JPH07138017A - 製品結晶粒径制御装置 - Google Patents

製品結晶粒径制御装置

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JPH07138017A
JPH07138017A JP5286852A JP28685293A JPH07138017A JP H07138017 A JPH07138017 A JP H07138017A JP 5286852 A JP5286852 A JP 5286852A JP 28685293 A JP28685293 A JP 28685293A JP H07138017 A JPH07138017 A JP H07138017A
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直義 二宮
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Abstract

(57)【要約】 【目的】製塩工程における晶析現象の振動性や非線形性
に対して製品結晶粒径を安定に制御する。 【構成】製塩工程の晶析システム20において振動性で
非線形性を示す晶析装置aの特性を、モデル構築機能部
11により製品結晶粒径という幅のある測定データによ
りニューラルネットの学習機能でモデル化する。構築し
たモデルに基づいていて目標とする製品結晶粒径から、
目標値となるような晶析因子を推論する。運転状態が変
動する場合、運転状態の変動の要因となった晶析因子の
他の晶析因子について、目標の結晶平均粒径に対する晶
析操作条件をモデルで推論する。製品結晶粒径の最大
値、代表平均値および最小値による有効範囲の判定を行
って推論する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、製塩工程における製品
結晶の粒径を制御する製品粒径制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、製塩工程における晶析装置は、蒸
発缶で母液やかん水を加熱・蒸発させ、濃度を飽和溶解
度以上にして塩を析出成長させるものであり、蒸発速
度、種晶添加速度、種晶平均粒径、結晶懸濁密度、缶内
母液組成率などの晶析因子を操作する様々な操作条件に
応じて晶析現象が変化し、生産される製品の結晶粒径は
この晶析現象に影響される。
【0003】また、晶析装置は、結晶粒径を大きくする
成長現象と結晶粒径を小さくする核化現象とにより振動
性や非線形性を有する。このため、従来のPID制御や
シーケンス制御のみでは、操作条件により変化する晶析
装置の特性に充分対応できず、満足できる製品結晶粒径
の制御を行うことが困難であった。
【0004】このため、晶析装置を運転する際には、晶
析装置の出口において、常時、熟練オペレータが製品結
晶粒径を監視し、運転状態の変動に応じて、目標結晶粒
径の製品を安定して生産するために必要な操作条件を経
験と勘にたよって繰り返し探索して最適操作条件を求
め、晶析装置を調整することにより、一定の目標結晶粒
径の製品を生産している。
【0005】また、晶析現象は、晶析装置の操作因子、
型式、規模、晶析温度、溶液の組成などにより変化し、
生産される製品の結晶粒径はこの晶析現象に影響され
る。このため、少品種多量生産を目的とした従来の技術
においては、まず生産する目標の製品結晶粒径を定め、
この目標値に対する晶析装置の型式、規模を設計し、そ
れに基づく晶析装置の開発、制作を行うことにより、目
標近傍の結晶粒径の製品を生産するという方法をとって
いる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、夜間運
転にともなって行われる蒸発速度の切り替え時のように
運転状態が変動する場合、目標の結晶粒径の製品を安定
して生産するために必要な最適操作条件を、熟練オペレ
ータが試行錯誤に条件を設定して求めているが、外乱を
抑えるまでに時間がかかり、制御精度が低下してしまう
という問題がある。
【0007】また、晶析装置は長時間連続運転を行うた
め、複数の熟練オペレータが交代しながら業務をする必
要がある。このため、熟練オペレータ間で運転状態の変
動や故障・異常時の対応の経験が異なり最適操作条件の
探索の仕方にも差が生じ、運転状態の変動への対処の仕
方が統一されず、最小のロスで、効率よく目標の結晶粒
径の製品を生産できる保証が得られない。
【0008】また、熟練オペレータの製品結晶粒径の制
御技術は過去の経験に対する主観と勘とによって把握し
ているため、時間とともに忘却したり、抜けを生じやす
いという問題がある。さらに、このような熟練オペレー
タの技術を継承したり、ノウハウを共有するのが困難で
ある。
【0009】さらに、晶析装置の型式、規模により、安
定して生産できる製品結晶粒径の範囲が決まってくるの
で、既存設備に設定されている目標の製品結晶粒径に対
