KR20180111566A - 열화 진단 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 보다 간편하게 보다 신속하게 히터의 이상을 판단할 수 있도록 하는 것을 과제로 한다.
정상 시의 히터(111)에서의 히터 특성을 절선 근사하여 기준선을 작성하고, 작성한 기준선으로부터 판정을 위한 허용 범위를 설정한다. 설정한 허용 범위는 기준 기억부(101)에 기억하고, 전류 측정부(103)가, 제어값 취득부(102)에서 취득된 제어값에 따라 히터(111)에 공급되는 전류를 측정하여 측정값을 취득하고, 열화 판정부(104)가, 전류 측정부(103)가 취득한 측정값이 허용 범위를 넘은 것에 의해, 히터(111)의 열화를 판정한다.

Description

열화 진단 장치 및 방법{DETERIORATION DIAGNOSTIC APPARATUS AND METHOD}
본 발명은 히터를 구비하는 가열 장치의 열화를 진단하는 열화 진단 장치 및 방법에 관한 것이다.
공업 프로세스에서는, 재료를 가열하는 프로세스가 다수 존재한다. 이러한 가열의 프로세스에서는, 일반적으로, 전열기(히터)가 이용되고 있다. 또한, 전열기의 동작 제어에서는, 온도 조절계가 이용되고 있다. 온도 조절계는, 열전대나 측온 저항체 등의 온도 센서를 이용하여, 히터가 가열하고 있는 처리 대상(감시 대상)의 온도를 계측하고 있다. 계측한 온도는, 온도 조절계에서 수치 표시된다.
또한, 온도 조절계에서는, 검출한 온도(PV값)와 설정 온도(SP값)에 따라, 제어 출력(MV값)을 구한다. 구해진 제어 출력은, 전력 조정기 등에 의한 히터 조작기에 출력된다. 히터 조작기에서는, 상용 전원으로부터의 100 V의 구동 전류를 상기 제어 출력에 따라 제어하여 히터에 출력한다. 이와 같이 하여 제어되는 히터의 가열에 의해, 처리 대상의 온도를 제어한다. 또한, 온도 조절계는, 이상(異常) 검출 기능을 구비하여, 감시 대상이 되는 처리 대상의 이상 온도, 온도 센서의 이상 등을 검출하고, 검출한 이상 사상을 이벤트 정보로서 외부 출력하여, 경보(알람) 표시한다. 예컨대, 온도를 수치 표시하는 표시기로, 경보 표시를 행한다.
또한, 온도 조절계에서는, 히터의 단선 등의 히터 자체의 이상을 검출하고 있다(특허문헌 1, 2 참조). 예컨대, 히터에 인가하고 있는 전류·전압을 측정하여 실효값 전력을 구하고, 전류와 전압의 관계로부터 또한 저항값을 구하고, 구해진 저항값의 변화, 변화의 정도의 차이로부터 히터의 열화를 판단한다(특허문헌 1 참조). 또한, 제어 출력과 전류값의 실측 측정점을 테이블화한 데이터를 이용하여, 히터 열화를 판단한다(특허문헌 2 참조).
특허문헌 1: 일본 특허 제2683851호 공보 특허문헌 2: 일본 특허 제3988942호 공보
그러나, 전술한 기술에서는, 먼저, 히터에 흐르는 전류와 히터에 인가되는 전압의 측정이 필요로 된다. 또한, 전술한 기술에서는, 저항값 등 이상 진단을 위한 파라미터의 산출이 번잡하다. 또한, 전술한 기술에서는, 저항값의 시간 변화를 조사하기 위해, 경과 시간 등의 측정에 시간을 요한다고 하는 문제가 있었다. 이와 같이, 전술한 기술에서는, 이상의 판단에 이를 때까지 번잡한 계산과 측정이 필요하였다.
본 발명은 이상과 같은 문제점을 해소하기 위해 이루어진 것으로, 보다 간편하게 보다 신속하게 히터의 이상을 판단할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 열화 진단 방법은, 열화 진단 대상의 가열 장치를 구성하는 히터의 정상 시의 특성을 나타내는 기준선을 준비하는 제1 공정과, 히터의 열화 진단을 위한 허용 범위를 설정하는 제2 공정과, 히터를 제어하기 위한 제어값을 취득하는 제3 공정과, 제3 공정에서 취득된 제어값에 따라 히터에 공급되는 전류를 측정하여 측정값을 취득하는 제4 공정과, 측정값이 허용 범위를 넘으면 가열 장치가 열화한 것으로 판정하는 제5 공정을 포함하고, 제1 공정에서는, 정상 시의 히터에서의 제어값과 대응하는 전류의 관계를 나타내는 히터 특성을 근사선화하여 기준선을 작성하고, 제2 공정에서는, 기준선에서의 제어값에 대한 전류값의 상측 허용값 및 하측 허용값로부터 허용 범위를 설정한다.
