JP6647295B2 - Apparatus, method, and non-transitory computer readable medium for calculating proxy restrictions to support cascaded model predictive control (MPC) - Google Patents
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Description
関連出願の相互参照及び優先権の主張
本願は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、2014年7月21日に出願された米国特許出願第14/336,888号の一部継続として、米国特許法第120条の下で優先権を主張する。
CROSS REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS AND CLAIM OF PRIORITY This application is a continuation-in-part of U.S. Patent Application No. 14 / 336,888, filed July 21, 2014, which is hereby incorporated by reference in its entirety. , Claim priority under 35 USC 120.
本開示は、概して、産業用プロセス制御及び自動化システムに関する。より詳細には、本開示は、カスケード型モデル予測制御(MPC)をサポートするためにプロキシ制限を計算するための装置及び方法に関する。 The present disclosure relates generally to industrial process control and automation systems. More specifically, the present disclosure relates to an apparatus and method for calculating proxy restrictions to support cascaded model predictive control (MPC).
処理設備は、産業用プロセス制御及び自動化システムを使用して管理されることが多い。多くの制御及び自動化システムは、種々の機能を果たす複数の階層レイヤを含む。例えば、下位レイヤは、プロセス制御機能及びモデル予測制御(MPC)動作を行うデバイスを含むことができる一方、上位レイヤは、プラント全体の最適化ソリューションを提供するデバイスを含むことができる。 Processing equipment is often managed using industrial process control and automation systems. Many control and automation systems include multiple hierarchical layers that perform various functions. For example, the lower layer may include devices that perform process control functions and model predictive control (MPC) operations, while the upper layer may include devices that provide a plant-wide optimization solution.
理想的には、制御とプラント全体の最適化は、一体的にデザインされるであろうが、下位レベルでの分散型制御と、上位レベルでの集中型最適化を、どのように同時にもたらすかという1つの問題が起こる。分散型MPCソリューションは、プロセスの不調、機器の故障、及び保守点検に対処する際のそれらの操作性及び柔軟性により、しばしばより望ましいものとなる。集中型プランニング最適化は、その上位レベル図が枝葉の又は不明瞭な細目を取り除くことから、しばしばより望ましいものとなる。しかしながら、従来の制御及び自動化システムの1つの欠点は、複数のレイヤにわたる保証されたソリューションの一貫性の欠如にある。実際には、プラント全体のプランニング最適化は、仮に閉ループ制御システムの一部として実装されるとしても、まれである。結果として、かなりの額の最適化利益が手の届かないままである。 Ideally, control and plant-wide optimization would be designed in one, but how to achieve decentralized control at a lower level and centralized optimization at a higher level simultaneously One problem arises. Distributed MPC solutions are often more desirable due to their operability and flexibility in dealing with process upsets, equipment failures, and maintenance. Centralized planning optimization is often more desirable because its top-level diagram removes foliage or obscure details. However, one drawback of conventional control and automation systems is the lack of consistency of guaranteed solutions across multiple layers. In practice, plant-wide planning optimization is rare, even if implemented as part of a closed-loop control system. As a result, significant optimization benefits remain out of reach.
本開示は、カスケード型モデル予測制御(MPC)をサポートするためにプロキシ制限を計算するための装置及び方法を提供する。 The present disclosure provides an apparatus and method for calculating a proxy constraint to support cascaded model predictive control (MPC).
第1の実施形態において、方法は、マスタモデル予測制御(MPC)コントローラでスレーブMPCコントローラから情報を受信するステップであって、情報が、スレーブMPCコントローラが、スレーブMPCコントローラのプロセス変数制約に反することなく、どの程度まで変数空間内の複数の方向の各々において複数の操作変数を変更することができるかを示す、ステップを含む。本方法はまた、情報を使用して、スレーブMPCコントローラに関連する実行可能領域を推定するステップであって、実行可能領域が、操作変数値の組合せがプロセス変数制約を満たす変数空間の一部を特定する、ステップを含む。加えて、本方法は、実行可能領域を使用してマスタMPCコントローラでプラント全体の最適化を実行するステップであって、プラント全体の最適化の間に生成されるソリューションが、実行可能領域内の操作変数値の組合せのうちの1つを含む、ステップを含む。 In a first embodiment, a method comprises receiving information from a slave MPC controller at a master model predictive control (MPC) controller, wherein the information violates a process variable constraint of the slave MPC controller. And indicating to what extent multiple manipulated variables can be changed in each of the multiple directions in the variable space. The method also includes estimating, using the information, an executable region associated with the slave MPC controller, wherein the executable region defines a portion of a variable space where a combination of manipulated variable values satisfies a process variable constraint. Identifying, including steps. In addition, the method includes performing a whole plant optimization on the master MPC controller using the feasible region, wherein the solution generated during the whole plant optimization comprises: Including one of the combinations of manipulated variable values.
第2の実施形態において、装置は、少なくとも1つのネットワークインターフェース及び少なくとも1つの処理デバイスを含む、マスタMPCコントローラを含む。少なくとも1つのネットワークインターフェースは、スレーブMPCコントローラから情報を受信するように構成され、情報が、スレーブMPCコントローラが、スレーブMPCコントローラのプロセス変数制約に反することなく、どの程度まで変数空間内の複数の方向の各々において複数の操作変数を変更することができるかを示す。少なくとも1つの処理デバイスは、情報を使用してスレーブMPCコントローラに関連する実行可能領域を推定するように構成され、実行可能領域が、操作変数値の組合せがプロセス変数制約を満たす変数空間の一部を特定する。少なくとも1つの処理デバイスはまた、実行可能領域を使用してプラント全体の最適化を実行するように構成され、プラント全体の最適化の間に生成されるソリューションが、実行可能領域内の操作変数値の組合せのうちの1つを含む。 In a second embodiment, an apparatus includes a master MPC controller that includes at least one network interface and at least one processing device. The at least one network interface is configured to receive information from the slave MPC controller so that the information can be transmitted to the slave MPC controller in multiple directions in the variable space without violating the process variable constraints of the slave MPC controller. Indicate that a plurality of manipulated variables can be changed in each of. The at least one processing device is configured to use the information to estimate an executable region associated with the slave MPC controller, wherein the executable region is a portion of a variable space where a combination of manipulated variable values satisfies a process variable constraint. To identify. The at least one processing device is also configured to perform a plant-wide optimization using the feasible region, wherein the solution generated during the plant-wide optimization is configured to include the manipulated variable values in the feasible region. In one of the combinations.
第3の実施形態において、非一時的コンピュータ可読媒体は、コンピュータプログラムを具体化する。コンピュータプログラムは、スレーブMPCコントローラが、スレーブMPCコントローラのプロセス変数制約に反することなく、どの程度まで変数空間内の複数の方向の各々において複数の操作変数を変更することができるかを示す情報をスレーブMPCコントローラからマスタMPCコントローラで受信するためのコンピュータ可読プログラムコードを含む。コンピュータプログラムはまた、情報を使用してスレーブMPCコントローラに関連する実行可能領域を推定するためのコンピュータ可読プログラムコードを含み、実行可能領域が、操作変数値の組合せがプロセス変数制約を満たす変数空間の一部を特定する。コンピュータプログラムは、実行可能領域を使用してマスタMPCコントローラでプラント全体の最適化を実行するためのコンピュータ可読プログラムコードをさらに含み、プラント全体の最適化の間に生成されるソリューションが、実行可能領域内の操作変数値の組合せのうちの1つを含む。 In a third embodiment, the non-transitory computer readable medium embodies a computer program. The computer program stores information indicating to what extent the slave MPC controller can change the plurality of manipulated variables in each of the plurality of directions in the variable space without violating the process variable constraints of the slave MPC controller. Includes computer readable program code for receipt at the master MPC controller from the MPC controller. The computer program also includes computer readable program code for estimating an executable region associated with the slave MPC controller using the information, wherein the executable region is a variable space of a variable space where the combination of manipulated variable values satisfies the process variable constraints. Identify some. The computer program further comprises computer readable program code for performing a plant-wide optimization on the master MPC controller using the executable region, wherein the solution generated during the plant-wide optimization comprises the executable region Include one of the combinations of the manipulated variable values in.
その他の技術上の特徴は、以下の図面、発明を実施するための形態、及び特許請求の範囲から、当業者には容易に明らかになるであろう。
本開示のより十分な理解のために、次に、以下の添付図面と併せて取り上げられる、以下の発明を実施するための形態に対して参照が行われる。
Other technical features will be readily apparent to one skilled in the art from the following figures, embodiments, and claims.
For a more complete understanding of the present disclosure, reference will now be made to the following detailed description, taken in conjunction with the accompanying drawings, in which:
以下に述べられる図1〜19、また本特許書類において本発明の原理を説明するために使用される様々な実施形態は、単に例示としてのものであり、どのような形であれ本発明の範囲を限定するものとして解釈されるべきではない。本発明の原理が、任意のタイプの適切に構成されたデバイス又はシステムにおいて実施され得る、ということが当業者であれば理解するであろう。 The various embodiments used to illustrate the principles of the present invention in FIGS. 1-19 described below and in this patent document are merely exemplary, and the scope of the present invention is not limited in any way. Should not be construed as limiting. Those skilled in the art will appreciate that the principles of the present invention may be implemented in any type of appropriately configured device or system.
図1は、本開示による、例示的な産業用プロセス制御及び自動化システム100を示す図である。図1に示されるように、システム100は、少なくとも1つの製品又はその他の材料(material)の生産又は処理を容易にする様々な構成要素を含む。例えば、システム100は、本明細書では、1つ又は複数のプラント101a〜101n内の構成要素にわたる制御を容易にするために使用される。各プラント101a〜101nは、少なくとも1つの製品又はその他の材料を生産するための1つ又は複数の製造設備などの、1つ又は複数の処理設備(又は、その1つ又は複数の部分)に相当する。一般に、各プラント101a〜101nは、1つ又は複数のプロセスを実装してもよく、個別に又はまとめてプロセスシステムと呼ばれることが可能である。プロセスシステムは、一般に、1つ又は複数の製品又はその他の材料を何らかの方法で処理するように構成された、任意のシステム又はその一部に相当する。
FIG. 1 is a diagram illustrating an exemplary industrial process control and
図1では、システム100は、プロセス制御のパデュー(Purdue)モデルを使用して実装される。パデューモデルでは、「レベル0」は、1つ又は複数のセンサ102aと1つ又は複数のアクチュエータ(actuator)102bを含み得る。センサ102及びアクチュエータ102bは、多種多様な機能のいずれかを果たすことが可能な、プロセスシステム内の構成要素に相当する。例えば、センサ102aは、温度、圧力、又は流量などのプロセスシステムにおける多種多様な特性を測定することができる。また、アクチュエータ102bは、プロセスシステムにおける多種多様な特性を修正することができる。センサ102a及びアクチュエータ102bは、任意の適切なプロセスシステム内の任意のその他の又は追加の構成要素に相当することができる。センサ102aのそれぞれは、プロセスシステムにおける1つ又は複数の特性を測定するのに適した任意の構造を含む。アクチュエータ102bのそれぞれは、プロセスシステムにおける1つ又は複数の条件下で動作するのに、又は1つ又は複数の条件に影響を及ぼすのに適した任意の構造を含む。
In FIG. 1,
少なくとも1つのネットワーク104は、センサ102aとアクチュエータ102bに結合される。ネットワーク104は、センサ102a及びアクチュエータ102bとの相互作用を容易にする。例えば、ネットワーク104は、センサ102aからの測定データを伝送し、制御信号をアクチュエータ102bに提供することができる。ネットワーク104は、任意の適切なネットワーク又はネットワークの組合せに相当することができる。特定の例として、ネットワーク104は、イーサネット(登録商標)ネットワーク、電気信号ネットワーク(HART又はFOUNDATION Fieldbusネットワークなど)、空気制御信号ネットワーク、又は任意のその他のもしくは追加型のネットワークに相当することができる。
At least one
パデューモデルでは、「レベル1」は、ネットワークに104に結合される1つ又は複数のコントローラ106を含み得る。各コントローラ106は、特に、1つ又は複数のセンサ102aからの測定値を使用して、1つ又は複数のアクチュエータ102bの動作を制御し得る。例えば、コントローラ106は、1つ又は複数のセンサ102aから測定データを受信し、その測定データを使用して、1つ又は複数のアクチュエータ102b用の制御信号を生成することができる。各コントローラ106は、1つ又は複数のセンサ102aと相互作用し、かつ1つ又は複数のアクチュエータ102bを制御するのに適した任意の構造を含む。各コントローラ106は、例えば、ロバスト多変数予測制御テクノロジー(RMPCT:Robust Multivariable Predictive Control Technology)コントローラなどの多変数コントローラ、あるいは、モデル予測制御(MPC)、動的マトリックス制御(DMC:dynamic matrix control)、シェルグローバルソリューションの多変数最適化及び制御(SMOC:Shell Global Solution’s Multivariable Optimization and Control)、又は他の先進的予測制御(APC)を実装する他のタイプのコントローラを表し得る。特定の例として、各コントローラ106は、リアルタイムオペレーティングシステムを実行するコンピューティングデバイスを表し得る。
In the Purdue model, “
2つのネットワーク108は、コントローラ106に結合される。ネットワーク108は、コントローラ106との間でデータのやり取りを行うなどによって、コントローラ106との相互作用を容易にする。ネットワーク108は、任意の適切なネットワーク又はネットワークの組合せに相当することができる。特定の例として、ネットワーク108は、ハネウェル・インターナショナル社(Honeywell International Inc.)からのフォルトトレラントイーサネット(登録商標)(FTE:Fault Tolerant Ethernet)ネットワークなどの、冗長ペアのイーサネット(登録商標)ネットワークに相当することができる。
The two
少なくとも1つのスイッチ/ファイアウォール110は、ネットワーク108を、2つのネットワーク112に結合する。このスイッチ/ファイアウォール110は、1つのネットワークからのトラフィックを、もう一方のネットワークに伝送し得る。スイッチ/ファイアウォール110はまた、1つのネットワーク上のトラフィックが、もう一方のネットワークに達することを阻止し得る。スイッチ/ファイアウォール110は、ハネウェル制御ファイアウォール(CF9)デバイスなどの、ネットワーク間での通信を提供するのに適した任意の構造を含む。ネットワーク112は、FTEネットワークなどの任意の適切なネットワークに相当することができる。
