(57)【要約】【課題】オートチューニングの進捗状況を簡易な手段によって表示し、使用者の作業効率を向上させる調節計を提供する。【解決手段】制御対象から取り出した測定値を予め設定した設定値に一致させるように操作量を演算する調節計であって、オートチューニングの開始から終了までの進捗状況を、操作量の変化に基づいて決定するオートチューニング実行手段１３と、オートチューニング実行手段１３により決定した進捗状況を表示する表示手段２０とを備えることで、オートチューニングの進捗状況を簡易な手段によって表示させる。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御対象から取り出した測定値を予め設定した設定値に一致させるように操作量を演算する調節計において、
オートチューニングの開始から終了までの進捗状況を、操作量の変化に基づいて決定するオートチューニング実行手段と、
前記オートチューニング実行手段により決定した進捗状況を表示する表示手段とを備えたことを特徴とする調節計。
【請求項２】
前記オートチューニング実行手段は、オートチューニング動作が異常であると判断したときはオートチューニング動作を終了し、進捗状況を異常終了と決定する機能を有することを特徴とする、請求項１に記載の調節計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、ＰＩＤ制御を行う調節計に関し、より詳細には制御対象の特性に合わせて制御パラメータを最適値にするオートチューニング機能を有する調節計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えばＰＩＤ制御を行う調節計においてＰＩＤのパラメータをより適切な値にすべく定期的にオートチューニングを行うのが一般的である。しかし、制御対象が非常に大きな炉の場合、温度が１度上がるだけでも時間を要する。また、例えば省電力の観点から断熱性が極めて高くなった槽の温度制御を行う場合、槽内の温度が上昇するのは早いが温度が低下するのには時間を要する。従って、このような制御対象に関してオートチューニングを行った場合、時間が非常にかかる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような場合において、従来ではオートチューニングを実行した後、オートチューニングが終了するまでの期間が明確でなく、操作量とＰＶ値との関係からオートチューニング動作の仕様と経験的な判断で予想せざるを得なかった。
【０００４】
また、特に応答の非常に遅い制御対象ではどの程度オートチューニングが進捗したかが全く分からないため、使用者に不安を与えていた。また、オートチューニング中、制御ループ内の異常によってＰＶ値が上昇／下降しないなどといった状態がたまに生じるが、これをいつまでも放置して時間を無駄にしてしまうこともあった。
【０００５】
このような問題の対策として、例えばオートチューニングの間中、レコーダで波形を数えておくことも考えられる。しかしながら、現状のオートチューニングがどういう状態になっているかをレコーダで常に把握しておくことは困難を伴う。
【０００６】
一方、特許第３２１１４４４号公報には、オートチューニングに要する時間を表示する発明が開示されているが、その時間を正確に算出するために複雑な計算が必要であるため、時間算出の負荷が大きい。
【０００７】
本発明は、オートチューニングの進捗状況を簡易な手段によって表示し、オペレータの作業効率を向上させる調節計を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明にかかる調節計は、制御対象から取り出した測定値を予め設定した設定値に一致させるように操作量を演算する調節計であって、オートチューニングの開始から終了までの進捗状況を、操作量の変化に基づいて決定するオートチューニング実行手段と、オートチューニング実行手段により決定した進捗状況を表示する表示手段とを備えたことを特徴としている。
【０００９】
進捗状況は操作量の変化に基づいて決定するから、複雑な演算をする必要がない。また、使用者は表示された進捗状況を確認するだけでオートチューニングがどの程度進んでいるのかを一目で把握できる。
【００１０】
また、本発明の請求項２にかかる調節計は、請求項１に記載の調節計において、オートチューニング実行手段が、オートチューニング動作が異常であると判断したときはオートチューニング動作を終了し、進捗状況を異常終了と決定する機能を有することを特徴としている。
【００１１】
使用者が進捗状況の表示によりオートチューニング動作が正常終了したのか異常終了したのかについて判断できるので、オートチューニング動作の監視が更に容易になり、作業効率も格段に向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態にかかる調節計について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
