CN102385359A - 能量总和抑制控制装置、电力总和抑制控制装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及能量总和抑制控制装置、电力总和抑制控制装置以及方法，针对多个控制系统进行控制，以使得在稳态下能量使用量不超过指定的一定值，且尽可能不会损害干扰抑制特性。电力总和抑制控制装置具备：分配总电力输入部，其接收对多个控制回路的加热器的电力消耗量进行规定的分配总电力的信息；电力值取得部，其取得各控制回路的消耗电力值；电力抑制部，其根据消耗电力值计算出各控制回路的电力余量，并根据各控制回路的电力余量与电力余量的总和的比率和分配总电力，计算出各控制回路的操作量输出上限值；和控制部，其设置于每个控制回路中，计算出操作量，执行操作量的上限处理并将上限处理后的操作量输出至对应的控制回路的加热器。
Description
技术领域
本发明涉及具备多个控制回路的多回路控制系统的控制装置和控制方法，特别是涉及进行控制以使得在稳态下能量使用量(例如电力消耗量)不超过指定的一定值、且尽可能不损害干扰抑制特性的能量总和抑制控制装置、电力总和抑制控制装置和方法。
背景技术
伴随着因地球温暖化问题而导致的改法等，工厂或生产线的能量使用量管理正在被严格要求。由于工厂内的加热装置和空调设备是能量使用量特别大的设备装置，所以以将能量使用量的上限抑制在低于本来具备的最大量的范围内的方式进行管理的情况较多。例如在使用电力的设备装置中，根据来自电力需求管理系统的指示，进行限制在特定的电力消耗量以内的运行。
特别是在具备多个电加热器的加热装置中，为了抑制在启动时(设置有多个电加热器的区域一起升温时)被同时供给的总电力，提出有以下那样的方法。
在专利文献1所公开的回流装置中，为了降低启动时的消耗电流，在加热器的附近达到热饱和后再启动下一个加热器，由此来错开启动时间段。
在专利文献2所公开的半导体晶片的处理装置中，针对各加热器，一边在时间上错开一边供给电力，以使得在装置启动时不会在短时间内消耗较大电力。
在专利文献3所公开的基板处理装置中，为了减小从电力供给部同时供给的最大电力，按照规定的启动顺序，1台接着1台地依次启动各热处理部。
在专利文献4所公开的加热装置中，为了防止因装置启动时的过度的消耗电流而导致的电力故障，首先向位于输送机下方的加热器供给需要的电力，并限制向位于输送机上方的加热器供给的电力，从而将合计消耗电力控制在一定值以下，并伴随着炉体内的温度的上升而将温度作为切换参数，进行控制以使得减少向位于输送机下方的加热器供给的供给电力。
【专利文献1】日本特许第2885047号公报
【专利文献2】日本特开平11-126743号公报
【专利文献3】日本特开平11-204412号公报
【专利文献4】日本特许第4426155号公报
专利文献1～专利文献4所公开的技术均只以加热升温时为对象。在制造装置中，启动状态是装置的全部工作时间的极有限的时间内的状态，与其相比，成为将后面的控制量PV(例如温度)维持在一定量的控制状态的被称为稳态的时间段非常长。例如，在对空气中的细菌数和有害物质进行测量，并将细菌数和有害物质控制在一定数量以下的换气风量控制中，使风扇旋转来维持稳定的状态。在这种情况下，如果风扇转速高到所需要程度以上，则相当于稳态的运转状态下的电力消耗量成为问题的对象。
因此，要求必须在稳态下进行可靠的能量抑制(特别是电力抑制)。由于即使在稳态下PID控制等控制运算也被执行，所以考虑了与控制特性的相关性的能量抑制(电力抑制)成为必要。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，提供一种能量总和抑制控制装置、电力总和抑制控制装置和方法，能够针对多个控制系统进行控制，以使得在稳态下能量使用量(例如电力消耗量)不会超过指定的一定值，并且尽可能地不会损害干扰抑制特性。
本发明的能量总和抑制控制装置的特征在于，具备：分配总能量输入单元，其接收对多个控制回路Ri(i＝1～n)的控制致动器的能量使用量进行规定的分配总能量的信息；能量值取得单元，其取得各控制回路Ri的消耗能量值；能量抑制单元，其根据上述消耗能量值计算出各控制回路Ri的能量余量，并根据各控制回路Ri的能量余量与该能量余量的总和的比率和上述分配总能量来计算出各控制回路Ri的操作量输出上限值OHi；和控制单元，其设置于每个控制回路Ri中，将设定值SPi和控制量PVi作为输入并通过控制运算来计算出操作量MVi，执行将操作量MVi限制在上述操作量输出上限值OHi以下的上限处理，并将进行了上限处理后的操作量MVi输出至对应的控制回路Ri的控制致动器，计算出上述操作量输出上限值OHi，以使得各控制回路Ri的能量余量接近公平的状态。
另外，本发明的电力总和抑制控制装置的特征在于，具备：分配总电力输入单元，其接收对多个控制回路Ri(i＝1～n)的控制致动器的电力消耗量进行规定的分配总电力PW的信息；电力值取得单元，其取得各控制回路Ri的消耗电力值CTi；电力抑制单元，其根据上述消耗电力值CTi计算出各控制回路Ri的电力余量，并根据各控制回路Ri的电力余量与该电力余量的总和的比率和上述分配总电力PW来计算出各控制回路Ri的操作量输出上限值OHi；和控制单元，其设置于每个控制回路Ri中，将设定值SPi和控制量PVi作为输入并通过控制运算来计算出操作量MVi，执行将操作量MVi限制在上述操作量输出上限值OHi以下的上限处理，并将进行了上限处理后的操作量MVi输出至对应的控制回路Ri的控制致动器，计算出上述操作量输出上限值OHi，以使得各控制回路Ri的电力余量接近公平的状态。
