JP6939649B2 - 温度調節器 - Google Patents

Description

本発明は、温度調節器に関する。

温度制御のシミュレーションに関しては、パーソナルコンピュータ上で稼働するシミュレーションツールにより予測が可能となるソフトウェアプログラムが従来技術として知られている。

オムロン株式会社、サーマックシミュレータ オペレーションマニュアル、初版、ｐ．３−２４、２０１４年７月

温度制御システムを構築する際、ヒータの選定を誤ると、制御対象の温度が目標値まで上がり切らなかったり、ハンチングしたりすることがある。ヒータを選定する指標の一つにヒータ容量があるが、ヒータを実際の温度制御システムに組み込まないとヒータが発揮するヒータ能力を適切に評価することができない。

また、実際にヒータを温度制御システムに組み込んだとしても、その温度制御システムで実際に何度まで制御対象の温度を上げることができるのかを試す必要があり、テスト段階で制御対象や温度制御システムが破損する恐れがある。

例えば、最高温度、つまり操作量１００％の温度が２００℃という仕様のヒータを実装している温度制御システムにおいて、余裕度５０％という設計にする場合、現在のヒータ容量の２倍のヒータを選定することで達成できる。余裕度のあるヒータを用いることにより、ヒータの寿命が長くなり、目標温度での温度の安定にも寄与する。このように、ヒータを温度制御システムに組み込む際の設計において、現在のヒータ容量の何倍のヒータが必要になるのかをシミュレーションできることは非常に有益である。

一方、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）上で稼働するシミュレーションツールにより温度制御をシミュレーションすることができる。しかし、温度制御システムが設置された現場によってはセキュリティの関係などでＰＣを持ち込めない現場もあり、ＰＣの利用が必須となるシミュレーションプログラムによるソリューションが適さない場合も多い。

更に、このようなシミュレーションは、ヒータ能力を示す指数に関するモデリングが予め必要となり、当該モデリングがいつも好適に全てのヒータに当てはまるとは限らないという問題がある。

本発明の一態様は、ＰＣによるシミュレーションプログラムによらず、温度調節器単体で、現状とは異なる条件で制御を実行する場合の予測制御結果を示すパラメータを予測することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る温度調節器１１０は、
制御対象１５０の温度の計測値（ＰＶ）を受信する入力部１３０と、
前記計測値（ＰＶ）に基づく温度制御演算によって加熱装置（ヒータ１７０）に対する操作量（ＭＶ）を算出する制御部１８０と、
前記制御部１８０によって、前記制御対象１５０を所定の目標温度とするように実際に制御を実行した際の条件で得られた前記計測値（ＰＶ）および前記操作量（ＭＶ）の時系列データに基づいて、実際に実行された制御の条件とは異なる条件で前記制御対象１５０の制御を実行する場合の予測制御結果を示すパラメータを予測する予測部１９０と、
前記予測部１９０によって予測された前記パラメータを出力する出力部１４０と
を備えることを特徴とする。

上記の態様によれば、現状とは異なる条件で制御を実行したと仮定した場合の予測制御結果を示すパラメータを予測部で予測することができる。

本発明の一態様に係る温度調節器１１０の前記予測部１９０は、更に、
前記時系列データから整定温度（ＳＰ０）、整定操作量（ＭＶ０）、および、整定到達時間（ｔ０）を算出し、
前記整定温度（ＳＰ０）、前記整定操作量（ＭＶ０）、前記整定到達時間（ｔ０）、のうちの少なくとも２つの情報を参照して、前記パラメータを予測することを特徴とする。

上記の態様によれば、前記予測制御結果を示すパラメータを求めるための基礎情報を算出することができる。

本発明の一態様に係る温度調節器１１０の前記予測部１９０は、更に、
前記時系列データから最大操作量（ＭＶｍａｘ）を算出し、
前記最大操作量（ＭＶｍａｘ）が１００％であれば、前記整定温度（ＳＰ０）に達した時間を整定到達時間（ｔ０）とし、
前記最大操作量（ＭＶｍａｘ）が１００％未満であれば、前記整定温度（ＳＰ０）に至る温度上昇過程において昇温速度が最大となった時間における温度と前記最大操作量（ＭＶｍａｘ）との積を、最大昇温速度で除した値を整定到達時間（ｔ０）として算出する
ことを特徴とする。

上記の態様によれば、最大操作量（ＭＶｍａｘ）の大きさに応じて整定到達時間（ｔ０）の値を算出することができる。

本発明の一態様に係る温度調節器１１０で予測されるパラメータが、実際に実行された制御の条件とは異なる条件で前記制御対象１５０の制御を実行する場合の予測整定温度および予測整定到達時間であることを特徴とする。

前記予測整定温度は、予測最高温度（ＳＰｍａｘ）および予測到達温度（ＳＰ１）を包含し、前記予測整定到達時間は、予測到達時間（ｔｍａｘ）および設計予測到達時間（ｔ１）を包含する。

上記の態様によれば、上記算出された基礎情報に基づいて、予測部１９０によって予測整定温度および予測整定到達時間を算出することができる。

本発明の一態様に係る温度調節器１１０で予測される前記パラメータが、少なくとも予測最高温度（ＳＰｍａｘ）と予測到達時間（ｔｍａｘ）とを包含し、
前記予測部１９０は、
前記予測最高温度（ＳＰｍａｘ）を、前記整定温度（ＳＰ０）を前記整定操作量（ＭＶ０）で除することにより算出し、
前記予測到達時間（ｔｍａｘ）を、前記整定到達時間（ｔ０）と前記予測最高温度（ＳＰｍａｘ）との積を前記整定温度（ＳＰ０）で除することにより算出する
ことを特徴とする。

