JPS6042961B2 - プロセス制御方式自動切換装置 - Google Patents
プロセス制御方式自動切換装置Info
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- JPS6042961B2 JPS6042961B2 JP5417778A JP5417778A JPS6042961B2 JP S6042961 B2 JPS6042961 B2 JP S6042961B2 JP 5417778 A JP5417778 A JP 5417778A JP 5417778 A JP5417778 A JP 5417778A JP S6042961 B2 JPS6042961 B2 JP S6042961B2
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- Japan
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- signal
- control
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Description
【発明の詳細な説明】
この発明はプロセス工業などのプラントの計装 制御
システムにおけるカスケード系と単一ループ系の制御方
式自動切換装置に関するものである。
システムにおけるカスケード系と単一ループ系の制御方
式自動切換装置に関するものである。
一般に工業プロセスを制御する調節計の制御目標値が
他の調節計によつて支配され変位するカスケード制御系
は、上記目標値が操作者の設定によつて定まる単一ルー
プ制御系(以下シングル系と記す)に比しこれを用いる
プロセスの特性や外乱の入る位置によつてその制御性が
著しく向上し、制御するプロセス変量たとえば温度など
を常に目”標値に近く保持しうるものであり、特にプロ
セス制御においてその大部分を占める流量制御を2次ル
ープにもつカスケード制御装置(第1図にその基本的構
成を示す)は高度の制御性を有するため計装システムに
おいて広く用いられる。第1図において2は1次制御量
(流量以外のプロセス制御量、たとえは温度、圧力など
)検出器、3は2次制御量(流量)検出器としての差圧
変換器、4はしぼり機構でオリフィス、ノズルまたはベ
ンチユリ管、5は開平演算器、6は流量制御弁、(XC
)は1次調節計、(FC)は2次(流量)調節計であり
点線で囲んだ範囲7が2次ループである。このカスケー
ド制御装置はプロセス1の温度または圧力などの制御目
標値(So)を(XC)に設定し、この(So)と2が
検出する上記プロセス変量の検出信号値5、との偏差信
号s。によつて(FC)の目標値を変更するとともに、
4のしぼり機構にて流体管路8内の流量Fの2乗に比例
した差圧信号S3を5の開平演算器で線形化しそのリニ
ア信号S4をFCに送り上記S2にて設定され上記目標
値との偏差信号亀によつて6の制御弁を操作することに
よつてプロセス1へのたとえば加熱流体の流量Fを制御
し、結果的にプロセス1の上記1次制御量S1を目標値
S。に制御するものであり、この2次ループ7の応答時
間が早いことで制御性が向上するものである。しかしな
がらこの2次ループ7の流量検出に上記4で示したしぼ
り機構の前後の圧力差(差圧)を利用する方法はプロセ
ス工業上もつとも普遍的で多く用いられるものであるが
、上記差圧は小流量時きわめて微小となり、定格流量の
10%以下では差圧変化は1%以下で、かつ計測精度が
著しく低下し、実用上測定できない基本的な欠点のため
上記小流量時の流量制御は第2図で示すように手動切換
器9を設けシングル系用接点Sの回路に今1台の1次調
節計(XC2)を直結し、前記した偏差信号S″2によ
つて6の制御弁を直接制御する方法が一般に採用されて
いる。しかしながらこの方法は高価でかつ制御特性の全
く同一の1次調節計が1台余分に要るだけでなく、切換
時(FC)の信号S5とXC2の信号S″2とをモニタ
(図示せす)にてその同期点を見出して切換えるむつか
