JP2010044591A - プラント制御装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の操作対象を個別に手動操作できると共に、操作対象へ出力される操作量の突変を防止するトラッキングを廃止してコストを低減できること。
【解決手段】プラントのプロセス値ＰＶと制御設定値ＳＶとの制御偏差ｅを入力し、操作弁Ａ、Ｂに対する操作量偏差ΔＭＶを演算する速度型ＰＩＤ制御手段１３と、この速度型ＰＩＤ制御手段からの操作量偏差を各操作弁側へ切り換えて出力する切換手段１４と、各操作弁に対応して複数設けられ、操作弁の制御モードに基づき、切換手段から出力された操作量偏差を積分して算出した操作量ＭＶ−Ａ、ＭＶ−Ｂ、及び手動設定された値に基づく操作量ＭＶ−Ａ、ＭＶ−Ｂのいずれか一方を、対応する操作弁へ出力する積分機能付手動操作手段１５、１６と、各操作弁の制御モード及び各操作弁へ出力される操作量に基づき、切換手段の動作を制御する切換制御手段１９とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プラントのプロセス値を複数の操作対象を操作することで制御するプラント制御装置及び方法に関する。

発電プラントや化学プラント等では、図８に示すように、圧力や流量等のプロセス値を調節する目的で調節弁としての操作弁１０１、１０２が設けられるが、低流量域での制御性を向上させるために、容量の異なる小容量操作弁１０１（操作弁Ａ）と大容量操作弁１０２（操作弁Ｂ）が並列に配置されている。プラント制御装置１００は、一般的に、プロセス値検出器１０３により検出されたプロセス値に基づいて、低流量域では小容量操作弁１０１を使用し、途中から大容量操作弁１０２を使用するように、これらの小容量操作弁１０１及び大容量操作弁１０２を制御している。

また、コスト的な観点から１００％容量の操作弁１台の代わりに、５０％容量の操作弁が２台並列に設置される場合や、メンテナンス時のバックアップのために５０％容量の操作弁が３台以上並列に設置されることもある。

従来のプラント制御装置１００では、このように並列に設置された操作対象としての複数の操作弁Ａ、Ｂを自動制御する場合、図９に示すように、位置型ＰＩＤ制御手段１０４から出力される操作量ＭＶを、それぞれの操作弁Ａ、Ｂ毎に設けられた関数変換手段１０５、１０６を用いて一操作弁毎に動作させるスプリット制御方式が採用されている。

更に、このようなプラント制御装置１００では、並列に設置された複数の操作弁Ａ、Ｂを、運転員が自動モードから手動モードに切り換えて操作するための手動操作手段１０７が設けられることが多い。この場合、この手動操作手段１０７は、複数の操作弁Ａ、Ｂを１つの制御対象と見做し、それぞれの操作弁Ａ、Ｂ毎に設けられた関数変換手段１０５、１０６の上流側に共通して１台設けられることが一般的である。

つまり、プラント制御装置１００では、設定値設定手段１０８から出力される制御設定値ＳＶと、プロセス値検出器１０３にて検出されたプロセス値ＰＶとを信号比較手段１０９に入力し、この信号比較手段１０９が、制御設定値ＳＶとプロセス値ＰＶとの偏差を求めて制御偏差ｅを出力する。位置型ＰＩＤ制御手段１０４は、この制御偏差ｅに応じた操作弁Ａ、Ｂ毎の操作量ＭＶを出力する。

手動操作手段１０７は、位置型ＰＩＤ制御手段１０４から出力された操作量ＭＶを入力し、運転員が自動モードを選択した場合には位置型ＰＩＤ制御手段１０４から出力された操作量ＭＶを出力し、運転員が手動モードを選択した場合には手動操作による操作量ＭＶを出力する。

手動操作手段１０７から出力された操作量ＭＶは、操作弁Ａ、Ｂ毎にそれぞれ設けられた関数変換手段１０５、１０６に入力される。これらの関数変換手段１０５、１０６では、例えば図１０に示すような変換関数１１０Ａ、１１０Ｂにより操作量ＭＶが変換され、操作弁Ａへ操作量ＭＶ−Ａが、操作弁Ｂへ操作量ＭＶ−Ｂがそれぞれ出力される。

図１０に示した変換関数１１０Ａ、１１０Ｂは、操作弁Ａと操作弁Ｂがそれぞれ小容量操作弁１０１と大容量操作弁１０２の場合の例である。変換関数１１０Ａは、手動操作手段１０７から入力された操作量ＭＶが０〜３０％で、０〜１００％の操作量ＭＶ−Ａを出力する関数である。また、変換関数１１０Ｂは、手動操作手段１０７から入力された操作量ＭＶが３０〜１００％で、０〜１００％の操作量ＭＶ−Ｂを出力する関数である。つまり、入力される操作量ＭＶの０〜１００％に対して、０〜３０％の領域では操作弁Ａが０〜１００％の範囲で開閉動作され、３０〜１００％の領域では操作弁Ｂが０〜１００％の範囲で開閉動作される。

また、このプラント制御装置１００では、位置型ＰＩＤ制御手段１０４が用いられているので、操作弁Ａ及びＢが自動モード、手動モード間で切り換えられたとき、例えば自動モードから手動モードに切り換えられたとき、手動操作手段１０７から出力される操作量ＭＶを、トラッキング信号Ｔとして位置型ＰＩＤ制御手段１０４へ出力するトラッキングが実施される。このトラッキングによって、手動操作手段１０７が例えば手動モードから自動モードに切り換えられたときに、位置型ＰＩＤ制御手段１０４は、切換直前の手動モードの操作量ＭＶの値から演算（積分）を開始して操作量ＭＶを出力することが可能になるので、この操作量ＭＶの突変を防止することができる。

