JPH1055201A - 調節計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 稼動後の制御状態を測定値そのものの動向に
より直接判定し、応答不良やハンチングが生じるような
場合であっても良好な制御性が得られる。 【解決手段】 設定値ＳＶと測定値ＰＶとに基づき、制
御演算を行って（１，２）操作出力を出力する調節計に
おいて、設定値と測定値の差を求め、その差の絶対値が
所定値以上の状態が所定時間以上続く場合を応答不良状
態であると判定し、差が所定の絶対値以上の幅で所定の
回数以上、正・負をくり返す場合をハンチング状態と判
定する判定手段４を備えた調節計。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は調節計、更に詳し
くはプロセス等の制御におけるハンチング抑制方式等の
部分に特徴のある調節計に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＰＩＤ制御等の制御方式により上下水道
計装、ごみ処理計装、一般産業計装等のプラントプロセ
スを制御する調節計が広く用いられている。このような
調節計において、ＰＩＤパラメータ等の制御パラメータ
はプロセスの特性に応じて最適なものを設定すべきもの
であり、従来は、プラントの特性に基づき制御パラメー
タを事前に選定するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、プラン
トの特性に基づき制御パラメータを一意的に決定した場
合、稼動初期においては、良好な応答をするが、稼動後
のプラントの変質や外乱により、良好な応答を得られな
い場合がある。

【０００４】このようなときには、制御に対する応答不
良やハンチングが生じることとなる。一方、上述するよ
うな制御においては、操作出力が小さくなるとどのよう
に制御をしても、ハンチングを起こすことが多い。した
がって、このような低出力領域においても制御の安定性
を図ることのできる調節計が要望されていた。

【０００５】本発明は、このような実情を考慮してなさ
れたもので、その第１の目的は、稼動後の制御状態を測
定値そのものの動向により直接判定し、応答不良やハン
チングが生じるような場合であっても良好な制御性を得
ることができる調節計を提供することにある。

【０００６】また、第２の目的は、操作出力が小さくな
った場合でもハンチングを起こすのを防止し、低領域に
おける出力の安定を図ることのできる調節計を提供する
ことにある。

【０００７】

【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１に対応する発明は、設定値と測定値とに基
づき、制御演算を行って操作出力を出力する調節計にお
いて、設定値と測定値の差を求め、その差の絶対値が所
定値以上の状態が所定時間以上続く場合を応答不良状態
であると判定し、差が所定の絶対値以上の幅で所定の回
数以上、正・負をくり返す場合をハンチング状態と判定
する判定手段を備えた調節計である。

【０００８】また、請求項２に対応する発明は、請求項
１に対応する発明において、応答不良状態の制御に適合
させた第１の制御パラメータと、ハンチング状態の制御
に適合させた第２の制御パラメータとが用意されてお
り、判定手段により応答不良状態と判定されたときには
第１の制御パラメータにより制御演算を実行し、判定手
段によりハンチング状態と判定されたときには第２の制
御パラメータにより制御演算を実行する調節計である。

【０００９】さらに、請求項３に対応する発明は、請求
項１に対応する発明において、応答不良状態の制御に適
合させた第１の制御パラメータを有する第１の制御演算
手段と、ハンチング状態の制御に適合させた第２の制御
パラメータを有する第２の制御演算手段とを備え、判定
手段により応答不良状態と判定されたときには第１の制
御演算手段により操作出力を演算し、判定手段によりハ
ンチング状態と判定されたときには第２の制御演算手段
により操作出力を演算する調節計である。

【００１０】一方、請求項４に対応する発明は、請求項
２又は３に対応する発明において、第１の制御パラメー
タは応答性が速くかつ不感帯を有さない制御を実現する
ものであり、第２の制御パラメータは応答性が遅くかつ
不感帯を有する制御を実現するものである調節計であ
る。

