JP2016206793A - Integrated system process dynamics automatic identification device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To identify dynamics of a process by finding out data approximate to a step response test from the past operation data of the process represented by the transfer function including an integration element.SOLUTION: A change amount ΔMV of an input value every time is calculated from the input actual data determining the relationship between the time and the input value of a predetermined interval among data of some periods extracted from past input and output actual data of a process, and such a determination is made that the input actual data is a step input when the change width of the input value in a predetermined time range just before a time Mt when the maximum ΔMV is obtained and a predetermined time range just after that is equal to or less than a permissible change width smaller than the maximum ΔMV. When determined to be the step input, the period output change amount changing in the transition period is acquired from the output actual data, and parameters of a transfer function are calculated.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

この発明は、積分要素を含む伝達関数で表わされるプロセスの動特性を同定する積分系プロセス動特性自動同定装置に関する。   The present invention relates to an integral system process dynamic characteristic automatic identification device for identifying a dynamic characteristic of a process represented by a transfer function including an integral element.

近年、プロセスの制御において、コストダウン、生産の効率化、環境への負荷軽減などの様々な視点から、制御性能の最適化が追求されている。最適なプロセスの制御を実現する手法として、PIDパラメータチューニングを最適化する新しい制御アルゴリズムIMC(内部モデルコントローラ)やMD−PID(モデル駆動PID)が注目されている。   In recent years, in process control, optimization of control performance has been pursued from various viewpoints such as cost reduction, production efficiency, and environmental load reduction. As a method for realizing optimal process control, a new control algorithm IMC (internal model controller) and MD-PID (model drive PID) for optimizing PID parameter tuning are attracting attention.

プロセスを正しく制御するためには、そのプロセスの動特性に関する正しい知識が必要である。そのためプロセスの動特性推定という問題が自動制御における重要な一分野となっている。プロセスの動特性とは、プロセスへ出・入りする入力と出力の関係、すなわち時間的に変化する二変数の関連をいう。この特性を調べるため、入力として階段状に変化するステップ入力をプロセスに加え、その出力、すなわちステップ応答を求めることが行なわれる。   In order to control a process correctly, it is necessary to have correct knowledge about the dynamic characteristics of the process. Therefore, the problem of estimating process dynamics is an important field in automatic control. The dynamic characteristics of a process refers to the relationship between input and output to / from the process, that is, the relationship between two variables that change with time. In order to examine this characteristic, a step input that changes stepwise as an input is added to the process, and an output, that is, a step response is obtained.

特開2001−255932号公報JP 2001-255932 A

従来、プロセスの動特性を求めることは制御系のスペシャリスト頼りであり、現場でステップ応答試験を行っていた。ステップ応答試験は、入力値である操作値MV(Manipulate Value)を変化させ、出力値である応答値PV(Process Value)の変化を計測し、プロセスの動特性を表現する伝達関数のパラメータ(ゲインK、無駄時間L、時定数T)を求める手段である。   In the past, determining the dynamic characteristics of a process has relied on a specialist in the control system, and conducted a step response test in the field. In the step response test, an operation value MV (Manipulate Value) that is an input value is changed, a change in a response value PV (Process Value) that is an output value is measured, and a transfer function parameter (gain) that expresses the dynamic characteristics of the process. K, dead time L, time constant T).

また、プラントの運転状態は不変ではなく、時間によりプロセスの動特性も変化する。プラントの制御を最適に保つためには、頻繁にステップ応答試験を行う必要がある。   Further, the operation state of the plant is not unchanged, and the dynamic characteristics of the process change with time. In order to keep the plant control optimal, it is necessary to perform step response tests frequently.

しかしながら、ステップ応答データの取得と、プロセスの動特性の決定には、次のような問題がある。
操業上の観点から、
(1)ステップ応答試験は、プラントの操業に影響を与えるため、頻繁に試験を実施することは難しい。
(2)無駄時間や整定時間(出力が定常値の許容誤差範囲内に達するまでの時間)が長いプロセス制御系では応答データの取得に時間がかかるため、プラントの操業に影響を与える。
(3)プラントの安全操業問題により、ステップ応答試験を実施することが出来ないケースも多い。
また、人的な観点から、
(4)24時間連続運転の過去運転データから人間が目視でステップ応答と近似しているデータを捉えることは現実的ではない。
(5)ステップ応答試験の応答データからパラメータ(プロセス定数)を決定するに際し、個人の技量によって精度にバラツキが生じる。
However, acquisition of step response data and determination of process dynamics have the following problems.
From an operational point of view,
(1) Since the step response test affects the operation of the plant, it is difficult to perform the test frequently.
(2) In a process control system with a long dead time and settling time (time until the output reaches within the allowable error range of the steady value), it takes time to obtain response data, which affects the operation of the plant.
(3) In many cases, the step response test cannot be performed due to the problem of safe operation of the plant.
From a human point of view,
(4) It is not realistic to capture data that a human visually approximates to a step response from past driving data of 24-hour continuous operation.
(5) When determining the parameters (process constants) from the response data of the step response test, the accuracy varies depending on the individual skill.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、プロセスの過去運転データからステップ応答試験と近似するデータを探し出して、プロセスの動特性を同定することのできる積分系プロセス動特性自動同定装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and it is possible to search for data that approximates a step response test from past operation data of a process, and to identify the dynamic characteristics of the process. An object is to provide an automatic characteristic identification apparatus.

