(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷熱や温熱を生成し、この熱の一部を熱負荷に与える熱源生成手段と、生成された熱の一部を媒体などにより移送してこの熱を蓄えて、この熱を熱負荷に与える蓄熱手段とを備えたプラントを制御するプラント制御装置において、
前記プラントで計測されたプロセス信号である前記蓄熱手段に流入する冷媒の冷媒総流量と前記蓄熱手段に流入する冷媒の蓄熱手段入口温度と前記蓄熱手段から流出する冷媒の蓄熱手段出口温度のうち前記冷媒総流量に補正をかけ、この補正をかけた補正プロセス信号を出力する補正手段と、
前記補正手段からの前記補正プロセス信号および前記プラントで計測された前記プロセス信号に基づき推定信号を出力する推定手段と、
前記推定手段からの前記推定信号および前記プラントで計測された前記プロセス信号に基づき操作信号を出力して制御を行う制御手段とを備え、
前記補正手段は、
前記冷媒総流量を示すプロセス信号を選択して出力する選択・演算手段と、
前記選択・演算手段から出力された前記冷媒総流量を示すプロセス信号に含まれるノイズを低減するノイズフィルタ手段と、
前記蓄熱手段に流入する冷媒の蓄熱手段入口温度の基準温度と前記プラントで計測されたプロセス信号である前記蓄熱手段に流入する冷媒の蓄熱手段入口温度とに基づいて前記ノイズフィルタ手段によりノイズの低減された前記冷媒総流量を示すプロセス信号にゲインをかけるゲイン補正手段とを有し、
前記推定手段は、
前記蓄積手段のプラント特性を示す下記演算式を記憶するプラント特性記憶手段と、
Ｑ（ｋ）＝Ｑ（ｋ−１）＋Δｔ×ΔＱ、
ΔＱ＝Ｃｐ×Ｇ×（Ｔｏ−Ｔｉ）、
（式中、ｋは演算ステップ、Ｑ（ｋ）は演算ステップｋにおける前記蓄熱手段での保有冷熱量、Δｔは演算周期、Ｃｐは前記冷媒の比熱、Ｇは前記冷媒の総流量、Ｔｏは前記冷媒の蓄熱手段出口温度、Ｔｉは前記冷媒の蓄熱手段入口温度、ΔＱは保有冷熱量変化率を示す。）、
前記補正手段から出力された前記補正プロセス信号と前記プラントで計測されたプロセス信号である前記蓄熱手段入口温度及び前記蓄熱手段出口温度と前記プラント特性記憶手段に記憶された前記演算式に基づいて前記蓄熱手段の保有冷熱量を求める推定演算手段と、
前記推定演算手段により求められ出力された前記保有冷熱量と予め記憶された前記推定演算手段からの出力である前記保有冷熱量に関する制限値とを比較し、前記制限値を越えない前記保有冷熱量を前記推定信号として出力する比較演算手段とを有し、
前記制御手段は、
熱交換器や配管での放熱・伝熱ロスを加味した前記熱負荷での使用可能冷熱量を求めるための関数を記憶し、前記推定手段から出力された前記推定信号と前記関数に基づいて前記熱負荷での使用可能冷熱量を求め、この使用可能冷熱量を補正推定信号として出力する推定値補正手段と、
蓄熱運転を開始する設定値を記憶する実行設定値記憶手段と、
前記実行設定値記憶手段の前記設定値と前記推定値補正手段から出力された前記補正推定信号としての前記使用可能冷熱量とを比較し、この比較の結果、前記使用可能冷熱量が前記設定値を下回った場合、蓄熱運転を開始する指令信号を実行指令信号として出力する実行指令手段と、
前記実行指令手段から出力される前記実行指令信号に基づき蓄熱運転を行なうための制御の起動をかけるための操作信号を出力する制御演算手段とを有する
ことを特徴とするプラント制御装置。
【請求項２】
冷熱や温熱を生成し、この熱の一部を熱負荷に与える熱源生成手段と、生成された熱の一部を冷媒により移送してこの熱を蓄えて、この熱を熱負荷に与える蓄熱手段とを備えたプラントを制御するプラント制御装置において、
前記プラントで計測されたプロセス信号である前記蓄熱手段に流入する冷媒の冷媒総流量に補正をかけ、この補正をかけた補正プロセス信号を出力する補正手段と、
前記補正手段からの前記補正プロセス信号および前記プラントで計測された前記プロセス信号に基づき推定信号を出力する推定手段と、
前記推定手段からの前記推定信号および前記プラントで計測された前記プロセス信号に基づき操作信号を出力して制御を行う制御手段とを備え、
前記補正手段は、前記プラントで計測された前記蓄熱手段に流れる冷媒総流量及びこの冷媒総流量に関連する冷凍機における冷媒流量に基づき、前記冷媒総流量と前記冷凍機における冷媒流量との間で質量保存則を満足すべき関係式を用いて前記冷媒総流量を補正し、この補正した前記冷媒総流量を前記補正プロセス信号として前記推定手段に出力し、
前記推定手段は、
前記蓄積手段のプラント特性を示す下記演算式を記憶するプラント特性記憶手段と、
Ｑ（ｋ）＝Ｑ（ｋ−１）＋Δｔ×ΔＱ、
ΔＱ＝Ｃｐ×Ｇ×（Ｔｏ−Ｔｉ）、
（式中、ｋは演算ステップ、Ｑ（ｋ）は演算ステップｋにおける前記蓄熱手段での保有冷熱量、Δｔは演算周期、Ｃｐは前記冷媒の比熱、Ｇは前記冷媒の総流量、Ｔｏは前記冷媒の蓄熱手段出口温度、Ｔｉは前記冷媒の蓄熱手段入口温度、ΔＱは保有冷熱量変化率を示す。）、
前記補正手段から出力された前記補正プロセス信号と前記プラントで計測されたプロセス信号である蓄熱手段入口温度及び蓄熱手段出口温度と前記プラント特性記憶手段に記憶された前記演算式に基づいて前記蓄熱手段の保有冷熱量を求める推定演算手段と、
前記推定演算手段により求められ出力された前記保有冷熱量と予め記憶された前記推定演算手段からの出力である前記保有冷熱量に関する制限値とを比較し、前記制限値を越えない前記保有冷熱量を前記推定信号として出力する比較演算手段とを有し、
前記制御手段は、
熱交換器や配管での放熱・伝熱ロスを加味した前記熱負荷での使用可能冷熱量を求めるための関数を記憶し、前記推定手段から出力された前記推定信号と前記関数に基づいて前記熱負荷での使用可能冷熱量を求め、この使用可能冷熱量を補正推定信号として出力する推定値補正手段と、
蓄熱運転を開始する設定値を記憶する実行設定値記憶手段と、
前記実行設定値記憶手段の前記設定値と前記推定値補正手段から出力された前記補正推定信号としての前記使用可能冷熱量とを比較し、この比較の結果、前記使用可能冷熱量が前記設定値を下回った場合、蓄熱運転を開始する指令信号を実行指令信号として出力する実行指令手段と、
前記実行指令手段から出力される前記実行指令信号に基づき蓄熱運転を行なうための制御の起動をかけるための操作信号を出力する制御演算手段とを有する
ことを特徴とするプラント制御装置。
【請求項３】
冷熱や温熱を生成し、この熱の一部を熱負荷に与える熱源生成手段と、生成された熱の一部を媒体などにより移送してこの熱を蓄えて、蓄えた熱を熱負荷に与える蓄熱手段とを備えたプラントを制御するようコンピュータを動作させるプラント制御プログラムであって、
コンピュータを、
前記プラントで計測されたプロセス信号である前記蓄熱手段に流入する冷媒の冷媒総流量と前記蓄熱手段に流入する冷媒の蓄熱手段入口温度と前記蓄熱手段から流出する冷媒の蓄熱手段出口温度のうち前記冷媒総流量に補正をかけ、この補正をかけた補正プロセス信号を出力する補正手段と、
前記補正手段からの前記補正プロセス信号および前記プラントで計測された前記プロセス信号に基づき推定信号を出力する推定手段と、
前記推定手段からの前記推定信号および前記プラントで計測された前記プロセス信号に基づき操作信号を出力して制御を行う制御手段として動作させ、
