WO2021106328A1 - プラント運転支援システム - Google Patents

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WO2021106328A1
WO2021106328A1 PCT/JP2020/035382 JP2020035382W WO2021106328A1 WO 2021106328 A1 WO2021106328 A1 WO 2021106328A1 JP 2020035382 W JP2020035382 W JP 2020035382W WO 2021106328 A1 WO2021106328 A1 WO 2021106328A1
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WO
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category
plant
range
support system
operation data
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/035382
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English (en)
French (fr)
Inventor
豊 三宮
晃治 陰山
亜由美 渡部
原　直樹
信幸 中村
Original Assignee
株式会社日立製作所
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B17/00—Systems involving the use of models or simulators of said systems
    • G05B17/02—Systems involving the use of models or simulators of said systems electric
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B23/00—Testing or monitoring of control systems or parts thereof
    • G05B23/02—Electric testing or monitoring

Definitions

  • the present invention relates to a plant operation support system.
  • control logic is automatically created from the classified categories using multiple regression analysis or the like, and the obtained control logic is used. Based on this, the set value of each control amount for controlling the plant is uniquely determined.
  • the present invention has been made based on the above circumstances, and an object thereof is a plant operation capable of presenting a range of highly reliable set values having an operation record in the past for each control amount. It is to provide a support system.
  • a plant operation support system that supports plant control by presenting a range of set values for at least one control amount.
  • a category generator that classifies the past operation data into categories using the past disturbance information as a parameter using the past operation data including the set value for the control amount.
  • a normal operation data extraction unit that extracts operation data when the plant is normally operated, and a normal operation data extraction unit.
  • a set value range deriving unit for deriving the range of the set value in which normal operation was performed for each of the controlled quantities using the extracted operation data
  • a plant operation support system including an operation condition presentation unit that derives a category to which the current disturbance information belongs and presents a range of the set values for each of the control quantities for the derived category.
  • disurbance information means information about an external action which disturbs the output of a plant controlled by a predetermined control amount.
  • the “present” refers to the time when the plant is being operated while enjoying its effects using the plant operation support system of the present disclosure, and the “past” is the time before the “present”. It refers to the time when the output of the plant for the disturbance information is acquired.
  • the “future” is a time after the "present”, for example, a time a predetermined period ahead of the present.
  • the present invention can provide a plant operation support system capable of presenting a range of highly reliable set values having an operation record in the past for each control amount.
  • One aspect of the plant operation support system is a plant operation support system that supports plant control by presenting a range of set values for at least one control amount, and is a past operation including the set values for the control amount.
  • the category generator that classifies the past operation data into categories using the past disturbance information as a parameter, and the normal operation data that extracts the operation data when the plant is normally operated for each of the classified categories.
  • the operation data extraction unit the set value range derivation unit that derives the range of the set value in which normal operation is performed in each of the control amounts, using the extracted operation data for each of the classified categories, It is provided with an operating condition presenting unit that derives a category to which the current disturbance information belongs and presents a range of the set values for each of the controlled amounts for the derived category.
  • the plant operation support system presents a range of set values for at least one control amount in order to control the plant, and supports, for example, plant control (input of set values for each control amount) performed by an operator.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of the first embodiment. As shown in FIG. 1, the plant operation support system 1 is connected to the plant 301 and the set value input device 401 via, for example, a monitoring control system 201. The plant operation support system 1, the monitoring control system 201, and the set value input device 401 may be arranged adjacent to the plant 301 or may be arranged at a place away from the plant 301.
  • Examples of the plant 301 include, but are not limited to, a chemical plant, a power generation plant, a water and sewage plant, and the like. In this embodiment, a chemical plant will be described as an example of plant 301.
  • the monitoring control system 201 monitors the state of the plant 301 by acquiring operation data, and controls the plant 301 based on the signal of the set value of each control amount received from the set value input device 401 described later.
  • the monitoring and control system 201 includes, for example, a process controller (not shown). Instead of providing the monitoring control system 201, the operator directly checks the state of the plant 301 and inputs it to the plant operation support system 1, or the set value of each control amount is directly input to the plant 301 from the set value input device 401. You may enter it.
  • the operation data is, for example, data on disturbance information (for example, temperature, humidity, pressure, etc. around the plant) obtained from various sensors (not shown) installed in the plant 301 (hereinafter, also referred to as “disturbance data”).
  • Data on the operation results of the plant 301 for example, product yield, concentration, etc.
  • output data each control amount (raw material and chemical input amount, cooling water flow rate, heater control).
  • Includes data hereinafter, also referred to as "control data" related to the set values of the target temperature, valve opening, stirring speed, etc.
  • the set value input device 401 is, for example, a portion for inputting a set value of each control amount determined by an operator who controls the plant 301 based on a range of set values for each control amount presented by the plant operation support system 1 described later. Is. Each set value input in the set value input device 401 is output to, for example, the monitoring control system 201.
  • the setting value input device 401 is not particularly limited as long as each setting value can be input, and can be configured by, for example, an input device such as a button, a keyboard, or a mouse.
  • the plant operation support system 1 generally includes an information database 501, a category generation unit 502, a normal operation data extraction unit 503, a set value range derivation unit 504, and an operation condition presentation unit. It is composed of 505 and a display unit 5061.
  • the information database 501 stores operation data input from the plant 301 via the monitoring control system 201 and operation data input / output from the category generation unit 502 and the like, which will be described later. These operation data can be stored in the information database 501 in chronological order, for example (see FIG. 3).
