JPH02245805A - 温度制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、加熱手段と冷却手段とで行う温度制御装置に
係り、特に加熱制御と冷却制御に別個の比例帯を設定す
る温度制御装置に関する。

〔従来の技術〕

この種の温度制御装置は、従来から射出成形機の冷却ジ
ャケット付加熱シリンダの温度制御等に用いられている
。

その−例を、第６図を参照しながら説明する。

すなわち第６図において、加熱シリンダ１０はその内部
にスクリュ１２を回動並びに前後進可能に挿嵌されて構
成されるが、この加熱シリンダ１０の外周面には加熱手
段をなすし−タ１４と冷却手段をなす冷却ジャケット１
６が装着されている。これら、ヒータ１４並びに冷却ジ
ャケット１６によって構成される温度制御ゾーン毎に４
温度検出用熱な対１８が付設され、ヒータ１４には加熱
用電源２０が開閉器２２を介して付設され、冷却ジャケ
ット１６には冷却媒体供給源２４（例えば冷却空気を送
風するブロワ−）が電磁開閉弁２６を介して付設されて
いる。

そして前記開閉器２２並びに電磁開閉弁２６はそれぞれ
温度制御器２８に接続される。

また温度制御器２８にはヒータ１４による加熱エネルギ
と冷却ジャケット１６による冷却エネルギをそれぞれ制
御する比例帯を設定する温度制御回路３０並びにその他
所要の演算処理装置などが内蔵されている。

ここで、比例帯について簡単に説明する。

すなわち、制御対象と制御装置とがフィードバック系を
形成する例として重油温度を加熱器で定価制御する場合
、制御装置は検出部と調節部および操作部に分けられ、
検出部で油の温度を検出し、調節部では調節計で目標値
との比較を行い、適当な信号を発して操作部を伴動させ
油の温度を目標値と一致させる。

この場合、制御対象（加熱器）と制御装置はフィードバ
ック回路が形成される。

ここで、検出部においては、熱電対や測温抵抗体が検出
端となり、重油が制ｍ体で、油温度が制御量となる。ま
た、蒸気を操作体、蒸気流量を操作量と称し、操作部は
駆動部と操作端に分けることもできる。

すなわち、このようなフィードバック系において、−船
釣にＰ動作と略称される比例位置動作は、制御量と操作
端位置（または操作量）が比例関係にあるとき、制御量
Ｘが目標値Ｖのときの操作端位置をμ、とすると、−（
μ−μ、）＝に、（ｘ−ｖ）　　・・・（１）または 一　（μｍμマ　）　　＝　−−（ｘ　−ｖ　）　・・
・（２）の関係が得られる。すなわち、上式の関係にお
いて、Ｋ、を比例感度または比例ゲインと称し、Ｋ、の
逆数に相当する数を％で表しなＳを比例帯と称している
。

すなわち、比例帯は操作量（または操作端位置）の全範
囲に対応する制御量変化を調節計目盛範囲に対する％で
表したもので、たとえば目盛りが０℃　〜　２００℃で
４０℃だけ温度が変わると弁が全工程動けば比例帯は２
０％である。

上記の関係は第７図のように示される。

この場合、Ｐ動作では負荷変化があっても制御量に対す
る操作端位置の関係は動かない。

すなわち、ある調節計のペン位置にただ１つの弁位置が
対応する。

従って、ペンが目標位値すなわち設定値と一致するのは
特定の負荷のときだけで、−ｉにバランス状態でもペン
が設定値からずれ、この偏差を残留偏差またはオフセッ
トと称する。

一般の比例位置式調節計ではプロセスの条件変化に応じ
第５図（ａ）の比例関係を第５図（ｂ）に示すように横
軸の方向に移動させ、バランス状態でペンが設定値に一
致するよう手動リセットと呼ぶ調整機構をもっている。

