JP2014085737A - 制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】昇温リカバリーに費やす時間を短縮する。
【解決手段】制御装置は、操作量ＭＶを算出する制御演算部１と、操作量ＭＶに対し、操作量上限値ＯＨにより上限リミット処理を行なう上限リミット処理部２と、少なくとも降温外乱印加時には、操作量上限値ＯＨ１を操作量上限値ＯＨとして設定し、降温外乱停止直後の昇温外乱印加時には、操作量上限値ＯＨ２（ＯＨ２＜ＯＨ１）を操作量上限値ＯＨとして設定する上限値設定部５と、降温外乱の印加を示す信号が入力されたときに、降温外乱の印加を上限値設定部５に通知し、降温外乱の停止を示す信号が入力されたときに、降温外乱の停止を上限値設定部５に通知する外乱認識部６と、降温外乱が印加されていないときの平均的な操作量ＭＶｍを検出する操作量検出部７と、操作量ＭＶｍに基づいて操作量上限値ＯＨ２を決定する自動決定部８とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、温調計のような市販のコントローラを利用した制御系に係り、特に金属焼鈍炉やセラミック焼成炉などを用いた加熱処理プロセスに好適な制御装置および制御方法に関するものである。

金属焼鈍炉やセラミック焼成炉などを用いた加熱処理プロセスでは、市販の温調計が広く実用されている。温調計の基本的なフィードバック制御演算はＰＩＤ制御演算であり、設定値ＳＰの変更指示に対して制御量ＰＶ（温度計測値）を追従させる機能に加え、一定の設定値ＳＰに制御量ＰＶ（温度計測値）を維持させる機能（レギュレーション機能）を提供する。

図５は加熱処理装置の構成を示すブロック図である。図５において、１０１は熱処理対象物１００を加熱する金属焼鈍炉やセラミック焼成炉などの加熱処理炉、１０２はヒータ、１０３は炉内温度を計測する温度センサ、１０４は熱処理対象物１００を出し入れするための入替口、１０５は操作量ＭＶを算出する温調計、１０６は電力調整器、１０７は電力供給回路である。金属焼鈍炉の場合、熱処理対象物１００は金属であり、セラミック焼成炉の場合、熱処理対象物１００はセラミックとなる。温調計１０５は、温度センサ１０３が計測した制御量ＰＶ（温度計測値）が設定値ＳＰと一致するように、ＰＩＤ制御演算により操作量ＭＶを算出する。電力調整器１０６は、操作量ＭＶに応じた電力を決定し、この決定した電力を電力供給回路１０７を通じてヒータ１０２に供給する。こうして、温調計１０５は、炉内温度を制御する。

上記のレギュレーション機能においてＰＩＤ制御が必要になる主な理由として、外乱が印加されて制御量ＰＶが設定値ＳＰから離れたときに、即座にリカバリー（設定値ＳＰへの復帰）をしたいという要求がある。そして、そのための特殊技術として、オーバーシュート抑制機能などが実用されている（特許文献１参照）。この技術によれば、例えば降温外乱に対してＰＩＤフィードバック制御が利き過ぎて、昇温側にオーバーシュートするのを抑制することができる。

特許第３４３７８０７号公報

温度制御の外乱には、印加し続けて急停止するタイプの降温外乱がある。例えば、金属焼鈍炉やセラミック焼成炉などの加熱処理炉の炉内温度を高温に保つ温度制御においては、処理対象の金属やセラミックの交換時に入替口が開いた状態（図６（Ａ）、図６（Ｂ）の入替口開放の状態）になると、入替口からの放熱で炉内温度が降下する。この温度降下は、温度制御系から見れば、入替口開放時の継続的な降温外乱に相当する。入替口からの放熱が大きい場合は、温度制御用のヒータ出力をフルにしても、炉内温度が設定された温度を大きく下回る状態になることもある。このように温度降下が大きい場合、ＰＩＤ制御演算により算出される操作量ＭＶは、図６（Ｂ）に示すように継続的に１００％になる。なお、図６（Ｂ）におけるＯＨは予め定められた操作量上限値である。

