JP2015185110A - 被処理物を連続的に処理するプラントの制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】被処理物を自動で安定してプラントの内部で処理することができるプラントの制御装置及び制御方法を提供すること。【解決手段】被処理物を連続的に処理するプラント１００の制御装置１０は、被処理物をプラント１００に投入する投入部２０と、被処理物を処理するためのプラント１００の運転状態を検出する運転状態検出部４０と、プラント１００の運転を操作する操作量を出力する操作量出力部３０と、検出された運転状態が予め設定した第１管理運転状態を超えた場合に、プラント１００の運転状態が第１管理運転状態を超えないように、操作量の補正をする操作量補正部６０と、操作量に基づいて投入部２０を制御する制御部８０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、被処理物を連続的に処理するプラントの制御装置及び制御方法に関し、特に、ｐＨなど非線形特性を有する被処理物のプラントへの投入を全開・全閉で制御し、被処理物の反応の状態を所定の状態に維持するプラントの制御装置及び制御方法に関する。

一般に、プラントの制御装置は、圧力、温度、液レベル、流量、組成など、制御対象の出力変数を所定の値になるように、プラントに流入、流出するエネルギーや原料などの入力変数を制御する（例えば、特許文献１参照）。

そのようなプラントとしては、例えば、湿式脱硫設備を有する残油流動接触分解装置（ＲＦＣＣ）が挙げられる。湿式脱硫設備は、排ガスに含まれているＳＯ_Xなどをスラリー状の軽マグ水溶液Ｍｇ（ＯＨ）_2-aqで中和するよう、プラントの内部において排ガスに向流接触させる軽マグ水溶液の量を所定の制御目標値となるよう自動制御する。湿式脱硫設備において、軽マグ水溶液がスラリー状であるため、プラントへの投入を制御する開閉弁は、全開又は全閉の動作を行うオンオフ弁を用い、プラントへの投入量の制御は、開時間、閉時間、及び、開時間と閉時間との周期の時間を調整することにより行われ、その制御則としては、プラントの内部の運転状態に応じた時間比例制御則が用いられる。

特開２０１１−５９７７９号公報

プラントの内部における運転状態に何らかの大きな外乱が生じると、制御性が悪化する。例えば、制御対象がｐＨなど非線形特性を有する場合、時間比例制御則ではプラントの内部の運転状態が僅かに変化しても、制御目標値と実際の測定値との偏差が大きくなる傾向がある。そのため、プラントの内部における運転状態が安定に維持するように、プラントのオペレータが自動制御から手動制御に切り替える作業が頻繁に生じていた。

本発明の目的は、被処理物を自動で安定してプラントの内部で処理することができるプラントの制御装置及び制御方法を提供することにある。

本発明は、以下のものを開示する。
（１）被処理物を連続的に処理するプラントの制御装置であって、
前記被処理物を前記プラントに投入する投入部と、
前記被処理物を処理するための前記プラントの運転状態を検出する運転状態検出部と、
前記プラントの運転を操作する操作量を出力する操作量出力部と、
前記検出された運転状態が予め設定した第１管理運転状態を超えた場合に、前記プラントの運転状態が前記第１管理運転状態を超えないように、前記操作量の補正をする操作量補正部と、
前記操作量に基づいて前記投入部を制御する制御部と、を備える、プラントの制御装置。
（２）前記操作量出力部は、設定された前記プラントの運転状態と検出された運転状態との偏差に基づいて、前記操作量を算出する（１）に記載のプラントの制御装置。
（３）前記操作量出力部は、前記偏差が０になるように設計されたＰＩＤ制御に基づいて前記操作量を算出する（２）に記載のプラントの制御装置。
（４）前記投入部は、前記被処理物を前記プラントに投入させない閉状態と、予め設定された単位時間当たりの投入量の前記被処理物を投入させる開状態とに切り替わる開閉弁であり、
前記制御部は、前記操作量に基づいた時間間隔で、前記開閉弁を前記開状態と前記閉状態とに切り替えさせる、（１）から（３）のいずれかに記載のプラントの制御装置。
（５）さらに、前記投入部により前記プラントに投入される前記被処理物が格納された格納部を備え、
前記制御部が、前記格納部の被処理物を前記プラントに投入するよう、前記投入部を制御したとき、前記操作量補正部は、前記操作量の補正を大きくする、（１）から（４）のいずれかに記載のプラントの制御装置。
（６）前記操作量補正部は、前記操作量が一定の定量であり、前記検出された運転状態が、前記第１管理運転状態より大きい第２管理運転状態を超えた場合に、前記操作量を最大にする、請求項１から５のいずれかに記載のプラントの制御装置。
（７）前記プラントは、酸性物質を含む排ガスの中和設備を備え、前記被処理物は、硫黄酸化物であり、中和剤はアルカリ性物質である、（１）から（６）のいずれかに記載のプラントの制御装置。
（８）（１）から（７）のいずれかに記載のプラントの制御装置を用いた、プラントの制御方法であって、
前記被処理物を前記プラントに投入する投入工程と、
前記被処理物を処理するための前記プラントの運転状態を検出する検出工程と、
前記プラントの運転を操作する操作量を出力する操作量出力工程と、
前記検出された運転状態が予め設定した第１管理運転状態を超えた場合に、前記プラントの運転状態が前記第１管理運転状態を超えないように、前記操作量を補正する操作量補正工程と、
前記操作量に基づいて前記プラントを制御する制御工程と、を備える、プラントの制御方法。

