JP2000056807A - モデル予測制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的は、制御量の予測結果の判定を自
動化することにより、人の介入を無くし、誤診断を防止
することと、制御量の予測結果が悪い場合は、自動で制
御を中止し、プラントへの誤出力を防止することにあ
る。 【解決手段】制御量の予測結果が時間経過につれて、収
束しているか否かを確認する予測結果判定機能と、予測
結果の収束状態から、操作量出力の実行可または実行不
可を判定する実行判定機能を有することにある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、化学プラントのモ
デル予測制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】特開平6−119002 号公報ではニューラル
ネットワークを用いて安定指標を計算するプロセス制御
性能検知装置について記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、制御
量の予測結果の良否判定，収束状態の変化をオペレータ
の主観で判断することにより、オペレータ個々による判
断の違いがあり、誤った判断がされる可能性があった。
また、オペレータが誤った判断を実施したのに気付かな
いで、制御を実行した場合は、プラントの誤動作を招く
可能性があった。そこで、本発明の目的は、制御量の予
測結果の判定を自動化することにより、人の介入を無く
し、誤診断を防止することと、制御量の予測結果が悪い
場合は、自動で制御を中止し、プラントへの誤出力を防
止することにあり、本発明の予測結果判定機能および実
行判定機能にて実現できる。

【０００４】

【課題を解決するための手段】制御量の予測計算機能部
と、操作量の出力機能部とを有するモデル予測制御装置
において、制御量の予測結果が時間経過につれて、収束
しているか否かを確認する予測結果判定機能と、予測結
果の収束状態から、操作量出力の実行可または実行不可
を判定する実行判定機能を有することを特徴としたモデ
ル予測制御装置をもつ。

【０００５】そして、予測結果判定機能では制御量の予
測結果の収束状態を制御周期毎に算出し、要求時に予測
結果を表示する。また、制御実行操作があった場合は、
予測結果判定機能の示す予測収束状態から、実行判定機
能により制御実行の可または不可を判定する。

【０００６】これにより、制御量の予測結果を予測結果
判定機能にて自動で判断することで、人間の誤診断の介
入を無くし、常に正しい予測結果の診断を実施すること
が可能となり、制御量の予測結果が悪い場合は、実行判
定機能にて、自動的に制御の実行を中止することによ
り、プラントへの誤出力を未然に防止することが可能と
なる。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１の様に制御対象２を制御する
ために、モデル予測制御機能をもった計算機１がある。
この計算機１は、制御対象２へ操作量を出力し、制御対
象から制御量を入力する機能を有している。

【０００８】この計算機１は、図２の様に制御量予測部
３と、操作量出力部４に別れており、制御を実行するた
めには、オペレータの操作５にてまず制御量予測部３を
起動することにより制御量の予測を行い、次にオペレー
タの操作５にて操作量出力部４を起動することにより操
作量の出力をする、２段階の操作が必要である。

【０００９】また、この制御量予測部３は、図３の様に
実際に制御量の予測をする制御量予測計算部６と制御量
予測結果の状態を判定する予測収束状態計算部７に別れ
ている。

【００１０】以降、図４に示すアセトン精製の蒸留塔に
おいて、操作量である内部還流量（ＦＣ１０１）９［ｔ
／ｈ］，加熱蒸気量（ＦＣ１０２）１０［ｔ／ｈ］に
て、制御量である９段トレイ温度（ＴＣ００１）１１
［℃］，水分濃度(ＡＣ００１)１２［ｗｔ％］の制御を
実施する場合を例に説明する。

【００１１】制御実行時、最初にオペレータは制御量予
測部３の実行をおこなう。制御量予測部３は予め設定さ
れた制御周期である１分周期にて実行される。これによ
り、計算機１は予め定義されている図４のアセトン精製
蒸留塔プラントモデルから、制御量予測計算部６にて９
段トレイ温度（ＴＣ００１）１１と水分濃度(AC001）１
２を１分毎に予測時間である３０分後までの未来変動を
予測する。

【００１２】予測結果は図５のＴＣ００１予測値１３，
ＡＣ００１予測値１４の様に出力される。なお、制御目
標値はそれぞれ９段トレイ温度（ＴＣ００１）１１＝７
５［℃］，水分濃度(ＡＣ００１）１２＝０.２５［ｗｔ
％］とする。また操作量はそれぞれ内部還流量(ＦＣ１
０１)９＝０〜３０［ｔ／ｈ］，加熱蒸気量(FC102）１
０＝０〜８［ｔ／ｈ］の間で変動するものとする。

