JPS6049404A - 温度制御装置の被制御系シミュレ−タ - 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】 本発明は、温度制御装置の被制御系シミュレータに関し
、一層詳細には、現実に被加熱物、熱電対、ヒータ等を
用いることなく温度制御系が機能するか否かを確認する
ための時間比例型温度制御装置の被制御系シミュレータ
に関する。

例えば、押出機（エクストルーダ）は、熱可塑性合成樹
脂を可塑化し、さらにそれをスクリューまたはプランジ
ャにより連続的にグイから押出し所定の形状に成形する
装置であり、この熱可初性樹脂を加熱溶融するために、
押出機には、ヒータ、熱電対、前記熱電対の出力を導入
してヒータのオン・オフを制御するコンタクタおよび温
度のコントローラ等が付設されている。

そして、この温度コントローラにより前記の各種被制御
系を好適に制御することにより最適成形工程を確保して
いる。

第１図に押出機に付設される従来技術に係る温度コント
ローラと被制御系の構成を例示する。

この場合、温度制御系は、被加熱物２を加熱するヒータ
４、前記被加熱物２の温度を測定する熱電対６、前記ヒ
ータ４のオン・オフ動作を制御するコンタクタ８からな
る被制御系１０と、前記熱電対６の測定結果を受容して
時間比例制御演算部１２にその信号を導出する温度検出
部１４とリレー１６等からなる温度コントローラ１８と
から基本的に構成されている。

そこで、一般的には、押出機等の試験時、調整時等にお
いて、それに付設される温度制御系が十分に機能するか
否か確認する必要があるが、温度コントローラ１８を除
く被加熱物２や熱電対６などは比較的容易に入手可能で
あるために、従来、これらのものを電気的、電子的に置
換するような努力はされることが少なかった。特に、温
度コントローラが時間比例型出力を導出する場合、単な
るオン・オフ接点でその制御出力が制御されるため大型
のコンタクタを用意しヒータのオン・オフを図るだけで
よいので被制御系を電子化するなどの努力はなされてい
なかった。

一方、被制御系の熱容量が太き（なったり、ヒータが大
型になったりすると、取り扱いが熱的に危険となり、あ
るいは重量的に困難となるので、実際の制御対象とは異
なった小型の被制御系を予め用意する必要がでてくる。

然しなから、被制御系の制御点数が多いと、板金、小型
なものであっても消費電力が増加し、最近の省エネルギ
ーの要求に適合しなくなる。そこで、実際の制御系によ
く対応できるシミュレータの確保が切実な問題となって
現れるが、現時点ではその構成が極めて複雑となり、コ
ンピユータ化する必要がでてくるため、却って被加熱物
、ヒータ、コンタクタ等を用意した方が手早くまた経済
的にも有利となってしまう等の問題点が指摘されてきた
。

本発明は、前記の不都合を悉く解消するためになされた
ものであって、被加熱物や加熱するためのヒータ、ヒー
タを通電させるためのコンタクタ、熱の測定手段たる熱
電対などを用意することなく比較的簡単な構成で純電子
的に時間比例型温度制御装置がその機能を正常に働かせ
るか否かを容易に確認できる被制御系シミュレータを提
供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、可変周波数発
振器と可逆カウンタと時間比例温度制御入力信号の状態
に応じて前記可変周波数発振器からのパルスを前記可逆
カウンタに与える入力回路と、前記可逆カウンタのカウ
ント値を温度相当出力信号に変換する回路とからなるこ
とを特徴とする。

次に、本発明に係る被制御系シミュレータに関し、好適
な実施例を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に
説明する。

第２図において、参照符号３０は、被制御系シミュレー
タを示し、この被制御系シミュレータ３０は、可変周波
数発振器３２、時間比例出力用の入力回路３４、可逆カ
ウンタ３６、Ｄ　／Ａコンバータ３８、増幅器４０およ
びカウンタ上下限リミッタ４２を含む。すなわち、設定
器３２ａを含む可変周波数発振器３２の出力側は、前記
入力回路３４に接続すると共に前記入力回路３４の２つ
の出力側は、可逆カウンタ３６に接続する。可逆カウン
タ３６は、実質的には、上位桁カウンタ４４および下位
桁カウンタ４６とから構成される。前記上位桁カウンタ
４４の出力側は、一方においてＤ　／Ａコンバータ３８
に接続され、他方においてカウンタ上下限リミッタ４２
の入力側に接続される。また、前記下位桁カウンタ４６
出力側は、前記カウンタ上下限リミッタ４２の入力側に
接続される。カウンタ上下限リミッタ４２の出力側は、
前記入力回路３４に接続しておく。なお、前記Ｄ　／Ａ
コンバータ３８の出力側に接続する増幅器４０の出力側
は、温度コントローラ１８の入力側と接続する。

