JPH04299704A

JPH04299704A - プラント制御ルール作成方法及びその作成装置並びにプラント制御装置

Info

Publication number: JPH04299704A
Application number: JP6455991A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Yagi; 郭之八木; Kazushige Fujihira; 藤平　一重
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-03-28
Filing date: 1991-03-28
Publication date: 1992-10-22
Anticipated expiration: 2016-08-27
Also published as: JP3203601B2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は大規模プラントの制御ル
ールを作成する方法及びその装置に関し、特に、滅多に
生起しない事象に対する熟練運転員の操作からその事象
に対する制御ルールを作成するのに好適な制御ルール作
成方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、熟練者の操作に近似した制御を行
うことのできるファジィ制御やニューラルネット制御が
脚光を浴び、各種の制御システムに取り入れられてきて
おり、特開平２−２０７３０２号等のように、ファジィ
制御システムの構築を支援する装置等が提案されている
。ファジィ制御等を実現する場合、最も困難なことは、
いかにして制御ルールを作成するかということである。定常状態にある被制御対象に対する制御ルールは、比較
的単純である。何故ならば、プロセス側からの信号も安
定しており、これに対する操作指令を単純なためである
。しかし、非定常状態にある被制御対象に対する制御ル
ールの作成は、プロセス側からの信号は安定せず、また
、非定常状態下での熟練者の操作指令もあいまいな部分
を多く含むため難しい。そこで、特開昭６２−２７４３
０１号公報記載の従来技術では、非定常状態下での実際
のプロセスからの信号と、コンピュータでシミュレーシ
ョンした非定常状態下でのプロセスからの信号とを比較
することで、制御ルールを作成している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術は、
非定常状態にある被制御対象に対する制御ルールを作成
する上で有効である。しかし、非定常状態下の実際のプ
ロセスで生じたプロセス信号を取得しなければ制御ルー
ルを作成できないので、滅多に生起することのない事象
に対する制御ルールを作成することは、元となるデータ
量が少ないため困難である。また、滅多に生起すること
のない事象が例えば安全上生起してはならない事象の場
合、実際にその事象に対するデータは事故が起こらない
と取得できないことになる。従って、上述した従来技術
だけでは、全ての事象に対応する制御システムの構築は
できない。

【０００４】本発明の目的は、鉄鋼，化学，発電等の各
種のプラントの制御システムを構築する上で、実機では
滅多に発生しないようなプラント状態（過渡、事故その
他）に対しても、効率良く客観的且つ自動的に制御ルー
ルを作成することのできる制御ルール作成方法及びその
装置を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的は、実機では滅
多に発生しないプラント状態をシミュレーション装置に
より発生させ、そのプラント状態に対する熟練運転員の
運転操作情報をシミュレーション装置を取得し、そのプ
ラント状態における制御ルールを作成することで、達成
される。

【０００６】制御ルールの作成は、統計的手法にて行え
るように、必要な回数だけそのプラント状態を発生させ
て必要なデータを取得する。

【０００７】

【作用】シミュレーション技術の進歩により、滅多に生
起しないプラント状態も実機におけるときを忠実に模擬
できるようになっている。このため、シミュレーション
装置を用いることで、制御ルール作成に必要なデータ量
を確保することができる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１は、本発明の一実施例に係るプラント制御
ルール作成装置の構成図である。このプラント制御ルー
ル作成装置におけるプラントを模擬する機能は、従来の
シミュレーション装置と同様である。シミュレーション
用計算機２０は、シミュレーションプログラムに従って
必要なプラント状態を模擬した出力信号１１を中操盤１
０に出力し、その出力信号１１に対する運転員の操作に
基づく信号１２を受ける。そして、シミュレーション用
計算機２０はその操作信号１２を反映した形で（運転員
の操作が行なわれない場合も、操作が行われないという
情報を反映する。）プラント状態の解析を行い、それに
対する出力信号１１を中操盤１０に出力する。このよう
な信号１１，１２の授受を繰り返えすことで、プラント
の模擬操作が行われる。従来のシミュレーション装置は
、シミュレーション用計算機２０に接続される他の計算
機はなく、インストラクターコンソール３０のみが接続
され、このインストラクターコンソール３０より、シミ
ュレーション装置の初期状態の設定やスケジューリング
、外乱の入力及びプラント状態のリプレイ，フリーズそ
の他が入力されるようになっている。

