JPH05204406A - Process controller - Google Patents
Process controllerInfo
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- JPH05204406A JPH05204406A JP1335092A JP1335092A JPH05204406A JP H05204406 A JPH05204406 A JP H05204406A JP 1335092 A JP1335092 A JP 1335092A JP 1335092 A JP1335092 A JP 1335092A JP H05204406 A JPH05204406 A JP H05204406A
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- processing method
- neural network
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、経時変化を有するプロ
セスを監視制御する、プロセス制御装置に関し、特に、
種類の異なる複数の知識を有する知識ベース群の中か
ら、プロセスの運転条件の変化に追従して、その時点で
最も効果的な知識の種類を選択し、それを扱う知識処理
の方法を、処理方法ベースの中から選択しながら、プロ
セスを最適に制御することを可能とするプロセス制御装
置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a process control device for monitoring and controlling a process having a change over time, and in particular,
From the knowledge base group that has multiple types of knowledge, follow the changes in process operating conditions, select the most effective type of knowledge at that time, and process the knowledge processing method that handles it. The present invention relates to a process control device capable of optimally controlling a process while selecting from a method base.
【0002】[0002]
【従来の技術】浄水処理プロセス、下水処理プロセス、
化学プロセスなどのプロセス制御において、オペレータ
の経験則をファジィルール化し、推論機構を用いてファ
ジィ制御を行う手法が適用されているものがある。例え
ば、特開平2−261506号、特開平2−18719
3号等の公報に開示されるものがこの例である。2. Description of the Related Art Water purification process, sewage treatment process,
In process control such as chemical processes, there is a method in which an operator's empirical rule is converted into a fuzzy rule and a fuzzy control is performed by using an inference mechanism. For example, JP-A-2-261506 and JP-A-2-18719.
This example is disclosed in gazettes such as No. 3 and the like.
【0003】ファジィ工学による制御は、オペレータか
らの、インタビューによって得られた、ファジィルール
とメンバシップ関数に基づいて行われるので、オペレー
タと同等の、推論能力を持って、各種の制御を行なうこ
とが可能である。また、ファジィルールとメンバシップ
関数による推論過程は論理的に明確であり、得られる結
果が、オペレータに対して、充分満足のいくものである
というのも事実である。しかし、その反面、上述したよ
うな経験則の獲得と、メンテナンスとが、非常に煩雑で
あるという問題も、はらんでいる。Since the control by the fuzzy engineering is performed based on the fuzzy rule and the membership function obtained by the interview from the operator, various controls can be performed with the reasoning ability equivalent to that of the operator. It is possible. It is also a fact that the inference process by fuzzy rules and membership functions is logically clear, and the results obtained are sufficiently satisfactory for the operator. However, on the other hand, there is also a problem that acquisition of the above-mentioned rule of thumb and maintenance are very complicated.
【0004】これらの問題の解決策として、特開平1−
224804号公報等に開示される技術では、神経回路
網(ニューラルネット)モデルを応用した制御が、導入
されている。このモデルでは、プロセスの運転履歴デ−
タ内に内在する知識を学習し、学習後のモデルでの想起
により、制御量を決定することができ、これにより、フ
ァジィルールを介することなく、プロセスの実績に即し
た制御が可能である。As a solution to these problems, Japanese Patent Laid-Open No. 1-
In the technique disclosed in Japanese Patent No. 224804, a control applying a neural network model is introduced. In this model, the process operation history data
It is possible to determine the control amount by learning the knowledge inherent in the data and recollecting it in the model after learning. Therefore, it is possible to perform control in accordance with the process performance without using fuzzy rules.
【0005】また、特開昭63−200807号等公報
等に開示される技術では、オペレータの経験則やプロセ
スの運転履歴データではなく、プロセス内の現象に関す
る既存の原理・法則(例えば数式で表現された物理モデ
ル等)や、制御理論に基づく制御装置(例えばシミュレ
ータ等)を適用している。Further, in the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-200807, etc., not the empirical rule of the operator or the operation history data of the process, but the existing principle / law regarding the phenomenon in the process (for example, expressed by a mathematical expression). Applied physical model) or a control device (for example, a simulator) based on the control theory.
【0006】この方法によれば、普遍的な原理・法則な
どを利用するので、オペレータの経験則が十分に得られ
ない場合や、運転開始直後の履歴データが不十分なプロ
セスでも、制御を行なうことが可能である。According to this method, since universal principles and rules are used, control is performed even when the empirical rule of the operator cannot be obtained sufficiently or even in the process where the history data immediately after the start of operation is insufficient. It is possible.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】このようなファジィル
ール、ニューラルネットまたは物理モデルを知識とする
従来のプロセス制御装置には、次のような課題が存在す
る。The conventional process control device having such fuzzy rules, neural nets or physical models as knowledge has the following problems.
【0008】第1に、上記のそれぞれの知識には、その
知識が最も効果的に利用されるプロセスの運転条件が存
在するにもかかわらず、それぞれの知識を扱う制御装置
が単独もしくは複数の装置の組合せを固定した統合装置
として運用されているため、プロセスの運転条件ごとに
対応させて、利用する知識を臨機応変に変更することが
難しいことである。First, although each of the above-mentioned knowledge has operating conditions of the process in which the knowledge is most effectively utilized, the controller for handling each knowledge has a single device or a plurality of devices. Since it is operated as an integrated device with a fixed combination of, it is difficult to flexibly change the knowledge to be used according to each operating condition of the process.
【0009】なお、ここで述べた運転条件とは、(1)
制御量の決定に影響する、計測情報等の入力パターンの
状態、つまりプロセスがどのように運転されているかを
示す状態、(2)プロセスの運転に関連する、付帯的な
環境の条件、例えば、プロセスの運転履歴データの蓄積
程度、プロセス制御に使用される機器、計測用センサー
等の故障、メンテナンス状況等を指すものとする。The operating conditions described here are (1)
The state of the input pattern such as measurement information that affects the determination of the control amount, that is, the state that indicates how the process is operating, (2) the incidental environmental conditions related to the operation of the process, for example, It refers to the degree of accumulation of process operation history data, the breakdown of equipment used for process control, measuring sensors, and maintenance status.
【0010】第2に、複数の種類の知識を利用する場合
には、それらの知識の処理方法の最適もしくは効果的な
組合せはプロセスの運転条件に依存するが、これまでの
制御装置では、知識の処理方法が単独であるか、あるい
は、その組合せが固定であるため、知識の処理方法を、
運転条件の変化に対応させて、最適な知識の処理方法に
変更することが、容易に行えなかった。Secondly, when a plurality of types of knowledge are used, the optimum or effective combination of the knowledge processing methods depends on the operating conditions of the process. The processing method of knowledge is either single or the combination is fixed.
It was not easy to change to an optimal knowledge processing method in response to changes in operating conditions.
【0011】本発明の目的は、上記課題に鑑み、種類の
異なる複数の知識を運転条件に応じて臨機応変に選択し
て、最も効果的な知識の選択ができるようなプロセス制
御装置を提供することにある。In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a process control device capable of flexibly selecting a plurality of different kinds of knowledge according to operating conditions and selecting the most effective knowledge. Especially.
【0012】また、本発明の他の目的は、選択された複
数の種類の知識を利用する際に、運転条件の変化に応じ
て、最も効果的な、知識の処理方法を決定することがで
きるプロセス制御装置を提供することにある。Another object of the present invention is to determine the most effective knowledge processing method in accordance with changes in operating conditions when utilizing a plurality of types of selected knowledge. To provide a process control device.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本実施例発明の一態様によれば、経時変化を有する
プロセスを監視制御するプロセス制御装置において、制
御量を決定するために利用する、複数種の知識を蓄積す
る手段と、知識を蓄積する手段が蓄積する複数種の知識
の中から、該プロセスの運転条件に基づいて、ある時点
での制御量の決定に適した1種または2種以上の知識の
種類を選択する知識選択手段と、制御量を決定するため
の、複数種の、知識の処理方法を蓄積する手段と、知識
の処理方法を蓄積する手段が蓄積する複数種の、知識の
処理方法の中から、知識の処理方法または処理方法の組
合せを決定する知識処理方法決定手段とを有し、前記知
識選択手段および知識処理方法決定手段は、それぞれニ
ューラルネットワーク、または、推論機構を含み、プロ
セスの運転条件に基づいて、ニューラルネットワークを
想起、または、推論機構に推論させて、知識の選択およ
び知識の処理方法の決定を行なうことを特徴とするプロ
セス制御装置が提供される。In order to achieve the above object, according to one aspect of the present invention, a process controller for monitoring and controlling a process having a change over time is used to determine a control amount. , One of a plurality of kinds of knowledge accumulating means and a plurality of kinds of knowledge accumulating by the knowledge accumulating means, which is suitable for determining a control amount at a certain time based on the operating condition of the process, or Knowledge selecting means for selecting two or more kinds of knowledge, means for accumulating a plurality of kinds of knowledge processing methods for determining a control amount, and plural kinds for accumulating means for accumulating knowledge processing methods And a knowledge processing method determining means for determining a knowledge processing method or a combination of the processing methods from the knowledge processing methods, the knowledge selecting means and the knowledge processing method determining means respectively being a neural network. Or a reasoning mechanism, and a process control device characterized in that the neural network is recalled or the reasoning mechanism is caused to infer based on the operating condition of the process to select knowledge and determine a knowledge processing method. Will be provided.
