JP3794574B2 - 調節計 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は調節計に係り、特に、押出成形機や射出成形機に配置された複数のヒータを交流電源によって時分割制御方式で多チャネル制御する構成に使用して好適する調節計の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、プラスチックパイプ等の長尺物やプラスチックシート等の積層物を押出成形する押出成形機１は、図５に示すように、図示しない成形機台に乗せられたシリンダー３と、この内部に配置したスクリュー５と、シリンダー３に配置されプラスチック原料を供給するホッパ７と、シリンダー３の外周に配置された複数のヒータＨ１、Ｈ２、Ｈ３や温度測定センサＳ１、Ｓ２、Ｓ３と、そのスクリュー５を回転駆動する押出用モータ９とを有する構成が一般的である。
【０００３】
このような押出成形機１では、スクリュー５の軸方向を例えば３個のゾーンＺ１、Ｚ２、Ｚ３に分割し、それら複数のヒータＨ１〜Ｈ３が各ゾーンＺ１〜Ｚ３に対応させてシリンダー３に配置されているとき、センサＳ１〜Ｓ３からの測定値ＰＶと予め設定された設定値ＳＶに基づき調節計ＡでＰＩＤ演算された操作量ＭＶ（負荷率）に応じたＰＷＭ信号ＰＷＭ１、ＰＷＭ２、ＰＷＭ３を操作器ＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３へ出力し、ヒータＨ１〜Ｈ３に加えた交流電源をその操作器ＣＬ１〜ＣＬ３で時分割制御し、ヒータＨ１〜Ｈ３が加熱制御される。
【０００４】
図５中の符号１１は商用交流電源から交流電力を供給するトランスであり、符号１３はトランス１１からヒータＨ１〜Ｈ３や押出用モータ９へ交流電力を供給するとともに供給電流が許容電流を越えたとき、交流電力の供給を遮断するブレーカである。
【０００５】
このような押出成形機１では、起動時、図６に示すように、調節計Ａからの負荷率１００％の操作量ＭＶで全てのヒータＨ１〜Ｈ３を加熱するとともに、ホッパ７からプラスチック原料をシリンダー３内に供給して溶融させ、シリンダー３が昇温完了してから押出用モータ９でスクリュー５を回転駆動させ、溶融プラスチックをシリンダー３の先端ダイス（図示せず）から成形品として押出し、やはり図示を省略した引取りローラなどによって引き取らせて製品化する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の調節計Ａでは、図６のようにシリンダー３の昇温が完了した後、例えば負荷率が２０％程度に低下した場合、それに応じたＰＷＭ信号ＰＷＭ１〜３で各ヒータＨ１〜Ｈ３が加熱制御されるものの、各ＰＷＭ信号ＰＷＭ１〜３が互いに関連なく出力されていたから、図７に示すように、全てのＰＷＭ信号ＰＷＭ１〜３のオン期間が重なる期間ｔが発生し易い。
【０００７】
そのため、昇温完了後に、大きな電力を必要とする押出用モータ９のインターロックが解除されてそれが回転駆動している状況下で、一時的に全てのヒータＨ１〜Ｈ３にヒータ電流が流れると、ブレーカ１３を流れるピーク電流が許容値を越え、ブレーカ１３が落ちてヒータＨ１〜Ｈ３への交流電力の供給が遮断される事態が発生し、成形中の製品全体が不良品化するおそれがある。
【０００８】
また、ピーク電流が大きくなることを予想して電源系統の配線を太くする必要があり、製造コストのアップを招き易い。
【０００９】
さらに、商用交流電力は、その消費量の増大に従い、基本料金が段階的に高額となる体系となっているから、ランニングコストを抑える観点から、ヒータＨ１〜Ｈ３に流れるヒータ電流の合計がブレーカ１３の許容範囲内にあったとしても、消費電力を低く抑えることが好ましい。
【００１０】
ところで、押出成形機１に配置した複数のヒータＨ１〜Ｈ３を加熱制御する手法として、一般的に、図８に示すように、交流電源を任意の位相角で切換え通電することによって交流電力制御を行なう位相制御方式、図９に示すように、一定周期中（図９では２秒間）のオン時間とオフ時間の割合を変化させて交流電力制御を行なう時間比例オンオフ制御方式、上述した図５の構成および図１０に示すように、制御周期がなく交流電源電圧の零電位付近でオン時間とオフ時間を交互に頻繁に繰返す時分割制御方式がある。
