JPH07319554A - Device and method for controlling liquid level of urea plant synthesizing pipe - Google Patents
Device and method for controlling liquid level of urea plant synthesizing pipeInfo
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- JPH07319554A JPH07319554A JP11503994A JP11503994A JPH07319554A JP H07319554 A JPH07319554 A JP H07319554A JP 11503994 A JP11503994 A JP 11503994A JP 11503994 A JP11503994 A JP 11503994A JP H07319554 A JPH07319554 A JP H07319554A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、ファジイ推論を用いた
尿素プラント合成管の液面制御装置及び制御方法に関す
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid level control device and control method for a urea plant synthesis tube using fuzzy reasoning.
【０００２】[0002]
【従来の技術】尿素は、アンモニア（ＮＨ3）及び二酸
化炭素（ＣＯ2 ）とから圧力１４０〜２００ｂａｒ、１
６０〜２００℃の条件で合成され、その反応式は以下で
示される。Urea has a pressure of 140 to 200 bar and 1 from ammonia (NH 3 ) and carbon dioxide (CO 2 ).
It was synthesized under the condition of 60 to 200 ° C., and its reaction formula is shown below.
【０００３】 ２ＮＨ3 ＋ＣＯ2 →ＮＨ4 ＣＯ2 ＮＨ2 （１） ＮＨ4 ＣＯ2 ＮＨ2 →ＮＨ2 ＣＯＮＨ2 ＋Ｈ2 Ｏ （２） ここで、ＮＨ4 ＣＯ2 ＮＨ2 はカーバメート、ＮＨ2 Ｃ
ＯＮＨ2 は尿素である。2NH 3 + CO 2 → NH 4 CO 2 NH 2 (1) NH 4 CO 2 NH 2 → NH 2 CONH 2 + H 2 O (2) where NH 4 CO 2 NH 2 is a carbamate and NH 2 C
ONH 2 is urea.
【０００４】尿素プロセス全体の運転を安定に操業する
ためには、合成圧力、合成管塔頂温度等の尿素合成条件
を一定に保つことが重要である。また、合成圧力が合成
管液面と連動して動くため、合成管液面制御も重要な運
転因子となる。このため、合成管液面の変動幅を考慮し
て合成管は必要以上に大きく設計されている。In order to stably operate the entire urea process, it is important to keep the urea synthesis conditions such as the synthesis pressure and the temperature at the top of the synthesis tube constant. Further, since the synthetic pressure moves in conjunction with the liquid level of the synthetic tube, the liquid level control of the synthetic tube is also an important operating factor. For this reason, the synthetic tube is designed larger than necessary in consideration of the fluctuation range of the liquid level of the synthetic tube.
【０００５】従来、尿素合成のため種々のプロセスが提
案されているが、尿素合成系のフロー図の１例を図２に
示す。尿素合成系は、合成管２１、ストリッパー２２、
カーバメート・コンデンサー２３，２４、スクラッパ２
５等から有機的に構成される。Conventionally, various processes for synthesizing urea have been proposed, and an example of a flow chart of a urea synthesis system is shown in FIG. The urea synthesis system includes a synthesis tube 21, a stripper 22,
Carbamate capacitors 23 and 24, scraper 2
It is composed of 5 etc. organically.
【０００６】合成管液面２７に変動を与える操作因子は
種々あるが、そのうち主たるものは、（ａ）ＮＨ3 流
量、（ｂ）スクラッパへの回収尿素液流量、（ｃ）スト
リッパーへの回収尿素液流量、（ｄ）ＣＯ2 流量、
（ｅ）合成管液面レベル、（ｆ）ストリッパー供給スチ
ーム圧力、（ｇ）合成圧力等が挙げられる。There are various operating factors that give fluctuations to the liquid level 27 of the synthesis tube. The main ones are (a) NH 3 flow rate, (b) recovered urea solution flow rate to the scraper, and (c) urea recovery to the stripper. Liquid flow rate, (d) CO 2 flow rate,
Examples include (e) liquid level of synthetic tube, (f) steam pressure supplied by stripper, and (g) synthetic pressure.
【０００７】これらの操作因子の条件の組み合わせによ
り合成管液面レベルが調整されている。合成管の液面に
影響するこれらの複数の操作因子は、複雑に絡み合って
おり、最適な自動制御を行うには外乱が生じても多数の
操作因子の影響を同時に把握し条件設定ができることが
必要である。The liquid level of the synthetic tube is adjusted by combining the conditions of these operating factors. These multiple operating factors that affect the liquid level in the synthesis tube are intricately entangled with each other, and in order to perform optimal automatic control, it is possible to simultaneously grasp the influence of many operating factors and set conditions even if disturbance occurs. is necessary.
【０００８】従来、自動制御方法の一つにＰＩＤ（比
例、積分、微分）動作による制御方法（以下、ＰＩＤ制
御と称す）がある。ＰＩＤ制御における制御対象の入出
力数に関しては１入力１出力が基本であり、ストリッパ
ー供給スチーム圧力、発生スチーム圧力等により運転条
件を変更したとき、運転ロードを変化させたとき、その
他合成圧力に変動を与える外乱が生じたときには全く対
処できないため、図２に示す合成管出口バルブ２６を設
置し、熟練した運転者が合成系の運転状態を常時監視
し、その状況変化合わせて合成管の液面２７を設定され
た上下限値以内に保つように合成管出口バルブ２６の開
度の調整を手動で行っていた。このように、複数の操作
因子を考慮して合成管出口バルブ２６の開度を設定する
必要があるため、豊富な運転経験を有する熟練した運転
者にも多大な負担をかけていた。Conventionally, as one of the automatic control methods, there is a control method by PID (proportional, integral, differential) operation (hereinafter referred to as PID control). Regarding the number of inputs and outputs of the controlled object in PID control, one input and one output are basic. When the operating conditions are changed by the stripper supply steam pressure, the generated steam pressure, etc., the operation load is changed, and other synthetic pressure changes. Since it is impossible to deal with any disturbance that gives rise to the noise, a synthetic pipe outlet valve 26 shown in FIG. 2 is installed, and an experienced driver constantly monitors the operating state of the synthetic system, and the liquid level of the synthetic pipe is adjusted according to the change in the situation. The opening of the synthetic pipe outlet valve 26 was manually adjusted so that 27 was kept within the set upper and lower limits. As described above, since it is necessary to set the opening degree of the synthetic pipe outlet valve 26 in consideration of a plurality of operating factors, a skilled driver who has abundant driving experience has a great burden.