本発明によれば、被処理物を自動で安定してプラントの内部で処理することができるプラントの制御装置及び制御方法を提供することができる。
さらに、本発明によれば、検出された運転状態が予め設定した第１管理運転状態を超えることがあっても、プラントの運転状態が第１管理運転状態を超えないように、操作量補正部が操作量を補正するので、被処理物を自動で安定して処理することができる。

本発明に係るプラントの制御装置の概念図である。 図１に示したプラントの制御装置の動作を示すフローチャートである。 図１に示したプラントの制御装置の動作を示す別のフローチャートである。 図１に示したプラントの制御装置の動作を説明するタイミングチャートである。 図１に示したプラントの制御装置による制御結果の一例を示すグラフである。

図１から図４を参照して、本発明に係るプラントの制御装置及びその制御方法を説明する。
以下の説明では、本発明に係るプラントの制御装置を、ｐＨなど非線形特性を有する被処理物のプラントへの投入を全開・全閉で制御し、被処理物の反応の状態を所定の状態に維持するプラントの制御装置として説明するが、本発明はこれに限定されない。

図１に示すように、制御装置１０及びプラント１００は、残油流動接触分解装置（ＲＦＣＣ）の一部を構成する。
プラント１００は、例えば、残油流動接触分解装置（ＲＦＣＣ）の吸収塔であり、酸性物質を含む排ガスの中和設備を備え、排ガスに含まれている硫黄酸化物（ＳＯ_X）などを中和剤（被処理物）で中和させる。中和剤は、水酸化マグネシウムを水に反応させて得たスラリー状の軽マグ水溶液である。
プラント１００の配管Ｐ４には、ポンプ１１０が接続され、また、ポンプ１１０の吐出口には配管Ｐ５を介してプラント１００及び運転状態検出部４０に接続されている。ポンプ１１０の作動により、プラント１００の内部の被処理物を、配管５を介して運転状態検出部４０に送られると共に、プラント１００に循環される。

制御装置１０は、投入部２０と、運転状態検出部４０と、操作量出力部３０と、操作量補正部６０と、制御部８０とを備える。さらに、制御装置１０は、格納部９０を備える。

格納部９０は、投入部２０によりプラント１００に投入される被処理物が格納されたタンクである。格納部９０の吐出口は、配管Ｐ１、ポンプ９５及び配管Ｐ２を介して投入部２０に接続され、格納部９０にある被処理物は、ポンプ９５の作動により、投入部２０に所定の圧力で供給する。ポンプ９５の作動は、例えば、被処理物のタンク受け入れシーケンス（図示せず）によって制御され、被処理物の投入をタンク受け入れシーケンスの動作から検知する。

投入部２０は、格納部９０からの被処理物をプラント１００に供給したり、供給を停止させたりするオン・オフタイプの開閉弁である。

運転状態検出部４０は、プラント１００の運転状態を検出するセンサーであり、例えば、ｐＨを検出するｐＨセンサーである。運転状態検出部４０は、検出された反応状態を示す運転状態信号Ｓ１を出力する。
運転状態検出部４０は、互いに同じ形式の２つのｐＨセンサー４１及び４２と、ｐＨセンサー４１及び４２の検出結果を択一的に選択する切り替えスイッチ４３とを有する。
このように、排ガスに含まれるＳＯ_Xの測定値は、重要な環境指標であるので、２つのｐＨセンサーを択一的に用いることにより、運転状態検出部４０の信頼度を上げる（冗長化する）ことができる。例えば、一方のｐＨセンサーを校正している最中であっても、もう一方のｐＨセンサーで測定を継続することにより、連続的な自動運転をすることができる。
切り替えスイッチ４３は、現在使用しているｐＨセンサー４１又は４２の出力結果が予め設定された計器の誤指示検知のロジックに抵触したとオペレータが判断した場合に、切り替えられる。

