JP2003186527A - Control-system testing device and method for renewing field equipment using the same - Google Patents

Control-system testing device and method for renewing field equipment using the same

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JP2003186527A
JP2003186527A JP2001387911A JP2001387911A JP2003186527A JP 2003186527 A JP2003186527 A JP 2003186527A JP 2001387911 A JP2001387911 A JP 2001387911A JP 2001387911 A JP2001387911 A JP 2001387911A JP 2003186527 A JP2003186527 A JP 2003186527A
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JP
Japan
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control system
control
field device
dead time
physical quantity
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JP2001387911A
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Japanese (ja)
Inventor
Hideaki Senda
未顕 千田
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JFE Steel Corp
Original Assignee
JFE Steel Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To grasp in advance the stability of a control system, when field equipment is renewed to select optimum new field equipment. <P>SOLUTION: A control-system testing device 20 lies in between the field equipment (10), constituted of analog circuits and a control device 12. The presence or absence of disorder of the control system is checked by generating various wasteful time in outputting signals, and the range of the wasteful time, in which the disorder of the control system will not occur is grasped. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、制御系試験装置、
及び、これを用いたフィールド機器の更新方法に係り、
特に、アナログ回路で構成された無駄時間のないフィー
ルド機器を、マイクロコンピュータ搭載型でマイクロコ
ンピュータ演算時間による無駄時間のあるフィールド機
器に更新する際に用いるのに好適な、そのフィールド機
器を使用した場合の無駄時間による制御系の影響を事前
にオンラインでテストするための制御系試験装置、及
び、これを用いたフィールド機器の更新方法に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a control system testing device,
And a method of updating a field device using this,
In particular, when using a field device configured with an analog circuit and having no dead time, which is suitable for use in updating a field device having a microcomputer and having a dead time due to microcomputer calculation time, The present invention relates to a control system testing device for testing online the influence of the control system due to the dead time of the device in advance, and a field device updating method using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、圧力や流量(差圧)発信器等のフ
ィールド機器はアナログ回路で構成されており、発信器
自体の入力に変化があった場合、図1に実線Aで示す如
く、無駄時間がなく、ある時定数を持った応答で検出信
号を出力していた。
2. Description of the Related Art Conventionally, a field device such as a pressure or flow rate (differential pressure) transmitter is composed of an analog circuit, and when there is a change in the input of the transmitter itself, as shown by a solid line A in FIG. There was no dead time, and the detection signal was output with a response having a certain time constant.

【0003】一方、近年、圧力や流量(差圧)発信器等
のフィールド機器は、遠隔操作や、傾向値管理機能を有
し、保全性向上を意図したマイクロコンピュータ搭載型
のものが主流になりつつある。しかし、マイクロコンピ
ュータ搭載型である故に、発信器自体の入力に変化があ
った場合、図1に破線B、一点鎖線Cあるいは二点鎖線
Dで示す如く、マイクロコンピュータによる演算周期に
相当する無駄時間をもって検出信号を出力する。
On the other hand, in recent years, field devices such as pressure and flow rate (differential pressure) transmitters are mainly equipped with a microcomputer having remote control and trend value management functions and intended to improve maintainability. It's starting. However, since it is a microcomputer-installed type, when there is a change in the input of the transmitter itself, as shown by the broken line B, the one-dot chain line C or the two-dot chain line D in FIG. To output the detection signal.

