JP6962042B2 - Simulation equipment and simulation method - Google Patents
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Description
本発明は、プラント装置の運転状態を予測するシミュレーション装置およびシミュレーション方法に関するものである。 The present invention relates to a simulation device and a simulation method for predicting an operating state of a plant device.
従来から、化学プラント、発電プラント、熱処理プラント等の各種プラントにおけるプラント装置によるプロセスに関するシミュレーションを行う装置が用いられている。例えば、下記特許文献1は、対象プロセスのモデルに基づいたプロセスシミュレーションに関して開示する。このプロセスシミュレーションは対象のプラント(以下、「実プラント」という。)の設備とは別のコンピュータ等のシステム上で実行される。 Conventionally, an apparatus for simulating a process by a plant apparatus in various plants such as a chemical plant, a power generation plant, and a heat treatment plant has been used. For example, Patent Document 1 below discloses a process simulation based on a model of a target process. This process simulation is executed on a system such as a computer different from the equipment of the target plant (hereinafter referred to as "actual plant").
一方、近年では、シミュレータを実プロセスと並行して動作させ、シミュレータの動作を実プラントにおける実際のプロセス(以下、「実プロセス」という。)の動作に適合させるようなシミュレーションの技術が盛んに研究されている。例えば、下記特許文献2,3および下記非特許文献1には、実プロセスから得られた各物理量の計測データ(温度、圧力、流量、組成等)とシミュレーション結果とが同期するように動作するトラッキングシミュレータを用いて、プラント装置の将来の運転状態をシミュレートすることが開示されている。 On the other hand, in recent years, there has been active research on simulation technology that operates a simulator in parallel with an actual process and adapts the operation of the simulator to the operation of an actual process in an actual plant (hereinafter referred to as "actual process"). Has been done. For example, in the following Patent Documents 2 and 3 and the following Non-Patent Document 1, tracking that operates so that the measurement data (temperature, pressure, flow rate, composition, etc.) of each physical quantity obtained from the actual process and the simulation result are synchronized with each other. It is disclosed that a simulator is used to simulate the future operating state of the plant equipment.
しかしながら、上記の従来のトラッキングシミュレータを用いた技術においては、将来の実プラントの運転条件の変更、将来の気象変化などの外乱条件の変化等を考慮した将来のプラント装置の運転状態の予測を実現することは困難である。加えて、実プラントの特性の劣化を考慮した将来のプラント装置の運転状態の予測を実現することも困難である。 However, in the above-mentioned technology using the conventional tracking simulator, it is possible to predict the operating state of the plant equipment in the future in consideration of future changes in the operating conditions of the actual plant and changes in disturbance conditions such as future weather changes. It's difficult to do. In addition, it is difficult to predict the operating state of the plant equipment in the future in consideration of the deterioration of the characteristics of the actual plant.
そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、将来のプラント装置の運転状態を正確に予測することが可能なシミュレーション装置およびシミュレーション方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a simulation device and a simulation method capable of accurately predicting the operating state of a plant device in the future.
上記課題を解決するため、本発明の一側面に係るシミュレーション装置は、プラント装置の運転状態を予測するシミュレーション装置であって、外部のトラッキングシミュレータ装置による運転状態のトラッキングにおいて設定されたシミュレーションモデルの調整パラメータを、トラッキングシミュレータ装置によるトラッキング時に実プラントから得られたプラント装置の運転条件の情報に関連付けて蓄積するパラメータ蓄積部と、予測対象のプラント装置の運転条件を基に、シミュレーションモデルを用いて運転状態を予測する予測シミュレータ部と、予測シミュレータ部におけるシミュレーションモデルの調整パラメータを動的に設定する調整パラメータ設定部と、を備え、調整パラメータ設定部は、予測対象の運転条件に類似する運転条件の情報に関連付けられた調整パラメータをパラメータ蓄積部から取得し、取得した調整パラメータを基に、予測シミュレータ部のシミュレーションモデルの調整パラメータを設定する。 In order to solve the above problems, the simulation device according to one aspect of the present invention is a simulation device that predicts the operating state of the plant device, and adjusts the simulation model set in tracking the operating state by an external tracking simulator device. Operation using a simulation model based on the parameter storage unit that stores parameters in association with the information on the operating conditions of the plant equipment obtained from the actual plant during tracking by the tracking simulator equipment and the operating conditions of the plant equipment to be predicted. It includes a prediction simulator unit that predicts the state and an adjustment parameter setting unit that dynamically sets the adjustment parameters of the simulation model in the prediction simulator unit, and the adjustment parameter setting unit has operating conditions similar to the operating conditions to be predicted. The adjustment parameters associated with the information are acquired from the parameter storage unit, and the adjustment parameters of the simulation model of the prediction simulator unit are set based on the acquired adjustment parameters.
本発明の他の側面に係るシミュレーション方法は、プラント装置の運転状態を予測するシミュレーション方法であって、パラメータ蓄積部が、外部のトラッキングシミュレータ装置による運転状態のトラッキングにおいて設定されたシミュレーションモデルの調整パラメータを、トラッキングシミュレータ装置によるトラッキング時に実プラントから得られたプラント装置の運転条件の情報に関連付けて蓄積するステップと、シミュレーション装置が、予測対象のプラント装置の運転条件を基に、シミュレーションモデルを用いて運転状態を予測するステップと、シミュレーション装置が、シミュレーションモデルの調整パラメータを動的に設定するステップと、を備え、調整パラメータを動的に設定するステップでは、予測対象の運転条件に類似する運転条件の情報に関連付けられた調整パラメータをパラメータ蓄積部から取得し、取得した調整パラメータを基に、シミュレーションモデルの調整パラメータを設定する。 The simulation method according to another aspect of the present invention is a simulation method for predicting the operating state of the plant device, and the parameter accumulating unit is the adjustment parameter of the simulation model set in the tracking of the operating state by the external tracking simulator device. Using a simulation model, the simulation device uses a simulation model based on the steps of accumulating information related to the operating condition information of the plant device obtained from the actual plant during tracking by the tracking simulator device and the operating conditions of the plant device to be predicted by the simulation device. The step of predicting the operating state and the step of dynamically setting the adjustment parameters of the simulation model by the simulation device are provided, and the step of dynamically setting the adjustment parameters is an operating condition similar to the operating condition to be predicted. The adjustment parameters associated with the information in are acquired from the parameter storage unit, and the adjustment parameters of the simulation model are set based on the acquired adjustment parameters.
かかる構成のシミュレーション装置あるいはシミュレーション方法によれば、パラメータ蓄積手段によって、外部のトラッキングシミュレータ装置において過去に設定されたシミュレーションモデルの調整パラメータの履歴情報が実プラントのプラント装置の運転条件の情報に関連付けて蓄積され、シミュレーション装置により、予測対象の運転条件に類似する運転条件の情報に関連付けられた調整パラメータが取得され、その調整パラメータが動的に設定されたシミュレーションモデルを用いて、プラント装置の運転状態が予測される。これにより、過去のトラッキングシミュレータ装置の実行結果から予測対象の区間と類似の運転条件で設定された調整パラメータが取得され、その調整パラメータを用いて運転状態が予測されるので、プラント装置の運転状態を正確に予測することができる。その結果、適切なプラントの運転計画、あるいは適切なプラント設備の保守計画等の作成に利用することができる。 According to the simulation device or simulation method having such a configuration, the history information of the adjustment parameters of the simulation model set in the past in the external tracking simulator device is associated with the information of the operating conditions of the plant device of the actual plant by the parameter storage means. The simulation device acquires the adjustment parameters associated with the information of the operation conditions similar to the operation conditions to be predicted, and the operation state of the plant equipment is used by using the simulation model in which the adjustment parameters are dynamically set. Is expected. As a result, adjustment parameters set under operating conditions similar to the section to be predicted are acquired from the execution results of the tracking simulator device in the past, and the operation state is predicted using the adjustment parameters. Therefore, the operation state of the plant device is predicted. Can be predicted accurately. As a result, it can be used to create an appropriate plant operation plan or an appropriate plant equipment maintenance plan.
パラメータ蓄積部は、調整パラメータを外乱に関する運転条件の情報である外乱情報に関連付けて蓄積し、調整パラメータ設定部は、予測対象の外乱情報に類似する外乱情報に関連付けられた調整パラメータを取得する、ことも好適である。 The parameter storage unit stores the adjustment parameters in association with the disturbance information which is the information of the operating conditions related to the disturbance, and the adjustment parameter setting unit acquires the adjustment parameters associated with the disturbance information similar to the disturbance information to be predicted. It is also preferable.
