(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象を加熱するヒータと、制御対象の温度を制御量ＰＶとして計測する温度センサと、制御量ＰＶと外部から入力された設定値ＳＰに基づいて操作量ＭＶを算出して前記ヒータに出力するＰＩＤ制御演算部とからなる制御系において、設定値ＳＰのランプ入力に応じて制御対象を昇温するときに前記ヒータが使用する電力を推定する電力推定装置であって、
ＳＰランプアップの傾きｄＳＰを含むＳＰランプアップの基本的情報を取得するＳＰランプアップ情報入力部と、
昇温開始時の操作量ＭＶを取得する昇温開始時操作量入力部と、
前記ＳＰランプアップの傾きｄＳＰに基づいて昇温中の操作量ＭＶの過渡的上がり幅ΔＭＶを算出する操作量上がり幅算出部と、
前記ＳＰランプアップの傾きｄＳＰに基づいて昇温中の操作量ＭＶの傾きｄＭＶを算出する操作量傾き算出部と、
前記ＳＰランプアップの基本的情報に含まれる、昇温開始時の設定値ＳＰと昇温目標の設定値ＳＰと前記ＳＰランプアップの傾きｄＳＰに基づいて、ＳＰランプアップによる昇温開始から昇温完了までの推定所要時間Ｔを算出し、前記昇温開始時の操作量ＭＶと前記過渡的上がり幅ΔＭＶと前記傾きｄＭＶと前記推定所要時間Ｔに基づいて昇温中の操作量変化の推定値を算出する操作量変化推定部と、
前記操作量変化の推定値に基づいて前記ヒータが使用する電力の推定値を算出する電力推定部とを備えることを特徴とする電力推定装置。
【請求項２】
請求項１記載の電力推定装置において、
前記操作量変化推定部は、前記昇温開始時の操作量ＭＶと前記過渡的上がり幅ΔＭＶと前記傾きｄＭＶと前記推定所要時間Ｔに基づいて、前記昇温中の操作量変化の推定値として操作量ＭＶの推定最大値ＭＶｍを算出し、
前記電力推定部は、前記操作量ＭＶの推定最大値ＭＶｍに基づいて、前記電力の推定値として昇温中の推定最大電力ＰＷを算出することを特徴とする電力推定装置。
【請求項３】
制御対象を加熱するヒータと、制御対象の温度を制御量ＰＶとして計測する温度センサと、制御量ＰＶと外部から入力された設定値ＳＰに基づいて操作量ＭＶを算出して前記ヒータに出力するＰＩＤ制御演算部とからなる制御系の制御装置であって、
設定値ＳＰのランプ入力に応じて制御対象を昇温するときに前記ヒータが使用する電力を推定する電力推定装置と、
設定値ＳＰと制御量ＰＶを入力として操作量ＭＶを算出する前記ＰＩＤ制御演算部と、
前記ヒータが使用する電力と操作量ＭＶとが略線形の関係になるように、前記ＰＩＤ制御演算部が算出した操作量ＭＶを操作量ＭＶ’に補正して前記ヒータに出力する補正出力部とを備え、
前記電力推定装置は、
ＳＰランプアップの傾きｄＳＰを含むＳＰランプアップの基本的情報を取得するＳＰランプアップ情報入力部と、
昇温開始時の操作量ＭＶを取得する昇温開始時操作量入力部と、
前記ＳＰランプアップの傾きｄＳＰに基づいて昇温中の操作量ＭＶの過渡的上がり幅ΔＭＶを算出する操作量上がり幅算出部と、
前記ＳＰランプアップの傾きｄＳＰに基づいて昇温中の操作量ＭＶの傾きｄＭＶを算出する操作量傾き算出部と、
前記ＳＰランプアップの基本的情報に含まれる、昇温開始時の設定値ＳＰと昇温目標の設定値ＳＰと前記ＳＰランプアップの傾きｄＳＰに基づいて、ＳＰランプアップによる昇温開始から昇温完了までの推定所要時間Ｔを算出し、前記昇温開始時の操作量ＭＶと前記過渡的上がり幅ΔＭＶと前記傾きｄＭＶと前記推定所要時間Ｔに基づいて昇温中の操作量変化の推定値を算出する操作量変化推定部と、
前記操作量変化の推定値に基づいて前記ヒータが使用する電力の推定値を算出する電力推定部とを備えることを特徴とする制御装置。
【請求項４】
制御対象を加熱するヒータと、制御対象の温度を制御量ＰＶとして計測する温度センサと、制御量ＰＶと外部から入力された設定値ＳＰに基づいて操作量ＭＶを算出して前記ヒータに出力するＰＩＤ制御演算部とからなる制御系において、設定値ＳＰのランプ入力に応じて制御対象を昇温するときに前記ヒータが使用する電力を推定する電力推定方法であって、
