JP3940571B2 - Automatic plant control device - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば上下水道プラントをはじめとし、鉄鋼プラント等の産業プラント、地域冷暖房プラントや各ビル毎の熱源プラント、発電プラント等の各種プラントを自動制御するプラント自動制御装置に係り、特に計算機が作成したプラントの運用計画に基づいてプラントを自動制御する場合に、需要予測誤差、機器特性劣化や事故等といった予期しない原因に起因する実績運用と運用計画との乖離を補正する機能を備えて、自動的に制御を継続して行なえるようにしたプラント自動制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば上下水道プラントをはじめとし、鉄鋼プラント等の産業プラント、地域冷暖房プラントや各ビル毎の熱源プラント、発電プラント等の各種プラントを運用する際には、運転員が過去の経験に基づいてプラントを運用するようにしている。
【０００３】
このため、運転員の経験や嗜好によって、プラントの運用効率にばらつきが発生している。
【０００４】
また、計算機が作成したプラントの運用計画に基づいてプラントを自動制御する場合であっても、需要予測誤差、機器特性劣化や事故等といった予期しない原因に起因する、実績運用と運用計画との乖離を補正する何らかの方法が必要となる。
【０００５】
すなわち、例えば上水道プラントの自動制御において、計算機が作成した運用計画に基づいてプラントを運用、制御する場合には、浄水を安定的に生産し、かつ断水させることなく安定的に需要家へ供給することが絶対命題となる。
【０００６】
また、これと同時に、プラントの運用上、運用コストや設備保守費等の点から、効率的にプラントを運用、制御することが求められる。
【０００７】
したがって、このような観点からの要望を満たすような自動制御の実現が必要となる。
【０００８】
この際、自動制御の効率を考えるには、需要予測に基づいて、必要かつ十分な浄水の生産および供給が無駄の少ない運用に直結する。
【０００９】
したがって、需要予測ができる限り正確である必要があるが、寸分のくるいもない需要予測は、いまのところ殆ど不可能に近い。
【００１０】
また、機器の経年変化や故障、設備での事故等、不慮の事態が発生した場合でも、できる限り迅速に運用計画を明確にし、できる限り自動制御できることは、安定的な浄水の供給に少なからず重要となる。
【００１１】
そこで、需要予測誤差、機器特性劣化や事故等といった予期しない原因に起因する、実績運用と運用計画との乖離が発生した場合の計算機による補正を可能とするプラント自動制御装置の実現が必要となる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、最近においては、各種プラントを自動制御する場合に、需要予測誤差、機器特性劣化や事故等といった予期しない原因に起因する実績運用と運用計画との乖離を補正できるプラント自動制御装置の実現が、強く要望されてきている。
【００１３】
本発明の目的は、計算機が作成した運用計画に基づいてプラントを自動制御する場合に、需要予測誤差、機器特性劣化や事故等といった予期しない原因に起因する実績運用と運用計画との乖離を補正して、自動的に制御を継続して行なうことが可能なプラント自動制御装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に対応する発明のプラント自動制御装置は、プラントを制御するプロセスコントローラを介して入力されるプラントの各種水位データの計測値や種々のパラメータ設定値等のデータを保存するプロセスデータ記憶手段と、天候情報や過去の実績需要値等から運転該当日の単位時間当たりの需要量を１日分予測する需要予測手段と、需要予測手段により得られた需要予測値である単位時間当たりの１日分需要量と、プロセスデータ記憶手段に保存されている水位データの計測値とに基づいて、運転該当日の単位時間当たりの機器起動停止計画をプラントの運用計画として演算し、当該演算結果をプロセスコントローラに出力する運用計画手段と、運用計画手段により得られたプラントの運用計画と、プロセスデータ記憶手段に保存されている実際の水位データの計測値とを、単位時間を等分した監視周期であらかじめ定められた不感帯の範囲またはあらかじめ定められた上下限範囲にあるか否かを監視し、次の単位時間の直前の監視時刻になっても不感帯の範囲を逸脱している場合には実際の水位データの計測値と該監視時刻における単位時間の需要予測値と送水量に基づいて、次の単位時間の開始時刻での到達水位を演算し、演算された到達水位を初期値として、前記次の単位時間以降のプラントの運用計画を再計画し、上下限範囲を逸脱している場合には、この逸脱した監視時刻における送水量を変更し、実際の水位データの計測値と該監視時刻における単位時間の需要予測量と変更した送水量に基づいて、次の単位時間の開始時刻での到達水位を演算し、演算された到達水位を初期値として、前記次の単位時間以降のプラントの運用計画を再計画する計画監視手段とを備えている。
【００１５】
従って、請求項１に対応する発明のプラント自動制御装置においては、以上のような手段を講じることにより、計算機が作成した運用計画に基づいてプラントを自動制御する場合に、需要予測誤差、機器特性劣化や事故等といった予期しない原因に起因する実績運用と運用計画との乖離を補正して、自動的に制御を継続して行なうことができる。
【００１６】
また、請求項２に対応する発明のプラント自動制御装置は、上記請求項１に対応する発明のプラント自動制御装置において、プロセスデータ記憶手段に保存されている実際の水位データの計測値があらかじめ定められた上下限範囲を逸脱している場合に、当該上下限範囲を逸脱しないように修正させるように、プラントの機器を強制的に起動停止する強制起動停止操作手段を付加している。
【００１７】
従って、請求項２に対応する発明のプラント自動制御装置においては、以上のような手段を講じることにより、プラント運用上の制約条件を考慮した運用をして、プラントの安定した運用を継続して行なうことができる。
【００１８】
さらに、請求項３に対応する発明のプラント自動制御装置は、上記請求項２に対応する発明のプラント自動制御装置において、プラントの機器の起動停止や需要量のいずれかを自由に設定した場合に、プラントのその他の状態をシミュレーションするシミュレーション手段を付加している。
【００１９】
従って、請求項３に対応する発明のプラント自動制御装置においては、以上のような手段を講じることにより、プラントの現在の運用計画を継続してよいか、または変更する必要があるかどうかを判断する、すなわち運用計画手段で演算された結果を運転員が自由にアレンジしたり、保守、点検等でプロセス量に制約が発生した場合に、施設の運用をどのように変更すべきかを、事前に検討することができる。
【００２０】
さらにまた、請求項４に対応する発明のプラント自動制御装置は、上記請求項３に対応する発明のプラント自動制御装置において、シミュレーション手段に代えて、プラントの機器の起動停止や需要量のいずれかを自由に設定した場合に、プラントのその他の状態をシミュレーションし、当該シミュレーション結果を運用計画手段からの演算結果の代わりにプロセスコントローラに出力するシミュレーション手段を備えている。
【００２１】
従って、請求項４に対応する発明のプラント自動制御装置においては、以上のような手段を講じることにより、プラントの現在の運用計画を継続してよいか、または変更する必要があるかどうかを判断する、すなわち運用計画手段で演算された結果を運転員が自由にアレンジしたり、保守、点検等でプロセス量に制約が発生した場合に、施設の運用をどのように変更すべきかを、事前に検討することができるだけでなく、その検討結果をそのまま実際の運用に用いることができることとなる。
【００３０】
一方、請求項５に対応する発明のプラント自動制御装置は、上記請求項２に対応する発明のプラント自動制御装置において、計画監視手段に代えて、プロセスデータ記憶手段に保存されている実際の水位データの計測値があらかじめ定められた上下限範囲を逸脱している場合に、強制起動停止操作手段が上下限範囲を逸脱しないように修正させるようにプラントの機器を強制的に起動停止させた後、当該日のプラント運用を最適化するようにプラントの運用計画を再計画する計画監視手段を備えている。
【００３１】
従って、請求項５に対応する発明のプラント自動制御装置においては、以上のような手段を講じることにより、プラントの運用計画が破綻したような場合、そのタイミングが終了するまでにかなり時間があるような時に、所望の性能を有するように最適なプラントの運用計画を再計画する等して、プラントの安定した運用を継続して行なうことができる。
【００３２】
また、請求項６に対応する発明のプラント自動制御装置は、上記請求項１または請求項２のいずれか１項に対応する発明のプラント自動制御装置において、運用計画手段により演算されたプラントの運用計画が、あらかじめ定められた時間内に完了しない場合、またはあらかじめ定められたプラントの状態の上下限範囲を満たさない場合に、当該あらかじめ定められたプラントの状態の上下限範囲を制約条件から除外し、プラントの運用計画の最適化演算における目的関数にプラントの状態の上下限範囲からの逸脱量に重み付けによる最適化を施して、プラントの運用計画を演算する制約緩和運用計画手段を付加している。
【００３３】
従って、請求項６に対応する発明のプラント自動制御装置においては、以上のような手段を講じることにより、プラントの運用計画を立てようとした場合に、プラント運用上の制約条件が厳しすぎてプラントの運用計画が立てられなくなるような状況を未然に回避して、プラントの安定した運用を継続して行なうことができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３５】
なお、ここでは、具体的な適用対象プラントとして、上水道プラントに適用した場合を例として述べる。
【００３６】
（第１の実施の形態：請求項１に対応）
図１は、本実施の形態による上水道プラントにおけるプラント自動制御装置の構成例を示すブロック図である。
【００３７】
図１において、上水道プラントは、河川等から原水を取水ポンプで取水し、着水井を経て、凝集・沈澱・ろ過による浄水処理を行なうため、混和池で薬品が注入される。
【００３８】
徐々に、沈澱するに十分なフロックが形成され(フロック形成池)、汚物が沈澱していく(沈澱池)。
【００３９】
上澄み水は、ろ過池でろ過され、塩素等による殺菌処理が施された後に、浄水池を経て、送水ポンプによって、配水池を経由して配水区へ配水される。
【００４０】
一方、本実施の形態によるプラント自動制御装置は、プロセスデータ記憶部１と、需要予測部２と、運用計画部３と、計画監視部４とから構成している。
【００４１】
プロセスデータ記憶部１は、対象プラントである上水道プラントを実際に制御するプロセスコントローラ５を介して入力される上水道プラントの各種プロセスデータの計測値や種々のパラメータ設定値等のデータを保存する。
【００４２】
需要予測部２は、天候情報や過去の実績需要値等から運転該当日の単位時間当たりの需要量を１日分予測する。
【００４３】
