(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ個（ｎは２以上の整数）の制御ループＬｉ（ｉ＝１〜ｎ）のうち制御量ＰＶｉの設定値ＳＰｉへの到達予定時間が相対的に長い制御ループを第１グループ、前記到達予定時間が前記第１グループの制御ループよりも相対的に短い制御ループを第２グループとするグループ化によって分けられた前記第１グループの制御ループを予め記憶する第１グループ登録手段と、
前記グループ化によって分けられた前記第２グループの制御ループを予め記憶する第２グループ登録手段と、
各制御ループＬｉの設定値ＳＰｉの同時変更を検出する同時変更検出手段と、
各制御ループＬｉの電力使用量の総和が指定された値を超えないように各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出し、この操作量出力上限値ＯＨｉに基づいて各制御ループＬｉのアクチュエータに対する操作量ＭＶｉの上限処理を行う電力総和抑制制御手段と、
前記第１グループが先行し前記第２グループが遅れるタイミングで前記設定値ＳＰｉの同時変更に応じた操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が起こるように、前記電力総和抑制制御手段が算出した操作量出力上限値ＯＨｉの上昇を抑制する上限値操作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２】
請求項１記載の電力総和抑制制御装置において、
前記電力総和抑制制御手段は、
全ての制御ループＬｉのアクチュエータの総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の消費電力値ＣＴｉを取得する電力値取得手段と、
各制御ループＬｉの最大出力時消費電力値ＣＴｍｉを取得する最大出力時電力値取得手段と、
前記最大出力時消費電力値ＣＴｍｉと前記消費電力値ＣＴｉとの差から各制御ループＬｉの電力余裕を算出し、この電力余裕の総和に対する各制御ループＬｉの電力余裕の比率と前記割当総電力ＰＷとに基づいて、各制御ループＬｉの電力余裕が公平な状態に近づくように各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出する操作量出力上限値操作手段と、
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のアクチュエータに出力する制御手段とを備え、
前記上限値操作手段は、前記第１グループが先行し前記第２グループが遅れるタイミングで前記設定値ＳＰｉの同時変更に応じた操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が起こるようにするために、前記第２グループに属する制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを前記設定値ＳＰｉの同時変更直前の当該制御ループＬｉの操作量ＭＶｉ近傍の値に固定する状態を、予め規定された時間ＴＸだけ維持するものであり、
前記時間ＴＸは、前記第１グループの操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が安定する時間よりも長い時間に予め設定され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記載の電力総和抑制制御装置において、
前記電力総和抑制制御手段は、
全ての制御ループＬｉのアクチュエータの総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の消費電力値ＣＴｉを取得する電力値取得手段と、
各制御ループＬｉの最大出力時消費電力値ＣＴｍｉを取得する最大出力時電力値取得手段と、
前記最大出力時消費電力値ＣＴｍｉと前記消費電力値ＣＴｉとの差から各制御ループＬｉの電力余裕を算出し、この電力余裕の総和に対する各制御ループＬｉの電力余裕の比率と前記割当総電力ＰＷとに基づいて、各制御ループＬｉの電力余裕が公平な状態に近づくように各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出する操作量出力上限値操作手段と、
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を操作量出力下限値ＯＬｉ以上で前記操作量出力上限値ＯＨｉ以下の値に制限する上下限処理を実行して、上下限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＬｉのアクチュエータに出力する制御手段とを備え、
前記上限値操作手段は、前記第１グループが先行し前記第２グループが遅れるタイミングで前記設定値ＳＰｉの同時変更に応じた操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が起こるようにするために、前記第２グループに属する制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを当該制御ループＬｉの前記操作量出力下限値ＯＬｉに固定する状態を、予め規定された時間ＴＸだけ維持するものであり、
前記時間ＴＸは、前記第１グループの操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が安定する時間よりも長い時間に予め設定され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、
前記操作量出力上限値操作手段は、
前記最大出力時消費電力値ＣＴｍｉと前記消費電力値ＣＴｉとの差から各制御ループＬｉの電力余裕ＣＴｒｉを算出する電力余裕算出手段と、
各制御ループＬｉの最大出力時消費電力値ＣＴｍｉの総和である最大総電力ＢＸを算出する最大総電力算出手段と、
各制御ループＬｉの電力余裕ＣＴｒｉの総和である電力余裕総量ＲＷを算出する電力余裕総量算出手段と、
削減すべき総電力量である電力削減総量ＳＷを前記最大総電力ＢＸと前記割当総電力ＰＷとから算出する電力削減総量算出手段と、
各制御ループＬｉで削減すべき電力量である電力削減割当量ＣＴｓｉを前記電力余裕ＣＴｒｉと前記電力余裕総量ＲＷと前記電力削減総量ＳＷとから算出する電力削減割当量算出手段と、
前記電力削減割当量ＣＴｓｉと前記最大出力時消費電力値ＣＴｍｉとから各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出する出力上限値算出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】
ｎ個（ｎは２以上の整数）の制御ループＬｉ（ｉ＝１〜ｎ）の設定値ＳＰｉの同時変更を検出する同時変更検出ステップと、
各制御ループＬｉの電力使用量の総和が指定された値を超えないように各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出し、この操作量出力上限値ＯＨｉに基づいて各制御ループＬｉのアクチュエータに対する操作量ＭＶｉの上限処理を行う電力総和抑制制御ステップと、
