JP2977395B2 - プロセス制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は各種プラントのプロセス
状態を制御するプロセス制御装置に係わり、特に、プロ
セス状態を検出するプロセス側機器に対して通常のプロ
セス状態検出機能の他に制御側機器との間でデジタル通
信機能を有し、制御側機器からの各種指令に基づいて各
種の処理を実施する情報処理機能を組込んだプロセス制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種プラントのプロセス状態を制
御するプロセス制御装置は、一般に、デジタルコンピュ
ータで構成されている。このようなプロセス制御装置に
おいて、プラントの各種設備に取付けられ、各種のプロ
セス状態を検出するセンサは、検出した流量，速度、回
転数，バルブの開度等の各種のプロセス状態量を、例え
ば４〜２０ｍＡのアナログ状態信号に変換して、信号線
を介して制御装置へ送信する。

【０００３】制御装置内には、各センサから送信されて
くるアナログ状態信号を受信する入出力機器が組込まれ
ている。そして、この入出力機器は、各信号線を介して
受信したアナログ状態信号をデジタル状態値に変換し
て、プロセス制御部へ転送する。プロセス制御部は受領
したプロセス量としてのデジタル状態値に対して、所定
の制御演算処理を実行して、プロセス操作量を算出す
る。算出されたプロセス操作量は入出力機器へ転送され
る。入出力機器はプロセス制御部から転送されたプロセ
ス操作量をアナログの制御信号に変換して、信号線を介
してプラントの各設備へ送信する。

【０００４】このようなプロセス制御装置においては、
当然プロセス制御部はプロセス状態を正確に把握する必
要がある。したがって、このプロセス制御装置の稼働開
始にに先だって、又は稼働後においても一定周期毎に、
センサと入出力機器との間で伝送されるアナログ状態信
号の校正を実施する必要がある。特に、センサの製造メ
ーカと入出力機器の製造メーカとは異なる場合が多く、
センサと入出力機器とはそれぞれ個別に校正を実施して
いる。

【０００５】制御装置の入出力機器を校正する場合にお
いては、入出力機器の信号入力端子に例えば基準電圧発
生装置を接続してアナログの基準電圧を印加して、入出
力機器内において、この基準電圧が正しくデジタル値に
変換されるように、例えば入力段に挿入された増幅器の
ゲインを調整する。

【０００６】また、プロセス側に取付けらセンサを校正
する場合においては、プロセス状態量に対応して出力さ
れるアナログ状態信号の電流値を電流計で測定し、規定
のプロセス状態量に対して規定の出力電流値が得られる
ように、やはり出力段に挿入された増幅器のゲインを調
整する。

【０００７】近年、センサにおいても、制御装置の入出
力機器にアナログ状態信号を送出するのみでなく、内部
にＣＰＵ等を含むマイクロコンピュータが組込まれて、
外部から入力された各種指令に応じて、固定の要求値を
出力したり、出力電流値の調整を可能にしたものがあ
る。このような情報処理機能（インテリジェント機能）
を有したセンサにおける前記出力アナログ状態信号の出
力値を校正する手法を説明する。

【０００８】このセンサとデータ通信が可能な携帯型端
末機をこのセンサに接続し、また、出力電流を測定する
電流計を接続する。そして、携帯型端末機からセンサへ
例えば４ｍＡ等の固定出力を出力するように出力指令を
印加する。そして、センサから４ｍＡの電流が出力され
たか否かを電流計で確認する。

【０００９】出力電流値が４ｍＡから許容限界以上ずれ
ていた場合には、その偏差電流値を携帯型端末機からセ
ンサへ書込む。センサはその偏差値に基づいて出力電流
値を調整する。なお、その調整後の出力電流値がまだ許
容範囲に入らない場合は、再度携帯型端末機から再度算
出された偏差値をセンサへ書込む。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような情報処理機能を有したセンサを採用したプロセ
ス制御装置においても、まだ解消すべき次のような課題
があった。

