(57)【要約】【課題】オペレータのデータ収集品質に依存して電力使用量の非常識な推定が行なわれる確率を低減する。【解決手段】電力使用量推定装置は、設定値ＳＰ変更時の制御量ＰＶを取得する初期制御量取得部１１と、変更後の設定値ＳＰを取得する目標設定値取得部１２と、操作量上限値ＯＨを取得する操作量上限値取得部１３と、電力使用量推定式によりヒータの電力使用量推定値ＰＷ１を算出する電力使用量基本推定部１４と、電力使用量推定関数式算出装置が算出した推定関数式を用い、補正量ΔＰＷを算出する補正量算出部１５と、補正量ΔＰＷを電力使用量推定値ＰＷ１に基づいて上下限処理する上下限処埋部１６と、上下限処理後の補正量ΔＰＷと電力使用量基本推定部１４が算出した電力使用量推定値ＰＷ１とを加算して、電力使用量推定値ＰＷ１を補正する電力使用量補正部１７とを備える。【選択図】  図３
2012108751.tif 000002
【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コントローラとからなる制御系において、前記制御対象を昇温するときに必要とされる前記ヒータの電力使用量の推定関数式を算出する電力使用量推定関数式算出装置であって、
多変量解析の対象となるサンプルデータを記憶するサンプルデータ記憶手段と、
前記サンプルデータを利用して所定の電力使用量推定式により前記ヒータの電力使用量推定値ＰＷ１を算出する第１の電力使用量基本推定手段と、
前記サンプルデータに含まれる電力使用量実績値ＰＷと前記第１の電力使用量基本推定手段が算出した電力使用量推定値ＰＷ１との差を、電力使用量の補正量ΔＰＷとして算出し、この補正量ΔＰＷをサンプルデータとして前記サンプルデータ記憶手段に追加記憶させる補正量データ算出手段と、
補正量ΔＰＷを追加した後の前記サンプルデータを利用して多変量解析により、補正量ΔＰＷを推定する推定関数式を所定の制約条件の下で求める多変量解析手段と、
前記推定関数式を出力する推定関数式出力手段とを備えることを特徴とする電力使用量推定関数式算出装置。
【請求項２】
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コントローラとからなる制御系において、前記制御対象を昇温するときに必要とされる前記ヒータの電力使用量を推定する電力使用量推定装置であって、
請求項１記載の電力使用量推定関数式算出装置と、
前記ヒータの電力使用量推定値ＰＷ１の算出に用いる入力変数値を取得する第１の数値取得手段と、
この第１の数値取得手段が取得した入力変数値を用いて前記電力使用量推定式により前記ヒータの電力使用量推定値ＰＷ１を算出する第２の電力使用量基本推定手段と、
前記補正量ΔＰＷの算出に用いる入力変数値を取得する第２の数値取得手段と、
前記電力使用量推定関数式算出装置が算出した推定関数式を用い、前記第２の数値取得手段が取得した入力変数値から補正量ΔＰＷを算出する補正量算出手段と、
この補正量算出手段が算出した補正量ΔＰＷと前記第２の電力使用量基本推定手段が算出した電力使用量推定値ＰＷ１とを加算して、電力使用量推定値ＰＷ１を補正する電力使用量補正手段とを備えることを特徴とする電力使用量推定装置。
【請求項３】
請求項２記載の電力使用量推定装置において、
さらに、前記第２の電力使用量基本推定手段が算出した電力使用量推定値ＰＷ１を補正する前に、前記補正量算出手段が算出した補正量ΔＰＷを電力使用量推定値ＰＷ１に基づいて上下限処理する上下限処理手段を備えることを特徴とする電力使用量推定装置。
【請求項４】
請求項１記載の電力使用量推定関数式算出装置において、
前記サンプルデータは、電力使用量実績値ＰＷ、設定値ＳＰ、制御量ＰＶ、操作量上限値ＯＨであり、
前記電力使用量推定式は、ＰＷ１＝（ＳＰ−ＰＶ）ＨＰＴＨ（ＨＰ，ＴＰは定数）であり、
前記推定関数式は、ΔＰＷ＝ａＳＰ＋ｂＯＨ＋ｃであり、
前記制約条件は、ａ≧０，ｂ≦０であることを特徴とする電力使用量推定関数式算出装置。
【請求項５】
請求項２記載の電力使用量推定装置において、
前記第１の数値取得手段は、
設定値ＳＰ変更時の制御量ＰＶを取得する初期制御量取得手段と、
変更後の設定値ＳＰを取得する目標設定値取得手段とからなり、
前記第２の数値取得手段は、
前記目標設定値取得手段と、
コントローラに設定されている操作量上限値ＯＨを取得する操作量上限値取得手段とからなり、
前記電力使用量推定式は、ＰＷ１＝（ＳＰ−ＰＶ）ＨＰＴＨ（ＨＰ，ＴＰは定数）であり、
前記推定関数式は、ΔＰＷ＝ａＳＰ＋ｂＯＨ＋ｃであることを特徴とする電力使用量推定装置。
【請求項６】
請求項３記載の電力使用量推定装置において、
前記上下限処理は、下限値をαＰＷ１（−１．０＜α＜０．０）、上限値をβＰＷ１（β＞０．０）とすることを特徴とする電力使用量推定装置。