【００１１】次に、請求項５に対応する発明は、設定値
と測定値とに基づき、制御演算を行って操作出力を出力
する調節計において、操作出力が所定の値以下になると
制御演算を中止し、測定値が所定の値以上になると制御
演算を再開する調節計である。 （作用）したがって、まず、請求項１に対応する発明の
調節計においては、判定手段により、設定値と測定値の
差が求められ、その差の絶対値が所定値以上の状態が所
定時間以上続く場合が応答不良状態であると判定され、
その差が所定の絶対値以上の幅で所定の回数以上、正・
負をくり返す場合がハンチング状態と判定される。

【００１２】したがって、その制御対象の制御に対する
状態をリアルタイムに判定でき、制御を行う上で有益な
情報がもたらされることになる。また、請求項２に対応
する発明の調節計においては、請求項１に対応する発明
と同様に作用する他、応答不良状態の制御に適合させた
第１の制御パラメータと、ハンチング状態の制御に適合
させた第２の制御パラメータとが用意されている。

【００１３】そして、判定手段により応答不良状態と判
定されたときには第１の制御パラメータにより制御演算
が実行され、判定手段によりハンチング状態と判定され
たときには第２の制御パラメータにより制御演算が実行
される。

【００１４】したがって、稼動後の制御状態を測定値そ
のものの動向により直接判定し、応答不良やハンチング
が生じるような場合であっても良好な制御性を得ること
ができる。

【００１５】さらに、請求項３に対応する発明の調節計
においては、請求項１及び２に対応する発明と同様に作
用する他、各制御パラメータに対応したそれぞれの制御
演算手段が設けられる。

【００１６】一方、請求項４に対応する発明の調節計に
おいては、請求項２又は３に対応する発明と同様に作用
する他、第１の制御パラメータは応答性が速くかつ不感
帯を有さない制御を実現し、第２の制御パラメータは応
答性が遅くかつ不感帯を有する制御を実現する。

【００１７】次に、請求項５に対応する発明の調節計に
おいては、操作出力が所定の値以下になると制御演算が
中止され、測定値が所定の値以上になると制御演算が再
開される。したがって、操作出力が小さくなった場合で
もハンチングを起こすのを防止し、低領域における出力
の安定を図ることのできる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。 （発明の第１の実施の形態）図１は本発明の第１の実施
の形態に係る調節計の一例を示す構成図である。

【００１９】この調節計は、不感帯Ａを有し応答の遅い
ＰＩＤ制御を行う制御パラメータを有するハンチング時
制御回路１（ＰＩＤ１）と、不感帯Ａを有さず応答の速
いＰＩＤ制御を行う制御パラメータを有する応答不良時
制御回路２（ＰＩＤ２）と、使用する制御回路をハンチ
ング時制御回路１にするか応答不良時制御回路２にする
かの切換えを行うリレー３と、測定値ＰＶ及び設定値Ｓ
Ｖに基づき制御回路を切換えるか否か判定する制御判定
回路４（ＣＨ）と、制御判定回路４からの判定結果の基
づき切換信号をリレー３に出力するフリップフロップ５
（ＦＦ）とによって構成されている。

【００２０】フリップフロップ５は、制御判定回路４か
ら不良応答出力Ｂを受けるとセット信号を出力し、制御
判定回路４からハンチング出力Ｈを受けるとリセット信
号を出力する。

【００２１】リレー３は、フリップフロップ５よりセッ
ト信号を受信すると、接点６，７，８を切り離し、接点
９，１０，１１を接続する。これにより、測定値ＰＶ及
び設定値ＳＶが応答不良時制御回路２に入力し、応答不
良時制御回路２からの出力が操作出力ＭＶとして出力さ
れるようになる。

【００２２】また、リレー３は、フリップフロップ５よ
りリセット信号を受信すると、接点６，７，８を接続
し、接点９，１０，１１を切り離す。これにより、測定
値ＰＶ及び設定値ＳＶがハンチング時制御回路１に入力
し、ハンチング時制御回路１からの出力が操作出力ＭＶ
として出力されるようになる。