상기 열화 진단 방법에서, 제1 공정에서는, 히터 특성에서의 제어값의 최소값 및 제어값의 최대값에 설정점을 설정하고, 설정한 설정점을 접속하는 직선에 의한 근사선을 작성하여, 근사선과 히터 특성을 나타내는 곡선 사이의 히터 특성 쪽이 작은 영역과 히터 특성 쪽이 큰 영역의 각각에서 최대 편차를 구하고, 구해진 2개의 최대 편차가 미리 정해진 허용 편차보다 작은 경우, 근사선을 기준선으로 하여, 어느 하나의 최대 편차가 허용 편차보다 큰 경우, 히터 특성의 2개의 최대 편차가 되는 개소에 새롭게 설정점을 설정하고, 새롭게 설정한 설정점과 이미 설정해 둔 설정점에서 인접하는 설정점끼리를 직선으로 접속한 새로운 근사선을 작성하는 근사선 작성 공정과, 새로운 근사선과 히터 특성을 나타내는 곡선 사이의 히터 특성 쪽이 작은 영역과 히터 특성 쪽이 큰 영역의 각각에서 새로운 최대 편차를 구하는 최대 편차 탐색 공정을, 구해진 새로운 최대 편차가 허용 편차보다 작아질 때까지 반복함으로써, 근사선을 기준선으로 한다.
상기 열화 진단 방법에서, 제1 공정에서는, 정상 시의 히터에서, 제어값의 최소·최대의 범위 내에서 복수의 제어값을 설정하여 설정한 각 제어값에서 히터 전류값을 실측하고, 실측의 결과 얻어진 각 제어값과 각 히터 전류값에 따른 복수의 설정점을 이용하여, 인접하는 설정점을 직선으로 접속한 절선을 작성하고, 작성한 절선을 히터 특성을 절선 근사한 기준선으로 한다.
상기 열화 진단 방법에서, 제2 공정에서는, 제어값이 큰 값일수록 허용 범위를 넓게 설정하면 좋다.
본 발명에 따른 열화 진단 장치는, 열화 진단 대상의 가열 장치를 구성하는 히터의 열화 진단을 위한 허용 범위를 기억하는 기준 기억부와, 히터를 제어하기 위한 제어값을 취득하도록 구성된 제어값 취득부와, 제어값 취득부에서 취득된 제어값에 따라 히터에 공급되는 전류를 측정하여 측정값을 취득하도록 구성된 전류 측정부와, 전류 측정부에서 취득된 측정값이 허용 범위를 넘으면 가열 장치가 열화한 것으로 판정하도록 구성된 열화 판정부를 구비하고, 허용 범위는, 히터의 정상 시의 특성을 나타내는 기준선에서의 제어값에 대한 전류값의 상측 허용값 및 하측 허용값으로부터 설정된 것이고, 기준선은, 정상 시의 히터에서의 제어값과 대응하는 전류의 관계를 나타내는 히터 특성을 근사선화한 것이다.
상기 열화 진단 장치에서, 허용 범위는, 제어값이 큰 값일수록 넓게 설정되어 있으면 좋다.
상기 열화 진단 장치에서, 기준선, 허용 범위, 및 제어값 취득부에서 취득된 제어값과 전류 측정부에서 취득된 측정값에 따른 측정점이, 제어값 및 측정값을 축으로 하는 2차원 평면의 좌표상에 배치된 그래프가 표시되도록 구성된 표시부를 구비하도록 하여도 좋다.
이상 설명한 것에 의해, 본 발명에 따르면, 보다 간편하게 보다 신속하게 히터의 이상을 판단할 수 있다고 하는 우수한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에서의 열화 진단 장치의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에서의 열화 진단 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 3은 기준선의 준비에 대해서 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 히터 특성을 제어값 및 측정값을 축으로 하는 2차원 평면의 좌표상의 곡선으로 나타낸 상태를 나타내는 설명도이다.
도 5는 제어값 및 측정값을 축으로 하는 2차원 평면의 좌표상에 나타낸 히터 특성에 대한 기준선 및 허용폭을 나타내는 설명도이다.
도 6은 제어값 및 측정값을 축으로 하는 2차원 평면의 좌표상에 나타낸 히터 특성에 대한 2개의 설정점에 의한 기준선 및 허용폭을 나타내는 설명도이다.