かかる構成を採れば、個々のプラントのプロセスごとの外乱に関する運転領域を考慮したシミュレーションを行うことにより、プラント装置の運転状態を正確に予測することができる。 By adopting such a configuration, it is possible to accurately predict the operating state of the plant equipment by performing a simulation in consideration of the operating area regarding the disturbance for each process of each plant.
また、パラメータ蓄積部は、調整パラメータをプラント装置に対する制御量に関する運転条件の情報である制御量情報に関連付けて蓄積し、調整パラメータ設定部は、予測対象の制御量に類似する制御量情報に関連付けられた調整パラメータを取得する、ことも好適である。 Further, the parameter storage unit stores the adjustment parameter in association with the control amount information which is the information of the operating condition regarding the control amount for the plant device, and the adjustment parameter setting unit associates the adjustment parameter with the control amount information similar to the control amount to be predicted. It is also preferable to obtain the adjusted adjustment parameters.
かかる構成を採れば、個々のプラントのプロセスごとの制御状態に関する運転領域を考慮したシミュレーションを行うことにより、プラント装置の運転状態を正確に予測することができる。 If such a configuration is adopted, the operating state of the plant device can be accurately predicted by performing a simulation considering the operating area regarding the control state for each process of each plant.
さらに、パラメータ蓄積部は、調整パラメータをプラント装置の運転時間に関する運転条件の情報である運転時間情報に関連付けて蓄積し、調整パラメータ設定部は、予測対象の運転時間に類似する運転時間情報に関連付けられた調整パラメータを取得する、ことも好適である。 Further, the parameter storage unit stores the adjustment parameter in association with the operation time information which is the information of the operation condition regarding the operation time of the plant device, and the adjustment parameter setting unit associates the adjustment parameter with the operation time information similar to the operation time of the prediction target. It is also preferable to obtain the adjusted adjustment parameters.
かかる構成を採れば、個々のプラントのプロセスごとの劣化状態等の時間的要因に関する運転領域を考慮したシミュレーションを行うことにより、プラント装置の運転状態を正確に予測することができる。 If such a configuration is adopted, the operating state of the plant equipment can be accurately predicted by performing a simulation in consideration of the operating area regarding the time factor such as the deterioration state for each process of each plant.
また、調整パラメータ設定部は、予測対象の運転条件と、運転条件の情報との距離を計算することにより類似を判断する、ことも好適である。 It is also preferable that the adjustment parameter setting unit determines the similarity by calculating the distance between the operating condition to be predicted and the information of the operating condition.
この場合、個々のプラントのプロセスごとの運転領域に一致したシミュレーションを行うことができる。 In this case, it is possible to perform a simulation that matches the operating area for each process of each plant.
さらに、調整パラメータ設定部は、パラメータ蓄積部から調整パラメータを複数取得し、複数の調整パラメータと調整パラメータと関連づけられたプラント装置の運転条件の情報とを基にした機械学習を用いてシミュレーションモデルの調整パラメータを設定する、ことも好適である。 Furthermore, the adjustment parameter setting unit acquires a plurality of adjustment parameters from the parameter storage unit, and uses machine learning based on the information on the operating conditions of the plant equipment associated with the plurality of adjustment parameters and the adjustment parameters of the simulation model. It is also preferable to set adjustment parameters.
この場合も、個々のプラントのプロセスごとの運転領域に一致したシミュレーションを行うことができる。 In this case as well, it is possible to perform a simulation that matches the operating area for each process of each plant.
またさらに、予測シミュレータ部の出力を基にプラント装置に対する制御器による制御量を予測する制御量予測部をさらに備え、予測シミュレータ部は、制御量予測部によって予測された制御量を基に、運転状態を予測する、ことも好適である。 Furthermore, a control amount prediction unit that predicts the control amount by the controller for the plant device based on the output of the prediction simulator unit is further provided, and the prediction simulator unit operates based on the control amount predicted by the control amount prediction unit. It is also preferable to predict the state.
この場合、実プラントにおいて制御器によって制御量が制御されている場合であっても、その制御器による制御量が予測されることによって、プラント装置の運転状態を正確に予測することができる。 In this case, even when the control amount is controlled by the controller in the actual plant, the operating state of the plant apparatus can be accurately predicted by predicting the control amount by the controller.
さらにまた、調整パラメータ設定部は、制御量予測部によって予測された制御量に類似する運転条件の情報に関連付けられた調整パラメータを取得する、ことも好適である。 Furthermore, it is also preferable that the adjustment parameter setting unit acquires the adjustment parameter associated with the information of the operating condition similar to the control amount predicted by the control amount prediction unit.
この場合、個々のプラントのプロセスの制御量に関する運転領域を考慮したシミュレーションを行うことにより、プラント装置の運転状態をより正確に予測することができる。できる。 In this case, the operating state of the plant equipment can be predicted more accurately by performing a simulation in consideration of the operating area regarding the control amount of the process of each plant. can.
また、予測シミュレータ部は、制御量の予測のためのアルゴリズムあるいはパラメータが動的あるいは静的に変更された制御量予測部の予測結果を基に、運転状態を予測する、ことも好適である。 It is also preferable that the prediction simulator unit predicts the operating state based on the prediction result of the control amount prediction unit in which the algorithm or parameter for predicting the control amount is dynamically or statically changed.
かかる構成を採れば、個々のプラントのプロセスの制御状態を変更しながらシミュレーションを行うことにより、複数の制御状態のプラント装置の運転状態を比較することができる。 By adopting such a configuration, it is possible to compare the operating states of the plant devices in a plurality of controlled states by performing the simulation while changing the control states of the processes of the individual plants.
本発明によれば、将来のプラント装置の運転状態を正確に予測することができる。 According to the present invention, it is possible to accurately predict the operating state of the plant equipment in the future.
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the description of the drawings, the same or equivalent elements are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
