JP6500976B2 - 温度制御システム及び温度制御方法 - Google Patents

Description

この発明は、温度制御対象が目標温度に到達する時間を調整する温度制御システム及び温度制御方法に関する。特に、工業製品の生産ライン等の加熱工程に設置されたヒータなどの温度制御対象に好適な温度制御システム及び温度制御方法に関する。

工業製品の生産ライン等の加熱工程において複数の温度制御対象が存在する場合、全ての温度制御対象の温度が目標に到達してから、次の工程に移行することが要求される。一部の温度制御対象が十分に加熱されていないと、熱量不足による生産品の品質劣化等が発生するためである。

しかし、各温度制御対象が所定の温度に到達するまでに要する時間はそれぞれ異なる。従って、早く所定の温度に到達した温度制御対象は、最も所定の温度に到達するのが遅い温度制御対象が所定の温度に到達するまで所定の温度で待機することになる。これにより、無駄な電力の消費、過加熱による加熱装置の損傷等を招くという問題がある。

このような課題に対応するために、それぞれの温度制御対象の温度が目標温度に到達する時間を揃えるように、最も昇温速度が遅い制御ゾーンに合わせ制御ゾーンの全ての温度を上昇させることを意図した温度調節装置が以下の特許文献１に開示されている。

この温度調節装置は、複数の加熱制御ゾーン毎に設けた加熱体により各加熱制御ゾーンを予め設定された所定の成形温度までそれぞれ昇温させる際に、最も温度上昇の遅い供給部の温度上昇率に基づいて仮目標温度を予測計算する。次に、この仮目標温度に基づいて、供給部以外の加熱制御ゾーンの加熱体のそれぞれの加熱制御量を演算する。そして、この加熱制御量によってそれぞれの加熱制御ゾーンの昇温を制御し、最も温度上昇の遅い供給部に他の加熱制御ゾーンを合わせることで、全ての加熱制御ゾーンを同じ温度で上昇させる。

具体的には、各加熱制御ゾーンＡ〜Ｄの温度上昇（昇温速度）を、各ゾーンの中で最も温度上昇の遅いゾーン（例えばゾーンＡとする）を基準として、その他のゾーンＢ〜Ｄの温度上昇をその基準とするゾーンＡの温度上昇に合わせることで、各ゾーンＡ〜Ｄ全てが常に同じ温度で上昇するように構成するものである。予め実験や計算等によって、各加熱制御ゾーンＡ〜Ｄの通常の加熱量によりそれぞれの加熱体を加熱して昇温する際に、各ゾーンの中で最も温度上昇の遅いゾーンを把握して特定する。

特定した温度上昇の最も遅いゾーンを基準ゾーンとして、各加熱制御ゾーンの昇温速度と基準ゾーンの昇温速度との比率である昇温速度比率をそれぞれ算出する。この昇温速度比率に応じた各ゾーンの補正係数Ｋを線形外挿法によって算出し、各加熱制御ゾーンにおける加熱体の通常の加熱制御量Ｑにそれぞれの補正係数Ｋを乗じた補正加熱制御量Ｋ×Ｑを用いてそれぞれの加熱体を加熱制御する。この補正加熱制御量を用いることで、全ての加熱体を、同じ温度で上昇させることを意図している。

また、以下の特許文献２には、温度制御対象の温度を、利用者が指定した目標温度および、指定した時間で調整することを意図した温度調節装置が開示されている。

この温度調節装置は、目標温度及び検出温度に基づいて、操作量を算出して出力する制御演算部と、制御演算部が使用する制御パラメータを算出する制御パラメータ算出部を備えている。温度調節装置の制御演算部は、所望する入力時間、温度制御対象のプロセスパラメータ、時定数、等に基づいて操作量を算出する。そして、制御演算部は、所定の温度に達するまでは操作量を出力し、目標温度に達した後はＰＩＤ制御を行う。

具体的には、温度制御対象の特性である、プロセスゲインＫ、時定数Ｔを実際に計測し、それらの値及び、むだ時間Ｌ，目標温度ｙ_sp及び初期温度ｙ₀、所望する入力時間τを用いて操作量を算出し、この算出した操作量を出力する。この操作量を用いて温度制御対象を目標温度まで制御することで、温度制御対象の温度を、利用者が指定した目標温度及び時間で調整することを意図している。

特開平１０−３１５２９１号公報 特開２０１４−１６４４６３号公報

従来の温度調節装置は以上のように構成されているので、特許文献１に開示されている温度調節装置を実施すれば、最も温度上昇の遅い温度制御対象に合わせて、それ以外の温度制御対象の温度を上昇させることはできる。しかし、補正係数Ｋの算出において、線形外挿法を用いているため、その予測精度の問題から、各温度制御対象の昇温完了時間を十分に一致させることができない課題があった。

