JP2006107256A - Automatic fitting apparatus of model parameter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、上下水道プラントをはじめとし、鉄鋼プラントなどの産業プラント、地域冷暖房プラントや各ビルごとの熱源プラント、発電所等のプラント運用を安全もしくは効率的あるいはその両方を満たす運用を実現するために支援するプラント運用支援システムに係り、とくにプラント挙動を模擬して将来のプラント挙動からプラントを安全もしくは効率的あるいはその両方を満たす運用を実現することが可能か否かを判断するために、プラントの数学的もしくは物理的なモデルを用いるプラントシミュレーションモデルのパラメータを計測値もしくはこれに代替可能な数値データから調整するモデルパラメータの自動フィッティング装置に関する。 The present invention is intended to realize an operation satisfying both safe and efficient operation of a plant such as a water and sewage plant, an industrial plant such as a steel plant, a district heating and cooling plant, a heat source plant for each building, and a power plant. In particular, in order to judge whether it is possible to realize the operation that satisfies the plant safety or efficiency or both from the future plant behavior by simulating the plant behavior. The present invention relates to a model parameter automatic fitting apparatus that adjusts a parameter of a plant simulation model using a mathematical model or a physical model from a measured value or numerical data that can be substituted for the measured value.
オペレ−タがプラント運用方針の意思決定をする際、計算機によりプラントの将来挙動を模擬して支援情報のシミュレーションを行い提供している。この場合、シミュレーションモデルのパラメータ調整を行う際に用いる実測データの中には、不適切データつまり計測器の欠測データや計測誤差を含むものがあり、これら不適切データを除去して調整を行う必要がある。 When the operator makes a decision on the plant operation policy, the computer simulates the future behavior of the plant and provides support information. In this case, some of the actual measurement data used to adjust the parameters of the simulation model includes inappropriate data, that is, data that includes missing measurement data and measurement errors of the measuring instrument. There is a need.
また調整完了後、使用しているうちに、プロセスの経年変化などにより、特性パラメータが変化することがある。この場合、特性パラメータの再調整が必要か否かを判断し、専門的な知識をもって計測データから調整する必要がある。
このような調整は、大変な時間と手間とが掛かるものであり、何らかの対策が必要とされている。 Such adjustment takes a lot of time and effort, and some countermeasure is required.
そのため、実測データ中の欠測データや計測誤差をはじめとする不適切データを自動的に除去することにより正確なパラメータ調整を行い、また、経年変化によって生じた模擬した挙動と計測値との乖離を専門技術者の手を掛けずに調整可能なモデルパラメータの自動フィッティング装置の実現が望まれている。 Therefore, accurate parameter adjustment is performed by automatically removing inappropriate data such as missing data and measurement errors in the measured data, and there is a discrepancy between the simulated behavior caused by secular change and the measured value. Therefore, it is desired to realize an automatic fitting device for model parameters that can be adjusted without the hands of a professional engineer.
本発明は上述の点を考慮してなされたもので、シミュレーションモデルパラメータを更新する際、プラントからの実測値に含まれる不適切なデータを除去して正確なパラメータの更新を行うことが可能であり、また実測値とシミュレーション結果との誤差を計算してシミュレーションモデルパラメータの更新必要時期を判定し、自動的にパラメータの更新を行い得るモデルパラメータの自動フィッティング装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above-mentioned points, and when updating simulation model parameters, it is possible to remove inappropriate data included in the actual measurement values from the plant and update the parameters accurately. Another object of the present invention is to provide an automatic model parameter fitting device that can calculate an error between an actual measurement value and a simulation result to determine when to update a simulation model parameter and automatically update the parameter.
上記目的達成のため、本発明では、
プラント挙動を模擬する数学的または物理的モデルのパラメータを調整するために使用するデータを記憶するデータ記憶手段と、前記データ記憶手段から与えられる、プラント挙動を模擬する数学的または物理的モデルおよびそのパラメータを調整するために使用するデータからプラントからの実測値に含まれる不適切なデータを除去するデータフィルタリング手段と、前記データ記憶手段から前記閾値データフィルタリング手段を介して与えられるデータからプラント挙動を模擬する数学的または物理的モデルのパラメータを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り調整された後のパラメータの入出力処理を行う入出力手段とをそなえたことを特徴とするモデルパラメータフィッティング装置、
を提供するものである。
In order to achieve the above object, in the present invention,
Data storage means for storing data used for adjusting parameters of a mathematical or physical model for simulating plant behavior, a mathematical or physical model for simulating plant behavior, which is provided from the data storage means, and Data filtering means for removing inappropriate data included in actual measured values from the plant from data used for adjusting parameters, and plant behavior from data given from the data storage means via the threshold data filtering means. Model parameter fitting characterized by comprising parameter adjusting means for adjusting parameters of a mathematical or physical model to be simulated, and input / output means for performing input / output processing of parameters after being adjusted by the parameter adjusting means apparatus,
Is to provide.
