(57)【要約】【課題】予測モデルを用いて外乱要因や予測誤差に対してロバストなプラント制御を実施する。【解決手段】プラントの操作パラメータの変更予定値を入力して得られる運転指標の第１予測値が運転基準を満たすか否かを判断するとともに、現在値からみた変更量が変更予定値よりも大きい仮想変更値を予測モデルに入力して得られる運転指標の第２予測値が運転基準を満たすか否かを判断する。第１予測値および第２予測値が運転基準を満たすと判断された場合、操作パラメータの指令値として変更予定値を出力する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラントの複数の操作パラメータを含む説明変数と前記プラントの運転指標との相関を示す予測モデルに対して、１以上の操作パラメータの変更予定値を入力して得られる前記運転指標の第１予測値が前記プラントの運転基準を満たすか否かを判断する第１判定部と、
前記１以上の操作パラメータの現在値からみた変更量が前記変更予定値よりも大きい前記１以上の操作パラメータの仮想変更値を前記予測モデルに入力して得られる前記運転指標の第２予測値が前記プラントの前記運転基準を満たすか否かを判断する第２判定部と、
前記第１判定部および前記第２判定部により前記第１予測値および前記第２予測値が前記運転基準を満たすと判断された場合、前記１以上の操作パラメータの指令値として前記変更予定値を出力する操作量変更部と、
を備えるプラントの運転条件決定装置。
【請求項２】
前記操作量変更部は、前記１以上の操作パラメータの前記現在値からの変更量が異なる２つの前記変更予定値のうち、前記プラントの他の運転指標の前記運転基準に対する裕度が大きい方の変更予定値を前記指令値として選択するように構成された
請求項１に記載のプラントの運転条件決定装置。
【請求項３】
前記操作量変更部は、前記運転指標が特定の運転指標である場合、前記１以上の操作パラメータの前記現在値からの変更量が異なる２つの前記変更予定値のうち、前記運転基準に対してより裕度が大きい方の変更予定値を前記指令値として選択するように構成された
請求項１に記載のプラントの運転条件決定装置。
【請求項４】
前記操作量変更部は、前記第１予測値および前記第２予測値が前記運転基準を満たすことが確認された２以上の前記操作パラメータの前記変更予定値を前記指令値として出力するように構成された
請求項１から３のいずれか一項に記載のプラントの運転条件決定装置。
【請求項５】
前記２以上の前記操作パラメータは、前記複数の操作パラメータのうち、前記予測モデルによる前記運転指標の予測値に対する寄与度が高い順から選択されたものである
請求項４に記載のプラントの運転条件決定装置。
【請求項６】
前記予測モデルは、前記運転指標の予測値の平均値および分散により規定される確率分布を出力するように構成され、
前記第１判定部および前記第２判定部は、前記運転基準を満たすような、前記確率分布における第１分散値に対応した前記第１予測値および前記第２予測値の組み合わせを発見できない場合、前記第１分散値よりも小さい第２分散値に対応した前記第１予測値および前記第２予測値が前記運転基準を満たすか否かを判定するように構成された
請求項１乃至５の何れか一項に記載のプラントの運転条件決定装置。
【請求項７】
前記予測モデルは、前記運転指標の予測値の平均値および分散により規定される確率分布を出力するように構成され、
前記第１判定部および前記第２判定部は、前記運転基準を満たすような、前記確率分布における前記分散値に対応した前記第１予測値および前記第２予測値の組み合わせを発見できない場合、前記平均値に対応した前記第１予測値および前記第２予測値が前記運転基準を満たすか否かを判定するように構成された
請求項１乃至６の何れか一項に記載のプラントの運転条件決定装置。
【請求項８】
前記操作量変更部は、前記１以上の操作パラメータの前記現在値から前記第２予測値に対応する前記仮想変更値までの変更量の半分を前記変更予定値とするように構成された
請求項１乃至７の何れか一項に記載のプラントの運転条件決定装置。
【請求項９】
前記第１判定部は、前記１以上の操作パラメータの前記現在値からの変更量が基準変更量ΔＰの整数倍で表される２以上の前記変更予定値にそれぞれ対応する前記第１予測値が前記運転基準を満たすか否かを判定するように構成され、
前記第２判定部は、前記１以上の操作パラメータの前記現在値からの変更量が前記基準変更量の整数倍で表される前記仮想変更値にそれぞれ対応する前記第２予測値が前記運転基準を満たすか否かを判定するように構成された
請求項１乃至８の何れか一項に記載のプラントの運転条件決定装置。
【請求項１０】
前記第１判定部は、前記１以上の操作パラメータの前記現在値からの変更量がΔＰ、２ΔＰ、・・・、ΔＰ×Ｍ／２（Ｍは偶数）で表される前記変更予定値にそれぞれ対応する前記第１予測値が前記運転基準をそれぞれ満たすか否かを判定するように構成され、
前記第２判定部は、前記１以上の操作パラメータの前記現在値からの変更量がΔＰ×（Ｍ／２＋１）、ΔＰ×（Ｍ／２＋２）、・・・、ΔＰ×Ｍで表される前記仮想変更値にそれぞれ対応する前記第２予測値が前記運転基準をそれぞれ満たすか否かを判定するように構成された
請求項９に記載のプラントの運転条件決定装置。
【請求項１１】
前記操作量変更部は、前記変更量がΔＰ×Ｎ／２（但し、Ｎは、Ｍ以下であり、且つ、（Ｎ×ΔＰ）以下の全ての前記変更量にそれぞれ対応する前記第１予測値又は前記第２予測値が前記運転基準を満たすような最大の偶数。）で表される前記変更予定値を前記指令値として出力するように構成された
請求項１０に記載のプラントの運転条件決定装置。
【請求項１２】
前記第１判定部および前記第２判定部は、前記操作パラメータが前記運転基準を満たすような前記第１予測値および前記第２予測値の組み合わせを発見できない場合、前記説明変数に含まれる他の前記操作パラメータに対応した前記第１予測値および前記第２予測値が前記運転基準を満たすか否かを判定するように構成された
請求項１乃至１１の何れか一項に記載のプラントの運転条件決定装置。
【請求項１３】
前記操作量変更部は、下記（Ａ）〜（Ｃ）の少なくとも一つの場合、前記第１予測値および前記第２予測値が前記運転基準を満たすことが確認された前記変更予定値を前記指令値として出力するように構成された
請求項１乃至１２の何れか一項に記載のプラントの運転条件決定装置。
（Ａ）前記プラントの異常発生を示す信号を取得した場合。
（Ｂ）前記運転指標が最適値となる前記プラントの最適運転点に対する乖離度が基準値を超えた場合。
（Ｃ）前記予測モデルの前記説明変数の変化スケジュールから予測される前記運転指標の将来値が運転基準を満たさない場合。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の何れか一項に記載の運転条件決定装置と、
前記操作量変更部から入力される前記指令値に基づいて、前記プラントの操作端を制御するように構成された制御装置と、
を備えるプラントの制御システム。
【請求項１５】
プラントの運転条件を決定するためのプログラムであって、
コンピュータに、
プラントの複数の操作パラメータを含む説明変数と前記プラントの運転指標との相関を示す予測モデルに対して、１以上の操作パラメータの変更予定値を入力して得られる前記運転指標の第１予測値が前記プラントの運転基準を満たすか否かを判断するステップと、
前記１以上の操作パラメータの現在値からみた変更量が前記変更予定値よりも大きい前記１以上の操作パラメータの仮想変更値を前記予測モデルに入力して得られる前記運転指標の第２予測値が前記プラントの前記運転基準を満たすか否かを判断するステップと、
前記第１予測値および前記第２予測値が前記運転基準を満たす場合、前記１以上の操作パラメータの指令値として前記変更予定値を出力するステップと、
を実行させる
プラントの運転条件決定プログラム。
【請求項１６】
プラントの複数の操作パラメータを含む説明変数と前記プラントの運転指標との相関を示す予測モデルに対して、１以上の操作パラメータの変更予定値を入力して得られる前記運転指標の第１予測値が前記プラントの運転基準を満たすか否かを判断するステップと、
前記１以上の操作パラメータの現在値からみた変更量が前記変更予定値よりも大きい前記１以上の操作パラメータの仮想変更値を前記予測モデルに入力して得られる前記運転指標の第２予測値が前記プラントの前記運転基準を満たすか否かを判断するステップと、
