JP2011198169A - 産業プラントの運転制御システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】生産設備に必要な用役を供給する用役設備を制御するための指令値を作成するプラント運転監視制御システムにおいて、生産設備で生産される被生産物に与えられるべき時間経過に対する物性値を定めた製造処方と、被生産物の生産開始時刻、生産終了時刻生産量および生産開始時刻から生産終了時刻の間に生産される被生産物の生産量を定めた生産計画に基づいて、時刻経過に対して被生産物を生産するにあたり必要十分な用役の需要量を示した用役需要量パターンを生成する。このように得られた用役需要量パターンを用いて、用役設備に対する指令値を算出し用役設備を制御することを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
以下、本発明を実施するための形態を、図を参照しながら説明する。
(1)バッチ式攪拌反応槽201に原料を投入する(時刻0)。原料は20℃の温度で投入されるものとし、10分間その温度を維持する。また、原料の投入と同時に一定回転速度の攪拌を開始する。
(2)バッチ式攪拌反応槽201に原料投入後10分たってから同時にバッチ式攪拌反応槽201内部の温度を上昇させ、10分間で60℃に上昇させる。攪拌翼203は(1)と同じ一定回転速度で攪拌し続ける。
(3)バッチ式攪拌反応槽201内部の温度が60℃まで上昇したら、50分間その温度を保ち、反応を進める。攪拌翼203は(1)と同じ一定回転速度で攪拌し続ける。
(4)バッチ式攪拌反応槽201の温度が60℃になってから50分間経過したら、バッチ式攪拌反応槽201の温度を、10分で20℃に低下させる。攪拌翼203は(1)と同じ一定回転速度で攪拌し続ける。
(5)バッチ式攪拌反応槽201の温度が20℃に低下したら、生産終了時刻まで同温に保ち続ける。攪拌翼203は(1)と同じ一定回転速度で攪拌し続ける。
(6)生産終了時刻に攪拌翼203を止め、バッチ式攪拌反応槽201内部の生成物を抜き取る。
ここでEはある時刻での用役需要量、fjは負荷率zjの時の用役設備jの出力する用役量。本実施形態においては、蒸気発生源であるボイラは燃料のみ消費するため電気によるCO2排出量αj(zj)=0、ターボ冷凍機は電力のみ消費するため燃料によるCO2排出量βj(zj)=0である。本実施形態では用いていないが、電気と蒸気を共に用いる吸収式冷凍機などでは共に、0ではない。評価関数Jの最小値を求めるためには、最適化問題の解法として知られているもの(例として混合整数計画法)を用いる。
発明を実施するための形態1では、反応開始時点で環境温度T_aを取得し、生産開始から生産終了までの用役需要量補正を行っていた。しかし、補正のために用いる用役設備108,生産設備107、環境条件の各種状態量が、時間変動によって大幅に変動する場合には、時間が経過するにつれ、補正済みの用役需要パターンと実際の用役需要パターンとの間に大きな誤差が生じる可能性がある。そのため、発明を実施するための形態1の環境温度T_aが短時間で大きく変動するとして、以下にその時の計算方法を述べる。
〔発明を実施するための形態3〕
続いて生産設備107が複数ある実施形態について述べる。例として、発明を実施するための形態1において、反応槽が2基あるとする。
〔発明を実施するための形態4〕
実施形態1の攪拌翼203の動力が、コージェネレーションシステムを採用していて、燃料の消費による発電機からの電力供給と、発電所から購入する電力の双方によって与えられる場合の実施形態について述べる。
この評価関数Jを最小化するように、用役設備の起動停止変数,負荷率,発電所からの購入電力を決定する。制約条件としては、各時点で用役需要パターンを下回らないことが要求される。攪拌翼203が用いる購入電力がf_eの時、発電機を通して用いられる蒸気エネルギーは、(P_e−f_e)/ηで与えられることから、E(t)を反応槽の用役需要パターン601を補正した用役需要パターン用役需要パターン701として、制約条件は下記の式で得られる。
これにより、各時点で制約条件(数8)を満たし、かつ(数7)を最小化するようなz_j,x_j,f_eの組合せを選ぶことで、ボイラA,B,Cと発電所からの購入電力とを合わせた全体での最適運転が可能となる。冷熱供給については、実施例3と同様にして冷熱機器のみで最適運転を求める。
102 第2の記憶装置
103 第2のインタフェース
104 第1の記憶装置
105 第1のインタフェース
106 用役需要量演算モジュール
107 生産設備
108 用役設備
109 第4のインタフェース
110 第5のインタフェース
111 用役需要量補正モジュール
112 最適運転制御モジュール
113 第6のインタフェース
114 第3の記憶装置
115 第3のインタフェース
201,1401 バッチ式攪拌反応槽
202,204,206 配管
203 攪拌翼
205 反応槽のジャケット
207 蒸気・冷水ヘッダ
301,1501 生産計画
302,1502 生産開始時刻
303,1503 生産終了時刻
401 製造処方
501 区間1(0分〜10分)
502 区間2(10分〜20分)
503 区間3(20分〜70分)
504 区間4(70分〜80分)
