JP5300532B2

JP5300532B2 - 冷凍機の制御装置

Info

Publication number: JP5300532B2
Application number: JP2009050774A
Authority: JP
Inventors: 右文前田; 隆池田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-03-04
Filing date: 2009-03-04
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2029-03-04
Also published as: JP2010203700A

Description

本発明は、冷媒回路で検出された運転データに係る入力値と、冷媒回路の被制御機器への出力値との相関関係を表す制御式に基づいて、冷媒回路の被制御機器を制御する冷凍機の制御装置に関するものである。

従来、この種の冷凍機としては、冷媒回路で検出された運転データに係る入力値を示すＸ軸と冷媒回路の被制御機器への出力値を示すＹ軸とからなるＸＹ座標上に、入力値の最低値が予め決められている第１端点および入力値の最高値が予め決められている第２端点を設定する手段を備えていて、ＸＹ座標上に設定された第１端点と第２端点との間を結ぶ線により表される制御式に従って被制御機器を駆動制御するものが知られている。このような冷凍機の制御装置は、例えば下記の特許文献１に記載されている。

特開平１１−１０８４６９号公報

ところが、上記した従来の冷凍機では、入力値と出力値との相関関係（制御式）が一定に設定されているために、第１端点〜第２端点間で単調なリニア制御しか行なえなかった。また、上記の制御式は変更できないため、種々の入力値と出力値との組合せに応じた最適な制御を行なうことが可能でなかった。あるいは、入力値と出力値との相性が極めて悪い場合に、冷媒回路を正常に制御できないことがあった。更に、接続しようとするアナログ入力製品の仕様によっては、制御したい出力値（例えば運転周波数）に上手く調整できないことがあった。

本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであって、入力値と出力値との相関関係を変更することが可能で、種々の入力値と出力値との組合せに応じた最適な制御を行なうことのできる冷凍機の制御装置の提供を目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る冷凍機の制御装置は、冷凍機の冷媒回路で検出された運転データに係る入力値を示すＸ軸および前記冷媒回路の被制御機器への出力値を示すＹ軸からなるＸＹ座標上に、予め決められた入力値の最低値に係る第１端点および予め決められた入力値の最高値に係る第２端点を設定する端点設定手段を備えていて、前記ＸＹ座標上に設定された前記第１端点と前記第２端点との間を結ぶ線に従って前記被制御機器を駆動制御する制御装置において、前記入力値の最低値と最高値の間のＸＹ座標上に設定される変化点に係る入力値および当該入力値と対をなす出力値を外部から入力するための変化点入力手段と、該変化点入力手段により入力された前記変化点に係る入力値および当該入力値と対をなす出力値を設定する設定手段と、前記ＸＹ座標上に設定された変化点と前記第１端点とを結ぶ線により表される第１制御式に従って前記被制御機器を駆動制御する第１制御手段と、前記ＸＹ座標上に設定された変化点と前記第２端点とを結ぶ線により表される第２制御式に従って前記被制御機器を駆動制御する第２制御手段と、を備えているものである。

本発明に係る冷凍機の制御装置によれば、変化点入力手段により、入力値の最低値と最高値の間のＸＹ座標上に設定される変化点に係る入力値および当該入力値と対をなす出力値が外部から設定入力される。そして、第１制御手段は、ＸＹ座標上に設定された変化点と第１端点とを結ぶ線により表される第１制御式に従って被制御機器を駆動制御する。そして、第２制御手段は、ＸＹ座標上に設定された変化点と第２端点とを結ぶ線により表される第２制御式に従って被制御機器を駆動制御する。すなわち、入力値に対する出力値の変化点をＸ軸方向およびＹ軸方向に任意に設定変更することができる。これによって、少なくとも２つの異なる制御式に基づいて制御を行なうことができる。換言すれば、種々の特性のある入力値と出力値との組合せが可能となり、その組合せに応じた最適な制御を行なうことができる。また、変化点を設定できることにより、客先の制御方式に柔軟に対応でき、且つ、接続されるアナログ入力製品と相性よく接続することができる。加えて、冷凍機据付現地でインターフェイス部分の微調整を行なうことも可能である。

