JP7028620B2

JP7028620B2 - 制御装置および監視方法

Info

Publication number: JP7028620B2
Application number: JP2017230286A
Authority: JP
Inventors: 雅人田中; 智彦相川
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2022-03-02
Anticipated expiration: 2037-11-30
Also published as: JP2019101628A

Description

本発明は、制御装置に係り、特にカスケード制御を行なう場合の監視方法を改善する技術に関するものである。

１個または複数の制御ループを備える装置を扱うために、多機能の汎用調節計（温調計）が使用されることがある（特許文献１参照）。汎用調節計（温調計）が対象とする加熱装置の例を図１７、図１８に示す。

図１７の例では、加熱装置は、被加熱物を加熱するための加熱処理炉１００と、加熱処理炉１００の内部に設置された複数のヒータＨ１～Ｈ４と、それぞれヒータＨ１～Ｈ４によって加熱される加熱処理炉１００内の温度制御ゾーンＺ１～Ｚ４の温度を測定する複数の温度センサＳ１～Ｓ４と、ヒータＨ１～Ｈ４に出力する操作量ＭＶ１～ＭＶ４を算出する調節計１０１と、調節計１０１から出力された操作量ＭＶ１～ＭＶ４に応じた電力をヒータＨ１～Ｈ４に供給する電力調整器１０２－１～１０２－４とから構成される。調節計１０１は、温度センサＳ１～Ｓ４が計測した温度ＰＶ１～ＰＶ４が温度設定値ＳＰ１～ＳＰ４と一致するように操作量ＭＶ１～ＭＶ４を算出する。この図１７に示した加熱装置においては、温度ＰＶ１～ＰＶ４を制御する制御ループが４個形成されていることになる。

また、図１８に示した加熱装置の例では、酸化拡散炉２００内の石英管２０３の内部に、シリコンウェハ２０４が搬入される。温度センサＳ１～Ｓ４は、それぞれヒータＨ１～Ｈ４によって加熱される温度制御ゾーンＺ１～Ｚ４の温度ＰＶ１～ＰＶ４を測定する。調節計２０１は、温度センサＳ１～Ｓ４が計測した温度ＰＶ１～ＰＶ４が温度設定値ＳＰ１～ＳＰ４と一致するように操作量ＭＶ１～ＭＶ４を算出してヒータ電源２０２に出力する。ヒータ電源２０２は、操作量ＭＶ１～ＭＶ４に応じた電力をヒータＨ１～Ｈ４に供給する。こうして、酸化拡散炉２００内の石英管２０３内に導入される酸素とシリコンウェハ２０４とを加熱することにより、シリコンウェハ２０４の表面に酸化膜を形成する。この図１８に示した加熱装置においても、温度ＰＶ１～ＰＶ４を制御する制御ループが４個形成されていることになる。

調節計１０１，２０１や、調節計１０１，２０１を用いて例えば半導体の製造を行う製造装置においては、オペレータに情報を伝えるためや操作のために、液晶ディスプレイなどの表示装置が使用される（特許文献２参照）。

ところで、調節計の代表的な適用対象は、言うまでもなく上記のような加熱装置などの温度制御系である。温度制御では、被加熱流体がヒータ位置から温度センサ位置（温度制御されるべき場所のセンサ設置位置）まで搬送される時間が比較的長くなる場合などにおいて、カスケード制御と言われる、２重の制御ループ構造で実質的に１個の制御系を構成する制御が多く行なわれている（特許文献３参照）。

特許文献３に開示されたカスケード制御システムの構成を図１９に示す。マスタＰＩＤコントローラ３００は、マスタ側制御対象３０３の制御量ＰＶ＿Ｍが設定値ＳＰ＿Ｍと一致するように操作量ＳＰ＿Ｓを算出する。スレーブＰＩＤコントローラ３０１は、マスタＰＩＤコントローラ３００から出力された操作量ＳＰ＿Ｓを設定値として、スレーブ側制御対象３０２の制御量ＰＶ＿Ｓが設定値ＳＰ＿Ｓと一致するように操作量ＭＶ＿Ｓを算出してスレーブ側制御対象３０２に出力する。この図１９の例では、マスタＰＩＤコントローラ３００とスレーブＰＩＤコントローラ３０１とスレーブ側制御対象３０２とマスタ側制御対象３０３とがマスタ側の制御ループを構成し、スレーブＰＩＤコントローラ３０１とスレーブ側制御対象３０２とがスレーブ側の制御ループを構成している。