【００１１】すなわち、センサに対して電流計等のアナ
ログ出力値を直接計測する計測器を接続し、さらに、専
用の携帯型端末機を接続して、校正作業を実施する必要
がある。これらの計測器及び携帯型端末機は操作者がそ
の都度操作する必要があるので、非常に繁雑である。

【００１２】また、この校正作業を実施する場合には、
センサと制御装置の入出力機器とを接続する信号線を一
旦取外して、電流計を装着し、再度信号線を接続する必
要がある。したがって、稼働後における定期点検時にこ
の手法を採用するのは非常に困難である。

【００１３】さらに、この手法においては、センサ単独
で校正するので、センサを制御装置の入出力機器に接続
した状態において、入出力機器側から見た校正とは異な
る。すなわち、センサと入出力機器とを接続する信号線
における減衰等の影響が全く無視されている。

【００１４】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、制御側機器からプロセス側機器に固定校正
値の送信指令を送出し、制御側機器において、プロセス
側機器から送出された固定校正値の良否を判定すること
によって、別途校正専用の携帯型端末機を使用すること
なく、また信号線に計測器を挿入することなく、実際の
測定条件に近い状態で、制御側機器に入力されるアナロ
グ状態信号を、簡単にかつ正確に校正できるプロセス制
御装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解消するため
に本発明は、プロセス状態を検出してアナログ状態信号
に変換し、このアナログ状態信号をレベル調整器を介し
て出力するプロセス側機器と、このプロセス側機器に対
して伝送路を介して接続され、アナログ状態信号を受信
して、デジタル状態値に変換する制御側機器とからなる
プロセス制御装置において、

【００１６】制御側機器に対して、固定校正値の送信指
令をデジタル信号に変調して伝送路を介してプロセス側
機器へ送信する送信指令送信手段と、プロセス側機器か
ら受信したアナログ固定校正信号をデジタル固定校正値
に変換して、送信指令の固定校正値との偏差値を算出す
る偏差値算出手段と、この偏差値を指定した調整指令を
プロセス側機器へ送信する調整指令送信手段と付加し、

【００１７】プロセス側機器に対して、制御側機器から
受領した送信指令に応動してアナログ固定校正信号をレ
ベル調整器を介して制御側機器へ送信する固定校正信号
送信手段と、制御側機器から受領した調整指令に基づい
て、レベル調整器のゲイン調整を行うゲイン調整手段を
付加している。

【００１８】

【作用】このように構成されたプロセス制御装置におい
て、例えばセンサ等のプロセス側機器と例えば入出力機
器等の制御側機器とは伝送路で接続されている。そし
て、プロセス側機器は伝送路を介して制御側機器に対し
てアナログ状態信号を送出する。さらに、プロセス側機
器は内部に情報処理機能を有しており、前記制御側機器
との間でデジタル信号による各種の指令や情報交換が可
能である。

【００１９】そして、アナログ状態信号に対する校正処
理を実施する場合には、制御側機器からプロセス側機器
へ固定校正値の送信指令を送信する。プロセス側機器は
アナログ固定校正信号を制御側機器へ送信する。制御側
機器は受信したアナログ固定校正信号をデジタル固定校
正値に変換して、先の固定校正値との間の偏差値を算出
して、調整指令をプロセス側機器へ送出する。そして、
プロセス側機器は調整指令に従ってレベル調整器のレベ
ル調整を行う。

【００２０】したがって、アナログ状態信号の校正処理
が互いに伝送路で接続された制御側機器とプロセス側機
器との間で自動的に実施される。その結果、校正作業能
率が向上すると共に、伝送路における減衰も含む校正が
行われるので、校正精度が向上する。

【００２１】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面を用いて説明す
る。

【００２２】図２は実施例のプロセス制御装置を示すブ
ロック図である。この実施例のプロセス制御装置は、図
示するように、制御側機器としてのブロセス入力機器１
とプロセス制御部２とで構成された制御装置３と、この
制御装置３に対して伝送路としての信号線４を介して接
続されたプロセス側機器としての情報処理機能（インテ
リジェント機能）を有したセンサ機器５とで構成されて
いる。

