JPH0659744A - 液面レベル自動制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、液面目標値更新による液面レベル実
測値の追従効果を向上させて、液面レベル実測値が最終
目標値に到達する時間を早められることを最も主要な目
的としている。 【構成】タンク内に液体を投入し排出するという一連の
プロセスで、時間と共に時々刻々と液面目標値を更新さ
せ、当該液面目標値とタンク内の液面レベルの実測値と
の偏差に基づいて制御演算を行ない、タンク内の液面レ
ベルを最終目標値に到達するように制御する液面レベル
制御方法において、液面目標値を更新する時に、最終目
標値とタンク内の液面レベルの現在実測値との偏差を、
次回目標値更新の補正分として与えることを特徴として
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、タンク内に液体を投入
し排出するという一連のプロセスで、時間と共に時々刻
々と液面目標値を更新させ、この液面目標値とタンク内
の液面レベルの実測値との偏差に基づいて制御演算を行
ない、タンク内の液面レベルを最終目標値に到達するよ
うに制御する液面レベル制御方法に係り、特に液面目標
値と液面レベルの実測値との間に偏差が発生しても、液
面目標値更新による液面レベル実測値の追従効果を向上
させて液面レベル実測値が最終目標値に到達する時間を
早くし得るようにした液面レベル自動制御方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、タンク内に液体を投入し、排出
するという一連のプロセスにおいては、時間と共に時々
刻々とタンクの液面目標値を更新させて、タンク内の液
面レベルを最終目標値に到達するように制御する液面レ
ベル制御方法が多く用いられている。図５は、この種の
従来の液面レベル制御方法を実現するための装置構成例
を示すブロック図である。図５において、タンク１内
に、入口管２を介して水等の液体を投入し、出口管３を
介して排出するようになっている。

【０００３】一方、装置は、タンク１の液面レベルを検
出する液面レベル検出器４と、スタート指令により起動
されて現在時間ｔを発生する時間発生器５と、時間発生
器５からの現在時間ｔに基づいて目標レベルを算出し液
面目標値ＳＶとして出力する目標レベル演算部６と、目
標レベル演算部６からの液面目標値ＳＶと液面レベル検
出器４からの液面レベルの実測値ＰＶとの偏差に基づい
てＰＩＤ制御演算を行ない、出口管３に設けられた液面
レベル調節弁７の操作出力ＭＶを得る液面レベル調節計
８とから構成されている。

【０００４】従来の方法で液面レベルを制御する時に
は、ある時間ｔがくれば、レベルをその時間ｔに合った
設定となるように液面目標値ＳＶを更新（変更）させて
いき、その液面目標値ＳＶと液面レベルの実測値ＰＶと
の偏差に応じたＰＩＤゲインによって、液面レベル調節
計８から操作出力ＭＶを得、液面レベル調節弁７を調節
して、タンク１の液面レベルを制御するようになってい
る。

【０００５】すなわち、このような液面レベル制御方法
において、目標レベル演算部６は、折れ線グラフにより
あらかじめ与えられている時間軸と目標レベル軸で構成
され、時間発生器５へのスタート指令によって起動され
たタイマが現在時間ｔを発生し、この現在時間ｔを時間
軸として折れ線グラフに与えることにより、現在時間の
目標レベル軸が液面目標値ＳＶとなって得られる。

【０００６】しかしながら、上述したような液面レベル
制御方法では、目標レベル演算部６で算出される液面目
標値ＳＶは、液面レベル検出器４からの液面レベルの実
測値ＰＶの追従とは全く無関係に、最終目標値に到達す
るまで液面目標値ＳＶの更新を繰り返すことになる。こ
のため、液面目標値ＳＶと液面レベルの実測値ＰＶとの
差によって発生した偏差の修正は、液面レベル調節計８
内のＰＩＤ制御演算の機能によって得られるゲインに従
った操作出力ＭＶで行なうことになる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
液面レベル制御方法においては、時間による液面目標値
更新が、あらかじめ決まった液面目標値への更新だけで
あることから、液面レベルの実測値の追従が正しく行な
われないことの修正は、固定のＰＩＤゲインに従うのみ
となり、しいては、最終目標値に液面レベル実測値の追
従が遅れてしまう、すなわち制御応答性が低下するとい
う問題があった。

