JP2008146325A - Process control device, process control method, program, and computer-readable recording medium with program recorded - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、石油化学、鉄鋼等の一般産業用プラントにおいて制御対象となる温度のプロセス値を所定の値に制御するプロセス制御装置、プロセス制御方法、プログラム、およびプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関するものである。 The present invention relates to a process control device, a process control method, a program, and a computer-readable record recording the program, which control a process value of a temperature to be controlled to a predetermined value in a general industrial plant such as petrochemical and steel. It relates to the medium.
(従来のPID制御装置)
石油化学、鉄鋼等の一般産業用プラントにおいて、制御対象となる温度、流量、圧力等のプロセスの値を所定の値に制御するために、従来から、比例演算(P)、積分演算(I)、および微分演算(D)を実行するPID(proportional-integral-derivative)制御装置が使用されている。
(Conventional PID control device)
In general industrial plants such as petrochemical and steel, in order to control process values such as temperature, flow rate, pressure, etc. to be controlled to predetermined values, conventionally, proportional calculation (P), integral calculation (I) , And a PID (proportional-integral-derivative) controller that performs a differential operation (D) is used.
図6を参照しながら、従来のPID制御装置について説明する。図6は、従来のPID制御装置の構成を示すブロック線図である。図6に示すように、従来のPID制御装置10は、加算器11と調節計12とを備えて構成され、プロセス14を制御する。
A conventional PID control apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a conventional PID control device. As shown in FIG. 6, the conventional
加算器11は、プロセス14の制御目標値(SV)とプロセス14の制御量(PV)とを入力として、それらの偏差(E)を出力する。調節計12は、比例演算(P)と積分演算(I)と微分演算(D)とを実行する。調節計12は、加算器11の出力である偏差(E)を入力として、当該偏差(E)に対して、比例演算、積分演算および微分演算を行った結果を操作量(MV)として出力する。制御対象であるプロセス14は、上記操作量(MV)を入力として、制御量(PV)を出力する。
The
一般産業用プラントにおける制御対象の多くは、制御目標値(SV)を変化させた場合、変化させた時点からむだ時間が経過した後、制御量(PV)が変化するという特性を有している。同様に、制御量(PV)に対して何らかの外乱が混入した場合、外乱が混入した時点からむだ時間が経過した後、制御量(PV)が変化するという特性を有している。 Many of the controlled objects in the general industrial plant have a characteristic that when the control target value (SV) is changed, the control amount (PV) changes after the dead time has elapsed from the time of the change. . Similarly, when some disturbance is mixed into the control amount (PV), the control amount (PV) changes after the dead time has elapsed since the time when the disturbance was mixed.
(スミス法)
むだ時間を考慮した制御方法としてスミス法が広く知られている。スミス法は、フィードバックループ内部に制御対象のモデルとむだ時間のモデルを有し、むだ時間後の出力を予測し、その予測に基づいて制御対象を制御する方法である(非特許文献1参照)。
(Smith method)
The Smith method is widely known as a control method considering dead time. The Smith method is a method in which a control target model and a dead time model are included in a feedback loop, an output after the dead time is predicted, and the control target is controlled based on the prediction (see Non-Patent Document 1). .
図7を参照しながら、スミス法によるプロセス制御装置について説明する。図7は、スミス法によるプロセス制御装置の構成を示すブロック線図である。図7に示すように、スミス法によるプロセス制御装置は、加算器31、加算器32、調節計33、シミュレータ36、加算器38とを備えて構成され、プロセス34を制御する。
A process control apparatus based on the Smith method will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a process control apparatus based on the Smith method. As shown in FIG. 7, the Smith process control apparatus includes an
加算器31は、プロセス34の制御目標値(R)とプロセス34の制御量(Y)とを入力として、それらの偏差を出力する。加算器32は、加算器31の出力値とシミュレータ36の出力値とを入力として、それらの偏差を出力する。調節計33は、通常はPID制御装置が用いられ、加算器32の出力値を入力として比例演算、積分演算および微分演算を行った結果を出力する。シミュレータ36は、調節計33の出力値を入力として、むだ時間後の制御量を予測し、出力する。加算器38は、調節計33の出力値と外乱(D)とを入力として、それらの加算値を操作量として出力する。制御対象であるプロセス34は、上記操作量を入力として、制御量(Y)を出力する。
The
(その他)
特許文献1には、フィードバック制御信号とフィードフォワード制御信号とを所定値に応じて切り替えるプロセス制御装置が開示されている。
(Other)
また、特許文献2には、一次遅れおよびむだ時間の演算を行う補償器と、制御量に対してフィルタ演算を行う外乱補償器とを備えるプロセス制御装置が開示されている。 Further, Patent Document 2 discloses a process control apparatus including a compensator that performs first-order delay and dead time calculations, and a disturbance compensator that performs filter calculations on control amounts.