運用計画部３は、需要予測部２により得られた需要予測値である単位時間当たりの１日分需要量と、プロセスデータ記憶部１に保存されているプロセスデータの計測値とに基づいて、運転該当日の単位時間当たりの機器起動停止計画を上水道プラントの運用計画として演算し、当該演算結果をプロセスコントローラ５に出力する。
【００４４】
計画監視部４は、運用計画部３により得られた上水道プラントの運用計画と、プロセスデータ記憶部１に保存されている実際のプロセスデータの計測値とを、あらかじめ定められた監視周期であらかじめ定められた不感帯の範囲またはあらかじめ定められた上下限範囲にあるか否かを監視し、あらかじめ定められた時刻になっても不感帯の範囲または上下限範囲を逸脱している場合に、上水道プラントの運用計画を再計画する。
【００４５】
次に、以上のように構成した本実施の形態による上水道プラントにおけるプラント自動制御装置の作用について説明する。
【００４６】
図１において、上水道プラントは、河川等から原水を取水ポンプで取水し、着水井を経て、凝集・沈澱・ろ過による浄水処理を行なうため、混和池で薬品が注入される。
【００４７】
徐々に、沈澱するに十分なフロックが形成され(フロック形成池)、汚物が沈澱していく(沈澱池)。
【００４８】
上澄み水は、ろ過池でろ過され、塩素等による殺菌処理が施された後に、浄水池を経て、送水ポンプによって、配水池を経由して配水区へ配水される。
【００４９】
一方、プラント自動制御装置において、プロセスデータ記憶部１では、プロセスコントローラ５を介して入力される上水道プラントの各種プロセスデータの計測値や種々のパラメータ設定値等のデータが保存される。
【００５０】
需要予測部２では、天候情報や過去の実績需要値等から、運転該当日の単位時間当たりの需要量の１日分が予測される。
【００５１】
運用計画部３では、需要予測部２で得られた単位時間当たりの１日分需要量とプロセスの計測値とに基づいて、運転該当日の単位時間当たりの機器起動停止計画が上水道プラントの運用計画として演算される。
【００５２】
ここで、需要予測部２における需要予測の方法としては、統計的な手法や最小自乗法、ＧＭＤＨ（Ｇｒｏｕｐｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ Ｄａｔａ Ｈａｎｄｌｉｎｇ）等の各種同定手法、ニューラルネットワークによる方法等が考えられるが、特に手法を限定するものではなく、いずれの手法であってもよいことはいうまでもない。
【００５３】
また、運用計画部３におけるプラント機器の起動停止計画の演算の方法としても、単体法や動的計画法、内点法、分岐限定法（ＢＢＭ:Ｂｒａｎｃｈ ａｎｄＢｏｕｎｄｅｄ Ｍｅｔｈｏｄ）を始めとする数理計画法や、遺伝的アルゴリズム、タブーサーチ、シミュレーテッドアニーリング(ＳＡ)、強化学習等様々な手法が考えられるが、ここでも手法を限定するものではなく、いずれの手法であってもよいこともいうまでもない。
【００５４】
かかる需要予測と運用計画は、１日１回以上、定刻に起動される。
【００５５】
まず、定刻前までに、需要予測に必要なデータが、手動または自動で入力される。
【００５６】
すなわち、例えば需要を予測したい日の天気予報や、最高または最低気温予報といった天候情報や、それまでに得られた天候情報の実績値や需要量実績値等である。
【００５７】
需要予測の結果は、ある単位時間毎に少なくとも１日の区切りの時刻分までが出力される。
【００５８】
そして、この需要予測結果と、上水道プラントの現在の計測値(浄水の送水計画であれば、配水池の水位や送水ポンプの流量、起動台数、配水量)と、送水ポンプ流量特性、配水池の容量(運用水位上下限値)等のパラメータとに基づいて、配水池の運用水位上下限の逸脱や配水量予測値に不足なく、かつ急激な送水量の変化がない送水計画が、運用計画部３で最適に演算される。
【００５９】
この際、運用コストをできるだけ低減化するように考慮されることもある。
【００６０】
この場合には、必要であれば、電力消費のピーク時間となる時間帯に、ポンプの起動可能な台数を制約することも考えられる。
【００６１】
このようにして、運用計画部３では、上水道プラント機器の最適な運用計画が、単位時間毎に少なくとも１日の区切りの時刻分までが出力される。
【００６２】
例えば、浄水の送水計画であれば、送水ポンプの起動停止計画と、単位時間毎の送水量、配水池の単位時間毎の水位となる。
【００６３】
次に、計画監視部４では、前記運用計画部３により得られた機器起動停止計画と実際のプロセス計測値が、あらかじめ定められた監視周期であらかじめ定められた不感帯の範囲またはあらかじめ定められた上下限範囲にあるか否かが監視され、あらかじめ定められた時刻になっても、不感帯の範囲または上下限範囲を逸脱していたら、上水道プラントの運用計画が再計画、すなわち運用計画が補正される。
【００６４】
図２は、計画補正方法の一例を示す概念図である。
【００６５】
計画補正は、定周期ｔで配水池や浄水池の水位を監視し、その乖離幅がある値を超えた場合や、水位そのものがある水位設定値を超えた場合に再計画が行なわれる。
【００６６】
いま、例えば１０:００から監視周期ｔ(図２ではｔ＝１０分とした)で、水位実績値と水位計画値とが監視され、比較される。
【００６７】
１０:００の時点では、需要予測値と需要実績値とは若干の誤差があるものの、水位実績値と水位計画値との乖離は小さい。
【００６８】
この場合の判定方法としては、例えば水位計画値を中心にして不感帯の幅Ｗを設定し、水位実績値がこの不感帯幅Ｗを逸脱しているかどうかが調べられることになる。
【００６９】
監視のタイミングａの時点では、水位実績値が不感帯の幅Ｗを逸脱しているが、これが感知されるのは、次の監視周期のタイミングｂの時である。
【００７０】
監視のタイミングｂの時点では、水位実績値が不感帯の幅Ｗを逸脱したことが感知されるが、これだけなら計画補正機能は、監視のアクションを続ける以外何も行なわれない。
【００７１】
続いて、監視のタイミングｃの時点では、水位実績値が不感帯の幅Ｗ内に戻っているので、ここでも何も行なわれない。
【００７２】
しかし、監視のタイミングｄの時点では、再び不感帯幅Ｗを逸脱している。
【００７３】
しかし、この場合でも、やはり計画補正機能は、監視のアクションを続ける以外何も行なわれない。
【００７４】
図２中の監視のタイミングｅの時点では、水位実績値が運用水位上限値を逸脱している。
【００７５】
この場合には、配水池から浄水があふれてしまう恐れがあるので、送水量を変更し、少なくする。
【００７６】
この時、送水ポンプが固定速ポンプのみであれば、送水量を減ずるためには、運転台数を減らすしかないので、台制により運転台数を減ずることで、対応がなされる。
【００７７】
また、この時点から次の正時までの到達水位が演算され、その水位を初期値として次の正時以降分の送水計画の演算が行なわれることになる。
【００７８】
なお、水位実績値が運用水位下限値を逸脱した場合には、配水できなくなる恐れがあるので、運用水位上限値を逸脱した場合とは逆に、送水量を変更し、多くする。
【００７９】
この時、送水ポンプが固定速ポンプのみであれば、送水量を多くするためには、運転台数を多くするしかないので、やはり台制により運転台数を増やすことで、対応がなされる。
【００８０】
また、この時点から次の正時までの到達水位が演算され、その水位を初期値として次の正時以降分の送水計画の演算が行なわれることになる。
【００８１】
ところで、監視のタイミングｄの時点のように、水位実績値が不感帯を逸脱し、最終的に１０:５０という１０時台最後の監視のタイミングｅの時点においても、もし不感帯を逸脱していたような場合には、１１:００での到達水位が演算され、その水位を初期値として次の正時以降分の送水計画の演算が行なわれることになる。
【００８２】
計画補正の概念については、以上述べた通りであるが、これを整理すると以下のようになる。
【００８３】
＜計画補正方法＞
いま、ｎ時台である時、
▲１▼運用水位上下限値チェック
監視周期ｔ毎に、
【数１】
【００８４】
その結果、上記を
満たす場合、▲２▼へ。
満たさない場合、
【数２】
▲２▼不感帯上下限値チェック
監視周期ｔ毎に、
【数３】
【００８６】
その結果、上記を
満たす場合、▲１▼へ。
満たさない場合、
(i)次の監視周期でｎ＋１時台となる場合(ｎ時台最後の監視タイミングの時)、→▲３▼へ。
(ii)次の監視周期でｎ＋１時台とならない場合(ｎ時台最後の監視タイミングでない時)、→▲１▼へ。
ただし、必要なら不感帯を逸脱している旨、アラーム表示される。
【００８７】
【数４】
ただし、監視周期ｔ分であれば、１時間を６０／ｔ分割(小数は切り捨て)すると考えられるので、監視タイミングｋから次の正時までの残り時間は（６０−ｋ×ｔ）分となる。
【００８９】
【数５】
ｋ＝６０／ｔ−１(小数切り捨て)であれば、ｎ←ｎ＋１、ｋ←０として、▲１▼へ。
【００９１】
ｋ＝６０／ｔ−１(小数切り捨て)でなければ、そのまま▲１▼へ。
【００９２】
ここで、
【数６】
【００９３】
また、監視周期ｔの単位を分とする時、監視のタイミングｋを次のように定義する。
【００９４】
ｋ＝０，１，２，…，６０／ｔ−１(小数は切り捨てる)
例) ｎ＝１０(すなわち１０:００)、監視周期ｔ＝１０分の時、
ｋ＝０は１０:００、ｋ＝１は１０:１０、ｋ＝２は１０:２０、…、ｋ＝５は１０:５０をそれぞれ示す。
【００９５】
以上のようにして、上水道プラントの運用計画の補正が行なわれる。
【００９６】
上述したように、本実施の形態によるプラント自動制御装置では、上水道プラントの各種プロセスデータの計測値や種々のパラメータ設定値等のデータをプロセスデータ記憶部１に保存し、天候情報や過去の実績需要値等から運転該当日の単位時間当たりの需要量を需要予測部２で１日分予測し、当該需要予測値である単位時間当たりの１日分需要量と、プロセスデータ記憶部１に保存されているプロセスデータの計測値とに基づいて、運用計画部３で運転該当日の単位時間当たりの機器起動停止計画を上水道プラントの運用計画として演算し、当該演算結果をプロセスコントローラ５に出力し、当該上水道プラントの運用計画と、プロセスデータ記憶部１に保存されている実際のプロセスデータの計測値とを、計画監視部４であらかじめ定められた監視周期であらかじめ定められた不感帯の範囲またはあらかじめ定められた上下限範囲にあるか否かを監視し、あらかじめ定められた時刻になっても不感帯の範囲または上下限範囲を逸脱している場合に、上水道プラントの運用計画を再計画するようにしているので、計算機が作成した運用計画に基づいて上水道プラントを自動制御する場合に、需要予測誤差、機器特性劣化や事故等といった予期しない原因に起因する実績運用と運用計画との乖離を補正して、自動的に制御を継続して行なうことが可能となる。
【００９７】
これにより、浄水を安定的に生産し、かつ断水させることなく安定的に需要家へ供給することができ、またこれと同時に、上水道プラントの運用上、運用コストや設備保守費等を考慮して、効率的に上水道プラントを運用、制御することができ、前述したような要望を満たすことができる。
【００９８】
（第２の実施の形態：請求項２に対応）
すなわち、本実施の形態によるプラント自動制御装置は、図１に示すように、前述した第１の実施の形態によるプラント自動制御装置において、強制起動停止操作部６を付加した構成としている。
【００９９】
