JPWO2019097597A1 - Temperature control device and method of estimating temperature rise completion time - Google Patents

Temperature control device and method of estimating temperature rise completion time Download PDF

Info

Publication number
JPWO2019097597A1
JPWO2019097597A1 JP2019554087A JP2019554087A JPWO2019097597A1 JP WO2019097597 A1 JPWO2019097597 A1 JP WO2019097597A1 JP 2019554087 A JP2019554087 A JP 2019554087A JP 2019554087 A JP2019554087 A JP 2019554087A JP WO2019097597 A1 JPWO2019097597 A1 JP WO2019097597A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
temperature
temperature control
temperature rise
calculated
value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2019554087A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6845449B2 (en
Inventor
茂文 後藤
茂文 後藤
裕久 吉川
裕久 吉川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RKC INSTRUMENT Inc
Original Assignee
RKC INSTRUMENT Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by RKC INSTRUMENT Inc filed Critical RKC INSTRUMENT Inc
Publication of JPWO2019097597A1 publication Critical patent/JPWO2019097597A1/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6845449B2 publication Critical patent/JP6845449B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29CSHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C45/00Injection moulding, i.e. forcing the required volume of moulding material through a nozzle into a closed mould; Apparatus therefor
    • B29C45/17Component parts, details or accessories; Auxiliary operations
    • B29C45/76Measuring, controlling or regulating
    • B29C45/78Measuring, controlling or regulating of temperature
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05DSYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D23/00Control of temperature
    • G05D23/19Control of temperature characterised by the use of electric means

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Temperature (AREA)
  • Injection Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)

Abstract

各温度制御ゾーン11〜1Nの温度が目標温度に到達する時間が一致するように各々の温度制御ゾーン毎に定められた所定の出力リミッタ値に、各温度制御ゾーンで共通する総電力抑制係数を乗じた値である抑制出力リミッタ値を操作量の上限とし、制御対象の昇温特性を1次遅れで近似した近似式に基準条件を代入して得られる基準昇温時間算出値と、前記近似式に所望の設定条件を代入して得られる昇温時間算出値との比である昇温時間倍率を算出し、前記基準条件にて実測した昇温時間に、前記昇温時間倍率を乗算することで、推定昇温時間を算出することを特徴とする温度制御装置。The total power suppression coefficient common to each temperature control zone is set to a predetermined output limiter value that is set for each temperature control zone so that the temperatures of the temperature control zones 11 to 1N reach the target temperature at the same time. A reference output temperature calculated value obtained by substituting a reference condition into an approximate expression that approximates the temperature rise characteristic of the controlled object with the suppression output limiter value that is a multiplied value as the upper limit of the manipulated variable, and the above approximation A temperature rise time ratio, which is a ratio to a temperature rise time calculation value obtained by substituting a desired setting condition into the equation, is calculated, and the temperature increase time actually measured under the reference condition is multiplied by the temperature increase time ratio. Thus, the temperature control device is characterized in that the estimated temperature rise time is calculated.

Description

本発明は、複数の温度制御ゾーンの温度を制御する温度制御装置及び昇温完了時間の推定方法に関するものである。   The present invention relates to a temperature control device that controls the temperatures of a plurality of temperature control zones and a method for estimating the temperature rise completion time.

複数の温度制御ゾーンを有するプラスチック成形機、リフロー炉や熱処理装置などでは、各々の温度制御ゾーンにおける熱容量等の特性に合わせてヒータを設計しているが、実際の温度制御では、各々の温度制御ゾーンが目標温度に到達する時刻にバラツキが生じてしまうことが多い。
早くに目標温度に到達した温度制御ゾーンでは、他の温度制御ゾーンが目標温度に到達するまで目標温度を維持する必要があるため、プラスチック成形機などの成形物である樹脂が焼けてしまうことがある。また、無駄な電力を消費することになる。
このような問題に対し、特許文献1には、昇温完了時刻を同期させるために、目標温度に到達するまでの時間が最も遅い温度制御ゾーンの温度測定値に基づいて所定時間経過後の温度を予測し、当該予測温度を他の温度制御ゾーンの仮目標温度に設定する温度制御方法が開示されている。
特許文献2には、複数の温度制御ゾーンの目標温度が異なる場合でも、昇温完了時刻を同期させることができるようにするため、目標温度に到達するまでの時間が最も遅い温度制御ゾーン(マスタ区間)の測定値到達率を用いて、他の温度制御ゾーン(スレーブ区間)の補正した温度目標値を算出する温度制御方法が開示されている。
特許文献3には、複数の温度制御ゾーンにおける操作量の積算値のうちの最も大きな値によって、各温度制御ゾーンにおける操作量の積算値を除算した値を、各温度制御ゾーンの出力リミッタ値とすることにより、複数の温度制御ゾーンの温度が相互に干渉する場合でも、大きなピーク電力の発生を招くことなく、各温度制御ゾーンの目標温度に到達するまでに要する時間をほぼ同じにすることができる温度制御装置及び温度制御方法が開示されている。
In plastic molding machines with multiple temperature control zones, reflow furnaces, heat treatment equipment, etc., heaters are designed according to the characteristics such as heat capacity in each temperature control zone, but in actual temperature control, each temperature control There are often variations in the time when the zone reaches the target temperature.
In the temperature control zone that has reached the target temperature early, it is necessary to maintain the target temperature until the other temperature control zones reach the target temperature, so the resin that is a molded product such as a plastic molding machine may burn. is there. In addition, wasteful power is consumed.
In order to solve such a problem, in Patent Document 1, in order to synchronize the temperature increase completion time, the temperature after a predetermined time has elapsed based on the temperature measurement value of the temperature control zone in which the time to reach the target temperature is the latest And a temperature control method for setting the predicted temperature to a temporary target temperature of another temperature control zone.
In Patent Document 2, even if the target temperatures of the plurality of temperature control zones are different, in order to be able to synchronize the temperature rising completion time, the temperature control zone (master There is disclosed a temperature control method for calculating a corrected temperature target value of another temperature control zone (slave section) by using the measured value arrival rate of the section).
In Patent Document 3, a value obtained by dividing the integrated value of the manipulated variables in each temperature control zone by the largest value of the integrated values of the manipulated variables in the plurality of temperature control zones is used as an output limiter value of each temperature control zone. By doing so, even when the temperatures of the plurality of temperature control zones interfere with each other, the time required to reach the target temperature of each temperature control zone can be made substantially the same without causing a large peak power. A temperature control device and a temperature control method capable of performing the same are disclosed.

特開平10−315291号公報JP, 10-315291, A 特開2005−35090号公報JP 2005-35090 A 国際公開第2016/075786号International Publication No. 2016/0757586

特許文献3の技術は、複数の温度制御ゾーンを有する制御対象に対して、大きなピーク電力の発生を招くことなく、各温度制御ゾーンの目標温度に到達するまでに要する時間をほぼ同じにすることができ、非常に有用なものである。
しかしながら、さらなるピーク電力の抑制を求める声もある。また、ピーク電力を抑制すると、昇温完了までの時間が長くなるものであるため、どの程度のピーク電力の抑制をした場合に、どの程度昇温時間が長くなるのかを知りたいという要請もある。
The technique of Patent Document 3 makes the time required to reach the target temperature of each temperature control zone substantially the same for a control target having a plurality of temperature control zones without causing a large peak power. It is possible and very useful.
However, there are calls for further suppression of peak power. Further, if the peak power is suppressed, the time until the temperature rise is completed becomes longer. Therefore, there is a request to know how much the peak power is suppressed and how long the temperature rise time becomes. .

本発明は、上記の点に鑑み、複数の温度制御ゾーンを有する制御対象に対して、各温度制御ゾーンの目標温度に到達するまでに要する時間をほぼ同じにすることが可能な温度制御装置において、よりピーク電力の抑制を図ると共に、当該ピーク電力の抑制によって変動する昇温完了時間を推定可能な温度制御装置及び昇温完了時間の推定方法を提供することを目的とする。   In view of the above points, the present invention relates to a temperature control device capable of making the time required to reach the target temperature of each temperature control zone substantially the same for a control target having a plurality of temperature control zones. It is an object of the present invention to provide a temperature control device and a method for estimating the temperature rise completion time that can further suppress the peak power and can estimate the temperature rise completion time that fluctuates due to the suppression of the peak power.

