電力使用量予測装置および電力使用量予測方法
【課題】ヒータの昇温能力の経時変化を電力使用量の予測に反映する。
【解決手段】電力使用量予測装置は、ヒータの加熱する能力を表すヒータ能力係数ＨＰを記憶するヒータ能力係数記憶部５と、制御対象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を記憶する昇温時間係数記憶部６と、ヒータの電力使用量を予測する電力使用量予測部７と、操作量上限値ＯＨを取得する操作量上限値取得部８と、昇温を開始した後に操作量ＭＶが操作量上限値ＯＨに到達している時間帯において制御対象を単位温度加熱するのに必要な時間を表す実績値ＴＨｘを求める時間実績計測部１１と、実績値ＴＨｘに基づく補正が昇温時間係数ＴＨを大きくする補正になると判定した場合のみ、実績値ＴＨｘを用いて昇温時間係数ＴＨを補正する昇温時間係数補正部１２とを備える。
【解決手段】電力使用量予測装置は、ヒータの加熱する能力を表すヒータ能力係数ＨＰを記憶するヒータ能力係数記憶部５と、制御対象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を記憶する昇温時間係数記憶部６と、ヒータの電力使用量を予測する電力使用量予測部７と、操作量上限値ＯＨを取得する操作量上限値取得部８と、昇温を開始した後に操作量ＭＶが操作量上限値ＯＨに到達している時間帯において制御対象を単位温度加熱するのに必要な時間を表す実績値ＴＨｘを求める時間実績計測部１１と、実績値ＴＨｘに基づく補正が昇温時間係数ＴＨを大きくする補正になると判定した場合のみ、実績値ＴＨｘを用いて昇温時間係数ＴＨを補正する昇温時間係数補正部１２とを備える。
【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、特に電力使用量を予測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８に示す。図８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。
図９は特許文献１に開示された電力使用量予測装置の原理を説明する図であり、整定している温度制御系において温度設定値ＳＰを変更したときの温度計測値ＰＶと操作量ＭＶの変化を示す図である。
【０００５】
図８に示したような加熱装置は、昇温時に大きめのヒータ出力を利用してほぼ一定の昇温速度で昇温し、温度計測値ＰＶが温度設定値ＳＰに到達する直前にヒータ出力を小さめの出力に絞るように動作する。あるいは、このような昇温特性になるように、コントローラの制御特性が調整される。このような特性で昇温を実行する場合、ヒータ１０２に与えられる操作量ＭＶの大きさに対応して昇温速度が増減するので、昇温に必要な電力使用量は、操作量ＭＶの大きさとその維持時間の積に概ね比例するものと考えられる。結果的に、電力使用量は、昇温幅、すなわち温度設定値変更時の制御偏差に概ね比例することになる。そこで、代表的な昇温パターンを最低１つ予め調べておき、そのときの昇温過程における使用電力に基づき、温度設定値変更時の制御偏差を基本的入力変数とする関数により使用電力を算出する。以上が、特許文献１に開示された電力使用量予測装置の原理である。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】
【０００６】
【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】
【０００７】
電力使用量予測の高精度化は、契約電力量を超えないように管理するためにも重要であり、電力使用後に実績が確認できればよいというものではない。
通常のヒータは、経時変化により発熱効率（ワット密度）が悪くなり、昇温能力が落ちて、電力使用量が大きくなるように変化する。しかし、このような経時変化を事前に把握しておくことは困難である。ゆえに、特許文献１に開示された電力使用量予測装置では、ヒータ劣化による経時変化を修正できないので、経時変化による誤差分は全く修正されないままにせざるを得ない。
【０００８】
全く同じ制御条件、例えばヒータの使用初期のころから同じ昇温パターンを繰り返すような制御条件で電力使用量の実績を比較していくならば、経時変化を定量化していくことも可能である。しかし、製造装置の場合、製造対象（加熱装置内に投入される製品などの被加熱物）が変われば制御条件も変わるので、単純な比較は難しい。
例えば、ヒータ使用の初期のころに、製品Ａを主に製造していたとする。このときの熱処理の温度パターンが、２００℃で予備加熱した後に３００℃に昇温させるものとする。また、そのときの電力使用量がほぼ常時８００Ｗだったとする。
【０００９】
そして、ヒータ劣化を気にすべきころに、製品Ａを製造することがなくなり、製品Ｂを主に製造するようになるとする。このときの熱処理の温度パターンが、１５０℃で予備加熱した後に３５０℃に昇温させるものとする。そのときの電力使用量がほぼ常時１８００Ｗだったとする。電力使用量は増えているにしても、制御条件（温度パターン）が変化しているので、ヒータの性能が変化したとは一概には言えない。
このように制御条件が変わっていくと、ヒータ劣化による経時変化分と制御条件の変化分とを切り分けられなくなるので、経時変化を考慮して電力予測を継続することが難しくなる。
【００１０】
本発明は、温調計などの汎用的に使用される制御機器に適用されることを前提とし、例えばヒータ使用の初期のころに行なわれていた昇温パターンと異なる昇温パターンになっても、ヒータの昇温能力の経時変化を電力使用量の予測に反映することができる電力使用量予測装置および電力使用量予測方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、限られた昇温機会を可能な限り利用して、ヒータ性能の経時変化分を比較することで、簡易的にヒータ劣化を判定可能にする電力使用量予測装置および電力使用量予測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】
【００１１】
本発明は、制御対象を加熱するヒータと、制御対象の温度を計測する温度センサと、この温度センサによって計測された温度計測値ＰＶと外部から入力された温度設定値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ＰＷを予測する電力使用量予測装置であって、昇温開始時点における温度設定値ＳＰを取得する温度設定値入力手段と、昇温開始時点における温度計測値ＰＶを取得する温度計測値入力手段と、昇温開始時点における操作量ＭＶを取得する操作量入力手段と、前記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、前記ヒータの加熱する能力を表すヒータ能力係数ＨＰを記憶するヒータ能力係数記憶手段と、前記制御対象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を記憶する昇温時間係数記憶手段と、前記温度設定値ＳＰと前記温度計測値ＰＶとの差である制御偏差、前記ヒータ能力係数ＨＰおよび前記昇温時間係数ＴＨに基づいて、前記電力使用量ＰＷを予測する電力使用量予測手段と、昇温を開始した後に前記操作量ＭＶが前記操作量上限値ＯＨに到達している時間帯において前記制御対象を単位温度加熱するのに必要な時間を表す実績値ＴＨｘを求める時間実績計測手段と、前記実績値ＴＨｘに基づく補正が前記昇温時間係数ＴＨを大きくする補正になると判定した場合のみ、前記実績値ＴＨｘを用いて前記昇温時間係数ＴＨを補正する昇温時間係数補正手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の電力使用量予測装置の１構成例において、前記電力使用量予測手段は、前記電力使用量ＰＷを予測する際に、前記操作量ＭＶと前記操作量上限値ＯＨに基づいて前記昇温時間係数ＴＨを補正す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予測装置の１構成例は、さらに、前記ヒータの総稼動時間ＬＴを積算する稼動時間積算手段を備え、前記昇温時間係数補正手段は、前記実績値ＴＨｘと前記昇温時間係数ＴＨとの差から補正値候補ＴＨｎを算出すると共に、前記総稼動時間ＬＴから補正範囲を算出し、前記補正値候補ＴＨｎを用いた補正が前記補正範囲内に収まるようにして前記昇温時間係数ＴＨを補正す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予測装置の１構成例は、さらに、前記昇温時間係数ＴＨの初期値ＴＨ０を記憶する昇温時間係数初期値記憶手段と、前記昇温時間係数ＴＨの初期値ＴＨ０と前記昇温時間係数補正手段が算出した昇温時間係数ＴＨの補正値との比率をヒータ劣化度として算出するヒータ劣化度算出手段と、前記ヒータ劣化度が予め規定された数値γ以上の場合に、前記ヒータが劣化したことをユーザに通知するヒータ劣化通知手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の電力使用量予測装置は、昇温開始時点における温度設定値ＳＰを取得する温度設定値入力手段と、昇温開始時点における温度計測値ＰＶを取得する温度計測値入力手段と、昇温開始時点における操作量ＭＶを取得する操作量入力手段と、前記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、前記ヒータの加熱する能力を表すヒータ能力係数ＨＰを記憶するヒータ能力係数記憶手段と、前記制御対象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を記憶する昇温時間係数記憶手段と、前記温度設定値ＳＰと前記温度計測値ＰＶとの差である制御偏差、前記ヒータ能力係数ＨＰおよび前記昇温時間係数ＴＨに基づいて、前記電力使用量ＰＷを予測する電力使用量予測手段と、昇温を開始した後に前記操作量ＭＶが前記操作量上限値ＯＨに到達している時間帯における前記ヒータの電力使用量ＰＷｘを計測し、この電力使用量ＰＷｘと前記ヒータ能力係数ＨＰと前記電力使用量予測手段が算出した電力使用量ＰＷとから前記ヒータ能力係数ＨＰの実績値ＨＰｘを算出する電力実績計測手段と、前記実績値ＨＰｘに基づく補正が前記ヒータ能力係数ＨＰを大きくする補正になると判定した場合のみ、前記実績値ＨＰｘを用いて前記ヒータ能力係数ＨＰを補正するヒータ能力係数補正手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の電力使用量予測装置の１構成例において、前記電力使用量予測手段は、前記電力使用量ＰＷを予測する際に、前記操作量ＭＶと前記操作量上限値ＯＨに基づいて前記昇温時間係数ＴＨを補正す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予測装置の１構成例は、さらに、前記ヒータの総稼動時間ＬＴを積算する稼動時間積算手段を備え、前記ヒータ能力係数補正手段は、前記実績値ＨＰｘと前記ヒータ能力係数ＨＰとの差から補正値候補ＨＰｎを算出すると共に、前記総稼動時間ＬＴから補正範囲を算出し、前記補正値候補ＨＰｎを用いた補正が前記補正範囲内に収まるようにして前記ヒータ能力係数ＨＰを補正す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予測装置の１構成例は、さらに、前記ヒータ能力係数ＨＰの初期値ＨＰ０を記憶するヒータ能力係数初期値記憶手段と、前記ヒータ能力係数ＨＰの初期値ＨＰ０と前記ヒータ能力係数補正手段が算出したヒータ能力係数ＨＰの補正値との比率をヒータ劣化度として算出するヒータ劣化度算出手段と、前記ヒータ劣化度が予め規定された数値γ以上の場合に、前記ヒータが劣化したことをユーザに通知するヒータ劣化通知手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の電力使用量予測方法は、昇温開始時点における温度設定値ＳＰを取得する温度設定値入力ステップと、昇温開始時点における温度計測値ＰＶを取得する温度計測値入力ステップと、昇温開始時点における操作量ＭＶを取得する操作量入力ステップと、前記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、前記温度設定値ＳＰと前記温度計測値ＰＶとの差である制御偏差、前記ヒータの加熱する能力を表すヒータ能力係数ＨＰ、および前記制御対象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に基づいて、前記電力使用量ＰＷを予測する電力使用量予測ステップと、昇温を開始した後に前記操作量ＭＶが前記操作量上限値ＯＨに到達している時間帯において前記制御対象を単位温度加熱するのに必要な時間を表す実績値ＴＨｘを求める時間実績計測ステップと、前記実績値ＴＨｘに基づく補正が前記昇温時間係数ＴＨを大きくする補正になると判定した場合のみ、前記実績値ＴＨｘを用いて前記昇温時間係数ＴＨを補正する昇温時間係数補正ステップとを備えることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の電力使用量予測方法は、昇温開始時点における温度設定値ＳＰを取得する温度設定値入力ステップと、昇温開始時点における温度計測値ＰＶを取得する温度計測値入力ステップと、昇温開始時点における操作量ＭＶを取得する操作量入力ステップと、前記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、前記温度設定値ＳＰと前記温度計測値ＰＶとの差である制御偏差、前記ヒータの加熱する能力を表すヒータ能力係数ＨＰ、および前記制御対象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に基づいて、前記電力使用量ＰＷを予測する電力使用量予測ステップと、昇温を開始した後に前記操作量ＭＶが前記操作量上限値ＯＨに到達している時間帯における前記ヒータの電力使用量ＰＷｘを計測し、この電力使用量ＰＷｘと前記ヒータ能力係数ＨＰと前記電力使用量予測ステップで算出した電力使用量ＰＷとから前記ヒータ能力係数ＨＰの実績値ＨＰｘを算出する電力実績計測ステップと、前記実績値ＨＰｘに基づく補正が前記ヒータ能力係数ＨＰを大きくする補正になると判定した場合のみ、前記実績値ＨＰｘを用いて前記ヒータ能力係数ＨＰを補正するヒータ能力係数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】