図1は、本発明の好適な一実施形態に係るシミュレーションシステムの構成概略図である。同図に示されるシミュレーションシステム1は、本実施形態にかかるシミュレーション装置であり、化学プラント、発電プラント、熱処理プラント等の各種プラント(以下、「実プラント」という。)におけるプラント装置によるプロセス(以下、「実プロセス」という。)に関するシミュレーションを行うコンピュータシステムであり、複数の装置が通信ネットワークを介してデータを送受信することによってシミュレーション処理が実現される。具体的には、シミュレーションシステム1は、プラント装置として、ガスタービン、ボイラー、熱交換器、ガラス融解炉、航空機エンジン等を対象としうるが、シミュレーション対象のプラント装置はこれには限定されない。シミュレーションシステム1は、トラッキングシミュレータ装置3、データベース装置5、及び予測シミュレータ装置7を含んで構成されている。これらのトラッキングシミュレータ装置3、データベース装置5、及び予測シミュレータ装置7は、LAN等の有線あるいは無線の通信ネットワークを介して互いにデータの送受信が可能なように構成されている。なお、これらの装置は、任意の組み合わせで共通の装置によって一体化されていてもよいし、逆に複数の装置によって構成されていてもよい。また、これらの装置は、必ずしも実プラント内に設置されている必要はなく、実プラントから離れた場所に設置されていてもよい。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a simulation system according to a preferred embodiment of the present invention. The simulation system 1 shown in the figure is a simulation apparatus according to the present embodiment, and is a process by a plant apparatus (hereinafter, referred to as “actual plant”) in various plants such as a chemical plant, a power generation plant, and a heat treatment plant (hereinafter, referred to as “actual plant”). It is a computer system that performs simulations related to (referred to as "real process"), and simulation processing is realized by transmitting and receiving data via a communication network by a plurality of devices. Specifically, the simulation system 1 may target a gas turbine, a boiler, a heat exchanger, a glass melting furnace, an aircraft engine, or the like as a plant device, but the plant device to be simulated is not limited to this. The simulation system 1 includes a tracking simulator device 3, a
図2は、トラッキングシミュレータ装置3、データベース装置5、及び予測シミュレータ装置7を構成するコンピュータ100のハードウェア構成を示すブロック図である。同図に示すように、コンピュータ100は、物理的には、CPU101、主記憶装置であるRAM102及びROM103、入力キー、タッチセンサ等の入力デバイスである入力装置104、タッチパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ等の出力装置105、データ送受信デバイスである通信モジュール106、半導体メモリ等の補助記憶装置108、などを含むコンピュータシステム(情報処理プロセッサ)として構成されている。各装置の後述する処理機能は、図2に示されるCPU101、RAM102等のハードウェア上に1又は複数の所定のコンピュータソフトウェアを読み込ませることにより、CPU101の制御のもとで入力装置104、出力装置105、及び通信モジュール106を動作させるとともに、RAM102や補助記憶装置108におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。なお、各装置は、1つのコンピュータ100によって構成されてもよいし、階層的に接続された複数のコンピュータ100によって構成されてもよい。
FIG. 2 is a block diagram showing a hardware configuration of a
トラッキングシミュレータ装置3は、プラント装置、プラント装置を制御する制御装置(制御用コンピュータ、制御盤などの制御器)等を含む実プラント9と通信ネットワークNWを介してデータの送受信が可能に構成され、プラント装置の運転状態を推定する機能を有する。例えば、トラッキングシミュレータ装置3は、実プロセスの物理・化学的な内部状態、例えば、実プラント9内のある箇所の温度、実プラント9内のある部分の圧力、流量、組成などの時間的に変化する物理量を推定する。
The tracking simulator device 3 is configured to be capable of transmitting and receiving data via a communication network NW with an
このトラッキングシミュレータ装置3は、実プラント9から実プロセスに関する現在の運転条件データ(運転条件に関する情報)及び現在の運転状態データを取得する。取得する運転条件データとしては、プラント装置を制御するための制御量、実プラント9内の外乱に関する外乱情報等が挙げられる。制御量は、実プラント9の制御装置においてユーザから直接あるいは間接に操作されることによって設定された制御量(ヒータ制御による目標温度、冷却水の流量、原料の投入量など)、実プラント9の制御装置によって自動制御された際の制御量等である。外乱情報は、実プラント9内のセンサ装置等によって取得されたユーザによる操作が不可能なプラントの特性に関する情報であり、例えば、気温、気圧、湿度、日射量、発電プラントにおける燃料の特性(比重あるいは発熱量等)等の情報である。取得する運転状態データは、実プラント9の実プロセスの現在の物理・化学的な内部状態を示すデータであり、例えば、実プラント9内のある部分の圧力、流量、組成などの時間的に変化する物理量を示すデータである。
The tracking simulator device 3 acquires the current operating condition data (information on the operating conditions) and the current operating state data regarding the actual process from the
トラッキングシミュレータ装置3は、実プラント9から得られた運転条件データおよび運転状態データを基に、トラッキングシミュレーション(同期シミュレーション)(以下、この処理を単に「同期」または「トラッキング」ともいう。)を実行する。なお、トラッキングシミュレータ装置3には、予め、対象プロセスの物理・化学的現象の原理あるいは対象プロセスの実験結果等を基に設計された動的なシミュレーションモデルが実装されている。このシミュレーションモデルは、非線形関数fを用いて次式(1);
によって表される動的モデルであり、xは実プロセスの運転状態を示す値であり、uは実プロセスの制御量を示す値であり、dは実プロセスの外乱を示す値であり、pは実プロセスを記述するシミュレーションモデル内の物理的・化学的係数としての調整パラメータである。値x,u,d,pは、それぞれ、1次元の変数あるいは多次元ベクトルである。この調整パラメータpを調整することにより、実プラント9内の設備の性能劣化、性質変化等がシミュレーションモデルによって表現される。例えば、この調整パラメータpの調整により、実プラント9の圧縮機性能の変化を表現することができる。ここで、上記式(1)のシミュレーションモデルは連続時間モデルとして微分方程式で記述されているが、離散時間モデルとして差分方程式で記述されてもよい。
The tracking simulator device 3 executes a tracking simulation (synchronous simulation) (hereinafter, this process is also simply referred to as "synchronization" or "tracking") based on the operating condition data and the operating state data obtained from the
In the dynamic model represented by, x is a value indicating the operating state of the actual process, u is a value indicating the control amount of the actual process, d is a value indicating the disturbance of the actual process, and p is a value indicating the disturbance of the actual process. Adjustment parameters as physical and chemical coefficients in the simulation model that describes the actual process. The values x, u, d, and p are one-dimensional variables or multidimensional vectors, respectively. By adjusting this adjustment parameter p, the performance deterioration, property change, and the like of the equipment in the
詳細には、トラッキングシミュレータ装置3は、実プラント9から得られた運転条件データを非線形関数fの値u及び値dに適用したシミュレーションモデルを用いることにより、運転条件データ及び運転状態データを取得した時点の実プラント9の運転状態を示す量xの推定値xcalを算出する。また、トラッキングシミュレータ装置3にはパラメータ調整部3aが実装されており、パラメータ調整部3aは、シミュレーションモデルを用いたシミュレーションによる推定値xcalが実プラント9からの運転状態データの示す計測値yobsに追従(トラッキング)するように、トラッキングシミュレータ装置3内の調整パラメータpを設定する。すなわち、パラメータ調整部3aは、時間的に連続して実プラント9から運転条件データ及び運転状態データを取得し、運転条件データを反映したシミュレーションモデルを用いて連続して運転状態の値xを推定する。さらに、パラメータ調整部3aは、下記式(2)で表される観測式を用いて推定した運転状態の値xcalの観測値ycalを算出する。この観測式は、実プラント9のセンサ装置等によって運転状態を観測した結果得られる値を表現するための非線形関数である。
y=g(x) …(2)
さらに、パラメータ調整部3aは、シミュレーションモデルの調整パラメータpを調整しながら値xcalの推定を繰り返し、値xcalから算出した観測値ycalが、値xcalを求めるのに用いた運転条件データに対応する運転状態データが示す計測値yobsに一致するように調整パラメータpを調整する。このとき、調整パラメータpの調整手法としては、特許第4789277号公報、特開2009−163507号公報等に記載された出力誤差法を用いた調整パラメータの推定方法、文献「大谷 哲也、“オンライン・シミュレータによるプラント操業革新”、計測と制御、第47巻第11号、p.927−932、2008年11月発行」に記載されたPID調整器を用いた調整パラメータの推定方法、あるいはカルマンフィルタを用いた調整パラメータの推定方法等が採用される。
Specifically, the tracking simulator device 3 acquired the operating condition data and the operating state data by using a simulation model in which the operating condition data obtained from the
y = g (x) ... (2)
Furthermore, the
加えて、トラッキングシミュレータ装置3は、運転条件データおよび運転状態データを基にして繰り返しトラッキングシミュレーションを実行することにより設定された調整パラメータpの設定履歴データを、トラッキングシミュレーション時に実プラント9から取得した運転条件データに関連付けてデータベース装置5に蓄積する。具体的には、トラッキングシミュレータ装置3は、繰り返し設定した調整パラメータpと、その調整パラメータpの設定時にトラッキングシミュレーションによって得られた値xcal及びその観測値ycalとを、トラッキングシミュレーションに用いた運転条件データに含まれる制御量(制御量情報)uobs及び外乱値(外乱情報)dobsと、その運転条件データに対応して実プラント9から得られた運転状態の計測値yobsと、トラッキングシミュレーションによってシミュレートする実プラント9の運転時刻の情報(運転時間情報)と、に対応付けてデータベース装置5に蓄積する。この設定履歴データは、データベース装置5のパラメータ蓄積部(パラメータ蓄積手段)5aに、トラッキングシミュレータ装置3によってトラッキングシミュレーションが実行されるタイミングで格納される。さらに、データベース装置5には、データ管理部5bが備えられ、データ管理部5bによって設定履歴データの出力および管理が可能とされる。すなわち、データ管理部5bは、設定履歴データを出力装置105(図2)に出力し、ユーザによる入力装置104(図2)を用いた指示入力に応じて設定履歴データの一部の削除を実行する。このような機能を有することで、ユーザがプロセスの状態を知ることができる。また、ユーザが運転状態の予測に不要と考える設定履歴データを削除することもできる。例えば、計測系の不具合によって明らかに誤った計測値を基に同期した際のデータを削除する、データベースのデータ量が多くなったために過去の類似データの一部を削除してデータベースの容量を確保する、実プラント9への新規設備の追加に伴い過去のデータが役に立たなくなったために過去のデータを削除する、計測値への追随性が悪いデータ(差分|yobs−ycal|が閾値より大きいデータ)を削除する、といったことが可能となる。
