JPH0410001A - 最適運転スケジュール決定装置 - Google Patents

最適運転スケジュール決定装置

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JPH0410001A
JPH0410001A JP11271390A JP11271390A JPH0410001A JP H0410001 A JPH0410001 A JP H0410001A JP 11271390 A JP11271390 A JP 11271390A JP 11271390 A JP11271390 A JP 11271390A JP H0410001 A JPH0410001 A JP H0410001A
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JP
Japan
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plant
crude oil
steam
type
transport mechanism
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JP11271390A
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English (en)
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Nobuyuki Ozaki
信之 尾崎
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Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、例えば各種プラントにおいて、プラントの操
業に何らの影響を与えることがない範囲で最小コストで
製品、半製品等の被搬送物の搬送が行なえる最適な運転
スケジュールの決定を行なう最適運転スケジュール決定
装置に関するものである。
(従来の技術) 従来より、プラントでは、製品コストの低減を図るため
のコつの手段として、製品の搬送コストかプラント全体
として最小となるようにする方法か、思料されてきた。
この方法の一例として、プラント中に複数設けられてい
る製品搬送装置の夫々に対して複数種類の動力源が設け
られている場合に、各種のコンピュータから成るプラン
ト監視装置か、プラント全体の現況を判断しながらプラ
ント全体として搬送コストが最小となるような動力源を
決定する方法か挙げられる。
(発明か解決しようとする課題) 従来のプラント監視装置によって行なわれる上述した方
法は、比較的小規模なプラントでは、選択肢たる動ノコ
源の数か少なく、且つプラントの全体的な現況を容易に
適確に把握できるから有効に機能し得る。
しかしなから、上記方法は、配設されている製品搬送装
置の数か多い大規模なプラントでは、選択肢たる動力源
の数か多く、プラントの全体的な現況の適確な把握か困
難であるので、殆ど有効に機能しない。ここで、上記内
容につき、大規模なプラントの一例として石油精製プラ
ントを挙げて更に説明する。
一般に、石油精製プラント中には、原油搬送ラインが多
数並設されている。これら各原油搬送ラインには、夫々
製品搬送装置として原油搬送ポンプか1個又は複数個取
り付けられている。そしてこれら多数の原油搬送ポンプ
には、夫々、プラント内で発生した蒸気を動力源とする
蒸気タービンと、電力を駆動源とするモータとか、ポン
プ駆動ユニットとして設けられいる。各原油搬送ポンプ
は、これら各駆動ユニットによって選択的に駆動される
。このような構成の石油精製プラントでは、規模が極め
て大きいのでプラントの全体的な現況を示すデータ量(
例えば、石油精製プラントに必須不可欠な設備であるボ
イラにおいて発生する蒸気量、大気中に放出する蒸気量
のごとき余剰となった蒸気量等によって代表される。こ
れらのデータは、プラント各部に設けられたセンサから
与えられる)は、膨大なものとなる。そのうえ、原油搬
送ラインの並設本数か多いから設置されている原油搬送
ポンプの数も駆動ユニットの数も多くならざるを得ず、
例えば原油搬送ポンプの設置数を100と仮定しても、
各ポンプについて蒸気タービシがモータのいずれか一方
を選択したとして全部で2100の選択の組合せが生し
ることとなり、従って選択肢も膨大な量となってしまう
よって、上記方法を適用してプラントの操業に支障を及
はさない範囲でプラント全体で最小の搬送コストとなる
ように、各原油搬送ポンプ毎に前記使用する動力源を決
定するのは事実上不可能である。そこで従来においては
、例えばプラント各部の中の蒸気のロース;の多い箇所
