(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、
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ＴＬｉを推定し、前記制御量変化時間ＴＬｉのうちの最大値である制御量変化時間ＴＬを選出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、前記制御量変化時間ＴＬを逐次変更しながら、前記使用エネルギー総量が前記割当総エネルギーを超えない前記必要出力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、
前記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、
前記エネルギー抑制手段が前記必要出力ＭＵｉを最終的に決定したときの制御量変化時間ＴＬが前記最大限度時間以内でない場合に、各制御ループＬｉの必要出力ＭＵｉを、各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを前記最大限度時間の間に設定値ＳＰｉの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量として計算し直し、この必要出力ＭＵｉを各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして再設定する補正設定手段と、
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、
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、前記使用電力総量ＴＷが前記割当総電力ＰＷを超えない前記必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索し、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、
前記昇温時間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、
前記探索処理手段が前記必要出力ＭＵｉを最終的に決定したときの昇温時間ＴＬが前記最大限度時間ＴＭ以内でない場合に、各制御ループＬｉの必要出力ＭＵｉを、各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを前記最大限度時間ＴＭ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として計算し直し、この必要出力ＭＵｉを各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして再設定する補正設定手段と、
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２記載の電力総和抑制制御装置において、
さらに、前記補正設定手段が前記操作量出力上限値ＯＨｉを再設定したときに、最大限度時間ＴＭ以内になる昇温時間ＴＬが得られなかったことを警報としてオペレータに通知する補正通知手段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４】
請求項２または３記載の電力総和抑制制御装置において、
さらに、昇温開始時点からの昇温の進捗状況を監視する監視手段と、
各制御ループＬｉのうち少なくともいずれか１つの昇温の進捗状況が前記最大限度時間ＴＭに基づく指標よりも下回っている場合に、電力の過度な抑制になっている可能性があることを警報としてオペレータに通知する過度抑制通知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５】
請求項２または３記載の電力総和抑制制御装置において、
さらに、昇温開始時点からの経過時間ＴＳを計測する経過時間計測手段と、
前記制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉに対して昇温が進んだ進捗率Ｓｉを制御ループＬｉ毎に算出する昇温進捗率算出手段と、
前記経過時間ＴＳと前記最大限度時間ＴＭとから昇温の適切な進捗率指標Ｓｘを算出する指標算出手段と、
各制御ループＬｉの進捗率Ｓｉのうち少なくとも１つが前記進捗率指標Ｓｘよりも予め規定された程度だけ下回っている場合に、電力の過度な抑制になっている可能性があることを警報としてオペレータに通知する過度抑制通知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６】
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、
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ＴＬｉを推定し、前記制御量変化時間ＴＬｉのうちの最大値である制御量変化時間ＴＬを選出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、前記制御量変化時間ＴＬを逐次変更しながら、前記使用エネルギー総量が前記割当総エネルギーを超えない前記必要出力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、
前記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、
前記エネルギー抑制ステップで前記必要出力ＭＵｉを最終的に決定したときの制御量変化時間ＴＬが前記最大限度時間以内でない場合に、各制御ループＬｉの必要出力ＭＵｉを、各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを前記最大限度時間の間に設定値ＳＰｉの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量として計算し直し、この必要出力ＭＵｉを各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして再設定する補正設定ステップと、
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７】
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、
