JP2019040439A - Diagnostic device and method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加熱装置の状態を診断する診断装置および方法に関するものである。 The present invention relates to a diagnostic apparatus and method for diagnosing the state of a heating apparatus.
半導体製造装置では、ＥＥＳ（Equipment Engineering System）が実用段階へと移行してきている。ＥＥＳは、半導体製造装置が正常に機能しているかどうかをデータでチェックし、装置の信頼性や生産性を向上させるシステムである。ＥＥＳの主な目的は、装置自体を対象とする不具合検知（ＦＤ：Fault Detection）、不具合予知（ＦＰ：Fault Prediction）である。ＦＤ／ＦＰには、装置コントロールレベル、モジュールレベル、サブシステムレベル、Ｉ／Ｏデバイスレベルという階層化の捉え方がある。Ｉ／Ｏデバイスレベルの主体は、センサやアクチュエータである。 In semiconductor manufacturing equipment, EES (Equipment Engineering System) has entered a practical stage. The EES is a system that checks whether or not a semiconductor manufacturing apparatus is functioning normally with data and improves the reliability and productivity of the apparatus. The main purpose of EES is failure detection (FD: Fault Detection) and failure prediction (FP: Fault Prediction) for the device itself. In FD / FP, there is a way of grasping hierarchies of device control level, module level, subsystem level, and I / O device level. The main components at the I / O device level are sensors and actuators.
このような動向に関連し、特許文献１のように、加熱装置の温度制御応答の特徴を算出するものが提案されている。加熱装置は、例えば図１３に示すように、処理対象のワークを加熱する熱処理炉１００と、電気ヒータ１０１と、熱処理炉１００内の温度を計測する温度センサ１０２と、熱処理炉１００内の温度を制御する温調計１０３と、電力調整器１０４と、電力供給回路１０５と、加熱装置全体を制御するＰＬＣ（Programmable Logic Controller）１０６とから構成される。温調計１０３は、温度センサ１０２が計測した温度ＰＶ（制御量）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を通じて電気ヒータ１０１に供給する。 In relation to such a trend, as disclosed in Patent Document 1, a device that calculates the characteristics of the temperature control response of the heating device has been proposed. For example, as shown in FIG. 13, the heating device includes a heat treatment furnace 100 that heats a workpiece to be processed, an electric heater 101, a temperature sensor 102 that measures the temperature in the heat treatment furnace 100, and the temperature in the heat treatment furnace 100. It comprises a temperature controller 103 to be controlled, a power regulator 104, a power supply circuit 105, and a PLC (Programmable Logic Controller) 106 for controlling the entire heating device. The temperature controller 103 calculates the operation amount MV so that the temperature PV (control amount) measured by the temperature sensor 102 matches the temperature set value SP. The power regulator 104 determines power according to the operation amount MV, and supplies the determined power to the electric heater 101 through the power supply circuit 105.
特許文献１に開示された技術は、例えば図１３に示す加熱装置において、制御対象の動的プロセスゲインＫｐとプロセス時定数Ｔｐとの比率Ｒ＝Ｋｐ／Ｔｐで制御対象の状態を判定するものである。この比率Ｒは、ヘルスインデックスと呼ばれ、コントローラ（温調計１０３）による制御対象の健全性を示す指標であり、制御対象の過渡状態での特性を利用している。したがって、比率Ｒを採用すれば、不可測な外的要因により操作量ＭＶの平衡点（以下、平衡時操作量ＭＶｓと記載）が移動することに対処できる。 The technique disclosed in Patent Document 1 is to determine the state of the controlled object based on the ratio R = Kp / Tp of the dynamic process gain Kp to be controlled and the process time constant Tp in the heating apparatus shown in FIG. 13, for example. is there. This ratio R is called a health index and is an index indicating the soundness of the control target by the controller (temperature controller 103), and uses the characteristics of the control target in a transient state. Therefore, if the ratio R is adopted, it is possible to cope with the movement of the balance point of the manipulated variable MV (hereinafter referred to as the balanced manipulated variable MVs) due to unforeseen external factors.
しかし、現実には、制御対象次第では、比率Ｒ＝Ｋｐ／Ｔｐによって状態管理を実質的に代用するだけではなく、平衡時操作量ＭＶｓによって加熱装置の状態を管理すべき必要性は残る。しかしながら、熱処理炉内の負荷（例えば熱処理される対象のワークなどの積載量）によって、適正な平衡時操作量ＭＶｓが変化することがあるので、平衡時操作量ＭＶｓに基づいて加熱装置の状態を診断することは困難である。 However, in reality, depending on the object to be controlled, not only the state management is substantially substituted by the ratio R = Kp / Tp, but also the necessity of managing the state of the heating device by the equilibrium operation amount MVs remains. However, since the proper operation amount MVs at equilibrium may change depending on the load in the heat treatment furnace (for example, the load amount of the workpiece to be heat-treated), the state of the heating device is changed based on the operation amount MVs at equilibrium. It is difficult to diagnose.
例えば、比率Ｒ＝Ｋｐ／Ｔｐのみで診断する場合は、加熱（昇温）後に特定の時間が経過してから平衡時操作量ＭＶｓが異常値に変化するような不具合を検出できないという問題が生じる。したがって、平衡時操作量ＭＶｓに基づいて加熱装置の状態を診断することが必要になる。しかしながら、適正な平衡時操作量ＭＶｓを一律に決めてしまうと、上記のとおり熱処理炉内の負荷の変化に対応できないので、改善が求められている。 For example, in the case of diagnosing only with the ratio R = Kp / Tp, there arises a problem that it is not possible to detect a malfunction in which the equilibrium manipulated variable MVs changes to an abnormal value after a specific time has elapsed after heating (temperature increase). . Therefore, it is necessary to diagnose the state of the heating device based on the operation amount MVs at equilibrium. However, if the proper operation amount MVs at equilibrium is uniformly determined, the change in the load in the heat treatment furnace cannot be dealt with as described above, and therefore improvement is required.
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、平衡時操作量が加熱装置の熱処理炉内の負荷に影響されるような加熱装置において、平衡時操作量による加熱装置の診断の信頼性を向上させることができる診断装置および方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and in a heating device in which the operation amount at equilibrium is affected by the load in the heat treatment furnace of the heating device, the reliability of diagnosis of the heating device by the operation amount at equilibrium is achieved. It is an object of the present invention to provide a diagnostic apparatus and method that can improve the performance.
本発明の診断装置は、加熱装置の温度制御の過渡状態から得られる指標を算出するように構成された指標算出部と、前記加熱装置の制御部から出力される、前記過渡状態後の平衡状態の操作量である平衡時操作量を診断する閾値を、前記指標算出部によって算出された指標に基づいて決定するように構成された閾値決定部と、診断対象の前記平衡時操作量と前記閾値とを比較することにより前記加熱装置の異常を検出したときに第１のアラーム信号を出力するように構成された不具合診断部とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の加熱装置の１構成例において、前記指標算出部は、前記過渡状態を発生させる前記操作量の時系列データと前記過渡状態における制御量の時系列データとに基づいて、制御対象の動的プロセスゲインとプロセス時定数との比率を前記指標として算出することを特徴とするものである。
The diagnostic apparatus according to the present invention includes an index calculation unit configured to calculate an index obtained from a transient state of temperature control of the heating device, and an equilibrium state after the transient state that is output from the control unit of the heating device. A threshold value determination unit configured to determine a threshold value for diagnosing an operation amount at equilibrium that is an operation amount of the control unit based on the index calculated by the index calculation unit; And a failure diagnosis unit configured to output a first alarm signal when an abnormality of the heating device is detected.
Further, in one configuration example of the heating device of the present invention, the index calculation unit is based on time series data of the manipulated variable that generates the transient state and time series data of the control amount in the transient state. The ratio between the dynamic process gain and the process time constant is calculated as the index.