更に、前記補正手段としてコンピュータを、
前記冷媒総流量を示すプロセス信号を選択して出力する選択・演算手段と、
前記選択・演算手段から出力された前記冷媒総流量を示すプロセス信号に含まれるノイズを低減するノイズフィルタ手段と、
前記蓄熱手段に流入する冷媒の蓄熱手段入口温度の基準温度と前記プラントで計測されたプロセス信号である前記蓄熱手段に流入する冷媒の蓄熱手段入口温度とに基づいて前記ノイズフィルタ手段によりノイズの低減された前記冷媒総流量を示すプロセス信号にゲインをかけるゲイン補正手段として動作させ、
更に、前記推定手段としてコンピュータを、
前記蓄積手段のプラント特性を示す下記演算式を記憶するプラント特性記憶手段と、
Ｑ（ｋ）＝Ｑ（ｋ−１）＋Δｔ×ΔＱ、
ΔＱ＝Ｃｐ×Ｇ×（Ｔｏ−Ｔｉ）、
（式中、ｋは演算ステップ、Ｑ（ｋ）は演算ステップｋにおける前記蓄熱手段での保有冷熱量、Δｔは演算周期、Ｃｐは前記冷媒の比熱、Ｇは前記冷媒の総流量、Ｔｏは前記冷媒の蓄熱手段出口温度、Ｔｉは前記冷媒の蓄熱手段入口温度、ΔＱは保有冷熱量変化率を示す。）、
前記補正手段から出力された前記補正プロセス信号と前記プラントで計測されたプロセス信号である前記蓄熱手段入口温度及び前記蓄熱手段出口温度と前記プラント特性記憶手段に記憶された前記演算式に基づいて前記蓄熱手段の保有冷熱量を求める推定演算手段と、
前記推定演算手段により求められ出力された前記保有冷熱量と予め記憶された前記推定演算手段からの出力である前記保有冷熱量に関する制限値とを比較し、前記制限値を越えない前記保有冷熱量を前記推定信号として出力する比較演算手段として動作させ、
更に、前記制御手段としてコンピュータを、
熱交換器や配管での放熱・伝熱ロスを加味した前記熱負荷での使用可能冷熱量を求めるための関数を記憶し、前記推定手段から出力された前記推定信号と前記関数に基づいて前記熱負荷での使用可能冷熱量を求め、この使用可能冷熱量を補正推定信号として出力する推定値補正手段と、
蓄熱運転を開始する設定値を記憶する実行設定値記憶手段と、
前記実行設定値記憶手段の前記設定値と前記推定値補正手段から出力された前記補正推定信号としての前記使用可能冷熱量とを比較し、この比較の結果、前記使用可能冷熱量が前記設定値を下回った場合、蓄熱運転を開始する指令信号を実行指令信号として出力する実行指令手段と、
前記実行指令手段から出力される前記実行指令信号に基づき蓄熱運転を行なうための制御の起動をかけるための操作信号を出力する制御演算手段と
して動作させることを特徴とするプラント制御プログラム。
【請求項４】
冷熱や温熱を生成し、この熱の一部を熱負荷に与える熱源生成手段と、生成された熱の一部を媒体などにより移送してこの熱を蓄えて、蓄えた熱を熱負荷に与える蓄熱手段とを備えたプラントを制御するようコンピュータを動作させるプラント制御プログラムであって、
コンピュータを、
前記プラントで計測されたプロセス信号である前記蓄熱手段に流入する冷媒の冷媒総流量に補正をかけ、この補正をかけた補正プロセス信号を出力する補正手段と、
前記補正手段からの前記補正プロセス信号および前記プラントで計測された前記プロセス信号に基づき推定信号を出力する推定手段と、
前記推定手段からの前記推定信号および前記プラントで計測された前記プロセス信号に基づき操作信号を出力して制御を行う制御手段として動作させ、
更に、前記補正手段としてコンピュータを、
前記プラントで計測された前記蓄熱手段に流れる冷媒総流量及びこの冷媒総流量に関連する冷凍機における冷媒流量に基づき、前記冷媒総流量と前記冷凍機における冷媒流量との間で質量保存則を満足すべき関係式を用いて前記冷媒総流量を補正し、この補正した前記冷媒総流量を前記補正プロセス信号として前記推定手段に出力させるよう動作させ、
更に、前記推定手段としてコンピュータを、
前記蓄積手段のプラント特性を示す下記演算式を記憶するプラント特性記憶手段と、
Ｑ（ｋ）＝Ｑ（ｋ−１）＋Δｔ×ΔＱ、
ΔＱ＝Ｃｐ×Ｇ×（Ｔｏ−Ｔｉ）、
（式中、ｋは演算ステップ、Ｑ（ｋ）は演算ステップｋにおける前記蓄熱手段での保有冷熱量、Δｔは演算周期、Ｃｐは前記冷媒の比熱、Ｇは前記冷媒の総流量、Ｔｏは前記冷媒の蓄熱手段出口温度、Ｔｉは前記冷媒の蓄熱手段入口温度、ΔＱは保有冷熱量変化率を示す。）、
前記補正手段から出力された前記補正プロセス信号と前記プラントで計測されたプロセス信号である蓄熱手段入口温度及び蓄熱手段出口温度と前記プラント特性記憶手段に記憶された前記演算式に基づいて前記蓄熱手段の保有冷熱量を求める推定演算手段と、
前記推定演算手段により求められ出力された前記保有冷熱量と予め記憶された前記推定演算手段からの出力である前記保有冷熱量に関する制限値とを比較し、前記制限値を越えない前記保有冷熱量を前記推定信号として出力する比較演算手段として動作させ、
更に、前記制御手段としてコンピュータを、
熱交換器や配管での放熱・伝熱ロスを加味した前記熱負荷での使用可能冷熱量を求めるための関数を記憶し、前記推定手段から出力された前記推定信号と前記関数に基づいて前記熱負荷での使用可能冷熱量を求め、この使用可能冷熱量を補正推定信号として出力する推定値補正手段と、
蓄熱運転を開始する設定値を記憶する実行設定値記憶手段と、
前記実行設定値記憶手段の前記設定値と前記推定値補正手段から出力された前記補正推定信号としての前記使用可能冷熱量とを比較し、この比較の結果、前記使用可能冷熱量が前記設定値を下回った場合、蓄熱運転を開始する指令信号を実行指令信号として出力する実行指令手段と、
前記実行指令手段から出力される前記実行指令信号に基づき蓄熱運転を行なうための制御の起動をかけるための操作信号を出力する制御演算手段と
して動作させることを特徴とするプラント制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱の生成および蓄熱を行うプラントのプラント制御装置、プラント監視装置および制御プログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図９に従来技術の実施例を示す。同図に示したプラントと制御装置について説明する。
【０００３】
プラント１００は、冷熱や温熱を生成する熱源生成手段１０１と、生成された熱の一部を熱交換器１１０を介して取り出して、例えば、暖房や冷房等として消費する熱負荷１０３と、生成された熱の一部を蓄熱し、適当な時期に放熱する蓄熱手段１０２とから構成されている。
【０００４】
バルブ１０７，１０８，１０９は、制御系統を切り替え、次のような運転パターンを実現する。
【０００５】
運転パターンとしては、
（ａ）熱源生成手段１０１と蓄熱手段１０２の間のみに、熱を移送する媒体が流れる蓄熱運転パターン、
（ｂ）蓄熱手段１０２と熱交換器１１０の間のみに、熱を移送する媒体が流れ、熱負荷１０３にて熱を消費する放熱運転パターン、
（ｃ）熱交換器１１０と、熱源生成手段１０１および蓄熱手段１０２の両方の間に、熱を移送する媒体が流れ、この両方から熱負荷１０３へ必要な熱が供給される追い掛け運転パターンがある。
【０００６】
上記のように媒体を流すために、ポンプ１０４，１０５，１０６が用いられている。
【０００７】
また制御手段１２３は、プラント１００からの圧力、流量、温度等といったプロセス信号１２４を用いて、予め定められた制御演算を行い、結果を操作信号１２５としてプラントへ出力する。