【００１１】
そして、位相制御方式では交流電源電圧の位相を変化させるものであるし、時間比例オンオフ制御方式では制御周期が決まっているから、複数のヒータＨ１〜Ｈ３が一度にすべて加熱制御されないように位相やオンオフ時間を簡単に変化させることが可能である反面、時分割制御方式では制御周期が一定ではないのでオンオフ時間をずらせることが困難で、改善が望まれていた。
【００１２】
そこで、本発明者は、例えば押出成形機１のゾーンＺ１〜Ｚ３に対応させて配置されたヒータＨ１〜Ｈ３の加熱制御について鋭意観察及び検討を重ねた結果、各ゾーンＺ１〜Ｚ３が複数のヒータから形成される点に着目して本発明を完成させた。
【００１３】
本発明はそのような状況の下になされたもので、時分割制御方式において、制御対象に設けた複数の制御部への駆動電流の合計値を低く抑えることが可能で、製造コストや電力料金を低く抑えることが可能な調節計の提供を目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために本発明は、制御対象に配置された複数の制御部からの測定値と設定値との偏差が小さくなるような操作量を演算する演算部と、複数のそれら制御部を複数のゾーンに分割するとともに個々のそれらゾーン内の複数の制御部に対し、その操作量の負荷率に基づき時分割制御方式の操作信号を出力し、各ゾーンの制御部へ供給される駆動電流を操作する操作信号出力部とを具備しており、この操作信号出力部には、各ゾーンから選択された異なる制御部をｎ個にグループ化してｎ個のチャネルとしたとき、所定の単位期間内において一部のチャネルへのその操作信号の出力を禁止する機能を有する。
【００１５】
そして、本発明は、上記操作信号出力部について、その単位期間内において同時に操作信号の出力されるチャネル数をｍ個とするとき、（ｍ／ｎ）×１００％の値が上記負荷率に最も近くなるようその個数ｍを設定することが可能である。
【００１６】
また、本発明は、上記操作信号出力部について、その負荷率が所定値以下に低下したとき、一部のチャネルへのその操作信号の出力を禁止するよう切り換え機能を設けることが可能である。
【００１７】
さらに、本発明は、上記操作信号出力部について、その測定値が所定値に達したとき、一部のチャネルへのその操作信号の出力を禁止するよう切り換え機能を設けることも可能である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の調節計Ａに係る実施の形態を示すブロック図である。
【００１９】
図１において、演算部１５は、例えば上述した図５に示すように、制御対象としての押出成形機１のシリンダー３の外周に配置されたヒータＨ１〜Ｈ３付近のシリンダー温度を測定する温度測定センサＳ１〜Ｓ３からの測定値ＰＶと、予め設定された設定値ＳＶとの偏差が小さくなるような操作量ＭＶをＰＩＤ、ＰＩ又はＰＤ演算し、その操作量ＭＶを負荷率にして出力するものであり、制御信号出力部１７に接続されている。
【００２０】
押出成形機１では、上述した図５に示すように、制御部としての複数のヒータＨ１〜Ｈ３が各ゾーンＺ１〜Ｚ３毎に対応させてシリンダー３に配置され、それらセンサＳ１〜Ｓ３が各ゾーンＺ１〜Ｚ３の温度測定値ＰＶを出力するが、便宜上、図では１本の実線で示されている。
【００２１】
また、本発明において、図５の押出成形機１における各ゾーンＺ１〜Ｚ３は、図１に示すように、第１のゾーンＺ１としてヒータＨ１１、Ｈ１２、Ｈ１３が、第２のゾーンＺ２としてヒータＨ２１、Ｈ２２、Ｈ２３が、第３のゾーンＺ３としてヒータＨ３１、Ｈ３２、Ｈ３３が対応する。
【００２２】
操作信号出力部１７は、操作量ＭＶに基づきＰＷＭ信号（時間比例信号）を操作信号として出力する機能を有し、操作器ＣＬ１１、ＣＬ１２、ＣＬ１３、ＣＬ２１、ＣＬ２２、ＣＬ２３、ＣＬ３１、ＣＬ３２、ＣＬ３３に接続され、本発明の調節計Ａが構成されている。
【００２３】
なお、操作信号出力部１７は、操作信号として上述した図１０のような時分割制御用の操作信号を出力するが、詳細な機能は後述する。
【００２４】
