JP2001027903A - 自動制御法 - Google Patents

自動制御法

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JP2001027903A
JP2001027903A JP2000161863A JP2000161863A JP2001027903A JP 2001027903 A JP2001027903 A JP 2001027903A JP 2000161863 A JP2000161863 A JP 2000161863A JP 2000161863 A JP2000161863 A JP 2000161863A JP 2001027903 A JP2001027903 A JP 2001027903A
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    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 制御量を初期値から最終値へと変化させ、こ
れら制御量の初期値及び最終値に基づいて調整量の目標
値を定めると共にパラメータに依存する伝達関数によっ
て調整量の値をその初期値から目標値へと接近させる化
学工業設備の自動制御法において、負荷変更や起動操作
に際して伝達関数のパラメータを算定するための時間を
要する多くの予備実験を極力回避できるようにする。 【解決手段】 制御対象設備内における制御量に関連す
る物理量変化を測定し、測定値を比較値と比較する。測
定値と比較値との偏差により伝達関数のパラメータを補
正する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、少なくとも１つの
制御量を初期値から最終値へと変化させ、これら制御量
の初期値及び最終値に基づいて調整量の目標値を定める
と共にパラメータに依存する伝達関数によって調整量の
値をその初期値から目標値へと接近させる化学工業設備
の自動制御法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、化学工業設備の運転は開ループや
閉ループの自動制御で行われるようになってきている。
深冷設備、例えば空気分離設備の負荷の自動制御に利用
されている自動化プログラムでは、単数又は複数の制御
量、例えば気体酸素又は窒素などの製品の量の増減が計
画されると、そのための調整量の目標値を算出し、これ
ら調整量に関連する調節器をランプ関数に従って調整し
て目標値に接近させる。これらの設備の複素動的挙動を
補償するために、調整量は遅延伝達関数、例えばＰ-Ｔ
１系又はＰＤ-Ｔ１系によって調整される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来、これらの伝達関
数のパラメータは理論的計算によっては依然として充分
正確に算定することができず、従って設備の操業開始に
際して包括的な予備実験により経験的に突き止める必要
があった。その際の問題点として、個々に異なる負荷調
整条件に対して別々の異なるパラメータを求めておくこ
ともしばしば不可欠であり、従って充分なパラメータ設
定を準備するには膨大な手間と時間が必要であった。し
かもこの場合、パラメータの精度、従って伝達関数の精
度が不充分であると、負荷調整の実行中に望ましくない
製品純度の低下を生じ、損失が多くなる不都合が起き
る。
【０００４】従って本発明の課題は、伝達関数のパラメ
ータを算定するための時間を要する多くの予備実験を極
力回避することのできる冒頭に指摘した種類の自動制御
法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、少なく
とも１つの制御量を初期値から最終値へと変化させ、こ
れら制御量の初期値及び最終値に基づいて調整量の目標
値を定めると共にパラメータに依存する伝達関数によっ
て調整量の値をその初期値から目標値へと接近させる化
学工業設備における自動制御法において、制御対象設備
内における前記制御量に関連する物理の変化を測定し、
この物理量変化の測定値を予め定められた比較値と比較
すると共に前記測定値と比較値との偏差によって前記伝
達関数の少なくとも１つのパラメータを補正することに
よって前述の予備実験の殆どを回避することができる。
【０００６】本発明による新規な方法では、制御量の変
更時に、調整量の新たな目標値への接近速度が過度に高
速又は過度に低速となっているか否かを確認するため
