JPH04204064A - 温度制御システム異常検出方法およびその装置 - 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］ 本発明は熱供給・除去量を調節又は入切し、制御対象の
温度を目標温度に制御する温度制御系に係り、温度制御
装置、熱量調節器又は開閉器、加熱器又は冷却器の異常
を検出するのに好適な異常検出方法およびその装置に関
する。

［従来の技術］ 従来の異常診断方法は特開昭６０−１５７５号に記載の
ように、制御対象の表面に配置される多数のヒータの断
線検知方法であって、前記多数のヒータの配列位置関係
をヒータの単位グループにおける各ヒータによる加熱が
直接作用するように設定し、制御対象表面の設定された
箇所に温度検出器を配置し、その検出器からの温度値及
び温度変化によリヒータの断線の有無を検知する断線検
知方法である。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来技術は温度検出器で検出した制御対象の温度値
および温度変化によって断線の有無を検出するものであ
るが、ヒータの断線を検出し易い位置に各々のヒータを
配置することが主眼であり、以下の点は考慮されていな
かった。

（１）温度制御系は温度制御装置、熱量調節器、開閉器
、ヒータ、制御対象なと多くの機器から構成されており
、これらのうちどれかに異常が発生した場合、温度値お
よび温度変化の様相が変わる。従って、何らかの異常に
よって温度が変化した場合、どの構成機器が異常である
かを判別できなかった。

（２）ヒータの断線検品方法のうち、並列接続されてい
る複数のヒータビンが部分的に断線した場合の検出方法
について考えられていなかった。

本発明の目的は、温度制御系に異常が発生した場合、そ
の異常原因および異常箇所を同定し、保守性および稼働
率を向上させる異常検出装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段］ 上記目的は以下に示す技術的段によって達成される。

（１）温度制御系は温度制御装置、熱量調節器・開閉器
、ヒータ等の加熱器又は冷却器、及び制御対象などから
構成され、通常は温度制御装置からの制御指令信号に従
って各機器が動作し、制御対象が′昇温又は降温される
。従って、温度検出信号が正常であれば温度制御信号に
よる制御対象温度の実変化と、変化の推定値を求め、両
者の偏差を監視することによって、各機器の異常を判定
することができる。また、監視できる変化量としては、
温度変化速度、変化値および変化時間値があり、各々以
下の演算で求めることができる。

（ａ）温度変化速度 熱容量は物質の種類と質量によって定められるが、制御
対象の種類と質量、および熱機器の効率は予め定められ
ているため、変化速度は機器の効率等を考慮した熱供給
又は除去量を制御対象の熱容量で除算演算することによ
って得られる。

（ｂ）温度変化値 変化値は前記（ａ）で得られた変化速度を時間で積分演
算することによって求められる。

（ｃ）温度変化時間値 変化時間は変化速度の逆数に温度変化値を乗じた値であ
り、前記（ａ）と同様の関係から求められる。

なお、温度変化を推定する場合に用いる機器の熱効率は
制御対象の環境条件などによって変化するため、異常判
定値を設定する場合には考慮する必要がある。

、（２）温度制御装置からの温度制御信号は、制御対象
の温度が所定の制御範囲を逸脱しないように出力される
。従って、温度検出信号が予め決められている制御範囲
を逸脱している時、制御装置から、温度を所定の範囲に
戻すための適正な制御信号が出力されていない場合には
、制御装置が異常であると判定することができる。

上記全ての技術的手段は、温度検出信号が正常であるこ
とを前提条件としているが、温度検出器の断線は、バー
ンアウト機能等の既存の技術で検出することができるこ
とから、以下の説明は温度検出信号が正常であることを
前提にして記載する。

［作用］ 上記技術的手段によって以下のように温度制御系の異常
原因および異常箇所を同定することができる。

（１）温度変化の実速度と演算で求めた変化速度の推定
値との偏差が規定値を超えた場合、熱量調節器・開閉器
、あるいは加熱器又は冷却器の異常である。ここで、電
気ヒータによるオンオフ制御の例により説明すると、実
速度が推定速度より小さい場合、開閉器誤聞又はヒータ
の断線であると判定できるが、両者の偏差の程度によっ
てヒータの部分的な断線であると判定することができる
。更に開閉器の動作状態信号を判定条件にすれば開閉器
の異常を直接的に判定できるため、ヒータの断線を適確
に判定することができる。また、実速度が推定値より大
きい場合には、開閉器の誤聞であると判定することがで
きる。

