JP2004038261A - プラントシミュレータ、プラントシミュレーション方法、及びプラントシミュレーション用プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】プラント構造データを獲得し(100)、プラント構造データに基づき、プロセス材の流通方向に関し複数の流通量調節要素により囲まれた少なくとも一つのプラント構造要素を該少なくとも一つのプラント構造要素毎にまとめて制御グループユニットを画定する(200)。また、マスターレシピを獲得し(300)、マスターレシピ及びプラント構造データに基づき、マスターレシピを実行するのに必要な、プラント構造要素に含まれる操作端の操作手順をフェーズの形で規定する制御レシピを作成する(400)。更に、挙動モデルを獲得する(500)。次いで、プラント構造状態データを制御レシピに従って順次更新し、プロセス材状態を挙動モデルを用いて逐次更新する(600)。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明はプラントシミュレータ、プラントシミュレーション方法、及びプラントシミュレーション用プログラムに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、プロセス材の流通路がプラント構造要素によって形成されているプラントを少なくとも一つのオペレーションを含んでなるマスターレシピに従って運転したときのプラント状態をシミュレーションするプラントシミュレータが知られている。この場合、複数のプラント構造要素をグループユニットにグループ分けし、シミュレーションができるだけ簡素化されるようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
確かにこの従来のグループ分けによれば、全くグループ分けしない場合に比べてシミュレーションを簡素化できると考えられる。しかしながら、この従来のグループ分けではプラント構造要素のうちバルブがいずれかのグループユニットに含まれるようになっており、その結果、詳しくは後述するが、シミュレーションが必ずしも簡素化されないという問題点がある。
【0004】
そこで本発明の目的は、シミュレーションを簡素化することができるプラントシミュレータ、プラントシミュレーション方法、及びプラントシミュレーション用プログラムを提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために1番目の発明によれば、プロセス材の流通路がプラント構造要素によって形成されているプラントを少なくとも一つのオペレーションを含んでなるマスターレシピに従って運転したときのプラント状態をシミュレーションするプラントシミュレータにおいて、前記プラント構造要素がプロセス材の流通量を調節するための流通量調節要素を含んでおり、プロセス材の挙動モデルを獲得する手段と、前記プラント構造要素の種類及び位置を表すプラント構造データを獲得する手段と、該獲得されたプラント構造データに基づき、プロセス材の流通方向に関し複数の流通量調節要素により囲まれた少なくとも一つのプラント構造要素を該少なくとも一つのプラント構造要素毎にまとめて制御グループユニットを画定すると共に、該制御グループユニットを表すデータを前記プラント構造データに付加する手段と、前記マスターレシピを獲得する手段と、該獲得されたマスターレシピ及び該プラント構造データに基づき、該マスターレシピを実行するためのプラント構造要素を選択すると共に、該マスターレシピを実行するのに必要な、該選択されたプラント構造要素に含まれる操作端の操作手順をフェーズの形で規定する制御レシピを作成する手段と、プラント構造状態を表すプラント構造状態データを該作成された制御レシピに従って順次更新する手段と、該更新されたプラント構造状態データにより表されるプラント構造状態のもとでのプロセス材状態を表すプロセス材状態データをプロセス材の挙動モデルを用いて逐次更新する手段と、を具備したプラントシミュレータが提供される。
【0006】
また、前記課題を解決するために2番目の発明によれば、プロセス材の流通路がプラント構造要素によって形成されているプラントを少なくとも一つのオペレーションを含んでなるマスターレシピに従って運転したときのプラント状態をシミュレーションするプラントシミュレーション方法において、前記プラント構造要素がプロセス材の流通量を調節するための流通量調節要素を含んでおり、プロセス材の挙動モデルを獲得し、前記プラント構造要素の種類及び位置を表すプラント構造データを獲得し、該獲得されたプラント構造データに基づき、プロセス材の流通方向に関し複数の流通量調節要素により囲まれた少なくとも一つのプラント構造要素を該少なくとも一つのプラント構造要素毎にまとめて制御グループユニットを画定すると共に、該制御グループユニットを表すデータを前記プラント構造データに付加し、前記マスターレシピを獲得し、該獲得されたマスターレシピ及び該プラント構造データに基づき、該マスターレシピを実行するためのプラント構造要素を選択すると共に、該マスターレシピを実行するのに必要な、該選択されたプラント構造要素に含まれる操作端の操作手順をフェーズの形で規定する制御レシピを作成し、プラント構造状態を表すプラント構造状態データを該作成された制御レシピに従って順次更新し、該更新されたプラント構造状態データにより表されるプラント構造状態のもとでのプロセス材状態を表すプロセス材状態データをプロセス材の挙動モデルを用いて逐次更新する、各段階からなるプラントシミュレーション方法が提供される。
