JP2013167919A - 消費電力量抑制装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電力管理システムから扱いやすい消費電力量方法を提供する。
【解決手段】消費電力量抑制装置は、ｎ個の制御系に対して使用電力の削減を指示する使用電力削減指示信号を受信する使用電力削減指示入力部１０と、使用電力削減指示信号に応じて、ｎ個の制御系のＰＩＤ制御演算で使用される操作量上限値ＯＨｉ（ｉ＝１〜ｎ）を、特定の削減量だけ同時に下降させる操作量上限値下降処理部１１と、ｎ個の制御系に対して使用電力削減の緩和を指示する使用電力削減緩和指示信号を受信する使用電力削減緩和指示入力部１２と、使用電力削減緩和指示信号に応じて、ｎ個の制御系のＰＩＤ制御演算で使用される操作量上限値ＯＨｉを、特定の増加量だけ同時に上昇させる操作量上限値上昇処理部１３と、制御系毎に設けられたＰＩＤ制御部１６−ｉとから構成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、マルチループ制御系において消費電力を抑制する消費電力量抑制装置および方法に関するものである。

地球温暖化問題に起因する法改正などに伴い、工場や生産ラインのエネルギー使用量管理が強く求められている。工場内の加熱装置や空調機器は特にエネルギー使用量の大きな設備装置であるため、エネルギー使用量の上限を、本来備える最大量よりも低く抑えるように管理されることが多い。例えば電力を使用する設備装置では、電力デマンド管理システムからの指示により、特定の電力使用量以内に制限する運用が行なわれている。
特に複数の電気ヒータを備える加熱装置では、立ち上げ時（複数の電気ヒータが設置されている領域の一斉昇温時）に同時供給される総電力を抑制するために、以下のような手法が提案されている。

特許文献１に開示されたリフロー装置では、立ち上げ時の消費電流を低減するために、ヒータの近傍が熱的に飽和してから次のヒータを立ち上げるようにして、立ち上げ時間帯をずらすようにしていた。
特許文献２に開示された半導体ウエハの処理装置では、装置立ち上げ時に一時に大電力が消費されないように、各ヒータに対して時間的にずらしながら電力を供給するようにしていた。

特許文献３に開示された基板処理装置では、電力供給部から同時に供給される最大電力を小さくするために、所定の立ち上げ順序に従って、各熱処理部を１台ずつ順次立ち上げていくようにしていた。
特許文献４に開示された加熱装置では、装置立ち上げ時の過度の消費電流による電力障害を防止するために、まずコンベアより下方に位置するヒータに対し必要とする電力を供給し、かつコンベアより上方に位置するヒータへ供給される電力を制限して、合計消費電力を一定値以下に制御し、炉体内の温度の上昇に伴って温度を切換パラメータとして、コンベアより下方に位置するヒータへの供給電力を減少させるように制御していた。

特許第２８８５０４７号公報 特開平１１−１２６７４３号公報 特開平１１−２０４４１２号公報 特許第４４２６１５５号公報

特許文献１〜特許文献４に開示された技術では、消費電力の総量（消費電力量）を抑制するために選ばれるべき加熱対象を判断する際に、何らかの判断方法か何らかの順序規定を設けなければならない。したがって、加熱対象が多く存在する場合に制御特性への影響などを考慮すると複雑なアルゴリズムが必要になる。そして、総電力に寄与する加熱対象の数が増えたり減ったりすると、この複雑な判断方法か順序規定を更新する必要性が生じる。その場合、現場のオペレータが対応するのは、困難であることも考えられる。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、複数の制御系において制御対象の数が増えたり減ったりした場合であっても、上位の電力管理システムが複雑な更新手順を実施する必要がなく、電力管理システムから扱いやすい消費電力量抑制装置および方法を提供することを目的とする。

本発明は、ＰＩＤ制御演算により算出した操作量ＭＶｉ（ｉ＝１〜ｎ）を操作量上限値ＯＨｉ以下に制限する上限処理を実行して上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御アクチュエータに出力するＰＩＤ制御部をそれぞれ備えたｎ個の制御系において、このｎ個の制御系の制御アクチュエータの使用電力を抑制する消費電力量抑制装置であって、前記ｎ個の制御系に対して使用電力の削減を指示する使用電力削減指示信号を受信する使用電力削減指示入力部と、前記使用電力削減指示信号に応じて、前記ｎ個の制御系のＰＩＤ制御演算で使用される操作量上限値ＯＨｉを、特定の削減量だけ同時に下降させる操作量上限値下降処理部と、前記ｎ個の制御系に対して使用電力削減の緩和を指示する使用電力削減緩和指示信号を受信する使用電力削減緩和指示入力部と、前記使用電力削減緩和指示信号に応じて、前記ｎ個の制御系のＰＩＤ制御演算で使用される操作量上限値ＯＨｉを、特定の増加量だけ同時に上昇させる操作量上限値上昇処理部とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明の消費電力量抑制装置の１構成例は、さらに、前記操作量上限値下降処理部の処理により、前記操作量上限値ＯＨｉが予め規定された限界値を下回る場合に、前記限界値を下回らないように前記操作量上限値ＯＨｉを修正する上限値下降下限処理部と、この上限値下降下限処理部によって前記操作量上限値ＯＨｉが修正された際に、アラーム信号を出力する下限アラーム出力部とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の消費電力量抑制装置の１構成例は、さらに、前記ｎ個の制御系の制御アクチュエータの使用電力量を規定する目標電力ＸＰの情報を受信する目標電力入力部と、前記ｎ個の制御系の制御アクチュエータの使用電力の合計である瞬時総電力ＭＰを計測する電力計測部と、前記瞬時総電力ＭＰが前記目標電力ＸＰより大きい場合、前記使用電力削減指示信号を前記使用電力削減指示入力部に送信し、前記瞬時総電力ＭＰが前記目標電力ＸＰより小さい場合、前記使用電力削減緩和指示信号を前記使用電力削減緩和指示入力部に送信する電力削減判断部とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明は、ＰＩＤ制御演算により算出した操作量ＭＶｉ（ｉ＝１〜ｎ）を操作量上限値ＯＨｉ以下に制限する上限処理を実行して上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御アクチュエータに出力するＰＩＤ制御部をそれぞれ備えたｎ個の制御系において、このｎ個の制御系の制御アクチュエータの使用電力を抑制する消費電力量抑制方法であって、前記ｎ個の制御系に対して使用電力の削減を指示する使用電力削減指示信号を受信する使用電力削減指示入力ステップと、前記使用電力削減指示信号に応じて、前記ｎ個の制御系のＰＩＤ制御演算で使用される操作量上限値ＯＨｉを、特定の削減量だけ同時に下降させる操作量上限値下降処理ステップと、前記ｎ個の制御系に対して使用電力削減の緩和を指示する使用電力削減緩和指示信号を受信する使用電力削減緩和指示入力ステップと、前記使用電力削減緩和指示信号に応じて、前記ｎ個の制御系のＰＩＤ制御演算で使用される操作量上限値ＯＨｉを、特定の増加量だけ同時に上昇させる操作量上限値上昇処理ステップとを備えることを特徴とするものである。