ここで、手動操作手段１０７を関数変換手段１０５、１０６の下流側に個別に設置したときには、各手動操作手段１０７から異なった値の操作量ＭＶが出力されることになるので、これらの値を用いたトラッキングを実施することができない。従って、プラント制御装置１００のように、手動操作手段１０７を共通して１台設置するシステムが一般的に用いられている。

ところで、特許文献１に記載のプラント制御装置（プロセス制御装置）では、速度型ＰＩＤ制御手段及び積分器を備えてなる位置型ＰＩＤ制御手段が用いられ、速度型ＰＩＤ制御手段から出力された操作量偏差を積分器にて積分し、この積分器にて得られた操作量を、関数変換手段（操作量分配器）により各操作弁（操作端）毎に変換（分配）して出力し、各操作弁により制御されたプロセス量からトラッキング信号を演算して積分器へ出力してトラッキングを実施するものが提案されている。
特開平９−１９０２０１号公報

ところで、図８〜図１０に示す従来のプラント制御装置１００では、複数の操作弁Ａ、Ｂに対して手動操作手段１０７が共通して１台しか設けられてないため、個々の操作弁Ａ、Ｂを別々に手動操作することが不可能であった。通常の手動操作であればこれでも問題はないが、例えば複数の操作弁Ａ、Ｂの何れかに機械的問題が発生し自動制御に影響を与えるような事態が発生した場合には、問題が発生した操作弁Ａ、Ｂだけを手動モードとして自動制御の対象から切り離し、残る操作弁で自動制御を継続することが望ましい。

また、特許文献１に記載のプラント制御装置では、位置型ＰＩＤ制御手段が用いられているので、操作弁を例えば手動モードから自動モードに切り換える際に、この操作弁へ出力される操作量に突変を生じさせないためには、複雑なロジックのトラッキングを実施しなければならない。しかも、このトラッキングを実施するためにプロセス値を検出する流量センサなどを追加して設置しなければならない場合も生ずる。これらの結果、プラント制御装置のコストが大幅に上昇してしまうことになる。

本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、複数の操作対象を個別に手動操作できると共に、操作対象へ出力される操作量の突変を防止する複雑なロジックのトラッキングを廃止してコストを低減できるプラント制御装置及び方法を提供することにある。

本発明に係るプラント制御装置は、プラントのプロセス値を、複数の操作対象を操作することで制御するプラント制御装置において、前記プロセス値と制御設定値との制御偏差を入力し、前記操作対象に対する操作量偏差を演算して出力する速度型ＰＩＤ制御手段と、この速度型ＰＩＤ制御手段からの操作量偏差を前記各操作対象側へ切り換えて出力する切換手段と、前記各操作対象に対応して複数設けられ、これらの各操作対象の制御モードに基づき、前記切換手段から出力された操作量偏差を積分して算出した操作量、及び手動設定された値に基づく操作量のいずれか一方を、対応する前記操作対象へ出力する積分機能付手動操作手段と、前記各操作対象の前記制御モード及び前記各操作対象へ出力される操作量に基づき、前記切換手段の動作を制御する切換制御手段と、を有することを特徴とするものである。

また、本発明に係るプラント制御方法は、プラントのプロセス値を、複数の操作対象を操作することで制御するプラント制御方法において、前記プロセス値と制御設定値との制御偏差を入力し、前記操作対象に対する操作量偏差を演算して出力する速度型ＰＩＤ制御ステップと、この速度型ＰＩＤ制御ステップにて演算された操作量偏差を前記各操作対象側へ切り換えて出力する切換ステップと、前記各操作対象のそれぞれの制御モードに基づき、前記切換ステップにて出力された操作量偏差を積分した操作量、及び手動設定された値に基づく操作量のいずれか一方を、対応する前記操作対象へ出力する操作量出力ステップと、前記各操作対象の前記制御モード及び前記操作量出力ステップにて前記各操作対象へ出力される操作量に基づき、前記切換ステップの切換動作を制御する切換制御ステップと、を有することを特徴とするものである。

本発明に係るプラント制御装置によれば、操作対象毎に積分機能付手動操作手段が設けられたので、この積分機能付手動操作手段を用いて複数の操作対象を個別に手動操作できる。また、速度型ＰＩＤ制御手段から出力された操作量偏差を、切換手段を用いて各操作対象側へ切り換えて出力することから、複雑なロジックのトラッキングを実施することなく、各操作対象へ出力される操作量の突変を防止できるので、コストを大幅に低減できる。

また、本発明に係るプラント制御方法によれば、操作量出力ステップによって複数の操作対象を個別に手動操作できる。また、速度型ＰＩＤ制御ステップにて出力された操作量偏差を、切換ステップにて各操作対象側へ切り換えて出力することから、複雑なロジックのトラッキングを実施することなく、各操作対象へ出力される操作量の突変を防止できるので、コストを大幅に低減できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面に基づき説明する。但し、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。

［Ａ］第１の実施の形態（図１、図２）
図１は、本発明に係るプラント制御装置の第１の実施の形態の構成を示すブロック図である。

図１に示すプラント制御装置１０は、発電プラントや化学プラント等のプラントにおけるプロセス値ＰＶ（圧力や流量など）を、複数の操作対象である操作弁等を順次操作することで制御するスプリット方式の制御装置である。つまり、操作弁は、低流量域での制御性を向上させるために流量の大きな大容量操作弁と、容量の小さな小容量操作弁が並列して配置され、プラント制御装置１０は、例えば低流量域では小容量操作弁のみを開動作させ、小容量操作弁の開弁途中または全開動作後に大容量操作弁を開動作させるように制御する。ここで、本実施の形態では、操作対象である操作弁が２個（操作弁Ａ、Ｂ）設置されている例を示す。

上述のプラント制御装置１０は、設定値設定手段１１、信号比較手段１２、速度型ＰＩＤ制御手段１３、切換手段１４、積分機能付手動操作手段１５、１６、操作量検出手段１７、１８及び切換手段１９を有して構成される。

