CN107870611A - 车间模拟装置及车间模拟方法 - Google Patents

车间模拟装置及车间模拟方法 Download PDF

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Abstract

车间模拟装置具有：第1存储部，其对模型、第1参数以及第2参数进行存储，该模型是对在车间中设置的设备的状态进行建模而得到的，该第1参数及该第2参数设定于所述模型，该第1参数在使所述车间进行运转时被固定，该第2参数在所述车间的运转中进行变动；以及模拟器，其对所述设备的工艺值和使用所述模型计算的模拟值进行比较，进行所述第1参数及第2参数的调整。

Description

车间模拟装置及车间模拟方法
技术领域
本发明涉及一种车间模拟装置及车间模拟方法。
本申请针对2016年9月28日在日本申请的日本特愿2016-188973号要求优先权，并在这里引用其内容。
背景技术
工艺车间具有储存箱、配管、泵、压缩机、热交换器等实现规定的功能的设备，和对这些设备的状态、以及在这些设备内流动的原料、气体、冷却水等的状态进行测定或者控制的工艺控制系统。近年，这种工艺车间的高级化以及复杂化不断发展，成为工艺控制系统的控制对象的设备的数量存在增大的倾向。
在工艺控制系统中，大多使用用于对车间的动作进行模拟的模拟器。例如，在日本专利第4789277号公报中，公开了一种模拟器，该模拟器为了使模拟器的运算精度提高，基于车间的实际数据(线上数据)，对模拟模型随时调整(跟踪)，使用完成调整的模拟模型而与车间的动作并行地执行模拟。另外，在日本特开2009-163507号公报中，公开了一种不仅使用于工艺状态的预测、而且在设备的诊断中进行使用的模拟器(此外，参照日本专利第4524683号公报及日本专利第5212890号公报)。
关于使用相关技术的模拟器进行的诊断处理，例如以旋转机械设备为中心的振动诊断等机械性处理、储存箱外部的腐蚀、配管的堵塞或者薄壁化等，基本上限定于特定的仪器进行实施。仅通过这种个别的设备诊断，有时无法实现车间工艺整体的(或者一部分的)异常发生的预先检测、无法对未实施诊断的设备的劣化进行掌握。另外，车间的使用期间不少都达到了30年以上，在这期间，会将车间暂时停止，进行设备、仪表仪器的清扫、修理、更换、强化等保养以及维护作业。然而，有时与设备、仪表仪器的劣化程度相关的信息未能被充分掌握，无法进行适当的保养以及维护作业。
另外，在相关技术的模拟器中，执行对与设备、仪器的运转状态相对应地变化的参数进行调整的处理，以使得模拟的结果与工艺的实际数据一致。此时，不进行与在车间的设计时等设定的设备、仪器的结构条件相关的参数的调整，但在考虑长期的使用期间的情况下，有时由于车间的老化、污染等的影响，与设备、仪器的结构条件相关的参数也进行变化。在试图通过跟踪模拟对与设备、仪器的运转状态相对应地变化的参数、与设备、仪器的结构条件相关的参数这两者进行调整的情况下，由于与设备、仪器的结构条件相关的参数对其他很多参数造成影响，因此有时模拟结果不向实际数据收敛(模拟值与实际数据不一致)。另外，在将与设备、仪器的结构条件相关的参数设为固定值而进行参数的调整的情况下，受到原本跟与设备、仪器的运转状态相对应地变化的参数无直接关联的要素的影响，该参数会被调整，有时模拟结果产生误差。
另外，在与设备、仪器的结构条件相关的参数的调整时，有时利用该设备、仪器的制造商设计值或者实验值。然而，这些制造商提供值大多是在与实际的车间中的使用条件不同的条件下进行采用的。在制造商提供值与在车间中实际使用的情况下的参数的值之间的差值大的情况下，有时模拟精度降低。
发明内容
本发明的一个方式提供一种能够使在车间的模拟中使用的模型的精度提高的车间模拟装置及车间模拟方法。
本发明的一个方式的车间模拟装置优选具有：第1存储部，其对模型、第1参数以及第2参数进行存储，该模型是对在车间中设置的设备的状态进行建模而得到的，该第1参数及该第2参数设定于所述模型，该第1参数在使所述车间进行运转时被固定，该第2参数在所述车间的运转中进行变动；以及模拟器，其对所述设备的工艺值和使用所述模型计算的模拟值进行比较，进行所述第1参数及第2参数的调整。
上述的车间模拟装置优选还具有诊断部，该诊断部使用由所述模拟器调整后的所述第1参数及所述第2参数中的至少一者的变更信息，进行所述设备的诊断。
在上述的车间模拟装置中，所述模拟器优选进行所述第1参数及第2参数的调整，以使得所述设备的工艺值与使用所述模型计算的模拟值之间的差值小于或等于第1阈值。
在上述的车间模拟装置中，所述模拟器优选在进行了所述第1参数的调整之后，进行所述第2参数的调整。
