JP6888202B2 - Temperature control device - Google Patents
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Description
この発明は、制御対象の断線等の異常を検出可能な温度制御装置に関するものである。「制御対象」とは、温度制御の対象(例えば、射出成型機における樹脂等)のことを指し、以下においては制御対象の温度を制御するためのヒータ等も含むものとする。 The present invention relates to a temperature control device capable of detecting an abnormality such as a disconnection of a controlled object. The “controlled object” refers to an object of temperature control (for example, resin in an injection molding machine, etc.), and in the following, a heater or the like for controlling the temperature of the controlled object is also included.
PID制御等を用いた温度制御において、事故防止等の観点からヒータ等の断線状態といった異常の検出が行われている(以下、「断線警報の検出」や「異常警報の検出」等とも称する)。以下、異常警報の例として、オンオフ制御における断線警報を例にとって説明する。ここで、断線警報とは、温度制御装置から制御オンの出力がなされているにも関わらず、ヒータ等に電流が流れていない場合は、断線と判断し、制御オフの出力がなされているにも関わらずヒータ等に電流が流れている場合は溶着などの操作器の故障であると判断する警報のことを表す。以下、断線の場合を例にとり、説明を行う。 In temperature control using PID control or the like, anomalies such as a disconnection state of a heater or the like are detected from the viewpoint of accident prevention (hereinafter, also referred to as "disconnection alarm detection" or "abnormality alarm detection"). .. Hereinafter, as an example of the abnormality alarm, a disconnection alarm in the on / off control will be described as an example. Here, the disconnection alarm means that if the temperature control device outputs control on but no current is flowing through the heater or the like, it is determined that the wire is disconnected and the control is turned off. If a current is flowing through the heater or the like in spite of this, it indicates an alarm that determines that the operation device is out of order such as welding. Hereinafter, the case of disconnection will be described as an example.
断線警報は、一定の時間、判断対象の信号の値を取り込むことにより判断する。断線の判断は上記のように、一定の時間中(オンであるはずの)電流値がオフとなっているかどうかによって判断を行う。そのため、制御周期の切替わり等により判断対象の電流値がオンからオフに切り替わってしまった場合は、その期間の電流値は断線警報の出力に使用することはできない。 The disconnection alarm is determined by capturing the value of the signal to be determined for a certain period of time. As described above, the disconnection is determined by whether or not the current value (which should be on) is off for a certain period of time. Therefore, when the current value to be determined is switched from on to off due to switching of the control cycle or the like, the current value during that period cannot be used for the output of the disconnection alarm.
また、制御出力が切り替わった際に、操作器等により実際に判断対象の電流が切り替わるまでに一定の時間を要する(遅れ時間)が発生することが知られている。そのため、断線警報を判断するためには、上記の遅れ時間経過後に電流値を取り込む必要がある。 Further, it is known that when the control output is switched, it takes a certain time (delay time) until the current to be determined is actually switched by the actuator or the like. Therefore, in order to determine the disconnection alarm, it is necessary to take in the current value after the above-mentioned delay time has elapsed.
なお、上記の遅れ時間は制御系の装置構成等によって変動する。そのため、実際の温度制御装置の動作においては、汎化性を高めるために、上記の遅れ時間に更に一定の時間経過後に電流値の取込をおこなっている。従って、断線警報を判断するためには、上記の遅れ時間+一定の時間+断線警報の判断のための期間分のオン時間が必要となる(以下、「断線警報の判断に必要な時間」とも称する。)。 The above delay time varies depending on the device configuration of the control system and the like. Therefore, in the actual operation of the temperature control device, in order to improve the generalization, the current value is taken in after a certain time has elapsed in the above delay time. Therefore, in order to judge the disconnection alarm, the above-mentioned delay time + fixed time + on-time for the period for determining the disconnection alarm is required (hereinafter, also referred to as "time required for determining the disconnection alarm"). ).