たけをチエツクする等プラントの一部についてのみ、上
記方法を適用して所謂局所的最適化を図る(上記方法を
適用することによってプラント全体が以前より良好とな
ったか否かはチエツクしない)か、或いはただ単にオペ
レータの勘と経験のみに頼るしか採り得る手段は見出せ
なかった。
上述した内容から明らかなように、従来の方法では、例
えば石油精製プラントに適用した場合に、プラントの稼
動率か極めて高く従ってプラントにおける余剰蒸気量か
極めて多い昼間にポンプの動力源として蒸気タービンを
選択しなかったことによってプラントで発生している余
剰蒸気の活用が不充分であったり、電力単価か高い時間
帯である前記時間帯において蒸気タービンを利用しなか
ったことでモータを選択したことによる高コスト化を招
来するような不具合を防止することができないので、エ
ネルギーの有効な活用を図、ることができないのみなら
す、割高な搬送コストでプラントの操業か実施されてし
まうことかあった。
従って本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、
その目的は、規模の大小や選択肢となる搬送手段やその
動力源の多少に拘らず、プラントの操業に影響を与える
ことかない範囲でプラント全体として最小コストで製品
等の搬送が行なえる動力源を選択することか可能な最適
運転スケジュール決定装置を提供することにある。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するために本発明は、被搬送物を搬送す
るための複数の搬送機構と、これら複数の搬送機構の各
々に夫々設けられている各搬送機構を駆動するための複
数種類の駆動手段とを有するプラントの最適運転スケジ
ュール決定装置であって、読込んだ前記プラント全体の
状況を示すデータに基づいて、使用する駆動手段の種類
を途中で変更しない搬送機構と途中で変更する搬送機構
とを選択して、後者の搬送機構に関する情報を出力する
第1選択手段と、与えられたプラントモデル情報に基づ
いて、プラントの操業に支障となることなく且つプラン
ト全体として最小の搬送コストで前記被搬送物を搬送可
能な駆動手段の種類を第1選択手段から与えられた情報
中の搬送機構毎に更に選択する第2選択手段と、を偏え
た構成とした。
(作 用) 上記構成において、第1選択手段は、読込んたプラント
全体の状況を示すデータに基づいて、使用する駆動手段
の種類を途中で変更しない搬送機構と途中で変更する搬
送機構とを選択して、後者の搬送機構に関する情報を出
力し、第2選択手段は、与えられたプラントモデル情報
に基づいて、プラントの操業に支障となることなく且つ
プラント全体として最小の搬送コストで被搬送物を搬送
可能な駆動手段の種類を第1選択手段から与えられた情
報中の搬送機構毎に更に選択することとしたので、規模
の大小や選択肢となる搬送手段やその動力源の多少に拘
らず、プラントの操業に影響を与えることかない範囲で
プラント全体として最小コストで製品等の搬送か行なえ
る動力源を選択することか可能となった。
(実施例) 以下、図面により本発明の一実施例について説明する。
第1図は、本発明の一実施例に従う最適運転スケジュー
ル決定装置の全体構成を示したブロック図である。本発
明に係る最適運転スケジュール決定装置は、既に説明し
た内容から明らかなように、被搬送物たる製品を搬送す
るだめの複数の搬送機構と、これら複数の搬送機構の各
々に夫々設けられている各搬送機構を駆動するだめの複
数種類の駆動手段とを有するプラント、特に比較的大規
模なプラントに適用するものである。本実施例の内容は
、本発明に係る最適運転スケンユール決定装置を、石油
精製プラントにおいてプラントの操業に支障を与えずに
且つ最小の搬送コストで原油の搬送か可能な各原油搬送
ポンプの運転計画作成に適用した事例である。
第1図にて図示した本発明の一実施例に従う最適運転ス
ケジュール決定装置6は、ハードウェアとして電子計算
機7を、ソフトウェアとして該電子計算機7内に構築さ
れている前処理部2及び01整数計画法実行部3を夫々
具備した構成となっている。既述のように、石油精製プ
ラントは、その内部に原油搬送ラインか多数並設されて
おり、各原油搬送ラインには、蒸気タービン又はモータ
によって選択的に駆動される原油搬送ポンプが多数設け
られている。前処理部2は、石油精製プラントの各部に
設けられている各種センサ1から該プラントの現況を示
す各種データを読込んで所定の演算処理を行なうことに
よって、プラント全体としての原油の搬送量を決定する
。前処理部2は、又、前記各種センサ1から得られる前
記各種データを読込んで、プラントの操業上の理由等か