また、本発明の加熱装置の１構成例において、前記閾値決定部は、前記加熱装置の熱処理炉内の負荷条件が異なる複数回の加熱試験で得られた前記指標と前記閾値との複数組の予め記憶されている値を基に、前記指標算出部によって算出された指標に対応する前記閾値を補間により算出することを特徴とするものである。
また、本発明の加熱装置の１構成例において、前記記憶されている複数の閾値は、複数回の加熱試験で得られた平衡時操作量にそれぞれ１より大の特定の倍率を乗じた値であり、前記不具合診断部は、診断対象の前記平衡時操作量が前記閾値決定部によって決定された閾値よりも大きい場合に前記第１のアラーム信号を出力することを特徴とするものである。
また、本発明の加熱装置の１構成例において、前記記憶されている複数の閾値は、複数回の加熱試験で得られた平衡時操作量にそれぞれ１より小の特定の倍率を乗じた値であり、前記不具合診断部は、診断対象の前記平衡時操作量が前記閾値決定部によって決定された閾値よりも小さい場合に前記第１のアラーム信号を出力することを特徴とするものである。
Further, in one configuration example of the heating device of the present invention, the threshold value determination unit includes a plurality of sets of the index and the threshold value obtained in a plurality of heating tests with different load conditions in a heat treatment furnace of the heating device. The threshold value corresponding to the index calculated by the index calculation unit is calculated by interpolation based on a value stored in advance.
Further, in one configuration example of the heating device of the present invention, the plurality of stored threshold values are values obtained by multiplying the operation amount at equilibrium obtained in a plurality of heating tests by a specific magnification greater than 1, respectively. The failure diagnosis unit outputs the first alarm signal when the equilibrium operation amount to be diagnosed is larger than a threshold value determined by the threshold value determination unit.
Further, in one configuration example of the heating device of the present invention, the plurality of stored threshold values are values obtained by multiplying the operation amount at equilibrium obtained by a plurality of heating tests by a specific magnification smaller than 1. And the failure diagnosis unit outputs the first alarm signal when the equilibrium operation amount to be diagnosed is smaller than a threshold value determined by the threshold value determination unit.
また、本発明の加熱装置の１構成例において、前記閾値決定部によって決定された閾値を記憶するように構成された閾値履歴記憶部と、前記不具合診断部によって診断対象として採用された平衡時操作量を記憶するように構成された平衡時操作量履歴記憶部と、前記閾値決定部によって決定された現在の閾値が前記加熱装置の前回の加熱処理以前に前記閾値履歴記憶部によって記憶された過去の閾値よりも小さく、かつ前記不具合診断部によって診断対象として採用された現在の平衡時操作量が前回の加熱処理以前に前記平衡時操作量履歴記憶部によって記憶された過去の平衡時操作量よりも大きい場合に、第２のアラーム信号を出力するように構成された矛盾診断部とをさらに備えることを特徴とするものである。
また、本発明の加熱装置の１構成例において、前記閾値決定部によって決定された閾値を記憶するように構成された閾値履歴記憶部と、前記不具合診断部によって診断対象として採用された平衡時操作量を記憶するように構成された平衡時操作量履歴記憶部と、前記閾値決定部によって決定された現在の閾値が前記加熱装置の前回の加熱処理以前に前記閾値履歴記憶部によって記憶された過去の閾値よりも大きく、かつ前記不具合診断部によって診断対象として採用された現在の平衡時操作量が前回の加熱処理以前に前記平衡時操作量履歴記憶部によって記憶された過去の平衡時操作量よりも小さい場合に、第２のアラーム信号を出力するように構成された矛盾診断部とをさらに備えることを特徴とするものである。
Further, in one configuration example of the heating device of the present invention, a threshold value history storage unit configured to store a threshold value determined by the threshold value determination unit, and an operation at equilibrium adopted as a diagnosis target by the defect diagnosis unit The equilibrium manipulated variable history storage unit configured to store the amount, and the past threshold value stored by the threshold history storage unit before the previous heating process of the heating device is determined by the threshold value determination unit. Less than the threshold value, and the current equilibrium operation amount adopted as the diagnosis target by the defect diagnosis unit is more than the previous equilibrium operation amount stored by the equilibrium operation amount history storage unit before the previous heating process. And a contradiction diagnosing unit configured to output a second alarm signal when the signal is larger.
Further, in one configuration example of the heating device of the present invention, a threshold value history storage unit configured to store a threshold value determined by the threshold value determination unit, and an operation at equilibrium adopted as a diagnosis target by the defect diagnosis unit The equilibrium manipulated variable history storage unit configured to store the amount, and the past threshold value stored by the threshold history storage unit before the previous heating process of the heating device is determined by the threshold value determination unit. Is greater than the threshold value, and the current equilibrium manipulated variable adopted as the diagnosis target by the fault diagnosis unit is greater than the previous equilibrium manipulated variable stored in the equilibrium manipulated variable history storage unit before the previous heating process. And a contradiction diagnosis unit configured to output a second alarm signal when the second alarm signal is smaller.
また、本発明の診断方法は、加熱装置の温度制御の過渡状態から得られる指標を算出する第１のステップと、前記加熱装置の制御部から出力される、前記過渡状態後の平衡状態の操作量である平衡時操作量を診断する閾値を、前記第１のステップで算出した指標に基づいて決定する第２のステップと、診断対象の前記平衡時操作量と前記閾値とを比較することにより前記加熱装置の異常を検出したときに第１のアラーム信号を出力する第３のステップとを含むことを特徴とするものである。 The diagnostic method of the present invention includes a first step of calculating an index obtained from a transient state of temperature control of the heating device, and an operation in an equilibrium state after the transient state output from the control unit of the heating device. A second step of determining a threshold for diagnosing an operation amount at equilibrium, which is a quantity, based on the index calculated in the first step, and comparing the operation amount at equilibrium with the threshold to be diagnosed And a third step of outputting a first alarm signal when an abnormality of the heating device is detected.
本発明によれば、加熱装置の温度制御の過渡状態から得られる指標を算出する指標算出部と、加熱装置の制御部から出力される、過渡状態後の平衡状態の操作量である平衡時操作量を診断する閾値を、指標算出部によって算出された指標に基づいて決定する閾値決定部と、診断対象の平衡時操作量と閾値とを比較することにより加熱装置の異常を検出したときに第１のアラーム信号を出力する不具合診断部とを設けることにより、平衡時操作量が加熱装置の熱処理炉内の負荷に影響されるような加熱装置において、平衡時操作量による加熱装置の診断の信頼性を向上させることができる。 According to the present invention, an index calculation unit that calculates an index obtained from the transient state of the temperature control of the heating device, and an operation at equilibrium that is an operation amount in an equilibrium state after the transient state that is output from the control unit of the heating device. The threshold value determination unit that determines the threshold value for diagnosing the amount based on the index calculated by the index calculation unit, and the first time when the abnormality of the heating device is detected by comparing the operation amount at equilibrium of the diagnosis target with the threshold value In the heating device in which the operation amount at equilibrium is affected by the load in the heat treatment furnace of the heating device by providing a fault diagnosis unit that outputs the alarm signal of 1, the reliability of the diagnosis of the heating device by the operation amount at equilibrium Can be improved.
また、本発明では、閾値決定部によって決定された閾値を記憶する閾値履歴記憶部と、不具合診断部によって診断対象として採用された平衡時操作量を記憶する平衡時操作量履歴記憶部と、閾値決定部によって決定された現在の閾値が加熱装置の前回の加熱処理以前に閾値履歴記憶部によって記憶された過去の閾値よりも小さく、かつ不具合診断部によって診断対象として採用された現在の平衡時操作量が前回の加熱処理以前に平衡時操作量履歴記憶部によって記憶された過去の平衡時操作量よりも大きい場合に、第２のアラーム信号を出力するように構成された矛盾診断部とを設けることにより、加熱装置の診断の信頼性を更に向上させることができる。 Further, in the present invention, a threshold value history storage unit that stores the threshold value determined by the threshold value determination unit, an equilibrium operation amount history storage unit that stores an equilibrium operation amount adopted as a diagnosis target by the defect diagnosis unit, and a threshold value The current equilibrium operation that the current threshold value determined by the determination unit is smaller than the past threshold value stored by the threshold value history storage unit before the previous heating process of the heating device and is adopted as a diagnosis target by the fault diagnosis unit A contradiction diagnosis unit configured to output a second alarm signal when the amount is larger than the past operation amount at equilibrium stored in the equilibrium operation amount history storage unit before the previous heat treatment; Thereby, the reliability of the diagnosis of the heating device can be further improved.