しかし、近年、射出成型機等のヒータ制御において、ヒータ容量が大きく設定温度が低いといった軽負荷率の温度制御が増加している。このような軽負荷率の温度制御の場合、通常の温度制御と比してオンとなる時間が短くなる。そのため、上記の断線警報の判断に必要な時間を満たすことができない(制御オンとなる期間が短すぎる)ため、断線警報を検出することが出来なくなってしまう。 However, in recent years, in heater control of injection molding machines and the like, temperature control with a light load factor such as a large heater capacity and a low set temperature has been increasing. In the case of such a light load factor temperature control, the on time is shorter than that of the normal temperature control. Therefore, the time required for determining the disconnection alarm cannot be satisfied (the period during which the control is turned on is too short), and the disconnection alarm cannot be detected.
このような場合、制御周期を拡張することにより対処が可能である。制御周期の拡張により、制御周期内のオン時間が、上記の断線警報の判断に必要な時間を満たすようになれば、断線警報を検出することが可能となる。しかし、不必要な制御周期の拡張は制御性の低下等を招くため、制御周期の拡張は必要最低限に抑えることが望まれる。しかし、前述のように制御系によって断線警報の判断に必要な時間は変化してしまうため、周期拡張を最低限に抑えることは難しい。 Such a case can be dealt with by extending the control cycle. By expanding the control cycle, if the on-time in the control cycle satisfies the time required for determining the disconnection alarm, the disconnection alarm can be detected. However, since unnecessary extension of the control cycle causes deterioration of controllability, it is desired to suppress the extension of the control cycle to the minimum necessary. However, as described above, it is difficult to minimize the period expansion because the time required for determining the disconnection alarm changes depending on the control system.
このような状況下で、実際の温度制御装置の動作においては、PID制御のPIDパラメータのオートチューニングを実行した後に、まず、手動により断線警報が検出可能かどうかの検証を行っている。そして、断線警報が検出出来ない場合には、手動により、設定者の経験則に基づき制御周期の拡張等を行っている。
断線警報を組み込んだ制御系の構築を行う場合、このように手動により設定を行う必要があったため、作業の煩雑さ及び制御性の観点から、設定の自動化が望まれている。特に、オートチューニングの際に自動的に設定されることが望まれている。Under such a situation, in the actual operation of the temperature control device, after the auto-tuning of the PID parameter of the PID control is executed, first, it is verified whether or not the disconnection alarm can be detected manually. If the disconnection alarm cannot be detected, the control cycle is manually extended based on the empirical rule of the setter.
When constructing a control system incorporating a disconnection alarm, it is necessary to perform the setting manually in this way. Therefore, from the viewpoint of work complexity and controllability, automation of the setting is desired. In particular, it is desired that it is automatically set at the time of auto tuning.
一般的なPIDオートチューニングの手法として、例えば、特許文献1が挙げられる。 As a general PID auto-tuning method, for example, Patent Document 1 can be mentioned.
しかし、特許文献1には、リミットサイクル法を用いてPIDパラメータを自動設定する点が記載されているものの、上記のように断線警報の検出を可能とするための制御周期を自動的に決定するという点については開示されていない。 However, although Patent Document 1 describes that the PID parameter is automatically set by using the limit cycle method, the control cycle for enabling the detection of the disconnection alarm is automatically determined as described above. This point is not disclosed.
本発明は、上記の点に鑑み、制御性を保ちつつ、断線警報が検出可能となる制御周期を、自動で決定することができる温度制御装置を提供することを目的とする。 In view of the above points, it is an object of the present invention to provide a temperature control device capable of automatically determining a control cycle in which a disconnection alarm can be detected while maintaining controllability.
(構成1)
負荷率に基づき操作器をオンオフ制御し、制御対象の温度を制御する温度制御装置であって、
前記制御対象の異常を検出するために必要となる信号取込時間の下限値を、前記負荷率により除した値に基づき、前記異常を検出可能な制御周期の下限値が算出される、
周期演算部を備えることを特徴とする温度制御装置。(Structure 1)
It is a temperature control device that controls the on / off control of the actuator based on the load factor and controls the temperature of the controlled object.
The lower limit of the control cycle in which the abnormality can be detected is calculated based on the value obtained by dividing the lower limit of the signal acquisition time required for detecting the abnormality of the control target by the load factor.
A temperature control device including a periodic calculation unit.