カスケード制御を加熱装置に適用すると、例えば図２０のような構成になる。図２０に示す加熱装置は、処理対象の被加熱物を加熱する加熱処理炉４００と、電気ヒータ４０１と、加熱処理炉４００内の空気循環出口付近の温度を計測する温度センサ４０２と、加熱処理炉４００内の電気ヒータ付近の温度を計測する温度センサ４０３と、マスタ温調計４０４と、スレーブ温調計４０５と、電力調整器４０６と、電力供給回路４０７とから構成される。

マスタ温調計４０４は、温度センサ４０２が計測した温度ＰＶ＿Ｍ（制御量）が温度設定値ＳＰ＿Ｍと一致するように操作量ＭＶ＿Ｍを算出する。スレーブ温調計４０５は、マスタ温調計４０４から出力された操作量ＭＶ＿Ｍを温度設定値ＳＰ＿Ｓとし、温度センサ４０３が計測した温度ＰＶ＿Ｓ（制御量）が温度設定値ＳＰ＿Ｓと一致するように操作量ＭＶ＿Ｓを算出する。電力調整器４０６は、操作量ＭＶ＿Ｓ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４０７を通じて電気ヒータ４０１に供給する。

以上のようなカスケード制御を実施するための汎用的なコントローラの代表的なものとして、マルチループ調節計がある。例えば、１台のマルチループ調節計が２ループタイプの場合は、ＰＩＤ制御を２ループ分備えており、内部アルゴリズムの選択によって１個のカスケード制御系に対応できる。また、１台のマルチループ調節計が４ループタイプの場合は、ＰＩＤ制御を４ループ分備えており、内部アルゴリズムの選択によって２個のカスケード制御系に対応できる。

上記のようなマルチループ調節計は、標準的な用途を想定して２ループ分あるいは４ループ分の設定値ＳＰと制御量ＰＶの表示器を備えている。例えば図２１に示すマルチループ調節計５００は、４ループ分の情報表示が可能な表示器５０１を備えている。したがって、カスケード制御を実施する場合でも、表示器５０１を利用してマスタ側の制御ループとスレーブ側の制御ループの情報を表示することになる。また、シングルループ調節計を複数台組合せてカスケード制御を実施する場合には、個々のシングルループ調節計の表示器を利用してマスタ側の制御ループとスレーブ側の制御ループの情報を表示することになる。

しかしながら、マルチループ調節計やシングルループ調節計は基本的にカスケード制御ではない通常のＰＩＤ制御を前提として設計された調節計なので、カスケード制御の状態監視の用途としては不十分であるという問題点があり、監視作業の効率性の点で、改善が求められている。

特開２０１２－０４８３７０号公報特開２００１－１５４７８６号公報特開２０１２－０８９００４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、例えばマルチループ調節計を利用してカスケード制御を実施する場合などにおいて、カスケード制御の監視作業の効率を向上させることができる制御装置および監視方法を提供することを目的とする。

本発明の制御装置は、カスケード制御系のマスタ側の制御ループの第１の設定値と第１の制御量とを入力として、制御演算により前記マスタ側の制御ループの第１の操作量を算出するように構成された第１の制御部と、前記第１の操作量を前記カスケード制御系のスレーブ側の制御ループの第２の設定値として受け取り、この第２の設定値と前記スレーブ側の制御ループの第２の制御量とを入力として、制御演算により前記スレーブ側の制御ループの第２の操作量を算出して制御対象に出力するように構成された第２の制御部と、前記第１の操作量と前記第２の操作量との比率を監視指標として算出するように構成された監視指標算出部と、前記監視指標算出部によって算出された監視指標を提示するように構成された監視指標提示部と、予め定められた基準設定値を記憶するように構成された基準設定値記憶部と、前記第１の設定値が、前記基準設定値記憶部に記憶されている基準設定値を中心とする規定の範囲内にあり、かつ制御が整定状態の場合の前記監視指標を周期的に抽出して提示するように構成された基準監視指標提示部とを備えることを特徴とするものである。