上記の態様によれば、上記算出された基礎情報に基づいて、予測部１９０によって予測最高温度（ＳＰｍａｘ）と予測到達時間（ｔｍａｘ）を算出することができる。

本発明の一態様に係る温度調節器１１０で予測される前記パラメータが、少なくとも設計整定操作量時の予測到達温度（ＳＰ１）と設計予測到達時間（ｔ１）とを包含し、
前記予測部１９０は、
前記予測到達温度（ＳＰ１）を、入力装置１３５を介して前記入力部１３０にユーザから入力された設計整定操作量（ＭＶ１）と、前記整定温度（ＳＰ０）との積を前記整定操作量（ＭＶ０）で除することにより算出し、
前記設計予測到達時間（ｔ１）を、前記整定到達時間（ｔ０）と前記予測到達温度（ＳＰ１）との積を前記整定温度（ＳＰ０）で除することにより算出する
ことを特徴とする。

上記の態様によれば、上記算出された基礎情報に基づいて、予測部１９０によって設計整定操作量時の予測到達温度（ＳＰ１）と設計予測到達時間（ｔ１）とを算出することができる。

本発明の一態様に係る温度調節器１１０で予測される前記パラメータが、ヒータ容量倍率（ｎ）を包含し、
前記予測部１９０は、
前記整定到達時間（ｔ０）を、入力装置１３５を介して前記入力部１３０にユーザから入力された設計到達時間（ｔ２）で除した値と、
前記入力装置１３５を介して前記入力部１３０にユーザから入力された設計到達温度（ＳＰ２）を、前記整定温度（ＳＰ０）で除した値と
を乗ずることにより前記ヒータ容量倍率（ｎ）を算出する
ことを特徴とする。

上記の態様によれば、上記算出された基礎情報に基づいて、予測部１９０によってヒータ容量倍率（ｎ）を算出することができる。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る方法は、
入力部１３０と、制御部１８０と、予測部１９０と、出力部１４０とを備える温度調節器１１０において、
前記入力部１３０は、制御対象１５０の温度の計測値（ＰＶ）を受信し、
前記制御部１８０は、前記計測値（ＰＶ）に基づく温度制御演算によって加熱装置（ヒータ１７０）に対する操作量（ＭＶ）を算出し、
前記予測部１９０は、前記制御部１８０によって、前記制御対象１５０を所定の目標温度とするように実際に制御を実行した際の条件で得られた前記計測値（ＰＶ）および前記操作量（ＭＶ）の時系列データに基づいて、実際に実行された制御の条件とは異なる条件で前記制御対象１５０の制御を実行する場合の予測制御結果を示すパラメータを予測し、
前記出力部１４０は、前記予測部１９０によって予測された前記パラメータを出力する
ことを特徴とする。

上記の態様によれば、現状とは異なる条件で制御を実行したと仮定した場合の予測制御結果を示すパラメータを予測部で予測することができる。

本発明の一態様によれば、温度調節器１１０は、現状とは異なる条件で制御を実行する場合の予測制御結果を示すパラメータを予測することができる。

本発明の温度調節器を用いた温度制御システムの概略図である。 本発明の温度調節器を用いた温度制御における温度と操作量の時間変化グラフの概略図である。 本発明の温度調節器に接続したヒータに関するデータ計測のフローチャートである。 本発明の実施形態１にかかるパラメータを算出するフローチャートである。 本発明の実施形態２にかかるパラメータを算出するフローチャートである。 本発明の実施形態３にかかるパラメータを算出するフローチャートである。 本発明の温度調節器の基本画面構成例の概略図である。 本発明の温度調節器により制御対象が整定状態の場合の画面表示例である。 本発明の実施形態１にかかるパラメータを出力した画面表示例である。 本発明の実施形態２にかかるパラメータを出力した画面表示例である。 本発明の実施形態３にかかるパラメータを出力した画面表示例である。

以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」とも表記する）を、図面に基づいて説明する。ただし、以下で説明する本実施形態は、あらゆる点において本発明の例示に過ぎない。本発明の範囲を逸脱することなく種々の改良や変形を行うことができることは言うまでもない。つまり、本発明の実施にあたって、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてもよい。なお、本実施形態において登場するデータを自然言語により説明しているが、より具体的には、コンピュータが認識可能な疑似言語、コマンド、パラメータ、マシン語等で指定される。

§１ 適用例
まず、図１を用いて、本発明が適用される場面の一例について説明する。
図１は、本実施形態に係る温度調節器を利用した温度制御システム１００の構成を例示する概略図である。図１には、制御対象１５０の温度を温度調節器１１０で制御する構成が例示されている。制御対象１５０は、制御対象を加熱するための加熱装置の一例としてのヒータ１７０と、制御対象の温度を計測する温度センサ１６０とを備える。

温度調節器１１０は、入力部１３０と、演算部１２０と、出力部１４０とを備える。演算部１２０は、制御演算を行う制御部１８０と、予測演算を行う予測部１９０とを備える。制御部１８０は、制御対象１５０の温度を制御演算する。入力部１３０は、温度センサ１６０からリアルタイムで温度情報（ＰＶ）を受信し、出力部１４０は、ヒータ１７０に操作量（ＭＶ）を出力する。制御部１８０は、入力部１３０を介して受信した温度情報（ＰＶ）に基づいて、温度制御演算によりヒータ１７０に対する操作量（ＭＶ）を算出し、当該操作量によってヒータ１７０を制御する。

