(57)【要約】【課題】時定数に比べてむだ時間が大きい制御対象に対して、目標値追従特性と外乱抑制特性とを良好にすることができるプロセス制御装置を実現する。【解決手段】プロセス制御装置２０は、現在の制御量を入力として、現在から所定時間経過後の制御量の予測値を出力する予測演算部２６と、制御目標値と制御量の予測値との偏差を入力として、当該偏差に対して、比例演算、積分演算、微分演算のうちいずれか１つ以上の演算を行った結果を操作量として出力する調節部２２とを備える。また、予測演算部２６は、現在の制御量を一定時間遅延させた制御量を出力する遅延部２６１と、遅延部２６１からの出力値を現在の制御量から減算する減算部２６２と、減算部２６２からの出力値を所定の値で除算する除算部２６３と、除算部２６３からの出力値に所定の値で乗算する乗算部２６４と、現在の制御量に乗算部２６４からの出力値を加算する加算部２６５とを備える。【選択図】図１
2008146325.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
むだ時間を有する制御対象のプロセス値を所定の値に制御するプロセス制御装置であって、
制御対象の制御量の現在値を入力とし、現在から所定時間経過後の制御量を予測した結果を予測値として出力する予測演算手段と、
制御目標値と上記予測演算手段が出力する予測値との偏差を入力とし、当該偏差に対して、比例演算、積分演算、および微分演算のうちいずれか１つ以上の演算を行った結果を操作量として出力する調節手段とを備え、
上記操作量により制御対象を制御することを特徴とするプロセス制御装置。
【請求項２】
前記予測演算手段は、
制御対象の制御量の現在値を入力とし、該値を所定の時間だけ遅延させて出力する遅延手段と、
制御対象の制御量の現在値と上記遅延手段の出力値とを入力とし、該現在値から該出力値を減算した値を出力する減算手段と、
上記減算手段の出力値を入力とし、該出力値を所定の時間で除算した値を出力する除算手段と、
上記除算手段の出力値を入力とし、該出力値に制御対象の予測時間を乗算した値を出力する乗算手段と、
制御対象の制御量の現在値と上記乗算手段の出力値とを入力とし、該現在値と該出力値とを加算した値を出力する加算手段とを備えることを特徴とする請求項１に記載のプロセス制御装置。
【請求項３】
むだ時間を有する制御対象のプロセス値を所定の値に制御するプロセス制御方法であって、
制御対象の制御量の現在値を入力とし、現在から所定時間経過後の制御量の値を予測した結果を予測値として出力する予測演算ステップと、
制御目標値と上記予測演算ステップが出力する予測値との偏差を入力とし、当該偏差に対して、比例演算、積分演算、および微分演算のうちいずれか１つ以上の演算を行った結果を操作量として出力する調節ステップとを含み、
上記操作量により制御対象を制御することを特徴とするプロセス制御方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載のプロセス制御装置を動作させるプログラムであって、コンピュータを上記の各手段として機能させるためのプログラム。
【請求項５】
請求項４に記載のプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石油化学、鉄鋼等の一般産業用プラントにおいて制御対象となる温度のプロセス値を所定の値に制御するプロセス制御装置、プロセス制御方法、プログラム、およびプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
（従来のＰＩＤ制御装置）
石油化学、鉄鋼等の一般産業用プラントにおいて、制御対象となる温度、流量、圧力等のプロセスの値を所定の値に制御するために、従来から、比例演算（Ｐ）、積分演算（Ｉ）、および微分演算（Ｄ）を実行するＰＩＤ（proportional-integral-derivative）制御装置が使用されている。
【０００３】
図６を参照しながら、従来のＰＩＤ制御装置について説明する。図６は、従来のＰＩＤ制御装置の構成を示すブロック線図である。図６に示すように、従来のＰＩＤ制御装置１０は、加算器１１と調節計１２とを備えて構成され、プロセス１４を制御する。
