JP4834988B2 - 連続系プロセス制御方法および連続系プロセス制御システム - Google Patents

連続系プロセス制御方法および連続系プロセス制御システム Download PDF

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Description

本発明は、石油・化学プラントなどの連続系プロセスに係る連続系プロセス制御方法およびその方法を用いた連続系プロセス制御システムに関するものである。
石油プラントや石油化学プラントなどで、複数の原料を投入し、複数の工程を経て最終製品を生成する連続系システムにおいては、専ら、反応器や攪拌器の入口や出口などの定点における時間的情報(例えば、温度、流量、圧力、組成など)に基づいて製品の品質を決定する制御量を決め、生産を行っていた。
図4に従来の連続系プロセスの要部構成の一例を示す。不均一な原料をブレンドするための原料タンク1〜3や、各工程間に一時的に生成物を蓄える中間タンク9を設置し、品質の変動を抑えている。また、常時、各工程(反応)で生成物の性状を分析計7,11などにより行い、品質管理を実施している。
不均一な原料をブレンドするための原料タンクや、一時的に生成物を蓄える中間タンクを設置する先行技術については、例えば特許文献1に記載されている。
特許第3152253号公報(第3頁の段落0014〜0016、図1)
しかしながら、このような従来の、複数の工程を経て最終生成物へ加工する連続系のプロセスでは、原料タンク1〜3や中間タンク9などの設置面積、設備維持コストが問題になっている。また、各工程で実施されている性状の品質管理チェックも生産コストを押し上げるという問題がある。
本発明の目的は、流体あるいはスラリーや粉体などの物質が、連続して流れている連続系システムにおいて、物質をある単位で離散化し、この離散化された単位毎に過去の履歴を考慮して制御を行い、従来プラント内に設置していた原料タンクや中間タンクを用いなくとも、生成物の均一化を容易に図ることのできる連続系プロセス制御方法および連続系プロセス制御システムを提供するものである。
このような課題を達成するために、本発明の請求項1記載の連続系プロセス制御方法は、
流体、スラリーまたは粉体からなる物質が連続して流れる複数の工程を経て最終製品が生成される連続系プロセスについて、生成物の性状を制御する連続系プロセス制御方法において、センサからのプロセス情報に追従するように前記連続系プロセスの動作を模擬し、特定の工程に配置されたセンサから得られ、所定の単位時間ごとに区切られたプロセス情報に基づいて、前記特定の工程において前記各単位時間に通過した生成物が前記複数の工程内を移動するに伴って各工程で生じるプロセス情報を演算により推定し、このプロセス情報に基づいて、前記生成物が受けてきたプロセス情報の履歴トレンドの推定と前記プロセス情報の未来値の予測を実時間より高速に行い、前記履歴トレンドと前記未来値を表示し、前記生成物が受けてきた前記プロセス情報の履歴を示すトレース情報に基づき、状態推定モデルを用いて前記生成物の性状を推定し、この性状の推定値をあらかじめ指定した目標値に近付けるような前記プロセス情報を制御演算で求め、プラント内に配置された制御装置への制御指令とすることを特徴とする。
この方法によれば、状態推定モデルを利用して生成物の性状を推定し、この推定値があらかじめ指定した目標値に近付くよう制御装置を制御する。これにより、きめ細かな操作ができ、従来のような品質を調整する原料タンクや中間タンクを用いることなく、生成物の性状を容易に均一化することができる。
また、請求項2に記載の連続系プロセス制御システムは、
流体、スラリーまたは粉体からなる物質が連続して流れる複数の工程を経て最終製品が生成される連続系プロセスについて、生成物の性状を制御する連続系プロセス制御システムにおいて、センサからのプロセス情報に追従するように前記連続系プロセスの動作を模擬し、特定の工程に配置されたセンサから得られ、所定の単位時間ごとに区切られたプロセス情報に基づいて、前記特定の工程において前記各単位時間に通過した生成物が前記複数の工程内を移動するに伴って各工程で生じるプロセス情報を演算により推定し、このプロセス情報に基づいて、前記生成物が受けてきたプロセス情報の履歴トレンドの推定と前記プロセス情報の未来値の予測を実時間より高速に行うシミュレータと、前記履歴トレンドと前記未来値を表示する表示部と、前記生成物が受けてきた前記プロセス情報の履歴を示すトレース情報に基づき、状態推定モデルを用いて前記生成物の性状を推定する状態推定部と、この状態推定部により求めた性状の推定値をあらかじめ指定した目標値に近付けるような前記プロセス情報を制御演算で求め、プラント内に配置された制御装置への制御指令とする制御部を備えたことを特徴とする。
このような構成の連続系プロセス制御システムにおいても、請求項1に記載の発明と同様の効果が発揮される。

