JP2020035008A - Temperature control system, temperature control method, and program - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は温度制御システムおよび温度制御方法に関し、より詳しくは、加熱対象物に搭載された電気抵抗ヒータおよび温度センサを備え、この温度センサの出力に基づいて上記電気抵抗ヒータへの通電電流を制御する温度制御システムおよび温度制御方法に関する。また、この発明は、そのような温度制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムに関する。 The present invention relates to a temperature control system and a temperature control method, and more specifically, includes an electric resistance heater and a temperature sensor mounted on an object to be heated, and controls a current supplied to the electric resistance heater based on an output of the temperature sensor. The present invention relates to a temperature control system and a temperature control method. The present invention also relates to a program for causing a computer to execute such a temperature control method.
従来、この種の温度制御システムとしては、例えば特許文献1(特開2003−053437号公報)に開示されているように、加熱対象物(プレス加工用の金型)に、電気抵抗ヒータである棒状ヒータ(電熱線を耐熱絶縁物で被覆すると共に、鋼管に収納している市販品)と、この加熱対象物の温度を測定する温度センサとを搭載し、上記加熱対象物が目標温度になるように、上記温度センサの出力に基づいて上記棒状ヒータへの通電電流を制御するものが知られている。 Conventionally, as this type of temperature control system, as disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-053437), for example, an electric resistance heater is provided on an object to be heated (a die for press working). A rod-shaped heater (a commercially available product in which a heating wire is covered with a heat-resistant insulator and housed in a steel pipe) and a temperature sensor for measuring the temperature of the object to be heated are mounted, and the object to be heated reaches a target temperature. As described above, there is known a device that controls a current supplied to the rod-shaped heater based on an output of the temperature sensor.
特許文献1におけるのと同様の電気抵抗ヒータを含む温度制御システムについて本発明者が解析したところ、上記電気抵抗ヒータへの通電開始から上記加熱対象物が目標温度(例えば、200℃)になるまでの間に、上記電気抵抗ヒータ内部の電熱線の温度が800℃〜1000℃に達することが判明した。なお、市販品の電気抵抗ヒータ自体には、通常は温度センサが内蔵されていないが、本発明者は特別に温度センサを内蔵させて解析した。
The present inventor has analyzed a temperature control system including an electric resistance heater similar to that in
ここで、例えば代表的な電熱線であるニッケルクロム線1種、ニッケルクロム線2種は、概ね700℃を超えると劣化が加速されると言われている。その他の材料である例えば鉄クロム線1種、鉄クロム線2種の場合も、それぞれ或る温度を超えると劣化が加速される。この事情は、電熱線に限られず、電熱帯についても同様である。「電熱線」と「電熱帯」は、合わせて「電熱体」と称される。 Here, it is said that, for example, one type of nickel chrome wire and two types of nickel chrome wire, which are typical heating wires, are accelerated in deterioration when approximately 700 ° C. or more. In the case of other materials, for example, one type of iron chromium wire and two types of iron chromium wire, the deterioration is accelerated when each exceeds a certain temperature. This situation is not limited to the heating wire, but also applies to the electrotropics. The “heating wire” and the “electrotroph” are collectively referred to as an “heating body”.
そこで、この発明の課題は、上述のような温度制御システムであって、電気抵抗ヒータを構成する電熱体の温度が予め定められた制限温度を超えるのを防止できるものを提供することにある。また、この発明の課題は、そのような温度制御システムのための温度制御方法であって、電気抵抗ヒータを構成する電熱体の温度が予め定められた制限温度を超えるのを防止できるものを提供することにある。また、この発明の課題は、そのような温度制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを提供することにある。 Therefore, an object of the present invention is to provide a temperature control system as described above, which can prevent a temperature of an electric heating element constituting an electric resistance heater from exceeding a predetermined limit temperature. Another object of the present invention is to provide a temperature control method for such a temperature control system, which can prevent a temperature of an electric heater constituting an electric resistance heater from exceeding a predetermined limit temperature. Is to do. Another object of the present invention is to provide a program for causing a computer to execute such a temperature control method.
上記課題を解決するため、この開示の温度制御システムは、
加熱対象物に搭載された電気抵抗ヒータおよび温度センサを備え、この温度センサが出力する上記加熱対象物の温度に基づいて上記電気抵抗ヒータへの通電電流を制御する温度制御システムであって、
上記加熱対象物を予め定められた目標温度に制御するための操作量を作成し、上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体に上記操作量に応じた通電電流を流して、上記加熱対象物の温度を制御する温度制御部と、
上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体の現在温度を取得する電熱体温度取得部とを備え、
上記電熱体の上記現在温度が予め定められた制限温度を超えたとき、上記温度制御部は、上記電熱体を上記制限温度以下に抑制するように上記操作量を減じることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, the temperature control system according to the present disclosure includes:
A temperature control system comprising an electric resistance heater and a temperature sensor mounted on a heating object, and controlling a current supplied to the electric resistance heater based on a temperature of the heating object output by the temperature sensor,
Create an operation amount for controlling the object to be heated to a predetermined target temperature, flow an energizing current according to the operation amount to the electric heating element constituting the electric resistance heater, and set a temperature of the object to be heated. A temperature control unit for controlling
During the temperature control of the heating object, comprising an electric heating element temperature acquisition unit that acquires the current temperature of the electric heating element,
When the current temperature of the electric heating element exceeds a predetermined limit temperature, the temperature control unit reduces the operation amount so as to suppress the electric heating element to a temperature equal to or lower than the temperature limit.
本明細書を通して、電気抵抗ヒータへの通電は、電熱体への通電を意味する。電熱体への「通電」は、典型的には、上記電熱体をなす電熱線または電熱帯の長手方向に沿って行われる。また、上記加熱対象物の「目標温度」よりも、上記電熱体の「制限温度」が十分に高いものとする(さもなければ、上記加熱対象物を加熱するために、上記電熱体が使用され得ない。)。典型的には、上記加熱対象物の「目標温度」は100℃〜200℃が想定され、また、上記電熱体の「制限温度」は700℃が想定されるが、これに限られるものではない。 Throughout this specification, energizing the electric resistance heater means energizing the electric heating element. "Electrification" of the electric heating element is typically performed along the longitudinal direction of the heating wire or the electric tropic forming the electric heating element. Further, the "limit temperature" of the electric heating element is sufficiently higher than the "target temperature" of the object to be heated (otherwise, the electric heating element is used to heat the object to be heated. I can't get it.) Typically, the “target temperature” of the object to be heated is assumed to be 100 ° C. to 200 ° C., and the “limit temperature” of the electric heating element is assumed to be 700 ° C., but is not limited thereto. .