［発明の原理１］
平衡時操作量ＭＶｓが熱処理炉内の負荷に影響されるような加熱装置では、平衡時操作量ＭＶｓに影響を与える負荷変動自体が、温度制御の過渡状態に影響を与える。また、平衡時操作量ＭＶｓは加熱（昇温）後の平衡点なので、平衡状態が得られるまでに、必ず同じ負荷の状況での昇温（過渡状態）が発生する。要するに、加熱（昇温）後に熱処理炉内の負荷を増減させるトンネル炉を除けば、加熱（昇温）前に熱処理炉内の負荷は確定している。
[Principle of Invention 1]
In a heating apparatus in which the equilibrium operating amount MVs is affected by the load in the heat treatment furnace, the load fluctuation itself that affects the equilibrium operating amount MVs affects the transient state of the temperature control. Further, since the operation amount MVs at equilibrium is an equilibrium point after heating (temperature increase), the temperature increase (transient state) always occurs under the same load condition until the equilibrium state is obtained. In short, the load in the heat treatment furnace is determined before the heating (temperature increase) except for the tunnel furnace that increases or decreases the load in the heat treatment furnace after the heating (temperature increase).
発明者は、上記の点に着眼し、平衡状態が得られる直前の過渡状態から得られる指標（例えばその過渡状態における比率Ｒ＝Ｋｐ／Ｔｐなど）に基づいて、平衡時操作量ＭＶｓによる診断閾値を適宜変更することで、平衡時操作量ＭＶｓに基づく診断の信頼性を向上できることに想到した。このようにすることで、上記の問題点を緩和できる。すなわち、診断の信頼性を向上させることができる。 The inventor pays attention to the above points, and based on an index obtained from the transient state immediately before the equilibrium state is obtained (for example, the ratio R = Kp / Tp in the transient state), the diagnostic threshold value based on the operation amount MVs at equilibrium It was conceived that the reliability of diagnosis based on the manipulated variable MVs at equilibrium can be improved by appropriately changing. By doing so, the above problems can be alleviated. That is, the reliability of diagnosis can be improved.
［発明の原理２］
閾値判定において問題ない場合でも、平衡時操作量ＭＶｓに矛盾（負荷が小さい判定にも拘わらず平衡時操作量ＭＶｓが高い）が生じている場合には、上記と別の矛盾アラームを出すのが、信頼性という観点からは好ましい。例えば、比率Ｒ＝Ｋｐ／Ｔｐに基づいて変更された閾値としては負荷が前回よりも小さくなっていると見なすべき状況（平衡時操作量ＭＶｓが低くなるはずの状況）において、平衡時操作量ＭＶｓが前回よりも高くなっている場合には、矛盾アラームを出すようにする。
[Principle of Invention 2]
Even if there is no problem in the threshold determination, if there is a contradiction in the equilibrium operation amount MVs (the equilibrium operation amount MVs is high despite the low load determination), another contradiction alarm may be issued. From the viewpoint of reliability, it is preferable. For example, in a situation where the load should be regarded as being smaller than the previous threshold as a threshold value changed based on the ratio R = Kp / Tp (a situation where the equilibrium manipulated variable MVs should be low), the equilibrium manipulated variable MVs If is higher than the previous time, a contradiction alarm is issued.
［第１の実施例］
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施例に係る診断装置の構成を示すブロック図である。本実施例は、上記発明の原理１に対応する例である。診断装置は、加熱装置の温度制御の過渡状態から得られる指標を算出する指標算出部１と、加熱装置のＰＩＤ制御部１０から出力される、過渡状態後の平衡状態の操作量である平衡時操作量ＭＶｓを診断する平衡閾値ＴＸを、指標算出部１によって算出された指標に基づいて決定する平衡閾値決定部２と、診断対象の平衡時操作量ＭＶｓと平衡閾値ＴＸとを比較することにより加熱装置の異常を検出したときにアラーム信号を出力する不具合診断部３とを備えている。
[First embodiment]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the diagnostic apparatus according to the first embodiment of the present invention. The present embodiment is an example corresponding to the first principle of the present invention. The diagnostic device includes an index calculation unit 1 that calculates an index obtained from the transient state of the temperature control of the heating device, and an equilibrium time that is an operation amount in an equilibrium state after the transient state that is output from the PID control unit 10 of the heating device. By comparing the equilibrium threshold value determining unit 2 that determines the equilibrium threshold value TX for diagnosing the manipulated variable MVs based on the index calculated by the index calculating unit 1 with the equilibrium operating value MVs and the equilibrium threshold value TX to be diagnosed. And a failure diagnosis unit 3 that outputs an alarm signal when an abnormality of the heating device is detected.
本実施例は、例えば図１３に示した加熱装置を診断対象の装置とする。この場合、図１のＰＩＤ制御部１０は、図１３に示した温調計１０３の内部に設けられる。
図２はＰＩＤ制御部１０の動作を説明するフローチャートである。設定値ＳＰ（温度設定値）は、加熱装置のオペレータによって設定され、ＰＩＤ制御部１０に入力される（図２ステップＳ１００）。
In the present embodiment, for example, the heating apparatus shown in FIG. In this case, the PID control unit 10 in FIG. 1 is provided inside the temperature controller 103 shown in FIG.
FIG. 2 is a flowchart for explaining the operation of the PID control unit 10. The set value SP (temperature set value) is set by the operator of the heating device and input to the PID control unit 10 (step S100 in FIG. 2).
制御量ＰＶ（温度計測値）は、制御対象に設けられたセンサ（例えば図１３の温度センサ１０２）によって計測され、ＰＩＤ制御部１０と診断装置の指標算出部１とに入力される（図２ステップＳ１０１）。 The control amount PV (temperature measurement value) is measured by a sensor (for example, the temperature sensor 102 in FIG. 13) provided in the control target, and is input to the PID control unit 10 and the index calculation unit 1 of the diagnostic apparatus (FIG. 2). Step S101).
次に、ＰＩＤ制御部１０は、設定値ＳＰと制御量ＰＶとを入力として、制御量ＰＶが設定値ＳＰと一致するように周知のＰＩＤ制御演算により操作量ＭＶを算出する（図２ステップＳ１０２）。 Next, the PID control unit 10 receives the set value SP and the control amount PV, and calculates the operation amount MV by a known PID control calculation so that the control amount PV matches the set value SP (step S102 in FIG. 2). ).
そして、ＰＩＤ制御部１０は、算出した操作量ＭＶを制御対象と診断装置の指標算出部１と不具合診断部３とに出力する（図２ステップＳ１０３）。図１３に示した加熱装置が制御対象の場合、操作量ＭＶの実際の出力先は電力調整器１０４となる。 Then, the PID control unit 10 outputs the calculated operation amount MV to the control target and the index calculation unit 1 and the failure diagnosis unit 3 of the diagnostic device (step S103 in FIG. 2). When the heating device shown in FIG. 13 is a control target, the actual output destination of the manipulated variable MV is the power regulator 104.
ＰＩＤ制御部１０は、以上のようなステップＳ１００〜Ｓ１０３の処理を、加熱装置のの動作が終了するまで（図２ステップＳ１０４においてＹＥＳ）、制御周期毎に繰り返し実行する。 The PID control unit 10 repeatedly executes the processes in steps S100 to S103 as described above for each control cycle until the operation of the heating device is completed (YES in step S104 in FIG. 2).
次に、本実施例の診断装置の動作を図３を参照して説明する。指標算出部１は、制御の過渡状態を発生させる操作量ＭＶの時系列データと過渡状態における制御量ＰＶの時系列データに基づいて制御対象（図１３の例では熱処理炉１００）の動的プロセスゲインＫｐとプロセス時定数Ｔｐとの比率Ｒ＝Ｋｐ／Ｔｐを、過渡状態から得られる指標として算出する（図３ステップＳ２００）。 Next, the operation of the diagnostic apparatus of this embodiment will be described with reference to FIG. The index calculation unit 1 is a dynamic process of the control target (heat treatment furnace 100 in the example of FIG. 13) based on the time-series data of the manipulated variable MV that generates a transient state of control and the time-series data of the controlled variable PV in the transient state. A ratio R = Kp / Tp between the gain Kp and the process time constant Tp is calculated as an index obtained from the transient state (step S200 in FIG. 3).
