JP5271726B2 - 停止時間の推定装置、及び推定方法 - Google Patents

Description

本発明は、推定装置、及び推定方法に関し、特に詳しくは、温度制御対象に設けられたヒータの停止時間を推定する推定装置、及び推定方法に関するものである。

工業炉などの温度を制御する調節計として、温調計などが利用されている。通常の温調計は、温度センサでの計測値に基づいて、ＰＩＤ制御を行う。そして、このような工業炉は、所定のプロセス温度（設定温度）まで加熱される。

ところで上記工業炉などの産業用の製造装置では、段取り変えなどの際に装置の加熱や冷却を一旦停止して、その後、製造プロセスを再稼動する際に予め加熱や冷却による温度の制御を再起動することがある。このような製造装置では、加熱や冷却による温度の制御の起動時点（再起動時点）を最適化したいというニーズ（最適起動）がある。すなわち、ヒータにより加熱処理を行なう工業炉であれば、ある一定のインターバル時間だけ製造装置を停止させた後に製造プロセスを再稼動させる場合、その間のできるだけ長時間においてヒータを停止させておくことにより、エネルギーのロスを低減することができる。ただし、製造プロセスを再稼動する時点には、製造装置は製造プロセスを行なうための設定温度に戻っている必要がある。従って、適度に長時間においてヒータを停止して、適度に早めにヒータを再起動するというのが、起動時点（再起動時点）の最適化という意味になる。言い換えれば、ヒータによる温度制御の停止時間を最適な長さにして、効率よく温度制御するという意味でもある。

例えば、特許文献１では、空調設備において、空調の起動時点を自動調整する方法が開示されている。この方法によれば、朝の外気温や室温を計測し、オフィスなどの稼動時刻に適正な室温に立ち上がるように、空調の起動時点が自動調整される。

特開２００４−８５１４１号公報

しかしながら、製造装置の場合、外気温などの計測情報を取り込んでいない。また、仮に外気温を情報として取り込んだ場合であっても、むしろ装置全体の熱容量や熱の保持状態の影響が大きいため、特許文献１で開示されている手法では、最適な起動を行なうことが困難である。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、温度制御対象の温度制御を一旦停止させる場合において、効率よく温度制御するための停止時間を推定する推定装置、及び推定方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様にかかる推定装置は、ヒータが設けられた温度制御対象を所望の再稼動時点において設定温度で稼動させるために、前記ヒータを停止させることが可能な停止時間を推定する推定装置であって、前記温度制御対象の降温変化率を入力する降温変化率入力部と、前記ヒータが停止する時点の停止時点から前記再稼動時点までのインターバル時間を入力するインターバル時間入力部と、前記停止時点における温度設定値あるいは温度計測値と、再稼動時点における温度設定値との設定値差を入力する設定値差入力部と、前記降温変化率と前記インターバル時間と前記設定値差とに基づいて、前記停止時間を推定する停止時間推定値算出部と、を備えたものである。これにより、適切な停止時間を推定することができるため、効率よく温度制御することができる。

本発明の第２の態様にかかる推定装置は、上記の推定装置であって、降温変化率をｄＰＤ、前記インターバル時間をＴｗ、前記設定値差をｄＳＰ、ヒータの操作量の上限値をＯＨ、ヒータの操作量の下限値をＯＬ、αを任意の定数とした場合において、前記停止時間の推定値Ｔｓが次の式で求められることを特徴とするものである。
Ｔｓ＝Ｔｗ−［１００／｛（ＯＨ−ＯＬ）α｝］(ｄＰＤ・Ｔｗ＋ｄＳＰ)
これにより、停止時間の推定値を精度よく推定することができる。

本発明の第３の態様にかかる推定装置は、上記の推定装置であって、前記温度制御対象の温度を制御する温度制御機器でオートチューニングしたときの最大昇温変化率をＡＴＵ、前記温度制御機器でオートチューニングしたときの最大降温変化率をＡＴＤとした場合に、前記任意の定数αを（ＡＴＵ＋ＡＴＤ）に基づいて設定していることを特徴とするものである。これにより、簡便に停止時間の推定値を推定することができる。

