JPH0561502A - プラントの制御システム - Google Patents
プラントの制御システムInfo
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- JPH0561502A JPH0561502A JP3225614A JP22561491A JPH0561502A JP H0561502 A JPH0561502 A JP H0561502A JP 3225614 A JP3225614 A JP 3225614A JP 22561491 A JP22561491 A JP 22561491A JP H0561502 A JPH0561502 A JP H0561502A
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K13/00—General layout or general methods of operation of complete plants
- F01K13/02—Controlling, e.g. stopping or starting
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- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
- G05B9/00—Safety arrangements
- G05B9/02—Safety arrangements electric
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
- Safety Devices In Control Systems (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】プロセス制御を行なうプラントにおいて、プロ
セス状態量の制御系に、プロセス状態量の余裕度を反映
した制御を付加し、プラントを構成する各機器プロセス
の制御を全体プラントの観点から協調のとれたものとす
る。 【構成】マイナ制御系（６８ａ〜６８ｃ）に対する従来
の協調制御部（６０）に加え、余裕値調節部（６１）を
付加することで、プロセス量の制限値に対する、余裕値
に応じて、ゲイン（６２ａ〜６２ｃ）を調整することに
より達成される。 【効果】プラントを構成する各機器の仕様によって定ま
るハード面での性能や運転面での許容度等をバランスよ
く協調させる制御系を構築することができ、各機器プロ
セスの予防保全に貢献することが可能となる。
セス状態量の制御系に、プロセス状態量の余裕度を反映
した制御を付加し、プラントを構成する各機器プロセス
の制御を全体プラントの観点から協調のとれたものとす
る。 【構成】マイナ制御系（６８ａ〜６８ｃ）に対する従来
の協調制御部（６０）に加え、余裕値調節部（６１）を
付加することで、プロセス量の制限値に対する、余裕値
に応じて、ゲイン（６２ａ〜６２ｃ）を調整することに
より達成される。 【効果】プラントを構成する各機器の仕様によって定ま
るハード面での性能や運転面での許容度等をバランスよ
く協調させる制御系を構築することができ、各機器プロ
セスの予防保全に貢献することが可能となる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は火力プラント等の調整制
御ループを持つ制御方式を適用している各種プラントの
制御に係り、特にプラントの運転余裕度を考慮したプラ
ントの制御システムに関する。
御ループを持つ制御方式を適用している各種プラントの
制御に係り、特にプラントの運転余裕度を考慮したプラ
ントの制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば火力プラントで採用している制御
方式では、通常のプロセス制御に適用しているＰＩＤ制
御の他に、特公平1−27337号に示されているように、現
代制御理論等を応用し、プラントの動特性をモデル化
し、入力量に対する結果として生ずる変動或いは到達す
る先の値を予測する手法、即ちフィードフォワード制御
が、制御精度を向上させるために採用される。ここでこ
の公知例においてフィードフォワード制御とは具体的に
は、ボイラ各部の熱交換器の過熱器の動特性モデルを用
い蒸気温度予測を行ない、ボイラへの投入燃料量を決定
するものである。
方式では、通常のプロセス制御に適用しているＰＩＤ制
御の他に、特公平1−27337号に示されているように、現
代制御理論等を応用し、プラントの動特性をモデル化
し、入力量に対する結果として生ずる変動或いは到達す
る先の値を予測する手法、即ちフィードフォワード制御
が、制御精度を向上させるために採用される。ここでこ
の公知例においてフィードフォワード制御とは具体的に
は、ボイラ各部の熱交換器の過熱器の動特性モデルを用
い蒸気温度予測を行ない、ボイラへの投入燃料量を決定
するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】制御系の設計にあたっ
ては、制御精度の向上の為に最新の制御理論に基づく手
法が数多く提案され現実のものとなっているが、公知例
ではプラントのモデルを作る際のプロセスダイナミクス
の同定が必要である。この方式は理論的に高級な知識を
駆使して初めて実現できるものであり、一般のプロセス
制御を適用する分野に広く普及する為の使い易さの面で
は難点があった。
ては、制御精度の向上の為に最新の制御理論に基づく手
法が数多く提案され現実のものとなっているが、公知例
ではプラントのモデルを作る際のプロセスダイナミクス
の同定が必要である。この方式は理論的に高級な知識を
駆使して初めて実現できるものであり、一般のプロセス
制御を適用する分野に広く普及する為の使い易さの面で
は難点があった。
【０００４】これに対し、従来より採用されているＰＩ
Ｄ制御を適用したプロセス制御においては、通常時、制
御系のゲイン等は固定であり、特殊な場合でも、最適制
御のためにゲイン切替等の対策をしたにすぎない。この
ため個別の制御はその制御の速応性や重要度を個別に判
定している為、周辺のプロセス制御の中での制御上の余
裕を考慮することなく設定される傾向を否定できないの
で、プラント若しくはシステム全体としての協調制御系
