JP5548158B2 - Positioner - Google Patents
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Description
この発明は、調節弁の開度を制御するポジショナに関するものである。 The present invention relates to a positioner that controls the opening of a control valve.
従来より、調節弁に対してポジショナを設け、このポジショナによって調節弁の開度を制御するようにしている。このポジショナは、上位装置から送られてくる弁開度設定値と調節弁からフィードバックされてくる実開度値との偏差を求め、この偏差に所定の演算を施して得られる電気信号を制御出力として出力する制御部と、この制御部からの制御出力を空気圧信号に変換する電空変換器(EPM)と、この電空変換器が変換した空気圧信号を増幅し調節弁の駆動部へ出力するパイロットリレーとを備えている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, a positioner is provided for the control valve, and the position of the control valve is controlled by this positioner. This positioner obtains the deviation between the valve opening setting value sent from the host device and the actual opening value fed back from the control valve, and outputs the electrical signal obtained by applying a predetermined calculation to this deviation. A control unit that outputs the control signal, an electropneumatic converter (EPM) that converts the control output from the control unit into a pneumatic signal, and amplifies the pneumatic signal converted by the electropneumatic converter and outputs the amplified pneumatic signal to the control valve drive A pilot relay (see, for example, Patent Document 1).
図3に従来のポジショナの要部の構成を示す。同図において、1Aはポジショナ、2は調節弁であり、調節弁2にはその弁開度(バルブの開度)を検出する開度センサ3が設けられている。ポジショナ1Aは、制御部11と、電空変換器12と、パイロットリレー13とを備えており、開度センサ3が検出する調節弁2の弁開度が実開度値Xpvとして制御部11へフィードバックされるようになっている。
FIG. 3 shows a configuration of a main part of a conventional positioner. In the figure, 1A is a positioner, 2 is a control valve, and the
ポジショナ1Aにおいて、制御部11は、上位装置(図示せず)からの弁開度設定値Xspと開度センサ3からの実開度値Xpvとの偏差eを求め、この偏差eにPID制御演算を施して得られる電気信号を制御出力MVとして出力する。なお、偏差eの算出は偏差算出部11aにおいて行われ、偏差eに対するPID制御演算はPID制御演算部11bで行われる。
In the
電空変換器12は、制御部11からの制御出力MVを空気圧信号(ノズル背圧)Pnに変換する。パイロットリレー13は、電空変換器12からの空気圧信号Pnを増幅し、空気圧Poとして調節弁2の駆動部2aへ出力する。これにより、駆動部2a内のダイアフラム室に空気圧Poの空気が流入し、調節弁2のバルブ2bの開度が調整される。
The
なお、パイロットリレー13は、その主要な構成要素として、シリンダ13aとポペット弁13bとを備えている。また、パイロットリレー13は空気圧の出力ポートを1つしか有しておらず、この1つの出力ポートから出力される空気圧Poによって調節弁2を正動作(制御出力MVに対応した方向に駆動)あるいは逆動作(制御出力MVに対して反対の方向に駆動)させる。このような動作形式のポジショナを単動型ポジショナと呼んでいる。
The
