JP6985346B2

JP6985346B2 - 成形機の加熱部の同時昇温方法および成形機の温度制御装置

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Publication number: JP6985346B2
Application number: JP2019161132A
Authority: JP
Inventors: 隆箱田; 智益田
Original assignee: Nissei Plastic Industrial Co Ltd
Current assignee: Nissei Plastic Industrial Co Ltd
Priority date: 2019-09-04
Filing date: 2019-09-04
Publication date: 2021-12-22
Anticipated expiration: 2039-09-04
Also published as: JP2021037711A

Description

本発明は、例えば射出成形機、押出成形機等の成形機の温度を制御する装置（温度制御装置）等に関し、典型的な実施形態は、加熱部のＩ−ＰＤ制御に関する。

（関連出願）
本発明に従うＩ−ＰＤ制御は、一例として、例えば、２０１９年６月１９日付けで出願された、本出願人（本発明者ら）の日本国特許出願（特願２０１９−１１３４１８）を採用することができ、その開示はその全体が参照により本明細書に組み込まれる。言い換えれば、例えば共通する構成に関して、先の出願の明細書及び図面の内容（例えば、作用や効果等）は、本発明にも適用され得る。

例えば特許文献１は、成形機の自動昇温制御方法を開示し、加熱部に相当するバレル部（加熱シリンダ）の外周部分を軸方向に沿って複数の加熱区間（加熱ゾーン）に分けて、バレル部のマスター区間（マスターゾーン）とスレーブ区間（スレーブゾーン）とがそれぞれ最終目標温度に到達する昇温完了までの時間を短縮することができる。より具体的には、特許文献１は、各加熱ゾーンに仮の目標値を設定して昇温させ、仮の目標温度に到達した時点で、複数の加熱ゾーンの中からマスターゾーンを選択する。仮の目標温度到達以降で、最終の目標温度までの昇温では、マスターゾーンの昇温度合いに基づきマスターゾーンとスレーブゾーンとを昇温制御する。

例えば特許文献２は、成形機の自動昇温制御方法を開示し、複数の加熱ゾーンを目標温度に向かって同時に昇温完了させ、温度制御の周期毎に計測する目標温度到達率が一番低い加熱ゾーンをマスターゾーンとして設定し、その他の加熱ゾーンをスレーブゾーンとして設定する。このように設定されたスレーブゾーンは、マスターゾーンの昇温度合いに基づき昇温制御される。これにより、温度傾きデータ等のパラメータの設定は、不要であり、また、外乱による温度変化とパラメータの誤差とによる影響を受けずにマスターゾーンとスレーブゾーンとを同時に昇温できる。

例えば特許文献３は、射出成形機における多点温度制御方法を開示し、任意のタイミングで各ヒータによる昇温開始した後の所定時刻における加熱部位毎の目標温度と当該各部位の検出温度との間の偏差をそれぞれに演算し、それらの偏差うちの最大偏差を有する加熱部位を特定する。このように特定された加熱部位を除く他の加熱部位毎に、各目標温度を修正する。言い換えれば、射出成形機の加熱筒における各ゾーンの目標設定温度が異なる場合でも、それらのゾーンの昇温速度を制御する。これにより、被制御体への発熱歴の相違による影響を抑制することができる。

なお、従来、ＰＩＤ制御（Proportional-Integral-Differential Controller）は、広く知られ、また、その改良は、様々な分野で、多く思考されている。また、偏差に基づく比例演算部、積分演算部及び微分演算部を備える基本的なＰＩＤ制御とは異なる微分先行型ＰＩＤ制御（前記偏差の目標値を微分することをやめて、微分動作は入力信号だけに働くような構成）も、広く知られている。

特許第５０８７６５４号公報（段落［０００３］，［０００７］，請求項１参照）特許第４９４４０７９号公報（請求項１，段落［０００６］，［０００９］参照）特許第４５３７１６２号公報（請求項１，段落［０００８］参照）

本発明者らは、成形機の温度制御には、比例・微分先行型ＰＩＤ（Ｉ−ＰＤ）が適していると考えた。その理由は、複数の加熱部位（加熱ゾーン）を同時昇温する時に、昇温による焼き付きを防止するＰＩＤ制御、即ちオーバーシュートが少なくなるＰＩＤ制御が、Ｉ−ＰＤ制御であるからである。また、一般的には、昇温速度が最も遅いゾーンをマスターゾーンに設定するが、昇温の途中で最も遅いゾーンが別のゾーンになってしまう場合がある。言い換えれば、昇温初期は、マスターゾーンが温まり難いが、ヒータのワット数が大きいこと等に起因して、途中からは、マスターゾーンが温まり易く、昇温速度が速くなる場合がある。

