JP2811041B2 - 均流液面制御装置 - Google Patents
均流液面制御装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、タンクや槽などの流体
蓄積効果を利用してタンクの流入流量またはタンクから
の流出流量の変動を吸収して平滑化する均流液面制御装
置、特に制御パラメータの決定が容易なＰＩ制御演算手
段（Ｐ；比例、Ｉ；積分）を有する均流液面制御装置お
よびその制御パラメータの決定方法に関する。
蓄積効果を利用してタンクの流入流量またはタンクから
の流出流量の変動を吸収して平滑化する均流液面制御装
置、特に制御パラメータの決定が容易なＰＩ制御演算手
段（Ｐ；比例、Ｉ；積分）を有する均流液面制御装置お
よびその制御パラメータの決定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】鉄鋼、化学、石油精製などのプロセス工
業では一般に連続処理工程で生産が行われ、所定の品質
の製品を得るには工程中の温度、圧力、流量、水位など
の状態を所定の状態に保つことが必要である。これらの
工程中には様々な目的でタンクが設けられるが、これら
のタンクは、工程の上流側からタンクに流入する流量に
変動があっても、これをタンクの液面変動として吸収
し、タンクからの流出流量の変動を小さくして下流側の
工程への影響を少なくするいわゆる均流の目的で使用さ
れることが多い。
業では一般に連続処理工程で生産が行われ、所定の品質
の製品を得るには工程中の温度、圧力、流量、水位など
の状態を所定の状態に保つことが必要である。これらの
工程中には様々な目的でタンクが設けられるが、これら
のタンクは、工程の上流側からタンクに流入する流量に
変動があっても、これをタンクの液面変動として吸収
し、タンクからの流出流量の変動を小さくして下流側の
工程への影響を少なくするいわゆる均流の目的で使用さ
れることが多い。
【０００３】このタンクの均流作用を利用した従来の液
面制御装置を図３を参照して具体的に説明する。前工程
からの原料または中間製品の流体が流入管１を通ってタ
ンク２に導入される。タンク２には液面計３が設けられ
ており、タンク２内の液面が検出される。検出された液
面検出信号ａはレベルコントローラ４へ送られ、ここで
オペレータなどによって設定された液面設定値信号ｄと
比較されて制御演算が行われ、流量調節弁５の操作（調
整）信号ｃが出力され、該調節弁５により流出管６を流
れる次工程への流体流量が調整される。制御演算として
は、最も一般的な市販のコントローラで容易に実現でき
るＰＩ制御演算が広く用いられている。
面制御装置を図３を参照して具体的に説明する。前工程
からの原料または中間製品の流体が流入管１を通ってタ
ンク２に導入される。タンク２には液面計３が設けられ
ており、タンク２内の液面が検出される。検出された液
面検出信号ａはレベルコントローラ４へ送られ、ここで
オペレータなどによって設定された液面設定値信号ｄと
比較されて制御演算が行われ、流量調節弁５の操作（調
整）信号ｃが出力され、該調節弁５により流出管６を流
れる次工程への流体流量が調整される。制御演算として
は、最も一般的な市販のコントローラで容易に実現でき
るＰＩ制御演算が広く用いられている。
【０００４】図３に示す均流液面制御装置では制御演算
手段として不感帯領域付き（ＧＡＰ付き）ＰＩコントロ
ーラもよく用いられる。これは、タンク２の液面検出信
号ａおよび該液面検出信号ａと液面設定値信号ｄとの偏
差である制御偏差信号に対して図４に例示するような不
感帯領域Ｇを設定し、不感帯内ではＰＩ制御パラメータ
の比例ゲインＫを零または小さく設定することにより制
御動作を解除または緩和してタンク自体の均流効果によ
り流出流量の変動を抑えるが、不感帯外では比例ゲイン
Ｋを大きく、あるいは積分時間Ｔを短かく設定し、液面
変動を抑えようとするものである。
