JPS59167708A - プラント計装制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発ＥＡは、プラントを制御するための装置に係シ、髄
にプロセスのイベントや端末からの指示に応じ予め記憶
されている制御の基本的ルールを合成することによって
最適な制御パラメータや設定タイミングが決定されるよ
うにしたプラント計装制御装置に関するものである。

〔従来技術〕

プラント計装制御装置においては制御目的にＬじた制御
演算が行なわれているが、従来にあってハソの演算アル
ゴリズムは固定化されているのが実状である。また、多
くの場合Ｐ■■）（比例・積分・微分）制御などについ
ての制御演算パラメータも固定されており、プロセス状
態が変化した場合には制御特性が低下することも考えら
れるものとなっている。このため制御機能の低下を補う
べく制御演算のパラメータを可笈にしたシ、プロセス状
態を人力とする制御演算アルゴリズムによってプロセス
の状態に適応させつつプラントの制御特性を一定に保つ
といつたことも行なわれているが、適応アルゴリズムは
汎用性に乏しく、また、通用し得るプラントも限定され
ているのが実状である。一方、大規模なプラントでは制
御される変量が複数含まれているのが一般であり、この
ような場合であっても複数の変量を望ましい値に制御す
るための適応制御の方法あるいは装置が必順であるが、
いまだ実現されていないのが現状である。

これまで複数の被制御変量を一定の値に保持するものと
して多変数の最適制御方式が挙げられるが、大規模プラ
ントへの適用は困難となっている。これは、制御のため
のフィードバック行列を定めるのにプラントの動喘性を
詳細に表現した線形微分方程式罠よってモデル化する必
要があり、大規模プラントへの適用においては適切な動
特性モデルを得るうえで困難な問題が多く存在している
からである。

〔発明の目的〕

よって本発明の目的は、動特性モデルを要することなく
多変数の制御、史には操作器の動作タイミングのプラン
ト状態に心じた適応が可とされ、しかも開ループ、閉ル
ープ制御系の区別を要することなくシーケンス制ｗＪを
も含む制御系全般に適用可とされるプラント計装制御装
置に供するにある。

〔発明の概要〕

この目的のため本発明は、推論機構は各タスクからの間
合せに応じてプラントの運転履歴、制御のための基本的
ルール、プラントで発生しているイベントヲ参照するこ
とによって最適な制御器出力や操作の最適な動作タイミ
ングなどを得るようになしたものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を第１図から第５図にょシ説明す、る。

先ず本発明に係るプラント制御系の一例でのシステム構
成について説明する。第１図はそのシステム構成を示し
たものである。これによるとプラントエに対する制御系
においては種々の制御器、更には制御器によって制御さ
れるパルプ等のプラント側に存する操作器が要されるも
のとなっておシ、仮にＮ個の制御器が要される場合には
それら各々に対応してインターフェイス２１〜２Ｎが設
けられ、プラント１ｆＡＵからのそれら制御器各々の入
力としてのプラント変量は更にプラント計装制御装置本
体３に取り込まれるようになっている。

プラント変量の時間に対する変化幅や、操作変量（制御
器用カンの変化とプラント変量の変化との関係、プラン
ト変量間での相互関係より現在プラントが如何なる状態
にあるかが知れるものである。

また、プラントｌの運転状態は時系列信号８としてプラ
ント計装制御装置本体３に取シ込まれたうえ、更に運転
履歴データ・ベース４に格納される。

この他プラント計装制御装置本体３は最適な制御タスク
実行のための推論を行なううえで必要とされる基本的な
ルールが格納されるデータ・ベース５と、プラント１の
動的なモデル、制御目標値、制御設定タイミングなどが
格納されるデータ・ベース６、更にはＣＩ（、Ｔ端末７
をその周囲に配するものとなっている。ＣＲＴ端末７は
、制御目標値や工部データ・ベース情報の変更などの他
、プラント計装制御装置本体３への入力、運転状態の表
示、プラント計装制御装置本体３からの警報などの出力
のために設けられているものである。

