(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の制御ループＬｉ（ｉ＝１〜ｎ）の制御アクチュエータのエネルギー使用量を規定する割当総エネルギーの情報を受信する割当総エネルギー入力手段と、
制御量変化時間の最大限度時間の情報を受信する最大限度時間入力手段と、
各制御ループＬｉの操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にした場合の前記制御量変化時間を推定する制御量変化時間推定手段と、
各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを前記制御量変化時間の間に設定値ＳＰｉの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定し、この必要出力ＭＵｉから各制御アクチュエータの使用エネルギーの総和である使用エネルギー総量を算出し、前記割当総エネルギーに対する前記使用エネルギー総量の達成率と前記最大限度時間に対する前記制御量変化時間の確保率とのバランスを表す重み付け評価関数の評価値を最適にする前記必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索して、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定するエネルギー抑制手段と、
制御ループＬｉ毎に設けられ、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記操作量出力上限値ＯＨｉ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＬｉの制御アクチュエータに出力する制御手段とを備えることを特徴とするエネルギー総和抑制制御装置。
【請求項２】
複数の制御ループＬｉ（ｉ＝１〜ｎ）の制御アクチュエータの電力使用量を規定する割当総電力ＰＷの情報を受信する割当総電力入力手段と、
昇温時間ＴＬの最大限度時間ＴＭの情報を受信する最大限度時間入力手段と、
各制御ループＬｉの変更後の設定値ＳＰｉと設定値変更前の制御量ＰＶｉとから各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉを算出する制御量変更量算出手段と、
各制御ループＬｉの設定値変更前の操作量ＭＶｉから制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉを算出する制御量変化レート算出手段と、
各制御ループＬｉの操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にした場合の各制御ループＬｉの昇温時間ＴＬｉを前記変更量ΔＰＶｉと前記変化レートＴＨｉとから推定し、前記昇温時間ＴＬｉのうちの最大値である前記昇温時間ＴＬを選出する昇温時間算出手段と、
各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを前記昇温時間ＴＬの間に前記変更量ΔＰＶｉ分だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定する必要出力推定手段と、
前記必要出力ＭＵｉと各制御ループＬｉの既知の最大出力時電力値ＣＴｍｉとから各制御アクチュエータの使用電力の総和である使用電力総量ＴＷを算出する使用電力合計算出手段と、
前記昇温時間ＴＬを逐次変更しながら前記必要出力推定手段と前記使用電力合計算出手段とに処理を実行させ、前記割当総電力ＰＷに対する前記使用電力総量ＴＷの達成率と前記最大限度時間ＴＭに対する前記昇温時間ＴＬの確保率とのバランスを表す重み付け評価関数の評価値Ｆを最適にする前記必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索して、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定する探索処理手段と、
制御ループＬｉ毎に設けられ、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記操作量出力上限値ＯＨｉ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＬｉの制御アクチュエータに出力する制御手段とを備えることを特徴とする電力総和抑制制御装置。
【請求項３】
請求項１記載のエネルギー総和抑制制御装置において、
前記制御量変化時間推定手段は、推定した前記制御量変化時間を最短時間として前記エネルギー抑制手段に登録し、
前記エネルギー抑制手段は、前記割当総エネルギーに対する前記使用エネルギー総量の達成率を、各制御ループＬｉの既知の最大出力時エネルギー値の総和である最大エネルギーと前記割当総エネルギーと前記使用エネルギー総量とから算出し、前記最大限度時間に対する前記制御量変化時間の確保率を、前記最短時間と前記最大限度時間と前記制御量変化時間とから算出し、前記重み付け評価関数の評価値を、前記割当総エネルギーに対する前記使用エネルギー総量の達成率と前記最大限度時間に対する前記制御量変化時間の確保率との加重和として算出することを特徴とするエネルギー総和抑制制御装置。
【請求項４】
請求項２記載の電力総和抑制制御装置において、
前記昇温時間算出手段は、選出した前記昇温時間ＴＬを最短時間ＴＬｍとして前記探索処理手段に登録し、
前記探索処理手段は、前記割当総電力ＰＷに対する前記使用電力総量ＴＷの達成率を、前記最大出力時電力値ＣＴｍｉの総和である最大電力と前記割当総電力ＰＷと前記使用電力総量ＴＷとから算出し、前記最大限度時間ＴＭに対する前記昇温時間ＴＬの確保率を、前記最短時間ＴＬｍと前記最大限度時間ＴＭと前記昇温時間ＴＬとから算出し、前記重み付け評価関数の評価値Ｆを、前記割当総電力ＰＷに対する前記使用電力総量ＴＷの達成率と前記最大限度時間ＴＭに対する前記昇温時間ＴＬの確保率との加重和として算出することを特徴とする電力総和抑制制御装置。
【請求項５】
複数の制御ループＬｉ（ｉ＝１〜ｎ）の制御アクチュエータのエネルギー使用量を規定する割当総エネルギーの情報を受信する割当総エネルギー入力ステップと、
制御量変化時間の最大限度時間の情報を受信する最大限度時間入力ステップと、
各制御ループＬｉの操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にした場合の前記制御量変化時間を推定する制御量変化時間推定ステップと、
各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを前記制御量変化時間の間に設定値ＳＰｉの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定し、この必要出力ＭＵｉから各制御アクチュエータの使用エネルギーの総和である使用エネルギー総量を算出し、前記割当総エネルギーに対する前記使用エネルギー総量の達成率と前記最大限度時間に対する前記制御量変化時間の確保率とのバランスを表す重み付け評価関数の評価値を最適にする前記必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索して、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定するエネルギー抑制ステップと、
設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記操作量出力上限値ＯＨｉ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＬｉの制御アクチュエータに出力する制御ステップとを備えることを特徴とするエネルギー総和抑制制御方法。
