(57)【要約】【課題】モデルパラメータ調整直後におけるシミュレーションのバランスを維持できるプラントシミュレータ等を提供する。【解決手段】パラメータ調整手段は、モデルで使用されるモデルパラメータを、シミュレーションにより得られる第１のデータの値と、プラントにおける前記第１のデータの値とが一致するように調整する。偏差算出手段は、前記パラメータ調整手段による調整後、前記パラメータ調整手段による調整の対象とはならない第２のデータについて、前記シミュレーションにより得られる値と、前記プラントにおける値との間の偏差を算出する。トラッキング手段は、前記偏差算出手段により算出された前記偏差または当該偏差に応じた偏差を維持するように前記第２のデータをトラッキングする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モデルを用いてプラントのデータをトラッキングすることにより前記プラントをシミュレーションするプラントシミュレータにおいて、
前記モデルで使用されるモデルパラメータを、前記シミュレーションにより得られる第１のデータの値と、前記プラントにおける前記第１のデータの値とが一致するように調整するパラメータ調整手段と、
前記パラメータ調整手段による調整後、前記パラメータ調整手段による調整の対象とはならない第２のデータについて、前記シミュレーションにより得られる値と、前記プラントにおける値との間の偏差を算出する偏差算出手段と、
前記偏差算出手段により算出された前記偏差または当該偏差に応じた偏差を維持するように前記第２のデータをトラッキングするトラッキング手段と、
を備えることを特徴とするプラントシミュレータ。
【請求項２】
前記トラッキング手段により維持される前記偏差は、前記偏差算出手段により算出された前記偏差に等しいことを特徴とする請求項１に記載のプラントシミュレータ。
【請求項３】
前記第２のデータは設定値であることを特徴とする請求項１または２に記載のプラントシミュレータ。
【請求項４】
前記第２のデータはプロセス値であることを特徴とする請求項１または２に記載のプラントシミュレータ。
【請求項５】
モデルを用いてプラントのデータをトラッキングすることにより前記プラントをシミュレーションするプラントシミュレーション方法において、
前記モデルで使用されるモデルパラメータを、前記シミュレーションにより得られる第１のデータの値と、前記プラントにおける前記第１のデータの値とが一致するように調整するパラメータ調整ステップと、
前記パラメータ調整ステップによる調整後、前記パラメータ調整ステップによる調整の対象とはならない第２のデータについて、前記シミュレーションにより得られる値と、前記プラントにおける値との間の偏差を算出する偏差算出ステップと、
前記偏差算出ステップにより算出された前記偏差または当該偏差に応じた偏差を維持するように前記第２のデータをトラッキングするトラッキングステップと、
を備えることを特徴とするプラントシミュレーション方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モデルを用いてプラントのデータをトラッキングすることにより前記プラントをシミュレーションするプラントシミュレータおよびプラントシミュレーション方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の計算機の計算能力の向上に伴い、計算機上で石油・化学などの大規模プラントの振る舞いを模擬するシミュレータの開発が盛んに行われており、高効率かつ安全なプラント操業への活用が期待されている。シミュレータの精度はモデリングの正確さに依存するが、プラントの経年変化や外乱などの影響により、通常、モデルと現実のプラントとの間に誤差が生じる。そのため、一度モデリングすればそのモデルを永久に使用するということはなく、誤差が大きい場合には、モデルパラメータ調整を行うなどの作業が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−０６５５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、モデルパラメータ調整により、シミュレータの出力値をプラントのすべてのデータについて測定値や設定値に近づけることが望ましい。しかし、すべてのデータについてシミュレータの出力値を近づけることは困難なため、例えば重要なデータのみについて近づけるようにモデルパラメータを調整し、他のデータは拘束をはずして任意の値がとれるようにすることが考えられる。例えば、蒸留塔では、段の温度分布と組成の間には、温度分布が決まると組成も決まるという関係が存在する。この場合、両者には依存関係があるため、同時に両者についてシミュレータの出力値を実測値に合わせ込むようにモデルパラメータを定めることは難しく、一方の拘束を外し、任意の値をとれるようにしなければならない。
【０００５】
