特許第6615005号(P6615005)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」

▶ アズビル株式会社の特許一覧
<>
  • 特許6615005-調整装置および方法 図000002
  • 特許6615005-調整装置および方法 図000003
  • 特許6615005-調整装置および方法 図000004
  • 特許6615005-調整装置および方法 図000005
  • 特許6615005-調整装置および方法 図000006
  • 特許6615005-調整装置および方法 図000007
  • 特許6615005-調整装置および方法 図000008
  • 特許6615005-調整装置および方法 図000009
  • 特許6615005-調整装置および方法 図000010
  • 特許6615005-調整装置および方法 図000011
< >
(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】6615005
(24)【登録日】2019年11月15日
(45)【発行日】2019年12月4日
(54)【発明の名称】調整装置および方法
(51)【国際特許分類】
   H05B 3/00 20060101AFI20191125BHJP
   G05D 23/19 20060101ALI20191125BHJP
【FI】
   H05B3/00 310B
   G05D23/19 M
【請求項の数】4
【全頁数】15
(21)【出願番号】特願2016-38707(P2016-38707)
(22)【出願日】2016年3月1日
(65)【公開番号】特開2017-157361(P2017-157361A)
(43)【公開日】2017年9月7日
【審査請求日】2018年9月21日
(73)【特許権者】
【識別番号】000006666
【氏名又は名称】アズビル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100098394
【弁理士】
【氏名又は名称】山川 茂樹
(74)【代理人】
【識別番号】100064621
【弁理士】
【氏名又は名称】山川 政樹
(72)【発明者】
【氏名】田中 雅人
【審査官】 根本 徳子
(56)【参考文献】
【文献】 特開2015−078794(JP,A)
【文献】 特開2012−068793(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H05B 3/00 − 3/86
G05D 23/00 −23/32
G05B 11/00 −11/60
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
各加熱装置の最大ヒータ出力時昇温速度と各加熱装置が昇温完了後に高温を維持するために必要なヒータ出力である定常出力とを予め記憶する昇温特性登録手段と、
各加熱装置の昇温開始タイミングを検出する昇温開始取得手段と、
各加熱装置の計測温度PVと目標温度SPとを取得する制御情報取得手段と、
前記昇温開始取得手段が全ての加熱装置のうち少なくとも2個の加熱装置の昇温開始タイミングを検出した時点以降に、少なくとも1回、これら昇温開始タイミングが検出された加熱装置を調整対象として昇温完了時点調整操作を実施するように指令を出す調整指令出力手段と、
この調整指令出力手段からの指令を受けたときに、前記調整対象の加熱装置について、前記最大ヒータ出力時昇温速度と前記定常出力と前記計測温度PVと前記目標温度SPに基づき、昇温完了までの所要時間を最長の所要時間に近づけるための調整ヒータ出力を算出する昇温調整演算手段と、
この昇温調整演算手段が算出した調整ヒータ出力の値でヒータ出力を抑制するように前記調整対象の加熱装置に対して指令を出す調整操作手段とを備え
前記昇温調整演算手段は、
前記最大ヒータ出力時昇温速度と前記計測温度PVと前記目標温度SPに基づき、各加熱装置の昇温完了までの所要時間を前記調整対象の加熱装置毎に推定し、推定した所要時間のうち最長の所要時間を抽出する第1の昇温調整演算手段と、
昇温に利用される最大ヒータ出力と前記定常出力との差である昇温ヒータ出力差分値を前記調整対象の加熱装置毎に算出し、この昇温ヒータ出力差分値と前記定常出力と前記第1の昇温調整演算手段が推定した所要時間と最長の所要時間に基づき、昇温が最も遅い加熱装置を除く各加熱装置の昇温完了までの所要時間を前記最長の所要時間に近づけるための前記調整ヒータ出力を前記調整対象の加熱装置毎に算出する第2の昇温調整演算手段とから構成されることを特徴とする調整装置。
【請求項2】
請求項1記載の調整装置において、
前記第2の昇温調整演算手段は、前記昇温ヒータ出力差分値と前記定常出力と調整の度合を決定するための所定の係数と前記第1の昇温調整演算手段が推定した所要時間と最長の所要時間とに基づき、昇温が最も遅い加熱装置を除く各加熱装置の昇温完了までの所要時間が、前記第1の昇温調整演算手段が推定した所要時間よりも長く且つ前記最長の所要時間よりも短くなるように前記調整ヒータ出力を前記調整対象の加熱装置毎に算出することを特徴とする調整装置。