另外，本发明的电力总和抑制控制装置的特征在于，具备：分配总电力输入单元，其接收对多个控制回路Ri(i＝1～n)的控制致动器的电力消耗量进行规定的分配总电力PW的信息；电力值取得单元，其取得各控制回路Ri的消耗电力值CTi；最大输出时电力值取得单元，其取得各控制回路Ri的最大输出时消耗电力值CTmi；电力余量计算单元，其根据上述最大输出时消耗电力值CTmi和上述消耗电力值CTi，计算出各控制回路Ri的电力余量CTri；最大总电力计算单元，其计算出作为各控制回路Ri的最大输出时消耗电力值CTmi的总和的最大总电力BX；电力余量总量计算单元，其计算出作为各控制回路Ri的电力余量CTri的总和的电力余量总量RW；电力减少总量计算单元，其根据上述最大总电力BX和上述分配总电力PW，计算出作为应该减少的总电力量的电力减少总量SW；电力减少分配量计算单元，其根据上述电力余量CTri、上述电力余量总量RW和上述电力减少总量SW，计算出作为在各控制回路Ri中应该减少的电力量的电力减少分配量CTsi；输出上限值计算单元，其根据上述电力减少分配量CTsi和上述最大输出时消耗电力值CTmi，计算出各控制回路Ri的操作量输出上限值OHi；和控制单元，其设置于每个控制回路Ri中，将设定值SPi和控制量PVi作为输入并通过控制运算来计算出操作量MVi，执行将操作量MVi限制在上述操作量输出上限值OHi以下的上限处理，并将进行了上限处理后的操作量MVi输出至对应的控制回路Ri的控制致动器。
另外，本发明的电力总和抑制控制装置的特征在于，具备：分配总电力输入单元，其接收对多个控制回路Ri(i＝1～n)的控制致动器的电力消耗量进行规定的分配总电力PW的信息；电力值取得单元，其取得各控制回路Ri的消耗电力值CTi；最大输出时电力值取得单元，其取得各控制回路Ri的最大输出时消耗电力值CTmi；电力使用总量计算单元，其计算出作为各控制回路Ri的消耗电力值CTi的总和的电力使用总量QW；电力使用分配量计算单元，其根据上述分配总电力PW、上述消耗电力值CTi和上述电力使用总量QW，计算出分配给各控制回路Ri的电力使用分配量CTqi；输出上限值计算单元，其根据上述最大输出时消耗电力值CTmi和上述电力使用分配量CTqi，计算出各控制回路Ri的操作量输出上限值OHi；和控制单元，其设置于每个控制回路Ri中，将设定值SPi和控制量PVi作为输入并通过控制运算来计算出操作量MVi，执行将操作量MVi限制在上述操作量输出上限值OHi以下的上限处理，并将进行了上限处理后的操作量MVi输出至对应的控制回路Ri的控制致动器。
另外，本发明的能量总和抑制控制方法的特征在于，包括：分配总能量输入步骤，接收对多个控制回路Ri(i＝1～n)的控制致动器的能量使用量进行规定的分配总能量的信息；能量值取得步骤，取得各控制回路Ri的消耗能量值；能量抑制步骤，根据上述消耗能量值计算出各控制回路Ri的能量余量，并根据各控制回路Ri的能量余量与该能量余量的总和的比率和上述分配总能量来计算出各控制回路Ri的操作量输出上限值OHi；和控制步骤，将设定值SPi和控制量PVi作为输入并通过控制运算来计算出操作量MVi，执行将操作量MVi限制在上述操作量输出上限值OHi以下的上限处理，并将进行了上限处理后的操作量MVi输出至对应的控制回路Ri的控制致动器，计算出上述操作量输出上限值OHi，以使得各控制回路Ri的能量余量接近公平的状态。
另外，本发明的电力总和抑制控制方法的特征在于，包括：分配总电力输入步骤，接收对多个控制回路Ri(i＝1～n)的控制致动器的电力消耗量进行规定的分配总电力PW的信息；电力值取得步骤，取得各控制回路Ri的消耗电力值CTi；电力抑制步骤，根据上述消耗电力值CTi计算出各控制回路Ri的电力余量，并根据各控制回路Ri的电力余量与该电力余量的总和的比率和上述分配总电力PW，计算出各控制回路Ri的操作量输出上限值OHi；和控制步骤，将设定值SPi和控制量PVi作为输入并通过控制运算来计算出操作量MVi，执行将操作量MVi限制在上述操作量输出上限值OHi以下的上限处理，并将进行了上限处理后的操作量MVi输出至对应的控制回路Ri的控制致动器，计算出上述操作量输出上限值OHi，以使得各控制回路Ri的电力余量接近公平的状态。
另外，本发明的电力总和抑制控制方法的特征在于，包括：分配总电力输入步骤，接收对多个控制回路Ri(i＝1～n)的控制致动器的电力消耗量进行规定的分配总电力PW的信息；电力值取得步骤，取得各控制回路Ri的消耗电力值CTi；最大输出时电力值取得步骤，取得各控制回路Ri的最大输出时消耗电力值CTmi；电力余量计算步骤，根据上述最大输出时消耗电力值CTmi和上述消耗电力值CTi，计算出各控制回路Ri的电力余量CTri；最大总电力计算步骤，计算出作为各控制回路Ri的最大输出时消耗电力值CTmi的总和的最大总电力BX；电力余量总量计算步骤，计算出作为各控制回路Ri的电力余量CTri的总和的电力余量总量RW；电力减少总量计算步骤，根据上述最大总电力BX和上述分配总电力PW，计算出作为应该减少的总电力量的电力减少总量SW；电力减少分配量计算步骤，根据上述电力余量CTri、上述电力余量总量RW和上述电力减少总量SW，计算出作为在各控制回路Ri中应该减少的电力量的电力减少分配量CTsi；输出上限值计算步骤，根据上述电力减少分配量CTsi和上述最大输出时消耗电力值CTmi，计算出各控制回路Ri的操作量输出上限值OHi；和控制步骤，将设定值SPi和控制量PVi作为输入并通过控制运算来计算出操作量MVi，执行将操作量MVi限制在上述操作量输出上限值OHi以下的上限处理，并将进行了上限处理后的操作量MVi输出至对应的控制回路Ri的控制致动器。