また、本発明の制御装置の監視方法は、カスケード制御系のマスタ側の制御ループの第１の設定値と第１の制御量とを入力として、制御演算により前記マスタ側の制御ループの第１の操作量を算出する第１のステップと、前記第１の操作量を前記カスケード制御系のスレーブ側の制御ループの第２の設定値として受け取り、この第２の設定値と前記スレーブ側の制御ループの第２の制御量とを入力として、制御演算により前記スレーブ側の制御ループの第２の操作量を算出して制御対象に出力する第２のステップと、前記第１の操作量と前記第２の操作量との比率を監視指標として算出する第３のステップと、前記第３のステップで算出した監視指標を提示する第４のステップと、前記第１の設定値が、予め記憶している基準設定値を中心とする規定の範囲内にあり、かつ制御が整定状態の場合の前記監視指標を周期的に抽出して提示する第５の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、監視指標算出部と監視指標提示部とを設けることにより、カスケード制御の状態が明確に反映される監視指標を算出してオペレータに提示することができるので、カスケード制御の監視作業の効率を向上させることができる。

図１は、本発明の実施例に係る制御装置の構成を示すブロック図である。図２は、本発明の実施例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。図３は、温度制御におけるマスタ側制御量とマスタ側操作量の変化の１例を示す図である。図４は、温度制御におけるスレーブ側設定値とスレーブ側制御量とスレーブ側操作量の変化の１例を示す図である。図５は、温度制御におけるスレーブ側操作量とマスタ側操作量の比率のグラフ表示の１例を示す図である。図６は、温度制御におけるマスタ側制御量とマスタ側操作量の変化の他の例を示す図である。図７は、温度制御におけるスレーブ側設定値とスレーブ側制御量とスレーブ側操作量の変化の他の例を示す図である。図８は、温度制御におけるスレーブ側操作量とマスタ側操作量の比率のグラフ表示の他の例を示す図である。図９は、温度制御におけるマスタ側制御量とマスタ側操作量の変化の他の例を示す図である。図１０は、温度制御におけるスレーブ側設定値とスレーブ側制御量とスレーブ側操作量の変化の他の例を示す図である。図１１は、温度制御におけるスレーブ側操作量とマスタ側操作量の比率のグラフ表示の他の例を示す図である。図１２は、温度制御におけるマスタ側制御量とマスタ側操作量の変化の他の例を示す図である。図１３は、温度制御におけるスレーブ側設定値とスレーブ側制御量とスレーブ側操作量の変化の他の例を示す図である。図１４は、温度制御におけるスレーブ側操作量とマスタ側操作量の比率のグラフ表示の他の例を示す図である。図１５は、基準設定値を基に抽出した比率の表示例を示す図である。図１６は、本発明の実施例に係る制御装置を実現するコンピュータの構成例を示すブロック図である。図１７は、複数の制御ループを備えた加熱装置の構成例を示す図である。図１８は、複数の制御ループを備えた加熱装置の別の構成例を示す図である。カスケード制御システムの構成を示すブロック図である。カスケード制御を適用した加熱装置の構成例を示す図である。マルチループ調節計の１例を示す外観図である。

［発明の原理１］
通常の状態監視としては、マスタ側操作量ＭＶ＿Ｍ（＝スレーブ側設定値ＳＰ＿Ｓ）とスレーブ側操作量ＭＶ＿Ｓなどを個々に、正常な値の範囲（安全な範囲）にあるか否かを監視する。また、制御の良否を監視する場合であれば、本来の制御の目標値であるマスタ側設定値ＳＰ＿Ｍとマスタ側制御量ＰＶ＿Ｍとが、規定の範囲内で良好に一致（追従）しているか否かを監視する。

しかし、カスケード制御はマスタ側とスレーブ側が連動する制御であることに着眼する必要がある。カスケード制御は、マスタ側制御量ＰＶ＿Ｍの帳尻が合うように内部調整される構造なので、特に制御指令のバランスの変化は見落とされやすい。すなわち、マスタ側操作量ＭＶ＿Ｍ（＝スレーブ側設定値ＳＰ＿Ｓ）とスレーブ側操作量ＭＶ＿Ｓが、各々正常（通常）の範囲にある場合であっても、マスタ側操作量ＭＶ＿Ｍとスレーブ側操作量ＭＶ＿Ｓのバランスが異なっている場合には不具合の予兆であることも考えられる。