前記ｎ個の制御ループＬｉのうち制御量ＰＶｉの設定値ＳＰｉへの到達予定時間が相対的に長い制御ループを第１グループ、前記到達予定時間が前記第１グループの制御ループよりも相対的に短い制御ループを第２グループとするグループ化によって分けられた前記第１グループの制御ループを予め記憶している第１グループ登録手段と、前記グループ化によって分けられた前記第２グループの制御ループを予め記憶している第２グループ登録手段とを参照し、前記第１グループが先行し前記第２グループが遅れるタイミングで前記設定値ＳＰｉの同時変更に応じた操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が起こるように、前記電力総和抑制制御ステップで算出した操作量出力上限値ＯＨｉの上昇を抑制する上限値操作ステップとを含むことを特徴とする電力総和抑制制御方法。
【請求項６】
請求項５記載の電力総和抑制制御方法において、
前記電力総和抑制制御ステップは、
全ての制御ループＬｉのアクチュエータの総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の消費電力値ＣＴｉを取得する電力値取得ステップと、
各制御ループＬｉの最大出力時消費電力値ＣＴｍｉを取得する最大出力時電力値取得ステップと、
前記最大出力時消費電力値ＣＴｍｉと前記消費電力値ＣＴｉとの差から各制御ループＬｉの電力余裕を算出し、この電力余裕の総和に対する各制御ループＬｉの電力余裕の比率と前記割当総電力ＰＷとに基づいて、各制御ループＬｉの電力余裕が公平な状態に近づくように各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出する操作量出力上限値操作ステップと、
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のアクチュエータに出力する制御ステップとを含み、
前記上限値操作ステップは、前記第１グループが先行し前記第２グループが遅れるタイミングで前記設定値ＳＰｉの同時変更に応じた操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が起こるようにするために、前記第２グループに属する制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを前記設定値ＳＰｉの同時変更直前の当該制御ループＬｉの操作量ＭＶｉ近傍の値に固定する状態を、予め規定された時間ＴＸだけ維持するステップを含み、
前記時間ＴＸは、前記第１グループの操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が安定する時間よりも長い時間に予め設定され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記載の電力総和抑制制御方法において、
前記電力総和抑制制御ステップは、
全ての制御ループＬｉのアクチュエータの総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の消費電力値ＣＴｉを取得する電力値取得ステップと、
各制御ループＬｉの最大出力時消費電力値ＣＴｍｉを取得する最大出力時電力値取得ステップと、
前記最大出力時消費電力値ＣＴｍｉと前記消費電力値ＣＴｉとの差から各制御ループＬｉの電力余裕を算出し、この電力余裕の総和に対する各制御ループＬｉの電力余裕の比率と前記割当総電力ＰＷとに基づいて、各制御ループＬｉの電力余裕が公平な状態に近づくように各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出する操作量出力上限値操作ステップと、
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を操作量出力下限値ＯＬｉ以上で前記操作量出力上限値ＯＨｉ以下の値に制限する上下限処理を実行して、上下限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＬｉのアクチュエータに出力する制御ステップとを含み、
前記上限値操作ステップは、前記第１グループが先行し前記第２グループが遅れるタイミングで前記設定値ＳＰｉの同時変更に応じた操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が起こるようにするために、前記第２グループに属する制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを当該制御ループＬｉの前記操作量出力下限値ＯＬｉに固定する状態を、予め規定された時間ＴＸだけ維持するステップを含み、
前記時間ＴＸは、前記第１グループの操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が安定する時間よりも長い時間に予め設定され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６または７記載の電力総和抑制制御方法において、
前記操作量出力上限値操作ステップは、
前記最大出力時消費電力値ＣＴｍｉと前記消費電力値ＣＴｉとの差から各制御ループＬｉの電力余裕ＣＴｒｉを算出する電力余裕算出ステップと、
各制御ループＬｉの最大出力時消費電力値ＣＴｍｉの総和である最大総電力ＢＸを算出する最大総電力算出ステップと、
各制御ループＬｉの電力余裕ＣＴｒｉの総和である電力余裕総量ＲＷを算出する電力余裕総量算出ステップと、
削減すべき総電力量である電力削減総量ＳＷを前記最大総電力ＢＸと前記割当総電力ＰＷとから算出する電力削減総量算出ステップと、
各制御ループＬｉで削減すべき電力量である電力削減割当量ＣＴｓｉを前記電力余裕ＣＴｒｉと前記電力余裕総量ＲＷと前記電力削減総量ＳＷとから算出する電力削減割当量算出ステップと、
前記電力削減割当量ＣＴｓｉと前記最大出力時消費電力値ＣＴｍｉとから各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出する出力上限値算出ステップとを含む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、特に電力使用量の総和が指定された値を超えないように操作量出力上限値を操作する電力総和抑制制御を行ないつつ、制御量を設定値変更に追従させる場合に、複数の制御ループの電力使用量配分を効率化する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。
【０００３】
特に複数のアクチュエータ（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、電力総和抑制制御（特許文献１、特許文献２参照）などが提案されている。図８は特許文献１、特許文献２に開示された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１００と、加熱処理炉１００の内部に設置された複数のアクチュエータである電気ヒータ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１００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１０１と、電力総和抑制制御装置１０１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１０２−１〜１０２−４とから構成される。この図８に示した加熱装置においては、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。
【０００４】
