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技術 管理装置および管理方法

出願人 アズビル株式会社
発明者 田中雅人豊田英輔菅原文仁
出願日 2014年4月9日 (7年3ヶ月経過) 出願番号 2014-079983
公開日 2015年11月12日 (5年8ヶ月経過) 公開番号 2015-201066
状態 特許登録済
技術分野 制御系の試験・監視
主要キーワード 各温度帯域 具合検知 使用累積 代表値化 温調計 装置スペック 定格範囲 時間計測ステップ
関連する未来課題
重要な関連分野

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課題

装置コントロールレベルでの温度センサを扱うFP機能を強化する。

解決手段

管理装置は、制御量PVが第1の温度帯域にあるときの温度センサの実用累積時間TU1を計測する第1温度帯域時間計測部20と、実用累積時間TU1を記憶する第1温度帯域時間記憶部21と、制御量PVが第2の温度帯域にあるときの温度センサの実用累積時間TU2を計測する第2温度帯域時間計測部22と、実用累積時間TU2を記憶する第2温度帯域時間記憶部23と、外部からリセット信号を受け取ったときに実用累積時間TU1と実用累積時間TU2をゼロにリセットするリセット部24と、実用累積時間TU1と実用累積時間TU2とを温調計外部に出力する実用累積時間出力部25とを備えている。

概要

背景

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(非特許文献1参照)。

FD/FPには、装置コントロールレベルモジュールベル、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。装置コントロールレベルのFD/FPは、ホストまたはオペレータから指示された処理条件の基で装置機能装置スペック許容範囲内で動作しているかを監視/検知するFD/FPである。モジュールレベルのFD/FPは、デバイスもしくはサブシステムから構成されるモジュールが、指示値どおりに処理を行うことができるかを監視/検知するFD/FPである。サブシステムレベルのFD/FPは、フィードバック制御を行うような複数のデバイスからなる複合システムが、いくつかのパラメータ設定の基で安定して動作しているかを監視/検知するFD/FPである。I/OデバイスレベルのFD/FPは、装置を構成するセンサアクチュエータ設計値どおりに安定して動作しているかを監視/検知するFD/FPである。このように、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。

アクチュエータのFD/FPに関しては、(0,1)のビット列のデータ(アクチュエータデータ)で済むシーケンス制御的な動作については、特に実用段階にあると言える。
一方で、センサのFD/FPに関しては、温度、圧力、流量などのプロセス量が対象データになる。これらのデータについては、msec.レベルで全てのデータを保存するのが合理的とは言えない。そこで、センサのデータを装置が管理する処理単位毎に、あるいは一定の期間毎に代表値化して、代表値化した値をチェックするEES対応の基板処理装置(特許文献1参照)などが提案されている。代表値とは、最大値最小値平均値などである。これらの代表値によりFD/FPが実現できれば、全てのデータを監視する場合と比較して通信量、必要メモリ量などを大幅に削減できるので効率的である。

代表値を利用したFD/FPとしては、劣化によるヒータ断線のFPや、過電流によるヒータ断線のFDなどが知られている。ヒータが劣化する場合、ヒータの抵抗値(非プロセス量)の平均値が徐々に上昇していくので、ヒータの抵抗値の平均値を代表値としてチェックすれば、劣化によるヒータの断線を予知することができる。また、過電流によってヒータが断線した場合、ヒータの抵抗値の最大値が突発的に上昇するので、ヒータの抵抗値の最大値を代表値としてチェックすれば、過電流によるヒータの断線を検知することができる。

また、温度センサに関しては、温度計測値レンジ外への急変を検出して、温度センサの断線を検知する状態監視装置が提案されている(特許文献2参照)。この状態監視装置は、代表値を利用するものとは異なるI/OデバイスレベルのFD機能を実現するものと言える。

概要

装置コントロールレベルでの温度センサを扱うFP機能を強化する。管理装置は、制御量PVが第1の温度帯域にあるときの温度センサの実用累積時間TU1を計測する第1温度帯域時間計測部20と、実用累積時間TU1を記憶する第1温度帯域時間記憶部21と、制御量PVが第2の温度帯域にあるときの温度センサの実用累積時間TU2を計測する第2温度帯域時間計測部22と、実用累積時間TU2を記憶する第2温度帯域時間記憶部23と、外部からリセット信号を受け取ったときに実用累積時間TU1と実用累積時間TU2をゼロにリセットするリセット部24と、実用累積時間TU1と実用累積時間TU2とを温調計外部に出力する実用累積時間出力部25とを備えている。

目的

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、装置コントロールレベルでの温度センサを扱うFP機能を強化することができる管理装置および管理方法を提供する

