JP5544268B2 - Control system - Google Patents

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Description

本発明は、遺伝的アルゴリズムを利用した制御システムに関する。   The present invention relates to a control system using a genetic algorithm.

空調システム等の各種システムでは、設計時にシステムに組み込まれる各機器の定格情報等に基づいて省エネルギ等を目的とした制御テーブル等が設定され、その制御テーブル等から導出される各機器に対する制御値に基づいて運転される。しかし、各機器の性能については個体差があり、また、使用頻度に応じて各機器の経年変化も異なるので、システムを最適制御するためには運転開始後に制御テーブル等を随時更新する必要がある。システムの制御テーブル等を更新する手法は様々提案されており、遺伝的アルゴリズムを利用した手法がある。   In various systems such as an air conditioning system, a control table for the purpose of energy saving is set based on the rating information of each device incorporated in the system at the time of design, and the control values for each device derived from the control table etc. Drive based on. However, there are individual differences in the performance of each device, and the secular change of each device varies depending on the frequency of use, so it is necessary to update the control table etc. as needed after the start of operation in order to optimally control the system . Various methods for updating the control table of the system have been proposed, and there is a method using a genetic algorithm.

例えば、特許文献1には、空気調和機のコンプレッサモータのインバータ回路に対する周波数制御において、運転時の周波数と室内検出温度との間の動特性に適合するように遺伝的アルゴリズムを用いて周波数制御テーブルを更新することが記載されている。特許文献2には、空気調和機等の冷凍サイクル制御装置において、弁開度と過熱度との間の動特性に適合するように遺伝的アルゴリズムを用いて電子膨張弁の弁開度用過熱度制御テーブルを更新することが記載されている。特許文献3には、住宅の発電機による電力と熱を利用したコジェネレーションシステムにおいて、各住宅のエネルギ需要量の履歴データに基づいて遺伝的アルゴリズムを用いて制御マップを更新することが記載されている。   For example, Patent Document 1 discloses a frequency control table using a genetic algorithm so as to conform to dynamic characteristics between a frequency during operation and a detected room temperature in frequency control for an inverter circuit of a compressor motor of an air conditioner. It is described to update. In Patent Document 2, in a refrigeration cycle control device such as an air conditioner, a superheat degree for the valve opening degree of an electronic expansion valve is used by using a genetic algorithm so as to match a dynamic characteristic between the valve opening degree and the superheat degree. It is described that the control table is updated. Patent Document 3 describes that, in a cogeneration system that uses electric power and heat from a generator in a house, the control map is updated using a genetic algorithm based on historical data of energy demand of each house. Yes.

特開平7−253236号公報Japanese Patent Laid-Open No. 7-253236 特開平8−166169号公報JP-A-8-166169 特開2006−275473号公報JP 2006-275473 A

遺伝的アルゴリズムでは、初期個体をランダムに発生させ、その初期個体から適応度の高い個体(例えば、エネルギ消費量の少ない個体)を探索する。しかし、初期個体をランダムに発生させているので、初期個体が適切でない場合には適応度の高い個体が生まれずに、最適制御に適した制御テーブル等が得られない場合がある。また、遺伝的アルゴリズムでは遺伝的操作として突然変異も行うが、初期個体が適切でない場合には突然変異だけでは適応度の高い個体が生まれる確率が低い。その結果、制御対象システムの各機器に対する最適な制御値が得られず、最適制御ができない。   In the genetic algorithm, initial individuals are randomly generated, and individuals with high fitness (for example, individuals with low energy consumption) are searched from the initial individuals. However, since the initial individuals are randomly generated, if the initial individuals are not appropriate, individuals with high fitness may not be born, and a control table suitable for optimal control may not be obtained. In addition, mutation is also performed as a genetic operation in the genetic algorithm, but if the initial individual is not appropriate, the mutation alone alone has a low probability of producing a highly adaptable individual. As a result, an optimal control value for each device of the controlled system cannot be obtained, and optimal control cannot be performed.

そこで、本発明は、遺伝的アルゴリズムを利用して最適な制御値を求めることができる制御システムを提供することを課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a control system capable of obtaining an optimal control value using a genetic algorithm.

本発明に係る制御システムは、複数の機器を備える制御対象システムを制御するための制御値を出力する制御システムであって、機器毎に機器特性式があり、制御対象システムに対する最適な制御値を生成する最適制御装置を有し、最適制御装置は、遺伝的アルゴリズムを実施する実施回数を設定する実施回数設定手段と、初期個体を発生する初期個体発生手段と、遺伝的アルゴリズムを実施する実施手段とを備え、遺伝的アルゴリズムを実施した回数が実施回数設定手段で設定した実施回数になるまで、機器毎に、遺伝的アルゴリズムを実施する毎に初期個体発生手段で異なる初期個体を発生し、当該発生した初期個体を用いて実施手段で機器特性式の係数を遺伝子として遺伝的アルゴリズムを実施して適応度が高い機器特性式の係数を探索し、遺伝的アルゴリズムを実施した回数が実施回数設定手段で設定した実施回数になった場合、機器毎に実施回数設定手段で設定した実施回数分の遺伝的アルゴリズムでそれぞれ探索された機器特性式の係数の中から最も適応度が高い機器特性式の係数を選択し、当該選択した機器毎の係数を用いて機器毎の機器特性式に基づいて制御対象システムに出力する制御値を生成することを特徴とする。また、本発明に係る制御システムは、機器を備える制御対象システムを制御するための制御値を出力する制御システムであって、制御対象システムに対する最適な制御値を生成する最適制御装置を有し、最適制御装置は、遺伝的アルゴリズムを実施する実施回数を設定する実施回数設定手段と、初期個体を発生する初期個体発生手段と、遺伝的アルゴリズムを実施する実施手段とを備え、遺伝的アルゴリズムを実施した回数が実施回数設定手段で設定した実施回数になるまで、遺伝的アルゴリズムを実施する毎に初期個体発生手段で異なる初期個体を発生し、当該発生した初期個体を用いて実施手段で機器の機器特性式の係数を遺伝子として遺伝的アルゴリズムを実施して適応度が高い機器特性式の係数を探索し、遺伝的アルゴリズムを実施した回数が実施回数設定手段で設定した実施回数になった場合、実施回数設定手段で設定した実施回数分の遺伝的アルゴリズムでそれぞれ探索された機器特性式の係数の中から最も適応度が高い機器特性式の係数を選択し、当該選択した係数を用いて機器特性式に基づいて制御対象システムに出力する制御値を生成し、適応度は、遺伝的アルゴリズムによる遺伝子を用いて機器特性式によって計算されるエネルギ消費量と機器のエネルギ消費量の実測値との偏差であることを特徴とする。
A control system according to the present invention is a control system that outputs a control value for controlling a control target system including a plurality of devices, and there is a device characteristic equation for each device, and an optimal control value for the control target system is obtained. An optimum control device for generating, the optimum control device comprising: an execution number setting means for setting an execution number for executing a genetic algorithm; an initial individual generation means for generating an initial individual; and an execution means for executing a genetic algorithm. Until the number of implementations of the genetic algorithm reaches the number of implementations set by the implementation number setting means, and for each device, each time the genetic algorithm is implemented, different initial individuals are generated by the initial individual generation means. look for coefficients of the adaptive high degree equipment characteristic equation to implement a genetic algorithm coefficients equipment characteristic equation as gene execution means using the generated initial population And, if the number of performed genetic algorithm becomes execution count set in execution count setting means, in the genetic algorithm implementations number of times set by the execution count setting means for each device searched device characteristic equation for each select the coefficient of highest fitness is high equipment characteristic equation from the coefficients, generating a control value to be output to the control object system based on the device characteristic equation for each device by using the coefficient for each said selected device Features. The control system according to the present invention is a control system that outputs a control value for controlling a control target system including equipment, and has an optimal control device that generates an optimal control value for the control target system. The optimal control apparatus includes an execution number setting means for setting the number of executions for executing the genetic algorithm, an initial individual generation means for generating an initial individual, and an execution means for executing the genetic algorithm, and executes the genetic algorithm. Each time the genetic algorithm is executed, a different initial individual is generated by the initial individual generation means until the number of executions reaches the number of executions set by the execution number setting means, and the device of the equipment is executed by the execution means using the generated initial individual. The genetic algorithm is executed using the coefficient of the characteristic formula as a gene, the coefficient of the device characteristic formula having high fitness is searched, and the genetic algorithm is executed. The device with the highest fitness among the coefficients of the device characteristic equation respectively searched by the genetic algorithm for the number of executions set by the execution number setting means Select the coefficient of the characteristic equation, generate the control value to be output to the controlled system based on the device characteristic equation using the selected coefficient, and the fitness is calculated by the device characteristic equation using the gene by the genetic algorithm It is a deviation between the measured energy consumption and the measured value of the energy consumption of the device.

この制御システムは、制御対象システムを制御するためのシステムであり、制御対象システムを最適に制御するための制御値を生成する最適制御装置を有している。最適制御装置では、実施回数設定手段によって遺伝的アルゴリズムを繰り返し実施する実施回数を設定する。遺伝的アルゴリズムを実施した回数がその実施回数になるまで、最適制御装置では、遺伝的アルゴリズムを実施する毎に、初期個体変更手段で初期個体を新たに発生し、その初期個体を用いて実施手段で遺伝的アルゴリズムを実施して適応度の高い個体を探索する。遺伝的アルゴリズムを実施した回数がその実施回数になると、最適制御装置では、実施回数分の遺伝的アルゴリズムでそれぞれ探索された個体の中から最も適応度の高い個体を選択し、最も適応度の高い個体に基づいて制御対象システムに出力する制御値を生成する。このように、初期個体を実施回数分発生させることにより、様々な初期個体によって遺伝的アルゴリズムを実施できる。この際、一部の初期個体が不適切で適応度の高い個体が得られない場合でも、それ以外の初期個体から適応度の高い個体を得ることができ、その適応度の高い個体の中から最も適応度の高い個体を得ることができ、最適な制御値を生成できる。このように、制御システムは、初期個体を変更して遺伝的アルゴリズムを繰り返し実施することにより、最適な制御値を求めることができる。   This control system is a system for controlling the system to be controlled, and has an optimal control device that generates a control value for optimally controlling the system to be controlled. In the optimum control device, the number of times of execution of the genetic algorithm is set by the number of times setting means. Until the number of executions of the genetic algorithm reaches the number of executions, in the optimal control device, every time the genetic algorithm is executed, an initial individual is newly generated by the initial individual changing means, and the initial means is used to execute the initial means. In order to search for individuals with high fitness, perform a genetic algorithm. When the number of executions of the genetic algorithm reaches the number of executions, the optimal control device selects the individual with the highest fitness from the individuals searched by the genetic algorithm for the number of executions, and the highest fitness is obtained. A control value to be output to the control target system is generated based on the individual. As described above, by generating the initial individual for the number of times of execution, the genetic algorithm can be implemented by various initial individuals. At this time, even if some initial individuals are inappropriate and individuals with high fitness cannot be obtained, individuals with high fitness can be obtained from other initial individuals, and from among individuals with high fitness An individual with the highest fitness can be obtained, and an optimal control value can be generated. As described above, the control system can obtain an optimum control value by changing the initial individual and repeatedly executing the genetic algorithm.

なお、最も適応度の高い個体に基づいて制御対象システムに出力する制御値を生成する場合、最も適応度の高い個体から制御値を直接生成してもよいし、あるいは、最も適応度の高い個体から制御値を導出するための制御テーブルや制御特性式等を生成し、その制御テーブル等から制御値を生成してもよい。   In addition, when generating the control value to be output to the control target system based on the individual with the highest fitness, the control value may be generated directly from the individual with the highest fitness, or the individual with the highest fitness. It is also possible to generate a control table, a control characteristic equation, or the like for deriving the control value from the control table, and generate the control value from the control table or the like.

本発明の上記制御システムでは、制御対象システムに対する基本の制御値を生成する基本制御装置を有し、制御対象システムに出力する制御値を最適制御装置と基本制御装置との間で切り替える場合、切り替え前の制御装置の制御値から切り替え後の制御装置の制御値に徐々に変える構成としてもよい。   The control system according to the present invention has a basic control device that generates a basic control value for the control target system, and switches the control value output to the control target system between the optimal control device and the basic control device. The control value of the previous control device may be gradually changed to the control value of the control device after switching.

