JPH0973589A - 異常警報装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ヒータの過電流異常や操作端短絡異常を検出
して報知すること。 【解決手段】 制御装置１は制御対象４を設定温度にす
るための操作量をソリッドステートリレー１２で時間比
例の電流に変換して電気ヒータ２の電流を制御すること
により、制御対象４を設定温度にする。この間、制御装
置１の警報判定部１３はカレントトランス３により電気
ヒータ２を流れる電流を検出し、前記操作量が０％にも
拘らず電気ヒータ２を流れる電流が検出されると、操作
端短絡警報を出すと共に、前記操作量が適正出力されて
いるにも拘らず電気ヒータ２を流れる過電流が検出され
ると、過電流警報を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、制御対象を電気ヒ
ータ等で加熱して設定温度に制御する制御装置に組み込
まれて、前記電気ヒータの電流異常等を報知する異常警
報装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から電気ヒータ等で制御対象を加熱
することにより、制御対象を操作量に対応した設定温度
に保持するような制御装置が開発されているが、電気ヒ
ータは劣化によって断線する場合がある。このような電
気ヒータの異常を検出するには、操作量が出力されてい
るにも拘らず電気ヒータに電流が流れていないことを検
知すればよく、かかる検知がなされると電気ヒータ断線
異常と判断して電気ヒータ断線警報を発生する異常警報
装置は既に開発されて普及している。しかし、電気ヒー
タの異常は上記断線だけではなく、電気ヒータに本来流
れるはずのない過大な電流が流れる異常（ヒータ過電流
異常）、或いは操作量が０％にも拘らず、電気ヒータに
電流が流れる異常（操作端短絡異常）などがあるが、こ
れらの異常を検出して警報を発生する異常警報装置で、
しかも、制御装置に組み込まれているものは現在のとこ
ろ存在していない。

【０００３】それ故、電気ヒータに過大な電流が流れて
も、これを検出して警報等を発生することができないた
め、気付くのが遅れて、制御対象やその周辺機器に故障
が発生してしまう恐れがあり、上記のような電気ヒータ
過電流異常や操作端短絡異常等を早期に検出して警報を
出す異常警報装置の開発が要請されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の電気ヒータの異
常を検出して警報を出す異常警報装置で、しかも前記電
気ヒータをアクチュエータとする制御装置に組み込まれ
るものでは、電気ヒータの断線異常を検出することはで
きても、電気ヒータの過電流異常や操作端短絡異常等を
検出することができないため、これらの異常が起きても
気付くのが遅れ、制御対象やその周辺機器に故障が発生
してしまったり、更には製造装置に故障が拡大して製造
ラインが止まるなどの恐れもあった。

【０００５】本発明は上記のような課題を解決するため
になされたもので、電気ヒータの過電流異常や操作端短
絡異常を検出して報知することができる異常警報装置を
得ることを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る異常警報装
置は、被加熱体を設定温度に加熱するために前記電気ヒ
ータに流す電流を決める操作量を求めて出力する制御装
置と、駆動回路から前記電気ヒータへ流れる電流を検出
する電流検出回路と、前記制御装置から出力された操作
量が０％にも拘らず前記電流検出回路により前記電気ヒ
ータを流れる電流が検出された場合に操作端短絡警報を
出力すると共に、同制御装置から出力された操作量が適
正値であるにも拘らず前記電流検出回路により前記電気
ヒータを流れる過電流が検出された場合にヒータ過電流
警報を出力する警報手段とを具備したものである。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態につ
いて説明する。 実施の形態１．図１は本発明の異常警報装置を組み込ん
だ制御装置の実施の形態１を示した機能ブロック図であ
る。１は制御対象４の温度などが設定値になるように、
電気ヒータ等のアクチュエータ２の動作を制御する制御
装置、３はアクチュエータ２に流れる電流を検出するカ
レントトランス（ＣＴ）（電流検出回路）、４は例えば
水槽内の液体等の制御対象（被加熱体）、５は制御対象
４の例えば温度等の状態を検出するセンサである。