このポジショナ1Aに採用された制御方式の場合、制御部11の制御対象には、調節弁2だけではなく、調節弁2に空気流量および空気圧力を加える電空変換器12およびパイロットリレー13も含まれる。電空変換器12とパイロットリレー13の特性が線形であり、素直な特性であれば、このような制御方式でも充分である。しかし、実際は電空変換器12およびパイロットリレー13ともヒステリシスや不感帯等の非線形要素を持ち、制御を複雑にしている。そのため、この制御方式では、速応性や整定性(安定性)において限界がある。そこで、バルブ開度制御の速応性を改善した制御方式が特許文献2に示され、バルブ開度制御の整定性を改善した制御方式が特許文献3に示されている。
In the case of the control method employed in the
図4は特許文献2に示された制御方式の概略を示す図である。このポジショナ1Bでは、制御対象である調節弁2からフィードバックされてくる実開度値Xpvを第1のフィードバック値とする一方、パイロットリレー13におけるシリンダ13aやポペット弁13bの変位Xpを位置センサ14によって検出するようにし、この位置センサ14によって検出された変位Xpに定数Kmを乗じた値Km・Xpを第2のフィードバック値としている。そして、制御部11からの制御出力MVをメジャー制御ループの制御出力とし、このメジャー制御ループの制御出力MVから第2のフィードバック値Km・Xpをマイナー制御ループのフィードバック値として減算して補正制御出力MV’を求め、この補正制御出力MV’を電空変換器12への制御出力としている。なお、変位Xpに対する定数Kmの乗算は乗算部(第2のフィードバック値算出部)15で行い、メジャー制御ループの制御出力MVからのマイナー制御ループのフィードバック値Km・Xpの減算は減算部(補正制御出力演算部)16で行う。
FIG. 4 is a diagram showing an outline of the control method disclosed in
図5は特許文献3に示された制御方式の概略を示す図である。このポジショナ1Cでは、制御対象である調節弁2からフィードバックされてくる実開度値Xpvを第1のフィードバック値とする一方、パイロットリレー13からの調節弁2への空気圧Poを圧力センサ17によって検出するようにし、この圧力センサ17によって検出される空気圧Poの微分値dPo/dtを圧力微分値とし、この圧力微分値dPo/dtに定数Kmを乗じた値Km・dPo/dtを第2のフィードバック値としている。そして、制御部11からの制御出力MVをメジャー制御ループの制御出力とし、このメジャー制御ループの制御出力MVから第2のフィードバック値Km・dPo/dtをマイナー制御ループのフィードバック値として減算して補正制御出力MV’を求め、この補正制御出力MV’を電空変換器12への制御出力としている。なお、圧力微分値dPo/dtの算出およびこの圧力微分値dPo/dtに対する定数Kmの乗算は乗算部(第2のフィードバック値算出部)18で行い、メジャー制御ループの制御出力MVからのマイナー制御ループのフィードバック値Km・dPo/dtの減算は減算部(補正制御出力演算部)19で行う。
FIG. 5 is a diagram showing an outline of the control method disclosed in
しかしながら、特許文献2に示された制御方式(図4)では、ムダ時間や時定数を縮めることによりバルブ開度制御の速応性の改善は望めるが、整定性の改善は難しい。また、特許文献3に示された制御方式(図5)では、圧力値そのものを見ているため、オーバシュートや整定時間など整定性の改善は望めるが、速応性の改善は難しい。 However, in the control method shown in Patent Document 2 (FIG. 4), it is possible to improve the quick response of the valve opening control by shortening the waste time and the time constant, but it is difficult to improve the settling. Further, in the control method shown in Patent Document 3 (FIG. 5), since the pressure value itself is observed, improvement of settling such as overshoot and settling time can be expected, but improvement of rapid response is difficult.
本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、バルブ開度制御の速応性と整定性の改善を両立することが可能なポジショナを提供することにある。 The present invention has been made in order to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a positioner capable of satisfying both of quick response of valve opening control and improvement of settling. is there.