【0007】
また、前記課題を解決するために3番目の発明によれば、プロセス材の流通路がプラント構造要素によって形成されているプラントを少なくとも一つのオペレーションを含んでなるマスターレシピに従って運転したときのプラント状態をシミュレーションするためのプラントシミュレーション用プログラムにおいて、前記プラント構造要素がプロセス材の流通量を調節するための流通量調節要素を含んでおり、プロセス材の挙動モデルを獲得し、前記プラント構造要素の種類及び位置を表すプラント構造データを獲得し、該獲得されたプラント構造データに基づき、プロセス材の流通方向に関し複数の流通量調節要素により囲まれた少なくとも一つのプラント構造要素を該少なくとも一つのプラント構造要素毎にまとめて制御グループユニットを画定すると共に、該制御グループユニットを表すデータを前記プラント構造データに付加し、前記マスターレシピを獲得し、該獲得されたマスターレシピ及び該プラント構造データに基づき、該マスターレシピを実行するためのプラント構造要素を選択すると共に、該マスターレシピを実行するのに必要な、該選択されたプラント構造要素に含まれる操作端の操作手順をフェーズの形で規定する制御レシピを作成し、プラント構造状態を表すプラント構造状態データを該作成された制御レシピに従って順次更新し、該更新されたプラント構造状態データにより表されるプラント構造状態のもとでのプロセス材状態を表すプロセス材状態データをプロセス材の挙動モデルを用いて逐次更新する、各段階をコンピュータに実行させるためのプラントシミュレーション用プログラムが提供される。
【0008】
【発明の実施の形態】
図1は本発明による実施例のプラントシミュレータ1のアーキテクチャを概略的に示している。図1を参照すると、このプラントシミュレータ1はインターフェース2と相互に関連付けられた挙動モデルエディタ3、構造エディタ4、操作エディタ5、挙動モデルエディタ3により参照されるモデルクラスライブラリ6、構造エディタ4により参照される構造クラスライブラリ7、挙動モデルエディタ3と相互に関連付けられたモデルオブジェクト8、構造エディタ4と相互に関連付けられた構造オブジェクト9、操作エディタ5と相互に関連付けられた操作オブジェクト10を具備する。また、プラントシミュレータ1はモデルオブジェクト8及び構造オブジェクト9と相互に関連付けられたシミュレーションエンジン11と、構造オブジェクト9及び操作オブジェクト10と相互に関連付けられた操作制御部12とを具備する。ここで、インターフェース2には例えばキーボードやマウスのような入力装置、ディスプレイやプリンタのような出力装置が含まれる。
【0009】
図2は図1に示すプラントシミュレータにおけるシミュレーション環境を概略的に表している。図2を参照すると、このシミュレーション環境は3つの層、即ち挙動、構造、及び操作の各層に階層化されている。図2に示す例では、挙動の層に挙動モデルエディタ3が含まれており、構造の層に構造エディタ4が含まれている。また、操作の層には操作エディタ5と、操作制御部12に対応する操作実行部13とが含まれている。
【0010】
まず、図1を参照しつつ図2を参照して本発明による実施例のプラントシミュレーション方法を簡単に説明する。構造エディタ4はユーザからの入力に従って構造クラスライブラリ7を参照しながらプラント構造データ15を獲得する。このプラント構造データ15にはプラント構造状態データ16が関連付けられる。操作エディタ5はユーザからの入力に従ってマスターレシピを獲得し、これらプラント構造データ15とマスターレシピとに基づき制御レシピ17を作成する。一方、挙動モデルエディタ3はユーザからの入力に従ってモデルクラスライブラリ6を参照しながら挙動モデル14を選択する。
【0011】
操作実行部13はプロセス変数18及びプロセス上の制約19を参照しながら制御レシピ17に従って操作端の操作データ20を作成し、この操作データ20に従ってプラント構造状態データ16を順次更新する。ここで、プロセス変数18はプロセス材の状態を表すプロセス材状態データを表しており、即ちプロセス材の温度、圧力、流量といった物理量を表している。また、プロセス上の制約19は複数の物質を互いに混合する際の好ましくない混合順序や、一連のバルブを順次開弁又は閉弁する際の好ましくない開閉弁順序、又は危険状態などを規定するものである。
【0012】
一方、シミュレーションエンジン11はプラント構造状態データ16により表されるプラント構造状態のもとでのプロセス変数18の値を挙動モデル14を用いて逐次更新する。また、シミュレーションエンジン11はプラント構造状態データ16とプロセス変数18とに基づいてバランスモデルを管理する。
【0013】
図3は本発明による実施例のプラントシミュレーション方法を実行するための概略的なフローチャートを示している。次に、図3を参照して本発明による実施例のプラントシミュレーション方法を詳しく説明する。
【0014】
図3を参照すると、まずステップ100では、シミュレーションされるべきプラントの構造を表すプラント構造データが獲得される。即ち、プラント構造データがユーザによってプラントシミュレータ1に入力される。
【0015】
