JP2008097458A - プラント操業支援装置、プラント操業支援方法、コンピュータプログラム及び記憶媒体 - Google Patents

プラント操業支援装置、プラント操業支援方法、コンピュータプログラム及び記憶媒体 Download PDF

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Abstract

【課題】複雑な反応系を持つ高炉のようなプラントの操業において操業支援を適切に行うことができるようにする。
【解決手段】実行中の操業パターンに基づいてプラント等から温度勾配、反応時間等のプロセスデータ及びオペレータによる操作結果と、オペレータの操作により操業メモ作成部104において作成された操業メモとを操業情報として実行中の操業パターンに紐付けて、操業実績として記録し、操業実績記録部109において蓄積された操業実績の中から、現在実行している操業パターンと最も似た操業実績を検索し、以降の予想経路を表示装置107にガイダンス表示するようにして、高炉のように、炉内温度や反応時間等のプロセスデータにばらつきが生じやすい複雑な反応系を持つプラントにおいても、臨機応変にプラントの操作に対応できるようにする。
【選択図】図1

Description

本発明はプラント操業支援装置、プラント操業支援方法、コンピュータプログラム及び記憶媒体に関し、特に、高炉のような複雑な化学反応系のプラントの操業支援を行うために用いて好適な技術に関する。
一般にプラントの操業は、測定したプロセスデータをコンピュータへ取り込み、プラントの操業状態をコンピュータにより監視しながら行っていることが多い。そして、高位安定稼働させるために、例えば、特許文献1に開示されたようなプラント運転支援装置が用いられる。このプラント運転支援装置では、過去のアラーム(異常)や操作パターンに対する事象を特徴量抽出して事象データベースとして保存しておき、現在のプラントデータと類似した事象を前記事象データベースから検索して提示してプラント運転を支援している。
特開2001−255929号公報
しかしながら、高炉のように、固体、液体、気体の反応が同時に進行する複雑な反応系を持つプラントでは、数秒から数時間まで要する様々な反応時間を要する反応が同時進行しており、外から加える操作に対してプラントが応答する時定数(例えば数日)が非常に長いため、応答の結果を見越した早めの操作が必要となる。さらに、任意の部位の温度が上がったという一つの現象に対する原因が複数存在し、対応方法も複数存在する。このようなプラントでは、その時々の状況を的確に判断し、同じ温度上昇という現象に対して、臨機応変に対応し、一つの操作によって変化したプラントの状況から判断して、更に新たな操作を加える必要がある。
このため、前述した特許文献1に記載されたようなプラント運転支援装置では、このような複雑な反応系を持つプラントに対して任意の操作に対するプロセスデータの変化を自動的に特徴抽出することが困難である。したがって、操作パターンを特定し、操作によって起こった事象を正確に、かつ迅速に特定することが難しく、操業支援を適切に行うことが難しいという問題点があった。
本発明は前述の問題点に鑑み、複雑な反応系を持つ高炉のようなプラントの操業において操業支援を適切に行うことができるようにすることを目的としている。
本発明のプラント操業支援装置は、1つまたは複数の操作と、前記操作による仮想プロセスデータの変化量との組み合わせを示す操業パターンに、プラントにおいて実行されているプロセスデータと、前記プラントに対する操作結果と、オペレータの操作により入力装置から入力された操業メモとを含む操業情報が紐付けられた操業実績を記録装置に記録する記録手段と、前記記録手段によって記録された操業実績の中から、現在実行されている操業パターンと類似した操業実績を前記操業情報に基づいて検索する操業実績検索手段と、前記操業実績検索手段によって検索された操業実績に基づいて、以降の予想経過を表示装置にガイダンス表示する表示手段とを有することを特徴とする。
本発明のプラント操業支援方法は、1つまたは複数の操作と、前記操作による仮想プロセスデータの変化量との組み合わせを示す操業パターンに、プラントにおいて実行されているプロセスデータと、前記プラントに対する操作結果と、オペレータの操作により入力装置から入力された操業メモとを含む操業情報が紐付けられた操業実績を記録装置に記録する記録ステップと、前記記録ステップにおいて記録された操業実績の中から、現在実行されている操業パターンと類似した操業実績を前記操業情報に基づいて検索する操業実績検索ステップと、前記操業実績検索ステップにおいて検索された操業実績に基づいて、以降の予想経過を表示装置にガイダンス表示する表示ステップとを有することを特徴とする。
