JP2000298514A

JP2000298514A - プロセス制御装置

Info

Publication number: JP2000298514A
Application number: JP10532499A
Authority: JP
Inventors: Chie Sato; 千恵佐藤
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1999-04-13
Filing date: 1999-04-13
Publication date: 2000-10-24

Abstract

(57)【要約】【課題】監視されている情報に基づき制御を行うこと
が可能なプロセス制御装置を実現する。【解決手段】プロセス制御装置において、制御対象を
目標値に追従させる目標値追従制御手段と、制御対象の
閉ループ動作を安定させる閉ループ特性補償手段と、こ
の閉ループ特性補償手段で計算された操作量に基づきプ
ロセスの状態量である性状値を推定し目標値追従制御手
段及び閉ループ特性補償手段に帰還させる状態量推定手
段と、性状値を監視及び表示する監視手段とを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プロセス制御装置
に関し、特に監視機能と制御機能との統合が可能なプロ
セス制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のプロセス制御装置はプロセスの監
視のためにプラント機器やプロセスの状態量に関わる様
々な情報を適宜加工して表示すると共にオペレータは表
示された情報に基づき制御対象に対する操作量を推定し
て前記制御対象を操作する。

【０００３】図９はこのような従来のプロセス制御装置
の一例を示す構成ブロック図である。図９において１は
制御対象、２は製品の性状値を推定する積算性状推定手
段、３は監視手段、１００は操作量、１０１はプロセス
の状態量、１０２は制御量である。

【０００４】オペレータによって操作される操作量１０
０は制御対象１に入力され、制御対象１からのプロセス
の状態量１０１は監視手段３に接続されると共に積算性
状推定手段２に接続される。また、積算性状推定手段２
の出力は監視手段３に接続され、制御対象１からは制御
量１０２が出力される。

【０００５】ここで、図９に示す従来例の動作を説明す
る。制御対象１から得られるプロセスの状態量１０１は
監視手段３において表示手段等により表示されると共に
そのプロセスの状態量１０１に基づき積算性状推定手段
２において推定された製品の積算性状値が表示される。
そして、オペレータは表示された各情報に基づき制御対
象１に対する操作量１００を推定して前記制御対象１を
操作して必要な性状の制御量１０２を得る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、現状では制御
機能と監視機能とは互いに独立しているため表示される
製品の性状値等の情報と制御対象１に供給する操作量１
００は互いに直接的な関係がないと言った問題点があっ
た。

【０００７】例えば、監視手段３によって表示される製
品のプロセスの流量、温度、圧力及び組成等の状態量に
基づき得られた製品の性状値を変更する場合には、その
操作量１００は原料のフィード流量であり、個々の情報
の関連付けはオペレータの経験や知識に基づいてなされ
ている。言い換えれば、監視されている情報に基づき直
接的に操作量が制御されるのではないと言った課題があ
った。従って本発明が解決しようとする課題は、監視さ
れている情報に基づき制御を行うことが可能なプロセス
制御装置を実現することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】このような課題を達成す
るために、本発明のうち請求項１記載の発明は、プロセ
ス制御装置において、制御対象を目標値に追従させる目
標値追従制御手段と、前記制御対象の閉ループ動作を安
定させる閉ループ特性補償手段と、この閉ループ特性補
償手段で計算された操作量に基づきプロセスの状態量で
ある性状値を推定し前記目標値追従制御手段及び前記閉
ループ特性補償手段に帰還させる状態量推定手段と、前
記性状値を監視及び表示する監視手段とを備えたことに
より、監視されている情報に基づき制御を行うことが可
能になる。

【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明であるプロセス制御装置において、前記状態量推定手
段が、前記閉ループ特性補償手段で計算された操作量に
基づき瞬時性状値を推定し前記閉ループ特性補償手段に
前記瞬時性状値を帰還する瞬時性状推定手段と、この瞬
時性状推定手段の出力に基づき積算性状値を推定し前記
目標値追従制御手段及び前記閉ループ特性補償手段に前
記積算性状値を帰還する積算性状推定手段とから構成さ
れることにより、監視されている情報に基づき制御を行
うことが可能になる。

