(57)【要約】【課題】見かけの主制御量は安定していても、操作信号にハンチングがあると、制御機器のバルブなどに部分的に大きなストレスがかかり、機器故障のおそれがあるので、操作信号のハンチングを抑制する方法および装置を提供する。【解決手段】目標値ＳＲに基づき操作信号ＳＵを出力してプラント３０を制御し、プラント出力である制御量ＳＹを取り込み、目標値ＳＲと制御量ＳＹとの偏差信号ＥＹによりプラント３０をフィードバック制御する制御方法において、操作信号ＳＵの振動を検知したら、振動を減衰させる所定値にコントローラ２０のパラメータを設定する。さらに、偏差信号ＥＹの振動も評価し、操作信号ＳＵおよび偏差信号ＥＹの振動がともに無いと判定したら、パラメータを別の所定値または元の値に再設定する。操作信号のハンチングを抑制し、バルブなどの計装機器を保護できる。結果として制御対象機器で製造される製品の品質を高めることができる。【選択図】　　　　図１
2004139314.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コントローラが目標値に基づき操作信号を出力してプラントを制御し、プラント制御量を取り込み、前記目標値と前記プラント制御量との偏差信号によりプラントをフィードバック制御する制御方法において、
前記操作信号の振動を検知した場合、前記コントローラのパラメータを振動を減衰させる所定値に設定する
ことを特徴とする操作信号のハンチング抑制方法。
【請求項２】
コントローラが目標値に基づき操作信号を出力してプラントを制御し、プラント制御量を取り込み、前記目標値と前記プラント制御量との偏差信号によりプラントをフィードバック制御する制御方法において、
前記操作信号の振動を検知した場合、前記コントローラを含む閉ループ系の位相余裕を大きくする所定値に前記コントローラのパラメータを設定する
ことを特徴とする操作信号のハンチング抑制方法。
【請求項３】
コントローラが目標値に基づき操作信号を出力してプラントを制御し、プラント制御量を取り込み、前記目標値と前記プラント制御量との偏差信号によりプラントをフィードバック制御する制御方法において、
前記操作信号の振動を検知した場合、前記コントローラを含む閉ループ系の位相余裕を大きくする所定値に前記コントローラのパラメータを設定し、
前記振動が抑制された場合に、前記コントローラのパラメータを元の値または別の所定値に設定する
ことを特徴とする操作信号のハンチング抑制方法。
【請求項４】
コントローラが目標値に基づき操作信号を出力してプラントを制御し、プラント制御量を取り込み、前記目標値と前記プラント制御量との偏差信号によりプラントをフィードバック制御する制御方法において、
前記操作信号の振動を定量的に評価し振動が所定値を超えた場合、振動を減衰させる所定値に前記コントローラのパラメータを設定する
ことを特徴とする操作信号のハンチング抑制方法。
【請求項５】
コントローラが目標値に基づき操作信号を出力してプラントを制御し、プラント制御量を取り込み、前記目標値と前記プラント制御量との偏差信号によりプラントをフィードバック制御する制御方法において、
前記操作信号の振動を定量的に評価し振動が所定値を超えた場合、振動を減衰させる所定値に前記コントローラのパラメータを設定し、
前記振動評価値が所定値より小さくなった場合に、前記コントローラの前記パラメータを元の値に戻す
ことを特徴とする操作信号のハンチング抑制方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の操作信号のハンチング抑制方法において、
前記コントローラにおける前記操作信号の導出過程が前記目標値と前記プラント制御量との偏差の積分演算を含み、
前記コントローラのパラメータが、前記積分演算の積分ゲインである
ことを特徴とする操作信号のハンチング抑制方法。
【請求項７】
設定温度と反応器内温との偏差が小さくなるように反応器入口温度の目標値を算出する反応温度制御器と、ジャケット入口温度の目標値とジャケット入口温度計測値との偏差信号に基づき温度操作信号を出力するコントローラとを有し、ジャケットに供給する熱媒体の温度および流量により反応器内の反応温度を制御する手段を備えた反応プラントにおいて、