在上述的车间模拟装置中，所述模拟器优选在所述设备的运转状态未满足调整条件的情况下，不进行所述第2参数的调整。
上述的车间模拟装置优选还具有第2存储部，该第2存储部将由所述模拟器调整后的所述第1参数及第2参数的变更信息，与调整时的所述设备的运转条件及时刻信息一起进行存储。
在上述的车间模拟装置中，所述设备优选为热交换器。所述第1参数优选是表示所述热交换器的导热系数的流量依赖度的值，所述第2参数优选是所述热交换器的基准流量中的基准导热系数。
在上述的车间模拟装置中，所述设备优选为热交换器。所述第1参数优选是表示所述热交换器的导热系数的流量依赖度的值，所述第2参数优选是所述热交换器的基准流量中的基准导热系数。所述诊断部优选生成所述基准导热系数的时序数据，基于所生成的时序数据而进行所述热交换器的诊断。
在上述的车间模拟装置中，所述模拟器优选在所述热交换器的流量小于第2阈值的情况下，不进行所述基准导热系数的调整。
在上述的车间模拟装置中，所述模拟器优选使用完成调整的所述第1参数，进行所述第2参数的调整。
在本发明的一个方式的车间模拟方法中，优选对在车间中设置的设备的工艺值和使用对所述设备的状态进行建模得到的模型而计算的模拟值进行比较，进行第1参数及第2参数的调整，该第1参数及该第2参数设定于所述模型，该第1参数在使所述车间进行运转时被固定，该第2参数在所述车间的运转中进行变动。
在上述的车间模拟方法中，优选使用调整后的所述第1参数及所述第2参数中的至少一者的变更信息，进行所述设备的诊断。
在上述的车间模拟方法中，优选进行所述第1参数及第2参数的调整，以使得所述设备的工艺值与使用所述模型计算的模拟值之间的差值小于或等于第1阈值。
在上述的车间模拟方法中，优选在进行了所述第1参数的调整之后，进行所述第2参数的调整。
在上述的车间模拟方法中，所述设备优选为热交换器，所述第1参数优选是表示所述热交换器的导热系数的流量依赖度的值，所述第2参数优选是所述热交换器的基准流量中的基准导热系数。
发明的效果
本发明的一个方式的车间模拟装置及车间模拟方法能够使在车间的模拟中使用的模型的精度提高。
附图说明
图1是表示包含第1实施方式中的车间模拟装置在内的车间模拟系统的一个例子的框图。
图2是表示第1实施方式中的车间的一个例子的图。
图3是表示第1实施方式中的车间模拟装置的一个例子的框图。
图4是表示第1实施方式中的车间模拟装置的固定参数调整处理的一个例子的流程图。
图5是表示第1实施方式中的车间模拟装置的变动参数调整处理的一个例子的流程图。
图6是表示由第2实施方式中的车间模拟装置进行的热交换器的比例指数的调整处理的一个例子的流程图。
图7是表示由第2实施方式中的车间模拟装置进行的热交换器的基准导热系数的调整处理的一个例子的流程图。
图8是表示第2实施方式中的热交换器的基准导热系数的时序变化的图。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明涉及的车间模拟装置及车间模拟方法的几个实施方式进行说明。
[第1实施方式]
图1是表示包含第1实施方式中的车间模拟装置1在内的车间模拟系统A的一个例子的框图。车间模拟装置1对构成诊断对象即车间PL的各设备进行诊断。在该设备的诊断中，还包含构成设备的各仪器、各装置、各工艺单元的诊断。车间模拟装置1经由控制网络N与例如操作监视终端3、控制器5、仪表数据库7、以及工艺值数据库9连接。
车间模拟装置1将从构成车间PL的各设备得到的实际数据(工艺值)与通过模拟得到的模拟值进行比较，进行在用于模拟的模型中设定的参数的调整。另外，车间模拟装置1对构成车间PL的各设备进行诊断，例如，进行性能劣化推定。关于车间模拟装置1的详情，在后面叙述。
作为车间PL，例如除了化学等工业车间以外，也可以为：对气田或油田等钻井及其周边进行管理控制的车间；对水力、火力、核能等的发电进行管理控制的车间；对太阳光、风力等的环境发电进行管理控制的车间；以及对给排水或水坝等进行管理控制的车间等。图2是表示本实施方式中的车间的一个例子的图。图2所示的车间PL是具有多个工艺单元(反应器单元100、气液分离器单元200、以及蒸馏塔单元300)的化学车间。反应器单元100被从车间PL的外部供给产品的原料，反应器单元100对所供给的原料进行为了制造产品所需的化学反应。在反应器单元100中除了设置有进行上述的化学反应的反应器110之外，还设置有各种现场仪器(例如各种阀114、116、各种传感器仪器(未图示))等。
