JP7207466B1

JP7207466B1 - 制御システム

Info

Publication number: JP7207466B1
Application number: JP2021121570A
Authority: JP
Inventors: 将光会田
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2021-07-26
Filing date: 2021-07-26
Publication date: 2023-01-18
Anticipated expiration: 2041-07-26
Also published as: TW202305527A; WO2023007806A1; JP2023017350A

Abstract

【課題】指示調節計やＰＬＣの故障、メンテナンスの場合でも、安定した制御状態を維持できる制御システムを提供する。【解決手段】制御システムは、センサから測定値を取得し、該測定値と目標値とを比較し、比較結果に基づいて制御対象機器へ第１制御値を送信する指示調節計と、前記指示調節計から前記第１制御値を取得し、前記センサから前記測定値を取得し、該測定値と前記目標値とを比較し、比較結果に基づいて第２制御値を生成するＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）と、を備える。前記ＰＬＣは、前記制御対象機器の制御主体が前記指示調節計の場合は、前記指示調節計が出力した前記第１制御値が前記制御対象機器に与えられるようにし、該指示調節計に異常が発生すると、該第１制御値と同じ値の制御値を出力して前記制御対象機器に与える。【選択図】図１

Description

本発明は、指示調節計を用いた制御システムに関する。

温度・湿度・圧力・流量等のプロセス量を目標値に一致させるように演算、制御を行うデジタル指示調節計が広く使用されている。特許文献１に記載されているようなデジタル指示調節計は、入力処理部、制御演算部、出力処理部、通信処理部、操作・表示部、データベース等の機能要素が１個の筐体に格納され、コンパクトな構成をとるが、シーケンス処理機能は備えていない。シーケンス制御を実現するために、指示調節計と、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）等のシーケンサとが組み合わせて用いられている。従来、指示調節計とＰＬＣとを組み合わせた制御システムにおいても、指示調節計が故障すると特定機器の制御が行えなくなっていた。

一方で、工場やプラントにおいては、顧客（特に超純水設備における顧客）に対してユーティリティー(超純水)を安定に供給する義務があり、設備を３６５日稼働させ、常時安定した質（水質）で提供する必要がある。従来の制御システムでは、指示調節計が故障して制御不能となると、質や量がぶれたり、工場の運転を一旦停止する必要が生じたりして、ユーティリティの安定供給に問題があった。

特許第４９６７９３９号公報

制御機器の故障への対策として、制御機器の二重化を実施することもあったが、各制御機器が独自の制御を行っているため、制御出力状態が一致せず、一方の機器が故障し、制御を行う機器が切り替わった際に、制御対象に全く異なる制御出力が与えられ、制御状態が不安定となっていた。

本発明は、上記従来の問題を鑑みてなされたものであり、指示調節計やＰＬＣの故障、メンテナンスの場合でも、安定した制御状態を維持できる制御システムを提供することを目的とする。

本発明の制御システムは、センサから測定値を取得し、該測定値と目標値とを比較し、比較結果に基づいて制御対象機器へ第１制御値を送信する指示調節計と、前記指示調節計から前記第１制御値を取得し、前記センサから前記測定値を取得し、該測定値と前記目標値とを比較し、比較結果に基づいて第２制御値を生成するＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）と、を備え、前記ＰＬＣは、前記制御対象機器の制御主体が前記指示調節計の場合は、前記指示調節計が出力した前記第１制御値が前記制御対象機器に与えられるようにし、該指示調節計に異常が発生すると、該第１制御値と同じ値の制御値を出力して前記制御対象機器に与えるものである。

本発明の一態様による制御システムにおいて、前記ＰＬＣは、前記指示調節計に異常が発生して、前記第１制御値と同じ値の制御値を出力した後、前記第２制御値との差分が小さくなるように出力制御値を調整する。

本発明の一態様による制御システムにおいて、前記ＰＬＣは、前記制御対象機器の制御主体が該ＰＬＣの場合は、前記第２制御値を前記制御対象機器に与えると共に、該第２制御値を前記指示調節計へ出力し、前記指示調節計は、前記ＰＬＣに異常が発生すると、前記第２制御値と同じ値の制御値を出力して前記制御対象機器に与える。

