JP3795699B2 - Flow distribution device - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、二股に分岐した１系および２系の管路の流量比を、目標とする流量比に分配する流量分配装置に係り、特に総流量変化等の外乱時にも、振り分け流量の比を目標とする流量比となるようにオンラインで制御できるようにした流量分配装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、流量分配装置の一つとして、二股に分岐した１系および２系の管路の流量比を、１系および２系の管路に設置された振り分け弁の開度制御を行なうことにより、目標とする流量比に分配するものがある。
【０００３】
この種の流量分配装置では、二股に分岐した１系および２系の管路の流量分配は、振り分け調節弁の特性から、目標とする比に対応する流量が出るような各振り分け弁の開度の組み合わせを調べ、流量比に対して振り分け弁の開度を一意に決めることにより、制御を行なっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、流量比に対して振り分け弁の開度を一意に決める流量分配装置においては、管路を流れる総流量の変化により、あらかじめ決められた各振り分け弁の開度の組み合わせでは、所望の流量比を実現することができなくなる。
【０００５】
また、管路内に空気が混入する等の理由により、流量バランスが崩れた場合には制御を行なうことができないという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、二股に分岐した１系および２系の管路の流量分配を行なう場合に、総流量変化等の外乱時にも、目標とする流量比に対応した比となるようにオンラインで制御を行なうことが可能な流量分配装置を提供することにある。
【０００７】
【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、二股に分岐した１系および２系の管路の流量比を、当該１系および２系の管路に設置された１系および２系の振り分け弁の開度制御を行なうことにより目標とする流量比に分配する流量分配装置において、請求項１の発明では、１系および２系の管路を流れる流量をそれぞれ計測する１系および２系の流量計測手段と、１系および２系の振り分け弁の開度をそれぞれ計測する１系および２系の振り分け弁開度計測手段と、目標とする流量比に基づいて、１系および２系の管路の流量目標比率を演算する流量目標比率演算手段と、１系および２系流量計測手段によりそれぞれ計測された流量計測値に基づいて、１系および２系の管路の流量計測値比率を演算する流量計測値比率演算手段と、流量目標比率演算手段により演算された流量目標比率と、流量計測値比率演算手段により演算された流量計測値比率とに基づいて、１系および２系の振り分け弁の操作量をそれぞれ演算する１系および２系の振り分け弁操作量演算手段と、２系振り分け弁開度計測手段により計測された２系振り分け弁開度が制御範囲最大開度でない場合、１系振り分け弁に対して出力する操作量を、制御範囲最大開度とすると判断し、２系振り分け弁開度が制御範囲最大開度である場合、１系振り分け弁に対して出力する操作量を、１系振り分け弁操作量演算手段により演算された１系振り分け弁操作量とすると判断する１系出力判断手段と、１系振り分け弁開度計測手段により計測された１系振り分け弁開度が制御範囲最大開度でない場合、２系振り分け弁に対して出力する操作量を、制御範囲最大開度とすると判断し、１系振り分け弁開度が制御範囲最大開度である場合、２系振り分け弁に対して出力する操作量を、２系振り分け弁操作量演算手段により演算された２系振り分け弁操作量とすると判断する２系出力判断手段とを備える。
【０００８】
従って、請求項１の発明の流量分配装置においては、流量目標比率演算手段では、目標とする流量比を入力し、各系に相当する目標流量比率が求められる。流量計測値比率演算手段では、各系の流量計測値を入力し、各系に相当する流量計測値比率が求められる。１系振り分け弁操作量演算手段、および２系振り分け弁操作量演算手段では、それぞれの系に相当する目標流量比率と流量計測値比率とを入力し、例えばＰＩＤ制御演算により、それぞれの統の振り分け弁操作量が求められる。
【０００９】
自動制御投入時、両系の振り分け弁を一旦制御範囲最大開度（固定値）とする。そして、両系の振り分け弁開度が制御範囲最大開度となった時点から、制御が開始される。
【００１０】
１系出力判断手段、および２系出力判断手段では、それぞれ相手の系の振り分け弁開度を入力とし、相手側の振り分け弁開度が制御範囲最大開度の時は、自側の振り分け弁は１系振り分け弁操作量演算手段または２系振り分け弁操作量演算手段にて演算された制御演算（例えばＰＩＤ制御演算）出力値により制御が行なわれ、相手側の振り分け弁開度が制御範囲最大開度でない時は、自側の振り分け弁の開度を制御範囲最大開度（固定値）出力する判断が行なわれる。
【００１１】
これにより、片方の系は制御範囲最大開度固定、もう片方の系は例えばＰＩＤ制御を行なうことになり、振り分け流量のバランスが崩れた時にも、各系の流量比を目標とする流量比に制御することができる。
【００１２】
また、請求項２の発明では、１系および２系の管路を流れる流量をそれぞれ計測する１系および２系の流量計測手段と、１系および２系の振り分け弁の開度をそれぞれ計測する１系および２系の振り分け弁開度計測手段と、目標とする流量比に基づいて、１系および２系の管路の流量目標比率を演算する流量目標比率演算手段と、流量目標比率演算手段により演算された流量目標比率と、１系および２系流量計測手段によりそれぞれ計測された流量計測値とに基づいて、１系および２系の管路の流量目標値を演算する流量目標値演算手段と、流量目標値演算手段により演算された１系および２系の管路の流量目標値と、１系および２系流量計測手段によりそれぞれ計測された流量計測値とに基づいて、１系および２系の振り分け弁の操作量をそれぞれ演算する１系および２系の振り分け弁操作量演算手段と、２系振り分け弁開度計測手段により計測された２系振り分け弁開度が制御範囲最大開度でない場合、１系振り分け弁に対して出力する操作量を、制御範囲最大開度とすると判断し、２系振り分け弁開度が制御範囲最大開度である場合、１系振り分け弁に対して出力する操作量を、１系振り分け弁操作量演算手段により演算された１系振り分け弁操作量とすると判断する１系出力判断手段と、１系振り分け弁開度計測手段により計測された１系振り分け弁開度が制御範囲最大開度でない場合、２系振り分け弁に対して出力する操作量を、制御範囲最大開度とすると判断し、１系振り分け弁開度が制御範囲最大開度である場合、２系振り分け弁に対して出力する操作量を、２系振り分け弁操作量演算手段により演算された２系振り分け弁操作量とすると判断する２系出力判断手段とを備える。
【００１３】
従って、請求項２の発明の流量分配装置においては、流量目標比率演算手段では、目標とする流量比を入力し、各系に相当する目標流量比率が求められる。流量目標値演算手段では、流量目標比率演算手段により演算された流量目標比率と、各系の流量計測値とを入力し、各系の流量目標値が演算される。１系振り分け弁操作量演算手段、および２系振り分け弁操作量演算手段能では、それぞれの系統に相当する目標流量と流量計測値とを入力し、例えばＰＩＤ制御演算により、それぞれの系の振り分け弁操作量が求められる。
【００１４】
自動制御投入時、両系の振り分け弁を一旦制御範囲最大開度（固定値）とする。そして、両系の振り分け弁開度が制御範囲最大開度となった時点から、制御が開始される。
【００１５】
１系出力判断手段、および２系出力判断手段では、それぞれ相手の系の振り分け弁開度を入力とし、相手側の振り分け弁開度が制御範囲最大開度の時は、自側の振り分け弁は１系振り分け弁操作量演算手段または２系振り分け弁操作量演算手段にて演算された制御演算（例えばＰＩＤ制御演算）出力値により制御が行なわれ、相手側の振り分け弁開度が制御範囲最大開度でない時は、自側の振り分け弁の開度を制御範囲最大開度（固定値）出力する判断が行なわれる。
