(57)【要約】【課題】注入装置による注入ペースの上限値の設計を支援可能とする。【解決手段】注入装置２４による注入ペースの上限値に対する混合品質の指標を取得する指標取得部１１と、注入装置２４による注入ペースの上限値に対する乾き度制御装置２６による乾き度の制御即応性の指標を取得する指標取得部１２と、指標取得部１１により取得された指標及び指標取得部１２により取得された指標に基づいて、注入装置２４による注入ペースの上限値を算出する上限値算出部１５と、上限値算出部１５による算出結果を示す情報を提示する提示部１６とを備えた。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管内に水を注入する注入装置による注入ペースの上限値に対する、当該注入装置により注入された水と前記配管内の蒸気との混合具合を示す混合品質の指標を取得する第１指標取得部と、
前記注入装置による注入ペースの上限値に対する、前記配管内の乾き度を計測する乾き度センサによる計測結果に基づいて当該注入装置を制御する乾き度制御装置による乾き度の制御即応性の指標を取得する第２指標取得部と、
前記第１指標取得部により取得された指標及び前記第２指標取得部により取得された指標に基づいて、前記注入装置による注入ペースの上限値を算出する上限値算出部と、
前記上限値算出部による算出結果を示す情報を提示する提示部と
を備えた支援装置。
【請求項２】
前記第１指標取得部は、前記配管内の圧力、前記配管内の蒸気の流量、前記配管内の過熱蒸気温度、前記配管内の蒸気流動様式、前記配管内の制御前乾き度、前記配管内の乾き度制御値、前記配管の径、前記配管の断熱材状況、前記配管の放熱量、前記注入装置により注入される水の温度、前記注入装置による注入方法又は前記配管が設置される空間の温度のうちの１つ以上に基づいて機械学習された学習済みの学習器を用いて、混合品質の指標を推定する
ことを特徴とする請求項１記載の支援装置。
【請求項３】
混合品質の指標の下限値及び制御即応性の指標の下限値の指定を受付ける下限値受付部を備え、
前記上限値算出部は、前記注入装置による注入ペースの上限値として、前記下限値受付部により受付けられた混合品質の指標の下限値及び制御即応性の指標の下限値を共に満たす上限値が存在するかを判定する
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の支援装置。
【請求項４】
前記提示部は、前記上限値算出部により混合品質の指標の下限値及び制御即応性の指標の下限値を共に満たす上限値が存在しないと判定された場合に、当該判定結果を示す情報を提示する
ことを特徴とする請求項３記載の支援装置。
【請求項５】
混合品質の指標の所望値又は制御即応性の指標の所望値の指定を受付ける所望値受付部を備え、
前記上限値算出部は、前記注入装置による注入ペースの上限値として、前記所望値受付部により受付けられた所望値を満たす上限値を算出する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちの何れか１項記載の支援装置。
【請求項６】
第１指標取得部が、配管内に水を注入する注入装置による注入ペースの上限値に対する、当該注入装置により注入された水と前記配管内の蒸気との混合具合を示す混合品質の指標を取得するステップと、
第２指標取得部が、前記注入装置による注入ペースの上限値に対する、前記配管内の乾き度を計測する乾き度センサによる計測結果に基づいて当該注入装置を制御する乾き度制御装置による乾き度の制御即応性の指標を取得するステップと、
上限値算出部が、前記第１指標取得部により取得された指標及び前記第２指標取得部により取得された指標に基づいて、前記注入装置による注入ペースの上限値を算出するステップと、
提示部が、前記上限値算出部による算出結果を示す情報を提示するステップと
を有する支援方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、乾き度制御システムの設計支援を行う支援装置及び支援方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、配管内の乾き度をリアルタイムに計測する乾き度センサが知られている（例えば特許文献１参照）。この乾き度センサを利用すれば、ＰＩＤ制御のようなオンラインのフィードバック制御系を形成でき、乾き度を制御可能となる。なお、乾き度を制御するためのアクチュエータとしては、例えば配管内に水を注入する注入装置が有効である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−９２４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