本発明による実施例では、構造クラスライブラリ7内にプラント構造要素を表すプラント構造要素データが例えばISO10303 AP221(審議中)及びAP227に準拠した形で予め記憶されており、ユーザはプラントを構成するのに必要なプラント構造要素データをディスプレイの画面を介し構造クラスライブラリ7から選択し、ディスプレイの画面上で位置決めする。
【0016】
ここで、プラント構造要素にはプロセス材の流通路を形成するものと、形成しないものとがあり、前者には例えばパイプ、ポンプ、バルブ、タンク、反応器、ジャケットなどが含まれ、後者には攪拌機、電気ヒータ、センサなどが含まれる。なお、プロセス材の流通路を形成するプラント構造要素のうち流通路内を流通するプロセス材の流通量をプラントの正常時に制御することができるものを流通量調節要素と称している。この流通量調節要素には例えばバルブが含まれる。
【0017】
一方、プロセス材には目的製品を製造するための反応に直接的に関与する反応プロセス材と、直接的に関与しないユーティリティプロセス材とがあり、前者には原料、中間生成物、添加剤、製品などが含まれ、後者には加熱用スチーム、冷却水などが含まれる。なお、本発明による実施例では、反応に直接的に関与しないものであっても、例えば洗浄液のように反応プロセス材の流通路内を流通しうるプロセス材は反応プロセス材に含まれるものとしている。これらプロセス材は気体、液体の他どのような形態であってもよい。
【0018】
図4にはプラント構造データの一例が示されている。図4に示される例では、物質Aを収容するタンクTAの出口はL字管LT1及びバルブV1を介してポンプP1の吸引側に接続され、ポンプP1の吐出側はT字管TT1を介して一方ではバルブV3の入口に接続され、他方ではL字管LT2、バルブV2、及び直管ST2を介してタンクTAの戻り口に接続される。バルブV3の出口はL字管LT3、直管ST3、T字管TT2、バルブV4、及び直管ST4を介して反応器Rの入口に接続される。また、反応器R内には攪拌機Sが取り付けられる。
【0019】
同様に、物質Bを収容するタンクTBの出口はL字管LT4及びバルブV5を介してポンプP2の吸引側に接続され、ポンプP2の吐出側はT字管TT3を介して一方ではバルブV6の入口に接続され、他方ではL字管LT5、バルブV6、及び直管ST6を介してタンクTBの戻り口に接続される。バルブV7の出口はT字管TT4を介して一方ではバルブV8及び直管ST7を介し反応器Rに接続され、他方ではバルブV9を介してT字管TT2に接続される。
【0020】
また、反応器Rの出口はバルブV10及び直管ST8を介し、物質Cを収容するタンクTCに接続される。一方、スチーム源STMは直管ST9、バルブV11、及びY字管YTを、冷却水源CWは直管ST10、バルブV12、及びY字管YTを、それぞれ介してジャケットJの入口に接続され、ジャケットJの出口は直管ST11、バルブV13、及びL字管LT6を介してドレインDに接続される。
【0021】
従って、タンクTA内の物質AはLT1,V1,ST1,P1,TT1,V3,LT3,ST3,TT2,V4,ST4を介して反応器Rに供給され、ポンプP1から吐出された物質Aのうち一部はLT2,V2,ST2を介してタンクTA内に戻されうる。一方、タンクTB内の物質BはLT4,V5,ST5,P2,TT3,V7,TT4を介した後、V8,ST7又はV9,V4,ST4を介して反応器Rに供給され、ポンプP2から吐出された物質Bのうち一部はLT5,V6,ST6を介してタンクTB内に戻されうる。物質CはV10,ST8を介して反応器RからタンクC内に排出される。加熱用スチームはスチーム源STMからST9,V11,YTを介し、冷却水は冷却水源CWからST10,V12,YTを介し、ジャケットJにそれぞれ供給され、ST11,V13,LT6を介してジャケットJから排出される。
【0022】
各プラント構造要素データには、そのプラント構造要素の種類(例えば、形状、寸法、材質など)を表すデータが予め関連付けられている。また、各プラント構造要素がユーザによって位置決めされるとその位置(例えば、プロセス材の流れ方向に関し前後のプラント構造要素との位置関係など)を表すデータが対応するプラント構造要素データと関連付けられる。従って、各プラント構造要素データにはその種類及び位置を表すデータが関連付けられていることになり、従ってプラント構造データはプラント構造要素の種類及び位置を表していることになる。
【0023】
更に、プラント構造要素のうちバルブ、ポンプ、攪拌機のような操作端を表すプラント構造要素データには、その状態(例えば開弁もしくは閉弁、又はオンもしくはオフ)を表すプラント構造状態データが関連付けられている。操作端の状態は結局のところプラント構造状態を表しており、従ってプラント構造状態データはプラント構造状態を表していることになる。なお、本発明による実施例では、例えばバルブの状態を表すプラント構造状態データの初期値は閉弁を表すデータにされており、攪拌機の状態を表すプラント構造状態データの初期値はオフを表すデータにされている。
【0024】
再び図3を参照すると、続くステップ200では、プラントシミュレータ1によって、ステップ100で獲得されたプラント構造データに基づき、プロセス材の流通方向に関し複数の流通量調節要素により囲まれた少なくとも一つのプラント構造要素がこれら少なくとも一つのプラント構造要素毎にまとめられて制御グループユニット(以下、CGUと称する)が画定され、かつ、これらCGUを表すデータがプラント構造データに付加される。なお、本発明による実施例では、CGUのうちプラント構造要素の主要素(本発明による実施例では反応器R)を含むものをM−CGU、反応プロセス材の流通路を形成するプラント構造要素により形成されるCGUをE−CGU、ユーティリティプロセス材の流通路を形成するプラント構造要素により形成されるCGUをU−CGUと称している。