を構築する上での難点があった。
Ｄ制御を適用したプロセス制御においては、通常時、制
御系のゲイン等は固定であり、特殊な場合でも、最適制
御のためにゲイン切替等の対策をしたにすぎない。この
ため個別の制御はその制御の速応性や重要度を個別に判
定している為、周辺のプロセス制御の中での制御上の余
裕を考慮することなく設定される傾向を否定できないの
で、プラント若しくはシステム全体としての協調制御系
を構築する上での難点があった。
【０００５】以上の内容を換言すれば、プロセス状態量
を目標値に合致させる為の制御系構築において、従来技
術によっては、プラントを構成する各機器の仕様により
定まるハード面での耐久性能，寿命損耗度やプラント運
用面からの運転余裕度、あるいは設備の能力面からの許
容度について考慮されていないので、プラント全体の協
調制御面で不具合を生ずることがあり、この点を解消す
る必要がある。
を目標値に合致させる為の制御系構築において、従来技
術によっては、プラントを構成する各機器の仕様により
定まるハード面での耐久性能，寿命損耗度やプラント運
用面からの運転余裕度、あるいは設備の能力面からの許
容度について考慮されていないので、プラント全体の協
調制御面で不具合を生ずることがあり、この点を解消す
る必要がある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明においては上記課
題につき、個別のプロセス制御を構成する要素としての
プロセス状態量の取りうる範囲と実動作点との関係よ
り、プロセス状態量の余裕度に着目し、その余裕度の値
に応じて制御の強さを動的に変えることで、制御量を目
標値に合致させ、かつ、個別プロセス量の制限値を逸脱
することのない協調制御系を実現する。
題につき、個別のプロセス制御を構成する要素としての
プロセス状態量の取りうる範囲と実動作点との関係よ
り、プロセス状態量の余裕度に着目し、その余裕度の値
に応じて制御の強さを動的に変えることで、制御量を目
標値に合致させ、かつ、個別プロセス量の制限値を逸脱
することのない協調制御系を実現する。
【０００７】具体的には、機器の制約上、プロセスとし
ての流体温度に上限が設定されている例で述べると、通
常運転範囲ではその上限設定温度よりもΔＴ1 低い温度
で運転されているものとする。そして流体温度を調節す
る弁を比例積分（ＰＩ）制御することにより実現されて
いるとする。今、系に外乱が印加され、流体温度がΔＴ
2 （ΔＴ1≧ΔＴ2）だけ上昇した場合に、その時の制御
系内部での処理として、温度偏差ΔＴ2 を０とすべく積
分動作により温度を下げるように弁開度を変化させよう
とする。更に、この時、上記本発明の手段による制御系
動作が有効に作用する。即ち、例えば、ΔＴ1−ΔＴ2の
偏差の逆数に比例する制御パラメータＫを設定し、その
パラメータＫを上記ＰＩ制御ゲインに乗ずることによ
り、より強い制御動作を弁に印加する。
ての流体温度に上限が設定されている例で述べると、通
常運転範囲ではその上限設定温度よりもΔＴ1 低い温度
で運転されているものとする。そして流体温度を調節す
る弁を比例積分（ＰＩ）制御することにより実現されて
いるとする。今、系に外乱が印加され、流体温度がΔＴ
2 （ΔＴ1≧ΔＴ2）だけ上昇した場合に、その時の制御
系内部での処理として、温度偏差ΔＴ2 を０とすべく積
分動作により温度を下げるように弁開度を変化させよう
とする。更に、この時、上記本発明の手段による制御系
動作が有効に作用する。即ち、例えば、ΔＴ1−ΔＴ2の
偏差の逆数に比例する制御パラメータＫを設定し、その
パラメータＫを上記ＰＩ制御ゲインに乗ずることによ
り、より強い制御動作を弁に印加する。
【０００８】
【作用】プラントまたはシステムのプロセス状態量は実
測若しくは観測され、制御装置内部において、目標値と
突き合わされ、その偏差がある場合に、その偏差を０と
する方向に制御装置内で、操作端を動作させる為の操作
量を作成する。この操作量を作成する過程において、余
裕値による制御機能が付加され、上記の偏差を０とする
制御系動作が強められる。この制御系の動作の強め方と
して、プロセス状態量が目標値から遠ざかり、その時プ
ロセス自身の固有の制限値までの余裕値が減少した時、
その減少した余裕値を本来あるべき値にまで復帰させる
ようにパラメータの大きさを決定し、操作量の重畳なり
乗算なりの操作を施す。制御系への適用にあたっては、
余裕値が減少すればするほど、本来の制御系操作量に与
える影響を大きくして、強い制御をかける作用を生じさ
せる。
測若しくは観測され、制御装置内部において、目標値と
突き合わされ、その偏差がある場合に、その偏差を０と
する方向に制御装置内で、操作端を動作させる為の操作
量を作成する。この操作量を作成する過程において、余
裕値による制御機能が付加され、上記の偏差を０とする
制御系動作が強められる。この制御系の動作の強め方と
して、プロセス状態量が目標値から遠ざかり、その時プ
ロセス自身の固有の制限値までの余裕値が減少した時、
その減少した余裕値を本来あるべき値にまで復帰させる
ようにパラメータの大きさを決定し、操作量の重畳なり
乗算なりの操作を施す。制御系への適用にあたっては、
余裕値が減少すればするほど、本来の制御系操作量に与
える影響を大きくして、強い制御をかける作用を生じさ
せる。
【０００９】
【実施例】図１は、本発明の概念図である。プラントの
プロセス部１の伝達関数特性は、プラントプロセス量伝
達函数６（Ｈ(Ｓ)）とプラントへの外乱７によって、表
現される。プラントの制御部２は、プロセス量目標値設
定部３，プロセス量余裕値算出部４，プラント制御伝達
函数５（Ｇ(Ｓ)）より成る。
プロセス部１の伝達関数特性は、プラントプロセス量伝
達函数６（Ｈ(Ｓ)）とプラントへの外乱７によって、表
現される。プラントの制御部２は、プロセス量目標値設
定部３，プロセス量余裕値算出部４，プラント制御伝達
函数５（Ｇ(Ｓ)）より成る。
【００１０】従来技術においては、必要に応じてプラン
トプロセス量計測値１００ａを元にして、プロセス量目
標値が設定される。プロセス量目標値あるいは、プロセ
ス量目標値と実測値の偏差１００ｂは、プラントの制御
伝達函数Ｇ(Ｓ)５により、操作信号１００ｄとしてプラ
ントのプロセス部１に伝えられる。プラントプロセス量
