JP2000207013A - プロセス計測制御システム保守点検装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 保守点検作業の大幅な効率化を実現すること
ができるプロセス計測制御システム保守点検装置を提供
すること。 【解決手段】 プロセス量測定手段9により測定された
プロセス量に基づいて制御演算を行ない、かつこの演算
結果に基づいて構成要素4,9を操作することにより制御
ループを制御する制御手段10と、構成要素4,9の機能診
断を行う可搬式の診断手段15と、配管7上の任意の位置
に一時的に設置することが可能な、配管7内の流体19の
流量を測定する流量測定手段17とを備え、制御手段10
と、診断手段15と、流量測定手段17とに、それぞれ無線
による送受信機能を持たせて互いに信号の送受信を行う
ようにし、診断手段15は、流量測定手段17及び制御手段
10が送信する流量信号及びプロセス量信号を受信し、流
量信号及びプロセス量信号に基づいて構成要素4,9また
は制御手段10の機能診断を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばプラントを
制御するプロセス制御の制御ループの健全性を診断し、
不安定要因や外乱要素を抽出してプロセス制御手段の改
善を行なうプロセス計測制御システムの保守点検装置の
改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から用いられているこの種のプロセ
ス計測制御システムの保守点検装置について、図７、図
８、図９に示す制御系統図を用いて説明する。

【０００３】一般に、プロセス制御の制御ループに不安
定が生じた場合の診断は、以下に示す制御ループの構成
要素毎に行う必要がある。

【０００４】（１）プロセス制御手段の機能診断 （２）流量検出器の機能診断 （３）操作弁の機能診断 （４）制御方法の検討 以下に、上記各構成要素毎の診断方法について説明す
る。 （１）プロセス制御手段の機能診断 プロセス制御手段とは、制御ループを制御するものであ
る。

【０００５】このプロセス制御手段の機能診断方法に
は、比例、積分、微分（以下、ＰＩＤと称する）パラメ
ータを確認すること、ＰＩＤ制御特性を確認すること、
プロセス制御手段を交換すること、の３つの方法があ
る。

【０００６】まず、プロセス制御手段の機能診断の第１
の方法である、ＰＩＤパラメータの確認の方法について
説明する。

【０００７】図７は、ＰＩＤパラメータの調整方法の一
例を示す制御系統図である。

【０００８】ＰＩＤパラメータとは、制御演算の一つで
あるＰＩＤ演算を行うのに必要なパラメータのことであ
る。以下に、ＰＩＤ演算、およびＰＩＤパラメータにつ
いて説明する。

【０００９】図７において、ＳＶ値１は、setting valu
eの略であり、当該制御系が目標とする制御量である。
ＰＶ値２は、process valueの略であり、当該制御系の
プロセス量である。ＭＶ値３は、manipulated valueの
略であり、制御系において、ＰＶ値２を制御するために
操作弁４に加える量である。これらＳＶ値１、ＰＶ値
２、ＭＶ値３は、ＰＩＤ演算を行うのに必要なパラメー
タであり、ＰＩＤパラメータと呼ばれる。

【００１０】演算部５は、ＰＩＤ演算式６を備えてい
る。ＰＩＤ演算式６は、ＳＶ値１とＰＶ値２との偏差に
比例する出力を出す比例動作（Ｐ動作）と、前記偏差の
積分に比例する出力を出す積分動作（Ｉ動作）と、前記
偏差の微分に比例する出力を出す微分動作（Ｄ動作）と
の和で表される演算式である。

【００１１】以下に、このようなＰＩＤパラメータの確
認方法の一例について説明する。

【００１２】配管７上の導圧管８の先に設置した流量検
出器９が検出したＰＶ値２と、あらかじめ設定してある
ＳＶ値１との偏差（ＳＶ値−ＰＶ値）を、プロセス制御
手段１０内に設けた演算部５のＰＩＤ演算式６に入力す
ることで、操作出力であるＭＶ値３を算出することがで
きる。

【００１３】次に、このように算出されたＭＶ値３の確
認方法について述べる。

【００１４】図８は、ＭＶ値３が正しく出力されている
ことを確認する方法の一例を示す制御系統図である。図
８は、図７に示す制御系統図に、ＭＶ値３が出力される
端子１１上に電流計１２を付加した構成となっている。

【００１５】ＭＶ値３は、４〜２０ｍＡの範囲における
直流電流（または１〜５ＶＤＣ）で出力される。このた
め、ＭＶ値３が出力される端子上に電流計１２を設置
し、０〜１００％の範囲で表示されるＭＶ値３と、電流
値が一致（０〜１００％が４〜２０ｍＡに対応している
こと）していることを電流計１２により確認することに
より、ＭＶ値３が正しく出力されていることがわかる。

【００１６】このようにして、ＰＩＤパラメータを確認
することができる。

【００１７】次に、プロセス制御手段１０の機能を診断
する第２の方法であるＰＩＤ制御特性の確認の方法につ
いて説明する。

【００１８】図９は、ＰＩＤ制御特性の確認方法の一例
を示す制御系統図である。図９は、図７に比べて、ＭＶ
値３をＰＶ入力端子１１に直接入力している点が唯一異
なる点である。

【００１９】このように、ＭＶ値３を、プロセスの制御
量を入力しているＰＶ入力端子１１に入力（フィ−ドバ
ック）した後に、ＳＶ値１を変更して、ＰＶ値２がＳＶ
値１に追従することを確認する。

【００２０】これにより、ＰＩＤ制御が正しくなされて
いることを確認する事ができる。

【００２１】先に説明したＰＩＤパラメータの確認、Ｐ
ＩＤ制御特性の確認においても制御系の不安定要素の原
因が解らない時は、プロセス制御手段１０を予備のもの
に交換する。プロセス制御手段１０の交換の後に、上記
の手法により再度プロセス制御手段１０の機能診断を行
ない、制御系の不安定要素の原因を解明することができ
る。

【００２２】以上のような３つの方法によって、プロセ
ス制御手段１０の機能診断を行う事ができる。 （２）流量検出器の機能診断 流量検出器９の機能診断方法には、プロセスの操業条件
による要因の確認、導圧管８の異常による要因の確認、
計装側の条件による要因の確認の３つの方法がある。以
下、それぞれの確認方法について説明する。

