JP5829073B2 - 制御装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の制御ループを備えたマルチループ制御系の制御装置および制御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、特定の瞬間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）に同時供給される瞬間総電力を抑制するために、特許文献１〜特許文献４に開示されているような手法が提案されている。この特許文献１〜特許文献４に開示された制御装置が対象とする加熱装置の１例を図６に示す。酸化拡散炉１００内の石英管１０４の内部には、シリコンウェハ１０５が搬入される。温度センサ１０２−１〜１０２−３は、それぞれヒータ１０３−１〜１０３−３によって加熱される制御ゾーンＺ１〜Ｚ３の温度ＰＶを測定する。調節計１０１−１〜１０１−３は、それぞれ温度センサ１０２−１〜１０２−３によって測定された温度ＰＶが温度設定値ＳＰと一致するように操作量ＭＶを算出してヒータ１０３−１〜１０３−３に出力する。こうして、酸化拡散炉１００内の石英管１０４内に導入される酸素とシリコンウェハ１０５とを加熱することにより、シリコンウェハ１０５の表面に酸化膜を形成する。この図６に示した加熱装置においては、各調節計１０１−１〜１０１−３がそれぞれ対応する制御ゾーンＺ１〜Ｚ３の温度ＰＶを制御する制御ループが３個形成されていることになる。

次に、特許文献１〜特許文献４に開示された技術について説明する。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（瞬間電力）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（瞬間電力）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（瞬間電力）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に開示された技術は、いずれも複数のヒータに時間差を設けて電力を供給して昇温を行なう方式であるため、昇温させる順番次第では、制御ループ間の温度干渉により、先行して温度上昇していた制御ループの温度ＰＶに大きなオーバーシュートが発生する。このようなオーバーシュートが発生すると、制御の整定状態が得られるまでの時間が長くなり、装置稼働効率を損ねる。オーバーシュートの発生を抑制できる順序を考慮して昇温実施の時間をずらさないと、装置稼動効率を損ねる確率が高くなるという問題点があった。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、制御ループ間の温度干渉のある複数の制御系に関し、ステップ応答制御（設定値ＳＰのステップ変更が行なわれ、設定値ＳＰへの追従制御として制御機能が利用されている状態）において、瞬間総エネルギー（例えば瞬間総電力）が指定された一定値（例えば割当瞬間総電力）を超えないように、かつ温度ＰＶのオーバーシュートの発生を抑制できる確率が高くなるように、ステップ応答制御が行なわれる制御装置および方法を提供することを目的とする。

本発明は、温度干渉のある複数の制御ループを備えたマルチループ制御系の制御装置において、各制御ループＬｉ（ｉ＝１〜ｎ）の制御ゾーンを昇温するときに必要とされるヒータのエネルギー使用量である昇温エネルギー量ＰＷｉを制御ループＬｉ毎に予測する昇温エネルギー量予測手段と、各制御ループＬｉの昇温エネルギー量ＰＷｉが大きい方から小さい方への順序を各制御ループＬｉの昇温実行順序として決定する昇温実行順序決定手段と、最初の昇温開始のとき、あるいは昇温対象の制御ループの昇温が進むことによりこの制御ループの操作量が下降してエネルギー余裕が生じたと判断されるときに、前記昇温実行順序に従って昇温対象の制御ループを選択する昇温対象選択手段と、各制御ループＬｉのヒータに供給するエネルギーの総和が所定の割当瞬間総エネルギーＰＴ以内になり、かつ昇温対象の制御ループのヒータに優先的にエネルギーが供給されるように、各制御ループＬｉのヒータに供給するエネルギーの制限操作を行なうエネルギー制限操作手段と、制御ループＬｉ毎に設けられ、温度設定値ＳＰｉと温度ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記エネルギー制限操作手段の設定に従って制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＬｉのヒータに出力する制御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構成例において、前記エネルギー制限操作手段は、各制御ループＬｉのヒータに供給するエネルギーの制限操作を、各制御ループＬｉの前記制御手段の操作量上限値ＯＨｉを変更することにより行なう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、前記昇温対象選択手段は、昇温対象の制御ループの温度が温度設定値に到達したときに、昇温対象の制御ループの昇温が進むことにより操作量が下降してエネルギー余裕が生じたと判断することを特徴とするものである。

また、本発明は、温度干渉のある複数の制御ループを備えたマルチループ制御系の制御装置において、各制御ループＬｉ（ｉ＝１〜ｎ）の制御ゾーンを昇温するときに必要とされるヒータの電力使用量である昇温電力量ＰＷｉを制御ループＬｉ毎に予測する昇温電力量予測手段と、各制御ループＬｉの昇温電力量ＰＷｉが大きい方から小さい方への順序を各制御ループＬｉの昇温実行順序として決定する昇温実行順序決定手段と、最初の昇温開始のとき、あるいは昇温対象の制御ループの昇温が進むことによりこの制御ループの操作量が下降して電力余裕が生じたと判断されるときに、前記昇温実行順序に従って昇温対象の制御ループを選択する昇温対象選択手段と、各制御ループＬｉのヒータに供給する電力の総和が所定の割当瞬間総電力ＰＴ以内になり、かつ昇温対象の制御ループのヒータに優先的に電力が供給されるように、各制御ループＬｉのヒータに供給する電力の制限操作を行なう電力制限操作手段と、制御ループＬｉ毎に設けられ、温度設定値ＳＰｉと温度ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記電力制限操作手段の設定に従って制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＬｉのヒータに出力する制御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構成例において、前記電力制限操作手段は、各制御ループＬｉのヒータに供給する電力の制限操作を、各制御ループＬｉの前記制御手段の操作量上限値ＯＨｉを変更することにより行なう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、前記昇温対象選択手段は、昇温対象の制御ループの温度が温度設定値に到達したときに、昇温対象の制御ループの昇温が進むことにより操作量が下降して電力余裕が生じたと判断することを特徴とするものである。

また、本発明は、温度干渉のある複数の制御ループを備えたマルチループ制御系の制御方法において、各制御ループＬｉ（ｉ＝１〜ｎ）の制御ゾーンを昇温するときに必要とされるヒータのエネルギー使用量である昇温エネルギー量ＰＷｉを制御ループＬｉ毎に予測する昇温エネルギー量予測ステップと、各制御ループＬｉの昇温エネルギー量ＰＷｉが大きい方から小さい方への順序を各制御ループＬｉの昇温実行順序として決定する昇温実行順序決定ステップと、最初の昇温開始のとき、あるいは昇温対象の制御ループの昇温が進むことによりこの制御ループの操作量が下降してエネルギー余裕が生じたと判断されるときに、前記昇温実行順序に従って昇温対象の制御ループを選択する昇温対象選択ステップと、各制御ループＬｉのヒータに供給するエネルギーの総和が所定の割当瞬間総エネルギーＰＴ以内になり、かつ昇温対象の制御ループのヒータに優先的にエネルギーが供給されるように、各制御ループＬｉのヒータに供給するエネルギーの制限操作を行なうエネルギー制限操作ステップと、温度設定値ＳＰｉと温度ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記エネルギー制限操作ステップの設定に従って制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＬｉのヒータに出力する制御ステップとを備えることを特徴とするものである。

また、本発明は、温度干渉のある複数の制御ループを備えたマルチループ制御系の制御方法において、各制御ループＬｉ（ｉ＝１〜ｎ）の制御ゾーンを昇温するときに必要とされるヒータの電力使用量である昇温電力量ＰＷｉを制御ループＬｉ毎に予測する昇温電力量予測ステップと、各制御ループＬｉの昇温電力量ＰＷｉが大きい方から小さい方への順序を各制御ループＬｉの昇温実行順序として決定する昇温実行順序決定ステップと、最初の昇温開始のとき、あるいは昇温対象の制御ループの昇温が進むことによりこの制御ループの操作量が下降して電力余裕が生じたと判断されるときに、前記昇温実行順序に従って昇温対象の制御ループを選択する昇温対象選択ステップと、各制御ループＬｉのヒータに供給する電力の総和が所定の割当瞬間総電力ＰＴ以内になり、かつ昇温対象の制御ループのヒータに優先的に電力が供給されるように、各制御ループＬｉのヒータに供給する電力の制限操作を行なう電力制限操作ステップと、温度設定値ＳＰｉと温度ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記電力制限操作ステップの設定に従って制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＬｉのヒータに出力する制御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、昇温エネルギー量ＰＷｉが大きい方から小さい方への順序を各制御ループＬｉの昇温実行順序として決定し、その昇温実行順序に従って昇温対象の制御ループを選択しながら、各制御ループＬｉのヒータに供給するエネルギーの制限操作を行なうことで、各制御ループＬｉのヒータに供給する瞬間総エネルギーが所定の割当瞬間総エネルギーＰＴを超えないようにし、かつ各制御ループＬｉの温度ＰＶｉのオーバーシュートの発生を抑制できる確率を高めることができる。

