JPS61210401A - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ディジタル形のプロセス制御装置に係シ、特
に、制御演算に速度形演算を用い、プロセス制御装置内
で、調整出力に対するリミッタ、変化率リミッタをかけ
る際に制御性を向上させるのに好適なプロセス制御装置
に関する。

〔発明の背景〕

ディジタル形プロセス制御装置の演算手続は、ＰＩＤ　
（比例、積分、微分）演算等を具備するのが一般的であ
る。

ＰＩＤ演算の実現法としては、 ＫＰ；比例ゲイン Δｔ；サンプリング周期 ＴｚＨ積分時間 ＫＤ；微分定数 Ｍｖ：調整出力 ｅ、；偏差 Δｅ＠”ｅａ　　’ａ　−１ （ｅ　ａは、今回制御周期の偏差、ｅ、−１は前回制御
周期の偏差） なる演算式によって、調整出力ＭＶ自身を出力する位置
型演算および ΔΔｅ、＝Δｅ、−Δｅ、−１ なる演算式によって、ｌ！１１５Ｉ出力ＭＶの変化量Δ
ＭＹを出力する速度型演算がある。

位置型演算においては、制御ループの切換、カスケード
制御系の、カスケード系のオープン、クローズ処理、手
動モード、自動モード切換がパンプレスに行なわれるよ
うに、以下に示す方法がとられている。

すなわち制御ループの切換のある系では、シンスキー著
「プロセス制御システム」訳長山千五部他、好学社、昭
和４７年発行（Ｐ１８１〜Ｐ１８５）−に述べられてい
るように、選択されていないルー整出力ＭＶ値にトラッ
キングさせる方法をとる。

カスケード系では特開昭５５−３９９４３号公報に記載
されているように、カスケード系のカスケード制御開始
時のタイミングで、イニシアル処理を行なうなどの方法
によって、バンプレス切換が行なわれるような処理を行
なわなければならない。

また、手動モードにて運転中には、１項Ｃ積分項）の演
算を行なわない処理、すなわち積分分離機能が必要とな
る。

このように、位置型演算では、バンプレス切換のための
処理が必要となシ、制御系の構成が複雑゛　になりがち
である。また、位置型演算では、リセットワインドアッ
プ防止に対しても、１項の分離を行なうなどの処理が必
要となる。

これに対して、速度形演算では、つねに前回の調整出力
ＭＶ値からの変化量ΔＭＹのみを出力するために、本質
的にバンプレスであシ、リセットワインドアップも生じ
ない。速度形演算を用いた制御系の構成例としては例え
ば特開昭５５−９５１０３号公報がある。本例では、速
度形演算の特徴を生かして、３つのＰＩ制御系の切換を
容易なものとしている。

しかしながら、速度演算では、上記の長所を有するもの
の、調整出力に対して、リミッタ要素が付加される際、
調整出力ＭＶが、リミッタの上下限設定値付近にあった
場合、Ｐ項Ｃ比例項）、Ｄ項Ｃ微分項）による調整出力
ＭＶ値のもどしすぎ現象が生じることが知られている。

また、ＭＶ値に対して、変化率ＩＪ　ミッタをかける場
合においては、Ｐ項は、偏差の変化量Δｅ、、Ｄ項はΔ
ｅ。

の変化量ΔΔｅ、に対してしか演算が行なわれないため
、ステップ状の偏差入力の場合は、変化率リミッタによ
る調整出力ＭＶの出力不足が生じる。

〔発明の目的〕

そこで、本発明の目的は、リセットワインドアップ対策
、バンプレス切換処理が不要であるという速度形演算の
長所を生かしつつ、リミッタ、変化率ＩＪ　ミッタを付
加した場合にも、上記の制御性の低下を起こさないプロ
セス制御装置を提供するところにある。