本発明は上述のように、プラント挙動を模擬する数学的または物理的モデルのパラメータを調整するために使用するデータからフィルタリングによりプラントからの実測値に含まれる不適切なデータを除去するため、正確なパラメータ更新を行うことができ、またプラント挙動を模擬して実測値とシミュレーション結果との誤差を計算し、シミュレーションモデルパラメータの更新必要時期を判定して自動でパラメータを更新することができる、モデルパラメータの自動フィッティング装置を提供できる。 As described above, the present invention removes inappropriate data contained in actual measured values from a plant by filtering from data used to adjust parameters of a mathematical or physical model that simulates plant behavior. Model that can update the parameters automatically, calculate the error between the measured value and the simulation result by simulating the plant behavior, determine when the simulation model parameter needs to be updated, and update the parameter automatically. An automatic parameter fitting device can be provided.
以下、図面により本発明の実施の形態について説明する。ここでは、具体的な適用対象として上水道プラントの送水プロセスを例にする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, a water supply process of a waterworks plant is taken as an example as a specific application target.
(実施形態1の構成)
図1は、本発明の実施形態1を示す全体構成図である。浄水場では、上水処理した水を浄水池から配水池へ送水して、配水池から各需要家へ浄水を供給している。図1は、このプロセスとモデルパラメータフィッティング装置とを関連付けて表したものである。
(Configuration of Embodiment 1)
FIG. 1 is an overall configuration
ここで、モデルパラメータフィッティング装置は、次の各手段(1)ないし(8)を主たる構成要素として有する。すなわち、
(1)プラント挙動を模擬する数学的または物理的モデルのパラメータを調整するために使用するデータを記憶するデータ記憶手段3、
(2)前記データ記憶手段に記憶されているデータからプラント挙動を模擬する数学的または物理的モデルのパラメータを調整するパラメータ調整手段9、
(3a)プラント挙動を模擬する数学的または物理的モデルおよびそのパラメータを調整するために使用するデータのうち、閾値により不適切なデータを除去する閾値データフィルタリング手段6、
(3b)プラント挙動を模擬する数学的または物理的モデルのパラメータを調整するために使用するデータのうち、任意の時刻前のデータと現時刻との差分により差分データ処理を行う差分データ処理手段6と、
(3c)差分データ処理を行った後のデータに対して閾値により不適切なデータを除去する閾値データフィルタリング手段6、
(3d)プラント挙動を模擬する数学的または物理的モデルのパラメータを調整するために使用するデータのうち、データの統計処理によりフィルタリングを行う統計処理手段と、統計処理後のデータに対して閾値により不適切なデータを除去する閾値データフィルタリング手段6、
(3e)プラント挙動を模擬する数学的または物理的モデルのパラメータを調整するために使用するデータのうち、任意の時刻前のデータと現時刻との差分により差分データ処理を行う差分データ処理手段6、
(3f)統計処理により閾値を決定する統計データ処理手段と、差分データ処理および統計データ処理により決定した閾値を用いて不適切なデータを除去する閾値データフィルタリング手段6、
(3g)プラント挙動を模擬する数学的または物理的モデルのパラメータを調整するために使用するデータのうち、周波数フィルタにより不適切なデータを除去する周波数データフィルタリング手段6、
(3h)プラント挙動を模擬する数学的または物理的モデルのパラメータを調整するために使用するデータのうち、自己組織化マップにより不適切なデータを除去する自己組織化マップデータフィルタリング手段6、
(4)プラント挙動を模擬する数学的または物理的モデルのパラメータを調整するために使用するデータのフィルタリングに複数の手段を有し、これを処理したいデータの特徴に応じてどの手段を用いるかを選択することを可能とするフィルタリング手断選択手段5と、
(5)調整後のパラメータの入出力処理を行う入出力手段2,10、
(6)数学的または物理的モデルによって、プラント挙動を模擬するプラントシミュレーション手段7、
(7)モデルパラメータの調整を必要とするか否かを模擬するプラントの実測データとパラメータ調整前のパラメータによって模擬したシミュレーション結果との2乗誤差および閾値により判定する更新判定手段8、
(8)任意のタイミングでモデルパラメータを更新させることができる更新判定手段8、
である。
Here, the model parameter fitting apparatus has the following means (1) to (8) as main components. That is,
(1) Data storage means 3 for storing data used to adjust parameters of a mathematical or physical model that simulates plant behavior;
(2) Parameter adjusting means 9 for adjusting parameters of a mathematical or physical model for simulating plant behavior from data stored in the data storage means;
(3a) Threshold data filtering means 6 for removing inappropriate data according to a threshold value among mathematical or physical models simulating plant behavior and data used for adjusting parameters thereof;
(3b) Differential data processing means 6 for performing differential data processing based on the difference between the data before an arbitrary time and the current time among the data used to adjust the parameters of a mathematical or physical model that simulates the plant behavior When,
(3c) threshold data filtering means 6 for removing inappropriate data from the data after the differential data processing by the threshold;
(3d) Among the data used to adjust the parameters of mathematical or physical models that simulate plant behavior, statistical processing means for filtering by statistical processing of the data, and the threshold for the data after statistical processing Threshold data filtering means 6 for removing inappropriate data;
(3e) Differential data processing means 6 that performs differential data processing based on the difference between the data before an arbitrary time and the current time among the data used to adjust the parameters of a mathematical or physical model that simulates plant behavior ,
(3f) statistical data processing means for determining a threshold value by statistical processing, and threshold data filtering means 6 for removing inappropriate data using threshold values determined by differential data processing and statistical data processing;
(3g) Frequency data filtering means 6 that removes inappropriate data using a frequency filter among data used to adjust parameters of a mathematical or physical model that simulates plant behavior;
(3h) self-organizing map data filtering means 6 for removing inappropriate data by self-organizing map among data used for adjusting parameters of a mathematical or physical model that simulates plant behavior;
(4) There are multiple means for filtering the data used to adjust the parameters of the mathematical or physical model that simulates plant behavior, and which means should be used depending on the characteristics of the data to be processed. Filtering manual selection means 5 that enables selection;
(5) Input / output means 2 and 10 for performing input / output processing of parameters after adjustment;
(6) Plant simulation means 7 for simulating plant behavior by a mathematical or physical model,
(7) Update determination means 8 for determining based on a square error and a threshold value between measured data of a plant that simulates whether or not model parameter adjustment is required and a simulation result simulated by a parameter before parameter adjustment;
(8) Update determination means 8 capable of updating model parameters at an arbitrary timing;
It is.
