JP3805957B2 - 温度制御方法及び温湿度または温度制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、加熱アクチュエータ、冷却アクチュエータ及び加湿アクチュエータを用いる温湿度制御系、または加熱アクチュエータを主アクチュエータ、冷却アクチュエータを補助アクチュエータとして用いる温度制御系において、省エネルギーを実現することができる温度制御方法及び温湿度または温度制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
ビル等の空調制御システムでは、冷房のための冷却器、暖房のためのヒータが備わっているが、快適性を増すために湿度も制御することが多く、加湿器を合わせて持つことにより、温度と湿度の両方を同時に制御する温湿度制御が行われている。なお、冷却器がその機能から除湿効果を持つため、除湿器を別途持つ必要はない。同様に、恒温恒湿槽においても、冷却器とヒータと加湿器とを用いた温湿度制御が行われている。
【0003】
また、冷却器とヒータを用いる温度制御系において、冷却器の出力の分解能があまり高くなく、恒温槽のように精密な温度制御が要求される場合は、冷却器によっていったん過冷却した上でヒータによる加熱で最適温度にするような予冷却・再加熱式の制御が行われている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
上記の温湿度制御系では、降温のために冷却器を働かせることによる湿度の低下を加湿器で補ったり、除湿のために冷却器を働かせることによる温度低下をヒータで補ったりする出力相殺が行われる。しかしながら、このような出力相殺が不適切に行われると、エネルギー消費の無駄が発生するという問題点があった。特に、温湿度制御系では、前記出力相殺のために、冷却器、ヒータ及び加湿器の3つのアクチュエータを同時に動作させる場合があり、この場合にエネルギー消費が大きくなるという問題点があった。
また、予冷却・再加熱式の温度制御系では、冷却器によっていったん予冷却した上でヒータによって加熱する出力相殺が行われるため、この出力相殺が不適切に行われると、エネルギー消費が大きくなるという問題点があった。
【0005】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、温湿度制御系または温度制御系において、出力相殺を最小限にして、省エネルギーを実現することができる温湿度または温度制御方法及び温湿度または温度制御装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明の温湿度制御方法は、加熱制御を行うコントローラの操作量出力を、冷却制御を行うコントローラへの制御量入力として与え、省エネルギーと温度制御とを両立させることが可能なように予め与えられる前記操作量出力の理想値を設定値として、前記冷却制御を行うコントローラが、前記設定値と前記制御量入力との偏差に基づきPID演算を行い、冷却制御の操作量出力を算出するようにしたものである。
【0009】
また、本発明の温度制御装置は、温度制御の加熱機能を実現する加熱アクチュエータ(Act1 )と、温度制御の冷却機能を実現する冷却アクチュエータ(Act2 )と、加熱制御を行い、前記加熱アクチュエータに対して操作量出力(MVHO)を与える温度制御加熱コントローラ(PID_H )と、この温度制御加熱コントローラの前記操作量出力を制御量入力とし、省エネルギーと温度制御とを両立させることが可能なように予め与えられる前記操作量出力の理想値を設定値として、前記設定値と前記制御量入力との偏差に基づきPID演算を行い、演算結果の操作量出力(MVCO)を前記冷却アクチュエータへ出力する温度制御冷却コントローラ(PID_C )とを有するものである。
【0010】
また、本発明の温湿度制御装置は、温度制御の加熱機能を実現する加熱アクチュエータ(Act1 )と、温度制御の冷却機能及び湿度制御の除湿機能を実現する冷却アクチュエータ(Act2 )と、湿度制御の加湿機能を実現する加湿アクチュエータ(Act3 )と、温度制御を行う温度制御コントローラ(PID_Temp)と、湿度制御を行う湿度制御コントローラ(PID_Hum )と、前記温度制御コントローラの操作量出力(MVT )が加熱モードに対応した値の場合には前記加熱アクチュエータへ出力し、前記温度制御コントローラの操作量出力が冷却モードに対応した値の場合には前記冷却アクチュエータへ出力する温度制御出力分岐部(D_MV_Temp)と、前記湿度制御コントローラの操作量出力(MVH )が加湿モードに対応した値の場合には前記加湿アクチュエータへ出力し、前記湿度制御コントローラの操作量出力が除湿モードに対応した値の場合には前記冷却アクチュエータへ出力する湿度制御出力分岐部(D_MV_Hum )と、前記温度制御出力分岐部の前記操作量出力を制御量入力とし、省エネルギーと温度制御とを両立させることが可能なように予め与えられる前記操作量出力の理想値を設定値として、前記設定値と前記制御量入力との偏差に基づきPID演算を行い、演算結果の操作量出力(MVCO)を前記冷却アクチュエータへ出力する温度制御冷却コントローラ(PID_C )と、前記温度制御出力分岐部、湿度制御出力分岐部及び温度制御冷却コントローラと前記冷却アクチュエータとの間に設けられ、前記温度制御出力分岐部と前記湿度制御出力分岐部と前記温度制御冷却コントローラの各操作量出力を比較して、最も大きい操作量出力を前記冷却アクチュエータに与える冷却出力最大値演算部(C_MAX2)とを有するものである。