【０００８】
一例として、熱源生成手段１０１としては、電気によって冷熱を生成する手段を想定し、蓄熱手段１０２としては、氷蓄熱槽を備え、夜間に冷熱を生成・蓄熱し、昼間にその冷熱を放出し、熱負荷１０３で消費する場合の運転パターンを考える。
【０００９】
最も高い料金を１００とした時の時間帯別の料金単価は、図１１のようになるとする。横軸は時間帯を示す（例えば、７は７時から８時までを示す。）。縦軸は１００に正規化された料金である。
【００１０】
この料金の下で、プラントを運転するオペレータが運転計画を立てたとすると、氷蓄熱プラントの運転パターンは、図１０のようになる。横軸は時間帯を示し、左側の縦軸は、１４時のピークデマンドを１００として正規化したとき、熱源生成手段１０１によって生成される冷熱生成量、蓄熱手段１０２の蓄熱量（−量）または放熱量（＋量）、および各時間帯に熱負荷１０３において消費される冷熱デマンドを示す。右側の縦軸は、蓄熱手段１０２にて保有している冷熱量（蓄熱または放熱量を時間方向に積分したもので蓄熱レベルという）であり、この蓄熱レベルも左側の縦軸と同様に１４時のピークデマンドを１００として正規化している。
【００１１】
さて、図１１のとおり、電力料金は夜間には安く、昼間のピーク時には高い。したがって、このプラントの１日当たり（例えば、午後１０時〜翌日午後１０時まで）の運転コストを下げるためには、夜間の安い電気を使って蓄熱し、昼間の電気が高いときに放熱して、熱源生成手段１０１の電気使用量を減らすことが必要である。
【００１２】
このような運転計画を立てるに当たり、オペレータあるいは制御手段１２３が守るべきポイントとして下記の３点が挙げられる。
【００１３】
（Ａ）冷熱デマンド＝冷熱生成量＋蓄熱（−量）または放熱量（＋量）、となること。これは、物理的なエネルギー保存則や、無駄に冷熱を生成しない意味で必要である。
【００１４】
（Ｂ）熱源生成手段１０１の冷熱生成能力に上限があり、仮にこれが７０であった時に、冷熱デマンドが７０以上となる場合には、不足分は蓄熱手段１０２からの放熱にて賄わなければならない。
【００１５】
（Ｃ）蓄熱手段１０２において貯めた熱は全て使い切る。１日の運転計画を考えたときに、最後に冷熱が残っていれば、無駄に電気を消費して蓄熱したか、本来減らせる熱源生成手段１０１の電気代を減らし損ねたことになる。
【００１６】
このようなポイントを押さえた運転計画の立案や実際の制御は、熟練したオペレータや高度な演算機能を備えた制御装置により、例えば、前日に翌日１日分の運転計画を立て、当日その運転計画を実行するというように行われる。
【００１７】
しかしながら、計画時のデマンドの予測値は、実際にプラントを運転してみると、次第に実績値とずれてくることが多いため、当日の運転中に前日立てた運転計画は修正される。
【００１８】
例えば、前日２２時に図１０のような運転計画を立て、制御を行ったときでも、毎時刻毎にデマンドの計画値と実績値を比較し、１３時にずれが大きくなった場合、その時刻以降の蓄熱または放熱パターンを見直さなければならない。この時も、上記のポイント（Ａ）〜（Ｃ）を満足することが必要である。特に、現在蓄熱手段１０２にどれだけ冷熱が残っているか、すなわち蓄熱レベルを正確に把握して、今後の蓄熱手段１０２からの放熱パターンを立てることが重要である。もしも蓄熱レベルが正確でないと、途中で冷熱が足りなくなり必要な量が供給できなくなったり（（Ｂ）項違反）、逆に冷熱が余り電気代を十分減らせない場合（(Ｃ)項違反）が生じる。
【００１９】
このように正確な測定が必要な蓄熱手段１０２の現在の保有熱量すなわち蓄熱レベルを、従来は水位センサーおよび温度センサーを用いて測定していた。しかしながら、水位センサーおよび温度センサーには、それぞれ次のような問題点がある。
【００２０】
水位センサーは、氷の量（＝冷熱量）を水の水位変化で検出するものであり、大型の氷蓄熱槽の場合には底面積も広く、氷の量の変化を正確に測るのが難しい。
【００２１】
また、温度センサーは、多数のセンサーを蓄熱槽内部に配置する必要があり、測定器がない部分や内部の温度むらが大きい場合には、正確な測定が難しい。
【００２２】
さらに、カプセル式氷蓄熱の場合には、氷がカプセルの中に封じ込められており、従来の蓄熱槽と構造が異なるため、水位センサーや温度センサーによる従来方式による測定が困難であった。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、蓄熱手段を有するプラントにおいて、現在の保有熱量を高精度に推定し、経済的な運転を目指した制御に役立てるプラント制御装置、プラント監視装置およびその制御プログラム記録媒体を提供することを目的とする。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を解決するために、請求項1記載のプラント制御装置は、冷熱や温熱を生成し、この熱の一部を熱負荷に与える熱源生成手段と、生成された熱の一部を媒体などにより移送してこの熱を蓄えて、この熱を熱負荷に与える蓄熱手段とを備えたプラントを制御するプラント制御装置において、このプラントで計測されたプロセス信号である蓄熱手段に流入する冷媒の冷媒総流量と蓄熱手段に流入する冷媒の蓄熱手段入口温度と蓄熱手段から流出する冷媒の蓄熱手段出口温度のうち、冷媒総流量に補正をかけ、この補正をかけた補正プロセス信号を出力する補正手段と、補正手段からの補正プロセス信号および前記プラントで計測されたプロセス信号に基づき推定信号を出力する推定手段と、推定手段からの前記推定信号および前記プラントで計測されたプロセス信号に基づき操作信号を出力して制御を行う制御手段とを備え、前記補正手段は、前記冷媒総流量を示すプロセス信号を選択して出力する選択・演算手段と、前記選択・演算手段から出力された前記冷媒総流量を示すプロセス信号に含まれるノイズを低減するノイズフィルタ手段と、前記蓄熱手段に流入する冷媒の蓄熱手段入口温度の基準温度と前記プラントで計測されたプロセス信号である前記蓄熱手段に流入する冷媒の蓄熱手段入口温度とに基づいて前記ノイズフィルタ手段によりノイズの低減された前記冷媒総流量を示すプロセス信号にゲインをかけるゲイン補正手段とを有し、前記推定手段は、前記蓄積手段のプラント特性を示す下記演算式を記憶するプラント特性記憶手段と、Ｑ（ｋ）＝Ｑ（ｋ−１）＋Δｔ×ΔＱ、ΔＱ＝Ｃｐ×Ｇ×（Ｔｏ−Ｔｉ）、（式中、ｋは演算ステップ、Ｑ（ｋ）は演算ステップｋにおける前記蓄熱手段での保有冷熱量、Δｔは演算周期、Ｃｐは前記冷媒の比熱、Ｇは前記冷媒の総流量、Ｔｏは前記冷媒の蓄熱手段出口温度、Ｔｉは前記冷媒の蓄熱手段入口温度、ΔＱは保有冷熱量変化率を示す。）、前記補正手段から出力された前記補正プロセス信号と前記プラントで計測されたプロセス信号である前記蓄熱手段入口温度及び前記蓄熱手段出口温度と前記プラント特性記憶手段に記憶された前記演算式に基づいて前記蓄熱手段の保有冷熱量を求める推定演算手段と、前記推定演算手段により求められ出力された前記保有冷熱量と予め記憶された前記推定演算手段からの出力である前記保有冷熱量に関する制限値とを比較し、前記制限値を越えない前記保有冷熱量を前記推定信号として出力する比較演算手段とを有し、前記制御手段は、熱交換器や配管での放熱・伝熱ロスを加味した前記熱負荷での使用可能冷熱量を求めるための関数を記憶し、前記推定手段から出力された前記推定信号と前記関数に基づいて前記熱負荷での使用可能冷熱量を求め、この使用可能冷熱量を補正推定信号として出力する推定値補正手段と、蓄熱運転を開始する設定値を記憶する実行設定値記憶手段と、前記実行設定値記憶手段の前記設定値と前記推定値補正手段から出力された前記補正推定信号としての前記使用可能冷熱量とを比較し、この比較の結果、前記使用可能冷熱量が前記設定値を下回った場合、蓄熱運転を開始する指令信号を実行指令信号として出力する実行指令手段と、前記実行指令手段から出力される前記実行指令信号に基づき蓄熱運転を行���うための制御の起動をかけるための操作信号を出力する制御演算手段とを有することを特徴とする。