【０００８】ここで、制御装置１は、制御対象４の設定
温度とセンサ５により検出した現在温度に基づいて操作
量を求めることにより、前記制御対象４の温度等の状態
が設定温度になるようにアクチュエータ２の動作等を制
御する制御部１１、この制御部１１から出力される操作
量をオン／オフ出力、又は時間比例出力に変換する駆動
回路としての出力ドライバ部１２、アクチュエータ２の
異常を検出して警報を出すかどうかを判定する警報判定
部（警報手段）１３、カレントトランス３が検出した電
流を入力する電流入力部１４、この電流入力部１４によ
り入力された電流値を一旦保存する電流値バッファ１
５、警報判定部１３から出力された警報信号を一旦保存
する警報出力状態バッファ１６、記憶部１８〜２１に判
定基準値を入力する判定基準値入力部１７、制御部１１
から操作量が出力されている時にアクチュエータ２に流
れる最大電流の上限値を記憶する最大電流設定値上限記
憶部１８、制御部１１から操作量が出力されている時に
アクチュエータ２に流すことができる許容最大電流の下
限値を記憶する最大電流設定値下限記憶部１９、制御部
１１から操作量が出力されていないか、或いは操作量が
０％の時にアクチュエータ２に流すことができる許容最
小電流の上限値を記憶する最小電流設定値上限記憶部２
０、制御部１１から操作量が出力されていないか、或い
は操作量が０％の時にアクチュエータ２に流すことがで
きる許容最小電流の下限値を記憶する最小電流設定値下
限記憶部２１を有している。

【０００９】次に本実施の形態の動作について説明す
る。制御装置１の制御部１１はセンサ５により検出され
た制御対象４の例えば温度等の現在値を入力し、この現
在値と予め設定してある制御対象４の温度設定値とを比
較し、この比較結果に基づいて前記制御部４を設定温度
にするための操作量（ＭＶ）を求め、この操作量（例え
ば電圧）を出力ドライバ部１２に与える。出力ドライバ
部１２は操作量をオンオフ電流に変換する場合はリレー
で、操作量を時間比例電流出力に変換する場合はソリッ
ドステートリレーで構成され、入力される操作量をオン
オフする電流出力、又は時間比例する電流出力に変換し
て、これをアクチュエータ２に出力する。アクチュエー
タ２は出力ドライバ部１２により供給される電流などの
出力により動作（例えば発熱等）する例えば電気ヒータ
等で、制御対象４の温度等の状態を変える。制御部１１
は上記のような制御動作により、制御対象４の温度等の
状態を設定値に持っていき、設定値に達すると、これを
保持する制御を行う。

【００１０】一方、制御部１１が上記のような制御を行
っている時、アクチュエータ２に供給された出力値、例
えば電流値がカレントトランス３により検出され、この
検出された電流値が電流入力部１４によって電流値バッ
ファ１５に保存される。警報判定部１３は電流値バッフ
ァ１５に保存された前記電流値を所定のサイクルで読み
込むと共に、制御部１１から出力される操作量の有無又
は大きさを読み込んで、以下に詳述する警報判定処理を
行う。

【００１１】図２は警報判定部１３が実行する警報判定
処理の流れを示したフローチャートである。まず、警報
判定部１３はステップＳＴ２０１にて、出力ドライバ部
１２から出力されている出力の種類がオンオフ制御出力
なのか、或いは時間比例制御等の連続出力なのかを判断
し、連続出力の場合はステップＳＴ２０３に進み、オン
オフ制御の場合はステップＳＴ２０２へ進む。ステップ
ＳＴ２０２にて、警報判定部１３は操作量が出力されて
いるのか、或いは出力されていないオフ状態なのかを判
定し、出力されていない場合はステップＳＴ２０６へ進
み、出力されている場合はステップＳＴ２０４へ進む。
一方、上記したようにステップＳＴ２０３へ進んだ場
合、警報判定部１３は制御部１１から出力されている操
作量が０％より大きいかどうか判定し、０％より大きい
場合はステップＳＴ２０４へ進み、操作量が０％である
場合はステップＳＴ２０６へ進む。

