JP2008217055A - Power control method of multihop wireless system and power control system thereof - Google Patents

Power control method of multihop wireless system and power control system thereof Download PDF

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和田  裕
Koji Matsuda
光司 松田
Tatsue Ishii
辰栄 石井
Terunori Hanawa
輝記 塙
Toshiki Shimizu
俊樹 清水
Hisao Nagayama
久雄 長山
Noritake Matsumoto
典剛 松本
Kimihiko Otsuki
公彦 大槻
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power control method that avoids wasteful operation of a slave station of a multihop wireless system to reduce battery consumption. <P>SOLUTION: The power control method is used in a plant instrumentation monitoring system in which a plant instrumentation process and a plant instrumentation monitoring and controlling device are connected together via a multihop wireless system. The method controls power by having a first step (S301 to S304) for collecting plant parameter measurement signals detected by the plant instrumentation process, and predicting the dynamic characteristic of the plant instrumentation process based on the measurement signals collected, a second step (S305) for determining whether or not the dynamic characteristic of the plant instrumentation process is in a stable condition based on the result of numerical value computation in the first step, and a third step (S306) for controlling the timing to start the slave station of the multihop wireless system in a way adapted to the period of the stable condition calculated in the second step. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、マルチホップ無線システムを構成する局の消費電力の低減に係るマルチホップ無線システムの電力制御技術に関する。   The present invention relates to a power control technique for a multi-hop wireless system related to reduction of power consumption of stations constituting the multi-hop wireless system.

近年、マルチホップ無線システムを、計装監視分野に応用することが注目されている。マルチホップ無線システムは、分散した計測点に設けたセンサによって計測された物理量を計測信号に変換して、無線により、集中監視装置に伝送する。このマルチホップ無線システムは、マルチホップの名が示すように、計測点と集中監視装置との間に障害物が存在し、計測点と集中監視装置との間が1対1の直接通信ができない場合に、複数の中継局を配置し、これらの中継局を経由して広範囲の通信範囲を確保するものである。   In recent years, attention has been focused on applying multi-hop wireless systems to the field of instrumentation monitoring. The multi-hop wireless system converts a physical quantity measured by sensors provided at dispersed measurement points into a measurement signal, and transmits the measurement signal wirelessly to a centralized monitoring device. In this multi-hop wireless system, as the name of multi-hop indicates, there is an obstacle between the measurement point and the centralized monitoring device, and one-to-one direct communication cannot be performed between the measurement point and the centralized monitoring device. In some cases, a plurality of relay stations are arranged, and a wide communication range is secured via these relay stations.

従来、マルチホップ無線システムの適用例として、汚染された土壌の各箇所に設置されたCOガスセンサから送信されてくるCO濃度計測信号を、マルチホップ無線システムの子局で取得し、中継局を経て親局に接続されたホストコンピュータに送る監視システムが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, as an application example of a multi-hop wireless system, a CO 2 concentration measurement signal transmitted from a CO 2 gas sensor installed at each location of contaminated soil is acquired by a slave station of the multi-hop wireless system, and a relay station A monitoring system that sends data to a host computer connected to the master station via the network has been proposed (for example, see Patent Document 1).

前記した特許文献1に開示された技術によれば、土壌中のCO濃度を連続的に測定し、これらの測定されたCO濃度の連続的な変化からホストコンピュータによって土壌浄化の進捗状況を予測することができる。通常、子局は、測定と通信を常時連続的に行うのではなく、間欠的に行う。その間欠的な動作は、タイマを作動させ、予め定められた一定間隔、またはランダムな間隔で、測定と通信の処理を実行することによって行われる。 According to the technique disclosed in Patent Document 1 described above, the CO 2 concentration in the soil is continuously measured, and the progress of soil purification is monitored by the host computer from the continuous change in the measured CO 2 concentration. Can be predicted. Usually, the slave station performs measurement and communication intermittently, not continuously. The intermittent operation is performed by activating a timer and executing measurement and communication processing at predetermined intervals or at random intervals.

子局は、例えば、CPU、メモリ、センサ信号入力インターフェース、無線通信インターフェースおよび電源部を有する小型のコンピュータで実現される。そして、測定と通信の処理を実行する場合にのみ、このコンピュータが起動され、処理実行後は、コンピュータがスリープモードになり、タイマのみが動作している状態となる。スリープモード中のタイマは、CPUを駆動するクロック回路により駆動制御されている。そして、予め設定された所定の起動タイマ値に到ると、電源部が起動され、コンピュータはスリープモードから動作状態に移行する。
特開2006−275940号公報(段落[0012]〜[0022]、図3)
The slave station is realized by, for example, a small computer having a CPU, a memory, a sensor signal input interface, a wireless communication interface, and a power supply unit. The computer is activated only when the measurement and communication processing is executed, and after the processing is executed, the computer enters a sleep mode and only the timer is operating. The timer in the sleep mode is driven and controlled by a clock circuit that drives the CPU. When a predetermined activation timer value set in advance is reached, the power supply unit is activated, and the computer shifts from the sleep mode to the operating state.
JP 2006-275940 A (paragraphs [0012] to [0022], FIG. 3)

ところで、前記したマルチホップ無線システムは、有線での通信ケーブルが不要であることから、機動性、移動性に富むといった利点があり、これらの利点をより生かすために、マルチホップ無線システムを構成する子局はバッテリ駆動であることが強く望まれている。
そのために、タイマ動作により間欠的にデータ収集と通信を行うことによって、バッテリ消費を抑え、長期間に渡る可用性と電池交換などの手間を省く保守性を確保する課題がある。
また、バッテリ消費をより低減するために、子局自身の電力消費を抑えるだけでなく、起動する回数を減らすという課題もある。
By the way, since the above-described multi-hop wireless system does not require a wired communication cable, it has advantages such as high mobility and mobility, and in order to make better use of these advantages, the multi-hop wireless system is configured. The slave station is strongly desired to be battery-powered.
For this reason, there is a problem of ensuring maintainability by suppressing battery consumption and saving troubles such as long-term availability and battery replacement by intermittently collecting and communicating data by a timer operation.
In addition, in order to further reduce battery consumption, there is a problem that not only the power consumption of the slave station itself is suppressed, but also the number of activations is reduced.

しかしなから、前記した従来のマルチホップ無線システムによれば、子局がタイマ動作によって自律的に起動して、データ収集するときに、その対象がどのような状態(例えば、定常状態あるいは非定常状態など)になっているかについては考慮されていない。すなわち、子局のタイマ動作時間は、予め定められた値に設定されていて、起動を単調に繰り返す仕組みになっていた。
特に、前記したマルチホップ無線システムをプラントプロセス計装監視に適用した場合には、子局が収集するデータに有意な変化が現れない場合には、子局の動作が無駄になってしまい、不要なバッテリ消費を招く可能性があった。
However, according to the conventional multi-hop wireless system described above, when the slave station autonomously starts up by the timer operation and collects data, the target is in any state (for example, steady state or non-stationary state). It is not considered whether it is in a state). That is, the timer operation time of the slave station is set to a predetermined value, and the activation is monotonously repeated.
In particular, when the above-described multi-hop wireless system is applied to plant process instrumentation monitoring, if there is no significant change in the data collected by the slave station, the operation of the slave station becomes useless and unnecessary. May cause excessive battery consumption.

本発明は前記した課題を解決するためになされたものであり、子局の無駄な動作を省き、バッテリ消費を抑えることのできる、マルチホップ無線システムの電力制御技術を提供することを課題とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a power control technique for a multi-hop wireless system that can save unnecessary operation of a slave station and suppress battery consumption. .

本発明のマルチホップ無線システムの電力制御方法は、特に、子局の無駄な動作を省き、無駄な電力消費につながる測定と通信を子局にさせないために、監視対象となるプラントの動特性を、モデル予測制御(MPC:Model Predictive Control)により定式化して予測し、その予測結果から重要な変化が見られない安定状態であることを判別して、安定状態には子局を起動させないように、子局の起動タイミングをその変化に適応させる制御を行うこととした。   The power control method for a multi-hop wireless system according to the present invention is particularly effective in reducing the operation of a slave station and preventing the slave station from performing measurement and communication leading to useless power consumption. , Predict by formulating with model predictive control (MPC: Model Predictive Control), determine that it is in a stable state where no significant change is seen from the prediction result, and do not start the slave station in the stable state Therefore, it was decided to control the start timing of the slave station to adapt to the change.

本発明によれば、子局の無駄な動作を省き、バッテリ消費を抑える、マルチホップ無線システムの電力制御技術を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power control technique of a multihop radio | wireless system which suppresses useless operation | movement of a slave station and suppresses battery consumption can be provided.

本願発明の概要は、プラント計装プロセスと前記プラント計装プロセスを監視制御するプラント計装監視制御装置との間の通信を媒介し、前記プラント計装プロセスにより検出されるプラントパラメータの測定結果を、前記プラント計装監視制御装置に順送りで伝達する2以上の局から構成されるマルチホップ無線システムの電力制御方法であって、第1のステップでは、前記プラント計装プロセスが、プラントパラメータを測定し、その測定値を測定信号に変換し、前記マルチホップ無線システムが、前記測定信号を、前記プラント計装監視制御装置に送信し、前記プラント計装監視制御装置が、前記受信した測定信号に基づき前記プラント計装プロセスの動特性を予測する数値演算処理を実行し、第2のステップでは、前記数値演算処理結果と、予め設定した許容範囲の境界値とを比較して、該数値演算処理結果が該許容範囲内に存在することを表す安定状態の期間を推定し、前記推定された安定状態の期間の範囲内で、前記マルチホップ無線システムを構成する局の起動タイミングを算出し、起動タイマ値を決定し、第3のステップでは、前記プラント計装監視制御装置が、前記決定された起動タイマ値を前記マルチホップ無線システムを構成する局に送信するか否かを過去の起動タイマ値に基づいて判定し、前記決定された起動タイマ値と前記過去の起動タイマ値とが異なる場合に、前記決定された起動タイマ値を送信し、該局が前記決定された起動タイマ値を受信した場合には、その受信した起動タイマ値によって該局の起動タイミングを制御すること、を特徴とする。   The outline of the present invention is that a measurement result of a plant parameter detected by the plant instrumentation process is mediated by communication between the plant instrumentation process and a plant instrumentation monitoring control device that monitors and controls the plant instrumentation process. , A power control method for a multi-hop wireless system composed of two or more stations that transmit in order to the plant instrumentation monitoring and control device, wherein in the first step, the plant instrumentation process measures plant parameters The measurement value is converted into a measurement signal, the multi-hop wireless system transmits the measurement signal to the plant instrumentation monitoring control device, and the plant instrumentation monitoring control device converts the measurement signal into the received measurement signal. A numerical calculation process for predicting the dynamic characteristics of the plant instrumentation process based on the numerical calculation process. And a boundary value of an allowable range set in advance to estimate a stable state period indicating that the numerical calculation processing result is within the allowable range. Within the range, the activation timing of the stations constituting the multi-hop wireless system is calculated, and the activation timer value is determined. In the third step, the plant instrumentation monitoring control device uses the determined activation timer value. Whether to transmit to a station constituting the multi-hop wireless system is determined based on a past activation timer value, the determination is made when the determined activation timer value and the past activation timer value are different When the start timer value is transmitted and the station receives the determined start timer value, the start timing of the station is controlled by the received start timer value.