前記第１予測値および前記第２予測値が前記運転基準を満たす場合、前記１以上の操作パラメータの指令値として前記変更予定値を出力するステップと、
を備えるプラントの運転条件決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、プラントの運転条件決定装置、プラントの制御システム、運転条件決定方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
プラントの運転条件は、一般的に、プラントの運転指標が運転基準を満たすように決定される。プラントの運転状態が変化した場合、プラントの操作端には変化後の運転状態に対応する操作パラメータに相当する司令値が出力されることで、プラントの運転指標が運転基準を満たす状態の維持が試みられる。
【０００３】
このようなプラント制御の一例として、特許文献１では、プラントの使用環境と制御結果との関係を学習して学習結果テーブルを予め作成しておき、当該学習結果テーブルに基づいて制御目標を満たす制御方法を探索することで、プラントの運転指標が運転基準を満たすプラント制御を実現することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−３４５０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１では、プラント実機における使用環境と制御結果との関係を学習した結果に基づいて制御方法を探索している。そのため、優れた信頼性を有する制御を実現するためには、様々な運転条件下で十分な学習量を蓄積することが必要となる。しかしながら、プラント実機で十分な学習量を蓄積するためには、例えば試運転などによって多くの時間やコストを要してしまう。
【０００６】
このような課題の解決策の一つとして、過去の学習結果に代えて、例えば統計的機械学習法やニューラルネットワーク法などによって作成される物理モデルや統計モデルのような予測モデルを用いることが考えられる。具体的には、操作パラメータを現在値から変更した場合における運転指標の予測値を予測モデルから算出することで、運転指標が運転基準を満たす制御方法を模索する。
【０００７】
このような予測モデルを用いるプラント制御では、環境変化のような外乱要因や予測モデルが有する予測誤差によって操作パラメータを変化させた場合に、実際の運転指標が予測モデルから求められる予測値と異なってしまうことがある。例えば、予測モデルに従って運転指標が目標値（例えば最大値又は最小値）になるように操作パラメータを変化させた場合に、目標値の近傍に運転指標が急変する領域が存在すると、環境変化のような外乱要因や予測モデルが有する予測誤差によって操作パラメータが変化した際に、運転指標が目標値から大きく変化してしまうおそれがある。このとき、運転指標が運転基準を逸脱すると、プラントの不具合等を招く可能性がある。
【０００８】
本発明の少なくとも一実施形態は上述の事情に鑑みなされたものであり、予測モデルを用いて外乱要因や予測誤差に対してロバストなプラント制御を実施可能なプラントの運転条件決定装置、プラントの制御システム、運転条件決定方法およびプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るプラントの運転条件決定装置は上記課題を解決するために、
プラントの複数の操作パラメータを含む説明変数と前記プラントの運転指標との相関を示す予測モデルに対して、１以上の操作パラメータの変更予定値を入力して得られる前記運転指標の第１予測値が前記プラントの運転基準を満たすか否かを判断する第１判定部と、
前記１以上の操作パラメータの現在値からみた変更量が前記変更予定値よりも大きい前記１以上の操作パラメータの仮想変更値を前記予測モデルに入力して得られる前記運転指標の第２予測値が前記プラントの前記運転基準を満たすか否かを判断する第２判定部と、
前記第１判定部および前記第２判定部により前記第１予測値および前記第２予測値が前記運転基準を満たすと判断された場合、前記１以上の操作パラメータの指令値として前記変更予定値を出力する操作量変更部と、
を備える。
【００１０】
上記（１）の構成によれば、操作パラメータの変更予定値に対応する第１予測値と、変更予定値より変更量が大きな仮想変更値に対応する第２予測値とが、予測モデルによって算出され、それぞれ運転基準を満たすか否かが判定される。そして第１予測値および第２予測値の両方が運転基準を満たす場合に、第１予測値に対応する変更予定値が指令値として出力される。これにより、変更予定値より変更量が大きな仮想変更値に至るまで運転指標が運転基準を満たすことが確認される。そのため、操作パラメータを現在値から変更予定値に変更した際に、外乱要因や予測誤差の影響を受けたとしても、運転指標が運転基準を逸脱する可能性を効果的に低減できる。
【００１１】
（２）幾つかの実施形態では上記（１）の構成において、
前記操作量変更部は、前記１以上の操作パラメータの前記現在値からの変更量が異なる２つの前記変更予定値のうち、前記プラントの他の運転指標の前記運転基準に対する裕度が大きい方の変更予定値を前記指令値として選択するように構成される。
【００１２】
上記（２）の構成によれば、操作パラメータの変更予定値が複数ある場合には、プラントの他の運転指標の運転基準に対して裕度が大きい方が指令値として選択される。これにより、操作パラメータを変更予定値に制御した際に、他の運転指標において運転基準を逸脱する可能性を効果的に低減できる。
【００１３】
（３）幾つかの実施形態では上記（１）の構成において、
前記操作量変更部は、前記運転指標が特定の運転指標である場合、前記１以上の操作パラメータの前記現在値からの変更量が異なる２つの前記変更予定値のうち、前記運転基準に対してより裕度が大きい方の変更予定値を前記指令値として選択するように構成される。
【００１４】
上記（３）の構成によれば、プラントに関する複数の運転指標のうち特定の運転指標（例えば、操作パラメータに対して感度が高いことにより外乱要因や予測誤差に基づいて操作パラメータが変化した際に運転基準を超えるおそれが高い運転指標）に関して指令値を探索する場合、より裕度の大きな変更予定値を指令値として選択することで、運転基準を逸脱する可能性を効果的に低減できる。
【００１５】
（４）幾つかの実施形態では上記（１）から（３）のいずれか一構成において、
前記操作量変更部は、前記第１予測値および前記第２予測値が前記運転基準を満たすことが確認された２以上の前記操作パラメータの前記変更予定値を前記指令値として出力するように構成される。
【００１６】
上記（４）の構成によれば、複数の操作パラメータの各々に対して変更予定値を同様に決定することで、プラントに対して複数の操作パラメータに対応する指令値を出力した際にも、運転指標が運転基準を逸脱する可能性を低減し、外乱要因や予測誤差に対してロバストなプラント制御が実現できる。
【００１７】
（５）幾つかの実施形態では上記（４）の構成において、
前記２以上の前記操作パラメータは、前記複数の操作パラメータのうち、前記予測モデルによる前記運転指標の予測値に対する寄与度が高い順から選択されたものである。
【００１８】
上記（５）の構成によれば、プラントに関する操作パラメータのうち、運転指標の予測値に対する寄与度が高いものが制御対象として優先的に選択される。これにより、仮に運転指標が運転基準を逸脱した場合には、当該操作パラメータに対応する変更予定値を指令値として出力することで、運転指標が運転基準を満たすように運転状態を的確に制御できる。
【００１９】
（６）幾つかの実施形態では上記（１）から（５）のいずれか一構成において、
前記予測モデルは、前記運転指標の予測値の平均値および分散により規定される確率分布を出力するように構成され、
前記第１判定部および前記第２判定部は、前記運転基準を満たすような、前記確率分布における第１分散値に対応した前記第１予測値および前記第２予測値の組み合わせを発見できない場合、前記第１分散値よりも小さい第２分散値に対応した前記第１予測値および前記第２予測値が前記運転基準を満たすか否かを判定するように構成される。
【００２０】
上記（６）の構成によれば、平均値および分散値により規定される確率分布として予測値を算出する予測モデルを用いる場合、予測値の分散値を比較的大きな第１分散値に設定し、運転基準を満たす第１予測値および第２予測値の組み合わせを発見できるか否かが判定される。その結果、運転基準を満たす第１予測値および第２予測値の組み合わせを発見できない場合、予測値の分散値を第２分散値に減少させて、運転基準を満たす第１予測値および第２予測値の組み合わせを発見できるか否かが判定される。このように分散値を減少させながら運転基準を満たす第１予測値および第２予測値の組み合わせを模索することで、適切な変更予定値を決定し、指令値として出力できる。