本発明によれば、ｎ個の複数の制御系において制御対象の数（加熱制御の場合は制御系自体の数や電気ヒータの数）が増えたり減ったりした場合であっても、上位の電力管理システムが複雑な更新手順を実施する必要がなく、電力管理システムから扱いやすい消費電力量抑制方法を実現することができる。

また、本発明では、上限値下降下限処理部によって操作量上限値ＯＨｉが修正された際に、アラーム信号を出力するので、電力デマンド管理担当者は、ｎ個の制御系以外の電力消費を抑制する必要性を認識することができる。

また、本発明では、目標電力入力部と電力計測部と電力削減判断部とを設けることにより、電力デマンド管理担当者の指示に応じて電力管理システムが使用電力削減指示信号および使用電力削減緩和指示信号を送信する動作を自動化することができる。

昇温時の操作量変化を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る加熱装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る消費電力量抑制装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態に係る制御系のブロック線図である。 本発明の第１の実施の形態に係る消費電力量抑制装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態の適用例を説明する図である。 本発明の第２の実施の形態に係る消費電力量抑制装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態に係る消費電力量抑制装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態に係る消費電力量抑制装置の動作を示すフローチャートである。

［発明の原理］
まず「上位の電力管理」は、瞬間的な電力ではなく、一定の時間幅内での消費電力量を扱う。このような電力管理は電力デマンド対応と言うべきものであり、時間幅としては３０分間が目安とされている。
ＰＩＤ制御されている電気ヒータ系の加熱装置では、図１（Ａ）に示すように、昇温時（正確な温度変化が必要ではない非生産状態）に操作量ＭＶが概ね最大の状態（操作量ＭＶが操作量上限値ＯＨに到達する状態）になり電力を大量に消費するが、昇温完了して生産プロセスに入っている状態（正確な温度維持が必要な生産状態）では、実質的に保温の電力が消費される程度になり、すなわち操作量ＭＶは最大の状態からはかなり低くなっている。

発明者は、上記の着眼点に基づき、消費電力量を計測して消費電力量を抑える必要性が確認できた後に、操作量上限値ＯＨを全体的に徐々に下げていくという方法に想到した。上記のとおり、昇温時に操作量ＭＶが操作量上限値ＯＨに到達するので、発明者が想到した方法によれば、電力抑制に関わる制御系として昇温途中の制御系が自動的に選ばれることになる。昇温途中の制御系は正確な温度変化が最優先ではない制御系であるので、図１（Ｂ）に示すように操作量上限値ＯＨを下げたとしても、被加熱物の品質に影響が出ることはなく、結果的に上位の電力管理システムからすれば単純で扱いやすい方法になる。すなわち、加熱対象の数が増えたり減ったりすることとは無関係に実施できる。
なお、昇温途中の制御系にとっては、操作量上限値ＯＨが操作されることはＰＩＤループの周波数特性が変化するものではないので、制御の不安定化などの悪影響も現れない。

［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２は本発明の第１の実施の形態に係る加熱装置の構成を示すブロック図である。加熱装置は、被加熱物を加熱するための加熱処理炉１と、加熱処理炉１の内部に設置された複数の制御アクチュエータであるヒータＨ１〜Ｈ４と、それぞれヒータＨ１〜Ｈ４によって加熱される加熱処理炉１内の制御ゾーンＺ１〜Ｚ４の温度ＰＶを測定する複数の温度センサＳ１〜Ｓ４と、ヒータＨ１〜Ｈ４に出力する操作量ＭＶ１〜ＭＶ４を算出する消費電力量抑制装置２と、消費電力量抑制装置２から出力された操作量ＭＶ１〜ＭＶ４に応じた電力をそれぞれヒータＨ１〜Ｈ４に供給する電力調整器３−１〜３−４とから構成される。この図２に示した加熱装置においては、消費電力量抑制装置２が制御ゾーンＺ１〜Ｚ４の温度ＰＶを制御する制御系が、４個形成されていることになる。

