JP5358470B2 - 状態評価装置および状態評価方法 - Google Patents
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Description
近年の省エネルギー化要求の高まりにより、加熱装置のチャンバーでは保温性を高め、冷却装置のチャンバーでは保冷性を高め、加熱・冷却に使用する電力を削減する努力が行なわれている。
このような傾向に伴い、温度制御装置を用いて簡易的に電力を推定し、装置の加熱状態を管理する努力も行なわれている(特許文献1参照)。
また、本発明の状態評価装置の1構成例において、前記理想操作量出力値算出手段は、前記入力値と前記理想操作量出力値とを対応付けて記憶するテーブル、または前記入力値から前記理想操作量出力値を算出する数式により、前記理想操作量出力値を求めることを特徴とするものである。
また、本発明の状態評価装置の1構成例は、前記温度設定値取得手段の代わりに、前記温度制御装置から温度計測値を取得する温度計測値取得手段を備え、前記理想操作量出力値算出手段は、前記温度設定値の代わりに前記温度計測値を用いて前記理想操作量出力値を求めることを特徴とするものである。
加熱装置や冷却装置等の装置自体の熱容量がチャンバー内に比べて無視できないほどの大きさであることが、保温状態や保冷状態に影響を与える要因である。さらに、装置自体の熱容量に対して、加熱の場合に熱を蓄積する要素あるいは冷却の場合に熱を放出させる要素として、チャンバーに与える温度操作が支配的になる場合が多いことに着眼した。
そして、温度操作を行なう温度制御装置(温調計)から出力される操作量MVの履歴を参照することで、装置自体の熱容量に対する熱の蓄積あるいは熱の放出を推定できることに想到した。
判定のために操作量MVの積算値ΣMVを採用すると、積算時間あるいは積算回数次第で判定の指標とすべき数値を大きく変えなければならない。ここで、加熱処理プロセスによる被加熱物に対する操作を対象とするのであれば、積算時間という時間的な要素よりも、操作量MVの積算値ΣMVという蓄積量自体が重要なので、積算値ΣMVを採用するのが妥当である。しかし、本発明の場合、被加熱物の熱容量などに比べると格段に大きな装置自体の熱容量に対して、判断指標を与えるものと言えるので、略定常状態での長い積算時間あるいは積算回数をとる必要がある。この場合、実用上は、操作量MVの積算値ΣMVをそのまま条件変数として採用するよりも、積算回数Nに基づいて平均値(ΣMV)/Nを算出する方が、数値のスケーリングの問題が扱いやすくなる。
上記の原理2を温調計などの小型のコントローラで実現する場合、操作量MVを積算するためのメモリを十分に確保するのは困難である。したがって、操作量MVの平均値(ΣMV)/Nを採用するよりも、操作量MVを1次遅れフィルタによりダンピング処理した数値を採用するのが、より実用的である。このときのダンピング時定数は、後述する保温特性の時定数あるいは保冷特性の時定数よりも長くとるのが適切である。
以下、本発明の第1の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施の形態は、上記発明の原理1に対応するものである。ここでは、加熱チャンバー内の被加熱物をヒータで加熱する加熱処理系を前提として説明する。図1は加熱チャンバーの保温特性の時定数を説明する図である。図1は、100秒において温度設定値SPが400℃から500℃に変更されたときの被加熱物の温度(制御量)PVと温度制御装置からヒータに出力される操作量MVの変化を示している。
操作量MV取得部1は、温調計100から出力される操作量MVを取得する(図5ステップS100)。温調計100からは制御周期毎に操作量MVが出力されるので、操作量MV取得部1は、例えば制御周期毎に操作量MVを取得する。
続いて、温度設定値SP取得部3は、加熱装置のオペレータによって設定された温度設定値SPを温調計100から取得する(ステップS102)。
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状態評価装置の構成を示すブロック図であり、図3と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態は、上記発明の原理2に対応するものである。本実施の形態の状態評価装置は、操作量MV取得部1と、温度設定値SP取得部3と、操作量MVの平均値MV_Aと温度設定値SPとを入力値として理想操作量出力値MV_Rを求める理想操作量出力値算出部4aと、保温特性判定部5と、判定結果出力部6と、操作量平均値MV_Aを算出する操作量平均値算出部7とを備えている。
操作量平均値算出部7は、操作量MV取得部1が取得した操作量MVから、予め規定された数の操作量MVの平均値MV_A=(ΣMV)/Nを算出する(ステップS107)。このとき、予め規定された積算回数Nは、N個の操作量MVの積算に要する積算時間が加熱チャンバー111の保温特性の時定数よりも長くなるように設定されている。