At least one switch /
パデューモデルにおいて、「レベル2」は、ネットワーク112に結合された1つ又は複数の機械レベルのコントローラ114を含み得る。機械レベルのコントローラ114は、特定の産業用機器(ボイラ又はその他の機械など)に関連付けられることが可能な、コントローラ106、センサ102a、及びアクチュエータ102bの動作及び制御をサポートするために、様々な機能を果たす。例えば、機械レベルのコントローラ114は、センサ102aからの測定データ又はアクチュエータ102b用の制御信号などの、コントローラ106によって収集又は生成された情報のログを作成することができる。機械レベルのコントローラ114は、コントローラ106の動作を制御し、それによってアクチュエータ102bの動作を制御するアプリケーションを実行することもできる。さらに、機械レベルのコントローラ114は、コントローラ106へのセキュアなアクセスを提供することができる。機械レベルのコントローラ114のそれぞれは、1つの機械もしくはその他の個々の機器へのアクセスを提供するのに、それらの制御に、又はそれらに関する動作に適した任意の構造を含む。機械レベルのコントローラ114のそれぞれは、例えば、Microsoft Windowsオペレーティングシステムを実行するサーバコンピューティングデバイスに相当することができる。示されていないが、種々の機械レベルのコントローラ114が、プロセスシステム内の種々の機器を制御するために使用され得る(この場合、各機器は、1つ又は複数のコントローラに106、センサ102a、及びアクチュエータ102bに関連付けられる)。
In the Purdue model, “
1つ又は複数のオペレータステーション116は、ネットワーク112に結合される。オペレータステーション116は、機械レベルのコントローラ114へのユーザアクセスを提供し、それによって、コントローラ106(また、場合によっては、センサ102a及びアクチュエータ102b)へのユーザアクセスを提供することのできる、コンピューティング又は通信デバイスに相当する。特定の例として、オペレータステーション116は、ユーザに、コントローラ106及び/又は機械レベルのコントローラ114によって収集された情報を使用して、センサ102a及びアクチュエータ102bの動作上の履歴を見直すことを可能にさせることができる。オペレータステーション116は、ユーザに、センサ102a、アクチュエータ102b、コントローラ106、又は機械レベルのコントローラ114の動作を調整することを可能にさせることもできる。さらに、オペレータステーション116は、コントローラ106又は機械レベルのコントローラ114によって生成された、警告、警報、又はその他のメッセージもしくは表示を受信し、表示することができる。オペレータステーション116のそれぞれは、システム100内の1つ又は複数の構成要素のユーザアクセス及び制御をサポートするのに適した任意の構造を含む。オペレータステーション116のそれぞれは、例えば、Microsoft Windowsオペレーティングシステムを実行するコンピューティングデバイスに相当することができる。
One or
少なくとも1つのルータ/ファイアウォール118は、ネットワーク112を2つのネットワーク120に結合する。このルータ/ファイアウォール118は、セキュアなルータ又は組合せルータ/ファイアウォールなどの、ネットワーク間での通信を提供するのに適した任意の構造を含む。ネットワーク120は、FTEネットワークなどの任意の適切なネットワークに相当することができる。
At least one router /
パデューモデルにおいて、「レベル3」は、ネットワーク120に結合された1つ又は複数のユニットレベルのコントローラ122を含み得る。各ユニットレベルのコントローラ122は、通常、1つのプロセスの少なくとも一部を実装するために共に動作する種々の機械の集合体に相当する、プロセスシステム内の1つのユニットに関連付けられる。ユニットレベルのコントローラ122は、下位レベル内の構成要素の動作及び制御をサポートするために様々な機能を果たす。例えば、ユニットレベルのコントローラ122は、下位レベル内の構成要素によって収集又は生成された情報のログを作成し、下部レベル内の構成要素を制御するアプリケーションを実行し、かつ下部レベル内の構成要素へのセキュアなアクセスを提供することができる。ユニットレベルのコントローラ122のそれぞれは、1つのプロセスユニット内の1つ又は複数の機械もしくはその他の機器へのアクセスを提供するのに、それらの制御に、又はそれらに関する動作に適した任意の構造を含む。ユニットレベルのコントローラ122のそれぞれは、例えば、Microsoft Windowsオペレーティングシステムを実行するサーバコンピューティングデバイスに相当することができる。示されていないが、種々のユニットレベルのコントローラ122が、1つのプロセスシステム内の種々のユニットを制御するために使用され得る(この場合、各ユニットは、1つ又は複数の機械レベルのコントローラ114、コントローラ106、センサ102a、及びアクチュエータ102bに関連付けられる)。
In the Purdue model, “
ユニットレベルのコントローラ122へのアクセスは、1つ又は複数のオペレータステーション124によって提供され得る。オペレータステーション124のそれぞれは、システム100内の1つ又は複数の構成要素のユーザアクセス及び制御をサポートするのに適した任意の構造を含む。オペレータステーション124のそれぞれは、例えば、Microsoft Windowsオペレーティングシステムを実行するコンピューティングデバイスに相当することができる。
Access to the
少なくとも1つのルータ/ファイアウォール126は、ネットワーク120を2つのネットワーク128に結合する。このルータ/ファイアウォール126は、セキュアなルータ又は組合せルータ/ファイアウォールなどの、ネットワーク間での通信を提供するのに適した任意の構造を含む。ネットワーク128は、FTEネットワークなどの任意の適切なネットワークに相当することができる。
At least one router /
パデューモデルにおいて、「レベル4」は、ネットワーク128に結合された1つ又は複数のプラントレベルのコントローラ130を含み得る。各プラントレベルのコントローラ130は、通常、同一、同様、又は種々のプロセスを実装する1つ又は複数のプロセスユニットを含み得る、プラント101a〜101nのうちの1つに関連付けられる。プラントレベルのコントローラ130は、下位レベル内の構成要素の動作及び制御をサポートするために様々な機能を果たす。特定の例として、プラントレベルのコントローラ130は、1つ又は複数の製造実行システム(MES:Manufacturing Execution System)アプリケーション、スケジューリングアプリケーション、又は任意のその他のもしくは追加のプラントもしくはプロセス制御アプリケーションを実行することができる。プラントレベルのコントローラ130のそれぞれは、1つのプロセスプラント内の1つ又は複数のプロセスユニットへのアクセスを提供するのに、それらの制御に、又はそれらに関する動作に適した任意の構造を含む。プラントレベルのコントローラ130のそれぞれは、例えば、Microsoft Windowsオペレーティングシステムを実行するサーバコンピューティングデバイスに相当することができる。
In the Purdue model, “Level 4” may include one or more plant-
プラントレベルのコントローラ130へのアクセスは、1つ又は複数のオペレータステーション132によって提供され得る。オペレータステーション132のそれぞれは、システム100内の1つ又は複数の構成要素のユーザアクセス及び制御をサポートするのに適した任意の構造を含む。オペレータステーション132のそれぞれは、例えば、Microsoft Windowsオペレーティングシステムを実行するコンピューティングデバイスに相当することができる。
Access to the plant-
少なくとも1つのルータ/ファイアウォール134は、ネットワーク128を1つ又は複数のネットワーク136に結合する。このルータ/ファイアウォール134は、セキュアなルータ又は組合せルータ/ファイアウォールなどの、ネットワーク間での通信を提供するのに適した任意の構造を含む。ネットワーク136は、エンタープライズ全体のイーサネット(登録商標)もしくはその他のネットワーク、又はより大型のネットワーク(インターネットなど)の全体もしくは一部などの、任意の適したネットワークに相当することができる。
At least one router /
パデューモデルにおいて、「レベル5」は、ネットワーク136に結合された1つ又は複数のエンタープライズレベルのコントローラ138を含み得る。各エンタープライズレベルのコントローラ138は、通常、複数のプラント101a〜101n用のプランニング動作を行い、かつそれらのプラント101a〜101nの様々な側面を制御することができる。エンタープライズレベルのコントローラ138はまた、プラント101a〜101n内の構成要素の動作及び制御をサポートするために様々な機能を果たす。特定の例として、エンタープライズレベルのコントローラ138は、1つ又は複数の注文処理アプリケーション、エンタープライズリソースプランニング(ERP:Enterprise Resource Planning)アプリケーション、先進的プランニング及びスケジューリング(APS:Advanced Planning and Scheduling)アプリケーション、又はその他のもしくは追加のエンタープライズ制御アプリケーションを実行することができる。エンタープライズレベルのコントローラ138のそれぞれは、1つ又は複数のプラントの制御部へのアクセスを提供するのに、それの制御に、又はそれに関する動作に適した任意の構造を含む。エンタープライズレベルのコントローラ138のそれぞれは、例えば、Microsoft Windowsオペレーティングシステムを実行するサーバコンピューティングデバイスに相当することができる。本書類において、「エンタープライズ」という用語は、管理されるべき1つ又は複数のプラントもしくはその他の処理設備を有する組織を指す。1つのプラント101aが管理されるべきである場合、エンタープライズレベルのコントローラ138の機能性は、プラントレベルのコントローラ130に組み入れられることが可能である、ということに留意されたい。
In the Purdue model, “
エンタープライズレベルのコントローラ138へのアクセスは、1つ又は複数のオペレータステーション140によって提供され得る。オペレータステーション140のそれぞれは、システム100内の1つ又は複数の構成要素のユーザアクセス及び制御をサポートするのに適した任意の構造を含む。オペレータステーション140のそれぞれは、例えば、Microsoft Windowsオペレーティングシステムを実行するコンピューティングデバイスに相当することができる。
Access to the
パデューモデルの様々なレベルは、1つ又は複数のデータベースなどのその他の構成要素を含むことができる。各レベルに関連したデータベースは、システム100のそのレベル又は1つもしくは複数のその他のレベルに関連した任意の適切な情報を格納することができる。例えば、ヒストリアン141が、ネットワーク136に結合されることが可能である。ヒストリアン141は、システム100についての様々な情報を格納する構成要素に相当することができる。ヒストリアン141は、例えば、生産のスケジューリング及び最適化の最中に使用される情報を格納することができる。ヒストリアン141は、情報を格納し、かつ情報の検索を容易にするのに適した任意の構造に相当する。ヒストリアン141は、ネットワーク136に結合された単一の集中型構成要素として示されているが、システム100内の他の場所に位置することが可能であり、又は複数のヒストリアンが、システム100内の様々な位置に分散されることが可能である。
The various levels of the purdue model may include other components, such as one or more databases. The database associated with each level may store any suitable information associated with that level or one or more other levels of
特定の実施形態において、図1での様々なコントローラ及びオペレータステーションは、コンピューティングデバイスに相当してもよい。例えば、コントローラ106、114、122、130、138のそれぞれは、1つ又は複数の処理デバイス142と、処理デバイス142によって使用され、生成され、又は収集される命令及びデータを格納するための1つ又は複数のメモリ144を含むことができる。コントローラ106、114、122、130、138のそれぞれは、1つ又は複数のイーサネット(登録商標)インターフェースもしくは無線トランシーバなどの、少なくとも1つのネットワークインターフェース146も含むことができる。また、オペレータステーション116、124、132、140のそれぞれは、1つ又は複数の処理デバイス148と、処理デバイス148によって使用され、生成され、又は収集される命令及びデータを格納するための1つ又は複数のメモリ150を含むことができる。オペレータステーション116、124、132、140のそれぞれは、1つ又は複数のイーサネット(登録商標)インターフェースもしくは無線トランシーバなどの少なくとも1つのネットワークインターフェース152も含むことができる。
In certain embodiments, the various controllers and operator stations in FIG. 1 may correspond to computing devices. For example, each of the
過去数十年にわたって、MPCは、多くの業種に対する標準多変数制御ソリューションとなってきた。MPCの広範な使用は、より経済的に意味のある進歩にとっての強固な基盤、すなわち閉ループのプラント全体の最適化を整えた。しかしながら、ほとんどの業種に対して閉ループのプラント全体の最適化を提供しようとする際に、多くの技術上の、作業の流れ上の、またユーザエクスペリエンス上の課題が存在する。結果として、生産プランニングとして一般に知られている、開ループのプラント全体の最適化が依然として行われる。実際には、プラント全体のプランニング最適化は、仮に閉ループ制御システムの一部として実装されるとしても、まれである。事実、多くの業種では、プランニング結果は、毎日のオペレータ指示票などの仲介手段を通して、手動で(従って非最適に)調整される場合が多い。このことから、かなりの額の製造利益が手に入れることができないままである。 Over the past decades, MPC has become the standard multivariable control solution for many industries. The widespread use of MPC has provided a solid basis for more economically meaningful progress, ie, closed-loop plant-wide optimization. However, there are many technical, workflow, and user experience challenges in trying to provide closed-loop plant-wide optimization for most industries. As a result, open-loop plant-wide optimization, commonly known as production planning, still occurs. In practice, plant-wide planning optimization is rare, even if implemented as part of a closed-loop control system. In fact, in many industries, planning results are often adjusted manually (and thus non-optimally) through intermediaries such as daily operator invoices. From this, a considerable amount of manufacturing profit remains unobtainable.
いくつかの業種において、生産計画をより小さな実行可能部分に分けるために、開ループ生産スケジューラなどの仲介ソリューションレイヤが考案された。このスケジューラは、プランニングソリューションのオペレータ動作への変換を補助するが、手動の調整をなくすることはない。その他の業種では、開ループ生産スケジューラは、生産プランニングの代わりに使用されているが、その生産高目標(output target)は、同じく、手動で調整されることが多い。 In some industries, intermediary solution layers, such as open-loop production schedulers, have been devised to divide production plans into smaller executable parts. This scheduler assists in converting the planning solution into operator actions, but does not eliminate manual coordination. In other industries, open-loop production schedulers are used instead of production planning, but their output targets are often also manually adjusted.
開ループソリューションを手動で調整する慣例は、(i)プロセスユニット内の下位レベルの(場合によっては安全関連の)制御制約を満たすために、(ii)生産在庫(production inventory)又は製品品質に対する外乱(プランニング専門用語では、「想定外事象」と呼ばれる)を補うために、上位レベルの生産目標を変換又は見直す必要性に起因することが多い。手動変換に伴う技術的な難しさは、大体において、様々なスケールでのモデルを使用する多レベルのソリューションを統合する際に伴う難しさと同時に起こる。 The practice of manually adjusting an open loop solution is to (i) meet lower level (possibly safety related) control constraints within the process unit, (ii) disturbances on the production inventory or product quality. It often results from the need to translate or review higher-level production goals to compensate for (in planning jargon, called "unexpected events"). The technical difficulties associated with manual conversion generally coincide with the difficulties involved in integrating multi-level solutions that use models at different scales.
本開示は、自動式制御及び自動化システムの一部として、プラント全体の最適化をもたらすのに役立つ、プラント全体の制御及び最適化用のカスケード型MPCソリューションを提供する。以下に説明されるように、「マスタ」MPCコントローラは、単一期間のプランニングモデル、又はシードモデルとしてのその他の適切な縮約モデルなどの、プランニングモデルを使用するように構成される。マスタMPCコントローラは、そのオプティマイザ(optimizer)を使用して、プラント内部の生産在庫、製造活動、又は製品品質を制御し、プラント全体の経済最適化を果たす。マスタMPCコントローラは、1つ又は複数のスレーブMPCコントローラの上にカスケード接続される(cascade)。スレーブMPCコントローラは、例えば、システムのユニットレベル(レベル3)におけるコントローラに相当することができ、各スレーブMPCコントローラは、マスタMPCコントローラに、その動作状態と制約を提供する。この理由で、マスタMPCコントローラからのプラント全体の最適化ソリューションは、スレーブMPCコントローラからの全てのユニットレベルのオペレーティング制約を遵守することができる。一体的に、MPCカスケードは、1つの一貫した制御システムにおいて、分散型制御(ユニットレベルなどにおいて)と集中型プラント全体の最適化(プラントレベルなどにおいて)の両方を同時にもたらす。「プラント全体の最適化」又は「プラント全体の制御」という成句は、産業用設備内の複数のユニットの、それらの複数のユニットがその産業用設備内のありとあらゆるユニットに相当するか否かに関わらず、最適化又は制御を指す。 The present disclosure provides a cascaded MPC solution for plant-wide control and optimization that helps provide plant-wide optimization as part of an automated control and automation system. As described below, the “master” MPC controller is configured to use a planning model, such as a single-period planning model or other suitable reduced model as a seed model. The master MPC controller uses its optimizer to control the production inventory, manufacturing activity, or product quality inside the plant and to achieve economic optimization of the entire plant. The master MPC controller is cascaded over one or more slave MPC controllers. The slave MPC controllers can correspond to, for example, controllers at the unit level (level 3) of the system, and each slave MPC controller provides its master MPC controller with its operating state and constraints. For this reason, the plant-wide optimization solution from the master MPC controller can adhere to all unit-level operating constraints from the slave MPC controller. Together, the MPC cascade simultaneously provides both distributed control (eg, at the unit level) and centralized plant-wide optimization (eg, at the plant level) in one consistent control system. The phrase “plant-wide optimization” or “plant-wide control” refers to the number of units in an industrial facility that may or may not correspond to any and all units in the industrial facility. And refers to optimization or control.