本発明の実施形態１に係る冷凍機およびその制御装置を示す概略構成図である。前記制御装置の概略構成図である。前記制御装置の設定器を示す平面図である。前記制御装置による設定動作を示すグラフの図である。図４のグラフから変化点の設定を変更した例を示すグラフの図である。本発明の実施形態２に係る冷凍機の制御装置による設定動作を示すグラフの図である。本発明の実施形態３に係る冷凍機の制御装置による設定動作を示すグラフの図である。本発明の実施形態４に係る冷凍機の制御装置による設定動作を示すグラフの図である。本発明の実施形態５に係る冷凍機の制御装置による設定動作を示すグラフの図である。本発明の実施形態６に係る冷凍機の制御装置による設定動作を示すグラフの図である。

実施の形態１．
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の実施形態１に係る冷凍機およびその制御装置を示す概略構成図、図２は前記制御装置の概略構成図である。
各図において、この実施形態に係る冷凍機２０は、冷凍サイクル動作を行なう冷媒回路２１を備えている。この冷媒回路２１は、圧縮機１、凝縮器２、液溜３、膨張弁４、蒸発器５、およびアキュムレータ６をそれぞれ冷媒配管７を介して環状に接続して構成されている。圧縮機１の冷媒入側には冷媒の蒸発圧力を検出する圧力センサ２５が配備され、インバータ装置（図示省略）で回転数制御されるインバータ駆動モータ８により駆動される。凝縮器２の冷媒出側には冷媒の凝縮圧力を検出する圧力センサ１１が配備され、蒸発器５の冷媒出側には冷媒の蒸発温度を検出する温度センサ１２が配備され、制御装置１３に外部入力信号を出力する変換器２４を備えている。また、例えば室外空気を凝縮器２に送風するファンモータ９と、被冷却空間の空気を蒸発器５に送風するファンモータ１０を備えている。そして、冷凍機２０の運転を司る制御部２３と、外部からのデータを制御部２３に設定入力するための設定器１４とから成る制御装置１３を備えている。

上記の制御部２３は、マイクロプロセシングユニットＭＰＵを中心として構成され、このマイクロプロセシングユニットＭＰＵに不揮発性のメモリＭがデータバスＤＢを介してデータ通信可能に接続されている。データバスＤＢのデータ入力側には圧力センサ１１、圧力センサ２５、設定器１４、および変換器２４がデータ送信可能に接続されており、データバスＤＢのデータ出力側には、インバータ駆動モータ８、およびファンモータ９をそれぞれ駆動するドライバＤが指令信号受信可能に接続されている。マイクロプロセシングユニットＭＰＵは、後でそれぞれ詳述する、設定手段１５の機能、第１制御手段１６の機能、第２制御手段１７の機能、および第３制御手段１８の機能を備えている。

上記の設定器１４は、図３に示すように、基板２２上にそれぞれ配備された、７セグＬＥＤなどからなるデジタル表示式の表示部１９、ディップスイッチＳＷ１〜ＳＷ４、プッシュスイッチＳＷ５、ロータリスイッチＳＷＵ１、ロータリスイッチＳＷＵ２、およびスライドスイッチＳＷＵ３を備えており、冷凍機据付現地に携帯可能な程に小型軽量である。この設定器１４は、図４に示すように、冷凍機２０の冷媒回路２１で検出された運転データに係る入力値Ｉを示すＸ軸および冷媒回路の被制御機器（インバータ駆動モータ８）への出力値Ｏ（運転周波数）を示すＹ軸からなるＸＹ座標上に、予め決められた入力最低値Ｉｍに係る第１端点Ｅ１および予め決められた入力最高値Ｉｘに係る第２端点Ｅ２を設定するために用いられる。また、設定器１４は、入力最低値Ｉｍと入力最高値Ｉｘの間のＸＹ座標上に設定される変化点Ｆ１，Ｆ２に係る入力値Ｉおよびこれらの入力値Ｉと対をなす出力値Ｏを外部から入力するために用いられる。