【0014】また、本発明の制御装置をさらに有効にす
るために以下の手段が考えられる。Further, the following means can be considered in order to make the control device of the present invention more effective.
【0015】まず、前記知識選択手段が、運転条件入力
手段と使用する知識の優先度を算出する知識優先度算出
手段とを備えたプロセス制御装置であるもの。First, the knowledge selecting means is a process control device provided with operating condition input means and knowledge priority calculating means for calculating the priority of knowledge to be used.
【0016】さらに、該知識優先度算出手段が、ニュー
ラルネットワークモデルによる学習と想起によって実現
するプロセス制御装置であるもの。Further, the knowledge priority calculating means is a process control device realized by learning and recall by a neural network model.
【0017】さらに、前記知識処理方法決定手段が、運
転条件入力手段と知識の処理方法の優先度を算出する方
法優先度算出手段とを有するプロセス制御装置であるも
の。Further, the knowledge processing method determining means is a process control device having operating condition input means and method priority calculating means for calculating the priority of the knowledge processing method.
【0018】さらに、前記方法優先度算出手段が、ニュ
ーラルネットワークモデルによる学習と想起の手段によ
って実現するプロセス制御装置であるもの。Further, the method priority calculating means is a process control device realized by means of learning and recall by a neural network model.
【0019】また、使用される知識の種類は、少なくと
も、プロセスから得られるデータ、プロセス内の各種現
象を説明する数理モデル、あるいは、ルール形式で記述
された知識のうちの一つであるプロセス制御装置、およ
び、知識の処理方法は、少なくとも、ニューラルネット
ワークの学習と想起手段、シミュレーション手段、およ
び、知識の推論手段のうちの一つであるプロセス制御装
置も構成できる。The type of knowledge used is at least one of the data obtained from the process, the mathematical model for explaining various phenomena in the process, or the knowledge described in the rule format. The apparatus and the knowledge processing method can also configure at least a process control apparatus which is one of a learning and recall means of a neural network, a simulation means, and a knowledge inference means.
【0020】[0020]
【作用】知識を蓄積する手段には、制御量を決定するた
めに利用する知識が、予め複数種類蓄積される。また、
知識の処理方法を蓄積する手段には、制御量の決定に際
して利用される、知識の処理方法が、予め複数種類蓄積
される。In the knowledge accumulating means, a plurality of kinds of knowledge used for determining the controlled variable are accumulated in advance. Also,
In the means for accumulating the knowledge processing method, a plurality of kinds of knowledge processing methods used in determining the control amount are accumulated in advance.
【0021】知識選択手段は、知識を蓄積する手段が蓄
積する複数種の知識の中から、該プロセスの運転条件に
基づいて、ある時点での制御量の決定に適した1種また
は2種以上の知識の種類を選択する。The knowledge selecting means is one or more kinds suitable for determining the controlled variable at a certain time based on the operating conditions of the process from among a plurality of kinds of knowledge accumulated by the means for accumulating knowledge. Select the type of knowledge of.
【0022】知識処理方法決定手段は、知識の処理方法
を蓄積する手段が蓄積する複数種の、知識の処理方法の
中から、知識の処理方法または処理方法の組合せを決定
する。The knowledge processing method determining means determines a knowledge processing method or a combination of processing methods from a plurality of types of knowledge processing methods accumulated by the means for accumulating knowledge processing methods.
【0023】知識選択手段および知識処理方法決定手段
は、それぞれニューラルネットワークを含む。知識選択
手段のニューラルネットワークは、プロセスの運転条件
に基づいて、ある時点での制御量の決定に適した1種ま
たは2種以上の知識の種類を想起するように学習させ
る。また、知識処理方法決定手段のニューラルネットワ
ークは、プロセスの運転条件に基づいて、ある時点での
制御量の決定に適した1種または2種以上の知識の処理
方法を想起するように学習させる。知識選択手段および
知識処理方法決定手段は、それぞれ学習させたニューラ
ルネットワークを想起させて知識の選択および知識の処
理方法の決定を行なう。The knowledge selecting means and the knowledge processing method determining means each include a neural network. The neural network of the knowledge selecting means is trained to recall one or more kinds of knowledge suitable for determining the controlled variable at a certain time point, based on the operating condition of the process. Further, the neural network of the knowledge processing method determining means is trained so as to recall one or more kinds of knowledge processing methods suitable for determining the controlled variable at a certain time point, based on the operating conditions of the process. The knowledge selecting means and the knowledge processing method determining means recall the learned neural network and select the knowledge and determine the knowledge processing method.
【0024】本発明によれば、制御対象となるプロセス
の運転条件に即した、種類の異なる複数の知識の種類、
および該知識の処理方法を選択することができ、これに
より、経時的に変化する運転条件に対応して最も効果的
な知識と知識の処理方法を動的に変更させながら、オペ
レータと同等以上の高い精度で制御を行なうことができ
る。According to the present invention, a plurality of knowledge types of different types, which match the operating conditions of the process to be controlled,
It is possible to select the knowledge processing method and the knowledge processing method, thereby dynamically changing the most effective knowledge and the knowledge processing method in response to the operating conditions that change with time, and at least equal to or higher than that of the operator. Control can be performed with high accuracy.
【0025】[0025]
【実施例】本発明は、経時変化を有するプロセスの制御
において、運転条件の変化に追従して、制御量の決定等
の制御方策の決定に使用される、知識の種類と該知識の
処理方法とを最適なものに変化させることができるプロ
セス制御装置を構築することができる。より一般的に
は、時間と共に構成要素間の組み合わせが変化するよう
な性質を持ったプロセスの制御に適用することができる
プロセス制御装置である。したがって、本発明は、経時
変化を有し、種類の異なる複数の知識を利用する各種の
プロセス、例えば、浄水処理プロセス、下水処理プロセ
ス、化学反応プロセス、バイオプロセス、原子力プロセ
ス、熱エネルギー供給プロセス、株価・為替等の金融プ
ロセスに適用することができる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In the control of a process having a time-dependent change, the present invention follows the change of operating conditions and is used for determining a control strategy such as determination of a control amount, and a knowledge type and a knowledge processing method. It is possible to construct a process control device that can change and to be optimal. More generally, it is a process control device that can be applied to the control of a process that has the property that the combination of components changes with time. Therefore, the present invention has various types of processes that have a plurality of kinds of knowledge and have a change over time, for example, a water purification process, a sewage treatment process, a chemical reaction process, a bioprocess, a nuclear power process, a heat energy supply process, It can be applied to financial processes such as stock prices and exchanges.
【0026】以下、図面を参照して、本発明の実施例に
ついて説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0027】図1は、本発明によるプロセス制御装置
を、浄水処理プロセスの制御装置に適用した一実施例の
全体構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing the overall construction of an embodiment in which the process control device according to the present invention is applied to a control device for a water purification process.
【0028】本発明の実施例が適用される浄水プロセス
は、図1において、浄水処理を行なう浄水処理設備F
と、浄水処理設備Fの各部に配置されてその状態を計測
する計測器群Mと、浄水処理設備Fの運転を制御する制
御手段50と、制御手段50に対して制御量を与える制
御装置100と、オペレータに対する装置のマンマシン
インタフェース手段Iとを有する。The water purification process to which the embodiment of the present invention is applied is shown in FIG.
