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特開2015-225711制御方法、制御装置、プログラム、および記録媒体
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2015-225711(P2015-225711A)
(43)【公開日】2015年12月14日
(54)【発明の名称】制御方法、制御装置、プログラム、および記録媒体
(51)【国際特許分類】
   H05B 3/00 20060101AFI20151117BHJP
   H05K 3/34 20060101ALN20151117BHJP
   F27D 19/00 20060101ALN20151117BHJP
【FI】
   H05B3/00 310C
   H05K3/34 506J
   F27D19/00 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】OL
【全頁数】15
(21)【出願番号】特願2014-108061(P2014-108061)
(22)【出願日】2014年5月26日
(71)【出願人】
【識別番号】000002945
【氏名又は名称】オムロン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100127030
【弁理士】
【氏名又は名称】増井 義久
(74)【代理人】
【識別番号】100125944
【弁理士】
【氏名又は名称】比村 潤相
(72)【発明者】
【氏名】川井 若浩
(72)【発明者】
【氏名】別所 聖文
【テーマコード(参考)】
3K058
4K056
5E319
【Fターム(参考)】
3K058AA01
3K058AA51
3K058BA15
3K058CA05
3K058CA16
3K058CA31
3K058CB02
3K058CB22
4K056BB06
4K056FA04
5E319CC22
5E319GG20
(57)【要約】
【課題】単一のヒータを備えた加熱装置の温度立ち上げ時における消費電力量の急激な上昇を、複雑な構成のシステムを必要とせずに抑制する
【解決手段】ヒータ制御部33は、所定の時間における開始時点から当該時間におけるいずれかの時点までに測定されたヒータ12の消費電力量の積算値が、所定の閾値を超えた後、ヒータ12に供給される電力を低減する。
【選択図】図1
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ヒータを備えた加熱装置における温度立ち上げを制御する制御方法であって、
所定の時間における開始時点から当該所定の時間におけるいずれかの時点までに測定された上記ヒータの消費電力量の積算値が、所定の閾値に達したか否かを判定する判定工程と、
上記判定工程において上記積算値が上記所定の閾値に達したと判定された場合、上記いずれかの時点から上記所定の時間における終了時点までの間、上記ヒータに供給される電力を低減する低減工程とを含んでいることを特徴とする制御方法。
【請求項2】
上記低減工程では、上記いずれかの時点から上記終了時点までの間、上記ヒータに供給する上記電力をゼロにすることを特徴とする請求項1に記載の制御方法。
【請求項3】
上記所定の時間は、上記加熱装置が設置される施設に対して設定される、電力供給者との間の電力供給契約の基準時間であることを特徴とする請求項1または2に記載の制御方法。
【請求項4】
ヒータを備えた加熱装置における温度立ち上げを制御する制御装置であって、
所定の時間における開始時点から当該所定の時間におけるいずれかの時点までに測定された上記消費電力量の積算値が、所定の閾値に達したか否かを判定する判定手段と、
上記判定手段によって上記積算値が上記所定の閾値を達したと判定された場合、上記いずれかの時点から上記所定の時間における終了時点までの間、上記ヒータに供給される電力を低減する低減手段とを備えていることを特徴とする制御装置。
【請求項5】
請求項4に記載の制御装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、コンピュータを上記制御装置として機能させるためのプログラム。
【請求項6】
請求項5に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ヒータを備えた加熱装置の温度立ち上げを制御する制御方法、制御装置、プログラム、および記録媒体に関する。
【背景技術】
【0002】