本発明のコンピュータプログラムは、前記のプラント操業支援方法の各ステップをコンピュータに実行させることを特徴とする。
本発明の記憶媒体は、前記のコンピュータプログラムを記憶したことを特徴とする。
本発明によれば、プロセスデータと、前記プラントに対する操作結果と、オペレータの操作により入力装置から入力された操業メモとを含む操業情報が操業パターンに紐付けられた操業実績を記録装置に記録し、記録された操業実績の中から、現在実行されている操業パターンと類似した操業実績を前記操業情報に基づいて検索して、以降の予想経過を表示装置にガイダンス表示するようにしたので、熟練オペレータの操業のノウハウを活かしたプラントの操作をオペレータが行うことができる。これにより、複雑な反応系を持つ高炉のようなプラントの操業において操業支援を適切に行うことができる。
(第1の実施形態)
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態におけるプラント操業支援装置の機能構成例を示すブロック図である。
図1において、101は操業パターンデータベースであり、複数の操業パターンが記録されている。ここで操業パターンとは、1つまたは複数の操作とその操作によって注目する仮想プロセスデータの変化量との組み合わせからなるパターンであり、この操業パターンはあらかじめ作成されている。なお、本実施形態では操業パターンデータベース101がプラント操業支援装置100に内蔵されているが、プラント操業支援装置100の外部に操業パターンデータベース101を設け、プラント操業支援装置100と通信可能に接続されているようにしてもよい。
図2は、本実施形態における操業パターンの一例を示す図である。
操業パターンは実行条件部201と実行部202とから構成されている。実行条件部201には、操業パターンを実行するための条件が格納されている。例えば、ある操業パターンAを実行するための条件が、溶銑温度が1500℃以下で、炉内圧損が2気圧以上である場合は、その条件が格納される。実行部202は、オペレータによる操作とプロセスデータ判定とから構成されており、オペレータによる操作が行われた後、プロセスデータによって操作手順が異なっている。
図1の説明に戻ると、102は操業パターン動作条件判定部であり、ネットワークを介してプラント(プラントを制御する制御装置を含む)からプロセスデータを入力し、また、操業パターンデータベース101に記録されているすべての操業パターンを読み出して実行条件部201に格納されている実行条件を満たしているものをチェックし、該当する操業パターンを最適操業パターン決定部103に通知する。
最適操業パターン決定部103は、すべての操業パターンを操業パターン動作条件判定部102から受け取り、実行条件部201に格納されている条件を満たしている操業パターンを抽出する。そして、表示制御部106により、操業パターンのすべてを表示装置107に表示し、オペレータがこの中から選択できるようにアナウンスする。
図5は、本実施形態における操業パターン選択画面の一例を示す図である。
操業パターンデータベース101に記録されている操業パターンが、オペレータに一目で分かるように操業パターンの名称とともに選択欄501が複数表示される。また、操業パターン動作条件判定部102において、実行条件を満たしていると判別された操業パターンについては、色の異なる選択欄502が表示される。なお、実行条件を満たしていると判別された操業パターンのみ画面に選択欄を表示するようにしてもよい。
オペレータは、これらの表示された操業パターンから1つの操業パターンを選択し、決定ボタン504をクリックすることにより、操業パターンが決定し、実行指示が出される。さらに、コメント記入欄503が設けられており、オペレータは、例えば、その操業パターンを選択した理由などの操業メモをコメント記入欄503に操業メモ作成部104を介して入力することができる。
オペレータの操作により決定ボタン504がクリックされて入力装置108から入力信号を受け取ると、最適操業パターン決定部103は、選択された操業パターンを操業パターン実行指示部105に渡し、操業パターン実行指示部105は、その受け取った操業パターンを実行するために対象となるプラントに対して実行指示を出す。