この開示の温度制御システムでは、温度制御部は、上記加熱対象物を予め定められた目標温度に制御するための操作量を作成し、上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体に上記操作量に応じた通電電流を流して、上記加熱対象物の温度を制御する。上記加熱対象物の温度制御中に、電熱体温度取得部は、上記電熱体の現在温度を取得する。上記電熱体の上記現在温度が予め定められた制限温度を超えたとき、上記温度制御部は、上記電熱体を上記制限温度以下に抑制するように上記操作量を減じる。これにより、この温度制御システムによれば、上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体の温度が上記制限温度を超えるのを防止できる。 In the temperature control system according to the present disclosure, the temperature control unit creates an operation amount for controlling the object to be heated to a predetermined target temperature, and generates an operation amount according to the operation amount on the electric heating element that constitutes the electric resistance heater. The temperature of the object to be heated is controlled by passing the supplied current. During the temperature control of the heating target, the electric heating element temperature acquisition unit acquires the current temperature of the electric heating element. When the current temperature of the electric heating element exceeds a predetermined limit temperature, the temperature control unit reduces the operation amount so as to suppress the electric heating element to the temperature equal to or lower than the temperature limit. Thus, according to this temperature control system, it is possible to prevent the temperature of the electric heating element constituting the electric resistance heater from exceeding the limit temperature.
一実施形態の温度制御システムでは、
上記温度制御部は、
上記温度センサが出力する上記加熱対象物の現在温度が上記目標温度に一致するように第1の操作量を作成する第1のフィードバック制御部と、
上記電熱体温度取得部によって取得された上記電熱体の上記現在温度が上記制限温度に一致するように第2の操作量を作成する第2のフィードバック制御部と、
上記第1の操作量と上記第2の操作量とを比較して、上記第1のフィードバック制御部と上記第2のフィードバック制御部のうちいずれか小さい操作量を与える制御部を選択する選択部と
を含むことを特徴とする。
In one embodiment of the temperature control system,
The temperature control unit includes:
A first feedback control unit that creates a first manipulated variable such that a current temperature of the heating target output by the temperature sensor matches the target temperature;
A second feedback control unit that creates a second manipulated variable so that the current temperature of the electric heating element acquired by the electric heating element temperature acquisition unit matches the limit temperature;
A selector that compares the first operation amount with the second operation amount and selects a control unit that gives a smaller operation amount among the first feedback control unit and the second feedback control unit; And characterized in that:
この一実施形態の温度制御システムでは、上記温度制御部において、第1のフィードバック制御部は、上記温度センサが出力する上記加熱対象物の現在温度が上記目標温度に一致するように、フィードバック制御のための第1の操作量を作成する。第2のフィードバック制御部は、上記電熱体温度取得部によって取得された上記電熱体の上記現在温度が上記制限温度に一致するように、フィードバック制御のための第2の操作量を作成する。選択部は、上記第1の操作量と上記第2の操作量とを比較して、上記第1のフィードバック制御部と上記第2のフィードバック制御部のうちいずれか小さい操作量を与える制御部を選択する。これにより、上記電熱体の上記現在温度が予め定められた制限温度を超えたとき、上記電熱体を上記制限温度以下に抑制するように上記操作量が減じられる。 In the temperature control system according to the embodiment, in the temperature control unit, the first feedback control unit performs feedback control so that a current temperature of the heating target output by the temperature sensor matches the target temperature. First manipulated variable is created. The second feedback control unit creates a second operation amount for feedback control such that the current temperature of the electric heating element acquired by the electric heating element temperature acquisition unit matches the limited temperature. The selection unit compares the first operation amount with the second operation amount, and selects a control unit that gives a smaller operation amount among the first feedback control unit and the second feedback control unit. select. Thus, when the current temperature of the electric heating element exceeds a predetermined limit temperature, the operation amount is reduced so as to suppress the electric heating element to the temperature equal to or lower than the limit temperature.
すなわち、上記電気抵抗ヒータ(正確には、電熱体を指す。以下同様。)への通電開始から上記加熱対象物が上記目標温度になるまでの間、上記電熱体の上記現在温度が上記制限温度以下であれば、上記第1、第2のフィードバック制御部のフィードバック制御のゲインを適切に設定しておくことによって、上記第1の操作量(上記加熱対象物を目標温度まで昇温させようとする)が上記第2の操作量(上記電熱体を制限温度まで昇温させようとする)よりも小さくなり得る。この場合、上記選択部は、上記第1のフィードバック制御部と上記第2のフィードバック制御部のうち上記第1のフィードバック制御部を選択する。したがって、上記温度制御部は、上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体に上記第1の操作量に応じた通電電流を流して、上記加熱対象物の温度をフィードバック制御する(本来の制御)。 That is, the current temperature of the electric heating element is set to the limited temperature from the start of energization to the electric resistance heater (more precisely, the electric heating element; the same applies to the following) until the object to be heated reaches the target temperature. In the following case, by appropriately setting the gains of the feedback control of the first and second feedback control units, the first operation amount (the temperature of the heating target is raised to the target temperature) ) May be smaller than the second manipulated variable (trying to raise the temperature of the electric heating element to the limit temperature). In this case, the selection unit selects the first feedback control unit from the first feedback control unit and the second feedback control unit. Therefore, the temperature control section feeds an energizing current according to the first operation amount to the electric heating element constituting the electric resistance heater, and performs feedback control of the temperature of the heating target (original control).
一方、上記電気抵抗ヒータへの通電開始から上記加熱対象物が上記目標温度になるまでの間に、上記電熱体の上記現在温度が上記制限温度を超えたとき、上記第1の操作量(上記加熱対象物をまだ昇温させようとする)よりも上記第2の操作量(上記電熱体を降温させようとする)が小さくなり得る。この場合、上記選択部は、上記第1のフィードバック制御部と上記第2のフィードバック制御部のうち上記第2のフィードバック制御部を選択する。したがって、上記温度制御部は、上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体に上記第2の操作量に応じた通電電流を流して、上記加熱対象物の温度を制御することができる。この制御は、上記電熱体の上記現在温度を上記制限温度に一致させるようなフィードバック制御となる。このようにして、上記電熱体の上記現在温度が上記制限温度を超えたとき、上記電熱体を上記制限温度以下に抑制するように上記操作量が減じられる。 On the other hand, when the current temperature of the electric heating element exceeds the limit temperature during a period from the start of energization to the electric resistance heater to the target temperature of the heating object, the first operation amount (the The second manipulated variable (trying to lower the temperature of the electric heating element) may be smaller than that of trying to raise the temperature of the object to be heated. In this case, the selection unit selects the second feedback control unit from the first feedback control unit and the second feedback control unit. Therefore, the temperature control unit can control the temperature of the heating target by flowing an energizing current according to the second operation amount to the electric heating element constituting the electric resistance heater. This control is feedback control such that the current temperature of the electric heating element is made to coincide with the limit temperature. In this way, when the current temperature of the electric heating element exceeds the limit temperature, the operation amount is reduced so as to suppress the electric heating element to the temperature equal to or lower than the limit temperature.
一実施形態の温度制御システムでは、
上記電熱体温度取得部は、
上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体が示す抵抗値を現在の抵抗値として測定する抵抗測定部と、
上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体の既知の温度対抵抗特性に基づいて上記現在の抵抗値に応じた上記電熱体の現在温度を算出する電熱体温度算出部と
を含むことを特徴とする。
In one embodiment of the temperature control system,
The electric heating element temperature acquisition unit,
During the temperature control of the heating object, a resistance measuring unit that measures the resistance value indicated by the electric heating element as a current resistance value,
During the temperature control of the heating object, an electric heating element temperature calculating unit that calculates a current temperature of the electric heating element according to the current resistance value based on a known temperature-resistance characteristic of the electric heating element. Features.