理想操作量出力値算出部4aは、温度設定値SPと操作量平均値MV_Aとから、理想操作量出力値MV_Rを求める(ステップS108)。理想操作量出力値MV_Rを求める手法としては、加熱装置の正常な保温状態において出力される操作量MVの範囲と、温度設定値SPおよび操作量平均値MV_Aとの関係を予め測定しておき、この関係に基づいて温度設定値SPと操作量平均値MV_Aと理想操作量出力値MV_Rとを対応付けて記憶するテーブルを作成するか、または温度設定値SPと操作量平均値MV_Aとから理想操作量出力値MV_Rを算出する数式を作成し、このテーブルまたは数式を理想操作量出力値算出部4aに予め登録しておけばよい。テーブルの1例を図9に示す。第1の実施の形態と同様に、数式を用いる場合には、測定したデータに対して多変量解析を行って数式を作成すればよい。
こうして、本実施の形態では、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
次に、本発明の第3の実施の形態について説明する。図10は本発明の第3の実施の形態に係る状態評価装置の構成を示すブロック図であり、図3と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態は、上記発明の原理3に対応するものである。本実施の形態の状態評価装置は、操作量MV取得部1と、温度設定値SP取得部3と、後述する操作量ダンピング値と温度設定値SPとを入力値として理想操作量出力値MV_Rを求める理想操作量出力値算出部4bと、保温特性判定部5と、判定結果出力部6と、操作量MVをダンピング処理した操作量ダンピング値MV_Dを算出する操作量ダンピング値算出部8とを備えている。
操作量ダンピング値算出部8は、操作量MV取得部1が取得した操作量MVから、操作量ダンピング値MV_D=MV/(1+Ts)を算出する(ステップS109)。ここで、Tはダンピング時定数、sはラプラス演算子である。ダンピング時定数Tは、加熱チャンバー111の保温特性の時定数よりも長くなるように設定されている。
理想操作量出力値算出部4bは、温度設定値SPと操作量ダンピング値MV_Dとから、理想操作量出力値MV_Rを求める(ステップS110)。理想操作量出力値MV_Rを求める手法としては、加熱装置の正常な保温状態において出力される操作量MVの範囲と、温度設定値SPおよび操作量ダンピング値MV_Dとの関係を予め測定しておき、この関係に基づいて温度設定値SPと操作量ダンピング値MV_Dと理想操作量出力値MV_Rとを対応付けて記憶するテーブルを作成するか、または温度設定値SPと操作量ダンピング値MV_Dとから理想操作量出力値MV_Rを算出する数式を作成し、このテーブルまたは数式を理想操作量出力値算出部4bに予め登録しておけばよい。テーブルの1例を図12に示す。第1の実施の形態と同様に、数式を用いる場合には、測定したデータに対して多変量解析を行って数式を作成すればよい。
こうして、本実施の形態では、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
Claims (12)
- 加熱装置または冷却装置の温度制御を行う温度制御装置から操作量を取得する操作量取得手段と、
前記操作量の予め規定された時間範囲の積算値を算出する操作量積算値算出手段と、
前記温度制御装置から温度設定値を取得する温度設定値取得手段と、
前記操作量の積算値と前記温度設定値とを入力値として、前記加熱装置の正常な保温状態において出力される操作量または前記冷却装置の正常な保冷状態において出力される操作量である理想操作量出力値を求める理想操作量出力値算出手段と、
前記操作量取得手段が取得した操作量が前記理想操作量出力値から規定幅以上外れている場合に、前記加熱装置の保温性または前記冷却装置の保冷性が異常な状態にあると判定する特性判定手段とを備え、
前記操作量の積算値の積算時間は、前記加熱装置の加熱チャンバーの保温特性の時定数または前記冷却装置の冷却チャンバーの保冷特性の時定数よりも長くなるように設定されることを特徴とする状態評価装置。 - 加熱装置または冷却装置の温度制御を行う温度制御装置から操作量を取得する操作量取得手段と、
予め規定された積算回数の前記操作量の平均値を算出する操作量平均値算出手段と、
前記温度制御装置から温度設定値を取得する温度設定値取得手段と、
前記操作量の平均値と前記温度設定値とを入力値として、前記加熱装置の正常な保温状態において出力される操作量または前記冷却装置の正常な保冷状態において出力される操作量である理想操作量出力値を求める理想操作量出力値算出手段と、
前記操作量取得手段が取得した操作量が前記理想操作量出力値から規定幅以上外れている場合に、前記加熱装置の保温性または前記冷却装置の保冷性が異常な状態にあると判定する特性判定手段とを備え、
前記積算回数は、この回数分の操作量の積算時間が前記加熱装置の加熱チャンバーの保温特性の時定数または前記冷却装置の冷却チャンバーの保冷特性の時定数よりも長くなるように設定されることを特徴とする状態評価装置。 - 加熱装置または冷却装置の温度制御を行う温度制御装置から操作量を取得する操作量取得手段と、
前記操作量をダンピング処理した操作量ダンピング値を算出する操作量ダンピング値算出手段と、
前記温度制御装置から温度設定値を取得する温度設定値取得手段と、
前記操作量ダンピング値と前記温度設定値とを入力値として、前記加熱装置の正常な保温状態において出力される操作量または前記冷却装置の正常な保冷状態において出力される操作量である理想操作量出力値を求める理想操作量出力値算出手段と、
