TW200534068A

TW200534068A - Close loop control system and method thereof

Info

Publication number: TW200534068A
Application number: TW093109620A
Authority: TW
Inventors: Chin-Chang Chen; Wen-Pin Hsu; Yu-Ta Shen
Original assignee: Macronix Int Co Ltd
Priority date: 2004-04-07
Filing date: 2004-04-07
Publication date: 2005-10-16
Also published as: TWI297423B; US20080234841A1; US20050228512A1; US7386355B2

Description

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【發明所屬之技術領域】本發明是有關於一種閉迴路控制系統（cl〇 c〇ntr〇1)及其方法，且特別是有關於—種利用兩电元輸出t回授tfl號騎回授訊號是否I常之閉迴路二: 統及其方法。役制糸【先前技術】閉迴路控制系統係為各際應用層面包括冰水、溫水制、無塵室之溫度、濕度及制以及空調系統之酸鹼度及統係藉由監測單元回授與控式計算、比較及修正輸出之定於設定之目標值。種自動控制之基本架構。在實、熱水等系統之供應壓力控靜壓控制、排氣系統之靜壓控導電度控制等。閉迴路控制系制變數相關之訊號作為控制程參考，以使控制變數到達及穩

請參考第1圖，其繪示傳統閉迴路控制系統結構方塊圖。閉迴路控制系統1 〇 0包括受控系統i i 〇 (例如是熱水供應，統）、監測單元120以及控制單元丨3〇。受控系二11〇/具有=控變數，例如是熱水供應系統中幫浦馬達之轉速。監測單7C1 2 0係為一種回授元件，用以感測受控系統丨丨〇，並輸出^控制變數相關之回授訊號A，例如是供應水壓值。控制單元130係執行微電腦程式piD (Pr〇porti〇nal Int^gr^ated Differential)操作，根據回授訊號a與目標預定值Ao之比較，調整受授元件丨丨〇之受控變數，以使受控系統之控制變數到達預設之目標值。

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S回授Λ號A值大於目標預定值a 〇時，表示埶水供應系統（受控系統1 10)所產生之供應水壓（控制變數過^ 了控制單凡1 30即降低幫浦馬達之轉速（受控變數），以減小供應水壓。而當回授訊號A值小於目標預定值A〇時，表示熱水供應系統所產生之供應水壓不足。控制單元丨3 〇便提高幫浦馬達之轉速，以補充供應水壓量。然而，監測單元1 2 0會因為壽命、品質不良以及受外力破壞等問題使得其感測元件故障、傳送器異常、導壓管路、接頭洩漏、導線異常以及輸入模組異常。因此，造成其輸出之回授訊號A異常，無法正常反應出受控系統1 1 〇之狀態。例如目前幫浦馬達實際轉速約為每秒丨i00轉，對應之供應水壓約20· 5 kg/cm2，而目標預定值A〇設為2〇 kg/cra2，對應馬達轉速預定為每秒1 050轉。由於回授訊號八異常，控制器1 3 0接收之回授訊號A值一直固定為j 9 k g / c m2。於是控制器1 3 0根據回授訊號A值與目標預定值a 〇之比較，認為馬達轉速過慢，便一直增加馬達轉速，最後導致馬達失控，甚至整個熱水供應系統損壞。一般閉迴路控制系統並無回授訊號之異常判斷功能。因此，很容易導致上述之系統失控而影響生產，增加系統之風險性。而且當系統發出異常警訊時，工作人員必須到現場以手動方式停機並進行修復，待修復後再恢復系統之運轉。無法在回授訊號異常時繼續維持正常運轉，嚴重影響後續之控制程序。

TW1441F(旺宏）.Ptd 第6頁 200534068 五、發明說明（3) 【發明内容】有鑑於此糸統及其方法正常，並於回以避免受控系運作，不需停可立即恢復自根據本發曰括受控系統、單元。受控系係用以感測受值。第二監測數之第二回授授值與設定值該受控系統之授值及第二回。當絕對差值回授值調整受時，回授控制絕對差值 P I D程式操作，到輸出值，以：器，用以同步定個回授控制」，本發明的目的就是在提供一。利用兩組回授訊號判斷回授授訊號異常時，鎖定受控系統統失控，且可切換使用正常的機直接在線上維修或更新異常動控制功能，不受異常處理時弓的目的，提出一種閉迴路控4 第一監測單元、第二監測單元統具有受控變數及控制變數。控系統，並輸出對應控制變數單元用以感測受控系統，並輸值、。回授控制單元根據第一回之差值經程式運算後輸出控制 ^制變數到達預設之設定值，授值之絕對差值判斷監測單元小於誤差預定值時，回授控制，變數，且當絕對差值不小於單兀鎖定受控變數為固定值。 J於誤差預定值時，回授控制根據第一回授值與目標預定僅 :，欠控變數。回授控制單元 f存控制單元輸出值，且暫存】元執行PID程式操作所得到最種閉迴路控制訊號本身是否之受控變數，監測單元繼續的監測單元。間之限制。 W系統，其包以及回授控制第一監測單元之第一回授出對應控制變授值或第二回受控系統，使並利用第一回是否正常單元根據第一誤差預定值單元係執行 •之比較，得曼包括暫存申儲存有固新之輸出 2U0534068