効果

実績

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請求項1

設定値SPと温度センサによって計測される制御量PVとに基づき操作量MVを算出する操作量算出手段と、前記操作量MVを制御対象に出力する操作量出力手段と、前記操作量算出手段による温度制御の実行中に前記制御量PVが複数の異なる温度帯域のうち1つの温度帯域にあるときの前記温度センサの実用累積時間を、温度帯域別に計測する温度帯域時間計測手段と、前記実用累積時間を温度帯域別に記憶する温度帯域時間記憶手段と、外部からリセット信号を受け取ったときに、前記温度帯域時間記憶手段に記憶されている実用累積時間をゼロにリセットするリセット手段と、外部から出力要求を受けたときに、前記温度帯域時間記憶手段に記憶されている実用累積時間をコントローラ外部に出力する実用累積時間出力手段とを備えることを特徴とする管理装置

請求項2

請求項1記載の管理装置において、さらに、前記温度帯域時間記憶手段に記憶されている温度帯域別の実用累積時間に、各々重み付けをして加算することにより、実質累積時間TAを算出する実質累積時間算出手段と、外部から出力要求を受けたときに、前記実質累積時間TAをコントローラ外部に出力する実質累積時間出力手段とを備え、前記重みは、高温の温度帯域の実用累積時間ほど重みが大きく、低温の温度帯域の実用累積時間ほど重みが小さくなるように設定されることを特徴とする管理装置。

請求項3

請求項1または2記載の管理装置において、さらに、前記設定値SPが所定の閾値以下の数値設定変更されたときに、前記実用累積時間出力手段に対して出力指示を出す出力指示手段を備え、前記実用累積時間出力手段は、前記出力指示手段からの出力指示に応じて、前記温度帯域時間記憶手段に記憶されている実用累積時間を、前記温度センサの記憶手段に記録することを特徴とする管理装置。

請求項4

請求項1または2記載の管理装置において、さらに、前記温度制御の動作モードが待機モードに変更されたときに、前記実用累積時間出力手段に対して出力指示を出す出力指示手段を備え、前記実用累積時間出力手段は、前記出力指示手段からの出力指示に応じて、前記温度帯域時間記憶手段に記憶されている実用累積時間を、前記温度センサの記憶手段に記録することを特徴とする管理装置。

請求項5

請求項1乃至4のいずれか1項に記載の管理装置において、前記温度帯域時間計測手段は、前記制御量PVが第1の温度帯域にあるときの前記温度センサの実用累積時間TU1を計測する第1温度帯域時間計測手段と、前記制御量PVが前記第1の温度帯域よりも少なくとも一部の帯域が高い第2の温度帯域にあるときの前記温度センサの実用累積時間TU2を計測する第2温度帯域時間計測手段とからなり、前記温度帯域時間記憶手段は、前記実用累積時間TU1を記憶する第1温度帯域時間記憶手段と、前記実用累積時間TU2を記憶する第2温度帯域時間記憶手段とからなることを特徴とする管理装置。

請求項6

設定値SPと温度センサによって計測される制御量PVとに基づき操作量MVを算出する操作量算出ステップと、前記操作量MVを制御対象に出力する操作量出力ステップと、前記操作量算出ステップによる温度制御の実行中に前記制御量PVが複数の異なる温度帯域のうち1つの温度帯域にあるときの前記温度センサの実用累積時間を、温度帯域別に計測する温度帯域時間計測ステップと、この温度帯域時間計測ステップで計測した実用累積時間を温度帯域別に温度帯域時間記憶手段に格納する温度帯域時間記憶ステップと、外部からリセット信号を受け取ったときに、前記温度帯域時間記憶手段に記憶されている実用累積時間をゼロにリセットするリセットステップと、外部から出力要求を受けたときに、前記温度帯域時間記憶手段に記憶されている実用累積時間をコントローラ外部に出力する実用累積時間出力ステップとを含むことを特徴とする管理方法

請求項7

請求項6記載の管理方法において、さらに、前記温度帯域時間記憶手段に記憶されている温度帯域別の実用累積時間に、各々重み付けをして加算することにより、実質累積時間TAを算出する実質累積時間算出ステップと、外部から出力要求を受けたときに、前記実質累積時間TAをコントローラ外部に出力する実質累積時間出力ステップとを含み、前記重みは、高温の温度帯域の実用累積時間ほど重みが大きく、低温の温度帯域の実用累積時間ほど重みが小さくなるように設定されることを特徴とする管理方法。

請求項8

請求項6または7記載の管理方法において、さらに、前記設定値SPが所定の閾値以下の数値に設定変更されたときに、前記実用累積時間出力ステップに対して出力指示を出す出力指示ステップと、前記出力指示に応じて、前記温度帯域時間記憶手段に記憶されている実用累積時間を、前記温度センサの記憶手段に記録する記録ステップとを含むことを特徴とする管理方法。

