JP2568284B2 - 空気液化分離装置の自動運転方法 - Google Patents
空気液化分離装置の自動運転方法Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04406—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
- F25J3/04412—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
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- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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- F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
- F25J3/04769—Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
- F25J3/04848—Control strategy, e.g. advanced process control or dynamic modeling
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、製鉄所内において使用される製品酸素
（O2），製品窒素（N2），廃窒素，アルゴン（Ar）等を
生成する空気分離液化装置（以下、酸素プラントともい
う）において、プラントの状況、つまり酸素純度，窒素
純度，現在の発生量等に応じ、オペレータ入力された目
標発生量を得るように自動的に増減操作する空気分離液
化装置の運転方法に関する。
（O2），製品窒素（N2），廃窒素，アルゴン（Ar）等を
生成する空気分離液化装置（以下、酸素プラントともい
う）において、プラントの状況、つまり酸素純度，窒素
純度，現在の発生量等に応じ、オペレータ入力された目
標発生量を得るように自動的に増減操作する空気分離液
化装置の運転方法に関する。
第５図は酸素プラントの概略を示すブロック図であ
る。
る。
すなわち、原料となる空気は空気濾過器を経て空気圧
縮機で約5kg/cm2に圧縮加工された後，水洗冷却塔で冷
却洗浄される。次に熱交換器に入り製品酸素，製品窒素
および廃窒素と熱交換して約−170℃近くまで冷却さ
れ、精溜塔下塔に導かれる。下塔に導入された空気は予
備精溜され、下塔の頂部で窒素分に富んだ窒素ガスを得
るとともに下塔の底部で酸素成分約40％の液体空気とな
る。なお、下塔の中間部より抽出された気体空気は熱交
換器における原料空気との熱交換に用いられる後膨張タ
ービンに入り、ここで寒冷を発生した後上塔に導かれ
る。一方、下塔の底部に溜まった液体空気、頂部および
頂部近傍に溜まった窒素分を多く含む液体窒素は各々導
管を通って上塔の中部，上部および上部近傍へ導かれ
る。さらに、上塔で精溜分離され、上塔底部より製品酸
素ガス，頂部より製品窒素ガス、中部より廃窒素ガスと
して抽出され、上述の如く熱交換器内で原料空気と熱交
換後、外部へ供給される。一方、原料アルゴンガスは上
塔中部近傍より抽出され、導管を通って粗アルゴン塔へ
供給される。
縮機で約5kg/cm2に圧縮加工された後，水洗冷却塔で冷
却洗浄される。次に熱交換器に入り製品酸素，製品窒素
および廃窒素と熱交換して約−170℃近くまで冷却さ
れ、精溜塔下塔に導かれる。下塔に導入された空気は予
備精溜され、下塔の頂部で窒素分に富んだ窒素ガスを得
るとともに下塔の底部で酸素成分約40％の液体空気とな
る。なお、下塔の中間部より抽出された気体空気は熱交
換器における原料空気との熱交換に用いられる後膨張タ
ービンに入り、ここで寒冷を発生した後上塔に導かれ
る。一方、下塔の底部に溜まった液体空気、頂部および
頂部近傍に溜まった窒素分を多く含む液体窒素は各々導
管を通って上塔の中部，上部および上部近傍へ導かれ
る。さらに、上塔で精溜分離され、上塔底部より製品酸
素ガス，頂部より製品窒素ガス、中部より廃窒素ガスと
して抽出され、上述の如く熱交換器内で原料空気と熱交
換後、外部へ供給される。一方、原料アルゴンガスは上
塔中部近傍より抽出され、導管を通って粗アルゴン塔へ
供給される。
従来、このような酸素プラントに対する発生量の増減
操作に当たっては、多くのプロセスデータをオペレータ
が判断して手動操作するのが一般的であるが、最近は計
算機を導入して自動化している例もある。
操作に当たっては、多くのプロセスデータをオペレータ
が判断して手動操作するのが一般的であるが、最近は計
算機を導入して自動化している例もある。
しかしながら、いずれの方法にも以下の如き問題があ
る。
る。
オペレータ（人間）による運転の場合 （１）人手によることから、たとえ熟練者であっても多
くの情報をもとに判断する必要があるため誤操作も生じ
易く、しかも酸素プラント自体が大きな時定数を持つた
め長時間を要する。したがって、オペレータの精神的，
肉体的負担が大きくなる。
くの情報をもとに判断する必要があるため誤操作も生じ
易く、しかも酸素プラント自体が大きな時定数を持つた
め長時間を要する。したがって、オペレータの精神的，