本発明の第４の態様にかかる推定方法は、温度制御対象に設けられたヒータを一旦停止させた後、前記温度制御対象を設定温度で所定の再稼動時点において稼動させるように、温度制御機器を用いて前記温度制御対象の温度を制御するための停止時間を推定する推定方法であって、前記ヒータが停止する時点の停止時点から前記温度制御対象を設定温度で稼動させる再稼動時点までのインターバル時間を入力するステップと、前記停止時点における温度設定値あるいは温度計測値と、再稼動時点における温度設定値との設定値差を入力するステップと、前記ヒータを停止した時の前記温度制御対象の降温変化率を入力するステップと、前記降温変化率と前記インターバル時間と前記設定値差とに基づいて、前記停止時間を推定するステップと、を備えるものである。これにより、適切な停止時間を推定することができるため、効率よく温度制御することができる。

本発明の第５の態様にかかる推定方法は、上記の推定方法であって、降温変化率をｄＰＤ、前記インターバル時間をＴｗ、前記設定値差をｄＳＰ、ヒータの操作量の上限値をＯＨ、ヒータの操作量の下限値をＯＬ、αを任意の定数とした場合において、前記停止時間の推定値Ｔｓが次の式で求められることを特徴とするものである。
Ｔｓ＝Ｔｗ−［１００／｛（ＯＨ−ＯＬ）α｝］(ｄＰＤ・Ｔｗ＋ｄＳＰ)
これにより、停止時間の推定値を精度よく推定することができる。

本発明の第６の態様にかかる推定方法は、上記の推定方法であって、前記温度制御機器によってオートチューニングしたときの最大昇温変化率をＡＴＵ、前記温度制御機器によってオートチューニングしたときの最大降温変化率をＡＴＤとした場合に、前記任意の定数αを（ＡＴＵ＋ＡＴＤ）に基づいて設定していることを特徴とするものである。これにより、簡便に停止時間の推定値を推定することができる。

本発明によれば、温度制御対象の温度制御を一旦停止させる場合において、効率よく温度制御するための停止時間を推定する推定装置、及び推定方法を提供することができる。

本実施の形態にかかる温調計の計装事例を示す図である。 本実施の形態にかかる推定装置の構成を示すブロック図である。 オートチューニング中における温度ＰＶの測定結果を示すグラフである。 オートチューニング中における温度ＰＶの測定結果を示すグラフである。 ヒータを一旦停止したときの、実際の温度制御結果の一例を示すグラフである。 ヒータを一旦停止したときの、実際の温度制御結果の一例を示すグラフである。 ヒータを一旦停止したときの、実際の温度制御結果の一例を示すグラフである。 ヒータを一旦停止したときの、実際の温度制御結果の一例を示すグラフである。 ヒータを一旦停止したときの、実際の温度制御結果の一例を示すグラフである。

（技術思想／着眼点１）
工業炉などの産業用の製造装置では、例えばゾーン制御という複数の制御ループが隣接して温度制御されるものがある。上記のような装置も含め、装置全体の熱容量や熱の保持状態の影響が重要になる。例えば工業炉の段取り変えの場合は、直前にヒータをオフにして降温させる。この降温状態も装置全体の熱容量や熱の保持状態の影響を受けるので、この降温特性を参考にすれば、制御を再起動する時点を、概ね線形系として自動調整できることに着眼した。

降温が通常よりも遅くなっている場合は、装置としては熱を多く保持している状態であり、ヒータ出力も低くなっているので、昇温に使えるヒータパワーに余裕がある。すなわち、通常よりも昇温が速くなる。概ね線形系であれば、降温速度で状態を推定できる。
降温が通常よりも速くなっている場合は、装置としては熱をあまり保持していない状態であり、ヒータ出力も高くなっているので、昇温に使えるヒータパワーに余裕がない。すなわち、通常よりも昇温が遅くなる。概ね線形系であれば、降温速度で状態を推定できる。

