控制系统、辅助装置、控制装置和控制方法与流程

本发明涉及用于辅助从多个控制装置收集到的时序数据间的时刻确认的辅助技术。

背景技术：

近年来，在半导体制造装置中，EES(Equipment Engineering System，设备工程系统)正转移向实用阶段。其主要目的是以装置自身作为对象的不佳状况探测FD(Fault Detection，故障检测)、不佳状况预测FP(Fault Prediction，故障预报)(参照非专利文献1等)。在这些FD/FP中，存在装置控制等级、模块等级、子系统、I/O设备等级这样的分级化的把握方法。并且，I/O设备等级的主体是传感器、致动器。

关于这些I/O设备等级中的致动器，针对通过位流(0，1)的数据(致动器数据)就能完成的序列控制上的动作，可以说尤其处于实用阶段。

另一方面，关于传感器，温度、压力、流量等处理量成为对象数据。关于它们，在毫秒等级下保存所有数据不能说是合理的。

在这样的技术背景下，提出了具备进行代表值化的运算模块和进行检查的检查模块的EES对应的基板处理装置(专利文献1)等。代表值是指最大值、最小值、平均值等，由此如果能够实现FD/FP，则能够大幅削减通信量、必要存储量等，所以是高效的。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-219460号公报

非专利文献

非专利文献1：「装置レベルの装置機能の性能確認に関する解説書」、半導体生産技術専門委員会、社団法人電子情報技術産業協会、2005-3-23

技术实现要素：

发明要解决的技术问题

作为利用代表值的FD/FP，已知以下的内容。

由劣化导致的加热器断线预测

：加热器电阻值(非处理量)的平均值缓缓上升

由过电流导致的加热器断线探测

：加热器电阻值的最大值突发性地上升

然而，仅通过处理量的简单的代表值化，FD/FP成立的情况较少。因此，利用通过大量的传感器计测的数据、特别是时序数据间的关联性(联动性)来实施FD/FP得到广泛普及。

在该情况下，根据数据的种类或者FD/FP的目的，存在要求多个时序数据间的精密的时刻同步的情形。另一方面，根据数据收集的结构，也存在在处理所谓的大数据的计算机上无法实现时刻同步的处理的情形。即，在难以附加进行了时刻确认的时间戳的情况下，至少在数据收集后无法确认进行数据取得的时间点。因此，针对时刻同步的确认，要求进行改进。

本发明为了解决这样的课题，其目的在于，提供一种能够辅助从多个控制装置收集到的时序数据间的时刻同步确认(时刻同步确认对应恢复)的辅助技术。

解决技术问题的技术手段

为了达到这样的目的，本发明涉及一种控制系统，具备：多个控制装置，其通过输出根据所输入的设定值和控制量计算出的操作量来控制设备；数据收集装置，其将包括在所述控制装置中的所述控制中使用的所述操作量的控制数据作为时序数据而依次收集；以及辅助装置，其按一定的时刻确认周期将时刻确认信号一并发送到所述各控制装置，所述控制装置在接收到所述时刻确认信号时，在与所述控制相关的1个控制周期， 将时刻确认数据作为所述操作量强制地输出，所述时刻确认数据用于使与相互的控制装置相关的控制数据同步。

另外，在本发明的上述控制系统的一个结构例中，所述时刻确认数据由在所述控制装置中的稳定控制状态下不被作为所述操作量输出的奇异值构成。

另外，在本发明的上述控制系统的一个结构例中，作为所述时刻确认信号，所述辅助装置发送以使所述操作量成为所述奇异值的方式指示所述控制装置中的设定参数的变更的信号。

另外，在本发明的上述控制系统的一个结构例中，所述时刻确认信号由指示在针对所述控制装置中的所述操作量的限制处理中使用的操作量下限值或者操作量上限值的变更的信号构成，所述控制装置在接收到所述时刻确认信号时，根据所述时刻确认信号而使操作量下限值或者操作量上限值变更，从而代替所述操作量而强制地输出由所述奇异值构成的所述时刻确认数据。

