JPS6275714A - 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〕 本発明は、物質精製用プロセス計装制御や分散形ディジ
タル計装制御等に使用されるプロセス制御装置に係わり
、特に制御周期の可変手段を改良してなるプロセス制御
装置に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

プロセス計装制御ではアナログ制御とディジタル制御に
大別できるが、特にアナログ制（財）に比べてディジタ
ル制御はＰ−　１　−Ｄパラメータの外にもう１つサン
プリング周期という調節可能なパラメータをもっている
。

ところで、従来のディジタル制御は、間欠制御の欠陥を
補なう意味からサンプリング周期を出来る限り短く設定
してアナログ制御に接近させ、コントローラとしてのマ
イクロコンピュータが負荷として許す得る最小のサンプ
リング周期に固定した状態で制御している。また、従来
、サンプリング周期を変化させて制御するものもあるが
、これは人間がプロセス制（社）系の落着き具合を見計
らって予め定められたサンプリング周期を選択すること
により行っている。つまり、従来のディジタル制御はサ
ンプリング周期を積極的かつ自動的に変化させるものは
なかった。

従って、以上のようなディジタル制（社）、待にＰ・■
・Ｄパラメータだけを用いたものは遅れ時間や無駄時間
の大きな制御系の場合に制御性が著しく悪化し、一方、
人為的にサンプリング周期を選択して制御するものは操
作の繁雑さおよび遅れ時間や無駄時間の大きな制御系の
場合には前述と同様にプロセス制御系を適切に制御でき
ない問題があった。

（発明の目的） 本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、プロセス制
御系の定常度を把握してサンプリング周期を変化させ、
ディジタル制御の持つ有効性を十分に発揮させて良好な
制御性を確保するプロセス制御装置を提供することにあ
る。

〔発明の概要〕

本発明は、第１の物質に加熱媒体を与えてこの第１の物
質から第２の物質を得る装置において、前記第２の物質
の発生量に基づいてディジタル調節演算を行って前記加
熱媒体の供給流量を制御するとともに、前記物質の物質
収支および前記物質における熱収支からプロセス制御系
の非定常度を判断し、この非定常度に基づいて前記ディ
ジタル調節演算のサンプリング周期を可変制御するよう
にしたものである。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。第１図は装置全体の構成を示す図であって、物質発
生用ドラム１１には原料供給配管系１２を通って第１の
物質である原料液１３が供給されるようになっている。

この原料供給配管系１２には温度計１４、流」計１５お
よび原料液流量調節弁１６等が設けられ、これらの温度
計１４および流量計１５により原料液温度Ｔ１、原料液
流ｆｆ１Ｆ１が測定され、またドラム１１に液体レベル
計１７を設けこのレベル計１７によりドラム１１内の原
料液１３と蒸気２２の圧力差から原料液１３のレベルＬ
１を検出し、このレベルに応じて流最調節弁１６を調茄
制（社）する構成となっている。

そして、以上のように供給された物質発生用ドラム１１
の原料液１３は加熱媒体配管系２１より送り込まれる加
熱用蒸気によって熱交換され、蒸気２２となって発生す
る。この加熱媒体配管系２１には同様に温度計２３、流
量計２４および加熱用蒸気流量調節弁等２５が設置され
、温度計２３および流量計２４によりドラム入口側蒸気
温度Ｔ３および蒸気流ｆｆ１Ｆ３が測定され、また後述
するディジタル調節演算手段によって得られた出力を目
標値としこの目標値と前記蒸気流ｆｉＦ３とから蒸気流
分調節弁２５の操作出力を得る蒸気流量調節計２６が設
けられている。２７はドラム１１の出口側蒸気温度Ｔ４
を測定する温度計である。