值。當絕對差值不小，暫存器中儲存固定個輪、是預定值時，回授控制單元根據固定值。 ⑴出值之平均值，以鎖定受控變數為判別 ~^回授值而當控制訊號較，控變括切操作作者選擇被選點回號正制器異常至控功能暫時停止致能（j) i sab 1 e )。於判別訊號異常，且經判斷係非參考點之監測單元異常時’則可由操作者將判別單元之判別功能暫時停止致能單元以授值，之絕對絕對差器則用為正常調整受數為固換單元者選擇選擇第回授值擇之回授值之常時，。於判時，可制器，回授值為參考參考點系統之則由判回授值被選擇且經判回授控制單元包括以接收第一回授值及第當第一回授值與第二回時，判別訊號為正常: 時，判別訊號為異常。鎖定受控變數。當判別授值與目標預定值之比異常時’控制器鎖定受回授控制單元更包及該第二回授值並可由點輸出至控制器，當操時’控制器會根據該被受控變數，而另一組未別單元用以計算與參考之正常與否且於判別訊之參考點回授值至該控斷係參考點之監測單元一組回授值（非參考點）及控制器。判別單元用並據以輸出判別訊號。差值小於誤差預定值值不小於誤差預定值以根據判別結果調整或時，控制器根據第一回控變數；當判別訊號為定值。，用以接收第一其中一組回受值一或第二回授值之變化調整受控授值（非參考點）絕對差值以決定切換單元係輸出別訊號為異常，由切換單元選擇輸出另同時將判別單元

TW1441F(旺宏）.ptd 第8頁 200534068 五、發明說明（5) (D \sab 1 e \ ’回授控制單元即解除輸出鎖定並恢復根據原被選擇之爹考點回授值控制受控變數。當異常之第一監測單元或第二監測單元經維復或更新後，操作者重新致能 (Eable)判別單元，恢復判斷單元之判斷功能。因此，可 =回，A號異#時’利用鎖定受控系統之受控變數，避免 ί控f、洗失控’並提供切換功能及判斷功能之致能及非致 :即回授訊號發生異常時不但能避免系統失控並立即恢復自動運轉及提供系統正訊號故障排除。巾您得下執仃異书之回杈根據本發明之目的，搓屮一护制受抑糸纪皮丨* 出一種閉迴路控制方法，用以 :第-：、列單一：笛釔數。閉迴路控制方法包括··分別使應之第-回授值及=控系統，以得到對授值之絕對差值是否小於誤差預定:第=授值與第二回差預定值，根據第一回授值（切右纪對差值小於誤，行感測受控系統之步驟；若換^=受控變數，並疋值，鎖定受控變數為固定值正：小於块差預第二回授值，受控變數；以之弟-回授值或監測單元或第二監測單元，並繼2设或更新異常之第一驟。、、’執仃感測受控系統之步於钇辦差值小於誤差預定值一根據第一回授值與目標預定值之比執仃PID程式操作，制受控變數。纟方法更包括儲 ‘ 到輸出值，以控 ^數為固定值之步驟係根

所得到最新之輸出值。鎖定受執行HD程式操作 200534068

五、發明說明（6) ”存固定個輸出值之平均*，鎖值。因此，於監測單元故障控=數，口疋測單元繼續運作，不a I^老刀換至另—部正常之監 ^ ^不叉異常處理時間之限制。个知乃 < 上述目的、特徵、和優懂，下文特舉一較佳每#点丨，炎·、、占月b更明顯易明如下： &佳^例，並配合所附圖式，作詳細說【實施方式】统，ί : ϋ Ϊ ·:在於同時利用兩組監測單元感測受控系、，先亚稭由，、輸出之兩組回授訊號正常。於回授訊號異常時，•定受控系統 =控系=。而且可切換至正常的一組監測單元繼 ^ # ί π ί線上對異常的一組監測單元進行維修、 ”t ㈤此’可立即恢復自動控制功能，不文異常處理時間之限制。請參考第2圖，其纷示依照本發明一較佳實施例閉迴路控制系統結構方塊圖。閉迴路控制系統2 〇〇包括受控系統210、第一監測單元220、第二監測單元23〇以及回授控制單元2 4 0。受控系統2 1 〇例如是一種熱水供應系統，且回授控制單元240係用以控制受控系統2 1〇之一個受控變數，例如是熱水供應系統中幫浦馬達之轉速，以達到一個控制變數之目標值，例如是2 0 kg / c m2之水壓。第一監測單元2 2 0 及第二監測單元2 3 0係分別用以感測受控系統21 0以輸出對應控制變數之第一回授值S1及第二回授值s 2，例如是熱水