【００２３】まず、プロセスの操業条件による要因の確
認は、関連するプロセス情報に異常が見られないかどう
かをチェックして、測定範囲を越えた差圧が加わってな
いかを確認する。

【００２４】次に、図７を用いて、導圧管８の異常によ
る要因の確認の方法を説明する。流量検出器９の出力信
号を確認することにより、導圧管８の漏れ、詰まりがな
いかを確認する。

【００２５】最後に、計装側の条件による要因の確認
は、図７における流量検出器９において、誤配管、電源
異常、回路構成上の異常がないか確認する。

【００２６】以上のようにして流量検出器９の機能診断
を行なうことができる。 （３）操作弁の機能診断 操作弁４の機能診断は、プロセス制御手段１０をマニュ
アルモードにして、任意のＭＶ値３を操作弁４に送り、
その結果操作弁４の弁開度が、指定の弁開度になるかを
確認することにより行われる。 （４）制御方法の検討 上記（１）〜（３）の機能診断をもってしても制御ルー
プの不安定要素の原因が解明できないときは、制御ルー
プの機器構成の再検討を行なう。

【００２７】以上述べたような４つの方法によって、制
御ループの不安定要素の解明を行なっている。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のプロセス計測制御システム保守点検装置で、
制御ループの不安定要素の解明を行なう場合には、次の
ような問題がある。以下に、前述した４つの項目毎にそ
の問題点を詳述する。 （１）プロセス制御手段の機能診断 プロセス制御手段１０の機能診断方法には、更に、ＰＩ
Ｄパラメータの確認、ＰＩＤ制御特性の確認、プロセス
制御手段の交換の３つの方法があるので、それぞれにつ
いての問題を説明する。

【００２９】まず、ＰＩＤパラメータの確認について
は、制御系が安定するまで作業員がマニュアルで各パラ
メータ毎に調整する必要がある。そのため、制御系が安
定するまでに時間がかかり、かつその判断は作業者の経
験によるところが多いという問題がある。また、ＰＩＤ
パラメータの確認の中でも、ＭＶ値３の確認について
は、図８に示すように、ＭＶ値３の出力端子に電流計１
２を接続する作業があるため、接続作業に時間がかか
り、制御系を一旦止めなければならないという問題があ
る。

【００３０】ＰＩＤ制御特性の確認については、図９に
示すように、ＭＶ値３をＰＶ入力端子１１に直接接続さ
せる作業がある。そのため接続作業に時間がかかり、制
御系を一旦止めなければならないという問題がある。

【００３１】プロセス制御手段１０の交換については、
交換作業に時間がかかり、制御を一時中断しなければな
らないという問題がある。 （２）流量検出器の機能診断 流量検出器９の機能診断方法には、プロセスの操業条件
による要因の確認、導圧管８の異常による要因の確認、
計装側の条件による要因の確認の３つの方法がある。

【００３２】まず、プロセスの操業条件による要因の確
認については、プロセス操業条件の異常を、直接該当の
プロセス量を検出することができない。したがって、そ
の異常を関連するプロセス量から間接的に確認するしか
なく、その結果、微妙な変化や異常を確認することがで
きないという問題がある。

【００３３】また、導圧管８の異常による要因を確認に
ついては、仮に異常を確認することができても、その原
因が微小な空気漏れによるものなのか、ごみ詰まりによ
るものなのか等を特定するのが難しい。即ち、当該異常
がプロセスの外乱による変動なのか、流量検出器９の異
常なのかを見分けるのが困難という問題がある。

【００３４】また、計装側の条件による要因の確認につ
いては、流量検出器９の誤配管、電源異常、回路構成の
異常といった広範囲に亘っての確認が必要となるため、
作業が大掛かりになり、非常に時間がかかるという問題
がある。 （３）操作弁の機能診断 操作弁４の機能診断を行なう場合には、プロセス制御手
段１０のＭＶ値３の健全性の確認をした後に、操作弁４
の試験をしなければならない。そのため、制御系を一旦
止めなければならず、セッティングに時間がかかるとい
う問題がある。 （４）制御方法の検討 上記（１）から（３）の機能診断をもってしても不安定
要素の原因が分からないときは、制御ループの機器構成
の再検討を行う。しかしながら、機器構成の再検討とし
て具体的に何を検討するのか絞り込む事は難しく、ま
た、外乱要素が複数ある場合においては、どの外乱要素
に対してどの程度のプロセス操作をするかの判断も難か
しいという問題がある。

【００３５】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、制御性の確認試験を、配管、配線等を変更
することなく、かつ制御系を止めずに短時間で試験する
ことが可能となり、しかも、これら確認試験を、現場ま
たは中央制御室のいずれの場所からでも一人の作業員で
実施することが可能となり、もって、保守点検作業の大
幅な効率化を実現することができるプロセス計測制御シ
ステム保守点検装置を提供することを目的とする。

【００３６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、以下のような手段を講じる。

【００３７】すなわち、請求項１の発明では、配管内に
設けられ、配管内を流れる流体の流量を調節する弁と、
流体のプロセス量を測定する測定手段とを構成要素とし
て備えた制御ループの健全性を評価するプロセス計測制
御システムの保守点検を行う装置において、プロセス量
測定手段により測定されたプロセス量に基づいて制御演
算を行ない、この演算結果に基づいて構成要素を操作す
ることにより制御ループを制御する制御手段と、構成要
素の機能診断を行う可搬式の診断手段と、配管上の任意
の位置に一時的に設置することが可能な、配管内の流体
の流量を測定する流量測定手段とを備え、制御手段と、
診断手段と、流量測定手段とに、それぞれ無線による送
受信機能を持たせて互いに信号の送受信を行うように
し、診断手段は、流量測定手段及び制御手段が送信する
流量信号及びプロセス量信号を受信し、流量信号及びプ
ロセス量信号に基づいて構成要素または制御手段の機能
診断を行う。

【００３８】従って、請求項１の発明のプロセス計測制
御システム保守点検装置においては、従来、個々の計器
毎に試験を行なっていた定期検査におけるループ構成機
器の健全性の確認検査を、同時かつ短時間で実施するこ
とができる。更に、これら試験は、可搬式のプロセス診
断手段によって、一人の作業員により、現場または中央
制御室のいずれの場所からでも実施することができる。