【００１３】制御を実行する場合、オペレータはまず図
２の制御量予測部３を実行する。これにより予め設定さ
れた制御周期である１分周期で、図３の制御量予測計算
部６と予測収束状態計算部７が定周期に稼動し始める。
制御量予測計算部６では、図５に示すように稼動時点で
の、制御量である９段トレイ温度（ＴＣ００１）１１と
水分濃度（ＡＣ００１）１２の未来変動を予測する。

【００１４】この予測期間は予め３０分に設定されてい
る。予測収束状態計算部７は、１回目の制御周期では、
各制御量毎に、目標値と予測値の差の積分値を算出す
る。２回目以降の制御周期では、同様に制御量予測計算
部６にて各制御量の未来変動を予測し、予測収束状態計
算部７は目標値と予測値の差の積分値を算出した後、前
回の積分値との差を算出する。また、これを制御周期毎
に保存しておき、図６に示すＴＣ００１予測偏差積分値
変動１５，ＡＣ００１予測偏差積分値変動１７を作成す
る。これは制御量予測開始後、予測期間である３０分以
内の場合は、開始から現在時刻までを、３０分以降は現
在時刻から３０分前までの値で生成されている。

【００１５】また、オペレータからの収束状態確認要求
により、９段トレイ温度（TC001）１１，水分濃度（Ａ
Ｃ００１）１２の予測収束情報として、図９の収束傾向
トレンドと「収束中」，「収束済」，「発散」の何れか
の収束状態を、計算機１の画面に図１０の様に収束状態
表示枠Ａ２３と収束状態表示枠Ｂ２４に表示する。これ
は、予測収束状態計算部７が、次の様に動作しているこ
とにより、実現する。まず図６に示したＴＣ００１予測
偏差積分値変動１５，ＡＣ００１予測偏差積分値変動１
６に対し、ＬＰＦによりノイズの除去を実施し、図７の
ＴＣ００１平滑予測偏差積分変動１７とＡＣ００１平滑
予測偏差積分変動１８を求める。次にＴＣ００１平滑予
測偏差積分変動１７とＡＣ００１平滑予測偏差積分変動
１８をそれぞれ二乗することにより、図８に示すＴＣ０
０１二乗平滑予測偏差積分変動１９とＡＣ００１二乗平
滑予測偏差積分変動２０を求める。この各二乗平滑予測
偏差積分変動に、図９のように制御周期毎の二乗平滑予
測偏差積分変動との差の合計が０になる直線を引く。こ
の直線を収束傾向トレンドといい、ＴＣ００１二乗平滑
予測偏差積分変動１９に対する収束傾向トレンドがＴＣ
００１収束傾向トレンド２１，ＡＣ００１二乗平滑予測
偏差積分変動２０に対する収束傾向トレンドがＡＣ００
１収束傾向トレンド２２となる。また、（数１）に示す
様に、収束トレンドの時間に対する微分値によって収束
状態を導き出す。

【００１６】

【数１】

【００１７】但し、収束中，収束済，発散を含め収束状
態を示す。

【００１８】操作量出力部４をオペレータが実行したと
き、操作量出力部４は図１１に示す通り、次の様に動作
する。収束傾向確認２５にて、（数１）から収束状態を
導き出し、制御量である９段トレイ温度（ＴＣ００１）
１１と水分濃度(ＡＣ００１)１２の両方が「収束済」の
場合は制御周期である１分毎に、制御量予測計算部の結
果を元に、操作量出力開始３０を実施する。

【００１９】どちらの収束傾向も「発散」でなく、どち
らか一方でも収束傾向が「収束中」の場合は、制御量予
測収束中表示２６を実施することにより、図１３に示す
運転画面の収束状態表示ウィンド３１にて「制御量予測
収束中。このまま操作量出力を実行しますか？」と表示
し、オペレータが操作量出力枠２７を選択した場合、操
作量出力判定２７にて「実行」が選択され、操作量出力
開始３０を実施する。また、オペレータが出力中止枠３
３を選択した場合は、操作量出力判定２７にて「実行し
ない」が選択され、操作量出力処理終了２９を実行する
ことにより、操作量出力部４の実行を終了し、制御量予
測部３の実行のみとなる。

