(57)【要約】【課題】プラントに対する操作を考慮しつつ運転状態を予測することができる運転状態予測システムおよび運転状態予測方法を提供する。【解決手段】プラントから受け取ったプロセスデータをプラントモデルに逐次入力することで前記プラントを模擬するシミュレータを備え、前記シミュレータにより前記プラントにおける運転状況を予測する運転状態予測システムに関する。本発明の運転状態予測システムは、前記プラントの運転モデルを保存する運転モデル保存手段を備え、前記運転モデルは前記プラントにおける特定の状態を条件として前記プラントに対する特定の操作が実行される旨を規定するモデルであり、前記シミュレータは前記運転モデル保存手段に保存された前記運転モデルを適用して前記プラントを模擬することで、前記運転状況を予測する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラントから受け取ったプロセスデータをプラントモデルに逐次入力することで前記プラントを模擬するシミュレータを備え、前記シミュレータにより前記プラントにおける運転状況を予測する運転状態予測システムにおいて、
前記プラントの運転モデルを保存する運転モデル保存手段を備え、
前記運転モデルは前記プラントにおける特定の状態を条件として前記プラントに対する特定の操作が実行される旨を規定するモデルであり、
前記シミュレータは前記運転モデル保存手段に保存された前記運転モデルを適用して前記プラントを模擬することで、前記運転状況を予測することを特徴とする運転状態予測システム。
【請求項２】
前記運転モデルのユーザによる作成を受け付ける受付手段を備え、
前記受付手段を介して作成された前記運転モデルが前記運転モデル保存手段に保存されることを特徴とする請求項１に記載の運転状態予測システム。
【請求項３】
前記シミュレータにより予測された前記運転状態を、前記運転モデルに従った前記操作とともに表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の運転状態予測システム。
【請求項４】
プラントから受け取ったプロセスデータをプラントモデルに逐次入力することで前記プラントを模擬するシミュレータにより、前記プラントにおける運転状況を予測する運転状態予測方法において、
前記プラントの運転モデルを保存するステップと、
前記シミュレータにより、前記運転モデルを保存するステップにより保存された前記運転モデルを適用して前記プラントを模擬することで、前記運転状況を予測するステップと、
を備え、
前記運転モデルは前記プラントにおける特定の状態を条件として前記プラントに対する特定の操作が実行される旨を規定するモデルであることを特徴とする運転状態予測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラントから受け取ったプロセスデータをプラントモデルに逐次入力することで前記プラントを模擬するシミュレータにより、前記プラントにおける運転状況を予測する運転状態予測システムおよび運転状態予測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００５−３３２３６０号公報には、実プラントを模擬するプラントモデルによりプラントの状態を予測することができるプラント運転支援装置が開示されている。この装置では、実プラントの状態を逐次、プラントモデルに反映することにより高精度に実プラントの動作を予測することが可能とされている。具体的には、プロセスシミュレータによるシミュレーション結果と実プラントの状態とが一致するように、プラントモデルのパラメータを逐次、変更することにより、プラントモデルを修正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３３２３６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、上記装置によれば、実プラントを高精度にモデル化したプロセスシミュレータによってプラントの挙動を予測することができる。これは、プロセスシミュレータがプロセス自体を物理的にモデリングしているとともに、センサなどの測定系および種々のコントローラなどの制御系をもモデル化しているためである。このような技術により、現在の運転状態に基づいて、例えば、今後数時間におけるプラントの状態変化、すなわちプラントの将来の挙動を提示することができ、これをプラント操作の参考情報として利用することが可能となっている。
【０００５】
しかし、上記の装置における予測はプラントに対する操作を考慮しておらず、提示される挙動はプラント操作がない場合の予測を示している。通常、プラントに対して数時間も操作を行わずに放置することはなく、何らかの操作が行われる。このため従来の装置においては、予測結果がオペレータにとって現実的でない情報となる可能性がある。
【０００６】