【００３９】その結果、保守点検作業の大幅な効率化が
可能となる。

【００４０】請求項２の発明では、請求項１の発明のプ
ロセス計測制御システム保守点検装置において、プロセ
ス量測定手段の測定するプロセス量が配管内の流体の流
量であって、プロセス量測定手段の機能診断を行なう場
合、プロセス量測定手段の設置場所の近傍の配管上に流
量測定手段を配置し、制御手段は、プロセス量測定手段
により測定された流量を取得するとともに無線により診
断手段に送信し、流量測定手段は、測定した流量を無線
により診断手段に送信し、診断手段は、プロセス量測定
手段により測定された流量と、流量測定手段により測定
された流量とを比較検討する。

【００４１】従って、請求項２の発明のプロセス計測制
御システム保守点検装置においては、従来、プロセス制
御手段の制御性の確認をするためには、制御系を一旦止
めてから試験用の配線をしていたが、本発明により、配
線変更なしで制御系を止めずに試験をすることができ
る。

【００４２】また、従来、流量検出器の流量は、直接遅
れ時間無しで測定することはできず、関連するプロセス
量から判断するしか無かったが、本発明により、直接該
当部の流量を配線、配管加工無しで測定可能になり、微
妙な流量変動、外乱の診断ができる。更に、従来、別々
に実施していた制御性、流量検出器の確認を同時かつ短
時間で試験することができる。これら試験は一人の作業
員により、現場または中央制御室のいずれの場所からで
も実施できる。

【００４３】その結果、制御ループの保守点検の大幅な
効率化が可能となる。

【００４４】請求項３の発明では、請求項１の発明のプ
ロセス計測制御システム保守点検装置において、制御手
段は、プロセス量測定手段により取得されたプロセス量
を無線により診断手段に送信し、診断手段は、送信され
たプロセス量に基づいて制御手段が行なう制御演算と同
じ制御演算を行ない、この演算結果と制御手段により行
なわれた演算結果とを比較する。

【００４５】従って、請求項３の発明のプロセス計測制
御システム保守点検装置においては、従来、プロセス制
御手段の制御性の確認をするためには、制御系を一旦止
めてから試験用の配線をしていたが、本発明により、配
線変更をせずに、かつ制御系を止めずに試験をすること
ができる。

【００４６】また、従来、流量検出器の流量は、直接遅
れ時間無しで測定することはできず、関連するプロセス
量から判断するしか無かったが、本発明により、直接該
当部の流量を配線、配管加工無しで測定可能になり、微
妙な流量変動、外乱の診断ができる。更に、従来、別々
に実施していた制御性、流量検出器の確認を同時かつ短
時間で試験することができる。これら試験は一人の作業
員により、現場または中央制御室のいずれの場所からで
も実施できる。

【００４７】その結果、制御ループの保守点検の大幅な
効率化が可能となる。

【００４８】請求項４の発明では、請求項１の発明のプ
ロセス計測制御システム保守点検装置において、制御ル
ープに不安定が生じた場合、制御ループにおける配管上
の、不安定が発生したと考えられる位置の近傍と、プロ
セス量測定手段の設置場所の近傍とに流量測定手段をそ
れぞれ配置し、各流量測定手段は、測定した流量を無線
により診断手段に送信し、診断手段は、送信された流量
に基づいて制御ループの不安定要素の診断を行う。

【００４９】従って、請求項４の発明のプロセス計測制
御システム保守点検装置においては、従来、検出できな
かった外乱要素の変動を配線、配管加工無しで測定する
ことができる。また、本試験は一人の作業員により、現
場または中央制御室のいずれの場所からでも実施でき
る。

【００５０】その結果、制御ループの保守点検の大幅な
効率化が可能となる。

【００５１】請求項５の発明では、請求項１の発明のプ
ロセス計測制御システム保守点検装置において、診断手
段は、配管上の弁の開度を選定し、弁開度を制御手段に
送信し、制御手段は、弁開度に基づいて弁を開閉操作
し、流量測定手段は、弁の開閉操作がなされた状態にお
いて測定された流量を無線により診断手段に送信し、診
断手段は、弁開度と流量との関係を比較することにより
弁の開閉操作の機能診断を行う。

【００５２】従って、請求項５の発明のプロセス計測制
御システム保守点検装置においては、従来、コントロー
ラの操作出力の確認をするためには、制御系を一旦止め
てから試験用の配線をしていたが、本発明により配線変
更なしで制御系を止めずに試験を行うことができる。ま
た、本試験は一人の作業員により、現場または中央制御
室のいずれの場所からでも実施できる。

【００５３】その結果、制御ループの保守点検の大幅な
効率化が可能となる。

【００５４】請求項６の発明では、請求項１の発明のプ
ロセス計測制御システム保守点検装置において、制御ル
ープに不安定が生じた場合、制御ループにおける配管上
の、不安定が発生したと考えられる位置の近傍に流量測
定手段を配置し、流量測定手段は、測定した流量を無線
により診断手段に送信し、診断手段は、不安定を収束さ
せるのに適した制御方式を選択するとともに、制御方式
に基づく制御演算を行なって、不安定を収束するプロセ
ス操作量を算出し、プロセス操作量を無線により制御手
段に送信し、制御手段は、プロセス操作量に基づいて構
成要素を操作する。

【００５５】従って、請求項６の発明のプロセス計測制
御システム保守点検装置においては、従来、プロセスの
大幅な改造をしないと実現不可能であった外乱要素に対
応した制御方式を、配管や配線の加工をすることなく簡
単に実施できる。また、本試験は一人の作業員により、
現場または中央制御室のいずれの場所からでも実施でき
る。

【００５６】その結果、制御ループの保守点検の大幅な
効率化が可能となる。

【００５７】請求項７の発明では、請求項６の発明のプ
ロセス計測制御システム保守点検装置において、診断手
段は、制御方式を無線により制御手段に送信し、制御手
段は、制御方式を記憶し、記憶した制御方式に基づいて
構成要素を操作する。

【００５８】従って、請求項７の発明のプロセス計測制
御システム保守点検装置においては、従来、プロセスの
大幅な改造をしないと実現不可能であった外乱要素に対
応した制御を、配管や配線の加工をすることなく簡単に
実施できる。また、本試験は一人の作業員により、現場
または中央制御室のいずれの場所からでも実施できる。