【請求項3】
各加熱装置の昇温開始タイミングを検出する昇温開始取得ステップと、
各加熱装置の計測温度PVと目標温度SPとを取得する制御情報取得ステップと、
前記昇温開始取得ステップで全ての加熱装置のうち少なくとも2個の加熱装置の昇温開始タイミングを検出した時点以降に、少なくとも1回、これら昇温開始タイミングが検出された加熱装置を調整対象として昇温完了時点調整操作を実施するように指令を出す調整指令出力ステップと、
この調整指令出力ステップによる指令を受けたときに、各加熱装置の最大ヒータ出力時昇温速度と各加熱装置が昇温完了後に高温を維持するために必要なヒータ出力である定常出力とを予め記憶する昇温特性登録手段を参照し、前記調整対象の加熱装置について、前記最大ヒータ出力時昇温速度と前記定常出力と前記計測温度PVと前記目標温度SPに基づき、昇温完了までの所要時間を最長の所要時間に近づけるための調整ヒータ出力を算出する昇温調整演算ステップと、
前記調整ヒータ出力の値でヒータ出力を抑制するように前記調整対象の加熱装置に対して指令を出す調整操作ステップとを含み、
前記昇温調整演算ステップは、
前記最大ヒータ出力時昇温速度と前記計測温度PVと前記目標温度SPに基づき、各加熱装置の昇温完了までの所要時間を前記調整対象の加熱装置毎に推定し、推定した所要時間のうち最長の所要時間を抽出する第1の昇温調整演算ステップと、
昇温に利用される最大ヒータ出力と前記定常出力との差である昇温ヒータ出力差分値を前記調整対象の加熱装置毎に算出し、この昇温ヒータ出力差分値と前記定常出力と前記第1の昇温調整演算ステップで推定した所要時間と最長の所要時間に基づき、昇温が最も遅い加熱装置を除く各加熱装置の昇温完了までの所要時間を前記最長の所要時間に近づけるための前記調整ヒータ出力を前記調整対象の加熱装置毎に算出する第2の昇温調整演算ステップとを含むことを特徴とする調整方法。
【請求項4】
請求項記載の調整方法において、
前記第2の昇温調整演算ステップは、前記昇温ヒータ出力差分値と前記定常出力と調整の度合を決定するための所定の係数と前記第1の昇温調整演算手段が推定した所要時間と最長の所要時間とに基づき、昇温が最も遅い加熱装置を除く各加熱装置の昇温完了までの所要時間が、前記第1の昇温調整演算手段が推定した所要時間よりも長く且つ前記最長の所要時間よりも短くなるように前記調整ヒータ出力を前記調整対象の加熱装置毎に算出するステップを含むことを特徴とする調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、加熱装置の高温での待機時間を削減して省電力を実現することができる技術に係り、特に複数の異なる加熱装置の高温での待機時間を削減することができる調整装置および方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
空間や加熱エリアを複数のゾーンに分割し、個々のゾーンにシングルループの制御系を形成する場合、各制御ループの制御量PVは必ずしも同一の速度で変化するものではない。各制御ループの制御量変化に速度差がある場合、最も変化の遅い最遅制御ループ以外の制御ループの応答が最遅制御ループの応答よりも速く進むため、最遅制御ループ以外の制御ループのコントローラは最遅制御ループの応答が完了するまで整定状態を維持しつつ待機しなければならない。したがって、これらのコントローラでは、応答完了後の整定状態を維持しつつ待機する待機時間が発生し、この待機時間の分だけエネルギー消費量が大きくなるという問題があった。
【0003】
そこで、温度制御系を対象に高温での待機時間を削減するという課題に対し、昇温完了のタイミングを自動調整する制御技術として、最遅制御ループに同期させる技術が開示されている(特許文献1参照)。図8の例は、加熱処理炉100の内部の温度を温度コントローラ103−1〜103−4によって制御するものである。温度センサ102−1〜102−4は、それぞれヒータ101−1〜101−4によって加熱されるゾーンZ1〜Z4の温度PV1〜PV4を測定する。温度コントローラ103−1〜103−4は、それぞれ温度センサ102−1〜102−4によって測定された温度PV1〜PV4が温度設定値SPと一致するように操作量MV1〜MV4を算出する。電力調整器104−1〜104−4は、それぞれ温度コントローラ103−1〜103−4から出力された操作量MV1〜MV4に応じた電力をヒータ101−1〜101−4に供給する。
【0004】
特許文献1に開示された技術は、図8に示したような温度制御系において、制御量変化が最も遅い第1制御ループのステップ応答の進捗度を算出し、第1制御ループ以外の他の制御ループの制御量が第1制御ループの制御量に同期して自動的に変化するように、他の制御ループの設定値をステップ応答の進捗度に基づいて補正することにより、他の制御ループの高温での待機時間を削減するようにしたものである。特許文献1に開示された技術は、現実的には単一装置内での類似昇温特性の複数のPID制御ループに適用できる。なお、類似昇温特性とは、例えば1次遅れ+むだ時間で近似した場合のむだ時間Lと時定数Tの比率であるL/T比が、概ね同じである特性のことを言う。