【請求項７】
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コントローラとからなる制御系において、前記制御対象を昇温するときに必要とされる前記ヒータの電力使用量の推定関数式を算出する電力使用量推定関数式算出方法であって、
多変量解析の対象となるサンプルデータを記憶するサンプルデータ記憶手段からサンプルデータを取得し、このサンプルデータを利用して所定の電力使用量推定式により前記ヒータの電力使用量推定値ＰＷ１を算出する第１の電力使用量基本推定ステップと、
前記サンプルデータに含まれる電力使用量実績値ＰＷと前記第１の電力使用量基本推定ステップで算出した電力使用量推定値ＰＷ１との差を、電力使用量の補正量ΔＰＷとして算出し、この補正量ΔＰＷをサンプルデータとして前記サンプルデータ記憶手段に追加記憶させる補正量データ算出ステップと、
補正量ΔＰＷを追加した後の前記サンプルデータを利用して多変量解析により、補正量ΔＰＷを推定する推定関数式を所定の制約条件の下で求める多変量解析ステップと、
前記推定関数式を出力する推定関数式出力ステップとを備えることを特徴とする電力使用量推定関数式算出方法。
【請求項８】
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コントローラとからなる制御系において、前記制御対象を昇温するときに必要とされる前記ヒータの電力使用量を推定する電力使用量推定方法であって、
前記ヒータの電力使用量推定値ＰＷ１の算出に用いる入力変数値を取得する第１の数値取得ステップと、
この第１の数値取得ステップで取得した入力変数値を用いて前記電力使用量推定式により前記ヒータの電力使用量推定値ＰＷ１を算出する第２の電力使用量基本推定ステップと、
前記補正量ΔＰＷの算出に用いる入力変数値を取得する第２の数値取得ステップと、
請求項７記載の多変量解析ステップで算出した推定関数式を用い、前記第２の数値取得ステップで取得した入力変数値から補正量ΔＰＷを算出する補正量算出ステップと、
この補正量算出ステップで算出した補正量ΔＰＷと前記第２の電力使用量基本推定ステップで算出した電力使用量推定値ＰＷ１とを加算して、電力使用量推定値ＰＷ１を補正する電力使用量補正ステップとを備えることを特徴とする電力使用量推定方法。
【請求項９】
請求項８記載の電力使用量推定方法において、
さらに、前記第２の電力使用量基本推定ステップで算出した電力使用量推定値ＰＷ１を補正する前に、前記補正量算出ステップで算出した補正量ΔＰＷを電力使用量推定値ＰＷ１に基づいて上下限処理する上下限処理ステップを備えることを特徴とする電力使用量推定方法。
【請求項１０】
請求項７記載の電力使用量推定関数式算出方法において、
前記サンプルデータは、電力使用量実績値ＰＷ、設定値ＳＰ、制御量ＰＶ、操作量上限値ＯＨであり、
前記電力使用量推定式は、ＰＷ１＝（ＳＰ−ＰＶ）ＨＰＴＨ（ＨＰ，ＴＰは定数）であり、
前記推定関数式は、ΔＰＷ＝ａＳＰ＋ｂＯＨ＋ｃであり、
前記制約条件は、ａ≧０，ｂ≦０であることを特徴とする電力使用量推定関数式算出方法。
【請求項１１】
請求項８記載の電力使用量推定方法において、
前記第１の数値取得ステップは、
設定値ＳＰ変更時の制御量ＰＶを取得する初期制御量取得ステップと、
変更後の設定値ＳＰを取得する目標設定値取得ステップとからなり、
前記第２の数値取得ステップは、
前記目標設定値取得ステップと、
コントローラに設定されている操作量上限値ＯＨを取得する操作量上限値取得ステップとからなり、
前記電力使用量推定式は、ＰＷ１＝（ＳＰ−ＰＶ）ＨＰＴＨ（ＨＰ，ＴＰは定数）であり、
前記推定関数式は、ΔＰＷ＝ａＳＰ＋ｂＯＨ＋ｃであることを特徴とする電力使用量推定方法。
【請求項１２】
請求項９記載の電力使用量推定方法において、
前記上下限処理は、下限値をαＰＷ１（−１．０＜α＜０．０）、上限値をβＰＷ１（β＞０．０）とすることを特徴とする電力使用量推定方法。
【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９に示す。図９の例では、空気循環式の加熱チャンバー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、加熱チャンバー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、加熱チャンバー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温度設定値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。