上記構成においてヒータ１７０が制御対象１５０に対して発揮することができるヒータ能力を示すデータを取得する。当該データは、上記構成によって実際に制御がなされた条件とは異なる条件で制御を行った場合に制御対象１５０に対して発揮することができるヒータ能力を算出する基礎となる情報である。具体的には、制御部１８０によって、制御対象１５０を所定の目標温度とするように実際に制御を実行した際の条件で得られた計測値（ＰＶ）および操作量（ＭＶ）の時系列データを取得する。当該取得した時系列データに基づいて、これらの時系列データで示される実際に実行された制御の条件とは異なる条件で制御対象１５０の制御を実行する場合の予測制御結果を示すパラメータを予測部１９０で予測する。

§２ 構成例
〔実施形態１〕
以下、本発明の一実施形態について、詳細に説明する。
〔温度制御システム１００の構成〕
続いて、図１を用いて、温度制御システム１００の構成の一例について説明する。制御対象１５０に組み込まれる温度センサ１６０は、熱電対や測温抵抗体で構成されるのが好ましい。好ましい実施形態では、温度調節器１１０の制御部１８０はＰＩＤ制御によるループ制御で制御される。制御部１８０の制御は、ＰＩＤ制御に限定されず、Ｏｎ−Ｏｆｆ制御、固定操作量による制御など他の制御態様で実装することもできる。

入力部１３０は、入力装置１３５を更に備え、出力部１４０は、表示装置１４５を更に備える。入力装置１３５は、ユーザが所定の情報を入力することができるインターフェースであり、表示装置１４５は所定の情報をユーザに表示することができるインターフェースである。好ましい実施形態では、入力操作が可能なタッチパネル表示装置が、入力装置１３５と表示装置１４５とを兼ねることができる。温度制御システム１００の好ましい実施形態では、ユーザは、制御対象１５０について制御したい目標温度を入力装置１３５を介して入力することができる。当該入力された目標温度になるように制御部１８０は操作量を算出し、ヒータ１７０を加熱する。入力部１３０によって、温度センサ１６０からの温度情報を入力部１３０を介して時系列で受信し、リアルタイムで制御対象１５０の温度を表示装置１４５に表示させることができる。時系列で温度情報を受信しているため、制御対象１５０の温度情報をリアルタイムで表示装置１４５に表示させるだけでなく、例えば、制御対象の最高温度や最低温度などを表示させることもできる。別の好ましい実施形態では、表示装置は、温度調節器の外部装置として接続させることができ、出力部１４０を介して、所定の出力情報を外部に出力させることができる。

〔温度情報（ＰＶ）変化と操作量（ＭＶ）変化との関係〕
図２は、時間に対する温度情報（ＰＶ）変化と操作量（ＭＶ）変化との関係を示す概略図である。図２（ａ）は、温度センサ１６０から受信した温度情報（ＰＶ）の時間変化を表したグラフの一例である。ユーザが入力装置１３５を介して入力した目標温度が整定温度（ＳＰ０）として示されている。整定温度（ＳＰ０）の上下一定の温度帯域を整定幅と称する。好ましい実施形態では、整定幅は整定温度（ＳＰ０）±１℃以上と設定される。図２（ａ）のグラフにおける傾きは昇温速度を表す。

図２（ｂ）は、出力部１４０からヒータ１７０に出力される操作量（ＭＶ）の時間変化を表したグラフの一例である。当初から目標温度に向けて最大の操作量（１００％）が出力されているのが確認できる。ＰＩＤ制御では、整定温度（ＳＰ０）を大きく超えるオーバーシュートを避けるため整定幅の下限付近で操作量が低下する。整定温度（ＳＰ０）付近、好ましくは整定幅の下限温度に達した時間を整定到達時間（ｔ０）と称する。昇温速度（傾き）が最大（Ｒ）の時の操作量を最大操作量（ＭＶｍａｘ）と称する。図２の例では、最大昇温速度（Ｒ）の時点での最大操作量（ＭＶｍａｘ）は１００％である。温度が整定温度（ＳＰ０）に関する所定の整定幅内に落ち着いたときの操作量を整定操作量（ＭＶ０）と称する。

〔必要データの取得〕
上記構成においてヒータ１７０が制御対象１５０に対して発揮することができるヒータ能力を示すパラメータを算出する。当該パラメータは、上記構成によって実際に制御がなされた条件とは異なる条件で制御を行った場合に制御対象１５０に対して発揮することができるヒータ能力を算出する基礎となる情報である。具体的には、制御部１８０によって、制御対象１５０を所定の目標温度とするように実際に制御を実行した際の条件で得られた計測値（ＰＶ）および操作量（ＭＶ）の時系列データを取得する。当該取得した時系列データに基づいて、これらの時系列データで示される実際に実行された制御の条件とは異なる条件で制御対象１５０の制御を実行する場合の予測制御結果を示すパラメータを予測部１９０で予測する。

