JPH1049239A - 温度制御装置の校正システムと校正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 公知の温度制御装置を改造や改変することな
しに、対象物の目標点を目標温度に制御するための、温
度制御装置の校正システムと校正方法を提供する。 【解決手段】 制御対象物１０の制御目標点の温度を直
接測定するための目標点測定用温度センサ２５と、目標
点測定用温度センサ２５が示す温度を計測するための目
標点温度計測手段２２と、各目標点の目標温度と、各温
度調節器１４の設定温度と、設定温度の変化に対応する
各目標点の温度変化の関係データとを記憶するための記
憶手段２４と、目標点温度計測手段２２で計測された目
標点の計測温度と記憶手段２４に記憶された目標温度と
を比較し、記憶手段２４に記憶された設定温度と温度変
化の関係データから、各温度調節器１４に新たに設定す
べき設定温度を算出するＣＰＵ２１と、算出された新た
な設定温度を各温度調節器に指示するための設定温度設
定手段２３とから構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は温度制御装置の校正
システムに関し、特に制御対象物の目標点を目標温度に
保持するために温度制御装置の設定温度を校正する温度
制御装置の校正システムと校正方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来用いられている温度制御装置の代表
的なものとしては、例えば特開平７−２８５１５７号公
報で開示されているような、公知の技術であるＰＩＤ制
御による温度制御装置がある。

【０００３】図４は従来例の代表的な温度制御装置のブ
ロック構成図であり、図中符号４０は制御対象物、４２
は温度調節手段、４３は温度センサ、４４は温度計測
部、４５はＰＩＤ制御器、４６は温度調節手段制御部で
ある。

【０００４】この温度制御装置は、１点フィードバック
型温度制御装置であり、制御対象物４０に１組が設けら
れており、制御対象物４０に備えられた温度センサ４３
および加熱や冷却の手段である温度調節手段４２と、温
度センサ４３の出力信号から温度情報を取得するための
温度計測部４４と、計測された温度情報および制御対象
物４０の熱伝導モデルから温度調節手段４２の制御量を
求めるためのＰＩＤ制御器４５と、求めた制御量に応じ
て温度調節手段４２の出力を制御するための温度調節手
段制御部４６とから構成されている。

【０００５】目標温度を決めるべき箇所（以下、目標点
とする）で温度を直接測定することが動作中困難な金型
などを温度制御する場合、従来は上記の温度制御装置を
用いて目標点に近接して設けた温度センサの温度の設定
値を目標温度と同一にして制御することで近似的な制御
を行なっている。

【０００６】さらに別の代表例として、多点型温度調節
器があげられる。この温度制御装置は複数個の１点フィ
ードパック型温度調節器から構成され、それぞれの温度
調節器は、１個の温度調節手段、その温度調節手段の温
度を測定する１個の温度センサ、および温度設定値を記
憶するメモリとを持ち、温度センサの示す値とメモリの
値から、最適な温度調節手段の制御量をファジィ論理や
ＰＩＤなど公知の手法を用いて計算し、温度調節手段に
出力する機能を持つ。またそれぞれの温度調節器は独立
して動作し、他の温度調節器の状態の影響は受けない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した前者の温度制
御装置は、温度調節手段の動作パラメータを決定する方
式として解析的手段を用いているために、制御器に適用
する制御方式が制御対象物の形状や材質、対象物に含ま
れる温度調節手段の配置方法、および制御対象物が用い
られる周辺雰囲気の温度や熱伝達条件などに対して強く
依存し、結果として温度調節手段の配置方法および周辺
雰囲気温度や熱伝達条件といった制御対象物の条件の変
化に対応した柔軟な設計が困難であるという問題点があ
った。

【０００８】さらに後者の場合、装置の設計は第１の装
置にくらべて単純なものの、目標点に対して影響を及ぼ
すヒータはただ１つという仮定が制御量決定の前提とな
っているために、上記の仮定を満足するためには温度調
節器の配置間隔を温度調節器と対応する温度センサとの
距離に対して十分大きくとらなければならない。これに
より、温度制御の実現精度、とりわけ目標温度分布の位
置に対する厳密さには限界があり、制御対象物の仕様、
たとえば目標温度から許容される温度の誤差や急激な外
界からの温度変化に対する追従速度の許容下限などに応
じた温度調節手段の最適な配置を実現することが困難で
あるという問題点があった。