手段として不感帯領域付き（ＧＡＰ付き）ＰＩコントロ
ーラもよく用いられる。これは、タンク２の液面検出信
号ａおよび該液面検出信号ａと液面設定値信号ｄとの偏
差である制御偏差信号に対して図４に例示するような不
感帯領域Ｇを設定し、不感帯内ではＰＩ制御パラメータ
の比例ゲインＫを零または小さく設定することにより制
御動作を解除または緩和してタンク自体の均流効果によ
り流出流量の変動を抑えるが、不感帯外では比例ゲイン
Ｋを大きく、あるいは積分時間Ｔを短かく設定し、液面
変動を抑えようとするものである。
【０００５】これら均流液面制御装置においては、均流
と液面制御という相反する要求を実現する必要がある。
即ち均流の目的からは、上流側からタンクへ流入する流
量に変動があった場合でも、タンクから下流側へ流出す
る流量の変動を小さくすることが望ましいが、均流性を
重視し過ぎるあまり、上流からの流入量の大きな変動に
もかかわらず下流側への流出量を一定に保とうとする
と、タンク内の液面は大きく変動し、最悪の場合はタン
クが溢れてしまったり、逆にタンク内が液切れとなった
りしてプラントの安全運転に重大な障害となる。一方、
液面制御の目的においては、流出流量を流入流量にでき
るだけ一致させることが望ましいが、流入流量の変動が
そのまま流出流量の変動に伝わり、したがって次工程へ
の影響を軽減することができない。このように均流液面
制御装置においては液面制御と均流という相反する要求
の最適トレードオフをうまく実現するＰＩコントローラ
の制御パラメータ（比例ゲインＫ、積分時間Ｔ）を適切
に設定することが必要となるが、従来の装置では前述の
如く液面制御性を向上させる場合は比例ゲインを大きな
値に設定するかまたは積分時間を短かくする、均流性に
重きをおく場合には比例ゲインを小さな値に設定するか
または積分時間を長くするといったごく大まかな指針の
下に設計されていた。
と液面制御という相反する要求を実現する必要がある。
即ち均流の目的からは、上流側からタンクへ流入する流
量に変動があった場合でも、タンクから下流側へ流出す
る流量の変動を小さくすることが望ましいが、均流性を
重視し過ぎるあまり、上流からの流入量の大きな変動に
もかかわらず下流側への流出量を一定に保とうとする
と、タンク内の液面は大きく変動し、最悪の場合はタン
クが溢れてしまったり、逆にタンク内が液切れとなった
りしてプラントの安全運転に重大な障害となる。一方、
液面制御の目的においては、流出流量を流入流量にでき
るだけ一致させることが望ましいが、流入流量の変動が
そのまま流出流量の変動に伝わり、したがって次工程へ
の影響を軽減することができない。このように均流液面
制御装置においては液面制御と均流という相反する要求
の最適トレードオフをうまく実現するＰＩコントローラ
の制御パラメータ（比例ゲインＫ、積分時間Ｔ）を適切
に設定することが必要となるが、従来の装置では前述の
如く液面制御性を向上させる場合は比例ゲインを大きな
値に設定するかまたは積分時間を短かくする、均流性に
重きをおく場合には比例ゲインを小さな値に設定するか
または積分時間を長くするといったごく大まかな指針の
下に設計されていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述のように均流制御
装置においては、液面制御と均流という相反する要求の
トレードオフをうまく実現するように制御パラメータを
設定したＰＩ制御演算手段がプロセスの安全運転を達成
する鍵となるが、従来はＰＩ制御演算手段の仕様決定に
おけるパラメータの設定には大まかな指針しか与えられ
ておらず、試行錯誤で行っているのが実状であり、最終
的にはエンジニアの勘と経験に頼るところが大きいた
め、最適なプラント運転状態を達成しているとはいい難
い。
装置においては、液面制御と均流という相反する要求の
トレードオフをうまく実現するように制御パラメータを
設定したＰＩ制御演算手段がプロセスの安全運転を達成
