(57)【要約】  入力制御値において、系統的に最善の燃料効率を得るための組み合わせの発見により、蒸気ボイラー又はオイルヒータを最適化して、最高の燃料効率を得る方法に関する。複数の入力演算子のすべての組み合わせの設定でプロセスを操作して、各設定の最終的な出力値を記録して、固有の多次元ルックアップテーブルを創出する。その結果、機能しないプロセス又は許容できない出力値に帰する入力値の組み合わせは、削除される。前記プロセスが第１制御設定値と一致する場合には、最小の燃料流量となる組み合わせが、最適組み合わせとして選択される。理想的な設定値が、前記テーブルの離散化された入力値と正確に一致しない場合には、正確な入力設定が補間により推定される。閉ループ制御における駆動信号の出力から、バルブと通風調節弁とを動的制御して、前記プロセスの出力値と時間との関数により、前記駆動信号を再計算及び調整が可能となる。
2007504540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の入力演算子であって、該演算子の各々が独立して該演算子の設定範囲に亘り可変とされている前記演算子と、
複数のプロセス出力パラメータであって、該パラメータの各々が許容値の範囲を有する前記パラメータと、
を備えるプロセスにおいて、
第1プロセスの出力パラメータについての特定の値を達成して、他のプロセスにおける前記出力パラメータの値のすべてが、それぞれの許容値の範囲内であるように前記プロセスを制御する方法であって、
ａ）結果として、前記プロセスの作動及び前記許容値の範囲内である出力パラメータの値の双方によりもたらされる前記入力演算子の設定の組み合わせについての、複数の前記入力演算子と複数の前記出力パラメータの値との間の作動上の関係を経験的に決定することによって、ルックアップ特性テーブルを作成するために、前記プロセスを特徴づけるステップと、
ｂ）前記プロセス出力パラメータの１つを、第1制御パラメータとして規定するステップと、
ｃ）規定された前記第1制御パラメータの要求値を、プロセス制御の設定値として提供するステップと、
ｄ）前記ルックアップテーブルから決定されたそれぞれの設定を組み合わせて、前記入力演算子を設定し、前記プロセス制御の設定値を近似する前記規定された制御パラメータの値で前記プロセスを作動させるステップと、
を備えることを特徴とする前記制御方法。
【請求項２】
前記プロセス制御の設定値を近似する前記規定された制御パラメータの値で前記プロセスを作動させることができるような入力演算子の設定の複数の組み合わせを含む前記テーブルが、
プロセスの入力基準に基づいて、前記複数の設定の中の最適な一つの設定を選択するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記プロセスを蒸気ボイラーシステム及びオイルヒータより成るグループから選択するステップと、
規定された前記第１制御パラメータが、蒸気流量、蒸気圧及び燃料油の温度から成り、前記プロセスの入力基準が、最小の燃料流量であるステップとを備えることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記入力演算子について閉ループフィードバック制御手段を組み込み、前記プロセス制御の設定値と一致する前記規定された制御パラメータの出力値で前記プロセスを作動させるステップをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記閉ループフィードバック制御手段が、前記駆動信号を再計算して、調整するためのプロセス出力及び時間の関数を含むことにより、前記プロセスを制御状態とするステップを備えることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
ａ）前記要求値と最も近く夾叉する前記規定された制御パラメータにおける前記テーブルの値から決定するステップと、
ｂ）前記夾叉するテーブルの値の間における前記要求値の補間されたポジションを決定するステップと、
ｃ）前記テーブルからの前記演算子の入力設定の一致する夾叉する設定の間を補完するために、前記補間されたポジションを利用するステップと、
ｄ）前記プロセスが前記設定値で作動し、且つ他の前記出力パラメータの値のすべてが、それぞれの許容値の範囲内であるように、前記補間に従って、複数の前記演算子の設定を調整するステップと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記特徴づけられたステップが、
ａ）作動範囲の所定の限界において、すべての入力演算子のポジションを設定するステップと、
ｂ）前記他の演算子における定数の各々の設定を保持しつつ、前記演算子の作動範囲を越えて、複数の離散化されたステップ内の前記演算子のうちの第１の演算子における設定を変化させるステップと、
ｃ）前記離散化された演算子における入力設定の各々において、前記出力パラメータの各々の値を記録するステップと、
ｄ）前記作動限界から外れた離散化したステップによって、前記演算子のうちの第２の演算子における設定を変化させるステップと、
ｅ）前記第２の演算子が所定の作動範囲の反対側の限界に到達するまで、一連の離散化されたステップにおいて、ステップｂ）からｄ）を反復するステップと、
ｆ）各追加された演算子についてステップｄ）及びｅ）を反復して、これにより、演算子の入力設定における前記固有の多次元ルックアップテーブル、及び前記ルックアップテーブルにおける前記ステップの各々に対応するパラメータ出力値のデータベースを作成するステップと、
ｇ）前記プロセスが作動できないか、、許容値の範囲内の出力値を提供することができないような入力設定のすべてを前記ルックアップテーブルから削除して、その結果、前記プロセスが作動して、前記許容値の範囲内の出力値を提供するように、入力設定における調整されたルックアップテーブルを生じさせるステップと、
を備えることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記フィードバック制御手段からの駆動信号に応答して、電気機械式のアクチュエータにより制御される前記入力演算子の各々が、離散化されたステップにおいて作動可能であるステップを備えることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
離散化されたステップが、０％から１００％までの作動範囲を含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記離散化されたステップが、前記作動範囲の約１％から約５０％を含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１１】
前記プロセス制御手段が、コンピュータを含むことを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項１２】
前記コンピュータから前記プロセス演算子への前記駆動信号が、少なくとも前記演算子の一つにおいて、線形応答するように前記コンピュータを調整するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