以上のような構成により、シミュレーションモデルパラメータを更新する際に使用するプラントからの実測値に含まれる不適切なデータを除去することにより、正確なパラメータ更新を行うことが可能であり、また実測値とシミュレーション結果との誤差を計算してシミュレーションモデルパラメータの更新必要時期を判定することにより、自動でパラメータを更新することができる。 With the configuration as described above, it is possible to perform accurate parameter update by removing inappropriate data included in the actual measurement values from the plant used when updating the simulation model parameters. The parameter can be automatically updated by calculating the error between the simulation result and the simulation result and determining when the simulation model parameter needs to be updated.
(実施形態1の作用)
上水道プラントは、河川などから原水を取水ポンプで取水し、着水井を経て、凝集・沈澱・ろ過による浄水処理を行うため、混和池で薬品を注入される。徐々に、沈澱するに十分なフロックが形成され(フロック形成池)、汚物が沈澱していく(沈澱池)。上澄み水はろ過池でろ過され、塩素等による殺菌処理を施されたあと、浄水池を経て、送水ポンプによって、配水池を経由して配水区(需要家)へ配水される。
(Operation of Embodiment 1)
In the waterworks plant, raw water is taken from rivers, etc. with a water pump, and after passing through the wells, chemicals are injected into the mixing basin for coagulation, sedimentation, and filtration. Gradually enough flocs are formed to settle (floc ponds) and filth settles (sedimentation basins). Supernatant water is filtered through a filtration pond, sterilized with chlorine, etc., passed through a water purification pond, and distributed to a distribution area (customer) via a distribution pond by a water pump.
上水道プラントの運転管理において、運転員は、水の需要に対して断水させることなく水を安定的に供給することが絶対命題である。そのため、運転員は、浄水場での浄水処理のための薬品注入量や必要とされる水量に合う原水の取水および供給(送配水)を各プロセスにおける諸条件(各池の容量や水位、ポンプや管、バルブといった構成機器の特性など)を考慮しながら判断し、プラントを運用・制御・管理している。その際、将来にわたる浄水の需要量を想定しながら運用方針を決めるため、プロセスの挙動を予め把握できるとその意思決定が容易にできる。 In the operation management of waterworks plants, it is an absolute proposition for operators to stably supply water without shutting off water demand. For this reason, the operator must supply and supply raw water that matches the amount of chemical injection for water treatment at the water treatment plant and the required amount of water (transmission and distribution) (the capacity and water level of each pond, the pump The plant is operated, controlled, and managed in consideration of the characteristics of the component equipment such as pipes and valves. At that time, since the operation policy is decided while assuming the demand for purified water in the future, if the behavior of the process can be grasped in advance, the decision can be made easily.
将来にわたるプロセスの挙動を予め把握するためには、プロセス挙動を模擬できる数学的もしくは物理的なモデルが必要となる。そのモデルには各プロセスの特性を表す特性パラメータが存在し、現在のプロセス挙動に十分な精度で追従可能なように調整するにはプロセスモデルに関する専門的な知識を必要とするため、決して容易ではない。 In order to grasp the behavior of the process in the future in advance, a mathematical or physical model that can simulate the process behavior is required. The model has characteristic parameters that describe the characteristics of each process, and it requires expert knowledge about the process model to adjust it so that it can follow the current process behavior with sufficient accuracy. Absent.
したがって、このような機能をシステムに組み込んだ場合、初めてプロセス挙動を模擬する際には、専門的な知識をもって計測データから調整する必要がある。しかし、計測データの中には計測器の欠測値や計測誤差を含むものがあり、その不適切なデータを除去して調整を行う必要がある。また、調整完了後、使用しているうちに、プロセスの経年変化などにより、特性パラメータが変化することがある。この場合、特性パラメータの再調整が必要か否かを判断し、専門的な知識をもって計測データから調整する必要がある。 Therefore, when such a function is incorporated in the system, it is necessary to adjust the measurement data with specialized knowledge when simulating the process behavior for the first time. However, some measurement data includes missing values and measurement errors of the measuring instrument, and it is necessary to make adjustments by removing the inappropriate data. In addition, after the adjustment is completed, the characteristic parameter may change due to the secular change of the process during use. In this case, it is necessary to determine whether or not the characteristic parameter needs to be readjusted, and to adjust from the measurement data with specialized knowledge.