【００１６】
これにより、上記請求項１の発明と同様の作用を奏するのに加えて、１系振り分け弁操作量演算手段、および２系振り分け弁操作量演算手段で用いる制御（例えばＰＩＤ制御）が流量制御となる構成のため、制御ゲインを容易に決定することができる。
【００１７】
さらに、請求項３の発明では、上記請求項２の発明の流量分配装置において、１系および２系の振り分け弁操作量演算手段の制御演算に用いる制御ゲインを、１系および２系の振り分け弁の非線形特性に対応してそれぞれ可変設定する１系および２系の振り分け弁特性データ手段を付加して、１系および２系の振り分け弁操作量演算手段の制御をオートチュ−ニング型とする。
【００１８】
従って、請求項３の発明の流量分配装置においては、上記請求項２の発明において、１系振り分け弁操作量演算手段、および２系振り分け弁操作量演算手段の制御（例えばＰＩＤ制御）をオートチュ−ニング型とすることにより、振り分け弁の非線形特性に対応して制御ゲインを変化させることで、制御の最適化を図ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明は、二股に分岐した１系および２系の管路の流量分配を、それぞれの系の管路に設置された振り分け弁の開度制御により行なう場合に、目標とする流量比から求めた流量目標比率にしたがって例えばＰＩＤ制御演算を行ない、片方の系の振り分け弁操作量を制御範囲最大固定値とし、他方の系の振り分け弁操作量を制御演算（例えばＰＩＤ制御演算）出力値とすることにより、振り分け流量の比を目標とする流量比となるようにオンラインで制御できるようにするものである。
【００２０】
以下、上記のような考え方に基づく本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１は、本実施の形態による流量分配装置の構成例を示すブロック図である。
【００２２】
図１において、二股に分岐した１系および２系の管路には、それぞれ１系振り分け弁１、および２系振り分け弁２が設置されている。
【００２３】
また、１系および２系の管路には、それぞれ１系および２系の管路を流れる流量を計測する流量計測手段である１系流量計３、および２系流量計４が設置されている。
【００２４】
さらに、１系振り分け弁１、および２系振り分け弁２には、それぞれ１系振り分け弁１、および２系振り分け弁２の開度を計測する１系および２系の振り分け弁開度計５および２系振り分け弁開度計６が設置されている。
【００２５】
一方、コントローラは、流量目標比率演算手段７と、流量計測値比率演算手段８と、１系および２系の振り分け弁操作量演算手段９１および９２と、１系出力判断手段１０１と、２系出力判断手段１０２とから構成されている。
【００２６】
流量目標比率演算手段７は、目標とする流量比に基づいて、１系および２系の管路の流量目標比率を演算する。
【００２７】
流量計測値比率演算手段８は、１系流量計３、および２系流量計４によりそれぞれ計測された流量計測値に基づいて、１系および２系の管路の流量計測値比率を演算する。
【００２８】
１系および２系の振り分け弁操作量演算手段９１および９２は、流量目標比率演算手段７により演算された流量目標比率と、流量計測値比率演算手段８により演算された流量計測値比率とに基づいて、１系および２系の振り分け弁１および２の操作量をそれぞれ演算する。
【００２９】
１系出力判断手段１０１は、２系振り分け弁開度計６により計測された２系振り分け弁開度に基づいて、１系振り分け弁１に対して出力する操作量を、制御範囲最大開度とするか、１系振り分け弁操作量演算手段９１により演算された１系振り分け弁操作量とするかを判断する。
【００３０】
２系出力判断手段１０２は、１系振り分け弁開度計５により計測された１系振り分け弁開度に基づいて、２系振り分け弁２に対して出力する操作量を、制御範囲最大開度とするか、２系振り分け弁操作量演算手段９２により演算された２系振り分け弁操作量とするかを判断する。
【００３１】
次に、以上のように構成した本実施の形態の流量分配装置の作用について説明する。
【００３２】
図１において、１系流量計３および２系流量計４により、それぞれ１系および２系の管路を流れる流量ｑ1 およびｑ2 が計測される。また、１系振り分け弁開度計５および２系振り分け弁開度計６により、それぞれ１系振り分け弁１および２系振り分け弁２の弁開度ｖ1 およびｖ2 が計測される。
【００３３】
一方、コントローラの流量目標比率演算手段７では、目標流量比１系：２系＝Ｑ1 ：Ｑ2 を入力し、各系に相当する目標流量比率が、次のような式により求められる。
【００３４】
ＳＶ1 ＝Ｑ1 ／（Ｑ1 ＋Ｑ2 ） ……（１）
ＳＶ2 ＝Ｑ2 ／（Ｑ1 ＋Ｑ2 ） ……（２）
ＳＶ1 ；１系ＰＩＤ制御目標値
ＳＶ2 ；２系ＰＩＤ制御目標値
Ｑ1 ：Ｑ2 ；１系流量：２系流量目標比
流量計測値比率演算手段８では、１系流量計３で計測された１系流量計測値 ｑ1 、および２系流量計４で計測された２系流量計測値ｑ2 を入力し、各系に相当する流量計測値比率が、次のような式により求められる。
【００３５】
ＰＶ1 ＝ｑ1 ／（ｑ1 ＋ｑ2 ） ……（３）
ＰＶ2 ＝ｑ2 ／（ｑ1 ＋ｑ2 ） ……（４）
ＰＶ1 ；１系ＰＩＤ制御プロセス値
ＰＶ2 ；２系ＰＩＤ制御プロセス値
ｑ1 ；１系流量計測値
ｑ2 ；２系流量計測値
１系振り分け弁操作量演算手段９１では、上記ＳＶ1 、ＰＶ1 にしたがってＰＩＤ制御演算を行ない、１系振り分け弁操作量ｍｖ1 が求められる。
【００３６】
２系振り分け弁操作量演算手段９２では、上記ＳＶ2 、ＰＶ2 にしたがってＰＩＤ演算を行ない、２系振り分け弁操作量ｍｖ2 が求められる。
【００３７】
自動制御投入時、両系の振り分け弁１および２を、一旦制御範囲最大開度（固定値）とする。そして、両系の振り分け弁１および２開度が制御範囲最大開度となった時点から、制御が開始される。
【００３８】
１系出力判断手段１０１では、２系振り分け弁開度計６で計測された２系振り分け弁開度ｖ2 を入力し、この２系振り分け弁開度ｖ2 が２系振り分け弁制御範囲最大開度の時は、１系振り分け弁開度操作量の制御出力ＭＶ1 として、１系振り分け弁操作量演算手段９１で演算されたＰＩＤ制御演算値ｍｖ1 を用い、２系振り分け弁開度ｖ2 が２系振り分け弁制御範囲最大開度でない時は、１系振り分け弁開度操作量の制御出力ＭＶ1 として、１系振り分け弁制御範囲最大開度（固定値）を用いるように、出力値切り替え判断が行なわれる。
【００３９】
２系出力判断手段１０２では、１系振り分け弁開度計５で計測された１系振り分け弁開度ｖ1 を入力し、この１系振り分け弁開度ｖ1 が１系振り分け弁制御範囲最大開度の時は、２系振り分け弁開度操作量の制御出力ＭＶ2 として、２系振り分け弁操作量演算手段９２で演算されたＰＩＤ制御演算値ｍｖ2 を用い、１系振り分け弁開度ｖ1 が１系振り分け弁制御範囲最大開度でない時は、２系振り分け弁開度操作量の制御出力ＭＶ2 として、２系振り分け弁制御範囲最大開度（固定値）を用いるように、出力値切り替え判断が行なわれる。
【００４０】
上述したように、本実施の形態の流量分配装置では、二股に分岐した１系および２系の管路の流量分配を、それぞれの系の管路に設置された振り分け弁１および２の開度制御により行なう場合に、目標とする流量比から求めた流量目標比率にしたがってＰＩＤ制御演算を行ない、片方の系の振り分け弁操作量を制御範囲最大固定値とし、他方の系の振り分け弁操作量をＰＩＤ制御演算出力値とするようにしているので、片方の系は制御範囲最大開度固定、もう片方の系はＰＩＤ制御を行なうことになるため、振り分け流量のバランスが崩れた時にも、各系の流量比を目標とする流量比に制御することが可能となる。
【００４１】
（第２の実施の形態）