【０００９】このような問題点を解決する手段の一つと
して、一般的なＰＩＤ制御を改良する方法の１例が特開
昭６２−１３５９０２号公報に開示されている。特開昭
６２−１３５９０２号公報には、プロセス制御系におけ
るプロセスの制御を最適に行う方法として、熟練運転員
の経験と知識に基づいて、応答パターンと操作量との関
係をファジイ調整則表にまとめておき、外乱に対応して
調整する場合には、この表から調整方法を選択・推論し
てプロセスを最適に制御する（公報第４蘭第２行〜第１
７行）。即ち、ＰＩＤ調整のために多種類の外乱に対応
する応答パターンとこれらの応答パターンに対応した調
整方法を含む資料を作成しておき、プロセス制御系に外
乱などに起因する応答パターンが生じた場合、この応答
パターンに対応する調整方法を前記資料に基づいて選択
・推論し、この結果に従って前記プロセス制御系の調整
を行う方法である。しかしながら、基本がＰＩＤ制御で
あるため急激な外乱、変動に対応できなかった。As one of means for solving such a problem, an example of a method for improving general PID control is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 62-135902. Japanese Patent Application Laid-Open No. 62-135902 discloses, as a method for optimally controlling a process in a process control system, a fuzzy adjustment law table showing a relationship between a response pattern and an operation amount based on the experience and knowledge of a skilled operator. In summary, when adjusting in response to disturbance, the adjustment method is selected and inferred from this table to optimally control the process (Gazette No. 4 Lan, 2nd line to 1st line).
(7 lines). That is, in the case where a response pattern corresponding to many types of disturbances and adjustment methods corresponding to these response patterns are prepared for PID adjustment, and a response pattern caused by disturbances occurs in the process control system. A method of selecting and inferring an adjustment method corresponding to this response pattern based on the above-mentioned material and adjusting the process control system according to the result. However, since the basic is PID control, it was not possible to cope with sudden disturbances and fluctuations.
【００１０】一方、ファジイ推論を用いた制御（以下、
ファジイ制御と称す）方法のみでプロセスを制御する方
法もある。この場合、操作因子の種類及び数などは、各
種プラント毎に異なるが、ｉｆ，ｔｈｅｎで構成される
多くの操作因子を含むルール文は、現実のプラントに起
こり得るすべてのパターンを含むように考慮して作成さ
れなければならないのは言うまでもない。そのため、各
種プラント毎に運転に関する、いわゆるノウハウ及びプ
ロセスの特性を充分把握していないと、作成した制御系
が定常運転あるいは外乱に対して適正に対処できるかど
うか、実際の工場に設置するまで検証ができなかった。On the other hand, control using fuzzy inference (hereinafter,
There is also a method of controlling the process only by a method called fuzzy control). In this case, the type and number of operation factors differ for each plant, but a rule statement including many operation factors composed of if and then is considered so as to include all patterns that can occur in an actual plant. It goes without saying that it has to be created. Therefore, unless the so-called operational know-how and process characteristics of each plant are fully grasped, it is verified whether the created control system can properly cope with steady operation or disturbance until it is installed in the actual factory. I couldn't.
【００１１】又、上記ファジイ制御を採用する際、操作
因子の種類及び数が多くなると複雑なルール文の構成を
採用せざるを得ず、そのためチューニングが複雑にな
る。同時に、ファジイ制御が適正に対処しているかどう
かの検証の他にも、ファジイ制御を設計した者でさえ、
運転現場の要望に即した運転条件の変更、運転モードの
変更に伴うルール文の変更を容易に行うことができない
という不具合も生じる。そのため、ルール文の構成の簡
略化が進められている。しかし、このような場合、メン
バーシップ関数の形状（台形又は三角形）、高さ、範囲
等の調整が難しく、プロセスの特性を充分に把握してい
るか、現実の工場の動きを模倣したトレーニングシミュ
レータにより事前に調整の結果を検証して置かないと、
ファジイ推論を用いた制御により、かえって外乱を与え
る可能性があるので、現実の工場に適用することができ
なかった。Further, when adopting the above fuzzy control, if the type and number of operation factors increase, a complicated rule sentence structure must be adopted, which makes tuning complicated. At the same time, in addition to verifying that the fuzzy control is dealing properly, even the person who designed the fuzzy control
There is also a problem in that it is not possible to easily change the operating conditions according to the demands of the operating site and the change of the rule statement accompanying the change of the operating mode. Therefore, simplification of the structure of the rule sentence is being promoted. However, in such a case, it is difficult to adjust the shape of the membership function (trapezoid or triangle), height, range, etc., and it is necessary to fully understand the characteristics of the process or to use a training simulator that mimics the actual factory movement. If you do not verify the adjustment results in advance,
The control using fuzzy reasoning may rather give a disturbance, so it could not be applied to an actual factory.
【００１２】[0012]
【発明が解決しようとする課題】上述したように、先行
技術には以下に記載する、未だ改善すべき課題がある。
即ち、 １）ＰＩＤ制御では、運転操作の判断の基礎となるべき
情報量が多すぎるため、１入力１出力では急激な外乱、
変動に対処できない。As described above, the prior art has the following problems to be improved.
That is, 1) In PID control, since the amount of information that should be the basis for the judgment of the driving operation is too large, one input and one output causes a sudden disturbance,
Unable to deal with fluctuations.
【００１３】２）ファジイ制御で補助されたＰＩＤ制御
においても、基本がＰＩＤ制御であるため、上記同様急
激な外乱、変動に対処できない。2) Even in the PID control assisted by the fuzzy control, since the basic is the PID control, it is impossible to deal with the rapid disturbance and fluctuation as in the above.
【００１４】３）ファジイ制御では、運転に関するノウ
ハウ及びプロセスの特性を充分把握していないと採用で
きないこと、複雑なルール文の構成を採用した場合、そ
のチューニング及び検証が非常に大変である。又、運転
現場の要望に即した運転条件の変更、運転モードの変更
に伴うルール文の変更を容易に行うことができない。3) In fuzzy control, it cannot be adopted without knowing the operational know-how and the characteristics of the process, and tuning and verification are very difficult when a complicated rule statement structure is adopted. In addition, it is not possible to easily change the operating condition and the rule statement accompanying the change of the operating mode according to the demand of the operating site.