設定値設定手段１１は、制御されるべきプロセス値ＰＶの目標値である制御設定値ＳＶを設定して信号比較手段１２へ出力する。この信号比較手段１２は、プロセス値検出器２０にて検出されたプラントのプロセス値ＰＶと、前記設定値設定手段１１からの制御設定値ＳＶとを比較して減算し、これらのプロセス値ＰＶと制御設定値ＳＶとの偏差である制御偏差ｅを算出して速度型ＰＩＤ制御手段１３へ出力する。

速度型ＰＩＤ制御手段１３は、信号比較手段１２からの制御偏差ｅを入力し、操作弁Ａ及びＢに対する操作量偏差ΔＭＶ（操作量の変化分）を制御偏差ｅに基づいて演算し、切換手段１４へ出力する速度型ＰＩＤ制御ステップを実施する。

切換手段１４は、後述の制御信号Ｚに基づき、速度型ＰＩＤ制御手段１３から出力された操作量偏差ΔＭＶを操作弁Ａ側の積分機能付手動操作手段１５、または操作弁Ｂ側の積分機能付手動操作手段１６へ切り換えて出力する切換ステップを実施する。

積分機能付手動操作手段１５は操作弁Ａに対応し、積分機能付手動操作手段１６は操作弁Ｂに対応してそれぞれ設けられる。これらの積分機能付操作手段１５、１６は、操作弁Ａ、Ｂのそれぞれの制御モードに基づき、切換手段１４から出力された操作量偏差ΔＭＶを積分した操作量ＭＶ−Ａ、ＭＶ−Ｂと、手動設定された値に基づく操作量ＭＶ−Ａ、ＭＶ−Ｂとのいずれか一方を、対応する操作弁Ａ、Ｂへそれぞれ出力する操作量出力ステップを実施する。

つまり、積分機能付操作手段１５、１６は、切換手段１４から出力された操作量偏差ΔＭＶを入力し、運転員により自動モードが選択された場合には、入力された操作量偏差ΔＭＶを積分して操作量ＭＶ−Ａ、ＭＶ−Ｂをそれぞれ演算し、操作弁Ａ、Ｂへそれぞれ出力する。また、積分機能付手動操作手段１５、１６は、運転により手動モードが選択された場合には、手動設定された値に基づく操作量ＭＶ−Ａ、ＭＶ−Ｂを操作弁Ａ、Ｂへそれぞれ出力する。

しかも、積分機能付手動操作手段１５、１６は、操作弁Ａの自動モードまたは手動モードの最終操作量ＭＶ−Ａ、操作弁Ｂの自動モードまたは手動モードの最終操作量ＭＶ−Ｂをそれぞれ記憶保持し、この値を初期値として積分を実施して操作量ＭＶ−Ａ、ＭＶ−Ｂをそれぞれ算出するので、制御モードの変更時に出力する操作量ＭＶ−Ａ、ＭＶ−Ｂに突変を生じさせることがない。更に、積分機能付手動操作手段１５、１６は、手動モードがそれぞれ選択された場合には、手動選択信号Ｘ−Ａ、Ｘ−Ｂを切換制御手段１９へそれぞれ出力する。

操作量検出手段１７、１８は、積分機能付手動操作手段１５から出力される操作量ＭＶ−Ａ、積分機能付手動操作手段１６から出力される操作量ＭＶ−Ｂをそれぞれ監視することにより、操作弁Ａ、Ｂの全開状態と全閉状態をそれぞれ検出して、操作量検出信号Ｙ−Ａ、Ｙ−Ｂを切換制御手段１９へそれぞれ出力する。操作量検出段１７は実際には、操作弁Ａの使用優先順位（後述）が高い場合には、操作量ＭＶ−Ａから操作弁Ａの全開状態を検出し、この操作弁Ａの全開状態を表す操作量検出信号Ｙ−Ａを切換制御手段１９へ出力し、操作弁Ａの使用優先順位が低い場合には、操作量ＭＶ−Ａから操作弁Ａの全閉状態を検出して、この操作弁Ａの全閉状態を表す操作量検出信号Ｙ−Ａを切換制御手段１９へ出力する。操作量検出手段１８についても同様であり、操作弁Ｂの使用優先順位が高い場合には操作弁Ｂの全開状態を、低い場合には操作弁Ｂの全閉状態をそれぞれ表す操作量検出信号Ｙ−Ｂを切換制御手段１９へ出力する。

切換制御手段１９は、各操作弁Ａ、Ｂの制御モード、操作弁Ａへ出力される操作量ＭＶ−Ａ、及び操作弁Ｂへ出力される操作量ＭＶ−Ｂに基づき、切換手段１４による切換ステップの切換動作を制御する切換制御ステップを実施する。具体的には、切換制御手段１９は、入力される操作量検出信号Ｙ−Ａによる操作弁Ａの全開、全閉状態（操作弁Ａの使用優先順位が高い場合には全開状態）と、入力される操作量検出信号Ｙ−Ｂによる操作弁Ｂの全開、全閉状態（操作弁Ｂの使用優先順位が低い場合には全閉状態）と、手動選択信号Ｘ−Ａから検出される操作弁Ａの手動モード状態と、手動選択信号Ｘ−Ｂから検出される操作弁Ｂの手動モード状態と、内蔵する使用優先順位表（図２）とに基づき、切換手段１４の切換動作を制御する制御信号Ｚ（つまり、操作量偏差ΔＭＶを積分機能付手動操作手段１５と１６のいずれへ出力させるかを示す制御信号Ｚ）を、この切換手段１４へ出力する。

図２に示す使用優先順位表は、優先的に使用される操作弁Ａ、Ｂの順位を定めたものであり、切換手段１４が操作量偏差ΔＭＶを出力する側の操作弁Ａ、Ｂの順位を表したものである。この使用優先順位表によれば、操作弁Ａ及びＢの制御モードが自動モードであった場合には操作弁Ａの使用が優先され、操作弁ＡまたはＢの制御モードが手動モードであった場合には、手動モードである操作弁ＡまたはＢを除外した形で、自動モードの操作弁ＡまたはＢが使用される。

