JPS61153701A - プロセス制御装置 - 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】 ［発明の技術分野］ この発明は、プロセス制御装置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 近年、プロセス工業における温度、流量、圧力、組成な
どの状態量に関するブ０セスｖｉ御において、電子計算
機の技術的発展につれて、制御手段としてプロセス制御
用計算機を適用したプロセス制御装置が種々提案されて
いる。このような装置としては、例えば第５図に示すよ
うなものがある。

第５図は従来のプロセス制御ｌ装置の構成図の一例を示
す。同図において、２９はある工業プロセス２５を制御
対象として、プロセス制御を行う装置である。このプロ
セス制御装置２９においては、まず、プロセス２５にお
ける温度、流量、圧力、組成等の状ｔｓｍを表わすプロ
セス状態信号５１を入力袋Ｗ１１９にて入力し、このア
ナログ量をサンプリングしてディジタル伍に変換後、プ
ロセス制御用計算機２７に入力する。次に、プロセス制
御用計算機２７はこの入力信号に応じて所定の演算処理
を施して出力装置２１に出力する。出力装置２１はこれ
をサンプリング周期毎にホールドしてプロセス制御信号
５３としてプロセス２５に出力して、例えばプロセス２
５の定値制御を行うのである。

ところで、プロセス制御においては、制御対象であるプ
ロセスの安定な運転が最大の目的であるが、このような
プロセス制御装置２９においては、例えば電源系統の故
障から装置の電源がＯＦＦとなるような異常が発生した
場合には、プロセス２５の安定な運転が維持できなくな
ることから、このような異常に対する処理が特に問題と
なる。

以下、第６図に従って従来のプロセス制御装置２９にお
ける異常処理を説明する。

第・６図はプロセス制御装置１２９の状態の時間的遷移
（第６図（ａ　）参照）に対応したプロセス制御信号５
３のうち代表的な信号の波形（第６図（ｂ　）参照）及
びプロセス出力信号５５のうち代表的な信号の波形（第
６図（Ｃ）参照）を示す。

ここで、第６図（ｂ）及び（Ｃ）にて示す信号は相互に
強い相関をもっており、プロセス出力信号に最も強い影
響を及ぼすプロセス制御信号を選んで掲示している。ま
た、異常の種類についてはプロセス制御装Ｗ１２９の電
源故障の場合を考えるものとする。

まず、時刻ｔ１にプロセス制御装置２９の起動制御によ
りプロセス２５が起動する。起動後、プロセス２５は一
定時間の起動制御による過渡状態（時刻ｔ１→ｔ２）を
経て、時刻で２から定常制御による定常状態での安定運
転に入る。この定常状態での運転中、時刻ｔ３にプロセ
ス制御装置２９で前記異常が発生したとする。この時プ
ロセス制御装置２９はプロセス２５の運転を維持するた
め、例えばバッテリーバックアップ等の手段により出力
装置２１から出力されるプロセス制御信号５３を異常発
生直前の状態に保持する。一方、プロセス２５はプロセ
ス制御装置２９が復帰するまでの間（時刻ｔ３→ｔ４）
、保持値によって制御されることとなるが、通常、外乱
等の影響からプロセス出力信号５５は減少的、増加的、
或いは振動的に変化する（第６図（Ｃ）では減少的変化
をするものとしている）。即ちこの間、プロセス２５は
運転停止には至らないまでも不安定な運転を行りている
のである。次に、時刻ｔ４に電源系統が回復して電源Ｏ
Ｎとなった時、再びプロセス制御装置２９によりプロセ
ス２５を制御することとなるが、前記異常発生時にプロ
セス制御用計算機２７内部の制御記憶や制御フラグ等の
内容が揮発しており、また他方で、プロセス２５は前述
したように不安定な運転を行っているので、該制御記憶
等をあらためてローディングしてプロセス制御用計算機
２７を立ち上げた後に、プロセス制御装置ａ２９は再び
起動制御を行う必要がある。つまり、起動制御における
所定の処理によって、プロセス２５を再び定常状態での
安定運転に至らしめる必要があり、復帰から定常状態に
戻るまで（時刻ｔ４→ｔｓ）に時間ＴＯＩを要すること
になるのである。