乾き度のフィードバック制御系を形成する場合、配管における注入装置の注入位置と乾き度センサの計測位置との間の距離が近い程、フィードバック制御系のむだ時間が小さくなり、制御安定性は良好となる。一方で、乾き度制御のために注入した水が配管内の蒸気と混合する距離が長い程、混合品質は良好となる。すなわち、乾き度の制御安定性と混合品質との間にはトレードオフの関係が発生する。そのため、上記のようなトレードオフの関係を乾き度制御に特有の留意点として考慮しながらＰＩＤパラメータを調整するための手段が必要になる。より具体的には、注入装置による注入ペースの上限値を適切に設定するための手段が必要になる。
【０００５】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、注入装置による注入ペースの上限値の設計を支援可能な支援装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る支援装置は、配管内に水を注入する注入装置による注入ペースの上限値に対する、当該注入装置により注入された水と配管内の蒸気との混合具合を示す混合品質の指標を取得する第１指標取得部と、注入装置による注入ペースの上限値に対する、配管内の乾き度を計測する乾き度センサによる計測結果に基づいて当該注入装置を制御する乾き度制御装置による乾き度の制御即応性の指標を取得する第２指標取得部と、第１指標取得部により取得された指標及び第２指標取得部により取得された指標に基づいて、注入装置による注入ペースの上限値を算出する上限値算出部と、上限値算出部による算出結果を示す情報を提示する提示部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、上記のように構成したので、注入装置による注入ペースの上限値の設計を支援可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】乾き度制御システムの構成例を示す図である。
【図２】乾き度制御システムの別の構成例を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る支援装置の構成例を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る支援装置の動作例を示すフローチャートである。
【図５】混合品質と乾き度の制御即応性との関係の一例を示す図である。
【図６】混合品質と乾き度の制御即応性との誤った関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
まず、実施の形態１に係る支援装置１が支援対象とする乾き度制御システム２の構成例について、図１を参照しながら説明する。
乾き度制御システム２は、配管２１内の乾き度を制御する。乾き度制御システム２は、図１に示すように、配管２１、バルブ２２、ヒータ２３、注入装置２４、乾き度センサ２５及び乾き度制御装置２６を備えている。
【００１０】
配管２１は、内部を蒸気が流れる。
バルブ２２は、配管２１における所定箇所に取付けられ、配管２１内の蒸気の流れを調整する。
【００１１】
ヒータ２３は、配管２１におけるバルブ２２より後段の周囲に取付けられ、配管２１内に熱を供給する。
【００１２】
注入装置２４は、注入口２４１が配管２１におけるバルブ２２より後段に取付けられ、配管２１内に水を注入する。この注入装置２４は、図１に示すように、水タンク２４２、ポンプ２４３及び逆止弁２４４を有している。
【００１３】
水タンク２４２は、水を溜める。
ポンプ２４３は、モータ（不図示）を有し、モータの回転により生じる圧力によって、水タンク２４２に溜められた水を逆止弁２４４及び注入口２４１を介して配管２１内へ流す。
逆止弁２４４は、ポンプ２４３の出力側と水の注入口２４１との間に取付けられ、水の逆流を防止する。
【００１４】
乾き度センサ２５は、配管２１におけるヒータ２３及び注入装置２４より後段に取付けられ、配管２１内の乾き度を計測する。
【００１５】
乾き度制御装置２６は、乾き度センサ２５による計測結果に基づいて、ヒータ２３及び注入装置２４（ポンプ２４３）を制御することで、乾き度を制御する。具体的には、乾き度制御装置２６は、ヒータ２３に対しては、ヒータ２３が有する電源の出力電圧を制御する。また、乾き度制御装置２６は、ポンプ２４３に対しては、インバータ（不図示）を介してポンプ２４３が有するモータの回転数を制御する。
そして、例えば、乾き度制御装置２６は、配管２１内の乾き度が制御値よりも低い場合には、ヒータ２３により配管２１を加熱し、乾き度を上げる。一方、乾き度制御装置２６は、配管２１内の乾き度が制御値よりも高い場合には、注入装置２４により配管２１内に水を供給し、乾き度を下げる。
