JPH0929057A - モデル予測制御装置およびその装置を用いたガス精製プラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 望ましい制御応答および最適運転を可能とす
る最適な操作量を予測することにある。 【解決手段】 排ガス中のＳＯx 成分を吸着剤で吸着す
る機能をもつ脱硫装置を含むガス精製装置２１と、ガス
精製装置からプラントデータを取り出し、監視および制
御を行う監視・制御用装置２５と、この監視・制御用装
置から制御量目標値追従項・操作量安定化項の他に、操
作量目標値追従項、吸着剤コスト項および排出ガス中の
含有成分濃度規制値を越えたペナルティ項のプラントデ
ータを受け取って評価関数に反映し、また制御量，操作
量上下限制限条件および制御量，操作量変化率制限条件
の項の他に、精製効率制約条件項、吸着剤投入量速度の
上下限値制約条件項等のプラントデータを受け取って制
約条件に反映し、最適操作量を予測するモデル予測制御
装置２８とを設けたガス精製プラントである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、評価関数および制
約条件の下にモデル予測を行うモデル予測制御装置およ
びモデル予測結果を利用するガス精製プラントに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来から、一般に知られているモデル予
測制御は、以下のような動作手順に従って行われてい
る。なお、プラントモデルは、パラメトリックモデル若
しくはノンパラメトリックモデルが用いられ、これらモ
デルは既知である。 ［モデル予測制御の動作手順］ （１） プラントの未来制御量を予測する。

【０００３】先ず、現在時刻をＫとすると、現在時刻Ｋ
以降の未来操作量変化率△ｕi=0 （i=k+1,……,k+N）と
したとき、モデルを用いてＮステップ先までの未来制御
量を予測する。 （２） 次に、予め下記（１）式の２次形式評価関数式
が定められ、以上のように予測された未来制御量予測値
を適用し、当該２次形式評価関数Ｊが最小となる未来操
作量変化率△ｕを算出する。但し、△ｕはベクトルであ
る。

【０００４】

【数１】

【０００５】この評価関数Ｊの意味するところは、現在
時刻以降のＮステップ先までの制御量目標値ｙi ^* と未
来制御量予測値ｙi との偏差の自乗和（１項目）と未来
操作量変化率（２項目）の自乗和からなることを意味す
る。λは重み係数である。 （３） 次に、算出された未来操作量変化率△ｕを用い
て、 ｕk ＝ｕk-1 ＋△ｕ の演算によって最適操作量ｕk を求めた後、プラントに
供給する。ｕk-1 は前回までの操作量である。 （４） 次に、１ステップだけ時間を進めて、k=k+1 と
し、前記（１）に戻って同様の処理を行う。

【０００６】以上のような一連の処理を順次繰り返し実
行し、前記（１）式が最小となる最適解を順次求める。
ところで、前記（１）式の１項目は制御の応答速度に影
響を及ぼし、２項目は操作量の変化率に影響を及ぼし、
１項目と２項目は互いに相殺する関係にある。つまり、
評価関数Ｊを最小にすると言うことは１項目と２項目の
和が最小になることを意味し、これは極力速い応答速度
を得ることおよびプラントに対するストレスを少いこ
と，つまり操作量の安定化を図ることにある。

【０００７】そこで、脱硫プラントを含むガス精製プラ
ントに前述するモデル予測制御を適用した場合について
考えてみる。この場合のガス精製プラントでは、制御量
を脱硫効率、操作量を吸着剤投入量と考えれば、前記
（１）式の１項目の制御量目標値追従の項と２項目の操
作量安定化の項が反映し、極力速い制御応答が得られ、
かつ、ガス精製プラントのストレスを少くできる。

【０００８】しかし、現実にガス精製プラントの最適制
御を実現するためには、未来操作量予測値が操作量目標
値に追従することが必要があり、また運転コストや排出
ガスの問題を考慮する必要があるが、そのような考えは
未だ考慮されていない。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従って、以上のような
評価関数を用いたモデル予測制御装置は、ガス精製プラ
ントに適用したとき、プラントに対するストレスが少
く、極力速い制御応答が得られるものの、制御の安定性
や運転コスト、さらには排出ガス規制値等に対する考慮
が少い。特に、速い制御応答およびプラントに対するス
トレスの少なさと、吸着剤投入量コスト（運転コスト）
の少なさおよび排ガス中の含有成分濃度の規制値以下と
する考えとは互いに相反する関係にあり、これら相反す
る関係を互いに調和することが望ましい制御応答および
最適運転を実現することになる。

【００１０】そこで、従来のガス精製プラントにおいて
は、オペレータの手動操作を取り入れながら望ましい制
御応答および最適運転の努力がなされているが、オペレ
ータによる負担増は避けられない。