請求項9

請求項6または7記載の管理方法において、さらに、前記温度制御の動作モードが待機モードに変更されたときに、前記実用累積時間出力ステップに対して出力指示を出す出力指示ステップと、前記出力指示に応じて、前記温度帯域時間記憶手段に記憶されている実用累積時間を、前記温度センサの記憶手段に記録する記録ステップとを含むことを特徴とする管理方法。

請求項10

請求項6乃至9のいずれか1項に記載の管理方法において、前記温度帯域時間計測ステップは、前記制御量PVが第1の温度帯域にあるときの前記温度センサの実用累積時間TU1を計測する第1温度帯域時間計測ステップと、前記制御量PVが前記第1の温度帯域よりも少なくとも一部の帯域が高い第2の温度帯域にあるときの前記温度センサの実用累積時間TU2を計測する第2温度帯域時間計測ステップとを含み、前記温度帯域時間記憶ステップは、前記実用累積時間TU1を前記温度帯域時間記憶手段に格納する第1温度帯域時間記憶ステップと、前記実用累積時間TU2を前記温度帯域時間記憶手段に格納する第2温度帯域時間記憶ステップとを含むことを特徴とする管理方法。

技術分野

0001

本発明は、温度センサの実用累積時間を管理する管理装置および管理方法に関するものである。

背景技術

0002

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(非特許文献1参照)。

0003

FD/FPには、装置コントロールレベルモジュールベル、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。装置コントロールレベルのFD/FPは、ホストまたはオペレータから指示された処理条件の基で装置機能装置スペック許容範囲内で動作しているかを監視/検知するFD/FPである。モジュールレベルのFD/FPは、デバイスもしくはサブシステムから構成されるモジュールが、指示値どおりに処理を行うことができるかを監視/検知するFD/FPである。サブシステムレベルのFD/FPは、フィードバック制御を行うような複数のデバイスからなる複合システムが、いくつかのパラメータ設定の基で安定して動作しているかを監視/検知するFD/FPである。I/OデバイスレベルのFD/FPは、装置を構成するセンサアクチュエータ設計値どおりに安定して動作しているかを監視/検知するFD/FPである。このように、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。

0004

アクチュエータのFD/FPに関しては、(0,1)のビット列のデータ(アクチュエータデータ)で済むシーケンス制御的な動作については、特に実用段階にあると言える。
一方で、センサのFD/FPに関しては、温度、圧力、流量などのプロセス量が対象データになる。これらのデータについては、msec.レベルで全てのデータを保存するのが合理的とは言えない。そこで、センサのデータを装置が管理する処理単位毎に、あるいは一定の期間毎に代表値化して、代表値化した値をチェックするEES対応の基板処理装置(特許文献1参照)などが提案されている。代表値とは、最大値最小値平均値などである。これらの代表値によりFD/FPが実現できれば、全てのデータを監視する場合と比較して通信量、必要メモリ量などを大幅に削減できるので効率的である。

0005

代表値を利用したFD/FPとしては、劣化によるヒータ断線のFPや、過電流によるヒータ断線のFDなどが知られている。ヒータが劣化する場合、ヒータの抵抗値(非プロセス量)の平均値が徐々に上昇していくので、ヒータの抵抗値の平均値を代表値としてチェックすれば、劣化によるヒータの断線を予知することができる。また、過電流によってヒータが断線した場合、ヒータの抵抗値の最大値が突発的に上昇するので、ヒータの抵抗値の最大値を代表値としてチェックすれば、過電流によるヒータの断線を検知することができる。

0006

また、温度センサに関しては、温度計測値レンジ外への急変を検出して、温度センサの断線を検知する状態監視装置が提案されている(特許文献2参照)。この状態監視装置は、代表値を利用するものとは異なるI/OデバイスレベルのFD機能を実現するものと言える。

0007

特開2010−219460号公報
特開2009−146346号公報

先行技術

0008

装置レベルでの装置機能の性能確認に関する解説書」,社団法人電子情報技術産業協会,2005年3月23日

発明が解決しようとする課題

0009

以上のようにヒータの場合であれば断線を予知するFP機能は実現されており、また温度センサの場合には断線を検知するFD機能が実現されている。しかしながら、温度センサについても断線を予知するFP機能が必要であり、単純に実用累積時間で温度センサの断線を予測するだけではなく、簡易な方法で予測精度を向上することが求められている。なお、ヒータ断線予知との併用という意味で言えば、温度制御系で利用される温度センサということになるので、コントローラレベル(サブシステムレベル)での実装も考えられる。

0010

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、装置コントロールレベルでの温度センサを扱うFP機能を強化することができる管理装置および管理方法を提供することを目的とする。換言するならば、本発明は、簡易型の装置コントロールレベルで内蔵も外付けも可能な簡易型のFD/FP関連機能を提供する。