【００２３】なお、実際のプロセス制御装置において
は、多数のセンサ機器５及びプロセス入力装置１が組込
まれているが、この実施例においては、説明を簡単にす
るために、それぞれ１個のセンサ機器５及び１個のりプ
ロセス入力機器１が組込まれた場合を説明する。

【００２４】図３はセンサ機器５の概略構成を示すブッ
ク図である。センサ本体６は制御対象プロセスにおけ
る、例えば速度、流量等の１個のプロセス状態を検出し
て、状態量に対応する信号レベレを有するアナログ状態
信号ａを出力する。センサ本体６から出力されたアナロ
グ状態信号ａは切換スイッチ７の常閉端子を介してレベ
ル調整器８で所定の信号レベルに増幅された後、アナロ
グ処理回路９へ入力される。アナログ処理回路９はレベ
ル調整器８から出力されたアナログ状態信号ｂを信号線
４へ送出する。

【００２５】前記レベル調整器８は、センサ本体６にお
けるプロセス状態の０％〜１００％の変化範囲に対して
出力されるアナログ状態信号ｂの電流値が４〜２０ｍＡ
の範囲で変化するようにゲイン調整される。例えば、セ
ンサ本体６がバルブの開度を検出するセンサの場合、開
度０％（全閉状態）の状態で、アナログ状態信号ｂの電
流値が４ｍＡとなり、開度１００％（全開状態）の状態
で、アナログ状態信号ｂの電流値が２０ｍＡとなる。

【００２６】レベル調整器８のゲインは例えばマイクロ
コンピュータ等のプロセッサ１０からの制御信号によっ
て変更される。また、切換スイッチ７の常開端子には校
正用固定電流源１１が接続されている。この校正用固定
電流源１１は、例えばセンサ本体６が１００％のプロセ
ス状態を検出した場合に、このセンサ本体６から出力さ
れるアナログ状態信号ａの電流値に対応する電流値を有
する固定校正信号ｃを出力する。

【００２７】プロセッサ１０には信号処理部１２を介し
てデジタル信号処理部１３が接続されている。プロセッ
サ１０は信号線４を介して図１に示すプロセス入力装置
１のプロセッサ１４にとの間で各種情報の交信が可能で
ある。

【００２８】プロセッサ１０から例えば情報を送信する
場合は、送信すべき情報を送信テキストに組込んで通信
処理部１２へ転送する。通信処理部１２は受領した送信
テキストをデシタル信号ｄに組込んでデジタル信号処理
部１３へ送出する。デジタル信号処理部１３では、入力
したデジタル信号ｄをアナログ信号処理部９から信号線
４へ出力されているアナログ状態信号ｂに重畳して信号
線４へ送出する。

【００２９】また、デジタル信号処理部１３は、プロセ
ス入力機器１からこのセンサ機器５へアナログ状態信号
ｂに重畳して送信されてきたデジタル信号をアナログ状
態信号ｂから分離して通信処理部１２へ送出する。通信
処理部１２は受領したデジタル信号を受信テキストに変
換してプロセッサ１０へ送出する。

【００３０】プロセス入力機器１は図１に示すように構
成されている。信号線４にアナログ信号処理部１５及び
デジタル信号処理部１６が接続されている。アナログ信
号処理部１５内には例えばＡ／Ｄ変換器が組込まれてお
り、センサ機器５から信号線４を介して受信したアナロ
グ状態信号ｂをデジタル状態値Ｂに変換して、プロセッ
サ１４へ転送する。

【００３１】なお、このアナログ信号処理部１５内には
ローパスフィルタ（ＬＰＦ）が組込まれており、受信し
たアナログ状態信号ｂにデジタル信号ｄが重畳していた
場合においても、ＬＰＦにより高周波のデジタル信号ｄ
成分は除去されるので、プロセッサ１４へ転送されるデ
ジタル状態値Ｂに特に悪影響が及ぶことはない。