【０００４】
加算器１１は、プロセス１４の制御目標値（ＳＶ）とプロセス１４の制御量（ＰＶ）とを入力として、それらの偏差（Ｅ）を出力する。調節計１２は、比例演算（Ｐ）と積分演算（Ｉ）と微分演算（Ｄ）とを実行する。調節計１２は、加算器１１の出力である偏差（Ｅ）を入力として、当該偏差（Ｅ）に対して、比例演算、積分演算および微分演算を行った結果を操作量（ＭＶ）として出力する。制御対象であるプロセス１４は、上記操作量（ＭＶ）を入力として、制御量（ＰＶ）を出力する。
【０００５】
一般産業用プラントにおける制御対象の多くは、制御目標値（ＳＶ）を変化させた場合、変化させた時点からむだ時間が経過した後、制御量（ＰＶ）が変化するという特性を有している。同様に、制御量（ＰＶ）に対して何らかの外乱が混入した場合、外乱が混入した時点からむだ時間が経過した後、制御量（ＰＶ）が変化するという特性を有している。
【０００６】
（スミス法）
むだ時間を考慮した制御方法としてスミス法が広く知られている。スミス法は、フィードバックループ内部に制御対象のモデルとむだ時間のモデルを有し、むだ時間後の出力を予測し、その予測に基づいて制御対象を制御する方法である（非特許文献１参照）。
【０００７】
図７を参照しながら、スミス法によるプロセス制御装置について説明する。図７は、スミス法によるプロセス制御装置の構成を示すブロック線図である。図７に示すように、スミス法によるプロセス制御装置は、加算器３１、加算器３２、調節計３３、シミュレータ３６、加算器３８とを備えて構成され、プロセス３４を制御する。
【０００８】
加算器３１は、プロセス３４の制御目標値（Ｒ）とプロセス３４の制御量（Ｙ）とを入力として、それらの偏差を出力する。加算器３２は、加算器３１の出力値とシミュレータ３６の出力値とを入力として、それらの偏差を出力する。調節計３３は、通常はＰＩＤ制御装置が用いられ、加算器３２の出力値を入力として比例演算、積分演算および微分演算を行った結果を出力する。シミュレータ３６は、調節計３３の出力値を入力として、むだ時間後の制御量を予測し、出力する。加算器３８は、調節計３３の出力値と外乱（Ｄ）とを入力として、それらの加算値を操作量として出力する。制御対象であるプロセス３４は、上記操作量を入力として、制御量（Ｙ）を出力する。
【０００９】
（その他）
特許文献１には、フィードバック制御信号とフィードフォワード制御信号とを所定値に応じて切り替えるプロセス制御装置が開示されている。
【００１０】
また、特許文献２には、一次遅れおよびむだ時間の演算を行う補償器と、制御量に対してフィルタ演算を行う外乱補償器とを備えるプロセス制御装置が開示されている。
【００１１】
また、特許文献３には、フィードバック制御による操作量をフィードフォワード制御による操作量により補正して得られる操作量を用いてむだ時間を補償するプロセス制御装置が開示されている。
【００１２】
また、特許文献４には、プロセスの温度特性を推定し、推定された温度特性に基づき制御を行う調整装置が開示されている。
【特許文献１】特開平１１−８５２１４号公報（平成１１年３月３０日公開）
【特許文献２】特開２００２−１５７００２号公報（平成１４年５月３１日公開）
【特許文献３】特開２００２−２３６５０２号公報（平成１４年８月２３日公開）
【特許文献４】特開２００５−４９９１８号公報（平成１７年２月２４日公開）
【非特許文献１】システム制御情報学会著,「ＰＩＤ制御」,朝倉書店,１９９２年７月,ｐ.６２−６３
【非特許文献２】松山裕著,「だれでもわかる自動制御」,省エネルギーセンター,１９９２年２月,ｐ.２６−２７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
多くのプロセス制御では、制御目標値（ＳＶ）が変化したとき、速やかにオフセット無しに制御目標値（ＳＶ）に追従する目標値追従特性と、プロセスに外乱が加わって制御量が制御目標値から変動した場合に、速やかに外乱の影響を除去して所定の値にプロセス値を戻す外乱抑制特性との両特性が良好であることが要求される。
【００１４】
