JP2021057032A5

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Publication number: JP2021057032A5
Application number: JP2020152661A
Authority: JP
Filing date: 2020-09-11
Publication date: 2023-06-01

Claims

比例－積分－微分（ＰＩＤ）プロセスコントローラが入力／出力ネットワークを介してプロセスに接続されている場合にプロセスを制御するために使用する前記ＰＩＤプロセスコントローラを調整する方法であって、前記ＰＩＤプロセスコントローラ、前記入力／出力ネットワーク、およびプロセスがプロセスループを形成し、前記方法は、
前記ＰＩＤプロセスコントローラの実行率を判定することを含む、前記ＰＩＤプロセスコントローラの１つ以上の特性を判定することと、
前記プロセスの１つ以上の時定数と前記プセロスの１つ以上のプロセス不感時間を判定することを含む、前記プロセスの１つ以上の特性を判定することと、
少なくとも１つ以上の入力／出力デバイス走査レート、前記プロセスループの前記入力／出力ネットワーク内の前記１つ以上のデバイスに関連付けられた１つ以上の入力／出力時定数、および前記入力／出力ネットワーク内の前記１つ以上のデバイスに関連付けられた１つ以上の入力／出力不感時間の少なくとも１つを判定することを含む、前記プロセスループの前記入力／出力ネットワーク内の１つ以上のデバイスの１つ以上の特性を判定することと、
前記推定プロセスの１次および２次時定数を前記１つ以上のプロセス時定数および前記１つ以上の入力／出力時定数の関数として判定することと、前記推定プロセスの前記不感時間を、前記プロセスの前記１つ以上の不感時間、前記１つ以上のプロセス時定数、前記１つ以上の入力／出力時定数、前記１つ以上の入力／出力デバイス走査レート、前記ＰＩＤプロセスコントローラの前記実行率、および前記１つ以上の入力／出力不感時間の関数として判定することとを含む、２次プラス不感時間推定プロセスとして前記プロセス制御ループを推定することと、
前記推定プロセス時定数および前記推定プロセス不感時間からＰＩＤプロセスコントローラ調整係数の集合を判定することと、
前記判定されたＰＩＤプロセスコントローラ調整係数の集合を使用して前記ＰＩＤコントローラを調整することと、を含む、方法。
前記ＰＩＤプロセスコントローラ調整係数は、コントローラゲイン、リセット時定数、およびレート時定数を含む、請求項１に記載のＰＩＤプロセスコントローラを調整する方法。
前記推定プロセス時定数および前記推定プロセス不感時間から前記ＰＩＤプロセスコントローラ調整係数の集合を判定することは、ラムダ調整方法を使用することを含む、請求項１または請求項２に記載のＰＩＤプロセスコントローラを調整する方法。
ラムダ調整方法を使用することは、ユーザが前記ラムダ調整方法でラムダの値を選択することを可能にすることを含む、請求項３に記載のＰＩＤプロセスコントローラを調整する方法。
ラムダ調整方法を使用することは、前記ラムダ調整方法で前記ラムダの値を自動的に選択することを含む、請求項３または請求項４に記載のＰＩＤプロセスコントローラを調整する方法。
ラムダ調整方法を使用することは、前記ラムダ調整方法における前記ラムダの値を、係数に前記リセット時定数調整係数の最大値および前記推定プロセス不感時間を乗じたものとして使用することを含む、請求項３から請求項５のいずれかに記載のＰＩＤプロセスコントローラを調整する方法。
前記係数は３である、請求項６に記載のＰＩＤプロセスコントローラを調整する方法。
前記ＰＩＤプロセスコントローラの１つ以上の特性を判定することは、ユーザが前記ＰＩＤプロセスコントローラの前記１つ以上の特性を入力することを可能にすることを含む、請求項１から請求項７のいずれかに記載のＰＩＤプロセスコントローラを調整する方法。
前記ＰＩＤプロセスコントローラの１つ以上の特性を判定することは、構成データベースから前記ＰＩＤプロセスコントローラの前記１つ以上の特性を取得することを含む、請求項１から請求項８のいずれかに記載のＰＩＤプロセスコントローラを調整する方法。