ら原油搬送ポンプを駆動するのに使用する動力源(即ち
、本実施例では蒸気タービンとモータ)を途中で変更す
る原油搬送ラインと、途中で変更しない原油搬送ライン
とを選別する。即ち、前記データに基づいて例えば蒸気
タービンを動力源に選定し、途中てモータに変更しない
原油搬送ラインと、モータを動力源に選定し、プラント
の現況に応して途中で蒸気タービンに変更する原油搬送
ラインとを、石油精製プラント中に並設されている全部
の原油搬送ライン中から区別する。上記各種データの一
例としては、石油精製プラントの各部に設置されている
プラント各部の蒸気量を検出するセンサ1から与えられ
る蒸気量データが挙げられる。
前処理部2は、上記のようにして区別した原油搬送ライ
ンに関するデータ中から動力源を途中で変更する原油搬
送ポンプが設置されている原油搬送ラインに関するデー
タを、0−1整数計画法実行部3に送出する。前処理部
2が、上述したような処理を実行する理由は、次の0−
1整数=(゛画法実行部3において定式化される変数を
少しでも減少させることによって、0−1整数計画法実
行部3が解を求める問題の規模を小さくし、それによっ
て0−1整数計画法実行部3の負荷を少しでも低減する
な−めである。
0−1整数計画法実行部3は、外部記憶装置4に内蔵さ
れている本実施例に従う石油精製プラントに関するプラ
ントモデルデータと、前処理部2から送出された前記デ
ータとを夫々読込む。〇−1−1計数計実行部3は、前
処理部2から送出された前記データの範囲において、各
原油搬送ポンプ毎に使用を変更する動力源を前記プラン
トモデル情報を用いて定式化する。これによってプラン
トの操業に支障となることなくRつプラント全体として
最小の搬送コストで原油の搬送か可能な動力源を、前記
各原油搬送ポンプ毎に選定することができる最適運転パ
ターンを求めることとなる。
0−1整数計画法実行部3に対して前処理部2から送出
されるデータ、外部記憶装置4から与えられるプラント
モデル情報、O〜1整数計数計画法実行部3行する0−
1整数計画法に基づく定式化のプロセス及び求められた
最適運転パターンに関しては後に詳述する。なお、本実
施例においては、上記最適運転パターンを求める手段を
0−1整数計画法実行部3として説明したか、0−1整
数計画法以外の数理計画法を実行する手段(電子計算機
7内に構築されるソフトウェアである)により、上述し
た最適運転パターンを求めることとしても差支えない。
0−1整数計画法実行部3は、上記求めた最適運転パタ
ーンナh報を、石油精製プラントを構成している各部を
制御するために設けられている各シーケンサ5に与える
。各シーケンサ5は、O−1整数計画法実行部3から与
えられた最適運転パターン情報に基づいて、各原油搬送
ポンプ毎に動力源の切換え(蒸気タービン−モータ、モ
ーター蒸気タービン)を行なう。
第2図は、本発明の一実施例に従う最適運転スケジュー
ル決定装置が適用される石油精製プラント内に敷設され
ている原油搬送ラインの系統図である。石油精製プラン
トは大規模であり、従って石油精製プラント内に敷設さ
れている原油搬送ラインの本数も極めて多く、又、それ
らの延長も非常に長い。そのため、本実施例では、第2
図にて示すような原油搬送ポンプが6個で敷設パターン
が単純な構成の原油搬送ラインの系統を用いて説明する
こととした。
第2図にて図示した原油搬送ラインの系統は、原油を第
2図矢印方向へと搬送するようになっている。この原油
搬送ラインの系統は、原油搬送ポンプ9を有する原油搬
送ライン8を始め、この原油搬送ライン8から分岐し、
原油搬送ポンプ11及び原油搬送ポンプ15を有する原
油搬送ライン10と、原油搬送ライン8から分岐し、原
油搬送ポンプ13及び原油搬送ポンプ17を有する原油
搬送ライン12と、原油搬送ポンプ1つを白゛シ、原油
搬送ポンプ17の上流側から前記原油搬送ライン12と
分岐する原油搬送ライン18とから成っている。上記第
2図にて図示される各原油搬送ポンプ9,11,13,
15,17.19には、夫々第3図にて図示するように
、これらの各原油搬送ポンプを駆動する動力源として蒸
気タービン21とモータ22と、各原油搬送ポンプを駆
動する動力源を蒸気タービン21からモータ22に(或
いはモータ22から蒸気タービン21に)切換える動力
源切換手段20とか設けられている。
なお、第3図では、図示の都合上、原油搬送ライン8に
設けられている原油搬送ポンプ9に係る蒸気タービン2
1、モータ22、動力源切換手段20のみを掲載した。
上記動力源切換手段20の切換えは、対応する各シーケ
ンサ5によって行なわれる。
第4図は、前記第3図にて図示した蒸気タービン21を
含む蒸気系の配管系統を示した図である。
第4図にて図示した蒸気系の配管系統は、ボイラ23.