【００２３】制御判定回路４は、図１には示していない
確認タイマＴ，ハンチングチェックフラグＨＦ，ハンチ
ング回数チェックカウンタＣを備えており、上記したよ
うに両制御回路１，２の切換判定を、図２に示すような
フローで行うものである。

【００２４】図２は本実施の形態における制御回路の切
換判定処理を示す流れ図である。制御判定回路４におい
て、まず、測定値ＰＶ及び設定値ＳＶが入力されると、
測定値ＰＶが設定値ＳＶから不感帯Ａの範囲内にあるか
否かが判定される（ＳＴ１、ＳＴ２）。

【００２５】また、ステップＳＴ１，２において、測定
値ＰＶが不感帯Ａ内の値から不感帯Ａ外の値となったと
き、確認タイマＴがセットされる。逆に、ステップＳＴ
１，２における判定で測定値ＰＶが不感帯Ａ内になけれ
ば確認タイマＴはリセットされ、ステップＳＴ１に戻る
（ＳＴ３）。

【００２６】ステップＳＴ１において測定値ＰＶが設定
値ＳＶと不感帯Ａの差よりも小さくなると、ハンチング
チェックフラグＨＦがセットされる（ＳＴ４）。次に、
確認タイマＴがセットされてから設定値Ｔ時間経過した
か否かが判定され（ＳＴ５）、Ｔ時間経過していれば制
御判定回路４は応答不良出力Ｂを出力し（ＳＴ６）、ス
テップＳＴ７に進む。一方、Ｔ時間経過していれば、そ
のままステップＳＴ７に進む。

【００２７】次に、ステップＳＴ４におけるハンチング
チェックフラグＨＦのセットがリセットからセットへの
立ち上がりであったときには、ハンチング回数チェック
カウンタＣがカウントアップされる（ＳＴ７）。

【００２８】次に、ハンチング回数チェックカウンタＣ
のカウント数があらかじめ設定されたハンチング回数設
定値Ｎ以上となっているか否かが判定され（ＳＴ８）、
Ｎ未満であればステップＳＴ１に戻り、Ｎ以上であれば
ステップＳＴ９に進む。

【００２９】ステップＳＴ９において、ハンチング回数
チェックカウンタＣがリセットされると共に、制御判定
回路４からハンチング出力Ｈが出力され、ステップＳＴ
１に戻る。

【００３０】一方、ステップＳＴ２において測定値ＰＶ
が設定値ＳＶと不感帯Ａの和よりも大きくなると、ハン
チングチェックフラグＨＦがリセットされる（ＳＴ１
０）。次に、確認タイマＴがセットされてから設定値Ｔ
時間経過したか否かが判定され（ＳＴ１１）、Ｔ時間経
過していれば制御判定回路４は応答不良出力Ｂを出力し
（ＳＴ１２）、ステップＳＴ１３に進む。一方、Ｔ時間
経過していれば、そのままステップＳＴ１３に進む。

【００３１】次に、ステップＳＴ１０におけるハンチン
グチェックフラグＨＦのリセットがセットからリセット
への立ち下がりであったときには、ハンチング回数チェ
ックカウンタＣがカウントアップされる（ＳＴ１１）。

【００３２】以下、ステップＳＴ８に進み、上記したス
テップＳＴ８、場合によりステップＳＴ９の動作が実行
されてステップＳＴ１に戻る。以上の流れを要約すれ
ば、制御判定回路４は、測定値ＰＶと設定値ＳＶを比較
し、比較結果が不感帯Ａより大きい時間がＴ以上続けば
応答不良出力Ｂを出力し、比較結果が不感帯Ａより大き
くなる立上り立下げ回数がＮ回以上になるとハンチング
出力Ｈを出力することとなる。

【００３３】また、応答不良出力Ｂもしくはハンチング
出力Ｈがされると、上記したフリップフロップ５及びリ
レー３の動作により、ＰＩＤ制御回路１、２の切換えが
行われることになる。