前記コンピュータからの前記駆動信号を、全作動可能範囲と関連する各プロセス演算子についての瞬間変化率が、そのような演算子のすべてと同一であるように調整するステップをさらに備えることを請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
ａ）システム稼働率の関数として、前記入力演算子の各々についての前記駆動信号に対するプロセスの反応の時間遅延の表を作成するステップと、
ｂ）入力演算子に駆動信号を送信した場合に、前記テーブルから、前記応答時間遅れがどれほどであるか決定するステップと、
ｃ）前記プロセスの応答のオーバーシュートと発振とを最小化するために、前記出力演算子へ別の駆動信号を送信する前に、少なくとも決定された応答時間の前記遅延の間は待機するステップと、
をさらに備えることを請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
前記コンピュータに、プロセス故障がいつ発生したかを決定するために、熱力学的モデルに対して、前記プロセスの入力及び出力パラメータを連続的にチェックさせるステップをさらに備えることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１６】
前記プロセスが前記故障内のどこで発生したかを決定するために、前記コンピュータを利用するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
前記入力演算子が、燃料流量弁、第１空気の流量の通風調節弁、第２空気の流量の通風調節弁、トリム空気通風調節弁、給水制御弁、主空気ブロワ、排出通風調節弁、燃料ガス再循環用通風調節弁、蒸気霧化バルブ、排気筒用の放出ファン、ボイラーノズル位置決め装置及びそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１８】
前記プロセス出力パラメータが、蒸気流量、蒸気圧、ボイラー胴の水位、第１ブロワの流速、第２空気の流量、トリム空気の流量、燃焼室内圧力、排出された一酸化炭素の含有量、排出された酸素の含有量、排出された窒素酸化物の含有量、排出された硫黄酸化物の含有量、排出ガスの流速、燃料ガスの再循環流量、入力された燃料の流れのＢＴＵ値、火炎センサ及び排出温度より成ることを特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体燃料（例えば、天然ガスや埋立地ガス（landfill gas））、液体燃料（例えば、石油）又はそれらを組み合わせたものが供給されるバーナーを１つ又は２つ備えるボイラー及びオイルヒータ、より具体的には前記ボイラー及び前記ヒータ内における燃料の燃焼を最適化する手法及びその装置、さらに具体的には、系統的に最も燃料効率の良い入力制御値の組み合わせを発見して、次いで一次過程の出力設定値と一致させるように前記入力制御値を中心とした制御を行うことにより、最高の燃料効率を得るための蒸気ボイラー又はヒータを制御する方法及びその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水から蒸気を発生させるボイラーがよく知られている。前記蒸気は、蒸気エンジン又は蒸気タービンの駆動、加熱、冷却、清浄と滅菌及び多くの他の知られた使用目的のために、一般的に用いられる。エネルギーの移送媒体として高温の油を提供するためのオイルヒータは、同様によく知られている。（以下において、「ボイラー」という用語は、ボイラー又はオイルヒータを意味するものとして用いることとする。ボイラーに関する本発明は、注記がある場合を除いて、オイルヒータについても適用可能である点に留意すべきである。）前記ボイラーは、様々なエネルギー源（例えば、核分裂や炭化水素の燃焼）を燃料として用いることができることが知られている。一般的な炭化水素の燃料源の中には、木材、石炭、燃料油及び天然ガスがある。
【０００３】
特定部類のボイラーシステムは、燃料油又は天然ガスのように噴射可能な液体炭化水素を用いた燃料を利用する。そのような燃料は、ボイラーに圧力をかけた状態でパイプラインを経由して、該燃料を容易に供給可能であり、燃料制御弁を経由して、前記ボイラー内部に配置されたバーナーへ前記燃料を計量可能である。予備のインジェクタによって、燃料油の噴射を支援することができる。通常、燃料は、略円柱状又は略長方形状の細長い燃焼室の一端で、軸方向に噴射される。大容量のブロワ又は空気ポンプは、空気流量制御弁又は通風調節弁（damper）を経由して、前記インジェクタの近傍にある前記燃焼室へ燃焼用空気を案内する。さらに、前記燃焼室の軸方向に燃料及び空気流れを案内する。独立した点火バーナーシステムが、点火により、細長いバーナー火炎を発生させる。前記空気流れは、一般的に、少なくとも前記火炎の方向に案内される一次流量と前記火炎の端の方向に案内される二次流量とに分かれる。これにより、燃焼速度及び火炎の形状を修正することができる。前記燃焼室は、一般的には、水を供給する多数の送水ボイラー管に囲まれており、しかも接触している。燃焼室から発生する熱は、前記燃焼室の壁面を通じて、熱伝導、対流及び放射によって移送される。そして、前記送水ボイラー管を加熱して、最終的には前記水を沸騰させて、蒸気を発生させる。発生した該蒸気は、ボイラー胴で集められて、蒸気管寄せを経由して、使用地点へ移送される。冷却された火炎ガスが、排気筒を経由して、一般的には大気中に排出される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ボイラーシステムの先行技術の中には、燃料流量制御弁と空気流量制御弁とが、機械的又は電気的手段のいずれかにより連結されており、前記燃料流量と空気流量とが、明らかに一定の割合で一緒に変化するものがある。ここで、該割合は経験的に決定されるので、「許容可能な」火炎を発生させることができる。前記許容可能な火炎は、前記蒸気を発生させる火炎の燃料効率には特に関係なく、求められる蒸気の量と環境的に許容可能な排気ガスとを発生する。しかしながら、一般的な弁と通風調節弁との動作関数は線形ではないため、前記割合は実際には一定ではない。
【０００５】
ボイラーシステムの先行技術には、様々なプロセスパラメータを最適化して、最小の燃料で最大の蒸気を生産する方法は一般的には存在しない。例えば、空気流量又は空気と燃料との混合比を系統的に最適化する方法はない。多すぎる空気は、結果として排気ガス中の熱風の量に亘り、無駄である。しかしながら、ボイラー管の栓を閉めたことによる少なすぎる空気は、最適下限の燃焼となり、排気ガス中に炭化水素が残留する。さらに、不適当な一次及び二次空気制御、並びに不適当な全空気量制御及び燃料制御によって、ａ）燃焼室の長手方向に沿った比較的短い領域における局地的な燃焼が起こり、したがってこのような燃焼では熱交換面の全表面積のうち実質的な部分を使い切ることができない、ｂ）無秩序で不安定な火炎の一部だけが燃焼室の壁面に付着することにより、炎の実質的な部分が、熱伝達面と接触することなく前記ボイラーシステムを通過してしまう、という結果を生じることとなる。
【０００６】