【００２１】
（７）幾つかの実施形態では上記（１）から（６）のいずれか一構成において、
前記予測モデルは、前記運転指標の予測値の平均値および分散により規定される確率分布を出力するように構成され、
前記第１判定部および前記第２判定部は、前記運転基準を満たすような、前記確率分布における前記分散値に対応した前記第１予測値および前記第２予測値の組み合わせを発見できない場合、前記平均値に対応した前記第１予測値および前記第２予測値が前記運転基準を満たすか否かを判定するように構成される。
【００２２】
上記（７）の構成によれば、平均値および分散値により規定される確率分布として予測値を算出する予測モデルを用いる場合、分散値を考慮した第１予測値および第２予測値の組み合わせが運転基準を満たさないと判定された場合には、平均値に基づく第１予測値および第２予測値の組み合わせが運転基準を満たさないか否かが判定される。
【００２３】
（８）幾つかの実施形態では上記（１）から（７）のいずれか一構成において、
前記操作量変更部は、前記１以上の操作パラメータの前記現在値から前記第２予測値に対応する前記仮想変更値までの変更量の半分を前記変更予定値とするように構成される。
【００２４】
上記（８）の構成によれば、操作パラメータの現在値から仮想変更値までの変更量の半分が指令値として変更予定値が設定される。これにより、運転指標が運転基準を満たす現在値から仮想変更値までの範囲に対して、裕度が最大となる変更予定値を指令値として選択できる。
尚、操作パラメータが基準変更量ΔＰの整数倍で表される値に限定されることによりステップ的に変更可能であり、操作パラメータの変更量の半分に端数が存在する場合には、当該端数は必要に応じて端数を切り捨ててもよいし、切り上げてもよい（裕度が大きくなる方を選択してもよい）。
【００２５】
（９）幾つかの実施形態では上記（１）から（８）のいずれか一構成において、
前記第１判定部は、前記１以上の操作パラメータの前記現在値からの変更量が基準変更量ΔＰの整数倍で表される２以上の前記変更予定値にそれぞれ対応する前記第１予測値が前記運転基準を満たすか否かを判定するように構成され、
前記第２判定部は、前記１以上の操作パラメータの前記現在値からの変更量が前記基準変更量の整数倍で表される前記仮想変更値にそれぞれ対応する前記第２予測値が前記運転基準を満たすか否かを判定するように構成される。
【００２６】
上記（９）の構成によれば、変更予定値および仮想変更値はそれぞれ基準変更量ΔＰの整数倍で表される（すなわち、段階的に設定される）。このような制約のもとにおいても、上記構成によって、運転指標が運転基準を逸脱する可能性を低減し、外乱要因や予測誤差に対してロバストなプラント制御が実現できる。
【００２７】
（１０）幾つかの実施形態では上記（９）の構成において、
前記第１判定部は、前記１以上の操作パラメータの前記現在値からの変更量がΔＰ、２ΔＰ、・・・、ΔＰ×Ｍ／２（Ｍは偶数）で表される前記変更予定値にそれぞれ対応する前記第１予測値が前記運転基準をそれぞれ満たすか否かを判定するように構成され、
前記第２判定部は、前記１以上の操作パラメータの前記現在値からの変更量がΔＰ×（Ｍ／２＋１）、ΔＰ×（Ｍ／２＋２）、・・・、ΔＰ×Ｍで表される前記仮想変更値にそれぞれ対応する前記第２予測値が前記運転基準をそれぞれ満たすか否かを判定するように構成される。
【００２８】
上記（１０）の構成によれば、操作パラメータの現在値から仮想変更値までの各点（ΔＰ、２ΔＰ、・・・、ΔＰ×Ｍ）において第１予測値および第２予測値が運転基準を満たすか否かが判定される。そして、これらの各点において第１予測値および第２予測値が運転基準を満たす場合に、第１予測値に対応する変更予定値を指令値として出力することで、運転指標が運転基準を逸脱する可能性をより的確に低減できる。
【００２９】
（１１）幾つかの実施形態では上記（１０）の構成において、
前記操作量変更部は、前記変更量がΔＰ×Ｎ／２（但し、Ｎは、Ｍ以下であり、且つ、（Ｎ×ΔＰ）以下の全ての前記変更量にそれぞれ対応する前記第１予測値又は前記第２予測値が前記運転基準を満たすような最大の偶数。）で表される前記変更予定値を前記指令値として出力するように構成される。
【００３０】
上記（１１）の構成によれば、操作パラメータに対応する予測値が運転基準を満たす範囲において、当該範囲の半分に相当する変更予定値が指令値として出力される。これにより、予測値が運転基準を満たす範囲に基づいて、大きな変更予定値を指令値として設定できるため、より応答性に優れたプラント制御を実施できる。
【００３１】
（１２）幾つかの実施形態では上記（１）から（１１）のいずれか一構成において、
前記第１判定部および前記第２判定部は、前記操作パラメータが前記運転基準を満たすような前記第１予測値および前記第２予測値の組み合わせを発見できない場合、前記説明変数に含まれる他の前記操作パラメータに対応した前記第１予測値および前記第２予測値が前記運転基準を満たすか否かを判定するように構成される。
【００３２】
上記（１２）の構成によれば、プラントに関する複数の操作パラメータから選択された特定の操作パラメータについて運転基準を満たす第１予測値および第２予測値の組み合わせが発見できない場合、他の操作パラメータについて運転基準を満たす第１予測値および第２予測値の組み合わせの探索が行われる。
【００３３】
（１３）幾つかの実施形態では上記（１）から（１２）のいずれか一構成において、
前記操作量変更部は、下記（Ａ）〜（Ｃ）の少なくとも一つの場合、前記第１予測値および前記第２予測値が前記運転基準を満たすことが確認された前記変更予定値を前記指令値として出力するように構成される。
（Ａ）前記プラントの異常発生を示す信号を取得した場合。
（Ｂ）前記運転指標が最適値となる前記プラントの最適運転点に対する乖離度が基準値を超えた場合。
（Ｃ）前記予測モデルの前記説明変数の変化スケジュールから予測される前記運転指標の将来値が運転基準を満たさない場合。
【００３４】
上記（１３）の構成によれば、（Ａ）の場合、現在のプラント運転点において異常が検出された場合に、プラントに対して変更予定値を指令値として出力することで、異常を解消するための制御が実施できる。（Ｂ）の場合、現在のプラント運転点が最適運転点から乖離した場合に、プラントに対して変更予定値を指令値として出力することで、より適切な運転点への遷移を実施できる。（Ｃ）の場合、説明変数の変化スケジュールに基づいて将来的に運転指標が運転基準を満たさないことが予想される場合、プラントに対して変更予定値を指令値として出力することで、将来的に生じ得る以上を未然回避できる。
【００３５】
（１４）本発明の少なくとも一実施形態に係るプラントの制御システムは上記課題を解決するために、
上記（１）から（１３）のいずれか一構成の運転条件決定装置と、
前記操作量変更部から入力される前記指令値に基づいて、前記プラントの操作端を制御するように構成された制御装置と、
を備える。
【００３６】
上記（１４）の構成によれば、上記運転条件決定装置から出力される司令値に基づいてプラントの操作端が制御される。司令値は、変更予定値より変更量が大きな仮想変更値に至るまで運転指標が運転基準を満たすことが確認された変更予定値であるため、操作パラメータを現在値から変更予定値に変更した際に、環境変化や予測誤差の影響を受けたとしても、運転指標が運転基準を逸脱する可能性が効果的に低減される。その結果、外乱要因や予測誤差に対してロバストなプラント制御が実現できる。
【００３７】
（１５）本発明の少なくとも一実施形態に係るプログラムは上記課題を解決するために、
プラントの運転条件を決定するためのプログラムであって、
コンピュータに、
プラントの複数の操作パラメータを含む説明変数と前記プラントの運転指標との相関を示す予測モデルに対して、１以上の操作パラメータの変更予定値を入力して得られる前記運転指標の第１予測値が前記プラントの運転基準を満たすか否かを判断するステップと、
前記１以上の操作パラメータの現在値からみた変更量が前記変更予定値よりも大きい前記１以上の操作パラメータの仮想変更値を前記予測モデルに入力して得られる前記運転指標の第２予測値が前記プラントの前記運転基準を満たすか否かを判断するステップと、
