(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移送管を介して所定の流体を第１容器から第２容器に移送するプロセス制御システムであって、
前記移送管に設けられ、前記移送管を流れる流体の流量を調節するための流量調節設備と、
前記移送管を流れる流体の流量を検出する流量センサと、
前記流量センサの検出値に基づいて、前記流量調節設備を制御する流量制御装置と、
前記移送管に設けられ、前記流量調節設備よりも下流側に配置され、前記移送管を流れる流体の圧力を調節するための圧力調節設備と、
前記移送管を流れる流体の圧力を検出する圧力センサと、
前記第２容器内にある流体の液量レベルを検出する液量レベルセンサと、
前記圧力センサ及び前記液量レベルセンサの各検出値に基づいて、前記圧力調節設備を制御する圧力制御装置と、
を備え、
前記圧力制御装置は、
前記液量レベルセンサの検出値に基づいて前記第２容器の液量レベルに応じた補正値を演算し、その演算した補正値に所定のバイアス値を加算して圧力の設定値を出力する圧力設定器と、
前記圧力設定器から出力された設定値及び前記圧力センサの検出値に基づいて、前記圧力調節設備に対する操作量を演算する操作量演算器と、
を備えたことを特徴とするプロセス制御システム。
【請求項２】
前記圧力調節設備は、前記圧力制御装置によって制御される調節弁を有し、
前記圧力センサは、前記調節弁を通過する前の流体の圧力を検出する
ことを特徴とする請求項１に記載のプロセス制御システム。
【請求項３】
前記移送管に複数の前記第１容器が接続され、
前記第２容器は、複数の前記第１容器内の流体を貯蔵できる所定の容量を有する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプロセス制御システム。
【請求項４】
前記第２容器は、流体を最大限まで貯蔵した時の液面高さが、前記第１容器に流体を最大限まで貯蔵した時の液面高さよりも高い所定の構造を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプロセス制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、所定の流体を上流側の容器から下流側の容器に移送するためのプロセス制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、食品の製造工程には、所定の流体をある容器から他の容器に移送する工程が存在する。
【０００３】
図２は従来のプロセス制御システムを示す構成図である。図２に示すシステムでは、払出側の容器１に貯蔵されている流体を、移送管３を介して受入側の容器２に移送する。従来では、流体の移送時に、上流側で流体の圧力制御を行って吐出側圧力を一定に保ちつつ、下流側で流体の流量制御を行っていた。
【０００４】
具体的に、図２において、１８は圧力調節設備、１９は圧力調節設備１８を制御する圧力制御装置である。
圧力調節設備１８には、ポンプ２０、圧力センサ２１が備えられている。また、圧力制御装置１９には、圧力設定器２２、圧力ＰＩＤ演算部２３が備えられている。圧力ＰＩＤ演算部２３には、圧力設定器２２が設定した設定値（ＳＶ）と圧力センサ２１が検出した検出値（ＰＶ）とが入力される。圧力ＰＩＤ演算部２３は、送り側の流体圧力が上記設定値（ＳＶ）で一定するようなポンプ２０の操作量（ＭＶ）を演算し、その演算結果をポンプ２０に対して出力する。
【０００５】
また、２４は流量調節設備、２５は流量調節設備２４を制御する流量制御装置である。  流量調節設備２４には、調節弁２６、流量センサ２７が備えられている。また、流量制御装置２５には、流量設定器２８、流量ＰＩＤ演算部２９が備えられている。流量ＰＩＤ演算部２９には、流量設定器２８が設定した設定値（ＳＶ）と流量センサ２７が検出した検出値（ＰＶ）とが入力される。流量ＰＩＤ演算部２９は、下流側の流体流量が上記設定値（ＳＶ）で一定するような調節弁２６の操作量（ＭＶ）を演算し、その演算結果を調節弁２６に対して出力する。
【０００６】
