(57)【要約】  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。
2019097597.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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。
【請求項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請求項１に記載の温度制御装置。
【数１】
2019097597.tif 000020
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。
【請求項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請求項１に記載の温度制御装置。
【数２】
2019097597.tif 000021
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。
【請求項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請求項２又は３に記載の温度制御装置。
【数３】
2019097597.tif 000022
上記式において、Ｐｉ：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。
【請求項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。
【請求項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請求項５に記載の昇温完了時間の推定方法。
【数４】
2019097597.tif 000023
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。
【請求項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請求項５に記載の昇温完了時間の推定方法。
【数５】
2019097597.tif 000024
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。
【請求項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請求項６又は７に記載の昇温完了時間の推定方法。
【数６】
2019097597.tif 000025
上記式において、Ｐｉ：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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３１５２９１号公報
【特許文献２】特開２００５−３５０９０号公報
【特許文献３】国際公開第２０１６／０７５７８６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（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。【０００７】
（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。【０００８】
【数１】
2019097597.tif 000003
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。【０００９】
（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。【００１０】
【数２】
2019097597.tif 000004
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。【００１１】
（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。【００１２】
【数３】
2019097597.tif 000005
上記式において、Ｐｉ：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。【００１３】
（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。【００１４】
（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。【００１５】
【数４】
2019097597.tif 000006
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。【００１６】
（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。【００１７】
【数５】
2019097597.tif 000007
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。【００１８】
（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。【００１９】
【数６】
2019097597.tif 000008
上記式において、Ｐｉ：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。
【発明の効果】
【００２０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】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
【図２】温度制御部の構成の概略を示すブロック図
【図３】相互に温度が干渉するＮ個の温度制御ゾーン１１〜１Ｎを有しているプラスチック成形機を示す概略説明図
【図４】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
【図５】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
【図６】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
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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１１〜１Ｎに対してそれぞれ対応する温度制御手段１０１〜１０Ｎを備えており、各ヒータ２１〜２Ｎ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１１〜１Ｎに対する温度制御を行うものである。
各温度制御手段１０１〜１０Ｎ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１１〜１Ｎ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１１〜１Ｎ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１１〜１Ｎ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ＳＶ１´（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１１〜１Ｎ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ＳＶ１´を出力、切換スイッチ１８はＰＩＤ制御演算部１６からのＭＶ１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１１〜１Ｎに対応する出力リミッタ値Ｌ１〜ＬＮ（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Ｌ１〜ＬＮ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１１〜１Ｎ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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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＝Ｐ１の時の制御量（温度）の最終値をＹ１とし、操作量＝Ｐ２の時の制御量の最終値をＹ２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。
【００３１】
【数７】
2019097597.tif 000009
【００３２】
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＝Ｙ２−Ｙ１）と負荷率の変化巾θ（θ＝θ２−θ１）の関係はＫを係数とした式８で表される。
【００３３】
【数８】
2019097597.tif 000010
【００３４】
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。
【００３５】
【表１】
2019097597.tif 000011
【００３６】
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。
【００３７】
【数９】
2019097597.tif 000012
【００３８】
ここで、式９にｙ（ｔ）＝Ｙｓｐ、ｔ＝Ｔａ、θ＝１、Ｙｅ＝Ｙ０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。
【００３９】
【数１０】
2019097597.tif 000013
【００４０】
次に、式９にｙ（ｔ）＝Ｙｓｐ、ｔ＝Ｔｂ、θ＝Ｂ、Ｙｅ＝Ｙ０＋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。
【００４１】
【数１１】
2019097597.tif 000014
【００４２】
ここで、θＳＰ＝（ＹＳＰ−Ｙ０）／Ｋとして、Ｃ＝Ｔｂ／Ｔａを求めると式１２となる。
【００４３】
【数１２】
2019097597.tif 000015
【００４４】
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Ｙ０（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。
【００４５】
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、Ｐｉ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。
【００４６】
【数１３】
2019097597.tif 000016
【００４７】
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。
【００４８】
【数１４】
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【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
【表２】
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【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
【数１５】
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【００５７】
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。
【００５８】
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。
【符号の説明】
【００５９】
１００．．．温度制御装置
１１０．．．昇温時間推定部
１４０．．．温度制御部
１１〜１Ｎ．．．  温度制御ゾーン
１０１〜１０Ｎ．．．  温度制御手段
５０．．．総電力抑制係数乗算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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