また、特許文献3には、フィードバック制御による操作量をフィードフォワード制御による操作量により補正して得られる操作量を用いてむだ時間を補償するプロセス制御装置が開示されている。 Patent Document 3 discloses a process control device that compensates for dead time using an operation amount obtained by correcting an operation amount by feedback control with an operation amount by feedforward control.
また、特許文献4には、プロセスの温度特性を推定し、推定された温度特性に基づき制御を行う調整装置が開示されている。
多くのプロセス制御では、制御目標値(SV)が変化したとき、速やかにオフセット無しに制御目標値(SV)に追従する目標値追従特性と、プロセスに外乱が加わって制御量が制御目標値から変動した場合に、速やかに外乱の影響を除去して所定の値にプロセス値を戻す外乱抑制特性との両特性が良好であることが要求される。 In many process controls, when the control target value (SV) changes, a target value tracking characteristic that immediately follows the control target value (SV) without an offset, and a disturbance is added to the process so that the control amount is determined from the control target value. It is required that both of the characteristics including the disturbance suppression characteristic for quickly removing the influence of the disturbance and returning the process value to a predetermined value when it fluctuates are good.
しかしながら、プロセス14が有する時定数Tに比較してむだ時間Lが大きい場合、従来のPID制御装置10では良好な制御を行うことができない。一般的に、L/Tの値が0.2以上になると、従来のPID制御装置10では良好に制御することが困難となる(非特許文献2参照)。
However, when the dead time L is longer than the time constant T of the
また、スミス法はプロセス制御方法として有効であるが、実装しても良好な制御が得られない場合がある。すなわち、上述のとおり、むだ時間モデルをシミュレータ36に組み込む必要がある。よって、むだ時間Lと時定数Tとが動的に変化するようなプロセスの場合、または、むだ時間Lの値と時定数Tの値とが精度良く得られない場合に、シミュレータ36を実装しても良好な制御を得ることが出来ない。
Moreover, although the Smith method is effective as a process control method, there are cases where good control cannot be obtained even if it is implemented. That is, as described above, it is necessary to incorporate the dead time model into the
また、特許文献2に開示されている発明については、制御対象の制御量を計算するにあたり、時定数Tおよびむだ時間Lをパラメータとして使用するため、良好な制御を行うために、制御対象のモデル精度、すなわち、時定数Tおよびむだ時間Lが良い精度で得られることが必要とされる。つまり、制御対象のモデル精度が良くない場合は良好な制御を得ることが出来ない。 In addition, in the invention disclosed in Patent Document 2, the time constant T and the dead time L are used as parameters when calculating the control amount of the control target. The accuracy, that is, the time constant T and the dead time L are required to be obtained with good accuracy. That is, good control cannot be obtained if the model accuracy of the controlled object is not good.
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、時定数に比べてむだ時間が大きい制御対象に対して、制御量の予測値を用いて制御することにより、目標値追従特性と外乱抑制特性とを良好なものとすることができるプロセス制御装置、プロセス制御方法、制御装置を動作させるためのプログラム、およびプログラムを記録した記録媒体を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and its purpose is to control a control target having a large dead time compared to a time constant by using a predicted value of a control amount to achieve a target. An object of the present invention is to provide a process control device, a process control method, a program for operating the control device, and a recording medium on which the program is recorded, which can improve the value following characteristic and the disturbance suppression characteristic.
本発明に係るプロセス制御装置は、上記課題を解決するために、むだ時間を有する制御対象のプロセス値を所定の値に制御するプロセス制御装置であって、制御対象の制御量の現在値を入力とし、現在から所定時間経過後の制御量の値を予測した結果を予測値として出力する予測演算手段と、制御目標値と上記予測演算手段が出力する予測値との偏差を入力とし、当該偏差に対して、比例演算、積分演算、および微分演算のうちいずれか1つ以上の演算を行った結果を操作量として出力する調節手段とを備え、上記操作量により制御対象を制御することを特徴としている。 In order to solve the above problems, a process control device according to the present invention is a process control device that controls a process value of a control target having a dead time to a predetermined value, and inputs a current value of a control amount of the control target. And a prediction calculation means for outputting a result of predicting a control amount value after a predetermined time from the present time as a prediction value, and a deviation between the control target value and the prediction value output by the prediction calculation means as inputs, and the deviation And an adjusting means for outputting, as an operation amount, a result of performing any one or more of a proportional operation, an integral operation, and a derivative operation, and controls a control object by the operation amount. It is said.
また、本発明に係るプロセス制御方法は、むだ時間を有する制御対象のプロセス値を所定の値に制御するプロセス制御方法であって、制御対象の制御量の現在値を入力とし、現在から所定時間経過後の制御量の値を予測した結果を予測値として出力する予測演算ステップと、制御目標値と上記予測演算ステップが出力する予測値との偏差を入力とし、当該偏差に対して、比例演算、積分演算、および微分演算のうちいずれか1つ以上の演算を行った結果を操作量として出力する調節ステップとを含み、上記操作量により制御対象を制御することを特徴としている。 The process control method according to the present invention is a process control method for controlling a process value of a control target having a dead time to a predetermined value, and inputs a current value of a control amount of the control target and inputs a predetermined time from the present time. The prediction calculation step that outputs the predicted value of the control amount after the lapse of time is output as a prediction value, and the deviation between the control target value and the prediction value output by the prediction calculation step is input. And an adjustment step for outputting as a manipulated variable the result of performing any one or more of the integral computation and the differential computation, and the controlled object is controlled by the manipulated variable.