【０００９】本発明の校正システムの目的は、これらの
問題を公知の温度制御装置を改造や改変することなく解
決し、対象物の目標点を目標温度に制御するための、温
度制御装置の校正システムと校正方法を提供することに
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の温度制御装置の
校正システムは、１個の温度検出素子と、１個の温度調
節手段と、温度検出素子から検出された温度と設定温度
との差から温度調節手段の制御量を調節する１個の温度
調節器との組み合せを複数有する温度制御装置の、各温
度調節器の設定温度を、制御対象物の制御目標点の温度
が目標温度となるように校正するための校正システムで
あって、校正システムは、制御対象物の１個以上の制御
目標点の温度を直接測定するための１個以上の目標点測
定用温度センサと、目標点測定用温度センサが示す温度
を計測するための目標点温度計測手段と、各目標点の目
標温度と、各温度調節器の設定温度と、設定温度の変化
に対応する各目標点の温度変化の関係データとを記憶す
るための記憶手段と、目標点温度計測手段で計測された
目標点の計測温度と記憶手段に記憶された目標温度とを
比較し、記憶手段に記憶された設定温度と温度変化の関
係データから、各温度調節器に新たに設定すべき設定温
度を算出するＣＰＵと、算出された新たな設定温度を各
温度調節器に指示するための設定温度設定手段とから構
成される。

【００１１】本発明の温度制御装置の校正方法は、１個
の温度検出素子と、１個の温度調節手段と、温度検出素
子から検出された温度と設定温度との差から温度調節手
段の制御量を調節する１個の温度調節器との組み合せを
複数有する温度制御装置の、各温度調節器の設定温度
を、制御対象物の制御目標点の温度が目標温度となるよ
うに校正するための前述の校正システムを用いた校正方
法であって、各温度調節器の設定温度を通常運用時に用
いている温度の設定にし、目標点に取り付けた目標点測
定用温度センサの温度が安定するまで待機し、温度が安
定したらＣＰＵが各目標点の測定温度と記憶手段に記憶
された目標温度とを比較してその差を計算し、ＣＰＵ
は、目標温度と測定温度との差が所定の値以上と判断し
た場合は、目標温度と測定温度との差を記憶手段が記憶
する各温度調節器の設定温度と、温度調節器のそれぞれ
の設定温度の変化に対応する各目標点の温度変化の関係
データと照合して各温度調節器に新たに設定すべき設定
温度を計算し、その結果得られた新たに設定すべき設定
温度を設定温度設定手段を通じて各温度調節器に設定
し、再度目標点の温度が安定するまで待機し、各目標点
の実測の温度と目標温度との差が所定の値以下になるま
で上記の動作を繰り返し、各目標点の実測の温度と目標
温度との差が所定の値以下であると判断したならば、こ
の時点での設定温度の設定値を温度調節器のメモリに保
管して、校正動作を終了し、温度調節器を運用するとき
は、メモリに保管した校正終了時点での設定温度の設定
値をそれぞれの温度調節器に設定する。

【００１２】本発明の温度制御装置の校正システムと校
正方法では、あらかじめ検証され記憶部に記憶された設
定温度の変化に対応する各目標点の温度変化の関係デー
タを使用して、制御の目標点の目標温度と測定温度の差
から設定すべき温度調節器の設定温度を算出して温度調
節器に記憶させているので、目標点の温度は目標温度で
精密に制御される。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の
実施の形態を示す温度制御装置の校正システムのブロッ
ク構成図であり、図中符号１０は制御対象物、１１は温
度制御装置、１２-1〜１２-nは温度調節手段、１３-1〜
１３-nは温度センサ、１４-1〜１４-nは温度調節器、２
０は校正システム、２１はＣＰＵ、２２は目標点温度計
測手段、２３は設定温度設定手段、２４は設定ルール記
憶手段、２５-1〜２５-mは目標点測定用温度センサであ
る。

