JPS63278540A - 液体計量混合装置 - 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、多種類の原料液をそれぞれ計量後、混合して
新たな混合液を作り出す液体計量混合装置に関する。

（従来技術） 従来、液体計量混合装置に適用される計量装置としては
、高精度な計量を達成するために、流速可変に設けたも
のはなく、流速を制限した計量装置が用いられている。

また、従来タイプの液体計量混合装置においては、複数
の供給容器から１つの容器に液を供給する場合、それぞ
れの供給容器に付属して計量装置を具備している。

例えば、容積計量式を用いた場合、第８図に図示する様
に、２液体に対しては２個の計量装置を使用し、流れ込
み量の予測制御のため、２ループの制御機能を有する。

特開昭５６−７４７１５号及び特開昭５７−１６３４２
６号公報ではそれぞれ「調液装置」及び「液体の供給方
法」が開示されており、これら公、報では複数液の流量
が共通の計量装置により計量されているものの、流量を
制限する液供給手段はそれぞれ独立の制御ループにより
制御されている。

すなわち、液の流量は、供給容器内の液量、パルプ流量
特性、液物性等により異なるため、同一の制御機能では
高精度な計量が期待できないことによった。

このことは、タンク計量方式においても同様であり、各
基に付属するアクチェエータの閉止弁はそれぞれ独立ル
ープの制御系で制御される必要がある。

また、高精度な計量を実現するため、流速の異なるパル
プを並列に設置して、所定の計量偏差にて切替る方法が
あるが、この場合でも制御機能として、２ループの制御
が必要である。

ここで、２ループの制御機能と言う表現を使用している
のは、例えば、分散型制御装置等を使用した場合、計量
は１つの制御装置内で処理可能であり、制御装置が２個
必要であるとは言えないからである。しかし、入出力点
数、ソフトウェアからみた場合、２個の制御装置と言え
る。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の液体計量混合装置では、流速一定を前提とした計
量制御ｎのため、以下の欠点を有する。

■　計量精度：外乱や液物性の変化による流速変動によ
り、精度が保証されない事態を生じる。

す８なわち、重力移送の場合、例えば供給側容器の液残
存量により、流出する液の流速は変動するが、残存量の
変化が大きいと流速がある条件範囲をはみ出すため、精
度を悪くした。

また、このことは、供給側容器の液量 をある中白で制限し、液量を常にある一定量以上に確保
する必要があり、液のロスを生じてランニングコスト妻
増加させた。

■　計量範囲二計量範囲が狭い。

この理由は、計量停止しても、系の応 答遅れによる流れ込み量があり、この量が流速により決
定されるため、流速一定のもとでは、計量範囲を狭める
ことにより、許容できる流れ込み量を保証している。従
って、同一液の計量であっても、おのおの適性な計量範
囲の計量装置が必要であり、装置数が増加する。

■　計量時間二計量設定値により計量時間が左右される
。

計量設定値が小さい場合は、計量時間 は短かく、大きい場合は長（なる、従って、製造サイク
ル上適性な計量装置が計量値に応じて必要であり、装置
数が増加する。

また、従来の液体計量混合装置は、前述した理由により
、独立に制御される計量装置を、供給容器毎に多数台設
置し、かつ製造能力の制限による最適計量時間毎に設置
しているため、システムを複雑にすると共に、非常に多
くの計量装置が設備化された。

本発明の目的は、上記事情に基づいてなされたもので、
外乱や液物性の変化による流速変動に影響されない高精
度な計量を実現すると共に、ワイドレンジの計量範囲を
確保し、かつ計量設定値の大小に左右されないで短時間
計量を実現す、る計量制御装置を用い、これによりシス
テムを構成し、設備の簡素化並びに製造能力の増強と、
原材料ロスの低減を計り、 ■　装置台数の低減によるイニシャルコストの低減、 ■　装置台数の低減によるメンテナンス工数低減、 ■　装置台数の低減による信頼性向上による故障低減、 ■　原材料ロスの低減によるランニングコスト低減、等
の経済効果の高い液体計量混合装置を提供することにあ
る。

（問題点を解決するための手段） 本発明の上記目的は、被計量液の計量時に、クローズド
ループ制御にて流速を時々刻々可変にする計量制御装置
が適用されると共に、前記計量制御装置の設備台数が少
なくてすむ液体計量混合装置により達成される。そのた
め、下記の構成要素により、本発明の液体計量混合装置
は構成される。