この制御システムは、最適制御装置の他に、制御対象システムを制御するための基本の制御値を生成する基本制御装置を有している。そして、制御システムでは、制御対象システムに出力する制御値を最適制御装置の制御値から基本制御装置の制御値へ又は基本制御装置の制御値から最適制御装置の制御値へ切り替える場合、切り替え前の制御装置の制御値から切り替え後の制御装置の制御値に徐々に変える。このように、制御システムは、最適制御装置と基本制御装置とを切り替えるときには制御値を徐々に変えることにより、制御値が急激に変化することを防止でき、制御対象システムでの急峻な出力を抑制できる。また、制御システムは、最適制御装置に不具合が発生して最適化制御できない場合でも、基本制御装置によって基本的な制御が可能である。   In addition to the optimal control device, this control system has a basic control device that generates basic control values for controlling the system to be controlled. In the control system, when switching the control value output to the control target system from the control value of the optimal control device to the control value of the basic control device or from the control value of the basic control device to the control value of the optimal control device, The control value of the control device is gradually changed to the control value of the control device after switching. In this way, the control system can prevent the control value from changing suddenly by gradually changing the control value when switching between the optimal control device and the basic control device, and suppresses steep output in the controlled system. it can. In addition, the control system can perform basic control by the basic control device even when the optimal control device fails and optimization control cannot be performed.

本発明によれば、初期個体を変更して遺伝的アルゴリズムを繰り返し実施することにより、最適な制御値を求めることができる。   According to the present invention, an optimal control value can be obtained by changing the initial individual and repeatedly executing the genetic algorithm.

本実施の形態に係る空調システムの構成図である。It is a block diagram of the air conditioning system which concerns on this Embodiment. 図1の空調システムにおける制御システムの構成図である。It is a block diagram of the control system in the air conditioning system of FIG. データベース1の一例である。2 is an example of a database 1; データベース2の一例である。It is an example of the database 2. 図1の最適制御用パソコンで実施されるメインプログラムの流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the main program implemented with the personal computer for optimal control of FIG. 図1の最適制御用パソコンで実施されるプログラムAの流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the program A implemented with the personal computer for optimal control of FIG. 図1の最適制御用パソコンで実施されるプログラムBによるエネルギ消費量計算の説明図である。It is explanatory drawing of the energy consumption calculation by the program B implemented with the personal computer for optimal control of FIG. 図1の最適制御用パソコンで実施されるプログラムC(ON時)の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the program C (at the time of ON) implemented with the personal computer for optimal control of FIG. 図1の最適制御用パソコンで実施されるプログラムC(OFF時)の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the program C (at the time of OFF) implemented with the personal computer for optimal control of FIG. 図1の最適制御用パソコンで実施されるプログラムE(ON時)の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the program E (at the time of ON) implemented with the personal computer for optimal control of FIG. 図1の最適制御用パソコンで実施されるプログラムE(OFF時)の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the program E (at the time of OFF) implemented with the personal computer for optimal control of FIG.

以下、図面を参照して、本発明に係る制御システムの実施の形態を説明する。なお、各図において同一又は相当する要素については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of a control system according to the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the element which is the same or it corresponds in each figure, and the overlapping description is abbreviate | omitted.

本実施の形態では、本発明に係る制御システムを、空調システム(熱源システム)を制御するための制御システムに適用する。本実施の形態に係る制御システムは、空調システムにおけるエネルギ消費量やCO排出量を最小にする最適制御を行う最適制御機能と最適制御が行われない場合でも空調システムに対する基本的な制御を行う基本制御機能を有しており、オペレータによる中央監視にて機能を切り替える。 In the present embodiment, the control system according to the present invention is applied to a control system for controlling an air conditioning system (heat source system). The control system according to the present embodiment performs basic control for the air conditioning system even when the optimal control function for performing the optimal control for minimizing the energy consumption and the CO 2 emission amount in the air conditioning system and the optimal control are not performed. It has a basic control function, and the function is switched by central monitoring by the operator.

まず、図1を参照して、本実施の形態に係る空調システム1について説明する。図1は、本実施の形態に係る空調システムの構成図である。   First, an air conditioning system 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a configuration diagram of an air conditioning system according to the present embodiment.

空調システム1は、複数台の冷却塔1a、冷却水ポンプ1b、冷凍機1c、一次ポンプ(冷水ポンプ)1d等を備えている(図1の例では、2台の冷却塔1a、冷却水ポンプ1b、冷凍機1c、一次ポンプ1dだけを描いている)。冷却塔1aは、冷凍機1cで冷却に使われて戻ってきた温度の高い冷却水を冷却する。冷却水ポンプ1bは、冷却塔1aと冷凍機1c間で冷却水を循環させる。冷凍機1cは、空調機(図示せず)で使われて戻ってきた温度の高い水を、冷却塔1aからの冷却水を用いて再度冷やす。一次ポンプ1dは、冷凍機1cと空調機間で冷水(熱媒体)を循環させる。なお、本実施の形態では、空調システム1が特許請求の範囲に記載する制御対象システムに相当する。   The air conditioning system 1 includes a plurality of cooling towers 1a, a cooling water pump 1b, a refrigerator 1c, a primary pump (cold water pump) 1d, and the like (in the example of FIG. 1, two cooling towers 1a and a cooling water pump). 1b, only the refrigerator 1c and the primary pump 1d are drawn). The cooling tower 1a cools the high-temperature cooling water that has been returned for cooling by the refrigerator 1c. The cooling water pump 1b circulates cooling water between the cooling tower 1a and the refrigerator 1c. The refrigerator 1c uses the cooling water from the cooling tower 1a to cool again the high temperature water that has been used and returned by the air conditioner (not shown). The primary pump 1d circulates cold water (heat medium) between the refrigerator 1c and the air conditioner. In the present embodiment, the air conditioning system 1 corresponds to a control target system described in the claims.

空調システム1は、制御システム2によって制御され、空調システム1を最適に制御するための運転台数、熱源容量、冷却水温度、冷却水流量、冷水流量等の制御値が与えられる。この制御のために、空調システム1での運転中、一定時間毎に、外気の温度や湿度、運転台数、熱源容量、冷却水温度、冷却水流量、冷水温度、冷水流量等のデータが検知され、その各データが制御システム2で収集され、過去ログデータとして蓄積される。   The air conditioning system 1 is controlled by the control system 2 and is given control values such as the number of operating units, the heat source capacity, the cooling water temperature, the cooling water flow rate, and the cooling water flow rate for optimal control of the air conditioning system 1. For this control, data such as the temperature and humidity of the outside air, the number of operating units, the heat source capacity, the cooling water temperature, the cooling water flow rate, the cooling water temperature, and the cooling water flow rate are detected at regular intervals during the operation of the air conditioning system 1. Each data is collected by the control system 2 and accumulated as past log data.

空調システム1は、冷却塔1a、冷却水ポンプ1b、冷凍機1c、一次ポンプ1dが1つの対となって運転され、例えば、冷凍機1cの運転台数が3台の場合には3台の冷凍機1cにそれぞれ対となる冷却塔1a、冷却水ポンプ1b、一次ポンプ1dもそれぞれ運転される。空調システム1では、空調負荷がピーク(100%)のときには全台数の冷却塔1a、冷却水ポンプ1b、冷凍機1c、一次ポンプ1dが運転されが、空調負荷がピークでないとき(部分負荷)にはその負荷に応じて運転台数が決定され、その運転台数分の冷却塔1a、冷却水ポンプ1b、冷凍機1c、一次ポンプ1dだけが運転される。   In the air conditioning system 1, the cooling tower 1a, the cooling water pump 1b, the refrigerator 1c, and the primary pump 1d are operated as one pair. For example, when the number of operating refrigerators 1c is three, three refrigerators are operated. The cooling tower 1a, the cooling water pump 1b, and the primary pump 1d that are paired with the machine 1c are also operated. In the air conditioning system 1, when the air conditioning load is at a peak (100%), all the cooling towers 1a, the cooling water pump 1b, the refrigerator 1c, and the primary pump 1d are operated, but when the air conditioning load is not at a peak (partial load). The number of operating units is determined according to the load, and only the cooling tower 1a, the cooling water pump 1b, the refrigerator 1c, and the primary pump 1d corresponding to the operating number are operated.

このように、空調システム1では、常に全ての台数の機器が運転しているのではなく、殆ど時間で一部の台数の機器が運転している。さらに、運転している場合でも、常に機器の能力の100%で運転しているのではなく、殆ど時間で負荷の状態に応じて100%未満の能力で運転している。また、同じ運転台数でも、運転する機器と停止する機器の組み合わせが随時変わるため、経年変化による劣化状態が各機器によって異なる。また、同じ機器でも、個体差があり、性能が多少異なる。以上により空調システム1に対して最適制御を行う場合、設計時の定格情報(カタログ情報)に基づいて設定された制御テーブルに基づいて制御を行っても最適制御とならず(特に、運転開始後から時間が経過するほど)、運転中の各機器の過去ログデータを用いて制御テーブルを定期的に更新する必要がある。   Thus, in the air conditioning system 1, not all the devices are always operating, but some devices are operating almost all of the time. Furthermore, even when the vehicle is operating, it is not always operating at 100% of the capacity of the device, but it is operating at a capacity of less than 100% depending on the state of the load almost all of the time. In addition, even with the same number of operating units, the combination of the device to be operated and the device to be stopped changes from time to time, so that the deterioration state due to aging changes with each device. Also, even with the same equipment, there are individual differences and performance is slightly different. When optimal control is performed for the air conditioning system 1 as described above, optimal control is not achieved even if control is performed based on the control table set based on the rating information (catalog information) at the time of design (particularly after the start of operation). As the time elapses), it is necessary to periodically update the control table using the past log data of each operating device.

図2〜図11を参照して、本実施の形態に係る制御システム2について説明する。図2は、制御システムの構成図である。図3は、データベース1の一例である。図4は、データベース2の一例である。図5は、最適制御用パソコンで実施されるメインプログラムの流れを示すフローチャートである。図6は、最適制御用パソコンで実施されるプログラムAの流れを示すフローチャートである。図7は、最適制御用パソコンで実施されるプログラムBによるエネルギ消費量計算の説明図である。図8は、最適制御用パソコンで実施されるプログラムC(ON時)の流れを示すフローチャートである。図9は、最適制御用パソコンで実施されるプログラムC(OFF時)の流れを示すフローチャートである。図10は、最適制御用パソコンで実施されるプログラムE(ON時)の流れを示すフローチャートである。図11は、最適制御用パソコンで実施されるプログラムE(OFF時)の流れを示すフローチャートである。   The control system 2 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a configuration diagram of the control system. FIG. 3 is an example of the database 1. FIG. 4 is an example of the database 2. FIG. 5 is a flowchart showing the flow of the main program executed on the optimal control personal computer. FIG. 6 is a flowchart showing a flow of the program A executed by the optimal control personal computer. FIG. 7 is an explanatory diagram of energy consumption calculation by the program B executed on the optimal control personal computer. FIG. 8 is a flowchart showing the flow of the program C (when ON) executed on the optimal control personal computer. FIG. 9 is a flowchart showing the flow of program C (when OFF) executed on the optimal control personal computer. FIG. 10 is a flowchart showing a flow of the program E (when ON) executed on the optimal control personal computer. FIG. 11 is a flowchart showing the flow of program E (when OFF) executed on the optimal control personal computer.