【０００８】本発明の目的は、液面目標値と液面レベル
の実測値との間に偏差が発生しても、液面目標値更新に
よる液面レベル実測値の追従効果を向上させて液面レベ
ル実測値が最終目標値に到達する時間を早くすることが
可能な極めて信頼性の高い液面レベル自動制御方法を提
供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明では、タンク内に液体を投入し排出するとい
う一連のプロセスで、時間と共に時々刻々と液面目標値
を更新させ、当該液面目標値とタンク内の液面レベルの
実測値との偏差に基づいて制御演算を行ない、タンク内
の液面レベルを最終目標値に到達するように制御する液
面レベル制御方法において、液面目標値を更新する時
に、最終目標値とタンク内の液面レベルの現在実測値と
の偏差を、次回目標値更新の補正分として与えるように
する。

【００１０】ここで、特に上記次回目標値更新の補正分
としては、最終目標値とタンク内の液面レベルの現在実
測値との偏差を算出すると共に、現在時間から最終目標
値到達までの残り時間を算出し、次に当該算出された偏
差と残り時間とを基に目標値更新の補正分を算出すると
共に、あらかじめ設定されたサンプリング周期を基にど
の時点で次の新たな補正分として用いるかタイミングを
決定し、しかる後に算出された目標値更新補正分を液面
目標値の更新値に加えるようにする。

【００１１】

【作用】従って、本発明の液面レベル自動制御方法にお
いては、液面目標値を更新する時に、最終目標値に液面
レベル実測値の追従が遅れた分、すなわち最終目標値と
液面レベルの現在実測値との偏差が、次回目標値更新の
補正分として与えられることにより、液面レベル実測値
の追従遅れを液面目標値の補正で実現して、ＰＩＤゲイ
ンが固定で、ＰＩＤゲインを修正したことと同等の効果
を得ることが可能となる。これにより、液面目標値の更
新による液面レベル実測値の追従効果を高めて、液面レ
ベル実測値が最終目標値に到達する時間を早くすること
ができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して詳細に説明する。

【００１３】図１は、本発明による液面レベル自動制御
方法を実現するための装置構成例を示すブロック図であ
り、図５と同一要素には同一符号を付してその説明を省
略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

【００１４】すなわち、本装置は、図１に示すように、
図５における目標レベル演算部６を省略し、これに代え
て、偏差演算部１１と、目標到達残時間算出部１２と、
目標値更新補正分演算部１３と、サンプリングポイント
判定部１４と、目標値更新部１５と、目標値演算部１６
とを備えている。なお、偏差演算部１１、目標到達残時
間算出部１２、目標値更新補正分演算部１３、サンプリ
ングポイント判定部１４、目標値更新部１５により、目
標値更新補正手段を構成している。ここで、偏差演算部
１１は、最終目標値と液面レベル検出器４からの液面レ
ベルの現在実測値ＰＶとの偏差ＤＶを算出するものであ
る。また、目標到達残時間算出部１２は、前記時間発生
器５にて発生される現在時間ｔから最終目標値到達まで
の残り時間ｔ´を算出するものである。

【００１５】さらに、目標値更新補正分演算部１３は、
偏差演算部１１により算出された偏差ＤＶと目標到達残
時間算出部１２により算出された残り時間ｔ´とを基
に、目標値更新の補正分ΔＳＶを算出するものである。

【００１６】一方、サンプリングポイント判定部１４
は、あらかじめ設定されたサンプリング周期を基に、ど
の時点で次の新たな補正分として用いるかタイミングを
決定し、タイミング信号を出力するものである。

