JPH06314310A - プラント設計支援システム - Google Patents

プラント設計支援システム

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JPH06314310A
JPH06314310A JP5102034A JP10203493A JPH06314310A JP H06314310 A JPH06314310 A JP H06314310A JP 5102034 A JP5102034 A JP 5102034A JP 10203493 A JP10203493 A JP 10203493A JP H06314310 A JPH06314310 A JP H06314310A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plant
design
model
parts
database
Prior art date
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Pending
Application number
JP5102034A
Other languages
English (en)
Inventor
Yorio Sawada
順夫 沢田
Hideo Numagami
英雄 沼上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP5102034A priority Critical patent/JPH06314310A/ja
Publication of JPH06314310A publication Critical patent/JPH06314310A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明はプラント設計の上流過程で、プラント
の機能的なレイアウト設計及び、プラントの最適運転計
画のシミュレーションに利用する。 【構成】設計に用いる個々の部品に機能モデルなどの属
性と関連付けられた部品データベースを用意し、この部
品データベースをメニュウとして表示し、これらを選択
して配置、接続することでレイアウトを作成、このレイ
アウト結果から設計情報を自動的に取り出して動作モデ
ルの生成から最適化シミュレーションまでを一貫処理で
きるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プラント設計の上流過
程に位置する、プラントの機能的なレイアウト設計及
び、プラントの最適運転計画のシミュレーションに利用
するプラント設計支援システムに関する。
【0002】
【従来の技術】プラント設計の上流過程に位置するプラ
ントの機能的なレイアウト設計及びプラントの最適運転
計画のシミュレーションは、人間が頭を用いて紙と鉛筆
で行っていた。
【0003】また、従来の計算機によるプラントの設計
支援では、やや中流から下流過程の幾何的な形状の設計
が中心である。近年、機械設計のCADで総称される分
野である。
【0004】プラント設計の上流工程では、人間が頭を
用いて紙と鉛筆で行っていたため、試行錯誤が度々行わ
れるのが普通である。例えば、レイアウト作成、プラン
トの機器の機能モデル、プラント全体の動作モデル、プ
ラントの最適運転計画の各段階で、人間が介在し、デー
タの再入力が必要であった。
【0005】計算機による設計支援の発達している分野
(例えばLSI CADや信号処理制御系等)は、時系
列の信号を制御する一次元の設計支援である。これに対
して、プラント設計支援は多変量入力多変量出力の系を
対象とし、従来の制御回路の設計支援では扱えなかっ
た。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の計算機によるプ
ラントの設計支援では、やや中流から下流過程の幾何的
な形状設計中心であるのに対して、上流過程のプラント
の設計では、設計の各段階で、人間が介在しモデルの生
成やパラメータなどの入力が必要であるという問題点が
あった。
【0007】本発明は、プラントのレイアウト設計の段
階でのCADデータの入力のみで可能にし、上流の機能
的なモデルを含む計算機によるプラントの設計支援を目
的とする。
【0008】また、従来の計算機では時系列の信号を制
御する、一次元の設計支援であるため、プラントの設計
支援で必要となる多変量入力多変量出力の系を扱えなか
ったという問題点があった。本発明は、従来の計算機に
よるプラントの設計支援では扱えなかった多変量入力多
変量出力の系を扱えるようにすることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、プラント設計に用いる部品データベース
と、前記部品データベースに格納されている部品を用い
てプラントをレイアウトする視覚的なツールと、前記レ
イアウトする視覚的なツールでレイアウトされたプラン
トの構成部品と前記構成部品の接続情報からなる設計情
報を取り出す手段と、前記設計情報から前記レイアウト
されたプラントの運転の最適化のためのモデルを作成す
る手段と、前記レイアウトされたプラントの運転の最適
化のためのモデルを最適化する手段とを具備することを
特徴とする。
【0010】
【作用】プラント設計に用いる部品データベースの個々
