JPH08171415A - プラント安定度解析システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 定量的な安定度データを継続的に得るプラン
ト安定度解析システムを提供する。 【構成】 安定度解析コンピュータ１は、プロセスコン
ピュータ２内のプロセス状態量履歴データベース２１か
ら、所定期間内のプロセス状態量のデータを、周期的に
又は指令に従って随時に採取するプロセス状態量採取手
段１１と、このデータから安定度データを演算する安定
度データ演算手段１２と、得られたデータを履歴データ
として保存する安定度履歴データベース１３とを備え
る。周期的に行われる安定度データ演算手段１２の演算
結果は、履歴データベース１３に保存され、随時行われ
る安定度データの演算結果は、安定度データ表示部３で
表示される。種々のプロセス状態量の変化に伴うプラン
トの安定度の変化が解析され、良好な安定度データを与
えるプロセス運転条件が求められ、プロセスコンピュー
タ２に与えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプラントの安定度をプロ
セスコンピュータで解析するプラント安定度解析システ
ム、例えば、プラントの運転及び設備の調整に際して、
プラントの安定な運転ならびに省資源及び省エネルギー
運転を実現するためのプラント安定度解析システムに関
する。

【０００２】

【従来の技術】近年、プラントの運転はプロセスコンピ
ュータの導入によりますます高度化されている。これ
は、従来のパネル計器では実現できなかった複雑な制御
アルゴリズムや運転支援機能が実現されたこと、及び、
従来のＰＩＤ制御においてもより効果的な調整方法が提
案され、実施されたことによる。

【０００３】高度な運転技術の導入に際しては、プラン
トの運転が安定しているか否かを把握し、且つ、プラン
トの各プロセス状態量（パラメータ）の変化によるプラ
ントの安定度の推移を把握することが特に重要である。
そこで、従来から、プラントの安定度を、プラント状態
量の計測値のトレンドグラフの推移で視覚的に判断する
方法が採用されている。また、これに代えて、特定のプ
ラント状態量がしきい値に達したために発生するアラー
ムの発生回数、或いは、それに対処するための操作回数
に基づいて安定度を解析する方法を採用するプラント安
定度解析システムが提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記提案されている、
アラームを中心とした従来の安定度解析システムでは、
アラームのしきい値をいくらに設定するかでその解析結
果が異なり、また、アラームが全く出ないようなしきい
値を設定する場合には、評価そのものが事実上不可能で
ある。更に、たとえ、プラントの安定化自体を実現でき
たとしても、より省資源、或いは、省エネルギーを達成
するための運転条件を新たに設定するための判断基準と
なる定量的把握はもともと不可能である。

【０００５】本発明は、上記に鑑み、継続的に且つ定量
的にプラント安定度の解析を行なうことができ、また、
より省資源或いは省エネルギーを達成するために必要な
運転条件の定量的把握を可能とするプラント安定度解析
システムを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明のプラント安定度解析システムは、プラント
運転中の少なくとも１つのプロセス状態量の所定期間内
の測定データを周期的に取り出すプロセス状態量採取手
段と、前記測定データから前記プロセス状態量の安定度
を示す安定度データを演算する安定度データ演算手段
と、該安定度データ演算手段による演算結果を保存する
安定度データ保存手段とを備えることを特徴とする。

【０００７】ここで、本発明のプラント安定度解析シス
テムにおけるプロセス状態量としては、各主要部の温
度、圧力、流量、液面等の計測指示値、調節計の設定値
やモード及びその操作量等が挙げられ、これらは、プラ
ント内の検出センサによる直接の計測値に限らず、プロ
セスコンピュータ内で演算により得られたプロセス状態
量等も含まれる。

【０００８】安定度データとしては、１以上のプロセス
状態量の時間的変動の程度を示すデータであれば、いか
なるデータを採用することも出来る。例えば、特定のプ
ロセス状態量の一定時間内における測定データの最大値
から最小値までの振れ幅、標準偏差、標準偏差を平均値
で除して得られた値、設定値からの偏差の２乗の積分値
からなる群から選択されるデータ又はこれに関連するデ
ータのうち少なくとも１つを含むことが好ましい。