このような電力使用量予測装置は、温調計などの汎用的に使用される制御機器に実装されることで、広く普及するようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２５８６７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に開示された電力使用量予測装置の原理は、操作量ＭＶの上限値ＯＨとヒータの電力使用量との関係が線形的になることを前提としている。しかしながら、実際には多かれ少なかれ線形近似からの乖離分（非線形分）が存在する。この乖離分は熱伝達効率の変化の影響などであり、装置構造上の詳細な特性でもある。したがって、例えば制御機器メーカが電力使用量予測装置を加熱装置メーカに出荷する以前に、電力使用量を推定するための非線形関数式を予め限定しておいて、加熱装置メーカあるいは加熱装置ユーザがその予め限定された非線形関数式に適切に合わせこむには、限界がある。特に加熱装置ユーザ側では、装置オペレータは制御や機械の専門知識がないケースが多いので、電力使用量を推定するための適切な非線形関数が得られていない場合に生じる誤差分は、全く修正されないままにならざるを得ない。
【０００７】
専門知識に基づいて非線形関数式を合わせこむ作業を回避するためには、十分な入出力データを収集して、多変量解析の手法により非線形関数式を自動的に得る方法がある。この場合、関数式は完全にブラックボックスモデルになる。しかし、全てをブラックボックスモデル化すると、装置オペレータのデータ収集品質に依存して非常識な関数式が作成される可能性があった。このような関数式を用いると、電力使用量の非常識な推定が行われることになる。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、多変量解析の手法を用いて関数式をヒータの出力特性や伝熱特性による非線形性に自動的に合わせこむ方法を採用しながらも、装置オペレータのデータ収集品質に依存して電力使用量の非常識な推定が行なわれる確率を低減することができる電力使用量推定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】
【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コントローラとからなる制御系において、前記制御対象を昇温するときに必要とされる前記ヒータの電力使用量の推定関数式を算出する電力使用量推定関数式算出装置であって、多変量解析の対象となるサンプルデータを記憶するサンプルデータ記憶手段と、前記サンプルデータを利用して所定の電力使用量推定式により前記ヒータの電力使用量推定値ＰＷ１を算出する第１の電力使用量基本推定手段と、前記サンプルデータに含まれる電力使用量実績値ＰＷと前記第１の電力使用量基本推定手段が算出した電力使用量推定値ＰＷ１との差を、電力使用量の補正量ΔＰＷとして算出し、この補正量ΔＰＷをサンプルデータとして前記サンプルデータ記憶手段に追加記憶させる補正量データ算出手段と、補正量ΔＰＷを追加した後の前記サンプルデータを利用して多変量解析により、補正量ΔＰＷを推定する推定関数式を所定の制約条件の下で求める多変量解析手段と、前記推定関数式を出力する推定関数式出力手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明は、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電力使用量推定装置であって、電力使用量推定関数式算出装置と、前記ヒータの電力使用量推定値ＰＷ１の算出に用いる入力変数値を取得する第１の数値取得手段と、この第１の数値取得手段が取得した入力変数値を用いて前記電力使用量推定式により前記ヒータの電力使用量推定値ＰＷ１を算出する第２の電力使用量基本推定手段と、前記補正量ΔＰＷの算出に用いる入力変数値を取得する第２の数値取得手段と、前記電力使用量推定関数式算出装置が算出した推定関数式を用い、前記第２の数値取得手段が取得した入力変数値から補正量ΔＰＷを算出する補正量算出手段と、この補正量算出手段が算出した補正量ΔＰＷと前記第２の電力使用量基本推定手段が算出した電力使用量推定値ＰＷ１とを加算して、電力使用量推定値ＰＷ１を補正する電力使用量補正手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の電力使用量推定装置の１構成例は、さらに、前記第２の電力使用量基本推定手段が算出した電力使用量推定値ＰＷ１を補正する前に、前記補正量算出手段が算出した補正量ΔＰＷを電力使用量推定値ＰＷ１に基づいて上下限処理する上下限処理手段を備えることを特徴とするものである。
【００１１】