(構成1)
複数の温度制御ゾーンを有する制御対象の温度を制御する温度制御装置であって、各々の温度制御ゾーンの温度が目標温度に到達する時間が一致するように各々の温度制御ゾーン毎に定められた所定の出力リミッタ値に、各温度制御ゾーンで共通する総電力抑制係数を乗じて抑制出力リミッタ値とし、目標温度と測定温度に基づいて算出される前記温度制御ゾーンにおける温度制御用の操作量が、前記抑制出力リミッタ値以下である場合は算出した前記操作量を操作量として使用し、算出した前記操作量が前記抑制出力リミッタ値より大きい場合は前記抑制出力リミッタ値を操作量として使用して、各温度制御ゾーンの温度を制御する温度制御部と、前記制御対象の昇温特性を1次遅れで近似した近似式に基準条件を代入して得られる基準昇温時間算出値と、前記近似式に所望の設定条件を代入して得られる昇温時間算出値との比である昇温時間倍率を算出し、前記基準条件にて実測した昇温時間に、前記昇温時間倍率を乗算することで、推定昇温時間を算出する昇温時間推定部と、を備えることを特徴とする温度制御装置。
(Structure 1)
A temperature control device for controlling the temperature of a controlled object having a plurality of temperature control zones, wherein each temperature control zone is determined so that the temperature of each temperature control zone reaches a target temperature at the same time. A predetermined output limiter value is multiplied by the total power suppression coefficient common to each temperature control zone to obtain a suppressed output limiter value, and the operation amount for temperature control in the temperature control zone calculated based on the target temperature and the measured temperature is If the suppression output limiter value or less, the calculated operation amount is used as the operation amount, and if the calculated operation amount is larger than the suppression output limiter value, the suppression output limiter value is used as the operation amount. , A temperature controller for controlling the temperature of each temperature control zone, and a reference increase obtained by substituting a reference condition into an approximate expression that approximates the temperature rise characteristics of the controlled object with a first-order lag. The temperature rise time ratio, which is the ratio of the time calculation value and the temperature rise time calculation value obtained by substituting desired setting conditions in the approximate expression, is calculated, and the temperature rise time measured under the reference conditions is A temperature control device comprising: a temperature rise time estimation unit that calculates an estimated temperature rise time by multiplying the temperature rise time multiplication factor.

(構成2)
前記昇温時間倍率が、下記式1若しくはこれを変形して得られる式によって算出されることを特徴とする構成1に記載の温度制御装置。
(Configuration 2)
The temperature control device according to configuration 1, wherein the temperature rise time ratio is calculated by the following formula 1 or a formula obtained by modifying the formula 1 below.

Figure 2019097597
上記式において、C:昇温時間倍率、B:総電力抑制係数、θSP:昇温後の制御安定時の負荷率。
Figure 2019097597
In the above formula, C: temperature rise time ratio, B: total power suppression coefficient, θ SP : load factor when control is stable after temperature rise.

(構成3)
前記昇温時間倍率が、下記式2若しくはこれを変形して得られる式によって算出されることを特徴とする構成1に記載の温度制御装置。
(Structure 3)
The temperature control device according to configuration 1, wherein the temperature rise time ratio is calculated by the following formula 2 or a formula obtained by modifying the formula 2.

Figure 2019097597
上記式において、C:昇温時間倍率、B:総電力抑制係数、θSP:昇温後の制御安定時の負荷率、K:プロセスゲイン、ΔY:基準条件と設定条件における周囲温度の差。
Figure 2019097597
In the above formula, C: temperature rise time ratio, B: total power suppression coefficient, θ SP : load factor when control is stable after temperature rise, K: process gain, ΔY: difference between ambient temperature under reference conditions and setting conditions.

(構成4)
前記昇温後の制御安定時の負荷率が、下記式3若しくはこれを変形して得られる式によって算出されることを特徴とする構成2又は3に記載の温度制御装置。
(Structure 4)
The temperature control device according to configuration 2 or 3, wherein the load factor during stable control after the temperature rise is calculated by the following formula 3 or a formula obtained by modifying this.

Figure 2019097597
上記式において、P:各温度制御ゾーンの熱源の定格電力、θSPi:各温度制御ゾーンの昇温後の制御安定時の負荷率。
Figure 2019097597
In the above equation, P i is the rated power of the heat source in each temperature control zone, θ SPi is the load factor when the temperature of each temperature control zone is stable and the control is stable.

(構成5)
複数の温度制御ゾーンを有する制御対象の温度を制御する温度制御方法であって、各々の温度制御ゾーンの温度が目標温度に到達する時間が一致するように各々の温度制御ゾーン毎に定められた所定の出力リミッタ値に、各温度制御ゾーンで共通する総電力抑制係数を乗じた値である抑制出力リミッタ値を操作量の上限とし、目標温度と測定温度から当該温度制御ゾーンにおける温度制御用の操作量を算出し、算出した操作量が前記抑制出力リミッタ値以下である場合は算出した操作量を操作量として使用し、算出した操作量が前記抑制出力リミッタ値より大きい場合は前記抑制出力リミッタ値を操作量として使用して、各温度制御ゾーンの温度を制御する温度制御方法における、昇温完了時間の推定方法であって、前記制御対象の昇温特性を1次遅れで近似した近似式に基準条件を代入して得られる基準昇温時間算出値と、前記近似式に所望の設定条件を代入して得られる昇温時間算出値との比である昇温時間倍率を算出し、前記基準条件にて実測した昇温時間に、前記昇温時間倍率を乗算することで、推定昇温時間を算出することを特徴とする昇温完了時間の推定方法。
(Structure 5)
A temperature control method for controlling the temperature of a control target having a plurality of temperature control zones, wherein the temperature control zones are set for each temperature control zone so that the temperatures of the temperature control zones reach the target temperature at the same time. A predetermined output limiter value is the upper limit of the manipulated variable that is the suppression output limiter value that is a value obtained by multiplying the total power suppression coefficient common to each temperature control zone, and the target temperature and the measured temperature are used for temperature control in the temperature control zone. The operation amount is calculated, and when the calculated operation amount is less than or equal to the suppression output limiter value, the calculated operation amount is used as the operation amount, and when the calculated operation amount is greater than the suppression output limiter value, the suppression output limiter A method of estimating temperature rise completion time in a temperature control method for controlling the temperature of each temperature control zone using a value as a manipulated variable, wherein the temperature rise characteristic of the controlled object is Ascending, which is the ratio of the reference temperature increase time calculated value obtained by substituting the reference condition to the approximate expression approximated by the first-order delay and the temperature increase time calculated value obtained by substituting the desired setting condition into the approximate expression. A method for estimating a temperature rise completion time, comprising: calculating a temperature-time multiplication factor, and multiplying the temperature-raising time actually measured under the reference condition by the temperature-raising time factor to calculate an estimated temperature-raising time.

(構成6)
前記昇温時間倍率が、下記式4若しくはこれを変形して得られる式によって算出されることを特徴とする構成5に記載の昇温完了時間の推定方法。
(Structure 6)
6. The method of estimating temperature rise completion time according to the configuration 5, wherein the temperature rise time ratio is calculated by the following formula 4 or a formula obtained by modifying the formula 4 below.

Figure 2019097597
上記式において、C:昇温時間倍率、B:総電力抑制係数、θSP:昇温後の制御安定時の負荷率。
Figure 2019097597
In the above formula, C: temperature rise time ratio, B: total power suppression coefficient, θ SP : load factor when control is stable after temperature rise.

(構成7)
前記昇温時間倍率が、下記式5若しくはこれを変形して得られる式によって算出されることを特徴とする構成5に記載の昇温完了時間の推定方法。
(Structure 7)
6. The method of estimating temperature rise completion time according to the configuration 5, wherein the temperature rise time magnification is calculated by the following equation 5 or an equation obtained by modifying the equation.

Figure 2019097597
上記式において、C:昇温時間倍率、B:総電力抑制係数、θSP:昇温後の制御安定時の負荷率、K:プロセスゲイン、ΔY:基準条件と設定条件における周囲温度の差。
Figure 2019097597
In the above formula, C: temperature rise time ratio, B: total power suppression coefficient, θ SP : load factor when control is stable after temperature rise, K: process gain, ΔY: difference between ambient temperature under reference conditions and setting conditions.

(構成8)
前記昇温後の制御安定時の負荷率が、下記式6若しくはこれを変形して得られる式によって算出されることを特徴とする構成6又は7に記載の昇温完了時間の推定方法。
(Structure 8)
8. The method for estimating the temperature rise completion time according to the configuration 6 or 7, wherein the load factor at the time of stable control after the temperature rise is calculated by the following formula 6 or a formula obtained by modifying it.

