JPS60134903A

JPS60134903A - 流通媒体のプロセス変数制御装置

Info

Publication number: JPS60134903A
Application number: JP59249422A
Authority: JP
Inventors: ルドルフ　ヘルゾツグ
Original assignee: Sulzer AG; Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1983-12-21
Filing date: 1984-11-26
Publication date: 1985-07-18
Also published as: EP0149002B1; IN161483B; AU3711884A; US4702306A; DE3479248D1; CA1236898A; EP0149002A1; AU583023B2

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】イ、産業上の利用分野本発明はプラントの被制御部を質流する媒体に関するプ
ロセス菱数を制御するための装置であって、核部が熱変
換器、それに結合された媒体供給管路、その熱交換器に
結合された媒体吐出管路、この媒体供給管路と媒体吐出
管路に熱交換器と並列に結合された結合管路、被制御部
を流れる媒体の少くとも一部が貫流する第１スロットル
部材、及び結合管路に配置された第２′スロツトル部材
を含み、その被制御部が通常運転でのこのプロセス変数
の少くとも２つの異なる測定値を与えるためこのプロセ
ス変数のための少くとも２つの測定部材を含み、これら
の測定部材によって検出された測定値から示差信号を作
るコンパレータが設けられ又いる装置に関する。

口、従来の技術出力温度を制御するためのこの種の装置は知られており
、そこでは第１及び第２スロットル部材の両方がコンパ
レータ出力信号によって直接制御されている。その結果
、２つのスロットル部材は固定法則によって連結され、
相互依存によってのみ作動できる。この連結機能は１つ
めスロットル部材が閉じると他が開き、及びその逆にな
るように選はれ、それで熱交換器と結合管路に反対方向
の流れが流れるので熱変換器を通る流れは与えられた被
制御１部の負荷に対し一定に保たれることが可能である
。この既知のシステムの欠点はそれが外乱に対して反応
する慣性が非常に大きいことである。

ノ）発明が解決しようとする問題点本発明の目的は上記の種類の装置を外乱に対しもつと速
く反応するように改良することである。

ニ１問題点を解決するための手段このため、本発明によれはその装置は被制御部を貫流す
る媒体に関する第２プロセス変数のための限定部材、制
御装置及びとの翫１スロットル部材からなる制御回路を
含み、そのコンパレータがその出力側で（ａ）信号線を
径てこの第２プロセス斐数のための制御回路に及び（ｂ
）信号線を径て第２スロットル部材に結合されている。

ホ１発明の効果外乱のある場合、これら２つのスロットル部材は最初は
各々第１プロセス変数に依る信号によって且つ互に独立
に作動されるので、冷媒体と温媒体の相対割合を変え次
に、例えは、第２プロセス変数として、熱交換器を貫流
する流量を、もし望むなら一時的に、しかし非常に急速
に、変えることができる。その結果は外乱に対し非常に
急速な反応をする。本発明によるとの装置のその他の重
要な利点は次の通りである。即ち、（ａ）　各スロットル部材は他とは独立に最適な方法で
、即ちそれ自身の特性に従って作動される。

（ｂ）２つのスロットル部材を互いに独立に使うことが
できるという事実はこの制御システムに何らかの改良を
予約する注目すべき制御構造を与える。

（Ｃ）　被制御部の運転はより監視できる制御条件によ
って非常に単純化されている。特に、熱交換器を通る泥
波を制御することは簡単なことである。

（ｄｌ　蒸気又はガスが媒体として使われそして出口温
度が制御されるというよくある場合、この出口温度の設
定暗からのずれは従来技術の場合より小さく、それで最
大圧力はより小さい。その結果、ポンプ、ファン、蓄圧
タンク、圧力制御装置、管路及び媒体が循環するその他
の部品はより小さく又はより亜址を軽く作ることができ
、かなりの節約となる。

特許請求の範囲第２項に記載する特徴による装置の設計
は第１プロセス変数に対して急激な転移は何もなく単位
時間当り非常におだやかな漸近曲線を与える。

特許請求の範囲第３項によるコンパレータによる媒体の
第２プロセス変数に対する許容度は単位時間当りの制（
財）特性にかなりの改良を与える。これは特に第２プロ
セス変数が熱交換器の流址であるときに適用する。何故
ならこの変数は熱プロセス、例えは、熱交換に対してか
なり影響するからである。

媒体供給管路に特許請求の範囲第４項による蓄圧器を配
置することは被制御部の媒体流量を落ち看かせる結果と
なり、それでスロットル部材の作動条件と共に、測定条
件、測定結果及び制御品質を改嵜する。

