JP2008108087A - 運転支援装置及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】オンラインでの一定周期繰り返し計算を行え、随時ケーススタディのようなオフラインの計算も行うことである。
【解決手段】外部からプラントの運転データをデータ入力伝送手段１６で取得し、入力切替手段２１は、データ入力伝送手段１６から運転データと定数データとに基づき構成される複数の入力データのうちどのデータを利用するか切り替える。最適化演算手段２２は、入力データに基づき予め定められた演算を実行し、出力切替手段２３は最適化演算手段２２の計算結果をどの出力データとして出力するかを切り替える。実行管理手段２４は入力切替手段１６及び出力切替手段１９の切り替え及び最適化演算手段２２の実行を制御し、マンマシン表示手段１８は出力切替手段２３で切り替えられ出力された出力データのうち表示すべき出力データを表示する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プラントにおけるプラント運用費用最小化やガス排出量最小化を図る運転を行うための支援を行う運転支援装置及びプログラムに関する。

プラントの運転を支援する運転支援装置として、プラントにおけるプラント運用費用最小化やガス排出量最小化を図る運転を支援するようにしたものがある。図２は、自家発電プラント１１に適用した従来の運転支援装置１２の構成図である。自家発電プラント１１は、ボイラ１３及び蒸気タービン１４を有し、蒸気タービン１４に連結された発電機を駆動して発電する。すなわち、自家発電プラント１１のボイラ１３には燃料流量Ｆが投入され、ボイラ１３で発生した蒸気流量Ｑ１で蒸気タービン１４を駆動し発電出力Ｐを得る。また、蒸気タービン１４から抽気して抽気蒸気流量Ｑ２を取り出し蒸気消費設備に供給している。

このような自家発電プラント１１の運転データｄ１はデータ収録装置１５に蓄積され、運転支援装置１２のデータ入力伝送手段１６を介して演算手段１７に入力される。演算手段１７には運転支援装置１２の内部に持つ定数データｄ２も入力され、演算手段１７において最適化計算等の演算が実行される。

このように、運転支援装置１２はデータ収録装置１５などで収録される運転データｄ１と運転支援装置１２の内部に持つ定数データｄ２とに基づき、演算手段１７において最適化計算等の演算が実行される。運転データｄ１は、データ入力伝送手段１６により外部システムであるデータ収録装置１５から伝送される。

演算手段１７での演算結果はマンマシン表示手段１８に表示したり、データ出力伝送手段１９を介して制御装置２０に出力したりする。制御装置２０は演算手段１７での演算結果に基づき、その演算結果どおりになるように自家発電プラント１１を制御する。

演算手段１７で行う最適化計算の内容としては色々な種類があるが、例えば、電力と蒸気を供給する自家発電プラント１１を対象としたものでは、以下の数式で表されるような演算を行う。

ボイラ蒸気流量＝ｆ１（ボイラ燃料流量）×ボイラ運転状態
タービン主蒸気流量＝ｆ２（タービン抽気蒸気流量、タービン発電機出力）
×タービン運転状態
蒸気需要＝タービン抽気蒸気流量
電力需要＝受電電力量＋タービン発電機出力
ボイラ蒸気流量＝タービン主蒸気流量
ＭＩＮ（ボイラ燃料流量×燃料単価＋受電電力量×電力単価）
ここで、ｆ１（）、ｆ２（）は各機器の特性を表す関数であり、ＭＩＮ（）は括弧内の値を最小化することを意味する。また、ボイラ運転状態、タービン運転状態は、それぞれ０または１の値を取る変数である。

これは、工場での蒸気需要と電力需要とを工場内のボイラ１３や蒸気タービン１４でまかないながら、運転コストを最小にするボイラ負荷（蒸気流量Ｑ１）、タービン負荷（抽気蒸気流量Ｑ２、発電機出力Ｐ）、ボイラ１３や蒸気タービン１４の運転状態（０又は１）を求めるシステムである。ボイラ１３、蒸気タービン１４や各変数は１つだけ記述しているが、複数の場合も同様に考えることができる。また各変数について上下限値を設定し、その範囲の中で適切な解を求めることもできる。