本発明の１つの目的は、マスターゾーンとスレーブゾーンとの間のＩ−ＰＤ温度制御において、昇温速度の大小関係が変更される状況であっても、同時昇温性を保持可能である成形機の温度制御装置を提供することである。本発明の他の目的は、以下に例示する態様及び最良の実施形態、並びに添付の図面を参照することによって、当業者に明らかになるであろう。

以下に、本発明の概要を容易に理解するために、本発明に従う態様を例示する。

本発明に従う態様において、成形機の温度制御装置は、加熱部にマスターゾーン及び少なくとも１つのスレーブゾーンが設定され、かつ前記マスターゾーン及びスレーブゾーンを同時昇温する場合に、比例・微分先行型ＰＩＤ（Ｉ−ＰＤ）制御を実施するＰＩＤ演算部を備える。ＰＩＤ演算部は、マスターゾーンに対応する第１の積分演算部、第１の比例演算部及び第１の微分演算部と、スレーブゾーンに対応する第２の積分演算部、第２の比例演算部及び第２の微分演算部と、を含む。第１の積分演算部は、マスターゾーンの設定温度ＳＶ（設定値：Setting point value）である第１の設定温度（ＭＳＶ）からマスターゾーンの検出温（測定値：Process variable）ＰＶである第１の検出温度（ＭＰＶ）を減算した値（制御偏差）ｅである第１の偏差（Ｍｅ）に基づく。また、第２の積分演算部は、スレーブゾーンの設定温度である第２の設定温度（ＳｎＳＶ）とスレーブゾーンの検出温度である第２の検出温度（ＳｎＰＶ）とに基づく値である第２の偏差（Ｓｎｅ）に基づき、ここで、第２の設定温度は、第１の検出温度に基づく。

ＰＩＤ演算部は、第１の積分演算部からの出力と第２の積分演算部からの出力とを加算する加算部を更に含み、スレーブゾーンに出力される操作量（Manipulated variable）は、加算部からの出力に基づく。このような構成により、マスターゾーンとスレーブゾーンとの間の同時昇温性を保持することができる。

加えて、ＰＩＤ演算部は、スレーブゾーンに出力される操作量に基づく所定条件が成立する時に、第１の積分演算部からの出力の値を保持させる保持部を更に含む。このような保持部（マスター待機機能）を設けたことで、マスターゾーンの検出温度（第１の検出温度）に起因する昇温速度がスレーブゾーンの検出温度（第２の検出温度）に起因する昇温速度よりも速い場合等の所定条件が成立する時に、保持部は、スレーブ側の検出温度をマスター側の検出温度に同期させるために、第１の積分演算部からの出力の値を保持（言い換えればマスター待機）させることによって、マスター側の昇温制御を抑制することができる。

当業者は、例示した本発明に従う態様が、本発明の精神を逸脱することなく、さらに変更され得ることを容易に理解できるであろう。

図１は、本発明に従う温度制御装置が適用される成形機の概略構成例を示す。図２は、改良前の温度制御装置（Ｉ−ＰＤ制御）の構成例を示す。図３は、先の出願に従う温度制御装置（改良されたＩ−ＰＤ制御）の構成例を示す。図４は、図３の温度制御装置のＰＩＤ演算部に等価である構成例を示す。図５は、従来のマスター／スレーブ方式ＰＩＤ演算部の構成例（同時昇温ブロック図）を示す。図６（Ａ）は、比較例としてのマスター／スレーブ方式ＰＩＤ演算部の同時昇温制御によるマスターゾーン及びスレーブゾーンの検出温度ＰＶを示し、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）の各々は、本発明に従うマスター／スレーブ方式ＰＩＤ演算部の同時昇温制御によるマスターゾーン及びスレーブゾーンの検出温度ＰＶを示す。図７（Ａ）は、図６（Ｃ）のＰＩＤ演算部において、マスターゾーンの昇温速度がスレーブゾーンの昇温速度よりも速い場合の、マスターゾーン及びスレーブゾーンの検出温度ＰＶを示し、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の状況において、マスター待機機能が付加されたＰＩＤ演算部の同時昇温制御によるマスターゾーン及びスレーブゾーンの検出温度ＰＶを示す。図８は、本発明に従うマスター／スレーブ方式ＰＩＤ演算部の詳細な構成例を示す。図９は、図８のＰＩＤ演算部に等価である構成例を示す。図１０（Ａ）は、図７（Ｂ）のＰＩＤ演算部において、スレーブゾーンの検出温度がマスターゾーンの検出温度よりも高い場合の、マスターゾーン及びスレーブゾーンの検出温度ＰＶを示し、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）の状況において、スレーブ待機機能が付加されたＰＩＤ演算部の同時昇温制御によるマスターゾーン及びスレーブゾーンの検出温度ＰＶを示す。

