(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の制御系に対し複数の操作端を有し、制御対象を所望の制御量とするために調節計から出力される操作信号で操作される前記複数の操作端を有する制御装置に対する操作信号の演算分配方法であって、
前記調節計から出力される操作信号が所定の範囲を逸脱したとき、前記制御対象への制御量変動を伴わないように操作端への介入に基づいて演算分配手段が当該調節計から出力される操作信号を演算分配し、一部の操作端に対する演算分配後の操作信号を徐々に減少させ、前記一部の操作端を除いた操作端に対する前記演算分配後の操作信号を徐々に増加させることで、操作端の全閉近傍の制御不安定領域での操作を避け制御量を安定させるようにした操作信号の演算分配方法。
【請求項２】
前記一部の操作端に対する演算分配後の操作信号を減少させている時に、前記調節計から出力される操作信号が増加方向に転じた場合には、前記一部の操作端に対する前記演算分配後の操作信号の減少を一旦停止させるようにした請求項１記載の操作信号の演算分配方法。
【請求項３】
同一の制御系に対し複数の操作端を有し、制御対象を所望の制御量とするために調節計から出力される操作信号で操作される前記複数の操作端を有する制御装置に対する操作信号の演算分配方法であって、
前記調節計から出力される操作信号が所定の範囲を逸脱したとき、前記制御対象への制御量変動を伴わないように操作端への介入に基づいて演算分配手段が当該調節計から出力される操作信号を演算分配し、一部の操作端に対する演算分配後の操作信号を徐々に増加させ、前記一部の操作端を除いた操作端に対する前記演算分配後の操作信号を徐々に減少させることで、操作端の全開近傍の制御不安定領域での操作を避け制御量を安定させるようにした操作信号の演算分配方法。
【請求項４】
前記一部の操作端に対する演算分配後の操作信号を増加させている時に、前記調節計から出力される操作信号が減少方向に転じた場合には、前記一部の操作端に対する前記演算分配後の操作信号の増加を一旦停止させるようにした請求項３記載の操作信号の演算分配方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、同一の制御系に複数の操作端を具備するプラント等の制御装置において、制御装置の運転が定常状態から非定常状態に移行した場合などに操作信号（調節計から出力される信号）が極端に少なく（多く）なり、操作信号が良好な制御範囲を逸脱することがある。このとき並列に動作している一部の操作端への操作信号を個別に減少（増大）させ、他の操作端への操作信号を良好な制御範囲に戻し、制御量（ＰＶ：Process Variable）を常時安定させる操作信号の演算分配方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
同一の制御系において複数の操作端を具備し、圧力、温度、流量などの制御が必要な制御装置（例．プラント）において、操作端の制御が有効な範囲を逸脱した場合、従来は、オペレータにより調節計のモードを自動モードから手動モードに変更しハンチング現象の発生を避けていた（特許文献１参照）。また再度制御が有効範囲に入った場合、オペレータがその判断を下し、モードを自動に戻していた。
【特許文献１】特開平７−２１９６１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した従来技術においては、操作端の制御が有効な範囲を逸脱した場合、常にオペレータの介入が必要になりオペレータの負担増となり、また圧力、温度、流量などの制御が必要な制御装置（例．プラント）においては制御量（ＰＶ）が安定しないという課題があった。
【０００４】