本明細書で、「温度対抵抗特性」とは、上記電熱体の温度が変化したときに、それに伴って上記電熱体の抵抗値が変化する現象(特性)を意味する。ここでいう「抵抗値」は、抵抗値(単位Ω)そのものに限られず、予め定められた基準温度(例えば、23℃、25℃などの常温、または0℃など)での抵抗値に対する比(無次元)であってもよい。この比は、典型的には、(抵抗値)/(基準温度抵抗値)として算出されるが、逆数であってもよい。 In this specification, the term “temperature-resistance characteristic” means a phenomenon (characteristic) in which, when the temperature of the electric heater changes, the resistance value of the electric heater changes accordingly. The “resistance value” here is not limited to the resistance value (unit: Ω) itself, but is a ratio to a resistance value at a predetermined reference temperature (for example, normal temperature such as 23 ° C. or 25 ° C., or 0 ° C.). (Dimensionless). This ratio is typically calculated as (resistance value) / (reference temperature resistance value), but may be a reciprocal.
この一実施形態の温度制御システムでは、上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体温度取得部に含まれた抵抗測定部は、上記電熱体が示す抵抗値を現在の抵抗値として測定する。上記加熱対象物の温度制御中に、電熱体温度算出部は、上記電熱体の既知の温度対抵抗特性に基づいて上記現在の抵抗値に応じた上記電熱体の現在温度を算出する。これにより、上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体の現在温度を取得できる。この場合、例えば、上記電気抵抗ヒータを構成するケースの内部に、上記電熱体の温度を測定する追加の温度センサを設ける必要が無い。したがって、電気抵抗ヒータとして、例えば、一般的な棒状ヒータのような、電熱体を耐熱絶縁物で被覆すると共に、鋼管に収納している市販品を用いることができる。 In the temperature control system according to the embodiment, during the temperature control of the heating target, the resistance measuring unit included in the electric heating element temperature acquisition unit measures a resistance value indicated by the electric heating element as a current resistance value. . During the temperature control of the heating object, the electric heating element temperature calculation unit calculates a current temperature of the electric heating element according to the current resistance value based on a known temperature-resistance characteristic of the electric heating element. Thus, the current temperature of the electric heating element can be obtained during the temperature control of the heating target. In this case, for example, there is no need to provide an additional temperature sensor for measuring the temperature of the electric heating element inside the case constituting the electric resistance heater. Therefore, as the electric resistance heater, for example, a commercially available product in which an electric heating element is covered with a heat-resistant insulating material and housed in a steel pipe, such as a general rod heater, can be used.
一実施形態の温度制御システムでは、
上記電熱体は、上記温度対抵抗特性が極大および極小を有する特定のニッケルクロム線または帯からなり、
上記電熱体温度取得部の上記電熱体温度算出部は、上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体の上記現在の抵抗値が極大または極小を示したとき、上記現在の抵抗値の上記極大または上記極小に応じた上記電熱体の現在温度を算出する
ことを特徴とする温度制御システム。
In one embodiment of the temperature control system,
The electric heating element comprises a specific nickel-chromium wire or band having the maximum and minimum temperature-resistance characteristics,
The electric heating element temperature calculating section of the electric heating element temperature obtaining section, during the temperature control of the heating object, when the current resistance value of the electric heating element shows a maximum or a minimum, the current resistance value of the current resistance A temperature control system for calculating a current temperature of the electric heating element according to the maximum or the minimum.
本明細書で、「温度対抵抗特性が極大および極小を有する特定のニッケルクロム線または帯」とは、例えば、日本工業規格(JISC2520)に規定された、電熱用ニッケルクロム線1種(略号NCHW1)または電熱用ニッケルクロム帯1種(略号NCHRW1)を指す。 In the present specification, “a specific nickel chrome wire or band having a maximum versus a minimum in temperature versus resistance characteristics” is, for example, one type of nickel chrome wire for electric heating (abbreviation NCHW1) specified in Japanese Industrial Standards (JISC2520). ) Or one type of nickel chromium band for electric heating (abbreviation NCHRW1).
例えば文献(US 2017/0359857 A1)に記載されているように、代表的な電熱線であるニッケルクロム線1種の温度対抵抗値特性は、グラフ化されたとき、0℃(または常温)から温度上昇するにつれて増加し、500℃近傍で極大を示し、さらに温度上昇すると次第に減少して800℃近傍で極小を示し、さらに温度上昇すると再び上昇する。上記特定のニッケルクロム線または帯の上記温度対抵抗特性が極大または極小を示す温度は既知で確定している。そこで、この一実施形態の温度制御システムでは、上記電熱体は、上記温度対抵抗特性が極大および極小を有する特定のニッケルクロム線または帯からなる。上記電熱体温度取得部の上記電熱体温度算出部は、上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体の上記現在の抵抗値が極大または極小を示したとき、上記現在の抵抗値の上記極大または上記極小に応じた上記電熱体の現在温度を算出する。これにより、上記電熱体の現在温度を精度良く算出できる。この結果、上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体の温度が上記制限温度を超えるのを精度良く防止できる。 For example, as described in the literature (US 2017/0359857 A1), a temperature-resistance characteristic of one type of nickel chrome wire, which is a typical heating wire, is plotted from 0 ° C. (or ordinary temperature) when graphed. It increases as the temperature rises, shows a maximum around 500 ° C., gradually decreases as the temperature rises, shows a minimum around 800 ° C., and rises again when the temperature further rises. The temperature at which the temperature versus resistance characteristic of the particular nickel chrome wire or band exhibits a maximum or minimum is known and determined. Therefore, in the temperature control system of this embodiment, the electric heating element is made of a specific nickel chrome wire or band having the maximum and minimum temperature-resistance characteristics. The electric heating element temperature calculating section of the electric heating element temperature obtaining section, during the temperature control of the heating object, when the current resistance value of the electric heating element shows a maximum or a minimum, the current resistance value of the current resistance A current temperature of the electric heating element according to the maximum or the minimum is calculated. Thus, the current temperature of the electric heating element can be accurately calculated. As a result, it is possible to accurately prevent the temperature of the electric heating element constituting the electric resistance heater from exceeding the limit temperature.
一実施形態の温度制御システムでは、
上記電熱体温度取得部は、
上記電気抵抗ヒータを構成するケースの内部に設けられた追加の温度センサと、
上記加熱対象物の温度制御中に、上記追加の温度センサの出力に基づいて上記電熱体の現在温度を測定する電熱体温度測定部と
を含むことを特徴とする。
In one embodiment of the temperature control system,
The electric heating element temperature acquisition unit,
An additional temperature sensor provided inside the case constituting the electric resistance heater,
An electric heater temperature measuring unit that measures a current temperature of the electric heater based on an output of the additional temperature sensor during the temperature control of the heating target.