And a group of measuring instruments M arranged in each part of the water purification facility F to measure the state thereof, a control means 50 for controlling the operation of the water purification facility F, and a control device 100 for giving a control amount to the control means 50. And a man-machine interface means I of the device to the operator.
【0029】浄水処理設備Fは、着水井5と、急速混和
池10と、フロック形成池15と、沈殿池20と、ろ過
池25とが配置され、凝集剤タンク11と、凝集剤注入
ポンプ12と、撹拌翼13およびこれを駆動する撹拌機
14と、撹拌パドル16とを有する。In the water purification facility F, a landing well 5, a rapid mixing basin 10, a floc formation basin 15, a settling basin 20 and a filtration basin 25 are arranged, a coagulant tank 11 and a coagulant injection pump 12 It has a stirring blade 13, a stirrer 14 for driving the stirring blade 13, and a stirring paddle 16.
【0030】ここで、浄水処理プロセスのフローを簡単
に説明する。Here, the flow of the water purification process will be briefly described.
【0031】着水井5に河川や湖沼から原水が導かれ
る。急速混和池10では、着水井5の水を受け、凝集剤
タンク11の凝集剤が凝集剤注入ポンプ12によって注
入され、撹拌機14により撹拌翼13が駆動される。Raw water is led to the landing well 5 from a river or lake. In the quick mixing pond 10, the water in the landing well 5 is received, the coagulant in the coagulant tank 11 is injected by the coagulant injection pump 12, and the stirring blades 13 are driven by the stirrer 14.
【0032】また、フロック形成を促進するアルカリ剤
が、注入されることもあり、例えば、フロック形成池1
5には、撹拌パドル16が設置され、緩やかに回転駆動
されている。フロックは、沈殿池20で沈降して、上澄
み液が、ろ過池25でろ過される。In addition, an alkaline agent which promotes the formation of flocs may be injected.
An agitating paddle 16 is installed at 5, and is gently driven to rotate. The flocs settle in the settling tank 20, and the supernatant liquid is filtered in the filter tank 25.
【0033】次に、計測器群Mについて説明する。原水
の水質を計測するために、着水井5に計測器5Mが設置
される。計測項目は、水温、濁度、アルカリ度、pH、
電気伝導度、残留塩素濃度、塩素要求量、水量、水位等
である。Next, the measuring instrument group M will be described. A measuring instrument 5M is installed in the landing well 5 to measure the quality of raw water. The measurement items are water temperature, turbidity, alkalinity, pH,
Electrical conductivity, residual chlorine concentration, required chlorine amount, water amount, water level, etc.
【0034】フロック形成池15には、計測器15Mが
設置される。計測器15Mは、前記計測器5Mで計測す
る項目に加えて、水中カメラなどの撮像手段等も含む。
沈殿池20には、計測器20Mを設置する。また、必要
に応じて、急速混和池10と、ろ過池25には、5M、
15Mと同様の計測器10Mと25Mを設置する。これ
らの計測項目は、前記5M、15Mと同様である。A measuring instrument 15M is installed in the flock formation pond 15. The measuring instrument 15M includes an imaging means such as an underwater camera in addition to the items measured by the measuring instrument 5M.
A measuring instrument 20M is installed in the sedimentation tank 20. In addition, if necessary, the rapid mixing tank 10 and the filtration tank 25 have 5M,
The measuring instruments 10M and 25M similar to 15M are installed. These measurement items are the same as 5M and 15M described above.
【0035】以上の計測データは、後述する制御装置1
00内のデータベース350に取り込まれる。The above measurement data is used for the control device 1 described later.
It is taken into the database 350 in 00.
【0036】制御手段50は、例えば、制御用コンピュ
ータ、PIDコントローラにて構成され、制御装置10
0から出力される制御量に基づいて、プロセスの操作量
を決定して、例えば、上述した撹拌機14、凝集剤注入
ポンプ12、撹拌パドル16等の駆動を制御する。The control means 50 is composed of, for example, a control computer and a PID controller, and the control device 10
The operation amount of the process is determined based on the control amount output from 0, and for example, the drive of the agitator 14, the coagulant injection pump 12, the agitation paddle 16 and the like described above is controlled.
【0037】マンマシンインタフェース手段Iは、入力
手段としてキーボード95を有し、出力手段としてCR
Tディスプレイ90を有する。もちろん、この他に、マ
ウス、タッチパネル等の入力手段、プリンタ等の出力手
段を備えることができる。The man-machine interface means I has a keyboard 95 as an input means and a CR as an output means.
It has a T display 90. Of course, in addition to this, input means such as a mouse and a touch panel, and output means such as a printer can be provided.
【0038】次に、プロセス制御を行うシナジェティッ
ク型プロセス制御装置100(以下、単に「制御装置」
と記す)について説明する。なお、制御装置100は、
一般には、制御用の計算機とは、別のワークステーショ
ン上に、構築される。そのハードウェア構成は、特には
図示しないが、例えば、中央処理装置、主記憶装置、補
助記憶装置、各種インタフェースとを有するワークステ
ーションが用いられる。Next, a synergistic process control device 100 (hereinafter, simply referred to as "control device") for performing process control.
Will be described). The control device 100 is
Generally, it is built on a workstation different from the control computer. Although the hardware configuration is not particularly shown, for example, a workstation having a central processing unit, a main storage device, an auxiliary storage device, and various interfaces is used.
【0039】制御装置100は、計測データおよび入力
データを格納するデータベース350と、使用する知識
の種類の選択を行なうための知識選択手段140および
知識ベース群220と、知識処理の方法を選択するため
の知識処理方法決定手段180および知識処理方法ベー
ス260と、得られた知識およびその処理方法に基づい
て制御演算を行なうための制御演算手段300とを有す
る。The control device 100 selects a database 350 for storing measurement data and input data, a knowledge selection means 140 and a knowledge base group 220 for selecting the type of knowledge to be used, and a knowledge processing method. The knowledge processing method determining means 180 and the knowledge processing method base 260, and the control calculating means 300 for performing the control calculation based on the obtained knowledge and the processing method thereof.
【0040】データベース350には、計測器群Mから
オンラインで送られる計測データと、キーボード95か
ら入力されるデータとが保存される。保存されている最
新のデータは、知識選択手段140と知識処理方法決定
手段180に送られ、その時点での最適な知識の種類と
該知識の処理方法を選択するのに用いられる。また、制
御演算手段300に送られ、制御演算に用いられる。The database 350 stores the measurement data sent online from the measuring instrument group M and the data input from the keyboard 95. The latest stored data is sent to the knowledge selecting means 140 and the knowledge processing method determining means 180, and is used to select the most appropriate knowledge type and the knowledge processing method at that time. Further, it is sent to the control calculation means 300 and used for control calculation.
【0041】知識選択手段140は、データーベース3
50から運転条件の入力処理を行なう第1運転条件入力
手段150と、データーベース350の最新のデータお
よび知識ベース群220を参照して、その時点での制御
方策の決定に最も適した1種または2種以上の知識を選
びだす知識優先度算出手段160とを有する。The knowledge selecting means 140 is a database 3
Referring to the first operating condition input means 150 for inputting operating conditions from 50, the latest data of the database 350 and the knowledge base group 220, one of the most suitable ones for determining the control policy at that time or It has a knowledge priority calculating means 160 for selecting two or more kinds of knowledge.
【0042】知識優先度算出手段160は、使用すべき
知識の優先度の算出に用いられるメタニューラルネット
ワーク170およびメタルールベース171を有する。
これらは、いずれか一方で優先度の算出が可能である。
本実施例では、優先度を算出するためのベースを2種搭
載して、選択によりいずれか一方を使用する構成となっ
ているが、一方のみを搭載する構成としてもよい。The knowledge priority calculating means 160 has a meta-neural network 170 and a meta-rule base 171 used for calculating the priority of knowledge to be used.
One of these can calculate the priority.
In this embodiment, two types of bases for calculating the priority are mounted and either one is used depending on the selection, but only one may be mounted.
【0043】第1運転条件入力手段150は、例えばマ
イクロプロセッサおよびインターフェイス等の電子回路
やワークステーションのインターフェイスを利用するこ
とにより実現できる。The first operating condition input means 150 can be realized by using an electronic circuit such as a microprocessor and an interface, or an interface of a workstation.