さらに、プロセス制御装置は、前記制御装置が規定されたプロセス制御の出力パラメータの値が設定値と一致しないと認識する場合に、各入力設定に対して逐次的に変化することにより、制御演算子の任意のポジションからのフィードバック制御により、スタートアップの始めから操作するという先行技術がある。前記制御装置は、最終的に正しい設定は何かという事前に知識を有していない。そして、前記プロセスが開始される場合には、そのような設定は、いつでもほとんど実験的に再決定される。さらに、前記制御装置は、各入力演算子の設定を互いに最適化することによって、前記プロセスの全体を最適化するための予定された値を有していない。従って、出力値は、前記プロセスを制御する規定によって、最終的には設定値と一致するが、燃料効率を最適化する設定の組み合わせが決定される見込みは低い。例えば、蒸気流量及び／又は蒸気圧に関する設定値に到達する蒸気ボイラーにおいて、文字通り、設定と燃料流量、第１空気の流量、第２空気の流量、トリム空気の流量（trim air flow）、全空気流量及び燃料ガス再循環流量の条件との組み合わせは数千通りあるために、前記ボイラーシステムは、適切な圧力において適切な蒸気流量を提供することができる。しかしながら、そのような組み合わせの中の１つ又はごく僅かな組み合わせのみが、最小の燃料流量を備えている。先行技術における制御装置は、前記組み合わせがどのようなものであるか決定する手段を有しない。そのため、前記組み合わせに向かって前記プロセスを進行する手段も有しない。
【０００７】
さらに、ボイラーの制御方式として、バーナーへの燃料及び／又は空気流量を制御するために比例微積分（ＰＩＤ）制御理論を利用する先行技術も幾つか存在する。しかしながら、これにより、結果として、実質的なオーバーシュート、スタートアップの間における前記プロセスの循環及び重大なプロセスの不安定化に繋がる他の問題点が生じた。
【０００８】
また、実現がきわめて困難、かつ、時間の無駄であり、プロセスの故障の原因を決定するトラブルシュートに要する費用が高いボイラーシステムが、先行技術の中には幾つか存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
液体燃料で動作するボイラーシステムによる蒸気の発生を制御する方法とその装置においては、少なくとも燃料流量、第１空気の流量及び第２空気の流量を独立かつ最適に制御して、任意の吸気圧力において、任意の蒸気流量と環境基準に適応した排気筒の排気ガスとを発生させるが、用いる燃料流量が最小であることが必要とされる。
【００１０】
蒸気ボイラーシステムを素早くプロセス制御に移行させて、プロセスのオーバーシュートと前記プロセスのスタートアップ時の循環とを最小化する制御理論が、さらに必要とされる。
【００１１】
前記プロセス故障の原因を即座に認識可能な蒸気ボイラーにおける工程管理システムが、さらに必要とされる。
【００１２】
本発明の第１の目的は、蒸気ボイラーシステムを操作するための燃料コストを最小化することにある。
【００１３】
本発明のさらなる目的は、信頼性を向上して、それに伴い、蒸気ボイラーシステムの実行時間を伸ばすことにある。
【００１４】
また、本発明の目的は、蒸気ボイラーシステムの操作におけるプロセスの不整合及び失敗を簡単に問題解決することにある。
【００１５】
本発明の目的は、最小のプロセス循環を保ちつつ、蒸気ボイラーシステムを定常状態の制御へ素早く移行させることにある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明における蒸気ボイラーシステムを制御する方法について、簡潔に述べる。
【００１７】
前記システムが生産作業の状態になる前に、独立したプロセスの入力変数（例えば、燃料流量、第１空気の流量及び第２空気の流量）が認識される。また、各プロセスの出力パラメータ（例えば、蒸気圧、蒸気温度、排一酸化炭素（flue CO）、排酸素（flue O2）など）について、許容範囲が特定される。従って、前記プロセスの特徴は、前記入力値及び前記出力値により構成される固有の多次元マトリクス又はルックアップテーブルを発生することにある。そして、前記マトリクス又はルックアップテーブル（look-up table）においては、前記プロセスは、実行可能なプロセス入力制御変数の設定の階乗的な組み合わせのすべてにおいて段階的に操作されて、すべての関連するプロセスにおける出力パラメータについての結果プロセスの出力値が記録される。機能しない組み合わせは、前記テーブルから削除される。
【００１８】
スタートアッププロセスにおいて、例えば、蒸気流量の第１出力パラメータの要求値が選択された場合、入力設定の最適な又は最適付近の組み合わせが、前記テーブルから選択される。前記組み合わせが、略理想的なプロセスの出力値を提供することを示しており、さらには他のすべての出力パラメータに関して許容可能な結果をもたらし、最小の燃料流量を利用するためである。
【００１９】
二段階制御法により制御する場合には、第一に、従来技術における任意の設定から始まるものとは異なり、すべての入力制御パラメータは、初期に最適な表から選択された入力値に設定されている。第２に、フィードバック制御システムは、前記設定で開始される入力演算子の動的制御を引き継ぐ。安定状態において操作を要求する設定に非常に近いため、素早く制御して、最小のオーバーシュートの制御により安定状態の条件を調整することが可能なためである。
【００２０】
前記二段階法により安定状態におけるプロセス制御を達成することは、従来技術の方法を大きく改善するものである。ボイラーシステムのスタートアップ時において、制御入力の設定と出力パラメータとは、安定状態における値からほど遠いためである。
【００２１】
さらに、個々のバルブと通風調整弁との作動が、２通りの重要な方法により調整されることにより、従来技術を改善することが好ましい。
【００２２】
第１に、前記ルックアップテーブルを発生させる際に決定される関係から、各装置は、前記制御装置に対して、線形応答するように調整されるため、制御出力信号が任意の割合だけ増加すると、前記装置内の流れが同一の割合だけ増加する。このことは、一般的な使用における大概の調整装置（例えば、バタフライバルブや通風調節弁）における流量と操作ポジションとの関係は、非線形性が強いので、非常に重要な改善である。
【００２３】
第２に、各バルブと各通風調節弁との作動システムは、特有の応答速度を有するので、そのようなシステムの各々に送信された駆動信号は、すべての制御装置が同一の割合の速度で進行するように、調整・統合されることにより、制御が過渡期にある間、流速が一定であるように維持する。
【００２４】
図１は、本発明における主要な構成要素間の関係とそのような関係を表現する用語とを明らかにするものである。図１を参照すると、図示するプロセス１０は、好ましくは、コンピュータ中央演算処理装置（computer CPU）又は大容量プログラマブルコントローラを備える工程管理システム（ＰＣＳ）５００と、複数の制御演算及び制御装置（例えば、弁、通風調節弁、開閉器、変換器及びこれらに似たもの）を備える工程実行システム（ＰＯＳ）６００とを含む。ステータス信号５０２がＰＯＳ６００内の構成要素から直接送信されるか、又は、ステータス信号５０４が中間に位置する燃焼管理システム（ＢＭＳ）３４を介して送信される。ここで、該システムは、図１及び図２ａ，２ｂ，２ｃにフローチャート内の菱形として現れているが、実際には、ＰＣＳ５００の一部である。
【００２５】
同様に、制御信号６０２が、ＰＣＳ５００からＰＣＳ６００へ直接送信されるか、又は、制御信号６０４が、中間に位置するＢＭＳ３４を介して送信される。従って、前記の如く用いられるので、プロセスの出力もコンピュータへの入力であり、コンピュータの出力はプロセスの入力である。