強制起動停止操作部６は、前記プロセスデータ記憶部１に保存されている実際のプロセスデータの計測値があらかじめ定められた上下限範囲を逸脱している場合に、当該上下限範囲を逸脱しないように修正させるように、上水道プラントの機器を強制的に起動停止するための強制起動停止信号を、前記プロセスコントローラ５に出力する。
【０１００】
次に、以上のように構成した本実施の形態による上水道プラントにおけるプラント自動制御装置の作用について説明する。
【０１０１】
なお、ここでは、前述した第１の実施の形態と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１０２】
図１において、強制起動停止操作部６では、プロセスデータ記憶部１に保存されている実際のプロセス計測値が、あらかじめ定められた上下限範囲（例えば、配水池の運用水位上下限値）を逸脱した場合に、上下限範囲を逸脱しないように修正させるために、上水道プラントの機器を強制的に起動停止させるための強制起動停止信号がプロセスコントローラ５に出力されて、上水道プラントの機器が強制的に起動停止される。
【０１０３】
上述したように、本実施の形態によるプラント自動制御装置では、上水道プラント運用上の制約条件を考慮した運用をして、上水道プラントの安定した運用を継続して行なうことが可能となる。
【０１０４】
（第３の実施の形態：請求項３に対応）
すなわち、本実施の形態によるプラント自動制御装置は、図１に示すように、前述した第２の実施の形態によるプラント自動制御装置において、シミュレーション部７を付加した構成としている。
【０１０５】
シミュレーション部７は、前記上水道プラントの機器の起動停止や需要量のいずれかを自由に設定した場合に、上水道プラントのその他の状態をシミュレーションする。
【０１０６】
次に、以上のように構成した本実施の形態による上水道プラントにおけるプラント自動制御装置の作用について説明する。
【０１０７】
なお、ここでは、前述した第２の実施の形態と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１０８】
図１において、シミュレーション部７では、上水道プラントの機器の起動停止や需要量のいずれかを自由に設定した場合に、上水道プラントのその他の状態(例えば、配水池の水位)がシミュレーションされる。
【０１０９】
ここで、シミュレーション部７におけるシミュレーション方法としては、例えば以下の通りである。
【０１１０】
シミュレーションのための演算周期をＴ分で表わす。
【０１１１】
また、シミュレーションの対象時間は、最大１日(０:００〜翌日０:００)とする。
【０１１２】
例えば、Ｔ＝１０分であれば、最大２４時間×６０分／１０分＝１４４回分の演算を行なうこととなる。
【０１１３】
シミュレーション演算方法としては、水理的な動特性は理想化し、静的な演算のみ行なうこととする。
【０１１４】
すなわち、下式に示すような演算が行なわれる。
【０１１５】
【数７】
ただし、ｑd(ｋ):シミュレーション演算ステップｋにおける需要予測値、 ｑs(ｋ):送水量、Ａ:配水池底面積、ｋ＝０，１，２，…，２４×６０／Ｔ(最大)とする。
【０１１７】
上述したように、本実施の形態によるプラント自動制御装置では、上水道プラントの現在の運用計画を継続してよいか、または変更する必要があるかどうかを判断する、すなわち運用計画部３で演算された結果を運転員が自由にアレンジしたり、保守、点検等でプロセス量に制約が発生した場合に、施設の運用をどのように変更すべきかを、事前に検討することが可能となる。
【０１１８】
（第４の実施の形態：請求項４に対応）
すなわち、本実施の形態によるプラント自動制御装置は、図１に示すように、前述した第３の実施の形態によるプラント自動制御装置において、前記シミュレーション部７に代えて、新たなシミュレーション部７を備えた構成としている。
【０１１９】
シミュレーション部７は、前記プラントの機器の起動停止や需要量のいずれかを自由に設定した場合に、上水道プラントのその他の状態をシミュレーションし、当該シミュレーション結果を前記運用計画部３からの演算結果の代わりに前記プロセスコントローラ５に出力する。
【０１２０】
次に、以上のように構成した本実施の形態による上水道プラントにおけるプラント自動制御装置の作用について説明する。
【０１２１】
なお、ここでは、前述した第３の実施の形態と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１２２】
図１において、シミュレーション部７では、上水道プラントの機器の起動停止や需要量のいずれかを自由に設定した場合に、上水道プラントのその他の状態をシミュレーションした結果が、前記運用計画部３からの演算結果の代わりにそのままプロセスコントローラ５に出力されて、制御が行なわれる。
【０１２３】
このようにすることによって、運用計画部３で演算された結果を運転員が自由にアレンジしたり、保守、点検等で送水量に制約が発生した時、施設の運用をどのように変更すべきかが事前に検討できるようになるだけでなく、その検討結果をそのまま実際の運用に用いることができることとなる。
【０１２４】
上述したように、本実施の形態によるプラント自動制御装置では、上水道プラントの現在の運用計画を継続してよいか、または変更する必要があるかどうかを判断する、すなわち運用計画部３で演算された結果を運転員が自由にアレンジしたり、保守、点検等でプロセス量に制約が発生した場合に、施設の運用をどのように変更すべきかを、事前に検討することができるだけでなく、その検討結果をそのまま実際の運用に用いることが可能となる。
【０１２５】
（第５の実施の形態）すなわち、本実施の形態によるプラント自動制御装置は、図１に示すように、前述した第１乃至第４のいずれか一つの実施の形態によるプラント自動制御装置において、前記需要予測部２に代えて、類似日検索部８を備えた構成としている。
【０１２６】
類似日検索部８は、過去の実績需要量から天候情報や曜日、日需要量を検索キーとして１日以上の類似日を検索し、当該検索結果を前記需要予測部２からの需要予測値の代わりに前記運用計画部３に出力する。
【０１２７】
次に、以上のように構成した本実施の形態による上水道プラントにおけるプラント自動制御装置の作用について説明する。
【０１２８】
なお、ここでは、前述した第１乃至第４のいずれか一つの実施の形態と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１２９】
図１において、類似日検索部８では、過去の実績需要量から天候情報や曜日、日需要量等を検索キーとして、１日以上の類似日が検索され、その検索結果が、前述した需要予測値の代わりに運用計画部３に入力される。
【０１３０】
すなわち、これは、例えば盆や正月、大晦日といったように、普段と異なる日の需要予測値が大きな誤差を持つ場合に、昨年やその前といった過去の同じ日の需要量を予測値の代わりに使用できるようにするためである。
【０１３１】
このようにすることによって、類似日として検索された日の上水道プラントの運用方法を、そのまま参考にすることが可能となる。
【０１３２】
上述したように、本実施の形態によるプラント自動制御装置では、類似日として検索された、盆や正月、大晦日といったような特異日の上水道プラントの運用方法を、そのまま参考にすることができ、自動的に制御を継続して行なうことが可能となる。
【０１３３】
（第６の実施の形態：請求項５に対応）すなわち、本実施の形態によるプラント自動制御装置は、図１に示すように、前述した第２の実施の形態、またはそれに対応した第５の実施の形態によるプラント自動制御装置において、前記計画監視部４に代えて、新たな計画監視部４を備えた構成としている。
【０１３４】
計画監視部４は、前記プロセスデータ記憶部１に保存されている実際のプロセスデータの計測値があらかじめ定められた上下限範囲を逸脱している場合に、前記強制起動停止操作部６が上下限範囲を逸脱しないように修正させるように前記上水道プラントの機器を強制的に起動停止させた後、当該日の上水道プラントの運用を最適化するように前記上水道プラントの運用計画を再計画する。
【０１３５】
次に、以上のように構成した本実施の形態による上水道プラントにおけるプラント自動制御装置の作用について説明する。
【０１３６】
なお、ここでは、前述した第２の実施の形態またはそれに対応した第５の実施の形態と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１３７】
図１において、計画監視部４では、実際のプロセスデータの計測値があらかじめ定められた上下限範囲(例えば、配水池の運用水位上下限値)を逸脱した場合に、強制起動停止操作部６が上下限範囲を逸脱しないように修正させるために、上水道プラントの機器を強制的に起動停止させた後、その日の上水道プラントの運用を最適化するために、運用計画が再計画される。
【０１３８】
これにより、送水ポンプの強制起動停止以後の運用についても、所望の性能を有するように最適な演算が行なわれ、決定できることとなる。
【０１３９】
上述したように、本実施の形態によるプラント自動制御装置では、上水道プラントの運用計画が破綻したような場合、そのタイミングが終了するまでにかなり時間があるような時に、所望の性能を有するように最適な上水道プラントの運用計画を再計画する等して、上水道プラントの安定した運用を継続して行なうことが可能となる。
【０１４０】
（第７の実施の形態：請求項６に対応）すなわち、本実施の形態によるプラント自動制御装置は、図１に示すように、前述した第１の実施の形態、第２の実施の形態、またはそれらに対応した第５の実施の形態によるプラント自動制御装置において、制約緩和運用計画部９を付加した構成としている。
【０１４１】
制約緩和運用計画部９は、前記運用計画部３により演算された上水道プラントの運用計画が、あらかじめ定められた時間内に完了しない場合、またはあらかじめ定められた上水道プラントの状態の上下限範囲を満たさない場合に、当該あらかじめ定められた上水道プラントの状態の上下限範囲を制約条件から除外し、前記上水道プラントの運用計画の最適化演算における目的関数に前記上水道プラントの状態の上下限範囲からの逸脱量にペナルティを課すよう含めて、すなわち前記上水道プラントの運用計画の最適化演算における目的関数に前記上水道プラントの状態の上下限範囲からの逸脱量に重み付けによる最適化を施して、前記上水道プラントの運用計画を演算する。
【０１４２】
次に、以上のように構成した本実施の形態による上水道プラントにおけるプラント自動制御装置の作用について説明する。
【０１４３】
なお、ここでは、前述した第１の実施の形態、第２の実施の形態、またはそれらに対応した第５の実施の形態と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１４４】
図１において、制約緩和運用計画部９では、前記運用計画部３が演算した前記上水道プラントの運用計画が、あらかじめ定められた時間内に完了しない場合や、あらかじめ定められた上水道プラントの状態の上下限範囲を満たさない場合に、あらかじめ定められた上水道プラントの状態の上下限範囲が制約条件から除外され、上水道プラントの運用計画の最適化演算における目的関数に上水道プラントの状態の上下限範囲からの逸脱量にペナルティを課すよう含めて、上水道プラントの運用計画が演算される。
【０１４５】
すなわち、今、ある浄水場からある配水池への送水計画問題を、以下のように定式化したとする。