上述のとおり、パラメータを求める前提として、当該温度制御システム１００において事前に必要なデータを取得する必要がある。

図３に、ＰＩＤ制御による温度制御の場合のデータ取得フロー３００を示す。ユーザが入力装置１３５を介して目標温度を入力し、ＰＩＤ制御により、温度制御システム１００の温度制御を開始する（Ｓ３１０）。図２に示したような温度変化が得られた場合、演算部１２０において、図２（ａ）から、整定温度（ＳＰ０）と、整定到達時間（ｔ０）と、最大昇温速度（Ｒ）とを取得する。好ましい実施形態では、演算部１２０の予測部１９０が、整定温度（ＳＰ０）と、整定到達時間（ｔ０）と、最大昇温速度（Ｒ）とを取得する。最大昇温速度（Ｒ）は、図２（ａ）のグラフにおいて傾きが最大となった値を算出することにより求めることができる。次いで、図２（ｂ）から、整定操作量（ＭＶ０）と最大操作量（ＭＶｍａｘ）とを算出する（Ｓ３２０）。

最大操作量（ＭＶｍａｘ）は、昇温速度が最大となったときの操作量であり、図２（ｂ）の場合１００％となる。しかし、制御対象や温度制御システムの環境により最大操作量（ＭＶｍａｘ）が１００％にならないケースも発生する。したがって、最大操作量（ＭＶｍａｘ）が１００％となるか否かについて場合分けの判断をする（Ｓ３３０）。最大操作量（ＭＶｍａｘ）が１００％となる場合（Ｓ３３０−Ｙｅｓ）、図２のグラフのとおり、整定幅の下限温度に達した時間を整定到達時間（ｔ０）とする。一方、最大操作量（ＭＶｍａｘ）が１００％とならない場合（Ｓ３３０−Ｎｏ）、最大昇温速度（Ｒ）を最大操作量（ＭＶｍａｘ）で除することにより、その時点での昇温速度（Ｒ０）を算出する。昇温速度が最大となった時点での温度（ＳＰ）を、当該算出された昇温速度（Ｒ０）で除することにより、整定到達時間（ｔ０）を算出する（Ｓ３４０）。このようにして求められた整定到達時間（ｔ０）、整定温度（ＳＰ０）、整定操作量（ＭＶ０）を基礎情報として出力し（Ｓ３５０）、後述するパラメータの算出を行う。

〔取得データの出力〕
図７に温度調節器１１０の入力装置１３５と表示装置１４５の表示パネル７１０の基本構成例７００を示す。好ましい実施形態では、少なくとも３つの項目７２０、７３０、７４０とそれぞれの項目の値７２５、７３５、７４５を表示することができる。項目や値を変更することができる上下ボタン７５０、７６０を備えるのが好ましい。更に、パラメータ算出ボタン７７０や、表示切替ボタン７８０を備えるのが好ましい。例えば、目標温度を入力したい場合、項目が目標温度となっている状態で、ユーザは所望の温度を入力することができる。好ましい入力態様では、上下ボタン７５０、７６０で所望の温度を設定することが可能である。

好ましい実施形態では、ＰＩＤ制御によって制御対象１５０が整定状態になるまでの間は、上記出力ステップ（Ｓ３５０）に進めず、パラメータ算出ボタン７７０を無効とすることができる。具体的には、パラメータ算出ボタン７７０を消灯状態として、押しても反応しない態様とすることができる。制御対象１５０が整定状態となった場合、上記出力ステップ（Ｓ３５０）の準備が整った段階で、予測部１９０による予測演算で出力フラグが立ち、パラメータ算出ボタン７７０が有効となる。具体的には、パラメータ算出ボタン７７０を点灯させ、ユーザに出力ステップ（Ｓ３５０）の準備が整ったことを知らせることができる。

〔ＰＩＤ制御による整定状態の表示〕
図８に、図３のフローにて実行されたＰＩＤ制御により制御対象１５０が整定状態となった結果を表示した一例（８００）を示す。好ましい実施形態では、点灯したパラメータ算出ボタン７７０を押すことにより、整定到達時間（ｔ０）、整定温度（ＳＰ０）、整定操作量（ＭＶ０）を出力することができる（Ｓ３５０）。具体的には、項目１（８２０）に整定温度（ＳＰ０）、項目２（８３０）に整定操作量（ＭＶ０）、項目３（８４０）に整定到達時間（ｔ０）を表示する。そして、それぞれの項目の具体的な値を「１００℃」（８２５）、「２０％」（８３５）、「３０秒」（８４５）と表示することができる（Ｓ３５０）。

〔予測最高温度と予測到達時間の算出〕
現在の温度制御システム構成においてヒータ１７０が制御対象１５０に対して、図２で時系列データを取得した際の実際に制御がなされた条件とは異なる条件で制御を行った場合に発揮することができるヒータ能力を示すパラメータを、上記算出された情報に基づいて、予測部１９０により算出する。好ましい実施形態では、予測部１９０は、パラメータとして、図２に示した時系列データで示される実際に制御がなされた条件とは異なる条件で制御対象１５０の制御を実行する場合の予測整定温度および予測整定到達時間を算出する。算出されるパラメータの予測整定温度は、予測最高温度（ＳＰｍａｘ）や、予測到達温度（ＳＰ１）を包含する。算出されるパラメータの予測整定到達時間は、予測到達時間（ｔｍａｘ）や、設計予測到達時間（ｔ１）を包含する。