更に、第６図では時刻ｔ　Ｉｆ→ｔ　１２→ｔ　１３→
ｔ　１４のプロセス制御装置２９の状態遷移（第６図（
ａ　）参照）に対応した各信号の波形（第６図（ｂ　）
及び（Ｃ）参照）を示しているが、これはプロセス２５
が起動制御による過渡状態での運転中、時刻ｔ　１２に
プロセス制御装置２９で異常が発生した場合を想定した
ものである。この場合にも同様に、プロセス２５及びプ
ロセス制御装置２９は前述の処理を行うこととなるので
、復帰から異常発生直前の状態に戻るまでに時間Ｔｏ二
を要することになる。

尚、プロセス制御装置１ｔ２９をシステムダウンに至ら
しめる異常には、電源系統の故障の他にも記憶装置等の
ハードウェアに関する故障、制御プログラム等のソフト
ウェアに関する故障など種々のものがあり、異常発生の
都度、前述したプロセス制御装置２３の制御処理と同様
の処理に従ってプロセス２５は運転される。

したがって、このように従来のプロセス制御装置におい
ては、異常発生後の復帰処理にあたり、起動制御による
処理を行う必要があり、この処理に要する時間はプロセ
ス２５の種類にもよるが比較的長時間を要するものが多
く、また、この処理中はプロセス２５の安定な運転を行
うことができないので、結果として、プロセス制御装＠
２９の制御処理性能、ひいてはプロセス２５の処理性能
が低下するという問題があった。

［発明の目的］ この発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的と
しては、異常発生後、プロセスの異常発生前の運転状態
への復帰を適切かつ短時間に行えるようにしたプロセス
制御装置を提供することにある。

［発明の概要］ 上記目的を達成するため、この発明は、第１図に示すよ
うに、プロセス制御を行う装置にして、当該装置の状態
を監視し当該装置が異常発生後状態復帰したことを検出
して状態復帰信号を出力する状態監視手段１と、少なく
とも異常発生前及び異常回復後のプロセスの状態量に関
する情報を記憶する記憶手段３と、前記状態復帰信号を
入力した時に前記記憶手段に記憶された情報を用いて当
該装置の出力量を予測してプロセスを異常発生前の状態
に戻すよう制御する予測制御手段５とを有することを要
旨とする。

［発明の実施例］ 以下、図面を用いてこの発明の詳細な説明する。

第２図は、この発明の一実施例に係るプロセス制御装置
の構成図である。同図において２３はある工業プロセス
２５を制御対象としてプロセス制御を行う装置である。

このプロセス副部装置２３の概要は、プロセス２５にお
ける状態量を表わすプロセス状態信号５１を入力し、こ
のアナログ量をサンプリングしてディジタル量に変換後
プロセス制御用計算機１７に出力する入力装置１９と、
入力信号に応じて所定の演算処理を施して出力量＠２１
に出力するプロセス制御用計算機１７と、入力信号をサ
ンプリング周期毎にホールドしてプロセス制御信号５３
としてプロセス２５に出力する出力装置２１とを有する
構成となっている。

プロセス制御用計算機１７は少なくとも、プロセス制御
装Ｗ１２３の状態を常時監視し、電源故障等の異常が発
生した時には異常発生信号を、異常発生後再び当該装置
が通常の状態に復帰した時には状態復帰信号を中央処理
装置１５に出力する異常監視装置１１と、異常監視装置
１１より入力する信号及び入力装置１９より入力するサ
ンプリングされたプロセス状態信号に応じて所定の制御
に伴う演算処理を行う中央処理装置１５と、サンプリン
グ毎の中央処理装置１５の入力信号及び演算処理結果を
逐次記憶する不揮発性の記憶装置１３とを有する。尚、
図示されてはいないが、主記憶装置、入出力装置等の基
本的構成要素をも当然有している。

