JPS6298408A - 自動圧力調節方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、化学プラント等における小型反応器などに利
用可能な自動圧力調節方法および装置に係り、特に設定
された目標圧力を自動的に調節して維持可能な自動圧力
調節方法および装置に関する。

〔背景技術とその問題点〕

従来より、化学プラント等においては、小型反応器等の
圧力を自動調節する方法として、正逆回転可能なモータ
を備えた圧力調節弁と、圧力検出器とを用い、この圧ツ
ノ検出器によって検出される検出値と、基準となるＦｌ
目標圧力の比較の結果に基づいて、例えばモータに印加
する電圧の大きさや極性を決定してモータを制御し、弁
開度を調節する方法が用いられていた。

このようなモータの制御方法としては、オンオフ制御、
間欠制御、比例制御等があるが、このうちオンオフ制御
は、例えば前記検出値が目標圧力に比べて大きい場合、
圧力調節弁を閉じる方向にモータを一定回転数で連続的
に動作させ、検出値と目標圧力が等しくなった時点で停
止させるものである。しかし、このようなオンオフ制御
においては、特に応答速度を高めるためにモータの回転
数を大きくした場合、停止の際のオーバーシュートが大
きく、目標圧力に近づいてもハンチングを生じて安定し
ないという問題があり、目標圧力を正確に維持するため
には不適当であった。

一方、間欠制御においては、適当な時間間隔をおいて間
欠的にモータを動作させるため、停止の際のオーバーシ
ューを減らすことができるが、ハンチングの問題は解決
されず、目標圧力近傍における安定性が不充分であった
。

このような問題に対し、目標圧力を中心に上下に適当な
幅をもった不惑帯を設け、この範囲内ではモータの動作
を禁じることにより、オーバーシューＩ・を不感帯の範
囲内で吸収してやることで、ハンチングを防くことが可
能となる。しかし、不感帯の幅を大きくすると、目標圧
力を正確に維持するという目的から外れるという欠点が
ある。

前記オンオフ制御がモータを一定の回転数て動作させる
のに対し、比例制御においては、目標圧力と検出値との
差幅に比例した回転数でモータを動作させる。特にパル
スモータを用いた場合にば最高回転数から連続的にＯｒ
ｐｍまでの範囲で回転数を制御可能であり、１］標圧力
との差幅が大きい場合には高速で動作し、逆に１１標圧
力との差幅が小さい場合においては低速で細かな制御が
可能なため、応答速度が速いとともに、「１標圧力を正
確に、かつ安定して維持できる。しかし、パルスモータ
は高価であるという欠点があり、一方、安価な一般の可
変速モータの回転数は下限が１１００ｒｐ程度であり、
あまり低くできないため、比例制御を用いても目標圧力
の近傍においての正確さ、あるいは安定性を十分に実現
できないという欠点があった。

〔発明の目的〕

本考案の目的は、パルスモータを用いることなしに、応
答速度が速く、かつ正確で安定した制御が可能な自動圧
力調節方法および装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段および作用〕本発明にお
いては、所定流体系の流路に設けられた圧力調節弁の開
度を、正逆回転可能なモータにより制御して流体の圧力
を調節するために、前記流体系の所定位置における目標
圧力に対し上下に必要かつ十分な幅をもつ不感帯域と、
目標圧力に対し上下に、前記不感帯域の幅より大きな幅
を有し、前記不感帯域を包含する範囲に及ぶ限界値域と
を設定しておき、前記所定位置の圧力を検出し、この検
出値が限界値域外にあるときモータを所定の回転数で連
続動作させ、この検出値が限界値域内にあり、かつ不感
帯域外であるときはモータを一定の回転数で間欠動作さ
せ、さらにこの検出値が不感帯域内にあるときはモータ
を動作させないとする。