する鍵となるが、従来はＰＩ制御演算手段の仕様決定に
おけるパラメータの設定には大まかな指針しか与えられ
ておらず、試行錯誤で行っているのが実状であり、最終
的にはエンジニアの勘と経験に頼るところが大きいた
め、最適なプラント運転状態を達成しているとはいい難
い。
【０００７】また前述したＧＡＰ付きＰＩコントローラ
が用いられる場合、液面の変動が比較的小さく許容でき
るときは均流が重視され、液面の変動が大きくなりプラ
ントの安全運転上許容できなくなってきたときは液面制
御性が重視されることになるため、通常のＰＩコントロ
ーラに比べて、より優れた均流と液面制御のトレードオ
フが達成できるものの、これにおいてもＰＩパラメータ
の決定は試行錯誤によらざるを得ないのが現状である。
不感帯内では比例ゲインが零になるように設定し液面が
不感帯内にあるとき全くの均流を実現することがしばし
ば行われてきたが、不感帯内で流入流量と流出流量との
間にアンバランスがあると、液面の修正動作が働かない
ため液面は不感帯外に出てＰＩ制御動作が働く。この場
合、特にＩ動作（積分動作）にあっては、液面が不感帯
を出てから再び不感帯内に入るまでの間動作を継続する
ため流量の過修正が生じ、このため不感帯域を通り過ぎ
て逆の不感帯外へ入り込むとともにこれら一連の動作を
繰り返し行うこととなる。この結果、或る短かい時間
（液面が不感帯内にある間）は均流となるが、全体でみ
ると流量は変動を繰り返す。これを解決するために不感
帯域で作用する逆ヒステリシス手段を設けたり（例えば
特開昭６１−７２３１４号公報）、偏差が不感帯領域を
越えてから収束方向に向うときにＧＡＰ付き制御演算部
の出力を解除する手段を設けたもの（例えば特開昭６１
−７２３１６号公報）も提案されているが、これらは機
構が複雑になる欠点があった。また両者とも不感帯外で
のＰＩパラメータの設定に関して明確な指針は与えられ
ていない。
が用いられる場合、液面の変動が比較的小さく許容でき
るときは均流が重視され、液面の変動が大きくなりプラ
ントの安全運転上許容できなくなってきたときは液面制
御性が重視されることになるため、通常のＰＩコントロ
ーラに比べて、より優れた均流と液面制御のトレードオ
フが達成できるものの、これにおいてもＰＩパラメータ
の決定は試行錯誤によらざるを得ないのが現状である。
不感帯内では比例ゲインが零になるように設定し液面が
不感帯内にあるとき全くの均流を実現することがしばし
ば行われてきたが、不感帯内で流入流量と流出流量との
間にアンバランスがあると、液面の修正動作が働かない
ため液面は不感帯外に出てＰＩ制御動作が働く。この場
合、特にＩ動作（積分動作）にあっては、液面が不感帯
を出てから再び不感帯内に入るまでの間動作を継続する
ため流量の過修正が生じ、このため不感帯域を通り過ぎ
て逆の不感帯外へ入り込むとともにこれら一連の動作を
繰り返し行うこととなる。この結果、或る短かい時間
（液面が不感帯内にある間）は均流となるが、全体でみ
ると流量は変動を繰り返す。これを解決するために不感
帯域で作用する逆ヒステリシス手段を設けたり（例えば
特開昭６１−７２３１４号公報）、偏差が不感帯領域を
越えてから収束方向に向うときにＧＡＰ付き制御演算部
の出力を解除する手段を設けたもの（例えば特開昭６１
−７２３１６号公報）も提案されているが、これらは機
構が複雑になる欠点があった。また両者とも不感帯外で
のＰＩパラメータの設定に関して明確な指針は与えられ
ていない。
【０００８】本発明は上記問題に鑑み、均流と液面制御
という相反する要求間の最適なトレードオフを実現で
き、これによってプラントに必要以上の変動を与えずに
安全運転を確保できる均流液面制御装置を提供すること
にある。
という相反する要求間の最適なトレードオフを実現で
き、これによってプラントに必要以上の変動を与えずに
安全運転を確保できる均流液面制御装置を提供すること
にある。
【０００９】本発明はさらに、前記制御演算手段のＰＩ
