特許 6321909 ピーク電力抑制装置及び温度調節装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6321909

(24)【登録日】2018年4月13日

(45)【発行日】2018年5月9日

(54)【発明の名称】ピーク電力抑制装置及び温度調節装置

(51)【国際特許分類】

   G05B 7/02 20060101AFI20180423BHJP

   G05B 11/32 20060101ALI20180423BHJP

【ＦＩ】

   G05B7/02 A

   G05B11/32 Z

【請求項の数】5

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2013-41513(P2013-41513)

(22)【出願日】2013年3月4日

(65)【公開番号】特開2014-170355(P2014-170355A)

(43)【公開日】2014年9月18日

【審査請求日】2016年2月29日

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 集会名： 平成２４年電気学会電子・情報・システム部門大会 開催日： 平成２４年９月５日〜７日

(73)【特許権者】

【識別番号】391037102

【氏名又は名称】東邦電子株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】513045116

【氏名又は名称】濱根 洋人

(74)【代理人】

【識別番号】100111084

【弁理士】

【氏名又は名称】藤野 義昭

(72)【発明者】

【氏名】濱根 洋人

(72)【発明者】

【氏名】平間 雄輔

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 一善

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 隆

【審査官】 稲垣 浩司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−０２９６９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０７８０４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０９５３７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−１２４８４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０４１３１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０４９４０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０３４４８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｂ ７／０２

Ｇ０５Ｂ １１／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ピーク電力上限値及び各チャンネルの優先度に基づいて、複数の操作量算出部によって算出された複数の操作量による電力使用量が前記ピーク電力上限値を超えないように、前記複数の操作量それぞれに対して削減処理を行う操作量削減処理部と、
前記操作量削減処理部から出力される出力用操作量に基づいて、操作信号を生成する出力制御部と
を備え、
前記出力制御部は、時間比例出力制御を行うものであり、
サイクル時間内において、各操作信号が同時にオンとなる時間が最も短くなるように、チャンネル毎に、操作信号がオンとなる時間をずらすように出力制御し、
更に、前記出力制御部は、予め決められた順番で、各チャンネルの操作信号のサイクル時間内におけるオンオフ時刻を決めていくものであって、
先の順番のチャンネルの操作信号がオフとなる時刻に、次の順番のチャンネルの操作信号がオンとなるようにオンオフ時刻を決定すると共に、
オン時間が、サイクル時間の終了時刻を超えるチャンネルについては、サイクル時間の終了時刻を超える部分のオン時間は、サイクル時間の開始時刻から、オンするようにする
ことを特徴とするピーク電力抑制装置。

【請求項2】

前記操作量削減処理部は、前記複数の操作量の総和が、前記ピーク電力上限値を超える場合、前記ピーク電力上限値を超える超過量を、前記優先度に基づいて、各チャンネルに分配し、分配された超過量を、各チャンネルの操作量から削減する
ことを特徴とする請求項１に記載のピーク電力抑制装置。

【請求項3】

前記操作量削減処理部は、
前記優先度に基づいて決められる削減順位に従って、各チャンネルの操作量に対して削減処理を行い、
削減処理が施された操作量が、操作量の下限ｕ_minを下回る場合は、当該チャンネルの操作量をｕ_minとし、
削減しきれなかった削減操作量を、次の削減順位のチャンネルに持ち越して、当該次の削減順位のチャンネルの操作量から削減する
ことを特徴とする請求項２に記載のピーク電力抑制装置

【請求項4】

前記出力制御部は、サイクル時間を４つの区間に分割し、各区間の時間を算出することによって、各チャンネルの操作信号のサイクル時間内におけるオンオフ時刻を決める
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のピーク電力抑制装置。

【請求項5】

目標温度及び検出温度に基づいて、操作量を算出する複数の操作量算出部と、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のピーク電力抑制装置と
を備えることを特徴とする温度調節装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の制御対象を有するシステムにおけるピーク電力抑制技術に関する。

【背景技術】

【0002】

複数の制御対象を有するシステムにおいては、通常、システムの起動時やシステムの設定値の変更時などの過渡時に、定常動作時と比較して、非常に大きな電力を要することになる。過渡時の最大電力は、相対的に短い時間の間だけ必要となるものであるが、そのようなシステムの電源設備としては、過渡時の最大電力（ピーク電力）を供給可能なものを用意する必要がある。また、電力会社との電力供給契約でも、ピーク電力に基づいて契約電力が決められることになる。

【0003】

ここで、ピーク電力を抑制することができれば、電源設備の小型化・軽量化を図ることができることになる。また、電力会社との電力供給契約でも、契約電力を下げることができるので、電力調達コストの削減が図れることになる。

【0004】

なお、特開２００２−４９４０１号公報には、所定のエネルギー消費量内でｎ（ｎは３以上の整数）台のコントローラを用いて制御を行う制御装置であって、予め第１番目から第ｍ（ｍはｎ−１）番目の優先順位が割り当てられ、対応する第１〜第ｍの操作量出力上限に応じてそれぞれ操作量出力を算出する第１〜第ｍのコントローラと、予め最下位に順位付けされ、第ｎの操作量出力上限に応じて操作量出力を算出する第ｎのコントローラと、第ｋ（ｋは１〜ｍの整数）のコントローラ毎に設けられ、前記第１〜第ｋのコントローラの操作量出力の和が装置全体の操作量出力上限を示す所定値以下となるように、予め入力された第ｋの操作量出力上限の大きさを制限して第ｋのコントローラに与える第１〜第ｍの優先側上限処理部と、前記第１〜第ｍのコントローラと前記第ｎのコントローラの操作量出力の和が前記所定値以下となるように、前記第ｎの操作量出力上限を算出して前記第ｎのコントローラに与える非優先側上限算出部と、第ｋのコントローラ毎に設けられ、第ｋ＋１の操作量出力上限に対する第ｋ＋１のコントローラの操作量出力の余裕度に応じて、第ｋの操作量出力上限を増減させる算出を行い、算出した値を次制御周期の第ｋの操作量出力上限として第ｋの優先側上限処理部に与える第１〜第ｍの優先側上限算出部とを有することを特徴とする制御装置が記載されている。

