JP5565651B2 - プラント運転支援装置 - Google Patents

Description

本発明は、プラント運転支援装置に関し、詳しくは、実プラントからのオンラインで実測データを収集して、その内部状態を更新することによりシミュレーション結果を得るオンラインシミュレータを用いたプラント運転支援装置に関する。

本発明の出願人は、特許文献１に記載されているように、石油精製における化学プロセスや上下水道の水処理プロセスなどのプロセス制御動作が複雑なプラントの運転を支援するプラント運転支援装置として、実プラントの動作と並行してプロセスシミュレーションを行い、シミュレーション結果をもとに実プラントの動作を予測するプラント運転支援装置を提案している。

このシステムによれば、実プラントから受け取った実データに基づいてシミュレーションモデルを修正し、修正したシミュレーションモデルを用いて実プラントの動作と並行してシミュレーションを行うため、実プラントの状態を逐次シミュレーションモデルに反映でき、高精度に実プラントの動作を予測できる。

図８は特許文献１に記載されている従来のプラント運転支援装置の一例を示す構成図である。プロセスシミュレータ２は、プロセスデータサーバ３を介して実プラント１からプロセスデータを受け取る。プロセスシミュレータ２は、実プラント１と同期して動作し、実プラント１からプロセスデータがプロセスシミュレータ２に供給される度に、プロセスシミュレータ２内にあるシミュレーションモデルの計算モデル式のパラメータを修正し演算を行う。プロセスシミュレータ２は、演算結果を出力する。この出力は摸擬出力となる。

ところで、従来からプラントの運転において、ある機器に対する他の機器への影響を把握するのにあたっては、プラントの運転員が実際に操作を入力した後、影響が出そうなポイントを任意に抽出し、そのトレンドや瞬時値を画面に表示し監視していた。このとき、監視するポイントは、運転員の知識や経験、事前の検討などに基づき選択されていた。

また、一度に表示できるポイント数に限りがあるため、複数の画面を切り替えながら監視していた。たとえば、トレンドグラフなどは、１つのグラフに表示できる上限数が決められていることが多いため、複数のグラフを切り替えながら表示し監視していた。

特開２００５−３３２３６０号公報

しかし、上述の監視ポイントは、運転員の経験や知識に依存するため、プラント運転の初心者や、複雑な構成のプラントの運転では、監視すべきポイントの全てをあらかじめ抽出することは難しい。

また、プラント運転員が行う操作が他の機器へ複雑に関与する場合、多数の監視ポイントのトレンドを表示しなければならないことから、広範囲のプラント状態を瞬時に把握することも難しい。

さらに、一般的にプラントは非線形であることが多いため、ある条件で監視ポイントの抽出を行ったとしても、運転条件が変化すれば、その関連性は変化する場合もあるという問題もある。

本発明は、これらの問題点を解決するものであり、その目的は、実際に実プラントに操作を与える前に、与えようとしている操作の影響範囲と影響範囲の傾向を容易に把握できるプラント運転支援装置を実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
実プラントの動作と並行してプロセスシミュレーションを行い、実プラントの動作を予測するように構成されたプラント運転支援装置において、
前記実プラントに与える操作の影響範囲とこの影響範囲の傾向を表示するとともに、
任意の操作変数に対して変動した解析計算前後における被操作変数を、
記号あるいは色の違いに基づく視覚的な表示、解析計算前後における監視するべきポイントの関連図、プロセスフロー画面に解析結果が重畳された表示、または変動させた任意の操作変数のトレンドの視覚的な表示のいずれかを表示する表示手段を設け、
前記監視するべきポイントの関連図は、操作を与えた操作変数とその操作が影響する操作変数間が線分で接続され、この線分の種類で前記変動の増減を表し、この線分の太さで前記変動の大きさを表すことを特徴とする。

このように構成することにより、操作に影響のあるトレンドグラフを全て抽出して表示することなく、また運転員の経験や知識によらずに、操作量に対する影響度を視覚的に確認しながらプラントを運転できるプラント運転支援装置が実現できる。

本発明に基づくプラント運転支援装置の概念構成を示す機能ブロック図である。 図１のプラント運転支援装置の動作の流れを示すフローチャートである。 シミュレーション結果の解析結果を集計した集計画面例図である。 結果の表形式での表示方式例図である。 図４から得られる監視ポイントの関連図である。 プロセスフロー重畳表示画面例図である。 トレンド表示画面例図である。 従来のプラント運転支援装置の一例を示す構成図である。

以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に基づくプラント運転支援装置の概念構成を示す機能ブロック図である。