（技術思想／着眼点２）
昇温と降温のバランスは、装置個々あるいは制御ループ個々に異なる。
オートチューニングの波形（上がり下がり）を情報として利用すれば、個々のバランスを見積もることが可能になることに着眼した。

（発明の実施の形態）
以下に、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施の形態にかかる温調計の計装事例を示す図である。

温調計１は、制御対象である加熱処理炉６内の温度を制御する。加熱処理炉６内には、温度を測定するための温度センサ５と、加熱を行なうためのヒータ４とが設けられている。温度センサ５からの計測値ＰＶが温調計１に入力されている。温調計１は、この計測値ＰＶに基づいて、フィードバック制御を行なう。すなわち、温調計１は、予め設定されている温度設定値ＳＰに計測値ＰＶを近づけるように制御を行なう。

具体的には、温調計１がＰＩＤ制御を行なう。従って、温調計１は、予め設定されているＰＩＤパラメータの値に応じて電力調整器２を制御する。すなわち、温調計１は操作量ＭＶを電力調整器２に出力する。すると、電力調整器２が電力供給回路３からヒータ４に供給される電力を調整する。すなわち、操作量ＭＶに応じた電力が電力供給回路３からヒータ４に供給される。従って、操作量ＭＶに応じた制御出力で、電力供給回路３がヒータ４に電力を供給する。これにより、加熱処理炉６が加熱され、温度センサ５の計測値ＰＶが温度設定値ＳＰになるように制御される。

さらに、温調計１には、停止時間を推定するための推定装置２０が接続されている。推定装置２０は、ＰＣなどの演算処理装置であり、ＣＰＵやメモリ等を有している。そして、推定装置２０は、所定のプログラムに従って、ヒータの停止時間を推定する。通常、ヒータの停止時間は、再稼動するまでの時間よりも短くなる。

加熱処理炉６を一定のインターバル時間だけ停止させた後、再稼動する場合を考える。この場合、消費電力の観点から、ヒータ４をできるだけ長時間、停止させておくことが好ましい。しかしながら、再稼動する時には、設定温度になっていなくてはいけない。再稼動する時点において設定温度になっていない場合、加熱処理炉６を速やかに利用することができなくなってしまう。従って、再稼動する時点において所望の設定温度になるよう、適度に長時間においてヒータを停止して、適度に早めにヒータを再起動する。

このため、推定装置２０は、加熱処理炉６を再稼動するまでの間に、ヒータ４を停止することができる最大時間を、停止時間として推定する。例えば、加熱処理炉６をダウンするタイミングで、ヒータ４を停止させる。そして、推定された停止時間経過後、ヒータを再起動する。すなわち、加熱による温度の制御を 再起動するわけであり、温調計１で温度制御する。これにより、製造プロセスを再稼動する時点には、加熱処理炉６が所定の設定温度になる。よって、加熱処理炉６を効率よく動作させることができる。また、ヒータを長時間停止させることができるため、エネルギー効率を向上することができる。

次に、図２を用いて、推定装置２０の構成について説明する。図２は、推定装置２０の構成を示すブロック図である。なお、推定装置２０は、温調計１と物理的に同じ装置であってもよい。推定装置２０は、インターバル時間入力部２１と、降温変化率入力部２２と、設定値差入力部２３と、停止時間推定値算出部２４と、停止時間推定値出力部２５と、を有している。

インターバル時間入力部２１は、インターバル時間を入力する。例えば、加熱処理炉６による製造プロセスを再稼動する再稼動時点の時刻と、加熱処理炉６を一旦停止する時点の時刻に基づいて、インターバル時間Ｔｗが決まるので、オペレータ（ユーザ）が、キーボードやマウスを操作することで、そのインターバル時間Ｔｗを入力する。すなわち、加熱処理炉６を再稼動する時刻（再稼動時点）と、加熱処理炉６を一旦停止する時点の時刻との差が、インターバル時間Ｔｗとなる。例えば、加熱処理炉６を一旦停止する時点の時刻が２：００で、再稼動する時刻が３：００の場合、インターバル時間Ｔｗは、６０分（３６００秒）となる。このように、インターバル時間入力部２１は、加熱処理炉６を一旦停止する時点の時刻と、製造プロセスを再稼動する時点の時刻とに基づいて、インターバル時間Ｔｗを算出する。そして、インターバル時間入力部２１は、このインターバル時間を停止時間推定値算出部２４に入力する。なお、インターバル時間は、何分後あるいは何秒後というように、再稼動するまでの時間を直接入力してもよいし、一旦停止する時点の時刻と再稼動する時点の時刻を入力してもよい。

