基
づいて、前記制御対象に対する操作量を出力する制御手
段を含む制御ループの異常を検出する方法であって、前
記偏差が閾値を越えた状態が一定期間継続し、かつ、前
記偏差の絶対値が減少していないときに、異常であると
判定するものである。
【００２５】ここで、偏差の絶対値が減少していないと
は、正または負の偏差によらず、その偏差の絶対値が減
少していない、すなわち、観測量が目標値に近づいてい
ないことをいうものであり、したがって、偏差の絶対値
が減少していないとは、偏差の減少割合や偏差の減衰率
といった表現如何に拘わらず、観測量が目標値に近づい
ていない場合を含むものである。
【００２６】本発明によると、偏差が閾値を越えた状態
が一定期間継続し、かつ、偏差の絶対値が減少していな
いときには、異常であると判定するので、従来の電流セ
ンサなどを必要とせず、簡単な構成で、かつ低コストで
制御ループの異常を検出できることになる。しかも、操
作量でなく、偏差に基づいて異常を検知するので、操作
量の場合に比べて、より自然に異常を検知でき、さら
に、閾値等の設定によって異常を精度高く検知できる。
【００２７】また、本発明の異常検出方法は、制御対象
からフィードバックされる観測量と目標値との偏差に基
づいて、前記制御対象に対する操作量を出力する制御手
段を含む制御ループの異常を検出する方法であって、前
記偏差が閾値を越えたか否かを判定する第１の判定ステ
ップと、前記偏差が前記閾値を越えたときに、その越え
ている期間を計測する計測ステップと、計測された期間
が、一定期間を越えたか否かを判定する第２の判定ステ
ップと、前記偏差の絶対値が減少しているか否かを判定
する第３の判定ステップと、前記計測された期間が前記
一定期間を越え、かつ、前記偏差の絶対値が減少してな
いときに、異常と判定する異常判定ステップとを備えて
いる。
【００２８】本発明によると、偏差が閾値を越えた状態
が一定期間継続し、かつ、偏差の絶対値が減少していな
いときには、異常であると判定するので、従来の電流セ
ンサなどを必要とせず、簡単な構成で、かつ低コストで
制御ループの異常を検出できることになる。しかも、操
作量でなく、偏差に基づいて異常を検知するので、操作
量の場合に比べて、より自然に異常を検知でき、さら
に、閾値等の設定によって異常を精度高く検知できる。
【００２９】本発明の異常検出装置は、制御対象からフ
ィードバックされる観測量と目標値との偏差に基づい
て、前記制御対象に対する操作量を出力する制御手段を
含む制御ループの異常を検出する装置であって、前記偏
差が閾値を越えたか否かを判定する第１の判定手段と、
前記第１の判定手段の判定結果に基づいて、前記偏差が
前記閾値を越えている期間を計測する計測手段と、前記
計測手段の計測結果に基づいて、前記偏差が前記閾値を
越えている期間が一定期間以上継続したか否かを判定す
る第２の判定手段と、前記偏差の絶対値が減少している
か否かを判定する第３の判定手段と、前記第２および前
記第３の判定手段の判定結果に基づいて、偏差が前記閾
値を越えている期間が一定期間以上継続し、かつ、前記
偏差の絶対値が減少してないときに、異常と判定する異
常判定手段とを備えている。
【００３０】本発明によると、偏差が閾値を越えた状態
が一定期間継続し、かつ、偏差の絶対値が減少していな
いときには、異常であると判定するので、従来の電流セ
ンサなどを必要とせず、簡単な構成で、かつ低コストで
制御ループの異常を検出できることになる。しかも、操
作量でなく、偏差に基づいて異常を検知するので、操作
量の場合に比べて、より自然に異常を検知でき、さら
に、閾値等の設定によって異常を精度高く検知できる。
【００３１】本発明の温度調節器は、制御対象からフィ
ードバックされる観測量と目標値との偏差に基づいて、
前記制御対象に対する操作量を出力する制御手段と、前
記偏差が閾値を越えた状態が一定期間継続し、かつ、前
記偏差が減少していないときに、制御ループの異常であ
ると判定する異常判定手段とを備えている。
【００３２】本発明によると、偏差が閾値を越えた状態
が一定期間継続し、かつ、偏差が減少していないときに
は、異常であると判定するので、従来の電流センサなど
を必要とせず、簡単な構成で、かつ低コストで温度制御
ループの異常を検出できることになる。しかも、操作量
でなく、偏差に基づいて異常を検知するので、操作量の
場合に比べて、より自然に異常を検知でき、さらに、閾
値等の設定によって異常を精度高く検知できる。
【００３３】本発明の温度調節器は、制御対象からフィ
ードバックされる観測量と目標値との偏差に基づいて、
前記制御対象に対する操作量を出力する制御手段と、前
記偏差が閾値を越えた状態が一定期間継続し、かつ、前
記偏差の絶対値が減少していないときに、制御ループの
異常であると判定する異常判定手段とを備えている。
