JPH02721B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は積分要素を含んだプロセス制御装置に
関する。

たとえば、火力発電プラントのタービン速度制
御系は第１図に示すようになつている。すなわ
ち、ボイラより供給される蒸気Ｑは制御弁１１で
加減され、タービン１２に供給され、回転トルク
を与えてタービン１２が回転する。タービン１２
の回転数Ｎは回転数検出器１３で検出され、これ
がプロセス制御装置１４内のプロセス入出力装置
１５に入力され、演算制御装置１６で所定の演算
が施こされてこれにより制御弁１１を加減する。
この場合のプロセス制御装置１４は計算機システ
ムで構成され、その機能ブロツクは第２図で示さ
れる。この制御系は制御対象１７（タービン回転
数Ｎ）の測定値信号ａを目標設定器１８に設定さ
れた目標値a₀に合致される様に動作させるもので
あり、これは次の如き動作を行う。すなわち、目
標値a₀と測定値信号ａとは比較器１９で比較さ
れ、その偏差△ａはその値に対し、比例要素２
０、微分要素２１，積分要素２２で各演算が施そ
れ、夫々加算器２３で加算されて制御信号ｂを生
む。この制御信号ｂは操作器２４（制御弁１１の
駆動機構）に与えられ、操作信号ｃを生ずる。こ
の操作信号ｃに対して制御対象１７が変化し、測
定値信号ａを変化させる。

この様な制御系において、積分動作信号ｄは測
定値信号ａが目標値a₀と異なるとき、時間ととも
にその動作を増大又は減少させる働きがあり、偏
差△ａのオフセツトを除去する。ところが、何ら
かの事情により偏差△ａが消失しないと、積分動
作信号ｄは増大（又は減少）し続け、操作器２４
の動作範囲を越えてしまう。この現象は一般に積
分圧飽和（reset windup）よばれる。

この飽和状態を越えて積分してしまうと、逆動
作に移行する場合、操作器２４はこの積分値すな
わち積分動作信号ｄが飽和点以下になるまで動作
せず、制御動作のおくれを生ずることになる。こ
の様なreset windupを避けるために、一般に第
３図に示すようなスイツチ手段２５を設け、いわ
ゆる積分を殺すことが行なわれる。すなわち、操
作器２４の飽和点検出手段２６により、操作信号
ｃが予め定めたリミツト値になつたことを検出
し、これにより飽和に達したと判定して積分要素
２２の積分動作を殺すスイツチ手段２５を開く。
これにて制御系の積分圧飽和をなくすことができ
る。

しかしながら、積分圧飽和を解消するために上
述の如きスイツチ手段２５および飽和点検出手段
２６を設けても、これは単に操作器２４の飽和点
をとらえるだけであるため、操作信号ｃのリミツ
ト値の設定の仕方によつて不都合を生ずることが
ある。積分圧飽和を抑えることに主眼をおくと、
操作器２４の操作範囲が広くできる場合であつて
もリミツト値は低い値に設定することとなり、そ
うすると、積分要素２２のきく範囲が狭くなる。
また、その場合、比例要素２０のみで制御するこ
ととなるので、偏差△ａが残存したり動作遅れが
生じたりする。

一方、リミツト値を高い値に設定すると、操作
信号ｃに外乱要素がある場合や制御対象１７の時
定数が大きい場合等には、操作器２４の操作範囲
をこえて積分要素２２が動作することがあるの
で、積分圧飽和を生じるおそれが多分にある。結
局、このように単に積分要素２２を殺すだけのも
のは有効ではなくなる。

本発明の目的は上述のような欠点、不都合のな
いプロセス制御装置を提供することにある。

以下に本発明の一実施例を説明する。まず、本
発明の基本動作は以下のとおりである。

測定値信号ａとその目標値a₀との偏差△ａの極
性反転に着目し、この偏差△ａが極性反転したと
き一定の条件のもとに積分要素２２の積分値をそ
の時の操作信号ｃの値にバランスさせるものであ
る。