このようにして、このMPCカスケードソリューションは、埋込み式リアルタイムプランニングソリューションに、下位レベルのオペレーティング制約を遵守することを可能にさせる。プランニングモデルと制御モデルの両方をオンラインで交差活用する(cross−leverage)ことによって、MPCカスケードソリューションは、リアルタイムに閉ループ制御システム内で、プランニング最適化の「後退ホライズン(区間)」形式を実行することを可能にする。MPCカスケードソリューションは、特に、そのスレーブMPCコントローラを通して、ジャストインタイムの生産計画を自動的に実行するために使用され得る。マスタMPCコントローラにおける後退ホライズンプランニング最適化の定式は、オフラインのプランニングツールにおいて使用されるような単一期間の、しかし通常1〜14日の範囲などのその短縮された時間ホライズンでのプランニング最適化の定式と同様、又は同一とすることができる。 In this way, the MPC cascade solution allows an embedded real-time planning solution to adhere to lower-level operating constraints. By cross-leveling both the planning model and the control model online, the MPC cascade solution implements a "reverse horizon" form of planning optimization in a real-time closed-loop control system. Enable. The MPC cascade solution can be used, in particular, to automatically execute just-in-time production planning through its slave MPC controller. The formulation of the regression horizon planning optimization in the master MPC controller is a single-period, but typically shortened time horizon planning optimization as used in offline planning tools, such as in the range of 1-14 days. It can be the same as or the same as the formula.
本特許書類での残りの説明は、以下のように分けられる。産業用プロセス制御及び自動化の状況で使用され得る多スケールモデルが説明され、多スケールモデルを使用するMPCカスケードソリューションが提供される。多スケールモデルを併合する(merge)ためのコンジット(conduit)がプロキシ制限の形式において説明され、ユーザのエクスペリエンスを高めるための多スケールソリューションが提供される。さらに、中央経済目的関数を中間ストリームの価格/経費にキャストする(cast)方法として、寄与値及び寄与経費の使用が開示され、MPCカスケードソリューションを使用する一定のシステムで使用され得るモデル構造が説明される。最後に、モデル検証技法が提供され、MPCカスケードソリューションにおいてマスタ−スレーブ変数に対処するための技法が開示され、産業用プロセスが調整され得る実行可能領域を推定するための技法が提供される。 The remaining description in this patent document is divided as follows. A multi-scale model that can be used in the context of industrial process control and automation is described and an MPC cascade solution using the multi-scale model is provided. Conduits for merging multi-scale models are described in the form of proxy restrictions to provide a multi-scale solution for enhancing the user experience. In addition, the use of contribution values and contribution costs is disclosed as a method of casting the central economic objective function to intermediate stream prices / expenses, and describes a model structure that can be used in certain systems using MPC cascade solutions. Is done. Finally, a model verification technique is provided, a technique for addressing master-slave variables in an MPC cascade solution is disclosed, and a technique for estimating a workable area where an industrial process can be tuned is provided.
図1は、産業用プロセス制御及び自動化システム100の1つの例を示すが、図1に対して、様々な変更が行われ得る。例えば、制御及び自動化システムは、任意の個数のセンサ、アクチュエータ、コントローラ、サーバ、オペレータステーション、ネットワーク、及びその他の構成要素を含むことができる。また、図1でのシステム100の構成及び配置は、単に例示としてのものである。構成要素は、特定の必要性に従って、任意のその他の適切な構成において、追加され、除外され、組み合わせられ、又は配置されることが可能である。さらに、特定の機能が、システム100の特定の構成要素によって果たされるとして、説明されている。このことは、単に例示としてのものである。一般に、制御及び自動化システムは、高度に構成可能であり、特性の必要性に従って、任意の適切な方法で構成されることが可能である。さらに、図1は、MPCカスケードソリューションが使用されることが可能である、例示的な環境を示す。この機能性は、任意のその他の適切なデバイス又はシステムにおいて使用されることが可能である。
Although FIG. 1 illustrates one example of an industrial process control and
多スケールモデル
複数のユニットを有する産業用プラントを考察してみる。上位レベルでは、全てのプロセスユニット間の全体的な物質、構成要素、及びエネルギーの収支が確立される必要がある。下位レベルでは、各ユニットが、プラント内の安全性と、ユニットの円滑で効率的な動作を確実にするように適切に制御される必要がある。
Multi-scale model Consider an industrial plant with multiple units. At a higher level, an overall material, component and energy balance between all process units needs to be established. At a lower level, each unit needs to be properly controlled to ensure safety within the plant and smooth and efficient operation of the unit.
プランニング及びMPCモデルは、カスケード型MPCアーキテクチャにおける多レベルの問題を解決するために使用され得る多スケールモデルの組の例である。図2A及び2Bは、本開示による、産業用プロセス制御及び自動化システムにおけるカスケード型MPC手法をサポートするために使用される、例示的なプランニング及びMPCモデルを示す。具体的には、図2Aは、歩留まり(yield)に基づくプランニングモデル200を表し、図2Bは、MPCモデル250を表す。
Planning and MPC models are examples of a set of multi-scale models that can be used to solve multi-level problems in a cascaded MPC architecture. 2A and 2B illustrate exemplary planning and MPC models used to support a cascaded MPC approach in an industrial process control and automation system according to the present disclosure. Specifically, FIG. 2A illustrates a
図2Aに示されるように、プランニングモデル200は、一般に、供給(feed)材料の1つ又は複数の投入(input)ストリーム204を、処理済み材料の1つ又は複数の産出(output)ストリーム206に変換するように動作する、複数のユニット202を特定する。この例では、ユニット202は、1つの投入ストリーム204(原油)を複数の産出ストリーム206(種々の精製済み石油/ガス製品)に変換する、石油及びガス精製所における構成要素を表す。様々な中間製品208は、ユニット202によって作り出され、1つ又は複数の貯蔵タンク210は、中間製品208の1つ又は複数を保管するために使用され得る。図2Bに示されるように、MPCモデル250は、1つのユニットの複数の構成要素252を特定する。様々なバルブ及びその他のアクチュエータ254は、ユニット内部で動作を調整するために使用されることが可能で、様々なAPC及びその他のコントローラ256は、ユニット内部でアクチュエータを制御するために使用され得る。
As shown in FIG. 2A, the
一般に、プランニングモデル200は、「鳥瞰」図でプラント全体(又はその一部)を見るので、粗いスケールでの個々のユニットに相当する。プランニングモデル200は、プラント内部の単位生産量、製品品質、物質収支及びエネルギー収支、並びに製造活動に付随する、ユニット間の定常状態関係に焦点を合わせる。プランニングモデル200は、通常(しかし必ずではない)、プロセス歩留まりモデルと製品品質特性から構成される。プランニングモデル200は、プランニングツール、スケジューリングツール、歩留まり検証ツール及び/又は履歴的動作データなどの、様々なソースの組合せから構築され得る。しかしながら、MPCモデル250は、より細かいスケールでの少なくとも1つのユニットに相当する。MPCモデル250は、ユニットの安全、円滑、かつ効率的な動作に付随する、制御変数(CV:Controlled Variable)、操作変数(MV:Manipulated Variable)、及び外乱変数(DV:Disturbance Variable)間のユニット内部の動的関係に焦点に合わせる。2つのモデル200、250の時間スケールも異なる。MPCモデルの時間ホライズンは、通常、数分から数時間の範囲であるが、プランニングモデルの時間ホライズンは、通常、数日から数カ月の範囲である。「制御変数」は、一般に、その値が、設定値もしくはその近く又は所望の範囲内にあるように制御される変数を表し、一方「操作変数」は、一般に、少なくとも1つの制御変数の値を修正するように調整される変数を表すことに留意されたい。「外乱変数」は、一般に、その値が考慮されるが、制御も調整もされない可能性がある変数を表す。
Generally, the
プランニングモデル200は、しばしば、各ユニット内部の圧力、温度、タンクレベル、及びバルブ開口などの、非生産関連の又は非経済的関連の変数を除外することが可能であり、また除外する必要がある。その代わりに、プランニングモデル200は、1つのプロセスユニットを、1つ又はいくつかの材料もしくはエネルギーの歩留まりベクトルに単純化することができる。一方、MPCモデル250は、通常、ユニットの安全かつ効率的な動作を確実にするのを手助けするために、制御用のオペレーティング変数の全てを含む。結果として、MPCモデル250は、プランニングモデル200に比べ、1つのユニットに対してより多くの変数を含む。具体的な例として、石油精製所の流動接触分解ユニット(FCCU:Fluidized Catalytic Cracking Unit)用のMPCモデル250は、約100CV(産出)と40MV(投入)を含むことができる。同じユニットのプランニングモデル200は、原材料品質及びオペレーティングモード(投入として)と、FCCU製品歩留まり及び品質(産出として)との重要な因果関係のみに焦点を合わせることができ、それによって、プランニングモデル200は、わずか3つ又は4つの投入と10の産出を有することができる。この変数差は、従来、多レベルのソリューションを効果的に統合することに対する障害となってきた。追加の差は、2つのモデル200、250の通常の焦点を比較する、以下の表1で合算される。
The
粗いスケールのプランニングモデル200を使用することのいくつかの利点がある。例えば、プラント全体の経済最適化は、任意の1つのプロセスユニット内部の場合によっては不明瞭な細目と絡み合うことなく、プランニングモデル200を使用して、コンパクトかつ明瞭に定式化され得る。また、最初に、上位レベルの最適化問題を解決し、次に、各ユニットにソリューションを継承する方法を見つけるために、分割−統治手法が、採用され得る。
There are several advantages of using the coarse-
コンパクトで堅固なプランニングモデル200は、プランニング問題が簡単に設定され、明瞭に表示され、素早く解決されるようにするが、それは欠点を伴い、すなわち、いずれのユニット内部でも細目にわたる変数の可視性をもたない。これらの細目にわたる変数の多くは、上位レベルの生産プランニングにはほとんど関係ない可能性があるが、小さなサブセットは、通常、それに関係する。プランニングモデル200が、いずれの下位レベルのユニット内部でも可視性をもたない場合、このモデルは、そのソリューションが、最適でもそうではなくても、全てのユニットの下部レベルの制約を遵守するようになることを保証することはできない。このことは、従来のプランニングソリューションが、しばしばユニット内部のオペレーティング制約を考慮に入れるように、手動で変換されるか見直される必要があり、かなりの利ざやが、変換の際に失われる可能性があることの1つの理由である。スケジューリングソリューションに対しても、それが粗いスケールにおいての歩留まりに基づくプランニングモデル200を使用する場合、同じことが言える。
The compact and
全体的な視点から、上位レベルの歩留まりに基づくプランニングモデル200で定式化された最適化又は制御問題は、下位レベルのMPCモデル250から利益を得ることができる。その理論的根拠は、ユニット内の制約充足を保証するために使用される細目が、これらの細目は必ずしも適正なモデル形式に編成されないが、通常、ユニットのMPCモデル250にすでにある、ということである。理想的には、必要に応じて、プランニングのための、ユニットの制約の細目を補うために、MPCモデル250が使用されることが可能である。以下で説明されるカスケード型MPC手法は、MPCモデルが、下位レベルの細かいスケールのモデル情報を、上位レベルの粗いスケールのプラント全体の最適化定式又は制御定式に提供するために有効に使用されることが可能な構造的枠組みを提供する。以下に説明されるカスケード型MPC手法は、プランニングモデル200とMPCモデル250を利用して、この機能性を提供することができる。
From a holistic perspective, optimization or control problems formulated with a higher-level yield-based
多スケールモデルを使用したカスケード型MPCソリューション
プラント全体の視点から、制御とプランニングは結合されることが多い。プランニングは、通常、最適化に対する実行可能領域を確立するための制御に頼る一方、制御は、通常、その最も利益をもたらす可能性のあるオペレーティング点において、ユニットを調整し、プラント全体を運営するためのプランニングに頼る。従って、プランニングは、各ユニット内部の制約に、プラント全体の最適化に対するより大きな実行可能領域を作り出すよう強要するMPCコントローラに依存することが多い。一方、MPCコントローラは、どの制約が本当にプラント全体の障害であり、従って押し出される必要があるか、どの制約が無効ではなく、また無効のままである可能性があるか、を知る前に、プランニングからの手引きに依存することが多い。従って、これらの2のソリューションレイヤは、互いに共依存であり、同時に取り扱われる必要がある。
Cascaded MPC solution using multi-scale models Control and planning are often combined from a plant-wide perspective. Planning usually relies on controls to establish a workable area for optimization, while controls typically coordinate units at their most profitable operating points to operate the entire plant. Rely on planning. Thus, planning often relies on MPC controllers that constrain the constraints within each unit to create a larger work area for plant-wide optimization. On the other hand, the MPC controller must plan before knowing which constraints are really plant-wide obstacles and therefore need to be pushed out, and which constraints are not invalid and may remain invalid. Often rely on guidance from Therefore, these two solution layers are co-dependent on each other and need to be handled simultaneously.
この連成問題を解決する1つの方法は、制御及びプラント全体の最適化を一体的にデザインすることである。各MPCコントローラが埋込み式経済的オプティマイザを有することから、プラント全体の最適化とユニットレベルのMPC制御の両方を行う、1つの大型のプラント全体のMPCコントローラが考案されることが可能である。しかしながら、このような一体式の妥協を許さないMPCソリューションには、様々な欠点がある。どんな一体的デザイン手法にもある1つの課題は、下位レベルでの分散型制御と、上位レベルでの集中型最適化を同時に提供してきたことである。 One way to solve this coupling problem is to design the control and optimization of the whole plant in one. Because each MPC controller has an embedded economic optimizer, one large plant-wide MPC controller can be devised that performs both plant-wide optimization and unit-level MPC control. However, such integrated, uncompromising MPC solutions have various disadvantages. One challenge with any integrated design approach is that it has simultaneously provided distributed control at the lower level and centralized optimization at the higher level.