【0005】

また、特開２００７−３４４８５号公報には、ｎ（ｎは２以上の偶数）ループの制御系の制御装置であって、制御対象を加熱するｎ個のヒータと、外部から入力された設定値と前記制御対象の制御量に基づいて操作量を算出し、操作量出力上限値に応じて大きさを制限した前記操作量を対応する前記ヒータに出力するｎ個のコントローラと、前記ｎループの制御系の昇温の開始を検出する昇温開始検出部と、前記昇温開始が検出されたきに、電力使用量の予測値に相当する電力使用予測量指標を制御ループ毎に算出する電力使用予測量指標算出部と、前記制御ループ毎の電力使用予測量指標に基づいて、前記ｎ個のコントローラをｎ／２個のグループに分けると共に、このグループ分けに際して、電力供給の優先度が高い優先側コントローラと電力供給の優先度が低い非優先側コントローラとが同じグループになるように組み合わせるカップリング処理部と、前記グループ毎に設けられ、前記優先側コントローラの操作量出力が一定値以下となるように、予め入力された優先側操作量出力上限値の大きさを制限して前記優先側コントローラに与えることをグループ毎に行う優先側上限処理部と、前記グループ毎に設けられ、前記優先側コントローラの操作量出力と前記非優先側コントローラの操作量出力との和が前記一定値以下となるように、非優先側操作量出力上限値を算出して前記非優先側コントローラに与えることをグループ毎に行う非優先側上限算出部と、前記グループ毎に設けられ、前記非優先側操作量出力上限値に対する前記非優先側コントローラの操作量出力の余裕度に応じて、前記優先側操作量出力上限値を増減させる算出を行い、算出した値を次制御周期の優先側操作量出力上限値として前記優先側上限処理部に与えることをグループ毎に行う優先側上限算出部とを有することを特徴とする制御装置が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００２−４９４０１号公報

【特許文献2】特開２００７−３４４８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の目的は、複数の制御対象を有するシステムにおいて、システム全体での最大電力（ピーク電力）を抑制することが可能なピーク電力抑制装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係るピーク電力抑制装置は、ピーク電力上限値及び各チャンネルの優先度に基づいて、複数の操作量算出部によって算出された複数の操作量による電力使用量が前記ピーク電力上限値を超えないように、前記複数の操作量それぞれに対して削減処理を行う操作量削減処理部を備えることを特徴とする。

【0009】

この場合において、前記操作量削減処理部は、前記複数の操作量の総和が、前記ピーク電力上限値を超える場合、前記ピーク電力上限値を超える超過量を、前記優先度に基づいて、各チャンネルに分配し、分配された超過量を、各チャンネルの操作量から削減するようにしてもよい。

【0010】

更に、前記操作量削減処理部は、前記優先度に基づいて決められる削減順位に従って、各チャンネルの操作量に対して削減処理を行い、削減処理が施された操作量が、操作量の下限ｕ_minを下回る場合は、当該チャンネルの操作量をｕ_minとし、削減しきれなかった削減操作量を、次の削減順位のチャンネルに持ち越して、当該次の削減順位のチャンネルの操作量から削減するようにしてもよい。

【0011】

また、以上の場合において、前記操作量削減処理部から出力される出力用操作量に基づいて、操作信号を生成する出力制御部を更に備えるようにしてもよい。

【0012】

この場合において、前記出力制御部は、時間比例出力制御を行うものであり、サイクル時間内において、各操作信号が同時にオンとなる時間が最も短くなるように、チャンネル毎に、操作信号がオンとなる時間をずらすように出力制御するようにしてもよい。

【0013】

更に、前記出力制御部は、予め決められた順番で、各チャンネルの操作信号のサイクル時間内におけるオンオフ時刻を決めていくものであって、先の順番のチャンネルの操作信号がオフとなる時刻に、次の順番のチャンネルの操作信号がオンとなるようにオンオフ時刻を決定すると共に、オン時間が、サイクル時間の終了時刻を超えるチャンネルについては、サイクル時間の終了時刻を超える部分のオン時間は、サイクル時間の開始時刻から、オンするようにしてもよい。

【0014】

更に、前記出力制御部は、サイクル時間を４つの区間に分割し、各区間の時間を算出することによって、各チャンネルの操作信号のサイクル時間内におけるオンオフ時刻を決めるようにしてもよい。

【0015】

本発明に係る温度調節装置は、目標温度及び検出温度に基づいて、操作量を算出する複数の操作量算出部と、前記ピーク電力抑制装置とを備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、複数の制御対象を有するシステムにおいて、システム全体での最大電力（ピーク電力）を抑制することが可能なピーク電力抑制装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明が適用される温度制御システムの構成例を説明するための図である。

【図2】多チャンネル温度調節計１１０の機能構成を説明するための図である。

【図3】操作量削減処理部２２１における処理の流れを説明するためのフローチャートである。

【図4】操作量削減処理部２２１における操作量の削減処理の流れを説明するためのフローチャートである。

【図5】各チャンネルの操作信号のオンオフする時刻の決め方を概念的に示した図（その１）である。

【図6】各チャンネルの操作信号のオンオフする時刻の決め方を概念的に示した図（その２）である。

【図7】操作信号の波形パターンを説明するための図である。

【図8】サイクル時間の分割方法を説明するための図である。

【図9】出力制御部２２２における処理の流れを説明するためのフローチャートである。

【図10】出力制御部２２２によって生成される操作信号の例（Ｕ_maxが１００％の場合）を示す図である。

【図11】出力制御部２２２によって生成される操作信号の例（Ｕ_maxが２００％の場合）を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