図４に、予測最高温度と予測到達時間を算出するフローチャートの一例（４００）を示す。まず、算出のために必要な情報が決定しているか確認する（Ｓ４１０）。決定していなければ（Ｓ４１０−Ｎｏ）、図３におけるステップＳ３１０〜Ｓ３５０を再度実施する（Ｓ４２０）。算出のために必要な情報が決定していれば（Ｓ４１０−Ｙｅｓ）、決定フラグを確認する（Ｓ４３０）。具体的には、パラメータ算出ボタン７７０を点灯させ、ユーザに出力ステップの準備が整ったことを知らせることができる（Ｓ４３０）。ユーザは点灯したパラメータ算出ボタン７７０を押すことにより、予測部１９０に予測最高温度と予測到達時間とを算出させることができる。

好ましい実施形態では、予測部１９０において、予測最高温度（ＳＰｍａｘ）と予測到達時間（ｔｍａｘ）とを算出する。好ましい実施形態では、図２に示した通り最大操作量１００％で最高温度を予測するので、具体的には、予測最高温度（ＳＰｍａｘ）については、以下の式で求めることができる（Ｓ４４０）；
予測最高温度（ＳＰｍａｘ）＝整定温度（ＳＰ０）
×１００％／整定操作量（ＭＶ０）。

予測到達時間（ｔｍａｘ）については、以下の式で求めることができる（Ｓ４４０）；
予測到達時間（ｔｍａｘ）＝整定到達時間（ｔ０）
×予測最高温度（ＳＰｍａｘ）／整定温度（ＳＰ０）。

このようにして求められた予測最高温度（ＳＰｍａｘ）と予測到達時間（ｔｍａｘ）をパラメータとして出力する（Ｓ４５０）。

〔予測最高温度と予測到達時間の表示〕
図９に、図４のフロー４００にて実行されたパラメータの出力結果を表示した一例（９００）を示す。好ましい実施形態では、点灯したパラメータ算出ボタン７７０を押すことにより（Ｓ４３０）、予測最高温度（ＳＰｍａｘ）と予測到達時間（ｔｍａｘ）を算出することができる（Ｓ４４０）。具体的には、項目１（９２０）に予測最高温度（ＳＰｍａｘ）、項目３（９４０）に予測到達時間（ｔｍａｘ）を表示する。そして、それぞれの項目の具体的な値を「５００℃」（９２５）、「１５０秒」（９４５）と表示することができる（Ｓ４５０）。図２に示したケースでは、最大操作量が１００％であるため、好ましい実施形態では、項目２（９３０）に最大操作量（ＭＶｍａｘ）、具体的な値として「１００％」（９３５）と表示することができる。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

〔設計整定操作量時の予測到達温度と設計予測到達時間の算出〕
上記算出された情報（Ｓ３５０）に基づいて、現在の温度制御システム構成においてヒータ１７０が制御対象１５０に対して発揮することができるヒータ能力を示すパラメータを算出する。好ましい実施形態では、パラメータとして設計整定操作量時の予測到達温度と設計予測到達時間を算出する。

図５に、設計整定操作量時の予測到達温度と設計予測到達時間を算出するフローチャートの一例（５００）を示す。まず、算出のために必要な情報が決定しているか確認する（Ｓ５１０）。決定していなければ（Ｓ５１０−Ｎｏ）、図３におけるステップＳ３１０〜Ｓ３５０を再度実施する（Ｓ５２０）。算出のために必要な情報が決定していれば（Ｓ５１０−Ｙｅｓ）、決定フラグを確認する（Ｓ５３０）。具体的には、パラメータ算出ボタン７７０を点灯させ、ユーザに出力ステップの準備が整ったことを知らせることができる（Ｓ５３０）。ユーザは点灯したパラメータ算出ボタン７７０を押すことにより、設計整定操作量時の予測到達温度と設計予測到達時間を算出するのに必要な情報を入力することができる。好ましい実施形態では、ユーザは入力装置１３５を介して設計整定操作量（ＭＶ１)を入力する（Ｓ５４０）。

上記情報に基づいて、予測部１９０において、設計整定操作量時の予測到達温度（ＳＰ１）と設計予測到達時間（ｔ１）とを算出する。具体的には、予測到達温度（ＳＰ１）については、以下の式で求めることができる（Ｓ５５０）；
予測到達温度（ＳＰ１）＝整定温度（ＳＰ０）
×設計整定操作量（ＭＶ１)／整定操作量（ＭＶ０）。

設計予測到達時間（ｔ１）については、以下の式で求めることができる（Ｓ５５０）；
設計予測到達時間（ｔ１）＝整定到達時間（ｔ０）
×予測到達温度（ＳＰ１）／整定温度（ＳＰ０）。

このようにして求められた設計整定操作量時の予測到達温度（ＳＰ１）と設計予測到達時間（ｔ１）が所望の値か否か判断するために（Ｓ５６０）、これらの値を表示装置１４５に表示させることができる。これらの値が所望の値でない場合（Ｓ５６０−Ｎｏ）、ユーザは入力装置１３５を介して別の設計整定操作量（ＭＶ１)を入力する（Ｓ５４０）。所望の値の場合（Ｓ５６０−Ｙｅｓ）、設計整定操作量時の予測到達温度（ＳＰ１）と設計予測到達時間（ｔ１）とをパラメータとして出力する（Ｓ５７０）。

〔設計整定操作量時の予測到達温度と設計予測到達時間の表示〕
図１０に、図５のフロー５００にて実行されたパラメータの出力結果を表示した一例（１０００）を示す。好ましい実施形態では、点灯したパラメータ算出ボタン７７０を押すことにより（Ｓ５３０）、設計整定操作量（ＭＶ１)の入力ができる状態に遷移する。項目２（１０３０）に「設計整定操作量」と表示させ、具体的な値を入力することができるように数値（１０３５）を点滅させることができる。好ましい実施形態では、点滅状態（１０３５）でユーザが上下ボタン（７５０、７６０）を押すことにより数値を増減させることができる。例えば、デフォルト値として５０％が表示された状態で数値が点滅し、上下ボタン（７５０、７６０）で「設計整定操作量」を変更することができる。

