專利名稱：耗電量抑制裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對多循環(huán)控制系統(tǒng)中的耗電進(jìn)行抑制的耗電量抑制裝置及方法。
背景技術(shù)：
伴隨起因于地球暖化問題的法律修訂等，強(qiáng)烈地需求工廠及生產(chǎn)線的能源使用量管理。工廠內(nèi)的加熱裝置及空調(diào)機(jī)由于是特大能源使用量的設(shè)備裝置，因而大多將能源使用量的上限控制在比原本具有的最大量更低地進(jìn)行管理。例如在使用電力的設(shè)備裝置中，按照來自電力需求管理系統(tǒng)的指示，進(jìn)行限制在特定的電力使用量以內(nèi)的操作。尤其，在具備多個電熱器的加熱裝置中，啟動時(設(shè)置有多個電熱器的區(qū)域一起升溫時)，為了對同時供給的總電力進(jìn)行抑制，提出了如下那樣的方法。在專利文獻(xiàn)I所公開的回流裝置中，為了降低啟動時的消耗電流，在電熱器的近旁熱飽和之后再進(jìn)行下一個電熱器的啟動，將啟動時間帶錯開了。在專利文獻(xiàn)2所公開的半導(dǎo)體晶片的處理裝置中，為了使裝置啟動時短時間不消耗大的電力，對各電熱器一邊進(jìn)行錯時一邊進(jìn)行電力供給。在專利文獻(xiàn)3所公開的基板處理裝置中，為了減小由電力供給部同時供給的最大電力，按規(guī)定的啟動順序，將各熱處理部一個一個地依次啟動。在專利文獻(xiàn)4 所公開的加熱裝置中，為了防止因裝置啟動時過度的消耗電流而弓I起的電力故障，首先由輸送機(jī)向位于下方的電熱器供給必要的電力，并且對由輸送機(jī)向位于上方的電熱器供給的電力進(jìn)行限制，將合計耗電控制在一定值以下，伴隨爐體內(nèi)的溫度上升把溫度作為切換參數(shù)來進(jìn)行控制，使由輸送機(jī)向位于下方的電熱器的供給電力減少?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)I日本專利第2885047號公報專利文獻(xiàn)2日本特開平11-126743號公報專利文獻(xiàn)3日本特開平11-204412號公報專利文獻(xiàn)4日本專利第4426155號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的課題在專利文獻(xiàn)I 專利文獻(xiàn)4所公開的技術(shù)中，為了對耗電的總量(耗電量)進(jìn)行抑制，對應(yīng)該選擇的加熱對象進(jìn)行判斷之際，必須設(shè)定一些判斷方法或作出一些順序規(guī)定。因此，當(dāng)存在較多加熱對象時，如果考慮對控制特性的影響等的話，則將需要復(fù)雜的算法。并且，如果對總電力做出貢獻(xiàn)的加熱對象的數(shù)量增減的話，就會產(chǎn)生對該復(fù)雜的判斷方法或順序規(guī)定進(jìn)行更新的必要性。在這種情況下，也可以考慮現(xiàn)場操作人員的應(yīng)對是困難的。本發(fā)明是為了解決上述課題而做出的，目的是提供一種在多個控制系統(tǒng)中即使在控制對象的數(shù)量增減的情況下，上位的電力管理系統(tǒng)無需實(shí)施復(fù)雜的更新程序，由電力管理系統(tǒng)易于處理的耗電量抑制裝置及方法。用于解決課題的手段本發(fā)明的耗電量抑制裝置，在分別包括執(zhí)行將由PID控制運(yùn)算計算出的操作量MVi(i = I n)限制在操作量上限值OHi以下的上限處理，并將上限處理后的操作量MVi輸出到對應(yīng)的控制致動器的PID控制部的η個控制系統(tǒng)中，對該η個控制系統(tǒng)的控制致動器的使用電力進(jìn)行抑制，其特征在于，包括:使用電力削減指示輸入部，其接收對所述η個控制系統(tǒng)進(jìn)行使用電力削減指示的使用電力削減指示信號；操作量上限值下降處理部，其根據(jù)所述使用電力削減指示信號，使所述η個控制系統(tǒng)的PID控制運(yùn)算中所使用的操作量上限值OHi，僅同時下降特定的削減量；使用電力削減緩和指示輸入部，其接收對所述η個控制系統(tǒng)進(jìn)行使用電力削減緩和指示的使用電力削減緩和指示信號；操作量上限值上升處理部，其根據(jù)所述使用電力削減緩和指示信號，使所述η個控制系統(tǒng)的PID控制運(yùn)算中所使用的操作量上限值OHi，僅同時上升特定的增加量。另外，本發(fā)明的耗電量抑制裝置的一結(jié)構(gòu)例子為:其特征在于，還包括:上限值下降下限處理部，當(dāng)所述操作量上限值OHi低于預(yù)先規(guī)定的臨界值時，通過所述操作量上限值下降處理部的處理，對所述操作量上限值OHi進(jìn)行修正，以使其不低于所述臨界值；和下限報警輸出部，通過該上限值下降下限處理部對所述操作量上限值OHi進(jìn)行修正之際，將報警信號輸出。 