JP4133075B2 - 多変数プロセス制御システム群及び多変数プロセス制御方法 - Google Patents
多変数プロセス制御システム群及び多変数プロセス制御方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学プロセス等のプロセスを対象として多変数プロセス制御を行なうシステム群及び方法に関する。更に詳しくは、複数のプロセス間の影響関係を考慮しながら、これら複数のプロセスの各々に対して多変数プロセス制御を行なう多変数プロセス制御システム群及び多変数プロセス制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、化学プロセス等のプロセスを対象として多変数制御を実施する際には、影響関係のある全てのプロセスやそれらに関連する変数を単一の制御システムに組み込むことによって、プロセス間の影響関係を考慮した多変数プロセス制御を実現するのが一般的である。
【０００３】
しかし、対象とする複数のプロセス間に影響関係が存在するにもかかわらず、様々な理由により単一の制御システムを構築できない場合がある。例えば、これらのプロセスが地理的な要因等により個別に管理されている場合等である。この様な場合には、これらのプロセスそれぞれに対して別個の制御システムを構築せざるを得なかった。
【０００４】
この様に各プロセスに対して個別に制御システムを構築した場合、これだけでは複数のプロセスが互いに及ぼす影響を考慮することができず、制御システム間の干渉等によってシステムの制御挙動が極めて不安定になることが多い。特に、プロセス間の影響の度合いが大きいほど、制御挙動の不安定化が顕著になるという問題がある。
【０００５】
こうした問題に対処するため、従来は、各プロセスに対応して個別に設けられた複数の制御システム（下位システム）に対して、これらの制御システムを統合するためのシステム（上位システム）を更に構築して、全体を一つの大きなメタシステムとして構成することにより対処してきた。
【０００６】
図３は、相互に関連するプロセスを実施する２つのプラントＡ，Ｂを対象として、従来の制御システム（メタシステム）を適用した場合の制御系全体の構成を模式的に示す図である。図３に示す様に、従来の制御システム（メタシステム）ＣＳは、２つのプラントＡ，Ｂに対応して設けられる２つの制御システム１０，２０（下位システム）と、これらの制御システム１０，２０を統合する制御システム３０（上位システム）とを備える。
【０００７】
制御システム（下位システム）１０，２０はそれぞれ、対応するプラントＡ，Ｂのプラント機器１３，２３の運転状況を監視・制御するＤＣＳ（Distributed Control System）１２，２２と、ＤＣＳ１２，２２で監視されたプラント機器１３，２３の運転状況等に関するデータを用いて多変数プロセス制御演算を実施することにより、プラント機器１３，２３の制御条件を決定する制御演算装置１１，２１とからなる。そして、制御演算装置１１，２１で得られたプラント機器１３，２３の制御条件に関する情報を用いて、ＤＣＳ１２，２２が対応するプラント機器１３，２３を制御することにより、制御システム１０，２０が各々、対応するプラントＡ，Ｂの多変数プロセス制御を行なう様になっている。
【０００８】
一方、制御システム３０（上位システム）は、制御システム１０，２０の上位に設けられ、制御演算装置１１，２１による多変数プロセス制御演算の結果をプラントＡ，Ｂ間の影響関係を考慮した値となる様に調整し、制御システム１０，２０を統合するものである。ここで設けられる上位システムとしては、例えば、リアルタイムの最適化システム等を用いて各制御システムの設定値を決定するシステムが一般的である。
【０００９】
こうした構成を有する従来の制御システム（メタシステム）ＣＳでは、ＤＣＳ１２により監視された（符号１４）プラントＡの運転状況等に関するデータ（データａin）が制御演算装置１１へ入力され（符号１５）、これに基づいて多変数制御（ａ）の演算が行なわれる。同様に、ＤＣＳ２２により監視された（符号２４）プラントＢの運転状況等に関するデータ（データｂin）が、制御演算装置２１へ入力され（符号２５）、これに基づいて多変数制御（ｂ）の演算が行なわれる。これらのデータａin及びｂinは、制御演算装置１１，１２でそれぞれ多変数制御（ａ）および多変数制御（ｂ）の状態を付加された上で、データａin’、データｂin’として制御システム３０に入力される（符号１６，２６）。
【００１０】
制御システム３０では、プラントＡとプラントＢとの間の影響を相互に考慮した多変数制御（ａ’＋ｂ’）の演算が実施され、プラントＡ及びプラントＢのそれぞれの制御条件に関する情報ａout’、ｂout’が求められる。得られたプラントＡ及びプラントＢのそれぞれの制御条件に関する情報ａout’、ｂout’は、それぞれ制御演算装置１１，２１へと与えられる（符号１７，２７）。
【００１１】
制御演算装置１１では、与えられた制御条件に関する情報ａout’とデータａinとに基づいて再び多変数制御（ａ）の演算を実施し、得られた制御条件に関する情報ａoutをＤＣＳ１２へ与える（符号１８）。一方、制御演算装置２１では、与えられた制御条件に関する情報ｂout’とデータｂinとに基づいて再び多変数制御（ｂ）の演算を実施し、得られた制御条件に関する情報ｂoutをＤＣＳ２２へ与える（符号２８）。ＤＣＳ１２，２２は、それぞれ与えられた制御条件に関する情報ａout，ｂoutに基づいて、対応するプラントの制御を行なう（符号１９，２９）。
【００１２】
しかしながら、図３の構成に代表される従来の制御システムの構成では、複数の制御システムの上位に新たなシステムを導入する必要があるため、新たに電子計算機やソフトウェア等の設備が必要となり、システム全体の開発費用が増大するという問題があった。更に、複数の制御システムの統合処理を単一の上位システムに依存し、個々の制御システムの多変数制御（ａ），（ｂ）の演算結果を上位の制御システムの多変数制御（ａ’＋ｂ’）の演算結果に基づき調整しているので、整合性や信頼性の点で問題があった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上の背景から、複数のプロセスに対応して個別に制御システムを構築する場合でも、これらの制御システムを統合するための上位システムを使用することなく、即ち、新たに電子計算機やソフトウェア等の設備を必要とすることなく、高い整合性や信頼性の下で、複数のプロセス間の影響関係を考慮した多変数プロセス制御を実現できる技術が求められてきた。
【００１４】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、複数のプロセスに対応して個別に制御システムを構築する場合でも、これらの制御システムを統合するための上位システムを使用することなく、即ち、新たに電子計算機やソフトウェア等の設備を必要とすることなく、高い整合性や信頼性の下で、複数のプロセス間の影響関係を考慮した多変数プロセス制御を行なうことが可能なシステム及び方法を提供することに存する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、複数のプロセスの制御に必要な全ての要素を、プロセス毎に構築された制御システムの各々に与え、全ての制御システムで同一の多変数プロセス制御演算を行なわせるとともに、各制御システムにおいて対応するプロセスに関する演算結果のみを用いて実際の制御を行なうことにより、これらの制御システムを統合するための上位システムを使用することなく、複数のプロセス間の影響関係を考慮した多変数プロセス制御を実現することが可能となり、上記課題が効果的に解決されることを見出して、本発明を完成するに至った。
