JP6585950B2 - 制御装置および制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、安全を確保するためのインターロック機能を備えた制御装置に係り、特に操作量上限値を利用してインターロック機能を実現する制御装置および制御方法に関するものである。

従来より、ハロゲンランプやセラミックヒータを利用して被加熱物を高速に昇温させる加熱装置がある。これらのハロゲンランプやセラミックヒータでは、急激にヒータ出力が１００％付近まで高くなると、発熱自体も過剰に急激になり、ヒータ自身が破損することがある。このような特殊なヒータを利用した加熱（昇温）に対しては、特許文献１に開示された技術が有効である。

特許文献１に開示された制御装置は、図１１（Ａ）、図１１（Ｂ）に示すように設定値追従制御の応答過程を追従フェーズと収束フェーズと安定フェーズの３段階に分割し、設定値ＳＰの変更開始時点を追従フェーズの開始時点とし、追従フェーズにおいて制御量ＰＶが設定値ＳＰを超えない特定の設定値追従制御経過時点を収束フェーズの開始時点とし、収束フェーズにおいて予め設定された状況に到達した時点を安定フェーズの開始時点として各フェーズの切り換えを行い、追従フェーズでは制御量ＰＶを設定値ＳＰに追従させる操作量を出力し、収束フェーズでは制御量ＰＶを設定値ＳＰ近傍に収束させる操作量を出力し、安定フェーズでは制御量ＰＶを設定値ＳＰに安定させる操作量を出力することにより、追従フェーズ、収束フェーズ、安定フェーズのそれぞれの制御特性を別々に調整できるようにしたものである。

特許文献１に開示された制御装置では、昇温過程の追従フェーズでＰＩＤ制御を採用したり、固定の出力値を採用したりできるので、ヒータの発熱が過剰にならないように調整しやすい。例えば、想定された昇温動作範囲内にすることにより、昇温全体が所望の動作になる。また、ある程度の想定範囲外であれば、インターロック機能などにより安全確保も可能である。

ヒータによる昇温を対象とする実質的なインターロック機能としては、操作量上限値ＯＨの利用が一般的である。具体的には、使用するヒータの種類などに応じて、予め規定された操作量上限値ＯＨを設定する方法であり、経験的に安全な範囲として決定した低めの数値を操作量上限値ＯＨとして設定し、制御装置からヒータに出力する操作量の値が操作量上限値ＯＨ以下になるようにリミット処理する。

ただし、実際のヒータや製造装置では、個体差があるため、上記のようなインターロック機能にも限界がある。ヒータの個体差などに対応する技術としては、ＰＩＤ制御における適応的なＰＩＤパラメータ調整により個体差を吸収する方法（特許文献２参照）が、広く知られている。

特開２００３−２０８２０１号公報 特開平０７−０４９７０３号公報

しかし、ＰＩＤパラメータ調整は、制御ループの周波数特性（安定性など）も変えてしまうので、インターロック機能として考えた場合、必要以上の適応動作ということになり、実用的ではない。
したがって、ＰＩＤパラメータ調整によらずに、ヒータの個体差や経時変化などに対応可能な安全なインターロック機能を実現できるように改善することが求められている。

なお、以上のようなインターロック機能に関わる問題は、温度制御に限らず、他の制御でも同様に発生し得る。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、ヒータなどの操作部の個体差や経時変化等によりインターロック機能の妥当性が損なわれ、危険な状態が頻発する確率を低減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。

本発明の制御装置は、設定値ＳＰと制御量ＰＶに基づき操作量ＭＶを算出する操作量算出手段と、この操作量算出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なうリミット処理手段と、この上限リミット処理された操作量ＭＶを制御対象に出力する操作量出力手段と、制御量ＰＶが設定値ＳＰに整定した状態で設定値ＳＰの変更があったときに、この設定値ＳＰの変更時点から変更された設定値ＳＰに制御量ＰＶが整定するまでの時間帯または設定値ＳＰの変更時点から所定時間が経過するまでの時間帯を、インターロック適用の確認時間帯とする時間帯検出手段と、前記確認時間帯における制御量変化率ΔＰＶの最大値が予め規定された閾値ＴＤ１を上回った場合に、前記操作量上限値ＯＨを下方修正する下方修正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、前記確認時間帯における制御量変化率ΔＰＶの最大値が予め規定された閾値ＴＤ２（ＴＤ１＞ＴＤ２）を下回った場合に、前記操作量上限値ＯＨを上方修正する上方修正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、前記操作量上限値ＯＨを上方修正するための上方修正幅ΔＯＨ２は、前記操作量上限値ＯＨを下方修正するための下方修正幅ΔＯＨ１よりも小さい（ΔＯＨ１＞ΔＯＨ２）ことを特徴とするものである。