【００１７】また、目標値更新部１５は、サンプリング
ポイント判定部１４からのタイミング信号により切換動
作し、目標値更新補正分演算部１３により算出された目
標値更新補正分ΔＳＶを液面目標値の更新値に加えるも
のである。

【００１８】さらに、目標値演算部１６は、目標値更新
部１５からの目標値更新値と前回の目標値とを加算して
今回（現在）の目標値ＳＶを算出し、前記液面レベル調
節計８に与えるものである。次に、かかる構成に基づく
本実施例の液面レベル自動制御方法について説明する。

【００１９】図１において、まず、液面レベル検出器４
により、プロセスのタンク１の液面レベルが検出され、
液面レベルの実測値ＰＶを得る。また、偏差演算部１１
では、この液面レベルの現在実測値ＰＶと最終目標値と
の偏差ＤＶを算出する。

【００２０】次に、時間発生器５にスタート指令を与え
ると、タイマが起動されて時間発生器５から現在時間ｔ
が発生し、この現在時間ｔを目標到達残時間算出部１
２、およびサンプリングポイント判定部１４に与える。
これにより、目標到達残時間算出部１２では、時間発生
器５にて発生される現在時間ｔから最終目標値到達まで
の残り時間ｔ´を算出する。また、サンプリングポイン
ト判定部１４では、あらかじめ設定されたサンプリング
周期を基に、時間発生器５にて発生される現在時間ｔか
ら、どの時点で次の新たな補正分として用いるかタイミ
ングをきめ、それ応じてタイミング信号を出力する。

【００２１】その後、目標値更新補正分演算部１３で
は、偏差演算部１１からの偏差ＤＶと、目標到達残時間
算出部１２からの残り時間ｔ´とを基に目標値更新の補
正分ΔＳＶを算出し、これを目標値更新部１５に与え
る。そして、目標値更新部１５では、サンプリングポイ
ント判定部１４からタイミング信号が入力されるタイミ
ングで切換動作を行ない、目標値更新補正分演算部１３
から目標値更新補正分ΔＳＶを液面目標値の更新値に加
えて、液面目標値の更新値を補正する。さらに、目標値
演算部１６では、目標値更新部１５からの補正分を加味
した目標値更新値を、前回の目標値に加算して今回（現
在）の目標値ＳＶを算出し、これを液面レベル調節計８
に与える。

【００２２】そして、液面レベル調節計８では、この目
標値演算部１６からの液面目標値ＳＶと、液面レベル検
出器４からの液面レベルの現在実測値ＰＶとの偏差に応
じたＰＩＤゲインによって操作出力ＭＶを得、これによ
り液面レベル調節弁７を調節して、タンク１の液面レベ
ルを制御する。

【００２３】このようにして、最終目標値に液面レベル
実測値ＰＶの追従が遅れた分、すなわち最終目標値と液
面レベルの現在実測値ＰＶとの偏差を、常に補正分を加
味した目標値更新値として算出することにより、液面レ
ベル実測値ＰＶの追従遅れを液面目標値ＳＶの補正で実
現して、ＰＩＤゲインを修正したことと同等の効果を得
ることができる。これにより、液面目標値ＳＶの更新に
よる液面レベル実測値ＰＶの追従効果を高めて、液面レ
ベル実測値ＰＶが最終目標値に到達する時間を早くでき
る。図２は、従来方法と本実施例方法のタイムチャート
を比較して示す図である。

【００２４】すなわち、図２に示すように、従来の方法
では、最終目標値に到達するまで液面目標値ＳＶの傾き
が一定であり、液面レベルの実測値ＰＶの追従が遅れて
も、その修正動作はＰＩＤのみであるのに対して、本実
施例の方法では、サンプリングポイント時点で液面レベ
ルの実測値ＰＶの追従をチェックし、追従が遅れていれ
ば液面目標値ＳＶの傾きを大きくして結果的にゲインを
高め、最終的に最終目標値への液面目標値ＳＶの到達
を、従来の方法のＡ時間に対して、本実施例の方法のＢ
時間に短縮することができる。図３は、本実施例の方法
のタイムチャートをより詳細に示す図である。

