JPH08247335A - 弁開度調節装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 センサー系の異常時にシステムの安全性を確
保することにある。 【構成】 センサーからのプロセス量ＰＶと目標値ＳＶ
との偏差に基づいてＰＩＤ調節演算を行って得られる弁
開度調節信号を用いて弁の開度を調節する弁開度調節装
置において、センサー系異常時の目標値，プロセス量，
弁開度調節信号および所定の安全判断要因データを記憶
するデータ記憶手段２，３と、前記センサー系異常時に
過去の経験・実験値または前記記憶手段に記憶される安
全判断要因データを用いて所定の演算に基づいてセンサ
ー異常時の前記弁に対する調節値を求める調節値算出手
段４と、センサー異常時の前記弁開度調節信号に、前記
弁の安全方向に応じて前記調節値算出手段によって求め
た調節値を加・減算し、前記センサー系異常後の弁開度
調節信号を求める弁開度決定手段５とを設けた弁開度調
節装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、液量，温度，圧力，流
量等のプロセス量を制御する各種のプロセス計装システ
ムに利用される弁開度調節装置に係わり、特にシステム
の安全性を考慮した弁の開度を実現する弁開度調節装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６は、従来の一般的なプロセス計装シ
ステムの基本的な構成図であって、さらに具体的にはタ
ンクの液量を所定の目標値となるように制御する液量制
御システムの構成図である。

【０００３】このシステムは、上流側配管５１から送ら
れてくる液体をコントロール弁５２を介してタンク５３
に一旦貯留した後、ポンプ５４を用いてタンク５３内の
液体を下流側の負荷需要に応じて順次送り出すものであ
るが、このとき、タンク５３内の液量を目標値に保持す
るために、例えばＰＩＤ（比例・積分・微分）調節計５
５を設置し、ここでタンク５３側の液量センサー５６か
らの検出液量ＰＶとタンク液量目標値ＳＶとの偏差が零
となるようにＰＩＤ調節演算を実行し、得られた操作信
号である弁開度調節信号をコントロール弁５２に印加
し、タンク５３内の液量を目標値に制御する構成であ
る。

【０００４】このようなシステムでは、調節計５５によ
るＰＩＤ制御の実行中に、何らかの要因，例えば液量セ
ンサー５６自体の異常やセンサー５６に接続される信号
線の断線等，いわゆるセンサー系の異常に伴う要因の場
合、タンク５３内の液量が予め定めた所定の範囲を外れ
た値となってしまい、本来のＰＩＤ制御が実行できない
状態となる。

【０００５】そこで、従来のシステムにおいては、調節
計５５でセンサー系の異常であると判断したとき、セン
サー系の異常時の弁開度調節信号を保持出力するか、或
いは全開（１００％）または全閉（０％）の弁開度調節
信号を出力し、コントロール弁５２の弁開度を調節する
ことが行われている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、以上のよう
なセンサー系の異常によってＰＩＤ制御ができない状態
でも、システムの安全性を考えたとき、タンク５３内の
液量が極力空にならない方向でコントロール弁５２の調
節を行うことが重要である。

【０００７】しかしながら、従来のシステムでは、幾つ
かの弁開度方式を採用しているものの、例えばセンサー
系異常時の弁開度調節信号を保持する弁開度方式では、
センサー系異常時の弁開度の状態やセンサー系異常後の
システムの状況に応じて、タンク５３内の液量が短時間
に空となる可能性があること。

【０００８】また、タンク５３内の液量を空にしないた
めに、コントロール弁５２の開度を全開（１００％）と
する弁開度方式も考えられているが、ＰＩＤ制御の目標
値から短時間に大きく外れてしまい、タンク５２内の液
量が溢れたり、システムの安全面からも十分に信頼性を
獲得できるものでない。

【０００９】本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あって、センサー系の異常時に確実にシステムの安全性
を確保する弁開度調節装置を提供することを目的とす
る。また、本発明の他の目的は、システムに対する種々
の安全判断要因を考慮しながらコントロール弁の開度を
決定する弁開度調節装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項に対応する発明は、センサーからのプロセス
量ＰＶと目標値ＳＶとの偏差に基づいてＰＩまたはＰＩ
Ｄ調節演算を行って得られる弁開度調節信号を用いて弁
の開度を調節する弁開度調節装置において、前記センサ
ー系異常時の目標値，前記プロセス量，前記弁開度調節
信号および安全判断要因データを記憶するデータ記憶手
段と、前記センサー系異常時に過去の経験・実験値また
は前記記憶手段に記憶される安全判断要因データを用い
て所定の演算に基づいてセンサー異常時の前記弁に対す
る調節値を求める調節値算出手段と、センサー異常時の
前記弁開度調節信号に、前記弁の安全方向に応じて前記
調節値算出手段によって求めた調節値を加・減算し、前
記センサー系異常後の弁開度調節信号を求める弁開度決
定手段とを設けた弁開度調節装置である。