TW1441F(旺宏）.ptd 第10頁 200534068 五、發明說明（7) 供應糸統供應之水塵值。，另外，回扠控制單元24〇係根據第一回授值si及第二回授值S 2以控制受控系統2 1 0之受控變數。回授控制單 =包括判別單元242、㈣器244、暫存器246以及切換 :':8。、判別單元242係用以接收第一回授值以及第二回授值S2，並據以輸出判別訊號Sd。當第一回授值si與第二回授值S2之Is對差值χ= -小於誤差預定值D. sp (Differential yalue Setup)時，判別訊號％係為正常， ^ =對差值X不小於誤差預定值D sp時，参！別訊號sd係。控制器244係根據判別訊號％之正常或異常，以判斷或S2是否正f ’並據以控制受控變數。當判別訊 ίΐί正常時，控制器244進行PID程式操作，根據作為回授參考點之第一回授值以（或第二回授值S2)與目標預定值 So作比較’以調整受控變數。當判別訊號別為異常時，控制器244則鎖定受控變數為一個固定值卜，以統210之正常操作。 τ又7工乐於:ID g式操作中，控制器244係根據第一回授值S1 (或第二回授值S2)與目標預定值Sq之比較，以得到一個輸出值Op，以控制受控變數。輸出值叶例如是12位元之數位 = 0 -40 96。且數位值轉換為類比訊號Α，例如是電流值4〜 2“二控制受控變數，例如是對應馬達轉速每秒0〜轉。控制器244於每次執行PID程式操作所得到之輸出胸

200534068 五、發明說明（8) 會同時儲存於暫存器246中。而且暫存器246中之資料隨時更新，以維持儲存有固定個（例如是10個）最新之輸出值〇P :另外，切換單元248係用以接收第—回授值si及第二回，值S2並擇-輸出至控制器2“，作為與目標預定值s〇比較之回授控制參考點。一 ^判別訊號Sd輸出為正常時，表示第一回授值S1及第二回授？S2正系。此時，控制器244根據切換單元之輸 3二ί參考點之第一回授值S1或第二回授值S2與目標預疋值〇作比較。當判別訊號Sd輸出為異常時，以手動方式將=換單元248切換至正常之監測單元22〇或23〇，再勳方停止致能。於是控制器244便依照此時正常之 | / S2控制党控變數。直到異常之監測單元22〇或〇42 ^ m ^ ^ ^ 寺，再以手動方式重新致能判別單元，根^據判別訊號Sd控制受控變數。栌制：ΐ f3圖’其繪示依照本發明較佳實施例閉迴路 =及？二Γ，，於娜^^ S!及第二回授η 中熱水供應壓力之第一回授值辦弟回杈值S1與第二回授值S2之絕對差值χ = 是否小於誤差預定值D. SP。若絕對差值X小；^ nt PID程式操作，即奸^差預疋值D.SP，則進行步驟304之、乍P根據第一回授值S1(設為參考點）與目標

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預疋值So作比較，以調整受控變數，並繼續執行步驟 3 0 0。若絕對差值X不小於誤差預定值D· sp，表示此時第— =授值S1及第二回授值S2其中之一異常，也就是第一監測單元220及第二監測單元23〇其中有一元件故障。於是在步驟3 06中，控制器244發出異常警訊，並根據上述暫存器 246中儲存固定個輸出值〇p之平均值，以鎖定受控變數為 f定值Pc。控制器244也可以根據判別訊號Sd輸出異常之月丨J 一段固定時間（例如是1分鐘）當時暫存器2 4 6記錄之輸出值Op，以鎖定受控變數為固定值Pc。不同於習知只有組回授訊號無法判斷回授訊號是否 , … …、，私u四,口々又口IU\货異常，本發明之特點就在於利用二個回授值S1及％之絕對差值X來判斷控制器244所接收之回授值31或32是否正常。當監測單兀220及230皆正常操作時，回授值“及％應該相虽接近’也就是其絕對差值X會小於一個誤差預定值 D一· SP。然而，當監測單元22〇或23〇其中之一因為上述感測疋件、傳送器、導線及輸入模組等故障造成其輸出之回授值S1或S2異常時，回授值si及S2之絕對差值χ會超過嗜又預定值D. SP。 Ν 此時，控制器244可由判別單元242輸出之判別訊號^ 為異常，得知監測單元220或230已出現故障狀況，於Γ立即將受控系統2 10之受控變數鎖定於固定值pc。這個'固^ 值Pc係由控制器244於監測單元22〇或23〇尚未故障時，^ 存器246儲存之最新數個輸出值〇1)之平均值所決定，前一段固定時間，例如1分鐘前，暫存器246當時所儲3存1 之

