(57)【要約】【課題】温度のなどの物理量を制度よく制御することのできるプロセス制御方法を提供する。【解決手段】加熱用・冷却用ＰＩＤコントローラで制御出力を求めるとき、予め設定した目標温度偏差の閾値Ａと実測温度偏差ｅとを比較し、実測温度偏差ｅが大きい場合はその値を小さくするように予め実験などにより求めた補正係数αを積算して補正温度偏差ｅ’を求めて加算処理するとともに、実測温度偏差ｅが閾値Ａよりも小さくなった場合はその値をそのまま加算し、最終的には両温度偏差ｅ，ｅ’を加算しながら積分出力を求めてゆく。このようにして求めた積分出力を利用してＰＩＤ制御における制御出力を求める。【選択図】        図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも比例要素と積分要素とを含んだプロセス制御方法おいて、
制御対象の目標値に対して予め設定した目標偏差よりも目標値と実測値とから求めた実測偏差が大きいときは、積分演算に用いる偏差を実測偏差よりも小さくすることを特徴とするプロセス制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載のプロセス制御方法において、
前記積分出力は、前記実測偏差が予め設定した目標偏差よりも大きいとき、実測偏差から目標偏差の差分を求め、この差分に予め定めた補正係数を積算し、その積算値を目標偏差に加算して補正偏差を求め、この補正偏差を用いて求めることを特徴とするプロセス制御方法。
【請求項３】
請求項２に記載のプロセス制御方法において、
さらに微分要素を含み、この微分要素における微分出力の値によって前記補正係数の値を変更することを特徴とするプロセス制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度、圧力、流量、レベルなどの物理量のプロセス制御に用いる制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工業・化学プラントなどでは、温度・圧力・流量・レベル制御にＰＩＤ制御が利用されている。つまり、物理量である温度などの目標値（ＳＶ）とプロセスでの実測値（ＰＶ）から求まる偏差（ｅ）の現在値、過去からの偏差の積算値、および変化率を用いて次式（１）によって制御出力（ＭＶ）を求めてＰＩＤ制御を行っている。
ＭＶ＝１００／ＰＢ×（ｅ＋１／ＴＩ×∫ｅｄｔ＋ＴＤ×ｄｅ／ｄｔ）…（１）
ここで、ＰＢは比例帯、ＴＩは積分時間、ＴＤは微分時間のそれぞれを示している。
【０００３】
しかしながら、ＰＩＤ制御の場合、積分出力において過去の偏差の全てを用いるため、出力値が大きくなりすぎている。そのため、目標値の近傍に実測値が到達して安定状態に入っているときに突発的に偏差の大きい値が加わると、その瞬間に制御出力が大きくなり安定状態での微妙な制御を困難にしてしまうといった問題がある。
【０００４】
このＰＩＤ制御における問題点を解消する方法として、アンチ・リセット・ワインダー（ＡＲＷ）という補正方式が実施されている。つまり、目標値に対する偏差の閾値を予め設定し、実測値と目標値とから求まる実測偏差がその閾値内にあるときに限り実測偏差を加算しながら積分出力を求め、閾値外にあるときは、累積加算した過去の偏差をリセットする補正方式である。（特許文献１  参照）
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−６４６０４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の補正方式を実施した場合においても、次のような問題がある。
すなわち、積分出力を求めるには、目標偏差の閾値内に実測偏差が入ったときに偏差の加算処理が開始されるため、閾値の範囲に入った時点の閾値近傍では積分出力が小さくなり比例出力をメインにして制御することになる。
【０００７】
したがって、積分出力に比べて出力レベルの低い比例出力のみでは操作量を操作して制御対象を目標値に達成させるのに時間がかかることになる。この場合に目標値への達成時間を短縮する方法として、上記式（１）における比例帯の値ＰＢを小さくして比例出力を大きくする方法が考えられる。しかしながら、比例出力を大きくすると、実測値が目標値に近づいたときに微妙な制御をしづらくするといった問題がある。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、温度などの物理量を精度よく制御可能なプロセス制御方法を提供することを主たる目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、少なくとも比例要素と積分要素とを含んだプロセス制御方法おいて、