課題を解決するための手段

0011

本発明の管理装置は、設定値SPと温度センサによって計測される制御量PVとに基づき操作量MVを算出する操作量算出手段と、前記操作量MVを制御対象に出力する操作量出力手段と、前記操作量算出手段による温度制御の実行中に前記制御量PVが複数の異なる温度帯域のうち1つの温度帯域にあるときの前記温度センサの実用累積時間を、温度帯域別に計測する温度帯域時間計測手段と、前記実用累積時間を温度帯域別に記憶する温度帯域時間記憶手段と、外部からリセット信号を受け取ったときに、前記温度帯域時間記憶手段に記憶されている実用累積時間をゼロにリセットするリセット手段と、外部から出力要求を受けたときに、前記温度帯域時間記憶手段に記憶されている実用累積時間をコントローラ外部に出力する実用累積時間出力手段とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の管理装置の1構成例は、さらに、前記温度帯域時間記憶手段に記憶されている温度帯域別の実用累積時間に、各々重み付けをして加算することにより、実質累積時間TAを算出する実質累積時間算出手段と、外部から出力要求を受けたときに、前記実質累積時間TAをコントローラ外部に出力する実質累積時間出力手段とを備え、前記重みは、高温の温度帯域の実用累積時間ほど重みが大きく、低温の温度帯域の実用累積時間ほど重みが小さくなるように設定されることを特徴とするものである。

0012

また、本発明の管理装置の1構成例は、さらに、前記設定値SPが所定の閾値以下の数値設定変更されたときに、前記実用累積時間出力手段に対して出力指示を出す出力指示手段を備え、前記実用累積時間出力手段は、前記出力指示手段からの出力指示に応じて、前記温度帯域時間記憶手段に記憶されている実用累積時間を、前記温度センサの記憶手段に記録することを特徴とするものである。
また、本発明の管理装置の1構成例は、さらに、前記温度制御の動作モードが待機モードに変更されたときに、前記実用累積時間出力手段に対して出力指示を出す出力指示手段を備え、前記実用累積時間出力手段は、前記出力指示手段からの出力指示に応じて、前記温度帯域時間記憶手段に記憶されている実用累積時間を、前記温度センサの記憶手段に記録することを特徴とするものである。
また、本発明の管理装置の1構成例において、前記温度帯域時間計測手段は、前記制御量PVが第1の温度帯域にあるときの前記温度センサの実用累積時間TU1を計測する第1温度帯域時間計測手段と、前記制御量PVが前記第1の温度帯域よりも少なくとも一部の帯域が高い第2の温度帯域にあるときの前記温度センサの実用累積時間TU2を計測する第2温度帯域時間計測手段とからなり、前記温度帯域時間記憶手段は、前記実用累積時間TU1を記憶する第1温度帯域時間記憶手段と、前記実用累積時間TU2を記憶する第2温度帯域時間記憶手段とからなることを特徴とするものである。

0013

また、本発明の管理方法は、設定値SPと温度センサによって計測される制御量PVとに基づき操作量MVを算出する操作量算出ステップと、前記操作量MVを制御対象に出力する操作量出力ステップと、前記操作量算出ステップによる温度制御の実行中に前記制御量PVが複数の異なる温度帯域のうち1つの温度帯域にあるときの前記温度センサの実用累積時間を、温度帯域別に計測する温度帯域時間計測ステップと、この温度帯域時間計測ステップで計測した実用累積時間を温度帯域別に温度帯域時間記憶手段に格納する温度帯域時間記憶ステップと、外部からリセット信号を受け取ったときに、前記温度帯域時間記憶手段に記憶されている実用累積時間をゼロにリセットするリセットステップと、外部から出力要求を受けたときに、前記温度帯域時間記憶手段に記憶されている実用累積時間をコントローラ外部に出力する実用累積時間出力ステップとを含むことを特徴とするものである。

発明の効果

0014

本発明によれば、温度帯域時間計測手段と温度帯域時間記憶手段とリセット手段と実用累積時間出力手段とを設けることにより、温度センサの実用状態を従来よりも詳細に管理することができるので、装置コントロールレベルでの温度センサを扱うFP機能を強化することができ、温度センサの寿命見積もることが可能になる。

0015

また、本発明では、実質累積時間算出手段と実質累積時間出力手段とを設け、実質累積時間TAを算出する際の重みを、高温の温度帯域の実用累積時間ほど重みが大きく、低温の温度帯域の実用累積時間ほど重みが小さくなるように設定することにより、より実質的な使用累積時間に相当する単一の指標を得ることができる。