次に作用を説明する。

積分機能付手動操作手段１５と積分機能付手動操作手段１６が自動モードに選択され、操作弁Ａ、Ｂが開方向に制御される場合には、切換制御手段１９は、使用優先順位表（図２）に基づいて、まず優先順位の高い操作弁Ａに対応する積分機能付手動操作手段１５に対して、速度型ＰＩＤ制御手段１３からの操作量偏差ΔＭＶを、切換手段１４を通して出力させる。積分機能付手動操作手段１５では、操作量偏差ΔＭＶを積算して、積算結果である操作量ＭＶ−Ａを操作弁Ａへ出力する。

このように、使用優先順位の高い操作弁Ａから開弁していき、操作弁Ａが全開になったときに、操作弁Ａの全開状態を操作量検出手段１７により検出し、操作弁Ａの全開状態を検出したことを表す信号である操作量検出信号Ｙ−Ａを切換制御手段１９へ出力する。切換制御手段１９は、この操作量検出信号Ｙ−Ａに基づき、操作量偏差ΔＭＶの出力先を積分機能付手動操作手段１６とするように、制御信号Ｚを切換手段１４へ出力する。そして、切換手段１４が積分機能付手動操作手段１６へ操作量偏差ΔＭＶを出力し、この積分機能付手動操作手段１６が操作量偏差ΔＭＶを積分して、操作量ＭＶ−Ｂを操作弁Ｂに出力する。

同様に、積分機能付手動操作手段１５と積分機能付手動操作手段１６が自動モードに選択され、操作弁Ａ及びＢが閉方向に制御される場合には、切換制御手段１９は、まず操作弁Ｂに対応する積分機能付手動操作手段１６に対して、速度型ＰＩＤ制御手段１３からの操作量偏差ΔＭＶを、切換手段１４を通して出力させる。積分機能付手動操作手段１６では、操作量偏差ΔＭＶを積算して、積算結果である操作量ＭＶ−Ｂを操作弁Ｂへ出力する。

このように、操作弁Ｂから閉弁していき、操作弁Ｂが全閉となった場合に、操作弁Ｂの全閉状態を操作量検出手段１８により検出し、操作弁Ｂの全閉状態を検出したことを表す信号である操作量検出信号Ｙ−Ｂを切換制御手段１９へ出力する。切換判定手段１９は、この操作量検出信号Ｙ−Ｂに基づき、操作量偏差ΔＭＶの出力先を積分機能付手動操作手段１５とするように、制御信号Ｚを切換手段１４へ出力する。そして、切換手段１４が積分機能付手動操作手段１５へ操作量偏差ΔＭＶを出力し、この積分機能付手動操作手段１５が操作量偏差ΔＭＶを積分して、操作量ＭＶ−Ａを操作弁Ａに出力する。

また、操作弁Ａ及びＢが自動モードの状態から操作弁Ａに対して手動操作を実施する場合、運転員は、積分機能付手動操作手段１５を手動モードに選択する。これにより、この積分機能付手動操作手段１５は、操作弁Ａに対して手動操作による操作量ＭＶ−Ａを出力すると共に、手動選択信号Ｘ−Ａを切換制御手段１９へ出力する。すると、この切換制御手段１９は、使用優先順位表（図２）に基づいて、切換手段１４が操作量偏差ΔＭＶを積分機能付手動操作手段１６へ出力するように、制御信号Ｚを切換手段１４へ出力する。これにより、積分機能付手動操作手段１６が操作量偏差ΔＭＶを積分して、積分結果である操作量ＭＶ−Ｂを操作弁Ｂへ出力する。

この状態で、運転員が操作弁Ａを自動モードに切り換えると、積分機能付手動操作手段１５が手動選択信号Ｘ−Ａの出力を停止することにより、切換制御手段１９は使用優先順位表（図２）に基づいて、操作弁Ａに対応する積分機能付手動操作手段１５へ操作量偏差ΔＭＶを出力するように、制御信号Ｚを切換手段１４へ再出力し、この切換手段１４は、操作量偏差ΔＭＶを積分機能付手動操作手段１５へ出力する。この積分機能付手動操作手段１５は、操作量偏差ΔＭＶを積分して、積分結果である操作量ＭＶ−Ａを操作弁Ａへ出力する。

一方、操作弁Ａ及びＢが自動モードの状態から操作弁Ｂに対して手動操作を実施する場合、運転員は、積分機能付手動操作手段１６を手動モードに選択する。これにより、この積分機能付手動操作手段１６は、操作弁Ｂに対して手動操作による操作量ＭＶ−Ｂを出力すると共に、手動選択信号Ｘ−Ｂを切換制御手段１９へ出力する。すると、この切換制御手段１９は、使用優先順位表（図２）に基づいて、切換手段１４が操作量偏差ΔＭＶを積分機能付手動操作手段１５へ出力するように、制御信号Ｚを切換手段１４へ出力する。これにより、積分機能付手動操作手段１５が操作量偏差ΔＭＶを積分して、積分結果である操作量ＭＶ−Ａを操作弁Ａへ出力する。

この状態で、運転員が操作弁Ｂを自動モードに切り換えると、積分機能付手動操作手段１６が手動選択信号Ｘ−Ｂの出力を停止し、切換制御手段１９は使用優先順位表（図２）に基づいて、操作弁Ａに対応する積分機能付手動操作手段１５へ操作量偏差ΔＭＶを引き続き出力するように、制御信号Ｚを切換手段１４へ再出力する。この切換手段１４は、操作量偏差ΔＭＶを積分機能付手動操作手段１５へ引き続き出力し、この積分機能付手動操作手段１５は、操作量偏差ΔＭＶを積分して、操作量ＭＶ−Ａを操作弁Ａへ引き続き出力する。