前記温度操作信号と前記偏差信号とを取り込み、前記操作信号の振動を定量的に評価し、振動が所定値を超えた場合に振動を減衰させる所定値に前記コントローラのパラメータを設定するパラメータ修正信号を出力するハンチング抑制器を設けた
ことを特徴とする反応プラント。
【請求項８】
設定温度と反応器内温との偏差が小さくなるように反応器入口温度の目標値を算出する反応温度制御器と、ジャケット入口温度の目標値とジャケット入口温度計測値との偏差信号に基づき温度操作信号を出力するコントローラとを有し、ジャケットに供給する熱媒体の温度および流量により反応器内の反応温度を制御する手段を備えた反応プラントにおいて、
前記温度操作信号と前記偏差信号とを取り込み、前記操作信号の振動を定量的に評価し、振動が所定値を超えた場合に前記コントローラを含む閉ループ系の位相余裕を大きくする所定値に前記コントローラのパラメータを設定するパラメータ修正信号を出力するハンチング抑制器を設けた
ことを特徴とする反応プラント。
【請求項９】
請求項７または８に記載の反応プラントにおいて、
前記コントローラが、前記目標値と前記プラント制御量との偏差の積分演算により前記操作信号を導出する演算手段を含み、
前記コントローラのパラメータが、前記積分演算の積分ゲインである
ことを特徴とする反応プラント。
【請求項１０】
前記７ないし９のいずれか一項に記載の反応プラントにおいて、
前記ジャケットに温水を供給する温水バルブおよび冷水を供給する冷水バルブと前記コントローラとの間に、前記温度操作信号を前記温水バルブの開度信号および前記冷水バルブの開度信号に変換するスプリットレンジ温度制御手段を備えた
ことを特徴とする反応プラント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操作信号のハンチング抑制方法および反応プラントに係り、特に、制御系全体で見かけの制御量は安定していても、制御機器のバルブなどの操作信号にハンチングがある場合に、局所的な制御機器の破壊を回避するための操作信号のハンチング抑制方法および反応プラントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、石油化学などのプロセス制御の分野においては、フィードバック制御による運転自動化の適用範囲が拡張しつつある。例えば、重合反応器では、反応温度フィードバック制御により、ジャケット温度目標値を決定し、さらに、ジャケット温度フィードバック制御により、ジャケットへの熱媒体供給量を調節するバルブの開度信号を決定する。
【０００３】
このようなプロセス制御系は、フィードバックループが２重になっており、カスケード制御とよばれている。この他にも、多数のフィードバック制御系が提案されている。
【０００４】
フィードバックループ数は、１つの工場で、比例積分微分（ＰＩＤ）演算によるフィードバック制御が５０００ループに及ぶ場合もある（非特許文献１参照）。ループ数がこれほど多数になると、人手により各フィードバックループを監視するには限界があり、コントローラのパラメータ調整が重要となる。
【０００５】
また、何か異常事象が起こった場合は、自動制御により速やかにプラントを安定させるとともに、オペレータによる手動介入が容易である必要がある。
【０００６】
ここでは、化学プラントの一例として重合反応プラントの反応温度（内部温度）制御を説明する。反応器の内部温度制御においては、反応温度が製品品種ごとに設定される。この反応温度は、反応器外部から熱を供給して維持される。
【０００７】
反応器廻りのジャケットに温水冷水などの熱媒体を通し外部から熱を供給する。多くの場合、反応温度フィードバック制御系は、ジャケット入口温度の設定値を求め、この設定値に従いジャケット流量バルブの開度を調節するカスケード制御系の構成を採用する。
【０００８】
しかし、熱損失や時間遅れがあるために、外部からの熱が反応器内部に直ちに到達できず、内部温度制御が難しい。さらに、化学反応の進展により反応熱が生じ、その結果反応器内部の温度を上昇させる。このように、外部からの温度調節の遅れと反応器内部での自己発熱とをともに考慮しなければならない。
【０００９】