しかしながら、プロセス１４が有する時定数Ｔに比較してむだ時間Ｌが大きい場合、従来のＰＩＤ制御装置１０では良好な制御を行うことができない。一般的に、Ｌ／Ｔの値が０．２以上になると、従来のＰＩＤ制御装置１０では良好に制御することが困難となる（非特許文献２参照）。
【００１５】
また、スミス法はプロセス制御方法として有効であるが、実装しても良好な制御が得られない場合がある。すなわち、上述のとおり、むだ時間モデルをシミュレータ３６に組み込む必要がある。よって、むだ時間Ｌと時定数Ｔとが動的に変化するようなプロセスの場合、または、むだ時間Ｌの値と時定数Ｔの値とが精度良く得られない場合に、シミュレータ３６を実装しても良好な制御を得ることが出来ない。
【００１６】
また、特許文献２に開示されている発明については、制御対象の制御量を計算するにあたり、時定数Ｔおよびむだ時間Ｌをパラメータとして使用するため、良好な制御を行うために、制御対象のモデル精度、すなわち、時定数Ｔおよびむだ時間Ｌが良い精度で得られることが必要とされる。つまり、制御対象のモデル精度が良くない場合は良好な制御を得ることが出来ない。
【００１７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、時定数に比べてむだ時間が大きい制御対象に対して、制御量の予測値を用いて制御することにより、目標値追従特性と外乱抑制特性とを良好なものとすることができるプロセス制御装置、プロセス制御方法、制御装置を動作させるためのプログラム、およびプログラムを記録した記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明に係るプロセス制御装置は、上記課題を解決するために、むだ時間を有する制御対象のプロセス値を所定の値に制御するプロセス制御装置であって、制御対象の制御量の現在値を入力とし、現在から所定時間経過後の制御量の値を予測した結果を予測値として出力する予測演算手段と、制御目標値と上記予測演算手段が出力する予測値との偏差を入力とし、当該偏差に対して、比例演算、積分演算、および微分演算のうちいずれか１つ以上の演算を行った結果を操作量として出力する調節手段とを備え、上記操作量により制御対象を制御することを特徴としている。
【００１９】
また、本発明に係るプロセス制御方法は、むだ時間を有する制御対象のプロセス値を所定の値に制御するプロセス制御方法であって、制御対象の制御量の現在値を入力とし、現在から所定時間経過後の制御量の値を予測した結果を予測値として出力する予測演算ステップと、制御目標値と上記予測演算ステップが出力する予測値との偏差を入力とし、当該偏差に対して、比例演算、積分演算、および微分演算のうちいずれか１つ以上の演算を行った結果を操作量として出力する調節ステップとを含み、上記操作量により制御対象を制御することを特徴としている。
【００２０】
上記の構成によれば、従来のＰＩＤ制御に加えて、現在から所定時間経過後の制御量の予測値を用いて、制御対象の操作量を計算することができる。よって、上記構成は、制御対象の制御量の将来的な変化を考慮したプロセス制御を行うので、制御量の予測値が目標値から遠ざかることが予想されれば、目標値に近づけるように操作量を計算することができる。
【００２１】
さらに、上記の構成によれば、比例演算、積分演算、微分演算、および制御量の予測値をパラメータとして制御対象の操作量を計算する。つまり、時定数Ｔとむだ時間Ｌとを用いずに制御対象の操作量を計算するので、時定数Ｔとむだ時間Ｌとが良い精度で得られなくても、制御対象の操作量の計算に影響を及ぼさない。
【００２２】
よって、時定数Ｔとむだ時間Ｌとが良い精度で得られない制御対象であっても、良好な制御を得ることができる。
【００２３】
したがって、上記構成は、制御対象の時定数に比べてむだ時間が大きい制御対象に対して、制御対象のモデル精度が良くなくても、目標値追従特性と外乱抑制特性とが良好なプロセス制御を行うことができるという効果を奏する。
【００２４】