前記プロセスループの前記入力／出力ネットワーク内の１つ以上のデバイスの１つ以上の特性を判定することは、ユーザが、前記入力／出力ネットワーク内の前記１つ以上のデバイスの前記１つ以上の特性を入力することを可能にすることを含む、請求項１から請求項９のいずれかに記載のＰＩＤプロセスコントローラを調整する方法。
前記プロセスループの前記入力／出力ネットワーク内の１つ以上のデバイスの１つ以上の特性を判定することは、構成データベースから前記入力／出力ネットワーク内の前記１つ以上のデバイスの前記１つ以上の特性を判定することを含む、請求項１から請求項１０のいずれかに記載のＰＩＤプロセスコントローラを調整する方法。
前記プロセスループの前記入力／出力ネットワーク内の１つ以上のデバイスの１つ以上の特性を判定することは、前記入力／出力ネットワーク内の前記１つ以上のデバイスからの前記入力／出力ネットワーク内の前記１つ以上のデバイスの前記１つ以上の特性を判定することを含む、請求項１から請求項１１のいずれかに記載のＰＩＤプロセスコントローラを調整する方法。
前記プロセスループの前記入力／出力ネットワーク内の１つ以上のデバイスの１つ以上の特性を判定することは、前記プロセスループの前記入力／出力ネットワーク内の前記１つ以上のデバイス内で１つ以上のフィルタに関連付けられた１つ以上の入力／出力時定数を判定することを含む、請求項１から請求項１２のいずれかに記載のＰＩＤプロセスコントローラを調整する方法。
前記プロセスループの前記入力／出力ネットワーク内の１つ以上のデバイスの１つ以上の特性を判定することは、前記プロセスループの前記入力／出力ネットワーク内の１つ以上のアクチュエータに関連付けられた１つ以上の入力／出力時定数を判定することを含む、請求項１から請求項１３のいずれかに記載のＰＩＤプロセスコントローラを調整する方法。
前記プロセスループの前記入力／出力ネットワーク内の１つ以上のデバイスの１つ以上の特性を判定することは、前記プロセスループの前記入力／出力ネットワーク内の１つ以上のバルブに関連付けられた１つ以上の入力／出力時定数を判定することを含む、請求項１から請求項１４のいずれかに記載のＰＩＤプロセスコントローラを調整する方方法。
前記プロセスループの前記入力／出力ネットワーク内の１つ以上のデバイスの１つ以上の特性を判定することは、前記プロセスループの前記入力／出力ネットワーク内の１つ以上のアクチュエータに関連付けられた１つ以上の入力／出力不感時間を判定することを含む、請求項１から請求項１５のいずれかに記載のＰＩＤプロセスコントローラを調整する方法。
前記プロセスループの前記入力／出力ネットワーク内の１つ以上のデバイスの１つ以上の特性を判定することは、前記プロセスループの前記入力／出力ネットワーク内の１つ以上の通信ネットワークに関連付けられた１つ以上の入力／出力不感時間を判定することを含む、請求項１から請求項１６のいずれかに記載のＰＩＤプロセスコントローラを調整する方法。
前記プロセスループの前記入力／出力ネットワーク内の１つ以上のデバイスの１つ以上の特性を判定することは、前記プロセスループの前記入力／出力ネットワーク内の１つ以上の入力／出力マーシャリングデバイスに関連付けられた１つ以上の入力／出力不感時間を判定することを含む、請求項１から請求項１７のいずれかに記載のＰＩＤプロセスコントローラを調整する方法。
前記プロセスループの前記入力／出力ネットワーク内の１つ以上のデバイスの１つ以上の特性を判定することは、前記プロセスループの前記入力／出力ネットワーク内の１つ以上のフィルタに関連付けられた１つ以上の入力／出力不感時間を判定することを含む、請求項１から請求項１８のいずれかに記載のＰＩＤプロセスコントローラを調整する方法。
前記ＰＩＤ調整パラメータを使用して前記プロセスループ内の前記ＰＩＤコントローラの動作をモデル化して、前記プロセスループの１つ以上のプロセス制御特性を判定し、前記１つ以上のプロセス制御特性をユーザに提供することをさらに含む、請求項１から請求項１９のいずれかに記載のＰＩＤプロセスコントローラを調整する方法。
