(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラントの将来の定常状態の運転状況を予測する予測シミュレータを用いた運転支援装置において、
前記予測シミュレータによる予測シミュレーションの目的を指定する指定手段と、
仮想操作変数に基づく前記予測シミュレータによる予測結果が、前記目的を満たすか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段による判定の結果、前記予測結果が前記目的を満たすと判定されるまで、前記仮想操作変数を更新して前記予測シミュレータに入力する入力手段と、
を備え、
前記判定手段および前記入力手段による処理は、前記プラントにおける運転中に実行され、
前記予測シミュレータは運転中の前記プラントの現在の状態を初期値としてこの状態から実操作量を前記仮想操作変数に変更した場合に得られる将来の定常状態を、前記予測結果として前記プラントよりも高速で演算することを特徴とする運転支援装置。
【請求項２】
前記指定手段は、前記仮想操作変数のステップ幅を指定し、
前記入力手段は、前記仮想操作変数を前記指定手段によって指定された前記ステップ幅に基づいて更新することを特徴とする請求項１に記載の運転支援装置。
【請求項３】
前記指定手段は、前記仮想操作変数のステップ幅減少率を指定し、
前記予測結果が未収束である場合に、前記入力手段は、前記仮想操作変数を、前記指定手段によって指定された前記ステップ幅と前記ステップ幅減少率とに基づいて更新することを特徴とする請求項２に記載の運転支援装置。
【請求項４】
前記判定手段による判定の結果、前記予測結果が前記目的を満たすと判定される場合に、前記仮想操作変数を適切な操作変数として前記プラントに設定する操作量変更手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の運転支援装置。
【請求項５】
プラントの将来の定常状態の運転状況を予測する予測シミュレータを用いた運転支援方法において、
前記予測シミュレータによる予測シミュレーションの目的を指定する指定ステップと、
仮想操作変数に基づく前記予測シミュレータによる予測結果が、前記目的を満たすか否かを判定する判定ステップと、
前記判定ステップによる判定の結果、前記予測結果が前記目的を満たすと判定されるまで、前記仮想操作変数を更新して前記予測シミュレータに入力する入力ステップと、
を備え、
前記判定ステップおよび前記入力ステップは、前記プラントにおける運転中に実行され、
前記予測シミュレータは運転中の前記プラントの現在の状態を初期値としてこの状態から実操作量を前記仮想操作変数に変更した場合に得られる将来の定常状態を、前記予測結果として前記プラントよりも高速で演算することを特徴とする運転支援方法。
【請求項６】
前記指定ステップでは、前記仮想操作変数のステップ幅を指定し、
前記入力ステップでは、前記仮想操作変数を前記指定ステップによって指定された前記ステップ幅に基づいて更新することを特徴とする請求項５に記載の運転支援方法。
【請求項７】
前記指定ステップでは、前記仮想操作変数のステップ幅減少率を指定し、
前記予測結果が未収束である場合に、前記入力ステップでは、前記仮想操作変数を、前記指定ステップによって指定された前記ステップ幅と前記ステップ幅減少率とに基づいて更新することを特徴とする請求項６に記載の運転支援方法。
【請求項８】
前記判定ステップによる判定の結果、前記予測結果が前記目的を満たすと判定される場合に、前記仮想操作変数を適切な操作変数として実プラントに設定する操作量変更ステップを備えることを特徴とする請求項５乃至７のいずれか一項に記載の運転支援方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラントの将来の定常状態の運転状況を予測する予測シミュレータを用いた運転支援装置及び運転支援方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラントに設定されたセンサの計測値やコントローラの設定値等に基づいて、プラントの現在の状態を模擬・推定するとともに、将来のプラントの状態を予測する手段として、トラッキングシミュレータや予測シミュレータが用いられている。
