控制参数调整方法及控制参数调整系统的制作方法

控制参数调整方法及控制参数调整系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及调整在工艺（process)中使用的系统的、用于将流量、压力、水质、风 量、温度以及液位等物理量保持为固定值的PID(ProportionalIntegralDerivative，比 例积分微分）控制回路的参数的控制参数调整系统、在该系统中使用的控制参数设定装置 以及控制参数调整方法。
【背景技术】
[0002] 在污水处理工艺、污泥消化工艺、净水工艺及给配水工艺等水处理/水运用工艺、 石油化学工艺、以及半导体制造工艺等工艺的运转管理中，要求在达成工艺的规定目标性 能的基础上避免风险并实现节能和省成本的运用。这些工艺由计划服务器以及支援服务器 等的利用数理性手法的计划系统或支援系统的所谓上位系统和被称为本地系统的下位系 统运作。在下位系统中，通过遵照来自上位系统的指示的自动单元、或者基于参考了来自上 位系统的信息的人的判断的手动单元而被设定物理量（流量、压力、水质、风量、温度以及 液位等）的目标值（称为SV:SetVariable)。并且，以使对象的物理量的计测值（称为PV: ProcessVariable)追随于设定的目标值的方式，反馈控制阀和栗等的操作量（称为MV: ManipulateVariable)〇
[0003] 以往，实现节能和省成本及风险避免的功能多作为主要应该由上位系统分担的功 能而被处理，根据情况的不同而作为应该由比运转管理更上位的经营管理的级别来分担的 功能而被处理的情况也很多。因此，有认为被定位在最下位的反馈控制回路的主要任务是 遵照来自上位的指示（=目标值）进行动作的倾向。
[0004] 近年来，该被定位在最下位的反馈控制回路的性能对于节能?省成本、风险避免发 挥非常重要的作用这一情况被认识及再认识。其中，较多的兴趣正在集中于在工艺产业领 域中使用的反馈控制回路中的占90%以上的PID控制回路的性能监视和调整。
[0005] 以下说明PID控制回路的控制性能、与节能和省成本及风险避免的关系。物理量 可以是压力及温度等，是什么都可以，这里，设想污水处理工艺中的将反应槽的溶解氧浓度 (以下记作D0浓度）作为计测值、将空气供给量（曝气量）作为操作量、将D0浓度lmg/L 作为目标值的情况。污水处理工艺中，为了利用微生物的活动（代谢）来分解污水中的有 机物等，进行被称作曝气的空气供给。曝气所需要的电力为污水处理场所的日常运用中使 用的电力的40 %以上。因此，希望尽量减少空气供给量，但如果过少则不能进行微生物的活 动所需要的空气供给，作为结果，污水处理的放水水质劣化。
[0006] PID控制回路以使反应槽中的D0浓度为固定的方式控制污水处理工艺。这里，在 PID控制回路没有充分良好的动作的情况下，在反应槽中，相对于作为目标值设定的lmg/ L，产生许多实际上成为0mg/L的部位。DO浓度成为0mg/L意味着微生物无法活动，因此， 作为结果，放水水质有可能劣化。另一方面，D0浓度超过2mg/L的部位也被发现。如果能 够维持某固定以上的D0浓度，则能够充分维持放水水质，因此在通常的污水处理工艺中不 需要2mg/L以上的D0浓度。因此，维持较高的D0浓度会浪费曝气风量和与之相伴的电力。 这样，如果PID控制回路没有被充分调整，则会引起放水水质劣化的风险和浪费电力的成 本增加。