図３は本実施の形態の消費電力量抑制装置２の構成を示すブロック図である。消費電力量抑制装置２は、ｎ個（ｎは２以上の整数、図２の例ではｎ＝４）の制御系に対して使用電力の削減を指示する使用電力削減指示信号を受信する使用電力削減指示入力部１０と、使用電力削減指示信号に応じて、ｎ個の制御系のＰＩＤ制御演算で使用される操作量上限値ＯＨｉ（ｉ＝１〜ｎ）を、特定の削減量だけ同時に下降させる操作量上限値下降処理部１１と、ｎ個の制御系に対して使用電力削減の緩和を指示する使用電力削減緩和指示信号を受信する使用電力削減緩和指示入力部１２と、使用電力削減緩和指示信号に応じて、ｎ個の制御系のＰＩＤ制御演算で使用される操作量上限値ＯＨｉを、特定の増加量だけ同時に上昇させる操作量上限値上昇処理部１３と、操作量上限値下降処理部１１の処理により、操作量上限値ＯＨｉが予め規定された限界値を下回る場合に、限界値を下回らないように操作量上限値ＯＨｉを修正する上限値下降下限処理部１４と、上限値下降下限処理部１４によって操作量上限値ＯＨｉが修正された際に、アラーム信号を出力する下限アラーム出力部１５と、制御系毎に設けられたＰＩＤ制御部１６−ｉとから構成される。

ＰＩＤ制御部１６−ｉは、設定値ＳＰｉ入力部１７−ｉと、制御量ＰＶｉ入力部１８−ｉと、ＰＩＤ制御演算部１９−ｉと、出力上限処理部２０−ｉと、操作量ＭＶｉ出力部２１−ｉとから構成される。

図４は本実施の形態の制御系のブロック線図である。各制御ループＬｉは、ＰＩＤ制御部１６−ｉと、制御対象Ｐｉとから構成される。後述のように、ＰＩＤ制御部１６−ｉは、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉとから操作量ＭＶｉを算出して、この操作量ＭＶｉを制御対象Ｐｉに出力する。図２の例では、制御対象ＰｉはヒータＨｉが加熱する加熱処理炉１の制御ゾーンＺｉであるが、操作量ＭＶｉの実際の出力先は電力調整器３−ｉであり、操作量ＭＶｉに応じた電力が電力調整器３−ｉからヒータＨｉに供給される。
なお、図３の例では、消費電力量抑制装置２の内部にＰＩＤ制御部１６−ｉを設けているが、消費電力量抑制装置２の外部にＰＩＤ制御部１６−ｉを設けてもよい。

以下、本実施の形態の消費電力量抑制装置２の動作を説明する。図５は消費電力量抑制装置２の動作を示すフローチャートである。
使用電力削減指示入力部１０は、消費電力量管理の対象に含まれるｎ個の制御系に関して使用電力を低下させる必要性が生じている際に、電力を管理する電力管理システムのコンピュータである上位ＰＣ４から使用電力削減指示信号を受信する（図５ステップＳ１００においてＹＥＳ）。

操作量上限値下降処理部１１は、使用電力削減指示信号が入力されると、対象に含まれるｎ個の制御系のＰＩＤ制御部１６−１〜１６−ｎで使用される操作量上限値ＯＨ１〜ＯＨｎを、特定の削減量だけ同時に下降させる（ステップＳ１０１）。

一方、使用電力削減緩和指示入力部１２は、消費電力量管理の対象に含まれるｎ個の制御系に関して使用電力削減を緩和することが可能な際に、上位ＰＣ４から使用電力削減緩和指示信号を受信する（ステップＳ１０２においてＹＥＳ）。
操作量上限値上昇処理部１３は、使用電力削減緩和指示信号が入力されると、対象に含まれるｎ個の制御系のＰＩＤ制御部１６−１〜１６−ｎで使用される操作量上限値ＯＨ１〜ＯＨｎを、特定の増加量だけ同時に上昇させる（ステップＳ１０３）。

次に、上限値下降下限処理部１４は、操作量上限値下降処理部１１の作用により、操作量上限値ＯＨ１〜ＯＨｎが予め規定された限界値Ｌｘを下回る場合に（ステップＳ１０４においてＹＥＳ）、限界値Ｌｘを下回らないように操作量上限値ＯＨ１〜ＯＨｎを修正する（ステップＳ１０５）。すなわち、上限値下降下限処理部１４は、ＯＨｉ＝Ｌｘとする（ｉ＝１〜ｎ）。なお、限界値Ｌｘは、正確な温度維持が必要な生産状態（定常状態）で確保されるべき電力量や、あるいは最低限確保されるべき昇温能力の電力量に対応して規定される。

下限アラーム出力部１５は、上限値下降下限処理部１４によって、操作量上限値ＯＨ１〜ＯＨｎを下降させる処理が制限された際に、上位ＰＣ４に対してアラーム信号を出力する（ステップＳ１０６）。

次に、ＰＩＤ制御部１６−ｉは、制御ループＬｉの操作量ＭＶｉを以下のとおりに算出する。各制御ループＬｉの設定値ＳＰｉは、加熱装置のオペレータによって設定され、設定値ＳＰｉ入力部１７−ｉを介してＰＩＤ制御演算部１９−ｉに入力される（ステップＳ１０７）。
各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉ（温度計測値）は、温度センサＳｉによって測定され、制御量ＰＶｉ入力部１８−ｉを介してＰＩＤ制御演算部１９−ｉに入力される（ステップＳ１０８）。