【０００３】
トラッキングシミュレータは、プロセスを物理や化学の法則に従ったモデルとして表現したプロセスシミュレータである。トラッキングシミュレータは、プラントからプロセス値（以下、「実測値」という）を取得し、逐次トラッキングシミュレータの内部パラメータを更新することで、実プラントを模擬するシミュレータである。
【０００４】
定常状態予測シミュレータは、トラッキングシミュレータから入力されるプロセスデータに基づいて、入力インターフェースより入力された運転状態に変更した際のプラントの状態を模擬・推定し、定常計算を行うシミュレータである。プラントの実測値、定常状態予測シミュレータにより導出される定常状態予測値は、記憶装置に記憶される。記憶された各データは、結果表示部に表示される。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】横河技報  Ｖｏｌ．５２  Ｎ０．１（２００８）  ｐ．３１−３８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来の定常状態予測シミュレータでは、設定された運転条件（設定値）で定常状態予測値が計算され、その定常状態予測値が結果表示部に表示される。このとき、定常状態予測値がオペレータの希望の値でなかった場合には、再度、オペレータが操作量変更インターフェースにより設定値を入力し、定常計算をやり直す。つまり、定常状態予測値がオペレータの希望の値になるまで、オペレータが操作量変更インターフェースにより設定値を入力し、定常計算をやり直さなければならず、オペレータの手間がかかっていた。
【０００７】
本発明の目的は、オペレータの操作負担を軽減できる運転支援装置及び運転支援方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の運転支援装置は、プラントの将来の定常状態の運転状況を予測する予測シミュレータを用いた運転支援装置において、前記予測シミュレータによる予測シミュレーションの目的を指定する指定手段と、仮想操作変数に基づく前記予測シミュレータによる予測結果が、前記目的を満たすか否かを判定する判定手段と、前記判定手段による判定の結果、前記予測結果が前記目的を満たすと判定されるまで、前記仮想操作変数を更新して前記予測シミュレータに入力する入力手段と、を備え、前記判定手段および前記入力手段による処理は、前記プラントにおける運転中に実行され、前記予測シミュレータは運転中の前記プラントの現在の状態を初期値としてこの状態から実操作量を前記仮想操作変数に変更した場合に得られる将来の定常状態を、前記予測結果として前記プラントよりも高速で演算することを特徴とする。
この運転支援装置によれば、予測シミュレータによる予測結果が指定された目的を満たすか否かを判定し、予測結果が指定された目的を満たさない場合には、ステップ幅に基づいて仮想操作変数を更新して、更新後の仮想操作変数に基づく予測シミュレーションを行う。よって、予測結果が指定された目的を満たすまで、オペレータによる操作を必要とせずに、仮想操作変数を更新して予測シミュレーションを繰り返し実行することができる。
【０００９】
前記指定手段は、前記仮想操作変数のステップ幅を指定し、前記入力手段は、前記仮想操作変数を前記指定手段によって指定された前記ステップ幅に基づいて更新してもよい。
【００１０】
前記指定手段は、前記仮想操作変数のステップ幅減少率を指定し、前記予測結果が未集束である場合に、前記入力手段は、前記仮想操作変数を、前記指定手段によって指定された前記ステップ幅と前記ステップ幅減少率とに基づいて更新してもよい。
【００１１】
前記判定手段による判定の結果、前記予測結果が前記目的を満たすと判定される場合に、仮想操作変数を適切な操作変数として実プラントに設定する操作量変更手段を備えてもよい。
【００１２】