また、本発明の電力使用量推定関数式算出装置の１構成例において、前記サンプルデータは、電力使用量実績値ＰＷ、設定値ＳＰ、制御量ＰＶ、操作量上限値ＯＨであり、前記電力使用量推定式は、ＰＷ１＝（ＳＰ−ＰＶ）ＨＰＴＨ（ＨＰ，ＴＰは定数）であり、前記推定関数式は、ΔＰＷ＝ａＳＰ＋ｂＯＨ＋ｃであり、前記制約条件は、ａ≧０，ｂ≦０であることを特徴とするものである。
また、本発明の電力使用量推定装置の１構成例において、前記第１の数値取得手段は、設定値ＳＰ変更時の制御量ＰＶを取得する初期制御量取得手段と、変更後の設定値ＳＰを取得する目標設定値取得手段とからなり、前記第２の数値取得手段は、前記目標設定値取得手段と、コントローラに設定されている操作量上限値ＯＨを取得する操作量上限値取得手段とからなり、前記電力使用量推定式は、ＰＷ１＝（ＳＰ−ＰＶ）ＨＰＴＨ（ＨＰ，ＴＰは定数）であり、前記推定関数式は、ΔＰＷ＝ａＳＰ＋ｂＯＨ＋ｃであることを特徴とするものである。
また、本発明の電力使用量推定装置の１構成例において、前記上下限処理は、下限値をαＰＷ１（−１．０＜α＜０．０）、上限値をβＰＷ１（β＞０．０）とすることを特徴とするものである。
【００１２】
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コントローラとからなる制御系において、前記制御対象を昇温するときに必要とされる前記ヒータの電力使用量の推定関数式を算出する電力使用量推定関数式算出方法であって、多変量解析の対象となるサンプルデータを記憶するサンプルデータ記憶手段からサンプルデータを取得し、このサンプルデータを利用して所定の電力使用量推定式により前記ヒータの電力使用量推定値ＰＷ１を算出する第１の電力使用量基本推定ステップと、前記サンプルデータに含まれる電力使用量実績値ＰＷと前記第１の電力使用量基本推定ステップで算出した電力使用量推定値ＰＷ１との差を、電力使用量の補正量ΔＰＷとして算出し、この補正量ΔＰＷをサンプルデータとして前記サンプルデータ記憶手段に追加記憶させる補正量データ算出ステップと、補正量ΔＰＷを追加した後の前記サンプルデータを利用して多変量解析により、補正量ΔＰＷを推定する推定関数式を所定の制約条件の下で求める多変量解析ステップと、前記推定関数式を出力する推定関数式出力ステップとを備えることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明は、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電力使用量推定方法であって、前記ヒータの電力使用量推定値ＰＷ１の算出に用いる入力変数値を取得する第１の数値取得ステップと、この第１の数値取得ステップで取得した入力変数値を用いて前記電力使用量推定式により前記ヒータの電力使用量推定値ＰＷ１を算出する第２の電力使用量基本推定ステップと、前記補正量ΔＰＷの算出に用いる入力変数値を取得する第２の数値取得ステップと、前記多変量解析ステップで算出した推定関数式を用い、前記第２の数値取得ステップで取得した入力変数値から補正量ΔＰＷを算出する補正量算出ステップと、この補正量算出ステップで算出した補正量ΔＰＷと前記第２の電力使用量基本推定ステップで算出した電力使用量推定値ＰＷ１とを加算して、電力使用量推定値ＰＷ１を補正する電力使用量補正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】
【００１４】
本発明によれば、多変量解析の手法を用いて線形推定式をヒータの出力特性や伝熱特性による非線形性に自動的に合わせこむ方法を採用しながらも、装置オペレータのデータ収集品質に依存して電力使用量の非常識な推定が行なわれる確率を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ヒータと被加熱物との温度差と、被加熱物の昇温能力との関係を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る電力使用量推定関数式算出装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る電力使用量推定装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る電力使用量推定関数式算出装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態に係る電力使用量推定装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】電力使用量実績値のサンプルデータと、電力使用量推定関数式算出装置の電力使用量基本推定部が算出した電力使用量推定値との関係を示す図である。
【図７】電力使用量実績値のサンプルデータと、電力使用量推定装置が補正量に上下限処理を行なわずに算出した電力使用量推定値との関係を示す図である。