降温変化率入力部２２は、加熱処理炉６の降温特性に基づいて、降温変化率を入力する。例えば、温度センサ５を用いて、停止時点から一定の時間における加熱処理炉の温度変化を測定する。具体的には、停止時点から１００秒の間に、温度センサの測定値が２００℃から１９５℃になった場合、降温変化率ｄＰＤ＝（２００℃―１９５℃）／１００ｓｅｃ．＝０．０５（℃／ｓｅｃ．）となる。このように、降温変化率入力部２２は、温度センサ５の測定値に基づいて、降温変化率ｄＰＤを算出する。そして、降温変化率入力部２２は、降温変化率ｄＰＤを停止時間推定値算出部２４に入力する。

設定値差入力部２３は、設定値差を入力する。すなわち、停止時点の温度設定値と再稼動時の温度設定値の差を算出する。例えば、停止時点の温度設定値ＳＰ１が１８０℃であり、再稼動時の温度設定値ＳＰ２が２００℃の場合、設定値差ｄＳＰ（＝ＳＰ２−ＳＰ１）は２０℃となる。このようにすることで、異なる温度で再稼動する場合でも、再稼動時には、加熱処理炉６が設定温度になっている。よって、効率よく運転することができる。また、製造装置である加熱処理炉６の生産性を向上することができる。なお、停止時点の温度設定値は、温度センサで実測した温度で代用することも可能である。

停止時間推定値算出部２４は、インターバル時間Ｔｗと、降温変化率ｄＰＤと、設定値差ｄＳＰとを用いて、停止時間推定値Ｔｓを算出する。すなわち、停止時間推定値算出部２４は、インターバル時間Ｔｗ、降温変化率ｄＰＤ、及び設定値差ｄＳＰに基づいて停止時間推定値Ｔｓを算出する。このように、加熱処理炉６の外部や内部の環境の違いに応じて温度特性が異なる場合でも、実測した降温変化率ｄＰＤを用いて、停止時間を精度よく推定することができる。

停止時間推定値算出部２４で算出された停止時間推定値Ｔｓは、停止時間推定値出力部２５によって、温調計１に出力される。そして、温調計１は、停止時間経過後に、ヒータによる加熱の温度制御を開始する。なお、停止時間推定値出力部２５が表示画面等に、停止時間推定値Ｔｓを出力してもよい。この場合、オペレータがその停止時間推定値Ｔｓを確認できる。そして、停止時間経過後に、オペレータが温調計１による温度制御を手動で開始してもよい。このようにすることで、加熱処理炉６を効率よく動作させることができる。

オペレータなどが、加熱処理炉６の温度制御を一旦停止させた後、再稼動させようとする場合について考える。この場合、オペレータが、まず、ヒータ４を停止させるとともに、オペレータが、再稼動する時刻を入力する。再稼動する時刻に基づいて、インターバル時間Ｔｗが設定される。さらに、オペレータが再稼動時の温度設定値を入力する。これにより、設定値差ｄＳＰが入力される。すなわち、再稼動時の温度設定値と、停止時点での温度設定値とに基づいて、設定値差ｄＳＰが算出される。さらに、ヒータ停止後の一定時間において、温度センサ５で温度を測定する。そして、停止時点から一定時間経過後の温度差に基づいて、降温変化率ｄＰＤを算出する。これらの値に基づいて、推定装置２０が停止時間推定値Ｔｓを算出する。これにより、ほぼ最適な停止時間を推定することができる。