【0005】
また、特許文献1に開示された技術とは別に、温度制御系においてヒータ出力を一旦OFFにした後に、適切なタイミングで温度復帰するように自動調整する技術が開示されている(特許文献2、特許文献3参照)。この技術は、単一のPID制御ループが対象になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2002−049406号公報
【特許文献2】特開2010−170254号公報
【特許文献3】特開2010−282392号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献1に開示された技術では、単一の加熱装置内の複数のPID制御ループに適用することを想定しており、適用対象の各PID制御ループが概ね同時に昇温開始することを前提にしている。しかし、単一の加熱装置内ではなく、複数の加熱装置に存在する複数のPID制御ループを対象として昇温完了のタイミングを自動調整しようとする場合、各PID制御ループの昇温開始のタイミングのずれ幅(昇温開始の時間差)や、各PID制御ループの昇温特性の格差が、想定外の無駄な昇温待機時間に繋がることがある。
【0008】
例えば図9の例では、同一の生産ライン上にある3つの加熱装置(加熱処理炉100−1〜100−3)にPID制御ループが1個ずつ設けられた場合を示している。この場合、例えば温度コントローラ103−1のPID制御ループの昇温開始タイミングが最も早く、温度コントローラ103−2のPID制御ループの昇温開始タイミングが2番目で、温度コントローラ103−3のPID制御ループの昇温開始タイミングが3番目というように昇温開始タイミングにずれがあり、さらに温度コントローラ103−1,103−3の制御対象の加熱処理炉100−1,100−3の昇温が早く、温度コントローラ103−2の制御対象の加熱処理炉100−2の昇温が遅いというように昇温特性に違いがある場合、温度コントローラ103−1〜103−3が算出する操作量MV1〜MV3および加熱処理炉100−1〜100−3の温度PV1〜PV3は例えば図10(A)、図10(B)に示すようになる。温度コントローラ103−2のPID制御ループに対して、温度コントローラ103−1,103−3のPID制御ループには高温での待機時間が生じていることが分かる。
【0009】
このように、複数の加熱装置に存在する複数の制御ループを対象とする場合、特許文献1に開示された技術を単純に適用することはできない。しかし、生産設備などの電力管理のニーズは、工場全体レベルの総電力管理に関連するので、複数の装置間での電力管理も調整対象になる。したがって、制御技術にも、さらなる改善が求められている。
【0010】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、異なる装置間の異なる昇温特性の加熱制御対象(複数の温度制御ループ)について、高温での待機時間を削減することができる調整装置および方法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】
【0011】
本発明の調整装置は、各加熱装置の最大ヒータ出力時昇温速度と各加熱装置が昇温完了後に高温を維持するために必要なヒータ出力である定常出力とを予め記憶する昇温特性登録手段と、各加熱装置の昇温開始タイミングを検出する昇温開始取得手段と、各加熱装置の計測温度PVと目標温度SPとを取得する制御情報取得手段と、前記昇温開始取得手段が全ての加熱装置のうち少なくとも2個の加熱装置の昇温開始タイミングを検出した時点以降に、少なくとも1回、これら昇温開始タイミングが検出された加熱装置を調整対象として昇温完了時点調整操作を実施するように指令を出す調整指令出力手段と、この調整指令出力手段からの指令を受けたときに、前記調整対象の加熱装置について、前記最大ヒータ出力時昇温速度と前記定常出力と前記計測温度PVと前記目標温度SPに基づき、昇温完了までの所要時間を最長の所要時間に近づけるための調整ヒータ出力を算出する昇温調整演算手段と、この昇温調整演算手段が算出した調整ヒータ出力の値でヒータ出力を抑制するように前記調整対象の加熱装置に対して指令を出す調整操作手段とを備え、前記昇温調整演算手段は、前記最大ヒータ出力時昇温速度と前記計測温度PVと前記目標温度SPに基づき、各加熱装置の昇温完了までの所要時間を前記調整対象の加熱装置毎に推定し、推定した所要時間のうち最長の所要時間を抽出する第1の昇温調整演算手段と、昇温に利用される最大ヒータ出力と前記定常出力との差である昇温ヒータ出力差分値を前記調整対象の加熱装置毎に算出し、この昇温ヒータ出力差分値と前記定常出力と前記第1の昇温調整演算手段が推定した所要時間と最長の所要時間に基づき、昇温が最も遅い加熱装置を除く各加熱装置の昇温完了までの所要時間を前記最長の所要時間に近づけるための前記調整ヒータ出力を前記調整対象の加熱装置毎に算出する第2の昇温調整演算手段とから構成されることを特徴とするものである。
