JPH08249004A - プラント制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】操作端が複数で且つ制御変数に対して時間的に
一定の関係で分布しているプロセスに対して、少ない演
算制御量で最適制御を行うことにある。 【構成】複数の操作端を有し、且つ制御変数に対して時
間的に一定の関係で分布しているプロセスを最適化制御
するプラント制御装置において、操作端６ａ〜６ｅの各
位置に対応する設定値を基本分布パターンとして登録す
る基本分布パターン登録部９と、この基本分布パターン
登録部９より取込まれた基本分布パターンに基いて各操
作端のプロセス量を制御し、且つ設定値変更やライン速
度変更等の外乱時に基本分布パターンを移動させて各操
作端の位置による無駄時間の違いを考慮に入れた設定値
に変更し、その分布パターンに基いて前記各操作端のプ
ロセス量を最適化制御する演算制御部７とを備えてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の操作端を有し、
且つ制御変数に対して時間的に一定の関係で分布してい
るプロセスを最適化制御するプラント制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】抄紙機のドレネージの重量／水分（Basi
s Weigh/M0isture：以下ＢＭと称す）制御や連続焼鈍プ
ロセスの板温制御や加熱炉のスラブ温度制御において
は、操作端が複数で且つ制御変数に対して時間的に一定
の関係で分布している。

【０００３】従来、このようなプロセスオートメーショ
ンの制御としては、スカラー制御やベクトル制御の何ず
れも各入出力点間の伝達関数や状態方程式、或いは干渉
式や応答波形からの演算で制御式を求め、この制御式に
基いて制御を行っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなプ
ロセス制御では、上記制御式が複雑なため、大容量で高
速処理の制御装置でなければ処理できないため、対応が
困難であった。本発明は、操作端が複数で且つ制御変数
に対して時間的に一定の関係で分布しているプロセスに
対して、基本分布パターンを登録し、その制御分布パタ
ーンを動かすことで上記プロセスを少ない演算制御量で
最適制御を行うことができるプラント制御装置を提供す
ることを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような手段によりプラント制御装置を
構成するものである。請求項１に対応する発明は、複数
の操作端を有し、且つ制御変数に対して時間的に一定の
関係で分布しているプロセスを最適化制御するプラント
制御装置において、各操作端の位置に対応する設定値を
基本分布パターンとして登録する基本分布パターン登録
手段と、この基本分布パターン登録手段より取込まれた
基本分布パターンに基いて各操作端のプロセスを制御
し、且つ設定値変更やライン速度変更等の外乱時に前記
基本分布パターンを各操作端の位置による無駄時間の違
いを考慮に入れた設定値となるように移動させ、その分
布パターンに基いて前記各操作端のプロセスを最適化制
御する演算制御手段とを備えたものである。

【０００６】請求項２に対応する発明は、上記請求項１
に対応する発明の構成において、基本分布パターン登録
手段に複数の基本分布パターンを登録し、且つ演算制御
手段は基本分布パターン登録手段より基本分布パターン
を順次入替えてエネルギ効率が最適になるパターンを選
定し、このパータンに基いて各操作端のプロセスを制御
するようにしたものである。

【０００７】請求項３に対応する発明は、上記請求項１
に対応する発明の構成において、演算制御手段は基本分
布パターンの各操作端に対応するポイントを適宜動かし
て複数の基本分布パターンを得、その各基本分布パター
ン毎のエネルギ効率を算出すると共に評価して最適基本
分布パターンを決定するようにしたものである。

【０００８】請求項４に対応する発明は、複数の操作端
を有し、且つ制御変数に対して時間的に一定の関係で分
布しているプロセスを最適化制御するプラント制御装置
において、各操作端の位置に対応する設定値を基本分布
パターンとして登録する基本分布パターン登録手段と、
この基本分布パターン登録手段より取込まれた基本分布
パターンに基いて各操作端のプロセス量を制御し、且つ
設定値変更やライン速度変更等の外乱時に前記基本分布
パターンを各操作端の位置による無駄時間の違いを考慮
に入れた設定値となるように移動させ、その分布パター
ンに基いて前記各操作端のプロセス量を最適化制御する
演算制御手段と、前記基本分布パターン登録部に登録さ
れている基本分布パターンと同様の基本分布パターンを
有し、且つ各操作端の操作量又はプロセス量を入力して
学習機能によりこれら実際の操作量又はプロセス量を基
に前記基本分布パターンを修正して前記基本分布パター
ン登録部に登録する学習機能手段とを備えたものであ
る。

