(57)【要約】【課題】ＰＩＤ制御のために必要な設定を短時間で簡単にできるようにする。【解決手段】検出デバイス１で検出された温度などの制御量をアナログ入力部３８からプログラマブル表示器３内に取り込む。その制御量に基づいて、描画演算部１２ａで曲線としてディスプレイ３４に表示される描画データを生成する。操作者が、ディスプレイ３４の表示面に表示された曲線の一部に触れてその部分（指示位置）を上下（増減）方向にドラッグすると、描画演算部１２ａが、指示位置の移動量に基づいて、曲線の指示位置での変化が最も大きくなるように描画データを更新する。また、操作量演算部１２ｂが、描画データの変換分に基づいて、出力デバイス２に与えるための操作量を生成する。操作量を決定するための作業が曲線を変位させることにより視覚的に行われるので、数値の入力によるチューニング作業のように手間がかからない。【選択図】　図１
2004102721.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出デバイスによって検出された制御量と設定された目標となる設定値との偏差に基づいてＰＩＤ演算を行うことによって、制御量が設定値に一致するように上記制御量を操作するための操作量を出力デバイスに与える制御信号を生成するＰＩＤ演算手段を備えたＰＩＤ制御装置であって、
上記検出デバイスによって検出された制御量を表すアナログ信号を入力するアナログ入力手段と、
上記出力デバイスへ与える上記操作量を表すアナログ信号を出力するアナログ出力手段と、
表示面を有する表示手段と、
上記表示面上での指示位置を検出する指示位置検出手段と、
上記アナログ入力手段を介して入力された制御量に基づいて上記制御量の変化を上記表示面に曲線で表示するための描画データを生成するとともに、上記表示面に表示された上記曲線上の指示位置の移動に伴って上記指示位置検出手段によって検出された指示位置から算出した指示位置の移動量に基づいて上記曲線の形状が変化するように上記描画データを更新する描画データ生成手段と、
上記描画データの変化分に基づいて上記操作量を生成する操作量生成手段とを備えていることを特徴とするＰＩＤ制御装置。
【請求項２】
ＰＩＤ演算を行うために用いられるパラメータを上記指示位置の移動量と上記曲線の形状とに基づいて生成するパラメータ生成手段と、
上記パラメータを上記表示面に表示させるパラメータ表示手段とを備えていることを特徴とする請求項１に記載のＰＩＤ制御装置。
【請求項３】
ＰＩＤ演算を行うために用いられるパラメータを入力するパラメータ入力手段を備え、
上記描画データ生成手段は、上記パラメータに基づいて上記描画データを更新することを特徴とする請求項１に記載のＰＩＤ制御装置。
【請求項４】
上記各手段がプログラマブル表示器に組み込まれていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のＰＩＤ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＰＩＤ制御に用いられるＰＩＤ演算のためのパラメータの設定を容易かつ簡素化したＰＩＤ制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＩＤ制御は、Ｐ（比例）、Ｉ（積分）およびＤ（微分）の各要素を調整することによって、制御値を速く目標値に安定させる制御手法であり、温度、流量、位置決めなどの多岐にわたる制御分野で利用されている。このようなＰＩＤ制御は、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）で行うことが難しく、一般に、専用の調節器であるＰＩＤユニットで行っていた。ＰＩＤユニットは、ＰＬＣに接続され、ＰＬＣからの制御指令を受けて制御出力が設定された制御値になるようにＰＩＤ演算を行うとともに、測定した値をＰＬＣに送信する。
【０００３】
上記の制御指令は、ＰＬＣの上位装置として設けられたプログラマブル表示器などの制御用表示装置で入力が可能である。また、制御用表示装置は、ＰＬＣから送信されてきた測定値の表示も可能である。以降、制御用表示装置についての説明は、プログラマブル表示器の例として説明する。
【０００４】
プログラマブル表示器は、ＰＬＣを介さずに直接デバイスを接続できるＩ／Ｏを備え、ＰＬＣと同等な制御機能を有する機種が登場している。このようなプログラマブル表示器は、温度調節器のようなＰＩＤユニットが直接接続されることによって、ＰＩＤユニットと直接制御指令やデータのやり取りを行うことができる。
【０００５】
ＰＩＤユニットをプログラマブル表示器により制御するには、制御に必要な各種のパラメータをプログラマブル表示器から直接入力することができなかった。このような場合、パーソナルコンピュータ（パソコン）にインストールされたパラメータ設定用のエディタでパラメータの入力を行い、その結果を制御命令としてプログラマブル表示器にダウンロードしていた。その制御命令をプログラマブル表示器からＰＩＤユニットに送信することによって、ＰＩＤユニットは、その制御命令が要求しているデータをメモリから読み出して、プログラマブル表示器に送信する。プログラマブル表示器は、そのデータが、制御命令に応じた所望の値（正常値）であるか否かを判定し、正常値でなければ、正常値が得られるまで、前述のパソコンからのパラメータの入力以降の操作を繰り返す。このようなチューニング作業を経て、目標とする制御を行うためのＰ値（比例帯）、Ｉ値（積分回数）、Ｄ値（微分時間）の数値が決定される。