更に、特許文献２に開示されている温度調節装置を実施すれば、温度制御対象を、指定した時間で、目標温度に到達させることができる。しかし、当該手法を実施するためには、温度制御対象のステップ応答の記録等から温度制御対象の特性（時定数、プロセスゲイン）を測定する必要がある。

しかし、精度よく温度制御対象の特性を測定するのは、測定機器の熱耐性などの問題から現実的には難しい。特に、プロセスゲインについては、その測定のために、制御装置に最大の電力を印加し続ける必要がある。このような動作は制御装置の故障につながるおそれがあり、正確なプロセスゲインの値を測定できない場合が多い。そのため、現実的に当該手法を実施するのが困難であるという課題があった。

また、上記の先行技術文献においては、温度制御対象が複数であることが前提であった。しかし、その一方で、接続された温度制御対象が１つである場合にも、その加熱対象の熱特性などから、温度制御対象を、指定した時間で目標温度に到達させたいという要望があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、少なくとも１つ以上の温度制御対象を、測定困難な特性の測定をすることなく、精度よく所定の時間で目標温度に到達させ、無駄な電力の消費、温度制御対象の過加熱等を抑えることができる温度調節装置を得ることを目的とする。

この発明に係る温度制御システムは、
少なくとも１つ以上の温度制御対象の温度を、該温度制御対象の目標温度へと温度制御するための温度制御システムであって、
温度制御システムは、
１つ以上の温度制御対象の温度を目標温度へと温度調節する温度調節部と、
１つ以上の温度制御対象が目標温度に到達するまでの時間を、入力された時間である入力時間へと調整するための印加熱量の上限値と、温度調節部において出力される印加熱量の最大値を表す最大出力値との比率である、出力リミッタ値を算出する出力リミッタ算出部と、
を備え、
温度調節部は、目標温度と、１つ以上の温度制御対象の検出温度である制御量と、出力リミッタ値と、を入力され、制御量に基づいて算出された、１つ以上の温度制御対象への印加熱量を表す操作量を出力するものであり、
出力リミッタ値は、
以下の式で表されるＡによって算出され、

Ｂは、出力を最大出力値に設定した温度調節部における、１つ以上の温度制御対象の制御開始から目標温度に到達するまでの時間である昇温時間と、入力時間との比率を表し、
θは、制御量の変動量を監視し、変動量が継続して一定の範囲内に収まっていると判断されたときの印加熱量と、最大出力値との比率である安定時負荷率を表し、
温度調節部は、入力された出力リミッタ値と、最大出力値との積を操作量の上限値として出力することを特徴とするものである。

また、この発明に係る温度制御システムは、上記構成を備えた上で、
複数の温度制御対象の温度を各々の目標温度へと温度制御するための温度制御システムであって、
出力リミッタ算出部は、複数の温度制御対象ごとの昇温時間のうち、最大の値を、入力時間として設定し、複数の温度制御対象ごとに出力リミッタ値を算出するようにしてもよい。

この発明に係る温度制御方法は、
少なくとも１つ以上の温度制御対象の温度を、該温度制御対象の目標温度へと温度制御するための温度制御方法であって、
温度制御方法は、
１つ以上の温度制御対象の温度を目標温度へと温度調節する温度調節ステップと、
１つ以上の温度制御対象が目標温度に到達するまでの時間を、入力された時間である入力時間へと調整するための印加熱量と、温度調節部において出力される印加熱量の最大値を表す最大出力値との比率である、出力リミッタ値を算出する出力リミッタ算出ステップと、
を備え、
温度調節ステップは、目標温度と、１つ以上の温度制御対象の検出温度である制御量と、出力リミッタ値と、を入力され、制御量に基づいて算出された、１つ以上の温度制御対象への印加熱量を表す操作量を出力するものであり、
出力リミッタ値は、
以下の式で表されるＡによって算出され、

Ｂは、出力を最大出力値に設定した温度調節部における、１つ以上の温度制御対象の制御開始から目標温度に到達するまでの時間である昇温時間と、入力時間との比率を表し、
θは、制御量の変動量を監視し、変動量が継続して一定の範囲内に収まっていると判断されたときの印加熱量の上限値と、最大出力値との比率である安定時負荷率を表し、
温度調節ステップは、入力された出力リミッタ値と、最大出力値との積を操作量の上限値として出力することを特徴とするものである。

この発明に係る温度制御方法は、上記構成を備えた上で、
複数の温度制御対象の温度を各々の目標温度へと温度制御を行うための温度制御方法であって、出力リミッタ算出ステップは、複数の温度制御対象ごとの昇温時間のうち、最大の値を、入力時間として設定し、複数の温度制御対象ごとに出力リミッタ値を算出するようにしてもよい。