气液分离器单元200设置于反应器单元100的下游侧，将通过在反应器单元100中的化学反应得到的生成物中包含的气体成分和液体成分进行分离。在气液分离器单元200中，除了设置有进行上述的分离处理的分离器210之外，还设置有各种现场仪器(例如各种阀212、各种传感器仪器(未图示))等。蒸馏塔单元300设置于气液分离器单元200的下游侧，通过使利用气液分离器单元200分离出的液体成分蒸发之后进行凝结，从而将在液体成分中包含的沸点不同的成分进行分离及凝结。蒸馏塔单元300将在车间PL生成的气体及液体成分向其他车间进行供给。在蒸馏塔单元300中除了设置有进行上述的蒸馏处理的蒸馏塔310之外，还设置有各种现场仪器(例如各种阀312、各种传感器仪器(未图示))等。
在图1中，将如图2所示的车间PL进行简化，仅示出在各工艺单元中包含的现场仪器F。现场仪器F经由传输线L与控制器5连接。现场仪器F将测定出的工艺值(例如流量及温度)等的信号经由传输线L而发送至控制器5。现场仪器F例如包含流量计或温度传感器等测定器F1、阀仪器或致动器仪器等操作器F2。此外，在图1中示出了2个现场仪器，但也可以在车间PL设置大于或等于3个现场仪器。
操作监视终端3是例如由车间的运转员操作而用于工艺的监视的终端。例如，操作监视终端3从控制器5取得从现场仪器F发送来的数据(例如工艺值)，将现场仪器F、控制器5的动作传达给运转员，并且基于运转员的指示而进行控制器5的控制。
控制器5与来自操作监视终端3的指示等相对应，在其与现场仪器F之间进行工艺控制通信，从而进行现场仪器F的控制。例如，控制器5通过取得由某个现场仪器F(例如测定器F1)测定出的工艺值，运算另一个现场仪器F(例如操作器F2)的操作量并进行发送，由此对另一个现场仪器F进行控制。另外，控制器5将通过在与现场仪器F之间进行工艺控制通信而得到的工艺值存储于工艺值数据库9。
仪表数据库7对构成车间PL的设备的条件等进行存储。在长期的车间生命周期中，有时对设备进行更换或追加，或者对控制程序进行修正。仪表数据库7也对这些变更履历信息等进行存储。
工艺值数据库9对从现场仪器F发送来的数据或者向现场仪器F发送的数据(例如工艺值、操作量、运转条件等)进行存储。此外，仪表数据库7及工艺值数据库9也可以构建于在控制器5内设置的存储器。或者，仪表数据库7及工艺值数据库9也可以构建于在车间模拟装置1内设置的存储器。
控制网络N例如为以太网(注册商标)等有线网络，但也可以为能够进行例如依照Wi-Fi(注册商标)、WiMAX(注册商标)、3G/LTE(注册商标)等无线通信标准的无线通信的无线网络。
图3是表示本实施方式中的车间模拟装置1的一个例子的框图。车间模拟装置1例如具有：跟踪模拟器10(模拟器)、参数选择部12、模型存储部14(第1存储部)、模型履历存储部16(第2存储部)、诊断部18、以及显示部20。跟踪模拟器10、参数选择部12、以及诊断部18可以是通过由CPU(Central Processing Unit)等处理器执行在未图示的程序存储器中储存的程序而实现的。
跟踪模拟器10在线上实时地对实际车间进行追随，对车间的状态进行模拟。跟踪模拟器10使用了基于化学工学的精密模型，因此不仅是诸如与工艺对应的输入及输出这样的单纯的表面性动作，而且还能够对工艺内部的细微的状态进行计算。因此，车间内部的劣化等也反映于模拟的参数。例如，跟踪模拟器10从工艺值数据库9读取工艺值等各种数据而对构成车间PL的各设备的运转状态进行模拟，并且具有通过将模拟结果与工艺值等实际数据进行比较，由此对在模拟中使用的模型M进行调整以与车间PL的实际动作相匹配的功能。
模型M是对构成车间PL的各设备(例如各工艺单元、各装置、各仪器)的状态进行建模得到的。模型M是在车间设计时基于P&ID(Piping and Instruments Diagram：配管系统图)等而创建的。模型M是通过联立方程式而进行表示的，该联立方程式表示输入、输出、外部要因以及在作为建模的对象的设备中包含的各种参数之间的关系。
例如，跟踪模拟器10通过对在模型M中设定的参数PA进行调整，由此进行上述的跟踪模拟。在成为该调整对象的参数PA中，包含例如“固定参数FP(第1参数)”及“变动参数VP(第2参数)”。
“固定参数FP”是指例如在车间导入时、定期修理时等的试运转阶段，即，在使车间进行运转时，在使各设备处于实际的运转条件下的基础上调整及固定的参数。固定参数FP与各设备的结构条件(各设备的初始性能、劣化状态、污染程度)相对应地进行变化。固定参数FP在车间的正常运转中进行变更或调整。固定参数FP是针对各设备(例如各工艺单元、各仪器、各装置)分别进行设定的。例如，在诊断对象的设备为热交换器的情况下，固定参数FP是表示热交换器的导热系数的流量依赖度的值(比例指数)。
“变动参数VP”是指例如在车间的正常运转阶段，即，在车间的运转过程中，在使各设备处于实际的运转条件下的基础上调整及变动的参数。变动参数VP与各设备的运转状态相对应地进行变化。变动参数VP是针对各设备(例如各工艺单元、各仪器、各装置)分别进行设定的。例如，在诊断对象的设备为热交换器的情况下，变动参数VP为热交换器的基准导热系数，例如设计导热系数。