この一実施形態の温度制御システムでは、上記電気抵抗ヒータを構成するケースの内部に追加の温度センサが設けられている。上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体温度取得部に含まれた電熱体温度測定部は、上記追加の温度センサの出力に基づいて上記電熱体の現在温度を測定する。これにより、上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体の現在温度を取得できる。 In the temperature control system of this embodiment, an additional temperature sensor is provided inside a case constituting the electric resistance heater. During the temperature control of the heating target, the electric heating element temperature measuring unit included in the electric heating element temperature acquiring unit measures a current temperature of the electric heating element based on an output of the additional temperature sensor. Thus, the current temperature of the electric heating element can be obtained during the temperature control of the heating target.
別の局面では、この開示の温度制御方法は、
加熱対象物に搭載された電気抵抗ヒータおよび温度センサを用い、この温度センサが出力する上記加熱対象物の温度に基づいて上記電気抵抗ヒータへの通電電流を制御する温度制御方法であって、
上記加熱対象物を予め定められた目標温度に制御するための操作量を作成し、上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体に上記操作量に応じた通電電流を流して、上記加熱対象物の温度を制御し、
上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体の現在温度を取得し、
上記電熱体の上記現在温度が予め定められた制限温度を超えたとき、上記電熱体を上記制限温度以下に抑制するように上記操作量を減じることを特徴とする。
In another aspect, the temperature control method of the present disclosure includes:
A temperature control method using an electric resistance heater and a temperature sensor mounted on a heating object, and controlling a current supplied to the electric resistance heater based on a temperature of the heating object output by the temperature sensor,
Create an operation amount for controlling the object to be heated to a predetermined target temperature, flow an energizing current according to the operation amount to the electric heating element constituting the electric resistance heater, and set a temperature of the object to be heated. Control the
During the temperature control of the heating object, obtain the current temperature of the electric heating element,
When the current temperature of the electric heating element exceeds a predetermined limit temperature, the operation amount is reduced so as to suppress the electric heating element to the temperature limit or lower.
この開示の温度制御方法では、上記加熱対象物を予め定められた目標温度に制御するための操作量を作成し、上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体に上記操作量に応じた通電電流を流して、上記加熱対象物の温度を制御する。上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体の現在温度を取得する。上記電熱体の上記現在温度が予め定められた制限温度を超えたとき、上記電熱体を上記制限温度以下に抑制するように上記操作量を減じる。これにより、この温度制御方法によれば、上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体の温度が上記制限温度を超えるのを防止できる。 In the temperature control method according to the present disclosure, an operation amount for controlling the object to be heated to a predetermined target temperature is created, and an energizing current according to the operation amount is applied to an electric heating element constituting the electric resistance heater. Thus, the temperature of the object to be heated is controlled. During the temperature control of the object to be heated, the current temperature of the electric heating element is acquired. When the current temperature of the electric heating element exceeds a predetermined limit temperature, the operation amount is reduced so as to suppress the electric heating element to a temperature equal to or lower than the temperature limit. Thus, according to the temperature control method, it is possible to prevent the temperature of the electric heating element constituting the electric resistance heater from exceeding the limit temperature.
さらに別の局面では、この開示のプログラムは、上記温度制御方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。 In yet another aspect, a program according to the present disclosure is a program for causing a computer to execute the temperature control method.
この開示のプログラムをコンピュータに実行させることによって、上記温度制御方法を実施することができる。 By causing a computer to execute the program according to the present disclosure, the above-described temperature control method can be performed.
以上より明らかなように、この開示の温度制御システムおよび温度制御方法によれば、電気抵抗ヒータを構成する電熱体の温度が予め定められた制限温度を超えるのを防止できる。また、この開示のプログラムをコンピュータに実行させることによって、上記温度制御方法を実施することができる。 As is clear from the above, according to the temperature control system and the temperature control method of the present disclosure, it is possible to prevent the temperature of the electric heating element constituting the electric resistance heater from exceeding a predetermined limit temperature. The temperature control method can be implemented by causing a computer to execute the program of the present disclosure.
以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(第1実施形態)