このような目的を達成するために本発明は、制御対象である調節弁からフィードバックされてくる実開度値を第1のフィードバック値とし、この第1のフィードバック値と上位装置から送られてくる弁開度設定値との偏差を求め、この偏差に所定の演算を施して得られる電気信号を制御出力として出力する制御手段と、この制御手段からの制御出力を空気圧に変換し調節弁の駆動部へ出力する電空変換手段とを備えたポジショナにおいて、電空変換手段からの調節弁の駆動部への空気圧を検出する空気圧検出手段と、空気圧検出手段によって検出された空気圧の微分値を圧力微分値として第2のフィードバック値を算出する第2のフィードバック値算出手段と、調節弁からフィードバックされてくる実開度値の微分値を弁開度微分値として第3のフィードバック値を算出する第3のフィードバック値算出手段と、算出された第2のフィードバック値と第3のフィードバック値との和をマイナー制御ループのフィードバック値として算出する加算手段と、制御手段からの制御出力をメジャー制御ループの制御出力とし、このメジャー制御ループの制御出力から加算手段によって算出されたマイナー制御ループのフィードバック値を減算して補正制御出力を求め、この補正制御出力を電空変換手段への制御出力として出力する補正制御出力演算手段とを備えることを特徴とする。 In order to achieve such an object, according to the present invention, an actual opening value fed back from a control valve that is a control target is set as a first feedback value, and the first feedback value and a higher-level device are sent. A control means for obtaining a deviation from the valve opening set value and performing a predetermined calculation on the deviation and outputting an electric signal as a control output, and converting the control output from the control means into a pneumatic pressure to drive the control valve In a positioner provided with an electropneumatic conversion means for outputting to an air pressure section, an air pressure detection means for detecting the air pressure from the electropneumatic conversion means to the drive part of the control valve, and a differential value of the air pressure detected by the air pressure detection means Second feedback value calculation means for calculating a second feedback value as a differential value, and a differential value of an actual opening value fed back from the control valve as a valve opening differential value A third feedback value calculating means for calculating the feedback value, an adding means for calculating the sum of the calculated second feedback value and the third feedback value as a feedback value of the minor control loop, The control output is taken as the control output of the major control loop, and the correction control output is obtained by subtracting the feedback value of the minor control loop calculated by the adding means from the control output of this major control loop, and this correction control output is electro-pneumatic converting means. And a correction control output calculation means for outputting as a control output.
この発明によれば、電空変換手段からの調節弁の駆動部への空気圧が検出され、この検出された空気圧の微分値を圧力微分値として第2のフィードバック値が算出される。例えば、圧力微分値に第1の定数を乗じた値が第2のフィードバック値として算出される。また、調節弁からフィードバックされてくる実開度値の微分値を弁開度微分値として第3のフィードバック値が算出される。例えば、弁開度微分値に第2の定数を乗じた値が第3のフィードバック値として算出される。そして、この第2のフィードバック値と第3のフィードバック値との和がマイナー制御ループのフィードバック値とされ、このマイナー制御ループのフィードバック値をメジャー制御ループの制御出力から減算して補正制御出力が求められ、この求められた補正制御出力が電空変換手段への制御出力とされる。 According to the present invention, the air pressure from the electropneumatic conversion means to the drive portion of the control valve is detected, and the second feedback value is calculated using the detected differential value of the air pressure as the pressure differential value. For example, a value obtained by multiplying the pressure differential value by a first constant is calculated as the second feedback value. Further, the third feedback value is calculated using the differential value of the actual opening value fed back from the control valve as the valve opening differential value. For example, a value obtained by multiplying the valve opening differential value by the second constant is calculated as the third feedback value. The sum of the second feedback value and the third feedback value is used as the feedback value of the minor control loop, and the correction control output is obtained by subtracting the feedback value of the minor control loop from the control output of the major control loop. The obtained correction control output is used as a control output to the electropneumatic conversion means.
この発明において、第2のフィードバック値と第3のフィードバック値との和は、例えば上述した第1の定数や第2の定数として適正な値を与えることによって、電空変換手段から出力される空気の流量に相当する量とすることが可能である。この場合、電空変換手段から出力される空気の流量に相当する量がメジャー制御ループの制御出力から減算されるものとなり、バルブ開度制御の速応性と整定性の改善が両立されるものとなる。 In the present invention, the sum of the second feedback value and the third feedback value is, for example, the air output from the electropneumatic conversion means by giving an appropriate value as the first constant or the second constant described above. It is possible to make it an amount corresponding to the flow rate. In this case, the amount corresponding to the flow rate of the air output from the electropneumatic conversion means is subtracted from the control output of the major control loop, and both the quick response and the stability of the valve opening control are compatible. Become.