【００１５】上記、先行技術の問題点に鑑み、本発明の
目的は、運転感覚を生かせる程度に簡素化されたルール
文の構成が採用されて、チューニングが容易であり、急
激な外乱に対しても対応可能な自動制御で、その対応状
況を運転者が現場での運転感覚で理解し易く、且つ、運
転現場の要望に即した運転条件の変更、運転モードの変
更に伴うルール文の変更が容易に行うことができるファ
ジイ制御を用いた尿素合成管の液面の自動制御装置及び
方法の提供にある。In view of the above-mentioned problems of the prior art, the object of the present invention is to adopt a simplified rule sentence structure to the extent that a driving feeling can be utilized, to facilitate tuning, and to prevent a sudden disturbance. It is easy to understand the situation with the driver's feeling of driving on the spot, and the change of the driving condition according to the demand of the driving spot and the change of the rule sentence accompanying the change of the driving mode can be performed. (EN) An apparatus and method for automatically controlling the liquid level of a urea synthesis tube using fuzzy control that can be easily performed.
【００１６】[0016]
【課題を解決するための手段】本発明は、合成管、スト
リッパー、カーバメイトコンデンサー、スクラッパを主
要機器とする尿素合成装置における合成管の液面制御装
置において、尿素合成装置の現場計器とデジタルコント
ロールシステムとからのプロセスデータをリアルタイム
でファジイコントローラに入力する入力装置と、入力さ
れたプロセスデータを単位時間当たりの変化量に変換す
るとともにプロセスデータの変化量から運転モードを判
断し、それらの結果をファジイ推論ユニットに送るファ
ジイコントローラと、ファジイコントローラからのデー
タを基にファジイ推論し、結果を合成管出口バルブの開
度の変化量としてファジイコントローラに戻すファジイ
推論ユニットと、ファジイコントローラから合成管出口
バルブの開度の変化量を定期的にデジタルコントロール
システムに出力する出力装置とからなり、ファジイコン
トローラから定期的に出力された合成管出口バルブの開
度の変化量を設定値として尿素合成管出口バルブの開度
を調節することを特徴とする。DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention relates to a liquid level control device for a synthesis tube in a urea synthesis apparatus including synthesis tubes, strippers, carbamate condensers, and scrapers as main equipment, and a field instrument and a digital control system for the urea synthesis apparatus. An input device that inputs the process data from and to the fuzzy controller in real time, and the input process data is converted into the change amount per unit time, and the operation mode is judged from the change amount of the process data, and the results are fuzzy. The fuzzy inference unit that sends a fuzzy controller to the inference unit and the fuzzy inference based on the data from the fuzzy controller and returns the result to the fuzzy controller as the change amount of the opening of the synthetic pipe outlet valve, and the fuzzy controller Change in opening It consists of an output device that periodically outputs the amount to the digital control system, and adjusts the opening degree of the urea synthesis tube outlet valve using the amount of change in the opening degree of the synthesis tube outlet valve that is periodically output from the fuzzy controller as a set value. It is characterized by doing.
【００１７】また、ファジイ推論に当たりファジイルー
ル、メンバーシップ関数の調整をトレーニングシミュレ
ータを用いて実施することを特徴とする。Further, the fuzzy rules and the membership function are adjusted by using a training simulator in the fuzzy inference.
【００１８】[0018]
【作用】合成管液面の変動に影響する主たる操作因子の
プロセスデータについて、その単位時間当たりの変化量
を求め、前記変化量の大きさから運転状態を判断し、次
いで運転状態をもとにファジイ推論して、最適な合成管
出口バルブの開度の変化量を推論し、このバルブの開度
の変化量を設定値として尿素合成管出口バルブの開度を
調節制御する。[Function] Regarding the process data of the main operating factors that affect the fluctuation of the liquid level in the synthetic tube, the amount of change per unit time is obtained, the operating state is judged from the magnitude of the amount of change, and then based on the operating state. Fuzzy inference is performed to infer the optimum amount of change in the opening of the synthetic pipe outlet valve, and the amount of change in the opening of this valve is used as a set value to control the opening of the urea synthetic pipe outlet valve.
【００１９】また、合成プラントの定常運転、ロードア
ップ運転、ロードダウン運転及び定常運転時に外乱を与
えた運転の各結果について、トレーニングシミュレーシ
ョンを用いて確認し、ファジイ推論に当たりファジイル
ール、メンバーシップ関数の調整を実施することができ
る。Further, the results of steady operation, load up operation, load down operation, and operation in which disturbance was given during steady operation of the synthesis plant were confirmed using a training simulation, and fuzzy rules and membership functions of fuzzy inference were confirmed. Adjustments can be made.
【００２０】[0020]
【実施例】本発明の実施例について説明する。図１は、
本発明の実施例の構成を示すブロック図である。同図
は、デジタルコントロールシステム２とファジイコント
ローラ３とファジイ推論ユニット４を示し、デジタルコ
ントロールシステム２と、ファジイコントローラ３に組
み込まれたデータ収集システム１０と、ファジイ推論ユ
ニット４間のデータの遣り取りを示す。EXAMPLES Examples of the present invention will be described. Figure 1
It is a block diagram which shows the structure of the Example of this invention. This figure shows a digital control system 2, a fuzzy controller 3, and a fuzzy inference unit 4, and shows the exchange of data between the digital control system 2, the data collection system 10 incorporated in the fuzzy controller 3, and the fuzzy inference unit 4. .