上記の構成によれば、従来のPID制御に加えて、現在から所定時間経過後の制御量の予測値を用いて、制御対象の操作量を計算することができる。よって、上記構成は、制御対象の制御量の将来的な変化を考慮したプロセス制御を行うので、制御量の予測値が目標値から遠ざかることが予想されれば、目標値に近づけるように操作量を計算することができる。 According to the above configuration, in addition to the conventional PID control, the operation amount of the control target can be calculated using the predicted value of the control amount after a predetermined time has elapsed since the present time. Therefore, the above configuration performs process control in consideration of future changes in the control amount of the control target, so if the predicted value of the control amount is expected to move away from the target value, the manipulated variable is brought closer to the target value. Can be calculated.
さらに、上記の構成によれば、比例演算、積分演算、微分演算、および制御量の予測値をパラメータとして制御対象の操作量を計算する。つまり、時定数Tとむだ時間Lとを用いずに制御対象の操作量を計算するので、時定数Tとむだ時間Lとが良い精度で得られなくても、制御対象の操作量の計算に影響を及ぼさない。 Furthermore, according to the above configuration, the manipulated variable of the control target is calculated using the proportional calculation, the integral calculation, the differential calculation, and the predicted value of the controlled variable as parameters. That is, since the manipulated variable of the controlled object is calculated without using the time constant T and the dead time L, the manipulated variable of the controlled object can be calculated even if the time constant T and the dead time L are not obtained with good accuracy. Has no effect.
よって、時定数Tとむだ時間Lとが良い精度で得られない制御対象であっても、良好な制御を得ることができる。 Therefore, even if the time constant T and the dead time L cannot be obtained with good accuracy, good control can be obtained.
したがって、上記構成は、制御対象の時定数に比べてむだ時間が大きい制御対象に対して、制御対象のモデル精度が良くなくても、目標値追従特性と外乱抑制特性とが良好なプロセス制御を行うことができるという効果を奏する。 Therefore, the above configuration provides a process control with good target value tracking characteristics and disturbance suppression characteristics, even if the model accuracy of the control target is not good, for a control target having a large dead time compared to the time constant of the control target. There is an effect that it can be performed.
また、本発明に係るプロセス制御装置は、上記の構成において、前記予測演算手段は、制御対象の制御量の現在値を入力とし、該値を所定の時間だけ遅延させて出力する遅延手段と、制御対象の制御量の現在値と上記遅延手段の出力値とを入力とし、該現在値から該出力値を減算した値を出力する減算手段と、上記減算手段の出力値を入力とし、該出力値を所定の時間で除算した値を出力する除算手段と、上記除算手段の出力値を入力とし、該出力値に制御対象の予測時間を乗算した値を出力する乗算手段と、制御対象の制御量の現在値と上記乗算手段の出力値とを入力とし、該現在値と該出力値とを加算した値を出力する加算手段とを備える構成としてもよい。ここで、予測時間とは、制御量の現在値から予測値に達するまでの時間である。予測時間の一例として、制御対象のむだ時間が考えられる。 Further, the process control apparatus according to the present invention, in the above configuration, the prediction calculation means receives a current value of the controlled variable to be controlled, and delay means for delaying the value by a predetermined time and outputting the delay value; The current value of the controlled variable to be controlled and the output value of the delay means are input, the subtracting means for outputting a value obtained by subtracting the output value from the current value, and the output value of the subtracting means are input and the output A dividing unit that outputs a value obtained by dividing the value by a predetermined time; a multiplying unit that receives the output value of the dividing unit and outputs a value obtained by multiplying the output value by a predicted time of the controlled object; and control of the controlled object The present invention may be configured to include an adding means for inputting a current value of the quantity and an output value of the multiplication means and outputting a value obtained by adding the current value and the output value. Here, the predicted time is the time from the current value of the control amount to the predicted value. As an example of the predicted time, the dead time of the control target can be considered.
上記の構成によれば、予測値は、四則演算、むだ時間計算といった従来の分散型制御システム(DCS)で備えられている構成要素で計算することができるので、プロセス制御装置を従来から広く使用されている分散型制御システム(DCS)に容易に組み込むことができるという効果を奏する。 According to the above configuration, the predicted value can be calculated by the components provided in the conventional distributed control system (DCS) such as the four arithmetic operations and the dead time calculation. The present invention has an effect that it can be easily incorporated into a distributed control system (DCS).
なお、上記プロセス制御装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記各手段として動作させることにより上記プロセス制御装置をコンピュータにて実現させるプロセス制御装置の制御プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。 The process control device may be realized by a computer. In this case, a process control device control program for causing the process control device to be realized by a computer by causing the computer to operate as each of the means, and A computer-readable recording medium on which is recorded also falls within the scope of the present invention.