24と直結しており、ボイラ23,24にて発生した蒸
気を直接受ける第1蒸気配管25と、この第1蒸気配管
25と蒸気タービン21a。
21b、第1ベント(即ち、開孔部。以下間し)vlを
介して接続されている第2蒸気配管26と、この第2蒸
気配管26と蒸気タービン21c、第2ヘントv2を介
して接続されている第3蒸気配管27とから成っている
。前記第3蒸気配管27には、更に第3ベントV3が接
続されている。又、前述した蒸気タービン21aには、
この蒸気タービン21aによって駆動される発電機28
か取り付けられている。本実施例に係る蒸気系の配管系
統においては、第4図にて図示した蒸気タービン2]b
は、第1図にて図示した原油搬送ポンプ9゜11.13
に夫々設けられている蒸気タービンに対応している。又
、第4図にて図示した蒸気タービン21cは、第1図に
て図示した原油搬送ポンプ15,17.19に夫々設け
られている蒸気タービンに対応している。更に、第4図
にて図示した蒸気タービン21aは、既述の内容から明
らかなように、発電機28を駆動するものである。
第4図にて図示した蒸気系の配管系統においては、ボイ
ラ23,24で発生した高圧の蒸気は、まず第1蒸気配
管25に発生時と略同−圧力で流入し、蒸気タービン2
1a、21bを駆動した後、やや減圧されて第2蒸気配
管26に流入する。この過程において余剰となった蒸気
は、ベントv1から大気に放出される。上記のようにし
て、第1蒸気配管25から第2蒸気配管26に流入した
蒸気は、蒸気タービン21cを駆動した後、更にやや減
圧されて第3蒸気配管27に流入する。この過程におい
ても、余剰となった蒸気は、ベントv2から大気に放出
される。更にまた第3蒸気配管27において余剰となっ
た蒸気は、ベントv3から大気に放出される。
次に、上述した構成の最適運転スケジュール決定装置が
、上記構成の石油精製プラントの最適運転パターンを求
めるプロセスについて説明する。
まず、前処理部2は、各種センサ1から与えられるプラ
ントの現況を示すデータを読込んで、ブランドの操業上
、使用する動力源を蒸気タービンかモータのいずれか一
方のみに固定できる原油搬送ポンプかあるか否かを、第
2図にて図示した各原油搬送ポンプ9,11,13,1
5,17゜19毎にチエツクする。このチエツクは、主
として蒸気タービン又はモータの故障によって一方の動
力源しか使用できない原油搬送ポンプがある場合や、動
力源を上記いずれか一方の動力源に切換えた直後の原油
搬送ポンプかある場合に可能となる。前処理部2は、又
、各原油搬送ポンプの現状における負荷状況に関するデ
ータとこれら各原油搬送ポンプの原油移動方向上流側に
位置する原油搬送ポンプの現状における負荷状況に関す
るデータとを、センサ1から読込む。そしてこれら各デ
ータと更に外部から与えられた原油の上流工程における
生産計画データ等を参酌しながら、必要となる原油の搬
送能力を計算する。
以下の説明では、簡単のため、原油搬送ポンプ19に関
しては、動力源を蒸気タービンからモータに切換えた直
後という想定て、モータ使用のまま固定とする。従って
、以下の説明は、残りの原油搬送ポンプ5台に関する最
適運転パターンを求める問題に帰着する。
更に、第4図から原油搬送ポンプ9〜17の搬送能力(
ポンプ負荷)が決まれば、蒸気タービン使用時の必要蒸
気量(蒸気タービン出口)またはモータ使用時の使用電
力の値か次のように決まる。
表1:搬送能力 また、蒸気タービン関係のプラントモデルとして、次の
4種の係数を前もって決定し、外部記憶装置4に記憶さ
せておく必要がある。
発電用蒸気タービンの人口蒸気ff1f3、出口蒸気量
f5及び発電出力の関係は近似的に下記の(1)式で示
される。
原油搬送ポンプ駆動用蒸気タービンも、定格で運転する
ことを条件とし、f、を人口蒸気量、f出を出口蒸気量
とすると下記の(2)式か成立し得る。
f、i−λ、・f出i    ・・・・・・(2)二こ
