JP2009169772A - Plant operation support device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラント運転支援装置に関し、詳しくは、プロセス制御装置における制御パラメータの調整に関するものである。 The present invention relates to a plant operation support apparatus, and more particularly to adjustment of control parameters in a process control apparatus.
本発明の出願人は、石油精製における化学プロセスや上下水道の水処理プロセスなどのプロセス制御動作が複雑なプラントの運転を支援するプラント運転支援装置として、実プラントの動作と並行してプロセスシミュレーションを行い、シミュレーション結果をもとに実プラントの動作を予測するプラント運転支援装置を出願している(特許文献1)。 The applicant of the present invention performs a process simulation in parallel with the operation of an actual plant as a plant operation support device that supports the operation of a plant having complicated process control operations such as a chemical process in oil refining and a water treatment process of water and sewage. And has applied for a plant operation support apparatus that predicts the operation of the actual plant based on the simulation results (Patent Document 1).
図2はこのような従来のプラント運転支援装置の概念構成を示すブロック図である。図2において、オンラインシミュレータ10は、実プラント20からオンラインで実測データを収集してその内部モデルを更新することにより高精度のシミュレーション結果を得るものであり、トラッキングモデル部11とパラメータ調整部12とで構成されている。
FIG. 2 is a block diagram showing a conceptual configuration of such a conventional plant operation support apparatus. In FIG. 2, the
トラッキングモデル部11は、実プラント20からオンラインで実測データを収集し、これら実測データに合わせ込みながらダイナミックシミュレーションを行う。このトラッキングモデル部11は、ダイナミックシミュレーションで計算されている状態変数の値を所定のタイミングまたは任意のタイミングでパラメータ調整部12に渡す。
The tracking model unit 11 collects actual measurement data from the
パラメータ調整部12は、たとえばプラント全体のバランスを踏まえてパラメータ調整計算を行い、オンラインシミュレータ10に反映させる。調整計算の基準としては、たとえば予め指定された計測点(複数指定可)の実測データとシミュレーションデータの重み付誤差二乗和を最小とするようなものが選択される。
The
このようにオンラインでパラメータ調整計算を行うことにより、プラントの現在の状況を反映した精度の高いモデルが利用可能となり、解析モデルによる予測計算や最適化計算ができるようになった。 By performing parameter adjustment calculation online as described above, a highly accurate model reflecting the current situation of the plant can be used, and prediction calculation and optimization calculation based on an analysis model can be performed.
ところで、従来の実プラント20を構成するプロセス制御装置における制御パラメータの調整にあたっては、運転作業者が試行錯誤で調整を行ったり、実際の制御対象に対して何らかの試験操作を与え、その応答特性を1次遅れ系や積分系など、ある特定の系でプロセスを近似したモデルを用いて求めることが行われていた。
By the way, when adjusting the control parameters in the process control apparatus constituting the conventional
しかし、従来の近似モデルを用いた制御パラメータ調整では、特に非線形性の強いプロセスにおいて、近似モデルを求めた運転条件とは異なった条件で運転が行われると、適切な制御性能が得られないという問題がある。 However, in the control parameter adjustment using the conventional approximate model, it is said that an appropriate control performance cannot be obtained if the operation is performed under a condition different from the operation condition for which the approximate model is obtained, particularly in a process with strong nonlinearity. There's a problem.
また、適切な制御パラメータを求めるためには、実際の運転条件に近いところで試験操作を実プロセスに与えなければならない。 In addition, in order to obtain an appropriate control parameter, a test operation must be given to the actual process near the actual operating conditions.
さらに、たとえば運転条件が変更されたことによりそれまでの制御パラメータが不適切になった場合には、再度試験操作を実プラントに与えて制御パラメータを求めなければならない。 Furthermore, for example, when the control parameters up to that point become inappropriate due to a change in operating conditions, the test parameters must be given again to the actual plant to obtain the control parameters.
また、運転作業者の経験則に基づいて試行錯誤的に制御パラメータを調整する場合は、実プロセスを構成する制御装置の挙動を直接変更することから、調整した制御パラメータが最適なものになるとは限らず、また、調整を与えた後のプロセスの挙動が事前に把握できないという問題がある。 In addition, when adjusting the control parameters on a trial and error basis based on the rules of thumb of the operator, the behavior of the control devices that make up the actual process is directly changed, so the adjusted control parameters are optimal. In addition, there is a problem that the behavior of the process after the adjustment is given cannot be grasped in advance.
本発明は、これらの課題を解決するものであり、その目的は、実プロセスに試験操作を与えることなくプロセス制御装置に適切な制御パラメータを求め、求めた制御パラメータを実プロセスに反映させることができるプラント運転支援装置を実現することにある。 The present invention solves these problems, and its purpose is to obtain an appropriate control parameter in the process control apparatus without giving a test operation to the actual process, and to reflect the obtained control parameter in the actual process. It is to realize a plant operation support apparatus that can be used.