(構成2)
前記周期演算部が、
前記信号取込時間の下限値を前記負荷率により除した値と、前記操作器における遅れ時間と、に基づき、前記異常を検出可能な制御周期の下限値を算出する事を特徴とする構成1に記載の温度制御装置。(Structure 2)
The periodic calculation unit
The configuration 1 is characterized in that the lower limit value of the control cycle in which the abnormality can be detected is calculated based on the value obtained by dividing the lower limit value of the signal acquisition time by the load factor and the delay time in the actuator. The temperature control device according to.
(構成3)
前記周期演算部が、
事前に設定された制御周期中のオン期間とオフ期間のうち短いほうを判定し、当該判定結果に基づき、前記異常を検出可能な制御周期の下限値を算出することを特徴とする構成1又は2に記載の温度制御装置。(Structure 3)
The periodic calculation unit
Configuration 1 or configuration 1, characterized in that the shorter of the on period and the off period in the preset control cycle is determined, and the lower limit value of the control cycle in which the abnormality can be detected is calculated based on the determination result. 2. The temperature control device according to 2.
(構成4)
前記周期演算部が、
当該温度制御装置に対して事前に設定された制御周期と、前記異常を検出可能な制御周期の下限値と、を比較し、
前記制御周期が、前記異常を検出可能な制御周期の下限値未満であった場合、
前記異常を検出するための制御周期の下限値以上の値を、新たな制御周期として設定することを特徴とする、構成1から3の何れかに記載の温度制御装置。(Structure 4)
The periodic calculation unit
The control cycle preset for the temperature control device is compared with the lower limit of the control cycle in which the abnormality can be detected.
When the control cycle is less than the lower limit of the control cycle in which the abnormality can be detected,
The temperature control device according to any one of configurations 1 to 3, wherein a value equal to or higher than the lower limit value of the control cycle for detecting the abnormality is set as a new control cycle.
本発明によれば、制御性を保ちつつ、断線警報が検出可能となる制御周期を、自動で決定することができる。 According to the present invention, it is possible to automatically determine a control cycle in which a disconnection alarm can be detected while maintaining controllability.
以下、この発明を実施するための形態について、添付の図面にしたがって説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
<実施形態>
図1はこの発明の実施形態による温度調節計の本発明に関する部分を示す概略構成図である。
温度制御装置100は、制御対象130を測温するセンサ(不図示)からの入力値(PV)、目標値(SV)、及びPIDパラメータに基づき操作器120のオンオフを制御することにより、制御対象130の温度を制御する装置である。<Embodiment>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a portion of a temperature controller according to an embodiment of the present invention according to the present invention.
The
また、オートチューニング装置140は、制御の開始前(初回動作時等)に、対象制御系(制御対象130)及び事前に設定された目標値(SV)に基づきPIDパラメータ等を自動設定(以下「AT」とも称する。)する装置である。
Further, the auto-
温度制御装置100は、入力されたPVに基づき、制御対象130の温度制御を行い、制御対象130自体の温度、又は制御対象130が温度制御する対象の温度が設定された目標値SVになるように、対象装置に直接又は他の装置を介してオンオフの制御信号を出力するよう構成される。また、温度制御装置100は、周期演算部110を備える。
The
周期演算部110は、AT時に入力された負荷率の値に基づき、断線警報が取得可能となるような制御周期を算出し、算出された制御周期によって制御周期を再設定する機能を備える。なお、周期演算部110はマイコン等により構成されている。
The
操作器120は、周期演算部110からの制御出力に応じてスイッチングを行う機能を備え、SSRや機械的なリレーにより構成されている。制御対象130は、操作器120の動作に基づき温度の制御を行う対象であり、ヒータ等により構成されている。なお、断線警報等の異常警報検出のための信号取込については、制御対象130の配線上に配置したCT(カレントトランス、不図示)等により実施される。
The
図2は、温度制御装置100からの操作器120への出力と、CT(カレントトランス)により取り込まれた信号との関係を示した概念図である。制御周期の開始から、遅れ時間経過後にCTの取込を開始している例を示している。
なお、図2中の1の場合は制御出力がオンとなっているため、CTからの取込値が事前に設定された閾値を下回っている場合(電流が流れていない場合)、断線であると判断される。
図2中の2の場合は、取込時間の間に制御出力の切り替わりが発生しているため、断線警報には使用できない。
図2中の3の場合には、制御出力がオフとなっているため、CTからの取込値が事前に設定された閾値を上回っている場合(電流が流れている場合)、操作器等の故障であると判断される。FIG. 2 is a conceptual diagram showing the relationship between the output from the
In the case of 1 in FIG. 2, since the control output is on, if the value taken from the CT is below the preset threshold value (when no current is flowing), the wire is broken. Is judged.