ａ 偏差△ａが正から負に極性反転した場合に操
作信号ｃ＜積分動作信号ｄのとき、積分動作信
号ｄの値をその時点での操作信号ｃの値に一致
させバランスさせる。

ｂ 偏差△ａが負から正に極性反転した場合に操
作信号ｃ＞積分動作信号ｄのとき、積分動作信
号ｄの値をその時点での操作信号ｃの値に一致
させバランスさせる。

ｃ 上記ａ）、ｂ）以外ではそのままの積分値を
適用し、バランス処理は行なわない。

次に第４図に本発明のプロセス制御装置１４の
ブロツク構成を示す。目標設定器１８に設定され
た目標値a₀と測定値信号ａとの偏差△ａの極性変
化を極性反転検出手段３４で検出し、積分値バラ
ンス手段３８を動作させる。

第５図は積分値バランス手段３８の動作を示す
フローチヤートである。偏差△ａの極性が変化し
たことを極性反転検出手段３４が検出すると、積
分値バランス手段３８はその時点における積分動
作信号ｄを求め、信号d₀として保存する(イ)。そし
て、偏差△ａの極性が正から負に反転したか否か
の判定を行い(ロ)、偏差△ａの極性が正から負に反
転したものであるときは、操作信号ｃと上述の極
性反転時における積分動作信号d₀とを比較する
(ハ)。比較の結果、操作信号ｃより積分動作信号d₀
の方が大きい場合は、積分要素２２の出力である
積分動作信号ｄをd₀からその時の操作信号ｃの値
に一致（バランス）させる(ニ)。これはスイツチ手
段３５を介して行われる。一方、操作信号ｃが積
分動作信号d₀より大きい場合(ハ)はバランス処理は
行われない。

次に、偏差△ａが正から負に反転したものでな
いときは、偏差△ａが負から正に反転したか否か
を判定し(ホ)、偏差△ａが負から正に反転したもの
であるときは、操作信号ｃと極性反転時の積分動
作信号d₀とを比較する(ヘ)。比較の結果、操作信号
ｃが積分動作信号d₀より大きいときは、積分要素
２２の出力である積分動作信号ｄをd₀からその時
の操作信号ｃの値に一致（バランス）させる(ト)。
これは、スイツチ手段３５を介して行われる。一
方、操作信号ｃが積分動作信号d₀より小さい場合
や、偏差△ａの極性反転がない場合等(ヘ)、(ホ)に
は、バランス処理は行われない。

第６図はその特性図である。第６図Ａ，Ｃは偏
差△ａが正から負に極性反転した場合を示し、第
６図Ｂ，Ｄは偏差△ａが負から正に極性反転した
場合を示している。ここで、積分動作信号ｄに制
限をかけないで通常のPID制御を行なつたとする
と、積分動作信号ｄは、第６図Ａでは
a₁₁ ^-a₁₂ ^-a₁₃、第６図Ｂではa₂₁ ^-a₂₂ ^-a₂₃、第６図Ｃ
ではa₃₁ ^-a₃₂ ^-a₃₃、第６図Ｄではa₄₁ ^-a₄₂ ^-a₄₃のよう
に変化する。この場合、第６図Ａ，Ｃのように偏
差△ａが正から負に極性反転したとき、すなわち
測定値ａが目標値a₀をオーバーしたときに積分動
作信号ｄが操作信号ｃよりも大きいときは積分要
素２２の逆動作にあたつて積分動作の遅れが生ず
るおそれがある。また、第６図Ｂのように偏差△
ａが負から正に極性反転したときに積分動作信号
ｄが操作信号ｃより小さいときも同様に積分動作
の遅れが生じるおそれがある。

そこで、前述のとおり、偏差△ａが正から負に
極性反転した場合に操作動作信号ｃが積分動作信
号ｄより小さいときは、積分動作信号ｄを操作信
号ｃに一致させ、一方、偏差△ａが負から正に極
性反転した場合に操作信号ｃが積分動作信号ｄよ
り大きいときは、積分動作信号ｄを操作信号ｃに
一致させる。