【００１１】特に、近年においては，科学技術を基盤と
しながらも、人間性，地球環境保護などを重視しつつ、
全体の調和を図ることが必要になっているが、この種の
プラントにおいてもより一層の努力を払う必要がある。

【００１２】請求項１，２に記載される発明は、望まし
い制御応答および最適運転を可能とする最適操作量を予
測するモデル予測制御装置を提供することにある。請求
項３，４に記載される発明は、人間性，地球環境保護お
よび運転コスト等全体のバランスを考慮したガス精製プ
ラントを提供することある。請求項５に記載される発明
は、運転コストを容易に把握可能とするガス精製プラン
トを提供することある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１，２に対応する発明は、吸着剤を用いてボ
イラーから排出される排出ガス中のＳＯx を吸着するガ
ス精製装置に関連するプラントデータを用いて評価関数
および等式（不等式）制約条件の下にモデル予測を行う
モデル予測制御装置において、前記評価関数として、制
御量目標値追従の項および操作量安定化の項の他に、操
作量目標値追従の項、吸着剤コストの項および排出ガス
中の含有成分濃度規制値を越えたペナルティの項の何れ
か１つ以上の項を反映し、一方、前記制約条件として、
制御量，操作量の上下限制限条件および制御量，操作量
の変化率制限条件またはこれら制約条件に、精製効率制
約条件項、吸着剤投入量速度の上下限値制約条件項、吸
着剤投入量加速度の上下限値制約条件項、吸着剤のコス
ト制約条件項および排出ガス中のＳＯx 濃度規制条件項
の何れか１つ以上の項を反映し、最適操作量を求めるモ
デル予測制御装置である。

【００１４】従って、以上のような手段を講じることに
より、制御量目標値追従の項によって極力速い制御応答
が得られ、かつ、操作量安定化の項によってプラントに
対するストレスが少くなるばかりでなく、操作量目標値
追従の項によって吸着剤を適切に投入でき、また吸着剤
コストの項により運転コストの低減化が図れ、さらに排
出ガス中の含有成分濃度規制値を越えたペナルティの項
により濃度規制値を越えないようにすることができる。

【００１５】次に、請求項３，４に対応する発明は、プ
ラントデータを用いて評価関数および等式（不等式）制
約条件の下にモデル予測を行うモデル予測制御装置を用
いたガス精製プラントにおいて、ボイラーからの排ガス
を回収利用するとともに、この排ガス中のＳＯx 成分を
吸着剤で吸着し、かつ、吸着能力の低下した当該吸着剤
をリフレシュしながら循環利用し、前記ＳＯx 成分除去
後の排ガスを排出する脱硫装置を含むガス精製装置と、
このガス精製装置から必要なプラントデータを取り出
し、監視および制御を行う監視・制御用装置と、この監
視・制御用装置から制御量目標値追従の項および操作量
安定化の項の他に、操作量目標値追従の項、吸着剤コス
トの項および排出ガス中の含有成分濃度規制値を越えた
ペナルティの項の何れか１つ以上の項のプラントデータ
を受け取って評価関数に反映し、また前記監視・制御用
装置から制御量，操作量の上下限制限条件および制御
量，操作量の変化率制限条件の項の他に、精製効率制約
条件項、吸着剤投入量速度の上下限値制約条件項、吸着
剤投入量加速度の上下限値制約条件項、吸着剤のコスト
制約条件項および排出ガスのＳＯx 濃度規制制約条件項
の何れか１つ以上の項のプラントデータを受け取って制
約条件に反映し、最適操作量を予測し前記監視・制御用
装置に送出するモデル予測制御装置とを設けたガス精製
プラントである。

【００１６】従って、このような手段を講じたことによ
り、請求項１，２と同様に極力速い制御応答が得られ、
プラントに対するストレスが少く、吸着剤を適切に投入
でき、また運転コストの低減化および排出ガス中の成分
濃度規制値を越えないようにし、人間性，地球環境保護
および運転コスト等のバランスをとることができる。