操作量出力部３０は、運転状態検出部４０からの運転状態信号Ｓ１に基づいて、投入部２０の開時間と閉時間と、開閉周期の時間を算出し、算出された値を操作量信号Ｓ２として出力する。操作量出力部３０は、例えば、サンプルＰＩ制御により求められた計算式に基づいて、運転状態信号Ｓ１に応じた、投入部２０の開時間と、閉時間と、開閉周期の時間を算出して、操作量信号Ｓ２として出力する。

操作量補正部６０は、予め、操作量出力部３０による制御でプラントの内部反応の状態を制御できる運転状態の範囲（第１管理運転状態）を有し、運転状態信号Ｓ１と第１管理運転状態とに応じて、操作量信号Ｓ２を補正した値を補正操作量信号Ｓ３として出力する。

制御部８０は、補正操作量信号Ｓ３の開時間、閉時間、開閉周期に基づいて、所定期間、投入部２０を開又は閉にさせる開閉信号Ｓ４を出力する。

投入部２０は、開閉信号Ｓ４に基づいて、ポンプ９５から送られてきた被処理物が配管Ｐ３を介してプラント１００に投入されるよう、開閉弁を開状態又は閉状態にする。

以下、図２及び図３を参照して、プラント１００の制御装置１０の制御方法を説明する。
図２に示すように、先ず、運転状態検出部４０は、プラント１００の運転状態、即ち、ｐＨを検出し、運転状態信号Ｓ１を出力する（検出工程：ステップＳＴ０１）。

次に、操作量出力部３０は、運転状態信号Ｓ１に基づいて、プラント１００に被処理物を投入する量（操作量）を算出し、操作量信号Ｓ２として出力する（操作量出力工程：ステップＳＴ０３）。この操作量は、公知のＰＩＤ制御に基づいた値であったり、サンプルＰＩ制御に基づいた値であったりする。

次に、操作量補正部６０は、運転状態信号Ｓ１が第１管理運転状態を超えたか否かを判断し（ステップＳＴ０５）、超えたと判断した場合、プラントの運転状態が第１管理運転状態を超えないように、開時間係数を設定し、設定された開時間係数に基づいて操作量信号Ｓ２の操作量を補正する（操作量補正工程：ステップＳＴ０７）。また、操作量補正部６０は、運転状態信号Ｓ１が第１管理運転状態を超えたものではないと判断した場合、操作量信号Ｓ２をそのまま補正操作量信号Ｓ３として出力する。
操作量補正部６０は、例えば、投入部２０の開時間を、所定の開時間係数を乗じることで、操作量信号Ｓ２の補正を行う。

図３に示すように、操作量補正部６０は、さらに、制御部８０からの開閉信号Ｓ４に基づいて、開時間係数をさらに大きくしたり小さくしたりする。具体的には、操作量補正部６０は、制御部８０が、格納部９０の被処理物をプラント１００に投入するよう、投入部２０を制御したか否かを判断し（ステップＳＴ１１）、投入すべく制御をしたと判断した場合には、開時間係数を小さくし（ステップＳＴ１３）、そうでない場合には、開時間係数を大きくする（ステップＳＴ１５）。ステップＳＴ１３において、開時間係数を小さくする場合、濃い被処理物を基準とした開時間係数に戻すことが好ましい。
また、操作量補正部６０は、第１管理運転状態より大きい第２管理運転状態を有し、操作量が一定の定量であり、運転状態信号Ｓ１が第２管理運転状態を超えた場合に、操作量を最大にして、補正操作量信号Ｓ３として出力するようにしてもよい。
次に、操作量補正部６０は、開時間係数が上限や下限を超えていないかを確認する（ステップＳＴ１７）。
そして、操作量補正部６０は、開時間係数を更新し（ステップＳＴ１９）、更新された開時間係数に基づいて、操作量を補正し、補正操作量信号Ｓ３として出力する。