の部品に、幾何的な形状を含み、機能的なモデルやプラ
ントの設計に用いる属性を関連づけておき、設計ツール
を用いこれらの部品を操作する際に、関連付けられてい
る属性もあわせて操作することにより、設計されたプラ
ントレイアウト結果からプラントの運転の最適化のモデ
ルを生成するための情報を取り出すことが可能となる。
その結果、従来のプラント上流設計の各段階で必要であ
った、プラントの運転の最適化のためのモデルの再入力
が不要になる。
【0011】このように、プラント設計の専門家が介在
するのは、プラントのレイアウト作成の段階のみであ
り、それ以外の段階では一貫して処理が行われる。その
結果、人間が介在する段階が大幅に減少した結果、プラ
ント設計のサイクルが短くなる。プラント設計の上流行
程では試行錯誤が度々行われるのが普通であり、この発
明により、その試行錯誤が簡単に行われ、例えば設計パ
ラメータの調整が容易になる。
【0012】
【実施例】以下、具体的熱供給プラントを取り上げ、計
算機によるプラントの設計支援の内容を記述する。時間
的な変動による多変量の需要データを与件として、この
需要データを下回らないように、需要量を供給するプラ
ントを設計することを考える。
【0013】図1は、プラント設計支援システムの構成
を表した図である。図1をもとにプラント設計支援シス
テムの構成を説明する。部品データベース1はプラント
設計に用いる部品を格納するデータベースである。
【0014】レイアウトする視覚的なツール2は、プラ
ントの部品データベース1を用いてプラントの設計を行
うためのツールである。設計情報を取り出す手段3は、
プラントのレイアウトの結果から、プラントの構成部品
とそれらの接続情報からなる設計情報を取り出す。
【0015】最適化のためのモデルを作成する手段4
は、プラントレイアウトの設計情報からプラントの運転
の最適化のためのモデルを作成する。プラント設計の知
識のデータベース5は、最適化のためのモデルを作成す
る手段4が利用する、プラント設計のための知識のデー
タベースである。
【0016】モデルを最適化する手段6は、プラントの
運転の最適化のために、最適化のためのモデルを作成す
る手段4が作成したプラントのモデルを最適化する。図
2は、「プラントシステムと需要供給関係図」を表す図
である。
【0017】需要11は、多変量としてインデックスi
で、時間のパラメータとしてtで表して、需要全体をx
のインデクス付き時間の関数で表している。プラントシ
ステム12は、需要を与件として、需要データを下回ら
ないように供給するプラントシステムを表している。プ
ラントシステム12は、需要データを下回らないように
制御するために、最適化を行う。
【0018】供給13は、プラントシステム12からの
供給であり、多変量としてインデックスiで、時間のパ
ラメータとしてtで表して、供給全体をyのインデック
ス付き時間の関数で表している。
【0019】熱供給プラントの場合は需要供給として、
冷水負荷、温水負荷、蒸気負荷、電力負荷等の多変量に
なる。図3は、「需要と供給の時系列グラフ」である。
各時間毎にデータ需要が与えられ、それを下回らないよ
うに供給するプラントシステム12の動作状態を模式的
に、一変量についてグラフ化している。図3では、16
時から20時の間が最も需要が多いことを示している。
【0020】図4は、「プラントシステムの入出力関係
図」である。資源14は入力となる資源であり、多変量
としてインデックスjで、時間のパラメータとしてtで
表して、資源全体をzのインデックス付き時間の関数で
表している。
【0021】熱供給プラントの場合は資源として、ガ
ス、電力が代表であるが、それ以外に、燃料電池、重
油、ガソリン、ジーゼル油等がある。プラントシステム
15は、資源14を入力として、需要データを下回らな
いように供給するプラントシステムを表している。
【0022】供給16はプラントシステムからの出力と
しての供給であり、多変量であること等は13と同様で
ある。次に、プラントの部品データベース1について、
図5をもとに具体的に述べる。
【0023】図5は、「部品データベースの部品の定義
例」である。ここでは、タービンを定義した例で、入出
力端子の数、媒体の種別や変換効率、定格などの機能や
性能に関するデータ、配置した時に部品を表すための図
形データなどが属性として関連付けられている。
【0024】次に、プラントの部品データベース1を用
いてプラントをレイアウトする視覚的なツール2につい
て、図6をもとに述べる。図6は、「レイアウトする視
覚的なツールの画面構成」を表している。その基本的な
機能は「ファイル」関係のメニュー、「部品選択」して
配置するメニュー、構成部品間の「接続」メニュー、配
置部品あるいは接続の「削除」メニュー等がある。
【0025】このメニュー構成は、これに関わらずプラ
ントをレイアウトする視覚的なツールであればよく、こ
のメニュー構成に限られるものではない。プラントの部
品データベース1は図5の部品定義例にあるように入出
力の数と種類などが定義されている。その入出力を相互
に結ぶ操作により、部品間の接続が行われ、図6はその
様子を模式的に表している。
【0026】図7は、「プラント部品のレイアウトと接
続の図」である。プラントの部品データベース1から構
成部品Aと構成部品Bを選択して配置する。そして、構