従って、本実施の形態によれば、次の効果（１）および（２）を奏する。

（１）プラント制御装置１２は、操作弁Ａ、Ｂ毎に積分機能付手動操作手段１５、１６がそれぞれ設けられたので、この積分機能付手動操作手段１５、１６が実施する操作量出力ステップによって、複数の操作弁Ａ、Ｂを個別に手動操作することができる。

（２）プラント制御装置１２は、速度型ＰＩＤ制御手段１３が実施する速度型ＰＩＤ制御ステップにて出力された操作量偏差ΔＭＶを、切換手段１４が実施する切換ステップによって、操作弁Ａに対応する積分機能付手動操作手段１５と、操作弁Ｂに対応する積分機能付手動操作手段１６へ切り換えて出力する。これらの積分機能付手動操作手段１５、１６は、操作弁Ａの自動モードまたは手動モードの最終の操作量ＭＶ−Ａ、操作弁Ｂの自動モードまたは手動モードの最終の操作弁ＭＶ−Ｂをそれぞれ記憶保持し、その値を初期値として積分を実施して操作量ＭＶ−Ａ、ＭＶ−Ｂをそれぞれ算出するので、制御モードの切換時に出力する操作量ＭＶ−Ａ、ＭＶ−Ｂに突変を生じさせることがない。このため、複雑なロジックのトラッキングを実施することなく、各操作弁Ａ、Ｂへ出力される操作量ＭＶ−Ａ、ＭＶ−Ｂの突変を防止できる。しかも、トラッキングを実施するために流量センサ等を追加して設置する必要がない。これらの結果、コストを大幅に低減できる。

［Ｂ］第２の実施の形態（図３、図４）
図３は、本発明に係るプラント制御装置の第２の実施の形態の構成を示すブロック図である。この第２の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

一般に、操作対象が操作弁である場合には、高開度領域や低開度領域において流量特性が低下して制御性が不安定になることが知られている。本実施の形態のプラント制御装置３０が前記実施の形態のプラント制御装置１０と異なる点は、操作弁Ａ、Ｂの高開度側制御性不安定領域と低開度側制御性不安定領域（共に図４参照）における制御性を向上させた点である。

つまり、プラント制御装置３０は、前記プラント制御装置１０の操作量検出手段１７、１８に代えて操作量設定値検出手段３１、３２を備えたものである。操作量設定値検出手段３１は、図４に示すように、操作弁Ａの制御性が不安定になる高開度側制御性不安定領域における操作量ＭＶ−Ａの閾値（主設定値）としてのＨＨポジション、操作弁Ａの制御性が不安定になる低開度側制御性不安定領域における操作量ＭＶ−Ａの閾値（主設定値）としてのＬＬポジション、操作弁Ａの制御性が安定な領域における操作量ＭＶ−Ａの任意の基準値（副設定値）としての高開度側のＨポジション、低開度側のＬポジションを有する。

操作量設定値検出手段３２も同様にして、操作弁Ｂの制御性が不安定になる高開度側制御性不安定領域における操作量ＭＶ−Ｂの閾値（主設定値）としてのＨＨポジション、操作弁Ｂの制御性が不安定になる低開度側制御性不安定領域における操作量ＭＶ−Ｂの閾値（主設定値）としてのＬＬポジション、操作弁Ｂの制御性が安定な領域における操作量ＭＶ−Ｂの任意の基準値（副設定値）としての高開度側のＨポジション、低開度側のＬポジションを有する。

図３に示すように、これらの操作量設定値検出手段３１、３２は、操作量ＭＶ−Ａ、ＭＶ−Ｂをそれぞれ監視することで、操作量ＭＶ−Ａ、ＭＶ−ＢのそれぞれがＨＨポジション、ＬＬポジション、Ｈポジション、Ｌポジションに至ったことを検出して、その旨を操作量検出信号Ｙ−Ａ、Ｙ−Ｂとして切換制御手段１９へ出力する。

実際には、操作量設定値検出手段３１は、操作弁Ａの優先順位が高い場合には、操作量ＭＶ−ＡからＨＨポジション及びＨポジションを検出して操作量検出信号Ｙ−Ａを切換制御手段１９へ出力し、操作弁Ａの優先順位が低い場合には、操作量ＭＶ−ＡからＬＬポジション及びＬポジションを検出して操作量検出信号Ｙ−Ａを制御切換手段１９へ出力する。また、操作量設定値検出手段３２は、操作弁Ｂの優先順位が高い場合には、操作量ＭＶ−ＢからＨＨポジション及びＨポジションを検出して操作量検出信号Ｙ−Ｂを切換制御手段１９へ出力し、操作弁Ｂの優先順位が低い場合には、操作量ＭＶ−ＢからＬＬポジション及びＬポジションを検出して操作量検出信号Ｙ−Ｂを切換制御手段１９へ出力する。

切換制御手段１９は、操作弁Ａ及びＢが自動モードである場合に、図３及び図４に示すように、操作弁ＡまたはＢへ出力される操作量ＭＶ−ＡまたはＭＶ−ＢがＨポジションまたはＬポジションに至ったときに、他の操作弁ＢまたはＡを一定のレートで開動作または閉動作させた後一定開度に保持させるべく、一定レートで増加または減少した後にＬポジションまたはＨポジションに保持される操作量ＭＶ−ＢまたはＭＶ−Ａを積分機能付手動操作手段１６または１５が出力するための信号Ｐを、切換手段１４から積分機能付手動操作手段１６または１５へ出力するように、この切換手段１４へ制御信号Ｚを出力して制御する。