【０００９】本発明の安定度解析システムは、前記安定
度データを時系列的に表示する安定度データ表示手段、
又は、安定度が低い順序に安定度データを並べて表示す
る安定度データ表示手段を更に備えることが好ましい。
この場合、表示する安定度データに対応するプロセス状
態量以外のプロセス状態量を併せて表示することも好ま
しい態様である。安定度が低い順序に安定度データを並
べて表示する表示手段を採用することにより、安定度が
低い運転はオペレータに負担をかける状態での運転、或
いは、不経済な状態での運転であり、このような状態で
の運転が発生したことについて特にオペレータに注意を
喚起することが出来る。

【００１０】本発明の特に好ましい態様の安定度解析シ
ステムは、更に、１以上の特定のプロセス状態量に対応
する安定度データの時系列的な変化を、前記１以上の特
定のプロセス状態量以外の任意のプロセス状態量との関
係に従って評価する安定度評価手段と、該評価手段によ
る評価の結果を知識データベースとして構築・保存する
知識データベース構築手段とを備える。この場合、計測
された種々のプロセス状態量の現在の測定データと、最
新の安定度データと、知識データベースからの知識デー
タとに基づいて、より好ましいプラントの安定度データ
を与える少なくとも１つのプロセス状態量を選定するプ
ロセス状態量選定手段を更に備えることも好ましい態様
である。

【００１１】

【作用】本発明のプラント安定度解析システムでは、周
期的に採取されるプロセス状態量の所定時間内の測定デ
ータから、その所定時間内のプロセス状態量の変動に対
応する安定度データが定量的に演算され、これが安定度
の履歴データとして保存されるので、この履歴データの
解析結果に基づいてプラントを安定に制御するための制
御データを定量的に得ることが出来る。

【００１２】

【実施例】本発明を更に図面を参照して説明する。図１
は本発明の一実施例に係わるプラント安定度解析システ
ムを含むプラント制御システムの機能的ブロック図であ
る。この実施例の安定度解析システムが解析対象とする
プラントは、例えば、原子力発電プラント或いは石油／
化学プラント等の大規模プラントである。

【００１３】プラント制御システムは、プラント安定度
の解析を行ないその結果に基づいてより好ましい安定度
を得るための制御データを与える安定度解析コンピュー
タ１、プラントの運転・制御を行なうプロセスコンピュ
ータ２、運転員のために安定度データを視覚的に表示す
る安定度データ表示部３、プラント制御の専門家の知識
データを入力するために使用する知識データ入力手段
４、及び、プラント運転員が安定度解析システムに指令
データを入力するために使用する解析指令手段５を備え
る。なお、安定度解析コンピュータ１は、プロセスコン
ピュータ２の一部として構成することができ、また、知
識データ入力手段４及び解析指令入力手段５を１つのパ
ーソナルコンピュータとして構成することも出来る。

【００１４】プロセスコンピュータ２は、プラントの各
プロセス状態量の測定データを所定時間周期で受け入
れ、これを履歴データとして保存するプロセス状態量履
歴データベース２１、各プロセス状態量をリアルタイム
に出力するプロセスデータ出力部２２、及び、安定度解
析コンピュータ１から安定度制御のための制御データを
受け取る制御データ入力部２３を備える。安定度解析コ
ンピュータ１は、プロセス状態量採取手段１１、安定度
データ演算手段１２、安定度履歴データベース１３、安
定度評価手段１４、知識データベース構築手段１５、及
び、プロセス状態量選定手段１６を備える。

【００１５】プロセス状態量採取手段１１は、プロセス
コンピュータ２内のプロセス状態量履歴データベース２
１から、所定時間（例えば２４時間）内のプロセス状態
量の履歴データを周期的に採取して、これを安定度デー
タ演算手段１２に与える。安定度データ演算手段１２
は、この出力に含まれる特定のプロセス状態量から、所
定の周期（例えば１分）毎に、このプロセス状態量の最
大値、最小値、最大値から最小値までの振れ幅、平均
値、標準偏差、標準偏差を平均値で除した値、及び、設
定値からの偏差の２乗の積分を実行する。

