産業プラントの運転制御システム
【課題】生産量の急変や製品種の変更に対して、その時点で精度の高い需要用役量予測を行い、その予測によって無駄なく必要な用役を供給し、省エネとＣＯ2削減を行うことを目的とする。
【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。
【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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業プラントの運転制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼・石油化学・食品・医薬品などの種々の産業プラントでは、省エネやコストの最小化を行うことが求められている。そこで、生産物を生成する生産設備が必要とする各種用役を供給する用役設備において、必要な用役量だけ用役設備から供給する方法や、必要用役量決定後に用役設備の負担を最適化する方法などが用いられている。
【０００３】
例えば、特開平５−１０８１１７号公報には、過去の用役設備から供給される用役需要量を、実績用役需要量データとして取得し、これを用いて用役の需要予測パターンを作成し、１日ごとに最新のデータを用いて修正を加えることで、将来の需要予測パターンを予測する方法が開示されている。
【０００４】
また、特開平１１−２１７７８８号公報には、製紙工場において、つながりがない個別の制御ループを持つ、パルプ機械制御部，製紙機械制御部，用役設備制御部の少なくとも２つの制御部間でプラント操業情報を互いに連携して製紙工場全体の運転最適化を行う統合制御システムが記載されている。
【０００５】
また、特開平９−１７９６０４号公報には、製品生産スケジュールを元に用役の需要量の生産スケジュールを設定し、売電価格などの情報を用いて用役の需要量の生産スケジュールを調整して、その調整スケジュールに基づいて用役量の生成を行うプラント運転制御システムが知られている。
【０００６】
さらに、特開２０００−２６５１８４号公報では、個別の用役設備群とその他の設備群の制御系を融合することによる運転の最適化について述べられている。
【０００７】
以上のように、従来の各種産業プラントは、同一のプラントにおいて長期間にわたって同一の製品を生成することで、過去の実績データを元にして実績用役需要量データを得ることができ、そのデータに基づき用役設備の制御を行うものである。さらにこのようにして得られた実績用役需要量データは、プラントの機器特性等を考慮することで修正され、修正後の用役需要量データに基づいて用役設備の制御を行うことで制御精度を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−１０８１１７号公報
【特許文献２】特開平１１−２１７７８８号公報
【特許文献３】特開平９−１７９６０４号公報
【特許文献４】特開２０００−２６５１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら近年、各種産業プラントにおいて、景気動向や発注元の事情の影響を受け、受注の製品変更や、増加・減少といった生産量の変動、さらには、同一の製品を生産する期間も次第に短くなる傾向が生じており、不定期の時間幅で異なる製品を異なる量で生成することが多くなっている。このように、不定期の時間幅で、同一プラントであっても生成する製品種および生産量が変動する、いわゆる多品種少量生産が一般的になってきている。
【００１０】
多品種少量生産は、生産設備に供給するために用役設備が供給する需要量予測パターンを算出する際に、従来とは異なる以下の様な課題が生じてくる。
【００１１】
まず、多品種少量生産の性質上、各生産工程によって生産設備に供給される用役量が予想の困難な形で変動するため、従来のように過去の実績データを用いて需要量パターンの作成を行うことができないという課題がある。
【００１２】
つまり、従来技術において示した、特開平５−１０８１１７号公報は、過去の実績データを元にして用役設備の需要予測を行うものであるため、過去に類似事例がない場合や、これまでと異なる製品を生産する場合には需要予測の精度が低くなってしまう。
【００１３】
また、特開２０００−２６５１８４号公報では個別の用役設備群とその他の設備群の制御系を融合することによる運転の最適化について述べられているが、必要用役量の変動に対して、適切な用役供給を行う方法は示されていない。
【００１４】
さらに、特開平９−１７９６０４号公報では、必要用役量は生産計画から取得するとしているが、必要用役量の変動に対処するための具体的な方法は述べられていない。
【００１５】
以上のような課題に加え、近年の各製造業分野における省エネルギー化に伴って、その生産設備の非稼動時のエネルギーを減らす活動「エネルギーのJust in Time（ＪＩＴ）化」の思想の導入を導入することも求められている。つまり、「必要なときに、必要なところへ、必要な量のエネルギー供給と使用」ができるように、生産物を生産する生産開始時刻、生産終了時刻および生産開始から終了時刻までの所定の時間内の生産量を考慮し、時刻経過に対して用役の需要量パターンを算出することが求められている。
【００１６】
しかしながら、従来、産業プラントにおいては、エネルギーのＪＩＴ化の適用は行われていない。つまり、生産設備に用役を供給する用役設備は、生産設備において生産される被生産物に与えられるべき用役量を上回る用役を生成し、生産設備に供給していた。そして実際に被生産物の生産に使用されなかった余剰の用役量は、廃棄，循環させたり、電気エネルギーに変換するなどしていた。
【００１７】
例えば、特開平９−１７９６０４号公報では、プラントの生産活動の高効率化を達成するとともにプラントで必要なエネルギーの時間と共に変動することで生じる大量の余剰エネルギーを、電気エネルギーへ変換して電力会社等に売電する運転制御システムを提供することを目的としている。
【００１８】
また、余剰用役量をストックしておき、後の生産工程においてストック分の余剰エネルギーを生産設備に投入するなどの方式も採用されている。
【００１９】
以上より従来は、用役設備において、被生産物を生成するのに与えられるべき用役量を上回る用役量が作られ、生産設備に供給していた。そして、過去に実際に生産設備で使用される用役量を実績用役需要量データとして得、その実績データに基づいて需要予測パターンを予測し、その用役予測パターンに基づいて用役設備の制御を行っていた。
【００２０】
よって、本発明では、過去の実績用役需要量データがない多品種少量生産において、生産設備において被生産物を生産するに際して、必要な時刻に、余剰用役量を生じることなく必要十分なだけの用役量を用役設備において生成することを目的としている。つまり、生産量の急変や製品種の変更に対して、複数日の実績データを必要とせずに、時刻経過に対して被生産物を生成するための必要十分な用役の需要量を生成し生産設備に供給することができるので、いわゆるエネルギーのＪＩＴ化を実現したプラント運転制御システムの実現が可能となる。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
産業プラントにおける被生産物が、多品種少量生産の場合、過去の実績用役需要量データがない状況で用役需要量を算出すること、およびエネルギーＪＩＴ化の思想に基づいて被生産物を生産する際に、必要な時刻に必要な用役量のみ用役設備で生成し生産設備に供給するための方策として、プラントの運転監視制御システムは、以下のような構成をとることが考えられる。
【００２２】
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、生産設備で特定の被生産物を生産するにあたり、時間経過に対して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、生産設備で生成される被生産物の生産開始時刻、生産終了時刻および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、被生産物を生成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、用役需要パターンを用いて指令値を算出し、指令値に基づいて用役設備を制御することを特徴としている。
【００２３】
本構成は、特に、同一プラントであっても不定期の時間幅で、異なる製品を作る状況いわゆる多品種少量生産の場合であって、過去の実績需要量データがない状況でとられることが好ましい。
【００２４】
本発明においては、用役需要パターンを生成するにあたり、製造処方データおよび生産計画データを用いることが特徴である。
【００２５】
製造処方とは、特定の被生産物を生成する際に、時間経過に対して被生産物に与えられるべき物性値からなるものである。つまり、生産開始時間から生産終了時間までの各時間において、被生産物がとるべき物性値が示されている。つまり、時間経過に対する物性値の変化率も示されていることになる。物性値としては、被生産物に与えられる温度，湿度，圧力などが挙げられる。また、製造処方は、被生産物の粘度，濃度，密度、また原料や添加物などの物質の情報や生産方法などの時間経過に対するデータであっても良い。
【００２６】
一方、生産計画とは、被生産物が生産開始・終了される時刻と、この開始・終了時間内に生産されるべき被生産物の生産量を有しており、時間経過に対する生産量のデータを示したものである。
【００２７】
なお、生産設備が複数台あり、時間経過に対して各生産設備を順番に稼動させる場合や、各生産設備を複数台同時に稼動させる場合においても、各生産設備における生産計画を用いることで、用役設備で生成すべき用役の需要量の合計を時間経過に対して算出することができる。
【００２８】
このような時間経過に対する製造処方および時刻経過に対する生産計画を用いることによって、被生産物を生産する際に、余剰用役量を生じることがないように、時刻経過に対して必要十分な用役の需要量、つまり用役需要パターンを算出することができる。
【００２９】
そして、この用役需要パターンを用いて、用役設備を制御するための指令値を算出し、この指令値に基づいて用役設備を制御する。
【００３０】
このことによって、被生産物を生産する際に必要十分なだけの用役を用役設備で生成し、生産設備に供給することができる。
【００３１】
また、運転監視制御システムは、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、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、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、用役需要量演算モジュールから得られた用役需要パターンを、生産設備と、用役設備と、外気温などの環境条件の状態量とを用いて補正する用役需要量補正モジュールと、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、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、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最適運転制御モジュールとを有することを特徴とする。
