TWI700569B

TWI700569B - 劣化診斷裝置以及方法

Info

Publication number: TWI700569B
Application number: TW107105702A
Authority: TW
Inventors: 平山文; 本橋勇人
Original assignee: 日商阿自倍爾股份有限公司
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2018-02-21
Publication date: 2020-08-01
Also published as: TW201837636A; JP6800072B2; KR102053191B1; CN108692963A; KR20180111566A; JP2018174046A

Abstract

本發明的劣化診斷裝置以及方法能夠更簡便且更迅速地判斷加熱器的異常。

對正常時的加熱器(111)的加熱器特性進行折線逼近以製作基準線，並根據製作好的基準線設定用於判定的容許範圍。將設定後的容許範圍存儲在基準存儲部(101)中，電流測定部(103)測定按照由控制值取得部(102)取得的控制值而供給至加熱器(111)的電流以取得測定值，劣化判定部(104)根據由電流測定部(103)取得的測定值超出了容許範圍的情形，判定加熱器(111)的劣化。

Description

劣化診斷裝置以及方法

本發明涉及一種對具備加熱器的加熱裝置的劣化進行診斷的劣化診斷裝置以及方法。

在工業製程中，存在大量對材料進行加熱的製程。在這樣的加熱的製程中，一般使用電熱器(加熱器)。又，在電熱器的動作控制中使用溫度調節計。溫度調節計使用熱電偶或測溫電阻體等溫度感測器來測量加熱器進行加熱的處理物件(監視物件)的溫度。測量出的溫度在溫度調節計中進行數值顯示。

又，在溫度調節計中，依照檢測出的溫度(PV值)和設定溫度(SP值)，求出控制輸出(MV值)。將所求出的控制輸出，輸出到基於電力調整器等的加熱器操作器。在加熱器操作器中，根據上述控制輸出而控制來自商用電源的100V的驅動電流，並輸出到加熱器。藉由這樣控制的加熱器的加熱來控制處理物件的溫度。又，溫度調節計具備異常檢測功能，並檢測作為監視物件的處理物件的異常溫度、溫度感測器的異常等，將檢測出的異常現象作為事件資訊而輸出到外部，從而進行警報(警告)顯示。例如在對溫度進行數值顯示的顯示器上進行警報顯示。

又，在溫度調節計中，檢測加熱器的斷線等加熱器自身的異常(參照專利文獻1、2)。例如，測定施加到加熱器的電流/電壓而求出有效值電力，並根據電流與電壓的關係進而求出電阻值，根據所求出的電阻值的變化、變化的程度的差異來判斷加熱器的劣化(參照專利文獻1)。又，使用將控制輸出和電流值的實測測定點表格化而得的資料來判斷加熱器劣化(參照專利文獻2)。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利第2683851號公報

專利文獻2：日本專利第3988942號公報

然而，在上述技術中，首先，需要測定流到加熱器的電流以及施加到加熱器的電壓。又，在上述技術中，電阻值等用於異常診斷的參數的計算繁瑣。又，在上述技術中，存在為了調查電阻值的時間變化，經過時間等的測定需要時間這樣的問題。這樣，在上述技術中，直至異常的判斷為止，需要繁瑣的計算以及測定。

本發明是為解除上述問題點而完成者，其目的在於能夠更簡便且更迅速地判斷加熱器的異常。

本發明的劣化診斷方法包括：第1步驟，準備基準線，前述基準線表示構成作為劣化診斷物件的加熱裝置的加熱器的正常時的特性；第2步驟，設定用於加熱器的劣化診斷的容許範圍；第3步驟，取得用於控制加熱器的控制值；第4步驟，測定按照在第3步驟中取得的控制值而測定供給至加熱器的電流，以取得測定值；以及第5步驟，當測定值超出容許範圍時，判定為加熱裝置發生了劣化，在第1步驟中，將加熱器特性逼近線化以製作基準線，前述加熱器特性表示正常時的加熱器的控制值與對應的電流的關係，在第2步驟中，根據基準線上的相對於控制值的電流值的上側容許值以及下側容許值來設定容許範圍。