に、予め選択されたプロセス内の制御量の変化を測定し
て利用する。ここで、本発明で測定すべき物理量の変化
は、制御対象設備内で制御されるべき制御量に関連する
あらゆる物理量を対象とする。或る物理量変化の測定値
がそれに対応する所定の比較値に対して偏差を生じる
と、調整量の変更中に関連する一つ以上の伝達関数のパ
ラメータを上記偏差によって新たに算出し直して補正す
る。即ち、本発明による自動制御法では、依然として制
御プロセスが実行されつつある最中に、即ち制御量と調
整量がそれらの目標値に達するよりも前に、調整量導出
の時間的挙動を調整する。
【０００７】本発明の好適な態様においては、調整量の
目標値は物理量変化の測定値と比較値との偏差に拘わら
ず変化しないようにしている。即ち、この場合は導出目
標値の時間的挙動のみを調整し、換言すれば調整量の値
をその目標値に接近させる速度を調整するものであり、
目標値の導出終了後に得られる固定最終値を調整するも
のではない。
【０００８】物理量変化の測定と、測定値と比較値との
比較は、不連続的又は連続的に行うことができる。物理
量変化を連続的に測定し、場合によっては伝達関数のパ
ラメータも連続的に補正すると、設定された境界条件、
例えば空気分離設備の負荷変更時に製品純度を一層良好
に維持することができるので有利である。
【０００９】物理量変化の測定値と比較値との偏差によ
って伝達関数の時定数を補正することは望ましいことで
あり、またこれにより充分な効果を得ることができる。
【００１０】好ましくは、物理量変化の測定値と比較さ
れるべき比較値は予め固定値として設定する。但し、調
整量の値のそれまでの変更経過に依存した補正係数を比
較値に与えておくことも可能である。
【００１１】本発明による自動制御法によれば、伝達関
数の設定パラメータはもはや厳密に求める必要がなく、
簡単な幾つかの実験によって近似的に求めればよいだけ
となる。本発明においては、パラメータ算定に伴う実験
コストとそれから帰結する調整量導出の精度とを考慮に
入れて、或る大きさに至るまで伝達関数のパラメータの
値を設定することが好ましい。例えば、好ましくは係数
５を乗じた値に至るまで、特に好ましくは係数３を乗じ
た値に至るまで許容幅を与えてパラメータを設定する。
時定数は、例えば１００〜３００秒の範囲内の値に確定
すれば充分である。
【００１２】パラメータ値の大きさが既知である場合、
物理量変化の測定値の範囲をパラメータ値の範囲に反映
させるために簡単な数学的表現関数を利用することが好
ましい。この表現関数は、基本的に物理量変化の測定値
の変化が調整量導出の経過に補正的影響を持つように選
択する必要がある。この目的で線形方程式の表現関数を
選定することは好ましいことである。即ち、物理量変化
の測定値と比較値との偏差に対する伝達関数のパラメー
タの直線的依存関係を線形方程式にして利用することが
好ましい。
【００１３】ファジィ論理による制御で伝達関数のパラ
メータへ測定された物理量変化をフィードバックするこ
とも好ましいことである。ファジィ論理では典型的には
特定値を厳密に守る必要がないので、伝達関数は比較的
曖昧に定めておくことができる。その結果、パラメータ
を算定し且つ伝達関数を定めるための時間コストを少な
くすることが可能となる。
【００１４】制御量の変更時に守るべき境界条件に関し
て、制御量の目標値を増加させる場合には、目標値を低
下させる場合の伝達関数とは別の伝達関数、即ち別のパ
ラメータを有する伝達関数を選択することが有利であ
る。
【００１５】本発明による自動制御法は、任意の化学工
業設備の開ループ及び・又は閉ループ制御におけるあら
ゆる種類のフィードフォワード制御又は外乱補償フィー
ドフォワード制御に適用することができる。
【００１６】本発明による自動制御法は、好ましくは深
冷空気分離設備の作動制御に利用される。この場合、制
御量は、例えば気体又は液体凝集状態における酸素、窒
素或いはアルゴンなどの単一又は複数の製品流の流量或
いは純度である。
【００１７】また、物理量変化の測定対象としては、設
備内各部のプロセス流の液面レベルや圧力、温度、流
量、或いは分析器で測定されたプロセス流又は製品流の
純度や濃度などの各種の物理量を用いることでき、実際
にこれらの物理量変化の測定で化学工業設備の負荷調整
を好適に自動制御可能であることが確認されている。
【００１８】本発明による自動制御法の有用性は、特に
化学工業設備の自動起動に際しても実証されている。本