図４は指標算出部１の構成例を示すブロック図である。指標算出部１は、過渡状態データ特定部１１と、制御対象モデリング部１２と、ゲイン時定数比算出部１３とから構成される。 FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of the index calculation unit 1. The index calculation unit 1 includes a transient state data identification unit 11, a controlled object modeling unit 12, and a gain time constant ratio calculation unit 13.
熱処理炉内のワークの加熱のために設定値ＳＰのステップ変更が行われると、図５（Ａ）のように制御量ＰＶが設定値ＳＰに追従して上昇する。
過渡状態データ特定部１１は、制御量ＰＶが設定値ＳＰに追従するステップ応答の前半の過渡状態における制御量ＰＶの時系列データと操作量ＭＶの時系列データとを特定する。例えば過渡状態データ特定部１１は、図５（Ｂ）に示すように操作量ＭＶの時系列データが予め設定された基準値ＭＶｃを超えている時間帯を割り出し、この時間帯をステップ応答前半の過渡状態に相当する時間帯として特定する。ただし、この方法は単なる１例であり、操作量ＭＶの変化幅やその他の信号の変化によって制御の過渡状態のデータを特定することも可能である。
When a step change of the set value SP is performed for heating the workpiece in the heat treatment furnace, the control amount PV increases following the set value SP as shown in FIG.
The transient state data specifying unit 11 specifies time-series data of the control amount PV and time-series data of the manipulated variable MV in the transient state in the first half of the step response in which the control amount PV follows the set value SP. For example, as shown in FIG. 5B, the transient state data specifying unit 11 determines a time zone in which the time series data of the operation amount MV exceeds a preset reference value MVc, and uses this time zone in the first half of the step response. The time zone corresponding to the transient state is specified. However, this method is merely an example, and it is also possible to specify data in a transient state of control based on the change width of the manipulated variable MV and other signal changes.
続いて、制御対象モデリング部１２は、制御量ＰＶの時系列データのうち過渡状態データ特定部１１によって特定された過渡状態のデータと、操作量ＭＶの時系列データのうち過渡状態データ特定部１１によって特定された過渡状態のデータとにより、制御対象のモデル数式を同定する。制御対象の数式モデルＧｐは、次式のような伝達関数で表される。
Ｇｐ＝Ｋｐｅｘｐ（−Ｌｐｓ）／（１＋Ｔｐｓ） ・・・（１）
Subsequently, the control target modeling unit 12 includes the transient state data specified by the transient state data specifying unit 11 in the time series data of the controlled variable PV and the transient state data specifying unit 11 in the time series data of the manipulated variable MV. The model equation to be controlled is identified based on the transient state data specified by (1). The mathematical model Gp to be controlled is represented by a transfer function such as the following equation.
Gp = Kpexp (−Lps) / (1 + Tps) (1)
式（１）のＬｐはむだ時間である。ゲイン時定数比算出部１３は、制御対象モデリング部１２が確定したモデル数式Ｇｐに基づき、動的プロセスゲインＫｐとプロセス時定数Ｔｐとの比率Ｒ＝Ｋｐ／Ｔｐを算出する。
以上のような過渡状態データ特定部１１と制御対象モデリング部１２とゲイン時定数比算出部１３の動作は、特許文献１に開示されている。
Lp in the formula (1) is a dead time. The gain time constant ratio calculation unit 13 calculates a ratio R = Kp / Tp between the dynamic process gain Kp and the process time constant Tp based on the model formula Gp determined by the control target modeling unit 12.
The operations of the transient state data specifying unit 11, the controlled object modeling unit 12, and the gain time constant ratio calculating unit 13 as described above are disclosed in Patent Document 1.
次に、平衡閾値決定部２は、過渡状態後の平衡状態における平衡時操作量ＭＶｓによる加熱装置の状態診断のための平衡閾値ＴＸを、比率Ｒ＝Ｋｐ／Ｔｐに基づき決定する（図３ステップＳ２０１）。 Next, the equilibrium threshold value determination unit 2 determines an equilibrium threshold value TX for diagnosis of the state of the heating device based on the operation amount MVs at equilibrium in the equilibrium state after the transient state based on the ratio R = Kp / Tp (step in FIG. 3). S201).
具体的には、オペレータまたは診断装置メーカの担当者は、正常なときの診断対象または診断対象と同種の正常な加熱装置を利用して、予め規定された複数通りの負荷条件（熱処理炉内のワークなどの積載量が異なる複数の条件）でそれぞれ加熱試験を事前に行い、各負荷条件において指標算出部１によって算出される比率Ｒ＿ｉ（ｉ＝１，２，３，・・・・）と、その負荷条件で得られる平衡時操作量ＭＶｓ＿ｉとを記録しておく。そして、オペレータまたは担当者は、各負荷条件における平衡時操作量ＭＶｓ＿ｉに特定の第１の倍率α（α＞１で、例えばα＝１．２）を乗じた値αＭＶｓ＿ｉをその負荷条件における平衡閾値ＴＸ＿ｉとして、負荷条件毎の比率Ｒ＿ｉと平衡閾値ＴＸ＿ｉとの組を対応付けて平衡閾値決定部２に予め記憶させておく。 Specifically, the operator or the person in charge of the diagnostic device manufacturer uses a normal heating device of the same type as the diagnostic object or the diagnostic object in the normal state, and uses a plurality of predetermined load conditions (in the heat treatment furnace). A plurality of conditions such as workpieces with different loading amounts) in advance, respectively, a ratio R_i (i = 1, 2, 3,...) Calculated by the index calculation unit 1 under each load condition, The equilibrium operation amount MVs_i obtained under the load condition is recorded. Then, the operator or the person in charge takes the value αMVs_i obtained by multiplying the operation amount MVs_i at equilibrium under each load condition by a specific first magnification α (α> 1, for example, α = 1.2), as an equilibrium threshold value under the load condition. As TX_i, a set of the ratio R_i for each load condition and the equilibrium threshold TX_i is associated with each other and stored in the equilibrium threshold determination unit 2 in advance.
図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図７（Ａ）、図７（Ｂ）は負荷条件が異なる４回の加熱試験を行った結果を示している。加熱装置内の負荷は図６（Ａ）、図６（Ｂ）、図７（Ａ）、図７（Ｂ）の順に規則正しく大きくなっている。この負荷の増大に伴い、比率Ｒ＿１〜Ｒ＿４は順に小さくなり、平衡時操作量ＭＶｓ＿１〜ＭＶｓ＿４は順に大きくなっていることが分かる。本実施例では、上記のとおり平衡時操作量ＭＶｓ＿１〜ＭＶｓ＿４にそれぞれ１．２を乗じた値を平衡閾値ＴＸ＿１〜ＴＸ＿４としている。 FIG. 6A, FIG. 6B, FIG. 7A, and FIG. 7B show the results of four heating tests with different load conditions. The load in the heating device is regularly increased in the order of FIG. 6 (A), FIG. 6 (B), FIG. 7 (A), and FIG. 7 (B). As the load increases, the ratios R_1 to R_4 decrease in order, and the equilibrium operation amounts MVs_1 to MVs_4 increase in order. In the present embodiment, as described above, values obtained by multiplying the equilibrium operation amounts MVs_1 to MVs_4 by 1.2 are set as the equilibrium threshold values TX_1 to TX_4.
平衡閾値決定部２は、予め記憶している比率Ｒ＿ｉと平衡閾値ＴＸ＿ｉとの複数の組を基に、ステップＳ２００において指標算出部１によって算出された比率Ｒに対応する平衡閾値ＴＸを補間により算出する。 The equilibrium threshold value determination unit 2 calculates the equilibrium threshold value TX corresponding to the ratio R calculated by the index calculation unit 1 in step S200 based on a plurality of sets of the ratio R_i and the equilibrium threshold value TX_i stored in advance by interpolation. To do.