【００２５】
請求項１記載の発明により、蓄熱手段を持つプラントにおいて、プロセス信号の補正手段および推定手段を用いて、現在の保有熱量を高精度に推定することにより、経済的な運転を目指した制御に役立てるプラント制御装置を提供することができる。
【００３１】
請求項2記載のプラント制御装置は、冷熱や温熱を生成し、この熱の一部を熱負荷に与える熱源生成手段と、生成された熱の一部を冷媒により移送してこの熱を蓄えて、この熱を熱負荷に与える蓄熱手段とを備えたプラントを制御するプラント制御装置において、プラントで計測されたプロセス信号である前記蓄熱手段に流入する冷媒の冷媒総流量に補正をかけ、この補正をかけた補正プロセス信号を出力する補正手段と、補正手段からの補正プロセス信号およびプラントで計測されたプロセス信号に基づき推定信号を出力する推定手段と、推定手段からの推定信号およびプラントで計測されたプロセス信号に基づき操作信号を出力して制御を行う制御手段とを備え、補正手段は、プラントで計測された蓄熱手段に流れる冷媒総流量及びこの冷媒総流量に関連する冷凍機における冷媒流量に基づき、冷媒総流量と冷凍機における冷媒流量との間で質量保存則を満足すべき関係式を用いて冷媒総流量を補正し、この補正した冷媒総流量を補正プロセス信号として推定手段に出力し、前記推定手段は、前記蓄積手段のプラント特性を示す下記演算式を記憶するプラント特性記憶手段と、Ｑ（ｋ）＝Ｑ（ｋ−１）＋Δｔ×ΔＱ、ΔＱ＝Ｃｐ×Ｇ×（Ｔｏ−Ｔｉ）、（式中、ｋは演算ステップ、Ｑ（ｋ）は演算ステップｋにおける前記蓄熱手段での保有冷熱量、Δｔは演算周期、Ｃｐは前記冷媒の比熱、Ｇは前記冷媒の総流量、Ｔｏは前記冷媒の蓄熱手段出口温度、Ｔｉは前記冷媒の蓄熱手段入口温度、ΔＱは保有冷熱量変化率を示す。）、前記補正手段から出力された前記補正プロセス信号と前記プラントで計測されたプロセス信号である蓄熱手段入口温度及び蓄熱手段出口温度と前記プラント特性記憶手段に記憶された前記演算式に基づいて前記蓄熱手段の保有冷熱量を求める推定演算手段と、前記推定演算手段により求められ出力された前記保有冷熱量と予め記憶された前記推定演算手段からの出力である前記保有冷熱量に関する制限値とを比較し、前記制限値を越えない前記保有冷熱量を前記推定信号として出力する比較演算手段とを有し、前記制御手段は、熱交換器や配管での放熱・伝熱ロスを加味した前記熱負荷での使用可能冷熱量を求めるための関数を記憶し、前記推定手段から出力された前記推定信号と前記関数に基づいて前記熱負荷での使用可能冷熱量を求め、この使用可能冷熱量を補正推定信号として出力する推定値補正手段と、蓄熱運転を開始する設定値を記憶する実行設定値記憶手段と、前記実行設定値記憶手段の前記設定値と前記推定値補正手段から出力された前記補正推定信号としての前記使用可能冷熱量とを比較し、この比較の結果、前記使用可能冷熱量が前記設定値を下回った場合、蓄熱運転を開始する指令信号を実行指令信号として出力する実行指令手段と、前記実行指令手段から出力される前記実行指令信号に基づき蓄熱運転を行なうための制御の起動をかけるための操作信号を出力する制御演算手段とを有することを特徴とする。
【００４６】
請求項３記載のプラント制御プログラムは、冷熱や温熱を生成し、この熱の一部を熱負荷に与える熱源生成手段と、生成された熱の一部を媒体などにより移送してこの熱を蓄えて、蓄えた熱を熱負荷に与える蓄熱手段とを備えたプラントを制御するようコンピュータを動作させるプラント制御プログラムであって、コンピュータを、前記プラントで計測されたプロセス信号である前記蓄熱手段に流入する冷媒の冷媒総流量と前記蓄熱手段に流入する冷媒の蓄熱手段入口温度と前記蓄熱手段から流出する冷媒の蓄熱手段出口温度のうち前記冷媒総流量に補正をかけ、この補正をかけた補正プロセス信号を出力する補正手段と、前記補正手段からの前記補正プロセス信号および前記プラントで計測された前記プロセス信号に基づき推定信号を出力する推定手段と、前記推定手段からの前記推定信号および前記プラントで計測された前記プロセス信号に基づき操作信号を出力して制御を行う制御手段として動作させ、更に、前記補正手段としてコンピュータを、前記冷媒総流量を示すプロセス信号を選択して出力する選択・演算手段と、前記選択・演算手段から出力された前記冷媒総流量を示すプロセス信号に含まれるノイズを低減するノイズフィルタ手段と、前記蓄熱手段に流入する冷媒の蓄熱手段入口温度の基準温度と前記プラントで計測されたプロセス信号である前記蓄熱手段に流入する冷媒の蓄熱手段入口温度とに基づいて前記ノイズフィルタ手段によりノイズの低減された前記冷媒総流量を示すプロセス信号にゲインをかけるゲイン補正手段として動作させ、更に、前記推定手段としてコンピュータを、前記蓄積手段のプラント特性を示す下記演算式を記憶するプラント特性記憶手段と、Ｑ（ｋ）＝Ｑ（ｋ−１）＋Δｔ×ΔＱ、ΔＱ＝Ｃｐ×Ｇ×（Ｔｏ−Ｔｉ）、（式中、ｋは演算ステップ、Ｑ（ｋ）は演算ステップｋにおける前記蓄熱手段での保有冷熱量、Δｔは演算周期、Ｃｐは前記冷媒の比熱、Ｇは前記冷媒の総流量、Ｔｏは前記冷媒の蓄熱手段出口温度、Ｔｉは前記冷媒の蓄熱手段入口温度、ΔＱは保有冷熱量変化率を示す。）、前記補正手段から出力された前記補正プロセス信号と前記プラントで計測されたプロセス信号である前記蓄熱手段入口温度及び前記蓄熱手段出口温度と前記プラント特性記憶手段に記憶された前記演算式に基づいて前記蓄熱手段の保有冷熱量を求める推定演算手段と、前記推定演算手段により求められ出力された前記保有冷熱量と予め記憶された前記推定演算手段からの出力である前記保有冷熱量に関する制限値とを比較し、前記制限値を越えない前記保有冷熱量を前記推定信号として出力する比較演算手段として動作させ、更に、前記制御手段としてコンピュータを、熱交換器や配管での放熱・伝熱ロスを加味した前記熱負荷での使用可能冷熱量を求めるための関数を記憶し、前記推定手段から出力された前記推定信号と前記関数に基づいて前記熱負荷での使用可能冷熱量を求め、この使用可能冷熱量を補正推定信号として出力する推定値補正手段と、蓄熱運転を開始する設定値を記憶する実行設定値記憶手段と、前記実行設定値記憶手段の前記設定値と前記推定値補正手段から出力された前記補正推定信号としての前記使用可能冷熱量とを比較し、この比較の結果、前記使用可能冷熱量が前記��定値を下回った場合、蓄熱運転を開始する指令信号を実行指令信号として出力する実行指令手段と、前記実行指令手段から出力される前記実行指令信号に基づき蓄熱運転を行なうための制御の起動をかけるための操作信号を出力する制御演算手段として動作させることを特徴とする。