なお、容器間の移送を行うものではないが、下記特許文献１には、バーナノズルに流体を供給するためのシステムにおいて、上流側で流体の圧力制御を行い、下流側で流体の流量制御を行うものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−３２４７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図２に示すシステムでは、受入側の容器２に流体が溜まるにつれて下流側の流体圧力が高まり、圧力変動が生じ易くなるといった問題があった。例えば、ビールの製造工程では、上記圧力変動が発生すると流体（ビール）が泡立ってしまい、最終的な製品として一定の品質が確保できなくなってしまう。
【０００９】
食品の製造工程では、このような問題に対処するため、流体を容器１から容器２に移送する際に、流体の圧力制御を下流側で行う場合がある。しかし、従来では、かかる場合であっても、圧力設定器２２が設定する設定値（ＳＶ）として、流体の種類や品種に応じた固定値が採用されていたため、上記圧力変動を十分に抑制することができなかった。特に、図２に示すもののように、受入側の容器２の容量が払出側の容器１の容量よりも大きい場合は、上流側と下流側との圧力差が大きくなり、圧力変動が顕著になってしまう。
【００１０】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、払出側の容器から受入側の容器に流体を移送する際に、流体圧力及び流体流量を常時安定させることができ、流体品質の悪化を防止することができるプロセス制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明に係るプロセス制御システムは、移送管を介して所定の流体を第１容器から第２容器に移送するプロセス制御システムであって、移送管に設けられ、移送管を流れる流体の流量を調節するための流量調節設備と、移送管を流れる流体の流量を検出する流量センサと、流量センサの検出値に基づいて、流量調節設備を制御する流量制御装置と、移送管に設けられ、流量調節設備よりも下流側に配置され、移送管を流れる流体の圧力を調節するための圧力調節設備と、移送管を流れる流体の圧力を検出する圧力センサと、第２容器内にある流体の液量レベルを検出する液量レベルセンサと、圧力センサ及び液量レベルセンサの各検出値に基づいて、圧力調節設備を制御する圧力制御装置と、を備え、圧力制御装置は、液量レベルセンサの検出値に基づいて第２容器の液量レベルに応じた補正値を演算し、その演算した補正値に所定のバイアス値を加算して圧力の設定値を出力する圧力設定器と、圧力設定器から出力された設定値及び圧力センサの検出値に基づいて、圧力調節設備に対する操作量を演算する操作量演算器と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明に係るプロセス制御システムであれば、払出側の容器から受入側の容器に流体を移送する際に、流体圧力及び流体流量を常時安定させることができる。このため、移送によって流体の品質が悪化することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１におけるプロセス制御システムを示す構成図である。
【図２】従来のプロセス制御システムを示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
この発明をより詳細に説明するため、添付の図面に従ってこれを説明する。なお、各図中、同一又は相当する部分には同一の符号を付しており、その重複説明は適宜に簡略化ないし省略する。
【００１５】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１におけるプロセス制御システムを示す構成図である。
図１において、１は払出側の容器（例えば、貯蔵タンク）、２は受入側の容器（例えば、貯蔵タンク）、３は容器１及び２間に接続された移送管である。本システムは、容器１に貯蔵されている所定の流体を、移送管３を介して容器２に移送するためのものである。図１では、容器１及び２がそれぞれ２台ずつ移送管３に接続されている場合を一例として示している。容器１及び２は、それぞれ単数或いは３台以上であっても構わない。容器１の設置台数と容器２の設置台数とは、同じでなくても構わない。
【００１６】
