(57)【要約】【課題】操作量下限値ＯＬおよび操作量上限値ＯＨを設定するための通信機能の異常状態を、上位側制御装置で検出する。【解決手段】上位側制御装置１は、上位側制御演算部１０で算出された操作量ＭＶ１に、操作量幅を与えることにより操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨに変換する操作量変換部１１と、操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨを温調計２に設定する上下限値設定部１２と、温調計２が出力する操作量ＭＶ２を監視する操作量監視部１３と、試験実施タイミングになったときに試験操作量下限値ＯＬ、試験操作量上限値ＯＨを算出する試験上下限値決定部１４と、試験実施タイミングになった時点から規定時間が経過するまでの間に、操作量ＭＶ２が試験操作量下限値ＯＬと試験操作量上限値ＯＨの範囲に入ることがなかった場合、アラームを出力するアラーム出力部１５とを有する。【選択図】  図１
2016130872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上位側制御装置と下位側制御装置とを組み合わせた制御システムにおいて、
前記上位側制御装置は、
高度制御演算により設定値ＳＰから操作量ＭＶ１を算出する上位側制御演算手段と、
この上位側制御演算手段で算出された操作量ＭＶ１に、予め規定された第１の操作量幅を与えることにより操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨのうち少なくとも一方を算出する操作量変換手段と、
前記下位側制御装置が出力する操作量ＭＶ２を監視する操作量監視手段と、
予め規定された試験実施タイミングになったときに、前記操作量ＭＶ２から規定量だけ外れた操作量ＭＶ３を基準値として、この基準値に前記第１の操作量幅よりも小さい第２の操作量幅を与えることにより、試験操作量下限値ＯＬ、試験操作量上限値ＯＨを算出する試験上下限値決定手段と、
前記試験実施タイミングでないときには、前記操作量変換手段で算出された値を、前記下位側制御装置のリミット処理で用いる値として設定し、前記試験実施タイミングになったときには、前記試験上下限値決定手段で算出された値を前記リミット処理で用いる操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨとして設定する上下限値設定手段と、
前記試験実施タイミングになった時点から規定時間が経過するまでの間に、前記操作量監視手段が監視する操作量ＭＶ２が前記試験操作量下限値ＯＬと前記試験操作量上限値ＯＨの範囲に入ることがなかった場合、アラームを出力するアラーム出力手段とを備え、
前記下位側制御装置は、
フィードバック制御演算により設定値ＳＰから操作量ＭＶ２を算出する下位側制御演算手段と、
この下位側制御演算手段で算出された操作量ＭＶ２を操作量下限値ＯＬ以上で操作量上限値ＯＨ以下の値に制限する前記リミット処理を行なうリミット処理手段と、
このリミット処理された操作量ＭＶ２を制御対象に出力する操作量出力手段とを備えることを特徴とする制御システム。
【請求項２】
請求項１記載の制御システムにおいて、
前記第２の操作量幅は０であることを特徴とする制御システム。
【請求項３】
高度制御演算により操作量ＭＶ１を算出する上位側制御装置とフィードバック制御演算により操作量ＭＶ２を算出する下位側制御装置とを組み合わせた制御システムに使用される上位側制御装置であって、
高度制御演算により設定値ＳＰから操作量ＭＶ１を算出する上位側制御演算手段と、
この上位側制御演算手段で算出された操作量ＭＶ１に、予め規定された第１の操作量幅を与えることにより操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨのうち少なくとも一方を算出する操作量変換手段と、
前記下位側制御装置が出力する操作量ＭＶ２を監視する操作量監視手段と、
予め規定された試験実施タイミングになったときに、前記操作量ＭＶ２から規定量だけ外れた操作量ＭＶ３を基準値として、この基準値に前記第１の操作量幅よりも小さい第２の操作量幅を与えることにより、試験操作量下限値ＯＬ、試験操作量上限値ＯＨを算出する試験上下限値決定手段と、
前記試験実施タイミングでないときには、前記操作量変換手段で算出された値を、前記下位側制御装置の操作量ＭＶ２のリミット処理で用いる値として設定し、前記試験実施タイミングになったときには、前記試験上下限値決定手段で算出された値を前記リミット処理で用いる操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨとして設定する上下限値設定手段と、
前記試験実施タイミングになった時点から規定時間が経過するまでの間に、前記操作量監視手段が監視する操作量ＭＶ２が前記試験操作量下限値ＯＬと前記試験操作量上限値ＯＨの範囲に入ることがなかった場合、アラームを出力するアラーム出力手段とを備えることを特徴とする上位側制御装置。
【請求項４】
請求項３記載の上位側制御装置において、
前記第２の操作量幅は０であることを特徴とする上位側制御装置。
【請求項５】
高度制御演算により操作量ＭＶ１を算出する上位側制御装置とフィードバック制御演算により操作量ＭＶ２を算出する下位側制御装置とを組み合わせる制御方法において、