【0044】知識ベース群220は、知識の種類ごとに
複数のサブ知識ベースに分けられており、例えば、ニュ
ーロサブ知識ベース、ルールサブ知識ベース、および物
理モデルサブ知識ベースなどがある。例えば、ニューロ
サブ知識ベースは、後述する、モデルを構成する重み係
数行列のファイルが複数個保存されている。本実施例の
場合、1つのファイルが高濁度時、低濁度時等の1つの
運転条件に対応するものであり、このファイルのパラメ
ータを用いることにより、凝集剤注入率等の操作量を算
出することができる。The knowledge base group 220 is divided into a plurality of sub-knowledge bases for each type of knowledge, for example, a neuro sub-knowledge base, a rule sub-knowledge base, and a physical model sub-knowledge base. For example, the neuro sub-knowledge base stores a plurality of files of weighting coefficient matrices that will be described later, which form a model. In the case of the present embodiment, one file corresponds to one operating condition such as high turbidity and low turbidity. By using the parameters of this file, the operation amount such as the coagulant injection rate can be adjusted. It can be calculated.
【0045】また、ルールサブ知識ベースには、次式
(1)のような操作量決定に関するルールが、複数個保
存されている。Further, the rule sub-knowledge base stores a plurality of rules relating to the manipulated variable determination as shown in the following expression (1).
【0046】 原水濁度が、高いときは、凝集剤注入率を高くする。 原水水温が、高いときは、凝集剤注入率をやや低くする。 (式1) この様なファジイルールの場合、ルールサブ知識ベース
内には、ファジイ変数のメンバシップ関数も保存されて
いる。When the raw water turbidity is high, the coagulant injection rate is increased. If the raw water temperature is high, reduce the coagulant injection rate to a slightly lower level. (Equation 1) In the case of such a fuzzy rule, the membership function of the fuzzy variable is also stored in the rule sub knowledge base.
【0047】また、物理モデルサブ知識ベース内には次
式(2)のような物理的な知見に基づくモデルが保存さ
れている。In the physical model sub-knowledge base, a model based on physical knowledge such as the following equation (2) is stored.
【0048】[0048]
【数1】 [Equation 1]
【0049】知識処理方法決定手段180は、データー
ベース350から運転条件の入力処理を行なう第2運転
条件入力手段190と、データーベース350の最新の
データ、知識ベース群220および知識処理方法ベース
260を参照して、知識選択手段140で選択された知
識に対する最適な処理方法を選択する方法優先度算出手
段200とを有する。The knowledge processing method determining means 180 includes the second operating condition input means 190 for inputting operating conditions from the database 350, the latest data of the database 350, the knowledge base group 220 and the knowledge processing method base 260. With reference to the method, the method priority calculating means 200 for selecting an optimum processing method for the knowledge selected by the knowledge selecting means 140.
【0050】方法優先度算出手段200は、使用すべき
知識処理方法の優先度の算出に用いられるメタニューラ
ルネットワーク205およびメタルールベース202を
有する。これらは、いずれか一方で優先度の算出が可能
である。本実施例では、優先度を算出するためのベース
を2種搭載して、選択によりいずれか一方を使用する構
成となっているが、一方のみを搭載する構成としてもよ
い。The method priority calculating means 200 has a meta-neural network 205 and a meta-rule base 202 used for calculating the priority of the knowledge processing method to be used. One of these can calculate the priority. In this embodiment, two types of bases for calculating the priority are mounted and either one is used depending on the selection, but only one may be mounted.
【0051】第2運転条件入力手段190は、例えば、
マイクロプロセッサおよびインターフェイス等の電子回
路やワークステーションのインターフェイスを利用する
ことにより実現できる。The second operating condition input means 190 is, for example,
It can be realized by using an electronic circuit such as a microprocessor and an interface or an interface of a workstation.
【0052】知識処理方法ベース260は、複数種の知
識処理方法を登録している。登録されている知識処理方
法の一例を示す。The knowledge processing method base 260 registers a plurality of types of knowledge processing methods. An example of the registered knowledge processing method is shown.
【0053】{ファジイ推論},{ニューラルネット想
起},{モデルシミュレーション}{ニューラルネット
をメインとしファジイ推論で補正する} 優先度に基づいて選択された知識の種類と知識の処理方
法に関する情報は、制御演算手段300に送られる。{Fuzzy reasoning}, {Neural network recollection}, {Model simulation} {Correcting with neural network as fuzzy reasoning} Information on the kind of knowledge selected based on priority and knowledge processing method is as follows: It is sent to the control calculation means 300.
【0054】制御演算手段300では、選択された知識
と該知識の処理方法とを用いて、データベース350に
格納されるプロセスの状態を示すデータに基づいて、プ
ロセスの制御量を演算し、該演算結果を制御手段50と
CRT90に出力する。The control calculation means 300 calculates the control amount of the process based on the data indicating the state of the process stored in the database 350 by using the selected knowledge and the processing method of the knowledge, and the calculation is performed. The result is output to the control means 50 and the CRT 90.
【0055】次に、制御装置100に関連するデータ等
の入出力関係について説明する。制御装置100への入
力には、計測器群Mからのオンライン入力と、キーボー
ド95からの手入力とがある。前記計測器5M、10
M、15M、20M、25M等は、一定の時間間隔でデ
ータのサンプリングを行う。該サンプリングデータは、
データベース350に伝送され、保存される。データー
ベース350内では、サンプリングされたデータは、デ
ータ項目ごとに時系列的に整理されたフォーマットにて
保存されている。また、計測器によるオンライン計測が
不可能な、手分析データや目視観察データは、例えば、
オペレータが、CRT90を参照しながら、対話形式に
て、キーボード95を介して入力を行う。このデータも
データベース350に格納される。Next, the input / output relationship of data and the like related to the control device 100 will be described. Inputs to the control device 100 include online input from the measuring instrument group M and manual input from the keyboard 95. The measuring instruments 5M and 10
M, 15M, 20M, 25M, etc. sample data at fixed time intervals. The sampling data is
It is transmitted to and stored in the database 350. In the database 350, the sampled data is stored in a format arranged in time series for each data item. In addition, hand analysis data and visual observation data that cannot be measured online with a measuring instrument are, for example,
The operator inputs data interactively through the keyboard 95 while referring to the CRT 90. This data is also stored in the database 350.
【0056】次に、制御装置100からの出力について
説明する。制御装置100は、入力されたデータに基づ
いて制御方策(例えば制御量)を決定する。制御装置1
00内の制御演算手段300による演算結果は、CRT
90を介してオペレータに対して表示される。Next, the output from the control device 100 will be described. The control device 100 determines a control measure (for example, a control amount) based on the input data. Control device 1
The calculation result by the control calculation means 300 in 00 is the CRT.
Displayed to the operator via 90.
【0057】制御演算手段300による出力結果は、制
御手段50へと伝送され、所望の制御が行われることに
なる。また、制御モードの切り替えにより、自動制御、
オペレータを介した半自動運転、例えば、制御演算結果
を、ガイダンスの情報としてのみ利用し、制御量はマニ
ュアルで設定する等の各種の運転モードの設定も可能で
ある。The output result of the control calculation means 300 is transmitted to the control means 50, and desired control is performed. In addition, by switching the control mode, automatic control,
It is also possible to set various operation modes such as semi-automatic operation via an operator, for example, using the control calculation result only as guidance information and manually setting the control amount.
【0058】次に、知識選択手段140および知識処理
方法決定手段180について詳細に説明する。Next, the knowledge selecting means 140 and the knowledge processing method determining means 180 will be described in detail.
【0059】知識選択手段140の動作を図2に示すフ
ローにて説明する。The operation of the knowledge selecting means 140 will be described with reference to the flow shown in FIG.
【0060】まず、運転条件入力工程151では、第1
運転条件入力手段150によりデータベース350より
プロセスに関する最新のデータが運転条件として取り込
まれる。ここで取り込まれる運転条件とは、前述のよう
にプロセス自体の運転状態を示すデータ(例えば、原水
pH、原水アルカリ度、フロック個数等)およびプロセ
スの運転に関連する付帯的な事実(稼動年数、センサの
メンテナンス状況、データの蓄積量等)である。First, in the operation condition input step 151, the first
The latest data regarding the process is fetched from the database 350 as the operating condition by the operating condition input means 150. The operating conditions taken in here are data indicating the operating state of the process itself (for example, raw water pH, raw water alkalinity, number of flocs, etc.) and incidental facts related to the operation of the process (years of operation, Sensor maintenance status, data storage amount, etc.).