すなわち、このような構成によれば中央処理装置１５と
しては、プロセス２５を起動する時には入力装置１９に
よりサンプリングされたプロセス状態信号に応じて起動
制御に伴う演算処理を行い、更にプロセス２５が定常状
態での安定運転に至った時には定常制御に伴う演算処理
を行い、演算処理中の入力データ及び演算処理結果を逐
次記憶装置１３に記憶することができる。また、異常発
生後プロセス２５を再び異常発生前の運転状態に至らし
める時には、異常監視装置１１から状態復帰信号を受け
て、数回の起動制御に伴う後述する演算処理を行い、こ
の演算処理中の入力データ及び演算処理結果を逐次記憶
装置１３に記憶し、記憶装＠１３に記憶されたこれら情
報を用いてプロセス制御信号５３を予測設定することが
できるのである。

次に、この実施例に係るプロセス制御装置の作用を第３
図及び第４図を用いて説明する。

第３図はプロセス制御装置２３の状態の時間的遷移（第
３図（ａ）参照）に対応したプロセス制御信号５３のう
ち代表的な信号の波形（第３図（ｂ　）参照）及びプロ
セス出力信号５５のうち代表的な信号の波形（第３図（
Ｃ）参照）を示す。

ここで、第３図（ｂ）及び（Ｃ）にて示す信号は相互に
強い相関をもっており、プロセス出力信号に最も強い影
響を及ぼすプロセス制御信号を選んで掲示している。ま
た、第４図は中央処理装置１５の異常処理サブルーチン
に関するフローチャートである。この第４図に示すフロ
ーチャートは、プロセス制御装置２３にて異常が発生し
た時点から再び異常発生前の状態に復帰するまでの処理
フロー（ステップ１１０乃至１４ｏ）及び復帰後予測制
御を行ってプロセス２５を異常発生前の運転状態に至ら
しめるまでの処理フロー（ステップ１５０乃至２１０）
とに大別されている。

最初に、第３図（ａ　’Ｉにおける時刻ｔ１→ｔ２→ｔ
３→ｔ４→ｔ５というプロセス制御Ｉ装＠２３の状態遷
移の一例に対して、中央処理装置１５が行う異常処理を
第４図に示すフローチャートに従って説明する。

まず、時刻ｔ１にプロセス制御袋Ｍ２３の起動制御に伴
う演算処理を行ってプロセス２５を起動する。この起動
制御は起動後プロセス２５が一定時間の過渡状態（時刻
ｔ１→ｔ２）を経て定常制御による定常状態での安定運
転に至るまで行われる。この起動制御或いは定常制御に
伴う演算処理中、中央処理装＠１５はサンプリング周期
毎に、記憶装置１３の所定のアドレスに、サンプリング
されたプロセス状態信号及び演算処理結果を順次更新し
て記憶する。この処理は異常発生直前まで行われ、異常
発生してプロセス制御装置２３がシステムダウンした時
に、前記アドレスには異常発生直前のプロセス状態信号
及び演算結果が記憶され、再び制御に伴う演算処理が開
始されるまで保持される。