より詳しくは、前記流路には、減圧弁型、背圧弁型、ニ
ードル弁型またはグローブ弁型等のいずれかによる圧力
調節弁を設け、この圧力調節弁にはジヨイントボックス
、減速可能なギアボックスあるいはスクリュー等を介し
て、弁開度を調節可能なモータを設ける。このモータは
、回転方向が変え得る直流モータまたは交流モータとし
、例えばリバーシブル可変速モータなど、電圧等により
回転数を制御しうるちのとする。ただし、前記連続動作
においてモータを一定回転数で動作させるとするならば
回転数が可変である必要はない。さらに、このモータの
制御に必要な検出圧力を検出するために前記流路の所定
位置に圧力検出器を設けるが、この圧力検出器は連続し
て圧力を検出し、圧力に応じた電気信号を出力可能なも
の、例えばストレインゲージ、ブルドン管型およびダイ
アフラム型のものとする。

一方、前記不感帯幅および限界値域の設定に関し、前記
圧力検出器の精度にもよるが、不感帯域の幅は通常、目
標圧力の上下に最高圧力の１％程度、好ましくは０．１
％前後とし、また限界値域の幅は通常、目標圧力の１−
下にその目標圧力の２０％程度以内であるとする。前記
間欠動作に関しては、モータを回転さ・Ｖる状態の時間
およびこれを停止させる状態の時間は、どちらも０．］
秒ないし１０秒程度とし、このとき両者の時間の比率は
、前記流体系の応答速度が遅い場合には回転させる状態
の時間を長くし、これが速い場合には停止させる状態の
時間を長くするが、通常は両者が等しいことが望ましい
。さらに、前記連続動作に関しては、一定回転数による
連続動作のほか、比例制御として検出圧力と目標圧力の
差幅に比例した回転数による動作、あるいは、例えば目
標圧力の上下に目標圧力の５０％程度以内の幅で速度切
換域を設定しておき、この範囲内では低速回転させ、こ
の範囲外では高速回転させる等、回転数を切り換えて動
作させることができる。

このような本発明によれば、検出値が限界値域外にある
ときはモータを急速に動作させることが可能であり、こ
れによって応答速度を速くすることができ、また検出値
が限界値域内で不感帯外にあるときばモータを間欠的に
細かく動作させて微調整を行ない、高精度の圧力調節を
可能にする。

さらに、不感帯域内ではモータを動作させないため、オ
ーバーシュートおよびハンチングを防止でき、正確で安
定した制御が可能となる。本発明は、以上により前記目
的を達成しようとするものである。

〔実施例〕

本発明の一実施例として、小型反応器の自動圧力調節装
置を図面を用いて説明する。

第１図において、原料供給部１は複数の弁装置を備え、
図示しない貯蔵設備から反応物であるＨ２と、ナフサ等
の被反応物を適宜混合して送出可能とされている。また
、反応器２は内部容積１０ｃｃの小型反応器であり、加
熱帯２１を備え、反応時の内部の流体等を加熱可能とさ
れ、さらに反応器２の出口側配管２２には反応器２内の
反応時の圧力を適当に保つことを可能とする背圧調節用
の抵抗バルブ２３が設げられている。

このような原料供給部１と反応器２とを結ぶ流路３は、
１７８　インチ径の配管からなり、この流路３の一部に
は本発明に基づいて反応器２およびこれに至る流路３内
の圧力を自動的に調節可能な自動圧力調節装置４が設け
られている。

この自動圧力調節装置４は、流路３に設けられ、弁開度
を正逆回転可能かつ電圧に応じた回転数で回転可能なモ
ータ５により調節可能な圧力調節弁６と、流路３に設げ
られ、この内部の流体等の圧力を検出し、電気信号とし
て出力可能な圧力検出器７と、この圧力検出器７からの
検出値を読み取り可能で、モータ５を電気的に制御可能
な制御装置８とからなる。