図3Aから3Cは、本開示による、産業用プロセス制御及び自動化システム用の例示的なカスケード型MPCアーキテクチャ300を示す。図3A及び3Bに示されるように、カスケード型アーキテクチャ300は、マスタMPCコントローラ302と1つ又は複数のスレーブMPCコントローラ304a〜304nを含む。スレーブMPCコントローラ304a〜304nは、プラント内の1つ又は複数のプロセス308a〜308nに関連する1つ又は複数の正規のプロセスコントローラ306a〜306mと相互作用する。スレーブMPCコントローラ304a〜304nは、レベル3コントローラを表し得る一方、プロセスコントローラ306a〜306mは、レベル2コントローラを表し得る。プラントの残り(remainder)310は、レベル1コントローラ、センサ、アクチュエータ、及び他の下位レベルの構成要素を含み得る。マスタMPCコントローラ302は、一般に、マスタ制御ループ内で動作する一方で、各スレーブMPCコントローラ304a〜304nは、一般に、スレーブ制御ループ内で動作する。単一マスタ制御ループ内に1つ又は複数のスレーブ制御ループが存在し得る。
3A-3C illustrate an exemplary
各MPCコントローラ302、304a〜304nは、経済最適化と多変数制御の機能をサポートする。マスタMPCコントローラ302は、プランニングモデル200(歩留まりに基づく単一期間プランニングモデルなど)を使用して、初期定常状態ゲインマトリックスを提供し、関連のモデルダイナミクスが、プラントのオペレーティングデータ(履歴データなど)を使用して判定され得る。マスタMPCコントローラ302は、プラント内部の生産在庫、製造活動、又は製品品質を制御するよう動作する。従って、同じプランニングモデル構造及び経済性を備えた、マスタMPCコントローラ302の埋込み式経済的オプティマイザは、単一期間のオフラインプランニング最適化を再現することができるが、それは、オンラインのリアルタイム方法においてである。
Each
マスタMPCコントローラ302は、nスレーブMPCコントローラ304a〜304n(nは1以上の整数値)の上にカスケード接続する。スレーブMPCコントローラ304a〜304nは、マスタMPCコントローラ302に、プラントのユニット毎の将来予測及びオペレーティング制約を提供する。この情報で、カスケード型アーキテクチャ300からのリアルタイムプランニングソリューションは、上述の欠点を軽減するか又は取り除く。一体的に、MPCコントローラ302、304a〜304nは、全て1つの一貫したカスケード型制御システムにおいて、細かいスケールのMPCモデル250での下位レベルにおける分散型制御と、粗いスケールのプランニングモデル200での上位レベルにおける集中型プラント全体の最適化を同時にもたらす。
The
生産計画が、1組のオペレーティング命令に手動で変換される必要がたびたびあるもう1つの理由は、開ループプランニングソリューションが、通常、数日から1ヶ月(1つの期間での)の範囲である時間ホライズンを有し、またこのソリューションが、普通は1日に1回のみ、又は数日に1回のみ実行されるということである。従って、それは、原材料品質又は周囲条件の変化、プロセスユニットの不調、加熱又は冷却能力の限度、及び保守点検などの不確実性に対処するための効果的なフィードバック機構を欠くことになる。これらの状況への対処を手助けするために、オプティマイザが、マスタMPCコントローラ302に埋め込まれ、このオプティマイザは、数分に1回から1時間に1回の範囲の頻度などの、ユーザ規定の頻度で実行することができる。各ユニットの生産数量と製品品質の両方が、その頻度で測定又は推定されることが可能で、予測誤差は、任意の標準MPCとしてのマスタMPCコントローラ302においてバイアス補正され得る。元の最適計画からのズレが検出されると、プラント全体の再最適化が直ちに行われ得る。その後、新しい最適生産目標が、スレーブMPCコントローラ304a〜304nに送信され、それらのコントローラによって実行されるようになり、手動の変換又は調整の必要性を減らす、又はなくすることができる。
Another reason that production plans often need to be manually translated into a set of operating instructions is that open-loop planning solutions typically range in time from several days to one month (in one period). Having a horizon, and that the solution is usually run only once a day or only once every few days. Thus, it lacks effective feedback mechanisms to address uncertainties such as changes in raw material quality or ambient conditions, malfunctions in process units, limits on heating or cooling capacity, and maintenance. To assist in dealing with these situations, an optimizer is embedded in the
特定の最適化状況はまた、リアルタイムで追加の利益を獲得するために、従来のMPC最適化状況から修正されることが可能である。従来のMPC手法とカスケード型MPCソリューションとの間のいくつかの類似と相違は、以下を含む可能性がある。 Certain optimization situations can also be modified from conventional MPC optimization situations to gain additional benefits in real time. Some similarities and differences between the traditional MPC approach and the cascaded MPC solution may include:
・目的関数は、オフラインプランニングの該当するものと同じままとすることができる。
・マスタMPCコントローラ302における時間ホライズンは、数時間から数日又は数週間の範囲のものなどの、オンラインチューニングパラメータとすることができ、オフライン(特に多期間)プランニングで使用される時間ホライズンより短くすることができる。
-The objective function can remain the same as that of the offline planning.
The time horizon in the
・チューニングは、ジャストインタイム製造の形式で、より利益を獲得するように設定され得る。チューニングに対する留意点は、(例として)製品の予約注文をどのくらい先まで設定するか、製品注文の変動(数量とグレードの両方において)、どんな追加の購入/販売時機が追求され得るか、どんな半仕上げ構成要素が、取引先と交換され得るか、又はスポット市場で購入/販売され得るか、を含み得る。 Tuning can be set to gain more in the form of just-in-time manufacturing. Tuning considerations include (for example) how far to place a pre-order for a product, fluctuations in product orders (both in quantity and grade), what additional purchase / sales opportunities can be pursued, and what half The finishing component may include whether it can be exchanged with a business partner or purchased / sold in a spot market.
・生産在庫及び製品品質は、リアルタイム測定フィードバックを用いて動的に制御されることが可能である。
・時間ホライズン範囲での製品注文は、オフラインの該当するものでは推定されるのとは対照的に、知られている。マスタMPCコントローラ302は、仮定の注文に基づく計画とは対照的に、ジャストインタイムの生産計画を作り上げることができる。
-Production inventory and product quality can be controlled dynamically using real-time measurement feedback.
-Product orders in the time horizon range are known, as opposed to being presumed offline where applicable. The
・マスタMPCコントローラ302において使用されるプランニングモデル200は、スレーブMPCコントローラ304a〜304nに関連する歩留まり検証機構を用いて、リアルタイムで更新され得る。交差検証(cross−validation)(測定誤差に関してなど)の後、測定された歩留まりは、プランニングモデル200を更新するために使用されることが可能で、マスタMPCコントローラ302は、より正確な有益な生産計画を生成することができる。
-The
カスケード型アーキテクチャ300は、図3Cに示されるように、制御階層図350を提供する。カスケード型アーキテクチャ300は、プランニングモデル200のコピーを得て、それを、遅れ及びランプを加えて、MPCコントローラに合体させる(graft)ことによって、従来の制御及び自動化システムにおける分割線を取り壊す。単位供給量は、MVとして使用され得て、生産在庫は、マスタMPCコントローラ302においてCVとして使用され得る。マスタMPCコントローラ302は、プランニングモデル200からの全体像を理解し、かつ先進的プロセス制御に対してユニット毎のMPCモデル250を使用する、リアルタイム計画実行部である。従って、マスタMPCコントローラ302は、スレーブMPCコントローラ304a〜304nと共同でプラントを最適化して、全てのユニットの制約を遵守しながら、最良に達成可能な計画を生成することができる。
マスタMPCコントローラ302によって使用されるプランニングモデル200は、2つの部品、すなわち、(i)MPC制御用の動的モデル、(ii)経済最適化用の定常状態モデル(動的モデルの定常状態部分である)、を包含すると考えられ得る。マスタMPCコントローラ302は、オフラインプランニング最適化の精度を高めるMPCフィードバックを活用し、それによって、以前には使用できなかったリアルタイム情報を組み入れることによって、リアルタイムに理解するほど元の計画に近くなるように、オフラインプランニング最適化を再現する。マスタMPCコントローラのモデル200のダイナミクスは、プラントのオペレーティングデータから特定されることが可能で、マスタMPCコントローラ302は、閉ループでの所望の在庫/特性制御を提供することができる。マスタMPCコントローラ302からの制御及び最適化ソリューションは、スレーブMPCコントローラ304a〜304nからのオペレーティング制約を遵守することから、これは、マスタMPCコントローラ302に、閉ループで実行することを可能にさせ、MPCカスケードを可能にする。このことは、集中型コンパクトプラントレベルの最適化とユニットレベルの分散型MPC制御の両方を提供しつつ、行われる。
The
マスタMPCコントローラ302の多変数制御機能性は、あるタイプの生産コントローラ、又はその主要CVとして在庫レベルを使用する在庫コントローラに相当することができる(「在庫」は、本明細書では、現在の状態において、予測される今後の状態において、又はその両方での物質/エネルギー/などの累積量を指す)。各単位変更量(又はMV)は、マスタMPCコントローラ302を通して直接に、スレーブMPCコントローラ304a〜304nを介して間接的に、又はプロセスコントローラ306a〜306m(RMPCTコントローラなど)を介して間接的に、構成され得る。各スレーブMPCコントローラ304a〜304nは、各ユニットの変更量内の「余地」を予測することができ(以下に説明されるプロキシ制限を介して)、マスタMPCコントローラ302は、ユニットが受け入れることができない変更量を要求することを控えることができる。マスタMPCコントローラ302は、物質/エネルギー収支(モデル/制約)用のCVをさらに含むことができる。
The multi-variable control functionality of the
マスタMPCコントローラ302は、プランニングモデルを使用して、経済最適化動作を行うのに適した任意の構造を含む。マスタMPCコントローラ302は、例えば、単入力単出力(SISO:Single Input Single Output)コントローラ、多入力多出力(MIMO:Multiple Input Multiple Output)コントローラ、又はその他の個数の入力及び出力を備えたコントローラに相当することができる。各スレーブMPCコントローラ304a〜304nは、マスタMPCコントローラと相互作用するのに適した任意の構造を含む。各スレーブMPCコントローラ304a〜304nは、例えば、SISOコントローラ、MIMOコントローラ、又はその他の個数の入力及び出力を備えたコントローラに相当することができる。
プロキシ制限
マスタMPCコントローラ302は、縮約モデルを使用する独立したMPCコントローラである。マスタMPCコントローラ302が、スレーブMPCコントローラ304a〜304nにわたってカスケード接続するために、マスタMPCコントローラ302は、スレーブコントローラ304a〜304nの制約を遵守し、そうしなければ、組み合わされたソリューション全体が、実装に対して最適でもなく、実行可能でさえもない可能性がある。この状況の回避を手助けするために、プロキシ制限は、多スケールモデルを併合するために使用される。プロキシ制限は、マスタMPCコントローラの空間におけるスレーブMPCコントローラの制約の代替え的な表示である。プロキシ制限は、スレーブMPCコントローラの制約をマスタMPCコントローラに「移す」ための、個々のスレーブMPCコントローラとマスタMPCコントローラとの間のコンジットとして表示され得る。複数のスレーブMPCコントローラ304a〜304nからのプロキシ制限は、マスタMPCコントローラの制御及び経済最適化定式に組み合わされ、含まれ得る。
Proxy Restrictions
プロキシ制限は、マスタMPCコントローラ302のMV空間において表示され得るが、それらの境界値は、スレーブMPCコントローラ304a〜304nのMV空間において計算され得る。マスタMPCコントローラ302のMV毎に、その下流スレーブMPCコントローラのそれぞれは、1つ又は複数のスレーブCV又はMVが、それらのオペレーティング制限に達するようになる前に移動することができる距離分を予測することができる。マスタMPCコントローラ302からの2つ以上のMVが、スレーブMPCコントローラ304a〜304nに関連付けられている場合、プロキシ制限は、本質的に、多変量であり得る。
Proxy restrictions may be displayed in the MV space of the
図4は、本開示による、カスケード型MPCアーキテクチャにおけるプロキシ制限の例示的な使用を示す。具体的には、図4は、1つのプロキシ制限がユニット全体を十分に表す、FCCU用のカスケード型アーキテクチャにおけるプロキシ制限の例示的な使用を示す。FCCUの原材料は、マスタMPCコントローラ302用のプランニングモデル200におけるMV4として、またスレーブMPCコントローラ304a用のMPCモデル250におけるMV9として、構成されると仮定する。また、ユニットへの現在の供給量が、33.5の値を有すると仮定する。さらに、スレーブMPCコントローラ304aが、供給量が、表402に示されるように、1つ又は複数のスレーブCV及び/又はMVが1つ又は複数の制限に達するようになる前に、38.1の最大値まで増やされることが可能であると予測すると仮定する。表402は、本明細書では、スレーブMPCコントローラ304aによって制御される種々のCVと、それらのCVを制御するためにスレーブMPCコントローラ304aによって使用される種々のMVを示す。38.1の最大境界値は、マスタMPCコントローラ302に受け入れられ、マスタMPCコントローラのMV4用の高プロキシ制限として使用される。
FIG. 4 illustrates an exemplary use of proxy restrictions in a cascaded MPC architecture according to the present disclosure. Specifically, FIG. 4 illustrates an exemplary use of proxy restrictions in a cascaded architecture for FCCUs, where one proxy restriction fully represents the entire unit. Assume that the FCCU raw material is configured as MV4 in
各ユニットにおいて、どのくらい多くのスレーブ制約が、マスタMPCコントローラのMV(単位供給量など)を制限することができるかに関わらず、マスタMPCコントローラ302のみが、そのMVを強要することを止めるべき点を知る必要がある(そうでない場合、いくつかの下位レベルの制約違反が生じる可能性がある)。この停止点は、マスタMPCコントローラのMVを制限することのできる、対応する下位レベルのユニットにおける有効なスレーブ制約のセット全体に相当する、プロキシ制限と一致する。上記の具体的な例において、複数のプロキシ制限も使用され得るが、下位レベルのFCCUユニットにおける全てのスレーブ制約に対して、ただ1つのプロキシ制限が必要とされる。
In each unit, only the
プロキシ制限の1つの特徴は、ユニット内の全てのスレーブMPC制約が、不要な要素を取り除いて、1つ又はいくつかのプロキシ制限にされ得ることである。従って、プロキシ制限は、マスタMPCコントローラ302に、粗いスケールのモデル200を、それを細かいスケールのスレーブMPCモデル250と効果的に併合しつつ、そのままの状態で保持するための結束機構として機能する。言い換えれば、このことは、マスタMPCコントローラ320内部のプラント全体の最適化問題を、粗いスケールのモデル200が互換性のある細かいスケールのモデルに拡張されるようにすることなく、その元のコンパクトプランニング形式に保持することを可能にする。
One feature of the proxy restriction is that all slave MPC constraints in the unit can be made one or several proxy restrictions, removing unnecessary elements. Accordingly, the proxy restriction functions as a binding mechanism for the
プロキシ制限の助けで、カスケード型MPC手法を使用する一体化最適化ソリューションは、様々な利益をもたらす。例えば、埋込み式リアルタイムプランニングソリューションは、スレーブMPCコントローラ304a〜304nにおけるユニットレベルのオペレーティング制約を遵守し、マスタMPCコントローラ302は、オフラインプランニングツールが開ループで管理すると考えられる同じ変数組(在庫又は品質など)を動的に制御する。事実上、ユニット内の全ての関連のMPC制約は、不要な要素が取り除かれて、1つ又は複数のプロキシ制限にされ、今度は、マスタMPCコントローラの最適化に含まれることになる。さらに、プロキシ制限は、1つのレイヤよりも、多レイヤの最適化に目が行くようにする。さらに、開ループ最適化ソリューションの手動調整又は変換の慣例は、減らされるか又はなくされることが可能である。プランニングモデルと制御モデルの両方をオンラインで交差活用することによって、カスケード型MPC手法は、閉ループ制御システム内でのプラント全体の最適化を、リアルタイムで実行することを可能にする。従って、カスケード型MPC手法は、プラントレベルにおける粗いスケールのプランニングモデル200での集中型最適化と、ユニットレベルにおける細かいスケールのMPCモデル250での分散型制御を、同時に提供する。
With the help of proxy restrictions, an integrated optimization solution using a cascaded MPC approach offers various benefits. For example, the embedded real-time planning solution adheres to unit-level operating constraints on the
プロキシ制限とカスケード接続するMPCの概念は、スレーブコントローラとしてのレベル3 MPCコントローラで行われるとして、説明されたことに留意されたい。しかしながら、この概念は、制御及び自動化システムの種々のレベルで使用され得るか、又はそれらのレベルにまで及ぶことが可能である。例えば、プラント内の複数のカスケード型アーキテクチャ300におけるマスタMPCコントローラは、プラントレベルのマスタMPCコントローラに対して、スレーブMPCコントローラを形成することができる。特定の例として、石油/ガス精製所用のプラントレベルのマスタMPCコントローラは、単純な歩留まりベクトル(1つの投入原材料としての原油、複数の産出原材料としての精製製品)を使用することができる。同様に、複数のプラントレベルのマスタMPCコントローラは、エンタープライズレベルのマスタMPCコントローラに対して、スレーブMPCコントローラとして機能することができる。特定の例として、種々の精製所が種々の市場に関係している場合、複数の精製所にわたるエンタープライズレベルのマスタMPCコントローラは、地域の製品需要/供給と、各精製所の生産能力に基づいて、全体的な最適値をリアルタイムで計算することができる。
Note that the concept of MPC cascading with proxy restrictions has been described as being performed with a
ユーザエクスペリエンスを高めるための多スケールソリューション
カスケード型MPCアーキテクチャ300が、1組のモデルを使用することから、プランニングモデル200は、自然に、プラントの明瞭な鳥瞰図を備えるグラフィカルユーザインターフェース(GUI:Graphical User Interface)を提供するために使用され得る。図5は、本開示による、カスケード型MPCアーキテクチャと共に使用するための例示的なGUI500を示す。GUI500は、プランニングモデル200内の種々のユニット202を特定する様々なアイコン502を含む。マスタMPCコントローラ302は、GUI500内に様々な情報を提供することができる。例えば、マスタMPCコントローラ302は、単位生産量、使用可能な在庫、予定製品出荷、経費構造、総利ざや、その利ざやに対する各ユニットの寄与、及び生産計画のリアルタイム実行に付随するその他の関連情報を提供することができる。
Multi-scale Solution to Enhance User Experience Because the cascaded
マスタMPCコントローラ302はまた、オペレータに、どのユニットがプラント全体の障害となっているかを、それらのユニットのプロキシ制限を見ることによって、GUI500内で容易に特定することを可能にさせる。少なくとも1つの有効なプロキシ制限を有するユニット202であれば、ユニットの処理量が、実際に、そのスレーブMPCコントローラ内部の下位レベルの制約によって制約されている場合などの、全体的な障害である。これらのユニットは、明瞭な「一目瞭然の」図を提供するGUI500において、色付きマルなどの指標504を使用して、グラフィカルに特定され得る。限界利益値は、任意選択で、各障害ユニットの次に表示され、ユニットの処理量が増加している場合、プラントが達成し得る利益の増加分を示すことができる。
The
オペレータ(生産管理者又は計画立案者など)は、GUI500を使用して、障害ユニットにドリルダウンすることができる。例えば、GUI500において特定のアイコン502が選択されると、選択されたユニット202用のMPCモデル250が、オペレータに表示され得る。表示されたMPCモデル250は、ユニットの生産処理量を現在制限している有効な制約を示す、スレーブMPCコントローラのGUIに相当する。MPCモデル250において特定のコントローラが選択されると、表402がオペレータに表示され得る。
An operator (such as a production manager or planner) can use the
制約として現在有効である表402内の変数(機器又は保守点検の問題などを原因とする)は、指標506(色付きマルなど)を使用して特定され得る。表402内の特定の変数がオペレータによって選択されると、保守点検GUI508又はその他のインターフェースが、オペレータに提示され得る。例えば、オペレータは、バルブ制約を選択して、そのバルブ用の保守点検GUI508を表示することができる。保守点検GUI508は、バルブが2週間内に保守点検に予定が組み込まれていることを示すことができる。マスタMPCコントローラ302と同様に、スレーブMPCコントローラ304a〜304nは、制約が取り除かれた場合(それによって、今度は、処理量を上げるのを促進すると考えられる)、プラントが達成し得る利益の増加分を示す限界利益値を、表402内の各有効制約の次に表示することができる。
Variables in table 402 that are currently valid as constraints (due to equipment or maintenance issues, etc.) may be identified using indicators 506 (such as colored circles). When a particular variable in table 402 is selected by the operator, a
複雑な設備では、通常、任意の所与の時点で対処される必要のある、ずらりと並んだアクチュエータ及びその他の機器がある。保守点検担当者は、彼らの保守点検作業に優先順位を付けるための適切な手引きをもたない場合が多い。APC保守点検作業及びその他の保守点検作業に対しても同じことが言える。図5に示された方法では、各保守点検作業は、増加利益分でタグ付けされることが可能で、作業リストは、サービス要求時間によってよりもむしろ、利益影響度によって簡単にソートされ得る。障害は、ユニットでの単純な保守点検問題によって引き起こされる場合がよくある。いくつかの利益に影響する項目は、それらの項目を修理しないことの代償を誰も知らないことから、長期間、修理されない状態でいる可能性がある。多層制御システムGUIの場合、保守点検作業は、それらの経済的影響度によって簡単にソートされることが可能であり、新しい経済中心の自動化保守点検枠組みが確立されることが可能である。 In complex installations, there are typically a series of actuators and other equipment that need to be addressed at any given time. Maintenance personnel often do not have the appropriate guidance to prioritize their maintenance activities. The same is true for APC maintenance work and other maintenance work. In the method shown in FIG. 5, each maintenance operation can be tagged with an incremental profit, and the work list can be easily sorted by profit impact rather than by service request time. Failures are often caused by simple maintenance problems at the unit. Items that affect some benefits may be left unrepaired for long periods of time, since no one knows the price of not repairing those items. In the case of the multi-layer control system GUI, maintenance tasks can be easily sorted by their economic impact, and a new, economy-centric, automated maintenance framework can be established.
