JPH0259902A - プラントの制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は閉ループ制御系を備えたプラントの制御装置に
係り、特に前記閉ループ制御系の安定性の保持に配慮し
た制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の制御装置では、制御系が不安定になったり、運転
できなくなったりすると、それを操業具や保全員に警報
し、警報を受けた操業具や保全員がその後の適切な処置
を判断し、制御ゲインや制御方法を変更して制御系が不
安定にならないようにしている。特開昭６２−１９２９
００号公報にはプラントの異常信号を取り込み、それを
警報として出力する警報管理装置が詳述されている。し
かし、この警報管理装置はあくまで異常の検出手段であ
って、その後プラントの運転を安定的に継続させるため
の処置は人手を介さなければならない。また特開昭５９
−２２８１０号公報には、自動機械の制御装置が運転を
左右する条件、すなおち、通常、動作をするためのイン
タロックといわれるものを監視しているシステムが開示
されている。このシステムは監視対象の機構が動くか、
動かないかということのみを制御しているのであって、
オープンループ制御としてはよいが、閉ループ制御のよ
うに、プラントの運転を左右している条件が制御動作方
法を変更することだけで、その制御系による運転を継続
できないようなものに対しては有効ではない。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術においては、制御系が不安定になってから
初めて次の処置を行うか、時には操業上の事故が発生し
てから処置を行うというのが通常であった。このため、
プラントの設備を破損したり、製品を不良にするという
ことを避けることができなかった。さらに処置を行うた
めに設備の運転を一度停止し、その対策を検討し処置を
行うため、長時間設備を停止しなければならなかった。

本発明の目的は、制御系が不安定になったこと、または
今後制御系が不安定になってくることを自動的に察知し
、不良製品の生産・設備破損を防止するために、制御方
式や制御ゲインを自動的に変更することにある。

〔課題を解決するための手段〕 上記の課題は、制御対象量に対する制御目標値設定手段
と、前記制御対象量の実績値を検出する手段と、プラン
ト状態量検出手段と、設定された制御目標値と検出され
た前記実績値とプラント状態量とに基いて制御信号を演
算する手段とを備えたプラントの制御装置の制御信号を
演算する手段に、プラント状態量の変動が制御対象量に
及ぼす影響を評価信号として出力する評価演算手段と、
該評価信号に基いて制御信号を演算する手段およびまた
は制御信号を演算する回路を該評価信号に基いて変更す
る手段とを備えることにより達成される。

【作用〕

直接の制御対象になっていないプラント状態量の変動が
生じたとき、あるいは生じつつあるとき、その変動が制
御対象量に及ぼす影響が評価され、評価の結果に基いて
制御対象に対する制御信号が演算され、さらに／もしく
は評価の結果に基いて、制御信号を演算する回路が変更
される。

〔実施例〕

以下５本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図は本発明の実施例を用いた圧延機の油圧圧下制御装置
を示す図である。

一般的に制御装置を設計したときには、その制御装置が
安定に動作する条件を明らかにしている。

換言すれば、制御系が不安定になる要因も明らかになっ
ている。即ち、ある制御系の安定性を阻害する要因が発
生した場合、制御装置としてはどのような挙動を示し、
そして、それに対策するためにはどうしなければならな
いかといった推論プログラムが、設計者の頭の中にはプ
ログラムされている。本実施例は、制御装置に制御系の
安定性を阻害する要因が発生したことを察知し、その対
処方法を人間が行うのと同様のやり方によって導き出す
機能と、その結果を実際に制御装置に反映させる機能を
付加したものであって、その機能の中に、設計者の知見
や作業現場で得られたノーハウを組み込んで、制御装置
と一体化させて油圧系を制御し、制御系の安定性を阻害
する機械系（制御装置を含む）の状態量変化が発生した
ときに、単に警報を発するのではなく、その状態量変化
を回避または認容した上で、プラントの操業を妨げない
ように制御装置のゲインや制御動作方法をオンラインで
調整させるものである。

