JP3015521B2 - インライン混合制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、安定した制御を可能に
したインライン混合制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より製品、原料、燃料等の各種液体
や粉体を混合して所定割合の混合物を得る装置として図
５に示すようなインライン混合制御装置が知られてい
る。

【０００３】図に示すように、この従来装置は、並列接
続されたタンクＡ₁ ，Ａ₂ ，…，Ａ_n からなるタンク群
Ａと、並列接続されたタンクＢ₁ ，Ｂ₂ ，…，Ｂ_n から
なるタンク群Ｂと、並列接続されたタンクＣ₁ ，Ｃ₂ ，
…，Ｃ_n からなるタンク群Ｃとを備え、タンク群Ａの各
タンクには製品ａが、タンク群Ｂの各タンクには製品ｂ
が、タンク群Ｃの各タンクには製品ｃが貯蔵されてい
る。

【０００４】各タンク群Ａ，Ｂ，Ｃは各群別に配設され
た混合ライン１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃに接続され
ている。各混合ライン１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１Ｃに
はそれぞれ流量計１０２Ａ，１０２Ｂ，１０２Ｃと、流
量調節弁１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃとが配設されて
おり、それらの弁開度は各流量計１０２Ａ，１０２Ｂ，
１０２Ｃの計測値に応じて流量調節計（ＦＩＣ）１０４
Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃにより各別に制御されている。

【０００５】各混合ライン１０１Ａ，１０１Ｂ，１０１
Ｃは合流し、レベル調節弁１０５を介してバッファタン
ク１０６に接続されている。このバッファタンク１０６
の液位は、レベル計１０７により検出され、そのレベル
検出信号はレベル調節計１０８に供給されている。この
レベル調節計（ＬＩＣ）１０８は、液位を一定に保つた
めに、供給されたレベル検出信号からレベル調節弁１０
５の弁開度を計算してその弁開度信号を前記レベル調節
弁１０５と総流量設定器１０９に出力する。

【０００６】総流量設定器１０９は、レベル調節計１０
８から供給される弁開度信号から混合ラインの総流量を
演算する。その総流量演算値は混合ライン各別に設けら
れた比率器１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃに供給され
る。各比率器１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃには、あら
かじめ各製品の混合比率が設定されており、前記総流量
演算値に各比率を乗じ、流量設定値としてそれぞれ流量
調節計１０４Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃに出力する。各流
量調節計１０４Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃは、前述したよ
うにそれぞれ流量設定値と各流量計１０２Ａ，１０２
Ｂ，１０２Ｃの計測値との偏差が零となるように各流量
調節弁１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃの弁開度を制御す
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来装置によれば、各タンク群Ａ，Ｂ，Ｃからバッファタ
ンク１０６に至る連続する流路上に流量調節弁１０３
Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃと、レベル調節弁１０５とが直
列に配設されているので、相互干渉を生じて制御が不安
定になるという不具合がある。すなわち、同一比率で同
一の総流量を得るためのレベル調節弁１０５と各流量調
節弁１０３Ａ，１０３Ｂ，１０３Ｃの開度の組合せは広
い範囲で存在する。例えば、製品ａ，ｂ，ｃの混合比率
を１：１．２：０．８として総流量８０％を得たい場合
には、表１に示すいずれの組合せでも良いこととなる。

【０００８】

【表１】

【０００９】このことは、設定値が変化せず一定であっ
ても通常の制御動作においてケース１〜ケース３に示す
範囲で調節弁開度が不安定に移動してしまう。また、ケ
ース３に示すように、Ｂタンク群の調節弁開度が９６％
とほぼ全開に近いものも存在することとなり、制御の途
中で予期しない時期に制御範囲の限界となってしまうと
いう不具合があった。