図８は平衡閾値決定部２の補間処理を説明する図である。上記のように４通りの負荷条件における加熱試験によって（Ｒ＿１，ＴＸ＿１）、（Ｒ＿２，ＴＸ＿２）、（Ｒ＿３，ＴＸ＿３）、（Ｒ＿４，ＴＸ＿４）という結果が得られたとする。平衡閾値決定部２は、これらの記憶されている結果を用いて、図８に示すように、比率Ｒに対する平衡閾値ＴＸを例えば線形補間により求める。ただし、比率Ｒに対する平衡閾値ＴＸの求め方は、本実施例の方法に限られない。 FIG. 8 is a diagram for explaining the interpolation processing of the equilibrium threshold value determination unit 2. As described above, it is assumed that the results of (R_1, TX_1), (R_2, TX_2), (R_3, TX_3), and (R_4, TX_4) are obtained by the heating test under four load conditions. Using the stored results, the equilibrium threshold value determination unit 2 obtains the equilibrium threshold value TX for the ratio R by, for example, linear interpolation as shown in FIG. However, the method of obtaining the equilibrium threshold value TX for the ratio R is not limited to the method of the present embodiment.
不具合診断部３は、平衡閾値決定部２によって決定された平衡閾値ＴＸと過渡状態後の平衡状態における平衡時操作量ＭＶｓとを比較して、加熱装置の状態を診断する。不具合診断部３は、ＭＶｓ＞ＴＸ、すなわち平衡時操作量ＭＶｓが平衡閾値ＴＸよりも大きい場合に（図３ステップＳ２０２においてＹＥＳ）、加熱装置が異常とみなし、アラーム信号を出力する（図３ステップＳ２０３）。 The failure diagnosis unit 3 diagnoses the state of the heating device by comparing the equilibrium threshold value TX determined by the equilibrium threshold value determination unit 2 with the operation amount MVs at equilibrium in the equilibrium state after the transient state. When MVs> TX, that is, when the operation amount MVs at equilibrium is larger than the equilibrium threshold TX (YES in step S202 in FIG. 3), the failure diagnosis unit 3 regards the heating device as abnormal and outputs an alarm signal (step in FIG. 3). S203).
アラーム信号の具体的な出力方法としては、例えばオペレータに対してアラーム発生を知らせるメッセージの表示、ＬＥＤの点灯、アラーム発生を知らせる音声出力、アラーム信号の外部への送信等がある。 Specific methods for outputting an alarm signal include, for example, displaying a message notifying the operator of the occurrence of an alarm, turning on an LED, outputting a sound informing the occurrence of the alarm, and transmitting the alarm signal to the outside.
なお、本実施例の診断対象の加熱装置においては、制御量ＰＶが整定しているときに操作量ＭＶが平衡状態にあると判断できる。そこで、不具合診断部３は、制御量ＰＶが一定時間連続してＳＰ±γ（γは所定の偏差）の範囲内になったときに、制御量ＰＶが整定状態と判定し、このときにＰＩＤ制御部１０から出力されている操作量ＭＶを平衡時操作量ＭＶｓとすればよい。
上記の加熱試験においても同様の方法により平衡時操作量ＭＶｓ＿ｉを求めることができる。
In the heating device to be diagnosed of this embodiment, it can be determined that the manipulated variable MV is in an equilibrium state when the controlled variable PV is settling. Therefore, the failure diagnosis unit 3 determines that the control amount PV is in a set state when the control amount PV is within a range of SP ± γ (γ is a predetermined deviation) continuously for a predetermined time. At this time, the PID The operation amount MV output from the control unit 10 may be the equilibrium operation amount MVs.
Also in the above heating test, the equilibrium manipulated variable MVs_i can be obtained by the same method.
診断装置は、以上のようなステップＳ２００〜Ｓ２０３の処理を、加熱装置による昇温が行われる度に実施する。
以上の説明では、ヒータの劣化や加熱装置の保温性劣化により、平衡時操作量ＭＶｓが上昇して、事実上の正常範囲上限に相当する平衡閾値ＴＸを超えた場合に、アラームが出力されるものとしている。
The diagnostic device performs the processes of steps S200 to S203 as described above every time the temperature is raised by the heating device.
In the above description, an alarm is output when the operation amount MVs at the time of equilibrium rises due to the deterioration of the heater or the heat retaining property of the heating device, and exceeds the equilibrium threshold value TX corresponding to the upper limit of the actual normal range. It is supposed to be.
ただし、事前の加熱試験時に求めた平衡時操作量ＭＶｓ＿ｉに上記第１の倍率αよりも小さい第２の倍率β（β＜１＜αで、例えばβ＝０．８）を乗じた値βＭＶｓ＿ｉを、正常範囲下限に相当する平衡閾値ＴＹ＿ｉとして診断するようにしてもよい。
上記と同様に、平衡閾値決定部２は、予め記憶している比率Ｒ＿ｉと平衡閾値ＴＹ＿ｉとの複数の組を基に、ステップＳ２００において指標算出部１によって算出された比率Ｒについて平衡閾値ＴＹを補間により算出すればよい（図９ステップＳ２０４）。
However, a value βMVs_i obtained by multiplying the operation amount MVs_i at equilibrium obtained in the previous heating test by a second magnification β (β <1 <α, for example, β = 0.8) smaller than the first magnification α. The diagnosis may be made as the equilibrium threshold value TY_i corresponding to the lower limit of the normal range.
Similarly to the above, the equilibrium threshold value determination unit 2 sets the equilibrium threshold value TY for the ratio R calculated by the index calculation unit 1 in step S200 based on a plurality of previously stored ratio R_i and equilibrium threshold value TY_i. What is necessary is just to calculate by interpolation (step S204 of FIG. 9).
そして、不具合診断部３は、ＭＶｓ＜ＴＹ、すなわち平衡時操作量ＭＶｓが平衡閾値ＴＹよりも小さい場合に（図９ステップＳ２０５においてＹＥＳ）、アラーム信号を出力すればよい（図９ステップＳ２０６）。 Then, the malfunction diagnosis unit 3 may output an alarm signal (step S206 in FIG. 9) when MVs <TY, that is, when the operation amount MVs at equilibrium is smaller than the equilibrium threshold TY (YES in step S205 in FIG. 9).
平衡閾値ＴＹによる診断の必要性としては、例えば熱処理炉内のワークに想定外の発熱化学反応が発生している場合の検出などが考えられる。図３と図９の処理を同時に行ってもよいことは言うまでもない。 As the necessity of diagnosis based on the equilibrium threshold value TY, for example, detection when an unexpected exothermic chemical reaction occurs in the workpiece in the heat treatment furnace can be considered. Needless to say, the processes of FIGS. 3 and 9 may be performed simultaneously.
また、負荷（積載量）が要因であれば、特許第６０５９０４６号公報に記載されている昇温時のΔＰＶｍａｘなどを参考にして、適正な平衡閾値ＴＸを決定することも可能である。すなわち、指標算出部１の指標としては、加熱装置内の負荷に応じて過渡状態において得られる指標であればよい。 If the load (loading amount) is a factor, it is also possible to determine an appropriate equilibrium threshold TX with reference to ΔPVmax at the time of temperature increase described in Japanese Patent No. 6059046. That is, the index of the index calculation unit 1 may be an index obtained in a transient state according to the load in the heating device.
以上の構成および処理により、本実施例では、平衡時操作量ＭＶｓが熱処理炉内の負荷に影響されるような加熱装置において、平衡時操作量ＭＶｓによる加熱装置の診断の信頼性を向上させることができる。 With the above-described configuration and processing, in this embodiment, in the heating apparatus in which the equilibrium operation amount MVs is affected by the load in the heat treatment furnace, the reliability of the diagnosis of the heating apparatus by the equilibrium operation amount MVs is improved. Can do.
なお、不具合診断部３は、ステップＳ２０２，Ｓ２０５の判定処理を１回だけ行うのではなく、複数回行うようにしてもよく、例えば平衡状態（整定状態）において一定時間毎に行うようにしてもよい。 Note that the failure diagnosis unit 3 may perform the determination processing of steps S202 and S205 not only once, but a plurality of times, for example, at regular intervals in an equilibrium state (settling state). Good.