【００１０】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明であるプロセス制御装置において、前記状態量推定手
段が、前記制御対象から計測された瞬時性状値及び前記
閉ループ特性補償手段で計算された操作量に基づき積算
性状値を推定し前記目標値追従制御手段及び前記閉ルー
プ特性補償手段に前記積算性状値を帰還すると共に前記
瞬時性状値を前記閉ループ特性補償手段に帰還する積算
性状推定手段とから構成されることにより、監視されて
いる情報に基づき制御を行うことが可能になる。

【００１１】請求項４記載の発明は、請求項１記載の発
明であるプロセス制御装置において、前記状態量推定手
段が、前記制御対象から計測された瞬時性状値及び前記
閉ループ特性補償手段で計算された操作量に基づき積算
性状値を推定し前記目標値追従制御手段及び前記閉ルー
プ特性補償手段に前記積算性状値を帰還する積算性状推
定手段とから構成されることにより、監視されている情
報に基づき制御を行うことが可能になる。

【００１２】請求項５記載の発明は、請求項２乃至請求
項４記載の発明であるプロセス制御装置において、前記
監視手段において前記目標値に移動する前記瞬時性状値
若しくは前記積算性状値を移動させながら表示させるこ
とにより、性状値の変化を直感的に把握することが可能
になる。

【００１３】請求項６記載の発明は、請求項２乃至請求
項４記載の発明であるプロセス制御装置において、前記
監視手段において前記目標値に移動する前記瞬時性状値
若しくは前記積算性状値の移動軌跡を表示させることに
より、性状値の変化の過程が明確になる。

【００１４】請求項７記載の発明は、請求項２乃至請求
項４記載の発明であるプロセス制御装置において、前記
監視手段において前記目標値を点滅表示させることによ
り、設定された目標値を直感的に把握することが可能に
なる。

【００１５】請求項８記載の発明は、請求項２乃至請求
項４記載の発明であるプロセス制御装置において、前記
監視手段において前記目標値の表示色を変化させること
により、設定された目標値を直感的に把握することが可
能になる。

【００１６】請求項９記載の発明は、請求項２乃至請求
項４記載の発明であるプロセス制御装置において、前記
監視手段において前記目標値に前記瞬時性状値及び前記
積算性状値が追従した時点で前記目標値の点滅を停止
し、若しくは、点滅速度を変更することにより、目標値
への追従完了を直感的に把握することが可能になる。

【００１７】請求項１０記載の発明は、請求項２乃至請
求項４記載の発明であるプロセス制御装置において、前
記監視手段において前記目標値に前記瞬時性状値及び前
記積算性状値が追従した時点で前記目標値の表示色を変
更することにより、目標値への追従完了を直感的に把握
することが可能になる。

【００１８】請求項１１記載の発明は、請求項２乃至請
求項４記載の発明であるプロセス制御装置において、前
記目標値追従制御手段が、前記目標値として設定された
製品名を予め対応させた性状値に変換処理することによ
り、直感的に生産する製品の設定変更をすることが可能
になる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下本発明を図面を用いて詳細に
説明する。図１は本発明に係るプロセス制御装置の一実
施例を示す構成ブロック図である。図１において１は図
９と同一符号を付してあり、４は目標値追従制御手段、
５は閉ループ特性補償手段、６は瞬時性状推定手段、７
は積算性状推定手段、８は監視手段、１０３は目標値、
１０４は目標値追従制御手段４の出力値、１０５は制御
対象１に入力される操作量、１０６は製品出力、１０７
は瞬時性状値、１０８は積算性状値である。また、６及
び７は状態量推定手段５０を構成している。

【００２０】オペレータによって設定される目標値１０
３は目標値追従制御手段４の一方の入力及び監視手段８
の第１の入力に接続され、目標値追従制御手段４の出力
値１０４は閉ループ特性補償手段５の第１の入力に接続
される。

【００２１】閉ループ特性補償手段５の出力である操作
量１０５は制御対象１及び瞬時性状推定手段６に接続さ
れ、瞬時性状推定手段６の出力である瞬時性状値１０７
は閉ループ特性補償手段５の第２の入力、積算性状推定
手段７及び監視手段８の第２の入力に接続される。