另外，本發(fā)明的耗電量抑制裝置的一結(jié)構(gòu)例子為:其特征在于，還包括:目標(biāo)電力輸入部，其接收對所述η個控制系統(tǒng)的控制致動器的使用電力量進(jìn)行規(guī)定的目標(biāo)電力XP的信息；電力檢測部，其對作為所述η個控制系統(tǒng)的控制致動器的使用電力的合計的瞬時總電力MP進(jìn)行檢測；以及電力削減判斷部，當(dāng)所述瞬時總電力MP大于所述目標(biāo)電力XP時，將所述使用電力削減指示信號發(fā)送給所述使用電力削減指示輸入部，當(dāng)所述瞬時總電力MP小于所述目標(biāo)電力XP時，將所述使用電力削減緩和指示信號發(fā)送給所述使用電力削減緩和指示輸入部。另外，本發(fā)明的耗電量抑制方法，在分別包括執(zhí)行將由PID控制運(yùn)算計算出的操作量MVi ( i = I η)限制在操作量上限值OHi以下的上限處理，并將上限處理后的操作量MVi輸出到對應(yīng)的控制致動器的PID控制部的η個控制系統(tǒng)中，對該η個控制系統(tǒng)的控制致動器的使用電力進(jìn)行抑制；其特征在于，包括如下步驟:使用電力削減指示輸入步驟，其接收對所述η個控制系統(tǒng)進(jìn)行使用電力削減指示的使用電力削減指示信號；操作量上限值下降處理步驟，其根據(jù)所述使用電力削減指示信號，使所述η個控制系統(tǒng)的PID控制運(yùn)算中所使用的操作量上限值OHi，僅同時下降特定的削減量；使用電力削減緩和指示輸入步驟，其接收對所述η個控制系統(tǒng)進(jìn)行使用電力削減的緩和指示的使用電力削減緩和指示信號；以及操作量上限值上升處理步驟，其根據(jù)所述使用電力削減緩和指示信號，使所述η個控制系統(tǒng)的PID控制運(yùn)算中所使用的操作量上限值OHi，僅同時上升特定的增加量。發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，在η個的多個控制系統(tǒng)中，即使在控制對象的數(shù)量(加熱控制時控制系統(tǒng)本身的數(shù)量及電熱器的數(shù)量)增減的情況下，上位的電力管理系統(tǒng)也無需實(shí)施復(fù)雜的更新程序，可以實(shí)現(xiàn)由電力管理系統(tǒng)易于處理的耗電量抑制方法。另外，在本發(fā)明中，因?yàn)橛缮舷拗迪陆迪孪尢幚聿繉Σ僮髁可舷拗礝Hi進(jìn)行修正之際，輸出報警信號，所以電力需求管理擔(dān)當(dāng)者能夠?qū)Ζ莻€控制系統(tǒng)以外的電力消耗進(jìn)行抑制的必要性進(jìn)行識別。另外，在本發(fā)明中，通過設(shè)置目標(biāo)電力輸入部和電力檢測部以及電力削減判斷部，根據(jù)電力需求管理擔(dān)當(dāng)者的指示，電力管理系統(tǒng)能夠自動地發(fā)送使用電力削減指示信號及使用電力削減緩和指示信號。


圖1是升溫時的操作量變化示意圖。圖2是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的加熱裝置的結(jié)構(gòu)示意框圖。圖3是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的耗電量抑制裝置的結(jié)構(gòu)示意框圖。圖4是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的控制系統(tǒng)的框圖。圖5是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的耗電量抑制裝置的動作示意流程圖。圖6是對本發(fā)明的第一實(shí)施方式的適用例子進(jìn)行說明的圖。
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圖7是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的耗電量抑制裝置的結(jié)構(gòu)示意框圖。圖8是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的耗電量抑制裝置的動作示意流程圖。圖9是本發(fā)明的第二實(shí)施方式的耗電量抑制裝置的動作示意流程圖。
具體實(shí)施例方式[發(fā)明的原理]首先“上位的電力管理”不是對瞬間的電力，而是對在一定的時間寬度內(nèi)的耗電量進(jìn)行處理。這種電力管理應(yīng)該說是應(yīng)對電力需求的，作為時間寬度大致標(biāo)準(zhǔn)為30分鐘。在PID控制的電熱器系統(tǒng)的加熱裝置中，如圖1的(A)所示，雖然在升溫時(無需正確的溫度變化的非生產(chǎn)狀態(tài))操作量MV大概變?yōu)樽畲蟮臓顟B(tài)(操作量MV達(dá)到操作量上限值OH的狀態(tài))且大量耗電，但在升溫結(jié)束后進(jìn)入生產(chǎn)過程的狀態(tài)(需要維持正確溫度的生產(chǎn)狀態(tài))中，實(shí)質(zhì)上變成消耗保溫電力的程度，即操作量MV成為遠(yuǎn)低于最大的狀態(tài)。發(fā)明者根據(jù)上述的著眼點(diǎn)想到了對耗電量進(jìn)行檢測并確認(rèn)對耗電量進(jìn)行控制的必要性之后，再慢慢地降低整體的操作量上限值OH的方法。如上所述，因?yàn)樯郎貢r操作量MV達(dá)到操作量上限值0Η，所以根據(jù)發(fā)明者想到的方法，作為有關(guān)電力抑制的控制系統(tǒng)，將會自動地選擇升溫途中的控制系統(tǒng)。