上記のような課題を克服するため本発明は、並列に動作している操作端に対し操作信号（ＭＶ：Manipulative Variable）の絶対量、増加方向、および減少方向を監視し、その状況に応じてオペレータの介入なしに各操作端個別に的確な操作信号を分配する操作信号の演算分配方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、同一の制御系に対し複数の操作端を有し、制御対象を所望の制御量とするために調節計から出力される操作信号で操作される前記複数の操作端を有する制御装置に対する操作信号の演算分配方法であって、前記調節計から出力される操作信号が所定の範囲を逸脱したとき、前記制御対象への制御量変動を伴わないように操作端への介入に基づいて演算分配手段が当該調節計から出力される操作信号を演算分配し、一部の操作端に対する演算分配後の操作信号を徐々に減少させ、前記一部の操作端を除いた操作端に対する前記演算分配後の操作信号を徐々に増加させることで、操作端の全閉近傍の制御不安定領域での操作を避け制御量を安定させるようにしたことを特徴とする。
また、本発明は、同一の制御系に対し複数の操作端を有し、制御対象を所望の制御量とするために調節計から出力される操作信号で操作される前記複数の操作端を有する制御装置に対する操作信号の演算分配方法であって、前記調節計から出力される操作信号が所定の範囲を逸脱したとき、前記制御対象への制御量変動を伴わないように操作端への介入に基づいて演算分配手段が当該調節計から出力される操作信号を演算分配し、一部の操作端に対する演算分配後の操作信号を徐々に増加させ、前記一部の操作端を除いた操作端に対する前記演算分配後の操作信号を徐々に減少させることで、操作端の全開近傍の制御不安定領域での操作を避け制御量を安定させるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、オペレータの介入なしに常に操作信号を制御性の良好な領域に維持できるので、制御装置（例．プラント）の制御量（ＰＶ：Process Variable）を常に安定状態に保つことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の適用に係る炉圧制御装置ＲＳＥ(Ring Slit Element)による転炉内圧力制御の概要を説明するための図である。図１において本発明の適用に係る炉圧制御装置ＲＳＥによる転炉内圧力制御は、操作端１１に加えられた調節計（図示せず）出力である操作信号によってＲＳＥ１２を上昇（下降）させて圧力制御し転炉（図示せず）からの排ガスの流れ１をＩＤＦ（Induced Draft Fan：誘引送風機）（図示せず）への排ガスの流れ２に導くものであり転炉排ガス処理装置ＯＧでもっぱら使用される。ＯＧ(Oxygen Converter Gas Recovery System：酸素転炉排ガス回収システム)は、当業者には周知のように酸素転炉による製鋼精錬の際に発生する排ガスを燃焼させずに回収し、処理してガス燃料として使用するとともに環境汚染の発生を防止する技術である。また炉圧制御装置ＲＳＥ(Ring Slit Element)について、必要であれば特開平９−１７６７０７号公報におけるＲＳＥの記載を参考にされたい。
【０００８】
図１において本発明の適用に当たっては炉圧制御装置ＲＳＥ(Ring Slit Element)用操作端１１を複数備える転炉排ガス処理装置ＯＧを前提としており、この装置において後述する本発明を用いれば、転炉操業で変更が発生し排ガス流量が極端に減少し、調節計（図示せず）制御出力（操作信号出力）が良好な（閉方向の）制御範囲を越えた場合、炉圧制御装置ＲＳＥ１２の制御台数を減少（操作信号を絞り込み、制御系から実質切り離し操作）させ炉圧を常時安定状況に維持させることができる。
【０００９】
図２は、本発明の実施形態に係る操作信号の演算分配を実施するための前提として操作信号-必要容量値変換器を用いて操作信号を操作端の必要容量値（調節弁のＣＶ(flow Coefficient of Valve：弁容量係数)値）に換算する方法を説明するための図である。図２（ａ）は、操作信号ＭＶ（Manipulative Variable）を操作信号-必要容量値変換器３０に入力して必要容量値ｆ（Ｘｎ）を求める構成原理を示す図であり、求まった必要容量値ｆ（Ｘｎ）に対し配分を実施するものである。演算分配するにしても操作信号を直に分配処理すると、調節計（図示せず）のゲインを分配状況ごとに再計算しなければならなくなり煩雑になる。それを避けるために、図２（ｂ）では、操作信号ＭＶ（Ｘtとする）から複数の操作端の必要容量値ｆ(Ｘｎ)を個々の操作信号-操作端容量値特性曲線を備える操作信号-必要容量値変換器３１〜３ｎから算出し、それを演算器４０で加減算して全体必要容量値ｆ(Ｘt)を求める。つまり、図２（ｂ）において、個々の操作端の必要容量値はｆ（Ｘｎ）であるから、操作端の数をｎとすると、全体必要容量値ｆ(Ｘt)＝Σｆ（Ｘｎ）として求めることができる。