【００２２】また、積算性状推定手段７の出力である積
算性状値１０８は目標値追従制御手段４の他方の入力、
閉ループ特性補償手段５の第３の入力及び監視手段８の
第３の入力に接続され、制御対象１からは製品出力１０
６が出力される。

【００２３】ここで、図１に示す実施例の動作を図２、
図３、図４及び図５を用いて説明する。図２、図４及び
図５は監視手段８の表示手段における表示画面の一例を
示す説明図、図３は実施例の動作を説明する説明図であ
る。

【００２４】監視手段８はプラントの機器やプロセスの
状態量に関わる様々な情報を適宜加工して表示手段（図
示せず。）に表示する。様々な情報としてはプロセスの
各種フィード流量、反応炉の温度、圧力及び濃度等のプ
ロセスの状態量や、組成及び除熱量等のプロセス状態量
を加工した値や、密度及びメルトインデクッス等のプロ
セスの状態量から計算された製品の性状に関する値があ
る。

【００２５】例えば、図２は監視手段８の表示手段にお
ける表示の一例であり、横軸に生産する製品性状のメル
トインデックス、縦軸に製品性状の密度を取ったグラフ
である。

【００２６】図２において制御対象１で生産可能な製品
の取り得る範囲は図２中”Ａ００１”に示し、図２中”
ＰＳ０１”、”ＰＳ０２”、”ＳＰ０３”及び”ＰＳ０
４”は生産されている主な製品の性状値を示している。
また、図２中”ＭＤ０１”は瞬時性状推定手段６で推定
された瞬時性状値１０７であり、図２中”ＩＤ０１”は
積算性状推定手段７で推定された積算性状値１０８であ
る。

【００２７】図２において瞬時性状値”ＭＤ０１”及び
積算性状値”ＩＤ０１”は図２中”ＰＳ０２”に示す製
品の性状値に一致しており、今現在図２中”ＰＳ０２”
に示す製品が生産されていることを示している。

【００２８】オペレータは監視手段８の表示された図２
に示すような表示画面を確認しながら生産したい製品を
生産する。

【００２９】ここで、図３中”Ｓ００１”に示すように
目標値追従制御手段４に目標値１０３が設定されると共
に図３中”Ｓ００６”に示すように監視手段８には目標
値が表示される。

【００３０】次に、目標値追従制御手段４は図３中”Ｓ
００２”に示すように設定された目標値に追従させるた
めの出力値１０４を計算して閉ループ特性補償手段５に
出力し、閉ループ特性補償手段５は制御対象１に入力す
る操作量１０５を計算して出力する。また、図３中”Ｓ
００３”に示すように操作量１０５が制御対象１に入力
されることにより出力製品１０６の性状が変化する。

【００３１】一方、図３中”Ｓ００４”において瞬時性
状推定手段６は操作量１０５に基づき瞬時性状値１０７
を推定し、図３中”Ｓ００５”において積算性状推定手
段７は瞬時性状値１０７に基づき積算性状値１０８を推
定する。

【００３２】瞬時性状推定手段６及び積算性状推定手段
７で推定された瞬時性状値１０７及び積算性状値１０８
は図３中”Ｓ００６”に示すように監視手段８に表示さ
れる。

【００３３】また、推定された瞬時性状値１０７及び積
算性状値１０８は閉ループ特性補償手段５に帰還されて
制御対象１に入力する操作量１０５の値が補償され、推
定された積算性状値１０８は目標値追従制御手段４に帰
還されて設定された目標値１０３の差分に基づき出力値
１０４が補正されて、生産される製品が設定した目標値
に追従して行くことになる。

【００３４】すなわち、監視手段３によって表示される
製品のプロセスの流量、温度、圧力及び組成等の状態量
に基づき得られた製品の性状値を変更する場合には、目
標値を変更したい製品の性状値に設定することにより、
原料のフィード流量等の操作量を考慮することなく制御
対象１を制御することができる。言い換えれば、監視さ
れている情報に基づき直接的に操作量を制御することが
可能になり、監視機能と制御機能との統合がなされる。