【０００６】
ところが、前述のパラメータ設定用のエディタを用いて上記のチューニング作業のためには、パソコンをプログラマブル表示器に接続する必要があるので、プログラマブル表示器が生産現場などに設置された状態、例えば、制御盤などに組み込まれた状態では、パソコンをプログラマブル表示器に接続することが困難な場合がある。そのような場合、チューニング作業ができなくなる虞がある。
【０００７】
これに対し、下記の特許文献１に開示されたプログラマブル表示器では、温度調節器との通信機能（プロトコル変換を含む）と、タッチパネルから入力された値に基づいて演算処理を行う機能とを備えることによって、上記のような不都合を解消することができる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−３４３３２号公報（公開日：平成１３年２月９日）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の特許文献１に開示されるプログラマブル表示器によっても、前記のようなチューニング作業が必要となるため、プログラマブル表示器の表示画面上でタッチパネルを介してのパラメータの入力操作を、チューニングの完了まで何度となく繰り返す必要がある。それゆえ、チューニング作業に多くの時間を要する上、理想の制御状態に近づけるような制御命令を設定することは非常に困難であり、かつ熟練を要する。
【００１０】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、ＰＩＤ制御のために必要な設定を設定を短時間で簡単にできるようにすることを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のＰＩＤ制御装置は、上記の課題を解決するために、検出デバイスによって検出された制御量と設定された目標となる設定値との偏差に基づいてＰＩＤ演算を行うことによって、制御量が設定値に一致するように上記制御量を操作するための操作量を出力デバイスに与える制御信号を生成するＰＩＤ演算手段を備えたＰＩＤ制御装置であって、上記検出デバイスによって検出された制御量を表すアナログ信号を入力するアナログ入力手段と、上記出力デバイスへ与える上記操作量を表すアナログ信号を出力するアナログ出力手段と、表示面を有する表示手段と、上記表示面上での指示位置を検出する指示位置検出手段と、上記アナログ入力手段を介して入力された制御量に基づいて上記制御量の変化を上記表示面に曲線で表示するための描画データを生成するとともに、上記表示面に表示された上記曲線上の指示位置の移動に伴って上記指示位置検出手段によって検出された指示位置から算出した指示位置の移動量に基づいて上記曲線の形状が変化するように上記描画データを更新する描画データ生成手段と、上記描画データの変化分に基づいて上記操作量を生成する操作量生成手段とを備えていることを特徴としている。
【００１２】
上記の構成では、検出デバイスによって検出された制御量がアナログ入力手段を介して入力されると、描画データ生成手段によって、その制御量に基づいて、その変化を表す描画データが生成される。この描画データは、表示手段の表示面に曲線として表示される。ここで、描画データの生成をデジタル処理で行う場合は、アナログ信号をデジタルに変換しなければならないので、アナログ入力手段が、アナログ／デジタル変換の機能を備えていてもよい。また、上記の曲線は、直線を特殊な曲線の形態として含む広義の曲線を意味している。
【００１３】
例えば、操作者が指で表示面上に表示された曲線を触れるなどして指示すると、その指示位置がタッチパネルなどの指示位置検出手段によって検出される。指示位置の移動量が検出された指示位置から算出されると、描画データ生成手段によって、その移動量に基づいて曲線の形状が変化するように描画データが更新される。このとき、例えば、描画データは、曲線の指示位置での変化が最も大きくなるように更新される。これにより、例えば、図５に破線にて示すように、曲線の特定の部分が指示位置を頂点として変化する。
【００１４】
そして、操作量生成手段によって、元の描画データと更新された描画データとの変化分に基づいて操作量が生成される。この操作量は、アナログ出力手段からアナログ信号の操作量が制御信号として出力デバイスに与えられる。この結果、出力デバイスは、その出力値を操作量に応じて変更する。
【００１５】
このように、制御量を曲線で表示し、曲線の形状を指示位置で変化させることによって制御量を変更するための操作量を生成するので、制御量をどれほど変更すればよいかを視覚的に把握することができる。それゆえ、簡潔かつ簡単な操作でＰＩＤ制御のための設定を行うことができる。
【００１６】
