JPH01100613A - 液体計量混合分配装置 - 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
新たな混合液を調製し、混合液を分配容器に計量分配す
る液体計量混合分配装置に関する、特に計量範囲の広い
原料液を精密に能率よく計量混合分配する液体計量混合
分配装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、液体計量混合及び分配装置に適用される計量装置
として、高精度な計量を達成するために、供給液流速可
変に設けたものはなく、計量設定値に対応した流速に制
限した計量装置が用いられていた。

また、従来タイプの液体計量混合及び分配装置において
は、複数の供給容器から１つの混合容器に液を供給し、
混合した液を分配容器に分配する場合、それぞれの供給
容器及び分配容器に付属して計量装置を具備している。

例えば、液体計量混合及び分配装置に容積計量式を用い
た場合、第５図に図示する様に、Ａ、　Ｂ液２供給容器
に対しては２個の計量装置を使用し、混合容器への流れ
込み量の予測制御のため、制御装置として２ループの制
御機能を特徴とする特許なわち、供給液の流速は、Ａ液
、Ｂ液の供給容器内の液量、バルブ流量特性、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る。

同様に分配容器Ｃ，Ｄに分配する場合、２個の計量装置
を使用している。従ってこの場合計４個の計量装置を使
用することとなる。

このことは、タンク計量方式においても同様であり、各
系に付属するアクチュ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（特開昭５７−２
９１１４号、特開昭５８−１６３４２６号、特開昭５６
−７４７１５号、各公報参照）。

また、高精度な計量を実現するため、流速の異なるバル
ブを並列に設置して、所定の計量偏差にて切替する方法
があるが、この場合でも制御機能として、４ループの制
御が必要である。

ここで、４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、１つ
の制御装置内で処理可能であり、制御装置が４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、４個の制御装置と言える。

ところで分配装置としては、計量精度のレヘルを落とし
て、バルブのＯＮ１０　Ｆ　Ｆ制御等による大まかなも
のを使用する場合が多い。

またバッチ製造プロセスでは、多数の薬液を使用する場
合、これらの液物性が異なるので、同一容器にて累積計
量を行うことが出来ない場合が多い。従って、第４図に
示すような複数の混合容器を有して、混合可能な液種は
同一容器にて計量し、混合不可な液種は別の混合容器を
有するような製造システムとなる。このため、更に下流
側には反応、調製等のための調製タンク１０（混合容器
の一種）が必要であり、複雑なシステムとなる。

この場合前述の調製タンク１０には混合容器にて調製さ
れた混合液を必要量受液する場合があり、第４図のよう
に、バルブのＯＮ１０　Ｆ　Ｆ等にて大まかに分配する
。

反応調製等のための調製タンク１０が固定式の製造シス
テムでは、多品種の製造を行う場合、品種の内容に応じ
て、設備化する必要があり、特に高精度の計量のために
は前述のとおり多数の計量タンク、調製タンク及びそれ
に付属する配管計量タンク、調製タンク及びそれに付属
する配管計量装置、制御装置、付属バルブ等が必要とな
る。この場合、設備はある品種では使用されるが、他の
品種では使用されない装置があることとなり、非常に、
無駄の多いシステムとなり、設備のシニシャルコストが
増大する。更に、多目的の製造システムが近年叫ばれて
いるが、固定式の製造システムでは、配管系の変更が必
要となり、又その付帯装置の変更等が必要であり、今以
上に複雑な製造システムとなる。

そこで、これに対して近年計量タンク又は、調製タンク
を移動式にして計量装置を節減する移動式のバッチ製造
システムが提案されている。

しかし、従来の計量装置にこのシステムを採用した場合
、計量設定値の大小にて、計量時間が異なり、計量設定
値が大きいと、計量に時間がかかり、移動式の製造シス
テムにおける容量の搬送時間に制限を加えることとなる
。このため従来製造システムでは、搬送時間に制約を与
えないために必要数の計量装置を設置しているが、これ
は移動式製造システムの利点に相反することとなる。ま
た、このようなシステムではステーションでの滞在時間
を更に延長させる結果となる（計量設定値の範囲、計量
時間の制限、計量精度の条件等々から、非常に多くの計
量装置を必要とする。そのため、配管の結合等の動作時
間が増加する。）。