もしこの装置が特許請求の範囲第５項に従って構成され
るなら、結合管路の媒体は吐出管路から供給管路へ流れ
る。その結果、熱交換器を頁流する流址は被制御部へ又
は被制御部から流れる泥波より大きい。熱交換器の中の
熱流の短期変動に対するこの種の被制御部の感度は、そ
の良い動的制御特性が優勢であるように、比較的低い。

例えば、熱交換器を横切る媒体側の温度差は媒体流量が
比較的多いので比較的低く、と１れが出口温度のずれを
減する。

特許請求の範囲第６項による装置では、媒体は結合管路
の中を供給管路から吐出管路へ流れる。

従って、媒体の全流量の一部だけが熱交換器を頁流し、
従って後者はその大きさの点で特にコン７々クトである
。従ってこの具体例は本発明により非常に安価な装置と
なる。

供給管路と吐出管路の間の圧力差は多くの要中に依り、
更に詳しくは被制御部で行われる７０ロセスの種類、即
ち熱交換器のガス又は蒸気が加熱されるか冷却されるか
、２つの管路の間の測地的ヘッド差、被制御部にポンプ
が設けられている力）圧縮機が設けられているか、及び
圧力損失に依る。

従ってこの圧力差は、いつの場合も境界条件に従って最
適プロセスの選択が大ていの用途に於（・て自由にでき
るように、広い範囲内で影響されることができる。

へ実施例と作用本発明の２つの実施例を図面を参照して以下に詳細に説
明する。

第１図を参照すると、このプラントは冷却水冷却のため
の被制御部１０、この被制御部を貫通する水散を制御す
るための制御回路２０、及びこの部１０の出口温度を制
御するための本発明による装置３０を有する。

部１０は熱交換器１１を含み、そこで多波の熱◇１がそ
こを流れる冷却水から、例えは突気の流れ（図示せず）
によって吐出される。この部分１０は又冷却水のための
供給管路１２、冷却水のための吐出管路、及び熱変換器
１１と並列に供給管路１２を吐出管路１３に結合する結
合管路１４を含む。ポンプ（図示せず）は冷却水を供給
管路・１２を通して熱交換器１１へ送り且つ後者から吐
出導管１３を通して冷却のための機械又はエンジン（図
示せず）へ戻す。結合管路１４が分岐する点の上流に、
供給管路１２は電気モータ駆動装置をもつ弁の形をした
第１制御スロットル部材１５を含む。結合管路１４はこ
れも電気モータ駆動装置をもつ弁の形をした第２制御ス
ロットル部材１６を含む。

制御回路２０で、流緻計２１は熱又換器１１を貫通ずる
水量弊を測定しその測定結果を信号線２２を経てコンパ
レータ２３へ伝え、そのコンパレークでその測定信号が
信号線４１を紅で送られた設定値信号と比較される。こ
れら２つの信号の差は信号線２７を経てＰＩ制（財）装
置２８へ送られる。後者からの出力信号は信号線２９を
経て弁１５へ送られ、このようにしてこの部分１０を貫
流する水の全敗を制飴１する。

装置３０はコンパレータ３１を含み、それに部分１０の
出口温度Ｖいに対する設定値信号が信号線３２を介して
送られる。この温度の測定のために、温度センサ３５は
結合管路１４が入る点の下流の吐出管路１３に設けられ
ている。温度センサ３５は信号線３６を介してコンパレ
ータ３１に通じる。出口温度■アに加えて、入口温度■
。も供給管路１２に熱交換器１１０近くに配置された温
度センサ３３によって測定される。この温度センサ３３
によって測定された入口温度■８は信号線３４ヲ紅でコ
ンパレータ３１へ送られる。後者から信号線３１が分岐
点４０へ通じ、その分岐点からＰ工制御装置２８のため
の設定値信号を伝達する線４１がコンパレータ２３に通
じ且つ信号線４２が結合管路１４にある弁１６に通じる
。

第１図によるプラントの通常の運転では、冷却水は供給
管路１２、熱交換器１１、吐出管路１３及び結合管路１
４を流れる。結合管路１４が分岐する点の上流での供給
管路１２内の冷却水の量は結合管路１４が入る点の下流
での吐出管路１３内の冷却水の址に等しく、これらの緻
の各々は熱交換器１１及び結合管路１４を貫流する冷却
水の触の和に等しい。冷却水温度■及び鳳は温度センす
３３，３５によって絶えず監視され、一方熱交換器１１
を貫流する水の址は流量計２１によって監視され、装置
３０及び制（財）回路２０は通常運転に対する妨害がな
い限りスロットル部材１５及び１６に何も作用しない。

