JP7266169B2 - 制御装置及び異常検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、制御装置及び異常検知方法に関する。

操作量に基づいて制御対象を制御する各種の制御装置が使用されており、例えばヒータを目標温度に制御するために、ヒータへの電力供給を制御する温度制御装置が使用されている。
このような温度制御装置における、ヒータの断線の検知に関する従来技術が特許文献１や特許文献２によって開示されている。

特開２０１３－０５４８５３号公報 特開２００２－３４３５３７号公報

断線の検知の方法としては、電流測定部を設けることで、測定される電流値に基づいて断線等を判別するものがある。特許文献１もこれに属するものである。
これに対し、電流測定部を不要とした断線検知方法もあり、特許文献２がこれに属する。特許文献２の技術では、正常時における測定値ＰＶの最大傾きを閾値として用い、計測したＰＶの最大傾きＲが、閾値（正常時における測定値ＰＶの最大傾き）よりも小さくなった時には、ヒータの断線が生じたと判断するものである。
特許文献２の技術によれば、電流測定部を不要とできる点で有利であるが、断線の検知までに時間がかかるという問題があった。即ち、“計測したＰＶの最大傾きＲ”を得るためには、“最大傾き”と判断できる時点まで待つ必要があり（“最大傾き”であるかどうかを判断するためには、少なくともＰＶの傾きがある程度小さくなった状態まで待つ必要があるため）、それまでは断線検知ができないものであった。

本発明は、上記の点に鑑み、電流測定部を不要とした異常検知方法であって、断線の検知までの時間を従来よりも短縮することが可能な異常検知方法及びこれを利用した制御装置を提供することを目的とする。

（構成１）
制御対象を制御するための操作量を測定値と目標値に基づいて算出する制御装置であって、基準時において所定の操作量を入力した際に得られた測定値に基づいて定められた制御のむだ時間と、基準時において所定の操作量を入力した際に得られた測定値に基づいて定められた基準値と、を記憶する記憶部と、操作量が閾値である異常検知開始出力を超えた時点である異常検知開始時点から前記むだ時間の経過後に、測定値に基づく値と前記基準値の比較結果に基づいて、異常状態情報を出力する通知出力部と、を備えることを特徴とする制御装置。

（構成２）
前記基準値が、基準時において所定の操作量を入力した際に得られた測定値に基づいて定められた測定値の変化率に基づく基準変化率であり、前記異常検知開始時点から前記むだ時間の経過後に、測定値の変化率と前記基準変化率の比較結果に基づいて、異常状態情報を出力することを特徴とする構成１に記載の制御装置。

（構成３）
前記基準値が複数定められていることにより、段階的な前記異常状態情報を出力することを特徴とする構成１又は２に記載の制御装置。

（構成４）
前記異常検知開始時点から前記むだ時間の経過後に、前記測定値に基づく値が断線基準値以下であった場合に、前記異常状態情報としての断線警報を出力することを特徴とする構成１から３の何れかに記載の制御装置。

（構成５）
前記異常検知開始時点から、前記むだ時間以上経過するまでの間において、前記測定値に基づく値が、前記基準値に一度も達しなかった場合に、異常を示す前記異常状態情報を出力することを特徴とする構成１から４の何れかに記載の制御装置。

（構成６）
制御対象を制御するための操作量を測定値と目標値に基づいて算出する制御装置であって、基準時において所定の操作量を入力した際に得られた測定値に基づいて定められた制御のむだ時間を記憶する記憶部と、操作量が閾値である異常検知開始出力を超えた時点から前記むだ時間の経過後に、測定値に基づく値が断線基準値以下であった場合に、断線警報を出力する通知出力部と、を備えることを特徴とする制御装置。

（構成７）
前記測定値に基づく値が、測定値の変化率であることを特徴とする構成６に記載の制御装置。

（構成８）
制御対象を制御するための操作量を測定値と目標値に基づいて算出する制御装置における異常検知方法であって、基準時において所定の操作量を入力した際に得られた測定値に基づいて得られる制御のむだ時間と、基準時において所定の操作量を入力した際に得られた測定値に基づく基準値と、を予め定めるステップと、操作量が閾値である異常検知開始出力を超えた時点から、前記むだ時間の経過後に、測定値に基づく値と前記基準値の比較結果に基づいて、異常状態情報を出力するステップと、を備えることを特徴とする異常検知方法。

（構成９）
前記基準値が、基準時において所定の操作量を入力した際に得られた測定値に基づいて定められた測定値の変化率に基づく基準変化率であり、前記異常検知開始出力を超えた時点から前記むだ時間の経過後に、測定値の変化率と前記基準変化率の比較結果に基づいて、異常状態情報を出力することを特徴とする構成８に記載の異常検知方法。