本発明によれば、プロセスゲインや時定数といった測定が困難な値の測定をすることなく、入力された時間で、少なくとも１つ以上の温度制御対象を目標温度に到達させ、無駄な電力の消費、温度制御対象の過加熱等を抑えることができるという効果がある。

この発明の実施の形態１における温度制御システムを示す構成図である。 この発明の実施の形態１における制御情報取得動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１における出力リミッタ値を用いた昇温動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２における温度制御システムを示す構成図である。 この発明の実施の形態２における制御情報取得動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２における出力リミッタ値を用いた昇温動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２における最も昇温時間が遅い温度制御対象に昇温時間を揃えるための出力リミッタ値を用いた昇温動作を示すフローチャートである。 複数の温度制御対象（８ｃｈ）を、出力リミッタ値を使用しないで昇温した場合の温度と時間の関係を示す説明図である。 複数の温度制御対象（８ｃｈ）を、出力リミッタ値を使用しないで昇温した場合の温度調節部における操作量と時間の関係を示す説明図である。 複数の温度制御対象（８ｃｈ）を、出力リミッタ値を使用して昇温した場合の温度と時間の関係を示す説明図である。 複数の温度制御対象（８ｃｈ）を、出力リミッタ値を使用して昇温した場合の温度調節部における操作量と時間の関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態１における温度調節部の例を示す構成図である。 この発明の実施の形態２における温度調節部の例を示す構成図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による温度制御システムを示す構成図である。
本実施の形態１では、１つの温度制御対象に対して温度を制御する温度制御システムを説明する。

図１において、温度制御システム１は、出力リミッタ算出部２と、温度調節部３とを備え、温度制御対象４の温度を制御するシステムである。

温度制御対象４は、プラスチック成型における金型や射出成型機のバレル等が該当する。

温度調節部３は、目標温度入力部３１０と、温度検出信号入力部３２０と、温度制御演算部３３０と、印加熱量制御部３４０を有する。
目標温度入力部３１０には、図示しないインタフェース等を介して、温度制御対象４の目標温度が入力される。
温度検出信号入力部３２０は、温度センサ３２１を備える。更に、温度検出信号入力部３２０には、温度センサ３２１によって検出された、温度制御対象４の温度、すなわち制御量が入力される。温度センサ３２１としては、例えば、熱電対などが該当する。
温度制御演算部３３０は、目標温度入力部３１０に入力された目標温度と、温度検出信号入力部３２０に入力された制御量に基づいて、負荷率を演算する。負荷率とは、印加熱量制御部３４０にて出力する印加熱量と、印加熱量制御部３４０が出力可能な最大印加熱量との比率を示す値である。また、負荷率の演算方法としては、フィードバック制御に基づく演算であればよく、ＰＩＤ演算などが該当する。また、温度制御演算部３３０としては、ＰＩＤ調節計などを使用することができる。
印加熱量制御部３４０は、発熱体３４１を備える。更に、印加熱量制御部３４０は、発熱体３４１によって、操作量を温度制御対象４へと供給することで、温度制御対象４の温度を調節する。ここで、操作量とは、印加熱量制御部３４０が出力可能な最大印加熱量と、温度制御演算部３３０にて演算された負荷率との積により算出される印加熱量を示す値である。発熱体３４１としては、例えば、ヒータなどが該当する。

出力リミッタ算出部２は、温度調節部３の入力量、出力量、目標温度の値に基づき出力リミッタの算出に必要な制御情報の数値を導出する。さらに、導出された制御情報の数値と、指定された入力時間に基づき、温度制御対象４を入力時間で目標温度へと到達させるための負荷率の上限値である、出力リミッタ値を算出する。制御情報の数値の詳細、及び、導出方法については後述する。また、出力リミッタ算出部２において取得された制御情報の数値は、不揮発性メモリ等の素子や媒体で記録されるように構成されていてもよい。さらに、出力リミッタ算出部２は、数値演算、数値の入力、その結果の記録、出力が可能であればよく、具体的には、ＣＰＵ、メモリ、表示部、入出力インタフェース等を備えるコンピュータや、専用のハードウェアを使用することができる。

次に、本発明の実施の形態に係る出力リミッタ算出部２における、制御情報の詳細と出力リミッタ値の算出方法について説明する。

まず、本発明者は、温度制御システムの温度制御対象を、むだ時間と一次遅れで近似できることに注目した。そして、その場合における、制御量の目標温度に到達するまでの時間と、操作量との関係式を考え出した。ここで、むだ時間は温度制御対象の特性によって決定する値であり、操作量とは無関係の量である。そのため、むだ時間要素については省略して考えても問題はなく、以後の説明において、温度制御対象を一次遅れとした場合に、本発明者が見出した関係式を導出する。

温度制御対象に操作量Ｕ_０を継続的に印加し続けて制御量がＹ_０で安定している時に、温度制御対象に印加する操作量をＵ_０からＵ_１にステップ的に変化させて、十分に時間が経過した時に制御量がＹ_０からＹ_１になるとすると、τを時定数としたとき、その制御量ｙの過渡応答は以下に示す（１）式で表される。