これらの状態で弁１６は結合管路１４を流れる冷却され
ない冷却水と熱交換器１１で冷却される冷却水の混合物
が温度センサ３５の領域で必要な出口温度をもつ程度に
開かれる。

第１図によるプラントに外乱があって入口温度ＶＥが増
加する結果となる場合、温度センサ３３Ｉｔｔコの増加
をコンパレータ３１に報告する。この報告は線３７の出
力信号を変え、弁１６を閉じるため信号線４２を介して
該弁を直接操作する結果となり、それで結合管路１４を
流れる水の址が減り熱交換器１１へ流れる水の量は同時
に増す。緑３７の変化した出力信号は又信号線４１を経
てコンパレータ２３に作用し、そこでそれは流量計２１
から来る信号と比較される。この結果の新しい示差信号
はＰ工制御装置２８に作用し、その制御１装置は弁１５
を開くためにそれを制御し、それで再び熱交換器１１へ
流れる水の量は増加する。

説明した２つの作用は流れに多大な変化を起こすが、流
量計２１の作用でＰＩ制御装置２８を介して弁が閉じる
ように動かされるのでこの急速に作用する流艇制御回路
２０によって冷却水の址の増加のいくらかが引込められ
るため、これは短い時間しか作用しない。

説明した制御シーケンスの結果は出口温度■えが第６図
に示す曲［６０に従って変ることである。

比較のため、第６図の曲線６１は装置３０を使用しない
プラントの出口温度を示す。この２つの曲線の比較はこ
のようにして第１図によるプラントでの出口温度の変化
は従来技術より少く且つより速くその設定値にも達する
ことを示す。

コンパレータ３１は、例えはＰＩ特性をもってもよく、
監視装置として構成されると有利である。

第２図に示す実施例は、温水ボイラーとして作動し循＠
ポンプ５８を含む供給管路５２と吐出管路５３を経て熱
消費装置（図示せず）に結合された熱交換器５１を有す
る被制御部５０を含む。結合管路５４は吐出管路から供
給管路５２へ通じる。

結合管路５４はポンプ５８の上流に注ぎ、それで温水は
吐出管路５３から供給管路５２へ、即ち熱交換器５１の
中の流れの方向と反対方向に流れる。

循環ボン７″５８は水を供給管路５２から熱交換器５１
を介し吐出管路５３へ送る。結合管路５４との接合点の
上流に、供給管路５２は又電気モータ駆動弁の形の第１
制御スロットル部材５５を含み、その上流で蓄圧器１７
が管路５２に結合され圧力変動を補償する。結合管路５
４は第２制御スロツトル部材５６を含み、それも電気モ
ータ駆動装置の弁である。大量の熱６２が何か公知の方
法で熱交換器５１に送られる。

この実施例の制（２）回路２０は信号線３εが信号線２
２から分岐し流量計２１からの出力信号をコンパレータ
３１へも伝えることを除いて第１図に示した実施例と基
本的に同じである。その結果、コンパレータ３１は入口
及び出口温度に加えて同時に熱交換器５１を貫流する水
の址も付加的に考慮する。この追加の情報が第１肉に示
すものに比べてこの装置の感展を増し、ある場合にはど
のような外乱に対してもより速い反応すらする。熱交換
器５１を貫流する水の量の検出は、熱交換器５１に蒸気
が作られた場合水の循環がかなり乱されることかあるの
で、特に重要である。

装置３０は温度センサ３３及び３５、設定値信号線３２
、コンパレータ３１、出力信号線３７、分岐点４０並び
に第２スロットル部材５６に通ずる信号線４２に関して
は第１図による実施例と同じである。しかし、第１図と
は反対に、第２図では分岐点４０から通じる信号１１４
１はＰ部材４３へ導かれ、その出力は信号線４４を介し
てコンパレータ２５へ導かれる。設定値信号を伝える信
号１Ｗ２４もこのコンパレータに結合されている。この
コンパレータ２５で作られた示差信号は信号線２６を経
て流蓋制御回路２ｏの中のコンパレータ２３に送られる
。

第２図に示すプラントの運転は第１図に示すものと基本
的に同じである。制御プロセスは第１図に比べて分岐点
４０とコンパレータ２３の間の追加の要素によって改良
され、水の流緻に関して自由選択が可能である。

両方の実施例に於いて、制御ｉｌ：ｌｊ回路２ｏを熱交
換器１１．５１の後に入れることは可能である。しかし
、その場合、熱交換器１１．５１への媒体の供給を中断
されうるようにするため追加のスロットル部材が設けら
れるべきだろう。第１スロツトル部材１５．５５を結合
管路１４．５４の供給管路１２．５２との接合点の上流
に設けることはプラント部品の検査及び修理作業のため
これらの弁１５．５５の上流で媒体を止めることを可能
にする。