して大きく目標値が異なる結晶粒径の製品を生産するた
めには、正確な晶析装置の特性の把握、高精度な最適条
件の推定が要求される。
【0010】しかし、従来の試行錯誤的な対処では上記
のような要求を満たすのは困難であり、既存設備を改造
して目標の結晶粒径の製品を生産しなければならないの
が現状である。このため、特に多品種少量生産を行う場
合、生産コストが高くなるという問題がある。
【0011】本発明は、連続操作のもとで目標の結晶平
均粒径を有する製品を安定して生産できるような製品結
晶粒径の制御技術を定式化し、既存設備を改造すること
なく目標が異なる結晶平均粒径の製品を高精度に生産で
きるようにすることを課題とする。また、製品結晶粒径
の制御を自動化し、運転状態が変動する場合でも、一定
の結晶平均粒径の製品を安定して生産できるようにする
ことを課題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めになした本発明の製品結晶粒径制御装置は、製塩工程
における製品結晶粒径と晶析因子のデータから晶析装置
の特性をニューラルネットを用いてモデル化するモデル
構築手段と、上記モデル構築手段で構築されたモデルに
基づいていて目標とする製品結晶粒径から晶析因子を推
論する推論手段と、を備えたことを特徴とする。
【0013】
【作用】本発明の製品結晶粒径制御装置において、モデ
ル構築手段は、製塩工程における製品結晶粒径と晶析因
子のデータから晶析装置の特性をニューラルネットワー
クを用いてモデル化する。また、推論手段と、上記モデ
ル構築手段で構築されたモデルに基づいていて目標とす
る製品結晶粒径から晶析因子を推論する。
【0014】製塩工程における製品結晶粒径のデータ
は、製塩工程の晶析現象の振動性や非線形性のために時
間的に幅のあるデータとなる。このような幅のあるデー
タに基づいて晶析装置の特性をニューラルネットワーク
を用いてモデル化すると、ニューラルネットワークの学
習機能により、適正なモデルを構築することができ、ま
た、モデルの精度を高めることができ、晶析因子として
適正な値を推論することができる。
【0015】
【実施例】図1は本発明実施例の製品結晶粒径制御装置
とこれを適用した製塩工程の晶析システムを示す図であ
り、この実施例の製品結晶粒径制御装置10は、パーソ
ナルコンピュータで構成された製品結晶粒径制御器1と
パーソナルコンピュータで構成された計装制御器2で構
成されている。
【0016】晶析システム20は、母液を収容する晶析
装置a、晶析装置aに種晶を添加する種晶添加器b、晶
析装置aの母液を加熱する熱交換器c、母液を循環させ
る循環ポンプd、熱交換器cに供給する蒸気の量を調整
する蒸気バルブe、晶析装置aにおける結晶の懸濁密度
を調整する排出バルブfを備えている。
【0017】晶析装置a内の母液は循環ポンプdにより
熱交換器cを介して循環され、熱交換器cで加熱されて
晶析装置aで水分が蒸発し、塩が析出する。この析出し
た塩は排出バルブfを介してスラリーとして取り出さ
れ、このスラリーから製品結晶粒径である塩の粒径が測
定される。
【0018】また、晶析装置aにおける晶析現象は、晶
析装置aにおける蒸発速度、結晶懸濁密度、缶内母液組
成率(NaCl)、種晶添加器bにおける種晶添加速度
および種晶平均粒径等の晶析因子によって変化し、これ
に応じて析出する塩の粒径が変化する。
【0019】これらの晶析因子のうち、蒸発速度、結晶
懸濁密度および種晶添加速度は制御するのが容易であ
り、この晶析因子を計装制御器2によって制御するため
に、晶析システム20には、熱交換器cに供給する蒸気
量を測定する蒸気量測定センサ3と、晶析装置aの缶内
の圧力差を検出する差圧計の差圧データから結晶懸濁密
度を測定する懸濁密度測定センサ4が配設されている。
【0020】すなわち、計装制御器2は種晶添加器bに
おける種晶添加速度[kg/hr]は直接制御するが、
晶析装置aにおける蒸発速度[kg/hr]は熱交換器
cに供給する蒸気の量に対応しており、計装制御器2は
蒸気量測定センサ3で得られる測定データに基づいて蒸
気バルブeを調整して蒸発速度を制御する。また、懸濁
密度測定センサ4で得られる結晶懸濁密度のデータに基
づいて排出バルブfを調整して晶析装置aにおける結晶
懸濁密度[%]を制御する。
【0021】なお、晶析装置aにおける缶内母液組成率
(NaCl)は図示しない前段の装置からの母液の供給
等によって制御し、種晶添加器bにおける種晶平均粒径
は予め設定された粒径の種晶を使用して、一定に保って
いる。
【0022】計装制御器2は、制御プログラムによって
得られる目標値データ保持機能部21、測定値データ入
力機能部22、制御計算機能部23および操作量データ
出力機能部24で構成されている。
【0023】目標値データ保持機能部21は製品結晶粒
径制御器1から設定される晶析因子の目標値データを記
憶し、目標値データを制御計算機能部23に出力すると