伝達函数Ｈ(Ｓ)６は、操作信号１００ｄとプラント外乱
１００ｅを入力として、プロセス量計測値１００ａを出
力する。通常、プラントのプロセス量は、ハード機器の
制約条件により、制限値を課せられており、従来は、プ
ラント制御伝達函数Ｇ(Ｓ)における数々の巧妙な制御ロ
ジックによってプロセス量を制御していた。本発明は、
新たにプロセス量余裕値算出制御部４においてプロセス
量の余裕値１００ｃを算出し、プラント制御伝達函数Ｇ
(Ｓ)５に対し、プロセス量の実計測値の制約条件に対す
る余裕値という新しい視点から、より堅固で、経済的な
制御系の構築を目指すものである。以下においては実施
例としてプラントプロセス量のうちマイナループにより
制御される対象に着目し、その特性と利点を示す。図２
にガス／ガス熱交換器出口温度制御の従来技術を示す。
トプロセス量計測値１００ａを元にして、プロセス量目
標値が設定される。プロセス量目標値あるいは、プロセ
ス量目標値と実測値の偏差１００ｂは、プラントの制御
伝達函数Ｇ(Ｓ)５により、操作信号１００ｄとしてプラ
ントのプロセス部１に伝えられる。プラントプロセス量
伝達函数Ｈ(Ｓ)６は、操作信号１００ｄとプラント外乱
１００ｅを入力として、プロセス量計測値１００ａを出
力する。通常、プラントのプロセス量は、ハード機器の
制約条件により、制限値を課せられており、従来は、プ
ラント制御伝達函数Ｇ(Ｓ)における数々の巧妙な制御ロ
ジックによってプロセス量を制御していた。本発明は、
新たにプロセス量余裕値算出制御部４においてプロセス
量の余裕値１００ｃを算出し、プラント制御伝達函数Ｇ
(Ｓ)５に対し、プロセス量の実計測値の制約条件に対す
る余裕値という新しい視点から、より堅固で、経済的な
制御系の構築を目指すものである。以下においては実施
例としてプラントプロセス量のうちマイナループにより
制御される対象に着目し、その特性と利点を示す。図２
にガス／ガス熱交換器出口温度制御の従来技術を示す。
【００１１】図中３１ａは被加熱ガス（低温ガス）配管
であり、３１ｂは被加熱ガスバイパス配管、３１ｃは加
熱ガス（高温ガス）配管である。３１ａの被加熱ガス
は、ガス／ガス熱交換器３２を通して、加熱ガス配管３
１ｃから熱量を受け加熱される。ところで被加熱ガス温
度はガス熱分解防止、あるいはガス逆火防止等の理由に
よりしばしば温度上限値が設定されている。その為、被
加熱ガスバイパス配管によりガス流量を分配すると共
に、出口ガス温度調節弁３３により出口ガス温度一定制
御が行なわれる。
であり、３１ｂは被加熱ガスバイパス配管、３１ｃは加
熱ガス（高温ガス）配管である。３１ａの被加熱ガス
は、ガス／ガス熱交換器３２を通して、加熱ガス配管３
１ｃから熱量を受け加熱される。ところで被加熱ガス温
度はガス熱分解防止、あるいはガス逆火防止等の理由に
よりしばしば温度上限値が設定されている。その為、被
加熱ガスバイパス配管によりガス流量を分配すると共
に、出口ガス温度調節弁３３により出口ガス温度一定制
御が行なわれる。
【００１２】まず温度測定端３４より、被加熱温度信号
１０１が温度設定器３５の設定値信号１０１ｂと偏差３
６がとられる。偏差信号１０２は通常のマイナループで
は、ＰＩ制御が施される。すなわち、３７において制御
比例ゲインＫC が乗ぜられた信号１０３ａは、３８にお
いて積分され、その出力が電気／流体変換器３９によ
り、流体信号１０５となり、出口ガス温度調節弁３３を
操作する。
１０１が温度設定器３５の設定値信号１０１ｂと偏差３
６がとられる。偏差信号１０２は通常のマイナループで
は、ＰＩ制御が施される。すなわち、３７において制御
比例ゲインＫC が乗ぜられた信号１０３ａは、３８にお
いて積分され、その出力が電気／流体変換器３９によ
り、流体信号１０５となり、出口ガス温度調節弁３３を
操作する。
【００１３】ガスの組成の変化が小さく、比熱が近似的
に一定で、かつ、プラントの動特性として、加熱／被加
熱ガス流量ならびにエンタルピー変化のパターンが適切
に認識されていれば、図２のマイナループで十分な制御
結果が期待し得る。しかしながら、ガス組成が大きく変
化し、ガスエンタルピーの変化が顕著かつ不確定要素を
含むような場合には、単一のＰＩ制御定数では、制限条
件を破る可能性が生じてくる。
に一定で、かつ、プラントの動特性として、加熱／被加
熱ガス流量ならびにエンタルピー変化のパターンが適切
に認識されていれば、図２のマイナループで十分な制御
結果が期待し得る。しかしながら、ガス組成が大きく変
化し、ガスエンタルピーの変化が顕著かつ不確定要素を
含むような場合には、単一のＰＩ制御定数では、制限条
件を破る可能性が生じてくる。
【００１４】この場合に費用に対する制約がなければ、
他測定端を設けること等により、予測制御等の手段を講
じ得るが、あくまでもマイナループ制御による対応とし
たい場合には、より柔軟な制御とする必要がある。
他測定端を設けること等により、予測制御等の手段を講
じ得るが、あくまでもマイナループ制御による対応とし
たい場合には、より柔軟な制御とする必要がある。
【００１５】図３は、温度制限値迄の余裕度に応じて、
制御定数を変化させより柔軟な追従制御を可能とする実
施例である。破線４０で囲まれた部分が、温度制限余裕
値による制御比例ゲイン補正因子の算出部であり、乗算
部４５にて元の制御比例ゲインＫC に乗ぜられる。破線
部４０では、まず制限値設定器４１ａ，４１ｂにてそれ
ぞれ温度の上限値／下限値が設定され、実計測値１０１
ａとの差演算部４２ａ，４２ｂにてそれぞれ上限値／下
限値に対する余裕値が算出される。低選択器４３は、余
裕値の少ない方の余裕値を選択し、函数器４４にて余裕
値・比例ゲイン補正函数ｆ（Δ）の値１０７が、乗算器
４５にて、制御比例ゲイン１０３ｂに乗ぜられ、余裕値
補正制御比例ゲイン１０３ｃとして積分器３８に送られ
る。余裕値補正比例ゲインＫa は本実施例で次のように
書かれる。
制御定数を変化させより柔軟な追従制御を可能とする実
施例である。破線４０で囲まれた部分が、温度制限余裕
値による制御比例ゲイン補正因子の算出部であり、乗算
部４５にて元の制御比例ゲインＫC に乗ぜられる。破線
部４０では、まず制限値設定器４１ａ，４１ｂにてそれ
ぞれ温度の上限値／下限値が設定され、実計測値１０１
ａとの差演算部４２ａ，４２ｂにてそれぞれ上限値／下