また、ジャケット流量バルブの開度調整では、温水と冷水との混合比を調整する場合がある（非特許文献２参照）。ジャケット温度コントローラの出力信号を分割し、温水バルブおよび冷水バルブの開度信号に変換する方式が適用されている。この方式には、オーバーラップ方式（クロスレンジ）と、スプリットレンジ方式の２つがある。近年、省エネルギーの観点から、スプリットレンジ方式の適用が増えている。
【００１０】
上記従来技術により、数多くの重合反応プラントが自動制御されている（非特許文献３参照）。この塩化ビニル重合反応制御の研究事例では、温水のみ流量制御の対象としている。
【００１１】
さらに、プロセス検出信号と操作信号とを取り込んでハンチング現象を検出し、その原因に応じて最適な制御演算定数をＰＩＤ演算手段に設定するフィードバック制御装置も提案されている（特許文献１参照）。
【００１２】
【非特許文献１】
小河守正，片山徹「操作量制約を考慮したＩ−ＰＤコントローラのロバスト調整方法」『計測自動制御学会論文集』，　Ｖｏｌ．３４，　Ｎｏ．７，　ｐｐ．６７４−６８１（１９９８）
【非特許文献２】
松山裕「自動制御のおはなし」日本規格協会，１９９９年８月２５日，ｐｐ９２−９４
【非特許文献３】
大松繁ほか「セルフチューニングコントロール」計測自動制御学会，１９９６年４月２５日，ｐｐ１９５−１９７
【特許文献１】
特開平７−９３００２号公報（第３−４頁，図１，図１０）
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来技術において、特にジャケット流量の制御特性の問題が指摘されている。各数値シミュレーション結果に示されるように、制御量の反応温度が振動していなくても、操作量である温水流量の応答が振動的である。この例から、主制御量すなわち最終制御量である反応温度が安定しても、コントローラの出力である操作信号すなわちバルブ開度信号が振動していることが予想される。
【００１３】
一般に、主制御量の持続的振動を「ハンチング」という。これに対して、局所的な制御機器の操作信号の持続的振動を指す言葉が無いので、本明細書においては、このような現象を「操作信号のハンチング」ということにする。
【００１４】
上記例においては、主制御量である反応温度が安定しており、制御系全体としては「ハンチング」が生じていないが、温水流量が振動的であり、バルブ開度信号に振動が生じており、「操作信号のハンチング」が観測されることになる。
【００１５】
操作信号のハンチングの原因としては、プラント固有の問題とコントローラのパラメータ調整の問題とが考えられる。
【００１６】
プラント固有の問題としては、スプリットレンジ方式の問題が考えられる。スプリットレンジ方式は、温水バルブと冷水バルブとを切り替えて制御するので、ジャケット温度特性が不連続になり、制御性が低いといわれていることによる。
【００１７】
コントローラのパラメータについては、例えば、重合反応では、発熱による温度外乱があり、この外乱を補償するために、コントローラが振動的な操作信号を出力すると考えられる。特に、ジャケット温度制御ループの調整で、外乱補償が十分でないかまたは位相余裕が十分でなく、一種の位相反転を起こした場合には、操作信号の振動が生じると考えられる。
【００１８】
このように、見かけは主制御量としての反応温度が安定していても、操作信号のハンチングにより、限られた範囲のバルブに対しては大きなストレスを与えることとなり、機器故障につながるおそれがある。
【００１９】
また、特許文献１の場合は、プロセス検出信号（制御変数）と操作信号とを取り込み、ハンチングを検出する。その際に、ハンチング原因の推定が必須となっている。しかし、操作信号のみのハンチングでは、原因推定が困難と考えられる。
【００２０】
本発明の目的は、見かけの制御量が安定していても、その制御のための操作信号が振動的である場合に、操作信号のハンチング抑制方法およびそれを応用した反応プラントを提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、コントローラが目標値に基づき操作信号を出力してプラントを制御し、プラント制御量を取り込み、目標値とプラント制御量との偏差信号によりプラントをフィードバック制御する制御方法において、操作信号の振動を検知した場合、コントローラのパラメータを振動を減衰させる所定値に設定する操作信号のハンチング抑制方法を提案する。
【００２２】