前記上位側制御装置が、高度制御演算により設定値ＳＰから操作量ＭＶ１を算出する上位側制御演算ステップと、
前記上位側制御装置が、前記上位側制御演算ステップで算出した操作量ＭＶ１に、予め規定された第１の操作量幅を与えることにより操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨのうち少なくとも一方を算出する操作量変換ステップと、
前記上位側制御装置が、前記下位側制御装置から出力される操作量ＭＶ２を監視する操作量監視ステップと、
前記上位側制御装置が、予め規定された試験実施タイミングになったときに、前記操作量ＭＶ２から規定量だけ外れた操作量ＭＶ３を基準値として、この基準値に前記第１の操作量幅よりも小さい第２の操作量幅を与えることにより、試験操作量下限値ＯＬ、試験操作量上限値ＯＨを算出する試験上下限値決定ステップと、
前記上位側制御装置が、前記試験実施タイミングでないときには、前記操作量変換ステップで算出した値を、前記下位側制御装置の操作量ＭＶ２のリミット処理で用いる値として設定し、前記試験実施タイミングになったときには、前記試験上下限値決定ステップで算出された値を前記リミット処理で用いる操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨとして設定する上下限値設定ステップと、
前記下位側制御装置が、フィードバック制御演算により設定値ＳＰから操作量ＭＶ２を算出する下位側制御演算ステップと、
前記下位側制御装置が、前記下位側制御演算ステップで算出した操作量ＭＶ２を操作量下限値ＯＬ以上で操作量上限値ＯＨ以下の値に制限する前記リミット処理を行なうリミット処理ステップと、
前記下位側制御装置が、前記リミット処理した操作量ＭＶ２を制御対象に出力する操作量出力ステップと、
前記上位側制御装置が、前記試験実施タイミングになった時点から規定時間が経過するまでの間に、前記操作量監視ステップで監視する操作量ＭＶ２が前記試験操作量下限値ＯＬと前記試験操作量上限値ＯＨの範囲に入ることがなかった場合、アラームを出力するアラーム出力ステップとを含むことを特徴とする制御方法。
【請求項６】
請求項５記載の制御方法において、
前記第２の操作量幅は０であることを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高度制御のような上位側制御とＰＩＤ制御のような下位側制御とを組み合わせたハイブリッド制御を実現する制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、多変数モデル予測制御などの技術に基づく高度制御（例えば大規模プラントで利用されるAdvanced Process Control）技術が知られている。多変数モデル予測制御は、制御変数や操作変数などの多変数間の関係をモデル化して、拘束条件や経済効率などの相互関係を与えることで、最適運転・経済運転を行うための制御である。このような多変数モデル予測制御（特許文献１参照）あるいは多点温度均熱化制御（特許文献２参照）の上位側やシミュレーションベースのオープンループ制御（特許文献３参照）のような高度制御と、ＰＩＤ制御とのハイブリッド制御を実現する手法としては、上位側の高度制御の出力を下位側のＰＩＤ制御の設定値ＳＰとして設定する手法が一般的である。
【０００３】
図５は高度制御とＰＩＤ制御とを組み合わせたハイブリッド制御系の構成を示すブロック図である。多くのケースで、高度制御演算部１００は、複数の状態観測値を取り込む多入力のアルゴリズムが採用され、シミュレーションや最適化演算などを経て、温度や圧力などの状態量について維持すべき値（目標値）を算出する。そして、温度や圧力などの単変数の状態量を目標値に維持するために、ＰＩＤ制御演算部１０１は、高度制御演算部１００が算出した目標値を設定値ＳＰとして、ＳＳＲ（Solidstate Relay）、ＳＣＲ（Silicon Controlled Rectifier）などの電力調整器１０２やバルブへの指示値である操作量ＭＶを算出する。
【０００４】
したがって、上位側の高度制御演算部１００のハードウエアが故障したり、多入力系ゆえに想定された入力値のカバー範囲を外れて無効状態になったりしても、設定値ＳＰが維持されたままのＰＩＤ制御が継続するので、温度や圧力などの状態量が暴走することは起こらない。すなわち、制御方法としては、高度制御の異常をＰＩＤ制御で補うバックアップ構造になる。
【０００５】
また、高度制御が例えばシミュレーションベースのオープンループ制御であれば、状態量観測値に基づく修正動作が不十分な構造という可能性もあることになる。このような高度制御に対し、下位の制御アルゴリズムとしてＰＩＤ制御が組み合わせられていれば、最低限の修正動作が末端に備えられている形になるので、制御系全体の安全性が高められることになる。すなわち、制御方法としては役割分担的な相互補完関係になる。
【０００６】
上記のような有効な組み合わせ方が成り立つのは、ＰＩＤ制御が、高度制御から設定値ＳＰを受け取るポジションに入ることが条件になる。逆に言えば、ＰＩＤ制御が、高度制御と設定値ＳＰを共有する形にできなければ、制御方法のバックアップ構造、相互補完関係にはならない。
【０００７】
このような条件を考慮して、発明者は、高度制御とＰＩＤ制御とを組み合わせたハイブリッド制御を実現し、高度制御の異常をＰＩＤ制御で補うバックアップの機能や高度制御の誤差をＰＩＤ制御で吸収する誤差吸収の機能を実現することができる技術を提案した（特許文献４参照）。
