JPH071444B2 - プロセス制御装置 - Google Patents

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係り、特に非干渉制御系を
有する複数の基本制御系を備え、制御状況に応じて、こ
の非干渉制御を干渉制御に切替えて過渡時のオーバーシ
ュートを抑制するようにしたプロセス制御装置に関す
る。

（従来の技術） 第５図はコイル焼鈍炉の従来の温度制御系を示してい
る。このコイル焼鈍炉は、焼鈍炉１内のコイル２を上部
ヒータ３と下部ヒータ４とで加熱焼鈍するものであり、
この焼鈍炉１内の上下部の温度はそれぞれ熱電対５、６
で測定されるよう構成されている。

上部ヒータ３の基本制御系においては、上部温度目標値
SVtと、熱電対５で測定される上部温度信号PVtとの温度
偏差に基づき、コントローラ７を介してPID演算し、こ
れにより調節信号ΔMVtを求める。また、下部温度目標
値SVbと、熱電対６で測定される下部温度信号PVbとの温
度偏差に基づき、非干渉制御コントローラ10を介して上
部操作量の補正用の非干渉制御信号ΔMVbtを求める。そ
して、この信号ΔMVbtと上記調節信号ΔMVtとを加算部1
1で加算し、この加算部11からの出力信号を速度形→位
置形信号変換器13により位置形信号MVtに変換し、この
信号MVtを上部ヒータ３の操作信号として出力する。

また、下部ヒータ４の基本制御系においては、下部温度
目標値SVbと、熱電対６で測定される下部温度信号PVbと
の温度偏差に基づき、コントローラ８を介してPID演算
し、これにより調節信号ΔMVbを求める。また、上部温
度目標値SVtと、熱電対５で測定される上部温度信号PVt
との温度偏差に基づき、非干渉制御コントローラ９を介
して下部操作量の補正用の非干渉制御信号ΔMVtbを求め
る。そして、この信号ΔMVtbと上記調節信号ΔMVbとを
加算部12で加算し、この加算部12からの出力信号を速度
形→位置形信号変換器14により位置形信号MVbに変換
し、この信号MVbを下部ヒータ４の操作信号として出力
する。

（発明が解決しようとする課題） ところでこの種の従来の制御系において、第６図に示さ
れるように、上部温度目標値SVt一定、しかも温度偏
差０の安定した状態時に、下部温度目標値SVbを上方
に変更したとすると、コントローラ８は操作信号MVbを
上昇させるよう出力するとともに、非干渉制御コントロ
ーラ10は上部温度を補正するために操作信号MVtを減少
させるよう出力する。すなわち、下部ヒータ４の操作信
号MVbを上昇させると、焼鈍炉１内の下部温度が上昇
し、この温度上昇に伴って焼鈍炉１内の上部温度が上昇
する。これを制御量の干渉という。そこで、上部ヒータ
３の操作信号MVtを減少させ、焼鈍炉１内の上部温度を
減少させるよう構成されているわけである。

ここで、上部ヒータ３の操作信号MVtが限界に達してい
ない間は、下部操作量上昇および上部操作量減少の非干
渉制御はうまく実行される。しかし、操作信号MVtが下
限値の限界点に近づいたのちであって、しかも下部操作
量上昇の影響があるうちは、上部温度偏差が現れるの
で、これに基づいて上部温度コントローラ７が操作信号
MVtの下げ出力をするが、既に限界のため下げは実行さ
れず、また上部温度偏差が現れるので、非干渉制御コン
トローラ９が下部制御系に対して非干渉用の操作信号上
げ補正出力をするので、下部操作量上昇は更に大きくな
り、これはまた上部制御系への影響を加速させることに
もなってしまう。そして、これらの重畳により結果的に
は上部、下部共に大きなオーバーシュートが発生してし
まうという問題が生じる。

そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する
問題点を解消し、ある基本制御系の制御限界時に、過渡
的に生じるオーバーシュートの発生を抑制し、制御性を
向上させることができるようにしたプロセス制御装置を
提供することにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は、相互に干渉し合
う制御量を有する複数の基本制御系と、前記干渉を打ち
消すために前記複数の基本制御系間に設けられた非干渉
制御系とを備え、前記複数の基本制御系のうち少なくと
も一つの基本制御系の操作量には制限値が設けられてい
るプロセス制御装置において、前記制限値が設けられた
基本制御系の操作量が前記制限値に達したことを検出す
る検出手段と、この検出手段からの出力を受けて、前記
操作量が制限値に達した基本制御系に対する他の基本制
御系からの干渉をなくすための前記非干渉制御系を実質
的に停止させる手段とを備えたことを特徴とするもので
ある。

（作 用） 本発明によれば、ある基本制御系で例えば設定値の変更
などがあった場合には、この基本制御系では変更された
設定値に制御量を追従させるように動作し、この動作に
よる他の基本制御系への干渉をなくすために非干渉制御
系が動作し、その結果、他の基本制御系では干渉を打ち
消して安定した状態を維持するように操作量が変化す
る。しかし、この操作量が制限値に達すると、安定した
状態が維持できなくなり、あたかも他の基本制御系で変
動が生じたと同様の状態が生じる。この変動をなくすべ
く他の基本制御系で制御量を追従させようとしても、既
に操作量が制限値に達しているので不可能な状態にな
る。そこで、制限値が設けられた基本制御系の操作量が
制限値に達したことを検出して、この検出結果に基づい
て、操作量が制限値に達した基本制御系に対する他の基
本制御系からの干渉をなくすための非干渉制御系を実質
的に停止させるようにしたものである。

（実施例） 以下、本発明によるプロセス制御装置の一実施例を第１
図乃至第４図を参照して説明する。なお、各図において
第５図に示した部分と同一部分には同一符号を付して示
している。

第１図はコイル焼鈍炉の温度制御系を示している。この
コイル焼鈍炉は、焼鈍炉１内のコイル２を上部ヒータ３
と下部ヒータ４とで加熱焼鈍するものであり、この焼鈍
炉１内の上下部の温度はそれぞれ熱電対５、６により測
定されるよう構成されている。ここで、上部ヒータ３と
下部ヒータ４とのそれぞれの温度制御系は、第５図に示
した従来のものと同じであるので、その説明を省略す
る。

しかして本実施例によれば、上部ヒータ３の操作信号MV
tの上限または下限を検出する上下限検出器21と、この
上下限検出器21からの信号により切替わるとともに、非
干渉制御コントローラ９から加算部12へ送られる非干渉
制御信号ΔMVtbをオン、オフするスイッチ22とが設けら
れている。そして、このスイッチ22には２つの接点が設
けられ、一方の接点ａには上記非干渉制御コントローラ
９が接続され、他方の接点ｂには、上部温度目標値SVt
と熱電対５で測定される上部温度信号PVtとの温度偏差
に基づいて調節信号ΔMVxを演算出力する干渉コントロ
ーラ23が接続されている。なお、このとき非干渉制御コ
ントローラ９と干渉コントローラ23との温度偏差に対す
る調節信号の演算の極性は逆になっている。

次に、第２図および第３図を参照して本実施例の作用を
説明する。

第２図は上部温度目標値SVt一定、しかも温度偏差
０の安定した状態時に、下部温度目標値SVbを上方に変
更した場合を示している。このときコントローラ８は操
作信号MVbを上昇させるよう出力するとともに、非干渉
制御コントローラ10は上部温度を補正するために操作信
号MVtを減少させるよう出力する。ここで、上部ヒータ
３の操作信号MVtが限界に達していない間は、下部操作
量上昇および上部操作量減少の非干渉制御がうまく実行
される。

しかし、従来のものでは、操作信号MVtが下限値の限界
点に近づいたのちであって、しかも下部操作量の影響が
あるうちは、上部温度偏差が現れるので、これに基づい
て上部温度コントローラ７が操作信号MVtの下げ出力を
するが、既に限界のため下げは実行されずそのまま上部
温度は上昇する。

