JPH0242501A - 計装制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、計装制御装置に係り、特に１次制御ループ、
２次制御ループによる力λケート制御系におけるバンプ
レス起動処理、及び１次制御ループのリセットワインド
アップ除去による２次制御ループの外乱を無くすのに好
適な計装制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、特開昭６２−２２６３０３号に記載のよ
うに、２大制御ループ動作中における１次ループの動作
開始処理、及び、１次、２次制御ループ共に動作中に、
２次制御ループ操作量が出力リミッタに達した時の１次
制御ループのリセットワインドアップ除去処理は、２次
ループのＰＶ値を１次ループの操作量にトラッキングす
ることにより行なっていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、２水制御ループ動作中における１次制
御ループの動作開始時におけるバンプレス処理、及び、
１次、２次制御ループ共に動作中に２次制御ループの操
作量が出力上下限リミッタに達した時の１次制御ループ
のリセットワインドアップ除去処理において、２次制御
ループの操作量に対する影響が配慮されておらず、プラ
ントに対して外乱となる問題があった。これを以下に説
明する。

一般的に比例、積分、微分による補償演算は以下の式で
示す通りである。

・・・（１） （１）式をデジタル調節計の場合の速度分ΔＭＶを求め
る差分方程式に変換すると式（２）となる。

Ｔ＋　　　　Ｔｓ ・・・（２） Ｍｖ：演算結果 ＫＰ：比例ゲイン Ｔ！　：積分時間 ＫＤ：微分時間 ｅｏ　：偏差（ＰＶ−３Ｖ） Ｔｓ　：演算周期 Ｓｖ：目標値 ＰＶニブラント計測値 ここで、１次、２次ループ共に動作中における２次制御
ループの演算結果が出力リミッタに達して、１次ループ
のリセットワインドアップ除去処理を２次ループのＰＶ
を上次制御ループの演算結果としてトラッキングするこ
とにより行なうとする。２次制御ループの演算結果が出
力リミッタに達するということは、２次制御ループのＰ
ＶとＳｖに偏差が生じているからであり、この時のタイ
ムチャートを第２図に示す。

第２図では、ＰＶとＳｖが一致状態からＳｖをβ分だけ
１次制御ループの演算結果が増加した場合を示している
。ここでは、ｐｖ＜ｓｖの時にＭＶは増加させる場合の
操作量の演算はＭＶｎ＝ＭＶｏ−ｘ−ΔＭＶとなる。（
ｅ、＝ＳＶ−ＰＶとして演算する場合はＭ　Ｖ　、　＝
　Ｍ　Ｖ　ｌｌ−ｓ＋ΔＭＶとなる。）第２図（ｃ）に
示すようにＭＶが出力リミット値（Ｍ　Ｈ）に達すると
、２次制御ループのＰＶを１次制御ループにトラッキン
グさせるため第２図（ａ）のように、２次ループのＳｖ
がＰＶにほぼ等しくなる。このことは２次制御ループの
演算上、次のような外乱となる。

Ｐ項の演算結果は、操作量を下げる方向に働き、Ｄ項の
演算は一担下げ方向に働いた後に、上げ方向へと働くこ
とになる。このようすを演算周期毎に、ＳＶ、ＰＶＩ　
　ｅ、　ΔｅＩ、、ΔΔａｎの動きを示したのが第３図
である。

すなわち、２次制御ループの演算結果が出力リミット値
に達した時に、２次制御ループのＰＩＤ演算を継続した
まま２次制御ループのＰＶを１次制御ループにトラッキ
ングさせることにより１次制御ループのリセットワイン
ドアップの除去を行なう（２次制御ループのＳｖが急激
にＰＶに等しくなりｅｎ””Ｏとなる）と２次制御ルー
プの出力値に外乱を与えることになり、比例ゲイン（Ｋ
ｐ）、微分ゲイン（Ｋ　Ｄ）が大きい時にはさらに顕著
に現われ、プラントに対し外乱を与えるという問題があ
った。

特にＫＤ＝ＯでＫｐが大きい時積分動作によるそれまで
のＭＶの動作方向と逆方向の動作が顕著に現われプラン
ト制御系を不安定にする要因となる。（第２図（ｂ）中
の０部） 本発明の目的は、２次制御ループの出力値が出力リミッ
トに達した時、１次制御ループのリセットワインドアッ
プの除去を、２次制御ループの出力値に外乱を与えずに
行なうことが出来、さらに２次制御ループがＰＩＤ演算
実行中に、１次制御ループを演算停止から動作中に移行
するときも１次制御ループのバンプレス処理（２次制御
ループのＰＶを１次制御ループのＭＶとする）が２次制
御ループ演算結果に外乱を与えないように行なうことが
できる計装制御装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、ＰＩＤ演算に対してリセット処理すなわち
、Δｅｎ（＝ｅｎ　　ａｎ−１）及びΔΔｅｎ（＝Δｅ
　ｎ　　ｅ　ｎ−１）をＯとする処理を設けることによ
り達成される。