ＳＰランプアップの傾きｄＳＰを含むＳＰランプアップの基本的情報を取得するＳＰランプアップ情報入力ステップと、
昇温開始時の操作量ＭＶを取得する昇温開始時操作量入力ステップと、
前記ＳＰランプアップの傾きｄＳＰに基づいて昇温中の操作量ＭＶの過渡的上がり幅ΔＭＶを算出する操作量上がり幅算出ステップと、
前記ＳＰランプアップの傾きｄＳＰに基づいて昇温中の操作量ＭＶの傾きｄＭＶを算出する操作量傾き算出ステップと、
前記ＳＰランプアップの基本的情報に含まれる、昇温開始時の設定値ＳＰと昇温目標の設定値ＳＰと前記ＳＰランプアップの傾きｄＳＰに基づいて、ＳＰランプアップによる昇温開始から昇温完了までの推定所要時間Ｔを算出し、前記昇温開始時の操作量ＭＶと前記過渡的上がり幅ΔＭＶと前記傾きｄＭＶと前記推定所要時間Ｔに基づいて昇温中の操作量変化の推定値を算出する操作量変化推定ステップと、
前記操作量変化の推定値に基づいて前記ヒータが使用する電力の推定値を算出する電力推定ステップとを備えることを特徴とする電力推定方法。
【請求項５】
請求項４記載の電力推定方法において、
前記操作量変化推定ステップは、前記昇温開始時の操作量ＭＶと前記過渡的上がり幅ΔＭＶと前記傾きｄＭＶと前記推定所要時間Ｔに基づいて、前記昇温中の操作量変化の推定値として操作量ＭＶの推定最大値ＭＶｍを算出するステップを含み、
前記電力推定ステップは、前記操作量ＭＶの推定最大値ＭＶｍに基づいて、前記電力の推定値として昇温中の推定最大電力ＰＷを算出するステップを含むことを特徴とする電力推定方法。
【請求項６】
制御対象を加熱するヒータと、制御対象の温度を制御量ＰＶとして計測する温度センサと、制御量ＰＶと外部から入力された設定値ＳＰに基づいて操作量ＭＶを算出して前記ヒータに出力するＰＩＤ制御演算部とからなる制御系の制御方法であって、
設定値ＳＰのランプ入力に応じて制御対象を昇温するときに前記ヒータが使用する電力を推定する電力推定ステップと、
設定値ＳＰと制御量ＰＶを入力として操作量ＭＶを算出するＰＩＤ制御演算ステップと、
前記ヒータが使用する電力と操作量ＭＶとが略線形の関係になるように、前記ＰＩＤ制御演算ステップで算出した操作量ＭＶを操作量ＭＶ’に補正して前記ヒータに出力する補正出力ステップとを備え、
前記電力推定ステップは、
ＳＰランプアップの傾きｄＳＰを含むＳＰランプアップの基本的情報を取得するＳＰランプアップ情報入力ステップと、
昇温開始時の操作量ＭＶを取得する昇温開始時操作量入力ステップと、
前記ＳＰランプアップの傾きｄＳＰに基づいて昇温中の操作量ＭＶの過渡的上がり幅ΔＭＶを算出する操作量上がり幅算出ステップと、
前記ＳＰランプアップの傾きｄＳＰに基づいて昇温中の操作量ＭＶの傾きｄＭＶを算出する操作量傾き算出ステップと、
前記ＳＰランプアップの基本的情報に含まれる、昇温開始時の設定値ＳＰと昇温目標の設定値ＳＰと前記ＳＰランプアップの傾きｄＳＰに基づいて、ＳＰランプアップによる昇温開始から昇温完了までの推定所要時間Ｔを算出し、前記昇温開始時の操作量ＭＶと前記過渡的上がり幅ΔＭＶと前記傾きｄＭＶと前記推定所要時間Ｔに基づいて昇温中の操作量変化の推定値を算出する操作量変化推定ステップと、
前記操作量変化の推定値に基づいて前記ヒータが使用する電力の推定値を算出する電力推定ステップとを含むことを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロセス制御技術に係り、特に設定値のランプ入力に応じて制御対象を昇温するときに必要とされるヒータの電力使用量を推定する技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化問題に起因する法改正などに伴い、工場や生産ラインのエネルギー使用量管理が強く求められている。工場内の加熱装置や空調機器は特にエネルギー使用量の大きな設備装置であるため、エネルギー使用量の上限を、本来備える最大量よりも低く抑えるように管理されることが多い。例えば電力を使用する設備装置では、電力デマンド管理システムからの指示により、特定の電力使用量以内に制限（抑制）する運用が行なわれている。