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の処理を実行させ、前記使用電力総量ＴＷが前記割当総電力ＰＷを超えない前記必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索し、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、
前記昇温時間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、
前記探索処理ステップで前記必要出力ＭＵｉを最終的に決定したときの昇温時間ＴＬが前記最大限度時間ＴＭ以内でない場合に、各制御ループＬｉの必要出力ＭＵｉを、各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを前記最大限度時間ＴＭ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として計算し直し、この必要出力ＭＵｉを各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして再設定する補正設定ステップと、
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８】
請求項７記載の電力総和抑制制御方法において、
さらに、前記補正設定ステップで前記操作量出力上限値ＯＨｉを再設定したときに、最大限度時間ＴＭ以内になる昇温時間ＴＬが得られなかったことを警報としてオペレータに通知する補正通知ステップ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９】
請求項７または８記載の電力総和抑制制御方法において、
さらに、昇温開始時点からの昇温の進捗状況を監視する監視ステップと、
各制御ループＬｉのうち少なくともいずれか１つの昇温の進捗状況が前記最大限度時間ＴＭに基づく指標よりも下回っている場合に、電力の過度な抑制になっている可能性があることを警報としてオペレータに通知する過度抑制通知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１０】
請求項７または８記載の電力総和抑制制御方法において、
さらに、昇温開始時点からの経過時間ＴＳを計測する経過時間計測ステップと、
前記制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉに対して昇温が進んだ進捗率Ｓｉを制御ループＬｉ毎に算出する昇温進捗率算出ステップと、
前記経過時間ＴＳと前記最大限度時間ＴＭとから昇温の適切な進捗率指標Ｓｘを算出する指標算出ステップと、
各制御ループＬｉの進捗率Ｓｉのうち少なくとも１つが前記進捗率指標Ｓｘよりも予め規定された程度だけ下回っている場合に、電力の過度な抑制になっている可能性があることを警報としてオペレータに通知する過度抑制通知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。
【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、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ＴＬｉを推定し、前記制御量変化時間ＴＬｉのうちの最大値である制御量変化時間ＴＬを選出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、前記制御量変化時間ＴＬを逐次変更しながら、前記使用エネルギー総量が前記割当総エネルギーを超えない前記必要出力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、前記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、前記エネルギー抑制手段が前記必要出力ＭＵｉを最終的に決定したときの制御量変化時間ＴＬが前記最大限度時間以内でない場合に、各制御ループＬｉの必要出力ＭＵｉを、各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを前記最大限度時間の間に設定値ＳＰｉの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量として計算し直し、この必要出力ＭＵｉを各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして再設定する補正設定手段と、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、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、前記使用電力総量ＴＷが前記割当総電力ＰＷを超えない前記必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索し、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、前記昇温時間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、前記探索処理手段が前記必要出力ＭＵｉを最終的に決定したときの昇温時間ＴＬが前記最大限度時間ＴＭ以内でない場合に、各制御ループＬｉの必要出力ＭＵｉを、各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを前記最大限度時間ＴＭ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として計算し直し、この必要出力ＭＵｉを各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして再設定する補正設定手段と、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、本発明の電力総和抑制制御装置の１構成例は、さらに、前記補正設定手段が前記操作量出力上限値ＯＨｉを再設定したときに、最大限度時間ＴＭ以内になる昇温時間ＴＬが得られなかったことを警報としてオペレータに通知する補正通知手段を備えることを特徴とするものである。
