JPS625403A - プロセスの自動制御装置 - 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〕 本発明はプロセスの自動制御装四に関するもので、特に
一般産業プラントのプロセス制御に用いられるものであ
る。

〔発明の技術的背景〕

一般産業のプラントにおいて従来使用されているプロセ
ス制御システムの一例を第３図に示す。

これによれば、プロセス４０の流Ｍ１温度、圧力等の各
極状ｆｉｆｆｉＰＶはセンサ４５により検出され、コン
トローラ２１の入力側にフィードバックされて設定値Ｓ
ｖに対し減算することによって偏差を得、コントローラ
２１は、規定された所定のアルゴリズムに従って偏差に
もとづいた操作量ＭＶを出力する。したがって、プロセ
ス中の調整弁等の制御器がこの操作ｉＭＶにより駆動さ
れ、プロセス吊の制御が行われることになる。

このような制御系では制御の良否はコントローラ２１の
制御アルゴリズムの如何にかかっており、特に石油化学
プラント、発電プラント等の大規模プラントにおいては
高Ｖ４疫の運転を行うために運転開始前にコントローラ
２１の制御アルゴリズムのパラメータ決定を行う必要が
ある。

第４図はこのような°パラメータ決定のために用いられ
るシステムを示す構成図である。

これによればコントローラ２１を備えた制ｍ＋盤５１に
接続されて命令およびデータの授受を行うシミュレータ
５２および計算１１５３が設けられ、これらにはＣＲＴ
、キーボード等のマンマシンインタフェース（以下ＭＭ
Ｉという）５４が接続されてデータの授受を行うように
なっている。ここでシミュレータ５２は実際のプロセス
状態を模擬するものである。また、制ｔＩＩ盤５１には
必要に応じて模擬信号を供給する電流・電圧発生器５５
および制御盤５１から出力されたデータを記憶するレコ
ーダ５６が接続されている。

このような構成のシステムを用いてパラメータを決定す
るには次のようにする。

すなわち、ＭＭＩ５４を操作し、計算機５３を作動させ
てシミュレーションプログラムを実行させ、シミュレー
タ５２に対して外乱となる模擬信号を入力させてこの模
擬信号に対するシミュレータ５２の応答特性をレコーダ
５６によって記録する。この応答特性データは計算機５
３のデータ収集機能によってデータを採取することがで
きる。

このようにして採取されたデータをもとにパラメータの
概略を決定することができる。なお、シミュレータ５２
の応答特性データを得るためには電流・電圧発生器５５
からステップ信号を発生さけ、これをシミュレータ５２
に供給するようにしてもよい。

このようにして模擬的に得られたパラメータはある程度
の精度を有しているが、必ずしも充分ではなく、実際の
プラント運転時に熟練した試験員あるいは技術者が実プ
ラントの制御状況に合致するようにパラメータの補正を
しながら最終的な決定を行っている。

〔背景技術の問題点〕

しかしながら、このようなパラメータ決定は最終的に人
の判断により決定されるために、熟練した技術者等を確
保しなければならないという問題がある他、技術者の経
験や慣れに基づくために結果に個人差および設定誤差が
生じやすいという問題がある。また、シミュレータ５２
が完全に現実の運転を模擬できないために設定値と実際
の運転時に必要な値との間に大きな誤差が生じ、結局パ
ラメータの再設定が必要になることがある。パラメータ
の再設定がプラント運転中に必要になった場合、プラン
トを停止させて変更を行うか、プラント運転中にかかわ
らず変更を行うことになるが、電力プラント、鉄鋼プラ
ントのようにプラントの停止により莫大な損害を生ずる
プラントには前者の方法は適用できず、また後者の方法
では事故を併発する危険を有し、システムの信頼性およ
び安全性を損い、調整および保守性の複雑化、困難化を
１６りという問題がある。

〔発明の目的〕

本発明は上述の問題点を解決するためなされたもので、
コントローラの制御パラメータを迅速かつ正確に設定す
ると共に、制御パラメータを安全に補正することにより
システムを常に最適に制御された状態に保ち、調整およ
び保守の容易化を図ることができるプロセスの自動制御
装置を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

上記目的達成のため、本発明においては、プロセス状態
検出部と、計算機部と、コントローラと、外乱信号発生
部と、切換回路とを備え、通常運転時にはコントローラ
の操作量信号を、調整峙には外乱信号発生部の外乱信号
を、プロセス変動の多い運転時には操作量信号に外乱信
号を０加した信号をそれぞれ選択し、プロセスの応答を
検出することによりパラメータの補正を行うようにして
いる。このため、実プロセスを用いた正確なパラメータ
設定がシステムの信頼性および安全性を損うことなく可
能となる。

〔発明の実施例〕

以下、図面を参照しながら本発明の一実施例を詳細に説
明する。

第１図は本発明にかかるプロセスの自動制御装置の構成
を承すブロック図である。

これによれば、この装置は制御対象であるプロセス４０
に対して信号の授受を行う自動制御部２０とこの自動制
御部において必要な演算を行う計算機部１ｏとを備えて
いる。