前記第１予測値および前記第２予測値が前記運転基準を満たす場合、前記１以上の操作パラメータの指令値として前記変更予定値を出力するステップと、
を実行させる。
【００３８】
上記（１５）のプログラムによれば、操作パラメータの変更予定値に対応する第１予測値と、変更予定値より変更量が大きな仮想変更値に対応する第２予測値とが、予測モデルによって算出され、それぞれ運転基準を満たすか否かが判定される。そして第１予測値および第２予測値の両方が運転基準を満たす場合に、第１予測値に対応する変更予定値が指令値として出力される。これにより、変更予定値より変更量が大きな仮想変更値に至るまで運転指標が運転基準を満たすことが確認される。そのため、操作パラメータを現在値から変更予定値に変更した際に、外乱要因や予測誤差の影響を受けたとしても、運転指標が運転基準を逸脱する可能性を効果的に低減できる。
【００３９】
（１６）本発明の少なくとも一実施形態に係るプラントの運転条件決定方法は上記課題を解決するために、
プラントの複数の操作パラメータを含む説明変数と前記プラントの運転指標との相関を示す予測モデルに対して、１以上の操作パラメータの変更予定値を入力して得られる前記運転指標の第１予測値が前記プラントの運転基準を満たすか否かを判断するステップと、
前記１以上の操作パラメータの現在値からみた変更量が前記変更予定値よりも大きい前記１以上の操作パラメータの仮想変更値を前記予測モデルに入力して得られる前記運転指標の第２予測値が前記プラントの前記運転基準を満たすか否かを判断するステップと、
前記第１予測値および前記第２予測値が前記運転基準を満たす場合、前記１以上の操作パラメータの指令値として前記変更予定値を出力するステップと、
を備える。
【００４０】
上記（１６）の方法によれば、操作パラメータの変更予定値に対応する第１予測値と、変更予定値より変更量が大きな仮想変更値に対応する第２予測値とが、予測モデルによって算出され、それぞれ運転基準を満たすか否かが判定される。そして第１予測値および第２予測値の両方が運転基準を満たす場合に、第１予測値に対応する変更予定値が指令値として出力される。これにより、変更予定値より変更量が大きな仮想変更値に至るまで運転指標が運転基準を満たすことが確認される。そのため、操作パラメータを現在値から変更予定値に変更した際に、外乱要因や予測誤差の影響を受けたとしても、運転指標が運転基準を逸脱する可能性を効果的に低減できる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、予測モデルを用いて外乱要因や予測誤差に対してロバストなプラント制御を実施可能なプラントの運転条件決定装置、プラントの制御システム、運転条件決定方法およびプログラムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の少なくとも一実施形態に係るプラントの制御システムの機能的構成を示すブロック図である。
【図２Ａ】図１の制御システムのハードウェア構成を示す概略構成図である。
【図２Ｂ】図１の制御システムのハードウェア構成を示す概略構成図である。
【図３】本発明の少なくとも一実施形態に係る運転条件決定方法を工程毎に示すフローチャートである。
【図４】図３に対応するプラントの運転点遷移図である。
【図５】他の実施形態に係るプラントの運転点遷移図である。
【図６】他の実施形態に係るプラントの運転点遷移図である。
【図７】他の実施形態に係る運転条件決定方法を工程毎に示すフローチャートである。
【図８】プラントに関する複数の操作パラメータに対する優先度の付与例である。
【図９】他の実施形態に係るプラントの運転点遷移図である。
【図１０】他の実施形態に係るプラントの運転点遷移図である。
【図１１】他の実施形態に係るプラントの運転点遷移図である。
【図１２】他の実施形態に係るプラントの制御システムの機能的構成を示すブロック図である。
【図１３】他の実施形態に係るプラントの制御システムの機能的構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００４４】
図１は本発明の少なくとも一実施形態に係るプラント１の制御システム１０の機能的構成を示すブロック図であり、図２Ａ〜図２Ｂは、図１の制御システム１０のハードウェア構成を示す概略構成図である。
【００４５】
図１に示すように、制御対象であるプラント１は、１以上の操作端Ｔ１〜ＴＮ（Ｎは１以上の整数）を備える。操作端Ｔ１〜ＴＮは、制御システム１０から入力される制御信号に基づいて操作されることで、プラント１の運転状態が制御される。プラント１の運転状態は、プラント１に設けられた１以上のセンサＳ１〜ＳＭ（Ｍは１以上の整数）によって監視され、センサＳ１〜ＳＭ（Ｍは１以上の整数）の検出値は制御システム１０に入力されることで、プラント１の運転条件を決定するための情報として利用される。
【００４６】
制御システム１０は、図２Ａ〜図２Ｂに示すように、コンピュータで構成されていてもよい。具体的には、図２Ａに示すように、制御システム１０は、ＣＰＵ１１（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ１２（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ１３（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ１４（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）、入力Ｉ／Ｆ１５、および出力Ｉ／Ｆ１６を含み、これらがバス１７を介して互いに接続されて構成される。
尚、制御システム１０のハードウェア構成は上記に限定されず、制御回路と記憶装置との組み合わせにより構成されても良い。
【００４７】
また、図２Ｂに示すように、クラウド１ｃや記憶媒体１ｄに、制御システム１０の機能を実現するためのプログラム（運転条件決定プログラム）を格納しておいてもよい。そして制御システム１０は、例えば４Ｇ、５Ｇ回線通信器やＷｉ−Ｆｉ（登録商標）等の無線ＬＡＮ通信器のような外部通信器１８を備え、ＣＰＵ１１が外部通信器１８を介してクラウド１ｃからプログラムを読み込み、ＲＡＭ１２にロードして実行してもよい。また制御システム１０は、記憶媒体１ｄのデータを読み取るためのドライバ１９を備え、ＣＰＵ１１が記憶媒体１ｄからプログラムを読み込み、ＲＡＭ１２にロードして実行してもよい。記憶媒体１ｄの種類は問わず、例えばＳＤカード、ＵＳＢメモリ、外付けＨＤＤ等、プログラムの容量に応じた様々な記憶媒体１ｄを用いることができる。
【００４８】
図１に示す実施形態では、制御システム１０は、運転制御装置１００と、運転設定調整装置２００と、記憶部３００と、を備える。
【００４９】
運転制御装置１００は、運転制御部１１０と、プロセス値取得部１２０とを備える。運転制御部１１０は、プラント１に対して制御信号を送信することでプラント１の制御を実行するユニットである。運転制御部１１０では、後述する運転設定調整装置２００から入力される司令値に基づく制御信号が生成され、当該制御信号はプラント１の操作端Ｔ１〜ＴＮに対してそれぞれ送信される。プロセス値取得部１２０では、プラント１に設けられたセンサＳ１〜ＳＭで検出されたプロセス値が取得され、運転設定調整装置２００に対して送信される。
【００５０】
運転設定調整装置２００は、プラント１の運転設定を調整するために、運転制御装置１００に対して司令値を出力する。このような機能を実現するために、運転設定調整装置２００は、運転指標取得部２０２と、異常判定部２０４と、運転条件決定装置２０５と、を備える。
【００５１】
運転指標取得部２０２は、プロセス値取得部１２０から入力されるプロセス値に基づいて運転指標Ｄを取得する。運転指標Ｄは、プラント１の運転状態に関するパラメータであり、センサ計測値であるプロセス値であってもよいし、プロセス値に基づいて算出される演算値であってもよい。
【００５２】
異常判定部２０４は、運転指標取得部２０２から入力される運転指標Ｄに基づいてプラント１に異常があるか否かを判定する。具体的には、異常判定部２０４は、運転指標取得部２０２から入力される運転指標Ｄを予め用意された運転基準Ｄｒｅｆと比較することで、プラント１に関して異常の有無を判定する。このような運転基準Ｄｒｅｆは、運転指標Ｄの種類毎に用意される。
【００５３】