0016

また、本発明では、設定値SPが所定の閾値以下の数値に設定変更されたとき、または温度制御の動作モードが待機モードに変更されたときに、温度帯域時間記憶手段に記憶されている実用累積時間を温度センサの記憶手段に記録することにより、温度センサが新たな温度制御系に再利用されるときに、温度センサに記録されている実用累積時間を読み出すことが可能となる。その結果、実用累積時間の計測を温度センサに記録されている値から再開することが可能となる。

図面の簡単な説明

0017

本発明の第1の実施の形態に係る管理装置の構成を示すブロック図である。
本発明の第1の実施の形態に係る加熱装置の構成を示すブロック図である。
本発明の第1の実施の形態に係る管理装置の動作を示すフローチャートである。
本発明の第1の実施の形態に係る管理装置の動作例を示す図である。
本発明の第2の実施の形態に係る管理装置の構成を示すブロック図である。
本発明の第2の実施の形態に係る管理装置の動作を示すフローチャートである。

実施例

0018

[発明の原理1]
温度センサが断線に至るまでの標準的な寿命は、温度センサの実用累積時間で見積もることができるが、温度センサが使用されるシステムが加熱制御系であれば、温度センサが“実用されている状態”とは、定格範囲内で高温に維持されている状態を計測している状態である。すなわち、温度センサが高温に晒されているほど“実用されている状態”らしいのであり、低温に晒されているならば“実用されている状態”らしいとは言えないのである。

0019

このような前提において、発明者は、温度制御系では制御周期という精密な時間管理が必ず併用されていることに着眼した。そして、複数の温度帯域を予め設定し、計測されている温度帯域別に温度センサの実用累積時間を簡易型のコントローラ(温調計など)に記録し、そのコントローラでは実用累積時間をゼロにリセットできるようにすれば、温度センサの交換に伴い、個々の温度センサの実用状態を従来よりも詳細に管理できることに想到した。

0020

[発明の原理2]
温度センサが高温に晒されているときの実用累積時間に大きめの重み付けをし、温度センサが低温に晒されているときの実用累積時間に小さめの重み付けをして、これらの実用累積時間を加算することにより、より実質的な使用累積時間に相当する単一の指標を得られることになる。これにより、温度センサの実用状態を従来よりも詳細に管理することの手間が低減できる。

0021

[発明の原理3]
コントローラと温度センサの組合せについて言えば、実用されていた温度制御系の見直しなどに伴い、実用実績のある温度センサを新たな温度制御系に使い回すということもあり得る。その場合、温度センサ自体(I/Oデバイスレベル)にも、実用累積時間を記録できるようにしておくことが好ましい。ただし、その目的のみのために温度センサにCPU(Central Processing Unit)を実装するのは現実的ではないので、コントローラ側に記録した実用累積時間を、温度センサ側が備える記憶部に転送するようにする。この場合、転送のタイミングは制御が重要なフェーズにないときが好ましいので、加熱制御系であれば、降温動作に切り換わったタイミングを、実用累積時間の転送のタイミングとする。例えば、設定値SPが低い数値に設定変更されたタイミングや、待機モード(操作量MVの出力が強制的に低い数値に維持されるモード)に変更されたタイミングが、転送のタイミングとなる。

0022

[第1の実施の形態]
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は本発明の第1の実施の形態に係る管理装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態は、上記発明の原理1、発明の原理2に対応する例である。ここでは、管理装置を簡易型のコントローラ(温調計)で実現する例として説明する。また、説明を簡単化するため、温度センサの実用状態を区別するための温度帯域を2個とする。本実施の形態の管理装置は、従来から温調計に設けられている一般的構成である温調計制御機能部1と、本実施の形態の特徴的構成であるFD/FP機能部2とから構成される。

0023

温調計制御機能部1は、設定値SPを温調計外部から入力する設定値入力部10と、制御量PVを温度センサから入力する制御量入力部11と、設定値SPと制御量PVに基づき操作量MVを算出する操作量算出部12と、操作量MVを温調計外部に出力する操作量出力部13とを備えている。

0024

FD/FP機能部2は、制御量PV(温度)が第1の温度帯域(例えば低温の帯域として200℃未満)にあるときの温度センサの実用累積時間TU1を計測する第1温度帯域時間計測部20と、実用累積時間TU1を記憶する第1温度帯域時間記憶部21と、制御量PV(温度)が第2の温度帯域(例えば高温の帯域として200℃以上)にあるときの温度センサの実用累積時間TU2を計測する第2温度帯域時間計測部22と、実用累積時間TU2を記憶する第2温度帯域時間記憶部23と、外部からリセット信号を受け取ったときに、第1温度帯域時間記憶部21に記憶されている実用累積時間TU1と第2温度帯域時間記憶部23に記憶されている実用累積時間TU2とをゼロにリセットするリセット部24と、実用累積時間TU1と実用累積時間TU2とを温調計外部に出力する実用累積時間出力部25と、実用累積時間TU1と実用累積時間TU2とに各々重み付けをして加算することにより、実質累積時間TAを算出する実質累積時間算出部26と、実質累積時間TAを温調計外部に出力する実質累積時間出力部27とを備えている。第1温度帯域時間記憶部21と第2温度帯域時間記憶部23とは、FD/FP機能部2の電源が切断されても情報を保持できる不揮発性のメモリでもよいし、電源が切断されると情報が失われる揮発性のメモリでもよい。

