JP6472338B2 - 起動停止スケジュール作成装置及び起動停止スケジュール最適化システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば、発電プラントの起動停止スケジュールを最適化するための起動停止スケジュール作成装置及び起動停止スケジュール最適化システムに関する。

従来、火力発電所や原子力発電所といった発電プラントを構成するプラント機器の起動時間及び停止時間をスケジューリングするための技術がある。プラント機器の起動停止スケジュール（例えば、起動停止の操作順序や起動停止タイミング）は、例えば、プラント運転方案、プラント仕様に基づいて作成される。さらに、この起動停止スケジュールに基づいて、運転方案には明示されないプラント機器の温度上昇等に要する実際の時間や条件等のプラント機器の内部における状態変化を考慮した実用的な起動停止スケジュールが作成されていた。

プラント機器の起動停止スケジュールを作成する技術として、例えば、特許文献１が知られている。この特許文献１には、機器の運転制限値、環境汚染物質の排出量等の環境規制値等を制約事項とし、起動時間の短縮、起動時の燃料消費量やエネルギー損失量の低減等が可能になる起動スケジュールを得るための技術について開示されている。

特開２００４−７６６５８号公報

しかし、従来は、プラント機器の経年劣化の状況や、燃料種別、燃料価格、気象条件、電力需要状況、起動停止に利用できる発電所内の電力量制限等の様々な条件を総合的に評価してスケジュールに反映することは、時間的にも費用的にも難しかった。このため、従来の起動停止スケジュールは、最適なものではなかった。

そして、従来の起動停止スケジュールは、無駄な時間消費、燃料消費を発生させたり、プラント機器に想定以上の負担をかける起動停止を実施したりすることがあり、プラント機器の寿命を短くすることがある。プラント機器への負荷を軽減するためには、プラント機器（例えば、ボイラ）の温度上昇を緩やかにする等の操作が望ましく、起動停止スケジュールには、最適運転への改善余地が残っていた。

また、特許文献１に開示されたように、プラント機器の運転制限値及び環境規制値の双方、あるいはいずれか一方を超過せずに、評価指標とすることで起動スケジュールを作成しても、このスケジュールは他のプラント機器との関係を考慮したものではない。このため、複数のプラント機器の起動停止スケジュールは十分に最適化されていなかった。

本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、複数のプラント機器の起動停止スケジュールを最適化することを目的とする。

本発明の一態様に係る起動停止スケジュール作成部は、産業プラントを構成するプラント機器を操作するためのプラント機器の操作項目の完了条件を、他のプラント機器の操作項目の起動条件として、プラント機器の制約条件、及びプラント機器の寿命消費量を予測するための計算に用いられる予測計算式に基づいて作成されるプラント機器を起動及び停止するためのロジックに対して、プラント機器の操作項目が完了条件を満たしたことを起動条件とし、プラント機器の状態変化が規定値に達したことを完了条件とする、プラント機器の操作を伴わないプラント機器のアナログ値の変化を表し、アナログ値の過去の実績値から求められる仮想の操作項目が追加されたロジックにより決定されるプラント機器の操作項目、及び仮想の操作項目の経路のうち、操作される複数のプラント機器の操作項目、及び仮想の操作項目の経路に対して、要求に基づいてプラント機器の操作項目の操作時間及び仮想の操作項目の所要時間、プラント機器の寿命消費量、プラント機器の燃料消費量のいずれかに重みを付けてクリティカルパスを求める。そして、クリティカルパスとは異なる経路のプラント機器の操作項目、及び仮想の操作項目について、クリティカルパスとは異なる経路のプラント機器の開始から終了までの動作時間が短くなるように、クリティカルパスの終端から遡ってプラント機器の操作項目、及び仮想の操作項目を起動及び停止するための起動停止タイミングを算出し、要求に基づいて最適化したプラント機器の起動停止スケジュールを作成する。さらに、プラント機器の運転データに許容幅を設けて作成した補正データを用いて、プラント機器が起動停止する度にロジックを補正する。そして、起動停止スケジュール作成部は、補正部によりロジックが補正されると、プラント機器の起動停止タイミングを最適化するように起動停止スケジュールを補正する。

本発明によれば、要求に基づいて複数のプラント機器における起動停止スケジュールを最適化することにより、プラント機器の負担を軽減することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態例の説明により明らかにされる。

本発明の一実施の形態例に係る起動停止スケジュール最適化システムの構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態例に係る計算機のハードウェア構成例を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態例に係る起動停止スケジュール最適化システムがオフラインで起動停止スケジュールを作成する処理の例を示すシーケンス図である。 本発明の一実施の形態例に係る起動停止スケジュール作成装置がオンラインで起動停止スケジュールを補正する処理の例を示すフローチャートである。 本発明の一実施の形態例に係るプラント機器の操作項目と仮想の操作項目の起動条件及び完了条件の例を示す一覧表である。 本発明の一実施の形態例に係る第１〜第３プラント機器の関係を示す有向グラフである。 図６の有向グラフに第１及び第２仮想操作項目を追加した説明図である。 図７の有向グラフにクリティカルパスを追加した説明図である。 本発明の一実施の形態例に係る起動停止スケジュールの表示例を示す説明図である。