In addition, the tracking simulator device 3 acquires the setting history data of the adjustment parameter p set by repeatedly executing the tracking simulation based on the operation condition data and the operation state data from the
次に、予測シミュレータ装置7の機能構成について詳細に説明する。図3は、予測シミュレータ装置7の機能構成を示すブロック図である。予測シミュレータ装置7は、機能的な構成要素として、プロセスシミュレータ部(予測シミュレータ部)7a、制御モデル部(制御量予測部)7b、及び調整パラメータ設定部7cを含んで構成されている。
Next, the functional configuration of the
プロセスシミュレータ部7aは、ユーザによって入力装置104(図2)を用いて設定された予測対象の実プラント9の運転条件を基にしたシミュレーションモデルを用いて、実プロセスの将来の予測期間の運転状態を予測する処理(予測シミュレーション)を繰り返し実行する。詳細には、プロセスシミュレータ部7aは、ユーザによって設定された実プロセスの外乱を示す値dと、調整パラメータ設定部7cによって設定された調整パラメータpと、制御モデル部7bから出力された制御量uとを用いて、トラッキングシミュレータ装置3と同様にして、予め実装されたシミュレーションモデルを用いて実プロセスの運転状態の値xおよび観測値yを予測する。プロセスシミュレータ部7aが用いるシミュレーションモデルの運転状態の値xの初期値は、トラッキングシミュレータ装置3から事前に予測シミュレータ装置7内に複製されてもよい。そして、プロセスシミュレータ部7aは、予測した値xを基にしたシミュレーション結果を出力装置105(図2)に出力するとともに、値xあるいはその観測値y=g(x)をその都度制御モデル部7bに出力する。
The
制御モデル部7bは、実プラント9内の制御装置を模擬することにより、実プラント9に設定される制御量uを予測する。具体的には、制御モデル部7bには制御装置の動作に関する数理モデルが実装されており、制御モデル部7bは、プロセスシミュレータ部7aから出力された実プロセスの運転状態の値xを基に、数理モデルを用いて制御量uの予測値を算出する。そして、制御モデル部7bは、算出した制御量uの予測値をプロセスシミュレータ部7aにフィードバックする。これにより、プロセスシミュレータ部7aによる現実の制御装置の制御を考慮した運転状態の予測が可能となる。なお、制御モデル部7bに実装される数理モデルは実プラント9内の実際の制御装置と同じ動作を行うモデルであることが好ましいが、実際の制御装置のアルゴリズムあるいはパラメータを変更した場合にどのような運転傾向になるかをシミュレーションで知るために、実際の制御装置と異なるアルゴリズムあるいはパラメータが設定されたモデルであってもよい。具体的には、アルゴリズムあるいはパラメータを少しずつ変更(動的な変更)しながら算出した制御量uの予測値をプロセスシミュレータ部7aにフィードバックしてもよいし、アルゴリズムあるいはパラメータをあるアルゴリズムあるいはあるパラメータに設定(静的な変更)しながら算出した制御量uの予測値をプロセスシミュレータ部7aにフィードバックしてもよい。
The
調整パラメータ設定部7cは、ユーザによって設定された予測対象の実プラント9の予測期間における運転条件、及びユーザによって設定された予測対象の実プラント9の予測期間を基に、データベース装置5から設定履歴データを取得及び参照することにより、プロセスシミュレータ部7aのシミュレーションモデルの調整パラメータpを動的に設定する。この調整パラメータ設定部7cによる調整パラメータの設定は、ユーザによる選択により、以下に説明する第1の設定方法あるいは第2の設定方法のいずれかに切り替えて実行される。
The adjustment
まず、第1の設定方法は、次のような方法である。すなわち、調整パラメータ設定部7cは、設定された予測対象の予測期間中の運転時刻における運転条件を基に、外乱の値d1及び制御量u1と運転時刻t1との組み合わせを検索クエリ点として作成し、この検索クエリ点の最近傍のデータをデータベース装置5のパラメータ蓄積部5aに蓄積された設定履歴データの中から検索及び抽出する。そして、調整パラメータ設定部7cは、抽出した最近傍の設定履歴データに含まれる調整パラメータpを、プロセスシミュレータ部7aのシミュレーションモデルの調整パラメータpとして設定する。図4には、調整パラメータ設定部7cによって検索される設定履歴データのデータ分布を示している。このように、検索クエリ点に含まれる外乱の値d1として外気温が設定され、検索クエリ点に含まれる制御量u1として原料の投入量が設定されている場合には、検索クエリ点に距離的に最も近い外気温及び投入量を持つ設定履歴データP2が抽出される。これにより、検索クエリ点に含まれる予測対象の運転条件に類似する運転条件データに関連付けられた調整パラメータpが、プロセスシミュレータ部7aのシミュレーションモデルの調整パラメータにその都度設定される。
First, the first setting method is as follows. That is, the adjustment
このとき、調整パラメータ設定部7cは、検索クエリ点P1と設定履歴データP2との距離を評価(判断)する際には、検索クエリ点P1と設定履歴データP2との距離D(P1,P2)を、下記式(3);
により計算することにより評価する。上記式(3)において、値u2,d2,t2は、それぞれ、設定履歴データP2に含まれる制御量、外乱値、運転時刻であり、“||x−y||”は、2つのベクトルx,yから計算されるユークリッドノルム、すなわち、差分ベクトルの長さを表し、a,b,cは非負パラメータを示す。つまり、上記式(3)において、第1項は制御量の違いに対応する距離を、第2項は外乱値の違いに対応する距離を、第3項は時間的な距離をそれぞれ表している。このような距離の演算式を用いることで、調整パラメータ設定部7cは、予測対象の運転条件である外乱値及び制御量に類似する運転条件データと、運転時刻が近い運転時間情報とに関連付けられた調整パラメータpを、パラメータ蓄積部5aから取得することができる。運転時刻が近い調整パラメータpを取得するのは、将来の予測対象の運転時刻に近い最新の運転時刻に同期(トラッキング)により設定された調整パラメータを用いるほうが運転状態のシミュレーションの信頼性が向上するためである。
At this time, adjustment
Evaluate by calculating by. In the above equation (3), the values u 2 , d 2 , and t 2 are the control amount, the disturbance value, and the operation time included in the setting history data P 2, respectively, and “|| xy ||” is The Euclidean norm calculated from the two vectors x and y, that is, the length of the difference vector, and a, b, and c indicate non-negative parameters. That is, in the above equation (3), the first term represents the distance corresponding to the difference in the control amount, the second term represents the distance corresponding to the difference in the disturbance value, and the third term represents the temporal distance. .. By using such a distance calculation formula, the adjustment
また、第2の設定方法は、次のような方法である。上記の第1の設定方法では最近傍の設定履歴データしか参照しないので、調整パラメータの設定値が安定しないことがありうる。例えば、検索クエリ点の位置が少ししか変わらないのに設定された調整パラメータの設定値が大きく変動する場合がある。このようなことが想定される場合は、ユーザによって第2の設定方法が選択される。すなわち、調整パラメータ設定部7cは、検索クエリ点からの距離を基にデータベース装置5のパラメータ蓄積部5aに蓄積された設定履歴データの中から複数のデータを抽出し、抽出した複数のデータに含まれる調整パラメータを基にプロセスシミュレータ部7aのシミュレーションモデルの調整パラメータpを設定する。図5には、調整パラメータ設定部7cによって検索される設定履歴データのデータ分布を示している。このように、検索クエリ点からの距離が所定値以内の外気温及び投入量を持つ複数の設定履歴データの集合P3が抽出される。この場合の距離算出方法は、第1の設定方法と同様である。調整パラメータ設定部7cは、設定履歴データの集合P3から調整パラメータを設定する方法としては、データ集合P3に含まれる調整パラメータの平均値等の重み付け加算値を算出する、データ集合P3に対して教師あり学習による機械学習を適用する、等の方法を用いる。機械学習の方式としては、最小二乗法による線形多重回帰、リッジ回帰、部分最小二乗法(PLS:Partial Least Squares)、主成分回帰(PCR:Principal Components Regression)、非線形の方式であるニューラルネットワーク、ディープラーニング等の方式が用いられうる。
The second setting method is as follows. Since the first setting method described above refers only to the setting history data of the nearest neighbor, the setting value of the adjustment parameter may not be stable. For example, the set value of the adjustment parameter set may fluctuate greatly even though the position of the search query point changes only slightly. When such a case is assumed, the second setting method is selected by the user. That is, the adjustment
なお、運転状態を正確に予測するためには、予測期間での運転条件の変更あるいは外乱条件の変更等による調整パラメータの時間的ダイナミクスを考慮したほうがよい場合がある。このような場合には、第1及び第2の設定方法においては、予測対象の運転時刻における制御量及び外乱値のほか、過去の運転時刻の制御量および外乱値を検索クエリ点に追加してもよい。これにより、調整パラメータの時間的考慮して予測対象の運転時刻の調整パラメータを適切に設定できる。 In order to accurately predict the operating state, it may be better to consider the temporal dynamics of the adjustment parameters due to changes in operating conditions or disturbance conditions during the prediction period. In such a case, in the first and second setting methods, in addition to the control amount and the disturbance value at the operation time of the prediction target, the control amount and the disturbance value at the past operation time are added to the search query point. May be good. As a result, the adjustment parameter of the operation time of the prediction target can be appropriately set in consideration of the time of the adjustment parameter.