また、本発明の調整装置の1構成例において、前記第2の昇温調整演算手段は、前記昇温ヒータ出力差分値と前記定常出力と調整の度合を決定するための所定の係数と前記第1の昇温調整演算手段が推定した所要時間と最長の所要時間とに基づき、昇温が最も遅い加熱装置を除く各加熱装置の昇温完了までの所要時間が、前記第1の昇温調整演算手段が推定した所要時間よりも長く且つ前記最長の所要時間よりも短くなるように前記調整ヒータ出力を前記調整対象の加熱装置毎に算出することを特徴とするものである。
【0013】
また、本発明の調整方法は、各加熱装置の昇温開始タイミングを検出する昇温開始取得ステップと、各加熱装置の計測温度PVと目標温度SPとを取得する制御情報取得ステップと、前記昇温開始取得ステップで全ての加熱装置のうち少なくとも2個の加熱装置の昇温開始タイミングを検出した時点以降に、少なくとも1回、これら昇温開始タイミングが検出された加熱装置を調整対象として昇温完了時点調整操作を実施するように指令を出す調整指令出力ステップと、この調整指令出力ステップによる指令を受けたときに、各加熱装置の最大ヒータ出力時昇温速度と各加熱装置が昇温完了後に高温を維持するために必要なヒータ出力である定常出力とを予め記憶する昇温特性登録手段を参照し、前記調整対象の加熱装置について、前記最大ヒータ出力時昇温速度と前記定常出力と前記計測温度PVと前記目標温度SPに基づき、昇温完了までの所要時間を最長の所要時間に近づけるための調整ヒータ出力を算出する昇温調整演算ステップと、前記調整ヒータ出力の値でヒータ出力を抑制するように前記調整対象の加熱装置に対して指令を出す調整操作ステップとを含み、前記昇温調整演算ステップは、前記最大ヒータ出力時昇温速度と前記計測温度PVと前記目標温度SPに基づき、各加熱装置の昇温完了までの所要時間を前記調整対象の加熱装置毎に推定し、推定した所要時間のうち最長の所要時間を抽出する第1の昇温調整演算ステップと、昇温に利用される最大ヒータ出力と前記定常出力との差である昇温ヒータ出力差分値を前記調整対象の加熱装置毎に算出し、この昇温ヒータ出力差分値と前記定常出力と前記第1の昇温調整演算ステップで推定した所要時間と最長の所要時間に基づき、昇温が最も遅い加熱装置を除く各加熱装置の昇温完了までの所要時間を前記最長の所要時間に近づけるための前記調整ヒータ出力を前記調整対象の加熱装置毎に算出する第2の昇温調整演算ステップとを含むことを特徴とするものである。
また、本発明の調整方法の1構成例において、前記第2の昇温調整演算ステップは、前記昇温ヒータ出力差分値と前記定常出力と調整の度合を決定するための所定の係数と前記第1の昇温調整演算手段が推定した所要時間と最長の所要時間とに基づき、昇温が最も遅い加熱装置を除く各加熱装置の昇温完了までの所要時間が、前記第1の昇温調整演算手段が推定した所要時間よりも長く且つ前記最長の所要時間よりも短くなるように前記調整ヒータ出力を前記調整対象の加熱装置毎に算出するステップを含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、少なくとも2個の加熱装置の昇温開始タイミングが検出された時点以降に、これら昇温開始タイミングが検出された加熱装置を調整対象として昇温完了時点調整操作を実施するように指令を出し、調整対象の加熱装置について、昇温完了までの所要時間を最長の所要時間に近づけるための調整ヒータ出力を算出し、調整ヒータ出力の値でヒータ出力を抑制するように調整対象の加熱装置に対して指令を出すことにより、複数の異なる加熱装置の高温での待機時間を削減することができ、投入電力総量を削減することができる。
【0015】
また、本発明では、昇温調整演算手段が、調整対象の加熱装置について、昇温完了までの所要時間を最長の所要時間よりも規定どおり早くするための調整ヒータ出力を算出することにより、電力ピーク時点をずらせる余地を確保することができ、電力デマンド管理の対応を容易にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
図1】本発明の第1の実施の形態に係る調整装置の構成を示すブロック図である。
図2】本発明の第1の実施の形態に係る調整装置の動作を説明するフローチャートである。
図3】本発明の第1の実施の形態に係る温度コントローラの構成例を示すブロック図である。
図4】本発明の第1の実施の形態に係る調整装置の動作例を示す図である。
図5】本発明の第1の実施の形態に係る調整装置の別の動作例を示す図である。
図6】本発明の第2の実施の形態に係る調整装置の構成を示すブロック図である。
図7】本発明の第2の実施の形態に係る調整装置の動作例を示す図である。
図8】複数の電気ヒータを備える加熱装置の1例を示す図である。
図9】複数の加熱装置を備える製造設備の例を示す図である。
図10】従来の加熱装置の動作例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