【0025】
図5及び図6は図4に示されるプラント構造データにおいてCGUを画定した結果を示している。図4を参照しながら図5及び図6を参照すると、バルブV1,V2,V3により囲まれたST1,P1,TT1,LT2によってE−CGU1が画定され、これらST1,P1,TT1,LT2を表すプラント構造データにE−CGU1を表すデータが付加される。同様に、バルブV3,V4により囲まれたLT3,TT2によってE−CGU2が画定され、バルブV5,V6,V7により囲まれたST5,P2,TT3,LT5によってE−CGU3が画定され、バルブV7,V9により囲まれたTT4によってE−CGU4が画定される。また、バルブV4,V8,V10により囲まれたST4,ST7,RによってM−CGUが画定され、バルブV11,V12,V13により囲まれたYT,J,ST11によってU−CGUが画定される。
【0026】
図5及び図6に示されるように本発明による実施例ではCGU内にバルブ即ち流通量調節要素が含まれていない。従って、流通量調節要素の前後で流通路内圧力が変動しうることを考えると、ひとつのCGU内では圧力が概ね一様であると考えることができる。この意味において、流通量調節要素を流通路内の圧力を調節可能な圧力調節要素と考えることもできる。ただし、本発明による実施例では、正常時は常時開弁又は閉弁され続け異常時にのみ閉弁又は開弁される異常時用バルブは流通量調節要素と考えていない。従って、異常時用バルブのようなバルブをCGU内に含ませることもできる。
【0027】
また、CGU内に含まれないバルブは隣接するCGUを互いに接続する接続要素と見ることもできる。更に、バルブによって互いに接続される複数のCGUを一纏めにしてこれを一つのCGUと同様に取り扱うこともできる。このような複数のCGUを一纏めにしたものをスーパーCGUと称すると、例えばE−CGU1,V3,E−CGU2からスーパーCGUを形成することができる。
【0028】
なお、本発明による実施例では、シミュレーションの直前にプラント構造データを獲得し、CGUを画定するようにしている。しかしながら、プラント構造データを予め獲得しておき、CGUを予め画定しておくようにすることもできる。あるいは、予め獲得されているプラント構造データに基づき、シミュレーションの直前にCGUを画定するようにすることもできる。
【0029】
再び図3を参照すると、続くステップ300ではプラントに目的の処理を実行させるための操作手順を表すマスターレシピが獲得される。即ち、マスターレシピがユーザによってプラントシミュレータ1に入力される。
【0030】
図7には図4に示されるプラント構造データに対するマスターレシピの一例の概念図が示されている。マスターレシピは少なくとも一つのプロシージャから形成され、図7に示される例ではN個のプロシージャから形成されている(N=1,2,…)。ここで、各プロシージャはマスターレシピを実施するのに必要な少なくとも一つの処理に対応し、対応する処理を実施するのに必要な操作手順を規定するものである。例えば図7に示されるプロシージャ1は、液体物質Aと液体物質Bとを反応させて液体物質Cを製造する(A+B→C)ための操作手順を規定している。なお、これらプロシージャは互いに逐次的に又は並列的に実行される。
【0031】
また、各プロシージャは少なくとも一つのオペレーションから形成され、図7に示されるプロシージャ1は4個のオペレーションから形成されている。ここで、各オペレーションは対応するプロシージャを実施するのに必要な少なくとも一つの工程に対応し、対応する工程を実施するのに必要な操作手順を規定するものである。例えば図7に示される例では、オペレーション1は物質Aの供給工程を実施するのに必要な操作手順を規定しており、オペレーション2は物質Bの供給工程を実施するのに必要な操作手順を規定しており、オペレーション3は反応工程を実施するのに必要な操作手順を規定しており、オペレーション4は物質Cの排出工程を実施するのに必要な操作手順を規定している。なお、これらオペレーションも互いに逐次的に又は並列的に実行される。
【0032】
図7に示される例をもう少し詳しく説明すると、オペレーション1には、物質AをタンクTAから反応器Rまで供給すべきこと、反応器Rの温度Tが室温RTであれば流量MA(kmol/hr)でもって物質Aを供給し始めるべきこと、物質Aの総供給量QAがしきい値NAよりも多くなったら物質Aの供給を停止すべきことが規定されている。また、オペレーション2には、物質BをタンクTBから反応器Rまで供給すべきこと、反応器温度Tが室温RTであれば流量MB(kmol/hr)でもって物質Bを供給し始めるべきこと、物質Bの総供給量QBがしきい値NBよりも多くなったら物質Bの供給を停止すべきことが規定されている。
【0033】
オペレーション3には、オペレーション1及び2が完了したら、加熱速度QH(K/hr)でもって反応器Rを加熱し始めるべきこと、反応器温度Tが第1の目標温度T1になったらTをT1に維持すべきこと、反応器内圧力Pが上限値PXよりも高くなったら冷却速度QHC(K/hr)でもって反応器Rを冷却し始めるべきこと、反応器温度Tが第2の目標温度T2になったら反応器Rの冷却を停止すべきことが規定されている。更に、オペレーション4には、物質Cを反応器RからタンクTC内に排出すべきこと、オペレーション3が完了したら物質Cの排出を開始すべきこと、反応器R内の物質Cの残量QCがゼロになったら物質Cの排出を停止すべきことが規定されている。