【００３２】
第１の記憶装置には、被生産物の製造処方データが保持されており、また第２の記憶装置には被生産物の生産計画データが保持されている。
【００３３】
そして、用役需要量演算モジュールは、特定の被生産物を生産するにあたり、製造処方データを第１のインタフェースを介して、また生産計画データを第２のインタフェースを介して取得する。用役演算モジュールにおいて、これら製造処方データおよび生産計画データに基づいて用役需要パターンを生成する。
【００３４】
次に、用役需要量補正モジュールでは、この用役需要量パターンに基づいて、生産設備，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一つを用いて用役需要パターンを補正する。
【００３５】
さらに、用役需要量補正モジュールにおいて補正された用役需要パターンは、最適運転制御モジュールにおいて、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、最適計算から得られた最適運転計画および第３のインタフェースを介して得られた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に関するデータに基づいて、用役設備に運転指令を行う運転計画を作成する。
【００３６】
また、用役需要量演算モジュールは、生産設備で特定の被生産物を生産するにあたり、被生産物に関する製造処方データおよび被生産物に関する生産計画データが入力され、時間経過に対して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している。
【００３７】
さらに、運転監視制御システムは、生産設備で特定の被生産物を生産するにあたり、製造処方データおよび生産計画データに基づいて、用役需要パターンデータを生成し、生産設備，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、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運転監視制御システムである。
【００３８】
本発明で用いる用役設備は、例えば蒸気を生成するボイラや冷水を生成する冷凍機であって、これらの機器がそれぞれ仕様の異なるものであっても、複数の用役設備に対して運転指令を行う運転計画を作成することができる。
【００３９】
さらに、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を予め記憶していることを特徴としている。
【００４０】
この時間は設備の種類，製品ごとに異なっており、その値はあらかじめ第３の記憶装置に保持されている。この時間を考慮することで、予め稼動させておくことによる無駄なエネルギーの生成を防ぐことが可能となる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明により、生産量の急変や製品種の変更に対して、複数日の実績データを必要とせずに精度の高い用役の需要予測を行い、無駄なく必要な用役を供給することで、省エネとＣＯ2削減を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態における全体構成を示すブロック図。
【図２】本発明を適用するバッチ式攪拌反応槽。
【図３】第２の記憶装置１０２が保持する生産計画。
【図４】第１の記憶装置１０４が保持する製造処方。
【図５】用役需要量演算モジュール１０６によって製造処方条件から得られる用役需要パターン５０６。
【図６】製造処方条件から得られる用役需要パターン５０６に生産計画の時刻情報を加えた用役需要パターン６０１。
【図７】用役需要量補正モジュール１１１において、用役需要パターン６０１を補正した用役需要パターン７０１。
【図８】用役設備および生産設備の構成を含めた本実施形態の全体構成図。
【図９】電気及び燃料におけるＣＯ2排出量と負荷率の特性曲線。
【図１０】最適運転制御モジュール１１２によって得られる最適運転計画１００１。
【図１１】最適運転制御モジュール１１２によって得られる運転計画１１０７。
【図１２】最適運転制御モジュール１１２によって得られた運転計画に基づく蒸気の供給熱量１２０１。
【図１３】最適運転制御モジュール１１２によって得られた運転計画に基づく冷水の供給冷凍能力１３０１。
【図１４】実施例３において、生産設備が複数台ある場合の全体構成図。
【図１５】実施例３において、第２の記憶装置１０２が保持する生産計画１５０１。
【図１６】実施例３において、用役需要量補正モジュール１１１によって補正された補正済み用役需要パターン１６０１。
【図１７】実施例３において、独立に算出した複数の生産設備に対する用役需要パターンを足し合わせた全体の用役需要パターン１７０１。
【図１８】実施例４において、攪拌翼２０３の動力を発電機および購入電力双方によって得られる場合の全体構成図。
【図１９】実施例４において、攪拌翼２０３が必要とする電力需要パターン。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
〔発明を実施するための形態１〕
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。
【００４４】
図１に、被生産物を生産する生産設備１０７、生産設備１０７に生産設備が被生成物を生成するのに必要な各種必要用役量を供給する用役設備１０８、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１０１、被生産物の製造処方データを保持する第１の記憶装置１０４、被生産物の生産計画データを保持する第２の記憶装置１０２、および用役設備が必要用役量を出力するまでにかかる時間を記憶する第３の記憶装置１１４を示す。
【００４５】
本発明では、生産設備１０７はバッチ式攪拌反応槽を適用する。
【００４６】
用役設備１０８は、生産設備１０７において被生産物を生産するために必要な用役を生産設備１０７に供給するものであり、用役には例えば温水・冷水・エア・電気・蒸気などが挙げられる。本発明の実施例においては、以下用役として蒸気および冷水を用いるものとして説明する。
【００４７】
プラント運転監視制御システム１０１は、製造処方データを保持する第１の記憶装置１０４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１０５と、生産計画データを保持する第２の記憶装置１０２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１０３とを有し、第１のインタフェース１０５と第２のインタフェース１０３を介して取得した特定の被生産物の製造処方と生産計画に基づいて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１０６とを有する。
【００４８】
さらに、生産設備および用役設備の状態量を取得する第４のインタフェース１０９と、外気温などの環境条件の状態量を取得する第５のインタフェース１１０とを有し、第４のインタフェース１０９，第５のインタフェース１１０、および第１のインタフェースから得られた状態量のうち、少なくとも１つを用いて、用役需要量演算モジュール１０６から得られた用役需要パターンを補正する用役需要量補正モジュール１１１とを有する。
【００４９】
さらに、プラント運転監視制御システム１０１は、第３の記憶装置１１４に保持されているデータを取得する第３のインタフェース１１５を有している。
【００５０】
最適運転制御モジュール１１２は、用役需要量補正モジュール１１１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、最適計算から得られた最適運転計画を用いて、第３のインタフェース１１５を介して取得された用役設備が必要な用役量を出力するまでにかかる時間に関するデータを用いて、用役設備１０８に運転指令を行う運転計画を作成することを特徴としている。
【００５１】
このように作成された用役設備に対する運転指令は、プラント運転監視制御システム１０１に設けられた第６のインタフェース１１３を介して、用役設備１０８に指令値が出力される。
【００５２】
このように入力された指令値に基づいて、用役設備１０８は起動・停止を行う。
【００５３】
図２に、本発明を適用するバッチ式攪拌反応槽２０１を示す。
【００５４】
バッチ式攪拌反応槽２０１は、配管２０２により原料を投入し、攪拌翼２０３によって攪拌を行う。処方を適用し終えた生成物は、配管２０４を通じて取得する。
【００５５】
バッチ式攪拌反応槽２０１のジャケット２０５には、配管２０６を通して蒸気または冷水を流入させ、その供給量の変動によって、バッチ式攪拌反応槽２０１の温度を制御する。本実施形態では、蒸気・冷水ヘッダ２０７は十分小さく、また配管２０６の長さは十分短いものとして、プラント運転制御システムで用いるロジックでは考慮しない。しかし、蒸気・冷水ヘッダ２０７と配管２０６が無視できない場合でもプラント運転監視制御システム１０１内のロジックを変更することで対応可能である。
【００５６】
図３に、第２の記憶装置１０２に保持されている被生産物の生産計画３０１を示す。生産計画３０１には、被生産物を生産するための生産開始時刻３０２，生産終了時刻３０３および生産開始・終了時刻までの時間内に生産すべき生産量が与えられている。図３の生産計画３０１では、生産開始時刻が９：５０、生産終了時刻が１１：２０、およびこの９０分間において１０［ｍ3］生産することが示されているデータである。
【００５７】
図４に、第１の記憶装置１０４に保持されている製造処方４０１を示す。製造処方４０１は、図４に示すように、時間経過に対して被生産物に与えられるべき物性値を示したものである。各時間における物性値が与えられているため、時間経過に対する物性値の変化率も示されていることになる。
【００５８】
ここで、バッチ式攪拌反応槽２０１で生成物を得るための製造処方４０１について、図２，図４を用いて説明する。
（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。
【００５９】
ここでは、時間経過に対する被生産物に与えられるべき物性値として、反応槽温度を示したが、他にも、湿度・圧力といった生産設備で設定すべき生産条件、粘度・濃度・密度などの生産設備で生産される被生産物の物性値、原料や添加物など生産設備に添加する物質の情報や具体的な手順などについての時系列データであるものであっても良い。
【００６０】
以下、生産設備にバッチ式攪拌反応槽２０１を適応した場合、プラント運転監視制御システム１０１において用役設備１０８を制御するための指令値の算出方法について説明する。
【００６１】
プラント運転監視制御システム１０１は、用役需要量演算モジュール１０６，用役需要量補正モジュール１１１および最適運転制御モジュール１１２を有し、各部における算出方法を図１を用いて説明する。