上記の目的を達成するため、本発明に係る積分系プロセス動特性自動同定装置は以下のように構成される。   In order to achieve the above object, an integrated system process dynamic characteristic automatic identification device according to the present invention is configured as follows.

本発明に係る積分系プロセス動特性自動同定装置は、積分要素を含む伝達関数で表わされるプロセスの動特性を同定するように構成される。   An integrated system process dynamic characteristic automatic identification device according to the present invention is configured to identify a dynamic characteristic of a process represented by a transfer function including an integral element.

本発明に係る積分系プロセス動特性自動同定装置は、ステップ入力判定手段、ステップ応答取得手段、動特性自動計算手段を備える。   An integrated system process dynamic characteristic automatic identification apparatus according to the present invention includes a step input determination means, a step response acquisition means, and a dynamic characteristic automatic calculation means.

ステップ入力判定手段は、プロセスの過去の入出力実データから抽出された一部期間のデータのうち、所定間隔の時刻と入力値との関係を定めた入力実データから、時刻毎の入力値の変化量ΔMVを算出する。さらに、ステップ入力判定手段は、最大入力変化量ΔMVmaxが得られた時刻Mtの直前の所定時刻範囲および直後の所定時刻範囲における入力値の変化幅が、最大入力変化量ΔMVmaxよりも小さい許容変化幅以下である場合に、入力実データをステップ入力と判定する。   The step input determination means is configured to calculate the input value for each time from the input actual data that defines the relationship between the time at the predetermined interval and the input value out of the partial period data extracted from the past input / output actual data of the process. A change amount ΔMV is calculated. Further, the step input determination means has an allowable change width in which the change width of the input value in the predetermined time range immediately before and after the time Mt at which the maximum input change amount ΔMVmax is obtained is smaller than the maximum input change amount ΔMVmax. In the case of the following, the actual input data is determined as the step input.

好ましくは、ステップ入力判定手段において前記入力実データがステップ入力と判定されない場合に、過去の入出力実データから上述の一部期間のデータとは異なる一部期間のデータを抽出し、再度ステップ入力判定手段を実行する。   Preferably, when the input actual data is not determined to be step input by the step input determining means, data of a partial period different from the above-described partial period data is extracted from past input / output actual data, and step input is performed again. The determination unit is executed.

好ましくは、上述の許容変化幅は、入力実データにおける最大の入力値の20%から40%までの間の所定幅に設定される。   Preferably, the above-described allowable change width is set to a predetermined width between 20% and 40% of the maximum input value in the input actual data.

ステップ応答取得手段は、入力実データがステップ入力と判定される場合に、一部期間のデータのうち所定間隔の時刻と出力値との関係を定めた出力実データから、時刻毎の出力値の変化量ΔPVを算出する。さらに、ステップ応答取得手段は、最大出力変化量ΔPVmaxが得られた時刻の直前および直後の期間であって変化量ΔPVが最大出力変化量ΔPVmaxよりも小さい基準量以上である過渡期間Δtと、過渡期間Δtの間に変化した期間出力変化量ΔPV(V)とを取得する。   The step response obtaining means obtains the output value for each time from the output actual data that defines the relationship between the time at the predetermined interval and the output value among the data of the partial period when the input actual data is determined as the step input. A change amount ΔPV is calculated. Further, the step response acquisition means includes a transient period Δt that is a period immediately before and immediately after the time when the maximum output change amount ΔPVmax is obtained and in which the change amount ΔPV is equal to or greater than a reference amount smaller than the maximum output change amount ΔPVmax, A period output change amount ΔPV (V) that has changed during the period Δt is acquired.

好ましくは、上述の基準量は、最大出力変化量ΔPVmaxの4分の1以上から半分以下までの間の所定量に設定される。   Preferably, the above-described reference amount is set to a predetermined amount between one-quarter or more and half or less of the maximum output change amount ΔPVmax.

動特性自動計算手段は、最大入力変化量ΔMVmax、期間出力変化量ΔPV(V)、過渡期間Δt、過渡期間Δtの開始時刻Pt、時刻Mtに基づいて、伝達関数のパラメータを算出する。   The dynamic characteristic automatic calculation means calculates transfer function parameters based on the maximum input change amount ΔMVmax, the period output change amount ΔPV (V), the transient period Δt, the start time Pt of the transient period Δt, and the time Mt.