【００２６】
図２ａ，２ｂ，２ｃを参照すると、前記３図は、それぞれ参照点ＡＢとＢＣとで結合されることが理解され、一つの大きな図面（図２とする）に等しい。すべてのロジックがＰＣＳ５００により制御されることが好ましいが、該ＰＳＣ５００の存在は明確であるため、図から省略されている。
【００２７】
本発明における工程実行システム図６００ａ，６００ｂ，６００ｃは、バーナー１２、燃焼用ファン１４、ボイラー胴１６を備える。バーナー１２は、燃料ガス供給部１８と燃料油供給部２０の少なくとも一方により操作される。
【００２８】
バーナー１２が燃料ガスにより燃焼する場合において、管路２１を経由してバーナー１２へ流れる燃料ガス流量は、オリフィス流量計２４を通過することにより圧力損失計２２により計測されて、その結果として、流量の信号は、ＰＣＳ５００へ送信される。燃料ガスの流量は、ＰＣＳ５００からの出力信号３０に応答して、制御弁２８により制御される。そして、燃料ガスの低い圧力が、燃焼管理システム（ＢＭＳ）３４の圧力警報スイッチ３２ａにより感知されて、ＰＣＳ５００に信号３６ａとして送信される。ここで、インライン型可視圧力ゲージ３８を備えることが好ましい。燃料ガスの高い圧力が、ＢＭＳ３４の圧力警報スイッチ３２ｂにより感知されて、ＰＣＳ５００に信号３６ｂとして送信される。天然ガスの品質及び組成には、かなりのばらつきがあり、燃焼に必要とされる燃料ガスの体積は、その影響を受けるためである。ユニットに供給される燃料ガスの発熱量の値は、ＰＣＳ５００により決定されて、ＰＣＳ５００へ信号４２として送信される。
【００２９】
バーナー１２に燃料油が供給される場合にも、燃料油の流量は、同様に制御されて、オリフィス流量計４６を横切って配置される管内圧力損失計４４を経由して、監視されて、燃料油の流量の信号４８がＰＣＳ５００に送信される。また、燃料油の流量は、ＰＯＳ６００からの出力信号５２に応答して、制御弁５０を経由して、制御される。燃料油の高い圧力及び低い圧力は、圧力警報スイッチ５１，５３により警報されて、該スイッチからの応答信号５５，５７がＢＭＳ３４を経由してＰＣＳへ送信される。バーナー１２が燃料ガスにより燃焼する場合、又は、運転停止される場合には、燃料油は、３方向ソレノイドバルブ５４を経由して再循環させて、供給管５８内の停滞及び堆積を防止するために管路５６へ戻すことが可能である。
【００３０】
操作の一般に好ましい形態において、バーナーへの燃料油の噴射と燃焼とは、燃料油供給管５８内の制御弁６６により制御されることと同様に、管路６２を経由して蒸気源６０からの蒸気噴射により補助される。ここで、蒸気噴射圧は、燃料油供給圧の一つの機能として、異なる制御弁６４により制御される。また、前記２つのバルブは、管路６８により接続している。蒸気流量は、ＢＭＳ３４に応答して、締切弁７０により制御される。蒸気の低圧警報器６１は、ＢＭＳ３４を経由してＰＣＳへ信号６３を送信する。さらに、吸気圧が低い条件の場合には、警報器６５により警報が行われ、ＢＭＳ３４を経由してＰＣＳへ信号６７が送信される。
【００３１】
バーナー１２の点火システム７２は、供給部１８から管路７４を経由して、バーナー１２に隣接して配置された点火バーナー７６へ燃料ガスを供給する。火炎検出システム７８により、前記バーナー内において、パイロットに点火されたことを確認される。燃料ガスの流量は、第１及び第２弁８０により制御されて、信号８１がＰＣＳへ送信される。点火が確認されない場合には、ＢＭＳ３４は、ＰＣＳを経由して検出システム７８と通信して、該ＰＣＳが、信号７９をＢＭＳ３４へ送信して、バルブ８２を経由して空気中に点火用の燃料ガスを噴出する。
【００３２】
燃焼用ファン１４は、管路８５を経由して、空気源８４から空気を供給する。流入した空気の温度と絶対湿度とが、温度計８６、湿度計８７により計測され、その信号８８，８９が、前記ＰＣＳへ送信される。
【００３３】
ファンの速度９０は、前記ＰＣＳから信号９２によって決定される。空気の全流量は、流量計９４により計測され、信号９６が前記ＰＣＳへ送信される。ファン１４から出力される低い圧力は、センサ９８により感知され、信号１００がＢＭＳ３４を経由して、前記ＰＣＳへ送信される。同様に、空気室１０２内の圧力が、センサ１０４により感知され、信号１０５も前記ＰＣＳへ送信される。ファン１４は、第１空気、第２空気及びトリム空気（trim air）を供給する。そして、各々の流量は、電気機械式の２次側補助弁１０６，１０８及び１１０によりそれぞれ計測されて、各位置は、ＰＣＳの出力１１２，１１４及び１１６によりそれぞれ制御される。
【００３４】
ファン１４は、リミット制御及び警報器をさらに備える。ＢＭＳ３４は、ブロワモータ始動制御リレー（blower motor starter control relay）１１８が閉じて、運転コンタクト信号（run contact signal）１２０を前記ＰＣＳへ中継する。ＢＭＳ３４もまた、ブロワモータ始動器１２２に電圧が付加されて、ブロワ故障コンタクト信号（blower fault contact signal）１２４を前記ＰＣＳへ中継する。
【００３５】
バーナー１２からの排出ガスが、排気筒を経由して大気中に排出される。補助放出ブロワ１２８は、空気を排気筒１２６へ排出して、積極的な流れを確保することが好ましい。ブロワ１２８の速度は、前記ＰＣＳからの信号１３０を経由して設定される。同様に、排出用の通風調節弁１３２の位置は、ＰＣＳ信号１３４を経由して設定される。排気筒１２６の内部において、幾つかの排出ガスのパラメータが感知されて、前記ＰＣＳへ中継されるが、該パラメータは、排気筒の基準温度１３４，１３６、排気筒の外部温度１３８，１４０、排気筒内部の窒素酸化物（ＮＯｘ）１４２，１４４、排気筒内部の二酸化炭素（ＣＯ２）１４６，１４８、排気筒内部の一酸化炭素（ＣＯ）１５０，１５２、排気筒内部の酸素（Ｏ２）１５４，１５６を含む。排気筒における排出速度は、ピトー管１５５により感知され、信号１５７として前記ＰＣＳへ送信される。下記により特定されるか否かを問わず、例えば、排気筒内部の硫黄酸化物（ＳＯｘ）や揮発性有機化合物（ＶＯＣ）のような排気筒の追加パラメータの計測は、完全に本発明に含まれる。
【００３６】
燃焼用ファンを経由してバーナーへ排気筒の排気ガスの一部を再循環させることにより、燃焼を調節すること、及び／又は、残留した炭化水素を燃焼することが、従来技術として知られている。本実施例において、管路１５８は、燃料ガスの再循環用通風調節弁１６０を経由して、ボイラー排気筒１２６からファン14の吸気口へ延伸している。通風調節弁１６０の位置は、ピロー管１６４による燃料ガスの流量測定に応答して、信号１６６を前記ＰＣＳへ送信することにより、前記ＰＣＳからの信号１６２により設定される。前記ファンを通過した燃料ガスの温度は、温度計１６８により計測されて、信号１７０として前記ＰＣＳへ送信される。
【００３７】
