JPS59132002A - 遠隔同調可能な３モ−ドアナログ制御装置 - 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】 本発明は、一般的には、プロセス制御装置に関し、詳し
くいうと、光抵抗器（光導管セル）および可変光源を使
用して調節できる比例積分微分関数に従って制御変数に
対応する信号を処理する新規な、有用な５モード制御装
置に関する。

例えば蒸気の発生のような種々のプロセスは温度および
圧力のようなプロセスにおける１つの以上のパラメータ
を調節する制御装置を使用する必要がある。

ある制御−変数に対応する信号の積分値、その微分値、
およびその比例値を得る比例積分微分制御装置すなわち
ＰＩＤ制御装置と称される３モードアナログ制御装置は
知られている。これは制御パラメータのより滑らかな調
整を可能にする。そのようなＰＩＤ制御装置の詳細は１
９７５年のパブコック・アンド・ウィルコックス・カン
パニー第３８版「蒸気その発生および用途」の第３５章
に見られる。

第１図に示すように、既知の３モード制御装置は１０．
１２および１４で指示された３っ−のポテンショメータ
を含む。

ポテンショメータ１０はコンデンサｃ１および可動タッ
プ付抵抗Ｒ１からなる積分回路に含まれており、この可
動タップは積分の時定数を調節する。この回路はリセッ
ト調整回路として知られている０引ｎと指示された制御
変数が端子１６に供給される。信号の微分の率を調節す
るためのレート調整はコンデンサＣ３およびＣ２、なら
びに可変抵抗Ｒ２より形成された微分回路すなわちレー
ト回路に含まれたポテンショメータ１２によって行なわ
れる。

選択された利得を信号に適用するための比例回路は可変
抵抗Ｒ６を含むポテンショメータ１４によって調整され
る。演算増幅器Ａ１およびＡ２がまたこの回路に含まれ
ており、出力電圧Ｂｏｕｔ　　を端子２０に発生する。

第１図に示す３モードアナログ制御装置の同調調整は伝
統的に操作者あるいは他の責任のあるプラントの職員に
よって手動で設定されている。これらの設定は制御装置
において手動で調整されねばならないから、プロセスの
ダイナミックスに、これらが生じたときに、制御装置を
思慮分別をもって適応させる際に殆んど融通性がない。

負荷、需要、あるいは送給速度のような実際のプロセス
の外乱の直接の結果として同調の修正（変更）を行なう
能力を有することにより利益を得る多くの産業上の応用
例がある。しかしながら、これらの大部分は適当な設備
がないために、あるいは高価な、複雑な技術を必要とす
るので、研究されないま＼である。

第５図はパブコツクーアンド・ウィルコックスのＲＢボ
イラーに対する過熱温度制御アナログ論理を例示するも
のである。制御装置は最終の過熱温度をライン１８を介
して差ユニット（減算器）２２に供給されるあらかじめ
プログラムされた設定値に保持するように設計されてい
る。差ユニット２２は温度送信機２４から実際の温度も
受信す−る。差信号すなわち誤差信号は差ユニット２２
の出力に接続されたライン２６を通じて供給される。

非常に速いかつより適当なレスポンスを可能にするため
に２次の流れ制御ループが加えられている。この２次の
制御ループは圧力送信機２８からの圧力差に応答する。

この圧力差は和ユニット（加算器）６２からの湿度ルー
プ情報とともに制御装置３０において処理される。弁制
御Ｎ３４が弁３６を調整するＭ御装置３０の出力に従っ
て作動される。

負荷要求信号がライン３８を介して一対の関数発生器４
０に供給される。この要求信号は全体の負荷レスポンス
を改善するために導入される。ライン２６に入力を有す
る１次の温度ループは負荷要求に反比例するプロセスの
遅れ（時間遅延）を示す。その結果、より高い利得およ
びより低いリセット設定値がより低い負荷要求に対して
はより適当している。リセットすなわち積分関数は乗算
ユニット（乗算器）４２、関数発生器４０、および積分
ユニット４６によって提供される。利得設定値は、関数
発生器４０、乗算ユニット（乗算器）４４、および比例
ユニット４８を使用することによって得られる。

適応プロセス制御装置を有する制御システムは米国特許
第４９３９．３２８号にも開示されている。

本発明によれば、従来技術の３モードアナログ制御装置
において使用されるポテンショメータは１つ以上の光抵
抗器（光導電セル）と置換される。

これら光抵抗器の抵抗値はとれら光抵抗器と関連する発
光ダイオードあるいは他の光源の入力に供給される電流
を制御することによって変化される。

かくして、遠方から供給できる電圧レベルあるいはコン
ピュータからのアナログ出力によって簡単に調整が行な
える。

本発明の１つの特徴によれば、すべてのポテンショメー
タが別個の光抵抗器／光源組合せ体と交換される。

本発明の他の特徴によれば、比例調整は光源と光抵抗器
を使用し、レートおよびリセット調整はそれぞれ別個の
電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）によって提供される。