しい手動操作を必要とする欠点があり、またこの回路構
成において9の切換を自動化するためにはA,B,C,
D,Eの5個所の出力信号電圧を検出する手段とそれら
の電圧を順次比較するたとえばA点とC点の電圧平衡時
に9をS側に切換えるアンプとリレーとからなる自動切
換回路が同様にA,DおよびE,D点と3段必要としそ
のシーケンス的自動切換は回路、機構ともに複雑となる
欠点があり余り用いられない。この発明は以上の現況に
鑑み、制御弁の流量特性を関数変換器によつて上記小流
量域をリニア化し、たとえば流量の定格に対し15%ま
ではこの変換出力を流量検出値として流量制御を行ない
、上記15%以上の流量ては差圧変換器の出力信号を信
号選択器によつて自動的に切換える回路構成とし、1次
調節計1台にて円滑にカスケード系とシングル系の制御
方式をバンプレス(無衝撃)に自動切換する装置を提供
しようとするものである。
他の調節計によつて支配され変位するカスケード制御系
は、上記目標値が操作者の設定によつて定まる単一ルー
プ制御系(以下シングル系と記す)に比しこれを用いる
プロセスの特性や外乱の入る位置によつてその制御性が
著しく向上し、制御するプロセス変量たとえば温度など
を常に目”標値に近く保持しうるものであり、特にプロ
セス制御においてその大部分を占める流量制御を2次ル
ープにもつカスケード制御装置(第1図にその基本的構
成を示す)は高度の制御性を有するため計装システムに
おいて広く用いられる。第1図において2は1次制御量
(流量以外のプロセス制御量、たとえは温度、圧力など
)検出器、3は2次制御量(流量)検出器としての差圧
変換器、4はしぼり機構でオリフィス、ノズルまたはベ
ンチユリ管、5は開平演算器、6は流量制御弁、(XC
)は1次調節計、(FC)は2次(流量)調節計であり
点線で囲んだ範囲7が2次ループである。このカスケー
ド制御装置はプロセス1の温度または圧力などの制御目
標値(So)を(XC)に設定し、この(So)と2が
検出する上記プロセス変量の検出信号値5、との偏差信
号s。によつて(FC)の目標値を変更するとともに、
4のしぼり機構にて流体管路8内の流量Fの2乗に比例
した差圧信号S3を5の開平演算器で線形化しそのリニ
ア信号S4をFCに送り上記S2にて設定され上記目標
値との偏差信号亀によつて6の制御弁を操作することに
よつてプロセス1へのたとえば加熱流体の流量Fを制御
し、結果的にプロセス1の上記1次制御量S1を目標値
S。に制御するものであり、この2次ループ7の応答時
間が早いことで制御性が向上するものである。しかしな
がらこの2次ループ7の流量検出に上記4で示したしぼ
り機構の前後の圧力差(差圧)を利用する方法はプロセ
ス工業上もつとも普遍的で多く用いられるものであるが
、上記差圧は小流量時きわめて微小となり、定格流量の
10%以下では差圧変化は1%以下で、かつ計測精度が
著しく低下し、実用上測定できない基本的な欠点のため
上記小流量時の流量制御は第2図で示すように手動切換
器9を設けシングル系用接点Sの回路に今1台の1次調
節計(XC2)を直結し、前記した偏差信号S″2によ
つて6の制御弁を直接制御する方法が一般に採用されて
いる。しかしながらこの方法は高価でかつ制御特性の全
く同一の1次調節計が1台余分に要るだけでなく、切換
時(FC)の信号S5とXC2の信号S″2とをモニタ
(図示せす)にてその同期点を見出して切換えるむつか
しい手動操作を必要とする欠点があり、またこの回路構
成において9の切換を自動化するためにはA,B,C,
D,Eの5個所の出力信号電圧を検出する手段とそれら
の電圧を順次比較するたとえばA点とC点の電圧平衡時
に9をS側に切換えるアンプとリレーとからなる自動切
換回路が同様にA,DおよびE,D点と3段必要としそ
のシーケンス的自動切換は回路、機構ともに複雑となる
欠点があり余り用いられない。この発明は以上の現況に
鑑み、制御弁の流量特性を関数変換器によつて上記小流
量域をリニア化し、たとえば流量の定格に対し15%ま
ではこの変換出力を流量検出値として流量制御を行ない
、上記15%以上の流量ては差圧変換器の出力信号を信