ともにモニタ25に出力して目標値の表示を行う。
【0024】測定値データ入力機能部22は、蒸気量測
定センサ3で得られる測定データおよび懸濁密度測定セ
ンサ4で得られる結晶懸濁密度の測定データを入力し、
入力データを制御計算機能部23と製品結晶粒径制御器
1とに出力するとともに、モニタ25に出力して測定デ
ータの表示を行う。
【0025】制御計算機能部23は、FF制御、FB制
御、シーケンス制御等により、目標値データ保持機能部
21から入力される晶析因子の目標値データと測定値デ
ータ入力機能部22から入力される測定データに基づい
て、種晶添加速度、蒸発速度および結晶懸濁密度がそれ
ぞれ目標値になるような種晶添加速度の操作量、蒸気バ
ルブeの操作量および排出バルブfの操作量を演算す
る。
【0026】操作量データ出力機能部24は、制御計算
機能部23で演算された操作量に基づいて、種晶添加器
b、蒸気バルブeおよび排出バルブfに操作量データを
出力する。
【0027】以上のように、計装制御器2は、晶析シス
テム20における晶析因子が製品結晶粒径制御器1から
設定される目標値となるように制御する。すなわち、晶
析システム20が製品結晶粒径制御器1で設定された条
件で運転されるようにローカルな制御を行う。
【0028】製品結晶粒径制御器1は制御プログラムに
よって得られるモデル構築機能部11とモデル推定機能
部12で構成されており、モデル構築機能部11は、晶
析システム20におけるセンサからの測定データとキー
ボード13から入力されるバッチ測定データを用いて、
学習機能を持つニューラルネットにより製品結晶平均粒
径Yと前記の5つの晶析因子との相関を表現した製品結
晶粒径制御モデルを構築する機能を備えている。
【0029】また、モデル推定機能部12は、モデル構
築機能部11で構築されたモデルを用いて次のような3
つの推定機能を備えている。 製品結晶粒径の推定機能 晶析因子の定常値変化に対する製品結晶粒径を推定する
機能。 目標結晶粒径の操作条件推定機能 目標結晶粒径の製品を高精度に生産するために必要な最
適操作条件を推定する機能。 外乱補償の操作条件推定機能 既知外乱としての晶析因子の定常値が変化する場合に安
定して一定の製品結晶粒径を生産するために必要な最適
操作条件を推定する機能。
【0030】図2はモデル構築機能部11の構成を概念
的に示す図であり、パターン入力部111は説明変数x
1〜x5として入力される5種類の晶析因子の入力デー
タを記憶する記憶手段で構成されている。
【0031】NNモデル構成機能部112は、並列な3
つの集合演算部NN* ,NN,NN * から構成されてお
り、各集合演算部NN* ,NN,NN* は、各々3つの
並列な非線形演算部NN1* ,NN2* ,NN3* また
はNN1,NN2,NN3またはNN1* ,NN2*
NN3* から構成されている。
【0032】各集合演算部NN* ,NN,NN* の各非
線形演算部NN1* ,NN2* ,NN3* ,NN1,N
N2,NN3,NN1* ,NN2* ,NN3* は図3に
示したように階層構造型ニューラルネットを構成してお
り、入力層である第1層以降の中間層と出力層である第
M層は、それぞれ図4のような多入力−出力素子を演算
プログラムで構成したニューロンNi を並列に接続して
構成されている。
【0033】すなわち、ニューロンNi は、5つの入力
値On (n=1〜5)に対して、各入力値On に対応す
る結合係数Wn i 、閾値θi および図5のようなシグモ
イド函数f(i)により、次式のような演算を行って演
算値Oi を出力するように構成されている。
【数1】
【0034】以上のように構成された、各非線形演算部
NN1* …には、図2に示したように入力パターン部1
11から入力される5種類の晶析因子のデータがそれぞ
れ入力され、各晶析因子のデータは各非線形演算部NN
* …において、図3に示した入力層にそれぞれ入力さ
れる。
【0035】そして、学習演算制御部113は、この入
力データに対する出力層(第M層)の出力値である出力
パターンを、予め入力されたデータである教師パターン
と比較し、誤差が小さくなるようにニューロンNi の結
合係数を修正することにより、各非線形演算部NN1*
…の学習を行う。なお、結合係数の初期値は乱数で設定
される。
【0036】なお、教師パターンとしては、入力する晶
析因子のデータに対応する操作条件によって晶析システ
ム20を運転したときに実際に析出された製品の製品結
晶粒径の平均値を用いる。また、このような学習のため
のアルゴリズムは、Rumelhartによる誤差逆伝
搬法(Back−Propagation法)により構
成されている。
【0037】ここで、実際に析出された製品の製品結晶
粒径の平均値はサンプリング毎に値の大きなものから小
さなものまである分布をもっており、その分布の最大値
の平均値、最も分布が密になっている部分に対応する代