上記のＰＩＤ制御装置は、ＰＩＤ演算を行うために用いられるパラメータを上記指示位置の移動量と上記曲線の形状とに基づいて生成するパラメータ生成手段と、上記パラメータを上記表示面に表示させるパラメータ表示手段とを備えることが好ましい。この構成によれば、曲線の形状（例えば、オーバーシュート）が分かれば、どのようなパラメータかを推定することができ、また、指示位置の移動量に基づいてパラメータの値が決定される。そこで、パラメータ生成手段により、このようにしてパラメータを求め、そのパラメータをパラメータ表示手段により表示することで、指示位置が変化したときにどのようなパラメータの値になるかを確認することができる。
【００１７】
上記のＰＩＤ制御装置は、ＰＩＤ演算を行うために用いられるパラメータを入力するパラメータ入力手段を備え、上記描画データ生成手段は、上記パラメータに基づいて上記描画データを更新することが好ましい。このような構成では、描画データ生成手段によって、パラメータ入力手段により入力されたパラメータに基づいて描画データが更新されるので、指示位置の移動で曲線を変位させることで決定した操作量をパラメータによって微調整することができる。
【００１８】
上位のいずれのＰＩＤ制御装置も、上記各手段がプログラマブル表示器に組み込まれて構成されることが好ましい。このような構成では、プログラマブル表示器がＰＩＤ制御装置の機能を備えるので、プログラマブル表示器に専用のＰＩＤ制御装置を接続してＰＩＤ制御を行う必要がなくなる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について図１ないし図５に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００２０】
本実施の形態に係るＰＩＤ制御システムは、図２に示すように、検出デバイス１、出力デバイス２およびプログラマブル表示器３を備えている。
【００２１】
検出デバイス１は、各種の制御量を電気信号として検出するためのセンサや検出機器である。この検出デバイス１は、制御量に応じたセンサや検出機器が用いられ、例えば、温度制御の場合、熱電対、測温抵抗体、サーミスタ、エンコーダなどであり、流量制御の場合流量センサであり、圧力検出の場合圧力センサである。
【００２２】
出力デバイス２は、上記の検出デバイス１によって検出された制御量が設定された設定値に一致するように、後述するプログラマブル表示器３で生成された制御量を操作する操作量を電気信号として出力するデバイスである。例えば、出力デバイス２は、温度制御の場合、炉などの内部温度を、上記のような温度センサによって検出された温度に基づいて設定された温度に調節するようなヒータであり、流量制御の場合、上記の流量センサで検出された流量に基づいて設定された流量となるように流量を調節するバルブである。また、出力デバイス２は、圧縮機の圧力制御の場合、圧縮機の吐出圧力を、圧力センサによって検出された圧力に基づいて設定された圧力となるように、圧縮機を駆動するモータを運転するためのインバータであったりする。
【００２３】
ＰＩＤ制御装置としてのプログラマブル表示器３は、ＣＰＵ３１、メモリ部３２、ＶＲＡＭ３３、ディスプレイ３４、グラフィックコントローラ３５、タッチパネル３６、タッチパネルコントローラ３７、アナログ入力部３８およびアナログ出力部３９を備えている。
【００２４】
メモリ部３２は、ＤＲＡＭ３２ａ、ＦＥＰＲＯＭ（Ｆｌａｓｈ　Ｅｒａｓａｂｌｅ　ａｎｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ＲＯＭ）３２ｂ等のメモリを含んでいる。ＤＲＡＭ３２ａは、主に、表示制御などの演算処理時の作業用に用いられる他、後述するＰＩＤ演算処理部１２による演算処理に伴って発生するデータの一時的な記憶に用いられる。ＦＥＰＲＯＭ３２ｂは、書き替え可能な読み出し専用のフラッシュメモリであり、一般のパーソナルコンピュータにおけるハードディスクドライブの役割を果たす。フラッシュメモリは、可動部を持たず、かつ衝撃に強いので、劣悪な周囲環境でも安定して動作する。
【００２５】
また、ＦＥＰＲＯＭ３２ｂは、図３に示すように、表示制御システムプログラムと、ユーザ画面と、ＰＩＤ演算処理プログラムと、グラフ処理データとをそれぞれ格納するエリアを有している。
【００２６】
表示制御システムプログラムは、後述する表示制御部１１に該当し、画像表示制御を行うための基本機能を実現するためのプログラムである。
【００２７】
ＰＩＤ演算処理プログラムは、後述するＰＩＤ演算処理部１２に該当し、アナログ入力部３８から入力された現在の制御量をディスプレイ３４にグラフ（曲線）として表示するためのデータを生成し、タッチパネル３７上でグラフが、操作者により触れられてドラッグされることで、そのタッチ位置を中心に移動したときの移動量に基づいて、グラフの描画データを更新するための演算処理や、操作量を算出するための演算処理や、ＰＩＤ制御に用いられる各パラメータの生成のための演算処理を行う。また、ＰＩＤ演算処理プログラムは、入力された数値に基づいて、グラフの描画データを更新するための演算処理や、操作量を算出するための演算処理を行う。
【００２８】
グラフ処理データは、ＰＩＤ演算プログラムによる、上記の移動量からグラフの描画データを更新する演算処理に用いられる移動量とグラフ変化のパターンに関するデータとを含んでいる。
【００２９】