図1は、この発明の一実施形態の温度制御システム200の構成を模式的に示している。この温度制御システム200は、加熱対象物90の筐体(1点鎖線で示す。)に収容または搭載された電気抵抗ヒータ(以下、単に「ヒータ」という。)20および温度センサ30と、この温度センサ30の出力(対象物温度信号TO)などに基づいてヒータ20への通電電流をオンオフ制御するための温度コントローラ100とを備えている。
(1st Embodiment)
FIG. 1 schematically shows a configuration of a
ヒータ20は、この例では、このヒータの外壁をなす細長い円筒状の鋼管からなるケース20aと、ケース20a内部に配置された、通電されて発熱する電熱体の一例としての電熱線20xとを有している。電熱線20xの線種は、この例では、日本工業規格(JISC2520)に規定された電熱用ニッケルクロム線2種(略号NCHW2)になっている。ヒータ20は、一対の配線121,122によって、この例では単相200ボルトの商用電源120に接続されている。一方の配線121には、スイッチング素子としてのソリッドステートリレー(SSR)110が介挿されている。他方の配線122には、変流器(CT)からなる電流計71が取り付けられている。また、ヒータ20の両側の配線121,122にまたがって、計器用変圧器(VT)からなる電圧計70が接続されている。
In this example, the
ソリッドステートリレー110は、温度コントローラ100からのオンオフ制御信号Ctlによってオンオフ制御される。オンオフ制御信号Ctlは、この例では、1秒間ないし2秒間周期の矩形波になっている。オンオフ制御信号Ctlのデューティ(すなわち、1周期中のオン期間の割合)は、後述の操作量(これをMVとする。)に従って設定される。これにより、ソリッドステートリレー110のオン期間の間、商用電源120によってヒータ20が通電(電熱線20xの通電と同義。本明細書を通して同様。)される。
The
電流計71は、ヒータ20への通電電流の電流値Iを検出する。電圧計70は、ヒータ20への印加電圧の電圧値Vを検出する。電流計71が検出する電流値Iと、電圧計70が検出する電圧値Vは、温度コントローラ100に入力される。
The
温度コントローラ100は、図2に示すように、ハードウェアとして、この例では、演算部11と、表示器12と、操作部13と、記憶部14と、データ入力部15と、出力部17と、通信部16とを備えている。
As shown in FIG. 2, the
演算部11は、ソフトウェア(コンピュータプログラム)によって動作するCPU(中央演算処理ユニット)を含み、後述の温度制御方法に従う処理や、その他の各種処理を実行する。
The
操作部13は、この例では、キー入力スイッチおよび設定スイッチからなり、ユーザ(操作者)からの指示およびデータなどを入力または設定するために用いられる。この例では、操作部13の設定スイッチには、加熱対象物90を加熱すべき目標温度Ttarget=100℃、ヒータ20を構成する電熱線20xのための制限温度Tlimit=500℃が設定されているものとする。
In this example, the
表示器12は、この例では、LED(発光ダイオード)アレイからなり、演算部11からの制御信号に従って、数値等の表示を行う。この例では、表示器12は、設定された目標温度Ttarget、制限温度Tlimit、加熱対象物90の現在温度TOを表示するために用いられる。
In this example, the
記憶部14は、この例では、非一時的にデータを記憶し得るEEPROM(電気的に書き換え可能な不揮発性メモリ)、および、一時的にデータを記憶し得るRAM(ランダム・アクセス・メモリ)を含んでいる。この記憶部14には、演算部11を制御するためのソフトウェア(コンピュータプログラム)が格納されている。また、この例では、記憶部14には、図4に示すように、ヒータ20を構成している電熱線種(この例では、ニッケルクロム線2種(略号NCHW2))について、温度対抵抗特性としての温度vs抵抗値特性がグラフC1として記憶されている。温度が高くなるにつれて、ニッケルクロム線2種(略号NCHW2)の抵抗値は単調増加している。さらに、記憶部14には、加熱対象物90の温度制御中に、電熱線20xが示す抵抗値が現在の抵抗値Rsとして記憶される。これらの記憶内容については、後に詳述する。
In this example, the
図2中に示すデータ入力部15は、この例では、AD(アナログ・ツー・デジタル)変換器を含んでいる。データ入力部15は、電流計71からの電流値Iと、電圧計70からの電圧値Vとを表す信号を受けて、AD変換を行って、演算部11に入力する。
The
出力部17は、演算部11からの制御信号に従って、ソリッドステートリレー110をオンオフ制御する信号(オンオフ制御信号Ctl)を出力する。ソリッドステートリレー110は、オンオフ制御信号Ctlに応じて、商用電源120につながる配線121を導通または遮断する。
The output unit 17 outputs a signal (ON / OFF control signal Ctl) for controlling ON / OFF of the
通信部16は、演算部11によって制御されて所定の情報を外部の装置に送信したり、また、外部の装置からの情報を受信して演算部11に受け渡したりする。この例では、通信部16は、外部の装置からの指示(コマンド信号CM)を受信する。
The
図1中に示すように、この例では、プログラムされた演算部11によって、第1のフィードバック制御部としての第1のPID制御部41と、第2のフィードバック制御部としての第2のPID制御部42と、選択部43と、抵抗測定部44と、電熱体温度算出部としての電熱線温度算出部45と、出力信号作成部48とが構成されている。第1のPID制御部41、第2のPID制御部42、および、選択部43は、温度制御部40を構成している。また、電流計71、電圧計70、抵抗測定部44、および、電熱線温度算出部45は、電熱体温度取得部を構成している。これらの各部の動作については、次に述べる図3の温度制御処理のフローの中で説明する。
As shown in FIG. 1, in this example, a first
図3は、温度コントローラ100の演算部11が実行する温度制御処理(温度制御方法)のフローを示している。なお、この処理フローの開始直前には、ヒータ20は、予め定められた基準温度、この例では常温23℃にあるものとする。ユーザ(操作者)による、図2中に示した操作部13を介した開始指示、または、通信部16を介した開始指示(コマンド指示CM)を受けると、演算部11は、この温度制御処理のフローを開始する。
FIG. 3 shows a flow of a temperature control process (temperature control method) executed by the
まず、図3のステップS1に示すように、演算部11は、操作部13によって予め設定されている、加熱対象物90を加熱すべき目標温度Ttargetを読み込む。この例では、目標温度Ttarget=100℃であるものとする。また、演算部11は、図1中に示した加熱対象物90に搭載された温度センサ30の出力(対象物温度信号TO)によって、加熱対象物90の現在温度(これを対象物温度信号と同じ符号TOで表す。)を測定して取得する。さらに、演算部11は第1のPID制御部41として働いて、温度センサ30が出力する加熱対象物90の現在温度TOが目標温度Ttargetに一致するように、フィードバック制御のための第1の操作量MV1(単位%)を作成する。第1のPID制御部41は、温度センサ30が出力する加熱対象物90の現在温度TOが目標温度Ttargetに一致するように、予め定められたフィードバック制御のゲインによってPID制御(Proportional, Integral and Differential Control)を行う制御部である。
First, as shown in step S1 of FIG. 3, the
次に、図3のステップS2に示すように、演算部11は、図1中に示した電流計71によって測定された電流値I、電圧計70によって測定された電圧値Vを、それぞれ図2中に示したデータ入力部15を介して入力する。さらに、演算部11は抵抗測定部44として働いて、電熱線20xが示す抵抗値を現在の抵抗値Rs=V/Iとして算出して求める。
Next, as shown in step S2 of FIG. 3, the
次に、図3のステップS3に示すように、演算部11は、操作部13によって予め設定されている、ヒータ20を構成する電熱線20xのための制限温度Tlimitを読み込む。この例では、制限温度Tlimit=500℃であるものとする。また、演算部11は電熱線温度算出部45として働いて、電熱線20xの既知の温度vs抵抗値特性(図4参照)に基づいて現在の抵抗値Rsに応じた電熱線20xの現在温度THを算出する。例えば、現在の抵抗値Rs=10.7Ωであれば、例えば図4中に補助線Qで示すように、それに対応する電熱線20xの現在温度はTH=436℃であるとして算出する。このようにして、演算部11は、加熱対象物90の温度制御中に、電熱線20xの現在温度THを取得する。さらに、演算部11は第2のPID制御部42として働いて、電熱線温度算出部45によって算出された電熱線20xの現在温度THが制限温度Tlimitに一致するように、フィードバック制御のための第2の操作量MV2(単位%)を作成する。第2のPID制御部42は、電熱線温度算出部45によって算出された電熱線20xの現在温度THが制限温度Tlimitに一致するように、予め定められたフィードバック制御のゲインによってPID制御を行う制御部である。この例では、第2のPID制御部42のフィードバック制御のゲインは、第1のPID制御部41のフィードバック制御のゲインと同レベルであるものとする。
Next, as shown in step S3 in FIG. 3, the
次に、図3のステップS4に示すように、演算部11は選択部43として働いて、第1の操作量MV1と第2の操作量MV2とを比較して、第1のPID制御部41と第2のPID制御部42のうちいずれか小さい操作量を与える制御部を選択する。
Next, as shown in step S4 of FIG. 3, the