で、KG、に′G、  λ6.λ1は、定数であり、こ
れらの各定数は、後に詳述するプラントモデルによって
決定されるようになっている。
以上により本問題は次のような0〜1整数計数計に定式
化される。まず最終的に決定したい運転モードを次の(
3)式で示すような変数にとる。
また、次のものは未知の変数である。
目的関数としては、次のように3つのコストの合計を考
える。
ボイラーの蒸気発生に要するコストを01とすれば、C
1は、下記の(4)式にて示される。
C1″″(KBlf1+K11)+(KB2f2+に′
B2)・・・(4〉 大気放出される蒸気のコストを02とすれば、C2は、
下記の(5)式にて示される。
02″″GvlVl+Gv2V2+Gv3v3・・・・
・・(5) 自家発、買電に要するコストをC3とすれば、C3は、
上記(1)式を用いて下記の(6)式にて示される。
ただし KBi・蒸気単位あたり発生させるのに必要なコスト G、1:該当する蒸気圧力での蒸気単位あたり発生させ
るのに必要なコスト KF:その他使用電力 に、:モータ使用時の必要電力(表1)KB:自家発の
発電コスト に′ :買電コスト ゆえに目的関数Fは次の(7)式にて示される。
F′″KB1f1+KB2f2+Gvlvl+Gv2v
2+GV3V3十KGf5(1−KB) +KB (Kt X、 +に2 X2 +に3 X3+
に4 X4 +に5X5)” Kconst     
          ・−・(7)(ただしK   は
定数項の総称) onst また制約条件としては次の(8)、(9)、(10)式
にて示されるようなものか存在する。
蒸気系のマスバランス +f2 +f6 +v2 f3 +V1 v3 +f4 ″f7 + V 1 +■2 ・・・・・・(8) ・・・・・・(9) ・・・・・・(10) 蒸気タービン21b、21c (第4図にて図示)に流
れている蒸気は、すべて原油搬送ポンプを駆動じている
動力源になっているので、前掲の表1及び(2)式を用
いて、下記の(11)、(12)、(13)、(14)
式にて示される。
(1−x2) Xl)+J2 xs) +6−Jl(1 +J3(1 f4″″λ1f6 f  −J  (1−X4)+J5(1f7″″12f
8 ・・・・・・(11) ・・・・・・(12) xs)  ・・・・・〈13) ・・・・・(14) 前述したモータは、電力系統上2つのフィーダに接続さ
れているとすると、下記(+5)、(16)式にて示さ
れるようなフィーダ単位に潮流の制約値が存在すること
になる。
K1x1+に2x2+に3X3≦P1max    −
=(15)K4 Xi、 +に5X5≦P2max  
    −=(18)最後に蒸気タービン21a(第4
図にて図示)の発電出力はあまり変動させられないので
、使用蒸気量(出口)に次の(17)式にて示すような
制約条件か存在することになる。
F5min≦f5≦F5max ・・・・・(+7) まとめると、次のようになる。
未知の変数ヘク トルを X” (ft、fa、Xt、 X2. Xa、X4x 
  v   v   v   f  )    −・(
18)5′ 1″ 2’  3’  5 とおくと(” x Iのみ整数値0または1しかとれな
い) CX −s−rn i n ・・・・・・(19) たた゛し AX≦b ・・・・・・(20) ここにおいて C″″〔KB□・KB2・K′F3に1・K′BK2・
Kムに3・K’F3 K4 ’ KB K5 ”vl”
v2”v3’f、  f2x。
X 5   V 、  V 2  V 3f 5(これ
らは(1)、 (7) 〜(17)式を変形すれば得られる。)・・・・・・(
23) すなわち(19)、(20)式で定式化されたように、
本問題を解くことにより、最小コストで運用できる運転
パターンを求解することができる。
以上説明したように、本発明の一実施例によれば、電力
単価の変化、余剰蒸気量の大幅な変化、更には原油の搬
送必要量等、石油精製プラントの現況か変化しても、そ