制御対象の目標値に対して予め設定した目標偏差よりも目標値と実測値とから求めた実測偏差が大きいときは、積分演算に用いる偏差を実測偏差よりも小さくすることを特徴とするものである。
【００１１】
（作用・効果）請求項１に記載の発明によれば、実測偏差が目標偏差よりも大きいときに、積分出力を求めるのに用いる偏差を実測偏差よりも小さい値にすることにより、過去の偏差の累積値を単純な実測偏差の累積値よりも小さくして積分出力される。したがって、上記式（１）のＰＩＤ制御に比べ、実測偏差が目標値近傍に到達したとき、操作量を小さくして微妙な制御を可能とする。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプロセス制御方法において、前記積分出力は、前記実測偏差が予め設定した目標偏差よりも大きいとき、実測偏差から目標偏差の差分を求め、この差分に予め定めた補正係数を積算し、その積算値を目標偏差に加算して補正偏差を求め、この補正偏差を用いて求めることを特徴とするものである。
【００１３】
（作用・効果）請求項２に記載の発明によれば、実測偏差が目標偏差よりも大きいときに、実験などにより予め求めた補正係数を利用して補正偏差を求め、この補正偏差を利用して積分出力が算出される、結果、請求項１に記載の方法を好適に実施することができる。
【００１４】
また、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のプロセス制御方法において、さらに微分要素を含み、この微分要素における微分出力の値によって前記補正係数の値を変更することを特徴とするものである。
【００１５】
（作用・効果）請求項３に記載の発明によれば、微分出力の値によって補正係数の値を変更することによって、より一層精度の高いプロセス制御を実施することができる。例えば、温度偏差が目標値から離れてゆくような場合に、補正係数の値を大きくすることで、積分出力を大きくすることができる、結果、冷却または加熱を積極的に行うことができ、短時間で目標値に近づくようにすることができる。
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。
なお、本実施例の場合、フィルムを製造する押出機においてフィルム製造時の樹脂温度をシリンダの温度制御によって調節する場合を例に採って説明する。
図１は押出機の概略構成を示す側面図、図２はシリンダおよびその周りの概略構成を示すブロック図である。
【００１６】
本実施例に用いる押出機１は、ペレット状のプラスチックなどの材料２を供給するホッパー３と、内装したスクリュー４によって材料２を摩擦・剪断しながら搬送する搬送部５と、搬送部内の材料２を加熱または冷却するシリンダ６と、搬送部内で溶融した材料２を冷却して硬化させる冷却ロール８の表面に塗工するダイ７とから構成されている。
【００１７】
なお、押出機１からロールに塗工されてフィルム成形された材料２は、厚み調節ロール９、搬送ロール群Ｒ、フィルム化された材料２の表面処理（例えばコロナ処理など）を行う表面処理部１０の順で搬送処理され、回収部であるターレット１１に巻取り回収されるようになっている。以下、各部の構成について具体的に説明する。
【００１８】
シリンダ６は、搬送部５の基端から先端に向かって略等間隔に複数個（図１では５個）付設されている。各シリンダ内には、図２に示すように、搬送部内を搬送される固形の材料２を加熱して溶融させるためのヒータ１２を備えるとともに、温度調節するための冷却水が循環する構成になっている。なお、各シリンダ４のヒータ１２は、独立して温度制御可能に構成されている。
【００１９】
具体的に各シリンダ６は、ヒータ１２に電力を供給して加熱する電力調節器１３と、供給される電力量を操作して加熱温度を制御する半導体リレー（ＳＳＲ：Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｒｅｌａｙ）とを備えている。また、ヒータ１２を冷却するために、冷却ユニット１４から供給する冷却水の量を電磁弁１５の開度操作によって調節し、シリンダ内に冷却水を供給循環させて温度制御を可能な構成としている。