そして、入替口が開いた状態から閉じた状態（図６（Ａ）、図６（Ｂ）の入替口閉鎖の状態）になると、急激に放熱がなくなり、炉内温度が上昇する。この温度上昇は、温度制御系から見れば、入替口閉鎖切換時の急激な昇温外乱に相当する。このとき、定常時（設定値ＳＰが一定時）のレギュレーション用のＰＩＤ制御演算次第では、操作量ＭＶの下降が遅れ、昇温リカバリーに費やす時間が長くなることがある。すなわち、操作量ＭＶが１００％で継続している状態から、ＰＩＤ制御演算により操作量ＭＶが徐々に更新されるのを待たなければならないので、操作量ＭＶが高い時間帯が長くなり、この時間帯が長いことが昇温外乱を増長させる要因として作用する。結果的に、リカバリーの待ち時間が長くなり、焼鈍、焼成処理自体にとっても待ち時間という不要な時間帯を増大させることになる。
小型から中型の金属焼鈍炉やセラミック焼成炉では、頻繁に処理対象の入替えがあるため、この不要な時間帯の累積は、炉の処理能力に大きな影響を与える。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、昇温リカバリーに費やす時間を短縮することができる制御装置および制御方法を提供することを目的とする。

本発明は、制御対象を加熱するヒータと、制御対象の温度を制御量ＰＶとして計測する温度センサとを備えた制御系における制御装置であって、制御量ＰＶと外部から入力された設定値ＳＰに基づいて操作量ＭＶを算出する制御演算手段と、この制御演算手段で算出された操作量ＭＶを操作量上限値ＯＨ以下の値に制限する上限リミット処理を行って上限リミット処理後の操作量ＭＶを前記ヒータに出力する上限リミット処理手段と、制御量ＰＶが設定値ＳＰよりも低くなる降温外乱の印加時に少なくとも適用される操作量上限値ＯＨ１を予め記憶する第１記憶手段と、降温外乱停止直後に制御量ＰＶが設定値ＳＰよりも高くなる昇温外乱の印加時に適用される操作量上限値ＯＨ２（ＯＨ２＜ＯＨ１）を予め記憶する第２記憶手段と、少なくとも降温外乱印加時には、前記操作量上限値ＯＨ１を前記上限リミット処理手段で使用する操作量上限値ＯＨとして設定し、降温外乱停止直後の昇温外乱印加時には、前記操作量上限値ＯＨ２を前記上限リミット処理手段で使用する操作量上限値ＯＨとして設定する上限値設定手段と、降温外乱の印加を示す信号が入力されたときに、降温外乱の印加を前記上限値設定手段に通知し、降温外乱の停止を示す信号が入力されたときに、降温外乱の停止を前記上限値設定手段に通知する外乱認識手段とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明の制御装置の１構成例は、さらに、降温外乱が印加されていないときの平均的な操作量ＭＶである操作量ＭＶｍを検出する操作量検出手段と、前記平均的な操作量ＭＶｍに基づいて前記操作量上限値ＯＨ２を決定し、前記第２記憶手段に記憶させる決定手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の１構成例は、さらに、制御量ＰＶが予め規定された閾値以上ではないときに、前記外乱認識手段に対して前記降温外乱の印加を示す信号を出力し、制御量ＰＶが前記閾値以上になったときに、前記外乱認識手段に対して前記降温外乱の停止を示す信号を出力する外乱判断手段を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の制御装置の１構成例において、制御装置が制御する対象は加熱処理炉の温度であり、降温外乱印加時とは前記加熱処理炉の入替口開放時であり、降温外乱停止直後の昇温外乱印加時とは前記加熱処理炉の入替口開放から入替口閉鎖への切換時であり、降温外乱が印加されていない通常制御時とは前記加熱処理炉の入替口閉鎖状態での継続的な高温維持時である。