[発明の原理1]
概ね同じ時間帯に稼動すべき加熱装置群(例えば同一の生産ライン上にある複数の製造設備)の各加熱装置を担当するオペレータが、任意のタイミングで必要な目標温度に昇温を開始することを、現実的なオペレーションと想定する。ただし、同じ時間帯に稼動することが前提なので、各加熱装置の昇温完了のタイミングは、極力同時になることが好ましい。
【0018】
ここで、発明者は、各装置の昇温速度(昇温レート)を予め登録しておき、昇温中の装置や昇温開始した装置を適宜把握し、昇温完了時点が最も遅くなる装置の昇温完了時点に合せる(近づける)ように、他の装置の昇温を一旦抑制(あるいは停止)させ、実質的に低い温度で前倒し待機させるようにすれば、高温で放熱の多い状態での待機時間を削減できることに想到した。
【0019】
本発明によれば、投入電力総量を削減することができる。一般に言われている「最適」というものではないが、昇温完了のタイミングをまったく管理せずに制御する場合に比べれば、放熱による電力ロスを多かれ少なかれ低減することができる。
【0020】
[発明の原理2]
低い温度での実質的な前倒し待機により、昇温のための電力消費が後半に集中するようになる場合、電力デマンド対応としては不利になる可能性もある。そこで、前倒し待機の実施割合を予め規定されたレベルに抑制することで、使用電力の平滑化(時間的分散化)を行なうことが好ましい。例えば、昇温途中で前倒し待機に切換えて電力ピーク時点をずらせる余地を確保しながら実施すると、電力デマンド対応が行ないやすくなる。
【0021】
具体的には、各装置の昇温完了時点(A時点とする)を、最も遅くなる装置の昇温完了時点(B時点とする)に近づける際に、A時点がB時点よりもある程度早い時点になるように操作しておくことで、B時点とA時点との差が上記の“余地”として確保されることになる。
【0022】
[第1の実施の形態]
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係る調整装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態は、上記発明の原理1に対応する例である。
【0023】
本実施の形態では、説明を簡易にするために、図9に示したように、複数の加熱装置(加熱処理炉100−1〜100−3)があって、各加熱装置に温度制御ループ(温度コントローラ103−1〜103−3)が1個ずつ設けられた製造設備を適用対象とする。単一の加熱装置内に複数の温度制御ループがある場合は、特許文献1に開示された技術を適用することにより、実質的に単一の温度制御ループ特性に調整することが可能である。
【0024】
本実施の形態では、複数の加熱装置を備える製造設備の立ち上げを想定しているので、昇温開始前のヒータ出力は各加熱装置ともゼロであるものとする。また、単純に目標温度(設定値SP)を変更する操作だけではない(昇温だけが全てではない)ことを想定しているので、昇温を開始する時点が各加熱装置でばらばらであるものとする。
【0025】
なお、本実施の形態の調整装置は、図9における各温度コントローラ103−1〜103−3(温調計)と通信機能により接続された上位の機器(不図示)に実装されるか、あるいは各温度コントローラ103−1〜103−3中の代表コントローラ(通信機能により他のコントローラと接続されているコントローラ)の内部に実装される。
【0026】
本実施の形態の調整装置は、図1に示すように、適用対象の各加熱装置の最大ヒータ出力時昇温速度(昇温レート)と各加熱装置が昇温完了後に高温を維持するために必要なヒータ出力である定常出力とを予め記憶する昇温特性登録部1と、各加熱装置の昇温開始タイミングを検出する昇温開始取得部2と、各加熱装置の計測温度(制御量PV)と目標温度(設定値SP)とを取得する制御情報取得部3と、昇温開始取得部2が全ての加熱装置のうち少なくとも2個の加熱装置の昇温開始タイミングを検出した時点以降に、少なくとも1回、これら昇温開始タイミングが検出された加熱装置を調整対象として昇温完了時点調整操作を実施するように指令を出す調整指令出力部4と、調整指令出力部4からの指令を受けたときに、調整対象の加熱装置について、最大ヒータ出力時昇温速度と定常出力と制御量PVと設定値SPに基づき、昇温完了までの所要時間を最長の所要時間に近づけるための調整ヒータ出力を算出する昇温調整演算部5,6と、昇温調整演算手段5,6が算出した調整ヒータ出力の値でヒータ出力を抑制するように調整対象の加熱装置に対して指令を出す調整操作部7とを備えている。
【0027】
図2は本実施の形態の調整装置の動作を説明するフローチャートである。まず、昇温開始取得部2は、適用対象の各加熱装置(加熱処理炉100−1〜100−3)の昇温開始タイミングを検出する(図2ステップS100)。昇温開始取得部2は、各加熱装置の温度コントローラ103−1〜103−3のスケジュール情報に基づいて昇温開始タイミングを検出してもよいし、各温度コントローラ103−1〜103−3の担当オペレータの昇温開始操作を検出してもよいし、各温度コントローラ103−1〜103−3の設定値SP1〜SP3が昇温側に変更されたことを検出してもよい。