［第２の実施例］
次に、本発明の第２の実施例について説明する。本実施例は、上記発明の原理２に対応する例である。図１０は本発明の第２の実施例に係る診断装置の構成を示すブロック図であり、図１と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の診断装置は、指標算出部１と、平衡閾値決定部２と、不具合診断部３と、平衡閾値決定部２によって決定された平衡閾値ＴＸを記憶する平衡閾値履歴記憶部４と、不具合診断部３によって診断対象として採用された平衡時操作量ＭＶｓを記憶する平衡時操作量履歴記憶部５と、平衡閾値決定部２によって決定された現在の平衡閾値ＴＸが加熱装置の前回の加熱処理以前に平衡閾値履歴記憶部４によって記憶された過去の平衡閾値ＴＸ’よりも小さく、かつ不具合診断部３によって診断対象として採用された現在の平衡時操作量ＭＶｓが前回の加熱処理以前に平衡時操作量履歴記憶部５によって記憶された過去の平衡時操作量ＭＶｓ’よりも大きい場合に、矛盾アラーム信号を出力する矛盾診断部６とを備えている。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The present embodiment is an example corresponding to Principle 2 of the invention described above. FIG. 10 is a block diagram showing the configuration of the diagnostic apparatus according to the second embodiment of the present invention. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The diagnostic apparatus of the present embodiment includes an index calculation unit 1, an equilibrium threshold determination unit 2, a failure diagnosis unit 3, an equilibrium threshold history storage unit 4 that stores an equilibrium threshold TX determined by the equilibrium threshold determination unit 2, The equilibrium operation amount history storage unit 5 for storing the equilibrium operation amount MVs adopted as the diagnosis target by the failure diagnosis unit 3 and the current equilibrium threshold TX determined by the equilibrium threshold determination unit 2 are the previous heating of the heating device. The current equilibrium manipulated variable MVs, which is smaller than the past equilibrium threshold TX ′ stored in the equilibrium threshold history storage unit 4 before the processing and is adopted as a diagnosis target by the fault diagnosis unit 3, is balanced before the previous heating process. And a contradiction diagnosis unit 6 that outputs a contradiction alarm signal when the operation amount MVs ′ is greater than the past equilibrium operation amount stored in the hour operation amount history storage unit 5.
図１１は本実施例の診断装置の動作を説明するフローチャートである。指標算出部１と平衡閾値決定部２と不具合診断部３の動作（図１１ステップＳ２００〜Ｓ２０３）は、第１の実施例で説明したとおりである。 FIG. 11 is a flowchart for explaining the operation of the diagnostic apparatus of this embodiment. The operations of the index calculation unit 1, the equilibrium threshold value determination unit 2, and the failure diagnosis unit 3 (steps S200 to S203 in FIG. 11) are as described in the first embodiment.
次に、平衡閾値履歴記憶部４は、ステップＳ２０１において平衡閾値決定部２によって決定された平衡閾値ＴＸを記憶する（図１１ステップＳ２０７）。
平衡時操作量履歴記憶部５は、ステップＳ２０２において不具合診断部３によって診断対象として採用された平衡時操作量ＭＶｓを記憶する（図１１ステップＳ２０８）。なお、上記のように不具合診断部３が１回の加熱処理の平衡状態（整定状態）においてステップＳ２０２の判定処理を複数回行った場合には、これら複数回の平衡時操作量ＭＶｓの平均値を記憶してもよいし、複数回の平衡時操作量ＭＶｓの最新値を記憶するようにしてもよい。
Next, the equilibrium threshold value history storage unit 4 stores the equilibrium threshold value TX determined by the equilibrium threshold value determination unit 2 in step S201 (step S207 in FIG. 11).
The equilibrium operation amount history storage unit 5 stores the equilibrium operation amount MVs adopted as a diagnosis target by the failure diagnosis unit 3 in step S202 (step S208 in FIG. 11). In addition, when the failure diagnosis unit 3 performs the determination process of step S202 a plurality of times in the equilibrium state (the settling state) of one heating process as described above, the average value of the plurality of equilibrium operation amounts MVs. May be stored, or the latest value of the manipulated variable MVs for a plurality of times of equilibrium may be stored.
矛盾診断部６は、ステップＳ２０１において平衡閾値決定部２によって決定された現在の平衡閾値ＴＸが前回の加熱処理以前に平衡閾値履歴記憶部４によって記憶された過去の平衡閾値ＴＸ（以下、ＴＸ’）よりも小さく、かつステップＳ２０２において不具合診断部３によって採用された現在の平衡時操作量ＭＶｓが前回の加熱処理以前に平衡時操作量履歴記憶部５によって記憶された過去の平衡時操作量ＭＶｓ（以下、ＭＶｓ’）よりも大きい場合に（図１１ステップＳ２０９においてＹＥＳ）、矛盾アラーム信号を出力する（図１１ステップＳ２１０）。 The contradiction diagnosis unit 6 determines that the current equilibrium threshold TX determined by the equilibrium threshold determination unit 2 in step S201 is the past equilibrium threshold TX (hereinafter referred to as TX ′) stored in the equilibrium threshold history storage unit 4 before the previous heating process. ) And the current equilibrium operation amount MVs adopted by the failure diagnosis unit 3 in step S202 is stored in the equilibrium operation amount history storage unit 5 before the previous heating process. If it is greater than (hereinafter, MVs ′) (YES in step S209 in FIG. 11), a contradiction alarm signal is output (step S210 in FIG. 11).
平衡閾値ＴＸは、正常な加熱装置を利用して、予め規定された複数通りの負荷状態を参照しているので、現在の平衡閾値ＴＸが過去の平衡閾値ＴＸ’よりも小さくなっているとしたら、現在の負荷は過去よりも低減されているはずである。一方で、現在の平衡時操作量ＭＶｓが過去の平衡時操作量ＭＶｓ’よりも大きくなっているとしたら、現在の負荷は過去よりも増加していることになる。偶然の要素も考えられるので、一概に異常として扱うべきものではないが、原理的にはステップＳ２０９の判定が成立するのは矛盾する現象である。したがって、矛盾アラーム信号を出力することで、加熱装置の診断の信頼性を向上させることができる。 Since the equilibrium threshold value TX refers to a plurality of predetermined load states using a normal heating device, if the current equilibrium threshold value TX is smaller than the past equilibrium threshold value TX ′. The current load should be reduced from the past. On the other hand, if the current equilibrium operation amount MVs is larger than the past equilibrium operation amount MVs ′, the current load is greater than the past. A coincidence factor is also conceivable, and should not be treated as an abnormality as a whole. In principle, the determination in step S209 is a contradictory phenomenon. Therefore, the reliability of the diagnosis of the heating device can be improved by outputting the contradiction alarm signal.
上記と同様に、矛盾アラーム信号の具体的な出力方法としては、例えばオペレータに対して矛盾アラーム発生を知らせるメッセージの表示、ＬＥＤの点灯、矛盾アラーム発生を知らせる音声出力、矛盾アラーム信号の外部への送信等がある。 Similarly to the above, the specific method for outputting the contradiction alarm signal includes, for example, displaying a message notifying the operator of the occurrence of the contradiction alarm, turning on the LED, outputting the voice indicating the occurrence of the contradiction alarm, and outputting the contradiction alarm signal to the outside. There is transmission.
なお、矛盾診断部６は、ステップＳ２０１において平衡閾値決定部２によって決定された現在の平衡閾値ＴＸが前回の加熱処理以前に平衡閾値履歴記憶部４によって記憶された過去の平衡閾値ＴＸ’よりも大きく、かつステップＳ２０２において不具合診断部３によって採用された現在の平衡時操作量ＭＶｓが前回の加熱処理以前に平衡時操作量履歴記憶部５によって記憶された過去の平衡時操作量ＭＶｓ’よりも小さい場合に（図１２ステップＳ２１１においてＹＥＳ）、矛盾アラーム信号を出力するようにしてもよい（図１２ステップＳ２１２）。 The contradiction diagnosis unit 6 determines that the current equilibrium threshold value TX determined by the equilibrium threshold value determination unit 2 in step S201 is greater than the past equilibrium threshold value TX ′ stored in the equilibrium threshold value history storage unit 4 before the previous heating process. The current equilibrium operation amount MVs adopted by the failure diagnosis unit 3 in step S202 is larger than the previous equilibrium operation amount MVs ′ stored in the equilibrium operation amount history storage unit 5 before the previous heating process. If it is smaller (YES in step S211 in FIG. 12), a contradiction alarm signal may be output (step S212 in FIG. 12).