操業パターンが実行されると、表示制御部106は、図3に示すように、現在の進捗状況を表示装置107に表示する。また、操業パターン実行指示部105は、プラント等からその操業パターンに基づくプロセスデータを入力して、操業パターンにおける実行部202の操業手順を判定する。例えば、図2に示す操作1が行われると、その操作に基づき温度勾配、反応時間等が異なる場合がある。操業パターン実行指示部105は、温度勾配、反応時間等のプロセスデータの動きを参酌して図2に示すプロセスデータ判定1において、次に操作2を行うのか操作3を行うのかを判定し、最終手順まで判定を行う。
なお、本実施形態においては、高炉のように、固体、液体、気体の時定数の違う反応が同時に進行する複雑な反応系を持つプラントを対象としており、複雑系のプラントにおいては、複数の操業パターンを同時進行させることが多い。図4は、複数の操業パターンの進行例を示す図である。
例えば、操業パターンAを実行している間に、操業パターンBの実行条件を満たし、操業パターンBを同時に実行する場合もある。また、操業パターンDを実行している間に操業パターンEの実行条件を満たし、操業パターンDの実行を一時中断し、操業パターンEの実行が終了した後に、操業パターンDの実行を再開する場合もある。
また、操業パターン実行指示部105により1つ以上の操業パターンが実行指示されている際に、操業メモ作成部104は、オペレータの操作により入力装置108から入力信号を受け取り、運転に関する注意点や改善点などの操業メモを作成することができる。
109は操業実績記録部であり、操業パターン実行指示部105により実行指示された操業パターンの操業実績を記録している。具体的には、実行中の操業パターンに基づいてプラント等から温度勾配、反応時間等のプロセスデータ及びオペレータによる操作結果と、オペレータの操作により操業メモ作成部104において作成された操業メモとを操業情報として実行中の操業パターンに紐付けて、操業実績として記録している。このように、操業実績を蓄積することにより、将来同じ操業パターンが実行された時に、この操業実績を参照することができるようにする。
ここで、オペレータによる操作結果とは、例えば、オペレータによるプラントの操作量、操作時間間隔、その操作に伴う温度、圧力、時間等の変化等が含まれている。複雑系のプラントにおいては、操業パターンが複数同時進行する場合も多く、温度、圧力等の変化がどの操業パターンの操作によるものなのかを明確にする必要があるため、このようにオペレータによるプラントの操作結果も紐付けている。
110は操業実績検索部であり、操業実績記録部109において蓄積された操業実績の中から、現在実行している操業パターンと最も似た操業実績を検索する。具体的には、過去の同じ操業パターンによる操業実績の中から、操作時間間隔、操作量等の特徴量から最も似た操業実績を検索する。操業実績の検索は、まず、操業パターン毎に分類されている過去データに絞り、次に、現在までの操作と判定の経路でさらに絞り込む。そして、操作量(絶対値、操作幅)、判定用プロセスデータ変化量、変化確認までの時間といった評価値で評価関数を作成し、最も近い値を示した過去の操業実績を選択する。
111は操業ガイダンス部であり、操業実績検索部110において検索した操業実績から、現在の実行状況に合わせてガイダンスに必要なデータを作成する。そして、表示制御部106は、そのデータを表示装置107に表示し、オペレータに操作手順等をガイダンスする。
次に、プラント操業支援装置100による動作手順について説明する。図9は、本実施形態におけるプラント操業支援装置100による操作実績を蓄積する手順の一例を示すフローチャートである。
まず、ステップS901において、操業パターン動作条件判定部102は、オペレータにより入力装置108が操作されて、操業パターンの選択開始の信号を入力したか否かを判定する。この判定の結果、信号を入力していない場合は、信号を入力するまで待機する。
一方、ステップS901の判定の結果、信号を入力した場合は、ステップS902において、操業パターン動作条件判定部102は、操業パターンデータベース101から複数の操業パターンを読み出し、さらに、対象となるプラントからプロセスデータを入手し、操業パターンの実行条件を満たしている操業パターンをチェックして最適操業パターン決定部103に通知する。
次に、ステップS903において、表示制御部106は、図5に示したように、操業パターン動作条件判定部102が操業パターンデータベース101から読み出した複数の操業パターンを一覧表示し、操業パターン動作条件判定部102から最適操業パターン決定部103に通知された操業パターンを色換え等オペレータに識別可能に表示する。
次に、ステップS904において、最適操業パターン決定部103は、オペレータの操作により、一覧表示された操業パターンの中から1つの操業パターンが選択され、図5に示す決定ボタン504がクリックされたか否かを判定する。この判定の結果、決定ボタン504がクリックされていない場合は、決定ボタン504がクリックされるまで待機する。