図１において、操作入力部４からプラント運転員が実プラントに与えようとしている操作変数と操作幅を入力する。オンラインシミュレータ５は、実プラントからオンラインで実測データを収集してその内部モデルを更新することによりプラント状態量の高精度シミュレーション結果を解析シミュレータ６に出力する。解析シミュレータ６は、オンラインシミュレータ５で計算されたプラント状態量と操作入力部４から入力された操作量に基づき解析計算を行う。解析部７は、解析シミュレータ６の結果を解析する。表示部８は、解析部７の解析結果を表示する。なお、操作入力部４と表示部８は、同一の計算機でもよい。

図１のプラント運転支援装置は、プラント運転員に対し、操作量に対する影響度を視覚的に確認しながらプラント運転できるシステムを提供する。

図２は、本発明のプラント運転支援装置における動作の流れを示すフローチャートである。

図２のステップＳ１では、プラント運転員が操作入力部４より、操作変数と変動幅を入力する。プラント運転員が所定の操作の影響範囲を調べようとした場合、プラント運転員が、操作したい変数（たとえば、Ａという操作変数）を指定するとともに、その変動幅（たとえば、±１０％など）を操作入力部４から入力する。

プラント運転員が操作入力部４から操作変数および変動幅を入力すると、オンラインシミュレータ５から解析時のシミュレーションに必要な状態量などの情報が解析シミュレータ６に入力される。

次に、ステップＳ２では、解析シミュレータ６がシミュレーションを実行する。解析シミュレータ６は、オンラインシミュレータ５から入力された情報と、プラント運転員が操作入力部４から入力した情報に応じた計算を行う。この解析シミュレータ６での計算結果と計算前の情報が解析部７に入力される。

そして、ステップＳ３では、解析部７で解析シミュレータ６での計算前後の情報に基づきシミュレーション結果の解析を行うとともに、シミュレーション結果の集計も行う。

図３は、解析部７におけるシミュレーション結果の解析結果を集計した集計画面例図である。図３に示す表の対角線上には、プラント運転員が解析シミュレータ６の計算前後に操作入力部４から入力した操作量の増減を示し、対角線以外には操作量に対する他の操作変数の増減を示している。

たとえば、図３の画面では、１行目および１列目に、操作変数３１としてＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを表示している。２行２列目をみると、解析シミュレータ６での計算前の操作変数Ａの操作量３２を「＋１０」、計算後の操作変数Ａの操作量３３を「−１０」とした場合、操作変数Ａ以外の操作変数Ｂの操作量の変化は、計算前の操作変数Ａの操作量に対する操作変数Ｂの変化量３４が「＋１５」、計算後の操作変数Ａの操作量に対する操作変数Ｂの変化量３５が「−２０」となっていることが確認できる。同様にして、計算前の操作変数Ａの操作量に対する操作変数Ｃの変化量が「−５」、計算後の操作変数Ａの操作量に対する操作変数Ｃの変化量が「＋３」となり、計算前後の操作変数Ａの操作量に対する操作変数Ｄの変化量が「０」となっていることが確認できる。

なお、増減量は絶対値、あるいは計算前の値を基準とした正規化値でもよい。

図２に戻り、ステップＳ４では、解析部７で行われた解析結果が表示部８の表示画面に出力されて、動作が終了する。

図４は表示方式例図であり、図３の集計画面例図における操作量に対する他の操作変数の増減量を、「＋／−」や「↑／↓」のような記号や色の違いなど視覚的に理解し易い方式で表現したものである。

図４は、操作変数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄがある場合、操作変数Ａ、Ｂに対して操作を与えたときの例を示している。Ａ行には、操作変数Ａについて変動するＢ、Ｃ、Ｄの変化の方向が示されている。Ａ行の上段には操作変数Ａに対して計算する前の操作変数ＢもしくはＣ、Ｄの変化の方向が示され、下段には操作変数Ａに対して計算した後の操作変数ＢもしくはＣ，Ｄの変化の方向が示されている。同様にＢ行にはＢを変動させた場合のＡ、Ｃ、Ｄの変化の方向が示されている。

たとえば、図４の画面では、１行目および１列目に、操作変数４１としてＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄを表示している。図３の対角線上たとえば２行目２列目をみると、解析シミュレータ６の計算前の操作変数Ａの操作量３２を「＋１０」として計算後の操作変数Ａの操作量３３を「−１０」とした場合、計算前の操作変数Ａの操作量に対する操作変数Ｂの変化量３４が「＋１５」になって計算後の操作変数Ａの操作量に対する操作変数Ｂの変化量３５が「−２０」となっていることから、図４の画面では、計算前の操作変数Ａの操作量に対する操作変数Ｂの変化の方向４３が「↑」、計算後の操作変数Ａの操作量に対する操作変数Ｂの変化の方向４４が「↓」の各記号で表示される。

