JP2001242903A - 比例動作調節計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】マニュアルリセット量の調整を一定の条件下で
自動的に処理する比例動作調節計を提供する。 【解決手段】制御偏差XWに比例ゲインKpを乗算する比例
回路11と、この制御信号にマニュアルリセット量BAL を
付加して操作量MVを構成するマニュアルリセット回路26
と、マニュアルリセット量BAL を自動的に修正して制御
偏差ΔXWをゼロに補正する自動MV補正手段２と、を備
え、自動MV補正手段２は、Ｐ動作で制御系が第１定常状
態22a でオフセットΔXWがあることを検出すると制御動
作をＰＩ動作に切り換え、制御系の第２定常状態23a を
検出するとマニュアルリセット量BAL2を第２定常状態の
操作量MV2 と第１定常状態の操作量MV1 との差分だけBA
L1を補正し、積分回路24をリセットする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はオフセット量を自動
的に補正する手段を備える比例動作調節計に関わり、特
に、比例動作温度調節計に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術として、制御対象の操作量を連
続的に制御する調節計として、比例動作調節計（Ｐ動作
調節計),比例＋積分動作調節計（ＰＩ動作調節計),比例
＋積分＋微分動作調節計（ＰＩＤ動作調節計) などが一
般的に使用されている。Ｐ動作調節計は、オフセット量
が一般的には発生するので、オペレータが手動でマニュ
アルリセット量を操作・設定していた。特に、制御する
目標値の設定変更や制御対象のプロセス特性が変化した
ときなどでは、オフセット量が発生するので、その都度
マニュアルリセット量を操作している。

【０００３】この様な理由から、プロセス制御用調節計
は、ＰＩ動作調節計あるいはＰＩＤ動作調節計などの積
分動作を有する調節計が一般的に使用され、Ｐ動作調節
計は、無駄時間が極度に大きいとか、非線形要素が強い
などの理由で制御系の安定が取り難いなどの場合に比較
的限定的に用いられていた。しかし、積分動作を有する
ＰＩ、ＰＩＤ調節計は、制御系の安定を計るためには、
例えば、限界感度法などＰＩＤパラメータを制御対象の
特性に合わせる調整が必要であり、このための多少の専
門知識を必要としている。これらの調整は、一般的には
プラントの立ち上げ時に行われている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、炉の温度制御
などでは、制御対象の熱時定数が大きいので、高比例ゲ
インで制御の安定化を図ることができ、Ｐ動作調節計と
して使用しても、発生する最大オフセット量は比例ゲイ
ン分の１（即ち、比例帯）以下に納まる。この様な観点
と、安価に、簡便に制御系が構成できると言う点からＰ
動作調節計が比較的重宝されてきた。そして、発生する
オフセット量は必要によってオペレータによるマニュア
ルリセット量の調整で修正されてきた。

【０００５】また、積分動作を有するＰＩ、ＰＩＤ調節
計を用いた顧客からも、特に、バッチプロセスなど、炉
の温度制御の起動・停止を行ったとき、積分動作による
リセットワインドアップ現象によるオーバーシュート発
生（図４、操作量MVの飽和現象により、制御の起動時に
目標値SVよりΔX だけ制御量PVがオーバーシュートする
現象）の問題、あるいは、制御動作の動きが直観的でな
いので、専門知識を必要としないＰ動作調節計でマニュ
アルリセット量の調整を必要としないＰ動作調節計の開
発の要望がある。

【０００６】本発明は上記の点にかんがみてなされたも
のであり、その目的は前記した課題を解決して、マニュ
アルリセット量の調整を一定の条件下で自動的に処理す
る比例動作調節計を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題は本発明によれ
ば、比例動作調節計は、制御対象から制御量を入力し、
目標値設定手段の目標値と制御量とを比較して制御偏差
を形成し、この制御偏差に比例ゲインを乗算する比例回
路と、この比例回路の制御信号にマニュアルリセット量
を付加して操作量MVを構成するマニュアルリセット回路
と、調節計が比例動作運転しているとき、マニュアルリ
セット量を自動的に修正して制御偏差をゼロ方向に補正
する自動MV補正手段と、を備えて構成される。