【0019】

図１は、本発明が適用される温度制御システムの構成例を説明するための図である。

【0020】

同図に示すように、温度制御システム１００は、複数（本実施形態においては３つ）の制御対象１０ａ〜１０ｃの温度を制御するためのシステムであって、多チャンネル温度調節計１１０と、複数（本実施形態においては３つ）のＳＳＲ１２０ａ〜１２０ｃと、複数（本実施形態においては３つ）のヒータ１３０ａ〜１３０ｃと、複数（本実施形態においては３つ）の熱電対１４０ａ〜１４０ｃと、管理装置１５０とを備える。

【0021】

同図に示すように、多チャンネル温度調節計１１０には、ＳＳＲ１２０ａ〜１２０ｃと、熱電対１４０ａ〜１４０ｃと、管理装置１５０とが接続されている。また、ＳＳＲ１２０ａには、ヒータ１３０ａが接続され、ＳＳＲ１２０ｂには、ヒータ１３０ｂが接続され、ＳＳＲ１２０ｃには、ヒータ１３０ｃが接続されている。

【0022】

多チャンネル温度調節計１１０は、本発明が適用される温度調節装置であって、熱電対１４０ａ〜１４０ｃそれぞれによって検出される各制御対象１０ａ〜１０ｃの温度に応じて、各ＳＳＲ１２０ａ〜１２０ｃに対して出力する操作信号を変化させて、各制御対象１０ａ〜１０ｃの温度の調節を行うものである。

【0023】

本実施形態においては、多チャンネル温度調節計１１０は、３つの温度調節計（チャンネル１〜３）の機能を実現しており、多チャンネル温度調節計１１０（チャンネル１）、ＳＳＲ１２０ａ、ヒータ１３０ａ、制御対象１０ａ及び熱電対１４０ａが一つの温度制御ループを構成し、多チャンネル温度調節計１１０（チャンネル２）、ＳＳＲ１２０ｂ、ヒータ１３０ｂ、制御対象１０ｂ及び熱電対１４０ｂが別の温度制御ループを構成し、多チャンネル温度調節計１１０（チャンネル３）、ＳＳＲ１２０ｃ、ヒータ１３０ｃ、制御対象１０ｃ及び熱電対１４０ｃが更に別の温度制御ループを構成している。

【0024】

多チャンネル温度調節計１１０は、通常のデジタル式ボード型温度調節計と同様のハードウェア構成を有するものであり、例えば、ＣＰＵ１１１、メモリ（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＥＥＰＲＯＭ）１１２、Ａ／Ｄ変換器１１３、入力インタフェース部１１４、出力インタフェース部１１５等を備えるものである。本実施形態においては、基本的に、ＣＰＵ１１１がメモリ（ＲＯＭ）１１２に記憶されたプログラムを実行することで、３つの温度調節計の機能を論理的に実現している。

【0025】

ＳＳＲ１２０ａ〜１２０ｃはそれぞれ、多チャンネル温度調節計１１０から出力される操作信号に従って、ヒータ１３０ａ〜１３０ｃの駆動制御をする半導体リレーである。ヒータ１３０ａ〜１３０ｃはそれぞれ、ＳＳＲ１２０ａ〜ＳＳＲ１２０ｃによって駆動制御されて、制御対象１０ａ〜１０ｃの加熱を行う加熱装置である。本実施形態においては、各ヒータ１３０ａ〜１３０ｃの容量（消費電力）は同一であるとする。ＳＳＲ１２０ａ〜１２０ｃ及びヒータ１３０ａ〜１３０ｃは、温度制御システム１００の操作部を構成する。

【0026】

熱電対１４０ａ〜１４０ｃはそれぞれ、制御対象１０ａ〜１０ｃの温度を検出するための温度検出手段であり、温度制御システム１００の検出部を構成する。熱電対１４０ａ〜１４０ｃは、検出した温度に対応した電圧を発生するものであり、熱電対１４０ａ〜１４０ｃによって発生された電圧は、多チャンネル温度調節計１１０内部で適宜増幅された上で、Ａ／Ｄ変換器１１３によってデジタルデータに変換され、更に、ＣＰＵ１１１によって、温度データに変換される。

【0027】

管理装置１５０は、多チャンネル温度調節計１１０の動作を管理するものであって、多チャンネル温度調節計１１０に対するパラメータ設定や、多チャンネル温度調節計１１０の制御動作の開始を指示するものである。管理装置１５０は、各種パラメータの設定や利用者の指示を入力するための入力部１５１と、各種情報を表示するための表示部１５２とを備えるものであり、例えば、キーボード等の入力装置とＣＲＴやＬＣＤ等の表示装置とを備えた通常のパーソナルコンピュータその他のコンピュータによって構成される。

【0028】

図２は、多チャンネル温度調節計１１０の機能構成を説明するための図である。同図に示すように、多チャンネル温度調節計１１０は、複数（本実施形態では３つ）の操作量算出部２１０ａ〜２１０ｃと、操作量削減処理部２２１と、出力制御部２２２とを備える。操作量削減処理部２２１と出力制御部２２２とによって、ピーク電力抑制部２２０が構成される。操作量算出部２１０ａ〜２１０ｃ、操作量削減処理部２２１及び出力制御部２２２は、基本的に、多チャンネル温度調節計１１０が備えるＣＰＵ１１１がメモリ（ＲＯＭ）１１２に記憶されたプログラムを実行することで実現される。

【0029】

操作量算出部２１０ａ〜２１０ｃはそれぞれ、熱電対１４０ａ〜１４０ｃによって検出された制御対象１０ａ〜１０ｃの温度、及び、利用者によって各制御対象１０ａ〜１０ｃ毎に指定された目標温度に基づいて、検出温度が目標温度に一致するように、操作部（ＳＳＲ１２０ａ〜１２０ｃ）を操作するための操作量を算出するものである。本実施形態においては、操作量算出部２１０ａ〜２１０ｃは、通常のＰＩＤ演算を行うことで、操作量を算出する。また、本実施形態においては、操作量は、％の値（例えば、０〜１００％の値）として算出されるものとする。