因?yàn)樯郎赝局械目刂葡到y(tǒng)是正確的溫度變化并非最優(yōu)先的控制系統(tǒng)，如圖1的(B)所示，即使將操作量上限值OH降低，對被加熱物的品質(zhì)也不會產(chǎn)生影響，其結(jié)果，從上位的電力管理系統(tǒng)來看的話，成為單純易于使用的方法。即，可以與加熱對象的數(shù)量增減無關(guān)地來進(jìn)行實(shí)施。此外，對于升溫途中的控制系統(tǒng)來說，因?yàn)椴僮髁可舷拗礝H的操作不是PID循環(huán)的頻率特性變化，所以也不會產(chǎn)生控制不穩(wěn)定等不良影響。[第一實(shí)施方式]以下，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說明。圖2是本發(fā)明的第一實(shí)施方式的加熱裝置的結(jié)構(gòu)示意框圖。加熱裝置由用于對被加熱物進(jìn)行加熱的加熱處理爐1、設(shè)置在加熱處理爐I的內(nèi)部作為多個控制致動器的電熱器Hl H4、對由各個電熱器Hl H4加熱的加熱處理爐I內(nèi)的控制區(qū)域Zl Z4的溫度PV進(jìn)行測量的多個溫度傳感器SI S4、對輸出給電熱器Hl H4的操作量MVl MV4進(jìn)行計算的耗電量抑制裝置2、以及將與由耗電量抑制裝置2輸出的操作量MVl MV4相應(yīng)的電力供給各個電熱器Hl H4的電力調(diào)整器3-1 3-4構(gòu)成。在該圖2所示的加熱裝置中，將會形成四個由耗電量抑制裝置2對控制區(qū)域Zl TA的溫度PV進(jìn)行控制的控制系統(tǒng)。圖3是本實(shí)施方式的耗電量抑制裝置2的結(jié)構(gòu)示意框圖。耗電量抑制裝置2由對向η個(η為2以上的整數(shù)，在圖2的例子中η = 4)的控制系統(tǒng)發(fā)出使用電力削減指示的使用電力削減指示信號進(jìn)行接收的使用電力削減指示輸入部10 ;根據(jù)使用電力削減指示信號，使η個控制系統(tǒng)的PID控制運(yùn)算中所使用的操作量上限值OHi (i = I η)僅同時地下降特定的削減量的操作量上限值下降處理部11 ;對向η個控制系統(tǒng)發(fā)出使用電力削減緩和指示的使用電力削減緩和指示信號進(jìn)行接收的使用電力削減緩和指示輸入部12 ；根據(jù)使用電力削減緩和指示信號，使η個控制系統(tǒng)的PID控制運(yùn)算中所使用的操作量上限值OHi僅同時地上升特定的增加量的操作量上限值上升處理部13 ;通過操作量上限值下降處理部11的處理，當(dāng)操作量上限值OHi低于預(yù)先規(guī)定的臨界值的時候，對操作量上限值OHi進(jìn)行修正，以使其不低于臨界值的上限值下降下限處理部14 ;在由上限值下降下限處理部14對操作量上限值OHi進(jìn)行修正之際，將報警信號進(jìn)行輸出的下限報警輸出部15 ;以及設(shè)置于各個控制系統(tǒng)中的PID控制部16-1構(gòu)成。PID控制部16-1由設(shè)定值SPi輸入部17_i ;控制量PVi輸入部18_i ；PID控制運(yùn)算部19-1 ;輸出上限處理部20-1 ;以及操作量MVi輸出部21-1構(gòu)成。圖4是本實(shí)施方 式的控制系統(tǒng)的框圖。各控制循環(huán)Li由PID控制部16_i和控制對象Pi構(gòu)成。如后所述，PID控制部16-1根據(jù)設(shè)定值SPi和控制量PVi計算出操作量MVi，并將該操作量MVi輸出給控制對象Pi。在圖2的例子中，雖然控制對象Pi為由電熱器Hi進(jìn)行加熱的加熱處理爐I的控制區(qū)域Zi，但操作量MVi的實(shí)際輸出目的地是電力調(diào)整器3_i，與操作量MVi相應(yīng)的電力由電力調(diào)整器3-1供給至電熱器Hi。此外，在圖3的例子中，雖然在耗電量抑制裝置2的內(nèi)部設(shè)有PID控制部16-1，但也可以在耗電量抑制裝置2的外部設(shè)PID控制部16-1。以下，對本實(shí)施方式的耗電量抑制裝置2的動作進(jìn)行說明。圖5是耗電量抑制裝置2的動作示意流程圖。在關(guān)于耗電量管理的對象所包含的η個控制系統(tǒng)有必要讓使用電力下降之際，使用電力削減指示輸入部10從作為對電力進(jìn)行管理的電力管理系統(tǒng)的計算機(jī)的上位PC4接收使用電力削減指示信號(圖5步驟SlOO中YES)。如果使用電力削減指示信號被輸入的話，操作量上限值下降處理部11就使對象中所包含的η個控制系統(tǒng)的PID控制部16-1 16- η所使用的操作量上限值OHl OH η僅同時地下降特定的削減量(步驟SIOI)。