〔発明の概要〕

本発明は、速度形演算によって、少なくとも比例項演算
、積分項演算を行ない、比例項演算信号の絶対値がリミ
ッタの絶対値より大のとき、比例項演算信号とリミッタ
値の差分を求め、この差分を比例項演算手段に、次回の
制御周期にて加算するところに特徴がある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図は、本発明の第１の実施例の構成を示す概念図で
ある。

プロセス量はセンサ１０により検出され、４〜２０ｍＡ
％　１〜５ｖ等の電気信号として、プロセス入力インタ
ー７エース１１によって取シ込まれる。電気信号として
取シ込まれたプロセス量はＡ／Ｄ変換器１２によってデ
ィジタル信号に変換され、マイクロプロセサ、メモリ等
より構成される制御演算ユニット１４に取シ込まれる。

また、バルブ・モータ等のＯＮ、ＯＦＦ、リレーの接点
入力等のディジタル入力はディジタル入出力インターフ
ェース１７ｔ−通じて制御演算ユニット１４に取り込ま
れる。制御演算に必要な設定値、パラメータ等は設定イ
ンターフェース１３ｔ−通して制御演算処理ツ）１４に
設定される。設定された設定値、パラメータはこれを、
制御演算ユニット１４内のメモリに記憶しておき、制御
演算実行時Ｋ１ｇ１時参照する。

制御演算ユニット内では、メモリ内にあらかじめ格納さ
れたプログラムが、入力したプロセス量。

ディジタル入力、設定値、パラメータを用いて制御演算
を行なう。プログラムの概略フローチャートを第２図に
示す。

制御演算ユニット】４での演算結果は、調整出力として
、Ｄ／Ａ変換器１５内のレジスタにかきこまれ、Ｄ／Ａ
変換器１５によって電圧信号等のアナログ量に変換され
、出力インターフェース１６によって操作端に対して出
力され、バルブ１８、ポンプ１９等を駆動する。

次にプログラムの概略フロー第２図の説明に移る。本プ
ログラムは、本プロセス制御装置起動時のイニシアル処
理終了後、定められた制御周期にしたがって周期的に実
行される。

処理２１は、プロセス量の取込である。本処理において
、Ａ／Ｄ変換器１２でディジタル量に変換されたプロセ
ス量を制御演算ユニット内のメモＩＪ　ｇ　ＩＪアに記
憶する。処理２２は入力補正演算であシ、処理２１によ
ってメモリエリア内に格納されたプロセス量に対して開
平演算、温度圧力補正。

密度補正、フィルタ処理を施す。処理２３は入力補正演
算終了後のプロセス量、設定値、パラメータ、ディジタ
ル入力に基づいて制御演算を行なう処理である。本発明
の特徴となる、リミッタ、変化率リミッタにて制限され
た余りのうち、比例項演算信号によるものを次回のリミ
ッタ前調整出力に加える処理は処理２３の一部分を構成
する。処理２４は処理２３によって算出された調整出力
をプロセスに対して出力するための処理である。本処理
によって、調整出力はＤ／Ａ変換器１５内のレジスタに
書き込まれる。

次に、処理２３の詳細処理内容を第３図によって説明す
る。第３図はマイクロプロセサ内で行なわれる制御演算
処理２３の内容をブロックダイヤグラムにて表現したも
のである。

ここで１点鎖線で囲まれた処理３９内のｌ連の処理がＰ
ＩＤ演算を速度を演算によって行ない、調整出力ＭＹの
変化量ΔＭＶを出力するものである。処理３９では、設
定値Ｓｖとプロセス量Ｐｖ１調整出力ＭＶを入力し、速
度型演算による調整出力変化量ΔＭＶを出力する。処理
３９にて出力された変化量ΔＭＹはアナログ出力として
出力するために積分要素３８によって位置製出力に変換
する。４０は自動モード、手動モードの切換スイッチで
あシ、３８の出力か手動入力かが選択され、最終的に調
整出力ＭＶとして出力される。