また、操作量の変化幅Ｕ_１−Ｕ_０と、制御量の変化幅Ｙ_１−Ｙ_０関係は線形であり、一般的に比例係数をＫとして以下に示す（２）式で表される。

一般的にＫはプロセスゲインと呼ばれている。ここで、（２）式の両辺をＡ倍すると以下に示す（２）´式になる

（２）´式は、操作量の変化幅（Ｕ_１−Ｕ_０）をＡ倍すると、制御量の変化幅（Ｙ_１−Ｙ_０）もＡ倍になることを示している。従って、操作量の変化幅（Ｕ_１−Ｕ_０）をＡ倍した時の制御量ｙの過渡応答は以下に示す（３）式で表される。

ここで、目標温度をＹ_ＳＰとして、操作量の変化幅を（Ｕ_１−Ｕ_０）とした場合に、制御量がＹ_ＳＰに到達する時間をＴ_１とすると、その過渡応答は以下に示す（４）式で表される。

（４）式を以下に示す（４）´式となるように変形する。

ここで、

とすると、（４）´式は（５）式となる。

更に（５）式の自然対数をとると（６）式となる。

また、目標温度をＹ_ＳＰとして、操作量の変化幅をＡ倍した時に、Ｙ_ＳＰに到達する時間、すなわち調整目標時間をＴ_Ａ、とすると、両者の関係は以下の（７）式で表される。

（７）式を以下の（７）´式となるように変形する。

ここで、

として、（７）´式へ代入すると、以下の（８）式となる。

ここで、

として、（６）式と（８）式を代入し、まとめると以下の（９）式となる。

更に（９）式を変形すると以下の（１０）式となる。

このように、入力時間をＴ_Ａとしたときの、操作量の変化幅の倍率Ａとの関係式は、（１０）式のように表されることが分かる。
以上のように、プロセスゲイン、時定数を求めることなく、出力リミッタ値を算出することができることを、本発明者は見出した。

出力リミッタ算出部２は、以上のように算出された出力リミッタ値Ａを、温度調節部３へと出力する。そして、温度調節部３は、入力された出力リミッタ値Ａを、温度制御演算部３３０において演算される負荷率の上限値として設定する。

このように設定された負荷率の上限値と、印加熱量制御部３４０が出力可能な最大印加熱量との積によって表される印加熱量によって、印加熱量制御部３４０が温度制御対象４の温度を制御することで、入力された入力時間で目標温度へと到達させることができる。

図１には、出力リミッタ算出部２がコンピュータ、温度調節部３が専用のハードウェアで構成されている例を示している。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、温度制御システム１の全部、又は一部が、コンピュータ、もしくは専用のハードウェアで構成されていてもよい。
例えば、温度制御システム１の全部をコンピュータで構成する場合、出力リミッタ算出部２及び温度調節部３の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。

図２は、この発明の実施の形態１における、出力リミッタ値を算出するために必要な制御情報を取得するための動作である、制御情報取得動作の処理内容を表すフローチャートである。

まず、温度制御対象４の目標温度が、図示しない目標温度入力部によって温度調節部３へ入力される（Ｓ２１）。
その後、温度調節部３に対して、最大出力値での制御動作の開始が、図示しない制御開始指示部によって指示される（Ｓ２２）。
それと同時に、制御開始から経過した時間の計測を開始する（Ｓ２３）。
温度制御対象４の制御量、すなわち温度を取得し、目標温度に到達していない場合は（Ｓ２４におけるＮＯの場合）、最大出力値での制御を継続したまま、制御量の取得処理を継続する。制御量が目標温度に到達した場合（Ｓ２４におけるＹＥＳの場合）には、制御を継続したまま、その時点での、制御開始から経過した時間、すなわち昇温時間を取得する。
その時点までの、温度調節部３における負荷率の値のうち、最大のもの、すなわち最大負荷率の値を取得する（Ｓ２５）。
さらに、温度制御対象４について、制御量の変動量を監視し、その変動量が継続して一定の範囲内に収まっていない、すなわち温度制御対象４が安定していないと判断された場合、最大出力値での制御を継続したまま、制御量の取得処理を継続する（Ｓ２６におけるＮＯの場合）。温度制御対象４が安定していると判断された場合（Ｓ２６におけるＹＥＳの場合）、そのときの温度調節部３の負荷率である安定時負荷率の値を取得する。
ここで、一定の範囲とは、事前に当該システムによって定められた範囲であってもよいし、その範囲について都度、図示しない安定判断範囲入力部によって設定されるようにしてもよい。

図３は、この発明の実施の形態１における、出力リミッタ算出部２において算出された出力リミッタの値を用いて温度制御対象４を目標温度まで制御する場合の動作を表すフローチャートである。

