JPH03103682A - ガス弁装置の制御装置 - 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］ 本発明はガス供給系統内においてガスの圧力や流量を調
節するガスガバナ装置に係わり、とくにガスガバナ装置
の２次側圧力を迅速に制御するに好適な制御方法に関す
る． ［従来の技術］ 従来のガスガバナ装置は特開昭５５−１４５８６７号公
報に記載のように、操作者が入力する制御信号により弁
に連結されたステッピングモータを能動してその岨動方
向ならびに關動速度を制御するようにしていた． 上記ステッピングモータの制御に関しては、特開昭５７
−２０４３８１号公報に記載のように、弁に連結された
ステツビングモータに印加するパルス波形のパルス幅を
変えて制御するようにしていた。

流量の自動制御法は例えば第６図に示すように、２次圧
カセンサ１により２次圧力Ｐ２を検出して得られる信号
を目標圧力信号Ｐ２０とコンピュータ２より比較し、得
られた誤差信号をモータ制御ユニット４１、ステッピン
グモータ４を介してバルブ３に加えて２次圧力を制御す
るようにしていた。なお、Ｐ２１は流量の変動によって
生じる２次圧力の変動或分を示すものであり、その影響
も含めて２次圧力を十分に安定化することは困難であっ
た。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は都市ガス供給系統における家庭用、商業用等の
一般需要家向けガス圧の安定化を目的としている。

都市ガスはガス製造工場から高圧ラインを経て高圧ガバ
ナにて減圧され中圧ラインに送られる。

各地区では上記中圧ラインからのガスを中圧地区ガバナ
により減圧して中圧Ｂラインに送出する。

一般需要家には上記中圧Ｂラインのガスを地区ガバナに
よりさらに低圧して供給するようになっていた。

上記ガスの供給システムの中でとくに一般需要家のガス
使用量の変動がとくに大きいためそのガス圧の変動が大
きかった。とくに流量の急激な変化に対する２次圧力の
過渡的な変動を除くことが要求されていた。

上記の２次圧力の過渡的な変動は流体やバルブ３及び上
記ライン等の性質に依存するので、まず、その発生の過
程を説明し、本発明で解決しようとする問題点を明らか
にする。

第７図は上記２次圧力Ｐ２とバルブ３を開動するための
ステッピングモータ４のステップ数Ｓとの関係を示す特
性図である。ステッピングモー２タ４は１ステップ毎に
最小単位角度づつ回転する。

ステップ数がＯのときはバルブ３は閉じており、ステッ
プ数に比例してバルブが開口する。上記バルブの開口度
は上記ステップ数に比例して増加するが，その増加の様
子は使用するバルブの構造によって異なるので第７図は
バルブ固有の特性である。また、第７図は２次圧力が印
加される負荷の条件を一定とした場合であり、上記負荷
条件が変われば特性曲線はこれに対応して変化する。

３本の特性曲線のパラメータは一次圧力ＰＬであり、Ｐ
ｌｌ、Ｐ１２、Ｐ１３の順で大きくなっている。また、
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３等は流量を示し、Ｑｌ、Ｑ２、Ｑ３の
順で大きくなっている。例えば１次圧力をＰ１２として
２次圧力をＰ。にするためステップ数を８２に設定する
と、その時の流量はＱ２になることを意味している。こ
の状態で流量がＱ２から増加すれば２次圧力Ｐ２が低下
するのでステップ数を８２から増加させてＰ２の低下を
補うようにする必要がある。即ち、２次圧力Ｐ２を一定
に保つには流量Ｑの値を知る必要がある。

負荷条件が一定の場合、ｌ次圧力Ｐｌｌ、Ｐ１２、Ｐ１
３に対応して２次圧力Ｐ０に保つには、スチップ数をそ
れぞれＳ１、Ｓ２、Ｓ３のように設定する必要がある。

また、上記設定点上における接線の勾配（δＰ２／δＳ
）がそのときのステップ数Ｓと２次圧力Ｐ２間の伝達利
得，即ち圧力感度に対応する。流量はＱ１、Ｑ２、Ｑ３
の順に大きいから、流量が大きい程、圧力感度が低下す
ることになる． 上記圧力感度は第６図に示した負帰還系の一巡利得の構
成要素の一つであるから流量が増加すれば一巡利得が低
下することになる。一巡利得が低下すれば負帰還系の周
波数帯域幅は一般的に第８図に示すように狭くなり、応
答速度も低下する。