以下に説明する最良の実施形態は、本発明を容易に理解するために用いられている。従って、当業者は、本発明が、以下に説明される実施形態によって不当に限定されないことを留意すべきである。

図１は、本発明に従う温度制御装置が適用される成形機の概略構成例を示す。図１は、成形機として、例えば射出成形機Ｍが図示され、射出成形機Ｍは、射出装置Ｍｉと型締装置Ｍｃとを備える。図１の例において、射出装置Ｍｉは、樹脂材料を加熱するための加熱部を備え、加熱部は、典型的には、加熱筒である。図１の加熱筒は、例えば、前部３ａと、中間部３ｂと、後部３ｃと、を有し、加熱筒の前端には、射出ノズル２１が設けられるとともに、加熱筒の後端には、樹脂材料を供給するためのホッパ２２（広義には、材料供給部）が設けられる。型締装置Ｍｃの構成は、当業者によく知られているので、その説明は、省略するが、典型的には、図示されない可動型と固定型とからなる金型（mold）を備え、この金型には冷却用のウォータージャケット（図示せず）が設けられている。

図１の例において、加熱筒の内部にはスクリュ２が挿入され、このスクリュ２の後端には、材料供給部の後方へ延出することにより、スクリュ２を回転駆動及び進退駆動するスクリュ駆動部２３が接続される。なお、スクリュ駆動部２３の構成は、当業者によく知られているので、その説明は、省略する。

加熱筒の外部には、加熱部を構成する例えば３つのバンドヒータ４ａ，４ｂ，４ｃ（広義には、ヒータ、更に広義には、加熱体）が装着されている。射出成形機Ｍ（具体的には、加熱部、典型的には、樹脂材料の加熱筒）は、本発明に従う温度制御装置３１の制御対象１であり、例えば３つの温度センサ６ａ，６ｂ，６ｃが、加熱筒（前部３ａ、中間部３ｂ及び後部３ｃ）に、設けられている。なお、ホッパ２２から加熱筒の内部に供給された固形状のペレット（樹脂材料）は、スクリュ２の回転による剪断及び加熱筒による加熱により可塑化混練され、型締装置Ｍｃの金型に射出充填するための溶融樹脂が生成される。

図１の温度制御装置３１は、図２、或いは、図３又は図４のＰＩＤ演算部７、好ましくは、図８又は図９のマスター／スレーブ方式ＰＩＤ演算部７（具体的には、加熱部のＩ−ＰＤ制御を実行するコントローラ）を備えることができる。なお、温度制御装置３１は、典型的には、成形機制御装置１０の一部を構成し、成形機制御装置１０は、加熱の制御対象１だけでなく、スクリュ駆動部２３、型締装置Ｍｃ等、射出成形機Ｍ全体を制御することができ、その制御に必要な構成（図示せず）を温度制御装置３１と一緒に備えることができる。温度制御装置３１又は成形機制御装置１０の構成（又は温度制御装置３１を含む成形機制御装置１０を有する射出成形機Ｍ全体の制御装置の構成）は、当業者によく知られているので、その説明は、省略する。更に、温度制御装置３１は、加熱部のＩ−ＰＤ制御を実行するためのプログラムを格納する内部メモリ（図示せず）、Ｉ−ＰＤ制御の設定値（設定温度ＳＶ、比例帯［℃］、積分時間［秒］及び微分時間［秒］等）を入力し、且つ及びＩ−ＰＤ制御の測定値（検出温度ＰＶ）をモニタするためのディスプレイ（図示せず）を更に有することができる。

本発明者らは、成形機の温度制御には、Ｉ−ＰＤ制御が適しており、更に、Ｉ−ＰＤ演算結果（ＰＩＤ出力）から出力リミッタの出力を減算した値（出力リミッタで制限した値）を積分演算部にフィードバックする自動整合制御系が適していると考え、添付図面の図２の温度制御装置での成形機の温度制御を試みた。しかしながら、成形機（加熱部）の検出温度ＰＶは、設定温度ＳＶに到達する前に、飽和してしまう（オフセットの発生）。本発明者らは、この点を先の出願で改良し、図３は、先の出願に従う温度制御装置（改良されたＩ−ＰＤ制御）の構成例を示す。