このシステムによれば、シミュレータによりプラントの動作をより精密に模擬することができる。
また、請求項3に記載のように、プロセス情報は、温度、流量および圧力の少なくともいずれかである。
また、請求項4のように、前記連続系プロセスとして反応槽を用い、前記連続系プロセスの複数の工程を前記反応槽内の複数の位置とし、前記センサからのプロセス情報は前記反応槽の入口および出口に設置された温度センサで測定された温度を含み、前記特定の工程に配置されたセンサとして前記反応槽の入口に設置された温度センサを用い、前記シミュレータからの出力に基づき前記生成物反応器内の移動に伴って受けてきた温度履歴トレンドとその未来値を表示する表示部を備えると、現場オペレータへより有用な情報を提供することができる効果がある。


以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
(1)ある単位で連続系プロセスの生成物を離散化し、きめ細かく操作を行い、生成物の性状を均一にするため、品質を調整する原料タンクや中間タンクを不要とすることができる。
(2)ある単位で連続系プロセスの生成物を離散化し、どのよう原料から成り、また、どのような工程を経てきたのかをトレースした情報に基づき、状態推定部で生成物の性状を計算しているため、性状分析回数を低減化できる。
(3)離散化された生成物が受けてきた温度履歴トレンドを表示部に表示できるため、現場オペレータへより有用な情報を容易に提供できる。
(4)生成物のプロセス履歴データに基づきこれらに追従するようにプラントの動作を模擬するシミュレータを備え、実時間より高速に動作させて、生成物の今後の熱履歴を容易に予測することができる。
以下図面を用いて本発明を詳細に説明する。図1は本発明に係る連続系プロセス制御システムの一実施例を示す要部構成図である。図1において、100はプラント、110はプロセスデータサーバ、120はトレース情報処理部、130はシミュレータ、140は表示部、150は状態推定部、160は制御部である。
プラント100内の複数箇所にそれぞれセンサ(図示せず)が配置されており、それらのセンサの出力はプロセスデータサーバ110に保存される。
トレース情報処理部120はセンサ出力(プロセスデータ)をプロセスデータサーバ110から適宜に読み出し、ある単位で離散化した生成物のプロセス内の移動にともなうプロセス情報(温度、流量、圧力など)を収集・保存する。
シミュレータ130は、トレース情報処理部120のデータをもとに、実時間より高速に動作させ、ある単位で離散化された生成物の今後の熱履歴を予測する。
表示部140は、トレース情報処理部120に保存されたプロセス情報のトレース情報等を適宜表示する。
状態推定部150は、トレース情報処理部120より出力されたある単位で離散化されたプロセスデータから生成物の性状などを計算するもので、ある単位で離散化された生成物がどのような原料からなり、またどのような工程を経てきたのかを、トレースした情報に基づきその生成物の性状(粘度や重合度などの品質情報)を算出(推定)することができるように構成されている。
状態推定部150で推定されたある単位で離散化された生成物の性状の推定値は、制御部160に送られる。制御部160は、その性状の推定値があらかじめ指定した目標値に近付くように制御演算を行って制御指令(制御パラメータ)を決定して、プラント100内に配置された制御装置(図示せず)に伝達する。
このように本発明では、ある単位で連続系プロセスの生成物を離散化し、離散化された生成物の移動と共にその生成物の履歴を考慮し、状態推定モデルを利用して生成物の性状(品質情報)を推定し、次工程以降での制御パラメータを決定する。このようにしてプラント100内の制御装置をきめ細かく制御する。
これにより、生成物の性状は均一に制御され、したがって、従来のような品質を調整するための原料タンクや中間タンクは全く不要である。
図2(a)はプラント100の反応器内における生成物Aの流れの様子を示す図である。反応器の入口と出口には温度センサ101、102がそれぞれ設置されていて、温度が計測されている。位置2から位置6までは反応器内部を示し、同図(b)に示す各部の温度は、シミュレータ130により演算された温度を利用した温度履歴トレンドである。
シミュレータ130は、トレース情報処理部120で収集・保存されたトレース情報をもとに、実時間より高速に動作させて、ある単位で離散化された生成物の今後の熱履歴を予測できるようになっている。
同図(c)は、生成物Aの反応器内の移動により位置4に達するまでに生成物Aが受けてきた温度履歴トレンドを示すものであり、表示部140ではこのような温度履歴トレンドを表示する。なお、時間T4以降における点線波形はシミュレータ130で求めた生成物Aの今後の予測値を示すものである。
図3は温度履歴トレンドの活用例を説明する図である。位置4でのある単位で離散化された生成物Aの温度履歴が、過去の生産実績(位置4で期待される生成物Aのトレンドとして示す温度履歴)と大きく異なる場合には、図示のように、位置4以降の反応工程における温度を通常より高くして生成物Aの性状に改善を加える例である。
なお、本発明は、上記実施例に限定されることなく、その本質から逸脱しない範囲で更に多くの変更、変形をも含むものである。
本発明に係る連続系プロセス制御システムの一実施例を示す要部構成図である。 反応器内における生成物Aの流れの様子を示す図である。 温度履歴トレンドの活用例を説明する図である。 従来の連続系プロセスの要部構成の一例を示す図である。
符号の説明
100 プラント
101、102 温度センサ
110 プロセスデータサーバ
120 トレース情報処理部
130 シミュレータ
140 表示部
150 状態推定部
160 制御部