スロットル部材１５及び１６．５５及び５６は安全上の
理由のため冗長な栴成でもよく、且つ直列及び／又は並
列に結合されてもよい。

熱交換器も、例えは予熱器、蒸発器及び過熱器を儂えた
蒸気発生器の形をした多段栴造でもよい。

これらの実施例に使用されたプロセス変数、即ち媒体の
温度及びＫｋは別として、他のプロセス変数、例えは媒
体の圧力、異質の構成内容物（汚染）又は媒体中の相分
布、並びに相互の組合せを測定し且つ制御することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

鶴１図は本発明による装置を含む、加熱されたＩ水の冷
却のだめのプラントの回路図である。第２図は第１図に比べて修整された本発明による装置を
備えた、水の加熱のためのプラントの他の回路図である
。第６図は第１図に示す装置を使用した場合としない場合
の外乱後の単位時間当りの出口温度特性曲線を示すグラ
フである。１０．５０・・・被制御部、１１．５１・・・熱交換器
、１２．５２・・・媒体供給管路、１３．５３・・・媒
体供給管路、１４．５４・・・結合管路、１５．５５・
・・第１スロットルｍ材、１６．５６・・・第２スロッ
トル部材、２０・・・制御回路、２１・・・測定部材、
２８・・・制御装置、３１・・・コンパレータ、３３．
３５・・・測定部材、４１．４２・・・信号線、４３・
・・９部材、５７・・・蓄圧器、５８・・・ポンプ代理人　浅　村　皓

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　プラントの被制御部（１０）を貫流する媒体に
関するプロセス変数を制−御するための装置であって、
核部が熱交換器（１１）、それに結合された媒体供給管
路（１２）、その熱交換器に結合された媒体吐出管路（
１３）、この媒体供給管路と媒体吐出管路に熱交換器と
並列に結合された結合管路（１４）、被制御部を流れる
媒体の少くとも一部が貫流する第１スロットル部材（１
５）、及び結合管路に配置された第２スロットル部材（
１６）を含み、その被制御部が通常運転でのこのプロセ
ス変数の少くとも２つの異なる測定値を与えるためこの
プロセス変数のための少くとも２つの測定部材（３３，
３５）を含み、これらの測定部材によって検出された測
定値から示差信号を作るコンパレータ（３１）が設けら
れている装置に於いて、この装置が被制御部を貫流する
媒体に関する第２プロセス変数のための測定部材（２１
）、制御装置（２８）及びこの第１スロットル部材から
なるていることを特徴とする装置。
（２）　特許請求の範囲第１項記載の装置に於いて、そ
のコンパレータがＰＩ特性をもち、そして第２プロセス
変数のための制御回路に通じる信号線（４１）が２部材
（４３）を含み、一方このコンパレータ出力を伝える他
の信号′＃Ｍ（４２）は第２スロットル部材に直接結合
されていることを特徴とする装置。
（３）特許請求の範囲第１項又は第２項記載の装置に於
いて、第２プロセス変数のための測定部材がその出力ｆ
ｉｌｌ　（３８）でこのコンパレータ（３１）に第１プ
ロセス変数のための測定部材に追加して結合されている
ことを特徴とする装置。
（４）　特許請求の範囲第１項から第６項のいずれか１
つに記載の装置に於いて、第１スロットル部材が結合管
路の接合点の上流で媒体供給管路に配置され且つ蓄圧器
（５７）がこの第１スロットル部材の上流で媒体供給管
路に設けられていることを特徴とする装置。
（５）特許請求の範囲第１．１ｌ１１から第４項のいず
れか１つに記載の装置に於いて、ポンプ（５８）が結合
管路接合点と熱交換器の間で媒体供給管路に設げられて
いることを特徴とする装置。
（６）特許請求の範囲第１項から第４項のいずれか１つ
に記載の装置に於いて、第１プロセス変数のための少く
とも１つの測定部材（３５）が結合管路接合点の下流で
媒体吐出管路に設けられていることを特徴とする装置。
（７）特許請求の範囲第１項から第４項のいずれか１つ
に記載の装置に於υ・て、第２プロセス変数のための制
御回路の制御装置（２８）がＰＩ特性をもつことを特徴
とする装置。
（８）特許請求の範囲第１項から第７項のいずれか１つ
に記載の装置に於いて、第１プロセス変数がこの媒体の
温度であり且つ第２プロセス変数がこの熱交換器を貫流
する媒体の流量であることを特徴とする装置。