寄与値及び寄与経費
図2Aに戻って参照すると、上記で示されたように、プランニングモデル200において示されるプロセスユニット202は、一般に、様々な中間製品208を作り出しつつ、1つ又は複数の投入ストリーム204を、1つ又は複数の産出ストリーム206に変換するように動作する。マスタMPCコントローラ302又はスレーブMPCコントローラ304a〜304nは、それらの制御又は最適化動作を行う場合、寄与値及び/又は寄与経費を使用することができる。
Contribution Values and Contribution Costs Referring back to FIG. 2A, as shown above, the
各寄与値は、1つ又は複数の最終製品(最終製品は、プロセスシステムによって産出される製品に相当する)を生産するために使用される中間製品に関連付けられ得る。寄与値は、各最終製品及び各最終製品の値段に対するその中間製品の寄与を使用して計算され得る。いくつかの実施形態において、中間製品の寄与値は、以下のように計算される。 Each contribution value may be associated with an intermediate product used to produce one or more final products (final products correspond to products produced by a process system). A contribution value may be calculated using each end product and its contribution to the price of each end product. In some embodiments, an intermediate product contribution value is calculated as follows.
ここで、nは、中間製品を使用して産出され得る最終製品の個数を表す。また、Contributioniは、第i最終製品を生産するのに専用の中間製品の割合を表し、ProductPriceiは、第i最終製品に対する予測の又は現在の市場価格を表す。さらに、FurtherProcessingCostiは、第i最終製品を生産するのに必要な追加の処理経費を表す(任意選択で、省略されてもよく、又はゼロに設定されてもよい)。 Here, n represents the number of final products that can be produced using the intermediate products. Also, Contribution i represents the proportion of intermediate products dedicated to producing the i-th end product, and ProductPrice i represents the predicted or current market price for the i-th end product. In addition, FurtherProcessingCost i represents the additional processing cost required to produce the ith end product (optional, may be omitted or set to zero).
その他の実施形態において、中間製品の寄与値は、以下のように計算される。 In another embodiment, the contribution value of the intermediate product is calculated as follows.
ここで、第i最終製品に対する製品価格は、様々な生産過剰及び生産不足シナリオ、又はその他の状況に対して補正を加えるために調整され得る。例えば、第i最終製品の計画された生産量がその計画を超える場合、最終製品の価格は、保管経費及び今後の注文リスクを考慮して、下げられることが可能である。第i最終製品の計画された生産量がその計画を下回る場合、最終製品の価格は、注文の最終期限に間に合わないことに対する違約金がある場合は、上げられることが可能である。 Here, the product price for the ith end product may be adjusted to make corrections for various overproduction and underproduction scenarios, or other situations. For example, if the planned production of the i-th end product exceeds that plan, the price of the end product can be reduced, taking into account storage costs and future order risks. If the planned production of the ith end product is below that plan, the price of the end product can be increased if there is a penalty for not meeting the deadline for the order.
また、寄与値に対して様々な調整が行われ得ることに留意されたい。例えば、保管が可能な場合、通常高価な中間製品は、次のプランニング期間用に保管され、保持される(現在の期間でのその寄与値を下げるよりもむしろ)。もう1つの例として、過剰な中間製品が、スポット市場で販売され得る場合、より高い寄与値が中間製品に割り当てられ得る。さらに、寄与値は、現在のプランニング期間に関して、及び次のプランニング期間に関して、一緒に結び付けられ、現在の期間の終了時における、ホライズン効果の望ましくない低減を抑えることに役立つことができることに留意されたい。 Also note that various adjustments can be made to the contribution values. For example, where storage is possible, usually expensive intermediate products are stored and retained (rather than reducing their contribution in the current period) for the next planning period. As another example, if excess intermediate products can be sold in the spot market, higher contribution values can be assigned to intermediate products. Further, it should be noted that the contribution values can be tied together for the current planning period and for the next planning period, which can help reduce undesirable reduction of the horizon effect at the end of the current period. .
各寄与経費は、1つ又は複数の原材料製品(原材料製品は、プロセスシステム内に投入される材料に相当する)を使用して、生産される中間製品に関連付けられ得る。寄与経費は、各原材料製品のその中間製品の使用、及び各原材料製品の価格を使用して計算され得る。いくつかの実施形態において、中間製品の寄与経費は、以下のように計算される。 Each contributing cost may be associated with an intermediate product that is produced using one or more raw material products, where the raw material products correspond to the materials input into the process system. The contributing cost may be calculated using the use of each intermediate product for that intermediate product, and the price of each raw material product. In some embodiments, the contribution of the intermediate product is calculated as follows:
ここで、mは、中間製品を生産するために使用される原材料製品の個数を表す。また、Contributioniは、中間製品を生産するのに専用の第i原材料製品の割合を表し、またFeedCostiは、第i原材料製品に対する予測の又は現在の市場価格を表す。さらに、UpstreamProcessingCostiは、第i原材料製品を処理し、中間製品を生産するために必要とされる処理経費を表す(任意選択で、省略されてもよく、又はゼロに設定されてもよい)。 Here, m represents the number of raw material products used to produce an intermediate product. Also, Contribution i represents the percentage of the i-th raw material product dedicated to producing the intermediate product, and FeedCost i represents the predicted or current market price for the i-th raw material product. In addition, UpstreamProcessingCost i represents the processing costs required to process the i-th raw product and produce an intermediate product (optional, may be omitted or set to zero).
その他の実施形態において、中間製品の寄与経費は、以下のように計算される。 In other embodiments, the contribution of the intermediate product is calculated as follows:
ここで、第i原材料製品に対する経費は、様々な生産過剰及び生産不足シナリオ、又はその他の状況に対して補正を加えるために調整され得る。例えば、第i原材料製品の計画された在庫がその計画又は保管能力を超える場合、消費を促進するためにその調整済み経費が下げられることが可能である。第i原材料製品の計画された在庫がその計画又は保管能力を下回る場合、消費を抑えるために、その調整済み経費が上げられることが可能である。また、寄与経費に対して様々な調整が行われ得ることに留意されたい。例えば、原材料製品の調整済み経費がそのスポット市場価格より高い場合、それを生産する代わりに、中間製品を購入するほうが経済的となるか否かを判定するために、「内製対外部調達」分析が使用され得る。 Here, the cost for the i-th raw material product can be adjusted to make corrections for various overproduction and underproduction scenarios, or other situations. For example, if the planned inventory of the i-th raw material product exceeds its planning or storage capacity, its adjusted costs can be reduced to promote consumption. If the planned inventory of the i-th raw product is below its planning or storage capacity, its adjusted costs can be raised to reduce consumption. Also, note that various adjustments can be made to the contributing costs. For example, if the adjusted cost of a raw material product is higher than its spot market price, an “in-house vs. external procurement” may be used to determine whether it is more economical to purchase an intermediate product instead of producing it. Analysis can be used.
図6は、本開示による、カスケード型MPCアーキテクチャと共に寄与値及び寄与経費を使用するための例示的な技法を示す。この例では、マスタMPCコントローラ302は、(i)そのプランニングモデル、その経済性、及び以前のイテレーションからのデータに基づいて寄与値及び寄与経費を、(ii)寄与値及び寄与経費並びにプロキシ値に基づいて予測の歩留まりを、反復して特定するように動作する。寄与値及び寄与経費は、スレーブMPCコントローラに、それらの局所最適化ニーズに対して提供され得る。最適なソリューション(最適化された計画など)が見つけられると、マスタMPCコントローラ302は、最適化された経済性をスレーブMPCコントローラ304a〜304nに提供する。寄与値を使用することに関連したマスタMPCコントローラ302の動作に関する追加の詳細は、米国特許出願公開第2011/0040399号(その全体が参照により本明細に組み込まれている)において確認され得る。
FIG. 6 illustrates an exemplary technique for using contribution values and contribution costs with a cascaded MPC architecture according to the present disclosure. In this example, the
例示的なプランニングモデル構造
いくつかの実施形態において、マスタMPCコントローラ302用のプランニングモデル200は、1つ又は複数のベースモデルを使用して形成され得る。例えば、2つのベースモデル(処理ユニットモデルとプールタンクモデル)が、プランニングモデルを形成する際に提供され得る。処理ユニットは、1つ又は複数の投入原材料及び1つ又は複数の産出原材料として、モデル化され得る。プールタンクは、混合タンク又は非混合(保管のみ)タンクとしてモデル化され得る。実装形態に応じて、その他の又は追加のベースモデルが、使用され得ることに留意されたい。
Exemplary Planning Model Structure In some embodiments,
図7〜9は、本開示による、カスケード型MPCアーキテクチャにおいて、プランニングモデルを形成するための例示的なベースモデルを示す。図7及び8は、処理ユニット用の例示的なモデルを示し、図9は、プールタンク用の例示的なモデルを示す。 7-9 illustrate an exemplary base model for forming a planning model in a cascaded MPC architecture according to the present disclosure. 7 and 8 show an exemplary model for the processing unit, and FIG. 9 shows an exemplary model for the pool tank.
図7に示されるように、1つの投入原材料と複数の産出製品との間の物質収支用に、以下の伝達関数が使用され得る。 As shown in FIG. 7, the following transfer function may be used for the mass balance between one input raw material and multiple output products.
ここで、yiは、第i製品に対するベース歩留まりであり、Δyiは、ベクトル(m1要素の)である。また、 Where y i is the base yield for the ith product and Δy i is the vector (of m 1 elements). Also,
ここで、vgは、ボリュームゲインであり、ここで、 Where vg is the volume gain, where
このモデル形式は、プランニングモデルにおいて一般に使用される構造に一致する。厳密には、このモデル形式は、それが二次ゲインでの線形ダイナミクスを有するような線形モデルではない。モデルは、単位当たり1つの投入原材料を有し、産出製品の各特性は、製品ドロー(product draw)と同様の時定数及び遅れを有する。表2は、同じ手法を使用して自然に複数の原材料に及ぶことが可能であるが、1つの原材料フローに対する定常状態ゲインマトリックスを示す。 This model type corresponds to the structure commonly used in planning models. Strictly speaking, this model form is not a linear model such that it has linear dynamics with quadratic gain. The model has one input raw material per unit, and each property of the output product has a time constant and delay similar to the product draw. Table 2 shows the steady state gain matrix for one raw material flow, which can naturally span multiple raw materials using the same approach.
図8に示されるように、以下の伝達関数は、投入原材料の第i特性を第j製品の第i特性に変換するために使用され得る。 As shown in FIG. 8, the following transfer function can be used to convert the ith property of the input raw material to the ith property of the jth product.
ここで、Gcjは、ベクトル(m2要素の)であり、G0 Jは、「通過」DVゲインである。この手法は、製品の各特性が、製品ドローと同様の時定数及び遅れを有し、初期化によって、それらの各特性が、同じ値に設定され得ると仮定する。この手法はまた、特性がMPCコントローラによって影響され得る(又は制御され得る)と仮定する。表3は、再び同じ手法を使用して自然に複数の原材料に及ぶことが可能であるが、1つの原材料のマテリアルフロー(material flow)及び特性の両方に対する定常状態ゲインマトリックスを示す。 Where G cj is the vector (of m 2 elements) and G 0 J is the “pass” DV gain. This approach assumes that the properties of the product have similar time constants and delays as the product draw, and that each property can be set to the same value by initialization. This approach also assumes that the properties can be affected (or controlled) by the MPC controller. Table 3 shows the steady state gain matrices for both material flow and properties of one raw material, which can again naturally span multiple raw materials using the same approach.