【０１４６】
（目的関数)
【数８】
【０１４７】
この最適化問題を解く演算が、あらかじめ定められた時間、例えば１分等で完了しなかった場合、もしくはあらかじめ定められた上水道プラントの状態の上下限範囲(例えば、配水池の運用水位上下限値)を満たさない場合には、あらかじめ定められた上水道プラントの状態の上下限範囲が制約条件から除外され、上水道プラントの運用計画の最適化演算における目的関数に上水道プラントの状態の上下限範囲からの逸脱量にペナルティを課すよう、以下のように含めて上水道プラントの運用計画が再演算される。
【０１４８】
（制約条件）
【数９】
【０１４９】
ただし、ｗj(ｉ):時刻ｉでの最適化重みｊ、ｊ＝５、６とする。
【０１５０】
上述したように、本実施の形態によるプラント自動制御装置では、上水道プラントの運用計画を立てようとした場合に、上水道プラント運用上の制約条件が厳しすぎて上水道プラントの運用計画が立てられなくなるような状況を未然に回避して、上水道プラントの安定した運用を継続して行なうことが可能となる。
【０１５１】
（その他の実施の形態）
尚、本発明は、上記各実施の形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形して実施することが可能である。
例えば、本発明は、前述したような上水道プラントだけでなく、下水道プラントは勿論のこと、鉄鋼プラント等の産業プラント、地域冷暖房プラントや各ビル毎の熱源プラント、発電プラント等の各種プラントの自動制御についても、前述の場合と同様に適用して、同様の作用効果を得ることができる。
【０１５２】
また、各実施の形態は可能な限り適宜組合わせて実施してもよく、その場合には組合わせた作用効果を得ることができる。
さらに、上記各実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合わせにより、種々の発明を抽出することができる。
例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題（の少なくとも一つ）が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果（の少なくとも一つ）が得られる場合には、この構成要件が削除された構成を発明として抽出することができる。
【０１５３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、計算機が作成した運用計画に基づいてプラントを自動制御する場合に、需要予測誤差、機器特性劣化や事故等といった予期しない原因に起因する実績運用と運用計画との乖離を補正して、自動的に制御を継続して行なうことが可能なプラント自動制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による上水道プラントにおけるプラント自動制御装置の一実施の形態を示すブロック図。
【図２】同実施の形態のプラント自動制御装置における計画補正方法を説明するための概念図。
【符号の説明】
１…プロセスデータ記憶部
２…需要予測部
３…運用計画部
４…計画監視部
５…プロセスコントローラ
６…強制起動停止操作部
７…シミュレーション部
８…類似日検索部
９…制約緩和運用計画部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an automatic plant control apparatus for automatically controlling various plants such as water and sewage plants, industrial plants such as steel plants, district heating and cooling plants, heat source plants for each building, and power generation plants. When automatically controlling a plant based on the created operation plan of the plant, it has a function to correct the deviation between the actual operation and the operation plan due to unexpected causes such as demand prediction errors, equipment characteristic deterioration, accidents, etc. The present invention relates to an automatic plant control apparatus capable of automatically continuing control.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, when operating various plants such as water and sewage plants, industrial plants such as steel plants, district heating and cooling plants, heat source plants for each building, power generation plants, etc., operators have been based on past experience. To operate the plant.
[0003]
For this reason, the plant operation efficiency varies depending on the experience and preferences of the operators.
[0004]
Even if the plant is automatically controlled based on the plant operation plan created by the computer, there is a discrepancy between the actual operation and the operation plan due to unforeseen causes such as demand prediction errors, equipment characteristic deterioration, accidents, etc. Some method of correcting for this is required.
[0005]
That is, for example, in the automatic control of a water supply plant, when operating and controlling the plant based on the operation plan created by the computer, the purified water is stably produced and supplied to the customer stably without being cut off. Is an absolute proposition.
[0006]
At the same time, it is required to operate and control the plant efficiently in terms of operation cost, equipment maintenance cost, and the like.
[0007]
Therefore, it is necessary to realize automatic control that satisfies the demand from such a viewpoint.
[0008]
At this time, in order to consider the efficiency of automatic control, the production and supply of necessary and sufficient purified water is directly linked to a less wasteful operation based on the demand forecast.
[0009]
Therefore, the demand forecast needs to be as accurate as possible, but the demand forecast without any difficulty is almost impossible at present.
[0010]
Even in the event of unforeseen circumstances such as equipment aging, breakdowns, or accidents at the facility, the ability to clarify the operation plan as quickly as possible and perform automatic control as much as possible is not limited to stable water supply. It becomes important.
[0011]
Therefore, it is necessary to realize a plant automatic control device that can be corrected by a computer in the event of a discrepancy between the actual operation and the operation plan due to unexpected causes such as demand prediction errors, equipment characteristic deterioration, accidents, etc. .
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, recently, when various plants are automatically controlled, a plant automatic control device capable of correcting the deviation between the actual operation and the operation plan due to an unexpected cause such as demand prediction error, equipment characteristic deterioration, accident, etc. The realization of is strongly demanded.
[0013]