制御システム2は、空調システム1の最適運転を目的として空調システム1でのエネルギ消費量やCO排出量が最小になるように最適制御を行うとともに、最適制御が行われていない場合には空調システム1に対する制御を保障するために空調システム1に対して基本的な制御を行う。そのために、制御システム2は、インテリジェントコントローラ2a、BEMS[Building Energy Management System]2b、熱源群管理用PLC[Programable Logic Controller]2c、最適制御用PLC2d、最適制御用パーソナルコンピュータ(以下、最適制御用パソコン)2e、制御システムコントローラ2jを備えている。この最適制御用PLC2dと最適制御用パソコン2eによって最適制御を行い、制御システムコントローラ2jによって基本制御を行い、中央監視にてオペレータが最適制御をONしているときには最適制御用パソコン2eによる制御値を最適制御用PLC2dを介して出力し、中央監視にてオペレータがOFFしているときには制御システムコントローラ2jの制御値を出力し、ONとOFFとが切り替わる過渡期には徐々に変化する制御値を出力する。なお、本実施の形態では、最適制御用PLC2dと最適制御用パソコン2eが特許制御の範囲に記載する最適制御装置に相当し、制御システムコントローラ2jが特許請求の範囲に記載する基本制御装置に相当する。 The control system 2 performs optimal control so that the energy consumption and CO 2 emission amount in the air conditioning system 1 are minimized for the purpose of optimal operation of the air conditioning system 1, and if the optimal control is not performed, the air conditioning is performed. Basic control is performed on the air conditioning system 1 in order to ensure control over the system 1. For this purpose, the control system 2 includes an intelligent controller 2a, a BEMS [Building Energy Management System] 2b, a heat source group management PLC [Programmable Logic Controller] 2c, an optimal control PLC 2d, an optimal control personal computer (hereinafter referred to as an optimal control personal computer). 2e, a control system controller 2j is provided. The optimal control is performed by the optimal control PLC 2d and the optimal control personal computer 2e, the basic control is performed by the control system controller 2j, and the control value by the optimal control personal computer 2e is obtained when the operator turns on the optimal control in the central monitoring Output through the optimal control PLC 2d, and output the control value of the control system controller 2j when the operator is OFF in the central monitoring, and output the control value that gradually changes during the transition period when ON and OFF are switched To do. In this embodiment, the optimal control PLC 2d and the optimal control personal computer 2e correspond to the optimal control device described in the scope of patent control, and the control system controller 2j corresponds to the basic control device described in the claims. To do.

インテリジェントコントローラ2aとBEMS2bと最適制御用パソコン2e間は、IPv[Internet Protocol Version]4又はIPv6のネットワーク2fで通信が行われる。インテリジェントコントローラ2aと熱源群管理用PLC2c間は、同軸ケーブル2gで通信が行われる。熱源群管理用PLC2cと最適制御用PLC2d間は、同軸ケーブル2hで通信が行われる。熱源群管理用PLC2cと制御システムコントローラ2j間は、同軸ケーブル2kで通信が行われる。最適制御用PLC2dと最適制御用パソコン2e間は、イーサネット(登録商標)2iで通信が行われる。   Communication between the intelligent controller 2a, the BEMS 2b, and the optimal control personal computer 2e is performed over an IPv [Internet Protocol Version] 4 or IPv6 network 2f. Communication between the intelligent controller 2a and the heat source group management PLC 2c is performed by the coaxial cable 2g. Communication between the heat source group management PLC 2c and the optimum control PLC 2d is performed by the coaxial cable 2h. Communication between the heat source group management PLC 2c and the control system controller 2j is performed by the coaxial cable 2k. Communication between the optimal control PLC 2d and the optimal control personal computer 2e is performed by Ethernet (registered trademark) 2i.

インテリジェントコントローラ2aは、外気から検知されたデータを収集して管理し、そのデータを最適制御用パソコン2eに送信する。収集するデータとしては、例えば、外気温度、外気湿度がある。また、最適制御用PLC2dは、空調システム1で検知されたデータを収集して管理し、そのデータを最適制御用パソコン2eに送信する。収集するデータとしては、例えば、空調システム1の運転台数、各機器の運転状態(冷却水の出口温度と入口温度、冷却水流量、冷水の出口温度と入口温度、冷水流量、熱源容量等)がある。   The intelligent controller 2a collects and manages data detected from the outside air, and transmits the data to the optimal control personal computer 2e. Examples of data to be collected include outside air temperature and outside air humidity. The optimal control PLC 2d collects and manages data detected by the air conditioning system 1, and transmits the data to the optimal control personal computer 2e. The collected data includes, for example, the number of operating air conditioning systems 1 and the operating state of each device (cooling water outlet temperature and inlet temperature, cooling water flow rate, cooling water outlet temperature and inlet temperature, cooling water flow rate, heat source capacity, etc.). is there.

BEMS2bは、空調システム1のエネルギデータを収集して管理し、そのデータを最適制御用パソコン2eに送信する。収集するデータとしては、例えば、空調システム1の各機器の電力消費量(エネルギ消費量)、空調機の負荷率(熱量消費率)がある。   The BEMS 2b collects and manages energy data of the air conditioning system 1 and transmits the data to the optimal control personal computer 2e. The data to be collected includes, for example, the power consumption (energy consumption) of each device of the air conditioning system 1 and the load factor (heat consumption rate) of the air conditioner.

熱源群管理用PLC2cは、最適制御用PLC2dから空調システム1に対する制御値を受信する毎に、その制御値を制御システムコントローラ2jに送信する。制御システムコントローラ2jでは、熱源群管理用PLC2cを介して空調システム1に対する制御値を最適制御用PLC2dから受信する毎に、その制御値に基づいて空調システム1の各機器に命令を出力する。各機器に対する命令としては、例えば、各冷却塔1aに対する冷却水温度制御命令、各冷却水ポンプ1bに対する冷却水流量比に基づくインバータ周波数制御命令、各一次ポンプ1dに対する一次ポンプ流量比に基づくインバータ周波数制御命令がある。この際、空調負荷状態に応じて運転台数が決定されているので、運転が停止される機器については通電が停止され、制御が行われない。また、制御システムコントローラ2jでは、現在の外気温度、外気湿度、空調システム1の各機器の運転状態等に基づいて空調システム1に対する基本的な制御を行い、空調システム1に対する制御値を求め、最適制御がOFFのときにはその制御を行う。この基本的な制御については、従来の方法を適用する。なお、熱源群管理用PLC2cについては、複数台で構成してもよい。   Each time the heat source group management PLC 2c receives a control value for the air conditioning system 1 from the optimal control PLC 2d, it transmits the control value to the control system controller 2j. Each time the control system controller 2j receives a control value for the air conditioning system 1 from the optimal control PLC 2d via the heat source group management PLC 2c, it outputs a command to each device of the air conditioning system 1 based on the control value. As commands for each device, for example, a cooling water temperature control command for each cooling tower 1a, an inverter frequency control command based on a cooling water flow rate ratio for each cooling water pump 1b, and an inverter frequency based on a primary pump flow rate ratio for each primary pump 1d There are control instructions. At this time, since the number of operating units is determined according to the air conditioning load state, energization is stopped and control is not performed for the devices whose operation is stopped. The control system controller 2j performs basic control on the air conditioning system 1 based on the current outside air temperature, outside air humidity, the operating state of each device of the air conditioning system 1, etc., and obtains the control value for the air conditioning system 1 to obtain the optimum When the control is OFF, the control is performed. A conventional method is applied to this basic control. Note that a plurality of heat source group management PLCs 2c may be configured.

最適制御用PLC2dは、最適制御用パソコン2eから空調システム1に対する制御値を受信する毎に、その制御値を熱源群制御用PLC2cに送信する。   Each time the optimal control PLC 2d receives a control value for the air conditioning system 1 from the optimal control personal computer 2e, the optimal control PLC 2d transmits the control value to the heat source group control PLC 2c.

最適制御用パソコン2eは、空調システム1の運転開始後に、運転中の空調システム1の各機器の運転状態や電力消費量等のデータに基づいてエネルギ消費量やCO排出量を最小にする最適制御を行う。そのために、最適制御用パソコン2eは、空調システム1の過去ログを格納するためのログデータベースを保持しており、インテリジェントコントローラ2aからの外気温度、外気湿度と最適制御用PLC2dからの空調システム1の各機器の運転状態とBEMS2bからの空調システム1の各機器の電力消費量(エネルギ消費量)、空調機の負荷率(熱量消費率)をログデータベースに蓄積する。また、最適制御用パソコン2eは、各機器の制御値を設定するための制御テーブルとしてデータベース1とデータベース2を保持しており、一定期間毎(例えば、1ヶ月毎)に、ログデータベースに蓄積されたデータを利用して空調システム1全体として最適制御を行うためにデータベース1とデータベース2を更新する。この際、最適制御用パソコン2eは、各機器のエネルギ消費量を計算するための特性式の係数の最適値を探索するために遺伝的アルゴリズムを用いる。 The optimal control personal computer 2e is the best for minimizing energy consumption and CO 2 emission based on data such as the operating state and power consumption of each device of the air-conditioning system 1 during operation after the air-conditioning system 1 starts operating. Take control. For this purpose, the optimal control personal computer 2e holds a log database for storing past logs of the air conditioning system 1, and the outside air temperature and the outside air humidity from the intelligent controller 2a and the air conditioning system 1 from the optimal control PLC 2d. The operation state of each device, the power consumption (energy consumption) of each device of the air conditioning system 1 from the BEMS 2b, and the load factor (heat consumption rate) of the air conditioner are accumulated in the log database. The optimal control personal computer 2e holds the database 1 and the database 2 as control tables for setting control values of each device, and is stored in the log database at regular intervals (for example, every month). The database 1 and the database 2 are updated in order to perform optimum control as a whole of the air conditioning system 1 by using the obtained data. At this time, the optimal control personal computer 2e uses a genetic algorithm to search for the optimum value of the coefficient of the characteristic formula for calculating the energy consumption of each device.

空調システム1全体としての最適運転のために、各機器に対する制御を相互連携させることによってシステム効率の最大化を図る。各機器に対する省エネルギ制御として、冷却塔1aの冷却水温度を上げると冷却塔1aの電力消費量が減り、冷却水ポンプ1bによる冷却水流量を絞ると冷却水ポンプ1bの電力消費量が減り、一次ポンプ1dによる冷水流量を絞ると一次ポンプ1dの電力消費量が減るので、これらの各制御を相互に連携させることによってシステム効率の最大化を図る。そのために、運転台数毎に各機器に対する制御値の全ての組み合わせについての空調システム1全体の電力消費量(エンルギ消費量)を求め、空調システム1全体の電力消費量が最小となる制御値の組み合わせを抽出する。   For the optimum operation of the air conditioning system 1 as a whole, the system efficiency is maximized by linking the controls for each device. As energy saving control for each device, increasing the cooling water temperature of the cooling tower 1a reduces the power consumption of the cooling tower 1a, and reducing the cooling water flow rate by the cooling water pump 1b reduces the power consumption of the cooling water pump 1b. If the flow rate of the chilled water by the primary pump 1d is reduced, the power consumption of the primary pump 1d is reduced. Therefore, the system efficiency is maximized by linking these controls. For this purpose, the power consumption (Energy consumption) of the entire air conditioning system 1 for all combinations of control values for each device is obtained for each number of operating units, and the combination of control values that minimizes the power consumption of the entire air conditioning system 1 To extract.

最適制御用パソコン2eでの具体的な処理を説明する前に、最適制御用パソコン2eで用いられるデータベース1とデータベース2について説明しておく。まず、図3を参照してデータベース1について説明する。データベース1は、空調システム1の運転台数を決定するためのデータベースである。データベース1は、外気エンタルピ(外気温度と外気湿度で決まる物理量)と二次側装置負荷率(空調機での熱量消費率)とで決まる運転台数を規定したデータベースである。図3に示すデータベース1は空調システム1の最大運転台数が4台の場合であり、例えば、外気エンタルピが56であり、二次側装置負荷率が0.40のときには運転台数が3台(3台の冷凍機1cを運転させるので、その3台の冷凍機1cと対となる冷却塔1a、冷却水ポンプ1b、一次ポンプ1dもそれぞれ運転させる)となる。なお、空調システム1の運転開始時には、データベース1は、設計時に各機器のカタログ値に基づいてシミュレーションによってエネルギ消費量やCO排出量が最小になるように設定されたものである。 Before describing specific processing in the optimal control personal computer 2e, the database 1 and the database 2 used in the optimal control personal computer 2e will be described. First, the database 1 will be described with reference to FIG. The database 1 is a database for determining the number of operating air conditioning systems 1. The database 1 is a database that defines the number of operating units determined by the outside air enthalpy (physical quantity determined by the outside air temperature and outside air humidity) and the secondary device load factor (heat consumption rate at the air conditioner). The database 1 shown in FIG. 3 is for the case where the maximum number of operating units of the air conditioning system 1 is four. For example, when the outside air enthalpy is 56 and the secondary device load factor is 0.40, the number of operating units is three (3 Since the three refrigerators 1c are operated, the cooling tower 1a, the cooling water pump 1b, and the primary pump 1d that are paired with the three refrigerators 1c are also operated). When the operation of the air conditioning system 1 is started, the database 1 is set so that the energy consumption and the CO 2 emission amount are minimized by simulation based on the catalog value of each device at the time of design.