の度に石油精製プラント全体として最小コストで原油の
搬送か可能な運転パターンを計算によって求めることが
できるので、高コストな電力の消費を可能な限り抑制で
きるとともに、余剰蒸気をエネルギーとして有効に利用
することか可能となった。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、第1選択手段は
、読込んたプラント全体の状況を示すデータに基づいて
使用する駆動手段の種類を途中で変更しない搬送機構と
途中で変更する搬送機構とを選択して、後者の搬送機構
に関する情報を出力し、第2選択手段は、与えられたプ
ラントモデル情報に基づいて、プラントの操業に支障と
なることなく1つプラント全体として最小の搬送コスト
で被搬送物を搬送可能な駆動手段の種類を第1選択手段
から与えられた情報中の搬送機構毎に更に選択すること
としたので、規模の大小や選択肢となる動力源の多少に
拘らず、プラントの操業に影響を与えることがない範囲
でプラント全体として最小コストで製品等の搬送か行な
える動力源を選択することが可能な最適運転スケンユー
ル決定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例に従う最適運転スケジュー
ル決定装置の全体構成を示したブロック図、第2図は、
本発明の一実施例に従う最適運転スケジュール決定装置
か適用される石油精製プラント内に敷設されている原油
搬送ラインの系統図、第3図は、前記第2図にて図示し
た各原油搬送ポンプの動力源である蒸気タービンとモー
タと動力源切換手段とを示した図、第4図は、前記第3
図にて図示した蒸気タービンを含む蒸気系の配管系統を
示した図である。 1・・・センサ、2・・・前処理部、3・・・0−1整
数計画法実行部、4・・・外部記憶装置、5・シーケン
サ、6・・・最適運転スケジュール決定装置、7・・・
電子計算機、8,10,12.18・・原油搬送ライン
、9.11.13.15,17.19・・・原油搬送ポ
ンプ、21・・・蒸気タービン、22・・・モータ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、被搬送物を搬送するための複数の搬送機構と、これ
    ら複数の搬送機構の各々に夫々設けられている各搬送機
    構を駆動するための複数種類の駆動手段とを有するプラ
    ントの最適運転スケジュール決定装置であって、 読込んだ前記プラント全体の状況を示すデータに基づい
    て、使用する駆動手段の種類を途中で変更しない搬送機
    構と途中で変更する搬送機構とを選択して、後者の搬送
    機構に関する情報を出力する第1選択手段と、 与えられたプラントモデル情報に基づいて、プラントの
    操作に支障となることなく且つプラント全体として最小
    の搬送コストで前記被搬送物の搬送が可能な駆動手段の
    種類を、第1選択手段から与えられた情報中の搬送機構
    毎に更に選択する第2選択手段と、 を備えたことを特徴とする最適運転スケジュール決定装
    置。 2、請求項1記載の最適運転スケジュール決定装置にお
    いて、 前記第2選択手段は、数理計画法を適用して前記プラン
    トモデル情報と前記第1選択手段からの出力情報とから
    前記選択を行なうことを特徴とする最適運転スケジュー
    ル決定装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008051034A (ja) * 2006-08-25 2008-03-06 Denso Corp スクロール圧縮機
JP2008095634A (ja) * 2006-10-13 2008-04-24 Denso Corp スクロール圧縮機

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