【００１６】
なお図１では、乾き度制御装置２６がヒータ２３及び注入装置２４を制御する場合を示した。しかしながら、これに限らず、例えば図２に示すように、乾き度制御装置２６は注入装置２４のみを制御してもよい。図２の場合、ヒータ２３が有する電源の出力電圧は一定とされる。そして、例えば、乾き度制御装置２６は、配管２１内の乾き度が制御値よりも高い場合には、注入装置２４により配管２１内に水を供給し、乾き度を下げる。
【００１７】
次に、実施の形態１に係る支援装置１の構成例について、図３を参照しながら説明する。
支援装置１は、注入装置２４による注入ペースの上限値の設計を支援する装置である。この支援装置１は、図３に示すように、指標取得部（第１指標取得部）１１、指標取得部（第２指標取得部）１２、下限値受付部１３、所望値受付部１４、上限値算出部１５及び提示部１６を備えている。なお、支援装置１は、システムＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の処理回路、又はメモリ等に記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等により実現される。
【００１８】
指標取得部１１は、注入装置２４による注入ペースの上限値に対する混合品質の指標を取得する。なお、混合品質は、注入装置２４により注入された水と配管２１内の蒸気との混合具合（安定性又は再現性）を示す。
この指標取得部１１は、外部から混合品質の指標を示す情報が入力されることで、当該混合品質の指標を取得してもよい。また、指標取得部１１は、機械学習された学習済み学習器を用いて、混合品質の指標を推定してもよい。なお、学習済み学習器は、配管２１内の圧力、配管２１内の蒸気の流量、配管２１内の過熱蒸気温度、配管２１内の蒸気流動様式、配管２１内の制御前乾き度、配管２１内の乾き度制御値、配管２１の径、配管２１の断熱材状況、配管２１の放熱量、注入装置２４により注入される水の温度、注入装置２４による注入方法又は配管２１が設置される空間の温度のうちの１つ以上を入力情報（影響因子）として機械学習された学習器である。
【００１９】
指標取得部１２は、注入装置２４による注入ペースの上限値に対する乾き度制御装置２６による乾き度の制御即応性（設定値追従性能）の指標を取得する。
この指標取得部１２は、外部から制御即応性の指標を示す情報が入力されることで、当該制御即応性の指標を取得してもよい。また、指標取得部１２は、機械学習された学習済み学習器を用いて、制御即応性の指標を推定してもよい。なお、学習済み学習器は、配管２１内の圧力、配管２１内の蒸気の流量、配管２１内の過熱蒸気温度、配管２１内の蒸気流動様式、配管２１内の制御前乾き度、配管２１内の乾き度制御値、配管２１の径、配管２１の断熱材状況、配管２１の放熱量、注入装置２４により注入される水の温度、注入装置２４による注入方法又は配管２１が設置される空間の温度のうちの１つ以上を入力情報（影響因子）として機械学習された学習器である。
【００２０】
下限値受付部１３は、混合品質の指標の下限値及び制御即応性の指標の下限値の指定を受付ける。
【００２１】
所望値受付部１４は、混合品質の指標の所望値又は制御即応性の指標の所望値の指定を受付ける。
【００２２】
なお、下限値受付部１３及び所望値受付部１４は、支援装置１に必須の構成ではなく、支援装置１に設けられていなくてもよい。
【００２３】
上限値算出部１５は、指標取得部１１により取得された指標及び指標取得部１２により取得された指標に基づいて、注入装置２４による注入ペースの上限値を算出する。この際、上限値算出部１５は、上記上限値として、混合品質の指標又は制御即応性の指標に対して予め設定された値を満たす上限値を算出してもよい。
なお、下限値受付部１３により混合品質の指標の下限値及び制御即応性の指標の下限値の指定が受付けられた場合、上限値算出部１５は、上記上限値として、当該混合品質の指標の下限値及び当該制御即応性の指標の下限値を共に満たす上限値が存在するかを判定する。また、所望値受付部１４により所望値が受付けられた場合、上限値算出部１５は、上記上限値として、当該所望値を満たす上限値を算出する。
【００２４】
提示部１６は、上限値算出部１５による算出結果を示す情報を、モニタ（不図示）に提示する。また、提示部１６は、上限値算出部１５により混合品質の指標の下限値及び制御即応性の指標の下限値を共に満たす上限値が存在しないと判定された場合に、当該判定結果を示す情報をモニタに提示する。
【００２５】
次に、図３に示す支援装置１の動作例について、図４を参照しながら説明する。