また、本発明では、昇温電力量ＰＷｉが大きい方から小さい方への順序を各制御ループＬｉの昇温実行順序として決定し、その昇温実行順序に従って昇温対象の制御ループを選択しながら、各制御ループＬｉのヒータに供給する瞬間総電力が所定の割当瞬間総電力ＰＴを超えないようにし、かつ各制御ループＬｉの温度ＰＶｉのオーバーシュートの発生を抑制できる確率を高めることができる。

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説明する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例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る制御装置の動作例を示す図である。 本発明の第３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。 複数の電気ヒータを備えた加熱装置の構成例を示す図である。

［発明の原理］
本発明では、一定の短い時間を対象として瞬間的に消費される「電力」と、昇温を完了させるために累積的に必要になる「電力量」を扱う。
また、本発明では、特許第４４６８８６８号公報に開示された電力使用量予測方法を応用することを前提とする。制御ループ間に温度干渉が存在する複数の制御系において、各制御系（各制御ループ）をほぼ同じ低温度にある状態からほぼ同じ高温度の状態へと昇温する場合に、オーバーシュートが発生しにくくなるメカニズムとして、下記の（Ａ）、（Ｂ）の２点について着眼できる。

（Ａ）各制御ループがほぼ同じ容量のヒータを用いている場合、各制御ループの昇温能力もほぼ同じであり、昇温能力は昇温前後の平衡状態における操作量ＭＶの高さで決まる。昇温電力量予測値が大きい制御ループほど降温能力もあることになるので、熱干渉によるオーバーシュートに対応しやすい。

（Ｂ）複数の制御ループ間でヒータの容量が大きく異なる場合、ヒータ容量が小さいことにより昇温電力量予測値が小さくなる制御ループほど隣接ループへの熱干渉の影響力も少ないことになるので、昇温済みの隣接ループへの悪影響になりにくい。

上記のように、各制御ループの昇温電力量を予測し、昇温電力量予測値の大きい制御ループを優先して昇温を行なうことで、温度のオーバーシュートの発生を抑制できる確率が高くなる。具体的には、瞬間総電力が指定された一定値（例えば割当瞬間総電力）を超えないように操作量ＭＶあるいは操作量上限値が制限されるように構成し、昇温電力量予測値の大きい制御ループを優先して操作量ＭＶの制限あるいは操作量上限値の制限を緩和する。このようにすることにより、結果的に不要な待機時間やオーバーシュートが少なくなるように、順次昇温を実施しやすくなる。

温調計などの汎用調節計であれば、複数のヒータの容量のバランスなどを予め想定できない状態で技術が実装されて、装置メーカなどに流通することになる。したがって、各制御ループがほぼ同じ容量のヒータを用いるケースと、各制御ループでヒータの容量が大きく異なるケースとで、共通に扱える方法が提供されることは実用範囲の拡大に繋がる。
なお、以上の原理は昇温制御に限らず、電力消費する冷却装置を用いた降温制御についても同様に成り立つ。

［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１は本発明の第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。
本実施の形態の制御装置は、割当瞬間総電力ＰＴを入力する割当瞬間総電力入力部１と、昇温開始を指示する昇温開始指示部２と、各制御ループＬｉ（ｉ＝１〜ｎ、ｎは２以上の整数）の制御ゾーンを昇温するときに必要とされるヒータの電力使用量である昇温電力量ＰＷｉを制御ループＬｉ毎に予測する昇温電力量予測部３と、各制御ループＬｉの昇温電力量ＰＷｉが大きい方から小さい方への順序を各制御ループＬｉの昇温実行順序として決定する昇温実行順序決定部４と、最初の昇温開始のとき、あるいは昇温対象の制御ループの昇温が進むことによりこの制御ループの操作量が下降して電力余裕が生じたと判断されるときに、昇温実行順序に従って昇温対象の制御ループを選択する昇温対象選択部５と、各制御ループＬｉのヒータに供給する電力の制限操作を行なう電力制限操作部６と、制御ループＬｉ（ｉ＝１〜ｎ、ｎは２以上の整数）毎に設けられた制御部７−ｉとから構成される。

制御部７−ｉは、設定値入力部８−ｉと、制御量入力部９−ｉと、ＰＩＤ制御演算部１０−ｉと、操作量上限処理部１１−ｉと、操作量出力部１２−ｉとから構成される。なお、本実施の形態では、制御装置を図６に示した加熱装置に適用するものとし、図６の符号を用いて説明する。この場合、図６に示した調節計１０１−ｉが制御部７−ｉとなる。

図２は制御装置の動作を説明するフローチャート、図３（Ａ）〜図３（Ｆ）は制御装置の動作例を示す図である。本実施の形態では、昇温能力が同じ３ループの場合について説明する。図３（Ａ）、図３（Ｃ）、図３（Ｅ）はそれぞれ制御ループＬ１，Ｌ２，Ｌ３の制御量ＰＶ１，ＰＶ２，ＰＶ３の変化を示す図、図３（Ｂ）、図３（Ｄ）、図３（Ｆ）はそれぞれ制御ループＬ１，Ｌ２，Ｌ３の操作量ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ３の変化を示す図である。

ここで、効果の概略を説明すると、特許文献１〜特許文献４に開示された従来技術の場合、偶然に昇温電力量ＰＷが小さい順に各制御ループの昇温を行なうと、昇温順番が２番目の制御ループからの熱干渉により、昇温順番が１番目の制御ループで制御量のオーバーシュートが発生し、かつこのオーバーシュート状態が解消困難になる。過度なオーバーシュートが発生している場合に、そのオーバーシュート状態の解消を待ってから昇温順番が３番目の制御ループの昇温を開始するように操作するならば、昇温順番が１番目の制御ループのオーバーシュート状態が解消されるのを待つことになり、昇温順番が３番目の制御ループは昇温開始まで長い時間待機することになる。

一方、本実施の形態のように昇温電力量ＰＷが大きい順（すなわち操作量ＭＶｉが高い順）に各制御ループの昇温を行なうと、昇温順番が２番目の制御ループからの熱干渉により発生する、昇温順番が１番目の制御ループでのオーバーシュート状態を比較的容易に解消することが可能である。また、昇温順番が３番目の制御ループからの熱干渉により発生する、昇温順番が１番目、２番目の制御ループでのオーバーシュート状態を比較的容易に解消することが可能である。したがって、本実施の形態では、昇温開始までの待機時間や制御量のオーバーシュートを削減することが可能である。

以下、制御装置の動作について具体的に説明する。本実施の形態では、前提条件として制御ループがＬ１〜Ｌ３の３つあり、各制御ループＬ１〜Ｌ３のヒータ１０３−１〜１０３−３の瞬間消費電力がそれぞれ操作量ＭＶ１〜ＭＶ３に線形的に比例するものと仮定し、さらに各条件を以下のように仮定する。

まず、各制御ループＬ１〜Ｌ３のヒータ１０３−１〜１０３−３の加熱する能力を表すヒータ能力係数ＨＰ１〜ＨＰ３を、ＨＰ１＝４００Ｗ、ＨＰ２＝４００Ｗ、ＨＰ＝４００Ｗとする。ここでは、ヒータ能力係数ＨＰ１〜ＨＰ３としてヒータ容量を用いている。
次に、各制御ループＬ１〜Ｌ３の制御ゾーンＺ１〜Ｚ３を単位温度加熱するのに必要な時間を表す昇温時間係数ＴＨ１〜ＴＨ３を、ＴＨ１＝１０ｓｅｃ．／℃、ＴＨ２＝１０ｓｅｃ．／℃、ＴＨ３＝１０ｓｅｃ．／℃とする。

また、各制御ループＬ１〜Ｌ３の昇温開始後の温度設定値ＳＰ１〜ＳＰ３を、ＳＰ１＝２００℃、ＳＰ２＝２００℃、ＳＰ３＝２００℃とし、昇温開始前の制御量ＰＶ１〜ＰＶ３（温度）を、ＰＶ１＝１００℃、ＰＶ２＝１００℃、ＰＶ３＝１００℃とする。
また、各制御ループＬ１〜Ｌ３の操作量上限値ＯＨ１〜ＯＨ３の初期値を、ＯＨ１＝１００％、ＯＨ２＝１００％、ＯＨ３＝１００％とし、昇温開始前の操作量ＭＶ１〜ＭＶ３を、ＭＶ１＝３０％、ＭＶ２＝１０％、ＭＶ３＝４０％とする。