【0034】
このようにマスターレシピのオペレーションには、各工程の開始条件、実施条件、停止条件のほか、供給先及び供給元などが規定されている。しかしながら、マスターレシピにはそれを実施するプラント構造要素が割り付けられていない。
【0035】
なお、本発明による実施例では、プラント構造データを獲得した後にまずCGUを画定し、次いでマスターレシピを獲得するようにしている。しかしながら、プラント構造データを獲得した後にまずマスターレシピを獲得し、次いでCGUを画定するようにすることもできる。実際、プラントには複数のタンク、複数の反応器、及びこれらを相互に接続する複数の管路が含まれており、従ってマスターレシピの内容によっては全く使用されないプラント構造要素も含まれうる。このように全く使用されないプラント構造要素についてはCGUを画定する必要がないので、まずマスターレシピを獲得し、獲得されたマスターレシピで使用されうるプラント構造要素を獲得されたマスターレシピに基づいて抽出ないし選択し、次いで抽出されたプラント構造要素についてCGUを決定するようにすることができる。
【0036】
再び図3を参照すると、続くステップ400では、マスターレシピとプラント構造データとに基づき制御レシピがプラントシミュレータ1によって作成される。ここで、制御レシピはマスターレシピを実行するためのプラント構造要素がマスターレシピの各オペレーションに割り付けられたものであって、割り付けられたプラント構造要素に含まれる操作端の操作手順を規定するものである。
【0037】
図8には図4に示されるプラント構造データ及び図7に示されるマスターレシピに基づいて作成された制御レシピの一例の概念図が示されている。マスターレシピと同様に、制御レシピはN個のプロシージャから形成され、各プロシージャは少なくとも一つのオペレーションから形成される。制御レシピのこれらプロシージャ及びオペレーションはマスターレシピのプロシージャ及びオペレーションに対応している。
【0038】
制御レシピの各オペレーションは少なくとも一つのフェーズから形成される。図8に示されるプロシージャ1では、オペレーション1及び2はそれぞれ10個のフェーズから形成され、オペレーション3は9つのフェーズから形成され、オペレーション4は2つのフェーズから形成されている。ここで、各フェーズは対応するオペレーションを実行するのに必要な操作端の操作手順であって、対応するオペレーションに割り付けられたプラント構造要素に含まれる操作端の操作手順を規定するものである。なお、これらフェーズは互いに逐次的に又は並列的に実行される。
【0039】
図9は図4から図8に示される例においてプロシージャ1の各オペレーションに割り付けられたプラント構造要素の一例を示している。図4から図8を参照しつつ図9を参照すると、オペレーション1(物質Aの供給)には、E−CGU1,E−CGU2,M−CGU,V1,V2,V3,V4,P1が選択され割り付けられる。この場合、物質AはタンクTAからV1,E−CGU1,V3,E−CGU2,V4を順次介して反応器Rに到ることになる。
【0040】
また、オペレーション2(物質Bの供給)には、E−CGU3,E−CGU4,M−CGU,V5,V6,V7,V8,P2が割り付けられる。この場合、物質BはタンクTBからV5,E−CGU3,V7,E−CGU4,V8を順次介して反応器Rに到ることになる。更に、オペレーション3(反応)には、M−CGU,U−CGU,V11,V12,V13,Sが割り付けられ、オペレーション4(物質Cの排出)には、M−CGU,V10が割り付けられる。
【0041】
なお、オペレーション2において、バルブV8の代わりにE−CGU2,V4,V9を選択することもでき、この場合物質BはE−CGU4からV9,E−CGU2,V4を順次介して反応器Rに到ることになる。従って、プラント構造要素を割り付けることによってプロセス材の流通路を選択しているという見方もできる。このように割り付けるべきプラント構造要素が複数ある場合にどのプラント構造要素を割り付けるべきかはどのような方法によって決定してもよいが、例えば他のプロシージャ又はオペレーションにおける割付結果などを考慮して決定することができる。
【0042】
図9に示される例では、オペレーション1に割り付けられた操作端はV1,V2,V3,V4,P1であり、オペレーション2に割り付けられた操作端はV5,V6,V7,V8,P2であり、オペレーション3に割り付けられた操作端はV11,V12,V13,Sであり、オペレーション4に割り付けられた操作端はV10である。
【0043】
図10から図13には図8に示されるオペレーションの各フェーズがそれぞれ示されている。例えば図10に示されるオペレーション1のフェーズ1には、反応器温度Tが室温RTであればV1を開弁すべきことが規定されており、フェーズ6には物質Aの総供給量QAがしきい値NAよりも多くなったらV1を閉弁すべきことが規定されている。
【0044】