成部品Aの出力端子と構成部品Bの入力端子を接続し、
部品の接続を行う。
【0027】次にプラントのレイアウトの結果から、プ
ラントの設計情報を取り出す手段3について述べる。図
6のレイアウトする視覚的なツールでは、入出力を相互
に結ぶ操作により、部品間の接続が行われる。これらの
レイアウトされた構成部品は部品データベース1とは別
に管理される。すなわちレイアウトされたプラントの構
成部品は部品データベースをもとにして、それらの属性
が変更されたり、構成部品間の入出力端子接続された接
続情報の属性が付加され、部品データベース1とは別に
変更された状態でレイアウトされた結果として管理され
る。
【0028】その結果、レイアウトされたプラントの構
成部品の属性が変化していることになる。従って、その
レイアウトされた構成部品の属性を調べることにより、
プラントの構成部品やそれらの接続情報からなる設計情
報が取り出せる。
【0029】次に、プラントレイアウトの設計情報から
プラントの運転の最適化のためのモデルを作成する手段
4について述べる。最適化もためのモデルを作成する手
段4は、プラント設計の知識のデータベース5を用い
る。
【0030】熱供給プラントの例で言えば、プラント設
計の知識のデータベース5は負荷バランス、プラントの
入出力動作モデル等である。プラント設計の知識データ
ベース5のうち、プラントの負荷バランスとプラントの
入出力動作モデルについて図8を用いて説明する。
【0031】図8は、「プラントの構成部品の負荷バラ
ンスの図」である。ある構成部品間を移動する媒体に関
して、構成部品Aの出力Oaと構成部品B入力Ibと構
成部品Cの入力Icの和の負荷がバランスしている時、
関係式として Oa = Ib + Ic を導く。構成部品間を移動する媒体は一種に留まらず、
数種であるのが普通である。
【0032】熱供給プラントの場合は、蒸気、電気、ガ
ス、冷水、温水等である。負荷バランス式は媒体ごとに
組み立てる。また、図9は「構成部品の入出力動作モデ
ルの図」である。横軸の入力の割合に対して、縦軸で出
力の割合をグラフで表している。
【0033】熱供給プラントの場合は、入力としてプラ
ントの稼働率を採り、出力としてその変換効率を表すこ
とが出来る。プラント運転の最適化のためのモデル化
は、最適化するパラメータを導入して行われる。
【0034】熱供給プラントの場合は、エネルギーコス
ト最小化が良く用いられる。その他には、設備コスト最
小化等がある。最適化すべきパラメータとプラントの運
転稼働率を独立変数にし、構成部品間の接続関係と入出
力動作モデルを記述する。
【0035】最適化のためのモデル化は、独立変数でそ
れ以外の従属変数を表現することである。その代表的な
実行方法は、書換規則群を定義しその規則を繰り返し適
用していく。一種の消去法であり、線形な場合には代数
的には単純な計算である。
【0036】熱供給プラントの上流設計の場合は、線形
あるいは区分線形で個々のプラントの動作モデルが記述
できる。また、線形の場合には数式処理にっよても容易
に処理できるものである。
【0037】次に、モデルを最適化する手段6について
述べる。線形の場合には線形計画法で容易に解かれるこ
とは広く知られている。即ち、数値計算ライブラリをリ
ンクすることにより、モデルを最適化する手段6は実現
できる。また、区分的に線形な場合、場合分けをしてそ
の中で、最適なものを最適化解とする。
【0038】多変量で非線形の場合には、一般的に最適
化が困難である。部分的に線形化する方法で解かれるの
が普通である。しかし、プラント設計の上流設計では、
モデルの厳密化や詳細な答より、全体的な、一次近似の
モデル化や最適化が求められている。従って、解法が自
明なものでも、その有効な範囲は広く、十分実用に耐え
るものである。
【0039】
【発明の効果】本発明は、上流の機能的なモデルを含む
計算機によるプラントの設計支援を可能とする。また、
プラントのレイアウト設計の段階では、試行錯誤といっ
た複数の入力を必要とせず、一回のCADデータ入力で
すむ。さらに、本発明はプラントで設計支援で必要とさ
れる従来の設計支援では扱えなかった多変量入力多変量
出力の系を対象とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すシステム構成図であ
る。
【図2】本発明のプラントシステムと需要供給関係を示
す図である。
【図3】本発明の需要と供給の関係を示す時系列グラフ
を示す図である。
【図4】本発明のプラントシステムの入出力関係を示す
図である。
【図5】本発明の部品データベースの定義の一例を示す
図である。
【図6】本発明のレイアウトする視覚的なツールの一実
施例を示す図である。
【図7】(a)は本発明のプラントの構成部品のレイア
ウト示す図で、(b)は本発明のプラントの構成部品の
接続関係を示す図である。
【図8】本発明のプラントの構成部品の負荷バランスを
示す図である。
【図9】本発明のプラントの構成部品の入出力動作モデ
ルを示す図である。
【符号の説明】
1 部品データベース 2 レイアウトする視覚的ツール 3 設計情報を取り出す手段 4 最適化のためのモデルを作成する手段 5 プラント設計の知識のデータベース 6 モデルを最適化する手段 11 需要 12、15 プラントシステム 13、16 供給 14 資源