本発明によれば、調節弁の駆動部への空気圧の微分値を圧力微分値として第2のフィードバック値を算出し、調節弁からフィードバックされてくる実開度値の微分値を弁開度微分値として第3のフィードバック値を算出し、この算出された第2のフィードバック値と第2のフィードバック値との和をマイナー制御ループのフィードバック値とするようにしたので、電空変換手段から出力される空気の流量に相当する量をメジャー制御ループの制御出力から減算するようにして、バルブ開度制御の速応性と整定性の改善を両立することが可能となる。 According to the present invention, the second feedback value is calculated using the differential value of the air pressure to the drive portion of the control valve as the pressure differential value, and the differential value of the actual opening value fed back from the control valve is calculated as the valve opening differential value. Since the third feedback value is calculated as the value, and the sum of the calculated second feedback value and the second feedback value is used as the feedback value of the minor control loop, it is output from the electropneumatic conversion means. By subtracting the amount corresponding to the flow rate of the air from the control output of the major control loop, it is possible to improve both the quick response and the settling of the valve opening control.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
〔実施の形態1:単動型ポジショナ〕
図1はこの発明に係るポジショナの一実施の形態(実施の形態1)の要部の構成を示す図である。同図において、図5と同一符号は図5を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。
[Embodiment 1: Single-acting positioner]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a main part of an embodiment (embodiment 1) of a positioner according to the present invention. 5, the same reference numerals as those in FIG. 5 denote the same or equivalent components as those described with reference to FIG. 5, and the description thereof will be omitted.
このポジショナ1Dでは、調節弁2からフィードバックされてくる実開度値Xpvの微分値Xpv/dtを弁開度微分値とし、この弁開度微分値dXpv/dtに定数Knを乗じた値Kn・dXpv/dtを第3のフィードバック値とし、第2のフィードバック値Km・dPo/dtと第3のフィードバック値Kn・dXpv/dtとの和FBを求め(FB=Km・dPo/dt+Kn・dXpv/dt)、この第2のフィードバック値と第3のフィードバック値との和FBをマイナー制御ループのフィードバック値としている。そして、制御部11からの制御出力MVをメジャー制御ループの制御出力とし、このメジャー制御ループの制御出力MVからマイナー制御ループのフィードバック値FBを減算して補正制御出力MV’を求め、この補正制御出力MV’を電空変換器12への制御出力としている。
In this positioner 1D, a differential value Xpv / dt of the actual opening value Xpv fed back from the
なお、弁開度微分値dXpv/dtの算出およびこの弁開度微分値dXpv/dtに対する定数Knの乗算は乗算部(第3のフィードバック値算出部)20で行い、第2のフィードバック値Km・dPo/dtと第3のフィードバック値Kn・dXpv/dtとの和FBの算出は加算部21で行う。また、メジャー制御ループの制御出力MVからのマイナー制御ループのフィードバック値FBの減算は減算部(補正制御出力演算部)22で行う。
The calculation of the valve opening differential value dXpv / dt and the multiplication of the valve opening differential value dXpv / dt by a constant Kn are performed by the multiplication unit (third feedback value calculation unit) 20, and the second feedback value Km · The
このポジショナ1Dにおいて、圧力センサ17は、パイロットリレー13からの調節弁2の駆動部2aへの空気圧Poを検出する。乗算部(第2のフィードバック値算出部)18は、圧力センサ17によって検出された空気圧Poの微分値dPo/dtを圧力微分値として算出し、この圧力微分値dPo/dtに定数Km(第1の定数)を乗じた値Km・dPo/dtを第2のフィードバック値として出力する。
In this positioner 1D, the
乗算部(第3のフィードバック値算出部)20は、開度センサ3からの実開度値Xpvを分岐して入力し、この実開度値Xpvの微分値dXpv/dtを弁開度微分値として算出し、この弁開度微分値dXpv/dtに定数Kn(第2の定数)を乗じた値Kn・dXpv/dtを第3のフィードバック値として出力する。