また、同様に、図３において、計算前の操作変数Ａの操作量に対する操作変数Ｃの変化量が「−５」、計算後の操作変数Ａの操作量に対する操作変数Ｃの変化量が「＋３」となっていることより、図４の画面では、計算前の操作変数Ａの操作量に対する操作変数Ｃの変化の方向が「↓」、計算後の操作変数Ａの操作量に対する操作変数Ｃの変化の方向が「↑」の各記号で表示されていることが確認できる。さらに、計算前後の操作変数Ａの操作量に対する操作変数Ｄの変化量が「０」となっていることより、計算前後の操作変数Ａの操作量に対する操作変数Ｄの変化の方向４５が「→」の記号で表示されていることが確認できる。

図５は、図４から得られる監視ポイントの関連図である。ここで、監視ポイントとは、任意の操作変数の変動に伴って変化が生じる操作変数のことをいう。

図４の表の操作変数４１（Ａ〜Ｄ）を丸で囲み、たとえば操作変数Ａの増加に伴って増加した操作変数たとえばＢは実線５１で結び、減少した操作変数たとえばＣは破線５２で結んで、これら変動の大きさを線の太さで表すようにし、変動がない操作変数たとえばＤは線で結ばないようにしたものである。

このように、丸と線で結んだ関連図を作成することにより、操作を与えた操作変数に対して影響する操作変数、影響の方向、そして影響の大きさが容易に視認できる。

たとえば、図５では、図４の操作変数Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄが丸で囲んであり、操作変数ＡとＢの線が他の線よりも太いことから、操作変数Ａの操作量に対する操作変数Ｂの変化量が他の操作変数の変化量よりも大きいことが確認でき、操作変数ＢとＤを結ぶ線が操作変数ＡとＢを結ぶ線の次に太いため、２番目に影響を及ぼすことが理解できる。破線は逆応答を示す。すなわち、操作変数Ａの操作量の変動により操作変数Ｃの変化量は反対の動きをすることを示している。

なお、実線や破線に限るものではなく、色の異なる線で結んでもよい。

図６は、プロセスフロー重畳表示画面例図であり、表示部８のプロセスフロー画面に解析部７の解析結果が重畳されてプラント運転員に提示される際の画面表示例である。

図６のように、プロセスフロー画面６１に解析結果が重畳できることにより、プラント運転員以外の人にも、ある任意の変更した操作変数に伴って変動する操作変数について図５の画面のみを表示する場合よりもさらに視覚的に確認できる。

図７は、トレンド表示画面例図であり、図５、図６に加えてトレンドグラフ７１を表示したい場合に、図５の操作変数（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）を表す丸印や図６のプロセスフロー画面６１の操作変数（たとえば、Ａ、Ｃ）を表す丸印をマウスなどでクリックすると、クリックした操作変数のトレンドが表示されるものである。

これにより、変動させた任意の操作変数のトレンドを視覚的に確認できる。

なお、解析の対象を操作変数の代わりに機器の性能パラメータにすることにより、故障や性能劣化の影響範囲や大きさが、どの程度の範囲に生じるかを容易に確認できる。

以上説明したように、本発明によれば、従来のように運転員の経験や知識によらず、また操作に影響のあるトレンドグラフを全て抽出し表示することなく、操作量に対する影響度を視覚的に確認しながら運転でき、さらにプラントに改造などが行われ操作の影響量が不明確な場合においても、シミュレータを作成しておけば、操作量に対する影響度を視覚的に確認できるプラント運転支援装置を実現できる。

４ 操作入力部
５ オンラインシミュレータ
６ 解析シミュレータ
７ 解析部
８ 表示部

Claims (1)

1. 実プラントの動作と並行してプロセスシミュレーションを行い、実プラントの動作を予測するように構成されたプラント運転支援装置において、
   前記実プラントに与える操作の影響範囲とこの影響範囲の傾向を表示するとともに、
   任意の操作変数に対して変動した解析計算前後における被操作変数を、
   記号あるいは色の違いに基づく視覚的な表示、解析計算前後における監視するべきポイントの関連図、プロセスフロー画面に解析結果が重畳された表示、または変動させた任意の操作変数のトレンドの視覚的な表示のいずれかを表示する表示手段を設け、
   前記監視するべきポイントの関連図は、操作を与えた操作変数とその操作が影響する操作変数間が線分で接続され、この線分の種類で前記変動の増減を表し、この線分の太さで前記変動の大きさを表すことを特徴とするプラント運転支援装置。