ユーザ画面は、パーソナルコンピュータにインストールされた作画エディタによって作成されて、ＦＥＰＲＯＭ３２ｂにダウンロードされている。このユーザ画面は、ディスプレイ３４に表示すべきベース画面や後述するタグのデータおよび各タグに付与された後述する処理認識語Ｗ（図３（ａ）参照）などを含んでおり、表示内容プログラムを構成している。上記のタグは、数値や直線などの動的変化を画面上の任意の位置で表現させるために、所望の位置（領域）に設定される所望の動画機能である。
【００３０】
タグは、図４（ａ）に示すような処理認識語Ｗを含んでいる。この処理認識語Ｗは、基本的には、ベース画面上で実行されるべき事象毎に作成されており、識別情報Ｔと、処理情報Ｇと、座標情報Ｃとを一組として備えている。
【００３１】
識別情報Ｔは、前述のタグの種別を識別するための情報である。処理情報Ｇは、画像を変更するための手続を特定するための情報であり、図４（ｂ）に示すように、種類コードＧ０、変換情報Ｇ１，Ｇ２および桁処理情報Ｇ３によって構成されている。
【００３２】
種類コードＧ０は、データ処理形態を規定するコードであって、タッチパネル３６からの入力データの形態と、ディスプレイ３４の表示形態との組み合わせを特定する種類を表す。入力データの形態は、百分率データ（％）または実データ（分、ミリ秒など）であり、表示形態は、数値表示（百分率データまたは実データ）または図形描画である。種類コードＧ０は、その他、必要に応じて設定される。
【００３３】
変換情報Ｇ１，Ｇ２は、入力されたデータを表示形態（百分率データ、実データなど）に応じた値に変換するためのレンジ幅とレンジ最小値とをそれぞれ表す。変換は、所定の換算式に基づく演算によって行われる。桁処理情報Ｇ３は、実データを表示するときのみ設定され、表示する数値の有効桁数やその他の表示書式の制御に用いられる。
【００３４】
座標情報Ｃは、指定された座標に数値を表示または入力する場合、図４（ｃ）に示すように、Ｘ軸座標Ｘ０、Ｙ軸座標Ｙ０、表示桁数ｎおよび単位コードｄによって構成される。座標（Ｘ０，Ｙ０）は、数値の表示位置または入力位置を規定するための座標である。表示桁数ｎは、表示される数値の桁数を制限するための情報である。単位コードｄは、数値の単位に関する情報である。この単位コードｄは、不要であれば設定されない。
【００３５】
また、座標情報Ｃは、曲線を描画する場合、図４（ｄ）に示すように、曲線を形成する複数の座標（Ｘ１，Ｙ１），…，座標（Ｘｎ，Ｙｎ）によって構成される。
【００３６】
ＣＰＵ３１は、ＦＥＰＲＯＭ３２ｂに格納された前述の表示制御システムプログラムおよびＰＩＤ演算処理プログラムを実行することにより、プログラマブル表示器３の表示・制御動作およびＰＩＤ演算処理を実現させる。
【００３７】
ＶＲＡＭ３３は、ディスプレイ３４に表示されるユーザ画面のイメージを一時的に保持するメモリであり、ＦＥＰＲＯＭ３２ｂからのユーザ画面のイメージを水平方向に表示される順にドットデータとして格納している。
【００３８】
表示手段としてのディスプレイ３４は、液晶パネルやＥＬパネルのような平板型表示素子によって構成されており、後述するパラメータ設定画面６などの画面を表示するための表示面（表示領域）を有している。グラフィックコントローラ３５は、ＶＲＡＭ３３に展開された画面のイメージを、ディスプレイ３４に描画するドライバソフトウェアである。
【００３９】
指示位置検出手段としてのタッチパネル３６は、ディスプレイ３４の表示面上でタッチ位置（指示位置）を検出するために設けられており、アナログ抵抗膜式タッチパネルなどが好適である。タッチパネルコントローラ３７は、タッチパネル３６の出力電圧を位置検出情報（座標情報）に変換して出力する。
【００４０】
アナログ入力手段としてのアナログ入力部３８は、前述の検出デバイス１からの検出信号（アナログ値）を取り込んで、ＣＰＵ３１に送信するインターフェースの部分である。このアナログ入力部３８は、入力されるアナログ信号（電圧入力および電流入力）を受け入れる入力回路、入力信号に含まれるノイズ成分を除去するローパスフィルタ、ローパスフィルタを経たアナログ信号を増幅するアンプ、アンプを経たアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器などを有している。
【００４１】
アナログ出力手段としてのアナログ出力部３９は、前述の出力デバイス２への出力信号（アナログ値）を出力するインターフェースの部分である。このアナログ出力部３９は、出力すべきデジタルの信号をアナログ信号に変換するＤ／Ａ変換器、Ｄ／Ａ変換器をを経たアナログ信号を増幅するアンプ、アンプを経たアナログ信号（電圧入力および電流入力）を出力する出力回路などを有している。
【００４２】
プログラマブル表示器３は、ビットデバイスまたはワードデバイスが示す状態情報のうち、必要な情報を適時にメモリ部３２に読み込む一方、上記の処理認識語Ｗを繰り返し読み出して各処理認識語Ｗの識別符号Ｔで特定される入力タグの内容を、ユーザ画面が表示されたタッチパネル３６からのユーザによる入力によって変更する。また、プログラマブル表示器３は、これにより、出力タグを変更して、ユーザ画面上の所定の位置に図形を描画したり、数値を表示したりする。
【００４３】
続いて、プログラマブル表示器３におけるＰＩＤ制御のパラメータ設定のための画面について説明する。
【００４４】