上記のＸＹ座標において、Ｙ軸のデータは、冷媒回路２１の高圧側にある被制御機器のうち、圧縮機１のインバータ駆動モータ８へ出力される運転周波数（出力値Ｏ）を示している。この場合、運転周波数は高周波になる方が冷凍機の能力が高くなる。尚、冷媒回路の高圧側にある被制御機器への出力値としては、他に、凝縮器２の冷媒出側における目標凝縮飽和温度によるファンモータ９への出力などが挙げられる。一方、Ｘ軸のデータは、庫内温度、室内温度、恒温槽水温、あるいはこれらの温度差（設定温度と実際の検出温度との差）などの入力値Ｉ（外部入力信号）であり、この実施形態では入力最低値Ｉｍを４ｍＡとし、入力最高値Ｉｘを２０ｍＡとしている。

上記のように構成された冷凍機１の作用を次に説明する。
設定器１４において、作業者はロータリスイッチＳＷＵ１，ＳＷＵ２を回して、設定したいモードのポジションにする。例えば、第１端点Ｅ１の出力値Ｏを設定するモードの場合は、ロータリスイッチＳＷＵ１を１の値にし、ロータリスイッチＳＷＵ２を１の値にする。第２端点Ｅ２、変化点Ｆ１，Ｆ２の諸々の設定モードに関しても、ロータリスイッチＳＷＵ１，ＳＷＵ２で選定すべき数値が予め決められているので、それぞれに合わせて設定する。次に、スライドスイッチＳＷＵ３を上下させて設定値を変更する。すると、表示部１９のデジタル表示が点滅する。そこで、プッシュスイッチＳＷ５を１秒間以上押して設定値を確定させると、この設定値は設定手段１５の機能によりマイクロプロセシングユニットＭＰＵに設定され、メモリＭに記憶させる。これにより、表示部１９のデジタル表示が点滅から点灯に変わる。すなわち、マイクロプロセシングユニットＭＰＵの設定手段１５およびメモリＭ、並びに設定器１４のロータリスイッチＳＷＵ１，ＳＷＵ２、スライドスイッチＳＷＵ３、およびプッシュスイッチＳＷ５からなる構成が、端点設定手段と変化点入力手段のそれぞれの例である。

この設定器１４において、各点（Ｘ軸）の設定値と表示はｍＡまたはＶであるが、マイクロプロセシングユニットＭＰＵにおける制御式の算出および制御演算は全てＡＤ値（アドミニストレーティブディスタンス値）で行なわれる。これは、電流値や電圧値よりもＡＤ値のほうが有効桁数が多いため、制御精度の低下を来たさないためである。一方、各点（Ｘ軸）の設定値をメモリＭへ保存する場合は、電流値や電圧値のままで行なわれる。これは、ＡＤ値に変換した後にメモリＭに保存すると、次回表示時に値が一致しなくなるためである。

上記の設定器１４において、Ｘ軸における入力最低値Ｉｍと入力最高値Ｉｘは予め決められている。そこで、Ｘ軸の入力最低値Ｉｍと入力最高値Ｉｘにそれぞれ対応するＹ軸の値をスライドスイッチＳＷＵ３で調整して、Ｙ軸の出力最低値Ｏｍと出力最高値Ｏｘを入力してマイクロプロセシングユニットＭＰＵに設定する。これにより、第１端点Ｅ１と第２端点Ｅ２が設定され、メモリＭに格納される。次に、ＸＹ座標上の変化点Ｆ１，Ｆ２は、それぞれ、まずＸ軸の座標値を設定器１４から入力して設定し、次にＹ軸の座標値を設定器１４から入力して設定する。これにより、下記の各制御式がマイクロプロセシングユニットＭＰＵで演算され、メモリＭに格納される。
「第１端点Ｅ１ ≦ 第１制御式Ｌ１＜変化点Ｆ１」
「変化点Ｆ１ ≦ 第３制御式Ｌ３＜変化点Ｆ２」
「変化点Ｆ２ ≦ 第２制御式Ｌ２ ≦ 第２端点Ｅ２」