第８図では一巡利得の周波数帯特性が５１の場合は負帰
還によって利得周波数特性が５２のようになるのである
が、一巡利得が５３のように低下すると負帰還後の利得
周波数特性は５４のようになりその帯域幅は狭くなるの
である。

したがって、第９図に示すように例えば流量がＱ２から
Ｑ３に増加した場合、上記圧力感度が低下するので２次
圧力Ｐ２は応答特性６１のように一時的に大きく低下し
その後比較的ゆっくりと回復するようになるのである。

この応答速度を改善するため一巡利得を増加させておく
と応答特性６１を６２のように改善できるが、そのまま
では流量が逆にＱ３からＱ２に低下した場合に一巡利得
が過大となり６３に示すような振動気味の応答（ハンチ
ング）を示すようになる。

一般に上記ハンチングは一巡利得の周波数帯域幅を広げ
ることができれば防止できる。即ち、一巡利得が低下し
て周波数帯域幅が狭くなっても、周波数帯域幅が始めか
ら広ければ問題にならないからである。

しかし、ガスガバナ装置ではバルブ３の動きと２次圧力
Ｐ２の間には応答時間の遅れがあり、これによって上記
一巡利得の周波数帯域幅が略一義的に定まるので上記し
たハンチングの問題を改善できなかったのである。

本発明の目的は上記応答速度を早め、ガス流量の急激な
変動による上記ハンチング現象を抑圧するガスガバナ装
置の制御方法を提供することにある。

［課題を解決するための手段コ 本発明は上記従来装置の難点を岐善するため、流量Ｑが
増加した時は上記一巡利得を増加させ、逆に流量Ｑが低
下した時は上記一巡利得を低減するようにする。

さらに、上記流量の増加および低下等の変化の早さすな
わち微分に比例して上記一巡利得を変化させ制御の追随
性を早めるようにする。一巡利得の制御はステッピ゜ン
グモータ４のステップ数Ｓを変えて行なう． 第５図は上記制御の様子を示したものである。

流量ＱがＱ２からＱ３に増加するとステップ数ＳはＳ２
から一旦跳ね上がり，次いでｓ３に落ち着く。ステップ
数Ｓが大きければ流量Ｑが増え、２次圧力Ｐ２の低下を
防止する。しかし、ステップ数Ｓをその優大きくしてお
くと前述のハンチングが発生するので８３にまで戻すよ
うにするのである。流量がＱ３からＱ２に低下した場合
も同様にステップ数Ｓを制御する。

上記のようにステップ数Ｓを制御するためには，まず、
Ｐ１、Ｐ２、Ｑ等をどのようにフィードバックさせるべ
きかという点を明確にさせておく必要がある．なお、Ｐ
２は従来からフィードバックされている。

第７図に関連して前述したように，１次圧力Ｐｌとステ
ップ数Ｓが一定の場合に流量Ｑが増加すると２次圧力Ｐ
２が低下し、同時に圧力感度（δＰ２／δＳ）も低下す
る．したがって、流量Ｑの増加に比例して上記圧力感度
を増加させるようにすると、上記一巡利得の低下を補う
ことができる。

流量Ｑが低下した場合は逆の方向に制御する．流量Ｑの
値によりどの程度、上記圧力感度を補償するかは、使用
するバルブその他の条件により異なり、また，流量Ｑと
上記補償量との関係は必ずしも直線的ではない．簡単な
補償の場合は比例定数を設定して、上記補償量を流量Ｑ
に直線的に比例させるようにする．また、流量Ｑと上記
補償量とが非直線的な関係にある場合には，その非直線
特性をメモリ装置に記憶させ、流量Ｑに対応する上記補
償量を読み出すようにする。