図1は、本発明の実施形態1の構成を示している。この場合、プラントモデリング装置1は、上水道プラントの送水プロセスに適用されている。すなわち、送水プロセスでは、配水池21aから配水池21bに到る送水系に、ポンプ22、電磁弁23、流量計24、水位計25が設けられている。
FIG. 1 shows the configuration of
そして、プラントモデリング装置1は、入力手段2、データ記憶手段3、GUI4、フィルタリング手段選択手段5、フィルタリング手段6、プラントシミュレーション手段7、更新判定手段8、パラメータ調整手段9、出力手段10、遠隔データ入力手段11を備える。以下、これらのうち主要なものについて説明する。
The
パラメータ調整手段9
本発明に用いられるパラメータ調整手段9は、データ記憶手段3に記憶されているプロセスの計測データからプラント挙動を模擬する数学的または物理的モデルのパラメータを現実の挙動に合うよう調整する。その方法は様々な方法が考えられるが、例えば、プラント挙動を模擬する数学的または物理的モデルの1つとして、次のような一般化線形モデル
The parameter adjustment means 9 used in the present invention adjusts the parameters of a mathematical or physical model that simulates the plant behavior from the measurement data of the process stored in the data storage means 3 so as to match the actual behavior. Various methods are conceivable. For example, the following generalized linear model can be used as one of mathematical or physical models for simulating plant behavior.
いま、
本発明に用いられるプラントシミュレーション手段7は、一般化線形モデルのような数学的または物理的モデルのパラメータθがパラメータ調整手段9で調整された結果を利用して、プラント挙動を模擬する。プラントシミュレーション手段7により模擬された結果は、データ記憶手段3に格納される(♯2)。 The plant simulation means 7 used in the present invention simulates the plant behavior using the result obtained by adjusting the parameter θ of a mathematical or physical model such as a generalized linear model by the parameter adjustment means 9. The result simulated by the plant simulation means 7 is stored in the data storage means 3 (# 2).
例えば、図1の送水プロセスにおいては、池21aから送水ポンプ22により、池21bおよび池21cに送水される。送水ポンプ22の吐出量と揚程は特性方程式を、
H=k1Q2+k2Q+k3 (3)
(ただし、水頭H、吐出量Q、k1〜k3は調整すべきパラメータ)
と表すこととする。また、このとき、電磁弁23での圧力損失は、
hI−hO=fv(u)・Q2 (4)
で表される。ただし、hI,hOは、弁前後の水頭値、Qは吐出量、uは弁開度とする。
For example, in the water supply process of FIG. 1, water is supplied from the
H = k 1 Q 2 + k 2 Q + k 3 (3)
(However, water head H, discharge amount Q, k 1 to k 3 are to be adjusted parameter)
It shall be expressed as At this time, the pressure loss at the
h I −h O = f v (u) · Q 2 (4)
It is represented by Here, h I and h O are the head values before and after the valve, Q is the discharge amount, and u is the valve opening.
なお、式(4)におけるfv(u)は、式(5)で表される。
fv(u)=1/(2gA2)*(1/u−1)n (5)
このとき、調整すべきパラメータはnとなる。
Note that f v (u) in equation (4) is expressed by equation (5).
f v (u) = 1 / ( 2 gA 2 ) * (1 / u−1) n (5)
At this time, the parameter to be adjusted is n.
同様に、管路における圧力損失はヘーゼンウィリアムスの式より、
hI−hO=fl・Q1.85 (6)
で表される。ただし、hI,hOは管路前後の水頭値、流量Qとする。
Similarly, the pressure loss in the pipeline is from the Hazen Williams equation:
h I -h O = f l · Q 1.85 (6)
It is represented by However, h I and h O are the head value before and after the pipeline and the flow rate Q.
なお、式(6)におけるflは、式(7)で表される。
fl=10.666×C-1.85×D-4.87×L (7)
このとき、Dは管路の口径、Lは管路長であり、調整すべきパラメータはCとなる。これらからプロセスの圧力平衡式を作成すると、以下となる。
Incidentally, f l in the formula (6) is represented by the formula (7).
f l = 10.666 x C -1.85 x D -4.87 x L (7)
At this time, D is the diameter of the pipeline, L is the pipeline length, and the parameter to be adjusted is C. From these, the pressure balance equation for the process is created as follows.