限値に対する余裕値が算出される。低選択器４３は、余
裕値の少ない方の余裕値を選択し、函数器４４にて余裕
値・比例ゲイン補正函数ｆ（Δ）の値１０７が、乗算器
４５にて、制御比例ゲイン１０３ｂに乗ぜられ、余裕値
補正制御比例ゲイン１０３ｃとして積分器３８に送られ
る。余裕値補正比例ゲインＫa は本実施例で次のように
書かれる。
【００１６】 Ｋa＝ｆ（min（Ｘ1−Ｘ(ｔ)，Ｘ(ｔ)−Ｘ2））×Ｋc ここでＸ1，Ｘ2はそれぞれ制御プロセス量の上限設定
値，下限設定値であり、Ｘ(ｔ)は実プロセス量である。
余裕値−比例ゲイン補正函数ｆの函数形は少なくとも次
の条件を満たす必要がある。第一は、制御プロセス量Ｘ
(ｔ)が、制御目標値近傍においてはｆが概ね“１”であ
ること。即ち、制御目標値の近傍である限りは、比例ゲ
インは設定値とほぼ同等とする。
値，下限設定値であり、Ｘ(ｔ)は実プロセス量である。
余裕値−比例ゲイン補正函数ｆの函数形は少なくとも次
の条件を満たす必要がある。第一は、制御プロセス量Ｘ
(ｔ)が、制御目標値近傍においてはｆが概ね“１”であ
ること。即ち、制御目標値の近傍である限りは、比例ゲ
インは設定値とほぼ同等とする。
【００１７】第二に、新たに設定される余裕値補正比例
ゲインは、操作端の動作速度が最大動作速度以上となら
ないものであること。（但し、制御弁等は通常、電気／
流体変換器においてリミッタがかけられる。）上記二条
件をプロセス量１０１ａと操作信号１０４のグラフで見
ると図４のようになる。直線４６は比例ゲインＫc 一定
の場合の操作信号１０４であり、破線４７は余裕値補正
係数ゲインＫa の場合の操作信号であり、４８ａ〜ｃは
それぞれ、プロセス量上限値Ｘ1 ，プロセス量制御目標
値Ｘ0 ，プロセス量下限値Ｘ2 である。図４の例では、
余裕値補正比例ゲインＫa の特性４７はプロセス量の制
限値４８ａ，４８ｃに近付くにつれて元の比例ゲインＫ
c の特性４６に対し相対的に大きくなり、制限値４８
ａ，４８ｃに達すると操作信号が、元の比例ゲインＫc
による最大操作信号となる様に設定してある。尚、図４
においては、説明を簡単化する為積分時間Ｔ＝０とし、
プロセス量の制限値４８ａ，４８ｂはプロセス量制御目
標値Ｘ0 から同じ偏差をもって離れているものとした。
ゲインは、操作端の動作速度が最大動作速度以上となら
ないものであること。（但し、制御弁等は通常、電気／
流体変換器においてリミッタがかけられる。）上記二条
件をプロセス量１０１ａと操作信号１０４のグラフで見
ると図４のようになる。直線４６は比例ゲインＫc 一定
の場合の操作信号１０４であり、破線４７は余裕値補正
係数ゲインＫa の場合の操作信号であり、４８ａ〜ｃは
それぞれ、プロセス量上限値Ｘ1 ，プロセス量制御目標
値Ｘ0 ，プロセス量下限値Ｘ2 である。図４の例では、
余裕値補正比例ゲインＫa の特性４７はプロセス量の制
限値４８ａ，４８ｃに近付くにつれて元の比例ゲインＫ
c の特性４６に対し相対的に大きくなり、制限値４８
ａ，４８ｃに達すると操作信号が、元の比例ゲインＫc
による最大操作信号となる様に設定してある。尚、図４
においては、説明を簡単化する為積分時間Ｔ＝０とし、
プロセス量の制限値４８ａ，４８ｂはプロセス量制御目
標値Ｘ0 から同じ偏差をもって離れているものとした。
【００１８】この時の余裕値−比例ゲイン補正函数ｆの
特性４９を図５に示す。プロセス量が制御目標値に近い
所では、ｆはほぼ１であり、プロセス量余裕値
特性４９を図５に示す。プロセス量が制御目標値に近い
所では、ｆはほぼ１であり、プロセス量余裕値
【００１９】
【数１】
【００２０】が０に近付くにつれ最大値に近付き、Δ＜
０では操作端の動作限界に基づき、直線的に降下する。
０では操作端の動作限界に基づき、直線的に降下する。
【００２１】次に、図４，図５の特性に基づく余裕値補
正制御を用いた結果について示す。図６は、図３〜図５
の余裕値−比例ゲイン補正制御を適用した場合のプロセ
ス量Ｘ(ｔ)の時間的変化を定性的に示したものである。
正制御を用いた結果について示す。図６は、図３〜図５
の余裕値−比例ゲイン補正制御を適用した場合のプロセ
ス量Ｘ(ｔ)の時間的変化を定性的に示したものである。
【００２２】実線５０は制御比例ゲインＫc 一定の場合
であり、設定したＫc では制限値内に制御不能なプロセ
ス量外乱が生じた時のプロセス量Ｘ(ｔ)の時間的変化を
示すものである。それに対して、波線５１は余裕値−比
例ゲイン補正制御を適用した結果であり、プロセス量Ｘ
(ｔ)が、プロセス量下限値Ｘ2 に近付くにつれて、高次
のフィードバックがかかりＸ2 を下回るのを防止してい
る。
であり、設定したＫc では制限値内に制御不能なプロセ
ス量外乱が生じた時のプロセス量Ｘ(ｔ)の時間的変化を
示すものである。それに対して、波線５１は余裕値−比
例ゲイン補正制御を適用した結果であり、プロセス量Ｘ
(ｔ)が、プロセス量下限値Ｘ2 に近付くにつれて、高次
のフィードバックがかかりＸ2 を下回るのを防止してい
る。
【００２３】図７は、同様に余裕値−比例ゲイン補正制
御を適用した場合の操作信号Ｙ(ｔ)の時間的変化を示し
たものであり、実線５２は補正制御適用前の操作信号、
波線５３は補正制御適用後の操作信号を示す。
御を適用した場合の操作信号Ｙ(ｔ)の時間的変化を示し
たものであり、実線５２は補正制御適用前の操作信号、
波線５３は補正制御適用後の操作信号を示す。
【００２４】図８は、同じく余裕値−比例ゲイン補正制
御を適用した場合の操作状態量Ｚ(ｔ)の時間的変化を示
したものである。ここで、操作端状態量とは、操作端が
弁であれば弁開度に対応する。実線５４は補正制御無、
波線５５は補正制御有の場合の結果である。
御を適用した場合の操作状態量Ｚ(ｔ)の時間的変化を示
したものである。ここで、操作端状態量とは、操作端が
弁であれば弁開度に対応する。実線５４は補正制御無、
波線５５は補正制御有の場合の結果である。
【００２５】図６〜図８で示した様に、余裕値−比例ゲ
イン補正制御は、制御ロジック中に明確にプロセス量制
限値が現われ、より直接的に制限値の超過防止を意図し
た制御であり、不慮のプロセス量外乱によるプロセス量
変動の抑制をより効果的に行うと共に、通常制御範囲で
は、元々の制御に一致する様に付加することが容易に実
現可能である。
イン補正制御は、制御ロジック中に明確にプロセス量制