【００５９】その結果、制御ループの保守点検の大幅な
効率化が可能となる。

【００６０】請求項８の発明では、請求項１の発明のプ
ロセス計測制御システム保守点検装置において、診断手
段が、任意のプロセス操作量を無線により制御手段に送
信し、制御手段が、送信されたプロセス操作量に基づい
て構成要素を操作した後に、流量測定手段は、構成要素
の操作がなされた状態における流量の測定を行い、この
測定した流量を無線により診断手段に送信し、診断手段
が、プロセス操作量を加えた事により変動した流量と、
制御演算用のＰＩＤパラメータとを算出し、更に前記Ｐ
ＩＤパラメータを用いて制御演算を行い、この演算結果
を新たなプロセス操作量として無線により制御手段に送
信する第１の工程と、制御手段が、診断手段により送信
されたプロセス操作量に基づいて構成要素を操作する第
２の工程とを繰り返す事により、最適のＰＩＤパラメー
タを決定する。

【００６１】従って、請求項８の発明のプロセス計測制
御システム保守点検装置においては、ＰＩＤパラメータ
の自動調整ができる。その結果、制御ループをより安定
に制御することが可能となる。

【００６２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて図面を参照しながら説明する。

【００６３】なお、以下の各実施の形態の説明に用いる
図中の符号は、図７乃至図９と同一部分については同一
符号を付して示すことにする。

【００６４】（第１の実施の形態）本発明の第１の実施
の形態を図１と図２とを用いて説明する。

【００６５】図１は、本実施の形態にかかるプロセス計
測制御システム保守点検装置の一例を示す流量制御系統
図である。

【００６６】図２は、本実施の形態にかかるプロセス計
測制御システム保守点検装置におけるＰＩＤパラメータ
の算出方法を示す図である。

【００６７】すなわち、図１に示す本実施の形態にかか
るプロセス計測制御システム保守点検装置は、図７に示
す従来から用いられているプロセス計測制御システム保
守点検装置に、可搬式のプロセス診断手段１５、プロセ
ス制御手段情報送受信部１６、および前記配管７上の任
意の位置に一時的に設置することが可能で、配管７内の
流量を測定する超音波流量計１７と超音波流量計信号発
信器１８とからなる流量測定手段を付加した構成として
いる。

【００６８】なお、プロセス制御手段情報送受信部１６
は、取付け、取外しが可能であり、任意のプロセス制御
手段１０に取り付けることが可能である。これらを、図
１の斜線部で示す。これらは無線機能を備えており、無
線による相互データ通信が可能な構成となっている。

【００６９】以下に、本実施形態の構成の詳細について
説明する。 （１）超音波流量計信号発信器１８から、プロセス診断
手段１５、プロセス制御手段情報送受信部１６ヘの無線
通信 配管７内を流れる流体１９の流量を非接触で測定するた
めに、配管７に外付きできる可搬の超音波流量計１７に
より流量を検出する。このアナログ流量信号を、超音波
流量計信号発信器１８内に設けたＡ／Ｄ変換器２７がデ
ィジタル信号に変換した後に、変調器２８に入力する。
変調器２８では、前記ディジタル信号を変調した後に増
幅器２９に入力し、増幅器２９で増幅した後に、発信器
３０に入力する。この発信器３０は増幅器２９より受け
取った信号を無線信号３１としてプロセス診断手段１５
またはプロセス制御手段情報送受信部１６へ発信する。

【００７０】プロセス診断手段１５は、この無線信号３
１を受信器３２において受信し、受信器３２は受信した
信号を変調器３３に入力する。この変調器３３は信号を
変調後にシリアル−パラレル変換器３４に入力する。こ
のシリアル−パラレル変換器３４は信号を変換処理した
後にＣＰＵ３５に入力し、ＣＰＵ３５はＰＩＤ演算を行
う。

【００７１】一方、プロセス制御手段情報送受信部１６
は、超音波流量計信号発信器１８が発信した無線信号３
１を受信器３６により受ける。この受信器３６は受信し
た信号を変調器３７に入力し、変調器３７は信号を変調
した後にシリアル−パラレル変換器３８に入力する。こ
のシリアル−パラレル変換器３８は信号を変換処理した
後にプロセス制御手段１０内のＣＰＵ４０に入力する。
ＣＰＵ４０は受け取ったＰＩＤパラメータに基づいてＰ
ＩＤ演算を行う。 （２）プロセス制御手段情報送受信部１６からプロセス
診断手段１５への無線通信 プロセス制御手段１０のＰＶ値２を、プロセス制御手段
情報送受信部１６内のＡ／Ｄ変換器４１がディジタル信
号に変換した後にパラレル−シリアル変換器４２に入力
する。このパラレル−シリアル変換器４２が信号をシリ
アル信号に変換した後に変調器４３に入力し、変調器４
３はこの信号を信号処理した後に増幅器４４に入力す
る。この増幅器４４は信号を増幅した後に発信器４５に
入力し、発信器４５はこのようにして得られたＰＶ信号
を無線によって可搬式のプロセス診断手段１５へ送信す
る。

【００７２】また、プロセス制御手段１０のＭＶ値３
は、以下に示す方法によって可搬式のプロセス診断手段
１５へ送信がなされる。

【００７３】すなわち、プロセス制御手段１０のＰＶ値
２はＡ／Ｄ変換器４７にも取り込まれる。Ａ／Ｄ変換器
４７は、受け取ったＰＶ値２をディジタルＰＶ信号４８
に変換した後にＣＰＵ４０に入力する。ＣＰＵ４０は、
ディジタルＰＶ信号４８に基づいたＰＩＤ演算を行い、
ディジタルＭＶ信号４９をパラレル−シリアル変換器４
２に出力する。パラレル−シリアル変換器４２は、受け
取った信号のシリアル変換を行った信号を変調器４３に
入力する。

【００７４】変調器４３は、この信号を変調処理した後
に増幅器４４に入力し、増幅器４４は受け取った信号を
増幅した後に発信器４５に入力する。発信器４５はこの
ようにして得られたＭＶ信号を、無線によって可搬式の
プロセス診断手段１５へ送信する。