また、射出成形機Ｍの構成は、図１の例に限定されず、例えば、射出成形機Ｍは、加熱筒の冷却部を更に備えることができる。言い換えれば、加熱筒は、少なくとも加熱部を備え、好ましくは、樹脂材料を加熱可能又は冷却可能である加熱冷却部である。図示されない冷却部（例えば、図示されないエア供給部からの送風による空冷を行う冷却部）の構成は、当業者によく知られているので、その説明は、省略する。

更に、射出成形機Ｍの構成は、図１の例に限定されず、例えば、射出成形機Ｍの加熱部を構成する例えば３つのバンドヒータ４ａ，４ｂ，４ｃは、例えば４つのバンドヒータで構成されてもよく、加えて、射出成形機Ｍは、加熱部として、射出ノズル２１部に設けられるバンドヒータ（図示せず）及び／又は加熱筒の最後部に設けられる、例えばバンドヒータ（図示せず）及び熱電対（図示せず）を更に有することができる。なお、バンドヒータの追加により熱電対も追加される。冷却部は、このような加熱部に対応して、冷却範囲を拡大することができるとともに、射出成形機Ｍは、樹脂材料の落下口の冷却部（例えば、落下口の冷却用に設けたウォータジャケット）を更に有することができる。

成形機の１例として、図１に射出成形機Ｍを示したが、加熱部を有する例えば押出成形機等のその他の成形機（プラスチック製品を製造するための装置）に、温度制御装置３１が適用されてもよい。型締装置Ｍｃを備えず、射出ノズル２１内部にダイ（die）が設けられた押出成形機の構成は、当業者によく知られているので、その説明は、省略する。

複数のバンドヒータ（複数の加熱部位又は加熱ゾーン）で加熱部が構成される時に、ＰＩＤ演算部７は、複数の加熱ゾーンのうちの１つをマスターゾーン（マスター加熱ゾーン）に設定し、残りの各々をスレーブゾーン（スレーブ加熱ゾーン）に設定して、マスター／スレーブ方式のＰＩＤ制御又はＰＩＤ演算を採用することができる。

図５は、従来のマスター／スレーブ方式ＰＩＤ演算部の構成例（同時昇温ブロック図）を示す。図５の例において、ＰＩＤ１は、マスターゾーン（マスター加熱ゾーン）側のＰＩＤ演算部を示す一方、ＰＩＤ２は、スレーブゾーン（スレーブ加熱ゾーン）側のＰＩＤ演算部を示す。スレーブゾーンの数は、少なくとも１つであり、典型的には、複数である。スレーブゾーン毎に、図５のような、マスター／スレーブ関係を構築することができる。

図５の例において、スレーブゾーンの設定温度ＳＶ２は、マスターゾーンの検出温度ＰＶ１に設定されている（ＳＶ２＝ＰＶ１）。同時昇温を行ううえで、基本的な考え方として、典型的には、昇温速度が最も遅いゾーンがマスターゾーンに設定される。

本発明者らは、例えば図２又は図３に示されたＰＩＤ演算部７に基づき、図５に示されるようなマスター／スレーブ方式ＰＩＤ演算部を構築することが好ましいと考えた。言い換えれば、本発明者らは、図５のＰＩＤ１を例えば図２又は図３のＰＩＤ演算部７のようなＩ−ＰＤ制御で構築するとともに、図５のＰＩＤ２を例えば図２又は図３のＰＩＤ演算部７のようなＩ−ＰＤ制御をスレーブ化したもので構築することが好ましいと考えた。以下の図３の説明は、例えば図５のＰＩＤ１（Ｉ−ＰＤ制御）の好ましい構成例（マスター側）に対応する。

図３は、先の出願に従う温度制御装置３１（ＰＩＤ演算部７）の構成例を示し、図４は、図３の温度制御装置３１のＰＩＤ演算部７に等価である構成例を示す。図３に示されるように、温度制御装置３１のＰＩＤ演算部７は、積分演算部４１、比例演算部４２、微分演算部４３、加算部（第１の加算部）４４、第１の出力リミッタ４５、経路４６、加算部（第２の加算部）４７及び第２の出力リミッタ４８を備える。

積分演算部４１は、設定温度ＳＶ［℃］から検出温度ＰＶ［℃］を減算した値である偏差ｅに基づく積分操作量を演算することができる。比例演算部４２は、検出温度ＰＶに基づく比例操作量を演算することができる。第１の加算部４４は、積分演算部４１からの出力と比例演算部４２からの出力の反転とを加算することができる。第１の出力リミッタ４５は、第１の加算部４４からの出力（比例操作量及び積分操作量の操作量ＭＶ_ＰＩ）を第１の上限値と第１の下限値との間に制限することができる。経路４６は、第１の加算部４４からの出力（操作量ＭＶ_ＰＩ）から第１の出力リミッタ４５からの出力（操作量ＭＶ_{ＰＩｌｉｍ}）を減算した値を積分演算部４１にフィードバックすることができる。