また、図１では、受入側の容器２が払出側の容器１よりも大きい場合を一例として示している。例えば、各容器２は、ｎ（≧２）本の容器１内の流体を全て貯蔵できる所定の容量を有している。また、容器２は、その高さも容器１の高さよりも高い。このため、容器１及び２のそれぞれに流体を最大限まで貯蔵した場合、容器２内の流体の液面高さは、容器１内の流体の液面高さよりも当然に高くなる。
【００１７】
本システムでは、容器１から容器２に流体を移送する際に、上流側で流体の流量制御を行い、下流側で流体の圧力制御を行う。このため、容器１及び２間に接続された移送管３には、上流側に流量調節設備４が、下流側に圧力調節設備５が設けられている。
【００１８】
流量調節設備４は、移送管３を流れる流体の流量を調節するためのものである。流量調節設備４には、例えば、ポンプ６、流量センサ７が備えられている。
ポンプ６は、供給される操作量（ＭＶ）に応じた流量の流体を下流側に送り出す機能を有している。ポンプ６は、例えば、インバータ制御が可能な所定の構成からなる。
【００１９】
流量センサ７は、移送管３を流れる流体の流量を検出する。流量センサ７は、例えば、ポンプ６の下流側に配置され、ポンプ６の吐出側の流体の流量を検出する。流量センサ７は、流体の流量を検出すると、その検出値（ＰＶ）を後述の流量制御装置８に出力する。なお、本説明では、流量センサ７を流量調節設備４の一部としているが、流量センサ７を流量調節設備４とは別装置として構成しても良い。
【００２０】
流量制御装置８は、流量調節設備４を制御するための演算系を構成する。上述したように、流量制御装置８には、流量センサ７からその検出値（ＰＶ）が入力される。流量制御装置８は、流量センサ７からの検出値（ＰＶ）に基づいて、流体の流量が安定するように流量調節設備４を適切に制御する。流量制御装置８には、例えば、流量設定器９、流量ＰＩＤ演算部１０が備えられている。
【００２１】
流量設定器９は、流体の種類や品種等に応じた流量設定値（ＳＶ）を設定及び出力する。流量設定器９から出力された設定値（ＳＶ）は、流量ＰＩＤ演算部１０に入力される。
流量ＰＩＤ演算部１０は、ポンプ６（流量調節設備４）に対する操作量（ＭＶ）を演算及び出力する機能を有している。流量ＰＩＤ演算部１０には、流量設定器９が設定した設定値（ＳＶ）と流量センサ７が検出した検出値（ＰＶ）とが入力される。流量ＰＩＤ演算部１０は、これらの入力値に基づいて、ポンプ６の吐出側の流体流量が上記設定値（ＳＶ）で一定するような操作量（ＭＶ）を演算し、ポンプ６に対して出力する。これにより、ポンプ６が適切に駆動される。
【００２２】
圧力調節設備５は、移送管３を流れる流体の圧力を調節するためのものである。圧力調節設備５は、流量調節設備４よりも下流側に配置されており、流量調節設備４を通過した後の流体の圧力を調節する。圧力調節設備５には、例えば、調節弁（コントロールバルブ）１１、圧力センサ１２が備えられている。
【００２３】
調節弁１１は、供給される操作量（ＭＶ）に応じた流量の流体を下流側に通過させる機能を有している。
圧力センサ１２は、移送管３を流れる流体の圧力を検出する。圧力センサ１２は、例えば、調節弁１１の上流側に配置され、調節弁１１を通過する前の流体の圧力を検出する。圧力センサ１２は、流体の圧力を検出すると、その検出値（ＰＶ）を後述の圧力制御装置１３に出力する。なお、本説明では、圧力センサ１２を圧力調節設備５の一部としているが、圧力センサ１２を圧力調節設備５とは別装置として構成しても良い。
【００２４】
図１に示す１４は、容器２内にある流体の液量レベルを検出するための液量レベルセンサである。液量レベルセンサ１４は、容器２の液量レベルを検出すると、その検出値を圧力制御装置１３に出力する。容器１から容器２への流体移送を行っている場合、容器２の液量レベルは常に変化する。例えば、同じ容器２に流体を移送している間は、容器２の液量レベルは常に増加する。このため、液量レベルセンサ１４は、例えば、所定の周期で（移送先となっている）容器２の液量レベルの検出を行い、その検出値を圧力制御装置１３に対して随時出力する。
【００２５】
圧力制御装置１３は、圧力調節設備５を制御するための演算系を構成する。上述したように、圧力制御装置１３には、圧力センサ１２からその検出値（ＰＶ）が、液量レベルセンサ１４からその検出値（液量レベル）が入力される。圧力制御装置１３は、入力されたこれらの検出値に基づいて、流体の圧力が安定するように圧力調節設備５を適切に制御する。圧力制御装置１３には、例えば、圧力設定器１５、圧力ＰＩＤ演算部１６（操作量演算器）が備えられている。