更に、切換制御手段１９は、操作弁Ａ及びＢが同じく自動モードである場合に、操作弁ＡまたはＢへ出力される操作量ＭＶ−ＡまたはＭＶ−ＢがＨＨポジションまたはＬＬポジションに至ったときに、この操作弁ＡまたはＢを一定レートで開動作または閉動作させるべく、一定レートで増加または減少する操作量ＭＶ−ＡまたはＭＶ−Ｂを積分機能付手動操作手段１５または１６が出力するための信号Ｐを、切換手段１４から積分機能付手動操作手段１５または１６へ出力させると共に、他の操作弁ＢまたはＡに対応する積分機能付手動操作手段１６または１５へ、速度型ＰＩＤ制御手段１３からの操作量偏差ΔＭＶを切換手段１４から出力するように、この切換手段１４へ制御信号Ｚを出力して制御する。

次に、作用を説明する。この作用の説明では、操作弁Ａ及びＢが自動モードの場合を述べるが、操作弁ＡまたはＢの一方が自動モード、他方が手動モードの場合などについては、前記第１の実施の形態と同様である。

積分機能付手動操作手段１５及び１６が自動モードに選択され、操作弁Ａ及びＢが開方向に制御される場合には、切換制御手段１９は、使用優先順位表（図２）に基づいて、操作弁Ａに対応する積分機能付手動操作手段１５に対して、速度型ＰＩＤ制御手段１３からの操作量偏差ΔＭＶを、切換手段１４を通して出力させる。積分機能付手動操作手段１５は、操作量偏差ΔＭＶを積算して、積算結果である操作量ＭＶ−Ａを操作弁Ａへ出力する。

操作弁Ａへの操作量ＭＶ−ＡがＨポジションに到達し、これが操作量設定値検出手段３１により検出された場合、切換制御手段１９は、この操作量設定値検出手段３１からの操作量検出信号Ｙ−Ａに基づいて、切換手段１４に対して制御信号Ｚを与える。切換手段１４は、この制御信号Ｚに基づき積分機能付手動操作手段１６に対して信号Ｐ（例えば＋１、＋２、…）を出力して、操作弁Ｂへの操作量ＭＶ−Ｂを一定レートで増加させる。切換手段１４は、この間、操作量偏差ΔＭＶを積分機能付手動操作手段１５へ出力させ続ける。操作量ＭＶ−ＢがＬポジションに到達し、これが操作量設定値検出手段３２により検出されて操作量検出信号Ｙ−Ｂが切換制御手段１９へ出力された場合、切換制御手段１９は、切換手段１４に対して制御信号Ｚを与える。切換手段１４は、この制御信号Ｚに基づき積分機能付手動操作手段１６に対して信号Ｐ（例えば０）を出力して、操作弁Ｂへの操作量ＭＶ−ＢをＬポジションに保持させる。

切換制御手段１９は、操作量ＭＶ−ＢをＬポジションに保持した状態で、操作量ＭＶ−ＡがＨＨポジションに到達し、これが操作量設定値検出手段３１により検出されて操作量検出信号Ｙ−Ａが切換制御手段１９へ出力された場合、切換手段１４に対して制御信号Ｚを与える。切換手段１４は、この制御信号Ｚに基づき、積分機能付手動操作手段１５に対して信号Ｐ（例えば＋１、＋２、…）を出力して、操作量ＭＶ−Ａを、操作弁Ａが全開になるまで一定レートで増加させると共に、速度型ＰＩＤ制御手段１３からの操作量偏差ΔＭＶを積分機能付手動操作手段１６へ切り換えて出力させる。これにより、積分機能付手動操作手段１６は操作量偏差ΔＭＶを積分し、積分結果である操作量ＭＶ−Ｂを操作弁Ｂへ出力する。

また、積分機能付手動操作手段１５及び１６が自動モードに選択され、操作弁Ａ及びＢが閉方向に制御する場合には、切換制御手段１９は、使用優先順位表（図２）に基づいて、操作弁Ｂに対応する積分機能付手動操作手段１６に対して、速度型ＰＩＤ制御手段１３からの操作量偏差ΔＭＶを、切換手段１４を通して出力させる。積分機能付手動操作手段１６は、操作量偏差ΔＭＶを積分して、積分結果である操作量ＭＶ−Ｂを操作弁Ｂへ出力する。

操作弁Ｂの操作量ＭＶ−ＢがＬポジションに到達し、これが操作量設定値検出手段３２により検出された場合、切換制御手段１９は、操作量設定値検出手段３２からの操作量検出信号Ｙ−Ｂに基づき切換手段１４に対して制御信号Ｚを与える。切換手段１４は、この制御信号Ｚに基づき、積分機能付手動操作手段１５に対して信号Ｐ（例えば−１、−２、…）を出力して、操作弁Ａの操作量ＭＶ−Ａを一定レートで減少させる。切換手段１４はこの間、操作量偏差ΔＭＶを積分機能付手動操作手段１６へ出力させ続ける。操作量ＭＶ−ＡがＨポジションに到達し、これが操作量設定値検出手段３１により検出されて操作量検出信号Ｙ−Ａが切換制御手段１９へ出力された場合、切換制御手段１９は、切換手段１４に対して制御信号Ｚを与える。切換手段１４は、この制御信号Ｚに基づき、積分機能付手動操作手段１５に対して信号Ｐ（例えば０）を出力して、操作弁Ａの操作量ＭＶ−ＡをＨポジションに保持させる。

切換制御手段１９は、操作量ＭＶ−ＢをＨポジションに保持した状態で、操作量ＭＶ−ＢがＬＬポジションに到達し、これが操作量設定値検出手段３２により検出されて操作量検出信号Ｙ−Ｂが切換制御手段１９へ出力された場合、切換手段１４に対して制御信号Ｚを与える。切換手段１４は、この制御信号Ｚに基づき、積分機能付手動操作手段１６に対して信号Ｐ（例えば−１、−２、…）を出力して操作量ＭＶ−Ｂを、操作弁Ｂが全閉になるまで一定レートで減少させると共に、速度型ＰＩＤ制御手段１３からの操作量偏差ΔＭＶを積分機能付手動操作手段１５へ切り換えて出力させる。これにより、積分機能付手動操作手段１５は操作量偏差ΔＭＶを積分し、積分結果である操作量ＭＶ−Ａを操作弁Ａへ出力する。