【0030】

操作量削減処理部２２１は、出力制御部２２２と共にピーク電力抑制部２２０を構成するものであって、利用者によって管理装置１５０等を介して指定されたピーク電力上限値Ｕ_max及び各チャンネルの優先度β₁〜β₃に基づいて、複数の操作量算出部２１０ａ〜２１０ｃによって算出された操作量による電力使用量が、ピーク電力上限値Ｕ_maxを超えないように、各操作量算出部２１０ａ〜２１０ｃによって算出された操作量に対して、所定の削減処理を行うものである。

【0031】

ピーク電力上限値Ｕ_maxは、温度制御システム１００におけるピーク電力の上限を規定するための値である。３つの操作量算出部２１０ａ〜２１０ｃを備える本実施形態においては、ピーク電力上限値Ｕ_maxとしては、１００（％）又は２００（％）のいずれかの値を指定することができる。なお、一般に、Ｎ個の操作量算出部を備える温度制御システムの場合は、ピーク電力上限値Ｕ_maxとして指定可能な値は、１００（％），２００（％），・・・，（Ｎ−１）×１００（％）の（Ｎ−１）個の値ということになる。

【0032】

優先度β₁〜β₃は、各チャンネルの優先度を％で表す値であり、各チャンネル毎に決められる。優先度β₁〜β₃は、各チャンネルの制御性能を犠牲にする程度を調整するための重みを表す値であり、優先度β₁〜β₃の値が大きいほど、制御性能を犠牲にする程度が小さくなる。但し、各優先度β₁〜β₃は、全優先度の合計が１００％となるように、すなわち、Ｎチャンネルの場合、以下の式１を満足するように各β_i（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）が決められる。

【0033】

【数1】

【0034】

Ｎ＝３の場合は、例えば、β₁＝１０％、β₂＝２０％、β₃＝７０％のように決められる。

【0035】

操作量削減処理部２２１においては、操作量の削減処理が必要な場合は、各チャンネルの優先度β₁〜β₃に基づいて、各チャンネルの操作量から削減すべき削減量を算出することになる。また、操作量削減処理部２２１においては、操作量の削減処理が必要な場合は、優先度β₁〜β₃がより低いチャンネルから順番に、操作量の削減処理を行うことになる。操作量削減処理部２２１における削減処理の詳細については後述する。

【0036】

出力制御部２２２は、操作量削減処理部２２１と共にピーク電力抑制部２２０を構成するものであって、操作量削減処理部２２１から出力される出力用の操作量に基づいて、操作信号を生成して、ＳＳＲ１２０ａ〜１２０ｃに対して出力するものである。出力制御部２２２は、時間比例出力制御を行うものであるが、従来の時間比例出力制御とは異なり、ＳＳＲ１２０ａ〜１２０ｃが同時にオンとなる時間が最も短くなるように、チャンネル毎に、操作信号がオンとなる時間をずらすように出力制御を行う。

【0037】

３つのＳＳＲ１２０ａ〜１２０ｃを有する温度制御システム１００においては、ピーク電力上限値Ｕ_maxとして１００（％）を指定すると、３つのＳＳＲ１２０ａ〜１２０ｃのうち、同時にオンするのは１つのＳＳＲだけとなり、ピーク電力は、一つのヒータ分（１００％）の電力ということになる。また、ピーク電力上限値Ｕ_maxとして２００（％）を指定すると、３つのＳＳＲ１２０ａ〜１２０ｃのうち、同時にオンするのは２つのＳＳＲだけとなり、ピーク電力は、二つのヒータ分（２００％）の電力ということになる。出力制御部２２２における処理の詳細については後述する。

【0038】

次に、操作量削減処理部２２１における処理の詳細について説明する。

【0039】

図３は、操作量削減処理部２２１における処理の流れを説明するためのフローチャートである。なお、以下の式等では、適宜、チャンネルの総数をＮと一般化して説明する。図１に示した温度制御システム１００においては、Ｎ＝３となる。

【0040】

同図に示すように、まず、各操作量算出部２１０ａ〜２１０ｃによって算出された操作量に基づいて、電力使用量を表す値が算出される（Ｓ３１）。本実施形態においては、電力使用量は操作量に比例すること、及び、各ヒータ１３０ａ〜１３０ｃの容量（消費電力）は同一であることから、電力使用量を表す値として、操作量の総和Ｕが算出される。すなわち、以下の式２に従った計算を行うことによって、操作量の総和Ｕが算出される。なお、以下の式２では、ｕ_iはチャンネル番号ｉのチャンネルの操作量を表し、Ｎは、チャンネルの総数を表す。

【0041】

【数2】

【0042】

次に、操作量の総和Ｕが、利用者によって指定されたピーク電力上限値Ｕ_maxを超えているか否かが判別される（Ｓ３２）。本実施形態においては、操作量（の総和Ｕ）及びピーク電力上限値Ｕ_maxは共に、％で表されるので、両者を直接比較することができる。

【0043】

判別の結果、操作量の総和Ｕが、ピーク電力上限値Ｕ_maxを超えていない場合は（Ｓ３２：Ｎｏ）、操作量削減処理は必要ないので、各操作量算出部２１０ａ〜２１０ｃによって算出された操作量ｕ_iがそのまま、出力用の操作量ｕ_{i_out}とされて（Ｓ３３）、出力制御部２２２に渡される。