表平均値、および、最小値の平均値の3種類の値を用
い、集合演算部NN* の非線形演算部NN1* ,NN2
* ,NN3* の学習に最大値を、集合演算部NNの非線
形演算部NN1,NN2,NN3の学習に代表平均値
を、また、集合演算部NN* の非線形演算部NN1 *
NN2* ,NN3* の学習に最小値を用いている。
【0038】以上のような学習を行うことにより、入力
される5種類一組の晶析因子のデータに対して、集合演
算部NN* の非線形演算部NN1* ,NN2* ,NN3
* は晶析因子に対応する製品結晶粒径の最大値の値を出
力し、集合演算部NNの非線形演算部NN1,NN2,
NN3は晶析因子に対応する製品結晶粒径の代表平均値
の値を出力し、集合演算部NN* の非線形演算部NN1
* ,NN2* ,NN3 * は晶析因子に対応する製品結晶
粒径の最小値の値を出力するようになる。
【0039】なお、各集合演算部NN* ,NN,NN*
は、それぞれ3つの非線形演算部NN1* …の出力値を
平均し、5種類一組の晶析因子のデータに対して、集合
演算部NN* からは製品結晶粒径の一つの最大値[NN
* ]が、集合演算部NNからは製品結晶粒径の一つの代
表平均値[NN]が、集合演算部NN* からは製品結晶
粒径の一つの最小値[NN* ]が出力される。
【0040】このように、各集合演算部NN* …におい
て、3つの非線形演算部により平均をとるようにしてい
るので、学習結果の誤差が抑えられる。すなわち、非線
形演算部では結合係数の初期値として乱数が用いられる
ので、一つの非線形演算部では、データ数が少ない場合
に推定区間に誤差が生じるが、3つの平均をとることに
よりこの誤差が緩和される。
【0041】以上のようなNNモデル構成機能部112
の学習機能により晶析システム20の製品結晶粒径制御
モデルが構築される。そして、このモデルは、6次元の
仮想空間において、5種類の晶析因子に対する製品結晶
粒径の最大値[NN* ]、代表平均値[NN]および最
小値[NN* ]の3つの曲面(5次元曲面)によって表
現され、最大値[NN* ]の曲面と最小値[NN* ]の
曲面によって代表平均値[NN]の曲面および製品結晶
粒径が略包含される。
【0042】図2のモデル評価機能部114は、上記3
つの曲面を用いて図6に示したようにモデルの有効範囲
を求める。なお、図6では曲面を線として表現してあ
る。すなわち、代表平均値[NN]の曲面が最大値[N
* ]の曲面と最小値[NN*]の曲面とで包含されて
いる領域([NN* ]<[NN]<[NN* ]となる領
域)の端点A,Bを求め、点Aから点Cを定め、点Bか
ら点Dを定める。
【0043】さらに、これらの点A,B,C,Dから、
多角形型の可能性分布μMxp ( xp) 、μMYp ( yp )
を推定し、晶析因子と製品結晶粒径の両者の帰属度が低
い範囲(μMxp ( xp ) の範囲E〜F、μMYp ( yp )
の範囲I〜J)では、対象に対するモデルの信頼性は低
いと判定する。また、逆に帰属度が高い範囲(μMxp(
p ) の範囲F〜G、μMYp ( yp ) の範囲H〜I)で
は信頼性が高いと判定し、最終的に獲得したモデルの有
効範囲(μMxp ( xp ) の範囲E〜G、μMYp( yp )
の範囲H〜J)を定める。
【0044】そして、モデル評価機能部114は、晶析
因子の未知データに対する製品結晶粒径の推定値および
製品結晶粒径の未知データに対する晶析因子の推定値に
ついて、その有効性を判定する。
【0045】NNモデル構成機能部112における製品
結晶粒径制御モデルの構築ロジックは、基本モデル構築
ロジックと、実用モデル構築ロジックの2つのロジック
から構成されている。基本モデル構築ロジックは、図7
に示したように試験データによる基本となるモデルを構
築するロジックであり、実用モデル構築ロジックは、図
8に示したように基本モデルを晶析システム20の工程
に適用しながら実際にモデル推定を行い、推定誤差が大
きい場合などは、そのデータを追加学習して、逐次、モ
デルの精度を上げていくロジックである。
【0046】図7の基本モデル構築ロジックでは、ま
ず、ステップS11で目的変数Yを製品結晶平均粒径
[μm]として基本モデル構築を開始し、ステップS1
2で各晶析因子の試験水準に対し、その値や組合せを代
えてデータ収集を行う。なお、実験では、このステップ
S12で目標とする製品結晶平均粒径400[μm]を
生産するために46試験データの収集を行った。
【0047】次に、ステップS13で、製品結晶粒径Y
に対して相関が高い晶析因子をモデル構築のための説明
変数xとして決定する。なお、この実施例では、説明変
数xとして以下の晶析因子を用いている。 (説明変数) x1:蒸発速度[kg/hr] x2:種晶添加速度[kg/hr] x3:種晶平均粒径[μm] x4:結晶懸濁密度[%] x5:缶内母液組成率(NaCl)[%]
【0048】次に、ステップS14で、モデルのパラメ