処理３９内ではまず今回制御周期に取シ込んだ設定値Ｓ
ｖとプロセス量ＰＶの偏差ならびに、偏差の変化量を算
出する。

ｅ、＝ＰＶ−８Ｖ　　　　　　　・・・・・・・・・・
・・（１）Δｅ　ｓ　＝ｅ　ａ　−ｅｍ−１・・・・・
・・・・・・・（２）ｅ、は、次回の制御周期でｅ、−
１として、０）式の演算に用いるため、これをメモリに
記憶しておく。

次に、比例項演算信号、ａ分項演算信号、微分項演算信
号を個々に演算する。

微分項演算信号は、本例では位置型演算を用いている。

偏差の変化量Δｅ、に対し、ブロック３１Ｄで、比例ゲ
インＫｐを掛け、ブロック３５でＫｎ／Δｔを掛ける（
　Ｋ　Ｄは微分定数、Δｔは制御周期）。しなかって、
微分項演算信号ｄは（３）式によって算出する。

次に比例項演算信号の演算であるが、本演算は速度形演
算によって行なう。比例項演算信号は、３１Ｐ、３２．
３３のブロックにて行なわれる。

まずブロック３１Ｆにて比例ゲインＫｐを掛け、次に、
ΔＭＹリミッタ３２（変化率リミッタ）が前回制御周期
で算出したリミッタ余＃）Ｒ１を加える。すなわち、リ
ミッタ前比例項調整比カＸ１は次式のようになる。

Ｘ１＝Ｋｐ’Δｅ、＋Ｒ＋　　　　・・・・・・・・・
（４）さらにＸ、をΔＭＶリミッタ３２により、変化率
の上下限設定範囲内に制限する。また、３２では、リミ
ッタ余り１Ｎ１　をあわせて算出する。几鳳は、メモリ
内に記憶され、これを次回の制御周期において、（４）
式の計算に用いられる。ブロック３２の処理と数式で示
すと、ΔＭｖリミッタ後比例項出力ｔ−石　と１−ると
、 石”ＤＭＨ（ＤＭＨ（ｘｌのとき１−＝−ｒ５ａ１５Ｃ
Ｘ＋（ＤｔＶＬ≦狛≦ＤＭＨのとき）・（５ｂ）石＝Ｄ
ＭＬ　　（ｘｔ　＜ＤＭＬのとき１・・・・・・（５Ｃ
）Ｒ亀＝Ｘｌ−Ｘｉ・・・・・・・・・・・・・・・（
６）（６）式は％　ｘｉの絶対値とリミッタ値ＤＭＨ。

ＤＭＬの絶対値を比較し、Ｘｌの絶対値が大なるとき、
Ｘｌ　とリミッタ値の差分をとることを意味している。

、ｘｌがΔＭＶリミッタにかからない場合はゼロである
。

ここで、ＤＭＨは、ΔＭＹリミッタ３２の上限設定値、
Ｄ　ＭＬは下限設定値である。

次に、石に、前回調整出力！ＭＹを加え位置形出力とし
、さらに、Ｍｖリミッタ３３によって、前回制御周期で
算出されたリミッタ余シ几２を加える。

すなわち、比例項演算信号のＭＶＩＪミッタ前出力Ｘｌ
は、 Ｘｌ”石＋ＭＶ十几２　　　　・・・・・・・・・・・
・（７）ｘ２に対して、ＭＶリミッタ３６は、（８ａｌ
。

（８ｂｌ、　（８ｃｌ　、（９）に示す演算を施す。（
８ａｌ。

（８ｂｌ、　　（８ｃｌ　は比例項演算成分の算出式、
（９）はリミッタ余＃）Ｒｚの算出式である。Ｒ，ｚは
、メモリ内に記憶され、次回の制御周期で、（７）式の
演算に用ｒられる。

