JP2004133642A - 多系統流量制御装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低価格化を図り、かつ、効率のよいプラント運用を可能とする。
【解決手段】各流体流入系統の流体流量検出器１ａ〜１ｎからのプロセス検出流量加算値と、目標流量設定器７０からのトータル目標流量設定値から調節信号ＭＶを演算するＰＩＤ演算器５０と、この調節信号ＭＶの上下限によって制御系統の切替えを行い、制御系接続回路４ａ〜４ｎをＯＮ／ＯＦＦすることによって、ＰＩＤ制御系統を１系統に限定する制御系統判定手段４０を設けることによって上記ＰＩＤ演算器５０にて複数の流体流入系統を制御することを可能とする。
【効果】制御系統判定手段により、制御する流体流入系統を１系統に限定したことによって、１台のＰＩＤ演算器にてトータル流量を制御することを実現し各系統毎のＰＩＤ演算器を不要としたことで制御装置の低価格化を図ることができ、かつ効率のよいプラント運用を実現する。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流量制御装置及び流量制御方法に係り、特に、複数の流体流入系統をそれぞれ流量調整して流量制御するのに好適な多系統流量制御装置及び流量制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】
特開２００１−４２９４９号公報
従来、浄水場設備は設備停止による社会的影響の大きさから現場での機器単体操作を重視したプラント監視システムが主流であった。しかし、近年、監視操作員の不足や計算機の進歩に伴い、計算機を多重化する等により設備停止の危険性を回避し且つ少人数の監視員で監視可能な中央での一元監視操作によるプラント監視システムが主流となっている。このような流れにより、従来複数の流入系統から同一地点へ流入するプラントでは各系統のアクチュエータを直接操作することによりトータル流体流量を調整している。このような技術は、例えば、特開２００１−４２９４９号公報に記載されている。
【０００３】
ところで、トータル流体流量目標値を中央から設定することにより各系統の流体流入系統を自動制御する流量制御装置が求められている。この装置では、目標とするトータル流体流量を分配する。各系統は分配された目標値に従い流体流量を制御している。したがって、流体流入系統毎に流体流量を制御するＰＩＤ演算器を必要とする。そのため、流体流入系統数が多くなるほどその制御装置は煩雑な回路となってしまう。
【０００４】
流体流量検出部と流体流量を調節するアクチュエータをもつ流体流入系統から流入するトータル流体流量について、トータル目標流量設定器にて設定されたトータル目標流量ＱＳＶを設定された分配比率に従い各流体流入系統の目標流量ＱＳＶａ〜ＱＳＶｎに分配する。分配された各系統の目標流量と流体流量検出部からのプロセス検出流量の偏差からアクチュエータへの調節信号ＭＶａ〜ＭＶｎを演算する。さらに、調節信号ＭＶａ〜ＭＶｎを出力する。
【０００５】
分配比率設定器にてあらかじめ設定された各流体流入系統への分配比率Ｒａ〜Ｒｎ（Ｒａ＋Ｒｂ＋…＋Ｒｎ＝１）に従いトータル目標流量ＱＳＶを各系統の目標流量ＱＳＶα＝Ｒα×ＱＳＶα（α：ａ〜ｎ）へ分配する。各流体流入系統では分配された目標流量ＱＳＶａ〜ＱＳＶｎとプロセス検出流量をＰＩＤ演算器し、アクチュエータへの調節信号ＭＶａ〜ＭＶｎを演算する。
【０００６】