【００１７】
本発明によれば、ヒータの昇温能力の経時変化を昇温時間係数ＴＨに反映することで、精度の高い電力使用量予測を維持することができる。また、本発明では、実績値ＴＨｘに基づく補正が昇温時間係数ＴＨを大きくする補正になると判定した場合のみ昇温時間係数ＴＨを補正することにより、何らかの偶然による不自然な変化を抑制することができる。
【００１８】
また、本発明では、ヒータの昇温能力の経時変化をヒータ能力係数ＨＰに反映することで、精度の高い電力使用量予測を維持することができる。また、本発明では、実績値ＨＰｘに基づく補正がヒータ能力係数ＨＰを大きくする補正になると判定した場合のみヒータ能力係数ＨＰを補正することにより、何らかの偶然による不自然な変化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】温度制御系において温度設定値を変更したときの温度計測値と操作量の変化の例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る電力使用量予測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電力使用量予測装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】ヒータの昇温能力の劣化倍率とヒータの総稼動時間との関係の１例を示す図である。
【図５】ヒータの昇温能力の劣化倍率とヒータの総稼動時間との関係の他の例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る電力使用量予測装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る電力使用量予測装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】加熱装置の１例を示す図である。
【図９】従来の電力使用量予測装置の原理を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［発明の原理１］
原理的に、制御条件が変化しても共通で利用できる指標が昇温時間係数ＴＨあるいはヒータ能力係数ＨＰであり、ヒータによる加熱の特徴として、図９に示したように操作量ＭＶが出力上限値ＯＨに飽和した状態で昇温することのみを前提としている。ヒータの劣化による経時変化では、ヒータの発熱効率（ワット密度）が悪くなり、昇温能力が落ちて、電力使用量が大きくなるように変化する。ヒータの劣化は、昇温について言えば、操作量ＭＶが出力上限値ＯＨに飽和した状態で昇温する傾向が強くなる方向の変化である。そこで、操作量ＭＶの飽和の状態を計測すれば、ヒータの経時変化の監視を継続することが可能になることに着眼した。このような監視によると、制御機器メーカから製造装置メーカあるいは製造装置ユーザに流通するプロセスにおいて、ヒータの経時変化を単純かつ適正に管理しやすくなるので、有効である。
【００２１】
また、本発明では、ヒータの昇温能力が、急激に変化することはないということと、一方向にしか変化しないということを、知識としてアルゴリズムに組み込むことが可能なので、何らかの偶然による不自然な変化を抑制することができる。そして、ヒータの経時変化を昇温時間係数ＴＨあるいはヒータ能力係数ＨＰに反映する（すなわち逐次修正する）ことで、精度の高い電力使用量予測を維持することができる。
【００２２】
［発明の原理２］
本発明では、昇温時間係数ＴＨあるいはヒータ能力係数ＨＰを判定指標にすることにより、昇温幅に依存せずに電力状態を評価できることになるので、ヒータの劣化診断が可能になる。例えばヒータの使用初期のころの標準昇温パターン（ＳＰ，ＰＶ）と異なる標準昇温パターン（ＳＰ’，ＰＶ’）になっても、理論的にはヒータ性能として昇温時間係数ＴＨあるいはヒータ能力係数ＨＰを比較できる。すなわち、出荷前時点で標準パターンとして想定していた昇温動作が、出荷後の現場において変更になっても、ヒータ劣化を判定することができる。これにより、制御機器メーカから製造装置メーカあるいは製造装置ユーザに流通するプロセスにおいて、ヒータの劣化を単純かつ適正に判定しやすくなるので、有効である。
【００２３】
［第１の実施の形態］
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。図１（Ａ）、図１（Ｂ）は整定している温度制御系において温度設定値ＳＰを変更したときの温度計測値ＰＶと操作量ＭＶの変化の例を示す図である。図１（Ａ）はヒータの使用初期の状態を示しており、図１（Ｂ）はヒータの昇温能力が落ちて昇温の所要時間が長くなった状態を示している。本実施の形態では、図１（Ｂ）に示すようにヒータの劣化で発熱効率（ワット密度）が悪くなり、昇温能力が落ちる場合の補正について説明する。特許文献１に開示されている式（１）と式（３）のどちらも有効であるが、より高精度に実行するためには式（３）を採用するのが好ましい。本実施の形態では、特許文献１に開示されている式（３）を引用する。
【００２４】
図２は本実施の形態に係る電力使用量予測装置の構成を示すブロック図である。電力使用量予測装置は、外部からの予測実行信号を受ける予測実行信号入力部１と、昇温開始時点における温度設定値ＳＰ（変更後の設定値ＳＰ）を取得する温度設定値入力部２と、昇温開始時点における温度計測値ＰＶ（設定値ＳＰの変更を確認したときの変更前の制御量ＰＶ）を取得する温度計測値入力部３と、昇温開始時点における操作量ＭＶ（設定値ＳＰの変更を確認したときの変更前の操作量ＭＶ）を取得する操作量入力部４と、ヒータ能力係数ＨＰを予め記憶するヒータ能力係数記憶部５と、昇温時間係数ＴＨを予め記憶する昇温時間係数記憶部６と、ヒータの電力使用量を予測する電力使用量予測部７と、温調計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部８と、ヒータの総稼動時間ＬＴ（単位：ｈｏｕｒ）を積算する稼動時間積算部９と、昇温時間係数ＴＨの初期値ＴＨ０を記憶する昇温時間係数初期値記憶部１０と、昇温を開始した後に操作量ＭＶが操作量上限値ＯＨに到達している時間帯において制御対象を単位温度加熱するのに必要な時間を表す実績値ＴＨｘを求める時間実績計測部１１と、実績値ＴＨｘに基づく補正が昇温時間係数ＴＨを大きくする補正になると判定した場合のみ、実績値ＴＨｘを用いて昇温時間係数ＴＨを補正する昇温時間係数補正部１２と、昇温時間係数ＴＨの初期値ＴＨ０と昇温時間係数補正部１２が算出した昇温時間係数ＴＨの補正値との比率をヒータ劣化度として算出するヒータ劣化度算出部１３と、ヒータ劣化度が予め規定された数値γ以上の場合に、ヒータが劣化したことをユーザに通知するヒータ劣化通知部１４とを備える。
【００２５】
本実施の形態は、図８に示したような加熱装置において例えば常温から所望の温度に昇温する際の電力使用量を予測することを想定している。電力使用量予測装置は、加熱装置の温調計１００（コントローラ）に実装されている。
【００２６】
以下、本実施の形態の電力使用量予測装置の動作を図３を用いて説明する。予測実行信号入力部１は、外部から電力使用量予測値算出処理の実行を指示する予測実行信号を受けて、この予測実行信号を温度設定値入力部２、温度計測値入力部３および操作量入力部４に転送する（図３ステップＳ１００）。電力使用量予測装置のユーザが昇温開始時に予測実行信号を入力してもよいが、温度設定値ＳＰが変更されたときに、例えば温調計１００から自動的に予測実行信号が送られるようにしてもよい。予測実行信号を自動的に生成する場合、例えば昇温制御のための温度設定値ＳＰの変更であれば、実質的に昇温開始時点で昇温に必要な電力使用量を予測するように動作することになるので好適である。
【００２７】
温度設定値入力部２は、予測実行信号入力部１から予測実行信号が入力されると、加熱装置のユーザによって設定された温度設定値ＳＰを取得して電力使用量予測部７に通知する（ステップＳ１０１）。なお、温度設定値入力部２が取得する温度設定値ＳＰは、昇温開始時点における値である。したがって、例えばＳＰ＝０℃からＳＰ＝１００℃に変更されたとすれば、温度設定値入力部２が取得する値はＳＰ＝１００℃である。
【００２８】
温度計測値入力部３は、予測実行信号入力部１から予測実行信号が入力されると、加熱装置の温度センサ１０３から温度計測値ＰＶを取得して電力使用量予測部７に通知する（ステップＳ１０２）。なお、温度計測値入力部３が取得する温度計測値ＰＶは、昇温開始時点における値である。ただし、制御系に応答の遅れがあるため、温度計測値ＰＶは、温度設定値ＳＰの変更に対して遅れて上昇を始める。したがって、温度計測値ＰＶ＝０℃の状態から昇温を開始したとすれば、温度計測値入力部３が取得する値は昇温開始直前の値と同じＰＶ＝０℃である。
【００２９】
操作量入力部４は、予測実行信号入力部１から予測実行信号が入力されると、温調計１００から操作量ＭＶを取得して電力使用量予測部７に通知する（ステップＳ１０３）。なお、操作量入力部４が取得する操作量ＭＶは、昇温開始時点における値である。ただし、温度設定値ＳＰの変更が反映されるのは、温調計１００の次の制御周期からになるので、操作量ＭＶは、温度設定値ＳＰの変更に対して１制御周期遅れて上昇を始める。したがって、操作量ＭＶ＝５０％の状態から昇温を開始したとすれば、操作量入力部４が取得する値は昇温開始直前の値と同じＭＶ＝５０％である。
【００３０】
操作量上限値取得部８は、温調計１００に設定されている操作量上限値ＯＨを取得して電力使用量予測部７と時間実績計測部１１とに通知する（ステップＳ１０４）。なお、温調計１００は、操作量ＭＶが操作量上限値ＯＨ以下となるように上限処理する。つまり、温調計１００は、温度計測値ＰＶが温度設定値ＳＰと一致するように制御周期毎に操作量ＭＶを算出するが、算出した操作量ＭＶが操作量上限値ＯＨを上回る場合、操作量ＭＶ＝ＯＨとして出力する。
【００３１】
電力使用量予測部７は、温度設定値ＳＰと温度計測値ＰＶと操作量ＭＶと操作量上限値ＯＨとを受け取ると、ヒータ１０２の加熱する能力を表すヒータ能力係数ＨＰをヒータ能力係数記憶部５から取得すると共に、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を昇温時間係数記憶部６から取得し、以下の数式により電力使用量予測値ＰＷを算出する（ステップＳ１０５）。なお、特許文献１に開示された式（３）ではＯＨ＝１００％としている。
ＰＷ＝（ＳＰ−ＰＶ）ＨＰＴＨ｛１００／（ＯＨ−ＭＶ）｝ ・・・（１）
【００３２】
昇温時間係数ＴＨは、昇温時間係数記憶部６に予め記憶されているが、この昇温時間係数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時間係数ＴＨとして算出しておけばよい。すなわち、昇温時間係数ＴＨは次式により算出できる。