号選択器によつて自動的に切換える回路構成とし、1次
調節計1台にて円滑にカスケード系とシングル系の制御
方式をバンプレス(無衝撃)に自動切換する装置を提供
しようとするものである。
すなわち流体管路に設けたしぼり機構の前後の差圧から
流体流量を検出し、この検出値と流量調節計の目標値と
の偏差信号によつて上記流体管路の制御弁開度を操作し
流量を制御しようとする流量制御系を2次ループにもち
、上記流量以外のプロセス変量を1次調節計にて制御す
るようにしたカスケード制御装置において、上記しぼり
機構の前後の差圧信号を小流量域の一定値以上では流量
に正比例し、この一定値以下では流量比例より低い信号
とするよう差圧信号の特性を修正する差圧信号修正手段
と、上記一定値の小流量における差圧信号値と等価の制
御弁の弁開度信号を発生させ、かつ上記一定値以下の流
量に正比例し、この一定値以上では流量比例より低い信
号とするよう弁開度信号の特性を修正する弁開度信号修
正手段と、上記2つの修正された信号の何れか高い方の
信号を選択し流量検出値として出力する高信号選択手段
とを設けてなり、上記一定値の小流量以下の流量を上記
1次調節計で制御する単一のループ制御装置に自動切換
えすることを特徴とするプロセス制御方式自動切換装置
にかかるものである。以下図面によつてこの発明の実施
例を詳説する。第3図は一実施例のカスケード系/シン
グル系制御方式自動切換装置の構成ブロック図で、第1
図と同記号のものは説明を省き、この発明の要件を示す
各機器を説明する。まづ10は制御弁開度変換器で制御
弁6の弁開度Lに比例した電圧信号SLを11の弁度開
度関数変換器に伝送するものである。この弁度開度信号
Sしは第4−A−B図に一例を示す制御弁の流量特性(
横軸Fは流量、タテ軸Lは弁開度)に関するもので、第
4−”A図はもつとも多く使用されるリニア弁の配管管
抵抗によつて変化した固有流量特性で、各特性の1〜0
.2の値はΔPv/ΔPt= 弁の圧力差 ?を示し、第4−B図はリニ 配管を含めた全圧力差 ヤ弁と同等代表的な等比率(イコールパーセント)弁の
同じく固有流量特性である。
流体流量を検出し、この検出値と流量調節計の目標値と
の偏差信号によつて上記流体管路の制御弁開度を操作し
流量を制御しようとする流量制御系を2次ループにもち
、上記流量以外のプロセス変量を1次調節計にて制御す
るようにしたカスケード制御装置において、上記しぼり
機構の前後の差圧信号を小流量域の一定値以上では流量
に正比例し、この一定値以下では流量比例より低い信号
とするよう差圧信号の特性を修正する差圧信号修正手段
と、上記一定値の小流量における差圧信号値と等価の制
御弁の弁開度信号を発生させ、かつ上記一定値以下の流
量に正比例し、この一定値以上では流量比例より低い信
号とするよう弁開度信号の特性を修正する弁開度信号修
正手段と、上記2つの修正された信号の何れか高い方の
信号を選択し流量検出値として出力する高信号選択手段
とを設けてなり、上記一定値の小流量以下の流量を上記
1次調節計で制御する単一のループ制御装置に自動切換
えすることを特徴とするプロセス制御方式自動切換装置
にかかるものである。以下図面によつてこの発明の実施
例を詳説する。第3図は一実施例のカスケード系/シン
グル系制御方式自動切換装置の構成ブロック図で、第1
図と同記号のものは説明を省き、この発明の要件を示す
各機器を説明する。まづ10は制御弁開度変換器で制御
弁6の弁開度Lに比例した電圧信号SLを11の弁度開
度関数変換器に伝送するものである。この弁度開度信号
Sしは第4−A−B図に一例を示す制御弁の流量特性(
横軸Fは流量、タテ軸Lは弁開度)に関するもので、第
4−”A図はもつとも多く使用されるリニア弁の配管管
抵抗によつて変化した固有流量特性で、各特性の1〜0
.2の値はΔPv/ΔPt= 弁の圧力差 ?を示し、第4−B図はリニ 配管を含めた全圧力差 ヤ弁と同等代表的な等比率(イコールパーセント)弁の
同じく固有流量特性である。
このように弁の種類および配管抵抗などで流量Fと弁開