【００３４】次に、本発明の実施の形態に係る調節計の
具体的な動作例について図３を用いて説明する。図３は
本実施形態の調節計の動作例を示すタイムチャートであ
る。

【００３５】１）最初は、測定値ＰＶが不感帯内（ＳＶ
−Ａ＜ＰＶ＜ＳＶ＋Ａ）にあるとする（ｔ０〜ｔ１）。 ２）次に測定値が同図に示すようにタイミングｔ１でＰ
Ｖ≧ＳＶ−Ａとなる。この時、ハンチングチェックフラ
グＨＦがセットされる。またハンチング回数チェックカ
ウンタＣも‘１’がカウントされる（ｔ１）。

【００３６】３）ＰＶ≧ＳＶ−Ａとなるが確認タイマ設
定時間Ｔ以上になると、制御判定回路４から応答不良出
力Ｂが出力される（ｔ２）。これにより、図１に示すフ
リップフロップ５がリレー３に指令し、制御回路がハン
チング時制御回路１から応答不良時制御回路２に切換え
られる（ｔ２）。つまり、ＰＩＤ制御における制御パラ
メータを変更したことになる。

【００３７】４）応答不良時制御回路２は、不感帯にお
いてもＰＩＤ制御を実行し、かつ、応答の速いＰＩＤ制
御を行うため、応答が速くなり、不感帯内（ＳＶ−Ａ＜
ＰＶ＜ＳＶ＋Ａ）に測定値ＰＶが入る。

【００３８】５）しかし、速い応答はハンチングを生じ
やすい制御でもあり、そのうちハンチングが生じる場合
もある（ｔ３〜ｔ６）。 ６）次にハンチングが始まるとすると、ＰＶ＞ＳＶ＋Ａ
（ｔ３）、ＰＶ＜ＳＶ−Ａ（ｔ４）、ＰＶ＞ＳＶ＋Ａ
（ｔ５）、ＰＶ＜ＳＶ−Ａ（ｔ６）をくり返す。これに
対応し、ハンチング回数チェックカウンタＣが１ずつア
ップし、タイミングｔ６でＣ＝５になる。

【００３９】７）今Ｎ＝５に設定しておくと、タイミン
グｔ６でＣ≧Ｎとなり、ハンチングが検出され、制御判
定回路４からハンチング出力Ｈが出力される。これによ
り、図１に示すフリップフロップ５がリレー３に指令
し、制御回路が応答不良時制御回路２からハンチング時
制御回路１に切換えられる（ｔ６）。つまり、ＰＩＤ制
御における制御パラメータを変更したことになる。

【００４０】８）応答不良時制御回路２は、不感帯Ａを
有し応答の遅いＰＩＤ制御を行うので、これによりハン
チングがおさまり安定する。上述したように、本発明の
実施の形態に係る調節計は、ハンチング時制御回路１と
応答不良時制御回路２とを設け、制御判定回路４におい
て何れの制御回路を用いるかを測定値ＰＶから判定して
切換えるようにしたので、稼動後の制御状態を測定値そ
のものの動向により直接判定することができ、応答不良
やハンチングが生じるような場合であっても良好な制御
性を得ることができる、つまり、制御対象の状況に応じ
て調節計自らの判断で、適正な制御パラメータで効果的
な制御を行うことができる。

【００４１】なお、本実施形態においては、制御回路の
切換手段としてフリップフロップ５、リレー３を使用し
たが、本発明はこれに限られるものでなく、これらの構
成はソフトウエアで実現するようにしてもよい。

【００４２】さらに、ハンチング時制御回路１及び応答
不良時制御回路２もソフトウエアにより構成されていて
もよく、例えば両者の切換えは制御パラメータの切り換
えだけとなっていてもよい。

【００４３】さらに、ハンチング時制御回路１及び応答
不良時制御回路２を兼ねたハード回路の制御回路を設
け、両者の切換えを制御パラメータの入れ換えだけとす
るようにしてもよい。 （発明の第２の実施の形態）図４は本発明の第２の実施
の形態に係る調節計の一例を示す構成図である。