【００１４】本発明の校正システムの対象となる温度制
御装置１１は、前述の多点型温度制御装置と同一の構成
である。すなわち、制御対象物１０に取り付けられたｎ
個の加熱や冷却のための温度調節手段１２-1〜１２-n
と、その温度を観測するために温度調節手段１２-1〜１
２-nに近接して設けられた同数の温度センサ１３-1〜１
３-nと、それぞれの温度調節手段１２-1〜１２-nの出力
を制御するためのｎ個の温度調節器１４-1〜１４-nから
構成され、温度調節器１４-1〜１４-nは温度センサ１３
-1〜１３-nごとにあらかじめ設定された設定温度と温度
センサ１３-1〜１３-nの示す温度の値との差に応じて温
度調節手段１２-1〜１２-nの出力の制御量を決定する。

【００１５】本校正システム２０は、上述のような従来
型の温度制御装置１１の温度調節器１４の設定温度を、
制御対象物１０の目標点の温度が目標温度となるように
校正するための校正システムであり、制御対象物１０の
目標点の温度分布を直接測定するためのｍ個の温度セン
サ２５-1〜２５-mと、これらの温度センサ２５-1〜２５
-mが示す温度分布を計測するための目標点温度計測手段
２２と、各温度調節器の設定温度と、設定温度の変化に
対応する各目標点の温度変化の関係データとを記憶する
ための設定ルール記憶手段２４と、校正対象の温度制御
装置１１がもつｎ個の設定温度の設定値を目標点の温度
分布および設定ルール記憶手段２４に記憶されたデータ
をもとに決定するためのＣＰＵ２１と、決定された設定
値を温度制御装置１１に指示するための設定温度設定手
段２３とから構成される。

【００１６】また設定ルール記憶手段２４には、目標点
の温度分布が最適になった場合の各温度調節器１４-1〜
１４-nのあらかじめ実測あるいは計算で推定された設定
値、およびあらかじめ実測により検証された温度調節器
１４-1〜１４-nのそれぞれの設定値が変動したときの各
目標点の温度に与える変化の状態の関係データが記憶さ
れている。

【００１７】図２は本発明の実施の形態の温度制御装置
の校正方法の動作のフローチャートであり、Ｓ２１〜Ｓ
２９は動作の各ステップを示す。本発明の動作につい
て、図１のブロック図および図２のフローチャートを用
いて説明する。動作がスタートすると（Ｓ２１）、まず
温度調節器１４-1〜１４-nの設定温度を通常運用時に用
いている設定温度に設定し（Ｓ２２）、目標点に取り付
けた目標点測定用温度センサ２５-1〜２５-mの温度が安
定するまで待機する（Ｓ２３）。温度が安定したらＣＰ
Ｕ２１は各目標点の実測の温度と校正者が指定した目標
温度とを比較し、その差を計算する（Ｓ２４）。目標値
との差が規定値以上と判断したならば、その差を設定ル
ール記憶手段２４の温度調節器１４-1〜１４-nのそれぞ
れの設定値が変動したときの各目標点の温度に与える変
化の状態の関係データと照合して各温度調節器１４-1〜
１４-nの温度設定値の変更すべき値を計算する（Ｓ２
６）。その結果得られた変更後の温度設定値を設定温度
設定手段２３を通じて各々の温度調節器１４-1〜１４-n
にフィードパックする（Ｓ２７）。

【００１８】そして再度目標点の温度が安定するまで待
機し（Ｓ２３に戻る）、各目標点の実測の温度と校正者
が指定した目標温度との差が規定値以下になるまで上述
の動作（Ｓ２３、２４、２５、２６、２７）を繰り返
す。各目標点の差が規定値以内にあると判断したならば
（Ｓ２５）、校正は終了したとしてこの時点での設定温
度の設定値を温度調節器１４-1〜１４-nのメモリに保管
して（Ｓ２８）、終了する（２９）。

【００１９】温度調節器を運用するときは、保管した校
正終了時点での設定温度の設定値をそれぞれの温度調節
器１４-1〜１４-nに設定することで、目標点の温度を最
終的に求めた目標温度で安定させることができる。