【００１７】さらに、請求項５に対応する発明は、プラ
ントデータを用いて評価関数および等式（不等式）制約
条件の下にモデル予測を行うモデル予測制御装置を用い
たガス精製プラントにおいて、ボイラーからの排ガスを
回収利用するとともに、この排ガス中のＳＯx 成分を吸
着剤で吸着し、かつ、吸着能力の低下した当該吸着剤を
リフレシュしながら循環利用し、前記ＳＯx 成分除去後
の排ガスを排出する脱硫装置を含むガス精製装置と、こ
のガス精製装置から必要なプラントデータを取り出し、
監視および制御を行う監視・制御用装置と、前記評価関
数および制約条件のうち、時間単位当りの吸着剤コスト
に関する項を計算するコスト計算部と、この監視・制御
用装置から制御量目標値追従の項および操作量安定化の
項の他に、操作量目標値追従の項、前記吸着剤コストの
項および排出ガス中の含有成分濃度規制値を越えたペナ
ルティの項の何れか１つ以上の項のプラントデータを受
け取って評価関数に反映し、また前記監視・制御用装置
から制御量，操作量の上下限制限条件および制御量，操
作量の変化率制限条件の項の他に、精製効率制約条件
項、吸着剤投入量速度の上下限値制約条件項、吸着剤投
入量加速度の上下限値制約条件項、前記吸着剤のコスト
制約条件項および排出ガス中のＳＯx 濃度規制制約条件
項の何れか１つ以上の項のプラントデータを受け取って
制約条件に反映し、最適操作量を予測し前記監視・制御
用装置に送出するモデル予測制御部と、前記コスト計算
部で計算された時間ごとの吸着剤コストの他、この時間
ごとの吸着剤コストから日、月および年の１つ以上のコ
ストデータを作成して記憶するコスト記憶手段と、外部
からの指示に基づいて前記コスト記憶手段から時間ご
と、日ごと、月ごとおよび年ごとの何れか１つ以上のコ
ストを表示するコスト表示手段とを設けたガス精製プラ
ントである。この手段によれば、時間、日、月および年
の何れか１つ以上の運転コストを容易に把握できる。

【００１８】

【発明の実施の形態】先ず、本発明装置の理解を容易に
するために、本発明装置に適用するプラントの一部の構
成であるガス精製装置の代表例である脱硫装置について
図１を参照して説明する。

【００１９】同図において１はボイラー、２はガスター
ビンであって、これらボイラー１およびガスタービン２
から排出されるＳＯx 成分を含む排出ガスはベッセル４
内に入り、ここでＳＯx 成分はベッセル４内の吸着剤で
ある活性炭５に吸着される。この活性炭５によるＳＯx
成分吸着能力は徐々に低下するので、ＳＯx 成分吸着能
力の飽和した活性炭５はベッセル４下部から抜き出し、
活性炭リフレッシュ装置６で再度リフレッシュを行った
後、ベッセル４上部からベッセル４内に投入する。一
方、活性炭５でＳＯx 成分の除去された排出ガスは排気
口７を通って大気中に排出される。

【００２０】このとき、脱硫装置の適切な運転制御を実
施する観点から、ベッセル４への活性炭投入量速度ｆi
n、ベッセル４からの活性炭排出量速度ｆout 、排出ガ
ス中含有ＳＯx 濃度（入力側）ＳＯx (in)、排出ガス中
含有ＳＯx 濃度（出力側）ＳＯx (out) 、排出ガス流量
ｆgas 、活性炭レベルＬv その他必要なプラントデータ
が測定され、以下、説明するように最適制御を実現する
評価関数や制約条件に反映される。

【００２１】次に、本発明に係わるモデル予測制御装置
の実施の形態を説明し、その後、モデル予測制御装置を
用いたガス精製プラントの実施の形態について説明す
る。 （モデル予測制御装置の実施の形態）図２は本発明に係
わるモデル予測制御装置の一実施形態を示す構成図であ
る。同図において１１はプラントデータ取入れ部であっ
て、このモデル予測制御装置を適用するプラントによっ
て異なるが、ここでは説明の便宜上、脱硫装置をもつガ
ス精製プラントを最適に運転するための評価関数および
制約条件に用いる各種のプラントデータを取り込むもの
である。

【００２２】１２は従来と同様に現在時刻以降の未来操
作量変化率からＮステップ先までの未来制御量を予測す
る制御量予測部である。１３および１４は評価関数項記
憶部および制約条件項記憶部である。

【００２３】従来のモデル予測制御の評価関数として
は、 （１） Ｎステップ先までの制御量目標値と未来制御量
予測値との偏差（制御量目標値追従の項） （２） 操作量変化率（操作量安定化の項） を用いたが、さらに、本発明装置においては、従来の
（１）式の評価関数に、 （３） 操作量目標値と未来操作量予測値との偏差の項
（操作量目標値追従の項） （４） 吸着剤投入量のコストに影響する項（吸着剤コ
ストの項） （５） 排出ガス中の含有成分の濃度規制値を越えた場
合のペナルティに影響する項 の何れか１つ以上を加えるものとする。従って、評価関
数項記憶部１３には評価関数を表す前記（１）項，
（２）項の他に、（３）項〜（５）項の中の何れか１つ
以上の項に関連するプラントデータを記憶する。従っ
て、評価関数式に前記（１）項〜（５）項の全てを反映
させる場合、評価関数項記憶部１３には図３（ａ）に示
すように５つの評価関数項のモジュールによって構成さ
れる。