ｐ”ＭＨ（ＭＨ（ｘ２のとき）　　　・・−・・−・−
（８ａｌｐ＝Ｘｓ　　（ＭＬ≦Ｘ１≦ＭＨのとき）・・
・・・・（８ｂ）ｐ　＝　Ｍ　Ｌ　（ＸＩ　＜ＭＬのと
き）　　　−・−・−・（８ｃｌＲ１＝ｘｌ　−ｐ　　
　　　　・・・・・印・・・・・・・・・・（９）ここ
でＭＨは、ＭＶリミッタ３３の上限設定値、ＭＬは下限
設定値である。（９）式は、Ｘ２がＭＶＩＪミッタにか
からなければゼロとなる。結果的に、Ｘ２の絶対値とり
Ｓツタ値（ＭＨ，ＭＬｌの絶対値を比較し、Ｘ２の絶対
値が大なるとき、Ｘｌとリミッタ値の差分をとることに
相当する。

以上で比例項演算信号の演算が終了する。この比例項演
算信号の演算処理が本発明の特徴となるところである。

積分項演算信号は、３１１，３４のブロックにて行なわ
れる。本演算も速度形演算による。すなわち、偏差ｅ、
に３１１で比例ゲインＫｐを掛け、３４でΔｔ／“Ｉ’
＋ｔ”掛ける。すなわち積分項演算信号ｉは、 である。ここでＴ！は積分時間。

以上の演算処理で比例項演算信号ｐ、積分項演算信号ｉ
、微分項演算信号ｄの演算が終わったので、３者の和を
とり、比例、構分、微分項出力ｖｔ− ｍｙ＝ｐ＋ｉ＋ｄ　　　　　　・・・・旧・・・・・（
Ｉｌｌと算出する。ｍｖは、位置形出力となっている。

ここでさらにＭＹリミッタ３６によって、ｍｖの値を、
ＭＬ−ＭＨの間に制限する。算出方法は、ＭＹリミッタ
３３における（８）式と同様である。

３６では、リミッタ余りの演算を行なわない。

次に、調整出力前回値ＭＶを３６の出力から差し引き、
速度形出力Δｍｖとする。Δｍｙは、ｊＭＶＩＪミツ１
３７によりテ％　Ｄ　Ｍ　Ｌ−Ｄ　Ｍ　Ｈの間に制限さ
れる。算出方法は、ΔＭＶＩＪミッタ３２における（５
）式と同様である。３７では、ＩＪ　ミッタ余りの演算
は行なわない。ΔＭＶリミッタ３７後の出力ｔΔＭＹと
する。

ΔＭＹは、前述のように、積分要素３８にて位置製出力
に変換され、自動モード、手動モード切換スイッチを径
由して調整出力ＭＹとして、出力される。ＭＹの値は、
Ｄ／人変換器１５内のレジスタに書き込まれると同時に
、メモリ内に記憶され、次の制−御周期で用いられる。

第５図に、本発明を用いた場合の比例項の応答例を示す
。

５１のような矩形の偏差が発生した場合、偏差に対する
ＫｐΔｅ１の速度形演算出力は、５２゜５３のように、
ｅ、の変化した時にのみ出力される。５２では、ＭＹリ
ミッタによって几２の部分が制限されている。積分要素
３８通過後の比例項は、ＭＶリミッタなき場合は、５４
に示す出力となるが、Ｍｖリミッタのかかった場合、５
６の出力となる。本発明のごとくリミッタ余シＲ２を、
次回の制御周期に反映させないと、偏差発生時ｔ１で、
出力５２の凡２に相当する部分がすてられ、偏差回復時
ｔ２で、Ｒａ２に相補する量だけ５５に示すごとく余分
にひきもどされてしまう。

余分にひきもどされた部分は、積分項によらねばならず
制御性が低下する。

本実施例では、手動モード、自動モードの切換＋７）際
に、バンプレス処理のための特別な処理を必要としない
速度ｍ演算の長所を生かしつつ、ＭＶリミッタ、ΔＭＶ
リミッタを付加してもＰ、　　Ｄ項による出力もどしす
ぎ現象、出力不足を解消し、制御性を低下させないと−
う長所を有する。