肉体的負担が大きくなる。
（２）誤操作により、純度等の悪化が生じた場合、酸素
プラント自体が大きな時定数を持つため純度の回復安定
に多大の時間を要し、各使用先への安定供給に支障を来
す。
プラント自体が大きな時定数を持つため純度の回復安定
に多大の時間を要し、各使用先への安定供給に支障を来
す。
（３）酸素製造量を変化させるには、熟練した手間のか
かる作業を必要とするため、使用量の変化に的確に追従
することが難しい。
かる作業を必要とするため、使用量の変化に的確に追従
することが難しい。
（４）使用先に対して供給量の不足による操業上の支障
を及ぼしてはならないという事情を考慮して、使用先で
実際に必要とする以上の製造を行ない。余剰分は未使用
のまま放散させているため、無駄が多い。
を及ぼしてはならないという事情を考慮して、使用先で
実際に必要とする以上の製造を行ない。余剰分は未使用
のまま放散させているため、無駄が多い。
（５）発生量変更に伴う純度以上を回避すべく余裕を見
込んだ操作を行なう傾向にあるため、未使用のまま放散
させるという無駄が生じる。
込んだ操作を行なう傾向にあるため、未使用のまま放散
させるという無駄が生じる。
（６）比較的経験の浅いオペレータにとっては、充分な
熟練運転を期待することが難しい。
熟練運転を期待することが難しい。
（７）たとえ、熟練したオペレータであっても、個人差
が生じる。
が生じる。
計算機による自動運転の場合 （１）酸素プラントにて得られる製品酸素のみまたはア
ルゴンのみに関する増減操作に限られ、それ以外の製品
窒素の増減を同時に逆方向の操作ができない。
ルゴンのみに関する増減操作に限られ、それ以外の製品
窒素の増減を同時に逆方向の操作ができない。
したがって、この発明の課題は、 （１）自動化による作業の標準化および省略化 （２）余剰発生時の放散等のロス防止 （３）最適運転によるコスト低減 （４）誤操作の防止 （５）オペレータの負担軽減 などを図ることにある 〔課題を解決するための手段〕 上記課題解決のため、本発明による空気液化分離装置
の自動運転方法では、空気を原料として酸素、窒素等を
製品として製造し、需要側へ供給する空気液化分離装置
において、需要側から要求される製品の製造量が不規則
に変動するにもかかわらず、それに応じて該液化分離装
置を自動運転するに際して、 前記需要側から特定製品の製造量の不規則な増減要求
があったとき、その要求に応じることが、空気液化分離
装置の運転の現状から可能か否かを判定する増減操作可
否判定テーブルと、 前記空気液化分離装置の運転経験を基礎として、需要
側から要求される製品製造の増減量に関連して原料供給
量が適切であるか否かを前件部（if部）の変数とし、そ
れに対処する原料供給関連の操作端の選定、及び選定さ
れた操作端の操作量を後件部（then部）の変数として設
定された推論規則から成る第１の知識ベースと、 前記空気液化分離装置の運転経験を基礎として、該液
化分離装置の運転中に発生し得る製品の品質異常のデー
タを前件部（if部）の変数とし、それに対処する品質回
復のための調節操作を後件部（then部）の変数として設
定された推論規則から成る第２の知識ベースと、を設け
ることとした。
の自動運転方法では、空気を原料として酸素、窒素等を
製品として製造し、需要側へ供給する空気液化分離装置
において、需要側から要求される製品の製造量が不規則
に変動するにもかかわらず、それに応じて該液化分離装
置を自動運転するに際して、 前記需要側から特定製品の製造量の不規則な増減要求
があったとき、その要求に応じることが、空気液化分離
装置の運転の現状から可能か否かを判定する増減操作可
否判定テーブルと、 前記空気液化分離装置の運転経験を基礎として、需要
側から要求される製品製造の増減量に関連して原料供給
量が適切であるか否かを前件部（if部）の変数とし、そ
れに対処する原料供給関連の操作端の選定、及び選定さ
れた操作端の操作量を後件部（then部）の変数として設
定された推論規則から成る第１の知識ベースと、 前記空気液化分離装置の運転経験を基礎として、該液
化分離装置の運転中に発生し得る製品の品質異常のデー
タを前件部（if部）の変数とし、それに対処する品質回
復のための調節操作を後件部（then部）の変数として設
定された推論規則から成る第２の知識ベースと、を設け
ることとした。
〔作用〕 そして前記増減操作可否判定テーブルにおいて増減操
作可と判定されたとき、次に前記第１の知識ベースを参
照することにより、要求された増減量に関連して原料供
給量が適切であるか否かに対応した最適な操作端及びそ
の操作量を判定して実行し、空気液化分離装置の操作中
に製品の品質異常が検出されたときは、その品質異常を
示すデータから、前記第２の知識ベースを参照すること
により、その品質異常を回復させるための調節操作を判
定して実行する。
作可と判定されたとき、次に前記第１の知識ベースを参
照することにより、要求された増減量に関連して原料供
給量が適切であるか否かに対応した最適な操作端及びそ
の操作量を判定して実行し、空気液化分離装置の操作中
に製品の品質異常が検出されたときは、その品質異常を
示すデータから、前記第２の知識ベースを参照すること
により、その品質異常を回復させるための調節操作を判
定して実行する。
第１図はこの発明の実施例を示すブロック図、第２図