次に、図4を参照してデータベース2について説明する。データベース2は、データベース1で決定した運転台数で空調システム1を運転する場合の制御値を決定するためのデータベースである。データベース2は、制御値の組み合わせ毎の空調システム1全体の電力消費量(エネルギ消費量)及び各機器の電力消費量からなるデータベースであり、運転台数毎の空調システム1全体の電力消費量が最小となる制御値の組み合わせを示したデータベースである。なお、データベース2については、運転台数毎のデータを示したものでもよいし、あるいは、全ての運転台数のデータを示したものでもよい。   Next, the database 2 will be described with reference to FIG. The database 2 is a database for determining control values when operating the air conditioning system 1 with the number of operating units determined in the database 1. The database 2 is a database including the power consumption (energy consumption) of the entire air conditioning system 1 for each combination of control values and the power consumption of each device, and the power consumption of the entire air conditioning system 1 for each number of operating units is the minimum. This is a database showing combinations of control values. In addition, about the database 2, the data for every operation number may be shown, or the data of all the operation numbers may be shown.

図4に示すデータベース2は空調システム1の最大運転台数が4台の場合であり、機器NO.1〜NO.4の冷却塔1a、冷却水ポンプ1b、冷凍機1c、一次ポンプ1dを備えている。特に、図4では、データベース2における運転台数が3台の場合のデータの一部を示している。制御値としては、機器NO.1〜NO.4についての空調機への送水温度、一次ポンプ1dの流量比、冷却塔1aでの冷却水設定温度、冷却水ポンプ1bの流量比がある。また、電力消費量としては、空調システム全体の電力消費量と機器NO.1〜NO.4についての冷凍機1cの電力消費量、一次ポンプ1dの電力消費量、冷却水ポンプ1bの電力消費量、冷却塔1aのファンの電力消費量がある。なお、制御値や電力消費量が「0」になっている機器(図4の例では、機器NO.4)については運転を停止する。   The database 2 shown in FIG. 4 is for the case where the maximum number of operating units of the air conditioning system 1 is four. 1-NO. 4 cooling tower 1a, cooling water pump 1b, refrigerator 1c, and primary pump 1d. In particular, FIG. 4 shows a part of data when the number of operating units in the database 2 is three. As the control value, the device No. 1-NO. 4, the water supply temperature to the air conditioner, the flow rate ratio of the primary pump 1d, the cooling water set temperature in the cooling tower 1a, and the flow rate ratio of the cooling water pump 1b. In addition, as the power consumption, the power consumption of the entire air conditioning system and the equipment No. 1-NO. 4, the power consumption of the refrigerator 1c, the power consumption of the primary pump 1d, the power consumption of the cooling water pump 1b, and the power consumption of the fan of the cooling tower 1a. Note that the operation of the device whose control value or power consumption is “0” (device No. 4 in the example of FIG. 4) is stopped.

制御値の組み合わせは、送水温度、一次ポンプ流量比、冷却塔設定温度、冷却水ポンプ流量比をそれぞれの変動範囲内でそれぞれ一定の刻み幅で変化させた全ての組み合わせである。図4の例の場合、流量比については「0.05」の刻み幅で変化させており、温度について「1」の刻み幅で変化させている。この制御値の全ての組み合わせについて空調システム1の各機器の電力消費量がそれぞれ計算され、その各機器の電力消費量からシステム電力消費量が計算され、この制御値の全ての組み合わせについてシステム電力消費量の中から最小となるシステム電力消費量が抽出され、その抽出されたシステム電力消費量のときの制御値の組み合わせが最適な制御となる。   The combinations of the control values are all combinations in which the water supply temperature, the primary pump flow rate ratio, the cooling tower set temperature, and the cooling water pump flow rate ratio are changed with a constant step size within the respective fluctuation ranges. In the example of FIG. 4, the flow rate ratio is changed with a step size of “0.05”, and the temperature is changed with a step size of “1”. The power consumption of each device of the air conditioning system 1 is calculated for all combinations of the control values, the system power consumption is calculated from the power consumption of each device, and the system power consumption is calculated for all combinations of the control values. The minimum system power consumption is extracted from the amount, and the combination of control values at the extracted system power consumption is the optimal control.

図4に示す例は、運転台数が3台の場合であり、機器NO.1〜NO.3を運転し、機器NO.4を停止させる場合のデータが示されており、制御値は機器NO.4の各値が全て「0」となっており、電力消費量も機器NO.4の各値が全て「0」となっている。この図4に示す例の場合、システム電力消費量としては「647.4」が最小となり、そのシステム電力消費量が「647.4」となるときの制御値の組み合わせCが抽出されており、その抽出された制御値の組み合わせCがデータベース2の特定箇所に格納される。したがって、データベース1で運転台数が「3」と決定された場合、データベース2の特定箇所からシステム電力消費量が最小の制御値の組み合わせを抽出することにより、エネルギ消費量やCO排出量を最小にする最適な制御値の組み合わせとなる。 The example shown in FIG. 4 is a case where the number of operating units is 3, and the device No. 1-NO. 3 and the equipment No. 4 is shown, and the control value is the equipment number. 4 are all “0”, and the power consumption is also the device No. All the values of 4 are “0”. In the case of the example shown in FIG. 4, “647.4” is minimized as the system power consumption, and the control value combination C when the system power consumption is “647.4” is extracted. The extracted combination C of control values is stored in a specific location of the database 2. Therefore, when the number of operating units is determined to be “3” in the database 1, the combination of control values with the minimum system power consumption is extracted from a specific location in the database 2, thereby minimizing energy consumption and CO 2 emissions. It becomes the optimal combination of control values.

最適制御用パソコン2eでの処理について説明する。最適制御用パソコン2eでは、メモリ装置に空調システム1を最適制御するための各プログラム(メインプログラム、プログラムA、プログラムB、プログラムC(ON時)、プログラムC(OFF時)、プログラムD、プログラムE(ON時)、プログラムE(OFF時)等)を保持しており、この各プログラムをRAMにロードしてCPUで実行する。なお、本実施の形態では、プログラムAでの各処理が特許請求の範囲に記載する実施回数設定手段、初期個体発生手段、実施手段に相当する。   Processing in the optimal control personal computer 2e will be described. In the optimal control personal computer 2e, each program (main program, program A, program B, program C (ON time), program C (OFF time), program D, program E for optimal control of the air conditioning system 1 in the memory device. (When ON), program E (when OFF), etc.) are held, and each program is loaded into the RAM and executed by the CPU. In the present embodiment, each process in the program A corresponds to an execution number setting unit, an initial individual generation unit, and an execution unit described in the claims.

まず、図5のフローチャートに沿って、最適制御用パソコン2eでのメインプログラムの処理の流れを説明する。最適制御用パソコン2eは、一定周期毎に(制御周期と同じ周期であり、例えば、5分毎)、空調システム1の過去ログデータをログデータベースに蓄積する(S1)。ログデータベースに格納されるデータは、例えば、データ収集された時刻毎に、外気温度、外気湿度、空調システム1の各機器の運転状態(冷却水の出口温度と入口温度、冷却水流量、冷水の出口温度と入口温度、冷水流量等)、各機器のエネルギ消費量(電力消費量)、運転モード、制御値の組み合わせがある。   First, the flow of processing of the main program in the optimal control personal computer 2e will be described with reference to the flowchart of FIG. The optimal control personal computer 2e accumulates the past log data of the air conditioning system 1 in the log database at regular intervals (the same cycle as the control cycle, for example, every 5 minutes) (S1). The data stored in the log database includes, for example, the outside air temperature, the outside air humidity, and the operation state of each device of the air conditioning system 1 (cooling water outlet temperature and inlet temperature, cooling water flow rate, cooling water at every time the data is collected. There are combinations of outlet temperature and inlet temperature, cold water flow rate, etc., energy consumption (power consumption) of each device, operation mode, and control value.

最適制御用パソコン2eでは、プログラムAを起動し、ログデータベースの過去ログデータを用いて、空調システム1の機器毎にエネルギ消費量(電力消費量)を計算するための機器特性式の係数を遺伝的アルゴリズムを利用して計算する(S2)。そして、最適制御用パソコン2eでは、空調システム1の機器毎に、機器特性式の係数のファイルをCSV[Comma Separated Values]形式で作成する(S3)。このファイルは、各機器についての機器特性式の係数列である。   In the optimal control personal computer 2e, the program A is started, and the coefficient of the device characteristic formula for calculating the energy consumption (power consumption) for each device of the air conditioning system 1 is inherited using the past log data of the log database. Calculation is performed using a genetic algorithm (S2). Then, the optimal control personal computer 2e creates a coefficient file of the device characteristic formula in the CSV [Comma Separated Values] format for each device of the air conditioning system 1 (S3). This file is a coefficient sequence of the device characteristic formula for each device.

最適制御用パソコン2eでは、プログラムBを起動し、各ケース(運転台数毎に全ての制御値の組み合わせ)について、機器毎に機器特性式(機器特性式にCSVファイルの係数値を組み込んだもの)を用いてエネルギ消費量を計算し、空調システム1全体のエネルギ消費量を計算する(S4)。そして、最適制御用パソコン2eでは、その計算した各ケースについての各機器のエネルギ消費量(電力消費量)及び空調システム全体のエネルギ消費量(システム電力消費量)により、データベース2を書き換える(S5)。このデータベース2の書き換えに応じて、最適制御用パソコン2eでは、データベース1も書き換える。このデータベースの書き換え(更新)は、指定された期間毎(例えば、1ヶ月に1回)に行われる。したがって、最適制御では、この指定された期間毎に更新されるデータベース1とデータベース2を用いて、エネルギ消費量やCO排出量を最小にする最適な制御値を設定する。 In the optimal control personal computer 2e, the program B is started, and for each case (combination of all control values for each number of operating units), a device characteristic formula for each device (equipped with the coefficient value of the CSV file in the device characteristic formula) Is used to calculate the energy consumption, and the energy consumption of the entire air conditioning system 1 is calculated (S4). Then, the optimal control personal computer 2e rewrites the database 2 with the calculated energy consumption (power consumption) of each device and the energy consumption (system power consumption) of the entire air conditioning system for each case (S5). . In response to the rewriting of the database 2, the optimal control personal computer 2e also rewrites the database 1. This rewriting (updating) of the database is performed every designated period (for example, once a month). Therefore, in the optimal control, an optimal control value that minimizes the energy consumption amount and the CO 2 emission amount is set by using the database 1 and the database 2 that are updated every specified period.

最適制御用パソコン2eでは、中央監視による最適制御に対するON/OFFに応じて、ONの場合にはプログラムC(ON時)を起動し、OFFの場合にはプログラムC(OFF時)を起動し、制御値を最適制御用PLC2d、熱源群管理用PLC2cを介して制御システムコントローラ2jに受け渡す(S6)。最適制御がOFFからONに切り替わったときには所定期間の間はプログラムC(ON時)で出力される制御値が用いられ、最適制御が完全ONするとデータベース2による制御値(最適制御の制御値)がそのまま用いられる。一方、最適制御がONからOFFに切り替わったときには所定期間の間はプログラムC(OFF時)で出力される制御値が用いられ、最適制御が完全OFFすると制御システムコントローラ2jによる制御値(基本制御の制御値)がそのまま用いられる。   In the optimal control personal computer 2e, in response to ON / OFF for the optimal control by the central monitoring, the program C (when ON) is started when ON, and the program C (when OFF) is started when OFF, The control value is transferred to the control system controller 2j via the optimal control PLC 2d and the heat source group management PLC 2c (S6). When the optimum control is switched from OFF to ON, the control value output by the program C (when ON) is used for a predetermined period. When the optimum control is completely turned on, the control value by the database 2 (the optimum control value) is obtained. Used as is. On the other hand, when the optimum control is switched from ON to OFF, the control value output by the program C (when OFF) is used for a predetermined period. When the optimum control is completely turned OFF, the control value (the basic control value) of the control system controller 2j is used. Control value) is used as it is.