図２に示すように、制御部８０は、補正操作量信号Ｓ３の開時間、閉時間、開閉周期に基づいて、所定期間、投入部２０を開又は閉にさせる開閉信号Ｓ４を出力し、投入部２０を操作する（投入工程：ステップＳＴ０９）。
プラント１００の制御装置１０の制御方法は、以上のステップを繰り返して行われる。

次に、図４を参照して、制御装置１０の制御方法によるプラント１００の内部の運転状態の変化について説明する。
まず、運転状態信号Ｓ１のｐＨの値ＰＶが第１管理運転状態ＤＶ１よりも目標設定値ＳＶに近い場合（範囲Ｒ１）、操作量補正部６０は、操作量信号Ｓ２の値を補正せず、そのまま補正操作量信号Ｓ３として出力する。
これにより、制御部８０は、操作量信号Ｓ２（補正操作量信号Ｓ３）の開時間、閉時間、開閉周期に基づいて、開閉信号Ｓ４を出力する。
次に、運転状態信号Ｓ１のｐＨの値ＰＶが第１管理運転状態ＤＶ１を超えた場合（範囲Ｒ２）、操作量補正部６０は、操作量信号Ｓ２の値を補正し、補正後の値を補正操作量信号Ｓ３として出力する。
これにより、制御部８０は、補正操作量信号Ｓ３の開時間、閉時間、開閉周期に基づいて、開閉信号Ｓ４を出力する。このとき、範囲Ｒ２の時の開時間は、範囲Ｒ１の時の開時間より長くなり、範囲Ｒ２の時の閉時間は、範囲Ｒ１の時の閉時間より短くなる。
このような制御をすることにより、プラント１００の内部のｐＨが目標設定値ＳＶに近づく。
そして、運転状態信号Ｓ１のｐＨの値ＰＶが第１管理運転状態ＤＶ１よりも目標設定値ＳＶに近くなると（範囲Ｒ３）、また、操作量補正部６０は、操作量信号Ｓ２の値を補正せず、そのまま補正操作量信号Ｓ３として出力する。
これにより、制御部８０は、操作量信号Ｓ２（補正操作量信号Ｓ３）の開時間、閉時間、開閉周期に基づいて、開閉信号Ｓ４を出力する。

もし、運転状態信号Ｓ１のｐＨの値ＰＶが第１管理運転状態ＤＶ１を超えた場合（範囲Ｒ２）、操作量補正部６０は、操作量信号Ｓ２の値を補正し、補正後の値を補正操作量信号Ｓ３として出力しても、値ＰＶが目標設定値ＳＶに近づかず、第２管理運転状態ＤＶ２を超えた場合、操作量補正部６０は、速やかに、値ＰＶが目標設定値ＳＶに近くなるよう、最大の出力値（換言すると、全開を維持する状態となる値）を補正操作量信号Ｓ３として出力する。

以上の説明から明らかなように、プラント１００の制御装置１０及びその制御方法は、検出された運転状態が予め設定した第１管理運転状態を超えることがあっても、プラントの運転状態が第１管理運転状態を超えないように、操作量補正部が操作量を補正するので、被処理物を自動で安定して処理することができる。

実施例
以下に、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこの実施例により何ら制限されるものではない。
図５を参照して、図１から図４に示した制御装置１０及びプラント１００の制御結果を説明する。なお、運転状態検出部４０は計器校正を周期的に行っているので、図５において、運転状態信号Ｓ１の値を示す線が瞬間的に非常に小さい値となる現象が周期的に起きている。また、操作量出力部３０及び操作量補正部６０には、サンプルＰＩ制御及びゲインスケジューリングを行わせた。

図５の操作量信号Ｓ２のグラフは、操作量出力部３０が、運転状態信号Ｓ１に基づいて、プラント１００に被処理物を投入する量（操作量）を算出した値を表示している。
開時間係数のグラフは、操作量補正部６０の判断に応じて開時間係数の値を増減させた状態を表示している。
運転状態信号Ｓ１のグラフは、運転状態検出部４０が検出したプラント１００の運転状態、即ち、ｐＨの値を表示している。
図５中、格納部受入は、制御部８０が格納部９０の被処理物をプラント１００に投入するよう投入部２０を制御した時間を表示している。