【０００９】本実施例では、図２に示すように、このイ
ンストラクターコンソール３０の他に、制御ルール作成
用計算機４０がシミュレーション用計算機２０にライン
を介して接続されている。そして、インストラクターコ
ンソール３０からシミュレーション用計算機２０に対す
る出力信号３２の中の所要信号３３により、スイッチ２
７が開閉操作され、入出力処理装置２３と制御ルール作
成用計算機４０が接続されることにより、制御ルールの
作成が可能となる。

【００１０】シミュレーション用計算機２０は、主要構
成として、プラントを模擬するための解析を行う演算部
２４を有する。この演算部２４は、インストラクターコ
ンソール３０からの、シミュレーションの実行，終了，
リプレイ，フリーズその他の指示に従い、解析を実行す
る。制御ルール作成用計算機４０は、基本的には、演算
部２４に対してシミュレーションの開始や停止等の指示
を行うことはなく、制御ルール作成に関する機能を有す
るのみである。制御ルール作成用計算機４０における具
体的な処理手順のフローチャートを図３に示す。

【００１１】インストラクターコンソール３０からの信
号３２（３３）によりシミュレーション用計算機２０内
のソフト的スイッチ２７が投入されてシミュレーション
用計算機２０と制御ルール作成用計算機４０とが接続さ
れると、まず最初に、制御ルール作成用コンソール５０
を操作して、制御ルールを作成するための入力信号の設
定を行う。この入力信号は、制御ルール作成用計算機４
０内で制御ルールを作成するための基となる信号であり
、シミュレーション結果の一つである模擬計器信号や、
運転員の操作信号がそれに当る。いずれも、シミュレー
ションプログラムの変数を、コンソール５０のキーボー
ド操作により指定することで行う。

【００１２】次に、作成しようとする制御ルールの対象
となるプラント状態を、インストラクターコンソール３
０により設定し、必要なプラント状態を演算部２４に指
示する。これにより演算部２４は、そのプラント状態に
なったときのプラント出力信号１１を中操盤１０に出力
する。これに対する熟練運転員の操作信号１２がシミュ
レーション用計算機２０に入力されると、演算部２４に
より模擬された計器信号１１と、運転員の操作信号１２
は、信号２２として制御ルール作成用計算機４０に入力
される。入力された信号２２は一時的に制御ルール作成
用計算機４０内に保管され、制御ルール作成装置の操作
員によりその一連の運転操作が適切であったと判断され
た場合のみ制御ルール作成用データとして改めてデータ
ベースに記憶され、適切でないと判断された場合は、破
棄される。

【００１３】操作員による運転員の操作が適切であった
か否かの判断は、中操盤１０またはインストラクターコ
ンソール３０に表示された運転員の操作信号１２及びプ
ラントの挙動との関係より行われ、操作員の判断結果は
、コンソール５０より入力される。

【００１４】次に、制御ルール作成用データとして記憶
されたデータは、制御ルール作成用計算機４０により制
御ルールの作成に充分なものであるか否かが判断され、
その判断結果は、信号２１としてシミュレーション用計
算機２０に伝えられ、インストラクターコンソール３０
上のＣＲＴ画面に表示される。制御ルール作成に充分な
データが記憶された場合には、その時点で演算部２４の
演算処理は終了し、次の制御ルールの作成に移行される
。制御ルールを作成するのに充分なデータが得られない
ときには、上述した処理を繰り返すことで、充分なデー
タを得るようにする。データの記憶が充分か否かの判断
は、基本的には、制御ルールを表すメンバーシップ関数
の各区間ごとのデータの数により決定される。データの
数については、予め必要なデータ数をコンソール５０に
入力しておき、総ての区間でそのデータ数を超えたとき
、制御ルール作成が可能であると判断する。