第１図において、制御対象である圧延機１ｏは油圧圧下
装置１１を備えており、この油圧圧下装置１１の圧下位
置（制御対象量）は、油圧ポンプ１３から吐出されて圧
下装置１１に注入される圧油の量により制御され、油圧
圧下装置１１に注入される圧油の量は、サーボバルブ１
５で制御される。プラント機械系の状態量を検出する検
出器として、圧下装置１１の圧下量を検出する圧下位置
検出器１２、圧下装置１１内の油圧を検出する圧下油圧
検出器２０ａ、サーボバルブ１５の動作位置を検出する
サーボバルブ位置検出器１７、油圧ポンプ１３の吐出油
圧を検出する吐出油圧検出器２０ｂ、および油圧ポンプ
１３の吐出側油温を検出する油温検出器１６が設けられ
ている。制御対象量の実績値を検出する手段として、圧
下装置１１の圧下量を検出する圧下油圧検出器丁２が設
けられている。

サーボバルブ１５の動作位置を制御するしくみとして、
圧下装置１１の圧下位置の目標値を設定する制御目標値
設定手段である目標値設定回路１と、該目標値設定回路
１の出力側に接続された偏差演算回路３と、該偏差演算
回路３の出力側に接続された制御ゲイン乗算回路４と、
該制御ゲイン乗算回ＨＩ４の出力側に接続された制御量
変換回路５と、該制御量変換回路５の出力側に接続され
、サーボバルブ１５の動作位置を制御するサーボバルブ
駆動回路６が備えられている。このしくみはさらに、圧
下油圧検出器２０ａ、サーボバルブ位置検出器１７、吐
出油圧検出器２０ｂ、油温検出器１６の出力が入力され
る状態量入力回路７と。

該入力回路７の出力側に接続された状態量演算回路８と
、該状態量演算回路８の出力側に接続された制御ゲイン
演算回路９と、圧下位置検出器１２の出力側に接続され
たフィードバック値（制御対象量の実績値）検出回路２
とを備え、制御ゲイン演算回路９の出力側は制御ゲイン
乗算回路４と制御量変換回路５に、フィードバック値検
出回路２の出力は偏差演算回路３および状態量入力回路
７にそれぞれ接続されている。また、目標値設定回路１
の出力側は状態量入力回路７へも接続されている。状態
量入力回路７と状態量演算回路８とが評価演算手段を形
成し、制御ゲイン演算回路９、制御ゲイン乗算回路４、
制御量変換回路９が、評価信号に基いて制御信号を演算
する手段を形成している。

次に上述のしくみの動作を説明する。目標値設定回路１
に圧下位置目標値が設定されると、目標値信号が偏差演
算回路３および状態量入力回路７に出力される。同時に
フィードバック値、検出回路２は圧下位置検出器１２が
出力する位置信号を取り込んで、偏差演算回路３および
状態量入力回路７にフィードバック値信号を出力する。

該位置信号を微分してサーボバルブの変位速度を知るこ
とができる。偏差演算回路３では入力された目標値信号
とフィードバック値信号の偏差が演算され。

偏差信号として制御ゲイン乗算回路４に出力される。制
御ゲイン乗算回路４に入力された偏差信号は、ここで増
幅され、制御量変換回路５に出力される。この乗算回路
４は一般的に比例制御であり、用いられる比例ゲインに
は、従来は圧下制御系の各要素の代表的伝達関数に基く
固定値が設定されていた。

制御量変換回路５に入力された信号は、ここで。

補正された上で、サーボバルブ駆動回路６へ出力され、
制御信号であるサーボバルブ即動信号に変換されてサー
ボバルブ１５に出力される。従来は制御量変換回路５に
おいては、圧延荷重の値に基いて信号の補正が行われて
いた。一方、状態量入力回路７に入力された状態量信号
、目的値信号およびフィードバック値は、プラントの状
態を監視している状態量演算回路８に入力され、該状態
量演算回路８の演算結果は、評価信号として制御ゲイン
演算回路９に出力される。制御ゲイン演算回路９では、
入力された評価信号に基いて、制御ゲイン乗算回路４で
用いられる制御ゲイン（比例ゲイン）の変更と、制御量
変換回路５で補正に用いられるゲインの変更が行われる
。