次に、プロセス２５の定常状態での安定運転中、時刻℃
３にプロセス制御装置２３で例えば電源故障の異常が発
生すると、異常監視装置１１はこれを検知して異常発生
信号を中央処理装置１５に出力する。中央処理装置１５
は異常発生と同時に第４図に示す異常処理サブルーチン
における処理を開始する。まず、前記異常発生信号を入
力したかどうかで異常発生したか否かを判断（ステップ
１１０）Ｌ、異常発生信号を入力した時には出力装置２
１に対してプロセス制御信号５３を現在出力している値
に保持するよう指令信号を出力する（ステップ１２０）
。次に、時刻ｔ４にプロセス制御装置２３における前記
異常、即ち電源系統が回復すると、異常監視装置１１は
これを検知して状態復帰信号を中央処理装置１５に出力
する。一方、中央処理装置１５はステップ１３０で当該
状態復帰信号を入力したかどうかで状態復帰したか否か
を判断しており、状態復帰信号を入力した時には、前記
異常発生時に揮発したプロセス制御用計算１ｆｉ２７内
部の制御記憶等をあらためてローディングしてプロセス
制御用計算機２７の立上げを行う（ステップ１４０）。

尚、上述したステップ１１０乃至１４０の処理は、ハー
ドウェア、即ち、ワイヤードロジック（ｗｉｒｅｄ　ｌ
ｏｇｉｃ　）にて行われており、当該ハードウェアを構
成する中央処理装置Ｆ１５内の素子、異常監視装置１１
及び出力装置２１は例えばバッテリーバックアップ等の
手段により電源故障等の異常に際しても動作するように
なっている。

次に、ステップ１４０の計算機立上げ処理が終了すると
、中央処理装＠１５は予測制御に伴う処理（ステップ１
５０乃至２１０）をマイクロプログラミング方式により
行う。

先ず、初回のプロセス状態信号５１のサンプリングによ
り状態復帰した現在の時点におけるプロセス出力信号を
入力し、記憶装置１３に記憶された異常発生直前のプロ
セス状態信号のうちプロセス出力信号の情報と比較する
ことにより、異常発生後出力装置が保持したプロセス制
御信号５３の値で予測値の設定が可能か否かを判断する
（ステップ１５０）。つまり、比較の結果一致していれ
ば、プロセス２５は外乱等の影響なく定常状態で安定運
転しているとして、予測値＝保持値として（ステップ２
０ｏ）、当該予測値を異常発生前に行っていた制御を再
開する時のプロセス制御信号５３の初期値として設定し
くステップ２１０）、異常処理サブルーチンの処理を終
了する。ところが、通常、プロセス２５は常時外乱等の
影響を受けており、プロセス出力信号５５は減少的、増
加的、或いは振動的に変化する（第３図（Ｃ）では減少
的変化をするものとしている）。従って、ステップ１５
０の比較の結果一致しない場合が一般的であり、このよ
うな場合にはステップ１６０に進んで処理を行う。

先ず、ステップ１２０にて保持したプロセス制御信号５
３の値を当該信号の初期値として設定して、数回のサン
プリングによる起動制御に伴う演篩処理を試行する（ス
テップ１６０）。この時、サンプリング周期毎の中央処
理装置１５の入力データ及び演算処理結果を記憶装置１
３の所定のアドレスに順次記憶しておく。次に、ステッ
プ１６０及び異常発生前の演算処理に伴って記憶装置１
３に記憶された情報から、ステップ１６０にて試行した
起動制御におけるプロセス制御信号５３の変化量を、ま
た該データをプロセス２５固有の所定の経験式に適用し
てプロセス応答時間を夫々算出する（ステップ１７０）
。ここで、プロセス応答時間とは、起動制御によりプロ
セス２５を異常発生前の運転状態に至らしめるまでの時
間をいう。次に、ステップ１７０にて算出したプロセス
制御信号の時間に対する変化量及びプロセス応答時間、
更に、予測値を設定するに当りプロセス出力信号５５の
オーバーシュートを抑制するための予測係数αから次式
に従って予測値を篩出する（ステップ１８０）。