【００２１】ファジイコントロールシステム５は、ファ
ジイコントローラ３とファジイ推論ユニット４から構成
される。ファジイコントローラ３には、デジタルコント
ロールシステム２とファジイコントローラ３間のデータ
の遣り取り及びデジタルコントロールシステム２から受
け取ったプロセスデータを単位時間当たりの変化量への
変換とプロセスデータの変化量から運転モードの判断を
実行するデータ収集システム１０が据え付けられ、ファ
ジイ推論ユニット４には、運転因子の影響度を数値化し
たメンバーシップ関数と該メンバーシップ関数を使用し
て経験則を制御規則としたファジイルールとからなるフ
ァジイデータ部１１と、ファジイコントローラからのデ
ータを基にファジイ推論し最適な合成管出口バルブの開
度を推論するファジイ推論処理ユニット１２が据え付け
られている。The fuzzy control system 5 comprises a fuzzy controller 3 and a fuzzy inference unit 4. The fuzzy controller 3 exchanges data between the digital control system 2 and the fuzzy controller 3, converts the process data received from the digital control system 2 into a change amount per unit time, and determines the operation mode from the change amount of the process data. The data collection system 10 for executing the above is installed, and the fuzzy inference unit 4 includes a membership function that quantifies the degree of influence of a driving factor and a fuzzy rule that uses the membership function as a control rule. The fuzzy data unit 11 and the fuzzy inference processing unit 12 that infers the optimum opening of the synthetic pipe outlet valve based on the data from the fuzzy controller are installed.
【００２２】次に図１を用い、信号の流れに沿って動作
について説明する。ここで、各項目の番号は、図１中の
ａ〜ｆの符号にそれぞれ対応している。Next, the operation will be described along the flow of signals with reference to FIG. Here, the numbers of the respective items correspond to the symbols a to f in FIG. 1, respectively.
【００２３】（ａ）プロセスデータ入力 尿素合成装置の現場計器１から受ける種々の信号６とデ
ジタルコントロールシステム２から受ける種々の信号１
３のプロセスデータａは、一定周期でファジイコントロ
ーラ３の入力装置であるファジイコントローラ入力装置
８へ送られてくる。合成管液面の制御に影響する主たる
因子として下記のプロセスデータを選択している。 ・ＮＨ3 流量 ・スクラッパへの回収尿素液流量 ・ストリッパーへの回収尿素液流量 ・ＣＯ2 流量 ・合成管液レベル ・合成圧力制御バルブ開度 ・ストリッパー供給スチーム圧力制御バルブ開度 （ｂ）ファジイコントローラ 合成管液面の制御には主としてプロセスデータの変化量
が使用される、そのため、ファジイコントローラ３に
は、デジタルコントロールシステム２及び現場計器１と
ファジイコントローラ３間のデータの遣り取り及びデジ
タルコントロールシステム２及び現場計器１から受け取
ったプロセスデータを単位時間当たりの変化量への変換
と、プロセスデータの変化量から運転モードの判断を実
行するデータ収集システム１０が据え付けられている。(A) Process data input Various signals 6 received from the field instrument 1 of the urea synthesizer and various signals 1 received from the digital control system 2
Process data a of No. 3 is sent to the fuzzy controller input device 8 which is an input device of the fuzzy controller 3 at a constant cycle. The following process data are selected as the main factors that affect the control of the liquid level in the synthetic tube.・ NH 3 flow rate ・ Recovered urea solution flow rate to scrapper ・ Recovered urea solution flow rate to stripper ・ CO 2 flow rate ・ Synthesis tube liquid level ・ Synthesis pressure control valve opening ・ Striper supply steam pressure control valve opening (b) Fuzzy controller The amount of change in process data is mainly used to control the liquid level in the synthetic tube. Therefore, the fuzzy controller 3 includes a digital control system 2 and data exchange between the field instrument 1 and the fuzzy controller 3 and the digital control system 2 and A data collection system 10 is installed that converts the process data received from the on-site instrument 1 into a change amount per unit time and determines the operation mode from the change amount of the process data.
【００２４】データ収集システム１０により、現場計器
１とデジタルコントロールシステム２からのプロセスデ
ータはファジイコントローラ３内で一定周期毎の変化量
に変換され、コントロールユニット７を介してファジイ
推論ユニット４に送られる。The data collection system 10 converts the process data from the field instrument 1 and the digital control system 2 into a change amount for every fixed period in the fuzzy controller 3 and sends it to the fuzzy inference unit 4 via the control unit 7. .
【００２５】さらに、運転モードが定常状態なのか、ロ
ードアップ等の非定常状態なのかによって制御すべきバ
ルブ開度の調整幅が変わるため、合成管の液面の制御に
影響する因子のうちＮＨ3 流量、スクラッパ及びストリ
ッパーへの回収尿素液流量及びＣＯ2 流量といった原料
流量の変化量の大きさから運転モードが定常状態なの
か、非定常状態なのかを判断し、その結果を運転モード
の判断フラグという信号に変換する。このファジイコン
トローラ３での計算周期は、上記（ａ）のデータ収集周
期に基づき決定される。同一周期で実行するのが好まし
い。Furthermore, since the adjustment range of the valve opening to be controlled changes depending on whether the operation mode is a steady state or an unsteady state such as load-up, NH among the factors affecting the control of the liquid level of the synthesis tube is NH. 3 Determine whether the operation mode is in steady state or unsteady state based on the amount of change in the raw material flow rate such as the flow rate, recovered urea solution flow rate to scrapper and stripper, and CO 2 flow rate. Convert to a signal called a flag. The calculation cycle in the fuzzy controller 3 is determined based on the data collection cycle in (a) above. It is preferable to execute it in the same cycle.