【０００８】
図６は特許文献４に開示された先願技術の制御系の構成を示すブロック図である。先願技術では、高度制御の操作量ＭＶに、誤差範囲を想定した幅を考慮する。この操作量幅を、ＰＩＤ制御の操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨとして下位側のＰＩＤ制御演算部１０１に与えるようにすれば、ＰＩＤ制御演算部１０１はフィードバック演算による誤差吸収が行なえる。このとき、ＰＩＤ制御の設定値ＳＰには、高度制御側に設定されるはずの設定値ＳＰと同じ変数を重複して割当てればよい。また、これによりＰＩＤ制御が常時動作することになるので、高度制御が不調になったり無効状態になったりしたときのためのバックアップ構造としても機能するようになる。
【０００９】
さらに、操作量幅（あるいは上限値ＯＨと下限値ＯＬとの差）をゼロに近づければ、高度制御側から直接的に操作量ＭＶを電力調整器などに作用させている状態に近づけることができる。すなわち、操作量幅を調整することで、高度制御の影響割合（支配率）を実質的に調整できるというように、可調整なハイブリッド制御を実現することができる。
【００１０】
そして、先願技術では、高度制御の操作量ＭＶ１と操作量下限値ＯＬとの差および高度制御の操作量ＭＶ１と操作量上限値ＯＨとの差を、操作量幅αというパラメータとして規定し、次式によりＰＩＤ制御の操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨを与えるようにしている。
ＯＬ＝ＭＶ１−α                                                ・・・（１）
ＯＨ＝ＭＶ１＋α                                                ・・・（２）
【００１１】
図７（Ａ）、図７（Ｂ）は先願技術の動作を説明する図であり、図７（Ａ）は高度制御の操作量ＭＶ１（図６の高度制御演算部１００ａで算出される操作量）の変化に伴う操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨの変化を示す図、図７（Ｂ）は操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨによって制約されるＰＩＤ制御の操作量ＭＶ２（図６のＰＩＤ制御演算部１０１から出力される操作量）の変化を示す図である。
【００１２】
図７（Ａ）には、操作量ＭＶ１が時間の経過とともに８％から９２％に直線的に上昇し、α＝８％の設定に基づき操作量下限値ＯＬが０％から８４％に直線的に上昇し、操作量上限値ＯＨが１６％から１００％に直線的に上昇する事例が示されている。図７（Ｂ）には、時間の経過とともに操作量下限値ＯＬが０％から８４％、操作量上限値ＯＨが１６％から１００％に直線的に上昇し、この操作量下限値ＯＬと操作量上限値ＯＨの範囲内で操作量ＭＶ２が算出される事例が示されている。このように、先願技術では、上位側の高度制御により大局的な操作量変化が与えられ、下位側のＰＩＤ制御により誤差吸収程度の操作量の調整（変更）が常時継続するようになっている。
【００１３】
また、発明者は、上位側の装置から下位側の制御装置に操作量下限値ＯＬおよび操作量上限値ＯＨを送信して設定することで、制御の適正化を上位側からコントロールする場合に好適な下位側の制御装置について提案した（特許文献５参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特許第３７５８８６２号公報
【特許文献２】特許第４３５８６７４号公報
【特許文献３】特開平１０−２８５８０４号公報
【特許文献４】特開２０１４−０５２７００号公報
【特許文献５】特開２０１４−０５６３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記のように、特許文献４、特許文献５に開示された技術では、上位側の装置から下位側の装置に操作量下限値ＯＬおよび操作量上限値ＯＨを送信して設定する。これにより、上位側の制御の異常を下位側で補うバックアップ、上位側の制御の誤差を下位側で吸収する誤差吸収、あるいは電力抑制などを実現することができる。
【００１６】
しかしながら、特許文献４、特許文献５に開示された技術では、何らかの異常により上位側の装置と下位側の装置との間の通信が途絶えた状態、あるいは通信ができていてもその通信が無効な処理とされている状態であっても、このような状態に陥っていることを上位側の装置で確認できないという問題点があった。上位側の装置から設定しようとした操作量下限値ＯＬおよび操作量上限値ＯＨが下位側の装置で利用されない状態であっても、確認機能がない限り異常な状態が放置されてしまうが、上位側と下位側のリアルタイムの連携制御構造なので、可能な限り早く異常な状態を検知するように改善しなければならない。
【００１７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、上位側制御装置と下位側制御装置とを組み合わせた制御システムにおいて、上位側制御装置から下位側制御装置に対して操作量下限値ＯＬおよび操作量上限値ＯＨを設定するための通信機能の異常状態を、上位側制御装置で検出することができる制御システム、上位側制御装置および制御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】