【００１６】プロセス状態量採取手段１１は、また、外
部からの指令に従い、プロセス状態量履歴データベース
２１からのデータを随時採取し、これを安定度データ演
算手段１２に与える。安定度データ演算手段１２は、こ
のデータから、前記特定のプロセス状態量の最新の安定
度データを演算により求める。

【００１７】周期毎に演算される安定度データは、安定
度履歴データベース１３に与えられて時系列的なデータ
として保存されると共に、安定度評価手段１４に与えら
れる。また、随時に実行される安定度データの演算結果
は、安定度解析コンピュータ１の外部に出力され、安定
度データ表示部３に与えられる。

【００１８】何れのプロセス状態量からどのような安定
度データを求めるかは、予めの設定に従って定められ
る。例えば、安定度データとして求められるのは、指定
された１以上の特定のプロセス状態量の標準偏差又は設
定値からの偏差の２乗の積分である。

【００１９】安定度データ表示部３は、例えば、パーソ
ナルコンピュータ付属のＣＲＴディスプレイ装置として
構成され、最新の安定度データの演算結果を表示すると
同時に、安定度履歴データベース１３に保存された時系
列データを運転管理図としてトレンドグラフ表示するこ
とが出来る。また、このトレンドグラフのディスプレイ
表示に加えて、或いはこれに代えて、パーソナルコンピ
ュータによりトレンドグラフを自動印字する。

【００２０】図２は、安定度データ表示部３を構成する
ＣＲＴディスプレイ装置の表示例を示してる。この表示
例は、１つのコンピュータにより複数のプラントを管理
するプラント安定度解析システムの場合を示しており、
各表示は、オペレータの選択により変化する画面状態を
夫々示している。同図において、表示１はどのプラント
の安定度を表示させるかを選択する画面である。例えば
プラントＡを選択すると、プラントＡ内の各ユニットを
一覧表示する表示２が表われ、この状態でプラントＡの
どのユニットについて、どんな表示を要求するかを選択
できる。

【００２１】例えば、ユニットＴ−１１２の「タグ一
覧」を選択すると、ユニットＴ−１１２内で区分けされ
た各タグ（グループ）を一覧表示する表示３が表われ
る。ここで、例えばタグＦＣ１３２の「運転管理図」を
選択すると表示４が、また、タグＦＣ１３２の「プロセ
ス状態量」を選択すると表示５が表われる。表示４で
は、プロセス状態量の生データから演算により得られた
安定度データのトレンド、例えば平均値、最大／最小
値、及び、標準偏差等のトレンドが表示される。表示５
では、プロセス状態量の生データ、或いはその平均値が
トレンド表示される。

【００２２】また、表示２において、例えばユニットＴ
−１１２の「計算結果一覧表示」を選択すると、表示６
が表われ、ユニットＴ−１１２内の各タグの安定度デー
タである、平均値、最大／最小値、標準偏差の一覧が表
示される。表示６では、表示するタグ順序を選択するこ
とができ、タグ番号の順序に従う表示方式、安定度が低
いタグから順次に表示する方式、又は、登録されたタグ
順序に従って表示する方式のいずれかが採用される。表
示６において、特定のタグについてのデータ表示を選択
することができ、例えばタグＦＣ１３２についての演算
結果（表示４）又はプロセス状態量（表示５）の表示を
選択する。このようにして、オペレータは、所定の期間
内のプラントの安定度に関する各データを調べ、特に安
定度が低い状態で運転したタグの履歴を他のプロセス状
態量と照らし合せることで、安定度の高い運転を得るた
めにこれを役立てることが出来る。