【請求項６】
複数の制御ループＬｉ（ｉ＝１〜ｎ）の制御アクチュエータの電力使用量を規定する割当総電力ＰＷの情報を受信する割当総電力入力ステップと、
昇温時間ＴＬの最大限度時間ＴＭの情報を受信する最大限度時間入力ステップと、
各制御ループＬｉの変更後の設定値ＳＰｉと設定値変更前の制御量ＰＶｉとから各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉを算出する制御量変更量算出ステップと、
各制御ループＬｉの設定値変更前の操作量ＭＶｉから制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉを算出する制御量変化レート算出ステップと、
各制御ループＬｉの操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にした場合の各制御ループＬｉの昇温時間ＴＬｉを前記変更量ΔＰＶｉと前記変化レートＴＨｉとから推定し、前記昇温時間ＴＬｉのうちの最大値である前記昇温時間ＴＬを選出する昇温時間算出ステップと、
各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを前記昇温時間ＴＬの間に前記変更量ΔＰＶｉ分だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定する必要出力推定ステップと、
前記必要出力ＭＵｉと各制御ループＬｉの既知の最大出力時電力値ＣＴｍｉとから各制御アクチュエータの使用電力の総和である使用電力総量ＴＷを算出する使用電力合計算出ステップと、
前記昇温時間ＴＬを逐次変更しながら前記必要出力推定ステップと前記使用電力合計算出ステップとに処理を実行させ、前記割当総電力ＰＷに対する前記使用電力総量ＴＷの達成率と前記最大限度時間ＴＭに対する前記昇温時間ＴＬの確保率とのバランスを表す重み付け評価関数の評価値Ｆを最適にする前記必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索して、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定する探索処理ステップと、
設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記操作量出力上限値ＯＨｉ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＬｉの制御アクチュエータに出力する制御ステップとを備えることを特徴とする電力総和抑制制御方法。
【請求項７】
請求項５記載のエネルギー総和抑制制御方法において、
前記制御量変化時間推定ステップは、推定した前記制御量変化時間を最短時間として設定し、
前記エネルギー抑制ステップは、前記割当総エネルギーに対する前記使用エネルギー総量の達成率を、各制御ループＬｉの既知の最大出力時エネルギー値の総和である最大エネルギーと前記割当総エネルギーと前記使用エネルギー総量とから算出し、前記最大限度時間に対する前記制御量変化時間の確保率を、前記最短時間と前記最大限度時間と前記制御量変化時間とから算出し、前記重み付け評価関数の評価値を、前記割当総エネルギーに対する前記使用エネルギー総量の達成率と前記最大限度時間に対する前記制御量変化時間の確保率との加重和として算出することを特徴とするエネルギー総和抑制制御方法。
【請求項８】
請求項６記載の電力総和抑制制御方法において、
前記昇温時間算出ステップは、選出した前記昇温時間ＴＬを最短時間ＴＬｍとして設定し、
前記探索処理ステップは、前記割当総電力ＰＷに対する前記使用電力総量ＴＷの達成率を、前記最大出力時電力値ＣＴｍｉの総和である最大電力と前記割当総電力ＰＷと前記使用電力総量ＴＷとから算出し、前記最大限度時間ＴＭに対する前記昇温時間ＴＬの確保率を、前記最短時間ＴＬｍと前記最大限度時間ＴＭと前記昇温時間ＴＬとから算出し、前記重み付け評価関数の評価値Ｆを、前記割当総電力ＰＷに対する前記使用電力総量ＴＷの達成率と前記最大限度時間ＴＭに対する前記昇温時間ＴＬの確保率との加重和として算出することを特徴とする電力総和抑制制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の制御ループを備えたマルチループ制御系の制御装置および制御方法に係り、特にステップ応答制御においてエネルギー使用量（例えば電力使用量）が指定された一定値を大幅に超えないように、かつ設定値への追従特性が可能な限り損なわれないように、制御を行うエネルギー総和抑制制御装置、電力総和抑制制御装置および方法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する運用が行なわれている。
特に複数の電気ヒータを備える加熱装置では、立ち上げ時（複数の電気ヒータが設置されている領域の一斉昇温時）に同時供給される総電力を抑制するために、以下のような手法が提案されている。
【０００３】
特許文献１に開示されたリフロー装置では、立ち上げ時の消費電流を低減するために、ヒータの近傍が熱的に飽和してから次のヒータを立ち上げるようにして、立ち上げ時間帯をずらすようにしていた。
特許文献２に開示された半導体ウエハの処理装置では、装置立ち上げ時に一時に大電力が消費されないように、各ヒータに対して時間的にずらしながら電力を供給するようにしていた。
【０００４】
特許文献３に開示された基板処理装置では、電力供給部から同時に供給される最大電力を小さくするために、所定の立ち上げ順序に従って、各熱処理部を１台ずつ順次立ち上げていくようにしていた。
特許文献４に開示された加熱装置では、装置立ち上げ時の過度の消費電流による電力障害を防止するために、まずコンベアより下方に位置するヒータに対し必要とする電力を供給し、かつコンベアより上方に位置するヒータへ供給される電力を制限して、合計消費電力を一定値以下に制御し、炉体内の温度の上昇に伴って温度を切換パラメータとして、コンベアより下方に位置するヒータへの供給電力を減少させるように制御していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第２８８５０４７号公報
【特許文献２】特開平１１−１２６７４３号公報
【特許文献３】特開平１１−２０４４１２号公報
【特許文献４】特許第４４２６１５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１〜特許文献４に開示された技術は、いずれも複数のヒータに時間差を設けて電力を供給する方式であるため、昇温効率が悪くなる、すなわちステップ応答時における制御量ＰＶ（温度）の設定値ＳＰへの追従特性が悪くなるという問題点があった。
【０００７】
製造装置では、複数のヒータに時間差を設けて電力を供給する場合、装置の立ち上げに要する時間や立ち上げに要する電力には多少のばらつきが必ずあるため、余裕のある時間差を与えて立ち上げの切換判断をする必要がある。したがって、例えば４系統の加熱制御系を備える加熱装置を立ち上げる（昇温する）場合に、加熱制御系を別々に順次立ち上げていくと、結果的に１系統の立ち上げ時間を単純に４倍した時間以上の時間が使われることになる。
【０００８】
また、立ち上げの切換判断を行ないやすくするために、特許文献４に開示された技術のように特定の位置のヒータに対して決められた順序で電力を供給していくような工夫が考えられる。しかし、特許文献４に開示された技術は、全く同じパターンの立ち上げ時においてのみ通用する方法であり、製造条件などに応じて昇温要求が変化する場合には適用できない。複数のヒータに同時に電力を供給する通常の同時昇温という最も効率的な方法から乖離した方法になればなるほど、昇温効率が低下するか、適用対象が限られるかの、いずれかの問題が生じる。