另外，本发明的电力总和抑制控制方法的特征在于，包括：分配总电力输入步骤，接收对多个控制回路Ri(i＝1～n)的控制致动器的电力消耗量进行规定的分配总电力PW的信息；电力值取得步骤，取得各控制回路Ri的消耗电力值CTi；最大输出时电力值取得步骤，取得各控制回路Ri的最大输出时消耗电力值CTmi；电力使用总量计算步骤，计算出作为各控制回路Ri的消耗电力值CTi的总和的电力使用总量QW；电力使用分配量计算步骤，根据上述分配总电力PW、上述消耗电力值CTi和上述电力使用总量QW，计算出分配给各控制回路Ri的电力使用分配量CTqi；输出上限值计算步骤，根据上述最大输出时消耗电力值CTmi和上述电力使用分配量CTqi，计算出各控制回路Ri的操作量输出上限值OHi；和控制步骤，将设定值SPi和控制量PVi作为输入并通过控制运算来计算出操作量MVi，执行将操作量MVi限制在上述操作量输出上限值OHi以下的上限处理，并将进行了上限处理后的操作量MVi输出至对应的控制回路Ri的控制致动器。
根据本发明，取得各控制回路Ri的消耗能量值，根据消耗能量值计算出各控制回路Ri的能量余量，并根据各控制回路Ri的能量余量与该能量余量的总和的比率和分配总能量来计算出各控制回路Ri的操作量输出上限值OHi，由此能够计算出操作量输出上限值OHi，以使得各控制回路Ri的能量余量接近公平的状态，因此能够针对多个控制系统进行控制，以使得在稳态下能量使用量不会超过分配总能量，且尽可能地不会损害干扰抑制特性。
另外，在本发明中，取得各控制回路Ri的消耗电力值CTi，根据消耗电力值CTi计算出各控制回路Ri的电力余量，并根据各控制回路Ri的电力余量与该电力余量的总和的比率和分配总电力PW来计算出各控制回路Ri的操作量输出上限值OHi，由此能够计算出操作量输出上限值OHi，以使得各控制回路Ri的电力余量接近公平的状态，因此能够针对多个控制系统进行控制，以使得在稳态下能量使用量不会超过分配总能量，且尽可能地不会损害干扰抑制特性。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式涉及的加热装置的构成的框图。
图2是表示本发明的第1实施方式涉及的电力总和抑制控制装置的构成的框图。
图3是本发明的第1实施方式涉及的控制系统的框图。
图4是表示本发明的第1实施方式涉及的电力总和抑制控制装置的动作的流程图。
图5是表示现有的加热装置的动作例的图。
图6是表示本发明的第1实施方式涉及的加热装置的动作例的图。
图7是表示本发明的第2实施方式涉及的电力总和抑制控制装置的构成的框图。
图8是表示本发明的第2实施方式涉及的电力总和抑制控制装置的动作的流程图。
图9是表示本发明的第3实施方式涉及的换气量控制装置的构成的框图。
图10是表示本发明的第4实施方式涉及的能量总和抑制控制装置的构成的框图。
图11是表示本发明的第4实施方式涉及的能量总和抑制控制装置的其他构成的框图。
图中标号说明：
1...加热处理炉；2、2a...电力总和抑制控制装置；3-1～3-4...电力调整器；4...上级PC；5-1～5-3...被控制空间；6-1～6-3...供气管；7-1～7-3...排气管；8-1～8-3、9-1～9-3...送风装置；10...分配总电力输入部；11...电力值取得部；12...最大输出时电力值取得部；13...电力余量计算部；14...最大总电力计算部；15...电力余量总量计算部；16...电力减少总量计算部；17...电力减少分配量计算部；18、27、118、127...输出上限值计算部；19-i、19-1～19-3...控制部；20-i...设定值SPi输入部；21-i...控制量PVi输入部；22-i...PID控制运算部；23-i...输出上限处理部；24-i...操作量MVi输出部；25...电力使用总量计算部；26...电力使用分配量计算部；110...分配总能量输入部；111...能量值取得部；112...最大输出时能量值取得部；113...能量余量计算部；114...最大总能量计算部；115...能量余量总量计算部；116...能量减少总量计算部；117...能量减少分配量计算部；125...能量使用总量计算部；126...能量使用分配量计算部；H1～H4...加热器；S1～S4...温度传感器。
具体实施方式
[发明的原理]
以加热装置为例进行说明。在很多的加热装置中，在稳态下加热器输出成为额定的20％左右。这里，所谓稳态，指的是控制量PV被控制在设定值SP的附近，且为了抑制干扰而利用了控制功能的状态。由于在稳态下加热器输出成为额定的20％左右，所以即使在例如在分配总电力为300W(全部加热器电容的50％)的条件下利用100W的加热器、200W的加热器、300W的加热器这3个合计为600W的加热器的情况下，如成为100W×20％＝20W，200W×20％＝40W，300W×20％＝60W的合计120W那样，电力消耗量容易包括在分配总电力以内。因此，容易考虑到如果将各加热器的输出上限一律设为50％来进行控制也是完全可以的。