好ましくは、伝達関数は、パラメータとしてゲインK、無駄時間L、積分時間Tを含む以下の伝達関数G(s)で表わされ、ここで、ゲインKはK=ΔPV(V)/ΔMVmax、無駄時間LはL=Pt−Mt、積分時間TはT=ΔPV(V)/Δtである。   Preferably, the transfer function is represented by the following transfer function G (s) including gain K, dead time L, and integration time T as parameters, where gain K is K = ΔPV (V) / ΔMVmax, wasted Time L is L = Pt−Mt, and integration time T is T = ΔPV (V) / Δt.

Figure 2016206793
Figure 2016206793

本発明に係る積分系プロセス動特性自動同定装置によれば、プロセスの過去運転データからステップ応答試験と近似する入力実データと出力実データを探し出して、プロセスの動特性を自動的に同定することができる。逐次蓄えられる過去運転データを用いてプロセスの動特性を自動的に同定できるため、ステップ応答試験の実施も不要である。   According to the integrated system process dynamic characteristic automatic identification device according to the present invention, the actual input data and the actual output data that approximate the step response test are searched from the past operation data of the process, and the dynamic characteristic of the process is automatically identified. Can do. Since the dynamic characteristics of the process can be automatically identified using past operation data stored sequentially, it is not necessary to perform a step response test.

本発明の実施の形態1に係る積分系プロセス動特性同定装置の処理フローを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the processing flow of the integral system process dynamic characteristic identification apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係るステップ信号検索フィルター3の動作の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of operation | movement of the step signal search filter 3 which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係る応答信号検索フィルター4の動作の一例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating an example of operation | movement of the response signal search filter 4 which concerns on Embodiment 1 of this invention. ステップ信号検索フィルター3と応答信号検索フィルター4に関する標準化された入出力実データの一例である。It is an example of the standardized input / output actual data regarding the step signal search filter 3 and the response signal search filter 4.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is common in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

実施の形態1.
[実施の形態1のシステム構成]
本実施の形態に係るプラントやプロセスは限定されるものではないが、一つの具体例として、プラントは火力発電所である。プロセスは火力発電所のボイラー、プロセスの入力は石炭流量、プロセスの出力は主蒸気圧力である。
Embodiment 1 FIG.
[System Configuration of Embodiment 1]
Although the plant and process which concern on this Embodiment are not limited, as one specific example, a plant is a thermal power plant. The process is a thermal power plant boiler, the process input is the coal flow rate, and the process output is the main steam pressure.

以下の説明においてプロセスの動特性は、式(1)に示す積分要素を含む伝達関数G(s)で表現される。ここで、Kはゲイン、Lは無駄時間、Tは積分時間である。   In the following description, the dynamic characteristics of the process are expressed by a transfer function G (s) including an integral element shown in Expression (1). Here, K is a gain, L is a dead time, and T is an integration time.

Figure 2016206793
Figure 2016206793

図1は、本発明の実施の形態1に係る積分系プロセス動特性同定装置の処理フローを説明するための図である。   FIG. 1 is a diagram for explaining the processing flow of the integral system process dynamic characteristic identification device according to Embodiment 1 of the present invention.

積分系プロセス動特性同定装置は、例えばROM、RAM等を含むメモリ、各種情報を入出力する入出力インタフェース、各種情報とメモリに記憶されたプログラムとに基づいて各種演算処理を実行するプロセッサを備える。図1に示すように、積分系プロセス動特性同定装置は主に6つの処理部(運転データ入力部1、データ標準化処理部2、ステップ信号検索フィルター3、応答信号検索フィルター4、動特性自動計算部5、動特性決定部6)で構成されている。メモリは、各処理部に対応するプログラムを予め記憶し、プロセッサがプログラムを読み出し、実行することで、各処理部が実現される。以下、各処理部について説明する。   The integration system process dynamic characteristic identification device includes, for example, a memory including a ROM, a RAM, an input / output interface for inputting / outputting various information, and a processor for executing various arithmetic processes based on the various information and a program stored in the memory. . As shown in FIG. 1, the integral system process dynamic characteristic identification apparatus mainly has six processing units (operation data input unit 1, data standardization processing unit 2, step signal search filter 3, response signal search filter 4, dynamic characteristic automatic calculation. Part 5 and dynamic characteristic determination part 6). The memory stores a program corresponding to each processing unit in advance, and each processing unit is realized by the processor reading and executing the program. Hereinafter, each processing unit will be described.