【００１６】
即ち、本発明の趣旨は、影響関係を有する複数のプロセスに対して、プロセス間の影響関係を考慮しながら多変数プロセス制御を行なうシステム群であって、前記複数のプロセスに対応して設けられ、各々が対応するプロセスに対して多変数プロセス制御を行なう、複数の制御システムからなるとともに、該複数の制御システムの各々が、対応するプロセスの動作状態を監視する監視手段と、当該制御システムの該監視手段により監視された対応するプロセスの動作状態に関する情報、及び、他の制御システムの該監視手段により監視された他のプロセスの動作状態に関する情報に基づいて、前記複数のプロセスを対象とした多変数プロセス制御演算を実施することにより、前記複数のプロセスの制御条件を算出する演算手段と、該演算手段により算出された前記複数のプロセスの制御条件に関する情報のうち、対応するプロセスの制御条件に関する情報を取得し、この制御条件に基づいて対応するプロセスの動作を制御する制御手段とを備え、該演算手段は全ての制御システムにおいて同一の演算を行なうことを特徴とする、多変数プロセス制御システム群に存する。
【００１７】
また、本発明の別の趣旨は、影響関係を有する複数のプロセスに対して、プロセス間の影響関係を考慮しながら多変数プロセス制御を行なう方法であって、前記複数のプロセスに対応して複数の多変数プロセス制御システムを設けるとともに、該複数の多変数プロセス制御システムの各々に、対応するプロセスの動作状態を監視する監視ステップと、当該制御システムによる該監視ステップで監視された対応するプロセスの動作状態に関する情報、及び、他の制御システムによる該監視ステップで監視された他のプロセスの動作状態に関する情報に基づいて、前記複数のプロセスを対象とした多変数プロセス制御演算を実施することにより、前記複数のプロセスの制御条件を算出する演算ステップと、該演算ステップにより算出された前記複数のプロセスの制御条件に関する情報のうち、対応するプロセスの制御条件に関する情報を取得し、この制御条件に基づいて対応するプロセスの動作を制御する制御ステップとを実行させることにより、対応するプロセスに対する多変数プロセス制御を行なわせ、かつ全ての制御システムにおける該演算ステップに、同一の演算を行わせることを特徴とする、複数プロセスの多変数プロセス制御方法に存する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明に係る多変数プロセス制御システム群は、影響関係を有する複数のプロセスに対して、これらのプロセス間の影響関係を考慮しながら多変数プロセス制御を行なうものである。
【００１９】
ここで、プロセスとは、化学品等の製品の工場等における生産工程や処理工程など、各種産業において実施される一連の過程のことをいう。具体例としては、エチレンプラントにおいて行なわれるエチレンの製造工程等が挙げられる。また、プロセス制御とは、対象となるプロセスの動作状態を所望の状態に維持するための制御である。制御システムとは、この様なプロセス制御を行なうために必要な一連のシステムである。
【００２０】
プロセス制御は、プロセスの現在及び過去の動作状態に関する情報等に基づいて演算を実行し、プロセスの将来の動作状態を所望の状態とするために今後プロセスに与えるべき制御量等を決定することにより行なわれる。また、多変数プロセス制御は、上述のプロセス制御の一態様であって、プロセスの現在及び過去の動作状態に関する情報等を入力変数とし、プロセスに今後与える制御量等を出力変数として演算を行ない、複数の入力変数から複数の出力変数を決定することにより、プロセス制御を行なうものである。
【００２１】
また、二つのプロセスが影響関係を有するとは、一のプロセスの動作状態及び／又は制御量が、他のプロセスの動作状態及び／又は制御量に影響を与えている関係にあることをいう。ここで、二つのプロセス間に成立する影響関係としては、二つのプロセスが相互に影響を及ぼし合う関係（即ち、双方向的な影響関係）と、一方のプロセスから他方のプロセスに対してのみ影響を及ぼす関係（即ち、一方向的な影響関係）とが存在する。更に、三以上のプロセスが影響関係を有するとは、これらのうち任意の二のプロセスが直接的に影響関係を有するか、又は他のプロセスを介して間接的に影響関係を有することをいう。
【００２２】
以下、本発明の一実施形態として、一般的な化学プラントにおけるプロセスを対象に多変数プロセス制御を行なう場合を例として、本発明を説明する。
【００２３】
図１は、相互に関連するプロセスを実施する２つのプラントＡ，Ｂを対象として、本発明の一実施形態に係る多変数プロセス制御システム群を適用した場合の制御系全体の構成を模式的に示す図である。図１に示すように、本実施形態の多変数プロセス制御システム群Ｓは、プラントＡ，Ｂにそれぞれ対応する２つの制御システム１００，２００を備えて構成される。これらの制御システム１００，２００は、各々、対応するプラントＡ，Ｂについての多変数プロセス制御を行なうもので、プラントＡ，Ｂの機器１０３，２０３の監視・制御を行なうＤＣＳ（Distributed Control System）１０２，２０２と、多変数プロセス制御の制御演算を行なう制御演算装置１０１，２０１とを備えて構成される。
【００２４】
まず、ＤＣＳ１０２，２０２は、各々、対応するプラント機器１０３，２０３の動作状態を監視するとともに、監視されたプラント機器１０３，２０３の動作状況に関する情報を出力する（すなわち、ＤＣＳ１０２，２０２は、監視手段として機能することになる）。
【００２５】
ここで、ＤＣＳ１０２により監視されたプラントＡの機器１０３に関する情報ａinは、プラントＡの制御システム１００の制御演算装置１０１へ入力される（符号１１２）とともに、プラントＢの制御システム２００の制御演算装置２０１へも入力される（符号１１３）。同様に、ＤＣＳ２０２により監視されたプラントＢの機器２０３に関する情報ｂinは、プラントＢの制御システム２００の制御演算装置２０１へ入力される（符号２１２）とともに、プラントＡの制御システム１００の制御演算装置１０１へ入力される（符号２１３）。言い換えれば、プラントＡの制御システム１００の制御演算装置１０１に入力される情報と、プラントＢにおける制御システム２００の制御演算装置２０１に入力される情報は、何れもａin＋ｂinであって、基本的に同一となる。
【００２６】
制御演算装置１０１，２０１は、こうしてＤＣＳ１０２及びＤＣＳ２０２の双方から入力されたプラント機器１０３，２０３の双方の動作状況に関する情報ａin＋ｂinに基づいて、プラントＡ及びプラントＢの双方を対象とした多変数プロセス制御（ａ＋ｂ）の制御演算を実施することにより、これらのプラント機器１０３，２０３の各々に関する制御条件に関する情報ａout＋ｂoutを算出する（すなわち、制御演算装置１０１，２０１は、演算手段として機能することになる。）。言い換えれば、プラントＡの制御システム１００の制御演算装置１０１が行なう制御演算（ａ＋ｂ）の内容と、プラントＢの制御システム２００の制御演算装置２０１が行なう制御演算（ａ＋ｂ）の内容とは、基本的に同一となる。また、こうしてプラントＡ，Ｂの双方の制御演算装置１０１，２０１により行なわれた演算の結果は、何れもａout＋ｂoutと、プラント機器１０３の制御条件に関する情報ａoutとプラント機器２０３の制御条件に関する情報ｂoutの双方を含んだものとなる。
【００２７】