（構成１０）
制御対象を制御するための操作量を測定値と目標値に基づいて算出する制御装置における異常検知方法であって、基準時において所定の操作量を入力した際に得られた測定値に基づいて得られる制御のむだ時間を予め定めるステップと、操作量が閾値である異常検知開始出力を超えた時点から前記むだ時間の経過後に、測定値に基づく値が断線基準値以下であった場合に、断線警報を出力するステップと、を備えることを特徴とする異常検知方法。

（構成１１）
前記測定値に基づく値が、測定値の変化率であることを特徴とする構成１０に記載の異常検知方法。

本発明によれば、電流測定部を不要とした異常検知方法において、断線の検知までの時間を従来よりも短縮することが可能になる。

本発明にかかる実施形態の温度制御装置の構成の概略を示すブロック図 実施形態における異常検知処理の概略を示すフローチャート 実施形態の温度制御装置の異常検知処理に関する実験結果を示す図 実施形態の温度制御装置の異常検知処理に関する実験結果を示す図 断線検知処理の概略を示すフローチャート 異常検知処理に関するシミュレーション結果を示す図 異常検知処理に関するシミュレーション結果を示す図 異常検知処理に関するシミュレーション結果を示す図

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下の実施形態は、本発明を具体化する際の一形態であって、本発明をその範囲内に限定するものではない。

図１は、本発明に係る実施形態の温度制御装置（制御装置の一例）の構成の概略を示すブロック図である。
本実施形態の温度制御装置１は、制御対象２の温度を制御するための装置であり、ここではヒータ２１によって加熱される温度制御対象２２の温度を制御するものを例として説明する。
温度制御装置１は、目標値ＳＶと制御対象の測定値ＰＶ（温度測定部２３による測定値）の偏差に基づくＰＩＤ制御によって、制御対象２の温度を制御するものである。制御対象２の温度制御は、ヒータ２１への電源供給ラインに設けられたスイッチング素子（特に図示せず）をＰＩＤ制御によって算出された操作量ＭＶに基づいてオン／オフ制御することによって行われる。
本実施形態の温度制御装置１は、ヒータ２１の断線などを検知し、これに基づく情報（異常状態情報）を出力するものである。
温度制御装置１は、その大まかな構成として、演算部１１と、記憶部１２と、入力部１３と、出力部１４と、を備えている。

演算部１１は、
目標値ＳＶと制御対象の測定値ＰＶの偏差に基づくＰＩＤ演算による操作量ＭＶの算出処理を行うＰＩＤ演算部１１１と、
ＰＩＤ演算のためのＰＩＤ定数の算出を行うＰＩＤ定数チューニング部１１２と、
以下で説明するように、操作量ＭＶが、閾値である“異常検知開始出力”を超えた時点である異常検知開始時点から、むだ時間の経過後に、測定値の変化率ＰＶ_ｄと基準変化率の比較結果に基づいて、異常状態情報を出力する通知出力部１１３と、
を備えている。
なお、図１では機能ごとに構成を分けて記載しているが、必ずしもハード的にこれらの構成に分かれていることを示すものではなく、例えば、演算部１１がＰＬＣ、ＭＣＵ、マイコン等の周知のデバイスを用いて構成されて各構成がソフトウェア的に実装されるものであってもよい。以下で説明するように、本実施形態では各構成がソフトウェア的に実装されるものを例としている。もちろん各構成がハード的に構成されるものであってよく、例えばＦＰＧＡ等を利用して構成されるものや、ＡＳＩＣなどによって専用のハードとして構成されるもの等であってもよい。

記憶部１２には、以下で説明する各閾値や基準値、ＰＩＤ定数チューニング部１１２によるセルフチューニング処理において得られたＰＩＤ定数、むだ時間情報、基準時の傾斜値等が記憶されている。
温度制御装置１は、制御対象や制御条件に適したＰＩＤ定数を自動算出するセルフチューニング機能を有している。セルフチューニング処理自体については従来から用いられている技術であるため、ここでの詳しい説明を省略するが、操作量を１００％とした入力に対して得られた測定値ＰＶに基づいて、適切なＰＩＤ定数を算出するものである。
このセルフチューニング処理に基づいて、むだ時間（入力に変化が発生した時刻から、それによって出力に変化が現れる時間までの時間）と、測定値ＰＶの変化率を取得することでき、これが、むだ時間情報及び基準時の傾斜値として記憶部１２に記憶される。
本実施形態では、セルフチューニング処理において、操作量を１００％とした入力した際に、測定値ＰＶが目標値ＳＶに対して５％～９５％の範囲にある際のデータに基づき、この範囲内の測定値ＰＶの平均傾斜を“基準時の傾斜値”としている。なお、“基準時の傾斜値”をこれに限るものではなく、所定の操作量を入力した際に得られる出力の変化率を示す情報であればよく、例えば、測定値ＰＶの最大傾斜を“基準時の傾斜値”とするもの等であってよい。
“基準時の傾斜値”は、測定値／時間であり、本実施形態における基準時の傾斜値の単位は℃／ｍｉｎである。