また、請求項４記載のプラント制御プログラムは、冷熱や温熱を生成し、この熱の一部を熱負荷に与える熱源生成手段と、生成された熱の一部を媒体などにより移送してこの熱を蓄えて、蓄えた熱を熱負荷に与える蓄熱手段とを備えたプラントを制御するようコンピュータを動作させるプラント制御プログラムであって、コンピュータを、前記プラントで計測されたプロセス信号である前記蓄熱手段に流入する冷媒の冷媒総流量に補正をかけ、この補正をかけた補正プロセス信号を出力する補正手段と、前記補正手段からの前記補正プロセス信号および前記プラントで計測された前記プロセス信号に基づき推定信号を出力する推定手段と、前記推定手段からの前記推定信号および前記プラントで計測された前記プロセス信号に基づき操作信号を出力して制御を行う制御手段として動作させ、更に、前記補正手段としてコンピュータを、前記プラントで計測された前記蓄熱手段に流れる冷媒総流量及びこの冷媒総流量に関連する冷凍機における冷媒流量に基づき、前記冷媒総流量と前記冷凍機における冷媒流量との間で質量保存則を満足すべき関係式を用いて前記冷媒総流量を補正し、この補正した前記冷媒総流量を前記補正プロセス信号として前記推定手段に出力させるよう動作させ、更に、前記推定手段としてコンピュータを、前記蓄積手段のプラント特性を示す下記演算式を記憶するプラント特性記憶手段と、Ｑ（ｋ）＝Ｑ（ｋ−１）＋Δｔ×ΔＱ、ΔＱ＝Ｃｐ×Ｇ×（Ｔｏ−Ｔｉ）、（式中、ｋは演算ステップ、Ｑ（ｋ）は演算ステップｋにおける前記蓄熱手段での保有冷熱量、Δｔは演算周期、Ｃｐは前記冷媒の比熱、Ｇは前記冷媒の総流量、Ｔｏは前記冷媒の蓄熱手段出口温度、Ｔｉは前記冷媒の蓄熱手段入口温度、ΔＱは保有冷熱量変化率を示す。）、前記補正手段から出力された前記補正プロセス信号と前記プラントで計測されたプロセス信号である蓄熱手段入口温度及び蓄熱手段出口温度と前記プラント特性記憶手段に記憶された前記演算式に基づいて前記蓄熱手段の保有冷熱量を求める推定演算手段と、前記推定演算手段により求められ出力された前記保有冷熱量と予め記憶された前記推定演算手段からの出力である前記保有冷熱量に関する制限値とを比較し、前記制限値を越えない前記保有冷熱量を前記推定信号として出力する比較演算手段として動作させ、更に、前記制御手段としてコンピュータを、熱交換器や配管での放熱・伝熱ロスを加味した前記熱負荷での使用可能冷熱量を求めるための関数を記憶し、前記推定手段から出力された前記推定信号と前記関数に基づいて前記熱負荷での使用可能冷熱量を求め、この使用可能冷熱量を補正推定信号として出力する推定値補正手段と、蓄熱運転を開始する設定値を記憶する実行設定値記憶手段と、前記実行設定値記憶手段の前記設定値と前記推定値補正手段から出力された前記補正推定信号としての前記使用可能冷熱量とを比較し、この比較の結果、前記使用可能冷熱量が前記設定���を下回った場合、蓄熱運転を開始する指令信号を実行指令信号として出力する実行指令手段と、前記実行指令手段から出力される前記実行指令信号に基づき蓄熱運転を行なうための制御の起動をかけるための操作信号を出力する制御演算手段として動作させることを特徴とする。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、プラント１００及び制御装置１２０の構成図である。
【００４８】
プラント１００は、冷熱や温熱を生成し、この熱の一部を熱負荷に放出する熱源生成手段１０１と、生成された熱の一部を媒体などにより移送してこの熱を蓄え、必要によりこの熱を熱負荷１０３に放出する蓄熱手段１０２と、異なる媒体の間で熱の受け渡しを行う熱交換器１１０と、蓄熱運転、放熱運転および追い掛け運転などの各種運転パターンに応じて、系統やプロセスの流れを決める、バルブ１０７，１０８，１０９およびポンプ１０４，１０５，１０６などから構成されている。
【００４９】
制御装置１２０は、このプラント１００において計測されたプロセス信号１２４に補正をかける補正手段１２１と、補正手段からの補正プロセス信号１２６および計測されたプロセス信号１２４に基づき推定信号１２７を出力する推定手段１２２と、推定手段１２２からの推定信号１２７および計測されたプロセス信号１２４に基づき操作信号１２５を出力して制御を行う制御手段１２３とから構成されている。
【００５０】
プラント１００の構成は図１に限定されるものではない。各機器の台数は、複数あってもよく、また系統もそれに合わせてより複雑であってもよい。
【００５１】
また、制御手段１２３の代わりに推定信号１２７の値やグラフなどを表示する表示装置を備えてもよい。この場合には操作信号１２５は出力されないので、制御装置１２０は監視装置ということになる。しかしながら、推定信号１２７の表示値を見ながら、人間がプラントの操作を行う場合には、人間を制御手段１２３と見なすことができ、広い意味で人間系を加えた制御装置１２０と考えることもできる。
【００５２】
プラント１００の具体例としては、熱源生成手段１０１が冷凍機、蓄熱手段１０２が氷蓄熱槽、熱負荷１０３が冷房などの冷熱プラントを想定することができる。
【００５３】
このように、蓄熱手段を持つプラントにおいて、プロセス信号の補正手段および推定手段を用いて、現在の保有熱量を高精度に推定することにより、経済的な運転を目指した制御に役立てるプラント制御装置を提供することができる。
【００５４】
（第２の実施の形態）
図２は、補正手段１２１の構成例（１）である。
【００５５】
補正手段１２１は、１つあるいは複数のプロセス信号１２４から必要な信号を選択し、演算を行って出力する選択・演算手段１３０と、その出力信号に含まれるノイズを低減するノイズフィルタ手段１３１と、プロセス信号１２４に記憶された演算を行って、プロセス信号１２４のバイアスのずれ（誤差）を補正するバイアス補正手段１３２と、プロセス信号１２４に基づきノイズフィルタ手段１３１とバイアス補正手段１３２からの入力信号にゲインをかけるゲイン補正手段１３３と、そのゲイン補正手段１３３からの入力信号自身に関数をかけて出力を補正する入力信号関数補正手段１３４から構成されている。
【００５６】
各演算手段の組み合わせは任意の組み合わせでよく、また演算の順番も任意に変更することができ、図２の構成に限定されるものではない。
【００５７】
信号は１つの線で描いているが、複数の信号から成るベクトルとして解釈してもよい。
【００５８】
以下に、具体例として、蓄熱手段１０２の計測点が、図５に示すようなものであって、蓄熱槽に流入する冷媒総流量２０８に補正をかけ、精度良く求める場合について説明する。
【００５９】
蓄熱槽の保有冷熱量変化率ΔQは、例えば次の式で計算することができる。
【００６０】
ΔQ = Cp×G×(To−Ti)
ここで、Cpは熱を移送する冷媒の比熱、Gは冷媒の総流量２０８、  Toは冷媒の蓄熱手段出口温度２１０、Tiは冷媒の蓄熱手段入口温度２０９である。
【００６１】
Cpは冷媒の種類によって決まり、流量Gおよび出入り口温度Ti，Toは、プロセス信号２０８，２０９，２１０として計測しているので、これらの入力から演算周期毎のΔQを上記の式から求めることができる。
【００６２】
各計測信号の信頼性や精度が十分高い場合には、計測した信号を直接演算に用いることができるが、現実のプロセスにおいては、下記のような場合、何らかの補正が必要となる。