配水池21bの水位をh2、配水池21aの水位をh1とし、配水池21aから21bに至る管路の流量をQとすると、その圧力損失は総じて式(6)および(7)で表せる。また、ポンプの吐出圧と流量との関係は式(3)、電磁弁23の圧力損失は式(4),(5)となる。すると、これらより、
h2 -h1=k1Q2+k2Q+k3+(10.666×C-1.85×D-4.87×L)×Q1.85
-1/(2×g×A2)×(1/u−1)n×Q2 (8)
となる。ただし、ここでは管路の圧力損失は説明を容易にするため、その特性を1つに集約しているが、実際には、管の途中で材質や口径が違ったり、電磁弁23の1次側、2次側でも異なったりするので、管が異なる場合にはその都度、式(6),(7)と対応するパラメータを設定し、調整する必要がある。
H 2 the water level of the distributing
h 2 -h 1 = k 1 Q 2 + k 2 Q + k 3 + (10.666 × C -1.85 × D -4.87 × L) × Q 1.85
-1 / (2 × g × A 2 ) × (1 / u−1) n × Q 2 (8)
It becomes. However, here, the characteristics of the pressure loss of the pipe line are summarized in one for easy explanation, but in reality, the material and the diameter of the pipe are different in the middle of the pipe, or the primary of the
式(8)において、h2 -h1,Q,Q2,Q1.85,uに関し最小2乗法を適用して、パラメータk1,k2,k3,C-1.85,nを推定する。C-1.85については、推定した値をxとして、
ここで説明したパラメータ調整方法は、管路・バルブ・ポンプ・池の様々な組み合わせに対しても同様に、式(3)から式(8)に対応する圧力・流量に関する平衡式を作成すれば対応可能である。 The parameter adjustment method explained here can be applied to various combinations of pipes, valves, pumps, and ponds by creating balanced equations for pressure and flow corresponding to equations (3) to (8). It is possible.
また、ここで述べた調整方法は一例であり、その手法は最小2乗法のみならず、逐次最小2乗法(カルマンフィルタの特殊なケースとして知られる手法)や補助変数法、ニューラルネットワーク、最小化という観点では、最急降下法をはじめとする数学的手法や遺伝的アルゴリズム、シミュレーテッドアニーリング、タブサーチ、アントアルゴリズムといった経験則最適化法に分類される手法でもよい。パラメータ調整手段9により調整を行なったデータは、データ記憶手段3に格納する(♯1)。 In addition, the adjustment method described here is an example, and the method is not only the least square method, but also the sequential least square method (a method known as a special case of the Kalman filter), auxiliary variable method, neural network, minimization viewpoint Then, mathematical techniques such as the steepest descent method, genetic algorithms, simulated annealing, tab search, and ant algorithm methods such as Ant algorithm may be used. The data adjusted by the parameter adjusting means 9 is stored in the data storage means 3 (# 1).
データフィルタリング手段6
図2は、フィルタリング手段選択手段5とデータフィルタリング手段6との構成上の関係を示したものである。データフィルタリングは、GUI4からの指令に応じたフィルタリング手段選択手段5の動作により、後述するように幾つかのフィルタリング手段を選択して行なうことができる。以下では、フィルタリング手段につき6例を示す。
Data filtering means 6
FIG. 2 shows the structural relationship between the filtering means selection means 5 and the data filtering means 6. Data filtering can be performed by selecting several filtering means as will be described later by the operation of the filtering means selection means 5 in response to a command from the
本発明に用いるデータフィルタリング手段6の例1は、差分計算および閾値によりプラント挙動を模擬する数学的または物理的モデルのパラメータを調整するために使用する計測データに含まれる不適切データを除去する。現時点の実測値x(t)と任意の時刻前の実測値x(t-a)との差分を、
本発明に用いるデータフィルタリング手段6の例2は、統計処理および閾値によりプラント挙動を模擬する数学的または物理的モデルのパラメータを調整するために使用する計測データに含まれる不適切データを除去する。統計処理の一例として、分散を用いたフィルタリングを以下に示す。 Example 2 of the data filtering means 6 used in the present invention removes inappropriate data included in measurement data used for adjusting parameters of a mathematical or physical model that simulates plant behavior by statistical processing and threshold values. As an example of statistical processing, filtering using variance is shown below.
実測データの分散を、
本発明に用いるデータフィルタリング手段6の例3は、差分計算、統計処理および閾値により、プラント挙動を模擬する数学的または物理的モデルのパラメータを調整するために使用する計測データに含まれる不適切データを除去する。統計処理の一例として、分散計算を用いたフィルタリングを以下に示す。 Example 3 of the data filtering means 6 used in the present invention is inappropriate data included in measurement data used for adjusting parameters of a mathematical or physical model that simulates plant behavior by difference calculation, statistical processing, and threshold values. Remove. As an example of statistical processing, filtering using distributed calculation is shown below.
現時点の実測値x(t)と任意の時刻前の実測値x(t-a)との差分を、
本発明に用いるデータフィルタリング手段6の例4は、周波数フィルタによりプラント挙動を模擬する数学的または物理的モデルのパラメータを調整するために使用する計測データに含まれる不適切データを除去する。不適切データの除去に用いる周波数フィルタは様々考えられるが、ローパスフィルタをはじめとする周波数フィルタ手法を単体で用いるのはもちろんのこと、複数の手法を組み合わせて用いてもよい。 Example 4 of the data filtering means 6 used in the present invention removes inappropriate data included in measurement data used to adjust parameters of a mathematical or physical model that simulates plant behavior by a frequency filter. Various frequency filters can be used for removing inappropriate data, but a frequency filter method such as a low-pass filter may be used alone, or a plurality of methods may be used in combination.