しかし、制御演算装置１０１，２０１は、それぞれ対応するプラントＡ，ＢのＤＣＳ１０２，２０２のみに対して、対応する制御条件に関する情報ａout，ｂoutのみを出力する（符号１２１、２２１）。即ち、プラントＡの制御演算装置１０１は、算出されたプラント機器１０３，２０３の双方の制御条件ａout＋ｂoutのうち、プラント機器１０３の制御条件に関する情報ａoutのみを選択的に、プラントＡのＤＣＳ１０２に対して出力する一方で、プラントＢの制御演算装置２０１は、算出されたプラント機器１０３，２０３の双方の制御条件に関する情報ａout＋ｂoutのうち、プラント機器２０３の制御条件に関する情報ｂoutのみを選択的に、プラントＢのＤＣＳ２０２に対して出力する。逆に言えば、プラントＡの制御演算装置１０１で算出されたプラントＢの機器２０３の制御条件に関する情報ｂout，及び、プラントＢの制御演算装置２０１で算出されたプラントＡの機器１０３の制御条件に関する情報ａoutは、プラントＡ，Ｂの何れに対しても出力されることはない。
【００２８】
一方、プラントＡ，ＢのＤＣＳ１０２，２０２は、各々、対応する制御演算装置１０１，２０１から選択的に入力されたプラント機器１０３，２０３の制御条件に関する情報ａout，ｂoutに基づいて、対応するプラント機器１０３，２０３の動作を制御する（符号１２２、２２２）。すなわち、ＤＣＳ１０２，２０２は制御手段としても機能することになる。
【００２９】
以上、説明したように、本実施形態の多変数プロセス制御システム群Ｓによれば、複数のプラントＡ，Ｂにおいて行なわれる複数のプロセスについて、全てのプロセスの制御に必要な情報をプロセス毎に構築された制御システム１００，２００の各々に与え、全ての制御システム１００，２００で同一の多変数プロセス制御演算を行なわせるとともに、各制御システム１００，２００において対応するプロセスに関する演算結果のみを用いて実際の制御を行なっているので、制御システム１００，２００間に制御演算結果の不整合を生じることなく、高い信頼性の下でプロセス間の影響関係を考慮した多変数プロセス制御を実現することが可能となる。また、これらの制御システム１００，２００を統合するための上位システムを必要としないので、新たな電子計算機やソフトウェア等の設備が不要であり、システム全体の開発費用や管理・運用費用を抑えることができる。
【００３０】
なお、あるプラントＡ，Ｂの機器１０３，２０３や制御システム１００，２００が整備や故障等の理由で稼動できない場合でも、他のプラントＡ，Ｂの機器１０３，２０３や制御システム１００，２００を独立して稼動可能とするために、各制御システム１００，２００に、他の制御システム１００，２００との間の情報の入出力を制御する手段（入出力許可・禁止手段）を設けてもよい。
【００３１】
入出力の許可・禁止の切り替えは、プラントＡ，Ｂの運用管理者の判断に応じて手動で行なえるように構成してもよいが、各プラントＡ，Ｂの機器１０３，２０３や制御システム１００，２００が稼動状態か否か（又は、稼動可能な状態か否か）を検知する手段を更に設けて、この検知手段により検知されたプラント機器１０３，２０３や制御システム１００，２００の稼動状態（又は稼動可能状態）に応じて、自動で切り替える様に構成しても良い。
【００３２】
こうした構成によって、あるプラントＡ，Ｂの機器１０３，２０３や制御システム１００，２００が整備や故障等の理由で稼動できない場合でも、そのプラントＡ，Ｂと他のプラントＡ，Ｂとの間の情報の入出力が自動又は手動で切り離されるので、他のプラントＡ，Ｂについての多変数プロセス制御を独立して実施することができ、ひいては、他のプラントＡ，Ｂの機器１０３，２０３や制御システム１００，２００を独立して稼動することが可能となる。
【００３３】
また、何れかのプラント（例えばＡとする）の制御システム１００が整備や故障等の理由で稼動できないものの、そのプラントＡの機器１０３は正常であり、稼動可能な状態である場合には、他方のプラントＢの制御システム２００において得られた先のプラントＡについての制御演算結果を制御システム１００が取得して、プラントＡの機器１０３の運転を行なうことができる様に構成することも可能である。これによって、対応する制御システム１００，２００が稼動できなくなったプラントＡ，Ｂでも、他のプラントＢ，Ａにおいて行なわれる多変数プロセス制御演算の結果に基づき、対応する機器１０３，２０３を稼動することが可能となる。
【００３４】
なお、以上説明した実施形態では、互いに影響を及ぼす２つのプロセスを対象とする場合について説明したが、３つ以上のプロセスについても、それらの間に影響関係があるものであれば、同様に本発明の適用対象とすることが可能である。また、二つのプロセス間の影響関係としては、上述の様に、これらのプロセスが本実施形態の様に相互に影響を及ぼし合う関係（即ち、双方向的な影響関係）と、一方のプロセスから他方のプロセスに対してのみ影響を及ぼす関係（即ち、一方向的な影響関係）とが挙げられるが、何れに対しても本発明は容易に適用できる。また、対象となるプロセスが３つ以上の場合には、複数対のプロセス間の影響関係を考えることができるが、これらの全てが双方向的な影響関係であっても、全てが一方向的な影響関係であっても、または双方向的な影響関係と一方向的な影響関係とが混在していても、本発明は同様に適用可能である。
【００３５】
本発明が好適に適用される複数のプロセスの例としては、コンビナートでの蒸気バランスの制御、水素、メタン、エタン、エチレン、プロピレン、プロパン、ベンゼンなどの基礎石化製品のバランス制御、複数の発電所での発電量制御、燃料ガス、オイル、工業用水、純水、窒素などのユーティリティのバランス制御、その他同一物を生産する複数プロセスでの生産物の品質制御など、使用物及び生産物が複数のプロセスに跨り、相互監視を必要とするプロセス群が挙げられる。
【００３６】
【実施例】
以下、実施例として、本発明の制御システム群をコンビナートの蒸気バランスに適用した例を挙げて説明する。
図２は、実施例の多変数プロセス制御システム群の適用対象となるコンビナートの蒸気タービン及び蒸気ラインの構成を模式的に表わす図である。図２に示す蒸気タービン及び蒸気ラインは、２つの別々のプラントＡ，Ｂに属するもので、各圧力の蒸気ラインヘッダー、抽気復水タービン、及びタービンとヘッダーとを接続する接続ラインから成る。なお、各蒸気ヘッダーは、本制御システムへの出入り、及びそれらの流量に対する制約が設定されている。
【００３７】
蒸気ヘッダーは、高圧蒸気ヘッダー５０１、中圧蒸気ヘッダー５０２、低圧蒸気ヘッダー５０３、及び各蒸気の凝縮水ヘッダー５０４からなり、タービンは、プラントＡに属するタービン３０１及び３０２と、プラントＢに属するタービン４０１及び４０２とからなる。タービン３０１は、高圧蒸気を使用し（符号３１１）、抽気として低圧蒸気が抜き出される（符号３２１）。タービン３０２は、高圧蒸気を使用し（符号３１２）、抽気として低圧蒸気が抜き出される（符号３２２）。タービン４０１は、高圧蒸気を使用し（符号４１１）、抽気として中圧蒸気が抜き出される（符号４２１）。タービン４０２は、中圧蒸気を使用し（符号４１２）、抽気として低圧蒸気が抜き出される（符号４２２）。また、全てのタービンは復水として、凝縮水を排出する（符号３３１，３３２，４３１，４３２）。
【００３８】
図２に示す蒸気タービン及び蒸気ラインの構成では、プラントＡ及びプラントＢ以外のプラントの蒸気使用量により、これらのプロセス制御を行なう制御システムへの各圧力蒸気の出入り流量の制約が変化する。そのため、コストを最小とするタービンの抽気量もそれに応じて変化する。
【００３９】
従来のプロセス制御の場合、プラントＡでは、タービン３０１の抽気量３２１及びタービン３０２の抽気量３２２を、それぞれのタービン３０１、３０２の制約として考慮した制御、また、プラントＢでは、タービン４０１の抽気量４２１及びタービン４０２の抽気量４２２を、それぞれのタービン４０１、４０２の制約として考慮した制御しか行なうことができず、他のプラントのタービン廻りの情報及び蒸気ヘッダーの出入りの情報を考慮して、各蒸気ヘッダーの出入り流量を制御することはほぼ不可能であった。