【００６３】
すなわち、（１）信号にノイズなどの微少な変動が含まれる場合、（２）計測器に固有の計測特性が含まれる場合、（３）計測器の校正が不十分な場合、（４）計測器が適切なプロセス値を測れていない場合（例えば温度の空間的な分布、流量計測に必要な直管長が確保できていない場合など）である。
【００６４】
例えば、流量Gに1%の誤差が含まれれば、保有冷熱量変化率ΔQにもそのまま1%の誤差が伝わるので、精度良く保有冷熱量を求めるためには、演算する元の信号の精度も補正により高めておかなければならない。そこで下記のような手法により、精度を高める工夫を行う。
【００６５】
図２において、選択演算手段１３０は、図５に示した計測点における１つあるいは複数のプロセス信号１２４の中から、例えば、補正対象の冷媒総流量２０８を拾い出す。その他の信号は、適宜補正をかけるための信号として用いても良い。また、冷媒総流量２０８が計測できない場合には、冷凍機A流量２０６、冷凍機B流量２０７の和を求め代替信号としてもよい。
【００６６】
図2に示した各種の補正手段において、選択された冷媒総流量２０８にノイズが含まれる場合には、ノイズフィルタ手段１３１によって信号に含まれるノイズの周波数特性に基づき適切なフィルタをかけることで、ノイズを低減することができる。
【００６７】
何らかの理由により、信号にバイアスのずれ（例えば、真値xに対して、計測値がx+αのとき、誤差αをバイアスのずれという）が含まれる場合には、バイアス補正手段１３２において−αを生成し補正信号として用いればよい。この時プロセスの状態に関わらずαが定数値であれば、バイアス補正手段１３２は定数値を生成し、もしあるプロセス量ｚに依存して変動していれば、ｚの関数としてαを生成すればよい。
【００６８】
同様に信号にゲインのずれが認められる場合には、ゲイン補正手段１３３によってゲインの補正を行い、その補正手法は定数ゲインのほか、必要により他のプロセス量の関数として求まるゲインをかけても良い。例えば、補正後の冷媒の総流量Ｇ'は、補正前の総流量Ｇに、冷媒の蓄熱手段入口温度Ti２０９の補正を次のようにかけることによって求めることができる。
【００６９】
Ｇ’＝Ｇ×(Ti0/Ti)
ここで、Ti0は冷媒の蓄熱手段入口温度２０９の基準温度(定数)である。
【００７０】
また、信号の補正は、入力信号関数補正手段１３４によってこの信号自身の関数として行ってもよい。例えば次のとおりである。
【００７１】
Ｇ’＝f(Ｇ)
以上、ノイズフィルタによる補正、バイアス補正、ゲイン補正、適当な関数による補正などの組み合わせによって、計測した信号に補正をかけることにより、演算する元の信号（この場合は流量）の精度を高めることができ、その結果として、演算後の信号（この場合は保有冷熱量）の精度を高めることができる。
【００７２】
（第３の実施の形態）
図３は、図２の補正手段（１）とは別の補正手段（２）の構成例を示す。図５に示す冷媒総流量２０８の補正を、それに関連する冷凍機A流量２０６および冷凍機B流量２０７の信号を用いて、より高精度に行う場合を示す。
【００７３】
図３に示すように補正手段１２１は、１つあるいは複数のプロセス信号１２４を選択して、所定の演算を行う選択演算手段１３０の出力と、予め記憶しているかあるいは外部から入力されたパラメータ１４３に基づき入力信号の補正を行い、補正プロセス信号１２６を出力する補正フィルタ手段１４０とから構成されている。
【００７４】
必要により、前述したバイアス補正やゲイン補正などその他の補正手段と組み合わせて用いてもよい。
【００７５】
図５に示すプラントの計測値やその計測器に含まれる誤差（ノイズの分散）を下表のとおりとする。
【００７６】
図６（ａ）〜（ｃ）は、真値（一定値）にノイズを加え５秒おきにセンサーで測定した場合を想定した計算例である。
【００７７】
【表１】
0004050036.tif 000002
この時のプラントの状態は、過渡変化やその前後ではなく、落ち着いた定常状態（バランス状態）にあり、また、各流量の真値は一定であり、変動は計測誤差によるものとする。
【００７８】
さらに、冷凍機A流量２０６と冷凍機B流量２０７は、蓄熱手段１０２の入口で合流し、その全量が冷媒総流量２０８として流れるものとする。この場合、冷凍機A流量GA２０６、冷凍機B流量GB２０７および冷媒総流量G２０８の間には、次の物理的な関係式、すなわち質量保存則が成り立つ。
【００７９】
GA＋GB＝G  …（１）
したがって、測定した冷媒総流量G２０８に対して、上記関係式が成り立つことを考慮して、他の関連するプロセス信号である冷凍機A流量GA２０６と冷凍機B流量GB２０７に基づいて以下に示すとおり補正を行うと、より高精度な補正を行うことができる。
【００８０】
すなわち、下記の式（２）のとおり質量保存則を考慮した補正演算を行えば、より高精度な補正を行うことができる。
【００８１】
【数１】
0004050036.tif 000003
上記の式（２）は、下記の式(３)の関係と式（４）の制約条件の下で、式（５）の最小化問題を解くことによって得られる。
【００８２】
【数２】
0004050036.tif 000004
ここで、xは推定値ベクトル、yは測定値ベクトル、εは誤差ベクトル、Ψは重み行列、Aは関係式を表す行列である。
【００８３】
さらに具体的に説明する。
式（３）のプロセスから計測した信号 yを次のとおりとする。
【００８４】
【数３】
0004050036.tif 000005
その推定値 xは各記号に上付き「'」を付けて表すと次のようになる。
【００８５】
【数４】
0004050036.tif 000006
計測した信号y とその推定値x の関係は、誤差εにより、式（３）のとおり関係づけられる。
【００８６】
また、式（１）の質量保存則を、その推定値に対して適用すると式（４）が得られ、その値は次のとおりである。
【００８７】
【数５】
0004050036.tif 000007
この時、式（５）は式（３）の誤差の２乗を最小にする問題を表している。これは、測定値とその真値（推定値）の間の誤差を余り大きくしないということを意味している。この時の重みΨは、測定値の信頼性（すなわち分散）に基づき次のとおり決めることができる。
【００８８】
【数６】
0004050036.tif 000008
ここでσA２はGAの測定値中のノイズの分散、σB２はGBの測定値中のノイズの分散、σALL２はGの測定値中のノイズの分散である。
【００８９】
このようにして、式（４）の制約条件の下で、式（５）の最小化問題を解くと式（２）が得られることになる。
【００９０】
結局、測定した冷媒総流量G２０８の補正を式（２）のとおり行うことは、Gに関連するその他のプロセス信号、冷凍機A流量GA２０６と冷凍機B流量GB２０７を用いて、プラントが物理的に満足すべき関係式（例えば式（１））に着目しそれをできるだけ満足するように、それぞれの信号の信頼度（式（９））に応じて補正することになる。
【００９１】
上記の例に対して、式（２）により求めた、冷媒総流量２０８の補正値Ｇ'は、図６（ｄ）のとおりとなる。なお同時に冷凍機A流量２０６の補正値と冷凍機B流量２０７の補正値は、それぞれ図６（ｅ）、図６（ｆ）のように求まる。