Figure 2019097597
上記式において、P:各温度制御ゾーンの熱源の定格電力、θSPi:各温度制御ゾーンの昇温後の制御安定時の負荷率。
Figure 2019097597
In the above equation, P i is the rated power of the heat source in each temperature control zone, θ SPi is the load factor when the temperature of each temperature control zone is stable and the control is stable.

本発明の温度制御装置によれば、各温度制御ゾーンの目標温度に到達するまでに要する時間をほぼ同じにすることが可能な温度制御装置において、よりピーク電力の抑制を図ると共に、当該ピーク電力の抑制によって変動する昇温完了時間を推定することができる。   According to the temperature control device of the present invention, in the temperature control device capable of making the time required to reach the target temperature of each temperature control zone substantially the same, the peak power is further suppressed and the peak power is reduced. It is possible to estimate the temperature rise completion time that fluctuates due to the suppression of.

本発明に係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Block diagram showing an outline of the configuration of a temperature control device of an embodiment according to the present invention 温度制御部の構成の概略を示すブロック図Block diagram showing the outline of the configuration of the temperature control unit 相互に温度が干渉するN個の温度制御ゾーン1〜1を有しているプラスチック成形機を示す概略説明図Schematic explanatory view showing a plastic molding machine having N temperature control zones 1 1 to 1 N in which the temperatures interfere with each other. 特許文献3に開示されている温度制御方法を用いた場合の温度制御の実験結果を示すグラフA graph showing experimental results of temperature control when the temperature control method disclosed in Patent Document 3 is used. 実施形態における温度制御方法を用いた場合の温度制御の実験結果を示すグラフThe graph which shows the experimental result of the temperature control when the temperature control method in the embodiment is used 実施形態における温度制御方法を用いた場合の温度制御の実験結果を示すグラフThe graph which shows the experimental result of the temperature control when the temperature control method in the embodiment is used

本発明は、複数の温度制御ゾーンを有する制御対象の温度を制御する温度制御装置であって、各々の温度制御ゾーンの温度が目標温度に到達する時間が一致するように各温度制御ゾーンにおける操作量が制御される温度制御装置に対して用いられる技術である。本発明では、このような各温度制御ゾーンの昇温時間が一致するように制御される従来の装置に対し、そのピーク電力を抑制するために、各温度制御ゾーンの操作量(昇温時間が一致するように制御された操作量)に対して、各温度制御ゾーンで共通する総電力抑制係数を乗じる。また、本発明は、このようなピーク電力の抑制に伴って変動する昇温完了時間を推定することが可能な温度制御装置、昇温完了時間の推定方法である。
以下で説明する実施形態では、本発明を適用する“各々の温度制御ゾーンの温度が目標温度に到達する時間が一致するように各温度制御ゾーンにおける操作量を制御”の方法として、特許文献3に開示されている技術を用いている。
The present invention is a temperature control device for controlling the temperature of a controlled object having a plurality of temperature control zones, and an operation in each temperature control zone is performed so that the temperature of each temperature control zone reaches a target temperature at the same time. It is a technique used for temperature control devices where the quantity is controlled. In the present invention, in order to suppress the peak power of the conventional device that is controlled so that the temperature rising time of each temperature control zone is the same, the operation amount (temperature rising time of each temperature control zone is The operation amount controlled to match) is multiplied by the total power suppression coefficient common to each temperature control zone. Further, the present invention is a temperature control device and a method of estimating the temperature rise completion time capable of estimating the temperature rise completion time that fluctuates as the peak power is suppressed.
In the embodiment described below, as a method of “controlling the manipulated variable in each temperature control zone so that the temperature of each temperature control zone reaches the target temperature at the same time” to which the present invention is applied, Patent Document 3 The technology disclosed in is used.

以下、本発明の実施態様について、図面を参照しながら具体的に説明する。なお、以下の実施態様は、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。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings. The following embodiment is one mode for embodying the present invention, and does not limit the present invention within the scope thereof.

本実施形態の温度制御装置100は、例えば図3に示されるプラスチック成形機のような、相互に温度が干渉するN個(Nは1以上の整数)の温度制御ゾーンを有する制御対象の温度を制御する。
図1は、本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である。
本実施形態の温度制御装置100は、図1に示されるように、各種の情報を表示する表示部120と、ユーザからの設定値の入力や操作指示等が入力される入力部130と、昇温時間推定部110と、温度制御部140と、を備える。
表示部120は、例えば液晶パネル等によって構成され、以下で説明する昇温時間推定部110によって算出された昇温完了時間の推定値の表示も行う。
本実施形態における入力部130は、ユーザからの入力を受けるUIとしての機能に加え、他の機器(例えば温度調節器)から入力される信号を受ける機能も有するものである。
The temperature control device 100 of the present embodiment controls the temperature of a controlled object having N (N is an integer of 1 or more) temperature control zones in which the temperatures interfere with each other, such as the plastic molding machine shown in FIG. Control.
FIG. 1 is a block diagram showing an outline of the configuration of the temperature control device of the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the temperature control device 100 of the present embodiment includes a display unit 120 that displays various kinds of information, an input unit 130 to which a user inputs a set value, an operation instruction, and the like. The warm time estimation unit 110 and the temperature control unit 140 are provided.
The display unit 120 is composed of, for example, a liquid crystal panel or the like, and also displays the estimated value of the temperature increase completion time calculated by the temperature increase time estimation unit 110 described below.
The input unit 130 in this embodiment has a function as a UI that receives an input from a user, and also a function that receives a signal input from another device (for example, a temperature controller).