【０００３】
このような事情により、電気ヒータを備える加熱装置を対象として、立ち上げ時に供給される電力を推定する電力使用量予測装置が提案されている（特許文献１参照）。この電力使用量予測装置が対象とする加熱装置の１例を図８に示す。図８の例では、空気循環式の加熱処理炉１０１の内部にヒータ１０２と温度センサ１０３とが設置されている。温度センサ１０３は、ヒータ１０２によって加熱される空気の温度ＰＶを計測する。温調計１００は、温度計測値ＰＶが温度設定値ＳＰと一致するように操作量ＭＶを算出する。電力調整器１０４は、操作量ＭＶに応じた電力を決定し、この決定した電力を電力供給回路１０５を通じてヒータ１０２に供給する。こうして、温調計１００は、加熱処理炉１０１内の温度を制御する。
【０００４】
特許文献１に開示された電力使用量予測装置は、ヒータ１０２の加熱する能力を表すヒータ能力係数ＨＰと、加熱処理炉１０１を単位温度加熱するのに必要な時間を表す昇温時間係数ＴＨと、昇温開始時点における設定値ＳＰと温度計測値ＰＶとの差である制御偏差に基づいて、ヒータ１０２の電力使用量を予測するようにしたものである。
図９は特許文献１に開示された電力使用量予測装置の原理を説明する図であり、整定している温度制御系において設定値ＳＰ［℃］を変更したときの温度計測値ＰＶ［℃］と操作量ＭＶ［％］の変化を示す図である。
【０００５】
図８に示したような加熱装置は、昇温時に大きめのヒータ出力を利用してほぼ一定の昇温速度で昇温し、温度計測値ＰＶが設定値ＳＰに到達する直前にヒータ出力を小さめの出力に絞るように動作する。あるいは、このような昇温特性になるように、コントローラの制御特性が調整される。このような特性で昇温を実行する場合、ヒータ１０２に与えられる操作量ＭＶの大きさに対応して昇温速度が増減するので、昇温に必要な電力使用量は、操作量ＭＶの大きさとその維持時間の積に概ね比例するものと考えられる。結果的に、電力使用量は、昇温幅、すなわち温度設定値変更時の制御偏差に概ね比例することになる。そこで、代表的な昇温パターンを最低１つ予め調べておき、そのときの昇温過程における使用電力に基づき、温度設定値変更時の制御偏差を基本的入力変数とする関数により使用電力を算出する。以上が、特許文献１に開示された電力使用量予測装置の原理である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４４６８８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図１０に示すように、設定値ＳＰを一定のＳＰ変化率で継続的に変化させていくランプ入力による昇温時において、加熱装置に使用される温調計レベルのハードウエアで可能な演算量で、瞬間的に最大でどの程度の電力が必要になるのかを知ることは、電力抑制時に十分な設定値追従が可能か否かを予測する上で重要である。しかしながら、従来、このような予測技術は存在していない。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、設定値のランプ入力に応じた昇温時において、瞬間的に最大でどの程度の電力が必要になるのかを推定する技術を提供することを目的とする。特に、加熱装置に使用される温調計レベルのハードウェアで可能な演算量で実現できる技術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】
【０００９】
本発明は、制御対象を加熱するヒータと、制御対象の温度を制御量ＰＶとして計測する温度センサと、制御量ＰＶと外部から入力された設定値ＳＰに基づいて操作量ＭＶを算出して前記ヒータに出力するＰＩＤ制御演算部とからなる制御系において、設定値ＳＰのランプ入力に応じて制御対象を昇温するときに前記ヒータが使用する電力を推定する電力推定装置であって、ＳＰランプアップの傾きｄＳＰを含むＳＰランプアップの基本的情報を取得するＳＰランプアップ情報入力部と、昇温開始時の操作量ＭＶを取得する昇温開始時操作量入力部と、前記ＳＰランプアップの傾きｄＳＰに基づいて昇温中の操作量ＭＶの過渡的上がり幅ΔＭＶを算出する操作量上がり幅算出部と、前記ＳＰランプアップの傾きｄＳＰに基づいて昇温中の操作量ＭＶの傾きｄＭＶを算出する操作量傾き算出部と、前記ＳＰランプアップの基本的情報に含まれる、昇温開始時の設定値ＳＰと昇温目標の設定値ＳＰと前記ＳＰランプアップの傾きｄＳＰに基づいて、ＳＰランプアップによる昇温開始から昇温完了までの推定所要時間Ｔを算出し、前記昇温開始時の操作量ＭＶと前記過渡的上がり幅ΔＭＶと前記傾きｄＭＶと前記推定所要時間Ｔに基づいて昇温中の操作量変化の推定値を算出する操作量変化推定部と、前記操作量変化の推定値に基づいて前記ヒータが使用する電力の推定値を算出する電力推定部とを備えることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の電力推定装置の１構成例において、前記操作量変化推定部は、前記昇温開始時の操作量ＭＶと前記過渡的上がり幅ΔＭＶと前記傾きｄＭＶと前記推定所要時間Ｔに基づいて、前記昇温中の操作量変化の推定値として操作量ＭＶの推定最大値ＭＶｍを算出し、前記電力推定部は、前記操作量ＭＶの推定最大値ＭＶｍに基づいて、前記電力の推定値として昇温中の推定最大電力ＰＷを算出することを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明は、制御対象を加熱するヒータと、制御対象の温度を制御量ＰＶとして計測する温度センサと、制御量ＰＶと外部から入力された設定値ＳＰに基づいて操作量ＭＶを算出して前記ヒータに出力するＰＩＤ制御演算部とからなる制御系の制御装置であって、設定値ＳＰのランプ入力に応じて制御対象を昇温するときに前記ヒータが使用する電力を推定する電力推定装置と、設定値ＳＰと制御量ＰＶを入力として操作量ＭＶを算出する前記ＰＩＤ制御演算部と、前記ヒータが使用する電力と操作量ＭＶとが略線形の関係になるように、前記ＰＩＤ制御演算部が算出した操作量ＭＶを操作量ＭＶ’に補正して前記ヒータに出力する補正出力部とを備え、前記電力推定装置は、ＳＰランプアップの傾きｄＳＰを含むＳＰランプアップの基本的情報を取得するＳＰランプアップ情報入力部と、昇温開始時の操作量ＭＶを取得する昇温開始時操作量入力部と、前記ＳＰランプアップの傾きｄＳＰに基づいて昇温中の操作量ＭＶの過渡的上がり幅ΔＭＶを算出する操作量上がり幅算出部と、前記ＳＰランプアップの傾きｄＳＰに基づいて昇温中の操作量ＭＶの傾きｄＭＶを算出する操作量傾き算出部と、前記ＳＰランプアップの基本的情報に含まれる、昇温開始時の設定値ＳＰと昇温目標の設定値ＳＰと前記ＳＰランプアップの傾きｄＳＰに基づいて、ＳＰランプアップによる昇温開始から昇温完了までの推定所要時間Ｔを算出し、前記昇温開始時の操作量ＭＶと前記過渡的上がり幅ΔＭＶと前記傾きｄＭＶと前記推定所要時間Ｔに基づいて昇温中の操作量変化の推定値を算出する操作量変化推定部と、前記操作量変化の推定値に基づいて前記ヒータが使用する電力の推定値を算出する電力推定部とを備えることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の電力推定方法は、ＳＰランプアップの傾きｄＳＰを含むＳＰランプアップの基本的情報を取得するＳＰランプアップ情報入力ステップと、昇温開始時の操作量ＭＶを取得する昇温開始時操作量入力ステップと、前記ＳＰランプアップの傾きｄＳＰに基づいて昇温中の操作量ＭＶの過渡的上がり幅ΔＭＶを算出する操作量上がり幅算出ステップと、前記ＳＰランプアップの傾きｄＳＰに基づいて昇温中の操作量ＭＶの傾きｄＭＶを算出する操作量傾き算出ステップと、前記ＳＰランプアップの基本的情報に含まれる、昇温開始時の設定値ＳＰと昇温目標の設定値ＳＰと前記ＳＰランプアップの傾きｄＳＰに基づいて、ＳＰランプアップによる昇温開始から昇温完了までの推定所要時間Ｔを算出し、前記昇温開始時の操作量ＭＶと前記過渡的上がり幅ΔＭＶと前記傾きｄＭＶと前記推定所要時間Ｔに基づいて昇温中の操作量変化の推定値を算出する操作量変化推定ステップと、前記操作量変化の推定値に基づいて前記ヒータが使用する電