  • the category generation unit 502 uses the past operation data including the set value for the control amount, and classifies the past operation data into categories with the past disturbance information as a parameter. Specifically, as shown in FIG. 2, the category generation unit 502 collects control data, output data, and the like at a certain point in the past based on, for example, three disturbance information G1, G2, and G3 (disturbance data). Classify into categories as driving data.
  • G1, G2, and G3 disturbance information
  • Examples of the method of classifying into categories include data clustering techniques such as adaptive resonance theory (ART), vector quantization, and k-means method.
  • ART adaptive resonance theory
  • vector quantization vector quantization
  • k-means method ART
  • the category generation unit 502 classifies the operation data into categories using the adaptive resonance theory.
  • this adaptive resonance theory accurate classification can be performed based on disturbance information.
  • a category identification number for identifying a category can be added to the operation data classified as described above as a part of the operation data, and this operation data is stored in the information database 501.
  • FIG. 3 is a schematic view showing an example of operation data.
  • the group of operation data is stored in time series so that the time when each data is acquired can be known.
  • the operation data can be configured to include, for example, a category identification number, etc., in addition to the above-mentioned disturbance data, control data, and output data.
  • the operation data shown in FIG. 3 is simplified for convenience, and the contents of the control data and the output data are omitted.
  • three disturbance information G1 to G3 are shown as disturbance data, and five categories C1 to C5 are shown as category classifications.
  • the normal operation data extraction unit 503 extracts the operation data when the plant is normally operated for each of the categories classified based on the disturbance information. Specifically, as shown in FIG. 4, the normal operation data extraction unit 503 acquires operation data including a category identification number from the information database 501 (step S1), and then classifies the operation data into category C1. All the operation data is extracted (step S2). Next, for category C1, a target identification number is assigned to the operation data for each time series (step S3). For example, the target identification number is set to "0" for the driving data whose output data is normal, and the target identification number is set to "1" for the driving data whose output data is abnormal. Next, after assigning the target identification number by executing steps S2 and S3 for all the categories, the target identification number is stored in the information database 501 as a part of the operation data (step S4). ..
  • the set value range derivation unit 504 uses the extracted operation data for each of the classified categories to derive a range of set values in which normal operation is performed for each control amount. Specifically, as shown in FIG. 5, the set value range derivation unit 504 acquires, for example, operation data including the category identification number and the target identification number from the information database 501 (step S5), and then the category from among them. All the operation data classified in C1 are extracted (step S6).
  • step S7 whether or not the output data of each of the operation data of category C1 extracted in step S6 is normal (whether or not it is within the target range) is sorted (step S7).
  • step S7 when there is operation data in which the output data is determined to be normal (target identification number is “0”), category C1 in which the output data is determined to be normal (target identification number is “0”). The maximum value and the minimum value of the set value are obtained for each control amount from all the operation data of (step S8).
  • step S7 when there is no operation data determined that the output data is normal (target identification number is "0"), control is performed from all operation data of category C1 (target identification numbers are all "1"). The maximum value and the minimum value of the set value are obtained for each amount (step S9).
  • FIG. 6 is a schematic view showing an example of a range of set values of each control amount.
  • the maximum value and the minimum value are shown as a range of set values for each of the control quantities F1, F2, and F3.
  • the range of the set value may be the maximum value or the minimum value, or may be the median value, the mode value, or the like.
  • the set value range derivation unit 504 is either the maximum value or the minimum value. Only one may be derived.
  • the operating condition presentation unit 505 derives the category to which the current disturbance information belongs, and presents the range of the set value for each control amount for the derived category. Specifically, the operating condition presenting unit 505 acquires the current disturbance information from the plant 301 via the monitoring control system 201, and derives which category the current disturbance information belongs to. Next, the operating condition presentation unit 505 acquires the range of the set values of the control quantities F1 to F3 in the derived category from the information database 501, and outputs the acquired information to the display unit 5061 described later.
  • the display unit 5061 displays the information input from the operating condition presentation unit 505.
  • a display device such as a display provided with a display screen capable of displaying various information can be adopted.
  • the range of the set value presented by the operating condition presenting unit 505 is not particularly limited as long as it is the range of the set value in the minimum control amount required to control the plant 301, but normal operation is performed. It must be at least one of the minimum or maximum value of the set values, or the median or mode value in the frequency distribution of the set values using the set values in which normal operation was performed. preferable.
  • the operating condition presenting unit 505 presents, for example, the minimum value, the maximum value, the median value, and the mode value
  • these values are displayed on the screen of the display device in the display unit 5061 as shown in FIG. be able to.
  • the minimum value, the maximum value, the median value, and the mode value are displayed together with the histogram of the set values during normal operation adopted in the past.
  • the display unit 5061 may be switched and displayed for each control amount, or may be displayed side by side.
  • the operation condition presenting unit 505 presents at least one of the minimum value, the maximum value, the median value, and the mode value having a past normal operation record, so that the plant 301 can be normally operated. For example, it is possible to determine an accurate set value that reflects the experience of the operator while referring to the actual results when the vehicle is driven.
  • the operating condition presenting unit 505 may present the CO 2 emission conversion value of the energy consumption corresponding to the range of the set value and / or the operating cost of the plant.
  • the presented CO 2 emission conversion value and operating cost may be presented in association with the set value of the controlled amount, or may be presented independently of the above set value.
  • the operating condition presenting unit may present the past CO 2 emission conversion value and the operating cost as well.
  • FIG. 8 is a schematic view of the display unit showing the operating costs presented by the operating condition presentation unit in chronological order.
  • the individual operating costs purchase cost and running cost
  • the heater control temperature controlled amount
  • the total operating cost the total operating cost. Evaluation
  • Such operating cost data is obtained by converting the set value of each control amount in real time, temporarily storing the set value together with the set value in the information database 501, and when presenting the operating condition presenting unit 505 from the information database 501.
