JP2004046631A - 水道用バルブ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バルブに対して現在のバルブ開度に適応する開閉制御信号を出力させて制御範囲を大きく変更したときでもハンチングなどのない常に適正かつ安定よいプロセス制御を行なうことができるようにする。
【解決手段】流量の現在値ＰＶと設定値ＳＶとの偏差εを演算し、その偏差εに応じてＰＩＤ制御演算を行なうとともに、バルブ固有の特性に対応してその時のバルブ開度に応じた補正係数をＰＩＤ制御演算値に乗算して得た値をバルブに対する開閉制御信号として出力するようにしている。
【選択図】　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水道用バルブ制御装置に関する。詳しくは、給水用配管の途中に介在されているバルブの開度を調整することにより配水池から需要先への給水量を所定範囲内に自動保持するといった流量制御や圧力制御等のプロセス制御を行なう場合に適用される水道用バルブ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水道用バルブの開度調整によりプロセス制御（流量又は圧力制御）を行なうにあたって、従来一般には、図４のフローチャートで示すように、予め定められた一定の周期ごとに制御対象プロセス（流量又は圧力）の現在値ＰＶを検出し、その検出した現在値ＰＶと目標値として予め設定されている設定値ＳＶとの偏差ε（＝ＰＶ−ＳＶ）を演算し（ステップＳ４１〜Ｓ４４）、その演算された偏差εの大きさに応じてＰＩＤ制御演算を行なう（ステップＳ４５）。そして、そのＰＩＤ制御演算結果（演算値）に、バルブの開閉動作量に対応する動作時間を乗算する制御出力演算を行ない（ステップＳ４６）、その演算により求められた開閉制御信号（パルス）をバルブに出力させる（ステップＳ４７）という制御方式が採用されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような制御方式が採用されていた従来の水道用バルブ制御装置においては、偏差εの大きさのみに応じてＰＩＤ制御演算を行なって開閉制御信号を出力するものであるため、偏差εが同じ値の場合、現在のバルブ開度に関係なく、一定の制御信号、つまり、ほぼ同じパルス幅の信号がバルブに出力されてバルブが同じ時間だけ開閉動作されることになる。しかし、バルブの特性は、開度に比例していないために、偏差εが同じ値であることのみでほぼ同じパルス幅の制御信号を出力したのでは、バルブの開閉動作量が不足したり、過剰になったりして安定したプロセス制御を行なうことができない。
【０００４】
この点について詳述すると、例えばバルブの流量特性は、ボールバルブの場合が図３のＢｆｃの曲線、バタフライバルブの場合がＶｆｃの曲線、溝付弁体バタフライバルブの場合がＤＶｆｃの曲線で示されているように、バルブの種類によって多少異なるものの、いずれも流量率（現在流量Ｑ／最大流量Ｑｍａｘ．）はバルブ開度（％）と比例していない。そのため、昼夜で流量制御範囲を大きく設定変更して使用する場合、パラメータの調整が非常に難しくなり、所定の流量制御を安定よく行なうことができない。ボールバルブを例にとってみると、夜間等の小流量時間帯で流量率を１０％に設定している状態で、流量計が流量率２０％を計測した時の偏差は、
ＰＶ（２０）−ＳＶ（１０）＝１０
であり、また、昼間等の中間流量時間帯で流量率を５０％に設定変更した状態で、流量計が流量率６０％を計測した時の偏差も、
ＰＶ（６０）−ＳＶ（５０）＝１０
であり、設定流量率によって必要弁閉率が▲１▼，▲２▼のように互いに異なるにもかかわらず、従来では、偏差＝１０の大きさのみに応じてほぼ同じパルス幅の制御信号をバルブに出力してバルブ開度を小さくするような制御が行なわれていた。したがって、特に、流量率を大きく設定して使用する昼間等の大流量時間帯におけるバルブの閉動作量が過剰となり、それに伴って流量の変化量が過大となってハンチングを生じ、その結果、所定の流量制御に安定性を欠き、需要先への給水量が一時的に極端に増大して水撃現象などの不良事態を招きやすいという問題があった。
【０００５】
本発明は上記のような実情に鑑みてなされたもので、バルブに対して現在のバルブ開度に適応する開閉制御信号を出力させて制御範囲を大きく変更したときでもハンチングなどのない常に適正かつ安定よいプロセス制御を行なうことができる水道用バルブ制御装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係る水道用バルブ制御装置は、給水用配管から検出された流量又は圧力の制御対象の現在値と目標となる設定値との偏差を算出しその算出された偏差に応じてＰＩＤ制御演算を行なってバルブに開閉制御信号を出力するように構成されている水道用バルブ制御装置であって、上記バルブ開度に応じた補正係数を記憶する手段を備え、ＰＩＤ制御演算値にその時のバルブ開度に応じて上記記憶手段から呼び出される補正係数を乗算した値をバルブに対する開閉制御信号として出力するように構成していることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明によれば、給水用配管から検出された流量又は圧力の制御対象の現在値と予め設定されている設定値とから演算された偏差に応じてＰＩＤ制御演算が行なわれるとともに、その時のバルブ開度に対応して記憶手段からバルブ固有の特性に応じた補正係数が呼び出されて、ＰＩＤ制御演算値と補正係数の乗算により得られる値が開閉制御信号としてバルブに出力される。これによって、バルブに対して偏差と現在のバルブ開度に適応して制御対象の変化量を常に一定にするような開閉制御信号が出力され、制御範囲を大きく設定変更した場合でも、開閉動作量の不足、過剰によるハンチングなどの制御の不安定さがなくなり、常に適正かつ安定よいプロセス制御を行なうことが可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る水道用バルブ制御装置の概略ブロック構成図であり、同図において、１は配水池で、水道水の需要先への給水用配管２が接続されている。この給水用配管２には、制御対象機器となる水道用バルブ３が介在されており、この水道用バルブ３にはそれの開度を駆動調整するモータ４が連結されているとともに、この水道用バルブ３の現在開度を検出するバルブ開度検出器５が備えられており、かつ、この水道用バルブ３よりも上流側の配管２には水道水流量を計測する流量計６が介在されている。
