CN104281178A - 调节计和数据收集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种调节计和数据收集方法，其能够确保在控制量的每次上下变动中将收集的数据区分为各个数据组时的规律性。调节计包括：对成为数据收集开始的触发的设定值SP变更方向进行存储的触发登记部(20)；存储限制时间的限制时间登记部(21)；计测数据收集开始后的持续时间的持续时间测定部(25)；记录设定值SP、控制量PV和操作量MV的数据记录部(24)；在数据收集停止时，设定值SP的变更方向与成为数据收集开始的触发的变更方向为相同方向的情况下，开始数据收集的数据收集启动部(22)；在进行数据收集时，在设定值SP的变更方向与作为数据收集开始的触发的变更方向为相反方向的情况下，或者在数据收集开始后的持续时间达到了存储于限制时间登记部(21)的限制时间的情况下，结束数据收集的数据收集停止部(23)。
Description
技术领域
本发明涉及温调计等调节计，尤其涉及具备数据收集功能的调节计。
背景技术
为了对加热处理炉等的温度进行控制，利用安装了PID控制功能的温调计。温调计需要对PID参数等多个参数进行设定。温调计采用PID参数进行PID运算，输出操作量MV使得温度计测值PV与被设定为目标温度的设定值SP一致。由此，能够使温度计测值PV(控制量PV)接近目标温度(设定值SP)。因此，PID参数等的设定是必要且重要的。
控制结果信息(设定值到达时间、超调量等控制响应中的特征量的数据)在控制的故障状态的把握、PID参数等的调整时，作为对于实际控制对象的控制结果成为有效的信息。因此，一边实施升温或降温等的一系列的控制动作，一边实施在温调计内部计算出控制响应的特征量，并保存在温调计内部的功能(参照专利文献1)。另一方面，应用像数据记录器这样收集全部测定数据并记录的设备(参照专利文献2)。根据这些专利文献1、专利文献2公开的数据收集功能，能够对PID控制的控制响应的特征量或者全部的时序数据进行收集，作为监视对象、分析对象进行处理。
然而，在温度控制中，有能够在1秒钟高速升温100℃以上的卤素灯等的加热器。该卤素灯在例如半导体制造过程的前工序的枚叶式退火炉等，作为高速升温加热器被利用(参照专利文献3)。
在这样的高速升温加热器中，有必要对操作量MV、温度计测值PV、向加热器通电的电流值等的各自的变化进行时刻同步确认。尤其重要的是，在反复高速地升降温的情况下，在每次升降温动作中，将应该收集的数据区分为各个数据组时的规律性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1日本特开2009-217439号公报
专利文献2日本特开2008-286603号公报
专利文献3日本特开2005-260262号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
通过专利文献2公开的数据记录器进行的测定数据收集中，针对每个个别设备并列地收集数据，因此，如果持续升降温动作的反复并进行数据收集的话是能够实现的。但是，在每次升降温动作时，将应该收集的数据区分为各个数据组的情况下，由于难以时刻同步，从而导致难以实现。
另外，在专利文献1公开的技术中，限定于能够保存的信息，因此，其作为数据收集功能并不充分。另外，针对反复高速地升降温，由于需要应对升降温的反复循环的变动，因此存在实用性的问题。
本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种调节计和数据收集方法，其在反复控制量的上下变动的情况下，能够确保在控制量的每次上下变动时将应该收集的数据区分为各个数据组时的规律性。
另外，本发明的目的在于，提供一种调节计和数据收集方法，其能够应对控制量的上下变动的反复周期的变动。
解决问题的技术手段