また、本発明の電力総和抑制制御装置の１構成例は、さらに、昇温開始時点からの昇温の進捗状況を監視する監視手段と、各制御ループＬｉのうち少なくともいずれか１つの昇温の進捗状況が前記最大限度時間ＴＭに基づく指標よりも下回っている場合に、電力の過度な抑制になっている可能性があることを警報としてオペレータに通知する過度抑制通知手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の電力総和抑制制御装置の１構成例は、さらに、昇温開始時点からの経過時間ＴＳを計測する経過時間計測手段と、前記制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉに対して昇温が進んだ進捗率Ｓｉを制御ループＬｉ毎に算出する昇温進捗率算出手段と、前記経過時間ＴＳと前記最大限度時間ＴＭとから昇温の適切な進捗率指標Ｓｘを算出する指標算出手段と、各制御ループＬｉの進捗率Ｓｉのうち少なくとも１つが前記進捗率指標Ｓｘよりも予め規定された程度だけ下回っている場合に、電力の過度な抑制になっている可能性があることを警報としてオペレータに通知する過度抑制通知手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１３】
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、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ＴＬｉを推定し、前記制御量変化時間ＴＬｉのうちの最大値である制御量変化時間ＴＬを選出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、前記制御量変化時間ＴＬを逐次変更しながら、前記使用エネルギー総量が前記割当総エネルギーを超えない前記必要出力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、前記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、前記エネルギー抑制ステップで前記必要出力ＭＵｉを最終的に決定したときの制御量変化時間ＴＬが前記最大限度時間以内でない場合に、各制御ループＬｉの必要出力ＭＵｉを、各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを前記最大限度時間の間に設定値ＳＰｉの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量として計算し直し、この必要出力ＭＵｉを各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして再設定する補正設定ステップと、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。
【００１４】
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、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の処理を実行させ、前記使用電力総量ＴＷが前記割当総電力ＰＷを超えない前記必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索し、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、前記昇温時間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、前記探索処理ステップで前記必要出力ＭＵｉを最終的に決定したときの昇温時間ＴＬが前記最大限度時間ＴＭ以内でない場合に、各制御ループＬｉの必要出力ＭＵｉを、各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを前記最大限度時間ＴＭ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として計算し直し、この必要出力ＭＵｉを各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして再設定する補正設定ステップと、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】
【００１５】
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、この使用エネルギー総量が割当総エネルギーを超えない必要出力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、制御量変化時間推定手段が推定した制御量変化時間が最大限度時間以内でない場合に、各制御ループＬｉの必要出力ＭＵｉを、各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを最大限度時間の間に設定値ＳＰｉの変更に応じた量だけ変化させるのに必要な操作量として計算し直し、この必要出力ＭＵｉを各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして再設定することにより、電力デマンドへの対応（特定時間内の電力使用量の抑制）が原因で、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ることを回避できる。
【００１６】
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、この使用電力総量ＴＷが割当総電力ＰＷを超えない必要出力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、昇温時間算出手段が算出した昇温時間ＴＬが最大限度時間ＴＭ以内でない場合に、各制御ループＬｉの必要出力ＭＵｉを、各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを最大限度時間ＴＭ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として計算し直し、この必要出力ＭＵｉを各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして再設定することにより、電力デマンドへの対応（特定時間内の電力使用量の抑制）が原因で、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ることを回避できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【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の実施の形態に係る電力総和抑制制御装置において最大限度時間入力部と補正設定部と補正通知部を設けない場合の動作例を示す図である。