制御パラメータの決定を、勘や経験に頼らずに、また煩
雑な試行錯誤を行わずに容易になし得る均流液面制御装
置およびそのＰＩ制御パラメータの決定方法を提供する
ことにある。
制御パラメータの決定を、勘や経験に頼らずに、また煩
雑な試行錯誤を行わずに容易になし得る均流液面制御装
置およびそのＰＩ制御パラメータの決定方法を提供する
ことにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、流体蓄
積容器内の流体液面検出信号および液面設定値信号から
ＰＩ制御演算によって流量調整信号を求める制御演算手
段を備えた均流液面制御装置において、前記流体蓄積容
器の断面積をＡ、流体液面計ゲインをＫm 、流量調節計
ゲインをＫv とするとき、前記制御演算手段における比
例ゲインＫと積分時間Ｔが ＫＴ＝２Ｔp ただしＴp ＝Ａ／（Ｋm ・Ｋv ） の関係を満たすように設定された均流液面制御装置が提
供される。
積容器内の流体液面検出信号および液面設定値信号から
ＰＩ制御演算によって流量調整信号を求める制御演算手
段を備えた均流液面制御装置において、前記流体蓄積容
器の断面積をＡ、流体液面計ゲインをＫm 、流量調節計
ゲインをＫv とするとき、前記制御演算手段における比
例ゲインＫと積分時間Ｔが ＫＴ＝２Ｔp ただしＴp ＝Ａ／（Ｋm ・Ｋv ） の関係を満たすように設定された均流液面制御装置が提
供される。
【００１１】
【実施例】次に本発明を実施例について図面を参照して
説明する。図１は本発明の１実施例による均流液面制御
装置を設けたタンクシステムの概略図であって、１１は
図３の従来例と同種のタンクであり、前工程から流入管
１２を介して原料または中間製品の流体が導入される。
タンク１１の液面１１ａは該タンクに設けた液面計１３
によって検出され、その液面検出信号ａは本発明に係る
制御演算手段１４に送られる。制御演算手段１４では、
オペレータなどによって設定された液面設定値信号ｄと
液面検出信号ａとを用いてＰＩ制御演算部１５でＰＩ制
御演算がなされ、操作信号ｃが出力される。操作信号ｃ
は流量調節弁１６に印加されて該調節弁１６の開度が調
整され、流出管１７から次工程へ流出する流量が調整さ
れる。
説明する。図１は本発明の１実施例による均流液面制御
装置を設けたタンクシステムの概略図であって、１１は
図３の従来例と同種のタンクであり、前工程から流入管
１２を介して原料または中間製品の流体が導入される。
タンク１１の液面１１ａは該タンクに設けた液面計１３
によって検出され、その液面検出信号ａは本発明に係る
制御演算手段１４に送られる。制御演算手段１４では、
オペレータなどによって設定された液面設定値信号ｄと
液面検出信号ａとを用いてＰＩ制御演算部１５でＰＩ制
御演算がなされ、操作信号ｃが出力される。操作信号ｃ
は流量調節弁１６に印加されて該調節弁１６の開度が調
整され、流出管１７から次工程へ流出する流量が調整さ
れる。
【００１２】この装置において、制御演算手段１４のＰ
Ｉ制御演算部１５に設定されるＰＩ制御パラメータの比
例ゲインＫと積分時間ＴはＫＴ＝２Ｔp の関係を満たす
ように設定されている。ここでＴp はプロセス時間と定
義されるものであって、対象とするタンクシステムによ
って決まるパラメータであり、タンク１１の断面積Ａ
〔ｍ2 〕、液面計ゲインＫm 〔％／ｍ〕（タンク１１内
の物理的な単位液面変化に対する液面計１３の出力）お
よびバルブゲインＫv 〔ｍ3 ／（ｓ・％）〕（制御演算
部１５が出力する操作信号ｃの単位変化に対する流量調
節弁１６を流れる流量の変化）からＴp ＝Ａ／（Ｋv ・
Ｋm ）として求められる。
Ｉ制御演算部１５に設定されるＰＩ制御パラメータの比
例ゲインＫと積分時間ＴはＫＴ＝２Ｔp の関係を満たす
ように設定されている。ここでＴp はプロセス時間と定
義されるものであって、対象とするタンクシステムによ
って決まるパラメータであり、タンク１１の断面積Ａ