【０００９】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、複数の制御系に関し、ステップ応答制御においてエネルギー使用量（例えば電力使用量）が指定された一定値を大幅に超えないように、かつ設定値への追従特性が可能な限り損なわれないように、制御を行うことができるエネルギー総和抑制制御装置、電力総和抑制制御装置および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】
【００１０】
本発明のエネルギー総和抑制制御装置は、複数の制御ループＬｉ（ｉ＝１〜ｎ）の制御アクチュエータのエネルギー使用量を規定する割当総エネルギーの情報を受信する割当総エネルギー入力手段と、制御量変化時間の最大限度時間の情報を受信する最大限度時間入力手段と、各制御ループＬｉの操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にした場合の前記制御量変化時間を推定する制御量変化時間推定手段と、各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを前記制御量変化時間の間に設定値ＳＰｉの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定し、この必要出力ＭＵｉから各制御アクチュエータの使用エネルギーの総和である使用エネルギー総量を算出し、前記割当総エネルギーに対する前記使用エネルギー総量の達成率と前記最大限度時間に対する前記制御量変化時間の確保率とのバランスを表す重み付け評価関数の評価値を最適にする前記必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索して、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定するエネルギー抑制手段と、制御ループＬｉ毎に設けられ、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記操作量出力上限値ＯＨｉ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＬｉの制御アクチュエータに出力する制御手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の電力総和抑制制御装置は、複数の制御ループＬｉ（ｉ＝１〜ｎ）の制御アクチュエータの電力使用量を規定する割当総電力ＰＷの情報を受信する割当総電力入力手段と、昇温時間ＴＬの最大限度時間ＴＭの情報を受信する最大限度時間入力手段と、各制御ループＬｉの変更後の設定値ＳＰｉと設定値変更前の制御量ＰＶｉとから各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉを算出する制御量変更量算出手段と、各制御ループＬｉの設定値変更前の操作量ＭＶｉから制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉを算出する制御量変化レート算出手段と、各制御ループＬｉの操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にした場合の各制御ループＬｉの昇温時間ＴＬｉを前記変更量ΔＰＶｉと前記変化レートＴＨｉとから推定し、前記昇温時間ＴＬｉのうちの最大値である前記昇温時間ＴＬを選出する昇温時間算出手段と、各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを前記昇温時間ＴＬの間に前記変更量ΔＰＶｉ分だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定する必要出力推定手段と、前記必要出力ＭＵｉと各制御ループＬｉの既知の最大出力時電力値ＣＴｍｉとから各制御アクチュエータの使用電力の総和である使用電力総量ＴＷを算出する使用電力合計算出手段と、前記昇温時間ＴＬを逐次変更しながら前記必要出力推定手段と前記使用電力合計算出手段とに処理を実行させ、前記割当総電力ＰＷに対する前記使用電力総量ＴＷの達成率と前記最大限度時間ＴＭに対する前記昇温時間ＴＬの確保率とのバランスを表す重み付け評価関数の評価値Ｆを最適にする前記必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索して、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定する探索処理手段と、制御ループＬｉ毎に設けられ、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記操作量出力上限値ＯＨｉ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＬｉの制御アクチュエータに出力する制御手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明のエネルギー総和抑制制御装置の１構成例において、前記制御量変化時間推定手段は、推定した前記制御量変化時間を最短時間として前記エネルギー抑制手段に登録し、前記エネルギー抑制手段は、前記割当総エネルギーに対する前記使用エネルギー総量の達成率を、各制御ループＬｉの既知の最大出力時エネルギー値の総和である最大エネルギーと前記割当総エネルギーと前記使用エネルギー総量とから算出し、前記最大限度時間に対する前記制御量変化時間の確保率を、前記最短時間と前記最大限度時間と前記制御量変化時間とから算出し、前記重み付け評価関数の評価値を、前記割当総エネルギーに対する前記使用エネルギー総量の達成率と前記最大限度時間に対する前記制御量変化時間の確保率との加重和として算出することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の電力総和抑制制御装置の１構成例において、前記昇温時間算出手段は、選出した前記昇温時間ＴＬを最短時間ＴＬｍとして前記探索処理手段に登録し、前記探索処理手段は、前記割当総電力ＰＷに対する前記使用電力総量ＴＷの達成率を、前記最大出力時電力値ＣＴｍｉの総和である最大電力と前記割当総電力ＰＷと前記使用電力総量ＴＷとから算出し、前記最大限度時間ＴＭに対する前記昇温時間ＴＬの確保率を、前記最短時間ＴＬｍと前記最大限度時間ＴＭと前記昇温時間ＴＬとから算出し、前記重み付け評価関数の評価値Ｆを、前記割当総電力ＰＷに対する前記使用電力総量ＴＷの達成率と前記最大限度時間ＴＭに対する前記昇温時間ＴＬの確保率との加重和として算出することを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明のエネルギー総和抑制制御方法は、複数の制御ループＬｉ（ｉ＝１〜ｎ）の制御アクチュエータのエネルギー使用量を規定する割当総エネルギーの情報を受信する割当総エネルギー入力ステップと、制御量変化時間の最大限度時間の情報を受信する最大限度時間入力ステップと、各制御ループＬｉの操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にした場合の前記制御量変化時間を推定する制御量変化時間推定ステップと、各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを前記制御量変化時間の間に設定値ＳＰｉの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