（以下余白） 尚、予測係数αはプロセス２５の特性によって決定され
る定数である。次に、ステップ１８０にて算出された予
測値が予め経験的に設定された許容範囲内にあるか否か
を判断する（ステップ１９０）。該判断の結果範囲内で
あれば、ステップ２１０に進んで、当該予測値を異常発
生前に行っていた制御、この場合定常制御を再開する時
のプロセス制御信号５３の初期値として設定し、また、
該判断の結果範囲外であれば、ステップ２２０に進んで
起動制御に伴う演算処理を継続して行い、プロセス２５
を異常発生前の運転状態、この場合定常状態の安定運転
に至らしめる。こうして、異常処理サブルーチンにおけ
る処理を終了して、プロセス２５は時刻ｔ５より再びプ
ロセス制御装置２３の定常制御により定常状態での安定
運転を行う。

したがって、このような予測制御の処理によれば、復帰
から定常状態に至るまで（時刻℃４→ｔ５）に要する時
間はＴ１でよく、この時間Ｔ１は、プロセス２５の種類
によって程度の差はあるが、従来の起動制御の処理゛に
より要する時間Ｔｏ＋と比較して非常に短い。

次に、第３図（ａ　＞における時刻ｔ　ＩＩ→ｔ　１２
→ｔ　１３→ｔ　＋４→ｔ　１５というプロセス制御装
置２３の状態遷移の他の例に対して、中央処理装置１５
が行う異常処理を説明する。

先ず、時刻ｔ　Ｉ＋にプロセス制御装置２３の起動！Ｉ
ＩｔＩｌに伴う演算処理を行ってプロセス２５を起動す
る。次に、プロセス２５が起動制御による過渡状態での
運転中、時刻ｔ　１２にプロセス制御装置２３で異常が
発生すると、中央処理装置１５は前述した第４図に示す
異常処理サブルーチンに従って処理を行い、プロセス２
５は時刻ｔ　１４より再び異常発生前の運転状態に戻り
、プロセス制御装置２３の起動制御により過渡状態での
運転を行う。

したがって、このような予測制御の処理によれば、復帰
から異常発生前の運転状態に至るまで（時刻ｔ　１３→
ｔ１４）に要する時間はＴ２でよく、この時間Ｔ２は、
従来の起動制御の処理により要する時間Ｔａｇと比較し
て非常に短い。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明によれば、あるプロセス
のプロセス制御を行う装置において、当該装置の状態を
常時監視する状態監視手段１が異常発生を検知するまで
プロセスの状態量に関する情報を記憶手段３に記憶し、
更に、当該装置の異常回復後プロセスの状ｆｌｌｉｆｆ
ｌに関する情報を記憶手段３に記憶し、記憶手段３に記
憶されたこれらの情報を用いて当該プロセス制御装置の
出力量を予測してプロセスを異常発生前の状態に戻すよ
う制御することとしたので、異常回復後の復帰処理を行
う場合に、適切かつ短時間にプロセスを異常発生前の運
転状態に至らしめることができ、結果として、処理性能
の高いプロセス制御を行うことができ、更にプロセスの
処理性能を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はクレーム対応図、第２図は本発明の−実施例に
係るプロセス制御ｌｌｌ装置の構成図、第３図は第２図
の作用を説明するための図、第４図は異常処理サブルー
チンのフローチャート、第５図は従来のプロセス制御装
置の構成図、第６図は第５図の作用を説明するための図
である。 １・・・状態監視手段 ３・・・記憶手段 ５・・・予測制御手段 第１図 ψ　ｑ ν　々 Ｆ用

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. プロセス制御を行う装置にして、当該装置の状態を監視
   し当該装置が異常発生後状態復帰したことを検出して状
   態復帰信号を出力する状態監視手段と、少なくとも異常
   発生前及び異常回復後のプロセスの状態量に関する情報
   を記憶する記憶手段と、前記状態復帰信号を入力した時
   に前記記憶手段に記憶された情報を用いて当該装置の出
   力量を予測してプロセスを異常発生前の状態に戻すよう
   制御する予測制御手段とを有することを特徴とするプロ
   セス制御装置。