【００３４】本発明によると、偏差が閾値を越えた状態
が一定期間継続し、かつ、偏差の絶対値が減少していな
いときには、異常であると判定するので、従来の電流セ
ンサなどを必要とせず、簡単な構成で、かつ低コストで
温度制御ループの異常を検出できることになる。しか
も、操作量でなく、偏差に基づいて異常を検知するの
で、操作量の場合に比べて、より自然に異常を検知で
き、さらに、閾値等の設定によって異常を精度高く検知
できる。
【００３５】本発明の好ましい実施態様においては、前
記異常判定手段は、前記偏差が前記閾値を越えたか否か
を判定する第１の判定手段と、前記第１の判定手段の判
定結果に基づいて、前記偏差が前記閾値を越えている期
間を計測する計測手段と、前記計測手段の計測結果に基
づいて、前記偏差が前記閾値を越えている期間が一定期
間以上継続したか否かを判定する第２の判定手段と、前
記偏差の絶対値が減少しているか否かを判定する第３の
判定手段とを備え、前記第２および前記第３の判定手段
の判定結果に基づいて、判定を行うものである。
【００３６】本発明によると、偏差が閾値を越えた状態
が一定期間継続し、かつ、偏差の絶対値が減少していな
いときには、異常であると判定するので、従来の電流セ
ンサなどを必要とせず、簡単な構成で、かつ低コストで
制御ループの異常を検出できることになる。
【００３７】本発明の一実施態様においては、前記制御
ループがＰＩＤ制御ループであって、前記制御手段がＰ
ＩＤ制御を行なうものであり、前記閾値を、オートチュ
ーニング動作によって得られる比例帯に基づいて決定す
るとともに、前記一定期間を、オートチューニング動作
によって得られるむだ時間、積分時間または微分時間に
基づいて決定する決定手段を備えている。
【００３８】本発明によると、オートチューニングを行
なうことによって、異常検出に必要な閾値などが自動的
に決定されることになる。
【００３９】
【００４０】
【００４１】
【００４２】
【００４３】
【００４４】
【００４５】
【００４６】
【発明の実施の形態】以下、図面によって本発明の実施
の形態について詳細に説明する。
【００４７】（実施の形態１）図１は、本発明の温度調
節器を備える温度制御システムの構成図であり、上述の
図１７に対応する部分には、同一の参照符号を付す。
【００４８】この温度制御システムにおいては、加熱炉
などの制御対象１の温度を、温度センサ２で検出して温
度調節器３に入力し、温度調節器３では、目標値（設定
温度）と検出温度（観測量）とに基づいて、ＰＩＤ演算
等を行なって操作信号（操作量）を、ＳＳＲ４に出力
し、ヒータ５へのＡＣ電源６による通電を制御して制御
対象１の温度を、目標値になるように制御するものであ
る。
【００４９】温度調節器３は、図２に示されるように、
その正面には、現在温度および設定温度等を表示する表
示部６０と、アップキー６１、ダウンキー６２およびモ
ードキー６３等を備えている。
【００５０】この温度調節器３は、図１に示されるよう
に、温度センサ２からのフィードバック入力が与えられ
るセンサ入力回路７と、Ａ／Ｄ変換回路８と、ソフト処
理によるフィルタ９と、ＰＩＤ演算等を行なう制御部
（制御手段）１０と、Ｄ／Ａ変換回路１１と、出力回路
１２とを備えており、以上の構成は、基本的に従来例と
同様である。
【００５１】この実施の形態の温度調節器３は、電流セ
ンサなどを設けることなく、簡単な構成で、かつ低コス
トで断線や短絡などの温度制御ループの異常を精度よく
検出できるように、本発明の異常検出装置１３を内蔵し
ている。この異常検出装置１３、上述の制御部１０およ
びフィルタ９は、例えば、マイクロコンピュータによっ
て構成される。
【００５２】異常検出装置１３は、異常検出部１４と異
常警報部１５とを備えている。異常検出部１４は、図３
に示されるように、目標値（設定温度）から観測される
制御量（検出温度）を差し引いた偏差が予め定められた
正または負の閾値を越えたか否かを判定する第１の判定
手段１６と、第１の判定手段１６の判定結果に基づい
て、偏差が前記閾値を越えている期間を計測する計測手
段１７と、計測手段１７の計測結果に基づいて、偏差が
前記閾値を越えている期間が一定期間以上継続したか否
かを判定する第２の判定手段１８と、偏差の絶対値が減
少しているか否か、すなわち、検出温度が設定温度に近
づいているか否かを判定する第３の判定手段１９と、第
２および第３の判定手段１８，１９の判定結果に基づい
て、偏差が前記閾値を越えている期間が一定期間以上継
続し、かつ、偏差の絶対値が減少してないときに、異常
と判定する異常判定手段２０とを備えており、この異常
判定手段２０による異常判定出力が異常警報部１５に与
えられ、異常警報部１５は、外部に警報信号を出力する