このように、モデルパラメータ調整に際して考慮されるデータと、考慮されないデータとがあるため、後者のデータについてはモデルパラメータ調整によって、シミュレータの出力値と実測値とが乖離する可能性がある。一方で、シミュレータにおけるトラッキングの対象となるデータは前者のデータに限られず、後者のデータも含まれるため、モデルパラメータ調整後のトラッキングにより、後者のデータについてシミュレータの出力値と実測値とを近づけようとする結果、モデルパラメータ調整により合わせ込んだはずのシミュレーションのバランスを崩してしまう可能性がある。
【０００６】
本発明の目的は、モデルパラメータ調整直後におけるシミュレーションのバランスを維持できるプラントシミュレータ等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のプラントシミュレータは、モデルを用いてプラントのデータをトラッキングすることにより前記プラントをシミュレーションするプラントシミュレータにおいて、前記モデルで使用されるモデルパラメータを、前記シミュレーションにより得られる第１のデータの値と、前記プラントにおける前記第１のデータの値とが一致するように調整するパラメータ調整手段と、前記パラメータ調整手段による調整後、前記パラメータ調整手段による調整の対象とはならない第２のデータについて、前記シミュレーションにより得られる値と、前記プラントにおける値との間の偏差を算出する偏差算出手段と、前記偏差算出手段により算出された前記偏差または当該偏差に応じた偏差を維持するように前記第２のデータをトラッキングするトラッキング手段と、を備えることを特徴とする。
このプラントシミュレータによれば、パラメータ調整の対象とはならない第２のデータについて、シミュレーションにより得られる値と、プラントにおける値との間の偏差を算出し、算出された偏差または当該偏差に応じた偏差を維持するように第２のデータをトラッキングするので、モデルパラメータ調整直後におけるシミュレーションのバランスを維持できる。
【０００８】
前記トラッキング手段により維持される前記偏差は、前記偏差算出手段により算出された前記偏差に等しくてもよい。
【０００９】
前記第２のデータは設定値であってもよい。
【００１０】
前記第２のデータはプロセス値であってもよい。
【００１１】
本発明のプラントシミュレーション方法は、モデルを用いてプラントのデータをトラッキングすることにより前記プラントをシミュレーションするプラントシミュレーション方法において、前記モデルで使用されるモデルパラメータを、前記シミュレーションにより得られる第１のデータの値と、前記プラントにおける前記第１のデータの値とが一致するように調整するパラメータ調整ステップと、前記パラメータ調整ステップによる調整後、前記パラメータ調整ステップによる調整の対象とはならない第２のデータについて、前記シミュレーションにより得られる値と、前記プラントにおける値との間の偏差を算出する偏差算出ステップと、前記偏差算出ステップにより算出された前記偏差または当該偏差に応じた偏差を維持するように前記第２のデータをトラッキングするトラッキングステップと、を備えることを特徴とする。
このプラントシミュレーション方法によれば、パラメータ調整の対象とはならない第２のデータについて、シミュレーションにより得られる値と、プラントにおける値との間の偏差を算出し、算出された偏差または当該偏差に応じた偏差を維持するように第２のデータをトラッキングするので、モデルパラメータ調整直後におけるシミュレーションのバランスを維持できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のプラントシミュレータによれば、パラメータ調整の対象とはならない第２のデータについて、シミュレーションにより得られる値と、プラントにおける値との間の偏差を算出し、算出された偏差または当該偏差に応じた偏差を維持するように第２のデータをトラッキングするので、モデルパラメータ調整直後におけるシミュレーションのバランスを維持できる。
【００１３】
本発明のプラントシミュレーション方法によれば、パラメータ調整の対象とはならない第２のデータについて、シミュレーションにより得られる値と、プラントにおける値との間の偏差を算出し、算出された偏差または当該偏差に応じた偏差を維持するように第２のデータをトラッキングするので、モデルパラメータ調整直後におけるシミュレーションのバランスを維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施形態のプラントシミュレータを示す図であり、（ａ）はプラントシミュレータの構成を示すブロック図、（ｂ）は、プラントシミュレータの動作を示すフローチャート。
【図２】プロセスデータの実測値およびシミュレーション値を示す図であり、（ａ）は、プラントシミュレータの出力値を合わせ込む対象とされるプロセスデータにおける実測値およびシミュレーション値のトレンドを示す図、（ｂ）はプラントシミュレータの出力値を合わせ込む対象とされないプロセスデータにおける実測値およびシミュレータ３の出力値のトレンドを示す図、（ｃ）はトラッキング値のトレンドを示す図。