さらに、制御装置８は、制御に必要な設定値を記憶可能
な記１．！手段である記１．１回路８１と、この記憶回
路８１に記憶された数値と前記検出値とを比較可能な比
較手段である什較回路８２と、この比較回路８２におけ
る比較の結果から、これに応じてモータ５の行うべき動
作を指令可能な動作指令手段である指令回路８３と、こ
の指令回路８３からの動作指令に基づき、モータ５の動
作を制御可能な動作制御手段であり、具体的にはモータ
５へ適当な電圧を印加することにより、モータ５の回転
動作を制御可能なモータコントローラ８４とから構成さ
れている。

以−ヒのように構成された本実施例において、原料供給
部１から送られるＨ２とナフサ等との混合物である流体
は、流路３を通り、自動圧力調節装置０ 置４を経て反応器に至り、内部容積１０ｃｃの反応器２
内で反応を行う。このとき反応器２内は、加熱帯２１に
より最適温度に加熱され、また自動圧力調節装置４によ
り最適圧力に保たれ、例えば最適温度として約４００°
Ｃ１また最適圧力として１５０ｋｇ／ｃｎｌに保たれて
、反応の促進に適当な条件とされる。

自動圧力調節装置４は、圧力検出器７からの検出値を読
み取り、制御装置８において所定の処理を行い、モータ
５を制御して圧力調節弁６の弁開度を加減して反応器２
内の圧力を最適圧力に保つが、その詳細な動作は次のよ
うなものである。

第２図において、記↑ａ回路８１には制御に必要な各種
設定値が記４１されており、目標圧力は前記最適圧力で
ある１５０ｋｇ／ｃＪとし、不感帯域は目標圧力の±０
．１ｋｇ／ｃｒＡ、限界値域は目標圧力の２０％以内で
ある±１　ｋｇ／　ｃａ　、速度切換域は目標圧力の５
０％以内である±５　ｋｇ　／　ｃＪとして各々範囲が
記憶されている。比較回路８２は、これらの各種設定値
と前記検出値との比較を行い、この比較の結果に基づき
、指令回路８３はモータコントローラ８４へ送る指令で
ある各種信号を決定する。

すなわち、検出値が不感帯域内ならば動作／停止信号を
ＯＦＦとするが、検出値が不感帯域外で限界域内ならこ
れを間欠的にＯＮとし、検出値が界稙域外ならこれを連
続的にＯＮとする。また、検出値が速度切換域内なら速
度切換信号を低速とし、検出値が速度切換域外ならこれ
を高速とする。各々の場合において、圧力調節弁６を閉
じる方向を正方向としたときに、検出値が目標圧力より
大きいならば、モータ５を正方向に回転させるため、回
転方向信号を正とし、検出値が目標圧力より小さいなら
ば、同様に回転方向信号を逆とする。これらの各種信号
はモータコントローラ８４に送られ、適当な電圧に変換
されてモータ５に印加される。

第３図のフローチャートにこのときの制御の手順を示す
。すなわち、検出値が不感帯域内にあるときはモータ５
に印加される電圧はなく、モータ５は停止状態であるが
、検出値が不感帯域外で限界値域内にあるときは５秒に
１回、正または負の電圧２０Ｖが１秒間、モータ５に印
加され、モータ５は低速で間欠動作を行う。また、検出
値が限界値域外で速度切換域内にあるときは、正または
負の電圧２０Ｖがモータ５に印カロされモータ５は低速
で連続動作を行う。さらに、検出値が速度切換域外にあ
るときは、正または負の電圧１００■がモータ５に印加
され、モータ５は高速で連続動作を行う。なお、各々の
電圧の正または負の極性は回転方向信号の正逆に従うも
のである。

第４図は本実施例の装置において、大気圧から目標圧力
１５０　ｋｇ　／　ｃｎｌまでの昇圧テストを行った際
の時間と圧力の関係を示す図である。図において、運転
開始時から時刻Ｔ、までは高速の連続動作が行われ、圧
力がＰ、すなわち、速度切換域の下限に達すると低速の
連続動作に切り換えられ、さらに時刻Ｔ２において、圧
力がＰ２すなわち限界値域の下限に達すると低速の間欠
動作に切り換えられ、運転開始から約１８０秒で目標圧
力である１　５　Ｑ　ｋｇ　／　ｃａに対して±０　、
　５　ｋｇ／ｃＪの範囲内に安定した。