まず、図示しない入力時間入力部によって、入力時間が出力リミッタ算出部に入力される（Ｓ３１）。
入力時間とは、昇温時間について、利用者が所望する時間を表す値である。次に、温度制御対象４の目標温度が、図示しない目標温度入力部によって温度調節部３へ入力される。（Ｓ３２）。
ここで、出力リミッタ算出部２において出力リミッタ値の算出に必要な値、すなわち、昇温時間、最大出力値、安定時負荷率、が取得されているかどうかのチェックがなされる。全ての値が取得されていなかった場合（Ｓ３３におけるＮＯの場合）、制御情報記録動作へと移行する（Ｓ３４）。
全ての値が取得されていた場合（Ｓ３３におけるＹＥＳの場合）、出力リミッタ算出部２において、出力リミッタ値を算出する。算出された出力リミッタ値は温度調節部３に入力される（Ｓ３６）。
入力された出力リミッタ値を、温度調節部３における負荷率の最大値として設定し、図示しない制御開始信号入力部によって制御の開始が指示される（Ｓ３７）。
以上のように温度制御システム１が動作することで、温度制御対象４の温度は、入力時間で目標温度へと到達する。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、温度制御システム１は、出力リミッタ算出部２が、温度制御対象４を入力時間で目標温度に到達させるための負荷率である出力リミッタ値を算出し、出力リミッタ値と最大印加熱量との積を操作量の上限値として温度調節部３において温度制御対象４を制御するように構成したので、温度制御対象４を入力時間で目標温度に到達させることができるという効果を奏する。
また、出力リミッタ算出部２は、入力時間、目標温度、目標温度に対応した昇温時間、最大出力値、目標温度に対応した安定時負荷率の値に基づいて、出力リミッタ値を算出するように構成したので、プロセスゲインや時定数を導出することなく出力リミッタ値を算出できる。従って、測定困難な特性を測定することなく、精度よく温度制御対象を入力時間で目標温度に到達させることができるという効果を奏する。

なお、入力時間は出力リミッタ値を用いないで制御を行った場合の昇温時間よりも早い時間を指定してもよい。その場合は、発熱体３４１が出力可能な最大熱量、すなわち定格電力を出力リミッタを表す値であるＡ倍に変更することで対応が可能となる。

実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２による温度制御システムを示す構成図である。
本実施の形態２では、複数の温度制御対象に対して温度を制御する温度制御システムを説明する。

図４において、図１と同一符号のものは、同一または相当部分を示すので説明を省略する。
温度制御対象４−１から４−Ｍは、例えば、プラスチック成型における金型や、射出成型機のバレル等である。
温度調節部３−１から３−Ｍは、それぞれ、目標温度入力部３１０−１から３１０−Ｍと、温度検出信号入力部３２０−１から３２０−Ｍと、温度制御演算部３３０−１から３３０−Ｍと、印加熱量制御部３４０−１から３４０−Ｍを有し、対応する温度制御対象４−１から４−Ｍの温度を制御する。
それぞれの目標温度入力部３１０−１から３１０−Ｍには、図示しないインタフェース等から構成される目標温度入力部を介して、対応する温度制御対象４−１から４−Ｍの目標温度が入力される。
それぞれの温度検出信号入力部３２０−１から３２０−Ｍは、温度センサ３２１−１から３２１−Ｍを備える。更に、それぞれの温度検出信号入力部３２０−１から３２０−Ｍには、温度センサ３２１−１から３２１−Ｍによって検出された、温度制御対象４−１から４−Ｍの温度、すなわち制御量が入力される。温度センサ３２１−１から３２１−Ｍとしては、例えば、熱電対などが該当する。
それぞれの温度制御演算部は３３０−１から３３０−Ｍは、入力された目標温度と、入力された制御量に基づいて、負荷率を演算する。負荷率とは、印加熱量制御部３４０−１から３４０−Ｍにて出力する印加熱量と、印加熱量制御部３４０−１から３４０−Ｍが出力可能な最大印加熱量との比率を示す値である。また、負荷率の演算方法としては、フィードバック制御に基づく演算であればよく、ＰＩＤ演算などが該当する。また、温度制御演算部３３０−１から３３０−Ｍとしては、ＰＩＤ調節計などを使用することができる。
それぞれの印加熱量制御部３４０−１から３４０−Ｍは、発熱体３４１−１から３４１−Ｍを備える。更に、それぞれの印加熱量制御部３４０−１から３４０−Ｍは、発熱体３４１−１から３４１−Ｍによって、操作量を温度制御対象４へと供給することで、温度制御対象４−１からから４−Ｍの温度を調節する。ここで、操作量とは、印加熱量制御部３４０−１から３４０−Ｍが出力可能な最大印加熱量と、温度制御演算部３３０−１から３３０−Ｍにて演算された負荷率との積により算出される印加熱量を示す値である。発熱体３４１−１から３４１−Ｍとしては、例えば、ヒータなどが該当する。