도 7은 제어값 및 측정값을 축으로 하는 2차원 평면의 좌표상에 나타낸 히터 특성에 대한 2개의 설정점에 의한 기준선 및 허용폭을 나타내는 설명도이다.
도 8은 제어값 및 측정값을 축으로 하는 2차원 평면의 좌표상에 나타낸 히터 특성에 대한 4개의 설정점에 의한 기준선 및 허용폭을 나타내는 설명도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 도면을 참조하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시형태에서의 열화 진단 장치(100)의 구성을 나타내는 구성도이다. 이 열화 진단 장치(100)는, 기준 기억부(101), 제어값 취득부(102), 전류 측정부(103), 열화 판정부(104)를 구비한다. 열화 진단 장치(100)는, 히터(111) 및 조작부(112)로 이루어지는 가열 장치의 열화를 진단한다.
기준 기억부(101)는, 히터(111) 및 조작부(112)의 열화 진단을 위한 허용 범위(정상 범위)를 기억한다. 허용 범위는, 열화 진단 대상의 가열 장치를 구성하는 히터(111)의 정상 시의 특성을 나타내는 기준선을 바탕으로 설정되어 있다. 이 기준선도, 기준 기억부(101)에 기억되어 있다.
제어값 취득부(102)는, 제어부(113)가 출력하는 히터(111)(가열 장치)를 제어하기 위한 제어값을 취득한다. 상기 제어값은, 온도 측정부(114)에서 측정된 측정값과 설정되어 있는 설정값으로부터, 제어부(113)에 의해 산출되어, 조작부(112)에 출력된다. 제어부(113)는, 예컨대 온도 조절계이다. 조작부(112)는, 예컨대 잘 알려진 전력 조정기로 구성되어 있다. 조작부(112)가, 상기 제어값에 의해 상용의 전원으로부터 얻어지는 100 V의 구동 전류를 제어하여, 히터(111)에 의한 가열 동작을 제어한다. 이 제어에 의해, 히터(111)를 흐르는 전류값이 결정된다. 제어값 취득부(102)는, 제어부(113)로부터 출력하는 전술한 제어값을 취득하는 기능부이다(특허문헌 1 참조).
전류 측정부(103)는, 히터(111)에 공급되는 전류를 측정한다. 예컨대, 전류 측정부(103)는, 측정값으로서 실효 전류값을 취득한다. 전류 측정부(103)는, 예컨대, 잘 알려진 커런트 트랜스로 구성되어 있다. 실시형태에서, 전류 측정부(103)는, 온도 조절계인 제어부(113)에서의 경보 출력에 이용된다. 이 경우, 전류 측정부(103)는, 히터(111)에의 구동 전류값을 검출하여 제어부(113)에 출력하고, 제어부(113)는 미리 설정된 경보 레벨과 그 검출값을 비교하여, 검출값이 경보 레벨을 넘었을 때, 가열 온도의 이상을 나타내는 경보 신호를 출력하도록 되어 있다. 또한, 측정값은, 평균 전류값이어도 좋다.
열화 판정부(104)는, 전류 측정부(103)에서 취득된 측정값이 허용 범위를 넘으면, 히터(111) 또는 조작부(112)(가열 장치)가 열화한 것으로 판정한다. 예컨대, 열화 판정부(104)는, 측정값을 취득하였을 때에 제어값 취득부(102)에서 취득된 제어값에서의 하측 허용값과 상측 허용값의 범위를, 측정값이 넘은 것에 의해 히터(111) 또는 조작부(112)의 열화를 판단한다. 허용 범위를 넘은 경우, 히터(111)의 열화에 한하지 않고, 조작부(112)에서의 열화나 고장도 판정할 수 있다. 히터(111)에 이상이 없는 경우라도 조작부(112)의 부조(不調)에 의해서도, 히터(111)에 공급되는 전류가 이상이 되는 경우도 있다.
또한, 기준선, 허용 범위, 및 제어값 취득부(102)에서 취득된 제어값과 전류 측정부(103)에서 취득된 측정값에 따른 측정점이, 제어값 및 측정값을 축으로 하는 2차원 평면의 좌표상에 배치된 그래프가, 표시부(105)에 표시된다.
여기서, 기준선은, 제어부(113)가 출력하는 제어값과, 이 제어값에 대응하는 정상 시의 히터(111)에서의 전류의 관계를 나타내는 히터 특성을 근사선화한 것이다. 기준선은, 제어값 및 측정값을 축으로 하는 2차원 평면의 좌표상에서, 1개 이상의 선분(1차식)으로 구성되는 것이다.