ータを設定し、ステップS15に進む。なお、実験で
は、試行錯誤により、以下のようにパラメータを設定し
た。 最大値の集合演算部NN* 、代表平均値の集合演算
部NN、最小値の集合演算部NN* の非線形演算部は全
て3つで構成 全ての非線形演算部は3層構造 入力層は5ユニット(説明変数の数) 中間層は25ユニット 出力層は1ユニット(目的変数の数) 誤差逆伝搬法における安定化定数は0.9 誤差逆伝搬法における学習係数ηは0.25 初期荷重(結合係数)は±0・5 ただし、収集したデータは目的変数、説明変数の最大
値、最小値を考慮し、全データを正規化して用いる。
【0049】次に、ステップS15でニューラルネット
を用いて学習を行い、ステップS16に進む。なお、こ
の実施例では、46データを1セットとして10000
回学習する。ステップS16では46データに対する学
習誤差Eを計算し、ステップS17で閾値E0 に対する
学習誤差Eによる学習精度の判定を行う。なお、実験で
は、計70000(10000×7)回学習を行って、
E≦E0 の条件を満足した。以上のように条件を満足す
るとステップS18で基本モデル構築ロジックを終了す
る。
【0050】図8の実用モデル構築ロジックでは、ま
ず、ステップS21で実用モデル構築を開始し、ステッ
プS22で、モデル推定機能により後述説明する製品結
晶粒径の推定機能、目標結晶粒径の操作条件推定機能お
よび外乱補償の操作条件推定機能から選択された機能に
よるモデル推定を行い、製品結晶平均粒径の平均時間の
推定値、あるいは製品結晶平均粒径の平均時間の値を推
定する。なお、ここではモデル推定機能として製品結晶
粒径の推定機能について考え、この機能を用いて、以下
の晶析条件xにおける製品結晶平均粒径の平均時間の推
定値Y' を推定する。 x1:蒸発速度80.0[kg/hr] x2:種晶添加速度4.8[kg/hr] x3:種晶平均粒径202[μm] x4:結晶懸濁密度7.0[%] x5:缶内母液組成率(NaCl)22.624[%] 推定結果:製品結晶平均粒径の平均時間の推定値
Y' =463[μm]
【0051】次に、ステップS23で、この晶析条件に
対して実際の工程(晶析システム20)で製品結晶を生
産し、ステップS24に進む。なお、実験の結果、生産
された塩の製品結晶平均粒径の平均時間の測定値Yは、
Y=470[μm]であった。
【0052】ステップS24では、閾値e0 に対する推
定精度の判定を行い、推定値Y' と測定値Yに対して推
定誤差が閾値e0 より小さい場合は終了とし、大きい場
合はステップS25以降で追加学習を行う。
【0053】ステップS25では、新しく発生したデー
タについて再現性の判定を行う。すなわち、推定誤差の
原因の一つとして測定誤差があるので、測定誤差が多く
含まれているデータを追加学習すると構築されるモデル
の精度が低下する。そこで、これを避けるために、新し
く発生したデータを過去のデータと比較して再現性の判
定を行う。
【0054】そして、再現性があるデータに対してのみ
ステップS26で追加学習を行い、再現性のないデータ
はステップS29で異常データとして棄却して処理を終
了する。なお、上記の再現性の確認は、散布図、統計的
な検定などにより推定誤差が大きい場合のみ行う。ま
た、この実施例では、ステップS26において、47デ
ータを1セットとして10000回学習する。
【0055】ステップS27では47データに対する学
習誤差Eを計算し、ステップS28で閾値E0 に対する
学習誤差Eによる学習精度の判定を行う。なお、実験で
は、計70000(10000×7)回学習を行って、
E≦E0 の条件を満足した。以上のように条件を満足す
るとステップS201で実用モデル構築ロジックを終了
する。なお、上記のような実用モデル構築ロジックを繰
り返し行うことによりモデルの精度が上がる。
【0056】製塩結晶粒径の推定機能は、図9に示した
ように、構築した製品結晶粒径制御モデルを用いて、熟
練オペレータが行っている晶析因子の定常値変化(蒸発
速度の切り替え等)に対する製品結晶平均粒径の平均時
間の推定を高精度に行い、晶析装置の特性の解析や製品
結晶粒径の推定を行うための機能である。
【0057】図9の製品結晶粒径の推定ロジックでは、
まず、ステップS31で晶析因子の定常値変化後の操作
条件U1に対する製品結晶平均粒径の平均時間の推定値
Y1' の推定を開始し、ステップS32で晶析因子の定
常値変化後の操作条件U1を設定する。
【0058】次に、ステップS33で、晶析因子の定常
値変化後の晶析条件U1に対してモデルの有効範囲によ
る判定を行い、有効範囲であればステップS34で定常
値変化後の晶析条件U1に対して製品結晶平均粒径の平
均時間の推定値Y1' を推定し、ステップS35で処理
を終了する。
【0059】図10は上記製品結晶粒径の推定ロジック
に基づいて行った実験の一例を説明する図であり、この
例では、晶析条件x、製品結晶平均粒径の平均時間の測