本发明的调节计具有：操作量算出单元，其基于设定值SP和控制量PV，在每个控制周期计算并输出操作量MV；触发登记单元，其预先存储成为数据收集开始的触发的设定值SP的变更方向；限制时间登记单元，其预先存储数据收集结束的限制时间；持续时间测定单元，其计测数据收集开始后的持续时间；数据记录单元，其在每个控制周期将设定值SP、控制量PV和操作量MV中的至少一个作为应该收集的数据进行记录；数据收集启动单元，其在该数据记录单元进行的数据收集停止时，检测设定值SP的变更，在该设定值SP的变更方向与存储于所述触发登记单元的设定值SP的变更方向为相同方向的情况下，启动所述数据记录单元并开始数据收集；和数据收集停止单元，在所述数据记录单元进行数据收集时，检测设定值SP的变更，在该设定值SP的变更方向与存储于所述触发登记单元的设定值SP的变更方向为相反方向的情况下，或者在所述数据收集开始后的持续时间达到了存储于所述限制时间登记单元的数据收集结束的限制时间的情况下，停止所述数据记录单元并结束数据收集。
本发明的调节计的一个构成例中，除了设定值SP、控制量PV和操作量MV中的至少一个之外，所述数据记录单元还在每个控制周期将电流值CT作为应该收集的数据进行记录。
本发明的调节计的一个构成例中，还包括限制时间更新单元，其基于数据收集开始后的持续时间的实际情况，更新所述限制时间
本发明的调节计的一个构成例中，在根据温度设定值SP的变更结束了数据收集时，在从数据收集开始时到数据收集结束时的持续时间的A倍的值大于存储于所述限制时间登记单元的限制时间的情况下，所述限制时间更新单元将从数据收集开始时到数据收集结束时的持续时间的A倍的值作为新的限制时间，对存储于所述限制时间登记单元的限制时间的值进行更新，这里A＞1。
本发明的数据收集方法具有：操作量算出步骤，其基于设定值SP和控制量PV，在每个控制周期计算并输出操作量MV；数据收集启动步骤，其在数据记录单元进行的数据收集停止时检测到设定值SP的变更时，参照预先存储成为数据收集开始的触发的设定值SP的变更方向的触发登记单元，在所述设定值SP的变更方向与存储于所述触发登记单元的设定值SP的变更方向为相同方向的情况下，启动所述数据记录单元并开始数据收集；数据记录步骤，其通过所述数据记录单元，在每个控制周期将设定值SP、控制量PV和操作量MV中的至少一个作为应该收集的数据进行记录；持续时间测定步骤，其计测数据收集开始后的持续时间；和数据收集停止步骤，其在所述数据记录单元进行数据收集时，检测设定值SP的变更，在该设定值SP的变更方向与存储于所述触发登记单元的设定值SP的变更方向为相反方向的情况下，或者在所述数据收集开始后的持续时间达到了存储于限制时间登记单元的数据收集结束的限制时间的情况下，停止所述数据记录单元并结束数据收集。
发明的效果
根据本发明，在反复控制量PV的上下变动的情况下，能够确保在控制量PV的每次上下变动时将应该收集的数据区分为各个数据组时的规律性。本发明中，即使在比数据收集结束的限制时间短的时间，发生控制量PV的上下变动的循环的情况下，也可以根据设定值SP的变更来结束数据收集，因此，无损数据组的区分。另外，在本发明中，不仅根据设定值SP的变更来结束数据收集，也根据数据收集开始后的持续时间来结束数据收集，因此，即使是没有发生设定值SP的变更的状态一直持续的情况，也能够大致适当地结束数据收集。另外，在本发明中，能够将数据收集的结束判断功能作为简单的判断功能，能够实现低成本地安装。
本发明中，通过设置基于数据收集开始后的持续时间的实际情况来更新限制时间的限制时间更新单元，即使是不能够明确掌握控制量PV的上下变动的反复循环的变动的情况下，也能够适当地运用。
附图说明
图1是示出本发明的第一实施方式涉及的调节计的构成的框图。
图2是示出本发明的第一实施方式涉及的调节计的动作的流程图。
图3是对本发明的第一实施方式涉及的调节计的动作进行说明的图。
图4是示出本发明的第二实施方式涉及的调节计的构成的框图。
图5是示出本发明的第二实施方式涉及的调节计的动作的流程图。
具体实施方式
[发明的原理]