【０００９】

【作用】請求項１乃至３に対応する発明のプラント制御
装置にあっては、まず基本分布パターン登録部より取込
まれた基本分布パターンに基いて操作端が複数で且つ制
御変数に対して時間的に一定の関係で分布しているプロ
セスを制御し、設定値変更やライン速度変更等の外乱時
には上記基本分布パターンを移動させて各操作端位置に
よる無駄時間の違いを考慮に入れた設定値になるように
変更し、その分布パターンに基いて各操作端のプロセス
を制御するので、上記プロセスを少ない演算制御量で制
御を行うことが可能となる。

【００１０】また、基本分布パターン登録手段に登録さ
れた複数の基本分布パターンの中からエネルギ効率が最
適になるパターンを選定するか、又は基本分布パターン
の各操作端に対応するポイントを適宜動かして複数の基
本分布パターンを得ると共に、その各基本分布パターン
毎のエネルギ効率を算出し、その中から最適基本分布パ
ターンを決定して各操作端のプロセスを制御することに
より、エネルギ効率や品質を最適化することができる。

【００１１】請求項４に対応する発明のプロセス制御装
置にあっては、上記の作用効果に加えて学習機能手段に
よる学習により実際の各操作端の操作量又はプロセス量
と基本分布パターンの各操作位置に対応する設定値との
差が最小になるように修正して基本分布パターン登録部
に登録されるので、基本分布パターンによる最適化制御
に対する信頼性を高めることができる。

【００１２】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。図１は本発明によるプラント制御装置を紙パルプ
プラントの抄紙機のドレネージ制御に適用した場合の構
成例を示すものである。

【００１３】図１において、１ａ，１ａ´，２ａ，２ａ
´，３ａ，３ａ´４ａ，４ａ´５ａ，５ａ´はワイヤパ
ート１４より送られてくる紙３の走行方向に上、下２段
にしてそれぞれ並設された複数組のシリンダで、これら
各組のシリンダ１ａ，１ａ´〜５ａ，５ａ´間に紙１３
を順に通して走行させると共に、蒸気供給系より複数の
操作端となる蒸気流量制御弁６ａ〜６ｅを介して各組の
シリンダ１ａ，１ａ´〜５ａ，５ａ´にスチームを供給
することにより、紙１３の入側より出側までの走行過程
で紙１３を順次乾燥させるようになっている。

【００１４】一方、７は各蒸気流量制御弁６ａ〜６ｅを
調節計８ａ〜８ｅを介して操作し、各組のシリンダ１
ａ，１ａ´〜５ａ，５ａ´に供給される蒸気量を制御す
る演算制御部で、この演算制御部７は基本分布パターン
登録部９に登録されている複数の操作端に対する基本分
布パターンを取込むと共に、終端のシリンダ５ａ，５ａ
´の出側走行路の紙面に対応させて設けられたＢＭ計１
０より調節計１１を介して紙３の水分量に応じたデータ
を入力し、このデータと上記基本分布パターンの各操作
端の設定値とに基いて各上記流量制御弁６ａ〜６ｅを操
作し、また設定値変更やライン速度変更での外乱時には
上記基本分布パターンの形状を各操作端に対応させて移
動させる機能を有している。この場合、演算制御部７に
は紙３が走行するライン速度ｖが入力される。

【００１５】さらに、１２は基本分布パターン登録部９
に登録されている複数の基本分布パターンと同様の基本
分布パターンを有し、且つ各操作端６ａ〜６ｅの操作量
を入力して学習機能により実際の各操作量との差が最小
となるような基本分布パターンに修正する学習機能部
で、この学習機能部１２で修正された基本分布パターン
は基本分布パターン登録部９に登録される。

【００１６】次に上記のように構成された紙パルププラ
ントの抄紙機のドレネージ制御に適用したプロセス制御
装置の作用について述べる。いま、基本分布パターン登
録部９に図３の（ａ）〜（ｇ）に示すような基本分布パ
ターンが登録されているものとする。このような状態で
順に並んでいる各組のシリンダ１ａ，１ａ´〜５ａ，５
ａ´に蒸気を通して温度を上げ、紙３を順次乾燥させる
には、まず基本分布パターン登録部９より図３（ａ）に
示す基本分布パターンを初期データとして取込む。次に
制御としては設定値変更やライン速度変更での外乱時に
は上記分布パターンを操作端位置の違いでの無駄時間の
違いを入れて図２のように変更して制御するものであ
る。

【００１７】ここで、過渡的設定値の変更の割合はライ
ンスピードや設定値の変化の割合に応じて決まるもので
あり、また基本分布パターン登録部９には図３（ａ）〜
（ｇ）に示すような複数の基本分布パターンが登録され
ており、この基本分布パターン登録部９より取込まれる
基本分布パターンを順次入替えてエネルギ効率（加熱
量、使用蒸気流量）が最適（最小）になるパターンを選
択して適用することで、エネルギ効率の最適化制御がで
きる。