さらに、最大瞬間総電力ＰＭを、ＰＭ＝１２００Ｗ（＝ＨＰ１＋ＨＰ２＋ＨＰ３）とし、割当瞬間総電力入力部１に入力される割当瞬間総電力ＰＴを、ＰＴ＝７２０Ｗ（最大瞬間総電力ＰＭの６０％）とする。

上記のように、制御ループＬ１〜Ｌ３でほとんどの条件が同じでありながら、昇温開始前操作量が異なる理由は、加熱対象の制御ゾーンＺ１〜Ｚ３の配置の違いなどにより放熱量に違いがあるためである。放熱量が大きい制御ゾーンでは、一定の温度に維持するために必要な瞬間電力（あるいは操作量）が高くなる。同時に、放熱特性が高いということでもあるので、放熱量が大きいということは降温能力もあるということになる。

各制御ループＬｉ（ｉ＝１〜３）の温度設定値ＳＰｉは、制御装置のオペレータによって設定され、設定値入力部８−ｉを介してＰＩＤ制御演算部１０−ｉに入力される（図２ステップＳ１００）。また、温度設定値ＳＰｉは、設定値入力部８−ｉを介して昇温電力量予測部３と昇温対象選択部５とに入力される。

各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉ（温度）は、制御ループＬｉ毎に設けられた温度センサ（図６の例では温度センサ１０２−ｉ）によって測定され、制御量入力部９−ｉを介してＰＩＤ制御演算部１０−ｉに入力される（ステップＳ１０１）。また、制御量ＰＶｉは、制御量入力部９−ｉを介して昇温電力量予測部３と昇温対象選択部５とに入力される。

昇温電力量予測部３は、昇温開始指示部２が例えばオペレータからの指示に応じて昇温開始指示信号を入力すると（ステップＳ１０２においてＹＥＳ）、各制御ループＬ１〜Ｌ３の昇温電力量ＰＷ１〜ＰＷ３を下記のように算出する（ステップＳ１０３）。
ＰＷ１＝（ＳＰ１−ＰＶ１）ＨＰ１ＴＨ１｛ＯＨ１／（ＯＨ１−ＭＶ１）｝
＝（２００−１００）４００×１０｛１００／（１００−３０）｝＝５７１４２９
・・・（１）
ＰＷ２＝（ＳＰ２−ＰＶ２）ＨＰ２ＴＨ２｛ＯＨ２／（ＯＨ２−ＭＶ２）｝
＝（２００−１００）４００×１０｛１００／（１００−１０）｝＝４４４４４４
・・・（２）
ＰＷ３＝（ＳＰ３−ＰＶ３）ＨＰ３ＴＨ３｛ＯＨ３／（ＯＨ３−ＭＶ３）｝
＝（２００−１００）４００×１０｛１００／（１００−４０）｝＝６６６６６７
・・・（３）

式（１）〜式（３）を一般化すると次式となる。
ＰＷｉ＝（ＳＰｉ−ＰＶｉ）ＨＰｉＴＨｉ｛ＯＨｉ／（ＯＨｉ−ＭＶｉ）｝
・・・（４）

式（１）〜式（４）による昇温電力量ＰＷ１〜ＰＷ３の算出原理は特許第４４６８８６８号公報に開示されているので、詳細な説明は省略する。なお、昇温開始指示部２は、オペレータからの指示ではなく、各設定値入力部８−ｉから取得した温度設定値ＳＰｉが同時に同方向（ここでは昇温方向）に変更されたとき、昇温開始指示信号を生成するようにしてもよい。

昇温実行順序決定部４は、各制御ループＬ１〜Ｌ３の昇温電力量ＰＷ１〜ＰＷ３が大きい方から小さい方への順序を各制御ループＬ１〜Ｌ３の昇温実行順序として決定する（ステップＳ１０４）。式（１）〜式（３）によると、昇温電力量ＰＷ１〜ＰＷ３の予測結果はＰＷ３＞ＰＷ１＞ＰＷ２の順になるので、各制御ループＬ１〜Ｌ３の昇温実行順序はＬ３→Ｌ１→Ｌ２の順となる。なお、ステップＳ１０３〜Ｓ１０４の処理は、昇温開始時に１回だけ行えばよい。

次に、昇温対象選択部５は、制御ループ昇温開始条件が成立するか否かを判定し（ステップＳ１０５）、制御ループ昇温開始条件が成立する場合には、昇温実行順序決定部４が決定した昇温実行順序に従って昇温対象の制御ループＬｉを選択する（ステップＳ１０６）。制御ループ昇温開始条件が成立するのは、最初の昇温開始のときか、あるいは昇温対象の制御ループＬｉの昇温が進むことにより、この制御ループＬｉの操作量ＭＶｉが下降して電力余裕が生じたと判断されるときである。具体的には、昇温対象の制御ループＬｉの制御量ＰＶｉが温度設定値ＳＰｉに到達したときに、制御ループＬｉの操作量ＭＶｉが下降して電力余裕が生じたと判断する。ここでは、最初の昇温を開始しようとするときなので、昇温対象選択部５は、制御ループ昇温開始条件が成立したと判断し、昇温実行順序に従って１番目の昇温対象の制御ループＬ３を選択する（ステップＳ１０６）。

そして、電力制限操作部６は、各制御ループＬ１〜Ｌ３のヒータ１０３−１〜１０３−３に供給する電力の総和が割当瞬間総電力ＰＴ以内になり、かつ昇温対象の制御ループＬ３のヒータ１０３−３に優先的に電力が供給されるように、各制御ループＬ１〜Ｌ３に供給する電力の制限操作を行なう（ステップＳ１０７）。具体的には、電力制限操作部６は、昇温対象選択部５が選択した１番目の昇温対象の制御ループＬ３を構成する制御部７−３の操作量上限値ＯＨ３を、最大値１００％に設定する。また、電力制限操作部６は、昇温対象外の制御ループＬ１を構成する制御部７−１の操作量上限値ＯＨ１を、昇温開始前操作量ＭＶ１＝３０％に設定し、同じく昇温対象外の制御ループＬ２を構成する制御部７−２の操作量上限値ＯＨ２を、昇温開始前操作量ＭＶ２＝１０％に設定する。

このとき、各制御ループＬ１〜Ｌ３のヒータ１０３−１〜１０３−３の瞬間消費電力ＰＳは、下記のように推定され、割当瞬間総電力ＰＴ＝７２０Ｗ以内になる。なお、本実施の形態の仮定では瞬間消費電力ＰＳの推測値と実績値とは一致する。
ＰＳ＝（ＨＰ１ＭＶ１／１００）＋（ＨＰ２ＭＶ２／１００）
＋（ＨＰ３ＭＶ３／１００）
＝（４００×３０／１００）＋（４００×１０／１００）
＋（４００×１００／１００）
＝１２０＋４０＋４００＝５６０Ｗ ・・・（５）

割当瞬間総電力ＰＴ＝７２０Ｗに対して瞬間消費電力ＰＳは５６０Ｗになり、１６０Ｗの余裕が生じる。電力制限操作部６は、この余裕分を、制御ループＬ３に次いで昇温電力量が大きいと予測された制御ループＬ１の操作量上限値ＯＨ１の増加に回してもよい。本実施の形態では、電力の余裕分が生じても余裕分が生じたままで、まずは制御ループＬ３の昇温を完了させる動作としておく。

なお、瞬間消費電力ＰＳが割当瞬間総電力ＰＴ＝７２０Ｗを超える推定になる場合、電力制限操作部６は、昇温対象の制御ループＬ３を構成する制御部７−３の操作量上限値ＯＨ３を適宜下げればよい。操作量上限値ＯＨ３を下げるための方法としては、操作量上限値ＯＨ３を最大値１００％から５％ずつ減らしながら、瞬間消費電力ＰＳが割当瞬間総電力ＰＴ＝７２０Ｗを超えない設定を繰り返し探索してもよいし、下記の数式により操作量上限値ＯＨ３を直接的に算出してもよい。式（６）を用いる場合には、不等号の右辺が操作量上限値ＯＨ３となる。
ＭＶ３≦１００｛ＰＳ−（ＨＰ１ＭＶ１／１００）−（ＨＰ２ＭＶ２／１００）｝
／ＨＰ３
＝１００｛７２０−（４００×３０／１００）−（４００×１０／１００）｝
／４００＝１４０％ ・・・（６）

ただし、式（６）を使用できるのは、算出結果が１００％より小さい場合で、式（６）の例のように算出結果が１４０％の場合には、この値を操作量上限値ＯＨ３として使用することはできない。

