JP6951153B2 - 診断装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、加熱装置の状態を診断する診断装置および方法に関するものである。

半導体製造装置では、ＥＥＳ（Equipment Engineering System）が実用段階へと移行してきている。ＥＥＳは、半導体製造装置が正常に機能しているかどうかをデータでチェックし、装置の信頼性や生産性を向上させるシステムである。ＥＥＳの主な目的は、装置自体を対象とする不具合検知（ＦＤ：Fault Detection）、不具合予知（ＦＰ：Fault Prediction）である。ＦＤ／ＦＰには、装置コントロールレベル、モジュールレベル、サブシステムレベル、Ｉ／Ｏデバイスレベルという階層化の捉え方がある。Ｉ／Ｏデバイスレベルの主体は、センサやアクチュエータである。

このような動向に関連し、特許文献１のように、加熱装置の温度制御応答の特徴を算出するものが提案されている。加熱装置は、例えば図１３に示すように、処理対象のワークを加熱する熱処理炉１００と、電気ヒータ１０１と、熱処理炉１００内の温度を計測する温度センサ１０２と、熱処理炉１００内の温度を制御する温調計１０３と、電力調整器１０４と、電力供給回路１０５と、加熱装置全体を制御するＰＬＣ（Programmable Logic Controller）１０６とから構成される。温調計１０３は、温度センサ１０２が計測した温度ＰＶ（制御量）が温度設定値ＳＰと一致するように操作量ＭＶを算出する。電力調整器１０４は、操作量ＭＶに応じた電力を決定し、この決定した電力を電力供給回路１０５を通じて電気ヒータ１０１に供給する。

特許文献１に開示された技術は、例えば図１３に示す加熱装置において、制御対象の動的プロセスゲインＫｐとプロセス時定数Ｔｐとの比率Ｒ＝Ｋｐ／Ｔｐで制御対象の状態を判定するものである。この比率Ｒは、ヘルスインデックスと呼ばれ、コントローラ（温調計１０３）による制御対象の健全性を示す指標であり、制御対象の過渡状態での特性を利用している。したがって、比率Ｒを採用すれば、不可測な外的要因により操作量ＭＶの平衡点（以下、平衡時操作量ＭＶｓと記載）が移動することに対処できる。

しかし、現実には、制御対象次第では、比率Ｒ＝Ｋｐ／Ｔｐによって状態管理を実質的に代用するだけではなく、平衡時操作量ＭＶｓによって加熱装置の状態を管理すべき必要性は残る。しかしながら、熱処理炉内の負荷（例えば熱処理される対象のワークなどの積載量）によって、適正な平衡時操作量ＭＶｓが変化することがあるので、平衡時操作量ＭＶｓに基づいて加熱装置の状態を診断することは困難である。

例えば、比率Ｒ＝Ｋｐ／Ｔｐのみで診断する場合は、加熱（昇温）後に特定の時間が経過してから平衡時操作量ＭＶｓが異常値に変化するような不具合を検出できないという問題が生じる。したがって、平衡時操作量ＭＶｓに基づいて加熱装置の状態を診断することが必要になる。しかしながら、適正な平衡時操作量ＭＶｓを一律に決めてしまうと、上記のとおり熱処理炉内の負荷の変化に対応できないので、改善が求められている。

特許第４４８１９５３号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、平衡時操作量が加熱装置の熱処理炉内の負荷に影響されるような加熱装置において、平衡時操作量による加熱装置の診断の信頼性を向上させることができる診断装置および方法を提供することを目的とする。

本発明の診断装置は、加熱装置の温度制御の過渡状態から得られる指標を算出するように構成された指標算出部と、前記加熱装置の制御部から出力される、前記過渡状態後の平衡状態の操作量である平衡時操作量を診断する閾値を、前記指標算出部によって算出された指標に基づいて決定するように構成された閾値決定部と、診断対象の前記平衡時操作量と前記閾値とを比較することにより前記加熱装置の異常を検出したときに第１のアラーム信号を出力するように構成された不具合診断部とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の加熱装置の１構成例において、前記指標算出部は、前記過渡状態を発生させる前記操作量の時系列データと前記過渡状態における制御量の時系列データとに基づいて、制御対象の動的プロセスゲインとプロセス時定数との比率を前記指標として算出することを特徴とするものである。