【００２０】また、目標点に取り付けた目標点測定用温
度センサ２５-1〜２５-mが制御対象物１０の運用時に支
障となるときには取り外してかまわない。

【００２１】

【実施例】次に、本発明の実施の形態の一実施例の動作
を詳細に説明する。図３は本発明の制御対象が金型の場
合の実施例のヒータおよびセンサの配置を示す斜視図で
あり、図中符号３２-1〜３２-nはヒータ、３３-1〜３３
-nは温度センサ、３５-1〜３５-nは目標点測定用温度セ
ンサ、３６は金型上部、３７は金型下部、３８-1〜３８
-nはヒータ取り付け穴である。

【００２２】図１における制御対象物１０が射出成形機
用の金型上部３６であり、温度調節手段１３は電熱式ヒ
ータ（以下、ヒータ）３２-1〜３２-nであり、温度セン
サ３３-1〜３３-nとともに図３のように金型の上部から
見てそれぞれ格子状に、かつ高さ５０ｃｍの金型上部３
６の上面から約２０ｃｍの深さの穴３８-1〜３８-nの内
部に配置されており、校正用の目標点測定用温度センサ
３５-1〜３５-nは金型下部３７の接触面上でかつヒータ
３２-1〜３２-nの真下にヒータと同様格子状に同数配置
されている。ただし金型の運用時には、目標点測定用温
度センサ３５-1〜３５-nの取り付け位置では樹脂が流動
するため、これらの校正用の目標点測定用温度センサ３
５-1〜３５-nは取り外される。

【００２３】校正対象の温度制御装置１１が有する温度
調節器１４-1〜１４-nのそれぞれは、１箇所の温度セン
サ３３-1〜３３-nからの入力に対して同じ１箇所のヒー
タ３２-1〜３２-nへの制御電圧を出力する機能を有す
る。また、設定ルール記憶手段２４に記憶される内容と
して、目標点の目標温度ｓ（１）〜ｓ（ｎ）に対応する
ヒータ温度の設定値ｔ（１）〜ｔ（ｎ）の他に、ｙ番目
の温度調節器の設定値が１℃変化したときのｘ番目の目
標点の温度変化Ａ（ｘ，ｙ）がすべて記憶されている。

【００２４】図２のＳ２４で目標点の温度と最適値との
差Δｓ（１）〜Δｓ（ｎ）が得られたら、設定ルール記
憶手段２４に記憶された目標点の温度変化Ａを参照し
（Ｓ２６に対応）、Ａの性質から以下の行列式の方程式
をΔｔ（１）〜Δｔ（ｎ）について解く。

【００２５】 Δｓ＝Ａ＊Δｔ （１−１） Δｔ＝［Δｔ（１），．．．，Δｔ（ｎ）］ （１−２） Δｓ＝［Δｓ（１），．．．，Δｓ（ｎ）］ （１−３） Ａ＝［Ａ（ｘ，ｙ）］、 １≦ｘ≦ｎ， １≦ｙ≦ｎ （１−４） このようにして得られたΔｔ（１）〜Δｔ（ｎ）を、現
在の設定値ｔ（１）〜ｔ（ｎ）に加え、あらたなヒータ
温度の設定値として各温度調節器１４-1〜１４-nにフィ
ードパックする（Ｓ２７に対応）。

【００２６】このようにしてヒータ温度の設定値が決定
したら、目標点測定用温度センサ３５-1〜３５-nを取り
外し、最終的に決定した設定値にもとづいて温度調節器
１４-1〜１４-nによる制御をおこなうことによって目標
点における温度を校正時の通りに実現することができ
る。

【００２７】

【発明の効果】以上述ベたように、本発明の温度制御装
置の校正システムと校正方法は、温度調節器の温度測定
点と目標点とが異なる制御対象物の目標点の目標温度制
御を、公知の温度制御装置を用いて高精度かつ安価に実
現することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す温度制御装置の校正
システムのブロック構成図である。

