JPS5825442Y2 - バツチ・プロセス制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はバッチ・プロセス制御装置に関するものである
。

バッチ・プロセスにおいて、制御□□開始時点からしば
らくの間は、制御の目標値と制御量の現在値との偏差は
非常に太きい。

このため制御装置はプロセス操作器に大きな操作出力信
号を与え、被制御量を速やかに目標値に近づけようとす
る。

制御装置は積分特性を特つのが普通であるから、偏差の
大きい状態が長く続くと、リセット・ワインドアップを
生じ、制御量が目標値をオーバ・シュートして整定する
まで長時間を要する。

制御装置のリセット・ワインドアップを防止しかつ制御
量の整定時間を短くする手段としては これまで様々な
ものが提供されている。

このような装置の従来例としては、特公昭４４−５０７
３号公報に記載されたようなものがある。

この従来例は、ＣＲ負帰還回路を有する演算増幅器から
なる比例・積分・微分調節計と、この調節計の自動モー
ドにおける最終出力に近い出力値をもつ定電流源とを用
い、目標値と制御量との偏差に応じて、負荷および積分
コンデンサに与えろ操作信号の切り換えを制御するよう
にしている。

すなわち。

偏差が第１の限度値より大きい間は、調節計の飽和出力
信号を負荷に与えるとともに、積分コンデンサには定電
流源の出力に対応した電圧を充電し、偏差が第１の限度
値より小さく第２の限度値より大きい間は、調節計の出
力信号なダ□−抵抗に与えて、負荷には定電流源の出力
を与えるとともに、この定電流源の出力に対応した電圧
を積分コンデンサに充電し偏差が第２の限度値より小さ
くなったときは、調節計の出力信号を負荷に与えろとと
もに、定電流源を負荷および積分コンデンサから切り離
すようにしたものである。

このような装置によれば、バッチ・プロセスに与えられ
る操作信号としては、偏差が第１の限度値より大きい間
は調節計の飽和出力信号が与えられ、偏差が第１の限度
値と第２の限度値との間にあるときは、定電流源の出力
が与えられ、偏差が第２の限度値より小さくなったとき
は、調節計の自動制御出力が与えられる、なお、プロセ
スが定電流源の出力によって操作されている間に、調節
計の出力信号は、偏差の減少にともなって、飽和出力か
ら次第に定電流源の出力値に近すいていく。

ここで、第１の限度値は、比較的大きな値とされ、偏差
が第１の限度値以上であるときは、調節計が必ず飽和出
力信号を生じて、制御量を速やかに目標値に近すげられ
ろようになっており、また、第２の限度値は、きわめて
小さな値とされ、自動モードに移行したときの操作出力
信号の変動ができるだけ少なくなるようになりでいろ。

このような装置においては、モードを３つに分けて動作
させるために、偏差の限度値が２つ必要とされる。

そして第１の限度値は、調節計を飽和させるのに十分な
値でなげればならず、また、第２の限度値は、自動モー
ドに切り換えたときの出力の変動をできるだけ小さくす
るために、十分小さなものでなげればならない。

このため、２つの偏差限度値をいずれも周到な注意を払
って決めなげればならず、面倒である。

また、動作モードの切り換えに応じて、調節計と定電流
源の出力を負荷とタミー抵抗に切り換えて与え、かつ、
積分コンデンサを定電流源の出力に対応して充電するた
めに、複雑な回路の切り換えを必要とする。

近年制御装置としては、外部信号に対する追従機能を備
えた比例・積分調節計（ＰＩ調節計）が出現してきてい
るが、このよ５なＰＩ調節計を利用すると、効果的なバ
ッチ・プロセス制御装置を実現できる。