しかして本実施例によれば、第３図に示されるように、
上部ヒータ３の操作信号MVtが下限値に近くなると（同
図ａ）、上下限検出器21が作動して、スイッチ22の接点
がａからｂに切替わり、非干渉制御コントローラ９から
加算部12への非干渉制御信号ΔMVtbがオフされる（同図
ｂ）。また、スイッチ22の接点ｂを閉じることにより、
干渉コントローラ23から加算部12への調節信号ΔMVxが
オンされる（同図ｃ）。ここで、調節信号ΔMVxの極性
は、非干渉制御コントローラ９からの非干渉制御信号Δ
MVtbの極性と逆である。なお、第３図ｂ、ｃでは、速度
形の信号を理解し易いように位置形で表現している。

そして、上述のように、非干渉制御信号ΔMVtbがオフ
（同図ｂ）されると、下部ヒータ４の操作量の上昇は抑
制され、しかも調節信号ΔMVxがオン（同図ｃ）される
と、下部ヒータ４の操作量は減少方向に補正される。し
たがって、第２図からも明らかなように、操作信号MVt
が下限値の限界点に近づいたのちであっても、上部温度
制御のオーバーシュートおよび下部温度制御のオーバー
シュートを抑制することができ、結局は、コイル焼鈍炉
１内の製品の品質を向上させることができる。

第４図は他の実施例を示している。第１図に示したもの
と比較すると、スイッチ22の接点ｂに接続されるべき干
渉コントローラ23が設けられていない点で異なってい
る。これによれば、上下限検出器21による制御限界判定
時に、スイッチ22をオフにするだけであるが、非干渉制
御信号ΔMVtbを零にすることができるので、制御性の悪
化を大幅に改善することができる。

また他の実施例として、上下限検出器21を上限または下
限のいずれか一方の検出器としてのみ構成し、制御の方
向性に合せて一方向にのみ本発明の機能を付加するよう
にしてもプラントによっては十分な効果を発揮させるこ
とができる。

さらに、以上に説明した実施例にあっては、本発明の機
能を一方の制御系にのみ適用しているが、本発明の機能
を相互の制御系にたすき状に組合わせて適用すれば、プ
ラントによっては更に制御特性の向上を達成することが
できる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明は、操作量に制
限値が設けられた基本制御系の操作量が制限値に達した
ことを検出する検出手段と、この検出手段からの出力を
受けて、操作量が制限値に達した基本制御系に対する他
の基本制御系からの干渉をなくすための非干渉制御系を
実質的に停止させる手段とを備えているので、操作量に
制限値が設けられた基本制御系の操作量が制限値に達し
たのちも、安定した状態を維持することができ、過渡時
のオーバーシュートを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるプロセス制御装置の一実施例を示
すコイル焼鈍炉の温度制御ブロックフロー図、第２図お
よび第３図はそれぞれ本発明によるプロセス制御装置の
動作波形図、第４図は本発明によるプロセス制御装置の
他の実施例を示すコイル焼鈍炉の温度制御ブロックフロ
ー図、第５図は従来のコイル焼鈍炉の温度制御ブロック
フロー図、第６図は従来の動作波形図である。 １……焼鈍炉、２……コイル、３……上部ヒータ、４…
…下部ヒータ、５、６……熱電対、７、８……コントロ
ーラ、９、10……非干渉コントローラ、21……上下限検
出器、22……スイッチ、23……干渉コントローラ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】相互に干渉し合う制御量を制御する複数の
   基本制御系と、前記基本制御系間の干渉を打ち消すため
   に前記複数の基本制御系間に設けられた非干渉制御系と
   を備え、前記複数の基本制御系のうち少なくとも一つの
   基本制御系の操作量には制限値が設けられているプロセ
   ス制御装置において、前記制限値が設けられた基本制御
   系の操作量が前記制限値に達したことを検出する検出手
   段と、この検出手段からの出力を受けて、前記制限値に
   操作量が達した基本制御系から他の基本制御系への干渉
   をなくすための前記非干渉制御系を実質的に停止させる
   手段とを備えたことを特徴とするプロセス制御装置。
2. 【請求項２】前記他の基本制御系に対して前記停止させ
   た非干渉制御系とは逆の制御方向へ作用する干渉制御系
   と、この干渉制御系を実質的に作動させる手段とを更に
   備えたことを特徴とする請求項１記載のプロセス制御装
   置。