大量の電力を必要とする各種の施設(たとえば、高圧電力を使用する工場、またはオフィスビル)では、電力の基本料金を、施設において使用される電力の最大許容量に基づき、電力供給者と契約している。この最大許容量は、一般にデマンド契約電力と呼ばれる。デマンド契約電力に基づく電力基本料金は、施設における消費電力が契約値を超えない限り適用される。しかし、消費電力がデマンド契約電力をわずか30分程度でも超過すると、翌月以降の基本料金が大幅に増額される。そこで従来、消費電力がデマンド契約電力を超過しないように、消費電力を監視したり電力需要量を抑制したりするための各種の技術が多数提案されている。
【0003】
他方、電子部品をプリント回路基板に実装する際には、はんだ槽等の加熱装置が用いられる。このような加熱装置における温度立ち上げは、加熱炉が設定温度に達するまでヒータに電力を供給し続けることによって行われる。その一例を図6に示す。図6は、従来技術に係る温度調整を受ける加熱装置における温度立ち上げ時の、ヒータの消費電力量の波形を示す図である。この図に示す例では、温度立ち上げ期間101において、ヒータに対する電力の供給(波形103)が連続的に続くことによって、ヒータにおいて消費される電力の積算値(波形104)が急激に上昇する。ヒータの温度が設定値に到達した後の温度調節期間102において、温度センサによって測定されたヒータの温度に基づき、ヒータに供給する電力を適宜オンまたはオフする制御(波形105)行うことによって、ヒータの消費電力量の積算値の上昇が穏やかになる。
【0004】
通常、施設内の加熱装置は、生産開始に先立ち、ヒータを一斉にオンすることによって立ち上げられる。複数台の加熱炉を同時に立ち上げると、個々のヒータの消費電力を積算した積算消費電力が急激に上昇するので、施設全体の消費電力がデマンド契約電力を超えてしまう問題を生じかねない。そこで従来、このような問題を解消するための、各加熱炉の立ち上げ時における消費電力の急激な上昇を抑制する各種の技術が提案されている。
【0005】
特許文献1には、炉体内に複数のヒータが配設されたリフロー装置を立ち上げるにあたり、前記各ヒータの立ち上げ時間をずらすことを特徴とするリフロー装置のヒータ立ち上げ方法が開示されている。
【0006】
特許文献2には、各加熱ゾーンのヒータを組み合わせたグループを形成し、該クループごとに優先度を設定して加熱炉を立ち上げる方法が開示されている。
【0007】
特許文献3には、炉体内の加熱ユニットの出力と炉内温度上昇との関係を予めゾーンごとに求めた出力対温度特性情報と、温度測定情報と、温度設定情報とに基づき、加熱ユニットに供給する電力をゾーンごとに制御する電気炉が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【特許文献1】特開平7−212027号(1995年8月11日公開)
【特許文献2】特開2007−78307号(2007年3月29日公開)
【特許文献3】特開2010−286179号(2010年12月24日公開)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
しかし上述した従来の技術には次のような問題がある。まず、これらの技術は、加熱炉が複数の加熱ゾーンによって構成され、かつそれぞれに対してヒータが用意されている加熱装置を対象にしているため、加熱ゾーンが一つのみの加熱装置には適用できない。また、各加熱ゾーンの加熱特性および各ヒータの特性を、事前に実験等によって予め明らかにする必要がある。さらには、加熱装置における加熱状態の変化、たとえば、各加熱ゾーンの余熱、周囲環境等が原因となる各加熱ゾーンの温度上昇時間の変化、またはヒータの加熱能力の変化などに対応するために、複雑な構成の制御システムが必要となる。
【0010】
本発明は上記の課題を解決するためになされたものである。そしてその目的は、単一のヒータを備えた加熱装置の温度立ち上げ時における消費電力量の急激な上昇を、複雑な構成のシステムを必要とせずに抑制する制御方法、制御装置、プログラム、および記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明に係る制御方法は、上記の課題を解決するために、
ヒータを備えた加熱装置における温度立ち上げを制御する制御方法であって、
所定の時間における開始時点から当該所定の時間におけるいずれかの時点までに測定された上記ヒータの消費電力量の積算値が、所定の閾値に達したか否かを判定する判定工程と、
上記判定工程において上記積算値が上記所定の閾値に達したと判定された場合、上記いずれかの時点から上記所定の時間における終了時点までの間、上記ヒータに供給される電力を低減する低減工程とを含んでいることを特徴としている。
【0012】
上記の構成によれば、本発明に係る制御方法は、所定の時間内のいずれかの時点において、ヒータの消費電力量の積算値が所定の閾値に到達した後から、当該所定の時間の終了時点までの間、ヒータに供給される電力を低減する。これにより、加熱装置の温度立ち上げ時におけるヒータの消費電力量の積算値の急激な上昇を抑制することができる。
【0013】