図1は、本発明の実施形態にかかわるプラント計装監視システム1のシステム構成の一例を示す図である。
図1に示されるように、プラント計装監視システム1は、プラント計装監視制御装置11と、検出器123を含むプラント計装プロセス12とが、マルチホップ無線システム14を介して接続され、また、検出器121、操作部122を含むプラント計装プロセス12が複数のコントローラ13を介して有線で接続された構成を有する。
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a system configuration of a plant instrumentation monitoring system 1 according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the plant instrumentation monitoring system 1 includes a plant instrumentation monitoring control device 11 and a plant instrumentation process 12 including a detector 123 connected via a multi-hop wireless system 14. The plant instrumentation process 12 including the detector 121 and the operation unit 122 is connected via a plurality of controllers 13 in a wired manner.

プラント計装プロセス12には、プラントパラメータである、流量、液面水位、圧力、温度、濃度等の物理量を検出するための検出器121、123と、ポンプやバルブ等のプラントを構成する制御対象部品を駆動操作するための操作器122とが含まれている。
プラント計装監視制御装置11は、検出器123が検出したプラントパラメータの物理量をマルチホップ無線システム14を介して受け付ける検出無線データ伝送部114と、無線データ伝送部114が受け付けたプラントパラメータの物理量を収集して処理し、格納するプロセスデータ処理格納部112と、このプロセスデータ処理格納部112に蓄えられたプラントパラメータの物理量の時系列データをもとに、プラントの動特性を予測演算するプラント動特性予測演算部115と、プラント動特性予測演算部115の予測演算結果にもとづき、プラントの安定状態を判定するプラント安定状態判定処理部116と、プラント安定状態判定処理部116の判定結果にもとづき、安定状態を示すプラントパラメータに該当する検出器123に対応して設けられるマルチホップ無線システム14の子局の起動(スリープモード)を管理する無線子局起動管理部117とを備えている。
The plant instrumentation process 12 includes plant parameters such as detectors 121 and 123 for detecting physical quantities such as flow rate, liquid level, pressure, temperature, and concentration, and control objects constituting the plant such as pumps and valves. And an operating device 122 for driving the components.
The plant instrumentation monitoring control device 11 detects the physical quantity of the plant parameter detected by the detector 123 via the multi-hop wireless system 14, and the physical quantity of the plant parameter received by the wireless data transmission section 114. Process data processing storage unit 112 that collects, processes and stores, and plant dynamics for predicting and calculating plant dynamics based on time-series data of physical quantities of plant parameters stored in the process data processing storage unit 112 Based on the prediction calculation result of the characteristic prediction calculation unit 115 and the plant dynamic characteristic prediction calculation unit 115, based on the determination result of the plant stable state determination processing unit 116 for determining the stable state of the plant and the plant stable state determination processing unit 116, Detector 123 corresponding to plant parameter indicating stable state Starting slave station of a multi-hop radio system 14 provided corresponding and a radio personal station activation management unit 117 which manages the (sleep mode).

なお、前記した本発明の実施形態に係るプラント計装監視システム1においては、プラントの動特性を予測演算する際に、マルチホップ無線システム14を介して収集されるプラントパラメータの物理量のみを利用するだけでなく、従来から使用されるフィールドバス等のコントローラ13を経由した有線データ伝送により監視制御を行う形態で収集したプラントパラメータの物理量も合わせて利用することとしている。
このため、プラント計装監視制御装置11は、前記したマルチホップ無線システム14に係る構成部だけでなく、プラント計装プロセス12の検出器121、操作器122に接続され、いわゆる、ループ制御あるいはシーケンス制御を実行するコントローラ13(入出力装置)との信号伝送を行う有線データ伝送部111と、前記したプロセスデータ処理格納部112との間で有線データ伝送部111が検出信号、および操作信号を伝送し、その検出信号の表示及び操作信号の入力に使用される監視制御ヒューマンインタフェース(HMI:Human Machine Interface)処理部113とを含んでいるものとする。
In the plant instrumentation monitoring system 1 according to the above-described embodiment of the present invention, only the physical quantities of the plant parameters collected via the multi-hop wireless system 14 are used when predicting and calculating the plant dynamic characteristics. Not only that, but also physical quantities of plant parameters collected in the form of monitoring and control by wired data transmission via a controller 13 such as a fieldbus conventionally used are also used.
For this reason, the plant instrumentation monitoring control device 11 is connected not only to the components related to the multihop wireless system 14 described above, but also to the detector 121 and the operation device 122 of the plant instrumentation process 12, so-called loop control or sequence The wired data transmission unit 111 transmits a detection signal and an operation signal between the wired data transmission unit 111 that performs signal transmission with the controller 13 (input / output device) that performs control and the process data processing storage unit 112 described above. It also includes a monitoring control human interface (HMI) processing unit 113 used for displaying the detection signal and inputting the operation signal.

有線データ伝送部111は、コントローラ13を介して、検出器121からの信号を取り込み、監視制御HMI処理部113から入力される操作器122への制御量を規定する設定信号をコントローラ13に出力する。監視制御HMI処理部113は、有線データ伝送部111が受け付けた信号を操業オペレータに伝え、操業オペレータの判断による操作指示値を受け付ける。
有線データ伝送部111と監視制御HMI処理部113との間には、コントローラ13からの信号を処理・格納し、さらにコントローラ13への設定信号を処理・格納するためのプロセスデータ処理格納部112が設けられている。プロセスデータ処理格納部112は、時系列データを格納するメモリを備えており、当該メモリには、時系列データの信号値と測定時刻、ならびに、制御量の設定値と設定時刻とを対応づけて格納する構成になっている。
The wired data transmission unit 111 takes in a signal from the detector 121 via the controller 13, and outputs a setting signal that defines a control amount to the operation device 122 input from the monitoring control HMI processing unit 113 to the controller 13. . The supervisory control HMI processing unit 113 transmits a signal received by the wired data transmission unit 111 to the operation operator and receives an operation instruction value determined by the operation operator.
Between the wired data transmission unit 111 and the monitoring control HMI processing unit 113, there is a process data processing storage unit 112 for processing and storing a signal from the controller 13 and further processing and storing a setting signal to the controller 13. Is provided. The process data processing storage unit 112 includes a memory for storing time series data, and the memory associates the signal value of the time series data with the measurement time, and the set value and the set time of the control amount. It is configured to store.

一方、マルチホップ無線システム14は、親局141、中継局142、および子局143から構成されている。なお、子局143は、プラント計装プロセス12のプラントパラメータである、流量、液面水位、圧力、温度、濃度等の物理量を検出する検出器123と接続されている。
子局143は、検出器123からの信号を取り込み、その信号は、中継局142と親局141とを経由して、プラント計装監視制御装置11の無線データ伝送部114に送られる。
On the other hand, the multihop wireless system 14 includes a master station 141, a relay station 142, and a slave station 143. The slave station 143 is connected to a detector 123 that detects physical parameters such as flow rate, liquid level, pressure, temperature, and concentration, which are plant parameters of the plant instrumentation process 12.
The slave station 143 takes in the signal from the detector 123, and the signal is sent to the wireless data transmission unit 114 of the plant instrumentation monitoring control device 11 via the relay station 142 and the master station 141.

そして、検出器123から無線データ伝送部114に送られた信号は、プロセスデータ処理格納部112に送られ、有線データ伝送部111から格納される信号とともに、時系列データとして格納される。
この処理の流れは、従来の有線データ伝送、および無線データ伝送による、プラント計装プロセスからの検出信号、およびプラント計装プロセスへの操作信号の流れと同様である。
The signal sent from the detector 123 to the wireless data transmission unit 114 is sent to the process data processing storage unit 112 and is stored as time series data together with the signal stored from the wired data transmission unit 111.
The flow of this process is the same as the flow of the detection signal from the plant instrumentation process and the operation signal to the plant instrumentation process by the conventional wired data transmission and wireless data transmission.

次に、プラントの動特性を判定して、マルチホップ無線システム14の電力制御を行う構成および方法について詳細に説明する。   Next, a configuration and method for determining the dynamic characteristics of the plant and performing power control of the multi-hop wireless system 14 will be described in detail.

図2に、プラント計装プロセス12の一例を示す。図2に示すプラント計装プロセス12は、典型的な化学プラントにおける、原料から製品までの調製過程を示す。
ここでは、バッファタンクに蓄えられた原料を、蒸発缶で加熱し、第1溶媒Aを除去した後、熱交換器で温度調整し、最後に希釈タンクで第2溶媒Bを混合して濃度調整して製品を得るプロセスを示す。
FIG. 2 shows an example of the plant instrumentation process 12. A plant instrumentation process 12 shown in FIG. 2 shows a preparation process from raw materials to products in a typical chemical plant.
Here, the raw material stored in the buffer tank is heated with an evaporator, the first solvent A is removed, the temperature is adjusted with a heat exchanger, and finally the second solvent B is mixed with the dilution tank to adjust the concentration. And show the process of obtaining the product.

ここで、図2に示すプラント計装プロセス12の構成について説明する(適宜図1参照)。LICは、液面水位制御のためにバルブ開度またはポンプ回転数を操作するコントローラ、PICは、圧力制御のためにポンプ回転数を操作するコントローラ、TICは、温度制御のために冷却水流量調整弁の開度を操作するコントローラ、DICは、濃度制御のために、熱媒の流量調整弁の開度を操作し、あるいは第2溶媒Bの流量調整弁の開度を操作するコントローラである。   Here, the configuration of the plant instrumentation process 12 shown in FIG. 2 will be described (see FIG. 1 as appropriate). LIC is a controller that controls the valve opening or pump speed for controlling the liquid level, PIC is a controller that controls the pump speed for pressure control, and TIC is a cooling water flow rate control for temperature control. The controller for operating the opening of the valve, DIC, is a controller for operating the opening of the flow rate adjustment valve of the heat medium or the opening of the flow rate adjustment valve of the second solvent B for concentration control.