【００９２】
図６（ａ）と図６（ｄ）とを比較しても明らかなとおり、補正をかけた方が、元の測定値Gよりも真値（50kg/s）の周りのばらつきが少なく、補正により真値に近い値が高精度に求められていることがわかる。
【００９３】
また、単純に２つの測定値GAとGBを加えた場合を、図６（ｄ）のA+Bとして示した。単純な和として補正値を作成するよりも、式（２）によって補正を行った方が、ばらつきが少ないことがわかる。
【００９４】
それぞれのプロセス値の分散の比較結果は下記のとおりである。
【００９５】
【表２】
0004050036.tif 000009
このように定量的に評価しても、式（２）の補正方法の有効性を確認することができる。
【００９６】
以上例を用いて説明したとおり、高精度な値が求められる信号について、関連する他のプロセス信号を用いて、それらのプロセス信号間の満足すべき関係式に着目し、補正をかけることにより、さらに高精度な信号を得ることができることが分かる。
【００９７】
本実施の形態において示す以外にも、関係式としては、エネルギー保存則や運動量保存則など、複数のプロセス信号を関係づけるものであればよい。
【００９８】
ところで、式（２）を用いれば、高精度な信号の補正を行うことができることが分かったが、各種の設計作業が必要であり、最終的にパラメータが決定されるまでには、設計→評価→設計の繰り返し作業が発生する。
【００９９】
このため、例えば図３において、パラメータ設計手段１４１によりパラメータ１４３を設計して補正フィルタ手段１４０に出力し、設計途中のパラメータの妥当性を評価するパラメータ評価手段１４２を備えた構成としてもよい。
【０１００】
この時、パラメータ評価に用いるプロセス信号は、プラントとオンラインでつながっていても、データサーバなどのデータ保存手段とつながっていても良いし、過去に収集したデータを与える仕組みでもよい。
【０１０１】
また、パラメータ設計手段１４１と補正フィルタ手段１４０もオンラインでつながっていても、オフラインで設計したパラメータを与える仕組みとなっていてもよい。
【０１０２】
パラメータ評価の尺度としては、統計的なばらつき度合いを示す分散、標準偏差やこれに類する物でもよい。あるいは着目している関係式（１）あるいは式（２）の満足度合いを、その残差により評価してもよい。
【０１０３】
式（５）における重み行列Ψの選定や、式（４）における複数のプロセス間の関係式を表す行列Aをどのような演算式を用いて表すか、その時どのプロセス信号を用いるかなど、試行錯誤的に決める場合が多い。そのため、図３に示すように、パラメータ設計手段１４１およびパラメータ評価手段１４２を備えて、パラメータの設計・評価・実装を統合化することで、試行錯誤的な反復作業を円滑に進め、かつパラメータの設計・評価・実装ミスを低減することができる。
【０１０４】
このように、高精度な値が求められる信号について、関連する他のプロセス信号を用いて、それらのプロセス信号間の満足すべき関係式、例えば質量保存則に着目し、その関係式を満足しかつそれぞれの測定信号の信頼度に応じて補正をかけることにより、補正された高精度のプロセス信号から、さらに高精度な信号を得ることができる。
【０１０５】
（第４の実施の形態）
次に各プロセスの計測信号あるいは補正信号から、目的の信号の推定を行う方法について述べる。
【０１０６】
図４は、推定手段１２２の構成例である。
【０１０７】
推定手段１２２の前半は、着目するプラント特性の演算式、パラメータなどを予め記憶するプラント特性記憶手段１５１と、プロセス信号１２４および補正プロセス信号１２６に基づき、この特性を模擬する演算を決められた時間周期で行う推定演算手段１５０とから構成されている。推定演算手段１５０は、外部信号を取り込み、この信号に同期して推定演算を行ってもよい。
【０１０８】
さらに、推定手段１２２の後半は、必要により推定演算手段１５０の出力に関する制限値を記憶する制限値記憶手段１５３と、この制限値記憶手段１５３からの制限値と推定演算手段の出力とを比較し、制限値を超えない値を推定信号１２７として出力する比較演算手段１５２を備えている。
【０１０９】
上記制限値が変化率の場合には、比較演算手段１５２は予め決められた周期毎に、あるいは外部からの取り込んだ信号に基づき、推定演算手段１５０からの出力の各サンプル間の差分により変化率を求めればよい。
【０１１０】
プラント特性記憶手段１５１では、例えば蓄熱手段１０２周辺の計測点が図５に示すようなものであったときには、蓄熱槽モデルとして、以下の演算式およびパラメータを記憶する。
【０１１１】
Q(k) = Q(k−1) + Δt×ΔQ
ΔQ = Cp×G×(To−Ti)
ここで、kは演算ステップ、Q(k)は演算ステップkにおける蓄熱手段１０２での保有冷熱量、Δtは演算周期、Cpは熱を移送する冷媒の比熱、Gは冷媒の総流量２０８、Toは冷媒の蓄熱手段出口温度２１０、Tiは冷媒の蓄熱手段入口温度２０９、ΔQは保有冷熱量変化率である。
【０１１２】
ただし、上記の式に限定されるものではなく、例えば内部構造を詳細にモデル化した式や、大気への放熱特性の計算式などを盛り込んだものでもよい。あるいは伝達関数などで表される式でもよい。また、計測点に合わせて、上記演算式の入出力は変更されてもよい。
【０１１３】
上記のモデル式を各演算周期毎に演算するためには、初期値としてQ(0)値が必要となる。この初期値は、外部から信号として与えられるものでもよいし、プラント特性記憶手段１５１に記憶しておいてもよい。
【０１１４】
大気への放熱を大気温度の関数としてモデル化した場合には、保有冷熱量変化率ΔQは下記のように表すことができる（ただし、放熱特性も含む）。
【０１１５】
ΔQ = Cp×G×(To−Ti)＋f(Tair)
ここで、Tairは大気温度、f(Tair)は放熱特性関数である。
【０１１６】
このように、推定演算手段１５０により、各演算周期毎に上記プラント特性式を演算することで、従来は正しく測定することが困難であった蓄熱手段１０２での保有冷熱量Qを、プロセス信号１２４や補正プロセス信号１２６に基づき、各演算ステップ毎に高精度に求めることができる。
【０１１７】
特に流量Gとして、計測された信号そのままではなく、前述のとおり補正をかけた高精度な信号を用いることで、保有冷熱量Qをより高精度に求めることができる。
【０１１８】
また高精度に保有冷熱量を求めたことで、冷熱量を適切なタイミングで放出し使い切るという経済的な運転が可能となり、１日の運転コストを従来より下げることができる。
【０１１９】
（第５の実施の形態）
図７は制御手段１２３の構成例である。
【０１２０】
制御手段１２３において、推定値補正手段１６０は、推定手段１２２からの推定信号１２７を入力し、関数により補正された値を補正推定信号１６６として出力する。なお、この関数補正は、必要により出力＝入力としてバイパスされる仕組みにしてもよい。
【０１２１】
また推定値補正手段１６０は、制御手段１２３の中でなくとも、推定手段１２２の中に含まれていてもよい。
【０１２２】
制御演算手段１６１では、プラント１００に対する制御アルゴリズムや制御パラメータを記憶し、プロセス信号１２４及び補正推定信号１６６に基づき一定周期毎に演算を行って、操作信号１２５をプラント１００に対して出力する。
【０１２３】