次に、本発明の第２の実施例について説明する。

第２の実施例では、全体構成、制御演算ユニット内に記
憶されたプログラムの概略フローチャートは第１の実施
例と同じなので説明を省略する。制御演算の処理フロー
を第４図に示す。

第２の実施例では、第１の実施例の説明図（第３図１に
示した処理３９に対応する部分をサブルーチン化し、４
１．４２．４３のＰＩＤ制御系ｌ。

２．３の制御演算処理に用いている。各々、設定値ＳＶ
Ｉ、ＳＶ２．ＳＶ３、調整出力Ｍ　Ｖ　、プロセス量Ｐ
ＶＩ、ＰＶ２．ＰＶ３を入力し、出力として、速度型出
力ΔＭＶＩ、ＪＭＶ２．ＪＭＶａを出力する。ΔＭＶ１
．　　ΔＭＶ２．　　ΔＭＶ３の出力は、出力切換器４
５に入力され、制御系切換論理４４によって、選択され
た制御系の速度型出力を選択しくΔＭＶ）、積分要素４
６に入力する。

積分要素通過後の出力ＭＶが調整出力として、操作端に
出力される。

本適用例においても、ＰＩＤｌ〜３の制御系切換の際に
、選択されていない系のリセットワインドアップ対策が
不要、バンプレス切換のための特別な処理を必要としな
いという速度型演算の長所を生かしつつ、各制御系に、
ＭＶＩＪミッタ、ΔＭＶリミッタを付加しても、Ｐ、Ｄ
項による出力もどしすぎ現象、出力不足を解消し、制御
系の構成を容易にしている。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、速度型演算によっ
て、ＰＩＤ演算を行なう際に、対象プロセスの特性、操
作端の性能から、調整出力に対し、リミッタ要素、変化
率リミッタを付加した場合に、リミッタにて、調整出力
が制限されてもＰ項成分のＩＪ　ミッタ余りが、次回の
制御周期に反映されるため、比例項による、出力もどし
過ぎ現象、出力不足が防げ、速度形ＰＩＤ演算の制御性
が向上するという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すプロセス制御装置全体
構成図、第２図は制御演算処理の概略フローチャート、
第３図は制御演算詳細処理フロー、第４図は本発明の他
の実施例の制御演算処理７ａ−１第５図は、矩形状の偏
差入力を加えた場合の比例項の応答特性図である。 ｌＯ・・・センサ、１１・・・プロセス量入力インター
フェース、１２・・・Ａ／Ｄ変換器、１３・・・設定イ
ンターフェース、１４・・・制御演算ユニット、１５・
・・Ｄ／人変換器％１６・・・プロセス出力インターフ
ェース、１７・・・ディジタル入出力インターフェース
、１８・・・操作操（バルブ）、１９・・・操作端（ポ
ンプ）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、プロセス量の測定値を入力する信号入力手段と、プ
   ロセスを制御するための設定値とパラメータを設定する
   定数設定手段と、前記信号入力手段と定数設定手段より
   得られる入力信号、設定値およびパラメータに基づき、
   所定の制御周期で少なくとも比例項の演算を行なう比例
   項演算手段および積分項の演算を行なう積分項演算手段
   を有する速度形演算手段と、上記演算手段より得られる
   比例項演算信号に対し、リミッタと変化率リミッタの少
   なくとも一方のリミッタをかけるリミッタ手段と、前記
   積分項演算信号とリミッタをかけた後の比例項演算信号
   の和を調整出力としてプロセスに対して出力するための
   出力手段とを具備し、前記比例項演算信号の絶対値が前
   記リミッタ値の絶対値より大のとき前記比例項演算信号
   とリミッタ値の差分を求め、この差分を前記比例項演算
   手段に次回の制御周期にて加算することに特徴を有する
   プロセス制御装置。