跟踪模拟器10例如具有参数调整部30和比较部32。参数调整部30使用从模型存储部14读取的模型M、从参数选择部12输入的参数PA而进行跟踪模拟。参数调整部30对从工艺值数据库9取得的工艺值和由参数调整部30计算出的模拟值进行比较，将比较结果输出至参数调整部30。参数调整部30基于从比较部32输入的比较结果，对参数PA进行调整而进行与车间PL的实际动作相匹配的处理(跟踪模拟)。例如，跟踪模拟器10进行固定参数FP及变动参数VP的调整，以使得设备的工艺值与使用模型M计算的模拟值之间的差值小于或等于预定的阈值(差值阈值、第1阈值)。跟踪模拟器10在不同的定时进行固定参数FP的调整和变动参数VP的调整。
参数选择部12基于例如从操作监视终端3输入的车间的运转员的指示(固定参数FP的调整指示、变动参数VP的调整指示等)，对变动参数VP及固定参数FP之中的设为调整对象的参数进行选择，从模型存储部14进行读取。下面，参数选择部12将读取出的变动参数VP及固定参数FP中的至少1者输出至参数调整部30。
模型存储部14对在参数调整部30的模拟中利用的模型M、以及参数PA(变动参数VP、固定参数FP)进行存储。模型履历存储部16将由参数调整部30进行了调整的参数PA的变更履历与调整时的各设备的运转条件、时间戳(时刻信息)一起进行存储。模型存储部14及模型履历存储部16由例如HDD(Hard Disc Drive)、SSD(Solid State Drive)、存储器等而构成。此外，模型存储部14及模型履历存储部16也可以设置于同一硬件。
诊断部18通过对在过去的模拟中调整后的参数值和在当前的模拟中调整后的参数的值进行比较，由此对构成车间PL的各设备的状态进行诊断。诊断部18将各设备的诊断结果输出至显示部20。例如，诊断部18使用由跟踪模拟器10进行了调整的变动参数VP的变更信息而进行设备的诊断。此外，诊断部18也可以设置于操作监视终端3。
显示部20对从诊断部18输入的各设备的诊断结果进行显示。显示部20为液晶显示器或有机EL(Electroluminescence)显示装置等。
<固定参数的调整>
下面，对本实施方式的车间模拟装置1的动作进行说明。图4是表示本实施方式中的车间模拟装置1的固定参数调整处理的一个例子的流程图。
例如，在车间PL的导入时、定期修理时的试运转阶段，在车间的运转员对操作监视终端3进行操作而指示了固定参数FP的调整的情况下，参数调整部30使用从工艺值数据库9读取出的工艺值(例如流量等)，判定是否满足固定参数FP的调整条件(步骤S101)。参数调整部30在判定为未满足固定参数FP的调整条件的情况下，继续进行使用工艺值的上述的判定处理。
另一方面，参数调整部30在判定为满足固定参数FP的调整条件的情况下，将由车间的运转员对操作监视终端3进行操作而输入的固定参数FP的暂定值(例如由运转员决定的值)以及变动参数VP的设计值(例如制造商提供值)设为初始值而存储于模型存储部14，对固定参数FP及变动参数VP进行暂定(步骤S103)。
接下来，参数选择部12将固定参数FP选择作为调整对象的参数(不选择变动参数VP)，将跟踪模拟的开始指示输出至参数调整部30(步骤S105)。
接下来，参数调整部30将调整对象的参数设为固定参数FP而开始跟踪模拟，对固定参数FP进行调整(步骤S107)。
接下来，参数调整部30将通过以固定参数FP作为调整对象的模拟而计算出的模拟值输出至比较部32。比较部32对从参数调整部30输入的模拟值和从工艺值数据库9读取出的工艺值进行比较，将比较结果输出至参数调整部30。参数调整部30参照该比较结果，判定模拟值与工艺值之间的差值是否小于或等于预定的差值阈值(第1差值阈值)(步骤S109)。参数调整部30在判定为模拟值与工艺值之间的差值未小于或等于预定的第1差值阈值的情况下，再次进行固定参数FP的调整。此外，参数调整部30也可以反复进行参数调整，直至模拟值与工艺值一致。
另一方面，参数调整部30在判定为模拟值与工艺值之间的差值小于或等于预定的第1差值阈值的情况下，将完成调整的固定参数FP输出至参数选择部12。参数选择部12将从参数调整部30输入的固定参数FP存储于模型存储部14(步骤S111)，结束本流程图的处理。此外，参数调整部30也可以将完成调整的固定参数FP存储于模型存储部14。另外，根据需要，车间的运转员也可以进行固定参数的手动调整。
<变动参数的调整>
图5是表示本实施方式中的车间模拟装置1的变动参数调整处理的一个例子的流程图。