【０００８】この自動MV補正手段は、調節計が比例動作
として運転しているとき, 制御が第１定常状態に入りオ
フセット量が予め定められた値以上にあることを検出す
る第１検出手段と、この第１検出手段によって起動し制
御信号を入力して予め設定された積分時間で積分動作を
する積分回路と、制御動作を比例＋積分動作に切り換え
て制御対象を制御しこの制御が第２定常状態に入りオフ
セット量がゼロに修正されたことを検出する第２検出手
段と、を備えて構成するものとする。

【０００９】かかる構成により、この第２検出手段によ
ってマニュアルリセット回路のマニュアルリセット量を
第２定常状態の操作量と第１定常状態の操作量との差分
だけ補正し、積分回路をリセットすることができる。こ
の結果、新たに設定されたマニュアルリセット量は、こ
の目標値で制御対象を運転するとき、制御対象に新たな
擾乱が発生しない限りオフセット量がゼロに近い状態で
制御を継続することができる。特に、制御がバッチプロ
セスなどにおいては、オフセット量の発生のない良好な
制御を繰り返し行うことができる。

【００１０】また、自動MV補正手段は、マニュアルリセ
ット回路に代わってアップダウンカウンタと、積分回路
に代わって積分時間を制御偏差に比例ゲインを乗算した
制御信号で除算した時間に比例する間隔でパルス信号を
出力するパルス発信回路と、このパルス信号を制御する
ゲート回路と、を備えて構成することができる。かかる
構成により、第１検出手段によって制御が第１定常状態
に入りオフセット量が予め定められた値以上にあると
き、パルス発信回路の出力をアップダウンカウンタに入
力して調節計の動作モードを比例＋積分動作にし、第２
検出手段によって制御が第２定常状態に入ったとき、パ
ルス発信回路の出力がアップダウンカウンタへの入力を
停止して調節計の動作モードを比例動作にすることがで
きる。この構成においては、調節計の動作モードが比例
動作から比例＋積分動作に変わり、さらに比例動作に戻
るとき、操作量に切り替わり時の衝撃を与えることなく
切り替えることができる。

【００１１】また、自動MV補正手段の動作を起動させな
い選択手段を備えることができる。かかる構成により、
選択手段によって自動MV補正手段を自動的に起動さるモ
ードを選択したときは、第１検出手段によって制御が第
１定常状態に入りオフセット量が予め定められた値以上
にあるとき、このオフセット量を自動的に修正するマニ
ュアルリセット量の補正動作を行うことができる。この
修正動作は、目標値変更以外に、制御対象の例えば負荷
変動などの定常的な擾乱に対しても有効に動作すること
ができる。また、選択手段によって自動MV補正手段を停
止状態を選んだときは、自動MV補正手段が自動的に起動
することを中止させることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例による比
例動作調節計のブロック回路図、図２は動作原理を説明
する説明図、図３は他の実施例による比例動作調節計の
ブロック回路図である。図１において、本発明による比
例動作調節計１は、図示省略された制御対象から制御量
PVを入力し、目標値設定手段11の目標値SVと制御量PVと
を比較して制御偏差XWを形成し、この制御偏差XWに比例
ゲインKpを乗算する比例回路12と、この比例回路12の制
御信号KpXWにマニュアルリセット量BAL を付加して操作
量MVを構成するマニュアルリセット回路26と、調節計１
を比例動作運転しているとき、マニュアルリセット量BA
L を自動的に修正して制御偏差XWをゼロ方向に補正する
自動MV補正手段２と、を備えて構成される。

【００１３】この自動MV補正手段２は、調節計１が比例
動作として運転しているとき, 制御が第１定常状態22a
に入りオフセット量が予め定められた値以上にあること
を検出22b する第１検出手段22と、この第１検出手段22
によって起動し制御信号KpXWを入力して予め定められた
積分時間Tiで積分動作をする積分回路24と、制御動作を
比例＋積分動作に切り換えて制御対象を制御しこの制御
が第２定常状態23a に入りオフセット量がゼロに修正さ
れたことを検出する第２検出手段23と、を備えて構成す
ることができる。