ＰＩＤ制御演算部１９−ｉは、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉに基づいて、以下の伝達関数式のようなＰＩＤ制御演算を行って操作量ＭＶｉを算出する（ステップＳ１０９）。
ＭＶｉ＝（１００／ＰＢｉ）｛１＋（１／ＴＩｉｓ）＋ＴＤｉｓ｝（ＳＰｉ−ＰＶｉ）
・・・（１）
ＰＢｉは比例帯、ＴＩｉは積分時間、ＴＤｉは微分時間、ｓはラプラス演算子である。

出力上限処理部２０−ｉは、以下の式のような操作量ＭＶｉの上限処理を行う（ステップＳ１１０）。
ＩＦ ＭＶｉ＞ＯＨｉ ＴＨＥＮ ＭＶｉ＝ＯＨｉ ・・・（２）
すなわち、出力上限処理部２０−ｉは、操作量ＭＶｉが操作量上限値ＯＨｉより大きい場合、操作量ＭＶｉ＝ＯＨｉとする上限処理を行う。

操作量ＭＶｉ出力部２１−ｉは、出力上限処理部２０−ｉによって上限処理された操作量ＭＶｉを制御対象（実際の出力先は電力調整器３−ｉ）に出力する（ステップＳ１１１）。ＰＩＤ制御部１６−ｉは制御ループＬｉ毎に設けられているので、ステップＳ１０７〜Ｓ１１１の処理は制御ループＬｉ毎に実施されることになる。
消費電力量抑制装置２は、以上のようなステップＳ１００〜Ｓ１１１の処理を例えばオペレータの指示によって制御が終了するまで（ステップＳ１１２においてＹＥＳ）、制御周期毎に行う。

［使用電力削減の例］
以下、本実施の形態の理解を容易にするために、下記の簡単な仮想的な例で使用電力削減について説明する。ここでは、図６に示すように、１個の最大消費電力が１ｋＷのヒータＨ１〜Ｈ２０を利用した加熱制御系が、１台の製造装置（図２の加熱装置）に４ループ含まれており、この製造装置が５−Ａ，５−Ｂ，５−Ｃ，５−Ｄ，５−Ｅの計５台あるものとする。すなわち、合計で最大消費電力２０ｋＷになる２０ループの加熱制御系が、消費電力量管理の対象に含まれるものとする。なお、図６の例では、ｎ＝２０であり、製造装置５−Ａにおいては添え字ｉが１〜４、製造装置５−Ｂにおいては添え字ｉが５〜８、製造装置５−Ｃにおいては添え字ｉが９〜１２、製造装置５−Ｄにおいては添え字ｉが１３〜１６、製造装置５−Ｅにおいては添え字ｉが１７〜２０となっている。また、図６では、図２と異なり、ＰＩＤ制御部（温調計）１６−１〜１６−２０を消費電力量抑制装置２の外部に設けている。

各加熱制御系は、ＰＩＤ制御によりヒータ出力が調整されている。上記のとおり、ｉ番目のＰＩＤ制御部１６−ｉは、設定値ＳＰｉ（設定温度℃）と制御量ＰＶｉ（温度計測値℃）との偏差に基づき、ＰＩＤ演算によって操作量ＭＶｉ（ヒータ出力％）を算出し、さらに操作量上限値ＯＨｉ（％）によって操作量ＭＶｉを上限処理する。この上限処理された操作量ＭＶｉが、ヒータＨｉの電力調整器３−ｉに送られ、実際の消費電力ＰＷｉが確定する。

まず、製造装置５−Ａ〜５−Ｅが全て生産状態（定常状態）にあり、全ての設定値ＳＰ１〜ＳＰ２０が２００℃で、全ての制御量ＰＶ１〜ＰＶ２０もほぼ正確に２００℃に維持されているものとする。この状態では実質的に保温の電力が消費される程度になり、全ての操作量ＭＶ１〜ＭＶ２０（ヒータ出力）が２０％になっている。したがって、各ヒータＨ１〜Ｈ２０の消費電力は０．２ｋＷであり、合計で０．２×２０の４ｋＷになっている。ただし、この消費電力は、操作量ＭＶｉとヒータＨｉの消費電力とが単純に線形な関係にあるものと仮定した場合の数値である。また、全ての操作量上限値ＯＨ１〜ＯＨ２０が、全く下降指示を受けずに１００％に設定されている。

このとき、工場内の電力デマンド管理担当者（上位の電力管理システムのオペレータ）の判断により、製造装置５−Ａ〜５−Ｅで消費が許容される消費電力の合計（総電力）が、１０ｋＷと設定されているものとする。計測されている消費電力の合計が上記のように４ｋＷであれば、許容範囲内であるので、使用電力削減指示信号は送信されない。

ここで、製造装置５−Ａ〜５−Ｃで生産の処理対象が変更になり、製造装置５−Ａ〜５−ＣのＰＩＤ制御部１６−１〜１６−１２に入力される設定値ＳＰ１〜ＳＰ１２が２５０℃に設定変更されるものとする。製造装置５−Ａ〜５−Ｃの温度センサＳ１〜Ｓ１２によって計測される制御量ＰＶ１〜ＰＶ１２が２００℃で、２５０℃より十分低い状態なので、設定値ＳＰ１〜ＳＰ１２の変更に応じたＰＩＤ制御部１６−１〜１６−１２のＰＩＤ演算と上下限処理により操作量ＭＶ１〜ＭＶ１２が１００％に上昇する。

