JPS5810627B2 - 弁制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はプロセス制御装置に係り、特に制御変動を２つ
の弁で補正するに好適な弁制御装置に関する。

プロセス制御を行う場合、その制御範囲が非常に広い時
プロセス量を２つの流量調節弁でもって制御する場合が
ある。

上記２つの流量調節弁のうち一方の弁はプロセス制御の
主体となるものであって、他方の弁は上記一方の弁のみ
では制御範囲が広いため、制御範囲をカバーできない時
に用いられると同時に、一方の弁の開閉によって発生す
る制御変動を吸収するために周込られるものである。

従来の弁制御装置の一例を第１図に示す。

第１図は炉１に第１の流量調節弁２（以下これを親弁２
と記す）と、第２の流量調節弁３（以下これを子弁３と
記す）とを介して燃料を並列的に供給して、炉の温度制
御を行う場合について示している図において、温度検出
器４からの温度検出信号は温度調節計５に導入され、そ
の出力は２つの比率設定器６，７に導入される。

この比率設定器６゜７は通常は親弁２を制御する流量調
節計８と子弁３を制御する流量調節計９の設定信号ａ、
ｂを導出するだめのものであって、親弁２と、子弁３に
流れる燃料の流量比を設定するものである。

親弁動作指令回路６Ａは比率設定器６の出力信号によっ
て動作し、その動作点はあらかじめ設定されている。

そしてその動作によって接点６Ｂは閉路し、自己保持さ
れる。

なお１０は流量発信器で流量調節計８に導入され、これ
と設定信号ａとの偏差に応じてＰＩＤ演算を行い、親弁
２が制御される。

比率設定器７の出力は流量調節計９の設定信号すとなっ
て導入され、流量発信器１１からの出力信号との偏差に
応じてＰＩＤ演算を行い、子弁３が制御される。

かかる構成において、以下その動作を第２図にしたがっ
て説明する。

今、子弁３が全開となっても炉内温度が設定された温度
迄上昇せず、親弁を開いて設定温度迄炉内温度を上昇さ
せる場合について説明する。

第２図は子弁３と親弁２の開閉動作を説明する図であっ
て、縦軸は弁の開度（％）を示し、横軸は温度調節計の
出力電流（ｍＡ）を示す。

第２図から明らかなように、子弁の開度が全開（１００
％）になった時、全文全閉であった親弁は親弁動作指令
回路６Ａによって接点６Ｂが閉路して燃料が炉１に供給
されることになる。

しかしながら、一般に弁はその開度が一定以下になると
流量の制御がきわめて不安定であり、このため炉内に供
給される燃料が一時的に急増する等の過渡現象が現われ
る。

これは親弁を閉じて炉内温度を降下させる場合も生じる
。

このことは炉内温度の急激な変化をもたらし、製品の品
質に悪影響を与えることになる。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、親
弁開閉時、子弁を親弁の開閉方向と逆方向に動作させ、
被制御部への流体の供給量の一時的な急増および急減を
防止しうる弁制御装置を提供するにある。

このため本発明は、被制御部に供給される流体の量を制
御する第１、第２の流量調節弁と、この第１、第２の流
量調節弁を流れる流量を検出する第１、第２の流量発信
器と、供給された流体による前記被制御系の物理量の変
化を検出する検出器と、この検出器の出力により前記第
１、第２の流量制御弁の開閉動作の信号を出力する第１
、第２の比率設定器と、この第１、第２の比率設定器の
出力信号と前記第１、第２の流量発信器の出力信号によ
り前記第１、第２の流量調節弁の開閉動作を行う第１、
第２の流量調節計と、前記第１の比率設定器と前記第１
の流量調節計との間に設けられ前記第１の比率設定器の
出力がある一定値になると開閉する接点とからなる弁制
御装置において、前記第１の比率設定器と前記接点との
間に設けられ前記第１の流量調節弁の開度を一定に保つ
ローリミッタと、前記第２の比率設定器と前記第２の流
量調節計との間に設けられ前記第１の流量調節弁の開閉
時前記第２の流量調節弁を第１の流量調節弁の開閉方向
と逆方向に開閉動作させる制御回路とより構成したもの
である。

かかる構成において、第１の流量調節弁の開閉時、第２
の流量調節弁は第１の流量調節弁の開閉方向と逆方向に
開閉動作を行うため、被制御部に供給される流体の量が
第１の流量調節弁の開閉により急激に変化するのを防止
することができる。