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項1記載の発明は、実プラントからオンラインで実測データを収集してその内部モデルを更新することにより高精度のシミュレーション結果を得るオンラインシミュレータと、制御性能確認部と制御パラメータ解析部を含む解析部と、これら実プラントおよび解析部に対する操作設定を行う操作設定インタフェースとを備え、
前記解析部は前記オンラインシミュレータから状態変数の値を受け取り試験操作を行ってプロセスの応答を得ることにより前記実プラントに適切な制御パラメータを求め、これら求めた制御パラメータを前記操作設定インタフェースを介して前記実プラントに反映させることを特徴とするプラント運転支援装置である。
In order to achieve such a problem, the invention according to
The analysis unit receives a value of a state variable from the online simulator, obtains a process response by performing a test operation, obtains an appropriate control parameter for the actual plant, and sends the obtained control parameter via the operation setting interface. The plant operation support apparatus is reflected in the actual plant.
請求項2記載の発明は、請求項1に記載のプラント運転支援装置において、前記解析部は、物理や化学の原理に則ったモデル化がなされていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the plant operation support apparatus according to the first aspect, the analysis unit is modeled in accordance with a physical or chemical principle.
請求項3記載の発明は、請求項1または請求項2に記載のプラント運転支援装置において、前記解析部は、少なくとも一つの制御パラメータ解析部を有することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the plant operation support device according to the first or second aspect, the analysis unit includes at least one control parameter analysis unit.
請求項4記載の発明は、請求項1から3のいずれかに記載のプラント運転支援装置において、前記操作設定インタフェースは、前記解析部で求めた前記実プラントに適切な制御パラメータを前記実プラントに反映させた場合におけるプロセスの挙動予測を画面に表示することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the plant operation support device according to any one of the first to third aspects, the operation setting interface provides the actual plant with control parameters appropriate for the actual plant obtained by the analysis unit. The process behavior prediction when reflected is displayed on the screen.
請求項5記載の発明は、請求項1から4のいずれかに記載のプラント運転支援装置において、前記制御パラメータの解析にあたり、前記オンラインシミュレータの計算時間を実際の時間よりも早めることを特徴とする。
The invention according to claim 5 is the plant operation support device according to any one of
本発明によれば、実プロセスに試験操作を与えることなくプロセス制御装置に適切な制御パラメータを求め、求めた制御パラメータを実プロセスに反映させることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain an appropriate control parameter for the process control apparatus without giving a test operation to the actual process, and to reflect the obtained control parameter in the actual process.
以下、本発明について、図面を用いて詳細に説明する。図1は本発明の一実施例を示すブロック図であり、図2と共通する部分には同一の符号を付けている。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention, and the same reference numerals are given to portions common to FIG.
図1において、オンラインシミュレータ10には、解析部30が接続され、解析部30には操作設定インタフェース40が接続されている。そして、操作設定インタフェース40は、実プラント20にも接続されている。
In FIG. 1, an
解析部30は、制御性能確認部31と制御パラメータ解析部32で構成されている。
The
操作設定インタフェース40は、制御パラメータ設定部41、解析条件設定部42、解析結果表示部43などで構成されている。
The operation setting interface 40 includes a control
オンラインシミュレータ10は、プロセスを物理や化学の法則に従ったモデルとして生成するように構成されており、制御装置のアルゴリズムもモデル化しているプロセスシミュレータである。
The
オンラインシミュレータ10を構成するトラッキングモデル部11は、実プラント20から、設定値や局所的にシミュレータモデルを調整するためのプロセス値を取得する。また、パラメータ調整部12は、シミュレータモデル全体を適切なパラメータにするために、定期的あるいは必要に応じて、モデルパラメータを修正する。このようにすることで、トラッキングモデル部11は常に実プラント20の状態を適切に模擬するシミュレータとして機能することになる。
The tracking model unit 11 constituting the
解析部30を構成する制御性能確認部31は、実プラントを模擬し、物理や化学に則ったモデルで構成されており、トラッキングモデル部11から現在の状態変数の値や過去の状態変数の値を初期状態として取り込んでシミュレーションすることができる。
The control