예컨대, 정상 시의 히터(111)의 히터 특성을 측정하고, 측정한 히터 특성으로부터 절선 근사에 의해 기준선을 구하면 좋다. 얻어진 히터 특성의 곡선 상에 미리 정해진 조건으로 미리 정해진 수의 설정점(브레이크 포인트)을 마련하고, 마련한 설정점을 직선(선분)으로 접속함으로써 기준선으로 하면 좋다. 또한, 미리 정해진 수의 측정점에서, 정상 시의 히터(111)에서의 제어값에 대한 전류를 측정(실측)하여 전류값(히터 전류값)을 취득하고, 미리 정해진 수의 제어값과 전류값에 따른 설정점을 설정하여, 인접하는 설정점을 직선으로 접속함으로써 기준선으로 하면 좋다.
또한, 허용 범위는, 기준선에서의 제어값에 대한 전류값의 상측 허용값 및 하측 허용값으로부터 설정(구성)된 것이다. 기준선에서의 제어값에 대한 전류값의 상측 허용값에 따른 상측 허용값선과, 기준선에서의 제어값에 대한 전류값의 하측 허용값에 따른 하측 허용값선 사이의 범위가, 히터(111) 또는 조작부(112)를 정상으로 간주할 수 있는 허용 범위가 된다.
다음에, 본 발명의 실시형태에서의 열화 진단 장치(100)의 동작예(열화 진단 방법)에 대해서, 도 2의 흐름도를 이용하여 설명한다.
먼저, 단계 S201에서, 정상 시의 히터(111)에서의 제어값과 대응하는 전류의 관계(히터 특성)를 절선 근사하여 기준선을 작성(준비)하여 기준 기억부(101)에 기억한다[제1 공정]. 다음에, 단계 S202에서, 히터 열화 진단을 위한 허용 범위를 설정하여 기준 기억부(101)에 기억한다[제2 공정]. 허용 범위는, 기준선에서의 제어값에 대한 전류값의 상측 허용값 및 하측 허용값으로부터 설정한다. 허용 범위는, 판정 대상이 되는 히터나 조작부(가열 장치)에 맞추어 적절하게 설정하면 좋다. 여기서, 제어값이 큰 값일수록 허용 범위를 넓게 설정하면 좋다. 일반적으로 제어값이 작을수록 전류값이 취할 수 있는 범위는 작아진다. 따라서, 제어값이 작은 범위에서는, 이상으로 판정하는 폭도 좁게 하고, 제어값이 큰 범위에서는 이상으로 판정하는 폭을 넓게 하면 좋다.
다음에, 단계 S203에서, 열화 판정부(104)가, 판정의 개시를 판단한다. 예컨대, 판정을 실시하는 지시의 입력을 접수함으로써 판단한다. 또한, 예컨대, 판정 주기 시간이 설정되고, 판정 주기 시간의 경과에 의해, 판정의 개시로 하여도 좋다.
판정의 개시를 판단하면(단계 S203의 yes), 단계 S204에서, 제어값 취득부(102)가, 히터(111)를 제어하기 위한 제어값을 제어부(113)로부터 취득한다[제3 공정]. 다음에, 단계 S205에서, 전류 측정부(103)가, 제어값 취득부(102)에서 취득된 제어값에 따라 히터(111)에 공급되는 전류를 측정하여 측정값을 취득한다[제4 공정].
다음에, 단계 S206에서, 열화 판정부(104)가, 전류 측정부(103)에서 취득된 측정값이 허용 범위를 넘었는지의 여부를 판단한다. 측정값이 허용 범위를 넘은 경우, 열화 판정부(104)는, 히터(111)가 열화한 것으로 판정한다.
여기서, 히터(111)의 특성상, 히터(111)의 동작 개시 시에는, 제어에 대한 지연이 발생한다. 따라서, 이러한 응답 지연이 발생하고 있는 상태에서는, 측정값이 허용 범위를 넘는 경우도 있다. 또한, 순간적인 노이즈 등에 의해 측정값이 허용 범위를 넘는 경우도 있다. 따라서, 제3 공정과 제4 공정을 복수회 반복하여, 측정값이 허용 범위를 넘은 상태가, 미리 정해진 지연 시간(예컨대 30 ㎳) 내에서 해소된 경우, 허용 범위를 넘지 않은 것으로 판정하면 좋다.
열화 판정부(104)는, 히터(111)가 열화한 것으로 판정하면(단계 S206의 yes), 단계 S207에서, 이 상태를 통지한다. 예컨대, 표시부(105)에, 경보를 표시함으로써, 사용자에 대하여 히터(111)의 열화 판정을 통지한다.