【図８】電力使用量実績値のサンプルデータと、電力使用量推定装置が算出した電力使用量推定値との関係を示す図である。
【図９】加熱装置の１例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［発明の原理１］
例えば特許文献１に開示された、電力使用量の線形推定式を基本数式としてまず採用し、この基本数式による算出結果からの誤差補正分のみを基本数式から分離して、電力使用量推定式を設定する。すなわち、基本数式として特許文献１の線形推定式を用い、非線形分を誤差補正分として扱う。実績データを利用して多変量解析により合わせこむ対象は、上記非線形分のみとして、誤差補正分の数式を求める。したがって、非線形分などの誤差補正分として与えられる補正量のみがブラックボックスモデル依存になり、その補正量に知識・知見に基づく制約条件を設定することで事実上の信頼区間を与えられるので、電力使用量推定装置が制御機器メーカから加熱装置メーカあるいは加熱装置ユーザに流通するプロセスにおいても、流通適合する管埋ができるようになる。なお、線形推定式を合わせ込む処理は、後述するオフライン時に行われる。
【００１７】
また、ヒータの電力使用量予測の補正量の制約条件は、物埋的知識に基づき設定される。以下に、知識例を２つ挙げる。
【００１８】
［知識例１］
図１はヒータと被加熱物との温度差と、被加熱物が１℃上昇するのに必要な時間を表す昇温能力との関係を示す図である。ヒータから被加熱物への熱伝達には温度差依存の特性、すなわちヒータと被加熱物との温度差が大きいほど熱伝達の速度が上がるという特性があるので、図１に示すように昇温により被加熱物が到達する温度が高くなるほど（つまり温度設定値ＳＰが高くなるほど）、昇温能力は埋想の比例関係よりも小さくなり、ヒータの電力使用量は大きめに算出される必要性（基本数式による算出結果から大きめの方向に補正される必要性）が生じる。
【００１９】
したがって、ヒータの電力使用量の線形推定式に必要な係数である昇温能力ＴＨの設定時（算出時）の温度設定値ＳＰよりも、被加熱物を実際に昇温しようとしている温度設定値ＳＰが高くなるときの補正として多変量解析結果を加算する場合、電力使用量の補正量が温度設定値ＳＰに対して単調増加関係になるように補正式の係数を予め制限しておけばよい。
【００２０】
［知識例２］
ヒータから被加熱物への熱伝達には温度差依存の特性、すなわちヒータと被加熱物との温度差が大きいほど熱伝達の速度が上がるという特性があるので、昇温時にヒータ面が到達する最高温度が低くなるほど（つまり操作量上限値ＯＨが小さくなるほど）、昇温能力は埋想の比例関係よりも小さくなり、ヒータの電力使用量は大きめに算出される必要性（基本数式による算出結果から大きめの方向に補正される必要性）が生じる。
【００２１】
したがって、ヒータの電力使用量の線形推定式に必要な係数である昇温能力ＴＨの設定時（算出時）の操作量上限値ＯＨよりも、被加熱物の昇温開始時に実際に設定されている操作量上限値ＯＨが小さくなるときの補正として多変量解析結果を加算する場合、電力使用量の補正量が操作量上限値ＯＨに対して単調減少関係になるように補正式の係数を予め制限しておけばよい。
【００２２】
［発明の原理２］
あくまでも線形推定式からの補正であることを考慮し、線形推定式を用いて推定した電力使用量ＰＷ１に対してその補正量ΔＰＷが線形推定式による結果の規定比率を超えないように制限しておくことが、より好ましい。例えば、補正量ΔＰＷの下限値をαＰＷ１、上限値をβＰＷ１とする。このα，βを０．０に近付けると、補正量の絶対値を小さく抑えることができる。
ＩＦ  ΔＰＷ＜αＰＷｌ  ＴＨＥＮ  ΔＰＷ＝αＰＷ１  （−１．０＜α＜０．０）
・・・（１）
ＩＦ  ΔＰＷ＞βＰＷｌ  ＴＨＥＮ  ΔＰＷ＝βＰＷ１  （β＞０．０）
・・・（２）
【００２３】
式（１）は補正量ΔＰＷが下限値αＰＷ１を下回る場合、αＰＷ１を補正量ΔＰＷとする下限処理を行うことを意味し、式（２）は補正量ΔＰＷが上限値βＰＷ１を上回る場合、βＰＷ１を補正量ΔＰＷとする上限処理を行うことを意味している。こうして、本発明では、ブラックボックスモデル化した電力使用量の推定方法の誤りの影響を小さくすることができるので、制御機器が制御機器メーカから加熱装置メーカあるいは加熱装置ユーザに流通するプロセスにおいて、流通適合度を大幅に向上させることができる。なお、補正量ΔＰＷの上下限処理は、後述するオンライン時に行われる。
【００２４】
以上の原埋により、多変量解析の手法を用いて線形推定式をヒータの出力特性や伝熱特性による非線形性に自動的に合わせこむ方法を採用しながらも、装置オペレータのデータ収集品質に依存して電力使用量の非常識な推定が行なわれる確率を低減することができる。