従って、本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態の効果（１）および（２）と同様な効果を奏する他、次の効果（３）を奏する。

（３）操作弁の操作性が不安定な領域、つまり図４に示す高開度側制御性不安定領域及び低開度側制御性不安定領域においては、操作弁ＡまたはＢを一定レートで強制的に動作させて全開または全閉させ、その間に、制御性が安定した領域にある他の操作弁ＢまたはＡを動作させるので、制御性が不安定な高開度側及び低開度側の領域における操作弁Ａ及びＢの操作性を向上させることができる。

［Ｃ］第３の実施の形態（図５、図６）
図５は、本発明に係るプラント制御装置の第３の実施の形態の構成を示すブロック図である。この第３の実施の形態において、前記第１の実施の形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本実施の形態のプラント制御装置４０が前記第１の実施の形態のプラント制御装置１０（図１）と異なる点は、複数の操作弁Ａ及びＢの制御モードを判定して記憶する制御モード記憶手段４１が、前記プラント制御装置１０に追加して構成された点である。

制御モード記憶手段４１は、操作弁Ａ、Ｂのそれぞれに対応した積分機能付手動操作手段１５、１６のそれぞれから出力される手動選択信号Ｘ−Ａ、Ｘ−Ｂを入力して記憶し、これらの手動選択信号Ｘ−Ａ、Ｘ−Ｂに基づいて操作弁Ａ、Ｂの制御モードを判定して記憶する。実際には、制御モード記憶手段４１は、手動選択信号Ｘ−Ａが出力されている場合に操作弁Ａが手動モード中であり、手動選択信号Ｘ−Ａが出力されていない場合に操作弁Ａが自動モード中であると判定して記憶する。また、制御モード記憶手段４１は、手動選択信号Ｘ−Ｂが出力されている場合に操作弁Ｂが手動モード中であり、手動選択信号Ｘ−Ｂが出力されていない場合に操作弁Ｂが自動モード中であると判定して記憶する。

そして、制御モード記憶手段４１は、切換制御手段１９に内蔵された使用優先順位表（図２）における操作弁Ａ、Ｂの使用優先順位を、制御モードが現在自動モード中である操作弁Ａ、Ｂの使用優先順位が高くなるように変更する優先順位変更信号Ｗを切換制御手段１９へ出力する。切換制御手段１９は、この優先順位変更信号Ｗを入力することで、使用優先順位表における操作弁Ａ、Ｂの優先順位を、図６に示すように、現在の制御モードが自動モードである操作弁Ａ、Ｂ（図６では操作弁Ｂ）を、手動モードである操作弁Ａ、Ｂ（図６では操作弁Ａ）よりも高くなるように変更する。

次に、使用優先順位の変更に関する作用を説明する。他の作用については、第１の実施形態のプラント制御装置１０の場合と同様である。

積分機能付手動操作手段１５が手動モードに、積分機能付手動操作手段１６が自動モードにそれぞれ選択されている場合、制御モード記憶手段４１は、積分機能付手動操作手段１５及び１６が選択された現在の制御モードの状態を記憶し、操作弁Ａ及びＢの使用優先順位を図６に示すように、操作弁Ｂ、操作弁Ａの順に更新するよう優先度変更信号Ｗを切換制御手段１９へ出力する。

この状態において、積分機能付手動操作手段１５が自動モードに変更された場合、切換制御手段１９は、更新された使用優先順位表（図６）に基づき、速度型ＰＩＤ制御手段１３からの操作量偏差ΔＭＶを、切換手段１４を通して、操作弁Ｂに対応する積分機能付手動操作手段１６へ引き続き出力させる。

従って、本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態の効果（１）及び（２）と同様な効果を奏するほか、次の効果（４）を奏する。

（４）制御モード記憶手段４１は、切換制御手段１９が内蔵する使用優先順位表の操作弁Ａ、Ｂの使用優先順位を、制御モードが自動モード中である操作弁Ａ、Ｂの使用優先順位が高くなるように変更する優先順位変更信号Ｗを切換制御手段１９へ出力し、この切換制御手段１９はこの優先順位変更信号Ｗに基づき、使用優先順位表の操作弁Ａ、Ｂの使用優先順位を更新する。このことから、複数の操作弁Ａ及びＢをほぼ均等に使用することができるので、使用頻度の高い操作弁Ａ、Ｂ（例えば操作弁Ａ）の故障や劣化を防止することができる。

［Ｄ］第４の実施の形態（図７）
図７は、本発明に係るプラント制御装置の第４の実施の形態の構成を示すブロック図である。この第４の実施の形態において、前記第１、第２及び第３の実施の形態と同様な部分については、同一の符号を付すことにより説明を簡略化し、または省略する。

本実施の形態のプラント制御装置５０が前記第２の実施の形態のプラント制御装置３０（図３）と異なる点は、複数の操作弁Ａ及びＢの操作モードを判定して記憶する制御モード記憶手段４１が、前記プラント制御装置３０に追加して構成された点である。

即ち、第３の実施の形態のプラント制御装置４０（図５）では、第１の実施の形態のプラント制御装置１０（図１）に制御モード記憶手段４１が追加されたのに対し、本実施の形態では、第２の実施の形態のプラント制御装置３０（図３）に制御モード記憶手段４１が追加されたものである。従って、本実施の形態によれば、前記第２の実施の形態の効果（１）〜（３）と同様な効果を奏するほか、第３の実施の形態の効果（４）と同様な効果を奏する。