上記実施の形態１と比較して、温度制御システム１´の構成は、複数の温度調節部３−１から３−Ｍを有し、それぞれに対応した複数の温度制御対象４−１から４−Ｍに対して温度制御を行うという点で相違している。その他の構成については、上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。

図５は、この発明の実施の形態２における、出力リミッタ値を算出するために必要な制御情報を取得するための動作である、制御情報取得動作の処理内容を表すフローチャートである。

まず、全ての温度制御対象４−１から４―Ｍのそれぞれの目標温度が、図示しない目標温度入力部によって、対応する全ての温度調節部３−１から３―Ｍへ入力される（Ｓ５１）。
その後、全ての温度調節部３−１から３―Ｍに対して、図示しない制御開始指示部によって、最大出力値での制御動作の開始の指示がなされる（Ｓ５２）。
それと同時に、全ての温度制御対象４−１から４−Ｍについて制御開始から経過した時間の計測を開始する（Ｓ５３）。
全ての温度制御対象４−１から４―Ｍの制御量、すなわち温度を取得し、全ての温度制御対象がそれぞれの目標温度に到達していない場合は（Ｓ５４におけるＮＯの場合）、最大出力値での制御を継続したまま、制御量の取得処理を継続する。制御量が目標温度に到達した場合（Ｓ５４におけるＹＥＳの場合）にも、最大出力値での制御を継続したまま、その時点での、制御開始から経過した時間、すなわち昇温時間を取得する。
さらに、その時点までの、温度調節部３―Ｍにおける負荷率の値のうち、最大のもの、すなわち最大負荷率の値を、全ての温度調節部３−１から３−Ｍについて取得する（Ｓ５５）。
さらに、全ての温度制御対象４−１から４―Ｍについて、制御量の変動量を監視し、その変動量が継続して所定の範囲内に収まっていない、すなわち全ての温度制御対象４−１から４―Ｍが安定していないと判断された場合、制御を継続したまま、制御量の取得処理を継続する（Ｓ５６におけるＮＯの場合）。
全ての温度制御対象４−１から４−Ｍが安定していると判断された場合（Ｓ５６におけるＹＥＳの場合）、そのときの全ての温度調節部３−１から３−Ｍの負荷率である安定時負荷率の値を取得する。
ここで、一定の範囲とは、事前に当該システムによって定められた範囲であってもよいし、その範囲について都度、図示しない安定判断範囲入力部によって設定されるようにしてもよい。

図６は、この発明の実施の形態２における、入力された入力時間に基づいて出力リミッタ算出部２において算出された出力リミッタの値を用いて温度制御対象４−１から４−Ｍを目標温度まで制御する場合の動作を表すフローチャートである。

まず、温度制御対象４−１から４−Ｍのそれぞれの目標温度が、図示しない入力部によって、出力リミッタ算出部２および、対応する温度調節部３−１から３−Ｍへ入力される（Ｓ６１）。
ここで、出力リミッタ算出部２において出力リミッタ値の算出に必要な値、すなわち、昇温時間、最大出力値、安定時負荷率、について取得されているかどうかのチェックが、温度制御対象４−１から４−Ｍのそれぞれについてなされる。全ての値が取得されていなかった場合（Ｓ６２におけるＮＯの場合）、制御情報記録動作へと移行する（Ｓ６３）。
全ての値が取得されていた場合（Ｓ６２におけるＹＥＳの場合）、図示しない入力時間入力部によって、全ての温度制御対象４−１から４−Ｍについての入力時間が、出力リミッタ算出部２へと入力される（Ｓ６４）。
そして、全ての温度制御対象４−１から４−Ｍについて取得した制御情報に基づいてそれぞれの出力リミッタ値を算出する（Ｓ６５）。
算出した全ての出力リミッタ値はそれぞれ対応する温度調節部３−１から３−Ｍへ入力される（Ｓ６６）。
ここで入力された出力リミッタ値が、対応する温度調節部３−１から３−Ｍにおけるそれぞれの負荷率の上限値として設定され、図示しない制御開始指示部によって、制御の開始が指示される（Ｓ６７）。

なお、入力時間は出力リミッタ値を用いないで制御を行った場合の昇温時間よりも早い時間を指定してもよい。その場合は、発熱体３４１が出力可能な最大熱量、すなわち定格電力を、出力リミッタを表す値であるＡ倍に変更することで対応が可能となる。

図７は、この発明の実施の形態２における、最も遅く昇温が完了する温度制御対象の昇温時間に、全ての温度制御対象４−１から４−Ｍの昇温時間を揃えるように制御する場合の動作を表すフローチャートである。