（２）監視する変化量として、温度の変化値、あるいは
変化時間値を用いて異常検出を行う場合も、前記（１）
で記載した温度変化速度の場合と同様に異常を判定する
ことができる。

なお、温度制御信号が異常な場合には、上記の異常判定
を行うことはできないため、上記の異常判定結果は、前
記温度制御信号の異常判定結果と結合させて誤判定を防
ぐ必要がある。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例として電気ヒータの電力量を調
節する温度制御系の異常診断を行う例について第１図に
より説明する。温度制御対象１はヒータ２で加熱され、
その温度は予め定められた位置にある温度検出器３で検
出される。ヒータ２への供給電力は温度制御装置１１か
らの大切制御信号５により電力制御盤６の開閉器８を入
切して調節する構成としている。

入力制御信号５は温度検出器信号４を制御上限設定値１
５と制御下限設定値１６の範囲内に維持制御するヒステ
リシスを持ったコンパレータ１３からの制御信号であり
、ゲート回路１７により制御回路１２からの昇温又は降
温制御信号とのＡＮＤ論理で開閉器８を開閉する。

異常検出装置２１は、温度制御装ｆｌ！１１がらの入切
制御信号５と温度検出信号４を入力し構成機器の異常を
以下のように判定するものである。

（１）変化率演算回路２２ａは、予め決められている制
御対象の熱容量とヒータ出力及び熱効率等を用いて温度
変化率の推定値を求め出力する。

また変化率演算回路２２ｂは、温度検出信号４の変化率
を微分演算などにより求め出力する。

偏差モニタ２４ａは変化率演算回路２２ａと２２ｂから
の信号の偏差が、ヒータの部分的な断線であると推定で
きる範囲になった時に、ヒータ部分断線信号３１ａをＯ
Ｒ回路２５を介して警報装置３５ａに出力する。また、
温度検出信号１１がほとんど変化せず、偏差が規定値を
超えた場合は、偏差大信号３１ｂをＯＲ回路２５ｂを介
して警報装置３５ｂに出力し、ヒータの完全な断線か開
閉器誤聞であることを告知する。

（２）変化量演算回路２３ａは予め定められている制御
対象の熱容量とヒータ出力及び熱効率、並びに大切制御
信号５の時間値を用いて温度変化量を求め出力する。ま
た、変化量演算回路２３ｂは、温度検出信号４と大切制
御信号５とを用いて実温度変化を求め出力する。偏差モ
ニタ２４ｂは変化量演算回路２３ａと２３ｂとからの信
号の偏差が、ヒータの部分的な断線であると推定できる
範囲になった時にヒータ部分断線信号３１ｃをＯＲ回路
２５ａを介して警報装置３５ａに出力する。また、温度
検出信号１１がほとんど変化せず、偏差が規定値を超え
た場合は、偏差大信号３１ｄをＯＲ回路２５ｂを介して
警報装置３５ｂに出力し、ヒータの完全な断線か開閉器
誤聞であることを告知する。

（３）偏差モニタ２４ｂは変化量演算回路２３ａからの
゛信号（推定値）が変化量演算回路２３ｂからの信号（
実変化値）より予め決められた値以上に小さくなった場
合、開閉器誤閉信号３１ｃを警報装置３５ｃに出力する
。

（４）判定回路２８はモニタリレー２７から制御上限信
号（Ｈ）出力時に入力制御信号５が「入」状態である場
合、並びに制御下限信号（Ｌ）出力時に大切制御信号５
が「切」状態である場合に、制御装置異常信号３１ｆを
警報装置３５ｄに出力する。

なお、前記偏差モニタ２４ａおよび２４ｂの設定値は、
制御対象Ｉの環境変化に伴う温度変化等を考慮して設定
するものとする。更に、制御対象の状態変化が予め予想
される場合には、状態変化に応じて設定を変更する機能
を付加するものとする。また、前記警報装置３５ａおよ
び３５ｂへの出力は、ＯＲ回路２５ａおよび２５ｂを介
しているが、誤警報を極力防止したい場合は、ＡＮＤ回
路に変更することなどで対応どきる。以上のように本実
施例によれば、ヒータによる温度制御系の異常原因およ
び異常箇所を同定し、警報することができる。