以下に、停止時間推定値Ｔｓの具体的な算出方法、及びその原理について説明する。ここでは、温度制御を停止して降温が開始し、温度制御を再起動して昇温が開始し、再稼動時点までのインターバル時間が経過したときに、所望の温度設定値（設定温度）に温度が戻るように、再起動までの停止時間を推定する理論を、以下に説明する。概ね線形系であることが、前提になる。

まず、オートチューニング（ＡＴ）の波形に基づき、基準になる昇温速度と降温速度を求める。例えば、温調計１のＡＴ機能によりリミットサイクルの波形が発生する間において、昇温速度と降温速度を求めることができる。

操作量ＭＶが０−１００％でのＡＴ時の最大昇温変化率をＡＴＵとし、操作量ＭＶが０−１００％でのＡＴ時の最大降温変化率をＡＴＤとする。すなわち、ここではＡＴ実行時のヒータ４に対する制御出力は、０％〜１００％の範囲と仮定している。なお、実際の制御においては、操作量ＭＶの下限値をＯＬとし、上限値をＯＨとして任意の数値を設定する。つまり、操作量ＭＶの範囲はＯＬ〜ＯＨの間である。ここでは、ＯＨ＝１００％であり、ＯＬ＝０％であるように数値を設定していることに相当する。

次に、温度制御の停止に伴う降温、および制御の再起動に伴う昇温における特性を、以下のように与える。
観測され得る昇温変化率 ｄＰＵ
観測され得る降温変化率 ｄＰＤ
この特性は、加熱処理炉６の特性であり、また、周囲や内部の環境等によっても変化する。

ＰＩＤ制御の停止により操作量ＭＶの下限値ＯＬが出力され、ＰＩＤ制御の作用により操作量ＭＶの上限値ＯＨが昇温時に出力されるものとすると、昇温に利用される操作量ＭＶ上げ幅推定値ｄＭＵ及び降温に利用される操作量ＭＶ下げ幅推定値ｄＭＤに対しては、概ね以下の関係が成り立つ。
ｄＭＵ＝１００ｄＰＵ／（ＡＴＵ＋ＡＴＤ）
ｄＭＤ＝１００ｄＰＤ／（ＡＴＵ＋ＡＴＤ）

温度センサ５の温度が一定となっている平衡状態において、操作量ＭＶが一定値（平衡点）になっているとする。このとき、ＯＨと平衡点の差が、昇温に利用される操作量ＭＶ上げ幅推定値ｄＭＵとなる。また、平衡点とＯＬの差が、降温に利用される操作量ＭＶ下げ幅推定値ｄＭＤになることになる。操作量ＭＶの平衡点からの上げ幅と下げ幅という意味があるので、以下の関係式が成り立つ。

ＯＨ−ＯＬ＝ｄＭＵ＋ｄＭＤ
＝｛１００ｄＰＵ／（ＡＴＵ＋ＡＴＤ）｝＋｛１００ｄＰＤ／（ＡＴＵ＋ＡＴＤ）｝

上記の式から、次の式が得られる。
ｄＰＵ＝｛（ＯＨ−ＯＬ）（ＡＴＵ＋ＡＴＤ）/１００｝−ｄＰＤ

ここで、加熱処理炉６の再稼動に関するパラメータを以下のように与える。
再稼動時点までのインターバル時間 Ｔｗ
ヒータの再起動までの停止時間推定値 Ｔｓ
停止時点の温度設定値ＳＰ１と再稼動時の温度設定値ＳＰ２の設定値差 ｄＳＰ（＝ＳＰ２−ＳＰ１）

昇温変化率と昇温時間の積と、降温変化率と降温時間の積との差が、設定値差ｄＳＰになるので、概ね以下の関係が成り立つ。

ｄＰＵ(Ｔｗ−Ｔｓ)−ｄＰＤ・Ｔｓ＝ｄＳＰ
ここで、ｄＰＵは前述の式のようになるので、以下のように置き換えられる。
［｛（ＯＨ―ＯＬ）・（ＡＴＵ＋ＡＴＤ）／１００｝−ｄＰＤ］（Ｔｗ−Ｔｓ）
−ｄＰＤ・Ｔｓ
＝ｄＳＰ