図１０の表示例１０００では、設計整定操作量が５０％のときの、予測到達温度と設計予測到達時間を示す。具体的には、項目１（１０２０）に予測到達温度（ＳＰ１）、項目３（１０４０）に設計予測到達時間（ｔ１）を表示する。そして、それぞれの項目の具体的な値を「２５０℃」（１０２５）、「６０秒」（１０４５）と表示することができる（Ｓ５５０）。ここで表示された予測到達温度（ＳＰ１）の値（１０２５）、設計予測到達時間（ｔ１）の値（１０４５）が所望の値でない場合（Ｓ５６０−Ｎｏ）、ユーザは上下ボタン（７５０、７６０）で「設計整定操作量」を変更することができる。好ましい実施形態では、上下ボタン（７５０、７６０）を押すたびに予測到達温度（ＳＰ１）の値（１０２５）、設計予測到達時間（ｔ１）の値（１０４５）が更新されて表示される。更新表示された予測到達温度（ＳＰ１）の値（１０２５）、設計予測到達時間（ｔ１）の値（１０４５）が所望の値になるまで繰り返し表示させることができる（Ｓ５７０）。

〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

〔ヒータ容量倍率（ｎ）予測〕
上記算出された情報（Ｓ３５０）に基づいて、現在の温度制御システム構成においてヒータ１７０が制御対象１５０に対して発揮することができるヒータ能力を示すパラメータを算出する。好ましい実施形態では、パラメータとしてヒータ容量倍率を予測する。

図６に、ヒータ容量倍率を算出するフローチャートの一例（６００）を示す。まず、算出のために必要な情報が決定しているか確認する（Ｓ６１０）。決定していなければ（Ｓ６１０−Ｎｏ）、図３におけるステップＳ３１０〜Ｓ３５０を再度実施する（Ｓ６２０）。算出のために必要な情報が決定していれば（Ｓ６１０−Ｙｅｓ）、決定フラグを確認する（Ｓ６３０）。具体的には、パラメータ算出ボタン７７０を点灯させ、ユーザに出力ステップの準備が整ったことを知らせることができる（Ｓ６３０）。ユーザは点灯したパラメータ算出ボタン７７０を押すことにより、ヒータ容量倍率を算出するのに必要な情報を入力することができる。好ましい実施形態では、ユーザは入力装置１３５を介して設計到達温度（ＳＰ２）および設計到達時間（ｔ２）を入力する（Ｓ６４０）。

上記情報に基づいて、予測部１９０において、ヒータ容量倍率（ｎ）を算出する。具体的には、以下の式で求めることができる（Ｓ６５０）；
ヒータ容量倍率（ｎ）＝(整定到達時間（ｔ０）／設計到達時間（ｔ２）)
×(設計到達温度（ＳＰ２）／整定温度（ＳＰ０）)。

このようにして求められたヒータ容量倍率（ｎ）の値が所望の値か否か判断するために（Ｓ６６０）、これらの値を表示装置１４５に表示させることができる。これらの値が所望の値でない場合（Ｓ６６０−Ｎｏ）、ユーザは入力装置１３５を介して別の設計到達温度（ＳＰ２）および設計到達時間（ｔ２）を入力する（Ｓ６４０）。所望の値の場合（Ｓ６６０−Ｙｅｓ）、ヒータ容量倍率（ｎ）をパラメータとして出力する（Ｓ６７０）。

〔ヒータ容量倍率の表示〕
図１１に、図６のフロー６００にて実行されたパラメータの出力結果を表示した一例を示す。好ましい実施形態では、点灯したパラメータ算出ボタン７７０を押すことにより（Ｓ６３０）、設計到達温度（ＳＰ２）の入力ができる状態に遷移する。好ましい実施形態では、項目１（１１２０）に「設計到達温度」と表示させ、具体的な値を入力することができるように数値（１１２５）を点滅させることができる。好ましい実施形態では、点滅状態（１１２５）でユーザが上下ボタン（７５０、７６０）を押すことにより数値を増減させることができる。また項目２（１１３０）に「設計到達時間」と表示させ、具体的な値を入力することができるように数値（１１３５）を点滅させることができる。好ましい実施形態では、点滅状態（１１３５）でユーザが上下ボタン（７５０、７６０）を押すことにより数値を増減させることができる。

図１１の表示例１１００では、設計到達温度（ＳＰ２）が「４００℃」、設計到達時間（ｔ２）が「７０秒」のときの、ヒータ容量倍率（ｎ）を示す。具体的には、項目１（１１２０）に設計到達温度（ＳＰ２）、項目２（１１３０）に設計到達時間（ｔ２）を表示する。そして、それぞれの項目の具体的な値を変化させることができ、図１１の例ではそれぞれ「４００℃」（１１２５）、「７０秒」（１１３５）と入力することができる（Ｓ６４０）。ヒータ容量倍率は項目３（１１４０）に示され、具体的な値は「２．０倍」（１１４５）と表示されている。ここで表示されたヒータ容量倍率（ｎ）の値「２．０倍」（１１４５）が所望の値でない場合（Ｓ６６０−Ｎｏ）、ユーザは上下ボタン（７５０、７６０）で「設計到達温度」、「設計到達時間」を変更することができる。好ましい実施形態では、上下ボタン（７５０、７６０）を押すたびにヒータ容量倍率の値（１１４５）が更新されて表示される。更新表示されたヒータ容量倍率の値（１１４５）が所望の値になるまで繰り返し表示させることができる（Ｓ６７０）。