また、本発明は、制御対象を加熱するヒータと、制御対象の温度を制御量ＰＶとして計測する温度センサとを備えた制御系における制御方法であって、制御量ＰＶと外部から入力された設定値ＳＰに基づいて操作量ＭＶを算出する制御演算ステップと、この制御演算ステップで算出した操作量ＭＶを操作量上限値ＯＨ以下の値に制限する上限リミット処理を行って上限リミット処理後の操作量ＭＶを前記ヒータに出力する上限リミット処理ステップと、制御量ＰＶが設定値ＳＰよりも低くなる降温外乱の印加を示す信号が入力されたときに、降温外乱が印加されたと認識し、降温外乱の停止を示す信号が入力されたときに、降温外乱が停止したと認識する外乱認識ステップと、この外乱認識ステップの認識結果に応じて、少なくとも降温外乱印加時には、第１記憶手段に予め記憶されている操作量上限値ＯＨ１を前記上限リミット処理ステップで使用する操作量上限値ＯＨとして設定し、降温外乱停止直後に制御量ＰＶが設定値ＳＰよりも高くなる昇温外乱の印加時には、第２記憶手段に予め記憶されている操作量上限値ＯＨ２（ＯＨ２＜ＯＨ１）を前記上限リミット処理ステップで使用する操作量上限値ＯＨとして設定する上限値設定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、降温外乱停止直後の昇温外乱印加時に通常時の操作量上限値ＯＨ１よりも小さな操作量上限値ＯＨ２を一時的に設定することで、制御演算手段による操作量ＭＶの降下よりも速く操作量ＭＶを安定的に急降下させることができ、昇温リカバリーに費やす時間を短縮することができる。また、本発明では、例えば温調計のような市販のコントローラを利用した制御系の計装であっても、昇温リカバリーに費やす時間の短縮を実現することができる。

また、本発明では、平均的な操作量ＭＶｍに基づいて操作量上限値ＯＨ２を決定することにより、適度な値の操作量上限値ＯＨ２を自動決定することができる。

また、本発明では、外乱判断手段を設けることにより、降温外乱の印加を示す信号と降温外乱の停止を示す信号を外部から取り込む必要がなく、制御装置単独で降温外乱の印加と停止を判断することができるので、外部との通信の配線を敷設できない場合や通信ミスが発生した場合でも、昇温リカバリーに費やす時間を短縮することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る制御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の実施の形態に係る制御装置の動作を説明する図である。 本発明の第２の実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。 加熱処理装置の構成を示すブロック図である。 加熱処理装置における降温外乱、昇温外乱を説明する図である。

［発明の原理１］
市販の温調計などは、一般的なパラメータとして操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨを備える。この操作量上限値ＯＨが１００％に設定されていれば、状況によっては不必要に大きい操作量ＭＶを出力として許容してしまう。一方で、操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨは、ＰＩＤ制御演算の積分動作に対するアンチリセットワインドアップ処理の指標としても利用されるが、基本的には算出された操作量ＭＶに対するリミット処理の指標なので、操作量下限値ＯＬと操作量上限値ＯＨを変更しても、ＰＩＤ制御ループの周波数特性に影響はない。すなわち、操作量下限値ＯＬと操作量上限値ＯＨを変更することにより、制御系が不安定化するようなリスクはない。

発明者は、上記の点に着眼し、昇温時に１００％（あるいは通常時の上限値ＯＨ１）よりも小さな操作量上限値ＯＨ２を一時的に設定することで、ＰＩＤ制御演算による操作量ＭＶの降下よりも速く操作量ＭＶを安定的に急降下させられることに想到した。また、操作量上限値ＯＨをＯＨ２に設定することは、リミット処理の指標である操作量上限値ＯＨを変化させるだけであり、ＰＩＤ制御による可制御状態を維持したままになるので、操作量固定値を一時的に出力するように切換えるよりも確実にリカバリー動作を継続させることができる。つまり、操作量上限値ＯＨの一時的な変更分（ＯＨ１−ＯＨ２）とＰＩＤ制御による操作量ＭＶの可制御的な修正分の重畳により、リカバリー動作を行なうことになる。したがって、一時的に設定すべき小さな操作量上限値ＯＨ２については、現場での精密調整ができなくてもよい。

例えば、金属焼鈍炉などの加熱処理プロセスであれば、入替口閉鎖切換時に操作量上限値ＯＨを１００％から５０％に設定変更すると、ＰＩＤ制御により操作量ＭＶが３０％から５０％程度の範囲で自動調整される。なお、本発明は、温調計のような市販のコントローラを利用して、実現可能である。