本発明の運転支援方法は、プラントの将来の定常状態の運転状況を予測する予測シミュレータを用いた運転支援方法において、前記予測シミュレータによる予測シミュレーションの目的を指定する指定ステップと、仮想操作変数に基づく前記予測シミュレータによる予測結果が、前記目的を満たすか否かを判定する判定ステップと、前記判定ステップによる判定の結果、前記予測結果が前記目的を満たすと判定されるまで、前記仮想操作変数を更新して前記予測シミュレータに入力する入力ステップと、を備え、前記判定ステップおよび前記入力ステップは、前記プラントにおける運転中に実行され、前記予測シミュレータは運転中の前記プラントの現在の状態を初期値としてこの状態から実操作量を前記仮想操作変数に変更した場合に得られる将来の定常状態を、前記予測結果として前記プラントよりも高速で演算することを特徴とする。
この運転支援方法によれば、予測シミュレータによる予測結果が指定された目的を満たすか否かを判定し、予測結果が指定された目的を満たさない場合には、ステップ幅に基づいて仮想操作変数を更新して、更新後の仮想操作変数に基づく予測シミュレーションを行う。よって、予測結果が指定された目的を満たすまで、オペレータによる操作を必要とせずに、仮想操作変数を更新して予測シミュレーションを繰り返し実行することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の運転支援装置によれば、予測シミュレータによる予測結果が指定された目的を満たすか否かを判定し、予測結果が指定された目的を満たさない場合には、ステップ幅に基づいて仮想操作変数を更新して、更新後の仮想操作変数に基づく予測シミュレーションを行う。よって、予測結果が指定された目的を満たすまで、オペレータによる操作を必要とせずに、仮想操作変数を更新して予測シミュレーションを繰り返し実行することができる。
【００１４】
本発明の運転支援方法によれば、予測シミュレータによる予測結果が指定された目的を満たすか否かを判定し、予測結果が指定された目的を満たさない場合には、ステップ幅に基づいて仮想操作変数を更新して、更新後の仮想操作変数に基づく予測シミュレーションを行う。よって、予測結果が指定された目的を満たすまで、オペレータによる操作を必要とせずに、仮想操作変数を更新して予測シミュレーションを繰り返し実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態の運転支援装置７の構成を示すブロック図。
【図２】運転支援装置７の動作を示すフローチャート。
【図３】表示手段７６による予測結果の表示例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明による運転支援装置の一実施形態について説明する。
【００１７】
図１は、一実施形態の運転支援装置７の構成を示すブロック図である。
【００１８】
図１に示すプラント１は、制御装置２により制御される。制御装置２には、操作量変更インターフェース４を介して操作入力値（操作変数）が与えられる。制御装置２は、操作変数に応じた制御値をプラント１に与え、プラント１を制御する。また、操作変数は制御装置２に与えられるのと同時に、プロセス値の一部としてトラッキングシミュレータ３にも入力される。
【００１９】
トラッキングシミュレータ３は、プロセスを物理や化学の法則に従ったモデルとして表現したプロセスシミュレータである。トラッキングシミュレータ３は、プラント１等から操作変数を含むプロセス値(以下、「実測値」と言う)を取得し、逐次トラッキングシミュレータ３の内部パラメータを更新することで、プラント１を完全に模擬するシミュレータである。トラッキングシミュレータ３により、プラント１における実測値以外のプロセス値についてもシミュレーションでき、例えば、センサが設置されていない部位の温度、圧力等をシミュレーションすることもできる。また、このようなプロセス値を、後述する定常状態予測シミュレータ５で使用することができる。
【００２０】
図１に示す定常状態予測シミュレータ５は、トラッキングシミュレータ３から入力されるプロセス値、すなわち現在のプラントの状態を初期値とし、この状態から操作量を変更した場合にプラント１がどのような定常状態に収斂するのかを実プラントよりも高速で演算するシミュレータである。後述する仮想操作変数を定常状態予測シミュレータ５に入力することで、仮想操作に対応する定常状態を演算することができる。
【００２１】