また、本発明の加熱装置の１構成例において、前記閾値決定部は、前記加熱装置の熱処理炉内の負荷条件が異なる複数回の加熱試験で得られた前記指標と前記閾値との複数組の予め記憶されている値を基に、前記指標算出部によって算出された指標に対応する前記閾値を補間により算出することを特徴とするものである。
また、本発明の加熱装置の１構成例において、前記記憶されている複数の閾値は、複数回の加熱試験で得られた平衡時操作量にそれぞれ１より大の特定の倍率を乗じた値であり、前記不具合診断部は、診断対象の前記平衡時操作量が前記閾値決定部によって決定された閾値よりも大きい場合に前記第１のアラーム信号を出力することを特徴とするものである。
また、本発明の加熱装置の１構成例において、前記記憶されている複数の閾値は、複数回の加熱試験で得られた平衡時操作量にそれぞれ１より小の特定の倍率を乗じた値であり、前記不具合診断部は、診断対象の前記平衡時操作量が前記閾値決定部によって決定された閾値よりも小さい場合に前記第１のアラーム信号を出力することを特徴とするものである。

また、本発明の加熱装置の１構成例において、前記閾値決定部によって決定された閾値を記憶するように構成された閾値履歴記憶部と、前記不具合診断部によって診断対象として採用された平衡時操作量を記憶するように構成された平衡時操作量履歴記憶部と、前記閾値決定部によって決定された現在の閾値が前記加熱装置の前回の加熱処理以前に前記閾値履歴記憶部によって記憶された過去の閾値よりも小さく、かつ前記不具合診断部によって診断対象として採用された現在の平衡時操作量が前回の加熱処理以前に前記平衡時操作量履歴記憶部によって記憶された過去の平衡時操作量よりも大きい場合に、第２のアラーム信号を出力するように構成された矛盾診断部とをさらに備えることを特徴とするものである。
また、本発明の加熱装置の１構成例において、前記閾値決定部によって決定された閾値を記憶するように構成された閾値履歴記憶部と、前記不具合診断部によって診断対象として採用された平衡時操作量を記憶するように構成された平衡時操作量履歴記憶部と、前記閾値決定部によって決定された現在の閾値が前記加熱装置の前回の加熱処理以前に前記閾値履歴記憶部によって記憶された過去の閾値よりも大きく、かつ前記不具合診断部によって診断対象として採用された現在の平衡時操作量が前回の加熱処理以前に前記平衡時操作量履歴記憶部によって記憶された過去の平衡時操作量よりも小さい場合に、第２のアラーム信号を出力するように構成された矛盾診断部とをさらに備えることを特徴とするものである。

また、本発明の診断方法は、ＣＰＵと記憶装置とを備えたコンピュータにおいて、加熱装置の温度制御の過渡状態から得られる指標を算出する第１のステップと、前記加熱装置の制御部から出力される、前記過渡状態後の平衡状態の操作量である平衡時操作量を診断する閾値を、前記第１のステップで算出した指標に基づいて決定する第２のステップと、診断対象の前記平衡時操作量と前記閾値とを比較することにより前記加熱装置の異常を検出したときに第１のアラーム信号を出力する第３のステップとを、前記記憶装置に格納されたプログラムに従って前記ＣＰＵに実行させることを特徴とするものである。

本発明によれば、加熱装置の温度制御の過渡状態から得られる指標を算出する指標算出部と、加熱装置の制御部から出力される、過渡状態後の平衡状態の操作量である平衡時操作量を診断する閾値を、指標算出部によって算出された指標に基づいて決定する閾値決定部と、診断対象の平衡時操作量と閾値とを比較することにより加熱装置の異常を検出したときに第１のアラーム信号を出力する不具合診断部とを設けることにより、平衡時操作量が加熱装置の熱処理炉内の負荷に影響されるような加熱装置において、平衡時操作量による加熱装置の診断の信頼性を向上させることができる。

また、本発明では、閾値決定部によって決定された閾値を記憶する閾値履歴記憶部と、不具合診断部によって診断対象として採用された平衡時操作量を記憶する平衡時操作量履歴記憶部と、閾値決定部によって決定された現在の閾値が加熱装置の前回の加熱処理以前に閾値履歴記憶部によって記憶された過去の閾値よりも小さく、かつ不具合診断部によって診断対象として採用された現在の平衡時操作量が前回の加熱処理以前に平衡時操作量履歴記憶部によって記憶された過去の平衡時操作量よりも大きい場合に、第２のアラーム信号を出力するように構成された矛盾診断部とを設けることにより、加熱装置の診断の信頼性を更に向上させることができる。