【0011】
【発明の実施の形態】
[参考例1]
次に、本発明の参考例について図面を参照して詳細に説明する。図1は本発明の参考例1となる温湿度制御装置の構成を示すブロック図である。
図1の温湿度制御装置は、温度制御を行う温度制御コントローラPID_Tempと、湿度制御を行う湿度制御コントローラPID_Hum と、温度制御コントローラPID_Tempの操作量出力MVT を分岐出力する温度制御出力分岐部D_MV_Tempと、湿度制御コントローラPID_Hum の操作量出力MVH を分岐出力する湿度制御出力分岐部D_MV_Hum と、温度制御出力分岐部D_MV_Tempと湿度制御出力分岐部D_MV_Hum の各操作量出力を比較して、最も大きい操作量出力を冷却アクチュエータAct2 に与える冷却出力最大値演算部C_MAX と、温度制御の加熱機能を実現するヒータ等の加熱アクチュエータAct1 と、温度制御の冷却機能を実現する冷却器等の冷却アクチュエータAct2 と、湿度制御の加湿機能を実現する加湿器等の加湿アクチュエータAct3 とから構成されている。なお、湿度制御の除湿機能は、冷却アクチュエータAct2 によって実現される。
【0012】
本参考例は、恒温恒湿槽、クリーンルーム、温室などの槽内・室内空気の温湿度制御系において、加熱冷却機能の出力相殺、加湿除湿機能の出力相殺を抑えて省エネルギーを実現しようとする場合に、この温湿度制御系を対象として適用することができる。
【0013】
以下、本参考例の温湿度制御装置の動作について説明する。図2は図1の温湿度制御装置の動作を示すフローチャート図である。
最初に、温度制御コントローラPID_Tempは、PID演算を実行して操作量出力MVT を算出する(図2ステップ101)。ただし、温度制御コントローラPID_Tempは、一般のヒートクール制御ロジックで構成されている。ヒートクール制御は、加熱能力と冷却能力を使い分ける制御技術である。
【0014】
ヒートクール制御の手法を単純に説明するならば、温度制御コントローラPID_Tempから出力される操作量出力MVT が50%より大きい場合は加熱アクチュエータAct1 を操作量出力MVT に対応して動作させ、操作量出力MVT が50%以下の場合は冷却アクチュエータAct2 を操作量出力MVT に対応して動作させる制御手法である。
【0015】
また、ヒートクール制御では、例えば加熱モードで制御中に温度制御コントローラPID_Tempから出力される操作量出力MVT が50%以下になると、即座に冷却モードへの切り換えが行われ、冷却モードで制御中に操作量出力MVT が50%より大きくなると、即座に加熱モードへの切り換えが行われる。
【0016】
したがって、温度制御コントローラPID_Tempは、操作量出力が0〜100%に正規化されているとき、1制御周期前の操作量出力MVT-1 が50%より大きい場合は加熱モードであるとして、加熱用のPIDパラメータを用いて現制御周期の操作量出力MVT を次式のように算出する。
MVT =Kg1 {1+1/(Ti1 s)+Td1 s}(SPT −PVT )・・・(1)
【0017】
式(1)において、Kg1 、Ti1 、Td1 はそれぞれ温度制御コントローラPID_Tempの加熱側比例ゲイン、加熱側積分時間、加熱側微分時間、SPT は温度制御コントローラPID_Tempの制御対象(不図示)について設定される温度設定値、PVT はこの制御対象の制御量(温度計測値)である。加熱側比例ゲインKg1 、加熱側積分時間Ti1 、加熱側微分時間Td1 及び温度設定値SPT はオペレータによってあらかじめ設定され、制御量PVT は図示しない温度センサによって計測される。
【0018】
また、温度制御コントローラPID_Tempは、1制御周期前の操作量出力MVT-1 が50%以下の場合は冷却モードであるとして、冷却用のPIDパラメータを用いて現制御周期の操作量出力MVT を次式のように算出する。
MVT =Kg2 {1+1/(Ti2 s)+Td2 s}(SPT −PVT )・・・(2)
【0019】
式(2)において、Kg2 、Ti2 、Td2 はそれぞれ温度制御コントローラPID_Tempの冷却側比例ゲイン、冷却側積分時間、冷却側微分時間である。冷却側比例ゲインKg2 、冷却側積分時間Ti2 、冷却側微分時間Td2 はオペレータによってあらかじめ設定される。こうして、ステップ101の処理が終了する。
【0020】
温度制御出力分岐部D_MV_Tempは、温度制御コントローラPID_Tempから出力された操作量出力MVT を温度制御に関するアクチュエータAct1 ,Act2 に対して分岐出力する(ステップ102)。
ステップ102において、温度制御出力分岐部D_MV_Tempは、操作量出力MVT が50%より大きい場合は加熱モードであるとして、次式のような操作量指示値MV1 を加熱アクチュエータAct1 へ出力する。
MV1 =2(MVT −50) ・・・(3)
【0021】
また、温度制御出力分岐部D_MV_Tempは、操作量出力MVT が50%以下の場合は冷却モードであるとして、次式のような操作量指示値MV2 を冷却出力最大値演算部C_MAX へ出力する。
MV2 =2(50−MVT ) ・・・(4)