次に、制御部７−ｉのＰＩＤ制御演算部１０−ｉは、設定値入力部８−ｉから入力された温度設定値ＳＰｉと制御量入力部９−ｉから入力された制御量ＰＶｉに基づいて、周知のＰＩＤ制御演算により操作量ＭＶｉを算出する（ステップＳ１０８）。

操作量上限処理部１１−ｉは、以下の式のような操作量ＭＶｉの上限処理を行なう（ステップＳ１０９）。
ＩＦ ＭＶｉ＞ＯＨｉ ＴＨＥＮ ＭＶｉ＝ＯＨｉ ・・・（７）
すなわち、操作量上限処理部１１−ｉは、操作量ＭＶｉが操作量出力上限値ＯＨｉより大きい場合、操作量ＭＶｉ＝ＯＨｉとする上限処理を行なう。

操作量出力部１２−ｉは、操作量上限処理部１１−ｉによって上限処理された操作量ＭＶｉを制御対象（実際の出力先は図６の例ではヒータ１０３−ｉ）に出力する（ステップＳ１１０）。制御部７−ｉは制御ループＬｉに対応して設けられているので、ステップＳ１０８〜Ｓ１１０の処理は制御部７−ｉ毎に実施されることになる。
制御装置は、以上のようなステップＳ１００〜Ｓ１１０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Ｓ１１１においてＹＥＳ）、一定時間毎に行なう。

こうして、図３（Ａ）、図３（Ｃ）、図３（Ｅ）に示すように温度設定値ＳＰ１〜ＳＰ３が同時に変更されると、図３（Ｅ）、図３（Ｆ）に示すように制御ループＬ３の操作量上限値ＯＨ３が最大値１００％に設定されるので、制御ループＬ３において昇温が開始され、制御量ＰＶ３が上昇を開始する。一方、図３（Ｂ）、図３（Ｄ）に示すように制御ループＬ１の操作量上限値ＯＨ１は３０％に設定され、制御ループＬ２の操作量上限値ＯＨ２は１０％に設定されるので、制御ループＬ３において昇温が開始された時点では制御ループＬ１，Ｌ２の制御量ＰＶ１，ＰＶ２は変化せず、１００℃のまま維持される。

制御ループＬ３の制御量ＰＶ３が温度設定値ＳＰ３＝２００℃に概ね到達すると、ＰＩＤ制御演算部１０−３で算出される操作量ＭＶ３は、昇温開始前の操作量４０％よりも多少高い値（例えば４５％）に収束する。この操作量ＭＶ３は、後続の制御ループＬ１，Ｌ２からの熱干渉により制御ループＬ３の制御量ＰＶ３がオーバーシュート状態になる場合に、４５％ほどの下げ幅がオーバーシュート解消能力として確保されているという意味になる。すなわち、制御ループＬ１〜Ｌ３のうち、最もオーバーシュート解消能力が確保される制御ループＬ３が、１番目の昇温対象の制御ループとして適切に選択されている確率が高いことを意味している。

制御ループＬ１からの熱干渉により、制御ループＬ３の制御量ＰＶ３に図３（Ｅ）の３０で示すようなオーバーシュート状態が発生している。このとき、図３（Ｆ）の３１で示すとおり操作量ＭＶ３を下げることによってオーバーシュートが解消されていることが分かる。同様に、制御ループＬ１，Ｌ２からの熱干渉により、制御ループＬ３の制御量ＰＶ３に図３（Ｅ）の３２で示すようなオーバーシュート状態が発生している。このとき、図３（Ｆ）の３３で示すとおり操作量ＭＶ３を下げることによってオーバーシュートが解消されていることが分かる。

次に、昇温対象選択部５は、制御ループＬ３の制御量ＰＶ３が温度設定値ＳＰ３＝２００℃に到達すると、昇温対象の制御ループＬ３の操作量ＭＶ３が下降して電力余裕が生じたと判断し、制御ループ昇温開始条件が成立したと判定する（ステップＳ１０５においてＹＥＳ）。そして、昇温対象選択部５は、昇温実行順序に従って２番目の昇温対象の制御ループＬ１を選択する（ステップＳ１０６）。

電力制限操作部６は、各制御ループＬ１〜Ｌ３のヒータ１０３−１〜１０３−３に供給する電力の総和が割当瞬間総電力ＰＴ以内になり、かつ昇温対象の制御ループＬ１のヒータ１０３−１に優先的に電力が供給されるように、各制御ループＬ１〜Ｌ３に供給する電力の制限操作を行なう（ステップＳ１０７）。具体的には、電力制限操作部６は、昇温対象選択部５が選択した２番目の昇温対象の制御ループＬ１を構成する制御部７−１の操作量上限値ＯＨ１を、最大値１００％に設定する。また、電力制限操作部６は、昇温対象外の制御ループＬ２を構成する制御部７−２の操作量上限値ＯＨ２を、昇温開始前操作量ＭＶ２＝１０％に設定したままとする。また、電力制限操作部６は、制御ループＬ３については、昇温が完了し電力を制限する必要性がなくなっているので、操作量上限値ＯＨ３を最大値１００％に設定したままとする。

このとき、各制御ループＬ１〜Ｌ３のヒータ１０３−１〜１０３−３の瞬間消費電力ＰＳは、下記のように推定され、割当瞬間総電力ＰＴ＝７２０Ｗ以内になる。
ＰＳ＝（ＨＰ１ＭＶ１／１００）＋（ＨＰ２ＭＶ２／１００）
＋（ＨＰ３ＭＶ３／１００）
＝（４００×１００／１００）＋（４００×１０／１００）
＋（４００×４５／１００）
＝４００＋４０＋１８０＝６２０Ｗ ・・・（８）

割当瞬間総電力ＰＴ＝７２０Ｗに対して瞬間消費電力ＰＳは６２０Ｗになり、１００Ｗの余裕が生じる。電力制限操作部６は、この余裕分を、残る制御ループＬ２の操作量上限値ＯＨ２の増加に回してもよい。本実施の形態では、電力の余裕分が生じても余裕分が生じたままで、まずは制御ループＬ１の昇温を完了させる動作としておく。

なお、瞬間消費電力ＰＳが割当瞬間総電力ＰＴ＝７２０Ｗを超える推定になる場合、電力制限操作部６は、昇温対象の制御ループＬ１を構成する制御部７−１の操作量上限値ＯＨ１を適宜下げればよい。操作量上限値ＯＨ１を下げるための方法としては、操作量上限値ＯＨ１を最大値１００％から５％ずつ減らしながら、瞬間消費電力ＰＳが割当瞬間総電力ＰＴ＝７２０Ｗを超えない設定を繰り返し探索してもよいし、下記の数式により操作量上限値ＯＨ１を直接的に算出してもよい。式（９）を用いる場合には、不等号の右辺が操作量上限値ＯＨ１となる。
ＭＶ１≦１００｛ＰＳ−（ＨＰ２ＭＶ２／１００）−（ＨＰ３ＭＶ３／１００）｝
／ＨＰ１
＝１００｛７２０−（４００×１０／１００）−（４００×４５／１００）｝
／４００＝１２５％ ・・・（９）

ただし、式（９）を使用できるのは、算出結果が１００％より小さい場合で、式（９）の例のように算出結果が１２５％の場合には、この値を操作量上限値ＯＨ１として使用することはできない。

ステップＳ１０８〜Ｓ１１０の処理は上記のとおりである。こうして、制御ループＬ３の制御量ＰＶ３が温度設定値ＳＰ３＝２００℃に到達すると、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように制御ループＬ１の操作量上限値ＯＨ１が最大値１００％に設定されるので、制御ループＬ１において昇温が開始され、制御量ＰＶ１が上昇を開始する。一方、図３（Ｄ）に示すように制御ループＬ２の操作量上限値ＯＨ２は１０％に設定されたままとなるので、制御ループＬ１において昇温が開始された時点では制御ループＬ２の制御量ＰＶ２は変化せず、１００℃のまま維持される。

制御ループＬ１の制御量ＰＶ１が温度設定値ＳＰ１＝２００℃に概ね到達すると、ＰＩＤ制御演算部１０−１で算出される操作量ＭＶ１は、昇温開始前の操作量３０％よりも多少高い値（例えば４０％）に収束する。この操作量ＭＶ１は、後続の制御ループＬ２からの熱干渉により制御ループＬ１がオーバーシュート状態になる場合に、４０％ほどの下げ幅がオーバーシュート解消能力として確保されているという意味になる。すなわち、制御ループＬ１，Ｌ２のうち、オーバーシュート解消能力が確保される制御ループＬ１が、２番目の昇温対象の制御ループとして適切に選択されている確率が高いことを意味している。