は増減操作可否判定テーブルを示す構成図、第３図は製
品酸素発生量の変更を伴う原料空気量を説明するための
グラフ、第４図は原料空気量の変更に見合う還流液調節
弁の弁開度を説明するためのグラフである。
は増減操作可否判定テーブルを示す構成図、第３図は製
品酸素発生量の変更を伴う原料空気量を説明するための
グラフ、第４図は原料空気量の変更に見合う還流液調節
弁の弁開度を説明するためのグラフである。
第１図において、１は計算機システム、２は計測制御
装置、３は酸素プラント、４はCRT、５はプリンタであ
る。すなわち、計測制御装置２を介して制御される酸素
プラント３の運転を行なう計算機システム１はマン・マ
シンインタフェース11,増減操作可否判定テーブル12,定
数ファイル13,エキスパートシステム14,入力処理部15お
よび制御出力部16等より構成され、さらにエキスパート
システムは推論機構と、酸素プラントの運転のノウハウ
や手順を「〜の時に〜をする」という「ifデータの状態
then操作」のルール形式と「ifデータの状態」や「then
操作」の具体的な内容は比較論理式や四則演算などの数
式で表現した知識ベースとから構成されている。つま
り、推論機構により得られらた値、すなわち「ifデータ
の状態」が一致するルールを知識ベースから検索し、
「then操作」に定義された最適な操作端、および操作量
は計測制御装置に伝送されるのと同時に、推論を実施す
る毎に推論によって得られた値および操作量がオペレー
タに通知されるとともに、帳票に印字される 増減操作に関わるエキスパートシステム14は、オペレ
ータが運用監視画面４から製品酸素，製品窒素，粗アル
ゴンの発生量をいずれか１つ、または複数同時に発生量
指示値を入力することによって起動され、現在の流量
（原料空気量，製品酸素量，製品窒素量，粗アルゴン
量）や純度（製品酸素純度，製品窒素純度，粗アルゴン
中酸素濃度），上塔底部の液体酸素液位（レベル），下
塔から上塔への液体窒素（還流液）流量を調節する弁の
弁開度などのプロセスデータと、上記のように「ifデー
タの状態then操作」のルール形式で表現された知識ベー
スにおいて、「ifデータの状態」が一致するルールを知
識ベースから検索し、「then操作」に定義された操作端
や操作量を設定変更しながら増減操作を行なう。その概
略手順は以下のとおりである。
装置、３は酸素プラント、４はCRT、５はプリンタであ
る。すなわち、計測制御装置２を介して制御される酸素
プラント３の運転を行なう計算機システム１はマン・マ
シンインタフェース11,増減操作可否判定テーブル12,定
数ファイル13,エキスパートシステム14,入力処理部15お
よび制御出力部16等より構成され、さらにエキスパート
システムは推論機構と、酸素プラントの運転のノウハウ
や手順を「〜の時に〜をする」という「ifデータの状態
then操作」のルール形式と「ifデータの状態」や「then
操作」の具体的な内容は比較論理式や四則演算などの数
式で表現した知識ベースとから構成されている。つま
り、推論機構により得られらた値、すなわち「ifデータ
の状態」が一致するルールを知識ベースから検索し、
「then操作」に定義された最適な操作端、および操作量
は計測制御装置に伝送されるのと同時に、推論を実施す
る毎に推論によって得られた値および操作量がオペレー
タに通知されるとともに、帳票に印字される 増減操作に関わるエキスパートシステム14は、オペレ
ータが運用監視画面４から製品酸素，製品窒素，粗アル
ゴンの発生量をいずれか１つ、または複数同時に発生量
指示値を入力することによって起動され、現在の流量
（原料空気量，製品酸素量，製品窒素量，粗アルゴン
量）や純度（製品酸素純度，製品窒素純度，粗アルゴン
中酸素濃度），上塔底部の液体酸素液位（レベル），下
塔から上塔への液体窒素（還流液）流量を調節する弁の
弁開度などのプロセスデータと、上記のように「ifデー
タの状態then操作」のルール形式で表現された知識ベー
スにおいて、「ifデータの状態」が一致するルールを知
識ベースから検索し、「then操作」に定義された操作端
や操作量を設定変更しながら増減操作を行なう。その概
略手順は以下のとおりである。
オペレータが運用監視画面４を用いて製品酸素，製品
窒素，粗アルゴンの発生量設定値いずれか１つ（他は現
状発生量維持）、あるいは複数同時に入力する。
窒素，粗アルゴンの発生量設定値いずれか１つ（他は現
状発生量維持）、あるいは複数同時に入力する。
この入力された値に誤り（定常運転時の発生量上下限
値の範囲を越えている）があるか否かを判定し、設定値
に誤りがあればその旨をオペレータに通知し、再入力を
促す。設定値に誤りが無ければ現在の製品酸素，製品窒
素，粗アルゴンの発生量と比較して新たに入力された設
定値の方が大きければ増量操作、設定値の方が小さけれ
ば減量操作の如く各操作項目（操作パターン）を自動的
に判定し、次に進む。
値の範囲を越えている）があるか否かを判定し、設定値
に誤りがあればその旨をオペレータに通知し、再入力を
促す。設定値に誤りが無ければ現在の製品酸素，製品窒
素，粗アルゴンの発生量と比較して新たに入力された設
定値の方が大きければ増量操作、設定値の方が小さけれ
ば減量操作の如く各操作項目（操作パターン）を自動的
に判定し、次に進む。