そして、制御システム2では、制御システムコントローラ2jからの命令によって空調システム1の各機器を制御する。空調システム1が運転中、インテリジェントコントローラ2aによって外気のデータが収集され、最適制御用PLC2dによって空調システム1の各機器の運転状態のデータが収集されてログデータとして管理されるとともに、BEMS2bによって空調システム1の各機器の電力消費量(エネルギ消費量)が収集されてログデータとして管理される。そして、最適制御用パソコン2eでは、プログラムDを起動し、一定周期毎に、インテリジェントコントローラ2a、最適制御用PLC2dで管理されているログデータ及びBEMS2bで管理されているログデータを受領し(S7)、その受領したログデータ及びそのときの制御値をログデータベースに蓄積する(S1)。   And in the control system 2, each apparatus of the air conditioning system 1 is controlled by the command from the control system controller 2j. While the air conditioning system 1 is in operation, the outside air data is collected by the intelligent controller 2a, the operation state data of each device of the air conditioning system 1 is collected by the optimal control PLC 2d and managed as log data, and the air conditioning system by the BEMS 2b. The power consumption (energy consumption) of each device is collected and managed as log data. Then, the optimal control personal computer 2e starts the program D and receives the log data managed by the intelligent controller 2a and the optimal control PLC 2d and the log data managed by the BEMS 2b at regular intervals (S7). The received log data and the control value at that time are accumulated in the log database (S1).

図6のフローチャートに沿って、プログラムAについて説明する。プログラムAについて具体的に説明する前に、機器特性式について説明しておく。機器特性式の一例として、冷凍機のエネルギ消費量fを計算するための機器特性式(1)を示す。式(1)におけるx(t)〜x(t)はログデータベースに格納される過去ログデータであり、x(t)は負荷率であり、x(t)は冷却水温度であり、x(t)は冷却水流量であり、x(t)は一次冷水流量であり、x(t)は送水温度である。tは、ログデータベースに格納されるログデータが収集されたときの時刻パラメータである。式(1)におけるc(t)〜c(t)は影響度である。c(x(t),x(t))は式(2)で求められ、負荷率と冷却水温度の影響度である。c(x(t))は式(3)で求められ、冷却水流量の影響度である。c(x(t))は式(4)で示すように1.0であり、一次冷水流量の影響度である。c(x(t))は式(5)で求められ、送水温度の影響度である。式(2)〜式(5)におけるu(i)〜u13(i)は機器特性式の係数である。iは、個体数である。このように、冷凍機のエネルギ消費量fは、式(1)を用いて、x(t)〜x(t)を変数とし、u(i)〜u13(i)の係数によって求めることがきる。プログラムAでは、ログデータベースに格納される過去ログデータを用いて、各機器のついての機器特性式の各係数uの最適値を求める。

Figure 0005544268
The program A will be described along the flowchart of FIG. Before specifically describing the program A, the device characteristic formula will be described. As an example of the device characteristic formula, a device characteristic formula (1) for calculating the energy consumption f 1 of the refrigerator is shown. In formula (1), x 1 (t) to x 5 (t) are past log data stored in the log database, x 1 (t) is a load factor, and x 2 (t) is a cooling water temperature. Yes, x 3 (t) is the cooling water flow rate, x 4 (t) is the primary cooling water flow rate, and x 5 (t) is the water supply temperature. t is a time parameter when log data stored in the log database is collected. In formula (1), c 1 (t) to c 5 (t) are influence levels. c 1 (x 1 (t), x 2 (t)) is obtained by Expression (2), and is an influence degree of the load factor and the cooling water temperature. c 2 (x 3 (t)) is obtained by the equation (3) and is an influence degree of the cooling water flow rate. c 3 (x 4 (t)) is 1.0 as shown in the equation (4), which is the degree of influence of the primary cold water flow rate. c 4 (x 5 (t)) is obtained by the equation (5) and is an influence degree of the water supply temperature. In the expressions (2) to (5), u 1 (i) to u 13 (i) are coefficients of the device characteristic expression. i is the number of individuals. As described above, the energy consumption f 1 of the refrigerator is expressed by the coefficient of u 1 (i) to u 13 (i) using x 1 (t) to x 5 (t) as variables using the equation (1). You can ask for it. In the program A, the optimum value of each coefficient u of the device characteristic formula for each device is obtained using the past log data stored in the log database.
Figure 0005544268

それでは、プログラムAについて説明する。プログラムAは空調システム1の全ての機器に対してそれぞれ実行され、全ての機器についての機器特性式の最適な係数を計算する。ここでは、機器毎、遺伝的アルゴリズムを利用して、係数の組み合わせを順次変えながら機器特性式によってエネルギ消費量を順次計算し、その機器特性式によるエネルギ消費量の計算値とエネルギ消費量の実測値(過去ログデータ)との偏差が最小となる係数の組み合わせを決める。   Now, the program A will be described. The program A is executed for each device of the air conditioning system 1 and calculates the optimum coefficient of the device characteristic formula for all devices. Here, each device uses a genetic algorithm to calculate energy consumption sequentially using the device characteristic equation while sequentially changing the combination of coefficients, and the energy consumption calculated value and energy consumption measurement based on the device characteristic equation are calculated. The combination of coefficients that minimizes the deviation from the value (past log data) is determined.

最適制御用パソコン2eでは、プログラムの初期条件のデータと計算対象の各機器の固有データを取得する(S10)。初期条件のデータとしては、例えば、ログデータベースのデータ数(例えば、過去1ヶ月分の5分周期で収集されたデータの数)、遺伝的アルゴリズムを繰り返し実施する最大ステップ数(例えば、5回、10回、20回)、遺伝的アルゴリズムの最大世代数がある。各機器の固有データとしては、例えば、機器の定格情報(例えば、定格能力、定格電力消費量)、機器の基準係数、機器の影響度、初期個体適応度がある。また、最適制御用パソコン2eでは、ログデータベースから過去ログデータを取得する(S11)。過去ログデータとしては、例えば、冷凍機の場合、冷水流量、冷水出口温度、冷水入口温度、冷却水流量、冷却水出口温度、冷却水入口温度、電力消費量がある。なお、過去ログデータとしては、システム起動/停止時のデータは変動する場合があるので、システム起動の30分経過後から停止の30分前までのデータを用いる。   The optimal control personal computer 2e acquires the initial condition data of the program and the specific data of each device to be calculated (S10). As the data of the initial condition, for example, the number of data in the log database (for example, the number of data collected in a 5-minute period for the past month), the maximum number of steps for repeatedly executing the genetic algorithm (for example, 5 times, 10 times, 20 times), there is a maximum number of generations of genetic algorithms. Specific data of each device includes, for example, device rating information (for example, rated capacity, rated power consumption), device reference coefficient, device influence, and initial individual fitness. Further, the optimal control personal computer 2e acquires past log data from the log database (S11). For example, in the case of a refrigerator, the past log data includes a cold water flow rate, a cold water outlet temperature, a cold water inlet temperature, a cooling water flow rate, a cooling water outlet temperature, a cooling water inlet temperature, and power consumption. As the past log data, data at the time of system start / stop may fluctuate, so data from 30 minutes after system start up to 30 minutes before stop is used.

最適制御用パソコン2eでは、機器特性式の各係数を遺伝子と見立て、初期個体をランダムに発生させる(S12)。そして、遺伝的アルゴリズムを実施する。具体的には、最適制御用パソコン2eでは、生存個体を決定し(S13)、遺伝子交叉を行い(S14)、突然変異を行う(S15)。そして、最適制御用パソコン2eでは、生成された遺伝子(機器特性式の各係数)を元に機器特性式によって計算されたエネルギ消費量とエネルギ消費量の実測値(過去ログデータ)との偏差(適応度に相当)を計算する(S16)。さらに、最適制御用パソコン2eでは、各遺伝子を元に計算されているエネルギ消費量(適応度)の高い順にソートする(S17)。そして、最適制御用パソコン2eでは、最大世代数分の遺伝子操作を繰り返したか否かを判定する(S18)。S18にて最大世代数分の遺伝子操作を繰り返していないと判定した場合、最適制御用パソコン2eでは、S13の処理に戻って、遺伝子操作を再度行う。   In the optimal control personal computer 2e, each coefficient of the device characteristic formula is regarded as a gene, and initial individuals are randomly generated (S12). Then, implement a genetic algorithm. Specifically, the optimal control personal computer 2e determines a living individual (S13), performs gene crossover (S14), and performs mutation (S15). In the optimal control personal computer 2e, the deviation between the energy consumption calculated by the device characteristic equation based on the generated gene (each coefficient of the device characteristic equation) and the actual measured value of energy consumption (past log data) ( (Corresponding to fitness) is calculated (S16). Furthermore, in the optimal control personal computer 2e, the energy consumption (fitness) calculated based on each gene is sorted in descending order (S17). Then, in the optimal control personal computer 2e, it is determined whether or not the gene operation for the maximum number of generations has been repeated (S18). If it is determined in S18 that the maximum number of generations of genetic manipulations have not been repeated, the optimal control personal computer 2e returns to the processing in S13 and performs genetic manipulations again.

S18にて最大世代数分の遺伝子操作を繰り返したと判定した場合、最適制御用パソコン2eでは、最大ステップ数分の遺伝的アルゴリズムを繰り返したかを判定する(S18)。S18にて最大ステップ数分の遺伝的アルゴリズムを繰り返していないと判定した場合、最適制御用パソコン2eでは、S12の処理に戻って、初期個体をランダムに再度発生させ、異なる初期個体に基づいて遺伝的アルゴリズムを実施する。ここで、初期個体を順次変えて、遺伝的アルゴリズムが繰り返し実施される。初期個体が適切でなく、適応度の高い個体が得られない場合があるかもしれないが、初期個体を幾つも発生させているので、それらの初期個体の中から適応度の高い個体が必ず探索でき、その適応度の高い個体の中から最も適応度の高い個体を得ることができる。   When it is determined in S18 that the genetic operation for the maximum number of generations has been repeated, the optimal control personal computer 2e determines whether the genetic algorithm for the maximum number of steps has been repeated (S18). If it is determined in S18 that the genetic algorithm for the maximum number of steps has not been repeated, the optimal control personal computer 2e returns to the processing in S12 to regenerate an initial individual at random, and inherits based on a different initial individual. Implement a genetic algorithm. Here, the genetic algorithm is repeatedly performed by sequentially changing the initial individuals. There may be cases where the initial individuals are not appropriate and individuals with high fitness cannot be obtained, but since there are several initial individuals, individuals with high fitness must be searched from those initial individuals. The individual with the highest fitness can be obtained from the individuals with the highest fitness.

S18にて最大ステップ数分の遺伝的アルゴリズムを繰り返したと判定した場合、最適制御用パソコン2eでは、最大ステップ数分の遺伝的アルゴリズムを実施した全ての固体の中から、エネルギ消費量(適応度)の最も高い個体を選択する(S20)。そして、最適制御用パソコン2eでは、その選択した個体の遺伝子を機器特性式の各係数として出力する(S21)。上記の処理が、空調システム1の全ての機器についてそれぞれ行われ、全ての機器についての機器特性式の最適な係数が求められる。   If it is determined in S18 that the genetic algorithm for the maximum number of steps has been repeated, the optimal control personal computer 2e uses the energy consumption (fitness) from all the solids that have executed the genetic algorithm for the maximum number of steps. Is selected (S20). Then, the optimal control personal computer 2e outputs the gene of the selected individual as each coefficient of the device characteristic equation (S21). The above processing is performed for all the devices of the air conditioning system 1, and the optimum coefficient of the device characteristic equation for all the devices is obtained.

このように、従来のように遺伝的アルゴリズムを1回だけ行うのではなく、初期個体を変更しながら遺伝的アルゴリズムを所定回数行う。様々な初期個体によって遺伝的アルゴリズムが実施されるので、初期個体の中に適応度が高くならない不適切な初期個体があったとしても、他の初期個体によって適応度の高い個体を確実に得ることができる。   In this way, the genetic algorithm is not performed only once as in the prior art, but the genetic algorithm is performed a predetermined number of times while changing the initial individual. Since the genetic algorithm is implemented by various initial individuals, even if there are inappropriate initial individuals that do not become highly adaptable among the initial individuals, it is ensured that individuals with high fitness are obtained by other initial individuals Can do.

図7を参照して、プログラムBについて説明する。プログラムBは、プログラムAで求められた各機器の係数を組み込んだ機器特性式によって各機器のエネルギ消費量(電力消費量)をそれぞれ計算し、各機器のエネルギ消費量から空調システム全体のエネルギ消費量を計算する。このエネルギ消費量の計算は、運転台数毎に所定の刻み幅で変化させた全ての制御値の組み合わせについて行われ、データベース2のデータが書き換えられる。運転台数が同じ場合でも、運転する機器と停止する機器を変化させた全ての組み合わせについてそれぞれ行われる。   The program B will be described with reference to FIG. Program B calculates the energy consumption (power consumption) of each device by the device characteristic formula incorporating the coefficient of each device obtained in Program A, and the energy consumption of the entire air conditioning system from the energy consumption of each device Calculate the quantity. This calculation of energy consumption is performed for all combinations of control values that are changed by a predetermined step size for each number of operating units, and the data in the database 2 is rewritten. Even when the number of operating units is the same, it is performed for all combinations in which the operating device and the stopping device are changed.