In the case of 2 in FIG. 2, since the control output is switched during the acquisition time, it cannot be used for the disconnection alarm.
In the case of 3 in FIG. 2, since the control output is off, when the value taken from the CT exceeds the preset threshold value (when current is flowing), the actuator, etc. It is judged that it is a failure of.
なお、図3については、軽負荷時の制御出力の一例を示す図である。この場合、制御周期中にオンとなる期間が短すぎるため、断線警報を検出するための最低限の取込時間を満たすことができない。そのため、取込時間中に必ずオンオフの切り替わりが発生してしまい、断線警報を検出することができない。 Note that FIG. 3 is a diagram showing an example of a control output at the time of a light load. In this case, since the on period during the control cycle is too short, the minimum acquisition time for detecting the disconnection alarm cannot be satisfied. Therefore, on / off switching always occurs during the capture time, and the disconnection alarm cannot be detected.
<動作>
次に、図4のフローチャートを参照しつつ、実施形態における周期演算部110の動作について説明する。<Operation>
Next, the operation of the
まず、ステップS100において、オートチューニング装置140により、リミットサイクル法等に基づき演算されたPIDパラメータが温度制御装置100に入力される。
First, in step S100, the auto-tuning
次に、ステップS110において、入力された負荷率に基づき、断線警報算出のための制御周期(下限値)を算出する。以下にステップS110における動作を説明する。まず、下記の式により、入力された目標値における負荷率(θ[%])を算出する。 Next, in step S110, the control cycle (lower limit value) for calculating the disconnection alarm is calculated based on the input load factor. The operation in step S110 will be described below. First, the load factor (θ [%]) at the input target value is calculated by the following formula.
そして、事前に設定された、断線警報を検出するために最低限必要となる電流取込時間をtminとする。上記のように、断線警報を検出するためには、最低限tminの間、対象の信号が連続してオンとなっている必要がある。
なお、オンオフ制御においては、上記の負荷率は、制御周期中にオンとなる割合、すなわちオンとなる時間を表す。そのため、断線警報を検出するためには、制御周期中に最低限tminの間信号が連続してオンとなっていればよいので、tminと、断線警報を検出するための最低限の制御周期Tminとの関係については、以下のよう表される。Then, the minimum current intake time required to detect the disconnection alarm, which is set in advance, is set to tmin. As described above, in order to detect the disconnection alarm, it is necessary that the target signal is continuously turned on for at least tmin.
In the on / off control, the above load factor represents the ratio of turning on during the control cycle, that is, the time of turning on. Therefore, in order to detect the disconnection alarm, it is sufficient that the signal is continuously turned on for at least tmin during the control cycle. Therefore, tmin and the minimum control cycle Tmin for detecting the disconnection alarm are required. The relationship with is expressed as follows.
なお、周期演算部110は、さらに正確な制御周期Tminを算出するため、遅れ時間tdを考慮して制御周期Tminを算出してもよい。なお、遅れ時間とは、制御出力が切り替わった際に、操作器等のスイッチング操作が完了し、実際に判断対象の電流が切り替わるまでに発生する一定の時間である。
このように遅れ時間tdを考慮してTminが算出される場合、断線警報を検出するための最低限の制御周期Tminについては、以下のように算出される。In addition, in order to calculate the control cycle Tmin more accurately, the
When Tmin is calculated in consideration of the delay time td in this way, the minimum control cycle Tmin for detecting the disconnection alarm is calculated as follows.