【図７】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例を示す図である。
【図８】本発明の第２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９】本発明の第２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１０】本発明の第３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。
【図１１】本発明の第３の実施の形態に係るエネルギー総和抑制制御装置の他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】
【００１８】
［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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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、電力デマンドレスポンス機能が最悪な状態になることを回避する最悪値管理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。
【００２４】
［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、昇温推定時間が長くなり過ぎるケースを排除するために、昇温推定時間に許容範囲を定め、電力抑制を妥協する。
【００２５】
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。
【００２６】
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、使用電力総量ＴＷが割当総電力ＰＷを超えない必要出力ＭＵｉの組み合わせを探索し、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１８と、昇温時間推定部１２が算出した昇温時間ＴＬが最大限度時間ＴＭ以内でない場合に、各制御ループＬｉの必要出力ＭＵｉを、各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを最大限度時間ＴＭ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として計算し直し、この必要出力ＭＵｉを各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして再設定する補正設定部２１と、補正設定部２１が操作量出力上限値ＯＨｉを再設定したときに、最大限度時間ＴＭ以内になる昇温時間ＴＬが得られなかったことを警報としてオペレータに通知する補正通知部２２と、制御ループＬｉ毎に設けられた制御部２３−ｉとから構成される。
【００２７】
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１８は、昇温時間設定部１９と、割当総電力判定部２０とから構成される。必要出力推定部１５と使用電力合計算出部１６と探索処理部１８とは、電力抑制手段を構成している。
【００２８】
制御部２３−ｉは、設定値ＳＰｉ入力部２４−ｉと、制御量ＰＶｉ入力部２５−ｉと、ＰＩＤ制御演算部２６−ｉと、出力上限処理部２７−ｉと、操作量ＭＶｉ出力部２８−ｉとから構成される。
【００２９】
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２３−ｉと、制御対象Ｐｉとから構成される。後述のように、制御部２３−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。
【００３０】
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）。
【００３１】
探索処理部１８の昇温時間設定部１９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Ｓ１０１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。
【００３２】
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Ｓ１０２）。
ΔＰＶｉ＝ＳＰｉ−ＰＶｉ                                        ・・・（１）
【００３３】
制御量ＰＶｉ（温度）は、温度センサＳｉによって測定され、制御部２３−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Ｓ１０２よりも後ろのステップで行われるので、制御部２３−ｉに入力される制御量ＰＶｉをステップＳ１０２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。
【００３４】
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２３−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Ｓ１０３）。
ＴＨｉ＝ＴＨｏｉ｛１００．０／（１００．０−ＭＶｉ）｝          ・・・（２）
【００３５】
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２３−ｉから出力されている操作量ＭＶｉをステップＳ１０３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。
【００３６】