例えば、目盛０℃〜２００℃調節計により油温度を１５
０℃に制御し、比例帯は２０％（４０℃）で、最初ペン
が設定値１５０℃に対し蒸気の弁開度５０％でバランス
していた場合、油流量が２倍になり、弁開度が７５％に
ならなければ必要熱量が得られないとすると、弁を７５
％だけ開けるにはペンが１４０℃まで下がる必要がある
。このような温度降下なしに弁を７５％開はオフセット
をなくすには手動リセットを使い、１５０℃に対応する
弁開度が５０％でなく７５％になるよう比例帯を右へ移
動させる。

比例帯を狭くする（比例感度を上げる）と、調節はｏｎ
−ｏｆｆ動作に近くなって調節感度はあがり、サイクリ
ングはなくなるが、オフセットは増加する。

従って、Ｐ動作は比例帯の加減により訂正動作の大きさ
を変えられ、かつ作動が安全で、一般にプロセス反応速
度が小または中で、負荷変動が小さいプロセスに適用さ
れ、また、ｏｎ−ｏｆｆ動作同様に無定位形のプロセス
にも有効である。

次に、加熱エネルギの供給と冷却エネルギの供給の制御
により温度制御する場合のエネルギのバランスを第７図
に模式的に示す図表により説明する。

すなわち、予め制御周期を定め、目標設定温度と検出し
た実温度の偏差に応じて、加熱または冷却エネルギが０
から１００％まで変化する。

この場合、温度制御される制御対象の熱量に対して加熱
手段の供給エネルギまたは冷却手段のエネルギは同等で
ない場合が多く、第６図に示す射出成形機の場合も加熱
制御の供給エネルギの方が相対的に大きいので、第７図
の図表に示すように目標設定温度から外れた場合に供給
される加熱または冷却エネルギはそれぞれ、図中のＨま
たはＣのような図形で表されるものとなる。

このＨまたはＣは加熱または冷却の能力だけでなく、ス
クリュウの動作により樹脂が可塑化溶融する時の剪断に
よる内部発熱量および外部への放熱量などにより変化す
るものである。

第６図において目標設定温度ｔ℃に対してはｄ℃だけ低
いと１００％の冷却エネルギＣ１が供給され、（ｔ−ｄ
）”Ｃから（ｔ＋ｄ）”Ｃの中間の温度では加熱エネル
ギと冷却エネルギがタイミングを変えてそれぞれ供給さ
れる。

−例として目標設定温度ｔ℃に対して−ｅ℃の場合をと
ると、冷却エネルギＣ２と加熱エネルギＨ２がタイミン
グを変えて供給される。

従って、この場合は加熱エネルギＨ３と冷却エネルギＣ
ｓが等しくなる点（ｔ＋ｆ）’Ｃでバランスすることに
なる。

この場合、比例制御ではｆ　’Ｃのオフセットが生ずる
が、比例制御に積分制御機能を加えたＰｉ副制御用いる
とこのオフセットを解消することができる。

このように、加熱手段と冷却手段を備えた温度制御対象
の温度制御は、加熱手段および冷却手段を１つの温度制
御回路で行われていた。

しかるに、目標設定温度と制御対象の実温度との偏差の
大きさ、またはその変化速度などに応じて演算される制
御量により、あらかじめ定めた制御周期に対してエネル
ギを供給する時間の比率を変化させるＰ（比例）制御、
Ｐｉ（比例、積分）制御、ＰｉＤ　（比例、積分、微分
）制御などの場合、Ｐ、ｉ、Ｄなどの制御定数は勿論、
制御の比例帯も同一の制御となっていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、従来の温度制御装置は以下に述べる難点
を有していた。

すなわち、前述したオフセットは、Ｐｉ副制御より解消
することができるが、これはあ・くまでＣ１とＨｓを一
定制御周期の中でタイミングを変えて供給されるため、
第４図に示すような目標温度ｔ℃に対する大きな温度幅
Ｗのハンチングは避けることはできない。