本実施形態の運転支援装置７は、定常状態予測シミュレータ５の予測結果を利用してオペレータの運転支援を行うための装置である。
【００２２】
図１に示すように、運転支援装置７は、シミュレーション条件の指示操作を受け付ける条件入力インターフェース７１（指定手段）と、定常状態予測シミュレータ５による予測結果が目的を満たすか否かを判定する判定手段７２と、仮想操作変数を変化させながら定常状態予測シミュレータ５に順次入力する入力手段７３と、予測結果が目的を満たす場合に入力手段７３から操作変数を受け取り実プラントにおける操作量を変更する操作量変更手段７４と、定常状態予測シミュレータ５による予測結果を取得する結果取得部７５と、予測結果をグラフィカル表示するモニタ等の表示手段７６と、により構成される。
【００２３】
図２は、運転支援装置１０の動作を示すフローチャートである。
【００２４】
まず、条件入力インターフェース７１（指定手段）よりシミュレーション条件を入力する。シミュレーション条件は、操作変数ｍk、目的変数Ｍ（ｍk）、目的、ステップ幅ｎ、ステップ幅減少率ｋ等である。ここで指定される目的は、例えば、「目的変数Ｍ（ｍk）を最大（又は最小）とする操作変数ｍk」を算出することなどである（ステップＳ１）。
【００２５】
次に、ステップＳ２では、トラッキングシミュレータ３より、プラント１の現在の内部状態を初期値(実測値)として取得する。そして、操作変数の値を「仮想操作変数ｍ0」として記憶装置６に保存する。
【００２６】
続いて、ステップＳ３では、判定手段７２は、ステップＳ１にて入力されたシミュレーション条件に基づいて仮想操作変数を決定する（ステップＳ３）。
【００２７】
例えば、目的変数Ｍ（ｍk）を最大とする（目的変数Ｍ（ｍk）に極大値をとらせる）操作変数ｍkを算出する場合、
１回目の計算は、記憶装置６に記憶した仮想操作変数値ｍ0を用いて目的変数Ｍ（ｍ0）を算出する。
２回目の計算は、ｍ1＝ｍ0（１＋ｎ）とし、目的変数Ｍ（ｍ1）を算出する。
ここで、ｎはステップＳ１にて入力された定常計算の際のステップ幅ｎである。
【００２８】
３回目以降の計算は、目的変数Ｍ（ｍ1）−目的変数Ｍ（ｍ0）＞０の場合、ｍk＝ｍ0（１＋ｎｊ）により目的変数を算出する。目的変数Ｍ（ｍ1）−目的変数Ｍ（ｍ0）＜０の場合、ｍj＝ｍ0（１−ｎｊ）により目的変数を算出する。ここで、ｊは１より大きい整数とする。
【００２９】
次に、ステップＳ４では、入力手段７３は、判定手段７２により算出された操作変数を定常状態予測シミュレータ５に入力する。そして、定常状態予測シミュレータ５は、入力手段７３から操作変数を受け取り、操作変数に基づく定常状態予測シミュレーションを実行する。
【００３０】
そして、ステップＳ５では、判定手段７２は、結果取得部７５を介して定常状態予測シミュレータ５からシミュレーション結果（予測結果）を受け取り、条件入力インターフェース７１にて入力された目的を満たすか否かを判定する。
【００３１】
例えば、目的変数Ｍ（ｍk）を最大（極大）とする操作変数ｍkを算出するシミュレーションの場合、目的変数Ｍ（ｍ1）−目的変数Ｍ（ｍ0）＞０のとき、目的変数Ｍ（ｍk）−目的変数Ｍ（ｍ(k-1)）＜０が成立した時点で目的を満たすものと判定する。
【００３２】
予測結果が条件入力インターフェース７１にて入力された目的を満たさない場合には（ステップＳ５：Ｎ）、ステップＳ６において、シミュレーション条件に対応付けて予測結果のデータを記憶手段６に保存し、ステップＳ３に移行する。ステップ幅ｎに従い仮想操作変数を更新してステップＳ4以降の処理を行う。なお、目的変数Ｍ（ｍk）の予測結果が未収束の場合、ステップ幅ｎにステップ幅減少率ｋ（ｋ＜１）を積算し、ステップ幅ｎｋとして仮想操作変数を更新して、ステップＳ４以降の処理を繰り返し行う。
【００３３】
一方、予測結果が条件入力インターフェース７１にて入力された目的を満たす場合には（ステップＳ５：Ｙ）、ステップＳ７において、判定手段７２は、アラーム定義に従い目的変数Ｍ（ｍk）がプラント１の操作可能範囲か否かを判定する。
【００３４】