ＴＨ＝Ｔ＿１００／（１００−２５） ・・・（２）
【００３３】
ヒータ能力係数ＨＰは、ヒータ能力係数記憶部５に予め記憶されているが、このヒータ能力係数ＨＰとしては、ヒータ容量を使用すればよい。
なお、電力使用量予測値ＰＷの単位は、ヒータ能力係数ＨＰの単位と昇温時間係数ＴＨの単位によって決まるものなので、必要に応じて適宜換算するのがよい。本実施の形態では、（ＳＰ−ＰＶ）の単位が［℃］、ヒータ能力係数ＨＰの単位が［Ｗ］、昇温時間係数ＴＨの単位が［ｈ／℃］なので、電力使用量予測値ＰＷの単位は［Ｗｈ］である。
【００３４】
本実施の形態では、特許文献１に開示されている式（３）を採用しているが、特許文献１に開示されている式（１）を採用する場合、電力使用量予測部７は、以下の数式により電力使用量予測値ＰＷを算出すればよい（ステップＳ１０５）。
ＰＷ＝（ＳＰ−ＰＶ）ＨＰＴＨ ・・・（３）
【００３５】
次に、時間実績計測部１１は、予測実行信号入力部１から予測実行信号が入力されると、操作量ＭＶが操作量上限値ＯＨに到達している時間帯における温度上昇幅ΔＰＶとこの時間帯の長さである実績時間Ｔ_ＯＨとを計測し、加熱チャンバー１０１を単位温度加熱するのに必要な昇温時間係数ＴＨの実績値ＴＨｘを以下の数式により算出する（ステップＳ１０６）。なお、温度上昇幅ΔＰＶと実績時間Ｔ_ＯＨについては、図１（Ｂ）に示している。
ＴＨｘ＝Ｔ_ＯＨ／ΔＰＶ ・・・（４）
【００３６】
昇温時間係数補正部１２は、ＴＨｘ＞ＴＨ、すなわち昇温時間係数ＴＨの実績値ＴＨｘが昇温時間係数ＴＨよりも大きく、実績値ＴＨｘに基づく補正が昇温時間係数ＴＨを大きくする補正になると判定した場合、実績値ＴＨｘと昇温時間係数ＴＨとの差（ＴＨｘ−ＴＨ）に所定の比率αを掛けた値を、昇温時間係数ＴＨの補正量ΔＴＨとして求め、以下の数式のように補正値候補ＴＨｎを算出する（ステップＳ１０７）。この昇温時間係数補正部１２の処理により、ヒータの昇温能力が、急激に変化することはないということと、一方向にしか変化しないということを、アルゴリズムに組み込むことができる。
ＴＨｎ＝ＴＨ＋ΔＴＨ＝ＴＨ＋α（ＴＨｘ−ＴＨ） ・・・（５）
【００３７】
比率αは例えば０．３である。このα＝０．３という設定は、単位温度加熱するのに必要な所要時間が同一の値ＴＨｘである昇温を繰り返すときに昇温時間係数ＴＨが３０％ずつＴＨｘに近づくという設定である。昇温動作の少ない（補正機会の少ない）加熱装置であるほど、比率αを大きめに設定することが好ましい。
【００３８】
続いて、昇温時間係数補正部１２は、稼動時間積算部９からヒータ１０２の総稼動時間ＬＴの値を取得すると共に、昇温時間係数初期値記憶部１０から昇温時間係数ＴＨの初期値ＴＨ０を取得し、昇温時間係数ＴＨの想定し得る上限値ＴＨｕを以下の数式のように算出する（ステップＳ１０８）。
ＴＨｕ＝ＴＨ０（１＋βＬＴ） ・・・（６）
【００３９】
式（６）において、βは予め規定された、経時変化予測の係数である（例えばβ＝０．０００３）。このβ＝０．０００３は、昇温時間係数ＴＨが約２倍に経時変化するのに最低でも約３０００ｈｏｕｒはかかるという知識に基づき概算的に設定された数値であり、ヒータ１０２の種類などに応じて適宜予め設定されるべき数値である。
【００４０】
式（６）は、図４に示すようにヒータ１０２の昇温能力の劣化倍率が総稼動時間ＬＴに１次比例する場合についての式である。図５に示すように劣化倍率が総稼動時間ＬＴに２次比例する場合には、式（６）の代わりに式（７）を用いればよく、ヒータ１０２の昇温能力が指数関数的に劣化する場合には、式（８）を用いればよい。ただし係数βは数式に応じて適宜設定変更すべきである。
ＴＨｕ＝ＴＨ０（１＋βＬＴ2） ・・・（７）
ＴＨｕ＝ＴＨ０ｅｘｐ（ＬＴ／β） ・・・（８）
【００４１】
次に、昇温時間係数補正部１２は、ステップＳ１０７で算出した補正値候補ＴＨｎをステップＳ１０８で算出した上限値ＴＨｕで上限処理し、この上限処理した値を用いて、昇温時間係数記憶部６に記憶されている昇温時間係数ＴＨを更新補正する（ステップＳ１０９）。
ｉｆ ＴＨｎ＞ＴＨｕ ｔｈｅｎ ＴＨ_ｎｅｗ＝ＴＨｕ
ｅｌｓｅ ＴＨ_ｎｅｗ＝ＴＨｎ ・・・（９）
【００４２】
式（９）は、補正値候補ＴＨｎが上限値ＴＨｕよりも大きい場合、昇温時間係数記憶部６に記憶されている昇温時間係数ＴＨを補正値ＴＨ_ｎｅｗ＝ＴＨｕに更新し、補正値候補ＴＨｎが上限値ＴＨｕ以下の場合、補正値候補ＴＨｎをそのまま補正値ＴＨ_ｎｅｗとすることを表している。こうして、ヒータ１０２の昇温能力の経時変化を昇温時間係数ＴＨに反映することで、精度の高い電力使用量予測を維持することができる。なお、昇温時間係数補正部１２は、補正値候補ＴＨｎが上限値ＴＨｕよりも大きい場合、ユーザに対して警報を出すようにしてもよい。
【００４３】
ヒータ劣化度算出部１３は、昇温時間係数初期値記憶部１０に記憶されている昇温時間係数ＴＨの初期値ＴＨ０と昇温時間係数補正部１２が算出した昇温時間係数ＴＨの補正値ＴＨ_ｎｅｗとの比率を、ヒータ劣化度Ｒとして算出する（ステップＳ１１０）。
Ｒ＝ＴＨ_ｎｅｗ／ＴＨ０ ・・・（１０）
【００４４】
ヒータ劣化通知部１４は、ヒータ劣化度Ｒが予め規定された数値γ（例えばγ＝２．０）以上の場合（ステップＳ１１１においてＹＥＳ）、ヒータ１０２が劣化したことをユーザに通知する（ステップＳ１１２）。このときの通知方法としては、例えば加熱装置が通常備える装置操作パネルにメッセージを表示する方法がある。この通知により、ユーザは、ヒータ１０２を交換すべき時期が来たと認識することができる。なお、γ＝２．０という数値は、ヒータ１０２の性能が初期状態から半分の能力に劣化したことを意味する値である。以上で、電力使用量予測装置の動作が終了する。
【００４５】
なお、本実施の形態では、昇温開始に応じて昇温時間係数ＴＨを補正するのであるから、補正後の昇温時間係数ＴＨが電力使用量の予測に適用されるのは、次回の昇温時となることは言うまでもない。
【００４６】
［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。本実施の形態では、第１の実施の形態と同様にヒータ１０２の劣化で発熱効率（ワット密度）が悪くなり、昇温能力が落ちる場合の補正について説明する。ただし、第１の実施の形態では、ヒータ１０２の昇温能力の経時変化に応じて昇温時間係数ＴＨを補正しているが、実用上はヒータ能力係数ＨＰを補正してもよい。本実施の形態では、ヒータ能力係数ＨＰの補正について説明する。特許文献１に開示されている式（１）と式（３）のどちらも有効であるが、より高精度に実行するためには式（３）を採用するのが好ましい。本実施の形態では、特許文献１に開示されている式（３）を引用する。
【００４７】
図６は本実施の形態に係る電力使用量予測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。電力使用量予測装置は、予測実行信号入力部１と、温度設定値入力部２と、温度計測値入力部３と、操作量入力部４と、ヒータ能力係数記憶部５と、昇温時間係数記憶部６と、電力使用量予測部７と、操作量上限値取得部８と、稼動時間積算部９と、ヒータ劣化通知部１４と、ヒータ能力係数ＨＰの初期値ＨＰ０を記憶するヒータ能力係数初期値記憶部１５と、昇温を開始した後に操作量ＭＶが操作量上限値ＯＨに到達している時間帯におけるヒータの電力使用量ＰＷｘを計測し、この電力使用量ＰＷｘとヒータ能力係数ＨＰと電力使用量予測部７が算出した電力使用量ＰＷとからヒータ能力係数ＨＰの実績値ＨＰｘを算出する電力実績計測部１６と、実績値ＨＰｘに基づく補正がヒータ能力係数ＨＰを大きくする補正になると判定した場合のみ、実績値ＨＰｘを用いてヒータ能力係数ＨＰを補正するヒータ能力係数補正部１７と、ヒータ能力係数ＨＰの初期値ＨＰ０とヒータ能力係数補正部１７が算出したヒータ能力係数ＨＰの補正値との比率をヒータ劣化度として算出するヒータ劣化度算出部１８とを備える。
【００４８】
以下、本実施の形態の電力使用量予測装置の動作を図７を用いて説明する。図７のステップＳ２００〜Ｓ２０５の処理は、第１の実施の形態のステップＳ１００〜Ｓ１０５の処理と同様であるので、説明は省略する。
【００４９】
電力実績計測部１６は、予測実行信号入力部１から予測実行信号が入力されると、操作量ＭＶが操作量上限値ＯＨに到達している時間帯におけるヒータ１０２の電力使用量ＰＷｘを計測する。そして、電力実績計測部１６は、この電力使用量ＰＷｘとヒータ能力係数ＨＰと電力使用量予測部７が算出した電力使用量予測値ＰＷとから以下の数式によりヒータ能力係数ＨＰの実績値ＨＰｘを算出する（図７ステップＳ２０６）。
ＨＰｘ＝ＨＰ（ＰＷｘ／ＰＷ） ・・・（１１）
【００５０】
ヒータ能力係数補正部１７は、ＨＰｘ＞ＨＰ、すなわちヒータ能力係数ＨＰの実績値ＨＰｘがヒータ能力係数ＨＰよりも大きく、実績値ＨＰｘに基づく補正がヒータ能力係数ＨＰを大きくする補正になると判定した場合、実績値ＨＰｘとヒータ能力係数ＨＰとの差（ＨＰｘ−ＨＰ）に所定の比率αを掛けた値を、ヒータ能力係数ＨＰの補正量ΔＨＰとして求め、以下の数式のように補正値候補ＨＰｎを算出する（ステップＳ２０７）。このヒータ能力係数補正部１７の処理により、ヒータの昇温能力が、急激に変化することはないということと、一方向にしか変化しないということを、アルゴリズムに組み込むことができる。
ＨＰｎ＝ＨＰ＋ΔＨＰ＝ＨＰ＋α（ＨＰｘ−ＨＰ） ・・・（１２）
【００５１】
比率αは例えば０．３である。このα＝０．３という設定は、ヒータ能力係数が同一の値ＨＰｘであるヒータを使って昇温を繰り返すときにヒータ能力係数ＨＰが３０％ずつＨＰｘに近づくという設定である。昇温動作の少ない（補正機会の少ない）加熱装置であるほど、比率αを大きめに設定することが好ましい。
【００５２】
続いて、ヒータ能力係数補正部１７は、稼動時間積算部９からヒータ１０２の総稼動時間ＬＴの値を取得すると共に、ヒータ能力係数初期値記憶部１５からヒータ能力係数ＨＰの初期値ＨＰ０を取得し、ヒータ能力係数ＨＰの想定し得る上限値ＨＰｕを以下の数式のように算出する（ステップＳ２０８）。
ＨＰｕ＝ＨＰ０（１＋βＬＴ） ・・・（１３）
【００５３】
式（１３）において、βは予め規定された、経時変化予測の係数である（例えばβ＝０．０００３）。このβ＝０．０００３は、ヒータ能力係数ＨＰが約２倍に経時変化するのに最低でも約３０００ｈｏｕｒはかかるという知識に基づき概算的に設定された数値であり、ヒータ１０２の種類などに応じて適宜予め設定されるべき数値である。
【００５４】
式（１３）は、図４に示したようにヒータ１０２の昇温能力の劣化倍率が総稼動時間ＬＴに１次比例する場合についての式である。図５に示したように劣化倍率が総稼動時間ＬＴに２次比例する場合には、式（１３）の代わりに式（１４）を用いればよく、ヒータ１０２の昇温能力が指数関数的に劣化する場合には、式（１５）を用いればよい。ただし係数βは数式に応じて適宜設定変更すべきである。
ＨＰｕ＝ＨＰ０（１＋βＬＴ2） ・・・（１４）
ＨＰｕ＝ＨＰ０ｅｘｐ（ＬＴ／β） ・・・（１５）
【００５５】
次に、ヒータ能力係数補正部１７は、ステップＳ２０７で算出した補正値候補ＨＰｎをステップＳ２０８で算出した上限値ＨＰｕで上限処理し、この上限処理した値を用いて、ヒータ能力係数記憶部５に記憶されているヒータ能力係数ＨＰを更新補正する（ステップＳ２０９）。
ｉｆ ＨＰｎ＞ＨＰｕ ｔｈｅｎ ＨＰ_ｎｅｗ＝ＨＰｕ
ｅｌｓｅ ＨＰ_ｎｅｗ＝ＨＰｎ ・・・（１６）
【００５６】
式（１６）は、補正値候補ＨＰｎが上限値ＨＰｕよりも大きい場合、ヒータ能力係数記憶部５に記憶されているヒータ能力係数ＨＰを補正値ＨＰ_ｎｅｗ＝ＨＰｕに更新し、補正値候補ＨＰｎが上限値ＨＰｕ以下の場合、補正値候補ＨＰｎをそのまま補正値ＨＰ_ｎｅｗとすることを表している。こうして、ヒータ１０２の昇温能力の経時変化をヒータ能力係数ＨＰに反映することで、精度の高い電力使用量予測を維持することができる。なお、ヒータ能力係数補正部１７は、補正値候補ＨＰｎが上限値ＨＰｕよりも大きい場合、ユーザに対して警報を出すようにしてもよい。
【００５７】
ヒータ劣化度算出部１８は、ヒータ能力係数初期値記憶部１５に記憶されているヒータ能力係数ＨＰの初期値ＨＰ０とヒータ能力係数補正部１７が算出したヒータ能力係数ＨＰの補正値ＨＰ_ｎｅｗとの比率を、ヒータ劣化度Ｒとして算出する（ステップＳ２１０）。
Ｒ＝ＨＰ_ｎｅｗ／ＨＰ０ ・・・（１７）
【００５８】
ステップＳ２１１，Ｓ２１２の処理は、第１の実施の形態のステップＳ１１１，Ｓ１１２の処理と同様である。以上で、電力使用量予測装置の動作が終了する。
