JP6800074B2 - 劣化診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、ヒータを備える加熱装置の劣化を診断する劣化診断装置に関する。

工業プロセスにおいては、材料を加熱するプロセスが多数存在する。このような加熱のプロセスにおいては、一般に、電熱器（ヒータ）が用いられている。また、電熱器の動作制御においては、温度調節計が用いられている。温度調節計は、熱電対や測温抵抗体などの温度センサを用い、ヒータが加熱している処理対象（監視対象）の温度を計測している。計測した温度は、温度調節計において数値表示される。

また、温度調節計では、検出した温度（ＰＶ値）と設定温度（ＳＰ値）とに従って、制御出力（ＭＶ値）を求める。求められた制御出力は、電力調整器などによるヒータ操作器に出力される。ヒータ操作器では、商用電源からの１００Ｖの駆動電流を上記制御出力に応じて制御してヒータに出力する。このようにして制御されるヒータの加熱により、処理対象の温度を制御する。また、温度調節計は、異常検出機能を備え、監視対象となる処理対象の異常温度、温度センサの異常などを検出し、検出した異常事象をイベント情報として外部出力し、警報（アラーム）表示する。例えば、温度を数値表示する表示器で、警報表示を行う。

また、温度調節計においては、ヒータの断線などのヒータ自体の異常を検出している（特許文献１，２参照）。例えば、ヒータに印加している電流・電圧を測定して実効値電力を求め、電流と電圧の関係からさらに抵抗値を求め、求めた抵抗値の変化、変化の度合いの違いからヒータの劣化を判断する（特許文献１参照）。また、制御出力と電流値の実測測定点をテーブル化したデータを用い、ヒータ劣化を判断する（特許文献２参照）。

特許第２６８３８５１号公報 特許第３９８８９４２号公報

しかしながら、上述した技術では、まず、ヒータに流れる電流とヒータに印加される電圧の測定が必要となる。また、上述した技術では、抵抗値など異常診断のためのパラメータの算出が煩雑である。また、上述した技術では、抵抗値の時間変化を調べるために、経過時間などの測定に時間を要するという問題があった。このように、上述した技術では、異常の判断に至るまでに煩雑な計算と測定が必要であった。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、より簡便により迅速にヒータの異常が判断できるようにすることを目的とする。

本発明に係る劣化診断装置は、劣化診断対象の加熱装置を構成するヒータの正常時の特性を示す基準線における制御値に対する電流値の上側許容値および下側許容値から設定された加熱装置の劣化判定をするための許容範囲を記憶する第１記憶部と、ヒータを制御するための制御値を取得するように構成された制御値取得部と、制御値取得部で取得された制御値に従ってヒータに供給される電流を測定して測定値を取得するように構成された電流測定部と、制御値取得部が取得した制御値と電流測定部が測定した測定値との対を時系列に記憶する第２記憶部と、受け付けた選択指示に対応する対となっている制御値および測定値を第２記憶部より選択するように構成された選択部と、選択部で選択された対となっている制御値と測定値とによる点を、制御値および測定値を軸とする２次元平面の座標上に配置したグラフを表示部に表示するように構成された第１表示制御部と、第１記憶部に記憶されている許容範囲を表示部に表示されているグラフに重ねて表示するように構成された第２表示制御部とを備える。

上記劣化診断装置において、第１記憶部は、基準線を記憶し、第２表示制御部は、基準線を表示部に表示されているグラフに重ねて表示する。

上記劣化診断装置において、選択部で選択された対となっている制御値と測定値の基準線からの偏差を求めるように構成された偏差計算部と、偏差計算部が計算した偏差の点を、時間および偏差を軸とする２次元平面の座標上に配置して第１記憶部に記憶されている許容範囲とともに表示部に表示するように構成された第３表示制御部とを備える。

上記劣化診断装置において、選択部で選択された対となっている制御値と測定値の基準線からの偏差を求めるように構成された偏差計算部を備え、第１表示制御部により、選択部で選択された対となっている制御値と測定値とによる点を、偏差計算部で求められた偏差の大小に応じた形態の点に描画したうえで、制御値および測定値を軸とする２次元平面の座標上に配置したグラフを表示部に表示する。