図10から図13においてD(Vi)はバルブVi(i=1,2,…,13)の開度、DMAは物質Aの流量をMA(kmol/hr)にするのに必要なV3の開度、DMBは物質Bの流量をMB(kmol/hr)にするのに必要なV7の開度、DQは反応器Rを加熱速度QH(K/hr)で加熱するのに必要なV11の開度、DT1Sは反応器温度Tを目標温度T1に維持するのに必要なV11の開度、DT1CWは反応器温度Tを目標温度T1に維持するのに必要なV12の開度、DQHCは反応器Rを冷却速度QHC(K/hr)で冷却するのに必要なV12の開度をそれぞれ表している。これらDQ、DT1S、DT1CW、DQHVCは例えばフィードバック制御によって逐次変更することができる。
【0045】
このように制御レシピは少なくとも一つのプロシージャから形成され、プロシージャは少なくとも一つのオペレーションから形成され、オペレーションは少なくとも一つのフェーズから形成される。従って、制御レシピは3つの層に階層化されているという見方もできる。この場合、マスターレシピはプロシージャ及びオペレーションの2つの層に階層化されているということになる。
【0046】
なお、本発明による実施例では、シミュレーションの直前にマスターレシピを獲得し、制御レシピを作成するようにしている。しかしながら、マスターレシピを予め獲得しておき、制御レシピを予め作成しておくようにすることもできる。あるいは、予め獲得されているマスターレシピに基づき、制御レシピをシミュレーションの直前に作成するようにすることもできる。
【0047】
再び図3を参照すると、続くステップ500では挙動モデルが獲得される。即ち、シミュレーションに必要な挙動モデルがユーザによってプラントシミュレータ1に入力される。
【0048】
本発明による実施例では、モデルクラスライブラリ6内に熱力学データ、気液平衡データ、反応速度データなどを表す挙動モデルが例えば方程式の形で記憶されており、ユーザは今回のシミュレーションで必要な挙動モデルをディスプレイの画面を介しモデルクラスライブラリ6から選択する。
【0049】
モデルクラスライブラリ6内に記憶されている挙動モデルの数が多ければ多いほど、様々なシミュレーションに対応することができる。しかしながら、モデルクラスライブラリ6内に特定のシミュレーションにのみ必要な挙動モデルを記憶させておくこともでき、この場合にはシミュレーションに必要な挙動モデルを選択する必要がない。
【0050】
続くステップ600では、プラントシミュレータ1によってシミュレーションが実行される。即ち、プラント構造状態データを制御レシピに従って順次更新するプラント構造状態データ更新作用と、プラント構造状態データにより表されるプラント構造状態のもとでのプロセス材状態を表すプロセス材状態データを挙動モデルを用いて逐次更新するプロセス材状態データ更新作用とが並列的に実行される。
【0051】
図14はプラント構造状態データ更新作用を実行するために操作実行部13で実行されるルーチンを示している。図14を参照すると、まずステップ610ではステップ400でプラントシミュレータ1が作成した制御レシピが獲得され、続くステップ611ではステップ100でプラントシミュレータ1が獲得したプラント構造データが獲得される。続くステップ612では現在のプラント構造状態データが獲得され、続くステップ613では現在のプロセス変数が獲得される。ここで、プロセス変数はプロセス材状態データ更新作用により逐次更新されているものである。
【0052】
続くステップ614及びステップ615はプラント構造データで表されるプラントを制御レシピ又はマスターレシピに従って操作する部分である。即ち、ステップ614では現在のプロセス変数を参照しながら制御レシピが分析され、続くステップ615では分析結果に基づいてプラント構造状態データが更新される。例えば、反応器温度Tが室温RTであればV1についてのプラント構造状態データが閉弁から開弁に切り替えられ、総供給量QAがしきい値NAよりも大きくなったら開弁から閉弁に切り替えられる。
【0053】
続くステップ616では制御レシピが完了したか否かが判断される。この場合、プロシージャ、オペレーション、及びフェーズの定義から明らかなように、或るオペレーションに含まれる全てのフェーズが完了するとこのオペレーションが完了したことになり、或るプロシージャに含まれる全てのオペレーションが完了するとこのプロシージャが完了したことになり、制御レシピに含まれる全てのプロシージャが完了すると制御レシピが完了したことになる。制御レシピが完了しているときにはシミュレーションが完了したと判断して図3のステップ700に進み、完了していないときにはステップ612に戻る。
【0054】
一方、図15はプロセス材状態データ更新作用を実行するためにシミュレーションエンジン11で実行されるルーチンを示している。図15を参照すると、まずステップ630ではシミュレーションパラメータが初期化され、続くステップ631ではプロセス変数が初期化される。続くステップ632ではステップ100でプラントシミュレータ1が獲得したプラント構造データが獲得され、続くステップ633ではステップ500でプラントシミュレータ1が獲得した挙動モデルが獲得される。続くステップ634では現在のプラント構造状態データが獲得される。続くステップ635では、プラント構造データと、挙動モデルと、現在のプロセス変数とに基づいて計算が実行される。即ち、プラント構造データにより画定される場について、方程式の形で表される挙動モデルが現在のプロセス変数を参照しながら解かれ、それによりプロセス変数が更新される。続くステップ636では制御レシピが完了したか否かが判断される。完了しているときにはシミュレーションが完了したと判断して図3のステップ700に進み、完了していないときにはステップ637において計算ステップを一定値だけインクリメントした後にステップ634に戻る。