特許文献１の場合で従来の技術を説明すると、電力総和抑制制御装置１０１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ＰＣ１０３から、ヒータＨ１〜Ｈ４の電力使用量を規定する割当総電力ＰＷの情報を受信し、各制御ループの消費電力計測値の総和と割当総電力ＰＷＴとから各制御ループに割り当てる電力使用割当量を算出し、この電力使用割当量から各制御ループの操作量出力上限値ＯＨ１＿１〜ＯＨ１＿４を算出する。そして、電力総和抑制制御装置１０１は、ＰＩＤ制御演算により各制御ループの操作量ＭＶ１〜ＭＶ４を算出し、操作量ＭＶ１〜ＭＶ４を操作量出力上限値ＯＨ１＿１〜ＯＨ１＿４以下に制限する上限リミット処理を実行して、上限処理後の操作量ＭＶ１〜ＭＶ４を対応する制御ループの電力調整器１０２−１〜１０２−４に出力する。こうして、操作量出力上限値ＯＨ１＿１〜ＯＨ１＿４を操作することで、温度を一定に維持する定常状態時や設定値ＳＰ変更による昇温時の総電力を指定された値以下に抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−０４８３７０号公報
【特許文献２】特開２０１２−０４８５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
例えば複数の加熱装置での総電力を考慮する場合、昇温時間にばらつきがあり、かつ常に全ての装置が同じ設定温度を再現するわけではないので、取り扱いが複雑になる。結果的に非効率な運用になる傾向にあり、改善が求められている。
特に電力デマンドレスポンスのように、生産ライン全般を含む工場設備の総電力を統合的に管理する場合、空調設備と生産設備の立上げの時間帯が重なりやすくなるので、生産設備の電力配分の効率化も重要な要素になる。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、複数の制御ループの電力使用量の総和が指定された値を超えないように操作量出力上限値を操作する電力総和抑制制御を行ないつつ、制御量を設定値変更に追従させる場合に、複数の制御ループの電力使用量配分を効率化することができ、電力総和抑制制御の実用効率を改善することができる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】
【０００８】
本発明の電力総和抑制制御装置は、ｎ個（ｎは２以上の整数）の制御ループＬｉ（ｉ＝１〜ｎ）のうち制御量ＰＶｉの設定値ＳＰｉへの到達予定時間が相対的に長い制御ループを第１グループ、前記到達予定時間が前記第１グループの制御ループよりも相対的に短い制御ループを第２グループとするグループ化によって分けられた前記第１グループの制御ループを予め記憶する第１グループ登録手段と、前記グループ化によって分けられた前記第２グループの制御ループを予め記憶する第２グループ登録手段と、各制御ループＬｉの設定値ＳＰｉの同時変更を検出する同時変更検出手段と、各制御ループＬｉの電力使用量の総和が指定された値を超えないように各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出し、この操作量出力上限値ＯＨｉに基づいて各制御ループＬｉのアクチュエータに対する操作量ＭＶｉの上限処理を行う電力総和抑制制御手段と、前記第１グループが先行し前記第２グループが遅れるタイミングで前記設定値ＳＰｉの同時変更に応じた操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が起こるように、前記電力総和抑制制御手段が算出した操作量出力上限値ＯＨｉの上昇を抑制する上限値操作手段とを備えることを特徴とするものである。
【０００９】
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、前記電力総和抑制制御手段は、全ての制御ループＬｉのアクチュエータの総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の消費電力値ＣＴｉを取得する電力値取得手段と、各制御ループＬｉの最大出力時消費電力値ＣＴｍｉを取得する最大出力時電力値取得手段と、前記最大出力時消費電力値ＣＴｍｉと前記消費電力値ＣＴｉとの差から各制御ループＬｉの電力余裕を算出し、この電力余裕の総和に対する各制御ループＬｉの電力余裕の比率と前記割当総電力ＰＷとに基づいて、各制御ループＬｉの電力余裕が公平な状態に近づくように各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出する操作量出力上限値操作手段と、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のアクチュエータに出力する制御手段とを備え、前記上限値操作手段は、前記第１グループが先行し前記第２グループが遅れるタイミングで前記設定値ＳＰｉの同時変更に応じた操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が起こるようにするために、前記第２グループに属する制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを前記設定値ＳＰｉの同時変更直前の当該制御ループＬｉの操作量ＭＶｉ近傍の値に固定する状態を、予め規定された時間ＴＸだけ維持するものであり、前記時間ＴＸは、前記第１グループの操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が安定する時間よりも長い時間に予め設定されることを特徴とするものである。
【００１０】
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、前記電力総和抑制制御手段は、全ての制御ループＬｉのアクチュエータの総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の消費電力値ＣＴｉを取得する電力値取得手段と、各制御ループＬｉの最大出力時消費電力値ＣＴｍｉを取得する最大出力時電力値取得手段と、前記最大出力時消費電力値ＣＴｍｉと前記消費電力値ＣＴｉとの差から各制御ループＬｉの電力余裕を算出し、この電力余裕の総和に対する各制御ループＬｉの電力余裕の比率と前記割当総電力ＰＷとに基づいて、各制御ループＬｉの電力余裕が公平な状態に近づくように各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出する操作量出力上限値操作手段と、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を操作量出力下限値ＯＬｉ以上で前記操作量出力上限値ＯＨｉ以下の値に制限する上下限処理を実行して、上下限処理後の操作量ＭＶｉを対応する制御ループＬｉのアクチュエータに出力する制御手段とを備え、前記上限値操作手段は、前記第１グループが先行し前記第２グループが遅れるタイミングで前記設定値ＳＰｉの同時変更に応じた操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が起こるようにするために、前記第２グループに属する制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを当該制御ループＬｉの前記操作量出力下限値ＯＬｉに固定する状態を、予め規定された時間ＴＸだけ維持するものであり、前記時間ＴＸは、前記第１グループの操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が安定する時間よりも長い時間に予め設定され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の１構成例において、前記操作量出力上限値操作手段は、前記最大出力時消費電力値ＣＴｍｉと前記消費電力値ＣＴｉとの