  • the set value acquired from the information database 501 may be converted into an operating cost and presented each time the operating condition presenting unit 505 presents the operating cost.
  • the set value of each control amount that minimizes the total value of the CO 2 emission conversion value and the operating cost is calculated, and this set value is stored in the information database 501, and the plant 301 is stored.
  • the operation condition presenting unit 505 may present the above set value corresponding to the selected category.
  • the operating condition presenting unit 505 presents information on CO 2 emissions and / or operating costs, so that the plant can be effectively operated in consideration of information related to the controlled amount such as the amount of chemical input. Can be done.
  • the operating condition presenting unit 505 will perform the current disturbance. Present that the information does not belong to any category, or indicate that the disturbance information does not belong to any category, and select the category closest to the current disturbance information and control over this selected category.
  • the range of the set value in each may be presented.
  • a space between a virtual category obtained from the current disturbance information hereinafter, also referred to as “virtual category”
  • all categories obtained from the information database 501 A method of calculating a target distance and selecting a category having the closest distance to the above virtual category can be adopted.
  • the display unit 5061 may warn that the current state is a new state by, for example, display or voice, and may display the range of the set value of the nearest category and the control amount in the category.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of the range of the set value of each control amount in chronological order.
  • the horizontal axis is the time
  • the vertical axis is the range (minimum value and maximum value) of the set value for the control amount F1 presented by the operating condition presentation unit 505 in FIG. 7 (a)
  • the disturbance information in FIG. (Disturbance information G1 to G3) and FIG. 7C represent the categories presented by the operating condition presentation unit 505, respectively.
  • FIG. 7 there is a state in which there is no driving record in the past and the disturbance information during driving does not belong to any category, and the driving condition presenting unit 505 sets the set value in the category closest to the virtual category at this time.
  • the presented state is included (see the hatched portion in FIGS. 7 (a) and 7 (c)).
  • the operating condition presenting unit 505 sets a range of control amounts in the category closest to the past normal operation. By presenting, it is possible to support the decision-making of the operator and operate the plant more smoothly.
  • the processing in the category generation unit 502 described above, the normal operation data extraction unit 503, the set value range derivation unit 504, the operation condition presentation unit 505, the future category prediction unit 507 described later, and the like is performed by hardware and software, respectively. It can be realized by combining them.
  • Hardware includes, for example, a central processing unit (CPU), a random access memory (RAM), a read-only memory (ROM), a hard disk drive (HDD), an interface (input device / display device, etc.), a bus connecting these devices, etc.
  • Examples include a computer configured by.
  • Examples of the software include a program capable of executing the above-mentioned control. The above program is stored in, for example, a hard disk drive, read into RAM as needed, and calculated by the CPU.
  • a communication means for connecting the plant operation support system 1 the monitoring control system 201, the plant 301, and the set value input device 401, known techniques such as a wireless LAN, a wired LAN, and an Internet line can be used
  • the plant operation support system 1 since the plant operation support system 1 has the above configuration, it is possible to present a range of highly reliable set values that have been operated in the past for each control amount, and the operator is confident. It is possible to determine the set value for each control amount. In addition, the plant operation support system 1 presents the range of each control amount without uniquely determining the set value, so that, for example, a flexible plant operation that reflects the intention of the operator can be performed. It can be carried out.
  • FIG. 10 is a schematic block diagram of the second embodiment.
  • the plant operation support system 2 generally includes an information database 501, a category generation unit 502, a normal operation data extraction unit 503, a set value range derivation unit 504, and a future category prediction unit. It is composed of 507 and a display unit 5062.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in that it includes a future category prediction unit 507 and a display unit 5062. Since the information database 501, the category generation unit 502, the normal operation data extraction unit 503, and the set value range derivation unit 504 are the same as those in the first embodiment, the same parts are designated by the same reference numerals. A detailed description will be omitted.
  • the future category prediction unit 507 predicts the category to which the future belongs based on the changing tendency of the current disturbance information. Specifically, the future category prediction unit 507 uses past operation data to obtain in advance a change in the category in response to a change in disturbance information, stores the information in the information database 501, and stores the information in the information database 501 as needed.
  • the above information stored in 501 may be acquired, and a category predicted in the future, a range of set values, and the like may be presented.
  • the information on the disturbance information and the information database 501 regarding the change of the category may be stored, for example, at all the time points when the category changes, and at least two or more in a short time when the future prediction is important.
  • the future category prediction unit 507 searches the past operation data having the same change tendency as the current disturbance information from the operation data accumulated in the information database 501, and uses the operation data at that time.
  • the category and the range of set values predicted in the future may be presented.
  • the display unit 5062 displays, for example, information on the category and set value range presented by the operating condition presentation unit 505, and information on the category and set value range predicted by the future category prediction unit 507 on the screen of the display device. To do. Further, when the future category prediction unit 507 determines that the predicted future disturbance information does not belong to any category, the display unit 5062 warns that the current state is a new state by, for example, display or voice. Alternatively, the category of the distance closest to the virtual category obtained from the future disturbance information G1 to G3, the range of the set value of each control amount in the category, and the like may be displayed.
  • the plant operation support system 2 has the above configuration, for example, even in a situation where the time fluctuation of the disturbance information is fast and the category changes in a short time, the category that is likely to belong in the future By presenting the range of set values and the like, the plant 301 can be operated more smoothly.
  • the plant operation support system 1 that controls one plant 301 has been described.
  • one plant operation support system 10 is of the same type as each other.
  • it may be an operation support system that can control two or more plants of different types.