定値Y1は次のような場合である。 (変化前の晶析条件) x1:蒸発速度設定値[kg/hr] 80.0 x2:種晶添加速度設定値[kg/hr] 4.8 x3:種晶平均粒径測定値[μm] 202 x4:結晶懸濁密度設定値[%] 7.0 x5:缶内母液組成率(NaCl)測定値[%] 22.624 (変化前の製品結晶平均粒径の平均時間の測定値) Y1:製品結晶平均粒径の平均時間の測定値[μm] 432
【0060】晶析因子である蒸発速度x1の定常値は図
10の(h)のように、蒸発速度設定値[kg/hr]
80.0が100.0に変化させるようにし、ステップ
S32で、変化後の蒸発速度設定値x1=100.0を
定常値変化後の操作条件U1=100.0[kg/h
r]として設定する。
【0061】そして、ステップS34で、種晶添加速度
設定値4.8に対する製品結晶粒径の推定すると、この
推定の過程は次のようになる。すなわち、図10の
(a)に示したように、製品結晶平均粒径の平均時間の
推定値の推定区間F〜Gとその代表点Bに対応して、区
間H〜Iと点Cよりモデルの製品結晶平均粒径の平均時
間の推定値Y1' は421[μm]、463[μm]、
493[μm]であり、晶析因子の定常値変化後の実際
の製品結晶平均粒径の平均時間の推定値Y1' は463
[μm]であった。
【0062】ここで、モデルの有効範囲は図10の
(b)、(c)のような可能性分布を示し、点Bに対し
て点D、点Eは帰属度1.0を示すため、このモデルの
推定値はモデルの有効範囲に対して有効性があると判定
された。なお、図10の(e)はこの条件における製品
結晶平均粒径の時間的平均推定値Y1' の可能性分布を
示している。また、図10の(f)は、製品結晶平均粒
径測定値の時間変化を示している。
【0063】以上のように、製品結晶粒径の推定を行っ
た結果、図10の(f)に示したように晶析因子の定常
値変化後の製品結晶平均粒径の平均時間の測定値Y1は
以下のようになった。この測定値はモデルの推定におけ
る最大値と最小値に対して有効な値をとっており、その
区間の代表平均値に略一致していることから、この製塩
結晶粒径推定機能の有効性が確認された。 Y1′:製品結晶平均粒径の平均時間の推定値[μm]
463 Y1:製品結晶平均粒径の平均時間の測定値[μm]4
70
【0064】目標結晶粒径の操作条件推定機能は、図1
1に示したように、構築した製品結晶粒径制御モデルを
用いて、目標結晶平均粒径の製品を生産するために必要
な最適条件の推定を短時間で、高精度に行い、目標結晶
平均粒径の製品を制作するための制御を行うための機能
である。
【0065】図11の目標結晶粒径の操作条件推定ロジ
ックでは、まず、ステップS41で処理を開始し、ステ
ップS42で製品結晶平均粒径の平均時間の目標値Y
2' 'を設定し、ステップS43で、製品結晶平均粒径
の平均時間の目標値Y2' ' に対してモデルの有効範囲
による判定を行い、有効範囲であればステップS44に
進み、有効範囲でなければステップS47に進む。
【0066】ステップS44では、結晶平均粒径の平均
時間の目標値Y2' ' の製品を生産するために必要な晶
析操作条件U2' を推定し、ステップS45で推定値に
対する熟練オペレータによる評価の処理を行う。評価の
結果、推定された晶析操作条件U2' が有効であれば、
ステップS46でその晶析操作条件U2' を計装制御器
11に設定してステップS48で処理を処理を終了す
る。
【0067】なお、モデルの有効範囲の判定や熟練オペ
レータによる評価で無効であった場合は、熟練オペレー
タが経験と勘により晶析操作条件U2' を推定し、ステ
ップS47でこの推定値を設定する。
【0068】図12は上記目標結晶粒径の操作条件推定
ロジックに基づいて行った実験の一例を説明する図であ
り、この例では、晶析条件x、製品結晶平均粒径の平均
時間の測定値Y2が次のような場合である。 (変化前の晶析条件) x1:蒸発速度設定値[kg/hr] 100.0 x2:種晶添加速度設定値[kg/hr] 5.2 x3:種晶平均粒径測定値[μm] 198 x4:結晶懸濁密度設定値[%] 7.0 x5:缶内母液組成率(NaCl)測定値[%] 22.624 (変化前の製品結晶平均粒径の平均時間の測定値) Y2:製品結晶平均粒径測定値の平均時間の測定値[μm] 470
【0069】ステップS42では、製品結晶平均粒径の
平均時間の目標値Y2' ' を400[μm]に設定し、
ステップS43で晶析操作条件U2' として晶析因子で
ある種晶添加速度x2の最適設定値を推定すると、この
推定の過程は次のようになる。すなわち、図12の
(a)に示したように、製品結晶平均粒径の平均時間の
目標値Y2' ' が400(A点)に対応して、種晶添加
速度の推定区間F〜Gとその代表点Bに対応して、区間
H〜Iと点Cよりモデルの種晶添加速度推定値U2' は
5.4[kg/hr]、9.6[kg/hr]、16.