【００２０】どちらか一方でも収束傾向が「発散」の場
合は、制御量予測発散表示２８にて、図１４の様に「制
御量予測発散。操作量出力は実施できません」と表示
し、オペレータは、確認枠３４を選択し、メッセージ内
容を確認するのみとなる。また操作量出力部４は、操作
量出力処理終了２９を実行することにより、操作量出力
を実施せずに処理を終了し、制御量予測部３の実行のみ
となる。これによってオペレータの誤判断によるプラン
トへの誤出力を抑止する。

【００２１】

【発明の効果】予測結果判定機能にて、制御周期毎に予
測時間中の予測結果と、目標値の差の積分値を計算し、
前回の制御周期での予測時間中の予測結果と、目標値の
差の積分値との差を、予測偏差積分値変動として保存す
る。そして、オペレータの予測収束状態確認要求時、ま
たは、制御実行要求時に、予測偏差積分値変動のノイズ
をＬＰＦにより除去後、二乗することにより、予測偏差
積分変動の正数と負数を同条件で扱えるようにする。こ
れを二乗平滑予測偏差積分値変動とする。二乗平滑予測
偏差積分値変動との差が０になる直線を検索し、これを
収束傾向トレンドとする。収束傾向トレンドは予測結果
と目標値との差の推移を示している為、収束傾向トレン
ドの微分値が０より大きいときは「発散」、０のときは
「収束済み」、０より小さいときは「収束中」と判断する
ことが可能となる。

【００２２】また、制御実行時は、実行判定機能におい
て、予測結果判定機能の予測状態の判定結果が「収束済
み」の場合は制御を実行、「収束中」の場合はオペレー
タにより制御を実行するか否の判断を実施、「発散」の
場合は操作量の出力を抑止する。このことにより、プラ
ントへの誤出力を防止することが可能となる。

【００２３】よって、予測結果判定機能と実行判定機能
を有するモデル予測制御装置を用いることにより、化学
プラントでのモデル予測制御にて安全性を確保すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】モデル予測制御を実施する計算機１と制御対象
２の関係を示す図である。

【図２】モデル予測制御の稼動順序を示す図である。

【図３】制御量予測計算部６と予測収束状態計算部７が
同時に稼動することを示す図である。

【図４】制御対象であるアセトン精製蒸留塔プラントを
示す図である。

【図５】制御量予測計算部６にて算出された、制御量の
予測結果と目標値の関係を示す特性図である。

【図６】予測収束状態計算部７にて算出された予測結果
と目標値との差の積分値の変動である予測偏差積分値変
動を示す特性図である。

【図７】ＬＰＦによってノイズを除去した後の状態であ
る平滑予測偏差積分値変動を示す特性図である。

【図８】各時間の値を二乗した結果である二乗平滑予測
偏差積分値変動を示す特性図である。

【図９】差の合計が０になる直線である収束傾向トレン
ドを示す特性図である。

【図１０】計算機１の出力する画面であり、収束傾向ト
レンドと収束状態を表示することを示す図である。

【図１１】オペレータが操作量出力４を実行した場合に
おける、収束状態での動作フローを示す図である。

【図１２】計算機１の出力する画面であり、全ての収束
傾向が「発散」でなく、１つ以上の収束傾向が「収束
中」である場合に表示する画面を示す図である。

【図１３】計算機１の出力する画面であり、１つ以上の
収束傾向が「発散」である場合に表示する画面を示す図
である。

【符号の説明】

１…計算機、２…制御対象、３…制御量予測部、４…操
作量出力部、５…オペレータ操作部、６…制御量予測計
算部、７…予測収束状態計算部、１３…TC001予測値、
１４…ＡＣ００１予測値、１５…ＴＣ００１予測偏差積
分値変動、１６…ＡＣ００１予測偏差積分値変動、１７
…ＴＣ００１平滑予測偏差積分値変動、１８…平滑予測
偏差積分値変動。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】制御量の予測計算機能部と、操作量の出力
   機能部とを有するモデル予測制御装置において、制御量
   の予測結果が時間経過につれて、収束しているか否かを
   確認する予測結果判定機能と、予測結果の収束状態か
   ら、操作量出力の実行可または実行不可を判定する実行
   判定機能を有することを特徴としたモデル予測制御装
   置。