製造装置５−Ａ〜５−Ｃの各ヒータＨ１〜Ｈ１２の消費電力が１ｋＷになり、製造装置５−Ｄ，５−Ｅの各ヒータＨ１３〜Ｈ２０の消費電力が０．２ｋＷのままなので、合計では１３．６ｋＷになる。許容される消費電力の合計（総電力）が１０ｋＷなので、電力デマンド管理担当者の操作により、上位ＰＣ４から使用電力削減指示入力部１０に使用電力削減指示信号が入力される。

使用電力削減指示信号の入力に伴い、操作量上限値下降処理部１１は、各製造装置５−Ａ〜５−ＥのＰＩＤ制御部１６−１〜１６−２０の全ての操作量上限値ＯＨ１〜ＯＨ２０を特定の削減量（ここでは１％）だけ同時に下降させる。これにより、操作量上限値ＯＨ１〜ＯＨ２０は９９％になる。そして、製造装置５−Ａ〜５−ＣのＰＩＤ制御部１６−１〜１６−１２のＰＩＤ演算と上下限処理により操作量ＭＶ１〜ＭＶ１２が９９％になるが、このように操作量ＭＶ１〜ＭＶ１２が制限を受けるのは設定値ＳＰ１〜ＳＰ１２の変更に伴う昇温時であり製造装置５−Ａ〜５−Ｃが非生産状態のときなので、昇温完了後の生産に不具合が生じることはない。一方、製造装置５−Ｄ，５−ＥのＰＩＤ制御部１６−１３〜１６−２０では制御が定常状態にあり、操作量ＭＶ１３〜ＭＶ２０が操作量上限値ＯＨ１３〜ＯＨ２０＝９９％よりも低く、操作量上限値ＯＨ１３〜ＯＨ２０の影響を受けないので、やはり生産に不具合が生じることはない。

操作量上限値ＯＨ１〜ＯＨ２０を９９％に下降させたことにより、製造装置５−Ａ〜５−Ｃの各ヒータＨ１〜Ｈ１２の消費電力が０．９９ｋＷになり、製造装置５−Ｄ，５−Ｅの各ヒータＨ１３〜Ｈ２０の消費電力が０．２ｋＷのままなので、合計では１３．４８ｋＷに下がる。許容される消費電力の合計（総電力）が１０ｋＷなので、上位ＰＣ４から使用電力削減指示入力部１０に使用電力削減指示信号が継続して入力される。

使用電力削減指示信号の継続的な入力により、操作量上限値下降処理部１１は、全ての操作量上限値ＯＨ１〜ＯＨ２０を１％ずつ低くすることを繰り返し、例えば７０％まで下降させる。そして、製造装置５−Ａ〜５−ＣのＰＩＤ制御部１６−１〜１６−１２のＰＩＤ演算と上下限処理により操作量ＭＶ１〜ＭＶ１２が７０％になるが、このように操作量ＭＶ１〜ＭＶ１２が制限を受けるのは製造装置５−Ａ〜５−Ｃが非生産状態のときなので、昇温完了後の生産に不具合が生じることはない。一方、製造装置５−Ｄ，５−ＥのＰＩＤ制御部１６−１３〜１６−２０では操作量ＭＶ１３〜ＭＶ２０が操作量上限値ＯＨ１３〜ＯＨ２０＝７０％よりも低く、操作量上限値ＯＨ１３〜ＯＨ２０の影響を受けないので、やはり生産に不具合が生じることはない。

製造装置５−Ａ〜５−Ｃの各ヒータＨ１〜Ｈ１２の消費電力が０．７ｋＷになり、製造装置５−Ｄ，５−Ｅの各ヒータＨ１３〜Ｈ２０の消費電力が０．２ｋＷのままなので、合計では１０ｋＷに下がる。許容される消費電力の合計（総電力）が１０ｋＷなので、電力デマンド管理担当者の操作は停止し、使用電力削減指示信号の送信が停止される。

この使用電力削減の例では、結果的に、全ての操作量上限値ＯＨ１〜ＯＨ２０が７０％になるという単純な処理になるが、生産に不具合が生じることなく、電力デマンド対応ができることになる。すなわち、上位の電力管理システムからすれば単純で扱いやすい消費電力量抑制方法になり、また加熱対象の数が増えたり減ったりすることとは無関係に電力管理を実施することができる。

［使用電力削減緩和の例］
次に、図６に示した構成に関して、上記のように使用電力削減指示信号の送信が停止した時点以降の動作を説明し、使用電力削減緩和について説明する。
昇温速度はヒータ能力のみによって決まるものではなく、被加熱物の熱容量などによっても決まるものであるので、制御量ＰＶ１〜ＰＶ１２が設定値ＳＰ１〜ＳＰ１２＝２５０℃まで上昇するための所要時間は、通常は異なる。