但是，若进行了向加热装置的设置有特定的加热器的区域投入被加热物的动作等而导致发生大幅降温的干扰，则需要仅将该特定的加热器设为高输出来使温度恢复。此时，即使在50％的输出(操作量MV)下也不足够，也由于各加热器的输出上限一律被设定成50％，所以无法变为超过50％的输出。另一方面，虽然输出上限为50％但还存在按照输出(操作量MV)为20％的方式尚有余量的加热器。另外，即使在没有发生干扰的状态下，因散热状态等的影响，在稳态下既有成为10％左右的输出(操作量MV)的加热器，也有成为30％左右的输出(操作量MV)的加热器。在这种情况下，如果输出上限一律为50％，则电力的余量会产生差别。
因此，如果对各控制回路的加热器中使用的电力进行测量或估算，并对以使各控制回路的电力余量接近公平状态的方式适当地对控制的算法的输出上限值进行更新，则能够减少针对干扰抑制的控制性的恶化。具体来讲，计算出分配总电力和最大总电力之差作为总减少量，在与当前时刻的各输出(操作量MV)之间的关系的基础上，反推出各输出上限值以使得电力余量接近公平状态即可。
[第1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是表示本发明的第1实施方式涉及的加热装置的构成的框图。加热装置由用于对被加热物进行加热的加热处理炉1、作为在加热处理炉1的内部设置的多个控制致动器的加热器H1～H4、测量分别被加热器H1～H4加热的区域的温度的多个温度传感器S1～S4、计算出向加热器H1～H4输出的操作量MV1～MV4的电力总和抑制控制装置2、和将与从电力总和抑制控制装置2输出的操作量MV1～MV4对应的电力分别供给至加热器H1～H4的电力调整器3-1～3-4构成。
图2是表示电力总和抑制控制装置2的构成的框图。电力总和抑制控制装置2由从上级PC4接收分配总电力PW的信息的分配总电力输入部10、取得各控制回路Ri(i＝1～n，控制回路的个数n在图1的例中为n＝4)的消耗电力值CTi的电力值取得部11、取得各控制回路Ri的最大输出时消耗电力值CTmi的最大输出时电力值取得部12、根据最大输出时消耗电力值CTmi和消耗电力值CTi来计算出各控制回路Ri的电力余量CTri的电力余量计算部13、计算出作为各控制回路Ri的最大输出时消耗电力值CTmiの总和的最大总电力BX的最大总电力计算部14、计算出作为各控制回路Ri的电力余量CTri的总和的电力余量总量RW的电力余量总量计算部15、根据最大总电力BX和分配总电力PW来计算出应该减少的总电力量、即电力减少总量SW的电力减少总量计算部16、计算出在各控制回路Ri中应该减少的电力量、即电力减少分配量CTsi的电力减少分配量计算部17、根据电力减少分配量CTsi和最大输出时消耗电力值CTmi来计算出各控制回路Ri的操作量输出上限值OHi的输出上限值计算部18、和在每个控制回路Ri中设置的控制部19-i构成。
最大输出时电力值取得部12、电力余量计算部13、最大总电力计算部14、电力余量总量计算部15、电力减少总量计算部16、电力减少分配量计算部17和输出上限值计算部18构成了电力抑制单元。
控制部19-i由设定值SPi输入部20-i、控制量PVi输入部21-i、PID控制运算部22-i、输出上限处理部23-i和操作量MVi输出部24-i构成。
图3是本实施方式的控制系统的框图。各控制回路Ri由控制部19-i和控制对象Pi构成。如后述那样，控制部19-i根据设定值SPi和控制量PVi计算出操作量MVi，并将该操作量MVi输出到控制对象Pi。在图1的例子中，控制对象Pi是由加热器Hi进行加热的加热处理炉1，但是操作量MVi的实际的输出目的地是电力调整器3-i，与操作量MVi对应的电力被从电力调整器3-i供给至加热器Hi。
下面对本实施方式的电力总和抑制控制装置2的动作进行说明。图4是表示电力总和抑制控制装置2的动作的流程图。
分配总电力输入部10从作为对电力进行管理的电力需求管理系统的计算机的上级PC4，接收对加热器的电力消耗量进行规定的分配总电力PW的信息(图4步骤S100)。
电力值取得部11取得各控制回路Ri的当前的消耗电力值CTi(具体来讲是加热器Hi的消耗电力值)(步骤S101)。电力值取得部11可以对消耗电力值CTi测量，也可以进行估算。为了估算消耗电力值CTi，将流过加热器Hi的电流值和控制量PVi作为输入变量，并通过预先设定的电力估算函数式来求出消耗电力值CTi即可。另外，可以将操作量MVi和控制量PVi作为输入变量，也可以将流过加热器Hi的电流值、控制量PVi和操作量MVi作为输入变量。消耗电力值CTi的具体的估算方法已被日本特开2009-229382号公报公开，因此省略其详细说明。
接着，最大输出时电力值取得部12取得各控制回路Ri的最大输出时消耗电力值CTmi(步骤S102)。这里，最大输出时是指操作量MVi为最大值100％的时候。最大输出时电力值取得部12可以调出预先存储的最大输出时消耗电力值CTmi，也可以进行估算。为了估算最大输出时消耗电力值CTmi，基于根据消耗电力值CTi和从控制部19-i输出的操作量MVi，通过下式近似地估算即可。
CTmi＝CTi(100.0/MVi)......(1)
电力余量计算部13通过下式，对每个控制回路Ri计算出各控制回路Ri的电力余量CTri(步骤S103)。