第２図はプラント計装制御装置本体を中心としてその機
能構成を示したものである。これによると制御器の演算
機能に対応する制御タスク３３１〜３３Ｎ各々には予め
プラントの制御目的に応じた単一の制御機能が割り当さ
れるものとなっている。このような制御タスクの例を第
３図に示す大規模プラントのサブシステムとしての熱交
換器制御システムに例を採って説明すれは以下のようで
ある。

即ち、熱交換器９における温水の入口温度１２および出
口温度１３けそれぞれ設定目標値１４゜工５になるべく
制御されるが、この制御ｉを制御器１０．１１に予め割
当されている制（財）演算タスク（制御タスク）を実行
させることによって行なわんとするものである。この場
合での制御で重要なことは制御器１０においては設定目
標値１４と実際の入口温度１２との差１６の大きさに応
じて所要の流量値ケ得ることが行なわれるが、この他制
御変数である入口温度１２の変化の速度なども考慮され
たうえでの制御が行なわれるということである。同様に
制御器１１においても設定目標値１５と出口温度１３と
の差１７に応じて取出出力を算出し出口側の流量値音指
定することになるが、この際にも熱交換器９のプロセス
を考慮した制御が行なわれるものである。このような制
御が行なわれるためには熱交換器プロセスの定性的な事
前考察によって制御演算の基本的ルールを求めておく必
要がある。例えば本例では　出口温度のオーバシュー）
ｋ小さく抑えるためにＶｉもしも出口温度が設定目標値
に近く、シかも出口温度の変化速度が大である場合に汀
取出出方の値を僅かげかシ減らすことが必要である”と
いった基本的なルールが考えられるというものである。

この例に示すように”ｉｆ・・・、　ｔｈｅｎ・・・、
”といった関係で基本的なルールを多数求めておき、制
御演算タスク実行の際に、予め格納されている基本的ル
ールにもとづいて制御全行なう場合は、最適な制御が可
能となるわけである。

ここで再び第２図に戻り説明すれば、制御タスクは制御
演算の他、プロセス状態、例えば出力レベル等に依存し
た制御目標値の変更、祖数の操作器の切換をある定めら
れたタイミングで順次行なったシ、・′ある状態が生じ
た場合に操作器の切換を行なうといった具合のシーケン
ス制御やこれら切換や動作の停止起動を順次定められた
手順に従って動作せしめるスケジューリング制御のタス
クを実行する機能をも有することが可となっている。

但し、制御タスク各々はあくまでも単一の機能を有する
ものとなっておシ、プラントに対する制御機能は制御タ
スク餉々によって分担されるようになっている。制御タ
スクを動作させるタイミングの調整は総括制御タスク３
２によって行なわれるが、この他統芦制御タスク３２は
必要に応じて、あるいけ緊急時・での割込をＣＲＴ端末
よシ行なり際に、割込情報全判断しタスクの動作内容に
変更金与えたシ、タスクの一時停止や保持、更にはタス
クの他の緊急タスクへの変更を行なうなど、統括的な機
能を有するものとなっている。プラントの運転目標が強
制的に変更されｆｃ場合にも各タスクの制御設定値が順
次変更可となっているものである。

さて、統括制御タスクや制御タスクの実行のために制御
演算推＠機購３１、制御推論機構３０が設けられるよう
になっている。このうち制御演算推論機構３１はデータ
・ベース４．５を利用することによって、統括制御タス
ク３２による制御下に順次問合せを行なう制御タスク３
３１〜３３Ｎからの間合せに対し必要な回答を与えるも
のとなっている。この場合基本的な制御演算ルールは既
述したように”ｉｆ・・・、　ｔｈｅｎ・・・、″とい
った形式とされ、このようなルールはプラントの制御特
性全体についての事前の定性的考察、あるいは場合によ
ってはシミュレーション等による定量的な考察によって
求めておかれるものである。複雑なプロセスの制御変世
間の相互関係も矛盾のない範囲でルール化されるが、こ
のように予めルール化しておく場合は仮数の制御ループ
を有する大規模プラントの制御系の制御演算においても
、互いに干渉のない制御演算やプラント制御系全体とし
て最適な制御演算が可能となるものである。