微分演算部４３は、検出温度ＰＶに基づく微分操作量を演算することができる。第２の加算部４７は、第１の加算部４４からの出力と微分演算部４３からの出力の反転とを加算することができる。第２の出力リミッタ４８は、第２の加算部４７からの出力（比例操作量、積分操作量及び微分操作量の操作量ＭＶ_ＰＩＤ）を第２の上限値（＜第１の上限値）と第２の下限値（＞第１の下限値）との間に制限することができる。第２の出力リミッタ４８からの出力（比例操作量、積分操作量及び微分操作量の操作量ＭＶ_{ＰＩＤｌｉｍ}）は、操作量として制御対象１に出力される。

図４において、図３の積分演算部４１は、積分器と、（１／Ｔ_Ｉ）×（１００／ＰＢ）を有するゲイン設定部と、を含む。図３の比例演算部４２は、１００／ＰＢを有するゲイン設定部を含む。図３の経路４６は、ＰＢ／１００を有するゲイン設定部を含み、より具体的には、減算した値（操作量ＭＶ_ＰＩ−操作量ＭＶ_{ＰＩｌｉｍ}）を積分演算部４１にフィードバックするための２つの加算器を更に含む。ここで、ＰＢ、Ｔ_Ｉ及びＴ_Ｄは、それぞれ、比例帯［℃］、積分時間［秒］及び微分時間［秒］である。

図４の例において、図３の第１の出力リミッタ４５の第１の上限値及び第１の下限値は、それぞれ、例えば１１０［％］及び例えば−１０［％］である。図３の第２の出力リミッタ４８の第２の上限値及び第２の下限値は、それぞれ、例えば１００［％］及び例えば０［％］である。第２の上限値及び第２の下限値は、それぞれ、加熱部のＯｎ／Ｏｆｆ操作の物理的限界である。ここで、加熱部を構成するヒータは、時間比例で制御され、物理的限界である上限値（第２の上限値）は、１００［％］の時間でヒータが常にＯｎされ、０［％］の時間でヒータが常にＯｆｆされる（電流が流れない）。

本発明者らは、図２の出力リミッタの入力である操作量ＭＶ_ＰＩＤが出力リミッタによって制限される飽和状態である時に、上昇側（１００［％］を超える）の微分操作量ＭＶ_Ｄが操作量ＭＶ_{ＰＩＤｌｉｍ}に反映されないことを認識した。したがって、図３又は図４の先の出願に従う温度制御装置３１（ＰＩＤ演算部７）では、Ｉ−ＰＤ演算結果（ＰＩＤ出力）が出力リミッタによって制限される状況であっても、検出温度ＰＶが設定温度ＳＶに到達可能であるように、図３の第１の出力リミッタ４５は、第２の出力リミッタ４８の外側に組み込む。第２の出力リミッタ４８は、例えば０［％］〜例えば１００％［％］の範囲で、その出力をリミッタする（加熱部のＯｎ／Ｏｆｆ操作の物理的限界）。第１の出力リミッタ４５の出力範囲（好ましくは例えば−１［％］、より好ましくは例えば−１０［％］（例えば０［％］未満であればよい）〜好ましくは例えば１０１［％］、より好ましくは例えば１１０％［％］（例えば１００［％］を超えればよい）の範囲）は、第２の出力リミッタ４８の出力範囲（例えば０［％］〜例えば１００％［％］の範囲）よりも大きい。言い換えれば、第１の出力リミットの範囲は、第２の出力リミットの範囲よりも幅が大きい。

なお、第２の出力リミッタ４８の出力範囲は、第１の出力リミッタ４５の出力範囲の内側に設定されることで、検出温度ＰＶが設定温度ＳＶで安定し易くなり、第１の出力リミッタ４５の上限値は、例えば１００％に近づく程、この効果が薄くなり、同様に、第１の出力リミッタ４５の下限値は、例えば０％に近づく程、その効果が薄くなる。