另外，本发明涉及一种在控制系统中使用的辅助装置，所述控制系统具备：多个控制装置，其通过输出根据所输入的设定值和控制量计算出的操作量来控制设备；以及数据收集装置，其将包括在这些控制装置中的控制中使用的所述操作量的控制数据作为时序数据而依次收集，所述辅助装置将时刻确认信号按一定的时刻确认周期一并发送到所述各控制装置，所述时刻确认信号用于将时刻确认数据在与所述控制相关的1个控制周期作为所述操作量强制地输出，所述时刻确认数据用于使与所述控制装置相关的控制数据相互同步。

另外，本发明涉及一种控制装置，其在同一控制系统中被使用多个，通过输出根据所输入的设定值和控制量计算出的操作量来控制设备，并且通过数据收集装置将包括与该控制相关的操作量的控制数据作为时序数据而依次收集，所述控制装置在接收到按一定的时刻确认周期从辅助装置向各控制装置一并发送的时刻确认信号时，在与所述控制相关的1个控制周期，将时刻确认数据作为所述操作量强制地输出，所述时刻确认数据用于使与相互的控制装置相关的控制数据同步。

另外，本发明涉及一种控制方法，具备：控制步骤，多个控制装置通过输出根据所输入的设定值和控制量计算出的操作量来控制设备；数据收集步骤，数据收集装置将包括在所述控制装置中的所述控制中使用的所述操作量的控制数据作为时序数据而依次收集；以及辅助步骤，辅助装置按一定的时刻确认周期将时刻确认信号一并发送到所述各控制装置，在所述控制步骤中，在接收到所述时刻确认信号时，在与所述控制相关的1个控制周期，将时刻确认数据作为所述操作量强制地输出，所述时刻确认数据用于使与相互的控制装置相关的控制数据同步。

发明效果

根据本发明，在从各控制装置并行地收集到的时序数据中，作为操作量而按时刻确认周期记录有时刻确认数据。因此，以该时刻确认数据表示相同时刻作为基准，能够容易并且精密地确认各时序数据的时刻同步。

附图说明

图1是示出本实施方式的控制系统的结构的框图。

图2是示出本实施方式的控制系统的应用例的说明图。

图3是以往的数据收集例。

图4是应用本发明的数据收集例。

图5是与图4相关的时间差校正例。

具体实施方式

[发明的原理1]

首先，说明本发明的原理1。

在温度、压力等处理系统的控制对象中，在一次控制周期期间关联的数据发生变动的范围、时机受到限制。特别着眼于瞬间变动而立即返回到原来的现象可以说几近于无。

并且，想到了在数据收集时以前仅在一瞬间(例如，1个控制周期的短时间)加入不可能的急剧变动，从而能够将其用作数据收集后的虚拟的时刻确认数据(有意的异常数值)。即，能够针对多个时序数据而同步地加入时刻确认数据，从而确认时刻同步。此外，这样的尖峰噪声的变动在数据收集后能够通过中值滤波器去除，所以处理也变得容易。

[发明的原理2]

接下来，说明本发明的原理2。

例如，在PID(Proportional-Integral-Derivative，比例-积分-微分)控制系统中处理的代表性的时序数据是设定值SP、控制量PV、操作量MV。其中的设定值SP、控制量PV为PID运算的前级的数据，所以，假如如果将虚拟的时刻确认数据(有意的异常数值)加入到它们中，则根据信号路径，在PID运算中产生紊乱。即，将信号路径与数据存储路径分开的做法成为PID控制用户的负担。

如果这样考虑，则操作量MV成为PID运算的后级，所以在控制对象的频率特性中，如果是无法跟随的高频的异常值，则对控制不造成影响。进而，作为针对所有的PID运算方式都不对PID运算的内部变量造成影响的方法，着眼于优选利用处于PID运算自身的后级侧的操作量MV的上下限处理。并且还想到针对多个控制回路，从上一级侧同时在短时间内强制变更操作量上下限值的处理。