0025

図2は本実施の形態の適用対象となる加熱装置の構成を示すブロック図である。加熱装置は、処理対象被加熱物を加熱する加熱チャンバー100と、電気ヒータ101と、加熱チャンバー100内の温度を計測する温度センサ102と、加熱チャンバー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。

0026

温調計103は、温度センサ102が計測した制御量PV(温度)が設定値SPと一致するように操作量MVを算出する。設定値SPは例えばオペレータによって設定される。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。こうして、温調計103は、加熱チャンバー100内の被加熱物の温度を制御する。図1の温調計制御機能部1とFD/FP機能部2とは温調計103に実装される。

0027

以下、本実施の形態の管理装置の動作を図3図4を参照して説明する。図3は管理装置の動作を示すフローチャート、図4は管理装置の動作例を示す図である。図4横軸は時間、縦軸は制御量PV(温度)である。ここでは、設定値SPを温度設定値、制御量PVを温度計測値とし、例えば図2に示した加熱装置の温度制御中のデータを収集する場合について説明する。

0028

初期状態において外部からリセット信号を受け取ったことにより、FD/FP機能部2のリセット部24は、第1温度帯域時間記憶部21に記憶されている実用累積時間TU1と、第2温度帯域時間記憶部23に記憶されている実用累積時間TU2とを0にリセットする(図3ステップS100)。リセット信号が発生する状況としては、例えば温度センサ102の交換に伴ってオペレータが端末装置(不図示)を使ってリセット信号を温調計103に入力する等の状況がある。

0029

温調計の制御動作起動すると、温調計制御機能部1の操作量算出部12は、周知の制御演算アルゴリズムに従って、設定値入力部10から入力された設定値SPと制御量入力部11から入力された制御量PVとが一致するように操作量MVを算出する(図3ステップS101)。制御演算アルゴリズムとしては、例えばPIDがある。操作量出力部13は、操作量算出部12によって算出された操作量MVを制御対象に出力する(図3ステップS102)。図2の例では、電気ヒータ101に電力を供給する電力調整器104が、操作量MVの実際の出力先となる。

0030

次に、FD/FP機能部2の第1温度帯域時間計測部20は、温調計の制御動作が起動しているときに、温度センサ102によって計測され制御量入力部11を介してFD/FP機能部2に入力された制御量PV(温度)が第1の温度帯域(例えば200℃未満の低温の帯域)にあるとき(図3ステップS103においてYES)、実用累積時間TU1を次式のように更新する(図3ステップS104)。
TU1←TU1+dT ・・・(1)
dTは制御周期である。こうして、図4に示すように制御量PV(温度)が第1の温度帯域にあるときの温度センサ102の実用累積時間TU1を計測することができる。
FD/FP機能部2の第1温度帯域時間記憶部21は、第1温度帯域時間計測部20により更新された実用累積時間TU1を記憶する(図3ステップS105)。

0031

一方、FD/FP機能部2の第2温度帯域時間計測部22は、温調計の制御動作が起動しているときに、制御量PV(温度)が第2の温度帯域(例えば200℃以上の高温の帯域)にあるとき(図3ステップS106においてYES)、実用累積時間TU2を次式のように更新する(図3ステップS107)。
TU2←TU2+dT ・・・(2)
こうして、図4に示すように制御量PV(温度)が第2の温度帯域にあるときの温度センサ102の実用累積時間TU2を計測することができる。
FD/FP機能部2の第2温度帯域時間記憶部23は、第2温度帯域時間計測部22により更新された実用累積時間TU2を記憶する(図3ステップS108)。

0032

次に、FD/FP機能部2の実質累積時間算出部26は、第1温度帯域時間記憶部21に記憶されている最新の実用累積時間TU1と第2温度帯域時間記憶部23に記憶されている最新の実用累積時間TU2に、各々重み付けをして加算することにより、実質累積時間TAを算出する(図3ステップS109)。ここでは、温度センサ102が高温に晒されている状態が“実用されている状態”であり、温度センサ102が低温に晒されている状態は“実用されている状態”ではないので、実用累積時間TU1(低温の帯域)に対する所定の重みW1を例えば0.5とし、実用累積時間TU2(高温の帯域)に対する所定の重みW2を例えば1.0(すなわちW1<W2)として、次式により実質累積時間TAを算出する。
TA=W1×TU1+W2×TU2=0.5TU1+TU2 ・・・(3)