ステップＳ７の判定の結果、目的変数Ｍ（ｍk）が操作可能範囲でない場合（ステップＳ７：Ｎ）には、ステップＳ８において、シミュレーション条件に対応付けて予測結果のデータを記憶手段６に保存し、ステップＳ１１に移行する。なお、記憶手段６に保存されたデータは、適時、最適な操作変数あるいはプラントの定常状態を提示するための情報として利用できる。
【００３５】
一方、目的変数Ｍ（ｍk）が操作可能範囲である場合(ステップＳ７：Ｙ)には、ステップＳ９において、シミュレーション条件に対応付けて予測結果のデータを記憶手段６に保存する。そして、ステップＳ１０では、操作量変更手段７４が、入力手段７３を介して条件を満たす操作変数ｍkを受け取り、制御装置２及びトラッキングシミュレータ３に与えて、プラント１の操作量を変更する。なお、操作量変更手段７４により自動的に操作変数を更新する代わりに、オペレータの指示を待って、制御装置２及びトラッキングシミュレータ３に条件を満たす操作変数ｍkを与えるようにしてもよい。
【００３６】
そして、ステップＳ１１では、モニタ等の表示手段７６が、予測結果をグラフ又は／及び数値にて表示して、ステップＳ２へ戻る。ステップＳ２〜ステップＳ１１の処理を繰り返すことにより、予測結果およびプラント１の操作量に、プラント１の現在の状態をリアルタイムに反映させることができる。
【００３７】
なお、ステップＳ１１において予測結果をシミュレーション条件（目的）に対応付けて表示してもよい。また、ステップＳ１１における予測結果の表示後、ステップＳ１に戻り、シミュレーション条件を変更可能に構成してもよい。
【００３８】
図３は、表示手段７６による予測結果の表示例を示す図である。この例では、ＴａｇＡ．ＰＶ（目的変数）を最大（極大）とするＴａｇＣ．ＳＶ（操作変数）、かつ、ＴａｇＡ．ＰＶ（目的変数）を最小（極小）とするＴａｇＢ．ＳＶ（操作変数）を算出した際の結果表示画面を示している。
【００３９】
図３（ａ）には、ＴａｇＡ．ＰＶ（目的変数）を最大（極大）とするＴａｇＣ．ＳＶ（操作変数）で、かつ、ＴａｇＡ．ＰＶ（目的変数）を最小（極小）とするＴａｇＢ．ＳＶ（操作変数）を満たすポイント（黒丸にて図示）が３次元的に表示される。
【００４０】
図３（ｂ）は上記ポイントを通る平面（縦軸をＴａｇＡ．ＰＶ（目的変数）とし、横軸をＴａｇＣ．ＳＶ（操作変数）とする平面）でのグラフを示す図、図３（ｃ）は上記ポイントを通る平面（縦軸をＴａｇＡ．ＰＶ（目的変数）とし、横軸をＴａｇＢ．ＳＶ（操作変数）とする平面）でのグラフを示す図である。このように、２次元的な表示形態とすることもできる。なお、単一の操作変数についての算出結果を表示する場合には、算出結果を２次元表示によって完全に表示できることになる。
【００４１】
このように、複数の操作変数の組み合わせであっても、仮想操作変数を複数用いることで複数の操作変数の組み合わせについて目的を満たす操作変数を自動で探索することができる。
【００４２】
以上、説明したように、本発明の運転支援装置および運転支援方法によれば、判定手段７２が、予測シミュレータによる予測結果が指定されたシミュレーション条件（目的）を満たすか否かを判定する。そして、予測結果が目的を満たさない場合には、ステップ幅ｎに基づいて仮想操作変数を更新して、更新後の仮想操作変数に基づく予測シミュレーションを行う。よって、予測結果が指定された目的を満たすまで、オペレータによる操作を必要とせずに、仮想操作変数を更新して予測シミュレーションを繰り返し実行することができる。
【００４３】
本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、プラントの将来の定常状態の運転状況を予測する予測シミュレータを用いた運転支援装置および運転支援方法に対し、広く適用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
１  プラント
５    定常状態予測シミュレータ
７    運転支援装置
７１    入力インターフェース（指定手段）
７２    判定手段
７３    入力手段
７４    操作量変更手段
７５    結果取得部
７６    表示手段
【図１】
0005614630.tif 000002
【図２】
0005614630.tif 000003
【図３】
0005614630.tif 000004