写真観光材料の製造プロセスにおいては、感光材料を取
扱うので　光性を保たねばならず、結合する箇所の増大
によるシステムの複雑化、また搬送サイクルの変化は製
品の性能に影響する。

更に計量分配装置としては、計量混合装置とは関係なく
、各分配容器に夫々計量装置を有し、液位計又は時間計
量のような簡単にして大まかな精度の出ない計量方法・
制御方法が行なわれていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の液体計量混合及び分配装置では、供給液流速一定
を前提とした計量制御のため、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。

すなわち、重力移送の場合、例えば供給側容器内の液残
存量の変化が大きいと流速がある条件範囲をはみだすた
め、計量精度を悪（した。

また、このことは、供給容器の液量をある幅内で制限し
、液量を常にある一定量以上に確保する必要があり、供
給容器内残存液のロスを生じてランニングコストを増加
させた。

■　計量範囲：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、この量が供給液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−
液の計量であっても、計量設定値が大きく相異する場合
は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：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、計量時間は短く、大きい
場合は長くなる。従って、製造サイクル上適性な計量時
間の計量装置が計量設定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及び分配装置は、前述した理
由により、独立に制御される計量装置を、供給液容器毎
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。

又分配装置としては特に計量精度が高くなくそのため混
合液は余分に調製が必要となり、液の無駄が多く、計量
時間を多く要した。

又従来の計量方式ではオーバル流量計の様に容積計量方
式が良く用いられており、使用中は配管内に液の充填が
必要であり、これが原料液のロスとなる問題点を有して
いた。

本発明の目的は、上記事情に基づいてなされたもので、
既に本出願人が先に出願したファジィ制御による計量制
御方法と受液容器の移動装置を有する液体計量混合装置
（特願昭６２−１１５８９１号）に基いて、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、広範囲な計量範囲を確保し、かつ計量
設定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、これにより液体計量混合分配を一貫し
たシステムを構成し、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鯨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の経
済効果の高い液体計量混合分配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及び作用〕本発明の上記
目的は、複数の供給容器より複数液を累積計量して、混
合容器に受けて混合し、混合した液を該混合容器より複
数の分配容器に計量分配する装置であって、該供給容器
からの供給配管と該分配容器への分配配管とに開度調整
弁を有し、供給容器からの液と混合容器から分配容器へ
の混合液の計量装置を混合容器側に有し、計量制御装置
が各供給液計量値及び分配液計量値に対応し前記それぞ
れの開度調整弁の開度をファジィ推論により変化させ計
量するクローズドループ制御の切替装置付計量制御装置
であり、更に受液容器の移動装置を有することを特徴と
する液体計量混合分配装置によって達成される。

本発明の構成要素について詳しく説明する。

（］）供給容器：計量される供給液を貯蔵する容器。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、供給容器の残量の制限は無く、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
液でも残量０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事で供給液流速を広
範囲に亘って変化させる流速制御弁である。また、弁の
流量特性は、弁開度０％近傍で全閉とし、１０％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、クイックオープ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）混合容器：製造スケールに適した容量の容器。混
合可能な液については、累積計量にて計量する。計量移
液毎の洗浄を行えば、混合不可の場合でも単独に同一容
器にて計量できる。攪拌機を設置して攪拌混合を本容器
にて行う。

（４）計量装置：混合容器側に設置され１台の計量装置
によって複数の供給容器よりの液の計量を行う。累積計
量（加算・減算）が可能である。ロードセル、差圧伝送
器、レベル計等タンク計量方式を用いる。混合容器に取
付ける場合と、混合容器を計量台に乗せる場合とある。