入力部１３は、ユーザからの各種の設定や、動作指示等の入力を受けるものであり、例えば、ユーザが直接入力操作する操作部や、外部装置からデータの入力を受ける受信部等によって構成される。
出力部１４は、ユーザに対して情報の出力を行うものであり、例えば、各種の表示装置、スピーカー、各種の警告灯や、外部装置へデータを出力する送信部等によって構成される。

上述したごとく、本実施形態の温度制御装置１は、ヒータ２１の断線などを検知し、これに基づく情報（異常状態情報）を出力する機能を有する。先ず、装置に異常がない状態（若しくは装置が好ましい状態である際）における、所定の操作量を入力した際に得られた測定値に基づいて定められた、制御のむだ時間と、基準値とを、予め取得しておく、本実施形態では、基準値として、測定値の変化率に基づく“基準時の傾斜値”が予め取得される。そして、装置の稼働状態時において、測定値に基づく値（測定値ＰＶの変化）を監視しつつ、これと基準値との比較結果に基づいて、異常状態情報を出力される。本実施形態では、測定値ＰＶの変化率ＰＶ_ｄと、基準時の傾斜値に基づいて定められた基準変化率との比較結果に基づいて、異常状態情報を出力する。即ち、測定値ＰＶの変化率（ＰＶの傾斜）が、装置に異常がない状態と比べてどの程度変化しているかによって、装置に異常があるか否かを判別するものである。
以下、当該特徴に関する温度制御装置１の処理動作の一例について、図２のフローチャートを参照しつつ説明する。
なお、図２の処理は、必要に応じて記憶部１２にデータを読み書きしつつ、演算部１１によって実行されるものである。即ち、ここでは、ＰＩＤ演算部１１１、ＰＩＤ定数チューニング部１１２、通知出力部１１３が、ソフトウェア的に実装されるものを例としている。

温度制御装置１の電源がＯＮにされること等によって行われる装置のイニシャライズ処理において、異常状態情報を示すフラグであるＴＤＡに２が代入される（ステップ２０１）。
本実施形態においては、異常状態の検知として、“異常なし”、“点検通知”、“断線検知”の３段階で判断するものを例としている。“異常なし”は装置に問題が無いと判断している状態であり、ＴＤＡの値は１が該当する。“点検通知”は故障には至っていないが性能の低下等が認められるため、メンテナンスを促す通知をするものである。ＴＤＡの値は２が該当する。“断線検知”は断線が検知された状態であり、ＴＤＡの値は３である。断線の検知時には、警報を発すると共に、制御の停止処理等が行われる。

装置のイニシャライズ処理後、温度制御対象２に対する温度制御処理の開始によって、操作量ＭＶの入力が行われる（操作量ＭＶの値が上昇する）。
ステップ２０２では、操作量ＭＶの値が“異常検知開始出力”を超えたか否かを判別する。“異常検知開始出力”は、本実施形態で説明する異常検知処理の開始を決める閾値となるものであり、本実施形態では８０％で設定され、記憶部１２に記憶されている。

操作量ＭＶの値が“異常検知開始出力”を超えた際、即ち、異常検知開始時点に至ったら、測定値ＰＶの変化率であるＰＶ_ｄを取得し、これと断線基準値を比較する（ステップ２０２：Ｙｅｓ→ステップ２０３）。
ＰＶ_ｄは、温度測定部２３によって測定される温度制御対象２２の温度の変化率（ＰＶの微分値）である。
“断線基準値”は、断線と判断する閾値であり、例えば“基準時の傾斜値”に係数をかけた値や、所定の偏差量を引く等して設定される（定数（絶対値）的に設定されるものであっても勿論よい）。本実施形態では、係数が０であり、従って、“断線基準値”は、０℃／ｍｉｎである。なお、断線基準値そのものが記憶部１２に設定されているものであってもよいし、係数や偏差量等の計算に必要な値が記憶部１２に設定され、“基準時の傾斜値”から断線基準値を算出するようなものであってよい。また、断線基準値自体をユーザに設定させるようなものであってもよいし、断線基準値を算出するための係数や偏差量等をユーザに設定させてもよい。