１）供給容器：計量される液を貯蔵する容器。

容器の容量は、製造に適したスケ ールを要する。

本発明にて、容器の残量の制限は なく、理論的には残量Ｏまで計量 できる、又、液の物性値（例えば、 粘度等）に影響されず、流出可能 な液物性値を有していれば、どん な液でも残１０まで計量可能であ る。

２）開度調整弁：供給容器数に対応した個数分の開度調
整弁を有し、弁の開度が変 化することにより流速を変化させ る流速制御弁である。

また、弁の扱量特性は、弁開度０ ％近傍で弁閉とし、ｌＯ％程度近傍 から液が流れる構造を有している。

１０％以上の流量特性は、クイック オーブン特性以外の特性を有する。

駆動としては、例えばＡＣサーボ モータ等がある。

３）受液容器：製造スケールに通した容量の容器。

４）検出器　：受液容器に配置され、受液容器で受る液
量を計量する機器、混合可 能な液については同一受液容器に て累積計量を可能にする。

５）計量制御装置：流速を変化させるクローズドループ
制御を行う制御装置であり、 ファジィ推論による制御方式によ り、開度調整弁の弁開度を可変に する。即ち、弁の初期開度は弁の 流量特性と計量設定値により、ま た、その後の弁開度の推移は実計 量値と計量設定値に基づいたファ ジィ制御により行われる。

６）切替装置：計量制御装置の出力を、所定の液供給系
の開度調整弁等に切替えて 出力する装置。

本発明の基本構成要素は、上記の通りであるが、流速を
可変するクローズドループの計量制御装置を用いること
が基本となり、かつその計量制御装置はファジィ推論に
基づく制御を行う。

（実施態様） 以下、図面により本発明の実施態様を詳説する。

第１図の１実施態様は、２種液計量混合システムを示し
ている。すなわち、このシステムは、上流側に配置した
供給容器としての２つのタンクから、下流側に配置した
受液容器としての１つのタンクに原料液をそれぞれ供給
することにより、２液体の累積計量を行って混合液を作
り出すものである。

上流側の２つのタンク１．１１にはドレインパルプ（Ｄ
ＲＶ）９．１９と、ストップハＪＬ／ブ（Ｓ　Ｐ　Ｖ）
８．１８を配置した配管路１２．１３がそれぞれ接続さ
れており、前記ＤＲＶ９．１９にはそれぞれ開度調整弁
（ＦＣＶ）７．１７が付属して設けられている。

前記開度調整弁（ＦＣＶ）７．１７は、第３図に図示す
る通り、それぞれの流量特性がイコールパーセント特性
を有すると共に、弁開度０％近傍で全閉とし、１０％程
度近傍から液が流れる特性を有している。

前記配管路１２．１３は端部において共通の連結管２０
に連設されており、前記連結管２０は洗浄・廃液バルブ
（ＣＶＤ）ＩＱを備えて下流側のタンク２に液を移送可
能にしている。また、前記連結管２０の上流側には洗浄
開始弁（ＣＩＶ）１４及びエア抜き弁（ＡＤＶ）１５が
配置されており、前記ＣｆＶ１４は洗浄液を連結管２０
内に導入可能に設けている。

前記下流側のタンク２には、被計量液の重量を′計測す
る検出器としてのロードセル４が配置されている。ロー
ドセル４はロードセルアンプ５を通して計量制御装置３
と接続されている。

前記計量制？２Ｉｌ装置は、サーボドライバ６を介して
切替装置１６と接続されており、前記ＦＣＶ７゜１７の
流量特性、前記ロードセル４により計量される液の実計
量値及び計量設定値とに基づいてファジィ制御を行う。

前記切替装置１６は、前記２系統の液供給路１２゜１３
に配置された前記ＦＣ■Ｔ、１７及び前記５ｐｖ８．１
８を駆動するサーボモータ２１．２２とそれぞれ接続し
ており、計量制御装置３により制御されるサーボドライ
バ６の駆動指令を、選択される系に切替えて出力する。