そこで、外部から入力された入力値Ｉが第１端点Ｅ１〜変化点Ｆ１間の値であった場合、マイクロプロセシングユニットＭＰＵの第１制御手段１６の機能は、ＸＹ座標上に設定された変化点Ｆ１と第１端点Ｅ１とを結ぶ線により表される第１制御式Ｌ１に従って、運転周波数を算出し、算出した運転周波数をインバータ駆動モータ８に出力し、圧縮機１を駆動制御する。
また、入力値Ｉが変化点Ｆ１〜Ｆ２間の値であったとき、マイクロプロセシングユニットＭＰＵの第３制御手段１８の機能は、変化点Ｆ１，Ｆ２間を結ぶ線により表される第３制御式Ｌ３に従って、運転周波数を算出し、算出した運転周波数をインバータ駆動モータ８に出力し、圧縮機１を駆動制御する。
また、入力値Ｉが変化点Ｆ２〜第２端点Ｅ２間の値であったとき、マイクロプロセシングユニットＭＰＵの第２制御手段１７の機能は、ＸＹ座標上に設定された変化点Ｆ２と第２端点Ｅ２とを結ぶ線により表される第２制御式Ｌ２に従って、運転周波数を算出し、算出した運転周波数をインバータ駆動モータ８に出力し、圧縮機１を駆動制御する。
上記した各式において、第３制御式Ｌ３は第１制御式Ｌ１および第２制御式Ｌ２より傾きが小さい。従って、第３制御式Ｌ３によれば減速または増速を大きくしないことになる。すなわち、変化点Ｆ１と変化点Ｆ２の間の領域は安定制御領域Ｓなので、インバータ駆動モータ８の速度変化を少なくするようになっている。

上記したように、この実施形態の制御装置１３によれば、入力値Ｉ（外部入力信号）に対する出力値Ｏ（この例では運転周波数）の変化点Ｆ１，Ｆ２をＸ軸方向およびＹ軸方向に任意に設定可能とすることにより、種々の特性のある入力値Ｉについても出力値Ｏとの組合せが可能となり、最適な制御を行なうことができる。因みに、従来技術に相当する図４中の一点鎖線で示す制御式ＬＬでは、第１端点Ｅ１〜第２端点Ｅ２間が単調なリニア制御にしかならず種々の組合せによる最適な制御を行なうことができない。一方、２つの変化点Ｆ１，Ｆ２を設定変更できる構成であることから、第３制御式Ｌ３により安定制御領域Ｓを形成することができる。この安定制御領域Ｓでは入力値の変化に対する出力値の変動が少ないため、安定制御が可能となる。尚、図５に示すように、図４の状態から変化点Ｆ１および変化点Ｆ２を第２端点Ｅ２に近づけるとともに、安定制御領域Ｓを狭く設定するといったこともできる。

実施の形態２．
以下に示す実施形態２〜６に係る冷凍機２０、冷媒回路２１、および制御装置１３の基本構成は、前述した実施形態１の構成とほぼ同じであるので、説明を省略する。
この実施形態２においても、入力値（外部入力信号）に対する出力値（運転周波数）の点のＹ軸値を変更可能なので、種々の特性のある入力値と出力値との組合せが可能であるから、図６に示すように、右肩下がりの制御式を設定して最適な制御を行なうことができる。

実施の形態３．
入力値（外部入力信号）に対する出力値（運転周波数）の各点のＹ軸データを任意の値に設定変更できるので、図７に示すように、第１端点Ｅ１と第２端点Ｅ２の出力値Ｏを、最低周波数（出力最低値Ｏｍ）以外の値や最高周波数（出力最高値Ｏｘ）以外の値に設定して制御を行なうこともできる。

実施の形態４．
入力値に対する出力値（運転周波数）を増速もしくは減速するという制御を行なう場合は、図８に示すように、第１端点Ｅ１と変化点Ｆ１の運転周波数を出力最低値Ｏｍまたはそれに近い値に設定し、変化点Ｆ２と第２端点Ｅ２の運転周波数を出力最高値Ｏｘまたはそれに近い値に設定することにより、増速もしくは減速の対応制御を行なうことができる。