すなわち、LIC、PIC、TIC、DICは、例えば、図1に示すプラント計装プロセス12のコントローラ13に相当し、液面水位計、圧力計、温度計、流量計、濃度計(不図示)は、検出器121に相当する。
なお、DICに接続され溶媒Bの流量調整弁の開度を制御するコントローラは、図1に示すコントローラ13に相当し、流量調整弁の駆動器は操作器122に相当する。第2溶媒Bの流量制御のためのコントローラFICは、図1に示すコントローラ13に相当し、流量計として検出器121が接続されている。図1では、複数のコントローラ13は独立して存在しているが、2つの検出器121(濃度計、流量計)からの信号は、コントローラ13間で多重化されていてもよい。一方、仮設または増設される複数の濃度計は、マルチホップ無線システム14の子局143に接続された検出器123に相当する。このように、コントローラ13を介して、希釈タンク中の成分物質の濃度と、第2溶媒Bの流量が計測値としてプラント計装監視制御装置11に収集され、それらには各々の設定値が定義されて、第2溶媒Bの流量調整弁の開度を操作量としてプラント計装プロセス12に送信される。
That is, LIC, PIC, TIC, and DIC correspond to, for example, the controller 13 of the plant instrumentation process 12 shown in FIG. 1, and a liquid level gauge, a pressure gauge, a thermometer, a flow meter, and a concentration meter (not shown) Corresponds to the detector 121.
The controller connected to the DIC and controlling the opening degree of the flow rate adjustment valve for the solvent B corresponds to the controller 13 shown in FIG. 1, and the driver for the flow rate adjustment valve corresponds to the operating device 122. The controller FIC for controlling the flow rate of the second solvent B corresponds to the controller 13 shown in FIG. 1, and a detector 121 is connected as a flow meter. In FIG. 1, a plurality of controllers 13 exist independently, but signals from two detectors 121 (a concentration meter and a flow meter) may be multiplexed between the controllers 13. On the other hand, a plurality of concentration meters that are temporarily or additionally installed correspond to the detector 123 connected to the slave station 143 of the multi-hop wireless system 14. In this way, the concentration of the component substance in the dilution tank and the flow rate of the second solvent B are collected as measured values in the plant instrumentation monitoring control device 11 via the controller 13, and each set value is defined in them. Then, the opening degree of the flow rate adjustment valve of the second solvent B is transmitted to the plant instrumentation process 12 as an operation amount.

図3は、本発明の実施形態に係るプラント計装監視システム1の動作を示すフローチャートである。
以下、図2のプラント計装プロセス12における希釈タンク中の成分濃度計測を例として、有線データ伝送による検出器121および操作器122の監視と、マルチホップ無線システム14の無線データ伝送による検出器123の監視を併用した際の、プラント動特性の予測演算制御によるマルチホップ無線システム14の子局143の電力制御について、図3に示すフローチャートを参照しながら詳細に説明する(適宜図1参照)。
FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the plant instrumentation monitoring system 1 according to the embodiment of the present invention.
Hereinafter, taking the concentration measurement of components in the dilution tank in the plant instrumentation process 12 of FIG. 2 as an example, monitoring of the detector 121 and the operating device 122 by wired data transmission and the detector 123 by wireless data transmission of the multi-hop wireless system 14 The power control of the slave station 143 of the multi-hop wireless system 14 by the predictive calculation control of the plant dynamic characteristics when monitoring the above is used together will be described in detail with reference to the flowchart shown in FIG. 3 (see FIG. 1 as appropriate).

希釈タンクには、蒸発缶で原料から抽出された成分物質を熱交換器で温度調整したものが流れ込むが、タンク内には成分物質の濃度分布が発生する。第2溶媒Bとの混合によりタンク内での均一な濃度分布を達成するために攪拌器が用いられる。ここでは、単一の濃度計だけでは濃度分布の把握が不十分となる物質成分の場合を想定し、複数の濃度計(検出器121、123)が仮設または増設され、濃度監視が行なわれるものとして説明する。   In the dilution tank, the component substance extracted from the raw material by the evaporator and the temperature adjusted by the heat exchanger flows, but the concentration distribution of the component substance is generated in the tank. A stirrer is used to achieve a uniform concentration distribution in the tank by mixing with the second solvent B. Here, assuming a substance component whose concentration distribution cannot be grasped by a single densitometer alone, a plurality of densitometers (detectors 121 and 123) are temporarily installed or added to perform concentration monitoring. Will be described.

まず、希釈タンク中の成分物質の濃度と、第2溶媒Bの流量の設定値は、プラント計装監視制御装置11の監視制御HMI処理部113により操業オペレータが設定し、プロセスデータ処理格納部112がその設定値を取得する(ステップS301)。
それらの設定値は、プロセスデータ処理格納部112から有線データ伝送部111を介してコントローラ13に与えられ、コントローラ13での流量調整弁(操作器122)への開度指令信号を決定するための制御演算に用いられる。この開度については、プロセスデータ処理格納部112に時系列データとして格納され、その表示は、例えば、トレンドグラフ表示などの形態で、監視制御HMI処理部113により画面表示され、操業オペレータに対して通知される。
First, the setting values of the concentration of the component substance in the dilution tank and the flow rate of the second solvent B are set by the operation operator by the monitoring control HMI processing unit 113 of the plant instrumentation monitoring control device 11, and the process data processing storage unit 112 is set. Acquires the set value (step S301).
These set values are given to the controller 13 from the process data processing storage unit 112 via the wired data transmission unit 111, and an opening degree command signal to the flow rate adjustment valve (operator 122) in the controller 13 is determined. Used for control calculations. The opening degree is stored as time series data in the process data processing storage unit 112, and the display is displayed on the screen by the monitoring control HMI processing unit 113 in a form such as a trend graph display, for example, to the operation operator. Be notified.

そして、希釈タンク中の成分物質の濃度と、第2溶媒Bの流量は、それぞれ検出器121により検出、収集され、時系列データとして、有線データ伝送部111を介し伝送され、プロセスデータ処理格納部112に時系列データとして蓄積される(ステップS302、ステップS303)。また、その出力は、例えば、トレンドグラフ表示などの形態で、監視制御HMI処理部113を介してプロセス計装監視制御装置11に画面表示され、操業オペレータに対して通知される。   The concentration of the component substance in the dilution tank and the flow rate of the second solvent B are detected and collected by the detector 121 and transmitted as time-series data via the wired data transmission unit 111, and the process data processing storage unit 112 is accumulated as time-series data (step S302, step S303). Further, the output is displayed on the process instrumentation monitoring control device 11 via the monitoring control HMI processing unit 113 in the form of, for example, a trend graph display, and is notified to the operation operator.

一方、マルチホップ無線システム14の子局143に接続された仮設または増設された複数の濃度計(検出器123)で測定された希釈タンクの濃度信号は、子局143、中継局142、親局141を介して、無線データ伝送部114に送られ、プロセスデータ処理格納部112に時系列データとして蓄積され(ステップS302、ステップS303)、その表示は、例えば、トレンドグラフ表示などの形態で、監視制御HMI処理部113により操業オペレータに対し通知される。   On the other hand, the concentration signal of the dilution tank measured by a plurality of temporary or additional concentration meters (detectors 123) connected to the slave station 143 of the multi-hop wireless system 14 is the slave station 143, the relay station 142, the master station. 141 is sent to the wireless data transmission unit 114 and accumulated as time-series data in the process data processing storage unit 112 (steps S302 and S303). The display is monitored in the form of a trend graph display, for example. The control HMI processing unit 113 notifies the operation operator.

前記によりプロセスデータ処理格納部112に格納された時系列データは、プラント動特性予測演算部115によって読み出され、プラント動特性予測演算部115は、モデル予測制御(MPC)によりプラント計装プロセス12の動特性を予測する数値演算処理を実行する(ステップS304)。
なお、モデル予測制御(MPC)では、被制御量が設定値に一致するように操作量を決定するという制御の根本について、プロセスの動的モデルが存在すれば、そのモデルに基づいて未来の被制御量の変化を予測可能であるという考え方に基づいて、プロセス動特性の予測式が用いられる。具体的には、プラント動特性予測演算部115は、プロセスデータ処理格納部112から、検出器121で測定した信号の時系列データと、操作器122で操作した信号の時系列データとを読み出し、プラントプロセスの動特性を模擬する数値演算処理を行う。
The time-series data stored in the process data processing storage unit 112 as described above is read by the plant dynamic characteristic prediction calculation unit 115, and the plant dynamic characteristic prediction calculation unit 115 performs the plant instrumentation process 12 by model prediction control (MPC). A numerical calculation process for predicting the dynamic characteristics of is performed (step S304).
Note that in model predictive control (MPC), if there is a dynamic model of the process for the basic control of determining the manipulated variable so that the controlled variable matches the set value, the future controlled variable will be based on that model. A process dynamic characteristic prediction formula is used based on the idea that a change in control amount can be predicted. Specifically, the plant dynamic characteristic prediction calculation unit 115 reads out the time series data of the signal measured by the detector 121 and the time series data of the signal operated by the operation unit 122 from the process data processing storage unit 112, Performs numerical computation to simulate the dynamic characteristics of plant processes.

通常は、精密な物理モデルの構築は極めて困難であるため、一般に利用されている、インパルス応答モデル、あるいはステップ応答モデルを使用するものとする。これらは、時間領域でのプロセス量の変化を直接定義するものであり、実際のプラントの操業データにより検証することも可能である。なお、積分プロセスや不安定プロセスを取り扱うために、伝達関数モデルやARX(Auto-Regressive eXogneous Input)モデルを用いるものもある。以下に説明する本発明の実施形態では、ステップ応答モデルを例示してプラント動特性の予測方法について説明する。   Usually, since it is extremely difficult to construct a precise physical model, an impulse response model or a step response model that is generally used is used. These directly define changes in the process amount in the time domain, and can be verified with actual plant operation data. In addition, in order to handle an integral process and an unstable process, there are some that use a transfer function model or an ARX (Auto-Regressive eXogneous Input) model. In the embodiment of the present invention described below, a plant response characteristic prediction method will be described using a step response model as an example.

ここでは、例えば、図4(a)に示されるような、大きさ1のステップ状入力に対する応答を考える。ステップ応答の各サンプリング時刻における値を{a}で表すことにする。このステップ応答係数{a}は、有限時間で一定値に収斂すると見なしても現実的には問題ない。sステップ以降のステップ応答係数は一定値、すなわち、
=a for i≧s ・・・(1)
とする。図4(b)にステップ応答による測定波形の一例を示す。なお、Tdステップの無駄時間が存在する場合には、
=0 for i=1,2,・・ ,Td ・・・(2)
と定義するが、ここでは適用しない。
Here, for example, consider a response to a stepped input of size 1 as shown in FIG. The value of each step response at each sampling time is represented by {a i }. Even if it is assumed that this step response coefficient {a i } converges to a constant value in a finite time, there is no practical problem. The step response coefficient after step s is a constant value, that is,
a i = a s for i ≧ s ··· (1)
And FIG. 4B shows an example of a measurement waveform by step response. If there is a dead time of the Td step,
a i = 0 for i = 1, 2,..., Td (2)
But does not apply here.

プラント動特性は線形と仮定し、時刻tで大きさΔu(t)のステップ状入力をプラントプロセスに加える場合、この入力に対する時刻t+jでの出力の大きさは、
(t+j)=aΔu(t) ・・・(3)
で与えられる。時刻t+jから過去に遡った各時点でのステップ状入力による出力を重ね合わせて、時刻t+jの出力値の一般解が得られる原理により、以下の演算式(4)で示されるステップ応答モデルを得る。
Assuming that the plant dynamics are linear, and adding a stepped input of magnitude Δu (t) to the plant process at time t, the magnitude of the output at time t + j for this input is:
y M (t + j) = a j Δu (t) (3)
Given in. Based on the principle that a general solution of the output value at time t + j can be obtained by superimposing the outputs of the step-like inputs at each time point that goes back from the time t + j, a step response model represented by the following equation (4) is obtained. .