制御パラメータ解析部32には、実プラント20のプロセスと同様の制御アルゴリズムを含む実プラントを模擬した物理や化学に則ったモデルが与えられている。そして、解析条件設定部42から解析の要求があった場合、制御パラメータ解析部32は、トラッキングモデル部11から現在の状態変数値や過去の状態変数値を初期状態として取り込み、解析条件設定部42に指示された解析条件やアルゴリズムに従って、制御パラメータの解析に必要な試験操作量を演算し、制御パラメータ解析部32自身にたとえばインパルス信号やステップ状信号などの試験操作を加えることで、最適な制御パラメータを演算する。ここで、トラッキングモデル部11から取り込む状態変数の値には、実際のプロセス値だけでなく、トラッキングモデル部11によって演算されているプロセス内部の状態量も含んでいる。
The control
操作設定インタフェース40の解析結果表示部43には、制御装置の種別(PID制御やモデル予測制御など)と、現在の制御パラメータが表示されている。
The analysis
解析条件設定部42は、解析部30に対して、解析条件やアルゴリズム(たとえばPID制御の制御パラメータを求める場合には、制御パラメータを求めるアルゴリズムとして限界感度法やステップ応答法やリミットサイクル法などを選択したり、モデル予測制御の場合ではモデル次数など)を与える。
The analysis
制御パラメータ解析部32によって演算された制御パラメータは、解析結果表示部43で運転作業者に表示される。運転作業者は、この結果が妥当であるか、出力結果を確認する。また、制御パラメータの値そのものでは判断がつきにくい場合には、制御性能確認部31に対して制御パラメータを設定し、様々な仮想の運転条件を制御性能確認部31に与えてシミュレーションする。このシミュレーションの結果は解析結果表示部43に表示され、演算された制御パラメータにより望ましい制御性能が得られるか検証する。
The control parameter calculated by the control
運転作業者は、解析の結果に基づき望ましい制御性能が得られると判断した場合には、制御パラメータ設定部41に対して、解析結果表示部43に画面上にたとえばボタンなどで表現されている演算された制御パラメータを実プラント20の制御装置に反映させる操作を与える。
When the driving operator determines that the desired control performance can be obtained based on the result of the analysis, the calculation expressed by the button on the screen of the analysis
これにより、実プラント20の制御装置に対して、新しく求めた制御パラメータを反映させることができる。
Thereby, the newly determined control parameter can be reflected on the control device of the
すなわち、オンラインシミュレータ10と解析部30と操作設定インタフェース40を用いることにより、従来実プラント20に対して直接行われていた試験操作と実質的に同様な操作を、実プラント20に対して直接行うことなく制御装置に適切な制御パラメータを求めることができ、実プラント20に対して適切な制御パラメータを安全に設定することができる。
That is, by using the
制御パラメータ解析にあたっては、制御パラメータ解析部32に対して試験操作を与えてプロセスの応答を得るため、制御パラメータ解析部32のシミュレーション時間を実際の時間よりも早めることができ、実プラント20で応答試験を行うよりも高速に結果を得ることができる。
In the control parameter analysis, a test operation is given to the control
そして、制御パラメータ解析部32を用いて試験操作を行うことにより、複数の応答試験に複数の制御パラメータ解析手法を適用でき、その中で最も妥当なものを運転作業者が選択できる。
Then, by performing a test operation using the control
さらに、オンラインシミュレータ10や解析部30は物理や化学の原理に則ったモデルで構成されているため、特に非線形の強いプロセスにおいて、運転条件が変更されるなどの要因で制御パラメータを再調整しなければならないことが予想される場合には、事前に制御パラメータを求めておくことができる。
Furthermore, since the
以上説明したように、本発明によれば、実プロセスに試験操作を与えることなくプロセス制御装置に適切な制御パラメータを求め、求めた制御パラメータを実プロセスに反映させることができるプラント運転支援装置が実現できる。 As described above, according to the present invention, there is provided a plant operation support apparatus capable of obtaining an appropriate control parameter in a process control device without giving a test operation to the actual process and reflecting the obtained control parameter in the actual process. realizable.
10 オンラインシミュレータ
11 トラッキングモデル部
12 パラメータ調整部
20 実プラント
30 解析部
31 制御性能確認部
32 制御パラメータ解析部
40 操作設定インタフェース
41 制御パラメータ設定部
42 解析条件設定部
43 解析結果表示部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記解析部は前記オンラインシミュレータから状態変数の値を受け取り試験操作を行ってプロセスの応答を得ることにより前記実プラントに適切な制御パラメータを求め、これら求めた制御パラメータを前記操作設定インタフェースを介して前記実プラントに反映させることを特徴とするプラント運転支援装置。 Online simulator that obtains high-precision simulation results by collecting measured data online from actual plant and updating its internal model, analysis unit including control performance confirmation unit and control parameter analysis unit, these actual plant and analysis An operation setting interface for performing operation settings for the unit,
The analysis unit receives a value of a state variable from the online simulator, obtains a process response by performing a test operation, obtains an appropriate control parameter for the actual plant, and sends the obtained control parameter via the operation setting interface. A plant operation support apparatus, which is reflected in the actual plant.
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