以上でステップ102の処理が終了する。
【0022】
図3は操作量出力MVT と操作量指示値MV1 ,MV2 との関係を示す図である。図3から分かるように、温度制御出力分岐部D_MV_Tempは、操作量出力MVT を0〜100%の操作量指示値MV1 またはMV2 に変換して出力する。
【0023】
次に、湿度制御コントローラPID_Hum は、PID演算を実行して操作量出力MVH を算出する(ステップ103)。ただし、湿度制御コントローラPID_Hum は、一般のヒートクール制御ロジックで構成されている。ヒートクール制御では、操作量出力MVH が50%より大きい場合は加湿アクチュエータAct3 を操作量出力MVH に対応して動作させ、操作量出力MVH が50%以下の場合は冷却アクチュエータAct2 を操作量出力MVH に対応して動作させる。
【0024】
また、ヒートクール制御では、加湿モードで制御中に操作量出力MVH が50%以下になると、即座に除湿モードへの切り換えが行われ、除湿モードで制御中に操作量出力MVH が50%より大きくなると、即座に加湿モードへの切り換えが行われる。
【0025】
したがって、湿度制御コントローラPID_Hum は、操作量出力が0〜100%に正規化されているとき、1制御周期前の操作量出力MVH-1 が50%より大きい場合は加湿モードであるとして、加湿用のPIDパラメータを用いて現制御周期の操作量出力MVH を次式のように算出する。
MVH =Kg3 {1+1/(Ti3 s)+Td3 s}(SPH −PVH )・・・(5)
【0026】
式(5)において、Kg3 、Ti3 、Td3 はそれぞれ湿度制御コントローラPID_Hum の加湿側比例ゲイン、加湿側積分時間、加湿側微分時間、SPH はコントローラPID_Hum の制御対象(不図示)について設定される湿度設定値、PVH はこの制御対象の制御量(湿度計測値)である。加湿側比例ゲインKg3 、加湿側積分時間Ti3 、加湿側微分時間Td3 及び湿度設定値SPH はオペレータによって予め設定され、制御量PVH は図示しない湿度センサによって計測される。
【0027】
また、湿度制御コントローラPID_Hum は、1制御周期前の操作量出力MVH-1 が50%以下の場合は除湿モードであるとして、除湿用のPIDパラメータを用いて現制御周期の操作量出力MVH を次式のように算出する。
MVH =Kg4 {1+1/(Ti4 s)+Td4 s}(SPH −PVH )・・・(6)
【0028】
式(6)において、Kg4 、Ti4 、Td4 はそれぞれ湿度制御コントローラPID_Hum の除湿側比例ゲイン、除湿側積分時間、除湿側微分時間である。除湿側比例ゲインKg4 、除湿側積分時間Ti4 、除湿側微分時間Td4 はオペレータによってあらかじめ設定される。このようにして、ステップ103の処理が終了する。
【0029】
湿度制御出力分岐部D_MV_Hum は、湿度制御コントローラPID_Hum から出力された操作量出力MVH を湿度制御に関するアクチュエータAct2 ,Act3 に対して分岐出力する(ステップ104)。
ステップ104において、湿度制御出力分岐部D_MV_Hum は、操作量出力MVH が50%より大きい場合は加湿モードであるとして、次式のような操作量指示値MV3 を加湿アクチュエータAct3 へ出力する。
MV3 =2(MVH −50) ・・・(7)
【0030】
また、湿度制御出力分岐部D_MV_Hum は、操作量出力MVH が50%以下の場合は除湿モードであるとして、次式のような操作量指示値MV4 を冷却出力最大値演算部C_MAX へ出力する。
MV4 =2(50−MVH ) ・・・(8)
以上でステップ104の処理が終了する。
【0031】
図4は操作量出力MVH と操作量指示値MV3 ,MV4 との関係を示す図である。図4から分かるように、湿度制御出力分岐部D_MV_Hum は、操作量出力MVH を0〜100%の操作量指示値MV3 またはMV4 に変換して出力する。
【0032】
次に、冷却出力最大値演算部C_MAX は、温度制御出力分岐部D_MV_Tempから出力された操作量指示値MV2 と湿度制御出力分岐部D_MV_Hum から出力された操作量指示値MV4 の最大値MV2xを求めて、この最大値MV2xを冷却アクチュエータAct2 へ出力する(ステップ105)。
【0033】
すなわち、冷却出力最大値演算部C_MAX は、操作量指示値MV2 が操作量指示値MV4 より大きい場合、操作量指示値MV2 を最大値MV2xとして冷却アクチュエータAct2 へ出力し、操作量指示値MV2 が操作量指示値MV4 以下の場合、操作量指示値MV4 を最大値MV2xとして冷却アクチュエータAct2 へ出力する。
以上のステップ101〜105を1制御周期における処理とし、ステップ101〜105の処理を制御周期毎に繰り返す。
【0034】
以上のように、温度制御コントローラPID_Tempと温度制御出力分岐部D_MV_Tempの連係動作では、一般的なヒートクール制御ロジックに基づき、加熱アクチュエータAct1 への操作量指示値MV1 、冷却アクチュエータAct2 への操作量指示値MV2 を算出して出力する。ヒートクール制御ロジックなので、操作量指示値MV1 と操作量指示値MV2 が同時に0%より大きな値になることは原則的にない。
【0035】