(運転データ入力部)
運転データ入力部1は、過去運転データをファイル入力する。過去運転データは、プロセスの過去の入出力実データであり、新たな過去運転データが逐次追加される。運転データ入力部1は、過去運転データから一部期間のデータ(入力実データ、出力実データ)を抽出する。入力実データは、過去にプロセスに入力されたデータであり、所定間隔の時刻と入力値(操作値)との関係を定めた操作データである。入力実データに対応する出力実データは、過去にプロセスから出力されたデータであり、所定間隔の時刻と出力値(応答値)との関係を定めた応答データである。ファイル形式は、一般的なCSVに限られるものではなく、DATA形式のテキストであってもよい。このファイルの保存場所は制限されず、パスが指定されればデータが自動的にロードされる。
(Operation data input part)
The operation data input unit 1 inputs past operation data as a file. The past operation data is past input / output actual data of the process, and new past operation data is sequentially added. The operation data input unit 1 extracts data (input actual data, output actual data) for a partial period from past operation data. The actual input data is data that has been input to the process in the past, and is operation data that defines the relationship between the time at a predetermined interval and the input value (operation value). The actual output data corresponding to the actual input data is data output from the process in the past, and is response data that defines the relationship between the time at a predetermined interval and the output value (response value). The file format is not limited to general CSV, and may be DATA format text. The storage location of this file is not limited, and data is automatically loaded if a path is specified.

(データ標準化処理部)
データ標準化処理部2は、入力実データ(操作データ)と、出力実データ(応答データ)を入力する。データ標準化処理部2は、操作データと応答データを共に0〜100のレンジに標準化(正規化、無次元化)する。標準化することにより、適用対象のプロセスに依存することなく本発明に係る処理を適用することができる。
(Data standardization processing department)
The data standardization processing unit 2 inputs input actual data (operation data) and output actual data (response data). The data standardization processing unit 2 standardizes (normalizes and makes no dimension) both operation data and response data in a range of 0 to 100. By standardization, the processing according to the present invention can be applied without depending on the process to be applied.

異なる分野において、入力値(操作値)と出力値(応答値)の変化範囲はかなり差がある。例えば、動力系制御では、入力値である燃料量の操作範囲は0〜300[t/h]であり、出力値である圧力の応答範囲は0〜20[MPa]である。一方、液体濃度制御では、入力値である操作流量の操作範囲は0〜0.02[g/s]であり、出力値である濃度の応答範囲は0〜100000[mol/kg]である。   In different fields, the change ranges of input values (operation values) and output values (response values) are quite different. For example, in the power system control, the operation range of the fuel amount that is an input value is 0 to 300 [t / h], and the response range of the pressure that is an output value is 0 to 20 [MPa]. On the other hand, in the liquid concentration control, the operation range of the operation flow rate that is an input value is 0 to 0.02 [g / s], and the response range of the concentration that is an output value is 0 to 100,000 [mol / kg].

標準化処理を行うことにより、プロセスに依存することなく、ステップ信号検索フィルター3と応答信号検索フィルター4のフィルターを適用できるので、本発明の汎用性を高めることができる。   By performing the standardization process, the step signal search filter 3 and the response signal search filter 4 can be applied without depending on the process, so that the versatility of the present invention can be enhanced.

(ステップ信号検索フィルター)
ステップ信号検索フィルター3は、データ標準化処理部2において標準化された入力実データ(操作データ)から、ステップ信号と近似する操作データを探し出す機能を有する。図2は、ステップ信号検索フィルター3の動作の一例を説明するための図である。ステップ信号検索フィルター3は、微粉炭発電所での「1:50〜2:01」の時間帯における石炭流量を標準化した入力実データ(操作データ)を入力する。
(Step signal search filter)
The step signal search filter 3 has a function of searching operation data that approximates a step signal from actual input data (operation data) standardized by the data standardization processing unit 2. FIG. 2 is a diagram for explaining an example of the operation of the step signal search filter 3. The step signal search filter 3 inputs actual input data (operation data) obtained by standardizing the coal flow rate in the “1: 50-2: 01” time zone at the pulverized coal power plant.

まず、ステップ信号検索フィルター3は、操作データから、各時刻の入力値(操作値)MVの変化量ΔMVを算出する。ΔMVは、単位時間での操作値MVの差分の絶対値であり、操作変化値ΔMVとも称する(図2)。   First, the step signal search filter 3 calculates the amount of change ΔMV of the input value (operation value) MV at each time from the operation data. ΔMV is an absolute value of the difference between the operation values MV per unit time, and is also referred to as an operation change value ΔMV (FIG. 2).

次に、ステップ信号検索フィルター3は、単位時間での変化量ΔMVを降順にソートする。   Next, the step signal search filter 3 sorts the variation ΔMV in unit time in descending order.