コントローラのパラメータを振動を減衰させる所定値に設定するので、操作信号のハンチングを抑制して、バルブなどの計装機器を保護できる。
【００２３】
本発明は、また、コントローラが目標値に基づき操作信号を出力してプラントを制御し、プラント制御量を取り込み、目標値とプラント制御量との偏差信号によりプラントをフィードバック制御する制御方法において、操作信号の振動を検知した場合、コントローラを含む閉ループ系の位相余裕を大きくする所定値にコントローラのパラメータを設定する操作信号のハンチング抑制方法を提案する。
【００２４】
振動を減衰させるとは、見方を変えれば、コントローラを含む閉ループ系の位相余裕を大きくすることである。
【００２５】
本発明は、さらに、コントローラが目標値に基づき操作信号を出力してプラントを制御し、プラント制御量を取り込み、目標値とプラント制御量との偏差信号によりプラントをフィードバック制御する制御方法において、操作信号の振動を検知した場合、コントローラを含む閉ループ系の位相余裕を大きくする所定値にコントローラのパラメータを設定し、振動が抑制された場合に、コントローラのパラメータを元の値または別の所定値に設定する操作信号のハンチング抑制方法を提案する。
【００２６】
偏差信号の振動も評価し、操作信号と偏差信号の振動がともに無いと判定した後に、振動を減衰させる別の所定値または元の値にパラメータを再設定するので、操作信号のハンチングを抑制して、バルブなどの計装機器を保護できる。
【００２７】
本発明は、コントローラが目標値に基づき操作信号を出力してプラントを制御し、プラント制御量を取り込み、目標値とプラント制御量との偏差信号によりプラントをフィードバック制御する制御方法において、操作信号の振動を定量的に評価し振動が所定値を超えた場合、振動を減衰させる所定値にコントローラのパラメータを設定する操作信号のハンチング抑制方法を提案する。
【００２８】
本発明は、コントローラが目標値に基づき操作信号を出力してプラントを制御し、プラント制御量を取り込み、目標値とプラント制御量との偏差信号によりプラントをフィードバック制御する制御方法において、操作信号の振動を定量的に評価し振動が所定値を超えた場合、振動を減衰させる所定値にコントローラのパラメータを設定し、振動評価値が所定値より小さくなった場合に、コントローラのパラメータを元の値に戻す操作信号のハンチング抑制方法を提案する。
【００２９】
偏差信号の振動も評価し、操作信号と偏差信号の振動がともに無いと判定した後に、振動を減衰させる別の所定値または元の値にパラメータを再設定するので、操作信号のハンチングを抑制して、バルブなどの計装機器を保護できる。
【００３０】
いずれの操作信号のハンチング抑制方法においても、コントローラにおける操作信号の導出過程が目標値とプラント制御量との偏差の積分演算を含む場合は、コントローラのパラメータは、積分演算の積分ゲインとする。
【００３１】
本発明は、また、上記目的を達成するために、設定温度と反応器内温との偏差が小さくなるように反応器入口温度の目標値を算出する反応温度制御器と、ジャケット入口温度の目標値とジャケット入口温度計測値との偏差信号に基づき温度操作信号を出力するコントローラとを有し、ジャケットに供給する熱媒体の温度および流量により反応器内の反応温度を制御する手段を備えた反応プラントにおいて、温度操作信号と偏差信号とを取り込み、操作信号の振動を定量的に評価し、振動が所定値を超えた場合に振動を減衰させる所定値にコントローラのパラメータを設定するパラメータ修正信号を出力するハンチング抑制器を設けた反応プラントを提案する。
【００３２】
コントローラのパラメータを振動を減衰させる所定値に設定するので、操作信号のハンチングを抑制して、バルブなどの計装機器を保護できる。
【００３３】
本発明は、設定温度と反応器内温との偏差が小さくなるように反応器入口温度の目標値を算出する反応温度制御器と、ジャケット入口温度の目標値とジャケット入口温度計測値との偏差信号に基づき温度操作信号を出力するコントローラとを有し、ジャケットに供給する熱媒体の温度および流量により反応器内の反応温度を制御する手段を備えた反応プラントにおいて、温度操作信号と偏差信号とを取り込み、操作信号の振動を定量的に評価し、振動が所定値を超えた場合にコントローラを含む閉ループ系の位相余裕を大きくする所定値にコントローラのパラメータを設定するパラメータ修正信号を出力するハンチング抑制器を設けた反応プラントを提案する。
【００３４】
振動を減衰させるとは、見方を変えれば、コントローラを含む閉ループ系の位相余裕を大きくすることである。
【００３５】
コントローラが、目標値とプラント制御量との偏差の積分演算により操作信号を導出する演算手段を含む場合は、コントローラのパラメータは、積分演算の積分ゲインとする。
【００３６】
上記いずれかの反応プラントにおいて、ジャケットに温水を供給する温水バルブおよび冷水を供給する冷水バルブとコントローラとの間に、温度操作信号を温水バルブの開度信号および冷水バルブの開度信号に変換するスプリットレンジ温度制御手段を備えることができる。
【００３７】
コントローラの初期平衡点について、温度操作信号＝５０％に設定すると、反応温度が安定し、外部から加熱も冷却も要しない場合は、温度操作信号＝５０％、すなわち、温水バルブも冷水バルブも全閉の状態となり、エネルギーを節約できる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
次に、図１ないし図８を参照して、本発明による操作信号のハンチング抑制方法および反応プラントの実施形態を説明する。
【００３９】
【実施形態１】
図１は、本発明による操作信号のハンチング抑制方法を適用した反応プラントの実施形態１の要部構成を示す系統図である。本実施形態１の反応プラントは、ハンチング抑制器１０と、コントローラ２０と、制御対象のプラント３０とから構成される。
【００４０】
コントローラ２０は、基本的に目標値ＳＲに基づき操作信号ＳＵを出力し、プラント３０を制御する。また、プラント出力である制御量ＳＹを取り込み、目標値ＳＲと制御量ＳＹとの偏差信号ＥＹにより、プラント３０をフィードバック制御する。
【００４１】
本発明の特徴であるハンチング抑制器１０は、コントローラ２０から操作信号ＳＵと偏差信号ＥＹとを取り込み、パラメータ修正信号ＳＧをコントローラ２０に出力する。ハンチング抑制器１０は、振動評価判定手段１００とパラメータ選択手段１１０とからなる。
【００４２】
振動評価判定手段１００は、操作信号ＳＵと偏差信号ＥＹとを取り込み、操作信号ＳＵのハンチング状態を判定し、判定信号Ｓ１００をパラメータ選択手段１１０に出力する。パラメータ選択手段１１０は、判定信号Ｓ１００に基づき、コントローラ２０のパラメータを選択し、パラメータ修正信号ＳＧを出力し、コントローラ２０のパラメータを修正して更新する。その後、偏差信号ＥＹのばらつき状態を判定し、コントローラ２０のパラメータの修正更新を終了するかまたは修正前の値に再設定する。
【００４３】
図２は、ハンチング抑制器１０の内部構造の一例を示すブロック図である。
振動評価判定手段１００は、操作信号ＳＵの評価部１０１０と、偏差信号ＥＹの評価部１０１５と、判定部１０２０とからなる。パラメータ選択手段１１０は、積分時間ＤＴ１，ＤＴ２，…，ＤＴｘを格納したデータテーブルと、スイッチ１１１０とからなる。
【００４４】
まず、振動評価判定手段１００において、評価部１０１０は、操作信号ＳＵを取り込むと、操作信号ＳＵの振動を評価する。例えば、一定時間における分散または標準偏差を求めれば、振動を定量的に評価できる。ここでは、この評価式を関数Ｆ（ＳＵ）
（ＳＵの振動評価値）＝Ｆ（ＳＵ）　　　　　　……（１）
と表記する。
【００４５】
判定部１０２０は、評価値Ｆ（ＳＵ）と所定のしきい値とを比較し、判定結果Ｓ１００を出力する。例えば、しきい値をＶ１とした場合、
ＩＦ　Ｆ（ＳＵ）＜Ｖ１　ＴＨＥＮ　Ｓ１００＝０
ＩＦ　Ｆ（ＳＵ）≧Ｖ１　ＴＨＥＮ　Ｓ１００＝１　…（２）
と判定する。ここでは、判定結果Ｓ１００を０，１，…とした。判定結果の表記は、数値に限らず、文字列でもよい。
【００４６】
パラメータ選択手段１１０は、判定結果Ｓ１００を受けて、スイッチ１１１０により、データテーブルから積分時間ＤＴ１，ＤＴ２，…，ＤＴｘのいずれかを選択し、その結果をパラメータ修正信号ＳＧとしてコントローラ２０に出力する。
【００４７】
コントローラ２０は、パラメータ修正信号ＳＧに基づき、所定のパラメータに修正して更新する。
【００４８】
スイッチ１１１０は、例えば、
ＩＦ　（Ｓ１００）＝０　ＴＨＥＮ　（ＳＧ）＝ＤＴ１
ＩＦ　（Ｓ１００）＝１　ＴＨＥＮ　（ＳＧ）＝ＤＴ２…（３）
