本发明涉及一种对具备加热器的加热装置的劣化进行诊断的劣化诊断装置以及方法。
背景技术：
在工业工艺中，存在大量对材料进行加热的工艺。在这样的加热的工艺中，一般使用电热器(加热器)。另外，在电热器的动作控制中使用温度调节计。温度调节计使用热电偶、测温电阻体等温度传感器来测量加热器进行加热的处理对象(监视对象)的温度。测量出的温度在温度调节计中进行数值显示。
另外，在温度调节计中，依照检测出的温度(PV值)和设定温度(SP值)，求出控制输出(MV值)。将所求出的控制输出输出到基于电力调整器等的加热器操作器。通过加热器操作器，根据上述控制输出而控制来自商用电源的100V的驱动电流，并输出到加热器。通过这样控制的加热器的加热来控制处理对象的温度。另外，温度调节计具备异常检测功能，并检测作为监视对象的处理对象的异常温度、温度传感器的异常等，将检测出的异常现象作为事件信息而输出到外部，从而进行警报(警告)显示。例如在对温度进行数值显示的显示器上进行警报显示。
另外，在温度调节计中，检测加热器的断线等加热器自身的异常(参照专利文献1、2)。例如，测定施加到加热器的电流/电压而求出有效值电力，并根据电流与电压的关系而进一步地求出电阻值，根据所求出的电阻值的变化、变化的程度的差异来判断加热器的劣化(参照专利文献1)。另外，使用将控制输出和电流值的实测测定点表格化而得的数据来判断加热器劣化(参照专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第2683851号公报
专利文献2：日本专利第3988942号公报
技术实现要素：
发明要解决的技术问题
然而，在上述技术中，首先，需要测定流到加热器的电流以及施加到加热器的电压。另外，在上述技术中，电阻值等用于异常诊断的参数的计算繁琐。另外，在上述技术中，存在为了调查电阻值的时间变化，经过时间等的测定需要时间这样的问题。这样，在上述技术中，直至异常的判断为止，需要繁琐的计算以及测定。
本发明是为了解除上述问题点而完成的，其目的在于能够更简便且更迅速地判断加热器的异常。
解决技术问题的技术手段
本发明的劣化诊断方法包括：第1工序，准备基准线，所述基准线表示构成作为劣化诊断对象的加热装置的加热器的正常时的特性；第2工序，设定用于加热器的劣化诊断的容许范围；第3工序，取得用于控制加热器的控制值；第4工序，测定按照在第3工序中取得的控制值而测定供给至加热器的电流，以取得测定值；以及第5工序，当测定值超出容许范围时，判定为加热装置发生了劣化，在第1工序中，将加热器特性逼近线化以制作基准线，所述加热器特性表示正常时的加热器的控制值与对应的电流的关系，在第2工序中，根据基准线上的相对于控制值的电流值的上侧容许值以及下侧容许值来设定容许范围。
在上述劣化诊断方法中，在第1工序中，在加热器特性中的控制值的最小值以及控制值的最大值处设定设定点，并制作基于连接所设定的设定点的直线而成的逼近线，在逼近线与表示加热器特性的曲线之间的、加热器特性较小的区域与加热器特性较大的区域，分别求出最大偏差，在所求出的2个最大偏差小于规定的容许偏差的情况下，将逼近线作为基准线，在任一个最大偏差大于容许偏差的情况下，重复进行逼近线制作工序和最大偏差搜索工序，直到求出的新的最大偏差变得小于容许偏差为止，从而将逼近线作为基准线，其中，所述逼近线制作工序为：在加热器特性的成为2个最大偏差的位置设定新的设定点，制作用直线将新设定的设定点和已经设定的设定点中相邻的设定点彼此连接而成的新的逼近线，所述最大偏差搜索工序为：在新的逼近线与表示加热器特性的曲线之间的、加热器特性较小的区域与加热器特性较大的区域，分别求出新的最大偏差。
在上述劣化诊断方法中，在第1工序中，对于正常时的加热器，在控制值的最小/最大的范围内设定多个控制值，并在所设定的各控制值处实测加热器电流值，作为实测的结果，使用基于得到的各控制值与各加热器电流值的多个设定点，制作用直线连接相邻的设定点而成的折线，并将制作好的折线作为对加热器特性进行折线逼近后的基准线。
在上述劣化诊断方法中，在第2工序中，控制值越大，则将容许范围设定得越宽为佳。