従って、次の式で、停止時間推定値Ｔｓを求めることができる。
Ｔｓ＝Ｔｗ−［１００／｛（ＯＨ−ＯＬ）・（ＡＴＵ＋ＡＴＤ）｝］（ｄＰＤ・Ｔｗ＋ｄＳＰ）

なお、上記の説明では、ＡＴの波形からＡＴＵ＋ＡＴＤを求めたが、これを推定精度調整用のパラメータαとして実装し、オペレータが微調整するのが実用上は好適である。概ね線形系として理論式を求めたわけであるが、実際の装置ではヒータ特性が線形特性ではないので、少なくとも理論からの乖離分をオンラインで調整する機能が必要になる。

この場合、停止時間推定値Ｔｓは次の式になる。
Ｔｓ＝Ｔｗ−［１００／｛（ＯＨ−ＯＬ）・α｝］（ｄＰＤ・Ｔｗ＋ｄＳＰ）

なお、αは任意の定数である。温調計１でのＡＴによる最大降温変化率ＡＴＤと最大昇温変化率ＡＴＵの和に基づいて、αを設定することも可能という意味である。これにより、簡便に正確な推定を行なうことができる。

以下に、具体的なアプリケーションについて説明する。図３乃至図９は、実際の温度制御における測定結果を示すグラフである。図３乃至図９において、横軸が時間、縦軸が操作量又は測定した温度を示している。左側に温度のメモリ（℃）が示され、右側に操作量のメモリ（％）が示されている。さらに、図３乃至図９では、温度設定値が「設定値」として示されている。

図３は、リミットサイクル方式のＡＴ中における温度計測値ＰＶの波形の一例である。ＡＴのための上限値ＯＨは１００％であり、下限値ＯＬは０％に設定されている。加熱処理炉６全体の熱保有状態（いわゆる温まり具合）の影響があまりないため、ＡＴ中の平均の操作量ＭＶが約５０％になっている。このとき、最大昇温変化率ＡＴＵは０．０７５３℃／ｓｅｃ．であり、最大降温変化率ＡＴＤは０．０７７７℃／ｓｅｃ．である。

図４は、リミットサイクル方式のＡＴ中における温度計測値ＰＶの波形の他の例である。ＡＴのための上限値ＯＨは１００％であり、下限値ＯＬは０％に設定されている。加熱処理炉６全体の熱保有状態（いわゆる温まり具合）の影響が出ているため、ＡＴ中の平均の操作量ＭＶが約３８％になっている。このとき、最大昇温変化率ＡＴＵは０．０８４７℃／ｓｅｃ.であり、最大降温変化率ＡＴＤは０．０６９２℃／ｓｅｃ.である。図３、図４に示すように、ＡＴ中は、操作量１００％と０％とが所定の周期で繰り返されることになり、これに伴い降温と昇温を繰り返す。

これらの測定結果より、ＡＴＵ＋ＡＴＤの数値は０．１５３とする。すなわち、α＝０．１５３とする。このように、ＡＴ機能を用いることで、昇降温特性を測定することができる。すなわち、ＡＴ中の昇温性能と降温性能から、αを算出する。なお、温度制御対象が同じであれば、ＡＴＵ＋ＡＴＤはほぼ一定の値になる。また、本アプリケーションにおいては、ＰＩＤ制御を実行中の操作量ＭＶのレンジは０−１００％とする。以上より、下記の推定式が得られる。

Ｔｓ＝Ｔｗ−（ｄＰＤ・Ｔｗ＋ｄＳＰ）／０．１５３

なお、実用上は１００秒経過時点での温度下降量で降温変化率（単位時間の温度下降量）を決定するものとして、推定式の入出力を以下のように実装する。

入力１：１００秒経過時点での温度下降量 ｄＰＤ'（ｄＰＤ＝０．０１・ｄＰＤ'）
入力２：再稼動時点までのインターバル時間 Ｔｗ
入力３：停止時点の温度設定値ＳＰ１と再稼動時の温度設定値ＳＰ２の設定値差 ｄＳＰ
出力：ヒータの再起動までの停止時間推定値 Ｔｓ