【００２３】安定度データを求めるプロセス状態量とし
ては、製品の品質に関わるプロセス状態量、例えば製品
の組成或いはプラントの温度が指定される。また、求め
られた安定度データと共に表示されるプロセス状態量と
しては、例えば、プラントの各機器の能力に関わるも
の、即ち、プラント各部の流量、温度或いは圧力等が選
ばれる。この場合、各装置又は配管等に付属する検出器
からの直接の計測データに限らず、調節計の設定値やモ
ード及びその操作量、或いは、プロセスコンピュータ内
部で演算された各プロセス状態量のデータが含まれる。

【００２４】安定度評価手段１４は、安定度データ演算
手段１２から１以上のプロセス状態量に対応する安定度
データ及び他のプロセス状態量の時系列的なデータを受
け取り、安定度データの時系列的変化と他のプロセス状
態量の時系列的変化との関係を評価し、この評価に基づ
いて得られた知識を知識データベース構築手段１５に与
える。この知識は、例えば、特定位置の温度が２０℃か
ら２５℃に変化すると特定の安定度データの数値が２０
％上昇するというものである。知識データベース構築手
段１５は、以前から持つ知識データに新しい知識データ
を加えてより詳細で正確な知識データベースを構築す
る。知識データベースは、更に、専門家からの知識デー
タを知識データ入力手段４を経由して直接に入力するこ
とができ、また、これを経由して既に存在する知識デー
タの一部を変更することが出来る。

【００２５】プロセス状態量選定手段１６は、解析指令
入力手段５からの指令に従って、より好ましい安定度デ
ータを与える任意の１つのプロセス状態量を予測する。
この予測のために、プロセス状態量選定手段１６には、
プロセスコンピュータ２のプロセスデータ出力部２２か
ら直接に、重要なプロセス状態量の現在の測定データが
入力されており、この測定データと、安定度データ演算
手段１２からの最新の安定度データと、知識データベー
スに格納されている知識データとに従って、特定のプロ
セス状態量をいく通りか変化させた場合に起り得る安定
度データの変化を予測する。この予測結果に従って、最
適な安定度データを与える特定のプロセス状態量の値を
選定する。この結果は、プロセスコンピュータ２の制御
データ入力部２３に与えられる。プロセスコンピュータ
２は、この制御データに従ってプラントを制御する。

【００２６】上記実施例の装置を、オペレータによる制
御に従って実プラントの温度制御に適用した。まず、プ
ロセスコンピュータから温度データを周期的に安定度解
析コンピュータに取り入れ、プロセス状態量データベー
スに蓄積したものをプロセス状態量採取手段１１により
周期データとして採取した。これから、安定度データ演
算手段１２により、安定度データ（最大値から最小値ま
での振れ幅、平均値、及び、標準偏差）を算出し、その
結果を安定度履歴データベース１３に保存し、次いで、
これを安定度データ表示部３で表示した。表示結果を図
３及び図４に調整前として示す。この表示を分析したと
ころ、温度の振れ幅（最大値−最小値）が約５℃で且つ
標準偏差が約１．２と、同種のプラント状態量と比較し
て大きく、従って安定度が低いと判断されたため、これ
を改善すべく調整が行われた。

【００２７】プラント状態量制御手段１６は、プラント
の応答テストによって得られるプロセスモデルと、その
プロセスモデルから温度制御器の制御パラメータを求め
る通常のシミュレーション手法を採用する。プラント状
態量制御手段１６は、現在のパラメータから、より良好
な安定度データを与えると予測されたパラメータに向か
う方向に微小の変化を与え、安定度の履歴データが改善
されていることを確認しつつ、最適な安定度が得られる
までこれを繰り返す。

【００２８】上記調整により、図３及び図４に調整後と
して示すように、振れ幅が５から２に、標準偏差が１．
２から０．３に夫々改善され、夫々の改善率（＝１００
×（調整前−調整後）／調整前）として６０％及び７５
％が得られた。このように、プラント安定度の指標とす
る振れ幅及び標準偏差の改善率が数値で示され、定量的
に把握することが出来る。また、このプロセスの場合に
は、８４℃を越えて且つ出来るだけ低い温度で運転する
ことが効率的であるので、平均値とほぼ等しいコントロ
ーラの設定値を約２℃下げて運転することが可能である
と判断された。