ようになっている。なお、この警報信号に基づいて、温
度調節器３において、警報表示等を行なってもよいのは
勿論である。
【００５３】図４は、偏差の絶対値が減少しているか否
かを判定する第３の判定手段１９の構成を示す図であ
る。
【００５４】この図４では、例えば、少なくとも２サン
プリング時間以上前の偏差Ｅoldと現在の偏差Ｅnowにつ
いて、ＥoldとＥnowとが同符号であって、かつ、Ｅnow
の絶対値からＥoldの絶対値を差し引いた値が、既定値
以上である場合に、偏差の絶対値が減少していないと判
定するものである。
【００５５】このため、図４に示されるように、目標値
から観測制御量を差し引いた現在の偏差Ｅnowの絶対値
を、絶対値回路２１でとる一方、遅延回路２２で遅延さ
れた少なくとも２サンプリング時間以上前の偏差Ｅold
の絶対値を、絶対値回路２３でとり、絶対値の差分を算
出し、比較器２４で既定値、例えば、「０」と比較し、
既定値以上であるときには、ハイレベルの出力を、既定
値未満であるときには、ローレベルの出力を、アンド回
路２５に与える。
【００５６】また符号判定回路２６において、偏差Ｅ
oldと偏差Ｅnowとの符号を判定し、同符号であるときに
は、ハイレベルの出力を、異符号であるときには、ロー
レベルの出力を、アンド回路２５に与える。
【００５７】これによって、アンド回路２５は、偏差Ｅ
oldと偏差Ｅnowとが同符号であって、かつ、絶対値の差
分が、既定値以上である場合に、偏差の絶対値が減少し
ていないとするハイレベルの判定出力を与えるものであ
る。
【００５８】なお、この第３の判定手段１９におけるサ
ンプリング周期は、制御対象の特性などに応じて偏差が
減少しているか否かを判定できる周期に設定され、例え
ば、数秒あるいは数分程度であってもよい。
【００５９】図５は、第３の判定手段１９の他の構成を
示す図である。この図５では、偏差の絶対値を、ローパ
スフィルタ２７に入力し、ローパスフィルタ２７の出力
値の差分値または微分値が既定値以上であるときに、偏
差の絶対値が減少していないと判定するものである。
【００６０】このため、図５に示されるように、目標値
から観測制御量を差し引いた偏差の絶対値を、絶対値回
路２８でとってローパスフィルタ２７に入力し、ローパ
スフィルタ２７の出力と、遅延回路２９で遅延された少
なくとも２サンプリング時間以上前のローパスフィルタ
２７の出力の差分を算出し、比較器３０で既定値と比較
し、既定値以上であるときには、偏差の絶対値が減少し
ていないとするハイレベルの出力を与えるものである。
【００６１】この図５では、ローパスフィルタ２７によ
ってノイズを除去することができるので、ノイズによる
誤動作を防止することができ、サンプリング周期も図４
の構成に比べて短く、例えば、０．１秒や０．５秒程度
に設定してもよい。
【００６２】図６は、以上のような構成を有する異常検
出装置の異常検出動作のフローチャートである。
【００６３】先ず、計測手段１７を構成するタイマカウ
ントをリセットし（ステップｎ１）、偏差が正または負
の閾値以上であるか否かを判定し（ステップｎ２）、閾
値以上でないときには、ステップｎ１に戻る。偏差が閾
値以上であるときには、タイマカウントを行って計測し
（ステップｎ３）、カウント値が、一定期間に対応する
閾値以上になったか否かを判定し（ステップｎ４）、閾
値以上でないときには、ステップｎ２に戻る。ステップ
ｎ４において、カウント値が、一定期間に対応する閾値
以上になったときには、偏差の絶対値が減少中であるか
否かを上述のようにして判定し（ステップｎ５）、減少
中であるときには、ステップｎ２に戻る。ステップｎ５
において、偏差の絶対値が減少中でないとき、すなわ
ち、偏差が閾値を越えている期間が一定期間以上継続
し、かつ、偏差の絶対値が減少してないときには、制御
ループの異常であると判定して異常警報を出力して終了
する（ステップｎ６）。
【００６４】この実施の形態では、偏差の閾値は、オー
トチューニング動作によって得られる比例帯に既定値、
例えば、「１」を乗じた値として決定し、また、前記一
定期間は、同じくオートチューニング動作によって得ら
れるむだ時間に既定値、例えば、「２」を乗じた値とし
て決定する。
【００６５】したがって、この実施の形態によれば、Ｐ
ＩＤ定数を求めるためのオートチューニング動作を従来
と同様に行うことによって、自動的に、閾値および一定
期間が決定されることになる。
【００６６】なお、本発明の他の実施の形態として、む
だ時間に代えて、積分時間または微分時間に基づいて、
前記一定期間を決定してもよく、また、前記閾値および
前記一定期間を、上述のキー６１〜６３による設定操作
によって入力できるようにしてもよく、さらに、前記閾
値および前記一定期間の決定を、比例帯およびむだ時間
等に基づくことなく行なってもよい。