そこで、製造装置５−Ａの制御量ＰＶ１〜ＰＶ４が、製造装置５−Ｂ，５−Ｃの制御量ＰＶ５〜ＰＶ１２よりも早く２５０℃付近まで上昇するものとする。この場合、制御量ＰＶ１〜ＰＶ４が２５０℃に近づくことに伴い、製造装置５−ＡのＰＩＤ制御部１６−１〜１６−４のＰＩＤ演算と上下限処理により操作量ＭＶ１〜ＭＶ４が７０％よりも小さい値（保温の電力が消費される程度）に低下する。例えば操作量ＭＶ１〜ＭＶ４が６０％まで低下したとすると、製造装置５−Ａの各ヒータＨ１〜Ｈ４の消費電力が０．６ｋＷになり、製造装置５−Ｂ，５−Ｃの各ヒータＨ５〜Ｈ１２の消費電力が０．７ｋＷのままであり、製造装置５−Ｄ，５−Ｅの各ヒータＨ１３〜Ｈ２０の消費電力が０．２ｋＷのままなので、合計では９．６ｋＷに下がる。許容される消費電力の合計（総電力）が１０ｋＷなので、電力デマンド管理担当者の操作により、上位ＰＣ４から使用電力削減緩和指示入力部１２に使用電力削減緩和指示信号が入力される。

使用電力削減緩和指示信号の入力に伴い、操作量上限値上昇処理部１３は、各製造装置５−Ａ〜５−ＥのＰＩＤ制御部１６−１〜１６−２０の全ての操作量上限値ＯＨ１〜ＯＨ２０を特定の増加量（ここでは１％）だけ同時に上昇させる。これにより、操作量上限値ＯＨ１〜ＯＨ２０は７１％になる。そして、製造装置５−Ｂ，５−ＣのＰＩＤ制御部１６−５〜１６−１２のＰＩＤ演算と上下限処理により操作量ＭＶ５〜ＭＶ１２が７１％になる。操作量ＭＶ１〜ＭＶ４，ＭＶ１３〜ＭＶ２０は、操作量上限値ＯＨ１〜ＯＨ２０＝７１％よりも低く、操作量上限値ＯＨ１〜ＯＨ２０の影響を受けることはない。

製造装置５−Ａの各ヒータＨ１〜Ｈ４の消費電力が０．６ｋＷのままであり、製造装置５−Ｂ，５−Ｃの各ヒータＨ５〜Ｈ１２の消費電力が０．７１ｋＷに上がり、製造装置５−Ｄ，５−Ｅの各ヒータＨ１３〜Ｈ２０の消費電力が０．２ｋＷのままなので、合計では９．６８ｋＷに上がる。許容される消費電力の合計（総電力）が１０ｋＷなので、上位ＰＣ４から使用電力削減緩和指示入力部１２に使用電力削減緩和指示信号が継続して入力される。

使用電力削減緩和指示信号の継続的な入力により、操作量上限値上昇処理部１３は、全ての操作量上限値ＯＨ１〜ＯＨ２０を１％ずつ高くすることを繰り返し、例えば７５％まで上昇させる。そして、製造装置５−Ｂ，５−ＣのＰＩＤ制御部１６−５〜１６−１２のＰＩＤ演算と上下限処理により操作量ＭＶ５〜ＭＶ１２が７５％になる。操作量ＭＶ１〜ＭＶ４，ＭＶ１３〜ＭＶ２０は、操作量上限値ＯＨ１〜ＯＨ２０＝７５％よりも低く、操作量上限値ＯＨ１〜ＯＨ２０の影響を受けることはない。

製造装置５−Ａの各ヒータＨ１〜Ｈ４の消費電力が０．６ｋＷのままであり、製造装置５−Ｂ，５−Ｃの各ヒータＨ５〜Ｈ１２の消費電力が０．７５ｋＷに上がり、製造装置５−Ｄ，５−Ｅの各ヒータＨ１３〜Ｈ２０の消費電力が０．２ｋＷのままなので、合計では１０ｋＷに上がる。許容される消費電力の合計（総電力）が１０ｋＷなので、電力デマンド管理担当者の操作は停止し、使用電力削減緩和指示信号の送信が停止される。

この使用電力削減緩和の例では、結果的に、全ての操作量上限値ＯＨ１〜ＯＨ２０が７５％になるという単純な処理になる。ただし、一連の処理の間に操作量ＭＶ１〜ＭＶ４が６０％よりもさらに下がっている場合は、これに伴って全ての操作量上限値ＯＨ１〜ＯＨ２０は７５％よりも高くなる。

［上限値下降下限処理の例］
次に、図６に示した構成に関して、上限値下降下限処理について説明する。製造装置５−Ａ〜５−Ｅでは、最低限確保されるべき昇温能力の電力量に対応して、操作量上限値ＯＨ１〜ＯＨ２０の限界値Ｌｘが６０％に設定されているものとする。
まず、製造装置５−Ａ〜５−Ｅが全て生産状態（定常状態）にあり、全ての設定値ＳＰ１〜ＳＰ２０が２００℃で、制御量ＰＶ１〜ＰＶ２０もほぼ正確に２００℃に維持されているものとする。この状態では、前述したとおり、全ての操作量上限値ＯＨ１〜ＯＨ２０が、全く下降指示を受けずに１００％に設定されている。

ここで、製造装置５−Ａ〜５−Ｅで生産の処理対象が変更になり、設定値ＳＰ１〜ＳＰ２０が２５０℃に設定変更されるものとする。製造装置５−Ａ〜５−Ｅの温度センサＳ１〜Ｓ２０によって計測される制御量ＰＶ１〜ＰＶ２０が２００℃で、２５０℃より十分低い状態なので、設定値ＳＰ１〜ＳＰ２０の変更に応じたＰＩＤ制御部１６−１〜１６−２０のＰＩＤ演算と上下限処理により操作量ＭＶ１〜ＭＶ２０が１００％に上昇する。