次に、上記のように構成された液体計量混合装置につい
て動作プロセスを、第１図と共に第２図の制御ブロック
図を用いて説明する。

計量制御装置３に製造条件（タンク１の液の計量、続い
てタンク１１の液の計量等々の条件）が指定される。

計量制御装置３に計量設定値が設定され、ＤＲＶ９，１
？、Ｃ’ＤＶＩＯが計量系ラインに切り換えられる。計
量開始が指示されると、５ＰＶ８が開となり、ＦＣＶ７
が、予め定められた開度となるように、計量制御装置３
からサーボドライバ６に位置指令が伝送され、サーボモ
ータ２１を駆動して指示された位置にＦＣＶ７の弁ボー
トを設定して、開度を調整し、原材料の流れを引き起こ
す、この際、ＦＣＶ７の初期開度は、弁の流量特性と計
量設定値とにより、計量制御Ｂ装置のファジィ制御部３
０２がファジィ推論に基づいて算出する。これにより、
タンク１の原材料は、タンク２に移送され始める。タン
ク２のロードセル４は、移送された原材料の重量を検知
し、その値をロードセルアンプ５を通じて計量制御装置
３にフィードバックする。

計量制御装置３はフィルタ演算部３０１が、フィードバ
ックされた実重量値から、計量設定値との偏差、偏差の
時間変化量を演算すると共に、これら量にローパスフィ
ルタ処理を施した値を算出する。前記ファジィ制御部３
０２はこの算出された値をもとに、ファジィルールに基
づく推論演算を行い、次の制御周期において適切な流速
となる弁開度を求める。この際、ファジィ推論によるメ
ンバーシップ関数は、偏差量及び偏差時間変化量の各物
理量に対応する軸の分割が、物理量の小さい区間を細か
くした例えば片対数とする第４図のような形を有する。

これは、計量精度向上並びに短時間計量を目的とするた
めであり、偏差量が大であれば、制御性の良い事は必要
なく、偏差量が小である場合に制御精度を向上させる必
要があるからである。このことは、−次フィルタ処理機
能にも当てはまり、偏差量等が小さい場合に一次フィル
タの偏差量等を使用し、計量検出器の動特性を緩和して
計量精度を向上させる。

計量開始後、計量偏差が小さくなると、ＦＣＶ７は開度
を絞り、微小流速となる。計量偏差、計量偏差の時間変
化量が小さくなり、計量偏差がある値以下になると、計
量停止し、５ＰＶ８は閉となり、ＦＣＶ７は全閉方向に
移動する。このとき、流速は微小であり、流れ込み量は
微小である。よって、計量停止後の流れ込み量は小さく
なり、計量精度は、流速変動に依存せず向上する。また
、ＦＣＶｌは、第３図の流量特性を有することにより、
偏差０近傍にて弁開度約１０％程度をファジィ推論演算
に基づき推移する。従って、弁の機械的ガタ等があって
も、このプントゾーン及びファジィ制御方式により、こ
のガタ等の悪影響を吸収し、高精度の計量が出来る。更
に、計量範囲において、計量設定値とかプロセスの系に
よりＦＣＶ７の動作が変わり、計量設定値の大小を問わ
ず同一計量装置にて計量ができ、計量範囲が拡大する。

但し、検出端の静的精度内である。又、計量時間におい
ても、ＦＣＶ　７の動作パターンが変化し、計量設定値
の大小を問わず、はぼ同一の短時間の計量ができる。

次に、タンク１１の液の計量に切りかわる。切替装置１
６をタンク１１側のＦＣＶｌ７に切替える。計量設定値
は予め設定されており、計量開始指令に従い上記と同様
な制御を行い計量する。制御装置内の制御機能は同一で
あり、操作端のＦＣＶｌ７及び５ＰＶ１８に出力信号が
切替装置１６にて切替られるのみである。

液は、連結管２０を共有して、タンク２に移液される。

この連結管の意味は、配管口径を大きくして、配管中の
残液を自然落下させる。従って、計量精度を向上させる
ために、本連結管の配管長は極力短いことが必要である
。しかし、本連結管を使用せずにタンク２に各々単独配
管して接続する方法もある。この場合、タンク２の大き
さが有限であるため混合される液量が制限される。加え
て、複数の液を受液する場合、配管構成が困難となる設
備上の問題がある。しかし、反面、連結管中の残量が問
題となる超高精度の計量には有利である。