【００１８】つまり、ドレネージ制御でのある定常時の
各操作端となる蒸気流量制御弁６ａ〜６ｅの各シリンダ
のスチーム温度制御ループの設定値としては、入側はや
や設定値を高くして操作を早め、出側は誤差なく目標値
になるように目標値にあったほぼ一定の設定値での操作
を行う場合を想定する（図２（ａ）に設定値パターンを
示す）。

【００１９】ここで、目標値の設定変更を行った場合、
設定変更後の安定時の設定値パターンは図２（ｃ）のよ
うになる。ここで、図２（ａ）の状態から図２（ｃ）へ
の設定値変更に対して、過渡的には図２（ａ）の状態か
ら出側操作端では今までの加熱累積量が低い設定値の目
標に対してのもので、設定値上方変更時には図２（ｃ）
の設定値よりもある比率だけ大きくなるように設定変更
して（図２（ｂ）、その後の過渡状態完了まで（設定変
更切替え開始時点で入り側にあった紙が出口から出てく
るまで）を紙の速度に応じて図２（ｂ）の設定値から図
２（ｃ）の設定値まで設定変更し、それまでの累積が低
い分をカバーするものである。

【００２０】また、入側の操作端６ａでは加熱累積量は
ないから、設定値上方変更時過渡的でも図２（ｃ）の設
定値と同じ、設定値となる（図２（ｂ））。ライン間の
操作端６ｂ，６ｃ，６ｄについては、今までの累積値は
図２（ａ）の低い設定値の目標に対してのもので、設定
値上方変更時には操作端６ｅの過渡変更量に応じて図２
（ｃ）の設定値に対して出口までの距離による設定変更
切り替え後からの累積量に比例させて図２（ｃ）の設定
値に対してある比率だけ大きな設定にしてある（図２
（ｂ））。そして、その後の過渡状態完了まで（設定変
更切り替え開始時点で入り側にあった紙が操作端６ｂ，
６ｃ，６ｄの各点を通過するまで）を紙の通過速度に応
じて図２の（ｂ）の設定値から図２（ｃ）の設定値まで
設定変更し、それまでの累積値が低い分をカバーするも
のである。

【００２１】このように本実施例では、操作端が複数で
且つ制御変数に対して時間的に一定の関係で分布してい
るプロセスに対して基本分布パターン登録部９に基本分
布パータンを登録し、プロセス制御時は基本分布パター
ン登録部９より取込んだ基本分布パータンにおける各操
作端の設定値とＢＭ計１０より入力される紙３の水分量
に応じたデータとに基いて各蒸気流量制御弁６ａ〜６ｅ
を操作し、また設定値変更やライン速度変更での外乱時
には上記基本分布パターンの形状を各操作端の過渡変更
量に対応させて移動させるようにしたので、少ない制御
演算量で最適化制御と安定で応答性の良い制御を行うこ
とができる。

【００２２】また、学習機能部１２に実際の各操作端６
ａ〜６ｅの操作量を入力して各操作量と予め用意されて
いる基本分布パターンの各操作端の設定値との差が最小
となるような基本分布パターンに修正し、この基本分布
パターンを基本分布パターン登録部９に登録するように
しているので、基本分布パターンによる最適化制御に対
する信頼性を高めることができる。

【００２３】上記実施例では、紙パルププラントの抄紙
機のドレネージ制御に適用した場合について述べたが、
連続焼鈍ラインの板温制御（複数の炉の最終出口での板
の温度を測定し、その板温が目標値になるように各炉の
各ゾーン毎の燃焼量・温度を制御する）の場合にも本発
明によるプラント制御装置を前述同様に適用することが
できるものである。このほか、本発明は前述したような
制御にかかわる操作端が複数分布的に存在するプロセス
全てに適用できるものである。