製造装置５−Ａ〜５−Ｅの各ヒータＨ１〜Ｈ２０の消費電力が１ｋＷになり、合計では２０ｋＷになる。許容される消費電力の合計（総電力）が１０ｋＷなので、電力デマンド管理担当者の操作により、上位ＰＣ４から使用電力削減指示入力部１０に使用電力削減指示信号が入力される。

使用電力削減指示信号の継続的な入力により、操作量上限値下降処理部１１は、全ての操作量上限値ＯＨ１〜ＯＨ２０を１％ずつ低くすることを繰り返し、例えば６０％まで下降させたとする。
製造装置５−Ａ〜５−Ｅの各ヒータＨ１〜Ｈ２０の消費電力が０．６ｋＷになり、合計では１２ｋＷになる。許容される消費電力の合計（総電力）が１０ｋＷなので、さらに継続して全ての操作量上限値ＯＨ１〜ＯＨ２０を低くする必要がある。しかし、上限値下降下限処理部１４は、操作量上限値ＯＨ１〜ＯＨ２０が限界値Ｌｘ＝６０％を下回らないように制限する。

上限値下降下限処理部１４にて操作量上限値ＯＨ１〜ＯＨ２０を下降させる処理が制限されると、下限アラーム出力部１５はアラーム信号を出力する。これにより、電力デマンド管理担当者は、製造装置５−Ａ〜５−Ｅ以外の電力消費を抑制することの必要性を認識できる。

［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。本実施の形態は、上位の電力管理システムの一部を自動化した構成を含むものである。本実施の形態においても、加熱装置の構成は第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。

図７は本実施の形態の消費電力量抑制装置２の構成を示すブロック図である。本実施の形態の消費電力量抑制装置２は、使用電力削減指示入力部１０と、操作量上限値下降処理部１１と、使用電力削減緩和指示入力部１２と、操作量上限値上昇処理部１３と、上限値下降下限処理部１４と、下限アラーム出力部１５と、制御ループＬｉ毎に設けられたＰＩＤ制御部１６−ｉと、ｎ個の制御系のヒータの使用電力量を規定する目標電力ＸＰの情報を受信する目標電力入力部２２と、ｎ個の制御系のヒータの使用電力の合計である瞬時総電力ＭＰを計測する電力計測部２３と、瞬時総電力ＭＰが目標電力ＸＰより大きい場合、使用電力削減指示信号を使用電力削減指示入力部１０に送信し、瞬時総電力ＭＰが目標電力ＸＰより小さい場合、使用電力削減緩和指示信号を使用電力削減緩和指示入力部１２に送信する電力削減判断部２４とから構成される。

図８、図９は消費電力量抑制装置２の動作を示すフローチャートである。なお、図８のＡ，Ｂは、それぞれ図９のＡ，Ｂと接続されていることは言うまでもない。
目標電力入力部２２には、消費電力量管理の対象に含まれるｎ個の制御系に関して電力デマンドに応じて決定される目標電力ＸＰが、電力管理システムのコンピュータである上位ＰＣ４から入力される。（図８ステップＳ２００）。
電力計測部２３は、消費電力量管理の対象に含まれるｎ個の制御系で使用されているヒータの消費電力の合計（瞬時総電力）ＭＰを計測する（ステップＳ２０１）。

電力削減判断部２４は、ＭＰ＞ＸＰ、すなわち瞬時総電力ＭＰが目標電力ＸＰより大きい場合（ステップＳ２０２においてＹＥＳ）、使用電力削減指示信号を使用電力削減指示入力部１０に送信する（ステップＳ２０３）。また、電力削減判断部２４は、ＭＰ＜ＸＰ、すなわち瞬時総電力ＭＰが目標電力ＸＰより小さい場合（ステップＳ２０４においてＹＥＳ）、使用電力削減緩和指示信号を使用電力削減緩和指示入力部１２に送信する（ステップＳ２０５）。

使用電力削減指示入力部１０の動作（ステップＳ１００）、操作量上限値下降処理部１１の動作（ステップＳ１０１）、使用電力削減緩和指示入力部１２の動作（ステップＳ１０２）、操作量上限値上昇処理部１３の動作（ステップＳ１０３）、上限値下降下限処理部１４の動作（ステップＳ１０４、Ｓ１０５）、下限アラーム出力部１５の動作（ステップＳ１０６）、およびＰＩＤ制御部１６−ｉの動作（ステップＳ１０７〜Ｓ１１１）は第１の実施の形態で説明したとおりである。
消費電力量抑制装置２は、以上のようなステップＳ２０１〜Ｓ２０５，Ｓ１００〜Ｓ１１１の処理を例えばオペレータの指示によって制御が終了するまで（ステップＳ１１２においてＹＥＳ）、制御周期毎に行う。

こうして、本実施の形態では、電力管理システムのオペレータの指示に応じて電力管理システムが使用電力削減指示信号および使用電力削減緩和指示信号を送信する動作を自動化することができる。
なお、図８の例では、目標電力ＸＰの情報を１回だけ受信するようになっているが、上位ＰＣ４は必要に応じて情報を送信し、これにより目標電力ＸＰの値が随時更新されるようになっていてもよい。

第１、第２の実施の形態で説明した消費電力量抑制装置は、ＣＰＵ、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。