The purpose of the present invention is to correct the deviation between the actual operation and the operation plan caused by an unexpected cause such as demand prediction error, equipment characteristic deterioration, accident, etc. when the plant is automatically controlled based on the operation plan created by the computer. Thus, an object of the present invention is to provide an automatic plant control apparatus capable of automatically continuing control.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, an automatic plant control apparatus according to a first aspect of the present invention provides various types of plants that are input via a process controller that controls the plant. Water level Process data storage means for storing data such as data measurement values and various parameter setting values, and demand prediction for predicting demand per unit time on the day of operation from weather information and past actual demand values Means, the demand forecast value obtained by the demand forecast means, and the daily demand per unit time, which are stored in the process data storage means Water level Based on the measured values of the data, the device start / stop plan per unit time on the operation day is calculated as the plant operation plan, and the operation result is output to the process controller. Plant operation plan and actual data stored in the process data storage means Water level The measured value of the data, Divided unit time equally Monitors whether it is in the dead band range or the upper and lower limit range determined in advance in the monitoring cycle, Monitoring immediately before the next unit time If it is out of the range of the dead zone even at the time, the actual Water level Data measurement And an estimated water level at the start time of the next unit time based on the demand forecast value of unit time and the amount of water delivered at the monitoring time, and using the calculated reached water level as an initial value, the next unit time When the subsequent operation plan of the plant was re-planned and deviated from the upper and lower limit range, Monitoring time In Water volume Change Measured value of actual water level data and demand forecast amount per unit time at the monitoring time changed Water volume On the basis of the The arrival water level at the start time of the next unit time is calculated, and the next unit time is calculated using the calculated arrival water level as an initial value. And a plan monitoring means for replanning the subsequent operation plan of the plant.
[0015]
Therefore, in the plant automatic control apparatus of the invention corresponding to claim 1, when the plant is automatically controlled based on the operation plan created by the computer by taking the above-described means, the demand prediction error, the equipment characteristic It is possible to automatically continue the control by correcting the deviation between the actual operation and the operation plan caused by an unexpected cause such as deterioration or an accident.
[0016]
According to a second aspect of the present invention, there is provided an automatic plant control apparatus according to the first aspect of the present invention, wherein the actual plant data stored in the process data storage means is the automatic plant control apparatus according to the first aspect of the present invention. Water level Forced start / stop operation means for forcibly starting / stopping plant equipment so that the measured value of the data deviates from the predetermined upper / lower limit range so as not to deviate from the upper / lower limit range. It is added.
[0017]
Therefore, in the plant automatic control apparatus of the invention corresponding to
[0018]
Furthermore, the plant automatic control apparatus of the invention corresponding to
[0019]
Therefore, in the plant automatic control apparatus of the invention corresponding to
[0020]
Furthermore, the plant automatic control apparatus of the invention corresponding to claim 4 is the plant automatic control apparatus of the invention corresponding to claim 3 above, either of starting and stopping of plant equipment or demand amount instead of the simulation means. Is provided with simulation means for simulating the other states of the plant and outputting the simulation result to the process controller instead of the calculation result from the operation planning means.
[0021]
Therefore, in the automatic plant control apparatus of the invention corresponding to claim 4, it is determined whether the current operation plan of the plant may be continued or changed by taking the above-described means. In other words, if the operator can freely arrange the results calculated by the operation planning means, or if there is a restriction on the process volume due to maintenance, inspection, etc., how the facility operation should be changed in advance Not only can it be examined, but the result of the examination can be used as it is in actual operation.