【００１８】
本発明は、上位側制御装置と下位側制御装置とを組み合わせた制御システムにおいて、前記上位側制御装置は、高度制御演算により設定値ＳＰから操作量ＭＶ１を算出する上位側制御演算手段と、この上位側制御演算手段で算出された操作量ＭＶ１に、予め規定された第１の操作量幅を与えることにより操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨのうち少なくとも一方を算出する操作量変換手段と、前記下位側制御装置が出力する操作量ＭＶ２を監視する操作量監視手段と、予め規定された試験実施タイミングになったときに、前記操作量ＭＶ２から規定量だけ外れた操作量ＭＶ３を基準値として、この基準値に前記第１の操作量幅よりも小さい第２の操作量幅を与えることにより、試験操作量下限値ＯＬ、試験操作量上限値ＯＨを算出する試験上下限値決定手段と、前記試験実施タイミングでないときには、前記操作量変換手段で算出された値を、前記下位側制御装置のリミット処理で用いる値として設定し、前記試験実施タイミングになったときには、前記試験上下限値決定手段で算出された値を前記リミット処理で用いる操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨとして設定する上下限値設定手段と、前記試験実施タイミングになった時点から規定時間が経過するまでの間に、前記操作量監視手段が監視する操作量ＭＶ２が前記試験操作量下限値ＯＬと前記試験操作量上限値ＯＨの範囲に入ることがなかった場合、アラームを出力するアラーム出力手段とを備え、前記下位側制御装置は、フィードバック制御演算により設定値ＳＰから操作量ＭＶ２を算出する下位側制御演算手段と、この下位側制御演算手段で算出された操作量ＭＶ２を操作量下限値ＯＬ以上で操作量上限値ＯＨ以下の値に制限する前記リミット処理を行なうリミット処理手段と、このリミット処理された操作量ＭＶ２を制御対象に出力する操作量出力手段とを備えることを特徴とするものである。
本発明の制御システムにおいて、前記第２の操作量幅は０であってもよい。
【００１９】
また、本発明は、高度制御演算により操作量ＭＶ１を算出する上位側制御装置とフィードバック制御演算により操作量ＭＶ２を算出する下位側制御装置とを組み合わせた制御システムに使用される上位側制御装置であって、高度制御演算により設定値ＳＰから操作量ＭＶ１を算出する上位側制御演算手段と、この上位側制御演算手段で算出された操作量ＭＶ１に、予め規定された第１の操作量幅を与えることにより操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨのうち少なくとも一方を算出する操作量変換手段と、前記下位側制御装置が出力する操作量ＭＶ２を監視する操作量監視手段と、予め規定された試験実施タイミングになったときに、前記操作量ＭＶ２から規定量だけ外れた操作量ＭＶ３を基準値として、この基準値に前記第１の操作量幅よりも小さい第２の操作量幅を与えることにより、試験操作量下限値ＯＬ、試験操作量上限値ＯＨを算出する試験上下限値決定手段と、前記試験実施タイミングでないときには、前記操作量変換手段で算出された値を、前記下位側制御装置の操作量ＭＶ２のリミット処理で用いる値として設定し、前記試験実施タイミングになったときには、前記試験上下限値決定手段で算出された値を前記リミット処理で用いる操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨとして設定する上下限値設定手段と、前記試験実施タイミングになった時点から規定時間が経過するまでの間に、前記操作量監視手段が監視する操作量ＭＶ２が前記試験操作量下限値ＯＬと前記試験操作量上限値ＯＨの範囲に入ることがなかった場合、アラームを出力するアラーム出力手段とを備えることを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明は、高度制御演算により操作量ＭＶ１を算出する上位側制御装置とフィードバック制御演算により操作量ＭＶ２を算出する下位側制御装置とを組み合わせる制御方法において、前記上位側制御装置が、高度制御演算により設定値ＳＰから操作量ＭＶ１を算出する上位側制御演算ステップと、前記上位側制御装置が、前記上位側制御演算ステップで算出した操作量ＭＶ１に、予め規定された第１の操作量幅を与えることにより操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨのうち少なくとも一方を算出する操作量変換ステップと、前記上位側制御装置が、前記下位側制御装置から出力される操作量ＭＶ２を監視する操作量監視ステップと、前記上位側制御装置が、予め規定された試験実施タイミングになったときに、前記操作量ＭＶ２から規定量だけ外れた操作量ＭＶ３を基準値として、この基準値に前記第１の操作量幅よりも小さい第２の操作量幅を与えることにより、試験操作量下限値ＯＬ、試験操作量上限値ＯＨを算出する試験上下限値決定ステップと、前記上位側制御装置が、前記試験実施タイミングでないときには、前記操作量変換ステップで算出した値を、前記下位側制御装置の操作量ＭＶ２のリミット処理で用いる値として設定し、前記試験実施タイミングになったときには、前記試験上下限値決定ステップで算出された値を前記リミット処理で用いる操