定し、この必要出力ＭＵｉから各制御アクチュエータの使用エネルギーの総和である使用エネルギー総量を算出し、前記割当総エネルギーに対する前記使用エネルギー総量の達成率と前記最大限度時間に対する前記制御量変化時間の確保率とのバランスを表す重み付け評価関数の評価値を最適にする前記必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索して、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定するエネルギー抑制ステップと、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記操作量出力上限値ＯＨｉ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＬｉの制御アクチュエータに出力する制御ステップとを備えることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の電力総和抑制制御方法は、複数の制御ループＬｉ（ｉ＝１〜ｎ）の制御アクチュエータの電力使用量を規定する割当総電力ＰＷの情報を受信する割当総電力入力ステップと、昇温時間ＴＬの最大限度時間ＴＭの情報を受信する最大限度時間入力ステップと、各制御ループＬｉの変更後の設定値ＳＰｉと設定値変更前の制御量ＰＶｉとから各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉを算出する制御量変更量算出ステップと、各制御ループＬｉの設定値変更前の操作量ＭＶｉから制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉを算出する制御量変化レート算出ステップと、各制御ループＬｉの操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にした場合の各制御ループＬｉの昇温時間ＴＬｉを前記変更量ΔＰＶｉと前記変化レートＴＨｉとから推定し、前記昇温時間ＴＬｉのうちの最大値である前記昇温時間ＴＬを選出する昇温時間算出ステップと、各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを前記昇温時間ＴＬの間に前記変更量ΔＰＶｉ分だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定する必要出力推定ステップと、前記必要出力ＭＵｉと各制御ループＬｉの既知の最大出力時電力値ＣＴｍｉとから各制御アクチュエータの使用電力の総和である使用電力総量ＴＷを算出する使用電力合計算出ステップと、前記昇温時間ＴＬを逐次変更しながら前記必要出力推定ステップと前記使用電力合計算出ステップとに処理を実行させ、前記割当総電力ＰＷに対する前記使用電力総量ＴＷの達成率と前記最大限度時間ＴＭに対する前記昇温時間ＴＬの確保率とのバランスを表す重み付け評価関数の評価値Ｆを最適にする前記必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索して、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定する探索処理ステップと、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉを入力として制御演算により操作量ＭＶｉを算出し、操作量ＭＶｉを前記操作量出力上限値ＯＨｉ以下に制限する上限処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＬｉの制御アクチュエータに出力する制御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】
【００１６】
本発明によれば、各制御ループＬｉの操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にした場合の制御量変化時間を推定し、各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを制御量変化時間の間に設定値ＳＰｉの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定し、この必要出力ＭＵｉから各制御アクチュエータの使用エネルギーの総和である使用エネルギー総量を算出し、割当総エネルギーに対する使用エネルギー総量の達成率と最大限度時間に対する制御量変化時間の確保率とのバランスを表す重み付け評価関数の評価値を最適にする必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索して、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定することにより、複数の制御系に関し、ステップ応答制御（設定値ＳＰｉのステップ変更が行なわれ、制御量ＰＶｉの設定値ＳＰｉへの追従のために制御機能が利用されている状態）においてエネルギー使用量が割当総エネルギーを大幅に超えないように、かつ制御量ＰＶｉの設定値ＳＰｉへの追従特性が可能な限り損なわれないように、制御を行うことができる。また、本発明では、割当総エネルギーに対する使用エネルギー総量の達成率と最大限度時間に対する制御量変化時間の確保率とのバランスを表す重み付け評価関数の評価値を最適にする必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索することにより、電力デマンド管理（特定時間内の総電力を抑えようとする管理）と総エネルギー使用量管理（昇温完了までに消費する総エネルギー使用量が大きくなり過ぎないようにする管理）のバランスの適正化を図ることができる。
【００１７】
また、本発明では、各制御ループＬｉの操作量ＭＶｉを現在値から特定の出力値にした場合の昇温時間ＴＬを推定し、各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを昇温時間ＴＬの間に設定値ＳＰｉの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定し、この必要出力ＭＵｉから各制御アクチュエータの使用電力の総和である使用電力総量ＴＷを算出し、割当総電力ＰＷに対する使用電力総量ＴＷの達成率と最大限度時間ＴＭに対する昇温時間ＴＬの確保率とのバランスを表す重み付け評価関数の評価値Ｆを最適にする必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索して、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定することにより、複数の制御系に関し、ステップ応答制御において電力使用量が割当総電力ＰＷを大幅に超えないように、かつ制御量ＰＶｉの設定値ＳＰｉへの追従特性が可能な限り損なわれないように、制御を行うことができる。また、本発明では、割当総電力ＰＷに対する使用電力総量ＴＷの達成率と最大限度時間ＴＭに対する昇温時間ＴＬの確保率とのバランスを表す重み付け評価関数の評価値Ｆを最適にする必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索することにより、電力デマンド管理（特定時間内の総電力を抑えようとする管理）と総電力使用量管理（昇温完了までに消費する総電力使用量が大きくなり過ぎないようにする管理）のバランスの適正化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る加熱装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る電力総和抑制制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る制御系のブロック線図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態に係る電力総和抑制制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第１の実施の形態に係る電力総和抑制制御装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の第１の実施の形態において電力デマンド管理と総エネルギー使用量管理とのバランスを重みによって操作できることを示す図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係るエネルギー総和抑制制御装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［発明の原理］