異常判定部２０４の判定結果は運転条件決定装置２０５に入力され、運転条件決定装置２０５は異常判定が入力されたことをトリガーとして運転条件の決定を開始する（すなわち異常判定が入力されない場合は、運転条件決定装置２０５では新たな運転条件の決定は行われず、前回の運転条件が維持される）。運転条件決定装置２０５は、変更予定値生成部２０６と、仮想変更値生成部２０８と、第１判定部２１０と、第２判定部２１２と、操作量変更部２１４と、を備える。これら運転条件決定装置２０５の各構成要素の詳細については、図３および図４を参照して後述する。
【００５４】
記憶部３００は、運転条件決定装置２０５で実施される運転条件決定方法に必要な各種情報を記憶可能なデバイスである。本実施形態では、記憶部３００には予測モデルＭが予め格納されている。予測モデルＭは、プラント１の操作パラメータＰと運転指標Ｄの予測値との相関を規定する物理モデルや統計モデルであり、例えば、統計的機械学習法やニューラルネットワーク法などを用いることによって構築される。
【００５５】
尚、記憶部３００は、図２Ａを参照して前述したようにＨＤＤ１４（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）として構成されてもよいし、図２Ｂを参照して前述したようにクラウド１ｃや記憶媒体１ｄとして構成されてもよい。
【００５６】
続いて上記構成を有する運転条件決定装置２０５によって実施される運転条件決定方法について説明する。図３は本発明の少なくとも一実施形態に係る運転条件決定方法を工程毎に示すフローチャートであり、図４は図３に対応するプラント１の運転点遷移図である。
【００５７】
まず運転指標取得部２０２は、プラント１の運転指標Ｄを取得する（ステップＳ１００）。具体的には、運転指標取得部２０２は、運転制御装置１００のプロセス値取得部１２０でプラント１から検出されたプロセス値を取得し、当該プロセス値に基づいて運転指標Ｄを算出する。運転指標Ｄは、プロセス値そのものであってもよいし、プロセス値に基づいて算出される演算値であってもよい。
【００５８】
続いて異常判定部２０４は、ステップＳ１００で取得した運転指標Ｄに基づいてプラント１に異常があるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。ステップＳ１０１の異常判定は、例えば、運転指標Ｄを予め設定された運転基準Ｄｒｅｆと比較することにより行われる。運転基準Ｄｒｅｆは、予め実験的な手法により設定されてもよいし、シミュレーション的な手法により設定されてもよいし、過去の運転実績を考慮して設定されてもよい。異常判定部２０４は、プラント１が稼働している間、運転指標Ｄを監視することで継続的に異常判定を行う。
【００５９】
異常判定部２０４で異常があると判定された場合（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、運転条件決定装置２０５は、プラント１の現在の運転点Ａを特定する（ステップＳ１０２）。現在の運転点Ａは、例えば、運転制御装置１００のプロセス値取得部１２０でプラント１から検出されたプロセス値に基づいて特定される。図４では、現在の運転点Ａは運転基準Ｄｒｅｆを超える運転指標Ｄａを有しており、プラント１に異常があることが示されている。
【００６０】
続いて変更予定値生成部２０６は、ステップＳ１０２で取得された現在の運転点Ａに基づいて、変更予定値Ｐｂを生成する（ステップＳ１０３）。変更予定値Ｐｂは、制御目標となる運転点Ｂに対応する操作パラメータである。すなわち、現在の運転点Ａに対応する操作パラメータＰａに対して、所定の操作量を加算することで、変更予定値Ｐｂが生成される。
【００６１】
続いて第１判定部２１０は、ステップＳ１０３で生成した変更予定値Ｐｂに対応する運転指標である第１予測値Ｄｂを算出し（ステップＳ１０４）、当該第１予測値Ｄｂが運転基準Ｄｒｅｆを満たすか否かを判定する（ステップＳ１０５）。第１予測値Ｄｂの算出は、記憶部３００に予め記憶された予測モデルＭに対して、ステップＳ１０３で生成された変更予定値Ｐｂを入力することにより行われる。図４では、第１予測値Ｄｂが運転基準Ｄｒｅｆ未満であることが示されている（ステップＳ１０５：ＹＥＳ）。
【００６２】
続いて仮想変更値生成部２０８は、ステップＳ１０２で取得された現在の運転点Ａに基づいて、仮想変更値Ｐｃを生成する（ステップＳ１０６）。仮想変更値Ｐｃは、現在の運転点Ａに対応する操作パラメータＰａからみた変更量が変更予定値Ｐｂより大きな操作パラメータとして生成される。
【００６３】
続いて第２判定部２１２は、ステップＳ１０６で生成した仮想変更値Ｐｃに対応する運転指標である第２予測値Ｄｃを算出し（ステップＳ１０７）、当該第２予測値Ｄｃが運転基準Ｄｒｅｆを満たすか否かを判定する（ステップＳ１０８）。第２予測値Ｄｃの算出は、記憶部３００に予め記憶された予測モデルＭに対して、ステップＳ１０６で生成された仮想変更値Ｐｃを入力することにより行われる。図４では、第２予測値Ｄｃが運転基準Ｄｒｅｆ未満であることが示されている（ステップＳ１０８：ＹＥＳ）。
【００６４】
このように第１判定部２１０および第２判定部２１２により第１予測値Ｄｂおよび第２予測値Ｄｃが運転基準Ｄｒｅｆを満たすと判断された場合（ステップＳ１０５：ＹＥＳ，ステップＳ１０８：ＹＥＳ）、操作量変更部２１４は、運転制御部１１０に対する操作パラメータＰの指令値として変更予定値Ｐｂを出力する（ステップＳ１０９）。尚、仮想変更値Ｐｃは、変更予定値Ｐｂを指令値として出力してもよいか否かを評価するために設定される仮想的な値であり、仮想変更値Ｐｃ自体が指令値として使用されるものではない。これにより、変更予定値Ｐｂより変更量が大きな仮想変更値Ｐｃに至るまで運転指標Ｄが運転基準Ｄｒｅｆを満たすことが確認されるため、操作パラメータＰを現在値から変更予定値Ｐｂに変更した際に、外乱要因や予測誤差の影響を受けたとしても、運転指標Ｄが運転基準Ｄｒｅｆを逸脱する可能性を効果的に低減したプラント制御が可能となる。
【００６５】
尚、図３のフローチャートでは、第１判定部２１０による判定を第２判定部２１２による判定の前に実施した場合を例示しているが、第１判定部２１０による判定を第２判定部２１２による判定の後に実施してもよいし、第１判定部２１０および第２判定部２１２による判定を同時に実施してもよい。
【００６６】
また幾つかの実施形態では、変更予定値生成部２０６において変更量が異なる２つの変更予定値を生成し、操作量変更部２１４においてプラント１の他の運転指標の運転基準に対する裕度が大きい方の変更予定値Ｄｂを指令値として選択するように構成されてもよい。
【００６７】
図５に示す実施形態では、変更予定値生成部２０６は、互いに変更量が異なる２つの変更予定値Ｐｂ１，Ｐｂ２を生成する。予測モデルＭに対して変更予定値Ｐｂ１を入力することで得られる第１予測値Ｄｂ１、および、予測モデルＭに対して変更予定値Ｐｂ２を入力することで得られる第１予測値Ｄｂ２は、ともに運転基準Ｐｒｅｆを満たしている（運転基準Ｐｒｅｆ未満である）。
【００６８】
図５では、前述の予測モデルＭに加えて、プラント１の他の運転指標Ｄ’に対応する予測モデルＭ´が示されている。他の予測モデルＭ´は、予測モデルＭと共通の説明変数と他の運転指標Ｄ’との相関を規定する予測モデルである。他の予測モデルＭ´は、操作パラメータＰが増加するに従って他の運転指標Ｄ’が増加する傾向を示す。そのため、他の予測モデルＭ´に基づいて算出される変更予定値Ｐｂ１に対応する予測値Ｄｂ１´は、他の予測モデルＭ´に基づいて算出される変更予定値Ｐｂ２に対応する予測値Ｄｂ２´に比べて小さくなる。すなわち、運転基準Ｄｒｅｆに対して変更予定値Ｐｂ１は、変更予定値Ｐｂ２に比べて裕度が大きい。この場合、操作量変更部２１４は、２つの変更予定値Ｐｂ１、Ｐｂ２のうち、裕度が大きな変更予定値Ｐｂ１を指令値として選択する。これにより、操作パラメータＰを変更予定値Ｐｂ１に制御した際に、他の運転指標Ｄ’において運転基準Ｄｒｅｆ’を逸脱する可能性を効果的に低減するプラント制御が可能となる。
【００６９】
また幾つかの実施形態では、操作量変更部２１４は、運転指標が特定の運転指標である場合、１以上の操作パラメータの現在値からの変更量が異なる２つの変更予定値Ｐｂ１，Ｐｂ２のうち、運転基準Ｄｒｅｆに対してより裕度が大きい方の変更予定値を指令値として選択するように構成されてもよい。
【００７０】