上記の着眼点に基づき、発明者は、マスタ側操作量ＭＶ＿Ｍとスレーブ側操作量ＭＶ＿Ｓとのバランスを意味する比率Ｒ＝ＭＶ＿Ｓ／ＭＶ＿Ｍ（あるいはＲ＝ＭＶ＿Ｍ／ＭＶ＿Ｓ）を、状態監視に採用することに想到した。操作量同士のバランスなので、スレーブ側の制御が、マスタ側の操作量が出力されるアクチュエータの制御として備えられている場合（例えば図２０においてスレーブ側を電力調整器４０６の電力フィードバック制御に置換したような関係）に、本発明は特に有効である。

［発明の原理２］
状態監視をさらに進展させて状態診断という作業で考えた場合、様々な制御動作を行なう中にあっても、同一のマスタ側設定値ＳＰ＿Ｍ（予め規定された基準設定値ＳＰ＿Ｍ）を扱っているときの状態について、例えば過去と現在で比較できるのが好適である。したがって、予め規定された基準設定値ＳＰ＿Ｘ（あるいは近傍範囲）にある場合の比率Ｒ＝ＭＶ＿Ｓ／ＭＶ＿Ｍ（あるいはＲ＝ＭＶ＿Ｍ／ＭＶ＿Ｓ）を特に抽出して提示（表示）するのが好適である。

［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は本発明の実施例に係る制御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、発明の原理２に対応する例である。ここでは、小型の表示素子を備えるマルチループ調節計への適用例として説明する。

制御装置は、カスケード制御系のマスタ側の制御ループの設定値ＳＰ＿Ｍ（第１の設定値）と制御量ＰＶ＿Ｍ（第１の制御量）とを入力として、制御演算によりマスタ側の制御ループの操作量ＭＶ＿Ｍ（第１の操作量）を算出するマスタＰＩＤ制御部１（第１の制御部）と、操作量ＭＶ＿Ｍをカスケード制御系のスレーブ側の制御ループの設定値ＳＰ＿Ｓ（第２の設定値）として受け取り、この設定値ＳＰ＿Ｓとスレーブ側の制御ループの制御量ＰＶ＿Ｓ（第２の制御量）とを入力として、制御演算によりスレーブ側の制御ループの操作量ＭＶ＿Ｓ（第２の操作量）を算出して制御対象に出力するスレーブＰＩＤ制御部２（第２の制御部）と、マスタ側操作量ＭＶ＿Ｍとスレーブ側操作量ＭＶ＿Ｓとの比率Ｒを監視指標として算出する監視指標算出部３と、監視指標算出部３によって算出された比率Ｒを提示（表示）する監視指標提示部４と、基準設定値ＳＰ＿Ｘを予め記憶する基準設定値記憶部５と、マスタ側設定値ＳＰ＿Ｍが基準設定値ＳＰ＿Ｘを中心とする規定の範囲内にあり、かつ制御が整定状態の場合の比率Ｒを周期的に抽出して提示する基準監視指標提示部６とを備えている。

なお、カスケード制御機能はマルチループ調節計の周知の機能として搭載されている。カスケード制御機能によれば、複数のＰＩＤ制御部のうち特定のＰＩＤ制御部をマスタＰＩＤ制御部１として指定し、別のＰＩＤ制御部をスレーブＰＩＤ制御部２として指定すれば、マスタＰＩＤ制御部１の出力をスレーブＰＩＤ制御部２の入力に接続するカスケード制御構造が自動的に設定される。

図２は本実施例の制御装置の動作を説明するフローチャートである。マスタ側の制御ループの設定値ＳＰ＿Ｍ（例えば最終目標値となる温度設定値）は、オペレータによって設定され、マスタＰＩＤ制御部１に入力される（図２ステップＳ１００）。
マスタ側の制御ループの制御量ＰＶ＿Ｍ（例えば温度計測値）は、制御対象のマスタ側のセンサ（例えば図２０の温度センサ４０２）によって計測され、マスタＰＩＤ制御部１に入力される（図２ステップＳ１０１）。

マスタＰＩＤ制御部１は、設定値ＳＰ＿Ｍと制御量ＰＶ＿Ｍとを入力として、制御量ＰＶ＿Ｍが設定値ＳＰ＿Ｍと一致するように周知のＰＩＤ制御演算によりマスタ側の制御ループの操作量ＭＶ＿Ｍを算出する（図２ステップＳ１０２）。なお、実際には、マスタ側については、Ｄ動作を利用しないＰＩ制御（微分時間Ｔｄ＝０）が採用されることが多い。