【0044】

一方、操作量の総和Ｕが、ピーク電力上限値Ｕ_maxを超えていた場合は（Ｓ３２：Ｙｅｓ）、操作量削減処理が必要となる。

【0045】

そのため、まず、操作量の総和Ｕの超過量ｄＵが算出される（Ｓ３４）。すなわち、以下の式３に従った計算を行うことによってｄＵが算出される。

【0046】

ｄＵ＝Ｕ−Ｕ_max ・・・・・（３）

【0047】

超過量ｄＵが算出されると、次に、算出された超過量ｄＵが０になるように各チャンネルの操作量の削減処理が行われる（Ｓ３５）。当該削減処理の詳細については後述する。当該削減処理が終了すると、削減処理が施された出力用の操作量ｕ_{i_out}が出力制御部２２２に対して出力される。

【0048】

次に、操作量削減処理部２２１における各チャンネルの操作量の削減処理（前述したステップＳ３５における処理）の詳細について説明する。

【0049】

まず、操作量削減処理部２２１における各チャンネルの操作量の削減処理の基本的な考え方について説明する。

【0050】

操作量削減処理部２２１においては、まず、各チャンネルの優先度β_i（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）に基づいて、以下に示す式４に従った計算を行うことで、各チャンネルの操作量を削減する際の重みを表す削減係数γ_i（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）が算出される。

【0051】

【数4】

【0052】

なお、削減係数γ_iは、式４より、以下の式５に示すような関係を持つことになる。

【0053】

【数5】

【0054】

次に、以下に示す式６に従った計算を行うことで、各チャンネルの削減操作量ｄｕ_i（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）が算出される。

【0055】

ｄｕ_i＝γ_iｄＵ ・・・・・（６）

【0056】

次に、以下に示す式７に従った計算を行うことで、削減処理を施した操作量ｕ'_i（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）が算出される。

【0057】

ｕ'_i＝ｕ_i−ｄｕ_i ・・・・・（７）

【0058】

以上のようにして算出された操作量ｕ'_iによれば、超過量ｄＵ＝０となり、使用電力量をピーク電力上限Ｕ_max以下に抑えることができることになる。

【0059】

ところが、操作量には、出力可能最大値（上限）ｕ_max、及び、出力可能最小値（下限）ｕ_minが存在する。なお、本実施形態においては、すべてのチャンネルにおいて、操作量の上限ｕ_max及び下限ｕ_minは同一であるとする。

【0060】

一方、式７で算出される操作量ｕ'_iについては、操作量の下限ｕ_minを下回る場合が考えられるが、そのような操作量ｕ'_i（＜ｕ_min）は、実際には出力をすることはできないことになる。

【0061】

本実施形態においては、このような場合に対処するため、まず、各チャンネルの優先度β_i（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）に基づいて各チャンネルの削減順位を決め、当該削減順位に従って、各チャンネルの削減処理を順次行うようにする。

【0062】

本実施形態においては、削減順位は、優先度β_iが低い順に決める。従って、優先度が一番低いチャンネルの削減順位が一位となり、その次に、優先度が低いチャンネルの削減順位が二位となり、優先度が一番高いチャンネルの削減順位が最下位となる。なお、優先度が等しいチャンネルが存在する場合は、所定の規則（本実施形態においては、チャンネル番号が小さい順）によってチャンネルの削減順位を決める。例えば、チャンネル１の優先度β₁とチャンネル３の優先度β₃が同じだった場合は、削減順位としては、まず、チャンネル番号が小さいチャンネル１が操作量の削減対象とされ、次に、チャンネル３が操作量の削減対象とされることになる。

【0063】

以上のようにして決められる削減順位に従って、各チャンネル毎に、上述した式７により削減処理を施した操作量ｕ'_iを算出していき、算出された操作量ｕ'_iが、操作量の下限ｕ_minを下回ったチャンネルについては、操作量の下限ｕ_minを、出力用の操作量ｕ_i_outとすると共に、当該チャンネルで、削減しきれなかった削減操作量を、次の削減順位のチャンネルに持ち越して、当該次の削減順位のチャンネルの操作量から削減するようにする。

【0064】

このような処理を行うことにより、システム全体で、必要な操作量の削減が実現されることになる。

【0065】

図４は、各チャンネルの優先度β₁〜β_Nに基づいて決定された削減順位に従った各チャンネルの操作量の削減処理の流れを説明するためのフローチャートである。

【0066】

まず、処理に利用される変数ｊ及びΔｕが初期化される（Ｓ４１）。すなわち、まず、処理対象となる削減順位を表す変数ｊが１に初期化される。更に、処理対象となったチャンネルにおいて、削減しきれず、次の削減順位のチャンネルに持ち越す削減操作量を表す変数Δｕが０に初期化される。

【0067】

次に、処理対象となるチャンネルのチャンネル番号が取得される（Ｓ４２）。

【0068】

本実施形態では、削減順位ｊとチャンネル番号ｉとを対応付けるための配列ＣＨ［Ｎ］が用意されており、前述したように優先度β₁〜β_Nに基づいて削減順位が決まると、決定された削減順位の順番で、チャンネル番号ｉが配列ＣＨに格納される。その結果、配列要素ＣＨ［ｊ］には、削減順位ｊのチャンネル番号ｉが格納されることになる。つまり、処理対象となる削減順位ｊに対応するチャンネル番号ｉは、以下の式８によって、配列ＣＨから取得されることになる。

【0069】

ｉ＝ＣＨ［ｊ］ ・・・・・（８）

【0070】

次に、処理対象となるチャンネルの優先度β_iに基づいて、前述の式４に従った計算を行うことで、削減係数γ_iが算出され、更に、以下に示す式９に従った計算を行うことで、削減処理が施された操作量ｕ'_iが算出される（Ｓ４３）。