一般的にプラントに関する運転指標は複数存在しており、これら複数の運転指標から上述のような制御に用いられるものが少なくとも１つ選択可能である。操作量変更部２１４は、このような複数の運転指標から特定の運転指標が選択された場合には、より裕度の大きな変更予定値を指令値として選択する。例えば、操作パラメータに対して感度が高いことにより外乱要因や予測誤差に基づいて操作パラメータが変化した際に運転基準Ｄｒｅｆを超えるおそれが高い運転指標が選択された場合に、裕度が大きな変更予定値を指令値として選択することで、運転基準Ｄｒｅｆを逸脱する可能性をより効果的に低減できる。
【００７１】
また幾つかの実施形態では、現在の運転点Ａに対応する操作パラメータＰａから仮想変更値Ｐｃまでの変更量の半分を変更予定値Ｐｂとしてもよい。
【００７２】
図６に示す実施形態では、変更予定値生成部２０６は、仮想変更値生成部２０８で生成された仮想変更値Ｐｃの半分として変更予定値Ｐｂ（＝Ｐｃ／２）を生成する。このように変更予定値Ｐｂ（＝Ｐｃ／２）及び仮想変更値Ｐｃが生成されると、上述の実施形態と同様に、第１判定部２１０では変更予定値Ｐｂ（＝Ｐｃ／２）に対応する第１予測値Ｄｂが運転基準Ｄｒｅｆを満たすか否かが判定されるとともに、第２判定部２１２では仮想変更値Ｐｃに対応する第２予測値Ｄｃが運転基準Ｄｒｅｆを満たすか否かが判定される。その結果、第１予測値Ｄｂおよび第２予測値Ｄｃが運転基準Ｄｒｅｆを満たすと判断された場合、操作量変更部２１４は、運転制御部１１０に対する操作パラメータＰの指令値として変更予定値Ｐｂ（＝Ｐｃ／２）を出力する。これにより、運転指標が運転基準Ｄｒｅｆを満たす現在値から仮想変更値までの範囲に対して、裕度が最大となる変更予定値を指令値として選択できる。
【００７３】
尚、操作パラメータＰが取り得る値が基準変更量ΔＰの整数倍にステップ的に規制される場合（すなわち、操作パラメータＰがΔＰ×ｎ（ｎは１以上の整数）で表される場合）、仮想変更値Ｐｃの半分に端数が含まれる際には、当該端数は切り捨ててもよいし、切り上げてもよい（端数を切り捨てるか、切り上げるかは、例えば裕度が大きくなる方を選択するようにしてもよい）。
【００７４】
また幾つかの実施形態では、プラント１に関して複数の操作パラメータから選択された２以上の操作パラメータに対して指令値の出力が行われてもよい。図７は他の実施形態に係る運転条件決定方法を工程毎に示すフローチャートである。
尚、ここでは各操作パラメータＰは、予め設定された基準変更量ΔＰの整数倍に段階的（ステップ的）に変更可能な場合を例に説明する。
【００７５】
まずプラント１に関する複数の操作パラメータから、２以上の操作パラメータを選択する（ステップＳ２００）。ステップＳ２００における選択は、例えば、予測モデルＭによる運転指標の予測値に対する寄与度が高い順に行われる。
【００７６】
ここで図８はプラント１に関する複数の操作パラメータに対する優先度の付与例である。図８では、プラント１に関する複数の操作パラメータＰ１、Ｐ２、Ｐ３、・・・に対して、特定の運転指標Ｄに対する寄与度が高い順に優先度ａ、ｂ、ｃ、・・・がそれぞれ付与される。ステップＳ２００では、このような優先度に従って制御対象とする操作パラメータを選択することで、目的とする運転指標Ｄを目標値に向けて迅速に推移させ、良好な応答性が得られる。このような各操作パラメータと優先度との関係は、例えば、データベースとして記憶部３００に予め記憶しておき、適宜読み出し可能に構成されてもよい。例えば２つの操作パラメータを選択する場合には、寄与度が最も高い操作パラメータと、次に寄与度が高い操作パラメータとが選択される。
【００７７】
続いて変更予定値Ｐｂ及び仮想変更値Ｐｃの算出範囲を規定するためのステップ数Ｍを設定する（ステップＳ２０１）。ここでステップ数Ｍは、２以上の任意の偶数が設定される。
【００７８】
続いてステップＳ２００で選択された２以上の操作パラメータについて、ステップＳ２０１で設定されたステップ数Ｍの範囲において、第１予測値Ｄｂ及び第２予測値Ｄｃがともに運転基準Ｄｒｅｆを満たす変更予定値Ｐｂ及び仮想変更値Ｐｃの組み合わせを探索する（ステップＳ２０２）。具体的に説明すると、第１判定部２１０は、操作パラメータの現在値からの変更量がΔＰ、２ΔＰ、・・・、ΔＰ×Ｍ／２で表される変更予定値にそれぞれ対応する第１予測値が運転基準Ｄｒｅｆをそれぞれ満たすか否かを判定する。また第２判定部２１２は、操作パラメータの現在値からの変更量がΔＰ×（Ｍ／２＋１）、ΔＰ×（Ｍ／２＋２）、・・・、ΔＰ×Ｍで表される仮想変更値にそれぞれ対応する第２予測値が運転基準Ｄｒｅｆをそれぞれ満たすか否かを判定する。そして第１判定部２１０及び第２判定部２１２の判定結果をまとめることで、第１予測値Ｄｂ及び第２予測値Ｄｃがともに運転基準Ｄｒｅｆを満たす変更予定値Ｐｂ及び仮想変更値Ｐｃの組み合わせがあるか否かが判定される（ステップＳ２０３）。
【００７９】
ここで図９には、ステップ数Ｍ（＝６）である場合において、変更予定値Ｐｂ１（＝ΔＰ）、Ｐｂ２（＝２ΔＰ）、Ｐｂ３（＝３ΔＰ＝ΔＰ×６／２）に対応する第１予測値Ｄｂがそれぞれ運転基準Ｄｒｅｆを満たすとともに、仮想変更値Ｐｃ１（＝４ΔＰ）、Ｐｃ２（＝５ΔＰ）、Ｐｃ３（＝６ΔＰ）に対応する第２予測値Ｄｃがそれぞれ運転基準Ｄｒｅｆを満たす一例が示されている。このように第１予測値Ｄｂ及び第２予測値Ｄｃがともに運転基準Ｄｒｅｆを満たす変更予定値Ｐｂ及び仮想変更値Ｐｃの組み合わせが存在する場合（ステップＳ２０３：ＹＥＳ）、これらのうち最大の変更予定値であるＰｂ３が指令値として出力される（ステップＳ２０４）。
【００８０】
一方、第１予測値Ｄｂ及び第２予測値Ｄｃがともに運転基準Ｄｒｅｆを満たす変更予定値Ｐｂ及び仮想変更値Ｐｃの組み合わせが存在しない場合（ステップＳ２０３：ＮＯ）、ステップ数Ｍが１ステップ分だけ減少される（ステップＳ２０５）。減少後のステップ数Ｍがゼロではない場合（ステップＳ２０６：ＮＯ）、処理がステップＳ２０２に戻されることにより、前回より狭い範囲で第１予測値Ｄｂ及び第２予測値Ｄｃがともに運転基準Ｄｒｅｆを満たす変更予定値Ｐｂ及び仮想変更値Ｐｃの組み合わせの探索が行われる。
【００８１】
一方、減少後のステップ数Ｍがゼロである場合（ステップＳ２０６：ＹＥＳ）、操作パラメータの再選択が試みられる（ステップＳ２０７）。すなわち、ステップＳ２００で選択された操作パラメータの組み合わせでは適切な指令値が発見できなかった場合には、前提となる操作パラメータの選択のやり直しが行われる。具体的には、ステップＳ２００で選択された操作パラメータに対して、予測モデルによる運転指標の予測値に対する寄与度が次に高い操作パラメータが選択される。例えばステップＳ２００で１番目と２番目に寄与度が最も高い操作パラメータが選択されていた場合、ステップＳ２０７では、１番目と３番目に寄与度が高い操作パラメータが選択される。
【００８２】
ステップＳ２０７において、適切な操作パラメータが選択できた場合には（ステップＳ２０８：ＹＥＳ）、処理をステップＳ２０２に戻すことにより、再選択された２以上の操作パラメータについて、第１予測値Ｄｂ及び第２予測値Ｄｃがともに運転基準Ｄｒｅｆを満たす変更予定値Ｐｂ及び仮想変更値Ｐｃの組み合わせの模索が同様に行われる。これにより、最も優先度が高い操作パラメータに従って適切な司令値が得られなかった場合には、次に優先度が高い操作パラメータを順次選択することで、適切な司令値を模索できる。
【００８３】
一方でステップＳ２０７において適切な操作パラメータの選択ができなかった場合には（ステップＳ２０８：ＮＯ）、予測モデルＭに規定される分散値を考慮した組み合わせの探索が行われる。まず第１判定部２１０および第２判定部２１２は、予測モデルＭに規定される分散値のうち大きな第１分散値＋２σに従って第１予測値Ｄｂおよび第２予測値Ｄｃを算出し、それぞれ運転基準Ｄｒｅｆを満たす組み合わせを探索する（ステップＳ２０９）。その結果、第１予測値Ｄｂおよび第２予測値Ｄｃが運転基準Ｄｒｅｆを満たす組み合わせが見つかった場合（ステップＳ２１０：ＹＥＳ）、変更予定値Ｐｂのうち最大のものを指令値として出力する（ステップＳ２０４）。
【００８４】
一方、第１予測値Ｄｂおよび第２予測値Ｄｃが運転基準Ｄｒｅｆを満たす組み合わせが見つからなかった場合（ステップＳ２１０：ＮＯ）、第１判定部２１０および第２判定部２１２は、予測モデルＭに規定される分散値のうち第１分散値＋２σより小さな第２分散値＋σに従って第１予測値Ｄｂおよび第２予測値Ｄｃを算出し、それぞれ運転基準Ｄｒｅｆを満たす組み合わせを探索する（ステップＳ２１１）。その結果、第１予測値Ｄｂおよび第２予測値Ｄｃが運転基準Ｄｒｅｆを満たす組み合わせが見つかった場合（ステップＳ２１２：ＹＥＳ）、変更予定値Ｐｂのうち最大のものを指令値として出力する（ステップＳ２０４）。