また、本発明に係るプロセス制御装置は、上記の構成において、前記予測演算手段は、制御対象の制御量の現在値を入力とし、該値を所定の時間だけ遅延させて出力する遅延手段と、制御対象の制御量の現在値と上記遅延手段の出力値とを入力とし、該現在値から該出力値を減算した値を出力する減算手段と、上記減算手段の出力値を入力とし、該出力値を所定の時間で除算した値を出力する除算手段と、上記除算手段の出力値を入力とし、該出力値に制御対象の予測時間を乗算した値を出力する乗算手段と、制御対象の制御量の現在値と上記乗算手段の出力値とを入力とし、該現在値と該出力値とを加算した値を出力する加算手段とを備える構成としてもよい。ここで、予測時間とは、制御量の現在値から予測値に達するまでの時間である。予測時間の一例として、制御対象のむだ時間が考えられる。
【００２５】
上記の構成によれば、予測値は、四則演算、むだ時間計算といった従来の分散型制御システム（ＤＣＳ）で備えられている構成要素で計算することができるので、プロセス制御装置を従来から広く使用されている分散型制御システム（ＤＣＳ）に容易に組み込むことができるという効果を奏する。
【００２６】
なお、上記プロセス制御装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記各手段として動作させることにより上記プロセス制御装置をコンピュータにて実現させるプロセス制御装置の制御プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。
【発明の効果】
【００２７】
以上のように、本発明に係るプロセス制御装置は、制御対象の制御量の現在値を入力とし、制御対象の制御量の予測値を出力する予測演算手段と、制御目標値と上記予測演算手段が出力する予測値との偏差を入力とし、当該偏差に対して、比例演算、積分演算、および微分演算を行った結果を操作量として出力する調節手段とを備えている。
【００２８】
また、本発明に係るプロセス制御方法は、制御対象の制御量の現在値を入力とし、制御対象の制御量の予測値を出力する予測演算ステップと、制御目標値と上記予測演算ステップが出力する予測値との偏差を入力とし、当該偏差に対して、比例演算、積分演算、および微分演算を行った結果を操作量として出力する調節ステップとを含んでいる。
【００２９】
よって、上記構成は、制御対象の制御量の将来的な変化を考慮したプロセス制御を行うので、制御量の予測値が目標値から遠ざかることが予想されれば、目標値に近づけるように操作量を計算することができる。したがって、上記構成は、制御対象の時定数に比べてむだ時間が大きい制御対象に対して、目標値追従特性と外乱抑制特性とが良好なプロセス制御を行うことができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
（プロセス制御装置）
本発明の一実施形態に係るプロセス制御装置について図１ないし図４に基づいて説明すると以下のとおりである。
【００３１】
図２を参照しながら、本発明に係るプロセス制御装置２０について説明する。図２は、本発明に係るプロセス制御装置２０の構成を示すブロック線図である。図２に示すようにプロセス制御装置２０は、加算部２１、調節部２２、予測演算部２６とを備えて構成され、プロセス２４を制御する。
【００３２】
加算部２１は、プロセス２４の制御目標値（ＳＶ）とプロセス２４の制御量（ＰＶ）の予測値（ＰＶＣ）との偏差（Ｅ）を出力する。
【００３３】
調節部２２は、比例演算（Ｐ）と積分演算（Ｉ）と微分演算（Ｄ）とを実行する。調節部２２は、制御目標値（ＳＶ）と制御量（ＰＶ）の予測値（ＰＶＣ）との偏差（Ｅ）を入力として、当該偏差（Ｅ）に対して、比例演算、積分演算および微分演算のうちいずれか１つ以上の演算を行った結果を操作量（ＭＶ）としてプロセス２４に出力する。
【００３４】
プロセス２４は、制御対象である。プロセス２４は、上記操作量（ＭＶ）を入力として、制御量ＰＶを出力する。
【００３５】
予測演算部２６は、プロセス２４の出力である制御量（ＰＶ）を入力として、現在から所定時間経過後の制御量の値を予測値（ＰＶＣ）として出力する。
【００３６】
次に、図１を参照しながら、予測演算部２６について詳細に説明する。図１は、プロセス制御装置２０のうち予測演算部２６の構成を詳細に示すブロック図である。図１に示すように予測演算部２６は、遅延部２６１、減算部２６２、除算部２６３、乗算部２６４、加算部２６５を備えて構成される。
【００３７】