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。第１の実施の形態と同様に、補正後のヒータ能力係数ＨＰが電力使用量の予測に適用されるのは、次回の昇温時である。
【００５９】
なお、第１、第２の実施の形態で説明した電力使用量予測装置は、ＣＰＵ、記憶装置およ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。このようなコンピュータとして、調節計を構成する小規模のコンピュータを使用することができるので、電力使用量予測装置を調節計で実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、例えばプロセス制御における電力使用量の予測技術に適用することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１…予測実行信号入力部、２…温度設定値入力部、３…温度計測値入力部、４…操作量入力部、５…ヒータ能力係数記憶部、６…昇温時間係数記憶部、７…電力使用量予測部、８…操作量上限値取得部、９…稼動時間積算部、１０…昇温時間係数初期値記憶部、１１…時間実績計測部、１２…昇温時間係数補正部、１３…ヒータ劣化度算出部、１４…ヒータ劣化通知部、１５…ヒータ能力係数初期値記憶部、１６…電力実績計測部、１７…ヒータ能力係数補正部、１８…ヒータ劣化度算出部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロセス制御技術に係り、特に電力使用量を予測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８に示す。図８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。
図９は特許文献１に開示された電力使用量予測装置の原理を説明する図であり、整定している温度制御系において温度設定値ＳＰを変更したときの温度計測値ＰＶと操作量ＭＶの変化を示す図である。
【０００５】
図８に示したような加熱装置は、昇温時に大きめのヒータ出力を利用してほぼ一定の昇温速度で昇温し、温度計測値ＰＶが温度設定値ＳＰに到達する直前にヒータ出力を小さめの出力に絞るように動作する。あるいは、このような昇温特性になるように、コントローラの制御特性が調整される。このような特性で昇温を実行する場合、ヒータ１０２に与えられる操作量ＭＶの大きさに対応して昇温速度が増減するので、昇温に必要な電力使用量は、操作量ＭＶの大きさとその維持時間の積に概ね比例するものと考えられる。結果的に、電力使用量は、昇温幅、すなわち温度設定値変更時の制御偏差に概ね比例することになる。そこで、代表的な昇温パターンを最低１つ予め調べておき、そのときの昇温過程における使用電力に基づき、温度設定値変更時の制御偏差を基本的入力変数とする関数により使用電力を算出する。以上が、特許文献１に開示された電力使用量予測装置の原理である。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】
【０００６】
【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】
【０００７】
電力使用量予測の高精度化は、契約電力量を超えないように管理するためにも重要であり、電力使用後に実績が確認できればよいというものではない。
通常のヒータは、経時変化により発熱効率（ワット密度）が悪くなり、昇温能力が落ちて、電力使用量が大きくなるように変化する。しかし、このような経時変化を事前に把握しておくことは困難である。ゆえに、特許文献１に開示された電力使用量予測装置では、ヒータ劣化による経時変化を修正できないので、経時変化による誤差分は全く修正されないままにせざるを得ない。
【０００８】
全く同じ制御条件、例えばヒータの使用初期のころから同じ昇温パターンを繰り返すような制御条件で電力使用量の実績を比較していくならば、経時変化を定量化していくことも可能である。しかし、製造装置の場合、製造対象（加熱装置内に投入される製品などの被加熱物）が変われば制御条件も変わるので、単純な比較は難しい。
例えば、ヒータ使用の初期のころに、製品Ａを主に製造していたとする。このときの熱処理の温度パターンが、２００℃で予備加熱した後に３００℃に昇温させるものとする。また、そのときの電力使用量がほぼ常時８００Ｗだったとする。
【０００９】
そして、ヒータ劣化を気にすべきころに、製品Ａを製造することがなくなり、製品Ｂを主に製造するようになるとする。このときの熱処理の温度パターンが、１５０℃で予備加熱した後に３５０℃に昇温させるものとする。そのときの電力使用量がほぼ常時１８００Ｗだったとする。電力使用量は増えているにしても、制御条件（温度パターン）が変化しているので、ヒータの性能が変化したとは一概には言えない。
このように制御条件が変わっていくと、ヒータ劣化による経時変化分と制御条件の変化分とを切り分けられなくなるので、経時変化を考慮して電力予測を継続することが難しくなる。
【００１０】
本発明は、温調計などの汎用的に使用される制御機器に適用されることを前提とし、例えばヒータ使用の初期のころに行なわれていた昇温パターンと異なる昇温パターンになっても、ヒータの昇温能力の経時変化を電力使用量の予測に反映することができる電力使用量予測装置および電力使用量予測方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、限られた昇温機会を可能な限り利用して、ヒータ性能の経時変化分を比較することで、簡易的にヒータ劣化を判定可能にする電力使用量予測装置および電力使用量予測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】
【００１１】
本発明は、制御対象を加熱するヒータと、制御対象の温度を計測する温度センサと、この温度センサによって計測された温度計測値ＰＶと外部から入力された温度設定値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ＰＷを予測する電力使用量予測装置であって、昇温開始時点における温度設定値ＳＰを取得する温度設定値入力手段と、昇温開始時点における温度計測値ＰＶを取得する温度計測値入力手段と、昇温開始時点における操作量ＭＶを取得する操作量入力手段と、前記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、前記ヒータの加熱する能力を表すヒータ能力係数ＨＰを記憶するヒータ能力係数記憶手段と、前記制御対象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を記憶する昇温時間係数記憶手段と、前記温度設定値ＳＰと前記温度計測値ＰＶとの差である制御偏差、前記ヒータ能力係数ＨＰおよび前記昇温時間係数ＴＨに基づいて、前記電力使用量ＰＷを予測する電力使用量予測手段と、昇温を開始した後に前記操作量ＭＶが前記操作量上限値ＯＨに到達している時間帯において前記制御対象を単位温度加熱するのに必要な時間を表す実績値ＴＨｘを求める時間実績計測手段と、前記実績値ＴＨｘに基づく補正が前記昇温時間係数ＴＨを大きくする補正になると判定した場合のみ、前記実績値ＴＨｘを用いて前記昇温時間係数ＴＨを補正する昇温時間係数補正手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の電力使用量予測装置の１構成例において、前記電力使用量予測手段は、前記電力使用量ＰＷを予測する際に、前記操作量ＭＶと前記操作量上限値ＯＨに基づいて前記昇温時間係数ＴＨを補正す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予測装置の１構成例は、さらに、前記ヒータの総稼動時間ＬＴを積算する稼動時間積算手段を備え、前記昇温時間係数補正手段は、前記実績値ＴＨｘと前記昇温時間係数ＴＨとの差から補正値候補ＴＨｎを算出すると共に、前記総稼動時間ＬＴから補正範囲を算出し、前記補正値候補ＴＨｎを用いた補正が前記補正範囲内に収まるようにして前記昇温時間係数ＴＨを補正す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予測装置の１構成例は、さらに、前記昇温時間係数ＴＨの初期値ＴＨ０を記憶する昇温時間係数初期値記憶手段と、前記昇温時間係数ＴＨの初期値ＴＨ０と前記昇温時間係数補正手段が算出した昇温時間係数ＴＨの補正値との比率をヒータ劣化度として算出するヒータ劣化度算出手段と、前記ヒータ劣化度が予め規定された数値γ以上の場合に、前記ヒータが劣化したことをユーザに通知するヒータ劣化通知手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の電力使用量予測装置は、昇温開始時点における温度設定値ＳＰを取得する温度設定値入力手段と、昇温開始時点における温度計測値ＰＶを取得する温度計測値入力手段と、昇温開始時点における操作量ＭＶを取得する操作量入力手段と、前記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、前記ヒータの加熱する能力を表すヒータ能力係数ＨＰを記憶するヒータ能力係数記憶手段と、前記制御対象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を記憶する昇温時間係数記憶手段と、前記温度設定値ＳＰと前記温度計測値ＰＶとの差である制御偏差、前記ヒータ能力係数ＨＰおよび前記昇温時間係数ＴＨに基づいて、前記電力使用量ＰＷを予測する電力使用量予測手段と、昇温を開始した後に前記操作量ＭＶが前記操作量上限値ＯＨに到達している時間帯における前記ヒータの電力使用量ＰＷｘを計測し、この電力使用量ＰＷｘと前記ヒータ能力係数ＨＰと前記電力使用量予測手段が算出した電力使用量ＰＷとから前記ヒータ能力係数ＨＰの実績値ＨＰｘを算出する電力実績計測手段と、前記実績値ＨＰｘに基づく補正が前記ヒータ能力係数ＨＰを大きくする補正になると判定した場合のみ、前記実績値ＨＰｘを用いて前記ヒータ能力係数ＨＰを補正するヒータ能力係数補正手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の電力使用量予測装置の１構成例において、前記電力使用量予測手段は、前記電力使用量ＰＷを予測する際に、前記操作量ＭＶと前記操作量上限値ＯＨに基づいて前記昇温時間係数ＴＨを補正す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予測装置の１構成例は、さらに、前記ヒータの総稼動時間ＬＴを積算する稼動時間積算手段を備え、前記ヒータ能力係数補正手段は、前記実績値ＨＰｘと前記ヒータ能力係数ＨＰとの差から補正値候補ＨＰｎを算出すると共に、前記総稼動時間ＬＴから補正範囲を算出し、前記補正値候補ＨＰｎを用いた補正が前記補正範囲内に収まるようにして前記ヒータ能力係数ＨＰを補正す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予測装置の１構成例は、さらに、前記ヒータ能力係数ＨＰの初期値ＨＰ０を記憶するヒータ能力係数初期値記憶手段と、前記ヒータ能力係数ＨＰの初期値ＨＰ０と前記ヒータ能力係数補正手段が算出したヒータ能力係数ＨＰの補正値との比率をヒータ劣化度として算出するヒータ劣化度算出手段と、前記ヒータ劣化度が予め規定された数値γ以上の場合に、前記ヒータが劣化したことをユーザに通知するヒータ劣化通知手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の電力使用量予測方法は、昇温開始時点における温度設定値ＳＰを取得する温度設定値入力ステップと、昇温開始時点における温度計測値ＰＶを取得する温度計測値入力ステップと、昇温開始時点における操作量ＭＶを取得する操作量入力ステップと、前記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、前記温度設定値ＳＰと前記温度計測値ＰＶとの差である制御偏差、前記ヒータの加熱する能力を表すヒータ能力係数ＨＰ、および前記制御対象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に基づいて、前記電力使用量ＰＷを予測する電力使用量予測ステップと、昇温を開始した後に前記操作量ＭＶが前記操作量上限値ＯＨに到達している時間帯において前記制御対象を単位温度加熱するのに必要な時間を表す実績値ＴＨｘを求める時間実績計測ステップと、前記実績値ＴＨｘに基づく補正が前記昇温時間係数ＴＨを大きくする補正になると判定した場合のみ、前記実績値ＴＨｘを用いて前記昇温時間係数ＴＨを補正する昇温時間係数補正ステップとを備えることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の電力使用量予測方法は、昇温開始時点における温度設定値ＳＰを取得する温度設定値入力ステップと、昇温開始時点における温度計測値ＰＶを取得する温度計測値入力ステップと、昇温開始時点における操作量ＭＶを取得する操作量入力ステップと、前記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、前記温度設定値ＳＰと前記温度計測値ＰＶとの差である制御偏差、前記ヒータの加熱する能力を表すヒータ能力係数ＨＰ、および前記制御対象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に基づいて、前記電力使用量ＰＷを予測する電力使用量予測ステップと、昇温を開始した後に前記操作量ＭＶが前記操作量上限値ＯＨに到達している時間帯における前記ヒータの電力使用量ＰＷｘを計測し、この電力使用量ＰＷｘと前記ヒータ能力係数ＨＰと前記電力使用量予測ステップで算出した電力使用量ＰＷとから前記ヒータ能力係数ＨＰの実績値ＨＰｘを算出する電力実績計測ステップと、前記実績値ＨＰｘに基づく補正が前記ヒータ能力係数ＨＰを大きくする補正になると判定した場合のみ、前記実績値ＨＰｘを用いて前記ヒータ能力係数ＨＰを補正するヒータ能力係数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】