【0004】従って、アナログ回路で構成された無駄時
間のないフィールド機器を、マイクロコンピュータ搭載
型でマイクロコンピュータ演算時間による無駄時間のあ
るフィールド機器に更新する際は、例えば出願人が特開
平6−242807で提案したように、制御しているプ
ラントのシミュレータを作成し、発信器の応答性が無駄
時間により変化する場合の制御系への影響を評価し、そ
の結果で必要な応答仕様を決定するか、又は、実機の取
替えを実施し、オンラインでテストを実施するしかなか
った。
Therefore, when updating a field device configured with an analog circuit and having no dead time to a field device having a microcomputer and having a dead time due to a microcomputer calculation time, for example, the applicant of the present invention, Japanese Patent Laid-Open No. 6-242807. As proposed in 1), do you create a simulator for the controlled plant, evaluate the effect on the control system when the response of the oscillator changes due to dead time, and decide the required response specifications with the result? Or, we had to replace the actual machine and carry out the test online.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際の
プラントの制御系とシミュレータには誤差があり、シミ
ュレーション結果と実際の制御が必ずしも一致しない。
又、実機の取替えを実施するオンラインテストでは、制
御系が不安定になった場合のプラントへの悪影響をリス
クとして負わなければならない等の問題点を有してい
た。
However, there is an error between the control system of the actual plant and the simulator, and the simulation result and the actual control do not always match.
Further, in the online test for replacing the actual machine, there is a problem that the adverse effect on the plant when the control system becomes unstable must be taken as a risk.

【0006】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、フィールド機器更新時の制御系の安
定性を事前に把握して、最適な新規フィールド機器を選
択可能にすることを課題とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and it is possible to select the optimum new field device by grasping the stability of the control system when updating the field device in advance. It is an issue.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は、制御対象とな
る物理量を検出し、該物理量に応じた電気信号を出力す
るフィールド機器と、前記物理量を制御する制御装置と
の間に挿入され、当該フィールド機器の出力信号に種々
の無駄時間を発生させて前記制御装置に入力することを
特徴とする制御系試験装置により、前記課題を解決した
ものである。
According to the present invention, a physical quantity to be controlled is detected and inserted between a field device that outputs an electric signal corresponding to the physical quantity and a control device that controls the physical quantity. The above problem is solved by a control system test apparatus characterized in that various dead times are generated in an output signal of the field device and input to the control device.

【0008】本発明は、又、アナログ回路で構成された
フィールド機器によってプロセスの物理量を測定し、そ
の測定値を制御装置に入力して前記物理量の制御を行な
っている制御系の前記アナログ回路で構成されたフィー
ルド機器をマイクロコンピュータ搭載型フィールド機器
に更新するにあたり、前記アナログ回路で構成されたフ
ィールド機器と前記制御装置の間に前記の制御系試験装
置を介在させ、出力信号に種々の無駄時間を発生させて
制御系への撹乱の有無を調査し、制御系に撹乱が生じな
い無駄時間の範囲を把握し、該無駄時間の範囲内にある
マイクロコンピュータ搭載型フィールド機器を選択し
て、前記アナログ回路で構成されたフィールド機器と交
換するようにして、前記課題を解決したものである。
According to the present invention, the analog circuit of the control system controls the physical quantity by measuring the physical quantity of the process by the field device composed of the analog circuit and inputting the measured value to the controller. When updating the configured field device to the microcomputer-installed field device, the control system testing device is interposed between the field device configured by the analog circuit and the control device, and various dead time is output to the output signal. Is generated to investigate the presence or absence of disturbance in the control system, grasp the range of dead time in which no disturbance occurs in the control system, select a microcomputer-equipped field device within the range of the dead time, and The above problem is solved by replacing the field device with an analog circuit.

【0009】本発明は、制御対象となる物理量を検出
し、該物理量に応じた電気信号を出力する、フィールド
機器(例えばアナログ回路)と、前記物理量を制御する
制御装置(ループ調節計やDCS等)との間に、当該フ
ィールド機器の出力信号を入力し、無駄時間を加えた出
力を制御装置に入力する制御系試験装置を挿入すること
で、(1)シミュレータではなく実機を使用して、オン
ラインでテストが可能となると共に、(2)微少な無駄
時間から、制御系の安定性を確認しながら無駄時間を増
やし、制御系全体の応答性を評価することができるた
め、安全であり、又、無駄時間に関する制御系の安定限
界を確認できる。
The present invention detects a physical quantity to be controlled and outputs an electric signal according to the physical quantity, and a field device (for example, an analog circuit), and a control device (loop controller, DCS, etc.) for controlling the physical quantity. ) And the input of the output signal of the field device, and by inserting the control system test device that inputs the output after adding the dead time to the control device, (1) using the actual machine instead of the simulator, It is possible to test online, and (2) it is safe because it is possible to increase the dead time while confirming the stability of the control system and evaluate the response of the entire control system from the minute dead time. Also, the stability limit of the control system regarding dead time can be confirmed.