そこで、以上のように構成される被制御系シミュレータ
３０の作用について説明する。

先ず、可変周波数発振器３２は、設定器３２ａを介して
その周波数を選択的に変化させることにより被制御系の
熱容量の大小等を設定する。また、前記入力回路３４は
、実質的には、可逆カウンタ３６の制御回路であって、
前記可変周波数発振器３２からのパルスａを時間比例温
度制御人力すのオン時間Ｔｏｎとオフ時間Ｔｏｆｆに応
じて前記可逆カウンタ３６に接続されている２本の信号
線に振り分けるゲートの作用を果たす。可逆カウンタ３
６では、その加算用端子（＋）、減算用端子（−）に前
記発振器３２からのパルスａが導入された時、夫々パル
スａにより形成される信号ｃ、ｄを加算若しくは減算す
る。前記可逆カウンタ３６に接続されるカウンタ上下限
リミッタ４２では、可逆カウンタ３６が最大値をカウン
トした時、これを検知して前記入力回路３４のゲートを
閉じ、次のパルスが前記カウンタ３６に導入するのを阻
止する。すなわち、このリミッタ４２が存在しないと、
可逆カウンタ３６が最大値（例えば、２進８桁のカウン
タならば２５５）の時に次のカウントパルスが来るとオ
ーバーフローしてしまい、カウント値がＯ″になってし
まうからである。つまり、温度相当出力信号が、導出さ
れる１つのパルスのために最高温を示す最大値から、最
低温を示す最小値に変化してしまい、実際の温度制御時
にはありえない状態をシミュレートしてしまう。一方、
前記カウンタ３６が“０″、すなわち、最小値のときに
１パルス減　′算すると逆に最大値に変化するが、これ
も前記リミッタ４２により阻止される。

さて、動作初期においては、温度コントローラ１８の温
度設定値に対して、被加熱体は、はるかに低い温度のは
ずである。従って、温度コントローラ１８の接点によっ
て発生する時間比例温度制御信号すは、第３図ａのよう
に一定の制御周期Ｔにおいて、ヒータ導通のためのｏｎ
時間Ｔｏｎがｏｆｆ時間Ｔｏｆｆよりも大きくなってい
る。

この状態で、時間比例温度制御信号すがＴｏｎになると
可逆カウンタ３６の入力回路３４は可変周波数発振器３
２からのパルス信号ａを前記カウンタ３６の加算側端子
（＋）に与えるように動作する。

この場合、同カウンタ３６は、Ｔｏｎの間に前記入力回
路３４を通過する信号Ｃのパルス数をカウントする。

次に、時間が経過して制御周期がＴｏｆｆになると、前
記入力回路３４は、カウンタの減算側（−）に信号ｄを
与え、Ｔ　ｏ　ｆ　’ｆの間に通過するパルス数を前記
カウンタのカウント値から減算する。

この時、Ｔｏｌ　＞　Ｔ　ｏｆ　ｆであるために加算時
のパルス数の方が減算時のパルス数よりも大きく、この
状態で制御周期を何度か経過すると、第３図Ａのｅのよ
うに可逆カウンタ３６のカウント値は上昇していく。す
なわち、上記カウンタの値はヒータの加熱によって時間
と共に徐々に上昇して行く温度変化に相当するものとな
る。

従って、これをＤ　／Ａコンバータ３８でアナログ量に
変換し、さらに増幅器４０によって増幅すれば、被加熱
体の温度を熱電対等で測定したのと等価な電気信号ｆを
形成することができる。

そこで、上記温度相当出力信号ｆを温度コントローラ１
８に与えると温度コントローラ１８は温度上昇が進んで
いることを知り、次第に時間比例温度制御信号すのＴｏ
ｎ時間を少なくするように作動する。そして、温度コン
トローラ１８の温度設定値と温度相当出力信号ｆが等し
くなるとＴｏｎとＴｏｆｆは等しくなるために加算信号
Ｃと減算信号ｄのパルス数が同じとなり、カウンタの値
ｆは第３図Ｂのように一定値を境に上下にふらつく。し
かし、温度相当出力信号の基となるカウンタ値は上位桁
カウンタ４４の出力である上位桁の値のみを用いている
ので下位桁の加減算による変動とは無関係となり、熱容
量の大きな被加熱物が設定温度で安定した時のようにふ
らつくことのない一定値の信号ｆを得ることができる。