【0061】知識優先度算出工程161は、ニューラル
ネットモデルや推論機構などによって実現することが可
能であり、運転条件入力工程151では、これに依存し
たデータ変換が可能である。The knowledge priority calculation step 161 can be realized by a neural network model, an inference mechanism, etc., and the operation condition input step 151 can perform data conversion depending on it.
【0062】知識優先度算出工程161では、知識ベー
ス群220に登録されている、種類の異なる複数の知識
の優先度を、算出することができる。すなわち、その時
点でのプロセス制御に適した知識を、知識ベース群22
0の中から、選びだすのである。In the knowledge priority calculating step 161, it is possible to calculate the priorities of a plurality of different types of knowledge registered in the knowledge base group 220. That is, the knowledge suitable for the process control at that time is given to the knowledge base group 22.
Select from 0.
【0063】知識優先度算出工程161をニューラルネ
ットで実現する場合には、図3のフローチャートに示す
ような工程を具備していることが望ましい。When the knowledge priority calculating step 161 is realized by a neural network, it is desirable to have the steps shown in the flowchart of FIG.
【0064】以下、知識優先度算出工程161を、ニュ
ーラルネットで実現する場合の動作例を、図3に示すフ
ローにより説明する。Hereinafter, an operation example when the knowledge priority calculating step 161 is realized by a neural network will be described with reference to the flow shown in FIG.
【0065】まず、自動学習工程162では、運転条件
入力工程151から取り込まれた最新の運転条件を、知
識の優先度を算出するためのニューラルネットモデルに
反映させるか否かを判断し、必要と判断した場合には、
反映させるための計算(学習)を行う。First, in the automatic learning step 162, it is judged whether or not the latest operating condition fetched from the operating condition inputting step 151 is reflected in the neural network model for calculating the priority of knowledge, and it is necessary. If you decide,
Calculate (learn) to reflect.
【0066】ここでの計算に使用される、ニューラルネ
ットモデルの学習および想起について、簡単に説明す
る。Learning and recall of the neural network model used in the calculation here will be briefly described.
【0067】モデルの基本となっているのは、脳を構成
する神経細胞(ニューロン)である。このニューロンの
生理学的な知見を反映したニューロン単体の数理モデル
が広く利用されている。ニューロンの基本動作は、次式
3、4、5に示すように多入力一出力系のしきい値特性
を持つ関数で表現される。The basis of the model is the nerve cells (neurons) that make up the brain. A mathematical model of a single neuron that reflects the physiological knowledge of this neuron is widely used. The basic operation of a neuron is expressed by a function having a threshold characteristic of a multi-input / single-output system as shown in the following equations 3, 4, and 5.
【0068】Yt=F(Ut) (式3) Ut=ΣWt,i・Xi (式4) (但しΣはiに関する総和を意味する) F(u)=1/{1+exp(-u+Θ)} (式5) 但し、Ytは、ニューロンTの出力信号、Utは、ニュ
ーロンTへの入力の積和 Wt,iは、ニューロンTとニューロンI間の重み係
数、Xiは、ニューロンIからの入力信号、Fは、シグ
モイド関数、Θは、シグモイド関数のしきい値である。Yt = F (Ut) (Equation 3) Ut = ΣWt, iXi (Equation 4) (where Σ means the sum of i) F (u) = 1 / {1 + exp (-u + Θ) } (Equation 5) where Yt is the output signal of the neuron T, Ut is the product sum of the inputs to the neuron T, Wt, i is the weight coefficient between the neurons T and I, and Xi is the input from the neuron I Signal, F is a sigmoid function, and Θ is a threshold of the sigmoid function.
【0069】あるニューロンから、着目したニューロン
への信号は、両者間の結合強度(重み係数、シナプス強
度ともいう)Wt,iが乗ぜられる。これらの重み付き
入力信号Wt,i・Xiの総和Utが、あるしきい値Θ
を越えたときに、そのニューロンは興奮して、出力信号
Ytを出力する。このときの、しきい値特性を決定する
のが、式5のシグモイド関数である。The signal from a certain neuron to the focused neuron is multiplied by the coupling strength (also called weighting coefficient or synapse strength) Wt, i between the two. The sum Ut of these weighted input signals Wt, i · Xi is a threshold value Θ
, The neuron is excited and outputs the output signal Yt. At this time, it is the sigmoid function of Equation 5 that determines the threshold characteristic.
【0070】ニューラルネットモデルは、上述のニュー
ロンを、基本構成要素とする、ネットワーク型のモデル
である。モデルは、複数のものが提案されているが、本
発明では、ニューロンを階層的に結合させた、階層型モ
デル(Rumelhart型モデルとも称する)を使用する。こ
のモデルは、図4に示すように、入力層、中間層、出力
層からなる3層構造である。The neural net model is a network type model having the above-mentioned neurons as basic constituent elements. Although a plurality of models have been proposed, the present invention uses a hierarchical model (also referred to as Rumelhart model) in which neurons are connected in a hierarchical manner. As shown in FIG. 4, this model has a three-layer structure including an input layer, an intermediate layer, and an output layer.
【0071】ニューラルネットモデルの学習は、モデル
の出力と望ましい出力(教師データと称し、一般には、
運転条件の履歴等から選択して作成される)との誤差が
減少するように重み係数を修正することによって行う。The learning of the neural network model is performed by outputting the model output and the desired output (referred to as teacher data, generally,
It is performed by modifying the weighting coefficient so that the error with the history of operating conditions or the like) is reduced.
【0072】学習アルゴリズムとして、最も多用され
る、従来型BP(バックプロパゲーション)法は、想起
誤差の自乗和を評価関数と定義し、その評価関数が減少
するように、重み係数を修正するものである。なお、ア
ルゴリズムの詳細は、Rumelhart,D.E.,etc(1986)「Lea
rning Representations by Backpropagating Errors」,
Nature,vol.323,p533-536,等に記載されている。The conventional BP (back propagation) method, which is most frequently used as a learning algorithm, defines the sum of squares of recall errors as an evaluation function and modifies the weighting coefficient so that the evaluation function decreases. Is. For details of the algorithm, see Rumelhart, DE, etc (1986) “Lea
rning Representations by Backpropagating Errors '',
Nature, vol. 323, p533-536, etc.
【0073】また、ここでいう「想起」とは、ニューラ
ルネットモデルの入力層に、入力を与え、出力層のニュ
ーロンから出力値を出力させる計算をいい、出力層ニュ
ーロンからの出力値を想起値という。The term "recall" as used herein refers to a calculation in which an input is applied to the input layer of the neural network model and an output value is output from the neuron in the output layer. The output value from the output layer neuron is the recall value. That.
【0074】さて、自動学習工程162では、上述のよ
うなニューラルネットモデルを用いて、知識の優先度算
出のための、新たな学習を自動的に行う。モデルの入力
としては、例えば、浄水プロセスでは、図8に示すよう
に各種水質データ、フロックの画像処理情報、各種イベ
ント情報(台風や降雨に関する情報、プロセス稼動年
数、プロセス施設改築、増築に関する情報など)を配置
する。In the automatic learning step 162, new learning for calculating the priority of knowledge is automatically performed using the above-mentioned neural net model. As an input of the model, for example, in the water purification process, various water quality data, image processing information of flocs, various event information (information about typhoons and rainfall, process operating years, process facility renovation, and extension information, etc.) as shown in FIG. ) Is placed.
【0075】また、出力には、知識ベース群220内の
サブ知識ベースの種類(ニューロ、ルール、物理モデル
等)を配置する。Further, the type of the sub-knowledge base in the knowledge base group 220 (neuro, rule, physical model, etc.) is placed in the output.
【0076】ここでの学習のための教師データは、デー
ターベース350に保存された、過去の履歴データから
作成する。具体的には、代表的な運転条件における、ニ
ューラルネットモデルの入力層に配置されたデータと、
その時に使用された、サブ知識ベースの種類の組を複数
作成することである。The teacher data for learning here is created from the past history data stored in the database 350. Specifically, in typical operating conditions, data arranged in the input layer of the neural network model,
Creating multiple sets of sub-knowledge base types used at that time.
【0077】この作成作業は、所定の基準に基づいて自
動的に行われるが、オペレータが外部から与えることも
可能である。This preparation work is automatically performed based on a predetermined standard, but it can be given by an operator from the outside.