図２は、本実施の形態による流量分配装置の構成例を示すブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００４２】
図２において、コントローラは、流量目標比率演算手段７と、流量目標値演算手段１１と、１系および２系の振り分け弁操作量演算手段１２１および１２２と、１系出力判断手段１３１と、２系出力判断手段１３２とから構成されている。
【００４３】
流量目標値演算手段１１は、流量目標比率演算手段７により演算された流量目標比率と、１系流量計３、および２系流量計４によりそれぞれ計測された流量計測値とに基づいて、１系および２系の管路の流量目標値を演算する。
【００４４】
１系および２系の振り分け弁操作量演算手段１２１および１２２は、流量目標値演算手段１１により演算された１系および２系の管路の流量目標値と、１系流量計３および２系流量計４によりそれぞれ計測された流量計測値とに基づいて、１系および２系の振り分け弁１および２の操作量をそれぞれ演算する。
【００４５】
１系出力判断手段１３１は、２系振り分け弁開度計６により計測された２系振り分け弁開度に基づいて、１系振り分け弁１に対して出力する操作量を、制御範囲最大開度とするか、１系振り分け弁操作量演算手段１２１により演算された１系振り分け弁操作量とするかを判断する。
【００４６】
２系出力判断手段１３２は、１系振り分け弁開度計５により計測された１系振り分け弁開度に基づいて、２系振り分け弁２に対して出力する操作量を、制御範囲最大開度とするか、２系振り分け弁操作量演算手段１２２により演算された２系振り分け弁操作量とするかを判断する。
【００４７】
次に、以上のように構成した本実施の形態の流量分配装置の作用について説明する。
【００４８】
図２において、１系流量計３および２系流量計４により、それぞれ１系および２系の管路を流れる流量ｑ1 およびｑ2 が計測される。また、１系振り分け弁開度計５および２系振り分け弁開度計６により、それぞれ１系振り分け弁１および２系振り分け弁２の弁開度ｖ1 およびｖ2 が計測される。
【００４９】
一方、コントローラの流量目標比率演算手段７では、目標流量比１系：２系＝Ｑ１：Ｑ２を入力し、各系に相当する目標流量比率が、
１系；Ｑ1 ／（Ｑ1 ＋Ｑ2 ）、２系；Ｑ2 ／（Ｑ1 ＋Ｑ2 ）
として求められる。
【００５０】
流量目標値演算手段１１では、流量目標比率演算手段７で演算された各系流量目標比率、１系流量計３で計測された１系流量計測値ｑ1 、２系流量計４で計測された２系流量計測値ｑ2 を入力し、各系に相当する流量目標値が、次のような式により求められる。
【００５１】
ＳＶ1 ＝（ｑ1 ＋ｑ2 ）×Ｑ1 ／（Ｑ1 ＋Ｑ2 ） ……（５）
ＳＶ2 ＝（ｑ1 ＋ｑ2 ）×Ｑ2 ／（Ｑ1 ＋Ｑ2 ） ……（６）
１系振り分け弁操作量演算手段１２１では、上記ＳＶ1 、ＰＶ1 ＝ｑ1 にしたがってＰＩＤ制御演算を行ない、１系振り分け弁操作量ｍｖ1 が求められる。
【００５２】
２系振り分け弁操作量演算手段１２２では、上記ＳＶ2 、ＰＶ2 ＝ｑ2 にしたがってＰＩＤ制御演算を行い、２系振り分け弁操作量ｍｖ2 が求められる。
【００５３】
自動制御投入時、両系の振り分け弁１および２を、一旦制御範囲最大開度（固定値）とする。そして、両系の振り分け弁１および２開度が制御範囲最大開度となった時点から、制御が開始される。
【００５４】
１系出力判断手段１３１では、２系振り分け弁開度計６で計測された２系振り分け弁開度ｖ2 を入力し、この２系振り分け弁開度ｖ2 が２系振り分け弁制御範囲最大開度の時は、１系振り分け弁開度操作量の制御出力ＭＶ1 として、１系振り分け弁操作量演算手段１２１で演算されたＰＩＤ制御演算値ｍｖ1 を用い、２系振り分け弁開度ｖ2 が２系振り分け弁制御範囲最大開度でない時は、１系振り分け弁開度操作量の制御出力ＭＶ1 として、１系振り分け弁最大開度（固定値）を用いるように、出力値切り替えの判断が行なわれる。
【００５５】
２系出力判断手段１３２では、１系振り分け弁開度計５で計測された１系振り分け弁開度ｖ1 を入力し、この１系振り分け弁開度ｖ1 が１系振り分け弁制御範囲最大開度の時は、２系振り分け弁開度操作量の制御出力ＭＶ2 として、２系振り分け弁操作量演算手段１２２で演算されたＰＩＤ制御演算値ｍｖ2 を用い、１系振り分け弁開度ｖ1 が１系振り分け弁制御範囲最大開度でない時は、２系振り分け弁開度操作量の制御出力ＭＶ2 として、２系振り分け弁制御範囲最大開度 （固定値）を用いるように、出力値切り替え判断が行なわれる。
【００５６】
上述したように、本実施の形態の流量分配装置では、前記第１の実施の形態の場合と同様の効果が得られるのに加えて、１系振り分け弁操作量演算手段１２１、および２系振り分け弁操作量演算手段１２２で用いるＰＩＤ制御が流量制御となる構成のため、制御ゲインを容易に決定することが可能となる。
【００５７】
（第３の実施の形態）
図３は、本実施の形態による流量分配装置の構成例を示すブロック図であり、図２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００５８】
図３において、コントローラは、流量目標比率演算手段７と、流量目標値演算手段１１と、１系および２系の振り分け弁特性データ設定手段１４１および１４２と、１系および２系の振り分け弁操作量演算手段１５１および１５２と、１系出力判断手段１６１と、２系出力判断手段１６２とから構成されている。
【００５９】
１系および２系の振り分け弁特性データ設定手段１４１および１４２は、１系および２系の振り分け弁操作量演算手段１５１および１５２の制御演算に用いる制御ゲインを、前記１系および２系の振り分け弁１および２の非線形特性に対応してそれぞれ可変設定する。
【００６０】
１系および２系の振り分け弁操作量演算手段１５１および１５２は、流量目標値演算手段１１により演算された１系および２系の管路の流量目標値と、１系流量計３および２系流量計４によりそれぞれ計測された流量計測値と、１系および２系の振り分け弁特性データ設定手段１４１および１４２により設定されたＰＩＤ制御ゲインとに基づいて、１系および２系の振り分け弁１および２の操作量をそれぞれ演算する。
【００６１】
すなわち、１系および２系の振り分け弁操作量演算手段１５１および１５２のＰＩＤ制御を、オートチュ−ニング型としている。
【００６２】
１系出力判断手段１６１は、２系振り分け弁開度計６により計測された２系振り分け弁開度に基づいて、１系振り分け弁１に対して出力する操作量を、制御範囲最大開度とするか、１系振り分け弁操作量演算手段１５１により演算された１系振り分け弁操作量とするかを判断する。
【００６３】
２系出力判断手段１６２は、１系振り分け弁開度計５により計測された１系振り分け弁開度に基づいて、２系振り分け弁２に対して出力する操作量を、制御範囲最大開度とするか、２系振り分け弁操作量演算手段１５２により演算された２系振り分け弁操作量とするかを判断する。
【００６４】
次に、以上のように構成した本実施の形態の流量分配装置においては、１系振り分け弁操作量演算手段１５１に１系振り分け弁特性データ設定手段１４１を備え、２系振り分け弁操作量演算手段１５２に２系振り分け弁特性データ設定手段１４２を備えて、１系振り分け弁操作量演算手段１５１、および２系振り分け弁操作量演算手段１５２のＰＩＤ制御をオートチュ−ニング型としていることにより、１系および２系の振り分け弁１および２の非線形特性に対応して制御ゲインを変化させることで、制御の最適化を図ることができる。
【００６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の流量分配装置によれば、目標とする流量比から求めた流量目標比率にしたがって制御演算を行ない、さらに制御出力の判断手段により、片方の系の振り分け弁開度操作量を制御範囲最大開度（固定値）とし、もう片方の系の振り分け弁開度操作量を制御演算値とようにしているので、振り分け流量の比を目標とする流量比となるように制御することができるため、二股に分岐した１系および２系の管路の流量分配を行なう場合に、総流量変化等の外乱時にも、目標とする流量比に対応した比となるようにオンラインで制御を行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による流量分配装置の第１の実施の形態を示すブロック図。