差から各制御ループＬｉの電力余裕ＣＴｒｉを算出する電力余裕算出手段と、各制御ループＬｉの最大出力時消費電力値ＣＴｍｉの総和である最大総電力ＢＸを算出する最大総電力算出手段と、各制御ループＬｉの電力余裕ＣＴｒｉの総和である電力余裕総量ＲＷを算出する電力余裕総量算出手段と、削減すべき総電力量である電力削減総量ＳＷを前記最大総電力ＢＸと前記割当総電力ＰＷとから算出する電力削減総量算出手段と、各制御ループＬｉで削減すべき電力量である電力削減割当量ＣＴｓｉを前記電力余裕ＣＴｒｉと前記電力余裕総量ＲＷと前記電力削減総量ＳＷとから算出する電力削減割当量算出手段と、前記電力削減割当量ＣＴｓｉと前記最大出力時消費電力値ＣＴｍｉとから各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出する出力上限値算出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方法は、ｎ個（ｎは２以上の整数）の制御ループＬｉ（ｉ＝１〜ｎ）の設定値ＳＰｉの同時変更を検出する同時変更検出ステップと、各制御ループＬｉの電力使用量の総和が指定された値を超えないように各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出し、この操作量出力上限値ＯＨｉに基づいて各制御ループＬｉのアクチュエータに対する操作量ＭＶｉの上限処理を行う電力総和抑制制御ステップと、前記ｎ個の制御ループＬｉのうち制御量ＰＶｉの設定値ＳＰｉへの到達予定時間が相対的に長い制御ループを第１グループ、前記到達予定時間が前記第１グループの制御ループよりも相対的に短い制御ループを第２グループとするグループ化によって分けられた前記第１グループの制御ループを予め記憶している第１グループ登録手段と、前記グループ化によって分けられた前記第２グループの制御ループを予め記憶している第２グループ登録手段とを参照し、前記第１グループが先行し前記第２グループが遅れるタイミングで前記設定値ＳＰｉの同時変更に応じた操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が起こるように、前記電力総和抑制制御ステップで算出した操作量出力上限値ＯＨｉの上昇を抑制する上限値操作ステップとを含む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、各制御ループＬｉの電力使用量の総和が指定された値を超えないように各制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを操作する電力総和抑制制御を行ないつつ、制御量ＰＶｉを設定値変更に追従させる場合に、制御量ＰＶｉの設定値ＳＰｉへの到達予定時間が相対的に長い制御ループを第１グループ、到達予定時間が相対的に短い制御ループを第２グループとして予めグルーピングしておき、第１グループが先行し第２グループが遅れるタイミングで操作量出力上限値ＯＨｉを上昇させることにより、複数の制御ループＬｉの電力使用量配分を効率化することができ、電力総和抑制制御の実用効率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】電力総和抑制制御を実施せずに昇温させた場合の従来の加熱装置の動作例を示す図である。
【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ＰＩＤ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例を示す図である。
【図６】従来の電力総和抑制制御を実施して昇温させた場合の加熱装置の動作例を示す図である。
【図７】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８】複数の電気ヒータを備える加熱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】
【００１５】
［発明の原理］
本発明では、複数の加熱制御対象（単一の加熱装置内に加熱制御対象が複数ある場合、あるいは加熱装置が複数ある場合）において、それらの総電力（電力使用量の総和）を上限に維持する管理を前提とする。多くの加熱装置（加熱対象）では、昇温時に最大電力を消費することになるが、高温に到達すると、実質的に保温状態になるので、消費電力は低くなる。また、ＰＩＤ制御のような動特性を考慮したフィードバック制御を実行している場合、昇温時の最大電力状態から保温時の低電力状態へは、徐々に連続的に移行する動作になる。
【００１６】
このような前提において、昇温時間が相対的に長いものを先行して昇温させる場合、適宜ばらつきをもって徐々に最大電力での昇温状態が緩和されるので、同様に適宜かつ徐々に昇温時間が相対的に短いものを遅れて昇温開始させることができる。そして、昇温時間が相対的に短いものは、遅れて昇温開始しても、加熱制御対象全般の立上げを大幅に遅らせるほどの昇温時間を必要とせずに昇温を完了することになる。すなわち、複数の加熱制御対象全般の立上げが完了するまでの所要時間は、大きく損なわれずに済む。発明者は、以上のことから、上限で制約された総電力を、上記のシンプルな規則で、効率よく配分（時間軸での配分）できることに想到した。
【００１７】
［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、特許文献１に開示された電力総和抑制制御を利用する。説明を簡単化するため、６個のＰＩＤ制御ループがあり、ヒータを６個とし、それぞれのヒータが別々のＰＩＤ制御ループにおけるアクチュエータとして使用されている構成とする。また、６個のＰＩＤ制御ループのうち、昇温時間が相対的に長い制御系が４個、昇温時間が相対的に短い制御系が２個あるものとする。また、ヒータ容量は６個とも同じものとする。さらに、６個のＰＩＤ制御ループは同時に設定値ＳＰ変更が行なわれて、同時に昇温を開始しようとすることを前提とする。
【００１８】
具体的には、ＰＩＤ制御ループＬ１〜Ｌ４の１００℃から２５０℃への昇温における所要時間を約６００秒とし、ＰＩＤ制御ループＬ１〜Ｌ４に設けられるヒータＨ１〜Ｈ４の定格出力を４００Ｗとする。また、ＰＩＤ制御ループＬ５，Ｌ６の１００℃から２５０℃への昇温における所要時間を約３００秒とし、ＰＩＤ制御ループＬ５，Ｌ６に設けられるヒータＨ５，Ｈ６の定格出力を４００Ｗとする。
【００１９】
図１（Ａ）〜図１（Ｃ）は電力総和抑制制御を実施せずに昇温させた場合の従来の加熱装置の動作例（本発明の対象となる典型的な例）を示す図であり、図１（Ａ）は設定値ＳＰｉ（ｉ＝１〜６）、制御量ＰＶｉ（ｉ＝１〜６）の変化を示す図、図１（Ｂ）は操作量ＭＶｉ（ｉ＝１〜６）の変化を示す図、図１（Ｃ）は６個のＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝１〜６）の電力使用量の総和ＱＷの変化を示す図である。
【００２０】
図１（Ａ）〜図１（Ｃ）の例では、ｔ１の時点でＰＩＤ制御ループＬ５，Ｌ６の操作量ＭＶ５，ＭＶ６が低下し始め、ｔ２の時点でＰＩＤ制御ループＬ１〜Ｌ４の操作量ＭＶ１〜ＭＶ４が低下し始め、ｔ３の時点（約６００秒の時点）で全てのＰＩＤ制御ループＬ１〜Ｌ６の昇温が完了する。
【００２１】