Claims (4)

  1. 流体、スラリーまたは粉体からなる物質が連続して流れる複数の工程を経て最終製品が生成される連続系プロセスについて、生成物の性状を制御する連続系プロセス制御方法において、
    センサからのプロセス情報に追従するように前記連続系プロセスの動作を模擬し、
    特定の工程に配置されたセンサから得られ、所定の単位時間ごとに区切られたプロセス情報に基づいて、前記特定の工程において前記各単位時間に通過した生成物が前記複数の工程内を移動するに伴って各工程で生じるプロセス情報を演算により推定し、
    このプロセス情報に基づいて、前記生成物が受けてきたプロセス情報の履歴トレンドの推定と前記プロセス情報の未来値の予測を実時間より高速に行い、
    前記履歴トレンドと前記未来値を表示し、
    前記生成物が受けてきた前記プロセス情報の履歴を示すトレース情報に基づき、状態推定モデルを用いて前記生成物の性状を推定し、
    この性状の推定値をあらかじめ指定した目標値に近付けるような前記プロセス情報を制御演算で求め、プラント内に配置された制御装置への制御指令とする
    ことを特徴とする連続系プロセス制御方法。
  2. 流体、スラリーまたは粉体からなる物質が連続して流れる複数の工程を経て最終製品が生成される連続系プロセスについて、生成物の性状を制御する連続系プロセス制御システムにおいて、
    センサからのプロセス情報に追従するように前記連続系プロセスの動作を模擬し、
    特定の工程に配置されたセンサから得られ、所定の単位時間ごとに区切られたプロセス情報に基づいて、前記特定の工程において前記各単位時間に通過した生成物が前記複数の工程内を移動するに伴って各工程で生じるプロセス情報を演算により推定し、
    このプロセス情報に基づいて、前記生成物が受けてきたプロセス情報の履歴トレンドの推定と前記プロセス情報の未来値の予測を実時間より高速に行うシミュレータと、
    前記履歴トレンドと前記未来値を表示する表示部と、
    前記生成物が受けてきた前記プロセス情報の履歴を示すトレース情報に基づき、状態推定モデルを用いて前記生成物の性状を推定する状態推定部と、
    この状態推定部により求めた性状の推定値をあらかじめ指定した目標値に近付けるような前記プロセス情報を制御演算で求め、プラント内に配置された制御装置への制御指令とする制御部
    を備えたことを特徴とする連続系プロセス制御システム。
  3. 前記プロセス情報は、温度、流量および圧力の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項2に記載の連続系プロセス制御システム。
  4. 前記連続系プロセスとして反応槽を用い、
    前記連続系プロセスの複数の工程を前記反応槽内の複数の位置とし、
    前記センサからのプロセス情報は前記反応槽の入口および出口に設置された温度センサで測定された温度を含み、
    前記特定の工程に配置されたセンサとして前記反応槽の入口に設置された温度センサを用い、
    前記シミュレータからの出力に基づき、前記生成物が反応器内の移動に伴って受けてきた温度履歴トレンドとその予測値を表示する表示部
    を備えたことを特徴とする請求項2または3に記載の連続系プロセス制御システム。
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