また、湿度制御コントローラPID_Hum と湿度制御出力分岐部D_MV_Hum の連係動作では、一般的なヒートクール制御ロジックに基づき、加湿アクチュエータAct3 への操作量指示値MV3 、冷却アクチュエータAct2 への操作量指示値MV4 を算出して出力する。ヒートクール制御ロジックなので、操作量指示値MV3 と操作量指示値MV4 が同時に0%より大きな値になることは原則的にない。
【0036】
加熱アクチュエータAct1 は温度制御専用のアクチュエータなので、温度制御側(温度制御コントローラPID_Tempと温度制御出力分岐部D_MV_Temp)で求められた操作量指示値MV1 は、加熱アクチュエータAct1 へ直接出力される。
加湿アクチュエータAct3 は湿度制御専用のアクチュエータなので、湿度制御側(湿度制御コントローラPID_Hum と湿度制御出力分岐部D_MV_Hum )で求められた操作量指示値MV3 は、加湿アクチュエータAct3 へ直接出力される。
【0037】
冷却アクチュエータAct2 は温度制御と湿度制御に併用のアクチュエータなので、温度制御側で求められた操作量指示値MV2 と湿度制御側で求められた操作量指示値MV4 の最大値MV2xが冷却出力最大値演算部C_MAX で算出され、この最大値MV2xが冷却アクチュエータAct2 へ出力される。
【0038】
このとき、湿度制御側で求められた操作量指示値MV4 よりも温度制御側で求められた操作量指示値MV2 が小さい場合、温度制御側にとっては冷却アクチュエータAct2 への出力が過剰、すなわち冷却が過剰となるので、時間の経過に伴って温度計測値PVT が設定値SPT より低くなる。このため、冷却モードであった温度制御コントローラPID_Tempが加熱モードに切り替わり、50%より大きい操作量出力MVT が出力され、結果として0%より大きい操作量指示値MV1 が加熱アクチュエータAct1 に出力される。
【0039】
逆に、温度制御側で求められた操作量指示値MV2 よりも湿度制御側で求められた操作量指示値MV4 が小さい場合、湿度制御側にとっては冷却アクチュエータAct2 への出力が過剰、すなわち除湿が過剰となるので、時間の経過に伴って湿度計測値PVH が設定値SPH より低くなる。このため、除湿モードであった湿度制御コントローラPID_Hum が加湿モードに切り替わり、50%より大きい操作量出力MVH が出力され、結果として0%より大きい操作量指示値MV3 が加湿アクチュエータAct3 に出力される。
【0040】
以上の構成により、温湿度制御系において、3つのアクチュエータのうち最大でも2つだけが動作するように保証することができ、出力相殺の発生を温度制御に関する加熱冷却機能の出力相殺と湿度制御に関する加湿除湿機能の出力相殺のどちらか一方に確実に限定することができる。その結果、温湿度制御系全体にとって最低出力に近い制御を実現することができ、省エネルギーを実現することができる。
【0041】
[参考例2]
図5は本発明の参考例2となる温湿度制御装置の構成を示すブロック図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。図5の温湿度制御装置は、加熱制御を行う温度制御加熱コントローラPID_Temp1 と、冷却制御を行う温度制御冷却コントローラPID_Temp2 と、加湿制御を行う湿度制御加湿コントローラPID_Hum3と、除湿制御を行う湿度制御除湿コントローラPID_Hum4と、コントローラPID_Temp1 とコントローラPID_Temp2 とを切り替える温度制御コントローラ切換処理部CH_Tempと、コントローラPID_Hum3とコントローラPID_Hum4とを切り替える湿度制御コントローラ切換処理部CH_Hum と、冷却出力最大値演算部C_MAX と、加熱アクチュエータAct1 と、冷却アクチュエータAct2 と、加湿アクチュエータAct3 とから構成されている。
【0042】
本参考例は、空調制御システムを適用対象とするもので、コントローラPID_Temp1 は例えば空調暖房コントローラであり、コントローラPID_Temp2 は例えば空調冷房コントローラであり、コントローラPID_Hum3は例えば空調加湿コントローラであり、コントローラPID_Hum4は例えば空調除湿コントローラである。
【0043】
温度制御コントローラ切換処理部CH_Tempは、暖房要求が発生している場合、温度制御加熱コントローラPID_Temp1 を動作させる。温度制御加熱コントローラPID_Temp1 は、参考例1で説明した式(1)と同様にして暖房用の0〜100%の操作量出力MV1 を算出する。
【0044】
また、温度制御コントローラ切換処理部CH_Tempは、冷房要求が発生している場合、温度制御冷却コントローラPID_Temp2 を動作させる。温度制御冷却コントローラPID_Temp2 は、式(2)と同様にして冷房用の0〜100%の操作量出力MV2 を算出する。
【0045】
一方、湿度制御コントローラ切換処理部CH_Hum は、加湿要求が発生している場合、湿度制御加湿コントローラPID_Hum3を動作させる。湿度制御加湿コントローラPID_Hum3は、式(5)と同様にして加湿用の0〜100%の操作量出力MV3 を算出する。
【0046】
また、湿度制御コントローラ切換処理部CH_Hum は、除湿要求が発生している場合、湿度制御除湿コントローラPID_Hum4を動作させる。湿度制御除湿コントローラPID_Hum4は、式(6)と同様にして除湿用の0〜100%の操作量出力MV4 を算出する。