推定値補正手段１６０は、推定信号１２７に基づき新たに補正推定信号１６６を作成する。
【０１２４】
また、推定値補正手段１６０は、第１の実施の形態において説明したように、図１の推定手段１２２が蓄熱手段１０２の保有冷熱量を推定し、推定信号１２７を出力した場合に、蓄熱手段１０２から熱交換器１１０を通り、熱負荷103までの熱交換器、配管などでの放熱・伝熱ロスを加味して、熱負荷103での使用可能冷熱量を求める関数を記憶している。推定値補正手段１６０が、この使用可能冷熱量信号を補正推定信号１６６として出力すると、熱負荷１０３で実際に使える冷熱量を制御演算手段１６１における制御に用いることができる。
【０１２５】
実行設定値記憶手段１６３は、蓄熱運転を開始する設定値を記憶しており、実行設定値信号１６９として実行指令手段１６２に出力する。
【０１２６】
この出力を受けると、実行指令手段１６２は、推定値補正手段１６０からの補正推定信号１６６として入力されている蓄熱手段１０２の現在の保有冷熱量を、実行設定値信号１６９と比較し、もし現在の保有冷熱量がこの設定値を下回ったら、蓄熱運転を開始する指令信号を実行指令信号１６８として出力する。
【０１２７】
この出力を受けて、制御演算手段１６１は、操作信号１２５を出力して、蓄熱運転を行うために必要なシーケンス制御の起動をかけたり、その他必要な制御演算を行う。
【０１２８】
このようにして、補正推定信号１６６に基づく制御の実行あるいは停止を行うことができる。
【０１２９】
一方、最適演算手段１６４は、プロセス信号１２４と入力された補正推定信号１６６に基づき、例えば線型計画法や非線形計画法など内部に記憶する最適計算のアルゴリズムを実行して、最適設定値１６７を出力する。プロセス信号１２４は、厳密にプラント１００からの信号に限らず、外部からの他の入力信号でもよい。また演算に用いる情報の一部は、内部に記憶しておいてもよい。
【０１３０】
最適演算手段１６４の演算を実行する際には、必要があれば推定手段１２２および推定値補正手段１６０に対して、同期信号１６５を出力し、それぞれ協調を取りながら演算を行ってもよい。
【０１３１】
最適演算手段１６４における具体的な演算として、例えば図１０において、現在時刻の蓄熱レベルが、補正推定信号１６６として入力された場合、現在時刻以降の冷熱デマンドに対して、１日の運転コストを下げるという意味で最適な冷熱生成量や蓄熱または放熱量を求め、それらの信号を各時刻に応じて各機器の設定値（最適設定値１６７）として制御演算手段１６１に出力する。
【０１３２】
制御演算手段１６１は、それらの設定値に基づき各機器の制御を行う。その結果、最適演算手段１６４で求めた最適運転を実現し、１日の運転コストを下げることができる。
【０１３３】
最適演算手段１６４は、必ずしもオンラインで制御演算手段１６１とつながっている必要はなく、間に人間が介在して最適設定値１６７の受け渡しを行ってもよい。このように最適演算手段１６４がオフラインの時には、補正推定信号１６６もオンラインで最適演算手段１６４とつながっていなくても良く、間に人間が介在してデータの受け渡しを行ってもよい。
【０１３４】
あるいは、図８に示すように、オンラインの推定手段１２２と推定値補正手段１６０はそのままに、同じ推定手段１２２と推定値補正手段１６０を最適演算手段１６４とともにオフラインの最適演算手段１８０の中に内蔵して、入力されたプロセス信号１２４および補正プロセス信号１２６から必要な演算を行ってもよい。図８の破線はオフラインから与えられる信号（最適設定値１６７）を示す。
【０１３５】
これとは別に、図８の推定手段１２２や推定値補正手段１６０は、オフライン最適演算手段１８０の中に含まずオンライン部分にのみあっても良く、この時推定信号１２７や補正推定信号１６６が、オフラインで最適演算手段１６４に与えられればよい。
【０１３６】
以上、述べたように、連続的にリアルタイムで推定計算を行うことで、推定結果をオンラインの制御に用いることができので、より高度な運転を行うことができる。
【０１３７】
また、蓄熱層の保有冷熱量の推定以外にも、推定手段により従来は測定することが不可能であったプラントの状態を推定し、表示や監視、制御に用いることで、よりきめ細かくプラントの運転を行うことができ、製品品質の向上や、プラントの安全性の向上、経済的なプラント運転につながる。
【０１３８】
さらに、プラントの状態を逐次チェックすることができるので、故障に気づかずしばらく運転してしまうといったトラブルの防止に役立つ。
【０１３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、蓄熱手段を有するプラントにおいて、現在の保有熱量を高精度に推定することにより、安全性を向上し、経済的な運転をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るプラント及びプラント制御装置を示す構成図。
【図２】図１のプラント制御装置の補正手段の例を示す構成図。
【図３】図１のプラント制御装置の補正手段の例を示す構成図。
【図４】図１のプラント制御装置の推定手段の例を示す構成図。
【図５】蓄熱手段周辺の計測点を示す系統図。
【図６】（ａ）は冷媒総流量（測定値）、（ｂ）は冷凍機A流量（測定値）、（ｃ）は冷凍機B流量（測定値）、（ｄ）は冷媒総流量（補正値）、（ｅ）は冷凍機A流量（補正値）、（ｆ）は冷凍機B流量（補正値）をそれぞれ示すグラフ。
【図７】制御手段の例を示す構成図。
【図８】図１に示すプラント制御装置において、オフラインの最適演算手段を付加した場合の構成図。
【図９】従来技術を示す構成図。
【図１０】氷蓄熱プラントの運転パターン例を示すグラフ。
【図１１】料金単価の例を示すグラフ。
【符号の説明】
１００…プラント、１０１…熱源生成手段、１０２…蓄熱手段、１０３…熱負荷、１０４…ポンプ、１０５…ポンプ、１０６…ポンプ、１０７…バルブ、１０８…バルブ、１０９…バルブ、１１０…熱交換器、１２０…制御装置、１２１…補正手段、１２２…推定手段、１２３…制御手段、１２４…プロセス信号、１２５…操作信号、１２６…補正プロセス信号、１２７…推定信号、１３０…選択・演算手段、１３１…ノイズフィルタ手段、１３２…バイアス補正手段、１３３…ゲイン補正手段、１３４…入力信号関数補正手段、１４０…補正フィルタ手段、１４１…パラメータ設計手段、１４２…パラメータ評価手段、１４３…パラメータ、１５０…推定演算手段、１５１…プラント特性記憶手段、１５２…比較演算手段、１５３…制限値記憶手段、１６０…推定値補正手段、１６１…制御演算手段、１６２…実行指令手段、１６３…実行設定値記憶手段、１６４…最適演算手段、１６５…同期信号、１６６…補正推定信号、１６７…最適設定値、１６８…実行指令信号、１６９…実行設定値信号、１８０…オフライン最適演算手段、２００…冷凍機Ａ、２０１…冷凍機Ｂ、２０２…ポンプ、２０３…ポンプ、２０４…バルブ、２０５…バルブ、２０６…冷凍機Ａ流量、２０７…冷凍機Ｂ流量、２０８…冷媒総流量、２０９…蓄熱槽入口温度、２１０…蓄熱槽出口温度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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