図２は本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。電力総和抑制制御装置は、ＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝１〜ｎ、ｎは２以上の整数で、本実施の形態ではｎ＝６）毎に設けられた制御部１−ｉと、後述する電力抑制部による電力総和抑制制御の効率改善のための昇温効率改善機能部２と、各ＰＩＤ制御ループＬｉの電力使用量の総和が指定された値を超えないように各ＰＩＤ制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出する電力抑制部３とから構成される。制御部１−ｉと電力抑制部３とは、電力総和抑制制御手段を構成している。
【００２２】
制御部１−ｉは、設定値ＳＰｉを外部から入力する設定値ＳＰｉ入力部１０−ｉと、制御量ＰＶｉを計測器から入力する制御量ＰＶｉ入力部１１−ｉと、設定値ＳＰｉと制御量ＰＶｉに基づき操作量ＭＶｉを算出するＰＩＤ制御演算部１２−ｉと、操作量ＭＶｉを操作量出力上限値ＯＨｉ以下に制限する出力上限処理部１３−ｉと、操作量ＭＶｉを外部に出力する操作量ＭＶｉ出力部１４−ｉとから構成される。
【００２３】
昇温効率改善機能部２は、ＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝１〜６）のうち制御量ＰＶｉの設定値ＳＰｉへの到達予定時間が相対的に長い制御ループ（類似の昇温特性の対象であれば昇温幅の大きいもの）を第１グループとして予め記憶する第１グループ登録部２０と、ＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝１〜６）のうち制御量ＰＶｉの設定値ＳＰｉへの到達予定時間が第１グループよりも相対的に短い制御ループ（類似の昇温特性の対象であれば昇温幅の小さいもの）を第２グループとして予め記憶する第２グループ登録部２１と、各ＰＩＤ制御ループＬｉの設定値ＳＰｉの同時変更を検出する同時変更検出部２２と、第１グループが先行し第２グループが遅れるタイミングで設定値ＳＰｉの同時変更に応じた操作量出力上限値ＯＨｉの上昇が起こるように、電力抑制部３が算出する操作量出力上限値ＯＨｉの上昇を抑制する上限値操作部２３とから構成される。本実施の形態の場合、ＰＩＤ制御ループＬ１〜Ｌ４が第１グループとして第１グループ登録部２０に登録され、ＰＩＤ制御ループＬ５，Ｌ６が第２グループとして第２グループ登録部２１に登録される。
【００２４】
電力抑制部３は、全てのＰＩＤ制御ループＬｉのアクチュエータの総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部３０と、各制御ループＬｉの消費電力値ＣＴｉを取得する電力値取得部３１と、各ＰＩＤ制御ループＬｉの最大出力時消費電力値ＣＴｍｉを取得する最大出力時電力値取得部３２と、最大出力時消費電力値ＣＴｍｉと消費電力値ＣＴｉとから各ＰＩＤ制御ループＬｉの電力余裕ＣＴｒｉを算出する電力余裕算出部３３と、各ＰＩＤ制御ループＬｉの最大出力時消費電力値ＣＴｍｉの総和である最大総電力ＢＸを算出する最大総電力算出部３４と、各ＰＩＤ制御ループＬｉの電力余裕ＣＴｒｉの総和である電力余裕総量ＲＷを算出する電力余裕総量算出部３５と、削減すべき総電力量である電力削減総量ＳＷを最大総電力ＢＸと割当総電力ＰＷとから算出する電力削減総量算出部３６と、各ＰＩＤ制御ループＬｉで削減すべき電力量である電力削減割当量ＣＴｓｉを算出する電力削減割当量算出部３７と、電力削減割当量ＣＴｓｉと最大出力時消費電力値ＣＴｍｉとから各ＰＩＤ制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを算出する出力上限値算出部３８とから構成される。電力余裕算出部３３と最大総電力算出部３４と電力余裕総量算出部３５と電力削減総量算出部３６と電力削減割当量算出部３７と出力上限値算出部３８とは、操作量出力上限値操作手段を構成している。
【００２５】
図３は本実施の形態のＰＩＤ制御系のブロック線図である。各ＰＩＤ制御ループＬｉは、それぞれ制御部１−ｉと、制御対象Ｐｉとから構成される。制御部１−ｉは、ＰＩＤ制御演算部１２−ｉが算出した操作量ＭＶｉを制御対象Ｐｉに出力する。図８の例では、制御対象ＰｉはヒータＨｉが加熱する加熱処理炉１００であるが、操作量ＭＶｉの実際の出力先は電力調整器１０２−ｉであり、操作量ＭＶｉに応じた電力が電力調整器１０２−ｉからヒータＨｉに供給される。
【００２６】
以下、本実施の形態の電力総和抑制制御装置の動作を説明する。図４は電力総和抑制制御装置の動作を示すフローチャート、図５（Ａ）〜図５（Ｃ）は電力総和抑制制御装置の動作例を示す図であり、図５（Ａ）は設定値ＳＰｉ（ｉ＝１〜６）、制御量ＰＶｉ（ｉ＝１〜６）の変化を示す図、図５（Ｂ）は操作量ＭＶｉ（ｉ＝１〜６）の変化を示す図、図５（Ｃ）は６個のＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝１〜６）の電力使用量の総和ＱＷの変化を示す図である。
【００２７】
各ＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝１〜６）の設定値ＳＰｉは、加熱装置のオペレータ等によって設定され、同時変更検出部２２と各制御部１−ｉの設定値ＳＰｉ入力部１０−ｉとに入力される。
同時変更検出部２２は、各ＰＩＤ制御ループＬｉの設定値ＳＰｉの同時変更が行なわれたときに（図４ステップＳ１００においてＹＥＳ）、この同時変更を検出して上限値操作部２３に通知する（図４ステップＳ１０１）。
【００２８】
上限値操作部２３は、同時変更検出部２２から各ＰＩＤ制御ループＬｉの設定値ＳＰｉの同時変更が行なわれたことを通知されると、第１グループ登録部２０に登録されている第１グループのＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝１〜４）については特に制約は与えず、第２グループ登録部２１に登録されている第２グループのＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝５，６）については操作量出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝５，６）を、それぞれ設定値ＳＰｉ（ｉ＝１〜６）の同時変更直前に出力上限処理部１３−ｉから出力されていた当該ＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝５，６）の操作量ＭＶｉ（ｉ＝５，６）の近傍の値に固定するように、出力上限処理部１３−ｉに対して指示を出す（図４ステップＳ１０２）。具体的には、操作量出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝５，６）を、それぞれ設定値ＳＰｉの同時変更直前の対応する操作量ＭＶｉ（ｉ＝５，６）の値に固定するように指示を出せばよい。
【００２９】
ステップＳ１０２の処理により、第１グループのＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝１〜４）のみが一旦昇温対象になる。第２グループのＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝５，６）の操作量出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝５，６）を小さい値に固定する状態を、予め規定された時間ＴＸだけ維持する。時間ＴＸの規定については、後述する。以下では、ステップＳ１０２の処理を実施した時点（設定値ＳＰｉの同時変更を検出した時点）からの経過時間が時間ＴＸに達していない場合の動作を先に説明する。
【００３０】