【００２９】上記実施例の安定度解析システムの構成は
単に例示である。例えば、安定度解析コンピュータ１内
には、プロセス状態量採取手段１１、安定度データ演算
手段１２、及び、安定度履歴データベース１３のみを設
ける構成も採用できる。この場合、プラントの制御は、
安定度データ表示部３から読み取られる時系列的な安定
度履歴データ及び最新の安定度データに基づいて、より
安定度を高めるプロセス状態量を運転員が予測し、これ
を例えばパーソナルコンピュータからプロセスコンピュ
ータに直接入力する。

【００３０】以上、本発明をその好適な実施例に基づい
て説明したが、上記実施例の構成から種々の修正及び変
更を施したプラント安定度解析システムも本発明のプラ
ント安定度解析システムの範囲に含まれる。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のプラント
安定度解析システムによれば、プラントの安定度データ
を継続的且つ定量的に求めることができるので、本発明
は、充分なプラントの安定度を確保すると共に、より省
資源或いは省エネルギーを達成するためのプラント運転
条件を定量的に把握することを可能にした顕著な効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わるプラント安定度解析
システムの機能的ブロック図である。

【図２】図１のプラント安定度解析システムの安定度デ
ータ表示部を成すＣＲＴディスプレイ上の表示例。

【図３】安定度データ（平均値及び最大／最小値）の表
示。

【図４】安定度データ（標準偏差）の表示。

【符号の説明】

１ 安定度解析コンピュータ ２ プロセスコンピュータ ３ 安定度データ表示部 ４ 知識データ入力手段 ５ 解析指令入力手段 １１ プロセス状態量採取手段 １２ 安定度データ演算手段 １３ 安定度履歴データベース １４ 安定度評価手段 １５ 知識データベース構築手段 １６ プロセス状態量選定手段 ２１ プロセス状態量履歴データベース ２２ プロセスデータ出力部 ２３ 制御データ入力部

フロントページの続き (72)発明者 原田 光雄 岡山県倉敷市潮通三丁目10番地 三菱化学 株式会社水島事業所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラント運転中の少なくとも１つのプロ
   セス状態量の所定期間内の測定データを周期的に取り出
   すプロセス状態量採取手段と、前記測定データから前記
   プロセス状態量の安定度を示す安定度データを演算する
   安定度データ演算手段と、該安定度データ演算手段によ
   る演算結果を履歴データとして保存する安定度データ保
   存手段とを備えることを特徴とするプラント安定度解析
   システム。
2. 【請求項２】 前記安定度データが、前記測定データの
   一定時間内の最大値から最小値までの振れ幅、標準偏
   差、標準偏差を平均値で除して得られた値、及び設定値
   からの偏差の２乗の積分値からなる群から選択されるデ
   ータに関連するデータの少なくとも１つを含む、請求項
   １に記載のプラント安定度解析システム。
3. 【請求項３】 複数のプロセス状態量の前記安定度デー
   タを安定度の低い順序に並べて表示する安定度データ表
   示手段を更に備える、請求項１又は２に記載のプラント
   安定度解析システム。
4. 【請求項４】 １つのプロセス状態量に対応する安定度
   データの時系列的な変化を前記１つのプロセス状態量以
   外の任意のプロセス状態量との関係に従って評価する安
   定度評価手段と、該安定度評価手段による評価の結果を
   知識データベースとして構築・保存する知識データベー
   ス構築手段とを更に備える、請求項１乃至３の一に記載
   のプラント安定度解析システム。
5. 【請求項５】 現在のプロセス状態量と、最新の安定度
   データと、前記知識データベースからの知識データとに
   基づいて、より好ましいプラントの安定度データを与え
   る少なくとも１つのプロセス状態量を予測・選定するプ
   ロセス状態量選定手段を更に備える、請求項４に記載の
   プラント安定度解析システム。