Figure 2008217055
Figure 2008217055

ここで、出力を予測する区間を、現時点から先のステップL以降のP−1ステップまでとする。さらに、予測値と参照軌道(設定値)とを一致させる対象区間(一致区間)は、ステップLからP−1ステップまでとし、入力を決定する対象区間(制御区間)は、現時点からMステップまでと定義する。このとき、制御区間は、一致区間の開始する前に終了するため、M<Lである。   Here, the section in which the output is predicted is from the current time to the P-1 step after the previous step L. Further, the target section (match section) for matching the predicted value with the reference trajectory (set value) is from step L to step P-1, and the target section (control section) for determining input is from the current time to M step. It is defined as At this time, since the control section ends before the coincidence section starts, M <L.

前記した演算式(4)を、現時刻から見て、過去の入力と、未来の入力とを分離して表現すると、以下に示す演算式(5)で表現される。   When the above-described arithmetic expression (4) is expressed separately from the past input and the future input as viewed from the current time, it is expressed by the following arithmetic expression (5).

Figure 2008217055
Figure 2008217055

さらに、現時刻t+M以降の入力はu(t+M−1)に等しい、すなわち、
Δu(t+1)=0 for i≧M ・・・(6)
と仮定すれば、以下の演算式(7)が成立する。
Furthermore, the input after the current time t + M is equal to u (t + M−1), ie
Δu (t + 1) = 0 for i ≧ M (6)
Assuming that, the following equation (7) is established.

Figure 2008217055
Figure 2008217055

ここで、∞の加算部分を現実的なモデルとして見直す。前記した演算式(4)より、現時刻tでの推定値が、   Here, the addition part of ∞ is reviewed as a realistic model. From the above equation (4), the estimated value at the current time t is

Figure 2008217055
Figure 2008217055

このことから、演算式(7)の推定値y(t+j)を現時刻の推定値y(t)からの変化として表現すると、次の演算式(9)が得られる。 From this, when the estimated value y M (t + j) of the calculation formula (7) is expressed as a change from the estimated value y M (t) at the current time, the following calculation formula (9) is obtained.

Figure 2008217055
Figure 2008217055

ここで、jについて、一致区間の開始ステップ(L)から、終了ステップ(L+P−1)での推定値に対応するマトリックス表現は、次の演算式(10)で定義される。   Here, for j, the matrix expression corresponding to the estimated value from the start step (L) to the end step (L + P−1) of the matching section is defined by the following arithmetic expression (10).

Figure 2008217055
Figure 2008217055

ここで、   here,

Figure 2008217055
Figure 2008217055

さらに、プロセスへの外乱やモデル化誤差のために生じる推定値y(t+j)の誤差を補正する項を導入する。通常、現時刻tでの実測値と推定値との差が補正項として用いられる。この場合、予測演算式は、
(t+j)=y(t+j)+y(t)−y(t) ・・・(11)
で与えられる。
この補正項[y(t)−y(t)]の意味は、「現時刻でのプロセスとモデルとの差y(t)−y(t)、すなわちモデル化誤差や外乱などの影響は将来一定に保たれる」という仮説に基づくものである。
Furthermore, a term for correcting an error of the estimated value y M (t + j) caused by a disturbance to the process or a modeling error is introduced. Usually, the difference between the actually measured value and the estimated value at the current time t is used as a correction term. In this case, the prediction formula is
y P (t + j) = y M (t + j) + y (t) −y M (t) (11)
Given in.
The meaning of the correction term [y (t) −y M (t)] is “the difference between the process and the model at the current time y (t) −y M (t), that is, the influence of modeling error or disturbance. Will be kept constant in the future ”.

前記した演算式(11)で示される予測演算式について、一致区間の開始ステップ(L)から、終了ステップ(L+P−1)に対応したマトリックス表現は、以下の演算式で定義される。
=Y+Y−YM0 ・・・(12)
With respect to the prediction calculation formula shown by the above calculation formula (11), the matrix expression corresponding to the end step (L + P-1) from the start step (L) of the coincidence section is defined by the following calculation formula.
Y P = Y M + Y−Y M0 (12)

ここで、Yは、

Figure 2008217055
である。 Where YP is
Figure 2008217055
It is.

設定値(目標値)rと予測演算値yとが一致するように操作量を決定する際に、y(t+j)=r(t+j)とすれば、予測演算値y(t+j)にモデル化誤差が存在する場合に、操作量が必要以上に大きく変化し、結果として制御性能が悪くなることが考えられる。このような状況を回避するためには、徐々に設定値に近づくような目標値を作り、予測演算値がその目標値と一致するように操作量を決めるという方法を採用する。目標値の描く軌道は、参照軌道(Reference Trajectory) と呼ばれる。この参照軌道は、制御系に要求される、相反する二つの側面、制御性能(目標値への追従即応性)とロバスト性(制御系が許容できるモデル化誤差、あるいはプロセスの特性変化の程度)の間の妥協点を求める調整パラメータを導入するものである。 When the manipulated variable is determined so that the set value (target value) r and the predicted calculation value y P coincide with each other, if y P (t + j) = r (t + j), the predicted calculation value y P (t + j) is obtained. When there is a modeling error, it is conceivable that the manipulated variable changes more than necessary, resulting in poor control performance. In order to avoid such a situation, a method is adopted in which a target value that gradually approaches the set value is created, and the operation amount is determined so that the predicted calculation value matches the target value. The trajectory drawn by the target value is called a reference trajectory. This reference trajectory has two contradictory aspects required for the control system: control performance (responsiveness to following target values) and robustness (modeling error that the control system can tolerate or the degree of change in process characteristics) It introduces an adjustment parameter to find a compromise between the two.

なお、前記した参照軌道のほかに、調整パラメータを導入するものとして、操作量に対するペナルティ(最適化手法での制約条件に対する重み付けに相当)があるが、説明は割愛する。   In addition to the reference trajectory described above, there is a penalty for the operation amount (which corresponds to weighting for the constraint condition in the optimization method) as a method for introducing the adjustment parameter, but the description is omitted.

ここで、一致区間の定義に従って、参照軌道を以下の演算式(13)で定義する。   Here, the reference trajectory is defined by the following arithmetic expression (13) according to the definition of the coincidence section.

Figure 2008217055
Figure 2008217055

一致区間に対応した参照軌道を、マトリックス表現すると以下の演算式(14)で定義される。
=αY+(I−α)r ・・・(14)
When the reference trajectory corresponding to the coincidence section is expressed in matrix, it is defined by the following arithmetic expression (14).
Y R = αY + (I−α) r (14)

ここで、   here,

Figure 2008217055
Figure 2008217055


この参照軌道Yと予測演算値Yに一致するように、現時点以降の操作量Δuを決定し、制御則を求める。参照軌道と予測値の近さを表す指標として、通常ユークリッドノルムの二乗を用いた場合、下記の評価関数Jを最小にする操作量u(t+j) for ij=0,1,…,M−1を求める問題を解けばよい。
J=‖Y−Y‖ ・・・(15)
,
To match the reference trajectory Y R in the prediction calculation value Y P, to determine the current and subsequent operation amount Delta] u f, determining the control law. When the square of the normal Euclidean norm is used as an index representing the closeness between the reference trajectory and the predicted value, the operation amount u (t + j) for ij = 0, 1,..., M−1 that minimizes the following evaluation function J Solving the problem of finding
J = ‖Y P −Y R・ ・ ・ (15)

予測演算値Yは、前記した演算式(10)および演算式(12)より、
=Y+AΔu+AΔu ・・・(16)
である。評価関数Jは、
J=(Y+AΔu+AΔu−Y(Y+AΔu+AΔu−Y
・・・(17)となる。
Prediction calculation value Y P, said the arithmetic expression (10) and calculating equation (12),
Y p = Y + A f Δu f + A 0 Δu 0 (16)
It is. The evaluation function J is
J = (Y + A f Δu f + A 0 Δu−Y R ) T (Y + A f Δu f + A 0 Δu−Y R )
(17)

演算式(17)が、Δuについて最小となるためには、Jに対するにΔuよる偏微分値が0となることが必要条件となる。すなわち、 Arithmetic expression (17) is, for the minimum for Delta] u f is a partial differential value must be a 0 condition by Delta] u f to for J. That is,

Figure 2008217055
Figure 2008217055

より、A が正則であると仮定し、現時点以降の操作量Δuは、以下の演算式(19)で示される。 Thus, assuming that A f T A f is regular, the operation amount Δu f after the current time is represented by the following arithmetic expression (19).

Figure 2008217055
Figure 2008217055

演算式(19)の操作量Δuを、演算式(10)に代入して、モデル予測値Yは、以下の演算式(20)で求めることができる。 An operation amount Delta] u f arithmetic expression (19), are substituted into the arithmetic expression (10), the model predicted value Y M can be calculated by the following arithmetic expression (20).

Figure 2008217055
Figure 2008217055

前記した本発明の実施形態では、前記のようにしてプロセス動特性を予測する演算式(20)を定義した。
プラント動特性予測演算部115は、演算式(20)を演算することにより、検出器123からの濃度信号を予測する。その際の、YM0は、検出器123から得られた、現在時刻における濃度値であり、定数行列A、およびAは、濃度値に対する流入調整弁開度のステップ応答を実測あるいはシミュレーションで求めた値であり、現在時刻までの入力値Δuは、流入調整弁開度の過去の操作量である。
In the embodiment of the present invention described above, the arithmetic expression (20) for predicting the process dynamic characteristics is defined as described above.
The plant dynamic characteristic prediction calculation unit 115 predicts the concentration signal from the detector 123 by calculating the calculation formula (20). In this case, Y M0 is the concentration value obtained from the detector 123 at the current time, and the constant matrices A f and A 0 are obtained by actually measuring or simulating the step response of the inflow adjusting valve opening relative to the concentration value. The obtained value, and the input value Δu 0 up to the current time is the past manipulated variable of the inflow regulating valve opening.

これらの数値は、いずれも、プロセスデータ処理格納部112に格納されたものを、プラント動特性予測演算部115に入力して演算した結果得られる。さらに、式(20)中の、現時点以降の操作量Δuに相当する部分を、演算式(14)で与えられた参照軌道Yから計算する際、チューニングパラメータαを設定する必要があるが、実際の実測結果と予測結果とを比較して、的確な値を設定しておく必要がある。
以上の説明に基づき、プラント動特性予測演算部115は、現在時刻より先の時点での、検出器123で検出する濃度値を予測することができる。
前記した説明は、ステップ応答モデルを例示してプラント動特性の予測方法について示したものである。
All of these numerical values are obtained as a result of calculation by inputting what is stored in the process data processing storage unit 112 to the plant dynamic characteristic prediction calculation unit 115. Furthermore, in the formula (20), a portion corresponding to the present time since the operation amount Delta] u f, when calculating the reference trajectory Y R given by the arithmetic expression (14), it is necessary to configure the tuning parameters α It is necessary to compare the actual measurement result with the prediction result and set an appropriate value.
Based on the above description, the plant dynamic characteristic prediction calculation unit 115 can predict the concentration value detected by the detector 123 at a time earlier than the current time.
In the above description, a step response model is exemplified to show a method for predicting plant dynamics.