図５に示すように、パラメータ設定画面６は、パラメータ設定部６１と、棒グラフ部６２と、グラフウインドウ６３と、操作ボタン部６４と、モニタ部６５とを含んでいる。
【００４５】
パラメータ設定部６１は、設定表示部６１ａ〜６１ｈからなっている。設定表示部６１ａ〜６１ｈは、それぞれＰＩＤ制御に必要なパラメータ（数値）を表示するとともに、パラメータを増減させるための増減ボタンを備えている。ここでのパラメータの入力は、操作者がタッチパネル３６における増減ボタンの位置を押すことで行われるので、タッチパネル３６がパラメータ入力手段として機能する。また、キーボードやテンキーなどの数値入力装置をパラメータ入力手段として用い、パラメータを設定表示部６１ａ〜６１ｈに直接入力できるようにしてもよい。
【００４６】
設定表示部６１ａは、設定値を現在値の百分率で表した数値を表示する。設定表示部６１ｂは、タイバック値を表示する。例えば、温度制御では、ＰＩＤ演算を行うとき、定格出力の１２〜１８％の出力で動作するシステムでも、ＰＩＤ演算を行わないときでも、最低で１０％の出力を確保しないと、プラスチック加熱用の炉を加熱し続けないと、炉内のプラスチックが固化してしまう。このため、ＰＩＤ演算を行わないときに出力値が“０”となる仕様ではシステム上で上記のような不都合がある場合、一定の出力を確保するためのデフォルトとしてタイバック値を設定する。
【００４７】
設定表示部６１ｃは、比例動作をする範囲を特定するための比例帯（Ｐ値）を表示する。設定表示部６１ｄは積分回数（Ｉ値）を表示し、設定表示部６１ｅは微分時間（Ｄ値）を表示する。
【００４８】
設定表示部６１ｆは、ＰＩＤ演算を行わない範囲を表示する。この範囲では、現在値が目標値に近づいたら、たとえ差分偏差があっても演算が行われない。
【００４９】
設定表示部６１ｇは、現在値を理想値に近づけるためのバイアス値を表示する。設定表示部６１ｈは、フィルタリングするときのデータのサンプリング時間を表示する。このサンプリング時間は、入力された現在値に重畳しているノイズを除去するために、複数回サンプリングした現在値の平均値をとることによってフィルタリングするときのサンプリングに要する時間である。
【００５０】
棒グラフ部６２は、棒グラフ６２ａ〜６２ｃからなっている。棒グラフ６２ａは目標値を示し、棒グラフ６２ｂは出力値を示し、棒グラフ６２ｃは出力値を示す。棒グラフ６２ａ〜６２ｃは、三角形の指示部でそれぞれの値を指示する。
【００５１】
グラフウインドウ６３は、制御量を表すグラフを表示する。このグラフウインドウ６３に表示されるグラフは、前述の座標情報Ｃ（図４（ｄ）参照）に基づいて描画される。
【００５２】
操作ボタン部６４は、操作ボタン６４ａ〜６４ｃからなっている。操作ボタン６４ａ〜６４ｃは、主に、値を決定するために用いられ、例えば、グラフの頂点を固定したり、各設定表示部６１ａ〜６１ｈの表示値を決定したりするときに操作する。したがって、操作ボタン部６４に設けられるボタン数は任意であり、決定する値に対応付けられて設けられる。
【００５３】
モニタ部６５は、現在値を表示する現在値表示部６５ａと、設定値を表示する設定値表示部６５ｂとを有している。現在値と設定値とを表示することによって、モニタ表示を行う。例えば、温度制御の場合、現在値として現在温度が表示され、設定値として設定温度が表示される。現在値表示部６５ａおよび設定値表示部６５ｂは、前述の座標情報Ｃ（図４（ｃ）参照）の座標で特定された異なる位置に設けられる。また、現在値表示部６５ａおよび設定値表示部６５ｂに表示される数値は、前述の処理情報Ｇ（図４（ｂ）参照）にしたがった処理で表示される。
【００５４】
さらに、プログラマブル表示器３におけるＰＩＤ制御を行う要部について説明する。
【００５５】
図１に示すように、プログラマブル表示器３においては、表示制御部１１およびＰＩＤ演算処理部１２が設けられている。表示制御部１１およびＰＩＤ演算処理部１２は、ＣＰＵ３１が、前述の表示処理システムプログラムおよびＰＩＤ演算処理プログラムをそれぞれ実行することによって実現される機能ブロックである。
【００５６】
ＰＩＤ演算手段としてのＰＩＤ演算処理部１２には、アナログ入力部３９でデジタル化された検出デバイス１からの現在の制御量（現在値）のデータがＰＩＤ演算処理部１３を介して入力される。ＰＩＤ演算処理部１２の描画データ生成手段としての描画演算部１２ａは、その現在値のデータを図５に示すグラフウインドウ６３にグラフＣ１として表示させるように、現在値のデータをグラフウインドウ６３内の座標データ（描画データ）に変換する演算を行う。
【００５７】
また、描画演算部１２ａは、操作者の指がタッチパネル３６に触れながらＹ方向（図中の矢印方向）へ移動するとき、その移動に応じた移動距離および方向（座標の増減）のデータをタッチパネル３６から取得すると、その増減データに基づいて、操作者の指がタッチパネル３６に触れているタッチ位置（指示位置）の変位が最も大きくなり、その位置から遠ざかるにしたがって変位が小さくなるように、グラフの描画データを変更する演算を行う。この演算には、ＦＥＰＲＯＭ３２ｂに記憶されているグラフ処理データのグラフ変化のパターンに関するデータが用いられる。しかも、描画演算部１２ａは、設定表示部６１ａ〜６１ｈに表示されている各パラメータが操作者の入力によって更新されると、そのパラメータに基づいて変更する描画データを算出する。