制御ループＬ２からの熱干渉により、制御ループＬ１の制御量ＰＶ１に図３（Ａ）の３４で示すようなオーバーシュート状態が発生している。このとき、図３（Ｂ）の３５で示すとおり操作量ＭＶ１を下げることによってオーバーシュートが解消されていることが分かる。

次に、昇温対象選択部５は、制御ループＬ１の制御量ＰＶ１が温度設定値ＳＰ１＝２００℃に到達すると、昇温対象の制御ループＬ１の操作量ＭＶ１が下降して電力余裕が生じたと判断し、制御ループ昇温開始条件が成立したと判定する（ステップＳ１０５においてＹＥＳ）。そして、昇温対象選択部５は、昇温実行順序に従って３番目の昇温対象の制御ループＬ２を選択する（ステップＳ１０６）。

電力制限操作部６は、各制御ループＬ１〜Ｌ３のヒータ１０３−１〜１０３−３に供給する電力の総和が割当瞬間総電力ＰＴ以内になり、かつ昇温対象の制御ループＬ２のヒータ１０３−２に優先的に電力が供給されるように、各制御ループＬ１〜Ｌ３に供給する電力の制限操作を行なう（ステップＳ１０７）。具体的には、電力制限操作部６は、昇温対象選択部５が選択した３番目の昇温対象の制御ループＬ２を構成する制御部７−２の操作量上限値ＯＨ２を、最大値１００％に設定する。また、電力制限操作部６は、制御ループＬ１，Ｌ３については、昇温が完了し電力を制限する必要性がなくなっているので、操作量上限値ＯＨ１，ＯＨ３を最大値１００％に設定したままとする。

このとき、各制御ループＬ１〜Ｌ３のヒータ１０３−１〜１０３−３の瞬間消費電力ＰＳは、下記のように推定され、割当瞬間総電力ＰＴ＝７２０Ｗ以内になる。
ＰＳ＝（ＨＰ１ＭＶ１／１００）＋（ＨＰ２ＭＶ２／１００）
＋（ＨＰ３ＭＶ３／１００）
＝（４００×４０／１００）＋（４００×１００／１００）
＋（４００×４５／１００）
＝１６０＋４００＋１８０＝７４０Ｗ ・・・（１０）

なお、瞬間消費電力ＰＳが割当瞬間総電力ＰＴ＝７２０Ｗを超える推定になる場合、電力制限操作部６は、昇温対象の制御ループＬ２を構成する制御部７−２の操作量上限値ＯＨ２を適宜下げればよい。操作量上限値ＯＨ２を下げるための方法としては、操作量上限値ＯＨ２を最大値１００％から５％ずつ減らしながら、瞬間消費電力ＰＳが割当瞬間総電力ＰＴ＝７２０Ｗを超えない設定を繰り返し探索してもよいし、下記の数式により操作量上限値ＯＨ２を直接的に算出してもよい。式（１１）を用いる場合には、不等号の右辺が操作量上限値ＯＨ２となる。
ＭＶ２≦１００｛ＰＳ−（ＨＰ１ＭＶ１／１００）−（ＨＰ３ＭＶ３／１００）｝
／ＨＰ２
＝１００｛７２０−（４００４０／１００）−（４００４５／１００）｝
／４００＝９５％ ・・・（１１）

すなわち、操作量ＭＶ２は９５％以内と算出される。電力制限操作部６は、操作量上限値ＯＨ２を９５％に設定することで、割当瞬間総電力ＰＴ＝７２０Ｗ以内での昇温を行なうことができる。

ステップＳ１０８〜Ｓ１１０の処理は上記のとおりである。こうして、制御ループＬ１の制御量ＰＶ１が温度設定値ＳＰ１＝２００℃に到達すると、図３（Ｃ）、図３（Ｄ）に示すように制御ループＬ２の操作量上限値ＯＨ２が９５％に設定されるので、制御ループＬ２において昇温が開始され、制御量ＰＶ２が上昇を開始する。また、電力制限操作部６は、制御量ＰＶ２が温度設定値ＳＰ２＝２００℃に到達した時点で、電力を制限する必要性がなくなるので、操作量上限値ＯＨ２を最大値１００％に復帰させる。

以上のように、本実施の形態では、昇温電力量ＰＷｉが大きい方から小さい方への順序を各制御ループＬｉの昇温実行順序として決定し、その昇温実行順序に従って昇温対象の制御ループを選択しながら、供給する電力の制限操作を行なうことで、制御量ＰＶｉのオーバーシュートの発生を抑制できる確率を高めることができる。

［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。本実施の形態では、昇温能力が大きく異なる３ループの場合について説明する。本実施の形態においても、制御装置の構成および処理の流れは第１の実施の形態と同様であるので、図１、図２の符号を用いて説明する。図４（Ａ）〜図４（Ｆ）は本実施の形態の制御装置の動作例を示す図である。図４（Ａ）、図４（Ｃ）、図４（Ｅ）はそれぞれ制御ループＬ１，Ｌ２，Ｌ３の制御量ＰＶ１，ＰＶ２，ＰＶ３の変化を示す図、図４（Ｂ）、図４（Ｄ）、図４（Ｆ）はそれぞれ制御ループＬ１，Ｌ２，Ｌ３の操作量ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ３の変化を示す図である。

ここで、効果の概略を説明すると、特許文献１〜特許文献４に開示された従来技術の場合、偶然に昇温電力量ＰＷが小さい順に各制御ループの昇温を行なうと、昇温順番が１番目の制御ループからの熱干渉では、隣接する制御ループが温度上昇することは少ない。したがって、この場合は速やかに昇温順番が２番目の制御ループの昇温を開始できる。そして、昇温順番が３番目の制御ループは昇温電力量ＰＷが大きいので、熱干渉により隣接する制御ループは一時的にでも温度上昇する。隣接する制御ループは既に昇温を完了していることになるので、この熱干渉による温度上昇は実質的なオーバーシュート状態に相当する。過度なオーバーシュートが発生している場合に、そのオーバーシュート状態の解消をもって目標通りの昇温の完了と扱うのが通常的なので、３ループの昇温完了までに長い時間を費やすということになる。

一方、本実施の形態のように昇温電力量ＰＷが大きい順（すなわち隣接ループへの熱干渉が大きい順）に各制御ループの昇温を行なうと、まず昇温順番が１番目の制御ループからの熱干渉により、隣接する制御ループは一時的にでも温度上昇する。隣接する制御ループは昇温前の低い温度であり、この熱干渉により目標温度を上回る温度上昇が発生する確率は極めて低いので、速やかに昇温順番が２番目の制御ループの昇温を開始できる。そして、昇温順番が３番目の制御ループは昇温電力量ＰＷが小さいので、隣接する制御ループへの熱干渉も小さい。隣接する制御ループは既に昇温を完了していることになるが、この熱干渉による温度上昇は小さく、過度なオーバーシュート状態にはならない。すなわち、３ループの昇温完了までに長い時間を費やすことはない。

以下、制御装置の動作について具体的に説明する。本実施の形態では、前提条件として制御ループがＬ１〜Ｌ３の３つあり、各制御ループＬ１〜Ｌ３のヒータ１０３−１〜１０３−３の瞬間消費電力がそれぞれ操作量ＭＶ１〜ＭＶ３に線形的に比例するものと仮定し、さらに各条件を以下のように仮定する。

まず、各制御ループＬ１〜Ｌ３のヒータ１０３−１〜１０３−３の加熱する能力を表すヒータ能力係数ＨＰ１〜ＨＰ３を、ＨＰ１＝２００Ｗ、ＨＰ２＝８００Ｗ、ＨＰ３＝２００Ｗとする。
次に、各制御ループＬ１〜Ｌ３の制御ゾーンＺ１〜Ｚ３を単位温度加熱するのに必要な時間を表す昇温時間係数ＴＨ１〜ＴＨ３を、ＴＨ１＝１０ｓｅｃ．／℃、ＴＨ２＝１０ｓｅｃ．／℃、ＴＨ３＝１０ｓｅｃ．／℃とする。

また、各制御ループＬ１〜Ｌ３の昇温開始後の温度設定値ＳＰ１〜ＳＰ３を、ＳＰ１＝２００℃、ＳＰ２＝２００℃、ＳＰ３＝２００℃とし、昇温開始前の制御量ＰＶ１〜ＰＶ３（温度）を、ＰＶ１＝１００℃、ＰＶ２＝１００℃、ＰＶ３＝１００℃とする。
また、各制御ループＬ１〜Ｌ３の操作量上限値ＯＨ１〜ＯＨ３の初期値を、ＯＨ１＝１００％、ＯＨ２＝１００％、ＯＨ３＝１００％とし、昇温開始前の操作量ＭＶ１〜ＭＶ３を、ＭＶ１＝１０％、ＭＶ２＝１０％、ＭＶ３＝１０％とする。