力の推定値を算出する電力推定ステップとを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ＳＰランプアップの傾きｄＳＰを含むＳＰランプアップの基本的情報を取得し、昇温開始時の操作量ＭＶを取得し、ＳＰランプアップの傾きｄＳＰに基づいて昇温中の操作量ＭＶの過渡的上がり幅ΔＭＶを算出し、ＳＰランプアップの傾きｄＳＰに基づいて昇温中の操作量ＭＶの傾きｄＭＶを算出し、昇温開始時の操作量ＭＶと過渡的上がり幅ΔＭＶと傾きｄＭＶに基づいて昇温中の操作量変化の推定値を算出し、操作量変化の推定値に基づいてヒータが使用する電力の推定値を算出することにより、設定値のランプ入力に応じた昇温時において、瞬間的に最大でどの程度の電力が必要になるのかを推定することができる。特に、本発明では、このような電力推定を、温調計レベルのハードウェアで可能な演算量で実現することができる。
【００１４】
また、本発明では、ヒータが使用する電力と操作量ＭＶとが略線形の関係になるように、ＰＩＤ制御演算部が算出した操作量ＭＶを操作量ＭＶ’に補正してヒータに出力することにより、電力推定装置で推定した電力とヒータが実際に使用する電力とが合致するように操作量ＭＶを補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る電力推定装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る電力推定装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態に係る制御装置のＰＩＤ制御部および補正出力部の動作を示すフローチャートである。
【図４】ヒータで使用される電力と操作量との関係を示す図である。
【図５】ヒータで使用される電力と操作量との関係を折れ線近似した図である。
【図６】補正出力部による操作量の補正を説明する図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る制御装置の動作例を示す図である。
【図８】加熱装置の１例を示す図である。
【図９】温度設定値のステップ入力の１例、並びに温度設定値のステップ入力に応じた操作量および温度計測値の変化を示す図である。
【図１０】温度設定値のランプ入力の１例、並びに温度設定値のランプ入力に応じた操作量および温度計測値の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［発明の原理］
電気ヒータによる加熱であれば、設定値ＳＰを一定の変化率で継続的に上昇させるＳＰランプアップ時の操作量ＭＶの上昇パターンは図１０に示したようになる。ＳＰランプアップが固定比率の直線的変化事象であることに着眼すれば、操作量ＭＶの過渡的上がり幅と傾きは設定値ＳＰの傾きで概ね推定可能であることを見出せる。そして、ＳＰランプアップがどの程度の時間継続するかは予め把握できるので、瞬間的に最大でどの程度の電力が必要になるのかを推定することが可能になる。なお、過渡的上がり幅とは、ＳＰランプアップ開始時点では昇温前の整定操作量ＭＶｉにあるものとし、ＳＰランプアップ完了時点では昇温後の整定操作量にあるものとして、両者を直線で結んで得られる仮想的操作量変化の線（図１０中の操作量ＭＶの破線）よりも、ＳＰランプアップ中の過渡状態において、継続的に操作量ＭＶが高く維持される差分（図１０中のΔＭＶ）を意味する。
【００１７】
したがって、具体的には予め代表的な「ＳＰランプアップの傾き」と「操作量ＭＶの過渡的上がり幅と傾き」の組合せを把握しておけば、昇温開始時の操作量ＭＶとＳＰランプアップの傾きと継続時間、あるいはこれらと等価な情報（ＳＰランプアップの基本的情報）を確認することで、ＳＰランプアップによる昇温を開始する前に操作量ＭＶの変化を推定できる。そして、ヒータ、電力調整器（サイリスタなど）を経由して使用される電力が、操作量ＭＶと線形近似可能な程度の関係であれば、電力の推定が可能になる。あるいは、直接は線形近似可能でなくても、電力と操作量ＭＶの関係は予め把握できるので、線形補正して出力するように構成すれば電力の推定が可能になる。