0033

FD/FP機能部2の実用累積時間出力部25は、外部から実用累積時間の出力要求を受けた場合(図3ステップS110においてYES)、第1温度帯域時間記憶部21に記憶されている最新の実用累積時間TU1と第2温度帯域時間記憶部23に記憶されている最新の実用累積時間TU2とを、温調計外部に出力する(図3ステップS111)。

0034

また、FD/FP機能部2の実質累積時間出力部27は、外部から実質累積時間の出力要求を受けた場合(図3ステップS112においてYES)、実質累積時間算出部26が算出した実質累積時間TAを、温調計外部に出力する(図3ステップS113)。
ステップS110,S112の出力要求が発生する状況としては、例えば温度センサ102の寿命を見積もるために、時間TU1,TU2,TAを読み出そうとするオペレータが端末装置(不図示)を使って出力要求を温調計103に入力する等の状況がある。

0035

以上のようなステップS101〜S113の処理が、例えばオペレータからの指令によってFD/FP機能部2の動作が終了するまで(図3ステップS114においてYES)、制御周期dT毎に繰り返し実行される。

0036

こうして、温度センサの実用状態を従来よりも詳細に管理することができるので、装置コントロールレベルでの温度センサを扱うFP機能を強化することができ、温度センサの寿命を見積もることが可能になる。

0037

本実施の形態では、温度帯域を2個としているが、これに限るものではなく、温度帯域を3個以上にしてもよい。温度帯域を3個以上にする場合には、温度帯域時間計測部(20,22)と温度帯域時間記憶部(21,23)とをそれぞれ温度帯域毎に設けるようにすればよい。また、実質累積時間算出部26は、温度帯域別の実用累積時間を各々重み付けして、重み付けした値を加算することにより、実質累積時間TAを算出するようにすればよい。このとき、各実用累積時間に乗じる重みは、高温の温度帯域の実用累積時間ほど重みが大きく、低温の温度帯域の実用累積時間ほど重みが小さくなるように予め設定しておけばよい。これにより、高温に晒されているのが“実用されている状態”であり、低温に晒されているのが“実用されている状態”ではないという意味で、温度センサのFP機能を強化することができる。なお、各温度帯域は、隣接する温度帯域と少なくとも一部の帯域が異なるように設定されていればよく、隣接する温度帯域と重なる部分があってもよい。

0038

なお、本発明は、温度センサ以外にも、電気ヒータのFP機能としても活用できる。すなわち、電気ヒータについても、温度センサで測定される温度帯域に対応して、高温・低温の各経過時間が概ね見積れるように実装されている場合(電気ヒータ近傍に温度センサが実装されている場合)、電気ヒータが“実用されている状態”を管理する機能としても本発明を活用することができる。

0039

[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。図5は本発明の第2の実施の形態に係る管理装置の構成を示すブロック図であり、図1図2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1、発明の原理3に対応する例である。本実施の形態においても、管理装置を簡易型のコントローラ(温調計103)で実現する例で説明する。図5の温調計制御機能部1とFD/FP機能部2aとは温調計103に実装される。

0040

温調計制御機能部1の構成は第1の実施の形態で説明したとおりである。FD/FP機能部2aは、第1温度帯域時間計測部20と、第1温度帯域時間記憶部21と、第2温度帯域時間計測部22と、第2温度帯域時間記憶部23と、リセット部24と、後述する出力指示部からの出力指示に応じて、第1温度帯域時間記憶部21に記憶されている実用累積時間TU1と第2温度帯域時間記憶部23に記憶されている実用累積時間TU2とを温度センサ102の記憶部に記録する実用累積時間出力部25aと、設定値SPの変化を監視し、設定値SPが低い数値に設定変更されたときに、実用累積時間出力部25aに対して出力指示を出す第1の出力指示部28と、温調計103の動作モードを監視し、待機モード(操作量MVの出力が強制的に低い数値に維持されるモード)に変更されたときに、実用累積時間出力部25aに対して出力指示を出す第2の出力指示部29とを備えている。

0041

温度センサ102は、温度を計測する温度センサ機能部1020と、実用累積時間TU1を記憶する第1温度帯域時間記憶部1021と、実用累積時間TU2を記憶する第2温度帯域時間記憶部1022とを備えている。この温度センサ102は、CPUを備えていないハードウェアで構成されるものである。なお、第1温度帯域時間記憶部1021と第2温度帯域時間記憶部1022とは、温度センサ102の電源が切断されても情報を保持できる不揮発性のメモリであることが好ましい。