割当総電力入力部３０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（図８の例では上位ＰＣ１０３）から、ヒータＨｉの総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Ｓ１０６）。ここでは、割当総電力ＰＷ＝１４４０Ｗ（総消費電力４００Ｗ×６＝２４００Ｗの６０％）とする。
【００３１】
電力値取得部３１は、各ＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝１〜６）の現在の消費電力値ＣＴｉ（具体的にはヒータＨｉの消費電力値）を取得する（図４ステップＳ１０７）。電力値取得部３１は、消費電力値ＣＴｉを測定してもよいし、推定してもよい。消費電力値ＣＴｉを推定するには、ヒータＨｉに流れる電流値と制御量ＰＶｉとを入力変数として、予め設定された電力推定関数式により消費電力値ＣＴｉを求めるようにすればよい。また、操作量ＭＶｉと制御量ＰＶｉとを入力変数としてよいし、ヒータＨｉに流れる電流値と制御量ＰＶｉと操作量ＭＶｉとを入力変数としてもよい。消費電力値ＣＴｉの具体的な推定方法は、特開２００９−２２９３８２号公報などに開示されているので、詳細な説明は省略する。
【００３２】
次に、最大出力時電力値取得部３２は、各ＰＩＤ制御ループＬｉの最大出力時消費電力値ＣＴｍｉを取得する（図４ステップＳ１０８）。ここで、最大出力時とは、操作量ＭＶｉが最大値１００％のときのことを言う。最大出力時電力値取得部３２は、予め記憶している最大出力時消費電力値ＣＴｍｉを取り出してもよいし、推定してもよい。最大出力時消費電力値ＣＴｍｉを推定するには、消費電力値ＣＴｉと制御部１−ｉから出力される操作量ＭＶｉに基づき、次式により近似的に推定すればよい。
ＣＴｍｉ＝ＣＴｉ（１００．０／ＭＶｉ）                          ・・・（１）
【００３３】
電力余裕算出部３３は、各ＰＩＤ制御ループＬｉの電力余裕ＣＴｒｉを次式によりＰＩＤ制御ループＬｉ毎に算出する（図４ステップＳ１０９）。
ＣＴｒｉ＝ＣＴｍｉ−ＣＴｉ                                      ・・・（２）
最大総電力算出部３４は、各ＰＩＤ制御ループＬｉの最大出力時消費電力値ＣＴｍｉの総和である最大総電力ＢＸを次式により算出する（図４ステップＳ１１０）。
ＢＸ＝ΣＣＴｍｉ＝ＣＴｍ１＋ＣＴｍ２＋・・・＋ＣＴｍｎ          ・・・（３）
【００３４】
電力余裕総量算出部３５は、各ＰＩＤ制御ループＬｉの電力余裕ＣＴｒｉの総和である電力余裕総量ＲＷを次式により算出する（図４ステップＳ１１１）。
ＲＷ＝ΣＣＴｒｉ＝ＣＴｒ１＋ＣＴｒ２＋・・・＋ＣＴｒｎ          ・・・（４）
電力削減総量算出部３６は、削減すべき総電力量である電力削減総量ＳＷを、最大総電力ＢＸと割当総電力ＰＷとから次式により算出する（図４ステップＳ１１２）。
ＳＷ＝ＢＸ−ＰＷ                                                ・・・（５）
【００３５】
電力削減割当量算出部３７は、各ＰＩＤ制御ループＬｉで削減すべき電力量である電力削減割当量ＣＴｓｉを次式によりＰＩＤ制御ループＬｉ毎に算出する（図４ステップＳ１１３）。
ＣＴｓｉ＝ＳＷ（ＣＴｒｉ／ＲＷ）                                ・・・（６）
【００３６】
出力上限値算出部３８は、電力削減割当量ＣＴｓｉと最大出力時消費電力値ＣＴｍｉとから各ＰＩＤ制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを次式によりＰＩＤ制御ループＬｉ毎に算出する（図４ステップＳ１１４）。
ＯＨｉ＝｛１．０−（ＣＴｓｉ／ＣＴｍｉ）｝１００．０［％］      ・・・（７）
なお、ＢＸ＜ＰＷになる場合、すなわちＳＷ＜０になる場合は、ＯＨｉが１００％を超えるが、その場合はＯＨｉを１００％で上限カットすればよい。
【００３７】
次に、制御部１−ｉは、ＰＩＤ制御ループＬｉの操作量ＭＶｉを以下のとおりに算出する。設定値ＳＰｉは、設定値ＳＰｉ入力部１０−ｉを介してＰＩＤ制御演算部１２−ｉに入力される（図４ステップＳ１１５）。
制御量ＰＶｉ（温度）は、計測器（図８の例では温度センサＳｉ）によって測定され、制御量ＰＶｉ入力部１１−ｉを介してＰＩＤ制御演算部１２−ｉに入力される（図４ステップＳ１１６）。
【００３８】
ＰＩＤ制御演算部１２−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（図４ステップＳ１１７）。
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。
【００３９】
出力上限処理部１３−ｉは、ＰＩＤ制御演算部１２−ｉが算出した操作量ＭＶｉに対して、以下の式のような上限処理を行う（図４ステップＳ１１８）。
ＩＦ  ＭＶｉ＞ＯＨｉ  ＴＨＥＮ  ＭＶｉ＝ＯＨｉ                  ・・・（９）
すなわち、出力上限処理部１３−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。
【００４０】
出力上限処理部１３−ｉは、出力上限値算出部３８によって算出され設定された操作量出力上限値ＯＨｉを用いるが、ステップＳ１０２の処理により上限値操作部２３から値を固定するように指示された操作量出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝５，６）については、この固定指示が解除されるまで、出力上限値算出部３８によって設定された値ではなく、上限値操作部２３から指示された値を操作量出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝５，６）とする。上記のとおり、このときの操作量出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝５，６）は、設定値ＳＰｉ（ｉ＝１〜６）の同時変更直前に出力上限処理部１３−ｉから出力されていた操作量ＭＶｉ（ｉ＝５，６）の近傍の値である。
【００４１】
操作量ＭＶｉ出力部１４−ｉは、出力上限処理部１３−ｉによって上限処理された操作量ＭＶｉを制御対象（実際の出力先は例えば電力調整器１０２−ｉ）に出力する（図４ステップＳ１１９）。制御部１−ｉはＰＩＤ制御ループＬｉ毎に設けられているので、ステップＳ１１５〜Ｓ１１９の処理はＰＩＤ制御ループＬｉ毎に実施されることになる。
【００４２】
第１グループのＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝１〜４）のみを昇温対象としてステップＳ１０７〜Ｓ１１９の処理を繰り返し継続することにより、図５（Ｂ）に示すように昇温対象のＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝１〜４）の操作量ＭＶｉ（ｉ＝１〜４）が上昇し、電力総和が割当総電力ＰＷに到達するまでは、出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝１〜４）も上昇する。
【００４３】
また、昇温対象から一旦外れている第２グループのＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝５，６）の出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝５，６）は、設定値ＳＰの同時変更が行なわれる直前の操作量ＭＶｉ（ｉ＝５，６）の近傍の小さい値に固定される。