【図３】偏差Δを用いたトラッキング値の補正を行わない場合に生ずる現象を示す図であり、（ａ）はプラントシミュレータの出力値を合わせ込む対象とされるプロセスデータにおける実測値およびシミュレータの出力値のトレンドを示す図、（ｂ）はプラントシミュレータの出力値を合わせ込む対象とされないプロセスデータにおける実測値およびシミュレータの出力値のトレンドを示す図。
【図４】プラントシミュレータの出力値を合わせ込む対象とされないデータが設定値である場合におけるトラッキング値のトレンドを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明によるプラントシミュレータの実施形態について説明する。
【００１６】
図１（ａ）は、本実施形態のプラントシミュレータの構成を示すブロック図である。
【００１７】
図１に示すように、プラント１のデータは、順次、データ格納部２に格納される。プラント１のデータには、プラント１の各部に設置されたセンサの出力値、プラント１の各部に設置されたバルブ、その他のフィールド機器に対する操作値等のプロセス値、設定値が含まれる。データ格納部２に格納されたデータはプラントシミュレータ３で使用され、プラントシミュレータ３からシミュレーション結果（出力値）が出力される。また、データ格納部２に格納されたデータおよびプラントシミュレータ３から出力されるシミュレーション結果は、表示装置４の表示画面上に表示可能とされている。
【００１８】
図１に示すように、プラントシミュレータ３は、プラントを模擬するモデル式３Ａで使用されるモデルパラメータを、シミュレーションにより得られる第１のデータの値と、プラント１における上記第１のデータの値とが一致するように調整するパラメータ調整手段３１と、パラメータ調整手段３１による調整後、パラメータ調整手段３１による調整の対象とはならない第２のデータについて、シミュレーションにより得られる値と、プラント１における値との間の偏差を算出する偏差算出手段３２と、偏差算出手段３２により算出された上記偏差を維持するように第２のデータをトラッキングするトラッキング手段３３と、を構成する。
【００１９】
次に、プラントシミュレータ３の動作について説明する。
【００２０】
図１（ｂ）は、プラントシミュレータ３の動作を示すフローチャートである。ステップＳ１〜ステップＳ４に示す処理は、パラメータ調整手段３１によるモデル式３Ａのモデルパラメータの調整のたびに実行される。
【００２１】
図１（ｂ）のステップＳ１では、パラメータ調整手段３１によりモデル式３Ａのモデルパラメータを調整する。この処理は、定期的に、あるいは規定のアルゴリズムに従ったタイミングで実行される。ここでは、予め選択されている一群のデータについて、プラントシミュレータ３の出力値をプラント１の実際のデータの値に近づけるように、モデルパラメータを調整する。例えば、この一群のデータについてプラントシミュレータ３の出力値とプラント１の実際のデータの値との間の誤差の二乗和を最小とするように、モデルパラメータを調整する。
【００２２】
図２（ａ）は、ステップＳ１においてプラントシミュレータ３の出力値を合わせ込む対象とされる、上記一群のデータに含まれるプロセスデータにおける実測値（センサ出力値）およびシミュレータ３の出力値（シミュレーション値）のトレンドを示す図である。
【００２３】
図２（ａ）に示すように、パラメータ調整手段３１によるモデルパラメータの調整により、点線で示されるシミュレータ３の出力値が実線で示される実測値にほぼ一致し、その後、両者はほぼ一致した状態で推移する。
【００２４】
次に、ステップＳ２では、偏差算出手段３２にパラメータ調整手段３１によるモデルパラメータ調整後の状態が渡され、偏差算出手段３２において、ステップＳ１においてプラントシミュレータ３の出力値を合わせ込む対象とされないデータの各々についての偏差を算出する。
【００２５】
図２（ｂ）は、ステップＳ１においてプラントシミュレータ３の出力値を合わせ込む対象とされないプロセスデータにおける実測値およびシミュレータ３の出力値のトレンドを示す図である。
【００２６】
図２（ｂ）に示すように、パラメータ調整手段３１によるモデルパラメータの調整前には、当該データの実測値に対してトラッキングを実行している。パラメータ調整手段３１によるモデルパラメータの調整が実行されると、ステップＳ１においてプラントシミュレータ３の出力値を合わせ込む対象とされないデータについては、シミュレータ３の出力値が変動し、実測値との間に偏差が生じる。図２（ｂ）においてシミュレータ３の出力値と、実測値との間の偏差をΔとして示している。すなわち、偏差Δはパラメータ調整手段３１によるモデルパラメータ調整直後における実測値とシミュレータ３の出力値との差分である。
【００２７】
次に、ステップＳ３では、プラントシミュレータ３の出力値を合わせ込む対象とされないデータについての新たなトラッキング値として、偏差算出手段３２において実測値に偏差Δを加えた値を設定し、設定値をトラッキング手段３３に渡す。
【００２８】