【００１４】かかる構成により、この第２検出手段23に
よってマニュアルリセット回路26の新マニュアルリセッ
ト量BAL2を第２定常状態23a の操作量MV2 と第１定常状
態の操作量MV1 との差分(MV2−MV1)だけ旧マニュアルリ
セット量BAL1に補正し、積分回路24の積分値をゼロにリ
セットする。この結果、新たに設定されたマニュアルリ
セット量BAL2は、この目標値SVで制御対象を運転すると
き、制御対象に新たな擾乱が発生しない限りオフセット
量がゼロに近い状態で制御を継続することができる。特
に、制御がバッチプロセスなどにおいては、オフセット
量の発生のない良好な制御を繰り返し行うことができ
る。

【００１５】

【実施例】（実施例１）図１および図２を併用して本発
明の比例動作調節計の詳細を追加説明する。本発明によ
る調節計は、基本的にはＰＩ動作で制御を行うＰＩ動作
調節部を備え、常時はＰ動作で制御を行い、第１検出手
段で定常的にオフセット量が規定値以上発生いていると
き、ＰＩ動作に切り換えて制御してオフセット量をゼロ
に修正し、マニュアルリセット回路26を新マニュアルリ
セット量BAL2に補正して積分動作を停止し、Ｐ動作制御
に戻すものである。

【００１６】図１はかかる構成の一実施例を示すもので
ある。図１において、Ｐ動作調節部は、制御対象から制
御量PVを入力し、目標値設定手段11（例えば、ディジタ
ル調節計ではキーボードによる数値設定あるいは押しボ
タンとカウンタによる設定と表示装置による表示）の目
標値SVと制御量PVとを比較して制御偏差XWを形成し、こ
の制御偏差XWに比例ゲインKpを乗算する比例回路12と、
この比例回路12の制御信号KpXWにマニュアルリセット量
BAL を付加して操作量MVを構成するマニュアルリセット
回路26と、を備えて構成される。

【００１７】また、ＰＩ動作調節部は、上述のＰ動作調
節部に、第１検出手段22が作動したことによって切換制
御回路25を切り換え、制御信号KpXWを入力して予め設定
された積分時間Tiで積分動作をする積分回路24を備え、
この積分回路24の出力24a を加算点14で制御信号KpXWと
加算してＰＩ動作回路を構成し、さらにマニュアルリセ
ット量BAL を付加して操作量MVが構成される。

【００１８】自動MV補正手段２は、目標値SVと、制御量
PVあるいは制御偏差XWと、を監視し、制御系の応答時間
を検出する応答時間検出部21と、調節計１が比例動作運
転しているとき, 制御系が第１の定常状態(22a) に入り
オフセット量が予め定められた値以上にあることを検出
(22b) する第１検出手段22と、制御動作をＰＩ動作に切
り換えて制御対象を制御しこの制御が第２の定常状態(2
3a) に入りオフセット量がゼロに修正されたことを検出
する第２検出手段23と、第１検出手段22と第２検出手段
23によって積分回路24の動作を切り換えかつマニュアル
リセット回路26のマニュアルリセット量BAL を新マニュ
アルリセット量BAL2に書き換える切換制御回路25と、を
備えて構成される。

【００１９】図２を併用して動作を説明する。図２にお
いて、横軸に時間軸をとり、図２の(A) の縦軸に目標値
SVと制御量PVを同一スケール上にとり、図２の(B) の縦
軸に操作量をとる。今、時刻t0で目標値SVを変更する、
あるいは、調節計１をＰ動作で自動運転に投入する。目
標値SVと制御量PVとの偏差は大幅にあるので、操作量MV
は最大値をとり飽和状態にある。この状態で一定時間Ｌ
経過すると、制御量PVは変化してくる。この一定時間Ｌ
は後述する制御系が定常状態に入ったか否かの判定条件
に利用するので、少なくとも、運転開始の初期段階に測
定して記憶回路にデータを保持する。この一定時間Ｌの
測定は、応答時間検出部21で、例えば、制御量の変化分
ΔPVが目標値SVの変化量の５％変化するまでの時間とし
て測定される。