さらに、第７図で説明したように、圧力感度は１次圧力
Ｐ１によっても変動するので、上記補償量をＰＬに応じ
て補正するようにする。簡単な場合には、１次圧力Ｐ１
に比例する補正量を上記流量Ｑに対する補正量に加算し
て補正し．精度高く補正する場合は、流量Ｑを横軸、１
次圧力Ｐ１を縦軸とする上記補償量の表により，あるい
はＱとＰ１を変数とする補償量の関係式により補償する
ようにする．これらの表や関係式等は実験データ、ある
いは準理論的に求めることができる。

また、１次圧力Ｐ１が変動すればこれに対応して流量Ｑ
も変化する．しかし上記１次圧力Ｐｌの変動に対する補
正をやめ，上記流量Ｑに対する補正のみとすることもで
きる。すなわち、流量Ｑに対する補正のみで実用上、相
当な効果が得られるということである． さらに、上記過渡的な応答速度を早めるため、に、流量
Ｑの変化の早さ、すなわち時間微分値に比例する補償を
追加するようにする。

流量Ｑは流量計により直接測定するか、または式（１）
に示す近似式により間接的に求めることができる。

ただし、　　　Ｐ１＝１次圧力 Ｐ２＝２次圧力（＜ＰＬ） Ｔ＝２次側ガス温度（゜Ｋ） Ｇ＝ガス比重 Ｃｖ＝弁開度（ステップ数Ｓに比例 する弁固有の準定数） ガス比重Ｇや２次側ガス温度Ｔは通常、略一定値と見做
せるのでこれらを適宜定数として扱ってもよい。また、
上記弁開度Ｃｖはステッピングモータのステップ数から
知ることができる．上記したガス弁装置の制御方法を実
現するために、本発明ではガスの流量を検出し、上記流
量値に応じて補正値を発生するようにする。

さらに、上記補正値が上記流量値に直線的に比例するよ
うにする． さらに，上記補正値を上記流量値に対応する補正値を記
憶する記憶装置により発生させるようにする． さらに、上記補正値を１次圧力値と上記流量値とに対応
する補正値を記憶する記憶装置により発生させるように
する． さらに、上記補正値をすくなくとも２次圧力、１次圧力
により演算される流量値に応じて発生するようにする． さらに、上記補正値を少なくとも２次圧力、１次圧力、
弁開度等より直接演算するようにする．さらに、上記補
正値に流量を微分した信号を付加するようにする． さらに、不感帯装置により，上記流量信号および流量の
信号等が微小な場合，これらを遮断するようにする。

さらに、上記ガス弁装置を廓動するステッピングモータ
の制御回路により、上記補正値に碌応じた上記ステッピ
ングモータの騨動パルス信号を発生するようにする。

［作用コ 以上のように構或した本発明のガスガパナ装置の制御方
法は，ガス流量の変動による一巡利得の変動を補償する
ので、最終需要家にとって好適な２次ガス圧変動の少な
いガス供給系統を提供することができる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す図である。第１図にお
いて，ガスは１次側配管７１からバルブ３を介して２次
側配管７２に供給される。ｌ次側配管７１の圧力Ｐ１は
１次圧カセンサ８１によって検出され、２次側配管の圧
力Ｐ２は２次圧カセンサ１によって検出され、２次配管
のガス温度Ｔは２次温度センサ８４によって検出され、
それぞれの検出信号は各Ａ／Ｄ　（アナログ／デジタル
）変換器８２、８３および８５によりデジタル信号化さ
れてコンピュータ２に入力される。コンピュータ２には
この他、目標圧力設定器９により目標圧力値Ｐ２０が入
力される。コンピュータ２の出力はモータ制御ユニット
４１に印加され、ステッピングモータ４、バルブ３を経
て２次圧力Ｐ２を制御する。

なお、バルブ３の開口度を監視する必要のある場合は第
１〜２図に示すように、ステッピングモータ４に弁開度
センサとしてポテンショメータ４２を連結し、その出力
をＡ／Ｄ変換器４３によりデジタル信号化してコンピュ
ータ２に入力するようにする。