【００７５】プロセス診断手段１５の受信器３２は、こ
れら信号を受信した後に変調器３３に入力する。変調器
３３は、これら信号を信号処理した後にシリアル−パラ
レル変換器３４に入力し、シリアル−パラレル変換器３
４はこの信号を変換処理した後にＣＰＵ３５に入力す
る。ＣＰＵ３５は、受け取ったＰＩＤパラメータに基づ
いてＰＩＤ演算を行う。 （３）プロセス診断手段１５からプロセス制御手段情報
送受信部１６への無線通信 プロセス診断手段１５内のＣＰＵ３５がＰＩＤ演算して
算出したＭＶ値は、ＣＰＵ３５によりパラレル−シリア
ル変換器５０に入力され、パラレル−シリアル変換器５
０は信号変換を行う。このパラレル−シリアル変換器５
０は、変換した信号を変調器５１に入力し、変調器５１
はこの信号を変調処理した後に増幅器５２に入力する。

【００７６】増幅器５２は信号を増幅した後に、プロセ
ス診断手段１５内の発信器４５に入力し、発信器５３は
この信号を無線により、プロセス制御手段情報送受信部
１６の受信器３６へ送信する。この受信器３６は、受け
取った無線信号を変調器３７に入力し、変調器３７はこ
の信号を変調処理してシリアル−パラレル変換器３８に
入力する。

【００７７】シリアル−パラレル変換器３８は、受け取
った信号を変換処理した後にＤ／Ａ変換器３９に入力す
る。このＤ／Ａ変換器３９は、受け取った信号をＤ／Ａ
変換した後に電空変換器５４に入力し、電空変換器５４
はその信号に基づいて操作弁５５を作動する。

【００７８】次に、以上のように構成した本実施の形態
の作用について説明する。

【００７９】まず、第１の作用として、以上のように構
成した本実施の形態によれば、プロセス制御手段１０と
流量検出器９との同時診断が可能となる。以下にその詳
細について述べる。

【００８０】プロセス制御手段１０から、ディジタルＰ
Ｖ信号４８とディジタルＭＶ信号４９とを、無線通信に
よりプロセス診断手段１５へ入力し、プロセス診断手段
１５のＣＰＵ３５において、プロセス制御手段１０が行
うＰＩＤ演算と同じＰＩＤ演算を行うことができる。

【００８１】これによって、プロセス制御手段１０の機
能に問題が無いかを確認することが可能となる。

【００８２】また、無線通信により超音波流量計１７が
測定した流量信号を無線信号３１として、プロセス診断
手段１５に入力する。一方、流量検出器９が測定した流
量信号であるＰＶ値２も、前述したようにプロセス制御
手段情報送受信部１６からプロセス診断手段１５に無線
により入力する。

【００８３】そして、プロセス診断手段１５において、
上記両信号の差分を計算し、この差分によって、流量検
出器９の機能に問題が無いかを確認することが可能とな
る。

【００８４】次に、第２の作用として、ＰＩＤパラメー
タを自動調整することが可能となる。以下にその詳細に
ついて図１と図２とを用いて述べる。

【００８５】プロセス診断手段１５からプロセス制御手
段情報送受信部１６への無線通信機能により、プロセス
診断手段１５から、図２に示すような模擬のＭＶ値であ
るＭＶｐをプロセス制御手段情報送受信部１６へ過渡的
に出力する。

【００８６】模擬ＭＶ値ＭＶｐに基づいて、プロセス制
御手段１０のＣＰＵ４０で演算されたＰＶ値２の時間変
化結果を、プロセス制御手段情報送受信部１６から再び
プロセス診断手段１５に送信することによって、図２に
示すように、過渡応答曲線６２を作成し、むだ時間Ｌ、
時定数Ｔを決定する。

【００８７】更に、プロセスゲインＫｐ（＝ＰＶｐ／Ｍ
Ｖｐ）、比例ゲインＰ（＝８３Ｋｐ×Ｌ／Ｔ）、積分時
間Ｉ（＝２Ｌ）、微分時間Ｄ（＝０．５Ｌ）を算出した
後、プロセス診断手段１５内のメモリ５６に登録されて
いるＰＩＤ制御演算モジュ−ルに定めたＰＩＤパラメー
タを更新する。

【００８８】そして、プロセス制御手段１０のＣＰＵ４
０が演算に用いたＳＶ値、ＰＶ値２と、前記更新したＰ
ＩＤパラメータにより、プロセス診断手段１５のＣＰＵ
３５でＭＶ値３を演算し、このＭＶ値３を無線通信によ
ってプロセス制御手段情報送受信部１６へ送信し、プロ
セス制御手段情報送受信部１６を介して電空変換器５４
へ出力し、操作弁５５を操作する。

【００８９】その後、前述したように、流量検出器９の
ＰＶ値２と、超音波流量計１７の無線信号３１との差分
が小さくなったことを確認することにより、プロセス制
御手段１０の制御特性が改善されたことを確認すること
ができる。

【００９０】このようにしてＰＩＤパラメータを自動調
整することが可能となる。

【００９１】更に、第３の作用として、ＭＶ値３を確認
することが可能となる。以下にその詳細について図１を
用いて述べる。

【００９２】プロセス診断手段１５のＣＰＵ３５から、
試験対象とする操作弁５５のＭＶ値に対応する弁開度
（例；０、４０、６０、８０、１００％）を、プロセス
制御手段情報送受信部１６へ無線通信する。これによっ
て、プロセス制御手段１０は、電空変換器５４を介し
て、操作弁５５を所望の弁開度に制御する。

【００９３】流量検出器９あるいは超音波流量計１７
は、弁開度を上記のように変化させた状態において測定
した流量を、前述した無線通信を介してプロセス診断手
段１５に送信する。このようにして、プロセス診断手段
１５では、加えたＭＶ値と、流量との相関関係を得るこ
とができる。

【００９４】従って、この相関関係を用いれば、流量測
定の結果を基にプロセスに加えたＭＶ値の値を確認する
ことが可能となる。

【００９５】更にまた、第４の作用として、定期検査時
における制御ループ上の構成機器の健全性を確認する事
が可能となる。以下にその詳細について図１を用いて述
べる。