【００８５】
図１０では、第１分散値＋２σに従って算出された第１予測値Ｄｂ１は運転基準Ｄｒｅｆを満たすものの、第１分散値＋２σに従って算出された第２予測値Ｄｃ１は運転基準Ｄｒｅｆを満たしていない。そのため、このような場合には分散値を第２分散値＋σに減少させた上で、再び第１予測値Ｄｂおよび第２予測値Ｄｃがそれぞれ運転基準Ｄｒｅｆを満たすか否かが判定される。その結果、図１０の場合、第２分散値＋σに従って算出された第１予測値Ｄｂ及び第２予測値Ｄｃは運転基準Ｄｒｅｆを満たすことから、第１予測値Ｄｂに対応する変更予定値Ｐｂが指令値として出力される。このように予測モデルＭに規定される分散値を減少させながら運転基準Ｄｒｅｆを満たす第１予測値Ｄｂおよび第２予測値Ｄｃの組み合わせを模索することで、適切な変更予定値Ｐｂを決定できる。
【００８６】
一方、第２分散値＋σに基づいて第１予測値Ｄｂおよび第２予測値Ｄｃが運転基準Ｄｒｅｆを満たす組み合わせが見つからなかった場合（ステップＳ２１２：ＮＯ）、第１判定部２１０および第２判定部２１２は、予測モデルＭに規定される平均値に従って第１予測値Ｄｂおよび第２予測値Ｄｃを算出し、それぞれ運転基準Ｄｒｅｆを満たす組み合わせを探索する（ステップＳ２１３）。その結果、第１予測値Ｄｂおよび第２予測値Ｄｃが運転基準Ｄｒｅｆを満たす組み合わせが見つかった場合（ステップＳ２１４：ＹＥＳ）、変更予定値Ｐｂのうち最大のものを指令値として出力する（ステップＳ２０４）。
【００８７】
図１１では、第２分散値＋σに従って算出された第１予測値Ｄｂ１は運転基準Ｄｒｅｆを満たすものの、第２分散値＋σに従って算出された第２予測値Ｄｃ１は運転基準Ｄｒｅｆを満たしていない。そのため、このような場合には物理モデルＭに規定された平均値ａｖｇに従って算出された第１予測値Ｄｂ２および第２予測値Ｄｃ２がそれぞれ運転基準Ｄｒｅｆを満たすか否かが判定される。その結果、図１１の場合、平均値ａｖｇに従って算出された第１予測値Ｄｂ及び第２予測値Ｄｃは運転基準Ｄｒｅｆを満たすことから、第１予測値Ｄｂに対応する変更予定値Ｐｂが指令値として出力される。本実施形態では、このように分散値に基づいて運転基準Ｄｒｅｆを満たす第１予測値Ｄｂ１および第２予測値Ｄｃ１の組み合わせが発見できない場合には、平均値ａｖｇに基づいて運転基準Ｄｒｅｆを満たす第１予測値Ｄｂ２および第２予測値Ｄｃ２の組み合わせを模索することで、適切な変更予定値Ｐｂを決定できる。
【００８８】
一方、平均値ａｖｇに基づいて第１予測値Ｄｂおよび第２予測値Ｄｃが運転基準Ｄｒｅｆを満たす組み合わせが見つからなかった場合（ステップＳ２１４：ＮＯ）、運転基準Ｄｒｅｆに対して十分な裕度を有する指令値の設定が困難である旨を報知する（ステップＳ２１５）。すなわち、前述の各工程で探索を行った結果、適切な指令値を見出すことが難しい場合には、その旨を示す信号が出力される。
【００８９】
尚、前述の各工程では、基本的に、第１予測値Ｄｂおよび第２予測値Ｄｃがそれぞれ運転基準Ｄｒｅｆを満たす組み合わせが発見された場合には、最大の変更予定値Ｐｂを一律に指令値として出力する場合を例示している（ステップＳ２０４を参照）。これに対して他の形態では、例えば、ステップＳ２１０で第１分散値＋２σに従って第１予測値Ｄｂおよび第２予測値Ｄｃがそれぞれ運転基準Ｄｒｅｆを満たす組み合わせが発見できない場合に（ステップＳ２１０：ＮＯ）、ステップＳ２１２又はＳ２１４で第１予測値Ｄｂおよび第２予測値Ｄｃがそれぞれ運転基準Ｄｒｅｆを満たす組み合わせが発見された場合には、最大の変更予定値より指令値を小さく設定してもよい（例えば指令値を１ステップ分だけに制限してもよい）。これは、第１分散値＋２σで適切な指令値を見つけられなかった場合には、仮に第２分散値＋σや平均値に従って適切な指令値を見つけたとしても、当該指令値に従って制御を実施した場合に予想と異なる振る舞いが生じる可能性が大きいためである。
【００９０】
このようにプラント１の複数の操作パラメータから選択された２以上の操作パラメータに対して、第１予測値Ｄｂ及び第２予測値Ｄｃが運転基準Ｄｒｅｆを満たす組み合わせを探索することで指令値を決定することができる。このような指令値に従って制御を実施することで、外乱要因や予測誤差に対してロバストなプラント制御が実現できる。
【００９１】
また図１２は他の実施形態に係るプラント１の制御システム１０の機能的構成を示すブロック図である。図１２に示す実施形態では、運転設定調整装置２００は、図１の異常判定部２０４に代えて運転点判定部２２０を備える。運転点判定部２２０は、プラント１の現在の運転点の最適運転点に対する乖離度が基準値を超えたか否かを判定する。具体的には、運転点判定部２２０は、運転指標取得部２０２から運転指標Ｄを取得することにより現在の運転点を特定するとともに、運転指標Ｄが最適値となる最適運転点を特定し、両者の乖離度を評価する。
【００９２】
運転点判定部２２０の判定結果は運転条件決定装置２０５に入力され、運転条件決定装置２０５は、運転点判定部２２０によって乖離度が判定閾値以上であると判定されたことをトリガーとして運転条件の決定を開始する（すなわち乖離度が判定閾値未満である場合は、運転条件決定装置２０５では新たな運転条件の決定は行われず、前回の運転条件が維持される）。運転条件決定装置２０５による具体的な制御は、前述の各実施形態と同様である。
【００９３】
このように本実施形態では、プラント１の現在の運転点が最適運転点から乖離した場合に、プラント１に対して変更予定値Ｐｂを指令値として出力することで、より適切な運転点への遷移を実施できる。
【００９４】
また図１３は他の実施形態に係るプラント１の制御システム１０の機能的構成を示すブロック図である。図１３に示す実施形態では、運転設定調整装置２００は、図１の異常判定部２０４に代えて、スケジュール取得部２３０と、将来運転点判定部２４０と、を備える。スケジュール取得部２３０は、予測モデルＭの説明変数である操作パラメータに関する将来的な時間変化を規定するスケジュール情報を取得する。一方、将来運転点判定部２４０は、スケジュール取得部２３０からスケジュール情報が入力されることで、予測モデルＭを用いてスケジュール情報に対応する運転指標の予測値を算出することで将来的な運転指標を特定する。そして将来運転点判定部２４０は、将来的な運転指標を運転基準と比較することにより、将来的に運転指標が運転基準を満たさないことが予想されるか否かを判定する。
【００９５】
将来運転点判定部２４０の判定結果は運転条件決定装置２０５に入力され、運転条件決定装置２０５は、将来運転点判定部２４０によって将来的に運転指標が運転基準を満たさないことが予想されることをトリガーとして運転条件の決定を開始する（すなわち将来的に運転指標が運転基準を満たすことが予想される場合は、運転条件決定装置２０５では新たな運転条件の決定は行われず、前回の運転条件が維持される）。運転条件決定装置２０５による具体的な制御は、前述の各実施形態と同様である。
【００９６】
このように本実施形態では、説明変数の変化スケジュールに基づいて将来的に運転指標が運転基準を満たさないことが予想される場合、プラント１に対して変更予定値を指令値として出力することで、将来的に生じ得る以上を未然回避できる。
【００９７】
以上説明したように上述の各実施形態によれば、予測モデルＭを用いて外乱要因や予測誤差に対してロバストなプラント制御を実施可能なプラント１の運転条件決定装置、プラントの制御装置、運転条件決定方法およびプログラムを提供できる。
【００９８】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
本発明の少なくとも一実施形態は、プラントの運転条件決定装置、プラントの制御装置、運転条件決定方法およびプログラムに利用可能である。
【符号の説明】
【０１００】
１  プラント
１０  制御システム
１１  ＣＰＵ
１７  バス
１８  外部通信器
１９  ドライバ
１００  運転制御装置
１１０  運転制御部
１２０  プロセス値取得部
２００  運転設定調整装置
２０２  運転指標取得部
２０４  異常判定部
２０５  運転条件決定装置
２０６  変更予定値生成部
２０８  仮想変更値生成部
２１０  第１判定部