マスタＰＩＤ制御部１から出力された操作量ＭＶ＿Ｍは、スレーブ側の制御ループの設定値ＳＰ＿ＳとしてスレーブＰＩＤ制御部２に入力される（図２ステップＳ１０３）。
スレーブ側の制御ループの制御量ＰＶ＿Ｓ（例えば温度計測値）は、制御対象のスレーブ側のセンサ（例えば図２０の温度センサ４０３）によって計測され、スレーブＰＩＤ制御部２に入力される（図２ステップＳ１０４）。

スレーブＰＩＤ制御部２は、設定値ＳＰ＿Ｓと制御量ＰＶ＿Ｓとを入力として、制御量ＰＶ＿Ｓが設定値ＳＰ＿Ｓと一致するように周知のＰＩＤ制御演算によりスレーブ側の制御ループの操作量ＭＶ＿Ｓを算出して制御対象に出力する（図２ステップＳ１０５）。図２０に示した加熱装置の場合、操作量ＭＶ＿Ｓの実際の出力先は電力調整器４０６となる。

次に、監視指標算出部３は、マスタ側操作量ＭＶ＿Ｍとスレーブ側操作量ＭＶ＿Ｓとのバランスを意味する比率Ｒ＝ＭＶ＿Ｓ／ＭＶ＿Ｍを監視指標として算出する（図２ステップＳ１０６）。あるいは、監視指標算出部３は、監視指標として、比率Ｒ＝ＭＶ＿Ｍ／ＭＶ＿Ｓを算出してもよい。分母が０、すなわちゼロ割が発生しないための対応を含め、算出されるＲの数値の範囲を予め限定しておくのが好適である。

比率としてＲ＝ＭＶ＿Ｓ／ＭＶ＿Ｍを採用するのか、Ｒ＝ＭＶ＿Ｍ／ＭＶ＿Ｓを採用するのかは任意である。ただし、監視指標算出部３は、比率Ｒの数値がなるべく１．０以下になるように、すなわちマスタ側操作量ＭＶ＿Ｍとスレーブ側操作量ＭＶ＿Ｓのうち大きい方を分母側にして比率Ｒを算出することが好ましい。これにより、後述のように比率Ｒをグラフ表示する際のスケールを決め易くなる。

監視指標提示部４は、監視指標算出部３によって算出された比率Ｒを提示（表示）する（図２ステップＳ１０７）。比率Ｒの提示方法としては、後述のように比率Ｒの時系列をグラフ表示する方法がある。

一方、基準設定値記憶部５には、基準設定値ＳＰ＿Ｘが予め記憶されている。基準設定値ＳＰ＿Ｘは例えばオペレータによって設定される。この基準設定値ＳＰ＿Ｘとしては、例えば加熱制御における昇温後の温度（整定状態における温度）として想定されるマスタ側設定値ＳＰ＿Ｍの一般的な値を設定しておけばよい。

基準監視指標提示部６は、マスタ側設定値ＳＰ＿Ｍが、基準設定値記憶部５に記憶されている基準設定値ＳＰ＿Ｘを中心とする規定の近傍範囲ＳＰ＿Ｘ±δ内（δは規定微小量）にあり、かつ制御が整定状態の場合の比率Ｒを周期的に抽出し（図２ステップＳ１０８）、抽出した比率Ｒを提示（表示）する（図２ステップＳ１０９）。このときの提示方法としては、抽出した比率Ｒを時系列に表形式で表示する方法がある。これにより、整定状態における代表的な複数時点の比率Ｒを、時系列に表示することができる。

基準監視指標提示部６は、制御の開始時点から十分な時間が経過したときに整定状態と判断してもよいし、マスタ側設定値ＳＰ＿Ｍとマスタ側制御量ＰＶ＿Ｍとを見て整定状態か否かを判断してもよい。具体的には、基準監視指標提示部６は、マスタ側制御量ＰＶ＿Ｍがマスタ側設定値ＳＰ＿Ｍを中心とする所定の範囲内である状態が一定時間以上継続したときに、制御の整定状態と判断すればよい。

以上のようなステップＳ１００～Ｓ１０９の処理を、制御装置の動作が終了するまで（図２ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行する。