本发明的劣化诊断装置具备：基准存储部，其存储容许范围，所述容许范围用于构成作为劣化诊断对象的加热装置的加热器的劣化诊断；控制值取得部，其构成为取得用于控制加热器的控制值；电流测定部，其构成为测定按照由控制值取得部取得的控制值而供给至加热器的电流，以取得测定值；以及劣化判定部，其构成为当由电流测定部取得的测定值超出容许范围时，判定为加热装置发生了劣化，容许范围根据基准线上的相对于控制值的电流值的上侧容许值以及下侧容许值而设定，该基准线表示加热器的正常时的特性，所述基准线是将表示正常时的加热器中的控制值与对应的电流的关系的加热器特性逼近线化而成的。
在上述劣化诊断装置中，所述控制值越大，则所述容许范围设定得越宽为佳。
在上述劣化诊断装置中，还可以具备显示部，所述显示部构成为显示有曲线图，所述曲线图通过在以控制值以及测定值为轴的二维平面坐标上配置基准线、容许范围、以及由控制值取得部取得的控制值和由电流测定部取得的测定值所确定的测定点而成。
发明效果
基于以上说明，根据本发明，可以得到能够更简便且更迅速地判断加热器的异常这样的优异的效果。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式中的劣化诊断装置的构成的构成图。
图2是对本发明的实施方式中的劣化诊断方法进行说明的流程图。
图3是用于说明基准线的准备的流程图。
图4是示出使用以控制值以及测定值为轴的二维平面坐标上的曲线来表示加热器特性的状态的说明图。
图5是示出在以控制值以及测定值为轴的二维平面坐标上表示的针对加热器特性的基准线以及容许幅宽的说明图。
图6是示出在以控制值以及测定值为轴的二维平面坐标上表示的基于针对加热器特性的2个设定点而得的基准线以及容许幅宽的说明图。
图7是示出在以控制值以及测定值为轴的二维平面坐标上表示的基于针对加热器特性的2个设定点而得的基准线以及容许幅宽的说明图。
图8是示出在以控制值以及测定值为轴的二维平面坐标上表示的基于针对加热器特性的4个设定点而得的基准线以及容许幅宽的说明图。
具体实施方式
下面参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1是示出本发明的实施方式中的劣化诊断装置100的构成的构成图。该劣化诊断装置100包括：基准存储部101、控制值取得部102、电流测定部103以及劣化判定部104。劣化诊断装置100诊断由加热器111以及操作部112构成的加热装置的劣化。
基准存储部101存储用于加热器111以及操作部112的劣化诊断的容许范围(正常范围)。容许范围基于基准线而设定，该基准线表示构成作为劣化诊断对象的加热装置的加热器111正常时的特性。该基准线也存储在基准存储部101中。
控制值取得部102取得控制部113所输出的用于控制加热器111(加热装置)的控制值。根据温度测定部114测定出的测定值和所设定的设定值，控制部113算出上述控制值并向操作部112输出。控制部113例如为温度调节计。操作部112例如由公知的电力调整器构成。操作部112根据上述控制值来控制从商用电源得到的100V的驱动电流，从而控制加热器111的加热动作。通过该控制来确定流过加热器111的电流值。控制值取得部102是取得从控制部113输出的上述控制值的功能部(参照专利文献1)。
电流测定部103对被供给至加热器111的电流进行测定。例如，电流测定部103取得有效电流值作为测定值。电流测定部103例如由公知的电流互感器构成。在实施方式中，电流测定部103被用于作为温度调节计的控制部113中的警报输出。在该情况下，电流测定部103检测流向加热器111的驱动电流值并向控制部113输出，控制部113将该检测值与预先设定的警报级别进行比较，在检测值超过了警报级别时，输出表示加热温度异常的警报信号。另外，测定值也可以是平均电流值。
在由电流测定部103取得的测定值超过容许范围时，劣化判定部104判定加热器111或者操作部112(加热装置)发生了劣化。例如，劣化判定部104根据在取得测定值时测定值超过了由控制值取得部102取得的控制值中的下侧容许值与上侧容许值的范围这一情况，判断加热器111或者操作部112的劣化。在超过了容许范围的情况下，不仅限于加热器111的劣化，还能判定操作部112中的劣化、故障。有时即使在加热器111没有异常的情况下，供给至加热器111的电流也会因操作部112的不正常而变得异常。