次に、ステップ信号検索フィルター3は、最大入力変化量ΔMVmaxが得られた時刻Mtの直前の所定時刻範囲および直後の所定時刻範囲における操作データが平穏状態(平衡状態)かどうかを判定する。平穏状態の判断基準としては、ΔMVが一定回数連続して許容差以内であれば、平穏状態と判断する。   Next, the step signal search filter 3 determines whether or not the operation data in the predetermined time range immediately before and after the time Mt at which the maximum input change amount ΔMVmax is obtained is in a calm state (equilibrium state). As a criterion for determining the calm state, if ΔMV is continuously within a certain number of tolerances, the calm state is determined.

図2に示す例では、時刻Mt=1:54において最大入力変化量ΔMVmax=53.7が検出される。また、一定回数として判定定数「5」を採用し、許容される入力値の変化幅(許容差)は経験的な範囲[−15,15]を採用しており、「1:54」の直前までの時間帯「1:50〜1:53」および「1:54」以降の時間帯「1:55〜2:01」で変化量ΔMVはすべて許容差の範囲内であるため、これらの時間帯での操作データは平穏状態である。   In the example shown in FIG. 2, the maximum input change amount ΔMVmax = 53.7 is detected at time Mt = 1: 54. Further, the determination constant “5” is employed as a fixed number of times, and the allowable change range (tolerance) of the input value is an empirical range [−15, 15], just before “1:54”. Since the change amounts ΔMV are all within the allowable range in the time zone “1:50 to 1:53” and the time zone “1:55 to 2:01” after “1:54”, these times The operation data in the belt is in a calm state.

ステップ信号検索フィルター3は、平穏状態の判断基準を満たす場合に、入力実データ(操作データ)をステップ入力と判定する。   The step signal search filter 3 determines that the actual input data (operation data) is a step input when satisfying the criteria for determining a calm state.

なお、上述した判定回数や許容差は限定されるものではない。例えば、許容差を、操作データの最大の入力値の20%から40%までの間、すなわち[−10,10]や[−20,20]としてもよい。   Note that the number of determinations and the tolerance described above are not limited. For example, the tolerance may be between 20% and 40% of the maximum input value of the operation data, that is, [−10, 10] or [−20, 20].

なお、入力実データ(操作データ)がステップ入力と判定されない場合には、再度、運転データ入力部1において、過去運転データから異なる一部期間のデータを抽出する。これにより、過去運転データからステップ信号と近似する操作データを探し出すことができる。例えば、図2の次の時刻域(2:02以降の時刻域)における一部期間のデータを抽出し、データ標準化処理部2、ステップ信号検索フィルター3の処理を再実行する。   If the input actual data (operation data) is not determined to be step input, the operation data input unit 1 again extracts data for a different partial period from the past operation data. Thereby, operation data that approximates the step signal can be found from the past operation data. For example, data of a partial period in the next time range (time range after 2:02) in FIG.

(応答信号検索フィルター)
応答信号検索フィルター4は、ステップ信号検索フィルター3においてステップ入力と判定された入力実データ(操作データ)に応答する出力実データ(応答データ)を探し出す機能である。図3は、応答信号検索フィルター4の動作の一例を説明するための図である。
(Response signal search filter)
The response signal search filter 4 has a function of searching for output actual data (response data) that responds to the input actual data (operation data) determined as step input by the step signal search filter 3. FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the operation of the response signal search filter 4.

ステップ信号検索フィルター3によって探し出されたステップ入力に近似する操作データから、ステップ変化の時刻Mtが検出されている。応答信号検索フィルター4の処理対象は、時刻Mtからステップ応答の最後までの応答データである。   The step change time Mt is detected from the operation data approximate to the step input found by the step signal search filter 3. The processing target of the response signal search filter 4 is response data from the time Mt to the end of the step response.

まず、応答信号検索フィルター4は、応答データから、時刻Mt以降の各時刻の出力値(応答値)PVの変化量ΔPVを算出する。ΔPVは、単位時間での応答値PVの差分の絶対値であり、応答変化値ΔPVとも称する(図3)。応答信号検索フィルター4は、最大出力変化量ΔPVmaxを抽出する。   First, the response signal search filter 4 calculates the change amount ΔPV of the output value (response value) PV at each time after the time Mt from the response data. ΔPV is an absolute value of the difference between the response values PV per unit time, and is also referred to as a response change value ΔPV (FIG. 3). The response signal search filter 4 extracts the maximum output change amount ΔPVmax.