【0078】このようにして、作成された教師データを
学習した、ニューラルネットモデルは、現時点のデータ
を入力すると、最も適したサブ知識ベースに対応する出
力層ニューロンから最も大きな想起値を出力する。When the current data is input, the neural network model that learned the teacher data created in this way outputs the largest recall value from the output layer neurons corresponding to the most suitable sub-knowledge base.
【0079】学習後のニューラルネットモデルの重み係
数行列は、メタ・ニューラルネットベース170に保存
される。The weighting coefficient matrix of the learned neural network model is stored in the meta-neural network base 170.
【0080】また、ここでの自動学習のアルゴリズム
は、ニューラルネットベースに保存されている学習済の
ニューラルネットを、最新の運転条件に基づいて、修正
するものであり、発明者らが既に提案した公知ものを用
いることができる。アルゴリズムの詳細については、例
えば、「ニューラルネットを用いたプラント運転ルール
の抽出に関する研究」(電気学会論文集D、Vol.111,N
o.1,p20-28)に記載されている。The automatic learning algorithm here corrects the learned neural network stored in the neural network base on the basis of the latest operating conditions, and has been already proposed by the inventors. Known materials can be used. For details of the algorithm, for example, “Study on Extraction of Plant Operating Rule Using Neural Network” (Proceedings of the Institute of Electrical Engineers of Japan D, Vol.111, N
o.1, p20-28).
【0081】ここで、自動学習を行うことにより、プロ
セスの特性が経時的に変化した場合でも、常に良好なメ
タ・ニューラルネットモデルにより、知識の優先度を想
起することが可能である。Here, by performing the automatic learning, it is possible to always remember the priority of the knowledge with a good meta-neural net model even when the characteristics of the process change with time.
【0082】次の、優先度想起工程164では、先の工
程162で得られたニューラルネットモデルに運転条件
を入力し、出力層に配置された各種類の知識の優先度を
算出する。この場合、出力値が大きいほど、優先度が高
いことを意味する。算出された優先度は、次の知識選択
工程166に送られる。In the next priority recall process 164, the operating conditions are input to the neural network model obtained in the previous process 162, and the priority of each type of knowledge arranged in the output layer is calculated. In this case, the larger the output value, the higher the priority. The calculated priority is sent to the next knowledge selection step 166.
【0083】知識選択工程166では、実際の知識が保
存されている知識ベース群220内のサブ知識ベースの
中から優先度の高い知識を選択し、制御演算手段300
および、知識処理方法決定手段180に、使用すべき知
識の情報を出力する。In the knowledge selecting step 166, the knowledge having a high priority is selected from the sub-knowledge bases in the knowledge base group 220 in which the actual knowledge is stored, and the control computing means 300 is selected.
Also, the knowledge information to be used is output to the knowledge processing method determination means 180.
【0084】この工程166では、優先度がしきい値以
上のもの、もしくは、優先度の高い順に、予め決められ
た所定の個数だけ選択する等の方法が考えられる。In this step 166, a method such as selecting a predetermined number in a descending order of priority or higher priority may be considered.
【0085】また、知識優先度算出手段160を知識処
理の推論機構によって実現する場合には、図5のフロー
チャートに示すような工程を具備していることが望まし
い。Further, when the knowledge priority calculating means 160 is realized by the inference mechanism of knowledge processing, it is desirable to have the steps shown in the flowchart of FIG.
【0086】まず、優先度推論工程163では、メタル
ールベース171に保存された、例えば、式6に示すよ
うな優先度決定に関するルールを参照し、第1運転条件
入力手段150からのデータを用いることにより、優先
度を算出することができる。First, in the priority inference process 163, the data from the first operating condition input means 150 is used by referring to the rule regarding the priority determination stored in the meta-rule base 171 as shown in, for example, Expression 6. Thus, the priority can be calculated.
【0087】推論方式は、メタルールベース171に保
存されているルールの種類に依存したものとなる。ルー
ルがクリスプルールの場合には、推論機構は前向き推論
となり、ルールがファジィ推論の場合には、推論機構は
ファジィ推論となる。The inference method depends on the type of rule stored in the meta rule base 171. If the rule is a crisp rule, the reasoning mechanism is forward reasoning, and if the rule is fuzzy reasoning, the reasoning mechanism is fuzzy reasoning.
【0088】式6にメタ・ルールがファジイルールの場
合の一例を示す。Expression 6 shows an example in which the meta rule is a fuzzy rule.
【0089】もし 履歴データが少ないならば、ルール
サブ知識べース、および物理モデルサブ知識ベースの優
先度を上げる (式6) 知識選択工程165では、実際の知識が保存されている
知識ベース群220の中から、優先度の高いサブ知識ベ
ースを所定個、もしくは、優先度がしきい値以上のもの
を選択し、制御演算手段300および知識処理方法決定
手段180に使用すべき知識の情報を出力する。If the history data is small, the priority of the rule sub-knowledge base and the physical model sub-knowledge base is raised (Equation 6) In the knowledge selection step 165, the knowledge base group 220 in which the actual knowledge is stored is stored. From among the above, a predetermined number of sub-knowledge bases having a high priority or a sub-knowledge base having a priority higher than a threshold value are selected, and the knowledge information to be used is output to the control calculation means 300 and the knowledge processing method determination means 180 To do.
【0090】次に、知識処理方法決定手段180につい
て説明する。Next, the knowledge processing method determining means 180 will be described.
【0091】知識処理方法決定手段180の働きを示す
フローを図6に示す。ここでは、知識選択手段140で
選択したサブ知識ベースに対応する知識処理方法を選択
する。 まず、第2運転条件入力工程191では、デー
タベース350からプロセスの最新の運転条件が取り込
まれる。取り込まれるデータの種類は、前述の運転条件
入力工程151と同様である。FIG. 6 is a flow chart showing the operation of the knowledge processing method determining means 180. Here, the knowledge processing method corresponding to the sub-knowledge base selected by the knowledge selection means 140 is selected. First, in the second operation condition input step 191, the latest operation condition of the process is fetched from the database 350. The type of data to be taken in is the same as that in the operation condition input step 151 described above.
【0092】次の方法優先度算出工程201では、知識
処理方法ベース260に登録されている複数の知識処理
方法、および、その組合せの優先度を算出することがで
きる。 本工程201は、知識優先度算出工程161と
同様に、図3のようなニューラルネットを用いた方法に
より実現できる。もちろん、図5のようなルールによる
推論での実現も可能である。ここでは、知識ベース群2
20でなく、知識処理方法ベース260を参照すること
が違うだけで、方法の詳細は前述の知識優先度算出工程
161と同様である。In the next method priority calculation step 201, it is possible to calculate the priorities of a plurality of knowledge processing methods registered in the knowledge processing method base 260 and their combinations. Similar to the knowledge priority calculation step 161, this step 201 can be realized by a method using a neural network as shown in FIG. Of course, the inference based on the rules shown in FIG. 5 is also possible. Here, the knowledge base group 2
The details of the method are the same as those of the knowledge priority calculating step 161 described above, except that the knowledge processing method base 260 is referred to instead of 20.
【0093】例えば、ニューラルネットを用いた場合に
は、メタ・ニューラルネットベース205に保存された
重み係数行列を用いて、出力層ニューロンに配置され
た、上述したような知識処理方法について、それぞれの
優先度を想起する。想起された優先度の最も高い知識処
理方法が選択される。For example, when a neural network is used, the weighting coefficient matrix stored in the meta-neural network base 205 is used, and each of the knowledge processing methods as described above arranged in the output layer neurons is Recall priority. The knowledge processing method with the highest priority recalled is selected.
【0094】また、選択されたサブ知識ベースが1つで
ある場合には、知識処理方法は自ずと決定する。例え
ば、ルールサブ知識ベースだけが選択された場合には、
知識処理方法として、「推論」が選択される。When the number of selected sub-knowledge bases is one, the knowledge processing method is naturally determined. For example, if only the rule sub-knowledge base is selected,
"Inference" is selected as the knowledge processing method.
【0095】知識処理方法決定手段180で決定された
知識の処理方法に関する情報は、制御演算手段300に
送られる。Information regarding the knowledge processing method determined by the knowledge processing method determination means 180 is sent to the control calculation means 300.
【0096】以上が本発明の特徴となる知識選択手段1
40、方法優先度算出工程180の機能の説明である。The knowledge selection means 1 that characterizes the present invention is as described above.
40 is a description of the function of the method priority calculation step 180.