本发明中，作为收集的数据的实例，列举有设定值SP、控制量PV、操作量MV、在加热器流动的电流值CT。基于设定于调节计(例如温调计)的设定值SP、从与调节计连接的计测仪器(传感器)输入的控制量PV，在调节计内部计算出操作量MV。电流值CT是以加热器断线检测为目的而被输入到调节计的。即、设定值SP、控制量PV、操作量MV、电流值CT全部集中于调节计，调节计作为硬件被有效利用。
控制量PV、操作量MV的变化是由设定值SP的变化来触发的。因此，升温控制的话，以在数据收集停止过程中设定值SP向升温方向被设定变更时为触发，开始数据收集即可。降温控制的话，以在数据收集停止过程中设定值SP向降温方向被设定变更时为触发，开始数据收集即可。设定值SP的变更即使是斜坡状的变更，与上述触发同方向的设定变更也会继续。因此，只要是与成为数据收集开始的触发的设定值SP变更为同方向的设定值SP变更，则继续数据收集即可。在升降温反复的情况下，具有降温方向、即与成为数据收集开始的触发的升温方向的设定值SP变更为反方向的设定值SP变更，则停止数据收集即可。
这样一来，从数据收集开始时刻到控制量PV、操作量MV实际开始变化所要的时间作为规律性而被统一，并且能够可靠地将数据区分为与一次升降温动作对应的个别的数据组。而且，即使产生升降温的反复循环的变动也没有问题。只是，还必须要考虑到在数据收集中设定值SP维持在一定值的状态长时间持续的情况，因此，还必须根据数据收集限制时间并用数据收集的停止。
数据收集限制时间可以预先设定，但以升降温的反复循环变动为前提的情况下，优选基于在由于与数据收集开始时反方向的设定值SP变更而停止数据收集时所测定的、从数据收集开始时到数据收集结束时为止的持续时间的实际情况，自动决定限制时间。例如将从数据收集开始时到数据收集结束时为止的持续时间的1.5～2倍程度的值作为新的限制时间即可。
[第一实施方式]
以下、参照附图，对本发明的实施方式进行说明。图1是示出本发明的第一实施方式涉及的调节计的构成的框图。调节计包括：一直以来设在调节计上的为一般构成的调节计控制功能部1、和为本实施方式的特征构成的数据收集功能部2。
调节计控制功能部1包括：从调节计外部输入设定值SP的设定值输入部10；从计测仪器输入控制量PV的控制量输入部11；基于设定值SP和控制量PV计算出操作量MV的操作量算出部12；以及将操作量MV输出到调节计外部的操作量输出部13。
数据收集功能部2包括：预先存储成为数据收集开始的触发的设定值SP的变更方向的触发登记部20；预先存储数据收集结束的限制时间的限制时间登记部21；判断数据收集开始并启动数据收集的数据收集启动部22；判断数据收集结束并停止数据收集的数据收集停止部23；将设定值SP、控制量PV和操作量MV中的至少一个作为应该收集的数据在每个控制周期进行记录的数据记录部24；以及对数据收集开始后的持续时间进行计测的持续时间测定部25。
接着，参照图2对本实施方式的调节计的动作进行说明。设定值SP由操作者等设定，通过设定值输入部10被输入到操作量算出部12(图2步骤S100)。
控制量PV通过未图示的计测仪器被计测，通过控制量输入部11被输入到操作量算出部12(图2步骤S101)。
操作量算出部12按照公知的控制运算法则，计算出操作量MV，使得设定值SP和控制量PV一致(图2步骤S102)。作为控制运算法则，例如有PID。
操作量输出部13将通过操作量算出部12计算出的操作量MV输出给控制对象(图2步骤S103)。控制对象是例如加热处理炉的情况下，向加热处理炉的加热器供给电力的电力调整器成为操作量MV的实际输出对象。
接着，数据收集启动部22在数据记录部24的数据收集停止时(图2步骤S104中的是)，对从设定值输入部10输入的设定值SP的变更进行检测(图2步骤S105中的是)，在该设定值SP的变更方向与触发登记部20预先登记的设定值SP的变更方向是同方向的情况下(图2步骤S106中的是)，启动数据记录部24，开始数据收集(图2步骤S107)。数据收集启动部22在从设定值输入部10输入的设定值SP与此前的控制周期的设定值SP不同时，判断设定值SP发生了变更。