限値が現われ、より直接的に制限値の超過防止を意図し
た制御であり、不慮のプロセス量外乱によるプロセス量
変動の抑制をより効果的に行うと共に、通常制御範囲で
は、元々の制御に一致する様に付加することが容易に実
現可能である。
【００２６】ガス／ガス熱交換器の実施例では、実値追
従ＰＩ制御に対して、余裕値による制御比例ゲイン補正
因子の算出部４０が付加される形式であるが、レベル制
御の様に制限値内に収まっていれば多少プロセス量が変
動していても構わない場合、図３における、設定値３５
と差演算３６が無くとも、余裕値のみに着目した制御も
実現可能である。
従ＰＩ制御に対して、余裕値による制御比例ゲイン補正
因子の算出部４０が付加される形式であるが、レベル制
御の様に制限値内に収まっていれば多少プロセス量が変
動していても構わない場合、図３における、設定値３５
と差演算３６が無くとも、余裕値のみに着目した制御も
実現可能である。
【００２７】又、余裕値を反映し得る制御パラメータと
しては、上記実施例のようにゲインによるものの他、バ
イアス値によるもの、あるいは、ＰＩＤ制御定数による
もの、圧縮機の超サージ防止制御のように、関数ｆにて
対応するもの、その他制御ロジック図中のパラメータ総
てがその対象となり得る。
しては、上記実施例のようにゲインによるものの他、バ
イアス値によるもの、あるいは、ＰＩＤ制御定数による
もの、圧縮機の超サージ防止制御のように、関数ｆにて
対応するもの、その他制御ロジック図中のパラメータ総
てがその対象となり得る。
【００２８】又、余裕値の対象としては、上記実施例の
ようにプロセス構成機器の制限値に対する余裕値をはじ
めとして、プロセス状態量の変化率制限値に対する余裕
値、プロセス構成機器の許容寿命消費率までの余裕値、
補給水使用量制限等による許容消費量に対する余裕値，
制御弁，圧縮機等の様に許容運転領域までの余裕値，機
器あるいはプラント起動などの目標値到達時間迄の余裕
値等が考えられる。
ようにプロセス構成機器の制限値に対する余裕値をはじ
めとして、プロセス状態量の変化率制限値に対する余裕
値、プロセス構成機器の許容寿命消費率までの余裕値、
補給水使用量制限等による許容消費量に対する余裕値，
制御弁，圧縮機等の様に許容運転領域までの余裕値，機
器あるいはプラント起動などの目標値到達時間迄の余裕
値等が考えられる。
【００２９】図９に協調制御系の余裕値に基づいたゲイ
ン調整の実施例を示す。通常の制御系において、複数の
プロセスの協調制御部６０は、各プロセス量の操作端６
７ａ〜６７ｃのＰＩ制御部６８ａ〜６８ｃに対して、目
標値、１１３ａ〜１１３ｃを設定しており、各プロセス
量マイナ制御の協調を図っている。各制御定数は、想定
されるプロセス量変動に追従し得るよう設定されている
のが普通であるが、実際のプラントにおいては、不慮の
外乱，機器の経年劣化に依るプロセス量動特性の変動，
特殊運用時等で、プロセス量が機器の制約条件を超過す
る可能性も生ずる。
ン調整の実施例を示す。通常の制御系において、複数の
プロセスの協調制御部６０は、各プロセス量の操作端６
７ａ〜６７ｃのＰＩ制御部６８ａ〜６８ｃに対して、目
標値、１１３ａ〜１１３ｃを設定しており、各プロセス
量マイナ制御の協調を図っている。各制御定数は、想定
されるプロセス量変動に追従し得るよう設定されている
のが普通であるが、実際のプラントにおいては、不慮の
外乱，機器の経年劣化に依るプロセス量動特性の変動，
特殊運用時等で、プロセス量が機器の制約条件を超過す
る可能性も生ずる。
【００３０】その為、本実施例においては、余裕値調節
部６１を設け、プロセス量の目標値に余裕値調節部を設
け、協調制御部６０からの目標値１１０ａ〜１１０ｃに
余裕値に応じたゲイン６２ａ〜６２ｃを乗じることによ
って余裕値を増す方向に制御することで、不慮の外乱等
に対する制約条件超過を未然に防止することを可能とし
ている。余裕値調節器６１には、各プロセス量の検出端
６６ａ〜６６ｃによる測定値１１２ａ〜１１２ｃが入力
され、余裕値調節部６１内に設定されているプロセス量
制限値Ｘi1，Ｘi2（ｉ＝１，…，Ｎ）との偏差Δｉ（ｉ
＝１〜Ｎ）を算出し、偏差Δｉの函数としてのゲインＫ
ai（Δｉ）（ｉ＝１〜Ｎ）を協調制御部６０からの目標
設定値１１０ａ〜１１０ｃへ乗ずる。
部６１を設け、プロセス量の目標値に余裕値調節部を設
け、協調制御部６０からの目標値１１０ａ〜１１０ｃに
余裕値に応じたゲイン６２ａ〜６２ｃを乗じることによ
って余裕値を増す方向に制御することで、不慮の外乱等
に対する制約条件超過を未然に防止することを可能とし
ている。余裕値調節器６１には、各プロセス量の検出端
６６ａ〜６６ｃによる測定値１１２ａ〜１１２ｃが入力
され、余裕値調節部６１内に設定されているプロセス量
制限値Ｘi1，Ｘi2（ｉ＝１，…，Ｎ）との偏差Δｉ（ｉ
＝１〜Ｎ）を算出し、偏差Δｉの函数としてのゲインＫ
ai（Δｉ）（ｉ＝１〜Ｎ）を協調制御部６０からの目標
設定値１１０ａ〜１１０ｃへ乗ずる。
【００３１】この方法によると、従来の協調制御をベー
スとしたまま、制御することが可能な為、各プロセス量
のマイナ制御および協調制御部は従来通りの考えで設計
調整が可能となる長所を持つ。
スとしたまま、制御することが可能な為、各プロセス量
のマイナ制御および協調制御部は従来通りの考えで設計
調整が可能となる長所を持つ。
【００３２】ゲインＫai（Δｉ）（ｉ＝１〜Ｎ）の考え
方は、基本的にはガス／ガス熱交換器の実施例と同様で
あり、予想される外乱の３倍の標準偏差を持つ外乱に追
従し得るゲインＫai（Δｉ）（ｉ＝１〜Ｎ）を設定する
ことで実用上満足のいく余裕値調整が達成されると考え
られる。
方は、基本的にはガス／ガス熱交換器の実施例と同様で
あり、予想される外乱の３倍の標準偏差を持つ外乱に追
従し得るゲインＫai（Δｉ）（ｉ＝１〜Ｎ）を設定する
ことで実用上満足のいく余裕値調整が達成されると考え
られる。
【００３３】図１０は、余裕値−比例ゲイン調整協調制
御のプロセス量時間発展を示したもので、各プロセス量
１〜Ｎには、それぞれ、プロセス量上／下限値７２ａ〜
72ｃが設定されている。協調制御部６０によって、カバ
ーできない外乱７３ａがあった場合、図９のゲイン６２
ａ〜６２ｃを乗じることによって、その時間発展は７３
ａから７４ａのように改善できる。