【００９６】プロセス制御手段１０およびプロセス診断
手段１５は、超音波流量計１７の検出した流量を無線信
号３１として取り込み、おのおのＣＰＵ４０及びＣＰＵ
３５にてＰＩＤ演算を行う。

【００９７】以上の様に得られたＰＩＤ演算結果と、プ
ロセス診断手段１５内のメモリ５６に記録されている前
回検査デ−タとをＣＰＵ３５にて比較検討することで、
その精度、誤差を算出して機能の確認、評価を行うこと
ができる。

【００９８】このようにして、定期検査におけるプロセ
ス制御手段１０による超音波流量計１７の収集データと
前回検査データとを比較することによって、ループ構成
機器の健全性を確認することが可能となる。

【００９９】上述したように、本実施の形態のプロセス
計測制御システム保守点検装置においては、上記のよう
な作用により、従来では、プロセス制御手段の制御性の
確認をするために、制御系を一旦止めてから試験用の配
線をしていたものを、配線変更なしに、しかも制御系を
止めずに試験を行うことが可能となる。

【０１００】また、従来、流量検出器の流量は、直接遅
れ時間無しで測定することはできず、関連するプロセス
量から判断するしか無かったが、直接該当部の流量を配
線、配管加工無しで測定することが可能となり、微妙な
流量変動や、外乱の診断を行うことが可能になる。

【０１０１】さらに、今まで別々に実施していた制御
性、流量検出器の確認を同時かつ短時間で試験すること
が可能になり、これら試験を、可搬式のプロセス診断手
段によって、一人の作業員により、現場または中央制御
室のいずれの場所からでも実施することも可能となる。

【０１０２】また、定期検査におけるループ構成機器の
健全性の確認に関しては、従来、個々の計器毎に試験し
ていた検査を同時かつ短時間で実施することが可能とな
る。

【０１０３】以上の結果、保守点検作業の大幅な効率化
が可能となる。

【０１０４】（第２の実施の形態）本発明の第２の実施
の形態を図３と図４とを用いて説明する。

【０１０５】図３は、本実施の形態にかかるプロセス計
測制御システム保守点検装置の一例を示す流量制御系統
図である。

【０１０６】図４は、本実施の形態にかかるプロセス計
測制御システム保守点検装置のプロセス診断手段に登録
されている制御パターンの一例である。

【０１０７】なお、図３においては、図１と同一部分に
は同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる
部分についてのみ述べる。

【０１０８】すなわち、図３に示す本実施の形態にかか
るプロセス計測制御システム保守点検装置は、図１にお
ける超音波流量計１７の上流側で配管７を分岐し、この
分岐配管６９および７０上に超音波流量計７１および７
２を付加した構成としている。

【０１０９】さらに、この超音波流量計７１および７２
により測定された流量信号を、超音波流量計１７の場合
と同様に、発信器３０を有した超音波流量計信号発信器
１８に取り込み、無線による送信が可能な構成となって
いる。なお、超音波流量計信号発信器１８の構成は、図
１に記載したものと同一であるのでその説明は省略す
る。

【０１１０】次に、以上のように構成した本実施の形態
の作用について説明する。

【０１１１】まず、第１の作用として、外乱要素の検出
が可能となる。以下にその詳細について述べる。

【０１１２】図３に示すように、外乱要素と考えられる
配管７を分岐した分岐配管７９、７０上におのおの超音
波流量計７１、７２を設置して、制御対象であるＰＶ値
２の変化分である△Ｆ_１と、外乱要素と考えられる変化
分ΔＦ_２、△Ｆ_３を、各超音波流量計７１、７２の信号
を処理する超音波流量計信号発信器１８上の発信器３０
から、プロセス診断手段１５の受信器３２に、無線通信
により送信する。

【０１１３】そして、プロセス診断手段１５のＣＰＵ３
５において、互いの相関関係（△Ｆ _１＝Ｆ_２＋Ｆ_３）を
確認することで、プロセスの不安定要素が外乱によるも
のであることを判断することが可能となる。

【０１１４】次に、第２の作用として、制御ループの最
適制御が可能となる。以下にその詳細について図３と図
４を用いて述べる。

【０１１５】制御ループの最適制御方式の検討をするに
は、プロセス診断手段１５のメモリ５６に登録されてい
る制御パターンの中から、例えば図４に示すように、作
業員が該当プロセスに合った制御パターン７６を選択し
て、ＳＶ値Ｉ_１、各超音波流量計７１、７２の流量信号
であるＰＶ値Ｉ_２をプロセス診断手段１５に入力する。

【０１１６】プロセス診断手段１５に入力された超音波
流量計の上記流量信号は、図４に示すように、外乱差分
（Ｄ_ｎ＝△Ｆ_３−△Ｆ_２）を計算し、この値を外乱要素
点Ｉ _３から入力し、制御補正用演算式である静特性補償
演算（Ｄ_ｎ−Ｄ_ｎ−１）７９、および動特性補償演算
（（Ｔ_Ｐ−Ｔ_Ｄ）×Ｓ／（１＋Ｔ_Ｄ×Ｓ））８０に入力
することによりＭＶ値３を算出することができる。な
お、図４において、Ｋは外乱補償ゲイン、Ｔ_Ｐはプロセ
ス時定数、Ｔ_Ｄは外乱時定数、Ｓはラプラス演算子であ
る。

【０１１７】算出したＭＶ値Ｏ_１は、プロセス診断手段
１５側からプロセス制御手段情報送受信部１６の受信器
３６へ無線通信され、この信号はプロセス制御手段１０
を介して電空変換器５４に送られ、操作弁５５を制御す
る。

【０１１８】さらに、この制御パターンをプロセス診断
手段１５からプロセス制御手段情報送受信部１６へ無線
により送信し、変調器３７、シリアル−パラレル変換器
３８を経たディジタル信号をプロセス制御手段１０のメ
モリ５７に登録することで、プロセス制御手段１０の制
御方式を更新し、制御ループの最適制御が可能となる。

【０１１９】上述したように、本実施の形態のプロセス
計測制御システム保守点検装置においては、上記のよう
な作用により、従来では、プロセスの大幅な改造をしな
いと実現不可能であった外乱要素に対応した制御方式
を、配管、配線の加工をすることなく簡単に実現するこ
とが可能となる。また、可搬式のプロセス診断手段によ
って、一人の作業員のみにより、現場または中央制御室
のいずれの場所からでも実施することが可能となり、結
果として、保守点検作業の大幅な効率化が可能となる。