以下、本発明を実施するための形態例について説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。

＜起動停止スケジュール最適化システム＞
図１は、起動停止スケジュール最適化システムの構成例を示すブロック図である。

本実施の形態例に係る起動停止スケジュール最適化システム１は、プラント機器の状態や運転条件、環境条件等その時々の状況に応じて、プラント毎に重要とされる指標に従い、プラント機器への負担を最小とするプラント機器の起動停止スケジュールを導出する。この指標には、例えば、プラント機器の起動時間、停止時間、燃料コストがある。この起動停止スケジュール最適化システム１は、一例として、プラント機器を起動及び停止するための起動停止ロジックｄ２を作成する工場と、プラント機器の起動停止スケジュールｄ１２を作成する発電所で用いられる。

始めに、工場に設けられた起動停止ロジック作成装置２が起動停止ロジックｄ２を作成する工程を説明する。
図１に示す工場は、発電プラント（産業プラントの一例）を構成するプラント機器等を開発している。起動停止ロジック作成装置２は、プラント機器を操作するためのプラント機器の操作項目の完了条件を、他のプラント機器の操作項目の起動条件とするプラント機器の制約条件に基づいて起動停止ロジックｄ２を作成する。制約条件には、プラント機器の起動条件、完了条件、消費寿命、消費燃料等があり、工場の開発者によって入力される。この起動停止ロジック作成装置２は、所要時間生成部１１、起動停止ロジック作成部１２、プラント時系列データｄ１、起動停止ロジックｄ２を備える。プラント時系列データｄ１、起動停止ロジックｄ２は、不図示の工場データベースに保存される。

所要時間生成部１１は、発電所から受信し、工場データベースに保存されたプラント時系列データｄ１に基づいて、プラント機器の寿命消費量を予測するための予測寿命消費量等を計算するために用いられる予測計算式を作成する。そして、所要時間生成部１１は、入力されたプラント機器の制約条件と、上記の予測計算式に基づいて、プラント機器が起動し、停止するまでの所要時間をプラント機器毎に生成し、この所要時間を起動停止ロジック作成部１２に出力する。

起動停止ロジック作成部１２は、上記のプラント機器の制約条件及び所要時間に基づき、運転員がプラントを操作するための操作項目の完了条件が、操作項目の次に操作される操作項目の起動条件を満たす起動停止ロジックｄ２を求める。また、起動停止ロジック作成部１２は、起動停止ロジックｄ２に対して、プラント機器の操作項目が完了条件を満たしたことを起動条件とし、プラント機器の状態変化が規定値に達したことを完了条件とする、プラント機器の操作を伴わない仮想の操作項目を追加する。起動停止ロジックｄ２は、プラントの設計段階において、起動停止スケジュール作成装置３が起動停止スケジュールｄ１２を作成するために求められる。

ここで、起動停止ロジック作成部１２は、プラント機器の操作を伴わないプラント機器の温度上昇、圧力上昇等のアナログ値の変化を、下記の条件にて仮想の操作項目として扱う。
・前の操作項目の完了条件を、操作項目の起動条件とする。
・次の操作項目の起動条件を、操作項目の完了条件とする。
そして、起動停止ロジックｄ２はプラント機器の操作項目に加えて、仮想の操作項目を含んで工場データベースに保存される。

次に、発電所に設けられた起動停止スケジュール作成装置３がプラント機器の起動停止スケジュールｄ１２を作成する工程を説明する。
起動停止スケジュール作成装置３は、起動停止ロジックｄ１１に基づいてプラント機器の起動停止タイミングを最適化した起動停止スケジュールを作成する。この起動停止スケジュール作成装置３は、起動停止スケジュール作成部２１、表示部２２、操作部２３、補正部２４、アラート部２５、起動停止ロジックｄ１１、起動停止スケジュールｄ１２を備える。起動停止ロジックｄ１１、起動停止スケジュールｄ１２は、不図示の発電所データベースに保存される。

また、起動停止スケジュール作成装置３が工場から受信する起動停止ロジックｄ２は、起動停止ロジックｄ１１として発電所データベースに保存される。発電プラントが運転を行うと、プラント機器の運転データがプラント時系列データｄ１３として発電所データベースに保存される。プラント時系列データｄ１３は、プラントの試験運転が行われた際には、工場に送信され、プラント時系列データｄ１として工場データベースに保存される。

起動停止スケジュール作成部２１は、整数計画法を実行可能な整数計画プログラムを用いて起動停止ロジックｄ１１に基づいて作成したプラント機器の起動停止スケジュールｄ１２を、発電プラントの運転前にデータベースに保存する。なお、プラントが運転中であれば、起動停止スケジュール作成部２１は、プラントの現在状態（設備制約、運転条件等）を加味して起動停止スケジュールｄ１２を更新する。これにより、起動停止スケジュール作成部２１は、開発者又は運転員が入力したパラメータ（要求の一例）に基づいてプラント機器の起動停止タイミングを最適化した起動停止スケジュールｄ１２を作成する。発電プラントは、起動停止スケジュールｄ１２に基づいて、プラント機器の起動停止タイミングを制御して運転を行う。

表示部２２（出力部の一例）には、起動停止スケジュールｄ１２（後述する図９を参照）が表示される。発電所の運転員は、表示部２２に表示された起動停止スケジュールｄ１２に基づいて発電プラントの運転を確認することができる。また、表示部２２は、発電プラントの運転中にアラート部２５が発報したアラートを表示し、発電プラントの運転が停止した後、後述するブレイクポイント毎にプラント機器の寿命消費量、燃料消費量、所要時間を出力することもできる。なお、表示部２２に表示される内容は印刷出力されることもある。