【００２６】（ｃ）ファジイ推論ユニット（入力信号） ファジイコントローラ３にて変化量に変換された信号及
び液レベルの瞬間値である以下の信号Ｃがファジイ推論
ユニット４に送られ、ファジイ推論に使用される。 ・ＮＨ3 流量の変化量 ・全回収尿素流量の変化量（スクラッパ及びストリッパ
ーへの回収尿素液流量の和） ・ＣＯ2 流量の変化量 ・合成管液レベルの変化量 ・合成管液レベルの瞬間値（（ａ）の信号と同じ） ・合成圧力制御バルブ開度の変化量 ・ストリッパー供給スチーム圧力制御バルブ開度の変化
量 ・運転モードの判断フラグ ファジイ推論ユニット４には、運転因子の影響度を数値
化したメンバーシップ関数と、該メンバーシップ関数を
使用して経験則を制御規則としたファジイルールとから
なるファジイデータ部１１と、ファジイコントローラ３
からのデータを基にファジイ推論し最適な合成管出口バ
ルブの開度を推論するファジイ推論ユニット１２が据え
付けられている。(C) Fuzzy inference unit (input signal) The signal converted into the amount of change by the fuzzy controller 3 and the following signal C, which is the instantaneous value of the liquid level, are sent to the fuzzy inference unit 4 and used for fuzzy inference. To be done. -Amount of change in NH 3 flow rate-Amount of change in total recovered urea flow rate (sum of recovered urea solution flows to the scraper and stripper) -CO 2 flow rate change amount-Synthetic tube liquid level change amount-Synthetic tube liquid level instant Value (same as the signal of (a))-Amount of change in synthetic pressure control valve opening-Amount of change in stripper supply steam pressure control valve-Judgment flag of operation mode The fuzzy inference unit 4 has a degree of influence of operation factors. A fuzzy data section 11 including a membership function that numerically represents and a fuzzy rule that uses the membership function and uses empirical rules as control rules, and a fuzzy controller 3
A fuzzy inference unit 12 is installed which infers a fuzzy inference based on the data from the above and infers the optimum opening of the synthetic pipe outlet valve.
【００２７】（ｄ）ファジイ推論ユニット（出力値） ファジイ推論ユニット４はファジイコントローラ３から
送られてきた変化量を基にファジイ推論を実行し、運転
モードの判断フラグに応じて、定常状態あるいは非定常
状態における合成管出口バルブ開度の変化量としてファ
ジイ推論出力値ｄをファジイコントローラ３に送り返
す。(D) Fuzzy inference unit (output value) The fuzzy inference unit 4 executes fuzzy inference based on the amount of change sent from the fuzzy controller 3, and the fuzzy inference unit is in a steady state or a non-operational state depending on the operation mode determination flag. The fuzzy inference output value d is sent back to the fuzzy controller 3 as the variation of the synthetic pipe outlet valve opening in the steady state.
【００２８】（ｅ）ファジイコントローラ（出力信号） ファジイ推論ユニット４からファジイコントローラ３に
送り返された合成管出口バルブ開度の変化量は、ファジ
イコントローラ出力装置９を介して一定周期でデジタル
コントロールシステム２に出力される。(E) Fuzzy controller (output signal) The amount of change in the synthetic pipe outlet valve opening sent back from the fuzzy inference unit 4 to the fuzzy controller 3 is sent through the fuzzy controller output device 9 at a fixed cycle to the digital control system 2. Is output to.
【００２９】（ｆ）設定値 デジタルコントロールシステム２では一定周期で信号処
理１４を行い、合成管出口バルブ開度の前回値と今回の
変化量との和を計算し、バルブ開度設定値とする。(F) Set value In the digital control system 2, the signal processing 14 is carried out at a constant cycle, and the sum of the previous value of the synthetic pipe outlet valve opening and the amount of change this time is calculated to obtain the valve opening set value. .
【００３０】ファジイデータは、一般的に人間の感覚に
近い表現で表された運転因子の影響度を数値化できるメ
ンバーシップ関数と、そのメンバーシップ関数を用いて
経験則やノウハウを“ＩＦ−ＴＨＥＮー”形式の制御規
則で表現できるファジイルールからなり、以下の手法で
作成した。The fuzzy data is a membership function that can quantify the degree of influence of a driving factor, which is generally expressed in a representation close to human senses, and empirical rules and know-how can be obtained by using the membership function as “IF-THEN”. It consists of fuzzy rules that can be expressed in "-" style control rules, and was created by the following method.
【００３１】１）尿素合成プロセス開発試験の解析結果
及び実プラント運転経験者からの聞き取りにより尿素合
成管の液面に影響する運転因子と、その影響の方向とを
収集する。1) The operation factors that influence the liquid level of the urea synthesis tube and the direction of the influence are collected based on the analysis results of the urea synthesis process development test and the interviews with experienced operators of the actual plant.
【００３２】この具体例は、例えば以下の通りである。A specific example of this is as follows.
【００３３】・各原料（ＮＨ3 ，ＣＯ2 ，回収液量）が
増加すると液面が上がる。When the amount of each raw material (NH 3 , CO 2 , amount of recovered liquid) increases, the liquid level rises.
【００３４】・ストリッパーへのスチーム圧を上げると
液面が上がる。When the steam pressure to the stripper is increased, the liquid level rises.
【００３５】・発生スチーム圧を上げると液面が上が
る。When the generated steam pressure is raised, the liquid level rises.
【００３６】・合成圧が上がる時は液面も上がる傾向が
ある。When the synthetic pressure rises, the liquid level also tends to rise.
【００３７】・合成管塔底温度が上げると液面は上が
る。When the bottom temperature of the synthesis tube tower rises, the liquid level rises.
【００３８】・合成管出口バルブを開けると液面が下が
るが数分後に液面が上がる傾向にある。When the synthetic pipe outlet valve is opened, the liquid level lowers, but after a few minutes, the liquid level tends to rise.
【００３９】２）各運転因子の液面に及ぼす影響度の定
量化 尿素合成プラントの定常運転、ロードアップ運転、ロー
ドダウン運転及び定常運転時に外乱を与えた運転のそれ
ぞれの結果をトレーニングシミュレータを用いて確認
し、ファジイルール及びメンバーシップ関数の調整を行
うことにより工場での運転に外乱を与えること無く制御
性を高めることが可能である。この目的のため使用され
るトレーニングシミュレータは、例えば、登録番号Ｐ第
１６４３号−１、プログラム名称ｕｐｏｔｓである。2) Quantification of the degree of influence of each operating factor on the liquid level The results of steady operation, load-up operation, load-down operation of the urea synthesis plant, and operation in which disturbance was given during steady operation were used by using a training simulator. It is possible to improve controllability without disturbing factory operation by adjusting the fuzzy rules and membership functions. A training simulator used for this purpose is, for example, registration number P 1643-1, program name upots.
【００４０】その方法の１例として、トレーニングシミ
ュレータを使用して、１）で収集した尿素合成管液面に
影響する各運転因子について運転条件を変更し、液面に
及ぼす影響度の度合いを定量化することによって、基本
的に１ルール文１因子の簡素化されたルール文が決定さ
れるとともに、メンバーシップ関数を調整することがで
きる。したがって現場でのチューニング作業が容易とな
る。As an example of the method, a training simulator is used to change the operating conditions for each operating factor affecting the liquid surface of the urea synthesis tube collected in 1), and the degree of influence on the liquid surface is quantified. By this, basically, a simplified rule sentence of one rule sentence and one factor is determined, and the membership function can be adjusted. Therefore, the on-site tuning work becomes easy.