（５）計量制御装置二流速を変化させるクローズドルー
プ制御の精密計量装置であり、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供給液計量値と計量設定値と
に基づいたファジィ制御により行われる。切替装置付に
することによって、複数の液を同一混合容器にて亦１台
の計量装置にて累積計量（加算・減算とも）が可能であ
り、装置数を低減出来る。

（６）切替装置：複数の供給容器及び分配容器用開度調
整弁を、−台の駆動制御装置にて制御するための装置で
あり、計量制御装置の構成の一部である。これによって
開度調整弁１個宛に計量制御部、駆動制御部を取付けな
くて済む。

（７）移動装置：混合容器を搬送させるための移動装置
である。搬送方法としては、無人搬送車、コンベア等が
ある。亦、搬送物として、混合容器自体に搬送機能があ
る場合と、混合容器と分離する場合がある。

（８）分配容器：混合された液を必要量受は取る容器で
あり製造システムにより適切な個数を設置する。

本発明の基本構成要素は、上記の通りであるが、本発明
の要点は流速を可変するクローズドループの計量制御装
置を用いる事が基本となり、かつその計量制御装置はフ
ァジィ制御をおこなうこと。

混合容器の移動装置を有すること、及び計量混合と計量
分配とを１つの計量制御装置で行うことにある。

亦、他に種々の付帯装置を設置する場合がある。

例えば、洗浄のため各容器にスプレーボール等を設置し
、配管途中に切替弁を設置する。又各容器に混合のため
攪拌機を設置する。更に保温のためつね恒温槽等からの
温水循環を行う。

〔作　　用〕

複数の供給容器より複数液を累積計量して混合容器に受
けて混合し、混合した液を該混合容器より複数の分配容
器に計量分配する装置であって、該供給容器からの供給
配管と該分配容器への分配配管に開度調整弁を有し、供
給容器からの液の又混合容器から分配容器への混合液の
計量装置を混合容器側に有し、計量制御装置が各供給液
計量値及び分配液計量値に対応し前記それぞれの開度調
整弁の開度をファジィ推論により変化させ計量するクロ
ーズドループ制御の切替装置付計量制御装置であり、更
に混合容器の移動装置を有することを特徴とする液体計
量混合分配装置により、クローズドループ制御の精密計
量制御装置だけでも各種供給容器及び分配容器に対し、
計量範囲の大小に左右されないで１種類の供給容器及び
分配容器に対し一部の開度調節弁で済ませるようになり
、すくなくとも混合してもかまわない一緒に累積計量で
きる複数の供給容器に対しては連結管を用いて一つの混
合容器（計量タンク）と一つの計量装置付計量制御装置
で計量が可能となり、大幅に装置を単純化し、しかも各
供給容器よりの液及び分配容器への液の計量を精度良く
短時間に行いさらに混合液の節減を行うことが出来る。

更に混合容器に移動装置を備えることにより、■　各供
給容器の供給配管は連結管を使用せず単純化出来、洗浄
の必要性が減り設備が簡単化する。

婁■混合容器（計量タンク又は計量ポット）は移動出来
るため、全ての調製タンク（混合容器の一種）に固定配
管無しで計量した液を配給することが出来るので、混合
容器を少くして設備の融通性が出来る。従って多品種の
製造を行う場合、混合容器側の設備の遊休を無くするこ
とが出来るし、処方変更等に対しても設備の増設を極力
減らして対応することが出来る。■又混合容器（計量ポ
ット）の移動により計量サイクルを早くすることが出来
るので、少量法調製により経時変化を少くおさえること
が出来る。■　供給液容器よりの液の計量タンクに攪拌
機を取り付は反応タンクとして用いることも出来る。