CTri＝CTmi-CTi......(2)
最大总电力计算部14通过下式，计算出作为各控制回路Ri的最大输出时消耗电力值CTmi的总和的最大总电力BX(步骤S104)。
BX＝∑CTmi＝CTm1+CTm2+......+CTmn......(3)
电力余量总量计算部15通过下式，计算出作为各控制回路Ri的电力余量CTri的总和的电力余量总量RW(步骤S105)。
RW＝∑CTri＝CTr1+CTr2+......+CTrn......(4)
电力减少总量计算部16通过下式，根据最大总电力BX和分配总电力PW，计算出应该减少的总电力量、即电力减少总量SW(步骤S106)。
SW＝BX-PW......(5)
电力减少分配量计算部17通过下式，对每个控制回路Ri计算出在各控制回路Ri中应该减少的电力量、即电力减少分配量CTsi(步骤S107)。
CTsi＝SW(CTri/RW)......(6)
输出上限值计算部18通过下式，根据电力减少分配量CTsi和最大输出时消耗电力值CTmi，对每个控制回路Ri计算出各控制回路Ri的操作量输出上限值OHi(步骤S108)。
OHi＝{1.0-(CTsi/CTmi)}100.0[％]......(7)
另外，在BX＜PW的情况下，即在SW＜0的情况下，虽然OHi超过了100％，但是在这种情况下只要对OHi以100％进行上切即可。
接着，控制部19-i按下面说明的那样来计算出控制回路Ri的操作量MVi。设定值SPi被加热装置的用户设定，并经由设定值SPi输入部20-i被输入至PID控制运算部22-i(步骤S109)。
控制量PVi(温度)通过温度传感器Si而被测量，并经由控制量PVi输入部21-i被输入至PID控制运算部22-i(步骤S110)。
PID控制运算部22-i根据设定值SPi和控制量PVi，进行如下面的传递函数式那样的PID控制运算来计算出操作量MVi(步骤S111)。
MVi＝(100/PBi){1+(1/TIis)+TDis}(SPi-PVi)......(8)
PBi是比例带，TIi是积分时间，TDi是微分时间，s是拉普拉斯算符。
输出上限处理部23-i进行如下式那样的操作量MVi的上限处理(步骤S112)。
IF MVi＞OHi THEN MVi＝OHi......(9)
即，输出上限处理部23-i在操作量MVi大于操作量输出上限值OHi的情况下，进行操作量MVi＝OHi的上限处理。
操作量MVi输出部24-i将由输出上限处理部23-i进行了上限处理的操作量MVi输出至控制对象(实际的输出目的地是电力调整器3-i)(步骤S113)。由于控制部19-i被设置在每个控制回路Ri中，所以步骤S109～S113的处理会针对每个控制回路Ri而被实施。
电力总和抑制控制装置2每隔一定时间就进行以上那样的步骤S101～S113的处理，直到例如通过用户的指示而结束了控制(步骤S114中的是)。
接着，图5、图6表示了本实施方式的加热装置的动作例。在图5、图6中，考虑可看性而表示了n＝3回路的控制系统的动作例。图5表示了在针对100W的加热器H1、200W的加热器H2、300W的加热器H3这3个合计为600W的加热器，将分配总电力PW设为300W(全部加热器电容的50％)的情况下，将各加热器的输出上限一律设为50％来进行控制的以往的加热装置的动作例。纵轴是控制量PVi、操作量MVi、和操作量输出上限值OHi，均用0-100的刻度来进行表示。控制量PVi的单位是℃，操作量MVi和操作量输出上限值OHi的单位是％。
在图5的例子中，由于设定了设定值SPi＝40℃，所以控制量PVi(温度)被控制为维持在40.0℃，但是当在100.0秒、300.0、500.0秒的时刻分别向控制量PV3、PV2、PV1加入了降温干扰以后，通过基于控制部19-i的干扰抑制控制，控制量PV3、PV2、PV1恢复到40.0℃。可以看出，在对于任意一个控制回路加入了降温干扰后，操作量MVi被控制在输出上限值OHi＝50％，牺牲了控制特性。
图6表示了相同条件下的本实施方式的加热装置的动作例。在本实施方式中，由于各加热器的输出上限没有被一律设定为50％，所以即使在没有外加干扰的状态下，操作量输出上限值OHi也被设定成与电力余量对应的值，但是若外加了干扰而导致操作量MVi上升，则电力余量减小，因此相应地操作量输出上限值OHi也上升，而没有外加干扰的控制回路的操作量输出上限值OHi下降相应的量。由此，在本实施方式中，干扰抑制控制的控制性与图5的情况相比没有发生较大恶化的控制动作被实现。
另外，在本实施方式中，不是使操作量MVi自身直接发生变化，而是使操作量输出上限值OHi发生变化，因此操作量MVi不会发生没有意义的上下浮动。即，不会对PID控制运算产生不良影响，能够得到没有不自然性的控制响应波形。
另外，在本实施方式中，在计算出操作量输出上限值OHi时，对电力余量进行周密的计算，因此通过设置向用户提示各控制回路Ri的电力余量CTri或者作为其总和的电力余量总量RW的提示单元，能够监视并管理电力余量。
另外，当然本实施方式的电力总和抑制控制装置2中的处理的顺序也可以不是图4所示的顺序。另外，在图4的例子中，仅接收1次分配总电力PW的信息，但是也可以构成为，上级PC4根据需要来发送信息，由此分配总电力PW的值被随时更新。
[第2实施方式]