前記操作量取得手段が取得した操作量が前記理想操作量出力値から規定幅以上外れている場合に、前記加熱装置の保温性または前記冷却装置の保冷性が異常な状態にあると判定する特性判定手段とを備え、
前記ダンピング処理のダンピング時定数は、前記加熱装置の加熱チャンバーの保温特性の時定数または前記冷却装置の冷却チャンバーの保冷特性の時定数よりも長くなるように設定されることを特徴とする状態評価装置。 - 請求項1乃至3のいずれか1項に記載の状態評価装置において、
さらに、前記加熱装置の保温性または前記冷却装置の保冷性が異常な状態にあることをオペレータに通知する判定結果出力手段を備えることを特徴とする状態評価装置。 - 請求項1乃至4のいずれか1項に記載の状態評価装置において、
前記理想操作量出力値算出手段は、前記入力値と前記理想操作量出力値とを対応付けて記憶するテーブル、または前記入力値から前記理想操作量出力値を算出する数式により、前記理想操作量出力値を求めることを特徴とする状態評価装置。 - 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の状態評価装置において、
前記温度設定値取得手段の代わりに、前記温度制御装置から温度計測値を取得する温度計測値取得手段を備え、
前記理想操作量出力値算出手段は、前記温度設定値の代わりに前記温度計測値を用いて前記理想操作量出力値を求めることを特徴とする状態評価装置。 - 加熱装置または冷却装置の温度制御を行う温度制御装置から操作量を取得する操作量取得ステップと、
前記操作量の予め規定された時間範囲の積算値を算出する操作量積算値算出ステップと、
前記温度制御装置から温度設定値を取得する温度設定値取得ステップと、
前記操作量の積算値と前記温度設定値とを入力値として、前記加熱装置の正常な保温状態において出力される操作量または前記冷却装置の正常な保冷状態において出力される操作量である理想操作量出力値を求める理想操作量出力値算出ステップと、
前記操作量が前記理想操作量出力値から規定幅以上外れている場合に、前記加熱装置の保温性または前記冷却装置の保冷性が異常な状態にあると判定する特性判定ステップとを備え、
前記操作量の積算値の積算時間は、前記加熱装置の加熱チャンバーの保温特性の時定数または前記冷却装置の冷却チャンバーの保冷特性の時定数よりも長くなるように設定されることを特徴とする状態評価方法。 - 加熱装置または冷却装置の温度制御を行う温度制御装置から操作量を取得する操作量取得ステップと、
予め規定された積算回数の前記操作量の平均値を算出する操作量平均値算出ステップと、
前記温度制御装置から温度設定値を取得する温度設定値取得ステップと、
前記操作量の平均値と前記温度設定値とを入力値として、前記加熱装置の正常な保温状態において出力される操作量または前記冷却装置の正常な保冷状態において出力される操作量である理想操作量出力値を求める理想操作量出力値算出ステップと、
前記操作量が前記理想操作量出力値から規定幅以上外れている場合に、前記加熱装置の保温性または前記冷却装置の保冷性が異常な状態にあると判定する特性判定ステップとを備え、
前記積算回数は、この回数分の操作量の積算時間が前記加熱装置の加熱チャンバーの保温特性の時定数または前記冷却装置の冷却チャンバーの保冷特性の時定数よりも長くなるように設定されることを特徴とする状態評価方法。 - 加熱装置または冷却装置の温度制御を行う温度制御装置から操作量を取得する操作量取得ステップと、
前記操作量をダンピング処理した操作量ダンピング値を算出する操作量ダンピング値算出ステップと、
前記温度制御装置から温度設定値を取得する温度設定値取得ステップと、
前記操作量ダンピング値と前記温度設定値とを入力値として、前記加熱装置の正常な保温状態において出力される操作量または前記冷却装置の正常な保冷状態において出力される操作量である理想操作量出力値を求める理想操作量出力値算出ステップと、
前記操作量が前記理想操作量出力値から規定幅以上外れている場合に、前記加熱装置の保温性または前記冷却装置の保冷性が異常な状態にあると判定する特性判定ステップとを備え、
前記ダンピング処理のダンピング時定数は、前記加熱装置の加熱チャンバーの保温特性の時定数または前記冷却装置の冷却チャンバーの保冷特性の時定数よりも長くなるように設定されることを特徴とする状態評価方法。 - 請求項7乃至9のいずれか1項に記載の状態評価方法において、
さらに、前記加熱装置の保温性または前記冷却装置の保冷性が異常な状態にあることをオペレータに通知する判定結果出力ステップを備えることを特徴とする状態評価方法。 - 請求項7乃至10のいずれか1項に記載の状態評価方法において、
前記理想操作量出力値算出ステップは、前記入力値と前記理想操作量出力値とを対応付けて記憶するテーブル、または前記入力値から前記理想操作量出力値を算出する数式により、前記理想操作量出力値を求めることを特徴とする状態評価方法。 - 請求項7乃至11のいずれか1項に記載の状態評価方法において、
前記温度設定値取得ステップの代わりに、前記温度制御装置から温度計測値を取得する温度計測値取得ステップを備え、
前記理想操作量出力値算出ステップは、前記温度設定値の代わりに前記温度計測値を用いて前記理想操作量出力値を求めることを特徴とする状態評価方法。
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