【００６７】次に、この実施の形態の動作を図７〜図１
２に示されるシュミレーションのタイムチャートに基づ
いて、詳細に説明する。
【００６８】先ず、図７は、正常時の動作を示すもので
あり、同図（ａ）は、目標値（実線）、真の制御量（破
線）、操作量（一点鎖線）および外乱操作量（二点鎖
線）を示し、同図（ｂ）は、目標値（実線）、観測され
る制御量（破線）およびセンサノイズ（一点鎖線）を示
し、同図（ｃ）は、計測手段としてのタイマカウンタの
カウント値（実線）および偏差が閾値を越えている期間
が一定期間以上継続したか否かを判定する第２の判定手
段１８の判定出力（破線）を示し、同図（ｄ）は、上述
の図４の比較器２４の入力である偏差の絶対値差分（実
線）および偏差の絶対値が減少しているか否かを判定す
る第３の判定手段１９の判定出力（破線）を示し、同図
（ｅ）は、異常判定手段２０の異常判定出力（実線）を
それぞれ示している。なお、縦軸の温度は、０℃が常温
に対応している。また、このタイムチャートは、１秒１
サンプリングのデータの例を示しており、出力がややな
だらかに変化している。
【００６９】先ず、立ち上がりの時点においては、同図
（ｂ）に示されるように、観測制御量が目標値から大き
く離れているので、偏差は、閾値を越えており、同図
（ｃ）に示されるように、タイマカウンタが計測を行な
うが、この計測値が、上述の一定期間に達する前に、偏
差が閾値以下となり、これによって、タイマカウンタが
リセットされる。
【００７０】その後、外乱操作量が印加されるまでは、
偏差は、閾値以下であるので、タイマカウンタによる計
測は行なわれないが、センサノイズによって観測制御量
が変動するために、同図（ｄ）に示されるように、偏差
の絶対値差分も既定値、この例では、０を中心に変動
し、偏差の絶対値が減少していないとする判定出力が出
力されたり、されなかったりするという変化を繰り返し
ているが、偏差が、閾値以下であるので、同図（ｅ）に
示されるように、異常判定出力は、出力されない。
【００７１】次に、同図（ａ）に示される外乱操作量が
印加されると、同図（ｂ）に示されるように、観測制御
量が目標値から外れて偏差が閾値以上となり、同図
（ｃ）に示されるように、タイマカウンタが計測を行
い、この計測値が、一定期間を越えることによって、偏
差が閾値を越えている期間が一定期間以上継続したとす
る判定出力が出力される。このとき、同図（ｄ）に示さ
れるように、偏差の絶対値差分が０未満であるために、
偏差の絶対値が減少していないとする判定出力は、出力
されず、したがって、同図（ｅ）に示されるように、異
常判定出力は、出力されない。
【００７２】この例では、正常時には、異常判定出力は
出力されていないけれども、より大きな外乱の場合に
は、異常であるとして異常判定出力を出力することもで
きる。すなわち、上述の閾値、一定時間あるいは既定値
の選択によって、外乱を異常であると判定して異常判定
出力を出力することもでき、用途に応じて、大きな外乱
を異常として判定することもできる。
【００７３】図８は、上述の操作器としてのＳＳＲの短
絡時の動作を示すものであり、同図（ａ）は、目標値
（実線）および真の制御量（破線）を示し、同図（ｂ）
は、目標値（実線）および観測される制御量（破線）を
示し、同図（ｃ）は、計測手段としてのタイマカウンタ
のカウント値（実線）および偏差が閾値を越えている期
間が一定期間以上継続したか否かを判定する第２の判定
手段１８の判定出力（破線）を示し、同図（ｄ）は、偏
差の絶対値差分（実線）および偏差の絶対値が減少して
いるか否かを判定する第３の判定手段１９の判定出力
（破線）を示し、同図（ｅ）は、異常判定手段２０の異
常判定出力（実線）をそれぞれ示している。
【００７４】先ず、立ち上がりの時点においては、同図
（ｂ）に示されるように、観測制御量が目標値から大き
く離れているので、偏差は、閾値を越えており、同図
（ｃ）に示されるように、タイマカウンタが計測を行な
うが、この計測値が、上述の一定期間に達する前に、偏
差が閾値以下となり、これによって、タイマカウンタが
リセットされる。
【００７５】その後、ＳＳＲが短絡するまでは、偏差
は、閾値以下であるので、タイマカウンタによる計測は
行なわれないが、この例では、同図（ｂ）に示されるよ
うに、観測制御量が目標値を下回って再び目標値に復帰
しているので、同図（ｄ）に示されるように、偏差の絶
対値差分も既定値である０を上回って偏差の絶対値が減
少していないとする判定出力が出力されるが、偏差が、
閾値以下であるので、同図（ｅ）に示されるように、異
常判定出力は、出力されない。
【００７６】次に、ＳＳＲが短絡すると、同図（ｂ）に
示されるように、観測制御量が上昇して偏差が閾値を越
え、同図（ｃ）に示されるように、計測手段としてのタ