例として加熱装置を取り上げて説明する。例えば複数の加熱制御系に時間差を設けて順次立ち上げると、結果的に電力に余裕のある時間帯が生じることは避けられないので、その電力の余裕が装置の立ち上げ完了を遅らせる非効率分になることに、発明者は着眼した。単純に言えば、設定値ＳＰのステップ変更が行なわれた際に、制御量ＰＶの設定値ＳＰへの追従制御が行なわれていない状態を多く発生させていることになる。
【００２０】
また、制御ループ間の干渉がある加熱制御系では、先に立ち上げ完了した制御ループに、後から立ち上がる制御ループからの干渉による昇温外乱が発生するので、制御の整定までに余計な時間がかかり非効率になる。したがって、使用する総電力を一定値以内に抑えて各制御ループの同時昇温をしながら、各制御ループが極力同時に昇温を完了するように「完了のタイミング」を合わせることが、最も効率的な装置の立ち上げ方になる。
【００２１】
そこで、制御ループの代表的な昇温能力（例えば最大出力時の昇温レート）を予め記憶しておき、操作量ＭＶを設定値変更前の値（現在値）から特定の出力値（例えば最大値）にした場合の昇温レートを推定し、昇温完了までの推定時間と操作量出力上限に対応する使用電力とを簡易的に求める。あるいは、操作量ＭＶを設定値変更前の値（現在値）から特定の出力値（例えば最大値）にした場合の昇温レートを推定する推定式を実験データに基づいて求め、その比較的高精度な推定式を備えるようにしてもよい。
各制御ループの昇温完了時間が概ね等しくなり、かつ使用電力の合計が割当総電力以内で最大になる操作量出力上限の組み合わせを、前記昇温完了までの推定時間を適宜修正しながら求めれば、最も効率的な立ち上げ方に近づけることができる。
【００２２】
小型の調節計では、アルゴリズム記憶容量や１制御周期当りの演算量も限られている。したがって、各制御ループにおける最大出力時（操作量ＭＶｉが最大値の時）の昇温時間をまず算出し、算出した各ループの昇温時間から最大のものを抽出し、その昇温時間近傍を所要時間とした場合に各ループの出力上限を低くできる度合を求め、合計が割当総電力以内になるかどうかを判定し、割当総電力を超える場合は、前記所要時間を数パーセント程度大きくして、各ループの出力上限を低くできる度合を再度求めるという演算手順が好ましい。以上が本発明の基本原理である。
【００２３】
ただし、基本原理の技術は、特定時間内の総電力を抑えると、昇温完了までに消費する総エネルギー使用量が大きくなりすぎるケースがある。一方、総電力を抑えずに昇温時間を短くすると、電力デマンドに対応できないばかりでなく、高温待機時間を不要に長くして総エネルギー使用量が不利になるケースがある。
【００２４】
エネルギー管理には、電力デマンド管理という側面と、総エネルギー使用量管理という側面がある。電力デマンドレスポンスとして特定時間内の総電力を抑制すれば、その特定時間を含む特定期間内の総エネルギー使用量も抑制される可能性もあるが、加熱装置では必ずしも両立する方向にあるとは限らない。保温性の高い加熱系でないならば、総電力を抑えて昇温時間を犠牲にすると、その分だけ昇温中の放熱累積が顕著に大きくなる。
発明者は、このような問題点が発生することを見出し、電力デマンド管理と総エネルギー使用量管理のバランスを、例えば上位側から適宜調整可能になるバランス調整機能を備えるべきであることと、その具体的な実現方法に想到した。総エネルギー使用量管理は、昇温中の放熱累積として管理できるので、昇温時間短縮管理に置き換えられる。
【００２５】
［第１の実施の形態］
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。本実施の形態では、電力デマンド対応の重みと昇温時間短縮の重みにより、電力デマンド管理と総エネルギー使用量管理のバランスの適正化を図る。
【００２６】
図１は本発明の第１の実施の形態に係る加熱装置の構成を示すブロック図である。加熱装置は、被加熱物を加熱するための加熱処理炉１と、加熱処理炉１の内部に設置された複数の制御アクチュエータであるヒータＨ１〜Ｈ４と、それぞれヒータＨ１〜Ｈ４によって加熱される加熱処理炉１内の制御ゾーンＺ１〜Ｚ４の温度ＰＶを測定する複数の温度センサＳ１〜Ｓ４と、ヒータＨ１〜Ｈ４に出力する操作量ＭＶ１〜ＭＶ４を算出する電力総和抑制制御装置２と、電力総和抑制制御装置２から出力された操作量ＭＶ１〜ＭＶ４に応じた電力をそれぞれヒータＨ１〜Ｈ４に供給する電力調整器３−１〜３−４とから構成される。この図２に示した加熱装置においては、電力総和抑制制御装置２が制御ゾーンＺ１〜Ｚ４の温度ＰＶを制御する制御ループが、４個形成されていることになる。
【００２７】
図２は電力総和抑制制御装置２の構成を示すブロック図である。電力総和抑制制御装置２は、上位ＰＣ４から割当総電力ＰＷの情報を受信する割当総電力入力部１０と、昇温時間ＴＬの最大限度時間ＴＭの情報を受信する最大限度時間入力部１１と、各制御ループＬｉ（ｉ＝１〜ｎであり、ｎは２以上の整数、図１の例ではｎ＝４）の操作量ＭＶｉを現在値から最大値１００．０％にした場合の各制御ループＬｉの昇温時間ＴＬｉのうちの最大値ＴＬを推定する昇温時間推定部１２と、各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを昇温時間ＴＬの間に設定値ＳＰｉの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを推定する必要出力推定部１６と、各制御ループＬｉの必要出力ＭＵｉと最大出力時電力値ＣＴｍｉとから各ヒータＨｉの使用電力の総和である使用電力総量ＴＷを算出する使用電力合計算出部１７と、割当総電力ＰＷと最大限度時間ＴＭを用いた重み付け評価関数を記憶する評価関数記憶部１８と、割当総電力ＰＷに対する使用電力総量ＴＷの達成率と最大限度時間ＴＭに対する昇温時間ＴＬの確保率とのバランスを表す重み付け評価関数の評価値Ｆを最適にする必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索して、最終的に得られた必要出力ＭＵｉを各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定する探索処理部１９と、制御ループＬｉ毎に設けられた制御部２２−ｉとから構成される。
【００２８】
昇温時間推定部１２は、制御量ＰＶｉ変更量算出部１３と、制御量ＰＶｉ変化レート算出部１４と、昇温時間算出部１５とから構成される。この昇温時間推定部１２は、制御量変化時間推定手段を構成している。
探索処理部１９は、昇温時間設定部２０と、評価関数判定部２１とから構成される。必要出力推定部１６と使用電力合計算出部１７と探索処理部１９とは、電力抑制手段を構成している。