本発明の目的は、プラントに対する操作を考慮しつつ運転状態を予測することができる運転状態予測システムおよび運転状態予測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の運転状態予測システムは、プラントから受け取ったプロセスデータをプラントモデルに逐次入力することで前記プラントを模擬するシミュレータを備え、前記シミュレータにより前記プラントにおける運転状況を予測する運転状態予測システムにおいて、前記プラントの運転モデルを保存する運転モデル保存手段を備え、前記運転モデルは前記プラントにおける特定の状態を条件として前記プラントに対する特定の操作が実行される旨を規定するモデルであり、前記シミュレータは前記運転モデル保存手段に保存された前記運転モデルを適用して前記プラントを模擬することで、前記運転状況を予測することを特徴とする。
この運転状態予測システムによれば、シミュレータは運転モデルを適用してプラントを模擬するので、プラントに対する操作を考慮しつつ運転状態を予測することができる。
【０００８】
前記運転モデルのユーザによる作成を受け付ける受付手段を備え、前記受付手段を介して作成された前記運転モデルが前記運転モデル保存手段に保存されてもよい。
【０００９】
前記シミュレータにより予測された前記運転状態を、前記運転モデルに従った前記操作とともに表示する表示手段を備えてもよい。
【００１０】
本発明の運転状態予測方法は、プラントから受け取ったプロセスデータをプラントモデルに逐次入力することで前記プラントを模擬するシミュレータにより、前記プラントにおける運転状況を予測する運転状態予測方法において、前記プラントの運転モデルを保存するステップと、前記シミュレータにより、前記運転モデルを保存するステップにより保存された前記運転モデルを適用して前記プラントを模擬することで、前記運転状況を予測するステップと、を備え、前記運転モデルは前記プラントにおける特定の状態を条件として前記プラントに対する特定の操作が実行される旨を規定するモデルであることを特徴とする。
この運転状態予測方法によれば、シミュレータは運転モデルを適用してプラントを模擬するので、プラントに対する操作を考慮しつつ運転状態を予測することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の運転状態予測システムによれば、シミュレータは運転モデルを適用してプラントを模擬するので、プラントに対する操作を考慮しつつ運転状態を予測することができる。
【００１２】
本発明の運転状態予測方法によれば、シミュレータは運転モデルを適用してプラントを模擬するので、プラントに対する操作を考慮しつつ運転状態を予測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態の運転状態予測システムの構成を示すブロック図。
【図２】ルール作成に際し表示部に表示される画面を示す図。
【図３】定期予測シミュレータにより予測されるプロセス値（温度）の予測トレンドを例示する図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明による運転状態予測システムの一実施形態について説明する。
【００１５】
図１は本実施形態の運転状態予測システムの構成を示すブロック図である。
【００１６】
図１に示すように、本実施形態の運転状態予測システムは、実プラント１を模擬するプロセスシミュレータ２と、プロセスシミュレータ２におけるシミュレーション結果を用いて高速でのシミュレーションを実行し、実プラント１の将来の状態予測を定期的に行う定期予測シミュレータ３と、定期予測シミュレータ３によるシミュレーション結果等を表示する表示部４と、後述する運転モデル３２を生成する運転モデル生成部５と、運転モデル３２を生成する際のユーザの指示操作を受け付けるキーやマウス等からなる操作受付部６とを備える。
【００１７】
図１に示すように、実プラント１は制御部１１により制御される。実プラント１を模擬するプロセスシミュレータ２は、プロセスデータサーバ１２を介して実プラント１からプロセスデータを受け取る。
【００１８】
プロセスシミュレータ２は実プラント１と並行して動作し、実プラント１からプロセスデータがプロセスシミュレータ２に供給される度に、プロセスシミュレータ２内のプラントモデル２１を用いた演算を実行する。
【００１９】
また、プロセスシミュレータ２はパラメータ修正部２２を備える。パラメータ修正部２２は実プラント１からプロセスデータがプロセスシミュレータ２に供給される度に、実プラント１の実出力に模擬出力が一致するように、プラントモデル２１の計算モデル式のパラメータを修正する。このように、パラメータ修正部２２はプロセスシミュレータ２の模擬出力を実出力に合わせ込むように、プラントモデル２１を逐次、修正する。
【００２０】
プロセスシミュレータ２は上記の一連の動作を定周期で実行する。
【００２１】
定期予測シミュレータ３は、定期予測シミュレータ３内のプラントモデル３１を実プラント１の動作速度よりも高速でシミュレーション動作させることで、実プラント１の将来の状態を予測する。これにより、例えば、実プラント１の状態について現在時刻から所定時間先（例えば、数分先、数時間先）のトレンドを常時、予測することができる。
【００２２】