在上述劣化診斷方法中，在第1步驟中，在加熱器特性中的控制值的最小值以及控制值的最大值處設定設定點，並製作基於連接所設定的設定點的直線而成的逼近線，在逼近線與表示加熱器特性的曲線之間的加熱器特性較小的區域與加熱器特性較大的區域，分別求出最大偏差，在所求出的2個最大偏差小於既定的容許偏差的情形下，將逼近線作為基準線，在任一個最大偏差大於容許偏差的情形下，重複進行逼近線製作步驟和最大偏差搜索步驟，直到求出的新的最大偏差變得小於容許偏差為止，從而將逼近線作為基準線，其中，前述逼近線製作步驟為：在加熱器特性的成為2個最大偏差的位置設定新的設定點，製作用直線將新設定的設定點和已經設定的設定點中相鄰的設定點彼此連接而成的新的逼近線，前述最大偏差搜索步驟為：在新的逼近線與表示加熱器特性的曲線之間的加熱器特性較小的區域與加熱器特性較大的區域，分別求出新的最大偏差。

在上述劣化診斷方法中，在第1步驟中，於正常時的加熱器中，在控制值的最小/最大的範圍內設定複數個控制值，並在所設定的各控制值處實測加熱器電流值，作為實測的結果，使用基於得到的各控制值與各加熱器電流值的複數個設定點，製作用直線連接相鄰的設定點而成的折線，並將製作好的折線作為對加熱器特性進行折線逼近後的基準線。

在上述劣化診斷方法中，在第2步驟中，控制值越大，則將容許範圍設定得越寬為佳。

本發明的劣化診斷裝置具備：基準存儲部，其存儲容許範圍，前述容許範圍用於構成作為劣化診斷物件的加熱裝置的加熱器的劣化診斷；控制值取得部，其構成為取得用於控制加熱器的控制值；電流測定部，其構成為測定按照由控制值取得部取得的控制值而供給至加熱器的電流，以取得測定值；以及劣化判定部，其構成為當由電流測定部取得的測定值超出容許範圍時，判定為加熱裝置發生了劣化，容許範圍係根據基準線上的相對於控制值的電流值的上側容許值以及下側容許值而被設定者，該基準線表示加熱器的正常時的特性，前述基準線係將表示正常時的加熱器中的控制值與對應的電流的關係的加熱器特性逼近線化而成者。

在上述劣化診斷裝置中，前述控制值越大，則前述容許範圍被設定得越寬為佳。

在上述劣化診斷裝置中，還可以具備顯示部，前述顯示部構成為顯示有曲線圖，前述曲線圖透過在以控制值以及測定值為軸的二維平面座標上配置基準線、容許範圍、以及由控制值取得部取得的控制值和由電流測定部取得的測定值所得的測定點而成。