図2は、温度制御部140の構成の概略を示すブロック図である。
温度制御部140は、N個の温度制御ゾーン1〜1に対してそれぞれ対応する温度制御手段10〜10を備えており、各ヒータ2〜2への電力供給の制御をそれぞれ行うことで、各温度制御ゾーン1〜1に対する温度制御を行うものである。
各温度制御手段10〜10は同じ構成であり、それぞれ、補正目標温度設定部11、目標温度設定部12、補正目標温度設定部11と目標温度設定部12の信号を切り替えてSV値を出力する切換スイッチ13、温度制御ゾーンの温度(PV値)を測定する温度測定部14、当該PV値と切換スイッチ13からのSV値の差分を算出する差分算出部15、当該SV値とPV値の差分に基づいてPID制御を行ってMV値を算出するPID制御演算部16、当該算出されたMV値と、以下で説明する総電力抑制係数乗算部60から出力される抑制出力リミッタ値とを比較して、MV値が抑制出力リミッタ値以下であればMV値を出力し、MV値が抑制出力リミッタ値を超えている場合には抑制出力リミッタ値を出力する出力リミッタ17、出力リミッタ17とPID制御演算部16の信号を切り替えてこれをMVとして出力する切換スイッチ18、を備える。
本実施形態の温度制御装置100は、前述したごとく、“各々の温度制御ゾーンの温度が目標温度に到達する時間が一致するように各温度制御ゾーンにおける操作量を制御”の方法として、特許文献3に開示されている技術を用いており、温度制御部140における特許文献3との相違点は総電力抑制係数乗算部60のみである。
総電力抑制係数乗算部60以外の部分は、特許文献3と同一の構成・処理概念であるため、ここでは簡略化した説明とする。特許文献3と同一の構成に関する処理概念は、各温度制御ゾーン1〜1に対して、昇温時間を一致させ且つピーク電力を抑制させるための出力リミッタ値を用いるものである。この出力リミッタ値は、各温度制御ゾーン1〜1の昇温完了時間が一致するように制御した操作量にて温度制御ゾーン1〜1の昇温を一度行い、この際に測定した温度制御ゾーンごとの操作量の積算値のうち、一番大きな値によって、各温度制御ゾーンの操作量の積算値を除算することによって算出される。
少し具体的に説明すると、先ず、補正目標温度設定部11によって設定されるSV´(昇温時間が一致するように制御した操作量に相当)によって、温度制御ゾーン1〜1の昇温を一度行い(切換スイッチ13は補正目標温度設定部11からのSV´を出力、切換スイッチ18はPID制御演算部16からのMVを出力)、この際の温度制御ゾーンごとの操作量の積算値が、操作量積算値記憶部40に記憶される。
次に、出力リミッタ値算出部50において、操作量積算値記憶部40に記憶されている温度制御ゾーンごとの操作量の積算値のうち、一番大きな値によって、各温度制御ゾーンの操作量の積算値を除算することにより、各温度制御ゾーン1〜1に対応する出力リミッタ値L〜L(前述のごとく、最大の操作量の積算値(出力の最大値)によって、各温度制御ゾーンの操作量の積算値を正規化した0〜1の値)が、算出される。
この出力リミッタ値L〜Lが得られた後における昇温制御では、切換スイッチ13は目標温度設定部12からの出力(例えば温度調節器から入力されるSV)、切換スイッチ18は出力リミッタ17からの出力をそれぞれ選択するように切り替えられる。出力リミッタ17においては、PID制御演算部16からのMV値が出力リミッタ値以下であればそのままMV値を出力し、PID制御演算部16からのMV値が出力リミッタ値を超えている場合には出力リミッタ値を出力する。これによりヒータへの電力供給を制御する操作量は、各温度制御ゾーン1〜1に対応する出力リミッタ値を上限として制御される。特許文献3の技術は、上記処理により、昇温時間を一致させ且つピーク電力を抑制させるものである。
FIG. 2 is a block diagram showing a schematic configuration of the temperature control unit 140.
The temperature control unit 140 includes temperature control means 10 1 to 10 N corresponding to the N temperature control zones 1 1 to 1 N , respectively, and controls power supply to the heaters 2 1 to 2 N. By performing each, the temperature control for each temperature control zone 1 1 to 1 N is performed.
Each of the temperature control means 10 1 to 10 N has the same configuration, and switches the signals of the correction target temperature setting unit 11, the target temperature setting unit 12, the correction target temperature setting unit 11 and the target temperature setting unit 12 to change the SV value. The output changeover switch 13, the temperature measuring unit 14 for measuring the temperature (PV value) of the temperature control zone, the difference calculating unit 15 for calculating the difference between the PV value and the SV value from the changeover switch 13, the SV value and the PV value The PID control calculation unit 16 that calculates the MV value by performing the PID control based on the difference between the calculated MV value and the suppression output limiter value output from the total power suppression coefficient multiplication unit 60 described below. By comparison, an output limiter 17 that outputs the MV value if the MV value is less than or equal to the suppression output limiter value, and outputs the suppression output limiter value if the MV value exceeds the suppression output limiter value. It comprises a changeover switch 18, to output as MV by switching the signal of the output limiter 17 and the PID control calculation unit 16.
As described above, the temperature control device 100 according to the present embodiment is a method of "controlling the manipulated variable in each temperature control zone so that the temperature of each temperature control zone reaches the target temperature at the same time". 3 is used, and the only difference between the temperature control unit 140 and Patent Document 3 is the total power suppression coefficient multiplication unit 60.
The parts other than the total power suppression coefficient multiplication unit 60 have the same configuration and processing concept as in Patent Document 3, and therefore a simplified description will be given here. The processing concept related to the same configuration as in Patent Document 3 is to use an output limiter value for matching the temperature rising times and suppressing the peak power for each of the temperature control zones 1 1 to 1 N. The output limiter value is measured once by raising the temperature of the temperature control zones 1 1 to 1 N once with an operation amount controlled so that the temperature raising completion times of the temperature control zones 1 1 to 1 N are coincident with each other. It is calculated by dividing the integrated value of the operation amount of each temperature control zone by the largest value among the integrated values of the operation amount of each temperature control zone.
To be more specific, first, the temperature control zones 1 1 to 1 N are raised by SV 1 ′ (corresponding to the manipulated variable controlled so that the temperature raising times coincide with each other) set by the correction target temperature setting unit 11. The temperature is once (the changeover switch 13 outputs SV 1 ′ from the correction target temperature setting unit 11, the changeover switch 18 outputs MV 1 from the PID control calculation unit 16), and the operation amount for each temperature control zone at this time The integrated value of is stored in the operation amount integrated value storage unit 40.
Next, in the output limiter value calculation unit 50, the operation amount of each temperature control zone is set to the largest value among the integrated values of the operation amount for each temperature control zone stored in the operation amount integrated value storage unit 40. by dividing the integrated value by the output limiting value L 1 ~L N corresponding to each of the temperature control zones 1 1 to 1 N (as described above, the maximum amount of operation of the integrated value (the maximum value of the output), the temperature A value of 0 to 1 obtained by normalizing the integrated value of the manipulated variables of the control zone) is calculated.
In the temperature increase control after the output limiter values L 1 to L N are obtained, the changeover switch 13 outputs the target temperature setting unit 12 (for example, SV input from the temperature controller), and the changeover switch 18 outputs the output limiter. The output from 17 is switched to select each. The output limiter 17 outputs the MV value as it is if the MV value from the PID control calculation unit 16 is less than or equal to the output limiter value, and if the MV value from the PID control calculation unit 16 exceeds the output limiter value. Output the output limiter value. Thereby, the operation amount for controlling the power supply to the heater is controlled with the output limiter value corresponding to each temperature control zone 1 1 to 1 N as the upper limit. The technique of Patent Document 3 is to match the temperature rising times and suppress the peak power by the above processing.

本実施形態の温度制御装置100においては、この特許文献3の技術に対して、総電力抑制係数乗算部60を備えることにより、上記説明した温度制御ゾーンごとの出力リミッタ値に対して、各温度制御ゾーンで共通する総電力抑制係数(0<総電力抑制係数<1)を乗算することで、出力リミッタ値をより制限した“抑制出力リミッタ値”を算出している。出力リミッタ17では、PID制御演算部16からのMV値が抑制出力リミッタ値以下であればそのままMV値を出力し、PID制御演算部16からのMV値が抑制出力リミッタ値を超えている場合には抑制出力リミッタ値を出力する。
これにより、本実施形態の温度制御装置100では、各温度制御ゾーンの昇温完了時間を一致させつつ、より一層のピーク電力の抑制を実現している。
即ち、本実施形態の温度制御装置100における温度制御部140は、複数の温度制御ゾーンを有する制御対象の温度制御において、各々の温度制御ゾーンの温度が目標温度に到達する時間が一致するように各々の温度制御ゾーン毎に定められた所定の出力リミッタ値に、各温度制御ゾーンで共通する総電力抑制係数を乗じた値である抑制出力リミッタ値を操作量の上限とし、目標温度と測定温度から当該温度制御ゾーンにおける温度制御用の操作量を算出し、算出した操作量が前記抑制出力リミッタ値以下である場合は算出した操作量を操作量として使用し、算出した操作量が前記抑制出力リミッタ値より大きい場合は前記抑制出力リミッタ値を操作量として使用して、各温度制御ゾーンの温度を制御するものである。
In the temperature control device 100 of the present embodiment, the total power suppression coefficient multiplication unit 60 is provided in addition to the technique of Patent Document 3, so that the output limiter value for each temperature control zone described above can be used for each temperature. By multiplying the total power suppression coefficient (0 <total power suppression coefficient <1) common to the control zones, the “suppressed output limiter value” in which the output limiter value is further limited is calculated. The output limiter 17 outputs the MV value as it is if the MV value from the PID control calculation unit 16 is less than or equal to the suppression output limiter value, and when the MV value from the PID control calculation unit 16 exceeds the suppression output limiter value. Outputs the suppression output limiter value.
As a result, in the temperature control device 100 of the present embodiment, the temperature rise completion time of each temperature control zone is made to coincide with each other, and the peak power is further suppressed.
That is, in the temperature control of the control target having a plurality of temperature control zones, the temperature control unit 140 in the temperature control device 100 of the present embodiment ensures that the temperature of each temperature control zone reaches the target temperature at the same time. The target output temperature and the measured temperature are set as the upper limit of the manipulated variable, which is the suppression output limiter value, which is the product of the predetermined output limiter value set for each temperature control zone and the total power suppression coefficient that is common to each temperature control zone. The operation amount for temperature control in the temperature control zone is calculated from, and when the calculated operation amount is less than or equal to the suppression output limiter value, the calculated operation amount is used as the operation amount, and the calculated operation amount is the suppression output. When it is larger than the limiter value, the suppression output limiter value is used as the manipulated variable to control the temperature of each temperature control zone.