定期予測シミュレータ３は、プロセスシミュレータ２によるある時刻（現在時刻）でのシミュレーション結果、およびその時のプラントモデル２１の計算モデル式のパラメータを含む、シミュレーションに関するすべての状態を初期値として受け取り、上記初期値を用いて高速でのシミュレーションを行う。プロセスシミュレータ２から上記パラメータを受け取ると、その都度、プラントモデル３１のパラメータが修正される。
【００２３】
プラントモデル３１はプラントモデル２１と実質的に同一であり、上記のようにパラメータ修正部２２によるプラントモデル２１のパラメータの更新はプラントモデル３１にも反映される。
【００２４】
また、定期予測シミュレータ３におけるシミュレーションは、プラントモデル３１のみならず運転モデル３２の拘束を受ける。このため、実際に実行される蓋然性の高い操作がシミュレーションに反映され、現実的な予測を行うことが可能となる。運転モデル３２等の詳細については後述する。
【００２５】
図１に示すように、定期予測シミュレータ３には、プラントモデル３１に加えて、運転モデル３２が実装される。
【００２６】
運転モデル３２はプロセスの状態とプラント１に対する操作とを対応付けたルールの集合として規定される。このルールは、特定のプロセス状態が成立するときに特定の操作が行われる、という条件付けを定義するものである。このようなルールは、表示部４における画面表示および操作受付部６を介するユーザの指示に従って運転モデル生成部５において生成され、運転モデル３２に反映される。
【００２７】
本実施形態の運転状態予測システムでは、表示部４および操作受付部５をユーザインタフェースとして、ユーザによるルールの作成を受け付けている。ルールの作成は主として表示部４における表示画面を用いて受け付けられる。
【００２８】
ところで、通常、プロセスの状態を構成するタグ（プロセスデータ）は数十〜数百の変数と膨大な数となる。しかし、操作の動機となるタグ、すなわちルールに関係するタグとしては、例えば、前回の操作実行後からの値の変動が大きいタグや、特定の運転状態で監視対象あるいは操作対象とされているタグなど、少数のタグに絞られる。したがって、運動モデル生成部５ではルールの作成に必要となる可能性の高いタグを表示部４に優先表示し、ユーザによるルール作成が円滑に行われるように支援する。
【００２９】
図２はルール作成に際し、表示部４に表示される画面を示す図である。
【００３０】
図２に示すように、操作受付部６に対するユーザの指示操作等に従って、表示部４の表示画面には、操作履歴の一覧を示す操作リスト表示画面４１が表示される。操作リスト表示画面には、過去に行った個々の操作について、操作時刻および操作内容が表示されるとともに、各操作がされた時点における実プラント１の運転状態を展開表示するためのボタンが表示されている。例えば、図２において、ボタン４１ａは、タグＣ（「Tag Ｃ」）として示すプロセスデータの値（設定値）を「３２」から「２２」に切り替える操作がされたときの、実プラント１における運転状態を展開表示するためのボタンである。
【００３１】
図２においてボタン４１ａを操作すると、対応するタグＣの値の切替操作が選択され、当該操作の操作時におけるプラント運転状態表示画面４２が展開表示される。
【００３２】
図２の例では、プラント運転状態表示画面４２には、その操作の直前に値が大きく変動したタグ（プロセスデータ）が一覧表示されている。
【００３３】
図２に示すように、プラント運転状態表示画面４２には、操作後に値が大きく変動したタグ（プロセスデータ）と、ボタン４１ａで選択されたタグＣの値の切替操作の操作時における当該タグの値（プロセス値）とが対応付けて一覧表示される。ユーザはプラント運転状態表示画面４２に一覧表示されたタグの中から、ルールの条件として使用するタグを選択することができる。このような一覧表示は、過去のプロセス値や操作を保存した履歴データを検索することにより得られる。
【００３４】
図２では、プラント運転状態表示画面４２からタグＺ（「Tag Ｚ」）の欄４２ａを指定するとともに、新たなルールを作成する旨のボタン４２ｂが操作された例を示している。この場合には、タグＺを監視タグとする新たなルールを作成するためのルール作成画面４３が展開表示される。
【００３５】
図２に示すように、ルール作成画面４３の欄４３ａには作成されるルールの番号が、欄４３ｂにはプラント運転状態表示画面４２で選択された監視タグ（タグＺ）が、欄４３ｃには監視タグ（タグＺ）の上限値が、欄４３ｄには監視タグ（タグＺ）の目標値が、欄４３ｅには操作の対象となるタグが、欄４３ｆ、欄４３ｇ、欄４３ｈには、当該操作の操作内容が、欄４３ｊには例外条件が、それぞれ表示、入力される。
【００３６】
欄４３ｂおよび欄４３ｃには、プラント運転状態表示画面４２で選択されたタグＺの欄４２ａに表示された情報、すなわち監視タグ（タグＺ）および当該タグの値（プロセス値）が既定値として表示される。しかし、ユーザの入力操作によりこれらの情報を変更することもできる。図２の例では、監視タグであるタグＺが上限値である「１０００」に到達したことが操作を行うための条件であることを示している。
【００３７】
欄４３ｄには、ユーザの入力操作により監視タグ（タグＺ）の目標値が入力される。
【００３８】
欄４３ｅには、操作リスト表示画面４１において選択されたタグ（タグＣ）が、操作対象となるタグの既定値として表示される。しかし、ユーザの入力操作により操作対象となるタグを変更することもできる。