上記の数式について、一般に良く知られている最適化アルゴリズムで最適解を求めることができる。また市販のパッケージソフトを利用して最適解を求めることもできる。

ここで、運転支援装置としては、プラント運用費用最小化、ガス排出量最小化、およびメンテナンス費用最小化を総合的に考慮した運用計画を効率的に作成するようなプラント最適運用計画装置がある（例えば、特許文献１参照）。また、数理計画法を用いた熱源機器の最適運転スケジュール演算を実用化したものがある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００６−４８４７４号公報 特開２００４−３１７０４９号公報

しかしながら、従来の運転支援装置１２では、通常、一度に一つの計算しか実行できないため、複数の計算を実行しようとすると、単純にはシステムを２系統持つ必要がある。また、運転データｄ１や定数データｄ２の切り替えを人間が手動で行う必要があり手間がかかる。

また、システムを２系統（表面上は１系統で、内部的に複数系統でも同様）持った場合には、ソフトの開発量も増え、かつ定数データｄ２は共通な部分もあり、２系統に同じデータを持たせる必要もあり保守が大変となる。

本発明の目的は、オンラインでの一定周期繰り返し計算を行え、随時ケーススタディのようなオフラインの計算も行うことができる運転支援装置及びプログラムを提供することである。

本発明に係わる運転支援装置は、プラントの運転データに基づき予め定められた運転支援のための演算を実行し、その演算結果を出力する運転支援装置において、外部からプラントの運転データを取得するデータ入力伝送手段と、前記データ入力伝送手段からの運転データと定数データとに基づき構成される複数の入力データのうちどのデータを利用するか切り替える入力切替手段と、前記入力データに基づき予め定められた演算を実行する最適化演算手段と、前記最適化演算手段の計算結果をどの出力データとして出力するか切り替える出力切替手段と、前記入力切替手段及び前記出力切替手段の切り替え及び前記最適化演算手段の実行を制御する実行管理手段と、前記出力切替手段で切り替えられ出力された出力データのうち表示すべき出力データを表示するマンマシン表示手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、システムを２系統持たせたり人間により煩わしい切り替えを行わなくとも、オンラインでの一定周期繰り返し計算を行え、随時ケーススタディのようなオフラインの計算も行うことができる。

図１は本発明の実施の形態に係わる運転支援装置の構成図である。図１において運転支援装置１２は、外部からプラントの運転データｄ１を入力信号ａとしてデータ入力伝送手段１６から取得し、運転支援装置１２の内部に持つ定数データｄ２からの定数データ信号ｂとデータ入力伝送手段１６からの入力信号ａとに基づき１つまたは複数の任意の数の入力データＤ１〜Ｄｎを構成する。

入力切替手段２１は複数の入力データＤ１〜Ｄｎのうちどのデータの入力データ信号ｃを利用するかを切り替え、最適化演算手段２２は入力切替手段２１で切り替えられた入力データ信号ｃに基づき最適化計算を実行する。出力切替手段２３は最適化演算手段２２の計算結果をどの出力データＤ１’〜Ｄｎ’への出力データ信号ｅとして出力するか切り替える。実行管理手段２４は、管理信号ｊにより、入力側の入力切替手段２１及び出力側の出力切替手段２３の切り替え、最適化演算手段２２の実行、データ入力伝送手段１６及びデータ出力伝送手段１９の実行を制御する。

データ出力伝送手段１９は出力データ信号ｅのうち制御装置２０で制御に使う制御信号ｓを伝送する。また、マンマシン表示手段１８は出力データＤ１’〜Ｄｎ’のうち表示すべき表示信号ｆを表示する。データコピー手段２５は実行管理手段２４によりコピー管理信号ｇで指定された入力データを他の入力データとしてデータコピー信号ｈによりコピーする。また、データ編集手段２６は複数の入力データＤ１〜Ｄｎのうちいずれかの入力データ又は定数データｄ２を編集する。