例如，在车间PL的正常运转阶段，在由车间的运转员对操作监视终端3进行操作而指示了变动参数VP的调整的情况下，参数选择部12从模型存储部14对变动参数VP及固定参数FP进行读取，作为调整对象的参数而选择变动参数VP(不选择固定参数FP)(步骤S201)。即，如上所述在车间PL的试运转阶段等中，进行了固定参数FP的调整之后，在本处理中进行变动参数VP的调整。参数选择部12将固定参数FP和作为调整对象而指定的变动参数VP输出至跟踪模拟器10的参数调整部30。
接下来，参数调整部30判定诊断对象的设备的动作状态是否满足预定的变动参数调整条件(步骤S203)。例如，在诊断对象的设备的动作状态不稳定的条件下(正常运转范围外的条件下、时间性变形大的条件下)进行跟踪模拟的情况下，有时没有适当地进行变动参数VP的调整。因此，参数调整部30在判定为诊断对象的设备的动作状态未满足预定的变动参数调整条件的情况下，不进行变动参数VP的调整，结束本流程图的处理。参数调整部30基于例如从工艺值数据库9读取出的工艺值而进行上述的判定处理。此外，在如上所述没有进行变动参数VP的调整的情况下，也可以将变动参数VP的调整尚未完成的主旨向诊断部18、操作监视终端3等进行通知。
另一方面，参数调整部30在判定为诊断对象的设备的动作状态满足预定的变动参数调整条件的情况下，使用从参数选择部12输入的变动参数VP及固定参数FP、从模型存储部14读取出的模型M、从工艺值数据库9读取出的工艺值、以及从仪表数据库读取出的设备条件，开始跟踪模拟，对变动参数VP进行调整(步骤S205)。
接下来，参数调整部30将通过跟踪模拟计算出的模拟值输出至比较部32。比较部32对从参数调整部30输入的模拟值和从工艺值数据库9读取出的工艺值进行比较，将比较结果输出至参数调整部30。参数调整部30参照该比较结果，判定模拟值与工艺值之间的差值是否小于或等于预定的差值阈值(第2差值阈值)(步骤S207)。参数调整部30在判定为模拟值与工艺值之间的差值未小于或等于预定的第2差值阈值的情况下，再次进行变动参数VP的调整。此外，第2差值阈值既可以与上述第1差值阈值相同，也可以与第1差值不同。例如，第2差值阈值可以比第1差值阈值小。
另一方面，参数调整部30在判定为模拟值与工艺值之间的差值小于或等于预定的第2差值阈值的情况下，将完成调整的变动参数VP输出至参数选择部12。参数选择部12将从参数调整部30输入的完成调整的变动参数VP存储于模型存储部14(步骤S209)。另外，参数选择部12将完成调整的参数与该参数调整时的条件、时间戳一起存储于模型履历存储部16。此外，参数选择部12也可以在参数的调整完成的时刻每次将全部的参数存储至模型存储部14及模型履历存储部16，也可以将任意定时的完成调整的参数存储至模型存储部14及模型履历存储部16。
接下来，诊断部18从模型履历存储部16对变动参数VP及该参数调整时的条件、时间戳进行读取，进行诊断处理(步骤S211)。例如，诊断部18生成变动参数VP的时序数据，输出至显示部20。车间的运转员通过确认在该显示部20显示的变动参数VP的时序数据，由此能够确认诊断对象的设备的状态。以上，结束本流程图的处理。此外，诊断部18无需在变动参数VP向模型存储部14及模型履历存储部16的存储时，每次进行上述的诊断处理，可以在任意定时进行诊断处理。
根据如上所述的本实施方式，在与诊断对象的设备的结构条件相匹配地进行调整的固定参数FP的值的调整完成之后，仅对变动参数VP进行调整，因此能够提高在模拟中使用的模型M的精度。其结果，诊断结果(预测结果等)的精度也提高，能够减少车间运转中的运转员的负担(运转中需要常驻等)。另外，通过将参数的变更履历与调整时的设备的运转条件、时间戳一起存储于模型履历存储部16，由此能够掌握各设备的劣化程度、污染等的时序变化，能够实现保养及维护作业的高效化。
另外，即使在设备的制造商提供值的测定条件与实际车间使用条件的差异大的情况下，也能够防止模拟时的参数的无调整，能够进行高精度的模拟。另外，能够在车间的定期修理、改造等时提供更高精度的模型，能够在长期的车间的生命周期内有效利用该模型。在固定参数FP的初始设定时，即使将设备的制造商提供值(与实际的使用条件不同的条件下的值)直接进行设定，在固定参数FP的调整时，也会被调整为与实际状态更接近的参数值，因此在变动参数VP的调整时，也能够进行更高精度的调整。
此外，在上述实施方式中，诊断部18示出为利用变动参数VP进行诊断的结构，但也能够使用长期的固定参数FP的变更信息而进行设备的诊断。
[第2实施方式]
下面，对本发明的第2实施方式进行说明。在本实施方式中，对由第1实施方式的车间模拟装置进行在车间中设置的“热交换器”的模拟的例子进行说明。因此，在第2实施方式的说明中，对与上述的第1实施方式相同的部分标注相同的参照标号，省略或简化其说明。
