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複雑な制御システムの深層解明(中)

2019-04-24View Original

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本文は上・中・下の3編に分かれています。複雑制御システムには、カスケード制御システム、均一制御システム、比率制御システム、分割範囲制御システム、自動選択制御システム、フィードフォワード制御システム、三インパルス制御システムなどがある。前編ではカスケード制御システムと均一制御システムについて紹介しましたが、本編では主に比率制御システム、分割範囲制御システム、自動選択制御システムについて紹介します。3)比率制御システム:生産過程において、通常2種類以上の材料を正確な比率で混合して加工する必要があり、各材料の比率を正確に制御することが求められる。実際の応用では、一般的に比率制御システムが使用される。 ここで、単一閉ループ比率制御システムを例に挙げて説明します。主変数F1にはフィードバック制御がなく、したがって可変です。F2は従属変数であり、F1に応じて変化します。安定状態ではF2=KF1(Kは比例係数)となります。ブロック図からもわかるように、F2によって閉ループ制御回路が形成されるため、これを単一閉ループ比率制御システムと呼びます。図:比率制御システム 単閉ループ比率制御システムは、一般的にF1パラメータの変化が少ない場合、例えば計量ポンプの出力流量などに使用される。F1の変化が次の工程に影響を与える場合は、二重クローズドループ比率制御システムを採用するか、またはプロセスの特定要件に応じてカスケード比率制御システムなどを使用する必要がある。4)分割制御システム:分割制御システムを設ける主な目的は、特殊な調整システムの要求に応えるために、調整可能な範囲Rを拡大することである;調節品質の向上、エネルギー節約、調節弁の作動条件の改善;起動・停止時の低流量と通常の生産時の高流量の両方に対応し、どちらの場合でも良好な調整性能を発揮する;通常運転時および事故状態下での安定性と安全性を満たす。以下のブロック図を例に、熱水バルブAと蒸気バルブBによって物質を加熱し、熱交換器出口における物質の温度を一定に保つ必要がある。蒸気を節約するため、熱水バルブAが全開でも温度が要求される設定値に達しない場合のみ、蒸気を補給して蒸気バルブBを開きます。図:分割制御システム 図からわかるように、温水バルブAを全開しても温度は依然として設定値より低くなるため、温度調節器は60kPa以上の出力を出し、この時点で蒸気バルブが開いて蒸気を供給し、温度を設定値まで上げる。この例では、調節器の出力を2つに分けて、2つの空気開型調節弁を制御します。また、プロセスの要求に応じて、空気開型調節弁1つと空気閉型調節弁1つ、あるいは空気閉型調節弁2つを設計することも可能です。プロセス生産の特殊な要件を満たすため、分割制御ではコントローラーの出力信号の全範囲を複数の信号区間に分割することもできる。各信号区間が1つの制御バルブを制御し、各制御バルブはコントローラー出力信号の全範囲の中の特定の区間でのみ作動する。 5)自動選択制御システム:圧縮機、ポンプ、送風機などの設備が過負荷となった場合、反応器の反応が限界に達した場合、大規模な生産装置の起動・停止など、緊急事態が発生した際、通常の自動制御システムではその制御要求を満たすことができなくなる。作業員が手動でこれらの問題に対処しようとすると、作業員は忙しくなり緊張状態に陥り、ミスも起こりやすくなる。そこで、生産の安全保護や自動的な起動・停止の問題を解決するために、自動選択制御システム、すなわちオーバーライド制御システムが採用されている。この制御方式とは、製造工程における制限条件によって構成される論理関係を通常の調節システムに重ね合わせるものです。製造工程が制限条件に近づいた際、不安全な状態になる前に、不安全状態を制御するための調節器に切り替えられ、通常の調節システムに代わってその調節器が作動します。製造工程が再び安全な範囲内に戻ると、通常の調節システムの作動が自動的に復帰します。このような自動選択制御は、時には自動保護制御システムとも呼ばれます。以下の図を例にすると、アンモニアと空気の流量は流量変換器を通じて信号が割算器に送られ、比率が計算された後、得られた比率信号がそれぞれKC比率調節器およびKYオーバーシュート調節器の測定値として出力される。そして、KC比率調節器およびKYオーバーシュート調節器の出力信号はLS低選択器に接続され、そこからバルブが制御される。図:自動選択制御システムが正常に稼働している際、KYオーバーライド調節器の出力は100kPaとなり、LSローセレクターはKC比率調節器からの出力信号のみを制御弁に送る。製造工程に変動が生じ、アンモニアと空気の流量比が許容される安全限界を超えた場合、KYオーバーライド調節器が作動し、出力が減少して制御弁が閉じられます。アンモニアと空気の流量比が正常範囲に戻るまでこの状態が続き、その後KC比率調節器が自動的に再作動します。(アンモニア配管上の制御バルブは、一般的に空気開き型バルブが選ばれます)図はここには掲載しませんが、必要な場合は原文をご覧ください:https://www.sohu.com/a/308376089_120129629?sec=wd

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