【００１８】
［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に係る電力推定装置の構成を示すブロック図である。
電力推定装置は、ＳＰランプアップ情報入力部１と、昇温開始時操作量入力部２と、操作量上がり幅算出部３と、操作量傾き算出部４と、操作量変化推定部５と、電力推定部６とから構成される。
【００１９】
ＰＩＤ制御部７は、設定値ＳＰ入力部８と、制御量ＰＶ入力部９と、ＰＩＤ制御演算部１０と、操作量ＭＶ出力部１１とから構成される。また、ＰＩＤ制御部７の後段には、補正出力部１２が設けられる。
なお、本実施の形態では、電力推定装置を図８に示した加熱装置に適用するものとして説明する。この場合、電力推定装置とＰＩＤ制御部７と補正出力部１２とからなる制御装置は、図８に示した温調計１００に設けられる。
【００２０】
以下、本実施の形態の電力推定装置の動作を説明する。図２は電力推定装置の動作を示すフローチャートである。
ＳＰランプアップ情報入力部１には、ＳＰランプアップの基本的情報として、ＳＰランプアップによる昇温開始時の設定値ＳＰｉ［℃］と、昇温目標の設定値ＳＰｅ［℃］と、ＳＰランプアップの傾き（昇温速度）ｄＳＰ［℃／ｓｅｃ．］とが、昇温開始前に例えば加熱装置のユーザによって入力される（図２ステップＳ１）。
【００２１】
昇温開始時操作量入力部２には、操作量ＭＶ出力部１１から昇温開始時の操作量ＭＶｉ［％］が入力される（ステップＳ２）。なお、整定している温度制御系において設定値ＳＰが変更され、昇温が開始されることを想定しているので、ＳＰランプアップの基本的情報入力時点の設定値ＳＰを昇温開始時の設定値ＳＰｉ［℃］として入力すればよく、同時点の操作量ＭＶを昇温開始時の操作量ＭＶｉ［％］として入力すればよい。
【００２２】
次に、ＳＰランプアップによる操作量ＭＶの過渡的上がり幅ΔＭＶは、要求されている昇温速度に依存するものなので、ＳＰランプアップの傾きｄＳＰによって決まる。操作量ＭＶの過渡的上がり幅ΔＭＶとＳＰランプアップの傾きｄＳＰとの関係を、関数ｆで表す。制御量ＰＶ［℃］と操作量ＭＶがほぼ線形の関係にあるならば、操作量ＭＶの過渡的上がり幅ΔＭＶとＳＰランプアップの傾きｄＳＰとの関係は比例係数αを用いて下記のように与えられる。
ΔＭＶ＝ｆ（ｄＳＰ）＝αｄＳＰ                                  ・・・（１）
【００２３】
図８に示した加熱装置とＰＩＤ制御部７とを用いた事前の昇温実験により取得したΔＭＶの代表的な実測データであるΔＭＶｘと同時に取得したｄＳＰの代表的な実測データであるｄＳＰｘとにより、比例係数αは次式のように単純に決定できる。
α＝ΔＭＶｘ／ｄＳＰｘ                                          ・・・（２）
【００２４】
そして、次式が操作量上がり幅算出部３に登録されている。
ΔＭＶ＝αｄＳＰ                                                ・・・（３）
操作量上がり幅算出部３は、ＳＰランプアップ情報入力部１に入力されたＳＰランプアップの傾きｄＳＰに基づいて、操作量ＭＶの過渡的上がり幅ΔＭＶを式（３）により算出する（ステップＳ３）。
【００２５】
昇温中の操作量ＭＶの傾きｄＭＶも、要求されている昇温速度に依存するものなので、ＳＰランプアップの傾きｄＳＰによって決まる。操作量ＭＶの傾きｄＭＶとＳＰランプアップの傾きｄＳＰとの関係を、関数ｇで表す。制御量ＰＶ［℃］と操作量ＭＶがほぼ線形の関係にあるならば、操作量ＭＶの傾きｄＭＶとＳＰランプアップの傾きｄＳＰとの関係は比例係数βを用いて下記のように与えられる。
ｄＭＶ＝ｇ（ｄＳＰ）＝βｄＳＰ                                  ・・・（４）
【００２６】
図８に示した加熱装置とＰＩＤ制御部７とを用いた事前の昇温実験により取得したｄＭＶの代表的な実測データであるｄＭＶｙと同時に取得したｄＳＰの代表的な実測データであるｄＳＰｙとにより、比例係数βは次式のように単純に決定できる。