【００２０】そして、Ｐ動作運転で時刻t1で制御量PVと
操作量MVの変化率が減少し、２Ｌで図示される時刻t1〜
t2の間ほぼ一定の値をとることにより、第１の定常状態
22aにあることが検出され、このときのオフセット量ΔX
Wが予め定められた閾値より大であることを検出するこ
とにより、第１検出手段22は定常的オフセット発生を検
知する。

【００２１】そして時刻t2で切換制御回路25は、調節計
１の制御動作をＰＩ動作に切り換え、具体的には、制御
信号KpXWを積分回路24に入力し、この積分出力24a と制
御信号KpXWとマニュアルリセット回路26のマニュアルリ
セット量BAL1の和信号によって制御し、オフセット量Δ
XWがゼロになる様に制御する。第２検出手段23は、この
オフセット量ΔXWがほぼゼロになり一定時間（例えば２
Ｌ）継続したことで、第２検出手段23は第２の定常状態
23a にあることを検出し、切換制御回路25を切り換え
て、マニュアルリセット回路26の新マニュアルリセット
量BAL2を第２定常状態23a の操作量MV2 と第１定常状態
の操作量MV1 との差分(MV2−MV1)だけ旧マニュアルリセ
ット量BAL1に補正し、積分回路24の積分値をゼロにリセ
ットし、調節計１の制御動作を、再び、Ｐ動作に切り換
える。

【００２２】この結果、新たに設定されたマニュアルリ
セット量BAL2は、目標値SVで制御対象を運転するとき、
制御対象に新たな擾乱発生がない限りオフセット量がゼ
ロに近い状態で制御を継続することができる。特に、制
御がバッチプロセスなどにおいては、オフセット量の発
生のない良好な制御を繰り返し行うことができる。 （実施例２）図３において、本発明による他の実施例と
して、自動MV補正手段2Aは、図１のマニュアルリセット
回路26に代わってアップダウンカウンタ(U/DC)27と、積
分回路24に代わって積分時間Tiを制御信号KpXWで除算し
た時間を操作量の１パルス分に換算したルス間隔のパル
ス信号を出力するパルス発信回路24A と、このパルス信
号を制御するゲート回路28と、を備えて構成することが
できる。

【００２３】かかる構成により、第１検出手段22によっ
て制御系が第１定常状態22a に入りオフセット量が予め
定められた閾値以上にあるとき、パルス発信回路24A の
出力を図示例ではスイッチで示したゲート回路28を介し
てアップダウンカウンタ27に入力して調節計１の動作モ
ードを比例＋積分動作にすることができる。そして、第
２検出手段23によって制御系が第２定常状態23a に入っ
たとき、パルス発信回路24A の出力をゲート回路28で阻
止しアップダウンカウンタへの入力を停止して調節計の
動作モードを比例動作にすることができる。この構成に
おいては、調節計１の動作モードが比例動作から比例＋
積分動作に切り換え、さらに比例動作に戻すとき、この
切り換え動作は、単に、カウンタ27へのパルス入力を制
御するだけででき、操作量を切り替える時の衝撃を出力
OUT に与えることなく切り替えることができる。

【００２４】また、自動MV補正手段２,2A の動作を起動
させないスイッチ29で図示される選択手段29を備えるこ
とができる。かかる構成により、選択手段29によって自
動MV補正手段２,2A を自動的に起動さるモードを選択し
たときは、第１検出手段22によって制御系が第１定常状
態22a に入りオフセット量ΔXWが予め定められた値22b
以上にあるとき、このオフセット量ΔXWを自動的に修正
するマニュアルリセット量BAL の補正動作を行うことが
できる。この修正動作は、目標値SV変更以外に、制御対
象の例えば負荷変動などの定常的な擾乱に対しても有効
に動作することができる。