この方法で定義される処理ユニットモデルのダイナミクスを得るために、様々な技法が使用され得る。例えば、ダイナミクスは、履歴データから推定され、工学技術の知識で検証され、短時間の段階的なテストの間に特定されるか、又は動作中に推定され得る。処理ユニットの集中歩留まり(lumped yield)(ベース歩留まりよりもむしろ)がリアルタイムで更新される場合など、バイアス更新及び歩留まり検証も、起こる可能性がある。様々な誤差補正スキームも、マスタMPCコントローラプランニングモデルで使用され得る。第1の誤差補正スキームでは、歩留まりは、投入流量から直接に計算されることが可能で、平均歩留まり(過去の時間窓範囲内)は、同様の時間窓にわたって今後の平均歩留まりを予測するために推定され、使用され得る(時間窓の幅はチューニング可能であり得る)。推定の歩留まりは、集中歩留まり値が更新される前に、内部の予測可能性閾値(場合によってチューニング可能)に合格しなければならない可能性があることに留意されたい。ゲイン更新は、モデル予測精度を上げることができ、検証されたゲインは、今後の集中歩留まりでのより良い予測可能性を有することができる。第2の誤差補正スキームでは、バイアス更新機構が、マスタMPCモデル予測内部のバイアスを更新するために使用され得る。 Various techniques may be used to obtain the dynamics of the processing unit model defined in this way. For example, dynamics can be estimated from historical data, verified with engineering knowledge, identified during brief step-by-step tests, or estimated during operation. Bias updates and yield verification may also occur, such as when the processing unit's lumped yield (rather than base yield) is updated in real time. Various error correction schemes may also be used in the master MPC controller planning model. In a first error correction scheme, the yield can be calculated directly from the input flow, and the average yield (within the past time window) can be calculated to predict future average yield over a similar time window. It can be estimated and used (the width of the time window can be tunable). Note that the estimated yield may have to pass an internal predictability threshold (possibly tunable) before the concentration yield value is updated. Gain updates can increase model prediction accuracy and verified gains can have better predictability in future concentrated yields. In a second error correction scheme, a bias update mechanism may be used to update the bias within the master MPC model prediction.
図9は、一般的なプールタンク900の例示的なモデル化を示す。プールタンク900は、設備内で製造される物質(1つ又は複数の中間製品など)を保管するために使用される構造を表す。上記の図2Aで示された貯蔵タンク210は、プールタンクの例である。物質の複数のストリーム(Fin)がタンク900に流れ込み、各ストリームは、r特性を有する。また、物質の複数のストリーム(Fout)は、タンク900から流れ出て、全てのストリームは同じ特性を有する。現在の量は、Vで表され、同様の特性を有する投入ストリームは、プールタンク900にまとめてプールされると仮定することができる。以下で説明されるモデルが、中間製品をプールするために使用されるタンク用であり、最終製品のブレンディングに適する、又は適さない可能性があることに留意されたい。また、その他の手法(非線形補正項又は非線形ブレンディング法を使用する手法など)も使用され得るが、線形混合ルールが、測定フィードバーク用に十分に正確であるように、投入ストリームが同様に十分であり得ることに留意されたい。
FIG. 9 shows an exemplary modeling of a
プールタンク900のモデルでは、以下の物質収支の数式が使用され得る。
In the model of the
以下の数式が第i量的特性のブレンディングを表すために使用され得る。 The following equation may be used to represent the blending of the ith quantitative characteristic.
以下は、ラプラス変換と再編成を使用して得られ得る。 The following can be obtained using Laplace transform and rearrangement.
以下のように、石油及びガスシステムにおいて、ブレンディングボーナスも使用され得る。 Blending bonuses may also be used in oil and gas systems, as follows.
表4は、一般的なプールタンクのモデル化をまとめている。 Table 4 summarizes the modeling of a typical pool tank.
仮定は、ここでは、投入流量がそれらの特性よりも頻繁に変動することと、投入−産出変数が、適切に測定され得る(自動化された方法又は試験所において)ことを含む。
特に、ベースモデル構造を使用することの利点は、制限された個数のベース構造(上の例では2つなど)をデザインすることを含み、この場合、ベース構造は、ユニットとタンクがどのように接続されるかの面で柔軟性をもたらす。例えば、処理ユニットとプールタンクは、構成後に固定されることが可能で、在庫量/特性の状態は、動的に追跡され得る。処理ユニットとプールタンクの間の接続は、ステートレス(stateless)で、オンザフライで変更され得る。その上、マスタMPCコントローラ用のプランニングモデルは、オンザフライで構成され得る。さらに、カスケード型アーキテクチャは、中間の投入−産出信号が適切に測定され得る限り、中間のフィードバックを簡単に活用することができ、この手法は、その構造が実際の処理ユニットとより自然に整合するように、改善されたモデル更新をサポートすることができる。
The assumptions here include that the input flow varies more frequently than their characteristics and that the input-output variables can be measured appropriately (in an automated method or in a laboratory).
In particular, the advantages of using a base model structure include designing a limited number of base structures (such as two in the above example), where the base structure depends on how the units and tanks Brings flexibility in how they are connected. For example, processing units and pool tanks can be fixed after configuration, and inventory / characteristic status can be tracked dynamically. The connection between the processing unit and the pool tank is stateless and can be changed on the fly. Moreover, the planning model for the master MPC controller can be configured on the fly. In addition, the cascaded architecture can easily exploit the intermediate feedback as long as the intermediate input-output signal can be measured properly, and this approach is more natural in its structure to match the actual processing unit As such, improved model updates can be supported.
モデル検証技法
制御及び自動化システムのマスタMPCコントローラ302又はその他の構成要素は、マスタMPCコントローラ302によって使用されるプランニングモデルを検証するために、検証技法を実装することができる。図10は、本開示による、カスケード型MPCアーキテクチャにおいて、プランニングモデルを検証するための例示的な技法を示す。図10では、各スレーブMPCコントローラ304a〜304nが少なくとも1つのプロセス要素(処理ユニット又はプールタンク)1002a〜1002rに関連付けられる場合の、コントローラ及びその他のデバイスの階層が示される。各プロセス要素1002a〜1002rは、それぞれ、関連する歩留まり検証ブロック1004a〜1004rを有する。
Model Verification Technique The
特に、歩留まり検証ブロック1004a〜1004rは、物質収支、エネルギー収支、製品特性又はその他のモデル化更新の包絡線計算を含むモデル検証をサポートする。プランニングモデルは、物質、エネルギー、又はその他の要因がモデルにおいてバランスが取れているか確認することによって検証され得る。包絡線計算は、重量又は同等値において行われることが可能で、その結果は、ユーザの選択に基づく種々の単位で提示され得る(重量又は体積など)。温度/密度の補正係数が使用されることが可能で、値は、共通単位(バレル又はトンなど)に換算され得る。特定の業種での物質計量において一般に使用される慣例が、サポートされ得る。
In particular,
検証において、様々なその他のデザイン問題が考えられ得る。例えば、いくつかの測定が、断続的、不十分、非定期的、欠けている、延期される、又は部分的に架空である可能性があり、スキーム(フィルタリング又はバイアス更新など)が、このような変則に対処するために使用され得る。また、ある場合、物質は、(計画外又は測定不能の)規格外のマテリアルリサイクルがある場合、バランスを保てない可能性があり、任意の適切な方法(ユーザ入力などに基づく)で対処され得る。さらに、いくつかのストリームの歩留まりが、保守点検又は異常なプロセス状態を原因として、ある期間でのそれらの「正常」値とは著しく異なる場合があり、再び任意の適切な方法(ユーザ入力などに基づく)で対処され得る。 In verification, various other design issues may be considered. For example, some measurements may be intermittent, inadequate, irregular, missing, deferred, or partially fictitious, and schemes (such as filtering or bias updates) Can be used to address various anomalies. Also, in some cases, the substance may not be balanced if there is non-standard material recycling (unplanned or unmeasurable) and will be dealt with in any appropriate way (based on user input, etc.). obtain. Further, the yield of some streams may differ significantly from their "normal" value over time due to maintenance or abnormal process conditions, and again may be in any suitable way (such as user input). Based).
歩留まり検証ブロック1004a〜1004rは、上で説明されたような集中歩留まりのバイアス更新及び歩留まり検証もサポートすることができる。例えば、歩留まり検証ブロック1004a〜1004rは、物質収支及び量/温度補正を加えることによって、リアルタイムの歩留まりを測定し、それらを交差検証する(cross−validate)ことができる。歩留まり検証ブロック1004a〜1004rは、上で説明された第1の誤差補正スキームを行うこともできる。
Yield verification blocks 1004a-1004r may also support intensive yield bias update and yield verification as described above. For example, yield
マスタ−スレーブ変数に対処するための技法
上で説明されたプロキシ制限は、スレーブMPCコントローラ304a〜304nからの制約が、マスタMPCコントローラ302に受け入れられることを可能にする。図11及び12は、本開示による、カスケード型MPCアーキテクチャにおけるマスタMPCコントローラ及びスレーブMPCコントローラにおいて、変数をリンクするための例示的な技法を示す。この技法は、マスタMPCコントローラ302に、その動作中に、スレーブMPCコントローラ304a〜304nの制約を考慮することを可能にさせる。しかしながら、その他の手法も使用され得ることに留意されたい。
Techniques for Dealing with Master-Slave Variables The proxy restrictions described above allow constraints from
図11に示されるように、マスタMPCコントローラ302は、マスタMPCコントローラ302によって使用される種々のMV又はDVを特定するMV/DV指標1102を有する。マスタMPCコントローラ302によって制御される様々なCV1104は、それらのMV又はDVに影響される可能性がある。スレーブMPCコントローラ304a〜304bによって使用される種々のMV又はDVを特定するMV/DV指標1106もある。スレーブMPCコントローラ304a〜304bによって制御される様々なCV1108〜1110は、それらのMV又はDVに影響される可能性がある。コンジョイント変数(conjoint variable)は、マスタMPCコントローラとスレーブMPCコントローラの両方における同じ変数に相当する(上に説明されたようなマスタコントローラにおけるMV4、スレーブコントローラにおけるMV9など)。コンジョイント変数は、マスタ及びスレーブMPCコントローラにおいて、MV又はDVとして構成され得る。
As shown in FIG. 11,
マスタ及びスレーブCV制約は、MV/DV指標1102での値を、MV/DV指標1106での対応する値に関連付けることによって、結合され得る。このことは、MV/DVイン指標1102及びMV/DV指標1106によって特定された変数が、コンジョイント変数であることを示す。このことは、マスタMPCコントローラ302のプラント全体の最適化に、スレーブMPCコントローラ304a〜304bからのCV制約のいくつか又は全てを含むことを可能にさせる。
Master and slave CV constraints may be combined by associating a value at the MV /
図12に示されるように、スレーブMPCモデルマトリックスがわずかであるとき、スレーブMPCコントローラの少なくとも1つのCVは、プロキシ制限を介してマスタMPCコントローラに「昇格」することができる。プロキシ制限は、MV/DV指標1106の対応する列に関連するMV/DV指標1102の列に現れる。例えば、スレーブMPCコントローラにおけるCV制約が以下のように表されると仮定する。
As shown in FIG. 12, when the slave MPC model matrix is small, at least one CV of the slave MPC controller can be "promoted" to a master MPC controller via a proxy restriction. Proxy restrictions appear in the columns of the MV /
このCV制約は、この数式を使用して、マスタMPCコントローラにおけるCVプロキシ制限として使用され得る。 This CV constraint can be used as a CV proxy restriction at the master MPC controller using this formula.
これは、スレーブMPCコントローラの制約が、マスタMPCコントローラに受け入れられ、それによって使用されることが可能である、1つの例示的な方法を表す。
例示的な方法
図13は、本開示による、産業用プロセス制御及び自動化システムにおいて、カスケード型MPCコントローラを使用するための例示的な方法1300を示す。説明を簡単にするために、方法1300は、制御及び自動化システム100において動作することのできる、カスケード型MPCアーキテクチャ300に関して説明される。方法1300は、任意のその他の適切なカスケード型MPCアーキテクチャと共に、任意のその他の適切なシステムにおいて使用され得る。
This represents one exemplary way in which the constraints of the slave MPC controller can be accepted and used by the master MPC controller.