上記劣化診断装置において、基準線は、正常時のヒータにおける制御値と対応する電流との関係を示すヒータ特性を折れ線近似したものであればよい。

以上説明したことにより、本発明によれば、より簡便により迅速にヒータの異常が判断できるという優れた効果が得られる。

図１は、本発明の実施の形態１における劣化診断装置１００の構成を示す構成図である。 図２は、グラフ表示制御部１０６による表示例を示す説明図である。 図３は、本発明の実施の形態２における劣化診断装置１００ａの構成を示す構成図である。 図４は、偏差表示制御部３０２による表示例を示す説明図である。 図５は、グラフ表示制御部１０６による他の表示例を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

［実施の形態１］
はじめに、本発明の実施の形態１について図１を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１における劣化診断装置１００の構成を示す構成図である。この劣化診断装置１００は、基準記憶部（第１記憶部）１０１、制御値取得部１０２、電流測定部１０３、測定記憶部（第２記憶部）１０４、選択部１０５、グラフ表示制御部（第１表示制御部）１０６、範囲表示制御部（第２表示制御部）１０７、表示部１０８を備える。劣化診断装置１００は、ヒータ１１１および操作部１１２からなる加熱装置のユーザによる劣化診断を可能とする。劣化診断装置１００は、ユーザによる加熱装置の劣化判定を支援する装置である。

基準記憶部１０１は、ヒータ１１１および操作部１１２の劣化診断のための許容範囲（正常範囲）を記憶する。許容範囲は、正常時における操作部１１２（加熱装置）へ与えられる制御値に従ってヒータ１１１に供給される電流値の上側許容値および下側許容値から設定される。許容範囲は、ヒータ１１１および操作部１１２（加熱装置）のユーザによる劣化判定をするために用いられる。ここで、制御値が大きい値ほど許容範囲を広く設定するとよい。一般に制御値が小さいほど電流値の取りうる範囲は小さくなる。従って、制御値が小さい範囲では、異常と判定する幅も狭くし、制御値が大きい範囲では異常と判定する幅を広くするとよい。

例えば、ヒータ１１１に対して与えられた連続的に変化する制御値と、この制御値に対応する正常時のヒータ１１１における電流の変化との関係を示すヒータ特性を用いて基準線を作成する。ヒータ特性そのものを基準線としてもよい。また、ヒータ特性を折れ線近似して基準線としてもよい。また、離散的に変化する制御値と、この制御値に対応する正常時のヒータ１１１における離散的に変化する電流値とによる折れ線近似により、基準線を作成してもよい。

この基準線における制御値に対する電流値の上側許容値および下側許容値から許容範囲を設定すればよい。基準線における制御値に対する電流値の上側許容値による上側許容値線と、基準線における制御値に対する電流値の下側許容値による下側許容値線との間の範囲を、ヒータ１１１または操作部１１２を正常と見なすことができる許容範囲とする。基準記憶部１０１は、許容範囲の設定に用いた基準線を記憶するようにしてもよい。

制御値取得部１０２は、制御部１１３が出力するヒータ１１１（加熱装置）を制御するための制御値を取得する。上記制御値は、温度測定部１１４で測定された測定値と設定されている設定値とから、制御部１１３によって算出され、操作部１１２へ出力される。制御部１１３は、例えば温度調節計である。操作部１１２は、例えばよく知られた電力調整器から構成されている。操作部１１２が、上記制御値により商用の電源から得られる１００Ｖの駆動電流を制御し、ヒータ１１１による加熱動作を制御する。この制御により、ヒータ１１１を流れる電流値が決定される。制御値取得部１０２は、制御部１１３から出力する上述した制御値を取得する機能部である（特許文献１参照）。

電流測定部１０３は、ヒータ１１１に供給される電流を測定する。例えば、電流測定部１０３は、測定値として実効電流値を取得する。電流測定部１０３は、例えば、よく知られたカレントトランスから構成されている。実施の形態において、電流測定部１０３は、温度調節計である制御部１１３における警報出力に用いられる。この場合、電流測定部１０３は、ヒータ１１１への駆動電流値を検出して制御部１１３へ出力し、制御部１１３は予め設定された警報レベルとその検出値を比較し、検出値が警報レベルを超えたとき、加熱温度の異常を示す警報信号を出力するようになっている。なお、測定値は、平均電流値でもよい。

