JPS6149683B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は１個の調節計出力をスプリツト（分
割）して２つの系統を制御するスプリツト制御装
置に係り、特に調節計の偏差の大きさに応じて操
作信号を強制修正するスプリツト制御装置に関す
る。

室内の温度を調節するプロセス制御系では、冷
却と加熱制御が必要であり、湿度を調節制御する
プロセス制御系では、除湿と加湿制御が必要であ
り、また成分中PHの調節制御を行なうプロセス制
御系では、酸とアルカリの注入制御が必要であ
る。

一般的に、かかるプロセス変数を調節する場
合、１個の調節計を用いてその出力を２つにスプ
リツトし、例えば温度調節制御では、そのスプリ
ツト出力値を冷却および加熱制御に用いている。

以下、室内温度を調節する従来のプロセス制御
系について第１図を参照して説明する。先ず、加
熱用温ブラインは、温ブライン配管１および調節
弁２を介して部屋３の中の熱交換器４に入れ、こ
こで部屋３を温めてリターンさせる。また、冷却
用冷ブラインは、冷ブライン配管５および調節弁
６を介して部屋３の中の熱交換器７に入れ、ここ
で部屋３を冷却してリターンさせている。

これらのブライン調節弁２，６の調節制御は次
のようにして行なう。即ち、部屋３内に設置せる
温度検出器８で部屋３の温度を検出して温度調節
計９に導き、ここで温度検出値と温度設定値とを
比較し、温度設定値に近づけるべく調節演算を行
なつて調節計出力信号I₀を求める。そして、この
調節計出力信号I₀をスプリツト配置してなる２つ
の信号分割演算部１０，１１に供給する。この場
合、一方の信号分割演算部１０は、調節計出力信
号I₀を受けると、下式の演算を行なつて操作信号
Ｉ_Aを得る。

Ｉ_A＝０（但し、I₀＜H₁の時） …………(1) Ｉ_A＝Ｉ_０−Ｈ_１／Ｈ_２−Ｈ_１×100％（但し、I₀≧H₁の
時）…… ……(2) つまり、信号分割演算部１０は、(1)式又は(2)式
の演算を行なつて操作信号Ｉ_Aを得た後、この信
号Ｉ_Aを温ブライン調節弁２に供給して空気変換
した後、この空気を用いて、弁開度を制御する。

また、他方の信号分割演算部１１は、同じく調
節計出力信号I₀を受けると、下式の演算を行なつ
て操作信号Ｉ_Bを得る。

Ｉ_B＝０（但し、I₀＞L₁の時） …………(3) Ｉ_B＝Ｉ_０−Ｌ_１／Ｌ_２−Ｌ_１×100％（但し、I₀≦L₁の
時）……… …(4) つまり、信号分割演算部１１は、(3)式又は(4)式
の演算を行なつて操作信号Ｉ_Bを求めた後、この
信号Ｉ_Bを冷ブライン調節弁６に供給して空気変
換した後、この空気を用いて弁開度を制御してい
る。

しかし、以上のようなプロセス制御系において
温度をプログラム制御するものでは、温度設定値
の勾配が変つた場合に必ずオーバーシユートする
問題がある。その理由は、温度設定値の上昇時は
積分とか微分特性が効いているので、先行予測を
行なつて調節計出力信号を出していてもプログラ
ムの温度設定値が一定となつた時、調節計出力信
号が不定位となり、このため温度調節計９の比較
偏差が零となつても加熱制御は直ちに零にならな
い。従つて、オーバーシユートすることになる。

また、外乱があつた場合でも、偏差零時、加熱
および冷却制御を零としなければならないが、プ
ロセス制御系自身積分特性等をもつているため、
その積分および微分動作によつて必らずしも零と
はならない。このため、無駄に制御し、プロセス
制御系の安定に比較的長時間を要する欠点があ
る。

本発明は上記実情にかんがみてなされたもので
あつて、調節計の偏差の大きさに応じてスプリツ
トした調節計出力信号を強制的に修正し、積分特
性等を持つプロセス制御系の不都合をなくして最
適制御を行なうようにするスプリツト制御装置を
提供するものである。