以上のように、本発明に係るプロセス制御装置は、制御対象の制御量の現在値を入力とし、制御対象の制御量の予測値を出力する予測演算手段と、制御目標値と上記予測演算手段が出力する予測値との偏差を入力とし、当該偏差に対して、比例演算、積分演算、および微分演算を行った結果を操作量として出力する調節手段とを備えている。 As described above, the process control apparatus according to the present invention receives the current value of the control amount of the control target, outputs the prediction value of the control amount of the control target, the control target value, and the prediction calculation unit. Is provided with an adjustment unit that receives as input the deviation from the predicted value output by, and outputs the result of proportional calculation, integration calculation, and differentiation calculation as the manipulated variable.
また、本発明に係るプロセス制御方法は、制御対象の制御量の現在値を入力とし、制御対象の制御量の予測値を出力する予測演算ステップと、制御目標値と上記予測演算ステップが出力する予測値との偏差を入力とし、当該偏差に対して、比例演算、積分演算、および微分演算を行った結果を操作量として出力する調節ステップとを含んでいる。 In the process control method according to the present invention, the current value of the controlled variable to be controlled is input, and the prediction calculation step of outputting the predicted value of the controlled variable of the controlled object, the control target value, and the predicted calculation step output. And an adjustment step of taking a deviation from the predicted value as an input and outputting a result obtained by performing a proportional operation, an integral operation, and a derivative operation on the deviation as an operation amount.
よって、上記構成は、制御対象の制御量の将来的な変化を考慮したプロセス制御を行うので、制御量の予測値が目標値から遠ざかることが予想されれば、目標値に近づけるように操作量を計算することができる。したがって、上記構成は、制御対象の時定数に比べてむだ時間が大きい制御対象に対して、目標値追従特性と外乱抑制特性とが良好なプロセス制御を行うことができるという効果を奏する。 Therefore, the above configuration performs process control in consideration of future changes in the control amount of the control target, so if the predicted value of the control amount is expected to move away from the target value, the manipulated variable is brought closer to the target value. Can be calculated. Therefore, the above configuration has an effect that process control with favorable target value tracking characteristics and disturbance suppression characteristics can be performed on a control target having a large dead time compared to the time constant of the control target.
(プロセス制御装置)
本発明の一実施形態に係るプロセス制御装置について図1ないし図4に基づいて説明すると以下のとおりである。
(Process control device)
A process control apparatus according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
図2を参照しながら、本発明に係るプロセス制御装置20について説明する。図2は、本発明に係るプロセス制御装置20の構成を示すブロック線図である。図2に示すようにプロセス制御装置20は、加算部21、調節部22、予測演算部26とを備えて構成され、プロセス24を制御する。
The
加算部21は、プロセス24の制御目標値(SV)とプロセス24の制御量(PV)の予測値(PVC)との偏差(E)を出力する。
The adding
調節部22は、比例演算(P)と積分演算(I)と微分演算(D)とを実行する。調節部22は、制御目標値(SV)と制御量(PV)の予測値(PVC)との偏差(E)を入力として、当該偏差(E)に対して、比例演算、積分演算および微分演算のうちいずれか1つ以上の演算を行った結果を操作量(MV)としてプロセス24に出力する。
The
プロセス24は、制御対象である。プロセス24は、上記操作量(MV)を入力として、制御量PVを出力する。
The
予測演算部26は、プロセス24の出力である制御量(PV)を入力として、現在から所定時間経過後の制御量の値を予測値(PVC)として出力する。
The
次に、図1を参照しながら、予測演算部26について詳細に説明する。図1は、プロセス制御装置20のうち予測演算部26の構成を詳細に示すブロック図である。図1に示すように予測演算部26は、遅延部261、減算部262、除算部263、乗算部264、加算部265を備えて構成される。
Next, the
遅延部261は、プロセス24の出力である現在の制御量(PV)を一定時間遅延させた制御量(IN)を減算部262に出力する。減算部262は、遅延部261からの出力値を制御量(PV)から減算し、その結果を出力する。除算部263は、減算部262からの出力値を所定の値(S)で除算し、その結果を出力する。乗算部264は、除算部263からの出力値に所定の値(H)で乗算し、その結果を出力する。加算部265は、制御量(PV)に乗算部264からの出力値を加算し、その結果を出力する。
The
以上のように構成した本実施の形態に係るプロセス制御装置20の処理手順について説明する。
A processing procedure of the