本発明に用いるデータフィルタリング手段6の例5は、自己組織化学習を行った自己組織化マップによりプラント挙動を模擬する数学的または物理的モデルのパラメータを調整するために使用する計測データに含まれる不適切データを除去する。ここで、自己組織化マップの学習方法および不適切データの除去方法について説明する。 Example 5 of the data filtering means 6 used in the present invention is included in measurement data used for adjusting parameters of a mathematical or physical model that simulates plant behavior by a self-organizing map subjected to self-organizing learning. Remove inappropriate data. Here, a learning method of the self-organizing map and a method of removing inappropriate data will be described.
図3は、自己組織化マップの構成を示している。ここでは、入力ベクトルを
自己組織化マップへの入出力ベクトルは、
図4に示すように、自己組織化マップは、上記のように特徴の似たデータは近くに集まり、特徴の違うデータはその集合から離れた場所に集合するというクラスタリング機能を持つ。まずデータ記憶手段に記憶されているプロセスデータのうち、欠測データや計測誤差を含まないデータを自己組織化マップに入力し、自己組織化学習を行うことにより、適切なプロセスデータの特徴マップを形成する。 As shown in FIG. 4, the self-organizing map has a clustering function in which data having similar features are gathered nearby as described above, and data having different features are gathered in a place away from the set. First, among the process data stored in the data storage means, data that does not include missing data or measurement errors is input to the self-organizing map, and self-organizing learning is performed, so that a feature map of appropriate process data can be obtained. Form.
次に、プロセスモデルパラメータの調整を行うために用いる実測データを学習が完了した自己組織化マップに入力する。そのとき、あらかじめ形成している特徴マップの集合から離れたユニットが勝者ユニットとなった場合は、適切なプロセスデータと特徴が異なっていることを表すため、そのデータは不適切なデータとして除去を行う。 Next, the actual measurement data used to adjust the process model parameters is input to the self-organizing map that has been learned. At that time, if the unit away from the pre-configured feature map becomes the winner unit, it means that the feature is different from the appropriate process data, so that data is removed as inappropriate data. Do.
本発明に用いるデータフィルタリング手段6の例6は、測定個所や計測器の精度などの条件によって実測データに含まれる不適切データの性質が異なる場合に、複数のフィルタリング手段からユーザが選択できるというものである。また、本手段により、本装置が選択することも可能である。本装置が選択する場合には、測定個所などの条件に対するフィルタリング精度の過去の実績を基にして選択を行う。 Example 6 of the data filtering means 6 used in the present invention is that the user can select from a plurality of filtering means when the properties of inappropriate data included in the measured data differ depending on conditions such as the measurement location and the accuracy of the measuring instrument. It is. Also, this device can be selected by this means. When this apparatus selects, it selects based on the past performance of the filtering accuracy with respect to conditions, such as a measurement location.
図5および図6は、データフィルタリング手段6の例を示したもので、図2では切換方式で示していた各フィルタリング手段を各別に示したものである。すなわち、図5(a)ないし(d)および図6(a)ないし(d)は、図2に示したフィルタリング手段6を、閾値(図5(a))、差分(図5(b))、差分+閾値(図5(c))、統計処理(図5(d))、統計処理+閾値(図6(a))、差分+統計処理+閾値(図6(b))、周波数フィルタ(図6(c))、自己組織化マップ(図6(d))として示している。
ここで、図5(a)における−Sは閾値、図5(b),(c)、図6(b)におけるΔxは差分、図5(d),図6(b)における±nσは統計上の差分、図6(a),(b)におけるσ2は統計処理(分散)を示している。
5 and 6 show an example of the data filtering means 6, and each filtering means shown by the switching method in FIG. 2 is shown separately. 5 (a) to (d) and FIGS. 6 (a) to (d), the filtering means 6 shown in FIG. 2 is replaced with a threshold value (FIG. 5 (a)) and a difference (FIG. 5 (b)). , Difference + threshold (FIG. 5 (c)), statistical processing (FIG. 5 (d)), statistical processing + threshold (FIG. 6 (a)), difference + statistical processing + threshold (FIG. 6 (b)), frequency filter This is shown as a self-organizing map (FIG. 6D).
Here, −S in FIG. 5 (a) is a threshold, Δx in FIGS. 5 (b), 5 (c) and 6 (b) is a difference, and ± nσ in FIGS. 5 (d) and 6 (b) is a statistics. In the above difference, σ 2 in FIGS. 6A and 6B indicates statistical processing (dispersion).
更新判定手段8
図7は、本発明に用いる更新判定手段8の構成を示したものである。更新判定手段8は、シミュレーション手段7からの指令に応じて、手動モードまたは自動(2乗誤差+閾値)モードの何れかを選択でき、何れのモードを選択してもフィルタリング手段6から入力を得て出力をパラメータ調整手段9に与える。
Update determination means 8
FIG. 7 shows the configuration of the update determination means 8 used in the present invention. The update determination means 8 can select either the manual mode or the automatic (square error + threshold) mode in response to a command from the simulation means 7, and obtains input from the filtering means 6 regardless of which mode is selected. The output is given to the parameter adjusting means 9.