なお、診断対象の加熱装置による加熱処理が過去に複数回実施されている場合、平衡閾値履歴記憶部４は１回の加熱処理毎に平衡閾値ＴＸを記憶し、平衡時操作量履歴記憶部５は加熱処理毎に平衡時操作量ＭＶｓを記憶する。したがって、平衡閾値履歴記憶部４には少なくとも過去１回分の平衡閾値ＴＸ’が記憶され、平衡時操作量履歴記憶部５には少なくとも過去１回分の平衡時操作量ＭＶｓ’が記憶されていることになる。 In addition, when the heating process by the heating apparatus to be diagnosed has been performed a plurality of times in the past, the equilibrium threshold value history storage unit 4 stores the equilibrium threshold value TX for each heating process, and the equilibrium operation amount history storage unit 5 Stores the operation amount MVs at equilibrium for each heat treatment. Accordingly, the equilibrium threshold value history storage unit 4 stores at least one previous equilibrium threshold value TX ′, and the equilibrium operation amount history storage unit 5 stores at least one previous equilibrium operation amount MVs ′. become.
矛盾診断部６は、ステップＳ２０９またはＳ２１１の判定処理を行う際には、過去の同一回の加熱処理のＴＸ’，ＭＶｓ’についてＴＸ＜ＴＸ’かつＭＶｓ＞ＭＶｓ’（Ｓ２０９）、またはＴＸ＞ＴＸ’かつＭＶｓ＜ＭＶｓ’（Ｓ２１１）が成立するかどうかを判定する必要がある。すなわち、ＴＸ’と異なる回の加熱処理のＭＶｓ’についてＴＸ＜ＴＸ’かつＭＶｓ＞ＭＶｓ’、またはＴＸ＞ＴＸ’かつＭＶｓ＜ＭＶｓが成立しても、矛盾アラーム信号は出力しない。 When performing the determination process of step S209 or S211, the contradiction diagnosis unit 6 performs TX <TX ′ and MVs> MVs ′ (S209) or TX> TX for TX ′ and MVs ′ of the same heating process in the past. It is necessary to determine whether 'and MVs <MVs' (S211) is satisfied. That is, no contradiction alarm signal is output even if TX <TX ′ and MVs> MVs ′, or TX> TX ′ and MVs <MVs, for MVs ′ of the heat treatment different from TX ′.
第１、第２の実施例で説明した診断装置は、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の実施例で説明した処理を実行する。また、ＰＩＤ制御部１０が設けられる温調計についても、周知のとおりコンピュータとプログラムによって実現することができる。 The diagnostic apparatus described in the first and second embodiments can be realized by a computer having a CPU (Central Processing Unit), a storage device, and an interface, and a program for controlling these hardware resources. The CPU executes the processing described in the first and second embodiments according to the program stored in the storage device. The temperature controller provided with the PID control unit 10 can also be realized by a computer and a program as is well known.
本発明は、加熱装置の状態を診断する技術に適用することができる。 The present invention can be applied to a technique for diagnosing the state of a heating device.
１…指標算出部、２…平衡閾値決定部、３…不具合診断部、４…平衡閾値履歴記憶部、５…平衡時操作量履歴記憶部、６…矛盾診断部、１０…ＰＩＤ制御部、１１…過渡状態データ特定部、１２…制御対象モデリング部、１３…ゲイン時定数比算出部。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Index calculation part, 2 ... Equilibrium threshold value determination part, 3 ... Defect diagnosis part, 4 ... Equilibrium threshold value memory | storage part, 5 ... Equilibrium operation amount history storage part, 6 ... Contradiction diagnosis part, 10 ... PID control part, 11 ... transient state data specifying unit, 12 ... controlled object modeling unit, 13 ... gain time constant ratio calculating unit.
Claims (14)
前記加熱装置の制御部から出力される、前記過渡状態後の平衡状態の操作量である平衡時操作量を診断する閾値を、前記指標算出部によって算出された指標に基づいて決定するように構成された閾値決定部と、
診断対象の前記平衡時操作量と前記閾値とを比較することにより前記加熱装置の異常を検出したときに第１のアラーム信号を出力するように構成された不具合診断部とを備えることを特徴とする診断装置。 An index calculation unit configured to calculate an index obtained from a transient state of temperature control of the heating device;
A threshold value for diagnosing an operation amount at equilibrium, which is an operation amount in an equilibrium state after the transient state, output from the control unit of the heating device is determined based on the index calculated by the index calculation unit. A threshold determination unit,
A fault diagnosis unit configured to output a first alarm signal when an abnormality of the heating apparatus is detected by comparing the operation amount at the time of equilibrium with the threshold value; Diagnostic device to do.
前記指標算出部は、前記過渡状態を発生させる前記操作量の時系列データと前記過渡状態における制御量の時系列データとに基づいて、制御対象の動的プロセスゲインとプロセス時定数との比率を前記指標として算出することを特徴とする診断装置。 The diagnostic device according to claim 1, wherein
The index calculation unit calculates a ratio between a dynamic process gain to be controlled and a process time constant based on the time-series data of the manipulated variable that causes the transient state and the time-series data of the control amount in the transient state. A diagnostic apparatus characterized by being calculated as the index.
前記閾値決定部は、前記加熱装置の熱処理炉内の負荷条件が異なる複数回の加熱試験で得られた前記指標と前記閾値との複数組の予め記憶されている値を基に、前記指標算出部によって算出された指標に対応する前記閾値を補間により算出することを特徴とする診断装置。 The diagnostic apparatus according to claim 1 or 2,
The threshold value determination unit calculates the index based on a plurality of previously stored values of the index and the threshold value obtained in a plurality of heating tests with different load conditions in a heat treatment furnace of the heating device. A diagnostic apparatus, wherein the threshold corresponding to the index calculated by the unit is calculated by interpolation.
前記記憶されている複数の閾値は、複数回の加熱試験で得られた平衡時操作量にそれぞれ１より大の特定の倍率を乗じた値であり、
前記不具合診断部は、診断対象の前記平衡時操作量が前記閾値決定部によって決定された閾値よりも大きい場合に前記第１のアラーム信号を出力することを特徴とする診断装置。 The diagnostic device according to claim 3,
The plurality of stored threshold values are values obtained by multiplying the operation amount at equilibrium obtained in a plurality of heating tests by a specific magnification greater than 1, respectively.
The fault diagnosis unit outputs the first alarm signal when the equilibrium manipulated variable to be diagnosed is larger than a threshold value determined by the threshold value determination unit.
前記記憶されている複数の閾値は、複数回の加熱試験で得られた平衡時操作量にそれぞれ１より小の特定の倍率を乗じた値であり、
前記不具合診断部は、診断対象の前記平衡時操作量が前記閾値決定部によって決定された閾値よりも小さい場合に前記第１のアラーム信号を出力することを特徴とする診断装置。 The diagnostic device according to claim 3,
The plurality of stored threshold values are values obtained by multiplying the operation amount at equilibrium obtained by a plurality of heating tests by a specific magnification smaller than 1, respectively.
The fault diagnosis unit outputs the first alarm signal when the equilibrium manipulated variable to be diagnosed is smaller than a threshold value determined by the threshold value determination unit.