【００４４】この調節計は、ＰＩＤ制御を行う調節回路
２１（ＰＩＤ）と、この調節回路２１のオンオフ切換え
を行うリレー２２と、測定値ＰＶ及び設定値ＳＶに基づ
き調節回路２１をオフするか否か判定する制御判定回路
２３と、制御判定回路２３からの判定結果の基づき切換
信号をリレー３に出力するフリップフロップ２４（Ｆ
Ｆ）とによって構成されている。

【００４５】フリップフロップ２４は、制御判定回路２
３からワンショットのリセット出力を受けるとリレー２
２に対しリセット信号を出力し、ワンショットのセット
出力を受けるとリレー２２に対しセット信号を出力す
る。

【００４６】リレー２２は、フリップフロップ２４より
リセット信号を受信すると、接点２５，２６，２６を切
り離す。これにより、測定値ＰＶ及び設定値ＳＶが調節
回路２１に入力しなくなり、操作出力ＭＶの出力しなく
なる。

【００４７】また、リレー３は、フリップフロップ２４
よりセット信号を受信すると、接点２５，２６，２７を
接続する。これにより、測定値ＰＶ及び設定値ＳＶが調
節回路２１に入力し、調節回路２１から操作出力ＭＶが
出力されるようになる。

【００４８】制御判定回路４は、制御中止部２８と制御
復帰部２９とから構成されており、フリップフロップ２
４に対し、ＰＩＤ制御を中止するためのワンショット信
号及びＰＩＤ制御を復帰させるためのワンショット信号
を出力するものである。

【００４９】制御中止部２８は、調節回路２１からの操
作出力ＭＶと中止設定値（ＭＶ設定値）Ａとの関係がＭ
Ｖ＞ＡからＭＶ≦ＡになるとＰＩＤ制御を中止するため
のワンショット信号ａをフリップフロップ２４に出力す
る。

【００５０】制御復帰部２９は、測定値ＰＶと復帰設定
値（ＰＶ設定値）Ｂとの関係がＰＶ＜ＢからＰＶ≧Ｂに
なるとＰＩＤ制御を復帰させるためのワンショット信号
ｂをフリップフロップ２４に出力する。

【００５１】次に、本発明の実施の形態に係る調節計の
具体的な動作例について図５を用いて説明する。図５は
本実施形態の調節計の動作例を示すタイムチャートであ
る。

【００５２】１）まず、操作出力ＭＶが小さくなり、操
作出力ＭＶと測定値ＰＶの変動により、制御がハンチン
グする（ｔｔ０〜ｔｔ１）。 ２）次に、操作出力ＭＶが中止設定値Ａ以下になる時に
制御中止部２８からワンショット信号ａが出力され、フ
リップフロップＦＦがリセットされる（ｔｔ１）。これ
によってリレー２２の動作で調節回路２１の接続が切ら
れ、ＰＩＤ制御が中止されて操作出力ＭＶが固定される
（ｔｔ１）。

【００５３】３）以下、操作出力ＭＶは動かないので、
測定値ＰＶのみが変動し、測定値ＰＶのハンチングはゆ
るやかになる（ｔｔ１〜ｔｔ２）。 ４）次に、測定値ＰＶが復帰設定値Ｂ以上になる時に制
御復帰部２９からワンショット信号ｂが出力され、フリ
ップフロップＦＦがセットされる（ｔｔ２）。これによ
ってリレー２２の動作で調節回路２１が外部入出力と接
続され、ＰＩＤ制御が復帰する（ｔｔ２）。

【００５４】５）以下は測定値ＰＶに応じて操作出力Ｍ
Ｖも大きくなり安定制御となる。上述したように、本発
明の実施の形態に係る調節計は、制御判定回路２３を設
け、測定値ＰＶ及び設定値ＳＶに基づき調節回路２１を
オフするか否か判定し、測定値ＰＶ及び設定値ＳＶが所
定値以下の低領域では調節回路２１を制御から切り離す
ようにしたので、操作出力が小さくなった場合でもハン
チングを起こすのを防止し、低領域における出力の安定
を図ることができる。