接下来，参照附图，说明本发明的一个实施方式。

[控制系统]

首先，参照图1和图2，说明本实施方式的控制系统1。该控制系统1是与上述发明原理1和2对应的实施例。图1是示出本实施方式的控制系统的结构的框图。图2是示出本实施方式的控制系统的应用例的说明图。

图1所示的控制系统1是根据PID等处理控制来控制各种设备50的系统，包括多个控制装置10、针对这些每个控制装置10而设置的数据收集装置20以及作为在这些控制装置10和数据收集装置20中共有的功能的辅助装置30。

此外，此处为了容易理解发明，以针对每个控制装置10而设置数据收集装置20的情况为例进行说明，但既可以通过1个数据收集装置20来收集来自多个控制装置10的控制数据，也可以将该数据收集装置20的功能搭载于服务器等上一级装置(未图示)中。

另外，关于辅助装置30，既可以安装到某一个控制装置10中而向其他控制装置10发送时刻确认信号，也可以安装到上述一个数据收集装置20的更上一级装置中，向各控制装置10发送时刻确认信号。

在图2中，作为应用控制系统1的设备50的例子，示出了应用于在半导体制造装置中使用的加热装置的情况，作为控制装置10，使用调整炉F的内部温度的温度调节计。在炉F的内部，配置多个加热器H，针对这些每个加热器H，设置控制装置(温度调节计)10、电力调整器PC、温度传感器S和数据收集装置20。

控制装置(温度调节计)10以一定的控制周期，根据预先被操作输入而登记在内部存储部(未图示)中的设定值SP以及由通过温度传感器S检测到的炉F的内部温度构成的控制量PV，新计算操作量MV，电力调整器PC根据来自控制装置10的操作量MV来调整供给到加热器H的电力，从而控制加热器H附近的炉内温度。

另一方面，数据收集装置20将与对应的控制装置10中的控制相关的设定值SP、控制量PV和操作量MV等控制数据(控制参数)作为时序数据而依次收集。

本发明在这样的控制系统1中，根据从辅助装置30按一定的时刻确认周期发送的时刻确认信号，从各控制装置10将用于使与相互的控制装置10相关的控制数据同步的时刻确认数据在1个控制周期强制地作为操作量MV输出。由此，在通过各数据收集装置20从分别对应的控制装置10并行地收集到的时序数据中，作为操作量MV而按时刻确认周期记录有时刻确认数据。因此，以该时刻确认数据表示相同时刻作为基准，能够容易并且精密地确认各时序数据的时刻同步。

接下来，参照图1和图2，详细说明本实施方式的控制系统1的结构。

[控制装置]

首先，说明控制装置10的结构。在控制装置10中，作为主要功能部，设置有设定值取得部11、控制量输入部12、操作量计算部13、时刻确认接收部14、限制处理部15和操作量输出部16。

设定值取得部11具有取得预先被操作输入并登记在内部存储部(未图示)中的设定值SP的功能。此时，在不进行操作输入而从上一级装置设定设定值SP的情况下，取得从上一级装置指示的设定值SP并登记在内部存储部中。

控制量输入部12具有输入由设备50检测到的与该控制装置10对应的控制量PV的功能。

操作量计算部13具有如下功能：例如根据PID控制等的控制用算法，以一定的控制周期，根据由设定值取得部11取得的设定值SP以及由控制量输入部12输入的控制量PV，依次计算新的操作量MV。

时刻确认接收部14具有等待并接收从辅助装置30发送的时刻确认信号、并且将接收到的时刻确认信号输出到限制处理部15的功能。

限制处理部15具有：进行在由预先设定的操作量下限值OL和操作量上限值OH构成的限定范围内修正由操作量计算部13计算出的操作量MV的限制处理的功能；以及与通过时刻确认接收部14接收到时刻确认信号相应地，在与该时刻确认信号的接收时对应的1个控制周期，使操作量下限值OL或者操作量上限值OH临时地采用通过该时刻确认信号指示的时刻确认用限制值，在没有接收到时刻确认信号的情况下，使操作量下限值OL或者操作量上限值OH采用通常的控制用限制值的功能。