まず、最適制御用パソコン2eでは、モード情報の定義及び境界情報を取得する。境界情報としては、例えば、外界条件、二次側熱量(負荷率)、運転台数がある。   First, the optimal control personal computer 2e acquires the definition of mode information and boundary information. The boundary information includes, for example, external conditions, secondary heat quantity (load factor), and the number of operating units.

次に、最適制御用パソコン2eでは、計算タイムが0のときに、各機器の接続情報及び属性情報を取得する。接続情報としては、例えば、各機器との水情報接続の番号、空気情報接続の番号、モード情報接続の番号、運転情報接続の番号、計算順序、機器タイプがある。属性情報としては、例えば、冷凍機の場合には定格能力、定格入力、定格補機入力、定格冷水流量、定格冷却水流量、係数がある。さらに、最適制御用パソコン2eでは、各機器の制御値及び運転モード情報を取得する。このプログラムBでは、制御値(例えば、インバータ周波数による流量、冷却水温度)を境界条件として与える。そして、最適制御用パソコン2eでは、取得した情報を用いて、機器(オブジェクト)のエネルギ消費量を計算する。流量と熱量に変化がなくなるまで、制御値の組み合わせを変えて、上記の処理を繰り返し行い、エネルギ消費量を計算する。   Next, the optimal control personal computer 2e acquires connection information and attribute information of each device when the calculation time is zero. Examples of the connection information include a water information connection number with each device, an air information connection number, a mode information connection number, an operation information connection number, a calculation order, and a device type. As attribute information, for example, in the case of a refrigerator, there are rated capacity, rated input, rated auxiliary machine input, rated cold water flow rate, rated cooling water flow rate, and coefficient. Further, the optimal control personal computer 2e acquires control values and operation mode information of each device. In this program B, a control value (for example, a flow rate by the inverter frequency, a cooling water temperature) is given as a boundary condition. Then, the optimal control personal computer 2e calculates the energy consumption of the device (object) using the acquired information. Until the flow rate and the amount of heat change, the combination of control values is changed and the above processing is repeated to calculate the energy consumption.

図7には、オブジェクトのエネルギ消費量を計算するモデルを示している。オブジェクトO(冷凍機の場合)には属性情報及びプログラムAで求めた機器特性式の機器係数情報が入力され、その機器係数からなる機器特性式が組み込まれている。オブジェクトOは、取得した接続情報に基づいて他のオブジェクトとの水接続や空気接続の関係が規定され、各ノードN1〜N4に運転情報、モード情報、水情報(冷水)、水情報(冷却水)が入力されると、各ノードN5〜N7から水情報(冷水)、水情報(冷却水)及びエネルギ情報(電力情報)を出力する。   FIG. 7 shows a model for calculating the energy consumption of an object. In the object O (in the case of the refrigerator), the attribute information and the device coefficient information of the device characteristic equation obtained by the program A are input, and the device characteristic equation including the device coefficient is incorporated. The object O has a relationship of water connection and air connection with other objects based on the acquired connection information. The operation information, mode information, water information (cold water), and water information (cooling water) are assigned to the nodes N1 to N4. ) Is input, water information (cold water), water information (cooling water), and energy information (power information) are output from each of the nodes N5 to N7.

最適制御用パソコン2eでは、任意の制御値の組み合わせについて機器のエネルギ消費量(電力消費量)を計算する毎に、データベース2を書き換える。そして、最適制御用パソコン2eでは、任意の制御値の組み合わせについて全ての機器のエネルギ消費量(電力消費量)を計算すると、その全ての機器のエネルギ消費量から空調システム全体のエネルギ消費量(電力消費量)を計算し、データベース2を書き換える。最適制御用パソコン2eでは、上記処理を、全ての運転台数(運転する機器と停止する機器の全ての組み合わせも変えて)、全ての制御値の組み合わせについて行い、データベース2を全て書き換える。最後に、運転台数毎に、空調システム1全体のエネルギ消費量が最小となる制御値の組み合わせを選択し、データベース2を書き換える。   The optimal control personal computer 2e rewrites the database 2 every time the energy consumption (power consumption) of the device is calculated for any combination of control values. In the optimal control personal computer 2e, when the energy consumption (power consumption) of all devices is calculated for any combination of control values, the energy consumption (power) of the entire air conditioning system is calculated from the energy consumption of all devices. (Consumption) is calculated, and the database 2 is rewritten. In the optimal control personal computer 2e, the above processing is performed for all the numbers of operating units (all combinations of devices to be operated and devices to be stopped) and all combinations of control values, and the database 2 is completely rewritten. Finally, a combination of control values that minimizes the energy consumption of the entire air conditioning system 1 is selected for each number of operating units, and the database 2 is rewritten.

図8のフローチャートに沿って、プログラムC(ON時)について説明する。プログラムC(ON時)は、中央監視にてオペレータが最適制御をONしたときに実行される。プログラムC(ON時)は、最適制御がONされると制御システムコントローラ2jの制御値から最適制御の制御値に切り替えるので、制御値が急激に変わらないように制御値を徐々に切り替えるための制御値を出力し、制御値の偏差がなくなると最適制御の制御値に完全に切り替える。   The program C (when ON) will be described with reference to the flowchart of FIG. Program C (when ON) is executed when the operator turns on the optimal control during central monitoring. The program C (when ON) switches from the control value of the control system controller 2j to the control value of the optimum control when the optimum control is turned on. Therefore, the control for gradually switching the control value so that the control value does not change suddenly. The value is output, and when there is no deviation in the control value, the control value is completely switched to the optimal control value.

最適制御が中央監視にて手動でONされると(S30)、一定制御周期毎に(例えば、5分周期毎に)、最適制御用パソコン2eでは、外気の温度と湿度、各機器の運転状態やエネルギ消費量を取得する(S31)。そして、最適制御用パソコン2eでは、データベース1を用いて、外気エンタルピ及び熱源負荷率(二次側装置負荷率)より運転台数を決定する(S32)。さらに、最適制御用パソコン2eでは、データベース2から、決定された運転台数に対応した各機器の制御値(最適制御の制御値)を抽出する(S33)。   When the optimum control is manually turned on by the central monitoring (S30), the optimum control personal computer 2e at every constant control period (for example, every five minutes), the temperature and humidity of the outside air, and the operating state of each device Or energy consumption is acquired (S31). Then, the optimal control personal computer 2e uses the database 1 to determine the number of operating units from the outside air enthalpy and the heat source load factor (secondary device load factor) (S32). Further, the optimal control personal computer 2e extracts the control value (control value of optimal control) of each device corresponding to the determined number of operating units from the database 2 (S33).

最適制御用パソコン2eでは、プログラムE(ON時)を起動し、過去データ及び直前データ、各機器の運転状態等から制御値を変更する(S34)。ここでは、最適制御がONしたときには、制御システムコントローラ2jの基本的な制御値から最適制御の制御値に切り替える際に制御値が急激に変わらないように、基本的な制御値から最適制御の制御値に徐々に変化する制御値を求める。この際、冷却水ポンプ1bと一次ポンプ1dとのバランスを考慮する。   In the optimal control personal computer 2e, the program E (when ON) is started, and the control value is changed from the past data and the immediately preceding data, the operation state of each device, and the like (S34). Here, when the optimal control is turned on, the control of the optimal control is controlled from the basic control value so that the control value does not change suddenly when switching from the basic control value of the control system controller 2j to the control value of the optimal control. A control value that gradually changes to a value is obtained. At this time, the balance between the cooling water pump 1b and the primary pump 1d is taken into consideration.

最適制御用パソコン2eでは、データベース2による最適制御の制御値とプログラムE(ON時)による制御値との偏差がゼロになったか否かを判定する(S35)。S35にて偏差がゼロになったと判定した場合、最適制御が完全ONし(S36)、最適制御用パソコン2eでは、データベース2による最適制御の制御値を最適制御用PLC2dを介して制御システムコントローラ2jにそのまま出力する。一方、S35にて偏差がゼロでないと判定した場合、最適制御用パソコン2eでは、プログラムE(ON時)で出力される制御値を最適制御用PLC2dを介して制御システムコントローラ2jに出力する(S37)。   In the optimal control personal computer 2e, it is determined whether or not the deviation between the control value of the optimal control by the database 2 and the control value by the program E (when ON) has become zero (S35). If it is determined in S35 that the deviation has become zero (S36), the optimum control is completely turned on (S36), and the optimum control personal computer 2e obtains the control value of the optimum control from the database 2 via the optimum control PLC 2d. Output as is. On the other hand, when it is determined in S35 that the deviation is not zero, the optimal control personal computer 2e outputs the control value output by the program E (when ON) to the control system controller 2j via the optimal control PLC 2d (S37). ).

最適制御用パソコン2eでは、最適制御が中央監視にて手動でOFFされたか否かを判定する(S38)。S38にて最適制御がOFFされていないと判定した場合、最適制御用パソコン2eでは、S31の処理に戻る。一方、S38にて最適制御がOFFされたと判定した場合、最適制御用パソコン2eでは、プログラムC(OFF時)に移行する(S39)。   In the optimal control personal computer 2e, it is determined whether or not the optimal control is manually turned off by central monitoring (S38). If it is determined in S38 that the optimum control is not turned off, the optimum control personal computer 2e returns to the process of S31. On the other hand, if it is determined in S38 that the optimum control is turned off, the optimum control personal computer 2e shifts to the program C (when turned off) (S39).

図10のフローチャートに沿って、プログラムE(ON時)について説明する。プログラムE(ON時)は、制御システムコントローラ2jの基本制御の制御値から最適制御の制御値に徐々に切り替える制御値を出力する。なお、最適制御がONされたときに、最適制御の制御値が前ステップの制御値に近い場合には徐々に制御値を切り替えることなく、最適制御の制御値をそのまま出力する。   The program E (when ON) will be described with reference to the flowchart of FIG. The program E (when ON) outputs a control value that gradually switches from the basic control value of the control system controller 2j to the optimal control value. When the optimal control is turned on and the control value of the optimal control is close to the control value of the previous step, the control value of the optimal control is output as it is without gradually switching the control value.

プログラムE(ON時)を起動すると、最適制御用パソコン2eでは、前ステップの外気の温度と湿度、各機器の運転状態やエネルギ消費量、運転モード及び現在ステップの時刻を取得する(S34a)。また、最適制御用パソコン2eでは、現時点から過去1時間の制御値を保持する(S34b)。例えば、制御周期を5分周期とすると、1時間で12回分の制御値を保持しておく。ここでは、少なくとも前ステップの制御値と前々ステップの制御値を保持しておけばよい。   When the program E (when ON) is activated, the optimal control personal computer 2e acquires the temperature and humidity of the outside air in the previous step, the operating state and energy consumption of each device, the operation mode, and the time of the current step (S34a). Further, the optimal control personal computer 2e holds control values for the past one hour from the present time (S34b). For example, if the control cycle is a 5-minute cycle, control values for 12 times are held in one hour. Here, at least the control value of the previous step and the control value of the previous step may be held.

最適制御用パソコン2eでは、プログラムDのS32、S33の処理と同様に、S34aで取得したデータを用いてデータベース2による最適制御の制御値(Yco,n)を取得する(S34c)。なお、nは、制御値の総数である。   In the optimal control personal computer 2e, the control value (Yco, n) of the optimal control by the database 2 is acquired using the data acquired in S34a, similarly to the processing of S32 and S33 of the program D (S34c). Note that n is the total number of control values.