【0028】
次に、制御情報取得部3は、各加熱装置(加熱処理炉100−1〜100−3)の制御量PV1〜PV3(計測温度)と設定値SP1〜SP3(目標温度)とを取得する(図2ステップS101)。制御量PV1〜PV3は温度センサ102−1〜102−3から取得すればよく、設定値SP1〜SP3は温度コントローラ103−1〜103−3から取得すればよい。ただし、常時取得する必要はなく、少なくとも各加熱装置の昇温完了時点を調整する操作を実施する時点の制御量PV1〜PV3と設定値SP1〜SP3とを取得できればよい。
【0029】
調整指令出力部4は、昇温開始取得部2が全ての加熱装置の昇温開始タイミングを検出した時点直後に、少なくとも1回、これら昇温開始タイミングが検出された加熱装置を調整対象として昇温完了時点調整操作を実施するよう昇温調整演算部5,6に対して指令を出す(図2ステップS102)。
【0030】
昇温調整演算部5,6は、調整指令出力部4からの指令を受けると、調整対象の各加熱装置の最大ヒータ出力時昇温速度(昇温レート[℃/sec.])の情報と各加熱装置が昇温完了後に高温を維持するために必要なヒータ出力(定常出力[%])の情報とを、昇温特性登録部1から取得する(図2ステップS103)。
【0031】
続いて、昇温調整演算部5は、調整指令出力部4からの指令を受けると、現時点における各加熱装置の制御量PV1〜PV3(計測温度)と設定値SP1〜SP3(目標温度)とを制御情報取得部3から取得する(図2ステップS104)。
【0032】
次に、昇温調整演算部5は、調整対象の各加熱装置の昇温完了までの所要時間を加熱装置毎に推定する(図2ステップS105)。加熱装置m(本実施の形態ではm=1〜3)の昇温完了までの所要時間をTmとすると、昇温調整演算部5は、ステップS104で取得した加熱装置mの制御量PVmおよび設定値SPmとステップS103で取得した昇温レートRmとから、次式により所要時間Tmを推定する。
Tm=(SPm−PVm)/Rm ・・・(1)
【0033】
つまり、式(1)は昇温完了までの残りの昇温必要量を昇温レートどおりに昇温させることを想定している。昇温調整演算部5は、式(1)の計算を調整対象の加熱装置毎に行なう。
【0034】
続いて、昇温調整演算部5は、ステップS105で算出した各加熱装置の昇温完了までの所要時間のうち、最長の所要時間Txを抽出する(図2ステップS106)。この処理は、最も遅くなる加熱装置の昇温完了時点を、実質的に推定するものである。
【0035】
次に、昇温調整演算部6は、昇温に利用される最大ヒータ出力とステップS103で取得した定常出力との差である昇温ヒータ出力差分値Pmを調整対象の加熱装置毎に算出する(図2ステップS107)。加熱装置mの最大ヒータ出力(通常は各装置共通の確定値であり100%)をHm、定常出力をBmとすると、昇温調整演算部6は、次式により昇温ヒータ出力差分値Pmを算出する。
Pm=Hm−Bm ・・・(2)
【0036】
すなわち、式(2)は高温維持の必要量以上に得られるヒータ出力が昇温に利用されることを想定している。昇温調整演算部6は、式(2)の計算を調整対象の加熱装置毎に行なう。
【0037】
続いて、昇温調整演算部6は、各加熱装置の昇温完了までの所要時間を最長の所要時間Txに近づけるための調整ヒータ出力Fmを、調整対象の加熱装置毎に算出する(図2ステップS108)。昇温調整演算部6は、ステップS103で取得した定常出力BmとステップS107で算出した昇温ヒータ出力差分値Pmと昇温調整演算部5が算出した所要時間Tmおよび最長の所要時間Txとから、次式により調整ヒータ出力Fmを算出する。
Fm=Pm(Tm/Tx)+Bm ・・・(3)
【0038】
すなわち、式(3)はヒータ出力を抑制したときの実質昇温ヒータ出力により、各加熱装置の昇温完了までの所要時間が最長の所要時間Txまで延びることを想定している。昇温調整演算部6は、式(3)の計算を調整対象の加熱装置毎に行なう。
【0039】
調整操作部7は、昇温調整演算部6が算出した調整ヒータ出力Fmの値でヒータ出力を抑制するように調整対象の加熱装置の温度コントローラ103−1〜103−3に対して指令を出す(図2ステップS109)。各装置の温度制御が温度コントローラ103−1〜103−3により実施されていることを前提にすると、この調整操作部7の指令は温度コントローラ103−1〜103−3で利用される操作量上限値OHの形で与えられることが好ましい。
【0040】
図3は温度コントローラ103−1の構成例を示すブロック図である。温度コントローラ103−1は、設定値入力部1030と、制御量入力部1031と、PID制御演算部1032と、出力上限処理部1033と、操作量出力部1034とから構成される。
【0041】
設定値SP1は、例えばオペレータによって設定され、設定値入力部1030を介してPID制御演算部1032に入力される。
制御量PV1は、温度センサ102−1によって計測され、制御量入力部1031を介してPID制御演算部1032に入力される。