まず、自動制御部２０はプロセス４０に対して操作量信
号ＭＶを切換回路部２２の接点Ｂを介して供給するコン
トローラ２１、このコンｌ−ローラ２１に対して計算機
部１０からの指令によりパラメータを設定する制御パラ
メータ設定部２３、外乱信号を発生する外乱信号発生部
２４、プロセスの状態を検出するプロセス状態検出部 ２９、制御系の状態を変更する際に使用する補助ホール
ド回路２８を備えている。

外乱信号発生部２４はそれぞれ計算機部１０から供給さ
れるデータに基づいて外乱信号の初期値を設定する外乱
信号初期値設定部２５、信号パターンを設定する信号パ
ターン設定部２６、これらにより設定された初期値およ
び信号パターンにより外乱信号を発生ずる信号発生部２
７を備えており、その出力は切換回路部２２の接点Ａ並
びに接点Ｃに接続された加算器に接続されている。

プロセス状態検出部２９はプロセス４０の入力点である
測定ポイント４１における操作ｆｎＭＶおよびプロセス
４０の出力点である測定ポイント４２における状態ｆｆ
１ＰＶを検出してプロセスの制御状態を検出するもので
あり、その出力はｆｆｉ［ｉ機部１０へ入力される。

補助ホールド回路１４は計算機部１０から供給された切
換予告信号をもとにプロセス４０に対して供給されてい
る操作量データを切換の間一時的に保持するもので、切
換回路部１６における切換えの際に使用される。

一方、計算機部１０は、データ収集、υ制御パラメータ
決定、制御状態監視、条件判断等を行う論理演算部１１
と、この論理演算部１１に接続されて必要な情報の記憶
を行う記憶部１２と、論理演算部１１に接続されて自動
制御部２ｏ中の外乱信号発生部２４、制御パラメータ決
定部２３、補助ホールド回路２８に対してデータを供給
し、プロセス状態検出部からデータを受は付け、これら
の動作命令を出力する入出力・伝送部１３を備えている
。

次にこのような自動制御装置の動作を第２図のフローチ
ャートを参照して説明する。

この装置では切換回路部２２の３つの接点で選択される
３つの動作モードを有している。

まず、システム調整を行うときは、調整モードとして接
点Ａを選択する（ステップ１０１゜１０２）。このモー
ドではプロセス４０における操作ｆｆ１ＭＶと状態ｆｆ
１ＰＶがプロセス状態検出部２９によって検出され、入
出力・伝送部１３を介して論理演算部１１に送られる。

論理演算部１１は伝送されたプラントの制御状態から最
も適当な外乱信号、例えばステップ信号の初期値および
パターン設定値をそれぞれ外乱信号初期値設定部２５お
よび信号パターン設定部２６に出力する（ステップ１０
３）ので、信号発生部２７において外乱信号が出力され
る（ステップ１０４）。この外乱信号がプロセス４０に
入力されることによリ、プロセス４０は応答するから測
定点４１における外乱信号と測定点４２における状態ｆ
ｆ１ＰＶをプロセス状態検出部２９で検出することによ
りプロセスの応答特性データが採集され（ステップ１０
５）、この応答特性は入出力・伝送部１３を介して論理
演算部に入力され、コントローラ２１の制御パラメータ
が演算される。パラメータの決定のためにはプロセス４
０の応答を広範囲に調べる必要があるため、制御信号範
囲の応答がすべて得られたかどうかがチェックされ（ス
テップ１０６）、不充分であるときはコントローラの取
扱うべき制御信号範囲を適当な割合（例えば５〜１０％
）で走査するように外乱パターンを再設定して（ステッ
プ１０７）同様に応答データを得る。

このようにしてパラメータが計算されて決定され（ステ
ップ１０８）、このパラメータは計算機部１０中の記憶
部１２に格納される（ステップ１０９）。

次にシステム調整時でないときには自動モードが選択さ
れる。この自動モードにはプロセスの安定状態によって
２つの場合があり、安定しているときは通常状態、安定
していないとぎは変動状態である。

通常状態では接点Ｂが選択される（ステップ１１１）。

この状態ではコントローラ２１の必要とするプロセス状
態に適したパラメータを計算機部１０中の記憶部１２に
より取出して（ステップ１１２）、制御パラメータ設定
部２３に入力することによりパラメータ設定が行われ（
２テツプ１１３）、コントローラ２１は通常の制御を行
うことになる。（ステップ１１４）。

プロセスの状態が不安定でコント０−５２１の目標値Ｓ
ｖと状ｆｉＩｆｆｉ　Ｐ−Ｖとが大きな偏差を有する場
合等には接点Ｃが選択される（ステップ１２１）。この
接点Ｃは通常モードにおけるコントローラ出力である操
作ｆｆｉＭＶに外乱信号発生部２４の出力＋ΔＳを加算
したＭＶ＋ΔＳとなっている。