図７におけるＳ７１からＳ７３、Ｓ７５からＳ７７の動作は、図６における番号の対応する動作Ｓ６１からＳ６３、Ｓ６５からＳ６７と同一であるので、説明を省略する。
Ｓ７２において全ての温度制御対象４−１から４−Ｍについて昇温時間を取得した後、取得した昇温時間の数値を比較し、最も大きい、すなわち最も遅く目標温度に到達する温度制御対象の昇温時間が、全ての温度制御対象に対する入力時間として設定され、出力リミッタ算出部２へと入力される（Ｓ７４）。
このように設定された入力時間に基づいて、出力リミッタ算出部２において、全ての温度制御対象４−１から４−Ｍについて出力リミッタ値を算出する。算出された出力リミッタ値が、対応する温度調節部３―１から３−Ｍにおける負荷率の上限値として設定され、図示しない制御開始指示部によって、制御の開始が指示される。
以上のように温度制御システム１´が動作することで、全ての温度制御対象４−１から４−Ｍの温度は、最も遅く目標温度に到達する温度制御対象と同時に目標温度へと到達する。

以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、温度制御システム１´は、出力リミッタ算出部２が、温度制御対象４−１から４−Ｍを入力時間で目標温度に到達させるための負荷率である出力リミッタ値を算出し、出力リミッタ値を負荷率の上限値として温度調節部３−１から３−Ｍにおいて温度制御対象４−１から４−Ｍを制御するように構成したので、温度制御対象４−１から４−Ｍを入力時間で目標温度に到達させるこができる。そのため、温度制御対象４−１から４−Ｍの過加熱等を抑えることができるという効果を奏する。
また、出力リミッタ算出部２は、入力時間、目標温度、目標温度における昇温時間、目標温度における最大出力値、目標温度における安定時負荷率の値に基づいて、出力リミッタ値を算出するように構成したので、プロセスゲインや時定数の値を導出することなく出力リミッタ値を算出できる。従って、測定困難な特性の測定をすることなく、精度よく温度制御対象を入力時間で目標温度に到達させることができるという効果がある。
さらに、出力リミッタ算出部２は、最も遅く目標温度に到達する温度制御対象の昇温時間を、入力時間として設定して出力リミッタ値を算出し、出力リミッタ値と最大印加熱量との積を操作量の上限値として温度調節部３−１から３−Ｍにおいて温度制御対象４−１から４−Ｍを制御するように構成したので、全ての温度制御対象４−１から４−Ｍの温度は、最も遅く目標温度に到達する温度制御対象と同時に目標温度へと到達する。従って、目標温度に到達した温度制御対象が、全ての温度制御対象４−１から４−Ｍが昇温完了するまで待機する必要がなくなり、無駄な電力の消費を抑えることができる効果がある。
従って、温度制御システム１´は、測定困難な特性の測定をすることなく、複数の温度制御対象を、所定の時間、又は最も遅く昇温完了する温度制御対象の昇温時間にあわせて、精度よく目標温度に到達させ、無駄な電力の消費、温度制御対象の過加熱等を抑えることができる効果がある。

図８及び図９は、温度制御対象４−Ｍの数、すなわちＭの値を８とし、それぞれをｃｈ１からｃｈ８とした場合において、出力リミッタ値を設定せずに、ｃｈごとの目標温度までＰＩＤ制御した場合の温度、及び操作量の記録例を表す図である。
図９は、各ｃｈから出力される操作量を、最大値１００として表した図であり、図９に示された操作量に基づき各ｃｈを加熱した場合の温度の記録例が図８である。
図８によると、最も遅く昇温完了するｃｈは、ｃｈ７であり、その昇温時間は１５分であることがわかる。
図９によると、ｃｈ７以外のｃｈは、ｃｈ７の昇温が完了するまでの間、各目標温度において待機することとなり、無駄な電量の消費を強いられていることがわかる。

図１０及び図１１は、入力時間を、図８及び図９において最も昇温時間が遅かったｃｈ７の昇温時間である１５分に設定して出力リミッタ値を算出し、算出した出力リミッタ値を最大操作量として、各ｃｈを目標温度まで制御した場合の温度及び操作量の記録例を示す図である。なお、各ｃｈのそれぞれの目標温度は、図８及び図９における各ｃｈの目標温度と同一である。
図１１は、各ｃｈから出力される操作量を、最大値１００として表した図であり、図１１に示された操作量に基づき各ｃｈを加熱した場合の温度の記録例が図１０である。
図１０及び図１１によると、全てのｃｈが、入力時間である１５分で目標温度に到達するため、無駄に電力が消費されていないことがわかる。