すなわち、トータル目標流量ＱＳＶを各流体流入系統の目標流量ＱＳＶａ〜ＱＳＶｎに分配し、これら分配された各流体流入系統の目標流量に従い系統単位に流量制御することによりトータル目標流量の確保を行っている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の制御装置では、流体流量検出部の異常や現場モード等の要因にて制御不可の流体流入系統が存在する場合等に各流体流入系統への分配比率を再設定する必要が生じる。また、分配された流体流入系統毎の目標流量ＱＳＶａ〜ＱＳＶｎとプロセス検出流量からアクチュエータ操作信号ＭＶａ〜ＭＶｎを演算するためのＰＩＤ演算器をｎ個必要とし、そのため制御装置のコストが上がる。
【０００８】
さらに、トータル目標流量を各流体流入系統へ分配し系統単位に流量制御を行っているために結果としてトータル流量の過不足が発生する問題がある。２系統にて流量制御を行う場合、トータル目標流量ＱＳＶは目標流量分配器によりそれぞれの系統の目標流量ＱＳＶａ，ＱＳＶｂに分配され、各々の流体流入系統では流量検出器からのプロセス検出流量Ｑａ，Ｑｂが目標流量ＱＳＶａ，ＱＳＶｂになるようにアクチュエータを制御する。しかし、各々の制御系には調整不可領域ＧＡＰａ，ＧＡＰｂが有るためにトータルのプロセス検出流量ΣＱはトータル目標流量ＱＳＶから２系統の調整不可領域合計ΣＧＡＰ分の過不足を生じる。この調整不可領域合計ΣＧＡＰは流体流入系統数が多くなるほど大きい値となる。
【０００９】
また、トータル目標流量を確保するのに必要な流体流入系統のみを制御するのではなく、トータル目標流量を全ての流体流入系統へ分配し、これら分配された目標流量に従い系統毎に流量制御するために全流体流入系統のアクチュエータを動作させることとなり、その結果としてアクチュエータの動作電力や摩耗等ランニングコストが高い。
【００１０】
本発明の目的は少なくとも上記問題点の１つを解決することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、複数のアクチュエータのうちの１つを除いた他のアクチュエータに流量が略一定となるように操作信号を出力し、複数のアクチュエータのうちの１つに合流流体流量が目標値となるように操作信号を出力するように構成した。
【００１２】
或いは、各流体流入系統の検出流量の合算値と目標値との偏差からフィードバック演算して調節信号を出力する演算手段と、演算手段の調節信号が上下限の値となった場合に流体流入系統を１系統選択すると共に、他のアクチュエータから選択された１系統のアクチュエータに切替えて調節信号を操作信号として出力する制御系統判定手段を有するように構成した。
【００１３】
好ましくは、トータル目標流量を設定するトータル目標流量設定器と各流体流入系統の流体流量検出器からのプロセス検出流量の合計値を演算する加算器とトータル目標流量設定器の出力と加算器の出力との偏差からアクチュエータ調節信号ＭＶを演算するＰＩＤ演算器と、ＰＩＤ演算器にて演算された調節信号の大きさから制御実施する系統を１系統のみ選択する制御系統判定手段を設け、この制御系統判定手段にて選択された流体流入系統のアクチュエータへの操作出力器に対してのみＰＩＤ演算器にて演算された調節信号ＭＶを出力することにより、１台のＰＩＤ演算器にて独立した複数の流体流入系統から同一地点へ流入するトータル流体流量の制御を実施する。
【００１４】
さらに、好ましくは、ＰＩＤ演算器にて演算された調節信号を出力する流体流入系統を常に１系統に限定することにより、目標流量の過不足を１系統の調整不可領域内に抑える。
【００１５】
【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。
【００１６】