另一方面，在關(guān)于耗電量管理的對象所包含的η個控制系統(tǒng)可以對使用電力削減進(jìn)行緩和之際，使用電力削減緩和指示輸入部12從上位PC4接收使用電力削減緩和指示信號(步驟S102中YES) ο如果使用電力削減緩和指示信號被輸入的話，操作量上限值上升處理部13就使對象中所包含的η個控制系統(tǒng)的PID控制部16-1 16- η所使用的操作量上限值OHl OH η僅同時地上升特定的增加量(步驟S103)。其次，當(dāng)操作量上限值OHl OH η低于預(yù)先規(guī)定的臨界值Lx的時候(步驟S104中YES)，上限值下降下限處理部14對操作量上限值OHl OH η進(jìn)行修正(步驟S105)通過操作量上限值下降處理部11的作用，以使其不低于臨界值Lx。即，上限值下降下限處理部14設(shè)為OHi = Lx ( i = I η )。此外，臨界值Lx可以規(guī)定為對應(yīng)于需要維持正確溫度的生產(chǎn)狀態(tài)(穩(wěn)定狀態(tài))所應(yīng)該確保的電力量、或者最低限度應(yīng)該確保的升溫能力的電力量。當(dāng)由上限值下降下限處理部14使操作量上限值OHl OH η下降的處理受到限制之際，下限報警輸出部15向上位PC4輸出報警信號(步驟S106)。其次，PID控制部16-1按以下所述地計算出控制循環(huán)Li的操作量MVi。各控制循環(huán)Li的設(shè)定值SPi由加熱裝置的操作員設(shè)定，通過設(shè)定值SPi輸入部17-1輸入到PID控制運(yùn)算部19-1 (步驟S107)。各控制循環(huán)Li的控制量PVi (溫度測量值)由溫度傳感器Si測定，且通過控制量PVi輸入部18-1被輸入到PID控制運(yùn)算部19-1 (步驟S108)。PID控制運(yùn)算部19-1根據(jù)設(shè)定值SPi和控制量PVi進(jìn)行如下傳遞函數(shù)式那樣的PID控制運(yùn)算并算出操作量MVi (步驟S109)。MVi = (100 / PBi) {I+ (I / TIis) + TDis} (SP1-PVi)…(I)PBi為比例帶，TIi為積分時間，TDi為微分時間，s為拉普拉斯運(yùn)算符。輸出上限處理部20-1進(jìn)行如下式那樣的操作量MVi的上限處理(步驟S110)。IF MVi > OHi THEN MVi = OH1- (2)S卩，輸出上限處理部20-1在操作量MVi大于操作量上限值OHi時，進(jìn)行設(shè)操作量MVi = OHi的上限處理。操作量MVi輸出部21-1將由輸出上限處理部20-1進(jìn)行上限處理的操作量MVi輸出給控制對象(實(shí)際的輸出目的地為電力調(diào)整器3-1)(步驟Sill)。因?yàn)镻ID控制部16-1是設(shè)在每個控制循環(huán)Li中的，所以步驟S107 Slll的處理將會在每個控制循環(huán)Li中實(shí)施。耗電量抑制裝置2以每個控制周期進(jìn)行如上所述步驟SlOO Slll的處理直到依據(jù)例如操作指示結(jié)束控制為止(步驟S112中YES)。[使用電力削減的例子]以下，為了便于理解本實(shí)施方式，用下述簡單假設(shè)的例子對使用電力削減進(jìn)行說明。在此，如圖6所示，假設(shè)一臺的制造裝置(圖2的加熱裝置)中含有四循環(huán)、一個最大耗電為利用I k W的電熱 器Hl H20的加熱控制系統(tǒng)，該制造裝置共五臺為5-A，5-B，5-C，5-D，5-E。即，假設(shè)合計成為最大耗電20 k W的20循環(huán)的加熱控制系統(tǒng)包含于耗電量管理的對象之中。此外，在圖6的例子中，η = 20，在制造裝置5-Α中，下標(biāo)i為I 4 ;在制造裝置5-B中，下標(biāo)i為5 8 ;在制造裝置5-C中，下標(biāo)i為9 12 ;在制造裝置5-D中，下標(biāo)i為13 16 ;在制造裝置5-E中，下標(biāo)i為17 20。另外，在圖6中，與圖2不同，PID控制部(溫控計)16-1 16-20設(shè)在耗電量抑制裝置2的外部。各加熱控制系統(tǒng)通過PID控制對電熱器輸出進(jìn)行調(diào)整。如上所述，第i個PID控制部16-1根據(jù)設(shè)定值SPi (設(shè)定溫度。C )和控制量PVi (溫度測量值。C )的偏差，由PID運(yùn)算計算出操作量MVi (電熱器輸出％)，再由操作量上限值OHi (%)對操作量MVi進(jìn)行上限處理。該上限處理的操作量MVi被送至電熱器Hi的電力調(diào)整器3-1，以確定實(shí)際的耗電PW
i ο首先，假設(shè)制造裝置5-A 5-E全部處于生產(chǎn)狀態(tài)(穩(wěn)定狀態(tài))，設(shè)定值SPl SP20均為200°C，所有的控制量PVl PV20也大致準(zhǔn)確地維持在200°C。在此狀態(tài)下，實(shí)質(zhì)上則變成保溫電力所消耗的程度，所有的操作量MVl MV20 (電熱器輸出)均變?yōu)?0%。因此，各電熱器Hl H20的耗電為0.2 k W，合計為0.2 X 20變成4 k W。但是，該耗電是在假定操作量MVi與電熱器Hi的耗電為單純線性關(guān)系情況下的數(shù)值。另外，所有的操作量上限值OHl 0H20可以100%地設(shè)定成完全不接收下降指示。此時，根據(jù)工廠內(nèi)的電力需求管理擔(dān)當(dāng)者(上位的電力管理系統(tǒng)的操作員)的判斷，假設(shè)制造裝置5-A 5-E被允許消耗的耗電的合計(總電力)設(shè)定為10 k W0如果被檢測到的耗電的合計為如上所述的4 k W的話，因?yàn)槭窃谠试S范圍內(nèi)，所以不會發(fā)送使用電力削減指示信號。