〔実施態様〕

本発明の実施態様を図によって更に詳しく説明する。

第１図に示す様に、異種液管の汚染等が問題とならない
液のグループとしてＭグループがあり、その中にそれぞ
れＮ個の薬品がある場合について考える。製造する品種
数が多数あるとするが、どの製造品種においても薬品の
使用総数は、ＭＸＮＸＮ下である。従来の製造システム
では、移動式、固定式を問わず、計量範囲、計量時間、
計量精度から、同種であっても製造品種専用に薬品の供
給容器１、計量装置５を必要としＭＸＮＸＮ上の装置台
数になった。しかし、本発明では、流速可変のクローズ
ドループの計量制御装置を採用し、かつ該計量制御装置
がファジィ制御するため、計量範囲、計量時間、計量精
度に対する心配は不要になり供給容器１は、ＭＸＮ個の
台数で良く、計量装置５は液の汚染の問題がなければ、
搬送能力から決定した非常に少ない台数で良い。

ここでは、Ａ、８２台の計量装置５（ロードセル）を想
定する。供給容器１については、ＭＸＮ個の台数で良い
が、計量装置５の数は薬品調製時間、品種の製造スケー
ル等から判断して決定されるため、供給容器１の台数は
それ以上の台数を必要とする場合がある。

各計量装置は、第２図に示す制御ブロックの内容の計量
制御袋Ｗ６を有しており、該計量制御装置の出力は切替
装置７の切替えにより複数の供給容器からの開度調製弁
２（１１〜Ｎ）又は分配容器への開度調製弁２（１〜Ｌ
）に選択出力される。

つまり同一の制御アルゴリズムにて多数の薬品（１〜Ｎ
）及び分配容器（１〜い）への混合液の計量が同一の混
合容器４（計量ポット）にて行われる。

前記開度調整弁２（１１〜Ｎ）、（１〜Ｌ）は、第３図
に図示する如く、それぞれの流量特性が例えばイコール
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出す特性を有してい
る。

前記計量制御装置６は、フィルタ演算部６１゜ファジィ
制御部６２及び駆動制御部６３とから構成されており、
前記開度調整弁２（１１〜Ｎ）。

（１〜Ｌ）の流量特性、計量装置５により得られる計量
値及び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２（１１〜Ｎ）、（１〜Ｌ）の弁開度を制
御する。

次に、本発明の液体計量混合分配装置に動作プロセスを
説明する。

上位の製造制御装置より、移動させるため混合容器４の
計量ポットＡをステーション１に移載する指示が出され
る。更に、計量装置５（ロードセルＡ）に対し、所定の
供給容器１（例えばタンク１２）の薬品を計量する指示
が出される。切替装置７は系統選択信号により切替り、
選択された前記タンク１２の開度調整弁２（１２）及び
閉止弁３　（１２）が計量制御装置６により制御可能に
設ける。

また、上位の製造制御装置より、付帯装置である供給容
器の結合装置１２が、混合容器４（計量ボッ）Ａ）の結
合装置部と結合する指示が出される。このような初期状
態を通じて、計量準備が確認できると、上位から計量開
始が指示される。計量開始指令により、前記閉止弁３（
１２）が開となり、前記開度調整弁２（１２）が、予め
定められた開度となるように、計量制御装置６から位置
指令が伝送され、前記タンク１２の駆動モータ８（１２
）を駆動して指示された位置に開度調整弁２（１２）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、弁の初期開度は、弁の流量特性と計
量設定値とにより、計量制御装置のファジィ！ｌＪｉ部
６２がファジィルールに基づいて算出する。これにより
、前記タンク１２の原材料は、混合容器４に移送され始
める。前記タンク１２の計量装置５（ロードセルＡ）は
、移送された原材料の重量を検知し、その値を計量制御
装置６にフィードバックする。

前記計量制御装置６は、フィードバックされた供給液計
量値から、ファジィ制御部６２が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６２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得る。

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たえば片対数とす
るような形を有する。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１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、開度調整弁２（
１２）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、閉止弁３（１２
）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、前記開度調整弁２（１２）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、このデッドゾー
ン及びファジィ制御方式により、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開度調整弁の動作が
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。又、計量時間において
も、前記開度調整弁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。