前記閾値決定部によって決定された閾値を記憶するように構成された閾値履歴記憶部と、
前記不具合診断部によって診断対象として採用された平衡時操作量を記憶するように構成された平衡時操作量履歴記憶部と、
前記閾値決定部によって決定された現在の閾値が前記加熱装置の前回の加熱処理以前に前記閾値履歴記憶部によって記憶された過去の閾値よりも小さく、かつ前記不具合診断部によって診断対象として採用された現在の平衡時操作量が前回の加熱処理以前に前記平衡時操作量履歴記憶部によって記憶された過去の平衡時操作量よりも大きい場合に、第２のアラーム信号を出力するように構成された矛盾診断部とをさらに備えることを特徴とする診断装置。 The diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 4,
A threshold value history storage unit configured to store the threshold value determined by the threshold value determination unit;
An equilibrium operation amount history storage unit configured to store an equilibrium operation amount adopted as a diagnosis target by the failure diagnosis unit;
The current threshold value determined by the threshold value determination unit is smaller than the past threshold value stored by the threshold value history storage unit before the previous heating process of the heating device, and is adopted as a diagnosis target by the defect diagnosis unit. A second alarm signal is output when the current equilibrium manipulated variable is greater than the previous equilibrium manipulated variable stored by the equilibrium manipulated variable history storage unit prior to the previous heating process. A diagnostic device, further comprising a contradiction diagnostic unit.
前記閾値決定部によって決定された閾値を記憶するように構成された閾値履歴記憶部と、
前記不具合診断部によって診断対象として採用された平衡時操作量を記憶するように構成された平衡時操作量履歴記憶部と、
前記閾値決定部によって決定された現在の閾値が前記加熱装置の前回の加熱処理以前に前記閾値履歴記憶部によって記憶された過去の閾値よりも大きく、かつ前記不具合診断部によって診断対象として採用された現在の平衡時操作量が前回の加熱処理以前に前記平衡時操作量履歴記憶部によって記憶された過去の平衡時操作量よりも小さい場合に、第２のアラーム信号を出力するように構成された矛盾診断部とをさらに備えることを特徴とする診断装置。 The diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 4,
A threshold value history storage unit configured to store the threshold value determined by the threshold value determination unit;
An equilibrium operation amount history storage unit configured to store an equilibrium operation amount adopted as a diagnosis target by the failure diagnosis unit;
The current threshold value determined by the threshold value determination unit is larger than the past threshold value stored by the threshold value history storage unit before the previous heating process of the heating device, and is adopted as a diagnosis target by the defect diagnosis unit. A second alarm signal is output when the current equilibrium manipulated variable is smaller than the previous equilibrium manipulated variable stored by the equilibrium manipulated variable history storage unit prior to the previous heating process. A diagnostic device, further comprising a contradiction diagnostic unit.
前記加熱装置の制御部から出力される、前記過渡状態後の平衡状態の操作量である平衡時操作量を診断する閾値を、前記第１のステップで算出した指標に基づいて決定する第２のステップと、
診断対象の前記平衡時操作量と前記閾値とを比較することにより前記加熱装置の異常を検出したときに第１のアラーム信号を出力する第３のステップとを含むことを特徴とする診断方法。 A first step of calculating an index obtained from a transient state of temperature control of the heating device;
A threshold value for diagnosing an operation amount at equilibrium, which is an operation amount in an equilibrium state after the transient state, output from the control unit of the heating device is determined based on the index calculated in the first step. Steps,
A diagnostic method comprising: a third step of outputting a first alarm signal when an abnormality of the heating device is detected by comparing the operation amount at the time of equilibrium with the threshold value.
前記第１のステップは、前記過渡状態を発生させる前記操作量の時系列データと前記過渡状態における制御量の時系列データとに基づいて、制御対象の動的プロセスゲインとプロセス時定数との比率を前記指標として算出するステップを含むことを特徴とする診断方法。 The diagnostic method according to claim 8, wherein
In the first step, the ratio between the dynamic process gain to be controlled and the process time constant based on the time series data of the manipulated variable that generates the transient state and the time series data of the controlled variable in the transient state A diagnostic method comprising the step of calculating as an index.
前記第２のステップは、前記加熱装置の熱処理炉内の負荷条件が異なる複数回の加熱試験で得られた前記指標と前記閾値との複数組の予め記憶されている値を基に、前記第１のステップで算出した指標に対応する前記閾値を補間により算出するステップを含むことを特徴とする診断方法。 The diagnostic method according to claim 8 or 9,
The second step is based on a plurality of sets of prestored values of the index and the threshold obtained in a plurality of heating tests with different load conditions in the heat treatment furnace of the heating device. A diagnostic method comprising: calculating the threshold value corresponding to the index calculated in step 1 by interpolation.
前記記憶されている複数の閾値は、複数回の加熱試験で得られた平衡時操作量にそれぞれ１より大の特定の倍率を乗じた値であり、
前記第３のステップは、診断対象の前記平衡時操作量が、前記第２のステップで決定した閾値よりも大きい場合に前記第１のアラーム信号を出力するステップを含むことを特徴とする診断方法。 The diagnostic method according to claim 10, wherein
The plurality of stored threshold values are values obtained by multiplying the operation amount at equilibrium obtained in a plurality of heating tests by a specific magnification greater than 1, respectively.
The third step includes a step of outputting the first alarm signal when the equilibrium manipulated variable to be diagnosed is larger than the threshold value determined in the second step. .
前記記憶されている複数の閾値は、複数回の加熱試験で得られた平衡時操作量にそれぞれ１より小の特定の倍率を乗じた値であり、
前記第３のステップは、診断対象の前記平衡時操作量が、前記第２のステップで決定した閾値よりも小さい場合に前記第１のアラーム信号を出力するステップを含むことを特徴とする診断方法。 The diagnostic method according to claim 10, wherein
The plurality of stored threshold values are values obtained by multiplying the operation amount at equilibrium obtained by a plurality of heating tests by a specific magnification smaller than 1, respectively.
The third step includes a step of outputting the first alarm signal when the equilibrium manipulated variable to be diagnosed is smaller than the threshold value determined in the second step. .
前記第２のステップで決定した閾値を記憶する第４のステップと、
前記第３のステップで診断対象として採用した平衡時操作量を記憶する第５のステップと、
前記第２のステップで決定した現在の閾値が前記加熱装置の前回の加熱処理以前に前記第４のステップで記憶した過去の閾値よりも小さく、かつ前記第３のステップで診断対象として採用した現在の平衡時操作量が前回の加熱処理以前に前記第５のステップで記憶した過去の平衡時操作量よりも大きい場合に、第２のアラーム信号を出力する第６のステップとをさらに含むことを特徴とする診断方法。 The diagnostic method according to any one of claims 8 to 11,
A fourth step of storing the threshold value determined in the second step;
A fifth step of storing the equilibrium manipulated variable adopted as the diagnosis target in the third step;
The current threshold value determined in the second step is smaller than the previous threshold value stored in the fourth step before the previous heating process of the heating device, and the current threshold value adopted as the diagnosis target in the third step And a sixth step of outputting a second alarm signal when the equilibrium operation amount is greater than the previous equilibrium operation amount stored in the fifth step before the previous heat treatment. A diagnostic method characterized.
前記第２のステップで決定した閾値を記憶する第４のステップと、
前記第３のステップで診断対象として採用した平衡時操作量を記憶する第５のステップと、
前記第２のステップで決定した現在の閾値が前記加熱装置の前回の加熱処理以前に前記第４のステップで記憶した過去の閾値よりも大きく、かつ前記第３のステップで診断対象として採用した現在の平衡時操作量が前回の加熱処理以前に前記第５のステップで記憶した過去の平衡時操作量よりも小さい場合に、第２のアラーム信号を出力する第６のステップとをさらに含むことを特徴とする診断方法。 The diagnostic method according to any one of claims 8 to 11,
A fourth step of storing the threshold value determined in the second step;
A fifth step of storing the equilibrium manipulated variable adopted as the diagnosis target in the third step;
The current threshold value determined in the second step is larger than the previous threshold value stored in the fourth step before the previous heating process of the heating device, and the current threshold value used as the diagnosis target in the third step And a sixth step of outputting a second alarm signal when the equilibrium operation amount is smaller than the previous equilibrium operation amount stored in the fifth step before the previous heat treatment. A diagnostic method characterized.
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| JP2001075606A (en) * | 1999-09-06 | 2001-03-23 | Rkc Instrument Inc | Controller |
| JP2003208219A (en) * | 2002-01-10 | 2003-07-25 | Yamatake Building Systems Co Ltd | Abnormality detecting device and method |
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