測定記憶部１０４は、制御値取得部１０２が取得した制御値と電流測定部１０３が測定した測定値との対を時系列に記憶する。言い換えると、測定記憶部１０４は、所定の間隔で時系列に測定されている測定値に、この測定値が測定されたときの制御値を関連付けて記憶する。例えば、５分間隔で電流値が測定されている場合、制御値と測定値との対が、５分間隔で測定記憶部１０４に記憶されていく。また、５分間隔で測定された１日分の制御値の平均値と測定値の平均値との対が、１日ごとに測定記憶部１０４に記憶されていく。また、測定記憶部１０４は、制御値と測定値との対に、測定された日時の情報を対応付けて記憶する。

選択部１０５は、受け付けた選択指示に対応する対となっている制御値および測定値を測定記憶部１０４より選択する。例えば、期間が選択指示として受け付けられると、指示された期間の日時情報が対応付けられている制御値と測定値との対を選択する。

グラフ表示制御部１０６は、選択部１０５で選択された対となっている制御値と測定値とによる点を、制御値および測定値を軸とする２次元平面の座標上に配置したグラフを表示部１０８に表示する。また、範囲表示制御部１０７は、基準記憶部１０１に記憶されている許容範囲を表示部１０８に表示されているグラフに重ねて表示する。

グラフ表示制御部１０６により、例えば、図２に示すように、２次元平面の座標上に、選択された制御値と測定値との点２０１によるグラフが表示される。また、グラフ表示制御部１０６は、制御値と測定値との対における日時情報を元に、点２０１に日時が古い順数字を付けて表示する。例えば、図２では、１日ごとの制御値の平均値と測定値の平均値との対が８日分表示されている。

また、範囲表示制御部１０７により、下側許容値線２１１と上側許容値線２１２とからなる許容範囲が、点２０１によるグラフに重ねて表示される。基準記憶部１０１が基準線を記憶している場合、範囲表示制御部１０７は、許容範囲とともに基準線２１３を表示する。

上述したグラフの表示において、表示内において最新の点２０１ａは、許容範囲の下側許容値線２１１を超えているので、劣化しているものと判断できる。また、「７」が付けられている点は、許容範囲内であるが、基準線２１３からの偏差が大きくなっている。この状態より、ある程度劣化が進行していることが判断可能であり、予防保全的な処置が必要になることが判断できる。

以上に説明したように、実施の形態１によれば、より簡便により迅速にヒータの異常が判断できるようになる。

［実施の形態２］
次に、本発明の実施の形態２について図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態２における劣化診断装置１００ａの構成を示す構成図である。この劣化診断装置１００ａは、基準記憶部（第１記憶部）１０１、制御値取得部１０２、電流測定部１０３、測定記憶部１０４、選択部１０５、グラフ表示制御部（第１表示制御部）１０６、範囲表示制御部（第２表示制御部）１０７、表示部１０８を備える。これらの構成は、前述した実施の形態１と同様である。

実施の形態２では、偏差計算部３０１と偏差表示制御部（第３表示制御部）３０２を新たに備える。

偏差計算部３０１は、選択部１０５で選択された対となっている制御値と測定値の基準線からの偏差を求める。

偏差表示制御部３０２は、偏差計算部３０１が計算した偏差の点を、時間および偏差を軸とする２次元平面の座標上に配置して基準記憶部１０１に記憶されている許容範囲とともに表示部１０８に表示する。偏差表示制御部３０２は、例えば、図４に示すように、表示部１０８に示される２次元平面の座標上に、選択された測定値の偏差の点４０１によるグラフを表示する。この例では、日付を横軸としている。

また、偏差表示制御部３０２は、下側許容値線４１１と上側許容値線４１２とからなる許容範囲を、点４０１によるグラフに重ねて表示する。

上述したグラフの表示において、表示内において最新である８日の点４０１ａは、許容範囲の下側許容値線４１１を超えているので、劣化しているものと判断できる。また、７日の点は、許容範囲内であるが、偏差が大きくなっている。この状態より、ある程度劣化が進行していることが判断可能であり、予防保全的な処置が必要になることが判断できる。

なお、実施の形態２の構成では表示部１０８に図５に示すような別のグラフで表示することも可能である。図５は、図２と同様に横軸に制御値、縦軸に測定値をとった２次元平面の座標上に、選択された制御値と測定値との点を配置するが、各点の大きさを偏差計算部３０１によって計算された偏差に応じた大きさ（偏差が大きいほど大）に描画して表示する。なお、図５では、１日ごとの制御値の平均値と測定値の平均値との対が７日分表示される例を示している。ここでは、基準線２１３からの偏差が大きいほど、大きな円で示される。例えば、点２０１ｂは、許容範囲の外であり、基準線２１３からの偏差が最も大きいので、最も大きな円で示される。