ボイラー胴１６には、水源１７２から補給水が供給される。該水の流量は、管路１７４を経由して、ボイラー胴１６へ向かう直接流と、管路１７６を経由して、廃熱を用いることにより、前記ボイラーへ流れる水を予め加熱されるボイラー排気筒１２６内に配置された熱交換器１７８を通過するもう一つの流れとに分けることができて、このとき、前記２つの流れは、管路１８０で合流する。熱交換器１７８を通過する流れは、オリフィス流量計１８２を横切って配置される圧力損失計により計測される。流量の信号１８４は、前記ＰＣＳに送信されて、前記ＰＣＳからの信号１８８に応答して、制御弁１８６により規制される。熱交換器１７８を通過する水の吸入側及び排出側の温度１９０，１９２が計測されて、それぞれの信号１９４，１９６が前記ＰＣＳに送信される。管路１７４を経由して、熱交換器１７８を迂回する水は、前記ＰＣＳからの信号２００に応答して、バルブ１９８により制御される。ボイラー１６へ流れる補給水の全流量は、オリフィス流量計２０２を横切って配置される圧力損失計により計測されて、流量の信号２０４は前記ＰＣＳに送信されるため、信号２０８に応答して、前記全流量を制御弁２０６により規制することにより、前記ボイラー内部の水位を維持する。差圧センサ２０７により、水位信号２０９が、前記ＰＣＳに送信される。前記ボイラー内の余分なハイ／ローレベルスイッチ２１０もまた、加圧装置である空気源２２１を必要とするが、コンピュータから独立して、制御弁２０６を制御することができる。スイッチ２１０は、高レベル信号及び低レベル信号２１１、２１３それぞれについて、ＢＭＳ３４を経由して、前記ＰＣＳと通信する。補給水の温度及び圧力が、温度計及び圧力計２１２，２１４により感知されて、信号２１６，２１８として、それぞれ前記ＰＣＳへ送信される。低レベルセンサ２２０が、極めて低い水位を監視して、水不足となった場合における前記ボイラーの損傷を防ぎ、ＢＭＳ３４を経由して、前記ＰＣＳへ信号２２２を送信する。ボイラー胴の圧力は、ゲージ２２４により視覚的に示されて、変換器２２６により感知されて、前記ＰＣＳへ信号２２８として送信される。高圧側の安全スイッチ２３０もまた、前記ＰＣＳがトリップした場合には、ＢＭＳ３４を経由して、信号２３２を通信することができる。
【００３８】
ボイラー１６内で生産された蒸気が、蒸気管路２３４を経由して、蒸気ヘッダ２３６へ排出される。ヘッダ２３６へ流入する蒸気の流量は、オリフィス流量計２３８を経由して計測されて、流量の値を表わす信号２４０が、信号２４２として前記ＰＣＳへ送信される。前記ヘッダ内の蒸気圧が、圧力計２４４で感知されて、信号２４５として前記ＰＣＳへ送信される。ヘッダ２３６内の低圧が原因で、低蒸気圧側のコンタクト２４６がトリップして、ヘッダ２３６内の低圧が、信号２４８として前記ＰＣＳへ送信される。
【００３９】
当該ボイラーシステムの制御方法において、第一に、前記プロセスが、固有の多次元マトリクスを発生させることを特徴とするものであり、該マトリクスは、入力制御プロセスの変数の設定におけるすべての実行可能な階乗的な組み合わせについて前記プロセスを操作して、好ましくは、各入力演算子の設定に関しては、一のプロセスと他のプロセスとをはっきりと区別して、しかも、前記プロセスを操作する組み合わせの各々において、すべての関係するプロセスの出力パラメータにおける結果のプロセスの出力値を記録することによって、二次元のルックアップテーブルとして表示することができる。ここで、各入力演算子は、前記マトリクスの次元として規定されている。そして、例えば、バーナーが火炎を維持することができなかったというような前記システムの操作を失敗したすべての入力の組み合わせが、前記ルックアップテーブルから削除される。さらに、特定範囲外における出力パラメータの値を生じさせるすべての入力における組み合わせもまた、前記ルックアップテーブルから削除される。前記テーブルに残ったすべての入力における組み合わせが、前記プロセスを操作して、許容可能な出力値を出すことが可能である。
【００４０】
図２ａ，２ｂ，２ｃに示す実施例において、マトリクス化された入力演算子の信号は、少なくとも燃料油の流量４８及び／又は燃料ガスの流量２６、全空気の流量９６、第１空気の流量１１２、第２空気の流量１１４、トリム空気の流量１１６及び燃料ガス再循環用空気の流量１１６である。前記信号は、前記燃料の発熱量の値４２、空気の絶対湿度８９、燃料再循環ガスの温度１７０、補給水の流量２０４及び補給水の温度２１８のような偏りの要因にも適用することができる。計測されて、さらに記録された出力パラメータは、少なくとも蒸気流量２４２、蒸気圧２４８、排気筒の排出温度１４０、排気筒内部の窒素酸化物（ＮＯｘ）１４４、排気筒内部の二酸化炭素（ＣＯ２）１４８、排気筒内部の一酸化炭素（ＣＯ）１５２、排気筒内部の酸素（Ｏ２）、胴圧力２２８及び空気室の圧力１０５である。
【００４１】
各演算子が、その操作範囲の０〜１００％まで変化する離散したステップと各ステップで記録された出力値とにおいて、変化することが好ましい。また、各ステップが、前記操作範囲の約１％〜約５０％であることが好ましく、オンオフ状態において、中間にステップを有せず、且つ、前記操作範囲が０〜１００％までのシングルステップであると考えられる点に留意すべきである。７つの引用された制御演算子により、７次元マトリクスとなり、該マトリクスは、非常に大きなスプレッドシート又はルックアップテーブルとして、少なくとも概念的には表現することができる。そのようなスプレッドシートは、容易にアクセス可能であり、商業的に利用可能なコンピュータにより探索可能である。例えば、各演算子が１０％増加するように調整された場合には、最終的なマトリクスは、１０７通りの実行可能な組み合わせを有するが、発生しにくくなるように思われる。しかしながら、各マトリクスの次元に沿って、前記プロセスが機能しなくなる場合、又は、出力パラメータの一つが範囲外の値となった場合に、前記次元の残りも評価されない。従って、数値の実際のテーブルは、相対的に小さい。
【００４２】
固有のルックアップテーブルを構築した後、本発明による前記プロセスの操作方法は、次の通りである。
【００４３】
第一に、第１出力制御プロセス（process output control）のパラメータが選択されて、当該パラメータの目標値が、工程管理システム５００に関する第１制御設定値として特定される。蒸気ボイラーシステムを制御するためには、蒸気の流量２４２が、蒸気圧２４８よりも好ましい。流量が、前記プロセスの状態について、より高精度なフィードバック制御を提供するためである。蒸気ヘッダの圧力の変化を反映する前に、流量が大きく変化する可能性がある。当然のことながら、前記ルックアップテーブルが出力パラメータを区別しないため、望むのであれば、原則として、前記プロセスが任意の他のそうようなパラメータを同程度によく制御することが可能である。前記ルックアップテーブル中の入力演算子の設定の幾つかの組み合わせが、第１制御の設定値（蒸気流量２４２の目標値）を満足させるものである場合には、そのとき、前記組み合わせの選択が、燃料の流量４８及び／又は２６の最小値のように、追加された入力基準に従ってさらに実行されることにより、前記プロセスの制御に関する演算子の設定における最適な組み合わせに到達することができる。
【００４４】
最善の組み合わせが選択された後に、バルブや通風調節弁のような入力変数を支配する前記操作装置が、モータや他の作動装置により、前記入力設定に対して動作する。上記の通り、従来技術によるスタートアップと比較して、すべての入力制御演算子が、最初にしかもすぐに前記ルックアップテーブルから選択されて、任意の設定で開始するよりもむしろ、最適な又は最適に近い入力値に設定される点が重要である。従って、プロセス制御は最適設定から、又は、最適設定の近傍から始まる。一方、従来技術のスタートアップは、最終的には、蒸気流量の設定値を提供する設定の任意の組み合わせを受け入れることになる。しかし、該組み合わせは、制御可能な組み合わせに到達する可能性は非常に低いながらも、燃料効率に関する最適な組み合わせでもある。