【００２４】一方、従来のモデル予測制御での等式（不
等式）制約条件は、制御量制約条件、制御量変化率制約
条件、操作量制約条件、操作量変化率制約条件等が用い
られているが、ガス精製プラントを最適に運転するため
には、従来のかかる制約条件の他に、吸着剤投入量のコ
ストに関わる等式（不等式）および排出ガス中の含有成
分の濃度規制値を越えたペナルティに関する項その他の
項，つまり （ａ） ガス精製効率（コストの項） （ｂ） 吸着剤投入量速度の上下限値（排ガス中成分濃
度規制値の項） （ｃ） 吸着剤投入量加速度の上下限値（排ガス中成分
濃度規制値の項） （ｄ） 排ガスに含まれるＳＯx の吸着剤出口側ＳＯx
濃度規制 瞬時値 ０≦ＳＯx (out) ≦ＳＯx (max)

【００２５】

【数２】

【００２６】の中から１つ以上の項を加えるものとす
る。従って、制約条件項記憶部１４には従来の所要とす
る制約条件データの他、前記（ａ）項〜（ｅ）項の中の
何れか１つ以上の項に関連するプラントデータを記憶す
る。よって、制約条件としては、従来の制約条件項全部
の他に、例えばコストの項および排ガス中の成分濃度規
制値の項を反映させる場合には、図３（ｂ）に示すよう
に６つの制約条件項のモジュールによって構成される。

【００２７】１５は評価関数記憶部１３および制約条件
記憶部１４の各反映項を用いて評価関数および制約条件
の下に２次計画法による逐次最適化問題により、最適操
作量を求める最適計算部である。

【００２８】そして、最適計算部１５で得られた最適操
作量は出力部１６から出力される。従って、以上のよう
な評価関数記憶部１３には、前記（１）項および（２）
項の他に、前記（３）項〜（５）項を反映項として加え
ると、評価関数としては、 前記（１）式の１項は制御量目標値と未来制御量との偏
差 前記（１）式の２項は操作変化率 さらに、（１）式の３項としては、操作量目標値（参照
軌道）と未来操作量予測値との偏差…これはプラントに
とって適当な参照軌道にそって吸着剤を供給すること （１）式の４項としては、活性炭に代表される吸着剤投
入量のコスト （１）式の５項としては、ＳＯx に代表される排出ガス
中成分の濃度の規制値を越えた場合のペナルティを考慮
することになり、式をもって表すと、

【００２９】

【数３】 のようになる。上式においてλ，θ，ν，τは重み係数
である。

【００３０】よって、このモデル予測制御装置は、制御
量目標値追従の項により極力速い制御応答が得られ、か
つ、操作量安定化の項によりプラントに対するストレス
が少くなるばかりでなく、操作量目標値追従の項によっ
て吸着剤を適切に投入でき、また吸着剤コストの項によ
り運転コストの低減化が図れ、さらに排出ガス中の含有
成分濃度規制値を越えたペナルティの項により濃度規制
値を越えないようにすることができる。その結果、オペ
レータによる負担が軽減化され、プラント運転のコスト
を低減化できる。 （モデル予測制御装置を用いたガス精製プラントの実施
の形態）図４はモデル予測制御装置を用いたガス精製プ
ラントの構成図である。

【００３１】同図において２１はプラントであって、こ
のプラント２１としては図１に示す脱硫装置が該当す
る。このプラント２１には情報伝達ケーブル２２を介し
て監視・制御装置であるＤＣＳ（分散制御システム）２
３が接続されている。

【００３２】このＤＣＳ２３は、プラント２１からのプ
ラントデータ２４に基づいて当該プラント２１の監視・
制御を行う制御用計算機２５と、プラントデータ２４を
取り込んで表示し、また制御用計算機２５の監視・制御
結果を表示する表示装置２６とで構成されている。この
ＤＣＳ２３は、従来周知の手段により監視・制御および
表示を行う。

【００３３】また、制御用計算機２５は、監視・制御の
段階で最適な操作量が必要なとき、情報伝達ケーブル２
７を介して予め定められた評価関数および制約条件に反
映させるために必要とするプラントデータを送出する。

【００３４】２８はモデル予測制御装置であって、これ
はモデル予測制御用計算機２８ａと表示部２８ｂとによ
って構成され、制御用計算機２５からプラントデータを
取入れ、評価関数および制約条件の下に２次計画法によ
る逐次最適化問題により最適操作量を求めて前記制御用
計算機２５に送出する機能をもっている。

【００３５】次に、以上のように構成された装置の動作
について説明する。制御用計算機２５は、プラント２１
と情報伝達ケーブル２２を通して過去および現在のプラ
ントデータ，つまり制御量データその他の必要なトレン
ドデータを取り込み、かつ、操作量データを授与し、必
要な監視・制御を行う一方、これら過去および現在のプ
ラントデータ，つまり評価関数および制約条件に反映さ
せるために必要なプラントデータを情報伝達ケーブル２
７を経由してモデル予測制御用計算機２８ａに送信す
る。