【０００９】
７はバルブコントローラであり、該コントローラ７は、制御目標値となる流量を設定入力する設定器８と、上記流量計６により計測される流量の現在値ＰＶと上記設定器８に予め設定入力されている流量の設定値ＳＶとを所定の周期ごとに読み込んで両値ＰＶ，ＳＶの偏差ε（＝ＰＶ−ＳＶ）を算出するとともに、その偏差εに応じてＰＩＤ制御演算を行なう制御演算部９と、バルブ３の種類毎にそれぞれバルブ開度２％ごとの補正係数を記憶するメモリ１０と、給水運用開始時に設置使用されるバルブ種類を指定することにより、その指定されたバルブ３の種類に対応して開度検出器５による検出開度に応じて上記メモリ１０から選択的に呼び出される対バルブ開度補正係数を上記演算部９でのＰＩＤ制御演算値に乗算してモータ４に開閉制御信号Ｓを出力する乗算部１１と、を備えている。
【００１０】
つぎに、上記構成の水道用バルブ制御装置の動作を、図２に示すフローチャートを参照して説明する。
制御周期にあるとき、コントローラ７の制御演算部９に流量の設定値ＳＶが読み込まれるとともに、その時点で流量計６により計測される流量の現在値ＰＶが読み込まれて、それら読み込まれた設定値ＳＶと現在値ＰＶとの偏差ε（＝ＰＶ−ＳＶ）が算出される（ステップＳ２１〜Ｓ２４）。これと並行してバルブ開度検出器５により流量計測時点におけるバルブ開度がコントローラ７に読み込まれる（ステップＳ２５）。
【００１１】
次いで、算出された偏差εに応じてＰＩＤ制御演算が行なわれる（ステップＳ２６）一方、読み込まれた現在のバルブ開度に対応してメモリ１０から設置使用中のバルブ３固有の特性に応じた補正係数が乗算部１１に呼び出され（ステップＳ２７）、その呼び出された補正係数が上記ＰＩＤ制御演算値に乗算されて流量の現在値ＰＶが設定値ＳＶに保たれるような制御出力演算（制御動作時間＝パルス幅）が行なわれ（ステップＳ２８）、その演算値がバルブ３に対する開閉制御信号としてモータ４に出力される（ステップＳ２９）。
【００１２】
以上のように、偏差εに応じてＰＩＤ制御演算を行なうとともに、現在のバルブ開度に応じた補正係数を選択し乗算して水道用バルブ３のモータ４に対する制御出力時間、つまり、パルス幅を演算することによって、例えばボールバルブを用いて昼夜で流量制御範囲を大きく設定変更した場合、偏差が同じ値であっても、その時の必要弁閉率▲１▼，▲２▼（図３参照）に対応したパルス幅の開閉制御信号Ｓを出力させることができる。したがって、バルブ３固有の特性を考慮した制御が可能となり、流量制御範囲の大きな設定変更にかかわらず開閉動作量の不足、過剰によるハンチングなどの制御の不安定要素をなくして、常に適正かつ安定よい流量制御を行なうことができる。
【００１３】
なお、上記構成の水道用バルブ制御装置において、上記メモリ１０にバルブ３の種類毎に異なる複数種の対開度補正係数を記憶させておき、給水運用開始時にバルブ３の種類を指定し、その指定されたバルブ３の補正係数を選択的に呼び出し可能な構成を採用することによって、設置後に使用するバルブ種類を指定するだけで、設置使用されるバルブの種類にかかわらず同一ハードウェア及びソフトウェア仕様のコントローラ（制御装置）７を上述したごとき適正かつ安定よいプロセス制御に利用することができる。
【００１４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、流量又は圧力の制御対象の現在値と予め設定されている設定値とから演算された偏差に応じたＰＩＤ制御演算値に、その時のバルブ開度に対応するバルブ固有の特性に応じた補正係数を乗算することによって、バルブに対して、現在値と設定値との偏差だけでなく、現在のバルブ開度にも対応させて制御対象の変化量を常に一定にするような開閉制御信号を出力することができるので、例えば昼夜で流量制御範囲を大きく設定変更して使用する場合でも、開閉動作量の不足あるいは過剰によるハンチングなどの制御の不安定さをなくして、常に適正かつ安定よいプロセス制御を行なうことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水道用バルブ制御装置の概略ブロック構成図である。
【図２】同上装置の動作を説明するフローチャートである。
【図３】同上装置おいて用いられる各種バルブの特性図である。
【図４】従来の水道用バルブ制御装置の動作を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
２　給水用配管
３　バルブ
５　開度検出器
６　流量計
７　バルブコントローラ
８　設定器
９　制御演算部
１０　メモリ
１１　乗算部
ＰＶ　流量の現在値
ＳＶ　流量の設定値
Ｓ　開閉制御信号

Claims (1)

1. 給水用配管から検出された流量又は圧力の制御対象の現在値と目標となる設定値との偏差を算出しその算出された偏差に応じてＰＩＤ制御演算を行なって給水用配管に介在のバルブに開閉制御信号を出力するように構成されている水道用バルブ制御装置であって、
   上記バルブ開度に応じた補正係数を記憶する手段を備え、ＰＩＤ制御演算値にその時のバルブ開度に応じて上記記憶手段から呼び出される補正係数を乗算した値をバルブに対する開閉制御信号として出力するように構成していることを特徴とする水道用バルブ制御装置。

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