図１は、本発明の第１の実施例に係る診断装置の構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の第１の実施例に係るＰＩＤ制御部の動作を説明するフローチャートである。 図３は、本発明の第１の実施例に係る診断装置の動作を説明するフローチャートである。 図４は、本発明の第１の実施例に係る診断装置の指標算出部の構成例を示すブロック図である。 図５は、本発明の第１の実施例に係る診断装置の指標算出部の動作を説明する図である。 図６は、加熱装置を用いて負荷条件が異なる加熱試験を行った結果を示す図である。 図７は、加熱装置を用いて負荷条件が異なる加熱試験を行った別の結果を示す図である。 図８は、本発明の第１の実施例に係る診断装置の平衡閾値決定部の補間処理を説明する図である。 図９は、本発明の第１の実施例に係る診断装置の別の動作を説明するフローチャートである。 図１０は、本発明の第２の実施例に係る診断装置の構成を示すブロック図である。 図１１は、本発明の第２の実施例に係る診断装置の動作を説明するフローチャートである。 図１２は、本発明の第２の実施例に係る診断装置の別の動作を説明するフローチャートである。 図１３は、加熱装置の構成を示すブロック図である。

［発明の原理１］
平衡時操作量ＭＶｓが熱処理炉内の負荷に影響されるような加熱装置では、平衡時操作量ＭＶｓに影響を与える負荷変動自体が、温度制御の過渡状態に影響を与える。また、平衡時操作量ＭＶｓは加熱（昇温）後の平衡点なので、平衡状態が得られるまでに、必ず同じ負荷の状況での昇温（過渡状態）が発生する。要するに、加熱（昇温）後に熱処理炉内の負荷を増減させるトンネル炉を除けば、加熱（昇温）前に熱処理炉内の負荷は確定している。

発明者は、上記の点に着眼し、平衡状態が得られる直前の過渡状態から得られる指標（例えばその過渡状態における比率Ｒ＝Ｋｐ／Ｔｐなど）に基づいて、平衡時操作量ＭＶｓによる診断閾値を適宜変更することで、平衡時操作量ＭＶｓに基づく診断の信頼性を向上できることに想到した。このようにすることで、上記の問題点を緩和できる。すなわち、診断の信頼性を向上させることができる。

［発明の原理２］
閾値判定において問題ない場合でも、平衡時操作量ＭＶｓに矛盾（負荷が小さい判定にも拘わらず平衡時操作量ＭＶｓが高い）が生じている場合には、上記と別の矛盾アラームを出すのが、信頼性という観点からは好ましい。例えば、比率Ｒ＝Ｋｐ／Ｔｐに基づいて変更された閾値としては負荷が前回よりも小さくなっていると見なすべき状況（平衡時操作量ＭＶｓが低くなるはずの状況）において、平衡時操作量ＭＶｓが前回よりも高くなっている場合には、矛盾アラームを出すようにする。

［第１の実施例］
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施例に係る診断装置の構成を示すブロック図である。本実施例は、上記発明の原理１に対応する例である。診断装置は、加熱装置の温度制御の過渡状態から得られる指標を算出する指標算出部１と、加熱装置のＰＩＤ制御部１０から出力される、過渡状態後の平衡状態の操作量である平衡時操作量ＭＶｓを診断する平衡閾値ＴＸを、指標算出部１によって算出された指標に基づいて決定する平衡閾値決定部２と、診断対象の平衡時操作量ＭＶｓと平衡閾値ＴＸとを比較することにより加熱装置の異常を検出したときにアラーム信号を出力する不具合診断部３とを備えている。

本実施例は、例えば図１３に示した加熱装置を診断対象の装置とする。この場合、図１のＰＩＤ制御部１０は、図１３に示した温調計１０３の内部に設けられる。
図２はＰＩＤ制御部１０の動作を説明するフローチャートである。設定値ＳＰ（温度設定値）は、加熱装置のオペレータによって設定され、ＰＩＤ制御部１０に入力される（図２ステップＳ１００）。

制御量ＰＶ（温度計測値）は、制御対象に設けられたセンサ（例えば図１３の温度センサ１０２）によって計測され、ＰＩＤ制御部１０と診断装置の指標算出部１とに入力される（図２ステップＳ１０１）。

次に、ＰＩＤ制御部１０は、設定値ＳＰと制御量ＰＶとを入力として、制御量ＰＶが設定値ＳＰと一致するように周知のＰＩＤ制御演算により操作量ＭＶを算出する（図２ステップＳ１０２）。

そして、ＰＩＤ制御部１０は、算出した操作量ＭＶを制御対象と診断装置の指標算出部１と不具合診断部３とに出力する（図２ステップＳ１０３）。図１３に示した加熱装置が制御対象の場合、操作量ＭＶの実際の出力先は電力調整器１０４となる。