【００３５】例えば、図２に示す状態からオペレータが
図２中”ＰＳ０４”に示す製品の性状値（メルトインデ
ックスと密度）を目標値１０３として設定すると、図４
中”ＭＤ１１”に示す瞬時性状値は目標値である図４
中”ＰＳ０４”に示す製品の性状値に向かって移動を開
始すると共に図４中”ＩＤ１１”に示す積算性状値は目
標値である図４中”ＰＳ０４”に示す製品の性状値に向
かって瞬時性状値に遅れながら移動する。

【００３６】そして、図５に示すように瞬時性状値”Ｍ
Ｄ２１”及び積算性状値”ＩＤ２１”が図５中”ＰＳ０
４”に示す製品の性状値に一致した時点で図５中”ＰＳ
０４”に示す製品に生産の切り換えが変更完了しとこと
が確認される。この場合、オペレータは性状値の変化を
直感的に把握することが可能になる。

【００３７】この結果、制御対象１を目標値に追従させ
る目標値追従制御手段４及び制御対象１の閉ループ動作
を安定させる閉ループ特性補償手段５を設けると共に、
閉ループ特性補償手段５で計算された操作量に基づきプ
ロセスの状態量である性状値を推定する状態量推定手段
５０の出力を目標値追従制御手段４及び閉ループ特性補
償手段５に帰還させることにより、監視されている情報
に基づき制御を行うことが可能になる。

【００３８】また、図６は本発明に係るプロセス制御装
置の他の実施例を示す構成ブロック図である。図６にお
いて１，４，５，１０３，１０４，１０５，１０６及び
１０８は図１と同一符号を付してあり、７ａは積算性状
推定手段、８ａは監視手段、１０９は制御対象１で計測
された瞬時性状値である。また、７ａは状態量推定手段
５０ａを構成している。

【００３９】オペレータによって設定される目標値１０
３は目標値追従制御手段４の一方の入力及び監視手段８
ａの第１の入力に接続され、目標値追従制御手段４の出
力値１０４は閉ループ特性補償手段５の第１の入力に接
続される。

【００４０】閉ループ特性補償手段５の出力である操作
量１０５は制御対象１及び積算性状推定手段７ａの一方
の入力に接続され、制御対象１で計測された瞬時性状値
１０９は閉ループ特性補償手段５の第２の入力、積算性
状推定手段７ａの他方の入力及び監視手段８ａの第２の
入力に接続される。

【００４１】また、積算性状推定手段７ａの出力である
積算性状値１０８は目標値追従制御手段４の他方の入
力、閉ループ特性補償手段５の第３の入力及び監視手段
８ａの第３の入力に接続され、制御対象１からは製品出
力１０６が出力される。

【００４２】ここで、図６に示す実施例の動作を説明す
る。但し、図１に示す実施例と同様の部分に関しては説
明は省略する。積算性状推定手段７ａは制御対象１で実
際に計測された瞬時性状値１０９及び操作量１０５に基
づき積算性状値１０８を推定してその値を目標値追従制
御手段４及び閉ループ特性補償手段５に帰還し、また、
瞬時性状値１０９を閉ループ特性補償手段５に帰還する
ことにより、生産される製品が設定した目標値に追従し
て行くことになる。

【００４３】また、図７は本発明に係るプロセス制御装
置の他の実施例を示す構成ブロック図である。図６にお
いて１，４，５，７ａ，５０ａ，１０３，１０４，１０
５，１０６，１０８及び１０９は図６と同一符号を付し
てあり、８ｂは監視手段である。

【００４４】オペレータによって設定される目標値１０
３は目標値追従制御手段４の一方の入力及び監視手段８
ｂの第１の入力に接続され、目標値追従制御手段４の出
力値１０４は閉ループ特性補償手段５の一方の入力に接
続される。

【００４５】閉ループ特性補償手段５の出力である操作
量１０５は制御対象１及び積算性状推定手段７ａの一方
の入力に接続され、制御対象１で計測された瞬時性状値
１０９は積算性状推定手段７ａの他方の入力及び監視手
段８ｂの第２の入力に接続される。