〔実施形態４〕
上記実施形態１乃至３では、パラメータなどの出力を温度調節器１１０が備える表示装置１４５に表示させる態様を説明した。別の好ましい実施形態では、ステップＳ３５０、Ｓ４５０、Ｓ５７０、Ｓ６７０で出力部１４０に出力された各パラメータ値は、外部の表示装置に出力させることができる。具体的には、出力部１４０が出力端子を備え、当該出力端子を介して出力信号を出力し、外部の表示装置に各出力値を表示させることができる。

上記実施形態１乃至３では、ユーザが所望の値を入力する入力装置１３５を温度調節器１１０が備える態様を説明した。更に別の好ましい実施形態では、当該ユーザによる数値などの入力は、外部の入力装置を介して入力させることができる。具体的には、入力部１３０が入力端子を備え、当該入力端子を介して入力信号を受信し、外部の入力装置から各数値を入力させることができる。

〔実施形態５〕
更に別の好ましい実施形態では、フィールドバスなどのネットワークを介してＰＬＣ制御により本発明に係る温度調節器を制御することができる。上記実施形態４では、入力部１３０が入力端子を備え、出力部１４０が出力端子を備える態様を開示したが、これらに代えて、フィールドバス対応のネットワークカードにより入出力信号を送受信することができる。

またネットワーク制御は、フィールドバスに限定されず、産業用イーサネット（登録商標）など他のネットワーク態様により実装することも可能である。

更に好ましい実施形態では、本発明にかかる温度調節器が所謂スマートデバイスとして機能するようＩＰアドレスを備え、ＩｏＴ対応のデバイスとしてインターネットを介して制御することも可能である。かかる態様では、パラメータの予測のための入出力を、ネットワークに接続されたコンピュータ画面上で行うことが可能である。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

１００ 温度制御システム
１１０ 温度調節器
１２０ 演算部
１３０ 入力部
１３５ 入力装置
１４０ 出力部
１４５ 表示装置
１５０ 制御対象
１６０ 温度センサ
１７０ ヒータ
１８０ 制御部
１９０ 予測部
７１０ 表示パネル
７５０、７６０ 上下ボタン
７７０ パラメータ算出ボタン
７８０ 表示切替ボタン

Claims (9)