現在のプラント状況（製品酸素純度，製品窒素純度，
粗アルゴン中酸素濃度，液体酸素レベルが良化傾向か悪
化傾向か安定領域なのか）に対して、指定操作（操作項
目）が可能か否かを第２図に示す如き増減操作可否判定
テーブル12を用いて判定する。例えば、酸素増量単独操
作（現在の製品酸素発生量のみを増量し、他の製品窒素
発生量や粗アルゴン発生量は現状維持とする操作）の場
合、製品酸素純度が安定（製品品質として管理されてい
る純度内で時間的な推移の中でも傾向の変化が見られず
安定な状態）あるいは良化傾向（製品品質として管理さ
れている純度内で時間的な推移の中で、製品酸素中の酸
素濃度が高くなる。つまり、100％方向へ濃度が良くな
っていく状態）であれば、第２図の増減操作可否判定テ
ーブルに照合して、「O2純度（％）の良化」と「O2増
量」が交差する欄の判定は「可」であるため、現在の製
品酸素純度に関しては、酸素増量単独操作は可能と判定
される。さらに、製品窒素純度，粗アルゴン中酸素濃
度，液体酸素レベルについても第２図の増減操作可否判
定テーブルに照合して同様の判定を行い、全ての条件で
満足（可）となれば、その操作、この場合、酸素増量単
独操作を受け付ける。
粗アルゴン中酸素濃度，液体酸素レベルが良化傾向か悪
化傾向か安定領域なのか）に対して、指定操作（操作項
目）が可能か否かを第２図に示す如き増減操作可否判定
テーブル12を用いて判定する。例えば、酸素増量単独操
作（現在の製品酸素発生量のみを増量し、他の製品窒素
発生量や粗アルゴン発生量は現状維持とする操作）の場
合、製品酸素純度が安定（製品品質として管理されてい
る純度内で時間的な推移の中でも傾向の変化が見られず
安定な状態）あるいは良化傾向（製品品質として管理さ
れている純度内で時間的な推移の中で、製品酸素中の酸
素濃度が高くなる。つまり、100％方向へ濃度が良くな
っていく状態）であれば、第２図の増減操作可否判定テ
ーブルに照合して、「O2純度（％）の良化」と「O2増
量」が交差する欄の判定は「可」であるため、現在の製
品酸素純度に関しては、酸素増量単独操作は可能と判定
される。さらに、製品窒素純度，粗アルゴン中酸素濃
度，液体酸素レベルについても第２図の増減操作可否判
定テーブルに照合して同様の判定を行い、全ての条件で
満足（可）となれば、その操作、この場合、酸素増量単
独操作を受け付ける。
判定の結果、第２図の増減操作可否判定テーブルの
（否）１つでも照合されたら、指定操作が現在のプラン
ト状況で実行不可（否）と判定し、その旨をオペレータ
に通知するとともに、指定操作の取り消しを行う。一
方、第２図の増減操作可否判定テーブルの「否」が１つ
も照合されず、全てが「可」であり、指定操作が可能
（可）と判定されたら次へ進む。また、この増減操作可
否判定テーブル12は運用監視画面４を切り換えることに
よって、同一のCRT上から対話形式にてその内容を変更
することができる。
（否）１つでも照合されたら、指定操作が現在のプラン
ト状況で実行不可（否）と判定し、その旨をオペレータ
に通知するとともに、指定操作の取り消しを行う。一
方、第２図の増減操作可否判定テーブルの「否」が１つ
も照合されず、全てが「可」であり、指定操作が可能
（可）と判定されたら次へ進む。また、この増減操作可
否判定テーブル12は運用監視画面４を切り換えることに
よって、同一のCRT上から対話形式にてその内容を変更
することができる。
製品発生量の1step量（１回の操作で設定変更する単
位操作量）の変更に見合う原料空気量であるか否かを判
定する。すなわち、現在の原料空気量（Air量）を製品
発生量を1step量の変更を見合う原料空気量（必要Air）
であるか否かを後述のルール１やルール２などを「ifデ
ータの状態」を利用して判定する。もし、ルール２の
「if Air量は必要Air量でない」が照合一致されたら、
その場合は、ルール２の「then Air量を1step増量す
る」に従って、それに見合う原料空気量にする。つま
り、ルール２の「then Air量を1step増量する」では、
例えば現在の原料空気量に原料空気量の変化分（＝ΔO2
・Ｃ）を加算した値を製品酸素発生量の1step変更に見
合う原料空気量として、制御出力部を介して計測制御装
置に渡される。一方、ルール１の「if Air量は必要なAi
r量である」が照合一致されたら、その場合は、ルール
１の「then Air量は現状維持とする」に従って、原料空
気量は現状維持とする。この場合の知識ベースの例は以
下のようになる。
位操作量）の変更に見合う原料空気量であるか否かを判
定する。すなわち、現在の原料空気量（Air量）を製品
発生量を1step量の変更を見合う原料空気量（必要Air）
であるか否かを後述のルール１やルール２などを「ifデ
ータの状態」を利用して判定する。もし、ルール２の
「if Air量は必要Air量でない」が照合一致されたら、
その場合は、ルール２の「then Air量を1step増量す
る」に従って、それに見合う原料空気量にする。つま
り、ルール２の「then Air量を1step増量する」では、
例えば現在の原料空気量に原料空気量の変化分（＝ΔO2
・Ｃ）を加算した値を製品酸素発生量の1step変更に見
合う原料空気量として、制御出力部を介して計測制御装
置に渡される。一方、ルール１の「if Air量は必要なAi