次に、物質発生用ドラム１１内の上部に位置する蒸気部
分から発生蒸気移送用配管系３１が導出され、これには
温度計３２、発生蒸気流量調節弁３３および発生蒸気流
量計３４等が設けられ、この発生蒸気流ｍ調節弁３３は
ドラム１１内の蒸気温度を測定する温度計３５の出力を
受けて発生蒸気流」調節計３６によって制御されるよう
になっている。３７は発生蒸気を冷却する冷却器、３８
は冷却器３７により冷却して得られた椿製物質である精
製液を一時貯留するレシーバ、３９はレシーバ３８内の
粘製液とそれ以外の部分の圧力差から精製液のレベルを
測定する精製液レベル計である。　しかして、以上のよ
うなプロセス制御系において、前記精製液測定レベルＰ
■とレベル目標値Ｓｖの偏差に応じてＰ（比例）・１（
積分）・Ｄ（微分）調節演算を行うディジタル調節演算
手段４０が設けられ、この調節演算手段４０により得ら
れた出力は加熱用蒸気流出の目標値として前記蒸気流ｍ
調節計２６に供給されるようになっている。また、この
ディジタル調節演算手段４０の内部または図示する如く
外部には各信号Ｐｖ、Ｓ■および調節出力をサンプリン
グする機械的なサンプラまたは電気的な手段により構成
されるハードまたはソフトなサンプラ４１．４２が設け
られ、これらのサンプラ４１．４２は非定常度判断部に
よって決定されるサンプリング周期△ｔにより制御され
るようになっている。

前記非定常度判断部４３は、供給原料液と発生蒸気との
物質収支の不一致量を求める物質収支演算手段５１と、
前記物質における熱収支の不一致量を求める熱収支演算
手段５２と、これらの演算手段５１．５２によって求め
られた物質収支の不一致量および熱収支の不一致量を用
いて非定常度を求める非定常度演算手段５３と、この非
定常度演算手段５３によって求められた非定常度に基づ
いてサンプリング周期△ｔを決定するサンプリング周期
決定部５によって構成されている。

次に、以上のように構成されたｉ置の動作を説明する。

先ず、プロセス制御系においては、液体レベル計１７に
よりドラム１１内の原料液レベルＬ１を測定し、この測
定レベルに応じて流量調節弁１６をＷＡ節副制御ながら
原料供給配管系１２を用いてドラム１１に原料液１３が
所定のレベルとなるように供給される。

以上のようにしてドラム１１に供給された原料液１３は
加熱媒体配管系２１から送り込まれるカロ熱用蒸気によ
り熱交換されてドラム１１の上部に蒸気２２が精製され
る。ここで、発生された蒸気２２はドラム内の蒸気温度
を受けて発生蒸気流量調節針３６により制御されながら
発生蒸気移送用配管系３１を通って送り出されるが、そ
の途中において冷却器３７によって冷却されて液化され
、この１１ｔＪ液がレシーバ３８に一時蓄えられた後、
所定の場所に送り出される。

このとき、前記レシーバ３８において物質の精製量をレ
ベル計３９により測定し、この測定値Ｐに基づいてディ
ジタル調節演算手段４０がＰ−１−Ｄパラメータおよび
サンプラ４１．４２を介してサンプリング周明へｔを可
変パラメータとして加熱用蒸気流量の目標値を得、これ
を蒸気流ｍ調節計２６に与えて実際の蒸気流ＩＦ３と比
較しながら加熱用蒸気流量を制御している。

しかして、前記ディジタル調節演算手段４０は、所望の
サンプリング周期へｔによりサンプリングされた精製量
を受けてＰ−１−Ｄ調節演算を行うものであるが、この
サンプリング周期へｔは非定常度判断部４３によりプロ
セス制御系を考慮し、かつ特定された指標を用いて演算
式により求められる。

次に、サンプリング周期の決定動作について説明する。

一般に、プロセス制御系が定常であれば、物質収支と熱
収支はそれぞれ一致するはずである。

従って、逆に非定常の度合はこれら収支の不一致Ｉの大
きさで表わすことができる。例えば物質収支が不一致の
場合、ドラム１１の液レベルが何れかの方向に変化しい
ているか、または変化していないときでもドラム１１内
の滞留総重量は何れかの方向に変化していて必ず液レベ
ルが変化してくるものである。そのため液レベルの調節
動作が動いて原料供給流量は変化するはずであり、その
意味では現在のプロセス制剖系は定常とは言えない。