また、本発明に係る制御方法は、ヒータの消費電力量の積算値に基づき当該ヒータを制御するので、加熱装置が複数のヒータを備えている必要はない。これにより、単一のヒータを備えた加熱装置に対して本発明に係る制御方法を適用することができる。
【0014】
また、本発明に係る制御方法では、ヒータの加熱特性などを事前に測定しておく必要がない。そのため、この制御方法を実行するための複雑な構成のシステムを必要としない。
【0015】
以上のように、本発明に係る制御方法によれば、単一のヒータを備えた加熱装置の温度立ち上げ時における消費電力量の急激な上昇を、複雑な構成のシステムを必要とせずに抑制することができる効果を奏する。
【0016】
本発明に係る制御方法では、さらに、
上記低減工程では、上記いずれかの時点から上記終了時点までの間、上記ヒータに供給する上記電力をゼロにすることが好ましい。
【0017】
上記の構成によれば、ヒータの消費電力量の急激な上昇を最大限に抑制することができる。
【0018】
本発明に係る制御方法では、さらに、
上記時間は、上記加熱装置が設置される施設に対して設定される、電力供給者との間の電力供給契約の基準時間であることが好ましい。
【0019】
上記の構成によれば、加熱装置が設置される施設全体の電力がデマンド契約電力を超えることの防止に寄与することができる。
【0020】
本発明に係る制御装置は、上記の課題を解決するために、
ヒータを備えた加熱装置における温度立ち上げを制御する制御装置であって、
所定の時間における開始時点から当該所定の時間におけるいずれかの時点までに測定された上記消費電力量の積算値が、所定の閾値に達したか否かを判定する判定手段と、
上記判定手段によって上記積算値が上記所定の閾値を達したと判定された場合、上記いずれかの時点から上記所定の時間における終了時点までの間、上記ヒータに供給される電力を低減する低減手段とを備えていることを特徴としている。
【0021】
上記の構成によれば、上述した制御方法と同様の作用効果を奏する。
【0022】
本発明に係る制御装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記制御装置が備える各手段として動作させることにより上記制御装置をコンピュータにて実現させる制御装置の制御プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。
【発明の効果】
【0023】
本発明に係る制御方法によれば、単一のヒータを備えた加熱装置の温度立ち上げ時における消費電力量の急激な上昇を、複雑な構成のシステムを必要とせずに抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
図1】本発明の第1実施形態に係る制御システムおよびそれに備えられる各装置の要部構成を示すブロック図である。
図2】本発明の第1実施形態に係る制御システムにおける温度立ち上げ制御処理の流れを示すフローチャートである。
図3】(a)は、本発明の第1実施形態に係る電力制御装置による制御を受けないはんだ槽における温度立ち上げ時の、ヒータの消費電力量の波形を模式的に示す図であり、(b)は、本発明の第1実施形態に係る電力制御装置による制御を受けるはんだ槽における温度立ち上げ時の、ヒータの消費電力量の波形を模式的に示す図である。
図4】(a)は、本発明の第1実施形態に係る電力制御装置による制御を受けない小型はんだ槽における温度立ち上げ時の、ヒータの消費電力量の波形を示す図であり(b)は、本発明の第2実施形態に係る制御システムによる制御を受けるはんだ槽における温度立ち上げ時の、ヒータの消費電力量の波形を示す図である。
図5】(a)は、本発明の第1実施形態に係る電力制御装置による制御を受けない小型はんだ槽における温度立ち上げ時の、ヒータの消費電力量の波形を示す図であり(b)は、本発明の第2実施形態に係る制御システムによる制御を受ける小型はんだ槽における温度立ち上げ時の、ヒータの消費電力量の波形を示す図である。
図6】従来技術に係る温度調整を受ける加熱装置における温度立ち上げ時の、ヒータの消費電力量の波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
〔実施形態1〕
本発明に係る第1実施形態について、図1図3に基づき以下に説明する。
【0026】
(制御システム50の構成)
図1は、本実施形態に係る制御システム50およびそれに備えられる各装置の要部構成を示すブロック図である。この図に示すように、制御システム50は、加熱装置1、電力制御装置3、および温度調節装置2を備えている。
【0027】
加熱装置1は、プリント回路基板に電子部品を実装する際に用いられるはんだ槽などの各種の加熱装置として実現される。図1に示すように、加熱装置1は、加熱炉11およびヒータ12を備えている。ヒータ12は電力の供給を受けて発熱し、加熱炉11を熱する。加熱炉11は、その内部に配置されたプリント回路基板を熱することによって、電子部品をプリント回路基板にはんだ付けする。