〔ｍ2 〕、液面計ゲインＫm 〔％／ｍ〕（タンク１１内
の物理的な単位液面変化に対する液面計１３の出力）お
よびバルブゲインＫv 〔ｍ3 ／（ｓ・％）〕（制御演算
部１５が出力する操作信号ｃの単位変化に対する流量調
節弁１６を流れる流量の変化）からＴp ＝Ａ／（Ｋv ・
Ｋm ）として求められる。
【００１３】次に上述の関係を満たすように設定された
制御パラメータについて前記均流液面制御装置の液面制
御性と均流性を具体的に説明する。まず、階段状（ステ
ップ状）の流量外乱変化に対する液面偏差（検出値と設
定値の差）の２乗を時間積分したもの（ＩＳＥ）を液面
制御性の指標、流出流量の時間変化の２乗を時間積分し
たものを均流性の指標として、タンク断面積Ａ＝１０ｍ
2 、液面計ゲインＫm＝５０％／ｍ、およびバルブゲイ
ンＫv ＝１ｍ3 ／（ｈ・％、ｈは時間）であるタンクシ
ステム（Ｔp ＝７２０ｓ、ｓは秒）に対して、階段状の
外乱流量変化１ｍ3 ／ｈに対する上記指標を様々なＰＩ
制御パラメータについて計算したものを表１、表２に示
す。なお上述の液面制御性の指標および均流性の指標
は、ｒを液面設定値（一定）、ｃ（ｔ）を液面、ｕを操
作流量の時間微分値（ｍ3 ／ｓ2 ）とすれば、次式で与
えられる。
制御パラメータについて前記均流液面制御装置の液面制
御性と均流性を具体的に説明する。まず、階段状（ステ
ップ状）の流量外乱変化に対する液面偏差（検出値と設
定値の差）の２乗を時間積分したもの（ＩＳＥ）を液面
制御性の指標、流出流量の時間変化の２乗を時間積分し
たものを均流性の指標として、タンク断面積Ａ＝１０ｍ
2 、液面計ゲインＫm＝５０％／ｍ、およびバルブゲイ
ンＫv ＝１ｍ3 ／（ｈ・％、ｈは時間）であるタンクシ
ステム（Ｔp ＝７２０ｓ、ｓは秒）に対して、階段状の
外乱流量変化１ｍ3 ／ｈに対する上記指標を様々なＰＩ
制御パラメータについて計算したものを表１、表２に示
す。なお上述の液面制御性の指標および均流性の指標
は、ｒを液面設定値（一定）、ｃ（ｔ）を液面、ｕを操
作流量の時間微分値（ｍ3 ／ｓ2 ）とすれば、次式で与
えられる。
【数１】液面制御性の指標＝∫｛ｒ−ｃ（ｔ）｝2ｄｔ
（ただし０から∞までの積分） 均流性の指標＝∫ｕ2ｄｔ（ただし０から∞までの積
分）
（ただし０から∞までの積分） 均流性の指標＝∫ｕ2ｄｔ（ただし０から∞までの積
分）
【００１４】
【表１】
【表２】
【００１５】表１の３つのケースにおいて、液面制御性
はどれも同等であるが、均流性はＰＩ制御パラメータが
ＫＴ＝２Ｔp の関係を満たしているＫ＝２．０，Ｔ＝７
２０ｓの場合（０．００２０８〔（ｍ3 ／ｓ2)2 ｓ〕が
最も優れている。一方、表２の３つのケースでは、均流
性はどれも同等であるが、液面制御性はＰＩ制御パラメ
ータがＫＴ＝２Ｔp の関係を満たしているＫ＝２．０，
Ｔ＝７２０ｓの場合（９０ｓ）が最も優れている。この
ように、ＰＩパラメータを上記の関係を満たすように定
めることにより、均流と液面制御の両方に最適な制御パ
ラメータが得られるとともに、パラメータ決定の際の自
由度を１つ減らすことができ、これによって煩雑な試行
錯誤が軽減できる。
はどれも同等であるが、均流性はＰＩ制御パラメータが
ＫＴ＝２Ｔp の関係を満たしているＫ＝２．０，Ｔ＝７
２０ｓの場合（０．００２０８〔（ｍ3 ／ｓ2)2 ｓ〕が
最も優れている。一方、表２の３つのケースでは、均流
性はどれも同等であるが、液面制御性はＰＩ制御パラメ
ータがＫＴ＝２Ｔp の関係を満たしているＫ＝２．０，
Ｔ＝７２０ｓの場合（９０ｓ）が最も優れている。この
ように、ＰＩパラメータを上記の関係を満たすように定
めることにより、均流と液面制御の両方に最適な制御パ
ラメータが得られるとともに、パラメータ決定の際の自
由度を１つ減らすことができ、これによって煩雑な試行
錯誤が軽減できる。
【００１６】さらに、プラントの安全運転の要求を反映
しかつ容易に指定できる以下の設計仕様を与えればＰＩ