操作器ＣＬ１１〜ＣＬ３３は、上述した第１〜第３のゾーンＺ１〜Ｚ３のヒータＨ１１〜Ｈ３３に対応して配置され、図５のブレーカ１３を介して供給された商用交流電源ＡＣを個々のヒータＨ１１〜Ｈ３３に供給するとともに、操作信号出力部１７からの操作信号によってヒータＨ１１〜Ｈ３３への交流電源ＡＣの供給を時分割オンオフ制御するものである。
【００２５】
操作信号出力部１７は、例えば、第１〜第３のゾーンＺ１〜Ｚ３のヒータＨ１１、Ｈ２１、Ｈ３１をチャネルＣＨ１とし、第１〜第３のゾーンＺ１〜Ｚ３のヒータＨ１２、Ｈ２２、Ｈ３２をチャネルＣＨ２とし、第１〜第３のゾーンＺ１〜Ｚ３のヒータＨ１３、Ｈ２３、Ｈ３３をチャネルＣＨ３とし、図２のように交流電源ＡＣの半周期を単位期間ｓとしたとき、全てのチャネルＣＨ１〜ＣＨ３のヒータＨ１１〜Ｈ３３に対して負荷率に応じて交流電源ＡＣを供給する一方、負荷率に最も近似する値となるよう、操作器ＣＬ１１〜ＣＬ３３を制御し、何れかのチャネルＣＨ１〜ＣＨ３のヒータＨ１１、Ｈ２１、Ｈ３１か、Ｈ１２、Ｈ２２、Ｈ３２か、Ｈ１３、Ｈ２３、Ｈ３３への交流電源ＡＣの供給を禁止する機能を有している。
【００２６】
すなわち、演算部１５から出力される負荷率が６６．６％の場合、図２に示すように、第１のチャネルＣＨ１から第２、第３のチャネルＣＨ２、ＣＨ３の順で単位期間ｓ毎に操作信号の出力を禁止し、負荷率が３３．３％の場合、図３に示すように、第２、第３のチャネルＣＨ２、ＣＨ３から第１、第３のチャネルＣＨ１、ＣＨ３、第１、第２のチャネルＣＨ１、ＣＨ２の順で出力を禁止する機能を有する。
【００２７】
負荷率６６．６０％や３３．３％以外の負荷率に対しては、最も近くなるようにチャネルＣＨ１〜ＣＨ３のいずれかのヒータＨ１１〜Ｈ３３への交流電源ＡＣの供給を禁止するようになっている。
【００２８】
操作信号出力部１７は、図１に示すように、操作器ＣＬ１１〜ＣＬ３３へ供給される交流電源ＡＣが入力されており、その交流電源ＡＣのゼロクロス（位相の変更点）付近を検出する機能を有し、ゼロクロス点の間、すなわち上述した交流電源ＡＣの半周期を単位期間ｓとして操作量の出力を禁止するようになっている。
【００２９】
なお、操作信号出力部１７において禁止するチャネルＣＨ１〜ＣＨ３の組合せや順序は、外部から設定可能にしても良いし、負荷率に基づき予め設けられた順序で自動演算設定するよう構成可能である。
【００３０】
次に、本発明に係る調節計Ａの動作を簡単に説明する。
図１において、演算部１５は、測定値ＰＶと設定値ＳＶとの偏差が小さくなるような操作量ＭＶを負荷率として演算し、操作出力部１７へ出力する。
【００３１】
操作信号出力部１７は、例えば負荷率が６６．６％の場合、操作器ＣＬ１１〜ＣＬ３３に対して、図２に示すように、ある単位期間ｓ（図２中左端）では、第２、第３のチャネルＣＨ２、ＣＨ３のヒータＨ１２、Ｈ２２、Ｈ３２、Ｈ１３、Ｈ２３、Ｈ３３への交流電源ＡＣの出力を許可するとともに第１のチャネルＣＨ１のヒータＨ１１、Ｈ２１、Ｈ３１への出力を禁止する。
【００３２】
次の単位期間ｓでは、第１、第３のチャネルＣＨ１、ＣＨ３のヒータＨ１１、Ｈ２１、Ｈ３１、Ｈ１３、Ｈ２３、Ｈ３３への出力を許可するとともに第２のチャネルＣＨ２のヒータＨ１２、Ｈ２２、Ｈ３２への出力を禁止される。
【００３３】
さらに、次の単位期間ｓでは、第１、第２のチャネルＣＨ１、ＣＨ２のヒータＨ１１、Ｈ２１、Ｈ３１、Ｈ１２、Ｈ２２、Ｈ３２への出力を許可するとともに第３のチャネルＣＨ３のヒータＨ１３、Ｈ２３、Ｈ３３への出力を禁止し、その後これを繰り返される。
【００３４】
その結果、操作器ＣＬ１１〜ＣＬ３３により、第１〜第３のチャネルＣＨ１〜ＣＨ３毎に対応するヒータＨ１１〜Ｈ３３への交流電源ＡＣの供給が切り換えられ、ヒータＨ１１〜Ｈ３３が負荷率に応じて時分割制御方式で加熱される。
【００３５】
図１の構成では、各ゾーンＺ１〜Ｚ３において複数のヒータＨ１１〜Ｈ３３を３チャネルＣＨ１〜ＣＨ３に分けたが、２チャネル以上のｎチャネルに分ける場合、同時に操作信号の出力されるチャネル数をｍ個とするとき、（ｍ／ｎ）×１００％の値が負荷率に最も近くなるよう、その個数ｍを設定すれば良い。
【００３６】