さらに、最大瞬間総電力ＰＭを、ＰＭ＝１２００Ｗ（＝ＨＰ１＋ＨＰ２＋ＨＰ３）とし、割当瞬間総電力入力部１に入力される割当瞬間総電力ＰＴを、ＰＴ＝７２０Ｗ（最大瞬間総電力ＰＭの６０％）とする。
このように、本実施の形態では、制御ループＬ１〜Ｌ３でヒータ能力係数ＨＰ１〜ＨＰ３のみが大きく異なる。ヒータ能力係数ＨＰが大きいほど、隣接ループに与える影響として、熱干渉による温度上昇効果が大きいことになる。

図２のステップＳ１００，Ｓ１０１の処理は第１の実施の形態と同じである。昇温電力量予測部３は、温度設定値ＳＰ１〜ＳＰ３が変更され、昇温開始指示部２が昇温開始指示信号を入力すると（図２ステップＳ１０２においてＹＥＳ）、各制御ループＬ１〜Ｌ３の昇温電力量ＰＷ１〜ＰＷ３を下記のように算出する（ステップＳ１０３）。
ＰＷ１＝（ＳＰ１−ＰＶ１）ＨＰ１ＴＨ１｛ＯＨ１／（ＯＨ１−ＭＶ１）｝
＝（２００−１００）２００×１０｛１００／（１００−１０）｝＝２２２２２２
・・・（１２）
ＰＷ２＝（ＳＰ２−ＰＶ２）ＨＰ２ＴＨ２｛ＯＨ２／（ＯＨ２−ＭＶ２）｝
＝（２００−１００）８００×１０｛１００／（１００−１０）｝＝８８８８８９
・・・（１３）
ＰＷ３＝（ＳＰ３−ＰＶ３）ＨＰ３ＴＨ３｛ＯＨ３／（ＯＨ３−ＭＶ３）｝
＝（２００−１００）２００×１０｛１００／（１００−１０）｝＝２２２２２２
・・・（１４）

昇温実行順序決定部４は、各制御ループＬ１〜Ｌ３の昇温電力量ＰＷ１〜ＰＷ３が大きい方から小さい方への順序を各制御ループＬ１〜Ｌ３の昇温実行順序として決定する（ステップＳ１０４）。式（１２）〜式（１４）によると、昇温電力量ＰＷ１〜ＰＷ３の予測結果はＰＷ２＞ＰＷ１＝ＰＷ３の順になるので、各制御ループＬ１〜Ｌ３の昇温実行順序はＬ２→Ｌ１→Ｌ３の順となる。なお、昇温電力量ＰＷ１とＰＷ３が等しいので、制御ループＬ１とＬ３のどちらを先に昇温してもよいが、ここでは制御ループの数字順により、制御ループＬ１を制御ループＬ３よりも先行させることにする。

次に、昇温対象選択部５は、制御ループ昇温開始条件が成立するか否かを判定する（ステップＳ１０５）。ここでは、最初の昇温を開始しようとするときなので、昇温対象選択部５は、制御ループ昇温開始条件が成立したと判断し、昇温実行順序に従って１番目の昇温対象の制御ループＬ２を選択する（ステップＳ１０６）。

電力制限操作部６は、各制御ループＬ１〜Ｌ３のヒータ１０３−１〜１０３−３に供給する電力の総和が割当瞬間総電力ＰＴ以内になり、かつ昇温対象の制御ループＬ２のヒータ１０３−２に優先的に電力が供給されるように、各制御ループＬ１〜Ｌ３に供給する電力の制限操作を行なう（ステップＳ１０７）。具体的には、電力制限操作部６は、昇温対象選択部５が選択した１番目の昇温対象の制御ループＬ２を構成する制御部７−２の操作量上限値ＯＨ２を、最大値１００％に設定する。また、電力制限操作部６は、昇温対象外の制御ループＬ１を構成する制御部７−１の操作量上限値ＯＨ１を、昇温開始前操作量ＭＶ１＝１０％に設定し、同じく昇温対象外の制御ループＬ３を構成する制御部７−３の操作量上限値ＯＨ３を、昇温開始前操作量ＭＶ３＝１０％に設定する。

このとき、各制御ループＬ１〜Ｌ３のヒータ１０３−１〜１０３−３の瞬間消費電力ＰＳは、下記のように推定され、割当瞬間総電力ＰＴ＝７２０Ｗ以内にならない。
ＰＳ＝（ＨＰ１ＭＶ１／１００）＋（ＨＰ２ＭＶ２／１００）
＋（ＨＰ３ＭＶ３／１００）
＝（２００×１０／１００）＋（８００×１００／１００）
＋（２００×１０／１００）
＝２０＋８００＋２０＝８４０Ｗ ・・・（１５）

瞬間消費電力ＰＳが割当瞬間総電力ＰＴ＝７２０Ｗを超える推定になる場合、電力制限操作部６は、昇温対象の制御ループＬ２を構成する制御部７−２の操作量上限値ＯＨ２を適宜下げればよい。操作量上限値ＯＨ２を下げるための方法としては、操作量上限値ＯＨ２を最大値１００％から５％ずつ減らしながら、瞬間消費電力ＰＳが割当瞬間総電力ＰＴ＝７２０Ｗを超えない設定を繰り返し探索してもよいし、下記の数式により操作量上限値ＯＨ２を直接的に算出してもよい。式（１６）を用いる場合には、不等号の右辺が操作量上限値ＯＨ２となる。
ＭＶ２≦１００｛ＰＳ−（ＨＰ１ＭＶ１／１００）−（ＨＰ３ＭＶ３／１００）｝
／ＨＰ２
＝１００｛７２０−（２００×１０／１００）−（２００×１０／１００）｝
／８００＝８５％ ・・・（１６）

すなわち、操作量ＭＶ２は８５％以内と算出される。電力制限操作部６は、操作量上限値ＯＨ２を８５％に設定することで、割当瞬間総電力ＰＴ＝７２０Ｗ以内での昇温を行なうことができる。

図２のステップＳ１０８〜Ｓ１１０の処理は第１の実施の形態と同じである。こうして、図４（Ａ）、図４（Ｃ）、図４（Ｅ）に示すように温度設定値ＳＰ１〜ＳＰ３が同時に変更されると、図４（Ｃ）、図４（Ｄ）に示すように制御ループＬ２の操作量上限値ＯＨ２が８５％に設定されるので、制御ループＬ２において昇温が開始され、制御量ＰＶ２が上昇を開始する。一方、図４（Ｂ）、図４（Ｆ）に示すように制御ループＬ１，Ｌ３の操作量上限値ＯＨ１，ＯＨ３は１０％に設定されるので、制御ループＬ２において昇温が開始された時点では制御ループＬ１，Ｌ３の制御量ＰＶ１，ＰＶ３は直ぐには変化しない。ただし、制御ループＬ２からの熱干渉があるため、制御量ＰＶ１，ＰＶ３は徐々に上昇していくことになる。

制御ループＬ２の制御量ＰＶ２が温度設定値ＳＰ２＝２００℃に概ね到達すると、ＰＩＤ制御演算部１０−２で算出される操作量ＭＶ２は、昇温開始前の操作量１０％よりも多少高い値（例えば１５％）に収束する。
制御ループＬ２の昇温の間に、上記のとおり制御ループＬ２からの熱干渉により、隣接する制御ループＬ１，Ｌ３の制御量ＰＶ１，ＰＶ３は一時的にでも上昇する。制御ループＬ１，Ｌ３は昇温前の低い温度であり、この熱干渉により温度設定値ＳＰ１，ＳＰ３を上回る温度上昇が発生する確率は極めて低く、例えば１００℃から１２０℃への温度上昇程度に留まるので、速やかに次の制御ループＬ１の昇温を開始できる。

昇温対象選択部５は、制御ループＬ２の制御量ＰＶ２が温度設定値ＳＰ２＝２００℃に到達すると、昇温対象の制御ループＬ２の操作量ＭＶ２が下降して電力余裕が生じたと判断し、制御ループ昇温開始条件が成立したと判定する（ステップＳ１０５においてＹＥＳ）。そして、昇温対象選択部５は、昇温実行順序に従って２番目の昇温対象の制御ループＬ１を選択する（ステップＳ１０６）。