  • the information database 5010 stores operation data separately for each of the three plants 3011, 3012, 3013, and presents the category generation unit 5020, the normal operation data extraction unit 5030, the set value range derivation unit 5040, and the operation conditions.
  • Each of the units 5050 may acquire the operation data for each plant and execute the processing as described above. This makes it possible to efficiently control two or more plants.
  • the processes of the category generation unit 502, the normal operation data extraction unit 503, and the set value range derivation unit 504 may be executed only once at a certain time point, but are preferably executed a plurality of times at different times. When it is executed multiple times, it may be executed periodically, and it is irregular depending on the accumulation status of the operation data, such as when the actual operation data (control amount, etc.) corresponding to the disturbance information of the virtual category is obtained. It may be executed in a timely manner. As a result, the control of the plant can be performed more accurately and smoothly.
  • the number of disturbance information is one or two. Alternatively, it may be 4 or more, and the number of categories may be 1 or more and 4 or less or 6 or more.
  • the number of categories can be appropriately selected depending on, for example, the fineness of control, the fluctuation speed of output data, the response time, and the like.
  • Plant operation support system 301
  • Plant 501 Information database 502
  • Category generation unit 503
  • Normal operation data extraction unit 504
  • Set value range derivation unit 505
  • Operation condition presentation unit 5061, 5062
  • Display unit 507
  • Future category prediction unit F1, F2, F3 Control amount G1, G2, G3 disturbance information

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Abstract

制御量それぞれについて、過去に運転実績がある信頼性の高い設定値の範囲を提示することが可能なプラント運転支援システムの提供を目的とする。プラント運転支援システム（１）は、制御量についての設定値を含む過去の運転データを用い、過去の外乱情報をパラメータとして過去の運転データをカテゴリに分類するカテゴリ生成部（５０２）と、分類されたカテゴリそれぞれについて、プラント（３０１）が正常に運転されたときの運転データを抽出する正常運転データ抽出部（５０３）と、分類されたカテゴリそれぞれについて、抽出された運転データを用い、制御量それぞれにおける正常な運転が行われた設定値の範囲を導出する設定値範囲導出部（５０４）と、現在の外乱情報が属するカテゴリを導出し、この導出されたカテゴリについての制御量それぞれにおける設定値の範囲を提示する運転条件提示部（５０５）とを備えている。

Description

プラント運転支援システム
　本発明は、プラント運転支援システムに関する。
　化学プラントなどのプラントを運転管理する技術として、例えば、これまでに蓄積したプラントの運転に関する多量のデータを活用して、プラントの運転を支援する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
　このような技術では、例えば、過去の運転データを運転条件および外乱に基づき分類した後、分類されたカテゴリから重回帰分析等を用いて制御ロジックを自動的に作成し、得られた制御ロジックに基づきプラントを制御するための制御量それぞれの設定値を一義的に決定する。
特開２０１１－１９７７１４号公報
　しかしながら、上述したように制御量の設定値が一義的に決定された場合、例えば、制御ロジックには反映されないような要因が変動した際、運転員の経験等を加味した適切な設定値を選択することができず、プラントの円滑な運転ができない虞がある。
　本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、制御量それぞれについて、過去に運転実績がある信頼性の高い設定値の範囲を提示することが可能なプラント運転支援システムを提供することにある。