プロセス24には操作量(MV)が入力され、その結果、プロセス24から制御量(PV)が出力される。予測演算部26の遅延部261にはプロセス24からの制御量(PV)が入力され、その結果、現在の制御量(PV)から一定時間遅延させた制御量(IN)が出力される。
An operation amount (MV) is input to the
減算部262には、遅延部261からの出力値とプロセス24の制御量(PV)とが入力され、その結果、制御量(PV)から遅延部261からの出力値を減算した値が出力される。除算部263には、減算部262からの出力値と所定の値(S)とが入力され、その結果、減算部262からの出力値を所定の値(S)で除算した値が出力される。乗算部264には、除算部263からの出力値と予測時間(H)とが入力され、その結果、除算部263からの出力値を予測時間(H)で乗算した値が出力される。加算部265には、プロセス24からの制御量(PV)と乗算部264からの出力値とが入力され、その結果、プロセス24からの制御量(PV)に乗算部264からの出力値を加算した値が予測値(PVC)として出力される。その結果、予測演算部26から予測値(PVC)が出力される。
The
調節部22には、制御目標値(SV)と予測演算部26からの予測値(PVC)との偏差(E)が入力され、当該偏差(E)に対して、比例演算、積分演算および微分演算を行われ、その結果、操作量(MV)がプロセス24に対して出力される。プロセス24は、上記操作量(MV)を入力として、制御量(PV)を出力する。
(予測値の計算式)
次に、本実施の形態に係るプロセス制御装置20によって、プロセス24を良好に制御することができることを説明する。
A deviation (E) between the control target value (SV) and the predicted value (PVC) from the
(Predicted value calculation formula)
Next, it will be described that the
調節部22の伝達関数をGc(s)、プロセス24の伝達関数をGp(s)、予測演算部26の伝達関数をH(s)とする。また、プロセス24は、1次遅れおよびむだ時間を有するものとする。一般産業用プラントの多くの制御対象は、1次遅れおよびむだ時間によりその特性を表すことができる。そのような制御対象すなわちプロセス24の伝達関数Gp(s)は、一般的に下式で与えられる。下式において、Kpは定常ゲイン、Tpは時定数、Lはむだ時間を表す。
The transfer function of the
この場合、プロセス制御装置20全体の伝達関数G3(s)は、下式で表される。
In this case, the transfer function G 3 (s) of the entire
一方、図7に示したスミス法によるプロセス制御装置全体の伝達関数G1(s)を考える。調節計33の伝達関数をGc(s)とし、プロセス34の伝達関数をG(s)e-Lsとし、シミュレータ36の伝達関数をG(s)(1−e-Ls)とする。e-Lsはむだ時間要素である。この場合、G1(s)は、下式で与えられる。
On the other hand, consider the transfer function G 1 (s) of the entire process control apparatus according to the Smith method shown in FIG. The transfer function of the
なお、Gc(s)は、下式で与えられる。下式において、Kは比例ゲイン、TIは積分時間、TDは微分時間を表す。 Gc (s) is given by the following equation. In the formula, K is a proportional gain, T I is the integral time, T D represents the derivative time.
伝達関数G1(s)をブロック線図で表現したものを図8に示す。図8に示すように、ブロック線図で表現すると、むだ時間要素e-Lsはフィードバックループの外部に存在する。すなわち、制御対象からむだ時間が無くなったような系を構成することができる。 FIG. 8 shows a block diagram of the transfer function G 1 (s). As shown in FIG. 8, when expressed in a block diagram, the dead time element e -Ls exists outside the feedback loop. That is, it is possible to configure a system in which the dead time from the control target is eliminated.
ところで、プロセス34は制御対象であるから、プロセス34の伝達関数はGp(s)と表現することもできる。従って、Gp(s)=G(s)e-Lsであるから、G(s)は下式で表すことができる。
Incidentally, since the
図8のブロック線図におけるG(s)を上式で置き換えたブロック線図は、図9に示すとおりとなる。図9のブロック線図に示したスミス法におけるプロセス制御装置の伝達関数G4(s)は、下式で表される。 A block diagram in which G (s) in the block diagram of FIG. 8 is replaced by the above equation is as shown in FIG. The transfer function G 4 (s) of the process control apparatus in the Smith method shown in the block diagram of FIG. 9 is expressed by the following equation.
プロセス制御装置20全体の伝達関数G3(s)が、スミス法におけるプロセス制御装置全体の伝達関数G4(s)と等しい場合、または、それらが近似している場合、プロセス制御装置20は良好にプロセス制御を行うことができると考えてよい。伝達関数G3(s)と伝達関数G4(s)とを比較すると、e-LsH(s)=1であれば、それぞれの伝達関数は等しくなる。そして、e-LsH(s)=1を基に下式が得られる。
When the transfer function G 3 (s) of the entire
上式に示すとおり、伝達関数H(s)はであるから、伝達関数H(s)の近似値を求めることを考える。Lsの値が小さければ、例えば上式の第3項目以降の合計値が伝達関数H(s)の値に占める割合は小さい。そこで、伝達関数H(s)を下式のように表してもよい。 Since the transfer function H (s) is as shown in the above equation, it is considered to obtain an approximate value of the transfer function H (s). If the value of Ls is small, for example, the ratio of the total value after the third item in the above equation to the value of the transfer function H (s) is small. Therefore, the transfer function H (s) may be expressed as the following equation.