此外，在显示部105上显示曲线图，该曲线图是将基准线、容许范围以及基于由控制值取得部102取得的控制值和由电流测定部103取得的测定值而得的测定点配置在以控制值以及测定值为轴的二维平面坐标上而成的。
此处，基准线是将表示控制部113输出的控制值、和与该控制值对应的正常时加热器111中的电流的关系的加热器特性逼近线化而得到的曲线。基准线在以控制值以及测定值为轴的二维平面坐标上由1根以上的线段(一次方程式)构成。
例如，对正常时的加热器111的加热器特性进行测定，利用折线逼近，根据所测定的加热器特性求出基准线即可。以规定的条件在所得到的加热器特性的曲线上设置规定数量的设定点(拐点)，并用直线(线段)将所设置的设定点连接从而作为基准线即可。此外，在规定数量的测定点处测定(实测)正常时的加热器111的相对于控制值的电流以取得电流值(加热器电流值)，并设定规定数量的基于控制值和电流值的设定点，以直线将相邻的设定点连接从而作为基准线即可。
此外，容许范围是根据基准线上的相对于控制值的电流值的上侧容许值以及下侧容许值而设定(构成)的。基于基准线上的相对于控制值的电流值的上侧容许值而得的上侧容许值线、与基于基准线上的相对于控制值的电流值的下侧容许值而得的下侧容许值线之间的范围就是能够将加热器111或者操作部112视作正常的容许范围。
接着，使用图2的流程图对本发明的实施方式中的劣化诊断装置100的动作例(劣化诊断方法)进行说明。
首先，在步骤S201中，对正常时的加热器111的控制值与对应的电流的关系(加热器特性)进行折线逼近以制作(准备)基准线，并存储到基准存储部101中[第1工序]。接着，在步骤S202中，设定用于加热器劣化诊断的容许范围并存储到基准存储部101中[第2工序]。容许范围根据基准线上的相对于控制值的电流值的上侧容许值以及下侧容许值而设定。容许范围只要配合作为判定对象的加热器、操作部(加热装置)而适当地进行设定即可。此处，控制值越大，则将容许范围设定得越宽为佳。一般来说，控制值越小，电流值可取的范围就越小。因此，在控制值较小的范围内，将判定为异常的幅宽也设定得较窄，在控制值较大的范围内，将判定为异常的幅宽也设定得较宽为佳。
接着，在步骤S203中，劣化判定部104对判定的开始进行判断。例如，通过接受实施判定的指示的输入来进行判断。此外，例如也可以设定有判定周期时间，根据判定周期时间的经过来作为判定的开始。
当判断为判定的开始时(步骤S203的“是”)，在步骤S204中，控制值取得部102从控制部113取得用于控制加热器111的控制值[第3工序]。接着，在步骤S205中，电流测定部103测定按照由控制值取得部102取得的控制值而供给至加热器111的电流并取得测定值[第4工序]。
接着，在步骤S206中，劣化判定部104判断由电流测定部103取得的测定值是否超过了容许范围。在测定值超过了容许范围的情况下，劣化判定部104判定加热器111发生了劣化。
在此，在加热器111的特性上，在加热器111的动作开始时会产生相对于控制的滞后。因此，在产生这样的响应滞后的状态下，有时测定值也会超过容许范围。此外，有时测定值也会因瞬时的噪声等而超过容许范围。因此，多次重复第3工序和第4工序，在测定值超过容许范围的状态在规定的延迟时间(例如30ms)内被消除了的情况下，判定没有超过容许范围为佳。
在劣化判定部104判定加热器111发生了劣化时(步骤S206的“是”)，在步骤S207中，通知该状态。例如，通过在显示部105上显示警报，对用户通知加热器111的劣化判定。
接着，使用图3的流程图对步骤S201中的基准线的准备(制作)进行说明。首先，在步骤S211中，通过测定正常时的相对于被给予加热器111的不同的控制值的、供给至加热器111的电流来取得加热器特性。作为该加热器特性，例如如图4所示，取得在以控制值以及测定值为轴的二维平面上显示的曲线401。