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Ｓ１０４）。
ＴＬｉ＝ＴＨｉΔＰＶｉ                                          ・・・（３）
【００３７】
そして、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Ｓ１０５）。
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Ｓ１０２〜Ｓ１０５の処理により、昇温時間ＴＬを推定することができる。
【００３８】
次に、探索処理部１８の割当総電力判定部２０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の全ヒータの使用電力ＴＷを求める処理を、以下のように行なわせる。
【００３９】
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Ｓ１０６）。
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。
【００４０】
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Ｓ１０７）。
【００４１】
【数１】
0005756720.tif 000002
【００４２】
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１８の割当総電力判定部２０は、ＴＷ≦ＰＷ、すなわち使用電力総量ＴＷが割当総電力ＰＷを超えない場合は（ステップＳ１０８においてＹＥＳ）、各制御ループＬｉの必要出力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Ｓ１０９）。
【００４３】
また、割当総電力判定部２０は、ＴＷ＞ＰＷ、すなわち使用電力総量ＴＷが割当総電力ＰＷを超える場合は、昇温時間設定部１９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Ｓ１１０）、ステップＳ１０６に戻る。こうして、使用電力総量ＴＷが割当総電力ＰＷ以下になるまで、ステップＳ１０６〜Ｓ１０８，Ｓ１１０の処理が繰り返される。
【００４４】
次に、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Ｓ１１１）。
補正設定部２１は、探索処理部１８で必要出力ＭＵｉを最終的に決定したときの昇温時間ＴＬ、すなわち必要出力ＭＵｉを操作量出力上限値ＯＨｉとして設定したときの昇温時間ＴＬが、最大限度時間ＴＭ以内になっているか否かを判定する（ステップＳ１１２）。ＴＬ≦ＴＭ、すなわち昇温時間ＴＬが最大限度時間ＴＭ以内の場合（ステップＳ１１２においてＹＥＳ）、ステップＳ１１６に進む。また、補正設定部２１は、ＴＬ＞ＴＭ、すなわち昇温時間ＴＬが最大限度時間ＴＭ以内でない場合は、各制御ループＬｉの必要出力ＭＵｉを、各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを最大限度時間ＴＭの間に変更量ΔＰＶｉ分だけ変化させるのに必要な操作量として次式のように計算し直す（ステップＳ１１３）。
ＭＵｉ＝｛１００．０ＴＨｏｉ／（ＴＭ／ΔＰＶｉ）｝＋ＭＶｉ      ・・・（７）
【００４５】
式（７）は、式（５）の昇温時間ＴＬの代わりに最大限度時間ＴＭを用いたものである。そして、補正設定部２１は、ステップＳ１１３で計算した各制御ループＬｉの必要出力ＭＵｉをそれぞれ各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉとして再設定する（ステップＳ１１４）。
補正通知部２２は、補正設定部２１が操作量出力上限値ＯＨｉを再設定したときに、最大限度時間ＴＭ以内になる昇温時間ＴＬが得られなかったことを警報としてオペレータに通知する（ステップＳ１１５）。
【００４６】
次に、制御部２３−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２４−ｉを介してＰＩＤ制御演算部２６−ｉに入力される（図５ステップＳ１１６）。
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２５−ｉを介してＰＩＤ制御演算部２６−ｉに入力される（ステップＳ１１７）。
【００４７】
ＰＩＤ制御演算部２６−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Ｓ１１８）。
ＭＶｉ＝（１００／ＰＢｉ）｛１＋（１／ＴＩｉｓ）＋ＴＤｉｓ｝（ＳＰｉ−ＰＶｉ）
・・・（８）
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。
【００４８】
出力上限処理部２７−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Ｓ１１９）。
ＩＦ  ＭＶｉ＞ＯＨｉ  ＴＨＥＮ  ＭＶｉ＝ＯＨｉ                  ・・・（９）
すなわち、出力上限処理部２７−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。
【００４９】
操作量ＭＶｉ出力部２８−ｉは、出力上限処理部２７−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Ｓ１２０）。制御部２３−ｉは制御ループＬｉ毎に設けられているので、ステップＳ１１６〜Ｓ１２０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Ｓ１０１〜Ｓ１２０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Ｓ１２１においてＹＥＳ）、一定時間毎に行う。なお、ステップＳ１０２〜Ｓ１１５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。
【００５０】