【００１５】ただし、運転員の間違った操作情報を基に
ルールの作成を行った場合、最適なルールの作成ができ
ないばかりか、プラントの安定性や安全性を阻害するよ
うなルールが作成される可能性が有る。そこで、間違っ
た操作情報については、ルール作成用のデータから排除
する必要がある。プラントの安定性が大きく損なわれた
り、発生した事象をむしろ増長させるような明らかな誤
操作に対しては、既に述べた様に制御ルール作成用のデ
ータとして記憶せずに破棄されることから問題無いとし
ても、結果的にプラントを安定に制御したデータの中に
も、一時的な誤判断や、プラントの応答を確認するため
の操作等、ルール作成には適さないデータがいくらかは
存在している可能性がある。

【００１６】以下、これらの不要なデータを棄却する方
法について示す。図４は、制御ルールを作成する具体的
な模擬対象についての説明図である。図４の例では、演
算部２４がプラント全体の模擬を行っている中で、プロ
セス配管７０を流れる液体の温度をある設定値以下に制
御するために、ポンプ６０を駆動するモータ６１の回転
数を運転員が手動にて調整している部分に着目し、この
運転員が液体の温度をその設定値以下にするための運転
に係る知識やノウハウ等をルール化する方法について説
明する。

【００１７】まず、運転員がモータ６０の回転数を決定
するために使用すると考えられる情報として、プロセス
配管の流量信号７２と、圧力信号７４と、温度信号７６
と、さらに運転員の操作信号であるモータ６１の回転数
の手動操作信号６２を、コンソール５０により設定した
とする。この設定により、インストラクターコンソール
３０から演算部２４へのシミュレーション開始指示が出
力され、これと同時にこれらの信号が制御ルール作成用
計算機４０へ入力される。実際に計算機４０に入力され
た信号が図５に示す様なものであったとする。

【００１８】制御ルール作成用計算機４０に入力された
信号６２，７２，７４，７６の内、実際に計算機４０内
に保管されるデータは、図５の中で運転員が手動操作を
行った例えば黒三角で示した時点での各信号６２，７２
，７４，７６の値である。この信号の例を、表１に示す
。

【００１９】

【表１】

【００２０】表１に示された様なデータは、インストラ
クターコンソール３０から操作員の要求信号があるまで
、制御ルール作成用計算機４０内に一時的に保管され、
演算部２４での模擬の途中または終了時に、操作員が、
その時点までの一連の運転員による運転操作が適切であ
ったか否かの判断を行い、適切であったと判断された場
合のみ、制御ルール作成用データとして改めてデータベ
ースに記憶され、適切でなかったと判断された場合は破
棄されることとなる。

【００２１】次に、制御ルール作成用計算機４０は、記
憶されたデータがルール作成に十分か否かの判定を行う
。表１に示したデータの内、流量信号７２の通常値から
の差と、手動操作による制御量６２の変化量との関係を
ルール化する場合について説明する。

【００２２】ルールの形は、図６に示した形となってい
る。つまり、制御量６２の変化量と、各検出器信号７２
，７４，７６の定格値からの差Ｘｎの回帰直線（回帰曲
線や多変数回帰曲線等の場合も考えられる。）、及び、
回帰直線のＹ軸側における各区間毎の標準偏差の逆数の
形で表わされる。これらのルールは表１に示したデータ
により求められるものであるが、回帰直線及び標準偏差
は共に広く知られている数学的手法であることから、本
実施例ではその計算方法の説明は省略する。