ここで、本実施形態の温度制御装置100が、各温度制御ゾーンの昇温完了時間を一致させつつより一層のピーク電力の抑制ができることを、実験にて確認した。
図4〜6は、図3に示される温度制御ゾーンを4つ有しているプラスチック成形機において、各温度制御ゾーンを100度まで昇温させる実験の実験結果を示すグラフである。
図4は、特許文献3に開示されている温度制御方法を用いた場合の実験結果であり、図5、6は、本実施形態の温度制御装置100における総電力抑制係数を、0.8(図5)と0.6(図6)にして行った実験の結果を示すグラフである。
図4〜6において、“CH毎のPV(即ち、各温度制御ゾーンの測定温度)”として示されるように、本実施形態の温度制御装置100による制御の場合(図5、6)においても、特許文献3の制御(図4)と遜色ないレベルにて、各温度制御ゾーンの昇温完了時間を一致させることができた。
また、図4〜6において、“4CHの合計電力ΣMV”として示されるように、本実施形態の温度制御装置100による制御の場合(図5、6)、特許文献3の制御(図4)よりもさらにピーク電力の抑制をすることができた。
Here, it was confirmed by an experiment that the temperature control device 100 of the present embodiment can further suppress the peak power while making the temperature rising completion time of each temperature control zone the same.
4 to 6 are graphs showing experimental results of an experiment in which the temperature of each temperature control zone is raised to 100 degrees in the plastic molding machine having four temperature control zones shown in FIG.
FIG. 4 is an experimental result when the temperature control method disclosed in Patent Document 3 is used, and FIGS. 5 and 6 show the total power suppression coefficient in the temperature control device 100 of the present embodiment as 0.8 ( FIG. 7 is a graph showing the results of an experiment conducted with FIG. 5) and 0.6 (FIG. 6).
As shown in FIGS. 4 to 6 as “PV for each CH (that is, measured temperature of each temperature control zone)”, in the case of control by the temperature control device 100 of the present embodiment (FIGS. 5 and 6), It was possible to match the temperature rising completion time of each temperature control zone at a level comparable to the control of Patent Document 3 (FIG. 4).
Further, in the case of the control by the temperature control device 100 of the present embodiment (FIGS. 5 and 6), as shown as “total power ΣMV of 4CH” in FIGS. It was possible to further suppress the peak power.

ここで、図4〜6にも表れているように、総電力抑制係数によって、出力リミッタ値をさらに制限した抑制出力リミッタ値を用いることにより、昇温完了までの時間は長くなる。具体的には、特許文献3の制御(図4)では、約32分で昇温が完了しているのに対し、総電力抑制係数を0.8とした場合(図5)には昇温完了時間が約43分、総電力抑制係数を0.6とした場合(図6)には昇温完了時間が約58分と、それぞれ長くなっている。
これに関し、本実施形態の温度制御装置100では、昇温時間推定部110を備えることにより、総電力抑制係数に応じて長くなる昇温完了時間の推定値を算出可能としている。
昇温時間推定部110は、制御対象の昇温特性を1次遅れで近似した近似式に基準条件を代入して得られる基準昇温時間算出値と、前記近似式に所望の設定条件を代入して得られる昇温時間算出値との比である昇温時間倍率を算出し、前記基準条件にて実測した昇温時間に、前記昇温時間倍率を乗算することで、推定昇温時間を算出するものである。
Here, as also shown in FIGS. 4 to 6, by using the suppression output limiter value in which the output limiter value is further restricted by the total power suppression coefficient, the time until the temperature rise is completed becomes longer. Specifically, in the control of FIG. 4 (FIG. 4), the temperature rise is completed in about 32 minutes, whereas when the total power suppression coefficient is 0.8 (FIG. 5), the temperature rise is completed. When the completion time is about 43 minutes and the total power suppression coefficient is 0.6 (FIG. 6), the temperature increase completion time is about 58 minutes, which is long.
In this regard, the temperature control device 100 of the present embodiment is provided with the temperature increase time estimation unit 110, so that it is possible to calculate the estimated value of the temperature increase completion time that increases according to the total power suppression coefficient.
The temperature rise time estimation unit 110 substitutes a reference temperature rise time calculated value obtained by substituting the reference condition into an approximate expression that approximates the temperature rise characteristic of the control target with a first-order delay, and a desired setting condition into the approximate expression. The temperature rise time ratio, which is the ratio to the calculated temperature rise time value, is calculated, and the estimated temperature rise time is calculated by multiplying the temperature rise time actually measured under the reference conditions by the temperature rise time ratio. It is to be calculated.

昇温完了時間の推定値を算出する算出式について説明する。   A calculation formula for calculating the estimated value of the temperature rise completion time will be described.

最初にプロセスゲインKは操作量(電力)の変動幅と制御量の変動幅の係数を意味する値で、操作量=Pの時の制御量(温度)の最終値をYとし、操作量=Pの時の制御量の最終値をYとすると式7で表される値だが、操作量については一般的に操作量の最大値PMAXで正規化した値である負荷率θを使用して式7で表される。即ち、操作量の最大値に相当する負荷率は、操作量の最大値で正規化した最大操作量に相当する。First, the process gain K is a value that means the coefficient of the fluctuation range of the manipulated variable (electric power) and the fluctuation range of the controlled variable, and the final value of the controlled variable (temperature) when the manipulated variable = P 1 is Y 1 When the final value of the control amount when the amount = P 2 is Y 2 , it is a value represented by Expression 7. However, the operation amount is generally a load factor θ which is a value normalized by the maximum value P MAX of the operation amount. Is expressed by Equation 7. That is, the load factor corresponding to the maximum value of the operation amount corresponds to the maximum operation amount normalized by the maximum value of the operation amount.

Figure 2019097597
Figure 2019097597

また、制御理論では操作量と制御量の最終値の関係は線形(Y、Pがどのような値であってもKは同じ値)として扱い、且つ一般的に操作量Pはその最大値PMAXで正規化した値(以後この値を負荷率θと記載)を使用する。この様に定義すると、制御量(温度)の最終値の変化巾Y(Y=Y−Y)と負荷率の変化巾θ(θ=θ−θ)の関係はKを係数とした式8で表される。Further, in the control theory, the relationship between the manipulated variable and the final value of the controlled variable is treated as linear (K is the same value regardless of the values of Y and P), and generally, the manipulated variable P is the maximum value P thereof. A value normalized by MAX (hereinafter, this value is referred to as a load factor θ) is used. If defined in this way, the relationship between the change width Y (Y = Y 2 −Y 1 ) of the final value of the controlled variable (temperature) and the change width θ (θ = θ 2 −θ 1 ) of the load factor is that K is a coefficient. It is expressed by the equation 8.

Figure 2019097597
Figure 2019097597

次に、関係する変数およびその関係式を以下の表1のように定義する。   Next, related variables and their relational expressions are defined as shown in Table 1 below.

Figure 2019097597
Figure 2019097597

表1中の「制御量のステップ応答を表す数式(制御対象を一時遅れで近似した式)」を式9として再掲する。   The "mathematical expression expressing the step response of the controlled variable (an expression that approximates the controlled object with a temporary delay)" in Table 1 is repeated as the mathematical expression 9.

Figure 2019097597
Figure 2019097597

ここで、式9にy(t)=Ysp、t=Ta、θ=1、Ye=Yを代入して、Taを算出すると、式10となる。このTaは、「制御対象の昇温特性を1次遅れで近似した近似式に基準条件を代入して得られる基準昇温時間算出値」である。Here, when Ta is calculated by substituting y (t) = Ysp, t = Ta, θ = 1, and Ye = Y 0 into Equation 9, Equation 10 is obtained. This Ta is a "reference temperature increase time calculated value obtained by substituting the reference condition into an approximate expression that approximates the temperature increase characteristics of the controlled object with a first-order delay".

Figure 2019097597
Figure 2019097597

次に、式9にy(t)=Ysp、t=Tb、θ=B、Ye=Y+ΔYを代入して、Tbを算出すると、式11となる。このTbは、「制御対象の昇温特性を1次遅れで近似した近似式に所望の設定条件を代入して得られる昇温時間算出値」である。Next, by substituting y (t) = Ysp, t = Tb, θ = B, and Ye = Y 0 + ΔY into Expression 9, and Tb is calculated, Expression 11 is obtained. This Tb is "a temperature rise time calculation value obtained by substituting desired setting conditions into an approximate expression that approximates the temperature rise characteristics of the controlled object with a first-order delay".

Figure 2019097597
Figure 2019097597

ここで、θSP=(YSP−Y)/Kとして、C=Tb/Taを求めると式12となる。Here, if θ SP = (Y SP −Y 0 ) / K and C = Tb / Ta is obtained, Equation 12 is obtained.