また、最適制御用パソコン2eでは、データベース2による最適制御の制御値(Yco,n)を目標値として、前ステップで採用された制御値と前々ステップで採用された制御値との偏差からPID[Proportional Integral Derivative]理論により制御値(Yff、n)を計算する(S34d)。この制御値(Yff、n)は、最適制御の制御値(Yco,n)に徐々に近づく制御値であり、前ステップの制御値Y’からの変化量が制限された制御値である。どの程度を限度として制御値を近づけるかは、PID理論での制御パラメータにより設定可能であり、前後ステップの制御値の変化に応じて空調システム1の運転状態の変化によって室内の人が違和感を受けない程度とする。ここでは、n個分の制御値について、制御値Yffがそれぞれ計算される。   In the optimal control personal computer 2e, the control value (Yco, n) of the optimal control by the database 2 is used as a target value, and the PID is calculated from the deviation between the control value used in the previous step and the control value used in the previous step. A control value (Yff, n) is calculated by the [Proportional Integral Derivative] theory (S34d). This control value (Yff, n) is a control value that gradually approaches the control value (Yco, n) of the optimum control, and is a control value in which the amount of change from the control value Y ′ of the previous step is limited. The extent to which the control value is approximated can be set by a control parameter in the PID theory, and a person in the room is uncomfortable due to a change in the operating state of the air conditioning system 1 according to a change in the control value of the preceding and following steps. Not to the extent. Here, the control value Yff is calculated for each of n control values.

そして、最適制御用パソコン2eでは、式(6)により、前ステップで採用された制御値Y’とデータベース2による最適制御の制御値(Yco,n)との差|ΔY1|を計算する(S34e)。また、最適制御用パソコン2eでは、式(7)により、前ステップで採用された制御値Y’とPID理論による制御値(Yff,n)との差|ΔY3|を計算する(S34e)。そして、最適制御用パソコン2eでは、その|ΔY1|と|ΔY3|及び前ステップの制御値Y’を用いて、式(8)により、現在ステップでの制御値Yを計算する(S34e)。ここでは、|ΔY1|が|ΔY3|以下になるまでは現在ステップでの制御値YとしてPID理論による制御値(Yff,n)が採用され、|ΔY1|が|ΔY3|以下になると現在ステップでの制御値Yとして最適制御の制御値(Yco,n)が採用される。なお、現在ステップの制御値Yと前ステップの制御値Y’との差が最大でも制御値の最大操作量(制御値の最大変動範囲)の10%となるように、現在ステップの制御値Yを設定する。そして、最適制御用パソコン2eでは、その制御値Yを出力する(S34f)。

Figure 0005544268
Then, the optimum control personal computer 2e calculates the difference | ΔY1 | between the control value Y ′ adopted in the previous step and the control value (Yco, n) of the optimum control by the database 2 by the equation (6) (S34e). ). Further, the optimal control personal computer 2e calculates the difference | ΔY3 | between the control value Y ′ adopted in the previous step and the control value (Yff, n) based on the PID theory by the equation (7) (S34e). Then, the optimal control personal computer 2e uses the | ΔY1 | and | ΔY3 | and the control value Y ′ of the previous step to calculate the control value Y at the current step according to the equation (8) (S34e). Here, until | ΔY1 | becomes equal to or smaller than | ΔY3 |, the control value (Yff, n) according to the PID theory is adopted as the control value Y at the current step. When | ΔY1 | As the control value Y, the control value (Yco, n) of optimum control is adopted. The control value Y of the current step is set so that the difference between the control value Y of the current step and the control value Y ′ of the previous step is at most 10% of the maximum manipulated variable (maximum fluctuation range of the control value). Set. Then, the optimal control personal computer 2e outputs the control value Y (S34f).
Figure 0005544268

最適制御のOFFからONの過渡期には制御システムコントローラ2jの基本制御の制御値から最適制御の制御値に徐々に近づく制御値を実際に出力する制御値とし、その実際に出力している制御値と最適制御の制御値との偏差がなくなると最適制御が完全にONとなり、最適制御の制御値を出力する。   In the transition period from OFF to ON of the optimal control, a control value that gradually approaches the control value of the optimal control from the control value of the basic control of the control system controller 2j is set as a control value that is actually output, and the control that is actually output When the deviation between the value and the control value of the optimum control disappears, the optimum control is completely turned on and the control value of the optimum control is output.

図9のフローチャートに沿って、プログラムC(OFF時)について説明する。プログラムC(OFF時)は、中央監視にてオペレータが最適制御をOFFしたときに実行される。プログラムC(OFF時)は、最適制御がOFFされると最適制御の制御値から制御システムコントローラ2jの制御値に切り替えるので、制御値が急激に変わらないように制御値を徐々に切り替えるための制御値を出力し、制御値の偏差がなくなると制御システムコントローラ2jの制御値に完全に切り替える。   The program C (when OFF) will be described with reference to the flowchart of FIG. Program C (when OFF) is executed when the operator turns off the optimal control in the central monitoring. The program C (when OFF) switches from the control value of the optimal control to the control value of the control system controller 2j when the optimal control is turned OFF. Therefore, the control for gradually switching the control value so that the control value does not change suddenly. When the value is output and there is no deviation in the control value, the control value is completely switched to the control value of the control system controller 2j.

最適制御が中央監視にて手動でOFFされると(S50)、一定制御周期毎に(例えば、5分周期毎に)、最適制御用パソコン2eでは、プログラムE(OFF時)を起動し、過去データ及び直前データ、各機器の運転状態等から制御値を変更する(S51)。   When the optimum control is manually turned off by the central monitoring (S50), the optimum control personal computer 2e starts the program E (at the time of OFF) every fixed control cycle (for example, every 5 minutes). The control value is changed from the data, the immediately preceding data, the operating state of each device, etc. (S51).

最適制御用パソコン2eでは、制御システムコントローラ2jによる制御値とプログラムE(OFF時)による制御値との偏差がゼロになったか否かを判定する(S52)。S52にて偏差がゼロになったと判定した場合、最適制御が完全OFFし(S53)、制御システムコントローラ2jの制御値が用いられる。一方、S52にて偏差がゼロでないと判定した場合、最適制御用パソコン2eでは、プログラムE(OFF時)で出力される制御値を制御システムコントローラ2jに出力する(S54)。なお、最大でも120分以内に最適制御OFFでの運転を実行する。それ以上の場合には制御システムコントローラ2jの制御値に強制的に切り替える。   The optimal control personal computer 2e determines whether or not the deviation between the control value by the control system controller 2j and the control value by the program E (when OFF) has become zero (S52). If it is determined in S52 that the deviation has become zero, the optimum control is completely turned OFF (S53), and the control value of the control system controller 2j is used. On the other hand, if it is determined in S52 that the deviation is not zero, the optimal control personal computer 2e outputs the control value output by the program E (when OFF) to the control system controller 2j (S54). The operation with the optimum control OFF is executed within 120 minutes at the maximum. In the case of more than that, it is forcibly switched to the control value of the control system controller 2j.

図11のフローチャートに沿って、プログラムE(OFF時)について説明する。プログラムE(OFF時)は、最適制御の制御値から制御システムコントローラ2jの基本制御の制御値に徐々に切り替える制御値を出力する。なお、最適制御がOFFされたときに、基本制御の制御値が前ステップの制御値に近い場合には徐々に制御値を切り替えることなく、基本制御の制御値をそのまま出力する。   The program E (at the time of OFF) is demonstrated along the flowchart of FIG. The program E (when OFF) outputs a control value that gradually switches from the control value of the optimum control to the control value of the basic control of the control system controller 2j. If the control value of the basic control is close to the control value of the previous step when the optimum control is turned off, the control value of the basic control is output as it is without gradually switching the control value.

プログラムE(OFF時)を起動すると、最適制御用パソコン2eでは、前ステップの外気の温度と湿度、各機器の運転状態やエネルギ消費量、運転モード及び現在ステップの時刻を取得する(S51a)。また、最適制御用パソコン2eでは、現時点から過去1時間の制御値を保持する(S51b)。   When the program E (when OFF) is activated, the optimum control personal computer 2e acquires the temperature and humidity of the outside air in the previous step, the operating state and energy consumption of each device, the operation mode, and the time of the current step (S51a). Further, the optimal control personal computer 2e holds control values for the past one hour from the present time (S51b).

最適制御用パソコン2eでは、S51aで取得してデータに基づく制御システムコントローラ2jの基本的な制御の制御値(Ym,n)を取得する(S51c)。   The optimal control personal computer 2e acquires the control value (Ym, n) of the basic control of the control system controller 2j based on the data acquired in S51a (S51c).

また、最適制御用パソコン2eでは、制御システムコントローラ2jの基本的な制御の制御値(Ym,n)を目標値として、前ステップで採用された制御値と前々ステップで採用された制御値との偏差からPID理論により制御値(Yff,n)を計算する(S51d)。この制御値(Yff、n)は、制御システムコントローラ2jの基本制御の制御値(Ym,n)に徐々に近づく制御値であり、前ステップの制御値Y’からの変化量が制限された制御値である。ここでは、n個分の制御値について、制御値Yffがそれぞれ計算される。   In the optimal control personal computer 2e, the control value (Ym, n) of the basic control of the control system controller 2j is set as the target value, and the control value adopted in the previous step and the control value adopted in the previous step are The control value (Yff, n) is calculated from the deviation by the PID theory (S51d). The control value (Yff, n) is a control value that gradually approaches the control value (Ym, n) of the basic control of the control system controller 2j, and the amount of change from the control value Y ′ of the previous step is limited. Value. Here, the control value Yff is calculated for each of n control values.

そして、最適制御用パソコン2eでは、式(9)により、前ステップで採用された制御値Y’と制御システムコントローラ2jの基本制御の制御値(Ym,n)との差|ΔY2|を計算する(S51e)。また、最適制御用パソコン2eでは、式(10)により、前ステップで採用された制御値Y’とPID理論による制御値(Yff,n)との差|ΔY3|を計算する(S51e)。そして、最適制御用パソコン2eでは、その|ΔY2|と|ΔY3|及び前ステップの制御値Y’を用いて、式(11)により、現在ステップでの制御値Yを計算する(S51e)。ここでは、|ΔY2|が|ΔY3|以下になるまでは現在ステップでの制御値YとしてPID理論による制御値(Yff,n)が採用され、|ΔY2|が|ΔY3|以下になると現在ステップでの制御値Yとして基本制御の制御値(Ym,n)が採用される。なお、現在ステップの制御値Yと前ステップの制御値Y’との差が最大でも制御値の最大操作量の10%となるように、現在ステップの制御値Yを設定する。そして、最適制御用パソコン2eでは、その制御値Yを出力する(S51f)。

Figure 0005544268
Then, the optimum control personal computer 2e calculates the difference | ΔY2 | between the control value Y ′ adopted in the previous step and the control value (Ym, n) of the basic control of the control system controller 2j by the equation (9). (S51e). Further, the optimal control personal computer 2e calculates the difference | ΔY3 | between the control value Y ′ adopted in the previous step and the control value (Yff, n) based on the PID theory by the equation (10) (S51e). Then, the optimal control personal computer 2e uses the | ΔY2 | and | ΔY3 | and the control value Y ′ of the previous step to calculate the control value Y at the current step according to the equation (11) (S51e). Here, until | ΔY2 | becomes equal to or smaller than | ΔY3 |, the control value (Yff, n) based on the PID theory is adopted as the control value Y in the current step. When | ΔY2 | As the control value Y, the control value (Ym, n) of the basic control is adopted. Note that the control value Y of the current step is set so that the difference between the control value Y of the current step and the control value Y ′ of the previous step is 10% of the maximum manipulated variable of the control value. Then, the optimal control personal computer 2e outputs the control value Y (S51f).
Figure 0005544268

最適制御のONからOFFの過渡期には最適制御の制御値から制御システムコントローラ2jの基本制御の制御値に徐々に近づく制御値を実際に出力する制御値とし、その実際に出力している制御値と基本制御の制御値との偏差がなくなると最適制御が完全にOFFとなり、基本制御の制御値を出力する。   In the transition period from ON to OFF of the optimal control, a control value that gradually approaches the control value of the basic control of the control system controller 2j from the control value of the optimal control is set as a control value that is actually output, and the control that is actually output When the deviation between the value and the control value of the basic control disappears, the optimal control is completely turned off and the control value of the basic control is output.