［発明の原理２］
一時的に設定すべき小さな操作量上限値ＯＨ２については、精密調整する必要はないにしても、概ね適度な値が必要である。また、制御対象によっては、適度な値が変動することもあり得る。
図６（Ａ）、図６（Ｂ）で説明したメカニズムに従えば、降温外乱が印加されていないときの平均的な操作量ＭＶが、昇温からのリカバリー後に必要な操作量ＭＶになるのであるから、この平均的な操作量ＭＶの値を指標にすれば、操作量上限値ＯＨ２を自動決定できる。例えば、金属焼鈍炉などの加熱処理プロセスであれば、入替口閉鎖時に継続的に高温に維持するための操作量ＭＶの値が指標になる。仮にこの値が４０％ならば、操作量上限値ＯＨをやや大きめの５０％程度に自動決定するという手順になる。

［発明の原理３］
上記のように、操作量上限値ＯＨをＯＨ２に一時的に設定する手法にとっては、降温外乱が急停止するタイミングを適切に検知することが最も重要である。温度制御の温調計は降温外乱を発生させる側のコントローラ（例えば入替口の開閉動作を制御するコントローラ）とは別のものになるので、降温外乱の停止（例えば入替口閉鎖切換）を認識する信号は、温度制御のＰＩＤ制御ループから取り込むのではなく、外部から通信機能により取り込むのが標準的な計装になる。しかし、必ずしも通信の配線が可能とは限らないし、通信ミスが発生しないとも限らない。

図６（Ａ）、図６（Ｂ）で説明したメカニズムに従えば、制御量ＰＶ（温度計測値）の上昇が観測されたタイミングを降温外乱の急停止を確認できたタイミングと見なせる。ゆえに、制御量ＰＶ（温度計測値）の上昇が観測されたタイミングを、操作量上限値ＯＨの一時的な変更を行うタイミングとすれば、通信の配線ができない場合や通信ミスが発生した場合でも、本発明を実施できる。また、操作量上限値ＯＨを一時的に変更しても、ＰＩＤ制御による可制御状態を維持したままになるので、制御量ＰＶの上昇が解消した後に通常時の操作量上限値ＯＨ１に即座に戻すようにすれば、制御量ＰＶの計測ノイズなどによる誤った判断が混入したとしても、温度制御を正常に継続することができる。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施の形態は、上記発明の原理１、発明の原理２に対応するものである。図１は本実施の形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。制御装置は、操作量ＭＶを算出する制御演算部１と、制御演算部１で算出された操作量ＭＶに対し、操作量上限値ＯＨにより上限リミット処理を行なう上限リミット処理部２と、少なくとも降温外乱印加時（入替口開放時）に適用される操作量上限値ＯＨ１を予め記憶する第１記憶部３と、降温外乱停止直後の昇温外乱印加時（入替口閉鎖切換時）に適用される操作量上限値ＯＨ２（ＯＨ２＜ＯＨ１）を予め記憶する第２記憶部４と、少なくとも降温外乱印加時には、操作量上限値ＯＨ１を上限リミット処理部２で使用する操作量上限値ＯＨとして設定し、降温外乱停止直後の実質的な昇温外乱印加時には、操作量上限値ＯＨ２を上限リミット処理部２で使用する操作量上限値ＯＨとして設定する上限値設定部５と、降温外乱の印加（入替口開放）を示す信号が入力されたときに、降温外乱の印加を上限値設定部５に通知し、降温外乱の停止（入替口閉鎖）を示す信号が入力されたときに、降温外乱の停止を上限値設定部５に通知する外乱認識部６と、降温外乱が印加されていない通常制御時（入替口閉鎖での継続的な高温維持時）の平均的な操作量ＭＶｍを検出する操作量検出部７と、平均的な操作量ＭＶｍに基づいて操作量上限値ＯＨ２を決定し、第２記憶部４に記憶させる自動決定部８とを備えている。

制御演算部１と上限リミット処理部２と第１記憶部３と第２記憶部４と上限値設定部５と外乱認識部６とは、発明の原理１に対応する構成であり、操作量検出部７と自動決定部８とは、発明の原理２に対応する構成である。
本実施の形態においても、制御装置を適用する加熱処理装置は従来と同様であるので、図５の符号を用いて説明する。制御装置は、図５に示した温調計１０５に実装される。なお、制御装置には、通常、操作量ＭＶを下限リミット処理する下限リミット処理部も備えられているが、本発明においては必須の構成要件ではないので、下限リミット処理部の記載を省略している。