Figure 2019097597
Figure 2019097597

式12で求められるCは、「制御対象の昇温特性を1次遅れで近似した近似式に基準条件を代入して得られる基準昇温時間算出値(Ta)と、前記近似式に所望の設定条件を代入して得られる昇温時間算出値(Tb)との比である昇温時間倍率」である。
式12は、操作量の最大値を、それまでの操作量の最大値(基準条件)に係数Bをかけた値(所望の設定条件)にした場合で、且つ、周囲温度がY(基準条件)からΔYだけずれた場合(所望の設定条件)における、目標温度に到達するまでの時間が基準条件に対して何倍になるかを計算する数式である。
C obtained by the equation 12 is “the reference temperature rise time calculated value (Ta) obtained by substituting the reference condition into the approximation formula that approximates the temperature rise characteristic of the controlled object by the first-order delay, and the desired value for the approximation formula. It is a ratio of a temperature rise time calculation value (Tb) obtained by substituting the setting conditions, that is, a temperature rise time magnification ”.
Expression 12 is the case where the maximum value of the manipulated variable is set to a value (desired setting condition) obtained by multiplying the maximum value of the manipulated variable up to that time (standard condition) by the coefficient B, and the ambient temperature is Y 0 (standard condition). This is a mathematical expression for calculating how many times the time required to reach the target temperature becomes when compared with the reference condition when the condition is deviated by ΔY (desired setting condition).

ただし、式12は、制御対象を1つの制御対象として導出した数式だが、複数の温度制御ゾーンを有する制御対象の場合には目標値に安定したときの負荷率θSPiは、温度制御ゾーン毎に異なった値になるため、この計算に使用すべき1つの負荷率θSPを算出する必要がある。下記の式13は、式12に代入する負荷率θSPの計算式である。式13において、Pは、各温度制御ゾーンの熱源(ヒータ)の定格電力、θSPiは各温度制御ゾーンの昇温後の制御安定時の負荷率である。However, Equation 12 is a mathematical expression in which the controlled object is derived as one controlled object, but in the case of a controlled object having a plurality of temperature control zones, the load factor θ SPi when it stabilizes at the target value is Since the values are different, it is necessary to calculate one load factor θ SP to be used for this calculation. Formula 13 below is a formula for calculating the load factor θ SP to be substituted into Formula 12. In Expression 13, P i is the rated power of the heat source (heater) in each temperature control zone, and θ SPi is the load factor when the temperature of each temperature control zone is stable and the control is stable.

Figure 2019097597
Figure 2019097597

制御対象に加える操作量(負荷率)をAとした場合に、制御対象の温度(制御量)が目標値に到達するのに要する時間をTaとした場合で、且つ、制御対象の温度(制御量)が安定した状態で十分に時間が経過した時の操作量(負荷率)がθSPである場合に対して、操作量(負荷率)の最大値をA・Bとした場合の目標値到達に要する時間Tcは式14で算出できる。When the amount of operation (load factor) applied to the controlled object is A, and the time required for the temperature (controlled amount) of the controlled object to reach the target value is Ta, and the temperature of the controlled object (control Target value when the maximum value of the manipulated variable (load factor) is A / B, when the manipulated variable (load factor) is θ SP when a sufficient amount of time has elapsed in a stable state The time Tc required for reaching can be calculated by Expression 14.

Figure 2019097597
Figure 2019097597

以上から、TaとθSPを予め測定すれば、操作量(負荷率)をA・Bとした時に、昇温に要する時間Tcは式14で算出できる。即ち、予め一度実際に実機にて昇温制御を行って、基準条件時における昇温時間であるTa、温度安定時の負荷率θSPと、プロセスゲインKを測定しておくことにより、総電力抑制係数Bを変更した場合や周辺温度が変わった場合(所望の設定条件)における、昇温完了時間の推定値を算出することができる。なお、温度安定時の負荷率θSPとは、昇温後の制御安定時(制御対象が目標温度で安定している状態)の負荷率である。From the above, if Ta and θ SP are measured in advance, the time Tc required to raise the temperature can be calculated by Equation 14 when the operation amount (load factor) is A · B. That is, once the actual temperature rise control is actually performed in the actual machine and Ta, which is the temperature rise time under the reference conditions, the load factor θ SP at the time of temperature stabilization, and the process gain K are measured, An estimated value of the temperature increase completion time can be calculated when the suppression coefficient B is changed or when the ambient temperature is changed (desired setting condition). The load factor θ SP when the temperature is stable is the load factor when the control is stable after the temperature is raised (the control target is stable at the target temperature).

本実施形態の温度制御装置100では、昇温時間推定部110によって、上記の昇温完了時間の推定値の算出が行われる。
具体的には、予め実機にて昇温制御が行われ、これによって測定されるTa、θSP、K(基準条件)が取得され、これらの値が昇温時間推定部110に記憶される。
その後に行う昇温制御において、ユーザが総電力抑制係数Bの設定値や周辺温度情報(所望の設定条件)を入力部130から入力すると、昇温時間推定部110において、式12及び式14に基づいて昇温完了時間の推定値が算出され、これが表示部120に出力される。ユーザは、昇温制御の設定時において、昇温完了時間の推定値を知ることができるため、非常に利便性が高い。
なお、制御では制御対象の特性を一般的に「一時遅れ+ムダ時間」で近似するが、ここまでの説明ではムダ時間を省略して説明してきたので、以下にムダ時間を含めた場合について説明する。
ムダ時間は操作量に対する係数とは無関係に一定な値なので、単に昇温開始から昇温完了までに要した時間からムダ時間を減算した上で、前期の計算を行い、計算後にムダ時間を加算すれば、出力リミッタ値を、出力リミッタ値×総電力抑制係数Bにした時の「一時遅れ+ムダ時間」の場合の目標値に到達するまでの時間が計算できる。
In the temperature control device 100 of the present embodiment, the temperature increase time estimation unit 110 calculates the estimated value of the temperature increase completion time.
Specifically, temperature increase control is performed in advance on an actual machine, and Ta, θ SP , and K (reference conditions) measured by this are acquired, and these values are stored in the temperature increase time estimation unit 110.
In the temperature increase control to be performed thereafter, when the user inputs the set value of the total power suppression coefficient B and the ambient temperature information (desired setting condition) from the input unit 130, the temperature increase time estimation unit 110 uses the expressions 12 and 14. An estimated value of the temperature rise completion time is calculated based on this, and this is output to the display unit 120. The user can know the estimated value of the temperature rise completion time when setting the temperature rise control, which is very convenient.
In the control, the characteristics of the controlled object are generally approximated by “temporary delay + waste time”, but in the description so far, the waste time has been omitted. Therefore, the case of including the waste time will be described below. To do.
Since the waste time is a constant value regardless of the coefficient for the manipulated variable, the waste time is simply subtracted from the time required from the start of temperature rise to the completion of temperature rise, the previous period is calculated, and the waste time is added after the calculation. Then, the time required to reach the target value in the case of “temporary delay + waste time” when the output limiter value is set to the output limiter value × total power suppression coefficient B can be calculated.

図4で示した実験を“予め実機にて行う基準条件での昇温制御”として、図4の実験においてTa等を測定した。当該基準条件での実測値を用いて、“所望の設定条件”を、B=0.8、ΔY=0.0℃として、上記算出方式によって算出された昇温完了時間の推定値は、約41.5分であった。また、“所望の設定条件”を、B=0.6、ΔY=2.0℃とした場合、上記算出方式によって算出された昇温完了時間の推定値は、約57.4分であった。
これらの条件等をまとめたものが表2である。
Ta and the like were measured in the experiment of FIG. 4 by setting the experiment shown in FIG. 4 as “temperature increase control under reference conditions performed in advance on an actual machine”. The estimated value of the temperature rise completion time calculated by the above-mentioned calculation method using the actual measurement value under the reference condition, B = 0.8 and ΔY = 0.0 ° C. as the “desired setting condition” is about It was 41.5 minutes. Further, when the “desired setting conditions” are B = 0.6 and ΔY = 2.0 ° C., the estimated value of the temperature increase completion time calculated by the above calculation method was about 57.4 minutes. .
Table 2 summarizes these conditions.

Figure 2019097597
Figure 2019097597

B=0.8、ΔY=0.0℃は、図5の実験条件であり、図5に示されるように、実際の昇温完了時間は約43分であった。また、B=0.6、ΔY=2.0℃は図6の実験条件であり、実際の昇温完了時間は約58分であった。上記方式によって算出された推定値(約41.5分、約57.4分)は、実際の昇温完了時間に近い値であり、実用的な精度をもっていることが確かめられた。   B = 0.8 and ΔY = 0.0 ° C. are the experimental conditions of FIG. 5, and as shown in FIG. 5, the actual heating completion time was about 43 minutes. Further, B = 0.6 and ΔY = 2.0 ° C. are the experimental conditions in FIG. 6, and the actual temperature rising completion time was about 58 minutes. It was confirmed that the estimated values (about 41.5 minutes, about 57.4 minutes) calculated by the above method are values close to the actual heating completion time and have practical accuracy.