以下、カスケード制御のシミュレーションにより本実施例の効果を検証する。条件＃１では、図１９のマスタ側制御対象３０３の伝達関数Ｇ＿Ｍ、スレーブ側制御対象３０２の伝達関数Ｇ＿Ｓを式（１）、式（２）のように定める。
Ｇ＿Ｍ＝Ｋｐ＿Ｍｅｘｐ（－Ｌｐ＿Ｍｓ）／（１＋Ｔｐ＿Ｍｓ）＋ＯＦ＿Ｍ
＝８ｅｘｐ（－５０ｓ）／（１＋２００ｓ）＋０・・・（１）
Ｇ＿Ｓ＝Ｋｐ＿Ｓｅｘｐ（－Ｌｐ＿Ｓｓ）／（１＋Ｔｐ＿Ｓｓ）＋ＯＦ＿Ｓ
＝５ｅｘｐ（－１０ｓ）／（１＋２００ｓ）＋０・・・（２）

式（１）、式（２）におけるＫｐ＿Ｍ，Ｋｐ＿Ｓはマスタ側、スレーブ側のプロセスゲイン、Ｔｐ＿Ｍ，Ｔｐ＿Ｓマスタ側、スレーブ側のプロセス時定数、Ｌｐ＿Ｍ，Ｌｐ＿Ｓはマスタ側、スレーブ側のプロセスむだ時間、ＯＦ＿Ｍ，ＯＦ＿Ｓはマスタ側、スレーブ側のオフセット（操作量ＭＶ＝０での制御量ＰＶ）、ｓはラプラス演算子である。

条件＃２では、マスタ側制御対象３０３の伝達関数Ｇ＿Ｍ、スレーブ側制御対象３０２の伝達関数Ｇ＿Ｓを式（３）、式（４）のように定める。
Ｇ＿Ｍ＝Ｋｐ＿Ｍｅｘｐ（－Ｌｐ＿Ｍｓ）／（１＋Ｔｐ＿Ｍｓ）＋ＯＦ＿Ｍ
＝８ｅｘｐ（－５０ｓ）／（１＋２００ｓ）＋０・・・（３）
Ｇ＿Ｓ＝Ｋｐ＿Ｓｅｘｐ（－Ｌｐ＿Ｓｓ）／（１＋Ｔｐ＿Ｓｓ）＋ＯＦ＿Ｓ
＝５ｅｘｐ（－１０ｓ）／（１＋２００ｓ）＋１０・・・（４）
条件＃２は、条件＃１に対し、スレーブ側のオフセットＯＦ＿Ｓのみが異なる。

条件＃３では、マスタ側制御対象３０３の伝達関数Ｇ＿Ｍ、スレーブ側制御対象３０２の伝達関数Ｇ＿Ｓを式（５）、式（６）のように定める。
Ｇ＿Ｍ＝Ｋｐ＿Ｍｅｘｐ（－Ｌｐ＿Ｍｓ）／（１＋Ｔｐ＿Ｍｓ）＋ＯＦ＿Ｍ
＝８ｅｘｐ（－５０ｓ）／（１＋２００ｓ）＋０・・・（５）
Ｇ＿Ｓ＝Ｋｐ＿Ｓｅｘｐ（－Ｌｐ＿Ｓｓ）／（１＋Ｔｐ＿Ｓｓ）＋ＯＦ＿Ｓ
＝４ｅｘｐ（－１０ｓ）／（１＋２００ｓ）＋０・・・（６）
条件＃３は、条件＃１に対し、スレーブ側のプロセスゲインＫｐ＿Ｓのみが異なる。

図３は制御対象の条件＃１で、マスタ側設定値ＳＰ＿Ｍを１００℃から３５０℃に変更した温度制御におけるマスタ側制御量ＰＶ＿Ｍとマスタ側操作量ＭＶ＿Ｍの変化を示す図、図４はこの温度制御におけるスレーブ側設定値ＳＰ＿Ｓ＝ＭＶ＿Ｍとスレーブ側制御量ＰＶ＿Ｓとスレーブ側操作量ＭＶ＿Ｓの変化を示す図、図５はこの温度制御における比率Ｒ＝ＭＶ＿Ｓ／ＭＶ＿Ｍのグラフ表示の例を示す図である。図５の例では、制御装置の画面３０に比率Ｒが時系列で表示されている。ここでは、マスタ側設定値ＳＰ＿Ｍ＝３５０℃を基準設定値ＳＰ＿Ｘと仮定する。基準設定値ＳＰ＿Ｘ＝３５０℃とした場合、制御の整定状態における比率はＲ＝０．２００になる。