【００１０】
図３は、本発明の実施形態に係る全体必要容量値の演算分配方法と各操作信号への逆換算方法を説明するための図である。図中、図３（ｂ）は、本発明の実施形態に係る操作信号の演算分配を実施するための構成を示す図である。
【００１１】
図３（ａ）は、ランプ関数を用いて介入元信号ｇ（ｔ）を生成する介入元信号生成演算器５０の構成を示す図である。図３（ａ）において介入元信号生成演算器５０は、介入の度合いを介入量０％（介入無）または介入量Ａ％のいずれかにスイッチ操作で選択し、それに対応してランプ関数を用いて介入元信号ｇ（ｔ）を生成し出力する。
【００１２】
図３（ｂ）は、本発明の実施形態に係る操作信号の演算分配を実施するための構成を示す図であって、全体必要容量値を維持しながら個々の操作端の必要容量値ｆ（Ｘｎ）を演算しながら配分して行く。配分の方法は図３（ａ）による介入元信号ｇ（ｔ）を操作端ｎ台の内１台に介入（操作信号を強制的に０％あるいは100％方向に介入）させた場合、介入された操作端の必要容量値をｆｎ（Ｘｎ）とすると、操作端の必要容量値からｇ（ｔ）を減算（あるいは加算）する、図３（ｂ）の場合は図２（ｂ）に示した操作信号-必要容量値変換器３１の出力から減算する。したがって、
ｆ1（Ｘ1）＝ｆ（Ｘ1）−ｇ（ｔ）
という演算を施すことになる。
【００１３】
また他の操作端に関しては、操作端の必要容量値にｇ（ｔ）／（ｎ−１）を加算（あるいは減算）する、図３（ｂ）の場合は図２（ｂ）に示した操作信号-必要容量値変換器３ｎの出力にｇ（ｔ）／（ｎ−１）を加算する。したがって、
ｆｎ-1（Ｘｎ-1）＝ｆ（Ｘｎ-1）＋ｇ（ｔ）／（ｎ−１）
という演算を施すことになる。
【００１４】
この操作により全体必要容量値ｆ(Ｘt)を再計算すると、
ｆ(Ｘt)＝ｆ（Ｘ1）-ｇ（ｔ）＋Σ［ｆ（Ｘｎ-1）＋ｇ（ｔ）／（ｎ−１）］
＝ｆ（Ｘ1）-ｇ（ｔ）＋Σｆ（Ｘｎ-1）＋（ｎ-１）・ｇ（ｔ）／（ｎ−１）
＝Σｆ（Ｘｎ）
となり、全体必要容量値は不変となっていることが分かる。
【００１５】
図３（ｃ）は、本発明の実施形態に係る演算分配した必要容量値の各操作信号への逆換算方法を説明するための図であって、演算分配が施された各操作端の必要容量値ｆｎ（Ｘｎ）を必要容量値-操作信号変換器６０に入力して操作信号ＭＶｎを求める構成原理を示す図である。そして図３（ｂ）で求められた各操作端の必要容量値ｆｎ（Ｘｎ）を、図３（ｃ）に示したような、個々の操作端の必要容量値-操作信号特性曲線を備える必要容量値-操作信号変換器６１〜６ｎから各操作信号ＭＶｎを逆換算し出力する。
【００１６】
図４は、本発明の実施形態に係る操作信号の演算分配を実施するための他の構成を示す図である。図４は、図３（ｂ）で示した本発明の実施形態に係る操作信号の演算分配を実施するための構成において操作端で減算（あるいは加算）を施す介入台数を１台ではなくｋ台に変更した構成を示す図である。図４に示すように介入する操作端の台数をｋ台にした場合には、操作端の必要容量値からｋ台分ｇ（ｔ）を減算（あるいは加算）する。このとき他の操作端に関してはｇ（ｔ）・ｋ／（ｎ−ｋ）を加算（あるいは減算）する。
【００１７】
図５は、本発明の実施形態に係る操作信号に対する介入の制御方法を説明するための図であり、図５（ａ）において介入元信号生成演算器５０は、介入の度合いを介入量０％（介入無）または介入量Ａ％のいずれかにスイッチ操作で選択し、それに対応してランプ関数を用いて介入元信号ｇ（ｔ）を生成し出力するばかりでなく、生成出力した介入元信号ｇ（ｔ）をフィードバックして介入元信号生成演算器５０に選択入力可能とする。そのために図３（ａ）の構成に対してスイッチを１つ増やして介入量の選択制御を補填している。