接着，在步骤S212中，以一定的间隔在所得到的加热器特性的曲线上设定设定点。除两端的设定点以外的设定点就成为进行逼近的折线上的拐点。例如，如图5所示，在以控制值以及测定值为轴的二维平面坐标上的曲线401上，设定用黑圆点表示的9个设定点。另外，至少在控制值的最小值和控制值的最大值处设定各个设定点。接着，用直线将相邻的2个设定点相互连接，从而制作基准线。例如，如图5所示，依次连接9个设定点来制作基准线501。基准线501由8个线段构成。
针对以上那样制作的基准线501设定上侧容许值线502和下侧容许值线503，将被上侧容许值线502和下侧容许值线503夹持的区域作为容许范围。上侧容许值线502和下侧容许值线503也由多根直线(线段)构成。
此外，劣化诊断装置100是具备CPU(Central Processing Unit；中央运算处理装置)、主存储装置、外部存储装置和网络连接装置等的计算机设备。作为计算机设备的劣化诊断装置100令CPU根据主存储装置中被执行的程序进行动作，从而实现上述各功能。此外，各功能也可以分散于多个计算机设备中。
另外，用于制作基准线的设定点也可以如以下所示那样设定。首先，如图6所示，在以控制值以及测定值为轴的二维平面坐标上，与表示加热器特性的曲线401上的控制值的最小值以及最大值对应地配置设定点，并设定将它们连接的逼近线601。此外，对于逼近线601设定规定的上侧容许值线602以及下侧容许值线603。被上侧容许值线602和下侧容许值线603夹持的区域就成为容许范围的候选。
在如上所述那样利用2个设定点来确定逼近线601并在设定了容许范围的候选的状态下，判断曲线401落在容许范围的候选内且逼近线601与曲线401的最大偏差小于预先设定的容许偏差的情况。在曲线401落在容许范围内且最大偏差小于容许偏差的情况下，将逼近线601作为基准线。在图6所示的例子中，产生了曲线401超出容许范围的区域。因此，在该情况下，如图7所示，对于逼近线601求出在测定值的负方向上与曲线401的偏差为最大值的位置611、以及在测定值的正方向上与曲线401的偏差为最大值的位置612[最大偏差搜索工序]。
接着，在求出的位置611处的曲线401上、以及位置612处的曲线401上增加新的设定点。接着，如图8所示，设定连接因增加而成为4个的控制点的新的逼近线601a[逼近线制作工序]。此外，对于新的逼近线601a设定规定的上侧容许值线602a以及下侧容许值线603a。
对曲线401落在基于这样得到的上侧容许值线602a以及下侧容许值线603a而形成的容许范围内且逼近线601a与曲线401的最大偏差小于容许偏差进行确认。在图8所示的状态下，由于曲线401落在容许范围内且逼近线601a与曲线401的最大偏差小于容许偏差，因此将逼近线601a作为基准线。
根据上述的基准线的制作方法，通过适当地设定最大偏差，能够不无谓地增加设定点而设定能进行实用的劣化判定的容许范围。另外，利用容许偏差的设定条件，能够不与容许范围进行比较而仅通过容许偏差与最大偏差的比较来确定逼近曲线。
此外，也可以如下述那样制作基准线。首先，对于正常时的加热器，在控制值的最小/最大的范围内设定多个控制值，并在所设定的各控制值处测定加热器电流值。例如使控制值在0～100％的范围内以10％的幅宽变化，并在各控制值处测定加热器电流值。作为该测定的结果，使用基于得到的各控制值与各加热器电流值的多个设定点，将用直线连接相邻的设定点而成的折线作为对加热器特性进行折线逼近后的基准线。
如以上所说明的那样，本发明首先对表示正常时的加热器的控制值与对应的电流的关系的加热器特性进行折线逼近以制作基准线。接着，根据基准线上的相对于控制值的电流值的上侧容许值以及下侧容许值设定容许范围。使用这样制作的容许范围，在测定值超出容许范围时，判定加热器发生了劣化。其结果是，根据本发明，能够不需要较大的存储部等增大装置规模而更简便且更迅速地判断加热器的异常。
根据上述发明，由于使用进行折线逼近后的基准线来设定容许范围，因此能够极大地减少作为容许范围而保持的数据量。基准线由于是由直线(一次方程式)的组合构成的，因此容许范围也由直线(一次方程式)的组合构成，数据量非常少。此外，由于使用基于折线逼近后的基准线的容许范围，因此容许范围就成为在控制值可取的范围内连续的判定基准。因此，根据本发明，与表格参考等情况不同，在劣化判定时不需要内插等。此外，由于只要测定加热器中流过的电流值即可，因此不需要测定电压，而且不需要特意求出电阻值。