【００２３】記憶されたデータが、ルール作成に十分か
否かの判定は、基本的には、予めコンソール５０から入
力設定しておいた各区間毎のデータ数により決定される
が、表１に示したデータが実際には総てルール作成のた
めに役立つ訳ではなく、運転員が一時的に誤解したり、
プラントの応答を確認するための操作等を行っていた場
合には、ルール作成には適さないデータが含まれている
可能性がある。ルールの作成は、統計的手法により行わ
れることから、この様なデータが全体のデータに対して
無視できる数の場合は問題ないが、影響を与える数の場
合、棄却しておく必要がある。

【００２４】運転員の個々の操作が適切であったか否か
の判断は大変むずかしいものであり、また仮に容易であ
ったとしても、プラント制御ルールを作成するためには
、数多くの操作信号を基にルールを作成することとなる
ため、個々のデータに対して適切か否かの判断を行うこ
とは、時間が掛りすぎ実質的でない。従って、本実施例
では、各プラント状態に対する運転操作の分布が、ある
定まった分布に従うことを前提に、誤差の限界から外れ
たものはデータから除くという方法で、適切なデータの
選択を行う。

【００２５】以下、表１における制御量６２の変化量（
Ｙ）の＋側と流量信号７２の通常値からの差とから制御
ルールを求める場合を例に、データの棄却方法について
説明する（Ｙの−側については別のルールとする。）Ｙ
（＋側）とＸｆの各データより求めた回帰直線が次式（
１）で表わされるものとする。

【００２６】

【数１】Ｙ　＝　−２６．３９＋９．６６Ｘｆ次に、この回帰直線（１）と、各データとの直線距離（
最短距離）を求める。データＹ＝＋５０，Ｘｆ＝７を例
に、直線距離の求め方を図７に、算術式を次式（２）に
示す。

【００２７】

【数２】

【００２８】この式（２）で、Ａ及びＢは次式（３）で
与えられる。

【００２９】

【数３】Ａ＝｜Ｘｆ−（（ｙ＋２６．３９）／９．６６）｜Ｂ＝
｜ｙ−（−２６．３９＋９．６６Ｘｆ）｜式（３）に、
Ｘｆ＝＋７，Ｙ＝＋５０のデータを代入した結果は次式
（４）の様になる。

【００３０】

【数４】Ｂ＝｜５０−（−２６．３９＋９．６６＊７）｜＝８．
７７Ａ＝｜７−（（５０＋２６．３９）／９．６６）｜＝０
．９１そして、この式（４）の結果を式（２）に代入して上記
データでの直線距離は次式（５）のようになる。

【００３１】

【数５】

【００３２】総ての点に対する直線距離に対し、実験デ
ータの処理でよく使用される限界誤差の算出方法を用い
、これらのデータに対する限界誤差を求める。この結果
、コンソール５０の画面上には、図８に示した様な形で
、各データの限界誤差に対する位置が表示される。操作
員はこのデータを基に、排除するデータを決定し、コン
ソール５０でこのデータを指定して該当するデータを削
除する。図８に示す例では、ａ点，ｂ点のデータが限界
誤差を超えているので、削除の対象となる可能性が高い
。しかし、削除の要・否は、最終的には操作量により決
定される。一部のデータが削除された場合は、再びその
データを基に上記作業が繰り返えされ、操作員がデータ
の削除が不要であると判断するまでこの作業を繰り返え
すことになる。

【００３３】運転員がデータの削除不要と判断した時点
で、図６に示した様なルールにおける各区間毎のデータ
の数をカウントし、全ての区間で操作員が予め設定した
数より多くなった場合のみ、制御ルール作成用計算機４
０よりシミュレーション用計算機２０へその旨を信号２
１として伝え、演算部２４でのシミュレーションを中止
させる。