次に、図3のステップS5に示すように、演算部11は温度制御部40として働いて、ヒータ20を構成する電熱線20xに操作量MVに応じた通電電流を流す。詳しくは、演算部11は出力信号作成部48として働いて、操作量MVに応じて、図1中に示したソリッドステートリレー110をオンオフ制御するためのオンオフ制御信号Ctlを作成する。演算部11は、このオンオフ制御信号Ctlを、図2中に示した出力部17を介してソリッドステートリレー110へ出力する。これにより、ソリッドステートリレー110がオンオフ制御信号Ctlに従ってオンオフして、商用電源120によってヒータ20が通電される。
Next, as shown in step S5 of FIG. 3, the
この後、図3のステップS6に示すように、ユーザによる停止指示を受けない限り(ステップS6でNO)、演算部11はステップS1〜S5の処理を繰り返す。ユーザによる、操作部13を介した停止指示、または、通信部16を介した停止指示(コマンド指示CM)を受けると(ステップS6でYES)、演算部11はこの温度制御処理を終了する。
Thereafter, as shown in step S6 in FIG. 3, unless a stop instruction is received from the user (NO in step S6), the
このように、この温度コントローラ100では、演算部11が、第1のPID制御部41と第2のPID制御部42のうちいずれか小さい操作量を与える制御部を選択し(図3のステップS5)、ヒータ20を構成する電熱線20xに操作量MVに応じた通電電流を流す(ステップS6)。これにより、電熱線20xの現在温度THが予め定められた制限温度Tlimitを超えたとき、電熱線20xを制限温度Tlimit以下に抑制するように操作量MVが減じられる。
As described above, in the
すなわち、ヒータ20への通電開始から加熱対象物90が目標温度Ttargetになるまでの間、電熱線20xの現在温度THが制限温度Tlimit以下であれば、第1、第2のPID制御部42のフィードバック制御のゲインを適切に設定しておくことによって、第1の操作量MV1(加熱対象物90を目標温度Ttargetまで昇温させようとする)が第2の操作量MV2(電熱線20xを制限温度Tlimitまで昇温させようとする)よりも小さくなり得る。この場合、選択部43は、第1のPID制御部41と第2のPID制御部42のうち第1のPID制御部41を選択する。したがって、温度制御部40は、ヒータ20を構成する電熱線20xに第1の操作量MV1に応じた通電電流を流して、加熱対象物90の温度TOを制御する(本来の制御)。
That is, if the current temperature TH of the
一方、ヒータ20への通電開始から加熱対象物90が目標温度Ttargetになるまでの間に、電熱線20xの現在温度THが制限温度Tlimitを超えたとき、第1の操作量MV1(加熱対象物90をまだ昇温させようとする)よりも第2の操作量MV2(電熱線20xを降温させようとする)が小さくなり得る。この場合、選択部43は、第1のPID制御部41と第2のPID制御部42のうち第2のPID制御部42を選択する。したがって、温度制御部40は、ヒータ20を構成する電熱線に第2の操作量MV2に応じた通電電流を流して、加熱対象物90の温度TOを制御することができる。この制御は、電熱線20xの現在温度THを制限温度Tlimitに一致させるようなフィードバック制御となる。このようにして、電熱線20xの現在温度THが制限温度Tlimitを超えたとき、電熱線を制限温度Tlimit以下に抑制するように操作量MVが減じられる。
On the other hand, when the current temperature TH of the
これにより、この温度制御システム200によれば、ヒータ20を構成する電熱線20xの温度THが制限温度Tlimitを超えるのを防止できる。
Thus, according to the
(検証結果)
図5Aは、温度制御システム200における温度制御開始からの温度コントローラ100の操作量MV、ヒータ20を構成する電熱線20xの温度TH、加熱対象物90の温度TOのそれぞれの時系列変化を例示している。
(inspection result)
FIG. 5A illustrates a time series change of the operation amount MV of the
i) この図5Aでは、温度制御開始から10秒までの期間は、加熱対象物90の温度TOは50℃程度以下であり、未だ目標温度Ttarget=100℃に達していない。また、電熱線20xの温度THも、未だ制限温度Tlimit=500℃に達していない。これに応じて、この期間(温度制御開始から10秒までの期間)は、第1のPID制御部41が選択されている。この例では、この期間の操作量MV(つまり、第1の操作量MV1)=100%となっている。
i) In FIG. 5A, during the period from the start of the temperature control to 10 seconds, the temperature TO of the
ii) 続いて、温度制御開始から10秒〜25秒の期間は、加熱対象物90の温度TOは未だ目標温度Ttarget=100℃に達していない。一方、電熱線20xの温度THは制限温度Tlimit=500℃を超えている(達している)。これに応じて、この期間(温度制御開始から10秒〜25秒の期間)は、第2のPID制御部42が選択されている。この例では、この期間の操作量MV(つまり、第2の操作量MV2)=0%となっている。これにより、電熱線20xの温度THが制限温度Tlimit=500℃程度に抑えられている。
ii) Subsequently, during a period of 10 to 25 seconds from the start of the temperature control, the temperature TO of the
iii) 続いて、温度制御開始から25秒間経過した以降は、電熱線20xの温度THは、制限温度Tlimit=500℃未満になっている。これに応じて、第1のPID制御部41が選択されている。ここで、温度制御開始から25秒〜170秒の期間は、加熱対象物90の温度TOが目標温度Ttarget=100℃を超えてオーバーシュートしていることから、この例では操作量MV(つまり、第1の操作量MV1)=0%となっている。温度制御開始から170秒〜185秒の期間は、加熱対象物90の温度TOが目標温度Ttarget=100℃を下回った程度に応じて、操作量MVは次第に増加し、極大を示して次第に減少する態様で、可変して設定されている。
iii) Subsequently, after a lapse of 25 seconds from the start of the temperature control, the temperature TH of the
iv) この例では、温度制御開始から185秒経過した以降は、第1のPID制御部41(つまり、第1の操作量MV1)による制御が維持されている。 iv) In this example, after 185 seconds have elapsed from the start of the temperature control, the control by the first PID control unit 41 (that is, the first operation amount MV1) is maintained.
一方、図5Bは、比較例の温度制御システムにおける温度制御開始からの温度コントローラ100の操作量MV、ヒータ20を構成する電熱線20xの温度、加熱対象物90の温度THのそれぞれの時系列変化を例示している。この比較例の温度制御システムは、図1において、第2のPID制御部42、選択部43、抵抗測定部44、電熱線温度算出部45が省略され、常に、第1のPID制御部41のみによって加熱対象物90の温度TOを制御するシステムである。
On the other hand, FIG. 5B is a time series change of the operation amount MV of the
i) この図5Bでは、温度制御開始から20秒までの期間は、加熱対象物90の温度TOは未だ目標温度Ttarget=100℃に達していない。この例では、この期間の操作量MV(つまり、第1の操作量MV1)=100%となっている。この結果、電熱線20xの温度THが800℃〜900℃に達している(つまり、劣化が加速される温度700℃を超えている。)。
i) In FIG. 5B, during the period from the start of the temperature control to 20 seconds, the temperature TO of the
ii) 温度制御開始から25秒〜225秒の期間は、加熱対象物90の温度TOが目標温度Ttarget=100℃を超えてオーバーシュートしていることから、この例では操作量MV(つまり、第1の操作量MV1)=0%となっている。温度制御開始から225秒〜250秒の期間は、加熱対象物90の温度TOが目標温度Ttarget=100℃を下回った程度に応じて、操作量MVは次第に増加し、極大を示して次第に減少する態様で、可変して設定されている。
ii) During the period of 25 seconds to 225 seconds from the start of the temperature control, the temperature TO of the
iii) この例では、温度制御開始から250秒経過した以降は、第1のPID制御部41(つまり、第1の操作量MV1)による制御が維持されている。 iii) In this example, after 250 seconds have elapsed from the start of the temperature control, the control by the first PID control unit 41 (that is, the first operation amount MV1) is maintained.