【００１７】
本発明によれば、ヒータの昇温能力の経時変化を昇温時間係数ＴＨに反映することで、精度の高い電力使用量予測を維持することができる。また、本発明では、実績値ＴＨｘに基づく補正が昇温時間係数ＴＨを大きくする補正になると判定した場合のみ昇温時間係数ＴＨを補正することにより、何らかの偶然による不自然な変化を抑制することができる。
【００１８】
また、本発明では、ヒータの昇温能力の経時変化をヒータ能力係数ＨＰに反映することで、精度の高い電力使用量予測を維持することができる。また、本発明では、実績値ＨＰｘに基づく補正がヒータ能力係数ＨＰを大きくする補正になると判定した場合のみヒータ能力係数ＨＰを補正することにより、何らかの偶然による不自然な変化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】温度制御系において温度設定値を変更したときの温度計測値と操作量の変化の例を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る電力使用量予測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電力使用量予測装置の動作を示すフローチャートである。
【図４】ヒータの昇温能力の劣化倍率とヒータの総稼動時間との関係の１例を示す図である。
【図５】ヒータの昇温能力の劣化倍率とヒータの総稼動時間との関係の他の例を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る電力使用量予測装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る電力使用量予測装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】加熱装置の１例を示す図である。
【図９】従来の電力使用量予測装置の原理を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［発明の原理１］
原理的に、制御条件が変化しても共通で利用できる指標が昇温時間係数ＴＨあるいはヒータ能力係数ＨＰであり、ヒータによる加熱の特徴として、図９に示したように操作量ＭＶが出力上限値ＯＨに飽和した状態で昇温することのみを前提としている。ヒータの劣化による経時変化では、ヒータの発熱効率（ワット密度）が悪くなり、昇温能力が落ちて、電力使用量が大きくなるように変化する。ヒータの劣化は、昇温について言えば、操作量ＭＶが出力上限値ＯＨに飽和した状態で昇温する傾向が強くなる方向の変化である。そこで、操作量ＭＶの飽和の状態を計測すれば、ヒータの経時変化の監視を継続することが可能になることに着眼した。このような監視によると、制御機器メーカから製造装置メーカあるいは製造装置ユーザに流通するプロセスにおいて、ヒータの経時変化を単純かつ適正に管理しやすくなるので、有効である。
【００２１】
また、本発明では、ヒータの昇温能力が、急激に変化することはないということと、一方向にしか変化しないということを、知識としてアルゴリズムに組み込むことが可能なので、何らかの偶然による不自然な変化を抑制することができる。そして、ヒータの経時変化を昇温時間係数ＴＨあるいはヒータ能力係数ＨＰに反映する（すなわち逐次修正する）ことで、精度の高い電力使用量予測を維持することができる。
【００２２】
［発明の原理２］
本発明では、昇温時間係数ＴＨあるいはヒータ能力係数ＨＰを判定指標にすることにより、昇温幅に依存せずに電力状態を評価できることになるので、ヒータの劣化診断が可能になる。例えばヒータの使用初期のころの標準昇温パターン（ＳＰ，ＰＶ）と異なる標準昇温パターン（ＳＰ’，ＰＶ’）になっても、理論的にはヒータ性能として昇温時間係数ＴＨあるいはヒータ能力係数ＨＰを比較できる。すなわち、出荷前時点で標準パターンとして想定していた昇温動作が、出荷後の現場において変更になっても、ヒータ劣化を判定することができる。これにより、制御機器メーカから製造装置メーカあるいは製造装置ユーザに流通するプロセスにおいて、ヒータの劣化を単純かつ適正に判定しやすくなるので、有効である。
【００２３】
［第１の実施の形態］
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。図１（Ａ）、図１（Ｂ）は整定している温度制御系において温度設定値ＳＰを変更したときの温度計測値ＰＶと操作量ＭＶの変化の例を示す図である。図１（Ａ）はヒータの使用初期の状態を示しており、図１（Ｂ）はヒータの昇温能力が落ちて昇温の所要時間が長くなった状態を示している。本実施の形態では、図１（Ｂ）に示すようにヒータの劣化で発熱効率（ワット密度）が悪くなり、昇温能力が落ちる場合の補正について説明する。特許文献１に開示されている式（１）と式（３）のどちらも有効であるが、より高精度に実行するためには式（３）を採用するのが好ましい。本実施の形態では、特許文献１に開示されている式（３）を引用する。
【００２４】
図２は本実施の形態に係る電力使用量予測装置の構成を示すブロック図である。電力使用量予測装置は、外部からの予測実行信号を受ける予測実行信号入力部１と、昇温開始時点における温度設定値ＳＰ（変更後の設定値ＳＰ）を取得する温度設定値入力部２と、昇温開始時点における温度計測値ＰＶ（設定値ＳＰの変更を確認したときの変更前の制御量ＰＶ）を取得する温度計測値入力部３と、昇温開始時点における操作量ＭＶ（設定値ＳＰの変更を確認したときの変更前の操作量ＭＶ）を取得する操作量入力部４と、ヒータ能力係数ＨＰを予め記憶するヒータ能力係数記憶部５と、昇温時間係数ＴＨを予め記憶する昇温時間係数記憶部６と、ヒータの電力使用量を予測する電力使用量予測部７と、温調計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部８と、ヒータの総稼動時間ＬＴ（単位：ｈｏｕｒ）を積算する稼動時間積算部９と、昇温時間係数ＴＨの初期値ＴＨ０を記憶する昇温時間係数初期値記憶部１０と、昇温を開始した後に操作量ＭＶが操作量上限値ＯＨに到達している時間帯において制御対象を単位温度加熱するのに必要な時間を表す実績値ＴＨｘを求める時間実績計測部１１と、実績値ＴＨｘに基づく補正が昇温時間係数ＴＨを大きくする補正になると判定した場合のみ、実績値ＴＨｘを用いて昇温時間係数ＴＨを補正する昇温時間係数補正部１２と、昇温時間係数ＴＨの初期値ＴＨ０と昇温時間係数補正部１２が算出した昇温時間係数ＴＨの補正値との比率をヒータ劣化度として算出するヒータ劣化度算出部１３と、ヒータ劣化度が予め規定された数値γ以上の場合に、ヒータが劣化したことをユーザに通知するヒータ劣化通知部１４とを備える。
【００２５】
本実施の形態は、図８に示したような加熱装置において例えば常温から所望の温度に昇温する際の電力使用量を予測することを想定している。電力使用量予測装置は、加熱装置の温調計１００（コントローラ）に実装されている。
【００２６】
以下、本実施の形態の電力使用量予測装置の動作を図３を用いて説明する。予測実行信号入力部１は、外部から電力使用量予測値算出処理の実行を指示する予測実行信号を受けて、この予測実行信号を温度設定値入力部２、温度計測値入力部３および操作量入力部４に転送する（図３ステップＳ１００）。電力使用量予測装置のユーザが昇温開始時に予測実行信号を入力してもよいが、温度設定値ＳＰが変更されたときに、例えば温調計１００から自動的に予測実行信号が送られるようにしてもよい。予測実行信号を自動的に生成する場合、例えば昇温制御のための温度設定値ＳＰの変更であれば、実質的に昇温開始時点で昇温に必要な電力使用量を予測するように動作することになるので好適である。
【００２７】
温度設定値入力部２は、予測実行信号入力部１から予測実行信号が入力されると、加熱装置のユーザによって設定された温度設定値ＳＰを取得して電力使用量予測部７に通知する（ステップＳ１０１）。なお、温度設定値入力部２が取得する温度設定値ＳＰは、昇温開始時点における値である。したがって、例えばＳＰ＝０℃からＳＰ＝１００℃に変更されたとすれば、温度設定値入力部２が取得する値はＳＰ＝１００℃である。
【００２８】
温度計測値入力部３は、予測実行信号入力部１から予測実行信号が入力されると、加熱装置の温度センサ１０３から温度計測値ＰＶを取得して電力使用量予測部７に通知する（ステップＳ１０２）。なお、温度計測値入力部３が取得する温度計測値ＰＶは、昇温開始時点における値である。ただし、制御系に応答の遅れがあるため、温度計測値ＰＶは、温度設定値ＳＰの変更に対して遅れて上昇を始める。したがって、温度計測値ＰＶ＝０℃の状態から昇温を開始したとすれば、温度計測値入力部３が取得する値は昇温開始直前の値と同じＰＶ＝０℃である。
【００２９】
操作量入力部４は、予測実行信号入力部１から予測実行信号が入力されると、温調計１００から操作量ＭＶを取得して電力使用量予測部７に通知する（ステップＳ１０３）。なお、操作量入力部４が取得する操作量ＭＶは、昇温開始時点における値である。ただし、温度設定値ＳＰの変更が反映されるのは、温調計１００の次の制御周期からになるので、操作量ＭＶは、温度設定値ＳＰの変更に対して１制御周期遅れて上昇を始める。したがって、操作量ＭＶ＝５０％の状態から昇温を開始したとすれば、操作量入力部４が取得する値は昇温開始直前の値と同じＭＶ＝５０％である。
【００３０】
操作量上限値取得部８は、温調計１００に設定されている操作量上限値ＯＨを取得して電力使用量予測部７と時間実績計測部１１とに通知する（ステップＳ１０４）。なお、温調計１００は、操作量ＭＶが操作量上限値ＯＨ以下となるように上限処理する。つまり、温調計１００は、温度計測値ＰＶが温度設定値ＳＰと一致するように制御周期毎に操作量ＭＶを算出するが、算出した操作量ＭＶが操作量上限値ＯＨを上回る場合、操作量ＭＶ＝ＯＨとして出力する。
【００３１】
電力使用量予測部７は、温度設定値ＳＰと温度計測値ＰＶと操作量ＭＶと操作量上限値ＯＨとを受け取ると、ヒータ１０２の加熱する能力を表すヒータ能力係数ＨＰをヒータ能力係数記憶部５から取得すると共に、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を昇温時間係数記憶部６から取得し、以下の数式により電力使用量予測値ＰＷを算出する（ステップＳ１０５）。なお、特許文献１に開示された式（３）ではＯＨ＝１００％としている。
ＰＷ＝（ＳＰ−ＰＶ）ＨＰＴＨ｛１００／（ＯＨ−ＭＶ）｝ ・・・（１）
【００３２】
昇温時間係数ＴＨは、昇温時間係数記憶部６に予め記憶されているが、この昇温時間係数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時間係数ＴＨとして算出しておけばよい。すなわち、昇温時間係数ＴＨは次式により算出できる。
ＴＨ＝Ｔ＿１００／（１００−２５） ・・・（２）
【００３３】
ヒータ能力係数ＨＰは、ヒータ能力係数記憶部５に予め記憶されているが、このヒータ能力係数ＨＰとしては、ヒータ容量を使用すればよい。