また、第1及び第2の設定方法においては、検索クエリ点として、制御量、外乱値、時間等の連続値以外に、予測対象の実プロセスの種類によっては、指標値、離散値等の離散的な値が検索クエリ点に設定されてもよい。例えば、実プロセスの制御モードが複数ある場合は、その制御モードを運転条件として検索クエリ点に追加してもよい。また、実プロセスが複数の種類の生産物を切り替えて生成できるプラントのプロセスの場合、生産物の種類を示す指標値も運転条件として検索クエリ点に追加してもよい。ただし、このような離散値を検索クエリ点に追加した場合は、検索クエリ点と設定履歴データとの距離の評価が困難となるため、検索クエリ点の離散値の示す運転条件と一致する設定履歴データをパラメータ蓄積部5aから抽出してから、抽出した設定履歴データを基に第1あるいは第2の設定方法を用いて調整パラメータを設定することができる。
Further, in the first and second setting methods, as search query points, in addition to continuous values such as control amount, disturbance value, and time, depending on the type of the actual process to be predicted, the index value, discrete value, etc. are discrete. Value may be set in the search query point. For example, when there are a plurality of control modes in the actual process, the control modes may be added to the search query point as an operating condition. Further, in the case of a plant process in which the actual process can be generated by switching between a plurality of types of products, an index value indicating the types of products may be added to the search query point as an operating condition. However, if such a discrete value is added to the search query point, it becomes difficult to evaluate the distance between the search query point and the setting history data, so the setting history that matches the operating conditions indicated by the discrete value of the search query point. After the data is extracted from the
次に、上述したシミュレーションシステム1に動作手順を説明するとともに、本実施形態にかかるシミュレーション方法について詳述する。図6は、シミュレーションシステム1による実プロセスのシミュレーションの動作手順を示すフローチャート、図7は、トラッキングシミュレータ装置3の動作手順を示すフローチャート、図8は、予測シミュレータ装置7の動作手順を示すフローチャートである。
Next, the operation procedure will be described in the simulation system 1 described above, and the simulation method according to the present embodiment will be described in detail. FIG. 6 is a flowchart showing the operation procedure of the simulation of the actual process by the simulation system 1, FIG. 7 is a flowchart showing the operation procedure of the tracking simulator device 3, and FIG. 8 is a flowchart showing the operation procedure of the
まず、図6を参照して、ユーザによりトラッキングシミュレータ装置3に対して同期する期間が設定される(ステップS01)。それに応じて、トラッキングシミュレータ装置3において同期期間における同期シミュレーションの処理が実行される(ステップS02)。その後、ユーザによって予測シミュレータ装置7による予測シミュレーションの実行が指示された場合(ステップS03;YES)、さらにユーザにより、予測シミュレータ装置7に対して予測対象の実プロセスに関する運転条件および予測期間が設定される(ステップS04)。そして、予測シミュレータ装置7により予測シミュレーションが実行される(ステップS05)。この予測シミュレーションはユーザの指示に応じて繰り返し実行される。このとき、予測シミュレータ装置7を構成する単一のコンピュータ100が予測シミュレーションを繰り返し実行してもよいし、予測シミュレータ装置7を構成する複数のコンピュータ100が個々の運転条件および予測期間で予測シミュレーションを並列に実行してもよい。例えば、あるコンピュータ100が外気温TA度の運転条件で予測シミュレーションを行い、他のコンピュータ100が外気温TB度の運転条件で予測シミュレーションを行ってもよい。
First, with reference to FIG. 6, the user sets a period of synchronization with the tracking simulator device 3 (step S01). Accordingly, the tracking simulator device 3 executes the processing of the synchronization simulation during the synchronization period (step S02). After that, when the user instructs the
図7に移って、トラッキングシミュレータ装置3による同期シミュレーションの処理の手順について説明する。最初に、トラッキングシミュレータ装置3において、実プラント9から現在の運転条件データ及び現在の運転状態データが取得される(ステップS101)。そして、トラッキングシミュレータ装置3において、それらのデータを用いた同期シミュレーションが実行される(ステップS102)。次に、トラッキングシミュレータ装置3により、設定履歴データを含む同期結果のデータが、実プラント9から取得した運転条件データ及び運転時間情報に関連付けてデータベース装置5に記憶される(ステップS103)。さらに、トラッキングシミュレータ装置3により、ユーザによって設定された同期期間の同期シミュレーションが終了したかが判定され(ステップS104)、終了した場合(ステップS104;NO)は同期シミュレーションの処理が終了とされ、終了していない場合(ステップS104;YES)はステップS101に戻って同期シミュレーションの処理が繰り返される。
The procedure of the synchronous simulation processing by the tracking simulator device 3 will be described with reference to FIG. 7. First, in the tracking simulator device 3, the current operating condition data and the current operating state data are acquired from the actual plant 9 (step S101). Then, in the tracking simulator device 3, a synchronous simulation using those data is executed (step S102). Next, the tracking simulator device 3 stores the synchronization result data including the setting history data in the
図8に移って、予測シミュレータ装置7による予測シミュレーションの処理の手順について説明する。最初に、ユーザにより、予測シミュレータ装置7に対して予測対象の実プロセスに関する運転条件および予測期間が設定されると(ステップS201)、ユーザにより予測シミュレータ装置7における調整パラメータの設定方法が第1及び第2の設定方法のうちから選択される(ステップS202)。そうすると、予測シミュレータ装置7において、トラッキングシミュレータ装置3からシミュレーションモデルの現在状態量の値xの情報が取得され、予測シミュレータの運転状態の値xの初期値に設定される(ステップS203)。その後、予測シミュレータ装置7により、選択された第1あるいは第2の設定方法を用いて、予測対象の実プラント9の予測期間における運転条件及び予測対象の実プラント9の予測期間を基に、シミュレーションモデルの調整パラメータpが動的に設定される(ステップS204)。設定された調整パラメータpは予測シミュレータ装置7においてユーザに提示される(ステップS205)。
Moving to FIG. 8, the procedure of the prediction simulation processing by the
その後、予測シミュレータ装置7においてユーザからの予測シミュレーションの実行が指示されたか否かが判定され(ステップS206)、指示されていない場合には(ステップS206;NO)、処理がステップS202に戻されて再度調整パラメータが設定される。一方、予測シミュレーションの実行が指示された場合には(ステップS206;YES)、予測シミュレータ装置7により、設定した調整パラメータを用いて予測シミュレーションが実行され(ステップS207)、予測された運転状態の値に関するシミュレーション結果が出力される(ステップS208)。このような予測シミュレーションの処理によれば、予測シミュレーションのための調整パラメータをユーザが予め知ることができる。
After that, the
以上説明したシミュレーションシステム1及びそれを用いたシミュレーション方法によれば、データベース装置5によってトラッキングシミュレータ装置3において過去に設定されたシミュレーションモデルの調整パラメータの履歴情報が実プラント9のプラント装置の運転条件の情報に関連付けて蓄積され、予測シミュレータ装置7により、予測対象の運転条件に類似する運転条件の情報に関連付けられた調整パラメータが取得され、その調整パラメータが動的に設定されたシミュレーションモデルを用いて、実プラント9の運転状態が予測される。これにより、過去のトラッキングシミュレータ装置3の同期処理の実行結果から予測対象の区間と類似の運転条件で設定された調整パラメータが取得され、その調整パラメータを用いて実プラント9の運転状態が予測されるので、実プラント9の運転状態を正確に予測することができる。その結果、個々のプラントのプロセスごとの外乱に関する運転領域、プロセスごとの制御状態に関する運転領域、及び劣化状態等の時間的要因に関する運転領域を考慮したシミュレーションを行うことにより、プラント装置の運転状態を正確に予測することができ、予測結果を適切なプラントの運転計画、あるいは適切なプラント設備の保守計画等の作成に利用することができる。例えば、ある化学プラントを特定の運転条件で数か月運転した場合にプラントの生産効率はどの程度になるかということが評価可能な予測値を正確に取得することができ、その評価結果に応じてプラントの運転計画、またはプラント装置の保守計画を作成することができる。また、本実施形態では、第1あるいは第2の設定方法を用いてシミュレーションモデルが設定されるので、個々のプラントのプロセスごとの運転領域に一致したシミュレーションを行うことができる。