r量である」が照合一致されたら、その場合は、ルール
１の「then Air量は現状維持とする」に従って、原料空
気量は現状維持とする。この場合の知識ベースの例は以
下のようになる。
ルール1:Air量は現状維持と判定するルール IF Air量は必要Air量である THEN Air量は現状維持とする ルール2:Air量は1step増量と判定するルール IF Air量は必要Air量でない THEN Air量を1step増量する なお、ルール１の「if Air量は必要なAir量であ
る」、及びルール２の「if Air量は必要なAir量でな
い」などを判断するための判定式、例えば製品酸素発生
量の1step変更に見合う原料空気量は次のような数式に
て算出するものとする。例えばルール１の「if Air量は
必要なAir量である」は、次式にて算出FAir′の値と現
在の原料空気量とを比較して、原料空気量の方が大きけ
れば成立し真となる。一方、ルール２の「if Air量は必
要なAir量でない」は、FAir′の値と現在の原料空気量
とを比較して、FAir′の値の方が大きければ成立し真と
なる。また、この数式を用いるか否かはルール作成時に
任意に設定変更することができる。
る」、及びルール２の「if Air量は必要なAir量でな
い」などを判断するための判定式、例えば製品酸素発生
量の1step変更に見合う原料空気量は次のような数式に
て算出するものとする。例えばルール１の「if Air量は
必要なAir量である」は、次式にて算出FAir′の値と現
在の原料空気量とを比較して、原料空気量の方が大きけ
れば成立し真となる。一方、ルール２の「if Air量は必
要なAir量でない」は、FAir′の値と現在の原料空気量
とを比較して、FAir′の値の方が大きければ成立し真と
なる。また、この数式を用いるか否かはルール作成時に
任意に設定変更することができる。
FAir′＝FAir＋Ｃ・ΔO2 FAir′：製品酸素発生量の1step変更に見合う原料空気
量（絶対値） FAir ：現在の製品酸素発生量に見合った理論的原料空
気量 （Air/O2比） ΔO2 ：製品酸素発生量の1step変更量 Ｃ ：定数 ΔAir:Air量変化分（＝Ｃ・ΔO2） 以上の関係をグラフにて示すと、第３図のようにな
る。そして、これらの数式も知識ベース中に格納されて
おり、このΔO2,Cなどは運用監視画面４を切り換えるこ
とによって、同一のCRT上から対話形式にてその内容を
変更することができる。
量（絶対値） FAir ：現在の製品酸素発生量に見合った理論的原料空
気量 （Air/O2比） ΔO2 ：製品酸素発生量の1step変更量 Ｃ ：定数 ΔAir:Air量変化分（＝Ｃ・ΔO2） 以上の関係をグラフにて示すと、第３図のようにな
る。そして、これらの数式も知識ベース中に格納されて
おり、このΔO2,Cなどは運用監視画面４を切り換えるこ
とによって、同一のCRT上から対話形式にてその内容を
変更することができる。
同時に、原料空気量の変更に見合った還流液調節弁の
弁開度を算出する。すなわち、第４図の如き製品酸素発
生量（O2量）の範囲と、そのときの原料空気量（Air
量），製品酸素発生量（O2量），製品窒素発生量（N
2量）と定数K11〜K13,K21〜k23,k31〜K33とから次式よ
り弁開度を算出する。なお、この数式を用いるか否かも
ルール作成時に任意に設定変更することができる。ま
た、K11〜K13は同図の範囲（Ｉ）,K21〜K23は範囲（I
I）,K31〜K33は範囲（III）における各量の定数を示
す。
弁開度を算出する。すなわち、第４図の如き製品酸素発
生量（O2量）の範囲と、そのときの原料空気量（Air
量），製品酸素発生量（O2量），製品窒素発生量（N
2量）と定数K11〜K13,K21〜k23,k31〜K33とから次式よ
り弁開度を算出する。なお、この数式を用いるか否かも
ルール作成時に任意に設定変更することができる。ま
た、K11〜K13は同図の範囲（Ｉ）,K21〜K23は範囲（I
I）,K31〜K33は範囲（III）における各量の定数を示
す。
弁開度＝K11＊Air量＋K12＊O2量＋K13＊N2量＋定数 弁開度＝K21＊Air量＋K22＊O2量＋K23＊N2量＋定数 弁開度＝K31＊Air量＋K32＊O2量＋K33＊N2量＋定数 なお、これらの数式も知識ベース中に格納されてお
り、定数K11〜K13,K21〜K23,K31〜K33などは運用監視画
面４を切り換えることによって、同一のCRT上から対話
形式にてその内容を変更することができる。
り、定数K11〜K13,K21〜K23,K31〜K33などは運用監視画
面４を切り換えることによって、同一のCRT上から対話
形式にてその内容を変更することができる。
同時に、製品量を1step量だけ変更する。例えば、製
品酸素発生量の場合であれば、「then O2量を1step増量
する」では、現在の製品酸素発生量に製品酸素発生量の
1step変更量（ΔO2）を加算した値を新しい製品酸素発
生量として、制御出力部を介して計測制御装置に渡され
る。この操作も前述のようなルールと数式によって記述
されている。
品酸素発生量の場合であれば、「then O2量を1step増量
する」では、現在の製品酸素発生量に製品酸素発生量の
1step変更量（ΔO2）を加算した値を新しい製品酸素発