【００２５】
［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２は本発明の実施の形態に係る電力使用量推定関数式算出装置の構成を示すブロック図である。電力使用量推定関数式算出装置は、多変量解析の対象となるサンプルデータ（電力使用量実績値ＰＷ、設定値ＳＰ、制御量ＰＶ、操作量上限値ＯＨ）を記憶するサンプルデータ記憶部１と、サンプルデータを利用して所定の電力使用量推定式によりヒータの電力使用量推定値ＰＷ１を算出する電力使用量基本推定部２と、サンプルデータに含まれる電力使用量実績値ＰＷと電力使用量基本推定部２が算出した電力使用量推定値ＰＷ１との差を、電力使用量の補正量ΔＰＷとして算出し、この補正量ΔＰＷをサンプルデータとしてサンプルデータ記憶部１に追加記憶させる補正量データ算出部３と、補正量ΔＰＷを追加した後のサンプルデータを利用して多変量解析により、補正量ΔＰＷを推定する推定関数式を所定の制約条件の下で求める多変量解析部４と、推定関数式の係数を出力する推定関数式出力部５とを備えている。
【００２６】
図３は本発明の実施の形態に係る電力使用量推定装置の構成を示すブロック図である。電力使用量推定装置は、推定関数式の係数を入力する推定関数式入力部１０と、設定値ＳＰ変更時の制御量ＰＶを取得する初期制御量取得部１１と、変更後の設定値ＳＰを取得する目標設定値取得部１２と、操作量上限値ＯＨを取得する操作量上限値取得部１３と、設定値ＳＰと制御量ＰＶを用いて電力使用量推定式によりヒータの電力使用量推定値ＰＷ１を算出する電力使用量基本推定部１４と、電力使用量推定関数式算出装置が算出した推定関数式を用い、設定値ＳＰと操作量上限値ＯＨとから補正量ΔＰＷを算出する補正量算出部１５と、補正量ΔＰＷを電力使用量推定値ＰＷ１に基づいて上下限処理する上下限処埋部１６と、上下限処理後の補正量ΔＰＷと電力使用量基本推定部１４が算出した電力使用量推定値ＰＷ１とを加算して、電力使用量推定値ＰＷ１を補正する電力使用量補正部１７とを備えている。
【００２７】
次に、オフライン時の電力使用量推定関数式算出装置の動作について説明する。図４は電力使用量推定関数式算出装置の動作を示すフローチャートである。オペレータは、図９に示した加熱装置を電力使用量推定の適用対象として、温度設定値ＳＰと制御量ＰＶ（温度計測値）と操作量上限値ＯＨとヒータの電力使用量実績値ＰＷとの関係について予め数通りの実験データであるサンプルデータを収集する。サンプルデータの１例を表１に示す。
【００２８】
【表１】
2012108751.tif 000003
【００２９】
サンプルデータを収集するには、加熱チャンバー１０１の昇温を開始する際に、変更後の設定値ＳＰと設定値ＳＰ変更時点の制御量ＰＶとを収集し、操作量ＭＶを操作量上限値ＯＨに維持して昇温させたときのヒータ１０２の電力使用量実績値ＰＷを収集すればよく、このようなサンプルデータを多数収集すればよい。
電力使用量推定関数式算出装置のサンプルデータ記憶部１には、表１に示すように設定値ＳＰと制御量ＰＶと操作量上限値ＯＨと電力使用量実績値ＰＷとの組からなるサンプルデータが予め記憶されている。
【００３０】
電力使用量推定関数式算出装置の電力使用量基本推定部２は、サンプルデータ記憶部１から設定値ＳＰと制御量ＰＶのサンプルデータの組を取得し、以下の電力使用量推定式を用いてヒータ１０２の電力使用量推定値ＰＷ１を算出する（図４ステップＳ１００）。
ＰＷ１＝（ＳＰ−ＰＶ）ＨＰＴＨ
＝（ＳＰ−ＰＶ）×１．０［ｋＷ］×２２．８９［ｓｅｃ．／℃］  ・・・（３）
【００３１】
ＨＰはヒータ１０２の加熱する能力を表すヒータ能力係数である。ヒータ能力係数ＨＰとしては、ヒータ容量を使用すればよい。また、ＴＨは加熱チャンバー１０１を単位温度加熱するのに必要な時間を表す昇温能力である。昇温能力ＴＨを求めるには、ヒータ出力を１００％に維持して昇温させたときに、加熱チャンバー１０１が例えば常温（２５℃）から１００℃になるまでに必要な所要時間Ｔ＿１００を実際に調べ、単位温度（１℃）あたりにかかる昇温時間を昇温能力ＴＨとして算出しておけばよい。すなわち、昇温能力ＴＨは次式により算出できる。
ＴＨ＝Ｔ＿１００／（１００−２５）                              ・・・（４）
【００３２】
電力使用量基本推定部２は、以上のような推定値ＰＷ１を、設定値ＳＰと制御量ＰＶのサンプルデータの組毎に算出する。なお、推定値ＰＷ１を算出する技術については、特許文献１に開示されている。
【００３３】