β＝ｄＭＶｙ／ｄＳＰｙ                                          ・・・（５）
【００２７】
そして、次式が操作量傾き算出部４に登録されている。
ｄＭＶ＝βｄＳＰ                                                ・・・（６）
操作量傾き算出部４は、ＳＰランプアップ情報入力部１に入力されたＳＰランプアップの傾きｄＳＰに基づいて、操作量ＭＶの傾きｄＭＶを式（６）により算出する（ステップＳ４）。
【００２８】
次に、操作量変化推定部５は、昇温開始時の設定値ＳＰｉと昇温目標の設定値ＳＰｅとＳＰランプアップの傾きｄＳＰとから、ＳＰランプアップによる昇温開始から昇温完了までの推定所要時間Ｔ［ｓｅｃ．］を、次式により算出する（ステップＳ５）。
Ｔ＝（ＳＰｅ−ＳＰｉ）／ｄＳＰ                                  ・・・（７）
【００２９】
また、操作量変化推定部５は、昇温開始時の操作量ＭＶｉと操作量ＭＶの過渡的上がり幅ΔＭＶと操作量ＭＶの傾きｄＭＶと推定所要時間Ｔとから、昇温完了間際に現れる操作量ＭＶの推定最大値ＭＶｍ［％］を、次式により算出する（ステップＳ６）。
ＭＶｍ＝ＭＶｉ＋ΔＭＶ＋ｄＭＶＴ                                ・・・（８）
すなわち、Ｔ［ｓｅｃ．］後に、操作量ＭＶが最大値ＭＶｍ［％］に到達すると推定される。
【００３０】
図８のヒータ１０２で使用される電力ＰＷ［Ｗ］は操作量ＭＶによって決まる。電力ＰＷと操作量ＭＶとの関係を、関数ｈで表す。電力ＰＷと操作量ＭＶがほぼ線形の関係にあるならば、この関係は比例係数γを用いて下記のように与えられる。
ＰＷ＝ｈ（ＭＶｍ）＝γＭＶｍ                                    ・・・（９）
【００３１】
図８に示した加熱装置とＰＩＤ制御部７とを用いた事前の昇温実験により取得したＭＶｍの代表的な実測データであるＭＶｍｚと同時に取得したＰＷの代表的な実測データであるＰＷｚ（例えば操作量ＭＶ＝ＭＶｍ＝１００％出力時の電力）とにより、比例係数γは次式のように単純に決定できる。
γ＝ＰＷｚ／ＭＶｍｚ                                          ・・・（１０）
【００３２】
そして、次式が電力推定部６に登録されている。
ＰＷ＝γＭＶｍ                                                ・・・（１１）
電力推定部６は、操作量変化推定部５が算出した推定最大値ＭＶｍに基づいて、昇温開始からＴ［ｓｅｃ．］後の推定最大電力ＰＷ［Ｗ］を、式（１１）により算出する（ステップＳ７）。以上で、電力推定装置の動作が終了する。
【００３３】
上記の説明では「温度ＰＶと操作量ＭＶがほぼ線形の関係」あるいは「電力ＰＷと操作量ＭＶがほぼ線形の関係」という前提を置いていたが、これに関する「線形補正して出力するように構成」について下記に説明する。
【００３４】
図３はＰＩＤ制御部７および補正出力部１２の動作を示すフローチャートである。ここでは、上記の電力推定装置による推定最大電力ＰＷ［Ｗ］の推定が既に終了しているものとする。
設定値ＳＰは、加熱装置のユーザによって設定され、設定値ＳＰ入力部８を介してＰＩＤ制御演算部１０に入力される（図３ステップＳ１０）。制御量ＰＶ（温度計測値）は、図８の温度センサ１０３によって測定され、制御量ＰＶ入力部９を介してＰＩＤ制御演算部１０に入力される（ステップＳ１１）。
【００３５】
ＰＩＤ制御演算部１０は、設定値ＳＰと制御量ＰＶに基づいて、例えば以下の伝達関数式のようなＰＩＤ制御演算を行って操作量ＭＶを算出する（ステップＳ１２）。
ＭＶ＝（１００／ＰＢ）｛１＋（１／ＴＩｓ）＋ＴＤｓ｝（ＳＰ−ＰＶ）
・・・（１２）
ＰＢは比例帯、ＴＩは積分時間、ＴＤは微分時間、ｓはラプラス演算子である。操作量ＭＶ出力部１１は、ＰＩＤ制御演算部１０が算出した操作量ＭＶを出力する（ステップＳ１３）。