505 区間5(80分〜生産終了)
506 製造処方条件から得られる用役需要パターン
601 用役需要パターン506に生産計画の時刻情報を加えた用役需要パターン
701 用役需要パターン601を補正した用役需要パターン
801 ボイラA
802 ボイラB
803 ボイラC
804 冷凍機A
805 冷凍機B
806 冷凍機C
901 電気によるCO2排出量
902 燃料によるCO2排出量
1001 最適運転制御モジュールによって得られる時定数未考慮の運転計画
1101 ボイラ1の立上げ時間
1102 ボイラ2の立上げ時間
1103 ボイラ3の立上げ時間
1104 冷凍機1の立上げ時間
1105 冷凍機2の立上げ時間
1106 冷凍機3の立上げ時間
1107 最適運転制御モジュールによって得られる運転計画
1201 蒸気の供給熱量
1301 冷水の供給冷凍能力
1402,1403 弁
1504 生産量
1601 補正済み用役需要パターン
1701 全体の用役需要パターン
1801 発電機
1901 電力需要パターン
Claims (6)
- 生産設備に必要な用役を供給する用役設備を制御するための指令値を作成するプラント運転監視制御システムにおいて、
前記生産設備で特定の被生産物を生産するにあたり、
時間経過に対して前記被生産物に与えられるべき物性値を定めた製造処方に関する製造処方データと、
前記生産設備で生成される前記被生産物の生産開始時刻、生産終了時刻および前記生産開始時刻および生産終了時刻からなる所定の時間内に生産される被生産物の生産量を定めた生産計画に関する生産計画データとを入力し、
前記入力した製造処方データと生産計画データとに基づいて、前記被生産物を生産するために必要十分な用役の需要量を時刻経過に対して示した用役需要パターンを生成し、
前記用役需要パターンを用いて前記指令値を算出し、
前記指令値に基づいて前記用役設備を制御することを特徴とするプラント運転監視制御システム。 - 請求項1に記載のプラント運転監視制御システムにおいて、
前記プラント運転監視制御システムは、
前記製造処方データを保持する第1の記憶装置から特定の被生産物の製造処方を取得する第1のインタフェースと、
前記生産計画データを保持する第2の記憶装置から特定の被生産物の製造処方を取得する第2のインタフェースと、
前記第1のインタフェースおよび前記第2のインタフェースとから取得された前記製造処方および前記生産計画に基づいて、前記用役需要パターンを生成する用役需要量演算モジュールと、
前記用役需要量演算モジュールから得られた前記用役需要パターンを、前記生産設備と、前記用役設備と、外気温などの環境条件の状態量の少なくとも一つ用いて補正する用役需要量補正モジュールと、
前記用役設備が必要とされる用役量を出力するまでにかかる起動時間をデータとして保持する第3の記憶装置からデータを取得する第3のインタフェースと、
前記用役需要量補正モジュールによって補正された用役需要パターンに基づいて、複数の用役設備に対して負荷を分散する最適計算を行い、前記最適計算から得られた最適運転計画および前記第3のインタフェースから取得した前記用役設備の起動時間に関するデータとに基づいて、用役設備に運転指令を行う運転計画を作成する最適運転制御モジュールと、
を有することを特徴とするプラント運転監視制御システム。 - 請求項2に記載のプラント運転監視制御システムにおいて、
前記用役需要量演算モジュールは、前記生産設備で特定の被生産物を生産するにあたり、前記被生産物に関する前記製造処方データおよび前記被生産物に関する前記生産計画データが入力され、時間経過に対して前記生産設備において被生産物を生成するために必要十分な用役の需要量を示した用役需要パターンを算出することを特徴とするプラント運転監視制御システム。 - 請求項1に記載のプラント運転監視制御システムにおいて、
前記プラント運転監視制御システムは、前記生産設備で特定の被生産物を生産するにあたり、
前記製造処方データおよび前記生産計画データとに基づいて前記用役需要パターンデータを生成し、前記生産設備、前記用役設備、および外気温などの環境条件の状態量の少なくとも1つを用いて前記用役需要パターンデータを補正し、補正された用役需要パターンデータに基づいて、複数の用役設備に対して負荷を分散する最適計算を行い、前記最適計算から得られた最適運転計画を用いて、各種用役設備が、必要とされる用役量を出力するまでにかかる時間だけ遅れて用役設備に運転指令を行う運転計画を作成することを特徴とするプラント運転監視制御システム。 - 請求項2に記載のプラント運転監視制御システムにおいて、
前記第3の記憶装置は、前記用役設備が必要な用役量を出力するまでにかかる時間は予め記憶していることを特徴とするプラント運転監視制御システム。 - 請求項1に記載のプラント運転監視制御システムにおいて、
前記生産設備が複数台ある場合、各生産設備に与えられている前記生産計画を用いて前記用役設備の時刻経過に対する用役需要パターンを生成し、前記用役需要パターンに基づいて前記用役設備に対する指令値を算出し、前記指令値に基づいて前記用役設備を制御することを特徴とするプラント運転監視制御システム。
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