【００４５】
本発明における制御方法において、正しい入力設定が、隣接夾叉する出力値に関する隣接夾叉する設定の間を一次補間によって推定される場合には、理想的な設定値は、前記テーブルにおける離散化された入力値に正確に対応することはできない。
【００４６】
前記操作装置が通常の初期ポジションに配置された後に、駆動信号を出力して、さらに閉ループ制御における状態信号を入力することにより、ＰＣＳ５００において、前記操作装置が動的に制御される。適度なレベルのプロセス制御が、前記ポイントから前方へ従来のＰＩＤ制御を利用することによって実行される。しかしながら、下記に示すように、制御装置の入力設定値として理想的な第1出力値（蒸気流量）を用いて、好ましくは、前記プロセスの出力と時間との関数を利用して、前記プロセスの制御を開始させる駆動信号を再計算して調整するように改善されたフィードバック制御ロジックを利用することが非常に好ましい。
【００４７】
前記改善されたプロセス制御のロジックは、プロセス速度の時間遅延（PROcess+RAte+TIme+Delayed）であり、本明細書ではＰＲＯＲＡＴＩＤという略称によって言及されている。本発明における改善された制御装置は、前記制御装置が制御する装置を補償するアルゴリズムによって、非線形的にその出力を調整することができる。例えば、バルブが、電気的信号が線形的に変化しても線形的に開かない場合には、前記ＰＲＯＲＡＴＩＤ制御装置は該装置の出力を非線形化して、前記流量が出力の割合に比例するようにバルブの開度を制御する。例えば、非線形な流れ関数を有する値について、前記制御装置の出力は、逆に擬似的な前記値の流れ関数に変化させることにより、前記ＰＲＯＲＡＴＩＤ制御における出力が１０％増加すると、前記管路内の流れが１０％増加する。
【００４８】
さらに、ＰＲＯＲＡＴＩＤ制御装置は、該装置の出力の速度を調整して、前記システム内の任意の他の装置における出力の速度と、特に最も遅い装置の応答速度と合わせるか、又は、適応することが可能である。前記システム内の第1バルブが、１０秒以内に閉じた状態から開いた状態になり、同様に、第２バルブは、３０秒必要とされる場合に、第１バルブを制御する出力が速度を落とすことにより、第１及び第２バルブが同一速度で変化して、流体が移行する間の前記２つのバルブを通過する流体について一定の流速を維持することが可能となる。
【００４９】
上記の如く操作され、制御される蒸気ボイラーシステムは、規定した蒸気の流量を発生させて、最小の燃料流量を用いるにもかかわらず、他の出力対象物のすべてと一致させることが可能である。本発明における方法及び装置と一致した制御をするように、従来技術のボイラーシステムを変更した後に、後者の作業において、燃料消費に２０％以上の改善が見られた。
【００５０】
様々な特定された実施例により本発明を述べたが、本発明の技術的思想及び技術的範囲を超えない範囲内において、多様な変化が可能であることに留意すべきである。従って、本発明は、言及された実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の文言により規定される全範囲を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
本発明の前記特徴、他の特徴及び優位性には、十分に留意すべきである。また、添付図面と共に、本発明の実施例についての以下の記述から評価すべきである。
【００５２】
【図１】システムを操作するプロセスとシステムを制御するプロセスとの関係を示す単純化されたフローチャートの概略図である。
【図２ａ】本発明による蒸気ボイラーシステムに関する物質と情報との概略的なフローチャート（システムを操作するプロセス）の接続図である。
【図２ｂ】本発明による蒸気ボイラーシステムに関する物質と情報との概略的なフローチャート（システムを操作するプロセス）の接続図である。
【図２ｃ】本発明による蒸気ボイラーシステムに関する物質と情報との概略的なフローチャート（システムを操作するプロセス）の接続図である。
【符号の説明】
【００５３】
１０  プロセス
３４  燃焼管理システム（ＢＭＳ）
５００  工程管理システム
５０２  入力値
５０４  入力値
６００  工程実行システム（ＰＯＳ）
６０２  出力値
６０４  出力値
【図１】
2007504540.tif 000003
【図２ａ】
2007504540.tif 000004
【図２ｂ】
2007504540.tif 000005
【図２ｃ】
2007504540.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成18年5月1日(2006.5.1)
【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】
複数の入力演算子であって、該入力演算子の各々が、その設定範囲に亘って、独立して可変とされている前記入力演算子と、
複数のプロセス出力パラメータであって、該出力パラメータの各々が、それぞれに対応する許容値の範囲を有する前記出力パラメータと、
を備えるプロセスにおいて、
第１プロセスの出力パラメータについての特定の値が達成され、且つ、他のプロセスにおける前記出力パラメータの値の各々が、それぞれに対応する許容値の範囲内であるように前記プロセスを制御する方法であって、
ａ）結果として、前記プロセスの作動及び前記許容値の範囲内である出力パラメータの値の双方によりもたらされる前記入力演算子の設定の組み合わせについての、複数の前記入力演算子と複数の前記出力パラメータの値との間の作動上の関係を経験的に決定することによって、ルックアップ特性テーブルを作成するために、前記プロセスを特徴づけるステップと、
ｂ）前記プロセスの出力パラメータの一つを、第1制御パラメータとして規定するステップと、
ｃ）規定された前記第1制御パラメータの要求値を、プロセス制御の設定値として提供するステップと、
ｄ）前記ルックアップ特性テーブルから決定されたそれぞれの設定を組合わせて前記入力演算子を設定し、前記プロセス制御の設定値を近似する前記規定された制御パラメータの値で前記プロセスを作動させるステップと、
を備えることを特徴とする前記制御方法。
【請求項２】
前記プロセス制御の設定値を近似する前記規定された制御パラメータの値で前記プロセスを作動させることができるような入力演算子の設定の複数の組み合わせを含む前記ルックアップ特性テーブルが、
プロセスの入力基準に基づいて、前記複数の設定の中から最適な一つを選択するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プロセスを、蒸気ボイラーシステム及びオイルヒータシステムから成るグループから選択されたプロセスとするステップと、
規定された前記第１制御パラメータを、蒸気流量、蒸気圧、排出ガス組成及び油温から成るグループから選択するステップと、
前記プロセスの入力基準を、最小の燃料流量とするステップとを備えることを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