基於以上說明，根據本發明，可以得到能夠更簡便且更迅速地判斷加熱器的異常這樣的優異的效果。

100‧‧‧劣化診斷裝置

101‧‧‧基準存儲部

102‧‧‧控制值取得部

103‧‧‧電流測定部

104‧‧‧劣化判定部

105‧‧‧顯示部

111‧‧‧加熱器

112‧‧‧操作部

113‧‧‧控制部

114‧‧‧溫度測定部

圖1是示出本發明的實施方式中的劣化診斷裝置的構成的構成圖。

圖2是對本發明的實施方式中的劣化診斷方法進行說明的流程圖。

圖3是用於說明基準線的準備的流程圖。

圖4是示出使用以控制值以及測定值為軸的二維平面座標上的曲線來表示加熱器特性的狀態的說明圖。

圖5是示出在以控制值以及測定值為軸的二維平面座標上表示的針對加熱器特性的基準線以及容許幅寬的說明圖。

圖6是示出在以控制值以及測定值為軸的二維平面座標上表示的基於針對加熱器特性的2個設定點而得的基準線以及容許幅寬的說明圖。

圖7是示出在以控制值以及測定值為軸的二維平面座標上表示的基於針對加熱器特性的2個設定點而得的基準線以及容許幅寬的說明圖。

圖8是示出在以控制值以及測定值為軸的二維平面座標上表示的基於針對加熱器特性的4個設定點而得的基準線以及容許幅寬的說明圖。

下面參照圖式對本發明的實施方式進行說明。圖1是示出本發明的實施方式中的劣化診斷裝置100的構成的構成圖。該劣化診斷裝置100包括：基準存儲部101、控制值取得部102、電流測定部103以及劣化判定部104。劣化診斷裝置100診斷由加熱器111以及操作部112構成的加熱裝置的劣化。

基準存儲部101存儲用於加熱器111以及操作部112的劣化診斷的容許範圍(正常範圍)。容許範圍基於基準線而設定，該基準線表示構成作為劣化診斷物件的加熱裝置的加熱器111的正常時的特性。該基準線也存儲在基準存儲部101中。

控制值取得部102取得控制部113所輸出的用於控制加熱器111(加熱裝置)的控制值。根據溫度測定部114測定出的測定值和所設定的設定值，控制部113算出上述控制值並向操作部112輸出。控制部113例如為溫度調節計。操作部112例如由公知的電力調整器構成。操作部112根據上述控制值來控制從商用電源得到的100V的驅動電流，從而控制加熱器111的加熱動作。藉由該控制來確定流過加熱器111的電流值。控制值取得部102是取得從控制部113輸出的上述控制值的功能部(參照專利文獻1)。

電流測定部103對被供給至加熱器111的電流進行測定。例如，電流測定部103取得有效電流值作為測定值。電流測定部103例如由公知的電流互感器構成。在實施方式中，電流測定部103被用於作為溫度調節計的控制部113中的警報輸出。在該情形下，電流測定部103檢測流向加熱器111的驅動電流值並向控制部113輸出，控制部113將該檢測值與預先設定的警報級別進行比較，在檢測值超過了警報級別時，輸出表示加熱溫度異常的警報信號。另外，測定值也可以是平均電流值。

在由電流測定部103取得的測定值超過容許範圍時，劣化判定部104判定加熱器111或者操作部112(加熱裝置)發生了劣化。例如，劣化判定部104根據在取得測定值時測定值超過了由控制值取得部102取得的控制值中的下側容許值與上側容許值的範圍這一情形，判斷加熱器111或者操作部112的劣化。在超過了容許範圍的情形下，不僅限於加熱器111的劣化，還能判定操作部112中的劣化或故障。有時即使在加熱器111沒有異常的情形下，供給至加熱器111的電流也會因操作部112的不正常而變得異常。

此外，在顯示部105上顯示曲線圖，該曲線圖是將基準線、容許範圍以及基於由控制值取得部102取得的控制值和由電流測定部103取得的測定值而得的測定點配置在以控制值以及測定值為軸的二維平面座標上而成的。

此處，基準線是將表示控制部113輸出的控制值、和與該控制值對應的正常時加熱器111中的電流的關係的加熱器特性逼近線化者。基準線在以控制值以及測定值為軸的二維平面座標上由1根以上的線段(一次方程式)構成。

例如，對正常時的加熱器111的加熱器特性進行測定，利用折線逼近，根據所測定的加熱器特性求出基準線即可。以既定的條件在所得到的加熱器特性的曲線上設置既定數量的設定點(拐點)，並用直線(線段)將所設置的設定點連接從而作為基準線即可。此外，在既定數量的測定點處測定(實測)正常時的加熱器111的相對於控制值的電流以取得電流值(加熱器電流值)，並設定既定數量的基於控制值和電流值的設定點，以直線將相鄰的設定點連接從而作為基準線即可。

此外，容許範圍是根據基準線上的相對於控制值的電流值的上側容許值以及下側容許值而設定(構成)者。基於基準線上的相對於控制值的電流值的上側容許值而得的上側容許值線、與基於基準線上的相對於控制值的電流值的下側容許值而得的下側容許值線之間的範圍就是能夠將加熱器111或者操作部112視作正常的容許範圍。