The multiplication unit (third feedback value calculation unit) 20 branches and inputs the actual opening value Xpv from the
加算部21は、乗算部18からの第2のフィードバック値Km・dPo/dtと乗算部20からの第3のフィードバック値Kn・dXpv/dtとを加算し、その加算値をマイナー制御ループのフィードバック値FBとして減算部(補正制御出力演算部)22へ送る。
The adding
減算部(補正制御出力演算部)22は、制御部11からの制御出力MVをメジャー制御ループの制御出力として入力し、このメジャー制御ループの制御出力MVからマイナー制御ループのフィードバック値FBを減算して補正制御出力MV’を求め、この補正制御出力MV’を電空変換器12への制御出力とする。
The subtraction unit (correction control output calculation unit) 22 inputs the control output MV from the
このポジショナ1Dにおいて、第2のフィードバック値Km・dPo/dtと第3のフィードバック値Kn・dXpv/dtとの和は、第1の定数Kmおよび第2の定数Knを適正な値とすることによって、パイロットリレー13から出力される空気の流量に相当する量としている。これにより、パイロットリレー13から出力される空気の流量に相当する量をメジャー制御ループの制御出力MVから減算するようにして、すなわちマイナー制御ループのフィードバック値FBを流量等価物理量として、バルブ開度制御の速応性と整定性の改善を両立させている。
In this positioner 1D, the sum of the second feedback value Km · dPo / dt and the third feedback value Kn · dXpv / dt is obtained by setting the first constant Km and the second constant Kn to appropriate values. The amount corresponds to the flow rate of air output from the
〔流量等価物理量の導出〕
以下、マイナー制御ループのフィードバック値FBとして得られる「Km・dPo/dt+Kn・dXpv/dt」がパイロットリレー13から出力される空気の流量に相当する量(流量等価物理量)であることについて、その理論的な裏付けを説明する。
[Derivation of flow equivalent physical quantity]
Hereinafter, the theory that “Km · dPo / dt + Kn · dXpv / dt” obtained as the feedback value FB of the minor control loop is an amount corresponding to the flow rate of air output from the pilot relay 13 (flow rate equivalent physical quantity). Explain the basic support.
調節弁2の駆動部2aのダイアフラム室へ流入(もしくは流出)する流量と弁開度および出力空気圧との関係式を求める。なお、ここでは、Pをダイアフラム室の圧力、Vをダイアフラム室の体積、θをダイアフラム室の温度、Aをダイアフラム室の有効面積、Xを弁開度、Wをダイアフラム室の気体の物質量、Rを気体定数とする。
A relational expression between the flow rate that flows (or flows out) into the diaphragm chamber of the
先ず、ダイアフラム室内について、気体の状態方程式を用いて考える。今、ダイアフラム室内の空気について、状態方程式は下記(1)式で表される。
P・V=W・R・θ ・・・・(1)
First, the diaphragm chamber is considered using a gas equation of state. Now, for the air in the diaphragm chamber, the equation of state is expressed by the following equation (1).
P ・ V = W ・ R ・ θ ・ ・ ・ ・ (1)
バルブ動作時は等温変化であると仮定し、上記(1)式を全微分すると、
P・dv/dt+V・dP/dt=R・θ・dW/dt ・・・・(2)
質量流量Gは、Wの時間変化で表されるため、(2)式をdW/dtについて整理すると、
G=dW/dt=〔1/(R・θ)〕・(P・dv/dt+V・dP/dt) ・・・・(3)
Assuming that the valve operation is isothermal, the above equation (1) is fully differentiated,
P · dv / dt + V · dP / dt = R · θ · dW / dt (2)
Since the mass flow rate G is represented by the time change of W, when formula (2) is arranged for dW / dt,
G = dW / dt = [1 / (R · θ)] · (P · dv / dt + V · dP / dt) (3)
ここで、ダイアフラム室の体積変化は、弁開度Xで下記(4)式のように表される。
dv/dt=A・dX/dt ・・・・(4)
(4)式を(3)式に代入し、質量流量Gと圧力微分値および弁開度微分値の関係として次式を得る。
G=dW/dt=〔1/(R・θ)〕・(V・dP/dt+P・A・dX/dt〕=Km・dP/dt+Kn・dX/dt・・・・(5)
Here, the volume change of the diaphragm chamber is expressed as the following equation (4) by the valve opening X.
dv / dt = A · dX / dt (4)
Substituting the equation (4) into the equation (3), the following equation is obtained as the relationship between the mass flow rate G, the pressure differential value, and the valve opening differential value.