３ループの制御系で、割当総電力ＰＷを３００Ｗとするシミュレーション結果を図６、図７に示す。図中の左軸は設定値ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３、制御量ＰＶ１，ＰＶ２，ＰＶ３および操作量ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ３であり、右軸は割当総電力ＰＷおよび各制御ループＬｉの消費電力値（具体的にはヒータＨｉの消費電力値）の総和である使用電力ＰＲ、横軸は時間である。なお、ここでは操作量ＭＶ１，ＭＶ２，ＭＶ３だけでなく、設定値ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３および制御量ＰＶ１，ＰＶ２，ＰＶ３も％単位で表示している。
【００５１】
図６、図７の例では、４０ｓｅｃ．の時点で設定値ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３を０％から２０％に変更して昇温を開始し、さらに５００ｓｅｃ．の時点で設定値ＳＰ１，ＳＰ２，ＳＰ３を２０％から４６％に変更している。図６の例は、本実施の形態の電力総和抑制制御装置２において最大限度時間入力部１１と補正設定部２１と補正通知部２２を設けない場合（ステップＳ１１１〜Ｓ１１５の処理を実施しない場合）のステップ応答を示している。この図６の例では、４０ｓｅｃ．から始まる前半のステップ応答時、５００ｓｅｃ．から始まる後半のステップ応答時ともに、実際の使用電力ＰＲは割当総電力ＰＷ以下で効率よく配分されている。つまり、３ループがほぼ同じ昇温時間で昇温している。ただし、後半のステップ応答の所要時間（昇温時間）は約２２０ｓｅｃ．であり、前半のステップ応答の所要時間約１４０ｓｅｃ．に比べ著しく大きくなっている。また、この後半のステップ応答時において使用電力ＰＲが２９５Ｗで最大になっている状態は、１８４．５ｓｅｃ．継続しており、この間の累積使用電力量は５４４２８Ｗになる。
【００５２】
図７の例は、本実施の形態の電力総和抑制制御装置２によるステップ応答を示している。ここでは、最大限度時間ＴＭを１８０ｓｅｃ．に設定している。４０ｓｅｃ．から始まる前半のステップ応答時の使用電力ＰＲは割当総電力ＰＷ以下で効率よく配分され、かつステップ応答の所要時間も最大限度時間ＴＭ以内の約１４０ｓｅｃ．になっている。したがって、前半のステップ応答は、図６の場合と同じになる。一方、５００ｓｅｃ．から始まる後半のステップ応答時は最大限度時間ＴＭの１８０ｓｅｃ．で昇温するために、実際の使用電力ＰＲが割当総電力ＰＷの３００Ｗを上回る３６８Ｗになる。また、この後半のステップ応答時において使用電力ＰＲが３６８Ｗで最大になっている状態は、１３０．７ｓｅｃ．継続しており、この間の累積使用電力量は４８０９８Ｗになる。
【００５３】
累積使用電力量は、図６の後半のステップ応答に比べて図７の後半のステップ応答では小さい。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大きくなるわけであり、本実施の形態のように最大限度時間ＴＭを設定しておくことの意義と言える。ただし、本実施の形態では、後半のステップ応答開始時に補正通知部２２からオペレータに警報が通知される。
【００５４】
以上のように、本実施の形態では、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、本実施の形態では、電力デマンドへの対応（特定時間内の電力使用量の抑制）が原因で、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ることを回避できる。
【００５５】
また、本実施の形態では、操作量ＭＶｉ自体を直接的に変化させるのではなく、操作量出力上限値ＯＨｉを変化させるので、操作量ＭＶｉには無意味な上下動は発生しない。すなわち、ＰＩＤ制御演算への悪影響が発生することがなく、不自然さのない制御応答波形を得ることができる。
【００５６】
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の値が随時更新されるようになっていてもよい。
【００５７】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態では、昇温時間ＴＬに許容範囲を定めていることになるが、上限付近の推定時間という意味になり、上限に対して臨界的な昇温ペースが発生するはずである。すなわち、昇温開始時には昇温時間が最大限度時間ＴＭ以内になることを想定していても、ぎりぎりの想定であれば実際には昇温時間が最大限度時間ＴＭを超える可能性はもともと高い。したがって、実際の昇温時にも監視が必要になる。本実施の形態では、昇温開始後の動作を追加する。本実施の形態においても加熱装置全体の構成は第１の実施の形態と同様であるので、図１の符号を用いて説明する。
【００５８】
図８は本実施の形態の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。本実施の形態の電力総和抑制制御装置２は、割当総電力入力部１０と、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、使用電力合計算出部１７と、探索処理部１８と、補正設定部２１と、補正通知部２２と、制御ループＬｉ毎に設けられた制御部２３−ｉと、昇温開始時点からの昇温の進捗状況を監視する監視部２９と、各制御ループＬｉのうち少なくともいずれか１つの昇温の進捗状況が最大限度時間ＴＭに基づく指標よりも下回っている場合に、電力の過度な抑制になっている可能性があることを警報としてオペレータに通知する過度抑制通知部３０とから構成される。
【００５９】
監視部２９は、昇温開始時点からの経過時間ＴＳを計測する経過時間計測部３１と、制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉに対して昇温が進んだ進捗率Ｓｉを制御ループＬｉ毎に算出する昇温進捗率算出部３２と、経過時間ＴＳと最大限度時間ＴＭとから昇温の適切な進捗率指標Ｓｘを算出する指標算出部３３とから構成される。
【００６０】