なお、電力使用量予測値ＰＷの単位は、ヒータ能力係数ＨＰの単位と昇温時間係数ＴＨの単位によって決まるものなので、必要に応じて適宜換算するのがよい。本実施の形態では、（ＳＰ−ＰＶ）の単位が［℃］、ヒータ能力係数ＨＰの単位が［Ｗ］、昇温時間係数ＴＨの単位が［ｈ／℃］なので、電力使用量予測値ＰＷの単位は［Ｗｈ］である。
【００３４】
本実施の形態では、特許文献１に開示されている式（３）を採用しているが、特許文献１に開示されている式（１）を採用する場合、電力使用量予測部７は、以下の数式により電力使用量予測値ＰＷを算出すればよい（ステップＳ１０５）。
ＰＷ＝（ＳＰ−ＰＶ）ＨＰＴＨ ・・・（３）
【００３５】
次に、時間実績計測部１１は、予測実行信号入力部１から予測実行信号が入力されると、操作量ＭＶが操作量上限値ＯＨに到達している時間帯における温度上昇幅ΔＰＶとこの時間帯の長さである実績時間Ｔ_ＯＨとを計測し、加熱チャンバー１０１を単位温度加熱するのに必要な昇温時間係数ＴＨの実績値ＴＨｘを以下の数式により算出する（ステップＳ１０６）。なお、温度上昇幅ΔＰＶと実績時間Ｔ_ＯＨについては、図１（Ｂ）に示している。
ＴＨｘ＝Ｔ_ＯＨ／ΔＰＶ ・・・（４）
【００３６】
昇温時間係数補正部１２は、ＴＨｘ＞ＴＨ、すなわち昇温時間係数ＴＨの実績値ＴＨｘが昇温時間係数ＴＨよりも大きく、実績値ＴＨｘに基づく補正が昇温時間係数ＴＨを大きくする補正になると判定した場合、実績値ＴＨｘと昇温時間係数ＴＨとの差（ＴＨｘ−ＴＨ）に所定の比率αを掛けた値を、昇温時間係数ＴＨの補正量ΔＴＨとして求め、以下の数式のように補正値候補ＴＨｎを算出する（ステップＳ１０７）。この昇温時間係数補正部１２の処理により、ヒータの昇温能力が、急激に変化することはないということと、一方向にしか変化しないということを、アルゴリズムに組み込むことができる。
ＴＨｎ＝ＴＨ＋ΔＴＨ＝ＴＨ＋α（ＴＨｘ−ＴＨ） ・・・（５）
【００３７】
比率αは例えば０．３である。このα＝０．３という設定は、単位温度加熱するのに必要な所要時間が同一の値ＴＨｘである昇温を繰り返すときに昇温時間係数ＴＨが３０％ずつＴＨｘに近づくという設定である。昇温動作の少ない（補正機会の少ない）加熱装置であるほど、比率αを大きめに設定することが好ましい。
【００３８】
続いて、昇温時間係数補正部１２は、稼動時間積算部９からヒータ１０２の総稼動時間ＬＴの値を取得すると共に、昇温時間係数初期値記憶部１０から昇温時間係数ＴＨの初期値ＴＨ０を取得し、昇温時間係数ＴＨの想定し得る上限値ＴＨｕを以下の数式のように算出する（ステップＳ１０８）。
ＴＨｕ＝ＴＨ０（１＋βＬＴ） ・・・（６）
【００３９】
式（６）において、βは予め規定された、経時変化予測の係数である（例えばβ＝０．０００３）。このβ＝０．０００３は、昇温時間係数ＴＨが約２倍に経時変化するのに最低でも約３０００ｈｏｕｒはかかるという知識に基づき概算的に設定された数値であり、ヒータ１０２の種類などに応じて適宜予め設定されるべき数値である。
【００４０】
式（６）は、図４に示すようにヒータ１０２の昇温能力の劣化倍率が総稼動時間ＬＴに１次比例する場合についての式である。図５に示すように劣化倍率が総稼動時間ＬＴに２次比例する場合には、式（６）の代わりに式（７）を用いればよく、ヒータ１０２の昇温能力が指数関数的に劣化する場合には、式（８）を用いればよい。ただし係数βは数式に応じて適宜設定変更すべきである。
ＴＨｕ＝ＴＨ０（１＋βＬＴ2） ・・・（７）
ＴＨｕ＝ＴＨ０ｅｘｐ（ＬＴ／β） ・・・（８）
【００４１】
次に、昇温時間係数補正部１２は、ステップＳ１０７で算出した補正値候補ＴＨｎをステップＳ１０８で算出した上限値ＴＨｕで上限処理し、この上限処理した値を用いて、昇温時間係数記憶部６に記憶されている昇温時間係数ＴＨを更新補正する（ステップＳ１０９）。
ｉｆ ＴＨｎ＞ＴＨｕ ｔｈｅｎ ＴＨ_ｎｅｗ＝ＴＨｕ
ｅｌｓｅ ＴＨ_ｎｅｗ＝ＴＨｎ ・・・（９）
【００４２】
式（９）は、補正値候補ＴＨｎが上限値ＴＨｕよりも大きい場合、昇温時間係数記憶部６に記憶されている昇温時間係数ＴＨを補正値ＴＨ_ｎｅｗ＝ＴＨｕに更新し、補正値候補ＴＨｎが上限値ＴＨｕ以下の場合、補正値候補ＴＨｎをそのまま補正値ＴＨ_ｎｅｗとすることを表している。こうして、ヒータ１０２の昇温能力の経時変化を昇温時間係数ＴＨに反映することで、精度の高い電力使用量予測を維持することができる。なお、昇温時間係数補正部１２は、補正値候補ＴＨｎが上限値ＴＨｕよりも大きい場合、ユーザに対して警報を出すようにしてもよい。
【００４３】
ヒータ劣化度算出部１３は、昇温時間係数初期値記憶部１０に記憶されている昇温時間係数ＴＨの初期値ＴＨ０と昇温時間係数補正部１２が算出した昇温時間係数ＴＨの補正値ＴＨ_ｎｅｗとの比率を、ヒータ劣化度Ｒとして算出する（ステップＳ１１０）。
Ｒ＝ＴＨ_ｎｅｗ／ＴＨ０ ・・・（１０）
【００４４】
ヒータ劣化通知部１４は、ヒータ劣化度Ｒが予め規定された数値γ（例えばγ＝２．０）以上の場合（ステップＳ１１１においてＹＥＳ）、ヒータ１０２が劣化したことをユーザに通知する（ステップＳ１１２）。このときの通知方法としては、例えば加熱装置が通常備える装置操作パネルにメッセージを表示する方法がある。この通知により、ユーザは、ヒータ１０２を交換すべき時期が来たと認識することができる。なお、γ＝２．０という数値は、ヒータ１０２の性能が初期状態から半分の能力に劣化したことを意味する値である。以上で、電力使用量予測装置の動作が終了する。
【００４５】
なお、本実施の形態では、昇温開始に応じて昇温時間係数ＴＨを補正するのであるから、補正後の昇温時間係数ＴＨが電力使用量の予測に適用されるのは、次回の昇温時となることは言うまでもない。
【００４６】
［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。本実施の形態では、第１の実施の形態と同様にヒータ１０２の劣化で発熱効率（ワット密度）が悪くなり、昇温能力が落ちる場合の補正について説明する。ただし、第１の実施の形態では、ヒータ１０２の昇温能力の経時変化に応じて昇温時間係数ＴＨを補正しているが、実用上はヒータ能力係数ＨＰを補正してもよい。本実施の形態では、ヒータ能力係数ＨＰの補正について説明する。特許文献１に開示されている式（１）と式（３）のどちらも有効であるが、より高精度に実行するためには式（３）を採用するのが好ましい。本実施の形態では、特許文献１に開示されている式（３）を引用する。
【００４７】
図６は本実施の形態に係る電力使用量予測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。電力使用量予測装置は、予測実行信号入力部１と、温度設定値入力部２と、温度計測値入力部３と、操作量入力部４と、ヒータ能力係数記憶部５と、昇温時間係数記憶部６と、電力使用量予測部７と、操作量上限値取得部８と、稼動時間積算部９と、ヒータ劣化通知部１４と、ヒータ能力係数ＨＰの初期値ＨＰ０を記憶するヒータ能力係数初期値記憶部１５と、昇温を開始した後に操作量ＭＶが操作量上限値ＯＨに到達している時間帯におけるヒータの電力使用量ＰＷｘを計測し、この電力使用量ＰＷｘとヒータ能力係数ＨＰと電力使用量予測部７が算出した電力使用量ＰＷとからヒータ能力係数ＨＰの実績値ＨＰｘを算出する電力実績計測部１６と、実績値ＨＰｘに基づく補正がヒータ能力係数ＨＰを大きくする補正になると判定した場合のみ、実績値ＨＰｘを用いてヒータ能力係数ＨＰを補正するヒータ能力係数補正部１７と、ヒータ能力係数ＨＰの初期値ＨＰ０とヒータ能力係数補正部１７が算出したヒータ能力係数ＨＰの補正値との比率をヒータ劣化度として算出するヒータ劣化度算出部１８とを備える。
【００４８】
以下、本実施の形態の電力使用量予測装置の動作を図７を用いて説明する。図７のステップＳ２００〜Ｓ２０５の処理は、第１の実施の形態のステップＳ１００〜Ｓ１０５の処理と同様であるので、説明は省略する。
【００４９】
電力実績計測部１６は、予測実行信号入力部１から予測実行信号が入力されると、操作量ＭＶが操作量上限値ＯＨに到達している時間帯におけるヒータ１０２の電力使用量ＰＷｘを計測する。そして、電力実績計測部１６は、この電力使用量ＰＷｘとヒータ能力係数ＨＰと電力使用量予測部７が算出した電力使用量予測値ＰＷとから以下の数式によりヒータ能力係数ＨＰの実績値ＨＰｘを算出する（図７ステップＳ２０６）。
ＨＰｘ＝ＨＰ（ＰＷｘ／ＰＷ） ・・・（１１）
【００５０】
ヒータ能力係数補正部１７は、ＨＰｘ＞ＨＰ、すなわちヒータ能力係数ＨＰの実績値ＨＰｘがヒータ能力係数ＨＰよりも大きく、実績値ＨＰｘに基づく補正がヒータ能力係数ＨＰを大きくする補正になると判定した場合、実績値ＨＰｘとヒータ能力係数ＨＰとの差（ＨＰｘ−ＨＰ）に所定の比率αを掛けた値を、ヒータ能力係数ＨＰの補正量ΔＨＰとして求め、以下の数式のように補正値候補ＨＰｎを算出する（ステップＳ２０７）。このヒータ能力係数補正部１７の処理により、ヒータの昇温能力が、急激に変化することはないということと、一方向にしか変化しないということを、アルゴリズムに組み込むことができる。
ＨＰｎ＝ＨＰ＋ΔＨＰ＝ＨＰ＋α（ＨＰｘ−ＨＰ） ・・・（１２）
【００５１】
比率αは例えば０．３である。このα＝０．３という設定は、ヒータ能力係数が同一の値ＨＰｘであるヒータを使って昇温を繰り返すときにヒータ能力係数ＨＰが３０％ずつＨＰｘに近づくという設定である。昇温動作の少ない（補正機会の少ない）加熱装置であるほど、比率αを大きめに設定することが好ましい。
【００５２】
続いて、ヒータ能力係数補正部１７は、稼動時間積算部９からヒータ１０２の総稼動時間ＬＴの値を取得すると共に、ヒータ能力係数初期値記憶部１５からヒータ能力係数ＨＰの初期値ＨＰ０を取得し、ヒータ能力係数ＨＰの想定し得る上限値ＨＰｕを以下の数式のように算出する（ステップＳ２０８）。
ＨＰｕ＝ＨＰ０（１＋βＬＴ） ・・・（１３）
【００５３】
式（１３）において、βは予め規定された、経時変化予測の係数である（例えばβ＝０．０００３）。このβ＝０．０００３は、ヒータ能力係数ＨＰが約２倍に経時変化するのに最低でも約３０００ｈｏｕｒはかかるという知識に基づき概算的に設定された数値であり、ヒータ１０２の種類などに応じて適宜予め設定されるべき数値である。
【００５４】
式（１３）は、図４に示したようにヒータ１０２の昇温能力の劣化倍率が総稼動時間ＬＴに１次比例する場合についての式である。図５に示したように劣化倍率が総稼動時間ＬＴに２次比例する場合には、式（１３）の代わりに式（１４）を用いればよく、ヒータ１０２の昇温能力が指数関数的に劣化する場合には、式（１５）を用いればよい。ただし係数βは数式に応じて適宜設定変更すべきである。
ＨＰｕ＝ＨＰ０（１＋βＬＴ2） ・・・（１４）
ＨＰｕ＝ＨＰ０ｅｘｐ（ＬＴ／β） ・・・（１５）
【００５５】
次に、ヒータ能力係数補正部１７は、ステップＳ２０７で算出した補正値候補ＨＰｎをステップＳ２０８で算出した上限値ＨＰｕで上限処理し、この上限処理した値を用いて、ヒータ能力係数記憶部５に記憶されているヒータ能力係数ＨＰを更新補正する（ステップＳ２０９）。
ｉｆ ＨＰｎ＞ＨＰｕ ｔｈｅｎ ＨＰ_ｎｅｗ＝ＨＰｕ
ｅｌｓｅ ＨＰ_ｎｅｗ＝ＨＰｎ ・・・（１６）
【００５６】
式（１６）は、補正値候補ＨＰｎが上限値ＨＰｕよりも大きい場合、ヒータ能力係数記憶部５に記憶されているヒータ能力係数ＨＰを補正値ＨＰ_ｎｅｗ＝ＨＰｕに更新し、補正値候補ＨＰｎが上限値ＨＰｕ以下の場合、補正値候補ＨＰｎをそのまま補正値ＨＰ_ｎｅｗとすることを表している。こうして、ヒータ１０２の昇温能力の経時変化をヒータ能力係数ＨＰに反映することで、精度の高い電力使用量予測を維持することができる。なお、ヒータ能力係数補正部１７は、補正値候補ＨＰｎが上限値ＨＰｕよりも大きい場合、ユーザに対して警報を出すようにしてもよい。
【００５７】
ヒータ劣化度算出部１８は、ヒータ能力係数初期値記憶部１５に記憶されているヒータ能力係数ＨＰの初期値ＨＰ０とヒータ能力係数補正部１７が算出したヒータ能力係数ＨＰの補正値ＨＰ_ｎｅｗとの比率を、ヒータ劣化度Ｒとして算出する（ステップＳ２１０）。
Ｒ＝ＨＰ_ｎｅｗ／ＨＰ０ ・・・（１７）
【００５８】
ステップＳ２１１，Ｓ２１２の処理は、第１の実施の形態のステップＳ１１１，Ｓ１１２の処理と同様である。以上で、電力使用量予測装置の動作が終了する。
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。第１の実施の形態と同様に、補正後のヒータ能力係数ＨＰが電力使用量の予測に適用されるのは、次回の昇温時である。
【００５９】