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨとして設定する上下限値設定ステップと、前記下位側制御装置が、フィードバック制御演算により設定値ＳＰから操作量ＭＶ２を算出する下位側制御演算ステップと、前記下位側制御装置が、前記下位側制御演算ステップで算出した操作量ＭＶ２を操作量下限値ＯＬ以上で操作量上限値ＯＨ以下の値に制限する前記リミット処理を行なうリミット処理ステップと、前記下位側制御装置が、前記リミット処理した操作量ＭＶ２を制御対象に出力する操作量出力ステップと、前記上位側制御装置が、前記試験実施タイミングになった時点から規定時間が経過するまでの間に、前記操作量監視ステップで監視する操作量ＭＶ２が前記試験操作量下限値ＯＬと前記試験操作量上限値ＯＨの範囲に入ることがなかった場合、アラームを出力するアラーム出力ステップとを含むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、予め規定された試験実施タイミングになったときに、操作量ＭＶ２から規定量だけ外れた操作量ＭＶ３を基準値として、この基準値に第１の操作量幅よりも小さい第２の操作量幅を与えることにより、試験操作量下限値ＯＬ、試験操作量上限値ＯＨを算出し、これらの値を下位側制御装置の操作量ＭＶ２のリミット処理で用いる操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨとして設定し、試験実施タイミングになった時点から規定時間が経過するまでの間に操作量ＭＶ２が試験操作量下限値ＯＬと試験操作量上限値ＯＨの範囲に入ることがなかった場合に、アラームを出力することにより、上位側制御装置から下位側制御装置に対して操作量下限値ＯＬおよび操作量上限値ＯＨを設定するための通信機能の異常状態を、上位側制御装置で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係る制御システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る上位側制御装置の動作を説明するフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態に係る温調計の動作を説明するフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態に係る制御システムの動作例を示す図である。
【図５】高度制御とＰＩＤ制御とを組み合わせたハイブリッド制御系の構成を示すブロック図である。
【図６】先願技術の制御系の構成を示すブロック図である。
【図７】先願技術の動作を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
［発明の原理］
下位側の装置が操作量ＭＶ２のみを出力するコントローラ（低価格の温調計など）であったとしても、上位側の装置で通信状態の正常、異常を検出できるようにすることを考える。具体的には、上位側の装置で算出した操作量ＭＶ１に基づき、下位側の操作量下限値ＯＬおよび操作量上限値ＯＨを決定する式（１）、式（２）に着眼する。
【００２４】
操作量幅αも上位側の装置から常時あるいは一時的に送信する方式であるものとし、規定された試験実施タイミングにおいてＭＶ１±αのαを小さくすれば（例えばα＝０．０）、上位側の操作量ＭＶ１と下位側の操作量ＭＶ２はほぼ一致するはずである（α＝０．０ならＭＶ２＝ＭＶ１）。
【００２５】
したがって、下位側の装置から出力される操作量ＭＶ２の継続状態と比べれば不連続な変化になる操作量ＭＶ１と小さいαを、テスト用信号として利用し、下位側の装置から出力される操作量ＭＶ２を監視すれば、上位側の装置で通信状態の正常、異常を検出できることに想到した。なお、整定状態において、継続的に出力されている操作量ＭＶ２から少し外れる操作量ＭＶ１と小さいαを、１周期のみテスト的に送信するのが好ましい。
【００２６】
［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態に係る制御システムの構成を示すブロック図である。本実施の形態の制御システムは、上位側制御装置１と、下位側制御装置である温調計２とから構成される。
【００２７】
上位側制御装置１は、例えば高度制御演算により操作量ＭＶ１を算出する上位側制御演算部１０と、上位側制御演算部１０で算出された操作量ＭＶ１に、予め規定された第１の操作量幅を与えることにより操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨに変換する操作量変換部１１と、操作量変換部１１で得られた操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨを、下位側の温調計２の後述するリミット処理部で用いる値として設定する上下限値設定部１２と、温調計２が出力する操作量ＭＶ２を監視する操作量監視部１３と、予め規定された試験実施タイミングになったときに、操作量ＭＶ２から規定量だけ外れた操作量ＭＶ３を基準値として、この基準値に前記第１の操作量幅よりも小さい第２の操作量幅を与えることにより、試験操作量下限値ＯＬ、試験操作量上限値ＯＨを算出して上下限値設定部１２に与える試験上下限値決定部１４と、試験実施タイミングになった時点から規定時間が経過するまでの間に、操作量監視部１３が監視する操作量ＭＶ２が試験操作量下限値ＯＬと試験操作量上限値ＯＨの範囲に入ることがなかった場合、アラームを出力するアラーム出力部１５とを有する。