次に、応答信号検索フィルター4は、最大出力変化量ΔPVmaxが得られた時刻の直前および直後の期間における変化量ΔPVの状態が急激変化状態か平穏状態であるかを判定する。応答信号検索フィルター4は、最大出力変化量ΔPVmaxが得られた時刻の直前および直後の期間における変化量ΔPVが最大出力変化量ΔPVmaxよりも小さい基準量以上である過渡期間Δtを急激変化状態と判定する。また、基準量未満である期間を平穏状態と判定する。   Next, the response signal search filter 4 determines whether the state of the change amount ΔPV in the period immediately before and after the time when the maximum output change amount ΔPVmax is obtained is a rapid change state or a calm state. The response signal search filter 4 determines that the transient period Δt in which the change amount ΔPV in the period immediately before and after the time when the maximum output change amount ΔPVmax is obtained is equal to or larger than the reference amount smaller than the maximum output change amount ΔPVmax is a sudden change state. To do. Further, a period that is less than the reference amount is determined to be a calm state.

平穏状態の判定基準は、一例として、以下のように定める。
(1)まず、上述の基準量として、平穏状態基準値PVstを算出する。ここで、PVst=1/3×ΔPVmaxとする。この数式は経験的なものである。
(2)ΔPVのデータリストの絶対値を算出し、PVstと比較する。
(3)|ΔPV|<PVstであれば、その時刻におけるΔPVの状態は、平穏状態であると判定する。
(4)|ΔPV|≧PVstであれば、その時刻におけるΔPVの状態は、急激変化状態であると判定する。
As an example, the determination criteria for the calm state are defined as follows.
(1) First, the calm state reference value PVst is calculated as the reference amount. Here, PVst = 1/3 × ΔPVmax. This formula is empirical.
(2) The absolute value of the ΔPV data list is calculated and compared with PVst.
(3) If | ΔPV | <PVst, the state of ΔPV at that time is determined to be a calm state.
(4) If | ΔPV | ≧ PVst, it is determined that the state of ΔPV at that time is a sudden change state.

応答信号検索フィルター4は、時間帯「1:57〜2:04」の応答データを出力する。この応答データから、過渡期間Δtと、過渡期間Δtの間に変化した期間出力変化量ΔPV(V)とを取得できる。   The response signal search filter 4 outputs response data in the time zone “1:57 to 2:04”. From this response data, the transition period Δt and the period output change amount ΔPV (V) that has changed during the transition period Δt can be acquired.

図3は、応答信号検索フィルター4の動作の一例を説明するための図である。図3に示すように時刻Mt=1:54であり、図3では、時刻Mt以降における主蒸気圧力のΔPVを計算する。ここで、ΔPVmax=10.8である。上述した平穏状態の判定基準の(1)より、PVst=3.6である。従って、時間帯「1:54〜1:56」および時間帯「2:05〜2:10」の応答データは平穏状態と判定される。   FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the operation of the response signal search filter 4. As shown in FIG. 3, time Mt = 1: 54. In FIG. 3, ΔPV of the main steam pressure after time Mt is calculated. Here, ΔPVmax = 10.8. PVst = 3.6 from (1) of the determination criterion of the calm state mentioned above. Accordingly, the response data in the time zone “1:54 to 1:56” and the time zone “2:05 to 2:10” are determined to be in a calm state.

なお、上述した平穏状態基準値PVstは限定されるものではない。例えば、平穏状態基準値PVstを最大出力変化量ΔPVmaxの4分の1以上から半分以下までの間の所定量であってもよい。   The above-described calm state reference value PVst is not limited. For example, the calm state reference value PVst may be a predetermined amount between a quarter or more and a half or less of the maximum output change amount ΔPVmax.

(動特性自動計算部)
動特性自動計算部5は、ステップ信号検索フィルター3および応答信号検索フィルター4の出力に基づいて、動特性(K,T,L)を自動計算する機能を有する。ステップ信号検索フィルター3および応答信号検索フィルター4により、過去運転データの一部期間のデータから、ステップ応答試験と近似するデータが抽出され、動特性自動計算部5はこのデータに基づいて動特性を自動計算する。
(Dynamic characteristics automatic calculation section)
The dynamic characteristic automatic calculation unit 5 has a function of automatically calculating dynamic characteristics (K, T, L) based on the outputs of the step signal search filter 3 and the response signal search filter 4. The step signal search filter 3 and the response signal search filter 4 extract data approximate to the step response test from the data of a part of the past driving data, and the dynamic characteristic automatic calculation unit 5 determines the dynamic characteristic based on this data. Calculate automatically.

