JPH0427460B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、設定温度と出湯温度との温度偏差に
基づいてPID（比例・積分・微分）演算を行なつ
て燃料の供給量を調節する給湯制御装置に係り、
特に温度偏差が実質的に０になつた状態が所定時
間継続したことを検出して制御安定状態にあると
判断し、この制御安定状態において温度偏差が一
定値以上になつた場合は、設定温度と出湯温度の
大小関係が反転するまでの間PID制御のゲインを
増大させることで、出湯量の変動等に基づく出湯
温度の変化を抑圧するようにした給湯制御装置に
関する。

（従来の技術） 特開昭61−228248号公報には、PID制御方式の
温度制御装置において、出湯温度が設定温度より
も高いオーバシユート検出温度を越えたときに比
例制御回路の比例ゲインを大きくすることで、出
湯温度が過渡的に高くなるのを抑圧する技術が開
示されている。

また、特開昭61−295457号公報には、出湯温度
と設定温度との偏差にPID演算を施して燃料制御
弁の開度を制御する給湯器の燃焼制御装置におい
て偏差の増・減変化に応じてPID制御手段のゲイ
ンを増・減変化させるゲイン切替手段を備えるこ
とで、目標温度の変更がない状態で水量が変化し
た場合で合つても、出湯温度のオーバーシユート
およびハンチングを防止するとともに、出湯温度
の応答性を確保する技術が開示されている。

（発明が解決しようとする課題） 特開昭61−228248号公報に開示された温度制御
装置は、出湯温度が設定温度に対してある一定の
値だけ高くなつたことに基づいてオーバーシユー
ト状態と判断し、比例制御回路のゲインを十分大
きな値に設定して、比例制御回路の出力を最低レ
ベル付近にまで低下させ（燃焼熱量を最低量付近
まで低下させ）、給湯温度のオーバーシユートを
解消した後に、ゲインを元の相対的に小さな値に
戻して最低レベルの燃焼量から比例制御動作を再
開させるものである。

このため給湯停止状態から出湯状態へ移行した
場合（湯温立ち上げ状態）に、オーバーシユート
が発生すると、燃料供給量調節用比例電磁弁の開
度を十分に絞つた後に設定温度の給湯を行なうた
めの開度へ戻す制御となる。

したがつて、オーバーシユートを効果的に抑圧
することができるが、出湯温度が安定になるまで
の時間が長くなる虞れがある。

また、特開昭61−295457号公報に開示された燃
焼制御装置は、偏差の大小に応じてPID制御手段
のゲインを切替える構成であるから、給湯停止状
態から出湯状態へ移行した（湯温立ち上げ）状態
においては、出湯温度の上昇に応じて出湯温度と
設定温度との偏差が小さくなるので、PID制御手
段のゲインは湯温上昇とともに小さな値に設定さ
れる。

このため、出湯温度のオーバーシユートおよび
ハンチングは防止されるが、給湯停止状態から出
湯状態へ移行した（湯温立ち上げ）状態、ならび
に、出湯量の変動に伴う出湯温度変動抑圧制御状
態において、出湯温度が設定温度に近づいた時点
から設定温度に達するまでの時間が長くなる虞れ
がある。

このように従来の技術は、出湯温度と設定温度
との温度差にのみ基づいてPID制御回路のゲイン
を設定するものであるから、所定量の偏差が検出
されてもその偏差が湯温立ち上げ状態で生じてい
るものか、それとも、出湯温度は安定状態になつ
た以降に出量の変動等によつて生じているものか
を区別していないので、実際の使用状態に応じて
それぞれ最適な制御ゲインを設定することができ
なかつた。