次に、インパルス応答モデルを用いた場合についてのプラントの動特性の予測方法について説明する。図5は、プラント動特性のインパルス応答モデルの一例を示す図である。   Next, a method for predicting the dynamic characteristics of the plant when the impulse response model is used will be described. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an impulse response model of plant dynamic characteristics.

この場合、例えば、図5(a)に示すようなパルス状入力は、大きさ1で1ステップ間加えられるものとし、インパルス応答の各サンプリング時刻における値を{a}で表すことにする。このステップ応答係数{a}は、あるステップでゼロと見なしても現実的には問題ない。そこで、s+1ステップ以降のインパルス応答係数はゼロ、すなわち、
=0 for i>s ・・・(21)
とする。図5(b)にステップ応答による測定波形の一例を示す。なお、Tdステップの無駄時間が存在する場合には、
=0 for i=1,2 ,・・ ,Td ・・・(22)
と定義するが、ここでは適用しない。
In this case, for example, a pulse-like input as shown in FIG. 5A is assumed to be added for one step with a magnitude of 1, and the value at each sampling time of the impulse response is represented by {a i }. Even if this step response coefficient {a i } is regarded as zero in a certain step, there is no problem in practice. Therefore, the impulse response coefficient after the s + 1 step is zero, that is,
a i = 0 for i> s (21)
And FIG. 5B shows an example of a measurement waveform by step response. If there is a dead time of the Td step,
a i = 0 for i = 1, 2,..., Td (22)
But does not apply here.

プラント動特性は線形と仮定し、時刻tで大きさu(t)のパルス状入力をプラントプロセスに加える場合、この入力に対する時刻t+jでの出力の大きさは、
(t+j)=au(t) ・・・(23)
で与えられる。時刻t+jから過去に遡った各時点でのパルス状入力による出力を重ね合わせて、時刻t+jの出力値の一般解が得られる原理により、以下の演算式(24)で示されるインパルス応答モデルを得る。
Assuming that the plant dynamics are linear and applying a pulsed input of magnitude u (t) to the plant process at time t, the magnitude of the output at time t + j for this input is:
y M (t + j) = a j u (t) (23)
Given in. Based on the principle that a general solution of the output value at time t + j is obtained by superimposing the outputs of the pulse-like inputs at each time point that goes back from the time t + j to the past, an impulse response model represented by the following arithmetic expression (24) is obtained. .

Figure 2008217055
Figure 2008217055

以下、演算式(24)で与えられるインパルス応答モデルから前記したステップ応答同様のアルゴリズムにしたがい、一致区間の開始ステップ(L)から、終了ステップ(L+P−1)におけるモデル予測値は、以下の演算式(25)のように表わすことができる。
=YM0+AΔu+AΔu ・・・(25)
Hereinafter, according to the algorithm similar to the step response described above from the impulse response model given by the equation (24), the model predicted value from the start step (L) to the end step (L + P-1) of the coincidence section is calculated as follows: It can be expressed as equation (25).
Y M = Y M0 + A f Δu f + A f Δu 0 (25)

プラント動特性予測演算部115は、演算式(25)を演算することにより、検出器123によって検出されると予測される濃度値を推定する。その際の、YM0は、検出器123から得られた、現在時刻における濃度値であり、定数行列A、およびAは、濃度値に対する流入調整弁開度のステップ応答を実測あるいはシミュレーションで求めた値であり、現在時刻までの入力値Δuは、流入調整弁開度の過去の操作量である。
これらの数値は、いずれも、プロセスデータ処理格納部112に格納された時系列データをプラント動特性予測演算部115に入力して演算した結果から得られるものである。
以上の説明に基づき、インパルス応答モデルを用いても、プラント動特性予測演算部115は、現在時刻より先の時点での、検出器123で検出されると予測される濃度値を推定することができる。
The plant dynamic characteristic prediction calculation unit 115 estimates the concentration value predicted to be detected by the detector 123 by calculating the calculation formula (25). In this case, Y M0 is the concentration value obtained from the detector 123 at the current time, and the constant matrices A f and A 0 are obtained by actually measuring or simulating the step response of the inflow adjusting valve opening relative to the concentration value. The obtained value, and the input value Δu 0 up to the current time is the past manipulated variable of the inflow regulating valve opening.
All of these numerical values are obtained from the results obtained by inputting the time series data stored in the process data processing storage unit 112 to the plant dynamic characteristic prediction calculation unit 115 and performing calculations.
Based on the above description, even if the impulse response model is used, the plant dynamic characteristic prediction calculation unit 115 can estimate the concentration value that is predicted to be detected by the detector 123 at a time earlier than the current time. it can.

図3(適宜図1参照)に戻って、このようにして、プラント動特性予測演算部115で予測される検出器123の濃度値は、プラント安定状態判定処理部116によって取り込まれ、プラント安定状態判定処理部116によって、予測される濃度値に重要な変化が見られるか否かについて判定される。ここでは予め濃度に対する許容上限値と許容下限値とを定義しておき、これら許容範囲の値と予測された濃度値とを比較することにより、予測された濃度値に重要な変化が見られない安定状態を判定するものとする(ステップS305)。そして、プラントが安定状態にあると判定された場合に、無線子局起動管理部117は、マルチホップ無線システム14の子局143の起動タイミングを、その安定状態の時間長に合わせて制御する(ステップS306)。   Returning to FIG. 3 (see FIG. 1 as appropriate), the concentration value of the detector 123 predicted by the plant dynamic characteristic prediction calculation unit 115 in this way is taken in by the plant stable state determination processing unit 116, and the plant stable state The determination processing unit 116 determines whether an important change is observed in the predicted density value. Here, an allowable upper limit value and an allowable lower limit value for the concentration are defined in advance, and no significant change is observed in the predicted concentration value by comparing these allowable range values with the predicted concentration values. It is assumed that the stable state is determined (step S305). When it is determined that the plant is in a stable state, the wireless slave station activation management unit 117 controls the activation timing of the slave station 143 of the multihop wireless system 14 according to the time length of the stable state ( Step S306).

以下、プラント安定状態判定処理部116によるプラントの安定状態に係る判定と、無線子局起動管理部117によるマルチホップ無線システム14の子局143の起動タイミング(起動タイマ値)の制御について図6と図7を用いて詳細に説明する。   Hereinafter, the determination regarding the stable state of the plant by the plant stable state determination processing unit 116 and the control of the activation timing (activation timer value) of the slave station 143 of the multi-hop wireless system 14 by the wireless slave station activation management unit 117 will be described with reference to FIG. This will be described in detail with reference to FIG.

図6と図7は、プラント動特性の予測値の時系列変化の一例を示す図である。ここでは、検出された濃度値の時間変化と、マルチホップ無線システム14の子局143の起動タイミングとの一般的な時間関係を説明する。
図6(a)において、子局143は、予め、子局143の内部メモリ(不図示)に格納された起動タイマ値に従い、例えば、T1の一定間隔で起動する。起動中は、前処理区間611において、電力管理、経路制御などの通信が可能となるまでの処理を実行し、通信処理区間612において、検出器123からのデータ収集と加工、中継局142へのデータ送信を行い、処理を停止して待機(スリープ)状態となる。この一連の処理は、タイマ間隔T1ごとに繰り返し行われる。
6 and 7 are diagrams illustrating an example of a time-series change in the predicted value of the plant dynamic characteristic. Here, a general time relationship between the time change of the detected concentration value and the activation timing of the slave station 143 of the multi-hop wireless system 14 will be described.
In FIG. 6A, the slave station 143 is activated at a constant interval of T1, for example, according to the activation timer value stored in advance in an internal memory (not shown) of the slave station 143. During startup, processing up to communication such as power management and path control is executed in the pre-processing section 611, and data collection and processing from the detector 123 is performed in the communication processing section 612, and communication to the relay station 142 is performed. Data transmission is performed, the processing is stopped, and a standby (sleep) state is entered. This series of processing is repeated at every timer interval T1.

図6(b)において、曲線602は、濃度値(D)の時系列変化を示している。前記のとおり、T1のタイマ間隔で起動される子局143は、時刻t、t、t、・・で濃度値を検出し、D(t)、D(t)、D(t)、・・を取得する。
T1のタイマ間隔による子局143の動作により、所定の時間領域621では許容範囲内(許容上限値(Dmax)〜許容下限値(Dmin))内であった濃度値(D)が、時間領域622において、許容上限値(Dmax)を超えた場合である。すなわち、D(t)=Dmaxとなる時刻tが、tとtの間に存在している状況である。時刻tの直後の子局143の起動時刻tにおいて、子局143は、濃度値D(t)を検出し、D(t)=Dmaxとなる時刻tの存在を検出することができる。
In FIG. 6B, a curve 602 shows a time-series change in the density value (D). As described above, the slave station 143 activated at the timer interval of T1 detects density values at times t 0 , t 1 , t 2 ,..., And D (t 0 ), D (t 1 ), D ( t 2 ),.
Due to the operation of the slave station 143 at the timer interval of T1, the concentration value (D) that was within the allowable range (allowable upper limit value (Dmax) to allowable lower limit value (Dmin)) in the predetermined time region 621 is changed to the time region 622. In the case where the allowable upper limit (Dmax) is exceeded. That is, a time t c at which D (t c ) = Dmax exists between t 1 and t 2 . At the start time t 2 of the slave station 143 immediately after the time t c , the slave station 143 detects the density value D (t 2 ) and detects the presence of the time t c at which D (t c ) = Dmax. Can do.

なお、濃度値D(t)と記す際は、正確には「時刻tで起動される子局143で測定した濃度値(D)」を表すため、必ずしも時間軸上の時刻tの測定値を表す訳ではないが、説明を簡単化するために、図中の濃度値(D)の曲線に黒丸をつけたところにD(t)を付記した。このように曲線に丸をつける考え方は、後記する図7においても同様である。 It should be noted that, when describing the concentration value D (t n ), it accurately represents “the concentration value (D) measured by the slave station 143 activated at time t n ”, and therefore it is not necessarily the time t n on the time axis. Although it does not represent a measured value, D (t n ) is added to a place where a black circle is attached to the curve of the density value (D) in the figure in order to simplify the explanation. The idea of rounding the curve in this way is the same in FIG.