【0028】
温度調節装置2は、加熱装置1の温度立ち上げ時において、加熱装置1の温度を制御する。図1に示すように、温度調節装置2は、温度センサ21およびヒータ制御部22を備えている。温度センサ21は、加熱炉11内の温度を測定する。ヒータ制御部22は、温度センサ21による温度測定結果に基づき、ヒータ12への電力供給を制御することによって、結果的に、加熱炉11内の温度を制御する。
【0029】
電力制御装置3は、加熱装置1の温度立ち上げ時において、ヒータ12によって消費される電力量を制御する。図1に示すように、電力制御装置3は、電力計31、タイマー32、およびヒータ制御部33(判定手段、低減手段)を備えている。電力計31は、ヒータ12の消費電力量を測定する。タイマー32は、経過時間を測定する。ヒータ制御部33は、所定の時間内におけるヒータ12の消費電力量の積算値に基づき、ヒータ12への電力提供を制御する。
【0030】
制御システム50は、加熱炉11から測定した温度に基づく温度調整と、ヒータ12から測定した消費電力量の積算値に基づく消費電力量制御とを、同じ加熱装置1に対して行う。加熱装置1の温度立ち上げを開始してから、加熱炉11内の温度が所定の加熱温度に到達するまでは、電力制御装置3によるヒータ12の消費電力量の制御が行われる。加熱炉11内の温度が所定の加熱温度に到達した後は、温度調節装置2による加熱炉11の温度制御が行われる。
【0031】
(制御処理の流れ)
加熱装置1の温度立ち上げ時の制御システム50による制御の内容について、より詳細に図2を参照して以下に説明する。図2は、本発明の第1実施形態に係る制御システムにおける温度立ち上げ制御処理の流れを示すフローチャートである。この図に示すように、制御システム50において制御処理に用いられる条件値が温度調節装置2および電力制御装置3に設定される(S1)。具体的には、電力制御装置3に、ヒータ12の消費電力量に対する閾値、および、所定の時間が設定される。一方、温度調節装置2には加熱炉11の加熱温度が設定される。消費電力量に対する閾値は、所定の時間内においてヒータ12に許容される消費電力量の積算値のことである。また、所定の時間は、ヒータ12への電力供給を制御する単位時間のことである。本実施形態では、消費電力量に対する閾値は4kWhであり、時間は20分である。なお、加熱温度は、加熱炉11がその内部に配置されたプリント回路基板を熱するに適した温度のことである。
【0032】
これらの条件値の設定後、加熱装置1は、ヒータ12をオンする(S2)。これによりヒータ12への電力供給が開始され、ヒータ12は、供給された電力量に応じた熱を発することによって加熱炉11を加熱する。その結果、加熱炉11内の温度が上昇してゆく。ヒータ12をオンした直後に、タイマー32が、ヒータ12をオンした後における経過時間の測定を開始する(S3)。また、電力計31が、ヒータ12の消費電力量の測定を開始する(S4)。電力計31は、ヒータ12の消費電力量を常時測定し、各時間における測定結果(消費電力量の瞬時値)を電力制御装置3内の図示しないメモリに随時記録する。
【0033】
次に温度センサ21が、加熱炉11内の温度を測定し(S5)、測定結果をヒータ制御部22に通知する。ヒータ制御部22は、加熱炉11の測定温度が、設定された加熱温度を超えたか否かを判定する(S6)。S6がYESの場合、温度調節装置2によるヒータ制御部22の温度制御が開始される。具体的には次の通りである。
【0034】
まずヒータ制御部22が、ヒータ12への電力供給を停止するようにヒータ12を制御する。その結果、ヒータ12がオフされる(S7)。ヒータ12がオフされた後、温度センサ21は加熱炉11内の温度を測定し(S8)、測定結果をヒータ制御部22に通知する。ヒータ制御部22は、加熱炉11の測定温度が、設定された加熱温度を超えたか否かを判定する(S9)。S9がYESの場合、図2に示すフローはS8に戻り、温度センサ21が、再び加熱炉11の温度を測定する。このように温度調節装置2は、加熱炉11の温度が加熱温度を下回るまで待機する。S9がNOの場合、すなわち加熱炉11の測定温度が加熱温度を下回った場合、ヒータ制御部22は、ヒータ12への電力供給を再開するようにヒータ12を制御する。その結果、ヒータ12がオンされ、図9のフローはS2に戻る。
【0035】
以上のように、制御システム50では、加熱装置1の温度立ち上げ時に加熱炉11内の温度が加熱温度に到達すると、温度調節装置2による加熱炉11の温度調整処理(S2、S5、S6〜S9)が繰り返し行われる。これにより、加熱炉11内の温度が安定して加熱温度付近に維持される。
【0036】
一方、S6がNOの場合、すなわち、加熱炉11の測定温度が加熱温度を超えていない場合、電力制御装置3によるヒータ12の消費電力量制御処理が開始される。具体的には次の通りである。