また、本発明の制御装置は、設定値ＳＰと制御量ＰＶに基づき操作量ＭＶを算出する操作量算出手段と、この操作量算出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なうリミット処理手段と、この上限リミット処理された操作量ＭＶを制御対象に出力する操作量出力手段と、制御量ＰＶが設定値ＳＰに整定した状態で設定値ＳＰの変更があったときに、この設定値ＳＰの変更時点から変更された設定値ＳＰに制御量ＰＶが整定するまでの時間帯または設定値ＳＰの変更時点から所定時間が経過するまでの時間帯を、インターロック適用の確認時間帯とする時間帯検出手段と、前記確認時間帯における制御量ＰＶの最大値が前記変更された設定値ＳＰよりも高い、予め規定された閾値ＴＰ１を上回った場合に、前記操作量上限値ＯＨを下方修正する下方修正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、前記確認時間帯における制御量ＰＶの最大値が前記変更された設定値ＳＰよりも高い、予め規定された閾値ＴＰ２（ＴＰ１＞ＴＰ２）を下回った場合に、前記操作量上限値ＯＨを上方修正する上方修正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、前記操作量上限値ＯＨを上方修正するための上方修正幅ΔＯＨ４は、前記操作量上限値ＯＨを下方修正するための下方修正幅ΔＯＨ３よりも小さい（ΔＯＨ３＞ΔＯＨ４）ことを特徴とするものである。

また、本発明の制御方法は、設定値ＳＰと制御量ＰＶに基づき操作量ＭＶを算出する操作量算出ステップと、この操作量算出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なうリミット処理ステップと、この上限リミット処理した操作量ＭＶを制御対象に出力する操作量出力ステップと、制御量ＰＶが設定値ＳＰに整定した状態で設定値ＳＰの変更があったときに、この設定値ＳＰの変更時点から変更された設定値ＳＰに制御量ＰＶが整定するまでの時間帯または設定値ＳＰの変更時点から所定時間が経過するまでの時間帯を、インターロック適用の確認時間帯とする時間帯検出ステップと、前記確認時間帯における制御量変化率ΔＰＶの最大値が予め規定された閾値ＴＤ１を上回った場合に、前記操作量上限値ＯＨを下方修正する下方修正ステップとを含むことを特徴とするものである。

また、本発明の制御方法は、設定値ＳＰと制御量ＰＶに基づき操作量ＭＶを算出する操作量算出ステップと、この操作量算出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なうリミット処理ステップと、この上限リミット処理した操作量ＭＶを制御対象に出力する操作量出力ステップと、制御量ＰＶが設定値ＳＰに整定した状態で設定値ＳＰの変更があったときに、この設定値ＳＰの変更時点から変更された設定値ＳＰに制御量ＰＶが整定するまでの時間帯または設定値ＳＰの変更時点から所定時間が経過するまでの時間帯を、インターロック適用の確認時間帯とする時間帯検出ステップと、前記確認時間帯における制御量ＰＶの最大値が前記変更された設定値ＳＰよりも高い、予め規定された閾値ＴＰ１を上回った場合に、前記操作量上限値ＯＨを下方修正する下方修正ステップとを含むことを特徴とするものである。

本発明によれば、制御量ＰＶが設定値ＳＰに整定した状態で設定値ＳＰの変更があったときに、設定値ＳＰの変更時点から変更された設定値ＳＰに制御量ＰＶが整定するまでの時間帯または設定値ＳＰの変更時点から所定時間が経過するまでの時間帯を、インターロック適用の確認時間帯とする時間帯検出手段と、確認時間帯における制御量変化率ΔＰＶの最大値が予め規定された閾値ＴＤ１を上回った場合に、操作量上限値ＯＨを下方修正する下方修正手段とを設けることにより、ヒータなどの操作部の個体差や経時変化等によりインターロック機能の妥当性が損なわれ、過剰に大きな制御量変化率ΔＰＶに至る危険な状態が頻発する確率を低減することができる。その結果、本発明では、ヒータなどの操作部の破損を防ぐことができる。

また、本発明では、下方修正手段に加えて、確認時間帯における制御量変化率ΔＰＶの最大値が予め規定された閾値ＴＤ２を下回った場合に、操作量上限値ＯＨを上方修正する上方修正手段を設けることにより、下方修正手段によって操作量上限値ＯＨが過剰に下方修正された状況を改善することができ、制御の応答性を改善することができる。

また、本発明では、上方修正手段が操作量上限値ＯＨを上方修正するための上方修正幅ΔＯＨ２を、下方修正手段が操作量上限値ＯＨを下方修正するための下方修正幅ΔＯＨ１よりも小さくすることにより、安全性を重視しつつ、制御の応答性を改善することができる。

また、本発明では、時間帯検出手段と、確認時間帯における制御量ＰＶの最大値が変更された設定値ＳＰよりも高い、予め規定された閾値ＴＰ１を上回った場合に、操作量上限値ＯＨを下方修正する下方修正手段とを設けることにより、ヒータなどの操作部の個体差や経時変化等によりインターロック機能の妥当性が損なわれ、オーバーシュート現象によって、過剰に大きな制御量ＰＶに至る危険な状態が頻発する確率を低減することができる。その結果、本発明では、ヒータなどの操作部の破損を防ぐことができる。