加えて、図３の第１の出力リミッタ４５には、図２のＩ−ＰＤ演算結果（比例操作量、積分操作量及び微分操作量の操作量ＭＶ_ＰＩＤ）ではなく、図３のＩ−Ｐ演算結果（比例操作量及び積分操作量の操作量ＭＶ_ＰＩ）が入力される。ここで、図３の第１の出力リミッタ４５で操作量ＭＶ_ＰＩが制限される時に、その制限された値を積分器（積分演算部４１）から取り除いて、積分操作量が生成されている。第１の出力リミッタ４５からの出力（操作量ＭＶ_ＰＩ）に微分操作量ＭＶ_Ｄが加味されて、図３のＩ−ＰＤ演算結果（比例操作量、積分操作量及び微分操作量の操作量ＭＶ_ＰＩＤ）が得られる。この操作量ＭＶ_ＰＩＤが第２の出力リミッタ４８に入力される。

図３又は図４のＰＩＤ制御系においては、以下に示す演算式が成立する。

ここで、Ｋ_Ｉ及びＫ_Ｐは、それぞれ、積分ゲイン及び比例ゲインである。また、Ｋ_Ｉ＝（１／Ｔ_Ｉ）×（１００／ＰＢ）であり、Ｋ_Ｐ＝１００／ＰＢである。

ここで、ＵＬ_１及びＬＬ_１は、それぞれ、第１の上限値（例えば１１０［％］）及び第１の下限値（例えば−１０［％］）である。なお、第１の上限値は、１１０［％］に限定されず、例えば、１０５［％］から１１０［％］までの値であることが好ましい。同様に、第１の下限値は、−１０［％］に限定されず、例えば、−５［％］から−１０［％］までの値であることが好ましい。

ここで、Ｋ_Ｄは、微分ゲインである。また、Ｋ_Ｄ＝Ｔ_Ｄ×（１００／ＰＢ）である。

ここで、ＵＬ２及びＬＬ２は、それぞれ、第２の上限値（例えば１００［％］）及び第２の下限値（例えば０［％］）である。

図６（Ａ）は、比較例としてのマスター／スレーブ方式ＰＩＤ演算部の同時昇温制御によるマスターゾーン及びスレーブゾーンの検出温度ＰＶを示し、図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）の各々は、本発明に従うマスター／スレーブ方式ＰＩＤ演算部の同時昇温制御によるマスターゾーン及びスレーブゾーンの検出温度ＰＶを示す。ここで、マスターゾーンとスレーブゾーンの決め方について説明する。一例として、昇温の一番遅いゾーンをマスターゾーンとし、それ以外のゾーンをスレーブゾーンとするのが本技術の効果を発揮させる上で好適である。但し、これに限定されるものではない。ノズルゾーン以外であればどのゾーンを任意にマスターに指定してもよく、このときにマスターゾーンとスレーブゾーンを同時に昇温するようにしてもよい。この場合においても同様の効果が得られる。

図５のＰＩＤ１及びＰＩＤ２の各々を一般的なＩ−ＰＤ（比較例）による同時昇温制御する時には、スレーブゾーンの検出温度ＰＶは、マスターゾーンの検出温度ＰＶよりも遅れて上昇してしまう時もある（図６（Ａ）参照）。更に、マスターゾーンの検出温度ＰＶが設定温度に到達した後に、スレーブゾーンの検出温度ＰＶは、マスターゾーンの検出温度ＰＶに追従することができないために、オーバーシュートが発生してしまう（図６（Ａ）参照）。

本発明者らは、スレーブ側のＩ−ＰＤ制御の設定温度に関する項目をマスター側と同様にすることで、同様の設定温度（積分量）で昇温できると考えた。言い換えれば、本発明者らは、同時昇温性を保持するために、スレーブ側のＩ−ＰＤ制御において、マスター側の積分演算部からの出力とスレーブ側の積分演算部からの出力とを加算することが好ましいと考えた（図６（Ｂ）及び図６（Ｃ）参照）。なお、同時昇温制御の開始時の初期値として、スレーブ側のＩ−ＰＤ制御において、微分演算部の初期値（微分操作量）は、ゼロに設定し（図６（Ｂ）及び図６（Ｃ））、図６（Ｃ）においては、Ｉ−ＰＤ演算結果の初期値（積分操作量及び比例操作量に基づく出力）は、ゼロに設定した。図６（Ｃ）の例においては、同時昇温制御の開始時から、同時昇温性を高めることができた。

図７（Ａ）は、図６（Ｃ）のＰＩＤ演算部において、マスターゾーンの昇温速度がスレーブゾーンの昇温速度よりも速い場合の、マスターゾーン及びスレーブゾーンの検出温度ＰＶを示し、図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の状況において、マスター待機機能が付加されたＰＩＤ演算部の同時昇温制御によるマスターゾーン及びスレーブゾーンの検出温度ＰＶを示す。