状態量演算回路８は、プラン１〜の状態量を定性的およ
びまたは定量的に取り込み、取り込んだ状態量に基いて
、今後制御系がどのような挙動をするかを推論し、一方
、推論された挙動に対処する方法をあらかじめ組み込ま
れているプログラムにしたがって導き出す。導き出され
た結果は、制御ゲインおよびまたは補正ゲインの上昇、
減少、その速さ、大きさ等を指示する評価信号として、
制御ゲイン演算回路９へ出力され、ここで評価信号に基
いて、制御ゲイン、補正量（補正ゲイン）が自動的に変
更されて、制御ゲイン乗算回路４．制御量変換回路５に
出力される。制御ゲイン乗算回路４．制御量変換回路５
では、入力された制御ゲイン、補正ゲインに基いて、偏
差信号の乗算、変換（補正）が行われ、サーボバルブ駆
動回路６に出力される。

ここで油圧圧下装置を設計するときの油圧系の伝達関数
Ｇ（Ｓ）は、 Ｇ（Ｓ）＝ｆ（Ｇ（ＦＢ）・Ｇ（ＳＡ）・Ｇ（Ｌ）・Ｇ
（ＳＶ）−Ｇ（ＰＬ）・Ｇ（Ｋ）） と表わすことができる。

Ｇ（ＦＢ）：フィードバックゲイン Ｇ（ＳＡ）：サーボバルブ駆動回路のゲインＧ（Ｌ）　
　：油圧回路伝達関数 Ｇ（ＳＶ）：サーボバルブの伝達関数 Ｇ（ＰＬ）：差圧力即ち油圧ポンプの吐出圧力と・圧下
装置内の油圧の差 Ｇ（Ｋ）　　：制御装置の制御ゲイン 以上の伝達関数の中でも特にＧ（Ｌ、）油圧回路伝達関
数は、油圧圧下装置の性能・特性を決める重要な位置付
けとなっていることは良く知られている。またこの伝達
関数自身が固定パラメーター（配管口径・配管長等）と
可変パラメーター（油の粘性・油圧）によって複雑に変
化をする。従来の制御装置では、可変パラメーターをあ
る条件で固定として扱い設計している。そして可変とな
らぬように、例えば油圧変化が出ぬようにしたり。

油の粘度が変化せぬよう温度管理をしたりして、油圧系
が不安定にならないようにしている。しかしながら、こ
れらの管理が非常にむずかしいため。

時には油の温度が上がり、油圧系全体の減衰定数が低下
し圧下装置がハンチングを起こし圧延機の制御ができな
くなってしまうといった事態が起こる。

本発明の主旨は、制御対象と維持すべき制御対象量を定
め、該制御対象量の変動要因となり得るプラント状態量
と、該プラント状態量の変動が前記制御対象量に及ぼす
効果と、該効果を打ち消す方法と、を組み合せ、該プラ
ント状態量の変動を検出する手段と、検出された状態量
の変動に基いて前記制御対象量の変動を防止する方法を
検索する手段と、該検索された方法を閉ループの制御系
に適用する手段とを備えた制御装置を設けて、前記制御
量を変動させる状態量変動が発生したとき、もしくは進
行しているとき、トラブルが生ずる前に、そのような状
態量変化の発生と同時に、オンラインで前記検索された
方法を実行させよういうものである。

前述のように油温が上昇した場合、実施例の制御装置が
どのように機能するかを説明する。油温の上昇は油温検
出器１６によって計測、検出され。

その結果は状態量入力回路７に取り込まれ、その値は状
態量演算回路８に入力される。ここでは、状態量演算回
路８の一部をなす記憶部に記憶された維持すべき制御対
象量と、該制御対象量の変動要因となり得るプラント状
態量と、該プラント状態量の変動が前記制御対象量に及
ぼす効果と、該効果を打ち消す方法とに基いて、人間が
判断するのと同じように、 １）油温が上昇した。油温が上昇したら、２）油の粘性
が低下する。油の粘性が低下したら、３）油圧回路の伝
達関数における減衰定数が低下する。減衰定数が低下し
たら、 ４）系全体の位相予裕がなくなる。かつ５）ハンチング
を発生する。

といった推論が演算され、演算結果が評価信号として制
御ゲイン演算回路９に出力される。この評価信号を受け
て、制御ゲイン演算回路９は制御ゲインおよび補正量の
下方修正演算を行い５、制御ゲイン乗算回路４および制
御量変換回路５に出力する。これにより、制御量変換回
路５からサーボバルブ駆動回路６に出力される信号が変
化し、サーボバルブ１５に伝達されるサーボバルブ駆動
信号（制御信号）が系全体の位相予裕低下に対処し、ハ
ンチング発生を防ぐ方向に変化する。