【0071】

ｕ'_i＝ｕ_i−γ_iｄＵ−Δｕ ・・・・・（９）

【0072】

次に、削減処理が施された操作量ｕ'_iが、操作量の下限ｕ_min（例えば、０％）以上であるか否かが判別される（Ｓ４４）。

【0073】

判別の結果、削減処理が施された操作量ｕ'_iが、操作量の下限ｕ_min以上である場合は（Ｓ４４：Ｙｅｓ）、削減処理が施された操作量ｕ'_iをそのまま、出力用の操作量ｕ_{i_out}とし、更に、現在の処理対象チャンネルでは、次の削減順位のチャンネルに持ち越す削減操作量は存在しないことになるので、Δｕ＝０とする（Ｓ４５）。

【0074】

一方、判別の結果、削減処理が施された操作量ｕ'_iが、操作量の下限ｕ_minを下回っている場合は（Ｓ４４：Ｎｏ）、削減処理が施された操作量ｕ'_iを実際に出力することはできないので、操作量の下限ｕ_minを、出力用の操作量ｕ_{i_out}とし、更に、現在の処理対象チャンネルでは、削減しきれず、次の削減順位のチャンネルに持ち越す削減操作量Δｕを、以下に示す式１０に従った計算を行うことで算出する（Ｓ４６）。

【0075】

Δｕ＝ｕ_min−ｕ'_i ・・・・・（１０）

【0076】

式１０により算出されたΔｕについては、次の削減順位のチャンネルについて削減処理（ステップＳ４３の処理）を行う際に、次の削減順位のチャンネルの操作量から削減されることになる。

【0077】

次に、すべてのチャンネルについて、処理が終了したか否かが判別され（Ｓ４７）、未だ処理されていないチャンネルが存在する場合は（Ｓ４７：Ｎｏ）、処理対象となる削減順位を表す変数ｊに１を加算して（Ｓ４８）、次の削減順位を処理対象として、再度、上記Ｓ４２以下の処理を繰り返す。

【0078】

一方、すべてのチャンネルについて、処理が終了した場合は（Ｓ４７：Ｙｅｓ）、処理を終了する。

【0079】

以上のような処理を行うことにより、各チャンネルの優先度βに基づいて決定された削減順位に従って順々に、各チャンネルの操作量から、各チャンネルの優先度β（削減係数γ）に基づいて各チャンネルに割り当てられた削減量が削減され、削減しきれなかった削減量が存在する場合は、次の削減順位のチャンネルに持ち越されて、次の削減順位のチャンネルの操作量から削減されるようになる。その結果、最終的に、超過量ｄＵが０となるような、各チャンネル毎の出力用の操作量ｕ_{1_out}〜ｕ_{N_out}が算出されることになる。

【0080】

次に、出力制御部２２２における処理の詳細について説明する。

【0081】

まず、出力制御部２２２における処理の基本的な考え方について説明する。

【0082】

前述したように、出力制御部２２２は、時間比例出力制御を行うものである。時間比例出力制御では、一定周期で出力信号（操作信号）をオンオフさせ、かつ、１周期の中で、オンの時間を操作量に比例させる。更に、従来の時間比例出力制御では、各周期（サイクル時間）の開始に同期して、すべての出力信号（操作信号）をオンさせている。そのため、一般に、各出力周期（サイクル時間）の最初の部分では、すべての操作信号（ＳＳＲ１２０ａ〜１２０ｃ）が同時にオンすることになる。その結果、全チャンネルの操作量の総和Ｕが、ピーク電力上限値Ｕ_max以下となっていても、瞬間的なピーク電力は抑制されないことになる。一方、本発明による時間比例出力制御では、従来の時間比例出力制御とは異なり、操作信号（ＳＳＲ１２０ａ〜１２０ｃ）が同時にオンとなる時間が最も短くなるように、チャンネル毎に、操作信号がオンとなる時間をずらすように出力制御を行う。

【0083】

そのために、出力制御部２２２では、まず、各チャンネルの出力用操作量ｕ_{i_out}（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）に基づいて、各チャンネルの操作信号の１周期（サイクル時間）内のオン時間ｔ_{i_on}（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）を算出する。すなわち、以下に示す式１１に従った計算を行うことで、各チャンネルのオン時間ｔ_{i_on}を算出する。

【0084】

【数11】

【0085】

なお、式１１において、Ｔはサイクル時間（出力周期）である。また、ｕ_min及びｕ_maxはそれぞれ、操作量の下限及び上限であり、本実施形態では、それぞれ、０（％）及び１００（％）とする。

【0086】

そして、算出された各チャンネルのオン時間ｔ_{i_on}に基づいて、各チャンネルの操作信号をオンオフする時刻を決める。

【0087】

図５及び図６は、各チャンネルの操作信号のオンオフする時刻の決め方を概念的に示した図である。ここでは、５チャンネル（ｃｈ１〜ｃｈ５）の場合を考えている。

【0088】

まず、図５（ａ）に示すように、サイクル時間Ｔの開始時刻から、所定の順番（本実施形態では、チャンネル番号の小さい順）に、各チャンネルのオン時間ｔ_{i_on}を並べていく。

【0089】

そして、同図（ｂ）に示すように、並べている最中に、サイクル時間Ｔの終了時刻を超えた場合は、超えた部分については、再度、サイクル時間Ｔの開始時刻に戻って、並べるようにする。すなわち、同図（ｃ）に示すように、一周期分並べ終わった場合は、並べ終わったものの上に重ねて並べるイメージである。そして、更に、各チャンネルのオン時間ｔ_{i_on}を並べていき、再度、サイクル時間の終了時刻を超えた場合は、超えた部分については、再度、サイクル時間の開始時刻に戻って、更に上に積み重ねていく。なお、後述する様に、本実施形態においては、初期値０の変数ｐを用意して、サイクル時間の終了時刻を超える度に、変数ｐに１を加算していく。すなわち、変数ｐは、サイクル時間の終了時刻を超えた回数を管理するための変数である。