イマカウンタが計測を行い、その計測値が一定期間に達
すると、偏差が閾値を越えている期間が一定期間以上継
続しているとする判定出力を出力する。
【００７７】また、同図（ｄ）に示されるように、偏差
の絶対値差分が既定値である０以上となるので、偏差の
絶対値が減少していないとする判定出力が出力されるこ
とになり、これによって、同図（ｅ）に示されるよう
に、異常判定出力が出力されることになる。
【００７８】
【００７９】図９は、ヒータ断線時の動作を示すもので
あり、同図（ａ）は、目標値（実線）、真の制御量（破
線）および操作量（一点鎖線）を示し、同図（ｂ）は、
目標値（実線）および観測される制御量（破線）を示
し、同図（ｃ）は、計測手段としてのタイマカウンタの
カウント値（実線）および偏差が閾値を越えている期間
が一定期間以上継続したか否かを判定する第２の判定手
段１８の判定出力（破線）を示し、同図（ｄ）は、偏差
の絶対値差分（実線）および偏差の絶対値が減少してい
るか否かを判定する第３の判定手段１９の判定出力（破
線）を示し、同図（ｅ）は、異常判定手段２０の異常判
定出力（実線）をそれぞれ示している。
【００８０】ヒータが断線するまでの動作は、上述のＳ
ＳＲの短絡の場合と同様である。
【００８１】ヒータが断線すると、同図（ａ）に示され
るように、操作量が印加されなくなり、同図（ｂ）に示
されるように、観測制御量が低下して偏差が閾値を越
え、同図（ｃ）に示されるように、計測手段としてのタ
イマカウンタが計測を行い、その計測値が一定期間に達
すると、偏差が閾値を越えている期間が一定期間以上継
続しているとする判定出力を出力する。
【００８２】また、同図（ｄ）に示されるように、偏差
の絶対値差分が既定値である０以上となるので、偏差の
絶対値が減少していないとする判定出力が出力されるこ
とになり、これによって、同図（ｅ）に示されるよう
に、異常判定出力が出力されることになる。
【００８３】図１０は、センサ断線時の動作を示すもの
であり、同図（ａ）は、目標値（実線）、真の制御量
（破線）および操作量（一点鎖線）を示し、同図（ｂ）
は、目標値（実線）および観測される制御量（破線）を
示し、同図（ｃ）は、計測手段としてのタイマカウンタ
のカウント値（実線）および偏差が閾値を越えている期
間が一定期間以上継続したか否かを判定する第２の判定
手段１８の判定出力（破線）を示し、同図（ｄ）は、偏
差の絶対値差分（実線）および偏差の絶対値が減少して
いるか否かを判定する第３の判定手段１９の判定出力
（破線）を示し、同図（ｅ）は、異常判定手段２０の異
常判定出力（実線）をそれぞれ示している。なお、同図
（ａ）においては、真の制御量（破線）および操作量
（一点鎖線）は、０．０で重なっている。
【００８４】センサが断線すると、同図（ａ）に示され
るように、真の制御量は、常温であるにも拘わらず、セ
ンサ入力（観測制御量）としては、同図（ｂ）に示され
るように、非常に高い温度となり、このため、操作量
は、同図（ａ）に示されるように０となる。
【００８５】また、同図（ｂ）に示されるように、観測
制御量が目標値が大きく外れて偏差が閾値を越え、同図
（ｃ）に示されるように、計測手段としてのタイマカウ
ンタが計測を行い、その計測値が一定期間に達すると、
偏差が閾値を越えている期間が一定期間以上継続してい
るとする判定出力を出力する。
【００８６】また、同図（ｄ）に示されるように、偏差
の絶対値差分が既定値である０となるので、偏差の絶対
値が減少していないとする判定出力が出力されることに
なり、これによって、同図（ｅ）に示されるように、異
常判定出力が出力されることになる。
【００８７】図１１は、センサ短絡時の動作を示すもの
であり、同図（ａ）は、目標値（実線）、真の制御量
（破線）および操作量（一点鎖線）を示し、同図（ｂ）
は、目標値（実線）および観測される制御量（破線）を
示し、同図（ｃ）は、計測手段としてのタイマカウンタ
のカウント値（実線）および偏差が閾値を越えている期
間が一定期間以上継続したか否かを判定する第２の判定
手段１８の判定出力（破線）を示し、同図（ｄ）は、偏
差の絶対値差分（実線）および偏差の絶対値が減少して
いるか否かを判定する第３の判定手段１９の判定出力
（破線）を示し、同図（ｅ）は、異常判定手段２０の異
常判定出力（実線）をそれぞれ示している。
【００８８】センサが短絡すると、同図（ｂ）に示され
るように、制御対象の温度ではなく、周囲の常温付近の
温度が観測制御量として入力されるので、同図（ａ）に
示されるように、操作量および真の制御量は上昇するこ
とになる。
【００８９】また、同図（ｂ）に示されるように、観測
制御量は、目標値から外れるので、偏差が閾値を越え、
同図（ｃ）に示されるように、計測手段としてのタイマ