発明によれば、化学工業設備の始動時に必要となるの
は、定常操業状態のための望ましい目標値、例えば製品
流量と製品純度を設定することだけであり、これだけの
設定で設備は自動的に安定に起動する。
【００１９】制御量の新たな最終値は有利には特定事象
又は特定制御値に基づいて算出される。例えば空気分解
設備の制御では、酸素製品タンク内の圧力、製品酸素の
負荷への引渡量及び／又はその時間依存性を監視するこ
とが好ましいが、これらの物理量は、瞬時製品酸素需要
と予想製品酸素需要を逆推論するのに利用でき、従って
空気分離設備の負荷上昇又は負荷低下のいずれかを自動
的に開始して設備動作の過度状態を自動制御するのに利
用することができる。
【００２０】化学工業設備の負荷調整は好ましくは準静
的に実施するのではなく、個々の制御量について異なる
変化勾配、アイドル時間及び／又は許容誤差を設定して
行うのがよい。
【００２１】物理量変化の測定値と比較値との偏差が過
度に大きい場合、この偏差を補償する外乱を一旦調整量
にフィードフォワードで与えることが好ましいことも実
証されている。
【００２２】本発明による自動制御法は、化学工業設
備、特に自動化深冷空気分離設備の操業開始時にかなり
の時間節約をもたらすことができ、これにより設備の操
業開始コストを実質的に低減可能である。更に、この新
規な自動制御法は自動化システムの制御品質を向上し、
化学工業プロセスの制御量の１つを変更する際に所要の
境界条件を確実に守ることができるので、例えば空気分
離設備の負荷変更時に製品純度の維持を保証することが
できると言う利点も有する。
【００２３】
【発明の実施の形態】本発明による自動制御法の好適な
実施の形態を図面と共に説明すれば、図１において、空
気分離設備１は自動負荷変更システム２によって制御さ
れ、この自動負荷変更システム２が制御システム３を介
して空気分離設備１のさまざまな構成要素に働きかける
ようになっている。自動負荷変更システム２には、その
入力端から特定の制御量のための新たな目標値４ａ〜４
ｃを設定することができる。これらの制御量としては、
例えば原料空気流量、気体製品酸素流量、液体製品窒素
流量などを用いることができる。
【００２４】自動負荷変更システム２は、その第１段５
において、入力された新たな目標値４ａ〜４ｃが相互に
適合しているか否か、即ち、新たな目標値のすべてが満
たされる安定状態が存在するか否かを点検する。新たな
目標値４ａ〜４ｃは、それらが空気分離法の物理的境界
条件に合致している場合、目標値６ａ〜６ｃとしてプロ
セスコンピュータ７に与えられる。合致していない場合
は、自動負荷変更システム２を操作する操作員に補正目
標値を提示し、操作員は別の新たな目標値４ａ〜４ｃを
入力するよう要請される。
【００２５】プロセスコンピュータ７は、制御量をそれ
らの初期値から希望する最終値へと徐々に変更するため
に、制御器８、９、１０を介して空気分離設備１内の各
調整部１１、１２、１３に働きかける。これらの変更
は、時間及びパラメータに依存した伝達関数に従ってそ
れぞれ推移する。負荷変更操作の間に、流量計１４及び
１６と分析器１５によって物理量変化、即ち、この場合
は原料空気流量、気体製品酸素流量、および高圧塔１７
のほぼ中間部における酸素含有量が連続的に測定され、
それらの測定値がプロセスコンピュータ７に送られる。
プロセスコンピュータ７は、これらの測定値をそれぞれ
に対応して予め設定されている比較値と比較し、比較結
果で偏差が生じている場合には偏差によって伝達関数の
パラメータを補正し、これらの処理を受けた後のパラメ
ータで制御器８、９、１０により調整部１１、１２、１
３を操作して各調整量をそれらの目標値に接近させる。
【００２６】例えば制御量としての酸素含有量について
着目すると、分析器１５によって高圧塔中間部における
酸素含有量が測定され、プロセスコンピュータ７内で所
定の比較値と比較される。高圧塔内の分析結果が過度に
高い酸素含有量を示す場合、制御量としての原料空気量
は、負荷の上昇時には一層ゆっくりと増加され、或いは
負荷の低下時には一層迅速に低減される。制御器９は、
このような制御量の変化に合わせて調整部１２である弁
の開閉を操作する。この場合、負荷変更操作の終了後の
定常状態時に到達すべき原料空気量の最終値は影響を受
けないことに注目すべきである。
【００２７】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明による自動
制御法によれば、伝達関数の設定パラメータはもはや厳