続いて、電力使用量推定関数式算出装置の補正量データ算出部３は、サンプルデータ記憶部１から電力使用量実績値ＰＷのサンプルデータを取得すると共に、この電力使用量実績値ＰＷに対応する設定値ＳＰと制御量ＰＶのサンプルデータから電力使用量基本推定部２が算出した電力使用量推定値ＰＷ１を取得し、この電力使用量実績値ＰＷと電力使用量推定値ＰＷ１との差を、電力使用量の補正量ΔＰＷとして次式のように算出する（図４ステップＳ１０１）。
ΔＰＷ＝ＰＷ−ＰＷ１                                            ・・・（５）
【００３４】
補正量データ算出部３は、補正量ΔＰＷを、電力使用量実績値ＰＷのサンプルデータ毎に算出する。そして、補正量データ算出部３は、算出した補正量ΔＰＷを、算出の元となった電力使用量実績値ＰＷのサンプルデータと対応付けてサンプルデータ記憶部１に記憶させる（図４ステップＳ１０２）。ステップＳ１０２の処理完了後のサンプルデータ記憶部１に記憶されているサンプルデータを表２、表３に示す。なお、電力使用量推定値ＰＷ１をサンプルデータ記憶部１に記憶させておく必要はないが、ここでは補正値ΔＰＷと共に例示しておく。
【００３５】
【表２】
2012108751.tif 000004
【００３６】
【表３】
2012108751.tif 000005
【００３７】
次に、電力使用量推定関数式算出装置の多変量解析部４は、サンプルデータ記憶部１が記憶している設定値ＳＰと操作量上限値ＯＨと補正量ΔＰＷのサンプルデータに対して重回帰分析やＳＶＲ（Support Vector Regression）などの多変量解析を行うことにより、補正量ΔＰＷを推定する推定関数式を求める（図４ステップＳ１０３）。ここでは、温度設定値ＳＰに対する補正量ΔＰＷの単調増加、および操作量上限値ＯＨに対する補正量ΔＰＷの単調減少を管埋しやすくするために、推定関数式を以下のように１次の数式とした。
ΔＰＷ＝ａＳＰ＋ｂＯＨ＋ｃ                                      ・・・（６）
【００３８】
式（６）では、ａ≧０が温度設定値ＳＰに対する補正量ΔＰＷの単調増加の条件となり、ｂ≦０が操作量上限値ＯＨに対する補正量ΔＰＷの単調減少の条件となるので、ａ≧０，ｂ≦０が多変量解析の際の制約条件として予め設定されている。表２、表３のサンプルデータから得られた推定関数式を以下に示す。ここでは、多変量解析手法としてＳＶＲを採用した。
ΔＰＷ＝ａＳＰ＋ｂＯＨ＋ｃ
＝１４．３９１５ＳＰ−１５．６６４９ＯＨ＋６７４．６２３９  ・・（７）
【００３９】
電力使用量推定装置の補正量算出部１５には、式（６）に示した推定関数式自体は予め実装されており、係数のみがパラメータ値として与えられるようになっている。すなわち、推定関数式出力部５は、多変量解析部４が求めた推定関数式の係数を電力使用量推定装置に出力する（図４ステップＳ１０４）。
以上で、電力使用量推定関数式算出装置の動作が終了する。
【００４０】
次に、オンライン時の電力使用量推定装置の動作について説明する。図５は電力使用量推定装置の動作を示すフローチャートである。電力使用量推定装置は、例えば図９に示した加熱装置の温調計１００（コントローラ）に実装され、加熱装置のオペレータ等によって温度設定値ＳＰが変更されたときにヒータ１０２の電力使用量推定を行なう。
【００４１】
電力使用量推定装置の初期制御量取得部１１は、加熱装置（実際には温度センサ１０３）から設定値ＳＰ変更時の制御量ＰＶを取得する（図５ステップＳ２００）。なお、制御系に応答の遅れがあるため、制御量ＰＶ（温度）は、設定値ＳＰの変更に対して遅れて上昇を始める。したがって、初期制御量取得部１１が取得する制御量ＰＶの値は、設定値ＳＰ変更直前の値と同じである。
電力使用量推定装置の目標設定値取得部１２は、変更後の設定値ＳＰを取得する（図５ステップＳ２０１）。
【００４２】
電力使用量推定装置の操作量上限値取得部１３は、温調計１００に設定されている操作量上限値ＯＨを取得する（図５ステップＳ２０２）。
次に、電力使用量推定装置の電力使用量基本推定部１４は、目標設定値取得部１２が取得した設定値ＳＰと初期制御量取得部１１が取得した制御量ＰＶとから、以下の電力使用量推定式によりヒータ１０２の電力使用量推定値ＰＷ１を算出する（図５ステップＳ２０３）。
ＰＷ１＝（ＳＰ−ＰＶ）ＨＰＴＨ
＝（ＳＰ−ＰＶ）×１．０［ｋＷ］×２２．８９［ｓｅｃ．／℃］  ・・・（８）
【００４３】
電力使用量基本推定部１４が用いる電力使用量推定式は、電力使用量推定関数式算出装置の電力使用量基本推定部２が用いる電力使用量推定式と同じである必要がある。つまり、式（８）は上記の式（３）と同じものである。
【００４４】