ステップ２０３の結果、ＰＶ_ｄが断線基準値を超えてない（即ちＰＶの傾きが正になっていない）場合、ステップ２０３と２１１のループ処理となる。
ステップ２１１では、操作量ＭＶの入力が開始された時点から、むだ時間Ｌ×１．２の時間が経過したか否かを判別している。操作量ＭＶが入力されてからむだ時間の経過までは出力（ＰＶ）が得られないため、この時間を待つものである。なお、１．２倍としているのはマージンを取っているものであり、マージンの取り方は制御対象や設計思想等に基づいて任意に設定することができる（マージンを取らないこともできる）。
操作量ＭＶの入力が開始された時点から、１．２Ｌが経過した後においてもＰＶ_ｄが断線基準値を超えてない場合には、ＴＤＡに３を代入し、断線警報を出力する（ステップ２１１：Ｙｅｓ→ステップ２１２）。操作量が入力されてから、むだ時間以上が経過しているにもかかわらず、ＰＶの傾きが正になっていない（出力がない）状態であるため、断線であると判断しているものである。
“断線警報の出力”は、本実施形態では、該当する警告灯（出力部１４としてのＬＥＤ）の赤色点灯及び警告音の出力である。特に図示していないが、断線警報の出力と共に、制御の停止処理等も行われる。
上記の処理により、“異常検知開始時点からむだ時間の経過後に、測定値の変化率が断線基準値以下であった場合に、異常状態情報としての断線警報を出力する”処理が行われる。

一方、ステップ２０３の判別の結果、ＰＶ_ｄが断線基準値を超えた場合には、ステップ２０６、２０７のループ処理となる。ステップ２０６、２０７のループ処理の中では、ステップ２０４、２０５の処理も行われる。

ステップ２０６では、ＰＶ_ｄが“基準変化率１”を超えているか否かを判別する。
“基準変化率１”は、装置の状態を判断する閾値（の一つ）であり、“基準時の傾斜値”に係数をかけた値や所定の偏差量を引いた値等で設定される。本実施形態では、係数が０．３（３０％）である。なお、基準変化率１そのものが記憶部１２に設定されているものであってもよいし、係数や偏差量等の計算に必要な値が記憶部１２に設定され、“基準時の傾斜値”から基準変化率１を算出するようなものであってもよい。また、基準変化率１自体をユーザに設定させるようなものであってもよいし、基準変化率１を算出するための係数や偏差量等をユーザに設定させてもよい。

ＰＶ_ｄが“基準変化率１”に至っていない場合、操作量ＭＶの値が“異常検知終了出力”以下となったか否かを判別する（ステップ２０６：Ｎｏ→ステップ２０７）。“異常検知終了出力”は、異常検知処理の終了を決める閾値となるものであり、例えば、“異常検知開始出力”に係数をかけることや、“異常検知開始出力”から所定の偏差量を減算する等して設定される（“異常検知開始出力”自体が直接設定されるものであっても勿論よい）。本実施形態では偏差量が５％であり、従って、“異常検知終了出力”は、８０－５＝７５％である。なお、異常検知終了出力そのものが記憶部１２に設定されているものであってもよいし、係数や偏差量等の計算に必要な値が記憶部１２に設定され、“異常検知開始出力”から異常検知終了出力を算出するようなものであってよい。また、異常検知終了出力自体をユーザに設定させるようなものであってもよいし、異常検知終了出力を算出するための係数や偏差量等をユーザに設定させてもよい。

ＰＶ_ｄが“基準変化率１”に至っておらず、操作量ＭＶの値が“異常検知終了出力”以下となっていない場合には、ステップ２０６、２０７のループ処理が続き、この中でステップ２０４、２０５の処理が行われる。
ステップ２０４の処理は、上記説明したステップ２１１と同様の処理である。操作量ＭＶの入力が開始された時点から１．２Ｌが経過していない場合には、ステップ２０５をスキップし、１．２Ｌ経過後はステップ２０５で、ＴＤＡの値に基づく出力を行う。ＴＤＡにはステップ２０１において２が入力されているため、ここでのＴＤＡの値は２である。
前述のごとく、ＴＤＡ値が２の場合は“点検通知”を示すものであり、ステップ２０５におけるＴＤＡの値に基づく出力とは、本実施形態では、出力部１４としてのＬＥＤの黄色点灯である。
上記処理は、操作量が入力されてからむだ時間以上が経過した後において、ＰＶ_ｄが“基準変化率１”に至っていない場合に、故障には至っていないが性能の低下等（例えばヒータ２１の劣化等）が認められると判断し、メンテナンスを促す通知（ＬＥＤの黄色点灯）をしているものである。