この発明はこのような課題を解決するためなさ
れたもので、設定温度に応じたゲインで湯温の立
ち上げを行なうとともに、設定湯温に達した以降
出湯量の変動等に伴つて湯温が変動した場合はこ
れを効果的に抑圧することのできる給湯制御装置
を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 前記課題を解決するためこの発明に係る給湯制
御装置は、 (a) 熱交換器で加熱した温水を分配する配管系統
と、 (b) 所望の出湯温度を設定する温度設定手段と、 (c) 配管系統での出湯温度を検出する出湯温度検
出手段と、 (d) 温度設定手段で設定された設定温度と出湯温
度検出手段で検出された出湯温度とに基づいて
温度偏差を出力する温度差演算手段と、 (e) 出力された温度偏差に対してPID演算を施し
て燃料供給量を制御する信号を生成するPID制
御手段と、 (f) 設定温度に基づいてPID制御手段の制御ゲイ
ンを設定するとともに、温度偏差が実質的に０
の状態が所定時間継続した場合に制御が安定状
態に移行したと判定し、この制御安定状態にお
いて温度偏差が予め設定した所定の基準値以上
になつた場合には圧力変動状態であると判定
し、この圧力変動状態において設定温度に基づ
いて設定した制御ゲインよりも大きな制御ゲイ
ンをPID制御手段へ設定し、設定温度と出湯温
度との大小関係が反転した時点で制御ゲインを
元の値に設定して圧力変動状態が解消したと判
定するPID制御ゲイン設定手段を備えたことを
特徴とする。

（作用） PID制御ゲイン設定手段は、温度設定手段で設
定された設定温度に基づいてPID制御手段の制御
ゲインを設定する構成であるから、設定温度の高
低に応じた制御ゲインを設定できる。

また、PID制御ゲイン設定手段は、設定温度に
応じて設定した制御ゲインで燃焼制御がなされた
結果、温度偏差が実質的に０の状態になり、その
状態が所定時間継続したことに基づいて、制御安
定状態になつたことを判別する。

これにより、給湯停止状態から給湯状態へ移行
した場合、湯温立ち上げ状態から安定制御状態に
なつたことを判別することができる。

そして、PID制御ゲイン設定手段は、制御が安
定状態になつた以降であつて温度偏差が基準値以
上になつた場合に、圧力変動状態であると判定す
る。

この圧力変動状態においてPID制御ゲイン設定
手段は、設定温度に基づいて設定した制御ゲイン
を増大させ、設定温度と出湯温度との大小関係が
反転した時点で増大したゲインを元に戻す。

したがつて、温度偏差が基準値（しきい値）を
越えた時点で制御ゲインを増大させ、制御ゲイン
を増大させた状態を温度偏差が基準値（しきい
値）未満となる時点ではなく、設定温度と出湯温
度との大小関係が逆転する時点まで維持した後
に、元の制御ゲインに戻す。

このように、湯温立ち上げ状態以外の給湯状態
（安定制御状態）において、出湯量の増大（減少）
等によつて出湯温度が一定値以上低下（上昇）し
た場合は、出湯温度が設定温度以下（以上）にな
るまでPID制御のゲインを大きくしているので、
出湯温度の変動を短時間で抑制することができ
る。

（実施例） 以下、添付図面に従つてこの発明の実施例を説
明する。なお、各図面において同一の符号は同様
の対象を示すものとする。

第１図はこの発明の実施例に係る給湯制御装置
を示す系統図である。同図の配管系統によれば、
給水管１により供給される水は熱交換器２で加熱
され、給湯管３を介して各カラン４から供給され
る。熱交換器２は、ガス管５により供給されるガ
スに点火するバーナ６で加熱される。加熱量はガ
ス管５の途中にある流量調節バルブ７により制御
する。

このような配管系統を制御する制御系統は、出
湯温度検出手段８、操作パネルの温度設定スイツ
チ１０、温度差演算手段１１、圧力変動検出手段
１２、ゲイン演算手段１３、PID制御手段１４、
及び主制御回路１５を備えている。なお、圧力変
動検出手段１２とゲイン演算手段１３ならびに主
制御回路１５とで、特許請求に記載したPID制御
ゲイン設定手段を構成している。以下、これらを
説明する。

出湯温度検出手段８は、給湯配管３の途中に配
置し、出湯温度Tmを検出するものであり、例え
ばサーミスタなどを用いる。操作パネルは、温度
設定スイツチ１０や電源スイツチなどの各種スイ
ツチを備えている。温度設定スイツチ１０は、例
えばカラン４で得ようとする所定の温度を設定す
るためのものである。

温度差演算手段１１は、温度設定スイツチ１０
による設定温度信号Ts及び出湯温度検知手段８
の検知する出湯温度Tmに基づいて温度差△Ｔ＝
Ts−Tmを演算する。この温度差信号△Ｔは圧力
変動検出手段１２に入力される。

圧力変動検出手段１２は、温度差信号△Ｔが標
準値以上である場合に、他のカランの使用があり
配管内の圧力が低下したために温度差変化が生じ
たとして、圧力変動を検出する。ゲイン演算手段
１３は、最適ゲインGoを各設定温度Tsについて
記憶させたものであり、例えばROMにより構成
する。