ＰＩＤ制御部１０は、以上のようなステップＳ１００〜Ｓ１０３の処理を、加熱装置のの動作が終了するまで（図２ステップＳ１０４においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行する。

次に、本実施例の診断装置の動作を図３を参照して説明する。指標算出部１は、制御の過渡状態を発生させる操作量ＭＶの時系列データと過渡状態における制御量ＰＶの時系列データに基づいて制御対象（図１３の例では熱処理炉１００）の動的プロセスゲインＫｐとプロセス時定数Ｔｐとの比率Ｒ＝Ｋｐ／Ｔｐを、過渡状態から得られる指標として算出する（図３ステップＳ２００）。

図４は指標算出部１の構成例を示すブロック図である。指標算出部１は、過渡状態データ特定部１１と、制御対象モデリング部１２と、ゲイン時定数比算出部１３とから構成される。

熱処理炉内のワークの加熱のために設定値ＳＰのステップ変更が行われると、図５（Ａ）のように制御量ＰＶが設定値ＳＰに追従して上昇する。
過渡状態データ特定部１１は、制御量ＰＶが設定値ＳＰに追従するステップ応答の前半の過渡状態における制御量ＰＶの時系列データと操作量ＭＶの時系列データとを特定する。例えば過渡状態データ特定部１１は、図５（Ｂ）に示すように操作量ＭＶの時系列データが予め設定された基準値ＭＶｃを超えている時間帯を割り出し、この時間帯をステップ応答前半の過渡状態に相当する時間帯として特定する。ただし、この方法は単なる１例であり、操作量ＭＶの変化幅やその他の信号の変化によって制御の過渡状態のデータを特定することも可能である。

続いて、制御対象モデリング部１２は、制御量ＰＶの時系列データのうち過渡状態データ特定部１１によって特定された過渡状態のデータと、操作量ＭＶの時系列データのうち過渡状態データ特定部１１によって特定された過渡状態のデータとにより、制御対象のモデル数式を同定する。制御対象の数式モデルＧｐは、次式のような伝達関数で表される。
Ｇｐ＝Ｋｐｅｘｐ（−Ｌｐｓ）／（１＋Ｔｐｓ） ・・・（１）

式（１）のＬｐはむだ時間である。ゲイン時定数比算出部１３は、制御対象モデリング部１２が確定したモデル数式Ｇｐに基づき、動的プロセスゲインＫｐとプロセス時定数Ｔｐとの比率Ｒ＝Ｋｐ／Ｔｐを算出する。
以上のような過渡状態データ特定部１１と制御対象モデリング部１２とゲイン時定数比算出部１３の動作は、特許文献１に開示されている。

次に、平衡閾値決定部２は、過渡状態後の平衡状態における平衡時操作量ＭＶｓによる加熱装置の状態診断のための平衡閾値ＴＸを、比率Ｒ＝Ｋｐ／Ｔｐに基づき決定する（図３ステップＳ２０１）。

具体的には、オペレータまたは診断装置メーカの担当者は、正常なときの診断対象または診断対象と同種の正常な加熱装置を利用して、予め規定された複数通りの負荷条件（熱処理炉内のワークなどの積載量が異なる複数の条件）でそれぞれ加熱試験を事前に行い、各負荷条件において指標算出部１によって算出される比率Ｒ＿ｉ（ｉ＝１，２，３，・・・・）と、その負荷条件で得られる平衡時操作量ＭＶｓ＿ｉとを記録しておく。そして、オペレータまたは担当者は、各負荷条件における平衡時操作量ＭＶｓ＿ｉに特定の第１の倍率α（α＞１で、例えばα＝１．２）を乗じた値αＭＶｓ＿ｉをその負荷条件における平衡閾値ＴＸ＿ｉとして、負荷条件毎の比率Ｒ＿ｉと平衡閾値ＴＸ＿ｉとの組を対応付けて平衡閾値決定部２に予め記憶させておく。

図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図７（Ａ）、図７（Ｂ）は負荷条件が異なる４回の加熱試験を行った結果を示している。加熱装置内の負荷は図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図７（Ａ）、図７（Ｂ）の順に規則正しく大きくなっている。この負荷の増大に伴い、比率Ｒ＿１〜Ｒ＿４は順に小さくなり、平衡時操作量ＭＶｓ＿１〜ＭＶｓ＿４は順に大きくなっていることが分かる。本実施例では、上記のとおり平衡時操作量ＭＶｓ＿１〜ＭＶｓ＿４にそれぞれ１．２を乗じた値を平衡閾値ＴＸ＿１〜ＴＸ＿４としている。