【００２９】
制御部２２−ｉは、設定値ＳＰｉ入力部２３−ｉと、制御量ＰＶｉ入力部２４−ｉと、ＰＩＤ制御演算部２５−ｉと、出力上限処理部２６−ｉと、操作量ＭＶｉ出力部２７−ｉとから構成される。
【００３０】
図３は本実施の形態の制御系のブロック線図である。各制御ループＬｉは、制御部２２−ｉと、制御対象Ｐｉとから構成される。後述のように、制御部２２−ｉは、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉとから操作量ＭＶｉを算出して、この操作量ＭＶｉを制御対象Ｐｉに出力する。図１の例では、制御対象ＰｉはヒータＨｉが加熱する加熱処理炉１であるが、操作量ＭＶｉの実際の出力先は電力調整器３−ｉであり、操作量ＭＶｉに応じた電力が電力調整器３−ｉからヒータＨｉに供給される。
【００３１】
以下、本実施の形態の電力総和抑制制御装置２の動作を説明する。図４、図５は電力総和抑制制御装置２の動作を示すフローチャートである。なお、図４のＡ，Ｂは、それぞれ図５のＡ，Ｂと接続されていることは言うまでもない。
割当総電力入力部１０は、電力を管理する電力デマンド管理システムのコンピュータである上位ＰＣ４から、ヒータの電力使用量を規定する割当総電力ＰＷの情報を受信する（図４ステップＳ１００）。
【００３２】
最大限度時間入力部１１は、昇温時間ＴＬの最大限度時間ＴＭの情報を例えば上位ＰＣ４から受信する（ステップＳ１０１）。
探索処理部１９の昇温時間設定部２０は、加熱装置のオペレータ等によって各制御ループＬｉの設定値ＳＰｉが変更され、昇温が開始されたとき（ステップＳ１０２においてＹＥＳ）、操作量ＭＶｉを現在値から最大値１００．０％にした場合の各制御ループＬｉの昇温時間ＴＬｉのうちの最大値ＴＬを求める処理を、以下のように行なわせる。
【００３３】
まず、昇温時間推定部１２の制御量ＰＶｉ変更量算出部１３は、各制御ループＬｉの変更後の設定値ＳＰｉと設定値変更前の制御量ＰＶｉとを取得して、各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉを次式により制御ループＬｉ毎に算出する（ステップＳ１０３）。
ΔＰＶｉ＝ＳＰｉ−ＰＶｉ                                        ・・・（１）
【００３４】
制御量ＰＶｉ（温度）は、温度センサＳｉによって測定され、制御部２２−ｉに入力される。なお、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉとに応じた制御はステップＳ１０３よりも後ろのステップで行われるので、制御部２２−ｉに入力される制御量ＰＶｉをステップＳ１０３の時点で取得すれば、この制御量ＰＶｉは設定値変更前の制御量となる。
【００３５】
続いて、昇温時間推定部１２の制御量ＰＶｉ変化レート算出部１４は、各制御ループＬｉの制御部２２−ｉから設定値変更前の操作量ＭＶｉを取得し、設定値ＳＰｉの変更に伴う制御量ＰＶｉの変化のレート（速度）ＴＨｉを次式により制御ループＬｉ毎に算出する（ステップＳ１０４）。
ＴＨｉ＝ＴＨｏｉ｛１００．０／（１００．０−ＭＶｉ）｝          ・・・（２）
【００３６】
設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉとに応じた制御はステップＳ１０４よりも後ろのステップで行われるので、制御部２２−ｉから出力されている操作量ＭＶｉをステップＳ１０４の時点で取得すれば、この操作量ＭＶｉは設定値変更前の操作量となる。式（２）において、ＴＨｏｉは制御ループＬｉ毎に予め記憶されている値であり、操作量ＭＶｉ＝０．０％の状態から最大出力ＭＶｉ＝１００．０％にしたとき（すなわち操作量上昇幅が１００．０％のとき）の制御量ＰＶｉの変化レート値である。つまり、式（２）は、変化レート値ＴＨｏｉを操作量上昇幅（１００．０−ＭＶｉ）で換算する数式である。本実施の形態では加熱装置の例で説明しているので、制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉは昇温レート［ｓｅｃ．／℃］である。
【００３７】
次に、昇温時間推定部１２の昇温時間算出部１５は、各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉをΔＰＶｉだけ変化させるのに必要な制御量変化時間である昇温時間ＴＬｉを、制御量ＰＶｉの変化レートＴＨｉと変更量ΔＰＶｉとから次式により制御ループＬｉ毎に推定する（ステップＳ１０５）。
ＴＬｉ＝ＴＨｉΔＰＶｉ                                          ・・・（３）
【００３８】
昇温時間算出部１５は、各制御ループＬｉの昇温時間ＴＬｉのうちの最大値ＴＬを選出する（ステップＳ１０６）。
ＴＬ＝ｍａｘ（ＴＬｉ）                                          ・・・（４）
式（４）において、ｍａｘ（  ）は最大値選出演算関数である。以上のステップＳ１０３〜Ｓ１０６の処理により、昇温時間ＴＬを推定することができる。この昇温時間ＴＬは、最大出力ＭＶｉ＝１００．０％を利用しての昇温時間なので、昇温可能な最短時間を与えることになる。昇温時間算出部１５は、ＴＬｍ＝ＴＬ、すなわちステップＳ１０６で選出した昇温時間ＴＬを最短時間ＴＬｍとして探索処理部１９に登録する（ステップＳ１０７）。
【００３９】
次に、探索処理部１９の評価関数判定部２１は、制御量ＰＶｉを昇温時間ＴＬの間に変更量ΔＰＶｉ分だけ変化させる場合において、電力デマンド管理のための使用電力総量ＴＷの抑制と総エネルギー使用量管理のための昇温時間ＴＬの短縮とのバランスを調整する処理を、以下のように行なわせる。
【００４０】
まず、必要出力推定部１６は、各制御ループＬｉの設定値変更前の操作量ＭＶｉを取得し、各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを昇温時間ＴＬの間に変更量ΔＰＶｉ分だけ変化させるのに必要な操作量である必要出力ＭＵｉを次式により制御ループＬｉ毎に算出する（ステップＳ１０８）。
ＭＵｉ＝｛１００．０ＴＨｏｉ／（ＴＬ／ΔＰＶｉ）｝＋ＭＶｉ      ・・・（５）
式（５）は、式（２）において、分母の１００．０をＭＵｉに置換し、ＴＨｉをＴＬ／ΔＰＶｉに置換して、ＭＵｉについて解くことにより得られる数式である。
【００４１】
続いて、使用電力合計算出部１７は、各制御ループＬｉの必要出力ＭＵｉから各ヒータＨｉの使用電力の総和である使用電力総量ＴＷを次式により算出する（ステップＳ１０９）。
【００４２】
【数１】
0005775782.tif 000002
【００４３】
式（６）において、ＣＴｍｉは制御ループＬｉ毎に予め記憶されている値であり、操作量ＭＶｉが最大値１００．０％の場合のヒータＨｉの使用電力値である。
探索処理部１９の評価関数判定部２１は、最大電力ΣＣＴｍｉと使用電力総量ＴＷと割当総電力ＰＷとから、割当総電力ＰＷに対する使用電力総量ＴＷの達成率であるデマンド達成率ＦＤを次式のように算出する（ステップＳ１１０）。
【００４４】
【数２】
0005775782.tif 000003
【００４５】
また、評価関数判定部２１は、最大限度時間ＴＭと昇温時間ＴＬと最短時間ＴＬｍとから、最大限度時間ＴＭに対する昇温時間ＴＬの確保率である昇温時間確保率ＦＴを次式のように算出する（ステップＳ１１１）。
ＦＴ＝（ＴＭ−ＴＬ）／（ＴＭ−ＴＬｍ）                          ・・・（８）
そして、評価関数判定部２１は、デマンド達成率ＦＤと昇温時間確保率ＦＴとのバランスを表す重み付け評価関数の評価値Ｆを次式のように算出する（ステップＳ１１２）。