【０１２０】（第３の実施の形態）本発明の第３の実施
の形態を図５と図６とを用いて説明する。

【０１２１】図５は、本実施の形態にかかるプロセス計
測制御システム保守点検装置の一例を示す温度制御系統
図である。

【０１２２】図６は、本実施の形態にかかるプロセス計
測制御システム保守点検装置のプロセス診断手段に登録
されている制御パターンの一例である。

【０１２３】なお、図５においては、図１と同一部分に
は同一符号を付し、また、図６においては、図４と同一
機能については同一符号を付して、その説明を省略し異
なる部分についてのみ述べる。

【０１２４】図５では、配管８１内を流れる流体８２
を、熱交換器８３において蒸気８４からの熱により加熱
する。

【０１２５】流体８２の流量は、熱交換器８３手前の配
管８１上に配置した超音波流量計１７により測定する。
この測定結果は、図３で説明した機能と同様に、超音波
流量計信号発信器１８上の発信器３０から無線によっ
て、プロセス診断手段１５、あるいはプロセス制御手段
情報送受信部１６に送信する。

【０１２６】熱交換器８３を通過した後の流体８２の温
度は、熱交換器８３の下流の配管８１上に設置した温度
計８５により測定する。その結果は、ＰＶ値２としてプ
ロセス制御手段１０に入力する。

【０１２７】プロセス制御手段１０は、第１の実施の形
態で説明した通り、ＰＩＤ演算によってＭＶ値３を算出
し、その値を電空変換器５４に送信し、電空変換器５４
はその値に基づいて蒸気流量の操作弁５５を制御する。

【０１２８】次に、以上のように構成した本実施の形態
の作用について説明する。

【０１２９】図５に示す温度制御系統図において、配管
８１内を流れる流体８２の温度を、熱交換器８３に流入
する蒸気８４の流量を調節することで制御する場合、配
管８１内を流れる流体８２の流量変動により制御系が不
安定になる場合がある。

【０１３０】このような場合、図６に示すように、この
変動量をプロセス診断手段１５に無線入力して、作業員
が選択した制御パターン８６の外乱要素Ｉ_３として入力
することで、流量の変動によるＭＶ値Ｏ_１を算出するこ
とが可能となる。

【０１３１】このＭＶ値Ｏ_１を第１の実施の形態で説明
した方法にて、プロセス診断手段１５を介してプロセス
制御手段１０に送信して、プロセスを制御する。

【０１３２】上述したように、本実施の形態のプロセス
計測制御システム保守点検装置においては、上記のよう
な作用により、従来では、プロセスの大幅な改造をしな
いと実現不可能であった外乱要素に対応した制御方式
を、配管、配線の加工をすることなく簡単に実現するこ
とができる。

【０１３３】また、可搬式のプロセス診断手段によっ
て、一人の作業員のみにより、現場または中央制御室の
いずれの場所からでも実施することができ、その結果、
保守点検作業の大幅な効率化が可能となる。

【０１３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のプロセス
計測制御システム保守点検装置によれば、制御性の確認
試験を、配管、配線等を変更することなく、かつ制御系
を止めずに短時間で試験することができ、更にこれらの
確認試験を、現場または中央制御室のいずれの場所から
でも一人の作業員のみで実施することができる。

【０１３５】その結果、保守点検作業の大幅な効率化を
実現することができるプロセス計測制御システム保守点
検装置を実現することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態にかかるプロセス計測制御シ
ステム保守点検装置の一例を示す流量制御系統図。

【図２】第１の実施の形態にかかるプロセス計測制御シ
ステム保守点検装置におけるＰＩＤパラメータの算出方
法を示す図。

【図３】第２の実施の形態にかかるプロセス計測制御シ
ステム保守点検装置の一例を示す流量制御系統図。

【図４】第２の実施の形態にかかるプロセス計測制御シ
ステム保守点検装置のプロセス診断手段に登録されてい
る制御パターンの一例。

【図５】第３の実施の形態にかかるプロセス計測制御シ
ステム保守点検装置の一例を示す温度制御系統図。

【図６】第３の実施の形態にかかるプロセス計測制御シ
ステム保守点検装置のプロセス診断手段に登録されてい
る制御パターンの一例。

【図７】従来技術におけるＰＩＤパラメータの調整方法
の一例を示す制御系統図。

【図８】従来技術におけるＭＶ値を確認する方法の一例
を示す制御系統図。

【図９】従来技術におけるＰＩＤ制御特性を確認する方
法の一例を示す制御系統図。

【符号の説明】

１…ＳＶ値、 ２…ＰＶ値、 ３…ＭＶ値、 ４、５５…操作弁、 ５…演算部、 ６…ＰＩＤ演算式、 ７、８１…配管、 ８…導圧管、 ９…流量検出器、 １０…プロセス制御手段、 １１…ＰＶ入力端子、 １２…電流計、 １５…プロセス診断手段、 １６…プロセス制御手段情報送受信部、 １７、７１、７２…超音波流量計、 １８…超音波流量計信号発信器、 １９…流体、 ２７、４１，４７…Ａ／Ｄ変換器、 ２８、３３、３７、４３、５１…変調器、 ２９、４４、５２…増幅器、 ３０、４５、５３…発信器、 ３１…無線信号、 ３２、３６…受信器、 ３４、３８…シリアル−パラレル変換器、 ３５、４０…ＣＰＵ、 ３９…Ｄ／Ａ変換器、 ４２、５０…パラレル−シリアル変換器、 ４８…ディジタルＰＶ信号、 ４９…ディジタルＭＶ信号、 ５４…電空変換器、 ５６、５７…メモリ、 ６２…過渡応答曲線、 ６９、７０…分岐配管、 ７６、８６…制御パターン、 ７９…静特性補償、 ８０…動特性補償、 ８２…流体、 ８３…熱交換器、 ８４…蒸気、 ８５…温度計。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H004 GA27 GB01 HA02 HB01 HB02 JB19 KB02 KB04 KB06 MA36 MA42 MA43 MA53 MA54 MA55 5H223 AA01 AA15 BB01 CC01 CC08 DD03 DD07 EE06 EE30 5H307 AA01 BB01 EE02 FF02 FF15 HH12