[0007] 另一方面，在通过PID控制回路恰当地实施了D0浓度的控制的情况下，相对于作 为目标值设定的D0浓度lmg/L，作为计测值的D0浓度被抑制为0. 8mg/L~1. 2mg/L左右的 变动。由此，能够一并抑制放水水质劣化的风险和电力成本增加。但是，在PID控制回路没 有充分动作的情况下和动作的情况下，由于D0浓度的平均值都为lmg/L左右，因此平均的 风量在两情况下大致成为相同值。也就是说，可能会理解为或许平均性地实现了放水水质 劣化的风险的避免。相对于此，在PID控制回路动作时，如果相对于目标值lmg/L将计测值 抑制为0. 8mg/L~1. 2mg/L左右的变动，则能够充分避免水质劣化风险，因此能够降低目标 值。例如，即使使目标值下降到0. 5mg/L，计测值的变动也被抑制为0. 3mg/L~0. 7mg/L左 右。因此，没有D0浓度成为Omg/L的情况，能够避免放水水质劣化风险。这意味着，通过在 调整了PID控制回路的控制参数的基础上降低目标值，能够避免放水水质劣化风险并降低 电力成本。
[0008] 在上述的例子中，说明了以使污水处理工艺的D0浓度维持为固定的方式进行控 制的例子。例如温度控制及压力控制也可以说是同样的。也就是说，根据上述的例子可知， 为了在将用于将温度保持为固定的锅炉的电力量等成本、以及用于将压力保持为固定的栗 的电力量等成本限制在最小限度的同时维持控制性能，充分调整PID控制回路的控制参数 起到极为重要的作用。
[0009] 这样，PID控制回路的调整在节能和省成本运用与风险避免运用中起到极为重要 的作用，但实际上调整控制参数并不一定容易。例如，各工厂设备中控制参数的调整多依赖 于现场调整员的常年的经验和技巧。在具有复杂特性的工厂设备中，还有熟练的工程师通 过一些方法同定控制对象的特性、并将同定的特性用数学式模型表现的情况。该数学式模 型被称为工艺模型（processmodel)。熟练的工程师执行在该工艺模型中组装有PID控制 回路的仿真，调整控制参数。
[0010] 这样，PID控制回路的控制参数的同定法需要经验、技巧以及仿真等。因此，使不充 分具有工厂设备知识的经验浅的现场调整员理解控制参数的同定法并普及大多是困难的。 结果，控制参数没有被充分调整地被搁置的情况时有发生。此外，无论多么充分地调整了控 制参数，通过工厂设备的特性的经年变化、或者工厂设备的运转条件的变更等，随着时间的 经过，也常常发生控制性能劣化的情况。
[0011] 从这样的观点来看，基于控制对象的特性自动地调整PID控制参数的方法当然受 到需求。因此，在许多非专利文献及专利文献中提出了自我调整型的PID控制。例如，被称 作适应控制或学习控制的控制的领域是以一般性的反馈控制系统为对象将适应控制或学 习控制体系化的领域。因此，该控制方法当然也能够适用于作为反馈控制的特殊的一形态 的PID控制。例如，如在非专利文献3中也有记载的那样，被称作自校正调节（Self-Tuning Regulator)的手法在PID控制中也被广泛使用是周知的事实。
[0012] 此外，在专利文献1中公开了这样的方法：根据基于自校正调节所使用的广义最 小方差控制（GMVC)的PID控制的调整法的思想，在避免同定对象工艺的特性而构筑预测模 型的劳力和时间的同时，同定最优的控制参数。在专利文献2中公开了这样的方法：考虑控 制响应输出与控制输入的变化量之间的平衡，对GMVC的评价基准之中包含的A参数进行 同定。此外，在专利文献3以及专利文献4中公开了这样的自动调谐方法：在方差控制系统 中，在控制器和工作站被通信线路结合的情况下的工艺控制网络内调谐控制要素。并且，在 专利文献5中公开了这样的方法：基于多个模型调整PID控制参数，从调整后的PID控制参 数中选择最优的控制参数。另外，模型利用为了表示控制对象的特性而事先准备的雏型而 制作。
[0013] 这些方法都意向于极力自动调整PID控制参数的方法。它们着重于极力减少伴随 着PID控制参数的调整的各种各样的工程要素。