【００１０】さらに、タンクの組合せを変更する際、急
激な変更により比率制御の乱れが生じ、制御範囲の限界
付近まで調節弁を移動させてしまう要因となっている。

【００１１】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、常に安定した比率制御を可能とす
るインライン混合制御装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明は、種類の異なる被混合物が貯蔵された複数
のタンクと、各タンクに接続された混合ラインにそれぞ
れ配設された流量調節弁と、前記混合ラインが合流する
ラインに配設されたレベル調節弁と、前記合流ラインを
介して混合された製品を貯蔵するバッファタンクと、前
記各流量制御弁およびレベル調節弁の開度を制御して前
記製品の混合比率を一定にするとともに前記バッファタ
ンクの液位を一定値に維持する制御部とを備えたインラ
イン混合制御装置において、前記制御部は、各混合比率
に基づいた各流量調節弁の開度により前記液位を維持す
る流量を決定する基準開度設定値を各流量調節弁毎に求
める基準開度設定値演算手段と、求められた各基準開度
設定値の上下限値を設定して前記各流量調節弁に供給さ
れる各基準開度設定値を制限する設定値制限手段とを具
備することを特徴とする。

【００１３】

【作用】上記の構成によれば、各ラインの流量調節弁と
レベル調節弁の作用を明確に分離し、総流量の制御をレ
ベル調節弁に受け持たせ、各流量調節弁は流量比率を制
御することによって前記液位レベルを維持するようにし
ている。これにより、各ラインの流量調節弁とレベル調
節弁の開度の組み合わせの自由度が制限され、相互干渉
に起因する制御の不安定が防止できる。

【００１４】

【実施例】図１は本発明に係るインライン混合切換制御
装置の一実施例を示す構成図であり、同図に示す装置
は、特に混合後の製品の均一性を重要視する液体混合物
の制御装置に関する。

【００１５】本実施例装置は、前記従来例と同様、それ
ぞれｎ個のタンクからなる３つのタンク群Ａ，Ｂ，Ｃを
備え、タンク群Ａの各タンクには製品ａが、タンク群Ｂ
の各タンクには製品ｂが、タンク群Ｃの各タンクには製
品ｃが貯蔵されている。タンク群Ａは並列接続されたタ
ンクＡ₁ ，Ａ₂ ，…，Ａ_n からなり、タンク群Ｂは並列
接続されたタンクＢ₁ ，Ｂ₂ ，…，Ｂ_n からなり、タン
ク群Ｃは並列接続されたタンクＣ₁ ，Ｃ₂ ，…，Ｃ_n か
らなっている。

【００１６】各タンク群Ａ，Ｂ，Ｃは各群別に配設され
た混合ライン１Ａ，１Ｂ，１Ｃに接続されている。各混
合ライン１Ａ，１Ｂ，１Ｃにはそれぞれ流量計２Ａ，２
Ｂ，２Ｃと、流量調節弁３Ａ，３Ｂ，３Ｃとが配設され
ており、それらの弁開度は各流量計２Ａ，２Ｂ，２Ｃの
計測値に応じて流量調節計（ＦＩＣ）４Ａ，４Ｂ，４Ｃ
により制御されている。

【００１７】各混合ライン１Ａ，１Ｂ，１Ｃは合流し、
レベル調節弁５を介してバッファタンク６に接続されて
いる。このバッファタンク６は、製品ａ，ｂ，ｃが所定
割合で混合した製品を一時的に貯蔵し、後段の処理工程
に対して混合製品を安定供給するためのものである。こ
のバッファタンク６の液位は、レベル計７により検出さ
れ、そのレベル検出信号はレベル調節計８に供給されて
いる。このレベル調節計（ＬＩＣ）８は、レベル検出信
号から液位を一定に保つために、レベル調節弁５の弁開
度を計算してその弁開度信号を前記レベル調節弁５と総
流量設定器９に出力する。

【００１８】総流量設定器９は、レベル調節計８から供
給される弁開度信号から混合ラインの総流量を演算す
る。その総流量演算値は混合ライン各別に設けられた比
率器１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに供給される。