在本实施方式中，“热交换器”是指由温度不同的流体相互接触而进行热交换的仪器。通常，热交换器的交换热量能够表示为下面的式(1)。
Q＝U×A×ΔT...(1)
在这里，Q：交换热量
U：与导热壁的导热系数
A：热交换部面积
ΔT：输入输出温度差
另外，上述的导热系数U能够表示为下面的式(2)。
U＝Udes×(F·mw/Fwdes)α…式(2)
在这里，Udes：基准导热系数，例如设计导热系数
F：流体的流量
mw：流体的平均分子量
Fwdes：基准流量、例如设计流量
α：比例指数
如果热交换器内的配管由于附作物而污损，则热导率降低而需要追加燃料，因此能量成本增加。如上述式(1)所示，这种热交换面的污损成为热阻而使热的经过率(导热系数U)降低，因此热交换器的性能(交换热量Q)降低。另外，如上述式(2)所示，热交换器的导热系数U依赖于热交换器的流量F而进行变化。流量F对导热系数U的影响依赖于比例指数α。即，比例指数α是表示热交换器的导热系数U的流量依赖度的值。在本实施方式中，将在相关技术的模拟(例如，日本特开2009-163507号公报)中未考虑的比例指数α设为固定参数FP，将基准导热系数Udes设为变动参数VP而进行两个参数的调整。
<固定参数(比例指数)的调整>
下面，对本实施方式的车间模拟装置1的动作进行说明。图6是表示由本实施方式中的车间模拟装置1进行的热交换器的比例指数的调整处理的一个例子的流程图。
例如，在车间PL的导入时、定期修理时的试运转阶段，在车间的运转员对操作监视终端3进行操作而指示了固定参数FP的调整的情况下，参数调整部30使用从工艺值数据库9读取出的工艺值(流量F)，判定热交换器的流量F是否稳定(步骤S301)。关于热交换器的流量F是否稳定的判定，例如，是基于流量F的时间变化是否小于或等于预定的阈值而进行的。参数调整部30在判定为热交换器的流量F不稳定的情况下，继续进行针对流量F的上述判定处理。
另一方面，参数调整部30在判定为热交换器的流量F稳定的情况下，将由车间的运转员对操作监视终端3进行操作而输入的固定参数FP(比例指数α)的暂定值(例如由运转员决定的值)以及变动参数VP(基准导热系数Udes)的设计值(例如制造商提供值)设为初始值而存储于模型存储部14，对比例指数α及基准导热系数Udes进行暂定(步骤S303)。
接下来，参数选择部12将比例指数α选择作为调整对象的参数(不选择基准导热系数Udes)，将跟踪模拟的开始指示输出至参数调整部30(步骤S305)。通常，在进行这种比例指数α的调整时，作为基准导热系数Udes而使用设计值(制造商提供值)。因此，比例指数α的调整是在热交换器未被污染的状态下(例如，热交换器的重新运转开始时、维护后)进行的。
接下来，参数调整部30开始进行将调整对象的参数设为比例指数α的跟踪模拟，对比例指数α进行调整(步骤S307)。
接下来，参数调整部30将通过以比例指数α作为调整对象的模拟而计算出的模拟值输出至比较部32。比较部32对从参数调整部30输入的模拟值和从工艺值数据库9读取出的工艺值进行比较，将比较结果输出至参数调整部30。参数调整部30参照该比较结果，判定模拟值与工艺值之间的差值是否小于或等于预定的差值阈值(第1差值阈值)(步骤S309)。参数调整部30在判定为模拟值与工艺值之间的差值未小于或等于预定的第1差值阈值的情况下，再次进行比例指数α的调整。此外，参数调整部30也可以反复进行参数调整，直至模拟值与工艺值一致。
另一方面，参数调整部30在判定为模拟值与工艺值之间的差值小于或等于预定的第1差值阈值的情况下，将完成调整的比例指数α输出至参数选择部12。参数选择部12将从参数调整部30输入的比例指数α存储于模型存储部14(步骤S311)，结束本流程图的处理。此外，参数调整部30也可以将完成调整的比例指数α存储于模型存储部14。另外，根据需要，车间的运转员也可以进行比例指数α的手动调整。
<变动参数(基准导热系数Udes)的调整>
图7是表示由本实施方式中的车间模拟装置1进行的热交换器的基准导热系数的调整处理的一个例子的流程图。
例如，在车间PL的正常运转阶段，在由车间的运转员对操作监视终端3进行操作而指示了基准导热系数Udes的调整的情况下，参数选择部12从模型存储部14对基准导热系数Udes及比例指数α进行读取，作为调整对象的参数而选择基准导热系数Udes(不选择比例指数α)(步骤S401)。参数选择部12将比例指数α和作为调整对象而指定的基准导热系数Udes输出至跟踪模拟器10的参数调整部30。