【００４０】
本発明を適用すると、プラントＡの制御システムでは、プラントＡのタービン廻りの情報、例えばタービンの負荷や主蒸気流量などの情報に加えて、プラントＢのタービン廻りの情報及び蒸気ヘッダーの出入りの情報を得て、これらの情報に基づいて多変数プロセス制御演算を行なうことにより、プラントＡ及びプラントＢの双方のタービン抽気量についての演算結果を得るとともに、そのうちプラントＡについての演算結果のみを用いてプラントＡのタービンの抽気量を操作する。
【００４１】
一方、プラントＢの制御システムでも、プラントＡのタービン廻りの情報に加えて、プラントＢのタービン廻りの情報及び蒸気ヘッダーの出入りの情報を得て、これらの情報に基づいて多変数プロセス制御演算を行なうことにより、プラントＡ及びプラントＢのタービン抽気量の演算結果を得るとともに、そのうちプラントＢについての演算結果のみを用いてプラントＢのタービンの抽気量を操作する。
【００４２】
すなわち、プラントＡ及びプラントＢの各々の制御システムに与えられる情報及び各々の制御システムで行なわれる演算内容は全く同一であるため、プラントＡ及びプラントＢのそれぞれの制御システムの演算結果は全く同一となる。この同一の演算結果から、プラントＡの制御システムはプラントＡのタービンの抽気量のみを取り出して操作を実行し、また、プラントＢの制御システムはプラントＢのタービンの抽気量のみを取り出して操作を実行する。よって、各プラントＡ，Ｂにおいて、他方のプラントで蒸気ヘッダーの出入り流量が変化した場合でも、その変化による影響を反映させながら、タービンの抽気量を制御するが可能となる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、影響関係を有する複数のプロセスを対象に多変数プロセス制御を行なうに当たって、全てのプロセスの制御に必要な情報をプロセス毎に構築された制御システムの各々に与え、全ての制御システムで同一の多変数プロセス制御演算を実施させるとともに、各制御システムでは対応するプロセスに関する演算結果のみを用いて実際の制御を行なっているので、制御システム間に制御演算結果の不整合を生じることなく、高い信頼性の下でプロセス間の影響関係を考慮した多変数プロセス制御を実現することが可能となる。また、これらの制御システムを統合するための上位システムを必要としないので、新たな電子計算機やソフトウェア等の設備が不要であり、システム群全体の開発費用や管理・運用費用を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る多変数プロセス制御システム群を、相互に関連するプロセスを実施する２つのプラントＡ，Ｂに対して適用した場合の、制御系全体の構成を模式的に示す図である。
【図２】実施例の多変数プロセス制御システム群の適用対象となるコンビナートの蒸気タービン及び蒸気ラインの構成を模式的に表わす図である。
【図３】従来の多変数プロセス制御システム（メタシステム）を、相互に関連するプロセスを実施する２つのプラントＡ，Ｂに対して適用した場合の、制御系全体の構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
ＣＳ 従来の多変数プロセス制御システム（メタシステム）
１０ プラントＡ 制御システム
１１ プラントＡ 制御演算装置
１２ プラントＡ ＤＣＳ
１３ プラントＡ プラント機器
１４ プラントＡ プラント機器からＤＣＳへの入力
１５ プラントＡ ＤＣＳから制御演算装置への入力
１６ プラントＡ 制御演算装置から上位制御システムへの入力
１７ プラントＡ 上位制御システムから制御演算装置への出力
１８ プラントＡ 制御演算装置からＤＣＳへの出力
１９ プラントＡ ＤＣＳからプラント機器への出力
２０ プラントＢ 制御システム
２１ プラントＢ 制御演算装置
２２ プラントＢ ＤＣＳ
２３ プラントＢ プラント機器
２４ プラントＢ プラント機器からＤＣＳへの入力
２５ プラントＢ ＤＣＳから制御演算装置への入力
２６ プラントＢ 制御演算装置から上位制御システムへの入力
２７ プラントＢ 上位制御システムから制御演算装置への出力
２８ プラントＢ 制御演算装置からＤＣＳへの出力
２９ プラントＢ ＤＣＳからプラント機器への出力
３０ 上位制御システム
Ｓ 本発明の一実施形態に係る多変数プロセス制御システム群
１００ プラントＡ 制御システム
１０１ プラントＡ 制御演算装置（演算手段）
１０２ プラントＡ ＤＣＳ（監視手段・制御手段）
１０３ プラントＡ プラント機器
１１１ プラントＡ プラント機器からＤＣＳへの入力
１１２ プラントＡ ＤＣＳから制御演算装置への入力
１１３ プラントＡ ＤＣＳからプラントＢの制御演算装置への入力
１２１ プラントＡ 制御演算装置からＤＣＳへの出力
１２２ プラントＡ ＤＣＳからプラント機器への出力
１００ プラントＢ 制御システム
２０１ プラントＢ 制御演算装置（演算手段）
２０２ プラントＢ ＤＣＳ（監視手段・制御手段）
２０３ プラントＢ プラント機器
２１１ プラントＢ プラント機器からＤＣＳへの入力
２１２ プラントＢ ＤＣＳから制御演算装置への入力
２１３ プラントＢ ＤＣＳからプラントＡの制御演算装置への入力
２２１ プラントＢ 制御演算装置からＤＣＳへの出力
２２２ プラントＢ ＤＣＳからプラント機器への出力
３０１ プラントＡ タービン１
３０２ プラントＡ タービン２
３１１ プラントＡ タービン１主蒸気
３１２ プラントＡ タービン２主蒸気
３２１ プラントＡ タービン１抽気
３２２ プラントＡ タービン２抽気
３３１ プラントＡ タービン１復水
３３２ プラントＡ タービン２復水
４０１ プラントＢ タービン１
４０２ プラントＢ タービン２
４１１ プラントＢ タービン１主蒸気
４１２ プラントＢ タービン２主蒸気
４２１ プラントＢ タービン１抽気
４２２ プラントＢ タービン２抽気
４３１ プラントＢ タービン１復水
４３２ プラントＢ タービン２復水
５０１ 高圧蒸気ヘッダー
５０２ 中圧蒸気ヘッダー
５０３ 低圧蒸気ヘッダー
５０４ 凝縮水ヘッダー
【発明の属する技術分野】
本発明は、化学プロセス等のプロセスを対象として多変数プロセス制御を行なうシステム群及び方法に関する。更に詳しくは、複数のプロセス間の影響関係を考慮しながら、これら複数のプロセスの各々に対して多変数プロセス制御を行なう多変数プロセス制御システム群及び多変数プロセス制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、化学プロセス等のプロセスを対象として多変数制御を実施する際には、影響関係のある全てのプロセスやそれらに関連する変数を単一の制御システムに組み込むことによって、プロセス間の影響関係を考慮した多変数プロセス制御を実現するのが一般的である。
【０００３】
しかし、対象とする複数のプロセス間に影響関係が存在するにもかかわらず、様々な理由により単一の制御システムを構築できない場合がある。例えば、これらのプロセスが地理的な要因等により個別に管理されている場合等である。この様な場合には、これらのプロセスそれぞれに対して別個の制御システムを構築せざるを得なかった。
【０００４】
この様に各プロセスに対して個別に制御システムを構築した場合、これだけでは複数のプロセスが互いに及ぼす影響を考慮することができず、制御システム間の干渉等によってシステムの制御挙動が極めて不安定になることが多い。特に、プロセス間の影響の度合いが大きいほど、制御挙動の不安定化が顕著になるという問題がある。
【０００５】