【００４１】３）現実の工場への適用 現実の工場への適用は、その工場毎に採用された機器装
置及び計装装置等が異なるため工場特有の個性がある。
その個性に合わせてメンバーシップ関数の微調整が必要
な場合がある。そのため、その工場の熟練運転員からの
聞き取り、過去の運転データの調査から例えば、下記項
目を確認する必要がある。3) Application to an actual factory The application to an actual factory has individuality peculiar to the factory because the equipment and instrumentation device adopted for each factory are different.
It may be necessary to fine-tune the membership function according to its individuality. For this reason, it is necessary to confirm the following items, for example, by interviewing skilled operators in the factory and examining past operation data.
【００４２】・各プラントロードにおける合成管出口バ
ルブ開度及び定常運転におけるバルブ開度の調整幅 ・定常運転における原料供給量の運転変動幅 ・合成管液面の運転変動幅及び定常運転領域 ・ロードアップ、ロードダウンの速度 ・外乱が生じたときの対処方法 上記確認項目に従い、各運転因子毎にメンバーシップ関
数を更に微調整して個々の現実の工場に適用可能な制御
方法とすることが可能である。-Adjustment width of synthetic pipe outlet valve opening in each plant load and valve opening in steady operation-Operation fluctuation width of raw material supply amount in steady operation-Operation fluctuation width of synthetic pipe liquid level and steady operation area-Load Up / down speed ・ Countermeasures when disturbance occurs According to the above check items, the membership function can be further fine-tuned for each operating factor to make it a control method applicable to each actual factory. Is.
【００４３】このようにトレーニングシミュレータを用
いてファジイルール及びメンバーシップ関数を調整した
後、現実の工場に設置し、定常運転及び外乱を与えた時
（原料流量、合成圧、ストリッパー供給スチーム等の変
更）のファジイ推論結果である合成管出口バルブ開度を
デジタルコントロールシステムに実際の合成管出口バル
ブの操作と切り離してデータとして出力（オフライン出
力）し、オフライン出力値の大きさ及び制御の方向が現
実の運転方向と同じに成るように、熟練運転員と共同
で、例えば図３に示す台形の上部の安定領域の範囲を変
更するなどのメンバーシップ関数の調整を行うことによ
り工場での運転に外乱を与えること無く制御性が高めら
れる。結果が満足のいくものと成ったことを確認した
後、合成管出口バルブの操作とデジタルコントロールシ
ステムとを結合させるのが好ましい。After adjusting the fuzzy rules and membership functions using the training simulator in this way, the fuzzy rules and membership functions are installed in an actual factory and subjected to steady operation and disturbance (changes in raw material flow rate, synthetic pressure, stripper supply steam, etc.). ) The synthetic pipe outlet valve opening, which is the result of fuzzy inference, is output as data (offline output) to the digital control system separately from the actual operation of the synthetic pipe outlet valve, and the magnitude of the offline output value and the control direction are real. The operation of the factory is disturbed by adjusting the membership function, such as changing the range of the upper stability region of the trapezoid shown in FIG. The controllability is enhanced without giving After confirming that the results are satisfactory, it is preferable to combine the operation of the synthetic tube outlet valve with the digital control system.
【００４４】以上の過程により下記に例示されるファジ
イルール及びメンバーシップ関数が決定される。Through the above process, the fuzzy rules and membership functions exemplified below are determined.
【００４５】１）ファジイルール １ルール１因子を基礎とする例の代表として、ＮＨ3 流
量変化量を選び、表１に記載した。表１に用いられてい
る記号は、それぞれ以下に示す。 表１．ルール文の１例 IF NH3=NL and 運転モード＝ABNORMAL THEN OUT1=NL IF NH3=NM and 運転モード＝ABNORMAL THEN OUT1=NM ・ ・ ・ ・ ・ ・ IF LEVEL=PL and 運転モード＝NORMAL THEN OUT2=PM IF LEVEL=ZR and 運転モード＝NORMAL THEN OUT2=ZR ・ ・ ・ ・ ・ ・ ＮＨ3 ：ＮＨ3 流量の変化量 運転モード：運転モードの判断フラグ ＬＥＶＥＬ：合成管液面レベル ＯＵＴ１：非定常状態における合成管出口バルブの開度
変化量 ＯＵＴ２：定常状態における合成管出口バルブの開度変
化量 ＡＢＮＯＲＭＡＬ：運転モードが非定常状態 ＮＯＲＭＡＬ：運転モードが定常状態 ＮＬ：非常に小さい ＮＭ：中程度に小さい ＰＬ：非常に大きい ＰＭ：中程度に大きい ＺＲ：ほとんど変化がない 他の操作因子に関しても同様である。1) Fuzzy Rule 1 As a representative of an example based on the rule 1 factor, the NH 3 flow rate change amount is selected and shown in Table 1. The symbols used in Table 1 are shown below. Table 1. One example of rule sentence IF NH 3 = NL and operation mode = ABNORMAL THEN OUT1 = NL IF NH 3 = NM and operation mode = ABNORMAL THEN OUT1 = NM ・ ・ ・ ・ ・ ・ IF LEVEL = PL and operation mode = NORMAL THEN OUT2 = PM IF LEVEL = ZR and operation mode = NORMAL THEN OUT2 = ZR ・ ・ ・ ・ ・ ・ NH 3 : NH 3 flow rate change operation mode: operation mode judgment flag LEVEL: synthetic pipe liquid level OUT 1: non-steady state Change amount of synthetic pipe outlet valve in OUT2: Change amount of synthetic pipe outlet valve in steady state ABNORMAL: Unsteady operating mode NORMAL: Steady operating mode NL: Very small NM: Medium small PL: Very large PM: Moderately large ZR: Almost no change The same applies to other operating factors.
【００４６】２）メンバーシップ関数 メンバーシップ関数の出力の代表例を図３に示す。2) Membership Function A typical example of the output of the membership function is shown in FIG.