本考案の目的は、追従機能をもったＰＩ調節計を利用す
ることにより、構成が簡単で、モード切り換え点の設定
の容易なバッチ・プロセス制御装置を提供することにあ
る。

本考案は、目標値と制御量との偏差に基づく出力信号を
生じる自動モードと、外部から与えられる操作信号に追
従した出力信号を生じる追従モードとを有する比例・積
分調節計、制御量を速やかに目標値に近すげるための操
作信号を生じる第１の操作信号発生器、自動モードにお
けろ前記比例・積分調節計の最終出力に近い値の操作信
号を生じる第２の操作信号発生器、偏差を監視しそれが
所定の限度より犬であるとき前記第１の操作信号発生器
の出力信号を前記比例・積分調節計に操作信号として与
え、偏差が所定の限度より小であるときは前記第２の操
作信号発生器の出力信号を前記比例・積分調節計に操作
信号として与える偏差モニタ、および、バッチ制御の初
期の段階では前記比例・積分調節計を追従モードとし、
前記偏差モニタが前記第２の操作信号発生器の出力信号
を前記比例・積分調節計に与えたとき所定の遅れをもっ
て前記比例・積分調節計を自動モードとする制御器を具
備したバッチ・プロセス制御装置によって上記の目的を
達成したものである。

以下図面によって本考案を説明する。

第１図は本考案実施例の概念的構成図である。

第１図において、ＣＮＴはＰＩ調節計、ＳＧ１は目標値
発生器、ＳＧ２は第１操作信号発生器、ＳＧ３は第２操
作信号発生器、Ｍは偏差モニタ、ＦＸは制御量検出器、
■はプロセス操作器、Ｅ／Ｐは電・突変換器、ＲＣはリ
レー制御器、Ｒ１−Ｒ４はリレーである。

ＰＩ調節計ＣＮＴは目標値発生器ＳＧ１が発生する目標
値ｆｓと制御量検出器ＦＸが発生する制御量の測定値ｆ
との偏差を入力信号とし、操作出力信号を電・突変換器
Ｅ／Ｐを通じてプロセス操作器ＶＫ与えろ。

ＰＩ調節計ＣＮＴはリレーＲ４の開閉により動作モード
が決定されろ。

偏差モニタＭは目標値ｆｓと制御量の測定値ｆとの偏差
を監視し、それが所定の限度より大きいか小さいかによ
って リレーＲ２をそれぞれ非励磁または励磁とする。

偏差モニタＭの動作にはヒステリシスを持たせる。

リレーＲ２の常閉接点には第１操作信号発生器ＳＧ２が
接続され、常開接点には第２操作信号発生器ＳＧ３が接
続される。

これら操作信号発生器の出力信号ｃＨおよびｃＬはリレ
ーＲ２の接点の開閉につれてＰＩ調節言１ＣＮＴに追従
すべき信号として与えられろ。

リレー制御器ＲＣはリレーＲ１ｔ Ｒ４の開閉を制御す
る。

このように構成された装置の動作は次のとおりである。

動作説明図を第２図に示す。リレー制御□□器ＲＣはリ
レーＲ１を励磁、リレーＲ４を非励磁としてバッチ・プ
ロセスの制御を開始させる。

リレーＲ４が非励磁であるからＰＩ調節計ＣＮＴは追従
モードになっている。

制御開始後しばらくは制御量ｆとその目標値ｆｓとの偏
差がきわめて太きいから、偏差モニタＭはリレーＲ２を
非励磁に保つ。

このためＰＩ調節計ＣＮＴには第１操作信号発生器ＳＧ
２の操作信号ｃＨが与えられ、ＰＩ調節計ＣＮＴはそれ
に追従した操作出力信号Ｃを生じろ。

操作信号ｃＨＯ値は、制御量ｆをできるだけ速やかに目
標値ｆｓに近づけさせるような値に選ばれる。

制御量ｆが目標値ｆｓに近づいて、偏差が所定の限度Ｈ
よりも小さくなると、偏差モニタＭはリレーＲ２を励磁
する。

これによってリレーＲ２は常閉接点から常開接点に投入
され、ＰＩ調節計ＣＮＴには第２操作信号発生器ＳＧ３
の操作信号ＣＬが与えられるので、ＰＩ調節計ＣＮＴの
操作出力信号Ｃはそれに追従してＣＬとなる。