【００１２】警報判定部１３はステップＳＴ２０４にて
電流値バッファ１５から読み込んだアクチュエータ２に
供給されている現在の電流値（以降これを現在値と称す
ることもある）と最大電流設定値上限記憶部１８に記憶
されている最大電流値の上限値とを比較し、前記現在値
が前記最大電流値の上限値以上の場合はステップＳＴ２
１３に進み、そうでない場合はステップＳＴ２０５に進
む。警報判定部１３はステップＳＴ２１３にて過電流警
報信号を発生して、これを警報出力状態バッファ１６を
介して外部に出力する。一方、ステップＳＴ２０５に進
んだ場合、警報判定部１３は前記現在値と最大電流設定
値下限記憶部１９に記憶されている最大電流値の下限値
とを比較し、前記現在値が前記下限値以下であった場合
にはステップＳＴ２１２に進み、そうでない場合はステ
ップＳＴ２１１に進む。警報判定部１３はステップＳＴ
２１２にて過小電流警報信号を発生して、これを警報出
力状態バッファ１６を介して外部に出力する。一方、ス
テップＳＴ２１１に進んだ場合、警報判定部１３は警報
が出ていない場合はなにもせず、警報が出ている場合は
その警報信号の発生を停止して処理を終了する。

【００１３】前述したようにステップＳＴ２０６へ進ん
だ場合、警報判定部１３は前記現在値と最小電流設定値
上限記憶部２０に記憶されている最小電流の上限値とを
比較し、現在値が最小電流上限値以上であった場合はス
テップＳＴ２０８へ進み、そうでない場合はステップＳ
Ｔ２０７へ進む。警報判定部１３はステップＳＴ２０８
にて過電流警報信号を発生し、これを警報出力状態バッ
ファ１６を介して外部に出力する。ステップＳＴ２０７
へ進んだ場合、警報判定部１３は前記現在値と最小電流
設定値下限記憶部２１に記憶されている最小電流の下限
値とを比較し、現在値が最小電流下限値以下であった場
合はステップＳＴ２０９へ進み、そうでない場合はステ
ップＳＴ２１０へ進む。警報判定部１３はステップＳＴ
２０９にて過小電流警報信号を発生し、これを警報出力
状態バッファ１６を介して外部に出力する。ステップＳ
Ｔ２１０に進んだ場合、警報判定部１３は警報が出てい
ない場合は何もせず処理を終了し、警報が出ている場合
はその警報信号の出力を停止した後、処理を終了する。
但し、最小電流設定値下限記憶部２１に記憶されている
最小電流の下限値を０に設定すれば、０以下の電流値は
存在しないため、この判定処理は実用上機能しないよう
にすることもできる。

【００１４】ところで、図示はしていないが警報出力状
態バッファ１６から出力された警報信号はその種類に応
じて発光ダイオード等を発光させたり、或いは警報音等
を発生させたりして、オペレータの視覚や聴覚に訴える
警報となる。又、前記警報信号の種類に応じて液晶表示
装置（ＬＣＤ）等に例えば「過電流が発生しました」等
というメッセージを表示するようにしてもよい。

【００１５】本実施の形態によれば、ステップＳＴ２０
４にて操作量が出力されているか或いは操作量が０％よ
り大きい時に、前記現在値が予め設定された最大電流の
上限値以上であると判断された場合は、アクチュエータ
２に過大な電流が流れていると判断し、この過大な電流
による加熱によって制御対象４が異常に高い温度となっ
て火災等を起こす危険性が生じるため、ステップＳＴ２
１３にて過電流警報を出力することができる。ステップ
ＳＴ２０５にて操作量が出力されているか或いは０％よ
り大きい時に、前記現在値が予め設定された最大電流の
下限値以下の場合は、アクチュエータ２に流れる電流が
小さすぎ、これは何らかの故障によりアクチュエータ２
に電流が流れない或いは流れにくくなっていると判断し
て、ステップＳＴ２１２にて過小電流警報を出力するこ
とができる。