ここまで、断線警報を検出する場合を例に説明してきたが、周期演算部110は、溶着判断(操作器等の故障)を検出可能となる制御周期の下限値を算出するように構成されていてもよい。溶着判断を行う場合は、オフとなっているはずの信号がオンとなっている場合に溶着等の故障が発生していると判断する。そのため、断線警報と同じく、制御周期中に一定時間連続してオフとなる時間が必要となる。
この場合、事前に設定された、溶着判断を検出するために最低限必要となる電流取り込み時間をtoffminとして、上記の数2又は数3と同様に制御周期Toffminを算出すればよい。
なお、断線判断及び溶着判断を行う際に、電流が流れている、流れていないと判断するための閾値については、事前に設定されていてもよいし、入力装置(不図示)等により入力されるように構成されていてもよい。Up to this point, the case of detecting a disconnection alarm has been described as an example, but the
In this case, the control cycle Toffmin may be calculated in the same manner as in Equation 2 or 3 above, with the preset current take-in time required for detecting the welding determination as toffmin.
The threshold value for determining whether a current is flowing or not when making a disconnection determination or a welding determination may be set in advance or is input by an input device (not shown) or the like. It may be configured to be.
また、周期演算部110は、負荷率θの値等から、制御周期のうちオン期間とオフ期間のうち短いほうの期間を判定し、その判定結果からTminとToffminのどちらを算出するかを切換えるように構成されていてもよい。オン期間の方が短い場合は、断線警報を検出するための最低限の制御周期Tminを算出し、オフ期間の方が短い場合は溶着判断を検出するための最低限の制御周期Toffminを算出する。
なお、温度制御装置100は、Tminだけを算出するように事前に設定されていてもよいし、Toffminだけを算出するように事前に設定されていてもよいし、当該機能によりTminとToffminを選択して算出するように設定されていてもよい。
以下、ステップS110において算出された制御周期の下限値のことを「算出された制御周期」とも称する。Further, the
The
Hereinafter, the lower limit value of the control cycle calculated in step S110 is also referred to as a “calculated control cycle”.
このようにステップS110において断線警報を検出するための制御周期の下限値Tminが算出された。次に、ステップS120において、現在設定されている(入力された)制御周期とステップS110において算出された制御周期であるTminとを比較し、現在の制御周期が、算出された制御周期未満で有った場合、ステップS130へと移行する(ステップS120:Yes→ステップS130)。一方、現在の制御周期が算出された制御周期以上であった場合、処理を終了する(ステップS120:No→エンド)。 In this way, in step S110, the lower limit value Tmin of the control cycle for detecting the disconnection alarm was calculated. Next, in step S120, the currently set (input) control cycle is compared with Tmin, which is the control cycle calculated in step S110, and the current control cycle is less than the calculated control cycle. If so, the process proceeds to step S130 (step S120: Yes → step S130). On the other hand, if the current control cycle is equal to or longer than the calculated control cycle, the process ends (step S120: No → end).
最後に、ステップS130において、制御周期を、算出された制御周期に設定し、処理(オートチューニング)を終了する。なお、ここで新たに設定される制御周期はステップS110にて算出された制御周期以上の周期であればよい。 Finally, in step S130, the control cycle is set to the calculated control cycle, and the process (auto tuning) is completed. The control cycle newly set here may be a cycle equal to or longer than the control cycle calculated in step S110.
<各構成による効果>
以上のように、本実施形態1の温度制御装置100によれば、周期演算部110により自動的に、断線警報を検出可能な制御周期の下限値を算出可能に構成されている。そのため、制御性を保ちつつ、断線警報が検出可能となる制御周期を、自動で決定することができる。<Effect of each configuration>
As described above, according to the
また、周期演算部110が、事前に設定された遅れ時間を考慮して、断線警報を検出可能な制御周期の下限値を算出可能に構成されている。そのため、より制御性の高い、断線警報が検出可能となる制御周期を自動で決定することができる。
Further, the
また、周期演算部110が、負荷率に基づき得られる、オン期間とオフ期間のうち短いほうの期間に基づき、異常警報を検出可能な制御周期の下限値を算出可能に構成されている。そのため、制御系において断線警報と溶着判断のどちらも検出可能な制御周期の下限値を自動で算出することができる。
Further, the
また、周期演算部110が、現在の制御周期と、算出された制御周期との比較を行い、現在の制御周期が算出された制御周期未満であった場合、算出された制御周期の下限値以上の値を、新たな制御周期として設定するように構成されている。そのため、断線警報が検出可能な制御周期を自動的に設定することができる。
Further, the
本実施形態においては、断線警報を検出可能な制御周期の算出及び制御周期の再設定を、オートチューニング中に実施する例について説明したが、オートチューニングとは別個に実施されるように構成されていてもよい。
また、周期演算部110は、現在設定されている制御周期のオン期間とオフ期間とのうち短いほうにもとづき、断線警報又は溶着判断を行うように構成されていたが、事前に設定された動作を(断線警報と溶着判断のどちらか)を行うように構成されていてもよい。In the present embodiment, an example in which the calculation of the control cycle capable of detecting the disconnection alarm and the resetting of the control cycle are performed during auto-tuning has been described, but it is configured to be performed separately from auto-tuning. You may.