【0047】
冷却出力最大値演算部C_MAX の動作は参考例1と全く同じである。こうして、空調制御システムにおいて参考例1と同様の効果を得ることができる。
【0048】
[第1の実施の形態]
図6は本発明の第1の実施の形態となる温度制御装置の構成を示すブロック図である。図6の温度制御装置は、加熱制御を行う温度制御加熱コントローラPID_H と、この温度制御加熱コントローラPID_H を操作量出力を制御量入力とし、操作量出力の理想値を設定値として演算を行う温度制御加熱コントローラPID_H と、温度制御冷却コントローラPID_C と、ヒータ等の加熱アクチュエータAct1 と、冷却器等の冷却アクチュエータAct2 とから構成されている。
【0049】
本実施の形態は、例えば冷却器とヒータを用いる予冷却・再加熱式の恒温槽の温度制御系において、加熱冷却機能の出力相殺を抑えて省エネルギーを実現しようとする場合に、この温度制御系を対象として適用することができる。
【0050】
以下、本実施の形態の温度制御装置の動作について説明する。図7は図6の温度制御装置の動作を示すフローチャート図である。
最初に、温度制御加熱コントローラPID_H は、PID演算を実行して操作量出力MVHOを次式のように算出する(図7ステップ201)。
MVHO=KgH {1+1/(TiH s)+TdH s}(SPT −PVT )・・・(20)
【0051】
式(20)において、KgH 、TiH 、TdH はそれぞれ温度制御加熱コントローラPID_H の比例ゲイン、積分時間、微分時間、SPT はコントローラPID_H の制御対象(不図示)について設定される温度設定値、PVT はこの制御対象の制御量(温度計測値)である。比例ゲインKgH 、積分時間TiH 、微分時間TdH 及び温度設定値SPT は予め設定され、制御量PVT は図示しない温度センサによって計測される。
【0052】
そして、温度制御加熱コントローラPID_H は、算出した操作量出力MVHOを加熱アクチュエータAct1 と温度制御冷却コントローラPID_C へ出力する。
次に、温度制御冷却コントローラPID_C は、PID演算を実行して操作量出力MVCOを次式のように算出する(ステップ202)。
MVCO=KgC {1+1/(TiC s)+TdC s}(SP1 −PV1 )・・・(21)
【0053】
式(21)において、KgC 、TiC 、TdC はそれぞれ温度制御冷却コントローラPID_C の比例ゲイン、積分時間、微分時間、SP1 はコントローラPID_C の設定値、PV1 はコントローラPID_C の制御量である。比例ゲインKgC 、積分時間TiC 及び微分時間TdC は予め設定される。
【0054】
設定値SP1 として予め与えられる値は、省エネルギーと温度制御とを両立させることが可能な、操作量出力MVHOの理想値(操作量出力MVHOが0〜100%に正規化されている場合において例えば10%)である。
また、温度制御冷却コントローラPID_C は、温度制御加熱コントローラPID_H から出力された操作量出力MVHOを制御量PV1 として式(21)の計算を行う。
【0055】
そして、温度制御冷却コントローラPID_C は、算出した操作量出力MVCOを冷却アクチュエータAct2 へ出力する。
以上のステップ201,202を1制御周期における処理とし、ステップ201,202の処理を制御周期毎に繰り返す。
【0056】
温度制御系においては、温度制御のアクチュエータとして加熱アクチュエータAct1 を利用するが、制御される温度範囲として低温側が自然冷却では不十分になる場合、供給される流体(例えば空気)を冷却アクチュエータAct2 により冷却する必要がある。冷却アクチュエータAct2 の出力が十分な分解能で精密な温度制御が可能なように構成されている場合は、一般的なヒートクール制御を適用するのが妥当である。しかし、冷却アクチュエータAct2 の出力の分解能が不十分な場合は、冷却アクチュエータAct2 により十分に予冷却した後に、加熱アクチュエータAct1 により再加熱するように構成する。この場合、再加熱のヒータ出力が温度制御の操作量になる。
【0057】
図8は本実施の形態の温度制御装置を恒温槽の温度制御に使用した例を示す図である。この恒温槽では、加熱アクチュエータAct1 で加熱、冷却アクチュエータAct2 で冷却した空気を循環させるようになっている。
温度制御加熱コントローラPID_H は、PIDロジックに基づき加熱用の操作量出力MVH0を算出する。
【0058】
ここで、加熱アクチュエータAct1 の出力を下げることにより降温作用が得られる状態を実現するには、温度制御加熱コントローラPID_H の操作量出力MVH0が少なくとも10%程度で再加熱制御されている必要があり、予冷却を行なう冷却アクチュエータAct2 は、加熱用の操作量出力MVH0を制御変数として制御される。
【0059】
すなわち、温度制御冷却コントローラPID_C は、設定値SP1 として温度制御加熱コントローラPID_H の加熱用操作量出力MVHOの理想値を採用し、制御量PV1 として実際の加熱用操作量出力MVHOを採用し、PIDロジックに基づき操作量出力MVCOを算出する。
【0060】