また、本発明では、下方修正手段に加えて、確認時間帯における制御量ＰＶの最大値が変更された設定値ＳＰよりも高い、予め規定された閾値ＴＰ２を下回った場合に、操作量上限値ＯＨを上方修正する上方修正手段を設けることにより、下方修正手段によって操作量上限値ＯＨが過剰に下方修正された状況を改善することができ、制御の応答性を改善することができる。

また、本発明では、上方修正手段が操作量上限値ＯＨを上方修正するための上方修正幅ΔＯＨ４を、下方修正手段が操作量上限値ＯＨを下方修正するための下方修正幅ΔＯＨ３よりも小さくすることにより、安全性を重視しつつ、制御の応答性を改善することができる。

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設定値取得部と制御量入力部と操作量算出部とリミット処理部と操作量出力部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時間帯検出部と下方修正部と上方修正部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操作量上限値の下方修正の動作例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る制御装置の操作量上限値の上方修正の動作例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る制御装置の時間帯検出部の別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制御装置の時間帯検出部と下方修正部と上方修正部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制御装置の操作量上限値の下方修正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操作量上限値の上方修正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時間帯検出部の別の動作を示すフローチャートである。 従来の制御装置の動作を説明する図である。

［発明の原理１］
例えば、過剰な発熱などの危険な状態が生じた場合にヒータ出力を即時ＯＦＦにするという通常のインターロック機能よりも、危険な状態が生じないように事前に措置できるという点で操作量上限値ＯＨの利用は有効である。したがって、発明者は、危険な状態が生じる可能性のある状況への対応を、操作量上限値ＯＨにも反映するのが得策であることに着眼した。

そして、制御量変化率ΔＰＶを判断指標とし、制御量変化率ΔＰＶの実績に基づいて、操作量上限値ＯＨを、安全側に自動修正することに想到した。具体的には、例えば温度制御における一連の昇温時に、制御量変化率ΔＰＶの最大値が予め規定された閾値ＴＤ１を上回った場合、危険な状態が生じたと判断し、操作量上限値ＯＨを下方修正する。また、制御量変化率ΔＰＶの最大値が予め規定された閾値ＴＤ２（ＴＤ１＞ＴＤ２）を下回った場合、過剰に下方修正された状況と判断し、操作量上限値ＯＨを上方修正する。なお、操作量上限値ＯＨを上方修正するときの修正幅は、操作量上限値ＯＨを下方修正するときの修正幅よりも小さくしておくのが、安全性という点で好適である。

［発明の原理２］
上記の発明の原理１とは別に、あるいは上記の発明の原理１に加えて、制御量ＰＶを判断指標とし、制御量ＰＶの実績に基づいて、操作量上限値ＯＨを、安全側に自動修正することに想到した。具体的には、例えば温度制御における一連の昇温時に、オーバーシュート現象によって、制御量ＰＶの最大値が予め規定された閾値ＴＰ１を上回った場合、危険な状態が生じたと判断し、操作量上限値ＯＨを下方修正する。また、制御量ＰＶの最大値が予め規定された閾値ＴＰ２（ＴＰ１＞ＴＰ２）を下回った場合、過剰に下方修正された状況と判断し、操作量上限値ＯＨを上方修正する。

ただし、この発明の原理２による方法は、制御量ＰＶに小さめのオーバーシュートが発生する程度の制御の応答性（温度制御における昇温速度）が好ましい特性とされていることを前提としており、このような特性が得られるように制御装置のＰＩＤパラメータ等が設定されていることを前提としている。発明の原理１の場合と同様に、操作量上限値ＯＨを上方修正するときの修正幅は、操作量上限値ＯＨを下方修正するときの修正幅よりも小さくしておくのが、安全性という点で好適である。

［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。本実施の形態は、上記発明の原理１に対応する例である。ここでは、ヒータによる昇温を代表的な適用対象として説明するが、本発明は原理的には温度の制御に限るものではなく、他の制御に適用してもよい。

図１に示すように、制御装置は、設定値ＳＰを取得し登録する設定値取得部１と、制御量ＰＶを計測器から入力する制御量入力部２と、ＰＩＤ制御演算により設定値ＳＰと制御量ＰＶに基づき操作量ＭＶを算出する操作量算出部３と、操作量算出部３で算出された操作量ＭＶに対し、操作量下限値ＯＬにより下限リミット処理を行ない、操作量上限値ＯＨにより上限リミット処理を行なうリミット処理部４と、操作量ＭＶを制御対象に出力する操作量出力部５と、制御量ＰＶが設定値ＳＰに整定した状態で設定値ＳＰの変更があったときに、この設定値ＳＰの変更時点から変更された設定値ＳＰに制御量ＰＶが整定するまでの時間帯を、インターロック適用の確認時間帯として検出する時間帯検出部６と、確認時間帯として検出された時間帯における制御量変化率ΔＰＶの最大値が予め規定された閾値ＴＤ１を上回った場合に、操作量上限値ＯＨを下方修正する下方修正部７と、確認時間帯として検出された時間帯における制御量変化率ΔＰＶの最大値が予め規定された閾値ＴＤ２（ＴＤ１＞ＴＤ２）を下回った場合に、操作量上限値ＯＨを上方修正する上方修正部８とを備えている。