一方、ＰＶ_ｄが“基準変化率１”を超えている場合にはステップ２０６、２０７のループ処理を抜けてステップ２０８へと移行する（ステップ２０６：Ｙｅｓ→ステップ２０８）。

ステップ２０８では、ＴＤＡに１を代入する。前述のごとく、“異常なし”を示すものとなる。続くステップ２０９では、ＴＤＡの値に基づく出力を行う。
“ＴＤＡの値（１）に基づく出力”は、本実施形態では、出力部１４としてのＬＥＤの緑色点灯である。
本実施形態は、基準時の傾斜値の０．３倍の値のＰＶ_ｄが得られていれば、正常の範囲であると判断している例となる。

ステップ２０９に続くステップ２１０は、上述したステップ２０７と同様の判別処理であり、操作量ＭＶの値が“異常検知終了出力”以下となっていない場合には、ステップ２０９の処理（緑色点灯）を続ける。
上記説明からも理解されるように、本実施形態では、異常検知開始時点から、一度でも“基準変化率１”に達した場合には、“異常なし”が出力され、そうでない場合には“点検通知（若しくは断線警報）”が出力されることになる。即ち、“異常検知開始時点から、むだ時間を所定時間以上経過するまでの間において、測定値の変化率が、基準変化率に一度も達しなかった場合に、異常を示す前記異常状態情報を出力する”処理が行われるものである。

ステップ２０７又は２１０の処理において、操作量ＭＶの値が“異常検知終了出力”以下となった場合には、ステップ２０１へと戻る。即ち、操作量ＭＶの値が“異常検知終了出力”以下となった場合には、一旦異常検知処理を終了する。操作量ＭＶの値が再度異常検知開始出力に至った場合には（ステップ２０２）、上記説明した異常検知処理が再開されることになる。なお、異常検知処理の実行が終了した後においても、出力部１４からのＴＤＡ情報に基づく出力（ここの例ではＬＥＤの点灯）を継続するものであってよい。

図３は、本実施形態の温度制御装置１の異常検知処理に関する実験結果（立ち上げ時）を示す図である。図３の上側のグラフは、操作量ＭＶと測定値ＰＶの時間経過に伴う変化を示したものであり、下側のグラフは、測定値ＰＶの傾きであるＰＶ_ｄと、基準時の傾斜値及び基準変化率１を示したものである。
当該実験の条件は、以下の通りである（各閾値の設定については上記説明の通り）。
基準時の傾斜値＝３６．９（℃／ｍｉｎ）
むだ時間Ｌ＝２２（ｓｅｃ）
比例帯＝１２．６（℃）
積分時間＝８１（ｓｅｃ）
微分時間＝２０（ｓｅｃ）

ＭＶが入力され、ＭＶが異常検知開始出力（８０％）になった際に、異常検知が開始される。そして、１．２Ｌ（１．２＊２２＝２６．４）秒後において、ＰＶ_ｄは、ほぼ“基準時の傾斜値”に近い値となっており、基準変化率（３６．９＊０．３＝１１．０７）を超えているため、“異常なし”の出力が行われる。
図３から理解されるように、ＭＶの立ち上がりに対して、ＰＶは無駄時間分だけ遅れてゆっくりと立ち上がり始め、立ち上がり直後のＰＶの値としての変化は小さい。従来では、このゆるやかなＰＶ値の変化等を考慮して、操作量ＭＶが１００％となった後、積分時間の２倍経過した時点でＰＶに変化が得られたか否かによって断線の有無の判断を行う等していたため、この例では断線警報に２００（ｓｅｃ）程度必要となってしまうものであった。
また、特許文献２の技術の場合、“計測したＰＶの最大傾きＲ”を得るためには、“最大傾き”と判断できる時点まで待つ必要があり（“最大傾き”であるかどうかを判断するためには、少なくともＰＶの傾きがある程度小さくなった状態まで待つ必要があるため）、図３の例では、やはり、２００（ｓｅｃ）以上は、待つ必要がある。
これに対し、本実施形態では、７５（ｓｅｃ）程度で異常検知結果を出力することが可能である。図３から理解されるように、ＰＶ_ｄは、ＰＶ値自体に比べて、より早い段階から有意な変化値を得ることができ、従って、より早い検知をすることができるものである。図３の下側のグラフからも理解されるように、５０（ｓｅｃ）以前にＰＶ_ｄが“基準変化率１”を超えており、実際には７５（ｓｅｃ）より早い段階での異常検知を行うことができる。
また、従来では、断線の有無（２値のみ）の判断だけであったが、本実施形態では、段階的な判断が可能となっている。