【００５８】
また、描画演算部１２ａは、設定表示部６１ａ〜６１ｈに入力された各パラメータまたは解析部１２ｃによって生成されたパラメータに基づいて描画データを作成する。具体的には、描画演算部１２ａは、パラメータに基づいてＰＩＤ演算を行うことによって、グラフの変化部分の形状を決定し、タッチ位置の変化量に応じてグラフの変化部分の描画データを算出する。
【００５９】
さらに、描画演算部１２ａは、棒グラフ部６２の各棒グラフ６２ａ〜６２ｃの指示部を表示するためのデータをそれぞれの値に応じた位置に表示するように生成する。
【００６０】
ＰＩＤ演算処理部１２の操作量生成手段としての操作量演算部１２ｂは、現在値の描画データと上記の変更された描画データとを比較し、両者の差に基づいて出力デバイス２に与えるための操作量を算出する。また、操作量演算部１２ｂは、前述の設定表示部６１ａ〜６１ｈに表示されたパラメータまたは解析部１２ｃによって生成されたパラメータに基づいてＰＩＤ演算を行うことによって、操作量を算出する。
【００６１】
ＰＩＤ演算処理部１２のパラメータ生成手段としての解析部１２ｃは、描画演算部１２ａによって変更された描画データを解析して、背設定表示部６１ａ〜６１ｈに表示すべきパラメータを生成する。具体的には、解析部１２ｃは、タッチ位置が変化した部分のグラフの形状を特定し、その形状から各パラメータの種類を特定するとともに、タッチ位置の変化量から特定されたパラメータの値を算出する。グラフの形状は、例えば、グラフの座標データとＦＥＰＲＯＭ３２ｂに記憶された各種のグラフパターン（オーバーシュート、アンダーシュート、直流部など）の座標データとを比較して最も近いグラフパターンに基づいて特定されるが、その特定の手法はこれに限定されない。
【００６２】
また、解析部１２ｃは、現在値の描画データと上記の変更された描画データとを比較し、両者の差に基づいて変化のパターンを特定し、その変化パターンから各パラメータを推定してもよい。
【００６３】
表示制御部１１は、描画演算部１２ａによって算出された描画データに基づいて、グラフウインドウ６３にグラフを描く。また、表示制御部１１は、解析部１２ｃによって生成されたパラメータを設定表示部６１ａ〜６１ｈに表示する。さらに、パラメータ表示手段としての表示制御部１１は、設定表示部６１ａに設定された設定値をパラメータ設定画面６におけるモニタ部６５の設定値表示部６５ａに表示させるとともに、アナログ入力部３８から入力された現在値をモニタ部６５の現在値表示部６５ｂに表示させる。
【００６４】
引き続き、上記のように構成されるＰＩＤ制御システムの動作について説明する。ここでは、炉内の温度制御をする場合について説明する。
【００６５】
まず、検出デバイス１としての熱電対から出力された現在値を示す検出信号は、アナログ入力部３８から入力され、ここでデジタル信号に変換される。描画演算部１２ａは、デジタルの現在値を取得すると、その現在値を棒グラフ６２ｃおよびグラフウインドウ６３に表示する。
【００６６】
ここで、操作者がタッチパネル３６におけるグラフウインドウ６３上のグラフの位置に触れた状態でその触れた位置（指示位置）を上方向または下方向に移動（ドラッグ）させると、描画演算部１２ａは、タッチパネル３６から出力された移動の始点および終点の座標のデータから移動量および方向（座標の増減）のデータを算出して取得する。すると、描画演算部１２ａは、移動したその増減データに基づいて、変更すべき描画データを算出する。このとき、グラフ処理データのグラフ変化のパターンに関するデータが用いられる。このデータには、移動量に応じて指示位置からの距離に応じた増減量や変化し始める両端の位置が予め定められている。したがって、例えば、図５に示すように、グラフＣ１における指示位置Ｐ０が指示位置Ｐ１まで上方向にドラッグされたとき、破線で示すような描画データが新たに算出され、グラフウインドウ６３にグラフＣ２として表示される。
【００６７】
一度のドラッグで所望のグラフに変更できないときは、異なる指示位置をドラッグすることで所望のグラフを形成していく。このとき、操作ボタン部６４の例えば操作ボタン６４ａをＯＮ操作することによって、一度変化したグラフの頂点位置（グラフＣ２の場合指示位置Ｐ２）が描画演算部１２ａによって固定される。これにより、すでに調整したグラフ形状をくずすことなく、他の箇所のグラフ形状を調整することができる。また、描画演算部１２ａによって、設定表示部６１ａ〜６１ｈで変更されたパラメータに基づいて、新たな描画データが作成されるので、所望のパラメータを微妙に変更することによって、指示位置のドラッグでは難しいグラフ形状の微調整を行うことができる。それゆえ、高精度に操作量を決定することができる。
【００６８】
温度調節器などの専用のＰＩＤ制御装置では、パラメータの設定をオートチューニングで行うことができる機種がある。しかしながら、オートチューニングは、チューニング作業を操作者にさせなくすることができるものの、操作者の調整の意向を十分に反映させることができないので、所望の制御を行うという観点では満足できない機能である。
【００６９】