【００３２】通信処理部１７及びデジタル信号処理部１
６は、センサ機器５における通信処理部１２とテシタル
信号処理部１３と同一構成であり、プロセッサ１４がセ
ンサ機器５のプロセッサ１０との間で各種の情報交換を
実行するための機能を有する。

【００３３】プロセッサ１４は、受領したデジタル状態
値Ｂをプロセス量ＰＶや電流値Ａに変換してＲＡＭ１８
へ記憶すると共に、変換したプロセス量ＰＶをプロセス
制御部２へ送出する。

【００３４】次に、このように構成されたプロセス制御
装置におけるセンサ機器５からプロセス入力機器１へ入
力されるアナログ状態信号の校正処理動作を流れ図を用
いて説明する。図４は校正処理動作のプロセス入力機器
１側のプロセッサ１４の動作を示す流れ図である。

【００３５】校正処理が開始されると、Ｓ（プログラム
・ステップ）１において、プロセッサ１４は、固定校正
値の送信指令の送信テキストを通信処理部１７へ送出す
る。すると、前述したように、この送信指令の送信テキ
ストはデジタル信号に変換されてセンサ機器５から信号
線４に出力されているアナログ状態信号に重畳されセン
サ機器５へ送信される。

【００３６】センサ機器５側のプロセッサ１０は、前述
した手順でプロセス入力機器１側のプロセッサ１４から
の送信指令を解読すると、切換スイッチ７を常開端子側
へ切換える。すると、校正用固定電流源１１からプロセ
ス状態の１００％に対応するアナログ固定校正信号ｃが
レベル調整器８及びアナログ信号処理部９を介して信号
線４上へ出力される。

【００３７】プロセス入力機器１側のアナログ信号処理
部１５は信号線４上のアナログ固定校正信号ｃを受信し
て、デジタル固定校正値へ変換する。プロセッサ１４
は、Ｓ２において、デジタル固定校正値を読取ると、こ
のデジタル固定校正値を電流値Ａに変換する（Ｓ３）。
そして、この電流値Ａがプロセス状態の１００％に対応
する２０ｍＡ等の送信指令で指定した固定電流値Ａｓに
一致するか否かを調べる（Ｓ４）。 受信した電流値Ａと前記固定電流値Ａｓとの偏差値ΔＡ ΔＡ＝｜Ａ−Ａｓ｜ が、許容限界以上の場合は、偏差値ΔＡを指定した調整
指令を前述した手法でセンサ機器５へ送信する（Ｐ
５）。

【００３８】調整指令を受領したセンサ機器５のプロセ
ッサ１０は、偏差値ΔＡが小さくなる方向にレベル調整
器８のゲインを変更する。レベル調整器８のゲインが変
更になると、信号線４上に出力されているアナログ状態
信号の信号レベルが変化する。

【００３９】Ｓ２において、レベル変更後のアナログ固
定校正信号ｃを受信して、電流値Ａに変換し、再度偏差
値ΔＡを算出する。偏差値ΔＡが許容限界未満になる
と、Ｓ６へ進み、センサ機器５に送出している各指令を
解除して、今回の校正処理を終了する。

【００４０】このように構成されたプロセス制御装置に
よれば、操作者は制御装置３におけるプロセス入力機器
１に対して校正指令を入力するのみで、通常の運転状態
から簡単に、プロセス入力機器１とセンサ機器５と間
で、アナログ状態信号のレベル校正が自動的に実施され
る。

【００４１】したがって、従来装置のように操作員が特
別に校正作業を実施する必要がないので、校正作業能率
を大幅に向上できる。また、センサ機器５とプロセス入
力機器１とを接続する信号線４に電流計等の測定器を挿
入する必要もない。さらに、センサ機器５を駆動する専
用の携帯型端末機を用いる必要もない。