遅延部２６１は、プロセス２４の出力である現在の制御量（ＰＶ）を一定時間遅延させた制御量（ＩＮ）を減算部２６２に出力する。減算部２６２は、遅延部２６１からの出力値を制御量（ＰＶ）から減算し、その結果を出力する。除算部２６３は、減算部２６２からの出力値を所定の値（Ｓ）で除算し、その結果を出力する。乗算部２６４は、除算部２６３からの出力値に所定の値（Ｈ）で乗算し、その結果を出力する。加算部２６５は、制御量（ＰＶ）に乗算部２６４からの出力値を加算し、その結果を出力する。
【００３８】
以上のように構成した本実施の形態に係るプロセス制御装置２０の処理手順について説明する。
【００３９】
プロセス２４には操作量（ＭＶ）が入力され、その結果、プロセス２４から制御量（ＰＶ）が出力される。予測演算部２６の遅延部２６１にはプロセス２４からの制御量（ＰＶ）が入力され、その結果、現在の制御量（ＰＶ）から一定時間遅延させた制御量（ＩＮ）が出力される。
【００４０】
減算部２６２には、遅延部２６１からの出力値とプロセス２４の制御量（ＰＶ）とが入力され、その結果、制御量（ＰＶ）から遅延部２６１からの出力値を減算した値が出力される。除算部２６３には、減算部２６２からの出力値と所定の値（Ｓ）とが入力され、その結果、減算部２６２からの出力値を所定の値（Ｓ）で除算した値が出力される。乗算部２６４には、除算部２６３からの出力値と予測時間（Ｈ）とが入力され、その結果、除算部２６３からの出力値を予測時間（Ｈ）で乗算した値が出力される。加算部２６５には、プロセス２４からの制御量（ＰＶ）と乗算部２６４からの出力値とが入力され、その結果、プロセス２４からの制御量（ＰＶ）に乗算部２６４からの出力値を加算した値が予測値（ＰＶＣ）として出力される。その結果、予測演算部２６から予測値（ＰＶＣ）が出力される。
【００４１】
調節部２２には、制御目標値（ＳＶ）と予測演算部２６からの予測値（ＰＶＣ）との偏差（Ｅ）が入力され、当該偏差（Ｅ）に対して、比例演算、積分演算および微分演算を行われ、その結果、操作量（ＭＶ）がプロセス２４に対して出力される。プロセス２４は、上記操作量（ＭＶ）を入力として、制御量（ＰＶ）を出力する。
（予測値の計算式）
次に、本実施の形態に係るプロセス制御装置２０によって、プロセス２４を良好に制御することができることを説明する。
【００４２】
調節部２２の伝達関数をＧｃ(ｓ)、プロセス２４の伝達関数をＧｐ(ｓ)、予測演算部２６の伝達関数をＨ(ｓ)とする。また、プロセス２４は、１次遅れおよびむだ時間を有するものとする。一般産業用プラントの多くの制御対象は、１次遅れおよびむだ時間によりその特性を表すことができる。そのような制御対象すなわちプロセス２４の伝達関数Ｇｐ(ｓ)は、一般的に下式で与えられる。下式において、Ｋｐは定常ゲイン、Ｔｐは時定数、Ｌはむだ時間を表す。
【００４３】
【数１】
2008146325.tif 000003
【００４４】
この場合、プロセス制御装置２０全体の伝達関数Ｇ３(ｓ)は、下式で表される。
【００４５】
【数２】
2008146325.tif 000004
【００４６】
一方、図７に示したスミス法によるプロセス制御装置全体の伝達関数Ｇ１(ｓ)を考える。調節計３３の伝達関数をＧｃ(ｓ)とし、プロセス３４の伝達関数をＧ(ｓ)e-Lsとし、シミュレータ３６の伝達関数をＧ(ｓ)(１−e-Ls)とする。e-Lsはむだ時間要素である。この場合、Ｇ１(ｓ)は、下式で与えられる。
【００４７】
【数３】
2008146325.tif 000005
【００４８】
なお、Ｇｃ(ｓ)は、下式で与えられる。下式において、Ｋは比例ゲイン、ＴＩは積分時間、ＴＤは微分時間を表す。
【００４９】
【数４】
2008146325.tif 000006
【００５０】
伝達関数Ｇ１(ｓ)をブロック線図で表現したものを図８に示す。図８に示すように、ブロック線図で表現すると、むだ時間要素e-Lsはフィードバックループの外部に存在する。すなわち、制御対象からむだ時間が無くなったような系を構成することができる。
【００５１】
ところで、プロセス３４は制御対象であるから、プロセス３４の伝達関数はＧｐ(ｓ)と表現することもできる。従って、Ｇｐ(ｓ)＝Ｇ(ｓ)e-Lsであるから、Ｇ(ｓ)は下式で表すことができる。