度Lの関係は決定されるものであり、第4−A−B図の
いずれかの特性(上方または下方に彎曲した特゛性)の
Fに対するLの電圧信号が上記のSLであり、このSL
信号を11の弁開度関数変換器が第5図に示すように流
量F(7)O〜15%まではリニアに比例し、15%以
上100%の範囲はCを折点とし、若干低い比率で比例
する電圧信号Sv(たとえばFlOO%でDC5V)に
変換する。弁開度関数変換器11は次にのべる13の差
圧関数変換器とともに異なる演算関係をもつ複数の演算
増幅器を主体とするもので、上記のように上方または下
方に凸単調増加の特性の変換機能をもつている。11の
出力信号S■は12の高信号選択器に入力する。
度Lの関係は決定されるものであり、第4−A−B図の
いずれかの特性(上方または下方に彎曲した特゛性)の
Fに対するLの電圧信号が上記のSLであり、このSL
信号を11の弁開度関数変換器が第5図に示すように流
量F(7)O〜15%まではリニアに比例し、15%以
上100%の範囲はCを折点とし、若干低い比率で比例
する電圧信号Sv(たとえばFlOO%でDC5V)に
変換する。弁開度関数変換器11は次にのべる13の差
圧関数変換器とともに異なる演算関係をもつ複数の演算
増幅器を主体とするもので、上記のように上方または下
方に凸単調増加の特性の変換機能をもつている。11の
出力信号S■は12の高信号選択器に入力する。
一方4のしぼり機構で流量Fの2乗に比例した差圧を3
の差圧変換器にて電圧信号S3に変換し、5の開平演算
器に入力し、開平演算器5は前述の通り流量Fに比例し
たりリニアの信号S4を出力しうるものてあるがF(7
)10%以下はその精度がきわめて低いため第6図のよ
うにFの10%以下は通常カットしその出力信号S4は
点a−b−さ−dの特性として13の差圧関数変換器に
入力する。13の変換器はこのS4信号を第6図の実線
a−e−cmdのSM信号に変換し、12の高信号選択
器に入力する。
の差圧変換器にて電圧信号S3に変換し、5の開平演算
器に入力し、開平演算器5は前述の通り流量Fに比例し
たりリニアの信号S4を出力しうるものてあるがF(7
)10%以下はその精度がきわめて低いため第6図のよ
うにFの10%以下は通常カットしその出力信号S4は
点a−b−さ−dの特性として13の差圧関数変換器に
入力する。13の変換器はこのS4信号を第6図の実線
a−e−cmdのSM信号に変換し、12の高信号選択
器に入力する。
12は2組の増幅器とダイオードとを内蔵し2つの入力
信号SV(5SMのいずれか高い方の電圧信号を選択し
て出力する機能を有するものでこれによつて12の選択
器の出力信号SHは第5図と第6図の両特性を点Cで重
畳させた形の第7図の流量Fと比例するリニア特性、す
なわち点0−Cを結ぶ直線上に常に存在するものとなる
。
信号SV(5SMのいずれか高い方の電圧信号を選択し
て出力する機能を有するものでこれによつて12の選択
器の出力信号SHは第5図と第6図の両特性を点Cで重
畳させた形の第7図の流量Fと比例するリニア特性、す
なわち点0−Cを結ぶ直線上に常に存在するものとなる
。
いいかえると流量計測精度の悪い小流量領域(定格流量
の15%以下)では(Sv)〉(SM)となり(Sv)
=(SH)で流量Fの検出は弁6の弁開度Lによつて行
ないこのSH信号と流量調節計FCの目標値信号S2と
の偏差信号S″5が弁6の開度を制御することとなり、
これは1次調節計XCによる制御弁開度制御であり、前
述のシングル系制御装置に切換えられたのである。流量
Fが15%以上の大流量領域においては第7図で示すよ
うにSM>Svで(SH=SM)となり第1図と同条件
のカスケード系制御装置となる。これら制御方式の切換
が第7図のC点すなわち流量Fの任意の値(この例ては
15%)を境にして全く連続的に自動切換しうるもので
ある。以上がこの発明の一実施例の制御方式自動切換装
置の構成と作動の説明であるが、第6図で示した開平演
算器5の出力信号S,は必ずしも10%以下カットしな
くてもよく、要は13の関数変換器出カジが小流量域に
おいてSv以下であればよいものである。