다음에, 단계 S201에서의 기준선의 준비(작성)에 대해서, 도 3의 흐름도를 이용하여 설명한다. 먼저, 단계 S211에서, 정상 시의 히터(111)에 부여된 상이한 제어값에 대한 히터(111)에 공급된 전류를 측정함으로써, 히터 특성을 취득한다. 이 히터 특성으로서, 예컨대, 도 4에 나타내는 바와 같이, 제어값 및 측정값을 축으로 하는 2차원의 평면상에 나타내는 곡선(401)이 취득된다.
다음에, 단계 S212에서, 얻어진 히터 특성의 곡선 상에서, 일정한 간격으로 설정점을 설정한다. 양단부의 설정점 이외의 설정점은, 근사하는 절선에서의 브레이크 포인트가 된다. 예컨대, 도 5에 나타내는 바와 같이, 제어값 및 측정값을 축으로 하는 2차원 평면의 좌표에서의 곡선(401) 위에, 검은 동그라미로 나타내는 9개의 설정점을 설정한다. 또한, 적어도, 제어값의 최소값과, 제어값의 최대값에는, 각각 설정점을 설정한다. 다음에, 인접하는 2개의 설정점을 직선으로 서로 접속함으로써, 기준선을 작성한다. 예컨대, 도 5에 나타내는 바와 같이, 9개의 설정점을 순서대로 접속하여 기준선(501)을 작성한다. 기준선(501)은, 8개의 선분으로 구성된 것이 된다.
이상과 같이 작성한 기준선(501)에 대하여, 상측 허용값선(502), 하측 허용값선(503)을 설정하고, 상측 허용값선(502), 하측 허용값선(503)에 끼인 영역을 허용 범위로 한다. 상측 허용값선(502), 하측 허용값선(503)도, 복수의 직선(선분)으로 구성된 것으로 된다.
또한, 열화 진단 장치(100)는, CPU(Central Processing Unit; 중앙 연산 처리 장치)와 주기억 장치와 외부 기억 장치와 네트워크 접속 장치 등을 구비한 컴퓨터 기기이다. 컴퓨터 기기인 열화 진단 장치(100)는, 주기억 장치에 전개된 프로그램에 의해 CPU가 동작함으로써, 전술한 각 기능이 실현된다. 또한, 각 기능은, 복수의 컴퓨터 기기에 분산시키도록 하여도 좋다.
그런데, 기준선을 작성하기 위한 설정점은, 다음에 나타내는 바와 같이 설정하여도 좋다. 먼저, 도 6에 나타내는 바와 같이, 제어값 및 측정값을 축으로 하는 2차원 평면의 좌표에서, 히터 특성을 나타내는 곡선(401)에서의 제어값의 최소값 및 최대값에 대응하여 설정점을 배치하고, 이들을 접속하는 근사선(601)을 설정한다. 또한, 근사선(601)에 대하여, 미리 정해진 상측 허용값선(602) 및 하측 허용값선(603)을 설정한다. 상측 허용값선(602)과 하측 허용값선(603)에 끼인 영역이, 허용 범위의 후보가 된다.
전술한 바와 같이 2개의 설정점에 의해 근사선(601)을 결정하여, 허용 범위의 후보를 설정한 상태에서, 곡선(401)이 허용 범위의 후보 내에 들어가고, 근사선(601)과 곡선(401)의 최대 편차가, 미리 설정되어 있는 허용 편차보다 작은 것을 판단한다. 곡선(401)이 허용 범위 내에 들어가고, 최대 편차가 허용 편차보다 작은 경우, 근사선(601)을 기준선으로 한다. 도 6에 나타내는 예에서는, 곡선(401)이 허용 범위를 넘는 영역이 발생하고 있다. 따라서, 이 경우, 도 7에 나타내는 바와 같이, 근사선(601)에 대하여, 측정값의 마이너스의 방향으로 곡선(401)과 편차가 최대값이 되는 개소(611), 측정값의 플러스의 방향으로 곡선(401)과 편차가 최대값이 되는 개소(612)를 구한다[최대 편차 탐색 공정].
다음에, 구해진 개소(611)에서의 곡선(401) 상 및 개소(612)에서의 곡선(401) 상에 새로운 설정점을 추가한다. 다음에, 도 8에 나타내는 바와 같이, 추가함으로써 4개가 된 제어점을 접속하는 새로운 근사선(601a)을 설정한다[근사선 작성 공정]. 또한, 새로운 근사선(601a)에 대하여, 미리 정해진 상측 허용값선(602a) 및 하측 허용값선(603a)을 설정한다.