なお、第１、第２の実施の形態で説明した電力使用量予測装置は、ＣＰＵ、記憶装置およ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。このようなコンピュータとして、調節計を構成する小規模のコンピュータを使用することができるので、電力使用量予測装置を調節計で実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６０】
本発明は、例えばプロセス制御における電力使用量の予測技術に適用することができる。
【符号の説明】
【００６１】
１…予測実行信号入力部、２…温度設定値入力部、３…温度計測値入力部、４…操作量入力部、５…ヒータ能力係数記憶部、６…昇温時間係数記憶部、７…電力使用量予測部、８…操作量上限値取得部、９…稼動時間積算部、１０…昇温時間係数初期値記憶部、１１…時間実績計測部、１２…昇温時間係数補正部、１３…ヒータ劣化度算出部、１４…ヒータ劣化通知部、１５…ヒータ能力係数初期値記憶部、１６…電力実績計測部、１７…ヒータ能力係数補正部、１８…ヒータ劣化度算出部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象を加熱するヒータと、制御対象の温度を計測する温度センサと、この温度センサによって計測された温度計測値ＰＶと外部から入力された温度設定値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ＰＷを予測する電力使用量予測装置であって、
昇温開始時点における温度設定値ＳＰを取得する温度設定値入力手段と、
昇温開始時点における温度計測値ＰＶを取得する温度計測値入力手段と、
昇温開始時点における操作量ＭＶを取得する操作量入力手段と、
前記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、
前記ヒータの加熱する能力を表すヒータ能力係数ＨＰを記憶するヒータ能力係数記憶手段と、
前記制御対象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を記憶する昇温時間係数記憶手段と、
前記温度設定値ＳＰと前記温度計測値ＰＶとの差である制御偏差、前記ヒータ能力係数ＨＰおよび前記昇温時間係数ＴＨに基づいて、前記電力使用量ＰＷを予測する電力使用量予測手段と、
昇温を開始した後に前記操作量ＭＶが前記操作量上限値ＯＨに到達している時間帯において前記制御対象を単位温度加熱するのに必要な時間を表す実績値ＴＨｘを求める時間実績計測手段と、
前記実績値ＴＨｘに基づく補正が前記昇温時間係数ＴＨを大きくする補正になると判定した場合のみ、前記実績値ＴＨｘを用いて前記昇温時間係数ＴＨを補正する昇温時間係数補正手段とを備えることを特徴とする電力使用量予測装置。
【請求項２】
請求項１記載の電力使用量予測装置において、
前記電力使用量予測手段は、前記電力使用量ＰＷを予測する際に、前記操作量ＭＶと前記操作量上限値ＯＨに基づいて前記昇温時間係数ＴＨを補正することを特徴とする電力使用量予測装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の電力使用量予測装置において、
さらに、前記ヒータの総稼動時間ＬＴを積算する稼動時間積算手段を備え、
前記昇温時間係数補正手段は、前記実績値ＴＨｘと前記昇温時間係数ＴＨとの差から補正値候補ＴＨｎを算出すると共に、前記総稼動時間ＬＴから補正範囲を算出し、前記補正値候補ＴＨｎを用いた補正が前記補正範囲内に収まるようにして前記昇温時間係数ＴＨを補正することを特徴とする電力使用量予測装置。
【請求項４】
請求項１または２記載の電力使用量予測装置において、
さらに、前記昇温時間係数ＴＨの初期値ＴＨ０を記憶する昇温時間係数初期値記憶手段と、
前記昇温時間係数ＴＨの初期値ＴＨ０と前記昇温時間係数補正手段が算出した昇温時間係数ＴＨの補正値との比率をヒータ劣化度として算出するヒータ劣化度算出手段と、
前記ヒータ劣化度が予め規定された数値γ以上の場合に、前記ヒータが劣化したことをユーザに通知するヒータ劣化通知手段とを備えることを特徴とする電力使用量予測装置。
【請求項５】
制御対象を加熱するヒータと、制御対象の温度を計測する温度センサと、この温度センサによって計測された温度計測値ＰＶと外部から入力された温度設定値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ＰＷを予測する電力使用量予測装置であって、
昇温開始時点における温度設定値ＳＰを取得する温度設定値入力手段と、
昇温開始時点における温度計測値ＰＶを取得する温度計測値入力手段と、
昇温開始時点における操作量ＭＶを取得する操作量入力手段と、
前記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、
前記ヒータの加熱する能力を表すヒータ能力係数ＨＰを記憶するヒータ能力係数記憶手段と、
前記制御対象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を記憶する昇温時間係数記憶手段と、
前記温度設定値ＳＰと前記温度計測値ＰＶとの差である制御偏差、前記ヒータ能力係数ＨＰおよび前記昇温時間係数ＴＨに基づいて、前記電力使用量ＰＷを予測する電力使用量予測手段と、
昇温を開始した後に前記操作量ＭＶが前記操作量上限値ＯＨに到達している時間帯における前記ヒータの電力使用量ＰＷｘを計測し、この電力使用量ＰＷｘと前記ヒータ能力係数ＨＰと前記電力使用量予測手段が算出した電力使用量ＰＷとから前記ヒータ能力係数ＨＰの実績値ＨＰｘを算出する電力実績計測手段と、
前記実績値ＨＰｘに基づく補正が前記ヒータ能力係数ＨＰを大きくする補正になると判定した場合のみ、前記実績値ＨＰｘを用いて前記ヒータ能力係数ＨＰを補正するヒータ能力係数補正手段とを備えることを特徴とする電力使用量予測装置。
【請求項６】
請求項５記載の電力使用量予測装置において、
前記電力使用量予測手段は、前記電力使用量ＰＷを予測する際に、前記操作量ＭＶと前記操作量上限値ＯＨに基づいて前記昇温時間係数ＴＨを補正することを特徴とする電力使用量予測装置。
【請求項７】
請求項５または６記載の電力使用量予測装置において、
さらに、前記ヒータの総稼動時間ＬＴを積算する稼動時間積算手段を備え、
前記ヒータ能力係数補正手段は、前記実績値ＨＰｘと前記ヒータ能力係数ＨＰとの差から補正値候補ＨＰｎを算出すると共に、前記総稼動時間ＬＴから補正範囲を算出し、前記補正値候補ＨＰｎを用いた補正が前記補正範囲内に収まるようにして前記ヒータ能力係数ＨＰを補正することを特徴とする電力使用量予測装置。
【請求項８】
請求項５または６記載の電力使用量予測装置において、
さらに、前記ヒータ能力係数ＨＰの初期値ＨＰ０を記憶するヒータ能力係数初期値記憶手段と、
前記ヒータ能力係数ＨＰの初期値ＨＰ０と前記ヒータ能力係数補正手段が算出したヒータ能力係数ＨＰの補正値との比率をヒータ劣化度として算出するヒータ劣化度算出手段と、
前記ヒータ劣化度が予め規定された数値γ以上の場合に、前記ヒータが劣化したことをユーザに通知するヒータ劣化通知手段とを備えることを特徴とする電力使用量予測装置。
【請求項９】
制御対象を加熱するヒータと、制御対象の温度を計測する温度センサと、この温度センサによって計測された温度計測値ＰＶと外部から入力された温度設定値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ＰＷを予測する電力使用量予測方法であって、
昇温開始時点における温度設定値ＳＰを取得する温度設定値入力ステップと、
昇温開始時点における温度計測値ＰＶを取得する温度計測値入力ステップと、
昇温開始時点における操作量ＭＶを取得する操作量入力ステップと、
前記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、
前記温度設定値ＳＰと前記温度計測値ＰＶとの差である制御偏差、前記ヒータの加熱する能力を表すヒータ能力係数ＨＰ、および前記制御対象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に基づいて、前記電力使用量ＰＷを予測する電力使用量予測ステップと、
昇温を開始した後に前記操作量ＭＶが前記操作量上限値ＯＨに到達している時間帯において前記制御対象を単位温度加熱するのに必要な時間を表す実績値ＴＨｘを求める時間実績計測ステップと、
前記実績値ＴＨｘに基づく補正が前記昇温時間係数ＴＨを大きくする補正になると判定した場合のみ、前記実績値ＴＨｘを用いて前記昇温時間係数ＴＨを補正する昇温時間係数補正ステップとを備えることを特徴とする電力使用量予測方法。
【請求項１０】
請求項９記載の電力使用量予測方法において、
前記電力使用量予測ステップは、前記電力使用量ＰＷを予測する際に、前記操作量ＭＶと前記操作量上限値ＯＨに基づいて前記昇温時間係数ＴＨを補正することを特徴とする電力使用量予測方法。
【請求項１１】
請求項９または１０記載の電力使用量予測方法において、
さらに、前記ヒータの総稼動時間ＬＴを積算する稼動時間積算ステップを備え、
前記昇温時間係数補正ステップは、前記実績値ＴＨｘと前記昇温時間係数ＴＨとの差から補正値候補ＴＨｎを算出すると共に、前記総稼動時間ＬＴから補正範囲を算出し、前記補正値候補ＴＨｎを用いた補正が前記補正範囲内に収まるようにして前記昇温時間係数ＴＨを補正することを特徴とする電力使用量予測方法。
【請求項１２】
請求項９または１０記載の電力使用量予測方法において、
さらに、前記昇温時間係数ＴＨの初期値ＴＨ０と前記昇温時間係数補正ステップで算出した昇温時間係数ＴＨの補正値との比率をヒータ劣化度として算出するヒータ劣化度算出ステップと、
前記ヒータ劣化度が予め規定された数値γ以上の場合に、前記ヒータが劣化したことをユーザに通知するヒータ劣化通知ステップとを備えることを特徴とする電力使用量予測方法。
【請求項１３】
制御対象を加熱するヒータと、制御対象の温度を計測する温度センサと、この温度センサによって計測された温度計測値ＰＶと外部から入力された温度設定値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ＰＷを予測する電力使用量予測方法であって、
昇温開始時点における温度設定値ＳＰを取得する温度設定値入力ステップと、
昇温開始時点における温度計測値ＰＶを取得する温度計測値入力ステップと、
昇温開始時点における操作量ＭＶを取得する操作量入力ステップと、
前記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、
前記温度設定値ＳＰと前記温度計測値ＰＶとの差である制御偏差、前記ヒータの加熱する能力を表すヒータ能力係数ＨＰ、および前記制御対象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に基づいて、前記電力使用量ＰＷを予測する電力使用量予測ステップと、
昇温を開始した後に前記操作量ＭＶが前記操作量上限値ＯＨに到達している時間帯における前記ヒータの電力使用量ＰＷｘを計測し、この電力使用量ＰＷｘと前記ヒータ能力係数ＨＰと前記電力使用量予測ステップで算出した電力使用量ＰＷとから前記ヒータ能力係数ＨＰの実績値ＨＰｘを算出する電力実績計測ステップと、
前記実績値ＨＰｘに基づく補正が前記ヒータ能力係数ＨＰを大きくする補正になると判定した場合のみ、前記実績値ＨＰｘを用いて前記ヒータ能力係数ＨＰを補正するヒータ能力係数補正ステップとを備えることを特徴とする電力使用量予測方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の電力使用量予測方法において、
前記電力使用量予測ステップは、前記電力使用量ＰＷを予測する際に、前記操作量ＭＶと前記操作量上限値ＯＨに基づいて前記昇温時間係数ＴＨを補正することを特徴とする電力使用量予測方法。
【請求項１５】
請求項１３または１４記載の電力使用量予測方法において、
さらに、前記ヒータの総稼動時間ＬＴを積算する稼動時間積算ステップを備え、
前記ヒータ能力係数補正ステップは、前記実績値ＨＰｘと前記ヒータ能力係数ＨＰとの差から補正値候補ＨＰｎを算出すると共に、前記総稼動時間ＬＴから補正範囲を算出し、前記補正値候補ＨＰｎを用いた補正が前記補正範囲内に収まるようにして前記ヒータ能力係数ＨＰを補正することを特徴とする電力使用量予測方法。
【請求項１６】
請求項１３または１４記載の電力使用量予測方法において、
さらに、前記ヒータ能力係数ＨＰの初期値ＨＰ０と前記ヒータ能力係数補正ステップで算出したヒータ能力係数ＨＰの補正値との比率をヒータ劣化度として算出するヒータ劣化度算出ステップと、
前記ヒータ劣化度が予め規定された数値γ以上の場合に、前記ヒータが劣化したことをユーザに通知するヒータ劣化通知ステップとを備えることを特徴とする電力使用量予測方法。