データ入力伝送手段１６は、他のシステム、例えば制御装置２０やデータ収録装置１５からプラントの運転データｄ１を入力信号ａとして取得する。現在時刻のデータだけでなく過去データも取得してもよい。また外部のシステムが現在データしか記憶していないのであれば、データ入力伝送手段１６の中にデータ記憶領域を設け、伝送した現在データを蓄積して過去データを検索し取得できるようにしてもよい。また、制御装置２０にてデータ収録を行っているのであれば、ここから運転データｄ１を取得してもよい。

運転データｄ１は、これらのデータ収録装置１５で収録されている各種データであり、例えばボイラ燃料流量や蒸気流量、タービン蒸気流量や抽気蒸気流量、発電機出力、蒸気需要量、電力需要量などのいわゆるプロセス値や、ボイラやタービンの運転状態を示すON/OFFフラグ、遮断器の開閉状態を示すON/OFFフラグなどである。

入力データＤ１〜Ｄｎは、データ入力伝送手段１６にて取得した入力信号ａと、定数データｄ２からの定数データ信号ｂとに基づき構成される。定数データｄ２は、例えば最適化演算手段２２での演算に必要なプロセス値の上下限値や、燃料・電力単価等の各種定数、及び演算に必要な各種定数や、プログラムの実行に必要な各種定数等である。入力データＤ１〜Ｄｎは、“．ｔｘｔ”や“．ｄａｔ”、“．ｃｓｖ”等のデータファイルでもよいし、メモリ上のある範囲のアドレスや、ソフトウェア上の変数などのデータ領域として確保されたものでもよい。

データ編集手段２６は、定数データｄ２や入力データＤ１〜Ｄｎの値を変更するものである。値の変更をデータ編集信号ｋとして表している。データ編集手段２６は、いわゆるマンマシンインターフェイスというユーザ向けの画面でもよいし、テキストエディタや専用のデータメンテナンスツールなど、データ変更機能を持つ外部プログラムでもよい。マンマシンインターフェイスの場合は、罫線で区切られた表形式のリストに、データ項目の名称と、現在値や単位を表示し、表示された値を直接変更するような画面を容易に実現することができる。また、複数ある入力データＤ１〜Ｄｎのうち、どのデータを編集するか指定するメニューを備えることができる。プルダウンメニューのように、メニューを選択すると指定できる項目が一覧表示され希望のものを選ぶものや、予め一覧表示されているものの中から指定するような方式でもよい。

実行管理手段２４では、内部に記憶した情報に基づき、入力切替手段２１での入力データ信号ｃの切り替え、出力切替手段２３での出力データ信号ｅの切り替え、最適化演算手段２２の実行制御、及びデータコピー手段２５へのコピー管理信号ｇの送信を行う。この内部に記憶した情報は、例えば表１に示すようなものである。

この情報は、概念的に表１の関係を表せれば表１の形式に限られず、配列やその他の方法で実現されてもよい。またデータファイルでも良いし、メモリ上のあるアドレスに格納されたデータや、ソフトウェア上の変数に割り当てられたデータとして実現されてもよい。またマンマシンの画面等から編集できるようになっていてもよい。

表１では、左から列毎に、No、ケース名称、ケース種別、定数サブデータ、オンライン／オフライン、入力データ、出力データ、を表し、各行は個別のケース毎のデータである。この形式に限定されず、他の分類方法により表現された情報でもよい。Noは、管理の便宜上つけたもので必須のものではなく設けなくてもよい。また数字の連番以外にも、ランダムな数字やアルファベット等の記号を含むものでもよい。

ケース名称は、ユーザが各ケースを識別するために付けた名称である。他のケース名称と重複しなければ任意でよい。ケース種別は、いくつかのパターンの計算をユーザが簡便に行えるように付けられたものである。ここでは、Ｒ：リアルタイム計算、Ａ：従来運転計算、Ｂ：負荷遮断選択計算、Ｃ：その他の計算、の４種類の例を示すが、この種類に限定されるものではない。計算の詳細は後述する。