操作量输出部16具有将通过限制处理部15进行了限制处理的操作量MV输出到设备50中的与该控制装置10对应的电力调整器PC的功能。

[数据收集装置]

接下来，说明数据收集装置20的结构。在数据收集装置20中，作为主要功能部，设置有设定值取得部21、控制量取得部22、操作量取得部23和数据存储部24。

设定值取得部21具有从与该数据收集装置20对应的控制装置10取得设定值SP的功能。

控制量取得部22具有取得从设备50对与该数据收集装置20对应的控制装置10输入的控制量PV的功能。

操作量取得部23具有取得从与该数据收集装置20对应的控制装置10对设备50输出的操作量MV的功能。

数据存储部24具有如下功能：在同一控制周期中，将由通过设定值取得部21、控制量取得部22和操作量取得部23分别取得的设定值SP、控制量PV和操作量MV构成的控制数据的组依次存储为每个控制周期的时序数据。

[辅助装置]

接下来，说明辅助装置30的结构。在辅助装置30中，作为主要功能部，设置有控制周期计数部31和时刻确认发送部32。

控制周期计数部31具有对在控制装置10中使用的控制周期进行计数的功能。

时刻确认发送部32具有在根据控制周期计数部31中的计数结果确认了时刻确认周期的到来的时间点将时刻确认信号一并发送到各控制装置10的功能。

在本实施方式中，设为时刻确认周期相当于控制周期的规定数N(N是2以上的整数)倍，在控制周期计数部31中，根据规定的时钟信号生成控制周期，在该控制周期的计数结果达到N次的时间点，确认为时刻确认周期到来。

时刻确认信号是用于指示将从控制装置10输出的操作量MV变更成在稳定控制状态下不被作为操作量MV而输出的奇异值的信号，例如使用指示针对在针对控制装置10中的操作量MV的限制处理中使用的操作量下限值OL或者操作量上限值OH的设定变更的信号。

[控制系统的动作]

接下来，详细说明本实施方式的控制系统1的动作。

[控制装置]

首先，说明控制装置10的动作。控制装置10针对预先设定的每个控制周期，执行以下的处理。

首先，设定值取得部11从预先通过操作输入而被登记的内部存储部取得设定值SP。另外，控制量输入部12输入由设备50检测到的与该控制装置10对应的控制量PV。

其后，操作量计算部13根据由设定值取得部11取得的设定值SP以及由控制量输入部12输入的控制量PV，计算新的操作量MV。

接下来，限制处理部15针对由操作量计算部13计算出的新的操作量MV，进行在被预先设定为在通常的控制中使用的控制用限制值的操作量下限值OL与操作量上限值OH的范围内进行修正的限制处理。

其后，操作量输出部16将通过限制处理部15进行了限制处理的操作量MV输出到设备50，结束一系列的处理。

另一方面，时刻确认接收部14等待并接收从辅助装置30发送的时刻确认信号，与时刻确认信号的接收相应地，将该时刻确认信号输出到限制处理部15。

在由时刻确认接收部14接收到时刻确认信号的情况下，限制处理部15在与该时刻确认信号的接收时对应的1个控制周期，使操作量下限值OL或者操作量上限值OH临时地采用通过该时刻确认信号指示的时刻确认用限制值，在没有接收到时刻确认信号的情况下，使操作量下限值OL或者操作量上限值OH采用原来的控制用限制值。

在限制处理中，在所输入的操作量MV低于操作量下限值OL的情况下，作为操作量MV而输出操作量下限值OL，在所输入的操作量MV超过操作量上限值OH的情况下，作为操作量MV而输出操作量上限值OH。通常，按相对于预先设定的操作量MV的范围的百分率来设定这些操作量下限值OL和操作量上限值OH，在一般的温度控制系统中，将操作量下限值OL设定为0％附近，将操作量上限值OH设定为100％附近。