例如想要对升温控制中的数据进行收集、记录的话，在触发登记部20中登记“上升方向”作为成为数据收集开始的触发的设定值SP变更方向即可。由此，向设定值SP上升的方向变更时，开始数据收集。另外，想要对降温控制中的数据进行收集、记录的话，在触发登记部20中登记“下降方向”作为成为数据收集开始的触发的设定值SP变更方向即可。
接着，启动了的数据记录部24，对从设定值输入部10输入的设定值SP、从控制量输入部11输入的控制量PV、和通过操作量算出部12计算出的操作量MV进行记录(图2步骤S108)。
持续时间测定部25计测数据收集开始后的持续时间(图2步骤S109)。
在数据记录部24进行数据收集时，数据收集停止部23对从设定值输入部10输入的设定值SP的变更进行检测(图2步骤S110中的是)，在该设定值SP的变更方向是与预先登记在触发登记部20的设定值SP的变更方向相反的方向的情况下(图2步骤S111中的是)、或者在数据收集开始后的持续时间达到了在限制时间登记部21登记的数据收集结束的限制时间的情况下(图2步骤S112中的是)，数据收集停止部23使数据记录部24停止，结束数据收集(图2步骤S113)。
在每个控制周期反复执行以上的步骤S100～S113的处理，直到根据例如来自操作者的指令使控制结束(图2步骤S114中的是)。
图3(A)、图3(B)是对本实施方式的调节计的动作进行说明的图，图3(A)示出通过设定值SP的变更来结束数据收集的情况、图3(B)示出通过限制时间来结束数据收集的情况。图3(A)、图3(B)的横轴是时间、纵轴是控制量PV。这里，假设设定值SP是温度设定值、控制量PV是温度计测值，对例如收集加热处理炉的升温控制中的数据的情况进行说明。
在图3(A)的实例中，在设定值SP从150℃变更到300℃的时刻开始数据收集，在设定值SP从300℃变更到150℃的时刻结束数据收集。以后，在每次进行同样的升降温动作时进行数据收集。
在图3(B)的实例中，在与图3(A)同样地开始数据收集之后，在设定值SP从300℃变更到150℃之前，由于数据收集开始后的持续时间达到了数据收集结束的限制时间，因此结束数据收集。
这样一来，本实施方式中，在控制量PV反复上下变动的情况下，能够确保在控制量PV每次上下变动时将应该收集的数据区分为个别的数据组时的规律性。关于规律性，具体而言，数据组的最前头是设定值SP的变更时刻。操作量MV、控制量PV的变化作为控制动作开始的时刻规律准确。
本实施方式中，在比数据收集结束的限制时间短的时间，发生控制量PV的上下变动的循环的情况下，也是根据设定值SP的变更来结束数据收集，因此，无损数据组的区分。另外，将限制时间以外的数据收集的结束条件设定成设定值SP的变更方向与在触发登记部20登记的设定值SP的变更方向为反方向这一条件，因此，能够使数据收集的结束判断功能是简单的判断功能，能够实现低成本的安装。
另外，本实施方式中，不仅根据设定值SP的变更结束数据收集，还根据数据收集开始后的持续时间结束数据收集，因此，即使由于某种故障等的理由设定值SP不发生变更的状态持续的情况下，也能够大致准确地结束数据收集。即、无损数据组的区分。
另外，本实施方式中，收集了设定值SP、控制量PV、操作量MV这三个参数，但并不限定于此，也可以收集三者之一。
[第二实施方式]
接着，对本发明的第二实施方式进行说明。图4是示出本发明的第二实施方式涉及的调节计的构成的框图，与图1相同的构成都赋予同一的符号。本实施方式的调节计包括：调节计控制功能部1a和数据收集功能部2a。
调节计控制功能部1a包括：设定值输入部10、控制量输入部11、操作量算出部12、操作量输出部13、对在卤素灯(高速升温加热器)中流动的电流值CT进行输入的电流值输入部14。