カウンタが計測を行い、その計測値が一定期間に達する
と、偏差が閾値を越えている期間が一定期間以上継続し
ているとする判定出力を出力する。
【００９０】また、同図（ｄ）に示されるように、偏差
の絶対値差分が既定値である０となるので、偏差の絶対
値が減少していないとする判定出力が出力されることに
なり、これによって、同図（ｅ）に示されるように、異
常判定出力が出力されることになる。
【００９１】以上のように、ヒータ断線、ＳＳＲ短絡、
センサ短絡、センサ断線等の異常を、電流センサ等を設
けることなく、精度よく検出することができる。
【００９２】なお、本発明は、ヒータ断線、ＳＳＲ短
絡、センサ短絡、センサ断線等に限らず、偏差が減少し
ないという現象を引き起こす全ての異常について検出す
ることができ、例えば、ヒータ電源の停電、Ａ／Ｄ変換
器やＤ／Ａ変換器の故障、センサ入力回路の異常、出力
回路の異常、ヒータ能力を超える大きな外乱などを異常
として検出できることになる。
【００９３】なお、図１２は、定常操作量が１００％の
場合の動作を示すものであり、同図（ａ）は、目標値
（実線）、真の制御量（破線）および操作量（一点鎖
線）を示し、同図（ｂ）は、目標値（実線）および観測
される制御量（破線）を示し、同図（ｃ）は、計測手段
としてのタイマカウンタのカウント値（実線）および偏
差が閾値を越えている期間が一定期間以上継続したか否
かを判定する第２の判定手段１８の判定出力（破線）を
示し、同図（ｄ）は、偏差の絶対値差分（実線）および
偏差の絶対値が減少しているか否かを判定する第３の判
定手段１９の判定出力（破線）を示し、同図（ｅ）は、
異常判定手段２０の異常判定出力（実線）をそれぞれ示
している。同図（ａ）においては、目標値と操作量とが
重なっている。
【００９４】この実施の形態では、定常操作量が１００
％の場合であっても、異常と検知することはないけれど
も、上述の図１８の従来例では、操作量が１００％であ
って、所定の基準温度範囲を越えて温度が上昇しない場
合には、異常であると誤判定してしまうことになる。
【００９５】（実施の形態２）図１３は、本発明の他の
実施の形態の温度調節器の異常検出部１４−１の構成図
であり、上述の図３に対応する部分には、同一の参照符
号を付す。
【００９６】上述の実施の形態では、第２の判定手段
（第１の条件信号出力手段）１８の判定出力である第１
の条件信号と第３の判定手段（第２の条件信号出力手
段）１９の判定出力である第２の条件信号とのアンド条
件を満足したときに、異常判定手段２０で異常と判定し
て異常判定信号を出力していた。
【００９７】これに対して、この実施の形態では、上述
の実施の形態１と同様の判定を行って異常検知を行える
のみならず、従来、公知の警報信号、例えば、検出温度
が予め設定されている上限温度を越えたときに上限信号
生成部６６から出力される上限警報信号、検出温度が予
め定めた下限温度を下回ったときに下限警報信号生成部
６７から出力される下限警報信号、偏差が予め定めた範
囲を外れたときに偏差警報信号生成部６８から出力され
る偏差警報信号を、ユーザが、キー操作によって条件信
号として選択設定することにより、選択手段６４によっ
て、それら選択された条件信号が、異常判定手段として
のアンド回路２０−１に与えられ、選択されたすべての
条件信号が満たされたときに、異常判定信号を出力する
ものである。
【００９８】このような条件信号の選択設定は、操作マ
ニュアル等を参照して、上述の各種キー６１〜６３の操
作によって、モードを選択し、所望の条件信号を選択す
ることにより行われる。
【００９９】なお、本発明の他の実施の形態として、異
常判定手段では、アンド条件以外の、例えば、オア条件
などを選択設定できるようにしてもよい。
【０１００】これによって、ユーザが必要に応じて条件
信号を組み合わせて異常を検知することができる。
【０１０１】（実施の形態３） 図１４は、本発明の更に他の実施の形態を説明するため
の温度制御システムの構成図であり、上述の図１に対応
する部分には、同一の参照符号を付す。
【０１０２】この実施の形態の温度調節器３−１は、異
常検出部１４および異常警報部１５に代えて条件信号生
成部６５を備えている。
【０１０３】この条件信号生成部６５は、図１５示され
るように、上述の第２の判定手段（第１の条件信号出力
手段）１８の判定出力である第１の条件信号、第３の判
定手段（第２の条件信号出力手段）１９の判定出力であ
る第２の条件信号、各警報信号生成部６６〜６８から出
力される警報信号である、上限警報信号、下限警報信
号、偏差警報信号を生成して出力端子６９から条件信号
としてプログラマブルコントローラ７０に出力するもの
である。
【０１０４】異常検出は、これらの条件信号が与えられ
るプログラマブルコントローラ７０の異常検出部７１に