操作部２３は、運転員が表示部２２に表示された起動停止スケジュールｄ１２を選択したり、起動停止スケジュールｄ１２を最適化するために必要なパラメータを入力したりするために用いられる。起動停止スケジュール作成部２１が作成する起動停止スケジュールｄ１２の選択は、予測寿命消費量、燃料消費量、プラント機器毎の起動時間、起動開始から系統側に並列するまでの時間等の運転員が操作部２３を通じて入力するパラメータに基づいて行われる。そして、運転員が選択した起動停止スケジュールｄ１２により、プラント機器の起動停止が行われる。

補正部２４は、発電プラントの運転中にプラント時系列データｄ１３から取得するプラント機器の運転データに基づいて、起動停止ロジックｄ１１を補正するための補正データｄ１４を作成する。この補正データｄ１４は、例えば、プラント機器の経年劣化の状況、燃料種別、燃料価格、気象条件、電力需要状況、起動停止に利用できる発電所内の電力量制限等の様々な条件を加味して作成されたものである。そして、補正部２４が補正データｄ１４を用いて、プラント機器が起動停止する度に起動停止ロジックｄ１１を補正すると、起動停止スケジュール作成部２１によって起動停止スケジュールｄ１２についても補正される。これによりプラント機器の起動停止タイミングをオンラインで最適化することが可能となる。

アラート部２５は、プラントの運転中に、起動停止スケジュールｄ１２と、プラント時系列データｄ１３から読み出した実際のプラント機器の運転状態とを比較する。そして、アラート部２５は、プラント機器の運転データに基づくプラント機器の運転状態と、起動停止スケジュールとの間に差分が生じた場合にアラートを発報する。このアラートは表示部２２に表示される。これにより運転員は、プラント機器に異常が発生したことを知ることができる。

＜計算機のハードウェア構成例＞
次に、起動停止ロジック作成装置２及び起動停止スケジュール作成装置３を構成する計算機のハードウェア構成を説明する。
図２は、計算機Ｃのハードウェア構成例を示すブロック図である。

計算機Ｃは、いわゆるコンピュータとして用いられるハードウェアである。計算機Ｃは、バスＣ４にそれぞれ接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）Ｃ１、ＲＯＭ（Read Only Memory）Ｃ２、ＲＡＭ（Random Access Memory）Ｃ３を備える。さらに、計算機Ｃは、表示部Ｃ５、操作部Ｃ６、不揮発性ストレージＣ７、ネットワークインタフェースＣ８とを備える。

ＣＰＵ Ｃ１は、本実施の形態例に係る各機能を実現するソフトウェアのプログラムコードをＲＯＭ Ｃ２から読み出して実行する。ＲＡＭ Ｃ３には、演算処理の途中に発生した変数等が一時的に書き込まれる。表示部Ｃ５は、例えば、液晶ディスプレイモニタであり、計算機Ｃで行われる処理の結果等を開発者又は運転員に表示する。操作部Ｃ６には、例えば、キーボード、マウス等が用いられ、開発者又は運転員が所定の操作入力、指示を行うことが可能である。図１に示すように起動停止スケジュール作成装置３では、表示部Ｃ５が表示部２２と表され、操作部Ｃ６が操作部２３と表されている。

不揮発性ストレージＣ７としては、例えば、ＨＤＤ（Hard disk drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、フレキシブルディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード等が用いられる。この不揮発性ストレージＣ７には、ＯＳ（Operating System）の他に、計算機Ｃを機能させるためのプログラムが記録されており、上述した工場データベース、発電所データベースとして用いられる。ネットワークインタフェースＣ８には、例えば、ＮＩＣ（Network Interface Card）等が用いられ、端子が接続されたＬＡＮ（Local Area Network）、専用線等を介して各種のデータを送受信することが可能である。

＜起動停止スケジュールの提供＞
起動停止スケジュール作成装置３は、プラント機器の状況に応じて、次の（１）〜（３）に示す仕組みによりプラント機器毎に最適な起動停止スケジュールｄ１２を運転員に提供する。
（１）事前に入力された静的な制約条件に基づいて最適化された起動停止スケジュールの作成（オフライン）
（２）現在の動的な運転データに基づく起動停止スケジュールの補正（オンライン）
（３）最適な起動停止スケジュールに基づく運転員への操作ガイダンスの提供

ここで、図３〜図８を参照して、起動停止スケジュールを最適化する処理について説明する。
図３は、起動停止スケジュール最適化システム１がオフラインで起動停止スケジュールを作成する処理の例を示すフローチャートである。

（１）事前に入力された静的な制約条件に基づいて最適化された起動停止スケジュールの作成（オフライン）
始めに、工場の開発者は、起動停止ロジック作成装置２の操作部Ｃ６を通じてプラント機器の制約条件を入力する（Ｓ１）。次に、起動停止ロジック作成部１２は、入力された制約条件に基づき、操作項目の完了条件が次の操作項目の起動条件を満たすロジックを整数計画法で求め（Ｓ２）、このロジックを起動停止ロジックｄ２として工場データベースに保存する（Ｓ３）。