【００４４】
次に、上限値操作部２３は、ステップＳ１０２の処理を実施した時点（設定値ＳＰｉの同時変更を検出した時点）からの経過時間が時間ＴＸに達したときに（図４ステップＳ１０３，Ｓ１０４においてＹＥＳ）、第２グループ登録部２１に登録されている第２グループのＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝５，６）の操作量出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝５，６）を固定する状態を解除するように、出力上限処理部１３−ｉに対して指示を出す（図４ステップＳ１０５）。この解除により、以後は、第２グループのＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝５，６）の操作量出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝５，６）は、出力上限値算出部３８によって算出され設定される値となる。
【００４５】
なお、時間ＴＸは、ステップＳ１０２の処理を実施した時点（設定値ＳＰｉの同時変更を検出した時点）から、先行して上昇する第１グループのＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝１〜４）の操作量出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝１〜４）の上昇が最大値１００％で安定するまでの時間よりも長い時間に予め設定しておけばよい。これにより、時間ＴＸは、昇温予定時間のような条件依存度の大きい時間とは無関係になり、設定が容易になる。
【００４６】
ステップＳ１０７〜Ｓ１１９の処理を繰り返し継続することにより、第１グループのＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝１〜４）の昇温が完了するまでは、電力配分は第１グループに集中するが、図５（Ａ）に示すように制御量ＰＶ１〜ＰＶ４が設定値ＳＰ１〜ＳＰ４に接近して昇温の完了が近づくに伴い、図５（Ｂ）に示すように操作量ＭＶｉ（ｉ＝１〜４）が徐々に下降し、操作量出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝１〜４）も下降する。すなわち、電力配分は第１グループに集中した状態が緩和され、実質的に第２グループのＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝５，６）の昇温に移行し、図５（Ｂ）に示すように制御ループＬｉ（ｉ＝５，６）の操作量ＭＶｉ（ｉ＝５，６）が上昇する。
【００４７】
この場合、第１グループのＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝１〜４）の操作量ＭＶｉ（ｉ＝１〜４）が下降する経過所要時間は、第２グループと比較して昇温時間が相対的に長いことと同様に、通常は相対的に長くなる。したがって、この操作量ＭＶｉ（ｉ＝１〜４）の下降途中に、昇温時間が相対的に短い第２グループのＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝５，６）の昇温が進展し、６個のＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝１〜６）の電力使用量の総和ＱＷが割当総電力ＰＷをほぼ１００％使用する効率のよい状態を維持できる。
【００４８】
図５（Ｃ）の例では、設定値ＳＰｉ（ｉ＝１〜６）が同時変更された時点から電力総和ＱＷが割当総電力ＰＷで規定された量（ここでは１４４０Ｗ）をほぼ１００％使い切る状態が維持されており、この状態が第１グループのＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝１〜４）の操作量ＭＶｉ（ｉ＝１〜４）が下降し始めた時点ｔ４から第２グループのＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝５，６）の操作量ＭＶｉ（ｉ＝５，６）が１００％まで上昇した時点ｔ５まで維持されている。
【００４９】
そして、第２グループのＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝５，６）の昇温が進展し、操作量ＭＶｉ（ｉ＝５，６）が下降する経過所要時間は、第１グループと比較して昇温時間が相対的に短いことと同様に、通常は相対的に短いので、６個のＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝１〜６）の電力使用量の総和ＱＷが割当総電力ＰＷをほぼ１００％使用する効率のよい状態をなるべく長い時間維持した後に、全ての制御ループＬｉ（ｉ＝１〜６）の昇温が同時完了に近い形で進展する。すなわち、複数の加熱制御対象全般の立上げが完了するまでの所要時間は、大きく損なわれずに済む。図５（Ａ）〜図５（Ｃ）の例では、全ての制御ループＬｉ（ｉ＝１〜６）の昇温がｔ６の時点でほぼ同時に完了している。
【００５０】
一方、図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は特許文献１に開示された電力総和抑制制御（第１グループ、第２グループにグループ分けしない電力総和抑制制御）を実施して昇温させた場合の動作例を示す図であり、図６（Ａ）は設定値ＳＰｉ（ｉ＝１〜６）、制御量ＰＶｉ（ｉ＝１〜６）の変化を示す図、図６（Ｂ）は操作量ＭＶｉ（ｉ＝１〜６）の変化を示す図、図６（Ｃ）は６個のＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝１〜６）の電力使用量の総和ＱＷの変化を示す図である。
【００５１】
特許文献１に開示された電力総和抑制制御の場合、図６（Ａ）に示すように昇温時間が相対的に短いＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝５，６）が先行して昇温を完了し、昇温時間が相対的に長いＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝１〜４）が昇温未了として残るので、操作量ＭＶｉ（ｉ＝１〜４）が下降する経過所要時間においては、ＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝１〜４）の昇温が未了であるにもかかわらず、割当総電力ＰＷで規定された電力量を１００％使用しない非効率な状態が長時間発生する。すなわち、本実施の形態と比較して、複数の加熱制御対象全般の立上げが完了するまでの所要時間を、大きく損なっていることになる。
【００５２】
図６（Ｃ）では、本実施の形態の電力総和抑制制御を実施した場合の電力総和をＱＷ１で示し、特許文献１に開示された電力総和抑制制御を実施した場合の電力総和をＱＷ２で示している。特許文献１に開示された電力総和抑制制御の場合、ｔ８以降の時点で割当総電力ＰＷで規定された電力量を効率的に使用できていないことが分かる。
【００５３】
以上のように、本実施の形態では、各ＰＩＤ制御ループＬｉの電力使用量の総和が割当総電力ＰＷで規定された値を超えないように各ＰＩＤ制御ループＬｉの操作量出力上限値ＯＨｉを操作する電力総和抑制制御を行ないつつ、制御量ＰＶｉを設定値変更に追従させる場合に、複数のＰＩＤ制御ループＬｉの電力使用量配分を効率化することができ、全てのＰＩＤ制御ループＬｉの制御が整定するまでの所要時間を短縮することができる。その結果、本実施の形態では、電力総和抑制制御の実用効率を改善することができる。