以下、本実施の形態の制御装置の動作を図２、図３（Ａ）、図３（Ｂ）を用いて説明する。まず、降温外乱が印加されていない通常制御時の動作（加熱処理炉の入替口閉鎖での継続的な高温維持時の動作であり、図３（Ａ）、図３（Ｂ）の時刻ｔ１までの動作）について説明する。
通常制御時（図２ステップＳ１においてＮＯ）、上限値設定部５は、第１記憶部３に記憶されている操作量上限値ＯＨ１を、上限リミット処理部２で使用する操作量上限値ＯＨとして設定する（図２ステップＳ２）。

制御演算部１は、例えば加熱処理装置のオペレータが設定した設定値ＳＰ（炉内温度設定値）と加熱処理炉の温度センサ１０３によって計測された制御量ＰＶ（炉内温度計測値）に基づいて、周知のＰＩＤ制御演算により操作量ＭＶを算出する（図２ステップＳ３）。
上限リミット処理部２は、制御演算部１で算出された操作量ＭＶを、操作量上限値ＯＨ＝ＯＨ１以下の値に制限する上限リミット処理を行ない、処理後の操作量ＭＶを制御対象（実際の出力先は電力調整器１０６）に出力する（図２ステップＳ４）。つまり、上限リミット処理部２は、操作量ＭＶが操作量上限値ＯＨ＝ＯＨ１より大きい場合、操作量ＭＶ＝ＯＨ＝ＯＨ１として出力する。

通常制御時、操作量検出部７は、平均的な操作量ＭＶｍを検出するために、次式の伝達関数で表される１次遅れの処理を行なう（図２ステップＳ５）。
ＭＶｍ＝ＭＶ／（１＋Ｔｓ） ・・・（１）
式（１）において、Ｔは予め定められたダンピング時定数、ｓはラプラス演算子である。ダンピング時定数Ｔは、操作量ＭＶの十分な平滑化・平均化になるように適宜調整しておけばよい。

次に、自動決定部８は、操作量検出部７が検出した平均的な操作量ＭＶｍに基づいて、次式により操作量上限値ＯＨ２を決定する（図２ステップＳ６）。
ＯＨ２＝αＭＶｍ ・・・（２）
式（２）において、αは予め定められた倍率である（α＞１．０）。倍率αとしては、１．２〜１．５程度の値が妥当である。

そして、自動決定部８は、決定した操作量上限値ＯＨ２を第２記憶部４に記憶させる（図２ステップＳ７）。
以上のようなステップＳ１〜Ｓ７の処理が、制御周期毎に繰り返し実行される。

次に、降温外乱印加時の動作（加熱処理炉の入替口開放時の動作であり、図３（Ａ）、図３（Ｂ）の時刻ｔ１からｔ２までの動作）について説明する。
外乱認識部６は、図３（Ａ）、図３（Ｂ）の時刻ｔ１において降温外乱の印加（入替口開放）を示す信号が外部から入力されると（図２ステップＳ１においてＹＥＳ）、降温外乱が印加されたことを上限値設定部５と自動決定部８に通知する。降温外乱の印加（入替口開放）を示す信号は、例えば入替口の開閉動作を制御するコントローラ（不図示）から入力される。

降温外乱印加時、上限値設定部５は、第１記憶部３に記憶されている操作量上限値ＯＨ１を、上限リミット処理部２で使用する操作量上限値ＯＨとして設定する（図２ステップＳ９）。
降温外乱印加時には、操作量検出部７は、平均的な操作量ＭＶｍを検出する動作を停止する（図２ステップＳ１０）。したがって、自動決定部８による操作量上限値ＯＨ２の更新も行われないことになる。