【００１６】更に、ステップＳＴ２０６にて操作量が出
力されていないか操作量が０％の時に、前記現在値が予
め設定された最小電流の上限値以上であると判断された
場合は、アクチュエータ２に本来流れる電流よりも過大
な電流が流れていることを意味し、何らかの故障、例え
ば操作端短絡等が発生したと判断して、ステップＳＴ２
０８にて過電流警報を出力することができる。ステップ
ＳＴ２０７にて操作量が出力されていないか操作量が０
％の時に、前記現在値が予め設定された最小電流の下限
値以下の場合は、アクチュエータ２に本来流れるべき電
流に対して実際に流れる電流値が小さすぎることを意味
し、これは何らかの故障によりアクチュエータ２に電流
が流れていないか或いは流れにくくなっていると判断し
て、ステップＳＴ２０９にて過小電流警報を出力するこ
とができる。これにより、オペレータは上記した過電流
警報や過小電流警報によってアクチュエータ２及びその
周辺機器（出力ドライバ部等）の異常を早期に知ること
ができ、製造ラインを止めるなどの適切な措置を迅速に
とって、大事に至ることを阻止することができる。

【００１７】ここで、アクチュエータ２がバーナーで、
前記操作量によりこのバーナーに供給するガスの量が変
化するような場合には、操作量は０％であっても、バー
ナー等に種火を常につけておく必要があるため、バーナ
ーへ供給するガスは０ではない。従って、上記したステ
ップＳＴ２０７で操作量が０にも拘らずバーナーへの供
給ガス流量が予め決められた最小ガス流量の下限値以下
の場合は、種火系に何等かの異常が発生したと判断さ
れ、このため、ここで警報を出す意味が生じる。

【００１８】尚、警報出力状態バッファ１６から出力さ
れる上記警報信号を、製造ライン全体を制御するホスト
コンピュータ等に入力するようにして、前記警報信号の
種類によってホストコンピュータが製造ラインを自動停
止するようにすることもでき、アクチュエータ２及びそ
の周辺回路の異常が検出されると、直に製造ラインが停
止するようなシステムを構築することもできる。

【００１９】更に、上記実施の形態の説明では、アクチ
ュエータ２として電気ヒータが用いられ、この電気ヒー
タに流れる電流を検出するセンサとしてカレントトラン
ス３が用いられ、出力ドライバ部１２としてリレー又は
ソリッドステートリレーが用いられた場合について説明
したが、前記アクチュエータ２、出力ドライバ部１２及
びセンサとしては被制御対象の種類及び制御する物理量
に応じて、図３に示すような各種のものを用いることが
できる。このように上記実施の形態とは別のものが用い
られても、本発明を適用して同様の効果を得ることがで
きる。例えば、制御する物理量がガス流量の場合、前記
センサとして気体流量センサが用いられ、出力ドライバ
部１２としては弁と、この弁を開閉する開度調整モータ
が用いられ、更にアクチュエータ２としてバーナが用い
られる。その場合、制御対象４は炉体の温度となる。こ
のような構成の場合、警報判定部１３が前記気体流量セ
ンサにより検出した現在のガス流量（現在値）を予め設
定してある最大／最小ガス流量上限／下限値と比較し
て、過大／過小ガス流量警報等を発生することができ
る。

【００２０】実施の形態２．図４は本発明の実施の形態
２を示した機能ブロック図である。１は水槽内の液体等
の制御対象４の温度を設定値とする制御を行う制御装
置、２は制御対象４を加熱する電気ヒータ、３は電気ヒ
ータ２に流れている電流値を測定するカレントトラン
ス、４は水槽内の液体等の制御対象、５は制御対象４の
温度を検出する熱電対、６は電気ヒータ２への電流の投
入遮断を行うリレー、７は電気ヒータ２に電流を供給す
る電源、１２は制御装置１から出力される操作量を時間
比例の電流に変換するソリッドステートリレー（ＳＳ
Ｒ）（駆動回路）である。

【００２１】次に本実施の形態の動作について説明す
る。制御装置１は熱電対５により検出された制御対象４
の温度の現在値を入力し、この現在値と予め設定してあ
る制御対象４の温度設定値とを比較し、この比較結果に
基づいて前記制御対象４を設定温度にするための操作量
（ＭＶ）を求め、この操作量（時間比例の電圧）をソリ
ッドステートリレー１２に出力する。ソリッドステート
リレー１２は入力された操作量を時間比例する電流に変
換して、これを電気ヒータ２に出力する。電気ヒータ２
はソリッドステートリレー１２を通して電源５より供給
される電流により加熱されて発熱するが、その発熱量に
応じて制御対象４の温度は上昇又は下降或いは現在温度
を維持する。制御装置１は上記のような制御動作によ
り、制御対象４の温度を設定値にもっていき、設定値に
達すると、これを保持する制御を行う。