本発明の効果は、広い制御範囲を高精度で制御すること
のできる弁制御装置が実現できることである。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第３図は本発明からなる弁制御装置の一実施例を示す図
である。

そして第３図は被制御部、この例では炉２１に第１の流
量調節弁２２（以下これを親弁２２と記す）と、第２の
流量調節弁２３（以下これを子弁２３と記す）とを介し
て燃料を並列的に供給して、炉の温度制御を行う場合に
ついて示している。

図において、温度検出器２４からの温度検出信号は温度
調節計２５に導入され、その出力は２つの比率設定器２
６．２７に導入される。

この比率設定器２６．２７は通常は親弁２２を制御する
流量調節計２８と子弁２３を制御する流量調節計２９の
設定信号ａ、ｂを導出するためのものであって、親弁２
２と、子弁２３に流れる燃料の流量比を設定するもので
ある。

比率設定器２６の出力はローリミッタ３０と接点２６Ｂ
を介して前述した流量調節計２８に設定信号となって導
入される。

また上限警報計２６Ａは比率設定器２６の出力信号によ
って動作し、その動作点はあらかじめ設定されている。

そしてその動作によって接点２６Ｂは閉路し、自己保持
される。

なお３１は流量発信器で流量調節計２８に導入され、こ
れと設定信号ａとの偏差に応じてＰＩＤ演算を行い、親
弁２２が制御される。

比率設定器２７の出力は加減算演算器３２を介して流量
調節計２９の設定信号すとなって導入される。

加減算演算器３２は上記した流量調節計２９の設定信号
すを制御（言い換えると子弁２３を制御する）する制御
手段であって、これは２つの定電流発生器３３，３４の
出力電流の差電流を減算演算器３５によって得、上記差
電流を加減算演算器３２に接点Ａ１と接点Ｂ１とを介し
て導入し、比率設定器２Ｔからの信号を上記２つの接点
Ａ１またはＢ１の動作によって減算、または加算して制
御するものである。

そして上限警報器２６Ａが動作すると接点ＡＩ。

Ａ２ｙＡ３が動作すると共に加減算演算器３２は減算動
作が行われる。

同様に下限警報器２７Ａが動作すると接点Ｂ１．Ｂ２．
Ｂ３が動作すると共に加減算演算器３２は加算動作が行
われるように構成されている。

なお２つの定電流発生器３３．３４の出力特性は例えば
第３図中のイ、口に示している。

したがって減算演算器３５の出力特性は同図中ハに示す
如く減衰特性となる。

かかる２つの定電流発生器と減算演算器の構成は後述す
る親弁の急開または急開によって生ずる炉内温度の変化
をあらかじめ予測して、その予測値を設定する予測設定
手段であって、この予測設定手段の出力（減算演算器の
出力）を前述した加減算演算器３２である制御手段に導
入することにより、子弁は親弁の急開、急開によって生
ずる炉内温度変化を補正するように開閉動作が行われる
ことになる。

なお、３６はもう１つの流量発信器であり、この信号は
流量調節計２９に導入され、この信号と設定信号すとの
偏差に応じてＰＩＤ演算を行い、子弁２３が制御される
。

かかる構成において、以下その動作を第４図にしだがっ
て説明する。

今、子弁２３が全開となっても炉内温度が設定された温
度迄上昇せず、親弁を開いて設定温度迄炉内温度を上昇
させる場合について説明する。

第４図は子弁２３と親弁２２の開閉動作を説明する図で
あって、縦軸は弁の開度（％）を示し、横軸は温度調節
計の出力電流（ｍＡ）を示す。

第４図から明らかなように、子弁の開度が全開（１００
％）になった時、全文全閉であっだ親弁は上限警報計２
６Ａによって接点２６Ｂが閉路することによってローリ
ミッタ３０で定められた出力に対応した所定の開度まで
急開し、その後は次第に全開方向に制御される。

なお親弁が急開することについての理由は一定の開度以
下に閉じた時の弁による流量の制御は非常に不安定であ
るとされているためである。

ここで親弁２２が所定の開度に急開すれば、燃料の一時
的増加による温度上昇が検出され、それによって子弁２
３が実際に閉方向の動作を開始するが、その間に時間遅
れがある。