こうした問題に対処するため、従来は、各プロセスに対応して個別に設けられた複数の制御システム（下位システム）に対して、これらの制御システムを統合するためのシステム（上位システム）を更に構築して、全体を一つの大きなメタシステムとして構成することにより対処してきた。
【０００６】
図３は、相互に関連するプロセスを実施する２つのプラントＡ，Ｂを対象として、従来の制御システム（メタシステム）を適用した場合の制御系全体の構成を模式的に示す図である。図３に示す様に、従来の制御システム（メタシステム）ＣＳは、２つのプラントＡ，Ｂに対応して設けられる２つの制御システム１０，２０（下位システム）と、これらの制御システム１０，２０を統合する制御システム３０（上位システム）とを備える。
【０００７】
制御システム（下位システム）１０，２０はそれぞれ、対応するプラントＡ，Ｂのプラント機器１３，２３の運転状況を監視・制御するＤＣＳ（Distributed Control System）１２，２２と、ＤＣＳ１２，２２で監視されたプラント機器１３，２３の運転状況等に関するデータを用いて多変数プロセス制御演算を実施することにより、プラント機器１３，２３の制御条件を決定する制御演算装置１１，２１とからなる。そして、制御演算装置１１，２１で得られたプラント機器１３，２３の制御条件に関する情報を用いて、ＤＣＳ１２，２２が対応するプラント機器１３，２３を制御することにより、制御システム１０，２０が各々、対応するプラントＡ，Ｂの多変数プロセス制御を行なう様になっている。
【０００８】
一方、制御システム３０（上位システム）は、制御システム１０，２０の上位に設けられ、制御演算装置１１，２１による多変数プロセス制御演算の結果をプラントＡ，Ｂ間の影響関係を考慮した値となる様に調整し、制御システム１０，２０を統合するものである。ここで設けられる上位システムとしては、例えば、リアルタイムの最適化システム等を用いて各制御システムの設定値を決定するシステムが一般的である。
【０００９】
こうした構成を有する従来の制御システム（メタシステム）ＣＳでは、ＤＣＳ１２により監視された（符号１４）プラントＡの運転状況等に関するデータ（データａin）が制御演算装置１１へ入力され（符号１５）、これに基づいて多変数制御（ａ）の演算が行なわれる。同様に、ＤＣＳ２２により監視された（符号２４）プラントＢの運転状況等に関するデータ（データｂin）が、制御演算装置２１へ入力され（符号２５）、これに基づいて多変数制御（ｂ）の演算が行なわれる。これらのデータａin及びｂinは、制御演算装置１１，１２でそれぞれ多変数制御（ａ）および多変数制御（ｂ）の状態を付加された上で、データａin’、データｂin’として制御システム３０に入力される（符号１６，２６）。
【００１０】
制御システム３０では、プラントＡとプラントＢとの間の影響を相互に考慮した多変数制御（ａ’＋ｂ’）の演算が実施され、プラントＡ及びプラントＢのそれぞれの制御条件に関する情報ａout’、ｂout’が求められる。得られたプラントＡ及びプラントＢのそれぞれの制御条件に関する情報ａout’、ｂout’は、それぞれ制御演算装置１１，２１へと与えられる（符号１７，２７）。
【００１１】
制御演算装置１１では、与えられた制御条件に関する情報ａout’とデータａinとに基づいて再び多変数制御（ａ）の演算を実施し、得られた制御条件に関する情報ａoutをＤＣＳ１２へ与える（符号１８）。一方、制御演算装置２１では、与えられた制御条件に関する情報ｂout’とデータｂinとに基づいて再び多変数制御（ｂ）の演算を実施し、得られた制御条件に関する情報ｂoutをＤＣＳ２２へ与える（符号２８）。ＤＣＳ１２，２２は、それぞれ与えられた制御条件に関する情報ａout，ｂoutに基づいて、対応するプラントの制御を行なう（符号１９，２９）。
【００１２】
しかしながら、図３の構成に代表される従来の制御システムの構成では、複数の制御システムの上位に新たなシステムを導入する必要があるため、新たに電子計算機やソフトウェア等の設備が必要となり、システム全体の開発費用が増大するという問題があった。更に、複数の制御システムの統合処理を単一の上位システムに依存し、個々の制御システムの多変数制御（ａ），（ｂ）の演算結果を上位の制御システムの多変数制御（ａ’＋ｂ’）の演算結果に基づき調整しているので、整合性や信頼性の点で問題があった。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上の背景から、複数のプロセスに対応して個別に制御システムを構築する場合でも、これらの制御システムを統合するための上位システムを使用することなく、即ち、新たに電子計算機やソフトウェア等の設備を必要とすることなく、高い整合性や信頼性の下で、複数のプロセス間の影響関係を考慮した多変数プロセス制御を実現できる技術が求められてきた。
【００１４】
本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、複数のプロセスに対応して個別に制御システムを構築する場合でも、これらの制御システムを統合するための上位システムを使用することなく、即ち、新たに電子計算機やソフトウェア等の設備を必要とすることなく、高い整合性や信頼性の下で、複数のプロセス間の影響関係を考慮した多変数プロセス制御を行なうことが可能なシステム及び方法を提供することに存する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、複数のプロセスの制御に必要な全ての要素を、プロセス毎に構築された制御システムの各々に与え、全ての制御システムで同一の多変数プロセス制御演算を行なわせるとともに、各制御システムにおいて対応するプロセスに関する演算結果のみを用いて実際の制御を行なうことにより、これらの制御システムを統合するための上位システムを使用することなく、複数のプロセス間の影響関係を考慮した多変数プロセス制御を実現することが可能となり、上記課題が効果的に解決されることを見出して、本発明を完成するに至った。
【００１６】
即ち、本発明の趣旨は、影響関係を有する複数のプロセスに対して、プロセス間の影響関係を考慮しながら多変数プロセス制御を行なうシステム群であって、前記複数のプロセスに対応して設けられ、各々が対応するプロセスに対して多変数プロセス制御を行なう、複数の制御システムからなるとともに、該複数の制御システムの各々が、対応するプロセスの動作状態を監視する監視手段と、当該制御システムの該監視手段により監視された対応するプロセスの動作状態に関する情報、及び、他の制御システムの該監視手段により監視された他のプロセスの動作状態に関する情報に基づいて、前記複数のプロセスを対象とした多変数プロセス制御演算を実施することにより、前記複数のプロセスの制御条件を算出する演算手段と、該演算手段により算出された前記複数のプロセスの制御条件に関する情報のうち、対応するプロセスの制御条件に関する情報を取得し、この制御条件に基づいて対応するプロセスの動作を制御する制御手段とを備え、該演算手段は全ての制御システムにおいて同一の演算を行なうことを特徴とする、多変数プロセス制御システム群に存する。
【００１７】