【００１９】特に、本実施例では、図２にも示すよう
に、比率設定器１１と、基準開度設定器１２と、流量調
節弁３Ａ，３Ｂ，３Ｃ各別の開度制限器１３Ａ，１３
Ｂ，１３Ｃとが設けられている。

【００２０】比率設定器１１は、混合ライン１Ａ，１
Ｂ，１Ｃの各比率設定Ｒ₁ ，Ｒ₂ ，Ｒ₃ を合計で１にな
るように以下の式（１）〜（３）のように比率を変換し
て比率ｒ₁ ，ｒ₂ ，ｒ₃ を求める。

【００２１】 ｒ₁ ＝Ｒ₁ ／（Ｒ₁ ＋Ｒ₂ ＋Ｒ₃ ） …（１） ｒ₂ ＝Ｒ₂ ／（Ｒ₁ ＋Ｒ₂ ＋Ｒ₃ ） …（２） ｒ₃ ＝Ｒ₃ ／（Ｒ₁ ＋Ｒ₂ ＋Ｒ₃ ） …（３） したがって、このように設定することにより、総流量設
定値Ｆ_M に対して混合ライン１Ａ，１Ｂ，１Ｃの流量設
定値の和は、次式に示すように、常に総流量設定値Ｆ_M
に等しくなる。

【００２２】 Ｆ_M ・（Ｒ₁ ／（Ｒ₁ ＋Ｒ₂ ＋Ｒ₃ ）＋Ｒ₂ ／（Ｒ₁ ＋Ｒ₂ ＋Ｒ₃ ） ＋Ｒ₃ ／（Ｒ₁ ＋Ｒ₂ ＋Ｒ₃ ）） ＝Ｆ_M …（４） このようにして求められた各比率ｒ₁ ，ｒ₂ ，ｒ₃ が各
比率設定器１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃに設定される。

【００２３】また、基準開度設定器１２は、３台の流量
調節弁３Ａ，３Ｂ，３Ｃの合計開度によって１００％の
流量が得られる開度を以下の式（５）〜（７）から求
め、各基準開度設定値ｒｒ₁ ，ｒｒ₂ ，ｒｒ₃ を基準開
度制限器１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃに供給する。

【００２４】 ｒｒ₁ ＝１００・Ｒ₁ ／（Ｒ₁ ＋Ｒ₂ ＋Ｒ₃ ） （％） …（５） ｒｒ₂ ＝１００・Ｒ₂ ／（Ｒ₁ ＋Ｒ₂ ＋Ｒ₃ ） （％） …（６） ｒｒ₃ ＝１００・Ｒ₃ ／（Ｒ₁ ＋Ｒ₂ ＋Ｒ₃ ） （％） …（７） 基準開度制限器１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃは、供給された
基準開度設定値ｒｒ₁，ｒｒ₂ ，ｒｒ₃ に対して上限
（＋ｋ）および下限（−ｋ）を設定してその範囲内で調
節弁開度が動作するように制限値を設ける。

【００２５】この状態において、比率器１０では前記総
流量演算値に各比率を乗じ、流量設定値としてそれぞれ
流量調節計４Ａ，４Ｂ，４Ｃに出力する。各流量調節計
４Ａ，４Ｂ，４Ｃは、前述したようにそれぞれ流量設定
値と各流量計２Ａ，２Ｂ，２Ｃの計測値との偏差が零と
なるような各流量調節弁３Ａ，３Ｂ，３Ｃの弁開度指令
を各基準開度制限器１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃに出力す
る。各基準開度制限器１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃでは、各
流量調節弁３Ａ，３Ｂ，３Ｃの弁開度指令に上下限を設
定して弁開度を制御する。

【００２６】このように本実施例によれば、レベル調節
弁５と、各流量調節弁４Ａ，４Ｂ，４Ｃとの間に組合せ
の自由度がなくなるので、各ラインの基準開度を中心と
した範囲内で外乱を吸収できる安定したインライン混合
制御が可能となる。