Ｆ＝αＦＤ＋（１−α）ＦＴ                                      ・・・（９）
【００４６】
式（７）〜式（９）は、予め評価関数記憶部１８に登録されている。式（９）の重みαは、予め定められた０．０〜１．０の任意の数値である。重みαが０．０に近いほど昇温時間確保の重みが大きくなり、重みαが１．０に近いほど電力デマンド達成の重みが大きくなる。なお、式（７）では分母をΣＣＴｍｉ−ＰＷとし、式（８）では分母をＴＭ−ＴＬｍとしており、デマンド達成率ＦＤと昇温時間確保率ＦＴの理想値（最大値）が各々１．０になる。これにより、デマンド達成率ＦＤと昇温時間確保率ＦＴとのバランスを考え易くなるようにしている。
次に、評価関数判定部２１は、必要出力推定部１６が今回算出した制御ループＬｉ毎の必要出力ＭＵｉと自身が今回算出した重み付け評価関数の評価値Ｆとを記憶する（ステップＳ１１３）。
【００４７】
そして、評価関数判定部２１は、今回算出した重み付け評価関数の評価値Ｆと自身が記憶している前回の評価値Ｆとを比較し（ステップＳ１１４）、今回算出した評価値Ｆが前回の評価値Ｆ以上の場合は（ステップＳ１１４においてＮＯ）、昇温時間設定部２０に指示して、昇温時間ＴＬを現在の値の例えば１．０５倍に延長させて（ステップＳ１１５）、ステップＳ１０８に戻る。こうして、今回算出した評価値Ｆが前回の評価値Ｆよりも小さくなるまで、ステップＳ１０８〜Ｓ１１５の処理が繰り返される。なお、評価関数判定部２１に記憶されている重み付け評価関数の評価値Ｆの初期値は０である。したがって、昇温開始後の最初のステップＳ１１４の処理では、評価関数判定部２１が算出した評価値Ｆと前回の評価値Ｆに相当する初期値０とが比較されることになる。
【００４８】
評価関数判定部２１は、今回算出した重み付け評価関数の評価値Ｆが前回の評価値Ｆよりも小さい場合（ステップＳ１１４においてＹＥＳ）、前回の評価値Ｆに対応する、各制御ループＬｉの必要出力ＭＵｉ（必要出力推定部１６が前回算出した必要出力ＭＵｉ）をそれぞれ各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして設定する（ステップＳ１１６）。本実施の形態では、評価値Ｆを縦軸にとり、昇温時間ＴＬを横軸にとったとき、重み付け評価関数は最大値を頂点とする上に凸の関数となる。したがって、ステップＳ１１６の処理は、評価値Ｆが最大値（最適値）になったときの必要出力ＭＵｉを操作量出力上限値ＯＨｉとして設定することを意味する。
【００４９】
次に、制御部２２−ｉは、制御ループＬｉの操作量ＭＶｉを以下のとおりに算出する。各制御ループＬｉの設定値ＳＰｉは、加熱装置のオペレータによって設定され、設定値ＳＰｉ入力部２３−ｉを介してＰＩＤ制御演算部２５−ｉに入力される（図５ステップＳ１１７）。
各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉ（温度）は、温度センサＳｉによって測定され、制御量ＰＶｉ入力部２４−ｉを介してＰＩＤ制御演算部２５−ｉに入力される（ステップＳ１１８）。
【００５０】
ＰＩＤ制御演算部２５−ｉは、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉに基づいて、以下の伝達関数式のようなＰＩＤ制御演算を行って操作量ＭＶｉを算出する（ステップＳ１１９）。
ＭＶｉ＝（１００／ＰＢｉ）｛１＋（１／ＴＩｉｓ）＋ＴＤｉｓ｝（ＳＰｉ−ＰＶｉ）
・・・（１０）
ＰＢｉは比例帯、ＴＩｉは積分時間、ＴＤｉは微分時間、ｓはラプラス演算子である。
【００５１】
出力上限処理部２６−ｉは、以下の式のような操作量ＭＶｉの上限処理を行う（ステップＳ１２０）。
ＩＦ  ＭＶｉ＞ＯＨｉ  ＴＨＥＮ  ＭＶｉ＝ＯＨｉ                ・・・（１１）
すなわち、出力上限処理部２６−ｉは、操作量ＭＶｉが操作量出力上限値ＯＨｉより大きい場合、操作量ＭＶｉ＝ＯＨｉとする上限処理を行う。
【００５２】
操作量ＭＶｉ出力部２７−ｉは、出力上限処理部２６−ｉによって上限処理された操作量ＭＶｉを制御対象（実際の出力先は電力調整器３−ｉ）に出力する（ステップＳ１２１）。制御部２２−ｉは制御ループＬｉ毎に設けられているので、ステップＳ１１７〜Ｓ１２１の処理は制御ループＬｉ毎に実施されることになる。
電力総和抑制制御装置２は、以上のようなステップＳ１０２〜Ｓ１２１の処理を例えばオペレータの指示によって制御が終了するまで（ステップＳ１２２においてＹＥＳ）、一定時間毎に行う。なお、ステップＳ１０３〜Ｓ１１６の処理は、各制御ループＬｉの設定値ＳＰｉのうち少なくとも１つが変更されたときに行われる。
【００５３】
以下、説明を容易にするため、シンプルな架空の数値例を示す。最大電力ΣＣＴｍｉ＝６００Ｗ、割当総電力ＰＷ＝３００Ｗ、最短時間ＴＬｍ＝１２０秒、最大限度時間ＴＭ＝１８０秒、重みα＝０．７（つまり、デマンド達成の重みが大きい）であるときに、下記のような（Ａ）〜（Ｃ）の３とおりの昇温時間ＴＬと使用電力総量ＴＷとが推定算出されたとする。
（Ａ）使用電力総量ＴＷ＝５００Ｗ、昇温時間ＴＬ＝１３０秒。
（Ｂ）使用電力総量ＴＷ＝４５０Ｗ、昇温時間ＴＬ＝１５０秒。
（Ｃ）使用電力総量ＴＷ＝４００Ｗ、昇温時間ＴＬ＝１７５秒。
【００５４】
（Ａ）の場合のデマンド達成率ＦＤ、昇温時間確保率ＦＴおよび重み付け評価関数の評価値Ｆは、式（１２）〜式（１４）のように算出される。
ＦＤ＝（６００−５００）／（６００−３００）＝０．３３３      ・・・（１２）
ＦＴ＝（１８０−１３０）／（１８０−１２０）＝０．８３３      ・・・（１３）
Ｆ＝０．７×０．３３３＋０．３×０．８３３
＝０．２３３１＋０．２４９９＝０．４８３０                  ・・・（１４）
【００５５】
（Ｂ）の場合のデマンド達成率ＦＤ、昇温時間確保率ＦＴおよび重み付け評価関数の評価値Ｆは、式（１５）〜式（１７）のように算出される。
ＦＤ＝（６００−４５０）／（６００−３００）＝０．５００      ・・・（１５）
ＦＴ＝（１８０−１５０）／（１８０−１２０）＝０．５００      ・・・（１６）
Ｆ＝０．７×０．５００＋０．３×０．５００
＝０．３５０＋０．１５０＝０．５００                        ・・・（１７）
【００５６】
（Ｃ）の場合のデマンド達成率ＦＤ、昇温時間確保率ＦＴおよび重み付け評価関数の評価値Ｆは、式（１８）〜式（２０）のように算出される。
ＦＤ＝（６００−４００）／（６００−３００）＝０．６６７      ・・・（１８）
ＦＴ＝（１８０−１７５）／（１８０−１２０）＝０．０８３      ・・・（１９）
Ｆ＝０．７×０．６６７＋０．３×０．０８３
＝０．４６６９＋０．０２４９＝０．４９１８                  ・・・（２０）
【００５７】
（Ａ）〜（Ｃ）の例によると、（Ｂ）の場合の重み付け評価関数の評価値Ｆが最大値になるので、この（Ｂ）の場合の必要出力ＭＵｉが操作量出力上限値ＯＨｉとして設定される。
【００５８】
また、最大電力ΣＣＴｍｉ＝６００Ｗ、割当総電力ＰＷ＝３００Ｗ、最短時間ＴＬｍ＝１２０秒、最大限度時間ＴＭ＝１８０秒、重みα＝０．３（つまり、昇温時間確保の重みが大きい）であるときに、下記のような（Ｄ）〜（Ｆ）の３とおりの昇温時間ＴＬと使用電力総量ＴＷとが推定算出されたとする。
（Ｄ）使用電力総量ＴＷ＝５００Ｗ、昇温時間ＴＬ＝１３０秒。
（Ｅ）使用電力総量ＴＷ＝４５０Ｗ、昇温時間ＴＬ＝１５０秒。
（Ｆ）使用電力総量ＴＷ＝４００Ｗ、昇温時間ＴＬ＝１７５秒。
【００５９】
（Ｄ）の場合のデマンド達成率ＦＤ、昇温時間確保率ＦＴおよび重み付け評価関数の評価値Ｆは、式（２１）〜式（２３）のように算出される。