続いて、電力使用量推定装置の補正量算出部１５は、電力使用量推定関数式算出装置が決定した推定関数式を用いて、目標設定値取得部１２が取得した設定値ＳＰと操作量上限値取得部１３が取得した操作量上限値ＯＨとから、電力使用量の補正量ΔＰＷを算出する（図５ステップＳ２０４）。上記のとおり、補正量算出部１５には、係数が未定の推定関数式が予め設定されており、電力使用量推定関数式算出装置の推定関数式出力部５から推定関数式入力部１０を介して推定関数式の係数が入力されることにより、式（９）に示したような推定関数式が確定する。
ΔＰＷ＝ａＳＰ＋ｂＯＨ＋ｃ
＝１４．３９１５ＳＰ−１５．６６４９ＯＨ＋６７４．６２３９  ・・（９）
【００４５】
次に、電力使用量推定装置の上下限処埋部１６は、電力使用量基本推定部１４が算出した電力使用量推定値ＰＷ１に基づいて補正量ΔＰＷの下限値を−０．５ＰＷ１、上限値をＰＷ１として、補正量ΔＰＷを上下限処埋する（図５ステップＳ２０５）。すなわち、電力使用量推定値ＰＷ１を半減させるまでの補正量を下限とし、電力使用量推定値ＰＷ１を倍増させるまでの補正量を上限として以下のような上下限処理を行う。
ＩＦ  ΔＰＷ＜−０．５ＰＷ１  ＴＨＥＮ  ΔＰＷ＝−０．５ＰＷ１  ・・（１０）
ＩＦ  ΔＰＷ＞ＰＷ１  ＴＨＥＮ  ΔＰＷ＝ＰＷ１                ・・・（１１）
【００４６】
式（１０）は補正量ΔＰＷが下限値（−０．５ＰＷ１）を下回る場合、−０．５ＰＷ１を補正量ΔＰＷとする下限処理を行うことを意味し、式（１１）は補正量ΔＰＷが上限値ＰＷ１を上回る場合、ＰＷ１を補正量ΔＰＷとする上限処理を行うことを意味している。
【００４７】
最後に、電力使用量推定装置の電力使用量補正部１７は、上下限処理後の補正量ΔＰＷと電力使用量基本推定部１４が算出した電力使用量推定値ＰＷ１とを次式のように加算して、電力使用量推定値ＰＷ１の補正値ＰＷ１’を算出する（図５ステップＳ２０６）。
ＰＷ１’＝ＰＷ１＋ΔＰＷ                                      ・・・（１２）
以上で、電力使用量推定装置の動作が終了する。
【００４８】
［補正の効果］
以下、本実施の形態の補正の効果について説明する。図６は、表２、表３に示した電力使用量実績値ＰＷのサンプルデータと電力使用量推定関数式算出装置の電力使用量基本推定部２が算出した電力使用量推定値ＰＷ１との関係を示す図である。つまり、図６は電力使用量推定値ＰＷ１を全く補正していない例を示している。４５°の線６０にプロット点があまり乗っていないのは、電力使用量の推定精度が低いことを示している。
【００４９】
図７は、表２、表３に示した電力使用量実績値ＰＷのサンプルデータと、この表２、表３の設定値ＳＰと制御量ＰＶと操作量上限値ＯＨのサンプルデータを用いて電力使用量推定装置が算出した電力使用量推定値ＰＷ１’との関係を示す図である。ただし、ここでの電力使用量推定値ＰＷ１’は、補正量ΔＰＷに上下限処理を行なわずに算出したものである。図７によると、４５°の線６０にプロット点が乗ってきていることが分かるが、電力使用量の推定精度の改善余地は大きい。
【００５０】
図８は、表２、表３に示した電力使用量実績値ＰＷのサンプルデータと、この表２、表３の設定値ＳＰと制御量ＰＶと操作量上限値ＯＨのサンプルデータを用いて電力使用量推定装置が算出した電力使用量推定値ＰＷ１’との関係を示す図である。図８によれば、補正量ΔＰＷを上下限処理した上で電力使用量推定値ＰＷ１に加算した結果、図６、図７に比べて４５°の線６０にプロット点が乗ってきており、電力使用量の推定精度が向上していることが分かる。
【００５１】
なお、電力使用量推定装置は、電力使用量推定関数式算出装置を内部に有するものであってもよい。
本実施の形態で説明した電力使用量推定関数式算出装置と電力使用量推定装置とは、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】
【００５２】
本発明は、例えばプロセス制御における電力使用量の推定技術に適用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１…サンプルデータ記憶部、２，１４…電力使用量基本推定部、３…補正量データ算出部、４…多変量解析部、５…推定関数式出力部、１０…推定関数式入力部、１１…初期制御量取得部、１２…目標設定値取得部、１３…操作量上限値取得部、１５…補正量算出部、１６…上下限処埋部、１７…電力使用量補正部。
【図１】
2012108751.tif 000006
【図２】
2012108751.tif 000007
【図３】
2012108751.tif 000008
【図４】
2012108751.tif 000009
【図５】
2012108751.tif 000010
【図６】
2012108751.tif 000011
【図７】
2012108751.tif 000012
【図８】
2012108751.tif 000013
【図９】
2012108751.tif 000014