図５から分かるように、操作量信号Ｓ２の値が、所定期間、連続して１００％となっているか、換言すると、操作量補正部６０が、運転状態信号Ｓ１が第１管理運転状態を超えたと判断すると、開時間係数を増加させ、そうでないと判断すると、開時間係数を減算させている（操作量補正工程：図２のステップＳＴ０７）。これにより、運転状態信号Ｓ１の値の振れ幅は、小さかった。
また、制御部８０が格納部９０の被処理物をプラント１００に投入するよう投入部２０を制御した（格納部受入の丸印）とき、プラント１００は急な外乱を受け、運転状態信号Ｓ１の値が急激に変化した。しかし、この変化に対して、フィードフォワード制御的に開時間係数を調整した（図３のステップＳＴ１３）ので、運転状態信号Ｓ１のｐＨの値の振れ幅は、小さかった。
以上の結果、プラント１００の内部における運転状態が安定に維持したので、プラント１００のオペレータが自動制御から手動制御に又は手動制御から自動制御に切り替える操作は０回／月であった。

比較例
操作量補正部６０を省略し、操作量出力部３０には時間比例制御を行わせた以外は実施例と同様に行った。この結果、プラント１００の内部における運転状態が安定に維持しなかったので、プラント１００のオペレータが自動制御から手動制御に又は手動制御から自動制御に切り替える操作を約６００回／月行った。

１０ 制御装置
２０ 投入部
３０ 操作量出力部
４０ 運転状態検出部
６０ 操作量補正部
８０ 制御部
９０ 格納部
１００ プラント
ＳＶ 目標設定値
ＤＶ１ 第１管理運転状態
ＤＶ２ 第２管理運転状態
ＰＶ ｐＨ値
Ｓ１ 運転状態信号
Ｓ２ 操作量信号
Ｓ４ 開閉信号
Ｒ１ 補正なしの範囲
Ｒ２ 補正有りの範囲
Ｒ３ 補正なしの範囲

Claims (8)

1. 被処理物を連続的に処理するプラントの制御装置であって、
   前記被処理物を前記プラントに投入する投入部と、
   前記被処理物を処理するための前記プラントの運転状態を検出する運転状態検出部と、
   前記プラントの運転を操作する操作量を出力する操作量出力部と、
   前記検出された運転状態が予め設定した第１管理運転状態を超えた場合に、前記プラントの運転状態が前記第１管理運転状態を超えないように、前記操作量の補正をする操作量補正部と、
   前記操作量に基づいて前記投入部を制御する制御部と、を備える、プラントの制御装置。
2. 前記操作量出力部は、設定された前記プラントの運転状態と検出された運転状態との偏差に基づいて、前記操作量を算出する請求項１に記載のプラントの制御装置。
3. 前記操作量出力部は、前記偏差が０になるように設計されたＰＩＤ制御に基づいて前記操作量を算出する請求項２に記載のプラントの制御装置。
4. 前記投入部は、前記被処理物を前記プラントに投入させない閉状態と、予め設定された単位時間当たりの投入量の前記被処理物を投入させる開状態とに切り替わる開閉弁であり、
   前記制御部は、前記操作量に基づいた時間間隔で、前記開閉弁を前記開状態と前記閉状態とに切り替えさせる、請求項１から３のいずれかに記載のプラントの制御装置。
5. さらに、前記投入部により前記プラントに投入される前記被処理物が格納された格納部を備え、
   前記制御部が、前記格納部の被処理物を前記プラントに投入するよう、前記投入部を制御したとき、前記操作量補正部は、前記操作量の補正を大きくする、請求項１から４のいずれかに記載のプラントの制御装置。
6. 前記操作量補正部は、前記操作量が一定の定量であり、前記検出された運転状態が、前記第１管理運転状態より大きい第２管理運転状態を超えた場合に、前記操作量を最大にする、請求項１から５のいずれかに記載のプラントの制御装置。
7. 前記プラントは、酸性物質を含む排ガスの中和設備を備え、前記被処理物は、硫黄酸化物であり、中和剤はアルカリ性物質である、請求項１から６のいずれかに記載のプラントの制御装置。
8. 請求項１から７のいずれかに記載のプラントの制御装置を用いた、プラントの制御方法であって、
   前記被処理物を前記プラントに投入する投入工程と、
   前記被処理物を処理するための前記プラントの運転状態を検出する検出工程と、
   前記プラントの運転を操作する操作量を出力する操作量出力工程と、
   前記検出された運転状態が予め設定した第１管理運転状態を超えた場合に、前記プラントの運転状態が前記第１管理運転状態を超えないように、前記操作量を補正する操作量補正工程と、
   前記操作量に基づいて前記プラントを制御する制御工程と、を備える、プラントの制御方法。