【００３６】このモデル予測制御用計算機２８ａは、制
御用計算機２５から送られてくる評価関数および制約条
件に反映させる項のプラントデータを図２のプラントデ
ータ取入れ部１１で受け取った後、評価関数および制約
条件ごとにプラントデータを選択して評価関数記憶部１
３および制約条件記憶部１４に記憶するとともに、制御
量予測部１２にて未来制御量を予測し、同様に評価関数
記憶部１３等に記憶する。

【００３７】しかる後、最適計算部１４は、評価関数記
憶部１３および制約条件記憶部１４に記憶される評価関
数および制約条件を考慮した未来最適操作量を計算し、
出力部１６から情報伝達ケーブル２７を介して制御用計
算機２５に送出する。

【００３８】以下、最適計算部１４による最適化計算手
順を説明する。先ず、ガス精製プラントにおいては、前
述したように図１のベッセル４への活性炭投入量速度ｆ
in、ベッセル４からの活性炭排出量速度ｆout 、排出ガ
ス中含有ＳＯx 濃度（入力側）ＳＯx (in)、排出ガス中
含有ＳＯx 濃度（出力側）ＳＯx (out) 、排ガス流量ｆ
gas 、活性炭５（ＡＣ）レベルＬv その他必要なデータ
を測定するが、ガス精製プラントの運転時にはボイラー
１およびガスタービン２の出力に変動が生じると、排出
ガス中含有ＳＯx 濃度（入力側）ＳＯx (in)および排出
ガス流速ｆgas が変動し、脱硫効率ηに影響を与える。

【００３９】そこで、ガス精製プラントに適用するモデ
ル予測制御装置としては、活性炭投入量ｆinを操作量、
排出ガス中含有ＳＯx 濃度（入力側）ＳＯx (in)および
排出ガス流速ｆgas を外乱、脱硫効率ηを制御量とすれ
ば、３入力１出力のプロセスモデルの多変数モデル予測
制御方式の形を考えることができる。

【００４０】このとき、脱硫効率ηは下式のように定義
することができる。 脱硫効率η＝｛（ＳＯx (in)−ＳＯx (out) ）／ＳＯx (in)｝・１００［％］ ………（３） さらに、ガス精製プラントに適用するモデル予測制御の
評価関数と制約条件は下記の通りとなる。先ず、評価関
数は、前述する（１）項〜（５）項の反映項を用いれ
ば、

【００４１】

【数４】 で表すことができる。

【００４２】この式においてＮＰ、Ｌは予測範囲を規定
する予測長、Ｎｕは最適化する操作量のステップ数を規
定する制御長、σ，λ，θ，ν，ρは重み係数、Ｃは単
位活性炭投入量（ｍ³ ／s ) 当りのコスト、ｙ(k+i) は
時刻ｋからｉステップ先の未来制御量予測値、ｙ^*(k+1)
はそれに対する制御量目標値、ｕ(k+i-1) は時刻ｋか
らｉ−１ステップ先の未来操作量、ｕ^*(k+i-1) はそれ
に対応する操作量参照軌道、△ｕ(k+i-1) は操作量変化
率を意味する。なお、ｙ(k+i) はｙハットの(k+i) を意
味する。

【００４３】その結果、 （４）式の１項は、制御量目標値と未来制御量予測値と
の偏差 （４）式の２項は、操作量変化率 （４）式の３項は、操作量目標値と未来操作量予測値と
の偏差（追加項） （４）式の４項は、活性炭投入のコスト（追加項） （４）式の５項は、排出ガス中ＳＯx 濃度の規制値を越
えた場合のペナルティである。

【００４４】この（４）式の１項，２項は、前記（１）
式で表される評価関数を拡張したものである。前記
（１）式は多変数モデル予測制御系にも拡張可能であ
り、その点は（４）式の場合も変わらない。

【００４５】この（４）式の１項，２項において従来の
モデル予測制御から拡張した点を述べると、予測長をＬ
ステップ先からＮＰステップ先、制御長を１ステップ先
からＮｕステップ先としたこと。これにより、プラント
が逆応答系の場合にも逆応答している部分を予測区間か
ら外すことができる。また、各項の和を予測長，制御長
で割ることにより、評価関数の各項の総和の影響を平等
に取り扱う。

【００４６】この（４）式においては、評価関数の特定
の項の影響が大きく反映されることはない。大きく反映
させたい場合には重み係数を変更すればよい。一方、制
約条件としては、多ければ多いほどよいが、例えば次の
ような各種の制約条件を上げることができる。 （各種の制約条件） イ．脱硫効率変化率 △ηmin ≦△η≦△ηmax ロ．脱硫効率 ηmin ≦△η≦１００ 但し、ηは効率なので、１００％を越えず、ηmin ≧０
％である。 ハ．活性炭投入量速度変化率 △ｆmin ≦△ｆin≦△ｆmax ニ．活性炭投入量速度 ０≦ｆin≦△ｆmax ホ．出口ＳＯx 濃度規制 瞬時値 ０≦ＳＯx (out) ≦ＳＯx(max)