ここで、ＰＩＤ制御系における操作量を注入装置２４による注入ペースとした場合、ＰＩＤパラメータの最適な値（最適に近い適正化された値の意味を含む）は、上記注入ペースに依存する混合品質と乾き度の制御即応性とのバランスで決まる。
【００２６】
混合品質は、混合時間が大きい程、有利になる。混合時間は、配管２１内の蒸気が注入装置２４の注入位置から乾き度センサ２５の計測位置まで到達するのに要する時間である。よって、混合品質は、決められた時間に対しては注入装置２４による注入ペースが緩やかな程、有利になる。この混合品質の指標は、実験的に求めることができる。また、混合品質の指標は、機械学習済みの学習器を作成して推定することもできる。
【００２７】
制御即応性は、注入装置２４による注入ペースが高い程、有利になる。なお、注入装置２４による注入ペースは、むだ時間が短く、制御安定性が高い程、高くし易くなる。むだ時間は、配管２１内の蒸気が注入装置２４の注入位置から乾き度センサ２５の計測位置まで到達するのに要する時間である。この混合品質の指標は、実験的に求めることができる。また、混合品質の指標は、機械学習済みの学習器を作成して推定することもできる。
【００２８】
そして、支援装置１は、上記のような混合品質の指標及び制御即応性の指標に基づいて、注入装置２４による注入ペースの最適な上限値を割り出す。
【００２９】
図３に示す支援装置１の動作例では、図４に示すように、まず、指標取得部１１は、注入装置２４による注入ペースの上限値に対する混合品質の指標を取得する（ステップＳＴ１）。
上述したように、混合品質は、混合時間が長い程、有利になる。換言すれば、混合品質は、決められた時間に対しては注入ペースが緩やかな程、有利になる。そのため、注入ペースの上限値（ｍＬ／ｍｉｎ．）を横軸に取り、混合品質の指標であるＸを縦軸に取ると、図５に示すように、混合品質の指標は単調減少の曲線で表される。図５において、符号５０１が混合品質の指標を示している。図５では、混合品質の指標を簡易的に直線で表している。
【００３０】
また、指標取得部１２は、注入装置２４による注入ペースの上限値に対する乾き度の制御即応性の指標を取得する（ステップＳＴ２）。
上述したように、制御即応性は、注入ペースが高い程、有利になる。そのため、注入ペースの上限値（ｍＬ／ｍｉｎ．）を横軸に取り、制御即応性の指標であるＹを縦軸に取ると、図５に示すように、制御即応性の指標は単調増加の曲線で表される。図５において、符号５０２が制御即応性の指標を示している。図５では、制御即応性の指標を簡易的に直線で表している。
この図５に示すように、混合品質と制御即応性とはトレードオフの関係になる。
【００３１】
次いで、下限値受付部１３は、混合品質の指標の下限値及び制御即応性の指標の下限値の指定を受付ける（ステップＳＴ３）。すなわち、支援装置１を用いるユーザは、支援装置１が有する入力装置（不図示）を介して混合品質の指標の下限値及び制御即応性の指標の下限値の入力を行い、下限値受付部１３はその入力を受付ける。
【００３２】
次いで、上限値算出部１５は、指標取得部１１により取得された指標及び指標取得部１２により取得された指標に基づいて、注入装置２４による注入ペースの上限値として、下限値受付部１３により受付けられた混合品質の指標の下限値及び制御即応性の指標の下限値を共に満たす上限値が存在するかを判定する（ステップＳＴ４）。
【００３３】
このステップＳＴ４において、上限値算出部１５が、上記上限値として、混合品質の指標の下限値及び制御即応性の指標の下限値を共に満たす上限値が存在しないと判定した場合、提示部１６は、当該判定結果を示す情報をモニタに提示する（ステップＳＴ５）。このように、支援装置１により上記２つの下限値を共に満たす上限値が存在しないと判定された場合、支援装置１を用いるユーザは、混合品質の指標及び制御即応性の指標を見直す。その後、シーケンスはステップＳＴ１に戻る。
【００３４】
支援装置１は、混合品質の指標及び制御即応性の指標について最低限必要なレベル（下限値）が存在する場合、どちらもそのレベル未満とならないように制限処理を加える必要がある。すなわち、図５に示すように、混合品質の指標の下限値と制御即応性の指標の下限値との両立が可能な上限値範囲（選択可能範囲）が存在しなければならない。図５において、Ｘｍｉｎが混合品質の指標の下限値を示し、Ｙｍｉｎが制御即応性の指標の下限値を示し、符号５０３が選択可能範囲を示している。逆に言えば、図６に示すように、選択可能範囲が存在しないような設計状態になってはならない。なお、配管２１内の蒸気の定格流速（標準流速）等の影響因子が現実的に設計されていることが前提となる。
【００３５】