1. 制御対象の温度の計測値を受信する入力部と、
   前記計測値に基づく温度制御演算によって加熱装置に対する操作量を算出する制御部と、
   前記制御部によって、前記制御対象を所定の目標温度とするように実際に制御を実行した際の条件で得られた前記計測値および前記操作量の時系列データに基づいて、実際に実行された制御の条件とは異なる条件で制御対象の制御を実行する場合の予測制御結果を示すパラメータを予測する予測部と、
   前記予測部によって予測された前記パラメータを出力する出力部と
   を備え、
   前記予測部が、
   前記時系列データから整定温度、整定操作量、および、整定到達時間を算出し、
   前記整定温度、前記整定操作量、前記整定到達時間、のうちの少なくとも２つの情報を参照して、前記パラメータを予測し、
   前記時系列データから最大操作量を算出し、
   前記最大操作量が１００％であれば、前記整定温度に達した時間を整定到達時間とし、
   前記最大操作量が１００％未満であれば、前記整定温度に至る温度上昇過程において昇温速度が最大となった時間における温度と前記最大操作量との積を、最大昇温速度で除した値を整定到達時間として算出する
   ことを特徴とする温度調節器。
2. 制御対象の温度の計測値を受信する入力部と、
   前記計測値に基づく温度制御演算によって加熱装置に対する操作量を算出する制御部と、
   前記制御部によって、前記制御対象を所定の目標温度とするように実際に制御を実行した際の条件で得られた前記計測値および前記操作量の時系列データに基づいて、実際に実行された制御の条件とは異なる条件で制御対象の制御を実行する場合の予測制御結果を示すパラメータであって、ヒータ容量倍率を包含するパラメータを予測する予測部と、
   前記予測部によって予測された前記パラメータを出力する出力部と
   を備え、
   前記予測部が、
   前記時系列データから整定温度、整定操作量、および、整定到達時間を算出し、
   前記整定温度、前記整定操作量、前記整定到達時間、のうちの少なくとも２つの情報を参照して、前記パラメータを予測し、
   前記整定到達時間を、入力装置を介して前記入力部にユーザから入力された設計到達時間で除した値と、
   前記入力装置を介して前記入力部にユーザから入力された設計到達温度を、前記整定温度で除した値と
   を乗ずることにより前記ヒータ容量倍率を算出する
   ことを特徴とする温度調節器。
3. 前記パラメータが、実際に実行された制御の条件とは異なる条件で前記制御対象の制御を実行する場合の予測整定温度および予測整定到達時間を包含することを
   特徴とする請求項１又は２に記載の温度調節器。
4. 制御対象の温度の計測値を受信する入力部と、
   前記計測値に基づく温度制御演算によって加熱装置に対する操作量を算出する制御部と、
   前記制御部によって、前記制御対象を所定の目標温度とするように実際に制御を実行した際の条件で得られた前記計測値および前記操作量の時系列データに基づいて、実際に実行された制御の条件とは異なる条件で制御対象の制御を実行する場合の予測制御結果を示すパラメータを予測する予測部と、
   前記予測部によって予測された前記パラメータを出力する出力部と
   を備え、
   前記パラメータが、実際に実行された制御の条件とは異なる条件で前記制御対象の制御を実行する場合の予測整定温度および予測整定到達時間並びにヒータ容量倍率を包含し、
   前記予測部は、
   前記予測整定到達時間を、入力装置を介して前記入力部にユーザから入力された設計到達時間で除した値と、
   前記入力装置を介して前記入力部にユーザから入力された設計到達温度を、前記予測整定温度で除した値と
   を乗ずることにより前記ヒータ容量倍率を算出する
   ことを特徴とする温度調節器。
5. 前記パラメータが、少なくとも予測最高温度と予測到達時間とを包含し、
   前記予測部は、
   前記予測最高温度を、前記整定温度を前記整定操作量で除することにより算出し、
   前記予測到達時間を、前記整定到達時間と前記予測最高温度との積を前記整定温度で除することにより算出する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の温度調節器。
6. 前記パラメータが、少なくとも設計整定操作量時の予測到達温度と設計予測到達時間とを包含し、
   前記予測部は、
   前記予測到達温度を、入力装置を介して前記入力部にユーザから入力された設計整定操作量と、前記整定温度との積を前記整定操作量で除することにより算出し、
   前記設計予測到達時間を、前記整定到達時間と前記予測到達温度との積を前記整定温度で除することにより算出する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の温度調節器。
7. 入力部と、制御部と、予測部と、出力部とを備える温度調節器において、
   前記入力部は、制御対象の温度の計測値を受信し、
   前記制御部は、前記計測値に基づく温度制御演算によって加熱装置に対する操作量を算出し、
   前記予測部は、前記制御部によって、前記制御対象を所定の目標温度とするように実際に制御を実行した際の条件で得られた前記計測値および前記操作量の時系列データに基づいて、実際に実行された制御の条件とは異なる条件で前記制御対象の制御を実行する場合の予測制御結果を示すパラメータを予測し、
   前記出力部は、前記予測部によって予測された前記パラメータを出力し、
   前記予測部が、
   前記時系列データから整定温度、整定操作量、および、整定到達時間を算出し、
   前記整定温度、前記整定操作量、前記整定到達時間、のうちの少なくとも２つの情報を参照して、前記パラメータを予測し、
   前記時系列データから最大操作量を算出し、
   前記最大操作量が１００％であれば、前記整定温度に達した時間を整定到達時間とし、
   前記最大操作量が１００％未満であれば、前記整定温度に至る温度上昇過程において昇温速度が最大となった時間における温度と前記最大操作量との積を、最大昇温速度で除した値を整定到達時間として算出する
   ことを特徴とする予測制御結果を示すパラメータを予測する方法。
8. 入力部と、制御部と、予測部と、出力部とを備える温度調節器において、
   前記入力部は、制御対象の温度の計測値を受信し、
   前記制御部は、前記計測値に基づく温度制御演算によって加熱装置に対する操作量を算出し、
   前記予測部は、前記制御部によって、前記制御対象を所定の目標温度とするように実際に制御を実行した際の条件で得られた前記計測値および前記操作量の時系列データに基づいて、実際に実行された制御の条件とは異なる条件で前記制御対象の制御を実行する場合の予測制御結果を示すパラメータであって、ヒータ容量倍率を包含するパラメータを予測し、
   前記出力部は、前記予測部によって予測された前記パラメータを出力し、
   前記予測部が、
   前記時系列データから整定温度、整定操作量、および、整定到達時間を算出し、
   前記整定温度、前記整定操作量、前記整定到達時間、のうちの少なくとも２つの情報を参照して、前記パラメータを予測し、
   前記整定到達時間を、入力装置を介して前記入力部にユーザから入力された設計到達時間で除した値と、
   前記入力装置を介して前記入力部にユーザから入力された設計到達温度を、前記整定温度で除した値と
   を乗ずることにより前記ヒータ容量倍率を算出する
   ことを特徴とする予測制御結果を示すパラメータを予測する方法。
9. 入力部と、制御部と、予測部と、出力部とを備える温度調節器において、
   前記入力部は、制御対象の温度の計測値を受信し、
   前記制御部は、前記計測値に基づく温度制御演算によって加熱装置に対する操作量を算出し、
   前記予測部は、前記制御部によって、前記制御対象を所定の目標温度とするように実際に制御を実行した際の条件で得られた前記計測値および前記操作量の時系列データに基づいて、実際に実行された制御の条件とは異なる条件で前記制御対象の制御を実行する場合の予測制御結果を示すパラメータを予測し、
   前記出力部は、前記予測部によって予測された前記パラメータを出力し、
   前記パラメータが、実際に実行された制御の条件とは異なる条件で前記制御対象の制御を実行する場合の予測整定温度および予測整定到達時間並びにヒータ容量倍率を包含し、
   前記予測部は、
   前記整定到達時間を、入力装置を介して前記入力部にユーザから入力された設計到達時間で除した値と、
   前記入力装置を介して前記入力部にユーザから入力された設計到達温度を、前記整定温度で除した値と
   を乗ずることにより前記ヒータ容量倍率を算出する
   ことを特徴とする予測制御結果を示すパラメータを予測する方法。

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