実施の形態５．
上記の実施形態１〜４ではＸ軸のデータ（外部入力信号）として電流（４〜２０ｍＡなど）を例示したが、本発明においては、図９に示すように、Ｘ軸データとして電圧（１〜５Ｖ、０〜１０Ｖなど）を適用することも可能である。

実施の形態６．
また、上記の実施形態１〜５では、ＸＹ座標のＹ軸データとして冷媒回路の高圧側にあるインバータ駆動モータ８への運転周波数を適用したが、Ｙ軸データに関しては、図１０に示すように、冷媒回路の低圧側にある被制御機器への出力値として、圧縮機１における目標蒸発飽和温度によるインバータ駆動モータ８への出力を挙げることができる。この場合、目標蒸発飽和温度の設定温度が低いほど冷やし込もうとするために、冷凍機の冷凍能力が高くなる。

尚、上記の実施形態１〜６では、２つの変化点Ｆ１，Ｆ２を入力する例を示したが、本発明の冷凍機の制御装置はそれに限定されるものでない。本発明は、例えば１つの変化点を入力して第１制御式と第２制御式のみで制御するものや、３つ以上の変化点を入力できるようにして第１制御式、第２制御式、および２以上の第３制御式で制御するものも含む。

１圧縮機、２凝縮器、４膨張弁、５蒸発器、８インバータ駆動モータ、９ファンモータ、１１圧力センサ、１２温度センサ、１３制御装置、１４設定器、１５設定手段、１６第１制御手段、１７第２制御手段、１８第３制御手段、２０冷凍機、２１冷媒回路、２３制御部、２４変換器、２５圧力センサ、Ｅ１第１端点、Ｅ２第２端点、Ｆ１変化点、Ｆ２変化点、Ｉ入力値、Ｉｍ入力最低値、Ｉｘ入力最高値、Ｌ１第１制御式、Ｌ２第２制御式、Ｌ３第３制御式、ＭＰＵマイクロプロセシングユニット、Ｏ出力値、ＳＷ５プッシュスイッチ、ＳＷＵ１ロータリスイッチ、ＳＷＵ２ロータリスイッチ、ＳＷＵ３スライドスイッチ。

Claims

冷凍機の冷媒回路で検出された運転データに係る入力値を示すＸ軸および前記冷媒回路の被制御機器への出力値を示すＹ軸からなるＸＹ座標上に、予め決められた入力値の最低値に係る第１端点および予め決められた入力値の最高値に係る第２端点を設定する端点設定手段を備えていて、
前記ＸＹ座標上に設定された前記第１端点と前記第２端点との間を結ぶ線に従って前記被制御機器を駆動制御する制御装置において、
前記入力値の最低値と最高値の間のＸＹ座標上に設定される変化点に係る入力値および当該入力値と対をなす出力値を外部から入力するための変化点入力手段と、
該変化点入力手段により入力された前記変化点に係る入力値および当該入力値と対をなす出力値を設定する設定手段と、
前記ＸＹ座標上に設定された変化点と前記第１端点とを結ぶ線により表される第１制御式に従って前記被制御機器を駆動制御する第１制御手段と、
前記ＸＹ座標上に設定された変化点と前記第２端点とを結ぶ線により表される第２制御式に従って前記被制御機器を駆動制御する第２制御手段と、を備えている
ことを特徴とする冷凍機の制御装置。
ＸＹ座標上に複数の変化点が設定されるとともに、前記設定された変化点間を結ぶ線により表される第３制御式に従って前記被制御機器を駆動制御する第３制御手段を備えている請求項１に記載の冷凍機の制御装置。
Ｙ軸が、冷媒回路の低圧側にある被制御機器への出力値を示している請求項１または請求項２に記載の冷凍機の制御装置。
Ｙ軸が、冷媒回路の高圧側にある被制御機器への出力値を示している請求項１または請求項２に記載の冷凍機の制御装置。