このように表示すると、監視者は各点の制御値と測定値を確認しながらその点の偏差も感覚的に捉えることができ、劣化の進行を容易に把握することができる。なお、点の大きさを偏差に応じた大きさに描画する以外に、偏差に応じた配色（グラデーション）で描画してもよく、要は偏差に応じた形態の点に描画すればよい。

以上に説明したように、実施の形態２によれば、より簡便により迅速にヒータの異常が判断できるようになる。

以上に説明したように、本発明では、選択部で選択された対となっている制御値と測定値とによる点を、制御値および測定値を軸とする２次元平面の座標上に配置したグラフを表示部に表示し、このグラフに許容範囲を重ねて表示する。この結果、本発明によれば、ユーザは、表示を目視することで迅速に劣化の判断が可能となり、より簡便により迅速にヒータの異常が判断できるようになる。

ここで、基準線についてより詳細に説明する。基準線として、ヒータ特性を折れ線近似したものを用いてもよい。折れ線近似した基準線は、制御値および測定値を軸とする２次元平面の座標上で、１つ以上の線分（１次式）から構成されるものである。このように折れ線近似した基準線を用いて許容範囲を設定することで、許容範囲として保持するデータ量を非常に少なくすることができる。基準線は、直線（１次式）の組み合わせで構成されるため、許容範囲も直線（１次式）の組み合わせで構成されることになり、データ量が非常に少ない。

例えば、正常時のヒータのヒータ特性を測定し、測定したヒータ特性から折れ線近似により基準線を求めればよい。得られたヒータ特性の曲線上に所定の条件で所定数の設定点（折れ点）を設け、設けた設定点を直線（線分）で接続することで基準線とすればよい。また、所定数の測定点で、正常時のヒータ（加熱装置）における制御値に対する電流を測定して電流値を取得し、所定数の制御値と電流値とによる設定点を設定し、隣り合う設定点を直線で接続することで基準線とすればよい。

制御値および測定値を軸とする２次元平面の座標における曲線の上に、９個の設定点を設定する。なお、少なくとも、制御値の最小値と、制御値の最大値には、各々設定点を設定する。次に、隣り合う２つの設定点を直線で互いに接続することで、基準線を作成する。例えば、９個の設定点を順に接続して基準線を作成する。基準線は、８個の線分から構成されたものとなる。

また、基準線を作成するための設定点は、次に示すように設定してもよい。まず、制御値および測定値を軸とする２次元平面の座標において、ヒータ特性を示す曲線における制御値の最小値および最大値に対応して設定点を配置し、これらを接続する第１近似線を設定する。また、第１近似線に対し、所定の上側許容値線および下側許容値線を設定する。上側許容値線と下側許容値線とに挾まれた領域が、許容範囲の候補となる。

上述したように２つの設定点により第１近似線を決定し、許容範囲の候補を設定した状態で、曲線が許容範囲の候補内に収まり、第１近似線と曲線との最大偏差が、予め設定されている許容偏差より小さいことを判断する。曲線が許容範囲内に収まり、最大偏差が許容偏差より小さい場合、第１近似線を基準線とする。
一方、曲線が許容範囲を超える領域が発生している場合、第１近似線に対し、測定値の負の方向に曲線と偏差が最大値となる箇所および、測定値の制の方向に曲線と偏差が最大値となる箇所を求める。

次に、求めた２つの箇所における曲線上に新たな設定点を追加する。次に、追加したことにより４つとなった制御点を接続する新たな第２近似線を設定する。また、新たな第２近似線に対し、所定の上側許容値線および下側許容値線を設定する。

このようにして得られた上側許容値線および下側許容値線による許容範囲に曲線が収まり、第２近似線と曲線との最大偏差が許容偏差より小さくなっていることを確認する。例えばこの段階で曲線が許容範囲に収まり、第２近似線と曲線との最大偏差が許容偏差より小さいので、第２近似線を基準線とする。

上述した基準線の作成方法によれば、最大偏差を適宜に設定することで、実用的な劣化判定が可能な許容範囲を、設定点をむだに増やすことなく設定することができる。なお、許容偏差の設定条件により、許容範囲との比較をすることなく、許容偏差との最大偏差との比較だけで近似曲線を決定することができる。