また、電気ヒータによる温度制御系の他の実施例を第２
図によ説明する。この例の構成は前記第１図の実施例と
ほぼ同じであるが、開閉器８の開閉信号４１を用いて、
電気ヒータ２の断線を開閉器８の誤聞を判別する点が異
なる。判定回路４３は開閉信号４１が、入切制御指令５
に従って開閉動作しない時、開閉器異常信号４５ｂを警
報装置４６ｂに出力する。判定回路４４は開閉器異常信
号４５ｂが出ていない時に、偏差モニタ２４ｂからの偏
差大信号３１ｃ出ている時にヒータ断線と判定し、ヒー
タ断線信号４５ａを警報装置４６ａに出力する。本実施
例によれば、ヒータの断線と開閉器誤聞を区別して警報
する二とができるため、異常箇所の早期発見により保守
性、稼働率が一層向上する。

次に、異常判定処理を温度制御装置で行う実施例を第３
図により説明する。温度制御系の構成は前記第１図の実
施例とほぼ同じであるが、温度制御装置１１をソフトウ
ェアで構成し、制御処理ロジック５１の他に異常判定処
理ロジック５２を設けた点が異なる。異常判定処理ロジ
ック５２は温度検出信号４と入切制御信号５を入力し、
第３図中の表に示す判定処理を行い、異常発生時には各
種の異常信号５３を表示装置５４に出力する。なお、異
常判定処理を制御装置で行うことによって、制御装置の
異常を判定することはできないが、ソフトウェアによる
自己診断機能で判定できる。また、ソフトウェアで処理
することによって、多くの判定条件を容易に処理するこ
とができるため、本実施例によれば、より確実性の高い
判定を行うことができる。

更に模擬制御信号を用いて、温度制御系の異常判定する
実施例を第４図により説明する。温度制御系の構成は第
１図の実施例とほぼ同じであるが、模擬入切指令信号６
１によって、予め決められた温度範囲を変化する時間値
を用いて異常判定を行う点が異なる。模擬信号発生回路
６５からの模擬入力指令信号６１は切換器６２を介して
開閉器８を動作させ、制御対象ｌの温度を変化させる。

設定器６４からの信号は変化時間演算回路６６ａおよび
６６ｂで温度変化時間の推定値を演算する温度範囲を設
定する。変化率演算回路６６ａは温度検出信号４をもと
に予め決められた範囲の変化時間値を求め出力する。ま
た、変化時間演算回路６６ｂは制御対象の熱容量、ヒー
タ出力及び熱効率などから、予め決められた範囲の変化
時間（推定値）を求め出力する。偏差モニタ６７は、変
化時間演算回路６６ａおよび６６ｂからの信号が、予め
決められた範囲を超えた時、開閉器８又はヒータ２の異
常であると判定し、警報装置６８に出力する。なお、上
記は温度変化の時間値を用いた異常判定の例であるが、
温度変化率および温度変化値を用いても同様の異常判定
を行うことができる。従って本実施例によれば、制御装
置が停止している時にも、温度制御系の異常を判定する
ことができる。

以上の実施例で説明した異常検出方法の考え方は第１図
から第４図に示した電気ヒータのオン・オフ制御系だけ
でなく、他の加熱余又は冷却器を用いた温度制御系にも
適用できる。また、オン・オフ制御系だけではなく、温
度を連続的に制御する調節制御系にも同様に適用すこる
ことができ、汎用性がある。

［発明の効果］ 本発明によれば、以下の効果がある。

（１）温度制御信号および温度検出信号を用いて温度制
御系の異常箇所を同定することができ、異常箇所を早期
に発見し事故の拡大を防ぐことができるため保守性、運
転信頼性および稼働率を向上させることができる。また
、警報・表示機能を備えることによって、その効果は更
に大きくなる。

（２）温度制御信号および温度検出信号の他に調節器又
は開閉器の動作状態信号を用いて、更に詳細な異常判定
を行うことができるため、前記（１）の効果が更に大き
くなる。