【００４７】図３に用いられている記号はそれぞれ以下
に示す。The symbols used in FIG. 3 are shown below.
【００４８】ＮＬ：非常に小さい ＮＭ：中程度に小さい ＮＳ：少し小さい ＺＲ：ほとんど変化がない ＰＳ：少し大きい ＰＭ：中程度に大きい ＰＬ：非常に大きい 以下に本発明の実験例について説明する。NL: Very small NM: Medium small NS: Little small ZR: Little change PS: Little large PM: Medium large PL: Very large Experimental examples of the present invention will be described below.
【００４９】実験例１ 生産量が日産７５０トンである尿素プラントにおいて、
図２に示す合成管出口バルブ２６をファジイ制御し運転
した。運転条件は合成圧力１７５ｂａｒＧ：合成温度１
９０℃である。Experimental Example 1 In a urea plant whose daily production is 750 tons,
The synthetic pipe outlet valve 26 shown in FIG. 2 was operated under fuzzy control. Operating conditions are synthetic pressure 175 barG: synthetic temperature 1
90 ° C.
【００５０】ルール文は１例として表１に示すものを用
い、メンバーシップ関数の出力は図３のものを用いた。
運転結果を図４に示す。図４中The rule sentences shown in Table 1 were used as an example, and the membership function output shown in FIG. 3 was used.
The operation results are shown in FIG. In Fig. 4
【００５１】[0051]
【外１】 はＮＨ3 流量を変化させる、合成圧力を上げる等の外乱
を入れたことを示す。又、縦軸は合成管液面レベルの推
移を示す。ファジイコントローラで充分に液面を制御で
きることがわかる。[Outer 1] Indicates that a disturbance such as changing the NH 3 flow rate or increasing the synthetic pressure was applied. The vertical axis shows the transition of the liquid level of the synthetic tube. It can be seen that the fuzzy controller can sufficiently control the liquid level.
【００５２】比較例 実験例１と同じ条件で合成管出口バルブ２６を手動によ
り運転した。運転結果を図５に示す。縦軸は図４と同様
合成管液面レベルの推移を示している。Comparative Example The synthetic pipe outlet valve 26 was manually operated under the same conditions as in Experimental Example 1. The operation results are shown in FIG. The vertical axis shows the transition of the liquid level of the synthetic tube as in FIG.
【００５３】図４のファジイ制御による運転結果と図５
による手動による運転結果を比較すると、ファジイ制御
による運転は、液面レベルの変動幅が少さく、安定して
いる。Operation result by fuzzy control of FIG. 4 and FIG.
Comparing the results of the manual operation by, the operation by the fuzzy control is stable with a small fluctuation range of the liquid level.
【００５４】実験例２ 実験例１において、工場の生産量を低ロード運転から定
常運転にする過程の非定常運転の際、合成管出口バルブ
２６の開度をファジイ制御した。運転結果を図６に示
す。縦軸は合成管出口バルブ開度及び合成液レベルの推
移を示す。横軸は時間の推移を示す。Experimental Example 2 In Experimental Example 1, during the unsteady operation in the process of changing the production amount of the factory from the low load operation to the steady operation, the opening degree of the synthesis pipe outlet valve 26 was fuzzy controlled. The operation results are shown in FIG. The vertical axis represents the transition of the synthetic pipe outlet valve opening and the synthetic liquid level. The horizontal axis shows the change over time.
【００５５】図６では、５０％ロードになったときに手
動運転からファジイ制御による運転に切り替え、そのま
まロードを１００％まで増加し、その状態で定常運転に
入ったときの合成管出口バルブの開度と合成液レベルの
推移を時間の経過を追って示している。非定常運転時で
も、ファジイ制御により液面を充分制御できることがわ
かる。In FIG. 6, when the load becomes 50%, the operation is switched from the manual operation to the operation by fuzzy control, the load is increased to 100% as it is, and the synthetic pipe outlet valve is opened when the steady operation is started. The transition of the degree and the synthetic solution level is shown over time. It can be seen that the liquid level can be sufficiently controlled by fuzzy control even during unsteady operation.
【００５６】[0056]
【発明の効果】本発明は、尿素プラント合成管の液面を
ファジイ制御を用いて制御するため以下の効果がある。INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention has the following effects because the liquid level of the urea plant synthesis tube is controlled by fuzzy control.
【００５７】（１）従来、手動で運転していた尿素プラ
ント合成管の液面制御を自動で行え、液面変動幅が極め
て小さく成った。そのため、尿素プラント合成管は、液
面幅が大であることを考慮して大きく設計する必要がな
くなり、従来より小さく設計することができる。(1) The liquid level control of the urea plant synthesis tube, which was conventionally operated manually, can be automatically performed, and the fluctuation range of the liquid level becomes extremely small. Therefore, the urea plant synthesis tube does not need to be designed large in consideration of the large liquid surface width, and can be designed smaller than the conventional one.
【００５８】（２）トレーニングシミュレータにより操
作因子による影響の度合いをあらかじめ推定できるの
で、ルール文、メンバーシップ関数を容易に決定できる
とともにルール文、メンバーシップ関数の修正が極めて
容易になる。(2) Since the degree of the influence of the operation factor can be estimated in advance by the training simulator, the rule sentence and the membership function can be easily determined, and the rule sentence and the membership function can be modified very easily.
【図１】本発明の実施例の構成を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an exemplary embodiment of the present invention.
【図２】尿素合成系のフロー図。FIG. 2 is a flow chart of a urea synthesis system.
【図３】メンバーシップ関数の出力の一例を示す図。FIG. 3 is a diagram showing an example of an output of a membership function.
【図４】本発明の定常運転時への応用例の結果を示す
図。FIG. 4 is a diagram showing a result of an application example of the present invention during steady operation.
【図５】合成管出口バルブによる手動制御の結果を示す
図。FIG. 5 is a view showing a result of manual control by a synthetic pipe outlet valve.
【図６】本発明のロード・アップ運転時への応用例の結
果を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a result of an application example of the present invention during load-up operation.