２１２  第２判定部
２１４  操作量変更部
２２０  運転点判定部
２３０  スケジュール取得部
２４０  将来運転点判定部
３００  記憶部
【図１】
2020181296.tif 000003
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】令和2年1月9日(2020.1.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラントの複数の操作パラメータを含む説明変数と前記プラントの運転指標との相関を示す予測モデルに対して、１以上の操作パラメータの変更予定値を入力して得られる前記運転指標の第１予測値が前記プラントの運転基準を満たすか否かを判断する第１判定部と、
前記１以上の操作パラメータの現在値からみた変更量が前記変更予定値よりも大きい前記１以上の操作パラメータの仮想変更値を前記予測モデルに入力して得られる前記運転指標の第２予測値が前記プラントの前記運転基準を満たすか否かを判断する第２判定部と、
前記第１判定部および前記第２判定部により前記第１予測値および前記第２予測値が前記運転基準を満たすと判断された場合、前記１以上の操作パラメータの指令値として前記変更予定値を出力する操作量変更部と、
を備えるプラントの運転条件決定装置。
【請求項２】
前記操作量変更部は、前記１以上の操作パラメータの前記現在値からの変更量が異なる２つの前記変更予定値のうち、前記プラントの他の運転指標の前記運転基準に対する裕度が大きい方の変更予定値を前記指令値として選択するように構成された
請求項１に記載のプラントの運転条件決定装置。
【請求項３】
前記操作量変更部は、前記運転指標が特定の運転指標である場合、前記１以上の操作パラメータの前記現在値からの変更量が異なる２つの前記変更予定値のうち、前記運転基準に対してより裕度が大きい方の変更予定値を前記指令値として選択するように構成された
請求項１に記載のプラントの運転条件決定装置。
【請求項４】
前記操作量変更部は、前記第１予測値および前記第２予測値が前記運転基準を満たすことが確認された２以上の前記操作パラメータの前記変更予定値を前記指令値として出力するように構成された
請求項１から３のいずれか一項に記載のプラントの運転条件決定装置。
【請求項５】
前記２以上の前記操作パラメータは、前記複数の操作パラメータのうち、前記予測モデルによる前記運転指標の予測値に対する寄与度が高い順から選択されたものである
請求項４に記載のプラントの運転条件決定装置。
【請求項６】
前記予測モデルは、前記運転指標の予測値の平均値および分散により規定される確率分布を出力するように構成され、
前記第１判定部および前記第２判定部は、前記運転基準を満たすような、前記確率分布における第１分散値に対応した前記第１予測値および前記第２予測値の組み合わせを発見できない場合、前記第１分散値よりも小さい第２分散値に対応した前記第１予測値および前記第２予測値が前記運転基準を満たすか否かを判定するように構成された
請求項１乃至５の何れか一項に記載のプラントの運転条件決定装置。
【請求項７】
前記予測モデルは、前記運転指標の予測値の平均値および分散により規定される確率分布を出力するように構成され、
前記第１判定部および前記第２判定部は、前記運転基準を満たすような、前記確率分布における前記第１分散値又は前記第２分散値の少なくとも一方に対応した前記第１予測値および前記第２予測値の組み合わせを発見できない場合、前記平均値に対応した前記第１予測値および前記第２予測値が前記運転基準を満たすか否かを判定するように構成された
請求項６に記載のプラントの運転条件決定装置。
【請求項８】
前記操作量変更部は、前記１以上の操作パラメータの前記現在値から前記第２予測値に対応する前記仮想変更値までの変更量の半分を前記変更予定値とするように構成された
請求項１乃至７の何れか一項に記載のプラントの運転条件決定装置。
【請求項９】
前記第１判定部は、前記１以上の操作パラメータの前記現在値からの変更量が基準変更量ΔＰの整数倍で表される２以上の前記変更予定値にそれぞれ対応する前記第１予測値が前記運転基準を満たすか否かを判定するように構成され、
前記第２判定部は、前記１以上の操作パラメータの前記現在値からの変更量が前記基準変更量ΔＰの整数倍で表される前記仮想変更値にそれぞれ対応する前記第２予測値が前記運転基準を満たすか否かを判定するように構成された
請求項１乃至８の何れか一項に記載のプラントの運転条件決定装置。
【請求項１０】
前記第１判定部は、前記１以上の操作パラメータの前記現在値からの変更量がΔＰ、２ΔＰ、・・・、ΔＰ×Ｍ／２（Ｍは偶数）で表される前記変更予定値にそれぞれ対応する前記第１予測値が前記運転基準をそれぞれ満たすか否かを判定するように構成され、
前記第２判定部は、前記１以上の操作パラメータの前記現在値からの変更量がΔＰ×（Ｍ／２＋１）、ΔＰ×（Ｍ／２＋２）、・・・、ΔＰ×Ｍで表される前記仮想変更値にそれぞれ対応する前記第２予測値が前記運転基準をそれぞれ満たすか否かを判定するように構成された
請求項９に記載のプラントの運転条件決定装置。
【請求項１１】
前記操作量変更部は、前記変更量がΔＰ×Ｎ／２（但し、Ｎは、Ｍ以下であり、且つ、（Ｎ×ΔＰ）以下の全ての前記変更量にそれぞれ対応する前記第１予測値又は前記第２予測値が前記運転基準を満たすような最大の偶数。）で表される前記変更予定値を前記指令値として出力するように構成された
請求項１０に記載のプラントの運転条件決定装置。
【請求項１２】
前記第１判定部および前記第２判定部は、前記操作パラメータが前記運転基準を満たすような前記第１予測値および前記第２予測値の組み合わせを発見できない場合、前記説明変数に含まれる他の前記操作パラメータに対応した前記第１予測値および前記第２予測値が前記運転基準を満たすか否かを判定するように構成された
請求項１乃至１１の何れか一項に記載のプラントの運転条件決定装置。
【請求項１３】
前記操作量変更部は、下記（Ａ）〜（Ｃ）の少なくとも一つの場合、前記第１予測値および前記第２予測値が前記運転基準を満たすことが確認された前記変更予定値を前記指令値として出力するように構成された
請求項１乃至１２の何れか一項に記載のプラントの運転条件決定装置。
（Ａ）前記プラントの異常発生を示す信号を取得した場合。
（Ｂ）前記運転基準に対して最も裕度がある運転点に対する乖離度が基準値を超えた場合。
（Ｃ）前記予測モデルの前記説明変数の変化スケジュールから予測される前記運転指標の将来値が運転基準を満たさない場合。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の何れか一項に記載の運転条件決定装置と、
前記操作量変更部から入力される前記指令値に基づいて、前記プラントの操作端を制御するように構成された制御装置と、
を備えるプラントの制御システム。
【請求項１５】
プラントの運転条件を決定するためのプログラムであって、
コンピュータに、
プラントの複数の操作パラメータを含む説明変数と前記プラントの運転指標との相関を示す予測モデルに対して、１以上の操作パラメータの変更予定値を入力して得られる前記運転指標の第１予測値が前記プラントの運転基準を満たすか否かを判断するステップと、
前記１以上の操作パラメータの現在値からみた変更量が前記変更予定値よりも大きい前記１以上の操作パラメータの仮想変更値を前記予測モデルに入力して得られる前記運転指標の第２予測値が前記プラントの前記運転基準を満たすか否かを判断するステップと、
前記第１予測値および前記第２予測値が前記運転基準を満たす場合、前記１以上の操作パラメータの指令値として前記変更予定値を出力するステップと、
を実行させる
プラントの運転条件決定プログラム。
【請求項１６】
プラントの複数の操作パラメータを含む説明変数と前記プラントの運転指標との相関を示す予測モデルに対して、１以上の操作パラメータの変更予定値を入力して得られる前記運転指標の第１予測値が前記プラントの運転基準を満たすか否かを判断するステップと、
前記１以上の操作パラメータの現在値からみた変更量が前記変更予定値よりも大きい前記１以上の操作パラメータの仮想変更値を前記予測モデルに入力して得られる前記運転指標の第２予測値が前記プラントの前記運転基準を満たすか否かを判断するステップと、
前記第１予測値および前記第２予測値が前記運転基準を満たす場合、前記１以上の操作パラメータの指令値として前記変更予定値を出力するステップと、
を備えるプラントの運転条件決定方法。