図１は、本発明の流量制御装置の構成を示すもので、各々独立した流体流入系統ａ〜ｎにそれぞれ流体流量検出部１ａ〜１ｎ及び、流体流量を調節するアクチュエータ２ａ〜２ｎが設置されており、流体流入系統ａ〜ｎは同一地点へ流出する構成となっている。尚、図１において、各流体流入系統の流体流量を調節するアクチュエータに調節弁を図示したが、可変速ポンプ等流体流量を調節するアクチュエータで構成されるプラントでも本発明の効果は損なわれない。
【００１７】
本発明の流量制御装置１００は、トータル目標流量ＱＳＶを設定するトータル目標流量設定器７０と各流体流入系統の流体流量検出部（あるいは流体流量検出器と称す。以下同様。）１ａ〜１ｎからのプロセス検出流量の加算値ΣＱを演算する加算器６０と、トータル目標流量設定器７０にて設定されたトータル目標流量ＱＳＶと加算器６０にて演算された流体流量合計値ΣＱの偏差から調節信号ＭＶを演算するＰＩＤ演算器５０と、ＰＩＤ演算器５０にて演算された調節信号ＭＶの大きさから制御系統の切替要求を判定し制御系接続回路４ａ〜４ｎを切替えることによって、調節信号ＭＶを出力する系統を１系統のみ選択する制御系統判定手段４０とアクチュエータ２ａ〜２ｎの操作信号ＭＶａ〜ＭＶｎへ調節信号ＭＶを出力する操作信号出力器３ａ〜３ｎで構成される。
【００１８】
次に、本発明の制御系統判定手段の動作について図２，図３を参照し説明する。図３にて時間Ｔ０にトータル目標流量ＱＳＶが設定されると、図２においてステップＳ０からステップＳ１に移行して制御系統判定手段４０は、制御を実施する流体流入系統を１系統のみ選択する。この選択手法としては、複数の流体流入系統に対し昇順に順番を付けて若い番号の系統のアクチュエータから運転／停止させる手法や、運転時間の短いアクチュエータを運転し、運転時間の長いアクチュエータを停止させる選択手法等がある。本発明はこれら選択手法を制限するものではなく、いかなる選択手法を用いても本発明の効力に影響を与えることはない。よって選択手法はアクチュエータの特徴，プラント運用方法等によって本発明を実施するプラントに促した手法を選定する。
【００１９】
ここで流体流入系統ａが制御実施系統と選択されステップＳ２へ移行する。ステップＳ２では、ＰＩＤ演算器５０の演算を流体流入系統ａ〜ｎの現状値から開始させるために、アクチュエータ調節信号ＭＶａ〜ＭＶｎをＰＩＤ演算器５０の演算値である調節信号ＭＶへ初期値として入力する。この例では流体流入系統ａのアクチュエータ調節信号ＭＶａ（ＭＶａ＝０）をＰＩＤ演算器調節信号ＭＶへ入力する。次に、ステップＳ３に移行して制御系接続回路４ａをＯＮすることによって選択された流体流入系統ａをＰＩＤ演算器５０へ接続し、ステップＳ４へ移行してＰＩＤ演算器５０のＰＩＤ演算を開始する。Ｓ５において、制御系統判定手段４０は、ＰＩＤ演算器５０の演算値である調節信号ＭＶを流体流入系統ａの操作信号出力器３ａへ操作信号ＭＶａとして出力する。選択された流体流入系統ａのアクチュエータ２ａはＭＶａに従い流体流入系統のプロセス流量加算値ΣＱがトータル目標流量ＱＳＶとなるように制御される。
【００２０】
図３にて時間Ｔ２にトータル目標流量ＱＳＶが増加し、流体流入系統ａの調節信号ＭＶａが１００％に到達してもＰＩＤ演算器５０の演算が制御ＧＡＰ内で安定しない時、すなわちプロセス検出流量加算値ΣＱがトータル目標流量ＱＳＶに到達できない時は図２ステップＳ６にて調節信号ＭＶａ＝１００％一定時間（時間Ｔ）継続を判定して、ステップＳ８へ移行する。次に、ステップＳ８にて制御系接続回路４ａをＯＦＦすることによって流体流入系統ａをＰＩＤ演算器５０から切り離してアクチュエータ２ａの操作信号ＭＶａを１００％固定とする。ステップＳ８にてＰＩＤ演算器５０へ接続している制御系が無くなることによって、ステップＳ９においてＰＩＤ演算器５０の演算は停止して再びステップＳ１へ戻り、制御系統判定手段４０は、停止している流体流入系統ｂ〜ｎから次の制御系統を選択する。