電力制限操作部６は、各制御ループＬ１〜Ｌ３のヒータ１０３−１〜１０３−３に供給する電力の総和が割当瞬間総電力ＰＴ以内になり、かつ昇温対象の制御ループＬ１のヒータ１０３−１に優先的に電力が供給されるように、各制御ループＬ１〜Ｌ３に供給する電力の制限操作を行なう（ステップＳ１０７）。具体的には、電力制限操作部６は、昇温対象選択部５が選択した２番目の昇温対象の制御ループＬ１を構成する制御部７−１の操作量上限値ＯＨ１を、最大値１００％に設定する。また、電力制限操作部６は、昇温対象外の制御ループＬ３を構成する制御部７−３の操作量上限値ＯＨ３を、昇温開始前操作量ＭＶ３＝１０％に設定したままとする。また、電力制限操作部６は、制御ループＬ２については、昇温が完了し電力を制限する必要性がなくなっているので、操作量上限値ＯＨ２を８５％から最大値１００％に復帰させる。

このとき、各制御ループＬ１〜Ｌ３のヒータ１０３−１〜１０３−３の瞬間消費電力ＰＳは、下記のように推定され、割当瞬間総電力ＰＴ＝７２０Ｗ以内になる。
ＰＳ＝（ＨＰ１ＭＶ１／１００）＋（ＨＰ２ＭＶ２／１００）
＋（ＨＰ３ＭＶ３／１００）
＝（２００×１００／１００）＋（８００×１５／１００）
＋（２００×１０／１００）
＝２００＋１２０＋２０＝３４０Ｗ ・・・（１７）

割当瞬間総電力ＰＴ＝７２０Ｗに対して瞬間消費電力ＰＳは３４０Ｗになり、３８０Ｗの余裕が生じる。電力制限操作部６は、この余裕分を、残る制御ループＬ３の操作量上限値ＯＨ３の増加に回してもよい。本実施の形態では、電力の余裕分が生じても余裕分が生じたままで、まずは制御ループＬ１の昇温を完了させる動作としておく。

なお、瞬間消費電力ＰＳが割当瞬間総電力ＰＴ＝７２０Ｗを超える推定になる場合、電力制限操作部６は、昇温対象の制御ループＬ１を構成する制御部７−１の操作量上限値ＯＨ１を適宜下げればよい。操作量上限値ＯＨ１を下げるための方法としては、操作量上限値ＯＨ１を最大値１００％から５％ずつ減らしながら、瞬間消費電力ＰＳが割当瞬間総電力ＰＴ＝７２０Ｗを超えない設定を繰り返し探索してもよいし、下記の数式により操作量上限値ＯＨ１を直接的に算出してもよい。式（１８）を用いる場合には、不等号の右辺が操作量上限値ＯＨ１となる。

ＭＶ１≦１００｛ＰＳ−（ＨＰ２ＭＶ２／１００）−（ＨＰ３ＭＶ３／１００）｝
／ＨＰ１
＝１００｛７２０−（８００×１５／１００）−（２００×１０／１００）｝
／２００＝２９０％ ・・・（１８）

ただし、式（１８）を使用できるのは、算出結果が１００％より小さい場合で、式（１８）の例のように算出結果が２９０％の場合には、この値を操作量上限値ＯＨ１として使用することはできない。

ステップＳ１０８〜Ｓ１１０の処理は上記のとおりである。こうして、制御ループＬ２の制御量ＰＶ２が温度設定値ＳＰ２＝２００℃に到達すると、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すように制御ループＬ１の操作量上限値ＯＨ１が最大値１００％に設定されるので、制御ループＬ１において昇温が開始され、制御量ＰＶ１が大きく上昇する。一方、図４（Ｆ）に示すように制御ループＬ３の操作量上限値ＯＨ３は１０％に設定されたままとなるので、制御ループＬ１において昇温が開始された時点では制御ループＬ３の制御量ＰＶ３は大きく変化せず、制御ループＬ１，Ｌ２からの熱干渉により徐々に上昇する。

制御ループＬ１の制御量ＰＶ１が温度設定値ＳＰ１＝２００℃に概ね到達すると、ＰＩＤ制御演算部１０−１で算出される操作量ＭＶ１は、昇温開始前の操作量１０％よりも多少高い値（例えば１５％）に収束する。
制御ループＬ１の昇温の間に、制御ループＬ１からの熱干渉により、隣接する制御ループＬ２，Ｌ３の制御量ＰＶ２，ＰＶ３は一時的にでも上昇する。ただし、制御ループＬ１はヒータ能力係数の低い制御ループであり、この制御ループＬ１からの熱干渉による温度上昇は例えば制御ループＬ２の制御量ＰＶ２が２００℃から２０５℃へ温度上昇し、制御ループＬ３の制御量ＰＶ３が１２０℃から１２５℃へ温度上昇するといったように比較的小さいもので済むので、速やかに次の制御ループＬ３の昇温を開始できる。

昇温対象選択部５は、制御ループＬ１の制御量ＰＶ１が温度設定値ＳＰ１＝２００℃に到達すると、昇温対象の制御ループＬ１の操作量ＭＶ１が下降して電力余裕が生じたと判断し、制御ループ昇温開始条件が成立したと判定する（ステップＳ１０５においてＹＥＳ）。そして、昇温対象選択部５は、昇温実行順序に従って３番目の昇温対象の制御ループＬ３を選択する（ステップＳ１０６）。

電力制限操作部６は、各制御ループＬ１〜Ｌ３のヒータ１０３−１〜１０３−３に供給する電力の総和が割当瞬間総電力ＰＴ以内になり、かつ昇温対象の制御ループＬ３のヒータ１０３−３に優先的に電力が供給されるように、各制御ループＬ１〜Ｌ３に供給する電力の制限操作を行なう（ステップＳ１０７）。具体的には、電力制限操作部６は、昇温対象選択部５が選択した３番目の昇温対象の制御ループＬ３を構成する制御部７−３の操作量上限値ＯＨ３を、最大値１００％に設定する。また、電力制限操作部６は、制御ループＬ１，Ｌ２については、昇温が完了し電力を制限する必要性がなくなっているので、操作量上限値ＯＨ１，ＯＨ２を最大値１００％に設定したままとする。

このとき、各制御ループＬ１〜Ｌ３のヒータ１０３−１〜１０３−３の瞬間消費電力ＰＳは、下記のように推定され、割当瞬間総電力ＰＴ＝７２０Ｗ以内になる。
ＰＳ＝（ＨＰ１ＭＶ１／１００）＋（ＨＰ２ＭＶ２／１００）
＋（ＨＰ３ＭＶ３／１００）
＝（２００×１５／１００）＋（８００×１５／１００）
＋（２００×１００／１００）
＝３０＋１２０＋２００＝３５０Ｗ ・・・（１９）

ステップＳ１０８〜Ｓ１１０の処理は上記のとおりである。こうして、制御ループＬ１の制御量ＰＶ１が温度設定値ＳＰ１＝２００℃に到達すると、図４（Ｅ）、図４（Ｆ）に示すように制御ループＬ３の操作量上限値ＯＨ３が最大値１００％に設定されるので、制御ループＬ３において昇温が開始され、制御量ＰＶ３が大きく上昇する。

制御ループＬ３の昇温の間に、制御ループＬ３からの熱干渉により、隣接する制御ループＬ１，Ｌ２の制御量ＰＶ１，ＰＶ２は一時的にでも上昇する。ただし、制御ループＬ３はヒータ能力係数の低い制御ループであり、この制御ループＬ３からの熱干渉による温度上昇は例えば制御ループＬ１，Ｌ２の制御量ＰＶ１，ＰＶ２が２００℃から２０５℃へ温度上昇するといったように比較的小さいもので済む。

以上のように、複数の制御ループＬｉの昇温能力が大きく異なる場合においても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

［第３の実施の形態］
第１、第２の実施の形態では、昇温電力量ＰＷｉに基づいて昇温実行順序を決定しているが、これに限るものではなく、例えば燃料使用量などの昇温エネルギー量ＰＷｉに基づいて昇温実行順序を決定するようにしてもよい。すなわち、本発明は、第１、第２の実施の形態で用いる「電力」という物理量を、「エネルギー」に置き換えた形態を権利範囲に含む。

第１、第２の実施の形態の制御装置で用いる「電力」という物理量を「エネルギー」に置き換えた制御装置の構成を図５に示す。
図５の制御装置は、割当瞬間総エネルギー入力部１ａと、昇温開始指示部２ａと、昇温エネルギー量予測部３ａと、昇温実行順序決定部４ａと、昇温対象選択部５ａと、エネルギー制限操作部６ａと、制御ループＬｉ毎に設けられた制御部７−ｉとから構成される。この制御装置の構成は、第１、第２の実施の形態において「電力」を「エネルギー」に置き換えたものに相当するので、詳細な説明は省略する。