制御演算部１は、ステップＳ３と同様に操作量ＭＶを算出する（図２ステップＳ１１）。上限リミット処理部２は、ステップＳ４と同様に制御演算部１で算出された操作量ＭＶを、操作量上限値ＯＨ＝ＯＨ１以下の値に制限する上限リミット処理を行ない、処理後の操作量ＭＶを制御対象に出力する（図２ステップＳ１２）。
以上のようなステップＳ１１，Ｓ１２の処理が、降温外乱が停止するまで（図２ステップＳ１３においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行される。

次に、降温外乱停止直後の実質的な昇温外乱印加時の動作（入替口開放から入替口閉鎖への切換時の動作であり、図３（Ａ）、図３（Ｂ）の時刻ｔ２からｔ３までの動作）について説明する。
外乱認識部６は、図３（Ａ）、図３（Ｂ）の時刻ｔ２において降温外乱の停止（入替口閉鎖）を示す信号が外部から入力されると（図２ステップＳ１３においてＹＥＳ）、降温外乱が停止したことを上限値設定部５に通知する。降温外乱の停止（入替口閉鎖）を示す信号は、例えば入替口の開閉動作を制御するコントローラから入力される。

降温外乱が停止すると、上限値設定部５は、第２記憶部４に記憶されている操作量上限値ＯＨ２を、上限リミット処理部２で使用する操作量上限値ＯＨとして設定する（図２ステップＳ１４）。
制御演算部１は、ステップＳ３と同様に操作量ＭＶを算出する（図２ステップＳ１５）。

上限リミット処理部２は、制御演算部１で算出された操作量ＭＶを、操作量上限値ＯＨ＝ＯＨ２以下の値に制限する上限リミット処理を行ない、処理後の操作量ＭＶを制御対象に出力する（図２ステップＳ１６）。つまり、上限リミット処理部２は、操作量ＭＶが操作量上限値ＯＨ＝ＯＨ２より大きい場合、操作量ＭＶ＝ＯＨ＝ＯＨ２として出力する。
以上のようなステップＳ１５，Ｓ１６の処理が、昇温外乱リカバリー時の動作になるまで（図２ステップＳ１７においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行される。

次に、昇温外乱によって設定値ＳＰから離れた制御量ＰＶ（炉内温度計測値）を設定値ＳＰにほぼ復帰させた昇温外乱リカバリー時の動作（入替口閉鎖時に高温に復帰させた時の動作であり、図３（Ａ）、図３（Ｂ）の時刻ｔ３以降の動作）について説明する。
上限値設定部５は、降温外乱の停止時（入替口閉鎖への切換時）から予め規定された時間が経過すると（図２ステップＳ１７においてＹＥＳ）、第１記憶部３に記憶されている操作量上限値ＯＨ１を、上限リミット処理部２で使用する操作量上限値ＯＨとして設定する（図２ステップＳ１８）。

自動決定部８は、降温外乱の停止時（入替口閉鎖への切換時）から予め規定された時間が経過すると、平均的な操作量ＭＶｍを検出する動作を開始する（図２ステップＳ１９）。そして、制御装置は、ステップＳ１の処理に戻る。

以上のように、本実施の形態では、降温外乱停止直後の昇温時に通常時の操作量上限値ＯＨ１よりも小さな操作量上限値ＯＨ２を一時的に設定することで、ＰＩＤ制御演算による操作量ＭＶの降下よりも速く操作量ＭＶを安定的に急降下させることができ、昇温リカバリーに費やす時間を短縮することができる。

なお、平均的な操作量ＭＶｍを検出するための処理は、１次遅れの処理に限らず、移動平均などの別の平滑化処理でもよい。
また、本実施の形態では、入替口閉鎖への切換時からの経過時間が予め規定された時間を超えたときに昇温外乱リカバリー時と見なしているが（ステップＳ１７）、制御の整定状態によって昇温外乱リカバリー時か否かを判断してもよいし、別の判断指標によって判断してもよい。

［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、上記発明の原理１、発明の原理３に対応するものである。図４は本実施の形態に係る制御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。本実施の形態の制御装置は、制御演算部１と、上限リミット処理部２と、第１記憶部３と、第２記憶部４と、上限値設定部５と、外乱認識部６と、制御量ＰＶ（炉内温度計測値）が予め規定された閾値以上ではないときに、外乱認識部６に対して降温外乱の印加を示す信号を出力し、制御量ＰＶが閾値以上になったときに、外乱認識部６に対して降温外乱の停止を示す信号を出力する外乱判断部９とを備えている。