【００６２】
まず、第２のインタフェース１０３を介して取得した被生産物の生産計画３０１および第１のインタフェース１０５を介して取得した製造処方４０１が、用役需要量演算モジュール１０６に入力される。
【００６３】
そして、生産計画３０１から、９時５０分に生産を開始して１１時２０分に生産を終了するという生産時刻情報と、生産量の１０［ｍ3］を取得する。また、製造処方４０１から、時間経過に対する被生産物に与えられるべき物性値を取得する。
【００６４】
これらの情報は、以下に示すような、用役需要量演算モジュール１０６に保持されている用役の需要量推定のためのロジックに入力される。
【００６５】
以下、用役需要量演算モジュール１０６に保持されているロジックを示す。
【００６６】
【数１】
【００６７】
【数２】
【００６８】
【数３】
【００６９】
（数１）に記載されているＰは、バッチ式攪拌反応槽２０１が必要とする用役需要パターンである。ＰはＨとＦの和からなり、Ｈは放熱を考えない場合の用役需要パターン、Ｆはバッチ式攪拌反応槽２０１からの放熱量を与える関数である。また、（数２）に示されている、ρは反応液密度、Ｃｐは反応液比熱、Ｔｒ０はある時点での反応液温度、Ｔｒ１はＴｒ０から経過した任意の時間において設定される所望の反応液温度、Δｔは反応液の温度をＴｒ０からＴｒ１まで変化させるためにかける時間である。（数３）に示されているＴｒは反応液温度、Ｔａは環境温度を表す。
【００７０】
なお、各変数は以下のように取得される。温度変化を行う時の温度Ｔｒ０，Ｔｒ１と温度変化にかける時間Δｔは、製造処方４０１から、また、生産量Ｖは生産計画３０１から取得される。さらに、環境温度Ｔａは、反応開始直前でなければ正確な値は不明なため、予測環境温度としてＴａ＿ｈを設定し、本実施形態ではＴａ＿ｈ＝２０［℃］とする。
【００７１】
なお、この用役の需要量推定のためのロジックは、被生産物の生産量から用役量を導き出せるものであればよく、この式に限定されるわけではない。また、用役需要量をパワーとして求めているが、用役需要推定パターンの正側では生産設備を温める必要があるため、対応した用役量を供給できる蒸気を供給すればよい。また、用役需要推定パターンの負側はバッチ式攪拌反応槽２０１を冷却することを意味するため、このパターンの絶対値と同量の冷却効果を与えられる冷水を供給すればよい。ここでは、パワーを求めているが、必要となる蒸気・冷水量に換算できるものであれば、他の値を用いても良い。必要となる蒸気・冷水量を直接求めても良い。
【００７２】
図５に、以上のようなロジックを利用した用役需要パターン導出の過程を示す。ここでは用役需要量をパワーとして求めており、このパワーを満たすように蒸気および冷水量を決定し生産設備１０７に供給する。
【００７３】
はじめに、原料を投入してから１０分後までは、製造処方４０１から反応液温度の変化をさせないことが分かり、仮の外気温と反応液温度との差がなく放熱・吸熱もないことから需要用役パターンはＰ＝０［Ｗ］であることが分かる。得られた用役需要パターンを図５の区間１（５０１）に示す。
【００７４】
続いて原料を投入してから１０分後から２０分後までは、製造処方４０１から、Δｔ＝１０［分］で反応液温度をＴｒ０＝２０［℃］からＴｒ１＝６０［℃］まで上げなければならないことが分かる。これらの値と、製造処方４０１から取得したρ，Ｃｐと、生産計画３０１から取得したＶ＝１０［ｍ3］を用いることにより、Ｈが求められる。バッチ式攪拌反応槽２０１からの放熱量を与える関数Ｆについては仮の外気温と反応液温度との差が大きいほど、放熱される熱量が増えるため、時間とともに上昇する形で与えられる。得られたＨとＦを足し合わせることにより、用役需要パターンＰを求めることができる。求めた用役需要パターンを図５の区間２（５０２）に示した。
【００７５】
続いて原料を投入してから２０分後から７０分後までは、製造処方４０１から、反応液温度を６０［℃］に保つことが分かる。そのため、Ｈ＝０［Ｗ］となる。放熱分については仮の外気温との温度差が常に一定であるため、一定値となる。ＨとＦを足し合わせて求めた需要パターンＰを図５の区間３（５０３）に示した。
【００７６】
続いて原料投入の７０分後から８０分後までは、製造処方４０１から、Δｔ＝１０［分］で反応液温度をＴｒ０＝６０［℃］からＴｒ１＝２０［℃］まで下げなければならないことが分かるため、各種値を用いることで、温度上昇時と同様にＨを求めることができる。Ｆについては、反応液温度を下げることにより仮の外気温との温度差が減少していくため、時間とともに減少する形で与えられる。ＨとＦを足し合わせて用役需要パターンＰを図５の区間４（５０４）に示した。
【００７７】
続いて原料を投入してから８０分後から生産終了時間までは、製造処方４０１から、反応液温度は変化させないことが分かり、仮の外気温と反応液温度の差がなく放熱・吸熱もないため需要用役パターンはＰ＝０［Ｗ］であることが分かる。求めた用役需要パターンを図５の区間５（５０５）に示した。
【００７８】
このようにして得られた製造処方条件から得られる用役需要パターン５０６は時間経過に対する用役の需要量を表したものであり、既に取得済みの生産計画３０１が有している生産開始時刻３０２と生産終了時刻３０３の情報を合わせることで、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６０１が得られる。
【００７９】
図６に、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６０１を示す。
【００８０】
図６の用役需要パターン５０６に生産計画の時刻情報を加えた用役需要パターン６０１の正側ではバッチ式攪拌反応槽２０１を温める必要があるため、このパターンに対応したエネルギーを供給できる蒸気を供給すればよい。また用役需要パターン５０６に生産計画の時刻情報を加えた用役需要パターン６０１の負側はバッチ式攪拌反応槽２０１を冷却することを意味するため、このパターンの絶対値と同量の冷却効果を与えられる冷水を供給すればよい。以上により、生産計画３０１と製造処方４０１を用いて用役の供給量を前もって予測できる。
【００８１】
次に、以上のように算出された用役需要パターン５０６に生産計画の時刻情報を加えた用役需要パターン６０１を補正する用役需要量補正モジュール１１１について説明する。
【００８２】
用役需要量補正モジュール１１１には、用役需要パターンの導出時に用いる値の中で、生産を行う時点でないと正確に分からない値に対して補正を行うためのロジックを持っている。本実施形態では、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６０１を求めるにあたり、環境温度Ｔａを予測値Ｔａ＿ｈ＝２０［℃］として計算した。そのため、放熱量の予測に誤差が生じる可能性があるため、用役需要量補正のためのロジックとして用役需要量補正関数ΔＰ＝Ｇ（Ｔａ，Ｔａ＿ｈ）を与える。
【００８３】
続いて、用役需要量補正モジュール１１１の処理の流れについて説明する。まず、用役需要量補正モジュール１１１は第５のインタフェース１１０を通じて、環境条件である環境温度Ｔａを取得する。本実施形態では、生産開始時の環境温度がＴａ＝３０［℃］とする。なお本実施形態では用いていないが、生産設備１０７と用役設備１０８の状態量の中で、用役需要パターン生成に用いられ、かつ生産の直前まで分からない値がある場合には、第４のインタフェース１０９を通して取得し、用役需要量補正に用いることも可能である。
【００８４】
次に第３のインタフェース１１５より、用役需要量演算モジュール１０６が用役需要パターン５０６に生産計画の時刻情報を加えた用役需要パターン６０１を求める時に用いた予測環境温度Ｔａ＿ｈを取得する。
【００８５】
これらの値を用いて用役需要量補正関数ΔＰの値を求める。本実施形態では、生産開始時の環境温度Ｔａは３０［℃］とする。この値は、予測環境温度Ｔａ＿ｈの２０［℃］よりも高い。この温度差によって、バッチ式攪拌反応槽２０１からの放熱量は予測していたものと比べて常にこの温度差に応じて一定量減少した値をとる。そのため、用役需要量の補正であるΔＰは負の一定値を取ることになる。そのため、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６０１とΔＰを足し合わせて得られる補正済み用役需要パターンＰ＋ΔＰは、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６０１をそのまま一定値分下方へずらしたものとなる。
【００８６】
図７に、得られた用役需要パターン６０１を補正した用役需要パターン７０１を破線で示す。また、比較の対象として用役需要パターン５０６に生産計画の時刻情報を加えた用役需要パターン６０１は実線で示している。補正により、蒸気の需要量が減少し、冷水の需要量が増加していることが分かる。
【００８７】
最後に、最適運転制御モジュール１１２の処理について説明する。
【００８８】
ここで、図８に、用役設備１０８，生産設備１０７の一形態であるバッチ式攪拌反応槽２０１、およびプラント運転監視制御システム１０１を示す。本実施形態では、用役設備１０８は、蒸気を生成するボイラ３台（ボイラＡ８０１，ボイラＢ８０２，ボイラＣ８０３）と冷水を生成する冷凍機３台（冷凍機Ａ８０４，冷凍機Ｂ８０５，冷凍機Ｃ８０６）から構成されているものとする。これらの機器は１台ずつ仕様の異なるものを用いるとする。ただしこれは一例であって、熱源機器の台数は任意に増やすことができ、かつ、その種類は同種異種混合であっても以下に述べる処理で対応可能である。
【００８９】
ボイラＡ８０１，Ｂ８０２，Ｃ８０３、冷凍機Ａ８０４，Ｂ８０５，Ｃ８０６とバッチ式攪拌反応槽２０１までの距離は十分に短く配管系統の容量もわずかとする。これは配管２０６による損失や時間遅れなどを考慮せずに説明を簡単にするためであり、もし無視できないほど長く配管２０６について考える必要がある場合には、配管２０６も含めて用役設備として考え、その特性を考慮に入れればよい。
【００９０】
最適運転制御モジュール１１２は、まず用役需要量補正モジュール１１１によって作製された、用役需要パターン６０１を補正した用役需要パターン７０１を取得する。
【００９１】
次に、用役設備１０８の運転計画を最適化するためのロジックを利用して最適運転計算を行う。そのロジックについて以下に説明する。
【００９２】
最適運転制御モジュール１１２は、用役需要パターンが定まった後、用役供給量が用役需要パターンを下回らないように考慮し、かつＣＯ2排出量及びエネルギーコストが最小となるように、起動停止，負荷率を決定する。ＣＯ2排出量は、用役設備の負荷率に依存して変化するため、ＣＯ2排出量最小化を目的とした評価関数Ｊは以下の式で表される。
【００９３】
【数４】
ここでｊは各用役設備、ｚjは負荷率、ａjは負荷率ｚjの時のＣＯ2排出量、ｘjは起動停止（１：起動，０：停止）を表す。
【００９４】
図９に、電気におけるＣＯ2排出量９０１、燃料におけるＣＯ2排出量９０２と負荷率の特性曲線の一例を示す。用役設備１０８の各設備は、その負荷率に応じて電気及び燃料消費量が変化するので、それに伴いＣＯ2排出量も変化する。このため、数４において、係数ａjで示したＣＯ2排出量も分けて計算する。電気によるＣＯ2排出量をαj（ｚj）、燃料によるＣＯ2排出量をβj（ｚj）として評価関数Ｊは以下のように書き換えられる。