接著，使用圖2的流程圖對本發明的實施方式中的劣化診斷裝置100的動作例(劣化診斷方法)進行說明。

首先，在步驟S201中，對正常時的加熱器111的控制值與對應的電流的關係(加熱器特性)進行折線逼近以製作(準備)基準線，並存儲到基準存儲部101中〔第1步驟〕。接著，在步驟S202中，設定用於加熱器劣化診斷的容許範圍並存儲到基準存儲部101中〔第2步驟〕。容許範圍根據基準線上的相對於控制值的電流值的上側容許值以及下側容許值而設定。容許範圍只要配合作為判定對象的加熱器、操作部(加熱裝置)而適當地進行設定即可。此處，控制值越大，則將容許範圍設定得越寬為佳。一般來說，控制值越小，電流值可取的範圍就越小。因此，在控制值較小的範圍內，將判定為異常的幅寬也設定得較窄，在控制值較大的範圍內，將判定為異常的幅寬也設定得較寬為佳。

接著，在步驟S203中，劣化判定部104對判定的開始進行判斷。例如，藉由接受實施判定的指示的輸入來進行判斷。此外，例如也可以設定有判定週期時間，根據判定週期時間的經過來作為判定的開始。

當判斷為判定的開始時(步驟S203的“是”)，在步驟S204中，控制值取得部102從控制部113取得用於控制加熱器111的控制值〔第3步驟〕。接著，在步驟S205中，電流測定部103測定按照由控制值取得部102取得的控制值而供給至加熱器111的電流並取得測定值〔第4步驟〕。

接著，在步驟S206中，劣化判定部104判斷由電流測定部103取得的測定值是否超過了容許範圍。在測定值超過了容許範圍的情形下，劣化判定部104判定加熱器111發生了劣化。

在此，在加熱器111的特性上，在加熱器111的動作開始時會產生相對於控制的滯後。因此，在產生這樣的響應滯後的狀態下，有時測定值也會超過容許範圍。又，有時測定值也會因暫態的雜訊等而超過容許範圍。因此，多次重複第3步驟和第4步驟，在測定值超過容許範圍的狀態在既定的延遲時間(例如30ms)內被消除了的情形下，判定沒有超過容許範圍為佳。

在劣化判定部104判定加熱器111發生了劣化時(步驟S206的“是”)，在步驟S207中，通知該狀態。例如，藉由在顯示部105上顯示警報，對使用者通知加熱器111的劣化判定。

接著，使用圖3的流程圖對步驟S201中的基準線的準備(製作)進行說明。首先，在步驟S211中，藉由測定正常時的相對於被給予加熱器111的不同的控制值的供給至加熱器111的電流來取得加熱器特性。作為該加熱器特性，例如如圖4所示，取得在以控制值以及測定值為軸的二維平面上顯示的曲線401。

接著，在步驟S212中，以一定的間隔在所得到的加熱器特性的曲線上設定設定點。除兩端的設定點以外的設定點就成為進行逼近的折線上的拐點。例如，如圖5所示，在以控制值以及測定值為軸的二維平面座標上的曲線401上，設定用黑圓點表示的9個設定點。另外，至少在控制值的最小值和控制值的最大值處設定各個設定點。接著，用直線將相鄰的2個設定點相互連接，從而製作基準線。例如，如圖5所示，依次連接9個設定點來製作基準線501。基準線501由8個線段構成。

針對以上那樣製作的基準線501設定上側容許值線502和下側容許值線503，將被上側容許值線502和下側容許值線503夾持的區域作為容許範圍。上側容許值線502和下側容許值線503也由多根直線(線段)構成。

此外，劣化診斷裝置100是具備CPU(Central Processing Unit；中央運算處理裝置)、主存儲裝置、外部存儲裝置和網路連接裝置等的電腦設備。作為電腦設備的劣化診斷裝置100中，藉由CPU根據主存儲裝置中被執行的程式進行動作，從而實現上述各功能。又，各功能也可以分散於複數個電腦設備中。