【００５２】
【数５】
2008146325.tif 000007
【００５３】
図８のブロック線図におけるＧ(ｓ)を上式で置き換えたブロック線図は、図９に示すとおりとなる。図９のブロック線図に示したスミス法におけるプロセス制御装置の伝達関数Ｇ４(ｓ)は、下式で表される。
【００５４】
【数６】
2008146325.tif 000008
【００５５】
プロセス制御装置２０全体の伝達関数Ｇ３(ｓ)が、スミス法におけるプロセス制御装置全体の伝達関数Ｇ４(ｓ)と等しい場合、または、それらが近似している場合、プロセス制御装置２０は良好にプロセス制御を行うことができると考えてよい。伝達関数Ｇ３(ｓ)と伝達関数Ｇ４(ｓ)とを比較すると、e-LsＨ(ｓ)＝１であれば、それぞれの伝達関数は等しくなる。そして、e-LsＨ(ｓ)＝１を基に下式が得られる。
【００５６】
【数７】
2008146325.tif 000009
【００５７】
上式に示すとおり、伝達関数Ｈ(ｓ)はであるから、伝達関数Ｈ(ｓ)の近似値を求めることを考える。Ｌｓの値が小さければ、例えば上式の第３項目以降の合計値が伝達関数Ｈ(ｓ)の値に占める割合は小さい。そこで、伝達関数Ｈ(ｓ)を下式のように表してもよい。
【００５８】
【数８】
2008146325.tif 000010
【００５９】
上式は、伝達関数Ｈ(ｓ)が、現在値と現在値の傾きとから計算できることを表している。すなわち、予測値（ＰＶＣ）は、下式で与えられると考えることができる。下式において、ＩＮは過去の制御量、Ｓは当該過去から現在までの時間、Ｈは現在から予測値に達するまでの時間を表す。
【００６０】
【数９】
2008146325.tif 000011
【００６１】
すなわち、予測値（ＰＶＣ）は、現在の制御量（ＰＶ）と現在から所定時間前の制御量（ＩＮ）とから計算した現在の制御量の傾き（（ＰＶ−ＩＮ）／Ｓ）に、予測時間Ｈを乗算した値となる。
【００６２】
上式から、図２に示した予測演算部２６のブロック線図が導かれる。
（実施例）
次に、本発明に係るプロセス制御装置が良好なプロセス制御を行うことができることを示すために、プロセス制御装置２０を用いて、化学反応器の内部温度を制御した例を示す。
【００６３】
図３を参照しながら、本発明に係るプロセス制御装置を適用したプラント３０の概略について説明する。図３は、本発明の実施の一形態であるプロセス制御装置を適用したプラント３０の要部構成を示す概略図である。図３に示すように、プラント３０は、内部で化学反応を行う反応器４０と、反応器４０の周りに配置され反応器４０を外部から冷却する媒体を供給するジャケット５０と、反応器４０の内部の温度を測定する内温調節計６０と、ジャケット５０に供給される媒体の温度を測定するジャケット温度調節計７０と、ジャケット５０に供給される媒体量を調節するバルブ８０と、反応器４０に供給される液量を調節するバルブ９０とを備えている。ジャケット５０から供給される冷却媒体の量により、反応器４０内部の温度を調節するため、反応器４０の内部温度に応じてバルブ８０の制御を行う。
【００６４】
なお、反応器４０の時定数Ｔは約３０分であり、むだ時間は約１５分である。よって、Ｌ／Ｔの値は約０．５であるので、従来のＰＩＤ制御装置では良好に制御することは困難である。
【００６５】
次に、図４を参照しながら、プラント３０のブロック線図について説明する。図４は、本発明の実施の一形態であるプロセス制御装置を適用したプラント３０の要部構成を示すブロック線図である。
【００６６】
図４に示すように、反応器４０の温度設定値とフィードバックされた反応器４０の内温との偏差が内温調節計６０に入力され、調節演算の出力値は、ジャケット温度調節計７０の設定値となる。また、ジャケット温度調節計７０は、該設定値とフィードバックされたジャケット５０の温度との偏差により調節演算を行う。そして、該調節演算の出力値は、図４では図示しないバルブ８０に入力される。そして、バルブ８０の弁開度の変化によりジャケット５０の温度が変化し、それにより反応器４０の温度が変化する。
【００６７】