【００９５】
【数５】
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と負荷率を決定する。制約条件として、各時点で用役需要パターンを下回らないようにするために、以下の制約条件を満たす必要がある。
【００９６】
【数６】
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。
【００９７】
図１０に、このようにして得られる用役設備の運転計画の例を示す。
【００９８】
この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１００１で得られた設備運転時間に対して、従来はこの運転時間に必要な用役量を供給できるよう、余裕を持たせて用役設備に運転指令を出していたが、本発明では各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を考慮して各用役設備を起動させる。この時間は設備の種類，製品ごとに異なっており、その値はあらかじめ第３の記憶装置１１４に保持されている。
【００９９】
最適運転制御モジュール１１２は最適計算を行った後に、第３の記憶装置１１４から各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を、第３のインタフェース１１５を介して取得する。続いて、前記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最適運転計画１００１と前記、各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から、各用役設備の運転計画を決定する。
【０１００】
図１１に、このようにして得られた運転計画を示す。各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と同時間だけ稼動開始時間が早くなっている（１１０１〜１１０７）。
【０１０１】
以上のようにして、最適運転制御モジュールによって得られる運転計画１１０７に従って、第６のインタフェース１１３を通じて各用役設備に運転指令を与える。
【０１０２】
図１２，図１３に、この最適運転制御モジュールによって得られる運転計画１１０７によって与えられる用役量を、蒸気の供給熱量（１２０１）と冷水の供給冷凍能力（１３０１）として示す。この様に必要とされる用役量を無駄なく供給できることが分かる。
【０１０３】
以上により、本発明では生産量や製品種の変更に対してその時点で精度の高い需要用役量予測を行い、その予測によって無駄なく必要な用役を供給できることが分かる。
【０１０４】
〔発明を実施するための形態２〕
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。
【０１０５】
用役需要量補正モジュール１１１で、補正を行う時間間隔ΔＴを前もって決めておき、その値を第３の記憶装置１１４に保持しておく。生産を開始する前に用役需要量補正モジュール１１１でΔＴを読み込んでおく。
【０１０６】
その後、発明を実施するための形態１と同様に、用役需要量演算モジュール１０６で用役需要量を求め、用役需要量補正モジュール１１１で用役需要パターンの補正を行い、補正した用役需要パターンに基づいて、最適運転制御モジュール１１２で運転計画を作成し、用役設備１０８の運転を開始する。ただし、この時に立てる運転計画はΔＴまでとする。
【０１０７】
続いて、運転開始後ΔＴの時間が経過したら、用役需要量補正のために、用役設備１０８，生産設備１０７、環境条件の各種状態量を再び、用役需要量補正モジュール１１１で読み込む。その後は、発明を実施するための形態１と同様の手順で用役需要量の補正分ΔＰを計算して、補正済み用役需要パターン１６０１と足し合わせ、補正した用役需要パターンに基づいて、最適運転制御モジュール１１２でΔＴまでの運転計画を作成する。運転計画が作成された時点で、その運転計画に基づき用役設備１０８を運転する。
【０１０８】
これ以降は、ΔＴ経過するごとに同様に用役需要パターンの補正を行いながら用役設備１０８を運転する。
【０１０９】
ΔＴの大きさについては、用役設備１０８の全機器が運転計画に追従できるように、各種生産設備の時定数の中で最大のものよりも数倍以上の十分長い時間を設定する。運転計画計算中のわずかな時間は、前の運転状態を保つなどする。
【０１１０】
以上により、環境温度Ｔ＿ａが短時間で大きく変動する場合でも、実際の用役需要パターンと推定した用役需要パターンとの間の誤差が大きくならないようにしながら用役設備１０８を運転することが可能となる。同様の方法を用いることで、環境条件の状態量、用役設備１０８，生産設備１０７の状態量の変動に対しても対応できる。
〔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。
【０１１１】
このような実施例において、用役設備１０８を制御するための指令値の算出について説明する。
【０１１２】
図１４に、バッチ式攪拌反応槽２０１と同じバッチ式攪拌反応槽１４０１が２基目として接続されている一形態を示す。
【０１１３】
図１５に、バッチ式攪拌反応槽１４０１で製品を作る生産計画を示す。生産計画１５０１からわかるように、生産開始時刻１５０２は１０時５０分、生産終了時刻１５０３は１２時２０分、生産量１５０４は１０［ｍ3］である。製品の製造処方は実施形態１と同じく、製造処方４０１を用いるものとする。
【０１１４】
バッチ式攪拌反応槽１４０１が必要とする用役需要量は、実施形態１と同様にして用役需要量演算モジュール１０６で求め、用役需要量補正モジュール１１１で補正する。実施形態１と同様に環境温度が３０［℃］であるとして考えると、補正済みの用役需要パターンは、用役需要パターン６０１を補正した用役需要パターン７０１と形が同じで、時間軸のプラス方向に１時間ずらしたものとなる。
【０１１５】
図１６に、このようにして得られたバッチ式攪拌反応槽１４０１の補正済み用役需要パターン１６０１を示す。
【０１１６】
このように、生産設備が複数台あり、時間経過に対して各生産設備を順番に稼動させる場合や、各生産設備を複数台同時に稼動させる場合においても、各生産設備における生産計画を用いることで、別々に用役需要パターン６０１を補正した用役需要パターン用役需要パターン７０１と補正済み用役需要パターン１６０１を算出し、用役需要量補正モジュール１１１は、独立に求めたこれらの２つの用役需要パターンを適切に足し合わせて系全体での用役需要パターンを演算することができる。
【０１１７】
計算方法として、単純に足し合わせるだけでは１０時５０分〜１１時２０分の間で、別々に供給されるべき熱量，冷熱量を相殺してしまう。そのため、温熱分と冷熱分とのそれぞれに対して別々に和をとる。この様に、複数の生産設備がある時は、用役需要量演算モジュール１０６は各生産設備の用役需要パターンを独立に計算し、それぞれを適切な形で足し合わせることで必要な用役量を求める。
【０１１８】
図１７に、こうして求めた全体の用役需要パターン１７０１（破線部分）を示す。
【０１１９】
温熱を与える機器に関してはそれらのみで、実施形態１と同様の最適計算を最適運転制御モジュール１１２により行い、運転計画を決定する。
【０１２０】
生成した用役は配管上で一体となっているため、図１４に示した弁１４０２，１４０３の様な機構を配置して、各生産設備の用役需要パターンと同量の用役を、各生産設備に分配する。
【０１２１】
これにより、生産設備が複数台ある場合に対しても、本発明により精度の高い需要予測を行い無駄なく必要な用役を供給することが可能である。
〔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。
【０１２２】
図１８に、一形態として、ボイラＡ８０１，Ｂ８０２，Ｃ８０３の供給する蒸気によって発電機１８０１で発電を行い、攪拌翼２０３を駆動する場合の全体構成を示す。蒸気によって発電機１８０１が電力を生成し、その電力を攪拌翼２０３に供給する。この時の生産計画，製造処方は実施形態１と同じものとする。実施形態１に示した製造処方より、攪拌翼２０３は、原料を投入してから生産時間終了まで一定の回転速度で回転させる必要があることが分かる。
【０１２３】
この構成の時のプラント運転監視制御システム１０１の処理の流れを示す。まず、用役需要量演算モジュール１０６が反応槽で必要とされる用役需要パターンを求める過程は実施形態１と同様である。次に攪拌翼２０３を回すために必要となる電力を求める。ここで、反応液の粘度は反応開始から終了まで常に一定であるとする。この時、攪拌翼２０３を回すために必要となる電力は一定とみなすことができ、この値をＰ＿ｅとおく。
【０１２４】
図１９に、攪拌翼２０３が必要とする電力需要パターン１９０１を示す。
【０１２５】
ただし、電力需要パターンは必ず一定である必要はなく、変動するとしてもよい。その場合、電力需要パターンが既知のものであれば第３の記憶装置１１４に保持しておいて第３のインタフェース１１５を通して取得すればよく、反応液の粘度などによって変動する場合は、用役需要量演算モジュール１０６に、その粘度変化の予測と、粘度が変化した時に攪拌翼２０３が一定速度で回転するために必要とする電力を導出するロジックを組み込むことで電力需要パターンを求めることが可能である。
【０１２６】
続いて、用役需要補正モジュール１１１の処理について説明する。反応槽が必要とする用役需要パターンの補正については、実施形態１と同様に行われる。電力需要パターン１９０１は補正する必要がないため、行わない。ただし、攪拌翼２０３が必要とする電力が予測困難な形で変動する場合には、その変動に寄与する状態量を用役設備１０８，生産設備１０７，環境条件から取得し、用役需要量補正モジュール１１１に予め用意する補正ロジックを用いて需要量補正を行うとしてもよい。
【０１２７】
続いて最適運転制御モジュール１１２の処理について記述する。以下、発電機の蒸気エネルギーから電気エネルギーへの変換効率をηとおき、発電所より購入する電力の使用量がｘ［Ｗ］の時のＣＯ2排出量をγ＿ｅ（ｘ）とする。次に、攪拌翼２０３が用いる発電所からの購入電力をｆ＿ｅとおく。この時、蒸気によるＣＯ2排出量と購入電力によるＣＯ2排出量との間に関係があるため、温熱を与える機器の最適運転を求める評価関数に、購入電力ｆ＿ｅによるＣＯ2排出量γ＿ｅ（ｆ＿ｅ）を足し合わせなければならない。よって以下に示す式となる。
【０１２８】
【数７】
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。
【０１２９】
【数８】
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。
【０１３０】
用役設備で得られる蒸気はまとめて作られるため、各時点で上記最適計算の結果どおりの蒸気をバッチ式攪拌反応槽２０１と発電機１８０１に分配するため、弁１８０２のような機構を用いて分配する。
【０１３１】