以上のように、本実施例においては、高価なパルスモー
ク等を用いることなく、応答速度が速く、かつオーバー
シュートやハンチングのない、安定した正確な自動圧力
調節が可能となるという効果がある。

なお、前記実施例においては、検出値が限界値域外にあ
るときの連続動作の際、速度切換域を１つ設けてモータ
５の回転数を高速と低速とに切り換える２段変速とした
が、これは単純な一定回転数による連続動作でもよく、
あるいは２つ以上の速度切換域を設けて３段以上の速度
切換を行ってもよく、さらに、検出値と目標圧力との差
幅に比例してモータ５の回転数を制御する比例制御によ
る動作としてもよい。要するに本発明は、所定流体系の
流路に設けられた圧力調節弁の開度を、正逆回転可能な
モータにより制御して流体系の圧力を調節する自動圧力
調節方法において、前記流体系の所定位置における目標
圧力に対し上下に適当な幅をもつ不感帯域と、この不感
帯域を含み、目標圧力に対し上下に適当な幅をもつ限界
値域とを設定しておき、前記所定位置の圧力を検出し、
この検出値が限界値域外にあるときモータを所定の回転
数で連続動作させ、この検出値が限界値域内にあり、か
つ不感帯域外であるときはモータを一定の回転数で間欠
動作させるということである。

〔発明の効果〕

以」二のように、本発明の自動圧力調節方法によれば、
パルスモータを用いることなしに、応答速度が速く、か
つ正硲で安定した自動圧力調節が可能となるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略構成図、第２図は
前記実施例の要部の信号の流れを示す概略図、第３図は
前記第２図における制御を示すフローチャー１−図、第
４図は前記実施例の昇圧テストにおける時間と圧力の関
係、および時間とモータに印加された電圧の関係を示す
図である。 １・・・原料供給部、２・・・反応器、３・・・流路、
４・・・自動圧力調節装置、５・・・モータ、６・・・
圧力調節弁、７・・・圧力検出器、８・・・制御装置、
２１・・・加熱帯、２２・・・出口側配管、２３・・・
抵抗バルブ、８１・・・記憶回路、８２・・・比較回路
、８３・・・指令回路、８４・・・モータコントローラ
。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定流体系の流路に設けられた圧力調節弁の弁開
   度を、正逆回転可能なモータにより制御して流体系の圧
   力を調節する自動圧力調節方法において、 前記流体系の所定位置における目標圧力に対し上下に適
   当な幅をもつ不感帯域と、この不感帯域を含み、目標圧
   力に対し上下に適当な幅をもつ限界値域とを設定してお
   き、 前記所定位置の圧力を検出し、この検出値が限界値域外
   にあるときはモータを所定の回転数で連続動作させ、こ
   の検出値が限界値域内にあり、かつ不感帯域外であると
   きはモータを一定の回転数で間欠動作させることを特徴
   とする自動圧力調節方法。
2. （２）正逆回転可能なモータにより弁開度を調節可能な
   圧力調節弁と、圧力検出器とを備え、この圧力検出器か
   らの検出値によりモータを制御可能な制御装置を備えた
   自動圧力調節装置において、前記制御装置は、予め定め
   る目標圧力、限界値域および不感帯域等の各設定値を記
   憶可能な記憶手段と、 これらの各設定値と前記検出値とを比較可能な比較手段
   と、 この比較手段による比較の結果から、検出値が限界値域
   外にあるときはモータを所定の回転数で連続動作させる
   命令を発生し、検出値が限界値域内で、かつ不感帯域外
   であるときはモータを所定の回転数で間欠動作させる命
   令を発生することが可能な動作指令手段と、 この動作指令手段からの命令により、モータの動作制御
   可能な動作制御手段と を備えたことを特徴とする自動圧力調節装置。