図７（Ａ）に示すように、マスターゾーンの昇温速度がスレーブゾーンの昇温速度よりも速い場合、オーバーシュートが発生してしまう。本発明者らは、例えば、スレーブ側のＩ−ＰＤ演算結果（積分操作量、比例操作量及び微分操作量に基づく出力）が１００［％］を超える時に、マスター側のＩ−ＰＤ制御において、同時昇温性を保持するために、マスター待機機能として、マスター側の積分演算部の出力を保持することが好ましいと考えた（図７（Ｂ）参照）。

図８は、本発明に従うマスター／スレーブ方式ＰＩＤ演算部の詳細な構成例を示し、図９は、図８のＰＩＤ演算部に等価である構成例を示す。

図８に示すように、温度制御装置３１（図８では不図示、図１を参照）のＰＩＤ演算部７は、マスターゾーンＭｚに対応する積分演算部（第１の積分演算部）４１Ｍ、比例演算部（第１の比例演算部）４２Ｍ及び微分演算部（第１の微分演算部）４３Ｍと、を備える。また、ＰＩＤ演算部７は、スレーブゾーンＳｎｚに対応する積分演算部（第２の積分演算部）４１Ｓｎ、比例演算部（第２の比例演算部）４２Ｓｎ及び微分演算部（第２の微分演算部）４３Ｓｎと、を備える。さらに、ＰＩＤ演算部７は、加算部８０と、保持部８１と、を備える。なお、ｎは、ｎ番目のスレーブゾーンＳｎｚに対応し、スレーブが１つである場合、ｎ＝１である（Ｓ１ｚ）。ｎが２以上である場合、各スレーブゾーン（例えばＳ１ｚ又はＳ２ｚ等）と１つのマスターゾーンＭｚとの間に、図８のマスター／スレーブ方式のＰＩＤ演算部７が構築される。

積分演算部４１Ｍは、偏差（第１の偏差）Ｍｅ（＝設定温度ＭＳＶ−検出温度ＭＰＶ）に基づく。また、ｎ番目のスレーブゾーンＳｎｚに対応する積分演算部４１Ｓｎは、偏差（第２の偏差）Ｓｎｅ（＝（設定温度ＳｎＳＶ−設定温度ＭＳＶ＋検出温度ＭＰＶ）−検出温度ＳｎＰＶ）に基づく。典型的には、設定温度（第２の設定温度）ＳｎＳＶは、設定温度（第１の設定温度）ＭＳＶであり、この場合、偏差Ｓｎｅ＝検出温度（第１の検出温度）ＭＰＶ−検出温度（第２の検出温度）ＳｎＰＶが成立する。

ＰＩＤ演算部７は、加算部（第３の加算部）８０と、保持部８１と、を更に備える。加算部８０は、積分演算部４１Ｍ，４１Ｓｎからの出力を加算し、スレーブゾーンＳｎｚに出力される操作量ＳｎＭＶ_ＰＩ，ＳｎＭＶ_ＰＩＤ，ＳｎＭＶ_{ＰＩＤｌｉｍ}は、加算部８０からの出力に基づく。操作量ＳｎＭＶ_ＰＩに基づく所定条件（好ましくは、操作量ＳｎＭＶ_ＰＩ＞１１０［％］）が成立する時に、保持部８１は、マスター待機機能として、積分演算部４１Ｍからの出力の値を保持させる。

図１０（Ａ）は、図７（Ｂ）のＰＩＤ演算部において、マスターゾーンの検出温度がマスターゾーンの検出温度よりも高い場合の、マスターゾーン及びスレーブゾーンの検出温度ＰＶを示し、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）の状況において、スレーブ待機機能が付加されたＰＩＤ演算部の同時昇温制御によるマスターゾーンの検出温度ＭＰＶ及びスレーブゾーンの検出温度ＳｎＰＶを示す。

例えば昇温中や昇温後に、Ｉ−ＰＤによる同時昇温制御をオフする場合等、スレーブゾーンの検出温度がマスターゾーンの検出温度よりも高くなる可能性がある（図１０（Ａ）参照）。言い換えれば、スレーブ側の積分がマイナス側に過積分されて、スレーブゾーンの検出温度がなかなか昇温してこないという問題が発生している。そこで、本発明者らは、スレーブゾーンの検出温度がマスターゾーンの検出温度よりも高い時に、スレーブ側のＩ−ＰＤ制御において、スレーブ待機機能として、図９のカット部８２は、加算部８０への、積分演算部からの出力をカットする。これにより、同時昇温性を保持することができた（図１０（Ｂ）参照）。