【００５５】すなわち、制御休止することにより、低領
域のハンチング拡大を緩和することができる。なお、本
実施形態においては、調節回路２１のオンオフ手段とし
てフリップフロップ２４、リレー２２を使用したが、本
発明はこれに限られるものでなく、これらの構成はソフ
トウエアで実現するようにしてもよい。

【００５６】さらに、制御中止部２８と制御復帰部２９
はソフトウエアにより構成されていてもよく、ハード回
路で構成されていてもよい。なお、本発明は、上記各実
施の形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しな
い範囲で種々に変形することが可能である。

【００５７】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、状
況に応じて制御パラメータを変更するようにしたので、
稼動後の制御状態を測定値そのものの動向により直接判
定し、応答不良やハンチングが生じるような場合であっ
ても良好な制御性を得ることができる調節計を提供する
ことができる。

【００５８】また、本発明によれば、操作出力が小さく
なったときには制御を停止するようにしたので、操作出
力が小さくなった場合でもハンチングを起こすのを防止
し、低領域における出力の安定を図ることができる調節
計を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る調節計の一例
を示す構成図。

【図２】同実施の形態における制御回路の切換判定処理
を示す流れ図。

【図３】同実施形態の調節計の動作例を示すタイムチャ
ート。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係る調節計の一例
を示す構成図。

【図５】同実施形態の調節計の動作例を示すタイムチャ
ート。

【符号の説明】 １…ハンチング時制御回路 ２…応答不良時制御回路 ４…制御判定回路 ５…フリップ・フロップ ２１…調節回路 ２４…フリップ・フロップ ２８…制御中止部 ２９…制御復帰部 Ａ…不感帯 Ｂ…応答不良出力 Ｃ…ハンチング回数チェックカウンタ Ｈ…ハンチング出力 ＨＦ…ハンチングチェックフラグ Ｎ…ハンチング回数設定値 Ｔ…確認タイマ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 設定値と測定値とに基づき、制御演算を
   行って操作出力を出力する調節計において、 前記設定値と前記測定値の差を求め、その差の絶対値が
   所定値以上の状態が所定時間以上続く場合を応答不良状
   態であると判定し、前記差が所定の絶対値以上の幅で所
   定の回数以上、正・負をくり返す場合をハンチング状態
   と判定する判定手段を備えたことを特徴とする調節計。
2. 【請求項２】 前記応答不良状態の制御に適合させた第
   １の制御パラメータと、前記ハンチング状態の制御に適
   合させた第２の制御パラメータとが用意されており、 前記判定手段により前記応答不良状態と判定されたとき
   には前記第１の制御パラメータにより前記制御演算を実
   行し、前記判定手段により前記ハンチング状態と判定さ
   れたときには前記第２の制御パラメータにより前記制御
   演算を実行することを特徴とする請求項１記載の調節
   計。
3. 【請求項３】 前記応答不良状態の制御に適合させた第
   １の制御パラメータを有する第１の制御演算手段と、 前記ハンチング状態の制御に適合させた第２の制御パラ
   メータを有する第２の制御演算手段とを備え、 前記判定手段により前記応答不良状態と判定されたとき
   には前記第１の制御演算手段により前記操作出力を演算
   し、前記判定手段により前記ハンチング状態と判定され
   たときには前記第２の制御演算手段により前記操作出力
   を演算することを特徴とする請求項１記載の調節計。
4. 【請求項４】 前記第１の制御パラメータは応答性が速
   くかつ不感帯を有さない制御を実現するものであり、前
   記第２の制御パラメータは応答性が遅くかつ不感帯を有
   する制御を実現するものであることを特徴とする請求項
   ２又は３記載の調節計。
5. 【請求項５】 設定値と測定値とに基づき、制御演算を
   行って操作出力を出力する調節計において、 前記操作出力が所定の値以下になると前記制御演算を中
   止し、前記測定値が所定の値以上になると前記制御演算
   を再開することを特徴とする調節計。