平衡閾値決定部２は、予め記憶している比率Ｒ＿ｉと平衡閾値ＴＸ＿ｉとの複数の組を基に、ステップＳ２００において指標算出部１によって算出された比率Ｒに対応する平衡閾値ＴＸを補間により算出する。

図８は平衡閾値決定部２の補間処理を説明する図である。上記のように４通りの負荷条件における加熱試験によって（Ｒ＿１，ＴＸ＿１）、（Ｒ＿２，ＴＸ＿２）、（Ｒ＿３，ＴＸ＿３）、（Ｒ＿４，ＴＸ＿４）という結果が得られたとする。平衡閾値決定部２は、これらの記憶されている結果を用いて、図８に示すように、比率Ｒに対する平衡閾値ＴＸを例えば線形補間により求める。ただし、比率Ｒに対する平衡閾値ＴＸの求め方は、本実施例の方法に限られない。

不具合診断部３は、平衡閾値決定部２によって決定された平衡閾値ＴＸと過渡状態後の平衡状態における平衡時操作量ＭＶｓとを比較して、加熱装置の状態を診断する。不具合診断部３は、ＭＶｓ＞ＴＸ、すなわち平衡時操作量ＭＶｓが平衡閾値ＴＸよりも大きい場合に（図３ステップＳ２０２においてＹＥＳ）、加熱装置が異常とみなし、アラーム信号を出力する（図３ステップＳ２０３）。

アラーム信号の具体的な出力方法としては、例えばオペレータに対してアラーム発生を知らせるメッセージの表示、ＬＥＤの点灯、アラーム発生を知らせる音声出力、アラーム信号の外部への送信等がある。

なお、本実施例の診断対象の加熱装置においては、制御量ＰＶが整定しているときに操作量ＭＶが平衡状態にあると判断できる。そこで、不具合診断部３は、制御量ＰＶが一定時間連続してＳＰ±γ（γは所定の偏差）の範囲内になったときに、制御量ＰＶが整定状態と判定し、このときにＰＩＤ制御部１０から出力されている操作量ＭＶを平衡時操作量ＭＶｓとすればよい。
上記の加熱試験においても同様の方法により平衡時操作量ＭＶｓ＿ｉを求めることができる。

診断装置は、以上のようなステップＳ２００〜Ｓ２０３の処理を、加熱装置による昇温が行われる度に実施する。
以上の説明では、ヒータの劣化や加熱装置の保温性劣化により、平衡時操作量ＭＶｓが上昇して、事実上の正常範囲上限に相当する平衡閾値ＴＸを超えた場合に、アラームが出力されるものとしている。

ただし、事前の加熱試験時に求めた平衡時操作量ＭＶｓ＿ｉに上記第１の倍率αよりも小さい第２の倍率β（β＜１＜αで、例えばβ＝０．８）を乗じた値βＭＶｓ＿ｉを、正常範囲下限に相当する平衡閾値ＴＹ＿ｉとして診断するようにしてもよい。
上記と同様に、平衡閾値決定部２は、予め記憶している比率Ｒ＿ｉと平衡閾値ＴＹ＿ｉとの複数の組を基に、ステップＳ２００において指標算出部１によって算出された比率Ｒについて平衡閾値ＴＹを補間により算出すればよい（図９ステップＳ２０４）。

そして、不具合診断部３は、ＭＶｓ＜ＴＹ、すなわち平衡時操作量ＭＶｓが平衡閾値ＴＹよりも小さい場合に（図９ステップＳ２０５においてＹＥＳ）、アラーム信号を出力すればよい（図９ステップＳ２０６）。

平衡閾値ＴＹによる診断の必要性としては、例えば熱処理炉内のワークに想定外の発熱化学反応が発生している場合の検出などが考えられる。図３と図９の処理を同時に行ってもよいことは言うまでもない。

また、負荷（積載量）が要因であれば、特許第６０５９０４６号公報に記載されている昇温時のΔＰＶｍａｘなどを参考にして、適正な平衡閾値ＴＸを決定することも可能である。すなわち、指標算出部１の指標としては、加熱装置内の負荷に応じて過渡状態において得られる指標であればよい。

以上の構成および処理により、本実施例では、平衡時操作量ＭＶｓが熱処理炉内の負荷に影響されるような加熱装置において、平衡時操作量ＭＶｓによる加熱装置の診断の信頼性を向上させることができる。