図６は制御対象の条件＃２で、マスタ側設定値ＳＰ＿Ｍを１００℃から３５０℃に変更した温度制御におけるマスタ側制御量ＰＶ＿Ｍとマスタ側操作量ＭＶ＿Ｍの変化を示す図、図７はこの温度制御におけるスレーブ側設定値ＳＰ＿Ｓ＝ＭＶ＿Ｍとスレーブ側制御量ＰＶ＿Ｓとスレーブ側操作量ＭＶ＿Ｓの変化を示す図、図８はこの温度制御における比率Ｒ＝ＭＶ＿Ｓ／ＭＶ＿Ｍのグラフ表示の例を示す図である。

条件＃２は条件＃１に対しスレーブ側のオフセットＯＦ＿Ｓのみが異なるので、操作量ＭＶや制御量ＰＶの数値の差異は確認し難い。しかし、スレーブ側のオフセットＯＦ＿Ｓが異なるため、表示される比率Ｒが条件＃１の場合と明確に異なる監視結果が得られる（図８）。基準設定値ＳＰ＿Ｘ＝３５０℃とした場合、制御の整定状態における比率はＲ＝０．１５４になる。

図９は制御対象の条件＃３で、マスタ側設定値ＳＰ＿Ｍを１００℃から３５０℃に変更した温度制御におけるマスタ側制御量ＰＶ＿Ｍとマスタ側操作量ＭＶ＿Ｍの変化を示す図、図１０はこの温度制御におけるスレーブ側設定値ＳＰ＿Ｓ＝ＭＶ＿Ｍとスレーブ側制御量ＰＶ＿Ｓとスレーブ側操作量ＭＶ＿Ｓの変化を示す図、図１１はこの温度制御における比率Ｒ＝ＭＶ＿Ｓ／ＭＶ＿Ｍのグラフ表示の例を示す図である。

条件＃３は条件＃１に対しスレーブ側のプロセスゲインＫｐ＿Ｓのみが異なるので、操作量ＭＶや制御量ＰＶの数値の差異は確認し難い。しかし、スレーブ側のプロセスゲインＫｐ＿Ｓが異なるため、表示される比率Ｒが条件＃１の場合と明確に異なる監視結果が得られる（図１１）。基準設定値ＳＰ＿Ｘ＝３５０℃とした場合、制御の整定状態における比率はＲ＝０．２５０になる。

図１２は制御対象の条件＃１で、マスタ側設定値ＳＰ＿Ｍを１００℃から２５０℃に変更した温度制御におけるマスタ側制御量ＰＶ＿Ｍとマスタ側操作量ＭＶ＿Ｍの変化を示す図、図１３はこの温度制御におけるスレーブ側設定値ＳＰ＿Ｓ＝ＭＶ＿Ｍとスレーブ側制御量ＰＶ＿Ｓとスレーブ側操作量ＭＶ＿Ｓの変化を示す図、図１４はこの温度制御における比率Ｒ＝ＭＶ＿Ｓ／ＭＶ＿Ｍのグラフ表示の例を示す図である。

図１２～図１４の例は図３～図５の例と比べると昇温幅が大きく異なるので、操作量ＭＶや制御量ＰＶの数値は大きく異なる。しかし、マスタ側設定値ＳＰ＿Ｍのみが異なり、その他の条件が同じであるため、比率Ｒが図５の例とほぼ同じになる監視結果が得られる（図１４）。マスタ側設定値ＳＰ＿Ｍ＝２５０℃では、整定時における比率はＲ＝０．２００になる。

ただし、基準設定値ＳＰ＿Ｘを定めて監視するのが好適である。図１５は、基準設定値ＳＰ＿Ｘを基に基準監視指標提示部６によって抽出された比率Ｒ＝ＭＶ＿Ｓ／ＭＶ＿Ｍの表示例を示す図である。図１５の例では、条件＃３（図９～図１１）の場合の温度制御と、条件＃１（図３～図５）の場合の温度制御と、条件＃２（図６～図８）場合の温度制御とを順番に実施したときに、それぞれの条件で抽出された比率Ｒ＝０．２５０，０．２００，０．１５４が表示されている。