另外，用於製作基準線的設定點也可以如以下所示那樣設定。首先，如圖6所示，在以控制值以及測定值為軸的二維平面座標上，與表示加熱器特性的曲線401上的控制值的最小值以及最大值對應地配置設定點，並設定將它們連接的逼近線601。此外，對於逼近線601設定既定的上側容許值線602以及下側容許值線603。被上側容許值線602和下側容許值線603夾持的區域就成為容許範圍的候選。

在如上前述那樣利用2個設定點來確定逼近線601並在設定了容許範圍的候選的狀態下，判斷曲線401落在容許範圍的候選內且逼近線601與曲線401的最大偏差小於預先設定的容許偏差。在曲線401落在容許範圍內且最大偏差小於容許偏差的情形下，將逼近線601作為基準線。在圖6所示的例子中，產生了曲線401超出容許範圍的區域。因此，在該情形下，如圖7所示，對於逼近線601求出在測定值的負方向上與曲線401的偏差為最大值的位置611、以及在測定值的正方向上與曲線401的偏差為最大值的位置612〔最大偏差搜索步驟〕。

接著，在求出的位置611處的曲線401上、以及位置612處的曲線401上增加新的設定點。接著，如圖8所示，設定連接因增加而成為4個的控制點的新的逼近線601a〔逼近線製作步驟〕。此外，對於新的逼近線601a設定既定的上側容許值線602a以及下側容許值線603a。

對曲線401落在基於這樣得到的上側容許值線602a以及下側容許值線603a而形成的容許範圍內且逼近線601a與曲線401的最大偏差小於容許偏差進行確認。在圖8所示的狀態下，由於曲線401落在容許範圍內且逼近線601a與曲線401的最大偏差小於容許偏差，因此將逼近線601a作為基準線。

根據上述的基準線的製作方法，藉由適當地設定最大偏差，能夠不無謂地增加設定點而設定能進行實用的劣化判定的容許範圍。另外，利用容許偏差的設定條件，能夠不與容許範圍進行比較而僅以容許偏差與最大偏差的比較來確定逼近曲線。

又，也可以如下述那樣製作基準線。首先，對於正常時的加熱器，在控制值的最小/最大的範圍內設定複數個控制值，並在所設定的各控制值處測定加熱器電流值。例如使控制值在0~100%的範圍內以10%的幅寬變化，並在各控制值處測定加熱器電流值。作為該測定的結果，使用基於得到的各控制值與各加熱器電流值的複數個設定點，將用直線連接相鄰的設定點而成的折線作為對加熱器特性進行折線逼近後的基準線。

如以上所說明的那樣，本發明首先對表示正常時的加熱器的控制值與對應的電流的關係的加熱器特性進行折線逼近以製作基準線。接著，根據基準線上的相對於控制值的電流值的上側容許值以及下側容許值設定容許範圍。使用這樣製作的容許範圍，在測定值超出容許範圍時，判定加熱器發生了劣化。其結果是，根據本發明，能夠不需要較大的存儲部等增大裝置規模而更簡便且更迅速地判斷加熱器的異常。

根據上述發明，由於使用進行折線逼近後的基準線來設定容許範圍，因此能夠極大地減少作為容許範圍而保持的資料量。基準線由於是由直線(一次方程式)的組合構成的，因此容許範圍也由直線(一次方程式)的組合構成，資料量非常少。此外，由於使用基於折線逼近後的基準線的容許範圍，因此容許範圍就成為在控制值可取的範圍內連續的判定基準。因此，根據本發明，與表格參考等情形不同，在劣化判定時不需要內插等。此外，由於只要測定加熱器中流過的電流值即可，因此不需要測定電壓，而且不需要特意求出電阻值。

又，異常的判定只要使用週期性地取得的加熱器電流值的瞬時值即可，不需要為了判定而求出時間上的變化傾向，從而能夠迅速地實施判定。

另外，也可以如下所示那樣進行判定。例如也可以藉由擴寬容許範圍的設定，僅在發生了較大異常時判定為異常。又，也可以將容許範圍的設定(相對於基準線的差)分為複數個階段來進行判斷。例如，在第1階段，判斷為有劣化的可能性。在第2階段，判斷為有劣化加重了的可能性。在第3階段，判斷為劣化確實存在。將這以上的程度判斷為故障或斷線。