本発明は、マルチループ制御系において消費電力を抑制する技術に適用することができる。

１…加熱処理炉、２…消費電力量抑制装置、３−１〜３−４…電力調整器、４…上位ＰＣ、５−Ａ〜５−Ｅ…製造装置、１０…使用電力削減指示入力部、１１…操作量上限値下降処理部、１２…使用電力削減緩和指示入力部、１３…操作量上限値上昇処理部、１４…上限値下降下限処理部、１５…下限アラーム出力部、１６−ｉ…ＰＩＤ制御部、１７−ｉ…設定値ＳＰｉ入力部、１８−ｉ…制御量ＰＶｉ入力部、１９−ｉ…ＰＩＤ制御演算部、２０−ｉ…出力上限処理部、２１−ｉ…操作量ＭＶｉ出力部、２２…目標電力入力部、２３…電力計測部、２４…電力削減判断部、Ｈ１〜Ｈ２０…ヒータ、Ｓ１〜Ｓ２０…温度センサ。

Claims (6)

1. ＰＩＤ制御演算により算出した操作量ＭＶｉ（ｉ＝１〜ｎ）を操作量上限値ＯＨｉ以下に制限する上限処理を実行して上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御アクチュエータに出力するＰＩＤ制御部をそれぞれ備えたｎ個の制御系において、このｎ個の制御系の制御アクチュエータの使用電力を抑制する消費電力量抑制装置であって、
   前記ｎ個の制御系に対して使用電力の削減を指示する使用電力削減指示信号を受信する使用電力削減指示入力部と、
   前記使用電力削減指示信号に応じて、前記ｎ個の制御系のＰＩＤ制御演算で使用される操作量上限値ＯＨｉを、特定の削減量だけ同時に下降させる操作量上限値下降処理部と、
   前記ｎ個の制御系に対して使用電力削減の緩和を指示する使用電力削減緩和指示信号を受信する使用電力削減緩和指示入力部と、
   前記使用電力削減緩和指示信号に応じて、前記ｎ個の制御系のＰＩＤ制御演算で使用される操作量上限値ＯＨｉを、特定の増加量だけ同時に上昇させる操作量上限値上昇処理部とを備えることを特徴とする消費電力量抑制装置。
2. 請求項１記載の消費電力量抑制装置において、
   さらに、前記操作量上限値下降処理部の処理により、前記操作量上限値ＯＨｉが予め規定された限界値を下回る場合に、前記限界値を下回らないように前記操作量上限値ＯＨｉを修正する上限値下降下限処理部と、
   この上限値下降下限処理部によって前記操作量上限値ＯＨｉが修正された際に、アラーム信号を出力する下限アラーム出力部とを備えることを特徴とする消費電力量抑制装置。
3. 請求項１または２記載の消費電力量抑制装置において、
   さらに、前記ｎ個の制御系の制御アクチュエータの使用電力量を規定する目標電力ＸＰの情報を受信する目標電力入力部と、
   前記ｎ個の制御系の制御アクチュエータの使用電力の合計である瞬時総電力ＭＰを計測する電力計測部と、
   前記瞬時総電力ＭＰが前記目標電力ＸＰより大きい場合、前記使用電力削減指示信号を前記使用電力削減指示入力部に送信し、前記瞬時総電力ＭＰが前記目標電力ＸＰより小さい場合、前記使用電力削減緩和指示信号を前記使用電力削減緩和指示入力部に送信する電力削減判断部とを備えることを特徴とする消費電力量抑制装置。
4. ＰＩＤ制御演算により算出した操作量ＭＶｉ（ｉ＝１〜ｎ）を操作量上限値ＯＨｉ以下に制限する上限処理を実行して上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御アクチュエータに出力するＰＩＤ制御部をそれぞれ備えたｎ個の制御系において、このｎ個の制御系の制御アクチュエータの使用電力を抑制する消費電力量抑制方法であって、
   前記ｎ個の制御系に対して使用電力の削減を指示する使用電力削減指示信号を受信する使用電力削減指示入力ステップと、
   前記使用電力削減指示信号に応じて、前記ｎ個の制御系のＰＩＤ制御演算で使用される操作量上限値ＯＨｉを、特定の削減量だけ同時に下降させる操作量上限値下降処理ステップと、
   前記ｎ個の制御系に対して使用電力削減の緩和を指示する使用電力削減緩和指示信号を受信する使用電力削減緩和指示入力ステップと、
   前記使用電力削減緩和指示信号に応じて、前記ｎ個の制御系のＰＩＤ制御演算で使用される操作量上限値ＯＨｉを、特定の増加量だけ同時に上昇させる操作量上限値上昇処理ステップとを備えることを特徴とする消費電力量抑制方法。
5. 請求項４記載の消費電力量抑制方法において、
   さらに、前記操作量上限値下降処理ステップの処理により、前記操作量上限値ＯＨｉが予め規定された限界値を下回る場合に、前記限界値を下回らないように前記操作量上限値ＯＨｉを修正する上限値下降下限処理ステップと、
   この上限値下降下限処理ステップで前記操作量上限値ＯＨｉを修正した際に、アラーム信号を出力する下限アラーム出力ステップとを備えることを特徴とする消費電力量抑制方法。
6. 請求項４または５記載の消費電力量抑制方法において、
   さらに、前記ｎ個の制御系の制御アクチュエータの使用電力量を規定する目標電力ＸＰの情報を受信する目標電力入力ステップと、
   前記ｎ個の制御系の制御アクチュエータの使用電力の合計である瞬時総電力ＭＰを計測する電力計測ステップと、
   前記瞬時総電力ＭＰが前記目標電力ＸＰより大きい場合、前記使用電力削減指示信号を発生し、前記瞬時総電力ＭＰが前記目標電力ＸＰより小さい場合、前記使用電力削減緩和指示信号を発生する電力削減判断ステップとを備えることを特徴とする消費電力量抑制方法。

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