【0010】従って、例えばアナログ回路で構成された
無駄時間のないフィールド機器を、マイクロコンピュー
タ搭載型でマイクロコンピュータ演算時間による無駄時
間のあるフィールド機器に更新する際に、実機を用いた
制御系の安定性を評価することができ、安全で、且つ、
トラブル無く機器を更新することが可能となる。
Therefore, for example, when updating a field device configured by an analog circuit and having no dead time to a field device equipped with a microcomputer and having a dead time due to microcomputer calculation time, the control system using a real machine is stabilized. Is safe, and
It is possible to update the device without trouble.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施形態を詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0012】図1は、今回想定しているアナログ式とマ
イクロコンピュータ搭載型のフィールド機器の応答性
(ステップ応答)を表わした図である。以下、更新前機
器用アナログ発信器、更新後のマイクロコンピュータ搭
載型の機器をデジタル発信器とする。
FIG. 1 is a diagram showing the responsiveness (step response) of the analog type field device and the microcomputer type field device assumed this time. Hereinafter, the analog transmitter for the pre-update device and the microcomputer-equipped device after the update will be referred to as the digital oscillator.

【0013】図2は、実プラント(転炉のプロセスガス
の流量制御系)において、無駄時間の違うフィールド機
器による制御系への影響を比較した一例である。一般的
に、無駄時間のある制御系において、制御ゲインを上げ
るとハンチングする。従って、制御装置の制御ゲインを
そのままにして、フィールド機器のみをアナログ発信器
からデジタル発信器に交換すると、そのデジタル発信器
の無駄時間によっては、ハンチング現象が発生する。即
ち、図2(A)に示す如く、無駄時間のないアナログ発
信器では安定した制御結果が得られているが、図2
(B)、(C)に示すような、デジタル発信器で無駄時
間が増えると、図2(C)に示す如く、流量制御系がハ
ンチングし、不安定となっている。
FIG. 2 shows an example of a comparison of the influence on the control system by field devices having different dead times in an actual plant (process gas flow control system of a converter). Generally, in a control system with dead time, hunting occurs when the control gain is increased. Therefore, if only the field device is replaced with the digital oscillator while the control gain of the control device remains unchanged, a hunting phenomenon occurs depending on the dead time of the digital oscillator. That is, as shown in FIG. 2 (A), a stable control result is obtained with an analog oscillator with no dead time.
When the dead time increases in the digital oscillator as shown in (B) and (C), the flow control system hunts and becomes unstable as shown in FIG. 2 (C).

【0014】本発明の制御系試験装置は、図3に流量制
御系の場合で例示する如く、更新すべきアナログ発信器
(図3では差圧式流量計)10と、その検出信号を入力
してプラントを制御する制御装置(ループ調節計やDC
S等)12の間に挿入され、前記フィールド機器10の
出力信号を入力し、無駄時間を発生させた出力を制御装
置12に出力する。
The control system test apparatus of the present invention inputs an analog oscillator (differential pressure type flow meter in FIG. 3) 10 to be updated and its detection signal, as illustrated in the case of the flow rate control system in FIG. Control device for controlling plant (loop controller, DC
(S, etc.) 12, the output signal of the field device 10 is input, and the output in which the dead time is generated is output to the control device 12.

【0015】図において、14は、供給圧力を検出する
圧力計、16は、前記制御装置12の出力に応じて流量
を調節するための流量調節弁(FCV)である。
In the figure, 14 is a pressure gauge for detecting the supply pressure, and 16 is a flow rate control valve (FCV) for adjusting the flow rate according to the output of the control device 12.