制御パラメータは一意に決定でき、ＰＩパラメータの決
定に際しての試行錯誤を完全に排除することができる。
即ち過去のプラント運転データなどを参照して流量外乱
の最大値を仮定し、これが階段状に変化したとして、そ
のときの最大の液面変動があらかじめ設定した値、即ち
プラントの安全運転の要求から求められる許容変動値と
なるように比例ゲインＫを決定する。例えば上記のタン
クシステムに対し、流量外乱の大きさ１０ｍ3 ／ｈ、許
容液面変動５％を指定すれば、ＰＩ制御パラメータはＫ
＝１．２９，Ｔ＝１１１７ｓと求められる。
しかつ容易に指定できる以下の設計仕様を与えればＰＩ
制御パラメータは一意に決定でき、ＰＩパラメータの決
定に際しての試行錯誤を完全に排除することができる。
即ち過去のプラント運転データなどを参照して流量外乱
の最大値を仮定し、これが階段状に変化したとして、そ
のときの最大の液面変動があらかじめ設定した値、即ち
プラントの安全運転の要求から求められる許容変動値と
なるように比例ゲインＫを決定する。例えば上記のタン
クシステムに対し、流量外乱の大きさ１０ｍ3 ／ｈ、許
容液面変動５％を指定すれば、ＰＩ制御パラメータはＫ
＝１．２９，Ｔ＝１１１７ｓと求められる。
【００１７】図２はＧＡＰ付きＰＩコントローラを用い
たタンクシステムの概略図である。１８は不感帯領域付
き制御演算手段であり、液面計１３によるタンク１１の
液面検出信号ａと液面設定値信号ｄとの差として求めら
れる液面偏差信号ｂが不感帯領域形成部１９に入力され
る。ＰＩ制御演算部１５では液面偏差信号ｂが不感帯内
にあるときの比例ゲインＫが不感帯外にあるときの比例
ゲインより減少された値に設定される。またこのＰＩ制
御演算部１５においても、液面偏差信号ｂが不感帯内に
ある場合の比例ゲインと積分時間Ｔに関して上記の関係
ＫＴ＝２Ｔp が成り立つようにＰＩパラメータが設定さ
れている。
たタンクシステムの概略図である。１８は不感帯領域付
き制御演算手段であり、液面計１３によるタンク１１の
液面検出信号ａと液面設定値信号ｄとの差として求めら
れる液面偏差信号ｂが不感帯領域形成部１９に入力され
る。ＰＩ制御演算部１５では液面偏差信号ｂが不感帯内
にあるときの比例ゲインＫが不感帯外にあるときの比例
ゲインより減少された値に設定される。またこのＰＩ制
御演算部１５においても、液面偏差信号ｂが不感帯内に
ある場合の比例ゲインと積分時間Ｔに関して上記の関係
ＫＴ＝２Ｔp が成り立つようにＰＩパラメータが設定さ
れている。
【００１８】図５（Ａ）は上記のタンクシステムにおい
て、不感帯内で従来のＰＩ制御パラメータによった場合
（符号イ）と本発明によるＰＩ制御パラメータを用いた
場合（符号ロ）の液面の応答を計算機シミュレーション
により求め比較したものであり、図５（Ｂ）は同じく流
出流量の応答を従来の場合（符号イ）と本発明の場合
（符号ロ）について計算機シミュレーションにより比較
したものである。ともに流量外乱は大きさ１０ｍ3 ／ｈ
の階段状とし、従来の場合は不感帯内の比例ゲインＫは
０、本発明の場合はＫ＝０．５９とした（積分時間は両
者ともＴ＝２４４２ｓ、不感帯外の比例ゲインは両者と
もＫ＝２．３６とした）。不感帯内の比例ゲインが０の
場合、液面および流出流量とも変動が減衰するのに時間
がかかっているのがわかる。
て、不感帯内で従来のＰＩ制御パラメータによった場合
（符号イ）と本発明によるＰＩ制御パラメータを用いた
場合（符号ロ）の液面の応答を計算機シミュレーション
により求め比較したものであり、図５（Ｂ）は同じく流
出流量の応答を従来の場合（符号イ）と本発明の場合
（符号ロ）について計算機シミュレーションにより比較
したものである。ともに流量外乱は大きさ１０ｍ3 ／ｈ
の階段状とし、従来の場合は不感帯内の比例ゲインＫは
０、本発明の場合はＫ＝０．５９とした（積分時間は両
者ともＴ＝２４４２ｓ、不感帯外の比例ゲインは両者と
もＫ＝２．３６とした）。不感帯内の比例ゲインが０の