　本開示の一態様は、
　少なくとも１つの制御量についての設定値の範囲を提示してプラントの制御を支援するプラント運転支援システムであって、
　前記制御量についての設定値を含む過去の運転データを用い、過去の外乱情報をパラメータとして前記過去の運転データをカテゴリに分類するカテゴリ生成部と、
　前記分類されたカテゴリそれぞれについて、前記プラントが正常に運転されたときの運転データを抽出する正常運転データ抽出部と、
　前記分類されたカテゴリそれぞれについて、前記抽出された運転データを用い、前記制御量それぞれにおける正常な運転が行われた前記設定値の範囲を導出する設定値範囲導出部と、
　現在の外乱情報が属するカテゴリを導出し、この導出されたカテゴリについての前記制御量それぞれにおける前記設定値の範囲を提示する運転条件提示部と、を備えていることを特徴とするプラント運転支援システム、である。
　なお、本明細書において、「外乱情報」とは、所定の制御量により制御されたプラントの出力を乱す外的な作用に関する情報を意味する。「現在」とは、本開示のプラント運転支援システムを用いてその作用効果を享受しながらプラントを運転している時を指し、「過去」とは、「現在」よりも前の時であって外乱情報に対するプラントの出力を取得した時を指す。「将来」とは、「現在」よりも後の時であり、例えば、現在よりも所定期間先の時を指す。
　本発明は、制御量それぞれについて、過去に運転実績がある信頼性の高い設定値の範囲を提示することが可能なプラント運転支援システムを提供することができる。
第１の実施形態の概略的ブロック図である。 図１のカテゴリ生成部における分類の一例を示す概略図である。 運転データの一例を示す概略図である。 図１の正常運転データ抽出部における処理の一例を示す概略図である。 図１の設定値範囲導出部における処理の一例を示す概略図である。 各制御量の設定値の範囲の一例を示す概略図である。 各制御量の設定値の範囲の一例を時系列で示した概略図である。 運転条件提示部が提示する運転コストの一例を時系列で示した概略図である。 運転条件提示部が提示する設定値の範囲の一例を示す概略図である。 第２の実施形態の概略的ブロック図である。 第１の実施形態の変形例を示す概略的ブロック図である。
　プラント運転支援システムの一態様は、少なくとも１つの制御量についての設定値の範囲を提示してプラントの制御を支援するプラント運転支援システムであって、上記制御量についての設定値を含む過去の運転データを用い、過去の外乱情報をパラメータとして上記過去の運転データをカテゴリに分類するカテゴリ生成部と、上記分類されたカテゴリそれぞれについて、上記プラントが正常に運転されたときの運転データを抽出する正常運転データ抽出部と、上記分類されたカテゴリそれぞれについて、上記抽出された運転データを用い、上記制御量それぞれにおける正常な運転が行われた上記設定値の範囲を導出する設定値範囲導出部と、現在の外乱情報が属するカテゴリを導出し、この導出されたカテゴリについての上記制御量それぞれにおける上記設定値の範囲を提示する運転条件提示部と、を備えている。
　以下、本発明の第１および第２の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明は、当該図面に記載の実施形態にのみ限定されるものではない。
［第１の実施形態］
　当該プラント運転支援システムは、プラントを制御するために、少なくとも１つの制御量についての設定値の範囲を提示し、例えば、運転員が行うプラントの制御（各制御量の設定値の入力）を支援する。図１は、第１の実施形態の概略的ブロック図である。当該プラント運転支援システム１は、図１に示すように、例えば、監視制御システム２０１を介してプラント３０１および設定値入力装置４０１に接続されている。プラント運転支援システム１、監視制御システム２０１、および設定値入力装置４０１は、プラント３０１に隣接して配置されてもよく、プラント３０１から離れた場所に配置されてもよい。
　プラント３０１としては、例えば、化学プラント、発電プラント、および上下水プラント等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。なお、本実施形態では、プラント３０１として化学プラントを例示して説明する。
　監視制御システム２０１は、例えば、運転データを取得することでプラント３０１の状態を監視したり、後述する設定値入力装置４０１から受信した各制御量の設定値の信号に基づきプラント３０１を制御する。監視制御システム２０１は、例えば、図示していないプロセスコントローラを備えている。なお、監視制御システム２０１を設ける代わりに、運転員がプラント３０１の状態を直接調べて当該プラント運転支援システム１に入力したり、各制御量の設定値を設定値入力装置４０１からプラント３０１に直接入力してもよい。
　運転データは、例えば、プラント３０１に設置された各種のセンサ（不図示）から得られた外乱情報（例えば、プラント周囲の気温、湿度、気圧など）に関するデータ（以下、「外乱データ」ともいう）や、プラント３０１の操作結果（例えば、生成物の収率、濃度など）に関するデータ（以下、「出力データ」ともいう）、各制御量（原料や薬剤の投入量、冷却水の流量、ヒータ制御による目標温度、バルブ開度、攪拌速度など）の設定値に関するデータ（以下、「制御データ」ともいう）等を含んでいる。
　設定値入力装置４０１は、例えば、後述するプラント運転支援システム１が提示した制御量それぞれにおける設定値の範囲に基づき、プラント３０１を制御する運転員が決定した各制御量の設定値を入力する部位である。設定値入力装置４０１において入力された各設定値は、例えば、監視制御システム２０１に出力される。設定値入力装置４０１は、各設定値を入力することができれば特に限定されず、例えば、ボタン、キーボード、マウスなどの入力装置で構成することができる。
　当該プラント運転支援システム１は、図１に示すように、概略的に、情報データベース５０１と、カテゴリ生成部５０２と、正常運転データ抽出部５０３と、設定値範囲導出部５０４と、運転条件提示部５０５と、表示部５０６１とにより構成されている。
　情報データベース５０１は、監視制御システム２０１を介してプラント３０１から入力された運転データ、および後述するカテゴリ生成部５０２などとの間で入出力する運転データを格納する。これらの運転データは、例えば、情報データベース５０１中に時系列で格納することができる（図３参照）。