【００２０】
図１に戻って、塗工材料の厚みを調節するロール９は、例えば金属やゴム製のものが適宜に利用される。また、冷却ロール８は、そのロール内部に冷却水が循環するようになっている。つまり、溶融した材料２がロール上で均一に延伸される過程で、冷却硬化されるようになっている。
【００２１】
次に、本実施例の特徴であるプロセス制御方法を、上記実施例装置を用いて図３〜図６に基づいて説明する。
【００２２】
図３に示すように、実験などによって予め求めた各シリンダ６の温度の目標値（ＳＶ）と、フィルム製造開始に伴って逐次に実測されるシリンダ６の温度の実測値（ＰＶ）との偏差をコントローラ切替器１６に設定入力する。
【００２３】
コントローラ切替器１６は、目標値と実測値との偏差を確認して実測値の温度が低いと判断すると、加熱用ＰＩＤコントローラ１７の側へと切り替える。逆に実測値の温度が目標温度よりも高いと判断すると冷却用ＰＩＤコントローラ１９の側へと切り替える。
【００２４】
加熱用および冷却用ＰＩＤコントローラ１７，１９では、目標値と実測値とから求まる実測温度偏差を利用し、図４に示す、比例出力演算器２２、積分出力演算器２３、および微分出力演算器２４でそれぞれの制御出力を求め、これら求まる各制御出力の総和を制御出力（ＭＶ）として算出している。
【００２５】
具体的に比例出力演算器２２では式（２）を用いて比例出力ＭＶｐを、積分出力演算器２３では式（３）を用いて積分出力ＭＶｉを、微分出力演算器２４では式（４）を用いて微分出力ＭＶｄを求め、式（５）により、これらの総和を制御出力ＭＶとして求めている。
【００２６】
ＭＶｐ＝１００／ＰＢ×ｅ                        …  （２）
ＭＶｉ＝１００／ＰＢ（１／Ｔｉ×∫ｅ’ｄｔ）  …  （３）
ＭＶｄ＝１００／ＰＢ（ＴＤ×ｄｅ／ｄｔ）      …  （４）
ＭＶ＝ＭＶｐ＋ＭＶｉ＋ＭＶｄ                                …  （５）
ここで、ＰＢは比例帯、Ｔｉは積分時間、ＴＤは微分時間のそれぞれを示している。
【００２７】
このとき、積分出力演算器２３では、入力された実測温度偏差のレベルに応じて、その実測温度偏差の値を適時に操作して積分出力を求めるようになっている。つまり、図５に示すように、目標温度ＳＶに対する温度偏差の閾値Ａを予め設定し、積分出力演算器２３に入力される実測温度偏差が閾値Ａ内に入っている場合は、入力時の実測温度偏差を用いるようにする。
【００２８】
また、入力される実測温度偏差が閾値Ａ内に入っていない場合は、実測温度偏差の値に所定の補正係数αを積算するなどし、実測温度偏差の値よりも小さい補正温度偏差ｅ’を算出し、この補正温度偏差ｅ’を加算しながら積分出力を求めるようになっている。以下、その手順を図６のフローチャートに沿って説明する。
【００２９】
＜ステップＳ１＞  温度偏差比較処理
予め設定した温度偏差の閾値Ａと、入力された実測温度偏差とが比較される。比較の結果、実測温度偏差ｅが閾値Ａよりも大きい場合には、ステップＳ２に進む。実測温度偏差ｅが閾値Ａよりも小さい場合は、ステップＳ４に進む。
【００３０】
＜ステップＳ２＞  補正温度偏差算出
入力された実測温度偏差ｅから閾値Ａの差分をとり、予め実験などのよって求めた補正係数αを積算し、閾値Ａを超えた分の温度偏差の値を小さくする。この求まる値を閾値Ａに加算し、実際に入力された実測温度偏差の値よりも小さい値となる補正温度偏差を求める。ただし、補正係数αは０≦α＜１の範囲の値をとる。
【００３１】
＜ステップＳ３＞  補正温度偏差の加算
ステップＳ２で逐次に求まる補正温度偏差ｅ’を加算し、その結果を次のステップＳ５に送る。
【００３２】
＜ステップＳ４＞  温度偏差の加算
ステップＳ２で逐次に求まる閾値Ａを超えていない実測温度偏差ｅを加算し、その結果を次のステップＳ５に送る。
【００３３】
＜ステップＳ５＞  積分出力の算出
ステップＳ３およびＳ４で求まった補正温度偏差ｅ’の加算値と閾値Ａを超えていないときの実測温度偏差ｅの加算値とが入力され、これらの加算値を用いて積分出力ＭＶｉを求める。
【００３４】
