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公開番号2024118428
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-08-30
出願番号2024003587
出願日2024-01-12
発明の名称プラント制御装置、プラント制御方法、および産業プラント
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類G05B 11/36 20060101AFI20240823BHJP(制御;調整)
要約【課題】制御量が変動する場合でも制御対象の機器を好適に制御可能なプラント制御装置を提供する。
【解決手段】一の実施形態によれば、プラント制御装置は、産業プラントから現在の第1制御量を取り込む入力部と、前記現在の第1制御量から基準値を差し引いた偏差に基づいて、現在の第2制御量を変動させてまたは変動させないで、新たな第2制御量を算出する算出部と、前記新たな第2制御量を前記産業プラントに出力する、または前記新たな第2制御量を前記現在の第1制御量の修正量として出力する出力部とを備える。前記算出部は、前記偏差がδより大きいか-δより小さければ前記現在の第2制御量を変動させて、δより小さく-δより大きければ前記現在の第2制御量を変動させないで、前記新たな第2制御量を算出する。前記基準値は、過去に計測された複数の第1制御量の中から選択され、前記現在の第2制御量を決定するのに用いられた選択第1制御量である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
産業プラントから現在の第１制御量を取り込む入力部と、
前記現在の第１制御量から基準値を差し引いた偏差に基づいて、現在の第２制御量を変動させてまたは変動させないで、新たな第２制御量を算出する算出部と、
前記新たな第２制御量を前記産業プラントに出力する、または前記新たな第２制御量を前記現在の第１制御量の修正量として出力する出力部とを備え、
前記算出部は、
前記偏差がδよりも大きいまたは－δよりも小さい場合に（δは正の定数）、前記現在の第２制御量を変動させて前記新たな第２制御量を算出し、
前記偏差がδよりも小さくかつ－δよりも大きい場合に、前記現在の第２制御量を変動させないで前記新たな第２制御量を算出し、
前記基準値は、過去に計測された複数の第１制御量の中から選択され、前記現在の第２制御量を決定するのに用いられた選択第１制御量である、プラント制御装置。
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
前記算出部は、
前記選択第１制御量を第１値に変換する第１関数を含む第１関数発生器と、
前記選択第１制御量を第２値に変換する第２関数を含む第２関数発生器と、
前記現在の第２制御量を前記第１値および前記第２値の一方から他方に切り替えることで、前記新たな第２制御量を算出する切替器と、
を備える請求項１に記載のプラント制御装置。
【請求項３】
前記第１関数と前記第２関数は、Ｓ（ｘ－δ）＝Ｒ（ｘ）の関係を満たす（Ｒ（ｘ）は前記第１関数、Ｓ（ｘ）は前記第２関数、ｘは前記選択第１制御量を表す）、請求項２に記載のプラント制御装置。
【請求項４】
前記算出部は、前記偏差がδよりも大きいことを検知した場合に、前記選択第１制御量を前記現在の第１制御量に更新し、前記第１値を新たな値に更新し、前記現在の第２制御量を前記第２値から前記第１値に切り替えて前記現在の第２制御量を前記新たな第２制御量に更新する、請求項３に記載のプラント制御装置。
【請求項５】
前記算出部は、前記偏差がδよりも大きいことを検知した場合、その後に連続して前記現在の第１制御量が増加するときには、前記選択第１制御量を前記現在の第１制御量に更新し、前記現在の第１制御量の前記増加が減少に転じたときには、前記選択第１制御量の更新を停止する、請求項４に記載のプラント制御装置。
【請求項６】
前記算出部は、切断差を有し、前記偏差と第１設定値とを比較する第１比較器を含み、前記第１比較器のオン側の前記第１設定値をδとし、前記第１比較器のオフ側の前記第１設定値をゼロとすることで、前記現在の第１制御量の前記増加が前記減少に転じたことを検知する、請求項５に記載のプラント制御装置。
【請求項７】
前記算出部は、前記偏差が－δよりも小さいことを検知した場合に、前記選択第１制御量を前記現在の第１制御量に更新し、前記第２値を新たな値に更新し、前記現在の第２制御量を前記第１値から前記第２値に切り替えて前記現在の第２制御量を前記新たな第２制御量に更新する、請求項３に記載のプラント制御装置。
【請求項８】
前記算出部は、前記偏差が－δよりも小さいことを検知した場合、その後に連続して前記現在の第１制御量が減少するときには、前記選択第１制御量を前記現在の第１制御量に更新し、前記現在の第１制御量の前記減少が増加に転じたときには、前記選択第１制御量の更新を停止する、請求項７に記載のプラント制御装置。
【請求項９】
前記算出部は、切断差を有し、前記偏差と第２設定値とを比較する第２比較器を含み、前記第２比較器のオン側の前記第２設定値を－δとし、前記第２比較器のオフ側の前記第２設定値をゼロとすることで、前記現在の第１制御量の前記減少が前記増加に転じたことを検知する、請求項８に記載のプラント制御装置。
【請求項１０】