以上の内容の動作を品種内容に従い、実行し、品種内の
全薬品を計量すると、下流工程の調製タンク（混合容器
）に移液する動作、更に計量分配動作に移る。

上位からステーション３１への移動指示が出されると、
自立走行車は、混合容器４（計量ポットＡ）をステーシ
ョン３１に搬送する。そして、配管接続装置に結合され
る。分配容器としての調製タンク１０が第１図のような
移動装置であれば、この調製タンクＩＯも移動して、配
管接続装置の下部に結合される。結合が確認されたのち
混合容器４（計量ポットＡ）の底弁が搬送制御装置にて
制御され、開となり配管中に液が充填される。

又混合容器４（計量ポット）に攪拌機を付加し、混合容
器４に混合、反応等の機能を持たせて調製タンクとして
位置付けると、より効率の良いシステムとなる。

又分配容器への結合は混合装置４よりステーション３を
通して行うことにより、減算計量にて分配計量を行う。

　計量のための計量装置５として、前記実施態様では、
ロードセルを例として挙げたが、他のタンク計量式計量
器を用いても同様である。特に、タンクに差圧伝送器等
を使用すると、混合容器（計量ポット）を自走車に固定
することが出来、混合容器の制作が容易となり、振動等
の影響が無くなる。

混合容器４（計量ポット）における加算計量と更に供給
容器１（タンク）に計量装置をつけて減算計量との機能
をもつ計量制御装置を使用すると、より広範囲な精密計
量が可能となる。

〔発明の効果〕

本発明の複数の供給容器より複数液を累積計量して混合
容器に受けて混合し、混合した液を該混合容器より複数
の分配容器に計量分配する装置であって、該供給容器か
らの供給配管と該分配容器への分配配管とに開度調整弁
を有し、供給容器からの液と混合容器から分配容器への
混合液の計量装置を混合容器側に有し、計量制御装置が
各供給液計量値及び分配液計量値に対応し前記それぞれ
の開度調整弁の開度をファジィ推論により変化させ計量
するクローズドループ制御の切替装置付計量制御装置で
あり、更に混合容器の移動装置を有することを特徴とす
る液体計量混合分配装置により、外乱による流速変動に
影響されない高精度な計量が実現出来、また広範囲な計
量範囲でも計量時間が短時間で迅速に可能になり、計量
混合と計量分配が一つの計量制御装置により精密に、迅
速に且つ液ロスを少く出来るようになり更に、設備の簡
単化と計量装置台数の低減となり、大規模膜備であって
も製造能力が増大し、大規模調製による製品品質の向上
と原材料のロスの低減を実現出来た。それによってイニ
シャルコストダウン、メンテナンスコストダウン、ラン
ニングコストダウン及び信親性の向上を得た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液体計量混合分配装置の１実施例のフ
ローシート、第２図は本発明に係わるクローズドループ
制御のブロック図、第３図は本発明に用いる開度調整弁
の流量特性の一例を説明する図、第４図、第５図は従来
の液体計量混合及び分配装置の１実施例のフローシート
である。 １・・・供給容器　　２・・・開度調整弁３・・・閉止
弁　　　４・・・混合容器５・・・計量装置　　６・・
・計量ＩＩＪ御装置７・・・切替装置　　８・・・駆動
モータ９・・・無人搬送車

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数の供給容器より複数液を累積計量して混合容器に受
   けて混合し、混合した液を該混合容器より複数の分配容
   器に計量分配する装置であって、該供給容器からの供給
   配管と該分配容器への分配配管とに開度調整弁を有し、
   供給容器からの液と混合容器から分配容器への混合液の
   計量装置を混合容器側に有し、計量制御装置が各供給液
   計量値及び分配液計量値に対応し前記それぞれの開度調
   整弁の開度をファジィ推論により変化させ計量するクロ
   ーズドループ制御の切替装置付計量制御装置であり、更
   に混合容器の移動装置を有することを特徴とする液体計
   量混合分配装置。