又，也可以在無論對於什麼樣的控制值加熱器電流測定值都始終大致為0的情形下，判定為加熱器的斷線(或者電力調整器的故障、其他與加熱相關的裝置的完全故障)。

又，當為判定設定延遲時間的情形下，也可以在瞬時值的異常連續發生了一定次數以上後，才開始判定為劣化確實存在。或者，也可以是，若測定值接近於0，則判定為斷線。由此，即使使容許範圍變窄，也能夠進行準確的判斷。又，能夠根據偏離于正常範圍的幅寬來判斷異常的進展度。

又，在時間比例輸出或ON/OFF控制的情形下，控制部的輸出為ON或者OFF中的某一個。在該情形下，也可以僅測定ON時的電流值，即在該測定值低於容許範圍或者高於容許範圍的情形下，判定加熱器的劣化或裝置的異常、短路的可能性。

又，雖然基於PID控制的控制值為0~100%的連續值，但在時間比例輸出的情形下，為了以ON和OFF的時間比例的方式表達操作量(控制值)，僅測定ON時的電流。因此，在該情形下，只要產生了中間的電流值，就能夠根據相對于正常值的差的程度來判斷為劣化或故障。又，在ON/OFF控制的情形下，由於作為輸出也僅有ON和OFF，因此能夠與時間比例輸出時一樣地處理。另外，由於在ON/OFF控制中會產生過渡狀態，因此為了不將該過渡狀態誤判斷為異常，只要在自ON/OFF的切換起的一定時間內不進行判定即可。

另一方面，在ON和OFF的時間較短的情形下，即使在變為異常值的情形下也不進行測定，此外，在即使進行測定也對判定設定了延遲的情形下，在延遲時間經過之前ON/OFF被切換，結果就會變成無法進行判定的狀態。

相對於此，例如，在ON狀態下的異常連續發生的情形下，即使ON/OFF被切換，為了判定延遲，也不會將所測定的經過時間初始化而是會進行累計。僅在正常值出現時，才將所測定的經過時間重置即可。

又，雖然測定加熱器電流值來進行判定，但在儀錶方面，有時也會因供給電力的降低或電力調整器(操作部)的不正常而出現測定值超過容許範圍的情形。因此可知，在即使在判斷為異常之後將加熱器更換成正常產品也不能夠解除異常的判定的情形下，在加熱器以外的部位存在問題。這樣，本發明就能夠用作所謂的迴路診斷。

又，也可以設置基準值生成部而自動生成基準線。基準值生成部首先以設定的控制值幅寬來使控制值變化，並從控制部輸出。例如令控制值幅寬為10%即可。此外，基準值生成部與各控制值輸出對應地取得加熱器電流值，並設定基於各控制值和各加熱器電流值而成的複數個設定點。接著，基準值生成部將用直線連接相鄰的設定點而成的折線作為對加熱器特性進行折線逼近後的基準線。基準值生成部例如接受基於設置在裝置上的指示按鈕的按下等的、使用者的指令輸入，開始上述動作而生成基準線。基於這樣生成的基準線設定容許範圍即可。

作為加熱器電流值的特性，對於控制值0%附近的特性，有時線性度極低。作為其對策，也可以在從0%至100%之間設定測定點時，使控制值每1%地變化而取得資料，僅在電流值從0%上升了的部分採用每2%的控制值的設定點資料，在10%以上的部分採用每15%的控制值處的設定點資料。又，在測定是每1%地取得並作為設定點資料來進行設定時，為了盡可能地減少運算誤差，也可以手動地對設定點的數量進行設定。

另外，本發明不限定於以上說明的實施方式，在本發明的技術思想內，能夠由在本領域具有通常的知識的人實施大量的變形以及組合是顯而易見的。