【００１１】なお、前記調節値算出手段としては、セン
サー異常時の偏差（ＳＶ−ＰＶ）とＰＩまたはＰＩＤの
制御方向とシステムに対する弁の安全方向とから調節値
を求めるものである。

【００１２】

【作用】従って、請求項に対応する発明は、以上のよう
な手段を講じたことにより、センサー系の異常と判断し
たとき、データ記憶手段は、センサー系異常時の目標
値，プロセス量および弁開度調節信号を取り込んで記憶
する。しかる後、調節値算出手段では、過去の経験・実
験値を調節値とするか、或いはＰＩまたはＰＩＤの制御
方向，偏差およびシステムに対する弁の安全方向等の安
全判断要因データを用いて所定の演算式に基づいて調節
値を求める。

【００１３】さらに、弁開度決定手段においては、セン
サー系異常時の弁開度調節信号に弁の安全方向に応じて
前記調節値算出手段で求めた調節値を加・減算し、セン
サー系異常後の弁開度調節信号とするので、センサー系
の異常時でも例えば液量が空にならずに常にシステムの
安全方向に動作するように弁の開度を決定でき、しかも
偏差が零の状態でもシステムの安全方向に動作させるこ
とができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は本発明に係わる弁開度調節装置の一
実施例を示す機能ブロック図である。なお、本装置は、
タンクの液量制御だけでなく、それ以外の種々のプロセ
ス量制御にも適用できるので、ここでは基本的なプロセ
ス計装システムを例に上げて説明する。

【００１５】この弁開度調節装置は、予め過去の経験値
や実験結果等からセンサー系の異常を判断するに必要な
異常判断条件データが記憶され、この異常判断条件デー
タを用いてセンサーによって検出されるプロセス量ＰＶ
からセンサー系の異常の有無を判断するセンサー系異常
判断手段１と、このセンサー系異常判断手段１によって
センサー系の異常であると判断されたとき、センサー系
異常時の目標値，プロセス量，弁開度調節信号を取り込
んで記憶する異常時データ記憶手段２と、システムに対
する種々の安全性を判断する安全性判断要因データを記
憶する安全性判断要因データ記憶手段３と、前記センサ
ー系異常時に過去の経験値や実験値または前記安全性判
断要因データ記憶手段３に記憶させる安全性判断要因デ
ータを用いて所定の演算を実行して弁に対する調節値を
求める調節値算出手段４と、この調節値算出手段４によ
って求めた調節値を、前記弁の安全方向に応じてセンサ
ー系異常時の弁開度調節信号に加・減算し、前記センサ
ー系異常後の弁開度調節信号を求めて前記弁の開度を調
節する弁開度決定手段５とによって構成されている。

【００１６】さらに、調節値算出手段４について具体的
に述べると、異常時データ記憶手段２から読み出した目
標値とプロセス量とからセンサー異常時の偏差を求めた
後、この偏差および安全性判断要因データ記憶手段３に
記憶されるＰＩまたはＰＩＤの制御方向，システムに対
する弁の安全方向および調節値パラメータから調節値Ｔ
を決定する。

【００１７】これら、ＰＩまたはＰＩＤの制御方向，シ
ステムに対する弁の安全方向および調節値パラメータは
システムやユーザの要望となどを考慮しつつ、予め外部
から入力するか、センサー系異常時に外部から入力す
る。ここで、ＰＩまたはＰＩＤの制御方向は、正動作ま
たは逆動作の何れかが設定される。また、弁の安全方向
は、予めプラントによって決まるものであって、弁の開
方向または閉方向の何れかが設定される。前記調節値パ
ラメータは偏差が零の状態でも安全方向に調節値を導く
もので、後記する図３に示すようなテーブルまたは予め
特定の値が設定される。

【００１８】そして、以上のようにして調節値算出手段
４で調節値Ｔを決定したならば、弁開度決定手段４で
は、センサー異常時の弁開度調節信号に調節値Ｔを加え
ることにより、センサー異常後の弁開度調節信号を求め
るものである。

【００１９】因みに、センサー異常時の弁の開度をＭＶ
p とし、かつ、調節値をＴとすると、センサー異常後の
弁の開度ＭＶb としては、弁の安全方向が開方向であれ
ば、 ＭＶb ＝ＭＶp ＋Ｔ ……… （１） となり、弁の安全方向が閉方向であれば、 ＭＶb ＝ＭＶp −Ｔ ……… （２） となる。