よって行われる。この異常検出部７１の動作は、プログ
ラマブルコントローラ７０によって設定され、上述の実
施の形態１あるいは実施の形態２と同様にして行われ
る。
【０１０５】なお、プログラマブルコントローラ７０に
代えてパソコンを用いて異常判定を行うようにしてもよ
いし、リレーを組み合わせて異常判定出力を取り出すよ
うにしてもよい。
【０１０６】（実施の形態４） 図１６は、本発明の他の実施の形態を説明するための温
度制御システムの構成図であり、上述の図１に対応する
部分には、同一の参照符号を付す。
【０１０７】この実施の形態では、温度調節器３−２
は、目標値および制御量を、外部に出力する出力端子を
備えており、異常検出装置１３−１は、この温度調節器
３−２からの目標値および制御量に基づいて、上述の実
施の形態１と同様にして異常を検知するものである。
【０１０８】すなわち、異常検出装置１３−１は、上述
の実施の形態１の異常検出装置１３と同様に、異常検出
部１４と異常警報部１５とを備えており、同様にして異
常を検知するものである。
【０１０９】この実施の形態では、温度調節器３−２か
ら異常検出装置１３−１に対して、目標値および制御量
を出力するようにしたけれども、偏差を出力するように
してもよく、あるいは、目標値のみを出力し、検出温度
は、センサ２から取り込むようにしてもよい。
【０１１０】（その他の実施の形態）なお、本発明で
は、目標値をランプ状に変化させた場合には、偏差が閾
値を越えた状態が一定期間継続し、かつ、偏差の絶対値
が減少していないという条件を満足する虞れがあるが、
かかるランプ状の目標値の変更の場合には、目標値が変
更されている間は、異常検知を行わないようにすればよ
い。
【０１１１】上述の各実施の形態では、温度制御ループ
の異常検出に適用して説明したけれども、本発明は、温
度制御に限らず、圧力、流量、液位、位置、速度、回転
数などの様々な制御ループの異常検出に適用してもよ
い。
【０１１２】なお、偏差は、観測される制御量（フィー
ドバック値）から目標値を差し引いたものとしてもよ
い。
【０１１３】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、偏差が閾
値を越えた状態が一定期間継続し、かつ、前記偏差が減
少していないときに、異常であると判定するので、偏差
が減少しないという現象を引き起こす様々な異常、例え
ば、ヒータ断線、センサの断線、センサの短絡等の異常
を、電流センサ等を設けることなく、簡単な構成で、か
つ低コストで検出できることになる。しかも、操作量を
用いて異常を検知する従来例に比べて、高精度な異常検
知が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態に係る方法を適用し
た温度制御システムの概略構成図である。
【図２】図１の温度調節器の正面図である。
【図３】図１の異常検出部の機能ブロック図である。
【図４】図３の第３の判定手段の構成図である。
【図５】第３の判定手段の他の構成図である。
【図６】図１の実施の形態の動作説明に供するフローチ
ャートである。
【図７】正常時のタイムチャートである。
【図８】ＳＳＲ短絡時のタイムチャートである。
【図９】ヒータ断線時のタイムチャートである。
【図１０】センサ断線時のタイムチャートである。
【図１１】センサ短絡時のタイムチャートである。
【図１２】正常時のタイムチャートである。
【図１３】本発明の他の実施の形態の異常検出部の構成
図である。
【図１４】本発明の他の実施の形態を説明するための温
度制御システムの構成図である。
【図１５】図１４の条件信号生成部の構成図である。
【図１６】本発明の他の実施の形態を説明するための温
度制御システムの構成図である。
【図１７】従来例の概略構成図である。
【図１８】他の従来例の制御ループ系のブロック図であ
る。
【符号の説明】
１ 制御対象 ２ 温度センサ ３，３−１，３−２ 温度調節器 ４ ＳＳＲ ５ ヒータ ６ 温度センサ １３，１３−１ 異常検出装置 １４，１４−１ 異常検出部 １６，１８，１９ 第１〜第３の判定手段 ２０，２０−１ 異常判定手段
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−322261（ＪＰ，Ａ) 特開2001−280674（ＪＰ，Ａ) 特許2552177（ＪＰ，Ｂ２) 湯本 真樹、他３名，確率的定性推論 によるビル空調用熱源システムの不具合 検知方式，電機学会論文誌Ｃ，日本，社 団法人電機学会，1996年10月20日，第 116−Ｃ巻，第11号，ｐ．1281−1287 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G05B 23/00 - 23/02