しかるに、このような加熱手段と冷却手段をもつ制御対
象の温度制御では加熱手段によるエネルギ供給量に対す
る温度上昇特性すなわち加熱負荷と、冷却手段によるエ
ネルギ供給量に対する温度降下特性すなわち冷却負荷が
大きく異なるものが多く、これを同一の温度制御回路で
安定した温度状態に制御することは困難であった。

そこで、本発明の目的は、加熱負荷と冷却負荷が大きく
異なる温度制御対象であっても、制御目標温度のハンチ
ング幅を小さく抑制することができ、高精度でかつ安定
した制御特性が得られる温度制御装置を提供するにある
。

〔課題を解決するための手段〕

先の目的を達成するため、本発明に係る温度制御装置は
、加熱手段と冷却手段とを有し、これら両手段への加熱
エネルギまたは冷却エネルギの供給を目標設定温度と制
御対象の実温度との偏差の方向、大きさまたはその変化
速度等に応じて演算される制御量により、予め定めた制
御周期に対してエネルギを供給する時間の比率を変化さ
せる比例制御、積分制御、微分制御等を前記加熱手段と
冷却手段とに対して別個の制御回路により制御する温度
制御装置からなり、前記加熱手段および冷却手段を異な
る比例帯により制御することを特徴とする。

この場合、前記異なる比例帯は、加熱および冷却を別個
に制御する第１、第２の比例帯からなり、両比例帯の目
標設定値をそれぞれ別個に設定すれば好適である。

また、前記異なる比例帯は、加熱および冷却を別個に制
御する第１、第２の比例帯からなり、両比例帯の幅をそ
れぞれ別個に設定することらできる。

さらに、前記制御周期は、加熱および冷却用としてそれ
ぞれ別個に設定すれば好適である。

一方、加熱および冷却制御の目標温度設定値は、１つの
目標温度設定値を適用し、予め定められた関係式により
内部演算で決定することもできる。

また、加熱および冷却制御の目標温度設定値は、１つの
目標温度設定値を適用し、予め定められた関係式で演算
するに当たり、１組または複数組の中から選択した１組
の関係式の各係数を選択し内部演算で決定してもよく、
さらに加熱および冷却制御の目標温度設定値は、任意に
定め得る時間内の実温度変動の測定結果により内部演算
してもよい。

〔作用〕

本発明に係る温度制御装置によれば、加熱並びに冷却制
御用の両比例帯はそれぞれ別個に設定される。

すなわち、目標設定温度に制御するためのエネルギのバ
ランスは、目標温度設定値において負荷される加熱エネ
ルギおよび冷却エネルギが過大となることなく、より少
ないエネルギの供給による制御となる。従って、温度制
御時における加熱並びに冷却制御のオーバーシュートが
減少され、制御目標温度のハンチング幅を効果的に抑制
することができる。

なおこの場合、制御周期並びに目標温度に対する目標設
定値を、加熱並びに冷却制御用としてそれぞれ別個に設
定するようにすれは、前述のハンチング幅を一層効果的
に抑制することができる。

〔実施例〕

次に、本発明に係る温度制御装置の実施例につき添付図
面を参照しながら以下詳細に説明する。なお、説明の便
宜上第７図に示す従来の構成と同一構成部分については
同一参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

すなわち、第１図は、本発明の第１の一実施例を示す加
熱、冷却制御に対し比例帯を別個に設定した模式的な図
表である。

図に示すように、加熱制御のための第１比例帯Ｈと冷却
制御のための第２比例帯Ｃを別個に設定し、加熱エネル
ギおよび冷却エネルギの供給開始点および供給停止点を
変え、それぞれ設定値をｇ′Ｃ変えたものである。

これにより、目標温度に制御するためのエネルギバラン
スは、加熱エネルギＨ４と冷却エネルギＣ２の供給によ
り第１図の加熱エネルギＨ３と冷却エネルギＣ３の場合
に対し、より小さいエネルギの供給による制御となるた
め、加熱と冷却のエネルギ供給はよりバランスが取れた
ものとなる。