数据收集功能部2a包括：触发登记部20；限制时间登记部21；数据收集启动部22；数据收集停止部23；除了设定值SP、控制量PV和操作量MV中的至少一个之外，将电流值CT作为应该收集的数据在每个控制周期进行记录的数据记录部24a；持续时间测定部25；基于数据收集开始后的持续时间的实际情况，更新数据收集结束的限制时间的限制时间更新部26。
接着，参照图5对本实施方式的调节计的动作进行说明。图5的步骤S200～S203的处理中，分别与图2的步骤S100～S103相同，因此省略其说明。本实施方式中，将具备卤素灯(高速升温加热器)的加热处理炉作为控制对象，向卤素灯供给电力的电力调整器成为操作量MV的实际输出对象。这种情况下，设定值SP是温度设定值，控制量PV是通过加热处理炉的计测仪器(传感器)计测的温度计测值。
电流值输入部14从对在卤素灯(高速升温加热器)中流过的电流值CT进行计测的电流值计测单元(未图示)取得电流值CT(图5步骤S204)。
在数据记录部24a进行的数据收集停止时(图5步骤S205中的是)，数据收集启动部22对从设定值输入部10输入的设定值SP的变更进行检测(图5步骤S206中的是)，在该设定值SP的变更方向与在触发登记部20预先登记的设定值SP的变更方向为相同方向的情况下(图5步骤S207中的是)，启动数据记录部24a开始数据收集(图5步骤S208)。
本实施方式中，由于对加热处理炉的升温控制中的数据进行收集、记录，因此在触发登记部20中预先登记“上升方向”(升温方向)作为成为数据收集开始的触发的设定值SP变更方向。因此，向设定值SP上升的方向变更时，开始数据收集。
接着，启动了的数据记录部24a对从设定值输入部10输入的设定值SP(温度设定值)、从控制量输入部11输入的控制量PV(温度计测值)、通过操作量算出部12计算出的操作量MV(加热器操作量)、从电流值输入部14输入的电流值CT进行记录(图5步骤S209)。
持续时间测定部25对数据收集开始后的持续时间进行计测(图5步骤S210)。
在由数据记录部24a进行数据收集时，数据收集停止部23对从设定值输入部10输入的设定值SP的变更进行检测(图5步骤S211中的是)，在该设定值SP的变更方向是与在触发登记部20预先登记的设定值SP的变更方向相反的方向的情况下(图5步骤S212中的是)，或者在数据收集开始后的持续时间达到了在限制时间登记部21登记的数据收集结束的限制时间的情况下(图5步骤S213中的是)，数据收集停止部23使数据记录部24a停止，结束数据收集(图5步骤S214)。本实施方式的实例中，在向设定值SP下降的方向变更时，结束数据收集。
限制时间更新部26在根据温度设定值SP的变更结束了数据收集时，在从数据收集开始时到数据收集结束时的持续时间的A倍(A＞1、例如A＝1.5～2.0)的值大于在限制时间登记部21登记的限制时间的情况下，将从数据收集开始时到数据收集结束时的持续时间的A倍的值作为新的限制时间，对登记到限制时间登记部21的限制时间进行更新(图5步骤S215)。
在每个控制周期反复执行以上的步骤S200～S215的处理，直到根据例如来自操作者的指令使控制结束为止(图5步骤S216中的是)。
这样，本实施方式中，参照基于温度设定值SP的变更方向的实际的数据收集时间来自动决定数据收集结束的限制时间，因此，即使是控制量PV的上下变动的反复循环变动无法事先明确把握的情况下，也能够适当的运用。
电流值CT是进行尤其难以取得时刻同步的高速变化的状态量，但作为数据品质来说，与控制动作(温度计测值PV、加热器操作量MV)的时刻同步最为重要，因此优选成为与调节计功能一体化的数据收集。
又，在第一、第二实施方式说明的调节计通过具备CPU、存储装置和接口的计算机、以及控制这些硬件资源的程序实现。CPU按照存储于存储装置的程序，执行在第一、第二实施方式中说明的处理。
工业应用性
本发明能够适用于具备数据收集功能的温调计等的调节计。
符号说明
1，1a…调节计控制功能部、2，2a…数据收集功能部、10…设定值输入部、11…控制量输入部、12…操作量算出部、13…操作量输出部、14…电流值输入部、20…触发登记部、21…限制时间登记部、22…数据收集启动部、23…数据收集停止部、24、24a…数据记录部、25…持续时间测定部、26…限制时间更新部。