御のプロセス量時間発展を示したもので、各プロセス量
１〜Ｎには、それぞれ、プロセス量上／下限値７２ａ〜
72ｃが設定されている。協調制御部６０によって、カバ
ーできない外乱７３ａがあった場合、図９のゲイン６２
ａ〜６２ｃを乗じることによって、その時間発展は７３
ａから７４ａのように改善できる。
【００３４】以上述べたように、複数のプロセスから構
成されるプラントにおいて（複数のプロセスから構成さ
れてなくてもよい）、プロセス状態量を目標値に合致さ
せることも重要であるが、プラントとしてみれば、機器
の仕様により定まるハード面での耐久性能，寿命損耗度
やプラント運転面からの運転余裕度、あるいは設備の能
力面からの許容度を反映した制御を行なうことがプラン
ト運用面からみてより重要なことである。
成されるプラントにおいて（複数のプロセスから構成さ
れてなくてもよい）、プロセス状態量を目標値に合致さ
せることも重要であるが、プラントとしてみれば、機器
の仕様により定まるハード面での耐久性能，寿命損耗度
やプラント運転面からの運転余裕度、あるいは設備の能
力面からの許容度を反映した制御を行なうことがプラン
ト運用面からみてより重要なことである。
【００３５】本発明はこの点に着目し、プロセス状態量
の制御にプロセス状態量の余裕度に応じて、制御の強さ
を動的に変えるものである。
の制御にプロセス状態量の余裕度に応じて、制御の強さ
を動的に変えるものである。
【００３６】このために本発明では（複数の）プロセス
状態量をそれに対応した操作端により定められた目標値
に制御する制御系において、該プロセス状態量の実測値
がそのプロセスが許容する許容値に対する余裕値に応じ
て、該プロセス制御の制御パラメータを動的に変えると
いうものである。
状態量をそれに対応した操作端により定められた目標値
に制御する制御系において、該プロセス状態量の実測値
がそのプロセスが許容する許容値に対する余裕値に応じ
て、該プロセス制御の制御パラメータを動的に変えると
いうものである。
【００３７】そしてここで余裕値とは例えば （１）プロセス構成機器の制限値に対する余裕値である
こと。
こと。
【００３８】（２）プロセスの状態量の変化率制限値に
対する余裕値であること。
対する余裕値であること。
【００３９】（３）プロセス構成機器の許容寿命消費量
（率）までの余裕値であること。
（率）までの余裕値であること。
【００４０】（４）許容消費量（エネルギ損失，補給水
使用量等）に対する余裕値であること。
使用量等）に対する余裕値であること。
【００４１】（５）弁，制御弁，機器等の許容運転領域
までの余裕値であること（弁の開度余裕値、ポンプの許
容運転領域までの余裕値等）。
までの余裕値であること（弁の開度余裕値、ポンプの許
容運転領域までの余裕値等）。
【００４２】（６）目標値到達時間までの余裕であるこ
と。
と。
【００４３】等であり、また、制御パラメータとは （イ）ゲイン（Ｋ）であること。
【００４４】（ロ）バイアス値であること。
【００４５】（ハ）Ｐ.Ｉ.Ｄ制御定数であること。
【００４６】（ニ）関数（ｆ）でやること。
【００４７】（ホ）その他従来の制御ロジック図におけ
るパラメータとなり得る全てを指示するものであるこ
と。
るパラメータとなり得る全てを指示するものであるこ
と。
【００４８】等である。
【００４９】
【発明の効果】本発明によれば、プラントを構成する各
機器の仕様によって定まるハード面での耐久性能，寿命
損耗度やプラント運転面での運転余裕度或いは、設備の
能力面からの許容度等において、一部にしわ寄せするこ
とが解消されるので、プラント全体として協調のとれた
制御系を構築することができ、各機器の予防保全に貢献
する。
機器の仕様によって定まるハード面での耐久性能，寿命
損耗度やプラント運転面での運転余裕度或いは、設備の
能力面からの許容度等において、一部にしわ寄せするこ
とが解消されるので、プラント全体として協調のとれた
制御系を構築することができ、各機器の予防保全に貢献
する。
【図１】余裕値制御概念図。
【図２】ガス／ガス熱交出口ガス温度制御（従来技術）
ロジック図。
ロジック図。
【図３】ガス／ガス熱交出口ガス温度余裕値制御ロジッ
ク図。
ク図。
【図４】余裕値制御補正比例ゲイングラフ。
【図５】余裕値−比例ゲイン補正函数グラフ。
【図６】余裕値−比例ゲイン補正制御プロセス量時間的
変化を示す図。
変化を示す図。
【図７】余裕値−比例ゲイン補正制御操作信号時間的変
化を示す図。
化を示す図。
【図８】余裕値−比例ゲイン補正制御操作端状態量時間
的変化を示す図。
的変化を示す図。
【図９】協調制御系における余裕値−比例ゲイン調整を
示す図。
示す図。
【図１０】余裕値−比例ゲイン調整協調制御のプロセス
量時間的変化を示す図。
量時間的変化を示す図。
１…プラントのプロセス部、２…プラントの制御部、３
…プロセス量目標値設定部、４…プロセス量余裕値算出
部。
…プロセス量目標値設定部、４…プロセス量余裕値算出
部。
Claims (5)
- 【請求項１】操作端を有する制御対象、該制御対象のプ
ロセス状態量を検出する検出器、プロセス状態量の目標
値の設定器、該設定器出力と前記検出器出力の偏差に応
じて前記制御対象の操作端を制御する調節器とから構成
されるプラントの制御システムにおいて、 前記制御対象の防護上前記のプロセス状態量に設定され
る制限値を記憶する記憶手段、該制限値と検出されたプ
ロセス状態量の偏差を求める手段、該手段の出力に応じ
て前記調節器の特性を修正する手段を備えることを特徴
とするプラントの制御システム。 - 【請求項２】操作端を有する制御対象、該制御対象の第
１のプロセス状態量を検出する第１の検出器、第１のプ
ロセス状態量の目標値の設定器、該設定器出力と前記検
出器出力の偏差に応じて前記制御対象の操作端を制御す
る調節器とから構成されるプラントの制御システムにお
いて、 第１のプロセス状態量と相関を有する第２のプロセス状
態量を求める手段、前記制御対象の防護上前記の第２の
プロセス状態量に設定される制限値を記憶する記憶手
段、該制限値と求められた第２のプロセス状態量の偏差
を求める手段、該手段の出力に応じて前記調節器の特性
を修正する手段を備えることを特徴とするプラントの制
御システム。 - 【請求項３】複数の操作端を有する制御対象、個々の操
作端ごとに設けられこの操作端を制御するためのプロセ