【図２】本発明による流量分配装置の第２の実施の形態を示すブロック図。
【図３】本発明による流量分配装置の第３の実施の形態を示すブロック図。
【符号の説明】
１…１系振り分け弁
２…２系振り分け弁
３…１系流量計
４…２系流量計
５…１系振り分け弁開度計
６…２系振り分け弁開度計
７…１系振り分け弁操作量演算手段
８…２系振り分け弁操作量演算手段
９１…１系振り分け弁操作量演算手段
９２…２系振り分け弁操作量演算手段
１０１…１系出力判断手段
１０２…２系出力判断手段
１１…流量目標値演算手段
１２１…１系振り分け弁操作量演算手段
１２２…２系振り分け弁操作量演算手段
１３１…１系出力判断手段
１３２…２系出力判断手段
１４１…１系振り分け弁特性データ設定手段
１４２…２系振り分け弁特性データ設定手段
１５１…１系振り分け弁操作量演算手段
１５２…２系振り分け弁操作量演算手段
１６１…１系出力判断手段
１６２…２系出力判断手段。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a flow distribution device that distributes the flow ratio of the first and second pipes branched into two branches to a target flow ratio. The present invention relates to a flow rate distribution device that can be controlled online so as to achieve a target flow rate ratio.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as one of the flow distribution devices, by controlling the opening ratio of the distribution valve installed in the 1 system and 2 system pipes, the flow ratio of the 1 system and 2 system pipes branched into two branches There is something that distributes to the target flow rate ratio.
[0003]
In this type of flow distribution device, the flow distribution of the 1st system and the 2nd system pipes branched into two branches is based on the characteristics of the distribution control valve, and the opening degree of each distribution valve that produces a flow corresponding to the target ratio. The control is performed by examining the combination of and uniquely determining the opening of the distribution valve with respect to the flow rate ratio.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the flow distribution device that uniquely determines the opening degree of the distribution valve with respect to the flow ratio, the desired flow ratio is determined depending on the change in the total flow rate flowing through the pipe line. Cannot be realized.
[0005]
In addition, there is a problem that control cannot be performed when the flow rate balance is lost due to air being mixed into the pipeline.
[0006]
The object of the present invention is to distribute the flow rate of the 1st system and 2nd system pipes bifurcated into an on-line system so that the ratio corresponding to the target flow rate ratio can be obtained even during disturbances such as changes in the total flow rate. An object of the present invention is to provide a flow distribution device capable of performing control.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the flow ratio of the 1-system and 2-system pipes bifurcated is determined by the opening degree of the 1-system and 2-system distribution valves installed in the 1-system and 2-system pipes. In the flow distribution device that distributes to a target flow ratio by performing control, the invention according to
[0008]
Therefore, in the flow rate distribution device according to the first aspect of the present invention, the target flow rate ratio calculation means inputs the target flow rate ratio and obtains the target flow rate ratio corresponding to each system. In the flow rate measurement value ratio calculating means, the flow rate measurement value of each system is input, and the flow rate measurement value ratio corresponding to each system is obtained. In the 1-system distribution valve operation amount calculation means and the 2-system distribution valve operation amount calculation means, the target flow rate ratio and the flow rate measurement value ratio corresponding to each system are input, and the respective distribution is performed by, for example, PID control calculation. The amount of valve operation is required.