以下、本発明の一実施例について第２図を参照
して説明する。なお、第２図において第１図と同
一部分は同一符号を付して説明する。第２図にお
いて特に第１図と異なるところは、信号分割演算
部１０，１１と調節弁２，６との間に、温度調節
計９での偏差に応じて信号分割演算部１０，１１
の操作信号に偏差補正係数を乗ずる演算部を介在
させたものである。以下、第２図について具体的
に述べる。温プラインは、温ブライン配管１およ
び３方弁等の調節弁２を介して部屋３の熱交換器
４に入れ、ここで部屋３を温めてリターンさせ
る。冷ブラインに関しても同様であつて、冷ブラ
イン配管５および３方弁等の調節弁６を介して前
記部屋３の熱交換器７に入れ、ここで部屋３を冷
却してリターンさせている。８は温度検出器であ
つて部屋３の適宜な個所に設置する。９は温度調
節計を示し、これは温度検出器８の温度検出値と
温度設定値とを比較しその偏差が零に近づくよう
にPID調節演算を行なつて調節計出力信号I₀を求
めた後、信号分割演算部１０，１１にスプリツト
して供給する。この信号分割演算部１０は調節計
出力信号I₀が０〜H₁間で零出力値、H₁〜H₂間で
上昇出力値を示すような操作信号Ｉ_Aを得る。一
方、信号分割演算部１１は調節計出力信号I₀がL₂
〜L₁間で下降出力値、L₁〜100％（＝I₀）間で零出
力値を示すような操作信号Ｉ_Bを得る。

なお、信号分割演算部１０，１１は、温度調節
計９の調節計出力信号I₀を受けて設定値H₁、
H₂、L₁、L₂の下に操作信号Ｉ_A，Ｉ_Bを決定する
が、これらの設定値は部屋３や温・冷ブライン等
の環境条件、温度特性に応じ、バランス点を考慮
して設定されている。２１，２２は温度調節計９
における温度検出値と温度設定値との偏差値から
偏差補正係数を求める補正係数演算部である。補
正係数演算部２１は正偏差における偏差設定値h₁
〜h₂間で０〜1.0の範囲で偏差補正係数Ｉ_Cを求め
た後乗算部２３に入れて操作信号Ｉ_Aと乗算させ
る。つまり、補正係数演算部２１は操作不要領域
である偏差設定値０〜h₁で操作信号Ｉ_Aを強制的
に零とし、微分および積分特性の影響の現われで
ある偏差設定値領域h₁〜h₂で０〜1.0範囲の偏差
補正係数を与えて操作信号Ｉ_Aを低下させ、更に
偏差が大きく本来のプロセス制御を必要とする領
域では1.0の偏差補正係数を与えて操作信号Ｉ_Aを
そのまま出力する。補正係数演算部２２も同様に
演算を行なつて偏差補正係数Ｉ_Eを求め、乗算部
２４にて操作信号Ｉ_Bと乗算する。前記偏差設定
値h₁、h₂、l₁、l₂は、ブラントの条件、周囲環
境、温・冷ブラインおよび部屋３の温度特性、積
分要素等を考慮して定められるものである。従つ
て、Ｉ_A，Ｉ_Bは乗算部２３，２４で偏差補正係数
Ｉ_C，Ｉ_Eと乗算し、操作信号Ｉ_D，Ｉ_Fとして調節
弁２，６に供給する。この調節弁２，６は操作信
号Ｉ_D，Ｉ_Fを空気に変換し３方弁に加える。２
ａ，２ｂ，６ａ，６ｂは空気配管、２ｃ，６ｃは
フイルタ付き減圧弁である。

次に、第２図に示す装置の動作を説明する。部
屋３の温度を温度検出器８で検出し、その温度検
出値を温度調節計９に供給する。この温度調節計
９は温度検出値と温度設定値とを用いて演算し、
温度設定値に近づけるべく調節計出力信号I₀を求
めて信号分割演算部１０，１１に供給する。この
信号分割演算部１０，１１では、前記(1)式〜(4)式
の演算を行なつて操作信号Ｉ_A，Ｉ_Bを出力する。
そして、この操作信号Ｉ_A，Ｉ_Bを乗算部２３，２
４に供給する。