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９は本実施の形態の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。図９のＡ，Ｂは、それぞれ図４のＡ，Ｂと接続されている。割当総電力入力部１０の処理（図４のステップＳ１００）、昇温時間推定部１２の制御量ＰＶｉ変更量算出部１３の処理（ステップＳ１０２）、昇温時間推定部１２の制御量ＰＶｉ変化レート算出部１４の処理（ステップＳ１０３）、昇温時間推定部１２の昇温時間算出部１５の処理（ステップＳ１０４，Ｓ１０５）、必要出力推定部１６の処理（ステップＳ１０６）、使用電力合計算出部１７の処理（ステップＳ１０７）、探索処理部１８の割当総電力判定部２０の処理（ステップＳ１０８，Ｓ１０９）、探索処理部１８の昇温時間設定部１９の処理（ステップＳ１１０）、最大限度時間入力部１１の処理（ステップＳ１１１）、補正設定部２１の処理（ステップＳ１１２〜Ｓ１１４）、および補正通知部２２の処理（ステップＳ１１５）は、第１の実施の形態と同じなので、説明は省略する。
【００６１】
設定値ＳＰｉ入力部２４−ｉの処理（ステップＳ１１６）、制御量ＰＶｉ入力部２５−ｉの処理（ステップＳ１１７）、ＰＩＤ制御演算部２６−ｉの処理（ステップＳ１１８）、出力上限処理部２７−ｉの処理（ステップＳ１１９）、および操作量ＭＶｉ出力部２８−ｉの処理（ステップＳ１２０）も、第１の実施の形態と同じなので、説明は省略する。
【００６２】
経過時間計測部３１は、昇温開始時点（設定値ＳＰｉが変更され操作量出力上限値ＯＨｉが設定された時点）からの経過時間ＴＳを計測する（ステップＳ１２２）。
昇温進捗率算出部３２は、経過時間計測部３１が経過時間ＴＳを計測した現時点における各制御ループＬｉの制御量ＰＶｉを取得し、昇温時間推定部１２の制御量ＰＶｉ変更量算出部１３が算出した制御量ＰＶｉの変更量ΔＰＶｉに対して昇温が進んだ進捗率Ｓｉを、取得した制御量ＰＶｉを用いて次式により制御ループＬｉ毎に算出する（ステップＳ１２３）。
Ｓｉ＝１．０−｛（ＳＰｉ−ＰＶｉ）／ΔＰＶｉ｝                ・・・（１０）
【００６３】
指標算出部３３は、経過時間計測部３１が計測した経過時間ＴＳと最大限度時間ＴＭとから、昇温の適切な進捗率指標Ｓｘを次式により算出する（ステップＳ１２４）。
Ｓｘ＝ＴＳ／ＴＭ                                              ・・・（１１）
【００６４】
過度抑制通知部３０は、各制御ループＬｉの進捗率Ｓｉが進捗率指標Ｓｘよりも予め規定された程度ΔＳだけ下回っているか否かを判定する（ステップＳ１２５）。過度抑制通知部３０は、各制御ループＬｉの進捗率Ｓｉのうち少なくとも１つが進捗率指標Ｓｘよりも予め規定された程度ΔＳだけ下回っている場合（ステップＳ１２５においてＹＥＳ）、電力の過度な抑制になっていることを警報としてオペレータに通知する（ステップＳ１２６）。すなわち、過度抑制通知部３０は、次式のような処理を行う。
ＩＦ  Ｓｉ＜ＳＸ−ΔＳ  ＴＨＥＮ  警報通知                    ・・・（１２）
【００６５】
なお、ΔＳは適宜設定すればよいが、最も単純にはΔＳ＝０．０でよい。電力総和抑制制御装置２は、以上のようなステップＳ１０１〜Ｓ１２０，Ｓ１２２〜Ｓ１２６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Ｓ１２７においてＹＥＳ）、一定時間毎に行う。
こうして、本実施の形態では、最大限度時間ＴＭの設定が低過ぎて電力の過度な抑制になっている場合に、警報を発生してオペレータに通知することができる。
【００６６】
［第３の実施の形態］
第１、第２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の設定および再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、第２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。
【００６７】
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１０に示し、第２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１１に示す。
【００６８】
図１０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、補正設定部２１と、補正通知部２２と、制御部２３−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１１８とから構成される。探索処理部１１８は、昇温時間設定部１９と、割当総エネルギー判定部１２０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と割当総エネルギー判定部１２０とは、エネルギー抑制手段を構成している。図１０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。
【００６９】
図１１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、補正設定部２１と、補正通知部２２と、制御部２３−ｉと、監視部２９と、過度抑制通知部３０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１１８とから構成される。図１１に示したエネルギー総和抑制制御装置の構成は、第２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３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３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…探索処理部、１９…昇温時間設定部、２０…割当総電力判定部、２１…補正設定部、２２…補正通知部、２３−ｉ…制御部、２４−ｉ…設定値ＳＰｉ入力部、２５−ｉ…制御量ＰＶｉ入力部、２６−ｉ…ＰＩＤ制御演算部、２７−ｉ…出力上限処理部、２８−ｉ…操作量ＭＶｉ出力部、２９…監視部、３０…過度抑制通知部、３１…経過時間計測部、３２…昇温進捗率算出部、３３…指標算出部、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、１１８…探索処理部、１２０…割当総エネルギー判定部、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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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