制御演算部１と上限リミット処理部２と第１記憶部３と第２記憶部４と上限値設定部５と外乱認識部６とは、発明の原理１に対応する構成であり、外乱判断部９は、発明の原理３に対応する構成である。
本実施の形態においても、制御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を用いて本実施の形態の制御装置の動作を説明する。

外乱判断部９は、加熱処理炉の温度センサ１０３によって計測された制御量ＰＶ（炉内温度計測値）が予め規定された閾値（通常は設定値ＳＰより１℃〜２℃程度高い数値）以上ではないとき、降温外乱の印加（入替口開放）あるいは降温外乱の印加と同等と扱うべき状態と判断して、外乱認識部６に対して降温外乱の印加（入替口開放）を示す信号を出力する（図２ステップＳ１においてＹＥＳ）。

なお、図３（Ａ）、図３（Ｂ）の通常制御時（時刻ｔ１までの時間帯および時刻ｔ３以降の時間帯）においては、入替口開放ではなく入替口閉鎖となっているが、操作量上限値ＯＨがＯＨ１に設定されており、降温外乱の印加時（入替口開放）と同じ値になるので、降温外乱の印加と同等と扱うべき状態と見なして差し支えない。

次に、外乱判断部９は、制御量ＰＶ（炉内温度計測値）が予め規定された閾値以上になったとき、降温外乱の停止（入替口閉鎖）と判断して、外乱認識部６に対して降温外乱の停止（入替口閉鎖）を示す信号を出力する（図２ステップＳ１３においてＹＥＳ）。
他の動作は第１の実施の形態で説明したとおりである。

このように、本実施の形態では、降温外乱の印加（入替口開放）を示す信号と降温外乱の停止（入替口閉鎖）を示す信号を外部から取り込む必要がなく、制御装置単独で降温外乱の印加（入替口開放）と降温外乱の停止（入替口閉鎖）を判断することができるので、外部との通信の配線を敷設できない場合や通信ミスが発生した場合でも、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

本実施の形態では、操作量上限値ＯＨをＯＨ２に変更するタイミングは第１の実施の形態よりも原理的に遅くなるが、操作量上限値ＯＨを変更しない従来技術と比べて昇温リカバリーに費やす時間を短縮することができる。
本実施の形態は、第１の実施の形態と組み合わせてもよい。つまり、本実施の形態は、第１の実施の形態において通信の配線を敷設できない場合や通信ミスが発生した場合のバックアップ的な構成を提供するものである。

第１、第２の実施の形態で説明した制御装置は、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、金属焼鈍炉やセラミック焼成炉などを用いた加熱処理プロセスに適用することができる。

１…制御演算部、２…上限リミット処理部、３…第１記憶部、４…第２記憶部、５…上限値設定部、６…外乱認識部、７…操作量検出部、８…自動決定部、９…外乱判断部。

Claims (8)