[0009]
When automatic control is turned on, the distribution valves of both systems are once set to the maximum control range opening (fixed value). And control is started from the time of the distribution valve opening degree of both systems becoming the control range maximum opening degree.
[0010]
The 1-system output judging means and the 2-system output judging means each receive the other system's distribution valve opening, and when the other-side distribution valve opening is the maximum control range opening, Control is performed by the output value of the control calculation (for example, PID control calculation) calculated by the 1-system distribution valve operation amount calculation means or the 2-system distribution valve operation amount calculation means, and the other-side distribution valve opening degree opens the control range to the maximum. If not, a determination is made to output the control valve maximum opening (fixed value) as the opening of the local distribution valve.
[0011]
As a result, the maximum opening of the control range is fixed in one system, and the PID control is performed in the other system, for example, and even when the distribution flow rate balance is lost, the flow rate ratio of each system becomes the target flow rate ratio. Can be controlled.
[0012]
In the invention of
[0013]
Therefore, in the flow rate distribution device according to the second aspect of the invention, the target flow rate ratio calculation means inputs the target flow rate ratio and obtains the target flow rate ratio corresponding to each system. The flow rate target value calculation means inputs the flow rate target ratio calculated by the flow rate target ratio calculation means and the flow rate measurement value of each system, and calculates the flow rate target value of each system. In the 1-system distribution valve operation amount calculation means and the 2-system distribution valve operation amount calculation means function, a target flow rate and a flow rate measurement value corresponding to each system are input, and, for example, a PID control calculation is performed to assign the distribution valve of each system. The amount of operation is required.
[0014]
When automatic control is turned on, the distribution valves of both systems are once set to the maximum control range opening (fixed value). And control is started from the time of the distribution valve opening degree of both systems becoming the control range maximum opening degree.
[0015]
The 1-system output judging means and the 2-system output judging means each receive the other system's distribution valve opening, and when the other-side distribution valve opening is the maximum control range opening, Control is performed by the output value of the control calculation (for example, PID control calculation) calculated by the 1-system distribution valve operation amount calculation means or the 2-system distribution valve operation amount calculation means, and the other-side distribution valve opening degree opens the control range to the maximum. If not, a determination is made to output the control valve maximum opening (fixed value) as the opening of the local distribution valve.