一方、ステップＳＴ４において、上限値算出部１５が、上記上限値として、混合品質の指標の下限値及び制御即応性の指標の下限値を共に満たす上限値が存在すると判定した場合、所望値受付部１４は、混合品質の指標の所望値又は制御即応性の指標の所望値の指定を受付ける（ステップＳＴ６）。すなわち、支援装置１を用いるユーザは、支援装置１が有する入力装置を介して混合品質の指標の所望値又は制御即応性の指標の所望値の入力を行い、所望値受付部１４はその入力を受付ける。
【００３６】
次いで、上限値算出部１５は、指標取得部１１により取得された指標及び指標取得部１２により取得された指標に基づいて、注入装置２４による注入ペースの上限値として、所望値受付部１４により受付けられた所望値を満たす上限値を算出する（ステップＳＴ７）。
【００３７】
次いで、提示部１６は、上限値算出部１５による算出結果を示す情報をモニタに提示する（ステップＳＴ８）。
【００３８】
支援装置１は、混合品質の指標のレベル又は制御即応性の指標のレベルが指定されると、図５に示すトレードオフの関係から、注入装置２４による注入ペースの最適な上限値を算出できる。支援装置１は、例えば、Ｆ＝αＸ＋（１．０−α）Ｙのようにα（０．０≦α≦１．０）で重み付けされる評価関数値を用い、αの指定を受付けてもよい。
【００３９】
また、提示部１６は、上限値算出部１５により算出された上限値を示す情報に加え、混合品質の指標及び制御即応性の指標のうち、所望値受付部１４により受付けられなかった指標の上記上限値における値を示す情報を、モニタに提示してもよい。例えば、所望値受付部１４により混合品質の指標の所望値（図５ではＸ１）が受付けられた場合、提示部１６は、上記上限値（図５ではＯＨ１）を示す情報に加え、上記上限値における制御即応性の指標の値（図５ではＹ１）を示す情報を、モニタに提示してもよい。
【００４０】
このように、支援装置１を用いることで、注入装置２４による注入ペースの上限値（ＰＩＤ制御系における操作量の上限値に相当）が決まる。そして、ユーザは、下式（１）のように、上限リミット処理付きのＰＩＤ演算を行い、できる限り上限値未満の範囲で操作量が算出されるようにＰＩＤパラメータを調整することで、ＰＩＤ制御を有効に機能させる。すなわち、ユーザは、操作量の上限値を目安としてＰＩＤパラメータを決定することが好ましい。具体的には、例えば、比例帯を大きくするほど、操作量は上限値以内に収まり易くなる。なお、式（１）では、説明の便宜上、ラプラス演算子であるｓを用いた伝達関数表現としている。また、式（１）において、ＭＶは操作量（ｍＬ／ｍｉｎ．）を表し、ＯＨは操作量の上限値を表し、ＳＰは乾き度の設定値（目標値）を表し、ＰＶは乾き度の計測値を表し、Ｐｂは比例帯を表し、Ｔｉは積分時間を表し、Ｔｄは微分時間を表す。
ＭＶ＝（１００／Ｐｂ）｛１＋（１／Ｔｉｓ）＋Ｔｄｓ｝（ＳＰ−ＰＶ）  （但し、ＭＶ＞ＯＨの場合には、ＭＶ＝ＯＨとする）          （１）
【００４１】
以上のように、この実施の形態１によれば、支援装置１は、注入装置２４による注入ペースの上限値に対する混合品質の指標を取得する指標取得部１１と、注入装置２４による注入ペースの上限値に対する乾き度制御装置２６による乾き度の制御即応性の指標を取得する指標取得部１２と、指標取得部１１により取得された指標及び指標取得部１２により取得された指標に基づいて、注入装置２４による注入ペースの上限値を算出する上限値算出部１５と、上限値算出部１５による算出結果を示す情報を提示する提示部１６とを備えた。これにより、実施の形態１に係る支援装置１は、注入装置２４による注入ペースの上限値の設計を支援可能となる。
【００４２】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１  支援装置
２  乾き度制御システム
１１  指標取得部（第１指標取得部）
１２  指標取得部（第２指標取得部）
１３  下限値受付部
１４  所望値受付部
１５  上限値算出部
１６  提示部
２１  配管
２２  バルブ
２３  ヒータ
２４  注入装置
２５  乾き度センサ
２６  乾き度制御装置
２４１  注入口
２４２  水タンク
２４３  ポンプ
２４４  逆止弁
【図１】
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【図２】
2020034497.tif 000004
【図３】
2020034497.tif 000005
【図４】
2020034497.tif 000006
【図５】
2020034497.tif 000007
【図６】
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