生量として、制御出力部を介して計測制御装置に渡され
る。この操作も前述のようなルールと数式によって記述
されている。
目標の発生量指示値になると処理を完了し、その旨を
オペレータに通知する。目標値になっていなければＮ分
間待機し、上記〜の操作を行なう。なお、待機時間
（Ｎ分間）も運用監視画面４を切り換えることによっ
て、同一のCRT上から対話形式にてその内容変更が可能
である。
オペレータに通知する。目標値になっていなければＮ分
間待機し、上記〜の操作を行なう。なお、待機時間
（Ｎ分間）も運用監視画面４を切り換えることによっ
て、同一のCRT上から対話形式にてその内容変更が可能
である。
一方、調整操作に関わるエキスパートシステム14は、
プラント状況を常時監視するプログラムにより、純度異
常（製品品質として管理されている純度の管理領域をは
ずれる）が検知されたら、まず、増減操作中であれば、
第２図に示す如き増減操作可否判定テーブルを用いて判
定する。例えば、酸素増量単独操作（現在の製品酸素発
生量のみを増量し、他の製品窒素発生量や粗アルゴン発
生量は現状維持とする操作）を実行中の場合、製品酸素
純度が良化（製品酸素中の酸素濃度が高くなる）傾向を
示し、製品窒素純度が良化（製品窒素中の酸素濃度ppmO
2が低くなる）傾向を示し、他の監視項目は異常なしを
示しても、第２図の増減操作可否判定テーブルに照合し
て、「O2純度（％）の良化」「O2増量」が交差する欄の
判定は「可」、「N2純度（ppmO2）の良化」と「O2増
量」が交差する欄の判定も「可」であるため、現在の製
品酸素純度や製品窒素純度の良化（良くなり過ぎる）傾
向に対しては、純度の回復操作（調整操作）を実行する
ことなく監視のみを行い、また、増減操作に関しては中
断することなく操作を継続するものと判定する。もし、
判定の結果、第２図の増減操作可否判定テーブルの
「否」が１つでも照合一致されたら、現在のブラント状
況では、増減操作を接続することは不可能と判定し、そ
の旨をオペレータに通知するとともに、増減操作の取り
消しを行い、異常の調整（回復）操作を行う。一方、増
減操作中でなければ、純度異常が検知された時点で起動
される。すなわち、増減操作中であれば第２図の増減操
作可否判定テーブルを用いて増減操作の継続を判定し、
増減操作中でなければ現在の流量（原料空気量，製品酸
素量，製品窒素量，粗アルゴン量）や純度（製品酸素純
度，製品窒素純度，粗アルゴン中酸素濃度），上塔底部
の液体酸素液位（レベル），下塔から上塔への液体窒素
（還流液）流量を調節する弁の弁開度などのプロセスデ
ータと、上記のように「ifデータの状態then操作」のル
ール形式で表現された知識ベースにおいて、「ifデータ
の状態」が一致するルールを知識ベースから検索し、
「then操作」に定義された操作端や操作量を設定変更し
ながら、以下のような調整操作を行なう 純度異常の度合により調整操作が必要か否かを判定す
る。調整操作は不必要例えば、酸素純度の品質管理上の
安定領域の下限値を若干下まわっているのだけれども、
時間的推移の中で、回復に向かっている。つまり、もう
しばらくで安定領域内に戻りそうであると判定された
ら、調整操作として何もせずに監視のみを維持し、一
方、安定領域に戻る兆候が見られず調整操作が必要と判
定されたら次へ進む。
プラント状況を常時監視するプログラムにより、純度異
常（製品品質として管理されている純度の管理領域をは
ずれる）が検知されたら、まず、増減操作中であれば、
第２図に示す如き増減操作可否判定テーブルを用いて判
定する。例えば、酸素増量単独操作（現在の製品酸素発
生量のみを増量し、他の製品窒素発生量や粗アルゴン発
生量は現状維持とする操作）を実行中の場合、製品酸素
純度が良化（製品酸素中の酸素濃度が高くなる）傾向を
示し、製品窒素純度が良化（製品窒素中の酸素濃度ppmO
2が低くなる）傾向を示し、他の監視項目は異常なしを
示しても、第２図の増減操作可否判定テーブルに照合し
て、「O2純度（％）の良化」「O2増量」が交差する欄の
判定は「可」、「N2純度（ppmO2）の良化」と「O2増
量」が交差する欄の判定も「可」であるため、現在の製
品酸素純度や製品窒素純度の良化（良くなり過ぎる）傾
向に対しては、純度の回復操作（調整操作）を実行する
ことなく監視のみを行い、また、増減操作に関しては中
断することなく操作を継続するものと判定する。もし、
判定の結果、第２図の増減操作可否判定テーブルの
「否」が１つでも照合一致されたら、現在のブラント状
況では、増減操作を接続することは不可能と判定し、そ
の旨をオペレータに通知するとともに、増減操作の取り
消しを行い、異常の調整（回復）操作を行う。一方、増
減操作中でなければ、純度異常が検知された時点で起動
される。すなわち、増減操作中であれば第２図の増減操
作可否判定テーブルを用いて増減操作の継続を判定し、
増減操作中でなければ現在の流量（原料空気量，製品酸
素量，製品窒素量，粗アルゴン量）や純度（製品酸素純
度，製品窒素純度，粗アルゴン中酸素濃度），上塔底部
の液体酸素液位（レベル），下塔から上塔への液体窒素
（還流液）流量を調節する弁の弁開度などのプロセスデ
ータと、上記のように「ifデータの状態then操作」のル
ール形式で表現された知識ベースにおいて、「ifデータ