【0090】

前述したように、出力用の操作量ｕ_i_out（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）は、トータルのピーク電力が、利用者が指定したピーク電力上限値Ｕ_maxを超えないように削減処理が施されている。従って、例えば、Ｕ_max＝１００（％）の場合は、ｕ_i_outを全チャンネルについて加算した合計は、１００％以下となる。同様に、Ｕ_max＝２００（％）の場合は、ｕ_i_outを全チャンネルについて加算した合計は、２００％以下となる。つまり、式１１より、ｔ_{i_on}の合計は、Ｕ_max＝１００（％）の場合、Ｔ以下となり、Ｕ_max＝２００（％）の場合、２Ｔ以下となる。その結果、Ｕ_max＝１００（％）の場合、すべてのチャンネルの総オン時間は、１周期内に収まることとなり、また、Ｕ_max＝２００（％）の場合、すべてのチャンネルの総オン時間は、２周期内に収まることとなる。

【0091】

そして、同図（ｄ）に示すように、すべてのチャンネルについて並べ終わったら、図６に示すように、各チャンネル毎に、操作信号をオンオフにする時刻を決定するようにする。同図に示すように、先の順番のチャンネルの操作信号がオフとなる時刻に、次の順番のチャンネルの操作信号がオンとなるように各操作信号のオンオフ時刻が決定されることになる。

【0092】

以上のような処理を行った場合、各チャンネルの操作信号の波形パターンは、図７に示すような４種類のパターンを有することになる。

【0093】

すなわち、サイクル時間Ｔの開始時刻から一定時間オンとなるもの（パターン１）、サイクル時間の開始時刻から一定時間経過後、一定時間オンとなり、その後、一定時間オフとなるもの（パターン２）、サイクル時間の開始時刻から一定時間オンとなり、一旦、一定時間オフとなった後に、再度、サイクル時間の終了時刻までオンとなるもの（パターン３）、及び、サイクル時間の開始時刻から一定時間経過後、オンとなり、そのままサイクル時間の終了時刻までオンとなるもの（パターン４）の４種類である。

【0094】

図７に示した４種類の波形パターンを一般的に表現するため、本実施形態においては、図８に示すように、サイクル時間を、４つの区間８０１〜８０４に分割する。そして、出力制御部２２２では、各区間８０１〜８０４の時間ｔ⁽¹⁾_{i_on}（同図におけるon1の時間），ｔ⁽¹⁾_{i_off}（同図におけるoff1時間），ｔ⁽²⁾_{i_on}（同図におけるon2の時間），ｔ⁽²⁾_{i_off}（同図におけるoff2の時間）（ｉ＝１，２，・・・，Ｎ）を算出し、算出された時間ｔ⁽¹⁾_{i_on}，ｔ⁽¹⁾_{i_off}，ｔ⁽²⁾_{i_on}，ｔ⁽²⁾_{i_off}に基づいて、出力制御を行うことで、図７に示した４種類の出力パターンを実現する。

【0095】

なお、ｔ⁽¹⁾_{i_on}，ｔ⁽¹⁾_{i_off}，ｔ⁽²⁾_{i_on}，ｔ⁽²⁾_{i_off}については、以下の式１２及び１３に示す関係が成立する。

【0096】

【数12】

【0097】

【数13】

【0098】

図９は、出力制御部２２２における処理の流れを説明するためのフローチャートである。

【0099】

同図に示すように、まず、処理に使用される変数ｉ，ｐが初期化される（Ｓ９１）。ｉは、処理対象となるチャンネル番号を表す変数であり、本実施形態では、１に初期化される。また、ｐは、前述した、処理の最中にサイクル時間の終了時刻を超えた回数を管理するための変数であって、０に初期化される。

【0100】

次に、処理対象となるチャンネル番号ｉのチャンネルの出力用の操作量ｕ_{i_out}に基づいて、上述した式１１に従った計算を行うことで、１サイクル時間内においてオンを出力する時間ｔ_{i_on}が算出される（Ｓ９２）。

【0101】

次に、処理対象となるチャンネル番号ｉが１であるか否かが判別される（Ｓ９３）。

【0102】

判別の結果、処理対象となるチャンネル番号ｉが１であった場合（Ｓ９３：Ｙｅｓ）、操作信号が、波形パターン１で出力されるように、サイクル時間内の４つの区間８０１〜８０４の時間が、以下の式１４〜１７に従った計算を行うことで算出される（Ｓ９４）。

【0103】

【数14】

【0104】

【数15】

【0105】

【数16】

【0106】

【数17】

【0107】

一方、処理対象となるチャンネル番号ｉが１でなかった場合は（Ｓ９３：Ｎｏ）、次に、現在の処理対象チャンネルのオン時間が、サイクル時間の終了時刻を超えているか否かが判別される（Ｓ９５）。具体的には、一番最初の処理対象チャンネルから現在の処理対象チャンネルまでの合計オン時間ＴＳ_onが、以下の式２６に従った計算を行うことで算出され、算出された合計オン時間ＴＳ_onが、（１＋ｐ）Ｔを超えているか否かが判別される。

【0108】

【数26】

【0109】

判別の結果、現在の処理対象チャンネルのオン時間がサイクル時間の終了時刻を超えていない場合（Ｓ９５：Ｎｏ）、すなわち、現在の処理対象チャンネルまでの合計オン時間ＴＳ_onが、（１＋ｐ）Ｔ以下であった場合は、波形パターン２又４で出力されるように、サイクル時間内の４つの区間８０１〜８０４の時間が、以下の式１８〜２１に従った計算を行うことで算出される（Ｓ９６）。

【0110】

【数18】

【0111】

【数19】

【0112】

【数20】

【0113】

【数21】

【0114】

一方、現在の処理対象チャンネルのオン時間がサイクル時間の終了時刻を超えていた場合（Ｓ９５：Ｙｅｓ）、すなわち、現在の処理対象チャンネルまでの合計オン時間ＴＳ_onが、（１＋ｐ）Ｔを超えていた場合は、変数ｐに１を加算した上で（Ｓ９７）、波形パターン３で出力されるように、サイクル時間内の４つの区間８０１〜８０４の時間が、以下の式２２〜２５に従った計算を行うことで算出される（Ｓ９８）。