前記入力演算子について閉ループフィードバック制御手段を組み込み、前記プロセス制御の設定値と一致する規定された制御パラメータの値において、前記プロセスを作動させるステップをさらに備えることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記閉ループフィードバック制御手段が、再計算するための前記プロセスの出力及び時間の関数と、前記プロセスを制御状態とする駆動信号のセットとを備えることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記プロセス制御手段が、コンピュータを備えることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項７】
前記コンピュータから前記プロセスの演算子への前記駆動信号が、少なくとも一つの前記演算子において、線形応答するように前記コンピュータを調整するステップをさらに備えることを請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記コンピュータからの前記駆動信号を、全作動可能範囲と関連する各プロセスの演算子についての瞬間的な変化率が、そのような演算子のすべてについて同一であるように調整するステップをさらに備えることを特徴とする請求項７記載の方法。
【請求項９】
ａ）システム稼働率の関数として、前記入力演算子の各々についての前記駆動信号に対するプロセスの応答時間の遅延のテーブルを作成するステップと、
ｂ）入力演算子へ駆動信号を送信した場合に、前記テーブルから、前記応答時間の遅延がどれほどであるかを決定するステップと、
ｃ）前記プロセス応答のオーバーシュート及び発振を最小にするために、前記出力演算子へ別の駆動信号を送信する前に、少なくとも決定された応答時間の前記遅延の間は待機するステップと、
をさらに備えることを特徴とする請求項８記載の方法。
【請求項１０】
前記コンピュータに、プロセス故障がいつ発生したかを決定するために、熱力学的モデルに対して、連続的に前記プロセスの入力及び出力パラメータをチェックさせるステップをさらに備えることを特徴とする請求項６記載の方法。
【請求項１１】
前記故障が前記プロセス内のどこで発生したかを決定するために、前記コンピュータを利用するステップをさらに備えることを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
ａ）前記ルックアップ特性テーブルから、要求値に最も近い規定された前記制御パラメータの値を決定し、且つ、前記要求値を夾叉するステップと、
ｂ）夾叉している前記ルックアップ特性テーブルの値の間にある前記要求値の補間された位置を決定するステップと、
ｃ）前記ルックアップ特性テーブルから、前記演算子の入力設定の対応する夾叉された設定の間を補間するために、前記補間された位置を利用するステップと、
ｄ）前記プロセスが、前記設定値において作動し、且つすべての他の前記出力パラメータが、それぞれの許容範囲内であるように、前記補間に従って複数の前記演算子の設定を調整するステップと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記特徴づけられたステップが、
ａ）作動可能範囲の所定の限界において、すべての入力演算子の位置を設定するステップと、
ｂ）前記他の演算子における定数の設定を保持しつつ、その作動可能範囲を越えて、複数の離散化されたステップ内の前記演算子のうちの第１の演算子における設定を変化させるステップと、
ｃ）前記離散化された演算子の入力設定の各々で、前記出力パラメータの各々の値を記録するステップと、
ｄ）前記作動可能限界から外れた離散化されたステップによって、前記入力演算子のうちの第２の演算子における設定を変化させるステップと、
ｅ）前記第２の演算子が、所定の作動可能範囲の反対側の限界に到達するまで、一連の離散化されたステップにおいて、ステップｂ）からｄ）を反復するステップと、
ｆ）各追加された演算子についてステップｄ）とｅ）とを反復し、これにより演算子の入力設定の前記ルックアップ特性テーブル、及び該ルックアップ特性テーブルにおける前記ステップの各々に対応するパラメータの出力値のデータベースを作成するステップと、
ｇ）前記プロセスが作動できないか、あるいは前記許容値の範囲内の出力値を提供できないような入力設定のすべてを前記ルックアップ特性テーブルから削除し、その結果、前記プロセスが作動し、前記許容値の範囲内の出力値を提供するように、入力設定における調整された前記ルックアップ特性テーブルを生じさせるステップと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１４】
前記入力演算子の各々を、前記フィードバック制御手段からの駆動信号に応答する電気機械式アクチュエータにより制御し、前記アクチュエータの各々を、離散化されたステップにおいて作動可能とするステップを備えることを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項１５】
離散化されたステップが、０％から１００％までの作動可能範囲を含むことを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記離散化されたステップの各々が、作動可能範囲の約１％〜約５０％を含むことを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１７】
前記入力演算子が、燃料流量弁、第１空気流量の通風調節弁、第２空気流量の通風調節弁、トリム空気通風調節弁、給水制御弁、主空気ブロワ、排出通風調節弁、燃料ガス再循環用通風調節弁、蒸気噴霧バルブ、排気筒用の放出ファン、ボイラーノズル位置決め装置及びそれらの組み合わせから成るグループから選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１８】
前記プロセス出力パラメータが、蒸気流量、蒸気圧、ボイラー胴の水位、第１ブロワの流速、第２空気の流量、トリム空気の流量、燃焼室内圧力、排出された一酸化炭素の含有量、排出された酸素の含有量、排出された窒素酸化物の含有量、排出された硫黄酸化物の含有量、排出ガスの流速、燃料ガスの再循環流量、入力された燃料の流れのＢＴＵ値、火炎センサ及び排出温度から成るグループから選択されることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１９】
複数の入力演算子であって、該入力演算子の各々が、自身の設定範囲に亘って独立して可変である入力演算子と、
複数のプロセスの出力パラメータであって、該出力パラメータの各々が、それぞれの対応する許容値の範囲を有する前記出力パラメータと、
を提供する工程実行システムと、
前記工程実行システムと結合された工程管理システムであって、
実行された場合に、プロセスを特徴づけるために固有の多次元マトリクスを生成し、プロセス制御の設定値として、プロセスの前記出力パラメータから選択された一つのパラメータの要求値を提供する指令を与え、
固有の前記多次元マトリクスを、前記プロセスの作動及び前記許容値の範囲内である出力パラメータの値の双方によりもたらされる前記入力演算子における設定の組み合わせについての、複数の前記入力演算子と複数の前記出力パラメータの値との間の作動上の関係を経験的に決定する結果として生成させる工程管理システムと、