各ＦＥＴはそれ自身の同調回路に接続されている。同調
の設定値はのこぎり波形の変化率を調整する電圧を選択
する。この波形があらかじめ設定された基準電圧に達す
ると、同調回路のトランジスタスイッチがオンとなり、
この波形をリセットする。各同調回路は基準電圧とトラ
ンジスタスイッチからの電圧を受信するた−めのコンパ
レータを含み、このコンパレータの出力は同調設定値に
よって決定されるデューテイサイクルを有する方形波と
なる。との波形はＦＢＴをオンおよびオフ状態、に駆動
するために使用される。かくして、同調設定値は３モー
ドアナログ制御装置のレートまたはリセット回路の実効
抵抗を決定する。

光源と光抵抗器の組合せ体の使用は例えば米国特許第２
，２７５，５３７号やゼネラル・エレクトリック社報Ｂ
ＴＤ’−２９７１人に例示されているように知られてい
るけれど、３モード制御装置にこれら素子を使用するこ
とは特に遠隔の調整に対して簡単な機構を提供する。

また、電界効果トランジスタを使用することに、よって
、上記第１図に例示した通常の解決法を使用するよりも
長い微分および積分時間が得られる。

従って、本発明の目的は制御変数に対応する信号を調整
して制御出力を発生するための３モードアナｐグ制御装
−置であって、前記信号を選択された時定数で積分する
とともに該時定数を変えるためのリセット調整手段を有
する積分回路と、前記信号に選択された利得をあてはめ
るとともに該利得を変えるための利得調整手段を有する
比例回路と、前記信号の導関数を得るとともに該導関数
のレートを変えるためのレート調整手段を有する微分回
路とを含み、少なくとも１つの調整手段が光抵抗器と光
源の組合せ体によって提供され、変化する度合の電流が
この光抵抗器と光源の組合せ体に供給できる３モードア
ナログ制御装置を提供することである。

本発明の他の目的は利得調整手段→５光源と光抵抗器の
組合せ体によって形成され、レートおよびリセット調整
手段がそれぞれ基準電圧を設定電圧°と比較することが
できる別個の同調回路によ２て制御すれる電界効果トラ
ンジスタによって形成され、各同調回路が電界効果トラ
ンジスタの状態を制御するようになきれた上記のような
制御装置を提供することである。

不発明を特徴付ける新規な種々の特徴は特許請求の範囲
に詳細に記載されている。不発明を十分に理解するため
に、以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例
について詳細に説明する。

第２図を参照すると、電圧引ｎを搬送する入力ライン５
６を含む本発明の一実施例の３モード制御装置が総括的
に参照数字５０で指示されている。

電圧引ｎは温度あるいは負荷要求のような特定のプロセ
スパラメータに対する所望の亀と実際の量との間の誤差
信号であってもよい制御装置の変数に対応する信号であ
る。この信号は総括的に参照数字５８で指示された積分
回路において処理される。この積分回路５８はＬＥＤ６
２および光抵抗器６４からなるリセット調整手段６０を
含む。従来技術の場合と同様に、積分回路５８はコンデ
ンサＣ１を含む。

遠隔リセットａ整電流がライン６に６を介してＬＥＤ６
２に与えられ、ＬＢＤ６２は光抵抗器６４の抵抗値を所
望の程度に調整する。

制御装置５０はまた、演算増幅器Ａ２、抵抗器Ｒ４、お
よび利得調整手段７２から構成された総括的に参照数字
７０で指示された比例回路を含ｂ０利得調整手段７２は
また、光源、特定するとＬＦｆＤ７４および光抵抗器７
６から構成されている。

選択された大きさの電流をライン７８を介して供給する
ことによって、ＬＥＤ７４はある程度に発光し、比例回
路７０によって制御装置５０の出力８１からライン８０
を介して受信されるフィードバック信号に適用される利
得を調整する。

コンデンサＣ２およびＣ６、ならびにレート調整手段８
４から構成された微分回路８２が設けられている。レー
ト調整手段８４はＬＥＤと光抵抗器の対より構成され、
ライン８６を介しての電流によって制御される。演算増
幅器Ａ１が第１ＦＡに示す従来技術の回路と同じ態様で
機能するが、しかし適応態様で遠方で、自動的に作動さ
せることができる制御装置の回路を完成する。

第３図は総括的に５０′で指示された本発明の制御装置
の他の実施例を示す。この制御装置５０′は比例回路７
０に対してはＬＥＤと光抵抗器の組合せを使用するけれ
ど、リセットおよびレー）Ｎ整機能としては電界効果ト
ランジスタＦＥＴ１およびＦＥＴ２をそれぞれ使用する
。