[0016]
As a result, in addition to having the same effect as that of the first aspect of the invention, the control (for example, PID control) used in the first system distribution valve operation amount calculation means and the second system distribution valve operation amount calculation means is the flow control. Therefore, the control gain can be easily determined.
[0017]
Further, in the third aspect of the invention, in the flow rate distribution device of the second aspect of the invention, the control gain used for the control calculation of the first-system and second-system distribution valve operation amount calculation means is the first-system and second-system distribution valve. The 1-system and 2-system distribution valve characteristic data means variably set corresponding to the non-linear characteristics are added to control the 1-system and 2-system distribution valve operation amount calculation means as an auto-tuning type.
[0018]
Therefore, in the flow distribution device according to the third aspect of the present invention, in the second aspect of the invention, the control (for example, PID control) of the first system distribution valve operation amount calculation means and the second system distribution valve operation amount calculation means is controlled automatically. By adopting the ning type, it is possible to optimize the control by changing the control gain in accordance with the nonlinear characteristic of the distribution valve.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present invention, when the flow distribution of the 1st system and the 2nd system pipe branched into two branches is performed by controlling the opening degree of the distribution valve installed in each system pipe, it is obtained from the target flow ratio. For example, PID control calculation is performed in accordance with the flow rate target ratio, the distribution valve operation amount of one system is set to the control range maximum fixed value, and the distribution valve operation amount of the other system is set to the control calculation (for example, PID control calculation) output value. Thus, the distribution flow rate ratio can be controlled on-line so as to be the target flow rate ratio.
[0020]
Hereinafter, embodiments of the present invention based on the above-described concept will be described in detail with reference to the drawings.
[0021]
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a flow rate distribution device according to the present embodiment.
[0022]
In FIG. 1, a 1-
[0023]
Further, a 1-
[0024]
Further, the 1-
[0025]
On the other hand, the controller includes a flow rate target ratio calculation means 7, a flow rate measurement value ratio calculation means 8, a 1-system and 2-system distribution valve operation amount calculation means 91 and 92, a 1-system output determination means 101, and a 2-system output. And determining means 102.
[0026]
The flow rate target ratio calculation means 7 calculates the flow rate target ratio of the 1-system and 2-system pipelines based on the target flow ratio.
[0027]
The flow rate measurement value ratio calculation means 8 calculates the flow rate measurement value ratios of the 1-system and 2-system pipelines based on the flow rate measurement values respectively measured by the 1-
[0028]
The 1st and 2nd distribution valve operation amount calculation means 91 and 92 are based on the flow rate target ratio calculated by the flow rate target ratio calculation means 7 and the flow rate measurement value ratio calculated by the flow rate measurement value ratio calculation means 8. Thus, the operation amounts of the 1-system and 2-
[0029]
The 1-system output determining means 101 determines the operation amount output to the 1-
[0030]
Based on the 1-system distribution valve opening measured by the 1-system distribution
[0031]
Next, the operation of the flow distribution device of the present embodiment configured as described above will be described.
[0032]
In FIG. 1, flow rates q 1 and q 2 flowing through the 1-system and 2-system pipelines are measured by the 1-
[0033]
On the other hand, the target flow rate ratio calculation means 7 of the controller inputs the target
[0034]
SV 1 = Q 1 / (Q 1 + Q 2 ) (1)
SV 2 = Q 2 / (Q 1 + Q 2 ) (2)
SV 1 ; 1 system PID control target value SV 2 ; 2 system PID control target value Q 1 : Q 2 ; 1 system flow rate: 2 system flow rate target specific flow rate measured value ratio calculation means 8 measures the 1
[0035]
PV 1 = q 1 / (q 1 + q 2 ) (3)
PV 2 = q 2 / (q 1 + q 2 ) (4)
PV 1 ; 1-system PID control process value PV 2 ; 2-system PID control process value q 1 ; 1-system flow rate measurement value q 2 ; 2-system flow rate measurement value 1-system distribution valve operation amount calculation means 91 performs the above SV 1 , PV The PID control calculation is performed according to 1 , and the 1-system distribution valve operation amount mv 1 is obtained.
[0036]
The 2-system distribution valve operation amount calculation means 92 performs a PID calculation according to the above SV 2 and PV 2 to obtain the 2-system distribution valve operation amount mv 2 .
[0037]
When automatic control is turned on, the
[0038]
In 1-system
[0039]
In 2-system
[0040]
As described above, in the flow distribution device of the present embodiment, the flow distribution of the 1-system and 2-system pipes bifurcated is performed by the opening degree of the
[0041]
(Second Embodiment)
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the flow distribution device according to the present embodiment. The same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Only different parts will be described here.
[0042]
In FIG. 2, the controller includes a flow rate target ratio calculation means 7, a flow rate target value calculation means 11, a 1-system and 2-system distribution valve operation amount calculation means 121 and 122, a 1-system output determination means 131, and a 2-system. The output judging means 132 is comprised.
[0043]
The flow rate target value calculation means 11 is based on the flow rate target ratio calculated by the flow rate target ratio calculation means 7 and the flow rate measurement values respectively measured by the 1-
[0044]
The 1-system and 2-system distribution valve operation amount calculation means 121 and 122 are the flow rate target values of the 1-system and 2-system pipes calculated by the flow-rate target value calculation means 11, and the 1-
[0045]
The 1-system output determining means 131 determines the operation amount output to the 1-
[0046]
Based on the 1-system distribution valve opening measured by the 1-system distribution
[0047]
Next, the operation of the flow distribution device of the present embodiment configured as described above will be described.
[0048]
In FIG. 2, flow rates q 1 and q 2 flowing through the 1-system and 2-system pipelines are measured by the 1-
[0049]
On the other hand, the target flow rate ratio calculation means 7 of the controller inputs target
1 system; Q 1 / (Q 1 + Q 2 ), 2 system; Q 2 / (Q 1 + Q 2 )
As required.