G = dW / dt = [1 / (R · θ)] · (V · dP / dt + P · A · dX / dt] = Km · dP / dt + Kn · dX / dt (5)
以上より、圧力微分値dP/dtおよび弁開度微分値dX/dtをセンシングし、適当な定数KmおよびKnを与えれれば、「Km・dP/dt+Kn・dX/dt」が調節弁2の駆動部2aのダイアフラム室への流量に相当する量(流量等価物理量)として得られることが分かる。
As described above, if the pressure differential value dP / dt and the valve opening differential value dX / dt are sensed and appropriate constants Km and Kn are given, “Km · dP / dt + Kn · dX / dt” drives the
〔実施の形態2:複動型ポジショナ〕
図2はこの発明に係るポジショナの他の実施の形態(実施の形態2)の要部の構成を示す図である。同図において、図1と同一符号は図1を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。
[Embodiment 2: Double-acting positioner]
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a main part of another embodiment (embodiment 2) of the positioner according to the present invention. 1, the same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or equivalent components as those described with reference to FIG. 1, and the description thereof will be omitted.
このポジショナ1Eにおいて、パイロットリレー13は、空気圧の出力ポートを2つ有しており、第1のポートから空気圧Po1を出力し、第2のポートから空気圧Po2を出力する。このポジショナ1Eにおいて、調節弁2を正動作(制御出力MVに対応した方向に駆動)させる場合には第1のポートの空気圧Po1を第2のポートの空気圧Po2よりも高くし、調節弁2を逆動作(制御出力MVに対して反対の方向に駆動)させる場合には第2のポートの空気圧Po2を第1のポートの空気圧Po1よりも高くする。このような動作形式のポジショナを複動型ポジショナと呼んでいる。
In this
このポジショナ1Eでは、図1に示した圧力センサ17に代えて差圧センサ23を設け、調節弁2の駆動部2aへの第1のポートの空気圧Po1と第2のポートの空気圧Po2との差圧ΔPo(ΔPo=Po1−Po2)を検出し、この検出した差圧ΔPoを乗算部(第2のフィードバック値算出部)18へ送るようにしている。
In this
そして、乗算部(第2のフィードバック値算出部)18において、差圧センサ23からの差圧ΔPoの微分値dΔPo/dtを圧力微分値として算出し、この圧力微分値dΔPo/dtに定数Km(第1の定数)を乗じた値Km・dΔPo/dtを第2のフィードバック値として加算部21へ出力するようにしている。
Then, the multiplication unit (second feedback value calculation unit) 18 calculates the differential value dΔPo / dt of the differential pressure ΔPo from the
加算部21は、乗算部18からの第2のフィードバック値Km・dΔPo/dtと乗算部20からの第3のフィードバック値Kn・dXpv/dtとを加算し、その加算値をマイナー制御ループのフィードバック値FBとして減算部(補正制御出力演算部)22へ送る。
The
減算部(補正制御出力演算部)22は、制御部11からの制御出力MVをメジャー制御ループの制御出力として入力し、このメジャー制御ループの制御出力MVからマイナー制御ループのフィードバック値FBを減算して補正制御出力MV’を求め、この補正制御出力MV’を電空変換器12への制御出力とする。
The subtraction unit (correction control output calculation unit) 22 inputs the control output MV from the