　カテゴリ生成部５０２は、制御量についての設定値を含む過去の運転データを用い、過去の外乱情報をパラメータとして過去の運転データをカテゴリに分類する。カテゴリ生成部５０２は、具体的には、図２に示すように、例えば、三つの外乱情報Ｇ１、Ｇ２、Ｇ３（外乱データ）に基づき、過去のある時点における制御データ、出力データ等を一群の運転データとしてカテゴリに分類する。
　カテゴリに分類する手法としては、例えば、適応共鳴理論（ＡＲＴ：Ａｄａｐｔｉｖｅ　Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ　Ｔｈｅｏｒｙ）、ベクトル量子化、ｋ－ｍｅａｎｓ法等のデータクラスタリング技術が挙げられる。
　これらの中で、カテゴリ生成部５０２は、適応共鳴理論を用いて運転データをカテゴリに分類することが好ましい。この適応共鳴理論を用いることで、外乱情報に基づいて的確な分類を行うことができる。
　上述のように分類された運転データには、カテゴリを識別するためのカテゴリ識別番号を運転データの一部として付加することができ、この運転データが情報データベース５０１に格納される。
　ここで、情報データベース５０１に格納される運転データについて説明する。図３は、運転データの一例を示す概略図である。一群の運転データは、図３に示すように、各データを取得した時刻が分かるように、時系列で格納される。運転データとしては、上述した外乱データ、制御データ、出力データの他、例えば、カテゴリ識別番号等を含むように構成することができる。
　なお、図３に示す運転データは、便宜上単純化したものであり、かつ制御データおよび出力データの内容が略されている。この図では、外乱データとして三つの外乱情報Ｇ１～Ｇ３、カテゴリの分類として五つのカテゴリＣ１～Ｃ５が図示されている。
　正常運転データ抽出部５０３は、外乱情報に基づき分類されたカテゴリそれぞれについて、プラントが正常に運転されたときの運転データを抽出する。正常運転データ抽出部５０３は、具体的には、図４に示すように、例えば、情報データベース５０１からカテゴリ識別番号を含む運転データを取得（ステップＳ１）した後、その中からカテゴリＣ１に分類された全ての運転データを抽出する（ステップＳ２）。次いで、カテゴリＣ１について、時系列ごとの運転データに目標識別番号を付与する（ステップＳ３）。例えば、出力データが正常である運転データでは目標識別番号を「０」とし、異常である運転データでは目標識別番号を「１」とする。次いで、全てのカテゴリに対してステップＳ２およびステップＳ３を実行することで目標識別番号を付与した後、目標識別番号を運転データの一部としてこの運転データを情報データベース５０１に格納する（ステップＳ４）。
　設定値範囲導出部５０４は、分類されたカテゴリそれぞれについて、抽出された運転データを用い、制御量それぞれにおける正常な運転が行われた設定値の範囲を導出する。設定値範囲導出部５０４は、具体的には、図５に示すように、例えば、情報データベース５０１からカテゴリ識別番号および目標識別番号を含む運転データを取得（ステップＳ５）した後、その中からカテゴリＣ１に分類された全ての運転データを抽出する（ステップＳ６）。
　次に、ステップＳ６で抽出されたカテゴリＣ１の運転データそれぞれの出力データが正常であるか否か（目標範囲内であるか否か）を分別する（ステップＳ７）。ステップＳ７において、出力データが正常（目標識別番号が「０」）であると判定された運転データがある場合、出力データが正常（目標識別番号が「０」）であると判定されたカテゴリＣ１の全ての運転データの中から制御量ごとに設定値の最大値および最小値を求める（ステップＳ８）。一方、ステップＳ７において、出力データが正常（目標識別番号が「０」）であると判定された運転データがない場合、カテゴリＣ１の全ての運転データ（目標識別番号が全て「１」）から制御量ごとに設定値の最大値および最小値を求める（ステップＳ９）。
　次に、上述したステップＳ６～ステップＳ９を全てのカテゴリに対して実行した後、カテゴリごとに目標識別番号、並びに制御量ごとの設定値の最大値および最小値を情報データベースに格納する（ステップＳ１０）。図６は、各制御量の設定値の範囲の一例を示す概略図である。図６では、各カテゴリについて、制御量Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３ごとに設定値の範囲として最大値および最小値が示されている。設定値の範囲は、最大値や最小値であってもよく、中央値や最頻値等であってもよい。なお、設定値の下限（最小値）および上限（最大値）のうちのいずれか一方のみが問題となるような制御においては、設定値範囲導出部５０４は、最大値および最小値のいずか一方のみを導出してもよい。
　運転条件提示部５０５は、現在の外乱情報が属するカテゴリを導出し、この導出されたカテゴリについての制御量それぞれにおける設定値の範囲を提示する。運転条件提示部５０５は、具体的には、監視制御システム２０１を介してプラント３０１から現在の外乱情報を取得し、この現在の外乱情報がどのカテゴリに属するかを導出する。次いで、運転条件提示部５０５は、導出されたカテゴリにおける制御量Ｆ１～Ｆ３それぞれの設定値の範囲を情報データベース５０１から取得し、この取得した情報を後述する表示部５０６１に出力する。
　表示部５０６１は、運転条件提示部５０５から入力した情報を表示する。表示部５０６１としては、具体的には、例えば、各種情報を表示可能な表示画面を備えたディスプレイなどの表示装置を採用することができる。
　なお、運転条件提示部５０５において提示される設定値の範囲は、プラント３０１を制御するために必要な最低限の制御量における設定値の範囲であれば特に限定されないが、正常な運転が行われた設定値のうちの最小値若しくは最大値、または正常な運転が行われた設定値を使用した設定値の度数分布における中央値若しくは最頻値、のうちの少なくともいずれか１つであることが好ましい。
　運転条件提示部５０５が、例えば、最小値、最大値、中央値、および最頻値を提示する場合、これら値は、図９に示すように、表示部５０６１における表示装置の画面上に表示することができる。ここでは、制御量Ｆ１について、過去に採用した正常運転時の設定値のヒストグラムと共に、最小値、最大値、中央値および最頻値が合わせて表示されている。なお、制御量が複数ある場合、表示部５０６１は、制御量ごとに切り替えて表示してもよく、並べて表示してもよい。
　このように、運転条件提示部５０５が、過去の正常な運転実績がある最小値、最大値、中央値および最頻値のうちの少なくともいずれか１つを提示することで、プラント３０１が正常に運転されたときの実績を参照しながら、例えば、運転員の経験を反映させた的確な設定値を決定することができる。