以上のような構成により、本実施例では、カスケード制御の監視作業の効率を向上させることができる。

なお、図１５の例では、複数回の温度制御の各々における比率Ｒを抽出しているが、これに限るものではなく、１回の温度制御において整定状態における比率Ｒを複数回抽出してもよい。比率Ｒの抽出間隔は、基準監視指標提示部６に予め設定される周期によって決まる。基準監視指標提示部６は、マスタ側設定値ＳＰ＿Ｍが、基準設定値ＳＰ＿Ｘを中心とする規定の近傍範囲ＳＰ＿Ｘ±δ内にあり、かつ制御が整定状態の場合の比率Ｒを周期毎に抽出する。したがって、基準監視指標提示部６に設定される周期と制御の運用状況により、１回の温度制御につき１回だけ比率Ｒが抽出される場合や、比率Ｒが複数回抽出される場合が有り得る。

また、基準監視指標提示部６は、抽出した比率Ｒを時系列に表示するので、所定時間前の過去から現在までの抽出した比率Ｒ、あるいは過去から現在までの所定個数分の抽出した比率Ｒを記憶していることになる。基準監視指標提示部６は、過去に抽出した比率Ｒを、制御装置の電源がいったん切れた状態でも不揮発性メモリ等に保持しておけるようにし、制御装置の電源が再投入されたときに、過去から現在までの抽出した比率Ｒを時系列に表示できるようにしてもよい。

本実施例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。このコンピュータの構成例を図１６に示す。コンピュータは、ＣＰＵ６００と、記憶装置６０１と、インターフェース装置（以下、Ｉ／Ｆと略する）６０２とを備えている。Ｉ／Ｆ６０２には、温度センサや電力調整器が接続される。このようなコンピュータにおいて、本発明の監視方法を実現させるためのプログラムは記憶装置６０１に格納される。ＣＰＵ６００は、記憶装置６０１に格納されたプログラムに従って本実施例で説明した処理を実行する。

本発明は、制御装置に適用することができる。

１…マスタＰＩＤ制御部、２…スレーブＰＩＤ制御部、３…監視指標算出部、４…監視指標提示部、５…基準設定値記憶部、６…基準監視指標提示部。

Claims

カスケード制御系のマスタ側の制御ループの第１の設定値と第１の制御量とを入力として、制御演算により前記マスタ側の制御ループの第１の操作量を算出するように構成された第１の制御部と、
前記第１の操作量を前記カスケード制御系のスレーブ側の制御ループの第２の設定値として受け取り、この第２の設定値と前記スレーブ側の制御ループの第２の制御量とを入力として、制御演算により前記スレーブ側の制御ループの第２の操作量を算出して制御対象に出力するように構成された第２の制御部と、
前記第１の操作量と前記第２の操作量との比率を監視指標として算出するように構成された監視指標算出部と、
前記監視指標算出部によって算出された監視指標を提示するように構成された監視指標提示部と、
予め定められた基準設定値を記憶するように構成された基準設定値記憶部と、
前記第１の設定値が、前記基準設定値記憶部に記憶されている基準設定値を中心とする規定の範囲内にあり、かつ制御が整定状態の場合の前記監視指標を周期的に抽出して提示するように構成された基準監視指標提示部とを備えることを特徴とする制御装置。
カスケード制御系のマスタ側の制御ループの第１の設定値と第１の制御量とを入力として、制御演算により前記マスタ側の制御ループの第１の操作量を算出する第１のステップと、
前記第１の操作量を前記カスケード制御系のスレーブ側の制御ループの第２の設定値として受け取り、この第２の設定値と前記スレーブ側の制御ループの第２の制御量とを入力として、制御演算により前記スレーブ側の制御ループの第２の操作量を算出して制御対象に出力する第２のステップと、
前記第１の操作量と前記第２の操作量との比率を監視指標として算出する第３のステップと、
前記第３のステップで算出した監視指標を提示する第４のステップと、
前記第１の設定値が、予め記憶している基準設定値を中心とする規定の範囲内にあり、かつ制御が整定状態の場合の前記監視指標を周期的に抽出して提示する第５のステップとを含むことを特徴とする制御装置の監視方法。