これにより、コージェネレーションシステムを採用しているシステムに対しても、本発明により精度の高い需要予測を行い無駄なく必要な用役を供給することが可能である。
【符号の説明】
【０１３２】
１０１ プラント運転監視制御システム
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
【技術分野】
【０００１】
本発明は、産業プラントの運転制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼・石油化学・食品・医薬品などの種々の産業プラントでは、省エネやコストの最小化を行うことが求められている。そこで、生産物を生成する生産設備が必要とする各種用役を供給する用役設備において、必要な用役量だけ用役設備から供給する方法や、必要用役量決定後に用役設備の負担を最適化する方法などが用いられている。
【０００３】
例えば、特開平５−１０８１１７号公報には、過去の用役設備から供給される用役需要量を、実績用役需要量データとして取得し、これを用いて用役の需要予測パターンを作成し、１日ごとに最新のデータを用いて修正を加えることで、将来の需要予測パターンを予測する方法が開示されている。
【０００４】
また、特開平１１−２１７７８８号公報には、製紙工場において、つながりがない個別の制御ループを持つ、パルプ機械制御部，製紙機械制御部，用役設備制御部の少なくとも２つの制御部間でプラント操業情報を互いに連携して製紙工場全体の運転最適化を行う統合制御システムが記載されている。
【０００５】
また、特開平９−１７９６０４号公報には、製品生産スケジュールを元に用役の需要量の生産スケジュールを設定し、売電価格などの情報を用いて用役の需要量の生産スケジュールを調整して、その調整スケジュールに基づいて用役量の生成を行うプラント運転制御システムが知られている。
【０００６】
さらに、特開２０００−２６５１８４号公報では、個別の用役設備群とその他の設備群の制御系を融合することによる運転の最適化について述べられている。
【０００７】
以上のように、従来の各種産業プラントは、同一のプラントにおいて長期間にわたって同一の製品を生成することで、過去の実績データを元にして実績用役需要量データを得ることができ、そのデータに基づき用役設備の制御を行うものである。さらにこのようにして得られた実績用役需要量データは、プラントの機器特性等を考慮することで修正され、修正後の用役需要量データに基づいて用役設備の制御を行うことで制御精度を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−１０８１１７号公報
【特許文献２】特開平１１−２１７７８８号公報
【特許文献３】特開平９−１７９６０４号公報
【特許文献４】特開２０００−２６５１８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら近年、各種産業プラントにおいて、景気動向や発注元の事情の影響を受け、受注の製品変更や、増加・減少といった生産量の変動、さらには、同一の製品を生産する期間も次第に短くなる傾向が生じており、不定期の時間幅で異なる製品を異なる量で生成することが多くなっている。このように、不定期の時間幅で、同一プラントであっても生成する製品種および生産量が変動する、いわゆる多品種少量生産が一般的になってきている。
【００１０】
多品種少量生産は、生産設備に供給するために用役設備が供給する需要量予測パターンを算出する際に、従来とは異なる以下の様な課題が生じてくる。
【００１１】
まず、多品種少量生産の性質上、各生産工程によって生産設備に供給される用役量が予想の困難な形で変動するため、従来のように過去の実績データを用いて需要量パターンの作成を行うことができないという課題がある。
【００１２】
つまり、従来技術において示した、特開平５−１０８１１７号公報は、過去の実績データを元にして用役設備の需要予測を行うものであるため、過去に類似事例がない場合や、これまでと異なる製品を生産する場合には需要予測の精度が低くなってしまう。
【００１３】
また、特開２０００−２６５１８４号公報では個別の用役設備群とその他の設備群の制御系を融合することによる運転の最適化について述べられているが、必要用役量の変動に対して、適切な用役供給を行う方法は示されていない。
【００１４】
さらに、特開平９−１７９６０４号公報では、必要用役量は生産計画から取得するとしているが、必要用役量の変動に対処するための具体的な方法は述べられていない。
【００１５】
以上のような課題に加え、近年の各製造業分野における省エネルギー化に伴って、その生産設備の非稼動時のエネルギーを減らす活動「エネルギーのJust in Time（ＪＩＴ）化」の思想の導入を導入することも求められている。つまり、「必要なときに、必要なところへ、必要な量のエネルギー供給と使用」ができるように、生産物を生産する生産開始時刻、生産終了時刻および生産開始から終了時刻までの所定の時間内の生産量を考慮し、時刻経過に対して用役の需要量パターンを算出することが求められている。
【００１６】
しかしながら、従来、産業プラントにおいては、エネルギーのＪＩＴ化の適用は行われていない。つまり、生産設備に用役を供給する用役設備は、生産設備において生産される被生産物に与えられるべき用役量を上回る用役を生成し、生産設備に供給していた。そして実際に被生産物の生産に使用されなかった余剰の用役量は、廃棄，循環させたり、電気エネルギーに変換するなどしていた。
【００１７】
例えば、特開平９−１７９６０４号公報では、プラントの生産活動の高効率化を達成するとともにプラントで必要なエネルギーの時間と共に変動することで生じる大量の余剰エネルギーを、電気エネルギーへ変換して電力会社等に売電する運転制御システムを提供することを目的としている。
【００１８】
また、余剰用役量をストックしておき、後の生産工程においてストック分の余剰エネルギーを生産設備に投入するなどの方式も採用されている。
【００１９】
以上より従来は、用役設備において、被生産物を生成するのに与えられるべき用役量を上回る用役量が作られ、生産設備に供給していた。そして、過去に実際に生産設備で使用される用役量を実績用役需要量データとして得、その実績データに基づいて需要予測パターンを予測し、その用役予測パターンに基づいて用役設備の制御を行っていた。
【００２０】
よって、本発明では、過去の実績用役需要量データがない多品種少量生産において、生産設備において被生産物を生産するに際して、必要な時刻に、余剰用役量を生じることなく必要十分なだけの用役量を用役設備において生成することを目的としている。つまり、生産量の急変や製品種の変更に対して、複数日の実績データを必要とせずに、時刻経過に対して被生産物を生成するための必要十分な用役の需要量を生成し生産設備に供給することができるので、いわゆるエネルギーのＪＩＴ化を実現したプラント運転制御システムの実現が可能となる。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
産業プラントにおける被生産物が、多品種少量生産の場合、過去の実績用役需要量データがない状況で用役需要量を算出すること、およびエネルギーＪＩＴ化の思想に基づいて被生産物を生産する際に、必要な時刻に必要な用役量のみ用役設備で生成し生産設備に供給するための方策として、プラントの運転監視制御システムは、以下のような構成をとることが考えられる。
【００２２】
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、生産設備で特定の被生産物を生産するにあたり、時間経過に対して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、生産設備で生成される被生産物の生産開始時刻、生産終了時刻および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、被生産物を生成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、用役需要パターンを用いて指令値を算出し、指令値に基づいて用役設備を制御することを特徴としている。
【００２３】
本構成は、特に、同一プラントであっても不定期の時間幅で、異なる製品を作る状況いわゆる多品種少量生産の場合であって、過去の実績需要量データがない状況でとられることが好ましい。
【００２４】
本発明においては、用役需要パターンを生成するにあたり、製造処方データおよび生産計画データを用いることが特徴である。
【００２５】
製造処方とは、特定の被生産物を生成する際に、時間経過に対して被生産物に与えられるべき物性値からなるものである。つまり、生産開始時間から生産終了時間までの各時間において、被生産物がとるべき物性値が示されている。つまり、時間経過に対する物性値の変化率も示されていることになる。物性値としては、被生産物に与えられる温度，湿度，圧力などが挙げられる。また、製造処方は、被生産物の粘度，濃度，密度、また原料や添加物などの物質の情報や生産方法などの時間経過に対するデータであっても良い。
【００２６】
一方、生産計画とは、被生産物が生産開始・終了される時刻と、この開始・終了時間内に生産されるべき被生産物の生産量を有しており、時間経過に対する生産量のデータを示したものである。
【００２７】
なお、生産設備が複数台あり、時間経過に対して各生産設備を順番に稼動させる場合や、各生産設備を複数台同時に稼動させる場合においても、各生産設備における生産計画を用いることで、用役設備で生成すべき用役の需要量の合計を時間経過に対して算出することができる。
【００２８】
このような時間経過に対する製造処方および時刻経過に対する生産計画を用いることによって、被生産物を生産する際に、余剰用役量を生じることがないように、時刻経過に対して必要十分な用役の需要量、つまり用役需要パターンを算出することができる。
【００２９】
そして、この用役需要パターンを用いて、用役設備を制御するための指令値を算出し、この指令値に基づいて用役設備を制御する。
【００３０】
このことによって、被生産物を生産する際に必要十分なだけの用役を用役設備で生成し、生産設備に供給することができる。
【００３１】
また、運転監視制御システムは、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、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、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、用役需要量演算モジュールから得られた用役需要パターンを、生産設備と、用役設備と、外気温などの環境条件の状態量とを用いて補正する用役需要量補正モジュールと、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、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、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最適運転制御モジュールとを有することを特徴とする。