この制御システム2によれば、初期個体を変更して遺伝的アルゴリズムを繰り返し実施して制御テーブルを更新することにより、その制御テーブルから最適な制御値を得ることができる。初期個体を所定回数分発生させることにより、様々な初期個体によって遺伝的アルゴリズムを実施できる。その結果、その中の適切な初期個体から適応度の高い個体を得ることができ、その適応度の高い個体の中から最も適応度の高い個体を得ることができ、その最も適応度の高い個体から制御テーブルを更新するための最適な機器係数を取得できる。また、最適な制御値を用いて空調システム1を運転することにより、空調システム1のエネルギ効率を最適化できる。その結果、システム全体としてのエネルギ消費量やCO排出量を最小化にでき、省エネルギ化及び省CO化を図ることができる。 According to the control system 2, an optimal control value can be obtained from the control table by changing the initial individual and repeatedly executing the genetic algorithm to update the control table. By generating the initial individual a predetermined number of times, the genetic algorithm can be implemented by various initial individuals. As a result, individuals with high fitness can be obtained from appropriate initial individuals among them, individuals with the highest fitness can be obtained from individuals with high fitness, and individuals with the highest fitness can be obtained. The optimal device coefficient for updating the control table can be acquired. Moreover, the energy efficiency of the air conditioning system 1 can be optimized by operating the air conditioning system 1 using an optimal control value. As a result, the energy consumption and CO 2 emission amount of the entire system can be minimized, and energy saving and CO 2 saving can be achieved.

さらに、制御システム2によれば、空調システム1の各機器の運転状態や電力消費量等の過去ログデータに基づいて定期的(例えば、1ヶ月毎)に制御テーブルを更新することにより、空調システム1の各機器の経年変化等を反映した制御テーブルで最適制御ができ、最適な制御値を求めることができる。   Furthermore, according to the control system 2, the control table is periodically updated (for example, every month) based on past log data such as the operation state and power consumption of each device of the air conditioning system 1. Optimal control can be performed with a control table reflecting the secular change of each device, and an optimal control value can be obtained.

また、制御システム2によれば、データベース2による最適制御の制御値と制御システムコントローラ2jの基本制御の制御値とを切り替えるときには制御値を徐々に変えることにより、制御値が急激に変化することを防止でき、空調システム1の運転状態の急峻な変化を抑制できる。また、制御システム2では、最適制御用パソコン2eあるいは最適制御用PLC2dに不具合が発生して最適制御できない場合でも、制御システムコントローラ2jによって基本制御が可能であり、空調システム1に対する制御を保障できる。   Further, according to the control system 2, when the control value of the optimum control by the database 2 and the control value of the basic control of the control system controller 2j are switched, the control value is changed abruptly so that the control value changes rapidly. This can prevent the steep change in the operating state of the air conditioning system 1. Further, in the control system 2, even when a failure occurs in the optimal control personal computer 2e or the optimal control PLC 2d and optimal control cannot be performed, basic control is possible by the control system controller 2j, and control of the air conditioning system 1 can be guaranteed.

以上、本発明に係る実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されることなく様々な形態で実施される。   As mentioned above, although embodiment which concerns on this invention was described, this invention is implemented in various forms, without being limited to the said embodiment.

例えば、本実施の形態では空調システム(熱源システム)に適用したが、各種プラント等の他のシステムにも適用できる。   For example, in the present embodiment, the present invention is applied to an air conditioning system (heat source system), but can be applied to other systems such as various plants.

また、本実施の形態では制御システムにおいて制御システムコントローラで基本制御を行って空調システム1に対する最低限の運転制御を保障する構成としたが、基本制御は行わずに、常に最適制御を行うようにしてもよい。また、本実施の形態では本発明を実現するためのハードウェア構成の一例を示したが、本発明を実現するためのハードウェア構成については他の任意の形態で構成してもよい。   In the present embodiment, the control system is configured such that the control system controller performs basic control to ensure the minimum operation control for the air conditioning system 1. However, the basic control is not performed and optimal control is always performed. May be. Moreover, although an example of the hardware configuration for realizing the present invention has been described in the present embodiment, the hardware configuration for realizing the present invention may be configured in any other form.

また、本実施の形態では省エネルギ化、省CO化を目的とする最適制御としたが、他の目的に対する最適制御にも適用可能である。 In the present embodiment, the optimum control for the purpose of saving energy and reducing CO 2 is used. However, the optimum control can be applied to other purposes.

また、本実施の形態では最適制御の制御値をデータベース1とデータベース2の2つの制御テーブルを用いて求める構成としたが、他の方法で最適制御の制御値を求めてもよい。例えば、制御テーブルとして1つのデータベースだけで制御値を求めるようにしてもよい。また、制御テーブルを用いるのでなく、制御特性式等を用いて制御値を求めるようにしてもよい。このような最適制御の手法に応じて遺伝的アルゴリズムで探索する制御係数も変わる。   In the present embodiment, the control value for optimum control is obtained using the two control tables of database 1 and database 2. However, the control value for optimum control may be obtained by other methods. For example, the control value may be obtained from only one database as the control table. Further, instead of using a control table, a control value may be obtained using a control characteristic equation or the like. The control coefficient searched by the genetic algorithm changes according to such an optimal control method.

また、本実施の形態では最適制御がONからOFFされた場合又はOFFからONされた場合に一方の制御値から他方の制御値に徐々に切り替える手法の一例を示したが、他の手法で制御値を徐々に切り替えるようにしてもよい。例えば、各制御値に対して前ステップの制御値からの最大許容変化量(固定値)を予め用意しておき、前ステップの制御値から最大許容変化量を限度として現在ステップの制御値を求める。最適制御がOFFからONになった場合、最適制御の制御値と前ステップの制御値との差が最大許容変化量より大きい場合には前ステップの制御値に最大許容変化量を加算して現在ステップの制御値とし、最適制御の制御値と前ステップの制御値との差が最大許容変化量以下の場合には最適制御の制御値を現在ステップの制御値とする。   In this embodiment, an example of a method of gradually switching from one control value to the other when the optimal control is turned from ON to OFF or from OFF to ON is shown. You may make it switch a value gradually. For example, the maximum allowable change amount (fixed value) from the control value of the previous step is prepared in advance for each control value, and the control value of the current step is obtained from the control value of the previous step with the maximum allowable change amount as a limit. . When the optimal control is switched from OFF to ON, if the difference between the control value of the optimal control and the control value of the previous step is greater than the maximum allowable change amount, the maximum allowable change amount is added to the control value of the previous step and the current When the difference between the control value of the optimal control and the control value of the previous step is equal to or less than the maximum allowable change amount, the control value of the optimal control is set as the control value of the current step.

1…空調システム、1a…冷却塔、1b…冷却水ポンプ、1c…冷凍機、1d…一次ポンプ、2…制御システム、2a…インテリジェントコントローラ、2b…BEMS、2c…熱源群管理用PLC、2d…最適制御用PLC、2e…最適制御用パソコン、2f…ネットワーク、2g,2h…同軸ケーブル、2i…イーサネット,2j…制御システムコントローラ、2k…同軸ケーブル。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Air conditioning system, 1a ... Cooling tower, 1b ... Cooling water pump, 1c ... Refrigerator, 1d ... Primary pump, 2 ... Control system, 2a ... Intelligent controller, 2b ... BEMS, 2c ... PLC for heat source group management, 2d ... PLC for optimal control, 2e ... PC for optimal control, 2f ... network, 2g, 2h ... coaxial cable, 2i ... Ethernet, 2j ... control system controller, 2k ... coaxial cable.

Claims (3)

複数の機器を備える制御対象システムを制御するための制御値を出力する制御システムであって、
前記機器毎に機器特性式があり、
前記制御対象システムに対する最適な制御値を生成する最適制御装置を有し、
前記最適制御装置は、
遺伝的アルゴリズムを実施する実施回数を設定する実施回数設定手段と、
初期個体を発生する初期個体発生手段と、
遺伝的アルゴリズムを実施する実施手段と
を備え、
遺伝的アルゴリズムを実施した回数が前記実施回数設定手段で設定した実施回数になるまで、前記機器毎に、遺伝的アルゴリズムを実施する毎に前記初期個体発生手段で異なる初期個体を発生し、当該発生した初期個体を用いて前記実施手段で前記機器特性式の係数を遺伝子として遺伝的アルゴリズムを実施して適応度が高い前記機器特性式の係数を探索し、
遺伝的アルゴリズムを実施した回数が前記実施回数設定手段で設定した実施回数になった場合、前記機器毎に前記実施回数設定手段で設定した実施回数分の遺伝的アルゴリズムでそれぞれ探索された前記機器特性式の係数の中から最も適応度が高い前記機器特性式の係数を選択し、当該選択した前記機器毎の前記係数を用いて前記機器毎の前記機器特性式に基づいて前記制御対象システムに出力する制御値を生成することを特徴とする制御システム。
A control system that outputs a control value for controlling a control target system including a plurality of devices ,
There is a device characteristic formula for each device,
An optimal control device for generating an optimal control value for the system to be controlled;
The optimal control device is:
Implementation number setting means for setting the number of executions of the genetic algorithm;
An initial individual generation means for generating an initial individual;
An implementation means for implementing a genetic algorithm,
Up to the number of times it was performed genetic algorithm is performed the number of times set in the execution count setting means, for each of the devices, the generated different initial individual in early ontogeny means each for implementing a genetic algorithm, the generated By using the initial individual and performing the genetic algorithm using the coefficient of the device characteristic equation as a gene in the implementation means to search for the coefficient of the device characteristic equation having high fitness,
If the number embodying the genetic algorithm has become the practice number of times set by the execution count setting means, the device characteristics are searched respectively genetic algorithm implementation number of times set by the execution count setting means for each of the devices The coefficient of the device characteristic equation having the highest fitness is selected from among the coefficients of the equation , and output to the control target system based on the device characteristic equation for each device using the coefficient for the selected device. A control system for generating a control value to be generated.
機器を備える制御対象システムを制御するための制御値を出力する制御システムであって、
前記制御対象システムに対する最適な制御値を生成する最適制御装置を有し、
前記最適制御装置は、
遺伝的アルゴリズムを実施する実施回数を設定する実施回数設定手段と、
初期個体を発生する初期個体発生手段と、
遺伝的アルゴリズムを実施する実施手段と
を備え、
遺伝的アルゴリズムを実施した回数が前記実施回数設定手段で設定した実施回数になるまで、遺伝的アルゴリズムを実施する毎に前記初期個体発生手段で異なる初期個体を発生し、当該発生した初期個体を用いて前記実施手段で前記機器の機器特性式の係数を遺伝子として遺伝的アルゴリズムを実施して適応度が高い前記機器特性式の係数を探索し、
遺伝的アルゴリズムを実施した回数が前記実施回数設定手段で設定した実施回数になった場合、前記実施回数設定手段で設定した実施回数分の遺伝的アルゴリズムでそれぞれ探索された前記機器特性式の係数の中から最も適応度が高い前記機器特性式の係数を選択し、当該選択した前記係数を用いて前記機器特性式に基づいて前記制御対象システムに出力する制御値を生成し、
前記適応度は、遺伝的アルゴリズムによる前記遺伝子を用いて前記機器特性式によって計算されるエネルギ消費量と前記機器のエネルギ消費量の実測値との偏差であることを特徴とする制御システム。
A control system that outputs a control value for controlling a control target system including equipment ,
An optimal control device for generating an optimal control value for the system to be controlled;
The optimal control device is:
Implementation number setting means for setting the number of executions of the genetic algorithm;
An initial individual generation means for generating an initial individual;
An implementation means for implementing a genetic algorithm,
Each time the genetic algorithm is executed, a different initial individual is generated by the initial individual generation means until the number of executions of the genetic algorithm reaches the execution number set by the execution number setting means, and the generated initial individual is used. The implementation means searches for the coefficient of the device characteristic equation having a high fitness by performing a genetic algorithm using the coefficient of the device characteristic equation of the device as a gene .
When the number of executions of the genetic algorithm is the number of executions set by the execution number setting means, the coefficients of the device characteristic formulas respectively searched by the genetic algorithm for the number of executions set by the execution number setting means Select a coefficient of the device characteristic formula having the highest fitness from among them, and generate a control value to be output to the control target system based on the device characteristic formula using the selected coefficient .
The fitness is a deviation between an energy consumption calculated by the device characteristic equation using the gene by a genetic algorithm and an actual measurement value of the energy consumption of the device .
前記制御対象システムに対する基本の制御値を生成する基本制御装置を有し、
前記制御対象システムに出力する制御値を前記最適制御装置と前記基本制御装置との間で切り替える場合、切り替え前の制御装置の制御値から切り替え後の制御装置の制御値に徐々に変えることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の制御システム。
A basic control device for generating basic control values for the controlled system;
When the control value output to the control target system is switched between the optimum control device and the basic control device, the control value of the control device before switching is gradually changed to the control value of the control device after switching. The control system according to claim 1 or 2 .
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