入力１の温度下降量ｄＰＤ'に基づいて、降温変化率ｄＰＤが算出される。ここでは、時間に比例して降温するものとして温度下降量ｄＰＤ'から降温変化率ｄＰＤが算出される。

図５は、ｄＰＤ'＝５．９５℃／１００ｓｅｃ．、Ｔｗ＝４００ｓｅｃ．、ｄＳＰ＝５℃で、Ｔｓ＝２１２ｓｅｃ．となる実際の制御結果である。ほぼ４００秒で再稼動できる状態になっている。すなわち、ヒータ４を、２１２秒間オフすることで、４００秒後には、所定の温度設定値ＳＰ２に昇温している。

図６は、ｄＰＤ'＝５．９５℃／１００ｓｅｃ．、Ｔｗ＝６００ｓｅｃ．、ｄＳＰ＝５℃で、Ｔｓ＝３３４ｓｅｃ．となる実際の制御結果である。ほぼ６００秒で再稼動できる状態になっている。すなわち、ヒータ４を、３３４秒間オフすることで、６００秒後には、所定の温度設定値ＳＰ２に昇温している。

図７は、ｄＰＤ'＝４．８５℃／１００ｓｅｃ．、Ｔｗ＝７００ｓｅｃ．、ｄＳＰ＝０℃で、Ｔｓ＝４８７ｓｅｃ．となる実際の制御結果である。ほぼ７００秒で再稼動できる状態になっている。すなわち、ヒータ４を４８７秒間オフすることで、７００秒後には、所定の温度設定値ＳＰ２に昇温している。

図８は、ｄＰＤ'＝６．３２℃／１００ｓｅｃ．、Ｔｗ＝７００ｓｅｃ．、ｄＳＰ＝０℃で、Ｔｓ＝４１１ｓｅｃ．となる実際の制御結果である。ほぼ７００秒で再稼動できる状態になっている。すなわち、ヒータ４を、４１１秒間オフすることで、７００秒後には、所定の温度設定値ＳＰ２に昇温している。

図９は、ｄＰＤ'＝７．９２℃／１００ｓｅｃ．、Ｔｗ＝７００ｓｅｃ．、ｄＳＰ＝０℃で、Ｔｓ＝３３７ｓｅｃ．となる実際の制御結果である。ほぼ７００秒で再稼動できる状態になっている。すなわち、ヒータ４を、３３７秒間オフすることで、７００秒後には、所定の温度設定値ＳＰ２に昇温している。

なお、図５乃至図９では、２００秒の時点でヒータが停止している。すなわち、ヒータの停止時間が２００秒の時点から始まっている。従って、図に示すように、２００秒の時点から操作量が０％になっている。この後、停止時間推定値Ｔｓが経過するまでの間、操作量が０％なので、温度が下降していく。このときの降温変化率が測定される。そして、２００秒の時点から停止時間推定値Ｔｓ経過した段階で、温調計１による温度制御が開始する。例えば、図５の例では、停止時間推定値Ｔｓ＝２１２秒なので４１２秒の時点でヒータ４が起動する。すなわち、４１２秒の時点でヒータ４の操作量ＭＶが１００％になって、昇温が開始している。そして、インターバル時間Ｔｗ＝４００ｓｅｃ．なので、約６００秒の時点で、温度の計測値ＰＶが温度設定値ＳＰ２に昇温している。そして、６００秒の後からは、温度設定値ＳＰ２と計測値ＰＶが一致している。すなわち、所望の時間に加熱処理炉６を再稼動することができる。