在此，在制造裝置5-A 5-C中生產(chǎn)的處理對象產(chǎn)生變更，假設(shè)制造裝置5-A 5-C的PID控制部16-1 16-12中所輸入的設(shè)定值SPl SP12變更設(shè)定為250°C。由制造裝置5-A 5-C的溫度傳感器SI S12所檢測的控制量PVl PV12為200°C，因?yàn)槭潜?50°C充分低的狀態(tài)，所以通過與設(shè)定值SPl SP12的變更相適應(yīng)PID控制部16_1 16-12的PID運(yùn)算及上下 限處理，操作量MVl MV12將上升至100%。因?yàn)橹圃煅b置5-A 5-C的各電熱器Hl H12的耗電變成I k W，且制造裝置5-D，5-E的各電熱器H13 H20的耗電仍舊為0.2 k W，所以合計變成13.6 k W。因?yàn)樗试S的耗電的合計(總電力)為10 k W，所以通過電力需求管理擔(dān)當(dāng)者的操作，由上位PC4使用電力削減指示信號將被輸入至使用電力削減指示輸入部10。伴隨使用電力削減指示信號的輸入，操作量上限值下降處理部11僅使各制造裝置5-A 5-E的PID控制部16-1 16-20的所有操作量上限值OHl 0H20同時下降特定的削減量(此處為1%)。由此，操作量上限值OHl 0H20則變成99%。并且，通過制造裝置5-A 5-C的PID控制部16-1 16-12的PID運(yùn)算及上下限處理，操作量MVl MV12將變成99%，這樣，操作量MVl MV12受到的限制是在伴隨設(shè)定值SPl SP12變更的升溫時，因?yàn)橹圃煅b置5-A 5-C為非生產(chǎn)狀態(tài)的時候，所以不會使升溫結(jié)束后的生產(chǎn)產(chǎn)生不便。另一方面，因?yàn)橹圃煅b置5-D，5-E的PID控制部16-13 16-20處于控制穩(wěn)定狀態(tài)，且操作量MV13 MV20比操作量上限值0H13 0H20 = 99%要低，不受操作量上限值0H13 0H20的影響，所以仍然不會使生產(chǎn)產(chǎn)生不便。通過使操作量上限值OHl 0H20下降到99%，因?yàn)橹圃煅b置5_A 5_C的各電熱器Hl H12的耗電則變成0.99 k W，且制造裝置5-D，5-E的各電熱器H13 H20的耗電仍舊為0.2 k W，所以合計將下降至13.48 k W。由于所允許的耗電的合計(總電力)為10k W,由上位PC4使用電力削減指示信號將被持續(xù)地輸入至使用電力削減指示輸入部10。
通過持續(xù)地輸入使用電力削減指示信號，操作量上限值下降處理部11將所有的操作量上限值OHl 0H20以每1%反復(fù)地降低，例如使之下降至70%。并且，通過制造裝置5-A 5-C的PID控制部16-1 16-12的PID運(yùn)算和上下限處理，操作量MVl MV12將變成70%，這樣，因?yàn)椴僮髁縈Vl MV12受到的限制是在制造裝置5-A 5-C為非生產(chǎn)狀態(tài)的時候，所以不會使升溫結(jié)束后的生產(chǎn)產(chǎn)生不便。另一方面，在制造裝置5-D，5-E的PID控制部16-13 16-20中，因?yàn)椴僮髁縈V13 MV20低于操作量上限值0H13 0H20 = 70%,不受操作量上限值0H13 0H20的影響，所以仍然不會使生產(chǎn)產(chǎn)生不便。因?yàn)橹圃煅b置5-A 5-C的各電熱器Hl H12的耗電變成0.7 k W，且制造裝置5-D，5-E的各電熱器H13 H20的耗電仍舊為0.2 k W，所以合計下降至10 k W。因?yàn)樗试S的耗電的合計(總電力)為10 k W，所以電力需求管理擔(dān)當(dāng)者的操作停止，且使用電力削減指示信號的發(fā)送將被停止。在該使用電力削減的例子中，其結(jié)果，雖然所有的操作量上限值OHl 0H20變成70%的這種單純的處理，但不會使生產(chǎn)產(chǎn)生不便，將能夠應(yīng)對電力需求。S卩，從上位的電力管理系統(tǒng)來看，變成易于單純處理的耗電量抑制方法，又可以與加熱對象的數(shù)量增減無關(guān)地實(shí)施電力管理。[使用電力削減緩和的例子]其次，有關(guān)如圖6所示的結(jié)構(gòu)，如上所述，對停止發(fā)送使用電力削減指示信號時點(diǎn)以后的動作進(jìn)行說明，并對使用電力的削減緩和進(jìn)行說明。因?yàn)樯郎厮俣炔⒉皇莾H僅由電熱器的能力所決定的，還取決于被加熱物的熱容量等，所以用于使控制量PVl PV12上升至設(shè)定值SPl SP12 = 250°C所需要的時間通常是不同的。