第４図は１人力１出力の制御系における制御器入出力と
制御演算ルールとの関係を−・例として示したものであ
る。図示の如＜　ＮｉＵ御器大器入力御偏差）ｅとその
変化の度合Δｅよシ制御器出力Ｕはマトリックスの巾の
値として一義的に定まることが示されている。この図に
おいてＰＢ、ＰＭ、ＰＳはそれぞれｐｏｓｉｔｉｖｅ　
Ｂｉｇ、　ＰｏｓｉｔｉｖｅＭｅｄｉｕｍ、　Ｐｏ５ｉ
ｔｉｖｅ　Ｓｍａｌｌを、また、ＮＺはＮｅａｒ　ｚｅ
ｒｏを、更にＮＢ、ＮＭＸＮＳｉそれぞれＮｅｇａｔｉ
ｖｅ　Ｂｉｇ、　Ｎｅｇａｔｉｖｅ　Ｍｅｄｉｕｍ、　
ＮｅｇａｔｉｖｅＳｍａｌｌを示している。したがって
、例えば制御器人力ｅの値が零近傍、即ち、制御器人力
ｅがＮＺである場合に変化の度谷ΔｅがＮＢ−）ＮＭ→
ＮＳ→ＮＺ−）ＰＳ４ＰＭ４ＰＢと変化する場合には、
制御器出力ｕＶｉＰＭ−＋ＰＳ−＋ＮＺ−＋ＮＭと変化
するものであることが判る。この場合での制御演算ルー
ルハ例えば’　ｉｆ　ｅ　ｉｓ　ＮＺ　ａｎｄ　ｉｆΔ
ｅ　１ｓＮＢ、　ｔｈｅｎ　ｕ　ｉｓ　ＰＭ、　　−と
表ｉ　Ｌ１４１＋　モ（Ｄテア、６゜制御演算推論機構
３１ではルールの合成によって推論を行なうことになる
が、この推論の方法を簡単ながら説明すれば以下のよう
である。

即ち、ここで条件付命題”　ｉｆ　ｘ　ｉｓ　Ａ、　ｔ
ｈｅｎｙ　ｉｓ　１３．″をルールとして与えた場合に
、命題”ｘｉｓＡ’”が与えられた場合にはＢ’＝Ａ’
０ＲＡＢによって”ｙ　ｉｓ　Ｂ’、”が推論される。

）（−＋ｙの因果関係が行列ＲＩＡＢとして予めルール
化されている場合にはそのような推論が可となるもので
ある。

但し、０印はファジィの論理積演算であることを示す。

また、２つの条件付命題”　ｉｆ　Ａ４　　ｔｈｅｎ　
１３１．’、”　ｉｆ　Ａ２　　ｔｈｅｎ　Ｂ２．　　
”のＯＲ結合、ＡＮＤ結合はそれぞれ［（ＡＩ　ｎＩＬ
Ｊ　ＲＡ２８２　、Ｒａｌ　１１．　ｎ几ＡｚＢｚとし
て表現し得ることになる。更に“ｉｆ　Ａ　ｔｈｅｎ　
ｉｆＢ　ｔｈｅｎ　Ｃ，”といった具合に条件が１つ増
える場合には、Ａ’　ｌ　Ｂ’の命題に対しての推論結
果はＣ’　＝Ｂ’　　ｏ　（Ａ’　ｏＲｉＢｃ）として
表現し得るものである。したがって、基本的なルールが
データ・ベース５に多く格納されている程に巻粍間合せ
命題に対してルール納金により推論をよシ細かく行ない
得る結果、質の高い制御演算結果が得られるわけである
。なお、データ・ベース４は推論のデータ・ベースとし
ては補助的な役割を有しており、制御演算推論機構３１
では必要に応じ過去の推論結果を参照し新たなルールと
して利用することも可能となっている。