これに対し、前述のように、グラフ形状の微調整を行う手法では、グラフ形状を荒く作成し、パラメータの入力でグラフ形状を微調整することで、操作者のほぼ所望どおりに操作量を決定することができる。
【００７０】
一方、解析部１２ｃは、タッチ位置が変化した部分のグラフの形状を特定し、その形状から各パラメータの種類を特定するとともに、タッチ位置の変化量から特定されたパラメータの値を算出する。このようにして得られた各パラメータは、表示制御部１１によって設定表示部６１ａ〜６１ｈに表示される。
【００７１】
例えば、Ｐ値（微分時間）やタイバック値は、なだらかな曲線から急峻に変化する曲線へ変化する場合大きくなり、その逆の曲線の変化に対しては小さくなる。具体的には、図６に示すように、実線にて示す今までの出力結果を表すグラフＡ上で操作者がタッチした点Ｏ１の座標を（Ｘ１，Ｙ１）とし、操作者がその点Ｏのドラッグを終了した点Ｏ２の座標を（Ｘ２，Ｙ２）とすると、点Ｏ２を含む新たにグラフＢが描画される。このような新たなグラフＢについて、Ｙ軸座標の変化すなわちＹ１からＹ２への変化に伴うグラフＡからグラフＢへの変化のパターンが、オーバーシュートの部分の変化であることが特定されると、オーバーシュートの変化が依存するＰ値のパラメータを大きくする。また、描画演算部１２ａは、そのパラメータを用いてグラフＢの描画データを生成してもよい。
【００７２】
また、新たなグラフの描画に伴って、操作量演算部１２ｂは、現在値の描画データと変更後の描画データとを同一のＸ座標値について比較し、両者の差を操作量に変換する。この操作量は、出力デバイス２の出力値の増減量として、アナログ出力部３９に与えられる。アナログ出力部３９が、その操作量（ヒータ電流）をデジタル信号に変換して出力デバイス２与えると、出力デバイス３９としてのヒータは、その操作量に応じてヒータ電流を増大させて温度（出力値）を変更する。このとき検出デバイス１は、出力デバイス３９の出力値が変わったことにより新たな現在温度を検出する。この現在温度は、前述のように、アナログ入力部３８からプログラマブル表示器３内に取り込まれて、グラフ表示およびモニタ部６５へのモニタ表示に反映される。また、モニタ部６５には、設定値としての設定温度も表示されるので、設定温度に対する現在温度を比較することができる。
【００７３】
なお、棒グラフ６２ｃの指示部をドラッグすることによって現在値を変更するようにしてもよい。この場合、解析部１２ｃが、変更前の現在値と変更後の現在値とを比較することによって、描画データからパラメータを特定する前述の処理と同様にして各パラメータを特定する。
【００７４】
以上に述べたように、本実施の形態のＰＩＤ制御システムは、ディスプレイ３４に表示されたグラフをドラッグすることによって、出力デバイス２に与える操作量と、そのときのパラメータとが決定されるので、視覚的に操作量を決定することができる。これにより、従来のように、最適なパラメータを決定するために何度もパラメータを変更して操作量を調整するという作業が不要になり、チューニングに要する手間が大幅に軽減される。また、現在値をグラフとして表示するので、操作量を出力デバイス２に与えた結果を容易に確認することができる。
【００７５】
しかも、プログラマブル表示器３がアナログ入力部３８およびアナログ出力部３９を備えることによって、検出デバイス１からのアナログの制御量を直接プログラマブル表示器３に入力するとともに、アナログの操作量をプログラマブル表示器３から直接出力デバイス２へ出力することができる。これにより、モニタ部６５のようなモニタ機能を付加すれば、プログラマブル表示器３単体で温度調節器のようなＰＩＤ制御装置を構成することができ、専用のＰＩＤ制御装置が不要になる。その結果、システム構成を簡素化することができる。しかも、複数種の制御量を制御するためのＰＩＤ演算処理プログラムを個々に用意したり、ＰＩＤ演算処理プログラムそのものに汎用性を持たせるなどすることによって、異なる種類（温度、流量、圧力など）の制御量を制御する汎用のＰＩＤ制御装置を提供することができる。
【００７６】
なお、本実施の形態では、プログラマブル表示器３のタッチパネル３６にユーザが触れてグラフをドラッグする例について説明したが、グラフをドラッグする方法はこれに限定されない。例えば、タッチパネル３６を備えていない表示器やパーソナルコンピュータなどでは、マウスなどのポイントデバイスを用いることによって、同様にグラフをドラッグすることができる。
【００７７】
また、ＰＩＤ演算処理部１２における各種の演算処理は、前述の手法に限らず、同様の結果を得ることができれば、他の手法を用いて行ってもよい。
【００７８】
また、図５に示すパラメータ設定画面６の表示についても、タグを用いた前述の手法に限らず、他の手法を用いてもよい。例えば、パーソナルコンピュータなどにおいて、上記のパラメータ設定画面６と同様にグラフのドラッグやパラメータの入力が可能なアプリケーションプログラムをインストールしておく。
【００７９】
ところで、プログラマブル表示器３は、メモリ部３２にＳＲＡＭを備えたり、メモリカードへのデータの読み書きが可能なリーダ／ライターを備えたりすることで、現在値をタンキングすることができる。タンキングされたデータを用いることによって、トレンドグラフを作成したり、日報などの帳票を帳票を作成することができる。