このように、上記の計算処理によって、正確に停止時間推定値Ｔｓを推定することができる。そして、停止時間推定値Ｔｓに対応する時間だけ、ヒータ４を停止させた後、温調計１による温度制御を行なう。これにより、効率よく、温度制御対象を運転することができる。すなわち、温度制御対象に対して、上記の推定処理を適用すれば、エネルギー効率を向上することができる。また、上記の推定方法は、加熱処理を行なう製造装置への応用に好適である。このようにすることで、温度制御対象の温度制御を一旦停止させる場合において、効率よく温度を制御することができる。

１ 温調計
２ 電力調整器
３ 電力供給回路
４ ヒータ
５ 温度センサ
６ 加熱処理炉
２０ 推定装置
２１ インターバル時間入力部
２２ 降温変化率入力部
２３ 設定値差入力部
２４ 停止時間推定値算出部
２５ 停止時間推定値出力部

Claims (4)

1. ヒータが設けられた温度制御対象を所望の再稼動時点において設定温度で稼動させるために、前記ヒータを停止させることが可能な停止時間を推定する推定装置であって、
   前記温度制御対象の降温変化率を入力する降温変化率入力部と、
   前記ヒータが停止する時点の停止時点から前記再稼動時点までのインターバル時間を入力するインターバル時間入力部と、
   前記停止時点における温度設定値あるいは温度計測値と、再稼動時点における温度設定値との設定値差を入力する設定値差入力部と、
   前記降温変化率と前記インターバル時間と前記設定値差とに基づいて、前記停止時間を推定する停止時間推定値算出部と、を備え、
   前記降温変化率をｄＰＤ、前記インターバル時間をＴｗ、前記設定値差をｄＳＰ、ヒータの操作量の上限値をＯＨ、ヒータの操作量の下限値をＯＬ、αを最大昇温変化率と最大降温変化率の和に相当する定数とした場合において、前記停止時間の推定値Ｔｓが以下の（１）式で求められることを特徴とする推定装置。
   Ｔｓ＝Ｔｗ−［１００／｛（ＯＨ−ＯＬ）α｝］(ｄＰＤ・Ｔｗ＋ｄＳＰ) ・・・（１）
2. 前記温度制御対象の温度を制御する温度制御機器でオートチューニングしたときの最大昇温変化率をＡＴＵ、前記温度制御機器でオートチューニングしたとき の最大降温変化率をＡＴＤとした場合に、前記定数αを（ＡＴＵ＋ＡＴＤ）に設定していることを特徴とする請求項１に記載の推定装置。
3. 温度制御対象に設けられたヒータを一旦停止させた後、前記温度制御対象を設定温度で所定の再稼動時点において稼動させるように、温度制御機器を用いて前記温度制御対象の温度を制御するための停止時間を推定する推定方法であって、
   前記ヒータが停止する時点の停止時点から前記温度制御対象を設定温度で稼動させる再稼動時点までのインターバル時間を入力するステップと、
   前記停止時点における温度設定値あるいは温度計測値と、再稼動時点における温度設定値との設定値差を入力するステップと、
   前記ヒータを停止した時の前記温度制御対象の降温変化率を入力するステップと、
   前記降温変化率と前記インターバル時間と前記設定値差とに基づいて、前記停止時間を推定するステップと、を備え、
   前記降温変化率をｄＰＤ、前記インターバル時間をＴｗ、前記設定値差をｄＳＰ、ヒータの操作量の上限値をＯＨ、ヒータの操作量の下限値をＯＬ、αを最大昇音変化率と最大降温変化率の和に相当する定数とした場合において、前記停止時間の推定値Ｔｓが以下の（２）式で求められることを特徴とする推定方法。
   Ｔｓ＝Ｔｗ−［１００／｛（ＯＨ−ＯＬ）α｝］(ｄＰＤ・Ｔｗ＋ｄＳＰ) ・・・（２）
4. 前記温度制御対象の温度を制御する温度制御機器によってオートチューニングしたときの最大昇温変化率をＡＴＵ、前記温度制御機器によってオートチューニ ングしたときの最大降温変化率をＡＴＤとした場合に、前記定数αを（ＡＴＵ＋ＡＴＤ）に設定していることを特徴とする請求項３に記載の推定方法。

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