例えば、図４に示すように、第１〜第３のゾーンＺ１〜Ｚ３のヒータＨ１１〜Ｈ３３を選択して２個のグループ（第１、第２のチャネル）を形成し、２チャネルについて交互に操作量の出力を禁止する構成も可能である。この場合、５０％前後の負荷率で制御することになる。
【００３７】
このように本発明の調節計は、押出成形機１のシリンダー３に配置された複数のヒータＨ１１〜Ｈ３３からの測定値ＰＶと設定値ＳＶとの偏差に基づき操作量を演算する演算部１５と、それらヒータＨ１１〜Ｈ３３を複数のゾーンＺ１〜Ｚ３に分けそれら個々のゾーンＺ１〜Ｚ３内の複数のヒータＨ１１〜Ｈ３３に対し、操作量ＭＶの負荷率に基づき時分割制御方式の操作信号を出力してそれら各ゾーンＺ１〜Ｚ３のヒータＨ１１〜Ｈ３３へ供給される交流電源ＡＣを操作する操作信号出力部１７とを設けて構成され、この操作信号出力部１７について、各ゾーンＺ１〜Ｚ３から選択された異なるヒータＨ１１〜Ｈ３３を３個にグループ化して３チャネルＣＨ１〜ＣＨ３としたとき、単位期間内において同時に操作信号の出力されるチャネル数をｍ個とするとき、（ｍ／ｎ）×１００％の値がその負荷率に最も近くなるよう個数ｍを設定し、所定の出力期間内において一部のチャネルへの操作信号の出力を禁止するよう設定した。
【００３８】
そのため、操作量に対応して制御周期が一定とならずに変化する制御方式において、負荷率に対応させて各ゾーンＺ１〜Ｚ３のヒータＨ１１〜Ｈ３３にヒータ電流を流しても、ヒータ電流の合計値が図５中のブレーカ１３の許容電流値を越えることがなくなり、ブレーカ１３が落ちて成形中の製品全体を不良品化させ難い。
【００３９】
特に、負荷率が５０％を越えて大きい状態下でも、ヒータＨ１１〜Ｈ３３へ流れる合計ヒータ電流のピーク電流を上昇させ難い。
【００４０】
さらに、電源関係の配線コストがアップしないし、基本料金の比較的安い体系で商用交流電力を消費できるから、製造コストやランニングコストを低く抑えることが可能となる。
【００４１】
ところで、上述した実施の形態では、所定の単位期間ｓ内において一部のチャネルへの操作信号の出力を、負荷率に対応させて禁止するよう設定する構成としたが、本発明では次のような組合せ構成も可能である。
【００４２】
すなわち、演算部１５からの負荷率が所定値以下となった場合、上述したように１チャネル以上の操作信号の出力を禁止するよう操作信号出力部１７に切り換え機能を具備する構成である。
【００４３】
さらに、演算部１５へ入力される測定値ＰＶが所定の設定温度に達したとき、上述したように１チャネル以上の操作信号の出力を禁止するよう操作信号出力部１７に切り換え機能を具備する構成である。
【００４４】
このように、負荷率が所定値以下になったとき、又は測定値ＰＶが所定値に達したとき、一部のチャネルへの操作信号の出力を禁止するよう操作信号出力部１７に切り換え機能を具備する構成では、例えば、図５の押出成形機１において、シリンダー３を１００％の負荷率で起動させて昇温が完了した後、押出用モータ９のインターロックを解除してそれを回転駆動させる場合に好適する。
【００４５】
この組合せ構成では、昇温開始から昇温完了時点までは１００％の負荷率でヒータＨ１１〜Ｈ３３へヒータ電流を流して速く昇温させ、その後、ヒータＨ１１〜Ｈ３３へ流すヒータ電流を負荷率や測定値ＰＶに応じて負荷率を分散させ、その合計ピーク電流を低く抑えることが可能となり、昇温スピードと省電力化の双方が可能となる。
【００４６】
そして、本発明では、負荷率と無関係に一部のチャネルＣＨ１〜ＣＨ３への操作信号の出力を禁止する構成も可能であるし、ヒータの加熱制御に限らず、駆動電流で複数の制御部を制御する構成に応用可能である。
【００４７】