因此，假設(shè)制造裝置5-A的控制量PVl PV4比制造裝置5_B，5-C的控制量PV5 PV12更早地上升至250°C附近。此時，隨著控制量PVl PV4接近250°C，通過制造裝置5-A的PID控制部16-1 16-4的PID運(yùn)算和上下限處理，操作量MVl MV4下降到比70%更小的值(消耗保溫電力的程度)。例如，假如操作量MVl MV4下降到60%的話，制造裝置5-A的各電熱器Hl H4的耗電就變成0.6 k W，因?yàn)橹圃煅b置5_B，5-C的各電熱器H5 H12的耗電仍舊為0.7 k W，且制造裝置5-D，5-E的各電熱器H13 H20的耗電仍舊為0.2k W，所以合計將下降至9.6 k W。因?yàn)樗试S的耗電的合計(總電力)為10 k W，通過電力需求管理擔(dān)當(dāng)者的操作，使用電力削減緩和指示信號將由上位PC4輸入至使用電力削減緩和指示輸入部12。伴隨使用電力削減緩和指示信號的輸入，操作量上限值上升處理部13僅使各制造裝置5-A 5-E的PID控制部16-1 16-20的所有的操作量上限值OHl 0H20同時上升特定的增加量(此處為I %)。由此，操作量上限值OHl 0H20將變成71 %。并且，通過制造裝置5-B，5-C的PID控制部16-5 16-12的PID運(yùn)算和上下限處理，操作量MV5 MV12將變成71 %。操作量MVl MV4，MV13 MV20低于操作量上限值OHl 0H20 = 71 %，不會受操作量上限值OHl 0H20的影響。制造裝置5-A的各電熱器Hl H4的耗電仍舊為0.6 k W，因?yàn)橹圃煅b置5_B，5_C的各電熱器H5 H12的耗電上升至0.71 k W，且制造裝置5_D，5-E的各電熱器H13 H20的耗電仍舊為0.2 k W，合計將上升至9.68 k W。因?yàn)樗试S的耗電的合計(總電力)為10k W，所以由上位PC4使用電力削減緩和指示信號將持續(xù)地輸入至使用電力削減緩和指示輸入部12。通過持續(xù)地輸入使用電力削減緩和指示信號，操作量上限值上升處理部13對所有的操作量上限值OHl 0H20以每I %反復(fù)地升高，例如上升至75%。并且，通過制造裝置5-B，5-C的PID控制部16-5 16-12的PID運(yùn)算和上下限處理，操作量MV5 MV12將變?yōu)?5%。操作量MVl MV4，MV13 MV20低于操作量上限值OHl 0H20 = 75%，不受操作量上限值OHl 0H20的影響。制造裝置5-A的各電熱器Hl H4的耗電仍舊為0.6 k W，因?yàn)橹圃煅b置5_B，5_C的各電熱器H5 H12的耗電上升至0.75 k W，且制造裝置5_D，5-E的各電熱器H13 H20的耗電仍舊為0.2 k W,所以合計上升至10 k W。因?yàn)樗试S的耗電的合計(總電力)為10k W，電力需求管理擔(dān)當(dāng)者的操作停止，且使用電力削減緩和指示信號的發(fā)送將被停止。在該使用電力削減緩和的例子中，其結(jié)果，所有的操作量上限值OHl 0H20變?yōu)?5%的這種單純的處理。但是，一系列的處理期間操作量MVl MV4下降到比60%還要低的同時，所有的操作量上限值OHl 0H20將高于75%。[上限值下降下限處理的例子]其次，有關(guān)如圖6所示的結(jié)構(gòu)，就上限值下降下限處理進(jìn)行說明。在制造裝置5-A 5-E中，與最低限度應(yīng)該確保的升溫能力的電力量對應(yīng)地，將操作量上限值OHl 0H20的臨界值Lx設(shè)定為60%。首先，假設(shè)制造裝置5-A 5-E全部處于生產(chǎn)狀態(tài)(穩(wěn)定狀態(tài))，設(shè)定值SPl SP20均為200°C，控制量PVl PV20也大致準(zhǔn)確地維持在200°C。在該狀態(tài)下，如前所述，所有的操作量上限值OHl 0H20可以100%地設(shè)定成完全不接收下降指示。

在此，假設(shè)制造裝置5-A 5-E中生產(chǎn)的處理對象將變更，設(shè)定值SPl SP20變更設(shè)定為250°C。因?yàn)橛芍圃煅b置5-A 5-E的溫度傳感器SI S20所檢測到的控制量PVl PV20為200°C，為比250°C充分低的狀態(tài)，所以通過與設(shè)定值SPl SP20的變更相適應(yīng)的PID控制部16-1 16-20的PID運(yùn)算和上下限處理，操作量MVl MV20將上升至100%。制造裝置5-A 5-E的各電熱器Hl H20的耗電變成I k W，合計則變成20 k W。因?yàn)樗试S的耗電的合計(總電力)為10 k W，所以通過電力需求管理擔(dān)當(dāng)者的操作，由上位PC4使用電力削減指示信號將被輸入至使用電力削減指示輸入部10。通過持續(xù)地輸入使用電力削減指示信號，操作量上限值下降處理部11將所有的操作量上限值OHl 0H20以每1%反復(fù)地降低，例如使之下降至60%。制造裝置54 54的各電熱器!11 !120的耗電變成0.6 k W，合計將變?yōu)?2k W。因?yàn)樗试S的耗電的合計(總電力)為10 k W，所以有必要進(jìn)一步持續(xù)地降低所有的操作量上限值OHl 0H20。但是，上限值下降下限處理部14限制為操作量上限值OHl 0H20不低于臨界值Lx = 60%。一旦上限值下降下限處理部14使操作量上限值OHl 0H20下降的處理受到限制，下限報警輸出部15就輸出報警信號。由此，電力需求管理擔(dān)當(dāng)者可以對制造裝置5-A 5-E以外的電力消耗進(jìn)行抑制的必要性進(jìn)行識別。[第二實(shí)施方式]