接着，对本发明的第2实施方式进行说明。在本实施方式中，在对操作量输出上限值OHi进行计算时，不对电力余量进行周密的计算，而是对操作量输出上限值进行计算，以使得电力余量在实质上接近公平的状态。由此，能够实现与第1实施方式基本同等的动作。
在本实施方式中，加热装置整体的构成与第1实施方式相同，因此使用图1的符号进行说明。图7是表示本实施方式的电力总和抑制控制装置2的构成的框图。本实施方式的电力总和抑制控制装置2由从上级PC4接收分配总电力PW的信息的分配总电力输入部10、取得各控制回路Ri(i＝1～n)的消耗电力值CTi的电力值取得部11、取得各控制回路Ri的最大输出时消耗电力值CTmi的最大输出时电力值取得部12、对每个控制回路Ri设置的控制部19-i、计算出作为各控制回路Ri的消耗电力值CTi的总和的电力使用总量QW的电力使用总量计算部25、根据分配总电力PW、各控制回路Ri的消耗电力值CTi和电力使用总量QW来计算出分配给各控制回路Ri的电力使用分配量CTqi的电力使用分配量计算部26、根据各控制回路Ri的最大输出时消耗电力值CTmi和电力使用分配量CTqi来计算出各控制回路Ri的操作量输出上限值OHi的输出上限值计算部27构成。
最大输出时电力值取得部12、电力使用总量计算部25、电力使用分配量计算部26和输出上限值计算部27构成了电力抑制单元。控制部19-i的构成与第1实施方式相同。
下面对本实施方式的电力总和抑制控制装置2的动作进行说明。图8是表示电力总和抑制控制装置2的动作的流程图。
图8的步骤S200、S201、S202分别与图4的步骤S100、S101、S102相同，因此省略说明。
电力使用总量计算部25通过下式，计算出作为各控制回路Ri的消耗电力值CTi的总和的电力使用总量QW(图8步骤S203)。
QW＝∑CTi＝CT1+CT2+...+CTn......(10)
电力使用分配量计算部26通过下式，根据分配总电力PW、各控制回路Ri的消耗电力值CTi和电力使用总量QW，针对每个控制回路Ri计算出分配给各控制回路Ri的电力使用分配量CTqi(步骤S204)。
CTqi＝PW(CTi/QW)......(11)
输出上限值计算部27通过下式，根据各控制回路Ri的最大输出时消耗电力值CTmi和电力使用分配量CTqi，计算出各控制回路Ri的操作量输出上限值OHi(步骤S205)。式(13)意味着在由式(12)计算出的操作量输出上限值OHi大于100％的情况下，设定OHi＝100％。
OHi＝(CTqi/CTmi)100.0[％]......(12)
IF OHi＞100.0[％]THEN OHi＝100.0[％]......(13)
图8的步骤S206、S207、S208、S209和S210分别与图4的步骤S109、S110、S111、S112和S113相同，因此省略说明。
电力总和抑制控制装置2每隔一定时间进行以上那样的步骤S201～S210的处理，直到例如通过用户的指示结束了控制(步骤S211中为是)。
由此，在本实施方式中，也能够得到与第1实施方式同样的效果。
[第3实施方式]
在第1、第2实施方式中，举例对加热装置进行了说明，但是本发明例如也可以应用于控制对象物的冷却温度的冷却装置、控制被控制空间的换气量的换气量控制装置。
在食品工厂、医药品工厂或者医院等卫生机构中，浮游细菌和粘附细菌可能会伴随着人或物体的出入而侵入室内，侵入的浮游细菌和粘附细菌附着于室内的壁面或装置等上进行繁殖，由此存在着室内被污染这样的问题。若室内被污染，则关系到产品的品质恶化，另外在食品的情况下会成为食物中毒的原因，存在着问题。在以往，作为这种问题的对策，较多采用利用空气净化过滤器对空气进行过滤，然后吹入室内的方法。换气量控制装置被用于这样的空气过滤和室内的换气。换气量控制装置例如被日本特开2005-106296号公报所公开。
图9是表示本实施方式涉及的换气量控制装置的构成的框图。换气量控制装置由电力总和抑制控制装置2a、用于向被控制空间5-1～5-3进行供气的供气管6-1～6-3、用于进行被控制空间5-1～5-3的排气的排气管7-1～7-3、作为用于进行供气的控制致动器的送风装置8-1～8-3、作为用于进行排气的控制致动器的送风装置9-1～9-3、和控制部19a-1～19a-3构成。
电力总和抑制控制装置2a的构成和第1、第2实施方式的电力总和抑制控制装置2基本相同，和第1、第2实施方式的不同点在于，控制部19a-1～19a-3被设置在电力总和抑制控制装置2a的外部这一点。控制部19a-i(i＝1～n，在图9的例子中是n＝3)具有检测送风装置8-i、9-i的消耗电力的检测单元。
在每个供气管6-1～6-3中设置有空气净化过滤器(未图示)。
在进行利用空气净化过滤器对空气进行过滤然后将其吹入被控制空间的换气的情况下，会消耗送风装置的输送动力。在以往，优先进行微生物的可靠的除去，并设定为具有充分的余量的较高的风量来进行运用。在这种情况下，即使在实际上微生物非常少的状况下，由于会以较高的风量来进行运用，所以实际上会造成输送动力的浪费。
因此，将被控制空间5-i的微生物数量作为控制量PVi来进行实时测量，将换气量作为操作量MVi来控制送风装置8-i、9-i的风扇转速，由此能够抑制换气时使用的电力。如图9所示那样，如果存在多个控制回路，则成为本发明的应用对象。微生物数量的测量能够通过美国生物预警系统(BioVigilant Systems)公司开发的实时细菌探测器(長谷川倫男他，「気中微生物リアルタイム検出技術とその応用」，株式会社山武，azbilTechnicalReview 2009年12月号，p.2-7，2009年)来实现。这样，在换气量控制装置中，能够得到与第1实施方式相同的效果。