【００２４】また、上記実施例では基本分布パターンを
動かす方法として予め決められたいくつかのパターンの
中からパターンを選定してエネルギ効率最適化を図るよ
うにしたが、上記以外の方法として次のようなものであ
ってもよい。 （１）基本パターンの各ポイントを一定振幅でランダム
に周期的に動かし、その各基本パターン毎の効率を算出
して評価し、最適基本パターンを決定する。 （４）図４（ａ）に示す初期パターンに対して同図
（ｂ）のように両端と中央の３点をある一定値それぞれ
上下に動かして同図（ｃ）のような複数の各基本パター
ンを得てその基本パターン毎の効率を評価する。そし
て、その中から最適な同図（ｄ）に示す基本パターンを
選択し、その選択した基本パターンで今度は両端の１つ
内側の２点と中央の計３点をまたある一定値それぞれ上
下に動かして同図（ｅ）に示すような複数の基本パター
ンを得て、その基本パターン毎の効率を算出して評価す
る。さらにその中から最適な基本パターンを選択してそ
の選択した基本パターンで再度両端の２つ内側の２点と
中央の計３点をまたある一定値それぞれ上下に動かして
その基本パターン毎の効率を算出して評価するというこ
とを３点が中央の３点になるまで行い、中央の３点でこ
の処理が終わったら、また両端の２点と中央の１点での
最初の評価処理から繰返すという方法で最適基本パター
ンを決定する。

【００２５】さらに、本発明は各操作端毎に制御変数が
ある場合に操作端に対する基本分布パターンの代りに各
制御変数の設定値をパターンで設定する場合も含むもの
である。

【００２６】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、操作
端が複数で且つ制御変数に対して時間的に一定の関係で
分布しているプロセスに対して、基本分布パターンを登
録し、その制御分布パターンを動かすことで上記プロセ
スを少ない演算制御量で最適制御を行うことができるプ
ラント制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるプラント制御装置を紙パルププラ
ントの抄紙機のドレネージ制御に適用した場合の一実施
例を示すシステム構成図。

【図２】同実施例において、基本分布パターンに対して
各操作端に対応する位置の設定値を変更する場合の説明
図。

【図３】同実施例における基本分布パターン登録部に登
録されている基本分布パターン例を示す図。

【図４】本発明の他の実施例として、基本分布パターン
を動かす他の方法を説明するための図。

【符号の説明】

１ａ，１ａ´〜５ａ，５ａ´…各組のシリンダ、６ａ〜
６ｅ…各操作端である蒸気流量制御弁、７…演算制御
部、８ａ〜８ｅ，１１…調節計、９…基本分布パターン
登録部、１０…ＢＭ計、１２…学習機能部、１３…紙、
１４…ワイヤパート。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の操作端を有し、且つ制御変数に対
   して時間的に一定の関係で分布しているプロセスを最適
   化制御するプラント制御装置において、 各操作端の位置に対応する設定値を基本分布パターンと
   して登録する基本分布パターン登録手段と、この基本分
   布パターン登録手段より取込まれた基本分布パターンに
   基いて各操作端のプロセスを制御し、且つ設定値変更や
   ライン速度変更等の外乱時に前記基本分布パターンを移
   動させて各操作端の位置による無駄時間の違いを考慮に
   入れた設定値に変更し、その分布パターンに基いて前記
   各操作端のプロセスを最適化制御する演算制御手段とを
   備えたことを特徴とするプラント制御装置。
2. 【請求項２】 基本分布パターン登録手段に複数の基本
   分布パターンを登録し、且つ演算制御手段は前記基本分
   布パターン登録手段より基本分布パターンを順次入替え
   てエネルギ効率が最適になるパターンを選定し、このパ
   ータンに基いて各操作端のプロセスを制御することを特
   徴とする請求項１記載のプラント制御装置。
3. 【請求項３】 前記演算制御手段は基本分布パターンの
   各操作端に対応するポイントを適宜動かして複数の基本
   分布パターンを得、その各基本分布パターン毎のエネル
   ギ効率を算出すると共に評価して、最適基本分布パター
   ンを決定することを特徴とする請求項１記載のプラント
   制御装置。
4. 【請求項４】 複数の操作端を有し、且つ制御変数に対
   して時間的に一定の関係で分布しているプロセスを最適
   化制御するプラント制御装置において、 各操作端の位置に対応する設定値を基本分布パターンと
   して登録する基本分布パターン登録手段と、この基本分
   布パターン登録手段より取込まれた基本分布パターンに
   基いて各操作端のプロセスを制御し、且つ設定値変更や
   ライン速度変更等の外乱時に前記基本分布パターンを移
   動させて各操作端の位置による無駄時間の違いを考慮に
   入れた設定値となるように変更し、その分布パターンに
   基いて前記各操作端のプロセスを制御する演算制御手段
   と、前記基本分布パターン登録部に登録されている基本
   分布パターンと同様の基本分布パターンを有し、且つ各
   操作端の実際の操作量又はプロセス量を入力し、学習機
   能によりこれら実際の操作量又はプロセス量を基に前記
   基本分布パターンを修正して前記基本分布パターン登録
   部に登録する学習機能手段とを備えたことを特徴とする
   プラント制御装置。