定数サブデータは、各ケース種別毎に対応付けられたデータである。表１の例では、ケース種別Ｒ：対応なし、ケース種別Ａ：data-Aに対応、ケース種別Ｂ：data-B、ケース種別Ｃ：対応なし、という対応関係となっている。オンライン／オフラインの種別も、各ケース種別に対応付けられたデータである。表１の例では、ケース種別Ｒ：オンライン（１）、ケース種別Ａ：オフライン（０）、ケース種別Ｂ：オフライン（０）、ケース種別Ｃ：オフライン（０）、という対応関係となっている。

ここでは、表１においてオンラインとオフラインを区別したが、オンラインはデフォルトとして、あるケース名称、ケース種別等に固定し、表１のデータには表さず、ユーザに任意に指定できるデータだけ表１として管理してもよい。この場合、システム上ではオンライン／オフラインの種別はあるが、表１ではオンライン／オフラインの種別は不要となる。これら各ケース種別に割り当てられたデータは、すべてをユーザが入力しなくともよい。例えば、表２の各ケース種別の対応データ表を用意する。

そして、システムに各ケース種別の対応データを記憶し、新規にケースが作成された場合に、ユーザがそのケースのケース種別を選択し、残りの定数サブデータとオンライン／オフラインの種別とをこの対応データを参照して自動的に埋めることができる。

表１の入力データ及び出力データは、各ケース毎に割り当てられたデータを示すものである。もしデータがファイルとして実現されていれば、これはファイル名称となるし、データがメモリ上のある領域として実現されていれば、これはそのデータの先頭アドレスになる。入力データ及び出力データは、各ケースに対応して１対１で指定されればよい。その順番等は特に問わないため、新規にケースが指定されたときに、空いているデータ領域を適当な方法で選択できればよい。これはプログラムで容易に実現できる。

次に、実行管理手段２４やそれに関連する機能の動作の詳細を具体的な計算例に基づき説明する。まず、ユーザが表１の情報のうち、ケース名称を付け、ケース種別を選択したとする。例えば、No1では、ケース名称として「リアルタイム」を入力し、ケース種別として「Ｒ」を選択したとする。そうすると、実行管理手段２４は、表２を参照して、ケース種別「Ｒ」に対応する定数サブデータ「−（なし）」とオンライン／オフライン種別「１（オンライン）」を自動的に選択する。また、空きデータ領域の中から、入力データ「data-IN1」と出力データ「data-OUT1」を選択する。

「リアルタイム」が選択されると、実行管理手段２４は一定周期毎に入力データ「data-IN1」からの入力データ信号ｃを用いて予め定められた定数データｄ２に基づき最適化演算手段２２で計算実行を行い、計算結果を出力データ信号ｅとして、出力データ「data-OUT1」に書き込む。

「オンライン」が選択されているので、実行管理手段２４からの管理信号ｊによりデータ入力伝送手段１６からの入力信号ａを用いた入力データ「data-IN1」の書き換えと、データ出力伝送手段１９による出力データ「data-OUT1」からの制御信号ｓの出力を行う。これにより、最適化演算手段２２は時々刻々と変化する運転データｄ１に対して、一定周期毎に最適化の計算を繰り返し実行し、計算結果を制御信号ｓとして制御装置２０へ出力することができる。

次にNo2では、ケース名称として「従来運転コスト計算（その１）」を入力し、ケース種別として「Ａ」を選択する。そうすると表２を参照して、ケース種別「Ａ」に対応する定数サブデータ「data-A」とオンライン／オフライン種別「０（オフライン）」が自動的に選択される。また、空きデータ領域の中から入力データ「data-IN2」と出力データ「data-OUT2」とが選択される。

「Ｒ」以外の種別は全て非リアルタイムである。非リアルタイムの計算は、マンマシン画面から計算要求ボタンが押されるなど、あるイベントに応じて実行されればよい。１回の最適計算の演算時間の長さに応じて、リアルタイム計算の計算周期を調整することで、一定周期毎のリアルタイム計算を繰り返し実行しながら、システムの空き時間に非リアルタイムの計算を実行すればよい。これはリアルタイム計算の実行プロセスの優先度を上げ、他のプロセスの優先度を下げたり、特定のＯＳではリアルタイム実行が必要なプロセスをリアルタイム実行指定するなどして実現することができる。