すなわち、比例項と微分項の演算結果をＯとするための
処理である。

このことにより、２次ループのＰＶとＳｖの偏差が大き
い時に、１次制御ループのリセットワインドアップ除去
処理（２次ループのＰＶとＳｖを一致さる）による前記
偏差のＯへの急変による、比例項の逆動作、微分項によ
る操作量の振れを無くすことができる。

〔作用〕

リセット処理は、２次制御ループの出力値が出力リミッ
トに達し、２次制御ループのＰＶを１次制御ループにト
ラッキングを始める時に１回だけ前記リセット処理動作
させることにより２次制御ループの比例項、微分項の演
算結果は０になり、又、積分項の演算結果はｐｖ＝ｓｖ
であるからＯとなる。このため２次制御ループの速度分
ΔＭＶはΔＭＶ＝Ｏとなり、出力値に対する外乱を防ぐ
ことができる。

又、２次制御ループが動作中に１次制御ループを停止中
から動作中に移行させるときの、２次制御ループのＰＶ
を１次制御ループのＭＶにトラッキングすることによる
バンプレス処理の際にも１回だけ前記リセツ１へ処理を
行なうことにより同様に２次制御ループ出力値に対する
外乱を防ぐことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

１次制御ループ１と２次制御ループ２はカスケード制御
系を構成し、ともにＰＩＤ演算機能（速度型演算）を有
する。通常動作時の処理を以下説明する。

センサー１８より入力した測定値ＰＶ４と目標値ＳＶ３
との偏差よりＰＩＤ演算部５により操作量７が演算され
る。切換器１０内スイツチボジシヨシが１のときには、
１次制御ループの操作量７が２次制御ループの目標値５
ＶＩＬに格納される。

切換器１０内スイツチポジシヨンが２のときは１次制御
ループのＰＩＤ演算部５の演算機能は停止する。

２次制御ループ２内では、センサー１９より入力したＰ
Ｖ１２と目標値５ＶＩＩとの偏差よりＰＩＤ演算部１３
により演算された演算値は、上下限リミッタ１５により
、演算値は上限値ＭＨと下限１直ＭＬの範囲内におさえ
られて操作量ＭＶ１６として格納される。切換器１７内
にスイッチポジションが１のときには操作量ＭＶ１６が
プラントに出力され、アクチュエーター２１を動作させ
る。

ポジションが２のときは２次制御ループのＰＩＤ演算部
１３の演算機能は停止する。

次に、本実施例による１次制御ループと２次制御ループ
の立上げ処理方法について詳細に説明する。

切換器１７のスイッチポジションが２→１（すなわち２
次制御ループの停止→動作指令）に切り換わると、切換
器１７は、ＰＩＤ演算動作指令３１及びＰＩＤリセット
処理動作要求２８を出力する。ＰＩＤ演算部１３はＰＩ
Ｄ演算を開始するが、ＰＩＤリセット処理部１４は、指
令２８を受けてＰＩＤ演算部１３に対して、ＰＩＤ演算
部内のΔｅｎ、ΔΔｅｎの値を０クリアとするリセット
指令２４を出力しているので、ＰＩＤ演算部１３は、前
演算結果を上下限リミッタ１５に８出し続ける。

リセット指令２４は一定時間後解除されると、以後、Ｐ
ＩＤ演算部１３は、測定値ＰＶ１２と、目標値１１の偏
差に従って出力値を演算する。これ以後、２次制御ルー
プ２としては、測定値ＰＶ１２と目標値１１の偏差が無
くなるようにアクチュエーター２１を動作することにな
り、２大制御ループ動作中となる。

次に、２大制御ループ動作中に切換器１０のスイッチポ
ジションが２→１（すなわち１次制御ループの停止→動
作指令）に切り換わると、切換器１０は、ＰＩＤ演算動
作指令３０及びＰＩＤリセット動作要求２３を出力する
。ＰＩＤリセット処理部６は１．指令２３を受けて一定
時間の間、ＰＩＤリセット指令２６及びＰＩＤリセット
指令２２さらにトラッキング指令２９を出力する。

ＰＩＤリセット処理部１４は、指令２２を受けて一定時
間の間、ＰＩＤリセット指令２４を出力する。

ＰＩＤ演算部５は、リセット指令２６により自演質ワー
クｅｎ及びΔΔｅｎをＯとし、同様にＰＩＤ演算部１３
もリセット指令２４により、自演質ワークΔｅｎ、ΔΔ
ｅ１を０とする。

又、トラッキング指令２９は論理和回路９に出力されて
おり、スイッチ８を一定時間ＯＮすることにより１次制
御ループの演算結果ＭＶ７は、２次制御ループのＰＶＩ
２の値にプリセットされ、一定時間後に、リセット指令
２６，２２，２４、及びトラッキング指令２９が解除後
は、１次制御ループはバンプレスの動作中に移動するこ
とかできる。