【0016】前記制御系試験装置20は、図4に詳細に
示す如く、アナログ発信器(ここでは差圧式流量計)1
0からの検出信号を入力する入力装置22と、該入力装
置22から入力される入力データを、高速でメモリに時
系列でストアし、試験しようとしている発信器の無駄時
間分、遅延(ディレイ)させた後、出力装置26から入
力データを出力する制御系試験装置本体24と、該本体
24で所望の無駄時間を発生させた検出信号を出力する
出力装置26とから構成されている。
As shown in detail in FIG. 4, the control system test apparatus 20 includes an analog transmitter (here, a differential pressure type flow meter) 1
An input device 22 for inputting a detection signal from 0 and input data input from the input device 22 are stored in a memory at high speed in time series, and a delay corresponding to a dead time of an oscillator to be tested. After that, the control system test apparatus main body 24 outputs the input data from the output apparatus 26, and the output apparatus 26 outputs the detection signal in which the desired dead time is generated in the main body 24.

【0017】ここで、前記入力装置22と出力装置26
は、既設の制御装置12の入力カードと同等の信号仕様
(例えば4−20mA)を入力/出力できるもので、無
駄時間を発生させる制御系試験装置本体24と同等のデ
ータ更新周期が必要である。
Here, the input device 22 and the output device 26
Is capable of inputting / outputting a signal specification (for example, 4-20 mA) equivalent to that of the input card of the existing control device 12, and requires a data update cycle equivalent to that of the control system test device main body 24 which causes a dead time. .

【0018】前記制御系試験装置本体24では、入力デ
ータを高速でメモリにストアし、所望の無駄時間まで出
力を遅延させる。ここで、この本体24は、例えば制御
装置12の制御周期の1/100程度のサンプリング周
期で、データのストアと遅延処理を実施する。
In the control system test apparatus main body 24, the input data is stored in the memory at high speed and the output is delayed until a desired dead time. Here, the main body 24 executes data storage and delay processing at a sampling cycle of about 1/100 of the control cycle of the control device 12, for example.

【0019】以下、実施形態の作用を説明する。The operation of the embodiment will be described below.

【0020】前記制御系試験装置20は、図2(A)に
示すような、無駄時間がほぼ零で良好な制御状態から始
め、徐々に無駄時間を増やすことで、最終的に、図2
(C)のようなハンチングが起きる無駄時間を特定する
ことができる。従って、その安定限界の無駄時間より無
駄時間の短いデジタル発信器を選定し、機器を更新する
ことができる。
The control system test apparatus 20 starts from a good control state in which the dead time is almost zero as shown in FIG.
It is possible to specify the dead time in which hunting as shown in (C) occurs. Therefore, it is possible to select a digital oscillator having a dead time shorter than the dead time at the stability limit and update the device.

【0021】なお、前記実施形態においては、アナログ
回路で構成されたフィールド機器が差圧式流量計とされ
ていたが、フィールド機器の種類はこれに限定されな
い。
In the above embodiment, the field device constituted by the analog circuit is the differential pressure type flow meter, but the kind of the field device is not limited to this.

【0022】又、前記実施形態においては、制御系試験
装置が、アナログ回路で構成されたフィールド機器をマ
イクロコンピュータ搭載型フィールド機器に置き換える
際の無駄時間の測定に用いられていたが、制御系試験装
置の適用対象はこれに限定されず、既にマイクロコンピ
ュータ搭載型フィールド機器が用いられている場合に、
無駄時間の限界を知って、例えば無駄時間が多い安価な
フィールド機器への置換によるコストダウン等を図る際
の試験に用いることも可能である。
Further, in the above-described embodiment, the control system test device is used for measuring the dead time when the field device constituted by the analog circuit is replaced with the microcomputer-equipped field device. The application target of the device is not limited to this, and when the microcomputer mounted field device is already used,
It is also possible to know the limit of the dead time and use it for a test, for example, for cost reduction by replacing with an inexpensive field device with a lot of dead time.