【００１８】
図５（ｂ）〜図５（ｅ）は、操作信号ＭＶに対する具体的な介入制御の様子を示しており、操作信号の波形図に基づいての介入制御の実態が示されている。まず介入制御の開始（終了）は、操作信号ＭＶが制御不安定領域に突入する近傍の値で行う。本実施形態においては制御不安定領域に突入する近傍の値としてα、βを設定し、操作信号ＭＶがα（＝９０％近傍の値）、β（＝１０％近傍の値）を上限側あるいは下限側に超えた場合に介入制御の開始（終了）を行う。いま図５（ｂ）では操作信号ＭＶ1がβを下限側に超えたために介入制御を開始させ、スイッチＳＷ１をＯＮする。ランプ関数を用いて生成される介入元信号ｇ（ｔ）は定常状態ではこのランプ関数の出力値は０％（介入無）になっているが、介入必要状態になった場合にはスイッチＳＷ１をＯＮすることでランプ関数の出力値はＡ％に向かってランプ状に上昇する。スイッチＳＷ１のＯＮ状態は操作信号ＭＶ1がβを下限側に超えている間は継続される。
【００１９】
ここで操作信号の変動方向は一様ではなく、操作信号ＭＶの変動方向が逆転する場合がある。すなわち操作信号ＭＶの微分波形をチェックしある定数を越えるかを監視する。図５（ｂ）に示すように操作信号ＭＶの変動方向がある定数を越えた場合には、介入元信号ｇ（ｔ）であるランプ関数出力をフィードバックして入力に戻すようにする。つまり、図５（ａ）に示すようにスイッチＳＷ１をＯＮ状態にしたままスイッチＳＷ２をＯＮにする。これによりランプ機能を一旦停止させ、操作信号への悪影響を防止する。また変動方向が復帰すれば、スイッチＳＷ２をＯＦＦにし、再度ｇ（ｔ）の信号は、設定値Ａを目標に
ランプ状に出力される。図５（ｃ）ないし図５（ｅ）に示すように目標値である設定値Ａに近づくにつれて、操作信号ＭＶ1は０％に、すなわち操作信号ＭＶ１を絞り込み、制御
系から実質切り離し状態にし、操作信号ＭＶ２、ＭＶ３には介入量の１／２（図３（ｂ）参照）だけ上乗せさせるようにして炉圧を安定に維持させる。なお図５（ｄ）および図５（ｅ）は図１に示した操作端が３台の例について例示しているものであり、これに限定されないことは云うまでもない。
【００２０】
このように本実施形態に係る操作信号の演算分配方法によれば、オペレータの介入なしに常に操作信号を制御性の良好な領域に維持できるので、制御装置（例．プラント）の制御量（ＰＶ）を常に安定状態に保つことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明は、転炉の排ガス処理装置であるＯＧに具備している炉圧制御装置ＲＳＥによる炉圧の操作に特に適しているが、複数の操作端を有する制御装置全てに適応可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の適用に係る炉圧制御装置ＲＳＥによる転炉内圧力制御の概要を説明するための図である。
【図２】本発明の実施形態に係る操作信号を操作端の必要容量値に換算する方法を説明するための図である。
【図３】本発明の実施形態に係る全体必要容量値の演算分配方法と各操作信号への逆換算方法を説明するための図である。
【図４】本発明の実施形態に係る操作信号の演算分配を実施するための他の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施形態に係る操作信号に対する介入の制御方法を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２３】
１１  操作端
１２  ＲＳＥ(炉圧制御装置)
３０  操作信号-必要容量値変換器
４０  演算器
５０  介入元信号生成演算器
６０  必要容量値-操作信号変換器
【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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