とする。
【００４９】
次に、振動評価判定手段１００は、偏差信号ＥＹを取り込む。偏差信号ＥＹは、例えば
ＥＹ＝ＳＲ−ＳＹ　　　　　　　　　　　　　…（４）
のように計算する。
【００５０】
評価部１０１５は、取り込んだ偏差信号ＥＹの振動状態を評価する。評価方法は、上記と同様であり、分散と標準偏差とを求めると、定量化できる。ここでは、この評価式を関数Ｇ（ＥＹ）
（ＥＹの振動評価値）＝Ｇ（ＥＹ）　　　　　　　…（５）
と表記する。
【００５１】
判定部１０２０は、評価値Ｇ（ＥＹ）と所定のしきい値とを比較し、判定結果Ｓ１００を出力する。例えば、しきい値をＶ２とした場合、その時点での判定がＳ１００＝０、すなわち、操作信号ＳＵが振動状態でない時には、
ＩＦ　Ｓ１００＝０，
ＩＦ　Ｇ（ＥＹ）＜Ｖ２　ＴＨＥＮ　Ｓ１００＝０
ＩＦ　Ｇ（ＥＹ）≧Ｖ２　ＴＨＥＮ　Ｓ１００＝１　…（６）
と判定する。
【００５２】
つまり、操作信号ＳＵが振動状態でない場合でも、偏差信号ＥＹが振動状態と判定した場合は、パラメータを修正し更新を継続する。
【００５３】
図３は、実施形態１のハンチング抑制器１０における制御手順を示すフローチャートである。
【００５４】
（Ｆ１００）から（Ｆ１５０）までのステップは、振動評価判定手段１００の操作信号ＳＵに関する演算動作を示している。この例では、判定結果Ｓ１００により、積分時間ＤＴ１か積分時間ＤＴ２を選択する。初期設定のパラメータは、積分時間ＤＴ１であり、振動抑制のためのパラメータは、積分時間ＤＴ２である。
【００５５】
操作信号の振動抑制を開始したら（Ｆ１００）、操作信号ＳＵの振動を計測し（Ｆ１１０）、操作信号ＳＵのばらつきを定量評価し（Ｆ１３０）、操作信号ＳＵのばらつき量をしきい値と比較する（Ｆ１４０）。操作信号の振動の評価値Ｆ（ＳＵ）がしきい値以下かどうかを判定し（Ｆ１５０）、しきい値以下でありハンチング無しと判定した場合は、積分時間ＤＴ１のままとする（Ｆ１６０）。
【００５６】
ハンチングありと判定した場合は、パラメータ修正信号ＳＧとして積分時間ＤＴ２を選択し（Ｆ１７０）、パラメータ修正後の安定を確保するために所定時間だけ待機し（Ｆ１８０）、プラント２０を安定させる。
【００５７】
（Ｆ１９０）から（Ｆ２００）までのステップは、振動評価判定手段１００の偏差信号ＥＹに対する演算動作を示している。偏差信号ＥＹのばらつきを定量評価し（Ｆ１９０）、偏差信号ＥＹのばらつき量をしきい値と比較する（Ｆ２００）。偏差信号ＥＹの振動評価値Ｇ（ＥＹ）がしきい値以下かどうかを判定し（Ｆ２１０）、しきい値以下と判定した場合は、抑制解除要求の有無を判定（Ｆ２２０）し、抑制解除要求があれば、終了する（Ｆ２３０）。この場合は、パラメータを初期設定値または積分時間ＤＴ１に再設定する。しきい値判定（Ｆ２１０）の結果がしきい値以上となった場合、または、抑制解除要求判定（Ｆ２２０）の結果が抑制解除要求無しとなった場合、操作信号の振動計測（Ｆ１１０）に戻る。
【００５８】
【実施形態２】
図４は、比例積分演算機能を備え本発明による操作信号の抑制方法を適用した反応プラントの実施形態２の要部構成を示す系統図である。本実施形態２の反応プラントは、ハンチング抑制器１０と、コントローラ２０と、制御対象のプラント３０とから構成される。本実施形態２のコントローラ２０は、目標値ＳＲとプラント応答制御量ＳＹとの偏差信号ＥＹを積分演算する積分器と比例演算器とを備えている。コントローラ２０が比例積分演算方式（ＰＩ）を採用している場合、コントローラ２０は、目標値ＳＲとプラント応答制御量ＳＹとの偏差信号ＥＹを演算する減算器と、積分時間Ｉ２０が調整パラメータであり偏差信号ＥＹを積分する積分器と、偏差信号ＥＹおよびその積分結果を加算する加算器と、比例ゲインＰ２０が調整パラメータであり加算結果を比例演算する演算器とからなる。
【００５９】
目標値ＳＲとプラント応答制御量ＳＹとの偏差をＥとすると、操作信号ＳＵは、
（ＳＵ）＝（Ｐ２０）×｛Ｅ＋（１／Ｉ２０）×∫Ｅｄｔ｝……（７）
で求められる。本実施形態２において、パラメータ修正信号ＳＧは、積分時間Ｉ２０の修正更新に用いる。
【００６０】
図５は、操作信号の振動評価値Ｆ（ＳＵ）としきい値Ｖ１との比較判定結果に対する積分時間ＤＴ１，積分時間ＤＴ２の関係を示す図表である。この例では、Ｆ（ＳＵ）がしきい値Ｖ１を超えて、ハンチングがあると判定されると、積分時間Ｉ２０として積分時間ＤＴ２を設定し、振動を抑制する。