【００３４】以上の方法により、必要とする制御ルール
の作成のためのデータ収集を可能とすることができる。このようにして作成した制御ルールは、熟練運転員の操
作真似する制御に好適で有り、ファジィ制御やニューラ
ルネットによる制御に向いている。このため、斯かる制
御ルール用いてプラント用のファジィ制御装置やニュー
ラルネット制御装置を構築することで、実際に生起する
ことが希な事象に対しても熟練運転員の操作に従った適
切な制御をすることが可能となる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、実機ではなかなか発生
しない様なプラント状態に対する制御ルールも、シミュ
レーション装置を介してプラント熟練運転員より入手す
ることが可能であり、再現性が有り且つ客観的な制御ル
ールの作成が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】プラント制御ルール作成システムの概略構成図
である。

【図２】図１に示すシミュレーション用計算機２０内の
構成図である。

【図３】制御ルール作成用計算機４０での処理手順を示
すフローチャートである。

【図４】制御ルールの作成を行う模擬対象の説明図であ
る。

【図５】シミュレーション用計算機２０から制御ルール
作成用計算機４０へ出力される信号の例を示す図である
。

【図６】制御ルールの一例を示した図である。

【図７】回帰直線と各データの直線距離の求め方の説明
図である。

【図８】制御ルール作成用コンソールにおけるデータの
分布についての説明図である。

【符号の説明】

１０：シミュレータ用コンソール、２０：シミュレータ
用計算機、３０：インストラクター用コンソール、４０
：制御ルール作成用計算機、５０：制御ルール作成用コ
ンソール。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　プラントの状態を表す信号とそのとき
の熟練運転員の操作信号とを取得してプラント制御のル
ールを自動作成するプラント制御ルール作成方法におい
て、実際に生起することが希なプラント状態をプラント
シミュレーション装置に模擬させこのときのプラント熟
練運転員の運転操作信号データを計算機に取り込んで該
プラント状態に対する制御ルールを自動作成させるにあ
たり、メンバーシップ関数の各区間毎に所定数以上のデ
ータ量を統計的に処理して誤差限界を越えた不要なデー
タを除去した後に回帰曲線を求めこれを制御ルールとす
ることを特徴とするプラント制御ルール作成方法。
【請求項２】　　プラントの状態を表す信号とそのとき
の熟練運転員の操作信号とを取得してプラント制御のル
ールを自動作成するプラント制御ルール作成方法におい
て、実際に生起することが希なプラント状態をプラント
シミュレーション装置に模擬させこのときのプラント熟
練運転員の運転操作信号データを計算機に取り込んで該
プラント状態に対する制御ルールを自動作成させるにあ
たり、所定数のデータ量を統計的に処理し誤差限界を越
えた不要なデータを除去して制御ルールを自動作成させ
ることを特徴とするプラント制御ルール作成方法。
【請求項３】　　プラントの状態を表す信号とそのとき
の熟練運転員の操作信号とを取得してプラント制御のル
ールを自動作成するプラント制御ルール作成方法におい
て、実際に生起することが希なプラント状態をプラント
シミュレーション装置に模擬させこのときのプラント熟
練運転員の運転操作信号データを計算機に取り込んで該
プラント状態に対する制御ルールを自動作成させるにあ
たり、所定数のデータ量を統計的に処理して求めた回帰
曲線を制御ルールとして自動作成させることを特徴とす
るプラント制御ルール作成方法。
【請求項４】　　プラントの状態を表す信号とそのとき
の熟練運転員の操作信号とを取得してプラント制御のル
ールを自動作成するプラント制御ルール作成方法におい
て、実際に生起することが希なプラント状態をプラント
シミュレーション装置に模擬させこのときのプラント熟
練運転員の運転操作信号データを計算機に取り込んで該
プラント状態に対する制御ルールを自動作成させるにあ
たり、所定数のデータ量を取得するまでデータ取得処理