なお、前記ＦＣＶ１７の流量特性は、前記ＦＣＶ７のそ
れと同じとして説明したが、それぞれの流量特性が異っ
ていても、デッドゾーン近傍の特性が大きく変わらなけ
れば、計量開始後の開度調整弁の挙動は異なるが、計量
終了直前の挙動はほぼ同等となり、同一のメンバーシッ
プ関数並びにファジィルールにて計量はできる。

従って、システム構成、バルブ特性等の違いに因らず容
易に高精度、広範囲、短時間の計量が達成できる。

本発明は、液体における加算式計量（計量タンクに貯め
て計量する方式）の−例であり、図中のＤＲＶ９，１？
、ＣＤＶＩＯ１ＣＩＶ１４（洗浄開始弁）、ＡＤＶ１５
（エア抜き弁）は、付随的な洗浄、廃液等のための弁で
ある。

従って、例えばタンク１の液を計量し、その後洗浄を行
い、次にタンク１１の液を計量する場合について、タン
クｌの液の計量終了後、連結管のみの洗浄であれば、Ｃ
ＤＶＩＯを廃液側に切替で、ＣＩＶ１４を開として洗浄
する。この時、ＡＤＶ１５は閉、５ＰＶ８と５ＰＶ１８
も閉とする。ある所定の時間洗浄すると、ＣＩＶ１４は
閉となり、ＡＤＶ１５は開となる。その後、ＡＤＶ１５
は閉となり、次のタンク１１の計量に入る。

次に、第１図に図示した装置を用い、前述したプロセス
に基づいて行った計量結果を示す。

本結果の計量装置は、最大１０ｋｇの計量ができ、ロー
ドセルの精度は５ｏｏｏ分の１である。ＦＣＶ（開度調
整弁）はサーボモータにて位置制御され、計量制１ｎＶ
ｔ置から位置指令が出力される。

第５図は、２種類の開度調整弁の流量特性を示す、この
２種類の開度調整弁を第１図の構成系に設置して制御方
式等全く変更せずに計量を行った。

第６図は、その時の１０００　ｇ計量結果を示す０図５
−ａは図５−ａの流量特性を持つ開度調整弁の結果であ
り、図６−ｂは図５−ｂの結果である。

第６図から明らかなように、当然開度調整弁の弁開度の
動作パターンは変わるが、はぼ同じ計量時間で、高精度
の計量が得られた。

本系での実験では、同一の一体について行い、開度調整
弁の流量特性を異ならせて、液物性の違いによる効果を
評価した。更には、上流タンクの液量を異ならせての実
験も行った。その結果、同一の制御装置にて、開度調整
弁への出力箇所の変更のみで、高精度、広範囲、短時間
計量が確認できた。

また、本計量系では、第５図に示したように、液の残存
量により同−開度であっても流量、すなわち流速は異な
る。しかし、液の残存量を各水準にて測定したが、当然
弁開度の動作パターンは異なるものの、計量時間、計量
精度共に同一の結果を得た。又、計量範囲についても、
１１００の範囲にて、±１．Ｏｇ以内の精度が保証され
た。

前記実施Ｂ襟では、２液体を計量、混合する場合につい
て述べたが、本発明は、同一受液容器にて計量する液種
の数が多数あってもよい、しかし、システム上、同一計
量装置にて制御される開度調整弁の数としては、約８上
程度が望ましい。

本発明の変更例を第７図に図示して説明する。

この変更例は、検出器を受液容器に配置して計量する加
算計量方式と、検出器を供給容器に配置して流出液量を
計量する減算計量方式と、を組み合わせた構成からなっ
ている。なお、加算計量方式については、先の第１図で
述べた実施Ｂ様と同一構成要素を有しているので、一部
同一符号を用いて説明は省略する。

図中、第Ｎ番目の供給容器は、ロードセル４１が配置さ
れて計量タンクＮとしても用いられている。

すなわち、このタンクＮに充填された原料液は流出量が
ロードセル４１により計量されると共に、受液容器であ
るタンク２に供給されてロードセル４により累積計量さ
れる。累積計量方式及び減算計量方式により得られた実
計量値はそれぞれのロードセルアンプ５．５１を介して
それぞれの計量制御部３１．３２にフィードバックされ
る。計量制御部３１、３２はそれぞれ設定された計量設
定イ九との間で偏差及び偏差時間変化量を算出し、ファ
ジィルールに基づいた開度指令を出力する。２つの計量
制御部３１．３２の出力は制御方式切替装置３３により
切替えられてサーボドライバ６を制御する。