本発明の一実施形態にかかる調節計１は加熱炉内の温度を制御する温度調節計であり加熱炉内の温度センサＳで測定した温度を、ＰＩＤ制御によって予め設定した温度に一致させるようにヒータＨの加熱量を制御する調節計である。
【００１４】
そして、オートチューニングに関してはいわゆるリミットサイクル法を使用しているが、オートチューニング実行手段により決定した進捗状況を表示する表示機能と、オートチューニング動作が異常であると判断したときにオートチューニング動作を終了し、進捗状況を異常終了と決定する機能を有することを特徴としている。
【００１５】
以下、温度調節計１の構成をより詳細に説明する。
【００１６】
温度調節計１は、図１に示すブロック構成から明らかなように、ＰＩＤ値演算手段１１と、ＰＩＤ値演算手段１１に使用されるＰＩＤ値を記憶するＰＩＤ値格納手段１２と、オートチューニングを行なうことで最適なＰＩＤ値をＰＩＤ値格納手段１２に記憶させるオートチューニング実行手段１３と、通常のＰＩＤ制御とオートチューニングとを選択する切替器１４を備えている。また、切替器１４は操作量変換手段１５に接続されて制御対象であるヒータＨを制御するようになっている。温度調節計１は更に、設定値格納手段１６と設定入力手段１７を備えると共に、通常のパラメータ値に加えてオートチューニングの進捗状態を表示できる表示手段２０を備えている。
【００１７】
そして、通常の制御時は切替器１４によってＰＩＤ演算手段１１と操作量変換手段１５がつながっていて対象物（ヒータ）をＰＩＤ制御している。
【００１８】
ここで、使用者が切替器１４をオートチューニングモードに切り替えることでオートチューニングを選択すると、オートチューニングを実行することによってＰＩＤ値が最適値に変わり、この最適値がＰＩＤ格納手段１２に読み込まれて記憶される。
【００１９】
表示手段２０は後述する表示部２３（図２、図５）において、通常のＰＩＤ制御時にはＰＶ値やＳＰ値を表示するが、使用者が切替器１４をオートチューニングモードに切り替えると、後に詳細に説明するオートチューニングの進捗状態を表示するようになっている。また、表示手段２０はオートチューニング中に必要に応じてＰＶ値を表示することも可能である。
【００２０】
なお、オートチューニングを起動する方法は、単純なオートチューニング開始用のスイッチをオンするだけでも良いが、本実施形態と異なりリモートスイッチなどの外部切換手段によって外部から切り替えても良い。また、例えば、図２に示すように、操作キー２１，２２を操作して表示部２３を０から１にするなどのパラメータの設定によってオートチューニングを開始するようにしても良い。
【００２１】
このようにしてオートチューニングが開始されると、いわゆるリミットサイクル法によるオートチューニングが行われて、ＭＶ値が一定回数だけ０％と１００％の間で変動する。すなわち、リミットサイクル法を使用したオートチューニングは、オートチューニング用の設定点を中心に数回だけ（回数は機器毎に決められている）操作量ＭＶ値のオン／オフを繰り返してＰＩＤパラメータを決定するようになっている。
【００２２】
具体的には、図３に示すようにオートチューニングの開始時にＰＶ値＞ＳＰ値の場合、ＭＶ値が０％となり（この状態をフェーズ０とする）、ＰＶ値＝ＳＰ値となると、ＭＶ値が１００％となる。即ち、ＭＶ値の状態が変化したのでフェーズが繰り上がり、フェーズ１となる。ＭＶ値が１００％となったので、ＳＰ値より下回ったＰＶ値は再び一瞬だけＳＰ値と等しくなり、ＭＶ値が再び０％となる。即ち、ＭＶ値の状態が再度変化したのでフェーズが繰り上がり、フェーズ２となる。以下、これを繰り返していく。すなわち、ここで言うフェーズ数とはオートチューニング中の操作量ＭＶの状態変化の回数のことである。
【００２３】
個々のフェーズが許容される一定時間内で変化すれば、本実施形態にかかる温度調節計１の場合、フェーズ５でオートチューニングが終了するようになっており、この応答特性から算出された最適なＰＩＤ値がＰＩＤ値格納手段１２に記憶される。
【００２４】
一方、図４に示すようにオートチューニングの開始時にＰＶ値＜ＳＰ値の場合、ＭＶ値が１００％となり（この状態をフェーズ０とする）、ＰＶ値＝ＳＰ値となると、ＭＶ値が０％となる。即ち、ＭＶ値の状態が変化したのでフェーズが繰り上がり、フェーズ１となる。ＭＶ値が０％となったので、ＳＰ値より上回ったＰＶ値は再び一瞬だけＳＰ値と等しくなり、ＭＶ値が再び１００％となる。即ち、ＭＶ値の状態が変化したのでフェーズが繰り上がり、フェーズ２となる。以下、フェーズ５になるまでこれを繰り返し、この応答特性からオートチューニング終了と同時に最適なＰＩＤ値がＰＩＤ値格納手段１２に記憶される。
【００２５】