加熱用の操作量出力MVHOが理想値(設定値)SP1 よりも高い場合は、冷却アクチュエータAct2 による予冷却が過剰であることを意味している。この場合、温度制御冷却コントローラPID_C は、操作量出力MVCOを下げるように作用する。これにより、予冷却の効果が減少し、制御量PVT の上昇に伴って再加熱に必要な加熱用操作量出力MVHOも低下するので、操作量出力MVHOが理想値SP1 に一致する方向に近付く。
【0061】
逆に、加熱用の操作量出力MVHOが理想値SP1 よりも低い場合は、冷却アクチュエータAct2 による予冷却が不足していることを意味している。この場合、温度制御冷却コントローラPID_C は、操作量出力MVCOを上げるように作用する。これにより、予冷却の効果が増加し、制御量PVT の低下に伴って再加熱に必要な加熱用操作量出力MVHOも上昇するので、操作量出力MVHOが理想値SP1 に一致する方向に近付く。
【0062】
また、オペレータが温度設定値SPT を例えば低い値から高い値に切り換えた場合には、昇温要求が発生したことになるため、温度制御加熱コントローラPID_H は操作量出力MVH0を上昇させる。この場合、加熱用の操作量出力MVHOが理想値SP1 よりも高くなるので、温度制御冷却コントローラPID_C は、予冷却過剰と見なして、操作量出力MVCOを下げるように作用する。したがって、冷却アクチュエータAct2 が昇温を妨げることがないように動作する。
【0063】
逆に、オペレータが温度設定値SPT を高い値から低い値に切り換えた場合には、降温要求が発生したことになるため、温度制御加熱コントローラPID_H は操作量出力MVH0を低下させる。この場合、加熱用の操作量出力MVHOが理想値SP1 よりも低くなるので、温度制御冷却コントローラPID_C は、予冷却不足と見なして、操作量出力MVCOを上げるように作用する。したがって、冷却アクチュエータAct2 が降温を促進するように動作する。
【0064】
以上の構成により、加熱アクチュエータAct1 を主アクチュエータ、冷却アクチュエータAct2 を補助アクチュエータとして用いる温度制御系において、加熱冷却機能の出力相殺(予冷却過剰または予冷却不足)を回避しつつ、予冷却・再加熱を維持することができる。その結果、温度制御系全体にとって最低出力に近い制御を実現することができ、省エネルギーを実現することができる。また、昇温要求や降温要求の発生時においても、冷却アクチュエータAct2 を適切に動作させることができるので、良好な制御性を得ることができる。
【0065】
[第2の実施の形態]
図9は本発明の第2の実施の形態となる温湿度制御装置の構成を示すブロック図である。図9の温湿度制御装置は、温度制御コントローラPID_Tempと、湿度制御コントローラPID_Hum と、温度制御冷却コントローラPID_C と、温度制御出力分岐部D_MV_Tempと、湿度制御出力分岐部D_MV_Hum と、温度制御出力分岐部D_MV_Tempと湿度制御出力分岐部D_MV_Hum と温度制御冷却コントローラPID_C の各操作量出力を比較して、最も大きい操作量出力を冷却アクチュエータAct2 に与える冷却出力最大値演算部C_MAX2と、加熱アクチュエータAct1 と、冷却アクチュエータAct2 と、加湿アクチュエータAct3 とから構成されている。
【0066】
本実施の形態は、前述の参考例1と第1の実施の形態を組み合わせたものであり、アクチュエータとして加熱アクチュエータAct1 、冷却アクチュエータAct2 及び加湿アクチュエータAct3 を用いる恒温恒湿槽等の温湿度制御系において、加熱冷却機能の出力相殺、加湿除湿機能の出力相殺を抑えて省エネルギーを実現しようとする場合に、この温湿度制御系を対象として適用することができる。
【0067】
以下、本実施の形態の温湿度制御装置の動作について説明する。図10は図9の温湿度制御装置の動作を示すフローチャート図である。
最初に、温度制御コントローラPID_Tempは、PID演算を実行して操作量出力MVT を算出する(図10ステップ301)。この動作は参考例1で説明した温度制御コントローラPID_Tempの動作と全く同じである。
【0068】
温度制御出力分岐部D_MV_Tempは、温度制御コントローラPID_Tempから出力された操作量出力MVT を温度制御に関するアクチュエータAct1 ,Act2 に対して分岐出力する(ステップ302)。この動作は参考例1で説明した温度制御出力分岐部D_MV_Tempの動作と全く同じである。
【0069】
次に、湿度制御コントローラPID_Hum は、PID演算を実行して操作量出力MVH を算出する(ステップ303)。この動作は参考例1で説明した湿度制御コントローラPID_Hum の動作と全く同じである。
湿度制御出力分岐部D_MV_Hum は、湿度制御コントローラPID_Hum から出力された操作量出力MVH を湿度制御に関するアクチュエータAct2 ,Act3 に対して分岐出力する(ステップ304)。この動作は参考例1で説明した湿度制御出力分岐部D_MV_Hum の動作と全く同じである。
【0070】
続いて、温度制御冷却コントローラPID_C は、PID演算を実行して操作量出力MVCOを算出する(ステップ305)。この動作は第1の実施の形態で説明した温度制御冷却コントローラPID_C の動作とほぼ同様であるが、式(21)の設定値SP1 として予め与えられる値は、省エネルギーと温度制御とを両立させることが可能な、操作量指示値MV1 の理想値である。また、温度制御冷却コントローラPID_C は、温度制御出力分岐部D_MV_Tempから出力された操作量指示値MV1 を制御量PV1 として式(21)の計算を行う。