場合、液面および流出流量とも変動が減衰するのに時間
がかかっているのがわかる。
【００１９】また、ＧＡＰ付きＰＩ制御を用いる場合、
ＰＩ制御パラメータ設定の際の試行錯誤を排除するに
は、まず不感帯幅と不感帯内外の比例ゲインの比（ギャ
ップゲイン）を設定し、さらに、プラントの安全運転の
要求から与えられる設計仕様として過去のデータから求
めた流量外乱の大きさとこれが階段状に変化した場合の
最大値が、あらかじめ設定した液面の変動許容値となる
ように不感帯内の比例ゲインを決定すればよい。例え
ば、流量外乱の大きさ１０ｍ3 ／ｈ、許容液面変動を５
％、不感帯幅を２．５％、ギャップゲイン１／４とした
とき、積分時間Ｔ＝２４４２ｓ、不感帯内の比例ゲイン
Ｋ＝０．５９と決定できる。
ＰＩ制御パラメータ設定の際の試行錯誤を排除するに
は、まず不感帯幅と不感帯内外の比例ゲインの比（ギャ
ップゲイン）を設定し、さらに、プラントの安全運転の
要求から与えられる設計仕様として過去のデータから求
めた流量外乱の大きさとこれが階段状に変化した場合の
最大値が、あらかじめ設定した液面の変動許容値となる
ように不感帯内の比例ゲインを決定すればよい。例え
ば、流量外乱の大きさ１０ｍ3 ／ｈ、許容液面変動を５
％、不感帯幅を２．５％、ギャップゲイン１／４とした
とき、積分時間Ｔ＝２４４２ｓ、不感帯内の比例ゲイン
Ｋ＝０．５９と決定できる。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、比
例ゲインと積分時間を一定の関係を満たすようにＰＩ制
御演算手段に設定しておくことにより、ＰＩ制御パラメ
ータの決定に際しての試行錯誤が軽減または排除でき、
均流と液面制御という相反する要求間の最適トレードオ
フを実現するＰＩ制御パラメータが容易に決定でき、こ
れによってプラントに必要以上の変動を与えずに安全運
転を実現する均流液面制御装置が得られる。
例ゲインと積分時間を一定の関係を満たすようにＰＩ制
御演算手段に設定しておくことにより、ＰＩ制御パラメ
ータの決定に際しての試行錯誤が軽減または排除でき、
均流と液面制御という相反する要求間の最適トレードオ
フを実現するＰＩ制御パラメータが容易に決定でき、こ
れによってプラントに必要以上の変動を与えずに安全運
転を実現する均流液面制御装置が得られる。
【図１】本発明の１実施例による均流液面制御装置を有
するタンクシステムの概略図である。
するタンクシステムの概略図である。
【図２】本発明の他の実施例による均流液面制御装置を
有するタンクシステムの概略図である。
有するタンクシステムの概略図である。
【図３】従来の液面制御装置の概略図である。
【図４】ＧＡＰ付きＰＩコントローラの入出力特性を示
す図である。
す図である。
【図５】ＧＡＰ付きＰＩ制御における液面および流出流
量の応答特性を、本発明と従来の場合について比較して
示した図である。
量の応答特性を、本発明と従来の場合について比較して
示した図である。
【符号の説明】 １１ タンク １２ 流入管 １３ 液面計 １４ 制御演算手段 １５ ＰＩ制御演算部 １６ 流量調節弁 １７ 流出管 １８ 不感帯領域付き制御演算手段 １９ 不感帯領域形成部 ａ 液面検出信号 ｂ 液面偏差信号 ｃ 操作信号 ｄ 液面設定値信号
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−72314（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−72316（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−285617（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−22102（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−127201（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G05D 9/00 G05B 11/42