次に、本実施の形態の制御装置の動作を図２、図３を参照して説明する。図２は設定値取得部１と制御量入力部２と操作量算出部３とリミット処理部４と操作量出力部５の動作を示すフローチャート、図３は時間帯検出部６と下方修正部７と上方修正部８の動作を示すフローチャートである。

設定値ＳＰ（例えば温度設定値）は、制御装置のオペレータなどによって設定され、設定値取得部１を介して操作量算出部３と時間帯検出部６とに入力される（図２ステップＳ１００）。
制御量ＰＶ（例えば温度計測値）は、図示しない計測器（例えば被加熱物の温度を計測する温度センサ）によって計測され、制御量入力部２を介して操作量算出部３と時間帯検出部６と下方修正部７と上方修正部８とに入力される（図２ステップＳ１０１）。

操作量算出部３は、周知のＰＩＤ制御演算により設定値ＳＰと制御量ＰＶに基づき操作量ＭＶを算出する（図２ステップＳ１０２）。
リミット処理部４は、操作量算出部３で算出された操作量ＭＶを所定の操作量下限値ＯＬ以上の値に制限する下限リミット処理と、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とを行なう（図２ステップＳ１０３）。
ＩＦ ＭＶ＜ＯＬ ＴＨＥＮ ＭＶ＝ＯＬ ・・・（１）
ＩＦ ＭＶ＞ＯＨ ＴＨＥＮ ＭＶ＝ＯＨ ・・・（２）
つまり、リミット処理部４は、操作量ＭＶが操作量下限値ＯＬより小さい場合、操作量ＭＶ＝ＯＬとし、操作量ＭＶが操作量上限値ＯＨより大きい場合、操作量ＭＶ＝ＯＨとする。

操作量出力部５は、リミット処理部４でリミット処理された操作量ＭＶを制御対象に出力する（図２ステップＳ１０４）。操作量ＭＶの出力先は、ヒータやバルブなどの操作部（不図示）である。ヒータの場合には、操作量ＭＶの実際の出力先は、ヒータに電力を供給する電力調整器（不図示）となる。
制御装置は、図２のステップＳ１００〜Ｓ１０４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（図２ステップＳ１０５においてＹＥＳ）、制御周期毎に実行する。

一方、時間帯検出部６と下方修正部７と上方修正部８とは、図２で説明した処理と並行して以下のような処理を行う。
まず、時間帯検出部６は、制御量ＰＶが設定値ＳＰに整定した状態で設定値ＳＰの変更があったときに（図３ステップＳ２００においてＹＥＳ）、この設定値ＳＰの変更時点から変更された設定値ＳＰに制御量ＰＶが整定するまでの時間帯を、インターロック適用の確認時間帯として検出する（図３ステップＳ２０１〜Ｓ２０４）。なお、制御量ＰＶの整定状態については、設定値ＳＰと制御量ＰＶとの偏差の絶対値｜Ｅｒ｜＝｜ＳＰ−ＰＶ｜が規定範囲内に規定時間以上維持されている状態を、制御量ＰＶの整定状態として検出すればよい。

下方修正部７は、確認時間帯として検出された時間帯における制御量変化率ΔＰＶの最大値が予め規定された閾値ＴＤ１を上回った場合（図３ステップＳ２０５においてＹＥＳ）、危険な状態が生じたと判断し、リミット処理部４で使用される操作量上限値ＯＨを下方修正する（図３ステップＳ２０６）。閾値ＴＤ１は、ヒータなどの操作部の破損の可能性が高まる値に予め設定される。

操作量上限値ＯＨの下方修正は、次式のように予め規定された下方修正幅ΔＯＨ１を現在の操作量上限値ＯＨから減算することで実現できる。
ＯＨ←ＯＨ−ΔＯＨ１ ・・・（３）
なお、操作量上限値ＯＨを下方修正して、操作量ＭＶを抑制すると、制御の応答性が悪化するので、下方修正幅ΔＯＨ１は制御の応答性が過度に悪化し過ぎない程度の値に予め設定すればよい。

一方、上方修正部８は、確認時間帯として検出された時間帯における制御量変化率ΔＰＶの最大値が予め規定された閾値ＴＤ２（ＴＤ１＞ＴＤ２）を下回った場合（図３ステップＳ２０７においてＹＥＳ）、操作量上限値ＯＨが過剰に下方修正された状況と判断し、操作量上限値ＯＨを上方修正する（図３ステップＳ２０８）。閾値ＴＤ２は、制御の応答性が過剰に悪化する目安となる値に予め設定される。

操作量上限値ＯＨの上方修正は、次式のように予め規定された上方修正幅ΔＯＨ２（ΔＯＨ１＞ΔＯＨ２）を現在の操作量上限値ＯＨに加算することで実現できる。
ＯＨ←ＯＨ＋ΔＯＨ２ ・・・（４）
なお、安全性に配慮しつつ、制御の応答性を改善するため、上方修正幅ΔＯＨ２は下方修正幅ΔＯＨ１よりも小さい値に予め設定される。