接下来，参数调整部30参照从工艺值数据库9读取出的工艺值(流量F)，判定热交换器的流量F是否稳定(步骤S403)。关于判定热交换器的流量F是否稳定，例如，是基于流量F的时间变化是否小于或等于预定的阈值而进行的。参数调整部30在判定为热交换器的流量F不稳定的情况下，继续进行针对流量F的上述判定处理。此外，在热交换器的流量F未存储于工艺值数据库9的情况下(没有由流量计得到的测定值的情况下)，也可以在跟踪模拟器10中对流量F的值进行推定。
另一方面，参数调整部30在判定为热交换器的流量F稳定的情况下，判定热交换器的流量F是否大于或等于预定的下限流量(流量阈值、第2阈值)(步骤S405)。利用参数调整部30进行的跟踪模拟设想为在热交换器中流动的流体为正常的流动状态即“乱流”，但在热交换器的流量F小的情况下，流动的性质有可能发生变化而成为“层流”。在该层流的流体中，上述的式(2)有时不成立。因此，如果对该层流的流体进行跟踪模拟，则有时无法适当地进行基准导热系数Udes的调整。因此，参数调整部30在判定为热交换器的流量F没有大于或等于预定的下限流量的情况下(小于预定的下限流量的情况下)，不进行基准导热系数Udes的调整，结束本流程图的处理。此外，层流和乱流的边界依赖于流速、管的内径。例如，可以将下限流量设为最大流量的30％左右。
另一方面，参数调整部30在判定为热交换器的流量F大于或等于预定的下限流量的情况下，使用从参数选择部12输入的基准导热系数Udes及比例指数α、从模型存储部14读取出的模型M、从工艺值数据库9读取出的工艺值、以及从仪表数据库7读取出的设备条件，开始跟踪模拟，对基准导热系数Udes进行调整(步骤S407)。
接下来，参数调整部30将通过跟踪模拟计算出的模拟值输出至比较部32。比较部32对从参数调整部30输入的模拟值和从工艺值数据库9读取出的工艺值进行比较，将比较结果输出至参数调整部30。例如，比较部32针对热交换器的工艺的主流的出口侧温度、或者冷却水的出口侧温度而将模拟值与工艺值进行比较。根据热交换器的种类、设置场所，成为比较对象的指标不同。参数调整部30参照该比较结果，判定模拟值与工艺值之间的差值是否小于或等于预定的差值阈值(第2差值阈值)(步骤S409)。参数调整部30在判定为模拟值与工艺值之间的差值未小于或等于预定的第2差值阈值的情况下，再次进行基准导热系数Udes的调整。此外，第2差值阈值既可以与上述第1差值阈值相同，也可以与第1差值不同。例如，第2差值阈值可以比第1差值阈值小。
另一方面，参数调整部30在判定为模拟值与工艺值之间的差值小于或等于预定的第2差值阈值的情况下，将完成调整的基准导热系数Udes输出至参数选择部12。参数选择部12将从参数调整部30输入的完成调整的基准导热系数Udes存储于模型存储部14(步骤S411)。另外，参数选择部12将完成调整的参数与该参数调整时的条件、时间戳一起存储于模型履历存储部16。此外，参数选择部12也可以在参数的调整完成的时刻每次将全部的参数存储至模型存储部14及模型履历存储部16，也可以将任意定时的完成调整的参数存储至模型存储部14及模型履历存储部16。
接下来，诊断部18从模型履历存储部16对基准导热系数Udes及该参数调整时的条件、时间戳进行读取，进行诊断处理(步骤S413)。例如，诊断部18生成基准导热系数Udes的时序数据，输出至显示部20。图8是表示本实施方式中的热交换器的基准导热系数的时序变化的图。在图8中，可知基准导热系数Udes的值随着时间而降低。车间的运转员通过确认在该显示部20显示的基准导热系数Udes的时序数据，由此能够确认诊断对象的热交换器的状态。以上，结束本流程图的处理。
根据如上所述的本实施方式，在与热交换器的结构条件相匹配地进行调整的比例指数α的值的调整完成之后，仅对基准导热系数Udes进行调整，因此能够将流量依赖度准确地反映于各参数，能够提高在模拟中使用的模型M的精度。其结果，能够高精度地对热交换器的性能劣化等进行诊断。另外，在热交换器的流量小的情况下，不进行基准导热系数Udes的调整，因此能够防止参数的误调整。
此外，在上述的实施方式中，说明为了由参数选择部12对固定参数FP和变动参数VP进行选择的结构，但也可以进一步增加参数的划分数量，进行选择处理。例如，在定期修理时等以年单位进行固定参数FP的调整的情况下，可以将根据季节单位、生产物而变化的参数定义为第2固定参数。
另外，在上述的实施方式中，对使用跟踪模拟器10的结构进行了说明，但也可以使用具有静态模拟器及动态模拟器两者的模拟器、或者具有静态模拟器及跟踪模拟器两者的模拟器。
上述的静态模拟器是使用静态模型(对构成车间的仪器的稳定状态进行建模得到的模型)而进行构成车间的仪器的稳定状态的模拟的模拟器。另外，上述动态模拟器是使用动态模型(考虑构成车间的仪器的相互关系的、对车间的动态(非稳定状态)进行建模得到的模型)，进行考虑构成车间的仪器的相互关系的、以车间为对象的模拟的模拟器。