プラント３０がカスケード制御を含んでいるため、ブロック線図では、図４に示すように、フィードバックループが二重になる。すなわち、ジャケット５０の温度が、ジャケット温度調節計７０の入力としてフィードバックされる。また、反応器４０の内温が、内温調節計６０の入力としてフィードバックされる。
【００６８】
その結果、プラント３０の伝達関数を、ジャケット温度調節計７０の伝達関数Ｇｃ２(ｓ)、ジャケットの伝達関数Ｇｐ２(ｓ)、および反応器の伝達関数Ｇｐ１(ｓ)を用いて構成すると、複雑になる。そこで、ジャケット温度調節計７０の伝達関数Ｇｃ２(ｓ)、ジャケットの伝達関数Ｇｐ２(ｓ)、および反応器の伝達関数Ｇｐ１(ｓ)を、図４の破線で示すようにまとめて伝達関数Ｇｐ(ｓ)とみなす。これにより、プラント３０の伝達関数は、Ｇｃ(ｓ)とＧｐ(ｓ)とから構成されることとなる。したがって、予測演算部２６を備えることで、本実施の形態のプロセス制御装置２０をプラント３０に適用することができる。
【００６９】
次に、図５を参照しながら、上記プラント３０において本実施の形態のプロセス制御装置２０を適用した場合に得られた制御量（ＰＶ）および予測値（ＰＶＣ）について説明する。図５は、上記制御量（ＰＶ）および予測値（ＰＶＣ）の推移を示すトレンドグラフである。
【００７０】
図５に示すように、トレンドグラフには、現在の制御量（ＰＶ）である反応器４０の内部温度１００を表示している。また、制御目標値（ＳＶ）である目標温度１４０を表示している。目標温度１４０は、６℃で固定されている。また、内部温度１００を基に予測演算部２６が算出した予測温度１１０を表示している。また、予測温度１１０と制御目標値（ＳＶ）である目標温度１４０との偏差（Ｅ）を基に、調節部２２が算出した操作量（ＭＶ）により変化するジャケット５０の温度１２０を表示している。さらに、バルブ９０から反応器４０へ供給される滴下量を表す液量１３０を表示している。
【００７１】
図５に示すように、予測温度１１０の変動に追従して内部温度１００が変動している。従って、予測演算部２６による温度予測は適切であることがわかる。また、図５に示すように、内部温度１００は、制御目標値（ＳＶ）である目標温度１４０から大きく乖離することがない。従って、本発明に係るプロセス制御装置は、良好な目標値追従特性を有しているので、良好なプロセス制御を行うことができる。
【００７２】
また、図５に示すように、バルブ９０から反応器４０への液量１３０が変動しても、内部温度１００には大きな影響がない。液量１３０の変動は、反応器４０の内部温度に変化をもたらす原因の一つであるため、反応器４０の内部温度に対する外乱であると考えることができる。従って、本発明に係るプロセス制御装置は、良好な外乱抑制特性を有しているので、良好なプロセス制御を行うことができる。
【００７３】
以上に示したとおり、本発明に係るプロセス制御装置は、Ｌ／Ｔの値が０．２以上である制御対象であっても、目標値追従特性と外乱抑制特性とが良好なプロセス制御を行うことができる。
（変形例）
上述の実施の形態では、プロセス制御装置２０の制御対象として、化学反応を伴う反応器の内部温度を例としてあげたが、これに限定されるものではない。すなわち、本発明に係るプロセス制御装置は、一般産業用プラントにおける反応器の温度制御に好適である。
【００７４】
なお、実施の形態は上述の他に、以下のようにも表現できる。
【００７５】
[１]本発明に係るプロセス制御装置は、制御量の過去値と現在値より予測量を計算し、制御目標量と制御量の予測値の偏差を調節計入力とし、当該偏差に対して比例動作、積分動作、および微分動作を行うことを特徴とするものであってもよい。
【００７６】
最後に、加算部２１、調節部２２、および予測演算部２６は、ＣＰＵ（central processing unit）を用いてソフトウェアによって実現してもよいし、ハードウェアロジックによって構成してもよい。