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 制御対象からフィードバックされる観測
    量と目標値との偏差に基づいて、前記制御対象に対する
    操作量を出力する制御手段を含む制御ループの異常を検
    出する方法であって、 前記偏差が閾値を越えた状態が一定期間継続し、かつ、
    前記偏差が減少していないときに、異常であると判定す
    ることを特徴とする異常検出方法。
  2. 【請求項２】 制御対象からフィードバックされる観測
    量と目標値との偏差に基づいて、前記制御対象に対する
    操作量を出力する制御手段を含む制御ループの異常を検
    出する方法であって、 前記偏差が閾値を越えた状態が一定期間継続し、かつ、
    前記偏差の絶対値が減少していないときに、異常である
    と判定することを特徴とする異常検出方法。
  3. 【請求項３】 制御対象からフィードバックされる観測
    量と目標値との偏差に基づいて、前記制御対象に対する
    操作量を出力する制御手段を含む制御ループの異常を検
    出する方法であって、 前記偏差が閾値を越えたか否かを判定する第１の判定ス
    テップと、 前記偏差が前記閾値を越えたときに、その越えている期
    間を計測する計測ステップと、 計測された期間が、一定期間を越えたか否かを判定する
    第２の判定ステップと、 前記偏差の絶対値が減少しているか否かを判定する第３
    の判定ステップと、 前記計測された期間が前記一定期間を越え、かつ、前記
    偏差の絶対値が減少してないときに、異常と判定する異
    常判定ステップと、 を備えることを特徴とする異常検出方法。
  4. 【請求項４】 制御対象からフィードバックされる観測
    量と目標値との偏差に基づいて、前記制御対象に対する
    操作量を出力する制御手段を含む制御ループの異常を検
    出する装置であって、 前記偏差が閾値を越えたか否かを判定する第１の判定手
    段と、 前記第１の判定手段の判定結果に基づいて、前記偏差が
    前記閾値を越えている期間を計測する計測手段と、 前記計測手段の計測結果に基づいて、前記偏差が前記閾
    値を越えている期間が一定期間以上継続したか否かを判
    定する第２の判定手段と、 前記偏差の絶対値が減少しているか否かを判定する第３
    の判定手段と、 前記第２および前記第３の判定手段の判定結果に基づい
    て、前記偏差が前記閾値を越えている期間が一定期間以
    上継続し、かつ、前記偏差の絶対値が減少してないとき
    に、異常と判定する異常判定手段と、 を備えることを特徴とする異常検出装置。
  5. 【請求項５】 制御対象からフィードバックされる観測
    量と目標値との偏差に基づいて、前記制御対象に対する
    操作量を出力する制御手段と、 前記偏差が閾値を越えた状態が一定期間継続し、かつ、
    前記偏差が減少していないときに、制御ループの異常で
    あると判定する異常判定手段とを備えることを特徴とす
    る温度調節器。
  6. 【請求項６】 制御対象からフィードバックされる観測
    量と目標値との偏差に基づいて、前記制御対象に対する
    操作量を出力する制御手段と、 前記偏差が閾値を越えた状態が一定期間継続し、かつ、
    前記偏差の絶対値が減少していないときに、制御ループ
    の異常であると判定する異常判定手段とを備えることを
    特徴とする温度調節器。
  7. 【請求項７】 前記異常判定手段は、前記偏差が前記閾
    値を越えたか否かを判定する第１の判定手段と、前記第
    １の判定手段の判定結果に基づいて、前記偏差が前記閾
    値を越えている期間を計測する計測手段と、前記計測手
    段の計測結果に基づいて、前記偏差が前記閾値を越えて
    いる期間が一定期間以上継続したか否かを判定する第２
    の判定手段と、前記偏差の絶対値が減少しているか否か
    を判定する第３の判定手段とを備え、前記第２および前
    記第３の判定手段の判定結果に基づいて、判定を行う請
    求項６記載の温度調節器。
  8. 【請求項８】 前記制御ループがＰＩＤ制御ループであ
    って、前記制御手段がＰＩＤ制御を行なうものであり、
    前記閾値を、オートチューニング動作によって得られる
    比例帯に基づいて決定するとともに、前記一定期間を、
    オートチューニング動作によって得られるむだ時間、積
    分時間または微分時間に基づいて決定する決定手段を備
    える請求項６または７記載の温度調節器。
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