図２（ｃ）は、本実施形態のプラントシミュレータにおけるトラッキング値のトレンドを示す図である。
【００２９】
図２（ｃ）に示すように、本実施形態のプラントシミュレータでは、モデルパラメータの調整に際して得られた偏差Δをトラッキングの対象（トラッキング値）に反映させることで、モデルパラメータの調整に際してプラントシミュレータ３の出力値とトラッキング値とが乖離する状態を回避できる。
【００３０】
次に、ステップＳ４では、新たなトラッキング値に対するトラッキングを開始することで、図２（ｃ）に示すように、トラッキング手段３３による円滑なシミュレーションを実行することが可能となる。この場合、図２（ａ）に示すように、プラントシミュレータ３の出力値を合わせ込む対象とされるデータについても、また、図２（ｃ）に示すように、プラントシミュレータ３の出力値を合わせ込む対象とされないデータについても、追従する対象となるデータ値と、プラントシミュレータ３の出力値とがほぼ一致するため、シミュレーションのバランスを崩すことなく、円滑なトラッキングを実行できる。
【００３１】
これに対し、図３は、偏差Δを用いたトラッキング値の補正を行わない場合に生ずる現象を示している。図３（ａ）は、プラントシミュレータ３の出力値を合わせ込む対象とされる、上記一群のデータに含まれるプロセスデータにおける実測値およびシミュレータ３の出力値のトレンドを示す図であり、図２（ａ）に対応している。また、図３（ｂ）はプラントシミュレータ３の出力値を合わせ込む対象とされないプロセスデータにおける実測値およびシミュレータ３の出力値のトレンドを示す図であり、図２（ｂ）に対応している。
【００３２】
図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、プラントシミュレータの出力値を合わせ込む対象とされないデータについて、モデルパラメータの調整後も実測値をトラッキングする場合には、トラッキングによってプラントシミュレータの出力値を実測値に近づけようとする（図３（ｂ））ため、モデルパラメータの調整により合わせ込まれたデータのシミュレーション値が実測値から乖離してゆく（図３（ａ））。このように、シミュレーションのバランスを所望の状態に維持することができない。これに対して、本実施形態のプラントシミュレータでは、モデルパラメータ調整により生ずる偏差Δを維持するようにトラッキングを実行するため、シミュレーションのバランスが崩れず、円滑なシミュレーションを実現できる。
【００３３】
なお、図２（ａ）〜図２（ｃ）では、モデルパラメータの調整時点まで、実測値に対するトラッキングを実行する場合を例示しているが、モデルパラメータの調整前にトラッキングの対象となるデータ値は実測値に限定されない。例えば、前回のモデルパラメータの調整に算出された偏差による補正後のトラッキング値に対するトラッキングを行うようにしてもよい。すなわち、モデルパラメータの調整のたびに偏差Δを算出、更新し、トラッキング動作に反映させることで、シミュレーションのバランスを常に一定に保つことができる。
【００３４】
また、モデルパラメータの調整後にトラッキング値に加える偏差として、偏差Δにα（０＜α＜１）の重み付けをしてもよい。すなわち、「α×偏差Δ」をモデルパラメータ調整前のトラッキング値に加算してもよい。例えば、シミュレーションのバランスをその程度優先させ、あるいは実測値をどの程度シミュレーションに反映させるのか、等の事情に応じてαの値を決めることができる。
【００３５】
図４は、プラントシミュレータの出力値を合わせ込む対象とされないデータが設定値（操作値）である場合におけるトラッキング値のトレンドを示す図である。
【００３６】
図４の例では、実際の操作値はモデルパラメータの調整前後で不変であるが、モデルパラメータの調整によりシミュレーション値との間で偏差Δ１が発生する。この場合においても、トラッキングの対象となるトラッキング値に偏差Δ１を反映させることにより、シミュレーションのバランスを維持できる。なお、図４では、新たなトラッキング値に偏差Δ１を加算する例を示している。
【００３７】
このように、設定値についても偏差を維持するようにトラッキングすることにより、モデルパラメータ調整直後におけるシミュレーションのバランスを崩すことなく、トラッキングを継続することが可能となる。
【００３８】
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、モデルを用いてプラントのデータをトラッキングすることにより前記プラントをシミュレーションするプラントシミュレータ等に対し、広く適用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
３１    パラメータ調整手段
３２    偏差算出手段
３３    トラッキング手段
【図１】
2012003526.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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