ソフトウェアによって実現する場合は、プロセス制御装置２０は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するＣＰＵ、上記プログラムを格納したＲＯＭ（read only memory）、上記プログラムを展開するＲＡＭ（random access memory）、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置（記録媒体）などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアであるプロセス制御装置２０の制御プログラムのプログラムコード（実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム）をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、プロセス制御装置２０に供給し、プロセス制御装置２０内のコンピュータ（またはＣＰＵやＭＰＵ）が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。
【００７７】
上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー（登録商標）ディスク／ハードディスク等の磁気ディスクやＣＤ−ＲＯＭ／ＭＯ／ＭＤ／ＤＶＤ／ＣＤ−Ｒ等の光ディスクを含むディスク系、ＩＣカード（メモリカードを含む）／光カード等のカード系、あるいはマスクＲＯＭ／ＥＰＲＯＭ／ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュＲＯＭ等の半導体メモリ系などを用いることができる。
【００７８】
また、プロセス制御装置２０を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、ＬＡＮ、ＩＳＤＮ、ＶＡＮ、ＣＡＴＶ通信網、仮想専用網（virtual private network）、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、ＩＥＥＥ１３９４ケーブル、ＵＳＢケーブル、電力線搬送、ケーブルＴＶ回線、電話線、ＡＤＳＬ回線等の有線でも、ＩｒＤＡのような赤外線、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、８０２．１１無線、ＨＤＲ、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。
【００７９】
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明は、プロセス制御装置、プロセス制御方法に広く適用可能である。特に、一般産業用プラントにおいてむだ時間を有する制御対象のプロセス値を所定の値に制御するプロセス制御装置に好適に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の実施の一形態であるプロセス制御装置の構成を詳細に示すブロック線図である。
【図２】本発明の実施の一形態であるプロセス制御装置の要部構成を示すブロック線図である。
【図３】本発明の実施の一形態であるプロセス制御装置を適用したプラントの要部構成を示す概略図である。
【図４】本発明の実施の一形態であるプロセス制御装置を適用したプラントの要部構成を示すブロック線図である。
【図５】本発明の実施の一形態であるプロセス制御装置を適用したプラントにおいて得られた制御量およびその予測値の推移を示すトレンドグラフである。
【図６】従来のＰＩＤ制御装置の要部構成を示すブロック線図である。
【図７】スミス法によるプロセス制御装置の要部構成を示すブロック線図である。
【図８】スミス法によるプロセス制御装置の伝達関数を示すブロック線図である。
【図９】図８に示したスミス法によるプロセス制御装置の伝達関数を示すブロック線図の構成の一部を別の構成で置き換えた図である。
【符号の説明】
【００８２】
２０    プロセス制御装置
２２    調節部（調節手段）
２４    プロセス（制御対象）
２６    予測演算部（予測演算手段）
２６１    遅延部（遅延手段）
２６２    減算部（減算手段）
２６３    除算部（除算手段）
２６４    乗算部（乗算手段）
２６５    加算部（加算手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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