PID制御手段１４は、ゲイン演算手段１３によ
り与えられる最適ゲインGoに基づきPID演算を
実行し、流量調節バルブ７を所定量だけ開き又は
閉じる。この演算は、温度設定スイツチ１０によ
る設定温度信号Tsに出湯温度検知手段８の検知
する出湯温度Tmが一致するまで（実際には一定
の許容幅がある）持続する。また、以上の制御は
主制御回路１５が全体的に管理する。

次に、第２図及び第３図のフローチヤートを参
照しつつこの発明の実施例の動作を説明する。な
お、以下の説明で２０〜４０の番号はフローチヤ
ート中の各ブロツク番号に対応する。また、例え
ば２５ｙ及び２５ｎなどの符号は判断ブロツク２
５における判断がそれぞれ肯定的及び否定的であ
ることを示すものとする。

第２図においてシステムがスタートすると２
０、主制御回路１５のレジスタなどが初期設定さ
れ２１、操作パネルの温度設定スイツチ１０によ
る温度設定２２を受け付けるようになる。

ここで、初期設定２１において、安定状態かど
うかを示すフラグＦ１、及び圧力変動状態にある
かどうかを示すフラグＦ２を、それぞれF1＝１，
F2＝０に設定する。

温度設定スイツチ１０により設定温度Tsが選
定されると、初期設定に基づくゲインＧをゲイン
値として設定し２３、これに基づいて給湯を開始
する。この後、先ず出湯温度検出手段８により出
湯温度Tmを読み込む２４ａ。次に第３図に詳細
に示す変動処理２４ｂを行ない、この後PID制御
２４ｃを行なつて設定温度の出湯を行なう。

そして、出湯が停止されるまで出湯温度読込へ
ループして戻り、変動処理及びPID制御を繰り返
し行なう。出停止２４ｄとなれば一連の制御は終
了する。

ここで、第３図の変動処理を説明すると初期設
定により状態フラグF1＝１であるため２５ｙ、
温度差演算手段１１により設定温度Tsと出湯温
度Tmとの偏差△Ｔが０となつたかどうか、すな
わち、△Ｔ＝Ts−Tm＝０、または、Ts＝Tmか
どうか（実際には一定の許容幅を持たせる）を主
制御回路１５が監視する２６。ここで、Tm＝Ts
でない場合２６ｎには、ブロツク２７の時間ｔを
計数するタイマをセツト２９して、制御を続行す
るために元の処理に戻る４０。

次に、出湯温度Tmが設定温度Tsに一致した状
態（Tm＝Ts）が一定時間ｔ例えば５秒間持続
し、この状態が安定したものであるかどうか確認
する２７。一定時間出湯温度Tmが設定温度Tsか
ら変化しない場合２７ｙには、目標が達成された
ものとして主制御回路１５はフラグF1＝０にセ
ツトする２８。この後、制御を続行すための元の
処理に戻る４０。

この状態で給湯が持続すると、主制御回路１５
のフラグF1＝０，F2＝０であるため２５ｎ，３
０ｎ、圧力変動手段１２による検出が温度差演算
手段１１の出力に基づいて実行される３１。この
検出は温度差信号△Ｔが一定の基準値よりも大き
くなつた場合に、圧力変動があつた３１ｙと判定
する。この後、温度差信号△Ｔの符号を判定し３
２、フラグF2＝１を設定３３した後、予めゲイ
ン演算手段１３に記憶させた通常のゲイン値の数
倍のゲイン値にゲインを増大し３４、処理を続行
するためリターンする４０。

この状態で給湯が持続すると、主制御回路１５
のフラグはF1＝０，F2＝１であるため２５ｎ，
３０ｙ、温度差演算手段１１及び圧力変動検出手
段１２により圧力変動の検出３１に伴つて検出し
た符号、すなわち、出湯温度Tmと設定温度Tsと
の大小関係が反転したかどうかを検出する３５。
これは、圧力変動が生じたことによりゲインを増
大させたPID制御を実行した結果、圧力変動に伴
う温度変化とは逆の方向に出湯温度が変化したこ
とを確認するものである。反転していない場合３
５ｎには、処理を続行するためリターンする４
０。