を繰り返してから統計的手法にてデータ処理を行い制御
ルールを求めることを特徴とするプラント制御ルール作
成方法。
【請求項５】　　プラントの状態を表す信号とそのとき
の熟練運転員の操作信号とを取得してプラント制御のル
ールを自動作成するプラント制御ルール作成方法におい
て、実際に生起することが希なプラント状態をプラント
シミュレーション装置に模擬させこのときのプラント熟
練運転員の運転操作信号データを計算機に取り込んで該
プラント状態に対する制御ルールを自動作成させること
を特徴とするプラント制御ルール作成方法。
【請求項６】　　プラントの状態を表す信号とそのとき
の熟練運転員の操作信号とを取得してプラント制御のル
ールを自動作成するプラント制御ルール作成装置におい
て、実際に生起することが希なプラント状態をシミュレ
ーションさせるシミュレーション装置と、該シミュレー
ション装置に模擬させたプラント状態に対しプラント熟
練運転員の運転操作信号データを取り込んで該プラント
状態に対する制御ルールを自動作成する制御ルール作成
用計算機であって、メンバーシップ関数の各区間毎に所
定数以上のデータ量を統計的に処理し誤差限界を越えた
不要なデータを除去した後に回帰曲線を求めこれを制御
ルールとする制御ルール作成用計算機とを備えることを
特徴とするプラント制御ルール作成装置。
【請求項７】　　プラントの状態を表す信号とそのとき
の熟練運転員の操作信号とを取得してプラント制御のル
ールを自動作成するプラント制御ルール作成装置におい
て、実際に生起することが希なプラント状態をシミュレ
ーションさせるシミュレーション装置と、該シミュレー
ション装置に模擬させたプラント状態に対するプラント
熟練運転員の運転操作信号データを取り込んで該プラン
ト状態に対する制御ルールを自動作成する制御ルール作
成用計算機であって、所定数のデータ量を統計的に処理
し誤差限界を越えた不要なデータを除去して制御ルール
を求める制御ルール作成用計算機とを備えることを特徴
とするプラント制御ルール作成装置。
【請求項８】　　プラントの状態を表す信号とそのとき
の熟練運転員の操作信号とを取得してプラント制御のル
ールを自動作成するプラント制御ルール作成装置におい
て、実際に生起することが希なプラント状態をシミュレ
ーションさせるシミュレーション装置と、該シミュレー
ション装置に模擬させたプラント状態に対するプラント
熟練運転員の運転操作信号データを所定数以上取り込ん
で統計的に処理して回帰曲線を求めこれを制御ルールと
する制御ルール作成用計算機とを備えることをことを特
徴とするプラント制御ルール作成装置。
【請求項９】　　プラントの状態を表す信号とそのとき
の熟練運転員の操作信号とを取得してプラント制御のル
ールを自動作成するプラント制御ルール作成装置におい
て、実際に生起することが希なプラント状態をシミュレ
ーションさせるシミュレーション装置と、該シミュレー
ション装置に模擬させたプラント状態に対するプラント
熟練運転員の運転操作信号データをデータ量が所定数に
達するまで取り込み統計処理を行って制御ルールを求め
る制御ルール作成用計算機とを備えることを特徴とする
プラント制御ルール作成装置。
【請求項１０】　　プラントの状態を表す信号とそのと
きの熟練運転員の操作信号とを取得してプラント制御の
ルールを自動作成するプラント制御ルール作成装置にお
いて、実際に生起することが希なプラント状態をシミュ
レーションさせるシミュレーション装置と、該シミュレ
ーション装置に模擬させたプラント状態に対するプラン
ト熟練運転員の運転操作信号データを取り込んで該プラ
ント状態に対する制御ルールを自動作成する制御ルール
作成用計算機とを備えることを特徴とするプラント制御
ルール作成装置。
【請求項１１】　　実際のプラントの状態信号を取り込
み、該状態信号に適合する操作指令を制御ルールから求
めプラント側に制御信号として出力するプラント制御装
置において、請求項６乃至請求項１０のいずれかに記載
のプラント制御ルール作成装置で作成した制御ルールを
記憶したデータベースと、該データベースに記憶されて
いる制御ルールに従ってプラント状態信号に応じた操作
指令信号を読み出しプラント側に制御信号として出力す
る手段とを備えることを特徴とするプラント制御装置。