一方、ステップS904の判定の結果、決定ボタン504がクリックされた場合は、ステップS905において、操業パターン実行指示部105は、最適操業パターン決定部103から決定した操業パターンを受け取り、その操業パターンを実行するために対象となるプラントに対して実行指示を出す。
次に、ステップS906において、操業実績記録部109は、操業パターン実行指示部105において実行指示された操業パターンに伴い、対象となるプラントからプロセスデータ及びオペレータによるプラントの操作結果を入力し、実行中の操業パターンと紐付ける。また、オペレータにより入力装置108が操作されて操業メモが操業メモ作成部104において作成された場合は、操業メモも実行中の操業パターンと紐付ける。そして、プロセスデータ、オペレータによるプラントの操作結果、操業メモ、及び操業パターンを紐付けて、操業実績として随時記録する。
次に、ステップS907において、操業実績記録部109は、操業パターンの実行が終了し、記録が終了したか否かを判定する。この判定の結果、記録が終了していない場合は、ステップS906に戻り、引き続き操業実績を記録する。一方、ステップS907の判定の結果、記録が終了した場合は、処理を終了する。
図10は、本実施形態におけるプラント操業支援装置100による操作ガイダンスを行う手順の一例を示すフローチャートである。なお、本フローチャートにおいては、図9に示した手順で操業実績が十分に蓄積されたことを前提に説明する。
ステップS1001において、操業パターン実行指示部105は、対象となるプラントに対して操業パターンの実行指示を出したか否かを判定する。この判定の結果、操業パターンの実行指示を出していない場合は、何れかの操業パターンの実行指示を出すまで待機する。
一方、ステップS1001の判定の結果、操業パターンの実行指示を出している場合は、ステップS1002において、操業実績検索部110は、操業実績記録部109において蓄積された操業実績の中から、プロセスデータ、操作結果などの操業情報に基づいて、現在実行している操業パターンと最も似た操業実績を検索する。
次に、ステップS1003において、操業ガイダンス部111は、操業実績検索部110において検索された操業実績から、現在の実行状況に合わせてガイダンスに必要なデータを作成する。そして、表示制御部106は、そのデータに基づいて表示装置107にオペレータに操作手順等をガイダンスして、処理を終了する。
図6は、本実施形態における操作ガイダンスの表示例を示す図である。
図6に示すように、操作ガイダンスとして、操業パターンにおける現在位置601と予想経路602とが表示される。また、過去の操業実績において操業メモが入力されている場合は、備考欄603に操作注意点などの操業メモが表示される。また、これ以外にも各操作における操作量、操作時間間隔など、必要な事項が表示される。
これにより、例えば、過去の操業実績においてそのオペレータが、操作2において気体流量を数段階に分けて増やした方がより安定すると判断し、操業メモとして記録が残されていると、現在操作しているオペレータがその点について意識をしながら操作2を行うことができる。また、例えば、過去の操業実績においてそのオペレータが、操作4の段階において、炉内温度などプロセスデータにばらつきがある場合の対処法などをノウハウとして操業メモに残すことにより、現在操作しているオペレータがそのノウハウに沿って操作4を行うことができる。
なお、前述したように、複雑な反応系のプラントにおいては、複数の操業パターンを同時進行させることが多い。このような場合においても、操業情報(プロセスデータ、操作結果、操業メモ等)と操業パターンとを紐付けて操業実績として記録しているため、オペレータによる1つのプラントの操作が、どの操業パターンに対する操作なのかを判別することができる。図7は、溶銑温度を安定させる操業パターンにおける溶銑温度の変化の表示例を示す図であり、図8は、炉頂温度を安定させる操業パターンにおける炉頂温度の変化の表示例を示す図である。図6に示した操業ガイダンスとともに、例えば、炉内温度等のプロセスデータの変化予想も表示装置107に表示される。
図7及び図8において、溶銑温度を安定させる操業パターンの実行を開始した後に、炉頂温度を安定させる操業パターンの実行を開始し、現在位置では2つの操業パターンが実行中である。例えば、過去の操業実績では、図8に示す操作Aによって炉頂温度低下が抑えられ、更に操作Bで上昇に転じ、操作Cを行うことによって炉頂温度の上昇がストップし、予定した温度で安定していることがわかる。すなわち、操業パターン毎にプロセスデータの変化とともに操作結果を紐付けることによって、どの操作がどの操業パターンに対応しているかをすぐに判別することができる。