【図２】本発明の実施の形態の温度制御装置の校正方法
の動作のフローチャートである。

【図３】本発明の制御対象が金型の場合の実施例のヒー
タおよびセンサの配置を示す斜視図である。

【図４】従来例の代表的な温度制御装置のブロック構成
図である。

【符号の説明】

１０、４０ 制御対象物 １１ 温度制御装置 １２-1〜１２-n、４２ 温度調節手段 １３-1〜１３-n、３３-1〜３３-n、４３ 温度センサ １４-1〜１４-n 温度調節器 ２０ 校正システム ２１ ＣＰＵ ２２ 目標点温度計測手段 ２３ 設定温度設定手段 ２４ 設定ルール記憶手段 ２５-1〜２５-m、３５-1〜３５-n 目標点測定用温度
センサ ３２-1〜３２-n ヒータ ３６ 金型上部 ３７ 金型下部 ３８-1〜３８-n ヒータ取り付け穴 ４４ 温度計測部 ４５ ＰＩＤ制御器 ４６ 温度調節手段制御部 Ｓ２１〜Ｓ２９ 動作の各ステップ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １個の温度検出素子と、１個の温度調節
   手段と、前記温度検出素子から検出された温度と設定温
   度との差から前記温度調節手段の制御量を調節する１個
   の温度調節器との組み合せを複数有する温度制御装置
   の、各前記温度調節器の前記設定温度を、制御対象物の
   制御目標点の温度が目標温度となるように校正するため
   の校正システムであって、 前記校正システムは、 前記制御対象物の１個以上の制御目標点の温度を直接測
   定するための１個以上の目標点測定用温度センサと、 前記目標点測定用温度センサが示す温度を計測するため
   の目標点温度計測手段と、 各目標点の目標温度と、各前記温度調節器の前記設定温
   度と、該設定温度の変化に対応する各目標点の温度変化
   の関係データとを記憶するための記憶手段と、 前記目標点温度計測手段で計測された目標点の計測温度
   と前記記憶手段に記憶された前記目標温度とを比較し、
   前記記憶手段に記憶された前記設定温度と前記温度変化
   の関係データから、各前記温度調節器に新たに設定すべ
   き設定温度を算出するＣＰＵと、 算出された新たな設定温度を各前記温度調節器に指示す
   るための設定温度設定手段とから構成される、ことを特
   徴とする温度制御装置の校正システム。
2. 【請求項２】 １個の温度検出素子と、１個の温度調節
   手段と、前記温度検出素子から検出された温度と設定温
   度との差から前記温度調節手段の制御量を調節する１個
   の温度調節器との組み合せを複数有する温度制御装置
   の、各前記温度調節器の前記設定温度を、制御対象物の
   制御目標点の温度が目標温度となるように校正するため
   の請求項１に記載の校正システムを用いた校正方法であ
   って、 各前記温度調節器の設定温度を通常運用時に用いている
   温度の設定にし、 目標点に取り付けた前記目標点測定用温度センサの温度
   が安定するまで待機し、 温度が安定したら前記ＣＰＵが各目標点の測定温度と前
   記記憶手段に記憶された目標温度とを比較してその差を
   計算し、 前記ＣＰＵは、前記目標温度と測定温度との差が所定の
   値以上と判断した場合は、前記目標温度と測定温度との
   差を前記記憶手段が記憶する各前記温度調節器の前記設
   定温度と、前記温度調節器のそれぞれの設定温度の変化
   に対応する各目標点の温度変化の前記関係データと照合
   して各前記温度調節器に新たに設定すべき設定温度を計
   算し、 その結果得られた新たに設定すべき設定温度を前記設定
   温度設定手段を通じて各前記温度調節器に設定し、 再度目標点の温度が安定するまで待機し、 各目標点の実測の温度と前記目標温度との差が所定の値
   以下になるまで上記の動作を繰り返し、 各目標点の実測の温度と前記目標温度との差が所定の値
   以下であると判断したならば、この時点での設定温度の
   設定値を前記温度調節器のメモリに保管して、校正動作
   を終了し、 前記温度調節器を運用するときは、前記メモリに保管し
   た校正終了時点での設定温度の前記設定値をそれぞれの
   前記温度調節器に設定する、ことを特徴とする温度制御
   装置の校正方法。