の15%以下)では(Sv)〉(SM)となり(Sv)
=(SH)で流量Fの検出は弁6の弁開度Lによつて行
ないこのSH信号と流量調節計FCの目標値信号S2と
の偏差信号S″5が弁6の開度を制御することとなり、
これは1次調節計XCによる制御弁開度制御であり、前
述のシングル系制御装置に切換えられたのである。流量
Fが15%以上の大流量領域においては第7図で示すよ
うにSM>Svで(SH=SM)となり第1図と同条件
のカスケード系制御装置となる。これら制御方式の切換
が第7図のC点すなわち流量Fの任意の値(この例ては
15%)を境にして全く連続的に自動切換しうるもので
ある。以上がこの発明の一実施例の制御方式自動切換装
置の構成と作動の説明であるが、第6図で示した開平演
算器5の出力信号S,は必ずしも10%以下カットしな
くてもよく、要は13の関数変換器出カジが小流量域に
おいてSv以下であればよいものである。
また切換点15%とかSV,SM信号のDC5Vなどは
いずれも限定したものでないことはいうまでもない。こ
の発明は以上のように構成されているので流量制御を2
次ループにもつカスケード制御装置において小流量域ま
で制御を要するプロセスにおいて従来行なわれていたカ
スケード系/シングル系制御方式の手動切換装置を電子
式の関数変換器と信号選択器をたくみに利用することで
流量の任意の一点で自動的に切換えることができ、切換
え時信号量的に、時間的に全く連続的で制御系にいささ
かのショックも与えないし、カスケード系/シングル系
いずれの制御装置においての自動・手動切換などの運転
操作は叩一であるなど、計装システムにおける有効な装
置を提供しえたものである。
いずれも限定したものでないことはいうまでもない。こ
の発明は以上のように構成されているので流量制御を2
次ループにもつカスケード制御装置において小流量域ま
で制御を要するプロセスにおいて従来行なわれていたカ
スケード系/シングル系制御方式の手動切換装置を電子
式の関数変換器と信号選択器をたくみに利用することで
流量の任意の一点で自動的に切換えることができ、切換
え時信号量的に、時間的に全く連続的で制御系にいささ
かのショックも与えないし、カスケード系/シングル系
いずれの制御装置においての自動・手動切換などの運転
操作は叩一であるなど、計装システムにおける有効な装
置を提供しえたものである。
第1図は、流量制御を2次ループにもつカスケード制御
装置の従来の基本構成ブロック図、第2図は従来のカス
ケード系/シングル系制御方式手動切換装置の構成ブロ
ック図、第3図はこの発明のカスケード系/シングル系
制御式自動切換装置の構成ブロック図、第4−A−B図
は制御弁の代表品種2種の配管抵抗を含んだ固有流量特
性、第5図は第3図の弁開度関数変換器の出力信号特性
、第6図は同じく第3図の差圧関数変換器の出力信号特
性、第7図は同じく第3図の高信号選択器の出力信号特
性である。 2・・・1次制御量検出器(温度、圧力などの検出器)
、3・・・2次制御量(流量)検出器、4・・化ぼり機
構(オリフィス、ベンチユリなど)、5・・・開平演算
器、6・・・制御弁、7・・・2次ループ、8・・・流
体管路、SO・・・設定目標値信号、XC・・・1次調
節計、FC・・・2次調節計(流量調節計)、S2・・
・2次調節計の目標値変位信号、S3・・・差圧信号、
S4・・・流量比例リニア信号、S5・・・制御弁操作
信号、9・・・手動切換器、C・・・同上のカスケード
系側接点、S・・・同上のシングル系側接点、S″2・
・・シングル系の操作信号、10・・・制御弁開度変換
器、Sし・・・同上の弁開度信号、Sv・・・弁開度変
換信号、SM・・・差圧変換・信号、SH・・・高信号
選択器出力信号、S″5・・・弁操作信号、F%・・・
流量の定格に対する%、L%・・・弁開度の%、C・・
・制御方式自動切換点。
装置の従来の基本構成ブロック図、第2図は従来のカス
ケード系/シングル系制御方式手動切換装置の構成ブロ
ック図、第3図はこの発明のカスケード系/シングル系
制御式自動切換装置の構成ブロック図、第4−A−B図