上式は、伝達関数H(s)が、現在値と現在値の傾きとから計算できることを表している。すなわち、予測値(PVC)は、下式で与えられると考えることができる。下式において、INは過去の制御量、Sは当該過去から現在までの時間、Hは現在から予測値に達するまでの時間を表す。 The above formula represents that the transfer function H (s) can be calculated from the current value and the slope of the current value. That is, it can be considered that the predicted value (PVC) is given by the following equation. In the following equation, IN represents the past control amount, S represents the time from the past to the present, and H represents the time from the present to the predicted value.
すなわち、予測値(PVC)は、現在の制御量(PV)と現在から所定時間前の制御量(IN)とから計算した現在の制御量の傾き((PV−IN)/S)に、予測時間Hを乗算した値となる。 That is, the predicted value (PVC) is predicted to the slope ((PV−IN) / S) of the current control amount calculated from the current control amount (PV) and the control amount (IN) a predetermined time before the current time. A value obtained by multiplying the time H.
上式から、図2に示した予測演算部26のブロック線図が導かれる。
(実施例)
次に、本発明に係るプロセス制御装置が良好なプロセス制御を行うことができることを示すために、プロセス制御装置20を用いて、化学反応器の内部温度を制御した例を示す。
From the above equation, a block diagram of the
(Example)
Next, in order to show that the process control apparatus according to the present invention can perform good process control, an example in which the internal temperature of the chemical reactor is controlled using the
図3を参照しながら、本発明に係るプロセス制御装置を適用したプラント30の概略について説明する。図3は、本発明の実施の一形態であるプロセス制御装置を適用したプラント30の要部構成を示す概略図である。図3に示すように、プラント30は、内部で化学反応を行う反応器40と、反応器40の周りに配置され反応器40を外部から冷却する媒体を供給するジャケット50と、反応器40の内部の温度を測定する内温調節計60と、ジャケット50に供給される媒体の温度を測定するジャケット温度調節計70と、ジャケット50に供給される媒体量を調節するバルブ80と、反応器40に供給される液量を調節するバルブ90とを備えている。ジャケット50から供給される冷却媒体の量により、反応器40内部の温度を調節するため、反応器40の内部温度に応じてバルブ80の制御を行う。
The outline of the plant 30 to which the process control apparatus according to the present invention is applied will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic diagram showing a main configuration of a plant 30 to which the process control apparatus according to an embodiment of the present invention is applied. As shown in FIG. 3, the plant 30 includes a
なお、反応器40の時定数Tは約30分であり、むだ時間は約15分である。よって、L/Tの値は約0.5であるので、従来のPID制御装置では良好に制御することは困難である。
The time constant T of the
次に、図4を参照しながら、プラント30のブロック線図について説明する。図4は、本発明の実施の一形態であるプロセス制御装置を適用したプラント30の要部構成を示すブロック線図である。 Next, a block diagram of the plant 30 will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a block diagram showing a main configuration of a plant 30 to which the process control apparatus according to an embodiment of the present invention is applied.
図4に示すように、反応器40の温度設定値とフィードバックされた反応器40の内温との偏差が内温調節計60に入力され、調節演算の出力値は、ジャケット温度調節計70の設定値となる。また、ジャケット温度調節計70は、該設定値とフィードバックされたジャケット50の温度との偏差により調節演算を行う。そして、該調節演算の出力値は、図4では図示しないバルブ80に入力される。そして、バルブ80の弁開度の変化によりジャケット50の温度が変化し、それにより反応器40の温度が変化する。
As shown in FIG. 4, the deviation between the set temperature value of the
プラント30がカスケード制御を含んでいるため、ブロック線図では、図4に示すように、フィードバックループが二重になる。すなわち、ジャケット50の温度が、ジャケット温度調節計70の入力としてフィードバックされる。また、反応器40の内温が、内温調節計60の入力としてフィードバックされる。
Since the plant 30 includes cascade control, in the block diagram, the feedback loop is doubled as shown in FIG. That is, the temperature of the jacket 50 is fed back as an input to the
その結果、プラント30の伝達関数を、ジャケット温度調節計70の伝達関数Gc2(s)、ジャケットの伝達関数Gp2(s)、および反応器の伝達関数Gp1(s)を用いて構成すると、複雑になる。そこで、ジャケット温度調節計70の伝達関数Gc2(s)、ジャケットの伝達関数Gp2(s)、および反応器の伝達関数Gp1(s)を、図4の破線で示すようにまとめて伝達関数Gp(s)とみなす。これにより、プラント30の伝達関数は、Gc(s)とGp(s)とから構成されることとなる。したがって、予測演算部26を備えることで、本実施の形態のプロセス制御装置20をプラント30に適用することができる。
As a result, if the transfer function of the plant 30 is configured using the transfer function Gc2 (s) of the
次に、図5を参照しながら、上記プラント30において本実施の形態のプロセス制御装置20を適用した場合に得られた制御量(PV)および予測値(PVC)について説明する。図5は、上記制御量(PV)および予測値(PVC)の推移を示すトレンドグラフである。
Next, the control amount (PV) and the predicted value (PVC) obtained when the
図5に示すように、トレンドグラフには、現在の制御量(PV)である反応器40の内部温度100を表示している。また、制御目標値(SV)である目標温度140を表示している。目標温度140は、6℃で固定されている。また、内部温度100を基に予測演算部26が算出した予測温度110を表示している。また、予測温度110と制御目標値(SV)である目標温度140との偏差(E)を基に、調節部22が算出した操作量(MV)により変化するジャケット50の温度120を表示している。さらに、バルブ90から反応器40へ供給される滴下量を表す液量130を表示している。