本発明の一態様による制御システムにおいて、前記指示調節計は、前記ＰＬＣに異常が発生して、前記第２制御値と同じ値の制御値を出力した後、前記第１制御値との差分が小さくなるように出力制御値を調整する。

本発明の一態様による制御システムにおいて、前記指示調節計及び前記ＰＬＣは、それぞれ、第１センサ及び第２センサから測定値を取得し、該第１センサからの測定値を用いて前記第１制御値及び前記第２制御値を生成し、該第１センサの測定値が所定範囲外となった場合、該第２センサからの測定値を用いて該第１制御値及び該第２制御値を生成する。

本発明によれば、指示調節計やＰＬＣの故障、メンテナンスの場合でも、安定した制御状態を維持できる。

本発明の実施形態に係る制御システムの概略構成図である。同実施形態に係るＰＬＣ及び指示調節計の機能ブロック図である。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１に示すように、本実施形態に係る制御システムは、ＰＬＣ（Programmable
Logic Controller、プログラマブルロジックコントローラ）１及び指示調節計２を備え、センサ４からの測定値を取得し、測定値が目標値になるように制御対象機器５を制御するものである。センサ４及び制御対象機器５は特に限定されず、例えばセンサ４は流量、送水圧力、薬液濃度、温度等を測定するものであり、制御対象機器５は、弁、ポンプ、ヒータ等である。

ＰＬＣ１及び指示調節計２は、それぞれ、センサ４からの測定値（センサ測定値）を取得し、ＰＩＤ制御等の演算を行い、測定値と目標値とが一致するように、制御対象機器５へ制御値（操作値）を出力する。ＰＬＣ１は切替器３を制御し、制御対象機器５に対して、ＰＬＣ１及び指示調節計２のどちらから出力された制御値を与えるかを切り替える。ＰＬＣ１及び指示調節計２に設定される目標値は例えば同じ値である。

図２に示すように、指示調節計２は、演算部２０、第１入力部２１、第２入力部２２、制御値出力部２３、２４及び異常検知部２５を備える。

演算部２０は、第１入力部２１を介して入力されたセンサ測定値を用いてＰＩＤ制御演算を行い、制御値（第１制御値）を生成する。

制御値出力部２３は、制御対象機器５の制御をＰＬＣ１が行う場合は、第２入力部２２を介して入力されたＰＬＣ１からの制御値を制御対象機器５へ出力する。

また、制御値出力部２３は、制御対象機器５の制御を指示調節計２が行う場合は、演算部２０が生成した制御値を制御対象機器５へ出力する。

制御値出力部２４は、制御対象機器５の制御をＰＬＣ１が行う場合は、第２入力部２２を介して入力されたＰＬＣ１からの制御値を、ＰＬＣ１へ出力する。

また、制御値出力部２４は、制御対象機器５の制御を指示調節計２が行う場合は、演算部２０が生成した制御値をＰＬＣ１へ出力する。

異常検知部２５は、指示調節計２に発生する故障等の異常を検知する。異常検知部２５は、異常の発生を検知すると、異常検知信号をＰＬＣ１へ出力する。

ＰＬＣ１は、演算部１０、第１入力部１１、第２入力部１２、制御値出力部１３、１４、監視部１５及び切替部１６を備える。

演算部１０は、第１入力部１１を介して入力されたセンサ測定値を用いてＰＩＤ制御演算を行い、制御値（第２制御値）を生成する。

制御値出力部１３は、制御対象機器５の制御を指示調節計２が行う場合は、第２入力部１２を介して入力された指示調節計２からの制御値を制御対象機器５へ出力する。

また、制御値出力部１３は、制御対象機器５の制御をＰＬＣ１が行う場合は、演算部１０が生成した制御値を制御対象機器５へ出力する。

制御値出力部１４は、制御対象機器５の制御を指示調節計２が行う場合は、第２入力部１２を介して入力された指示調節計２からの制御値を、指示調節計２へ出力する。

また、制御値出力部１４は、制御対象機器５の制御をＰＬＣ１が行う場合は、演算部１０が生成した制御値を指示調節計２へ出力する。

監視部１５は、指示調節計２の異常検知部２５から異常検知信号を受信し、指示調節計２の状態を監視する。

切替部１６は、切替器３を制御して、制御対象機器５に与えられる制御値を切り替える。すなわち、切替部１６は、制御対象機器５の制御を指示調節計２が行う場合、制御値出力部２３から出力された制御値が制御対象機器５に与えられるようにする。一方、切替部１６は、制御対象機器５の制御をＰＬＣ１が行う場合、制御値出力部１３から出力された制御値が制御対象機器５に与えられるようにする。