Claims (8)
1.一种调节计，其特征在于，具有：
操作量算出单元，其基于设定值SP和控制量PV，在每个控制周期计算并输出操作量MV；
触发登记单元，其预先存储成为数据收集开始的触发的设定值SP的变更方向；
限制时间登记单元，其预先存储数据收集结束的限制时间；
持续时间测定单元，其计测数据收集开始后的持续时间；
数据记录单元，其在每个控制周期将设定值SP、控制量PV和操作量MV中的至少一个作为应该收集的数据进行记录；
数据收集启动单元，其在该数据记录单元进行的数据收集停止时，检测设定值SP的变更，在该设定值SP的变更方向与存储于所述触发登记单元的设定值SP的变更方向为相同方向的情况下，启动所述数据记录单元并开始数据收集；和
数据收集停止单元，在所述数据记录单元进行数据收集时，检测设定值SP的变更，在该设定值SP的变更方向与存储于所述触发登记单元的设定值SP的变更方向为相反方向的情况下，或者在所述数据收集开始后的持续时间达到了存储于所述限制时间登记单元的数据收集结束的限制时间的情况下，停止所述数据记录单元并结束数据收集。
2.如权利要求1所述的调节计，其特征在于，
除了设定值SP、控制量PV和操作量MV中的至少一个之外，所述数据记录单元还在每个控制周期将电流值CT作为应该收集的数据进行记录。
3.如权利要求1或2所述的调节计，其特征在于，
还包括限制时间更新单元，其基于数据收集开始后的持续时间的实际情况，更新所述限制时间。
4.如权利要求3所述的调节计，其特征在于，
在根据温度设定值SP的变更结束了数据收集时，在从数据收集开始时到数据收集结束时的持续时间的A倍的值大于存储于所述限制时间登记单元的限制时间的情况下，所述限制时间更新单元将从数据收集开始时到数据收集结束时的持续时间的A倍的值作为新的限制时间，对存储于所述限制时间登记单元的限制时间的值进行更新，这里A＞1。
5.一种数据收集方法，其特征在于，具有：
操作量算出步骤，其基于设定值SP和控制量PV，在每个控制周期计算并输出操作量MV；
数据收集启动步骤，其在数据记录单元进行的数据收集停止时检测到设定值SP的变更时，参照预先存储成为数据收集开始的触发的设定值SP的变更方向的触发登记单元，在所述设定值SP的变更方向与存储于所述触发登记单元的设定值SP的变更方向为相同方向的情况下，启动所述数据记录单元并开始数据收集；
数据记录步骤，其通过所述数据记录单元，在每个控制周期将设定值SP、控制量PV和操作量MV中的至少一个作为应该收集的数据进行记录；
持续时间测定步骤，其计测数据收集开始后的持续时间；和
数据收集停止步骤，其在所述数据记录单元进行数据收集时，检测设定值SP的变更，在该设定值SP的变更方向与存储于所述触发登记单元的设定值SP的变更方向为相反方向的情况下，或者在所述数据收集开始后的持续时间达到了存储于限制时间登记单元的数据收集结束的限制时间的情况下，停止所述数据记录单元并结束数据收集。
6.如权利要求5所述的数据收集方法，其特征在于，
除了设定值SP、控制量PV和操作量MV中的至少一个之外，所述数据记录步骤还在每个控制周期将电流值CT作为应该收集的数据进行记录。
7.如权利要求5或6所述的数据收集方法，其特征在于，
还包括限制时间更新步骤，其基于数据收集开始后的持续时间的实际情况，更新所述限制时间。
8.如权利要求7所述的数据收集方法，其特征在于，
所述限制时间更新步骤为，在根据温度设定值SP的变更结束了数据收集时，在从数据收集开始时到数据收集结束时的持续时间的A倍的值大于存储于所述限制时间登记单元的限制时间的情况下，将从数据收集开始时到数据收集结束时的持续时间的A倍的值作为新的限制时间，对存储于所述限制时间登记单元的限制时间的值进行更新，这里A＞1。
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