また、本発明の別の趣旨は、影響関係を有する複数のプロセスに対して、プロセス間の影響関係を考慮しながら多変数プロセス制御を行なう方法であって、前記複数のプロセスに対応して複数の多変数プロセス制御システムを設けるとともに、該複数の多変数プロセス制御システムの各々に、対応するプロセスの動作状態を監視する監視ステップと、当該制御システムによる該監視ステップで監視された対応するプロセスの動作状態に関する情報、及び、他の制御システムによる該監視ステップで監視された他のプロセスの動作状態に関する情報に基づいて、前記複数のプロセスを対象とした多変数プロセス制御演算を実施することにより、前記複数のプロセスの制御条件を算出する演算ステップと、該演算ステップにより算出された前記複数のプロセスの制御条件に関する情報のうち、対応するプロセスの制御条件に関する情報を取得し、この制御条件に基づいて対応するプロセスの動作を制御する制御ステップとを実行させることにより、対応するプロセスに対する多変数プロセス制御を行なわせ、かつ全ての制御システムにおける該演算ステップに、同一の演算を行わせることを特徴とする、複数プロセスの多変数プロセス制御方法に存する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明に係る多変数プロセス制御システム群は、影響関係を有する複数のプロセスに対して、これらのプロセス間の影響関係を考慮しながら多変数プロセス制御を行なうものである。
【００１９】
ここで、プロセスとは、化学品等の製品の工場等における生産工程や処理工程など、各種産業において実施される一連の過程のことをいう。具体例としては、エチレンプラントにおいて行なわれるエチレンの製造工程等が挙げられる。また、プロセス制御とは、対象となるプロセスの動作状態を所望の状態に維持するための制御である。制御システムとは、この様なプロセス制御を行なうために必要な一連のシステムである。
【００２０】
プロセス制御は、プロセスの現在及び過去の動作状態に関する情報等に基づいて演算を実行し、プロセスの将来の動作状態を所望の状態とするために今後プロセスに与えるべき制御量等を決定することにより行なわれる。また、多変数プロセス制御は、上述のプロセス制御の一態様であって、プロセスの現在及び過去の動作状態に関する情報等を入力変数とし、プロセスに今後与える制御量等を出力変数として演算を行ない、複数の入力変数から複数の出力変数を決定することにより、プロセス制御を行なうものである。
【００２１】
また、二つのプロセスが影響関係を有するとは、一のプロセスの動作状態及び／又は制御量が、他のプロセスの動作状態及び／又は制御量に影響を与えている関係にあることをいう。ここで、二つのプロセス間に成立する影響関係としては、二つのプロセスが相互に影響を及ぼし合う関係（即ち、双方向的な影響関係）と、一方のプロセスから他方のプロセスに対してのみ影響を及ぼす関係（即ち、一方向的な影響関係）とが存在する。更に、三以上のプロセスが影響関係を有するとは、これらのうち任意の二のプロセスが直接的に影響関係を有するか、又は他のプロセスを介して間接的に影響関係を有することをいう。
【００２２】
以下、本発明の一実施形態として、一般的な化学プラントにおけるプロセスを対象に多変数プロセス制御を行なう場合を例として、本発明を説明する。
【００２３】
図１は、相互に関連するプロセスを実施する２つのプラントＡ，Ｂを対象として、本発明の一実施形態に係る多変数プロセス制御システム群を適用した場合の制御系全体の構成を模式的に示す図である。図１に示すように、本実施形態の多変数プロセス制御システム群Ｓは、プラントＡ，Ｂにそれぞれ対応する２つの制御システム１００，２００を備えて構成される。これらの制御システム１００，２００は、各々、対応するプラントＡ，Ｂについての多変数プロセス制御を行なうもので、プラントＡ，Ｂの機器１０３，２０３の監視・制御を行なうＤＣＳ（Distributed Control System）１０２，２０２と、多変数プロセス制御の制御演算を行なう制御演算装置１０１，２０１とを備えて構成される。
【００２４】
まず、ＤＣＳ１０２，２０２は、各々、対応するプラント機器１０３，２０３の動作状態を監視するとともに、監視されたプラント機器１０３，２０３の動作状況に関する情報を出力する（すなわち、ＤＣＳ１０２，２０２は、監視手段として機能することになる）。
【００２５】
ここで、ＤＣＳ１０２により監視されたプラントＡの機器１０３に関する情報ａinは、プラントＡの制御システム１００の制御演算装置１０１へ入力される（符号１１２）とともに、プラントＢの制御システム２００の制御演算装置２０１へも入力される（符号１１３）。同様に、ＤＣＳ２０２により監視されたプラントＢの機器２０３に関する情報ｂinは、プラントＢの制御システム２００の制御演算装置２０１へ入力される（符号２１２）とともに、プラントＡの制御システム１００の制御演算装置１０１へ入力される（符号２１３）。言い換えれば、プラントＡの制御システム１００の制御演算装置１０１に入力される情報と、プラントＢにおける制御システム２００の制御演算装置２０１に入力される情報は、何れもａin＋ｂinであって、基本的に同一となる。
【００２６】
制御演算装置１０１，２０１は、こうしてＤＣＳ１０２及びＤＣＳ２０２の双方から入力されたプラント機器１０３，２０３の双方の動作状況に関する情報ａin＋ｂinに基づいて、プラントＡ及びプラントＢの双方を対象とした多変数プロセス制御（ａ＋ｂ）の制御演算を実施することにより、これらのプラント機器１０３，２０３の各々に関する制御条件に関する情報ａout＋ｂoutを算出する（すなわち、制御演算装置１０１，２０１は、演算手段として機能することになる。）。言い換えれば、プラントＡの制御システム１００の制御演算装置１０１が行なう制御演算（ａ＋ｂ）の内容と、プラントＢの制御システム２００の制御演算装置２０１が行なう制御演算（ａ＋ｂ）の内容とは、基本的に同一となる。また、こうしてプラントＡ，Ｂの双方の制御演算装置１０１，２０１により行なわれた演算の結果は、何れもａout＋ｂoutと、プラント機器１０３の制御条件に関する情報ａoutとプラント機器２０３の制御条件に関する情報ｂoutの双方を含んだものとなる。
【００２７】
しかし、制御演算装置１０１，２０１は、それぞれ対応するプラントＡ，ＢのＤＣＳ１０２，２０２のみに対して、対応する制御条件に関する情報ａout，ｂoutのみを出力する（符号１２１、２２１）。即ち、プラントＡの制御演算装置１０１は、算出されたプラント機器１０３，２０３の双方の制御条件ａout＋ｂoutのうち、プラント機器１０３の制御条件に関する情報ａoutのみを選択的に、プラントＡのＤＣＳ１０２に対して出力する一方で、プラントＢの制御演算装置２０１は、算出されたプラント機器１０３，２０３の双方の制御条件に関する情報ａout＋ｂoutのうち、プラント機器２０３の制御条件に関する情報ｂoutのみを選択的に、プラントＢのＤＣＳ２０２に対して出力する。逆に言えば、プラントＡの制御演算装置１０１で算出されたプラントＢの機器２０３の制御条件に関する情報ｂout，及び、プラントＢの制御演算装置２０１で算出されたプラントＡの機器１０３の制御条件に関する情報ａoutは、プラントＡ，Ｂの何れに対しても出力されることはない。
【００２８】
一方、プラントＡ，ＢのＤＣＳ１０２，２０２は、各々、対応する制御演算装置１０１，２０１から選択的に入力されたプラント機器１０３，２０３の制御条件に関する情報ａout，ｂoutに基づいて、対応するプラント機器１０３，２０３の動作を制御する（符号１２２、２２２）。すなわち、ＤＣＳ１０２，２０２は制御手段としても機能することになる。
【００２９】
以上、説明したように、本実施形態の多変数プロセス制御システム群Ｓによれば、複数のプラントＡ，Ｂにおいて行なわれる複数のプロセスについて、全てのプロセスの制御に必要な情報をプロセス毎に構築された制御システム１００，２００の各々に与え、全ての制御システム１００，２００で同一の多変数プロセス制御演算を行なわせるとともに、各制御システム１００，２００において対応するプロセスに関する演算結果のみを用いて実際の制御を行なっているので、制御システム１００，２００間に制御演算結果の不整合を生じることなく、高い信頼性の下でプロセス間の影響関係を考慮した多変数プロセス制御を実現することが可能となる。また、これらの制御システム１００，２００を統合するための上位システムを必要としないので、新たな電子計算機やソフトウェア等の設備が不要であり、システム全体の開発費用や管理・運用費用を抑えることができる。