【0055】
再び図3を参照すると、続くステップ700ではシミュレーションの結果がディスプレイのような出力装置を介して出力される。図16はシミュレーション結果の一例を示しており、この例ではジャケットJに供給されるスチーム及び冷却水の流量についてシミュレーションが行われている。
【0056】
ところで、冒頭で述べたように、従来よりプラント構造要素をグループ分けすることはよく知られている。ところが、この従来のグループ分けではバルブのような流通量調節要素がいずれかのグループに含まれるようにしている。即ち、例えば図17に示されるようにバルブVxはグループユニットGUxに含まれ、バルブVyはグループユニットGUyに含まれ、バルブVzはグループユニットGUzに含まれている。しかしながら、バルブはその上流側のプラント状態とその下流側のプラント状態とに基づいて制御されるのが一般的であることを考えると、例えばVyはGUx及びGUzの状態に基づいて制御されることになり、従ってGUyの状態がGUx及びGUzの状態に依存するということになる。このことはグループユニット同士が相互に独立していないことを意味する。その結果、シミュレーションが複雑になってしまう。なお、図17においてAは操作端を表している。
【0057】
これに対し、本発明による実施例ではバルブがCGU内にバルブが含まれていないので、或るCGUの状態が他のCGUの状態に依存せず、従ってCGUが相互に独立しているということになる。また、バルブがCGUから独立しているということにもなる。このため、シミュレーションを簡素化することができ、迅速に行うことができる。
【0058】
また、CGUが相互に独立しているので、CGU毎にシミュレーションを行う分散処理が可能になる。その結果、シミュレーションを更に迅速に行うことができる。
【0059】
更に、CGUが相互に独立しバルブがCGUから独立しているということは、同一のCGUに含まれる操作端を除いて、操作端が相互に独立していると言うことを表している。このため、操作端毎に挙動モデルを設ければよい。即ち、従来では、操作端の状態の組合せの数だけ挙動モデルが必要であり、例えばバルブが3つある場合には全てが開弁しているときのための挙動モデル、全てが閉弁しているときのための挙動モデルというように、8つの挙動モデルが必要になる。これに対して本発明による実施例では3つの挙動モデルで足り、シミュレーションに必要な挙動モデルの数が極めて少なくすることができる。
【0060】
そうすると、本発明による実施例では、各CGUに対し独立した局所的シミュレーションが行われ、CGU間の各操作端に対し独立した局所的シミュレーションが行われ、これら局所的シミュレーションの上位に位置してこれら局所的シミュレーションを互いに関連付ける全体シミュレーションが行われるということになる。この場合、複数の局所的シミュレーションのうち一部を互いに関連付ける中間シミュレーションを行い、残りを互いに関連付ける別の中間シミュレーションを行い、これら中間シミュレーションを互いに関連付ける全体シミュレーションを行うようにすることもできる。
【0061】
【発明の効果】
シミュレーションを簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による実施例のプラントシミュレータのアーキテクチャを概略的に示す図である。
【図2】図1に示すプラントシミュレータにおけるシミュレーション環境を概略的に示す図である。
【図3】本発明による実施例のプラントシミュレーション方法を実行するための概略的なフローチャートである。
【図4】プラント構造データの一例を示す図である。
【図5】図4に示されるプラント構造データにおいてCGUを画定した結果を示す図である。
【図6】図4に示されるプラント構造データにおいてCGUを画定した結果を示す図である。
【図7】図4に示されるプラント構造データに対するマスターレシピの一例の概念図である。
【図8】図4に示されるプラント構造データ及び図7に示されるマスターレシピに基づいて作成された制御レシピの一例の概念図である。
【図9】図4から図8に示される例においてプロシージャ1の各オペレーションに割り付けられたプラント構造要素の一例を示す図である。
【図10】図8に示されるオペレーション1の各フェーズを示す図である。
【図11】図8に示されるオペレーション2の各フェーズを示す図である。
【図12】図8に示されるオペレーション3の各フェーズを示す図である。
【図13】図8に示されるオペレーション4の各フェーズを示す図である。
【図14】プラント構造状態データ更新ルーチンを実行するためのフローチャートである。
【図15】プロセス材状態データ更新ルーチンを実行するためのフローチャートである。
【図16】シミュレーション結果の一例を示す図である。
【図17】従来のグループ分けを説明する図である。
【符号の説明】
1…プラントシミュレータ
3…挙動モデルエディタ
4…構造エディタ
5…操作エディタ
6…モデルクラスライブラリ
7…構造クラスライブラリ
11…シミュレーションエンジン
13…操作実行部
Claims (3)
- プロセス材の流通路がプラント構造要素によって形成されているプラントを少なくとも一つのオペレーションを含んでなるマスターレシピに従って運転したときのプラント状態をシミュレーションするプラントシミュレータにおいて、前記プラント構造要素がプロセス材の流通量を調節するための流通量調節要素を含んでおり、