（３）異常判定処理をソフトウェアで構成することによ
って、きめ細かい判定処理を行うことができるため、よ
り正確で詳細な情報を提供することができる。

（４）模擬制御信号を用いて異常判定を行うことによっ
て、制御装置が停止中でも異常判定を行うことができ、
定期点検時等に有効な異常検出装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明図、第２図は本発明の他の
実施例説明図、第３図は本発明の他の実施例説明図、４
図は本発明の他の実施例説明図である。 ｌ・・制御対象、２・・・ヒータ、３・・温度検品器、
４・・・温度検出信号、５・・・入切制御信号、６・・
・電力制御盤、７・・・電源、８・・・開閉器、１１・
・・温度制御装置、１２・・・制御回路、１３・・・コ
ンパレータ、１４・・・設定回路、１５・・・制御上限
設定信号、１６・・・制御下限設定信号、１７・・・ゲ
ート回路、２Ｉ・・・異常検出装置、２２ａ’、ｂ・・
・変化率演算回路、２３ａ。 ｂ・・・変化量演算回路、２４ａ、ｂ・・・偏差モニタ
、２５ａ−ｃ−ＯＲ回路、２６−ＡＮＤ回路、２７第１
図 ＠闇 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、熱源から制御対象への熱供給量、又は制御対象から
   の熱除去量を調節又は入切し、制御対象の温度を予め決
   められた範囲に制御する系において、その加熱又は冷却
   が直接的に作用する位置に設置した温度検出器からの温
   度信号と、温度制御装置からの制御指令信号とを用いて
   、制御装置、熱量調節器又は開閉器及び加熱器又は冷却
   器など構成機器異常を検出する機能を有することを特徴
   とする異常検出方法。 ２、温度検出信号が予め決められている制御温度範囲を
   逸脱した時、温度制御装置からその温度を適正な範囲に
   戻すための昇温又は降温指令信号が出力しない場合に温
   度制御装置が異常であることを判定する機能を有するこ
   とを特徴とする請求項１記載の異常検出方法。 ３、制御対象の熱容量と熱供給又は除去量とから、その
   熱効率を考慮して昇温又は降温速度の推定値を求める手
   段と、温度検出信号から温度変化の実速度を求める手段
   とを備え、その両信号の偏差が規定値を超えた時加熱器
   又は冷却器、あるいは熱量調節器又は開閉器の異常とそ
   の程度を判定する機能を有することを特徴とする請求項
   １記載の異常検出方法。 ４、制御対象の熱容量と熱供給又は除去量とからその、
   熱効率を考慮して昇温又は降温速度を求め更に、温度制
   御信号の時間で積分演算し温度変化の推定値を求める手
   段、あるいは、制御対象の熱容量と熱供給又は除去量と
   から、その熱効率を考慮して温度変化の推定値を求める
   手段と、温度検出信号と温度制御信号とから温度の実変
   化値を求める手段とを備え、その両信号の偏差が規定値
   を超えた時、加熱器又は冷却器、あるいは熱量調節器又
   は開閉器の異常とその程度を判定する機能を有すること
   を特徴とする請求項１記載の異常検出方法。 ５、請求項２記載の制御装置異常検出方法による判定結
   果と、請求項３又は４記載の加熱器又は冷却器、あるい
   は熱量調節器又は開閉器の異常検出方法により判定結果
   とをＡＮＤ論理又はＯＲ論理等で結合させて異常を検出
   する機能を有することを特徴とする請求項１記載の異常
   検出方法。 ６、模擬制御指令信号を与えるための模擬信号発生回路
   と、その指令信号によって予め定められた温度範囲を変
   化する実時間値を求める手段と、制御対象の熱容量と熱
   供給又は熱除去量とから、その熱効率を考慮して予め定
   められた温度範囲を変化する時間の推定値を求める手段
   とを備え、両信号の偏差が規定値を超えた時、加熱器又
   は冷却器、あるいは熱量調節器又は開閉器の異常とその
   程度を判定する機能あるいは、前記請求項２又は３記載
   の手段で求めた温度変化速度又は温度変化の推定値と、
   模擬制御指令信号による実変化量との偏差が規定値を超
   えた時、上記と同様の異常を判定する機能を有すること
   を特徴とする異常検出方法。 ７、請求項１から６の異常検出方法において、熱量調節
   器又は開閉器の動作状態信号を異常判定条件として追加
   し、前記熱量調節器又は開閉器が温度制御信号に見合っ
   た動作状態でない時に熱量調節器又は開閉器が異常であ
   ると判定する機能と、熱量調節器又は開閉器が正常であ
   る時に、温度の実変化値と、演算による温度変化の推定
   値との偏差が規定値を超えた時、加熱器又は冷却器の異
   常であると判定する機能を有することを特徴とする異常
   検出方法。 ８、請求項１から７の異常検出方法において、各構成機
   器が異常であることを判定した時、警報する機能、ある
   いは異常内容を表示する機能を有することを特徴とする
   異常検出装置。 ９、請求項１から８の異常検出方法をソフトウェアで構
   成したことを特徴とする異常検出装置。