【００２２】上記のような制御動作期間、カレントトラ
ンス３は電気ヒータ２に流れる電流を検出して、その検
出電流値を現在値として制御装置１の警報判定部１３に
フィードバックする。これにより、警報判定部１３は操
作量を適正に出力している場合に、前記現在値と予め設
定されている電気ヒータ２の許容最大電流値とを比較し
て、前記現在値がこの許容最大電流値以上であった場
合、過電流警報を出力すると共に、この過電流警報出力
によってリレー６を遮断する。これにより、電気ヒータ
２への過大電流の供給が停止されると共に、オペレータ
に電気ヒータに過大電流が流れる異常が生じたことが報
知される。

【００２３】又、警報判定部１３は出力している操作量
が０％の場合に、前記現在値と予め設定されている電気
ヒータ２の最小電流値（例えば０）とを比較して、前記
現在値がこの最小電流値よりも大きく、電気ヒータ２に
電流が流れていた場合、操作端短絡警報を出力して、オ
ペレータに異常が生じたことを報知する。更に、警報判
定部１３は操作量を適正に出力している場合に、電気ヒ
ータ２を流れる電流値、即ち、上記現在値が０の場合、
電気ヒータ２が断線したと判断して、これを知らせる警
報を出力して、オペレータに電気ヒータ２の断線を報知
する。

【００２４】本実施の形態によれば、操作量が適正出力
されているにも拘らず、電気ヒータ２に過電流が流れる
異常を検出して、これを過電流異常としてオペレータに
報知することができると共に、操作量が０％にも拘ら
ず、電気ヒータ２に電流が流れていることを検出して、
これを操作端短絡異常として、オペレータに報知するこ
とができる。これにより、オペレータは電気ヒータ２の
過電流異常や操作端短絡異常を直ちに知ることができ、
製造ラインの停止等の適切な措置を迅速にとって、大事
に至ることを防止することができる。なお、電流検出の
ためにカレントトランス３を用いるのは、安価であり、
簡単に入手できる。形状が５ｃｍ×５ｃｍ×１ｃｍ程度
であり、設置が非常に簡単である。カレントトランス自
体に電源を供給する必要がない等の理由による。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、操作量
が適切にも拘らず電気ヒータに流れる電流の現在値が予
め設定されている許容最大電流より大きい場合や、操作
量が０％にも拘らず、電気ヒータに電流が流れているこ
とを検出することにより、電気ヒータの過電流異常や操
作端短絡異常を検出して報知することができる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の異常警報装置を組み込んだ制御装置の
実施の形態１を示した機能ブロック図である。

【図２】図１に示した警報判定部の異常検出及び警報発
生処理の流れを示したフローチャートである。

【図３】本発明を適用して同様の効果を得ることができ
る各制御対象別のアプリケーション例を示した表図であ
る。

【図４】本発明の異常警報装置を組み込んだ制御装置の
実施の形態２を示した機能ブロック図である。

【符号の説明】

１ 制御装置 ２ アクチュエータ（電気ヒータ） ３ カレントトランス（電流検出回路） ４ 制御対象（被加熱体） １２ 出力ドライバ部（駆動回路） １３ 警報判定部（警報手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加熱体を加熱するための電気ヒータ
   と、前記被加熱体を設定温度に加熱するために前記電気
   ヒータに流す電流を決める操作量を求めて出力する制御
   装置と、この制御装置から出力された操作量に応じた電
   流を前記電気ヒータへ時間比例の電流又はオン、オフ電
   流を供給する駆動回路と、この駆動回路から前記電気ヒ
   ータへ流れる電流を検出する電流検出回路と、前記制御
   装置から出力された操作量が０％にも拘らず前記電流検
   出回路により前記電気ヒータを流れる電流が検出された
   場合に操作端短絡警報を出力すると共に、同制御装置か
   ら出力された操作量が適正値であるにも拘らず前記電流
   検出回路により前記電気ヒータを流れる過電流が検出さ
   れた場合にヒータ過電流警報を出力する警報手段とを具
   備する異常警報装置。