其次，對本發(fā)明的第二實(shí)施方式進(jìn)行說明。本實(shí)施方式是包含將上位的電力管理系統(tǒng)的一部分進(jìn)行了自動化的結(jié)構(gòu)的。在本實(shí)施方式中，因?yàn)榧訜嵫b置的結(jié)構(gòu)也與第一實(shí)施方式相同，所以用圖2的符號進(jìn)行說明。圖7是本實(shí)施方式的耗電量抑制裝置2的結(jié)構(gòu)示意框圖。本實(shí)施方式的耗電量抑制裝置2由使用電力削減指示輸入部10 ;操作量上限值下降處理部11 ;使用電力削減緩和指示輸入部12 ;操作量上限值上升處理部13 ;上限值下降下限處理部14 ;下限報警輸出部15 ;設(shè)在各控制循環(huán)Li中的PID控制部16-1 ;對規(guī)定η個控制系統(tǒng)的電熱器的使用電力量的目標(biāo)電力XP信息進(jìn)行接收的目標(biāo)電力輸入部22 ;對作為η個控制系統(tǒng)的電熱器的使用電力的合計的瞬時總電力MP進(jìn)行檢測的電力檢測部23 ;當(dāng)瞬時總電力MP大于目標(biāo)電力XP時，將使用電力削減指示信號發(fā)送至使用電力削減指示輸入部10，當(dāng)瞬時總電力MP小于目標(biāo)電力XP時，將使用電力削減緩和指示信號發(fā)送至使用電力削減緩和指示輸入部12的電力削減判斷部24構(gòu)成。圖8、圖9是耗電量抑制裝置2的動作示意流程圖。此外，圖8的Α，Β當(dāng)然是分別與圖9的Α，B連接著的。在目標(biāo)電力輸入部22中可以將關(guān)于耗電量管理的對象所包含的η個控制系統(tǒng)根據(jù)電力需求確定的目標(biāo)電力ΧΡ，從作為電力管理系統(tǒng)的計算機(jī)的上位PC4輸入(圖8步驟S200)。電力檢測部23對耗電量管理的對象中包含的η個控制系統(tǒng)所使用的電熱器的耗電的合計(瞬時總電力)MP進(jìn)行檢測(步驟S201)。電力削減判斷部24在MP > XP時，S卩、瞬時總電力MP大于目標(biāo)電力XP時(步驟S202中YES)，就將使用電 力削減指示信號發(fā)送到使用電力削減指示輸入部10(步驟S203)。另外，電力削減判斷部24在MP < XP時，S卩、當(dāng)瞬時總電力MP小于目標(biāo)電力XP時(步驟S204中YES)，則將使用電力削減緩和指示信號發(fā)送到使用電力削減緩和指示輸入部12 (步驟S205)。使用電力削減指示輸入部10的動作(步驟S100)、操作量上限值下降處理部11的動作(步驟SlOl )、使用電力削減緩和指示輸入部12的動作(步驟S102)、操作量上限值上升處理部13的動作(步驟S103)、上限值下降下限處理部14的動作(步驟S104、S105)、下限報警輸出部15的動作(步驟S106)以及PID控制部16-1的動作(步驟S107 Sill)按照第一實(shí)施方式中所說明的那樣。耗電量抑制裝置2按照例如操作指示對每個控制周期進(jìn)行如上所述步驟S201 S205，SlOO Slll的處理直到控制結(jié)束(步驟SI 12中YES)為止。這樣，在本實(shí)施方式中，根據(jù)電力管理系統(tǒng)的操作指示，電力管理系統(tǒng)能夠自動地進(jìn)行發(fā)送使用電力削減指示信號及使用電力削減緩和指示信號的動作。此外，在圖8的例子中，雖然僅接收一次目標(biāo)電力XP的信息，但上位PC4也可以根據(jù)需要發(fā)送信息，由此，目標(biāo)電力XP的值也可以隨時更新。第一第二實(shí)施方式中說明的耗電量抑制裝置可以通過包括CPU、存儲裝置及接口和對這些硬件資源進(jìn)行控制的程序來實(shí)現(xiàn)。CPU根據(jù)存儲裝置中儲存的程序，執(zhí)行第一第二實(shí)施方式中說明的處理。產(chǎn)業(yè)上的可利用性
本發(fā)明可以適用于對多循環(huán)控制系統(tǒng)的耗電進(jìn)行抑制的技術(shù)領(lǐng)域。符號說明I…加熱處理爐、2…耗電量抑制裝置、3-1 3-4…電力調(diào)整器、4…上位PC、5_A 5-E…制造裝置、10...使用電力削減指示輸入部、11...操作量上限值下降處理部、12...使用電力削減緩和指示輸入部、13...操作量上限值上升處理部、14...上限值下降下限處理部、15…下限報警輸出部、16- ...ΡΙ 控制部、17-1...設(shè)定值SPi輸入部、18-1...控制量PVi輸入部、19-1" PID控制運(yùn)算部、20-1...輸出上限處理部、21-1...操作量MVi輸出部、22...目標(biāo)電力輸入部、23...電力檢測部、24...電力削減判斷部、Hl H20...電熱器、SI S20...溫度傳 感器。
權(quán)利要求