通过跟踪模拟器10对固定参数FP进行调整的情况下，车间PL的外部条件(生产量、原料等)有时会变化。如果在调整后的参数值中包含这些要因，则有时无法单纯地对当前的固定参数FP的值和过去的固定参数FP的值进行比较。在具有上述的静态模拟器及动态模拟器(或者静态模拟器及跟踪模拟器)的模拟器中，将在跟踪模拟器中使用的动态模型变换为静态模型而对条件进行整合(运转条件等值化)之后，再次恢复为动态模型。通过利用该功能，能够减少由车间的外部条件的变化引起的参数调整时的误差。此外，在日本特愿2016-021116中公开了这种具有静态模拟器及动态模拟器(或者静态模拟器及跟踪模拟器)的模拟器的详情。
另外，在上述的实施方式中，对使用跟踪模拟器10的结构进行了说明，但也可以使用在线对参数进行调整的在线型的模拟器。该在线型的模拟器可以控制为不进行在参数选择时未选择的参数的变更，分开进行固定参数FP及变动参数VP的调整。
以上，一边参照附图一边对本发明的优选的实施方式进行了说明，但本发明当然并不限定于上述实施方式。在上述的实施方式中示出的各结构部件的诸形状、组合等仅为一个例子，在不脱离本发明的主旨的范围内基于设计要求等能够进行各种变更。

Claims (15)

1.一种车间模拟装置，其具有：
第1存储部，其对模型、第1参数以及第2参数进行存储，该模型是对在车间中设置的设备的状态进行建模而得到的，该第1参数及该第2参数设定于所述模型，该第1参数在使所述车间进行运转时被固定，该第2参数在所述车间的运转中进行变动；以及
模拟器，其对所述设备的工艺值和使用所述模型计算的模拟值进行比较，进行所述第1参数及第2参数的调整。
2.根据权利要求1所述的车间模拟装置，其中，
还具有诊断部，该诊断部使用由所述模拟器调整后的所述第1参数及所述第2参数中的至少一者的变更信息，进行所述设备的诊断。
3.根据权利要求1所述的车间模拟装置，其中，
所述模拟器进行所述第1参数及第2参数的调整，以使得所述设备的工艺值与使用所述模型计算的模拟值之间的差值小于或等于第1阈值。
4.根据权利要求1所述的车间模拟装置，其中，
所述模拟器在进行了所述第1参数的调整之后，进行所述第2参数的调整。
5.根据权利要求1所述的车间模拟装置，其中，
所述模拟器在所述设备的运转状态未满足调整条件的情况下，不进行所述第2参数的调整。
6.根据权利要求1所述的车间模拟装置，其中，
还具有第2存储部，该第2存储部将由所述模拟器调整后的所述第1参数及第2参数的变更信息，与调整时的所述设备的运转条件及时刻信息一起进行存储。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的车间模拟装置，其中，
所述设备为热交换器，
所述第1参数是表示所述热交换器的导热系数的流量依赖度的值，所述第2参数是所述热交换器的基准流量中的基准导热系数。
8.根据权利要求2所述的车间模拟装置，其中，
所述设备为热交换器，
所述第1参数是表示所述热交换器的导热系数的流量依赖度的值，所述第2参数是所述热交换器的基准流量中的基准导热系数，
所述诊断部生成所述基准导热系数的时序数据，基于所生成的时序数据而进行所述热交换器的诊断。
9.根据权利要求7所述的车间模拟装置，其中，
所述模拟器在所述热交换器的流量小于第2阈值的情况下，不进行所述基准导热系数的调整。
10.根据权利要求4所述的车间模拟装置，其中，
所述模拟器使用完成调整的所述第1参数，进行所述第2参数的调整。
11.一种车间模拟方法，其中，
对在车间中设置的设备的工艺值和使用对所述设备的状态进行建模得到的模型而计算的模拟值进行比较，
进行第1参数及第2参数的调整，该第1参数及该第2参数设定于所述模型，该第1参数在使所述车间进行运转时被固定，该第2参数在所述车间的运转中进行变动。
12.根据权利要求11所述的车间模拟方法，其中，
使用调整后的所述第1参数及所述第2参数中的至少一者的变更信息，进行所述设备的诊断。
13.根据权利要求11所述的车间模拟方法，其中，
进行所述第1参数及第2参数的调整，以使得所述设备的工艺值与使用所述模型计算的模拟值之间的差值小于或等于第1阈值。
14.根据权利要求11所述的车间模拟方法，其中，
在进行了所述第1参数的调整之后，进行所述第2参数的调整。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的车间模拟方法，其中，
所述设备为热交换器，
所述第1参数是表示所述热交换器的导热系数的流量依赖度的值，所述第2参数是所述热交换器的基准流量中的基准导热系数。
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