【００３２】
第１の記憶装置には、被生産物の製造処方データが保持されており、また第２の記憶装置には被生産物の生産計画データが保持されている。
【００３３】
そして、用役需要量演算モジュールは、特定の被生産物を生産するにあたり、製造処方データを第１のインタフェースを介して、また生産計画データを第２のインタフェースを介して取得する。用役演算モジュールにおいて、これら製造処方データおよび生産計画データに基づいて用役需要パターンを生成する。
【００３４】
次に、用役需要量補正モジュールでは、この用役需要量パターンに基づいて、生産設備，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一つを用いて用役需要パターンを補正する。
【００３５】
さらに、用役需要量補正モジュールにおいて補正された用役需要パターンは、最適運転制御モジュールにおいて、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、最適計算から得られた最適運転計画および第３のインタフェースを介して得られた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に関するデータに基づいて、用役設備に運転指令を行う運転計画を作成する。
【００３６】
また、用役需要量演算モジュールは、生産設備で特定の被生産物を生産するにあたり、被生産物に関する製造処方データおよび被生産物に関する生産計画データが入力され、時間経過に対して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している。
【００３７】
さらに、運転監視制御システムは、生産設備で特定の被生産物を生産するにあたり、製造処方データおよび生産計画データに基づいて、用役需要パターンデータを生成し、生産設備，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、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運転監視制御システムである。
【００３８】
本発明で用いる用役設備は、例えば蒸気を生成するボイラや冷水を生成する冷凍機であって、これらの機器がそれぞれ仕様の異なるものであっても、複数の用役設備に対して運転指令を行う運転計画を作成することができる。
【００３９】
さらに、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を予め記憶していることを特徴としている。
【００４０】
この時間は設備の種類，製品ごとに異なっており、その値はあらかじめ第３の記憶装置に保持されている。この時間を考慮することで、予め稼動させておくことによる無駄なエネルギーの生成を防ぐことが可能となる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明により、生産量の急変や製品種の変更に対して、複数日の実績データを必要とせずに精度の高い用役の需要予測を行い、無駄なく必要な用役を供給することで、省エネとＣＯ2削減を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の実施形態における全体構成を示すブロック図。
【図２】本発明を適用するバッチ式攪拌反応槽。
【図３】第２の記憶装置１０２が保持する生産計画。
【図４】第１の記憶装置１０４が保持する製造処方。
【図５】用役需要量演算モジュール１０６によって製造処方条件から得られる用役需要パターン５０６。
【図６】製造処方条件から得られる用役需要パターン５０６に生産計画の時刻情報を加えた用役需要パターン６０１。
【図７】用役需要量補正モジュール１１１において、用役需要パターン６０１を補正した用役需要パターン７０１。
【図８】用役設備および生産設備の構成を含めた本実施形態の全体構成図。
【図９】電気及び燃料におけるＣＯ2排出量と負荷率の特性曲線。
【図１０】最適運転制御モジュール１１２によって得られる最適運転計画１００１。
【図１１】最適運転制御モジュール１１２によって得られる運転計画１１０７。
【図１２】最適運転制御モジュール１１２によって得られた運転計画に基づく蒸気の供給熱量１２０１。
【図１３】最適運転制御モジュール１１２によって得られた運転計画に基づく冷水の供給冷凍能力１３０１。
【図１４】実施例３において、生産設備が複数台ある場合の全体構成図。
【図１５】実施例３において、第２の記憶装置１０２が保持する生産計画１５０１。
【図１６】実施例３において、用役需要量補正モジュール１１１によって補正された補正済み用役需要パターン１６０１。
【図１７】実施例３において、独立に算出した複数の生産設備に対する用役需要パターンを足し合わせた全体の用役需要パターン１７０１。
【図１８】実施例４において、攪拌翼２０３の動力を発電機および購入電力双方によって得られる場合の全体構成図。
【図１９】実施例４において、攪拌翼２０３が必要とする電力需要パターン。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
〔発明を実施するための形態１〕
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。
【００４４】
図１に、被生産物を生産する生産設備１０７、生産設備１０７に生産設備が被生成物を生成するのに必要な各種必要用役量を供給する用役設備１０８、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１０１、被生産物の製造処方データを保持する第１の記憶装置１０４、被生産物の生産計画データを保持する第２の記憶装置１０２、および用役設備が必要用役量を出力するまでにかかる時間を記憶する第３の記憶装置１１４を示す。
【００４５】
本発明では、生産設備１０７はバッチ式攪拌反応槽を適用する。
【００４６】
用役設備１０８は、生産設備１０７において被生産物を生産するために必要な用役を生産設備１０７に供給するものであり、用役には例えば温水・冷水・エア・電気・蒸気などが挙げられる。本発明の実施例においては、以下用役として蒸気および冷水を用いるものとして説明する。
【００４７】
プラント運転監視制御システム１０１は、製造処方データを保持する第１の記憶装置１０４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１０５と、生産計画データを保持する第２の記憶装置１０２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１０３とを有し、第１のインタフェース１０５と第２のインタフェース１０３を介して取得した特定の被生産物の製造処方と生産計画に基づいて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１０６とを有する。
【００４８】
さらに、生産設備および用役設備の状態量を取得する第４のインタフェース１０９と、外気温などの環境条件の状態量を取得する第５のインタフェース１１０とを有し、第４のインタフェース１０９，第５のインタフェース１１０、および第１のインタフェースから得られた状態量のうち、少なくとも１つを用いて、用役需要量演算モジュール１０６から得られた用役需要パターンを補正する用役需要量補正モジュール１１１とを有する。
【００４９】
さらに、プラント運転監視制御システム１０１は、第３の記憶装置１１４に保持されているデータを取得する第３のインタフェース１１５を有している。
【００５０】
最適運転制御モジュール１１２は、用役需要量補正モジュール１１１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、最適計算から得られた最適運転計画を用いて、第３のインタフェース１１５を介して取得された用役設備が必要な用役量を出力するまでにかかる時間に関するデータを用いて、用役設備１０８に運転指令を行う運転計画を作成することを特徴としている。
【００５１】
このように作成された用役設備に対する運転指令は、プラント運転監視制御システム１０１に設けられた第６のインタフェース１１３を介して、用役設備１０８に指令値が出力される。
【００５２】
このように入力された指令値に基づいて、用役設備１０８は起動・停止を行う。
【００５３】
図２に、本発明を適用するバッチ式攪拌反応槽２０１を示す。
【００５４】
バッチ式攪拌反応槽２０１は、配管２０２により原料を投入し、攪拌翼２０３によって攪拌を行う。処方を適用し終えた生成物は、配管２０４を通じて取得する。
【００５５】
バッチ式攪拌反応槽２０１のジャケット２０５には、配管２０６を通して蒸気または冷水を流入させ、その供給量の変動によって、バッチ式攪拌反応槽２０１の温度を制御する。本実施形態では、蒸気・冷水ヘッダ２０７は十分小さく、また配管２０６の長さは十分短いものとして、プラント運転制御システムで用いるロジックでは考慮しない。しかし、蒸気・冷水ヘッダ２０７と配管２０６が無視できない場合でもプラント運転監視制御システム１０１内のロジックを変更することで対応可能である。
【００５６】
図３に、第２の記憶装置１０２に保持されている被生産物の生産計画３０１を示す。生産計画３０１には、被生産物を生産するための生産開始時刻３０２，生産終了時刻３０３および生産開始・終了時刻までの時間内に生産すべき生産量が与えられている。図３の生産計画３０１では、生産開始時刻が９：５０、生産終了時刻が１１：２０、およびこの９０分間において１０［ｍ3］生産することが示されているデータである。
【００５７】
図４に、第１の記憶装置１０４に保持されている製造処方４０１を示す。製造処方４０１は、図４に示すように、時間経過に対して被生産物に与えられるべき物性値を示したものである。各時間における物性値が与えられているため、時間経過に対する物性値の変化率も示されていることになる。
【００５８】
ここで、バッチ式攪拌反応槽２０１で生成物を得るための製造処方４０１について、図２，図４を用いて説明する。
（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。
【００５９】
ここでは、時間経過に対する被生産物に与えられるべき物性値として、反応槽温度を示したが、他にも、湿度・圧力といった生産設備で設定すべき生産条件、粘度・濃度・密度などの生産設備で生産される被生産物の物性値、原料や添加物など生産設備に添加する物質の情報や具体的な手順などについての時系列データであるものであっても良い。
【００６０】
以下、生産設備にバッチ式攪拌反応槽２０１を適応した場合、プラント運転監視制御システム１０１において用役設備１０８を制御するための指令値の算出方法について説明する。
【００６１】
プラント運転監視制御システム１０１は、用役需要量演算モジュール１０６，用役需要量補正モジュール１１１および最適運転制御モジュール１１２を有し、各部における算出方法を図１を用いて説明する。
【００６２】
まず、第２のインタフェース１０３を介して取得した被生産物の生産計画３０１および第１のインタフェース１０５を介して取得した製造処方４０１が、用役需要量演算モジュール１０６に入力される。