そして、オートチューニングの間中、図５に示す表示部２３には図６に示すようにオートチューニングのフェーズ数が逐次表示されるようになっている。なお、図５では、オートチューニングが現在フェーズ１であり、オートチューニング開始から時間があまり経過していないことを表している。すなわち、オートチューニングの最大フェーズ数は機器（温度調節計）ごとに予め決められているので、表示されたフェーズ数はオートチューニングがどの程度終了したかの目安になり、使用者は表示されたフェーズ数からオートチューニングがどの段階であるかを瞬時に把握することができる。言い換えれば、使用者はオートチューニング中、操作量ＭＶのオン／オフを何回繰り返したかを知ることでオートチューニングの進捗状況を正しく把握することができる。
【００２６】
このようにオートチューニングの経過時間自体を表示するのではなく、進捗のフェーズ数を表示するので使用者がオートチューニングの全体中、現在どの段階にあるのかを一目で把握できることに温度調節計１の特徴点がある。
【００２７】
続いて、温度調節計１の更なる特徴点であるオートチューニングの異常終了処理機能について説明する。
【００２８】
本発明にかかる温度調節計１は、オートチューニング実行の異常時にオートチューニング実行アラームとして使用者に知らせるようになっている。異常の例としては、オートチューニング実行後に操作量ＭＶの状態変化が長時間無かった場合、即ち、操作量ＭＶのオン・オフが行われなかった場合である。このような場合を異常状態として使用者に知らせる理由は以下の通りである。
【００２９】
通常、温度調節計１のコントローラはＣＰＵによる演算機能を用いて時間を測定しているが、カウントできる時間にはメモリの制約上限りがある。オートチューニング中、この制約を超えた時間を経過しても操作量ＭＶの状態変化が生じなかった場合（操作量ＭＶのオン／オフが行われなかった場合）、適正なＰＩＤパラメータを算出することができなくなる。従って、温度調節計１においては、この場合オートチューニングを中止し、オートチューニングが正常に終了しなかったことを表示手段で知らせるようになっている。
【００３０】
具体的には、図７に示すように、オートチューニングのそれぞれのフェーズを開始するごとにタイマを起動させ、いずれかのフェーズがこのタイマによって定められた許容時間を超えた場合に異常と判断してオートチューニングを異常終了するようになっている。これは、上述したように、フェーズのそれぞれに定められた設定範囲よりもオートチューニングが長い時間を要した場合、もはや最適なＰＩＤパラメータを算出することができないので、そのフェーズにおいてさらに測定していても意味がなく、更には不適切なＰＩＤパラメータを算出するおそれもあるからである。
【００３１】
一例をあげると、微分時間などはそれぞれの調節計で設定保存する値に限りがある。従って、オートチューニングを長く行うとこの許容範囲を超えてしまって無意味なオートチューニングになると共に、保存すべき最適値を保存できない。こういう場合の対策として温度調節計１ではタイマを設けてタイムアップした時にそれぞれのフェーズごとに格納できる限度を調べるための比較用のタイマカウンタ（図７における閾値Ａに相当）を設け、同一フェーズの時間がこのタイマカウンタを超えるとこのフェーズにおいて微分時間が求まらないと判断し異常終了処理を行うようになっている。
【００３２】
なお、このタイマカウンタの設定値（閾値）を図７において例えば設定値Ａから設定値Ｂに変更する等、使用者が自由に変えられるようにしても良い。これにより、アプリケーションに応じて応答の早い制御対象に対しては設定値を低くすることでオートチューニングの異常をより早く検知できるようになる。
【００３３】
以上の通り、温度調節計１は、オートチューニング中の異常終了処理においてオートチューニング中に無駄な測定を続けないように使用者に知らせることができ、コスト削減を図れると共に、使用者が無駄な操作時間を費やすのを防止する。
【００３４】
以下、本発明の理解をさらに深めるために、上述したオートチューニングの進捗状態の表示と異常終了処理の流れを説明する。
【００３５】
まず、オートチューニングの進捗状態の表示について説明する。図８において最初にオートチューニング実行中か否かを判断し（ステップＳ１１）、実行中の場合はＰＶ値がＳＰ値より小さいか否かを判断する（ステップＳ１２）。
【００３６】
一方、オートチューニングを実行中でない場合はフェーズ０として（ステップＳ１８）、オートチューニング進捗状態表示プログラムを終了する（ステップＳ１９）。
【００３７】
オートチューニング実行中であってＰＶ値がＳＰ値より小さい場合はオートチューニング用のＭＶ値を１００パーセントとする（ステップＳ１３）。なお、これは図４の場合に相当する。一方、ＰＶ値がＳＰ値より小さくない場合はオートチューニング用のＭＶ値を０パーセントとする（ステップＳ１４）。なお、これは図３の場合に相当する。続いて、オートチューニング用のＭＶ値が変化したか否かを判断する（ステップＳ１５）。このＭＶ値は、ＰＶ値＝ＳＰ値となったときに変化するようになっている。
【００３８】