As shown in FIG. 5, the trend graph displays the
図5に示すように、予測温度110の変動に追従して内部温度100が変動している。従って、予測演算部26による温度予測は適切であることがわかる。また、図5に示すように、内部温度100は、制御目標値(SV)である目標温度140から大きく乖離することがない。従って、本発明に係るプロセス制御装置は、良好な目標値追従特性を有しているので、良好なプロセス制御を行うことができる。
As shown in FIG. 5, the
また、図5に示すように、バルブ90から反応器40への液量130が変動しても、内部温度100には大きな影響がない。液量130の変動は、反応器40の内部温度に変化をもたらす原因の一つであるため、反応器40の内部温度に対する外乱であると考えることができる。従って、本発明に係るプロセス制御装置は、良好な外乱抑制特性を有しているので、良好なプロセス制御を行うことができる。
Further, as shown in FIG. 5, even if the
以上に示したとおり、本発明に係るプロセス制御装置は、L/Tの値が0.2以上である制御対象であっても、目標値追従特性と外乱抑制特性とが良好なプロセス制御を行うことができる。
(変形例)
上述の実施の形態では、プロセス制御装置20の制御対象として、化学反応を伴う反応器の内部温度を例としてあげたが、これに限定されるものではない。すなわち、本発明に係るプロセス制御装置は、一般産業用プラントにおける反応器の温度制御に好適である。
As described above, the process control apparatus according to the present invention performs process control with favorable target value follow-up characteristics and disturbance suppression characteristics even for a control target having an L / T value of 0.2 or more. be able to.
(Modification)
In the above-described embodiment, the internal temperature of the reactor accompanied by a chemical reaction is taken as an example of the control target of the
なお、実施の形態は上述の他に、以下のようにも表現できる。 In addition to the above, the embodiment can be expressed as follows.
[1]本発明に係るプロセス制御装置は、制御量の過去値と現在値より予測量を計算し、制御目標量と制御量の予測値の偏差を調節計入力とし、当該偏差に対して比例動作、積分動作、および微分動作を行うことを特徴とするものであってもよい。 [1] The process control apparatus according to the present invention calculates a predicted amount from a past value and a current value of a controlled variable, and takes a deviation between the control target amount and the predicted value of the controlled variable as a controller input, and is proportional to the deviation. An operation, an integration operation, and a differentiation operation may be performed.
最後に、加算部21、調節部22、および予測演算部26は、CPU(central processing unit)を用いてソフトウェアによって実現してもよいし、ハードウェアロジックによって構成してもよい。ソフトウェアによって実現する場合は、プロセス制御装置20は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するCPU、上記プログラムを格納したROM(read only memory)、上記プログラムを展開するRAM(random access memory)、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置(記録媒体)などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアであるプロセス制御装置20の制御プログラムのプログラムコード(実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム)をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、プロセス制御装置20に供給し、プロセス制御装置20内のコンピュータ(またはCPUやMPU)が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。
Finally, the
上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー(登録商標)ディスク/ハードディスク等の磁気ディスクやCD−ROM/MO/MD/DVD/CD−R等の光ディスクを含むディスク系、ICカード(メモリカードを含む)/光カード等のカード系、あるいはマスクROM/EPROM/EEPROM/フラッシュROM等の半導体メモリ系などを用いることができる。 Examples of the recording medium include tapes such as magnetic tapes and cassette tapes, magnetic disks such as floppy (registered trademark) disks / hard disks, and disks including optical disks such as CD-ROM / MO / MD / DVD / CD-R. Card system such as IC card, IC card (including memory card) / optical card, or semiconductor memory system such as mask ROM / EPROM / EEPROM / flash ROM.
また、プロセス制御装置20を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、LAN、ISDN、VAN、CATV通信網、仮想専用網(virtual private network)、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、IEEE1394ケーブル、USBケーブル、電力線搬送、ケーブルTV回線、電話線、ADSL回線等の有線でも、IrDAのような赤外線、Bluetooth(登録商標)、802.11無線、HDR、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。
Further, the
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.
本発明は、プロセス制御装置、プロセス制御方法に広く適用可能である。特に、一般産業用プラントにおいてむだ時間を有する制御対象のプロセス値を所定の値に制御するプロセス制御装置に好適に利用できる。 The present invention is widely applicable to a process control apparatus and a process control method. In particular, it can be suitably used for a process control apparatus that controls a process value to be controlled having a dead time in a general industrial plant to a predetermined value.