【００６３】
そして、生産計画３０１から、９時５０分に生産を開始して１１時２０分に生産を終了するという生産時刻情報と、生産量の１０［ｍ3］を取得する。また、製造処方４０１から、時間経過に対する被生産物に与えられるべき物性値を取得する。
【００６４】
これらの情報は、以下に示すような、用役需要量演算モジュール１０６に保持されている用役の需要量推定のためのロジックに入力される。
【００６５】
以下、用役需要量演算モジュール１０６に保持されているロジックを示す。
【００６６】
【数１】
【００６７】
【数２】
【００６８】
【数３】
【００６９】
（数１）に記載されているＰは、バッチ式攪拌反応槽２０１が必要とする用役需要パターンである。ＰはＨとＦの和からなり、Ｈは放熱を考えない場合の用役需要パターン、Ｆはバッチ式攪拌反応槽２０１からの放熱量を与える関数である。また、（数２）に示されている、ρは反応液密度、Ｃｐは反応液比熱、Ｔｒ０はある時点での反応液温度、Ｔｒ１はＴｒ０から経過した任意の時間において設定される所望の反応液温度、Δｔは反応液の温度をＴｒ０からＴｒ１まで変化させるためにかける時間である。（数３）に示されているＴｒは反応液温度、Ｔａは環境温度を表す。
【００７０】
なお、各変数は以下のように取得される。温度変化を行う時の温度Ｔｒ０，Ｔｒ１と温度変化にかける時間Δｔは、製造処方４０１から、また、生産量Ｖは生産計画３０１から取得される。さらに、環境温度Ｔａは、反応開始直前でなければ正確な値は不明なため、予測環境温度としてＴａ＿ｈを設定し、本実施形態ではＴａ＿ｈ＝２０［℃］とする。
【００７１】
なお、この用役の需要量推定のためのロジックは、被生産物の生産量から用役量を導き出せるものであればよく、この式に限定されるわけではない。また、用役需要量をパワーとして求めているが、用役需要推定パターンの正側では生産設備を温める必要があるため、対応した用役量を供給できる蒸気を供給すればよい。また、用役需要推定パターンの負側はバッチ式攪拌反応槽２０１を冷却することを意味するため、このパターンの絶対値と同量の冷却効果を与えられる冷水を供給すればよい。ここでは、パワーを求めているが、必要となる蒸気・冷水量に換算できるものであれば、他の値を用いても良い。必要となる蒸気・冷水量を直接求めても良い。
【００７２】
図５に、以上のようなロジックを利用した用役需要パターン導出の過程を示す。ここでは用役需要量をパワーとして求めており、このパワーを満たすように蒸気および冷水量を決定し生産設備１０７に供給する。
【００７３】
はじめに、原料を投入してから１０分後までは、製造処方４０１から反応液温度の変化をさせないことが分かり、仮の外気温と反応液温度との差がなく放熱・吸熱もないことから需要用役パターンはＰ＝０［Ｗ］であることが分かる。得られた用役需要パターンを図５の区間１（５０１）に示す。
【００７４】
続いて原料を投入してから１０分後から２０分後までは、製造処方４０１から、Δｔ＝１０［分］で反応液温度をＴｒ０＝２０［℃］からＴｒ１＝６０［℃］まで上げなければならないことが分かる。これらの値と、製造処方４０１から取得したρ，Ｃｐと、生産計画３０１から取得したＶ＝１０［ｍ3］を用いることにより、Ｈが求められる。バッチ式攪拌反応槽２０１からの放熱量を与える関数Ｆについては仮の外気温と反応液温度との差が大きいほど、放熱される熱量が増えるため、時間とともに上昇する形で与えられる。得られたＨとＦを足し合わせることにより、用役需要パターンＰを求めることができる。求めた用役需要パターンを図５の区間２（５０２）に示した。
【００７５】
続いて原料を投入してから２０分後から７０分後までは、製造処方４０１から、反応液温度を６０［℃］に保つことが分かる。そのため、Ｈ＝０［Ｗ］となる。放熱分については仮の外気温との温度差が常に一定であるため、一定値となる。ＨとＦを足し合わせて求めた需要パターンＰを図５の区間３（５０３）に示した。
【００７６】
続いて原料投入の７０分後から８０分後までは、製造処方４０１から、Δｔ＝１０［分］で反応液温度をＴｒ０＝６０［℃］からＴｒ１＝２０［℃］まで下げなければならないことが分かるため、各種値を用いることで、温度上昇時と同様にＨを求めることができる。Ｆについては、反応液温度を下げることにより仮の外気温との温度差が減少していくため、時間とともに減少する形で与えられる。ＨとＦを足し合わせて用役需要パターンＰを図５の区間４（５０４）に示した。
【００７７】
続いて原料を投入してから８０分後から生産終了時間までは、製造処方４０１から、反応液温度は変化させないことが分かり、仮の外気温と反応液温度の差がなく放熱・吸熱もないため需要用役パターンはＰ＝０［Ｗ］であることが分かる。求めた用役需要パターンを図５の区間５（５０５）に示した。
【００７８】
このようにして得られた製造処方条件から得られる用役需要パターン５０６は時間経過に対する用役の需要量を表したものであり、既に取得済みの生産計画３０１が有している生産開始時刻３０２と生産終了時刻３０３の情報を合わせることで、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６０１が得られる。
【００７９】
図６に、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６０１を示す。
【００８０】
図６の用役需要パターン５０６に生産計画の時刻情報を加えた用役需要パターン６０１の正側ではバッチ式攪拌反応槽２０１を温める必要があるため、このパターンに対応したエネルギーを供給できる蒸気を供給すればよい。また用役需要パターン５０６に生産計画の時刻情報を加えた用役需要パターン６０１の負側はバッチ式攪拌反応槽２０１を冷却することを意味するため、このパターンの絶対値と同量の冷却効果を与えられる冷水を供給すればよい。以上により、生産計画３０１と製造処方４０１を用いて用役の供給量を前もって予測できる。
【００８１】
次に、以上のように算出された用役需要パターン５０６に生産計画の時刻情報を加えた用役需要パターン６０１を補正する用役需要量補正モジュール１１１について説明する。
【００８２】
用役需要量補正モジュール１１１には、用役需要パターンの導出時に用いる値の中で、生産を行う時点でないと正確に分からない値に対して補正を行うためのロジックを持っている。本実施形態では、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６０１を求めるにあたり、環境温度Ｔａを予測値Ｔａ＿ｈ＝２０［℃］として計算した。そのため、放熱量の予測に誤差が生じる可能性があるため、用役需要量補正のためのロジックとして用役需要量補正関数ΔＰ＝Ｇ（Ｔａ，Ｔａ＿ｈ）を与える。
【００８３】
続いて、用役需要量補正モジュール１１１の処理の流れについて説明する。まず、用役需要量補正モジュール１１１は第５のインタフェース１１０を通じて、環境条件である環境温度Ｔａを取得する。本実施形態では、生産開始時の環境温度がＴａ＝３０［℃］とする。なお本実施形態では用いていないが、生産設備１０７と用役設備１０８の状態量の中で、用役需要パターン生成に用いられ、かつ生産の直前まで分からない値がある場合には、第４のインタフェース１０９を通して取得し、用役需要量補正に用いることも可能である。
【００８４】
次に第３のインタフェース１１５より、用役需要量演算モジュール１０６が用役需要パターン５０６に生産計画の時刻情報を加えた用役需要パターン６０１を求める時に用いた予測環境温度Ｔａ＿ｈを取得する。
【００８５】
これらの値を用いて用役需要量補正関数ΔＰの値を求める。本実施形態では、生産開始時の環境温度Ｔａは３０［℃］とする。この値は、予測環境温度Ｔａ＿ｈの２０［℃］よりも高い。この温度差によって、バッチ式攪拌反応槽２０１からの放熱量は予測していたものと比べて常にこの温度差に応じて一定量減少した値をとる。そのため、用役需要量の補正であるΔＰは負の一定値を取ることになる。そのため、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６０１とΔＰを足し合わせて得られる補正済み用役需要パターンＰ＋ΔＰは、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６０１をそのまま一定値分下方へずらしたものとなる。
【００８６】
図７に、得られた用役需要パターン６０１を補正した用役需要パターン７０１を破線で示す。また、比較の対象として用役需要パターン５０６に生産計画の時刻情報を加えた用役需要パターン６０１は実線で示している。補正により、蒸気の需要量が減少し、冷水の需要量が増加していることが分かる。
【００８７】
最後に、最適運転制御モジュール１１２の処理について説明する。
【００８８】
ここで、図８に、用役設備１０８，生産設備１０７の一形態であるバッチ式攪拌反応槽２０１、およびプラント運転監視制御システム１０１を示す。本実施形態では、用役設備１０８は、蒸気を生成するボイラ３台（ボイラＡ８０１，ボイラＢ８０２，ボイラＣ８０３）と冷水を生成する冷凍機３台（冷凍機Ａ８０４，冷凍機Ｂ８０５，冷凍機Ｃ８０６）から構成されているものとする。これらの機器は１台ずつ仕様の異なるものを用いるとする。ただしこれは一例であって、熱源機器の台数は任意に増やすことができ、かつ、その種類は同種異種混合であっても以下に述べる処理で対応可能である。
【００８９】
ボイラＡ８０１，Ｂ８０２，Ｃ８０３、冷凍機Ａ８０４，Ｂ８０５，Ｃ８０６とバッチ式攪拌反応槽２０１までの距離は十分に短く配管系統の容量もわずかとする。これは配管２０６による損失や時間遅れなどを考慮せずに説明を簡単にするためであり、もし無視できないほど長く配管２０６について考える必要がある場合には、配管２０６も含めて用役設備として考え、その特性を考慮に入れればよい。
【００９０】
最適運転制御モジュール１１２は、まず用役需要量補正モジュール１１１によって作製された、用役需要パターン６０１を補正した用役需要パターン７０１を取得する。
【００９１】
次に、用役設備１０８の運転計画を最適化するためのロジックを利用して最適運転計算を行う。そのロジックについて以下に説明する。
【００９２】
最適運転制御モジュール１１２は、用役需要パターンが定まった後、用役供給量が用役需要パターンを下回らないように考慮し、かつＣＯ2排出量及びエネルギーコストが最小となるように、起動停止，負荷率を決定する。ＣＯ2排出量は、用役設備の負荷率に依存して変化するため、ＣＯ2排出量最小化を目的とした評価関数Ｊは以下の式で表される。
【００９３】
【数４】
ここでｊは各用役設備、ｚjは負荷率、ａjは負荷率ｚjの時のＣＯ2排出量、ｘjは起動停止（１：起動，０：停止）を表す。
【００９４】
図９に、電気におけるＣＯ2排出量９０１、燃料におけるＣＯ2排出量９０２と負荷率の特性曲線の一例を示す。用役設備１０８の各設備は、その負荷率に応じて電気及び燃料消費量が変化するので、それに伴いＣＯ2排出量も変化する。このため、数４において、係数ａjで示したＣＯ2排出量も分けて計算する。電気によるＣＯ2排出量をαj（ｚj）、燃料によるＣＯ2排出量をβj（ｚj）として評価関数Ｊは以下のように書き換えられる。