【0097】次に、制御演算手段300について説明す
る。この工程では、知識選択手段140によって知識ベ
ース群220の中から選択された知識、および、知識処
理方法決定手段180によって知識処理方法ベース26
0の中から決定された知識の処理方法を用いて、プロセ
スの制御量を算出し、制御手段50とCRT90に出力
する。Next, the control calculation means 300 will be described. In this step, the knowledge selected from the knowledge base group 220 by the knowledge selecting means 140 and the knowledge processing method base 26 by the knowledge processing method determining means 180.
The process control amount is calculated by using the knowledge processing method determined from 0, and is output to the control means 50 and the CRT 90.
【0098】例えば、知識としてニューロサブ知識ベー
スとルールサブ知識ベースとが選択され、知識の処理方
法として、図7に示すような、ニューラルネットをメイ
ンとし、ファジィ推論機構で補正をかける方法が選択さ
れた場合には、制御量は式7のように求めることができ
る。For example, a neuro sub-knowledge base and a rule sub-knowledge base are selected as knowledge, and as a knowledge processing method, a method in which a neural net as shown in FIG. 7 is mainly used and correction is performed by a fuzzy inference mechanism is selected. In this case, the control amount can be obtained as in Expression 7.
【0099】この例では、比較的長時間のマクロな変化
を、ニューラルネットを用いて制御し、比較的短時間の
ミクロな変化を、ファジイ推論を用いて制御して、マク
ロな変化を補正するものである。この場合、どのような
時に、ニューラルネットによる値が高く出力されやすい
か、あるいは、低く出力されやすいか等のルールが、フ
ァジイ推論のために用意されていることとなる。In this example, a macro change for a relatively long time is controlled using a neural network, and a micro change for a relatively short time is controlled using a fuzzy inference to correct the macro change. It is a thing. In this case, rules for when the value output by the neural network is likely to be output high or when it is output low are prepared for fuzzy inference.
【0100】 制御量a(t)=予測値a(t)+補正値a(t) 予測値a(t)=ニューラルネットaの想起値(t) 補正値a(t)=ファジィ推論aの補正推論値(t) (式7) 但し、a:制御装置の種類(浄水プロセスの場合、凝集
剤注入率、塩素注入率等) t:時間を示す変数 この他、別の種類の知識と、知識の処理方法が選択され
た場合も、同様にして、制御量を算出することができ
る。上述の方法により、運転条件に最も適した知識の種
類と、その処理方法とを動的に変化させながら、常に精
度の高い制御(もしくはガイダンス情報の提示)を、実
現することができる。Control amount a (t) = predicted value a (t) + correction value a (t) predicted value a (t) = recall value (t) of neural network a correction value a (t) = fuzzy reasoning a Corrected inference value (t) (Equation 7) However, a: type of control device (in the case of water purification process, coagulant injection rate, chlorine injection rate, etc.) t: variable indicating time Other knowledge of another type, Even when the knowledge processing method is selected, the control amount can be calculated in the same manner. By the above-mentioned method, it is possible to always realize highly accurate control (or presentation of guidance information) while dynamically changing the type of knowledge most suitable for the operating condition and the processing method thereof.
【0101】本発明の一連の動作を、図9に示すジェネ
ラルフローチャートにて説明する。A series of operations of the present invention will be described with reference to the general flow chart shown in FIG.
【0102】まず、ステップ1000にて、装置を起動
させ、ステップ1001にて、プロセス計測値のデータ
ベース350への読み込みを行う。First, in step 1000, the apparatus is activated, and in step 1001, the process measurement value is read into the database 350.
【0103】次に、使用する知識の選択をステップ10
02から1005にて行う。ステップ1002では、サ
ンプリングしたデータを、制御装置100用のワークス
テーションス内で使用できるように、データ取り込みと
データ形式変換を行う。Next, in Step 10 for selecting knowledge to be used.
Perform from 02 to 1005. In step 1002, data sampling and data format conversion are performed so that the sampled data can be used in the workstation for the control device 100.
【0104】ステップで1003では、ニューラルネッ
トを用いて、知識の優先度算出のための新たな学習を自
動的に行い、ステップ1004では、ニューラルネット
により、知識の優先度が想起される。この想起結果によ
り、ステップ1005では、使用すべきサブ知識ベース
が、選択される。At step 1003, new learning for calculating the priority of knowledge is automatically performed using the neural network, and at step 1004, the priority of knowledge is recalled by the neural network. As a result of this recall, in step 1005, the sub-knowledge base to be used is selected.
【0105】次にステップ1006から1010によ
り、知識処理方法が、選択される。Next, in steps 1006 to 1010, the knowledge processing method is selected.
【0106】ステップ1006、1007では、選択さ
れたサブ知識ベースのリストの読み込み、および制御装
置100で使用するワークステション用に、データ変換
を行う。In steps 1006 and 1007, data conversion is performed for reading the list of the selected sub-knowledge base and for the workstation used by the control device 100.
【0107】次に、ステップ1008で自動学習を行
い、ステップ1009では、ニューラルネットにより、
知識処理方法の優先度を想起する。この想起結果をもと
に、ステップ1010では、知識処理方法を選択する。Next, in step 1008, automatic learning is performed, and in step 1009, the neural network
Recall the priority of knowledge processing methods. In step 1010, a knowledge processing method is selected based on the recall result.
【0108】次に、制御演算をステップ1011から1
013にて行う。Next, the control calculation is performed from steps 1011 to 1
Perform at 013.
【0109】ステップ1011、1012では選択され
た知識を読み込み、この知識を処理するための方法であ
る、処理プログラムをコールする。そして、ステップ1
013で、制御値を演算する。In steps 1011 and 1012, the selected knowledge is read and a processing program, which is a method for processing this knowledge, is called. And step 1
At 013, the control value is calculated.
【0110】最後に、ステップ1014にて演算結果を
CRT90や制御手段50へ出力する。Finally, in step 1014, the calculation result is output to the CRT 90 and the control means 50.
【0111】また、ステップ1005で選択されたサブ
知識ベースが1つである場合には、知識処理方法は、自
ずと決定されるため、このような場合には、ステップ1
005からステップ1011へとブランチすることが可
能である。When the number of sub-knowledge bases selected in step 1005 is one, the knowledge processing method is automatically determined. Therefore, in such a case, step 1
It is possible to branch from 005 to step 1011.
【0112】演算結果の出力後は、再びステップ100
1へと戻り、新たな制御ループに入る。After outputting the calculation result, step 100 is executed again.
It returns to 1 and enters a new control loop.
【0113】本実施例では、浄水処理プロセスを対象と
したが、これ以外の各種プロセスにおいても、全く同様
の効果を得ることができる。In this embodiment, the water purification process is targeted, but the same effects can be obtained in other processes.
【0114】[0114]
【発明の効果】本発明によれば、制御対象となっている
プロセスの運転条件に応じて、該プロセスの制御量を決
定するために用いられる、種類の異なる知識の中から、
最適な知識を選択し、また、選択された知識を扱うため
の、複数の処理方法の中から、最適な方法を選択し、制
御量を算出することができる。According to the present invention, among different kinds of knowledge used for determining the controlled variable of the process to be controlled according to the operating conditions of the process to be controlled,
It is possible to select the optimum knowledge, select the optimum method from a plurality of processing methods for handling the selected knowledge, and calculate the control amount.
【0115】これにより、従来、決められた種類の知識
とその処理方法でしか行えなかったプロセスの制御を、
運転条件の変化に追従して知識の種類と処理方法を臨機
応変に変えられることとなり、複数の種類の知識の良好
な相乗効果により、従来よりも、高精度のプロセス制御
を行うことが可能となる。As a result, the control of the process which has been conventionally performed only by the knowledge of the determined type and the processing method thereof can be performed.
The type of knowledge and the processing method can be changed flexibly according to changes in operating conditions, and due to the favorable synergistic effect of multiple types of knowledge, it is possible to perform more precise process control than before. Become.
【図1】本発明による、プロセス制御装置を、浄水処理
プロセスの制御に適用した実施例の、全体構成を示すブ
ロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of an embodiment in which a process control device according to the present invention is applied to control a water purification treatment process.
【図2】知識選択手段の動作例を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an operation example of a knowledge selecting unit.
【図3】知識優先度算出工程をニューラルネットで実現
した例の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of an example in which the knowledge priority calculation step is realized by a neural network.