【００４２】また、センサ機器５に対する各種指令はプ
ロセス入力機器１から出力され、かつ調整後のアナログ
状態信号の信号レベルの妥当性をプロセス入力機器１側
で判断しているので、信号線４における信号の減衰量も
含んで校正されるので、プロセス制御装置全体の校正精
度がより一層向上する。

【００４３】なお、本発明においては、アナログ状態信
号の信号レベルの調整をセンサ機器５内のレベル調整器
８で実施したが、例えば、プロセス入力機器１内のアナ
ログ信号処理部１５の前段にレベル調整器を挿入して、
入力したアナログ状態信号の信号レベルを調整すること
も可能である。この場合、プロセス入力機器１は、セン
サ機器５に対しては固定校正値の送信指令を送出するの
みでよい。

【００４４】さらに、本発明の手法を用いることによっ
て、ブラントの各設備に対して操作量を送出するプロセ
ス出力機器側の調整を実施することが可能である。例え
ば、通信機能を有したバルブ装置等に対して、プロセス
出力機器は固定のアナログ操作量信号を送出する。バル
ブ装置は受信したアナログ操作量信号に対応してバルブ
の開度を設定し、その開度を実際に読取ってデジタル信
号でもってプロセス出力機器へ返信する。プロセス出力
機器は受領したデジタルのバルブ開度とアナログ操作量
信号で指定したバルブ開度とを比較対照して、アナログ
操作量信号の信号レベルを調整する。

【００４５】

【発明の効果】以上説明したように本発明のプロセス制
御装置によれば、制御側機器からプロセス側機器に固定
校正値の送信指令を送出し、制御側機器において、プロ
セス側機器から送出された固定校正値の良否を判定し、
プロセス側機器へ調整指令を送出している。したがっ
て、別途校正専用の携帯型端末機を使用することなく、
また信号線に計測器を挿入することなく、実際の測定条
件に近い状態で、制御側機器に入力されるアナログ状態
信号を、簡単にかつ正確に校正できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例に係わるプロセス制御装の
プロセス入力機器の概略構成を示すブロック図、

【図２】 同実施例プロセス制御装置全体を示す模式
図、

【図３】 同実施例装置のセンサ機器の概略構成を示す
ブロック図、

【図４】 同実施例装置におけるプロセス入力機器の動
作を示す流れ図。

【符号の説明】

１…プロセス入力機器、２…プロセス制御部、４…信号
線、５…センサ機器、６…センサ本体、８…レベル調整
器、９，１５…アナログ信号処理部、１０，１４…プロ
セッサ、１１…校正用固定電流源、１２，１７…通信処
理部、１３，１６…デジタル信号処理部。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プロセス状態を検出してアナログ状態信
   号に変換し、このアナログ状態信号をレベル調整器を介
   して出力するプロセス側機器と、このプロセス側機器に
   対して伝送路を介して接続され、前記アナログ状態信号
   を受信して、デジタル状態値に変換する制御側機器とか
   らなるプロセス制御装置において、 前記制御側機器は、固定校正値の送信指令をデジタル信
   号に変調して前記伝送路を介して前記プロセス側機器へ
   送信する送信指令送信手段と、前記プロセス側機器から
   受信したアナログ固定校正信号をデジタル固定校正値に
   変換して、前記送信指令の固定校正値との偏差値を算出
   する偏差値算出手段と、この偏差値を指定した調整指令
   を前記プロセス側機器へ送信する調整指令送信手段とを
   有し、 前記プロセス側機器は、前記制御側機器から受領した送
   信指令に応動してアナログ固定校正信号を前記レベル調
   整器を介して前記制御側機器へ送信する固定校正信号送
   信手段と、前記制御側機器から受領した調整指令に基づ
   いて、前記レベル調整器のゲイン調整を行うゲイン調整
   手段とを有することを特徴とするプロセス制御装置。