【0037】
まず温度調節装置2が、加熱炉11の測定温度が加熱温度を超えていないことを、電力制御装置3に通知する。電力制御装置3がこの通知を受けると、タイマー32が、現在測定中の経過時間の開始時刻および現在時刻をヒータ制御部33に通知する。ヒータ制御部33は、通知された開始時刻から現在時刻までの間の各時刻おけるヒータ12の消費電力量の測定結果(瞬時値)を、図示しないメモリから取得する。ヒータ制御部33は、取得した全ての測定結果を加算することによって、経過時間内のヒータ12の消費電力量の積算値を算出する(S10)。
【0038】
ヒータ制御部33は、算出した消費電力量の積算値が、所定の閾値に達したか否かを判定する(S11)。S11がNOの場合、図2に示すフローはS5に戻る。すなわち、電力制御装置3は、ヒータ12の消費電力量の積算値が閾値に達していないことを温度調節装置2に通知する。これを受けて、温度センサ21は、加熱炉11内の温度を測定する(S5)。このように、経過時間内のヒータ12の消費電力量の積算値が閾値に達するまでは、ヒータ12はオンされ続け、これによりヒータ12の消費電力量の積算値は上昇し続ける。
【0039】
一方、S11がYESの場合、すなわち、ヒータ12の消費電力量の積算値が閾値に達したと判定された場合、ヒータ制御部33が、ヒータ12への電力供給を停止するようにヒータ12を制御する。その結果、ヒータ12がオフされる(S12)。
【0040】
次に、タイマー32が、測定中の経過時間が、所定の時間を超えたか否かを判定する(S13)。S13がNOである場合、電力制御装置3はS13の判定を繰り返す。すなわち電力制御装置3は、経過時間が時間を超えるまで待機する。
【0041】
S13がYESである場合、すなわち、ヒータ12がオンしてからの経過時間が、所定の時間を超えた場合、タイマー32は、測定中の経過時間をリセットする(S14)。また、ヒータ制御部33が、ヒータ12への電力供給を再開するようにヒータ12を制御する。その結果、ヒータ12がオンされ、図9のフローはS2に戻る。この直後、タイマー32が再び経過時間の測定を開始する(S3)。
【0042】
以上のように、加熱炉11の測定温度が加熱温度を超えるまでの間、電力制御装置3によるヒータ12の消費電力量の制御処理(S2、S3、S10〜S14)が繰り返し行われる。これにより、所定の時間内におけるヒータ12の消費電力量の積算値が、所定の閾値までに制限される。
【0043】
(比較結果)
図3の(a)は、本実施形態に係る電力制御装置3による制御を受けない加熱装置1における温度立ち上げ時の、ヒータ12の消費電力量の波形を模式的に示す図である。図3の(b)は、本実施形態に係る電力制御装置3による制御を受ける加熱装置1における温度立ち上げ時の、ヒータの12の消費電力量の波形を模式的に示す図である。図3の(a)および(b)において、縦軸はヒータ12の消費電力量の積算値(kWh)を表し、一方、横軸は加熱装置1の温度立ち上げを開始してからの経過時間(分)を表す。
【0044】
図3の(b)では、ヒータ12の消費電力量の積算値の閾値は4kWhであり、かつ、電力制御を行う基準単位である所定の時間は20分である。
【0045】
加熱装置1の温度立ち上げを開始してからヒータ12への電力供給が開始されるまでには、5分のタイムラグがあるとする。これにより、図3の(a)に示すように、電力制御装置3による制御を受けない加熱装置1では、温度立ち上げを開始してから5分後にヒータ12への電力供給が開始され、これによりヒータ12が電力を消費し始める。図3の(a)において、ヒータ12に供給される消費電力量(瞬時値)の時間経過を波形41として示す。加熱炉11の温度が所定の加熱温度に到達するまで、ヒータ12には同じ大きさの電力が供給され続ける。そのため、ヒータ12に電力が供給され始めた以降の各時刻におけるヒータ12の消費電力量は、一定値を維持する。
【0046】
図3の(a)において、ヒータ12への電力供給が開始されて以降のヒータ12の消費電力量の積算値の時間経過を、波形42として示す。図3の(b)との比較のため、当該積算値は時間(20分ごと)にゼロにリセットされる形で図3の(a)に表示されている。波形42に示すように、ヒータ12への電力供給が始まってから15分後(温度立ち上げ開始20分後)に、ヒータ12の消費電力量の積算値は4kWhに到達する。図3の(a)の例では加熱装置1は電力制御装置3による制御を受けないので、これ以降もヒータ12はオフされない。これにより、これにより、温度立ち上げを始めてから20分後〜25分後の間の5分間、ヒータ12の電力消費は抑制されないので、消費電力量の積算値はこの5分間において4kWhを大きく超えて上昇し続ける。時間の終了後(温度立ち上げを開始してから25分後)に、消費電力量の積算値はリセットされてゼロになる。