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 配管内に設けられ、前記配管内を流れる
   流体の流量を調節する弁と、前記流体のプロセス量を測
   定するプロセス量測定手段とを構成要素として備えた制
   御ループの健全性を評価するプロセス計測制御システム
   の保守点検を行う装置において、前記プロセス量測定手
   段により測定されたプロセス量に基づいて制御演算を行
   ない、かつこの演算結果に基づいて前記構成要素を操作
   することにより前記制御ループを制御する制御手段と、
   前記構成要素の機能診断を行う可搬式の診断手段と、前
   記配管上の任意の位置に一時的に設置することが可能
   な、前記配管内の流体の流量を測定する流量測定手段と
   を備え、前記制御手段と、前記診断手段と、前記流量測
   定手段とに、それぞれ無線による送受信機能を持たせて
   互いに信号の送受信を行うようにし、前記診断手段は、
   前記流量測定手段及び前記制御手段が送信する流量信号
   及びプロセス量信号を受信し、前記流量信号及びプロセ
   ス量信号に基づいて前記構成要素または前記制御手段の
   機能診断を行うことにより、前記制御ループの健全性を
   評価することを特徴とするプロセス計測制御システム保
   守点検装置。
2. 【請求項２】 前記請求項１に記載のプロセス計測制御
   システム保守点検装置において、前記プロセス量測定手
   段の測定するプロセス量が前記配管内の流体の流量であ
   って、前記プロセス量測定手段の機能診断を行なう場
   合、前記プロセス量測定手段の設置場所の近傍の配管上
   に前記流量測定手段を配置し、前記制御手段は、前記プ
   ロセス量測定手段により測定された流量を取得するとと
   もに無線により前記診断手段に送信し、前記流量測定手
   段は、測定した流量を無線により前記診断手段に送信
   し、前記診断手段は、前記プロセス量測定手段により測
   定された流量と、前記流量測定手段により測定された流
   量とを比較検討する事により前記プロセス量測定手段の
   機能診断を行なうことを特徴とするプロセス計測制御シ
   ステム保守点検装置。
3. 【請求項３】 前記請求項１に記載のプロセス計測制御
   システム保守点検装置において、前記制御手段は、前記
   プロセス量測定手段により取得されたプロセス量を無線
   により前記診断手段に送信し、前記診断手段は、前記送
   信されたプロセス量に基づいて前記制御手段が行なう制
   御演算と同じ制御演算を行ない、この演算結果と前記制
   御手段により行なわった演算結果とを比較することによ
   り、前記制御手段の機能診断を行うことを特徴とするプ
   ロセス計測制御システム保守点検装置。
4. 【請求項４】 前記請求項１に記載のプロセス計測制御
   システム保守点検装置において、前記制御ループに不安
   定が生じた場合、前記制御ループにおける配管上の、前
   記不安定が発生したと考えられる位置の近傍と、前記プ
   ロセス量測定手段の設置場所の近傍とに前記流量測定手
   段をそれぞれ配置し、前記各流量測定手段は、測定した
   流量を無線により前記診断手段に送信し、前記診断手段
   は、前記送信された流量に基づいて前記制御ループの前
   記不安定要素の診断を行うことを特徴とするプロセス計
   測制御システム保守点検装置。
5. 【請求項５】 前記請求項１に記載のプロセス計測制御
   システム保守点検装置において、前記診断手段は、前記
   配管上の弁の開度を選定し、前記弁開度を前記制御手段
   に送信し、前記制御手段は、前記弁開度に基づいて前記
   弁を開閉操作し、前記流量測定手段は、前記開閉操作が
   なされた状態において測定された流量を無線により前記
   診断手段に送信し、前記診断手段は、前記弁開度と前記
   流量との関係を比較することにより前記弁の開閉操作の
   機能診断を行うことを特徴とするプロセス計測制御シス
   テム保守点検装置。
6. 【請求項６】 前記請求項１に記載のプロセス計測制御
   システム保守点検装置において、前記制御ループに不安
   定が生じた場合、前記制御ループにおける配管上の、前
   記不安定が発生したと考えられる位置の近傍に前記流量
   測定手段を配置し、前記流量測定手段は、測定した流量
   を無線により前記診断手段に送信し、前記診断手段は、
   前記不安定を収束させるのに適した制御方式を選択する
   とともに、前記制御方式に基づく制御演算を行なって、
   前記不安定を収束するプロセス操作量を算出し、前記プ
   ロセス操作量を無線により前記制御手段に送信し、前記
   制御手段は、前記プロセス操作量に基づいて前記構成要
   素を操作することを特徴とするプロセス計測制御システ
   ム保守点検装置。
7. 【請求項７】 前記請求項６に記載のプロセス計測制御
   システム保守点検装置において、前記診断手段は、前記
   制御方式を無線により前記制御手段に送信し、前記制御
   手段は、前記制御方式を記憶し、前記記憶した制御方式
   に基づいて前記構成要素を操作することを特徴とするプ
   ロセス計測制御システム保守点検装置。
8. 【請求項８】 前記請求項１に記載のプロセス計測制御
   システム保守点検装置において、前記診断手段が、任意
   のプロセス操作量を無線により前記制御手段に送信し、
   前記制御手段が、送信された前記プロセス操作量に基づ
   いて前記構成要素を操作した後に、前記流量測定手段
   は、前記構成要素の操作がなされた状態における流量の
   測定を行い、この測定した流量を無線により前記診断手
   段に送信し、前記診断手段が、前記プロセス操作量を加
   えた事により変動した流量と、制御演算用のＰＩＤパラ
   メータとを算出し、更に前記ＰＩＤパラメータを用いて
   制御演算を行い、この演算結果を新たなプロセス操作量
   として無線により前記制御手段に送信する第１の工程
   と、前記制御手段が、前記診断手段により送信された前
   記プロセス操作量に基づいて前記構成要素を操作する第
   ２の工程とを繰り返す事により、最適のＰＩＤパラメー
   タを決定するようにしたことを特徴とするプロセス計測
   制御システム保守点検装置。