【００４７】

【数５】

【００４８】なお、上記制約条件においてＳＯx (out)
は排出ガス中のＳＯx 濃度、ＳＯx(max)は排出ガス中の
ＳＯx 濃度規制値、ＳＯx (ave) は排出ガスＳＯx 濃度
時間平均値、ηmin は脱硫効率下限値、ｆinは活性炭投
入量速度、ｆmax は活性炭投入量最大値、△ｆmin は活
性炭投入量加速度下限値、△ｆmax は活性炭投入量加速
度上限値である。

【００４９】ところで、モデル予測制御は、上下限値な
どのプラントの運転制約条件を設定し、制約条件付き最
適化問題として定式化できる。例えば制御量，操作量の
上下限制限条件、変化率制限条件を設定し、最適化手法
として２次計画法を逐次的に用いて制約制御を行うもの
である。

【００５０】この２次計画法とは、ｎ次元の独立変数ベ
クトルｘに対し、行列Ａ、ベクトルｂで表される線形不
等式制約条件式は、 Ａｘ≧ｂ ……（５） を満たし、重み係数行列ＱとベクトルＣとで表される２
次形式評価関数は、 Ｊ＝ｘＴＱｘ＋ＣＴｘ（Ｔは転値） ……（６） を最小化するｎ次元ベクトルｘを求める最適化手法であ
る。このｘは下記する（７）式のようにベクトルで表さ
れ、またｘを構成する要素は（８）式で表される。

【００５１】

【数６】

【００５２】そこで、前記（３）式の評価関数を展開
し、（７）式で表されるベクトルをｘとして前記（６）
式に当てはまるように（６）式のＱ，Ｃを定める。その
結果、前記（３）は前記（６）式で表される評価関数に
変換できる。

【００５３】一方、プラントモデルから決まる操作量と
制御量との関係式（等式）と前記各種の制約条件とを、
前記（７）式で表されるベクトルｘとし、前記（５）式
に当てはまるように変形する。

【００５４】以上のようにしてモデル予測制御方式は、
２次計画法による逐次最適化問題によって処理できる。
なお、活性炭レベルＬｖは、一定範囲に収まっていれば
よいので、脱硫効率ほど精密な制御応答が要求されな
い。ゆえに、モデル予測制御方法を使う必然性はなく、
通常のＰＩ（Ｐ：比例，Ｉ：積分）制御またはＰＩＤ
（Ｄ：微分）制御で十分である。つまり、活性炭レベル
Ｌｖの制御式は、次のような式で表される。

【００５５】

【数７】

【００５６】但し、ｆout ：活性炭排出量速度、ＫI ：
積分ゲイン、Ｌv ^*：目標値、Ｌv (t) ：活性炭レベ
ル、ＫP ：比例ゲインである。次に、従来のモデル予測
制御と本発明によるモデル予測制御とについてプラント
応答波形から比較検討してみる。図５左側は従来モデル
による応答波形、図５右側は本発明モデルによる応答波
形を表す。

【００５７】図５左側の（ｃ）と右側（ｃ′）において
η目標値を変更すると、（ｂ）、（ｂ′）のよに操作量
ｆinが上昇する。このとき、（ａ）と（ａ′）とを比較
すると、従来装置の場合には本発明装置と比較し、ＳＯ
x (out) がＳＯx 濃度規制値より離れている。これは、
従来装置では不必要に活性炭がベッセル４に投入されて
いることに起因する。また、従来装置では、ＳＯx 濃度
規制値を越えている部分があるが、本発明装置の場合に
は規制値ぎりぎりの運転が達成されている。つまり、
（ａ）は（ａ′）よりも活性炭を多く投入しているの
で、ηの応答は速いことになる。

【００５８】しかし、（ｄ）と（ｄ′）のコスト曲線か
らみると、本発明装置は従来装置よりもコスト面でより
優れていることが理解できる。 （その他の実施の形態）図６および図７はこの実施形態
を説明する図であって、吸着剤のコストを把握可能に表
示する例である。

【００５９】すなわち、この実施形態は、最適計算部１
５が評価関数および制限条件の下に最適操作量を求める
が、このとき評価関数には吸着剤コストの項を反映させ
るが、吸着剤コストの項の演算時に当該時間当りの吸着
剤コストを取り込むか、或いは時間当りの吸着剤コスト
を計算して最適計算部１５に渡すとともに、コスト記憶
部３１に記憶するコスト演算処理部３２と、コスト記憶
部３１に記憶される吸着剤コストを読み出して表示する
表示制御部３３と、タッチ式コスト表示部３４とが設け
られている。