【請求項１】
制御対象を加熱するヒータと、制御対象の温度を計測する温度センサと、この温度センサによって計測された温度計測値ＰＶと外部から入力された温度設定値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ＰＷを予測する電力使用量予測装置であって、
昇温開始時点における温度設定値ＳＰを取得する温度設定値入力手段と、
昇温開始時点における温度計測値ＰＶを取得する温度計測値入力手段と、
昇温開始時点における操作量ＭＶを取得する操作量入力手段と、
前記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、
前記ヒータの加熱する能力を表すヒータ能力係数ＨＰを記憶するヒータ能力係数記憶手段と、
前記制御対象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を記憶する昇温時間係数記憶手段と、
前記温度設定値ＳＰと前記温度計測値ＰＶとの差である制御偏差、前記ヒータ能力係数ＨＰおよび前記昇温時間係数ＴＨに基づいて、前記電力使用量ＰＷを予測する電力使用量予測手段と、
昇温を開始した後に前記操作量ＭＶが前記操作量上限値ＯＨに到達している時間帯において前記制御対象を単位温度加熱するのに必要な時間を表す実績値ＴＨｘを求める時間実績計測手段と、
前記実績値ＴＨｘに基づく補正が前記昇温時間係数ＴＨを大きくする補正になると判定した場合のみ、前記実績値ＴＨｘを用いて前記昇温時間係数ＴＨを補正する昇温時間係数補正手段とを備えることを特徴とする電力使用量予測装置。
【請求項２】
請求項１記載の電力使用量予測装置において、
前記電力使用量予測手段は、前記電力使用量ＰＷを予測する際に、前記操作量ＭＶと前記操作量上限値ＯＨに基づいて前記昇温時間係数ＴＨを補正することを特徴とする電力使用量予測装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の電力使用量予測装置において、
さらに、前記ヒータの総稼動時間ＬＴを積算する稼動時間積算手段を備え、
前記昇温時間係数補正手段は、前記実績値ＴＨｘと前記昇温時間係数ＴＨとの差から補正値候補ＴＨｎを算出すると共に、前記総稼動時間ＬＴから補正範囲を算出し、前記補正値候補ＴＨｎを用いた補正が前記補正範囲内に収まるようにして前記昇温時間係数ＴＨを補正することを特徴とする電力使用量予測装置。
【請求項４】
請求項１または２記載の電力使用量予測装置において、
さらに、前記昇温時間係数ＴＨの初期値ＴＨ０を記憶する昇温時間係数初期値記憶手段と、
前記昇温時間係数ＴＨの初期値ＴＨ０と前記昇温時間係数補正手段が算出した昇温時間係数ＴＨの補正値との比率をヒータ劣化度として算出するヒータ劣化度算出手段と、
前記ヒータ劣化度が予め規定された数値γ以上の場合に、前記ヒータが劣化したことをユーザに通知するヒータ劣化通知手段とを備えることを特徴とする電力使用量予測装置。
【請求項５】
制御対象を加熱するヒータと、制御対象の温度を計測する温度センサと、この温度センサによって計測された温度計測値ＰＶと外部から入力された温度設定値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ＰＷを予測する電力使用量予測装置であって、
昇温開始時点における温度設定値ＳＰを取得する温度設定値入力手段と、
昇温開始時点における温度計測値ＰＶを取得する温度計測値入力手段と、
昇温開始時点における操作量ＭＶを取得する操作量入力手段と、
前記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、
前記ヒータの加熱する能力を表すヒータ能力係数ＨＰを記憶するヒータ能力係数記憶手段と、
前記制御対象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を記憶する昇温時間係数記憶手段と、
前記温度設定値ＳＰと前記温度計測値ＰＶとの差である制御偏差、前記ヒータ能力係数ＨＰおよび前記昇温時間係数ＴＨに基づいて、前記電力使用量ＰＷを予測する電力使用量予測手段と、
昇温を開始した後に前記操作量ＭＶが前記操作量上限値ＯＨに到達している時間帯における前記ヒータの電力使用量ＰＷｘを計測し、この電力使用量ＰＷｘと前記ヒータ能力係数ＨＰと前記電力使用量予測手段が算出した電力使用量ＰＷとから前記ヒータ能力係数ＨＰの実績値ＨＰｘを算出する電力実績計測手段と、
前記実績値ＨＰｘに基づく補正が前記ヒータ能力係数ＨＰを大きくする補正になると判定した場合のみ、前記実績値ＨＰｘを用いて前記ヒータ能力係数ＨＰを補正するヒータ能力係数補正手段とを備えることを特徴とする電力使用量予測装置。
【請求項６】
請求項５記載の電力使用量予測装置において、
前記電力使用量予測手段は、前記電力使用量ＰＷを予測する際に、前記操作量ＭＶと前記操作量上限値ＯＨに基づいて前記昇温時間係数ＴＨを補正することを特徴とする電力使用量予測装置。
【請求項７】
請求項５または６記載の電力使用量予測装置において、
さらに、前記ヒータの総稼動時間ＬＴを積算する稼動時間積算手段を備え、
前記ヒータ能力係数補正手段は、前記実績値ＨＰｘと前記ヒータ能力係数ＨＰとの差から補正値候補ＨＰｎを算出すると共に、前記総稼動時間ＬＴから補正範囲を算出し、前記補正値候補ＨＰｎを用いた補正が前記補正範囲内に収まるようにして前記ヒータ能力係数ＨＰを補正することを特徴とする電力使用量予測装置。
【請求項８】
請求項５または６記載の電力使用量予測装置において、
さらに、前記ヒータ能力係数ＨＰの初期値ＨＰ０を記憶するヒータ能力係数初期値記憶手段と、
前記ヒータ能力係数ＨＰの初期値ＨＰ０と前記ヒータ能力係数補正手段が算出したヒータ能力係数ＨＰの補正値との比率をヒータ劣化度として算出するヒータ劣化度算出手段と、
前記ヒータ劣化度が予め規定された数値γ以上の場合に、前記ヒータが劣化したことをユーザに通知するヒータ劣化通知手段とを備えることを特徴とする電力使用量予測装置。
【請求項９】
制御対象を加熱するヒータと、制御対象の温度を計測する温度センサと、この温度センサによって計測された温度計測値ＰＶと外部から入力された温度設定値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ＰＷを予測する電力使用量予測方法であって、
昇温開始時点における温度設定値ＳＰを取得する温度設定値入力ステップと、
昇温開始時点における温度計測値ＰＶを取得する温度計測値入力ステップと、
昇温開始時点における操作量ＭＶを取得する操作量入力ステップと、
前記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、
前記温度設定値ＳＰと前記温度計測値ＰＶとの差である制御偏差、前記ヒータの加熱する能力を表すヒータ能力係数ＨＰ、および前記制御対象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に基づいて、前記電力使用量ＰＷを予測する電力使用量予測ステップと、
昇温を開始した後に前記操作量ＭＶが前記操作量上限値ＯＨに到達している時間帯において前記制御対象を単位温度加熱するのに必要な時間を表す実績値ＴＨｘを求める時間実績計測ステップと、
前記実績値ＴＨｘに基づく補正が前記昇温時間係数ＴＨを大きくする補正になると判定した場合のみ、前記実績値ＴＨｘを用いて前記昇温時間係数ＴＨを補正する昇温時間係数補正ステップとを備えることを特徴とする電力使用量予測方法。
【請求項１０】
請求項９記載の電力使用量予測方法において、
前記電力使用量予測ステップは、前記電力使用量ＰＷを予測する際に、前記操作量ＭＶと前記操作量上限値ＯＨに基づいて前記昇温時間係数ＴＨを補正することを特徴とする電力使用量予測方法。
【請求項１１】
請求項９または１０記載の電力使用量予測方法において、
さらに、前記ヒータの総稼動時間ＬＴを積算する稼動時間積算ステップを備え、
前記昇温時間係数補正ステップは、前記実績値ＴＨｘと前記昇温時間係数ＴＨとの差から補正値候補ＴＨｎを算出すると共に、前記総稼動時間ＬＴから補正範囲を算出し、前記補正値候補ＴＨｎを用いた補正が前記補正範囲内に収まるようにして前記昇温時間係数ＴＨを補正することを特徴とする電力使用量予測方法。
【請求項１２】
請求項９または１０記載の電力使用量予測方法において、
さらに、前記昇温時間係数ＴＨの初期値ＴＨ０と前記昇温時間係数補正ステップで算出した昇温時間係数ＴＨの補正値との比率をヒータ劣化度として算出するヒータ劣化度算出ステップと、
前記ヒータ劣化度が予め規定された数値γ以上の場合に、前記ヒータが劣化したことをユーザに通知するヒータ劣化通知ステップとを備えることを特徴とする電力使用量予測方法。
【請求項１３】
制御対象を加熱するヒータと、制御対象の温度を計測する温度センサと、この温度センサによって計測された温度計測値ＰＶと外部から入力された温度設定値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ＰＷを予測する電力使用量予測方法であって、
昇温開始時点における温度設定値ＳＰを取得する温度設定値入力ステップと、
昇温開始時点における温度計測値ＰＶを取得する温度計測値入力ステップと、
昇温開始時点における操作量ＭＶを取得する操作量入力ステップと、
前記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、
前記温度設定値ＳＰと前記温度計測値ＰＶとの差である制御偏差、前記ヒータの加熱する能力を表すヒータ能力係数ＨＰ、および前記制御対象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に基づいて、前記電力使用量ＰＷを予測する電力使用量予測ステップと、
昇温を開始した後に前記操作量ＭＶが前記操作量上限値ＯＨに到達している時間帯における前記ヒータの電力使用量ＰＷｘを計測し、この電力使用量ＰＷｘと前記ヒータ能力係数ＨＰと前記電力使用量予測ステップで算出した電力使用量ＰＷとから前記ヒータ能力係数ＨＰの実績値ＨＰｘを算出する電力実績計測ステップと、
前記実績値ＨＰｘに基づく補正が前記ヒータ能力係数ＨＰを大きくする補正になると判定した場合のみ、前記実績値ＨＰｘを用いて前記ヒータ能力係数ＨＰを補正するヒータ能力係数補正ステップとを備えることを特徴とする電力使用量予測方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の電力使用量予測方法において、
前記電力使用量予測ステップは、前記電力使用量ＰＷを予測する際に、前記操作量ＭＶと前記操作量上限値ＯＨに基づいて前記昇温時間係数ＴＨを補正することを特徴とする電力使用量予測方法。
【請求項１５】
請求項１３または１４記載の電力使用量予測方法において、
さらに、前記ヒータの総稼動時間ＬＴを積算する稼動時間積算ステップを備え、
前記ヒータ能力係数補正ステップは、前記実績値ＨＰｘと前記ヒータ能力係数ＨＰとの差から補正値候補ＨＰｎを算出すると共に、前記総稼動時間ＬＴから補正範囲を算出し、前記補正値候補ＨＰｎを用いた補正が前記補正範囲内に収まるようにして前記ヒータ能力係数ＨＰを補正することを特徴とする電力使用量予測方法。
【請求項１６】
請求項１３または１４記載の電力使用量予測方法において、
さらに、前記ヒータ能力係数ＨＰの初期値ＨＰ０と前記ヒータ能力係数補正ステップで算出したヒータ能力係数ＨＰの補正値との比率をヒータ劣化度として算出するヒータ劣化度算出ステップと、
前記ヒータ劣化度が予め規定された数値γ以上の場合に、前記ヒータが劣化したことをユーザに通知するヒータ劣化通知ステップとを備えることを特徴とする電力使用量予測方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１４６１１２（Ｐ２０１２−１４６１１２Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３７５１（Ｐ２０１１−３７５１）
【出願日】平成２３年１月１２日（２０１１．１．１２）
【出願人】（０００００６６６６）アズビル株式会社 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１２日（２０１１．１．１２）
【出願人】（０００００６６６６）アズビル株式会社 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
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