【００３０】
なお、あるプラントＡ，Ｂの機器１０３，２０３や制御システム１００，２００が整備や故障等の理由で稼動できない場合でも、他のプラントＡ，Ｂの機器１０３，２０３や制御システム１００，２００を独立して稼動可能とするために、各制御システム１００，２００に、他の制御システム１００，２００との間の情報の入出力を制御する手段（入出力許可・禁止手段）を設けてもよい。
【００３１】
入出力の許可・禁止の切り替えは、プラントＡ，Ｂの運用管理者の判断に応じて手動で行なえるように構成してもよいが、各プラントＡ，Ｂの機器１０３，２０３や制御システム１００，２００が稼動状態か否か（又は、稼動可能な状態か否か）を検知する手段を更に設けて、この検知手段により検知されたプラント機器１０３，２０３や制御システム１００，２００の稼動状態（又は稼動可能状態）に応じて、自動で切り替える様に構成しても良い。
【００３２】
こうした構成によって、あるプラントＡ，Ｂの機器１０３，２０３や制御システム１００，２００が整備や故障等の理由で稼動できない場合でも、そのプラントＡ，Ｂと他のプラントＡ，Ｂとの間の情報の入出力が自動又は手動で切り離されるので、他のプラントＡ，Ｂについての多変数プロセス制御を独立して実施することができ、ひいては、他のプラントＡ，Ｂの機器１０３，２０３や制御システム１００，２００を独立して稼動することが可能となる。
【００３３】
また、何れかのプラント（例えばＡとする）の制御システム１００が整備や故障等の理由で稼動できないものの、そのプラントＡの機器１０３は正常であり、稼動可能な状態である場合には、他方のプラントＢの制御システム２００において得られた先のプラントＡについての制御演算結果を制御システム１００が取得して、プラントＡの機器１０３の運転を行なうことができる様に構成することも可能である。これによって、対応する制御システム１００，２００が稼動できなくなったプラントＡ，Ｂでも、他のプラントＢ，Ａにおいて行なわれる多変数プロセス制御演算の結果に基づき、対応する機器１０３，２０３を稼動することが可能となる。
【００３４】
なお、以上説明した実施形態では、互いに影響を及ぼす２つのプロセスを対象とする場合について説明したが、３つ以上のプロセスについても、それらの間に影響関係があるものであれば、同様に本発明の適用対象とすることが可能である。また、二つのプロセス間の影響関係としては、上述の様に、これらのプロセスが本実施形態の様に相互に影響を及ぼし合う関係（即ち、双方向的な影響関係）と、一方のプロセスから他方のプロセスに対してのみ影響を及ぼす関係（即ち、一方向的な影響関係）とが挙げられるが、何れに対しても本発明は容易に適用できる。また、対象となるプロセスが３つ以上の場合には、複数対のプロセス間の影響関係を考えることができるが、これらの全てが双方向的な影響関係であっても、全てが一方向的な影響関係であっても、または双方向的な影響関係と一方向的な影響関係とが混在していても、本発明は同様に適用可能である。
【００３５】
本発明が好適に適用される複数のプロセスの例としては、コンビナートでの蒸気バランスの制御、水素、メタン、エタン、エチレン、プロピレン、プロパン、ベンゼンなどの基礎石化製品のバランス制御、複数の発電所での発電量制御、燃料ガス、オイル、工業用水、純水、窒素などのユーティリティのバランス制御、その他同一物を生産する複数プロセスでの生産物の品質制御など、使用物及び生産物が複数のプロセスに跨り、相互監視を必要とするプロセス群が挙げられる。
【００３６】
【実施例】
以下、実施例として、本発明の制御システム群をコンビナートの蒸気バランスに適用した例を挙げて説明する。
図２は、実施例の多変数プロセス制御システム群の適用対象となるコンビナートの蒸気タービン及び蒸気ラインの構成を模式的に表わす図である。図２に示す蒸気タービン及び蒸気ラインは、２つの別々のプラントＡ，Ｂに属するもので、各圧力の蒸気ラインヘッダー、抽気復水タービン、及びタービンとヘッダーとを接続する接続ラインから成る。なお、各蒸気ヘッダーは、本制御システムへの出入り、及びそれらの流量に対する制約が設定されている。
【００３７】
蒸気ヘッダーは、高圧蒸気ヘッダー５０１、中圧蒸気ヘッダー５０２、低圧蒸気ヘッダー５０３、及び各蒸気の凝縮水ヘッダー５０４からなり、タービンは、プラントＡに属するタービン３０１及び３０２と、プラントＢに属するタービン４０１及び４０２とからなる。タービン３０１は、高圧蒸気を使用し（符号３１１）、抽気として低圧蒸気が抜き出される（符号３２１）。タービン３０２は、高圧蒸気を使用し（符号３１２）、抽気として低圧蒸気が抜き出される（符号３２２）。タービン４０１は、高圧蒸気を使用し（符号４１１）、抽気として中圧蒸気が抜き出される（符号４２１）。タービン４０２は、中圧蒸気を使用し（符号４１２）、抽気として低圧蒸気が抜き出される（符号４２２）。また、全てのタービンは復水として、凝縮水を排出する（符号３３１，３３２，４３１，４３２）。
【００３８】
図２に示す蒸気タービン及び蒸気ラインの構成では、プラントＡ及びプラントＢ以外のプラントの蒸気使用量により、これらのプロセス制御を行なう制御システムへの各圧力蒸気の出入り流量の制約が変化する。そのため、コストを最小とするタービンの抽気量もそれに応じて変化する。
【００３９】
従来のプロセス制御の場合、プラントＡでは、タービン３０１の抽気量３２１及びタービン３０２の抽気量３２２を、それぞれのタービン３０１、３０２の制約として考慮した制御、また、プラントＢでは、タービン４０１の抽気量４２１及びタービン４０２の抽気量４２２を、それぞれのタービン４０１、４０２の制約として考慮した制御しか行なうことができず、他のプラントのタービン廻りの情報及び蒸気ヘッダーの出入りの情報を考慮して、各蒸気ヘッダーの出入り流量を制御することはほぼ不可能であった。
【００４０】
本発明を適用すると、プラントＡの制御システムでは、プラントＡのタービン廻りの情報、例えばタービンの負荷や主蒸気流量などの情報に加えて、プラントＢのタービン廻りの情報及び蒸気ヘッダーの出入りの情報を得て、これらの情報に基づいて多変数プロセス制御演算を行なうことにより、プラントＡ及びプラントＢの双方のタービン抽気量についての演算結果を得るとともに、そのうちプラントＡについての演算結果のみを用いてプラントＡのタービンの抽気量を操作する。
【００４１】
一方、プラントＢの制御システムでも、プラントＡのタービン廻りの情報に加えて、プラントＢのタービン廻りの情報及び蒸気ヘッダーの出入りの情報を得て、これらの情報に基づいて多変数プロセス制御演算を行なうことにより、プラントＡ及びプラントＢのタービン抽気量の演算結果を得るとともに、そのうちプラントＢについての演算結果のみを用いてプラントＢのタービンの抽気量を操作する。
【００４２】