さらに制御ゲインを低下させたあとの、目標値設定回路
１の出力とフィードバック値検出回路２の出力が、状態
量演算回路８で監視され、系の安定性が判断される。処
置が不充分で系の安定性が保持できない場合は、適切に
なるまで対処を繰り返していく。

この他にも、圧下油圧検出器２０ａ、吐出油圧検出器２
０ｂにより検出される圧力の差に応じて適切なゲインを
選定したり、サーボバルブ位置検出器１７の位置信号で
表示されるサーボバルブ動作位置と、サーボバルブ駆動
信号で指示されるサーボバルブの動作位置を比較してサ
ーボバルブ１５の特性変化を一監視させて、制御装置の
ゲインを変化させることも可能である。

また第２図に示す第２の実施例のように、偏差演算回路
３の出力側に、並列に２個の制御ゲイン演算回路を配置
し、一方の演算回路４ａを比例制御回路とし、他方の演
算回路４ｂを比例積分制御回路もしくは積分制御回路と
しておき、通常は演算回路４ａを用い、状態量演算回路
８が出力する評価信号によって、制御ゲイン演算回路９
が演算回路４ｂへの切換えを指示することも可能である
。

上述のように、制御装置の中に機械系の状態量変化に対
応した制御ゲインや、制御動作方法を指示する手段を付
加することにより、制御装置のオンラインでの自動調整
が実現される。換言すれば、従来、人間の知ｍ（ノーハ
ウ）によって支えられていた設備の安定操業が、人間の
知識、即ちプラント機械系の状態量変化からこの変化に
対応する最善の対処方法を導き出す推論プロセスをプロ
グラム化し、これをプラントの制御装置の中に一体化し
て組み込むことによって、状態量の変化から制御装置の
とるべき対応が自動的に判断され対処されるので、設備
を停止することなく、人間を介することなく維持され、
設備の稼動率向上、設備保全員の負担軽減の効果がある
。

〔発明の効果〕

本発明によれば、フィードバック制御されるプラントの
制御装置に、プラントの状態量の変化に対するプラント
の制御系の不安定化およびその不安定化に対する対処方
法に関する知識を記憶し、検出されたプラントの状態量
によりプラントの状態量の不安定な変化を予測し、その
対処方法を導き出す手段を４ｉＪえ、導き出された結果
により制御信号演算手段の制御動作方法およびまたは制
御ゲインを自動的に補正できるので、プラントの制御系
に不安定要因が発生してもオンラインで対処でき、プラ
ントの運転を停止、させることなく、また設備の破損や
製品の不良を防止して、安定したプラント運転が可能と
なり、プラントの稼動率の向上および設備保全員の負担
を軽減できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す系統図、第２図は
本発明の第２の実施例を示す系統図である。 １・・・制御目標値設定手段（目標値設定回路）、３・
・・制御信号を演算する手段（偏差演算回路）、４・・
・評価信号に基いて制御信号を演算する手段（制御ゲイ
ン乗算回路）、５・・・評価信号に基いて制御信号を演
算する手段（制御量変換回路）、６・・・制御信号を演
算する手段（サーボバルブ湘動回路）、７・・・評価演
算手段（状態量入力回路）。 ８・・・評価演算手段（状態量演算回路）、９・・・評
価信号に基いて制御信号を演算する手段（制御ゲイン演
算回路）、１２・・・制御対象量の実績値を検出する手
段（圧下位置検出器）、１６・・・プラント状態量検出
手段（油温検出器）、１７・・・プラント状態量検出手
段（サーボバルブ位置検出器）、２０ａ・・・プラント
状態量検出手段（圧下油圧検出器）、２０ｂ・・・プラ
ント状態量検出手段（吐出油圧検出器）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、制御対象量に対する制御目的値設定手段と、前記制
   御対象量の実績値を検出する手段と、プラント状態量検
   出手段と、設定された制御目標値と検出された前記実績
   値とプラント状態量とに基いて制御信号を演算する手段
   とを備えたプラントの制御装置において、制御信号を演
   算する手段が、プラント状態量の変動が制御対象量に及
   ぼす影響を評価信号として出力する評価演算手段と、該
   評価信号に基いて制御信号を演算する手段およびまたは
   制御信号を演算する回路を該評価信号に基いて変更する
   手段とを備えていることを特徴とするプラントの制御装
   置。