【0047】
図3の(b)において、ヒータ12に供給される消費電力量(瞬時値)の時間経過を波形43として、また、ヒータ12への電力供給が開始されて以降のヒータ12の消費電力量の積算値の時間経過を波形44としてそれぞれ示す。波形44に示すように、ヒータ12への電力供給が始まってから15分後に、所定の時間の開始時点から当該15分後までの間のヒータ12の消費電力量の積算値は4kWhに到達する。図3の(b)の例では加熱装置1は電力制御装置3による制御を受けるので、これ以降はヒータ12がオフされる。これにより、温度立ち上げを始めてから20分後〜25分後の間の5分間、ヒータ12の電力消費がゼロになるので、消費電力量の積算値はこの5分間において4kWhのまま維持される。時間の終了後(温度立ち上げの開始25分後)に、消費電力量の積算値はリセットされてゼロになる。
【0048】
以上のように、電力制御装置3による制御を受ける加熱装置1では、所定の時間(20分)内の最後の5分間において、ヒータ12の消費電力量の積算値は閾値の4kWhを大きく超えて上昇し続ける。一方、電力制御装置3による制御を受ける加熱装置1では、所定の時間内のいずれの時点でもヒータ12の消費電力量の積算値が閾値の4kWhを超えることはない。したがって加熱装置1は、電力制御装置3による制御を受けることによって、温度立ち上げ時におけるヒータ12の消費電力量の積算値の急激な上昇を抑えることができる。
【0049】
(本実施形態の利点)
以上のように、制御システム50は、加熱装置1の温度立ち上げ時に、温度調節装置2による通常の温度調節処理と、電力制御装置3によるヒータ12の消費電力量制御処理とを、組み合わせて実行する。この工夫によって、制御システム50は次の利点を享受することができる。
【0050】
(1)加熱装置1の温度立ち上げ時にヒータ12の消費電力量を強制的に低減することによって、急激な消費電力の上昇を抑えることができる。
【0051】
また、温度調節装置2による加熱装置1の温度調整処理は、電力制御装置3によるヒータ12の消費電力量制御処理とは独立に行われる。したがって、加熱装置1における加熱温度の設定値、加熱炉11の熱容量、およびヒータ12の性能などの、温度調整処理に関する条件は、消費電力量制御処理には影響しない。これにより、次の利点を享受することができる。
【0052】
(2)加熱装置1の熱容量およびヒータ12の性能などの、加熱装置1の加熱特性を事前に測定しておく必要がない。
【0053】
(3)ヒータ12の能力の劣化などの、加熱装置1において経時的に変化する加熱条件に対応するための、複雑な構成の制御システムを必要としない。
【0054】
(4)電力制御装置3の構成を、電力計31、タイマー32、およびヒータ制御部33を備えた簡単なものにすることができる。これにより電力制御装置3は、単一のヒータ12を備えた加熱装置1における温度立ち上げ時のヒータ12の消費電力量を制御することができる。
【0055】
(5)電力制御装置3を既存の制御システムに加えるだけで、本実施形態に係る制御システム50を構成することができる。
【0056】
(実験結果)
以下に、加熱装置1として、プリント回路基板に電子部品を実装するはんだ槽を用いた実験結果について説明する。図4の(a)は、本実施形態に係る電力制御装置3による制御を受けないはんだ槽における温度立ち上げ時の、ヒータ12の消費電力量の波形を示す図である。図4の(b)は、本実施形態に係る電力制御装置3による制御を受けるはんだ槽における温度立ち上げ時の、ヒータの12の消費電力量の波形を示す図である。図4の(a)および(b)において、縦軸はヒータ12の消費電力量の積算値(kWh)を表し、一方、横軸ははんだ槽の温度立ち上げを開始してからの経過時間(分)を表す。この実験では、消費電力量の積算値の閾値は4kWhであり、かつ、電力制御を行う基準の時間を20分である。
【0057】
図4の(a)に示すように、ヒータ12の温度が加熱温度に到達するまで、ヒータ12が連続的に同じ大きさの電力が供給され続ける(波形51)。そのため、各時刻におけるヒータ12の消費電力量は一定値を維持する。この図の例では、加熱装置1は電力制御装置3による制御を受けないので、20分間のいずれかの時点においてヒータ12の消費電力量の積算値が閾値(4kWh)に到達した後、積算値は4kWhを超えて上昇し続ける(波形52)。なお、図4の(b)との比較のため、積算値は20分ごとにゼロにリセットされる形で図4の(a)に表示されている。
【0058】
加熱装置1の温度立ち上げを始めてから約110分後に、加熱炉11の測定温度が加熱温度に到達する。この後しばらくヒータ12はオフされる。それから温度調節装置2によるヒータ制御部22の温度制御が開始され、ヒータ制御部22の測定温度に基づきヒータ12がオンされたりオフされたりすることを繰り返す(波形53)。
【0059】