このポジショナ1Eにおいて、第2のフィードバック値Km・dΔPo/dtと第3のフィードバック値Kn・dXpv/dtとの和は、第1の定数Kmおよび第2の定数Knを適正な値とすることによって、パイロットリレー13から出力される空気の流量に相当する量としている。これにより、パイロットリレー13から出力される空気の流量に相当する量をメジャー制御ループの制御出力MVから減算するようにして、すなわちマイナー制御ループのフィードバック値FBを流量等価物理量として、バルブ開度制御の速応性と整定性の改善を両立させている。
In this
なお、この実施の形態2では、差圧センサ23によって調節弁2の駆動部2aへの第1のポートの空気圧Po1と第2のポートの空気圧Po2との差圧ΔPoを検出するようにしたが、第1のポートの空気圧Po1と第2のポートの空気圧Po2を個別に検出し、その検出した空気圧Po1とPo2との差として差圧ΔPoを求めるようにしてもよい。
In the second embodiment, the
また、上述した実施の形態1,2では、制御部11において、弁開度設定値Xspと開度センサ3からの実開度値Xpvとの偏差eにPID制御演算を施すようにしているが、偏差eに施す演算はPID制御演算に限られるものではない。また、PID制御演算部11bに実開度Xpvを分岐して与え、実開度Xpvに対して先に微分を行うようにする微分先行型のPID制御演算を偏差eに対して施すようにしてもよい。
In the first and second embodiments described above, the
また、上述した実施の形態1,2では、電空変換器12とパイロットリレー13との組み合わせが本発明でいう電空変換手段に相当する。
また、上述した実施の形態1,2において、開度センサ3はポジショナ1Dの外側に設けられているものとしているが、ポジショナ1Dの内部に設けられていてもよい。
In the first and second embodiments, the combination of the
In the first and second embodiments described above, the
本発明のポジショナは、電気信号を空気圧信号に変換し、この変換された空気圧信号に基づき調節弁の弁開度を制御する機器として、プロセス制御など様々な分野で利用することが可能である。 The positioner of the present invention can be used in various fields such as process control as a device that converts an electrical signal into a pneumatic signal and controls the valve opening of the control valve based on the converted pneumatic signal.
1D,1E…ポジショナ、2…調節弁、2a…駆動部、2b…バルブ、3…開度センサ、11…制御部、11a…、11b…PID制御演算部、12…電空変換器、13…パイロットリレー、13a…シリンダ、13b,13b1,13b2…ポペット弁、17…圧力センサ、18…乗算部(第2のフィードバック値算出部)、20…乗算部(第3のフィードバック値算出部)、21…加算部、22…減算部(補正制御出力演算部)、23…差圧センサ。 1D, 1E ... Positioner, 2 ... Control valve, 2a ... Drive unit, 2b ... Valve, 3 ... Opening sensor, 11 ... Control unit, 11a ..., 11b ... PID control calculation unit, 12 ... Electropneumatic converter, 13 ... Pilot relay, 13a ... cylinder, 13b, 13b1, 13b2 ... poppet valve, 17 ... pressure sensor, 18 ... multiplier (second feedback value calculator), 20 ... multiplier (third feedback value calculator), 21 ... addition part, 22 ... subtraction part (correction control output calculation part), 23 ... differential pressure sensor.