一方、設定温度よりも被加熱物の温度が高くなると、第
３図ＣのようにＴｏｎ＜Ｔｏｆｆとなる。

従って、加算パルスＣよりも減算パルスｄの方が大きく
なるために可逆カウンタ３６の値は徐々に減少し、温度
相当出力信号ｆは下がって設定値に近づくようになる。

上記実施例において被加熱体としての熱容量を設定する
には、例えば可変周波数発振器３２の周波数を低くして
みればよい。すると、カウンタの値は時間当たりのパル
ス数が少ないために仲々大きくならず、設定温度に達す
るまでに長時間を要することが判る。つまり周波数を低
くしたことは熱容量を大きくしたことに相当することに
なる。

また、温度信号のふらつきを防ぐ手段としてはＤ　／Ａ
変換器によってアナログ信号に変換してからフィルタを
用いることによっても可能である。

本発明ににれば、以上のように温度コントローラの内部
の接点をオン・オフ制御することによって生じる時間比
例温度制御信号すを模擬的な負荷、すなわち、被加熱体
の作用をする木兄−明のシミュレータに与え、このシミ
ュレータは被加熱体の熱容量を電子的に任意に設定した
うえで、前記信号すを受け入れ、シミュレータ内部でヒ
ータを発熱させ且つ被加熱物を加熱させたのと等価な状
態をつくり、更に、その状態がら熱電対等の測定手段で
温度変化を測定したのと等価な信号ｆをつくり、この信
号ｆを前記温度コントローラの温度検出部へ与えること
により温度制御系を形成することができるように構成し
た。

従って、温度制御において被制御系の被加熱物、ヒータ
、ヒータ通電用コンタクタ、熱電対等を用意しなくても
時間比例出力型の温度制御装置の機能が十分に働くか否
かを容易且つ安全に確認でき、また、省電力等の効果を
得ることがきでるものである。

以上、本発明について好適な実施例を挙げて説明したが
、本発明は押出機の温度制御用シミュレータに限定され
るものではなく、射出成形機、圧縮成形機、トランスフ
ァ成形機、ブロー成形機等にも応用可能である等、本発
明の精神を逸脱しない範囲において種々の改変ができる
ことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技術に係る温度コントローラと被制御系
との相関々係を示すブロック配線図、第２図は、本発明
に係るシミュレータとプロセスコントローラとの相関々
係を示すブロック配線図、第３図は、第２図に示すａ乃
至ｅの点における波形図である。 ２・・被加熱物　４・・ヒータ ６・・熱電対　８・・コンタクタ １０・・被制御系 １２・・時間比例制御演算部 １４・・温度検出部　１６・・リレー １８・・温度コントローラ ３０・・被制御系シミュレータ ３２・・可変周波数発振器 ３４・・入力回路　３６・・可逆カウンタ３８・・Ｄ／
＾コンバータ ４０・・増幅器 ４２・・カウンタ上下限リミッタ ４４・・上位桁カウンタ　４６・・下位桁カウンタ特許
出願人　東芝機械株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＋１１　可変周波数発振器と、可逆カウンタと、時間比
   例温度制御入力信号の状態に応じて前記可変周波数発振
   器からのパルスを前記可逆カウンタに与える入力回路と
   、前記可逆カウンタのカウント値を温度相当出力信号に
   変換する回路とからなる温度制御装置の被制御シミュレ
   ータ。 （２）　特許請求の範囲第１項記載のシミュレータにお
   いて、可逆カウンタにカウンタ上下限リミ“ツタを接続
   し、前記リミフタにより可逆カウンタのオーバーフロー
   等による最大値と最小値間の急変を禁止してなる温度制
   御装置の被制御シミュレータ。 （３）特許請求の範囲第１項記載のシミュレータにおい
   て、可逆カウンタは、上位桁カウンタと下位桁カウンタ
   とからなり、上位桁カウンタのカウント値のみを温度相
   当出力信号に変換させることからなる時間比例型温度制
   御装置の被制御系のシミュレータ。