ユーザが、前記プロセスループの前記入力／出力ネットワーク内の１つ以上の前記デバイスを変更して、前記プロセスループの前記入力／出力ネットワーク内の１つ以上のデバイスの１つ以上の前記特性を変更して変更されたプロセスループを形成することを可能にすることと、前記変更されたプロセスループを２次プラス不感時間推定プロセスとして推定することと、前記変更されたプロセスループに対して新しいＰＩＤプロセスコントローラ調整係数のセットを判定することと、前記新しいＰＩＤ調整パラメータを使用して前記変更されたプロセスループの前記ＰＩＤプロセスコントローラの動作をモデル化して前記新しいプロセスループの１つ以上の新しいプロセス制御特性を判定することと、ユーザに前記１つ以上の新しいプロセス制御特性を提供することと、をさらに含む、請求項２０に記載のＰＩＤプロセスコントローラを調整する方法。
比例－積分－微分（ＰＩＤ）プロセスコントローラが入力／出力ネットワークを介してプロセスに接続されている場合に、前記プロセスを制御するために使用する前記ＰＩＤプロセスコントローラを調整するためのシステムであって、前記ＰＩＤプロセスコントローラ、前記入力／出力ネットワークおよび前記プロセスがプロセスループを形成し、
前記ＰＩＤプロセスコントローラの実行率を含む、前記プロセスコントローラの１つ以上の特性を、コンピュータプロセッサを介して判定する第１の構成要素と、
前記プロセスの１つ以上の時定数と前記プロセスの１つ以上の不感時間を判定することを含む、前記プロセスの１つ以上の特性を、コンピュータプロセッサを介して判定する第２の構成要素と、
コンピュータプロセッサを介して、１つ以上の入力／出力デバイス走査レート、１つ以上の入力／出力時定数、および前記プロセスループの前記入力／出力ネットワーク内の前記１つ以上のデバイスに関連付けられた１つ以上の入力／出力不感時間のうちの少なくとも１つを判定することを含む、前記プロセスループの前記入力／出力ネットワーク内の１つ以上のデバイスの１つ以上の特性を判定する第３の構成要素と、
コンピュータプロセッサを介して、前記１つ以上のプロセス時定数と前記１つ以上の入力／出力時定数の関数として、前記推定プロセスループの１次および２次の時定数を判定することと、前記１つ以上のプロセス時定数、前記１つ以上の入力／出力時定数、前記１つ以上の入力／出力デバイスの走査レート、前記ＰＩＤプロセスコントローラの前記実行率、前記１つ以上の入力／出力不感時間、および前記１つ以上のプロセス不感時間との関数として、前記推定プロセスループの不感時間を判定することと、によって、前記プロセスループの推定値を計算する第４の構成要素と、
コンピュータプロセッサを介して、前記推定プロセスループの時定数、および前記推定プロセスループの不感時間からＰＩＤプロセスコントローラ調整係数の集合を判定する第５の構成要素と、
プロセスの動作中に、前記ＰＩＤコントローラによって使用される、前記ＰＩＤプロセスコントローラ調整係数の集合を前記ＰＩＤコントローラに提供する第６の構成要素と、を含むシステム。
前記第５の構成要素は、前記ＰＩＤプロセスコントローラ調整係数を、コントローラゲイン、リセット時定数、およびレート時定数として判定する、請求項２２に記載のＰＩＤプロセスコントローラを調整するためのシステム。
前記第５の構成要素は、ラムダ調整方法を使用して、前記推定プロセス時定数、および前記推定プロセス不感時間から、前記ＰＩＤプロセスコントローラ調整係数のセットを判定する、請求項２２または請求項２３に記載のＰＩＤプロセスコントローラを調整するためのシステム。
前記第５の構成要素は、ユーザが、前記ラムダ調整方法において、前記ラムダの値を選択することを可能にする、請求項２４に記載のＰＩＤプロセスコントローラを調整するためのシステム。
前記第５の構成要素は、前記ラムダ調整方法において、ラムダのプリセット値を使用する、請求項２４または請求項２５に記載のＰＩＤプロセスコントローラを調整するためのシステム。
前記第５の構成要素は、前記ラムダ調整方法において、ラムダの値を、係数に前記リセット時定数調整係数の前記最大値および前記推定プロセスループ不感時間を乗じたものとして使用する、請求項２４から請求項２６のいずれかに記載のＰＩＤプロセスコントローラを調整するためのシステム。