　また、運転条件提示部５０５は、設定値の範囲に対応するエネルギー消費量のＣＯ２排出量換算値および／またはプラントの運転コストを提示するようにしてもよい。提示されるＣＯ２排出量換算値や運転コストは、制御量の設定値に対応付けて提示してもよく、上記設定値とは独立して提示してもよい。また、運転条件提示部は、過去のＣＯ２排出量換算値や運転コストも含めて提示するようにしてもよい。
　図８は、運転条件提示部が提示する運転コストを時系列で示した表示部の概略図である。図８では、化学プラントにおいて制御した薬剤投入量、ポンプ運転量およびヒータ調節温度（制御量）の設定値に対応する個別の運転コスト（購入コストやランニングコスト）、およびこれらを合計した運転コスト（評価）が時系列で表示されている。このような運転コストのデータは、各制御量の設定値をリアルタイムで換算してこれを上記設定値と共に情報データベース５０１に一旦格納し、運転条件提示部５０５が提示する際に情報データベース５０１から取得して提示したり、運転条件提示部５０５が運転コストを提示する都度、情報データベース５０１から取得した設定値を運転コストに換算してこれを提示するようにしてもよい。
　また、カテゴリごとに、ＣＯ２排出量換算値および運転コストそれぞれの合計値が最小となるような各制御量の設定値を算出し、この設定値を情報データベース５０１に格納すると共に、プラント３０１を運転する際、運転条件提示部５０５は、選択したカテゴリに対応して上記設定値を提示するようにしてもよい。
　このように、運転条件提示部５０５がＣＯ２排出量および／または運転コストの情報を提示することで、薬剤投入量等の制御量に関わる情報を加味してプラントの効果的な運転を行うことができる。
　なお、運転条件提示部５０５が、現在の外乱情報に対応するカテゴリを見つけられない、すなわち、現在の外乱情報がどのカテゴリにも属さないと判断した場合、運転条件提示部５０５は、現在の外乱情報がどのカテゴリにも属さないことを提示するか、または外乱情報がどのカテゴリにも属さないことを提示すると共に、現在の外乱情報に最も近いカテゴリを選択しかつこの選択したカテゴリについての制御量それぞれにおける設定値の範囲を提示してもよい。
　上述の最も近いカテゴリを選択する方法としては、例えば、現在の外乱情報から求めた仮想的なカテゴリ（以下、「仮想的カテゴリ」ともいう）と、情報データベース５０１から取得した全てのカテゴリとの空間的な距離を算出し、上記仮想的カテゴリに最も近い距離のカテゴリを選択する方法等を採用することができる。
　かかる場合、表示部５０６１は、例えば、表示や音声により現在の状態が新しい状態であることを警告すると共に、最も近いカテゴリおよびそのカテゴリにおける制御量それぞれの設定値の範囲を表示してもよい。
　図７は、各制御量の設定値の範囲の一例を時系列で示した概略図である。横軸は時刻であり、縦軸は、図７（ａ）が運転条件提示部５０５により提示された制御量Ｆ１に関する設定値の範囲（最小値および最大値）、図７（ｂ）が外乱情報（外乱情報Ｇ１～Ｇ３）、図７（ｃ）が運転条件提示部５０５により提示されたカテゴリ、をそれぞれ表している。図７では、過去に運転の実績がなく、運転時の外乱情報がどのカテゴリにも属さない状態が発生し、このときの仮想カテゴリに最も近い距離のカテゴリにおける設定値を運転条件提示部５０５が提示した状態を含んでいる（図７（ａ）および図７（ｃ）のハッチング部参照）。
　このように、たとえ現在の外乱情報がどのカテゴリにも属さない状態が発生した場合であっても、運転条件提示部５０５が過去の正常な運転に最も近いカテゴリにおける各制御量の設定値の範囲を提示することで、運転員の意思決定を支援し、プラントをより円滑に運転することができる。
　ここで、上述したカテゴリ生成部５０２、正常運転データ抽出部５０３、設定値範囲導出部５０４、および運転条件提示部５０５、後述する将来カテゴリ予測部５０７等における処理は、それぞれハードウェアとソフトウェアとを組み合わせることによって実現することができる。ハードウェアとしては、例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）、インターフェース（入力装置・表示装置など）、こららを繋ぐバスなどにより構成されたコンピュータ等が挙げられる。ソフトウェアとしては、例えば、上述した制御を実行することが可能なプログラム等が挙げられる。上記プログラムは、例えば、ハードディスクドライブに格納され、必要に応じてＲＡＭに読み込まれてＣＰＵにて演算される。また、当該プラント運転支援システム１と、監視制御システム２０１、プラント３０１および設定値入力装置４０１とをつなぐ通信手段としては、無線ＬＡＮ、有線ＬＡＮ、インターネット回線などの公知の技術を用いることができる。
　以上のように、当該プラント運転支援システム１は、上記構成であるので、制御量それぞれについて、過去に運転実績がある信頼性の高い設定値の範囲を提示することができ、運転員が確信を持って各制御量における設定値を決定することができる。また、当該プラント運転支援システム１は、各制御量の設定値を一義的に決定せずにその範囲を提示することで、例えば、運転員の意思を反映させた柔軟性のあるプラントの運転を行うことができる。
［第２の実施形態］
　図１０は、第２の実施形態の概略的ブロック図である。当該プラント運転支援システム２は、図１０に示すように、概略的に、情報データベース５０１と、カテゴリ生成部５０２と、正常運転データ抽出部５０３と、設定値範囲導出部５０４と、将来カテゴリ予測部５０７と、表示部５０６２とにより構成されている。第２の実施形態は、将来カテゴリ予測部５０７および表示部５０６２を備えている点で、第１の実施形態と異なっている。なお、情報データベース５０１、カテゴリ生成部５０２、正常運転データ抽出部５０３および設定値範囲導出部５０４は、第１の実施形態のものと同様であるので、同一部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。
　将来カテゴリ予測部５０７は、現在の外乱情報の変化傾向に基づき、将来属するカテゴリを予測する。具体的には、将来カテゴリ予測部５０７は、過去の運転データを用いて外乱情報の変化に対するカテゴリの変化を予め求めておき、その情報を情報データベース５０１に格納すると共に、必要に応じて情報データベース５０１に格納された上記情報を取得し、将来予測されるカテゴリや設定値の範囲等を提示してもよい。この際、外乱情報およびカテゴリの変化に関する情報データベース５０１への情報の格納は、例えば、カテゴリが変化した全ての時点について行ってもよく、将来の予測が重要となる短時間で少なくとも２つ以上のカテゴリに連続的に推移するとき（非定常状態）にのみ行ってもよい。また、将来カテゴリ予測部５０７は、情報データベース５０１に蓄積された運転データの中から現在の外乱情報の変化傾向と同じ変化傾向であった過去の運転データを探索し、そのときの運転データを用いて将来予測されるカテゴリや設定値の範囲等を提示してもよい。