は制御弁の代表品種2種の配管抵抗を含んだ固有流量特
性、第5図は第3図の弁開度関数変換器の出力信号特性
、第6図は同じく第3図の差圧関数変換器の出力信号特
性、第7図は同じく第3図の高信号選択器の出力信号特
性である。 2・・・1次制御量検出器(温度、圧力などの検出器)
、3・・・2次制御量(流量)検出器、4・・化ぼり機
構(オリフィス、ベンチユリなど)、5・・・開平演算
器、6・・・制御弁、7・・・2次ループ、8・・・流
体管路、SO・・・設定目標値信号、XC・・・1次調
節計、FC・・・2次調節計(流量調節計)、S2・・
・2次調節計の目標値変位信号、S3・・・差圧信号、
S4・・・流量比例リニア信号、S5・・・制御弁操作
信号、9・・・手動切換器、C・・・同上のカスケード
系側接点、S・・・同上のシングル系側接点、S″2・
・・シングル系の操作信号、10・・・制御弁開度変換
器、Sし・・・同上の弁開度信号、Sv・・・弁開度変
換信号、SM・・・差圧変換・信号、SH・・・高信号
選択器出力信号、S″5・・・弁操作信号、F%・・・
流量の定格に対する%、L%・・・弁開度の%、C・・
・制御方式自動切換点。
Claims (1)
- 1 流体管路に設けたしぼり機構の前後の差圧から流体
流量を検出し、この検出値と流量調節計の目標値との偏
差信号によつて上記流体管路の制御弁開度を操作し流量
を制御しようとする流量制御系を2次ループにもち、上
記流量以外のプロセス変量を1次調節計にて制御するよ
うにしたカスケード制御装置において、上記しぼり機構
の前後の差圧信号を小流量域の一定値以上では流量に正
比例し、この定値以下では流量比例より低い信号とする
よう差圧信号の特性を修正する差圧信号修正手段と、上
記一定値の小流量における差圧信号値と等価の制御弁の
弁開度信号を発生させ、かつ上記一定値以下の流量に正
比例し、この一定値以上では流量比例より低い信号とす
るよう弁開度信号の特性を修正する弁開度信号修正手段
と、上記2つの修正された信号の何れか高い方の信号を
選択し流量検出値として出力する高信号選択手段と、を
設けてなり、上記一定値の小流量以下の流量を上記1次
調節計で制御する単一ループ制御装置に自動切換えする
ことを特徴とするプロセス制御方式自動切換装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5417778A JPS6042961B2 (ja) | 1978-05-06 | 1978-05-06 | プロセス制御方式自動切換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5417778A JPS6042961B2 (ja) | 1978-05-06 | 1978-05-06 | プロセス制御方式自動切換装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS54145878A JPS54145878A (en) | 1979-11-14 |
JPS6042961B2 true JPS6042961B2 (ja) | 1985-09-26 |
Family
ID=12963253
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5417778A Expired JPS6042961B2 (ja) | 1978-05-06 | 1978-05-06 | プロセス制御方式自動切換装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6042961B2 (ja) |
-
1978
- 1978-05-06 JP JP5417778A patent/JPS6042961B2/ja not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS54145878A (en) | 1979-11-14 |
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