【００２５】すなわち、図３に示すように、第１回目の
サンプリングポイントＳ１で、従来の液面目標値ＳＶの
傾き（補正前の液面目標値ＳＶの傾き）である２１に対
して、液面レベルの現在実測値ＰＶとの間で算出され補
正分として大きくなった目標値更新補正分ΔＳＶ２２を
得、次の第２回目のサンプリングポイントＳ２、第３回
目のサンプリングポイントＳ３でも、液面レベルの実測
値ＰＶの追従が遅れた分だけ、目標値更新補正分ΔＳＶ
２２の傾きとなって補正することになり、ＰＩＤのゲイ
ンは固定で、サンプリングポイントの周期を与えること
により、液面目標値ＳＶの更新による液面レベル実測値
ＰＶの追従効果が自動的に向上し、液面レベル実測値Ｐ
Ｖが最終目標値に到達する時間が早くなることがわか
る。

【００２６】なお、図３中、２３は制御周期、２４は第
１回サンプリング残時間、２５は第２回サンプリング残
時間、２６は第３回サンプリング残時間をそれぞれ示し
ている。

【００２７】上述したように、本実施例では、タンク１
内に液体を投入し排出するという一連のプロセスで、時
間と共に時々刻々と液面目標値ＳＶを更新させ、この液
面目標値ＳＶとタンク１内の液面レベルの実測値ＰＶと
の偏差に基づいてＰＩＤ制御演算を行ない、タンク１内
の液面レベルを最終目標値に到達するように制御する液
面レベル制御方法において、液面目標値ＳＶを更新する
時に、最終目標値と液面レベル検出器４からの液面レベ
ルの現在実測値ＰＶとの偏差ＤＶを偏差演算部１１で算
出すると共に、時間発生器５にて発生される現在時間ｔ
から最終目標値到達までの残り時間ｔ´を目標到達残時
間算出部１２で算出し、次に偏差演算部１１により算出
された偏差ＤＶと目標到達残時間算出部１２により算出
された残り時間ｔ´とを基に、目標値更新の補正分ΔＳ
Ｖを目標値更新補正分演算部１３で算出すると共に、あ
らかじめ設定されたサンプリング周期を基にサンプリン
グポイント判定部１４でどの時点で次の新たな補正分と
して用いるかタイミングをきめてタイミング信号を出力
し、しかる後にサンプリングポイント判定部１４からの
タイミング信号により切換動作して、目標値更新部１５
で目標値更新補正分演算部１３により算出された目標値
更新補正分ΔＳＶを液面目標値の更新値に加えて補正す
るようにしたものである。

【００２８】従って、最終目標値に液面レベル実測値Ｐ
Ｖの追従が遅れた分、すなわち最終目標値と液面レベル
の現在実測値ＰＶとの偏差が、次回目標値更新の補正分
として与えられるため、液面レベル実測値ＰＶの追従遅
れを液面目標値ＳＶの補正で実現して、ＰＩＤゲインが
固定で、ＰＩＤゲインを修正したことと同等の効果を得
ることが可能となる。

【００２９】これにより、液面目標値ＳＶと液面レベル
の実測値ＰＶとの間に偏差が発生しても、液面目標値Ｓ
Ｖの更新による液面レベル実測値ＰＶの追従効果を向上
させて、液面レベル実測値ＰＶが最終目標値に到達する
時間を早くすることができる。尚、本発明は上記実施例
に限定されるものではなく、次のようにしても実施でき
るものである。図４は、最終目標値に液面レベル実測値
ＰＶの追従が早すぎる場合の一例を示すタイムチャート
図である。