【００８０】
また、プログラマブル表示器３は、シリアル通信用インターフェースを備えることによって、ＰＩＤ制御装置としてではなく、プログラマブル表示器としての本来の機能も併せ持つことができる。これにより、ＰＩＤ制御装置として使用しないときには、プログラマブル表示器３をＰＬＣと接続して、デバイスの制御や動作状態の表示などを行う。
【００８１】
【発明の効果】
以上のように、本発明のＰＩＤ制御装置は、検出デバイスによって検出された制御量と設定された目標となる設定値との偏差に基づいてＰＩＤ演算を行うことによって、制御量が設定値に一致するように上記制御量を操作するための操作量を出力デバイスに与える制御信号を生成するＰＩＤ演算手段と、上記検出デバイスによって検出された制御量を表すアナログ信号を入力するアナログ入力手段と、上記出力デバイスへ与える上記操作量を表すアナログ信号を出力するアナログ出力手段と、表示面を有する表示手段と、上記表示面上での指示位置を検出する指示位置検出手段と、上記アナログ入力手段を介して入力された制御量に基づいて上記制御量の変化を上記表示面に曲線で表示するための描画データを生成するとともに、上記表示面に表示された上記曲線上の指示位置の移動に伴って上記指示位置検出手段によって検出された指示位置から算出した指示位置の移動量に基づいて上記曲線の形状が変化するように上記描画データを更新する描画データ生成手段と、上記描画データの変化分に基づいて上記操作量を生成する操作量生成手段とを備えている構成である。
【００８２】
これにより、制御量を曲線で表示し、曲線を指示位置で変位させることで操作量を生成するので、制御量をどれほど変更すればよいかを視覚的に把握することができる。それゆえ、簡潔かつ簡単な操作でＰＩＤ制御のための設定を行うことができる。したがって、操作量を調整するチューニング作業に要する手間を大幅に軽減して、ＰＩＤ制御を効率的に行うことができるという効果を奏する。
【００８３】
上記のＰＩＤ制御装置は、ＰＩＤ演算を行うために用いられるパラメータを上記指示位置の移動量と上記曲線の形状とに基づいて生成するパラメータ生成手段と、上記パラメータを上記表示面に表示させるパラメータ表示手段とを備えるので、指示位置の変化により所望の操作量を決定したときに、どのようなパラメータを用いたことになるかを把握することができる。したがって、そのパラメータを記録しておくことによって、同様な操作量を再現することができるという効果を奏する。
【００８４】
上記のＰＩＤ制御装置は、ＰＩＤ演算を行うために用いられるパラメータを入力するパラメータ入力手段を備え、上記描画データ生成手段は、上記パラメータに基づいて上記描画データを更新するので、指示位置の移動で曲線を変位させることで決定した操作量をパラメータによって微調整することができる。したがって、より精度の高いＰＩＤ制御を行うことができるという効果を奏する。
【００８５】
上位のいずれのＰＩＤ制御装置も、上記各手段がプログラマブル表示器に組み込まれて構成されるので、プログラマブル表示器がＰＩＤ制御装置の機能を備えることになり、プログラマブル表示器に専用のＰＩＤ制御装置を接続してＰＩＤ制御を行う必要がなくなる。したがって、制御システムの構成を簡素化することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の一形態に係るＰＩＤ制御システムの要部の構成を示すブロック図である。
【図２】上記ＰＩＤ制御システムの概略構成を示すブロック図である。
【図３】上記ＰＩＤ制御システムにおけるプログラマブル表示器のＦＥＰＲＯＭに格納されるプログラムおよびデータを示す図である。
【図４】（ａ）ないし（ｄ）はそれぞれ上記プログラマブル表示器などで表示されるユーザ画面に含まれる処理認識語の構成を示す説明図、その処理認識語における処理情報の構成を示す説明図、上記処理認識語における処理情報の構成を示す説明図、上記処理認識語における２種類の座標情報の構成を示す説明図である。
【図５】ＰＩＤ制御に用いるパラメータを設定するためのパラメータ設定画面を表示した上記プログラマブル表示器を示す正面図である。
【図６】上記パラメータ設定画面に設定されるグラフをドラッグ操作で変化させたときにその変化をパラメータに変換する仕組みを示す図である。
【符号の説明】
１　　　　　検出デバイス
２　　　　　出力デバイス
３　　　　　プログラマブル表示器（ＰＩＤ制御装置）
６　　　　　パラメータ設定画面
１１　　　　　表示制御手段（パラメータ表示手段）
１２　　　　　ＰＩＤ演算処理部（ＰＩＤ演算手段）
１２ａ　　　　描画演算部（描画データ生成手段）
１２ｂ　　　　操作量生成手段（操作量演算部）
１２ｃ　　　　解析部（パラメータ生成手段）
３４　　　　　ディスプレイ（表示手段）
３６　　　　　タッチパネル（指示位置検出手段，パラメータ入力手段）
３８　　　　　アナログ入力部（アナログ入力手段）
３９　　　　　アナログ出力部（アナログ出力手段）
６５　　　　　グラフウインドウ
Ｃ１，Ｃ２　　グラフ（曲線）
【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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