【００３９】
欄４３ｆ、欄４３ｇ、欄４３ｈには、それぞれ操作受付部６に対するユーザの入力操作により操作内容の特定に必要な情報が入力される。さらに、欄４３ｊには条件の成立を阻む例外条件がユーザの同様の入力操作により入力される。
【００４０】
図２に示すルール作成画面４３の例では、タグＺの値（プロセス値）が上限値である「１０００」を超え、かつタグＸの値（プロセス値）が「２００」を越えないことを条件として、タグＺの値（プロセス値）を「８００」まで下げるための操作が行われる旨が定義される。この操作は、欄４３ｆ、欄４３ｇ、欄４３ｈに示すように、５分間に１回、タグＣの値（設定値）を「１０」ずつ、ステップ状に減らすという操作である。
【００４１】
このように、表示画面を用いた対話的な方法を適用することにより、ユーザは画面表示に従って入力操作を行うことで容易にルールを作成することができる。また、ルール作成画面４３の表示には、操作リスト表示画面４１、プラント運転状態表示画面４２を経た画面の展開表示の履歴が上記既定値として反映されるため、ユーザの入力操作の負担を軽減できる。
【００４２】
ルール作成画面４３において確定したルールは、運転モデル生成部５において作成され、運転モデル３２に取り込まれる。
【００４３】
また、ユーザは表示部４および操作受付部５をユーザインタフェースとして使用することで、不要なルールの削除やルールの修正を行うことができる。この場合にも、ルールの削除や修正は同様の表示画面を用いて受け付けられる。
【００４４】
さらに運転モデル生成部５において、プロセスデータの履歴や操作履歴を検索することにより、ルール化の対象となる可能性のある条件付けを抽出し、ユーザに対しルール化を促し、あるいは自動的にルールを生成するようにしてもよい。また、生成しようとしているルール、あるいはすでに運転モデル３２に取り込まれているルールについて、プロセスデータの履歴や操作履歴と照合することでその妥当性を算出し、妥当性の低いルールを自動検出してユーザに修正を促すようにしてもよい。
【００４５】
図３は定期予測シミュレータ３により予測されるプロセス値（温度）の予測トレンドを例示する図である。このような予測トレンドは、定期予測シミュレータ３によるシミュレーション結果に従って、表示部４の表示画面上に表示される。
【００４６】
図３において、実線で示す値は予測された温度（例えば、反応器の温度）のトレンドを示している。現在時刻Ｔ０より以前の部分は実績値が示される。図３の例では、過去の時刻ＴＡにおいて行われた操作Ａにより温度上昇が開始する。温度上昇はそのまま継続しているが、将来である時刻ＴＢにおいて次の操作Ｂが行われることにより、温度上昇が停止することが予測されている。この操作Ｂは運転モデル３２に格納されたルールとして定義されたものである。例えば、温度がＴＭＡＸを越えると操作Ｂが実行される旨をルールとすることができる。
【００４７】
このように、本実施形態の運転状態予測システムでは、将来の操作Ｂを取り込んだ予測を行うため、現実的な予測結果を示すことができ、予測結果をプラント操業のための有用な情報として利用することが可能となる。図３の例では、操作Ｂが行われた以降の予測結果も有効なものとなる。
【００４８】
また、操作Ｂの存在を表示部４の表示画面上で示すことにより、その表示をユーザに対する案内情報として有効に機能させることができる。なお、操作Ｂについての操作内容を図３の画面と同一画面上で表示してもよく、あるいは図３の表示画面から別画面に展開表示するようにしてもよい。
【００４９】
一方、図３において点線で示す値は、運転モデルを有しない従来の装置における予測トレンドを例示しており、実際には操作Ｂが行われる蓋然性が高いにもかかわらず、操作Ｂが行われない場合の予測トレンドが表示されることになる。このため、表示される予測トレンドは操作Ｂが行われる時点まで有効であり、それ以降の予測結果には有効性がない。
【００５０】
以上のように、本実施形態の運転状態予測システムによれば、運転モデルを用いることにより、蓋然性の高い操作を取り込んだ予測を行うので、プラントの運転状態を適切に予測することが可能となる。
【００５１】
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、プラントから受け取ったプロセスデータをプラントモデルに逐次入力することで前記プラントを模擬するシミュレータにより、前記プラントにおける運転状況を予測するに対し、広く適用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
３      定期予測シミュレータ（シミュレータ、運転モデル保存手段）
４      表示部（受付手段）
５      運転モデル生成部（受付手段）
６      操作受付部（受付手段）
２２    パラメータ修正部（修正手段）
３１    運転モデル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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