一方、温度調節計９において温度検出値と温度
設定値とから求めた偏差値ｅは補正係数演算部２
１，２２に入力され、ここで偏差設定値h₁、h₂、
l₁、l₂に基づいて偏差補正係数を求める。この補
正係数演算部２１は、負偏差値および正偏差値の
０〜h₁において偏差補正係数Ｉ_Cを零とし、また
h₁〜h₂では０から1.0に徐々に偏差補正係数Ｉ_Cを
上昇させ、さらに偏差値ｅがh₂以上の時に偏差補
正係数Ｉ_Cを1.0とする。一方、補正係数演算部２
２は、正偏差値および０〜l₁において偏差補正係
数Ｉ_Eを０とし、またl₁〜l₂では０から1.0に徐々
に偏差補正係数Ｉ_Eを上昇させ、さらに偏差値ｅ
がl₂以上の時に偏差補正係数Ｉ_Eを1.0とする。つ
まり、補正係数演算部２１は、 Ｉ_C＝０（ｅ≦h₁の時） …………(5) Ｉ_C＝ｅ−ｈ_１／ｈ_２−ｈ_１（h₁≦ｅ≦h₂の時）
………(6) Ｉ_C＝1.0（ｅ＞h₂の時） …………(7) なる演算を行なつて偏差補正係数Ｉ_Cを求め、こ
れを乗算部２３に入れて操作信号Ｉ_Aと乗算し、
Ｉ_Dなる操作信号を得て温ブライン調節弁２を制
御している。

一方、補正係数演算部２２は、 Ｉ_E＝０（ｅ＞l₁の時） …………(8) Ｉ_E＝ｅ−ｌ_１／ｌ_２−ｌ_１（l₂≦ｅ≦l₁の時）
………(9) Ｉ_E＝1.0（ｅ＜l₂の時） …………(10) なる演算を行なつて偏差補正係数Ｉ_Eを求め、こ
れを乗算部２４に入れて信号分割演算部１１の操
作信号Ｉ_Bと乗算し、Ｉ_Fなる操作信号を得て冷ブ
ライン調節弁６を制御している。

ところで、第３図に示すように例えば急冷すべ
くプログラム設定値をステツプ状に変化させた場
合には、温度調節計９が設定値にプロセス検出値
を追従させるために両者の偏差ｅにPID演算を施
し、この演算I₀に基づき信号分割演算部１０，１
１が操作信号Ｉ_A（＝０）、Ｉ_B（＝Ｉ_０−Ｌ_１／Ｌ_２−
Ｌ_１×100 ％）を求め、このＩ_A，Ｉ_Bに補正係数演算部２
１，２２が前記偏差ｅに基づき求めた偏差補正係
数Ｉ_C（＝０）、Ｉ_E（＝１）を乗算してＩ_D（＝
０）、Ｉ_F（＝Ｉ_B）なる操作信号を調節弁２，６
に出力し、冷ブラインを部屋３に供給する。

この冷ブラインによつて部屋３は急激に冷却さ
れ、温度検出器８からプロセス検出値は設定値に
近づく。そして両者の偏差ｅが偏差設定値l₂以下
になると補正係数演算部２２の偏差補正係数Ｉ_E
はｅ−ｌ_１／ｌ_１−ｌ_２となり、I₀は制限されＩ_Fとし
て出力され る。このＩ_Fによる冷ブラインによつて、さらに
プロセス検出値は徐々に設定値に近づき、偏差ｅ
がl₁以下になると偏差補正係数Ｉ_Eは０となる。
この時点で調節計９から出力にかかわらず操作出
力Ｉ_Fは強制的に０となり、冷ブラインは供給さ
れなくなる。

しかし、部屋３は熱容量（積分容量）が大きい
プロセスであるため、冷ブラインを停止した後で
も、プロセスのむだ時間の影響により検出遅れが
生じ、プロセス検出値は若干変化を持続してから
整定状態になる。この整定状態におけるプロセス
検出値はl₁、l₂（h₁、h₂）の偏差設定値によつて決
定されるもので、通常この偏差設定値は変化した
後のプログラム設定値をオーバーシユートしない
限界値に調節され、温ブラインを供給してオーバ
ーシユートを減少されるようなことを回避してい
る。