7[kg/hr]であり、実際の種晶添加速度推定値U
2' は9.6[kg/hr]であった。
【0070】ここで、モデルの有効範囲は図12の
(b)、(c)のような可能性分布を示し、点Bに対し
て点D、点Eは帰属度1.0を示すため、このモデルの
推定値はモデルの有効範囲に対して有効性があると判定
された。なお、図12の(d)はこの条件における種晶
添加速度推定値U2' の可能性分布を示している。ま
た、図12の(f)は、製品結晶平均粒径測定値の時間
変化を示している。
【0071】以上のように、目標結晶粒径の操作条件推
定を行った結果、図12の(f)に示したように操作条
件設定後の製品結晶平均粒径の平均時間の測定値Y2は
以下のようになった。この測定値はモデルの推定におけ
る最大値と最小値に対して有効な値をとっており、その
区間の代表平均値に略一致していることから、この目標
結晶粒径の操作条件推定機能の有効性が確認された。 Y2' ' :製品結晶平均粒径の平均時間の目標値[μ
m]400 Y2:製品結晶平均粒径の平均時間の測定値[μm]3
90
【0072】外乱補償の操作条件推定機能は、図13に
示したように、構築した製品結晶粒径制御モデルを用い
て、既知外乱を抑えるために必要な最適操作条件の推定
を高精度に行い、晶析装置の特性の解析や製品結晶粒径
の推定を行うための機能である。
【0073】図13の外乱補償の操作条件推定ロジック
では、まず、ステップS51で処理を開始し、ステップ
S52で晶析因子の定常値変化後の操作条件U1' を設
定し、ステップS53で、操作条件U1' に対してモデ
ルの有効範囲による判定を行い、有効範囲であればステ
ップS54に進み、有効範囲でなければステップS57
に進む。
【0074】ステップS54では、安定して一定の結晶
平均粒径の製品を生産するために必要な晶析操作条件U
2' を推定し、ステップS55で推定値に対する熟練オ
ペレータによる評価の処理を行う。評価の結果、推定さ
れた晶析操作条件U2' が有効であれば、ステップS5
6で、予め測定しておいたむだ時間によりむだ時間補償
を行い、推定した晶析操作条件U2' 所定のタイミング
で計装制御器11に設定してステップS58で処理を処
理を終了する。
【0075】なお、モデルの有効範囲の判定や熟練オペ
レータによる評価で無効であった場合は、熟練オペレー
タが経験と勘により晶析操作条件U2' を推定し、ステ
ップS57でこの推定値を設定する。
【0076】図14は上記外乱補償の操作条件推定ロジ
ックに基づいて行った実験の一例を説明する図であり、
この例では、晶析条件x、製品結晶平均粒径の平均時間
の測定値Yが次のような場合である。
【0077】 (変化前の晶析条件) x1:蒸発速度設定値[kg/hr] 80.0 x2:種晶添加速度設定値[kg/hr] 4.8 x3:種晶平均粒径測定値[μm] 203 x4:結晶懸濁密度設定値[%] 7.0 x5:缶内母液組成率(NaCl)測定値[%] 22.624 (変化前の製品結晶平均粒径の平均時間の測定値) Y' :製品結晶平均粒径の平均時間の測定値[μm] 454
【0078】既知外乱として晶析因子である蒸発速度x
1の定常値は図14の(h)のように、蒸発速度設定値
[kg/hr]80.0が100.0に変化させるよう
にし、ステップS52で、変化後の蒸発速度設定値x1
=100.0を定常値変化後の操作条件U1' =10
0.0[kg/hr]として設定する。
【0079】そして、ステップS53で、安定して一定
の結晶平均粒径の製品を生産するために必要な晶析操作
条件U2' として、他の晶析因子である種晶添加速度x
2の最適設定値を推定すると、この推定の過程は次のよ
うになる。
【0080】いま、図14の(a)に示したように、一
定とする製品結晶平均粒径を439[μm](A点)と
すると、この439(A点)に対応して、種晶添加速度
の推定区間F〜Gとその代表点Bに対応して、区間H〜
Iと点Cよりモデルの種晶添加速度推定値U2' は4.