[0050]
In the flow rate target value calculation means 11, each system flow rate target ratio calculated by the flow rate target ratio calculation means 7, the 1 system flow rate measurement value q 1 measured by the 1
[0051]
SV 1 = (q 1 + q 2 ) × Q 1 / (Q 1 + Q 2 ) (5)
SV 2 = (q 1 + q 2 ) × Q 2 / (Q 1 + Q 2 ) (6)
The 1-system distribution valve operation amount calculation means 121 performs PID control calculation according to the above SV 1 , PV 1 = q 1 to obtain the 1-system distribution valve operation amount mv 1 .
[0052]
The 2-system distribution valve operation amount calculation means 122 performs PID control calculation in accordance with the above SV 2 , PV 2 = q 2 to obtain the 2-system distribution valve operation amount mv 2 .
[0053]
When automatic control is turned on, the
[0054]
In 1-system
[0055]
The 2-system output judging means 132 inputs the 1-system distribution valve opening v 1 measured by the 1-system distribution
[0056]
As described above, in the flow distribution device of the present embodiment, in addition to obtaining the same effects as those of the first embodiment, the 1-system distribution valve operation amount calculation means 121 and the 2-system distribution are provided. Since the PID control used in the valve operation
[0057]
(Third embodiment)
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration example of the flow distribution device according to the present embodiment. The same parts as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Only different parts will be described here.
[0058]
In FIG. 3, the controller includes a flow rate target ratio calculation means 7, a flow rate target value calculation means 11, 1-system and 2-system distribution valve characteristic data setting means 141 and 142, and 1-system and 2-system distribution valve operation amounts. The calculation means 151 and 152, the 1-system output determination means 161, and the 2-system output determination means 162 are configured.
[0059]
The 1-system and 2-system distribution valve characteristic data setting means 141 and 142 use the control gain used for the control calculation of the 1-system and 2-system distribution valve operation amount calculation means 151 and 152 as the 1-system and 2-system distribution valve. Each of them is variably set corresponding to the nonlinear characteristics of 1 and 2.
[0060]
The 1-system and 2-system distribution valve operation amount calculation means 151 and 152 are the flow-rate target values of the 1-system and 2-system pipelines calculated by the flow-rate target value calculation means 11 and the 1-
[0061]
That is, the PID control of the 1-system and 2-system distribution valve operation amount calculation means 151 and 152 is an auto-tuning type.
[0062]
The 1-system output determining means 161 determines the operation amount output to the 1-
[0063]
Based on the 1-system distribution valve opening measured by the 1-system distribution
[0064]
Next, in the flow distribution device of the present embodiment configured as described above, the 1-system distribution valve operation amount calculation means 151 includes the 1-system distribution valve characteristic data setting means 141, and the 2-system distribution valve operation amount calculation means. 152 is provided with a 2-system distribution valve characteristic
[0065]
【The invention's effect】
As described above, according to the flow distribution device of the present invention, the control calculation is performed according to the flow rate target ratio obtained from the target flow rate ratio, and the distribution valve opening degree of one system is determined by the control output judging means. Since the manipulated variable is the maximum control range opening (fixed value) and the distribution valve opening manipulated variable of the other system is the control calculation value, the ratio of the distribution flow rate becomes the target flow rate ratio Because it can be controlled, when distributing the flow of the 1st and 2nd pipes that are bifurcated, it is online so that the ratio corresponds to the target flow rate ratio even during disturbances such as changes in the total flow rate. It becomes possible to control by.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a flow distribution device according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a second embodiment of the flow distribution device according to the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a third embodiment of a flow distribution device according to the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記１系および２系の管路を流れる流量をそれぞれ計測する１系および２系の流量計測手段と、
前記１系および２系の振り分け弁の開度をそれぞれ計測する１系および２系の振り分け弁開度計測手段と、
前記目標とする流量比に基づいて、前記１系および２系の管路の流量目標比率を演算する流量目標比率演算手段と、
前記１系および２系流量計測手段によりそれぞれ計測された流量計測値に基づいて、前記１系および２系の管路の流量計測値比率を演算する流量計測値比率演算手段と、
前記流量目標比率演算手段により演算された流量目標比率と、前記流量計測値比率演算手段により演算された流量計測値比率とに基づいて、前記１系および２系の振り分け弁の操作量をそれぞれ演算する１系および２系の振り分け弁操作量演算手段と、
前記２系振り分け弁開度計測手段により計測された２系振り分け弁開度が制御範囲最大開度でない場合、前記１系振り分け弁に対して出力する操作量を、制御範囲最大開度とすると判断し、前記２系振り分け弁開度が制御範囲最大開度である場合、前記１系振り分け弁に対して出力する操作量を、前記１系振り分け弁操作量演算手段により演算された１系振り分け弁操作量とすると判断する１系出力判断手段と、
前記１系振り分け弁開度計測手段により計測された１系振り分け弁開度が制御範囲最大開度でない場合、前記２系振り分け弁に対して出力する操作量を、制御範囲最大開度とすると判断し、前記１系振り分け弁開度が制御範囲最大開度である場合、前記２系振り分け弁に対して出力する操作量を、前記２系振り分け弁操作量演算手段により演算された２系振り分け弁操作量とすると判断する２系出力判断手段と、
を備えて成ることを特徴とする流量分配装置。The flow rate ratio between the 1-system and 2-system pipes bifurcated is controlled by controlling the opening of the 1-system and 2-system distribution valves installed in the 1-system and 2-system pipes. In the flow distribution device that distributes the ratio,
1-system and 2-system flow rate measuring means for measuring the flow rates flowing through the 1-system and 2-system pipelines, respectively;
A 1-system and 2-system distribution valve opening degree measuring means for measuring the opening degrees of the 1-system and 2-system distribution valves, respectively;
A flow rate target ratio calculating means for calculating a flow rate target ratio of the first and second pipes based on the target flow rate ratio;