の状態」が一致するルールを知識ベースから検索し、
「then操作」に定義された操作端や操作量を設定変更し
ながら、以下のような調整操作を行なう 純度異常の度合により調整操作が必要か否かを判定す
る。調整操作は不必要例えば、酸素純度の品質管理上の
安定領域の下限値を若干下まわっているのだけれども、
時間的推移の中で、回復に向かっている。つまり、もう
しばらくで安定領域内に戻りそうであると判定された
ら、調整操作として何もせずに監視のみを維持し、一
方、安定領域に戻る兆候が見られず調整操作が必要と判
定されたら次へ進む。
調整操作が必要と判定された場合は、異常を回復させ
るための操作を行なう。
るための操作を行なう。
この場合の知識ベースの例を以下に示す。
ルール3:O2純度上昇時の操作 IF O2純度復帰でない O2純度下降でない THEN O2量を1step増量する この例では、酸素純度が安定領域をはずれ良化傾向、
つまりO2純度上昇時には、ルール３の「if O2純度復帰
でない」（すなわち、酸素純度が安定領域に入っていな
い）という条件項目と「if O2純度下降でない」（すな
わち、現在の酸素純度が前回データ収集時の酸素純度を
下まわっていない）という条件項目が照合一致され、ル
ール３の「then O2量を1step増量する」（すなわち、現
在の酸素発生量に1step増量分ΔO2を加算した値を製品
酸素発生量として、制御出力部を介して計測制御装置に
渡される。
つまりO2純度上昇時には、ルール３の「if O2純度復帰
でない」（すなわち、酸素純度が安定領域に入っていな
い）という条件項目と「if O2純度下降でない」（すな
わち、現在の酸素純度が前回データ収集時の酸素純度を
下まわっていない）という条件項目が照合一致され、ル
ール３の「then O2量を1step増量する」（すなわち、現
在の酸素発生量に1step増量分ΔO2を加算した値を製品
酸素発生量として、制御出力部を介して計測制御装置に
渡される。
異常が回復したら処理を終了し、その旨をオペレータ
に通知する。尚、異常回復のための操作を実行した後、
その異常が回復したか否かを判定する時間Ｋ（操作後の
回復判断までのインターバル時間Ｋ）を設定してＭ分間
のエスキスパートシステム起動周期でＫ分後，の操
作，判定を行なう。
に通知する。尚、異常回復のための操作を実行した後、
その異常が回復したか否かを判定する時間Ｋ（操作後の
回復判断までのインターバル時間Ｋ）を設定してＭ分間
のエスキスパートシステム起動周期でＫ分後，の操
作，判定を行なう。
なお、インターバル時間ＫはＭよりも大きく（Ｍの倍
数）、エキスパートシステム14は異常（安定領域外）で
ある限り、起動周期Ｍにて起動される。さらに、上記待
機時間Ｎと同様にインターバル時間Ｋおよび起動周期Ｍ
も運用監視画面４を切り換えることによって、同一のCR
T上から対話形式にてその内容変更が可能である。
数）、エキスパートシステム14は異常（安定領域外）で
ある限り、起動周期Ｍにて起動される。さらに、上記待
機時間Ｎと同様にインターバル時間Ｋおよび起動周期Ｍ
も運用監視画面４を切り換えることによって、同一のCR
T上から対話形式にてその内容変更が可能である。
この発明によれば、以下のような効果を期待すること
ができる。
ができる。
（ｉ）操作（作業）が標準化されて誤操作が防止される
だけでなく、運転経験の熟練度合に左右されることな
く、製品の発生量調整（増減操作）が可能となる。
だけでなく、運転経験の熟練度合に左右されることな
く、製品の発生量調整（増減操作）が可能となる。
（ii）省力化、すなわち、従来オペレータが実施してい
た、 製品酸素純度，製品窒素純度，粗アルゴン中酸素濃度
等と、製品酸素の発生量増減可否，製品窒素の発生量増
減可否，粗アルゴン発生量増減可否等の複雑かつ高度な
判断、 これまで細心の注意を払いつつ行なってきた製品酸
素，製品窒素，粗アルゴンの同時増減操作、 などが自動化されるため、大幅な省力化が可能とな
る。
た、 製品酸素純度，製品窒素純度，粗アルゴン中酸素濃度
等と、製品酸素の発生量増減可否，製品窒素の発生量増
減可否，粗アルゴン発生量増減可否等の複雑かつ高度な
判断、 これまで細心の注意を払いつつ行なってきた製品酸
素，製品窒素，粗アルゴンの同時増減操作、 などが自動化されるため、大幅な省力化が可能とな
る。
第１図はこの発明の実施例を示すブロック図、第２図は
増減操作可否判定テーブルを示す構成図、第３図は製品
酸素発生量の変更を伴う原料空気量を説明するためのグ
ラフ、第４図は原料空気量の変更に見合う還流液調節弁
の弁開度を説明するためのグラフ、第５図は酸素プラン
トの概略を示すブロック図である。 符号説明 １……計算システム１、２……計算制御装置、３……酸
素プラント、４……CRT、５……プリンタ、11……マン
・マシンインタフェース、12……増減操作可否判定テー
ブル、13……定数ファイル、14……エキスパートシステ
ム（増減操作，調整操作）、15……入力処理部、16……
制御出力部。
増減操作可否判定テーブルを示す構成図、第３図は製品
酸素発生量の変更を伴う原料空気量を説明するためのグ
ラフ、第４図は原料空気量の変更に見合う還流液調節弁
の弁開度を説明するためのグラフ、第５図は酸素プラン
トの概略を示すブロック図である。 符号説明 １……計算システム１、２……計算制御装置、３……酸