図１２は、本発明の実施の形態１における温度調節部３の構成例を示し、図１３は本発明の実施の形態２における温度調節部３−１から３−Ｍの構成例を示す図である。

１…温度制御システム
２…出力リミッタ算出部
３、３−１〜３−Ｍ…温度調節部
３１０、３１０−１〜３１０−Ｍ…目標温度入力部
３２０、３２０−１〜３２０−Ｍ…温度検出信号入力部
３２１、３２１−１〜３２１−Ｍ…温度センサ
３３０、３３０−１〜３３０−Ｍ…温度制御演算部
３４０、３４０−１〜３４０−Ｍ…印加熱量制御部
３４１、３４１−１〜３４１−Ｍ…発熱体
４、４−１〜４−Ｍ…温度制御対象

Claims (4)

1. 少なくとも１つ以上の温度制御対象の温度を、該温度制御対象の目標温度へと温度制御するための温度制御システムであって、
   前記温度制御システムは、
   前記１つ以上の温度制御対象の温度を前記目標温度へと温度調節する温度調節部と、
   前記１つ以上の温度制御対象が前記目標温度に到達するまでの時間を入力された時間である入力時間へと調整するための印加熱量の上限値と、前記温度調節部において出力される印加熱量の最大値を表す最大出力値との比率である、出力リミッタ値を算出する出力リミッタ算出部と、
   を備え、
   前記温度調節部は、前記目標温度と、前記１つ以上の温度制御対象の検出温度である制御量と、前記出力リミッタ値と、を入力され、前記制御量に基づいて算出された、前記１つ以上の温度制御対象への印加熱量を表す操作量を出力するものであり、
   前記出力リミッタ値は、
   以下の式で表されるＡによって算出され、
   

   

   前記式において、Ｂは、出力を前記最大出力値に設定した前記温度調節部における、前記１つ以上の温度制御対象の制御開始から前記目標温度に到達するまでの時間である昇温時間と、前記入力時間との比率を表し、
   θは、前記温度制御対象に第１の操作量を継続的に印加し、前記制御量が第１の制御量で安定した後、前記操作量を前記第１の操作量から第２の操作量に変化させて十分に時間が経過し前記制御量が第２の制御量となった場合の、前記目標温度と前記第１の制御量との差分と、前記第２の制御量と前記第１の制御量との差分と、の比率を表し、
   前記温度調節部は、入力された前記出力リミッタ値と、前記最大出力値との積を前記操作量の上限値として出力することを特徴とする、温度制御システム。
2. 前記温度制御システムは、
   複数の温度制御対象の温度を各々の目標温度へと温度制御するための温度制御システムであって、
   前記出力リミッタ算出部は、複数の温度制御対象ごとの前記昇温時間のうち、最大の値を、前記入力時間として設定し、複数の温度制御対象ごとに前記出力リミッタ値を算出することを特徴とする、請求項１に記載の温度制御システム。
3. 少なくとも１つ以上の温度制御対象の温度を、該温度制御対象の目標温度へと温度制御するための温度制御方法であって、
   前記温度制御方法は、
   前記１つ以上の温度制御対象の温度を前記目標温度へと温度調節する温度調節ステップと、
   前記１つ以上の温度制御対象が前記目標温度に到達するまでの時間を、入力された時間である入力時間へと調整するための印加熱量の上限値と、前記温度調節ステップにおいて出力される印加熱量の最大値を表す最大出力値との比率である、出力リミッタ値を算出する出力リミッタ算出ステップと、
   を備え、
   前記温度調節ステップは、前記目標温度と、前記１つ以上の温度制御対象の検出温度である制御量と、前記出力リミッタ値と、を入力され、前記制御量に基づいて算出された、前記１つ以上の温度制御対象への印加熱量を表す操作量を出力するものであり、
   前記出力リミッタ値は、
   以下の式で表されるＡによって算出され、
   

   

   前記式において、Ｂは、出力を前記最大出力値に設定した前記温度調節ステップにおける、前記１つ以上の温度制御対象の制御開始から前記目標温度に到達するまでの時間である昇温時間と、前記入力時間との比率を表し、
   θは、前記温度制御対象に第１の操作量を継続的に印加し、前記制御量が第１の制御量で安定した後、前記操作量を前記第１の操作量から第２の操作量に変化させて十分に時間が経過し前記制御量が第２の制御量となった場合の、前記目標温度と前記第１の制御量との差分と、前記第２の制御量と前記第１の制御量との差分と、の比率を表し、
   前記温度調節ステップは、入力された前記出力リミッタ値と、前記最大出力値との積を前記操作量の上限値として出力することを特徴とする、温度制御方法。
4. 複数の温度制御対象の温度を各々の目標温度へと温度制御を行うための温度制御方法であって、
   前記出力リミッタ算出ステップは、複数の温度制御対象ごとの前記昇温時間のうち、最大の値を、前記入力時間として設定し、複数の温度制御対象ごとに前記出力リミッタ値を算出することを特徴とする、請求項３に記載の温度制御方法。

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