１ 現場計器 ２ デジタルコントロールシステム（ＤＣＳ） ３ ファジイコントローラ ４ ファジイ推論ユニット ５ ファジイコントロールシステム ６ 現場計器から受け取る信号 ７ コントロールユニット ８ ファジイコントローラ入力装置 ９ ファジイコントローラ出力装置 １０ データ収集システム １１ ファジイデータ部 １２ ファジイ推論処理ユニット １３ ＤＣＳから受け取る信号 １４ ＤＣＳでの信号処理 ２１ 合成管 ２２ ストリッパー ２３，２４ カーバメートコンデンサー ２５ スクラッパ ２６ 合成管出口バルブ ２７ 合成管液面 1 field instrument 2 digital control system (DCS) 3 fuzzy controller 4 fuzzy inference unit 5 fuzzy control system 6 signal received from field instrument 7 control unit 8 fuzzy controller input device 9 fuzzy controller output device 10 data acquisition system 11 fuzzy data section 12 fuzzy Inference processing unit 13 Signal received from DCS 14 Signal processing by DCS 21 Synthesis tube 22 Stripper 23,24 Carbamate condenser 25 Scraper 26 Synthesis tube outlet valve 27 Synthesis tube liquid level
Claims (3)
ンデンサー、スクラッパを主要機器とする尿素合成装置
における合成管の液面制御装置であって、 尿素合成装置の現場計器とデジタルコントロールシステ
ムとからのプロセスデータをリアルタイムでファジイコ
ントローラに入力する入力装置と、 入力されたプロセスデータを単位時間当たりの変化量に
変換するとともにプロセスデータの変化量から運転モー
ドを判断し、それらの結果をファジイ推論ユニットに送
るファジイコントローラと、 ファジイコントローラからのデータを基にファジイ推論
し、結果を合成管出口バルブの開度の変化量としてファ
ジイコントローラに戻すファジイ推論ユニットと、 ファジイコントローラから合成管出口バルブの開度の変
化量を定期的にデジタルコントロールシステムに出力す
る出力装置とからなり、 ファジイコントローラから定期的に出力された合成管出
口バルブの開度の変化量を設定値として尿素合成管出口
バルブの開度を調節することを特徴とする尿素プラント
合成管の液面制御装置。1. A liquid level control device for a synthesis tube in a urea synthesis apparatus including synthesis tubes, strippers, carbamate condensers, and scrapers as main equipment, wherein process data from an on-site instrument of the urea synthesis apparatus and a digital control system is used. An input device that inputs to the fuzzy controller in real time and a fuzzy controller that converts the input process data into a change amount per unit time, determines the operation mode from the change amount of the process data, and sends the results to the fuzzy inference unit. And a fuzzy inference unit that performs fuzzy inference based on the data from the fuzzy controller and returns the result to the fuzzy controller as the variation of the opening of the synthetic pipe outlet valve, and the variation of the synthetic pipe outlet valve opening from the fuzzy controller. Digital regularly It is composed of an output device for outputting to the control system, and is characterized in that the opening degree of the urea synthesis tube outlet valve is adjusted by using a change amount of the opening degree of the synthesis tube outlet valve which is periodically output from the fuzzy controller as a set value. Liquid level control device for urea plant synthesis tubes.
面制御装置において、ファジイコントローラに、デジタ
ルコントロールシステムのファジイコントローラ間のデ
ータの遣り取り及びデジタルコントロールシステムから
受け取ったプロセスデータを単位時間当たりの変化量へ
の変換と、プロセスデータの変化量から運転モードの判
断とを実行するデータ収集システムを据え付け、 ファジイ推論ユニットに、運転因子の影響度を数値化し
たメンバーシップ関数と該メンバーシップ関数を使用し
て経験則を制御規則としたファジイルールとからなるフ
ァジイデータ部と、ファジイコントローラからのデータ
を基にファジイ推論し最適な合成管出口バルブの開度を
推論するファジイ推論処理ユニットを据え付けたことを
特徴とする尿素プラント合成管の液面制御装置。2. The liquid level control device for a urea plant synthesis tube according to claim 1, wherein the fuzzy controller exchanges data between the fuzzy controllers of the digital control system and process data received from the digital control system per unit time. We installed a data collection system that performs conversion into changes and judgment of operation mode from changes in process data, and a fuzzy inference unit was provided with a membership function that quantified the degree of influence of operation factors and the membership function. A fuzzy data section consisting of a fuzzy rule that uses empirical rules as control rules and a fuzzy inference processing unit that infers the optimum synthetic pipe outlet valve opening by performing a fuzzy inference based on the data from the fuzzy controller were installed. Urea plant characterized by Narukan the liquid level controller.
ップ運転、ロードダウン運転及び定常運転時に外乱を与
えた運転の各結果をトレーニングシミュレータを用いて
確認し、ファジイデータ部に据え付けられたファジイル
ール及びメンバーシップ関数の調整を行う請求項１又は
請求項２記載の尿素プラント合成管の液面制御装置を用
いることを特徴とする尿素プラント合成管の液面制御方
法。3. The results of steady operation, load-up operation, load-down operation, and operation in which disturbance is applied during steady operation of the urea synthesis plant are confirmed using a training simulator, and the fuzzy rule installed in the fuzzy data section and A liquid level control method for a urea plant synthesis pipe, comprising: using the liquid level control device for a urea plant synthesis pipe according to claim 1 or 2 for adjusting a membership function.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6115039A JP2759052B2 (en) | 1994-05-27 | 1994-05-27 | Liquid level control device and liquid level control method for urea plant synthesis tube |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6115039A JP2759052B2 (en) | 1994-05-27 | 1994-05-27 | Liquid level control device and liquid level control method for urea plant synthesis tube |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07319554A true JPH07319554A (en) | 1995-12-08 |
| JP2759052B2 JP2759052B2 (en) | 1998-05-28 |
Family
ID=14652687
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6115039A Expired - Lifetime JP2759052B2 (en) | 1994-05-27 | 1994-05-27 | Liquid level control device and liquid level control method for urea plant synthesis tube |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2759052B2 (en) |
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1994
- 1994-05-27 JP JP6115039A patent/JP2759052B2/en not_active Expired - Lifetime
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| CN105487377B (en) * | 2016-01-05 | 2019-05-14 | 国家电投集团远达环保装备制造有限公司 | A kind of fuzzy controller of denitration urea pyrolysis technique |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2759052B2 (en) | 1998-05-28 |
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