【００６０】前記コスト記憶部３１は、コスト表示部３
４の表示画面エリアに相当する画素数のメモリで構成さ
れ、例えば時間単位エリア、日単位エリア、月単位エリ
アおよび年単位エリアからなる４つのエリアに分割され
ている。従って、コスト演算処理部３２は、時間が経過
するごとに時間当りの吸着剤コストを時間単位エリアに
記憶し、２４時間を経過すると、時間単位エリアの吸着
剤コストから日単位の吸着剤コストを演算し日単位エリ
アに記憶し、順次月単位吸着剤コストおよび年単位吸収
剤コストを演算して月単位エリアおよび年単位エリアに
記憶する。

【００６１】そして、表示処理部３３は、各エリアから
それぞれ吸着剤コストを取り出して図７（ａ）に示す画
面を作成しコスト表示部３４に表示する。図７（ａ）に
おいて４１は時間コスト表示部、４２は日コスト表示
部、４３は月コスト表示部、４４は年コスト表示部、４
５はスライダである。このスライダ４５には、図７
（ｂ）に示すように左指示部４６と右指示部４７とが表
示され、例えば左指示部４６をタッチすると、その指示
を検知して表示制御部３３はコスト記憶部３１に記憶さ
れるコストデータのうち左側の所定エリア分のコストデ
ータを読み出して該当するコスト表示部に表示し、画面
の移動展開を行う。

【００６２】従って、この実施形態の構成によれば、時
間単位、日単位、月単位および年単位の吸着剤コストを
把握でき、また画面の移動展開により操作者が要求する
時点のコストを容易に見ることが可能である。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、次
のような種々の効果を奏する。請求項１，２の発明にお
いては、プラントの吸着剤供給能力に安全に吸着剤を供
給でき、しかもプラント運転のコスト低減化および排出
ガス中の成分濃度規制に対応する最適な操作量を予測す
るモデル予測制御装置を提供できる。

【００６４】請求項３，４の発明においては、請求項
１，２の発明における効果を有することから、人間性，
地球環境保護および運転コスト等全体のバランスを考慮
したガス精製プラントを実現できる。さらに、請求項５
の発明においては、運転コストを容易に把握でき、コス
トの低減化に大きく貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明装置を適用する従来一般に利用されて
いる脱硫装置の構成図。