ところが、この限界の偏差（負の方向）ｅが整
定状態として維持されると、この偏差ｅは温度調
節計９で積算されつづけ積分飽和の原因と考えら
れる。しかしこのことは通常のプロセスではプロ
グラム設定値の変更や外乱による変動の影響によ
り積分の加減がなされるため生じ得ないが、万一
発生した場合でも、積分容量の大きいプロセスで
はむだ時間が長いため、調節計の積分飽和がリセ
ツトされるまでの時間は無視することができる。
すなわち、このことが問題となるのは、積分飽和
により調節計９の出力I₀が０％になつてしまつて
いる状態（この状態でも偏差ｅはl₁以下なのでＩ
_Fは０である。）のときに、プログラム設定値が急
熱状態に変化した場合である。この設定値変化よ
り生じる偏差（正の方向）ｅが加算され飽和はリ
セツトされて行くが、偏差ｅが正方向であるため
Ｉ_E＝０となり冷ブライン用操作信号Ｉ_Fは出力さ
れず、また調節計９からの出力I₀がH₁以上になる
まで温ブライン用操作信号Ｉ_Dも出力されないこ
とになる。しかし、この間にプロセス検出値とプ
ログラム設定値との偏差ｅは積分され、調節出力
I₀がH₁以上になるまでの時間はプロセスのむだ時
間に比べ小さいため、制御上問題となることは少
ない。

しかし、このような積分飽和による影響を避け
るためには、外乱、又は設定値が定常状態にあ
り、かつプロセス検出値が整定した段階で、積分
を強制的にリセツトする如く構成するか、l₁l₂
（h₁h₂）の偏差設定値を、若干オーバーシユート
（即ちh₁以下に）させる如く調節しておけばよい
ことになる。

なお、上記実施例は、アナログ式の場合を例に
とつて説明したが、デイジタル式の場合のソフト
ウエア処理であつてもその要旨を逸脱しない範囲
で適用できるものである。また、温度制御に関し
説明したが、制御対象は特に限定されないことは
言うまでもない。

以上、詳記したように本発明によれば、信号分
割演算部の操作出力信号を、不要領域では強制的
に零とし、完全に制御必要領域ではそのまま生か
し、上記両者の中間領域では検出値および設定値
の偏差の大きさに応じて強制修正するようにした
ので、積分等の特性を有するプロセス制御系でも
最適調整をすることが可能であり、オーバーシユ
ートの防止および外乱に対する制御性の向上を図
ることができ、エネルギーの無駄を防止し得るス
プリツト制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の構成図、第２図は本発明に
係るスプリツト制御装置の一実施例を示す構成
図、第３図及び第４図は偏差と偏差設定値との関
係を示す図である。 ２，６……調節弁、３……部屋、４，７……熱
交換器、９……調節計、１０，１１……信号分割
演算部、２１，２２……補正係数演算部、２３，
２４……乗算部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ プロセス変数を検出しこの検出値がプロセス
   設定値に近づくような信号を求めて出力するプロ
   セス調節計と、このプロセス調節計からの信号を
   その値に応じて前記プロセス変数を増加させる操
   作信号および前記プロセス変数を減少させる操作
   信号に強制修正する第１および第２の分割演算部
   とを備え、積分容量の大きなプラントに対して制
   御を施すスプリツト制御装置において、 前記第１および第２の分割演算部の出力端にそ
   れぞれ接続され、各々前記プラントの積分容量等
   に基づき第１および第２の偏差設定値が設定さ
   れ、前記プロセス調節計に入力される前記検出値
   と設定値との偏差の絶対値が第１の偏差設定値よ
   り小さい場合前記操作信号を強制的に零とする偏
   差補正係数を、前記偏差の絶対値が第１の偏差設
   定値以上第２の偏差設定値以下の場合前記操作信
   号を前記偏差に応じて制限する偏差補正係数を
   各々対応する前記操作信号に乗ずる第１および第
   ２の補正係数演算部とを備え、これら乗算によつ
   て得られた各操作信号を用いて複数の操作端をそ
   れぞれ制御することを特徴とするスプリツト制御
   装置。