次に、図7に、プラント動特性予測演算部115で予測された濃度値に基づく、プラント安定状態判定処理部116における判定処理、すなわち、図3のステップS305(予測結果が安定状態(許容範囲内)にあるか否かの判定)の具体的な処理内容を示す。
なお、本実施例では、予測結果が安定状態にあることを、「プラントの監視データ値が、上下限値で定義された許容範囲内に留まっている状態」と定義して、そのような安定の種類について説明する。しかし、プラントの安定状態としては、「許容範囲内に留まっている状態」の他にも、「許容範囲内に留まってはいるが、一定あるいは変動する周期で振動する状態」や「許容範囲内に留まってはいるが、急峻な変動が一定あるいは不定期に発生する」など、様々なものが定義できる。いずれもが、プラントを制御可能な状態で運転し、経済的な制御効率を生み出す目的からは外れる状態、いわゆる「不安定な状態」の範囲に含まれる一例として考えられる。
図7では、プラント動特性予測演算部115が、現在時刻tにおいて、時刻tでの濃度値D(t)の取得後、予測演算に基づいて、時刻t以降の濃度値を、二点鎖線の仮想線で示した曲線702のように推移するものと予測した場合を示している。ここでは、実際に取得した濃度値D(t)は黒塗り丸で示し、予測した濃度値D(t)、D(t)、D(t)、D(t)、D(t)は、白抜きの丸で示している。予測を行った時点は、時刻t、すなわちグラフ横軸の原点である。
Next, FIG. 7 shows a determination process in the plant stable state determination processing unit 116 based on the concentration value predicted by the plant dynamic characteristic prediction calculation unit 115, that is, step S305 in FIG. The specific processing contents of (determination of whether or not there is) is shown.
In this embodiment, it is defined that the predicted result is in a stable state as “a state in which the monitoring data value of the plant remains within the allowable range defined by the upper and lower limit values”. The type of will be described. However, the stable state of the plant includes, in addition to “a state that remains within the allowable range”, “a state that remains within the allowable range but vibrates at a constant or fluctuating period” and “within the allowable range”. It is possible to define various things such as “Steep fluctuations occur constantly or irregularly”. Any of them can be considered as an example included in the range of a so-called “unstable state” in which the plant is operated in a controllable state and deviates from the purpose of generating economical control efficiency.
In FIG. 7, the plant dynamic characteristic prediction calculation unit 115 obtains the concentration value after time t 1 based on the prediction calculation after acquiring the concentration value D (t 0 ) at time t 0 at the current time t 0 . A case is shown in which it is predicted that the curve changes as indicated by a curved line 702 indicated by a two-dot chain line imaginary line. Here, the actually acquired density value D (t 0 ) is indicated by a black circle, and the predicted density values D (t 1 ), D (t 2 ), D (t 3 ), D (t 4 ), D (T 5 ) is indicated by a white circle. The time when the prediction is performed is time t 0 , that is, the origin of the horizontal axis of the graph.

この予測によれば、現在時刻tより先の、時間領域721の間は、濃度は許容範囲内に収まるが、時間領域722において、許容上限値(Dmax)を上回る(許容範囲外となる)状況になる。すなわち、D(t)=Dmaxとなる時刻tが、時刻tと時刻tの間に存在している状況である。もし、時刻tから時刻tに到るまでの間、すなわち、時刻t、t、tで起動される子局143により、濃度値D(t)、D(t)、D(t)を検出した場合には、これらの値は許容上限値Dmaxを超えることはなく、プラント状態は安定状態になると予測できる。この予測結果に基づき、プラント安定状態判定処理部116は、時刻tと時刻tの間の時間が、起動タイマ値T1の整数倍(ここでは3倍)となる関係により、3×T1を新たな起動タイマ値T2とすることが可能であると判定する。 According to this prediction, the concentration falls within the allowable range during the time region 721 prior to the current time t 0 , but exceeds the allowable upper limit value (Dmax) in the time region 722 (outside the allowable range). It becomes a situation. That is, a time t c where D (t c ) = Dmax exists between time t 4 and time t 5 . If the slave station 143 activated from the time t 1 to the time t 4 , that is, at the times t 1 , t 2 , and t 3 , the density values D (t 1 ), D (t 2 ), When D (t 3 ) is detected, these values do not exceed the allowable upper limit value Dmax, and it can be predicted that the plant state will be in a stable state. Based on this prediction result, the plant stable state determination processing unit 116, the time between times t 4 and time t 1 is the integral multiple and the relationship (3 times in this case) the activation timer value T1, the 3 × T1 It is determined that a new start timer value T2 can be set.

一方、濃度値(D)が破線で示した曲線703のように推移するものと予測した場合には、許容上限値(Dmax)を上回るまでの時間領域を検出可能な領域とするためには、起動タイマ値はT1のままであることが必要であると判定する。起動タイマ値がT1のままであることの妥当性は、図6を用いて説明済みであるため、重複を回避する意味でここでの説明は省略する。   On the other hand, when it is predicted that the density value (D) changes as shown by the curve 703 indicated by the broken line, in order to make the time region until it exceeds the allowable upper limit value (Dmax) as a detectable region, It is determined that the activation timer value needs to remain T1. Since the validity that the start timer value remains T1 has been described with reference to FIG. 6, the description here is omitted in order to avoid duplication.

次に、無線局起動管理部117による子局の起動タイミングの制御(ステップS306)について説明する。プラント安定状態判定部116が、プラント状態が安定状態にあると判定し、起動タイマ値を変更要とした場合、無線局起動管理部117は、次のタイマ起動の時点で(この時点では、前の起動タイマ値T1で起動されているものとする)、子局143の前処理セクション711の間に、無線データ伝送部114、親局141、さらには中継局142を経由して、子局143に対して新たな起動タイマ値T2を設定データとして送信する。そして、これを受信した子局143では、起動タイマ値をT1からT2に書き換える。
さらに、起動タイマ値T2が経過して、子局143が起動した際には、プラント計装監視制御装置11のプラント動特性予測演算部115が予測演算を行い、起動タイマ値T2の見直しと必要な更新を行う。
Next, control of the slave station activation timing by the wireless station activation management unit 117 (step S306) will be described. When the plant stable state determination unit 116 determines that the plant state is in a stable state and the start timer value needs to be changed, the radio station start management unit 117 performs the next timer start (at this time, the previous time The slave station 143 is started via the wireless data transmission unit 114, the master station 141, and further the relay station 142 during the preprocessing section 711 of the slave station 143. A new start timer value T2 is transmitted as setting data. Then, the slave station 143 that has received this rewrites the activation timer value from T1 to T2.
Furthermore, when the activation timer value T2 has elapsed and the slave station 143 has been activated, the plant dynamic characteristic prediction calculation unit 115 of the plant instrumentation monitoring control device 11 performs a prediction calculation, and the activation timer value T2 is reviewed and necessary. Update.

図8に、安定状態の判定(ステップS305)と子局の起動タイミングの制御(ステップS306)の具体的な処理を示す。
図8に示す処理については、図7に示す二点鎖線曲線702を例として、説明する。
まず、濃度値(D)が、周期T1の何倍先まで、許容範囲内に存在するかを探索する。スタート時点は、tである。すなわち、周期T1の倍数nを1に設定する(ステップS801)。そして、t=t+T1×nの演算によって、n周期先の時刻を求める(ステップS802)。次に、その時刻の濃度値D(t)を求めて、濃度値D(t)が許容範囲内か否かを比較判断する(S803)。濃度値D(t)が許容範囲内である場合(ステップS803でYes)には、n=n+1(nに1を加算)演算をおこない(ステップS804)、再びステップS802へ戻る。
一方、濃度値D(t)が許容範囲内でない場合(ステップS803でNo)には、起動タイマ値T2を算出する(ステップS805)。図7の場合には、時刻がtの時に、許容範囲外となるため、n=5となっている。なお、ステップS805の演算式において、(nー2)となっている理由は、図7に示すように、時刻tから時刻tまでの時間(3周期)を求めるためである。
そして、T2が前回の起動タイマ値と異なるか否かを判定し(ステップS806)、異なる場合(ステップS806でYes)には、T2を送信し(ステップS807)、処理を終了する。一方、T2が前回の起動タイマ値と異ならない場合(ステップS806でNo)には、起動タイマ値は送信せず、処理を終了する。
ここで、子局における起動タイミングの制御(ステップS306)の例を以下に具体的に説明する。
子局の起動タイマ値は、通常、周期T1に設定されている。そして、時刻tで、起動タイマ値がT1と異なるT2に変更するものと演算された場合(ステップS305)には、時刻t(時刻tの1周期T1後)のタイミングに、起動タイマ値T2を、子局に送信する。そして、それを受信した子局は、時刻tから時間T2後に起動する。すなわち、起動タイマ値がT1以外の場合に、起動タイマ値T2を送信することになる。そして、その後、起動タイマ値が送信されなかった場合には、子局の起動タイミングは、再び周期T1に戻る。
別の方法としては、子局が、前回受信した起動タイマ値T2を記憶しているものとする。そして、この起動タイマ値T2に変更がない場合には、送信しない。その場合には、子局の起動タイミングは、時刻tから、T1、T2、T1、T2・・・を繰り返すことになる。一方、起動タイマ値T2をT1に変更する場合には、T1を送信する。言い換えると、前回送信した起動タイマ値T2に変更があるときにのみ、起動タイマ値を送信する。
FIG. 8 shows specific processing for determining the stable state (step S305) and controlling the start timing of the slave station (step S306).
The processing shown in FIG. 8 will be described using the two-dot chain line curve 702 shown in FIG. 7 as an example.
First, it is searched how many times ahead of the cycle T1 the density value (D) is within the allowable range. Start time is t 0. That is, a multiple n of the period T1 is set to 1 (step S801). Then, by the calculation of t n = t 0 + T1 × n, obtains the n periods later time (step S802). Next, the density value D (t n ) at that time is obtained, and it is compared and determined whether or not the density value D (t n ) is within an allowable range (S803). If the density value D (t n ) is within the allowable range (Yes in step S803), n = n + 1 (add 1 to n) is calculated (step S804), and the process returns to step S802 again.
On the other hand, if the density value D (t n ) is not within the allowable range (No in step S803), the activation timer value T2 is calculated (step S805). In the case of FIG. 7, when the time is t 5, since the unacceptable, and has a n = 5. The reason why the operation expression step S805, the has a (n-2) is to determine the time (three cycles) of 7, from time t 1 to time t 4.
Then, it is determined whether or not T2 is different from the previous activation timer value (step S806). If it is different (Yes in step S806), T2 is transmitted (step S807), and the process ends. On the other hand, if T2 is not different from the previous activation timer value (No in step S806), the activation timer value is not transmitted, and the process ends.
Here, an example of activation timing control (step S306) in the slave station will be specifically described below.
The start timer value of the slave station is normally set to the cycle T1. Then, at time t 0, the timing when the activation timer value is computed as the change in T2 different from T1 (step S305), the time t 1 (after one cycle T1 of the time t 0), starting a timer The value T2 is transmitted to the slave station. Then, the slave station that has received it, start from the time t 1 after the time T2. That is, when the activation timer value is other than T1, the activation timer value T2 is transmitted. After that, when the activation timer value is not transmitted, the activation timing of the slave station returns to the cycle T1 again.
As another method, it is assumed that the slave station stores the activation timer value T2 received last time. If the activation timer value T2 is not changed, no transmission is performed. In that case, start-up timing of the slave station is, from the time t 0, to repeat the T1, T2, T1, T2 ··· . On the other hand, when changing the activation timer value T2 to T1, T1 is transmitted. In other words, the activation timer value is transmitted only when the activation timer value T2 transmitted last time is changed.