なお、図6〜図8に示した操業ガイダンスが表示されている場合においても、現在実行中の操業パターンにおけるプロセスデータ及び操作結果も操業パターンとともに操業実績記録部109に記録される。また、過去の操業実績における操業メモを参照しながら、新たに操業メモを追加したり、削除したりすることもできる。
以上のように、本実施形態においては、実行中の操業パターンに基づいてプラント等から温度勾配、反応時間等のプロセスデータ及びオペレータによる操作結果と、オペレータの操作により操業メモ作成部104において作成された操業メモとを操業情報として実行中の操業パターンに紐付けて、操業実績として記録している。また、操業実績記録部109において蓄積された操業実績の中から、現在実行している操業パターンと最も似た操業実績を検索し、以降の予想経路を表示装置107にガイダンス表示する。
これにより、オペレータは、過去の操業実績において記録されたプロセスデータ等を参照しながらプラントの操作を行うことができる。また、過去の熟練オペレータにより操業に関する注意点等が記載された操業メモを、現在実行しているオペレータに提示することができるため、高炉のように、炉内温度や反応時間等のプロセスデータにばらつきが生じやすい複雑な反応系を持つプラントにおいても、臨機応変にプラントの操作に対応できる。
なお、本実施形態においては、プラントとプラント操業支援装置100とは装置が別であり、有線または無線ネットワークを介してプロセスデータや操業パターン実行指示の信号のやり取りを行っているが、プラントと本発明のプラント操業支援装置とが同一の装置として機能することも可能である。
(本発明に係る他の実施形態)
前述した実施形態のプラント操業支援装置100は、具体的にはCPU、RAM、ROM等を含むコンピュータ装置或いはコンピュータシステムにより構成されるものである。したがって、本発明の各機能処理を実現するために、コンピュータにインストールされるコンピュータプログラム自体及びその記憶媒体も本発明に含まれる。
プログラムを供給するための記憶媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、MO、CD−ROM、CD−R、CD−RW、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROM、DVD(DVD−ROM、DVD−R)などもある。
また、前記実施形態は、本発明を実施するにあたっての具体化例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術的思想又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
本発明の実施形態におけるプラント操業支援装置の機能構成例を示すブロック図である。 本発明の実施形態における操業パターンの一例を示す図である。 本発明の実施形態において、実行している操業パターンの現在位置が表示された画面例を示す図である。 本発明の実施形態において、複数の操業パターンの同時進行例を示す図である。 本発明の実施形態における操業パターン選択画面の一例を示す図である。 本発明の実施形態における予想経路ガイダンスの画面例を示す図である。 本発明の実施形態において、溶銑温度を安定させる操業パターンにおける溶銑温度の変化の表示例を示す図である。 本発明の実施形態において、炉頂温度を安定させる操業パターンにおける炉頂温度の変化の表示例を示す図である。 本発明の実施形態におけるプラント操業支援装置よる操作実績を蓄積する手順の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施形態におけるプラント操業支援装置による操作ガイダンスを行う手順の一例を示すフローチャートである。
符号の説明
100 プラント操業支援装置
101 操業パターンデータベース
102 操業パターン動作条件判定部
103 最適操業パターン決定部
104 操業メモ作成部
105 操業パターン実行指示部
106 表示制御部
107 表示装置
108 入力装置
109 操業実績記録部
110 操業実績検索部
111 操業ガイダンス部
201 実行条件部
202 実行部

Claims (12)