【0071】
次に、冷却出力最大値演算部C_MAX2は、温度制御出力分岐部D_MV_Tempから出力された操作量指示値MV2 と湿度制御出力分岐部D_MV_Hum から出力された操作量指示値MV4 と温度制御冷却コントローラPID_C から出力された操作量出力MVCOの最大値MV2xを求めて、この最大値MV2xを冷却アクチュエータAct2 へ出力する(ステップ306)。
【0072】
すなわち、冷却出力最大値演算部C_MAX2は、操作量指示値MV2 が操作量指示値MV4 より大きい場合、操作量指示値MV2 を最大値MV2xとし、操作量指示値MV2 が操作量指示値MV4 以下の場合、操作量指示値MV4 を最大値MV2xとする。
【0073】
さらに、冷却出力最大値演算部C_MAX2は、この最大値MV2xより操作量出力MVCOが大きい場合、この操作量出力MVCOを最終的な最大値MV2xとして冷却アクチュエータAct2 へ出力し、操作量出力MVCOが最大値MV2x以下の場合、この最大値MV2xをそのまま冷却アクチュエータAct2 へ出力する。
以上のステップ301〜306を1制御周期における処理とし、ステップ301〜306の処理を制御周期毎に繰り返す。
【0074】
以上のように、本実施の形態では、温度制御冷却コントローラPID_C は、設定値SP1 として操作量指示値MV1 の理想値(例えば10%)を採用し、制御量PV1 として実際の操作量指示値MV1 を採用し、PIDロジックに基づき操作量出力MVCOを算出する。
【0075】
そして、冷却アクチュエータAct2 については、温度制御側で求められた冷却器操作量指示値MV2 と湿度制御側で求められた冷却器操作量指示値MV4 と温度制御冷却コントローラPID_C で求められた冷却器操作量指示値MVCOの最大値MV2xが冷却出力最大値演算部C_MAX2で算出され、この最大値MV2xが冷却アクチュエータAct2 へ出力される。
【0076】
以上の構成により、アクチュエータとして加熱アクチュエータAct1 、冷却アクチュエータAct2 、加湿アクチュエータAct3 を用いる温湿度制御系であり、特に温度制御については加熱アクチュエータAct1 を主アクチュエータ、冷却アクチュエータAct2 を補助アクチュエータとして用いる制御系において、加熱冷却機能の出力相殺や加湿除湿機能の出力相殺を削減することができ、温湿度制御系全体にとって最低出力に近い制御を実現することができ、省エネルギーを実現することができる。また、第1の実施の形態と同様に、昇温要求や降温要求の発生時においても、冷却アクチュエータAct2 を適切に動作させることができるので、良好な制御性を得ることができる。
【0077】
【発明の効果】
本発明によれば、温度制御を行うコントローラの加熱アクチュエータ及び冷却アクチュエータへの操作量出力のうち冷却アクチュエータへの操作量出力と、湿度制御を行うコントローラの加湿アクチュエータ及び冷却アクチュエータへの操作量出力のうち冷却アクチュエータへの操作量出力とを比較して、大きい方の操作量出力を冷却アクチュエータに対して与えることにより、温湿度制御系において、3つのアクチュエータのうち最大でも2つだけが動作するように保証することができ、出力相殺の発生を温度制御に関する加熱冷却機能の出力相殺と湿度制御に関する加湿除湿機能の出力相殺のどちらか一方に確実に限定することができる。その結果、温湿度制御系全体にとって最低出力に近い制御を実現することができ、省エネルギーを図ることができる。
【0078】
また、加熱制御を行うコントローラの操作量出力を冷却制御を行うコントローラへの制御量入力として与え、この冷却制御を行うコントローラに対して操作量出力の理想値を設定値として与えることにより、加熱冷却機能の出力相殺(予冷却過剰または予冷却不足)を回避しつつ、予冷却・再加熱を維持することができる。その結果、温度制御系全体にとって最低出力に近い制御を実現することができ、省エネルギー化を図ることができる。また、昇温要求や降温要求の発生時においても、冷却アクチュエータを適切に動作させることができるので、良好な制御性を得ることができる。
【0079】
また、加熱アクチュエータ、冷却アクチュエータ、加湿アクチュエータ、温度制御コントローラ、湿度制御コントローラ、温度制御出力分岐部、湿度制御出力分岐部及び冷却出力最大値演算部を設けることにより、出力相殺を最小限にして、省エネルギーを図れる温湿度制御装置を実現することができる。
【0080】
また、加熱アクチュエータ、冷却アクチュエータ、加湿アクチュエータ、温度制御加熱コントローラ、温度制御冷却コントローラ、湿度制御加湿コントローラ、湿度制御除湿コントローラ、温度制御コントローラ切換処理部、湿度制御コントローラ切換処理部及び冷却出力最大値演算部を設けることにより、空調制御システム等において、出力相殺を最小限にして、省エネルギーを図れる温湿度制御装置を実現することができる。
【0081】
また、加熱アクチュエータ、冷却アクチュエータ、温度制御加熱コントローラ及び温度制御冷却コントローラを設けることにより、恒温槽等の温度制御系において、出力相殺を最小限にして、省エネルギーを図れる制御装置を実現することができる。