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プラント設計に用いる部品データベース
    と、 前記部品データベースに格納されている部品を用いてプ
    ラントをレイアウトする視覚的なツールと、 前記レイアウトする視覚的なツールでレイアウトされた
    プラントの構成部品と前記構成部品の接続情報からなる
    設計情報を取り出す手段と、 前記設計情報から前記レイアウトされたプラントの運転
    の最適化のためのモデルを作成する手段と、 前記レイアウトされたプラントの運転の最適化のための
    モデルを最適化する手段とを具備することを特徴とする
    プラント設計支援システム。
  2. 【請求項2】前記部品データベースは、前記プラントを
    レイアウトする視覚的なツールのメニューあるいはコマ
    ンドを用いて利用することを特徴とする請求項1記載の
    プラント設計支援システム。
  3. 【請求項3】前記部品データベースは、幾何的な形状を
    含み、機能的なモデルやプラントの設計に用いる属性と
    関連づけられているデータベースであることを特徴とす
    る請求項1記載のプラント設計支援システム。
  4. 【請求項4】前記プラントの運転の最適化のためのモデ
    ルを作成する手段は、プラント設計の知識をデータベー
    ス化して用いることを特徴とする請求項1記載のプラン
    ト設計支援システム。
JP5102034A 1993-04-28 1993-04-28 プラント設計支援システム Pending JPH06314310A (ja)

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JP5102034A JPH06314310A (ja) 1993-04-28 1993-04-28 プラント設計支援システム

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JP5102034A JPH06314310A (ja) 1993-04-28 1993-04-28 プラント設計支援システム

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JPH06314310A true JPH06314310A (ja) 1994-11-08

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ID=14316485

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JP5102034A Pending JPH06314310A (ja) 1993-04-28 1993-04-28 プラント設計支援システム

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009266141A (ja) * 2008-04-30 2009-11-12 Yamatake Corp データ処理装置、及びデータ処理方法
JP2009266142A (ja) * 2008-04-30 2009-11-12 Yamatake Corp データ処理装置、及びデータ処理方法
JP2009294741A (ja) * 2008-06-03 2009-12-17 Yamatake Corp データ処理装置、及びデータ処理方法
US7676348B2 (en) 2005-11-15 2010-03-09 Kabushiki Kaisha Toshiba Layout design support system, method, and program

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JP2009266141A (ja) * 2008-04-30 2009-11-12 Yamatake Corp データ処理装置、及びデータ処理方法
JP2009266142A (ja) * 2008-04-30 2009-11-12 Yamatake Corp データ処理装置、及びデータ処理方法
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