第５図は制御演算推論機構の構成を示したものである。

制御（演算）タスクからの間合せに対し命題設定部３１
．ではそれに回答すべく推論のための命題設定、その制
御タスクや他の制御タスクの実行履歴についての問合せ
のための節題設是が行なわれる。このように設定された
命題に対して推論部３１２では基本的なルールの合成に
よってその命題に対する推論が行なわれ、推論結果は間
合せに係る制御タスクに送出されるところとなるもので
ある。この場合に必要に応じて過去の運転履歴を引き出
し新たなルールとして推論に用い得るが、ルール獲得部
３１３は過去の運転履歴よシルールを抽出獲得するため
に設けられたものである。過去の運転履歴よシ新たにル
ールを獲得したうえ推論に用いることは、大規模プラン
トに対する制御を行なううえで特に有効となるものであ
る。

新たなルールの獲得の必要性は予め必要十分なだけのル
ールを得ておくことが困難であるからである。したがっ
て、時々刻々変化するプロセス変量を格納しておくよう
にすれば、プロセス変量の相互関係として新たなルール
が得られるものである、例えば流量Ａがαだけ増加した
場合に流量Ｂがβだけ減少し、しかもその場合での温！
Ｔがｔだったとすれば、これら３つの変量はα、β、ｔ
によって関係性されるから、この関係をルールとして用
いることが可能となるものである。既に得られているル
ール以外のルールはこのようにして得られ、既得のルー
ルを補完するものとなるわけである。ｔｔｔＩＪ呻演算
推論機溝３１はまたプラン）１の運転条件が変化した場
合に統括制御タスク３２からの割込によってその割込を
実行する機能を有している。統括制御タスク３２ｉｊ：
割込機能をも有してい０が、制御タスクは統括制御タス
ク３２からの割込を受けてその割込内容を実行可となっ
ているものである。

さて、再び第２図に戻シ説明すれば、制御器、即ち、制
御タスクとしては制御量を得る友めの制御演算を行なう
もの以外に操作器の駆動タイミングを制御したシ、場合
によっては制御演算のための制御ループを必要に応じて
切換えるタイミングを制御するものもあることは既述し
たところである。このようなタイミング制御用制御タス
クにおいてはプラントに発生した事象の進行状況に対応
して、あるいはＣＲＴ端末から強制的に運転条件や運転
目標値が変更された場合に対応して最適なシーケンス制
御や各制御タスク間での最適なスケジューリングにもと
づいた制御が行なわれることになる。制御推論機構３０
はこのような場合に制御演算推論機構３１、あるいは必
要に応じて制御タスク、統括制御タスクからの間合せに
対して制御タスク間のスケジューリング、最適なシーケ
ンス制御を行なうための制御タイミングを導き出すよう
になっている。このためデータ・ベース６には予めプラ
ントの動的モデル、プラント状態の変化の大きさと各制
御ループの切換タイミングとの関係、操作器駆動タイミ
ングと制御目標値との関係、プラント状態と制御目標値
との関係などが既述した条件的命題としてルール化され
たうえ格納されるものとなっている。なお、制御推論機
構３０に対する制御演算推論機Ｆ１４３１からの間合せ
は、制御タスク個々を動作させてよいか否かの間合せで
ある。

したがって、例えばシーケンス制御を行なう制御タスク
においては、制御のタイミングが正しいか否かの問合せ
を周期的□に制御推論機構３０に対して行ない、制御推
論機構３０では最も望ましい制御タイミングを推論によ
って求めることになるものである。制御推論機構３０で
はデータ・ベース６上の制御タイミングを定めたプラン
トの状態推移（動特性モデル情報）と現状でのプラント
の状態推移とを比較し、その屋がある一定以上になった
場合にプラント状態の変化の大きさと制御ループの切換
タイミング、制御目標値と制御器駆動タイミングとのル
ール（条件付命題）にもとつきその制御タスクが実行す
べき制御タイミングを吏新するが、その際必要に応じて
シーケンス制御を行なう他の制御タスク情報や制御タス
ク間ルールが参照されるようになっている。これによシ
最も望ましい制御タイミングがルールの結合による推論
によって求められるものである。また、各タスクにとっ
て最適な制御目標値を与えるような、各タスクの最適な
スケジューリングを推論によって求める場合には、プラ
ント状態と目標値の関係、動特性モデル情報にもとづい
て現在天行中のタスクに必要とされるスケジューリング
が推論によって導き出されるわけである。