上の図5Aと図5Bとを比較すれば分かるように、実施例(温度制御システム200)によれば、ヒータ20を構成する電熱線20xの温度THが予め定められた制限温度Tlimitを超えるのを防止できる、と言える。
As can be seen by comparing FIGS. 5A and 5B above, according to the embodiment (temperature control system 200), the temperature TH of the
しかも、この温度制御システム200では、ヒータ20を構成するケース20aの内部に、電熱線20xの温度THを測定する追加の温度センサを設ける必要が無い。したがって、ヒータ20として、例えば、一般的な棒状ヒータのような、電熱線20xを耐熱絶縁物で被覆すると共に、鋼管に収納している市販品を用いることができる。
Moreover, in the
(変形例)
上の例では、図4に示したように、ヒータ20を構成している電熱線種は、ニッケルクロム線2種(略号NCHW2)であるものとした。しかしながら、これに限られるものではない。ヒータ20を構成している電熱線種は、「温度対抵抗特性が極大および極小を有する特定のニッケルクロム線または帯」の一例としてのニッケルクロム線1種(略号NCHW1)であってもよい。
(Modification)
In the above example, as shown in FIG. 4, the types of heating wires constituting the
この例では、記憶部14には、図6に示すように、ヒータ20を構成している電熱線種であるニッケルクロム線1種(略号NCHW1)について、温度対抵抗特性としての温度vs抵抗比特性がグラフC2として記憶されている。この抵抗比は、(抵抗値)/(基準温度抵抗値)に相当する(基準温度は、この例では、常温23℃である。)。ニッケルクロム線1種の温度対抵抗比特性は、グラフ化されたとき、0℃(または常温)から温度上昇するにつれて増加し、500℃近傍で極大Maxを示し、さらに温度上昇すると次第に減少して800℃近傍で極小Minを示し、さらに温度上昇すると再び上昇する。ニッケルクロム線1種の温度対抵抗比特性が極大Maxを示す温度は500℃、極小Minを示す温度は800℃というように、既知で確定している。
In this example, as shown in FIG. 6, the
この例では、温度制御処理の開始直後で、電熱線20xが未だ略基準温度(この例では、常温23℃)にあるとき、図3のステップS2で、演算部11は抵抗測定部44として働いて、電熱線20xが示す現在の抵抗値Rsを基準温度の抵抗値(これをR1とする。)として求め、記憶部14に保存する。さらに、図3のステップS3で、演算部11は電熱線温度算出部45として働いて、記憶部14に記憶されている電熱線20xの既知の温度vs抵抗比特性(図6参照)に基準温度の抵抗値R1を乗算して、刻々、現在の抵抗値Rsを求め、現在の抵抗値Rsに応じた電熱線20xの現在温度THを算出する。
In this example, immediately after the start of the temperature control process, when the
ここで、この例では、演算部11は電熱線温度算出部45として働いて、加熱対象物90の温度制御中に、電熱線20xの現在の抵抗値Rsが極大Maxまたは極小Minを示したとき、現在の抵抗値Rsの極大Maxまたは極小Minに応じた電熱線20xの現在温度THを算出する。具体的には、電熱線20xの現在の抵抗値Rsが極大Maxを示したとき、例えば図6中に補助線Q1で示すように、それに対応する電熱線20xの現在温度はTH=500℃であるとして算出する。または、電熱線20xの現在の抵抗値Rsが極小Minを示したとき、例えば図6中に補助線Q2で示すように、それに対応する電熱線20xの現在温度はTH=800℃であるとして算出する。これにより、電熱線20xの現在温度THを精度良く算出できる。この結果、電気抵抗ヒータ20を構成する電熱線20xの温度が制限温度Tlimitを超えるのを精度良く防止できる。
Here, in this example, when the
(第2実施形態)
図7は、この発明の別の実施形態の温度制御システム200′の構成を模式的に示している。この温度制御システム200′は、図1の温度制御システム200における電流計71、電圧計70、抵抗測定部44、電熱線温度算出部45に代えて、電熱体温度取得部を構成する要素として、追加の温度センサ21と、電熱体温度測定部としての電熱線温度測定部46とを備えた点が異なっている。それ以外の点は、図1の温度制御システム200と同様に構成されている。
(2nd Embodiment)
FIG. 7 schematically shows a configuration of a temperature control system 200 'according to another embodiment of the present invention. This
追加の温度センサ21は、この例では市販の白金抵抗温度計のセンサヘッドからなり、ヒータ20を構成するケース20aの内部に設けられている。電熱線温度測定部46は、温度コントローラ(符号100′で示す。)に設けられた図示しないホイートストン・ブリッジ回路を含んでいる。温度コントローラ100′の演算部11は電熱線温度測定部46として働いて、加熱対象物90の温度制御中に、公知の手法によって、追加の温度センサ21の出力に基づいて電熱線20xの現在温度(符号TH′で示す。)を測定する。なお、ヒータ20のケース20a内部での温度分布は、無視するものとする。
In this example, the
この温度制御システム200′によっても、図1の温度制御システム200におけるのと同様に、電熱線20xの現在温度TH′が予め定められた制限温度Tlimitを超えたとき、電熱線20xを制限温度Tlimit以下に抑制するように操作量MVが減じられる。これにより、この温度制御システム200′によれば、ヒータ20を構成する電熱線20xの温度TH′が制限温度Tlimitを超えるのを防止できる。
Also in this temperature control system 200 ', when the current temperature TH' of the
上述の実施形態では、第1のフィードバック制御部、第2のフィードバック制御部は、それぞれPID制御(Proportional, Integral and Differential Control)を行う第1のPID制御部41、第2のPID制御部42であるものとしたが、これに限られるものではない。例えば、第1のフィードバック制御部、第2のフィードバック制御部として、それぞれ単にP制御(比例制御)を行う第1のP制御部、第2のP制御部を設けてもよい。
In the above-described embodiment, the first feedback control unit and the second feedback control unit use the first
また、上の例では、記憶部14に、ヒータ20を構成している電熱線種について温度vs抵抗値特性をグラフC1として記憶したが、これに限られるものではない。記憶部14に、ヒータ20を構成している電熱線種について或る温度範囲(例えば0℃〜1000℃)にわたって、例えば一定の温度間隔(例えば、50℃間隔)で、温度と抵抗値とを対応づけた対応表として記憶させておいても良い。この場合、対応表に挙げられていない温度と抵抗値とについては、公知の直線補間法(比例配分)により、温度と抵抗値とを対応付ける。このように温度vs抵抗値特性を対応表として記憶する場合、記憶部14の記憶容量を低減できる。
Further, in the above example, the temperature vs. resistance characteristic of the heating wire type constituting the
また、上の例では、ヒータ20を構成する電熱体としての電熱線種は、ニッケルクロム線2種(略号NCHW2)またはニッケルクロム線1種(略号NCHW1)としたが、これに限られるものではなく、他の線種であってもよい。例えば、鉄クロム線1種(略号FCHW1)、鉄クロム線2種(略号FCHW2)などであってもよい。ヒータ20を構成する電熱体は、電熱線および/または電熱帯であってもよい。
In the above example, the type of the heating wire as the heating element constituting the
また、上述の温度制御方法を、ソフトウェア(コンピュータプログラム)として、CD(コンパクトディスク)、DVD(デジタル万能ディスク)、フラッシュメモリなどの非一時的(non-transitory)にデータを記憶可能な記録媒体に記録してもよい。このような記録媒体に記録されたソフトウェアを、パーソナルコンピュータ、PDA(パーソナル・デジタル・アシスタンツ)、スマートフォン、PLC(プログラマブルロジックコントローラ)などの実質的なコンピュータ装置にインストールすることによって、それらのコンピュータ装置に、上述の温度制御方法を実行させることができる。 In addition, the above-described temperature control method may be implemented as software (computer program) on a non-transitory recording medium such as a CD (compact disk), a DVD (digital universal disk), or a flash memory. It may be recorded. By installing the software recorded on such a recording medium into a substantial computer device such as a personal computer, a PDA (Personal Digital Assistance), a smartphone, and a PLC (Programmable Logic Controller), the software can be installed in those computer devices. The above-described temperature control method can be executed.