【００２５】また、選択手段29によって自動MV補正手段
２,2A を停止状態を選んだときは、自動MV補正手段２,2
A が自動的に起動することを中止させることができる。
また、本発明の調節計１を、例えば、マイコンなどの中
央処理装置CPU とメモリ装置を用いて構成したとき、上
述の設定手段11、比例回路12、加算点13,14 、マニュア
ルリセット回路26、自動MV補正手段２,2A 、応答時間検
出部21、第１検出手段22、第２検出手段23、積分回路2
4、パルス発信回路24A 、切換制御回路25、アップダウ
ンカウンタ27、ゲート回路28はソフトウェアで処理する
ことができる。従って、図１や図３では、出力部15で図
示したが、調節計１の出力が、例えば、 4〜20mAの電流
出力などでは、操作量MVのデータをディジタルアナログ
変換器DAC を介してアナログ量に変換して操作端を制御
することができる。また、電気炉の温度制御などでは、
操作量MVのデータを用いてON-OFFの導通比を制御してリ
レーなどの制御機器のON-OFF比制御でヒータ部への加熱
電力を制御することができる。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたように本発明による比例動作
調節計を用いることにより、常時は比例動作調節計とし
て用い、定常状態でオフセットが発生したときのみ比例
＋積分動作調節計に切り換えてオフセット修正を行い、
このときの操作量にマニュアルリセット量を修正して比
例動作調節計に戻り、オフセット発生を防止する比例動
作調節計を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としての比例動作調節計のブ
ロック回路図

【図２】動作原理を説明する説明図

【図３】他の実施例による比例動作調節計のブロック回
路図

【図４】従来技術による制御特性図

【符号の説明】

１ 比例動作調節計 11 目標値設定手段 12 比例回路 13,14 加算点 15 出力部 ２,2A 自動MV補正手段 21 応答時間検出部 22 第１検出手段 22a 第１定常状態検出 22b オフセット検出 23 第２検出手段 24 積分回路 24A パルス発信回路 25 切換制御回路 26 マニュアルリセット回路 27 アップダウンカウンタ 28 ゲート回路 29 選択手段 SV 目標値 PV 制御量 BAL,BAL1,BAL2 マニュアルリセット量 MV,MV1,MV1 操作量 Kp 比例ゲイン Ti 積分時間 ΔXW オフセット量 Ｌ 応答時間 t0,t1,t2,t3 時間

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】制御対象からの制御量を入力し、目標値設
   定手段の目標値と制御量とを比較して制御偏差を形成
   し、この制御偏差に比例ゲインを乗算する比例回路と、
   この比例回路の制御信号にマニュアルリセット量を付加
   して操作量MVを構成するマニュアルリセット回路と、を
   備える比例動作調節計において、 調節計が比例動作運転しているとき、マニュアルリセッ
   ト量を自動的に修正して制御偏差をゼロ方向に補正する
   自動MV補正手段と、を備え、 自動MV補正手段は、調節計が比例動作として運転してい
   るとき, 制御が第１定常状態に入りオフセット量が予め
   定められた値以上にあることを検出する第１検出手段
   と、この第１検出手段によって起動し制御信号を入力し
   て予め設定された積分時間で積分動作をする積分回路
   と、制御動作を比例＋積分動作に切り換えて制御対象を
   制御しこの制御が第２定常状態に入りオフセット量がゼ
   ロに修正されたことを検出する第２検出手段と、を備
   え、この第２検出手段によってマニュアルリセット回路
   のマニュアルリセット量を第２定常状態の操作量と第１
   定常状態の操作量との差分だけ補正し、積分回路をリセ
   ットする、 ことを特徴とする比例動作調節計。
2. 【請求項２】請求項１に記載の比例動作調節計におい
   て、 自動MV補正手段は、マニュアルリセット回路に代わって
   アップダウンカウンタと、積分回路に代わって積分時間
   を制御偏差に比例ゲインを乗算した制御信号で除算した
   時間に比例する間隔でパルス信号を出力するパルス発信
   回路と、このパルス信号を制御するゲート回路と、を備
   え、 第１検出手段によって制御が第１定常状態に入りオフセ
   ット量が予め定められた値以上にあるとき、パルス発信
   回路の出力をアップダウンカウンタに入力して調節計の
   動作モードを比例＋積分動作にし、第２検出手段によっ
   て制御が第２定常状態に入ったとき、パルス発信回路の
   出力がアップダウンカウンタへの入力を停止して調節計
   の動作モードを比例動作にする、 ことを特徴とする比例動作調節計。
3. 【請求項３】請求項１または請求項２に記載の比例動作
   調節計において、 自動MV補正手段の動作を起動させない選択手段を備え
   る、 ことを特徴とする比例動作調節計。