計算の流れは以下のとおりである。
(1)無駄時間Lは、急激な操作値変化時刻Mtと応答変化開始時刻Pt(図3)に基づいて算出される。具体的には、L=Pt−Mtである。図2および図3に示す例では、Mt=1:54、Pt=1:57であり、L=3分である。
(2)ゲインKは、K=ΔPV(V)/ΔMV(V)により算出される。ここで、ΔMV(V)は、MV値データの急激変化状態の最終値と開始値との差である(ΔMVmax)。ΔPV(V)は、PV値データの急激変化状態の最終値と開始値との差である。図2および図3に示す例では、ΔPV(V)=69.4、ΔMV(V)=46.3、K=1.5である。
(3)積分時間Tは、T=ΔPV(V)/Δt、Δtは応答値データの急激変化状態の経過時間(過渡期間)である。図3の例では、急激変化状態の時間帯は「1:57〜2:04」であるため、Δt=8分、T=8.7である。
The flow of calculation is as follows.
(1) The dead time L is calculated based on the rapid operation value change time Mt and the response change start time Pt (FIG. 3). Specifically, L = Pt−Mt. In the example shown in FIGS. 2 and 3, Mt = 1: 54, Pt = 1: 57, and L = 3 minutes.
(2) The gain K is calculated by K = ΔPV (V) / ΔMV (V). Here, ΔMV (V) is the difference between the final value and the start value of the sudden change state of the MV value data (ΔMVmax). ΔPV (V) is the difference between the final value and the start value of the sudden change state of the PV value data. In the example shown in FIGS. 2 and 3, ΔPV (V) = 69.4, ΔMV (V) = 46.3, and K = 1.5.
(3) The integration time T is T = ΔPV (V) / Δt, and Δt is the elapsed time (transient period) of the sudden change state of the response value data. In the example of FIG. 3, since the time zone of the rapid change state is “1:57 to 2:04”, Δt = 8 minutes and T = 8.7.

(動特性決定部)
動特性決定部6は、動特性自動計算部5で算出した動特性(K,L,T)を出力する。出力した動特性は、式(1)に示す伝達関数のパラメータに代入される。
(Dynamic characteristic determination part)
The dynamic characteristic determination unit 6 outputs the dynamic characteristics (K, L, T) calculated by the dynamic characteristic automatic calculation unit 5. The output dynamic characteristics are substituted into the transfer function parameters shown in equation (1).

本実施の形態における積分系プロセス動特性同定装置によれば、過去運転データからステップ応答試験と近似するデータを探し出して、プロセスの動特性を随時計算することで、常にプロセスの動特性変動に追従することが可能となる。これにより、プラントの操業に影響を与えることなく、ステップ応答試験と同等の効果が得られる。また、新たに蓄積された過去運転データを用いることで、運転環境、例えば燃料の品質等のボイラー運転環境が変わっても、迅速にプロセスの動特性を把握できる。更に、IMCまたはMD−PIDのパラメータチューニングと連動すれば、より安定的な制御が可能である。適切なプロセス制御により省エネ効果も期待できる。   According to the integrated system process dynamic characteristic identification device in the present embodiment, data that approximates a step response test is searched from past operation data, and the process dynamic characteristics are calculated as needed, so that the dynamic characteristics of the process are always followed. It becomes possible to do. Thereby, the effect equivalent to a step response test is acquired, without affecting the operation of a plant. Further, by using the newly accumulated past operation data, the dynamic characteristics of the process can be quickly grasped even if the operation environment, for example, the boiler operation environment such as fuel quality changes. Furthermore, more stable control is possible by interlocking with IMC or MD-PID parameter tuning. Energy saving effect can be expected by appropriate process control.

尚、上述した実施の形態1においては、ステップ信号検索フィルター3が本発明における「ステップ入力判定手段」に、応答信号検索フィルター4が本発明における「ステップ応答取得手段」に、動特性自動計算部5が本発明における「動特性自動計算手段」に、それぞれ相当している。   In the first embodiment described above, the step signal search filter 3 is the “step input determination means” in the present invention, and the response signal search filter 4 is the “step response acquisition means” in the present invention. 5 corresponds to “dynamic characteristic automatic calculation means” in the present invention.

1 運転データ入力部
2 データ標準化処理部
3 ステップ信号検索フィルター
4 応答信号検索フィルター
5 動特性自動計算部
6 動特性決定部
K ゲイン
L 無駄時間
Mt 操作値変化時刻
MV 入力値(操作値)
Pt 応答変化開始時刻
PV 出力値(応答値)
T 積分時間
ΔMV 操作変化値
ΔPV 応答変化値
Δt 過渡期間
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Operation data input part 2 Data standardization process part 3 Step signal search filter 4 Response signal search filter 5 Dynamic characteristic automatic calculation part 6 Dynamic characteristic determination part K Gain L Dead time Mt Operation value change time MV Input value (operation value)
Pt Response change start time PV output value (response value)
T integration time ΔMV operation change value ΔPV response change value Δt transient period

Claims (5)