【００２６】
圧力設定器１５は、容器２の液量レベルに応じた圧力設定値（ＳＶ）を設定及び出力する。
圧力設定器１５の具体的な機能を説明するため、払出側の容器１のｎ本分の流体を受入側の容器２に移送する場合を考える。移送前に容器２が空の状態であったとすると、１本目の容器１内の流体の移送を開始した直後は、容器１からの圧力は移送方向に高く、容器２からの圧力は無いに等しい値となる。１本目の移送が進むにつれ、移送開始直後と比較して、容器１からの移送方向への圧力は徐々に低くなり、容器２からの圧力は、移送方向とは逆方向に徐々に高くなる。
【００２７】
払出側１本目の移送が完了すると、２本目の容器１内の流体の移送を開始する。この時、容器２内には容器１の１本分の流体が既に存在するため、２本目の移送時は、１本目の時と比較して、容器１からの移送方向への圧力は低くなり、容器２からの圧力は、移送方向とは逆方向に高くなる。
【００２８】
このような現象に対応するため、圧力設定器１５では、レベル補正演算部１７が、液量レベルセンサ１４の検出値に基づいて、容器２の液量レベルに応じた補正値を演算する。例えば、レベル補正演算部１７は、次式により、容器２の底圧力ＰＬ（上記補正値）を演算する。
【００２９】
ＰＬ＝α・Ｌ    （１）
【００３０】
ここで、
Ｌ：容器２の液量レベル（液量レベルセンサ１４の検出値）
α：液量レベルを底圧力に変換するための係数（比重）
である。なお、αは容器２の大きさや形状等によって定まる値（変数）である。実際に容器２に流体を入れて、貯蔵量と液量レベルとの相関を予め調査しておくことにより、容器２のそれぞれに合わせた適切なαを設定することができる。
【００３１】
圧力設定器１５は、例えば、レベル補正演算部１７によって演算された底圧力ＰＬに対し、一定の加圧を設けることにより、設定値（ＳＶ）を設定する。圧力設定値（ＳＶ）は、次式から求めることができる。
【００３２】
ＰＳＶ＝α・Ｌ＋Ｐｂ    （２）
【００３３】
ここで、
Ｐｂ：移送用のバイアス圧力
である。このように、圧力設定器１５は、例えば、レベル補正演算部１７の演算結果に所定のバイアス値を加算することにより、圧力設定値（ＳＶ）を演算し、出力する。圧力設定器１５から出力された設定値（ＳＶ）は、圧力ＰＩＤ演算部１６に入力される。
なお、上記式２は、ｆ（）を容器２に対応した関数とすると、次式によって一般化することができる。
【００３４】
ＰＳＶ＝ｆ（Ｌ）＋Ｐｂ    （３）
【００３５】
圧力ＰＩＤ演算部１６は、調節弁１１（圧力調節設備５）に対する操作量（ＳＶ）を演算及び出力する機能を有している。圧力ＰＩＤ演算部１６には、圧力設定器１５が設定した設定値（ＳＶ）と圧力センサ１２が検出した検出値（ＰＶ）とが入力される。圧力ＰＩＤ演算部１６は、これらの入力値に基づいて、調節弁１１を通過した後の流体圧力が上記設定値（ＳＶ）で一定するような操作量（ＭＶ）を演算し、調節弁１１に対して出力する。これにより、調節弁１１が適切に開閉される。
【００３６】
上記構成を有するプロセス制御システムであれば、上流側の容器１から下流側の容器２に流体を移送する際に、圧力の設定値として、容器２の液量レベルに応じた適切な値を採用することができる。このため、下流側の流体圧力を常に安定させることが可能となる。また、流体圧力が安定するために上流側の流量制御も容易となり、流量も常時安定させることができるようになる。
【００３７】
本システムは、容器２の容量が容器１の容量よりも大きい場合に好適である。
また、本システムは、圧力変動による流体の泡立ち等を抑制することができるため、移送状況によって品質が劣化し易い流体、例えば、ビールや焼酎、牛乳といった液体食品を移送する場合に好適である。
【符号の説明】
【００３８】
１、２  容器
３  移送管
４、２４  流量調節設備
５、１８  圧力調節設備
６、２０  ポンプ
７、２７  流量センサ
８、２５  流量制御装置
９、２８  流量設定器
１０、２９  流量ＰＩＤ演算部
１１、２６  調節弁
１２、２１  圧力センサ
１３、１９  圧力制御装置
１４  液量レベルセンサ
１５、２２  圧力設定器
１６、２３  圧力ＰＩＤ演算部
１７  レベル補正演算部
【図１】
0005664354.tif 000002
【図２】
0005664354.tif 000003