定数サブデータ「data-A」は、運転コストを計算するための固有のデータであり、各機器の運転停止の状態や負荷等のデータである。例えば、複数のボイラや蒸気タービンが全て等負荷で運転されていたとすると、等負荷制約の元で最適化計算を実行するようなフラグのデータに相当する。これが１の場合は等負荷制約、０の場合は負荷配分最適化（無制約）として計算できる。２台のボイラの等負荷制約の場合は、このフラグを用いて次のように運転の計算を行うことができる。

ボイラＡ蒸気流量×等負荷制約フラグ＝ボイラＢ蒸気流量×等負荷制約フラグ
この定数サブデータは、適当な領域に記憶し、入力データを構成する定数データのうち、定数サブデータに該当する項目を定数サブデータの値で書き替えるようにする。そうすると、あるケース種別を選択するとそのケースに該当する定数データの書き替えが自動的に行われる。

定数サブデータによるデータの書き替えは、定数データに限定されず、入力データを構成するデータのうち、外部システムより伝送された入力信号ａのデータを書き替えてもよい。

オフラインでのケーススタディを行うにあたり、データコピー手段２５を使うことで、ある入力データをコピーして、今回のケースの計算用データを作成し、データ編集手段２６により、定数データｄ２やコピーして作成した入力データの値を変更して計算実行することができる。例えば、現在の運転データが「data-IN1」の場合、マンマシンの画面等からコピー元「data-IN1」コピー先「data-IN2」を選択し、この情報をコピー管理信号ｇとしてデータコピー手段２５に伝える。データコピー手段２５では、指定された現在の運転データ「data-IN1」をオフラインとしての検討用に「data-IN2」へコピーする。さらに一部の機器の運転状態を変えるなどして、ケーススタディを行うことができる。計算結果は出力データ信号ｅとして、出力データ「data-OUT2」に書き込む。「オフライン」が選択されているので、最適化演算手段２２による計算が行われた後、計算結果を保持するのみで、制御信号ｓの出力は行わない。

マンマシン表示手段１８では、出力データの参照先を変えることで、任意のデータを表示することができる。例えば、データの参照先をプルダウンメニューのように、メニューを選択すると指定できる項目が一覧表示され希望のものを選ぶものや、予め一覧表示されているものの中から指定するような方式でもよい。計算したケースの結果がデフォルトとして、必ずマンマシン表示手段１８に表示される仕組みでもよい。

次にNo3では、ケース名称として「負荷遮断選択計算（その１）」を入力し、ケース種別として「Ｂ」を選択する。そうすると表２を参照して、ケース種別「Ｂ」に対応する定数サブデータ「data-B」とオンライン／オフライン種別「０（オフライン）」が自動的に選択される。また空きデータ領域の中から、入力データ「data-IN3」と出力データ「data-OUT3」が選択される。

定数サブデータ「data-B」は、負荷遮断選択を計算するための固有のデータであり、発電機のトリップや遮断器の開閉等のデータである。例えば、あるボイラがトリップ（緊急停止）した場合に、どの蒸気負荷を遮断すればよいか、ある蒸気タービンがトリップした場合にどの電力負荷を遮断すればよいか計算したい場合、停止対象ボイラの運転停止フラグや、停止対象タービンの運転停止フラグの値に相当する。つまり、運転＝１，停止＝０とすると、停止対象ボイラ・タービンの運転停止フラグ＝０というデータである。

次にNo4では、ケース名称として「７／１１シミュレーション」を入力し、ケース種別として「Ｃ」を選択する。そうすると表２を参照して、ケース種別「Ｃ」に対応する定数サブデータの選択なし、とオンライン／オフライン種別「０（オフライン）」とが自動的に選択される。また、空きデータ領域の中から入力データ「data-IN5」と出力データ「data-OUT5」が選択される。定数サブデータの選択がない場合は、計算するケースに応じた定数データの書き替えが自動では行われず、必要によりデータ編集手段２６を用いて人間系により手動で書き替えを行う。