第１〜第３の実施の形態の制御装置は、制御部７−ｉとそれ以外の装置（割当瞬間総電力入力部１、割当瞬間総エネルギー入力部１ａ、昇温開始指示部２，２ａ、昇温電力量予測部３、昇温エネルギー量予測部３ａ、昇温実行順序決定部４，４ａ、昇温対象選択部５，５ａ、電力制限操作部６、エネルギー制限操作部６ａ）に分かれるが、各々の装置は、ＣＰＵ、記憶装置およ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。各々の装置のＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第１〜第３の実施の形態で説明した処理を実行する。

本発明は、複数の制御ループを備えたマルチループ制御系に適用することができる。

１…割当瞬間総電力入力部、１ａ…割当瞬間総エネルギー入力部、２，２ａ…昇温開始指示部、３…昇温電力量予測部、３ａ…昇温エネルギー量予測部、４，４ａ…昇温実行順序決定部、５，５ａ…昇温対象選択部、６…電力制限操作部、６ａ…エネルギー制限操作部、７−ｉ…制御部、８−ｉ…設定値入力部、９−ｉ…制御量入力部、１０−ｉ…ＰＩＤ制御演算部、１１−ｉ…操作量上限処理部、１２−ｉ…操作量出力部。

Claims (12)

1. 温度干渉のある複数の制御ループを備えたマルチループ制御系の制御装置において、
   各制御ループＬｉ（ｉ＝１〜ｎ）の制御ゾーンを昇温するときに必要とされるヒータのエネルギー使用量である昇温エネルギー量ＰＷｉを制御ループＬｉ毎に予測する昇温エネルギー量予測手段と、
   各制御ループＬｉの昇温エネルギー量ＰＷｉが大きい方から小さい方への順序を各制御ループＬｉの昇温実行順序として決定する昇温実行順序決定手段と、
   最初の昇温開始のとき、あるいは昇温対象の制御ループの昇温が進むことによりこの制御ループの操作量が下降してエネルギー余裕が生じたと判断されるときに、前記昇温実行順序に従って昇温対象の制御ループを選択する昇温対象選択手段と、
   各制御ループＬｉのヒータに供給するエネルギーの総和が所定の割当瞬間総エネルギーＰＴ以内になり、かつ昇温対象の制御ループのヒータに優先的にエネルギーが供給されるように、各制御ループＬｉのヒータに供給するエネルギーの制限操作を行なうエネルギー制限操作手段と、
   制御ループＬｉ毎に設けられ、温度設定値ＳＰｉと温度ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記エネルギー制限操作手段の設定に従って制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＬｉのヒータに出力する制御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、
   前記エネルギー制限操作手段は、各制御ループＬｉのヒータに供給するエネルギーの制限操作を、各制御ループＬｉの前記制御手段の操作量上限値ＯＨｉを変更することにより行なうことを特徴とする制御装置。
3. 請求項２記載の制御装置において、
   前記昇温対象選択手段は、昇温対象の制御ループの温度が温度設定値に到達したときに、昇温対象の制御ループの昇温が進むことにより操作量が下降してエネルギー余裕が生じたと判断することを特徴とする制御装置。
4. 温度干渉のある複数の制御ループを備えたマルチループ制御系の制御装置において、
   各制御ループＬｉ（ｉ＝１〜ｎ）の制御ゾーンを昇温するときに必要とされるヒータの電力使用量である昇温電力量ＰＷｉを制御ループＬｉ毎に予測する昇温電力量予測手段と、
   各制御ループＬｉの昇温電力量ＰＷｉが大きい方から小さい方への順序を各制御ループＬｉの昇温実行順序として決定する昇温実行順序決定手段と、
   最初の昇温開始のとき、あるいは昇温対象の制御ループの昇温が進むことによりこの制御ループの操作量が下降して電力余裕が生じたと判断されるときに、前記昇温実行順序に従って昇温対象の制御ループを選択する昇温対象選択手段と、
   各制御ループＬｉのヒータに供給する電力の総和が所定の割当瞬間総電力ＰＴ以内になり、かつ昇温対象の制御ループのヒータに優先的に電力が供給されるように、各制御ループＬｉのヒータに供給する電力の制限操作を行なう電力制限操作手段と、
   制御ループＬｉ毎に設けられ、温度設定値ＳＰｉと温度ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記電力制限操作手段の設定に従って制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＬｉのヒータに出力する制御手段とを備えることを特徴とする制御装置。
5. 請求項４記載の制御装置において、
   前記電力制限操作手段は、各制御ループＬｉのヒータに供給する電力の制限操作を、各制御ループＬｉの前記制御手段の操作量上限値ＯＨｉを変更することにより行なうことを特徴とする制御装置。
6. 請求項５記載の制御装置において、
   前記昇温対象選択手段は、昇温対象の制御ループの温度が温度設定値に到達したときに、昇温対象の制御ループの昇温が進むことにより操作量が下降して電力余裕が生じたと判断することを特徴とする制御装置。
7. 温度干渉のある複数の制御ループを備えたマルチループ制御系の制御方法において、
   各制御ループＬｉ（ｉ＝１〜ｎ）の制御ゾーンを昇温するときに必要とされるヒータのエネルギー使用量である昇温エネルギー量ＰＷｉを制御ループＬｉ毎に予測する昇温エネルギー量予測ステップと、
   各制御ループＬｉの昇温エネルギー量ＰＷｉが大きい方から小さい方への順序を各制御ループＬｉの昇温実行順序として決定する昇温実行順序決定ステップと、
   最初の昇温開始のとき、あるいは昇温対象の制御ループの昇温が進むことによりこの制御ループの操作量が下降してエネルギー余裕が生じたと判断されるときに、前記昇温実行順序に従って昇温対象の制御ループを選択する昇温対象選択ステップと、
   各制御ループＬｉのヒータに供給するエネルギーの総和が所定の割当瞬間総エネルギーＰＴ以内になり、かつ昇温対象の制御ループのヒータに優先的にエネルギーが供給されるように、各制御ループＬｉのヒータに供給するエネルギーの制限操作を行なうエネルギー制限操作ステップと、
   温度設定値ＳＰｉと温度ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記エネルギー制限操作ステップの設定に従って制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＬｉのヒータに出力する制御ステップとを備えることを特徴とする制御方法。
8. 請求項７記載の制御方法において、
   前記エネルギー制限操作ステップは、各制御ループＬｉのヒータに供給するエネルギーの制限操作を、制御ループＬｉ毎の前記制御ステップの操作量上限値ＯＨｉを変更することにより行なうことを特徴とする制御方法。
9. 請求項８記載の制御方法において、
   前記昇温対象選択ステップは、昇温対象の制御ループの温度が温度設定値に到達したときに、昇温対象の制御ループの昇温が進むことにより操作量が下降してエネルギー余裕が生じたと判断することを特徴とする制御方法。
10. 温度干渉のある複数の制御ループを備えたマルチループ制御系の制御方法において、
    各制御ループＬｉ（ｉ＝１〜ｎ）の制御ゾーンを昇温するときに必要とされるヒータの電力使用量である昇温電力量ＰＷｉを制御ループＬｉ毎に予測する昇温電力量予測ステップと、
    各制御ループＬｉの昇温電力量ＰＷｉが大きい方から小さい方への順序を各制御ループＬｉの昇温実行順序として決定する昇温実行順序決定ステップと、
    最初の昇温開始のとき、あるいは昇温対象の制御ループの昇温が進むことによりこの制御ループの操作量が下降して電力余裕が生じたと判断されるときに、前記昇温実行順序に従って昇温対象の制御ループを選択する昇温対象選択ステップと、
    各制御ループＬｉのヒータに供給する電力の総和が所定の割当瞬間総電力ＰＴ以内になり、かつ昇温対象の制御ループのヒータに優先的に電力が供給されるように、各制御ループＬｉのヒータに供給する電力の制限操作を行なう電力制限操作ステップと、
    温度設定値ＳＰｉと温度ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記電力制限操作ステップの設定に従って制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＬｉのヒータに出力する制御ステップとを備えることを特徴とする制御方法。
11. 請求項１０記載の制御方法において、
    前記電力制限操作ステップは、各制御ループＬｉのヒータに供給する電力の制限操作を、制御ループＬｉ毎の前記制御ステップの操作量上限値ＯＨｉを変更することにより行なうことを特徴とする制御方法。
12. 請求項１１記載の制御方法において、
    前記昇温対象選択ステップは、昇温対象の制御ループの温度が温度設定値に到達したときに、昇温対象の制御ループの昇温が進むことにより操作量が下降して電力余裕が生じたと判断することを特徴とする制御方法。