起動停止ロジック作成部１２により、整数計画時のコストとしてプラント機器の寿命消費、燃料消費、所要時間を考慮して作成された起動停止ロジックｄ２は、発電所の起動停止スケジュール作成装置３に送信される（Ｓ４）。起動停止スケジュール作成装置３は、起動停止ロジックｄ２を受信すると（Ｓ５）、受信した起動停止ロジックｄ２を起動停止ロジックｄ１１として発電所データベースに保存する（Ｓ６）。

次に、起動停止スケジュール作成部２１は、運転員から入力されたパラメータに基づいて起動停止ロジックｄ１１から最適な起動停止スケジュールｄ１２を作成する（Ｓ７）。そして、表示部２２は、起動停止スケジュールｄ１２を表示する（Ｓ８）。表示部２２に表示される起動停止スケジュールｄ１２には、例えば、プラント機器毎の予測寿命消費量、燃料消費量の他、プラント機器毎の起動時間、複数のプラント機器が起動してから、並列されるまでの時間等が含まれる。運転員は、この画面を見て、起動停止スケジュールを最適化するために優先するパラメータを選ぶことができる。

このようにスケジュールを最適化するための計算処理は、処理の量が大きく、リアルタイムに処理することが出来ないため、予め図３に示したようにオフラインで実行しておく。ただし、将来の計算機Ｃの処理性能の向上により、リアルタイムでの最適計算が実現可能となる場合には、（１）に示した仕組みを次のプロセス（１−１）〜（１−３）によりオンラインで実施してもよい。

（１−１）工場の開発者がプラント機器の制約条件を入力する。起動条件や完了条件は、運転方案等の計画図書から作成することが可能である。

（１−２）起動停止ロジック作成部１２は、入力されたプラント機器の制約条件に基づき、操作項目の完了条件が次の操作項目の起動条件を満たす起動停止ロジックｄ２を整数計画法で求める。このとき、起動停止ロジック作成部１２は、整数計画時のコストとして寿命消費、燃料消費、所要時間を考慮する。

（１−３）起動停止スケジュール作成部２１は、起動停止ロジック作成部１２によって作成された起動停止ロジックｄ２と同じ内容である起動停止ロジックｄ１１に基づいて起動停止スケジュールｄ１２を作成し、表示部２２に表示する。上述したように運転員は、起動停止スケジュールを最適化するために優先するパラメータを選ぶことができる。

（２）現在の動的な運転データに基づく起動停止スケジュールの補正（オンライン）
ここでは、発電プラントの運転中にオンラインで取得したプラント機器の運転データに基づいて起動停止ロジックを更新する例について説明する。
図４は、起動停止スケジュール作成装置３がオンラインで起動停止スケジュールを補正する処理の例を示すフローチャートである。

始めに、補正部２４は、プラント時系列データｄ１３よりプラント機器の運転データを取得し（Ｓ１１）、運転データに基づき、補正データｄ１４を作成する（Ｓ１２）。次に、補正部２４は、補正データｄ１４に基づき、運転員の要求（最速起動優先、寿命優先、燃料消費優先）と、現在のプラント状態（発電プラントの運転データの値）により、起動停止ロジックｄ１１を補正する（Ｓ１３）。

次に、起動停止スケジュール作成部２１は、補正された起動停止ロジックｄ１１に基づき、起動停止スケジュールｄ１２を補正する（Ｓ１４）。そして、表示部２２は、補正された起動停止スケジュールｄ１２を表示する（Ｓ１５）。

補正データｄ１４の元となる各プラント機器の寿命消費、燃料消費、所要時間は、プラント機器が起動停止する度に補正部２４によって更新される。ただし、補正データｄ１４として用いる運転データがそれまでとは極端に異なる値であると、補正された起動停止ロジックｄ１１によって動作するプラント機器が突変することがある。このため、補正部２４は、運転データに許容幅を設け、上限値と下限値をカットした運転データを用いて補正データｄ１４を作成する。この補正データｄ１４により補正された起動停止ロジックｄ１１によって、プラント機器の突変を防ぐことが可能となる。なお、補正データｄ１４に基づく起動停止ロジックｄ１１と起動停止スケジュールｄ１２の補正は、発電プラントの運転中に限らず、運転後においても行われる。

（３）運転員への操作ガイダンスの提供
表示部２２は、上記の（２）示す処理にて補正された最適な起動停止スケジュールの操作ガイダンスを運転員に表示することで、発電プラントの最適な運転を支援する。操作ガイダンスの内容は、次の（３−１）〜（３−３）に示す３種類がある。

（３−１）運転前のガイダンス
運転員が予め選択したパラメータに基づいて起動停止スケジュール作成部２１が更新した起動停止スケジュールｄ１２を表示部２２の操作画面に表示する。プラント機器が手動操作される場合には、操作画面に運転操作のタイミングも合わせて表示される。

（３−２）運転中のガイダンス
アラート部２５は、発電プラントの自動化運転（自動化がある場合）又は手動操作（自動化がない場合）に伴う実際の起動停止時間と、（３−１）にて表示された起動停止スケジュールを比較し、所要時間に差分が生じるとアラートを発報する。このアラートは、自動化運転の場合はプラント機器に不具合が発生したことを運転員に報知するものであり、手動操作の場合は最適操作を行う旨を運転員に報知するものである。