이와 같이 하여 얻어진 상측 허용값선(602a) 및 하측 허용값선(603a)에 따른 허용 범위에 곡선(401)이 들어가고, 근사선(601a)과 곡선(401)의 최대 편차가 허용 편차보다 작게 되어 있는 것을 확인한다. 도 8에 나타낸 상태에서는, 곡선(401)이 허용 범위에 들어가고, 근사선(601a)과 곡선(401)의 최대 편차가 허용 편차보다 작기 때문에, 근사선(601a)을 기준선으로 한다.
전술한 기준선의 작성 방법에 따르면, 최대 편차를 적절하게 설정함으로써, 실용적인 열화 판정이 가능한 허용 범위를, 설정점을 쓸데없이 늘리는 일없이 설정할 수 있다. 또한, 허용 편차의 설정 조건에 따라, 허용 범위와의 비교를 하는 일없이, 허용 편차와 최대 편차의 비교만으로 근사 곡선을 결정할 수 있다.
또한, 다음에 나타내는 바와 같이 기준선을 작성하여도 좋다. 먼저, 정상 시의 히터에서, 제어값의 최소·최대의 범위 내에서, 복수의 제어값을 설정하고, 설정한 각 제어값에서 히터 전류값을 측정한다. 예컨대, 제어값을 0∼100％의 범위에서 10％폭으로 변화시켜, 각 제어값에서 히터 전류값을 측정한다. 이 측정의 결과 얻어진 각 제어값과 각 히터 전류값에 따른 복수의 설정점을 이용하여, 인접하는 설정점을 직선으로 접속한 절선을, 히터 특성을 절선 근사한 기준선으로 한다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 발명은, 먼저, 정상 시의 히터에서의 제어값과 대응하는 전류의 관계를 나타내는 히터 특성을 절선 근사하여 기준선을 작성한다. 다음에, 기준선에서의 제어값에 대한 전류값의 상측 허용값 및 하측 허용값으로부터 허용 범위를 설정한다. 이와 같이 작성한, 허용 범위를 이용하여, 측정값이 허용 범위를 넘으면 히터가 열화한 것으로 판정하도록 하였다. 이 결과, 본 발명에 따르면, 큰 기억부를 필요로 하는 등 장치 규모를 크게 하는 일 없이 보다 간편하게 보다 신속하게 히터의 이상을 판단할 수 있게 된다.
상기 발명에 따르면, 절선 근사한 기준선을 이용하여 허용 범위를 설정하기 때문에, 허용 범위로서 유지하는 데이터량을 매우 적게 할 수 있다. 기준선은, 직선(1차식)의 조합으로 구성되기 때문에, 허용 범위도 직선(1차식)의 조합으로 구성되게 되어, 데이터량이 매우 적다. 또한, 절선 근사한 기준선을 바탕으로 한 허용 범위를 이용하기 때문에, 허용 범위는 제어값이 취할 수 있는 범위에서 연속한 판정 기준이 된다. 이 때문에, 본 발명에 따르면, 테이블 참조 등의 경우와 다르게, 열화 판정 시에 보간 등을 할 필요가 없다. 또한, 히터에 흐르는 전류값을 측정하면 되기 때문에, 전압을 측정할 필요가 없고, 또한 저항값을 일부러 구할 필요가 없다.
또한, 이상의 판정은, 주기적으로 취득하는 히터 전류값의 순시값을 이용하면 좋고, 판정을 위해, 시간적인 변화의 경향을 구할 필요가 없어, 판정을 신속하게 실시할 수 있다.
그런데, 다음에 나타내는 바와 같이 판정을 하여도 좋다. 예컨대, 허용 범위의 설정을 넓힘으로써, 큰 이상이 되었을 때만 이상으로 판정하도록 하여도 좋다. 또한, 허용 범위의 설정(기준선으로부터의 차)을 복수 단계로 나누어 판단하여도 좋다. 예컨대, 1단계째는 열화의 가능성이 있다고 판단한다. 2단계째는, 열화가 진행되었을 가능성이 있다고 판단한다. 3단계째는, 열화가 확실하다고 판단한다. 이 이상은, 고장이나 단선이라고 판단한다.
또한, 어떠한 제어값에 대하여도 히터 전류 측정값이 항상 거의 0이었던 경우, 히터의 단선(혹은 전력 조정기의 고장, 그 외 가열에 관련한 장치의 완전한 고장)으로서 판정하여도 좋다.
또한, 판정에 지연 시간을 설정하는 경우, 순시값의 이상이 일정 횟수 이상 연속하여 발생하였다면, 처음으로 열화가 확실하다고 판정하여도 좋다. 또는, 측정값이 0에 가까우면 단선이라고 판정하여도 좋다. 이에 의해, 허용 범위를 좁게 하여도 정확한 판단이 가능해진다. 또한, 정상 범위로부터 벗어난 폭에 의해, 이상의 진행도를 판단할 수 있다.