図４は、図３と基本的に同条件の実験であり、制御が定常状態である際に、断線が生じた場合を模擬した実験の結果を示す図である。図４の上側のグラフは、操作量ＭＶと測定値ＰＶの時間経過に伴う変化を示したものであり、下側のグラフは、測定値ＰＶの傾きであるＰＶ_ｄと、基準時の傾斜値及び断線基準値を示したものである。
ＭＶやＰＶが定常状態である際に、断線が生じたことにより、ＰＶが下がり始める。これに対し、フィードバックがかかりＭＶが上昇し始めるが、断線しているためＰＶは下がり続ける。これによりＭＶがさらに上昇し続け、ＭＶが異常検知開始出力（８０％）になった際に、異常検知が開始される。これから１．２Ｌ（１．２＊２２＝２６．４）秒後においても、ＰＶ_ｄは負の値であるため、この時点（図中で２３５０（ｓｅｃ）程度の時点）で断線警報が出力される。
これに対し、従来の断線警報（ＬＢＡ）の場合、操作量ＭＶが１００％となった後、積分時間の２倍経過した時点でＰＶに変化が得られたか否かによって断線の有無の判断を行っていたため、この例では、２５００（ｓｅｃ）を超えた時点にならないと警報が出力されないものであった。

さらに本実施形態の異常検知処理に関するシミュレーションを行った。
図６～８にシミュレーション結果を示す。図６～８は、図４と同様に、上側のグラフが操作量ＭＶと測定値ＰＶの時間経過に伴う変化を示したものであり、下側のグラフが測定値ＰＶの傾きであるＰＶ_ｄと、基準時の傾斜値及び基準変化率１を示したものである。
図６～８のシミュレーションで使用した条件は以下の通りである（下記以外の設定については、図４の実験と同条件）。
基準時の傾斜値＝３０．８（℃／ｍｉｎ）
むだ時間Ｌ＝４７．６（ｓｅｃ）
比例帯＝２０．４（℃）
積分時間＝８７．８（ｓｅｃ）
微分時間＝２１．９（ｓｅｃ）

図６は、装置が正常時の場合を模したシミュレーション結果である。
ＭＶが入力され、ＭＶが異常検知開始出力（８０％）になった際に、異常検知が開始される。そして、１．２Ｌ（１．２＊４７．６≒５７．１）秒後において、ＰＶ_ｄは基準変化率（３０．８＊０．３≒９．２）を超えているため、“異常なし”の出力（ＬＥＤの緑色点灯）が行われる。
図６から理解されるように、本実施形態によれば、ＰＶ_ｄが最大値（即ち最大傾き）となる前に、異常検知を行うことも可能である。“計測したＰＶの最大傾きＲ”を得る必要がある特許文献２の技術に比べ、より早い検知をすることができるものである。

図７は、装置の異常（ヒータの劣化が進んだ状態）を模したシミュレーション結果である。
ＭＶが入力され、ＭＶが異常検知開始出力（８０％）になった際に、異常検知が開始される。そして、１．２Ｌ（１．２＊４７．６≒５７．１）秒後において、ＰＶ_ｄは断線基準値（０）を超えているが、基準変化率（３０．８＊０．３≒９．２）を超えていないため、メンテナンスを促す通知（ＬＥＤの黄色点灯）が行われることになる。なお、ここの例では、メンテナンスを促す通知（ＬＥＤの黄色点灯）が一旦行われるが、その後の図７で８０ｓｅｃを超えた時点で、ＰＶ_ｄが基準変化率を超えるため、この時点で異常なしの通知（ＬＥＤの緑色点灯）に変わる。これにより、ユーザとしては、装置が一応問題無い状態と言えるが、劣化しつつあることが認識できる。

図８は、制御が定常状態である際に、断線が生じた場合を模したシミュレーションの結果である。
ＭＶやＰＶが定常状態である際に、断線が生じたことにより、ＰＶが下がり始める。これに対し、フィードバックがかかりＭＶが上昇し始めるが、断線しているためＰＶは下がり続ける。これによりＭＶがさらに上昇し続け、ＭＶが異常検知開始出力（８０％）になった際に、異常検知が開始される。これから１．２Ｌ（１．２＊４７．６≒５７．１）秒後においても、ＰＶ_ｄは負の値であるため、この時点で断線警報が出力される。

以上のごとく、本実施形態の温度制御装置１によれば、電流測定部を不要とした異常検知方法であって、断線の検知までの時間を従来よりも短縮することが可能である。
また、断線の有無の検知だけでなく、段階的な異常状態情報（本実施形態では、“異常なし”、“点検通知”、“断線検知”）を出力することができ、非常に有用である。
加えて、例えば特許文献２の方法のごとく、ＰＶの最大傾きに基づいて断線検知をする場合、基本的には昇温時における断線検知しかできない（ＰＶの最大傾きが得られないため）。これに対し、本実施形態の温度制御装置１によれば、上記説明のごとく、昇温時以外においても、断線検知を行うことが可能である。