（３−３）運転後のガイダンス
プラント機器の起動停止後、表示部２２はブレイクポイント毎の寿命消費量、燃料消費量（及びそのコスト）、所要時間等を表示する。ブレイクポイントとは、例えば、プラント機器を起動することが可能となった場合に、操作ボタンを点滅させることにより運転員にプラント機器の起動操作を促すタイミングである。表示部２２に表示された内容は発電所データベースに保存され、運転員が利用できるようにする。

なお、発電所の運転員は、運転方案等の計画図書を入手できない場合がある。しかし、発電プラントの過去の運転データを入手できる場合もある。この場合には、起動停止スケジュール作成部２１は、運転条件毎に、過去の運転の中で寿命消費量、燃料消費量、所要時間が最適となるパラメータを自動的に検索し、検索したパラメータに基づいて起動停止スケジュールを作成する。実際に発電プラントが起動停止スケジュールにより運転された後、起動停止スケジュール作成部２１は、この発電プラントの運転データに基づいて起動停止スケジュールを作成する。そして、起動停止スケジュール作成部２１は、前回作成した起動停止スケジュールと、今回作成した起動停止スケジュールを比較し、発電プラントの最適運転が可能な起動停止スケジュールを選択し、起動停止スケジュールｄ１２とする。この結果、発電プラントは、最適運転が可能な起動停止スケジュールｄ１２により運転することが可能となる。

次に、具体的なプラント機器の起動停止ロジックについて図５〜図９を参照して説明する。
図５は、プラント機器の操作項目と仮想の操作項目の起動条件及び完了条件の例を示す一覧表である。

図５には、プラントを構成する第１プラント機器、第２プラント機器、第３プラント機器、後述する図７、図８で用いられる第１仮想操作項目、第２仮想操作項目について起動条件及び完了条件を定めた一覧表が示されている。第１〜第３プラント機器、第１及び第２仮想操作項目の各条件は、起動停止ロジックｄ２，ｄ１１に保存されている。図５〜図８において、第１〜第３プラント機器を第１〜第３機器と表し、第１及び第２仮想操作項目を第１仮想、第２仮想と表している。

（１）プラント機器の制約条件の入力
始めに、第１プラント機器の起動条件に注目する。
第１プラント機器は、４つの起動条件（例えば、ボイラ点火予定時刻到達、ドラム水位１００ｍｍ以上、ＭＦＴリセット、火炉パージ完了がいずれもＯＮ）を満たしたときに、起動する。第１プラント機器が起動して操作時間である３分が経過すると、完了条件（ボイラ点火がＯＮ）を満たす。同様に第２プラント機器、第３プラント機器についても、満たすべき起動条件及び完了条件がある。図６には、第１〜第３プラント機器の操作順序と操作時間が示されている。

プラント機器の制約条件（起動条件及び完了条件）は、工場の開発者によって予め入力される。この際、工場の開発者によって起動停止スケジュールを最適化するパラメータについても入力される。ただし、起動停止スケジュールを最適化するパラメータは発電所の運転員によっても入力される。本実施の形態例では、制約条件として操作時間、所要時間が入力されているが、その他にも寿命消費量や燃料消費量等、開発者が任意の値を複数入力することも可能である。

温度上昇、圧力上昇等のプラント機器の操作を伴わないアナログ値の変化については、前の操作の完了条件を操作項目の起動条件とし、次の操作の起動条件を操作項目の完了条件とした、仮想の操作項目として扱われる。仮想の操作項目についても、実在する第１〜第３プラント機器と同様に起動停止スケジュールを最適化するためのパラメータが入力される。

さらに、本実施の形態例では第１仮想操作項目、第２仮想操作項目の所要時間として、過去の実績値が入力される。過去の実績値はプラント時系列データｄ１から求められ、所要時間生成部１１が第１仮想操作項目、第２仮想操作項目の所要時間を生成する。図７には、第１仮想操作項目、第２仮想操作項目の操作順序と所要時間が示されている。また、第２仮想操作項目の欄の下部に示したように、全体の所要時間に対する制約も入力される。例えば、発電プラントの運転が開始し、終了するまでの全体の所要時間が１００分以下とすることが制約条件とされている。

ここで、図５に示す一覧表より、第１プラント機器が起動条件を満たすことは、図５の矢印（ａ）に示す第２プラント機器の起動条件（ＭＦＴリセットがＯＮ）のトリガーとなる。また、第１プラント機器が完了条件（ボイラ点火）を満たすことは、図５の矢印（ｃ）に示す第２仮想操作項目の起動条件（ボイラ点火がＯＮ）のトリガーとなる。また、第２プラント機器が完了条件（ボイラ点火、昇温開始がいずれもＯＮ）を満たすことは、図５の矢印（ｄ）に示す第１仮想操作項目の起動条件（ボイラ点火がＯＮ、昇温昇圧開始がいずれもＯＮ）のトリガーとなる。