0042

以下、本実施の形態の管理装置の動作を図6を参照して説明する。図6のステップS100〜S108の処理は第1の実施の形態で説明したとおりである。
FD/FP機能部2aの第1の出力指示部28は、温調計制御機能部1の設定値入力部10から入力される設定値SPの変化を監視し、設定値SPが所定の閾値以下の低い数値に設定変更されたときに(図6ステップS115においてYES)、実用累積時間出力部25aに対して出力指示を出す(図6ステップS116)。

0043

FD/FP機能部2aの実用累積時間出力部25aは、第1の出力指示部28からの出力指示に応じて、第1温度帯域時間記憶部21に記憶されている最新の実用累積時間TU1を温度センサ102の第1温度帯域時間記憶部1021に記録すると共に、第2温度帯域時間記憶部23に記憶されている最新の実用累積時間TU2を温度センサ102の第2温度帯域時間記憶部1022に記録する(図6ステップS117)。

0044

また、FD/FP機能部2aの第2の出力指示部29は、温調計103の動作モードを監視し、待機モードに変更されたときに(図6ステップS118においてYES)、実用累積時間出力部25aに対して出力指示を出す(図6ステップS119)。
実用累積時間出力部25aは、第2の出力指示部29から出力指示があると、第1の出力指示部28から出力指示があったときと同じ処理を行なう(ステップS117)。

0045

以上のようなステップS101〜S108,S115〜S119の処理が、例えばオペレータからの指令によってFD/FP機能部2aの動作が終了するまで(図6ステップS120においてYES)、制御周期dT毎に繰り返し実行される。
設定値SPが閾値以下の状態が継続するか、温調計103の待機モードが継続する場合、温度センサ102に記録される実用累積時間TU1と実用累積時間TU2も制御周期dT毎に更新されることになる。

0046

こうして、本実施の形態では、実用累積時間TU1と実用累積時間TU2を温度センサ102に記録しておくことができ、温度センサ102が新たな温度制御系に再利用されるときに、温度センサ102に記録されている実用累積時間TU1と実用累積時間TU2を読み出すことが可能となる。その結果、実用累積時間TU1と実用累積時間TU2の計測を温度センサ102に記録されている値から再開することが可能となる。第1の実施の形態で説明したとおり、温度帯域は3個以上であってもよい。

0047

本実施の形態では、実用累積時間出力部25aに対して出力指示が出されるタイミングにおいて、制御量PV(温度)がどのような状態であるかは管理されていない。すなわち、温度センサ102に記憶される実用累積時間TU1と実用累積時間TU2について、技術的意義のない情報転送不足偶然誤差)を発生させることになる。しかし、通常の温調計103における設定値SPの変更頻度や動作モードの変更頻度に伴う情報転送サイクル時間は、温度センサ102の通常の実用累積時間に比べれば十分に短くなるはずである。したがって、情報転送不足としての誤差分は、大きな影響を与えるものにはならない(大きな影響を与えるようになる確率は極めて低い)。

0048

なお、実用累積時間TU1と実用累積時間TU2の計測を温度センサ102に記録されている値から再開するために、例えばオペレータからの指示に応じて温度センサ102の第1温度帯域時間記憶部1021、第2温度帯域時間記憶部1022から温度帯域別の実用累積時間TU1と実用累積時間TU2を読み出す読出手段と、この読出手段が読み出した温度帯域別の実用累積時間TU1、実用累積時間TU2をそれぞれ第1温度帯域時間計測部20、第2温度帯域時間計測部22に設定する設定手段とを、FD/FP機能部2aに設けるようにしてもよい。温度センサ102から読み出した実用累積時間TU1、実用累積時間TU2を第1温度帯域時間計測部20、第2温度帯域時間計測部22に設定することにより、第1温度帯域時間計測部20と第2温度帯域時間計測部22とは、それぞれ設定された値を初期値として時間計測を開始することになる。

0049

背景技術ではEESの装置内分散配置を課題として取り上げているが、第1、第2の実施の形態は、EESに限らず、建物空調制御化学プラントなどで利用される装置コントロールレベルも対象範囲に入る。

0050

第1、第2の実施の形態で説明した管理装置を構成する温度センサ103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の実施の形態で説明した処理を実行する。

0051

本発明は、温度センサの断線を予知する技術に適用することができる。

0052

1…温調計制御機能部、2…FD/FP機能部、10…設定値入力部、11…制御量入力部、12…操作量算出部、13…操作量出力部、20…第1温度帯域時間計測部、21…第1温度帯域時間記憶部、22…第2温度帯域時間計測部、23…第2温度帯域時間記憶部、24…リセット部、25,25a…実用累積時間出力部、26…実質累積時間算出部、27…実質累積時間出力部、28…第1の出力指示部、29…第2の出力指示部、102…温度センサ、103…温調計、1020…温度センサ機能部、1021…第1温度帯域時間記憶部、1022…第2温度帯域時間記憶部。

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