【００４６】また、積算性状推定手段７ａの出力である
積算性状値１０８は目標値追従制御手段４の他方の入
力、閉ループ特性補償手段５の他方の入力及び監視手段
８ａの第３の入力に接続され、制御対象１からは製品出
力１０６が出力される。

【００４７】ここで、図７に示す実施例の動作を説明す
る。但し、図１に示す実施例と同様の部分に関しては説
明は省略する。積算性状推定手段７ａは制御対象１で実
際に計測された瞬時性状値１０９及び操作量１０５に基
づき積算性状値１０８を推定してその値を目標値追従制
御手段４及び閉ループ特性補償手段５に帰還することに
より、生産される製品が設定した目標値に追従して行く
ことになる。

【００４８】なお、図４及び図５の説明に際して目標値
を特に表示していなかったが、製品名等として表示手段
上に表示すれば良い。また、設定された目標値である図
４中”ＰＳ０４”に示す”×”を点滅させたり、その表
示色を変更することにより目標値を明示しても構わな
い。さらに、追従が完了した時点で図５中”ＰＳ０４”
に示す”×”の点滅を停止したり、点滅速度の変更、若
しくは、表示色の更なる変更により追従完了を明示して
も構わない。この場合には、設定された目標値及び追従
完了を直感的に把握することが可能になる。

【００４９】また、図４の説明に際しては図４中”ＭＤ
１１”及び”ＩＤ１１”に示す瞬時性状値及び積算性状
値を単純に移動させながら表示していたが、履歴表示を
付加して表示しても構わない。

【００５０】例えば、図８は監視手段８の表示手段にお
ける表示画面の一例を示す説明図であり、図８中”ＭＤ
３１”に示すように表示した瞬時性状値の表示を消さず
に残存させて表示させることにより、言い換えれば、瞬
時性状値の移動の軌跡を表示させることにより瞬時性状
値の変化の過程が明確になる。また、瞬時性状値のみな
らず積算性状値に関しても履歴表示を付加しても構わな
い。

【００５１】また、目標値追従制御手段４の入力である
目標値は図４中”ＰＳ０４”に示すような製品の性状値
（メルトインデックスと密度）であったが、直接製品名
を目標値追従制御手段４に入力して目標値追従制御手段
４で製品名に予め対応させた性状値に変換処理を行って
も構わない。この場合には、直感的に生産する製品の設
定変更をすることが可能になる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明によれば次のような効果がある。請求項１乃至請
求項４の発明によれば、制御対象を目標値に追従させる
目標値追従制御手段及び制御対象の閉ループ動作を安定
させる閉ループ特性補償手段を設けると共に、閉ループ
特性補償手段で計算された操作量に基づきプロセスの状
態量である性状値を推定する状態量推定手段の出力を目
標値追従制御手段及び閉ループ特性補償手段に帰還させ
ることにより、監視されている情報に基づき制御を行う
ことが可能になる。

【００５３】また、請求項５及び請求項６の発明によれ
ば、設定された目標値を点滅させたり、その表示色を変
更することにより、設定された目標値を直感的に把握す
ることが可能になる。

【００５４】また、請求項７及び請求項８の発明によれ
ば、目標値への追従が完了した時点で点滅を停止した
り、点滅速度の変更、若しくは、表示色の更なる変更に
より、目標値への追従完了を直感的に把握することが可
能になる。

【００５５】また、請求項９及び請求項１０の発明によ
れば、表示した性状値の表示を消さずに残存させて表示
させることにより、言い換えれば、性状値の移動の軌跡
を表示させることにより性状値の変化の過程が明確にな
る。

【００５６】また、請求項１１の発明によれば、目標値
として設定された製品名を予め対応させた性状値に変換
処理することにより、直感的に生産する製品の設定変更
をすることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るプロセス制御装置の一実施例を示
す構成ブロック図である。