この回路の他の機能は第１図および第２図のものと同じ
である。

第４図はＦＥＴ　１またはＦＥＴ　２を制御するのに使
用できる総括的に９０で指示された代表的な同調回路を
示す。この同調回路９０は一方の電界効果トランジスタ
に対するものであり、他方の電界効果トランジスタに対
しても同じ回路が用意される。

回路９０はスイッチングトランジスタＱ１を含み、この
スイッチングトランジスタＱ１はそのエミッタとフレク
ネの間にコンデンサＣ４が接続されている。抵抗Ｒ７は
Ｑｌのベースを出力ライン９２に接続し、この出力ライ
ン９２は第６図の電界効果トランジスタの１つに接続さ
れる。

設定点電圧は抵抗Ｒ９によって形成されたポテンショメ
ータによって提供でき、あるいは制御されるべきプロセ
スにおいて発生できる。この電圧は演算増幅器Ａ３で増
幅される。この演算増幅善人３はスイッチングトランジ
スタＱ１とともに、回路９０に供給される電圧によって
変化する可変のデユーティサイクルを有するのこぎり波
形を発生する。こののこぎり波は増幅器Ａ４において基
準電圧と比較され、同じデユーティサイクルを持つ方形
波を出力ライン９２に発生する。ライン９２を回路５０
′の電界効果トランジスタの１つに接続することによっ
て、この電界効果トランジスタはレートまたはリセット
調整手段の実効抵抗を決定する速度でオンおよびオフ状
態に駆動される。

第６図は５０．５０′で図示した本発明の制御装置に対
する周囲電境の一例を示す。温度送信機２４からの実際
の温度とライン１８からの温度設定点との差に対応する
信号が差ユニット２２’によって提供される。

なお、図面全部を通じて同様の参照数字は機能的に同様
の部品を指示するのに使用されている。

関数発生器４０には要求信号がライン３８を介して供給
され、回路５０．５０′に出力され、遠隔の利得同調調
整および遠隔のリセット同調調整設定値を提供する。調
整された制御値は制御装置出力ライン８１に発生され、
和ユニット３２に送られ、ここでこの値がライン１００
を介して供給されるスプレー流要求信号と組合わされる
。回路の残部は第５図に示す従来技術のものと同じであ
る。

本発明によれば、利得およびリセット関数ブロックが２
モード制御装置に組合わせることができるという利点が
ある。同調パラメータを変えるための条件は直接制御装
置に結合される。この構成によれば、さらに一層の改良
が可飽諸なる。微分動作（レート）は３モード制御装置
に容易に組み入れることができ、同様の態様で同調でき
る。まだ、スプレー信号に対して使用される和ユニット
３２を除去するためにフィードフォーワード制御装置が
使用できる。関数発生器は絶対同調値に関、　　　して
要求信号を特徴付けするまで完全な融通性を保持するよ
うに維持される。２次制御、すなわち比較的速い流れル
ープ、は変化されない状態に保持できる。