本発明の実施の形態によれば、通常は運転支援装置１２では一度に一つの計算しか実行できないため、複数の計算を実行しようとすると、単純にはシステムを２系統持つ必要があり、運転データｄ１や定数データｄ２の切り替えを人間が手動で行う必要があって手間がかかったが、本発明の実施の形態では、システムを２系統持たせたり人間により煩わしい切り替えを行わなくとも、オンラインでの一定周期繰り返し計算の他に随時ケーススタディのようなオフラインの計算を行うことができる。

また、データコピー手段２５やデータ編集手段２６を設け、ケーススタディの種別に対応して規定のデータを書き替えるので、各種ケーススタディを手間をかけず簡単に行うことができる。さらに、定数データも一元管理できるため、同じデータをあちこちで重複管理してシステムの保守が大変になることも避けられる。

本発明の実施の形態に係わる運転支援装置の構成図。 自家発電プラントに適用した従来の運転支援装置の構成図。

符号の説明

１１…自家発電プラント、１２…運転支援装置、１３…ボイラ、１４…蒸気タービン、１５…データ収録装置、１６…データ入力伝送手段、１７…演算手段、１８…マンマシン表示手段、１９…データ出力伝送手段、２０…制御装置、２１…入力切替手段、２２…最適化演算手段、２３…出力切替手段、２４…実行管理手段、２５…データコピー手段、２６…データ編集手段

Claims (11)

1. プラントの運転データに基づき予め定められた運転支援のための演算を実行し、その演算結果を出力する運転支援装置において、外部からプラントの運転データを取得するデータ入力伝送手段と、前記データ入力伝送手段からの運転データと定数データとに基づき構成される複数の入力データのうちどのデータを利用するか切り替える入力切替手段と、前記入力データに基づき予め定められた演算を実行する最適化演算手段と、前記最適化演算手段の計算結果をどの出力データとして出力するか切り替える出力切替手段と、前記入力切替手段及び前記出力切替手段の切り替え及び前記最適化演算手段の実行を制御する実行管理手段と、前記出力切替手段で切り替えられ出力された出力データのうち表示すべき出力データを表示するマンマシン表示手段とを備えたことを特徴とする運転支援装置。
2. 前記最適化演算手段は、プラントの特性式、プロセス値の上下限制限値、目的関数といった数式に基づき最適化計算を行うことを特徴とする請求項１に記載の運転支援装置。
3. 前記出力データのうち制御に使う信号をプラントの制御装置に伝送するデータ出力伝送手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の運転支援装置。
4. 前記実行管理手段により指定された入力データを他の入力データとしてコピーするデータコピー手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の運転支援装置。
5. 複数の入力データのうちいずれかの入力データ又は定数データを編集するデータ編集手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の運転支援装置。
6. 前記実行管理手段は前記最適化演算手段で計算するケース種別と入力データ及び出力データとの対応関係を記憶し、前記最適化演算手段は前記対応関係に基づき計算実行を行うことを特徴とする請求項１に記載の運転支援装置。
7. 前記実行管理手段はオンライン一定周期での計算実行用入出力データとそれ以外の計算実行用入出力データとを分けた対応関係を記憶し、前記最適化演算手段は前記対応関係に基づき計算実行を行うことを特徴とする請求項１に記載の運転支援装置。
8. 前記実行管理手段は前記最適化演算手段で計算するケース種別と定数サブデータとの対応関係を記憶し、定数データのうち定数サブデータに該当する項目を定数サブデータの値で書き替えることを特徴とする請求項１に記載の運転支援装置。
9. 前記定数サブデータは、運転コストを計算するための固有のデータであることを特徴とする請求項８に記載の運転支援装置。
10. 前記定数サブデータは、負荷遮断選択を計算するための固有のデータであることを特徴とする請求項８に記載の運転支援装置。
11. コンピュータを、プラントの運転データを取得する手段と、定数データと取得したプラントの運転データに基づき構成される複数の入力データのうちどのデータを利用するか切り替える手段と、前記入力データに基づき予め定められた最適化演算を実行する手段と、その計算結果をどの出力データとして出力するか切り替える手段と、入力データ及び出力データの切り替え及び最適化演算の実行を制御する手段と、出力データのうち表示すべき出力データを表示する手段として機能させるためのプログラム。

Images