図３において時間Ｔ３に制御系統判定手段４０は流体流入系統ｂを次の制御系統に選択してステップＳ２にて流体流入系統ｂの調節信号ＭＶｂ（＝０）をＰＩＤ演算器調節信号ＭＶへ初期値として入力し流体流入系統ｂのアクチュエータ２ｂを制御することによりプロセス流量加算値ΣＱがトータル目標流量ＱＳＶになるよう流体流入系統ｂの調節信号ＭＶｂを演算する。時間Ｔ４にトータル目標流量ＱＳＶが増加して流体流入系統ｂの調節信号ＭＶｂが１００％となり、ステップＳ８にて制御系接続回路４ｂをＯＦＦして調節信号ＭＶｂ＝１００％固定として、時間Ｔ５に次の制御系統に流体流入系統ｃを選択する。
【００２１】
時間Ｔ６にトータル目標流量ＱＳＶが減少して流体流入系統ｃの調節信号ＭＶｃが０％に到達してもＰＩＤ演算器（制御手段）５０のＰＩＤ演算が制御ＧＡＰ内で安定しない時すなわちプロセス検出流量加算値ΣＱがトータル目標流量ＱＳＶより多い時はステップＳ７にて調節信号ＭＶｃ＝０％一定時間（時間Ｔを判定してステップＳ８にて制御系接続回路４ｃをＯＦＦすることによって流体流入系統ｃをＰＩＤ演算器５０から切り離し、切り離した流体流出系統ｃのアクチュエータ操作信号ＭＶｃは０％固定、すなわち停止状態となり、ステップＳ１の制御系統選択にて運転している流体流入系統ａ・ｂから次の制御系統を選択する。ここで流体流入系統ａが次の制御実施系統に選択されステップＳ２にて流体流入系統ａの調節信号ＭＶａ（＝１００％）をＰＩＤ演算器５０の調節信号ＭＶへ初期値として入力してステップＳ３にて制御系接続回路４ａをＯＮしてプロセス検出流量加算値ΣＱがトータル目標流量ＱＳＶとなるように流体流入系統ａのアクチュエータ２ａの調節信号ＭＶａを演算する。
【００２２】
本実施例では、制御系統判定手段４０での制御系接続回路４ａ〜４ｎを切替える条件を制御実施している流体流入系統の調節信号ＭＶａ〜ＭＶｎ＝１００％又は０％として説明したが、この値は本発明を実施するプラント構成やアクチュエータの特徴により可変とする。
【００２３】
また、制御中の流体流入系統ａ〜ｎの流量検出器１ａ〜１ｎ異常時やアクチュエータ２ａ〜２ｎ異常時に制御系統判定手段４０にて制御系接続回路４ａ〜４ｎをＯＦＦすることによって制御系統から異常発生した流体流入系統を切離して異常発生した流体流入系統のアクチュエータ２ａ〜２ｎへの操作信号を０％とし、新たに正常な流体流入系統から制御系統を選択することによってプラントの異常時に他の系統へ影響を与えずにトータル流体流量の安定的継続性を確保できる。
【００２４】
本実施例によれば、制御系統判定手段４０により制御を実施する流体流入系統を１系統に限定し、かつ制御系統が切替わる際にＰＩＤ演算を初期化することによって、流体流入系統毎にＰＩＤ演算器を持つことなく１台のＰＩＤ演算器によって複数の独立した流体流入系統から流入するトータル流入流量を制御することが可能となり、また、アクチュエータの運転台数を最小限に抑えることによって、アクチュエータの動作電力を軽減でき、さらに、制御安定状態でのトータル目標流量とプロセス検出流量加算値との偏差を１系統分の制御ＧＡＰ内に抑えることにより精度の高い制御を可能とし、また、流体流入系統に異常が発生した場合でもトータル流体流量の安定的継続性を確保することができる。
【００２５】