此外，异常的判定只要使用周期性地取得的加热器电流值的瞬时值即可，不需要为了判定而求出时间上的变化倾向，从而能够迅速地实施判定。
另外，也可以如下所示那样进行判定。例如也可以通过扩宽容许范围的设定，仅在发生了较大异常时判定为异常。此外，也可以将容许范围的设定(相对于基准线的差)分为多个阶段来进行判断。例如，在第1阶段，判断为有劣化的可能性。在第2阶段，判断为有劣化加重了的可能性。在第3阶段，判断为劣化确实存在。将这以上的程度判断为故障、断线。
另外，也可以在无论对于什么样的控制值加热器电流测定值都始终大致为0的情况下，判定为加热器的断线(或者电力调整器的故障、其他与加热相关的装置的完全故障)。
另外，当为判定设定延迟时间的情况下，也可以只有当按一定次数以上连续地发生了瞬时值的异常后，才判定为劣化确实存在。或者，也可以是，若测定值接近于0，则判定为断线。由此，即使使容许范围变窄，也能够进行准确的判断。此外，能够根据偏离于正常范围的幅宽来判断异常的进展度。
此外，在时间比例输出、ON/OFF控制的情况下，控制部的输出为ON或者OFF中的某一个。在该情况下，也可以仅测定ON时的电流值，即在该测定值低于容许范围或者高于容许范围的情况下，判定加热器的劣化、装置的异常、短路的可能性。
此外，虽然基于PID控制的控制值为0～100％的连续值，但在时间比例输出的情况下，为了以ON和OFF的时间比例的方式表达操作量(控制值)，仅测定ON时的电流。因此，在该情况下，只要产生了中间的电流值，就能够根据相对于正常值的差的程度来判断为劣化、故障。此外，在ON/OFF控制的情况下，作为输出也仅有ON和OFF，因此能够与时间比例输出时一样进行处理。另外，在ON/OFF控制中会产生过渡状态，因此为了不将该过渡状态误判断为异常，只要在自ON/OFF的切换起的一定时间内不进行判定即可。
另一方面，在ON和OFF的时间较短的情况下，即使在变为异常值的情况下也不进行测定，此外，在即使进行测定也对判定设定了延迟的情况下，在延迟时间经过之前ON/OFF被切换，结果就会变成无法进行判定的状态。
对此，例如，在ON状态下的异常连续发生的情况下，即使ON/OFF被切换，为了判定延迟，也不会将所测定的经过时间初始化而是会进行累计。仅在正常值出现时，才将所测定的经过时间重置即可。
此外，虽然测定加热器电流值来进行判定，但在仪表方面，有时也会因供给电力的降低、电力调整器(操作部)的不正常而出现测定值超过容许范围的情况。因此可知，在即使在判断为异常之后将加热器更换成正常产品也不能够解除异常的判定的情况下，在加热器以外的部位存在问题。这样，本发明就能够用作所谓的环路诊断。
此外，也可以设置基准值生成部而自动生成基准线。基准值生成部首先以设定的控制值幅宽来使控制值变化，并从控制部输出。例如令控制值幅宽为10％即可。此外，基准值生成部与各控制值输出对应地取得加热器电流值，并设定基于各控制值和各加热器电流值而成的多个设定点。接着，基准值生成部将用直线连接相邻的设定点而成的折线作为对加热器特性进行折线逼近后的基准线。基准值生成部例如接受基于设置在装置上的指示按钮的按下等的、用户的指令输入，开始上述动作而生成基准线。基于这样生成的基准线设定容许范围即可。
作为加热器电流值的特性，对于控制值0％附近的特性，有时线性度极低。作为其对策，也可以在从0％至100％之间设定测定点时，使控制值每1％地变化而取得数据，仅在电流值从0％上升了的部分采用每2％的控制值的设定点数据，在10％以上的部分采用每15％的控制值处的设定点数据。此外，在测定是每1％地取得并作为设定点数据来进行设定时，为了尽可能地减少运算误差，也可以手动地对设定点的数量进行设定。
另外，本发明不限定于以上说明的实施方式，在本发明的技术思想内，能够由在本领域具有通常的知识的人实施大量的变形以及组合是显而易见的。
符号说明
101…基准存储部；102…控制值取得部；103…电流测定部；104…劣化判定部；105…显示部；111…加热器；112…操作部；113…控制部；114…温度测定部。