[0014] 另一方面，在非内部系统的在工艺中使用的系统中，实际上现场的调整员对各控 制回路具有最终的责任地调整控制参数。预想到通过今后老手调整员的大量退休而对自动 化的需求加速，但是在最终完全地使调整自动化之前，认为还需要相当长的时间。因此，可 以认为，目前对于提供能够以更少的人数并且通过工厂设备相关知识不一定丰富的调整员 来调整PID控制参数的构造、或者能够取代调整员而由工厂设备管理者或操作员自身调整 PID控制参数的构造的需求非常大。
[0015] 现有技术文献
[0016] 专利文献
[0017] 专利文献1 :专利第4474555号公报
[0018] 专利文献2 :专利第4528984号公报
[0019] 专利文献3 :特开2000 - 293292号公报
[0020] 专利文献4 :特开2011 - 103140号公报
[0021] 专利文献5 :特开2009 - 116515号公报
[0022] 非专利文献
[0023]非专利文献 1 :M.Jelali,"Anoverviewofcontrolperformance assessmenttechnologyandindustrialapplications"，ControlEngineering Practice，14,pp. 441-466, 2006
[0024] 非专利文献2 :山本透、「化学7。口七「制御」?役割~「制御」T省工 氺少芊一化爸考;I§~」、計測t制御、Vol. 51、No. 10、pp. 962 - 967、計測自動制御学会、 2012
[0025] 非专利文献3 :山本、兼田、「一般化最小分散制御則(c：基<七；1/7于2-二> 夕PID制御器①一設計」、シス亍A制御情報学会論文誌、1998年、第11卷、第1号、pp. 1 - 9
[0026]非专利文献 4 :http://tech,chase-dream.com/cpm/report-CPM.pdf
[0027]非专利文献 5:VanOversche,"PSubspaceIdentification"，Theory-I mplementation-Application,PhDThesis,Dept,ofElectricalEng.Katholieke Universiteit,Leuven, 1995
[0028] 非专利文献6 :シ只亍A制御情報学会編著者代表須田信英、「PID制御」、シ只亍 A制御情報7 4 7、' 7卩一朝倉書店、1992 发明概要
[0029]发明要解决的课题
[0030] 如以上那样，在工艺所使用的系统中，虽然由现场的调整员对各控制回路的控制 参数进行调整，但能够以更少的人数并且通过工厂设备相关知识不丰富者等调整PID控制 参数的构造受到需求。

【发明内容】

[0031]
[0032] 因此，本发明的目的在于，提供一种在工艺所使用的系统中能够以更少的人数并 且通过工厂设备相关知识不丰富者等调整PID控制参数的控制参数调整方法，控制参数调 整程序，控制参数调整系统以及控制参数设定装置。
[0033] 用于解决课题的手段
[0034] 根据实施方式，在具有多个PID控制回路的工厂设备、和经由通信网络而与工厂 设备连接的支援服务器中使用的控制参数调整方法，包含以下的顺序。即，在工厂设备中， 取得有关上述多个PID控制回路的信息，从上述取得的信息，提取操作量、计测值、目标值 以及干扰（DV:DisturbanceVariable)，将提取出的操作量、计测值、目标值以及干扰的跨 越规定期间的时间序列数据经由通信网络向支援服务器发送。在支援服务器中，基于上述 时间序列数据，按每个上述PID控制回路诊断控制性能，判断上述控制性能不满足预先设 定的条件的PID控制回路，参照上述判断出的PID控制回路的时间序列数据，同定上述判断 出的PID控制回路的控制参数。并且，在工厂设备中，将上述判断出的PID控制回路的控制 参数基于同定出的上述控制参数进行更新。
【附图说明】
[0035] 图1是表示第一实施方式的控制参数调整系统的功能结构的框图。
[0036] 图2是表示