【００２０】次に、調節値Ｔの決定方法について述べ
る。一般に、センサー異常時の目標値をＳＶ（０〜１０
０％）、プロセス量をＰＶ（０〜１００％）とすると、
ＰＩＤの制御方向と偏差（ＳＶ−ＰＶ）とから弁の動作
方向は図２に示すようになる。なお、弁の動作方向を表
す閉は弁の開度が減少方向、開は弁の開度が増加方向に
あることを示す。

【００２１】さらに、調節値Ｔに対する調節値パラメー
タＫを考慮する必要がある。今、弁の動作方向とシステ
ムに対する安全方向とが一致すれば、調節値ＴがＫ以
上、一致していなければ、調節値ＴがＫ以下とすると、
ＰＩＤの制御方向が正動作時には図３（ａ）、ＰＩＤの
制御方向が逆動作時には図３（ｂ）のように、偏差（Ｓ
Ｖ−ＰＶ）と調節値Ｔとの関係が決まる。

【００２２】よって、センサー異常後の弁の開度ＭＶb
は、ＰＩＤの制御方向が正動作で、かつ、安全方向が開
ならば、 ＭＶb ＝ＭＶp ＋Ｋ｛（−１／１００）・（ＳＶ−ＰＶ）＋１｝…（３） ＰＩＤの制御方向が正動作で、かつ、安全方向が閉なら
ば、 ＭＶb ＝ＭＶp −Ｋ｛（−１／１００）・（ＳＶ−ＰＶ）＋１｝…（４） ＰＩＤの制御方向が逆動作で、かつ、安全方向が開なら
ば、 ＭＶb ＝ＭＶp ＋Ｋ｛（１／１００）・（ＳＶ−ＰＶ）＋１｝ …（５） ＰＩＤの制御方向が逆動作で、かつ、安全方向が閉なら
ば、 ＭＶb ＝ＭＶp −Ｋ｛（１／１００）・（ＳＶ−ＰＶ）＋１｝ …（６） となる。

【００２３】図４は本発明装置を適用したプラント計装
システムの構成図である。このシステムでは、減算手段
１０を含む調節計本体１１内部にセンサ系異常判断手段
１、異常時データ記憶手段２および安全性判断要因デー
タ記憶手段３が内蔵され、さらに調節計本体１１の出力
側にセンサー異常切替手段１２を設ければ、センサ系異
常判断手段１によってセンサー系異常と判断したとき、
センサー異常切替手段１２を弁開度決定手段５の出力側
に切替えれば、この弁開度決定手段５で決定されたセン
サー系異常後の弁開度調節信号を制御対象１３に設置さ
れる弁に印加することができる。

【００２４】次に、以上のように構成された装置の動作
について図５を参照して説明する。常時，センサー系異
常判断手段１がセンサーからのプロセス量ＰＶを取り込
み、異常判断条件データを参照しながらセンサー系の異
常の有無を判断する（ＳＴ１）。

【００２５】ここで、センサー系異常と判断すると、異
常時データ記憶手段２では、センサー系異常時の目標値
ＳＶ、プロセス量ＰＶおよび弁開度調節信号ＭＶp を取
り込んでメモリに記憶する（ＳＴ２）。

【００２６】このとき、外部から安全性判断要因データ
記憶手段３にＰＩまたはＰＩＤの制御方向，システムに
対する弁の安全方向および調節値パラメータが設定され
ているか、或いはセンサー系異常時に外部から設定する
と（ＳＴ３）、調節値算出手段４では、安全性判断要因
データからＰＩまたはＰＩＤの制御方向が正動作か逆動
作かを判断し（ＳＴ４）、ＰＩまたはＰＩＤの制御方向
が正動作の場合には、 Ｔ＝Ｋ｛−（ＳＶ−ＰＶ）＋１｝ …… （７） の演算式に基づいて調節値Ｔを求める（ＳＴ５）。この
下線で示す「−」が正動作を意味する。

【００２７】一方、ＰＩまたはＰＩＤの制御方向が逆動
作の場合には、 Ｔ＝Ｋ｛＋（ＳＶ−ＰＶ）＋１｝ …… （８） の演算式に基づいて調節値Ｔを求める（ＳＴ６）。な
お、下線で示す「＋」が逆動作を意味する。

【００２８】これら（７）式および（８）式から言える
ことは、センサー系異常時の目標値ＳＶとプロセス量Ｐ
Ｖとが等しく、偏差が零の状態にあっても、「＋１」と
調節値パラメータＫによって、調節値パラメータＫの値
を確保できる。

