JPH0312703A - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はプロセス制御装置に関するものであり、特にフ
ィードフォワード制御機能を有するものに関する。

（従来の技術） ボイラプラントにおけるドラムレベルの制御について、
第３図を参照して説明する。ボイラ１の内部に水２が入
っており、火炉６により加熱されて蒸発した蒸気がダク
ト４を矢印の方向に通過する。ボイラ１には給水バイブ
３より水が供給されて、ドラム１内の水位（以下、ドラ
ムレベルという）を調整する。このドラムレベルを一定
に保つには、ドラムレベルを直接測定して一定になるよ
うに給水するフィードバック制御だけでなく、ダクト４
内の主蒸気流量をｎ１定し、主蒸気流量の変化に対応し
て給水するというフィードフォワード制御が行われる。

この主蒸気流量は、圧力計５でダクト４内の圧力を測定
することにより求まる。

しかし、この主蒸気流量の変化とドラムレベルの変化と
の間には、第４図に示すように時間的なずれが存在する
。

外乱が生じて主蒸気流量が変化した後、この影響を受け
て制御量としてのドラムレベルが変化するまでには時間
的な遅れ（以下、ムダ時間と称す）が生じる。これは、
プロセス内部を蒸気が循環してドラムへ戻るまでに距離
が存在することなどが原因となっており、圧力計５の取
付位置にもよるが、通常数秒から数１０秒のムダ時間が
存在する。

従来は第５図に示すように、外乱が発生した場合、この
外乱をとらえて操作量を演算し、このムダ時間りを考慮
せずに直ちにフィードバック制御による出力結果に加算
して最終的な操作量として制御を行っていた。このため
制御量としてのドラムレベルに変化が生じる以前の段階
で不要な操作を行うこととなり、逆に第５図に示すよう
に制御量の変化を招いて制御性を乱し系の安定を遅らせ
る原因となっていた。

（発明が解決しようとする課題） このように従来は外乱が検出されてから制御量に影響が
現われるまでのムダ時間を考慮せずにフィードフォワー
ド制御を行っていたために、制御性を却って悪化させて
いた。

本発明は上記事情に鑑み、ムダ時間の補償を行い制御性
を向上させるプロセス制御装置を提供することを目的と
する。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明のプロセス制御装置は、プロセス制御系に生じた
外乱の影響を受けて制ｇａＯに変化が現われる前に、そ
の外乱の前記制御量に与える影響に対応した操作量を出
力して制御対象を制御するフィードフォワード制御部を
備えたプロセス制御装置において、前記フィードフォワ
ード制御部は、前記外乱が検出されてから前記制御量に
影響が現われるまでに要する、予め測定された時間（以
ドムダ時間と称す）を記憶する手段と、検出された前記
外乱に応じた操作量を演算して制御対象に出力する演算
部と、前記外乱が検出されてから前記ムダ時間が経過す
るまで時間的に遅らせた時点で前記操作量を前記プロセ
ス制御系に出力させるムダ時間補償部とを備えたことを
特徴としている。

（作　用） 外乱が検出部によって検出されてから、制御量がその影
響を受けて変化が現われるまで時間が経過した時点で、
その外乱に応じた操作量を演算部から制御対象に出力さ
せるため、適切なタイミングで制御を行うことになる。

（実施例） 本発明の一実施例によるプロセス制御装置について、そ
の演算要素の構成を示した第１図を参照して説明する。

従来の場合と同様に、制御Ｎは第３図に示したドラム１
のドラムレベルであり、外乱は主蒸気流量である。

まず、主蒸気流量の変化を外乱として、ドラムレベルに
対しフィードフォワード制御を行う演算要素について説
明する。この制御には比例動作による静特性補償を行う
ものと、微分動作による動特性補償を行うものとがあり
、まず静特性補償による制御について説明する。外乱の
変化を、平衡状態に対する差分Ｄｎとしてとらえる。こ
のＤｎは、第３図における圧力計５が測定した蒸気圧を
用いて図示されていない主蒸気流量演算部が主蒸気流量
を求め、さらに平衡状態に対する差分Ｄｎとしてムダ時
間補償要素２１に与える。ムダ時間補償要素２１では、
この外乱の変化量Ｄｎがプロセス１４に影響を与えてド
ラムレベルに変化が現われるまでに要するムダ時間りを
ムダ時間記憶部２４から得て、このムダ時間りから演算
に必要な時間を差し引いた分を遅らせてＤｎを比例動作
要素２２に出力する。比例動作要素２２では、この外乱
の変化量Ｄｎに比例定数Ｋを掛けてに−Ｄｎとして静特
性補償要素２３に出力する。静特性補償要素２３では、
前回までの変化ｍ　Ｋ−Ｄ　ｎ−１に対する今回の増減
分Ｋ・　（Ｄｎ　−Ｄｎ−１）を求め、静特性補償用操
作量Ｋ・ΔＤｎとして加算要素１７に与える。