したがつて、その特性は第６図Ａでは
a₁₁ ^-a₁₂ ^-a₁₄ ^-a₁₅、第６図Ｂではa₂₁ ^-a₂₂ ^-a₂₄ ^-a₂₅、
第６図Ｃではa₃₁ ^-a₃₂ ^-a₃₄ ^-a₃₅のように変化する。
なお、第６図中のハツチング部は本発明を適用し
ない場合よりも積分量が少なくて済む量を示して
おり、逆動作にあたつて積分動作遅れが少ないこ
とを示している。また、第６図Ｄの場合は偏差△
ａが負から正に極性反転し操作信号ｃが積分動作
信号ｄより小さい場合であり、積分動作をより制
御に働かせるためには、バランス処理をしない方
がよい場合であるので、バランス処理は行わな
い。

次に、この発明を適用することのできる火力発
電プラントの蒸気発生装置（ボイラ）におけるボ
イラ出口の蒸気温度制御系を第７図に示して説明
する。すなわち、ボイラ４０へは給水ポンプ４１
により圧縮された水が流入され、この水は水管４
２でバーナ４３から噴出される燃料の火災４４で
加熱される。その後、この流体（水又は蒸気）は
過熱器４５でさらに加熱され、蒸気となつた流体
は制御弁１１を介して蒸気タービン１２に供給さ
れる。

この過程における蒸気温度の制御は、制御対象
１７として温度検出器４６で測定される蒸気温度
Taを考え、操作器２４として燃料の流量制御弁
４７及び燃料と流体温度Tcの変化特性を、操作
信号ｃとして検出器４８で検出される流体温度
Tcを考える。なお、流量制御弁４７はプロセス
制御装置１４からの制御信号ｂで開度制御される
ようになつている。また、給水ポンプ４１の流量
をプロセス制御装置１４に入力しているのは、蒸
気温度Taがその目標値を維持するために給水ポ
ンプ４１の流量に対応した燃料流量を予め定める
ためである。これは、ボイラ出口温度制御系にお
いてはプロセスの時定数が非常に長いので少しで
も制御遅れをおさえるようにするためである。

以上のように、本発明では偏差△ａの極性反転
後の積分動作による制御おくれを極少にする働き
をする。従つて、積分圧飽和の範囲が広く、積分
動作を制御に強く働かせる場合に有効である。又
この操作信号ｃに外乱要素が含まれる場合にも積
分による不安定性を解消でき、有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図はダービン回転数制御系のブロツク図、
第２図および第３図は従来のプロセス制御装置の
ブロツク図、第４図は本発明のプロセス制御装置
のブロツク図、第５図は本発明の処理を示すフロ
ーチヤート、第６図は本発明の特性図、第７図は
ボイラ入口蒸気温度制御系のブロツク図である。 １４……プロセス制御装置、１５……プロセス
入出力装置、１６……演算制御装置、１７……制
御対象、１８……目標設定器、２０……比例要
素、２１……微分要素、２２……積分要素、２４
……操作器、２７……高値優先手段、２９……積
分演算手段、３２……積分圧飽和除去手段、３４
……極性反転検出手段、３６……操作信号判定手
段、３８……積分値バランス手段。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 制御対象の測定値信号とその目標値との偏差
   が零となるように積分要素を含んだ演算制御装置
   で制御信号を演算し、この制御信号を操作器に与
   え、これによつて得られる操作信号に対応して前
   記制御対象を制御するプロセス制御装置におい
   て、前記測定値信号とその目標値との偏差の極性
   が反転したことを検出する極性反転検出手段と、
   この極性反転検出手段が前記偏差の極性反転を検
   出したとき前記操作信号と前記積分要素の出力と
   を比較し、前記偏差が正から負に反転した場合に
   前記操作信号が前記積分要素の出力より小さいと
   きは前記積分要素の積分値を前記操作信号の値と
   し、一方前記偏差が負から正に反転した場合に前
   記操作信号が前記積分要素の出力より大きいとき
   は前記積分要素の積分値を前記操作信号の値とす
   る積分値バランス手段とを備えたことを特徴とす
   るプロセス制御装置。