以上の実施形態は例示であり、この発明の範囲から離れることなく様々な変形が可能である。上述した複数の実施の形態は、それぞれ単独で成立し得るものであるが、実施の形態同士の組みあわせも可能である。また、異なる実施の形態の中の種々の特徴も、それぞれ単独で成立し得るものであるが、異なる実施の形態の中の特徴同士の組みあわせも可能である。 The above embodiment is an exemplification, and various modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Each of the above-described embodiments can be realized independently, but combinations of the embodiments are also possible. In addition, various features in different embodiments can also be independently realized, but combinations of features in different embodiments are also possible.
11 演算部
14 記憶部
20 ヒータ
20x 電熱線
21 追加の温度センサ
70 電圧計
71 電流計
100,100′ 温度コントローラ
200,200′ 温度制御システム
11
Claims (7)
上記加熱対象物を予め定められた目標温度に制御するための操作量を作成し、上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体に上記操作量に応じた通電電流を流して、上記加熱対象物の温度を制御する温度制御部と、
上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体の現在温度を取得する電熱体温度取得部とを備え、
上記電熱体の上記現在温度が予め定められた制限温度を超えたとき、上記温度制御部は、上記電熱体を上記制限温度以下に抑制するように上記操作量を減じることを特徴とする温度制御システム。 A temperature control system comprising an electric resistance heater and a temperature sensor mounted on a heating object, and controlling a current supplied to the electric resistance heater based on a temperature of the heating object output by the temperature sensor,
Create an operation amount for controlling the object to be heated to a predetermined target temperature, flow an energizing current according to the operation amount to the electric heating element constituting the electric resistance heater, and set a temperature of the object to be heated. A temperature control unit for controlling
During the temperature control of the heating object, comprising an electric heating element temperature acquisition unit that acquires the current temperature of the electric heating element,
When the current temperature of the electric heating element exceeds a predetermined limit temperature, the temperature control section reduces the operation amount so as to suppress the electric heating element to the temperature limit or lower. system.
上記温度制御部は、
上記温度センサが出力する上記加熱対象物の現在温度が上記目標温度に一致するように第1の操作量を作成する第1のフィードバック制御部と、
上記電熱体温度取得部によって取得された上記電熱体の上記現在温度が上記制限温度に一致するように第2の操作量を作成する第2のフィードバック制御部と、
上記第1の操作量と上記第2の操作量とを比較して、上記第1のフィードバック制御部と上記第2のフィードバック制御部のうちいずれか小さい操作量を与える制御部を選択する選択部と
を含むことを特徴とする温度制御システム。 The temperature control system according to claim 1,
The temperature control unit includes:
A first feedback control unit that creates a first manipulated variable such that a current temperature of the heating target output by the temperature sensor matches the target temperature;
A second feedback control unit that creates a second manipulated variable so that the current temperature of the electric heating element acquired by the electric heating element temperature acquisition unit matches the limit temperature;
A selector that compares the first operation amount with the second operation amount and selects a control unit that gives a smaller operation amount among the first feedback control unit and the second feedback control unit; And a temperature control system.
上記電熱体温度取得部は、
上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体が示す抵抗値を現在の抵抗値として測定する抵抗測定部と、
上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体の既知の温度対抵抗特性に基づいて上記現在の抵抗値に応じた上記電熱体の現在温度を算出する電熱体温度算出部と
を含むことを特徴とする温度制御システム。 The temperature control system according to claim 1 or 2,
The electric heating element temperature acquisition unit,
During the temperature control of the heating object, a resistance measuring unit that measures the resistance value indicated by the electric heating element as a current resistance value,
During the temperature control of the heating object, an electric heating element temperature calculating unit that calculates a current temperature of the electric heating element according to the current resistance value based on a known temperature-resistance characteristic of the electric heating element. Characteristic temperature control system.
上記電熱体は、上記温度対抵抗特性が極大および極小を有する特定のニッケルクロム線または帯からなり、
上記電熱体温度取得部の上記電熱体温度算出部は、上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体の上記現在の抵抗値が極大または極小を示したとき、上記現在の抵抗値の上記極大または上記極小に応じた上記電熱体の現在温度を算出する
ことを特徴とする温度制御システム。 The temperature control system according to claim 3,
The electric heating element comprises a specific nickel-chromium wire or band having the maximum and minimum temperature-resistance characteristics,
The electric heating element temperature calculating section of the electric heating element temperature obtaining section, during the temperature control of the heating object, when the current resistance value of the electric heating element shows a maximum or a minimum, the current resistance value of the current resistance A temperature control system for calculating a current temperature of the electric heating element according to the maximum or the minimum.
上記電熱体温度取得部は、
上記電気抵抗ヒータを構成するケースの内部に設けられた追加の温度センサと、
上記加熱対象物の温度制御中に、上記追加の温度センサの出力に基づいて上記電熱体の現在温度を測定する電熱体温度測定部と
を含むことを特徴とする温度制御システム。 The temperature control system according to claim 1 or 2,
The electric heating element temperature acquisition unit,
An additional temperature sensor provided inside the case constituting the electric resistance heater,
An electric heating element temperature measuring unit that measures a current temperature of the electric heating element based on an output of the additional temperature sensor during the temperature control of the object to be heated.
上記加熱対象物を予め定められた目標温度に制御するための操作量を作成し、上記電気抵抗ヒータを構成する電熱体に上記操作量に応じた通電電流を流して、上記加熱対象物の温度を制御し、
上記加熱対象物の温度制御中に、上記電熱体の現在温度を取得し、
上記電熱体の上記現在温度が予め定められた制限温度を超えたとき、上記電熱体を上記制限温度以下に抑制するように上記操作量を減じることを特徴とする温度制御方法。 A temperature control method using an electric resistance heater and a temperature sensor mounted on a heating object, and controlling a current supplied to the electric resistance heater based on a temperature of the heating object output by the temperature sensor,
Create an operation amount for controlling the object to be heated to a predetermined target temperature, flow an energizing current according to the operation amount to the electric heating element constituting the electric resistance heater, and set a temperature of the object to be heated. Control the
During the temperature control of the heating object, obtain the current temperature of the electric heating element,
A temperature control method, wherein when the current temperature of the electric heating element exceeds a predetermined limit temperature, the operation amount is reduced so as to suppress the electric heating element to the temperature limit or lower.
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