또한, 시간 비례 출력이나 온/오프 제어의 경우, 제어부의 출력은 온 또는 오프 중 어느 하나가 된다. 이 경우, 온 시의 전류값만을 측정하면, 이 측정값이, 허용 범위로부터 저하하고, 또한 높아진 경우에, 히터의 열화나 장치의 이상, 단락의 가능성을 판정하여도 좋다.
또한, PID 제어에 의한 제어값은 0∼100％의 연속값이지만, 시간 비례 출력의 경우는 온과 오프의 시간적인 비율로 조작량(제어값)을 나타내기 때문에, 온 시의 전류만이 측정된다. 따라서, 이 경우, 중간적인 전류값이 발생하면, 정상값으로부터의 차의 정도에 의해 열화나 고장이라고 판단할 수 있다. 또한, 온/오프 제어의 경우도, 출력으로서는 온과 오프 밖에 없기 때문에, 시간 비례 출력 시와 동일하게 취급할 수 있다. 또한, 온/오프 제어에서는, 과도 상태가 발생하기 때문에, 이 과도 상태를 잘못해서 이상으로 판단하지 않도록, 온·오프의 전환으로부터 일정 시간은 판정을 행하지 않도록 하면 좋다.
한편, 온과 오프의 시간이 짧은 경우에, 이상값으로 되어 있던 경우라도 측정이 이루어지지 않고, 또한, 측정되어 있어도, 판정에 지연을 설정하고 있는 경우, 지연 시간이 경과하기 전에 온/오프가 전환하여, 결과적으로 판정할 수 없는 상태가 된다.
이에 대하여, 예컨대, 온 상태에서의 이상이 연속하고 있던 경우는, 온/오프가 전환하여도, 지연을 판정하기 위해 측정되는 경과 시간을 초기화하지 않고 적산한다. 정상값이 나타났을 때만, 측정된 경과 시간을 리셋하면 좋다.
또한, 히터 전류값을 측정하여 판정하지만, 계장(計裝)상은 공급 전력의 저하나, 전력 조정기(조작부)의 부조에 의해, 측정값이 허용 범위를 넘는 경우도 있다. 따라서, 이상으로 판단되고 나서 히터를 정상품으로 교환하여도, 이상의 판정이 해소되지 않는 경우, 히터 이외의 부위에 문제가 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 소위 루프 진단으로서 이용하는 것이 가능하다.
또한, 기준값 생성부를 마련하여, 기준선을 자동 생성하도록 하여도 좋다. 기준값 생성부는, 먼저, 설정되어 있는 제어값폭으로 제어값을 변화시켜 제어부로부터 출력시킨다. 예컨대, 제어값폭은, 10％로 하면 좋다. 또한, 기준값 생성부는, 각 제어값 출력에 대응하여 히터 전류값을 취득하고, 각 제어값과 각 히터 전류값에 따른 복수의 설정점을 설정한다. 다음에, 기준값 생성부는, 인접하는 설정점을 직선으로 접속한 절선을, 히터 특성을 절선 근사한 기준선으로 한다. 기준값 생성부는, 예컨대, 장치에 마련된 지시 버튼의 누름 등에 의한 사용자에 의한 지시 입력을 접수하여, 전술한 동작을 개시하여 기준선을 생성한다. 이와 같이 하여 생성한 기준선을 바탕으로 허용 범위를 설정하면 좋다.
히터 전류값의 특성으로서, 제어값 0％ 부근의 특성에서, 직선성이 매우 낮은 경우가 있다. 이 대책으로서, 제어값을 0％ 내지 100％ 사이에서 측정점을 설정할 때에 1％ 피치로 변화시켜 데이터를 취득하여, 전류값이 0％부터 상승한 부분만 제어값 2％ 피치의 설정점 데이터로 하고, 10％ 이상의 부분은 제어값 15％ 피치에서의 설정점 데이터로 하여도 좋다. 또한 측정은 1％ 피치로 취득하고, 설정점 데이터로서 설정할 때에, 될 수 있는 한 연산 오차가 적어지도록 수동으로 설정점의 수를 설정하여도 좋다.
또한, 본 발명은 이상에 설명한 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상 내에서, 당분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 많은 변형 및 조합을 실시 가능한 것은 명백하다.