20 プロセス制御装置
22 調節部(調節手段)
24 プロセス(制御対象)
26 予測演算部(予測演算手段)
261 遅延部(遅延手段)
262 減算部(減算手段)
263 除算部(除算手段)
264 乗算部(乗算手段)
265 加算部(加算手段)
20
24 processes (control target)
26 Prediction calculation part (prediction calculation means)
261 delay unit (delay means)
262 Subtraction unit (subtraction means)
263 Division (division means)
H.264 multiplier (multiplier)
265 Adder (addition means)
Claims (5)
制御対象の制御量の現在値を入力とし、現在から所定時間経過後の制御量を予測した結果を予測値として出力する予測演算手段と、
制御目標値と上記予測演算手段が出力する予測値との偏差を入力とし、当該偏差に対して、比例演算、積分演算、および微分演算のうちいずれか1つ以上の演算を行った結果を操作量として出力する調節手段とを備え、
上記操作量により制御対象を制御することを特徴とするプロセス制御装置。 A process control device for controlling a process value to be controlled having a dead time to a predetermined value,
Prediction calculation means for inputting the current value of the controlled variable to be controlled and outputting the predicted value of the controlled variable after elapse of a predetermined time from the current time as a predicted value;
The deviation between the control target value and the predicted value output by the prediction calculation means is input, and the result of performing any one or more of proportional calculation, integral calculation, and differential calculation on the deviation is operated. Adjusting means for outputting as a quantity,
A process control apparatus for controlling a controlled object by the operation amount.
制御対象の制御量の現在値を入力とし、該値を所定の時間だけ遅延させて出力する遅延手段と、
制御対象の制御量の現在値と上記遅延手段の出力値とを入力とし、該現在値から該出力値を減算した値を出力する減算手段と、
上記減算手段の出力値を入力とし、該出力値を所定の時間で除算した値を出力する除算手段と、
上記除算手段の出力値を入力とし、該出力値に制御対象の予測時間を乗算した値を出力する乗算手段と、
制御対象の制御量の現在値と上記乗算手段の出力値とを入力とし、該現在値と該出力値とを加算した値を出力する加算手段とを備えることを特徴とする請求項1に記載のプロセス制御装置。 The prediction calculation means includes
A delay means for inputting a current value of a controlled variable to be controlled, and outputting the delayed value by a predetermined time;
Subtracting means for inputting a current value of a controlled variable to be controlled and an output value of the delay means, and outputting a value obtained by subtracting the output value from the current value;
Dividing means for receiving an output value of the subtracting means and outputting a value obtained by dividing the output value by a predetermined time;
Multiplication means for receiving the output value of the dividing means and outputting a value obtained by multiplying the output value by the predicted time of the control target;
2. An adding means for receiving a current value of a controlled variable to be controlled and an output value of the multiplying means and outputting a value obtained by adding the current value and the output value. Process control device.
制御対象の制御量の現在値を入力とし、現在から所定時間経過後の制御量の値を予測した結果を予測値として出力する予測演算ステップと、
制御目標値と上記予測演算ステップが出力する予測値との偏差を入力とし、当該偏差に対して、比例演算、積分演算、および微分演算のうちいずれか1つ以上の演算を行った結果を操作量として出力する調節ステップとを含み、
上記操作量により制御対象を制御することを特徴とするプロセス制御方法。 A process control method for controlling a process value to be controlled having a dead time to a predetermined value,
A prediction calculation step that takes as input a current value of a controlled variable to be controlled and outputs a predicted value of a value of a controlled variable after a predetermined time from the present time;
Using the deviation between the control target value and the predicted value output from the prediction calculation step as an input, manipulate the result of performing at least one of proportional calculation, integral calculation, and differential calculation on the deviation Adjusting step to output as a quantity,
A process control method, characterized in that a controlled object is controlled by the operation amount.
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CN108495941A (en) * | 2016-01-28 | 2018-09-04 | 杰富意钢铁株式会社 | The temperature control equipment and temprature control method of steel plate |
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Cited By (5)
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---|---|---|---|---|
JP2014204503A (en) * | 2013-04-02 | 2014-10-27 | 株式会社ダイヘン | Simulator, simulation system, simulation method, and program |
CN108495941A (en) * | 2016-01-28 | 2018-09-04 | 杰富意钢铁株式会社 | The temperature control equipment and temprature control method of steel plate |
US11466340B2 (en) | 2016-01-28 | 2022-10-11 | Jfe Steel Corporation | Steel sheet temperature control device and temperature control method |
CN117193407A (en) * | 2023-11-06 | 2023-12-08 | 万华化学集团股份有限公司 | Control method for preparing formaldehyde by oxidizing methanol, electronic equipment and storage medium |
CN117193407B (en) * | 2023-11-06 | 2024-02-02 | 万华化学集团股份有限公司 | Control method for preparing formaldehyde by oxidizing methanol, electronic equipment and storage medium |
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