本発明は、上述の例示的な実施形態に限定されず、また、当業者は、上述の例示的な実施形態を特許請求の範囲に含まれる範囲まで、容易に変更することができるであろう。

１・・・制御対象、２・・・スクリュ、３ａ，３ｂ，３ｃ・・・加熱筒の前部，中間部，後部）、４ａ，４ｂ，４ｃ・・・バンドヒータ、６ａ，６ｂ，６ｃ・・・温度センサ、７・・・ＰＩＤ演算部、１０・・・成形機制御装置、２１・・・射出ノズル、２２・・・ホッパ、２３・・・スクリュ駆動部、３１・・・温度制御装置、４１・・・積分演算部、４２・・・比例演算部、４３・・・微分演算部、４４・・・加算部、４５・・・第１の出力リミッタ、４６・・・経路、４７・・・加算部、４８・・・第２の出力リミッタ、８０・・・加算部、８１・・・保持部、８２・・・カット部。

Claims

成形機の加熱部の同時昇温方法に於いて、前記加熱部に予め昇温の最も遅いゾーンをマスターゾーンに設定し、及びそれ以外の少なくとも１つのゾーンをスレーブゾーンに設定し、かつ前記マスターゾーン及びスレーブゾーンを同時昇温する場合に、
前記成形機の温度制御装置は、比例・微分先行型ＰＩＤ（Ｉ−ＰＤ）制御を実施するＰＩＤ演算部を備え、
前記ＰＩＤ演算部は、
前記マスターゾーンに対応する第１の積分演算部、第１の比例演算部及び第１の微分演算部と、
前記スレーブゾーンに対応する第２の積分演算部、第２の比例演算部及び第２の微分演算部と、
を含み、
前記第１の積分演算部は、前記マスターゾーンの設定温度である第１の設定温度から前記マスターゾーンの検出温度である第１の検出温度を減算した値である第１の偏差に基づき、
前記第２の積分演算部は、前記スレーブゾーンの設定温度である第２の設定温度と前記スレーブゾーンの検出温度である第２の検出温度とに基づく値である第２の偏差に基づき、
前記第２の設定温度は、前記第１の設定温度と前記第１の検出温度に基づき、
前記ＰＩＤ演算部は、
前記第１の積分演算部からの出力と前記第２の積分演算部からの出力とを加算する加算部を
更に含み、
前記スレーブゾーンに出力される操作量は、前記加算部からの出力に基づき、
前記ＰＩＤ演算部は、
前記操作量に基づく所定条件が成立する時に、前記第１の積分演算部からの前記出力の値を保持させる保持部を
更に含み、
前記ＰＩＤ演算部は、
前記第２の検出温度が前記第１の検出温度よりも高い時に、前記加算部への、前記第１の積分演算部からの前記出力をカットするカット部を
更に含むことを特徴とする、成形機の加熱部の同時昇温方法。
加熱部にマスターゾーン及び少なくとも１つのスレーブゾーンが設定され、かつ前記マスターゾーン及びスレーブゾーンを同時昇温する場合に、比例・微分先行型ＰＩＤ（Ｉ−ＰＤ）制御を実施するＰＩＤ演算部を備え、
前記ＰＩＤ演算部は、
前記マスターゾーンに対応する第１の積分演算部、第１の比例演算部及び第１の微分演算部と、
前記スレーブゾーンに対応する第２の積分演算部、第２の比例演算部及び第２の微分演算部と、
を含み、
前記第１の積分演算部は、前記マスターゾーンの設定温度である第１の設定温度から前記マスターゾーンの検出温度である第１の検出温度を減算した値である第１の偏差に基づき、
前記第２の積分演算部は、前記スレーブゾーンの設定温度である第２の設定温度と前記スレーブゾーンの検出温度である第２の検出温度とに基づく値である第２の偏差に基づき、
前記第２の設定温度は、前記第１の設定温度と前記第１の検出温度に基づき、
前記ＰＩＤ演算部は、
前記第１の積分演算部からの出力と前記第２の積分演算部からの出力とを加算する加算部を
更に含み、
前記スレーブゾーンに出力される操作量は、前記加算部からの出力に基づき、
前記ＰＩＤ演算部は、
前記操作量に基づく所定条件が成立する時に、前記第１の積分演算部からの前記出力の値を保持させる保持部を
更に含み、
前記ＰＩＤ演算部は、
前記第２の検出温度が前記第１の検出温度よりも高い時に、前記加算部への、前記第１の積分演算部からの前記出力をカットするカット部を
更に含むことを特徴とする成形機の温度制御装置。