Claims (3)
この制御手段からの制御出力を空気圧に変換し前記調節弁の駆動部へ出力する電空変換手段とを備えたポジショナにおいて、
前記電空変換手段からの前記調節弁の駆動部への空気圧を検出する空気圧検出手段と、
前記空気圧検出手段によって検出された空気圧の微分値を圧力微分値として第2のフィードバック値を算出する第2のフィードバック値算出手段と、
前記調節弁からフィードバックされてくる実開度値の微分値を弁開度微分値として第3のフィードバック値を算出する第3のフィードバック値算出手段と、
前記算出された第2のフィードバック値と第3のフィードバック値との和をマイナー制御ループのフィードバック値として算出する加算手段と、
前記制御手段からの制御出力をメジャー制御ループの制御出力とし、このメジャー制御ループの制御出力から前記加算手段によって算出されたマイナー制御ループのフィードバック値を減算して補正制御出力を求め、この補正制御出力を前記電空変換手段への制御出力として出力する補正制御出力演算手段と
を備えることを特徴とするポジショナ。 The actual opening value fed back from the control valve to be controlled is set as the first feedback value, and a deviation between the first feedback value and the valve opening setting value sent from the host device is obtained. A control means for outputting an electrical signal obtained by performing a predetermined operation on the control output;
In a positioner comprising electropneumatic conversion means for converting the control output from the control means into air pressure and outputting it to the drive portion of the control valve,
Air pressure detection means for detecting air pressure from the electropneumatic conversion means to the drive portion of the control valve;
Second feedback value calculating means for calculating a second feedback value using a differential value of the air pressure detected by the air pressure detecting means as a pressure differential value;
Third feedback value calculating means for calculating a third feedback value using a differential value of the actual opening value fed back from the control valve as a valve opening differential value;
Adding means for calculating a sum of the calculated second feedback value and third feedback value as a feedback value of a minor control loop;
The control output from the control means is used as the control output of the major control loop, and the feedback value of the minor control loop calculated by the adding means is subtracted from the control output of the major control loop to obtain the correction control output. And a correction control output calculation means for outputting an output as a control output to the electropneumatic conversion means.
前記第2のフィードバック値算出手段は、
前記圧力微分値に第1の定数を乗じた値を前記第2のフィードバック値とし、
前記第3のフィードバック値算出手段は、
前記弁開度微分値に第2の定数を乗じた値を前記第3のフィードバック値とする
ことを特徴とするポジショナ。 The positioner as claimed in claim 1,
The second feedback value calculation means includes:
A value obtained by multiplying the pressure differential value by a first constant is used as the second feedback value.
The third feedback value calculation means includes
A positioner obtained by multiplying the valve opening differential value by a second constant is used as the third feedback value.
前記電空変換手段は、
前記調節弁の駆動部への空気圧の出力ポートとして第1のポートと第2のポートとを有し、前記調節弁を前記制御出力に対応した方向に駆動させる場合には前記第1のポートの空気圧を前記第2のポート空気圧よりも高くし、前記調節弁を前記制御出力に対して反対方向に駆動させる場合には前記第2のポートの空気圧を前記第1のポートの空気圧よりも高くし、
前記空気圧検出手段は、
前記電空変換手段の第1のポートの空気圧と第2のポートの空気圧との差圧を検出し、
前記第2のフィードバック値算出手段は、
前記空気圧検出手段によって検出された差圧の微分値を圧力微分値としこの圧力微分値に第1の定数を乗じた値を前記第2のフィードバック値として算出し、
前記第3のフィードバック値算出手段は、
前記調節弁からフィードバックされてくる実開度値の微分値を弁開度微分値としこの弁開度微分値に第2の定数を乗じた値を前記第3のフィードバック値として算出する
ことを特徴とするポジショナ。 The positioner as claimed in claim 1,
The electropneumatic conversion means includes
When the control valve is driven in the direction corresponding to the control output, it has a first port and a second port as an output port of air pressure to the drive portion of the control valve. When the air pressure is higher than the second port air pressure, and the control valve is driven in the opposite direction to the control output, the air pressure of the second port is higher than the air pressure of the first port. ,
The air pressure detecting means includes
Detecting a differential pressure between the air pressure of the first port and the air pressure of the second port of the electropneumatic conversion means;
The second feedback value calculation means includes:
A differential value of the differential pressure detected by the air pressure detection means is set as a pressure differential value, and a value obtained by multiplying the pressure differential value by a first constant is calculated as the second feedback value.
The third feedback value calculation means includes
The differential value of the actual opening value fed back from the control valve is a valve opening differential value, and a value obtained by multiplying the valve opening differential value by a second constant is calculated as the third feedback value. And positioner.
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