【図２】監視手段の表示手段における表示画面の一例を
示す説明図である。

【図３】実施例の動作を説明する説明図である。

【図４】監視手段の表示手段における表示画面の一例を
示す説明図である。

【図５】監視手段の表示手段における表示画面の一例を
示す説明図である。

【図６】本発明に係るプロセス制御装置の他の実施例を
示す構成ブロック図である。

【図７】本発明に係るプロセス制御装置の他の実施例を
示す構成ブロック図である。

【図８】監視手段の表示手段における表示画面の一例を
示す説明図である。

【図９】従来のプロセス制御装置の一例を示す構成ブロ
ック図である。

【符号の説明】

１制御対象２積算性状推定手段３，８，８ａ，８ｂ監視手段４目標値追従制御手段５閉ループ特性補償手段６瞬時性状推定手段７，７ａ積算性状推定手段５０，５０ａ状態量推定手段１００，１０５操作量１０１状態量１０２，１０６製品出力１０３目標値１０４出力値１０７，１０９瞬時性状値１０８積算性状値

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プロセス制御装置において、制御対象を目標値に追従させる目標値追従制御手段と、前記制御対象の閉ループ動作を安定させる閉ループ特性
補償手段と、この閉ループ特性補償手段で計算された操作量に基づき
プロセスの状態量である性状値を推定し前記目標値追従
制御手段及び前記閉ループ特性補償手段に帰還させる状
態量推定手段と、前記性状値を監視及び表示する監視手段とを備えたこと
を特徴とするプロセス制御装置。
【請求項２】前記状態量推定手段が、前記閉ループ特性補償手段で計算された操作量に基づき
瞬時性状値を推定し前記閉ループ特性補償手段に前記瞬
時性状値を帰還する瞬時性状推定手段と、この瞬時性状推定手段の出力に基づき積算性状値を推定
し前記目標値追従制御手段及び前記閉ループ特性補償手
段に前記積算性状値を帰還する積算性状推定手段とから
構成されることを特徴とする請求項１記載のプロセス制
御装置。
【請求項３】前記状態量推定手段が、前記制御対象から計測された瞬時性状値及び前記閉ルー
プ特性補償手段で計算された操作量に基づき積算性状値
を推定し前記目標値追従制御手段及び前記閉ループ特性
補償手段に前記積算性状値を帰還すると共に前記瞬時性
状値を前記閉ループ特性補償手段に帰還する積算性状推
定手段とから構成されることを特徴とする請求項１記載
のプロセス制御装置。
【請求項４】前記状態量推定手段が、前記制御対象から計測された瞬時性状値及び前記閉ルー
プ特性補償手段で計算された操作量に基づき積算性状値
を推定し前記目標値追従制御手段及び前記閉ループ特性
補償手段に前記積算性状値を帰還する積算性状推定手段
とから構成されることを特徴とする請求項１記載のプロ
セス制御装置。
【請求項５】前記監視手段において前記目標値に移動す
る前記瞬時性状値若しくは前記積算性状値を移動させな
がら表示させることを特徴とする請求項２乃至請求項４
載のプロセス制御装置。
【請求項６】前記監視手段において前記目標値に移動す
る前記瞬時性状値若しくは前記積算性状値の移動軌跡を
表示させることを特徴とする請求項２乃至請求項４載の
プロセス制御装置。
【請求項７】前記監視手段において前記目標値を点滅表
示させることを特徴とする請求項２乃至請求項４載のプ
ロセス制御装置。
【請求項８】前記監視手段において前記目標値の表示色
を変化させることを特徴とする請求項２乃至請求項４載
のプロセス制御装置。
【請求項９】前記監視手段において前記目標値に前記瞬
時性状値及び前記積算性状値が追従した時点で前記目標
値の点滅を停止し、若しくは、点滅速度を変更すること
を特徴とする請求項２乃至請求項４載のプロセス制御装
置。
【請求項１０】前記監視手段において前記目標値に前記
瞬時性状値及び前記積算性状値が追従した時点で前記目
標値の表示色を変更することを特徴とする請求項２乃至
請求項４載のプロセス制御装置。
【請求項１１】前記目標値追従制御手段が、前記目標値として設定された製品名を予め対応させた性
状値に変換処理することを特徴とする請求項２乃至請求
項４載のプロセス制御装置。