また、次に示すように基準線を作成してもよい。まず、正常時のヒータ（加熱装置）において、制御値の最小・最大の範囲内で、複数の制御値を設定し、設定した各制御値においてヒータ電流値を測定する。例えば、制御値を０〜１００％の範囲で１０％幅で変化させ、各制御値においてヒータ電流値を測定する。この測定の結果得られた各制御値と各ヒータ電流値とによる複数の設定点を用い、隣り合う設定点を直線で接続した折れ線を、ヒータ特性を折れ線近似した基準線とする。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。

１００…劣化診断装置、１０１…基準記憶部（第１記憶部）、１０２…制御値取得部、１０３…電流測定部、１０４…測定記憶部（第２記憶部）、１０５…選択部、１０６…グラフ表示制御部（第１表示制御部）、１０７…範囲表示制御部（第２表示制御部）、１０８…表示部、１１１…ヒータ、１１２…操作部、１１３…制御部、１１４…温度測定部。

Claims (4)

1. 劣化診断対象の加熱装置を構成するヒータの正常時の特性を示す基準線における制御値に対する電流値の上側許容値および下側許容値から設定された前記加熱装置の劣化判定をするための許容範囲を記憶する第１記憶部と、
   前記ヒータを制御するための制御値を取得するように構成された制御値取得部と、
   前記制御値取得部で取得された制御値に従って前記ヒータに供給される電流を測定して測定値を取得するように構成された電流測定部と、
   前記制御値取得部が取得した制御値と前記電流測定部が測定した測定値との対を時系列に記憶する第２記憶部と、
   受け付けた選択指示に対応する対となっている制御値および測定値を前記第２記憶部より選択するように構成された選択部と、
   前記選択部で選択された対となっている制御値と測定値とによる点を、前記制御値および前記測定値を軸とする２次元平面の座標上に配置したグラフを表示部に表示するように構成された第１表示制御部と、
   前記第１記憶部に記憶されている許容範囲を前記表示部に表示されている前記グラフに重ねて表示するように構成された第２表示制御部と、
   前記選択部で選択された対となっている制御値と測定値の前記基準線からの偏差を求めるように構成された偏差計算部と、
   前記偏差計算部が計算した偏差の点を、時間および偏差を軸とする２次元平面の座標上に配置して前記第１記憶部に記憶されている許容範囲とともに前記表示部に表示するように構成された第３表示制御部と
   を備えることを特徴とする劣化診断装置。
2. 劣化診断対象の加熱装置を構成するヒータの正常時の特性を示す基準線における制御値に対する電流値の上側許容値および下側許容値から設定された前記加熱装置の劣化判定をするための許容範囲を記憶する第１記憶部と、
   前記ヒータを制御するための制御値を取得するように構成された制御値取得部と、
   前記制御値取得部で取得された制御値に従って前記ヒータに供給される電流を測定して測定値を取得するように構成された電流測定部と、
   前記制御値取得部が取得した制御値と前記電流測定部が測定した測定値との対を時系列に記憶する第２記憶部と、
   受け付けた選択指示に対応する対となっている制御値および測定値を前記第２記憶部より選択するように構成された選択部と、
   前記選択部で選択された対となっている制御値と測定値とによる点を、前記制御値および前記測定値を軸とする２次元平面の座標上に配置したグラフを表示部に表示するように構成された第１表示制御部と、
   前記第１記憶部に記憶されている許容範囲を前記表示部に表示されている前記グラフに重ねて表示するように構成された第２表示制御部と、
   前記選択部で選択された対となっている制御値と測定値の前記基準線からの偏差を求めるように構成された偏差計算部とを備え、
   前記第１表示制御部により、前記選択部で選択された対となっている制御値と測定値とによる点を、前記偏差計算部で求められた偏差の大小に応じた形態の点に描画したうえで、前記制御値および前記測定値を軸とする２次元平面の座標上に配置したグラフを前記表示部に表示することを特徴とする劣化診断装置。
3. 請求項１または２記載の劣化診断装置において、
   前記第１記憶部は、前記基準線を記憶し、
   前記第２表示制御部は、前記基準線を前記表示部に表示されている前記グラフに重ねて表示するように構成されている
   ことを特徴とする劣化診断装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の劣化診断装置において、
   前記基準線は、正常時の前記ヒータにおける制御値と対応する電流との関係を示すヒータ特性を折れ線近似したものである
   ことを特徴とする劣化診断装置。