【００２８】
温調計２は、例えばＰＩＤ制御演算等のフィードバック制御演算により操作量ＭＶ２を算出する下位側制御演算部２０と、下位側制御演算部２０で算出された操作量ＭＶ２を操作量下限値ＯＬ以上で操作量上限値ＯＨ以下の値に制限するリミット処理を行なうリミット処理部２１と、このリミット処理された操作量ＭＶ２を制御対象に出力する操作量出力部２２とを有する。
【００２９】
次に、本実施の形態の制御システムの動作を図２、図３を用いて説明する。図２は上位側制御装置１の動作を説明するフローチャート、図３は温調計２の動作を説明するフローチャートである。
【００３０】
本実施の形態では、説明を簡単にするために、上位側制御演算部１０の制御演算式を、簡易な多入力１出力の１次多項式とする。また、炉内温度を制御対象の状態量とする。つまり、炉を加熱するヒータ（不図示）が図５、図６で説明したような電力調整器に接続されていて、電力調整器は、温調計２から出力される操作量ＭＶ２に応じてヒータに供給する電力を調整する。
【００３１】
上位側制御演算部１０は、次式の制御演算式により、電力調整器に出力されることを想定した操作量ＭＶ１を算出する（図２ステップＳ１００）。
ＭＶ１＝ＡＳＰ＋ＢＸ１＋ＣＸ２＋ＤＸ３                          ・・・（３）
式（３）において、ＳＰはオペレータによって設定される、制御対象の炉内温度に対する設定値、Ｘ１は操作量ＭＶ１を決定するために考慮すべき第１の状態量（例えば炉内圧力計測値）、Ｘ２は操作量ＭＶ１を決定するために考慮すべき第２の状態量（例えば炉内湿度計測値）、Ｘ３は操作量ＭＶ１を決定するために考慮すべき第３の状態量（例えば炉外周辺温度計測値）、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄは予め規定される１次多項式係数である。
【００３２】
操作量監視部１３は、下位側の温調計２が出力する操作量ＭＶ２を監視する（図２ステップＳ１０１）。
操作量変換部１１は、予め規定された試験実施タイミング（操作量ＭＶ２の制御周期毎の変化率が規定値未満で継続する整定状態で、５００制御周期毎に１回のタイミング）でない場合（図２ステップＳ１０２においてＮＯ）、上位側制御演算部１０で算出された操作量ＭＶ１に、予め規定された操作量幅を加減算して、温調計２の操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨを次式のように算出する（図２ステップＳ１０３）。
ＯＬ＝ＭＶ１−αＬ                                              ・・・（４）
ＯＨ＝ＭＶ１＋αＨ                                              ・・・（５）
【００３３】
式（４）、式（５）においてαＬは予め規定された下限値用の操作量幅、αＨは予め規定された上限値用の操作量幅である。操作量幅αＬとαＨは同じ値でもよいし、異なる値でもよい。
【００３４】
上下限値設定部１２は、操作量変換部１１で得られた操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨを、通信機能などを介して温調計２のリミット処理部２１に対して設定する（図２ステップＳ１０４）。
【００３５】
上位側制御装置１は、ステップＳ１００〜Ｓ１０４の処理を、例えばオペレータの指示によって制御が終了するまで（図２ステップＳ１０５においてＹＥＳ）、あるいは予め規定された試験実施タイミングになるまで（ステップＳ１０２においてＹＥＳ）、制御周期毎に実行する。
【００３６】
一方、下位側制御演算部２０は、ＰＩＤ制御演算により、以下の伝達関数式のように操作量ＭＶ２を算出する（図３ステップＳ２００）。
ＭＶ２＝（１００／Ｐｂ）｛１＋（１／Ｔｉｓ）＋Ｔｄｓ｝（ＳＰ−ＰＶ）
・・・（６）
式（６）において、ＳＰは制御対象の炉内温度に対する設定値であり、上位側制御演算部１０が用いる値と同じである。ＰＶは図示しない温度センサによって計測される制御対象の炉内温度計測値（制御量）、Ｐｂは予め規定された比例帯、Ｔｉは予め規定された積分時間、Ｔｄは予め規定された微分時間、ｓはラプラス演算子である。
【００３７】
続いて、リミット処理部２１は、下位側制御演算部２０で算出された操作量ＭＶ２を操作量下限値ＯＬ以上で操作量上限値ＯＨ以下の値に制限する上下限リミット処理を行なう（図３ステップＳ２０１）。
ＩＦ  ＭＶ２＜ＯＬ  ＴＨＥＮ  ＭＶ２＝ＯＬ                      ・・・（７）
ＩＦ  ＭＶ２＞ＯＨ  ＴＨＥＮ  ＭＶ２＝ＯＨ                      ・・・（８）
つまり、リミット処理部２１は、操作量ＭＶ２が操作量下限値ＯＬより小さい場合、操作量ＭＶ２＝ＯＬとし、操作量ＭＶ２が操作量上限値ＯＨより大きい場合、操作量ＭＶ２＝ＯＨとする。
【００３８】
そして、操作量出力部２２は、リミット処理部２１でリミット処理された操作量ＭＶ２を制御対象の電力調整器に出力する（図３ステップＳ２０２）。
温調計２は、ステップＳ２００〜Ｓ２０２の処理を例えばオペレータの指示によって制御が終了するまで（図３ステップＳ２０３においてＹＥＳ）、制御周期毎に実行する。上位側制御装置１の制御周期と温調計２の制御周期は同じ値で構わない。
【００３９】