ＦＤ＝（６００−５００）／（６００−３００）＝０．３３３      ・・・（２１）
ＦＴ＝（１８０−１３０）／（１８０−１２０）＝０．８３３      ・・・（２２）
Ｆ＝０．３×０．３３３＋０．７×０．８３３
＝０．０９９９＋０．５８３１＝０．６８３０                  ・・・（２３）
【００６０】
（Ｅ）の場合のデマンド達成率ＦＤ、昇温時間確保率ＦＴおよび重み付け評価関数の評価値Ｆは、式（２４）〜式（２６）のように算出される。
ＦＤ＝（６００−４５０）／（６００−３００）＝０．５００      ・・・（２４）
ＦＴ＝（１８０−１５０）／（１８０−１２０）＝０．５００      ・・・（２５）
Ｆ＝０．３×０．５００＋０．７×０．５００
＝０．１５０＋０．３５０＝０．５００                        ・・・（２６）
【００６１】
（Ｆ）の場合のデマンド達成率ＦＤ、昇温時間確保率ＦＴおよび重み付け評価関数の評価値Ｆは、式（２７）〜式（２９）のように算出される。
ＦＤ＝（６００−４００）／（６００−３００）＝０．６６７      ・・・（２７）
ＦＴ＝（１８０−１７５）／（１８０−１２０）＝０．０８３      ・・・（２８）
Ｆ＝０．３×０．６６７＋０．７×０．０８３
＝０．２００１＋０．０５８１＝０．２５８２                  ・・・（２９）
【００６２】
（Ｄ）〜（Ｆ）の例によると、（Ｄ）の場合の重み付け評価関数の評価値Ｆが最大値になるので、この（Ｄ）の場合の必要出力ＭＵｉが操作量出力上限値ＯＨｉとして設定される。
図６は（Ａ）〜（Ｆ）の例における昇温時間ＴＬと重み付け評価関数の評価値Ｆとの関係を示す図であり、電力デマンド管理と総エネルギー使用量管理とのバランスを重みαによって操作できることを示す図である。図６における６０は（Ａ）〜（Ｃ）の場合の昇温時間ＴＬと評価値Ｆとの関係を示し、６１は（Ｄ）〜（Ｆ）の場合の昇温時間ＴＬと評価値Ｆとの関係を示している。
【００６３】
本実施の形態では、電力デマンド管理と総エネルギー使用量管理とのバランス調整機能として、重みαを上位ＰＣ４側から指定できるような機能を設けることにより、電力使用量が割当総電力ＰＷを大幅に超えないようにするだけでなく、昇温完了までに消費する総電力使用量が大きくなり過ぎないように昇温時間ＴＬの短縮を考慮した制御を実現することができ、電力デマンド管理と総エネルギー使用量管理とのバランスを重みαによって操作することができる。
【００６４】
［最適値探索動作例］
本実施の形態においては、重み付け評価関数の評価値Ｆが前回の評価値Ｆよりも小さくなるまで、昇温時間ＴＬを１．０５倍長くしながらステップＳ１０８〜Ｓ１１５の処理を繰り返すようにしたので、昇温時間ＴＬ＝最短時間ＴＬｍ＝１２０秒から始まり、１２０×１．０５＝１２６秒，１２０×１．０５２＝１３２．３秒，１２０×１．０５３＝１３８．９秒，１２０×１．０５４＝１４５．９秒，・・・のような順序で昇温時間ＴＬが確定し、この昇温時間ＴＬに対応する使用電力総量ＴＷが算出され、重み付け評価関数の評価値Ｆが算出されることになる。重み付け評価関数を、最大値が最適値になる上に凸の関数式で与えているので、算出した評価値Ｆが前回の評価値Ｆを下回った場合は、それ以上の最適値探索を実行する必要はない。
【００６５】
［関数式のバリエーション］
本実施の形態では、デマンド達成率ＦＤ、昇温時間確保率ＦＴおよび重み付け評価関数の評価値Ｆを式（７）〜式（９）のように算出したが、これに限らず、例えば下記のようにデマンド達成率ＦＤおよび昇温時間確保率ＦＴの次数を変更して重み付け評価関数の評価値Ｆを算出しても理論上は問題ない。
Ｆ＝αＦＤ2＋（１−α）ＦＴ2                                  ・・・（３０）
【００６６】
また、式（８）の代わりに下記の式を用いて昇温時間確保率ＦＴを算出しても構わない。つまり、昇温時間確保率ＦＴの分母をＴＭ−ＴＬｍとしなくても理論上は問題ない。
ＦＴ＝（ＴＭ−ＴＬ）／ＴＭ                                    ・・・（３１）
【００６７】
なお、本実施の形態の電力総和抑制制御装置２における処理の順序は図４、図５に示したとおりでなくてもよいことは言うまでもない。また、図４、図５の例では、割当総電力ＰＷと最大限度時間ＴＭの情報を１回だけ受信するようになっているが、上位ＰＣ４は必要に応じて情報を送信し、これにより割当総電力ＰＷと最大限度時間ＴＭと重みαの値が随時更新されるようになっていてもよい。
【００６８】
［第２の実施の形態］
第１の実施の形態では、電力量に基づいて操作量出力上限値ＯＨｉの設定などの処理を行っているが、これに限るものではなく、例えば燃料使用量などのエネルギー量に基づいて処理を行うようにしてもよい。すなわち、本発明は、第１の実施の形態の電力総和抑制制御装置２で用いる「電力」という物理量を、「エネルギー」あるいは「パワー」に置き換えた形態を権利範囲に含む。
【００６９】
第１の実施の形態の電力総和抑制制御装置２で用いる「電力」という物理量を「エネルギー」に置き換えたエネルギー総和抑制制御装置の構成を図７に示す。
図７のエネルギー総和抑制制御装置は、最大限度時間入力部１１と、昇温時間推定部１２と、必要出力推定部１６と、評価関数記憶部１８と、制御部２２−ｉと、割当総エネルギー入力部１１０と、使用エネルギー合計算出部１１７と、探索処理部１１９とから構成される。探索処理部１１９は、昇温時間設定部２０と、評価関数判定部１２１とから構成される。必要出力推定部１６と使用エネルギー合計算出部１１７と探索処理部１１９とは、エネルギー抑制手段を構成している。図７に示したエネルギー総和抑制制御装置の構成は、第１の実施の形態において「電力」を「エネルギー」に置き換えたものに相当するので、詳細な説明は省略する。
【００７０】
なお、本発明は、加熱制御に限らず、例えば冷却装置による冷却温度制御や、換気風量による環境制御（有害物質ＶＯＣ（Volatile Organic Compounas）や細菌などの制御）の電力総和抑制、エネルギー総和抑制にも適用することができる。
【００７１】
第１、第２の実施の形態で説明した電力総和抑制制御装置とエネルギー総和抑制制御装置とは、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第１、第２の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】
【００７２】
本発明は、複数の制御ループを備えたマルチループ制御系の制御装置および制御方法に適用することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１…加熱処理炉、２…電力総和抑制制御装置、３−１〜３−４…電力調整器、１０…割当総電力入力部、１１…最大限度時間入力部、１２…昇温時間推定部、１３…制御量ＰＶｉ変更量算出部、１４…制御量ＰＶｉ変化レート算出部、１５…昇温時間算出部、１６…必要出力推定部、１７…使用電力合計算出部、１８…評価関数記憶部、１９，１１９…探索処理部、２０…昇温時間設定部、２１，１２１…評価関数判定部、２２−ｉ…制御部、２３−ｉ…設定値ＳＰｉ入力部、２４−ｉ…制御量ＰＶｉ入力部、２５−ｉ…ＰＩＤ制御演算部、２６−ｉ…出力上限処理部、２７−ｉ…操作量ＭＶｉ出力部、１１０…割当総エネルギー入力部、１１７…使用エネルギー合計算出部、Ｈ１〜Ｈ４…ヒータ、Ｓ１〜Ｓ４…温度センサ。
【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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