200534068 五、發明說明（10) 輸出值Op所決定。因此，固定值Pc仍大致反應當時受控系統210之實際狀況（例如是幫浦馬達之實際轉速），可避導致上述整個系統失控之情況。接著，於步驟308，判斷第一監測單元220是否異常。工作人員於接到異常警訊後’立即到系統操作現場檢杳。當發現為參考點之第一監測單元2 2 0異常時，於步驟3 ^，利用切換單元248作切換以正常之第二回授值S2作為回於參考點。接著，於步驟312，接著由人員操作暫時將判^ 單元242停止致能（Disable)，以暫時停止執行絕對差值之異常判斷及解除輸出鎖定，並恢復原先之piD程式操此時則根據正常之第二回授值52與目標預定值S(^作呆比較，以調整受控變數。若卫作人M於接到異常警訊後，細作現場檢查發現為第二回授值S2(非參考點），直進杆步驟312，由人員操作暫時將判別單元⑷停止致時：止執行絕對差值之異常判斷及解除原先之P I D程式操作。山頭疋並恢復最後，於步驟314，待工作人員對 J230進行修復或更新，並確認由兩組監二以早二2。 f出之回授值S⑽正常之後，由人員操作早將：， 242恢復致能，並回到步驟_，重新對ίΓΓ二早二兩組回授值之偵測操作。又控糸統2 1 0進仃根據上述較佳實施例，下列幾項優點： Χ β迴路控制系統具有 1 ·本發明之閉迴路控制糸、，先使用了二組回授參考點可 TW1441F(旺宏）.ptd 第14頁 200534068

互相切換，且控否正常，並於回數，避免整個系 2 ·本發明之定受控系統之受切換使用正常之可於線上進行監復自動控制功能綜上所述，然其並非用以限本發明之精神和本發明之保護範準。

制器可根搪 L 低據二組回授訊號判別回授訊號是 /、吊時即時鎖定受控系統之受控變、、死失控而影響生產。閉=路控制系統於回授訊號異常時，可鎖 #、變數’以維持系統之正常運轉，並立即回授值作為回授參考點。因此，不須停機 ’則單元之維修、校正及保養。並可立即恢 ’不受異常處理時間之限制。雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此圍g視後附之申請專利範圍所界定者為

TW1441F(旺宏）.ptd 第15頁 200534068 圖式簡單說明【圖式簡單說明】第1圖繪示傳統閉迴路控制系統結構方塊圖；第2圖繪示依照本發明一較佳實施例閉迴路控制系統結構方塊圖；以及第3圖繪示依照本發明較佳實施例閉迴路控制方法流程圖。圖式標號說明 110 120 130 220 230 240 242 1 0 0、2 0 0 :閉迴路控制系統 2 1 0 :受控系統監測單元控制單元第一監測單元第二監測單元回授控制單元判別單元 244 :控制器 246 :暫存器 2 48 :切換單元

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Claims

200534068 六、申請專利範圍 1 · 一種閉迴路控制系統，包括：數；並輪出對應並輪出對應一受控系統，具有一受控變數及一控制變一第一監測單元，用以感測該受控系統，該控制變數之一第一回授值；一第二監測單元，用以感測該受控系統，該控制變數之一第二回授值；以及一回授控制單元，用以授值之一絕對差值，以控制其中，當該絕對差值小制單元根據該被選擇之第一控變數，且當該絕對差值不控制單兀鎖定該受控變數為根據該第一回授值及該第二回該受控變數；於一誤差預定值時，該回授控回授值或第一回授值調整該受小於該誤差預定值時，該回授一固定值。

",士 ·如申請專利範圍第1項所述之系統，其中於該絕對，值小於該誤差預定值時，該回授控制單元係執行PID程 ς操，，根據該被選擇之第一回授值或第二回授值與一目不預定值之比較，得到一輸出值，以控制該受控變數。 3」如申請專利範圍第2項所述之系統，其中該回授控