[0030]
On the other hand, the plant automatic control apparatus according to the invention corresponding to claim 5 is an actual plant automatic control apparatus according to the invention according to
[0031]
Therefore, the claims 5 In the plant automatic control apparatus of the invention corresponding to the above, by taking the above measures, when the plant operation plan fails, when there is a considerable time until the timing is finished, A stable operation of the plant can be continued by re-planning the optimal operation plan of the plant so as to have performance.
[0032]
[0033]
Therefore, the
[0034]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0035]
Here, a case where the present invention is applied to a water supply plant will be described as an example of a specific application target plant.
[0036]
(First embodiment: corresponding to claim 1)
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a plant automatic control device in a water supply plant according to the present embodiment.
[0037]
In FIG. 1, a water supply plant takes raw water from a river or the like with a water pump, passes through a landing well, and performs water purification treatment by coagulation, precipitation, and filtration.
[0038]
Gradually enough flocs are formed to settle (floc formation pond) and filth deposits (sedimentation pond).
[0039]
The supernatant water is filtered through a filtration pond and sterilized with chlorine or the like, and then passed through the water purification pond and distributed to the distribution area via the distribution pond by a water pump.
[0040]
On the other hand, the plant automatic control apparatus according to the present embodiment includes a process data storage unit 1, a
[0041]
The process data storage unit 1 stores data such as measured values of various process data of the waterworks plant and various parameter setting values that are input via the process controller 5 that actually controls the waterworks plant that is the target plant.
[0042]
The
[0043]
The
[0044]
The plan monitoring unit 4 predetermines the operation plan of the water supply plant obtained by the
[0045]
Next, the operation of the automatic plant control apparatus in the water supply plant according to the present embodiment configured as described above will be described.
[0046]
In FIG. 1, a water supply plant takes raw water from a river or the like with a water pump, passes through a landing well, and performs water purification treatment by coagulation, precipitation, and filtration.
[0047]
Gradually enough flocs are formed to settle (floc formation pond) and filth deposits (sedimentation pond).
[0048]
The supernatant water is filtered through a filtration pond and sterilized with chlorine or the like, and then passed through the water purification pond and distributed to the distribution area via the distribution pond by a water pump.
[0049]
On the other hand, in the plant automatic control device, the process data storage unit 1 stores data such as measured values of various process data of the waterworks plant and various parameter setting values input via the process controller 5.
[0050]
The
[0051]
In the
[0052]
Here, as a method of demand prediction in the
[0053]
In addition, as a calculation method of the plant equipment start / stop plan in the
[0054]
Such demand forecasting and operation plans are started on a regular basis at least once a day.
[0055]
First, data required for demand prediction is input manually or automatically before the scheduled time.
[0056]
That is, for example, weather information on the day on which demand is to be predicted, weather information such as the highest or lowest temperature forecast, the actual value of the weather information obtained so far, the actual demand value, and the like.
[0057]
As a result of the demand prediction, at least a portion of one day is output for every unit time.
[0058]
And this demand forecast result and the current measured value of the water supply plant (if the water purification plan, the water level of the water reservoir, the flow rate of the water pump, the number of activated pumps, the amount of water distribution), the flow rate characteristics of the water pump, Based on parameters such as capacity (operating water level upper and lower limit values), a water transmission plan that does not deviate from the upper or lower operating water level of the distribution reservoir, is not short of the predicted amount of water distribution, and has no sudden change in the water supply amount is 3 is optimally calculated.
[0059]
At this time, it may be considered to reduce the operation cost as much as possible.
[0060]
In this case, if necessary, it is conceivable to limit the number of pumps that can be activated in a time zone that is a peak time of power consumption.
[0061]
In this way, the
[0062]
For example, in the case of a water purification plan for water purification, a water pump start / stop plan, the amount of water delivered per unit time, and the water level per unit time of the distribution reservoir.
[0063]
Next, in the plan monitoring unit 4, the device start / stop plan obtained by the
[0064]
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating an example of a plan correction method.
[0065]
In the plan correction, the water level of the distributing reservoir or the clean water reservoir is monitored at a fixed period t, and replanning is performed when the deviation width exceeds a certain value or when the water level itself exceeds a certain water level set value.
[0066]
Now, for example, the actual water level value and the planned water level value are monitored and compared at 10:00 from the monitoring period t (t = 10 minutes in FIG. 2).
[0067]
At 10:00, there is a slight error between the demand forecast value and the demand actual value, but the difference between the water level actual value and the water level plan value is small.
[0068]
As a determination method in this case, for example, a dead zone width W is set around the water level plan value, and it is checked whether or not the actual water level value deviates from the dead zone width W.
[0069]
At the timing of monitoring a, the actual water level value deviates from the dead zone width W, but this is detected at timing b of the next monitoring cycle.
[0070]
At the timing of monitoring b, it is sensed that the actual water level value has deviated from the dead zone width W, but if this is the case, the plan correction function is not performed except for continuing the monitoring action.
[0071]
Subsequently, at the timing of monitoring c, the water level actual value has returned to the dead zone width W, so nothing is performed here.
[0072]
However, the dead zone width W is deviated again at the timing d of the monitoring.
[0073]
However, even in this case, the plan correction function is not performed except for continuing the monitoring action.
[0074]
At the time of monitoring timing e in FIG. 2, the actual water level value deviates from the operating water level upper limit value.
[0075]
In this case, clean water may overflow from the reservoir, so change the amount of water supply to reduce it.
[0076]
At this time, if the water supply pump is only a fixed speed pump, the only way to reduce the amount of water supply is to reduce the number of operating units.
[0077]
In addition, the reached water level from this time to the next hour is calculated, and the water supply plan for the next hour and after is calculated using the water level as an initial value.
[0078]
If the actual water level value deviates from the operating water level lower limit value, water distribution may not be possible. Therefore, contrary to the case where it deviates from the operating water level upper limit value, the water supply amount is changed and increased.
[0079]
At this time, if the water pump is only a fixed speed pump, the only way to increase the amount of water to be supplied is to increase the number of operating units.
[0080]
In addition, the reached water level from this time to the next hour is calculated, and the water supply plan for the next hour and after is calculated using the water level as an initial value.
[0081]
By the way, the water level actual value deviates from the dead zone as at the timing d of the monitoring, and finally deviated from the dead zone even at the time of the last monitoring time e of 10:50 at 10:50. In this case, the reached water level at 11:00 is calculated, and the water plan for the next hour and thereafter is calculated using the water level as an initial value.
[0082]
The concept of the plan correction is as described above, but it can be summarized as follows.
[0083]
<Plan correction method>
When it is n hours,
(1) Check the operational water level upper and lower limits
Every monitoring cycle t
[Expression 1]
[0084]
As a result, the above
If satisfied, go to (2).
If not,
[Expression 2]
(2) Dead zone upper / lower limit value check
Every monitoring cycle t
[Equation 3]
[0086]
As a result, the above
If satisfied, go to (1).
If not,
(i) If the next monitoring cycle is n + 1 o'clock (when the last monitoring timing is n o'clock), go to (3).
(ii) If it is not n + 1 o'clock in the next monitoring cycle (when it is not the last monitoring timing of n o'clock), go to (1).
However, if necessary, an alarm is displayed indicating that the dead zone has been exceeded.
[0087]
[Expression 4]
However, if the monitoring period is t, one hour is considered to be divided into 60 / t (decimal numbers are rounded down), so the remaining time from the monitoring timing k to the next hour is (60−k × t) minutes. .
[0089]
[Equation 5]
If k = 60 / t-1 (fractional truncation), n ← n + 1, k ← 0, and go to (1).
[0091]
If k = 60 / t-1 (decimal rounding), go to (1).
[0092]
here,
[Formula 6]
[0093]
Further, when the unit of the monitoring period t is minutes, the monitoring timing k is defined as follows.
[0094]
k = 0, 1, 2,..., 60 / t-1 (fractions are rounded down)
Example) When n = 10 (that is, 10:00) and the monitoring cycle t = 10 minutes,
k = 0 indicates 10:00, k = 1 indicates 10:10, k = 2 indicates 10:20,..., k = 5 indicates 10:50.