ＭＶ値が変化した場合はオートチューニングのフェーズ＋１とする（ステップＳ１６）。なお、このフェーズ数は上述したようにオートチューニング中、オートチューニング進捗状態として表示手段２０の表示部２３に表示されるようになっている（図５参照）。そして、オートチューニングの現在のフェーズが所定のフェーズ数（本実施形態の場合はフェーズ５）より小さいか否かを判断し（ステップＳ１７）、小さい場合はステップＳ１２〜ステップＳ１６を再び繰り返す。一方、オートチューニングの現在のフェーズが所定のフェーズ数と等しくなるとオートチューニング進捗状態表示プログラムを終了する（ステップＳ１９）。
【００３９】
続いて、異常終了処理フローについて説明する。異常終了処理フローは、図９に示すように、最初にオートチューニング開始か否かを判断し（ステップＳ２１）、開始の場合はタイマを起動する（ステップＳ２２）。そして、タイマと設定値を比較してタイムオーバーしたか否かを判断する（ステップＳ２３）。タイムオーバーしていない場合は、オートチューニング終了か否かを判断し（ステップＳ２４）、オートチューニング終了でない場合は、フェーズが変わったか否かを判断する（ステップＳ２５）。フェーズが変わっていない場合は、ステップＳ２３〜ステップＳ２４を繰り返す。フェーズが変わった場合はタイマをリセットして（ステップＳ２６）、再び新しいフェーズでタイマを起動し（ステップＳ２２）、上述のステップＳ２３〜ステップＳ２５を繰り返す。一方、ステップＳ２３において、タイマと設定値を比較してタイムオーバーしたと判断したら、オートチューニング異常終了とし、進捗を９としてこれを表示手段２０の表示部２３に表示する（ステップＳ２７）。そして、タイマをリセットし（ステップＳ２８）、異常終了処理フローを終える（ステップＳ２９）。また、ステップＳ２４において、オートチューニング終了と判断したときもタイマをリセットし（ステップＳ２８）、異常終了処理フローを終える（ステップＳ２９）。
【００４０】
以上のフローチャートに基づいた説明からも明らかなように、温度調節計１の使用者は、オートチューニングの進捗状態を、表示されるフェーズ数から一目で判断できるとともに、オートチューニングが異常終了処理された場合も同一の表示手段から一目で判断することができる。
【００４１】
なお、上述のフローチャートは、オートチューニングの進捗状態と異常終了処理を行う一例としてあげたものであり、本発明がこのフローチャートに限定されるものでないことは言うまでもない。
【００４２】
また、上述の実施形態は温度調節計について説明したが、本発明の対象物はこれに限定されることはなく、圧力調節計や流量調節計等の様々な調節計に適用可能である。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の調節計はオートチューニング動作の進捗状況が操作量の変化に基づいて決定するから、複雑な演算をする必要がない。また、使用者は表示された進捗状況を確認するだけでオートチューニングがどの程度進んでいるのかを一目で把握できる。
【００４４】
また、請求項２に記載の調節計は、使用者がオートチューニング動作の進捗状況の表示によりオートチューニング動作が正常終了したのか異常終了したのかについて判断できるので、オートチューニング動作の監視が更に容易になり、作業効率も格段に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態にかかる温度調節計のブロック図である。
【図２】図１の温度調節計のオートチューニング開始を説明する図である。
【図３】ＰＶ値がＳＰ値より大きいときにオートチューニングを開始した場合を示す図である。
【図４】ＰＶ値がＳＰ値より小さいときにオートチューニングを開始した場合を示す図である。
【図５】図１の温度調節計のオートチューニング進捗状況の表示例である。
【図６】図１の温度調節計のオートチューニング進捗状況及び異常終了状態の表示例である。
【図７】図１の温度調節計の異常終了を説明する図である。
【図８】図１の温度調節計のオートチューニング進捗状況を説明するフローチャートである。
【図９】図１の温度調節計のオートチューニング異常終了処理を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
１　　温度調節計
１１　　ＰＩＤ値演算手段
１２　　ＰＩＤ値格納手段
１３　　オートチューニング実行手段
１４　　切替器
１５　　操作量変換手段
１６　　設定値格納手段
１７　　設定入力手段
２０　　表示手段
２３　　表示部
Ｈ　　ヒータ
Ｓ　　温度センサ
【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】
2004013542.tif 000008
【図７】
2004013542.tif 000009
【図８】
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【図９】
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