リレー制御器ＲＣはリレーＲ２が励磁されたとき、τ時
間後にリレーＲ４を励磁してＰＩ調節計ＣＮＴの動作モ
ードを自動モードに切換える。

時間τはＰＩ調節計ＣＮＴの操作出力信号がｃＬに落ち
着くのに充分な値に定められる。

ｃＬＯ値はｃＨよりも小で、かつＰＩ調節計ＣＮＴの最
終的な操作出力に近い値に定めておく。

以後ＰＩ調節計ＣＮＴは自動モードで動作し、制御量ｆ
と目標値ｆｓとの偏差に応じたＰＩ調節動作を行なう。

偏差モニタＭの限度設定値Ｈと第２操作信号ｃＬの値を
適切に定めることにより、ＰＩ調節計ＣＮＴのリセット
・ワインドアップを防ぎ、制御量ｆをオーバ・シュート
させることなく、短い整定時間で目標値ｆｓに一致させ
ることができる。

偏差が偏差モニタＭの限度設定値Ｈにかかるまでは、プ
ロセスは、ＰＩ調節計ＣＮＩの本来の出方の如何にかか
わらず、第１操作信号発生器ＳＧ１の操作信号ＳＨによ
って操作されるので、偏差モニタＭの限度設定値Ｈは、
ＰＩ調節計ＣＮＴの飽和出力の維持を度外視して、でき
るだけ小さい値に定めることができる。

このため、第１操作信号発生器ＳＧＩの操作出力ＳＨで
、できるだけ目標値ｆｓに近いところまで制御量を速や
かにもっていってから、第２操作信号発生器ＳＧ２によ
る操作に切り換え、次いで自動モードに切り換えること
ができる。

したがって、モード切り換えのための偏差限度値の設定
が容易であり、しかも目標値に整定するまでの時間を短
縮することができる。

■バッチの制御が終了すると、リレー制御器ＲＣはリレ
ーＲ１、Ｒ４を非励磁にする。

これによってＰＩ調節計ＣＮＴの操作出力信号が遮断さ
れるので、制御量ｆは目標値ｆｓから離れて初期状態に
戻り始めろ。

そして偏差が偏差モニタＭの限度値りより大きくなると
、偏差モニタＭＫリレーＲ２を非励磁にする。

以下各バッチごとに同様な動作な繰返えす。

このような装置は、追従機能を有するＰＩ調節計を、２
種類の外部操作信号に順次追従させるようＫしたのでの
で、従来の、調節計の飽和出力信号と１つの外部設定信
号を利用する場合のように複雑な回路の切り替えを要せ
ず、単純明快な構成となる。

このように本考案によればＰＩ調整計の追従機能を利用
することにより、構成が簡単で、モード切り換え点の偏
差限度値の設定かの容易なバッチ・プロセス制御装置が
得られる。

なお上述の実施例では第１および第２の操作信号を固定
の値としたが、外乱に応じてこれにフィード・フォワー
ド信号を加算するようにすれば、さらに良好な制御が期
待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案実施例の概念的構成図、第２図は動作説
明図である。 ＣＮＴ・・・・・・ＰＩ調節計、ＳＧ１・・・・・・目
標値発生器、ＳＧ２．ＳＧ３・・・・・・操作信号発生
器、Ｍ・・・・・・偏差モニタ、ＦＸ・・・・・・制御
量検出量、■・・・・・・プロセス操作器、Ｅ／Ｐ・・
・・・・電・突変換器、ＲＣ・・・・・・リレー制御器
、Ｒ１−Ｒ４・・・・・・リレー。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 目標値と制御量との偏差に基づく出力信号を生じる自動
   モードと、外部から与えられる操作信号に追従した出力
   信号を生じる追従モードとを有する比例・積分調節計、
   この比例・積分調節計の最大出力値に相当する操作信号
   を生じる第１の操作信号発生器、自動モードにおげろ前
   記比例・積分調節計の最終出力に近い値の操作信号を生
   じろ第２の操作信号発生器、偏差を監視しそれが所定の
   限度より犬であるとき前記第１の操作信号発生器の出力
   信号を前記比例・積分調節計に操作信号として与え、偏
   差が所定の限度より小であるときは前記第２の操作信号
   発生器の出力信号を前記比例・積分調節計に操作信号と
   して与える偏差モニタ。 および、バッチ制御の待期の段階では前記比例・積分調
   節計を追従モードとし、前記偏差モニタが前記第２の操
   作信号発生器の出力信号を前記比例・積分調節計に与え
   たとき所定の遅れをもって前記比例・積分調節計を自動
   モードとする制御器な具備したバッチ・プロセス制御装
   置。