以上のごとく、本実施形態の温度制御装置100によれば、温度制御ゾーンごとの出力リミッタ値に対して、各温度制御ゾーンで共通する総電力抑制係数(0<総電力抑制係数<1)を乗算することで、出力リミッタ値をより制限した“抑制出力リミッタ値”を、操作量の上限とすることにより、各温度制御ゾーンの昇温完了時間を一致させつつより一層のピーク電力の抑制をすることができる。
また、総電力抑制係数の設定により変動する昇温完了時間の推定値を算出することができるため、利便性が高い。
As described above, according to the temperature control device 100 of the present embodiment, the total power suppression coefficient (0 <total power suppression coefficient <1) common to the temperature control zones is set for the output limiter value for each temperature control zone. By multiplying it by the “suppressed output limiter value”, which is a more limited output limiter value, as the upper limit of the manipulated variable, it is possible to further suppress the peak power while making the temperature rise completion time of each temperature control zone match. can do.
In addition, since it is possible to calculate an estimated value of the temperature rise completion time that varies depending on the setting of the total power suppression coefficient, it is highly convenient.

本実施形態では、昇温完了時間の推定値の算出において、周辺温度の相違(ΔY)もパラメータとして用いるものを例とし、これがユーザによって入力されるものを例としたが、温度センサを備えることにより、自動的に周辺温度を測定し、“基準条件”との差分であるΔYを自動的に算出するものであってもよい。
また、例えば、装置の設置環境が基本的に温度管理されていて周辺温度の相違を考慮する必要がない場合等においては、式12のΔYを用いない(ΔY=0とする)ことで、式15のように簡略化してもよい。
In the present embodiment, in the calculation of the estimated value of the temperature rise completion time, the difference (ΔY) in the ambient temperature is also used as a parameter, and this is input by the user. However, the temperature sensor is provided. Therefore, the ambient temperature may be automatically measured and ΔY which is the difference from the “reference condition” may be automatically calculated.
Further, for example, when the installation environment of the device is basically temperature controlled and it is not necessary to consider the difference in ambient temperature, by not using ΔY in Equation 12 (ΔY = 0), It may be simplified as 15.

Figure 2019097597
Figure 2019097597

本実施形態では、昇温完了時間の推定値を算出する式の形として、式12(若しくは式15)及び式14を示したが、式の形をこれに限定するというものではなく、これらの式を適宜変形して使用するものであっても勿論構わない。
また、本実施形態では昇温時間推定部110によって、式12及び式14に基づいた算出処理を行うものとして説明したが、式12(若しくは式15)に基づいて、予め各条件に対応した昇温時間倍率Cを算出しておき、装置に各条件に対応した昇温時間倍率Cをテーブルとして設定しておくことにおり、昇温時間推定部110による昇温完了時間の推定値の算出は、当該テーブルから取得されるCを用いて式14に基づいた計算をするのみ等としてもよい。
In the present embodiment, the formula 12 (or the formula 15) and the formula 14 are shown as the form of the formula for calculating the estimated value of the temperature rise completion time, but the form of the formula is not limited to this, and these formulas are not limited thereto. Of course, it does not matter even if the formula is appropriately modified and used.
Further, in the present embodiment, the temperature rise time estimation unit 110 has been described as performing the calculation process based on the equations 12 and 14, but based on the equation 12 (or the equation 15), the increase corresponding to each condition in advance is performed. The temperature-time magnification C is calculated in advance, and the temperature-rise time magnification C corresponding to each condition is set in the apparatus as a table. The temperature-rise time estimation unit 110 calculates the estimated value of the temperature-rise completion time. , C may be obtained from the table and only the calculation based on Expression 14 may be performed.

本実施形態では、本発明を、相互に温度が干渉する複数の温度制御ゾーンの温度を制御する装置に使用する場合を例としたが、本発明は、各温度制御ゾーンの温度が干渉しない制御対象にも当然利用できる。
また、本実施形態では、本発明を適用する温度制御装置における、“各々の温度制御ゾーンの温度が目標温度に到達する時間が一致するように各温度制御ゾーンにおける操作量を制御”の方法について、特許文献3の方法を用いるものを例としたが、その他の方式によって昇温時間を同期するものに対しても本発明を適用することができる。
In the present embodiment, the case where the present invention is used in an apparatus for controlling the temperature of a plurality of temperature control zones where the temperatures interfere with each other has been described as an example. Of course, it can be used for the target.
Further, in the present embodiment, a method of “controlling the manipulated variable in each temperature control zone so that the temperature of each temperature control zone reaches the target temperature in the same time” in the temperature control device to which the present invention is applied Although the method of Patent Document 3 is used as an example, the present invention can be applied to a method of synchronizing the temperature raising time by another method.

100...温度制御装置
110...昇温時間推定部
140...温度制御部
〜1... 温度制御ゾーン
10〜10... 温度制御手段
50...総電力抑制係数乗算部
100. . . Temperature control device 110. . . Temperature rising time estimation unit 140. . . Temperature control unit 1 1 to 1 N. . . Temperature control zone 10 1 to 10 N. . . Temperature control means 50. . . Total power suppression coefficient multiplier

Claims (8)