第６図に例示したように、本発明は第５図において使用
されたものよりさらに融通性のある計画、設計を実施す
るのに必要なハードウェアの数を大ΦＭに減少させてい
る。このハードウェアの数の減少はシステムの信頼性お
よび有効性を大いに向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術による３千−ド制御装置の一例を示す
回路構成図、第２図は本発明の一実施例による３モード
制御装置の回路構成図、第３図は本発明の他の実施例を
示す回路構成図、第４図は第３図の実施例におけるリセ
ットおよびレートの両調整に使用できる同調回路の一例
を示す回路構成図、第５図は従来技術による過熱スプレ
ー弁制御装置の動作を例示する回路構成図、第６図は本
発明による過熱スプレー弁制御装置の動作を例示する回
路構成図である。 ５０．５０’　　：３モード制御装置 ５８：積分回路 ６０：リセット調整手段 ６２．７４二発光ダイオード（ＬＥＤ）６４．７６：光
抵抗器 ７０：比例回路 ７２二利得調整手段 ８２：微分回路 ８４ニレ一ト調整手段 ９０：同調回路 ４０：関数発生器 Ａ１−Ａ３：演算増幅器 Ａ４：増幅器 ＦＢＴ　１、ＦＥＴ２：′に界効果トランジスタＱ１：
スイッチングトランジスタ 手続袖正書（方式） 昭和５９年２月１４日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 事件の表示　昭和５８年特願第１６０５８７Ｓ号発明の
名称　　遠隔同調可能な３モードアナログ制御装置補正
をする者 事件との関係　　　　　　　　　　　特許出願人名　称
　ザ・パブコック・アンド・ウィルコックス・カンパニ
ー代理人 〒１０３ 補正の対象 願書の鞭州酬出願人の欄 一＝−ＪｉＴａ　　　　　　　　、’ｌＩ　ｎ”　’　
　−’　　−＋−１１委任状及びその訳文　　　　　　
　　　　　　各１通図面　　　　　　　　　　１通 補正の内容　　別紙の通り 図面の浄書（内容に変更なし）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）制御変数に対応する信号を調整して制御出力を発
   生するための３モードアナログ制御装置において、 選択された時定数で前記信号を積分するための、かつ該
   時定数を変化させるためのリセット調整手段を有する積
   分回路と、 前記信号に選択された利得を適用するための、かつ該利
   得を変化させるための利得調整手段を有する比例回路と
   、 選択された率で前記信号の導関数を得るための、かつ該
   率を変化させるためのレート調整手段を有する微分回路 とを具備し、 前記リセット、利得、およびレート調整手段の少なくと
   も１つが光源と、該光源に接続され、該光源に選択され
   た電流値を供給して該光源から可変の光放射を生じさせ
   るための電流ラインと、前記光源によって放射される光
   の変化によって抵抗値を変える光抵抗器とからなること
   を特徴とする３モードアナログ制御装置。 （２）前記リセット、利得、およびレート調整手段のそ
   れぞれが個々の光源および光抵抗器より構成されている
   特許請求の範囲第１項記載の制御装置。 （３ン　　前記信告を受信するだめの入力端子と、前記
   制御出力を供給するだめの出力端子と、前記光抵抗器の
   うちの第１の光抵抗器に並列に接続された第１のコンデ
   ンサと、該第１の光抵抗器と前記出力端子との間に接続
   された第１の演算増幅器とを含み、前記第１の光抵抗器
   が前記入力端子に接続されており、前記微分回路が前記
   第１の演算増幅器の入力に接続された前記光抵抗器のう
   ちの第２の光抵抗器と、該第２の光抵抗器に直列に接続
   された第２のコンデンサと、該第２の光抵抗器に並列に
   接続された第３のコンデンサとから構成されており、前
   記比例回路が前記出力端子に接続された入力および前記
   第２のコンデンサに接続された出力を有する第２の演算
   増幅器と、前記第２のコンデンサと接地間に接続された
   前記光抵抗器のうちの第３の光抵抗器とから構成されて
   いる特許請求の範囲第２項記載の制御装置。 （４）前記比例回路が前記少なくとも１つの光源および
   光抵抗器を含み、前記積分および微分回路のそれぞれが
   電界効果トランジスタと該電界効果トランジスタに接続
   され、該電界効果トランジスタを選択されたデユーティ
   サイクルで動作させて該電界効果トランジスタの抵抗値
   を変化させるための同調回路とを含む特許請求の範囲第
   １項記載の制御装置。 （５）前記各同調回路が可変の選択された電圧値を受信
   するための入力端子と、該入力端子に接続された入力と
   出力とを有する゛第１の演算増幅器と、該第１の演算増
   幅器に並列に接続された同調回路コンデンサと、該同調
   回路コンデンサに接続されたエミッタ・コレクタ接合を
   有するスイッチングトランジスタと、前記第１の演算増
   幅器の出力に接続された第１の入力および基準電圧を受
   信するように適合された第２の入力を有する第２の演算
   増幅器と、前記スイッチングトランジスタのベースに接
   続された出力とを具備し、前記第２の演算増幅器がコン
   パレータとして働き、かつ前記同調回路の出力に接続さ
   れた出力を有し、前記同調回路の出力が前記電界効果ト
   ランジスタの一方のべ一−スに接続されている特許請求
   の範囲第４項記載の制御装置。 （６）前記信号を受信するための入力端子と、前記制御
   出力を供給するだめの出力端子とを含み、前記積分回路
   が前記入力端子に接続されかつ前記電界効果トランジス
   タのうちの第１の電界効果トランジスタに接続された第
   １の抵抗器と、該第１の抵抗器と第１の電界効果トラン
   ジスタとに並列に接続された第１のコンデンサとを含み
   、第３の演算増幅器の入力が前記第１の電界効果トラン
   ジスタに接続されかつ該第３の演算増幅器の出力が前記
   出力端子に接続され、前記微分回路が前記第３の演算増
   幅器の入力に接続されかつ前記電界効果トランジスタの
   うちの第２の電界効果トランジスタに接続された第２の
   抵抗器と、該第２の抵抗器と第２の電界効果トランジス
   タとに並列に接続された第２のコンデンサと、該第２の
   コンデンサと並列接続された第２の抵抗器および第２の
   電界効果トランジスタとに直列に接続された第３のコン
   デンサとを含み、前記比例回路が前記出力端子と前記第
   ２のコンデンサとの間に接続された第４の演算増幅器と
   、前記第２のコンデンサと接地間に接続された前記少な
   くとも１つの光抵抗器とを含む特許請求の範囲第５項記
   載の制御装置。