前記第１の構成要素は、ユーザが前記ＰＩＤプロセスコントローラの１つ以上の特性を入力することを可能にすることによって、前記ＰＩＤプロセスコントローラの前記１つ以上の特性を判定する、請求項２２から請求項２７のいずれかに記載のＰＩＤプロセスコントローラを調整するためのシステム。
前記第３の構成要素は、ユーザが前記入力／出力ネットワーク内の１つ以上のデバイスの１つ以上の特性を入力することを可能にすることによって、前記プロセスループの前記入力／出力ネットワーク内の前記１つ以上のデバイスの前記１つ以上の特性を判定する、請求項２２から請求項２８のいずれかに記載のＰＩＤプロセスコントローラを調整するためのシステム。
前記第３の構成要素は、構成データベースから、前記プロセスループの前記入力／出力ネットワーク内の１つ以上のデバイスの１つ以上の特性を判定する、請求項２２から請求項２９のいずれかに記載のＰＩＤプロセスコントローラを調整するためのシステム。
前記第３の構成要素は、前記入力／出力ネットワーク内の前記１つ以上のデバイスから、前記プロセスループの前記入力／出力ネットワーク内の１つ以上のデバイスの１つ以上の特性を判定する、請求項２２から請求項３０のいずれかに記載のＰＩＤプロセスコントローラを調整するためのシステム。
前記ＰＩＤプロセスコントローラ調整パラメータを使用して前記プロセスループ内の前記ＰＩＤコントローラの前記動作をモデル化して前記プロセスループの１つ以上のプロセス制御特性を判定し、前記１つ以上のプロセスコントロール特性をユーザに提供する第７の構成要素をさらに含む、請求項２２から請求項３１のいずれかに記載のＰＩＤプロセスコントローラを調整するためのシステム。
前記第３の構成要素は、ユーザが、前記プロセスループの前記入力／出力ネットワーク内の前記デバイスの１つ以上を変更して、前記プロセスループの前記入力／出力ネットワーク内の１つ以上のデバイスの前記特性の１つ以上を変更して、変更されたプロセスループを形成することを可能にし、前記第４の構成要素は、前記変更されたプロセスループを２次プラス不感時間推定プロセスとして推定し、前記第５の構成要素は、前記変更されたプロセスループ用の新しいＰＩＤプロセスコントローラ調整係数のセットを判定し、前記第７の構成要素は、前記新しいＰＩＤ調整パラメータを使用して前記変更されたプロセスループ内の前記ＰＩＤプロセスコントローラの前記動作をモデル化して、前記新しいプロセスループの１つ以上の新しいプロセス制御特性を判定し、ユーザに前記１つ以上の新しいプロセス制御特性を提供する、請求項３２に記載のＰＩＤプロセスコントローラを調整するためのシステム。
前記第３の構成要素は、前記プロセスループの前記入力／出力ネットワーク内の前記１つ以上のデバイス内で使用される１つ以上のフィルタに関連付けられた１つ以上の入力／出力時定数を判定することによって、前記プロセスループの前記入力／出力ネットワーク内の前記１つ以上のデバイスの前記１つ以上の特性を判定する、請求項２２から請求項３３のいずれかに記載のＰＩＤプロセスコントローラを調整するためのシステム。
プロセス制御ループを使用してプロセスの一部分を制御するためのプロセス制御システムであって、
比例－積分－微分（ＰＩＤ）プロセスコントローラと、
前記ＰＩＤプロセスコントローラと前記プロセスの間に接続され、１つ以上のプロセス変数を測定し、前記測定されたプロセス変数を前記ＰＩＤプロセスコントローラに通信し、前記ＰＩＤプロセスコントローラからの１つ以上の制御信号を前記プロセス内の制御対象デバイスに送信する、複数の入力／出力通信デバイスと、
プロセスコントローラチューナであって、
プロセッサと、
メモリに格納され、前記プロセッサで実行されて、
（１）前記プロセス制御ループを、
（ａ）前記推定プロセス制御ループの１次および２次時定数を、前記プロセスの前記動作に関連付けられた１つ以上のプロセス時定数および前記入力／出力通信デバイスの１つ以上の前記動作に関連付けられた１つ以上の入力／出力時定数の関数として判定することと、
（ｂ）前記推定プロセス制御ループの前記不感時間を前記１つ以上のプロセス時定数と、前記１つ以上の入力／出力時定数と、１つ以上の入力／出力デバイス走査レートと、前記ＰＩＤプロセスコントローラの前記実行レートと、１つ以上のプロセス不感時間と、前記入力／出力デバイスの１つ以上に関連付けられた１つ以上の入力／出力デバイス不感時間の関数として判定することと、によって、２次プラス不感時間プロセスとして推定し、