なお、本実施形態では、異常状態情報として、“異常なし”、“点検通知”、“断線検知”の３段階を例としているが、さらに多段階に判断するようにしてもよい。“基準変化率”を複数定めることにより、より多段階の異常状態情報を出力することができる。例えば、本実施形態では“基準変化率”を“基準時の傾斜値”に０．３を乗算したものとしているが、“基準時の傾斜値”に０．２、０．４、０．６、０．８等をそれぞれ乗算したものを、“基準変化率”として複数定め、異常を度合いで出力するようなものとしてもよい。

一方で、断線検知のみを行うようなものとしてもよい。
図５は、立ち上げ時に断線検知のみを行う処理の概略を示すフローチャートである。
温度制御対象２に対する温度制御処理の開始（ステップ５０１）後、操作量ＭＶが異常検知開始出力を超えているか否かを判別する（ステップ５０２）。次に、操作量ＭＶが異常検知開始出力を超えてから１．２Ｌの経過を待つ（ステップ５０３）。ステップ５０２、５０３の処理は図２のステップ２０２、２１１と同様の処理である。
操作量ＭＶが異常検知開始出力を超えてから１．２Ｌの経過後に、ＰＶ_ｄが断線基準値を超えていなかった場合には、断線警報を出力し（ステップ５０４：Ｎｏ→ステップ５０５）、ＰＶ_ｄが断線基準値を超えていた場合には断線警報を出力しない。ステップ５０４、５０５の処理は図２のステップ２０３、２１２と同様の処理である。

実施形態では、異常検知開始出力が８０％で設定されているもの例としているが、異常検知開始出力は任意の値に設定することができる。例えば図５の断線警報処理において、より早く断線警報を通知させるために、異常検知開始出力をより小さい値に設定しても良い（異常検知開始出力を“０％”に設定することもできる）。
また、異常検知開始出力をユーザに設定させるものであってよい。

実施形態では、セルフチューニング処理に基づいて、むだ時間と基準時の傾斜値を取得するものを例としているが、本発明をこれに限るものではない。ＰＩＤ定数を定めるための処理としてはオートチューニング処理等もあり、これに基づいてむだ時間と基準時の傾斜値を取得するものであってよい。また、ＰＩＤ定数を定めるための処理とは別に、むだ時間と基準時の傾斜値を取得するための処理を行うもの等であってもよい。制御対象や制御条件などが変わらないような装置においては、むだ時間と基準時の傾斜値を予め装置に設定しておく（工場出荷時に設定されている）ものであってもよい。

実施形態では、制御処理としてＰＩＤ制御を例として説明しているが、本発明をこれに限るものではなく、制御対象を制御するための操作量を測定値と目標値に基づいて算出する任意の制御方法に使用することができる。
また、本実施形態では、制御装置の一例として温度制御装置を用いて説明したが、本発明を温度制御装置に限るものではなく、操作量に基づいて制御対象を制御する制御装置に適用することができる。

本実施形態では、“異常状態情報の出力”が警告灯の点灯処理であるものを例としたが、本発明をこれに限るものではない。例えば、表示装置への情報の表示や、警告音の出力、外部装置への情報の送信など、各種の方式によるものであってよい。また、異常状態情報を装置にログしていくことで、後の解析などに利用できるようにしてもよい。

本実施形態では、“基準時において所定の操作量を入力した際に得られた測定値に基づいて定められた基準値”として、基準変化率（ＰＶの変化率）を用い、これと対比する“測定値に基づく値”として測定値の変化率を使用するものを例としているが、本発明をこれに限るものではない。“基準値”として、“ＰＶ値そのもの”等、測定値ＰＶの変化を評価し得る任意の値を用いることができる。
即ち、“基準時において所定の操作量を入力した際に得られた測定値に基づいて定められた基準値”として、例えば、基準時に測定されたＰＶそのものや、これに補正係数をかける等した値を用いてもよい。“基準時に測定されたＰＶ”としては、ある時点（例えばむだ時間経過時や、むだ時間を所定時間経過した後など）のＰＶ値や、ある範囲のＰＶ値の平均値、ある範囲のＰＶ値の最大値や最小値など、対象装置の設計思想等に基づいて適宜定めることができる。断線基準値についても同様である。
上記の場合、図２のステップ２０６の処理において、その時点で測定されたＰＶと、基準値１（基準変化率１に替わるもの）が比較される処理となる。基準値１は、“基準時に測定されたＰＶ”に係数をかけた値や所定の偏差量を引いた値等である（記憶部１２に記憶されている）。また、図２のステップ２０３や図５のステップ５０４の処理では、その時点で測定されたＰＶと、断線基準値が比較される処理となる。断線基準値は、“基準時に測定されたＰＶ”に係数をかけたものや、“０”等である（記憶部１２に記憶されている）。その他の処理概念は、図２、５で説明したものと同様である。