ス状態量を検出する検出器と、与えられたプロセス状態
量の目標値と前記検出器出力の偏差に応じて前記制御対
象の操作端を制御する調節器とを備える複数の制御装
置、該複数の制御装置に対して夫々に固有のプロセス状
態量の目標値を与える目標値指令手段から構成されるプ
ラントの制御システムにおいて、 前記制御対象の防護上前記の複数のプロセス状態量に設
定される制限値を記憶する記憶手段、該制限値と検出さ
れたプロセス状態量の偏差を求める手段、該手段の出力
に応じて前記複数の制御装置の個々の調節器の特性を修
正する手段を備えることを特徴とするプラントの制御シ
ステム。 - 【請求項４】操作端を有する制御対象、該制御対象の操
作端を制御するための第１のプロセス状態量を検出する
第１の検出器、第１のプロセス状態量の目標値の設定
器、該設定器出力と前記検出器出力の偏差に応じて前記
制御対象の操作端を制御する調節器とから構成されるプ
ラントの制御システムにおいて、 第１のプロセス状態量と相関を有する第２のプロセス状
態量を求める手段、前記制御対象の防護上前記の第２の
プロセス状態量に設定される制限値を記憶する記憶手
段、該制限値と求められた第２のプロセス状態量の偏差
を求める手段、該手段の出力に応じて前記調節器の特性
を修正する手段を備えることを特徴とするプラントの制
御システム。 - 【請求項５】複数の操作端を有する制御対象、個々の操
作端ごとに設けられこの操作端を制御するためのプロセ
ス状態量を検出する検出器と、与えられたプロセス状態
量の目標値と前記検出器出力の偏差に応じて前記制御対
象の操作端を制御する調節器とを備える複数の制御装
置、該複数の制御装置に対して夫々に固有のプロセス状
態量の目標値を与える目標値指令手段から構成されるプ
ラントの制御システムにおいて、 前記制御対象の防護上設定される指数についての制限値
を記憶する記憶手段、該制限値と求められた指数との偏
差を求める手段、該手段の出力に応じて前記複数の制御
装置の個々の調節器の特性を修正する手段を備えること
を特徴とするプラントの制御システム。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3225614A JP3042066B2 (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | プラントの制御システム |
| US07/941,897 US5410883A (en) | 1991-09-05 | 1992-09-08 | Control system for plant |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3225614A JP3042066B2 (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | プラントの制御システム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0561502A true JPH0561502A (ja) | 1993-03-12 |
| JP3042066B2 JP3042066B2 (ja) | 2000-05-15 |
Family
ID=16832082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3225614A Expired - Lifetime JP3042066B2 (ja) | 1991-09-05 | 1991-09-05 | プラントの制御システム |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5410883A (ja) |
| JP (1) | JP3042066B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009511807A (ja) * | 2005-10-17 | 2009-03-19 | シーメンス アクチエンゲゼルシヤフト | 化石燃料式エネルギ発生設備の構成部品の寿命消費の検出方法と装置 |
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|---|---|---|---|---|
| US20050193739A1 (en) * | 2004-03-02 | 2005-09-08 | General Electric Company | Model-based control systems and methods for gas turbine engines |
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| US7822586B2 (en) * | 2004-08-11 | 2010-10-26 | Entegris, Inc. | System and method for optimizing and simulating thermal management systems and predictive flow control |
| US8019457B2 (en) * | 2008-04-14 | 2011-09-13 | United Microelectronics Corp. | Method of controlling result parameter of IC manufacturing procedure |
| US9212569B2 (en) * | 2010-10-19 | 2015-12-15 | General Electric Company | Systems, methods, and apparatus for determining online stress and life consumption of a heat recovery steam generator |
| US9279346B2 (en) | 2010-10-19 | 2016-03-08 | General Electric Company | Systems, methods, and apparatus for determining online stress and life consumption of a heat recovery steam generator |