一方、非定常時であっても変動の途中でたまたまある時
刻において物質および熱の収支が成立することがあるの
で、ある時間区間だけ積分するのが評価法として望まし
く、また現在の収支子一致暑が最も大きく過去に遡るに
従って小さい方が評価として有効なものと言える。

そこで、本装置は、以上のような事柄を前提としつつ物
質収支の不一致量の大きさに時間重み係数（現在時刻か
らどれたけ遡ったかを表わす係数）をかけた後、適当な
時間［の区分で積分したものと、熱収支不一致量の大き
さに時間重み係数をかけ、同（薬に時間りの区分で積分
したものとをそれぞれ適宜な定数で結合し、プロセス１
ｌ１１（社）系の非定常度を判断する。そして、この非
定常度が大きくなればそれに従って大きくなるようなサ
ンプリング周期を例えば１次式により決定するものであ
る。

以下、サンプリング周期の決定について更に具体的に述
べると、原料供給配管系１２および発生蒸気移送用配管
系３１に設置される流量計１５．３４によって測定され
た原料液１１Ｆ１および発生蒸気流１１Ｆ２を第２図に
示す物質収支演算手段５１に導入し、ここで次のような
演算式により物質収支の不一致１ｅＦを求める。

ｅＦ−ｌ　Ｆｌ−Ｆ２　ｌ　　　　−−−−−−−・−
（１）そして、（１）式に基づいて求めた物質収支の不
一致１１ｅＦを非定常度演算手段５３に供給する。

一方、熱収支の不一致Ｍｅ）−１については、前記流儂
Ｆ１．Ｆ２のほかに、各温度計１４．３２゜２３．２７
により測定された原料液温度Ｔ１．発生蒸気温度Ｔ２．
入口側蒸気温度Ｔ３および出口側蒸気温度Ｔ４をそれぞ
れ熱収支演算手段５２に供給し、これに更に？Ｒ量計２
４で測定された加熱用蒸気流ｆｆ１Ｆ３を導入し、各原
料液エンタルピｈ１、発生蒸気エンタルピｈ２．加熱用
蒸気エンタルピｈ３を用いて下式に示す演算式により求
める。

ｅＨ＝　　ｌ　　Ｆｌ　　ｈｌ　　（ＴＩ　　）＋Ｆ３
ｈ３　　（Ｔ３）−Ｆ２ｔ１２　　（Ｔ２）−Ｆ３ｈ３
　　（Ｔ４）　　１・・・・・・・・・・・・・・・　
（２）以上のようにして求めた物質収支不一致量ｅＦお
よび熱収支不一致ｆｌｅａ（はそれぞれ非定常度演算手
段５３に導入され、ここで適当な定数Ｃ１゜Ｃ２および
物質収支不一致量時間重み係数ＷＦおよび熱収支不一致
量時間重み係数ＷＨを用いである時間りの区間について
積分し、下式に基づいてプロセス制御系の非定常度μを
演算により求める。

ｕ＝０１　　ＷＦ（ｔ−ｒ）ｅＦ（ｒ）ｄｒ＋０２　　
ＷＨ（ｔ−ｒ）ｅＨ（ｒ）ｄｒ−（３）但し、ｔは現在
時刻、τはプロセス制御系の時定数を示す。次に、以上
のような式により非定常度μを求めたならば、これをサ
ンプリング周期決定部５４に導入し、こここで適宜な定
数Ｃ３゜Ｃ４を用い、かつ上述したような１次式つまり
下式に基づいてサンプリング周期Δｔを決定するもので
ある。

△ｔ−Ｃ３μ＋Ｃ４・・・・・・・・・・・・・・・（
４）そして、以上のようにして決定されたサンプリング
周期へｔを用いて前記ディジタル調節演算手段４０のサ
ンプラ４１．４２を制御し、物質精製量に基づいて加熱
用蒸気流量の目標圃を定め、この目標値に従って加熱用
蒸気流量を制御するものである。