なお、ここまでで説明した各数値情報の扱いにおいて、補正係数をかけるなど適宜最適化等の演算を行うことは、本発明の基本的な概念に相違を与えるものではない。
また、数値の比較処理において、“以上”であるか“超える”であるか、及び“未満”であるか“以下”であるか等の違いは、本発明の基本的な概念に相違を与えるものではない。

１．．．温度制御装置（制御装置）
１１．．．演算部
１１１．．．ＰＩＤ演算部
１１２．．．ＰＩＤ定数チューニング部
１１３．．．通知出力部
１２．．．記憶部
１３．．．入力部
１４．．．出力部
２．．．制御対象

Claims (11)

1. 制御対象を制御するための操作量を測定値と目標値に基づいて算出する制御装置であって、
   基準時において所定の操作量を入力した際に得られた測定値に基づいて定められた制御のむだ時間と、基準時において所定の操作量を入力した際に得られた測定値に基づいて定められた基準値と、を記憶する記憶部と、
   操作量が閾値である異常検知開始出力を超えた時点である異常検知開始時点から前記むだ時間の経過後に、測定値に基づく値と前記基準値の比較結果に基づいて、異常状態情報を出力する通知出力部と、
   を備えることを特徴とする制御装置。
2. 前記基準値が、基準時において所定の操作量を入力した際に得られた測定値に基づいて定められた測定値の変化率に基づく基準変化率であり、
   前記異常検知開始時点から前記むだ時間の経過後に、測定値の変化率と前記基準変化率の比較結果に基づいて、異常状態情報を出力することを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記基準値が複数定められていることにより、段階的な前記異常状態情報を出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記異常検知開始時点から前記むだ時間の経過後に、前記測定値に基づく値が断線基準値以下であった場合に、前記異常状態情報としての断線警報を出力することを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の制御装置。
5. 前記異常検知開始時点から、前記むだ時間以上経過するまでの間において、前記測定値に基づく値が、前記基準値に一度も達しなかった場合に、異常を示す前記異常状態情報を出力することを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の制御装置。
6. 制御対象を制御するための操作量を測定値と目標値に基づいて算出する制御装置であって、
   基準時において所定の操作量を入力した際に得られた測定値に基づいて定められた制御のむだ時間を記憶する記憶部と、
   操作量が閾値である異常検知開始出力を超えた時点から前記むだ時間の経過後に、測定値に基づく値が断線基準値以下であった場合に、断線警報を出力する通知出力部と、
   を備えることを特徴とする制御装置。
7. 前記測定値に基づく値が、測定値の変化率であることを特徴とする請求項６に記載の制御装置。
8. 制御対象を制御するための操作量を測定値と目標値に基づいて算出する制御装置における異常検知方法であって、
   基準時において所定の操作量を入力した際に得られた測定値に基づいて得られる制御のむだ時間と、基準時において所定の操作量を入力した際に得られた測定値に基づく基準値と、を予め定めるステップと、
   操作量が閾値である異常検知開始出力を超えた時点から、前記むだ時間の経過後に、測定値に基づく値と前記基準値の比較結果に基づいて、異常状態情報を出力するステップと、
   を備えることを特徴とする異常検知方法。
9. 前記基準値が、基準時において所定の操作量を入力した際に得られた測定値に基づいて定められた測定値の変化率に基づく基準変化率であり、
   前記異常検知開始出力を超えた時点から前記むだ時間の経過後に、測定値の変化率と前記基準変化率の比較結果に基づいて、異常状態情報を出力することを特徴とする請求項８に記載の異常検知方法。
10. 制御対象を制御するための操作量を測定値と目標値に基づいて算出する制御装置における異常検知方法であって、
    基準時において所定の操作量を入力した際に得られた測定値に基づいて得られる制御のむだ時間を予め定めるステップと、
    操作量が閾値である異常検知開始出力を超えた時点から前記むだ時間の経過後に、測定値に基づく値が断線基準値以下であった場合に、断線警報を出力するステップと、
    を備えることを特徴とする異常検知方法。
11. 前記測定値に基づく値が、測定値の変化率であることを特徴とする請求項１０に記載の異常検知方法。

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