プロセス材の挙動モデルを獲得する手段と、
前記プラント構造要素の種類及び位置を表すプラント構造データを獲得する手段と、
該獲得されたプラント構造データに基づき、プロセス材の流通方向に関し複数の流通量調節要素により囲まれた少なくとも一つのプラント構造要素を該少なくとも一つのプラント構造要素毎にまとめて制御グループユニットを画定すると共に、該制御グループユニットを表すデータを前記プラント構造データに付加する手段と、
前記マスターレシピを獲得する手段と、
該獲得されたマスターレシピ及び該プラント構造データに基づき、該マスターレシピを実行するためのプラント構造要素を選択すると共に、該マスターレシピを実行するのに必要な、該選択されたプラント構造要素に含まれる操作端の操作手順をフェーズの形で規定する制御レシピを作成する手段と、
プラント構造状態を表すプラント構造状態データを該作成された制御レシピに従って順次更新する手段と、
該更新されたプラント構造状態データにより表されるプラント構造状態のもとでのプロセス材状態を表すプロセス材状態データをプロセス材の挙動モデルを用いて逐次更新する手段と、
を具備したプラントシミュレータ。 - プロセス材の流通路がプラント構造要素によって形成されているプラントを少なくとも一つのオペレーションを含んでなるマスターレシピに従って運転したときのプラント状態をシミュレーションするプラントシミュレーション方法において、前記プラント構造要素がプロセス材の流通量を調節するための流通量調節要素を含んでおり、
プロセス材の挙動モデルを獲得し、
前記プラント構造要素の種類及び位置を表すプラント構造データを獲得し、
該獲得されたプラント構造データに基づき、プロセス材の流通方向に関し複数の流通量調節要素により囲まれた少なくとも一つのプラント構造要素を該少なくとも一つのプラント構造要素毎にまとめて制御グループユニットを画定すると共に、該制御グループユニットを表すデータを前記プラント構造データに付加し、
前記マスターレシピを獲得し、
該獲得されたマスターレシピ及び該プラント構造データに基づき、該マスターレシピを実行するためのプラント構造要素を選択すると共に、該マスターレシピを実行するのに必要な、該選択されたプラント構造要素に含まれる操作端の操作手順をフェーズの形で規定する制御レシピを作成し、
プラント構造状態を表すプラント構造状態データを該作成された制御レシピに従って順次更新し、
該更新されたプラント構造状態データにより表されるプラント構造状態のもとでのプロセス材状態を表すプロセス材状態データをプロセス材の挙動モデルを用いて逐次更新する、
各段階からなるプラントシミュレーション方法。 - プロセス材の流通路がプラント構造要素によって形成されているプラントを少なくとも一つのオペレーションを含んでなるマスターレシピに従って運転したときのプラント状態をシミュレーションするためのプラントシミュレーション用プログラムにおいて、前記プラント構造要素がプロセス材の流通量を調節するための流通量調節要素を含んでおり、
プロセス材の挙動モデルを獲得し、
前記プラント構造要素の種類及び位置を表すプラント構造データを獲得し、
該獲得されたプラント構造データに基づき、プロセス材の流通方向に関し複数の流通量調節要素により囲まれた少なくとも一つのプラント構造要素を該少なくとも一つのプラント構造要素毎にまとめて制御グループユニットを画定すると共に、該制御グループユニットを表すデータを前記プラント構造データに付加し、
前記マスターレシピを獲得し、
該獲得されたマスターレシピ及び該プラント構造データに基づき、該マスターレシピを実行するためのプラント構造要素を選択すると共に、該マスターレシピを実行するのに必要な、該選択されたプラント構造要素に含まれる操作端の操作手順をフェーズの形で規定する制御レシピを作成し、
プラント構造状態を表すプラント構造状態データを該作成された制御レシピに従って順次更新し、
該更新されたプラント構造状態データにより表されるプラント構造状態のもとでのプロセス材状態を表すプロセス材状態データをプロセス材の挙動モデルを用いて逐次更新する、
各段階をコンピュータに実行させるためのプラントシミュレーション用プログラム。
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JP2002190596A JP2004038261A (ja) | 2002-06-28 | 2002-06-28 | プラントシミュレータ、プラントシミュレーション方法、及びプラントシミュレーション用プログラム |
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- 2002-06-28 JP JP2002190596A patent/JP2004038261A/ja active Pending
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US8606379B2 (en) | 2008-09-29 | 2013-12-10 | Fisher-Rosemount Systems, Inc. | Method of generating a product recipe for execution in batch processing |
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