本発明に係るプラント制御装置の第１の実施の形態の構成を示すブロック図。 図１の切換制御手段が具備する使用優先順位表を示す図表。 本発明に係るプラント制御装置の第２の実施の形態の構成を示すブロック図。 図３の操作弁に対する操作量の推移を示すグラフ。 本発明に係るプラント制御装置の第３の実施の形態の構成を示すブロック図。 図５の切換制御手段において優先順位が変更された後の使用優先順位表を示す図表。 本発明に係るプラント制御装置の第４の実施の形態の構成を示すブロック図。 複数の操作弁が存在するプラントを示す構成図。 図８の従来のプラント制御装置の構成を示すブロック図。 （Ａ）および（Ｂ）は図９の関数変換手段が具備する変換関数を示すグラフ。

符号の説明

１０ プラント制御装置
１１ 設定値設定手段
１２ 信号比較手段
１３ 速度型ＰＩＤ制御手段
１４ 切換手段
１５、１６ 積分機能付手動操作手段
１７、１８ 操作量検出手段
１９ 切換制御手段
３０ プラント制御装置
３１、３２ 操作量設定値検出手段
４０ プラント制御装置
４１ 制御モード記憶手段
５０ プラント制御装置
Ａ、Ｂ 操作弁（操作対象）
ｅ 制御偏差
Ｈ、Ｌ ポジション（副設定値）
ＨＨ、ＬＬ ポジション（主設定値）
ΔＭＶ 操作量偏差
ＭＶ−Ａ、ＭＶ−Ｂ 操作量
ＰＶ プロセス値
ＳＶ 制御設定値
Ｗ 優先順位変更信号
Ｘ−Ａ、Ｘ−Ｂ 手動選択信号
Ｙ−Ａ、Ｙ−Ｂ 操作量検出信号
Ｚ 制御信号

Claims (9)

1. プラントのプロセス値を、複数の操作対象を操作することで制御するプラント制御装置において、
   前記プロセス値と制御設定値との制御偏差を入力し、前記操作対象に対する操作量偏差を演算して出力する速度型ＰＩＤ制御手段と、
   この速度型ＰＩＤ制御手段からの操作量偏差を前記各操作対象側へ切り換えて出力する切換手段と、
   前記各操作対象に対応して複数設けられ、これらの各操作対象の制御モードに基づき、前記切換手段から出力された操作量偏差を積分して算出した操作量、及び手動設定された値に基づく操作量のいずれか一方を、対応する前記操作対象へ出力する積分機能付手動操作手段と、
   前記各操作対象の前記制御モード及び前記各操作対象へ出力される操作量に基づき、前記切換手段の動作を制御する切換制御手段と、を有することを特徴とするプラント制御装置。
2. 前記操作対象が操作弁である場合に、切換制御手段は、操作弁の全開状態、全閉状態及び手動モード、並びに優先的に使用される前記操作弁の順序を定めた使用優先順位に基づき、切換手段の動作を制御する制御信号を、この切換手段へ出力するよう構成されたことを特徴とする請求項１に記載のプラント制御装置。
3. 前記操作弁の全開状態、全閉状態は、積分機能付手動操作手段から出力される操作量を操作量検出手段が監視することで検出され、また、前記操作弁の手動モードは、この操作弁に対応する積分機能付手動操作手段から出力される手動選択信号により検出されることを特徴とする請求項２に記載のプラント制御装置。
4. 前記切換制御手段は、操作対象へ出力される操作量が、この操作対象の制御特性が不安定な領域における主設定値に至ったときに、この操作対象が一定のレートで動作する信号を、この操作対象に対応する積分機能付手動操作手段へ切換手段から出力するようこの切換手段を制御し、且つ、他の操作対象に対応する積分機能付手動操作手段へ前記切換手段から操作量偏差を出力するようこの切換手段を制御することを特徴とする請求項１に記載のプラント制御装置。
5. 前記切換制御手段は、操作対象へ出力される操作量が、この操作対象の制御特性が安定する領域における任意の副設定値に至ったときに、他の操作対象に対応する積分機能付手動操作手段へ、この他の操作対象が一定のレートで動作した後一定値に保持される信号を、切換手段から出力するようこの切換手段を制御すること特徴とする請求項４に記載のプラント制御装置。
6. 前記操作対象へ出力される操作量が主設定値、副設定値に至ったことが、この操作量を監視する操作量閾値検出手段により検出されることを特徴とする請求項４または５に記載のプラント制御装置。
7. 前記複数の操作対象の制御モードを判定して記憶し、これらの操作対象が優先的に使用される順序を定めた使用優先順位を、制御モードが自動モード中である操作対象の優先順位が高くなるように変更する優先順位変更信号を切換制御手段へ出力する制御モード記憶手段を備えたことを特徴とする請求項１または４に記載のプラント制御装置。
8. 前記制御モード記憶手段は、複数の操作対象にそれぞれ対応する複数の積分機能付手動操作手段から出力される手動選択信号に基づいて、複数の前記操作対象の制御モードを判定することを特徴とする請求項７に記載のプラント制御装置。
9. プラントのプロセス値を、複数の操作対象を操作することで制御するプラント制御方法において、
   前記プロセス値と制御設定値との制御偏差を入力し、前記操作対象に対する操作量偏差を演算して出力する速度型ＰＩＤ制御ステップと、
   この速度型ＰＩＤ制御ステップにて演算された操作量偏差を前記各操作対象側へ切り換えて出力する切換ステップと、
   前記各操作対象のそれぞれの制御モードに基づき、前記切換ステップにて出力された操作量偏差を積分した操作量、及び手動設定された値に基づく操作量のいずれか一方を、対応する前記操作対象へ出力する操作量出力ステップと、
   前記各操作対象の前記制御モード及び前記操作量出力ステップにて前記各操作対象へ出力される操作量に基づき、前記切換ステップの切換動作を制御する切換制御ステップと、を有することを特徴とするプラント制御方法。

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