Claims (4)
- 【請求項１】流体蓄積容器内の流体液面検出信号および
液面設定値信号からＰＩ制御演算によって流量調整信号
を求める制御演算手段を備えた均流液面制御装置におい
て、前記制御演算手段における比例ゲインＫと積分時間
Ｔが ＫＴ＝２Ｔp の関係を満たすように設定されていることを特徴とする
均流液面制御装置。ただしＴp は、前記流体蓄積容器の
断面積をＡ、流体液面計ゲインをＫm 、流量調節計ゲイ
ンをＫv としてＴp ＝Ａ／（Ｋm ・Ｋv ）で定義され
る。 - 【請求項２】あらかじめ設定された大きさの階段状の流
量外乱変化が生じたとき流体の液面変動の最大値があら
かじめ設定された値となるように、前記制御演算手段に
おける比例ゲインＫが設定されていることを特徴とする
請求項第１項に記載した均流液面制御装置。 - 【請求項３】前記制御演算手段は、前記流体液面検出信
号と液面設定値信号の偏差である制御偏差に対して不感
帯領域を設定しこの不感帯内外で比例ゲインを変化させ
る不感帯領域付きＰＩ制御演算手段であり、不感帯内に
おける前記比例ゲインＫと前記積分時間ＴがＫＴ＝２Ｔ
p の関係を満たすように設定されていることを特徴とす
る請求項第１項または第２項に記載した均流液面制御装
置。 - 【請求項４】あらかじめ設定された不感帯幅、不感帯内
外の比例ゲインの比のもとであらかじめ設定された大き
さの階段状の流量外乱変化が生じたとき液面変動の最大
値があらかじめ設定された値となるように不感帯内の比
例ゲインＫが設定されていることを特徴とする請求項第
３項に記載した均流液面制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32108893A JP2811041B2 (ja) | 1993-11-27 | 1993-11-27 | 均流液面制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32108893A JP2811041B2 (ja) | 1993-11-27 | 1993-11-27 | 均流液面制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07152438A JPH07152438A (ja) | 1995-06-16 |
| JP2811041B2 true JP2811041B2 (ja) | 1998-10-15 |
Family
ID=18128688
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32108893A Expired - Fee Related JP2811041B2 (ja) | 1993-11-27 | 1993-11-27 | 均流液面制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2811041B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4929816B2 (ja) * | 2006-04-24 | 2012-05-09 | 三菱瓦斯化学株式会社 | 晶析方法 |
| JP4912735B2 (ja) * | 2006-05-08 | 2012-04-11 | 三菱瓦斯化学株式会社 | 晶析方法 |
-
1993
- 1993-11-27 JP JP32108893A patent/JP2811041B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07152438A (ja) | 1995-06-16 |
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