また、第２図は第２の実施例を示し、これは第１比例帯
の幅Ａに対し第２比例帯の幅Ｂを変えて別個に設定した
ものである。

すなわち、加熱エネルギＨ４に対し冷却エネルギの供給
をこれと同等にするため、第２比例帯の幅を変えること
により、エネルギのバランスを取るようにしたものであ
る。

さらに、第３図は第３の実施例を示し、加熱、冷却エネ
ルギの供給周期を変えて別個に設定したものである。

すなわち、第３図の上段に示す線図は加熱、冷却エネル
ギを同一周期で供給する従来方式を示し、同図、下段に
示す線区は加熱エネルギの周期に対し、冷却エネルギを
周期を変えて供給するよう別個に設定しなものである。

しかるに、加熱、冷却エネルギの供給周期を変えること
によりエネルギのバランスを取るようにしたものである
。

このように、第１、第２比例帯を別個に設定することに
より、目標温度に設定するためのエネルギバランスは第
７図に示す従来の加熱エネルギＨｓ、冷却エネルギＣｓ
に対してより小さいエネルギＨ，、ｃ、の供給による制
御となるため、両エネルギの供給はよりバランスが取れ
たらのとなり、第４図に示す従来の２点鎖線で示すハン
チング幅Ｗに対しより小さいハンチング％ｉｗに抑える
ことができる。

また、第４の実施例として、１つの目標設定値に対し、
加熱、冷却制御の目標温度設定値は、例えば下記の（１
）式に示す１組の関係式による演算で決定することがで
きる。

さらに、第５の実施例として、１つの目標設定値の対し
、予め定めた関係式（１）式により加熱、冷却制御の目
標温度設定値は、既に記憶されている１個または複数の
関係式（２−１）、　（２−２）式について使用する関
係式の選択と共に選択された関係式内の係数を選択し任
意に演算で決定することができる。

ｔ　１＝に１　・　１０＋α　１ ＝に２　　・　ｔ　ｏ＋α　２ ・　（２−１） ＝ｋｎ　　−ｔＯ＋α　ｎ し２＝に１°　・ｔｏ−β１ ｔ２＝に２’　　・　ｔＯ−β２ ・　（２−２） ＝ｋｎ　　　−ｔｏ−βｎ 但し、ｔｌ；加熱目標設定値 ｔ２；冷却目標設定値 ｔＯ；目標温度設定値 α〜αｎ、β〜βｎ　　　　・・・定数ｋｌ　〜ｋｎ、
ｋｌ’　〜ｋｎ’　−係数また、第６の実施例として、
目標温度設定値は、任意に定め得る時間内の実温度変動
の測定結果により内部演算で決定することもできる。

以上本発明を好適な実施例について説明したが、本発明
はその精神を逸脱することなく多くの設計変更が可能で
ある。また、本発明は加熱シリンダに限られることなく
、多くの類似の装置、例えば、熱媒の温度をヒータと冷
却水により温度制御してこれを温度制御対象に循環させ
る加熱ロールや、あるいはプラスチック成形用押出ダイ
ス、射出成形金型などの制御にも広く適用できるもので
ある。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明に係る温度制御装置は、加
熱手段および冷却手段に対し、これら両手段への加熱エ
ネルギまたは冷却エネルギの供給を目標設定温度と制御
対象の実温度との偏差の方向、大きさまたはその変化、
速度等に応じて演算される制御量により、予め定めた制
御周期に対してエネルギを供給する時間の比率を変化さ
せる比例制御、積分制御、微分制御等を別個の制御回路
により制御すべく、前記加熱手段および冷却手段を制御
するため比例帯を別個に設定するよう構成することによ
り、温度制御時における加熱並びに冷却のオーバーシュ
ートが減少され、制御目標温度のハンチング幅を可及的
に抑制することが可能となる。