反転した場合３５ｙには、主制御回路１５が、
フラグをF1＝１，F2＝０に設定し３６，３７、
予めゲイン演算手段１３に記憶させた通常のゲイ
ン値にゲインを戻し３８、前述と同じタイマをセ
ツトした後３９、処理を続行するためリターンす
る４０。

この間、前述したように、圧力変動が生じたこ
とによりゲインを増大させたPID制御を実行した
結果、圧力変動に伴う温度変化とは逆の方向に出
湯温度が変化し、ここでゲインを元の値に戻すこ
とにより出湯温度は次第に設定温度に落ち着く。
しかも、圧力変動により生じた温度変化と、PID
制御の結果生ずる温度変化とは互いに逆方向とな
るため、出湯温度としてはこれらが相殺されてよ
り設定温度に近い温度が得られる。

（発明の効果） 以上説明したようにこの発明に係る給湯制御装
置は、PID制御ゲイン設定手段は、温度設定手段
で設定された設定温度に基づいてPID制御手段の
制御ゲインを設定する構成としてので、設定温度
の高低に応じた制御ゲインを設定することができ
る。

また、PID制御ゲイン設定手段は、設定温度に
応じて設定した制御ゲインで燃焼制御がなされた
結果、温度偏差が実質的に０の状態になり、その
状態が所定時間継続したことに基づいて、制御安
定状態になつたことを判別する構成としたので、
給湯停止状態から給湯状態へ移行した場合、湯温
立ち上げ状態から安定状態になつたことを判別す
ることができる。

そして、PID制御ゲイン設定手段は、制御が安
定状態になつた以降であつて温度偏差が基準値以
上になつた場合に圧力変動状態であると判定し、
設定温度に基づいて設定した制御ゲインを増大さ
せ、設定温度と出湯温度との大小関係が反転した
時点で増大したゲインを元に戻す。

したがつて、温度偏差が基準値（しきい値）を
越えた時点で制御ゲインを増大させ、制御ゲイン
を増大させた状態を温度偏差が基準値（しきい
値）未満となる時点ではなく、設定温度と出湯温
度との大小関係が逆転する時点まで維持した後
に、元の制御ゲインに戻す。

このように、湯温立ち上げ状態以外の給湯状態
（安定制御状態）において、出湯量の増大（減少）
等によつて出湯温度が一定値以上低下（上昇）し
た場合は、出湯温度が設定温度以下（以上）にな
るまでPID制御のゲインを大きくしているので、
出湯温度の変動を短時間で抑制することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る給湯制御装置のブロツ
ク構成図、第２図は同給湯制御装置の全体動作を
示すフローチヤート、第３図はPID制御回路の制
御ゲインの設定を示すフローチヤートである。 ２…熱交換器、３…給湯管、４…カラン、６…
バーナ、７…ガス流量調節バルブ、９…PID制御
ゲイン設定手段、１０…温度設定手段、１１…温
度偏差演算手段、１２…圧力変動検出手段、１３
…ゲイン演算手段、１４…PID制御手段、１４ａ
…開度制御信号、１５…主制御手段、Ｆ１…制御
状態フラグ、Ｆ２…圧力変動状態フラグ、Ｇ…制
御ゲイン、Tm…出湯温度信号、Ts…設定温度信
号、△Ｔ…温度偏差信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱交換器で加熱した温水を分配する配管系統
   と、所望の出湯温度を設定する温度設定手段と、 前記配管系統での出湯温度を検出する出湯温度
   検出手段と、 前記温度設定手段で設定された設定温度と前記
   出湯温度検出手段で検出された出湯温度とに基づ
   いて温度偏差を出力する温度差演算手段と、 出力された温度偏差に対してPID演算を施して
   燃料供給量を制御する信号を生成するPID制御手
   段と、 前記設定温度に基づいて前記PID制御手段の制
   御ゲインを設定するとともに、前記温度偏差が実
   質的に０の状態が所定時間継続した場合に制御が
   安定状態に移行したと判定し、この制御安定状態
   において前記温度偏差が予め設定した所定の基準
   値以上になつた場合には圧力変動状態であると判
   定し、この圧力変動状態において前記設定温度に
   基づいて設定した制御ゲインよりも大きな制御ゲ
   インを前記PID制御手段へ設定し、前記設定温度
   と出湯温度との大小関係が反転した時点で制御ゲ
   インを元の値に設定して圧力変動状態が解消した
   と判定するPID制御ゲイン設定手段を備えたこと
   を特徴とする給湯制御装置。