[0095]
As described above, the operation plan of the water supply plant is corrected.
[0096]
As described above, in the plant automatic control apparatus according to the present embodiment, data such as measured values of various process data of the waterworks plant and various parameter setting values are stored in the process data storage unit 1 to provide weather information and past results. The
[0097]
As a result, it is possible to stably produce purified water and supply it to consumers without interruption, and at the same time, considering operational costs and equipment maintenance costs, etc. The water supply plant can be efficiently operated and controlled, and the above-mentioned demands can be satisfied.
[0098]
(Second embodiment: corresponding to claim 2)
That is, as shown in FIG. 1, the plant automatic control apparatus according to the present embodiment is configured such that the forced start /
[0099]
The forced start /
[0100]
Next, the operation of the automatic plant control apparatus in the water supply plant according to the present embodiment configured as described above will be described.
[0101]
Here, the description of the operation of the same part as that of the first embodiment is omitted, and only the operation of the different part will be described here.
[0102]
In FIG. 1, in the forced start /
[0103]
As described above, the plant automatic control apparatus according to the present embodiment can be operated in consideration of the constraints on the operation of the water supply plant, and can continue to perform stable operation of the water supply plant.
[0104]
(Third embodiment: corresponding to claim 3)
That is, the plant automatic control apparatus according to this embodiment has a configuration in which a simulation unit 7 is added to the plant automatic control apparatus according to the second embodiment described above, as shown in FIG.
[0105]
The simulation part 7 simulates the other state of a waterworks plant, when either the start stop of the apparatus of the said waterworks plant, or a demand amount is set freely.
[0106]
Next, the operation of the automatic plant control apparatus in the water supply plant according to the present embodiment configured as described above will be described.
[0107]
Here, the description of the operation of the same part as in the second embodiment is omitted, and only the operation of the different part will be described here.
[0108]
In FIG. 1, the simulation unit 7 simulates the other state of the water supply plant (for example, the water level of the distribution reservoir) when either the start / stop of the equipment of the water supply plant or the demand amount is freely set.
[0109]
Here, the simulation method in the simulation unit 7 is, for example, as follows.
[0110]
The calculation cycle for the simulation is represented by T minutes.
[0111]
The simulation target time is a maximum of one day (0: 00 to the next day 0:00).
[0112]
For example, if T = 10 minutes, a maximum of 24 hours × 60 minutes / 10 minutes = 144 operations will be performed.
[0113]
As a simulation calculation method, hydraulic dynamic characteristics are idealized and only static calculation is performed.
[0114]
That is, an operation as shown in the following equation is performed.
[0115]
[Expression 7]
However, q d (k): Demand forecast value at simulation calculation step k, q s (k): Amount of water supply, A: Distribution reservoir bottom area, k = 0, 1, 2,..., 24 × 60 / T (maximum).
[0117]
As described above, in the plant automatic control apparatus according to the present embodiment, it is determined whether the current operation plan of the water supply plant may be continued or changed, that is, calculated by the
[0118]
(Fourth embodiment: corresponding to claim 4)
That is, as shown in FIG. 1, the plant automatic control apparatus according to the present embodiment includes a new simulation unit 7 instead of the simulation unit 7 in the plant automatic control apparatus according to the third embodiment described above. It has a configuration.
[0119]
The simulation unit 7 simulates the other state of the waterworks plant when any one of the start and stop of the equipment of the plant and the demand amount is freely set, and the simulation result is calculated as the calculation result from the
[0120]
Next, the operation of the automatic plant control apparatus in the water supply plant according to the present embodiment configured as described above will be described.
[0121]
Here, the description of the operation of the same part as that of the above-described third embodiment is omitted, and only the operation of a different part will be described here.
[0122]
In FIG. 1, the simulation unit 7 calculates the result of simulating the other state of the water supply plant from the
[0123]
By doing so, how should the operation of the facility be changed when the operator freely arranges the results calculated by the
[0124]
As described above, in the plant automatic control apparatus according to the present embodiment, it is determined whether the current operation plan of the water supply plant may be continued or changed, that is, calculated by the
[0125]
(Fifth embodiment state) That is, the plant automatic control apparatus according to this embodiment is replaced with the
[0126]
The similar day search unit 8 searches for one or more similar days from the past actual demand amount using the weather information, the day of the week, and the daily demand amount as a search key, and uses the search result as the demand prediction value from the
[0127]
Next, the operation of the automatic plant control apparatus in the water supply plant according to the present embodiment configured as described above will be described.
[0128]
Here, the description of the operation of the same part as that of any one of the first to fourth embodiments described above is omitted, and only the operation of the different part will be described here.
[0129]
In FIG. 1, the similar day search unit 8 searches for one or more similar days from the past actual demand, using the weather information, the day of the week, the daily demand, etc. as search keys, and the search result is the above-described demand forecast. The value is input to the
[0130]
In other words, this means that if the demand forecast value on a different day, such as Bon Festival, New Year, or New Year's Eve, has a large error, the demand on the same day in the past such as last year or before will be used instead of the forecast value. This is to make it possible.
[0131]
By doing in this way, it becomes possible to refer to the operation method of the waterworks plant of the day searched as a similar day as it is.
[0132]
As described above, the automatic plant control apparatus according to the present embodiment can directly refer to the operation method of a water supply plant on a specific day such as a tray, New Year, or New Year's Eve, which is searched as a similar day. Therefore, the control can be continuously performed.
[0133]
(Sixth Embodiment: Claims) 5 That is, as shown in FIG. 1, the plant automatic control apparatus according to the present embodiment is the same as the plant automatic control apparatus according to the second embodiment described above or the fifth embodiment corresponding thereto. Instead of the plan monitoring unit 4, a new plan monitoring unit 4 is provided.
[0134]
When the actual process data stored in the process data storage unit 1 deviates from a predetermined upper / lower limit range, the plan monitoring unit 4 determines that the forced start /
[0135]
Next, the operation of the automatic plant control apparatus in the water supply plant according to the present embodiment configured as described above will be described.
[0136]
Here, the description of the operation of the same part as that of the second embodiment described above or the fifth embodiment corresponding thereto is omitted, and only the operation of a different part will be described here.
[0137]
In FIG. 1, in the plan monitoring unit 4, when the measured value of actual process data deviates from a predetermined upper and lower limit range (for example, the upper and lower limit value of the operating water level of the distribution reservoir), the forced start /
[0138]
As a result, the operation after the forced start / stop of the water pump can be determined by performing an optimal calculation so as to have the desired performance.
[0139]
As described above, in the plant automatic control apparatus according to the present embodiment, when the operation plan of the water supply plant fails, it has a desired performance when there is a considerable time until the timing ends. It becomes possible to continue the stable operation of the water supply plant by re-planning the operation plan of the optimal water supply plant.
[0140]
(Seventh Embodiment: Claims) 6 That is, as shown in FIG. 1, the automatic plant control apparatus according to the present embodiment is the first embodiment, the second embodiment, or the fifth embodiment corresponding to them. In the plant automatic control device according to the above, a configuration in which a constraint relaxation
[0141]
The constraint relaxation
[0142]
Next, the operation of the automatic plant control apparatus in the water supply plant according to the present embodiment configured as described above will be described.
[0143]
Here, the description of the operation of the same parts as those of the first embodiment, the second embodiment, or the fifth embodiment corresponding thereto is omitted, and different parts are described here. Only the action is described.
[0144]
In FIG. 1, the constraint relaxation
[0145]
That is, suppose that the water supply plan problem from a certain water treatment plant to a certain reservoir is formulated as follows.
[0146]
(Objective function)
[Equation 8]
[0147]
When the calculation to solve this optimization problem is not completed in a predetermined time, for example, 1 minute, or the upper and lower limit ranges of the state of the water supply plant (for example, the upper and lower limits of the operating water level of the distribution reservoir) ) Is not satisfied, the upper and lower limits of the state of the waterworks plant determined in advance are excluded from the constraint conditions, and the objective function in the optimization calculation of the operation plan of the waterworks plant is excluded from the upper and lower limits of the state of the waterworks plant. In order to penalize the deviation amount, the operation plan of the waterworks plant is recalculated including the following.