【0042】
PID制御演算部1032は、設定値SP1と制御量PV1とが一致するように操作量MV1を算出する。
出力上限処理部1033は、以下の式のように操作量MV1を操作量上限値OH1以下に制限する上限処理を実行する。
IF MV1>OH1 THEN MV1=OH1 ・・・(4)
【0043】
操作量出力部1034は、出力上限処理部1033によって上限処理された操作量MV1を制御対象(実際の出力先は電力調整器104−1)に出力する。
温度コントローラ103−1は図3に示したような構成による制御動作を制御周期毎に行なう。温度コントローラ103−2,103−3の構成は温度コントローラ103−1と同じである。
【0044】
以上のような温度コントローラ103−1〜103−3に対して設定する操作量上限値OHm(m=1〜3)は、加熱装置mの最大ヒータ出力(通常は100%)をHm、操作量上限値OHmの最大値(通常は100%)をOHm_maxとすると、昇温調整演算部6が算出した調整ヒータ出力Fmより次式のように算出される。
OHm=OHm_max(Fm/Hm) ・・・(5)
【0045】
調整操作部7は、式(5)の計算を調整対象の加熱装置毎に行なう。こうして、調整操作部7は、算出した操作量上限値OHm(m=1〜3)を各温度コントローラ103−1〜103−3に設定すればよい。なお、昇温が最も遅い加熱装置の調整ヒータ出力は式(3)から明らかなようにFm=Hmとなり、ヒータ出力を抑制しないので、この加熱装置の操作量上限値OHは最大値のまま維持される。したがって、調整操作部7は、昇温が最も遅い加熱装置の温度コントローラについては操作量上限値OHを設定しなくても構わない。以上で、調整装置の動作が終了する。
【0046】
図4(A)、図4(B)は本実施の形態の調整装置の動作例を示す図であり、昇温開始取得部2が全ての加熱装置の昇温開始タイミングを検出した時点で1回のみ、昇温完了時点調整操作を実行する場合の動作を示している。図4(A)、図4(B)の例では、時刻t1の時点で調整指令出力部4が昇温調整演算部5,6に対して指令を出し、昇温完了時点調整操作が行なわれている。これにより、制御量PV1,PV3の昇温完了までの所要時間が、昇温が最も遅い加熱装置(制御量PV2)の昇温完了までの所要時間に近づくように操作量上限値OH1,OH3が抑制される。PV1’,PV3’は昇温完了時点調整操作をしなかった場合(OH1,OH3=100%を維持した場合)の制御量を示している。
【0047】
図4(A)、図4(B)の例では、昇温完了時点調整操作を1回だけ実行しているが、複数回実行してもよい。
また、図4(A)、図4(B)の例では、全ての加熱装置の昇温開始タイミングを検出した時点直後に昇温完了時点調整操作を実行しているが、少なくとも2個の加熱装置の昇温開始タイミングを検出した時点で、これら昇温開始タイミングが検出された加熱装置を調整対象として図2のステップS103〜S109の昇温完了時点調整操作を実行してもよい。
【0048】
図5(A)、図5(B)は本実施の形態の調整装置の別の動作例を示す図であり、2個の加熱装置(制御量PV1,PV2)の昇温開始タイミングを検出した後の時刻t2において、これら加熱装置を調整対象として昇温完了時点調整操作を実行し、制御量PV1の昇温完了までの所要時間が、昇温が最も遅い加熱装置(制御PV2)の昇温完了までの所要時間に近づくように操作量上限値OH1を抑制している。
【0049】
さらに、もう1個の加熱装置(制御量PV3)の昇温開始タイミングを検出した後の時刻t3において、全ての加熱装置を調整対象として昇温完了時点調整操作を実行し、制御量PV1,PV3の昇温完了までの所要時間が、昇温が最も遅い加熱装置(制御PV2)の昇温完了までの所要時間に近づくように操作量上限値OH1,OH3を抑制している。時刻t2における昇温完了時点調整操作の実行は任意であるが、早めに多く実行するのが好ましい。
【0050】
図4図5のいずれのケースにおいても、制御量PVが設定値SPの最高温度に到達する時点が図10の動作よりも遅くなるので、その分だけ高温状態が削減される。すなわち、低温である周囲温度との温度差の累積が削減されるということであり、温度差に伴う放熱量も削減される。放熱量が削減されるのであるから、電力ロスが削減され、結果的に投入電力総量を削減できる。
【0051】
[第2の実施の形態]
次に、本発明の第2の実施の形態について説明する。図6は本発明の第2の実施の形態に係る調整装置の構成を示すブロック図であり、図1と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態は、上記発明の原理2に対応する例である。本実施の形態においても、説明を簡易にするために、複数の加熱装置があって、各加熱装置に温度制御ループ(温度コントローラ103−1〜103−3)が1個ずつ設けられた製造設備を適用対象とし、前提条件は第1の実施の形態と同じものとする。
【0052】