なお、不具合診断部３は、ステップＳ２０２，Ｓ２０５の判定処理を１回だけ行うのではなく、複数回行うようにしてもよく、例えば平衡状態（整定状態）において一定時間毎に行うようにしてもよい。

［第２の実施例］
次に、本発明の第２の実施例について説明する。本実施例は、上記発明の原理２に対応する例である。図１０は本発明の第２の実施例に係る診断装置の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の診断装置は、指標算出部１と、平衡閾値決定部２と、不具合診断部３と、平衡閾値決定部２によって決定された平衡閾値ＴＸを記憶する平衡閾値履歴記憶部４と、不具合診断部３によって診断対象として採用された平衡時操作量ＭＶｓを記憶する平衡時操作量履歴記憶部５と、平衡閾値決定部２によって決定された現在の平衡閾値ＴＸが加熱装置の前回の加熱処理以前に平衡閾値履歴記憶部４によって記憶された過去の平衡閾値ＴＸ’よりも小さく、かつ不具合診断部３によって診断対象として採用された現在の平衡時操作量ＭＶｓが前回の加熱処理以前に平衡時操作量履歴記憶部５によって記憶された過去の平衡時操作量ＭＶｓ’よりも大きい場合に、矛盾アラーム信号を出力する矛盾診断部６とを備えている。

図１１は本実施例の診断装置の動作を説明するフローチャートである。指標算出部１と平衡閾値決定部２と不具合診断部３の動作（図１１ステップＳ２００〜Ｓ２０３）は、第１の実施例で説明したとおりである。

次に、平衡閾値履歴記憶部４は、ステップＳ２０１において平衡閾値決定部２によって決定された平衡閾値ＴＸを記憶する（図１１ステップＳ２０７）。
平衡時操作量履歴記憶部５は、ステップＳ２０２において不具合診断部３によって診断対象として採用された平衡時操作量ＭＶｓを記憶する（図１１ステップＳ２０８）。なお、上記のように不具合診断部３が１回の加熱処理の平衡状態（整定状態）においてステップＳ２０２の判定処理を複数回行った場合には、これら複数回の平衡時操作量ＭＶｓの平均値を記憶してもよいし、複数回の平衡時操作量ＭＶｓの最新値を記憶するようにしてもよい。

矛盾診断部６は、ステップＳ２０１において平衡閾値決定部２によって決定された現在の平衡閾値ＴＸが前回の加熱処理以前に平衡閾値履歴記憶部４によって記憶された過去の平衡閾値ＴＸ（以下、ＴＸ’）よりも小さく、かつステップＳ２０２において不具合診断部３によって採用された現在の平衡時操作量ＭＶｓが前回の加熱処理以前に平衡時操作量履歴記憶部５によって記憶された過去の平衡時操作量ＭＶｓ（以下、ＭＶｓ’）よりも大きい場合に（図１１ステップＳ２０９においてＹＥＳ）、矛盾アラーム信号を出力する（図１１ステップＳ２１０）。

平衡閾値ＴＸは、正常な加熱装置を利用して、予め規定された複数通りの負荷状態を参照しているので、現在の平衡閾値ＴＸが過去の平衡閾値ＴＸ’よりも小さくなっているとしたら、現在の負荷は過去よりも低減されているはずである。一方で、現在の平衡時操作量ＭＶｓが過去の平衡時操作量ＭＶｓ’よりも大きくなっているとしたら、現在の負荷は過去よりも増加していることになる。偶然の要素も考えられるので、一概に異常として扱うべきものではないが、原理的にはステップＳ２０９の判定が成立するのは矛盾する現象である。したがって、矛盾アラーム信号を出力することで、加熱装置の診断の信頼性を向上させることができる。

上記と同様に、矛盾アラーム信号の具体的な出力方法としては、例えばオペレータに対して矛盾アラーム発生を知らせるメッセージの表示、ＬＥＤの点灯、矛盾アラーム発生を知らせる音声出力、矛盾アラーム信号の外部への送信等がある。

なお、矛盾診断部６は、ステップＳ２０１において平衡閾値決定部２によって決定された現在の平衡閾値ＴＸが前回の加熱処理以前に平衡閾値履歴記憶部４によって記憶された過去の平衡閾値ＴＸ’よりも大きく、かつステップＳ２０２において不具合診断部３によって採用された現在の平衡時操作量ＭＶｓが前回の加熱処理以前に平衡時操作量履歴記憶部５によって記憶された過去の平衡時操作量ＭＶｓ’よりも小さい場合に（図１２ステップＳ２１１においてＹＥＳ）、矛盾アラーム信号を出力するようにしてもよい（図１２ステップＳ２１２）。