制御装置は、図３のステップＳ２００〜Ｓ２０８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（図３ステップＳ２０９においてＹＥＳ）、制御周期毎に実行する。

図４（Ａ）、図４（Ｂ）は本実施の形態の制御装置の操作量上限値ＯＨの下方修正の動作例を示す図であり、図４（Ａ）は設定値ＳＰおよび制御量ＰＶの変化を示す図、図４（Ｂ）は操作量出力部５から出力される操作量ＭＶ、およびリミット処理部４に設定される操作量上限値ＯＨの変化を示す図である。

図４（Ａ）、図４（Ｂ）の例では、時刻ｔ１において設定値ＳＰが４０℃から３００℃に変更されると、操作量出力部５から出力される操作量ＭＶが上昇するので、制御量ＰＶが上昇する。この設定値ＳＰの変更時点ｔ１がインターロック適用の確認時間帯の開始時点として検出され、変更後の設定値ＳＰ＝３００℃に制御量ＰＶが整定した時点ｔ２で確認時間帯が終了したと判断される。

確認時間帯として検出された時間帯における制御量変化率ΔＰＶの最大値が閾値ＴＤ１を上回ったため、下方修正部７は、操作量上限値ＯＨを下方修正幅ΔＯＨ１だけ引き下げる。時刻ｔ３において設定値ＳＰが３００℃から４０℃に変更され、時刻ｔ４において再び４０℃から３００℃に変更されたときには、下方修正された操作量上限値ＯＨが適用され、操作量ＭＶの上昇が抑制されるので、制御量ＰＶが急激に上昇することはない。

なお、図３の例では、確認時間帯の終了直後に操作量上限値ＯＨを下方修正しているが、操作量上限値ＯＨを下方修正する時点は、確認時間帯の経過後であれば、特に限定する必要はなく、次の昇温が開始されるまでに下方修正が完了していればよい。

図５（Ａ）、図５（Ｂ）は本実施の形態の制御装置の操作量上限値ＯＨの上方修正の動作例を示す図であり、図５（Ａ）は設定値ＳＰおよび制御量ＰＶの変化を示す図、図５（Ｂ）は操作量出力部５から出力される操作量ＭＶ、およびリミット処理部４に設定される操作量上限値ＯＨの変化を示す図である。

図５（Ａ）、図５（Ｂ）の例では、時刻ｔ５において設定値ＳＰが４０℃から３００℃に変更されると、操作量出力部５から出力される操作量ＭＶが上昇するので、制御量ＰＶが上昇する。この設定値ＳＰの変更時点ｔ５がインターロック適用の確認時間帯の開始時点として検出され、変更後の設定値ＳＰ＝３００℃に制御量ＰＶが整定した時点ｔ６で確認時間帯が終了したと判断される。

確認時間帯として検出された時間帯における制御量変化率ΔＰＶの最大値が閾値ＴＤ２を下回ったため、上方修正部８は、操作量上限値ＯＨを上方修正幅ΔＯＨ２だけ引き上げる。時刻ｔ７において設定値ＳＰが３００℃から４０℃に変更され、時刻ｔ８において再び４０℃から３００℃に変更されたときには、上方修正された操作量上限値ＯＨが適用され、操作量ＭＶの制限が緩和されるので、時刻ｔ５から開始された直前の昇温制御と比較して制御の応答性が改善される。

なお、図３の例では、確認時間帯の終了直後に操作量上限値ＯＨを上方修正しているが、下方修正の場合と同様に、操作量上限値ＯＨを上方修正する時点は、確認時間帯の経過後であれば、特に限定されることはなく、次の昇温が開始されるまでに上方修正が完了していればよい。

以上のように、本実施の形態では、ヒータなどの操作部の個体差や経時変化などによりインターロック機能の妥当性が損なわれ、過剰に大きな制御量変化率ΔＰＶに至る危険な状態が頻発する確率を低減することができる。これにより、本実施の形態では、ヒータなどの操作部の破損を防ぐことができる。

なお、本実施の形態では、時間帯検出部６で確認時間帯を検出しているが、確認時間帯の長さを固定値としてもよい。この場合の動作を図６に示す。
時間帯検出部６は、制御量ＰＶが設定値ＳＰに整定した状態で設定値ＳＰの変更があったときに（図６ステップＳ２００においてＹＥＳ）、この設定値ＳＰの変更時点を確認時間帯の開始時点とし（図６ステップＳ２０１）、この開始時点から所定時間Ｔが経過した時点を確認時間帯の終了時点とする（図６ステップＳ２０２，Ｓ２１０，Ｓ２１１）。ステップＳ２０５〜Ｓ２０８の処理は上記で説明したとおりである。制御装置は、図６のステップＳ２００〜Ｓ２０２，Ｓ２１０，Ｓ２１１，Ｓ２０５〜Ｓ２０８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（図６ステップＳ２０９においてＹＥＳ）、制御周期毎に実行する。