これに対し、動特性補償は以下のような演算要素により
行われる。静特性補償の場合と同様に、ムダ時間補償要
素２１によりムダ時間を考慮して時間を遅らせて外乱の
変化ｆｆｉ　Ｄ　ｎが比例動作要素２２に与えられ、こ
こで比例定数Ｋが掛は合わされてに−Ｄｎが出力される
。この出力に−Ｄｎが動特性補償要素３１に与えられ、
微分時間をＴｄ。

ラプラス演算子をＳとしてｒａ　−Ｓ／　（１，＋ｒａ
・Ｓ）なる微分動作による演算が行われる。この演算結
果をＥｎとすると、このＥｎが不感帯設定要素３２に与
えられる。ここでＥｎの絶対直が所定値以内の場合にゼ
ロの値が、所定値を超える場合にＥｎの値が加算要素１
８に与えられる。

次に、ドラムレベルに対してフィードバック制御を行う
演算要素及び、フィードバック制御と上述したフィード
フォワード制御による最終的な操作量の算出について説
明する。プロセス１４からドラムレベルの測定値ＰＶが
出力されるが、この値は主蒸気流量の変化（外乱Ｄｎ）
がプロセス１４に与えた影響により変動するため、この
影響骨が減算要素により差し引かれた値が比較要素１５
に与えられる。比較要素１５では、ドラムレベルの設定
値Ｓｖと外乱の影響骨が考慮された測定値Ｐｖ′とを比
較し、この両者の差である制御偏差ｅを出力する。ＰＩ
Ｄ演算要素１１において、前回までの操作量Ｃｎ−１に
対して今回の増減分△Ｃｎを演算して加算要素１７に出
力する。加算要素１７では、この出力ΔＣｎと上述した
静特性補償要素２３の出力Ｋ・ΔＤｎとを加算した値Δ
Ｃｎ　＋Ｋ・ΔＤｎをΔＭＶｎとして操作量加算器１２
に出力する。操作量加算器１２では、前回までの操作量
Ｍ　Ｖ　ｎ−１にこの今回の増減分ΔＭＶｎを加算して
、Ｍ　Ｖ　ｎを出力する。加算要素１８では、この出力
ＭＶｎにさらに上述した不感帯設定要素３２からの出力
Ｅｎを加算して最終的な操作量としてＭＶｎ＋Ｅｎを給
水流量制御系１３に出力する。給水流量制御系１３では
、この操作ｆｆｉＭＶｎ＋Ｅｎに基づいてボイラ２への
給水の流量を制御する。

このような制御を行った場合の制御特性を第２図を用い
て説明する。従来の場合と異なり、外乱が検出されてか
らムダ時間りが経過した後操作量をプロセス制御系に与
えているため、制御量に生じる乱れが小さく押えられて
安定までの時間が短縮され、制御性が向上する。

上述した実施例は一例であって、本発明を限定するもの
ではない。例えば本実施係では、フィードフォワード制
御として比例動作による静特性補償及び微分動作による
動特性補償を行っているが、必ずしも両者を備える必要
はない。また本実施例ではフィードフォワード制御のみ
ならずフィードバック制御も行うがフィードバック制御
を備えていないものであってもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明のプロセス制御装置は、外乱
が検出されてから制御量に影響が現われるまでの時間が
経過した時点で外乱に対応した操作量をプロセス制御体
に出力を行ってムダ時間を補償するものであるため、制
御量に影響が現れる最適なタイミングで操作することに
より制御性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるプロセス制御装置の演
算要素の構成を示すブロック図、第２図は同装置を適用
した場合の制御特性を示す説明図、第３図は同装置が適
用可能なボイラプラントのプロセスを示したブロック図
、第４図は外乱と制御量との関係を示したタイムチャー
ト、第５図は従来のプロセス制御装置を適用した場合の
外乱と制御量との関係を示したタイムチャートである。 １・・・ドラム、２・・・水、３・・・給水パイプ、４
・・・ダクト、５・・・圧力計、６・・・火炉、１１・
・・ＰＩＤ演算要素、１２・・・操作量加算器、１３・
・・給水流量制御系、１４・・・プロセス、１５・・・
比較要素、１６・・・減算要素、１７．１８・・・加算
要素、２１・・・ムダ時間補償要素、２２・・・比例動
作要素、２３・・・静特性補償要素、２４・・・ムダ時
間記憶部、３１・・・動特性補償要素、３２・・・不感
帯設定要素。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 プロセス制御系に生じた外乱の影響を受けて制御量に変
   化が現われる前に、その外乱の前記制御量に与える影響
   に対応した操作量を出力して制御対象を制御するフィー
   ドフォワード制御部を備えたプロセス制御装置において
   、 前記フィードフォワード制御部は、前記外乱が検出され
   てから前記制御量に影響が現われるまでに要する、予め
   測定された時間（以下ムダ時間と称す）を記憶する手段
   と、 検出された前記外乱に応じた操作量を演算して前記制御
   対象に出力する演算部と、 前記外乱が検出されてから前記ムダ時間が経過するまで
   時間的に遅らせた時点で前記操作量を前記プロセス制御
   系に出力させるムダ時間補償部とを備えたことを特徴と
   するプロセス制御装置。