【図２】 本発明に係わるモデル予測制御装置の一実施
形態を示す機能ブロック図。

【図３】 評価関数および制限条件の反映項を説明する
図。

【図４】 本発明に係わるガス精製プラントの一実施形
態を示す構成図。

【図５】 従来のモデル予測制御と本願発明のモデル予
測制御とを比較するための応答波形図。

【図６】 本発明に係わるガス精製プラントの一実施形
態である吸着剤コストの表示構成を示す図。

【図７】 吸着剤コストの表示例を示す図。

【符号の説明】

１…ボイラー、５…吸着剤、１２…制御量予測部、１３
…評価関数記憶部、１４…制約条件記憶部、１５…最適
計算部、２１…プラント、２３…監視・制御装置、２８
…モデル予測制御装置、３２…コスト演算処理部、３４
…コスト表示部。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸着剤を用いてボイラーからの排出ガス
   中のＳＯx を吸着するガス精製装置に関するプラントデ
   ータを用いて評価関数および等式（不等式）制約条件の
   下にモデル予測を行うモデル予測制御装置において、 前記評価関数として、制御量目標値追従の項および操作
   量安定化の項の他に、操作量目標値追従の項、吸着剤コ
   ストの項および排出ガス中の含有成分濃度規制値を越え
   たペナルティの項の何れか１つ以上の項を反映し、 前記制約条件として、制御量，操作量の上下限制限条件
   および制御量，操作量の変化率制限条件の項を反映し、 これら評価関数および制約条件の下に最適操作量を求め
   ることを特徴とするモデル予測制御装置。
2. 【請求項２】 吸着剤を用いてボイラーから排出される
   排出ガス中のＳＯxを吸着するガス精製装置に関連する
   プラントデータを用いて評価関数および等式（不等式）
   制約条件の下にモデル予測を行うモデル予測制御装置に
   おいて、 前記評価関数として、制御量目標値追従の項および操作
   量安定化の項の他に、操作量目標値追従の項、吸着剤コ
   ストの項および排出ガス中の含有成分濃度規制値を越え
   たペナルティの項の何れか１つ以上の項を反映し、 前記制約条件として、制御量，操作量の上下限制限条件
   および制御量，操作量の変化率制限条件の他に、精製効
   率制約条件項、吸着剤投入量速度の上下限値制約条件
   項、吸着剤投入量加速度の上下限値制約条件項、吸着剤
   のコスト制約条件項および排出ガス中のＳＯx 濃度規制
   条件項の何れか１つ以上の項を反映し、 これら評価関数および制約条件の下に最適操作量を求め
   ることを特徴とするモデル予測制御装置。
3. 【請求項３】 プラントデータを用いて評価関数および
   等式（不等式）制約条件の下にモデル予測を行うモデル
   予測制御装置を用いたガス精製プラントにおいて、 ボイラーからの排ガスを回収利用するとともに、この排
   ガス中のＳＯx 成分を吸着剤で吸着し、かつ、吸着能力
   の低下した当該吸着剤をリフレシュしながら循環利用
   し、前記ＳＯx 成分除去後の排ガスを排出する脱硫装置
   を含むガス精製装置と、 このガス精製装置から必要なプラントデータを取り出
   し、監視および制御を行う監視・制御用装置と、 この監視・制御用装置から制御量目標値追従の項および
   操作量安定化の項の他に、操作量目標値追従の項、吸着
   剤コストの項および排出ガス中の含有成分濃度規制値を
   越えたペナルティの項の何れか１つ以上の項のプラント
   データを受け取って評価関数に反映し、また前記監視・
   制御用装置から制御量，操作量の上下限制限条件および
   制御量，操作量の変化率制限条件の項のプラントデータ
   を受け取って制約条件に反映し、最適操作量を予測し前
   記監視・制御用装置に送出するモデル予測制御装置と、 を備えたことを特徴とするガス精製プラント。
4. 【請求項４】 プラントデータを用いて評価関数および
   等式（不等式）制約条件の下にモデル予測を行うモデル
   予測制御装置を用いたガス精製プラントにおいて、 ボイラーからの排ガスを回収利用するとともに、この排
   ガス中のＳＯx 成分を吸着剤で吸着し、かつ、吸着能力
   の低下した当該吸着剤をリフレシュしながら循環利用
   し、前記ＳＯx 成分除去後の排ガスを排出する脱硫装置
   を含むガス精製装置と、 このガス精製装置から必要なプラントデータを取り出
   し、監視および制御を行う監視・制御用装置と、 この監視・制御用装置から制御量目標値追従の項および
   操作量安定化の項の他に、操作量目標値追従の項、吸着
   剤コストの項および排出ガス中の含有成分濃度規制値を
   越えたペナルティの項の何れか１つ以上の項のプラント
   データを受け取って評価関数に反映し、また前記監視・
   制御用装置から制御量，操作量の上下限制限条件および
   制御量，操作量の変化率制限条件の項の他に、精製効率
   制約条件項、吸着剤投入量速度の上下限値制約条件項、
   吸着剤投入量加速度の上下限値制約条件項、吸着剤のコ
   スト制約条件項および排出ガスのＳＯx 濃度規制制約条
   件項の何れか１つ以上の項のプラントデータを受け取っ
   て制約条件に反映し、最適操作量を予測し前記監視・制
   御用装置に送出するモデル予測制御装置と、 を備えたことを特徴とするガス精製プラント。
5. 【請求項５】 プラントデータを用いて評価関数および
   等式（不等式）制約条件の下にモデル予測を行うモデル
   予測制御装置を用いたガス精製プラントにおいて、 ボイラーからの排ガスを回収利用するとともに、この排
   ガス中のＳＯx 成分を吸着剤で吸着し、かつ、吸着能力
   の低下した当該吸着剤をリフレシュしながら循環利用
   し、前記ＳＯx 成分除去後の排ガスを排出する脱硫装置
   を含むガス精製装置と、 このガス精製装置から必要なプラントデータを取り出
   し、監視および制御を行う監視・制御用装置と、 前記評価関数および制約条件のうち、時間単位当りの吸
   着剤コストに関する項を計算するコスト計算部と、 この監視・制御用装置から制御量目標値追従の項および
   操作量安定化の項の他に、操作量目標値追従の項、前記
   吸着剤コストの項および排出ガス中の含有成分濃度規制
   値を越えたペナルティの項の何れか１つ以上の項のプラ
   ントデータを受け取って評価関数に反映し、また前記監
   視・制御用装置から制御量，操作量の上下限制限条件お
   よび制御量，操作量の変化率制限条件の項の他に、精製
   効率制約条件項、吸着剤投入量速度の上下限値制約条件
   項、吸着剤投入量加速度の上下限値制約条件項、前記吸
   着剤のコスト制約条件項および排出ガス中のＳＯx 濃度
   規制制約条件項の何れか１つ以上の項のプラントデータ
   を受け取って制約条件に反映し、最適操作量を予測し前
   記監視・制御用装置に送出するモデル予測制御部と、 前記コスト計算部で計算された時間ごとの吸着剤コスト
   の他、この時間ごとの吸着剤コストから日、月および年
   の１つ以上のコストデータを作成して記憶するコスト記
   憶手段と、 外部からの指示に基づいて前記コスト記憶手段から時間
   ごと、日ごと、月ごとおよび年ごとの何れか１つ以上の
   コストを表示するコスト表示手段と、 を備えたことを特徴とするガス精製プラント。