を備えることを特徴とするシステム。
【請求項２０】
複数の前記入力演算子が、固有の前記多次元マトリクスから決定されたそれぞれの設定の組み合わせで設定され、前記プロセスを、前記プロセス制御の設定値を近似する前記プロセスの出力パラメータの選択された一つの値で、前記プロセスを作動することを特徴とする請求項１９記載のシステム。
【請求項２１】
固有の前記多次元マトリクスは、前記プロセスが、前記プロセス制御の設定値を近似するプロセスの前記出力パラメータから選択された一つの値で作動できるような複数の入力演算子の組み合わせを含み、複数の前記設定のうちの最適な設定が、プロセスの入力基準に基づいて選択されることを特徴とする請求項２０記載のシステム。
【請求項２２】
蒸気ボイラーシステム及びオイルヒータシステムから成るグループから選択されたシステムと、
蒸気流量、蒸気圧、排気ガス組成及び油温から成るグループから選択された前記プロセスの出力パラメータから選択されたパラメータと、
最小の燃料流量である前記プロセスの入力基準と、
をさらに備えることを特徴とする請求項２２記載のシステム。
【請求項２３】
閉ループフィードバック制御手段であって、前記入力演算子について組み込まれており、前記プロセス制御の設定値と一致するプロセスの前記出力パラメータから選択されたパラメータの出力値において、前記プロセスを作動させる機能が組み込まれた閉ループフィードバック制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１９記載のシステム。
【請求項２４】
前記閉ループフィードバック制御手段が、前記プロセスを制御状態とするために、前記駆動信号を再計算して調整するための前記プロセスの出力及び時間の関数を含むことを特徴とする請求項２３記載のシステム。
【請求項２５】
前記工程管理システムが、コンピュータ及びプログラマブルコントローラから成るグループから選択される処理装置を含むことを特徴とする請求項１９記載のシステム。
【請求項２６】
前記処理装置が、前記コンピュータから前記プロセスの演算子への前記駆動信号が、少なくとも一つの前記演算子において、線形応答するように調整されることを特徴とする請求項２５記載のシステム。
【請求項２７】
前記コンピュータからの前記駆動信号が、その全作動可能範囲と関係する各プロセスの演算子についての瞬間的な変化率が、そのような演算子のすべてについて同一であるように調整されることを特徴とする請求項２６記載のシステム。
【請求項２８】
前記工程管理システムが、
実行された場合に、システム稼働率の関数として、前記入力演算子の各々について前記駆動信号に対するプロセスの応答時間の遅延のテーブルを形成させ、
駆動信号を入力演算子へ伝送した場合に、前記テーブルから、応答時間の遅延がどれほどであるかを決定し、且つ、
前記プロセスのオーバーシュート及び発振を最小化するために、前記出力オペレータへ別の駆動信号を送信する前に、少なくとも決定された応答時間の前記遅延の間は待機させる、
ようなさらなる指令を提供することを特徴とする請求項２７記載のシステム。
【請求項２９】
前記工程管理システムが、実行された場合に、前記コンピュータが、プロセス故障がいつ発生したかを決定するために、熱力学モデルに対して、連続的に前記プロセスの入力及び出力パラメータをチェックするさらなる指令を提供することを特徴とする請求項２８記載のシステム。
【請求項３０】
前記工程管理システムが、実行された場合に、前記故障が前記プロセス内のどこで発生したかを決定するさらなる指令を提供することを特徴とする請求項２９記載のシステム。
【請求項３１】
前記工程管理システムが、
実行された場合に、固有の前記多次元マトリクスから、要求値に最も近い規定された前記制御パラメータの値を決定し、且つ、前記要求値を夾叉し、
前記夾叉する値の間にある前記要求値の補間された位置を決定し、
固有の前記多次元マトリクスから、前記演算子の入力設定の対応する夾叉した設定値の間を補間するために、前記補間された位置を利用し、且つ、
前記プロセスが、前記設定値において作動し、すべての他の前記出力パラメータが、それぞれ対応する許容値の範囲内であるように、前記補間に従って複数の前記演算子の設定を調整する、
ようなさらなる指令を提供することを特徴とする請求項１９記載のシステム。
【請求項３２】
プロセスを特徴づける機能が、
ａ）その作動可能範囲の所定の限界において、すべての入力演算子の位置を設定して、
ｂ）前記他の演算子の定数の各々の設定を保持しつつ、その作動可能な範囲を越えて、複数の離散化されたステップ内の演算子における第１の演算子の設定を変化させて、
ｃ）前記離散化された演算子における入力設定の各々において、前記出力パラメータの各々の値を記録し、
ｄ）前記作動可能範囲から外れた離散化されたステップによって、前記入力演算子のうちの第２の演算子の設定を変化させて、
ｅ）前記第２の演算子が、所定の作動可能範囲の反対側の限界に到達するまで、一連の離散化されたステップにおいて、ステップｂ）からｄ）を反復して、
ｆ）各追加された演算子についてステップｄ）とｅ）とを反復し、演算子の入力設定の前記ルックアップ特性テーブル、及び前記固有の多次元マトリクスのステップの各々に対応するパラメータ出力値のデータベースを作成して、且つ、
ｇ）前記プロセスが作動できないか、あるいは前記許容値の範囲内の出力値を提供できないような入力設定のすべてを前記ルックアップ特性テーブルから削除して、その結果、前記プロセスが作動して、前記許容値の範囲内の出力値を提供するように、入力設定における調整された固有の多次元マトリクスを生じさせる
ことを含むことを特徴とする請求項１９記載のシステム
【請求項３３】
前記入力演算子の各々を制御する複数の前記電気機械式アクチュエータであって、該電気機械式アクチュエータの各々が、前記フィードバック制御手段から得る駆動信号に応答すると共に離散化されたステップで作動可能とされた電気機械式アクチュエータをさらに備えることを特徴とする請求項２３記載のシステム。
【請求項３４】
離散化されたステップが、０％から１００％までの作動可能範囲を含むことを特徴とする請求項３３記載のシステム。
【請求項３５】
前記離散化されたステップの各々が、前記作動可能範囲の約１％〜約５０％を含むことを特徴とする請求項３４記載のシステム。
【請求項３６】
前記入力演算子が、燃料流量弁、第１空気流量通風調節弁、第２空気流量通風調節弁、トリム空気通風調節弁、給水制御弁、主空気ブロワ、排出通風調節弁、燃料ガス再循環用通風調節弁、蒸気噴霧弁、排気筒用の放出ファン、ボイラーノズル位置決め装置及びそれらの組み合わせから成るグループから選択されることを特徴とする請求項１９記載の方法。
【請求項３７】
前記プロセスの出力パラメータが、蒸気流量、蒸気圧、ボイラー胴の水位、第１ブロワの流速、第２空気の流量、トリム空気の流量、燃焼室内圧力、排出された一酸化炭素の含有量、排出された酸素の含有量、排出された窒素酸化物の含有量、排出された硫黄酸化物の含有量、排出ガスの流速、燃料ガスの再循環流量、入力された燃料の流れのＢＴＵ値、火炎センサ及び排出温度から成るグループから選択されることを特徴とする請求項１９記載のシステム。
【国際調査報告】
2007504540.tif 000007