なお、診断対象の加熱装置による加熱処理が過去に複数回実施されている場合、平衡閾値履歴記憶部４は１回の加熱処理毎に平衡閾値ＴＸを記憶し、平衡時操作量履歴記憶部５は加熱処理毎に平衡時操作量ＭＶｓを記憶する。したがって、平衡閾値履歴記憶部４には少なくとも過去１回分の平衡閾値ＴＸ’が記憶され、平衡時操作量履歴記憶部５には少なくとも過去１回分の平衡時操作量ＭＶｓ’が記憶されていることになる。

矛盾診断部６は、ステップＳ２０９またはＳ２１１の判定処理を行う際には、過去の同一回の加熱処理のＴＸ’，ＭＶｓ’についてＴＸ＜ＴＸ’かつＭＶｓ＞ＭＶｓ’（Ｓ２０９）、またはＴＸ＞ＴＸ’かつＭＶｓ＜ＭＶｓ’（Ｓ２１１）が成立するかどうかを判定する必要がある。すなわち、ＴＸ’と異なる回の加熱処理のＭＶｓ’についてＴＸ＜ＴＸ’かつＭＶｓ＞ＭＶｓ’、またはＴＸ＞ＴＸ’かつＭＶｓ＜ＭＶｓが成立しても、矛盾アラーム信号は出力しない。

第１、第２の実施例で説明した診断装置は、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の実施例で説明した処理を実行する。また、ＰＩＤ制御部１０が設けられる温調計についても、周知のとおりコンピュータとプログラムによって実現することができる。

本発明は、加熱装置の状態を診断する技術に適用することができる。

１…指標算出部、２…平衡閾値決定部、３…不具合診断部、４…平衡閾値履歴記憶部、５…平衡時操作量履歴記憶部、６…矛盾診断部、１０…ＰＩＤ制御部、１１…過渡状態データ特定部、１２…制御対象モデリング部、１３…ゲイン時定数比算出部。

Claims (14)