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| US9771876B2 (en) | 2014-11-18 | 2017-09-26 | General Electric Compnay | Application of probabilistic control in gas turbine tuning with measurement error, related control systems, computer program products and methods |
| US9771875B2 (en) | 2014-11-18 | 2017-09-26 | General Electric Company | Application of probabilistic control in gas turbine tuning, related control systems, computer program products and methods |
| US9803561B2 (en) | 2014-11-18 | 2017-10-31 | General Electric Company | Power output and emissions based degraded gas turbine tuning and control systems, computer program products and related methods |
| US9771874B2 (en) | 2014-11-18 | 2017-09-26 | General Electric Company | Power output and fuel flow based probabilistic control in gas turbine tuning, related control systems, computer program products and methods |
| US9784183B2 (en) | 2014-11-18 | 2017-10-10 | General Electric Company | Power outlet, emissions, fuel flow and water flow based probabilistic control in liquid-fueled gas turbine tuning, related control systems, computer program products and methods |
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| US9599026B2 (en) | 2015-04-14 | 2017-03-21 | General Electric Company | Application of probabilistic control in gas turbine tuning for exhaust energy-power output parameters, related control systems, computer program products and methods |
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| US9599033B2 (en) | 2015-04-14 | 2017-03-21 | General Electric Company | Application of probabilistic control in gas turbine tuning for fuel flow-exhaust energy parameters, related control systems, computer program products and methods |
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| US9599027B2 (en) | 2015-04-14 | 2017-03-21 | General Electric Company | Application of probabilistic control in gas turbine tuning for emissions-exhaust energy parameters, related control systems, computer program products and methods |
| US9599025B2 (en) | 2015-04-14 | 2017-03-21 | General Electric Company | Application of probabilistic control in gas turbine tuning for power output-exhaust energy parameters, related control systems, computer program products and methods |
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-
1991
- 1991-09-05 JP JP3225614A patent/JP3042066B2/ja not_active Expired - Lifetime
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1992
- 1992-09-08 US US07/941,897 patent/US5410883A/en not_active Expired - Lifetime
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|---|---|
| JP3042066B2 (ja) | 2000-05-15 |
| US5410883A (en) | 1995-05-02 |
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