A flow rate measurement value ratio calculating means for calculating a flow rate measurement value ratio of the 1 system and 2 system pipes based on flow rate measurement values respectively measured by the 1 system and 2 system flow rate measurement means;
Based on the flow rate target ratio calculated by the flow rate target ratio calculation means and the flow rate measurement value ratio calculated by the flow rate measurement value ratio calculation means, the operation amounts of the first and second system distribution valves are respectively calculated. 1-system and 2-system distribution valve manipulated variable calculation means,
If 2-based distribution valve opening measured by said 2-based distribution valve opening measurement means is not the control range maximum opening, the operation amount to be output to the 1-system sorting valve, when the control range maximum opening When the second system distribution valve opening is determined to be the maximum control range opening, the operation amount output to the first system distribution valve is determined as the first system distribution valve operation amount calculating means. and the 1-system output determining means for determining that the valve operation amount,
If 1-based distribution valve opening measured by said 1-based distribution valve opening measurement means is not the control range maximum opening, the operation amount to be output to the 2-based distribution valve, when the control range maximum opening determination and, if the 1-system sorting valve opening is controlled range maximum opening degree, the manipulated variable outputs to the 2-based distribution valve, 2 based distribution computed by the 2-based distribution valve operating amount calculating means and 2-system output determining means for determining that the valve operation amount,
A flow distribution device comprising:
前記１系および２系の管路を流れる流量をそれぞれ計測する１系および２系の流量計測手段と、
前記１系および２系の振り分け弁の開度をそれぞれ計測する１系および２系の振り分け弁開度計測手段と、
前記目標とする流量比に基づいて、前記１系および２系の管路の流量目標比率を演算する流量目標比率演算手段と、
前記流量目標比率演算手段により演算された流量目標比率と、前記１系および２系流量計測手段によりそれぞれ計測された流量計測値とに基づいて、前記１系および２系の管路の流量目標値を演算する流量目標値演算手段と、
前記流量目標値演算手段により演算された１系および２系の管路の流量目標値と、前記１系および２系流量計測手段によりそれぞれ計測された流量計測値とに基づいて、前記１系および２系の振り分け弁の操作量をそれぞれ演算する１系および２系の振り分け弁操作量演算手段と、
前記２系振り分け弁開度計測手段により計測された２系振り分け弁開度が制御範囲最大開度でない場合、前記１系振り分け弁に対して出力する操作量を、制御範囲最大開度とすると判断し、前記２系振り分け弁開度が制御範囲最大開度である場合、前記１系振り分け弁に対して出力する操作量を、前記１系振り分け弁操作量演算手段により演算された１系振り分け弁操作量とすると判断する１系出力判断手段と、
前記１系振り分け弁開度計測手段により計測された１系振り分け弁開度が制御範囲最大 開度でない場合、前記２系振り分け弁に対して出力する操作量を、制御範囲最大開度とすると判断し、前記１系振り分け弁開度が制御範囲最大開度である場合、前記２系振り分け弁に対して出力する操作量を、前記２系振り分け弁操作量演算手段により演算された２系振り分け弁操作量とすると判断する２系出力判断手段と、
を備えて成ることを特徴とする流量分配装置。The flow rate ratio between the 1-system and 2-system pipes bifurcated is controlled by controlling the opening of the 1-system and 2-system distribution valves installed in the 1-system and 2-system pipes. In the flow distribution device that distributes the ratio,
1-system and 2-system flow rate measuring means for measuring the flow rates flowing through the 1-system and 2-system pipelines, respectively;
A 1-system and 2-system distribution valve opening degree measuring means for measuring the opening degrees of the 1-system and 2-system distribution valves, respectively;
A flow rate target ratio calculating means for calculating a flow rate target ratio of the first and second pipes based on the target flow rate ratio;
Based on the flow rate target ratio calculated by the flow rate target ratio calculation means and the flow rate measurement values respectively measured by the 1-system and 2-system flow rate measurement means, the flow rate target values of the 1-system and 2-system pipelines Flow rate target value calculating means for calculating
Based on the flow rate target values of the 1-system and 2-system pipelines calculated by the flow rate target value calculation means and the flow rate measurement values respectively measured by the 1-system and 2-system flow rate measurement means, 1-system and 2-system distribution valve operation amount calculation means for calculating the operation amounts of the 2-system distribution valve, respectively;
If 2-based distribution valve opening measured by said 2-based distribution valve opening measurement means is not the control range maximum opening, the operation amount to be output to the 1-system sorting valve, when the control range maximum opening When the second system distribution valve opening is determined to be the maximum control range opening, the operation amount output to the first system distribution valve is determined as the first system distribution valve operation amount calculating means. and the 1-system output determining means for determining that the valve operation amount,
If 1-based distribution valve opening measured by said 1-based distribution valve opening measurement means is not the control range maximum opening, the operation amount to be output to the 2-based distribution valve, when the control range maximum opening determination and, if the 1-system sorting valve opening is controlled range maximum opening degree, the manipulated variable outputs to the 2-based distribution valve, 2 based distribution computed by the 2-based distribution valve operating amount calculating means and 2-system output determining means for determining that the valve operation amount,
A flow distribution device comprising:
前記１系および２系の振り分け弁操作量演算手段の制御演算に用いる制御ゲインを、前記１系および２系の振り分け弁の非線形特性に対応してそれぞれ可変設定する１系および２系の振り分け弁特性データ手段を付加して、前記１系および２系の振り分け弁操作量演算手段の制御をオートチュ−ニング型とした
ことを特徴とする流量分配装置。The flow distribution device according to claim 2, wherein
1-system and 2-system distribution valves that variably set control gains used for control calculation of the 1-system and 2-system distribution valve operation amount calculation means corresponding to the nonlinear characteristics of the 1-system and 2-system distribution valves, respectively. A flow rate distribution device characterized by adding characteristic data means and controlling the first and second system distribution valve operation amount calculation means to be an auto-tuning type.
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