【００５４】
なお、本実施の形態の電力総和抑制制御装置における処理の順序は図４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の例では、割当総電力ＰＷの情報を毎回受信するようになっているが、上位ＰＣ１０３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。
また、制御量ＰＶｉの設定値ＳＰｉへの到達予定時間の長短でグループ分けする場合、グループの分け方が複数とおり存在する可能性があり、明確に長短に差のあるもので分けることが何らかの事情により難しくなる可能性もある。しかし、どのような場合でも、実用効率を改善する効果の大小に差が生じることはあっても、その効果自体は得られる。最低限の望ましい分け方としては、到達予定時間が最長の制御ループを第１グループとし、到達予定時間が最短の制御ループを第２グループとすればよい。
【００５５】
［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。図７は本発明の第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り、図２と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の電力総和抑制制御装置は、第１の実施の形態の電力総和抑制制御装置において、制御部１−ｉの代わりに、ＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝１〜６）毎に設けられた制御部１ａ−ｉを設け、昇温効率改善機能部２の代わりに、昇温効率改善機能部２ａを設けたものである。制御部１ａ−ｉは、第１の実施の形態の制御部１−ｉにおいて、出力上限処理部１３−ｉの代わりに出力上下限処理部１５−ｉを設けたものである。また、昇温効率改善機能部２ａは、第１の実施の形態の昇温効率改善機能部２において、上限値操作部２３の代わりに上限値操作部２３ａを設けたものである。
【００５６】
本実施の形態においても電力総和抑制制御装置の処理の流れは第１の実施の形態と同様であるので、図４の符号を用いて本実施の形態の動作を説明する。
上限値操作部２３ａは、同時変更検出部２２から各ＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝１〜６）の設定値ＳＰｉの同時変更が行なわれたことを通知されると（図４ステップＳ１０１）、第１グループ登録部２０に登録されている第１グループのＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝１〜４）については特に制約は与えず、第２グループ登録部２１に登録されている第２グループのＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝５，６）の操作量出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝５，６）を、それぞれ対応するＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝５，６）の操作量出力下限値ＯＬｉ（ｉ＝５，６）に固定するように、出力上下限処理部１５−ｉに対して指示を出す（図４ステップＳ１０２）。
【００５７】
各制御部１ａ−ｉの出力上下限処理部１５−ｉは、ＰＩＤ制御演算部１２−ｉが算出した操作量ＭＶｉに対して、出力上限処理部１３−ｉと同様に式（９）のような上限処理を行うと同時に、以下の式のような操作量ＭＶｉの下限処理を行う（図４ステップＳ１１８）。
ＩＦ  ＭＶｉ＜ＯＬｉ  ＴＨＥＮ  ＭＶｉ＝ＯＬｉ                ・・・（１０）
すなわち、出力上下限処理部１５−ｉは、操作量ＭＶｉが予め設定された操作量出力下限値ＯＬｉより小さい場合、操作量ＭＶｉ＝ＯＬｉとする下限処理を行う。
【００５８】
出力上下限処理部１５−ｉは、操作量ＭＶｉの上限処理のための操作量出力上限値ＯＨｉとして、出力上限値算出部３８によって算出され設定された操作量出力上限値ＯＨｉを用いるが、ステップＳ１０２の処理により上限値操作部２３ａから値を固定するように指示された操作量出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝５，６）については、この固定指示が解除されるまで、出力上限値算出部３８によって設定された値ではなく、上限値操作部３ａから指示された値、すなわち操作量出力下限値ＯＬｉ（ｉ＝５，６）を操作量出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝５，６）とする。その他の処理は第１の実施の形態で説明したとおりである。
【００５９】
第１の実施の形態では、第２グループのＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝５，６）の操作量出力上限値ＯＨｉ（ｉ＝５，６）を、設定値ＳＰｉ（ｉ＝１〜６）の同時変更直前の操作量ＭＶｉ（ｉ＝５，６）の近傍の値に固定するようにしていた。この第１の実施の形態のような方法の場合、一時的な外乱や制御量ＰＶｉの計測ノイズの都合で、操作量ＭＶｉが過渡的に高くなっているケースもあるので、電力配分設計に近づけるための誤差要因も発生し得ることになる。
【００６０】
このような誤差要因が発生する懸念がある場合は、本実施の形態のように、無条件に最小値（操作量出力下限値ＯＬｉ）に固定するようにするのが好ましい。すなわち、先行して昇温する第１グループのＰＩＤ制御ループＬｉ（ｉ＝１〜４）に電力を集中させることになるので、グループ化による電力配分設計に近づく確率を高くすることができる。操作量出力上限値ＯＨｉが最小値（操作量出力下限値ＯＬｉ）に固定されるＰＩＤ制御ループは、一時的に制御量ＰＶｉ（温度）が下降することも考えられるが、もともと昇温を保留されている制御ループであり、設定値ＳＰｉへの追従が一時的に損なわれることが想定されているのであるから、大きな問題にはならない。
【００６１】
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は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、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】
【００６２】
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】
【００６３】
１−ｉ，１ａ−ｉ…制御部、２，２ａ…昇温効率改善機能部、３…電力抑制部、１０−ｉ…設定値ＳＰｉ入力部、１１−ｉ…制御量ＰＶｉ入力部、１２−ｉ…ＰＩＤ制御演算部、１３−ｉ…出力上限処理部、１４−ｉ…操作量ＭＶｉ出力部、１５−ｉ…出力上下限処理部、２０…第１グループ登録部、２１…第２グループ登録部、２２…同時変更検出部、２３，２３ａ…上限値操作部、３０…割当総電力入力部、３１…電力値取得部、３２…最大出力時電力値取得部、３３…電力余裕算出部、３４…最大総電力算出部、３５…電力余裕総量算出部、３６…電力削減総量算出部、３７…電力削減割当量算出部、３８…出力上限値算出部。
【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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