在PID控制继续的稳定控制状态下，几乎都是操作量MV成为比100％充分低的90％以下的情形，所以，如果仅在1个控制周期内将操作量上限值OH设定变更为0％，则将操作量MV强制地限制处理至作为奇异值的0％，在操作量MV中产生尖峰噪声的变动。

另外，在PID控制继续的稳定控制状态下，几乎都是操作量MV成为比0％充分高的10％以上的情形，所以，仅在1个控制周期内将操作量下限值OL设为100％，则将操作量MV强制地限制处理至作为奇异值的100％，在操作量MV中产生尖峰噪声的变动。

由此，针对来自辅助装置30的每个时刻确认信号，即针对每个时刻确认周期，输出在控制装置10中的稳定控制状态下不被作为操作量MV而输出的奇异值。因此，在通过各数据收集装置20从分别对应的控制装置10并行地收集到的时序数据中，作为操作量MV而按时刻确认周期记录有时刻确认数据。因此，以该时刻确认数据表示相同时刻作为基准，能够容易并且精密地确认各时序数据的时刻同步。

[数据收集装置]

接下来，说明数据收集装置20的动作。数据收集装置20针对预先设定的每个控制周期，执行以下的处理。

首先，设定值取得部21具有通过与对应于该数据收集装置20的控制装置10进行数据通信来从该控制装置10取得设定值SP的功能。

控制量取得部22具有取得从设备50对与该数据收集装置20对应的控制装置10输入的控制量PV的功能。此时，既可以使从设备50向控制装置10的信号线分支来取得控制量PV，也可以通过与控制装置10进行数据通信来取得控制量PV。

操作量取得部23具有取得从与该数据收集装置20对应的控制装置10对设备50输出的操作量MV的功能。此时，既可以使从控制装置10向设备50的信号线分支来取得操作量MV，也可以通过与控制装置10进行数据通信来取得操作量MV。

数据存储部24在同一控制周期中，将由通过设定值取得部21、控制量取得部22和操作量取得部23分别取得的设定值SP、控制量PV和操作量MV构成的控制数据的组依次存储为每个控制周期的时序数据。

[辅助装置]

接下来，说明辅助装置30的动作。辅助装置30始终执行以下的处理。

首先，控制周期计数部31根据在内部产生的规定的时钟信号来生成在控制装置10中使用的控制周期，对该控制周期进行计数。

时刻确认发送部32在控制周期计数部31中的计数结果成为规定数N、确认了时刻确认周期的到来的时间点，将时刻确认信号一并发送到各控制装置10。此时，作为时刻确认信号，控制周期计数部31发送例如将操作量上限值OH设定变更为0％的指示、将操作量下限值OL设定变更为100％的指示。

由此，在与该时刻确认信号的接收时对应的1个控制周期，将各控制装置10的限制处理部15中使用的操作量上限值OH或者操作量下限值OL从控制用限制值临时地变更成时刻确认用限制值，针对每个时刻确认周期，输出在控制装置10中的稳定控制状态下不被作为操作量MV而输出的奇异值。

因此，在通过各数据收集装置20从分别对应的控制装置10并行地收集到的时序数据中，作为操作量MV而按时刻确认周期记录有时刻确认数据。因此，以该时刻确认数据表示相同时刻作为基准，能够容易并且精密地确认各时序数据的时刻同步。

图3是以往的数据收集例。此处，用图表来示出由从3个控制装置收集到的设定值SP、控制量PV和操作量MV构成的时序数据。在以往的数据收集中，不存在用于使3个时序数据在时间轴上同步的基准，所以，例如以收集时刻作为基准来进行时序数据间的时刻确认。因此，当在收集时刻中存在时间差的情况下，即使在各个时序数据的真正的相同时刻中产生时间差，操作员等数据确认者也无法识别该时间差。因此，无法确认FD/FP所需的精密的时刻同步。

图4是应用本发明的数据收集例。此处，示出了作为时刻确认信号而发送将操作量下限值OL设定变更为100％的信号的例子，针对每个预先规定的时机、即由时刻确认周期构成的真正的相同时刻，包括各时序数据的操作量MV成为100％的尖峰状的时刻确认数据。