コンピュータ２はＡ／Ｄ変換器８２、８３、８５より得
られるＰＬ．Ｐ２、Ｔおよび弁開度信号等を用いて式（
１）に従い流量Ｑを計算する。このため、コンピュータ
２には上記計算に必要なガス比重Ｇ、その他の定数等の
値が予め記憶されている．上記流量Ｑは第２図に示すよ
うに流量センサ８６を用いて求めてもよい。８７は上記
流量センサ８６の出力をデジタル変換するためのＡ／Ｄ
変換器である． 第３図は上記２次圧力Ｐ２や流量Ｑに対゜応してコンピ
ュータ２が行なう信号処理の内容を原理的に示したブロ
ック図である。右側より入力される流量Ｑは微分回路１
００と、メモリ装置１０１または定数回路１０２を経て
加算回路１０４により加算され変換回路１０５に入力さ
れる。右下側からは２次圧力Ｐ２が入力され、減算器１
０３により目標圧力Ｐ２０を差し引かれ変換回路１０５
に入力される。上記微分回路１００、メモリ装置１０１
，および定数回路１０２には必要に応じて前述した不感
帯装置の機能を併せ持たせるようにする。例えば、メモ
リ装置１０１は所定の値より低いＱの値に対して０を出
力するように予め記憶させておく。

変換回路１０５は上記ＱとＰ２に対応する二つの入力を
ステッピイングモータ４のステップ数（Ｓ＋ΔＳ）に変
換する。Ｓは上記Ｐ２に対応する出力、すなわち、ＣＰ
２−Ｐ２０）のステップ数換算値で、従来の当該装置に
て利用されていた成分である。ΔＳは本発明による、流
ＩＱに比例する成分と微分した戒分とに対するステップ
数の補正値である。上記Ｑを微分した成分は流量の変化
速度に比例した補正を行ない、過渡的な応答速度を改善
する．上記Ｑがメモリ装ｉ１１１０１を経過する場合，
Ｑに対応する補正量がメモリ装置１０１から読み出され
、定数回路１０２を経過する場合はＱが定数倍される．
このメモリ装置１０１または定数回路１０２を通る成分
は流量の変化による一巡利得の変動を補償するように作
用する。

メモリ装置１０１には流量Ｑと一次圧力ＰＬに対応する
補正量を記憶させておき，上記Ｑの他にＰ１をも入力さ
せて上記補正量を読み出し、前述のように補償をさらに
高度化することもできる。

なお説明の簡明化のため、変換装置１０５は第１〜２図
におけるモータ制御ユニット４１の特性も含んだものと
して説明した。

第４図は本発明に必要な上記センサ類とボテンショメー
タを取り付けたバルブ３の断面図である。

圧力Ｐ１のガスは１次側配管７１から供給され、弁体３
１と弁受３２間の隙間を通過し圧力Ｐ２．に変換され２
次側配管７２から流出する。弁体３１は回転ボールネジ
３３とカップリング３４を介しステッピングモータ４に
連結される．また，ステッピングモータ４にはカップリ
ング４４を介してポテンショメータ４２が連結されてい
る。

１次側配管７１には１次圧カセンサ８↓が、また、２次
側配管７２には２次圧カセンサ１と２次温度センサ８４
が取り付けられる．流量を検出する流量センサは１次側
配管７１，または２次側配管７２の何れに取り付けても
よい． ［発明の効果］ 以上詳述したように本発明のガス弁装置の制御装置を適
用すると、例えば都市ガス供給系統における最終需要家
側のガス使用量の激しい変動に対して常に一定のガス圧
力でガス供給を行なうことができるので、最終需要家に
対し安全、かつ安定なガス供給系統を提，供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図は本発明を実行する各ブロック図、第３
図は本発明によるステッピングモータ駆動信号の生成法
を説明するブロック図、第４図は本発明に必要なセンサ
類を備えたバルブの断面図、第５図は本発明のガス圧力
の応答を示す波形図、第６図は従来のガス圧力制御のブ
ロック図、第７図はバルブを郭動するステッピングモー
タのステップ数と２次圧力の特性図、第８図は一巡利得
と周波数帯域幅の関係を説明する図、第９図は従来のガ
スガバナ装置の応答波形図である。 １・・・２次圧カセンサ、２・・・コンピュータ，３・
・・バルブ，４・・・ステッピングモータ、７・・・１
次側配管、８・・・２次側配管、８１・・・１次圧カセ
ンサ、８２・・・アナログ・デジタル変換器、８４・・
・２次温度センサ、８６・・・流量センサ、９・・・目
標値設定器、１００・・・微分回路，１０ｌ・・・メモ
リ装置、１０２・・・定数回路、１０３・・・減算器、
１０４・・・加算器．１０５・・・変換回路．