1.一種耗電量抑制裝置，其在分別包括執(zhí)行將由PID控制運(yùn)算計算出的操作量MVi限制在操作量上限值OHi以下的上限處理，并將上限處理后的操作量MVi輸出到對應(yīng)的控制致動器的PID控制部的η個控制系統(tǒng)中，對該η個控制系統(tǒng)的控制致動器的使用電力進(jìn)行抑制，其中i = I η ,所述耗電量抑制裝置的特征在于,包括: 使用電力削減指示輸入部，其接收對所述η個控制系統(tǒng)指示使用電力的削減的使用電力削減指示信號； 操作量上限值下降處理部，其根據(jù)所述使用電力削減指示信號，使所述η個控制系統(tǒng)的PID控制運(yùn)算中所使用的操作量上限值OHi，僅同時下降特定的削減量； 使用電力削減緩和指示輸入部，其接收對所述η個控制系統(tǒng)指示使用電力削減的緩和的使用電力削減緩和指示信號； 操作量上限值上升處理部，其根據(jù)所述使用電力削減緩和指示信號，使所述η個控制系統(tǒng)的PID控制運(yùn)算中所使用的操作量上限值OHi，僅同時上升特定的增加量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耗電量抑制裝置，其特征在于，還包括: 上限值下降下限處理部，當(dāng)所述操作量上限值OHi低于預(yù)先規(guī)定的臨界值時，通過所述操作量上限值下降處理部的處理，對所述操作量上限值OHi進(jìn)行修正，以使其不低于所述臨界值；和 下限報警輸出部，在通過該上限值下降下限處理部對所述操作量上限值OHi進(jìn)行了修正之際，將報警信號輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的耗電量抑制裝置，其特征在于，還包括: 目標(biāo)電力輸入部，其接收對所述η個控制系統(tǒng)的控制致動器的使用電力量進(jìn)行規(guī)定的目標(biāo)電力XP的信息； 電力檢測部，其對作為所述η個控制系統(tǒng)的控制致動器的使用電力的合計的瞬時總電力MP進(jìn)行檢測；以及 電力削減判斷部，當(dāng)所述瞬時總電力MP大于所述目標(biāo)電力XP時，將所述使用電力削減指示信號發(fā)送給所述使用電力削減指示輸入部，當(dāng)所述瞬時總電力MP小于所述目標(biāo)電力XP時，將所述使用電力削減緩和指示信號發(fā)送給所述使用電力削減緩和指示輸入部。
4.一種耗電量抑制方法，其在分別包括執(zhí)行將由PID控制運(yùn)算計算出的操作量MVi限制在操作量上限值OHi以下的上限處理，并將上限處理后的操作量MVi輸出到對應(yīng)的控制致動器的PID控制部的η個控制系統(tǒng)中，對該η個控制系統(tǒng)的控制致動器的使用電力進(jìn)行抑制，其中i = I η ,所述耗電量抑制方法的特征在于,包括如下步驟: 使用電力削減指示輸入步驟，其接收對所述η個控制系統(tǒng)指示使用電力的削減的使用電力削減指示信號； 操作量上限值下降處理步驟，其根據(jù)所述使用電力削減指示信號，使所述η個控制系統(tǒng)的PID控制運(yùn)算中所使用的操作量上限值OHi，僅同時下降特定的削減量； 使用電力削減緩和指示輸入步驟，其接收對所述η個控制系統(tǒng)指示使用電力削減的緩和的使用電力削減緩和指示信號；以及 操作量上限值上升處理步驟，其根據(jù)所述使用電力削減緩和指示信號，使所述η個控制系統(tǒng)的PID控制運(yùn)算中所使用的操作量上限值OHi，僅同時上升特定的增加量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的耗電量抑制方法，其特征在于，還包括:上限值下降下限處理步驟，其當(dāng)所述操作量上限值OHi低于預(yù)先規(guī)定的臨界值時，通過所述操作量上限值下降處理步驟的處理，對所述操作量上限值OHi進(jìn)行修正，以使其不低于所述臨界值；和 下限報警輸出步驟，其在通過該上限值下降下限處理步驟對所述操作量上限值OHi進(jìn)行了修正之際，將報警信號輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的耗電量抑制方法，其特征在于，還包括: 目標(biāo)電力輸入步驟，其接收對所述η個控制系統(tǒng)的控制致動器的使用電力量進(jìn)行規(guī)定的目標(biāo)電力XP的信息； 電力檢測步驟，其對作為所述η個控制系統(tǒng)的控制致動器的使用電力的合計的瞬時總電力MP進(jìn)行檢測；以及 電力削減判斷步驟，其當(dāng)所述瞬時總電力MP大于所述目標(biāo)電力XP時，產(chǎn)生所述使用電力削減指示信號；當(dāng)所述瞬時總電力MP小于所述目標(biāo)電力XP時，產(chǎn)生所述使用電力削減緩和指示信號。·
全文摘要
本發(fā)明提供由電力管理系統(tǒng)容易運(yùn)作的耗電量抑制裝置及方法。耗電量抑制裝置由使用電力削減指示輸入部；操作量上限值下降處理部；使用電力削減緩和指示輸入部；操作量上限值上升處理部及設(shè)在各控制系統(tǒng)中的PID控制部構(gòu)成。使用電力削減指示輸入部接收對ｎ個控制系統(tǒng)指示使用電力的削減的使用電力削減指示信號；操作量上限值下降處理部根據(jù)使用電力削減指示信號，使控制系統(tǒng)的PID控制運(yùn)算中所使用的操作量上限值，僅同時下降特定的削減量；使用電力削減緩和指示輸入部接收使用電力削減緩和指示信號；操作量上限值上升處理部根據(jù)使用電力削減緩和指示信號，使控制系統(tǒng)的PID控制運(yùn)算中所使用的操作量上限值，僅同時上升特定的增加量。
文檔編號G05B19/418GK103246246SQ201310050618
公開日2013年8月14日 申請日期2013年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月14日
發(fā)明者田中雅人 申請人:阿自倍爾株式會社