したがって、このモードでは通常状態と同様にプロセス
状態に適したパラメータが記憶部１．２より取出され（
ステップ１２２）、パラメータ設定が行われるが（ステ
ップ１２３）、この値は仮である。このため、プロセス
状態検出部２９により検出されたＳＶとＰｖとの差に基
づいて外乱信号発生部２４から出力された外乱信号ΔＳ
／／ＩＭＶに付加され（ステップ１２４＞、このＭＶ＋
ΔＳを操作世としたときのプロセス４０の応答プロセス
データがプロセス状態検出部２９により採集され、論理
演算部１１で演算の上パラメータが補正される（ステッ
プ１２６）。なお、外乱信号ΔＳとしてはプラントに異
常を与えない程度の値が選択され、例えばシステム調整
時の外乱信号値に係数をかけ合わせることにより得るこ
とができる。

補正されたパラメータは記憶部１２にただちに格納され
、このパラメータに基づいた制御が行われるがＳＶとＰ
ｖのａ差が依然大であるときにはくステップ１２７）、
外乱パターンを再設定しくステップ１２８＞、同様なパ
ラメータ補正を行う。偏差が一定値以下になったときに
は通常の制御モードとなる（ステップ１２９）。

以上の実施例では接点ＢとＣを例えば運転員が切換える
ようにしているが、通常運転モードを基本とし、プロセ
ス状態検出部２９によって検出されたＰｖとＳｖとの偏
差が一定値以上になったときは論理演ｎ郡１１の指示に
より接点Ｂから接点Ｃに切換え、状態が安定した彎再び
接点Ｂ側へ戻すようにしてもよい。

また、ΔＳは上記実施例では正の値であったが負の値を
とることもできる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、調整時およびプロセス
変動の多い時には切換回路の切換により外乱信号をプロ
セスに加え、プロセス状態検出部によりプロセスの応答
を検出し、計算機部でパラメータ演算、記憶等を行うよ
うにしているので、従来のようなシミュレーション試験
を行わないため、試験員の経験等に左右されることなく
特性の全域において正確な制御パラメータを設定できる
。

したがってシミュレーション試験特有の実プラントとの
誤差補正が不要で能率が向上し、また制御コストが低減
化する。

また、通常の運転時における変動に対しても適切なパラ
メータ補正がプラント運転を継続させたまま可能である
ので、パラメータ補正のためにプラントを停止させる必
要がなく、鉄鋼プラント等における停止に伴う損失を防
止し、迅速なプラント建設が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるプロセスの自動制御装置の構成
を示すブロック図、第２図はその作用を示すフローチャ
ート、第３図は従来のプロセス制御の様子を示すブロッ
ク図、第４図は従来のパラメータ設定のための試験装置
を示すブロック図である。 １０・・・計算機部、１１・・・論理演算部、１２・・
・記憶部、１３・・・入出力伝送部、２０・・・自動制
御部、２１・・・コントローラ、２２・・・切換回路、
２３・・・制御パラメータ設定部、２４・・・外乱信号
発生部、２５・・・外乱信号初期値設定部、２６・・・
信号パターン設定部、２７・・・信号発生部、２８・・
・補助ホールド回路、２９・・・プロセス状態検出部、
４０・・・プロセス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、プロセスの状態を検出するプロセス状態検出部と、 このプロセス状態検出部の出力をもとに演算、判断等を
   行い制御信号およびデータを装置各部に出力する演算部
   並びに最新の制御パラメータ等の必要なデータを記憶す
   る記憶部を備えた計算機部と、 設定されたパラメータに従い設定量とプロセス状態量の
   偏差に基づきプロセスを制御するための操作量信号を出
   力するコントローラと、 外乱信号の初期値および信号パターンを出力する外乱信
   号発生部と、 調整時には前記外乱信号発生部の外乱信号を、通常運転
   時には前記コントローラの操作量信号を、プロセスの変
   動が多い運転時には前記コントローラの操作量信号に前
   記外乱信号を所定の割合で加算した信号をそれぞれ選択
   する切換回路と、を備え、 調整時およびプロセス変動の多い運転時には前記外乱信
   号に対するプロセスの応答を前記プロセス状態検出部で
   検出し、前記計算機部で演算することにより制御部パラ
   メータの設定および補正を行うようにしたプロセスの自
   動制御装置。 ２、プロセス変動時の外乱信号がプロセスの異常状態を
   招かない程度の小さい値とされた特許請求の範囲第１項
   記載のプロセスの自動制御装置。 ３、通常運転中のプロセス変動をプロセス状態検出部に
   より検出して計算機部が切換回路を切換えるようにした
   特許請求の範囲第１項または第２項記載のプロセスの自
   動制御装置。 ４、切換回路が切換前の状態を切換時に維持する保持回
   路を備えた特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれ
   かに記載のプロセスの自動制御装置。