Exemplary Method FIG. 13 illustrates an
図13に示されるように、ステップ1302において、プランニングモデルが、マスタMPCコントローラにおいて得られ、ステップ1304において、MPCモデルが、スレーブMPCコントローラにおいて得られる。このことは、例えば、プランニングモデル200を生成する、又は単一期間のプランニングモデルなどの、既存のプランニングモデル200を再利用することを含むことができる。このことは、標準技法を使用するなどによって、MPCモデル250を生成することも含むことができる。
As shown in FIG. 13, at
ステップ1306において、カスケード型MPCアーキテクチャの動作中、照会最適化呼び出しが、マスタMPCコントローラからスレーブMPCコントローラに送信される。照会最適化呼び出しは、スレーブMPCコントローラが、それらのMV値に対して、それらの制約に反することなく何らかの変更が行われ得るか否か(また、どの程度まで変更が行われ得るか)を判定することを要求することができる。ステップ1308において、スレーブMPCコントローラは、それらの制約に関連するプロキシ制限値をマスタMPCコントローラに送信することによって、応答する。このことは、例えば、スレーブMPCコントローラが、どの程度まで何らかの変更がそれらのMV値に対して行われ得るか、どの制約が破られる可能性があるかを特定することを含むことができる。これらの機能に関するさらなる詳細が、以下に提供される。
In
ステップ1310において、プランニングモデルは、プロキシ制限値を使用した最適化動作の間に、マスタMPCコントローラによって操作される。このことは、例えば、マスタMPCコントローラが、複数のスレーブMPCコントローラからのプロキシ制限値を、マスタMPCコントローラの制御及び経済最適化定式において、組み合わせることを含むことができる。同時に、ステップ1312において、MPCモデルは、制御動作の間、スレーブMPCコントローラによって操作される。このことは、例えば、スレーブMPCコントローラが、それらの機能がマスタMPCコントローラによって生成された制御及び経済最適化定式に基づく、標準MPC機能を果たすことを含むことができる。この方法では、ステップ1314において、一体化プランニング/最適化及び制御機能が、制御及び自動化システムにおいて起こる可能性がある。
In
図13は、産業用プロセス制御及び自動化システムにおいて、カスケード型MPCコントローラを使用するための方法1300の1つの例を示すが、様々な変更が図13に対して行われてもよい。例えば、一連のステップとして示されているが、図13での様々なステップは、重複して起こる、並行して起こる、異なる順序で起こる、又は任意の回数起こる可能性がある。
Although FIG. 13 illustrates one example of a
実行可能領域推定
図14から18は、本開示によるカスケード型MPCをサポートするために実行可能領域に関連するプロキシ制限を生成するための例示的技法を示す。スレーブMPCコントローラの制約は、任意の適切な方法で、マスタMPCコントローラのプランニング動作に組み込まれることが可能である。例えば、図14は、スレーブMPCコントローラの自由なMVが、それらの現在の値に固定される場合、スレーブコントローラのCV制約が、マスタコントローラのMV空間1400にプロットされ得ることを示す。一般に、スレーブコントローラのMV制限は、マスタコントローラのMV空間1400に単純な境界線として現れ、スレーブコントローラのCV制限は、線形制約として現れる。これらの制限間の実行可能領域1402は、スレーブMPCコントローラの全ての制約を満たしつつ、マスタMPCコントローラによって選択され得る値の考えられる組合せを定義する。スレーブコントローラの制約によって定義される実行可能領域1402の形は、一般に、多角形又は多面体である。
Feasible Region Estimation FIGS. 14-18 illustrate exemplary techniques for generating a proxy restriction associated with a feasible region to support cascaded MPC according to the present disclosure. Slave MPC controller constraints can be incorporated into the master MPC controller planning operation in any suitable manner. For example, FIG. 14 shows that if the free MVs of the slave MPC controllers are fixed at their current values, the slave controller's CV constraints may be plotted in the master controller's
図15に示されるように、スレーブMPCコントローラの自由なMVが、その他の値をとる場合(何らかの理由で)、実行可能領域1402の形は、変わる。影付きバー1502は、これらの制約がどのようにシフトし得るかを示す。同様に、スレーブコントローラのモデルゲインがオンザフライで更新される場合、これらのCV制約の傾斜は、それに応じて変わり得る。
As shown in FIG. 15, if the free MV of the slave MPC controller takes any other value (for any reason), the shape of the
マスタMPCコントローラとスレーブMPCコントローラとの間に1つのコンジョイント変数がある場合、実行可能領域1402の大きさが、図16に示される実行可能領域1602などに、縮小され得る。このことは、ある時点で小さな変更を加えることによって、所与の方向に、マスタMPCコントローラのMV/DVを押したい場合に達成され得る。その場合、実行可能空間の狭い帯のみが使用される。この実行可能領域1602の高低の値は、自由なスレーブコントローラのMVに対して適切な位置を見つけることによって計算され得る。最大値は、スレーブコントローラがそのMV2値を最大にするための、マスタコントローラからの照会最適化呼び出しによって計算され得る。最小値は、スレーブコントローラがそのMV2値を最小にするための、マスタコントローラからの照会最適化呼び出しによって計算され得る。最大化目的関数は、製品の寄与値とその他の局所最適化構成要素を含むように増大され得る。寄与値の場合、ユニットが、より有益な歩留まりプロファイルにプッシュされ得る。
If there is one conjoint variable between the master MPC controller and the slave MPC controller, the size of
マスタMPCコントローラとスレーブMPCコントローラとの間に2つ以上のコンジョイント変数がある場合、実行可能領域1702は、図17に示されるように定義され得る。やはり、実行可能領域1702は、スレーブMPCコントローラの様々なMV及びCV制限によって定義される多角形又は多面体を表す。実行可能領域1702内部の任意の点は、実行可能である及びスレーブMPCコントローラによって実装され得る最適化ソリューションを作成するために使用することができる。スレーブMPCコントローラにおけるMVの現在の値は、実行可能領域1702内である現在のMV点1704を定義する。
If there is more than one conjoint variable between the master MPC controller and the slave MPC controller, the
現在のMV点1704を使用して、マスタMPCコントローラは、以下のように実行可能領域1702の形を推定することができる。複数の方向1706a〜1706dの各々において、マスタMPCコントローラは、スレーブコントローラがMV1又はMV2値を最大に又は最小にするための照会最適化呼び出し(inquiry optimization call)を行う。例えば、方向1706aにおいて、マスタMPCコントローラは、スレーブコントローラがそのMV1値を最大にするための照会最適化呼び出しを行う。方向1706bにおいて、マスタMPCコントローラは、スレーブコントローラがそのMV1値を最小にするための照会最適化呼び出しを行う。方向1706cにおいて、マスタMPCコントローラは、スレーブコントローラがそのMV2値を最大にするための照会最適化呼び出しを行う。方向1706dにおいて、マスタMPCコントローラは、スレーブコントローラがそのMV2値を最小にするための照会最適化呼び出しを行う。これらの照会最適化呼び出しによって特定された4つの点は、プランニング最適化を実行するときにマスタMPCコントローラによって使用され得る、推定の実行可能領域1708を定義する。この方法で、マスタMPCコントローラは、特定されたソリューションがスレーブMPCコントローラによって実装され得ることを確実にするのを助ける。
Using the
図17において、マスタMPCコントローラは、4つの異なる方向に関連する照会最適化呼び出しを行うことに留意されたい。しかしながら、照会最適化呼び出しの数及びそれらの照会最適化呼び出しに関連する方向は、変化し得る。一般に、マスタMPCコントローラが、3つ以上の方向に関連する照会最適化呼び出しを行う限り、マスタMPCコントローラは、スレーブMPCコントローラの実行可能領域内の多次元空間を特定することができる。図18において、例えば、現在のMV点1804は、スレーブMPCコントローラの実行可能領域1802内にある。マスタMPCコントローラは、45°間隔の8つの方向1806に関連する照会最適化呼び出しを行う。これらの照会最適化呼び出しの結果は、マスタMPCコントローラによってやはり使用され得る推定の実行可能領域1808を定義する。
Note that in FIG. 17, the master MPC controller makes query optimization calls related to four different directions. However, the number of query optimization calls and the direction associated with those query optimization calls can vary. In general, as long as the master MPC controller makes query optimization calls involving more than two directions, the master MPC controller can identify a multidimensional space within the executable area of the slave MPC controller. In FIG. 18, for example, the
いくつかの実施形態において、照会最適化呼び出し及び関連機能は、以下のように実装することができる。照会最適化呼び出しに応答して、スレーブMPCコントローラは、以下を最小にすることを要求される: In some embodiments, the query optimization call and related functions can be implemented as follows. In response to the query optimization call, the slave MPC controller is required to minimize:
bLO≦Acxconj+Ajxfree≦bHi (18)
dtxconj=0 (19)
但し、
b LO ≦ A c x conj + A j x free ≦ b Hi (18)
d t x conj = 0 (19 )
However,
図18に示される例の特定の実装形態において、マスタMPCコントローラは、ct及びdt値の様々な値で表5に示される8つの照会最適化呼び出しを行うことができる。 In the particular implementation of the example shown in FIG. 18, the master MPC controller may make the eight query optimization calls shown in Table 5 with various values of the ct and dt values.
表5の最初の4つの呼び出しは、図17に示される照会最適化呼び出しを行うために使用することができる。
表5に示される照会最適化呼び出しは、45°間隔になるように方向を定義することに留意されたい。しかしながら、照会最適化呼び出しは、以下のように任意の適切な方向を定義するように拡張され得る。
The first four calls in Table 5 can be used to make the query optimization calls shown in FIG.
Note that the query optimization calls shown in Table 5 define the directions to be at 45 ° intervals. However, the query optimization call can be extended to define any suitable direction as follows.
ここで here
は、ベクトルctのゼロ空間として定義される。この定義は、照会最適化呼び出しが任意の所望の方向で生じることを可能にし、nまでの照会最適化呼び出しが、特定の現在のMV点についてマスタMPCコントローラによって行われ得る。 It is defined as the null space of the vector c t. This definition allows query optimization calls to occur in any desired direction, and up to n query optimization calls can be made by the master MPC controller for a particular current MV point.
各照会最適化呼び出しに応答して返される値は、図12に示されるようにマスタMPCコントローラによってプロキシ制約として使用され得る。例えば、4つまでのプロキシ制約は、図17に示されるマスタMPCコントローラによって使用することができ、8つまでのプロキシ制約は、図18のマスタMPCコントローラによって使用され得る。これらのプロキシ制約は、マスタMPCコントローラによって特定される任意のソリューションがスレーブMPCコントローラの実際の実行可能領域内に入ることをマスタMPCコントローラが確実にすることを可能にする。 The value returned in response to each query optimization call may be used as a proxy constraint by the master MPC controller as shown in FIG. For example, up to four proxy constraints may be used by the master MPC controller shown in FIG. 17, and up to eight proxy constraints may be used by the master MPC controller of FIG. These proxy constraints allow the master MPC controller to ensure that any solution specified by the master MPC controller falls within the actual executable area of the slave MPC controller.
前述の手法は、スレーブMPCコントローラのCV/MV制約によって定義される実行可能空間を概算するための一般的方法を提供する。本手法は、スレーブMPCコントローラの実際の実行可能空間の形又はスレーブMPCコントローラにおける制約の数に関わらず機能する。しかしながら、特定の照会最適化呼び出しに関連する方向を選択してスレーブMPCコントローラの実際の実行可能領域をより厳密に推定するのを助けることもまた可能である。例えば、特定の照会最適化呼び出しに関連する方向は、スレーブMPCコントローラのすぐ近くのCV又はMV制限にほぼ垂直になるように選択することができる。これは、スレーブMPCコントローラのCV制約がその境界線に近づくときに、特に有用である可能性があり、照会最適化呼び出しは、具体的に、そのCV制約を表すために行われ得る。ここで、照会最適化呼び出しは、表7に示されるように定義され得る。 The foregoing approach provides a general method for estimating the executable space defined by the slave MPC controller's CV / MV constraints. This approach works regardless of the actual executable space of the slave MPC controller or the number of constraints on the slave MPC controller. However, it is also possible to select the direction associated with a particular query optimization call to help more closely estimate the actual executable area of the slave MPC controller. For example, the direction associated with a particular query optimization call can be selected to be approximately perpendicular to the CV or MV limit in the immediate vicinity of the slave MPC controller. This can be particularly useful when the slave MPC controller's CV constraint approaches its boundaries, and a query optimization call can be specifically made to represent the CV constraint. Here, the query optimization call may be defined as shown in Table 7.
ここで、 here,
は、ajのゼロ空間として定義される。
1つ又は2つのみのコンジョイント変数が上で説明されたが、本明細書に記載の手法は、任意の数のコンジョイント変数に拡張され得ることに留意されたい。本手法は、マスタMPCコントローラが、それらの制約によって定義される実行可能領域でプラントの動作を最適化しつつ、各々のそのスレーブMPCコントローラの制約を考慮することを可能にする。スレーブMPCコントローラのCV/MV制限は、2次元にプロットされるものとしてここでは示されるが、スレーブMPCコントローラのための実行可能領域は、3次元以上で定義され得ることにも留意されたい。照会最適化呼び出しは、多次元実行可能領域を推定する多次元空間を定義するために、3次元以上で行われ得る。
Is defined as the null space of a j .
Although only one or two conjoint variables have been described above, it should be noted that the techniques described herein can be extended to any number of conjoint variables. This approach allows the master MPC controller to take into account the constraints of each of its slave MPC controllers, while optimizing the operation of the plant in the workable area defined by those constraints. Although the CV / MV limits of the slave MPC controller are shown here as being plotted in two dimensions, it should also be noted that the executable area for the slave MPC controller can be defined in more than two dimensions. Query optimization calls can be made in three or more dimensions to define a multidimensional space that estimates a multidimensional executable region.
図19は、本開示によるカスケード型MPCをサポートするためにプロキシ制限を計算するための例示的方法1900を示す。具体的には、本方法1900は、マスタMPCコントローラでスレーブMPCコントローラの実行可能領域を推定するために使用することができる。図19に示されるように、スレーブMPCコントローラの現在のオペレーティング点が、ステップ1902で特定される。これは、例えば、マスタMPCコントローラ302内の処理デバイスがスレーブMPCコントローラ304a〜304nの現在のMV値を特定するステップを含み得る。
FIG. 19 shows an
スレーブMPCコントローラの現在のオペレーティング点からの移動の方向が、ステップ1904で選択される。これは、例えば、マスタMPCコントローラ302内の処理デバイスが所定の方向又はスレーブMPCコントローラ304a〜304nのMV/CV制限を定義する線に垂直な方向を選択するステップを含み得る。照会最適化呼び出しが、どの程度までスレーブMPCコントローラの1つ又は複数のMVが選択された方向にステップ1906でプッシュされ得るかを特定するために、スレーブMPCコントローラに行われ、どの程度までスレーブMPCコントローラの1つ又は複数のMVが選択された方向にプッシュされ得るかの特定表示が、ステップ1908で受信される。これは、例えば、マスタMPCコントローラ302内の処理デバイスが、スレーブMPCコントローラ304a〜304nが、制約に違反すること及びスレーブMPCコントローラ304a〜304nから特定表示を受信することなく、どの程度まで選択された方向において1つ又は複数のMVをプッシュすることができるかをスレーブMPCコントローラ304a〜304nが特定することを要求するステップを含み得る。言い換えれば、スレーブMPCコントローラ304a〜304nは、選択された方向においてそのプロキシ制限を特定する。ステップ1910でテストされるべき方向がもっとある場合、プロセスは、ステップ1904に戻って別の方向を選択し、別の照会最適化呼び出しを発行する。
The direction of movement of the slave MPC controller from the current operating point is selected at
全ての方向が照会された後は、スレーブMPCコントローラの実行可能領域の推定値が、ステップ1912で生成される。これは、例えば、マスタMPCコントローラ302内の処理デバイスが、スレーブMPCコントローラ304a〜304nからプロキシ制限によって定義される多次元空間を特定するステップを含み得る。この推定の実行可能領域は、ステップ1914でプランニング最適化ソリューションを特定するためにマスタMPCコントローラによって使用される。マスタMPCコントローラ302によって特定される推定の実行可能領域は、スレーブMPCコントローラ304a〜304nに関連する実際の実行可能領域内にあるので、マスタMPCコントローラ302によって特定されるソリューションは、スレーブMPCコントローラ304a〜304nについて実行可能であることになる。
After all directions have been queried, an estimate of the slave MPC controller's executable area is generated at
図19は、カスケード型MPCをサポートするためにプロキシ制限を計算するための方法1900の一例を示すが、様々な変更が図19に行われる可能性があり、例えば、一連のステップとして示されているが、図19の様々なステップは、重複して起こる、並行して起こる、異なる順序で起こる、又は任意の回数起こる可能性がある。
FIG. 19 shows an example of a
結論
本開示は、プランニングと制御との間の隙間を埋める新規のカスケード型MPCアーキテクチャを提供した。このアーキテクチャは、ユニットレベルにおけるスレーブMPCコントローラなどの、1つ又は複数のスレーブMPCコントローラにわたってカスケード接続されたマスタMPCコントローラを含む。マスタMPCコントローラは、プランニングモデルを使用して、プラント内部の生産在庫、製造活動、及び製品品質を制御するなどを行う。スレーブMPCコントローラは、それらの今後の予測及びオペレーティング制約をマスタMPCコントローラに、プロキシ制限などを介して提供する。多層MPCカスケードに埋め込まれたリアルタイムプランニングソリューリョンは、下位レベルのオペレーティング制約を遵守し、手動で変換されることをもう必要としない。プランニングモデルと制御モデルの両方をオンラインで交差活用することによって、MPCカスケードアーキテクチャは、閉ループ制御システム内で、プラント全体の最適化をリアルタイムで実行し、スレーブMPCコントローラを通して、ジャストインタイムの生産計画を自動的に遂行することを可能にする。加えて、マスタMPCコントローラが、スレーブMPCコントローラによって実装され得るソリューションを生成することができるように、マスタMPCコントローラがスレーブMPCコントローラの実行可能領域を推定することを可能にするための技法が、提供される。
Conclusion The present disclosure has provided a novel cascaded MPC architecture that bridges the gap between planning and control. This architecture includes a master MPC controller cascaded across one or more slave MPC controllers, such as a slave MPC controller at the unit level. The master MPC controller uses the planning model to control production inventory, manufacturing activities, and product quality inside the plant. The slave MPC controllers provide their future predictions and operating constraints to the master MPC controller, such as through proxy restrictions. Real-time planning solutions embedded in a multi-layer MPC cascade adhere to lower-level operating constraints and no longer need to be converted manually. By cross-utilizing both the planning model and the control model online, the MPC cascade architecture performs real-time plant-wide optimization in a closed-loop control system and provides just-in-time production planning through a slave MPC controller. Allows you to carry out automatically. In addition, techniques are provided for enabling the master MPC controller to estimate the executable area of the slave MPC controller so that the master MPC controller can generate a solution that can be implemented by the slave MPC controller. Is done.