【００３６】
操作量ＭＶが電力調整器１０４（サイリスタなど）に出力されると、調整された電流がヒータ１０２に流れるので、ヒータ１０２の使用電力ＰＷは操作量ＭＶに依存して一意的に決まる。温調計などを用いる場合、特定の操作量ＭＶを固定値として一定時間出力することができ、このときにヒータ１０２が使用する電力ＰＷを電力計で測定すれば、操作量ＭＶに対応する電力ＰＷを事前にデータ取得できる。
【００３７】
ヒータ１０２が使用する電力ＰＷと操作量ＭＶとの関係は、一般的には図４（最大電力４００Ｗの例）のような非線形関係になる。例えば図中の３点（図４の例では、操作量ＭＶ＝２４％、４２％、７５％）について、図５に示すように電力ＰＷのデータを取得すれば、図６に示すように操作量ＭＶを操作量ＭＶ’に補正して出力することで、ヒータ１０２が使用する電力ＰＷと操作量ＭＶとが略線形の関係になるようにすることができる。例えばＭＶ＝５０％に対応する電力ＰＷが最大電力４００Ｗの５０％の２００Ｗでなかったのに対し、ＭＶ＝５０％をＭＶ’＝４２％に補正すると、ＭＶ’＝４２％に対応する電力ＰＷは最大電力４００Ｗの５０％の２００Ｗになる。
【００３８】
補正出力部１２は、図６に示したような操作量ＭＶとＭＶ’との関係を予め記憶しており、操作量ＭＶ出力部１１から出力された操作量ＭＶをＭＶ’に補正して、この操作量ＭＶ’を制御対象（実際の出力先は電力調整器１０４）に出力する（ステップＳ１４）。
ＰＩＤ制御部７および補正出力部１２は、以上のようなステップＳ１０〜Ｓ１４の処理を例えばユーザの指示によって制御が終了するまで（ステップＳ１５においてＹＥＳ）、制御周期毎に行う。
【００３９】
電力ＰＷはヒータ１０２による発熱量に対応するので、加熱対象の周囲環境などがＳＰランプアップによる昇温途中で極端に変化しない限り、温度ＰＶと操作量ＭＶがほぼ線形の関係のまま保たれる。本実施の形態の制御装置の動作例を図７に示す。図７によれば、昇温開始時の初期追従を除けば、操作量ＭＶは規則正しく直線的に上昇していくことが分かる。
図６に示したような折れ線による補正は一般的に実施される手法であり、電力ＰＷのデータを３点よりも多く取れば、電力ＰＷと操作量ＭＶとがさらに厳密な線形関係に近づくことになる。ただし、このような補正は、電力推定の要求精度に応じて適宜設計すればよい。
【００４０】
以上のように、本実施の形態では、ヒータの使用電力が推定できることにより、例えば複数の制御系でＳＰランプアップによる昇温が行なわれる際に、使用される総電力がどの程度になるかの見積もりができるようになり、電力デマンド管理が緻密に行なえるようになる。例えば、電力抑制時に制御量ＰＶの設定値ＳＰへの十分な追従が可能か否かを予測することも可能になる。推定最大電力ＰＷ［Ｗ］が加熱装置で使用可能な電力よりも大きいならば、電力不足が発生すると推測できるので、昇温開始前に警報を出すことも可能になる。
【００４１】
本実施の形態で説明した電力推定装置を含む制御装置は、ＣＰＵ、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って本実施の形態で説明した処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、設定値のランプ入力に応じて制御対象を昇温するときに必要とされるヒータの電力使用量を推定する技術に適用することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１…ＳＰランプアップ情報入力部、２…昇温開始時操作量入力部、３…操作量上がり幅算出部、４…操作量傾き算出部、５…操作量変化推定部、６…電力推定部、７…ＰＩＤ制御部、８…設定値ＳＰ入力部、９…制御量ＰＶ入力部、１０…ＰＩＤ制御演算部、１１…操作量ＭＶ出力部、１２…補正出力部。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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