一方、図4の(b)に示すように、加熱装置1が電力制御装置3による制御を受ける場合、20分間のいずれかの時点においてヒータ12の消費電力量の積算値が閾値(4kWh)に到達した後、ヒータ12に供給される電力量はゼロに低減される(波形54)。
この結果、ヒータ12の消費電力量の積算値は、当該20分間が終了するまでの残りの時間、4kWhのまま維持される(波形55)。
【0060】
図4の(b)において、ヒータ12に供給される消費電力量(瞬時値)の時間経過を波形54として、ヒータ12への電力供給が開始されて以降のヒータ12の消費電力量の積算値の時間経過を波形55として、それぞれ示す。図4の(b)の例では、加熱装置1は電力制御装置3による制御を受けるので、20分間のいずれかの時点においてヒータ12の消費電力量の積算値が閾値(4kWh)に到達した後、消費電力量の積算値は4kWhを超えることがない。
【0061】
加熱装置1が電力制御装置3による制御を受ける場合でも、温度立ち上げを始めてから約110分後に、加熱炉11の測定温度が加熱温度に到達する。この後しばらくヒータ12はオフされ、それから温度調節装置2によるヒータ制御部22の温度制御が開始され、ヒータ制御部22の測定温度に基づきヒータ12がオンされたりオフされたりすることを繰り返す(波形56)。波形56は、通常の温度調整のみによる波形53と本質的に変わりない。
【0062】
以上のように、実際の実験結果によれば、電力制御装置3によるヒータ12の電力制御を行うことによって、加熱装置1の温度立ち上げ時におけるヒータ12の消費電力量の積算値の急激な上昇を防ぐことが示された。
【0063】
なお、消費電力量の積算値の閾値は、4kWhに限らず、任意の値にすることができる。この値を小さくすればするほど、消費電力量の積算値の上昇をより抑制することができる。
【0064】
電力制御の単位時間である所定の時間は、20分に限らず、任意の長さの時間にすることができる。この時間を長くすればするほど、消費電力量の積算値の上昇をより抑制することができる。特に、所定の時間を、加熱装置1が設置される工場などの施設に対して設定される、電力供給者との間の電力供給契約の基準時間にすれば、加熱装置1が設置される施設全体の電力がデマンド契約電力を超えることの防止に寄与することができる。
【0065】
ヒータ制御部33は、所定の時間においてヒータ12の消費電力量の積算値が閾値に到達した時点から、当該所定の時間における終了時点までの間、ヒータ12への電力供給を必ずしもゼロにする必要はなく、ヒータ12への電力供給をゼロよりも大きい値に低減してもよい。ここでいう低減とは、ヒータに供給される電力量を、積算値が閾値に到達する前に供給されていた電力量よりも小さくすることを意味する。なお、ヒータ12への電力供給をゼロにすれば、積算値の急激な上昇を最大限に抑制することができるので好ましい。
【0066】
〔実施形態2〕
本発明に係る第2実施形態について、図5に基づき以下に説明する。なお、上述した第1実施形態と共通する各部材には同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。
【0067】
本実施形態では、加熱装置1として小型はんだ槽を用いた実験結果を説明する。この小型はんだ槽は、ヒータ12の特性変化によって、温度調整の条件が変化した結果、加熱炉11内の温度が安定するまでに約110分程度に延びてしまった装置である。
【0068】
図5の(a)は、本発明の第2実施形態に係る電力制御装置3による制御を受けない小型はんだ槽における温度立ち上げ時の、ヒータの消費電力量の波形を示す図である。図5の(b)は、本発明の第2実施形態に係る電力制御装置3による制御を受ける小型はんだ槽における温度立ち上げ時の、ヒータ12の消費電力量の波形を示す図である。図5の(a)および(b)において、縦軸はヒータ12の消費電力量の積算値(kWh)を表し、一方、横軸は加熱装置1の温度立ち上げを開始してからの経過時間(分)を表す。
【0069】
図5の(a)および(b)では、時間経過ごとにヒータ12の消費電力量の積算値をリセットせずに、ヒータ12における電力消費が開始された時点からの継続した消費電力量の積算値の波形を示す。また、図5の(b)において、消費電力量の積算値の閾値は0.2kWhであり、また消費電力量制御のための所定の時間は7分間である。
【0070】
図5の(a)に示すように、温度立ち上げ時に電力制御装置3による制御を受けない小型はんだ槽では、ヒータ12の消費電力量の積算値は急激かつ直線的に上昇してゆく(波形61)。温度立ち上げ開始から約35分後には加熱炉11内の温度が所定の加熱温度に到達する。この時点でヒータ12への電力供給はいったん停止するので、ヒータ12の消費電力量の積算値はこれ以上上昇しない。温度立ち上げを開始してから約50分後に、温度調節装置2によるヒータ12の温度制御が始まる(波形62)。加熱炉11内の温度が安定するまで、この温度制御は続く。温度制御は、温度立ち上げを開始してから約110分後まで続く。上述したように、これはヒータ12の特性が変化したことが原因である。