【図4】階層型ニューラルネットモデルの、一般的な構
造を示す説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a general structure of a hierarchical neural network model.
【図5】知識優先度算出工程を、推論機構によって実現
した例の説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of an example in which a knowledge priority calculation step is realized by an inference mechanism.
【図6】知識処理方法決定手段の動作を示す、説明図で
ある。FIG. 6 is an explanatory diagram showing an operation of a knowledge processing method determining unit.
【図7】知識処理方法ベース内の要素の一例を示す図で
ある。FIG. 7 is a diagram showing an example of elements in a knowledge processing method base.
【図8】自動学習のためのニューラルネットモデル例の
説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram of an example of a neural net model for automatic learning.
【図9】本発明の全体機能の流れを示すフローチャート
である。FIG. 9 is a flowchart showing a flow of overall functions of the present invention.
5…着水井、10…急速混和池、11…凝集剤タンク、
12…凝集剤注入ポンプ、13…撹拌翼、14…撹拌
機、15…フロック形成池、16…撹拌パドル、20…
沈殿池、25…ろ過池、5M,10M,15M,20
M,25M…計測器、50…制御手段、90…CRT、
95…キーボード、100…制御装置、140…知識選
択手段、150…第1運転条件入力手段、151…運転
条件入力工程、160…知識優先度算出手段、161…
知識優先度算出工程、162…自動学習工程、163…
優先度推論工程、164…優先度想起工程、165…知
識選択工程、166…知識選択工程、170…メタ・ニ
ューラルネットワーク、171…メタルールベース、1
80…知識処理方法決定手段、190…第2運転条件入
力手段、191…運転条件入力工程、200…方法優先
度算出手段、201…方法優先度算出工程、202…メ
タルールベース、205…メタ・ニューラルネットワー
ク、220…知識ベース群、260…知識処理方法ベー
ス、300…制御演算手段、350…データベース。5 ... landing well, 10 ... rapid mixing pond, 11 ... flocculant tank,
12 ... Flocculant injection pump, 13 ... Stirring blade, 14 ... Stirrer, 15 ... Flock forming pond, 16 ... Stirring paddle, 20 ...
Settling tank, 25 ... Filtration tank, 5M, 10M, 15M, 20
M, 25M ... Measuring instrument, 50 ... Control means, 90 ... CRT,
95 ... Keyboard, 100 ... Control device, 140 ... Knowledge selecting means, 150 ... First operating condition inputting means, 151 ... Operating condition inputting step, 160 ... Knowledge priority calculating means, 161 ...
Knowledge priority calculation step, 162 ... Automatic learning step, 163 ...
Priority inference process, 164 ... Priority recall process, 165 ... Knowledge selection process, 166 ... Knowledge selection process, 170 ... Meta neural network, 171 ... Meta rule base, 1
80 ... Knowledge processing method determination means, 190 ... Second operation condition input means, 191 ... Operation condition input step, 200 ... Method priority calculation means, 201 ... Method priority calculation step, 202 ... Meta rule base, 205 ... Meta neural Network, 220 ... Knowledge base group, 260 ... Knowledge processing method base, 300 ... Control calculation means, 350 ... Database.
フロントページの続き (72)発明者 依田 幹雄 茨城県日立市大みか町五丁目2番1号 株 式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 呉 文智 茨城県日立市大みか町五丁目2番1号 株 式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 渡辺 昭二 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 矢萩 捷夫 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (72)発明者 大淵 美砂子 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内Front page continued (72) Inventor Mikio Yoda 5-2-1 Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Hitachi Ltd. Omika Plant, Ltd. (72) Inventor Fumichi Kure 5-2-1 Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture Incorporated company Hitachi Ltd. Omika Factory (72) Inventor Shoji Watanabe 4026 Kuji Town, Hitachi City, Hitachi, Ibaraki Prefecture Hitachi Research Institute Ltd. (72) Inventor Kazuo Yahagi 4026 Kuji Town Hitachi City, Ibaraki Prefecture Hitachi Research Laboratory (72) Inventor Misako Obuchi 4026 Kuji Town, Hitachi City, Hitachi, Ibaraki Prefecture Hitachi Research Laboratory, Hitachi, Ltd.
Claims (7)
プロセス制御装置において、 制御量を決定するために利用する、複数種の知識を蓄積
する手段と、 知識を蓄積する手段が蓄積する複数種の知識の中から、
該プロセスの運転条件に基づいて、ある時点での制御量
の決定に適した1種または2種以上の知識の種類を選択
する知識選択手段と、 制御量を決定するための、複数種の、知識の処理方法を
蓄積する手段と、 知識の処理方法を蓄積する手段が蓄積する複数種の、知
識の処理方法の中から、知識の処理方法または処理方法
の組合せを決定する知識処理方法決定手段とを有し、 前記知識選択手段および知識処理方法決定手段は、それ
ぞれニューラルネットワーク、または、推論機構を含
み、プロセスの運転条件に基づいて、ニューラルネット
ワークを想起、または、推論機構に推論させて、知識の
選択および知識の処理方法の決定を行なうことを特徴と
するプロセス制御装置。1. A process control apparatus for monitoring and controlling a process having a change over time, wherein a means for accumulating a plurality of types of knowledge, which is used to determine a control amount, and a plurality of types for accumulating the knowledge. From the knowledge,
Knowledge selecting means for selecting one or more kinds of knowledge suitable for determining the controlled variable at a certain time point based on the operating conditions of the process, and a plurality of types for determining the controlled variable, Knowledge processing method determining means for determining a knowledge processing method or a combination of processing methods from a plurality of types of knowledge processing methods accumulated by means for accumulating knowledge processing methods and means for accumulating knowledge processing methods And the knowledge selecting means and the knowledge processing method determining means each include a neural network, or an inference mechanism, based on the operating conditions of the process, recall the neural network, or cause the inference mechanism to infer, A process control device characterized by performing knowledge selection and knowledge processing method determination.
プロセスの運転条件を入力する手段と、使用する知識の
優先度を算出する知識優先度算出手段とを有することを
特徴とするプロセス制御方法。2. The knowledge selection means according to claim 1,
A process control method comprising: means for inputting operating conditions of a process; and knowledge priority calculation means for calculating priority of knowledge to be used.
段が、ニューラルネットワークモデルによる学習と想起
の手段を有することを特徴とするプロセス制御装置。3. The process control apparatus according to claim 2, wherein the knowledge priority calculation means includes learning and recall means based on a neural network model.
手段が、プロセスの運転条件を入力する手段と、知識の
処理方法の優先度を算出する方法優先度算出手段とを有
することを特徴とするプロセス制御装置。4. The method according to claim 1, wherein the knowledge processing method determining means includes means for inputting a process operating condition and method priority calculating means for calculating a priority of a knowledge processing method. Process control device.
段が、ニューラルネットワークモデルによる学習と想起
の手段を有することを特徴とするプロセス制御装置。5. The process control apparatus according to claim 4, wherein the method priority calculation means includes learning and recall means based on a neural network model.
選択手段が選択する知識の種類が、少なくとも、プロセ
スから得られるデータ、プロセス内の各種現象を説明す
る数理モデル、および、ルール形式で記述された知識の
うちの一つであることを特徴とするプロセス制御装置。6. The type of knowledge selected by the knowledge selecting means is at least data obtained from a process, a mathematical model for explaining various phenomena in the process, and a rule format. A process control device characterized by being one of the described knowledge.
処理方法決定手段が決定する知識の処理方法は、少なく
とも、ニューラルネットワークの学習と想起手段、シミ
ュレーション手段、および、知識の推論手段のうちの一
つであることを特徴とするプロセス制御装置。7. The knowledge processing method according to claim 1, 4 or 5, wherein the knowledge processing method determining means determines at least one of a learning and recalling means of a neural network, a simulation means and a knowledge inference means. Process control device characterized by being one of the following.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1335092A JPH05204406A (en) | 1992-01-28 | 1992-01-28 | Process controller |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1335092A JPH05204406A (en) | 1992-01-28 | 1992-01-28 | Process controller |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05204406A true JPH05204406A (en) | 1993-08-13 |
Family
ID=11830662
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1335092A Pending JPH05204406A (en) | 1992-01-28 | 1992-01-28 | Process controller |
Country Status (1)
Country | Link |
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-
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- 1992-01-28 JP JP1335092A patent/JPH05204406A/en active Pending
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