素プラント、４……CRT、５……プリンタ、11……マン
・マシンインタフェース、12……増減操作可否判定テー
ブル、13……定数ファイル、14……エキスパートシステ
ム（増減操作，調整操作）、15……入力処理部、16……
制御出力部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田代 計利 福岡県北九州市八幡東区枝光１丁目１番 １号 新日本製鐵株式會社八幡製鐵所内 (72)発明者 安東 伸彦 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 寺崎 健 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−238977（ＪＰ，Ａ) 特公 昭57−42830（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (1)
- 【請求項１】空気を原料として酸素、窒素等を製品とし
て製造し、需要側へ供給する空気液化分離装置におい
て、需要側から要求される製品の製造量が不規則に変動
するにもかかわらず、それに応じて該液化分離装置を自
動運転するための空気液化分離装置の自動運転方法であ
って、 前記需要側から特定製品の製品量の不規則な増減要求が
あったとき、その要求に応じることが、空気液化分離装
置の運転の現状から可能か否かを判定する増減操作可否
判定テーブルと、 前記空気液化分離装置の運転経験を基礎として、需要側
から要求される製品製造の増減量に関連して原料供給量
が適切であるか否かを前件部（if部）の変数とし、それ
に対処する原料供給関連の操作端の選定、及び設定され
た操作端の操作量を後件部（then部）の変数として設定
された推論規則から成る第１の知識ベースと、 前記空気液化分離装置の運転経験を基礎として、該液化
分離装置の運転中に発生し得る製品の品質異常のデータ
を前件部（if部）の変数とし、それに対処する品質回復
のための調節操作を後件部（then部）の変数として設定
された推論規則から成る第２の知識ベースと、を設けて
おき、 前記増減操作可否判定テーブルにおいて増減操作可と判
定されたとき、次に前記第１の知識ベースを参照するこ
とにより、要求された増減量に関連して原料供給量が適
切であるか否かに対応した最適な操作端及びその操作量
を判定して実行し、 空気液化分離装置の操作中に製品の品質異常が検出され
たときは、その品質異常を示すデータから、前記第２の
知識ベースを参照することにより、その品質異常を回復
させるための調節操作を判定して実行するようにしたこ
とを特徴とする空気液化分離装置の自動運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1336236A JP2568284B2 (ja) | 1989-12-27 | 1989-12-27 | 空気液化分離装置の自動運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1336236A JP2568284B2 (ja) | 1989-12-27 | 1989-12-27 | 空気液化分離装置の自動運転方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03199881A JPH03199881A (ja) | 1991-08-30 |
| JP2568284B2 true JP2568284B2 (ja) | 1996-12-25 |
Family
ID=18297047
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1336236A Expired - Lifetime JP2568284B2 (ja) | 1989-12-27 | 1989-12-27 | 空気液化分離装置の自動運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2568284B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4699643B2 (ja) * | 2001-06-26 | 2011-06-15 | 大陽日酸株式会社 | 空気液化分離方法及び装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5563371A (en) * | 1978-11-08 | 1980-05-13 | Hitachi Ltd | Method of controlling flow of air intake for air separator |
| JPS62238977A (ja) * | 1986-04-11 | 1987-10-19 | 株式会社日立製作所 | 空気分離装置の制御方法 |
-
1989
- 1989-12-27 JP JP1336236A patent/JP2568284B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03199881A (ja) | 1991-08-30 |
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