このように、制御系統判定手段により制御実施する流体流入系統を１系統に限定することによって、１台のＰＩＤ演算器による複数の流体流入系統から流入する流体流量を制御することが可能となり、制御装置の単純化を実現できる。また、使用系統を最小限に抑えることができるため、アクチュエータの動作電力・摩耗を抑えることができる。さらに、制御実施する流体流入系統を常に１系統に限定することによって、制御実施する系統に異常が発生して制御不可となった場合は正常な系統へ制御実施する系統を切替えてトータル流体流量の安定的継続性を確保できる。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、制御装置の単純化を実現できる。また、アクチュエータの動作電力・摩耗を抑えることができる共に、安定的継続性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる流量制御装置構成図。
【図２】本発明に係わる制御系統判定手段動作フロー図。
【図３】本発明に係わる流量制御装置によるプラント動作例を示す説明図。
【符号の説明】
ａ〜ｎ…流体流入系統、１ａ〜１ｎ…流体流量検出器、２ａ〜２ｎ…アクチュエータ、３ａ〜３ｎ…操作信号出力器、４０…制御系統判定手段、４ａ〜４ｎ…制御系接続回路、５０，５ａ〜５ｎ…ＰＩＤ演算器、６０…プロセス検出流量加算器、７０…目標流量設定器。

Claims (10)

1. 複数の流体流入系統をそれぞれ流量調整する複数のアクチュエータに対して、それぞれ、操作信号を出力して制御することで合流流体流量が目標流量となるように制御する流量制御装置において、前記流量制御装置は、前記複数のアクチュエータのうちの１つを除いた他のアクチュエータに流量が略一定となるように操作信号を出力し、前記複数のアクチュエータのうちの１つに合流流体流量が目標値となるように操作信号を出力するように構成したことを特徴とする多系統流量制御装置。
2. 請求項１において、前記１つのアクチュエータに出力された操作信号が所定値になると流量が略一定となるように操作信号を固定し、他のアクチュエータの１つに対して合流流体流量が目標値となるように操作信号を出力するよう、操作信号の出力を切替えることを特徴とする多系統流量制御装置。
3. 請求項２において、複数の流体流入系統に予め番号を付しおき、前記操作信号の切替えは前記番号順になすことを特徴とする多系統流量制御装置。
4. 請求項２において、前記操作信号の切替えは、運転時間の短いアクチュエータを起動し、運転時間の長いアクチュエータを停止することを特徴とする多系統流量制御装置。
5. 請求項２において、前記操作信号の切替えは、操作信号が所定値になってから所定時間後になすことを特徴とする多系統流量制御装置。
6. 請求項２において、操作信号を固定する値はプラント構成或いはアクチュエータの特徴に応じて可変とすることを特徴とする多系統流量制御装置。
7. 請求項６において、前記操作信号の固定は０％或いは１００％であることを特徴とする多系統流量制御装置。
8. 請求項２乃至７において、前記操作信号はＰＩＤ制御によるものであることを特徴とする多系統流量制御装置。
9. 各々独立した複数の流体流入系統から合流して流入する合流流体流量を制御する流量制御装置において、各流体流入系統の検出流量の合算値と目標値との偏差からフィードバック演算して調節信号を出力する演算手段と、前記演算手段の調節信号が上下限の値となった場合に流体流入系統を１系統選択すると共に、他のアクチュエータから前記選択された１系統のアクチュエータに切替えて前記調節信号を操作信号として出力する制御系統判定手段を有することを特徴とする多系統流量制御装置。
10. 複数の流体流入系統をそれぞれ流量調整する複数のアクチュエータのうちの１つを除いた他のアクチュエータに流量が略一定となるように操作信号を出力し、前記複数のアクチュエータのうちの１つに合流流体流量が目標値となるように操作信号を出力することを特徴とする多系統流量制御方法。

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