【0071】
図5の(b)に示すように、ヒータ12における電力消費が開始されてから、7分間ごとに、電力制御装置3によるヒータ12の消費電力量の制御が行われる。電力制御装置3は、最初の7分間において、ヒータ12の消費電力量の積算値が0.2kWhに到達する6分後の時点において、ヒータ12への電力供給を停止する。これにより、ヒータ12の消費電力量の積算値は約0.2kWhを維持する(波形63)。この停止措置は、最初の7分間が終了する1分後まで続く。電力制御装置3は、最初の7分間が終了すると、再び、ヒータ12への電力供給を再開する。これにより、ヒータ12の消費電力量の積算値は再び上昇する。次の7分間における制御では、電力制御装置3における閾値は0.4kWhに設定される。すなわち時間が経過するごとに閾値は0.2kWhずつ増えてゆく。
【0072】
次の7分間のうち6分間が経過した時点で、ヒータ12の消費電力量の積算値は0.4kWhに到達する。この時点で電力制御装置3はヒータ12の電力供給を停止する。これ以降も電力制御装置3は同様の制御を繰り返す。これにより、ヒータ12に供給される電力は、時間(7分間)が経過するたびに、そのうちの最後の約1分間、繰り返し停止される。温度立ち上げ開始から約40分後には加熱炉11内の温度が所定の加熱温度に到達する。この時点でヒータ12への電力供給はいったん停止するので、ヒータ12の消費電力量の積算値はこれ以上上昇しない。温度立ち上げを開始してから約75分後に、温度調節装置2によるヒータ12の温度制御が始まる(波形64)。加熱炉11内の温度が安定するまで、この温度制御は続く。温度制御は、温度立ち上げを開始してから約80分後まで続く。
【0073】
以上のように、電力制御装置3による制御を受ける小型はんだ槽では、ヒータ12の消費電力量の積算値の急激な上昇が抑えられる。その結果、加熱炉11の測定温度が所定の加熱温度に到達するまでの時間は、電力制御装置3による制御を受けない場合に比べて長くなる。一方、加熱炉11の測定温度が安定するまでの時間は、電力制御装置3による制御を受けない場合に比べて短くなる。これは、電力制御装置3による制御には、ヒータ12の特性変化の影響がないので、加熱炉11内の温度が所定の加熱温度に到達した後における、ヒータ12の過加熱による加熱炉11の温度上昇が低く抑えられるからである。
【0074】
以上のように、本実施形態に係る制御システム50によれば、ヒータ12の特性変化または故障あるいは加熱炉11の熱容量変化などの加熱装置1の加熱環境の変動が起こったために、温度調節装置2による適切な加熱炉11の温度調整ができなくなるような温度立ち上げ時の異常発生時においても、その影響を小さく抑えることができる。
【0075】
〔ソフトウェアによる実現例〕
電力制御装置3の制御ブロック(特に)は、集積回路(ICチップ)等に形成された論理回路(ハードウェア)によって実現してもよいし、CPU(Central Processing Unit)を用いてソフトウェアによって実現してもよい。
【0076】
後者の場合、電力制御装置3は、各機能を実現するソフトウェアであるプログラムの命令を実行するCPU、上記プログラムおよび各種データがコンピュータ(またはCPU)で読み取り可能に記録されたROM(Read Only Memory)または記憶装置(これらを「記録媒体」と称する)、上記プログラムを展開するRAM(Random Access Memory)などを備えている。そして、コンピュータ(またはCPU)が上記プログラムを上記記録媒体から読み取って実行することによって、本発明の目的が達成される。
【0077】
上記記録媒体としては、「一時的でない有形の媒体」、たとえば、テープ、ディスク、カード、半導体メモリ、プログラマブルな論理回路などを用いることができる。また、上記プログラムは、該プログラムを伝送可能な任意の伝送媒体(通信ネットワークや放送波等)を介して上記コンピュータに供給されてもよい。なお、本発明は、上記プログラムが電子的な伝送によって具現化された、搬送波に埋め込まれたデータ信号の形態でも実現され得る。
【0078】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【産業上の利用可能性】
【0079】
本発明は、加熱装置の温度立ち上げ時においてヒータの消費電力量を制御する制御方法として、幅広く利用できる。
【符号の説明】
【0080】
1 加熱装置
2 温度調節装置
3 電力制御装置
11 加熱炉
12 ヒータ
21 温度センサ
22 ヒータ制御部
31 電力計
32 タイマー
33 ヒータ制御部(判定手段、低減手段)
図1
図2
図3
図4
図5
図6