【００２９】しかる後、弁開度決定手段５においては、
調節値Ｔを受け取った後、弁の安全方向が開方向か、或
いは閉方向かを判断し（ＳＴ７）、開方向の場合には、 ＭＶb ＝ＭＶp ＋Ｔ …… （９） を求め（ＳＴ８）、一方、閉方向の場合には、 ＭＶb ＝ＭＶp −Ｔ …… （１０） により、センサ系異常後の弁開度調節信号ＭＶb を求め
る（ＳＴ９）。

【００３０】因みに、具体的な数値を用いて説明する
と、今，ＳＶ＝６０％、ＰＶ＝５０％、ＭＶp ＝４０
％、Ｋ＝５とし、かつ、ＰＩまたはＰＩＤの制御方向が
逆動作、システムに対する弁の安全方向が開方向（タン
クの液量が空にならない方向）とすると、図４のフロー
チャートに示すステップＳＴ８の演算式に基づき、セン
サー異常時の弁開度調節信号ＭＶb は、 ＭＶb ＝４０＋５｛（１／１００）・（６０−５０）＋１｝ ＝４０＋５．５ ＝４５．５％ となる。

【００３１】従って、以上のような実施例の構成によれ
ば、前述のように具体的数値をもって示すように、セン
サー異常後の弁開度調節信号ＭＶb は４５．５％となる
が、従来システムの場合には、センサー系異常時の弁開
度調節信号を保持するので、センサー異常後の弁開度調
節信号ＭＶb は４０％となる。その結果、本発明適用シ
ステムでは、従来システムよりも５．５％分だけ、弁開
度を大きくしてタンクに液を入れており、タンクの液量
が空になりにくくなる。

【００３２】また、従来システムにおいて弁の開度を全
開（１００％）とした場合、本発明システムよりもタン
クが空になる可能性が少いが、目標値６０％を越えてタ
ンクから液が溢れる可能性が大きくなる。ゆえに、本発
明装置によれば、タンクの液量を目標値から大きく外れ
ることがなく、空になりにくい安全方向の状態を保持さ
せることができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、従
来のようにセンサー異常後の弁開度を保持または全開
（１００％）、全閉（０％）とするのでなく、センサー
異常時の目標値、プロセス量、調節値パラメータ、ＰＩ
Ｄ制御方向、弁の動作方向等から調節値の大きさを求め
た後、システムに対する弁の安全方向を考慮しつつ、セ
ンサー系異常時の弁開度に調節値を増減し、センサー系
異常後の弁開度を求めるので、プロセス量が目標値を大
きく外れることがなく、センサー系異常後のシステムを
安全方向に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる弁開度調節装置の一実施例を示
す機能ブロック図。

【図２】ＰＩＤ制御方向、偏差、弁の動作方向と調節値
との関係を示す図。

【図３】偏差と調節値との関係を説明する図。

【図４】本発明装置を適用したプロセス計装システムの
構成図。

【図５】本発明に係わる弁開度調節装置における動作の
手順を示す図。

【図６】従来の液量制御システムの構成図。

【符号の説明】

２…異常時データ記憶手段、３…安全性判断要因データ
記憶手段、４…調節値算出手段、５…弁開度決定手段。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 センサーからのプロセス量ＰＶと目標値
   ＳＶとの偏差に基づいてＰＩまたはＰＩＤ調節演算を行
   って得られる弁開度調節信号を用いて弁の開度を調節す
   る弁開度調節装置において、 前記センサー系異常時の目標値，前記プロセス量，前記
   弁開度調節信号および所定の安全判断要因データを記憶
   するデータ記憶手段と、 前記センサー系異常時に過去の経験・実験値または前記
   記憶手段に記憶される安全判断要因データを用いて所定
   の演算に基づいてセンサー異常時の前記弁に対する調節
   値を求める調節値算出手段と、 センサー異常時の前記弁開度調節信号に、前記弁の安全
   方向に応じて前記調節値算出手段によって求めた調節値
   を加・減算し、前記センサー系異常後の弁開度調節信号
   を求める弁開度決定手段と、 を備え、前記センサー系異常後の弁開度調節信号を用い
   て弁の開度を調節することを特徴とする弁開度調節装
   置。
2. 【請求項２】 調節値算出手段による調節値は、センサ
   ー異常時の偏差（ＳＶ−ＰＶ）とＰＩまたはＰＩＤの制
   御方向とシステムに対する弁の安全方向とから求めるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の弁開度調節装置。