このようにして求まる積分出力ＭＶｉは、例えば、図５に示すよう、閾値（−Ａ）を超える温度偏差は、実測温度偏差ｅの値よりも小さい値を加算することになり、補正温度偏差ｅ’と実測補正偏差ｅとの曲線で囲まれた斜線部分だけ積分出力ＭＶｉを小さくすることができる。したがって、実測値が目標値ＳＶの近くに到達したときに、積分出力を弱めた状態でシリンダ６の温度制御が可能となり、結果、小さい出力に突発的に大きい偏差が加わったとしても比較的安定し、かつ精度の高い温度制御ができるようになる。
【００３５】
図３に戻って、上述のようにして加熱用および冷却用ＰＩＤコントローラ１７，１９で求めた制御出力ＭＶは、ヒータ加熱温度制御プロセス１８およびチラー冷却温度制御プロセス２０のそれぞれに送られる。
【００３６】
ヒータ加熱温度制御プロセス１８では、制御出力ＭＶが図２のＳＳＲに入力され、時間値に変換される。この変換処理がされると、シリンダ温度制御プロセスでシリンダ６の温度制御が実行される。つまり、ＳＳＲをオン状態する時間を操作して電力調節器１３から供給される電力の量を変化させてヒータ１２の加熱温度を調節し、シリンダ６の温度を制御する。
【００３７】
逆に、チラー冷却温度制御プロセス２０では、制御出力ＭＶが図２に図示しないコントローラに入力され、その値が電磁弁１５の開度に変換される。この変換処理がされると、シリンダ温度制御プロセスで、シリンダ６の温度制御が実行される。電磁弁の開度を操作して冷却ユニット１４からシリンダ６に向けて供給される冷却水の量を調節してシリンダ６の温度を制御する。
【００３８】
以上のように、予め設定した温度偏差の閾値Ａを基準に、実測温度偏差ｅが閾値Ａの範囲を超えたときについては、所定の補正係数αを積算して実測温度偏差ｅよりも小さい値の補正温度偏差ｅ’を用い、閾値Ａ内においては実測温度偏差ｅを用いて積分出力演算器２３で積分出力を求めることにより、従来のＰＩＤ制御よりも、目標値近傍での温度制御を、より一層精度よく行うことができる。つまり、実測温度偏差ｅをそのまま加算して求めた積分出力に比べ、出力レベルを小さく抑えることができるからである。
【００３９】
本発明は上述した実施例のものに限らず、次のように変形実施することもできる。
【００４０】
（１）上記実施例ではＰＩＤ制御を用いて説明したが、微分要素（Ｄ）を除くＰＩ制御にも適用することができる。
【００４１】
（２）上記実施例において、補正係数αの値を実測温度偏差ｅの微分値に応じて設定変更するようにしてもよい。例えば、実測値が目標値から離れてゆく場合、つまりｄｅ／ｄｔ≧０のときにαの値を大きくすることによって積分出力を大きくすることができ、短時間で目標温度に到達するように温度制御することができる。逆に、温度偏差が目標値に近づく場合、つまりｄｅ／ｄｔ≦０のときにαの値を小さくることによって、積分出力を小さくすることができ、目標値近傍で安定した温度制御することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、目標偏差よりも実測偏差が大きいときに、積分出力を大きくすることにより積極的に目標値に到達する制御を行うことができる。また、実測偏差が目標偏差よりも小さいときは、積分出力を小さくすることにより全体の制御出力を抑えることができ、目標値の近くでの温度などの物理量に対して安定した状態で制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例に用いる押出機およびその周辺の概略構成を示す側面図である。
【図２】シリンダの構成を示すブロック図である。
【図３】シリンダの制御プロセスを示したブロック図である。
【図４】図３の加熱用・冷却用ＰＩＤコントローラ内の構成を示したブロック図である。
【図５】実施例と従来例の積分出力を比較する図である。
【図６】図４の積分出力演算器の演算処理を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１  …  押出機
６  …  シリンダ
１３  …  電力調節器
１４  …  冷却ユニット
１５  …  電磁弁
２２  …  比例出力演算器
２３  …  積分出力演算器
２４  …  微分出力演算器
【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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