カスケード制御とは何ですか？

カスケード制御とは、関連するプロセス変数の設定値を操作してプロセス変数を制御するプロセス制御戦略を指します。 この特定の戦略では、関心のある変数は、連携して動作する2つの制御ループによって制御されます。 化学プロセス産業では、カスケード制御システムを使用して、主な制御目標に対する外乱と混乱の影響を減らすことがよくあります。

カスケード制御ループは、プライマリループとセカンダリループで構成されます。 これらのループは、それぞれ外側ループおよび内側ループとも呼ばれます。 1次ループは、1次制御目標に関連するプロセスの設定点またはターゲットを2次ループに提供します。 プライマリループは、セカンダリループまたはスレーブループが従わなければならない設定点を提供するため、マスターループと呼ばれることもあります。

プロセス制御戦略としてカスケード制御を使用する主な目的は、二次ループが外乱を制御できるようにすることです。 この制御システムが効果的に機能するには、2次ループのプロセスダイナミクスが1次ループのダイナミクスよりもはるかに高速でなければなりません。 一般的なルールとして、セカンダリループのプロセスダイナミクスは、プライマリループのプロセスダイナミクスよりも少なくとも4倍速くなければなりません。

ほとんどの化学プロセスのカスケード制御の最も一般的な用途には、二次ループとしてのフローコントローラーの使用が含まれます。 ほとんどのフローコントローラーの応答時間は非常に速いため、セカンダリループの適切な候補になります。 プライマリループは、温度、レベル、水素水素（pH）レベル、化学組成などの変数に焦点を合わせる傾向があります。

カスケード制御は、2つの制御ループのみに基づくシステムに必ずしも限定されません。 複数のカスケード配置は、従来のカスケード制御ループと同じ方法で機能しますが、3つ以上のループがあります。 たとえば、デッドタイムが長い化学組成アナライザーと制御ループは、プロセスの混乱を解消するために温度制御ループに依存する場合があります。 温度制御ループは、フローコントローラーなどのさらに高速なコントローラーに依存する場合があります。

特定のプロセスのカスケードコントローラーの開発に関連するいくつかの要因があります。 たとえば、コントロールエンジニアは、選択したセカンダリループが対象のプライマリループに強い影響を与えたかどうかを考慮する必要があります。 また、エンジニアは、提案された2次ループのプロセスダイナミクスを知る必要があります。 このような要因により、提案されたセカンダリループがプロセスの混乱を吸収し、それらがプライマリループに影響を与えるのを防ぐことができるかどうかを判断できます。