以上の動作は特許文献４に開示された技術と同様であり、操作量ＭＶ１の変化に伴う操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨの変化、および操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨによって制約される操作量ＭＶ２の変化は、例えば図７（Ａ）、図７（Ｂ）に示したようになる。
【００４０】
次に、本実施の形態の特徴的な動作である、上位側の上位側制御装置１による通信異常検出処理について説明する。
試験上下限値決定部１４は、予め規定された試験実施タイミングになると（図２ステップＳ１０２においてＹＥＳ）、操作量監視部１３が取得した最新の操作量ＭＶ２を基に、試験操作量下限値ＯＬ、試験操作量上限値ＯＨを決定する（図２ステップＳ１０６）。
【００４１】
上記のとおり、試験実施タイミングとは、操作量ＭＶ２の制御周期毎の変化率が規定値未満で継続している整定状態において定期的（本実施の形態では５００制御周期毎に１回）に訪れるタイミングのことである。
【００４２】
試験上下限値決定部１４は、試験実施タイミングになると、操作量ＭＶ２に規定量Ｑ（０−１００％の操作量レンジに対して＋５．０％）だけ加算した操作量ＭＶ３を基準値として、この基準値に操作量幅αＬ，αＨよりも小さい操作量幅α２を与えることにより、試験操作量下限値ＯＬ、試験操作量上限値ＯＨを次式のように算出する。
ＯＬ＝ＯＨ＝ＭＶ３＋α２＝ＭＶ２＋Ｑ＋α２                      ・・・（９）
【００４３】
ここでは、規定量Ｑを５％としているが、規定量Ｑは、操作量ＭＶ２の監視中に観測されるノイズの大きさを超える値であればよい。また、本実施の形態では、操作量幅α２＝０としている。
【００４４】
上下限値設定部１２は、操作量変換部１１で得られた操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨの代わりに、試験上下限値決定部１４で得られた操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨを、通信機能などを介して温調計２のリミット処理部２１に対して設定する（図２ステップＳ１０７）。
【００４５】
操作量監視部１３は、試験実施タイミングになった時点から規定時間が経過するまで（図２ステップＳ１０９においてＹＥＳ）、温調計２が出力する操作量ＭＶ２の監視を継続する（図２ステップＳ１０８）。規定時間は、試験実施タイミングの周期（５００制御周期）よりも短い時間であり、例えば２０制御周期程度である。
【００４６】
アラーム出力部１５は、試験実施タイミングになった時点から規定時間が経過するまでの間に、操作量監視部１３が監視する操作量ＭＶ２が試験操作量下限値ＯＬと試験操作量上限値ＯＨの範囲に入ることがなかった場合、通信異常が発生していることを示すアラームを出力する（図２ステップＳ１１１）。ただし、試験操作量下限値ＯＬと試験操作量上限値ＯＨが同じ値の場合には、操作量ＭＶ２が試験操作量下限値ＯＬおよび試験操作量上限値ＯＨと一致するかどうかを判定すればよい。アラームの出力形態としては、例えばＬＥＤの点灯、メッセージの表示、音声出力等がある。規定時間が経過すると、ステップＳ１００に戻り、上記で説明したステップＳ１００以降の処理が実施される。
【００４７】
こうして、本実施の形態では、上位側制御装置１から下位側の温調計２に対して操作量下限値ＯＬおよび操作量上限値ＯＨを設定するための通信機能の異常状態を、上位側制御装置１で検出することができる。
【００４８】
なお、本実施の形態では、上位側制御装置１が温調計２から出力される操作量ＭＶ２を監視しているが、操作量ＭＶ２を監視するための通信機能は、操作量下限値ＯＬおよび操作量上限値ＯＨを設定するための通信機能とは別に設けられている。操作量ＭＶ２は制御対象に出力される重要な値であるため、操作量ＭＶ２に関する通信機能については高い信頼性が求められる。したがって、操作量下限値ＯＬおよび操作量上限値ＯＨを設定するための通信機能に異常が発生している場合でも、操作量ＭＶ２を監視するための通信機能に異常が発生する可能性は低い。
【００４９】
図４（Ａ）、図４（Ｂ）は本実施の形態の制御システムの動作例を示す図であり、図４（Ａ）は上位側制御装置１が算出する操作量ＭＶ１、操作量下限値ＯＬおよび操作量上限値ＯＨの変化を示す図、図４（Ｂ）は温調計２が算出する操作量ＭＶ２、温調計２のリミット処理部２１に設定される操作量下限値ＯＬおよび操作量上限値ＯＨの変化を示す図である。なお、説明を簡易なものとするため、図４（Ａ）では上位側の操作量ＭＶ１が全ての時間帯で一定値に維持される状況とした。
【００５０】
時刻ｔ１において操作量下限値ＯＬ＝ＭＶ３、操作量上限値ＯＨ＝ＭＶ３に設定したときには、規定時間後の時刻ｔ２になるまでの間に、操作量ＭＶ２がＭＶ２＝ＯＬ＝ＯＨ＝ＭＶ３になるので、通信異常は発生していないことになる。同様に、時刻ｔ３において操作量下限値ＯＬ＝ＭＶ３、操作量上限値ＯＨ＝ＭＶ３に設定したときには、規定時間後の時刻ｔ４になるまでの間に、操作量ＭＶ２がＭＶ２＝ＯＬ＝ＯＨ＝ＭＶ３になるので、通信異常は発生していない。
【００５１】
一方、時刻ｔ５において操作量下限値ＯＬ＝ＭＶ３、操作量上限値ＯＨ＝ＭＶ３に設定したときには、規定時間後の時刻ｔ６になるまでの間に、ＭＶ２＝ＯＬ＝ＯＨ＝ＭＶ３という状況が発生しないので、上位側から下位側のどこかで通信異常が発生していることが検出され、アラームが出力される。