第１プラント機器が完了条件を満たし（ボイラ点火がＯＮ）、かつ、第２プラント機器が完了条件を満たすことは（ボイラ点火がＯＮ）、図５の矢印（ｂ）に示す第３プラント機器の起動条件（ボイラ点火がＯＮ）のトリガーとなる。また、第１プラント機器と第２プラント機器の完了時の主蒸気温度は、図５の矢印（ｅ）に示す第３プラント機器の起動条件（主蒸気温度＞３８０℃）のトリガーとなる。同様に、第１仮想操作項目と第２仮想操作項目の完了条件（いずれも主蒸気温度＞３８０℃）を満たすことは、図５の矢印（ｆ）に示す第３プラント機器の起動条件（主蒸気温度＞３８０℃）のトリガーとなる。
そして、第３プラント機器が完了条件（主蒸気止め弁開がＯＮ、タービン回転数＞２０ｒｐｍ）を満たしたとき、発電プラントの運転が終了する。

（２）有向グラフの作成
次に、起動停止ロジック作成部１２は、操作項目の完了条件と次の操作項目の起動条件とを結び、各操作項目を頂点、各操作項目の遷移を辺とし、開発者が入力したパラメータを重みとする有向グラフを作成する。本実施の形態例ではプラント機器の操作項目の操作時間及び仮想の操作項目の所要時間を重みとしている。重みは、プラント機器の寿命消費量、プラント機器の燃料消費量のいずれかが選択される場合もある。

図６は、第１〜第３プラント機器の関係を示す有向グラフである。図６において、第１〜第３プラント機器は、第１〜第３機器と表している。

この有向グラフは、発電プラントの運転を開始し、終了するまでの第１〜第３プラント機器の操作順を示している。図６に示すように実際のプラント機器の操作項目のみで作成すると、プラント機器の起動、停止の操作順を並べただけの自動化用ロジック（自動的にプラント機器が操作されるロジック）となる。

図６に示すように第２プラント機器の操作時間（開始から完了までの時間）である３５分を経過後に第３プラント機器を開始しても、実際に第２プラント機器の主蒸気温度が３８０℃に達するまで時間がかかる。そして、第３プラント機器の動作を早めに開始したことにより、第３プラント機器の使用時間が長くなり、第３プラント機器に余計な負荷がかかるため、第３プラント機器の寿命が短くなる。

このため、第１及び第２仮想操作項目を追加する。
図７は、第１〜第３プラント機器に、第１及び第２仮想操作項目を追加した有向グラフである。図７において、第１及び第２仮想操作項目は、第１及び第２仮想と表している。

図７に示すように仮想の操作項目も含めると、その操作タイミングも含めたスケジュール計算用のロジックとなる。
この例では、ボイラが３８０℃まで上昇すると第３プラント機器が動作を開始するため、第１プラント機器と第３プラント機器の間に第２仮想操作項目を設け、第２プラント機器と第３プラント機器の間に第１仮想操作項目を設けている。第１仮想操作項目の起動条件は、ボイラ点火、昇温昇圧開始がいずれもＯＮとなることであり、過去の実績から求めた制約条件は６０分以上である。このため、最短の６０分を第１仮想操作項目の所要時間とする。これにより第３プラント機器の起動タイミングが後ろ倒しとなり、第３プラント機器は十分に主蒸気温度が上昇した時点から起動するため、第３プラント機器の稼働時間を短縮し、第３プラント機器への負荷を低減することができる。

また、第２仮想操作項目の起動条件は、ボイラ点火がＯＮとなることであり、過去の実績から求めた制約条件は４０分以上である。そして、発電プラントの運転開始から終了までの全体を通じた所要時間が１００分以下であることも制約条件として設けられている。このように制約条件を設けることで、決められた時間内におけるプラント機器の最適な起動停止タイミングを決定することが可能となる。上述したように第１及び第２仮想操作項目の所要時間を加味した起動停止ロジックｄ２が起動停止ロジック作成部１２によって作成される。上述したように起動停止ロジックｄ２は、発電所に送信され、起動停止ロジックｄ１１として保存される。

（３）起動停止スケジュールｄ１２の算出
起動停止スケジュール作成部２１は、起動停止ロジックｄ１１に基づき、（２）で作成された有向グラフに対し、入力したパラメータが最適となる起動停止スケジュールｄ１２を算出する。このとき算出される起動停止スケジュールｄ１２は、（２）の有向グラフから、制約条件を満たした上で運転員が指定したパラメータが最適（最大又は最小）となる全域木を作成して得られるものであり、整数計画法で解くことができる。本実施の形態例に係る起動停止スケジュールｄ１２は、発電プラント全体の所要時間を最小化するロジックにより、以下のように作成される。

（３−１）始めに、終了点から逆向きに頂点を辿る。この際、自身の頂点へ入る向きの辺が複数ある場合は、重みが大きい方を先に辿る。
（３−２）自身の頂点から出て行く向きの辺が複数ある場合、根から自身の頂点までの経路の重み（つまり所要時間）の合計が最大のもの以外の辺を削除する。
（３−３）これにより図８に示すように、根から葉までの重みの合計が最大となる経路（クリティカルパス）に対し、重み（所要時間）が最小となる起動停止スケジュールｄ１２として作成できる。

図８は、クリティカルパスの例を示す。
起動停止スケジュール作成部２１は、操作される複数のプラント機器の操作項目、及び仮想の操作項目の経路に対して、パラメータ（要求の一例）に基づいて重みを付けてクリティカルパスを求める。クリティカルパスは、仮想の操作項目が追加された起動停止ロジックｄ１１に基づいて決定されるプラント機器の操作項目、及び仮想の操作項目の経路の一つである。図５及び図７に示したように、根から葉までの重みの合計が最大となるクリティカルパスは、第２プラント機器、第１仮想操作項目、第３プラント機器を含む経路であることが分かる。図８において、クリティカルパスの始端を、発電プラントを運転する開始項目とし、クリティカルパスの終端を第３プラント機器とする。