なお、この場合、制御周期並びに目標設定温度に対する
目標設定値を加熱並びに冷却用としてそれぞれ別個に設
定するようにすれば、前記ハンチング幅を抑制すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る加熱並びに冷却用の比例帯の第１
の実施例を模式的に示す図表、第２図は本発明に係る加
熱並びに冷却用の比例帯の幅を変えて設定した第２の実
施例を模式的に示す図表、第３図は加熱、冷却の制御周
期を別個に設定した第３の実施例を示す線区、第４図は
温度制御特性を示すグラフ、第５図（ａ）および（ｂ）
は−船釣な比例帯の説明図表、第６図は本発明に係る温
度制御装置を射出成形機用加熱シリンダに適用した場合
の系統図、第７図は従来の加熱並びに冷却用の比例帯を
模式的に示す図表である。 １０・・・加熱シリンダ １４・・・ヒータ １８・・・熱電対 ２２・・・開閉器 ２６・・・電磁開閉弁 １２・・・スクリュ １６・・・冷却ジャゲット ２０・・・加熱用電源 ２４・・・冷却媒体供給源 ２８・・・温度制御器 ３０・・・温度＃御回路 ３４・・・ヒータ用温度制御回路 ３６・・・冷却ジャゲット用温度制御回路Ａ・・・冷却
用比例帯の幅 Ｂ・・・加熱用比例帯の幅 Ｈ・・・加熱用比例帯（第１比例帯） Ｃ・・・冷却用比例帯（第２比例帯） Ｈ１〜Ｈ４・・・加熱エネルギ ０１〜Ｃ１・・・冷却エネルギ ｔ・・・目標設定温度 Ｗ、ｗ・・・ハンチング幅 ＦＩＧ、１ 冷却エネルギ 図面の浄？Ｆ（内容に変更なし） ＦＩＧ。 玲卸エネルキ゛ 加熱エネルギ ＦＩＧ。 （ｂ） ■ 詞１１渚口量 ＋Ｘｌ　→ ■ ＋００　　１ＸＩ−＋ 制御ｉＩＩ量 ＦＩＧ ＦＩＧ。 加熱エネルギ 手 続 補 正 書 （方式） １、事件の表示 平成 １年特許願第６６３８５号 ２、発明の名称 温度制御装置 ３、補正をする者 事件との関係

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. （１）加熱手段と冷却手段とを有し、これら両手段への
   加熱エネルギまたは冷却エネルギの供給を目標設定温度
   と制御対象の実温度との偏差の方向、大きさまたはその
   変化速度等に応じて演算される制御量により、予め定め
   た制御周期に対してエネルギを供給する時間の比率を変
   化させる比例制御、積分制御、微分制御等を前記加熱手
   段と冷却手段とに対して別個の制御回路により制御する
   温度制御装置からなり、前記加熱手段および冷却手段を
   異なる比例帯により制御することを特徴とする温度制御
   装置。
2. （２）前記異なる比例帯は、加熱および冷却を別個に制
   御する第１、第２の比例帯からなり、両比例帯の目標設
   定値をそれぞれ別個に設定する請求項１記載の温度制御
   装置。
3. （３）前記異なる比例帯は、加熱および冷却を別個に制
   御する第１、第２の比例帯からなり、両比例帯の幅をそ
   れぞれ別個に設定する請求項１または２記載の温度制御
   装置。
4. （４）前記制御周期は、加熱および冷却用としてそれぞ
   れ別個に設定する請求項１ないし３記載の温度制御装置
   。
5. （５）加熱および冷却制御の目標温度設定値は、１つの
   目標温度設定値を適用し、予め定められた関係式により
   内部演算で決定する請求項１ないし４記載の温度制御装
   置。
6. （６）加熱および冷却制御の目標温度設定値は、１つの
   目標温度設定値を適用し、予め定められた関係式で演算
   するに当たり、１組または複数組の中から選択した１組
   の関係式の各係数を選択し内部演算で決定する請求項１
   ないし４記載の温度制御装置。
7. （７）加熱および冷却制御の目標温度設定値は、任意に
   定め得る時間内の実温度変動の測定結果により内部演算
   する請求項１ないし４記載の温度制御装置。