もっとも、上述したように本発明は、制御周期を一定にすることが困難で、例えば複数のヒータＨ１〜Ｈ３を一度にすべて加熱制御させないように位相やオンオフ時間をずらせることが困難な時分割制御方式において、特に有用である。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、制御対象に配置された複数の制御部からの測定値と設定値との偏差から操作量を演算部で演算し、複数の制御部からなる個々のゾーン内の複数の制御部に対し、その操作量の負荷率に基づき時分割制御方式の操作信号を操作信号出力部から出力し、各ゾーンの制御部へ駆動電流を供給させる構成であって、その操作信号出力部について、各ゾーンから選択された異なる制御部をｎ個にグループ化してｎ個のチャネルとしたとき、所定の単位期間内においてその一部のチャネルへの操作信号の出力を禁止する機能を具備させたから、操作量に対応して制御周期が一定とならずに変化する制御方式において、制御対象に設けた複数の制御部への駆動電流の合計値を低く抑えることが可能で、製造コストや電力料金を低く抑えることが可能となる。
そして、その単位期間内において同時に操作信号の出力されるチャネル数をｍ個とするとき、（ｍ／ｎ）×１００％の値が負荷率に最も近くなるようその個数ｍを設定する構成とすれば、上述した効果に加えて、負荷率に対応した制御が可能となる。
また、その負荷率が所定値以下に低下したとき、又はその測定値が所定値に達したとき、一部のチャネルへの操作信号の出力を禁止するよう上記操作信号出力部に切り換え機能を設ける構成では、上述した効果に加えて、通常の１００％の負荷率に基づく制御と、その後の省電力化の双方が可能となり、制御スピードも速まる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る調節計の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】図１の調節計の動作を説明する波形図である。
【図３】図１の調節計の動作を説明する波形図である。
【図４】図１の調節計の動作を説明する波形図である。
【図５】押出成形機の一般的な概略構成を示す図である。
【図６】押出成形機における操作量の変化を示す特性図である。
【図７】押出成形機における従来の動作を説明する波形図である。
【図８】位相制御方式を説明する交流電源波形図である。
【図９】時間比例オンオフ制御方式を説明する交流電源波形図である。
【図１０】時分割制御方式を説明する交流電源波形図である。
【符号の説明】
１ 押出成形機
３ シリンダー
５ スクリュー
７ ホッパ
９ 押出用モータ
１１ トランス
１３ ブレーカ
１５ 演算部
１７ 操作信号出力部
Ａ 調節計
ＣＬ１、ＣＬ２、ＣＬ３、ＣＬ１１、ＣＬ１２、ＣＬ１３、ＣＬ２１、ＣＬ２２、ＣＬ２３、ＣＬ３１、ＣＬ３２、ＣＬ３３ 操作器
Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ１１、Ｈ１２、Ｈ１３、Ｈ２１、Ｈ２２、Ｈ２３、Ｈ３１、Ｈ３２、Ｈ３３ ヒータ
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３ センサ
Ｚ１、Ｚ２、Ｚ３ ゾーン（第１〜第３のゾーン）

Claims (4)

1. 制御対象に配置された複数の制御部からの測定値と設定値との偏差が小さくなるような操作量を演算する演算部と、
   複数の前記制御部を複数のゾーンに分割するとともに個々の前記ゾーン内の複数の前記制御部に対し、前記操作量の負荷率に基づき時分割制御方式の操作信号を出力し、前記各ゾーンの制御部へ供給される駆動電流を操作する操作信号出力部と、
   を具備し、
   前記操作信号出力部は、前記各ゾーンから選択された異なる前記制御部をｎ個にグループ化してｎ個のチャネルとしたとき、所定の単位期間毎に一部の前記チャネルへの前記操作信号の出力を禁止する機能を有することを特徴とする調節計。
2. 前記操作信号出力部は、前記単位期間内において同時に操作信号の出力されるチャネル数をｍ個とするとき、（ｍ／ｎ）×１００％の値が前記負荷率に最も近くなるよう前記個数ｍが設定されてなる請求項１記載の調節計。
3. 前記操作信号出力部は、前記負荷率が所定値以下に低下したとき、一部の前記チャネルへの前記操作信号の出力を禁止するよう切り換え機能を有する請求項１記載の調節計。
4. 前記操作信号出力部は、前記測定値が所定値に達したとき、一部の前記チャネルへの前記操作信号の出力を禁止するよう切り換え機能を有する請求項１記載の調節計。

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