従って、以上のような実施例の構成によれば、Ｐ−１−
Ｄパラメータのみならず、ディジタル制御の特長である
サンプリング周期をパラメータとしてプロセス制御系を
調節制御できるとともに、プロセス制御系の確実な指標
を用い、かつ物質収支および熱収支の不一致最から非定
常度を把握しこれによりサンプリング周期を決定してい
るので、人間の助および経験等に頼ることなくプロセス
の状況に応じて自動的にサンプリング周期を可変してデ
ィジタル制園を実行できる。この結果、例えば遅れ時間
や無駄時間の大きいプロセス制御系のディジタル制御に
おいてはサンプリング周期が長く設定され、プロセス制
御系の発散振動現象を未然に防止することができ、従来
に比べて大幅に制御性を改善することができる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではない。

例えばディジタル調節演算手段４０は、Ｐ−Ｉ−Ｄ調節
演算に限らず、別の制御アルゴリズムであってもよく、
例えばＰ・■制御アルゴリズムを用いてもよい。また、
物質収支の不一致伍として原料液流ＩＦ１および発生蒸
気流ＩＦ２を用いたが、このＦ２の代りにレシーバ３８
の出力流量を用いてもよい。また、熱収支不一致当につ
いては（２）式に限らず例えばドラム１１から放出され
る熱量を含めて考えてもよい。さらに、非定常度判断に
使用する時間重み係数は種々の式あるいは表にし、プロ
セス制御系の種々の条件に応じて使い分けてもよい。ま
た、非定常度は物質収支不一致量および熱収支−数量を
加算したが、これらの積結合として表わしてもよい。ま
た、サンプリング周期は（４）式に限る必要はなく、要
は非定常度が大きくなればそれに従って大きくなればよ
く、例えば非定常度に応じて単調増加または折線増加す
る関数発生器を用いてもよいものである。その他、本発
明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施でき
る。

（発明の効果） 以上詳記したように本発明によれば、人為的な操作を伴
うことなく物質収支および熱収支からプロセスの遅れ時
間や無駄時間に応じてサンプリング周期を自助的に変更
し得、よってプロセス制御系の発散撮動現象を未然に防
止でき、制御性を大幅に改善でき、ディジタル制御系の
利点を十分発揮させ得るプロセス制御装置を提供できる
。

【図面の簡単な説明】

第１間は本発明装置の一実施例を示す構成図、第２図は
第１図の非定常度判断部の一例を示す構成図である。 １１・・・物質精製用ドラム、１３・・・原料液、２２
・・・発生蒸気、２６・・・加熱用蒸気流量調節計、４
０・・・ディジタル調節演算手段、４１．４２・・・サ
ンプラ、４３・・・非定常度判断部、５１・・・物質収
支演障手段、５２・・・熱収支演算手段、５３・・・非
定常度演算手段、５４・・・サンプリング周期決定部。 ｚ 第２図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の物質に加熱媒体を与えてこの第１の物質か
   ら第２の物質を得る装置において、前記第２の物質の発
   生量に基づいてディジタル調節演算を行つて前記加熱媒
   体の供給流量を制御するディジタル調節演算手段と、前
   記物質の物質収支および前記物質における熱収支から制
   御系の非定常度を判断し、この非定常度に基づいて前記
   ディジタル調節演算手段のサンプリング周期を可変制御
   する非定常度判断部とを備えたことを特徴とするプロセ
   ス制御装置。
2. （２）ディジタル調節演算手段は、Ｐ・Ｉ・Ｄ調節演算
   またはＰ・Ｉ調節演算を行うものである特許請求の範囲
   第１項記載のプロセス制御装置。
3. （３）非定常度判断部は、前記物質の物質収支不一致量
   を求める物質収支演算手段と、前記物質における熱収支
   の不一致量を求める熱収支演算手段と、これらの演算手
   段によつて求められた物質収支不一致量および熱収支不
   一致量を用いて非定常度を求める非定常度演算手段と、
   この非定常度演算手段によつて求められた非定常度に基
   づいてサンプリング周期を決定するサンプリング周期決
   定部とを有するものである特許請求の範囲第１項記載の
   プロセス制御装置。