【0082】
また、加熱アクチュエータ、冷却アクチュエータ、加湿アクチュエータ、温度制御コントローラ、湿度制御コントローラ、温度制御出力分岐部、湿度制御出力分岐部、温度制御冷却コントローラ及び冷却出力最大値演算部を設けることにより、出力相殺を最小限にして、省エネルギーを図れる温湿度制御装置を実現することができる。また、温度制御冷却コントローラと冷却出力最大値演算部とを組み合わせることにより、省エネルギー効果を一層高めることができる。また、昇温要求や降温要求の発生時においても、冷却アクチュエータを適切に動作させることができるので、良好な制御性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の参考例1となる温湿度制御装置の構成を示すブロック
図である。
【図2】 図1の温湿度制御装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【図3】 温度制御コントローラから出力される操作量出力と温度制御出力分岐部から出力される操作量指示値との関係を示す図である。
【図4】 湿度制御コントローラから出力される操作量出力と湿度制御出力分岐部から出力される操作量指示値との関係を示す図である。
【図5】 本発明の参考例2となる温湿度制御装置の構成を示すブロック
図である。
【図6】 本発明の第1の実施の形態となる温度制御装置の構成を示すブ
ロック図である。
【図7】 図6の温度制御装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【図8】 本実施の形態の温度制御装置を恒温槽の温度制御に使用した例を示す図である。
【図9】 本発明の第2の実施の形態となる温湿度制御装置の構成を示す
ブロック図である。
【図10】 図9の温湿度制御装置の動作を説明するためのフローチャート図である。
【符号の説明】
PID_Temp…温度制御コントローラ、PID_Hum …湿度制御コントローラ、PID_Temp1 …温度制御加熱コントローラ、PID_Temp2 …温度制御冷却コントローラ、PID_Hum3…湿度制御加湿コントローラ、PID_Hum4…湿度制御除湿コントローラ、PID_H …温度制御加熱コントローラ、PID_C …温度制御冷却コントローラ、D_MV_Temp…温度制御出力分岐部、D_MV_Hum …湿度制御出力分岐部、C_MAX 、C_MAX2…冷却出力最大値演算部、CH_Temp…温度制御コントローラ切換処理部、CH_Hum …湿度制御コントローラ切換処理部、Act1 …加熱アクチュエータ、Act2 …冷却アクチュエータ、Act3 …加湿アクチュエータ。
Claims (3)
- 加熱制御を行うコントローラの操作量出力を、冷却制御を行うコントローラへの制御量入力として与え、
省エネルギーと温度制御とを両立させることが可能なように予め与えられる前記操作量出力の理想値を設定値として、前記冷却制御を行うコントローラが、前記設定値と前記制御量入力との偏差に基づきPID演算を行い、冷却制御の操作量出力を算出するようにしたことを特徴とする温度制御方法。 - 温度制御の加熱機能を実現する加熱アクチュエータと、
温度制御の冷却機能を実現する冷却アクチュエータと、
加熱制御を行い、前記加熱アクチュエータに対して操作量出力を与える温度制御加熱コントローラと、
この温度制御加熱コントローラの前記操作量出力を制御量入力とし、省エネルギーと温度制御とを両立させることが可能なように予め与えられる前記操作量出力の理想値を設定値として、前記設定値と前記制御量入力との偏差に基づきPID演算を行い、演算結果の操作量出力を前記冷却アクチュエータへ出力する温度制御冷却コントローラとを有することを特徴とする温度制御装置。 - 温度制御の加熱機能を実現する加熱アクチュエータと、
温度制御の冷却機能および湿度制御の除湿機能を実現する冷却アクチュエータと、
湿度制御の加湿機能を実現する加湿アクチュエータと、
温度制御を行う温度制御コントローラと、
湿度制御を行う湿度制御コントローラと、
前記温度制御コントローラの操作量出力が加熱モードに対応した値の場合には前記加熱アクチュエータへ出力し、前記温度制御コントローラの操作量出力が冷却モードに対応した値の場合には前記冷却アクチュエータへ出力する温度制御出力分岐部と、
前記湿度制御コントローラの操作量出力が加湿モードに対応した値の場合には前記加湿アクチュエータへ出力し、前記湿度制御コントローラの操作量出力が除湿モードに対応した値の場合には前記冷却アクチュエータへ出力する湿度制御出力分岐部と、
前記温度制御出力分岐部の前記操作量出力を制御量入力とし、省エネルギーと温度制御とを両立させることが可能なように予め与えられる前記操作量出力の理想値を設定値として、前記設定値と前記制御量入力との偏差に基づきPID演算を行い、演算結果の操作量出力を前記冷却アクチュエータへ出力する温度制御冷却コントローラと、
前記温度制御出力分岐部、湿度制御出力分岐部及び温度制御冷却コントローラと前記冷却アクチュエータとの間に設けられ、前記温度制御出力分岐部と前記湿度制御出力分岐部と前記温度制御冷却コントローラの各操作量出力を比較して、最も大きい操作量出力を前記冷却アクチュエータに与える冷却出力最大値演算部とを有することを特徴とする温湿度制御装置。
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