そして、モデルパラメータの調整を必要とするか否かを、模擬するプラントの実測データと調整前のパラメータによって模擬したシミュレーション結果の2乗誤差を比較することにより更新判定を行う。まず、現時刻の実測値xiとシミュレーション値
任意の閾値εを設定し、現時点までの2乗誤差の総和
図8は、本発明の実施形態2を示したものである。この図8に示すように、本発明の構成をすべて専用回線や公衆回線および無線などの通信回線を通じてプラント計測値や調整後のモデルパラメータを伝送する遠隔データ入出力手段も有する場合での構成である。ASP(Application Service Provider)側がプロセス値を保存し、かつ、それらに基いてモデルパラメータの調整演算を行い、結果は通信回線を介して配信されるものである。 FIG. 8 shows a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, the configuration of the present invention is a configuration in which all of the configuration of the present invention also includes remote data input / output means for transmitting plant measurement values and adjusted model parameters through a communication line such as a dedicated line, a public line, and a radio. is there. The ASP (Application Service Provider) side stores process values and performs adjustment calculation of model parameters based on them, and the result is distributed via a communication line.
このような構成にすることにより、ユーザであるプラント側はモデルパラメータフィッティング装置そのものを購入するのではなく、情報のみを受信し、支援情報として活用することもできる。 By adopting such a configuration, the plant side as a user can receive only information and use it as support information, instead of purchasing the model parameter fitting device itself.
本発明は、上水道プラントだけでなく、下水道プラントはもちろん、鉄鋼プラントなどの産業プラント、地域冷暖房プラントや各ビルごとの熱源プラント、発電所などのプラント運転に関わる運用監視制御システムにも適用できる。 The present invention can be applied not only to a waterworks plant but also to a sewerage plant, an industrial plant such as a steel plant, a district heating and cooling plant, a heat source plant for each building, and an operation monitoring control system related to plant operations such as a power plant.
また、オフラインでも計測値が与えられれば、モデルパラメータを自動調整することが可能なので、制御系設計のためのモデル同定ツールとしても使用可能であることはいうまでもない。 In addition, if a measurement value is given even offline, it is possible to automatically adjust the model parameter, so that it can be used as a model identification tool for control system design.
1 プラントモデリング装置、2 入力手段、3 データ記憶手段、4 GUI、
5 フィルタリング手法選択手段、6 データフィルタリング手段、
7 プラントシミュレーション手段、8 更新判定手段、9 パラメータ調整手段、
10 出力手段、11 遠隔データ入力手段、21 池(配水池や洗浄池など)、
22 送水ポンプ、23 電磁弁、24 流量計、25 水位計。
1 plant modeling device, 2 input means, 3 data storage means, 4 GUI,
5 filtering method selection means, 6 data filtering means,
7 plant simulation means, 8 update determination means, 9 parameter adjustment means,
10 output means, 11 remote data input means, 21 ponds (reservoir pond, wash pond, etc.),
22 water pump, 23 solenoid valve, 24 flow meter, 25 water level meter.
Claims (11)
前記データ記憶手段から与えられる、プラント挙動を模擬する数学的または物理的モデルおよびそのパラメータを調整するために使用するデータからプラントからの実測値に含まれる不適切なデータを除去するデータフィルタリング手段と、
前記データ記憶手段から前記データフィルタリング手段を介して与えられるデータからプラント挙動を模擬する数学的または物理的モデルのパラメータを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り調整された後のパラメータの入出力処理を行う入出力手段と
をそなえたことを特徴とするモデルパラメータフィッティング装置。 Data storage means for storing data used to adjust parameters of a mathematical or physical model simulating plant behavior;
A data filtering means for removing inappropriate data contained in the actual measurement value from the plant from the mathematical or physical model for simulating the plant behavior and the data used for adjusting the parameters given from the data storage means; ,
Parameter adjusting means for adjusting parameters of a mathematical or physical model that simulates plant behavior from data given from the data storage means via the data filtering means;
A model parameter fitting apparatus comprising: input / output means for performing input / output processing of a parameter after being adjusted by the parameter adjusting means.
プラント挙動を模擬する数学的または物理的モデルのパラメータを調整するために使用するデータのうち、任意の時刻前のデータと現時刻のデータとの差分により差分データ処理を行う差分データ処理手段と、
差分データ処理を行った後のデータに対して閾値により不適切なデータを除去する閾値データフィルタリング手段と
をそなえたことを特徴とするモデルパラメータフィッティング装置。 The model parameter fitting device according to claim 1, wherein
Of the data used to adjust the parameters of the mathematical or physical model that simulates the plant behavior, differential data processing means for performing differential data processing by the difference between the data before an arbitrary time and the data at the current time;
A model parameter fitting device comprising: threshold data filtering means for removing inappropriate data from the data after the differential data processing by a threshold.