いくつかの実施形態において、本特許書類において説明された様々な機能が、コンピュータ可読プログラムコードから形成され、かつコンピュータ可読媒体に埋め込まれたコンピュータプログラムによって実装又はサポートされる。「コンピュータ可読プログラムコード」という成句は、ソースコード、オブジェクトコード、及び実行可能コードを含む、任意のタイプのコンピュータコードを含む。「コンピュータ可読媒体」という成句は、読み取り専用メモリ(ROM:Read Only Memory)、ランダムアクセスメモリ(RAM:Random Access Memory)、ハードディスクドライブ、コンパクトディスク(CD:Compact Disc)、デジタルビデオディスク(DVD:Digital Video Disc)、又は任意のその他のタイプのメモリなどの、コンピュータによってアクセスされることが可能な任意のタイプの媒体を含む。「非一時的」コンピュータ可読媒体は、一時的電気信号又はその他の信号を伝送する、有線、無線、光、又はその他の通信リンクを含まない。非一時的コンピュータ可読媒体は、データが永続的に格納され得る媒体と、書き換え可能光ディスク又は消去可能メモリデバイスなどの、データが格納され、後で上書きされることが可能な媒体を含む。 In some embodiments, various functions described in this patent document are implemented or supported by computer programs formed from computer readable program code and embedded in computer readable media. The phrase “computer-readable program code” includes any type of computer code, including source code, object code, and executable code. The phrase “computer readable medium” is read-only memory (ROM: Read Only Memory), random access memory (RAM: Random Access Memory), hard disk drive, compact disk (CD: Compact Disc), digital video disk (DVD: Digital) Includes any type of media that can be accessed by a computer, such as a Video Disc or any other type of memory. "Non-transitory" computer-readable media does not include wired, wireless, optical, or other communication links that carry transitory electrical or other signals. Non-transitory computer-readable media include media on which data can be stored permanently and media on which data can be stored and later overwritten, such as rewritable optical disks or erasable memory devices.
本特許書類を通して使用されるいくつかの単語及び成句の定義を示すことは有益であり得る。「アプリケーション」及び「プログラム」という用語は、1つ又は複数のコンピュータプログラム、ソフトウェア構成要素、命令セット、手順、機能、オブジェクト、クラス、インスタンス、関連データ、又は適切なコンピュータコード(ソースコード、オブジェクトコード、又は実行可能コードを含む)での実装形態に適合されるそれらの一部を指す。「communicate(通信する)」という用語及びそれの派生語は、直接、間接両方の通信を含む。「include(含む)」、「comprise(含む、備える)」という用語、及びそれらの派生語は、制限なしの包含を意味する。「or(又は)」という用語は、包含的であり、「and/or(及び/又は)」を意味する。「associated with(に関連する)」という成句及びそれの派生語は、含む、〜内に含まれる、〜と相互接続する、包含する、〜内に包含される、〜に又は〜と接続する、〜に又は〜と結合する、〜と通信可能である、〜と連携する、相互配置する、並置する、〜に近接する、〜に又は〜と結び付けられる、有する、〜の特性を有する、〜への又は〜との関係を有する、あるいは同様のものを含むことを意味し得る。「at least one of(少なくとも1つの)」という成句は、項目リストで使用される場合、列挙された項目のうちの1つ又は複数の種々の組合せが使用され得る、またリスト内のただ1つの項目が必要とされ得ることを意味する。例えば、「at least one of: A,B,and C(A、B、及びCのうちの少なくとも1つの)」は、A、B、C、AとB、AとC、BとC、AとBとCの組合せのうちのいずれかを含む。 It may be helpful to provide definitions of some words and phrases used throughout this patent document. The terms "application" and "program" refer to one or more computer programs, software components, instruction sets, procedures, functions, objects, classes, instances, associated data, or appropriate computer code (source code, object code). , Or executable code (including executable code). The term "communicate" and its derivatives include both direct and indirect communication. The terms “include”, “comprise”, and derivatives thereof, mean inclusion without limitation. The term “or” is inclusive and means “and / or”. The phrase “associated with” and its derivatives include, include, be included in, interconnect with, include, be included in, connect to, or connect with, Is associated with, is capable of communicating with, cooperates with, co-arranges, juxtaposes, is in proximity to, has, is associated with, has, has characteristics of, to Or mean having, or including the like. The phrase “at least one of (at least one)” when used in a list of items, may be used in various combinations of one or more of the listed items, and only one in the list. It means that the item can be needed. For example, “at least one of: A, B, and C (at least one of A, B, and C)” is A, B, C, A and B, A and C, B and C, A And any of the combinations of B and C.
本開示は、特定の実施形態と、それに一般に関連する方法を説明したが、これらの実施形態及び方法の修正、置換が、当業者には明らかであろう。従って、例示的な実施形態の上の説明は、本開示を定義又は制約するものではない。その他の変更、代用、及び修正もまた、以下の特許請求の範囲によって定義されるような、本開示の趣旨及び範囲から外れない限り、可能である。 Although this disclosure has described certain embodiments and methods generally associated therewith, modifications and permutations of these embodiments and methods will be apparent to those skilled in the art. Accordingly, the above description of the exemplary embodiments does not define or limit the present disclosure. Other changes, substitutions, and modifications are also possible without departing from the spirit and scope of the present disclosure, as defined by the following claims.
Claims (5)
前記照会最適化呼び出しの各々に応答して、マスタモデル予測制御(MPC)コントローラでスレーブMPCコントローラから情報を受信するステップであって、前記情報が、前記スレーブMPCコントローラが、前記スレーブMPCコントローラのプロセス変数制約に反することなく、どの程度まで、変数空間内で、複数の操作変数のそれぞれの操作変数を、それぞれの前記照会最適化呼び出しに対応する方向に変更することができるかを示し、前記変数空間が、前記プロセス変数制約によって規定された第1の実行可能領域を含むステップと、
前記情報を使用して前記スレーブMPCコントローラに関連する第2の実行可能領域を推定するステップであって、前記第2の実行可能領域が、前記複数の操作変数の操作変数値の組合せが前記プロセス変数制約を満たす、前記第1の実行可能領域の一部を特定する、ステップと、
前記第2の実行可能領域を使用して前記マスタMPCコントローラでプラント全体の最適化を実行するステップであって、前記プラント全体の最適化の間に生成されるソリューションが、前記第2の実行可能領域内の前記操作変数値の組合せのうちの1つを含む、ステップと
を含み、
前記情報を受信するステップが、前記照会最適化呼び出しに応答して前記スレーブMPCコントローラからプロキシ制限値を受信するステップを含み、
各プロキシ制限値が、前記スレーブMPCコントローラが前記プロセス変数制約に違反することなく前記操作変数を変更することができる前記変数空間内の前記方向のうちの1つにおける最大距離を特定し、
前記プロキシ制限値が、前記スレーブMPCコントローラの前記プロセス変数制約に関連する制限値を、前記マスタMPCコントローラの前記変数空間に移すことの結果として得られた、前記マスタMPCコントローラの前記変数空間内の制限値である、
方法。 Sending a plurality of query optimization calls from a master model predictive control (MPC) controller to a slave MPC controller, wherein each query optimization call is associated with a different one of a plurality of directions in a variable space. things and,
Receiving information from a slave MPC controller at a master model predictive control (MPC) controller in response to each of the query optimization calls, the information being transmitted to the slave MPC controller by a process of the slave MPC controller. without violating the variable restriction, to what extent, in the variable space, each of the manipulated variables of the plurality of operation variables, indicates whether it is possible to change in a direction corresponding to each of the query optimization call, the A variable space including a first executable region defined by the process variable constraints ;
Estimating a second executable region associated with the slave MPC controller using the information, wherein the second executable region determines that a combination of manipulated variable values of the plurality of manipulated variables is the process variable; Identifying a portion of the first executable region that satisfies a variable constraint;
Performing a whole plant optimization at the master MPC controller using the second executable region, wherein the solution generated during the whole plant optimization is the second executable It comprises one of a combination of the manipulated variable values in the region, and a step seen including,
Receiving the information comprises receiving a proxy limit from the slave MPC controller in response to the query optimization call;
Each proxy limit specifies a maximum distance in one of the directions in the variable space within which the slave MPC controller can change the manipulated variable without violating the process variable constraints;
The proxy limit value in the variable space of the master MPC controller resulting from transferring a limit value associated with the process variable constraint of the slave MPC controller to the variable space of the master MPC controller. The limit value,
Method.
をさらに含み、
前記複数の方向のうちの少なくとも1つの方向が、前記スレーブMPCコントローラに関連する線形変数制限にほぼ垂直な方向を含む、請求項1に記載の方法。 Identifying at least one of the plurality of directions,
The method of claim 1, wherein at least one of the plurality of directions comprises a direction substantially perpendicular to a linear variable limit associated with the slave MPC controller.
複数の照会最適化呼び出しを、スレーブMPCコントローラに送信することであって、各照会最適化呼び出しが、変数空間内の複数の方向の中の異なった方向に関連付けられることと、
前記照会最適化呼び出しの各々に応答して、前記スレーブMPCコントローラから情報を受信することであって、前記情報が、前記スレーブMPCコントローラが、前記スレーブMPCコントローラのプロセス変数制約に反することなく、どの程度まで変数空間内で、複数の操作変数のそれぞれの操作変数を、それぞれの前記照会最適化呼び出しに対応する方向に変更することができるかを示し、前記変数空間が、前記プロセス変数制約によって規定される第1の実行可能領域を含むことと、
を行うように構成された少なくとも1つのネットワークインターフェースと、
前記情報を使用して前記スレーブMPCコントローラに関連する第2の実行可能領域を推定し、前記第2の実行可能領域が、前記複数の操作変数の操作変数値の組合せが前記プロセス変数制約を満たす、前記第1の実行可能領域の一部を特定し、
前記第2の実行可能領域を使用してプラント全体の最適化を実行し、前記プラント全体の最適化の間に生成されるソリューションが、前記第2の実行可能領域内の前記操作変数値の組合せのうちの1つを含む、
ように構成される、少なくとも1つの処理デバイスと、
を備え、
前記少なくとも1つの処理デバイスが、前記照会最適化呼び出しに応答して前記スレーブMPCコントローラからプロキシ制限値を受信するように構成され、
各プロキシ制限値が、前記スレーブMPCコントローラが前記プロセス変数制約に違反することなく前記操作変数を変更することができる前記変数空間内の前記方向のうちの1つにおける最大距離を特定し、
前記プロキシ制限値が、前記スレーブMPCコントローラの前記プロセス変数制約に関連する制限値を、前記マスタMPCコントローラの前記変数空間に移すことの結果として得られた、前記マスタMPCコントローラの前記変数空間内の制限値である、
装置。 A master model predictive control (MPC) controller, wherein the MPC controller comprises:
Sending a plurality of query optimization calls to a slave MPC controller, wherein each query optimization call is associated with a different one of a plurality of directions in a variable space;
Receiving information from the slave MPC controller in response to each of the query optimization calls , wherein the information indicates that the slave MPC controller does not violate process variables constraints of the slave MPC controller. extent in the variable space, each of the manipulated variables of the plurality of operation variables, indicates whether it is possible to change in a direction corresponding to each of the query optimization call, the variable space, by the process variable constraint Including a defined first executable region;
At least one network interface configured to perform
Using the information to estimate a second executable region associated with the slave MPC controller, wherein the second executable region is such that a combination of manipulated variable values of the plurality of manipulated variables satisfies the process variable constraint. , Identifying a portion of the first executable region ,
Using said second execution region performs optimizations of the entire plant, solutions that are produced during the optimization of the whole plant, the combination of the manipulated variable value of the second executable area including one of the,
At least one processing device , configured to :
With
The at least one processing device is configured to receive a proxy limit from the slave MPC controller in response to the query optimization call;
Each proxy limit specifies a maximum distance in one of the directions in the variable space within which the slave MPC controller can change the manipulated variable without violating the process variable constraints;
The proxy limit value in the variable space of the master MPC controller resulting from transferring a limit value associated with the process variable constraint of the slave MPC controller to the variable space of the master MPC controller. The limit value,
apparatus.
マスタモデル予測制御(MPC)コントローラからスレーブMPCコントローラに複数の照会最適化呼び出しを送信するステップであって、各照会最適化呼び出しが、変数空間内の複数の方向の内の異なった方向に関連付けられるものと、
前記照会最適化呼び出しの各々に応答して、前記マスタモデル予測制御(MPC)コントローラで前記スレーブMPCコントローラから情報を受信するステップであって、前記情報が、前記スレーブMPCコントローラが、前記スレーブMPCコントローラのプロセス変数制約に反することなく、どの程度まで、変数空間内で、複数の操作変数のそれぞれの操作変数を、それぞれの前記照会最適化呼び出しに対応付けられた方向に変更することができるかを示し、前記変数空間が、前記プロセス変数制約によって規定された、第1の実行可能領域を含むステップと、
前記情報を使用して前記スレーブMPCコントローラに関連する第2の実行可能領域を推定するステップであり、前記第2の実行可能領域が、前記複数の操作変数の操作変数値の組合せが前記プロセス変数制約を満たす前記第1の実行可能領域の一部を特定する、ステップと、
前記第2の実行可能領域を使用して前記マスタMPCコントローラでプラント全体の最適化を実行するステップであって、前記プラント全体の最適化の間に生成されるソリューションが、前記第2の実行可能領域内の前記操作変数値の組合せのうちの1つを含む、ステップと、
を実行させ、
前記情報が、前記スレーブMPCコントローラからのプロキシ制限値を含み、
各プロキシ制限値が、前記スレーブMPCコントローラが前記プロセス変数制約に違反することなく前記操作変数を変更することができる前記変数空間内の前記方向のうちの1つにおける最大距離を特定し、
前記プロキシ制限値が、前記スレーブMPCコントローラの前記プロセス変数制約に関連する制限値を、前記マスタMPCコントローラの前記変数空間に移すことの結果として得られた、前記マスタMPCコントローラの前記変数空間内の制限値である、
る、
非一時的コンピュータ可読媒体。 A non-transitory computer readable medium comprising computer program, said computer program comprising computer readable program code, the computer readable program code is executed, to at least one processing device,
Sending a plurality of query optimization calls from a master model predictive control (MPC) controller to a slave MPC controller, wherein each query optimization call is associated with a different one of a plurality of directions in a variable space. things and,
In response to each of the query optimization call, comprising the steps of receiving information from the slave MPC controller by the master model predictive control (MPC) controller, wherein the information, the slave MPC controller, said slave MPC controller Without violating the process variable constraints, to what extent in the variable space, each manipulated variable of the plurality of manipulated variables can be changed in the direction associated with each of the query optimization calls. shown by the variable space, said defined by process variable constraint, the steps comprising a first feasible region,
Estimating a second executable region associated with the slave MPC controller using the information, wherein the second executable region is a combination of the manipulated variable values of the plurality of manipulated variables is the process variable. Identifying a portion of the first executable region that satisfies a constraint;
Performing a whole plant optimization at the master MPC controller using the second executable region, wherein the solution generated during the whole plant optimization is the second executable Including one of the combinations of the manipulated variable values in a region ;
And execute
The information includes a proxy limit from the slave MPC controller;
Each proxy limit specifies a maximum distance in one of the directions in the variable space within which the slave MPC controller can change the manipulated variable without violating the process variable constraints;
The proxy limit value in the variable space of the master MPC controller resulting from transferring a limit value associated with the process variable constraint of the slave MPC controller to the variable space of the master MPC controller. The limit value,
,
Non-transitory computer readable media.
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