1. 加熱装置の温度制御の過渡状態から得られる指標を算出するように構成された指標算出部と、
   前記加熱装置の制御部から出力される、前記過渡状態後の平衡状態の操作量である平衡時操作量を診断する閾値を、前記指標算出部によって算出された指標に基づいて決定するように構成された閾値決定部と、
   診断対象の前記平衡時操作量と前記閾値とを比較することにより前記加熱装置の異常を検出したときに第１のアラーム信号を出力するように構成された不具合診断部とを備えることを特徴とする診断装置。
2. 請求項１記載の診断装置において、
   前記指標算出部は、前記過渡状態を発生させる前記操作量の時系列データと前記過渡状態における制御量の時系列データとに基づいて、制御対象の動的プロセスゲインとプロセス時定数との比率を前記指標として算出することを特徴とする診断装置。
3. 請求項１または２記載の診断装置において、
   前記閾値決定部は、前記加熱装置の熱処理炉内の負荷条件が異なる複数回の加熱試験で得られた前記指標と前記閾値との複数組の予め記憶されている値を基に、前記指標算出部によって算出された指標に対応する前記閾値を補間により算出することを特徴とする診断装置。
4. 請求項３記載の診断装置において、
   前記記憶されている複数の閾値は、複数回の加熱試験で得られた平衡時操作量にそれぞれ１より大の特定の倍率を乗じた値であり、
   前記不具合診断部は、診断対象の前記平衡時操作量が前記閾値決定部によって決定された閾値よりも大きい場合に前記第１のアラーム信号を出力することを特徴とする診断装置。
5. 請求項３記載の診断装置において、
   前記記憶されている複数の閾値は、複数回の加熱試験で得られた平衡時操作量にそれぞれ１より小の特定の倍率を乗じた値であり、
   前記不具合診断部は、診断対象の前記平衡時操作量が前記閾値決定部によって決定された閾値よりも小さい場合に前記第１のアラーム信号を出力することを特徴とする診断装置。
6. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の診断装置において、
   前記閾値決定部によって決定された閾値を記憶するように構成された閾値履歴記憶部と、
   前記不具合診断部によって診断対象として採用された平衡時操作量を記憶するように構成された平衡時操作量履歴記憶部と、
   前記閾値決定部によって決定された現在の閾値が前記加熱装置の前回の加熱処理以前に前記閾値履歴記憶部によって記憶された過去の閾値よりも小さく、かつ前記不具合診断部によって診断対象として採用された現在の平衡時操作量が前回の加熱処理以前に前記平衡時操作量履歴記憶部によって記憶された過去の平衡時操作量よりも大きい場合に、第２のアラーム信号を出力するように構成された矛盾診断部とをさらに備えることを特徴とする診断装置。
7. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の診断装置において、
   前記閾値決定部によって決定された閾値を記憶するように構成された閾値履歴記憶部と、
   前記不具合診断部によって診断対象として採用された平衡時操作量を記憶するように構成された平衡時操作量履歴記憶部と、
   前記閾値決定部によって決定された現在の閾値が前記加熱装置の前回の加熱処理以前に前記閾値履歴記憶部によって記憶された過去の閾値よりも大きく、かつ前記不具合診断部によって診断対象として採用された現在の平衡時操作量が前回の加熱処理以前に前記平衡時操作量履歴記憶部によって記憶された過去の平衡時操作量よりも小さい場合に、第２のアラーム信号を出力するように構成された矛盾診断部とをさらに備えることを特徴とする診断装置。
8. ＣＰＵと記憶装置とを備えたコンピュータにおいて、
   加熱装置の温度制御の過渡状態から得られる指標を算出する第１のステップと、
   前記加熱装置の制御部から出力される、前記過渡状態後の平衡状態の操作量である平衡時操作量を診断する閾値を、前記第１のステップで算出した指標に基づいて決定する第２のステップと、
   診断対象の前記平衡時操作量と前記閾値とを比較することにより前記加熱装置の異常を検出したときに第１のアラーム信号を出力する第３のステップとを、前記記憶装置に格納されたプログラムに従って前記ＣＰＵに実行させることを特徴とする診断方法。
9. 請求項８記載の診断方法において、
   前記第１のステップは、前記過渡状態を発生させる前記操作量の時系列データと前記過渡状態における制御量の時系列データとに基づいて、制御対象の動的プロセスゲインとプロセス時定数との比率を前記指標として算出するステップを含むことを特徴とする診断方法。
10. 請求項８または９記載の診断方法において、
    前記第２のステップは、前記加熱装置の熱処理炉内の負荷条件が異なる複数回の加熱試験で得られた前記指標と前記閾値との複数組の予め記憶されている値を基に、前記第１のステップで算出した指標に対応する前記閾値を補間により算出するステップを含むことを特徴とする診断方法。
11. 請求項１０記載の診断方法において、
    前記記憶されている複数の閾値は、複数回の加熱試験で得られた平衡時操作量にそれぞれ１より大の特定の倍率を乗じた値であり、
    前記第３のステップは、診断対象の前記平衡時操作量が、前記第２のステップで決定した閾値よりも大きい場合に前記第１のアラーム信号を出力するステップを含むことを特徴とする診断方法。
12. 請求項１０記載の診断方法において、
    前記記憶されている複数の閾値は、複数回の加熱試験で得られた平衡時操作量にそれぞれ１より小の特定の倍率を乗じた値であり、
    前記第３のステップは、診断対象の前記平衡時操作量が、前記第２のステップで決定した閾値よりも小さい場合に前記第１のアラーム信号を出力するステップを含むことを特徴とする診断方法。
13. 請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の診断方法において、
    前記第２のステップで決定した閾値を記憶する第４のステップと、
    前記第３のステップで診断対象として採用した平衡時操作量を記憶する第５のステップと、
    前記第２のステップで決定した現在の閾値が前記加熱装置の前回の加熱処理以前に前記第４のステップで記憶した過去の閾値よりも小さく、かつ前記第３のステップで診断対象として採用した現在の平衡時操作量が前回の加熱処理以前に前記第５のステップで記憶した過去の平衡時操作量よりも大きい場合に、第２のアラーム信号を出力する第６のステップとを、前記記憶装置に格納されたプログラムに従って前記ＣＰＵにさらに実行させることを特徴とする診断方法。
14. 請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の診断方法において、
    前記第２のステップで決定した閾値を記憶する第４のステップと、
    前記第３のステップで診断対象として採用した平衡時操作量を記憶する第５のステップと、
    前記第２のステップで決定した現在の閾値が前記加熱装置の前回の加熱処理以前に前記第４のステップで記憶した過去の閾値よりも大きく、かつ前記第３のステップで診断対象として採用した現在の平衡時操作量が前回の加熱処理以前に前記第５のステップで記憶した過去の平衡時操作量よりも小さい場合に、第２のアラーム信号を出力する第６のステップとを、前記記憶装置に格納されたプログラムに従って前記ＣＰＵにさらに実行させることを特徴とする診断方法。

Images