【００５２】
なお、試験上下限値決定部１４は、試験操作量下限値ＯＬ、試験操作量上限値ＯＨを次式のように算出してもよい。
ＯＬ＝ＭＶ３−αＬ２＝ＭＶ２＋Ｑ−αＬ２                      ・・・（１０）
ＯＨ＝ＭＶ３＋αＨ２＝ＭＶ２＋Ｑ＋αＨ２                      ・・・（１１）
操作量幅αＬ２とαＨ２は、操作量幅αと同様に、操作量幅αＬ，αＨよりも小さい値である。操作量幅αＬ２とαＨ２は同じ値でもよいし、異なる値でもよい。一般的には、αＬ２＝αＨ２＝０である。
【００５３】
試験操作量下限値ＯＬと試験操作量上限値ＯＨが異なる値の場合、アラーム出力部１５は、試験実施タイミングになった時点から規定時間が経過するまでの間に、操作量ＭＶ２が試験操作量下限値ＯＬと試験操作量上限値ＯＨの範囲に入ることがなかった場合、アラームを出力する。一方、上記の例のように、試験操作量下限値ＯＬと試験操作量上限値ＯＨが同じ値の場合、アラーム出力部１５は、試験実施タイミングになった時点から規定時間が経過するまでの間に、操作量ＭＶ２が試験操作量下限値ＯＬおよび試験操作量上限値ＯＨと一致することがなかった場合、アラームを出力する。
【００５４】
なお、本実施の形態では、操作量変換部１１において操作量下限値ＯＬと操作量上限値ＯＨの両方を算出して、リミット処理部２１で用いる値を変更しているが、これに限るものではなく、操作量変換部１１は操作量下限値ＯＬと操作量上限値ＯＨのうちどちらか一方の値だけを算出するようにしてもよい。この場合、上下限値設定部１２は、リミット処理部２１で用いる操作量下限値ＯＬと操作量上限値ＯＨのうち操作量変換部１１で算出されていない方の値については変更しないものとし、操作量変換部１１で算出された方の値だけを変更することになる。
【００５５】
ただし、試験実施タイミングでは操作量下限値ＯＬと操作量上限値ＯＨの両方を設定するため、操作量変換部１１が操作量下限値ＯＬと操作量上限値ＯＨのうちどちらか一方の値だけを算出する場合には、操作量変換部１１が算出しない値を元の固定値に復帰させる必要がある。つまり、ステップＳ１０４の処理により上下限値設定部１２が操作量上限値ＯＨのみを設定し、操作量下限値ＯＬについては固定値のままである場合、ステップＳ１０７の処理により試験上下限値決定部１４で得られた操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨをリミット処理部２１に対して設定した後で、次のステップＳ１０４の処理により操作量上限値ＯＨが更新されるが、操作量下限値ＯＬについては元の値に復帰させる必要がある。この場合、ステップＳ１０７の処理後に行われるステップＳ１０４の処理において、上下限値設定部１２は、操作量変換部１１で得られた操作量上限値ＯＨをリミット処理部２１に対して設定すると共に、リミット処理部２１に設定されている操作量下限値ＯＬを元の固定値に復帰させるようにすればよい。
【００５６】
また、ステップＳ１０４の処理により上下限値設定部１２が操作量下限値ＯＬのみを設定し、操作量上限値ＯＨについては固定値のままである場合、ステップＳ１０７の処理により試験上下限値決定部１４で得られた操作量下限値ＯＬ、操作量上限値ＯＨをリミット処理部２１に対して設定した後で、次のステップＳ１０４の処理により操作量下限値ＯＬが更新されるが、操作量上限値ＯＨについては元の値に復帰させる必要がある。この場合、ステップＳ１０７の処理後に行われるステップＳ１０４の処理において、上下限値設定部１２は、操作量変換部１１で得られた操作量下限値ＯＬをリミット処理部２１に対して設定すると共に、リミット処理部２１に設定されている操作量上限値ＯＨを元の固定値に復帰させるようにすればよい。
【００５７】
本実施の形態で説明した上位側制御装置１と下位側制御装置である温調計２の各々は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、メモリ及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。各々の装置のＣＰＵは、各々の装置のメモリに格納されたプログラムに従って本実施の形態で説明した処理を実行する。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は、高度制御のような上位側制御とＰＩＤ制御のような下位側制御とを組み合わせたハイブリッド制御に適用することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１…上位側制御装置、２…温調計、１０…上位側制御演算部、１１…操作量変換部、１２…上下限値設定部、１３…操作量監視部、１４…試験上下限値決定部、１５…アラーム出力部、２０…下位側制御演算部、２１…リミット処理部、２２…操作量出力部。
【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７】
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【図５】
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【図６】
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