積分要素を含む伝達関数で表わされるプロセスの動特性を同定する積分系プロセス動特性自動同定装置であって、
前記プロセスの過去の入出力実データから抽出された一部期間のデータのうち、所定間隔の時刻と入力値との関係を定めた入力実データから、時刻毎の入力値の変化量ΔMVを算出し、最大入力変化量ΔMVmaxが得られた時刻Mtの直前の所定時刻範囲および直後の所定時刻範囲における入力値の変化幅が、前記最大入力変化量ΔMVmaxよりも小さい許容変化幅以下である場合に、前記入力実データをステップ入力と判定するステップ入力判定手段と、
前記入力実データがステップ入力と判定される場合に、前記一部期間のデータのうち前記所定間隔の時刻と出力値との関係を定めた出力実データから、時刻毎の出力値の変化量ΔPVを算出し、最大出力変化量ΔPVmaxが得られた時刻の直前および直後の期間であって変化量ΔPVが前記最大出力変化量ΔPVmaxよりも小さい基準量以上である過渡期間Δtと、前記過渡期間Δtの間に変化した期間出力変化量ΔPV(V)とを取得するステップ応答取得手段と、
前記最大入力変化量ΔMVmax、前記期間出力変化量ΔPV(V)、前記過渡期間Δt、前記過渡期間Δtの開始時刻Pt、前記時刻Mtに基づいて、前記伝達関数のパラメータを算出する動特性自動計算手段と、
を備えることを特徴とする積分系プロセス動特性自動同定装置。
An integral system process dynamic characteristic automatic identification device for identifying a dynamic characteristic of a process represented by a transfer function including an integral element,
Of the partial period data extracted from the past input / output actual data of the process, the input value change amount ΔMV for each time is calculated from the input actual data defining the relationship between the time at the predetermined interval and the input value. When the change range of the input value in the predetermined time range immediately before and after the time Mt at which the maximum input change amount ΔMVmax is obtained is equal to or smaller than the allowable change width smaller than the maximum input change amount ΔMVmax. Step input determination means for determining the input actual data as step input;
When the input actual data is determined to be a step input, from the output actual data that defines the relationship between the time at the predetermined interval and the output value among the data of the partial period, the change amount ΔPV of the output value for each time A transition period Δt that is a period immediately before and immediately after the time when the maximum output change amount ΔPVmax is obtained, and in which the change amount ΔPV is equal to or greater than a reference amount smaller than the maximum output change amount ΔPVmax, and the transient period Δt Step response acquisition means for acquiring a period output change amount ΔPV (V) changed during
Automatic dynamic characteristic calculation for calculating parameters of the transfer function based on the maximum input change amount ΔMVmax, the period output change amount ΔPV (V), the transient period Δt, the start time Pt of the transient period Δt, and the time Mt. Means,
An apparatus for automatically identifying the process dynamic characteristics of an integral system, comprising:
前記伝達関数は、パラメータとしてゲインK、無駄時間L、積分時間Tを含む以下の伝達関数G(s)で表わされ、ここで、前記ゲインKはK=ΔPV(V)/ΔMVmax、前記無駄時間LはL=Pt−Mt、前記積分時間TはT=ΔPV(V)/Δtであることを特徴とする請求項1に記載の積分系プロセス動特性自動同定装置。
Figure 2016206793
The transfer function is represented by the following transfer function G (s) including a gain K, a dead time L, and an integration time T as parameters, where the gain K is K = ΔPV (V) / ΔMVmax, 2. The integrated system process dynamic characteristic automatic identification device according to claim 1, wherein the time L is L = Pt−Mt, and the integration time T is T = ΔPV (V) / Δt.
Figure 2016206793
前記ステップ入力判定手段において前記入力実データがステップ入力と判定されない場合に、前記過去の入出力実データから前記一部期間のデータとは異なる一部期間のデータを抽出し、再度前記ステップ入力判定手段を実行する手段、
を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の積分系プロセス動特性自動同定装置。
If the input actual data is not determined to be step input by the step input determination means, data of a partial period different from the partial period data is extracted from the past input / output actual data, and the step input determination is performed again. Means for performing the means,
The integrated system process dynamic characteristic automatic identification device according to claim 1 or 2, further comprising:
前記許容変化幅は、前記入力実データにおける最大の入力値の20%から40%までの間の所定幅であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の積分系プロセス動特性自動同定装置。   4. The integration system process according to claim 1, wherein the allowable change width is a predetermined width between 20% and 40% of a maximum input value in the input actual data. 5. Dynamic characteristic automatic identification device. 前記基準量は、前記最大出力変化量ΔPVmaxの4分の1以上から半分以下までの間の所定量であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の積分系プロセス動特性自動同定装置。   5. The integral system process operation according to claim 1, wherein the reference amount is a predetermined amount between a quarter and a half of the maximum output change amount ΔPVmax. Automatic characteristic identification device.
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JP2006236226A (en) * 2005-02-28 2006-09-07 Toshiba Corp Plant operation control device

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