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ガス弁装置を介して１次側配管から２次側配管にガ
   スを供給し、上記２次側配管内のガス圧力値を２次圧力
   検出器により検出し、上記２次ガス圧力値と目標圧力値
   とを比較して得られる誤差信号により上記ガス弁装置を
   制御するガス圧力制御装置において、上記ガスの流量を
   検出する手段と、上記流量値に応じて補正値を発生する
   手段と、上記補正値を上記誤差信号に加算する加算手段
   とを備えたことを特徴とするガス弁装置の制御装置。 ２、請求項１において、上記補正値発生手段は上記流量
   値に直線的に比例する補正値を生成するようにしたこと
   を特徴とするガス弁装置の制御装置。 ３、請求項１において、上記補正値発生手段は上記流量
   値に対応する補正値を記憶する記憶装置であることを特
   徴とするガス弁装置の制御装置。 ４、請求項１において、上記１次配管内のガス圧力値を
   検出する１次圧力検出器を備え、上記補正値発生手段は
   上記１次圧力値と上記流量値とに対応する補正値を記憶
   する記憶装置であることを特徴とするガス弁装置の制御
   装置。 ５、請求項１ないし４において、上記２次圧力検出器と
   、１次圧力検出器と、すくなくとも上記２次圧力値およ
   び１次圧力値により流量を演算する流量演算装置とを備
   えたことを特徴とするガス弁装置の制御装置。 ６、請求項１ないし４において、上記２次圧力検出器と
   、１次圧力検出器と、上記ガス弁装置の弁開度検出器と
   、すくなくとも上記２次圧力値、１次圧力値、および上
   記弁開度値により流量を演算する流量演算装置とを備え
   たことを特徴とするガス弁装置の制御装置。７、請求項
   １ないし６において、上記流量値が所定の値以下の場合
   に上記流量値信号を遮断する不感帯装置を備えたことを
   特徴とするガス弁装置の制御装置。 ８、ガス弁装置を介して１次側配管から２時側配管にガ
   スを供給し、上記２次側配管内のガス圧力値を２次圧力
   検出器により検出し、上記ガス圧力値と目標圧力値とを
   比較して得られる誤差信号により上記ガス弁装置を制御
   するガス圧力制御装置において、上記２次圧力検出器と
   、１次圧力検出器と、２次配管内の温度を検出する２次
   温度検出器または２次温度設定器と、すくなくとも上記
   ２次圧力値、１次圧力値、および２次温度値により上記
   誤差信号の補正値を演算する手段を備えたことを特徴と
   するガス弁装置の制御装置。 ９、請求項１ないし７において、上記流量を時間微分す
   る微分装置と、上記流量の微分値を上記補正値に加算す
   る加算装置とを備えたことを特徴とするガス弁装置の制
   御装置。 １０、請求項９において、上記流量の微分値が所定の値
   以下の場合に上記微分値信号を遮断する不感帯装置を備
   えたことを特徴とするガス弁装置の制御装置。 １１、請求項１ないし１０において、上記ガス弁装置を
   駆動するステッピングモータと、上記ステッピングモー
   タの制御回路とを備え、上記ステッピングモータの制御
   回路は上記補正値により上記ステッピングモータを駆動
   するパルス信号を発生するようにしたことを特徴とする
   ガス弁装置の制御装置。