  1. 1つまたは複数の操作と、前記操作による仮想プロセスデータの変化量との組み合わせを示す操業パターンに、プラントにおいて実行されているプロセスデータと、前記プラントに対する操作結果と、オペレータの操作により入力装置から入力された操業メモとを含む操業情報が紐付けられた操業実績を記録装置に記録する記録手段と、
    前記記録手段によって記録された操業実績の中から、現在実行されている操業パターンと類似した操業実績を前記操業情報に基づいて検索する操業実績検索手段と、
    前記操業実績検索手段によって検索された操業実績に基づいて、以降の予想経過を表示装置にガイダンス表示する表示手段とを有することを特徴とするプラント操業支援装置。
  2. 前記操業パターンが複数種類記録されたデータベースと、
    前記データベースに記録されている複数種類の操業パターンの中から動作条件が成立した操業パターンを決定する操業パターン決定手段と、
    前記操業パターン決定手段によって決定された操業パターンを前記プラントに対して実行指示する操業パターン実行指示手段とを有し、
    前記記録手段は、前記操業パターン実行指示手段によって実行指示された操業パターンに前記操業情報が付加された操業実績を前記記録装置に記録することを特徴とする請求項1に記載のプラント操業支援装置。
  3. 前記表示手段は、現在実行されている操業パターンの進捗情報及び前記操業メモとともに、前記予想経過を前記表示装置にガイダンス表示することを特徴とする請求項1または2に記載のプラント操業支援装置。
  4. 前記操業実績検索手段は、オペレータによる操作時間間隔及び操作量を含む特徴量に基づいて、現在実行されている操業パターンと最も類似した操業実績を検索することを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のプラント操業支援装置。
  5. 前記操業パターン決定手段は、オペレータの操作により入力装置から入力された入力信号に基づいて前記動作条件が成立した操業パターンを決定することを特徴とする請求項2〜4の何れか1項に記載のプラント操業支援装置。
  6. 1つまたは複数の操作と、前記操作による仮想プロセスデータの変化量との組み合わせを示す操業パターンに、プラントにおいて実行されているプロセスデータと、前記プラントに対する操作結果と、オペレータの操作により入力装置から入力された操業メモとを含む操業情報が紐付けられた操業実績を記録装置に記録する記録ステップと、
    前記記録ステップにおいて記録された操業実績の中から、現在実行されている操業パターンと類似した操業実績を前記操業情報に基づいて検索する操業実績検索ステップと、
    前記操業実績検索ステップにおいて検索された操業実績に基づいて、以降の予想経過を表示装置にガイダンス表示する表示ステップとを有することを特徴とするプラント操業支援方法。
  7. 前記操業パターンが複数種類記録されたデータベースから、動作条件が成立した操業パターンを決定する操業パターン決定ステップと、
    前記操業パターン決定ステップにおいて決定された操業パターンを前記プラントに対して実行指示する操業パターン実行指示ステップとを有し、
    前記記録ステップにおいては、前記操業パターン実行指示ステップにおいて実行指示された操業パターンに前記操業情報が付加された操業実績を前記記録装置に記録することを特徴とする請求項6に記載のプラント操業支援方法。
  8. 前記表示ステップにおいては、現在実行されている操業パターンの進捗情報及び前記操業メモとともに、前記予想経過を前記表示装置にガイダンス表示することを特徴とする請求項6または7に記載のプラント操業支援方法。
  9. 前記操業実績検索ステップにおいては、オペレータによる操作時間間隔及び操作量を含む特徴量に基づいて、現在実行されている操業パターンと最も類似した操業実績を検索することを特徴とする請求項6〜8の何れか1項に記載のプラント操業支援方法。
  10. 前記操業パターン決定ステップにおいては、オペレータの操作により入力装置から入力された入力信号に基づいて前記動作条件が成立した操業パターンを決定することを特徴とする請求項7〜9の何れか1項に記載のプラント操業支援方法。
  11. 請求項6〜10の何れか1項に記載のプラント操業支援方法の各ステップをコンピュータに実行させることを特徴とするコンピュータプログラム。
  12. 請求項11に記載のコンピュータプログラムを記憶したことを特徴とするコンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
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