1. 制御対象を加熱するヒータと、制御対象の温度を制御量ＰＶとして計測する温度センサとを備えた制御系における制御装置であって、
   制御量ＰＶと外部から入力された設定値ＳＰに基づいて操作量ＭＶを算出する制御演算手段と、
   この制御演算手段で算出された操作量ＭＶを操作量上限値ＯＨ以下の値に制限する上限リミット処理を行って上限リミット処理後の操作量ＭＶを前記ヒータに出力する上限リミット処理手段と、
   制御量ＰＶが設定値ＳＰよりも低くなる降温外乱の印加時に少なくとも適用される操作量上限値ＯＨ１を予め記憶する第１記憶手段と、
   降温外乱停止直後に制御量ＰＶが設定値ＳＰよりも高くなる昇温外乱の印加時に適用される操作量上限値ＯＨ２（ＯＨ２＜ＯＨ１）を予め記憶する第２記憶手段と、
   少なくとも降温外乱印加時には、前記操作量上限値ＯＨ１を前記上限リミット処理手段で使用する操作量上限値ＯＨとして設定し、降温外乱停止直後の昇温外乱印加時には、前記操作量上限値ＯＨ２を前記上限リミット処理手段で使用する操作量上限値ＯＨとして設定する上限値設定手段と、
   降温外乱の印加を示す信号が入力されたときに、降温外乱の印加を前記上限値設定手段に通知し、降温外乱の停止を示す信号が入力されたときに、降温外乱の停止を前記上限値設定手段に通知する外乱認識手段とを備えることを特徴とする制御装置。
2. 請求項１記載の制御装置において、
   さらに、降温外乱が印加されていないときの平均的な操作量ＭＶである操作量ＭＶｍを検出する操作量検出手段と、
   前記平均的な操作量ＭＶｍに基づいて前記操作量上限値ＯＨ２を決定し、前記第２記憶手段に記憶させる決定手段とを備えることを特徴とする制御装置。
3. 請求項１または２記載の制御装置において、
   さらに、制御量ＰＶが予め規定された閾値以上ではないときに、前記外乱認識手段に対して前記降温外乱の印加を示す信号を出力し、制御量ＰＶが前記閾値以上になったときに、前記外乱認識手段に対して前記降温外乱の停止を示す信号を出力する外乱判断手段を備えることを特徴とする制御装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の制御装置において、
   制御装置が制御する対象は加熱処理炉の温度であり、
   降温外乱印加時とは前記加熱処理炉の入替口開放時であり、
   降温外乱停止直後の昇温外乱印加時とは前記加熱処理炉の入替口開放から入替口閉鎖への切換時であり、
   降温外乱が印加されていない通常制御時とは前記加熱処理炉の入替口閉鎖状態での継続的な高温維持時であることを特徴とする制御装置。
5. 制御対象を加熱するヒータと、制御対象の温度を制御量ＰＶとして計測する温度センサとを備えた制御系における制御方法であって、
   制御量ＰＶと外部から入力された設定値ＳＰに基づいて操作量ＭＶを算出する制御演算ステップと、
   この制御演算ステップで算出した操作量ＭＶを操作量上限値ＯＨ以下の値に制限する上限リミット処理を行って上限リミット処理後の操作量ＭＶを前記ヒータに出力する上限リミット処理ステップと、
   制御量ＰＶが設定値ＳＰよりも低くなる降温外乱の印加を示す信号が入力されたときに、降温外乱が印加されたと認識し、降温外乱の停止を示す信号が入力されたときに、降温外乱が停止したと認識する外乱認識ステップと、
   この外乱認識ステップの認識結果に応じて、少なくとも降温外乱印加時には、第１記憶手段に予め記憶されている操作量上限値ＯＨ１を前記上限リミット処理ステップで使用する操作量上限値ＯＨとして設定し、降温外乱停止直後に制御量ＰＶが設定値ＳＰよりも高くなる昇温外乱の印加時には、第２記憶手段に予め記憶されている操作量上限値ＯＨ２（ＯＨ２＜ＯＨ１）を前記上限リミット処理ステップで使用する操作量上限値ＯＨとして設定する上限値設定ステップとを備えることを特徴とする制御方法。
6. 請求項５記載の制御方法において、
   さらに、降温外乱が印加されていないときの平均的な操作量ＭＶである操作量ＭＶｍを検出する操作量検出ステップと、
   前記平均的な操作量ＭＶｍに基づいて前記操作量上限値ＯＨ２を決定し、前記第２記憶手段に記憶させる決定ステップとを備えることを特徴とする制御方法。
7. 請求項５または６記載の制御方法において、
   さらに、制御量ＰＶが予め規定された閾値以上ではないときに、前記降温外乱の印加を示す信号を出力し、制御量ＰＶが前記閾値以上になったときに、前記降温外乱の停止を示す信号を出力する外乱判断ステップを備えることを特徴とする制御方法。
8. 請求項５乃至７のいずれか１項に記載の制御方法において、
   制御する対象は加熱処理炉の温度であり、
   降温外乱印加時とは前記加熱処理炉の入替口開放時であり、
   降温外乱停止直後の昇温外乱印加時とは前記加熱処理炉の入替口開放から入替口閉鎖への切換時であり、
   降温外乱が印加されていない通常制御時とは前記加熱処理炉の入替口閉鎖状態での継続的な高温維持時であることを特徴とする制御方法。

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