このように、２次制御ループ動作中に１次制御ループを
動作させる時に、リセット指令２４の効果は、２次制御
ループのＰＶＩ２とＳＶＩ　１の偏差が大きい場合に顕
著に現われる。すなわち、ＰＶＩ２＞５ＶＩＬ又は、Ｐ
ＶＩ２＜５ＶＩＩであったものが、トラッキング指令２
９により、ＰＶＩ　２＝ＳＶ１１となることにより偏差
は急激にＯとなるが、ＰＩＤ演算Ｐ項、Ｄ項の増算結果
（速度分）をリセット指令２４によりＯとすることがで
きるからであり、そのことはプラントへの最終出力値Ｍ
Ｖ１６に対して、１次制御ループを動作開始させたこと
による影響を全く無くすることができるからである。

次に、１次制御ループ１と２次制御ループ２がカスケ・
−ド制御系として動作中に、２次制御ループ２内のＰＩ
Ｄ演算部１３の演算結果が上下限リミッタ１５により、
リミッタ処理がなされた場合の１次制御ループのリセッ
トワインドアップ除去方法とリセットワインドアップ除
去処理開始時における２次制御ループ内の対応について
説明する。

上下限リミッタ１５により、リミット処理がなされると
リミット処理中信号２５がＰＩＤリセット処理部１４と
論理和回路９に出力される。

信号２５・により論理和回路９はスイッチ８をＯＮする
ことにより、１次制御ループの出力値ＭＶ７は２次制御
ループのＰＶＩ２にトラッキングされることとなり、リ
セットワインドアップ防止処理がなされることになる。

この処理の結果として、２次制御ループ内のＰＶＩ２と
５Ｖ１１の偏差は急激に０となり、ＰＩＤ演算部１３内
のＰ項、Ｄ項の演算結果は急激に変動することになる。

これを防止するためＰＩＤリセット処理部１４は、リミ
ット処理中信号２５の立上がりから一定時間の間、ＰＩ
Ｄ演算部１３に対してリセット指令２４を出力する。

以上のように１次、２次制御ループ内にＰＩＤリセット
処理部６及び１４を設けることにより、１次制御ループ
のカスケード結合処理及びリセットワインドアップ防止
処理をバンプレスに行なうことができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、１次制御ループのリセットワインドア
ップを無くし、かつ２次制御ループに対する１次制御ル
ープリセットワインドアップ防止処理の影響を無くする
ことができる。

さらに、２次制御ループ動作中における］１次制御ルー
プ動作開始において、２次制御ループに対する１次制御
ループのバンプレス処理の影響を無くすることができる
ので、より安定した計装制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す図、第２図は２次制御
ループ出力が上下限リミット値に達し、１次制御ループ
に対し従来の方法でリセットワインドアップ除去を行な
った場合のタイムチャート、第３図は第２図と同じ状況
におけるＰＩＤ演算器内ｅｎ）Δｅｎ、ΔΔｅｎの演算
周期ＴＳごとのタイムチャートである６ １・・・１次制御ループ、２・・・２次制御ループ、３
゜１１・・・目標値、４，１２・・・測定値、５，１３
・・・ＰＩＤ演算部、７，１６・・・出力値、８・・・
スイッチ、９・・・論理和回路、１０・・・切換器、６
．１４・・・ＰＩＤリセット処理部、１５・・・上下限
リミッタ、１８゜１９・・・検出器、２０・・・配管、
２１・・・アクチュエータ（バルブ）、２２・・・ＰＩ
Ｄリセット指令、２３・・・ＰＩＤリセット動作要求指
令、２９・・・ＰＩＤ演算動作指令、２４・・・ＰＴＤ
リセット指令、２５・・・リミット処理中信号、２６・
・・ＰＩＤリセット指令、２７・・・スイッチ８ＯＮ指
令、２８・・・ＰＩＤリセット動作要求指令、２９・・
・トラッキング指令、３０・・・ＰＩＤ演算動作指令、
３１・・ＰＩＤ演算動作指令。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、２つのＰＩＤ調節演算器をカスケード結合させて、
   圧力・流量等の調節を行なう計装制御装置（すなわち、
   ＰＩＤ調節演算器の１つを１次ループ制御系、他方を２
   次ループ制御系として、１次ループ制御系の制御出力を
   ２次ループ制御系の目標値として与え、２次ループはプ
   ラントフィードバック値が目標値に一致するように制御
   出力をプラントに出力する計装制御装置）において、２
   次ループ制御系のみが動作中に、１次ループ制御系をプ
   ラント出力値に対してバンプレスにカスケード結合させ
   るために、ＰＩＤリセット機能を設けたことを特徴とす
   る計装制御装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、２次ループ制御系
   の出力側に制御出力リミッタを設け、２次ループ制御系
   の出力が制御出力リミッタにより、上限／下限内におさ
   えられた時、１次ループ制御系をトラッキング状態に設
   定し、２次ループ制御系のＰＶを１次ループ制御系へト
   ラッキング信号として供給するトラッキング動作設定手
   段を有し、前記トラッキング動作開始時に２次ループ制
   御系のプラント出量が無駄な変動を起こさぬために、Ｐ
   ＩＤリセット機能を設けたことを特徴とする計装制御装
   置。