Further, the
なお、上記各実施形態における各構成は、それぞれ専用回路等でハード的に構成されるものであってもよいし、マイコン等の汎用的な回路上でソフトウェア的に実現されるものであってもよい。 It should be noted that each configuration in each of the above embodiments may be configured in hardware by a dedicated circuit or the like, or may be realized by software on a general-purpose circuit such as a microcomputer. Good.
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。本発明の構成及び動作については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、当業者が理解しうる様々な変更を行うことができる。 Although the present invention has been described above with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the structure and operation of the present invention without departing from the spirit of the present invention.
100…温度制御装置
110…周期演算部
120…操作器
130…制御対象
140…オートチューニング装置100 ...
Claims (2)
PIDパラメータ等を自動設定するオートチューニング処理の際に、
前記周期演算部が、
前記温度制御装置が前記操作器における遅れ時間を考慮するように設定されていない場合、前記制御対象の異常を検出するために必要となる信号取込時間の下限値をオートチューニング装置より入力された負荷率により除した値を、前記異常を検出可能な制御周期の下限値として設定し、
前記温度制御装置が前記操作器における遅れ時間を考慮するように設定されている場合、前記信号取込時間の下限値を前記オートチューニング装置より入力された負荷率により除した値と、前記遅れ時間とを加算した値を、前記異常を検出可能な制御周期の下限値として設定し、
当該温度制御装置に対して事前に設定された制御周期と、前記異常を検出可能な制御周期の下限値と、を比較し、
前記制御周期が、前記異常を検出可能な制御周期の下限値未満であった場合、
前記異常を検出するための制御周期の下限値以上の値を、新たな制御周期として設定する事を特徴とする温度制御装置。 It is a temperature control device that controls the on / off control of the actuator based on the load factor and controls the temperature of the controlled object, and is equipped with a periodic calculation unit.
During the auto-tuning process that automatically sets PID parameters, etc.
The periodic calculation unit
When the temperature control device is not set to consider the delay time in the controller, the lower limit value of the signal acquisition time required to detect the abnormality of the control target is input from the auto-tuning device. The value divided by the load factor is set as the lower limit of the control cycle in which the abnormality can be detected, and the value is set.
When the temperature control device is set to take into account the delay time in the actuator, the value obtained by dividing the lower limit of the signal acquisition time by the load factor input from the auto-tuning device and the delay time. The value obtained by adding and is set as the lower limit value of the control cycle in which the abnormality can be detected .
The control cycle preset for the temperature control device is compared with the lower limit of the control cycle in which the abnormality can be detected.
When the control cycle is less than the lower limit of the control cycle in which the abnormality can be detected,
A temperature control device characterized in that a value equal to or higher than the lower limit value of the control cycle for detecting the abnormality is set as a new control cycle.
事前に設定された制御周期中のオン期間とオフ期間のうち短いほうを判定し、当該判定結果に基づき、前記異常を検出可能な制御周期の下限値を算出することを特徴とする請求項1に記載の温度制御装置。 The periodic calculation unit
Claim 1 is characterized in that the shorter of the on period and the off period in the preset control cycle is determined, and the lower limit value of the control cycle in which the abnormality can be detected is calculated based on the determination result. The temperature control device according to.
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