According to the simulation system 1 and the simulation method using the simulation system 1 described above, the history information of the adjustment parameters of the simulation model set in the tracking simulator device 3 by the
さらに、本実施形態では、予測シミュレータ装置7が制御モデル部7bを備えるので、実プラント9において制御装置によって制御量が動的に制御されている場合であっても、その制御装置による制御量が予測されることによって、実プラント9の運転状態を正確に予測することができる。加えて、本実施形態では、予測シミュレータ装置7において、アルゴリズムあるいはパラメータが動的あるいは静的に変更された制御モデル部7bの予測結果を基に、運転状態が予測されている。このような構成により、実プラント9の実プロセスの制御状態を変更しながらシミュレーションを行うことにより、複数の制御状態の実プロセスの運転状態を比較することができる。
Further, in the present embodiment, since the
従来の特許文献(特許第4789277号)に開示されたプラントの状態予測のためのシミュレーション手法では、同期シミュレーションを実行する装置が保持しているパラメータ等の状態データを、状態予測のための予測シミュレーションを実行するシミュレーション装置にコピーした後に、予測シミュレーションが実行されている。しかし、このような従来手法では、予測対象の予測期間内で運転条件を変更する場合、あるいは、予測対象のプラントにおける気象変化等の外乱条件の変化が生じる場合に、予測精度が低下する傾向がある。図9及び図10には、従来手法において同期シミュレーション及び予測シミュレーションによって得られた状態値の時間変化を示している。図9(a)は、実プラント9の運転時刻T1で同期シミュレーションが停止され、その時刻T1以降の運転時刻を対象に予測シミュレーションが実行された場合に予測された実プラント9内の温度の変化を示し、図9(b)は、このときの同期シミュレーション及び予測シミュレーションにおいて設定された調整パラメータの変化を示している。なお、時刻T1の直前で温度が大きく減少しているが、これはユーザが実プラント9に対してある操作を行ったことが想定されている。また、図10(a)には、実プラント9内で実測された温度の時刻T1以降の変化が実線で示され、図10(b)には、時刻T1以降に同期シミュレーションが実行された場合の調整パラメータの変化が実線で示されている。このように、調整パラメータが時刻T1までは同期シミュレーションによって動的に変更されているため実測値に近い温度が得られるが、時刻T1以降は予測シミュレーションにおいて調整パラメータが固定値に設定されているため、温度の予測値が実測値よりも低くなり誤差が生じてしまう傾向にある。このような誤差を低減するためには、運転条件の変更または外乱値の変動に伴う適切な調整パラメータの設定値を事前に予測する必要がある。
In the conventional simulation method for plant state prediction disclosed in Patent Document (Patent No. 4789277), state data such as parameters held by a device that executes synchronous simulation is used for prediction simulation for state prediction. After copying to the simulation device that executes, the prediction simulation is executed. However, in such a conventional method, the prediction accuracy tends to decrease when the operating conditions are changed within the prediction period of the prediction target, or when the disturbance conditions such as the weather change in the prediction target plant change. be. 9 and 10 show the time change of the state value obtained by the synchronous simulation and the prediction simulation in the conventional method. FIG. 9A shows a predicted change in temperature in the
また、図11及び図12には、従来手法において同期シミュレーション及び予測シミュレーションによって得られた状態値の別の時間変化を示している。図11(a)は、実プラント9の運転時刻T1で同期シミュレーションが停止され、その時刻T1以降の運転時刻を対象に予測シミュレーションが実行された場合に予測された実プラント9内の温度の変化を示し、図11(b)は、このときの同期シミュレーション及び予測シミュレーションにおいて設定された調整パラメータの変化を示している。なお、時刻T1までに調整パラメータが徐々に減少しているが、これは実プロセスの劣化が徐々に進んでいることが想定されている。また、図12(a)には、実プラント9内で実測された温度の時刻T1以降の変化が実線で示され、図12(b)には、時刻T1以降に同期シミュレーションが実行された場合の調整パラメータの変化が実線で示されている。このような場合も、時刻T1以降は予測シミュレーションにおいて調整パラメータが固定値に設定されているため、温度の予測値が実測値よりも低くなり誤差が生じてしまう傾向にある。このような誤差を低減するためには、実プロセスの劣化に応じて適切な調整パラメータの設定値を事前に予測する必要がある。
Further, FIGS. 11 and 12 show another time change of the state value obtained by the synchronous simulation and the prediction simulation in the conventional method. FIG. 11A shows a predicted change in temperature in the
一方、従来の特許文献(特開2009−15477号公報)に開示されたシミュレーション手法によれば、トラッキングシミュレータ内のパラメータをパラメータ関数式で置換する手法が採用されているが、このような手法によっても、シミュレーションモデルの時間的ダイナミックスを考慮できない。そのため、パラメータの変化が制御量あるいは外乱に対して長い時定数を持っている場合、この手法では定常状態での予測精度は向上できても過渡状態における予測精度は低い。また、この手法では実プロセスの劣化には対応できない。 On the other hand, according to the simulation method disclosed in the conventional patent document (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-15477), a method of substituting a parameter in a tracking simulator with a parameter function expression is adopted. However, the temporal dynamics of the simulation model cannot be considered. Therefore, when the parameter change has a long time constant with respect to the controlled variable or disturbance, the prediction accuracy in the steady state can be improved by this method, but the prediction accuracy in the transient state is low. Moreover, this method cannot cope with the deterioration of the actual process.
上記の従来手法に対して、本実施形態では、運転条件の変更、外乱値の変動、あるいは実プロセスの劣化に対応して、適切な調整パラメータの設定値を事前に予測し、予測したシミュレーションモデルの調整パラメータを用いて実プロセスの将来の運転状態を予測する。そのため、従来手法に比較してより正確な予測値を取得することができる。 In contrast to the above-mentioned conventional method, in the present embodiment, a simulation model in which appropriate adjustment parameter setting values are predicted in advance in response to changes in operating conditions, fluctuations in disturbance values, or deterioration of the actual process. Predict the future operating conditions of the actual process using the adjustment parameters of. Therefore, a more accurate predicted value can be obtained as compared with the conventional method.
また、本実施形態では、予測シミュレータ装置7に実装された第1及び第2の設定方法においては、予測対象の運転時刻における制御量及び外乱値のほか、過去の運転時刻の制御量および外乱値が検索クエリ点に追加可能とされている。図13には、予測シミュレータ装置7において、過去の運転時刻の制御量が検索クエリ点に追加された場合の同期シミュレーション及び予測シミュレーションによって得られた状態値の時間変化を示している。図13(a)は、実プラント9の運転時刻T1で同期シミュレーションが停止され、その後の時刻T2以降の運転時刻を対象に予測シミュレーションが実行された場合に予測された実プラント9内の制御量としてのポンプ流量の変化を示し、図13(b)は、このときの同期シミュレーション及び予測シミュレーションにおいて設定された調整パラメータの変化を示している。このように、運転時刻T2での予測値を取得するためにシミュレーションモデルの調整パラメータp(T2)を設定する際には、時刻T1以前の過去の複数のポンプ流量の値uGが検索クエリ点に含められる。そのため、過去の複数の調整パラメータの設定履歴を基にポンプ流量の変化の傾向に対応した調整パラメータの変化が予測されることで、実プロセスに適合した調整パラメータの値が設定される。例えば、図13(b)の点線で示すように、時刻T2以降では、その直前の同期シミュレーションによって予測された調整パラメータの値から調整パラメータの値が徐々に上昇することが予測されている。
Further, in the present embodiment, in the first and second setting methods implemented in the
本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。 The present invention is not limited to the above-described embodiment.