なお、図1に示すプラント計装監視制御装置11のプロセスデータ処理格納部112で実行される、コントローラ13の操作量を決定する制御則演算に対しても、式(20)で与えた操作量を適用すれば、式(10)で予測した被制御量に近い制御が実現可能であり、プラントプロセスの安定状態の判定精度が向上する。   The operation amount given by the equation (20) is also applied to the control law calculation for determining the operation amount of the controller 13, which is executed in the process data processing storage unit 112 of the plant instrumentation monitoring control device 11 shown in FIG. Is applied, it is possible to realize control close to the controlled quantity predicted by Expression (10), and the accuracy of determining the stable state of the plant process is improved.

以上の説明のように、本発明の実施形態に係るプラント計装監視システム1によれば、プラント計装監視制御装置11は、プラントが安定状態にあると判定した場合に、マルチホップ無線システム14の子局143の起動タイミングを、プラント動特性の予測に基づく安定状態の期間に合わせて定めているため、プラント状態の判定に有意(許容範囲外になるという予測)となる状況でのみマルチホップ無線システム14の子局143を起動することができる。   As described above, according to the plant instrumentation monitoring system 1 according to the embodiment of the present invention, when the plant instrumentation monitoring control device 11 determines that the plant is in a stable state, the multi-hop wireless system 14. Since the start timing of the slave station 143 is determined in accordance with the period of the stable state based on the prediction of the plant dynamics, the multi-hop is performed only in a situation that is significant (predicted to be outside the allowable range) for the determination of the plant state. The slave station 143 of the wireless system 14 can be activated.

また、本発明の実施形態に係るプラント計装監視システム1によれば、連続した物理量を扱うプロセスオートメーションであって、プラント動特性の予測モデルのみを例示したが、離散的な物の流れを扱うFA(ファクトリーオートメーション)の分野においても、同様に、マルチホップ無線システムの電力制御を適用することが可能である。
例えば、工場・プラント内での、資材、加工品、製品を追跡し、それらの位置管理のために、移動体として子局を運用する場合などである。この例では、「位置情報」が予測の対象となり、「しばらくは位置が変わらない」、「もうすぐ位置が動く」、「遠くに移動する」、「近くに移動する」等を判定することになる。
Further, according to the plant instrumentation monitoring system 1 according to the embodiment of the present invention, it is process automation that handles continuous physical quantities, and only the prediction model of plant dynamics is illustrated, but the flow of discrete objects is handled. Similarly, in the field of factory automation (FA), it is possible to apply power control of a multi-hop wireless system.
For example, there are cases where materials, processed products, and products are tracked in factories and plants, and a slave station is operated as a mobile unit for managing their positions. In this example, “position information” is a target of prediction, and “position does not change for a while”, “position moves soon”, “move far”, “move closer”, and the like are determined. .

この場合、プラント計装制御監視装置11に含まれるプロセスデータ処理格納部112、および監視制御HMI処理部113において、操業オペレータが指定したプラント操業計画データを参照することにより、子局143が、例えば、位置検出のための検出器123と一体となって搭載された移動体の運用計画をもとに、移動位置の予測が可能である。例えば、子局143の運用状況を判定すると、「しばらく動かない」と予測できる子局143に対しては、位置検出のための子局143の起動タイマ値を長く設定し、消費電力を低減するような電力制御を行うことが可能となる。   In this case, the process data processing storage unit 112 and the monitoring control HMI processing unit 113 included in the plant instrumentation control monitoring device 11 refer to the plant operation plan data designated by the operation operator, so that the slave station 143, for example, The moving position can be predicted based on the operation plan of the moving body mounted integrally with the detector 123 for position detection. For example, when the operation status of the slave station 143 is determined, the start timer value of the slave station 143 for position detection is set to be long for the slave station 143 that can be predicted as “not moving for a while” to reduce power consumption. Such power control can be performed.

本発明によるマルチホップ無線システムの電力制御方法は、プラント計装監視制御に適用する際に、有意なプロセス変化のみを検出するように局を起動制御し、省電力を目的としたセンサネットワーク上のセンサノードや、移動端末等としても適用することができる。   The power control method for a multi-hop wireless system according to the present invention, when applied to plant instrumentation supervisory control, activates a station so as to detect only a significant process change, on a sensor network for power saving purposes. It can also be applied as a sensor node, a mobile terminal, or the like.

本発明の実施形態に係るプラント計装監視システムの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the plant instrumentation monitoring system which concerns on embodiment of this invention. 図1に示すプラント計装プロセスの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the plant instrumentation process shown in FIG. 本発明の実施形態に係るプラント計装監視システムの動作を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows operation | movement of the plant instrumentation monitoring system which concerns on embodiment of this invention. プラント動特性のステップ応答モデルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the step response model of a plant dynamic characteristic. プラント動特性のインパルス応答モデルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the impulse response model of a plant dynamic characteristic. プラント動特性の予測値の時系列変化の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the time-sequential change of the predicted value of a plant dynamic characteristic. マルチホップ無線システムの子局の起動タイミングの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the starting timing of the slave station of a multihop radio | wireless system. 図7に示すマルチホップ無線システムの子局の安定状態の判定と起動タイミングの制御の具体的な処理を示す図である。It is a figure which shows the specific process of determination of the stable state of a sub-station | mobile_unit shown in FIG. 7, and control of starting timing.

符号の説明Explanation of symbols

1 プラント計装監視システム
11 プラント計装監視制御装置
12 プラント計装プロセス
13 コントローラ
14 マルチホップ無線システム
111 有線データ伝送部
112 プロセスデータ処理格納部
113 監視制御HMI処理部
114 無線データ伝送部
115 プラント動特性予測演算部
116 プラント安定状態判定処理部
117 無線子局起動管理部
121、123 検出器
122 操作器
141 親局
142 中継局
143 子局
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plant instrumentation monitoring system 11 Plant instrumentation monitoring control apparatus 12 Plant instrumentation process 13 Controller 14 Multihop radio | wireless system 111 Wired data transmission part 112 Process data processing storage part 113 Monitoring control HMI processing part 114 Wireless data transmission part 115 Plant movement Characteristic prediction calculation unit 116 Plant stable state determination processing unit 117 Wireless slave station activation management unit 121, 123 Detector 122 Controller 141 Master station 142 Relay station 143 Slave station

Claims (12)