設定値取得部１と制御量入力部２と操作量算出部３とリミット処理部４と操作量出力部５の動作は図２で説明したとおりである。
設定値ＳＰの変更時点から変更された設定値ＳＰに制御量ＰＶが整定するまでに要する整定時間は、予め確認しておくことが可能である。そこで、この整定時間以上の長さになるように上記の所定時間Ｔを予め設定しておけばよい。こうして、確認時間帯の長さとして固定値を採用することができる。

［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。本実施の形態は、上記発明の原理２に対応する例である。第１の実施の形態と同様に、ヒータによる昇温を代表的な適用対象として説明するが、本発明は原理的には温度の制御に限るものではなく、他の制御に適用してもよい。本実施の形態においても、制御装置の構成は第１の実施の形態と同様であるので、図１の符号を用いて説明する。

次に、本実施の形態の制御装置の動作を図７を参照して説明する。図７は本実施の形態の時間帯検出部６と下方修正部７と上方修正部８の動作を示すフローチャートである。
設定値取得部１と制御量入力部２と操作量算出部３とリミット処理部４と操作量出力部５の動作は第１の実施の形態で説明したとおりであるので、説明は省略する。

時間帯検出部６の動作（図７ステップＳ３００〜Ｓ３０４）についても第１の実施の形態で説明したとおりなので、説明は省略する。
本実施の形態の下方修正部７は、確認時間帯として検出された時間帯における制御量ＰＶの最大値が予め規定された閾値ＴＰ１を上回った場合（図７ステップＳ３０５においてＹＥＳ）、危険な状態が生じたと判断し、リミット処理部４で使用される操作量上限値ＯＨを下方修正する（図７ステップＳ３０６）。

閾値ＴＰ１は、オーバーシュート現象による制御量ＰＶの超過を検出するためのもので、変更後の設定値ＳＰよりも高い値であり、ヒータなどの操作部の破損の可能性が高まる値に予め設定される。ただし、閾値ＴＤ１のような固定値ではなく、閾値ＴＰ１は変更後の設定値ＳＰに応じて異なる値をとる。具体的には、変更後の設定値ＳＰ毎に閾値ＴＰ１を下方修正部７に予め設定しておいてもよいし、変更後の設定値ＳＰに対する閾値ＴＰ１の増加分を下方修正部７に予め設定しておいてもよい。設定値ＳＰに対する増加分により閾値ＴＰ１を規定する場合には、増加分を固定値にしてもよいし、設定値ＳＰに応じて増加分が変わるようにしてもよい。

操作量上限値ＯＨの下方修正は、次式のように予め規定された下方修正幅ΔＯＨ３を現在の操作量上限値ＯＨから減算することで実現できる。
ＯＨ←ＯＨ−ΔＯＨ３ ・・・（５）
操作量上限値ＯＨを下方修正して、操作量ＭＶを抑制すると、制御の応答性が悪化するので、下方修正幅ΔＯＨ３は制御の応答性が過度に悪化し過ぎない程度の値に予め設定すればよい。

一方、上方修正部８は、確認時間帯として検出された時間帯における制御量ＰＶの最大値が予め規定された閾値ＴＰ２（ＴＰ１＞ＴＰ２）を下回った場合（図７ステップＳ３０７においてＹＥＳ）、操作量上限値ＯＨが過剰に下方修正された状況と判断し、操作量上限値ＯＨを上方修正する（図７ステップＳ３０８）。

閾値ＴＰ２は、オーバーシュート現象による制御量ＰＶの超過を検出するためのもので、変更後の設定値ＳＰよりも高く、閾値ＴＰ１よりも低い値であり、制御の応答性が過剰に悪化する目安となる値に予め設定される。閾値ＴＰ１と同様に、閾値ＴＰ２は変更後の設定値ＳＰに応じて異なる値をとる。具体的には、変更後の設定値ＳＰ毎に閾値ＴＰ２を上方修正部８に予め設定しておいてもよいし、変更後の設定値ＳＰに対する閾値ＴＰ２の増加分を上方修正部８に予め設定しておいてもよい。設定値ＳＰに対する増加分により閾値ＴＰ２を規定する場合には、増加分を固定値にしてもよいし、設定値ＳＰに応じて増加分が変わるようにしてもよい。

操作量上限値ＯＨの上方修正は、次式のように予め規定された上方修正幅ΔＯＨ４（ΔＯＨ３＞ΔＯＨ４）を現在の操作量上限値ＯＨに加算することで実現できる。
ＯＨ←ＯＨ＋ΔＯＨ４ ・・・（６）
安全性に配慮しつつ、制御の応答性を改善するため、上方修正幅ΔＯＨ４は下方修正幅ΔＯＨ３よりも小さい値に予め設定される。

制御装置は、図７のステップＳ３００〜Ｓ３０８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（図７ステップＳ３０９においてＹＥＳ）、制御周期毎に実行する。

図８（Ａ）、図８（Ｂ）は本実施の形態の制御装置の操作量上限値ＯＨの下方修正の動作例を示す図であり、図８（Ａ）は設定値ＳＰおよび制御量ＰＶの変化を示す図、図８（Ｂ）は操作量出力部５から出力される操作量ＭＶ、およびリミット処理部４に設定される操作量上限値ＯＨの変化を示す図である。