101: 기준 기억부 102: 제어값 취득부
103: 전류 측정부 104: 열화 판정부
105: 표시부 111: 히터
112: 조작부 113: 제어부
114: 온도 측정부

Claims (7)

  1. 열화 진단 대상의 가열 장치를 구성하는 히터의 정상 시의 특성을 나타내는 기준선을 준비하는 제1 공정과,
    상기 히터의 열화 진단을 위한 허용 범위를 설정하는 제2 공정과,
    상기 히터를 제어하기 위한 제어값을 취득하는 제3 공정과,
    상기 제3 공정에서 취득된 제어값에 따라 상기 히터에 공급되는 전류를 측정하여 측정값을 취득하는 제4 공정과,
    상기 측정값이 상기 허용 범위를 넘으면 상기 가열 장치가 열화한 것으로 판정하는 제5 공정을 포함하고,
    상기 제1 공정에서는, 정상 시의 상기 히터에서의 제어값과 대응하는 전류의 관계를 나타내는 히터 특성을 근사선화하여 상기 기준선을 작성하고,
    상기 제2 공정에서는, 상기 기준선에서의 제어값에 대한 전류값의 상측 허용값 및 하측 허용값로부터 상기 허용 범위를 설정하는 것을 특징으로 하는 열화 진단 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 공정에서는, 상기 히터 특성에서의 제어값의 최소값 및 제어값의 최대값에 설정점을 설정하고, 설정한 설정점을 접속하는 직선에 의한 근사선을 작성하고,
    상기 근사선과 상기 히터 특성을 나타내는 곡선 사이의 상기 히터 특성 쪽이 작은 영역과 상기 히터 특성 쪽이 큰 영역의 각각에서 최대 편차를 구하고,
    구해진 2개의 최대 편차가 미리 정해진 허용 편차보다 작은 경우, 상기 근사선을 상기 기준선으로 하고,
    어느 하나의 최대 편차가 상기 허용 편차보다 큰 경우,
    상기 히터 특성의 상기 2개의 최대 편차가 되는 개소에 새롭게 설정점을 설정하고, 새롭게 설정한 설정점과 이미 설정해 둔 설정점에서 인접하는 설정점끼리를 직선으로 접속한 새로운 근사선을 작성하는 근사선 작성 공정과, 새로운 근사선과 상기 히터 특성을 나타내는 곡선 사이의 상기 히터 특성 쪽이 작은 영역과 상기 히터 특성 쪽이 큰 영역의 각각에서 새로운 최대 편차를 구하는 최대 편차 탐색 공정을, 구해진 새로운 최대 편차가 상기 허용 편차보다 작아질 때까지 반복함으로써, 상기 근사선을 상기 기준선으로 하는 것을 특징으로 하는 열화 진단 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 공정에서는,
    정상 시의 상기 히터에서, 제어값의 최소·최대의 범위 내에서 복수의 제어값을 설정하여 설정한 각 제어값에서 히터 전류값을 실측하고,
    상기 실측의 결과 얻어진 각 제어값과 각 히터 전류값에 따른 복수의 설정점을 이용하여, 인접하는 설정점을 직선으로 접속한 절선을 작성하고, 작성한 절선을 상기 히터 특성을 절선 근사한 기준선으로 하는 것을 특징으로 하는 열화 진단 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 공정에서는, 상기 제어값이 큰 값일수록 상기 허용 범위를 넓게 설정하는 것을 특징으로 하는 열화 진단 방법.
  5. 열화 진단 대상의 가열 장치를 구성하는 히터의 열화 진단을 위한 허용 범위를 기억하는 기준 기억부와,
    상기 히터를 제어하기 위한 제어값을 취득하도록 구성된 제어값 취득부와,
    상기 제어값 취득부에서 취득된 제어값에 따라 상기 히터에 공급되는 전류를 측정하여 측정값을 취득하도록 구성된 전류 측정부와,
    상기 전류 측정부에서 취득된 측정값이 상기 허용 범위를 넘으면 상기 가열 장치가 열화한 것으로 판정하도록 구성된 열화 판정부를 구비하고,
    상기 허용 범위는, 상기 히터의 정상 시의 특성을 나타내는 기준선에서의 제어값에 대한 전류값의 상측 허용값 및 하측 허용값으로부터 설정된 것이며,
    상기 기준선은, 정상 시의 상기 히터에서의 제어값과 대응하는 전류의 관계를 나타내는 히터 특성을 근사선화한 것을 특징으로 하는 열화 진단 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 허용 범위는, 상기 제어값이 큰 값일수록 넓게 설정되는 것을 특징으로 하는 열화 진단 장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 기준선, 상기 허용 범위, 및 상기 제어값 취득부에서 취득된 제어값과 상기 전류 측정부에서 취득된 측정값에 따른 측정점이, 상기 제어값 및 상기 측정값을 축으로 하는 2차원 평면의 좌표상에 배치된 그래프가 표시되도록 구성된 표시부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열화 진단 장치.
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