切替部１６は、指示調節計２が制御対象機器５の制御を行っている時に指示調節計２に異常が発生した場合、ＰＬＣ１の制御値出力部１３から出力された制御値が制御対象機器５に与えられるように切り替える。

上述したように、指示調節計２が制御対象機器５の制御を行っている間、制御値出力部１３は、第２入力部１２を介して入力された指示調節計２からの制御値を制御対象機器５へ出力している。そのため、指示調節計２に異常が発生し、制御主体を指示調節計２からＰＬＣ１へ切り替えた際、制御値出力部１３の出力制御値は、指示調節計２の出力制御値と同じになっており、制御対象機器５に与えられる制御値の変動が抑えられる。その後、指示調節計２の出力制御値を引き継いで演算部１０が制御値を演算・生成することで、ＰＬＣ１からの出力制御値が安定した制御状態を維持できる。

切替部１６は、ＰＬＣ１が制御対象機器５の制御を行っている時にＰＬＣ１に異常が発生した場合、指示調節計２の制御値出力部２３から出力された制御値が制御対象機器５に与えられるように切り替える。ＰＬＣ１の異常は、電源オフに伴うＰＬＣ１の停止や、ＡＯユニットのエラー等である。

上述したように、ＰＬＣ１が制御対象機器５の制御を行っている間、ＰＬＣ１の制御値出力部１４は、演算部１０が生成した制御値を指示調節計２へ出力する。そのため、ＰＬＣ１に異常が発生し、制御主体をＰＬＣ１から指示調節計２へ切り替えた際、制御値出力部２３がＰＣＬ１の出力制御値と同じ値を出力することで、制御対象機器５に与えられる制御値の変動が抑えられる。その後、ＰＬＣ１の出力制御値を引き継いで演算部２０が制御値を演算・生成することで、指示調節計２からの出力制御値が安定した制御状態を維持できる。

このように、本実施形態によれば、制御対象機器５の制御を行う機器を、ＰＬＣ１及び指示調節計２の二重化回路とし、ＰＬＣ１及び指示調節計２の一方の機器が制御対象機器５の制御を行っている間、ＰＩＤ制御演算により生成した制御値を他方の機器へも出力し、機器間で同期をとっている。そのため、例えば、制御主体である指示調節計２に異常が生じて、制御主体をＰＬＣ１へ切り替える際、ＰＬＣ１は指示調節計２が出力していた制御値と同じ値を継続して出力できるため、シームレスな切り替えが可能となり、制御対象機器５に与えられる制御値の変動を抑制し、安定した制御状態を維持できる。

制御対象機器５の制御を行っている一方の機器に異常が発生し、制御主体を他方の機器に切り替えた後、この一方の機器の異常が解消して復旧した場合、制御主体は他方の機器のままとしてもよいし、復旧した機器に戻してもよい。運転初期時にＰＬＣ１と指示調節計２のどちらを制御主体とするかは、操作盤に取り付けられた選択スイッチで選択してもよいし、中央監視ＰＣの遠隔操作で選択してもよい。

上記実施形態では、制御主体の機器に異常が発生した際に、制御主体を他方の機器に切り替える例について説明したが、切り替えのタイミングは異常発生に限定されず、メンテナンスの実施等でもよい。

ＰＬＣ１及び指示調節計２は、ハードワイヤ接続してもよいし、通信（ＲＳ－４８５）を用いた信号の送受信を行うものであってもよい。

上記実施形態では、制御対象機器５の制御を行う機器を、ＰＬＣ１及び指示調節計２の二重化回路としていたが、２台の指示調節計を用いたものとしてもよい。２台の指示調節計は、それぞれ制御演算を行い、算出した制御値を互いに送受信して同期をとる。制御対象機器５の制御を行う指示調節計の切り替えは、操作盤を用いてユーザが行ってもよいし、中央監視ＰＣを用いて自動で行ってもよい。