すなわち、プラントＡ及びプラントＢの各々の制御システムに与えられる情報及び各々の制御システムで行なわれる演算内容は全く同一であるため、プラントＡ及びプラントＢのそれぞれの制御システムの演算結果は全く同一となる。この同一の演算結果から、プラントＡの制御システムはプラントＡのタービンの抽気量のみを取り出して操作を実行し、また、プラントＢの制御システムはプラントＢのタービンの抽気量のみを取り出して操作を実行する。よって、各プラントＡ，Ｂにおいて、他方のプラントで蒸気ヘッダーの出入り流量が変化した場合でも、その変化による影響を反映させながら、タービンの抽気量を制御するが可能となる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、影響関係を有する複数のプロセスを対象に多変数プロセス制御を行なうに当たって、全てのプロセスの制御に必要な情報をプロセス毎に構築された制御システムの各々に与え、全ての制御システムで同一の多変数プロセス制御演算を実施させるとともに、各制御システムでは対応するプロセスに関する演算結果のみを用いて実際の制御を行なっているので、制御システム間に制御演算結果の不整合を生じることなく、高い信頼性の下でプロセス間の影響関係を考慮した多変数プロセス制御を実現することが可能となる。また、これらの制御システムを統合するための上位システムを必要としないので、新たな電子計算機やソフトウェア等の設備が不要であり、システム群全体の開発費用や管理・運用費用を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る多変数プロセス制御システム群を、相互に関連するプロセスを実施する２つのプラントＡ，Ｂに対して適用した場合の、制御系全体の構成を模式的に示す図である。
【図２】実施例の多変数プロセス制御システム群の適用対象となるコンビナートの蒸気タービン及び蒸気ラインの構成を模式的に表わす図である。
【図３】従来の多変数プロセス制御システム（メタシステム）を、相互に関連するプロセスを実施する２つのプラントＡ，Ｂに対して適用した場合の、制御系全体の構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
ＣＳ 従来の多変数プロセス制御システム（メタシステム）
１０ プラントＡ 制御システム
１１ プラントＡ 制御演算装置
１２ プラントＡ ＤＣＳ
１３ プラントＡ プラント機器
１４ プラントＡ プラント機器からＤＣＳへの入力
１５ プラントＡ ＤＣＳから制御演算装置への入力
１６ プラントＡ 制御演算装置から上位制御システムへの入力
１７ プラントＡ 上位制御システムから制御演算装置への出力
１８ プラントＡ 制御演算装置からＤＣＳへの出力
１９ プラントＡ ＤＣＳからプラント機器への出力
２０ プラントＢ 制御システム
２１ プラントＢ 制御演算装置
２２ プラントＢ ＤＣＳ
２３ プラントＢ プラント機器
２４ プラントＢ プラント機器からＤＣＳへの入力
２５ プラントＢ ＤＣＳから制御演算装置への入力
２６ プラントＢ 制御演算装置から上位制御システムへの入力
２７ プラントＢ 上位制御システムから制御演算装置への出力
２８ プラントＢ 制御演算装置からＤＣＳへの出力
２９ プラントＢ ＤＣＳからプラント機器への出力
３０ 上位制御システム
Ｓ 本発明の一実施形態に係る多変数プロセス制御システム群
１００ プラントＡ 制御システム
１０１ プラントＡ 制御演算装置（演算手段）
１０２ プラントＡ ＤＣＳ（監視手段・制御手段）
１０３ プラントＡ プラント機器
１１１ プラントＡ プラント機器からＤＣＳへの入力
１１２ プラントＡ ＤＣＳから制御演算装置への入力
１１３ プラントＡ ＤＣＳからプラントＢの制御演算装置への入力
１２１ プラントＡ 制御演算装置からＤＣＳへの出力
１２２ プラントＡ ＤＣＳからプラント機器への出力
１００ プラントＢ 制御システム
２０１ プラントＢ 制御演算装置（演算手段）
２０２ プラントＢ ＤＣＳ（監視手段・制御手段）
２０３ プラントＢ プラント機器
２１１ プラントＢ プラント機器からＤＣＳへの入力
２１２ プラントＢ ＤＣＳから制御演算装置への入力
２１３ プラントＢ ＤＣＳからプラントＡの制御演算装置への入力
２２１ プラントＢ 制御演算装置からＤＣＳへの出力
２２２ プラントＢ ＤＣＳからプラント機器への出力
３０１ プラントＡ タービン１
３０２ プラントＡ タービン２
３１１ プラントＡ タービン１主蒸気
３１２ プラントＡ タービン２主蒸気
３２１ プラントＡ タービン１抽気
３２２ プラントＡ タービン２抽気
３３１ プラントＡ タービン１復水
３３２ プラントＡ タービン２復水
４０１ プラントＢ タービン１
４０２ プラントＢ タービン２
４１１ プラントＢ タービン１主蒸気
４１２ プラントＢ タービン２主蒸気
４２１ プラントＢ タービン１抽気
４２２ プラントＢ タービン２抽気
４３１ プラントＢ タービン１復水
４３２ プラントＢ タービン２復水
５０１ 高圧蒸気ヘッダー
５０２ 中圧蒸気ヘッダー
５０３ 低圧蒸気ヘッダー
５０４ 凝縮水ヘッダー
Claims (4)
- 影響関係を有する複数のプロセスに対して、これらのプロセス間の影響関係を考慮しながら多変数プロセス制御を行なう制御システム群であって、
前記複数のプロセスに対応して設けられ、各々が対応するプロセスの多変数プロセス制御を行なう、複数の制御システムからなるとともに、
該複数の制御システムの各々が、
対応するプロセスの動作状態を監視する監視手段と、
当該制御システムの該監視手段により監視された対応するプロセスの動作状態に関する情報、及び、他の制御システムの該監視手段により監視された他のプロセスの動作状態に関する情報に基づいて、前記複数のプロセスを対象とした多変数プロセス制御演算を実施することにより、前記複数のプロセスの制御条件を算出する演算手段と、
該演算手段により算出された前記複数のプロセスの制御条件に関する情報のうち、対応するプロセスの制御条件に関する情報を取得し、この制御条件に基づいて対応するプロセスの動作を制御する制御手段とを備え、
該演算手段は全ての制御システムにおいて同一の演算を行なう
ことを特徴とする、多変数プロセス制御システム群。 - 該複数の制御システムの各々が、更に、
当該制御システムの該監視手段により監視された対応するプロセスの動作状態に関する情報の、他の制御システムの該演算手段への出力を許可又は禁止するとともに、他の制御システムの該監視手段により監視された他のプロセスの動作状態に関する情報の、当該制御システムの該演算手段への入力を許可又は禁止する入出力許可・禁止手段を備える
ことを特徴とする、請求項１記載の多変数プロセス制御システム群。 - 影響関係を有する複数のプロセスに対して、これらのプロセス間の影響関係を考慮しながら多変数プロセス制御を行なう方法であって、
前記複数のプロセスに対応して、各々が対応するプロセスの多変数プロセス制御を行なう、複数の制御システムを設けるとともに、
該複数の制御システムの各々に、
対応するプロセスの動作状態を監視する監視ステップと、
当該制御システムによる該監視ステップで監視された対応するプロセスの動作状態に関する情報、及び、他の制御システムによる該監視ステップで監視された他のプロセスの動作状態に関する情報に基づいて、前記複数のプロセスを対象とした多変数プロセス制御演算を実施することにより、前記複数のプロセスの制御条件を算出する演算ステップと、
該演算ステップにより算出された前記複数のプロセスの制御条件に関する情報のうち、対応するプロセスの制御条件に関する情報を取得し、この制御条件に基づいて対応するプロセスの動作を制御する制御ステップと
を実行させることにより、対応するプロセスの多変数プロセス制御を行なわせ、
かつ全ての制御システムにおける該演算ステップに、同一の演算を行わせる
ことを特徴とする、複数プロセスの多変数プロセス制御方法。 - 該複数の制御システムの各々において、更に、
当該制御システムの該監視手段により監視された、対応するプロセスの動作状態に関する情報の、他の制御システムの該演算手段への出力を許可又は禁止するとともに、他の制御システムの該監視手段により監視された、他のプロセスの動作状態に関する情報の、当該制御システムの該演算手段への入力を許可又は禁止する、入出力許可・禁止ステップを備える
ことを特徴とする、請求項３記載の複数プロセスの多変数プロセス制御方法。
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