そして、起動停止スケジュール作成部２１は、クリティカルパスとは異なる経路のプラント機器の操作項目、及び仮想の操作項目について、クリティカルパスの終端から遡ってプラント機器の操作項目、及び仮想の操作項目の起動停止タイミングを算出する。図８に示すようにクリティカルパスに含まれない第１プラント機器及び第２仮想操作項目の経路は第３プラント機器から逆算して求められる。そして、起動停止スケジュール作成部２１は、第２仮想操作項目から第３プラント機器までの所要時間を、該当項目の制約条件、及び全体の制約条件を満たす４０分から５２分の間で調整することができる。例えば、第２仮想操作項目の所要時間を４５分とすることができる。

さらに、起動停止スケジュール作成部２１は、第１プラント機器と第２仮想操作項目の起動停止タイミングを最適化したことに伴い、運転開始から第１プラント機器までの経路の接続を分断することができる。つまり、第１プラント機器について第２プラント機器とは異なる開始時間で動作を開始することで第１プラント機器の動作時間を最小限とし、第１プラント機器の寿命を延ばすことができる。

図９は、起動停止スケジュールｄ１２の表示例を示す。
起動停止スケジュールｄ１２は、表示部２２に一覧表形式で表示される。この起動停止ロジックは、プラント機器の名称の他に、起動停止スケジュールｄ１２に基づくプラント機器の起動予想時刻と、実際にプラント機器が動作したときの実績値である実績時刻を含んでいる。運転員は起動停止スケジュールｄ１２を見ることで、プラント機器が正常に動作しているか否かを判断することができる。また、起動予想時刻と実績時刻が乖離していた場合には、アラート部２５が発報したアラートが表示部２２に表示されることとなる。

以上説明した一実施の形態例に係る起動停止スケジュール最適化システム１では、プラント運転方案とプラント仕様等に基づいて、プラント機器の起動停止ロジックｄ２（起動停止ロジックｄ１１）が予め作成される。この起動停止ロジックｄ１１に基づいて、起動停止スケジュール作成部２１は、運転方案には明示されない温度上昇にかかる実際の時間や条件等のプラント機器内部の状態変化を付加した、実用的な起動停止スケジュールｄ１２を作成することができる。ここで、起動停止スケジュール作成部２１は、制約条件を満たすように最適化した操作項目の起動停止タイミングを整数計画法で解くことができる。そして、設計時に設定されたプラント機器の待機時間を短縮したり、プラント機器の状態変化を緩やかにしたりすることで、プラント機器の寿命消費、寿命消費量、燃料消費量等を極小化することが期待できる。

また、起動停止スケジュール作成部２１は、所要時間を短くするため、並列で処理できる操作項目であれば、なるべく並列に動作できるようにした起動停止ロジックｄ１１に基づいて起動停止スケジュールｄ１２を作成する。しかし、例えば燃料消費量を最適化する場合は、並列処理することで熱効率が落ち、逐次処理する場合よりも余分に燃料を消費する場合があるため、逐次処理を優先とするロジックに基づく起動停止スケジュールｄ１２を作成するようにしてもよい。この場合もパラメータが最適となる全域木を作成するとみなせるので、操作項目の順を整数計画法で解くことができる。

また、起動停止スケジュール作成部２１は、プラント機器の経年劣化の状況や、燃料種別、燃料価格、気象条件、電力需要状況、起動停止に利用できる発電所内の電力量制限等の様々な条件を現在の運転データと比較し、起動停止スケジュールｄ１２を作成できる。リアルタイムで最適化された起動停止スケジュールｄ１２を運転員に提供することにより、起動停止スケジュールｄ１２を迅速かつ低コストで改善し、無駄な時間消費、燃料消費を改善し、プラント機器に想定以上の負担がかかる起動停止を防ぐことができる。これによりプラント機器の寿命を延ばしつつ、起動停止スケジュールｄ１２（起動停止タイミング）をさらに最適化することが可能となる。

なお、起動停止ロジック作成装置２、起動停止スケジュール作成装置３は、工場だけに設けても良く、発電所だけに設けてもよい。また、起動停止ロジック作成装置２、起動停止スケジュール作成装置３をサーバ等に設けることにより、Ｗｅｂ上で操作できるようにしてもよい。

また、産業プラントとしては、発電プラント以外にも各種の工場設備（例えば、化学プラント、水処理プラント）に起動停止スケジュール最適化システム１を適用してもよい。

また、本発明は上述した実施の形態例に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りその他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。
例えば、上述した実施の形態例は本発明を分かりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細且つ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態例の構成の一部を他の実施の形態例の構成に置き換えることは可能であり、さらにはある実施の形態例の構成に他の実施の形態例の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１…起動停止スケジュール最適化システム、２…起動停止ロジック作成装置、３…起動停止スケジュール作成装置、１１…所要時間生成部、１２…起動停止ロジック作成部、２１…起動停止スケジュール作成部、２２…表示部、２３…操作部、２４…補正部、２５…アラート部

Claims (5)