プラントのパラメータを測定するプラント計装プロセスと前記プラント計装プロセスを監視制御するプラント計装監視制御装置との間の通信を媒介し、前記プラント計装プロセスにより検出されるプラントパラメータの測定結果を、前記プラント計装監視制御装置に順送りで伝達する2以上の局から構成されるマルチホップ無線システムの電力制御方法であって、
第1のステップでは、
前記マルチホップ無線システムが、前記プラント計装プロセスがプラントパラメータを測定して変換した測定信号を、前記プラント計装監視制御装置に送信し、
前記プラント計装監視制御装置が、前記受信した測定信号に基づき前記プラント計装プロセスの動特性を予測する数値演算処理を実行し、
第2のステップでは、
前記プラント計装監視制御装置が、前記数値演算処理結果に基づいて、前記マルチホップ無線システムを構成する局の起動タイミングを算出し、起動タイマ値を決定し、
第3のステップでは、
前記プラント計装監視制御装置が、前記決定された起動タイマ値を前記マルチホップ無線システムを構成する局に送信するか否かを過去の起動タイマ値に基づいて判定し、前記決定された起動タイマ値を送信し、
該局が、前記決定された起動タイマ値を受信した場合には、その受信した起動タイマ値によって該局の起動タイミングを制御すること、
を特徴とするマルチホップ無線システムの電力制御方法。
The communication between the plant instrumentation process that measures plant parameters and the plant instrumentation monitoring controller that monitors and controls the plant instrumentation process is mediated, and the measurement results of the plant parameters detected by the plant instrumentation process are displayed. , A power control method for a multi-hop wireless system composed of two or more stations that transmit in order to the plant instrumentation monitoring and control device,
In the first step,
The multi-hop wireless system transmits a measurement signal converted by the plant instrumentation process by measuring a plant parameter to the plant instrumentation monitoring and control device,
The plant instrumentation monitoring and control device performs numerical calculation processing for predicting dynamic characteristics of the plant instrumentation process based on the received measurement signal,
In the second step,
The plant instrumentation monitoring and control device calculates a start timing of a station constituting the multi-hop wireless system based on the numerical calculation processing result, determines a start timer value,
In the third step,
The plant instrumentation monitoring control device determines whether or not to transmit the determined activation timer value to a station constituting the multi-hop wireless system based on a past activation timer value, and the determined activation timer Send value,
If the station receives the determined activation timer value, the activation timing of the station is controlled by the received activation timer value;
A power control method for a multi-hop wireless system.
プラントのパラメータを測定するプラント計装プロセスと前記プラント計装プロセスを監視制御するプラント計装監視制御装置との間の通信を媒介し、前記プラント計装プロセスにより検出されるプラントパラメータの測定結果を、前記プラント計装監視制御装置に順送りで伝達する2以上の局から構成されるマルチホップ無線システムの電力制御方法であって、
第1のステップでは、
前記マルチホップ無線システムが、前記プラント計装プロセスがプラントパラメータを測定して変換した測定信号を、前記プラント計装監視制御装置に送信し、
前記プラント計装監視制御装置が、前記受信した測定信号に基づき前記プラント計装プロセスの動特性を予測する数値演算処理を実行し、
第2のステップでは、
前記プラント計装監視制御装置が、前記数値演算処理結果と、予め設定した許容範囲の境界値とを比較して、該数値演算処理結果が該許容範囲内に存在することを表す安定状態の期間を推定し、前記推定された安定状態の期間の範囲内で、前記マルチホップ無線システムを構成する局の起動タイミングを算出し、起動タイマ値を決定し、
第3のステップでは、
前記プラント計装監視制御装置が、前記決定された起動タイマ値を前記マルチホップ無線システムを構成する局に送信するか否かを過去の起動タイマ値に基づいて判定し、前記決定された起動タイマ値と前記過去の起動タイマ値とが異なる場合に、前記決定された起動タイマ値を送信し、
該局が、前記決定された起動タイマ値を受信した場合には、その受信した起動タイマ値によって該局の起動タイミングを制御すること、
を特徴とするマルチホップ無線システムの電力制御方法。
The communication between the plant instrumentation process that measures plant parameters and the plant instrumentation monitoring controller that monitors and controls the plant instrumentation process is mediated, and the measurement results of the plant parameters detected by the plant instrumentation process are displayed. , A power control method for a multi-hop wireless system composed of two or more stations that transmit in order to the plant instrumentation monitoring and control device,
In the first step,
The multi-hop wireless system transmits a measurement signal converted by the plant instrumentation process by measuring a plant parameter to the plant instrumentation monitoring and control device,
The plant instrumentation monitoring and control device performs numerical calculation processing for predicting dynamic characteristics of the plant instrumentation process based on the received measurement signal,
In the second step,
The plant instrumentation monitoring and control device compares the numerical calculation processing result with a boundary value of a preset allowable range, and indicates a stable state period indicating that the numerical calculation processing result is within the allowable range And within the range of the estimated steady state period, calculate the activation timing of the stations constituting the multi-hop wireless system, determine the activation timer value,
In the third step,
The plant instrumentation monitoring control device determines whether or not to transmit the determined activation timer value to a station constituting the multi-hop wireless system based on a past activation timer value, and the determined activation timer If the value and the past start timer value are different, send the determined start timer value,
If the station receives the determined activation timer value, the activation timing of the station is controlled by the received activation timer value;
A power control method for a multi-hop wireless system.
前記第2のステップにおいて、
前記起動タイミングの時刻の基点として、第1のステップにより得られる数値演算処理結果から、予め時間間隔を定められた周期の倍数にあたる時点の数値演算処理結果を抽出し、
その抽出した周期時点の数値演算処理結果を、前記起動タイミングの時刻に近いものから順に、前記プラントパラメータ毎に設定される許容範囲の境界値と比較し、前記許容範囲内にあった周期時点に係る周期の倍数を求め、
その周期の倍数に基づいて、次の起動タイマ値を決定すること、
を特徴とする請求項1または請求項2に記載のマルチホップ無線システムの電力制御方法。
In the second step,
As the base point of the time of the activation timing, from the numerical calculation processing result obtained by the first step, extract the numerical calculation processing result at the time corresponding to a multiple of a predetermined period,
The numerical calculation processing results at the extracted periodic time points are compared with the boundary value of the allowable range set for each plant parameter in order from the time close to the time of the activation timing, and at the periodic time point within the allowable range. Find a multiple of that period,
Determining the next start timer value based on a multiple of that period;
The power control method for a multi-hop wireless system according to claim 1 or 2, characterized in that:
前記第3のステップにおいて、
前記過去の起動タイマ値は、最新に送信した起動タイマ値であること、
を特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載のマルチホップ無線システムの電力制御方法。
In the third step,
The past activation timer value is the latest activation timer value transmitted;
The power control method for a multi-hop wireless system according to any one of claims 1 to 3, wherein:
前記プラント計装プロセスの動特性を予測する数値演算処理は、ステップ応答モデルを使用したモデル予測制御によって行うこと、
を特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のマルチホップ無線システムの電力制御方法。
Numerical calculation processing for predicting the dynamic characteristics of the plant instrumentation process is performed by model predictive control using a step response model,
The power control method for a multi-hop wireless system according to any one of claims 1 to 4, wherein:
前記プラント計装プロセスの動特性を予測する数値演算処理は、インパルス応答モデルを使用したモデル予測制御によって行うこと、
を特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載のマルチホップ無線システムの電力制御方法。
Numerical calculation processing for predicting the dynamic characteristics of the plant instrumentation process is performed by model predictive control using an impulse response model,
The power control method for a multi-hop wireless system according to any one of claims 1 to 4, wherein:
プラントのパラメータを測定するプラント計装プロセスと、前記プラント計装プロセスを監視制御するプラント計装監視制御装置と、前記プラント計装プロセスと前記プラント計装監視制御装置と間の通信を媒介し情報を順送りで伝達する2以上の局から構成されるマルチホップ無線システムと、によって構成されるマルチホップ無線システムの電力制御システムであって、
第1のステップでは、
前記マルチホップ無線システムが、前記プラント計装プロセスがプラントパラメータを測定して変換した測定信号を、前記プラント計装監視制御装置に送信し、
前記プラント計装監視制御装置が、前記受信した測定信号に基づき前記プラント計装プロセスの動特性を予測する数値演算処理を実行し、
第2のステップでは、
前記プラント計装監視制御装置が、前記数値演算処理結果に基づいて、前記マルチホップ無線システムを構成する局の起動タイミングを算出し、起動タイマ値を決定し、
第3のステップでは、
前記プラント計装監視制御装置が、前記決定された起動タイマ値を前記マルチホップ無線システムを構成する局に送信するか否かを過去の起動タイマ値に基づいて判定し、前記決定された起動タイマ値を送信し、
該局が、前記決定された起動タイマ値を受信した場合には、その受信した起動タイマ値によって該局の起動タイミングを制御すること、
を特徴とするマルチホップ無線システムの電力制御システム。
A plant instrumentation process for measuring plant parameters, a plant instrumentation supervisory control device for monitoring and controlling the plant instrumentation process, and a communication between the plant instrumentation process and the plant instrumentation supervisory control device. A multi-hop radio system composed of two or more stations that transmit in order, and a multi-hop radio system power control system comprising:
In the first step,
The multi-hop wireless system transmits a measurement signal converted by the plant instrumentation process by measuring a plant parameter to the plant instrumentation monitoring and control device,
The plant instrumentation monitoring and control device performs numerical calculation processing for predicting dynamic characteristics of the plant instrumentation process based on the received measurement signal,
In the second step,
The plant instrumentation monitoring and control device calculates a start timing of a station constituting the multi-hop wireless system based on the numerical calculation processing result, determines a start timer value,
In the third step,
The plant instrumentation monitoring control device determines whether or not to transmit the determined activation timer value to a station constituting the multi-hop wireless system based on a past activation timer value, and the determined activation timer Send value,
If the station receives the determined activation timer value, the activation timing of the station is controlled by the received activation timer value;
A power control system for a multi-hop wireless system.
プラントのパラメータを測定するプラント計装プロセスと、前記プラント計装プロセスを監視制御するプラント計装監視制御装置と、前記プラント計装プロセスと前記プラント計装監視制御装置と間の通信を媒介し情報を順送りで伝達する2以上の局から構成されるマルチホップ無線システムと、によって構成されるマルチホップ無線システムの電力制御システムであって、
第1のステップでは、
前記マルチホップ無線システムが、前記プラント計装プロセスがプラントパラメータを測定して変換した測定信号を、前記プラント計装監視制御装置に送信し、
前記プラント計装監視制御装置が、前記受信した測定信号に基づき前記プラント計装プロセスの動特性を予測する数値演算処理を実行し、
第2のステップでは、
前記プラント計装監視制御装置が、前記数値演算処理結果と、予め設定した許容範囲の境界値とを比較して、該数値演算処理結果が該許容範囲内に存在することを表す安定状態の期間を推定し、前記推定された安定状態の期間の範囲内で、前記マルチホップ無線システムを構成する局の起動タイミングを算出し、起動タイマ値を決定し、
第3のステップでは、
前記プラント計装監視制御装置が、前記決定された起動タイマ値を前記マルチホップ無線システムを構成する局に送信するか否かを過去の起動タイマ値に基づいて判定し、前記決定された起動タイマ値と前記過去の起動タイマ値とが異なる場合に、前記決定された起動タイマ値を送信し、
該局が、前記決定された起動タイマ値を受信した場合には、その受信した起動タイマ値によって該局の起動タイミングを制御すること、
を特徴とするマルチホップ無線システムの電力制御システム。
A plant instrumentation process for measuring plant parameters, a plant instrumentation supervisory control device for monitoring and controlling the plant instrumentation process, and a communication between the plant instrumentation process and the plant instrumentation supervisory control device. A multi-hop radio system composed of two or more stations that transmit in order, and a multi-hop radio system power control system comprising:
In the first step,
The multi-hop wireless system transmits a measurement signal converted by the plant instrumentation process by measuring a plant parameter to the plant instrumentation monitoring and control device,
The plant instrumentation monitoring and control device performs numerical calculation processing for predicting dynamic characteristics of the plant instrumentation process based on the received measurement signal,
In the second step,
The plant instrumentation monitoring and control device compares the numerical calculation processing result with a boundary value of a preset allowable range, and indicates a stable state period indicating that the numerical calculation processing result is within the allowable range And within the range of the estimated steady state period, calculate the activation timing of the stations constituting the multi-hop wireless system, determine the activation timer value,
In the third step,
The plant instrumentation monitoring control device determines whether or not to transmit the determined activation timer value to a station constituting the multi-hop wireless system based on a past activation timer value, and the determined activation timer If the value and the past start timer value are different, send the determined start timer value,
If the station receives the determined activation timer value, the activation timing of the station is controlled by the received activation timer value;
A power control system for a multi-hop wireless system.
前記第2のステップにおいて、
前記起動タイミングの時刻の基点として、第1のステップにより得られる数値演算処理結果から、予め時間間隔を定められた周期の倍数にあたる時点の数値演算処理結果を抽出し、
その抽出した周期時点の数値演算処理結果を、前記起動タイミングの時刻に近いものから順に、前記プラントパラメータ毎に設定される許容範囲の境界値と比較し、前記許容範囲内にあった周期時点に係る周期の倍数を求め、
その周期の倍数に基づいて、次の起動タイマ値を決定すること、
を特徴とする請求項7または請求項8に記載のマルチホップ無線システムの電力制御システム。
In the second step,
As the base point of the time of the activation timing, from the numerical calculation processing result obtained by the first step, extract the numerical calculation processing result at the time corresponding to a multiple of a predetermined period,
The numerical calculation processing results at the extracted periodic time points are compared with the boundary value of the allowable range set for each plant parameter in order from the time close to the time of the activation timing, and at the periodic time point within the allowable range. Find a multiple of that period,
Determining the next start timer value based on a multiple of that period;
The power control system for a multi-hop wireless system according to claim 7 or claim 8, wherein:
前記第3のステップにおいて、
前記過去の起動タイマ値は、最新に送信した起動タイマ値であること、
を特徴とする請求項7乃至請求項9のいずれか一項に記載のマルチホップ無線システムの電力制御システム。
In the third step,
The past activation timer value is the latest activation timer value transmitted;
The power control system for a multi-hop wireless system according to any one of claims 7 to 9, wherein:
前記プラント計装プロセスの動特性を予測する数値演算処理は、ステップ応答モデルを使用したモデル予測制御によって行うこと、
を特徴とする請求項7乃至請求項10のいずれか一項に記載のマルチホップ無線システムの電力制御システム。
Numerical calculation processing for predicting the dynamic characteristics of the plant instrumentation process is performed by model predictive control using a step response model,
The power control system for a multi-hop wireless system according to any one of claims 7 to 10, wherein:
前記プラント計装プロセスの動特性を予測する数値演算処理は、インパルス応答モデルを使用したモデル予測制御によって行うこと、
を特徴とする請求項7乃至請求項10のいずれか一項に記載のマルチホップ無線システムの電力制御システム。
Numerical calculation processing for predicting the dynamic characteristics of the plant instrumentation process is performed by model predictive control using an impulse response model,
The power control system for a multi-hop wireless system according to any one of claims 7 to 10, wherein:
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