　表示部５０６２は、例えば、運転条件提示部５０５が提示したカテゴリや設定値の範囲等に関する情報、将来カテゴリ予測部５０７が予測したカテゴリや設定値の範囲等に関する情報を表示装置の画面上に表示する。また、表示部５０６２は、予測される将来の外乱情報がどのカテゴリにも属さないと将来カテゴリ予測部５０７が判定した場合、例えば、表示や音声により現在の状態が新しい状態であることを警告したり、将来の外乱情報Ｇ１～Ｇ３から求めた仮想的カテゴリに最も近い距離のカテゴリや、そのカテゴリにおける制御量それぞれの設定値の範囲等を表示するようにしてもよい。
　このように、当該プラント運転支援システム２は、上記構成であるので、例えば、外乱情報の時間変動が速く、短時間でカテゴリが変化する状況下であっても、将来属する可能性が高いカテゴリや設定値の範囲等を提示し、プラント３０１をより円滑に運転することができる。
　なお、本発明は、上述した実施形態の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
　例えば、上述した第１の実施形態では、一つのプラント３０１の制御を行うプラント運転支援システム１について説明したが、図１１に示すように、例えば、一つのプラント運転支援システム１０が、相互に同種または異種の二以上のプラントを制御可能となるような運転支援システムであってもよい。かかる場合、例えば、情報データベース５０１０が三つのプラント３０１１，３０１２，３０１３それぞれについて運転データを分けて格納し、カテゴリ生成部５０２０、正常運転データ抽出部５０３０、設定値範囲導出部５０４０、および運転条件提示部５０５０それぞれが、プラントごと運転データを取得して上述したような処理を実行するようにしてもよい。これにより、二以上のプラントを効率よく制御することができる。
　また、カテゴリ生成部５０２、正常運転データ抽出部５０３、および設定値範囲導出部５０４それぞれの処理は、ある時点に一度のみ実行してもよいが、異なる時期に複数回実行することが好ましい。複数回実行する場合、定期的に実行してもよく、仮想カテゴリの外乱情報に対応する運転データ（制御量等）の実績が得られた時など、運転データの蓄積状況に応じて不定期（適時）に実行してもよい。これにより、プラントの制御をより的確かつ円滑に行うことができる。
　また、上述した実施形態では、外乱情報が三つ（外乱情報Ｇ１～Ｇ３）、カテゴリが五つ（カテゴリＣ１～Ｃ５）である実施形態について説明したが、外乱情報の数は、１若しくは２、または４以上であってもよく、カテゴリの数は、１以上４以下または６以上であってもよい。カテゴリの数は、例えば、制御の細かさ、出力データの変動速度や応答時間等により適宜選択することができる。
　１，２　プラント運転支援システム
　３０１　プラント
　５０１　情報データベース
　５０２　カテゴリ生成部
　５０３　正常運転データ抽出部
　５０４　設定値範囲導出部
　５０５　運転条件提示部
　５０６１，５０６２　表示部
　５０７　将来カテゴリ予測部
　Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３　制御量
　Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３　外乱情報
 

Claims (7)

  1. 　少なくとも１つの制御量についての設定値の範囲を提示してプラントの制御を支援するプラント運転支援システムであって、
    　前記制御量についての設定値を含む過去の運転データを用い、過去の外乱情報をパラメータとして前記過去の運転データをカテゴリに分類するカテゴリ生成部と、
    　前記分類されたカテゴリそれぞれについて、前記プラントが正常に運転されたときの運転データを抽出する正常運転データ抽出部と、
    　前記分類されたカテゴリそれぞれについて、前記抽出された運転データを用い、前記制御量それぞれにおける正常な運転が行われた前記設定値の範囲を導出する設定値範囲導出部と、
    　現在の外乱情報が属するカテゴリを導出し、この導出されたカテゴリについての前記制御量それぞれにおける前記設定値の範囲を提示する運転条件提示部と、を備えていることを特徴とするプラント運転支援システム。
  2. 　現在の外乱情報がどのカテゴリにも属さない場合、運転条件提示部が、前記現在の外乱情報がどのカテゴリにも属さないことを提示するか、または前記外乱情報がどのカテゴリにも属さないことを提示すると共に、前記現在の外乱情報に最も近いカテゴリを選択しかつこの選択したカテゴリについての制御量それぞれにおける設定値の範囲を提示する請求項１に記載のプラント運転支援システム。
  3. 　運転条件提示部において提示される設定値の範囲が、正常な運転が行われた設定値のうちの最小値若しくは最大値、または前記正常な運転が行われた設定値を使用した設定値の度数分布における中央値若しくは最頻値、のうちの少なくともいずれか１つである請求項１または請求項２に記載のプラント運転支援システム。
  4. 　運転条件提示部が、設定値の範囲に対応するエネルギー消費量のＣＯ２排出量換算値および／またはプラントの運転コストを提示する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプラント運転支援システム。
  5. 　カテゴリ生成部が、適応共鳴理論を用いてカテゴリに分類する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のプラント運転支援システム。
  6. 　現在の外乱情報の変化傾向に基づき、将来属するカテゴリを予測する将来カテゴリ予測部を更に備えている請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプラント運転支援システム。
  7. 　二以上のプラントを制御可能な請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のプラント運転支援システム。
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