密に求める必要がなく、簡単な幾つかの実験によって近
似的に求めればよいだけとなる。従って本発明による自
動制御法は、化学工業設備、特に自動化深冷空気分離設
備の操業開始時にかなりの時間節約をもたらすことがで
き、これにより設備の操業開始コストを実質的に低減可
能である。更に、本発明による自動制御法は自動化シス
テムの制御品質を向上し、化学工業プロセスの制御量の
１つを変更する際に所要の境界条件を確実に守ることが
できるので、例えば空気分離設備の負荷変更時に製品純
度の維持を保証することができると言う利点も有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を空気分離設備の操業の自動制御に利用
した場合の主要系統の概略構成を示すブロック図であ
る。

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも１つの制御量を初期値から最
    終値へと変化させ、これら制御量の初期値及び最終値に
    基づいて調整量の目標値を定めると共にパラメータに依
    存する伝達関数によって調整量の値をその初期値から目
    標値へと接近させる化学工業設備における自動制御法に
    おいて、制御対象設備内における前記制御量に関連する
    物理量の変化を測定し、この物理量変化の測定値を予め
    定められた比較値と比較すると共に前記測定値と比較値
    との偏差によって前記伝達関数の少なくとも１つのパラ
    メータを補正することを特徴とする自動制御法。
  2. 【請求項２】 前記測定値と比較値との偏差の存在に拘
    わらず調整量の目標値を変化させないことを特徴とする
    請求項１に記載の自動制御法。
  3. 【請求項３】 前記測定値と比較値とを連続的に比較す
    ることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動制御
    法。
  4. 【請求項４】 前記偏差によって伝達関数の時定数を補
    正することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に
    記載の自動制御法。
  5. 【請求項５】 前記測定値を予め定められた固定の比較
    値と比較することを特徴とする請求項１〜４のいずれか
    １項に記載の自動制御法。
  6. 【請求項６】 前記測定値と比較値との偏差から数学的
    表現関数によって伝達関数のパラメータを算出すること
    を特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の自動
    制御法。
  7. 【請求項７】 伝達関数のパラメータと、前記測定値と
    比較値との間の偏差とを、ファジィ論理による制御系を
    介して結合したことを特徴とする請求項１〜６のいずれ
    か１項に記載の自動制御法。
  8. 【請求項８】 伝達関数のパラメータの大きさのみを予
    め設定することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１
    項に記載の自動制御法。
  9. 【請求項９】 制御量の増加時と制御量の減少時とで互
    いに別の伝達関数を選択することを特徴とする請求項１
    〜８のいずれか１項に記載の自動制御法。
  10. 【請求項１０】 フィードフォワード制御又は外乱補償
    フィードフォワード制御を適用したことを特徴とする請
    求項１〜９のいずれか１項に記載の自動制御法。
  11. 【請求項１１】 特に空気分離設備の負荷調整又は起動
    のための請求項１〜１０のいずれか１項に記載の自動制
    御法。
  12. 【請求項１２】 制御量が、気体及び／又は液体酸素及
    び／又は窒素及び／又はアルゴンの量であることを特徴
    とする請求項１１に記載の自動制御法。
  13. 【請求項１３】 液面レベル、圧力、温度、流量もしく
    は分析値のうちの少なくとも１つの量を前記物理量変化
    として測定することを特徴とする請求項１〜１２のいず
    れか１項に記載の自動制御法。
JP2000161863A 1999-06-01 2000-05-31 自動制御法 Abandoned JP2001027903A (ja)

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