【0023】[0023]

【発明の効果】本発明によれば、例えばアナログ回路で
構成された無駄時間のないフィールド機器を、マイクロ
コンピュータ搭載型でマイクロコンピュータ演算時間に
よる無駄時間のあるフィールド機器に更新する際に、実
機を用いた制御系の安定性を評価することができ、安全
に、且つ、トラブルなく機器を更新することができる。
According to the present invention, when a field device having no dead time composed of, for example, an analog circuit is updated to a field device having a microcomputer and having a dead time due to the microcomputer calculation time, the actual device is used. The stability of the control system used can be evaluated, and the device can be updated safely and without trouble.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明で想定しているアナログ式とマイクロコ
ンピュータ搭載型のフィールド機器のステップ応答にお
ける応答性を比較して示す線図
FIG. 1 is a diagram showing a comparison of responsiveness in step response of an analog type field device assumed in the present invention and a microcomputer mounted type field device.

【図2】実プラントにおいて、無駄時間の違うフィール
ド機器による流量制御系への影響を比較して示す線図
FIG. 2 is a diagram showing a comparison of the effects of field devices with different dead times on the flow control system in an actual plant.

【図3】流量調節弁に適用した本発明の実施形態の全体
構成を示すブロック線図
FIG. 3 is a block diagram showing an overall configuration of an embodiment of the present invention applied to a flow rate control valve.

【図4】同じく制御系試験装置の構成を示すブロック線
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of a control system test device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…差圧式流量計(フィールド機器) 12…制御装置 14…圧力計 16…流量調節弁(FCV) 20…制御系試験装置 22…入力装置 24…本体 26…出力装置 10 ... Differential pressure type flow meter (field device) 12 ... Control device 14 ... Pressure gauge 16 ... Flow control valve (FCV) 20 ... Control system test equipment 22 ... Input device 24 ... Main body 26 ... Output device

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】制御対象となる物理量を検出し、該物理量
に応じた電気信号を出力するフィールド機器と、前記物
理量を制御する制御装置との間に挿入され、 当該フィールド機器の出力信号に種々の無駄時間を発生
させて前記制御装置に入力することを特徴とする制御系
試験装置。
1. A field device that detects a physical quantity to be controlled and outputs an electric signal according to the physical quantity and a control device that controls the physical quantity, and outputs various signals to the field device. The control system testing device is characterized in that the dead time is generated and input to the control device.
【請求項2】アナログ回路で構成されたフィールド機器
によってプロセスの物理量を測定し、その測定値を制御
装置に入力して前記物理量の制御を行なっている制御系
の前記アナログ回路で構成されたフィールド機器をマイ
クロコンピュータ搭載型フィールド機器に更新するにあ
たり、 前記アナログ回路で構成されたフィールド機器と前記制
御装置の間に請求項1記載の制御系試験装置を介在さ
せ、出力信号に種々の無駄時間を発生させて制御系への
撹乱の有無を調査し、制御系に撹乱が生じない無駄時間
の範囲を把握し、 該無駄時間の範囲内にあるマイクロコンピュータ搭載型
フィールド機器を選択して、前記アナログ回路で構成さ
れたフィールド機器と交換することを特徴とするフィー
ルド機器の更新方法。
2. A field constituted by the analog circuit of a control system in which a physical quantity of a process is measured by a field device constituted by an analog circuit and the measured value is inputted to a control device to control the physical quantity. When updating the device to a microcomputer-installed field device, the control system test device according to claim 1 is interposed between the field device configured by the analog circuit and the control device, and various dead times are output signals. The presence or absence of disturbance in the control system is investigated, the dead time range in which the disturbance is not generated in the control system is grasped, the microcomputer-equipped field device within the dead time range is selected, and the analog A method of updating a field device, characterized by replacing the field device with a circuit.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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