（２）前記第１および第２の推定プロセス制御ループ時定数および前記推定プロセス制御ループ不感時間からＰＩＤプロセスコントローラ調整係数のセットを判定するように適合されたプロセスコントローラ調整ルーチンと、を含む、プロセスコントローラチューナと、を備えるプロセス制御システム。
前記プロセスコントローラ調整ルーチンが、コントローラゲイン、リセット時定数、およびレート時定数として前記コントローラ調整係数を判定する、請求項３５に記載のプロセス制御システム。
前記プロセスコントローラ調整ルーチンが、ラムダ調整方法を使用して、前記第１および第２の推定プロセス制御ループ時定数および前記推定プロセス制御ループ不感時間から前記ＰＩＤプロセスコントローラ調整係数のセットを判定する、請求項３５または請求項３６に記載のプロセス制御システム。
前記プロセスコントローラ調整ルーチンは、ユーザが前記ラムダ調整方法において、前記ラムダの値を選択することを可能にする、請求項３７に記載のプロセス制御システム。
前記プロセスコントローラ調整ルーチンは、前記ラムダ調整方法においてラムダのプリセット値を使用する、請求項３７または請求項３８に記載のプロセス制御システム。
前記プロセスコントローラ調整ルーチンは、前記ラムダ調整方法における前記ラムダの値を、係数に、リセット時定数調整係数の前記最大値および前記推定プロセス制御ループ不感時間を乗じて計算する、請求項３７から請求項３９のいずれかに記載のプロセス制御システム。
前記プロセスコントローラ調整ルーチンは、前記入力／出力デバイスの１つ以上の前記動作に関連付けられた前記１つ以上の入力／出力時定数の少なくとも１つを、前記１つ以上の入力／出力デバイスのうちの１つ内のフィルタの前記特性に基づいて判定する、請求項３５から請求項４０のいずれかに記載のプロセス制御システム。
前記プロセスコントローラ調整ルーチンは、前記入力／出力デバイスの１つ以上の前記動作に関連付けられた前記１つ以上の入力／出力時定数の少なくとも１つを、前記１つ以上の入力／出力デバイスの１つ内のアナログデジタル変換機の前記特性に基づいて判定する、請求項３５から請求項４１のいずれかに記載のプロセス制御システム。
前記プロセスコントローラ調整ルーチンは、前記入力／出力デバイスの１つ以上の前記動作に関連付けられた、前記１つ以上の入力／出力走査レートの少なくとも１つを、前記プロセス制御ループ内の測定デバイスのサンプリングレートに基づいて判定する、請求項３５から請求項４２のいずれかに記載のプロセス制御システム。
前記プロセスコントローラ調整ルーチンは、前記入力／出力デバイスの１つ以上の前記動作に関連付けられた前記１つ以上の入力／出力走査レートの少なくとも１つを、前記プロセス制御ループ内の入力／出力信号マーシャリングデバイスの更新レートに基づいて判定する、請求項３５から請求項４３のいずれかに記載のプロセス制御システム。
前記プロセスコントローラ調整ルーチンが、前記ＰＩＤプロセスコントローラ調整パラメータを使用して、前記プロセス制御ループ内の前記ＰＩＤプロセスコントローラの前記動作をさらにモデル化して、前記プロセス制御ループの１つ以上のプロセス制御特性を判定し、ユーザに前記１つ以上のプロセス制御特性を提供する請求項３５から請求項４４のいずれかに記載のプロセス制御システム。
前記プロセスコントローラ調整ルーチンは、さらに、ユーザが、前記プロセス制御ループの前記入力／出力通信デバイスの１つ以上を変更して、前記入力／出力通信デバイスの１つ以上の前記特性の１つ以上を変更して、変更されたプロセス制御ループを形成することを可能にし、前記変更されたプロセス制御ループを２次プラス不感時間推定プロセスとして推定し、前記変更されたプロセス制御ループ用の新しいＰＩＤプロセスコントローラ調整係数のセットを判定し、前記新しいＰＩＤ調整パラメータを使用して前記変更されたプロセス制御ループの中の前記ＰＩＤプロセスコントローラの前記動作をモデル化して前記新しいプロセス制御ループの１つ以上の新しいプロセス制御特性を判定し、ユーザに前記１つ以上の新しいプロセス制御特性を提供する、請求項３５から請求項４５のいずれかに記載のプロセス制御システム。