例えば、予測シミュレータ装置の構成は変更されてもよい。図14には、変形例にかかる予測シミュレータ装置7Aの機能構成を示す。図14に示す予測シミュレータ装置7Aは、制御モデル部7bを備えない点で、予測シミュレータ装置7と異なる。予測シミュレータ装置7Aにおいては、プロセスシミュレータ部7aは、ユーザによって事前に設定された制御量を基に運転状態の予測処理を実行する。この変形例は、実プラント9内の制御装置の出力、あるいは実プラント9内に設定される制御量が予め確定している場合に適用でき、制御装置を模擬する制御モデルと連結することなく予測シミュレーションを実行できる。
For example, the configuration of the prediction simulator device may be changed. FIG. 14 shows the functional configuration of the
また、予測シミュレータ装置の構成は、図15に示す構成に変更されてもよい。図15に示す予測シミュレータ装置7Bは、制御モデル部7bの出力がその都度調整パラメータ設定部7cにも入力される構成を有する点で、予測シミュレータ装置7と異なる。この変形例は、実プラント9内の制御装置の挙動を基に調整パラメータを設定しない場合は将来のプロセスの状態が正しく予測できない場合に適用される。例えば、実プロセスが劣化する傾向を有しており、その劣化に応じてある被制御変数が変化して制御装置の出力が変動する傾向がある場合は、本変形例の構成を適用する必要がある。また、予測シミュレータ装置7Bにおいては、調整パラメータ設定部7cが予測シミュレーションの処理ループに含まれているため、実際に予測シミュレーションを実行しないと予測期間で用いる調整パラメータを知得することはできない。そのため、設定した調整パラメータをユーザに提示することなく予測シミュレーションが実行される。
Further, the configuration of the prediction simulator device may be changed to the configuration shown in FIG. The
図16には、予測シミュレータ装置7Bによる予測シミュレーションの処理の手順を示す。最初に、ユーザにより、予測シミュレータ装置7Bに対して予測対象の実プロセスに関する運転条件および予測期間が設定されると(ステップS301)、ユーザにより予測シミュレータ装置7Bにおける調整パラメータの設定方法が第1及び第2の設定方法のうちから選択される(ステップS302)。そうすると、予測シミュレータ装置7Bにおいて、トラッキングシミュレータ装置3からシミュレーションモデルの現在状態量の値xの情報が取得され、予測シミュレータの運転状態の値xの初期値に設定される(ステップS303)。さらに、予測シミュレータ装置7Bにより、予測期間のすべての運転時刻における予測シミュレーションの処理が終了したかが判定される(ステップS304)。すべての運転時刻の処理が終了した場合には(ステップ304;YES)、予測期間内のすべての運転時刻に関して予測された運転状態の値に関するシミュレーション結果が出力される(ステップS308)。
FIG. 16 shows a procedure for processing a prediction simulation by the
一方、すべての運転時刻の処理が終了していない場合には(ステップ304;NO)、予測シミュレータ装置7により、選択された第1あるいは第2の設定方法を用いて、予測対象の実プラント9の予測期間における運転条件及び予測対象の実プラント9の運転時刻を基に、シミュレーションモデルの調整パラメータpが動的に設定される(ステップS305)。その後、予測シミュレータ装置7Bにより、設定した調整パラメータを用いて予測シミュレーションが実行され(ステップS306)、予測対象の運転時刻が次の時間ステップに進められた後に(ステップS307)、処理がステップS304に戻される。
On the other hand, when the processing of all the operation times is not completed (step 304; NO), the
また、図6及び図7に示した動作手順は、図17及び図18に示すような手順に変更されてもよい。 Further, the operation procedure shown in FIGS. 6 and 7 may be changed to the procedure shown in FIGS. 17 and 18.
図17に示す手順においては、まず、シミュレーションシステム1の動作が開始されると、一定期間待機されることにより実プロセスに関する一定期間分の運転条件データ及び運転状態データが実プラント9内に蓄積される(S401)。その後、トラッキングシミュレータ装置3において実プラント9から取得される運転条件データ及び運転状態データを基にした同期シミュレーションの処理が実行される(ステップS402)。続いて、予測シミュレータ装置7により、予測シミュレーションが実行される(ステップS403)。この予測シミュレーションによるシミュレーション結果を基に、予測シミュレータ装置7によりプロセスの運転状態の異常の有無が判定される(ステップS404)。その結果、異常ありと判定された場合には(ステップS404;YES)、予測シミュレータ装置7によって警告が出力された後に(ステップS405)、処理がステップS401に戻される。一方、異常なしと判定された場合には(ステップS404;NO)、予測シミュレータ装置7によって処理がステップS401に戻される。この変形例の動作手順によれば、定期的に蓄積されるプロセスの運転データを用いて同期シミュレーションを実行した後、同期シミュレーションの結果を用いて所定期間先(将来)のプラントの運転傾向を把握することができる。このとき、予測値に異常値があれば(例えば、ガスタービンにおいてNOx排出量が閾値を超えている場合など)、ユーザに自動で警告メールを送信する、といった動作が可能となる。この場合の予測シミュレーションの基となる運転条件は複数通り設定されてもよい。
In the procedure shown in FIG. 17, first, when the operation of the simulation system 1 is started, the operation condition data and the operation state data for a certain period related to the actual process are accumulated in the
図18には、図17のステップS402における同期シミュレーションの動作手順を示している。最初に、トラッキングシミュレータ装置3において、実プラント9において蓄積された運転条件データ及び運転状態データが取得される(ステップS501)。そして、トラッキングシミュレータ装置3において、それらの蓄積データを用いた同期シミュレーションが連続して複数回実行される(ステップS502)。次に、トラッキングシミュレータ装置3により、連続した同期シミュレーション処理の結果取得された設定履歴データを含む同期結果のデータが、同期結果に対応する運転条件データ及び運転時間情報に関連付けてデータベース装置5に記憶される(ステップS503)。
FIG. 18 shows the operation procedure of the synchronous simulation in step S402 of FIG. First, in the tracking simulator device 3, the operating condition data and the operating state data accumulated in the
上述した実施形態において、予測シミュレーションで用いられるシミュレーションモデルは、同期シミュレーションで用いられるシミュレーションモデルと同じ関数によって表される動的モデルを用いている。一方で、同期シミュレーションが時間的ダイナミクスを考慮した動的モデルであっても、予測シミュレーションの目的があるプロセスの外乱または劣化に対する定常的な状態の予測である場合には、下記式(4)で示すような静的モデルの式で表されるシミュレーションモデルが用いられてもよい。
例えば、予測期間が仮に1年間である場合、1年分の動的モデルを用いた予測シミュレーションの計算コストは大きい。このような場合は、静的モデルを用いて1か月ごとの1年間の定常的な運転状態を求めることが好ましい。例えば、現在の実プラント9の運転時刻からT秒後の制御量uT、外乱値dT、及び調整パラメータpTを定めることにより、現在の運転時刻からT秒後のプロセスの運転状態値xTが求められる。このような予測シミュレーションを、T=1か月、2か月、…、12か月と各時点を対象に繰り返し実行すれば、少ない計算コストで運転状態の長期のトレンド予測が可能となる。
In the above-described embodiment, the simulation model used in the prediction simulation uses a dynamic model represented by the same function as the simulation model used in the synchronous simulation. On the other hand, even if the synchronous simulation is a dynamic model that considers the temporal dynamics, if the purpose of the prediction simulation is to predict the steady state against the disturbance or deterioration of the process, the following equation (4) is used. A simulation model represented by the formula of the static model as shown may be used.
For example, if the prediction period is one year, the calculation cost of the prediction simulation using the dynamic model for one year is large. In such a case, it is preferable to use a static model to obtain a steady operation state for one year every month. For example, by defining the control amount u T , the disturbance value d T , and the adjustment parameter p T T seconds after the current operation time of the
また、上述した実施形態においては、予測シミュレーションは同期シミュレーションと並列に逐次実行されてもよいし、ユーザによって設定された任意の時刻において実行されてもよい。 Further, in the above-described embodiment, the prediction simulation may be sequentially executed in parallel with the synchronous simulation, or may be executed at an arbitrary time set by the user.