〔発明の効果〕

以上説明しちょうに本発明による場合は、基本的な制御
演算ルールの合成によって推論を行ない−この推論結果
によって制御器出力を得るようにしたものであるから、
プラント運転条件の変化や変更に対しても常に制御の質
を一定に保持することが可能となる。また、本発明によ
る場合には、操作器駆動タイミングや制御ループ切換タ
イミングなどの制御タイミングも同僚にして最適に得ら
れることになる。制御演算のルールを知識として予め装
置内部に格納せしめておく場合には適応性、汎用性ある
プラント計装制御装置が得られるわけである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係るプラント側輸系の一例でのシス
テム構成を示す図、第２図は、本発明によるプラント計
装制御装置の一例での構成を七の本体を中心として示す
図、第３図は、その構成における制御器としての機能を
説明するための因、第４図は、１人力ｌ出力の１ｉｉｌ
Ｊ御系における制御器入出力と制御演算ルールとの関係
例を示゛す図、第５図は、制御演算推＠機構の構成ケ示
す図である。 ２１〜２Ｎ・・・インターフェイス、４〜６・・・デー
タ・ベース、７・・・Ｃ几Ｔ端末、３０・・・制御推論
機構、３１・・・制御演算推論嵌溝、３２・・・統括制
御タスク、３３、〜３３Ｎ・・・制御タスク、３１３・
・・ルール獲得部。 代理人　弁理士　秋本正実 ＄４　図 刺祥′ｉＩ務入力め夛４ｈ度合乙ｅ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．１以上のプラント変量ヲ該変量対応の開あるいは閉
   の制御ループを介し制御するプラント計装制御装置にし
   て、各プラント変量と制御目標値開偏差、プラント変量
   相互間関係を制御目標を達成すべく関連させたうえルー
   ルの集合として予めファイルしておくルール格納手段と
   、各種プラント変量を取り込んだうえ制御が要されるプ
   ラント変量と該変量対応の制御目標値との偏差をもとに
   上記ルール格納手段からのルールの合成によって操作変
   量を順次推論したうえプラント側操作器入力として出力
   する制御推論手段と、プラント運転状態の強制的な設定
   あるいは変更およびプラント運転状態表示を行なうべく
   上記制御推論手段との間で必要なデータ全入出力する入
   出力手段とからなる構成を特徴とするプラント計装制御
   装置。 ２、　ルール格納手段には過去のプラント変量としての
   プラント運転履歴データが更新可として格納され、制御
   推論手段においては該データよｐ新たなる基本ルールが
   推朧に供されるべく獲得される特許請求の範囲第１項記
   載のプラント計装制御装置。 ３．１以上のプラント変ｉｉヲ該変寛対応の開あるいは
   閉の制御、ループを介し制御するとともに、プラント側
   操作器の駆動、切換についての制御タイミングを制御す
   るプラント計装制御装置にして、各プラント変量と制御
   目′椋値間偏差、プラント変量相互間関係、各制御ルー
   ズの操作器切換タイミング全関連させたうえルールとし
   て格納し、且つ過去のプラント変量としての更新可とさ
   れたプラント運転履歴データが格納されるルール格納手
   段と、各種プラント変量？取り込んだうえｔｔｊｌＪ　
   御が要されるプラント変量と該変量対応の制御目標値と
   の偏ｉｔもとに上記ルール格納手段からのルールの合成
   によって操作変ｔｉ順次推瀾したうえプラント側操作器
   入力として出力する一方、各種プラント変量と薊御目標
   値との偏差が一定以上となった場合に上記ルール格納手
   段からのルールの合成にもとづく推論によって必要な制
   御ループの操作器操作タイミングを制御する制御推論手
   段と、プラント運転状態の強制的な設定あるいは変更お
   よびプラント運転状態表示全行なうべく上記制御推論手
   段との間で必要なデータを人出方する人出方手段とから
   なる構成ケ特徴とするプラント計装制御装置。 ４、制御推論手段においては、プラント運転履歴データ
   よシ新たなるルールが推論に供されるべく獲得される特
   許請求の範囲第３項記載のプラント１１装制御装置。