図８（Ａ）、図８（Ｂ）の例では、時刻ｔ１において設定値ＳＰが４０℃から３００℃に変更されると、操作量出力部５から出力される操作量ＭＶが上昇するので、制御量ＰＶが上昇する。この設定値ＳＰの変更時点ｔ１がインターロック適用の確認時間帯の開始時点として検出され、変更後の設定値ＳＰ＝３００℃に制御量ＰＶが整定した時点ｔ２で確認時間帯が終了したと判断される。

確認時間帯として検出された時間帯における制御量ＰＶの最大値が閾値ＴＰ１を上回ったため、下方修正部７は、操作量上限値ＯＨを下方修正幅ΔＯＨ３だけ引き下げる。時刻ｔ３において設定値ＳＰが３００℃から４０℃に変更され、時刻ｔ４において再び４０℃から３００℃に変更されたときには、下方修正された操作量上限値ＯＨが適用され、操作量ＭＶの上昇が抑制されるので、時刻ｔ１から開始された直前の昇温制御と比較して制御量ＰＶのオーバーシュート量が小さくなる。

第１の実施の形態と同様に、操作量上限値ＯＨを下方修正する時点は、確認時間帯の経過後であれば、特に限定する必要はなく、次の昇温が開始されるまでに下方修正が完了していればよい。

図９（Ａ）、図９（Ｂ）は本実施の形態の制御装置の操作量上限値ＯＨの上方修正の動作例を示す図であり、図９（Ａ）は設定値ＳＰおよび制御量ＰＶの変化を示す図、図９（Ｂ）は操作量出力部５から出力される操作量ＭＶ、およびリミット処理部４に設定される操作量上限値ＯＨの変化を示す図である。

図９（Ａ）、図９（Ｂ）の例では、時刻ｔ５において設定値ＳＰが４０℃から３００℃に変更されると、操作量出力部５から出力される操作量ＭＶが上昇するので、制御量ＰＶが上昇する。この設定値ＳＰの変更時点ｔ５がインターロック適用の確認時間帯の開始時点として検出され、変更後の設定値ＳＰ＝３００℃に制御量ＰＶが整定した時点ｔ６で確認時間帯が終了したと判断される。

確認時間帯として検出された時間帯における制御量ＰＶの最大値が閾値ＴＰ２を下回ったため、上方修正部８は、操作量上限値ＯＨを上方修正幅ΔＯＨ４だけ引き上げる。時刻ｔ７において設定値ＳＰが３００℃から４０℃に変更され、時刻ｔ８において再び４０℃から３００℃に変更されたときには、上方修正された操作量上限値ＯＨが適用され、操作量ＭＶの制限が緩和されるので、時刻ｔ５から開始された直前の昇温制御と比較して制御の応答性が改善される。

第１の実施の形態と同様に、操作量上限値ＯＨを上方修正する時点は、確認時間帯の経過後であれば、特に限定されることはなく、次の昇温が開始されるまでに上方修正が完了していればよい。

以上のように、本実施の形態では、ヒータなどの操作部の個体差や経時変化などによりインターロック機能の妥当性が損なわれ、オーバーシュート現象によって、過剰に大きな制御量ＰＶに至る危険な状態が頻発する確率を低減することができる。これにより、本実施の形態では、ヒータなどの操作部の破損を防ぐことができる。

なお、第１の実施の形態と同様に、本実施の形態においても、確認時間帯の長さを固定値としてもよい。この場合の動作を図１０に示す。
時間帯検出部６は、制御量ＰＶが設定値ＳＰに整定した状態で設定値ＳＰの変更があったときに（図１０ステップＳ３００においてＹＥＳ）、この設定値ＳＰの変更時点を確認時間帯の開始時点とし（図１０ステップＳ３０１）、この開始時点から所定時間Ｔが経過した時点を確認時間帯の終了時点とする（図１０ステップＳ３０２，Ｓ３１０，Ｓ３１１）。ステップＳ３０５〜Ｓ３０８の処理は上記で説明したとおりである。制御装置は、図１０のステップＳ３００〜Ｓ３０２，Ｓ３１０，Ｓ３１１，Ｓ３０５〜Ｓ３０８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（図１０ステップＳ３０９においてＹＥＳ）、制御周期毎に実行する。こうして、本実施の形態においても、確認時間帯の長さとして固定値を採用することができる。

第１、第２の実施の形態で説明した制御装置は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、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、安全確保のためのインターロック機能を備えた制御装置に適用することができる。

１…設定値取得部、２…制御量入力部、３…操作量算出部、４…リミット処理部、５…操作量出力部、６…時間帯検出部、７…下方修正部、８…上方修正部。

Claims (12)