上述した実施形態において、トラッキングシミュレータ装置3及び予測シミュレータ装置7は、必ずしも実プラント9と同じサイトに設置されている必要はない。例えば、実プラント9のデータをインターネット回線、LAN等の通信ネットワークを介して送受信可能であればトラッキングシミュレータ装置3及び予測シミュレータ装置7は別のサイトに設置されていてもよい。
In the above-described embodiment, the tracking simulator device 3 and the
また、同期シミュレーションの処理は実プロセスと同期してリアルタイムで実行されてもよいし、実プラント9で取得・蓄積された運転条件データ及び運転状態データを用いてバッチ処理で実行されてもよい。
Further, the synchronous simulation process may be executed in real time in synchronization with the actual process, or may be executed in batch processing using the operating condition data and the operating state data acquired / accumulated in the
上述した実施形態においては、予測対象の運転条件である外乱の値がユーザによって設定されていたが、外部のサーバ装置を参照することによって取得されてもよい。図19には、本発明の変形例にかかるシミュレーションシステム1Aの構成概略を示している。シミュレーションシステム1Aにおいては、予測シミュレータ装置7が、インターネット回線等の通信ネットワークNW1を介して、外部サーバ装置11から、予測対象の運転条件である外乱値として、例えば、将来の温度予測値、気圧予測値等の気象データを取得可能に構成されている。
In the above-described embodiment, the value of the disturbance, which is the operating condition to be predicted, is set by the user, but it may be acquired by referring to an external server device. FIG. 19 shows an outline of the configuration of the simulation system 1A according to the modified example of the present invention. In the simulation system 1A, the
また、気象条件に関する外乱値は実プラント9内で実測されない場合もありうる。このような場合、実プラント9から取得する外乱値の計測値に代えて、気象機関などの公的機関から得られたデータ、あるいは、実プラント9の近接地点で測定された記録データで代用してもよい。また、実プラント9から得られる計測値には高周波ノイズ等のノイズが混入している場合も想定される。このような場合、生の計測値をそのままトラッキングシミュレータ装置に入力すると同期結果が振動することがある。そこで、実プラント9からの計測値を対象にローパスフィルタ等のノイズ除去手段によってノイズを除去した後に、ノイズが除去された計測値を用いて同期シミュレーションを動作させるようにしてもよい。
In addition, the disturbance value related to the meteorological conditions may not be actually measured in the
予測シミュレータ装置7に実装される第1及び第2の設定方法においては、検索クエリ点に、実プラント9の運転状態を示す量xの推定値xcal等の他の値が追加されてもよい。
In the first and second setting methods implemented in the
1,1A シミュレーションシステム(シミュレーション装置)
3 トラッキングシミュレータ装置
5 データベース装置
5a パラメータ蓄積部
7,7A,7B 予測シミュレータ装置
7a プロセスシミュレータ部(予測シミュレータ部)
7b 制御モデル部(制御量予測部)
7c 調整パラメータ設定部
9 実プラント
1,1A simulation system (simulation device)
3
7b Control model unit (Control amount prediction unit)
7c Adjustment
Claims (11)
外部のトラッキングシミュレータ装置による前記運転状態のトラッキングにおいて設定された調整パラメータであって、シミュレーションモデル内の実プロセスを記述する物理的・化学的係数としての前記調整パラメータを、前記トラッキングシミュレータ装置によるトラッキング時に実プラントから得られた前記プラント装置の運転条件の情報に関連付けて蓄積するパラメータ蓄積部と、
予測対象の前記プラント装置の運転条件を基に、シミュレーションモデルを用いて前記運転状態を予測する予測シミュレータ部と、
前記予測シミュレータ部における前記シミュレーションモデルの調整パラメータを動的に設定する調整パラメータ設定部と、
を備え、
前記調整パラメータ設定部は、予測対象の前記運転条件に類似する運転条件の情報に関連付けられた前記調整パラメータを前記パラメータ蓄積部から取得し、取得した前記調整パラメータを基に、前記予測シミュレータ部の前記シミュレーションモデルの調整パラメータを設定する、
シミュレーション装置。 A simulation device that predicts the operating status of plant equipment.
The adjustment parameter set in the tracking of the operating state by the external tracking simulator device, and the adjustment parameter as a physical / chemical coefficient describing the actual process in the simulation model, is set at the time of tracking by the tracking simulator device. A parameter storage unit that stores information related to the operating condition information of the plant equipment obtained from the actual plant, and a parameter storage unit.
A prediction simulator unit that predicts the operating state using a simulation model based on the operating conditions of the plant device to be predicted.
An adjustment parameter setting unit that dynamically sets the adjustment parameters of the simulation model in the prediction simulator unit,
With
The adjustment parameter setting unit acquires the adjustment parameter associated with the information of the operation condition similar to the operation condition to be predicted from the parameter storage unit, and based on the acquired adjustment parameter, the prediction simulator unit of the prediction simulator unit. Set the adjustment parameters of the simulation model,
Simulation equipment.
前記調整パラメータ設定部は、予測対象の外乱情報に類似する前記外乱情報に関連付けられた前記調整パラメータを取得する、
請求項1記載のシミュレーション装置。 The parameter storage unit stores the adjustment parameter in association with the disturbance information which is the information of the operating condition regarding the disturbance, and stores the adjustment parameter.
The adjustment parameter setting unit acquires the adjustment parameter associated with the disturbance information similar to the disturbance information to be predicted.
The simulation apparatus according to claim 1.
前記調整パラメータ設定部は、予測対象の制御量に類似する前記制御量情報に関連付けられた前記調整パラメータを取得する、
請求項1または2記載のシミュレーション装置。 The parameter storage unit stores the adjustment parameter in association with the control amount information which is the information of the operation condition regarding the control amount for the plant device.
The adjustment parameter setting unit acquires the adjustment parameter associated with the control amount information similar to the control amount to be predicted.
The simulation apparatus according to claim 1 or 2.
前記調整パラメータ設定部は、予測対象の運転時間に類似する前記運転時間情報に関連付けられた前記調整パラメータを取得する、
請求項1〜3のいずれか1項に記載のシミュレーション装置。 The parameter storage unit stores the adjustment parameters in association with the operation time information which is the information of the operation conditions regarding the operation time of the plant device.
The adjustment parameter setting unit acquires the adjustment parameter associated with the operation time information similar to the operation time to be predicted.
The simulation apparatus according to any one of claims 1 to 3.
請求項1〜4のいずれか1項に記載のシミュレーション装置。 The adjustment parameter setting unit determines the similarity by calculating the distance between the operating condition to be predicted and the information of the operating condition.
The simulation apparatus according to any one of claims 1 to 4.
請求項1〜5のいずれか1項に記載のシミュレーション装置。 The adjustment parameter setting unit acquires a plurality of the adjustment parameters from the parameter storage unit, and uses machine learning based on the plurality of the adjustment parameters and information on the operating conditions of the plant device associated with the adjustment parameters. To set the adjustment parameters of the simulation model,
The simulation apparatus according to any one of claims 1 to 5.
前記予測シミュレータ部は、前記制御量予測部によって予測された制御量を基に、前記運転状態を予測する、
請求項1〜5のいずれか1項に記載のシミュレーション装置。 A control amount prediction unit that predicts the control amount of the plant device by the controller based on the output of the prediction simulator unit is further provided.
The prediction simulator unit predicts the operating state based on the control amount predicted by the control amount prediction unit.
The simulation apparatus according to any one of claims 1 to 5.
請求項7に記載のシミュレーション装置。 The adjustment parameter setting unit acquires the adjustment parameter associated with the information of the operating condition similar to the control amount predicted by the control amount prediction unit.
The simulation apparatus according to claim 7.
請求項7又は8に記載のシミュレーション装置。 The prediction simulator unit predicts the operating state based on the prediction result of the control amount prediction unit in which the algorithm or parameter for predicting the control amount is dynamically or statically changed.
The simulation apparatus according to claim 7 or 8.
請求項1〜9のいずれか1項に記載のシミュレーション装置。 The prediction simulator unit predicts the future operating state for a predetermined period of time.
The simulation apparatus according to any one of claims 1 to 9.
パラメータ蓄積部が、外部のトラッキングシミュレータ装置による前記運転状態のトラッキングにおいて設定された調整パラメータであって、シミュレーションモデル内の実プロセスを記述する物理的・化学的係数としての前記調整パラメータを、前記トラッキングシミュレータ装置によるトラッキング時に実プラントから得られた前記プラント装置の運転条件の情報に関連付けて蓄積するステップと、
シミュレーション装置が、予測対象の前記プラント装置の運転条件を基に、シミュレーションモデルを用いて前記運転状態を予測するステップと、
前記シミュレーション装置が、前記シミュレーションモデルの調整パラメータを動的に設定するステップと、
を備え、
前記調整パラメータを動的に設定するステップでは、予測対象の前記運転条件に類似する運転条件の情報に関連付けられた前記調整パラメータを前記パラメータ蓄積部から取得し、取得した前記調整パラメータを基に、前記シミュレーションモデルの調整パラメータを設定する、
シミュレーション方法。 It is a simulation method that predicts the operating state of plant equipment.
The parameter storage unit tracks the adjustment parameters set in the tracking of the operating state by an external tracking simulator device, and is the adjustment parameters as physical and chemical coefficients that describe the actual process in the simulation model. A step of accumulating information related to the operating condition information of the plant device obtained from the actual plant during tracking by the simulator device, and a step of accumulating the information.
A step in which the simulation device predicts the operating state using a simulation model based on the operating conditions of the plant device to be predicted.
The step in which the simulation device dynamically sets the adjustment parameters of the simulation model,
With
In the step of dynamically setting the adjustment parameter, the adjustment parameter associated with the information of the operation condition similar to the operation condition to be predicted is acquired from the parameter storage unit, and based on the acquired adjustment parameter, the adjustment parameter is acquired. Set the adjustment parameters of the simulation model,
Simulation method.
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