【００２７】なお、混合ラインの各調節弁３Ａ，３Ｂ，
３Ｃは総流量制御に外乱を与えない範囲で動作する必要
がある。この条件をさらに確実にするためには、以下の
ような機能を付加すると良い。

【００２８】すなわち、図３に示すように、各タンク群
Ａ，Ｂ，Ｃの出口にそれぞれポンプ２１Ａ，２１Ｂ，２
１Ｃと、各混合ラインの流体圧を測定する圧力計２２
Ａ，２２Ｂ，２２Ｃと，各圧力計２２Ａ，２２Ｂ，２２
Ｃの検出値に基づいてポンプ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの
回転数を制御する圧力調節計２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃと
を設け、各タンク群の出口の圧力を一定に保持するよう
にすれば、各タンクＡ，Ｂ，Ｃの液位変化によるヘッド
圧の影響を回避できる。

【００２９】また、タンクの空または設定流量を積算し
た後のタンク組合せの切換時には、タンク番号及び混合
比率が更新されるが、この切換時には、図４に示すよう
に、旧比率の基準開度設定値から新比率の基準開度設定
値への切替えが滑らかに行うことにより、バンプレス制
御が可能となる。

【００３０】以上本実施例は、３群のタンクを例に説明
したが、本発明は４群以上のタンクの混合切替えにも適
用でき、また、原料の混合、燃料の混合等、各種の液
体、粉体等の混合制御にも適用できる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、レ
ベル調節弁と各流量調節弁との間の組み合わせの自由度
を制限することができるので、各流量制御弁とレベル調
節弁との相互干渉による制御の不安定を防止でき、各基
準開度を中心とした範囲で各ラインの外乱を吸収できる
安定した混合制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るインライン混合制御装置の一実施
例を示す構成図である。

【図２】図１に示す実施例の要部構成を示す説明図であ
る。

【図３】本発明に係るインライン混合制御装置の他の実
施例構成を示す説明図である。

【図４】本発明に係るインライン混合制御装置の他の実
施例を示す説明図である。

【図５】インライン混合切換制御装置の従来例を示す構
成図である。

【符号の説明】

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 混合ライン ２Ａ，２Ｂ，２Ｃ 流量計 ３Ａ，３Ｂ，３Ｃ 流量調節弁 ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ 流量調節計 ５ レベル調節弁 ６ バッファタンク ７ レベル計 ８ レベル調節計 ９ 総流量設定器 １０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ １１ 比率設定器 １２ 基準開度設定器 １３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ 基準開度制限器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 人見 圭一 茨城県北相馬郡守谷町大字野木崎字鴻巣 728 アサヒビール株式会社 茨城工場 内 (72)発明者 米岡 利彦 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会 社東芝 本社事務所内 (56)参考文献 特開 平２−183815（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−180724（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G05D 11/13 B01F 15/04 G05B 11/18 G05B 11/32 G05D 7/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 種類の異なる被混合物が貯蔵された複数
   のタンクと、各タンクに接続された混合ラインにそれぞ
   れ配設された流量調節弁と、前記混合ラインが合流する
   ラインに配設されたレベル調節弁と、前記合流ラインを
   介して混合された製品を貯蔵するバッファタンクと、前
   記各流量制御弁およびレベル調節弁の開度を制御して前
   記製品の混合比率を一定にするとともに前記バッファタ
   ンクの液位を一定値に維持する制御部とを備えたインラ
   イン混合制御装置において、 前記制御部は、各混合比率に基づいた各流量調節弁の開
   度により前記液位を維持する流量を決定する基準開度設
   定値を各流量調節弁毎に求める基準開度設定値演算手段
   と、求められた各基準開度設定値の上下限値を設定して
   前記各流量調節弁に供給される各基準開度設定値を制限
   する設定値制限手段と、 を具備することを特徴とするインライン混合制御装置。