中早^更包括一暫存器，用以儲存該輸出值，且該暫存器，子有固定個該回授控制單元執行該pID程式操作所得到最新之該些輸出值。如申晴專利範圍第3項所述之系統，其中於該絕對

200534068 六、申請專利範圍 — 差值不小於該誤差預定值時，該回授控制單元根據該暫存器中儲存固定個該些輸出值之平均值，鎖定該受控變數該固定值。 ” 5·如申請專利範圍第1項所述之系統，其中於該回授控制單元鎖定該受控變數為該固定值之後，該回授控制單疋根據正常之該第一回授值或該第二回授值控制該受控變 ^ 6 ·如申請專利範圍第5項所述之系統，其中待異常之乂第抑i測單元或該第二監測單元修復或更新後，該回授才工制單元根據該絕對差值控制該受控變數。 7 ·如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該回授控制單元更包括：、，判別單兀’用以接收該第一回授值及該第二回授值據以輸出一判別訊號，其中當該絕對差值小於該誤差f定值時’該判別訊號為正常，而當該絕對差值不小於該决差預定值時，該判別訊號為異常；以及里二控制器，用以根據該判別訊號，控制該受控變數， ^中田判別訊號為正常時，該控制器根據該該被選擇之口、回^值或第二回授值調整該受控變數，且當該判別訊遽為異《時’該控制器鎖定該受控變數為該固定值。

200534068 六、申請專利範圍制單元更包括 l ί ΐ請專利範圍第7項所述之系統，其中該回授控 , 切換單元，用以接收該第〆回授值及該第二回授值亚，一輸出至該控制器，且於該判別訊號正常時，該切換單元係輸出該該被選擇之第一回授值或第二回授值至該控制器。 9 ·如I睛專利範圍第8項所述之系統，其中於該判別訊號為異常’且經判斷係該第一監測單元異常時，該切換單7G切換輸出該第二回授值至該控制器，同時可停止致能 (D i sab 1 e)該判別單元。 1 0 ·如申請專利範圍第9項所述之系統，其中於該判別訊號異常’且經判斷係該非選定參考值之監測單元異常時’可停止致能該判別單元，並根據該原選定監測單元之參考值繼縯控制該受控變數。 1 1 ·如申請專利範圍第1 〇項所述之系統，其中當異常之該第一監測單元或該第二監測單元經修復或更新時，該控制器重新致能（Enab 1 e)該判別單元，並根據該判別訊號控制該受控變數。 U 1 2 · —種閉迴路控制方法，用以控制一受控系統之一受控變數，該閉迴路控制方法包括：分別使用一第一監測單元及一第二監測單元感測該受 TW1441F(旺宏）.ptd 第19頁 200534068

六、申請專利範圍控系統，以得到對應該控制變數之一第回授值；小於判斷該第一回授值與該第二回授值之一絕對差曰誤差預定值，若該絕對差值小於該誤差預定值i否根據該所選定為參考點之第一回授值或第二回授值調敕控變數，並繼續執行感測該受控系統之該步騍；^ 若該絕對差值不小於該誤差預定值’鎖定該受#綠一因定值，才艮撼ΓΡ金+社够一 r^7掩信成該货_ 交彰i 該受為一固定值，根據正常之該第一回授值或該第二調整該受控變數；以及回授值，修復或更新異常之該第一監測單元或該第二監測單元，並繼續執行感測該受控系統之該步驟。 1 3 ·如申請專利範圍第丨2項所述之方法，其中當該^ 對差值小於該誤差預定值時，係執行P I D程式操作，根^ 該所選定為參考點之第一回授值或第二回授值與_目梗定值之比較’得到一輪出值，以控制該受控變數。下預 1 4 ·如申請專利範圍第丨3項所述之方法，其中該方、、更包括儲存固定個執RP丨D程式操作所得到最新之該此^ i_Li /士 ~^干月 1 5 ·如申請專利範圍第丨4項所述之方法，i中受控變數為該固定值之該步驟包括根據預先儲、些輸出值之平均值，以鎖定該受控變數為該固定值^ ^

TW1441F(旺宏）.ptd 第20頁 200534068 六、申請專利範圍 1 6.如申請專利範圍第1 5項所述之方法，其中根據正常之該第一回授值或該第二回授值調整該受控變數之該步驟包括判斷該第一及第二監測單元是否異常，若該第一監測單元異常，根據正常之該第二回授值與該目標預定值之比較，調整該受控變數；若該第一監測單元正常，根據正常之該第一回授值與該目標預定值之比較，調整該受控變數0

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