【００３０】すなわち、通常、液面目標値ＳＶを更新さ
せれば、プロセスの時定数等で液面レベル実測値ＰＶの
追従は遅れるものであるが、もし仮に、液面レベル実測
値ＰＶの追従が早く液面目標値ＳＶを超えるようなこと
があっても、前述した目標値更新補正を行なうことによ
り、補正分として小さくなった目標値更新補正分ΔＳＶ
２２を算出して、ＰＩＤゲインが固定で、ＰＩＤゲイン
を小さくしたことと同等の効果を得ることが可能であ
る。

【００３１】これにより、液面目標値ＳＶと液面レベル
の実測値ＰＶとの間に偏差が発生しても、液面目標値Ｓ
Ｖの更新による液面レベル実測値ＰＶの追従効果を向上
させて、液面レベル実測値ＰＶが最終目標値に到達する
時間を遅くすることができる。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、タ
ンク内に液体を投入し排出するという一連のプロセス
で、時間と共に時々刻々と液面目標値を更新させ、当該
液面目標値とタンク内の液面レベルの実測値との偏差に
基づいて制御演算を行ない、タンク内の液面レベルを最
終目標値に到達するように制御する液面レベル制御方法
において、液面目標値を更新する時に、最終目標値とタ
ンク内の液面レベルの現在実測値との偏差を、次回目標
値更新の補正分として与えるようにしたので、液面目標
値と液面レベルの実測値との間に偏差が発生しても、液
面目標値更新による液面レベル実測値の追従効果を向上
させて液面レベル実測値が最終目標値に到達する時間を
早くすることが可能な極めて信頼性の高い液面レベル自
動制御方法が提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による液面レベル自動制御方法を実現す
るための一実施例を示すブロック図。

【図２】従来の方法と本実施例の方法をそれぞれ比較し
て説明するためのタイムチャート図。

【図３】同実施例における方法をより詳細に説明するた
めのタイムチャート図。

【図４】本発明の他の実施例による方法を説明するため
のタイムチャート図。

【図５】従来の液面レベル制御方法の構成例を示すブロ
ック図。

【符号の説明】

１…タンク、２…入口管、３…出口管、４…液面レベル
検出器、５…時間発生器、７…液面レベル調節弁、８…
液面レベル調節計、１１…偏差演算部、１２…目標到達
残時間算出部、１３…目標値更新補正分演算部、１４…
サンプリングポイント判定部、１５…目標値更新部、１
６…目標値演算部、２１…補正前の液面目標値ＳＶの傾
き、２２…補正後の目標値更新補正分ΔＳＶ、２３…制
御周期、２４…第１回サンプリング残時間、２５…第２
回サンプリング残時間、２６…第３回サンプリング残時
間。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大門 吉明 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タンク内に液体を投入し排出するという
   一連のプロセスで、時間と共に時々刻々と液面目標値を
   更新させ、当該液面目標値と前記タンク内の液面レベル
   の実測値との偏差に基づいて制御演算を行ない、前記タ
   ンク内の液面レベルを最終目標値に到達するように制御
   する液面レベル制御方法において、 前記液面目標値を更新する時に、前記最終目標値と前記
   タンク内の液面レベルの現在実測値との偏差を、次回目
   標値更新の補正分として与えるようにしたことを特徴と
   する液面レベル自動制御方法。
2. 【請求項２】 前記次回目標値更新の補正分としては、
   前記最終目標値と前記タンク内の液面レベルの現在実測
   値との偏差を算出すると共に、現在時間から前記最終目
   標値到達までの残り時間を算出し、次に当該算出された
   偏差と残り時間とを基に目標値更新の補正分を算出する
   と共に、あらかじめ設定されたサンプリング周期を基に
   どの時点で次の新たな補正分として用いるかタイミング
   を決定し、しかる後に前記算出された目標値更新補正分
   を前記液面目標値の更新値に加えるようにしたことを特
   徴とする請求項１に記載の液面レベル自動制御方法。