プラント挙動を模擬する数学的または物理的モデルのパラメータを調整するために使用するデータのうち、データの統計処理によりフィルタリングを行う統計処理手段と、
統計処理後のデータに対して閾値により不適切なデータを除去する閾値データフィルタリング手段と
をそなえたことを特徴とするモデルパラメータフィッティング装置。 The model parameter fitting device according to claim 1, wherein
Among the data used to adjust the parameters of a mathematical or physical model that simulates plant behavior, statistical processing means for filtering by statistical processing of the data,
A model parameter fitting device, comprising: threshold data filtering means for removing inappropriate data from the data after statistical processing using a threshold.
プラント挙動を模擬する数学的または物理的モデルのパラメータを調整するために使用するデータのうち、任意の時刻前のデータと現時刻のデータとの差分により差分データ処理を行う差分データ処理手段と、
統計処理により閾値を決定する統計データ処理手段と、
差分データ処理および統計データ処理により決定した閾値を用いて不適切なデータを除去する閾値データフィルタリング手段と
をそなえたことを特徴とするモデルパラメータフィッティング装置。 The model parameter fitting device according to claim 1, wherein
Of the data used to adjust the parameters of the mathematical or physical model that simulates the plant behavior, differential data processing means for performing differential data processing by the difference between the data before an arbitrary time and the data at the current time;
Statistical data processing means for determining a threshold value by statistical processing;
A model parameter fitting apparatus comprising: threshold data filtering means for removing inappropriate data using threshold values determined by differential data processing and statistical data processing.
プラント挙動を模擬する数学的または物理的モデルのパラメータを調整するために使用するデータのうち、周波数フィルタにより不適切なデータを除去する周波数データフィルタリング手段
をそなえたことを特徴とするモデルパラメータフィッティング装置。 The model parameter fitting device according to claim 1, wherein
A model parameter fitting device comprising a frequency data filtering means for removing inappropriate data by a frequency filter among data used for adjusting parameters of a mathematical or physical model simulating plant behavior .
プラント挙動を模擬する数学的または物理的モデルのパラメータを調整するために使用するデータのうち、自己組織化マップにより不適切なデータを除去する自己組織化マップデータフィルタリング手段
をそなえたことを特徴とするモデルパラメータフィッティング装置。 The model parameter fitting device according to claim 1, wherein
It is characterized by a self-organizing map data filtering means that removes inappropriate data from self-organizing maps among data used to adjust parameters of mathematical or physical models that simulate plant behavior. Model parameter fitting device.
プラント挙動を模擬する数学的または物理的モデルのパラメータを調整するために使用するデータのフィルタリングに複数の手段を有し、これを処理したいデータの特徴に応じた手段を選択するフィルタリング手段選択手段
をそなえたことを特徴とするモデルパラメータフィッティング装置。 The model parameter fitting device according to any one of claims 1 to 6,
Filtering means selection means for selecting a means according to the characteristics of data to be processed, having a plurality of means for filtering data used to adjust parameters of a mathematical or physical model that simulates plant behavior A model parameter fitting device characterized by being provided.
モデルパラメータの調整を必要とするか否かを模擬するプラントの実測データとパラメータ調整前のパラメータによって模擬したシミュレーション結果との2乗誤差および閾値により判定する更新判定手段
をそなえたことを特徴とするモデルパラメータフィッティング装置。 The model parameter fitting device according to any one of claims 1 to 7,
It is characterized by comprising an update determination means for judging by a square error and a threshold value between measured data of a plant that simulates whether or not model parameter adjustment is required and a simulation result simulated by a parameter before parameter adjustment. Model parameter fitting device.
任意のタイミングでモデルパラメータを更新させる更新判定手段
をそなえたことを特徴とするモデルパラメータフィッティング装置。 The model parameter fitting device according to any one of claims 1 to 7,
A model parameter fitting device, characterized by comprising an update determination means for updating a model parameter at an arbitrary timing.
専用回線や公衆回線、無線などの通信回線を通じてプラント計測値や調整後のモデルパラメータを伝送する遠隔データ入出力手段
をそなえたことを特徴とするモデルパラメータフィッティング装置。 The model parameter fitting device according to any one of claims 1 to 9,
A model parameter fitting device comprising a remote data input / output means for transmitting plant measurement values and adjusted model parameters through a communication line such as a dedicated line, public line, or wireless line.
プラント挙動を模擬する数学的または物理的モデルおよびそのパラメータを調整するために使用するデータのうち、データフィルタリング手段によって不適切なデータを除去し、
前記データ記憶手段に記憶されているデータからパラメータ調整手段によってプラント挙動を模擬する数学的または物理的モデルのパラメータを調整し、
入出力手段により調整後のパラメータの入出力処理を行う
モデルパラメータフィッティング方法。 The data storage means stores data used to adjust the parameters of a mathematical or physical model that simulates plant behavior,
Of the data used to adjust the mathematical or physical model that simulates plant behavior and its parameters, remove inappropriate data by means of data filtering,
Adjusting parameters of a mathematical or physical model that simulates plant behavior by parameter adjusting means from data stored in the data storage means;
Model parameter fitting method that performs input / output processing of adjusted parameters by input / output means.
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