【００６１】
振動抑制の結果、Ｆ（ＳＵ）がしきい値Ｖ１以下となると、今度は偏差信号ＥＹの振動を判定し、この偏差信号ＥＹについても振動が無いと判定した場合は、積分時間Ｉ２０として元の値または積分時間ＤＴ１が再設定される。
【００６２】
【実施形態３】
図６は、本発明による操作信号のハンチング抑制方法を化学プロセスの反応器の温度制御に適用した実施形態３の系統構成を示す図である。プラント３０は、重合反応器の温度制御系である。反応器３１０は、ジャケット３２０と、反応温度計３３０とを備えている。循環ポンプによりジャケット３２０に供給される熱媒体は、反応温度Ｔを調整する。反応温度計３３０は、その反応温度Ｔを計測し、反応温度制御器２００に出力する。
【００６３】
ジャケット３２０と循環ポンプとの間の配管に設置されたジャケット入口温度計３４０は、ジャケット入口温度Ｔｊ０を計測する。ジャケット３２０には、温水バルブ３６０または冷水バルブ３７０を介して、外部から温水または冷水が熱媒体として供給される。温水バルブ３６０および冷水バルブ３７０のバルブ開度を調整し、ジャケット入口温度Ｔｊ０を調整する。これらバルブの開度信号は、スプリットレンジ温度制御手段３５０により決定される。
【００６４】
コントローラ側の反応温度制御器２００は、反応温度データベースＤＢ３００から読み込んだ設定温度と反応器内温Ｔとを比較し、その偏差が小さくなるように、ジャケット入口温度Ｔｊ０の目標値ＳＲを算出する。
【００６５】
この反応温度制御器２００の演算には、多くの場合、比例積分演算（ＰＩ）が適用される。コントローラ２０は、ジャケット入口温度の目標値ＳＲとジャケット入口温度計測値ＳＹと比較し、温度操作信号ＳＵを出力する。この場合、コントローラ２０は、ジャケット温度制御器の機能を持ち、その演算には、多くの場合、比例積分演算（ＰＩ）が適用される。
【００６６】
なお、プラント３０の一構成要素であるスプリットレンジ温度制御手段３５０は、温度操作信号ＳＵを温水バルブ３６０の開度信号Ｓ３６０および冷水バルブ３７０の開度信号Ｓ３７０に変換する。
【００６７】
図７は、実施形態３における反応器のスプリットレンジ温度制御手段３５０の動作特性を示す図である。横軸は操作信号である温度操作信号ＳＵを示し、縦軸は対応するバルブ開度信号を示している。バルブ開度０％はバルブ全閉に対応し、バルブ開度１００％はバルブ全開に対応する。
【００６８】
この例では、温度操作信号ＳＵが５０％を境界として、０〜５０％のときは、冷水バルブの開度信号を１００〜０％に変換し、温度操作信号ＳＵが５０〜１００％のときは、温水バルブの開度信号を０〜１００％に変換する。また、コントローラの初期平衡点は、多くの場合、温度操作信号ＳＵ＝５０％に設定する。
【００６９】
このため、反応温度が安定し、外部から加熱も冷却も要しない場合は、温度操作信号ＳＵ＝５０％、すなわち、温水バルブも冷水バルブも全閉の状態となる。
【００７０】
図６に戻り、本発明のハンチング抑制器１０は、温度操作信号ＳＵと偏差信号ＥＹとを取り込み、パラメータ修正信号ＳＧを算出し、ジャケット温度制御器としてのコントローラ２０のパラメータを修正し更新する。ジャケット温度制御器の場合は、積分演算を備える場合が多いので、本実施形態３では、その積分時間を修正の対象とする。
【００７１】
図８は、実施形態３における目標値ＳＲ，ジャケット入口温度ＳＹ，温水バルブ開度信号Ｓ３６０の経時的変化とハンチング抑制効果とを併せて示すタイムチャートである。
【００７２】
ジャケット入口温度の目標値ＳＲをステップ状に上昇させると、それに追従するように、ジャケット入口温度ＳＹも上昇し、速やかに整定する。
【００７３】
一方、温水バルブ開度信号Ｓ３６０は、温度上昇のため、温水バルブ３６０を一旦開いた後、温度が整定すると、最初のバルブ開度に戻るように変化する。しかし、この場合には、バルブ開度が一定にならずに、振動した状態すなわちハンチング状態になる。
【００７４】
ジャケット入口温度の目標値ＳＲをステップ状に下降させると、それに追従するように、ジャケット入口温度ＳＹも下降し、速やかに整定する。
【００７５】