[第4实施方式]
在第1～第3实施方式中，根据电力量来计算出操作量输出上限值OHi，但并不局限于此，也可以根据燃料使用量来进行计算。即，本发明将把第1～第3实施方式的电力总和抑制控制装置2、2a中使用的所谓“电力”的物理量置换成“能量”或者“动力”的形态包括在权利范围内。
将第1实施方式的电力总和抑制控制装置2中使用的称为“电力”的物理量置换成了“能量”的能量总和抑制控制装置的构成被表示在图10中，将第2实施方式的电力总和抑制控制装置2中使用的称为“电力”的物理量置换成了“能量”的能量总和抑制控制装置的构成被表示在图11中。
图10的能量总和抑制控制装置由分配总能量输入部110、能量值取得部111、最大输出时能量值取得部112、能量余量计算部113、最大总能量计算部114、能量余量总量计算部115、能量减少总量计算部116、能量减少分配量计算部117、输出上限值计算部118和每个控制回路Ri中设置的控制部19-i构成。该能量总和抑制控制装置的构成与在第1实施方式中将“电力”置换成了“能量”的构成相当，因此省略其详细说明。
图11的能量总和抑制控制装置由分配总能量输入部110、能量值取得部111、最大输出时能量值取得部112、能量使用总量计算部125、能量使用分配量计算部126、输出上限值计算部127和每个控制回路Ri中设置的控制部19-i构成。和图10的情况一样，图11的能量总和抑制控制装置的构成与在第2实施方式中将“电力”置换成了“能量”的构成相当，因此省略其详细说明。
第1～第4实施方式中说明的电力总和抑制控制装置和能量总和抑制控制装置能够通过具有CPU、存储装置和接口的计算机和、控制这些硬件资源的程序来实现。CPU按照存储装置中保存的程序来执行第1～第4实施方式中说明的处理。
【产业上的可利用性】
本发明能够应用于具备有多个控制回路的多回路控制系统的控制装置和控制方法。
Claims (8)
1.一种能量总和抑制控制装置，其特征在于，具备：
分配总能量输入单元，其接收对多个控制回路Ri的控制致动器的能量使用量进行规定的分配总能量的信息，其中i＝1～n；
能量值取得单元，其取得各控制回路Ri的消耗能量值；
能量抑制单元，其根据上述消耗能量值计算各控制回路Ri的能量余量，并根据各控制回路Ri的能量余量与该能量余量的总和的比率和上述分配总能量来计算出各控制回路Ri的操作量输出上限值OHi；和
控制单元，其设置于每个控制回路Ri中，将设定值SPi和控制量PVi作为输入并通过控制运算来计算出操作量MVi，执行将操作量MVi限制在上述操作量输出上限值OHi以下的上限处理，并将进行了上限处理后的操作量MVi输出至对应的控制回路Ri的控制致动器，
计算出上述操作量输出上限值OHi，以使得各控制回路Ri的能量余量接近公平的状态。
2.一种电力总和抑制控制装置，其特征在于，具备：
分配总电力输入单元，其接收对多个控制回路Ri的控制致动器的电力消耗量进行规定的分配总电力PW的信息，其中i＝1～n；
电力值取得单元，其取得各控制回路Ri的消耗电力值CTi；
电力抑制单元，其根据上述消耗电力值CTi计算出各控制回路Ri的电力余量，并根据各控制回路Ri的电力余量与该电力余量的总和的比率和上述分配总电力PW来计算出各控制回路Ri的操作量输出上限值OHi；和
控制单元，其设置于每个控制回路Ri中，将设定值SPi和控制量PVi作为输入并通过控制运算来计算出操作量MVi，执行将操作量MVi限制在上述操作量输出上限值OHi以下的上限处理，并将进行了上限处理后的操作量MVi输出至对应的控制回路Ri的控制致动器，
计算出上述操作量输出上限值OHi，以使得各控制回路Ri的电力余量接近公平的状态。
3.一种电力总和抑制控制装置，其特征在于，具备：
分配总电力输入单元，其接收对多个控制回路Ri(i＝1～n)的控制致动器的电力消耗量进行规定的分配总电力PW的信息，其中i＝1～n；
电力值取得单元，其取得各控制回路Ri的消耗电力值CTi；
最大输出时电力值取得单元，其取得各控制回路Ri的最大输出时消耗电力值CTmi；
电力余量计算单元，其根据上述最大输出时消耗电力值CTmi和上述消耗电力值CTi，计算出各控制回路Ri的电力余量CTri；
最大总电力计算单元，其计算出作为各控制回路Ri的最大输出时消耗电力值CTmi的总和的最大总电力BX；
电力余量总量计算单元，其计算出作为各控制回路Ri的电力余量CTri的总和的电力余量总量RW；
电力减少总量计算单元，其根据上述最大总电力BX和上述分配总电力PW，计算出作为应该减少的总电力量的电力减少总量SW；
电力减少分配量计算单元，其根据上述电力余量CTri、上述电力余量总量RW和上述电力减少总量SW，计算出作为在各控制回路Ri中应该减少的电力量的电力减少分配量CTsi；
输出上限值计算单元，其根据上述电力减少分配量CTsi和上述最大输出时消耗电力值CTmi，计算出各控制回路Ri的操作量输出上限值OHi；和
控制单元，其设置于每个控制回路Ri中，将设定值SPi和控制量PVi作为输入并通过控制运算来计算出操作量MVi，执行将操作量MVi限制在上述操作量输出上限值OHi以下的上限处理，并将进行了上限处理后的操作量MVi输出至对应的控制回路Ri的控制致动器。