1. 設定値ＳＰと制御量ＰＶに基づき操作量ＭＶを算出する操作量算出手段と、
   前記操作量算出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なうリミット処理手段と、
   前記上限リミット処理が行われた操作量ＭＶを制御対象に出力する操作量出力手段と、
   制御量ＰＶが設定値ＳＰに整定した状態で設定値ＳＰの変更があったときに、設定値ＳＰの変更時点から変更された設定値ＳＰに制御量ＰＶが整定するまでの時間帯または設定値ＳＰの変更時点から所定時間が経過するまでの時間帯を、インターロック適用の確認時間帯とする時間帯検出手段と、
   前記確認時間帯における制御量変化率ΔＰＶの最大値が予め規定された閾値ＴＤ１を上回った場合に、前記操作量上限値ＯＨを下方修正する下方修正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、前記確認時間帯における制御量変化率ΔＰＶの最大値が、予め規定された、前記閾値ＴＤ１よりも小さい閾値ＴＤ２を下回った場合に、前記操作量上限値ＯＨを上方修正する上方修正手段を備える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、
   前記操作量上限値ＯＨを上方修正するための上方修正幅ΔＯＨ２は、前記操作量上限値ＯＨを下方修正するための下方修正幅ΔＯＨ１よりも小さいことを特徴とする制御装置。
4. 設定値ＳＰと制御量ＰＶに基づき操作量ＭＶを算出する操作量算出手段と、
   前記操作量算出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なうリミット処理手段と、
   前記上限リミット処理が行われた操作量ＭＶを制御対象に出力する操作量出力手段と、
   制御量ＰＶが設定値ＳＰに整定した状態で設定値ＳＰの変更があったときに、設定値ＳＰの変更時点から変更された設定値ＳＰに制御量ＰＶが整定するまでの時間帯または設定値ＳＰの変更時点から所定時間が経過するまでの時間帯を、インターロック適用の確認時間帯とする時間帯検出手段と、
   前記確認時間帯における制御量ＰＶの最大値が前記変更された設定値ＳＰよりも高い、予め規定された閾値ＴＰ１を上回った場合に、前記操作量上限値ＯＨを下方修正する下方修正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、
   さらに、前記確認時間帯における制御量ＰＶの最大値が、前記変更された設定値ＳＰよりも高く前記閾値ＴＰ１よりも小さい、予め規定された閾値ＴＰ２を下回った場合に、前記操作量上限値ＯＨを上方修正する上方修正手段を備える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、
   前記操作量上限値ＯＨを上方修正するための上方修正幅ΔＯＨ４は、前記操作量上限値ＯＨを下方修正するための下方修正幅ΔＯＨ３よりも小さいことを特徴とする制御装置。
7. 設定値ＳＰと制御量ＰＶに基づき操作量ＭＶを算出する操作量算出ステップと、
   前記操作量算出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なうリミット処理ステップと、
   前記上限リミット処理が行われた操作量ＭＶを制御対象に出力する操作量出力ステップと、
   制御量ＰＶが設定値ＳＰに整定した状態で設定値ＳＰの変更があったときに、設定値ＳＰの変更時点から変更された設定値ＳＰに制御量ＰＶが整定するまでの時間帯または設定値ＳＰの変更時点から所定時間が経過するまでの時間帯を、インターロック適用の確認時間帯とする時間帯検出ステップと、
   前記確認時間帯における制御量変化率ΔＰＶの最大値が予め規定された閾値ＴＤ１を上回った場合に、前記操作量上限値ＯＨを下方修正する下方修正ステップとを含む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、
   さらに、前記確認時間帯における制御量変化率ΔＰＶの最大値が、予め規定された、前記閾値ＴＤ１よりも小さい閾値ＴＤ２を下回った場合に、前記操作量上限値ＯＨを上方修正する上方修正ステップを含む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、
   前記操作量上限値ＯＨを上方修正するための上方修正幅ΔＯＨ２は、前記操作量上限値ＯＨを下方修正するための下方修正幅ΔＯＨ１よりも小さいことを特徴とする制御方法。
10. 設定値ＳＰと制御量ＰＶに基づき操作量ＭＶを算出する操作量算出ステップと、
    前記操作量算出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なうリミット処理ステップと、
    前記上限リミット処理が行われた操作量ＭＶを制御対象に出力する操作量出力ステップと、
    制御量ＰＶが設定値ＳＰに整定した状態で設定値ＳＰの変更があったときに、設定値ＳＰの変更時点から変更された設定値ＳＰに制御量ＰＶが整定するまでの時間帯または設定値ＳＰの変更時点から所定時間が経過するまでの時間帯を、インターロック適用の確認時間帯とする時間帯検出ステップと、
    前記確認時間帯における制御量ＰＶの最大値が前記変更された設定値ＳＰよりも高い、予め規定された閾値ＴＰ１を上回った場合に、前記操作量上限値ＯＨを下方修正する下方修正ステップとを含む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、
    さらに、前記確認時間帯における制御量ＰＶの最大値が、前記変更された設定値ＳＰよりも高く前記閾値ＴＰ１よりも小さい、予め規定された閾値ＴＰ２を下回った場合に、前記操作量上限値ＯＨを上方修正する上方修正ステップを含む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、
    前記操作量上限値ＯＨを上方修正するための上方修正幅ΔＯＨ４は、前記操作量上限値ＯＨを下方修正するための下方修正幅ΔＯＨ３よりも小さいことを特徴とする制御方法。