本実施の形態の調整装置は、昇温特性登録部1と、昇温開始取得部2と、制御情報取得部3と、調整指令出力部4と、調整指令出力部4からの指令を受けたときに、調整対象の加熱装置について、最大ヒータ出力時昇温速度と定常出力と制御量PVと設定値SPに基づき、昇温完了までの所要時間を最長の所要時間よりも規定どおり早くするための調整ヒータ出力を算出する昇温調整演算部5,6aと、調整操作部7とを備えている。
【0053】
本実施の形態においても、調整装置の処理の流れは第1の実施の形態と同様であるので、図2の符号を用いて説明する。
昇温開始取得部2の動作(図2ステップS100)と制御情報取得部3の動作(図2ステップS101)と調整指令出力部4の動作(図2ステップS102)は、第1の実施の形態で説明したとおりである。
【0054】
昇温調整演算部5,6aは、調整指令出力部4からの指令を受けると、調整対象の各加熱装置の最大ヒータ出力時昇温速度(昇温レート[℃/sec.])の情報と各加熱装置が昇温完了後に高温を維持するために必要なヒータ出力(定常出力[%])の情報とを、昇温特性登録部1から取得する(図2ステップS103)。
昇温調整演算部5の動作(図2ステップS104〜S106)は、第1の実施の形態で説明したとおりである。
【0055】
次に、昇温調整演算部6aは、第1の実施の形態の昇温調整演算部6と同様に、昇温に利用される最大ヒータ出力HmとステップS103で取得した定常出力Bmとの差である昇温ヒータ出力差分値Pmを式(2)により調整対象の加熱装置毎に算出する(図2ステップS107)。
【0056】
続いて、昇温調整演算部6aは、各加熱装置の昇温完了までの所要時間を最長の所要時間Txに対して規定どおりに短くするための調整ヒータ出力Fmを、調整対象の加熱装置毎に算出する(図2ステップS108)。昇温調整演算部6aは、ステップS103で取得した定常出力BmとステップS107で算出した昇温ヒータ出力差分値Pmと昇温調整演算部5が算出した所要時間Tmおよび最長の所要時間Txとから、次式により調整ヒータ出力Fmを算出する。
Fm=Pm[Tm/{αTm+(1−α)Tx}]+Bm ・・・(6)
【0057】
すなわち、式(6)は、ヒータ出力を抑制したときの実質昇温ヒータ出力により、各加熱装置の昇温完了までの所要時間が最長の所要時間Txよりも短い範囲の時間まで延びることを想定している。昇温調整演算部6aは、式(6)の計算を調整対象の加熱装置毎に行なう。式(6)の係数αは0≦α≦1の範囲の実数であり、予め規定される。α=0.0の場合は、第1の実施の形態と同じになる。α=1.0の場合は、ヒータ出力を抑制しない操作に帰着する。
【0058】
調整操作部7の動作(ステップS109)は、第1の実施の形態で説明したとおりである。
【0059】
図7(A)、図7(B)は本実施の形態の調整装置の動作例を示す図であり、昇温開始取得部2が全ての加熱装置の昇温開始タイミングを検出した直後の時点t1で1回のみ、昇温完了時点調整操作を実行する場合の動作を示している。この例では、α=0.5としている。
【0060】
本実施の形態の昇温完了時点調整操作により、制御量PV1,PV3の昇温完了までの所要時間が、最長の所要時間Tx(制御量PV2の昇温完了までの所要時間)と元の所要時間Tmとの中間になるように操作量上限値OH1,OH3が調整される。PV1’,PV3’は昇温完了時点調整操作をしなかった場合(OH1,OH3=100%を維持した場合)の制御量を示している。
【0061】
本実施の形態によれば、制御量PV1,PV3の昇温完了時点から制御量PV2の昇温完了時点までの残り時間が、電力ピーク時点をずらせる余地として確保されることになる。逆に、制御量PV1,PV3の昇温完了時点を延ばした時間の分だけ、高温で放熱の多い状態での待機時間を削減できることになる。
【0062】
なお、第1の実施の形態と同様に、昇温完了時点調整操作を複数回実行してもよいし、適用対象の全ての加熱装置の昇温開始タイミングを待たずに、少なくとも2個の加熱装置の昇温開始タイミングを検出した時点で、これら昇温開始タイミングが検出された加熱装置を調整対象として図2のステップS103〜S109の昇温完了時点調整操作を実行してもよい。
【0063】
第1、第2の実施の形態で説明した調整装置は、CPU(Central Processing Unit)、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。CPUは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第1、第2の実施の形態で説明した処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【0064】
本発明は、複数の異なる加熱装置の省電力を実現する技術に適用することができる。
【符号の説明】
【0065】
1…昇温特性登録部、2…昇温開始取得部、3…制御情報取得部、4…調整指令出力部、5,6,6a…昇温調整演算部、7…調整操作部。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9
図10