因此，能够以这些时刻确认数据作为基准而校正3个时序数据的时间差。图5是与图4相关的时间差校正例。由此，即使在收集时刻中存在时间差，在各个时序数据的真正的相同时刻中产生时间差，操作员等数据确认者也能够容易地识别该时间差，能够确 认FD/FP所需的精密的时刻同步。此外，关于时序数据的时间差校正，数据确认者既可以通过手工作业来进行，也可以自动地实施。另外，关于时刻确认数据，在画面显示时、向外部装置转送数据时，也可以通过中值滤波器等来自动地去除。

[本实施方式的效果]

这样，在本实施方式中，辅助装置30按一定的时刻确认周期将时刻确认信号一并发送到各控制装置10，这些控制装置10在接收到时刻确认信号时，在1个控制周期将用于使与相互的控制装置10相关的控制数据同步的时刻确认数据强制地作为操作量输出。

由此，在通过各数据收集装置20从分别对应的控制装置10并行地收集到的时序数据中，作为操作量MV而按时刻确认周期记录有时刻确认数据。因此，以该时刻确认数据表示相同时刻作为基准，能够容易并且精密地确认各时序数据的时刻同步。

另外，根据本实施方式，时刻确认数据使操作量MV尖峰状地变动，所以，数据确认者在时序数据上能够容易地进行识别，并且在时序数据的利用时通过中值滤波器等能够容易地去除，所以处理也变得容易。

另外，将时刻确认数据插入到作为PID运算的前级数据的设定值SP、控制量PV的情况下，根据信号路径，在PID运算中产生紊乱，所以将信号路径与数据存储路径分开的做法成为PID控制用户的负担。根据本实施方式，将时刻确认数据插入到PID运算的后级的操作量MV中，所以，能够容易地避免对PID运算的影响。此外，被插入到操作量MV的时刻确认数据虽然被输出到控制对象，但通常如果是控制装置中的1个控制周期，则在控制对象的频率特性中，成为无法跟随的高频的奇异值，所以对控制的影响是能够充分忽略的程度。

另外，在本实施方式中，作为时刻确认数据，也可以使用在控制装置10中的稳定控制状态下不被作为操作量MV而输出的奇异值。由此，能够从所收集到的时序数据的操作量MV容易地分辨时刻确认数据。

另外，在本实施方式中，作为时刻确认信号，辅助装置30也可以发送以使操作量MV成为奇异值的方式指示控制装置10中的设定参数的变更的信号。更具体地说，将时刻确认信号设为指示在针对控制装置10中的操作量MV的限制处理中使用的操作量下限值OL或者操作量上限值OH的变更的信号，在控制装置10接收到时刻确认信号时，根据该时刻确认信号而使操作量下限值OL或者操作量上限值OH变更，从而也可以代替操作量MV而强制地输出由奇异值构成的时刻确认数据。

由此，利用在控制装置10中预先搭载的设定变更功能，具体地说，利用限制处理中使用的限制值的变更这样的设定变更功能，能够按时刻确认周期输出时刻确认数据，无需大幅变更控制装置10的结构而能够应用本发明，能够抑制本发明的导入成本。

[实施方式的扩展]

以上，参照实施方式来说明了本发明，但本发明不限定于上述实施方式。针对本发明的结构、详细情况，能够在本发明的范围内进行本领域技术人员能够理解的各种变更。另外，关于各实施方式，在不矛盾的范围内能够任意组合来实施。

符号说明

1…控制系统；10…控制装置；11…设定值取得部；12…控制量输入部；13…操作量计算部；14…时刻确认接收部；15…限制处理部；16…操作量输出部；20…数据收集装置；21…设定值取得部；22…控制量取得部；23…操作量取得部；24…数据存储部；30…辅助装置；31…控制周期计数部；32…时刻确认发送部；50…设备；SP…设定值；PV…控制量；MV…操作量；OL…操作量下限值；OH…操作量上限值。