【0115】

【数22】

【0116】

【数23】

【0117】

【数24】

【0118】

【数25】

【0119】

以上のようにして、サイクル時間内の４つの区間８０１〜８０４の時間が算出されると、次に、すべてのチャンネルについて処理が終了したか否かが判別され（Ｓ９９）、処理が終了していないチャンネルが存在する場合は（Ｓ９９：Ｎｏ）、次の処理対象となるチャンネル番号を示すように、変数ｉに１を加算して（Ｓ１００）、次の処理対象となるチャンネルについて、再度、上記Ｓ９２以下の処理を繰り返す。

【0120】

一方、すべてのチャンネルについて処理が終了していた場合は（Ｓ９９：Ｙｅｓ）、処理を終了する。

【0121】

以上のようにして、すべてのチャンネルについて、サイクル時間内の４つの区間８０１〜８０４の時間が算出される。

【0122】

図９に示した処理を終了すると、出力制御部２２２は、各チャンネル毎に算出されたサイクル時間内の４つの区間８０１〜８０４の時間ｔ⁽¹⁾_{i_on}，ｔ⁽¹⁾_{i_off}，ｔ⁽²⁾_{i_on}，ｔ⁽²⁾_{i_off}に基づいて、操作信号を適宜生成する。

【0123】

なお、図９に示した処理では、チャンネル番号の小さい順に順次、各チャンネルについて処理を行うようにしているが、他の所定の順番（例えば、チャンネル番号の大きい順）に、各チャンネルについて処理を行うようにすることも考えられる。

【0124】

図１０及び図１１は、出力制御部２２２によって生成される操作信号の例を示す図である。

【0125】

ここでは、操作量の下限及び上限がそれぞれ、０（％）及び１００（％）であり、各チャンネルの優先度β₁，β₂及びβ₃をそれぞれ、１０（％）、３０（％）及び６０（％）と指定した場合を考えている。この場合、各チャンネルの削減順位は、チャンネル番号の順と同じ、すなわち、チャンネル１が一位、チャンネル２が二位、チャンネル３が三位ということになる。更に、各チャンネルの削減係数γ₁，γ₂及びγ₃はそれぞれ、式４より、０．４５，０．３５及び０．２０となる。

【0126】

図１０は、Ｕ_maxを１００（％）と指定し、各チャンネルの操作量算出部２１０ａ〜２１０ｃで算出された操作量ｕ₁〜ｕ₃がそれぞれ、１００％であった場合を考えている。この場合、超過量ｄＵ＝２００（％）となり、操作量削減処理部２２１による削減処理が施された出力用操作量ｕ_{1_out}〜ｕ_{3_out}はそれぞれ、１０．０％，３０．０％及び６０，０％となる。サイクル時間を１０秒とすると、各チャンネルの操作信号のオン時間はそれぞれ、１．０秒、３．０秒及び６．０秒となる。更に、同図に示すように、各操作信号は、同時にオンしないように出力制御されて、トータルピーク電力は１００％に抑制されることになる。

【0127】

一方、図１１は、Ｕ_maxを２００（％）と指定し、各チャンネルの操作量算出部で算出された操作量ｕ₁〜ｕ₃がそれぞれ、１００％であった場合を考えている。この場合、超過量ｄＵ＝１００（％）となり、操作量削減処理部２２１による削減処理が施された出力用操作量ｕ_{1_out}〜ｕ_{3_out}はそれぞれ、５５．０％，６５．０％及び８０．０％となる。サイクル時間を１０秒とすると、各チャンネルの操作信号のオン時間はそれぞれ、５．５秒、６．５秒及び８．０秒となる。更に、同図に示すように、各操作信号は、同時にオンする時間が最短となるよう出力制御されて、トータルピーク電力は２００％に抑制されることになる。

【0128】

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、当然のことながら、本発明の実施形態は上記のものに限られない。例えば、上述した実施形態においては、多チャンネル温度調節計１１０内において、ピーク電力抑制部２２０を実現するようにしていたが、ピーク電力抑制部２２０を独立したピーク電力抑制装置として実現することも考えられる。この場合、ピーク電力抑制装置は、外部に設けられた複数の温度調節計から、各温度調節計が算出した操作量を適宜受け取り、受け取った操作量に対して、上述した操作量削減処理及び出力制御処理を行うことになる。

【0129】

また、上述した実施形態においては、出力制御部２２２は、時間比例出力制御を行うものであったが、出力制御部として、連続比例出力制御（例えば、ＤＣ４〜２０ｍＡの電流出力）を行うものを利用することも考えられる。この場合、出力制御部は、操作量削減処理部２２１から出力された出力用操作量を、そのまま、操作信号（例えば、ＤＣ４〜２０ｍＡの電流）に変換して出力すれば、使用電力量をピーク電力上限Ｕ_max以下に抑えることができることになる。

【符号の説明】

【0130】

１０ａ〜１０ｃ 制御対象
１００ 温度制御システム
１１０ 多チャンネル温度調節計
１１１ ＣＰＵ
１１２ メモリ
１１３ Ａ／Ｄ変換器
１１４ 入力インタフェース部
１１５ 出力インタフェース部
１２０ａ〜１２０ｃ ＳＳＲ
１３０ａ〜１３０ｃ ヒータ
１４０ａ〜１４０ｃ 熱電対
１５０ 管理装置
１５１ 入力部
１５２ 表示部
２１０ａ〜２１０ｃ 操作量算出部
２２０ ピーク電力抑制部
２２１ 操作量削減処理部
２２２ 出力制御部
８０１〜８０４ 区間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】