1. 産業プラントを構成するプラント機器を操作するための前記プラント機器の操作項目の完了条件を、他の前記プラント機器の操作項目の起動条件として、前記プラント機器の制約条件、及び前記プラント機器の寿命消費量を予測するための計算に用いられる予測計算式に基づいて作成される前記プラント機器を起動及び停止するためのロジックに対して、前記プラント機器の操作項目が完了条件を満たしたことを起動条件とし、前記プラント機器の状態変化が規定値に達したことを完了条件とする、前記プラント機器の操作を伴わない前記プラント機器のアナログ値の変化を表し、前記アナログ値の過去の実績値から求められる仮想の操作項目が追加された前記ロジックにより決定される前記プラント機器の操作項目、及び前記仮想の操作項目の経路のうち、操作される複数の前記プラント機器の操作項目、及び前記仮想の操作項目の経路に対して、要求に基づいて前記プラント機器の操作項目の操作時間及び前記仮想の操作項目の所要時間、前記プラント機器の寿命消費量、前記プラント機器の燃料消費量のいずれかに重みを付けてクリティカルパスを求め、前記クリティカルパスとは異なる経路の前記プラント機器の操作項目、及び前記仮想の操作項目について、前記クリティカルパスとは異なる経路の前記プラント機器の開始から終了までの動作時間が短くなるように、前記クリティカルパスの終端から遡って前記プラント機器の操作項目、及び前記仮想の操作項目を起動及び停止するための起動停止タイミングを算出し、前記要求に基づいて最適化した前記プラント機器の起動停止スケジュールを作成する起動停止スケジュール作成部と、
   前記プラント機器の運転データに許容幅を設けて作成した補正データを用いて、前記プラント機器が起動停止する度に前記ロジックを補正する補正部と、を備え、
   前記起動停止スケジュール作成部は、前記補正部により前記ロジックが補正されると、前記プラント機器の前記起動停止タイミングを最適化するように前記起動停止スケジュールを補正する
   起動停止スケジュール作成装置。
2. さらに、前記産業プラントの運転中に、前記運転データに基づく前記プラント機器の運転状態と、前記起動停止スケジュールとの間に差分が生じた場合にアラートを発報するアラート部を備える
   請求項１に記載の起動停止スケジュール作成装置。
3. さらに、前記起動停止スケジュールを出力し、前記産業プラントの運転中に前記アラート部が発報した前記アラートを出力し、前記産業プラントの運転が停止した後にブレイクポイント毎に前記プラント機器の寿命消費量、燃料消費量、所要時間を出力する出力部を備える
   請求項２に記載の起動停止スケジュール作成装置。
4. 前記重みは、前記プラント機器の操作項目の操作時間及び前記仮想の操作項目の所要時間、前記プラント機器の寿命消費量、前記プラント機器の燃料消費量のいずれかである
   請求項３に記載の起動停止スケジュール作成装置。
5. 産業プラントを構成するプラント機器を操作するための前記プラント機器の操作項目の完了条件を、他の前記プラント機器の操作項目の起動条件として、前記プラント機器の制約条件、及び前記プラント機器の寿命消費量を予測するための計算に用いられる予測計算式に基づいて前記プラント機器を起動及び停止するためのロジックを作成する起動停止ロジック作成装置と、前記ロジックに基づいて前記プラント機器を起動及び停止するための起動停止タイミングを最適化した起動停止スケジュールを提供する起動停止スケジュール作成装置と、を備え、
   前記起動停止ロジック作成装置は、
   前記ロジックに対して、前記プラント機器の操作項目が完了条件を満たしたことを起動条件とし、前記プラント機器の状態変化が規定値に達したことを完了条件とする、前記プラント機器の操作を伴わない前記プラント機器のアナログ値の変化を表し、前記アナログ値の過去の実績値から求められる仮想の操作項目を追加するロジック作成部を備え、
   前記起動停止スケジュール作成装置は、
   前記ロジックにより決定される前記プラント機器の操作項目、及び前記仮想の操作項目の経路のうち、操作される複数の前記プラント機器の操作項目、及び前記仮想の操作項目の経路に対して、要求に基づいて前記プラント機器の操作項目の操作時間及び前記仮想の操作項目の所要時間、前記プラント機器の寿命消費量、前記プラント機器の燃料消費量のいずれかに重みを付けてクリティカルパスを求め、前記クリティカルパスとは異なる経路の前記プラント機器の操作項目、及び前記仮想の操作項目について、前記クリティカルパスとは異なる経路の前記プラント機器の開始から終了までの動作時間が短くなるように、前記クリティカルパスの終端から遡って前記プラント機器の操作項目、及び前記仮想の操作項目を起動及び停止するための前記起動停止タイミングを算出し、前記要求に基づいて前記起動停止タイミングを最適化した前記プラント機器の起動停止スケジュールを作成する起動停止スケジュール作成部と、
   前記プラント機器の運転データに許容幅を設けて作成した補正データを用いて、前記プラント機器が起動停止する度に前記ロジックを補正する補正部と、
   前記プラント機器の起動停止スケジュールを出力する出力部と、を備え、
   前記起動停止スケジュール作成部は、前記補正部により前記ロジックが補正されると、前記プラント機器の前記起動停止タイミングを最適化するように前記起動停止スケジュールを補正する
   起動停止スケジュール最適化システム。

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