センサを二重化してもよい。ＰＬＣ１及び指示調節計２は、それぞれ、第１センサ及び第２センサから測定値を取得し、第１センサからの測定値を用いて制御演算を行い、制御値を生成する。第１センサに異常が生じ、測定値が所定範囲外となった場合、ＰＬＣ１及び指示調節計２は、第２センサからの測定値を用いて制御演算を行い、制御値を生成する。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１ＰＬＣ
２指示調節計
３切替器
４センサ
５制御対象機器

Claims

センサから測定値を取得し、該測定値と目標値とを比較し、比較結果に基づいて制御対象機器へ第１制御値を送信する指示調節計と、
前記指示調節計から前記第１制御値を取得し、前記センサから前記測定値を取得し、該測定値と前記目標値とを比較し、比較結果に基づいて第２制御値を生成するＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）と、
を備え、
前記ＰＬＣは、前記制御対象機器の制御主体が前記指示調節計の場合は、前記指示調節計が出力した前記第１制御値が前記制御対象機器に与えられるようにし、前記制御主体が前記指示調節計から前記ＰＬＣへ切り替わると、該第１制御値と同じ値の制御値を出力して前記制御対象機器に与え、前記指示調節計から前記ＰＬＣへの前記制御主体の切り替わりに伴い前記第１制御値と同じ値の制御値を出力した後、前記制御対象機器に与える制御値を前記第２制御値との差分が小さくなるように調整することを特徴とする制御システム。
センサから測定値を取得し、該測定値と目標値とを比較し、比較結果に基づいて制御対象機器へ第１制御値を送信する指示調節計と、
前記指示調節計から前記第１制御値を取得し、前記センサから前記測定値を取得し、該測定値と前記目標値とを比較し、比較結果に基づいて第２制御値を生成するＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）と、
を備え、
前記ＰＬＣは、前記制御対象機器の制御主体が前記指示調節計の場合は、前記指示調節計が出力した前記第１制御値が前記制御対象機器に与えられるようにし、前記制御主体が前記指示調節計から前記ＰＬＣへ切り替わると、該第１制御値と同じ値の制御値を出力して前記制御対象機器に与え、前記制御対象機器の制御主体が該ＰＬＣの場合は、前記第２制御値を前記制御対象機器に与えると共に、該第２制御値を前記指示調節計へ出力し、
前記指示調節計は、前記制御主体が前記ＰＬＣから該指示調節計へ切り替わると、前記第２制御値と同じ値の制御値を出力して前記制御対象機器に与え、前記ＰＬＣから前記指示調節計への前記制御主体の切り替わりに伴い前記第２制御値と同じ値の制御値を出力した後、前記制御対象機器に与える制御値を前記第１制御値との差分が小さくなるように調整することを特徴とする制御システム。
センサから測定値を取得し、該測定値と目標値とを比較し、比較結果に基づいて制御対象機器へ第１制御値を送信する指示調節計と、
前記指示調節計から前記第１制御値を取得し、前記センサから前記測定値を取得し、該測定値と前記目標値とを比較し、比較結果に基づいて第２制御値を生成するＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）と、
を備え、
前記ＰＬＣは、前記制御対象機器の制御主体が前記指示調節計の場合は、前記指示調節計が出力した前記第１制御値が前記制御対象機器に与えられるようにし、前記制御主体が前記指示調節計から前記ＰＬＣへ切り替わると、該第１制御値と同じ値の制御値を出力して前記制御対象機器に与え、
前記指示調節計及び前記ＰＬＣは、それぞれ、第１センサ及び第２センサから測定値を取得し、該第１センサからの測定値を用いて前記第１制御値及び前記第２制御値を生成し、該第１センサの測定値が所定範囲外となった場合、該第２センサからの測定値を用いて該第１制御値及び該第２制御値を生成することを特徴とする制御システム。