4.一种电力总和抑制控制装置，其特征在于，具备：
分配总电力输入单元，其接收对多个控制回路Ri的控制致动器的电力消耗量进行规定的分配总电力PW的信息，其中i＝1～n；
电力值取得单元，其取得各控制回路Ri的消耗电力值CTi；
最大输出时电力值取得单元，其取得各控制回路Ri的最大输出时消耗电力值CTmi；
电力使用总量计算单元，其计算出作为各控制回路Ri的消耗电力值CTi的总和的电力使用总量QW；
电力使用分配量计算单元，其根据上述分配总电力PW、上述消耗电力值CTi和上述电力使用总量QW，计算出分配给各控制回路Ri的电力使用分配量CTqi；
输出上限值计算单元，其根据上述最大输出时消耗电力值CTmi和上述电力使用分配量CTqi，计算出各控制回路Ri的操作量输出上限值OHi；和
控制单元，其设置于每个控制回路Ri中，将设定值SPi和控制量PVi作为输入并通过控制运算来计算出操作量MVi，执行将操作量MVi限制在上述操作量输出上限值OHi以下的上限处理，并将进行了上限处理后的操作量MVi输出至对应的控制回路Ri的控制致动器。
5.一种能量总和抑制控制方法，其特征在于，包括：
分配总能量输入步骤，接收对多个控制回路Ri的控制致动器的能量使用量进行规定的分配总能量的信息，其中i＝1～n；
能量值取得步骤，取得各控制回路Ri的消耗能量值；
能量抑制步骤，根据上述消耗能量值计算出各控制回路Ri的能量余量，并根据各控制回路Ri的能量余量与该能量余量的总和的比率和上述分配总能量来计算出各控制回路Ri的操作量输出上限值OHi；和
控制步骤，将设定值SPi和控制量PVi作为输入并通过控制运算来计算出操作量MVi，执行将操作量MVi限制在上述操作量输出上限值OHi以下的上限处理，并将进行了上限处理后的操作量MVi输出至对应的控制回路Ri的控制致动器，
计算出上述操作量输出上限值OHi，以使得各控制回路Ri的能量余量接近公平的状态。
6.一种电力总和抑制控制方法，其特征在于，包括：
分配总电力输入步骤，接收对多个控制回路Ri的控制致动器的电力消耗量进行规定的分配总电力PW的信息，其中i＝1～n；
电力值取得步骤，取得各控制回路Ri的消耗电力值CTi；
电力抑制步骤，根据上述消耗电力值CTi计算出各控制回路Ri的电力余量，并根据各控制回路Ri的电力余量与该电力余量的总和的比率和上述分配总电力PW来计算出各控制回路Ri的操作量输出上限值OHi；和
控制步骤，将设定值SPi和控制量PVi作为输入并通过控制运算来计算出操作量MVi，执行将操作量MVi限制在上述操作量输出上限值OHi以下的上限处理，并将进行了上限处理后的操作量MVi输出至对应的控制回路Ri的控制致动器，
计算出上述操作量输出上限值OHi，以使得各控制回路Ri的电力余量接近公平的状态。
7.一种电力总和抑制控制方法，其特征在于，包括：
分配总电力输入步骤，接收对多个控制回路Ri的控制致动器的电力消耗量进行规定的分配总电力PW的信息，其中i＝1～n；
电力值取得步骤，取得各控制回路Ri的消耗电力值CTi；
最大输出时电力值取得步骤，取得各控制回路Ri的最大输出时消耗电力值CTmi；
电力余量计算步骤，根据上述最大输出时消耗电力值CTmi和上述消耗电力值CTi，计算出各控制回路Ri的电力余量CTri；
最大总电力计算步骤，计算出作为各控制回路Ri的最大输出时消耗电力值CTmi的总和的最大总电力BX；
电力余量总量计算步骤，计算出作为各控制回路Ri的电力余量CTri的总和的电力余量总量RW；
电力减少总量计算步骤，根据上述最大总电力BX和上述分配总电力PW，计算出作为应该减少的总电力量的电力减少总量SW；
电力减少分配量计算步骤，根据上述电力余量CTri、上述电力余量总量RW和上述电力减少总量SW，计算出作为在各控制回路Ri中应该减少的电力量的电力减少分配量CTsi；
输出上限值计算步骤，根据上述电力减少分配量CTsi和上述最大输出时消耗电力值CTmi，计算出各控制回路Ri的操作量输出上限值OHi；和
控制步骤，将设定值SPi和控制量PVi作为输入并通过控制运算来计算出操作量MVi，执行将操作量MVi限制在上述操作量输出上限值OHi以下的上限处理，并将进行了上限处理后的操作量MVi输出至对应的控制回路Ri的控制致动器。
8.一种电力总和抑制控制方法，其特征在于，包括：
分配总电力输入步骤，接收对多个控制回路Ri的控制致动器的电力消耗量进行规定的分配总电力PW的信息，其中，i＝1～n；
电力值取得步骤，取得各控制回路Ri的消耗电力值CTi；
最大输出时电力值取得步骤，取得各控制回路Ri的最大输出时消耗电力值CTmi；
电力使用总量计算步骤，计算出作为各控制回路Ri的消耗电力值CTi的总和的电力使用总量QW；
电力使用分配量计算步骤，根据上述分配总电力PW、上述消耗电力值CTi和上述电力使用总量QW，计算出分配给各控制回路Ri的电力使用分配量CTqi；
输出上限值计算步骤，根据上述最大输出时消耗电力值CTmi和上述电力使用分配量CTqi，计算出各控制回路Ri的操作量输出上限值OHi；和
控制步骤，将设定值SPi和控制量PVi作为输入并通过控制运算来计算出操作量MVi，执行将操作量MVi限制在上述操作量输出上限值OHi以下的上限处理，并将进行了上限处理后的操作量MVi输出至对应的控制回路Ri的控制致动器。
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