前記算出部は、前記偏差がδよりも小さくかつ－δよりも大きいことを検知した場合に、前記選択第１制御量を保持し、前記第１値を保持し、前記第２値を保持し、前記現在の第２制御量を前記第１値から前記第２値に切り替えないことで前記新たな第２制御量を前記現在の第２制御量のまま保持する、請求項３に記載のプラント制御装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、プラント制御装置、プラント制御方法、および産業プラントに関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
発電プラントや製造プラント等の産業プラント内では、調節弁等の機器が多彩な方法で制御されている。例えば、産業プラント内の圧力、流量、温度等のプロセス値（ＰＶ値）を計測し、計測されたプロセス値に基づいて上記機器の操作量（ＭＶ値）を算出する方式が一般的である。具体的には、上記機器の操作量を、計測されたプロセス値を用いたＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential）制御により調整する方式や、計測されたプロセス値に比例するように変化させる方式等が知られている。操作量の例は、調節弁の弁開度等である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
宮崎技術研究所自動制御講座 5.5.(4) 不感帯とヒステリシス
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、計測されたプロセス値には、いわゆる観測ノイズが含まれている。そのため、調節弁の弁開度を、計測されたプロセス値に比例するように変化させる場合、この弁開度にも、観測ノイズに起因する変動が現れる。その結果、調節弁は頻繁に増減を繰り返す。これは、調節弁の制御を不安定にするだけでなく、調節弁の寿命劣化を招く。
【０００５】
このような外乱的な変動を除去することは、従来から制御上の課題とされている。例えば、プロセス値をローパスフィルタによりフィルタリングし、プロセス値から高周波成分を除去すること等が行われている。このようなフィルタリングは、プロセス値や操作量等の制御量の応答波形を、平滑化された波形にすることができるが、制御量の応答波形自体の変動は、フィルタリング後も残存してしまう。このような外乱的な変動は、従来から使用されてきたアナログ回路で除去するよりも、昨今のディジタル回路で除去すると効果的である。
【０００６】
そこで、本発明の実施形態は、制御量が変動する場合でも制御対象の機器を好適に制御可能なプラント制御装置、プラント制御方法、および産業プラントを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一の実施形態によれば、プラント制御装置は、産業プラントから現在の第１制御量を取り込む入力部と、前記現在の第１制御量から基準値を差し引いた偏差に基づいて、現在の第２制御量を変動させてまたは変動させないで、新たな第２制御量を算出する算出部と、前記新たな第２制御量を前記産業プラントに出力する、または前記新たな第２制御量を前記現在の第１制御量の修正量として出力する出力部とを備える。前記算出部は、前記偏差がδよりも大きいまたは－δよりも小さい場合に（δは正の定数）、前記現在の第２制御量を変動させて前記新たな第２制御量を算出し、前記偏差がδよりも小さくかつ－δよりも大きい場合に、前記現在の第２制御量を変動させないで前記新たな第２制御量を算出する。前記基準値は、過去に計測された複数の第１制御量の中から選択され、前記現在の第２制御量を決定するのに用いられた選択第１制御量である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
第１実施形態の産業プラントの構成を示す模式図である。
第１実施形態の調節弁の動作を説明するためのグラフである。
第１実施形態のプラント制御装置の構成を示す回路図である。
第１実施形態の比較器の動作を説明するためのグラフである。
第１実施形態のプラント制御装置の動作を説明するための表である。
第１実施形態のプラント制御装置の動作を説明するためのグラフである。
第１実施形態のプラント制御装置の動作を説明するための別のグラフである。
第２実施形態の調節弁の動作を説明するためのグラフである。
第３実施形態の調節弁の動作を説明するためのグラフである。
第１比較例の産業プラントの構成を示す模式図である。
第１比較例の電磁弁の動作を説明するためのグラフである。
第２比較例の産業プラントの構成を示す模式図である。
第２比較例の調節弁の動作を説明するためのグラフである。
第１実施形態の第１変形例のプラント制御装置の構成を示す回路図である。
第５実施形態の調節弁の動作を説明するためのグラフである。
第５実施形態の調節弁の動作を説明するための別のグラフである。
第５実施形態のプラント制御装置の構成を示す回路図である。
第６実施形態のプラント制御装置の構成を示す回路図である。
第６実施形態のプラント制御装置の動作を説明するための表である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１０】
図１～図１９では、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、以下の説明中で用いられる種々の物理量や設定値に関し、これらの物理量や設定値の値を示す具体的な数値は、説明を理解しやすくするための一例であり、これらの物理量や設定値の値は、これらの数値のみに限定されるものではない。
（【００１１】以降は省略されています）

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