5[kg/hr]、6.4[kg/hr]、8.8[k
g/hr]であり、実際の種晶添加速度推定値U2' は
6.4[kg/hr]であった。
【0081】ここで、モデルの有効範囲は図14の
(b)、(c)のような可能性分布を示し、点Bに対し
て点D、点Eは帰属度1.0を示すため、このモデルの
推定値はモデルの有効範囲に対して有効性があると判定
された。なお、図14の(d)はこの条件における種晶
添加速度推定値U2' の可能性分布を示している。ま
た、図14の(f)は、製品結晶平均粒径測定値の時間
変化を示している。
【0082】なお、この条件における製品結晶平均粒径
の平均時間の推定の推定区間J〜Kとその代表点Bに対
応して、区間L〜Mと点Aよりモデルの製品結晶平均粒
径の平均時間の推定値Y' は406[μm]、437
[μm]、470[μm]である。
【0083】以上のように、外乱補償の操作条件推定を
行った結果、図14の(f)に示したように操作条件設
定後の製品結晶平均粒径の平均時間の測定値Yは以下の
ようになった。この測定値はモデルの推定における最大
値と最小値に対して有効な値をとっており、晶析因子の
定常値変化の影響を他の晶析因子の定常値を変ることで
抑えられていることが判明し、この外乱補償の操作条件
推定機能の有効性が確認された。 Y:変化前の製品結晶平均粒径の平均時間の測定値[μ
m]454 Y:変化後の製品結晶平均粒径の平均時間の測定値[μ
m]456
【0084】
【発明の効果】以上説明したように本発明の製品結晶粒
径制御装置によれば、製塩工程の晶析システムにおいて
振動性で非線形性を示す晶析装置の特性を、製品結晶粒
径という幅のある測定データによりニューラルネットを
用いてモデル化するとともに、この構築したモデルに基
づいていて目標とする製品結晶粒径から、この目標値と
なるような、晶析因子を推論するようにしたので、連続
操作のもとで目標の結晶平均粒径を有する製品を安定し
て生産できるような製品結晶粒径の制御技術を定式化す
ることができる。また、既存設備を改造することなく目
標が異なる結晶平均粒径の製品を高精度に生産すること
ができる。さらに、運転状態が変動する場合でも、運転
状態の変動の要因となった晶析因子の他の晶析因子につ
いて、目標の結晶平均粒径に対する晶析操作条件を求め
ることができるので、一定の結晶平均粒径の製品を安定
して生産することができる。
【0085】また、実施例によれば、製品結晶粒径の代
表値が最大値と最小値との間に包含される領域を有効範
囲として設定し、この有効範囲に基づいて推論値の有効
性の判定を行って推論を行うようにしたので、推論値の
有効性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例の製品結晶粒径制御装置とこれを
適用した製塩工程の晶析システムを示す図である。
【図2】実施例におけるモデル構築機能部の構成を概念
的に示す図である。
【図3】実施例における非線形演算部の構成を示す図で
ある。
【図4】実施例におけるニューロンを示す図である。
【図5】実施例におけるシグモイド函数を示す図であ
る。
【図6】実施例におけるモデル評価機能部を説明する図
である。
【図7】実施例における基本モデル構築ロジックのフロ
ーチャートである。
【図8】実施例における実用モデル構築ロジックのフロ
ーチャートである。
【図9】実施例における製品結晶粒径の推定ロジックの
フローチャートである。
【図10】実施例における製品結晶粒径の推定ロジック
に基づいて行った実験の一例を説明する図である。
【図11】実施例における目標結晶粒径の操作条件推定
ロジックのフローチャートである。
【図12】実施例における目標結晶粒径の操作条件推定
ロジックに基づいて行った実験の一例を説明する図であ
る。
【図13】実施例における外乱補償の操作条件推定ロジ
ックのフローチャートである。
【図14】実施例における外乱補償の操作条件推定ロジ
ックに基づいて行った実験の一例を説明する図である。
【符号の説明】
1…製品結晶粒径制御器、2…計装制御器、10…製品
結晶粒径制御装置、11…モデル構築機能部、12…モ
デル推定機能部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 正巳 神奈川県小田原市酒匂4丁目13番20号 日 本たばこ産業株式会社海水総合研究所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 製塩工程における製品結晶粒径と晶析因
    子のデータから晶析装置の特性をニューラルネットを用
    いてモデル化するモデル構築手段と、 上記モデル構築手段で構築されたモデルに基づいていて
    目標とする製品結晶粒径から晶析因子を推論する推論手
    段と、を備えたことを特徴とする製品結晶粒径制御装
    置。
  2. 【請求項2】 前記モデル構築手段は、前記製品粒径の
    最大値、代表値および最小値に基づいてモデル化し、前
    記推論手段は、前記代表値が前記最大値と最小値との間
    に包含される領域を有効範囲として設定し、該有効範囲
    に基づいて推論値の有効性の判定を行って前記晶析因子
    を推論するものであることを特徴とする請求項1記載の
    製品結晶粒径制御装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002059384A (ja) * 2000-08-22 2002-02-26 Sony Corp ロボットのための学習システム及び学習方法
JP2010520143A (ja) * 2007-03-06 2010-06-10 ポタシオ リオ コロラド エス.エー. カリを処理する方法
JP2018130685A (ja) * 2017-02-16 2018-08-23 住友金属鉱山株式会社 晶析粒子の粒度分布の予測方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002059384A (ja) * 2000-08-22 2002-02-26 Sony Corp ロボットのための学習システム及び学習方法
JP2010520143A (ja) * 2007-03-06 2010-06-10 ポタシオ リオ コロラド エス.エー. カリを処理する方法
JP2018130685A (ja) * 2017-02-16 2018-08-23 住友金属鉱山株式会社 晶析粒子の粒度分布の予測方法

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