[0148]
(Restrictions)
[Equation 9]
[0149]
However, w j (i): Optimization weights j, j = 5, 6 at time i.
[0150]
As described above, in the plant automatic control apparatus according to the present embodiment, when an operation plan for a water supply plant is to be made, the operation conditions for the water supply plant cannot be made due to too severe restrictions on the operation of the water supply plant. It is possible to avoid the situation and to continue the stable operation of the waterworks plant.
[0151]
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention at the stage of implementation.
For example, the present invention is not limited to the water supply plant as described above, but also an automatic control of various plants such as a sewerage plant, an industrial plant such as a steel plant, a district heating and cooling plant, a heat source plant for each building, and a power generation plant. As for the above, it can be applied in the same manner as described above, and the same effect can be obtained.
[0152]
In addition, the embodiments may be implemented in appropriate combinations as much as possible, and in that case, combined effects can be obtained.
Further, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements.
For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, the problem (at least one) described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and the effect of the invention can be solved. When (at least one of) the effects described in the column can be obtained, a configuration in which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.
[0153]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when the plant is automatically controlled based on the operation plan created by the computer, the actual operation and the operation plan due to unexpected causes such as demand prediction errors, equipment characteristic deterioration, accidents, etc. It is possible to provide an automatic plant control apparatus that can correct the deviation from the above and continuously perform control automatically.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a plant automatic control apparatus in a waterworks plant according to the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining a plan correction method in the plant automatic control apparatus according to the embodiment;
[Explanation of symbols]
1 ... Process data storage
2 ... Demand forecasting department
3 ... Operation Planning Department
4 ... Plan monitoring section
5 ... Process controller
6. Forced start / stop operation section
7 ... Simulation part
8 ... Similar day search part
9 ... Restriction operation planning department.
Claims (6)
天候情報や過去の実績需要値等から運転該当日の単位時間当たりの需要量を１日分予測する需要予測手段と、
前記需要予測手段により得られた需要予測値である単位時間当たりの１日分需要量と、前記プロセスデータ記憶手段に保存されている水位データの計測値とに基づいて、前記運転該当日の単位時間当たりの機器起動停止計画をプラントの運用計画として演算し、当該演算結果を前記プロセスコントローラに出力する運用計画手段と、
前記運用計画手段により得られたプラントの運用計画と、前記プロセスデータ記憶手段に保存されている実際の水位データの計測値とを、単位時間を等分した監視周期であらかじめ定められた不感帯の範囲またはあらかじめ定められた上下限範囲にあるか否かを監視し、次の単位時間の直前の監視時刻になっても前記不感帯の範囲を逸脱している場合には実際の水位データの計測値と該監視時刻における単位時間の需要予測値と送水量に基づいて、次の単位時間の開始時刻での到達水位を演算し、演算された到達水位を初期値として、前記次の単位時間以降のプラントの運用計画を再計画し、上下限範囲を逸脱している場合には、この逸脱した監視時刻における送水量を変更し、実際の水位データの計測値と該監視時刻における単位時間の需要予測量と変更した送水量に基づいて、次の単位時間の開始時刻での到達水位を演算し、演算された到達水位を初期値として、前記次の単位時間以降のプラントの運用計画を再計画する計画監視手段と、
を備えて成ることを特徴とするプラント自動制御装置。Process data storage means for storing data such as measured values of various water level data and various parameter setting values input via a process controller that controls the plant;
A demand forecasting means for forecasting a demand amount per unit time for one day of operation from weather information and past actual demand values;
Based on the daily demand per unit time, which is the demand forecast value obtained by the demand forecast means, and the measured value of the water level data stored in the process data storage means, the unit for the relevant operation day An operation plan means for calculating an equipment start / stop plan per hour as an operation plan for the plant, and outputting the calculation result to the process controller;
Range of dead zone determined in advance by monitoring cycle in which unit operation time is divided into plant operation plan obtained by the operation plan unit and actual water level data stored in the process data storage unit. Or, it is monitored whether or not it is within a predetermined upper and lower limit range, and if it is outside the dead zone range even at the monitoring time immediately before the next unit time, the measured value of the actual water level data and Based on the demand forecast value of unit time at the monitoring time and the amount of water delivered, the arrival water level at the start time of the next unit time is calculated, and the plant after the next unit time is calculated using the calculated arrival water level as the initial value. replan the operating strategy, if they deviate from the upper and lower limit range, to change the water volume in the deviant monitoring time, the actual water level data measured value and該監unit time in view time demand Based on the water supply amount were changed as predicted amount, calculates the arrival level of the start time of the next unit time, the calculated arrival level as the initial value, replanning the operation plan of the next unit time after the plant Plan monitoring means to
A plant automatic control device comprising:
前記プロセスデータ記憶手段に保存されている実際の水位データの計測値があらかじめ定められた上下限範囲を逸脱している場合に、当該上下限範囲を逸脱しないように修正させるように、前記プラントの機器を強制的に起動停止する強制起動停止操作手段を付加して成ることを特徴とするプラント自動制御装置。In the plant automatic control device according to claim 1,
When the measured value of the actual water level data stored in the process data storage means deviates from a predetermined upper and lower limit range, the plant is adjusted so as not to deviate from the upper and lower limit range. An automatic plant control apparatus comprising a forced start / stop operation means for forcibly starting and stopping equipment.
前記プラントの機器の起動停止や需要量のいずれかを自由に設定した場合に、前記プラントのその他の状態をシミュレーションするシミュレーション手段を付加して成る
ことを特徴とするプラント自動制御装置。In the plant automatic control device according to claim 2,
An automatic plant control apparatus, comprising: a simulation means for simulating other states of the plant when any of the start and stop of the plant equipment and the demand amount is freely set.
前記シミュレーション手段に代えて、前記プラントの機器の起動停止や需要量のいずれかを自由に設定した場合に、その他のプラント状態をシミュレーションし、当該シミュレーション結果を前記運用計画手段からの演算結果の代わりに前記プロセスコントローラに出力するシミュレーション手段を備えて成る
ことを特徴とするプラント自動制御装置。In the plant automatic control device according to claim 3,
In place of the simulation means, when any one of the start and stop of the equipment of the plant and the demand amount is freely set, the other plant state is simulated, and the simulation result is replaced with the calculation result from the operation planning means. A plant automatic control apparatus comprising a simulation means for outputting to the process controller.
前記計画監視手段に代えて、前記プロセスデータ記憶手段に保存されている実際の水位データの計測値があらかじめ定められた上下限範囲を逸脱している場合に、前記強制起動停止操作手段が上下限範囲を逸脱しないように修正させるように前記プラントの機器を強制的に起動停止させた後、当該日のプラント運用を最適化するように前記プラントの運用計画を再計画する計画監視手段を備えて成る
ことを特徴とするプラント自動制御装置。In the plant automatic control device according to claim 2,
Instead of the plan monitoring means, when the actual water level data stored in the process data storage means deviates from a predetermined upper and lower limit range, the forced start / stop operation means has an upper and lower limit. A plan monitoring means for re-planning the operation plan of the plant so as to optimize the plant operation on the day after forcibly starting and stopping the plant equipment so as to make corrections without departing from the range A plant automatic control device characterized by comprising:
前記運用計画手段により演算されたプラントの運用計画が、あらかじめ定められた時間内に完了しない場合、またはあらかじめ定められたプラントの状態の上下限範囲を満たさない場合に、当該あらかじめ定められたプラントの状態の上下限範囲を制約条件から除外し、前記プラントの運用計画の最適化演算における目的関数に前記プラントの状態の上下限範囲からの逸脱量に重み付けによる最適化を施して、前記プラントの運用計画を演算する制約緩和運用計画手段を付加して成る
ことを特徴とするプラント自動制御装置。In the plant automatic control device according to any one of claims 1 and 2,
When the operation plan of the plant calculated by the operation planning means is not completed within a predetermined time, or when the upper and lower limit ranges of the predetermined plant state are not satisfied, the predetermined plant The upper and lower limits of the state are excluded from the constraints, and the objective function in the optimization operation of the operation plan of the plant is subjected to optimization by weighting the deviation from the upper and lower limits of the state of the plant. An automatic plant control apparatus comprising a constraint relaxation operation planning means for calculating a plan.
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