一方、温水バルブ開度信号Ｓ３６０は、温度下降のため、温水バルブ３６０を一旦閉じた後、温度が整定すると、最初のバルブ開度に戻るように変化する。しかし、この場合には、バルブ開度が一定にならずに、振動した状態すなわちハンチング状態になる。
【００７６】
バルブのハンチング状態が続くと、分散が大きくなるので、振動評価値Ｆ（ＳＵ）は、所定のしきい値を超える。振動評価値Ｆ（ＳＵ）が所定のしきい値を超えたら、ハンチング抑制を開始し、コントローラ２０の積分時間Ｉ２０を初期設定よりも大きい値に修正して積分動作の影響を緩和し、位相余裕を大きくし、位相反転を抑制する。
【００７７】
その結果、操作信号ＳＵの振動が抑制されるとともに、ジャケット入口温度ＳＹも安定した状態になった。その後、目標値ＳＲと制御量ＳＹとの偏差信号ＥＹの振動が小さくなったことを確認して、ハンチング抑制の操作を終了した。
【００７８】
本発明において、コントローラ２０は、比例積分演算ＰＩ方式に限らない。例えば、モデルベースの予測制御方式に対しても適用できる。
【００７９】
また、修正されるパラメータは、積分時間Ｉ２０に限定されない。より広くは、積分ゲインであってもよい。基本的には、位相余裕を改善し、位相反転を抑制できるパラメータであればよい。例えば、予測制御方式での重み係数であってもよい。
【００８０】
さらに、ここで示した化学プロセスの代表例である反応器の反応温度制御は、一例であって、本発明は、他のプロセス制御全般に対しても適用可能である。特に、フィードバック制御によりバルブ開度を自動制御しているプラントは、いずれも本発明の適用対象となる。
【００８１】
【発明の効果】
本発明によれば、操作信号の振動を検知したら、コントローラのパラメータを振動を減衰させる所定値に設定する。さらに、偏差信号の振動も評価し、操作信号と偏差信号の振動がともに無いと判定した後に、振動を減衰させる別の所定値または元の値にパラメータを再設定するので、操作信号のハンチングを抑制して、バルブなどの計装機器を保護できる。結果として、制御対象機器で製造される製品の品質を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による操作信号の抑制方法を適用した反応プラントの実施形態１の要部構成を示す系統図である。
【図２】ハンチング抑制器１０の内部構造の一例を示すブロック図である。
【図３】実施形態１のハンチング抑制器１０における制御手順を示すフローチャートである。
【図４】比例積分演算機能を備え本発明による操作信号の抑制方法を適用した反応プラントの実施形態２の要部構成を示す系統図である。
【図５】操作信号の振動評価値Ｆ（ＳＵ）としきい値Ｖ１との比較判定結果に対する積分時間ＤＴ１，積分時間ＤＴ２の関係を示す図表である。
【図６】本発明による操作信号のハンチング抑制方法を化学プロセスの反応器の温度制御に適用した実施形態３の系統構成を示す図である。
【図７】実施形態３における反応器のスプリットレンジ温度制御手段３５０の動作特性を示す図である。
【図８】実施形態３における目標値ＳＲ，ジャケット入口温度ＳＹ，温水バルブ開度信号Ｓ３６０の経時的変化とハンチング抑制効果とを併せて示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１０　ハンチング抑制器
１００　振動評価判定手段
１０１０　評価部
１０１５　評価部
１０２０　判定部
１１０　パラメータ選択手段
１１１０　スイッチ
２０　コントローラ
２００　反応温度制御器
３０　プラント
３００　反応温度データベース
３１０　反応器
３２０　ジャケット
３３０　反応温度計
３４０　ジャケット入口温度計
３５０　スプリットレンジ
３６０　温水バルブ
３７０　冷水バルブ
ＤＴ１　積分時間
ＤＴ２　積分時間
Ｅ　偏差
ＥＹ　偏差信号
Ｆ（ＳＵ）　操作信号の振動評価値
Ｇ（ＥＹ）　偏差信号の振動評価値
Ｉ２０　積分時間
Ｐ２０　比例ゲイン
ＳＧ　パラメータ修正信号
ＳＲ　目標値
ＳＵ　操作信号
ＳＹ　制御量
Ｓ１００　判定信号
Ｔ　反応温度
Ｔｊ０　ジャケット入口温度
Ｖ１　しきい値
Ｖ２　しきい値
【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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