上述のような構成とすることにより、例えば、減算計量
にて微小計量を行い、加算式計量にて計量設定値の大き
なものを計量することで、更に広い計量範囲の計量が出
来る。

更に、溶液のみの製造システムでは、計量タンクに攪拌
機、温水循環装置等を付帯設備として設置して、調製タ
ンクとして位置付けると、計量、混合、反応等が同一容
器にて行う事が出来る。

また、前記実施Ｂ様では、計量のための検出装置とし、
ロードセルを例として挙げたが、他の検出器にても可能
である０例えば、差圧伝送器等の圧力検出器、各種レベ
ル計等がある。なお、ここで、計量範囲は、その検出器
の静的精度により異なる。

更に、開度調整弁の駆動装置としてサーボモータを例と
して述べたが、位置制御出来る装置であれば、いずれの
機器でもよい。

（発明の効果） 以上記載したとおり、本発明の液体計量混合装置によれ
ば、計量設定値、残存液量、液物性等に左右されない計
量装置の適用により、 ■　計量装置台数の低減 ■　原材料のロスの低減 ができるため、下記の経済的効果を得ることができる。

■　装置台数の低減によるイニシャルコスト低減 ■　装置台数の低減によるメンテナンス工数低■　装置
台数の低減による信頼性向上による故障低減 ■　流速制御のため原材料の残存量（ヘッド差）等に影
響されず、原材料ロスの低減によるランニングコスト低
減

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施態様による２種液計量装置の構
成図、第２図は本発明による多種液計量混合装置を説明
する制御ブロック図、第３図は開度調整弁の流量特性図
、第４図はファジィ制御のメンバーシップ関数を説明す
る図、第５図は本発明を検証するために行われる実験に
おいて適用される弁の流量特性図であり、（ａ）に流速
大のタイプを、Ｔｂｌに流速小のタイプを、示しており
、第６図は実験の計量結果を示しており、（ａ）及び偽
）は第５図の（８）及び（ｂｌに対応して得られたもの
であり、第７図は本発明の変更例による装置構成図、第
８図は従来装置を説明する概念図である。 １．１１．Ｎ・・・上流側タンク（供給容器）、２・・
・下流側タンク（受液容器）　、３．３１．３２・・・
計量制御装置、４．４１・・・ロードセル、５．５１・
・・ロードセルアンプ、６・・・サーボドライバ、７．
１７・・・開度調整弁（ＦｃＶ）　、８．１８−ｘトッ
プバルブ、９，１９・・・ドレインバルブ（ＤＲＶ）、
１０・・・洗浄・廃液バルブ（ＣＤ　Ｖ）　、１２．１
３・・・配管路、１４・・・洗浄開始弁（ＣＩ　Ｖ）　
、１５−１７抜き弁（Ａ　Ｄ　Ｖ　）　、１６−・・切
替装置、２０・・・連結管、２１．２２・・・サーボモ
ータ、３３・・・制御方式切替装置、３０１・・・フィ
ルタ演算部、３０２・・・ファジィ制御部。 代　理　人　　弁理士（８１０７）佐々木　清隆第３図 イ＾見＋（％） 第　　５　　図 （ａ）一部監く・クイ７・、ｉｔ勉」・ｔ４？Ｍ層（−
一 粋閉潰（匍う

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）流速を変化させるクローズドループの液体計量方法
   により複数液を累積計量して混合する液体計量混合装置
   であって、原料液が充填された複数の供給容器と、供給
   容器からの液を受け混合する受液容器と、所定範囲で流
   量を生じないデッドゾーンを有し、各供給容器に付属し
   て流量を制限する開度調整弁と、前記受液容器に配置さ
   れて液を計量する検出器と、前記検出器により観測され
   る実計量値及び任意に設定される計量設定値とに基づい
   てファジィ制御を行い、前記開度調整弁の弁開度を算出
   する計量制御装置と、計量制御装置の出力を切替えて所
   定の前記開度調整弁に出力する切替装置と、から成るこ
   とを特徴とする液体計量混合装置。