しだがって時間遅れによって生ずる制御誤差を補正する
ために、減算演算器３５にて２つの定電流発生器３３，
３４の差をとり（この場合箱４メａ点で上限警報計２６
Ａが動作し、その結果前述した接点Ａ１．Ａ２゜Ａ３が
動作することによってなされる）これによってあらかじ
め予測した補正値を作り、加減算演算器３２の減算側に
上記した補正値に応じた補正信号を送り、子弁２３を一
時的に閉方向に動作させる。

したがって親弁２２の急開によって生ずる一時的な炉内
温度の上昇を押えることができる。

次に炉内温度が下降する時の動作を説明する。

すなわち、親弁２２は第４図に示す如く、閉方向の動作
途中において、ローリミッタ３０によって一定の開度が
保持されると同時に子弁２３も閉動作が開始される。

そして第４図す点まで子弁２３が閉じられると、下限警
報計２７Ａが動作し、それによって自己保持されていた
接点２６Ｂが開路する。

しだがって親弁２２は全閉となる。ここで親弁２２が全
閉となると、炉内に供給される燃料は一時的に減少し、
炉内温度は急減に下降する。

この時温度調節計２５からの信号は炉の温度を検出して
ＰＩＤ演算を行うが、熱料の一時的減少にもとづく温度
降下を検出するため、子弁２３を開方向に動作する。

しかしその間に時間遅れがある。

したがって時間遅れによって生ずる制御誤差を補正する
ために減算演算器３５にて２つの定電流発生器３３．３
４の差をとり、これによってあらかじめ予測した補正値
を作り、加減算演算器３２の加算側に信号を送り、子弁
２３を一時的に開方向に動作させる（この場合、第４図
す点で下限警報計２７Ａが動作し、その結果前述した接
点Ｂ１．Ｂ２．Ｂ３が動作することによってなされる）
。

それによって親弁２２が閉じることによって生ずる一時
的な炉内温度降下は押えられる。

以上の如く、本実施例では親弁が全閉状態から所定の開
度まで急開する時、あるいはその逆の場合で急閉する時
に生ずる炉内温度の変化を子弁によってその変化を補正
するように動作させることにより広い温度制御範囲を高
精度でもって制御することが可能である。

また上記した予測値の設定は２つの定電流発生器の出力
特性を調整することにより容易に行うことができる。

なお上記した予測値を設定する２つの定電流発生器は必
ずしもこれに限定するものではなく、任意に出力が可変
でき、しかも減衰特性を有する電気回路であれば如何な
るものでもよい。

また本実施例では炉の温度制御について記載したが、本
発明は勿論これに限定するものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の弁制御装置の系統図を示す図、第２図は
第１図の弁の動作を説明する図、第３図は本発明の一実
施例になる弁制御装置の系統図を示す図、第４図は第３
図の弁の動作を説明する図である。 ２１・・・炉、２２・・・第１の流量調節弁、２３・・
・第２の流量調節弁、２４・・・温度検出器、２５・・
・温度調節計、２６．２７・・・比率設定器、２６Ａ１
０．上限警報計、２６Ｂ・・・接点、２７Ａ・・・下限
警報計、２８．２９・・・流量調節計、３０・・・ロー
リミッタ、３１．３６流量発信器、３２・・・加減演算
器、３３゜３４・・・定電流発生器、３５・・・減算演
算器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被制御部に供給される流体の量を制御する第１、第
   ２の流量調節弁と、この第１、第２の流量調節弁を流れ
   る流量を検出する第１、第２の流量発信器と、供給され
   た流体による前記被制御系の物理量の変化を検出する検
   出器と、この検出器の出力により前記第１、第２の流量
   制御弁の開閉動作の信号を出力する第１、第２の比率設
   定器と、この第１、第２の比率設定器の出力信号と前記
   第１、第２の流量発信器の出力信号により前記第１、第
   ２の流量調節弁の開閉動作を行う第１、第２の流量調節
   計と、前記第１の比率設定器と前記第１の流量調節計と
   の間に設けられ前記第１の比率設定器の出力がある一定
   値になると開閉する接点とからなる弁制御装置において
   、前記第１の比率設定器と前記接点との間に設けられ前
   記第１の流量調節弁の開度を一定に保つローリミッタと
   、前記第２の比率設定器と前記第２の流量調節弁との間
   に設けられ前記第１の流量調節弁の開閉時前記第２の流
   量調節弁を第１の流量調節弁の開閉方向と逆方向に開閉
   動作させる制御回路とより構成したことを特徴とする弁
   制御装置。