複数の温度制御ゾーンを有する制御対象の温度を制御する温度制御装置であって、各々の温度制御ゾーンの温度が目標温度に到達する時間が一致するように各々の温度制御ゾーン毎に定められた所定の出力リミッタ値に、各温度制御ゾーンで共通する総電力抑制係数を乗じて抑制出力リミッタ値とし、目標温度と測定温度に基づいて算出される前記温度制御ゾーンにおける温度制御用の操作量が、前記抑制出力リミッタ値以下である場合は算出した前記操作量を操作量として使用し、算出した前記操作量が前記抑制出力リミッタ値より大きい場合は前記抑制出力リミッタ値を操作量として使用して、各温度制御ゾーンの温度を制御する温度制御部と、
前記制御対象の昇温特性を1次遅れで近似した近似式に基準条件を代入して得られる基準昇温時間算出値と、前記近似式に所望の設定条件を代入して得られる昇温時間算出値との比である昇温時間倍率を算出し、前記基準条件にて実測した昇温時間に、前記昇温時間倍率を乗算することで、推定昇温時間を算出する昇温時間推定部と、
を備えることを特徴とする温度制御装置。
A temperature control device for controlling the temperature of a controlled object having a plurality of temperature control zones, wherein each temperature control zone is determined so that the temperature of each temperature control zone reaches a target temperature at the same time. A predetermined output limiter value is multiplied by the total power suppression coefficient common to each temperature control zone to obtain a suppressed output limiter value, and the operation amount for temperature control in the temperature control zone calculated based on the target temperature and the measured temperature is If the suppression output limiter value or less, the calculated operation amount is used as the operation amount, and if the calculated operation amount is larger than the suppression output limiter value, the suppression output limiter value is used as the operation amount. A temperature control unit for controlling the temperature of each temperature control zone,
Reference temperature increase time calculated value obtained by substituting reference conditions into an approximate expression that approximates the temperature increase characteristics of the controlled object with a first-order delay, and temperature increase time obtained by substituting desired setting conditions into the approximate expression A temperature rise time estimation unit that calculates an estimated temperature rise time by calculating a temperature rise time ratio that is a ratio with a calculated value, and multiplying the temperature rise time actually measured under the reference condition by the temperature rise time ratio. When,
A temperature control device comprising:
前記昇温時間倍率が、下記式1若しくはこれを変形して得られる式によって算出されることを特徴とする請求項1に記載の温度制御装置。
Figure 2019097597
上記式において、C:昇温時間倍率、B:総電力抑制係数、θSP:昇温後の制御安定時の負荷率。
The temperature control device according to claim 1, wherein the temperature rise time ratio is calculated by the following formula 1 or a formula obtained by modifying the formula 1 below.
Figure 2019097597
In the above formula, C: temperature rise time ratio, B: total power suppression coefficient, θ SP : load factor when control is stable after temperature rise.
前記昇温時間倍率が、下記式2若しくはこれを変形して得られる式によって算出されることを特徴とする請求項1に記載の温度制御装置。
Figure 2019097597
上記式において、C:昇温時間倍率、B:総電力抑制係数、θSP:昇温後の制御安定時の負荷率、K:プロセスゲイン、ΔY:基準条件と設定条件における周囲温度の差。
The temperature control device according to claim 1, wherein the temperature rise time ratio is calculated by the following expression 2 or an expression obtained by modifying the expression 2.
Figure 2019097597
In the above formula, C: temperature rise time ratio, B: total power suppression coefficient, θ SP : load factor when control is stable after temperature rise, K: process gain, ΔY: difference between ambient temperature under reference conditions and setting conditions.
前記昇温後の制御安定時の負荷率が、下記式3若しくはこれを変形して得られる式によって算出されることを特徴とする請求項2又は3に記載の温度制御装置。
Figure 2019097597
上記式において、P:各温度制御ゾーンの熱源の定格電力、θSPi:各温度制御ゾーンの昇温後の制御安定時の負荷率。
The temperature control device according to claim 2 or 3, wherein the load factor at the time of stable control after the temperature rise is calculated by the following formula 3 or a formula obtained by modifying this.
Figure 2019097597
In the above equation, P i is the rated power of the heat source in each temperature control zone, θ SPi is the load factor when the temperature of each temperature control zone is stable and the control is stable.
複数の温度制御ゾーンを有する制御対象の温度を制御する温度制御方法であって、各々の温度制御ゾーンの温度が目標温度に到達する時間が一致するように各々の温度制御ゾーン毎に定められた所定の出力リミッタ値に、各温度制御ゾーンで共通する総電力抑制係数を乗じた値である抑制出力リミッタ値を操作量の上限とし、目標温度と測定温度から当該温度制御ゾーンにおける温度制御用の操作量を算出し、算出した操作量が前記抑制出力リミッタ値以下である場合は算出した操作量を操作量として使用し、算出した操作量が前記抑制出力リミッタ値より大きい場合は前記抑制出力リミッタ値を操作量として使用して、各温度制御ゾーンの温度を制御する温度制御方法における、昇温完了時間の推定方法であって、
前記制御対象の昇温特性を1次遅れで近似した近似式に基準条件を代入して得られる基準昇温時間算出値と、前記近似式に所望の設定条件を代入して得られる昇温時間算出値との比である昇温時間倍率を算出し、前記基準条件にて実測した昇温時間に、前記昇温時間倍率を乗算することで、推定昇温時間を算出することを特徴とする昇温完了時間の推定方法。
A temperature control method for controlling the temperature of a control target having a plurality of temperature control zones, wherein the temperature control zones are set for each temperature control zone so that the temperatures of the temperature control zones reach the target temperature at the same time. A predetermined output limiter value is the upper limit of the manipulated variable that is the suppression output limiter value that is a value obtained by multiplying the total power suppression coefficient common to each temperature control zone, and the target temperature and the measured temperature are used for temperature control in the temperature control zone. The operation amount is calculated, and when the calculated operation amount is less than or equal to the suppression output limiter value, the calculated operation amount is used as the operation amount, and when the calculated operation amount is greater than the suppression output limiter value, the suppression output limiter Using the value as a manipulated variable, in the temperature control method for controlling the temperature of each temperature control zone, a method of estimating the temperature rise completion time,
Reference temperature increase time calculated value obtained by substituting reference conditions into an approximate expression that approximates the temperature increase characteristics of the controlled object with a first-order delay, and temperature increase time obtained by substituting desired setting conditions into the approximate expression The estimated temperature rise time is calculated by calculating a temperature rise time ratio that is a ratio with the calculated value, and multiplying the temperature rise time actually measured under the reference condition by the temperature rise time ratio. Method for estimating the temperature rise completion time.
前記昇温時間倍率が、下記式4若しくはこれを変形して得られる式によって算出されることを特徴とする請求項5に記載の昇温完了時間の推定方法。
Figure 2019097597
上記式において、C:昇温時間倍率、B:総電力抑制係数、θSP:昇温後の制御安定時の負荷率。
The method of estimating the temperature rise completion time according to claim 5, wherein the temperature rise time magnification is calculated by the following formula 4 or a formula obtained by modifying the formula 4 below.
Figure 2019097597
In the above formula, C: temperature rise time ratio, B: total power suppression coefficient, θ SP : load factor when control is stable after temperature rise.
前記昇温時間倍率が、下記式5若しくはこれを変形して得られる式によって算出されることを特徴とする請求項5に記載の昇温完了時間の推定方法。
Figure 2019097597
上記式において、C:昇温時間倍率、B:総電力抑制係数、θSP:昇温後の制御安定時の負荷率、K:プロセスゲイン、ΔY:基準条件と設定条件における周囲温度の差。
The method of estimating the temperature rise completion time according to claim 5, wherein the temperature rise time magnification is calculated by the following formula 5 or a formula obtained by modifying the formula 5 below.
Figure 2019097597
In the above formula, C: temperature rise time ratio, B: total power suppression coefficient, θ SP : load factor when control is stable after temperature rise, K: process gain, ΔY: difference between ambient temperature under reference conditions and setting conditions.
前記昇温後の制御安定時の負荷率が、下記式6若しくはこれを変形して得られる式によって算出されることを特徴とする請求項6又は7に記載の昇温完了時間の推定方法。
Figure 2019097597
上記式において、P:各温度制御ゾーンの熱源の定格電力、θSPi:各温度制御ゾーンの昇温後の制御安定時の負荷率。
The method of estimating the temperature rise completion time according to claim 6 or 7, wherein the load factor at the time of stable control after the temperature rise is calculated by the following formula 6 or a formula obtained by modifying this.
Figure 2019097597
In the above equation, P i is the rated power of the heat source in each temperature control zone, θ SPi is the load factor when the temperature of each temperature control zone is stable and the control is stable.
JP2019554087A 2017-11-15 2017-11-15 Temperature control device and method for estimating temperature rise completion time Active JP6845449B2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2017/041044 WO2019097597A1 (en) 2017-11-15 2017-11-15 Temperature control device and warm-up completion time estimation method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2019097597A1 true JPWO2019097597A1 (en) 2020-04-23
JP6845449B2 JP6845449B2 (en) 2021-03-17

Family

ID=66539446

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019554087A Active JP6845449B2 (en) 2017-11-15 2017-11-15 Temperature control device and method for estimating temperature rise completion time

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6845449B2 (en)
WO (1) WO2019097597A1 (en)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016035130A1 (en) * 2014-09-02 2016-03-10 理化工業株式会社 Temperature control device and temperature control method
CN106796436B (en) * 2014-11-13 2019-04-26 理化工业株式会社 Temperature control equipment and temprature control method
JP6500976B2 (en) * 2015-03-06 2019-04-17 理化工業株式会社 Temperature control system and temperature control method

Also Published As

Publication number Publication date
JP6845449B2 (en) 2021-03-17
WO2019097597A1 (en) 2019-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3555609B2 (en) Control device, temperature controller and heat treatment device
KR101694688B1 (en) Method for controlling the temperature of a glow plug
JP6859725B2 (en) PID controller, PID control method, and PID control program
JP4780421B2 (en) Control device
CN108594898B (en) Oven temperature control method and device and computer readable storage medium
JPWO2019097597A1 (en) Temperature control device and method of estimating temperature rise completion time
JP6296170B2 (en) Temperature control apparatus and temperature control method
JP6610676B2 (en) Temperature control apparatus and temperature control method
JP2015095915A (en) Control method for power converter
JP4468868B2 (en) Power consumption prediction apparatus and power usage prediction method
CN114451593A (en) Method, device, equipment and storage medium for controlling temperature of heating non-combustion electronic cigarette
JP6390714B2 (en) Temperature control apparatus and temperature control method
JP2019101847A (en) Control device and control method
JP7050616B2 (en) Control device and control method
JP3546424B2 (en) Control device
JP2020034969A (en) Control device and control method
JP6500976B2 (en) Temperature control system and temperature control method
JP6751244B2 (en) Auto tuning device
JP7147124B2 (en) Temperature controller and temperature control method
JP2016191981A (en) Feedback control device, feedback control method, and feedback control program
JP7050614B2 (en) Control device and control method
JP7050615B2 (en) Control device and control method
JP2013167920A (en) Power estimation device and control device and method
CN117008658A (en) Temperature control method, computer readable storage medium and electronic equipment
JP2007188228A (en) Temperature controller for optical apparatus, optical apparatus having the same, and temperature control method for optical apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20191206

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200721

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200831

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210126

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210208

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6845449

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250