【００９５】
【数５】
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と負荷率を決定する。制約条件として、各時点で用役需要パターンを下回らないようにするために、以下の制約条件を満たす必要がある。
【００９６】
【数６】
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。
【００９７】
図１０に、このようにして得られる用役設備の運転計画の例を示す。
【００９８】
この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１００１で得られた設備運転時間に対して、従来はこの運転時間に必要な用役量を供給できるよう、余裕を持たせて用役設備に運転指令を出していたが、本発明では各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を考慮して各用役設備を起動させる。この時間は設備の種類，製品ごとに異なっており、その値はあらかじめ第３の記憶装置１１４に保持されている。
【００９９】
最適運転制御モジュール１１２は最適計算を行った後に、第３の記憶装置１１４から各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を、第３のインタフェース１１５を介して取得する。続いて、前記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最適運転計画１００１と前記、各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から、各用役設備の運転計画を決定する。
【０１００】
図１１に、このようにして得られた運転計画を示す。各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と同時間だけ稼動開始時間が早くなっている（１１０１〜１１０７）。
【０１０１】
以上のようにして、最適運転制御モジュールによって得られる運転計画１１０７に従って、第６のインタフェース１１３を通じて各用役設備に運転指令を与える。
【０１０２】
図１２，図１３に、この最適運転制御モジュールによって得られる運転計画１１０７によって与えられる用役量を、蒸気の供給熱量（１２０１）と冷水の供給冷凍能力（１３０１）として示す。この様に必要とされる用役量を無駄なく供給できることが分かる。
【０１０３】
以上により、本発明では生産量や製品種の変更に対してその時点で精度の高い需要用役量予測を行い、その予測によって無駄なく必要な用役を供給できることが分かる。
【０１０４】
〔発明を実施するための形態２〕
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。
【０１０５】
用役需要量補正モジュール１１１で、補正を行う時間間隔ΔＴを前もって決めておき、その値を第３の記憶装置１１４に保持しておく。生産を開始する前に用役需要量補正モジュール１１１でΔＴを読み込んでおく。
【０１０６】
その後、発明を実施するための形態１と同様に、用役需要量演算モジュール１０６で用役需要量を求め、用役需要量補正モジュール１１１で用役需要パターンの補正を行い、補正した用役需要パターンに基づいて、最適運転制御モジュール１１２で運転計画を作成し、用役設備１０８の運転を開始する。ただし、この時に立てる運転計画はΔＴまでとする。
【０１０７】
続いて、運転開始後ΔＴの時間が経過したら、用役需要量補正のために、用役設備１０８，生産設備１０７、環境条件の各種状態量を再び、用役需要量補正モジュール１１１で読み込む。その後は、発明を実施するための形態１と同様の手順で用役需要量の補正分ΔＰを計算して、補正済み用役需要パターン１６０１と足し合わせ、補正した用役需要パターンに基づいて、最適運転制御モジュール１１２でΔＴまでの運転計画を作成する。運転計画が作成された時点で、その運転計画に基づき用役設備１０８を運転する。
【０１０８】
これ以降は、ΔＴ経過するごとに同様に用役需要パターンの補正を行いながら用役設備１０８を運転する。
【０１０９】
ΔＴの大きさについては、用役設備１０８の全機器が運転計画に追従できるように、各種生産設備の時定数の中で最大のものよりも数倍以上の十分長い時間を設定する。運転計画計算中のわずかな時間は、前の運転状態を保つなどする。
【０１１０】
以上により、環境温度Ｔ＿ａが短時間で大きく変動する場合でも、実際の用役需要パターンと推定した用役需要パターンとの間の誤差が大きくならないようにしながら用役設備１０８を運転することが可能となる。同様の方法を用いることで、環境条件の状態量、用役設備１０８，生産設備１０７の状態量の変動に対しても対応できる。
〔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。
【０１１１】
このような実施例において、用役設備１０８を制御するための指令値の算出について説明する。
【０１１２】
図１４に、バッチ式攪拌反応槽２０１と同じバッチ式攪拌反応槽１４０１が２基目として接続されている一形態を示す。
【０１１３】
図１５に、バッチ式攪拌反応槽１４０１で製品を作る生産計画を示す。生産計画１５０１からわかるように、生産開始時刻１５０２は１０時５０分、生産終了時刻１５０３は１２時２０分、生産量１５０４は１０［ｍ3］である。製品の製造処方は実施形態１と同じく、製造処方４０１を用いるものとする。
【０１１４】
バッチ式攪拌反応槽１４０１が必要とする用役需要量は、実施形態１と同様にして用役需要量演算モジュール１０６で求め、用役需要量補正モジュール１１１で補正する。実施形態１と同様に環境温度が３０［℃］であるとして考えると、補正済みの用役需要パターンは、用役需要パターン６０１を補正した用役需要パターン７０１と形が同じで、時間軸のプラス方向に１時間ずらしたものとなる。
【０１１５】
図１６に、このようにして得られたバッチ式攪拌反応槽１４０１の補正済み用役需要パターン１６０１を示す。
【０１１６】
このように、生産設備が複数台あり、時間経過に対して各生産設備を順番に稼動させる場合や、各生産設備を複数台同時に稼動させる場合においても、各生産設備における生産計画を用いることで、別々に用役需要パターン６０１を補正した用役需要パターン用役需要パターン７０１と補正済み用役需要パターン１６０１を算出し、用役需要量補正モジュール１１１は、独立に求めたこれらの２つの用役需要パターンを適切に足し合わせて系全体での用役需要パターンを演算することができる。
【０１１７】
計算方法として、単純に足し合わせるだけでは１０時５０分〜１１時２０分の間で、別々に供給されるべき熱量，冷熱量を相殺してしまう。そのため、温熱分と冷熱分とのそれぞれに対して別々に和をとる。この様に、複数の生産設備がある時は、用役需要量演算モジュール１０６は各生産設備の用役需要パターンを独立に計算し、それぞれを適切な形で足し合わせることで必要な用役量を求める。
【０１１８】
図１７に、こうして求めた全体の用役需要パターン１７０１（破線部分）を示す。
【０１１９】
温熱を与える機器に関してはそれらのみで、実施形態１と同様の最適計算を最適運転制御モジュール１１２により行い、運転計画を決定する。
【０１２０】
生成した用役は配管上で一体となっているため、図１４に示した弁１４０２，１４０３の様な機構を配置して、各生産設備の用役需要パターンと同量の用役を、各生産設備に分配する。
【０１２１】
これにより、生産設備が複数台ある場合に対しても、本発明により精度の高い需要予測を行い無駄なく必要な用役を供給することが可能である。
〔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。
【０１２２】
図１８に、一形態として、ボイラＡ８０１，Ｂ８０２，Ｃ８０３の供給する蒸気によって発電機１８０１で発電を行い、攪拌翼２０３を駆動する場合の全体構成を示す。蒸気によって発電機１８０１が電力を生成し、その電力を攪拌翼２０３に供給する。この時の生産計画，製造処方は実施形態１と同じものとする。実施形態１に示した製造処方より、攪拌翼２０３は、原料を投入してから生産時間終了まで一定の回転速度で回転させる必要があることが分かる。
【０１２３】
この構成の時のプラント運転監視制御システム１０１の処理の流れを示す。まず、用役需要量演算モジュール１０６が反応槽で必要とされる用役需要パターンを求める過程は実施形態１と同様である。次に攪拌翼２０３を回すために必要となる電力を求める。ここで、反応液の粘度は反応開始から終了まで常に一定であるとする。この時、攪拌翼２０３を回すために必要となる電力は一定とみなすことができ、この値をＰ＿ｅとおく。
【０１２４】
図１９に、攪拌翼２０３が必要とする電力需要パターン１９０１を示す。
【０１２５】
ただし、電力需要パターンは必ず一定である必要はなく、変動するとしてもよい。その場合、電力需要パターンが既知のものであれば第３の記憶装置１１４に保持しておいて第３のインタフェース１１５を通して取得すればよく、反応液の粘度などによって変動する場合は、用役需要量演算モジュール１０６に、その粘度変化の予測と、粘度が変化した時に攪拌翼２０３が一定速度で回転するために必要とする電力を導出するロジックを組み込むことで電力需要パターンを求めることが可能である。
【０１２６】
続いて、用役需要補正モジュール１１１の処理について説明する。反応槽が必要とする用役需要パターンの補正については、実施形態１と同様に行われる。電力需要パターン１９０１は補正する必要がないため、行わない。ただし、攪拌翼２０３が必要とする電力が予測困難な形で変動する場合には、その変動に寄与する状態量を用役設備１０８，生産設備１０７，環境条件から取得し、用役需要量補正モジュール１１１に予め用意する補正ロジックを用いて需要量補正を行うとしてもよい。
【０１２７】
続いて最適運転制御モジュール１１２の処理について記述する。以下、発電機の蒸気エネルギーから電気エネルギーへの変換効率をηとおき、発電所より購入する電力の使用量がｘ［Ｗ］の時のＣＯ2排出量をγ＿ｅ（ｘ）とする。次に、攪拌翼２０３が用いる発電所からの購入電力をｆ＿ｅとおく。この時、蒸気によるＣＯ2排出量と購入電力によるＣＯ2排出量との間に関係があるため、温熱を与える機器の最適運転を求める評価関数に、購入電力ｆ＿ｅによるＣＯ2排出量γ＿ｅ（ｆ＿ｅ）を足し合わせなければならない。よって以下に示す式となる。
【０１２８】
【数７】
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。
【０１２９】
【数８】
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。
【０１３０】
用役設備で得られる蒸気はまとめて作られるため、各時点で上記最適計算の結果どおりの蒸気をバッチ式攪拌反応槽２０１と発電機１８０１に分配するため、弁１８０２のような機構を用いて分配する。
【０１３１】
これにより、コージェネレーションシステムを採用しているシステムに対しても、本発明により精度の高い需要予測を行い無駄なく必要な用役を供給することが可能である。
【符号の説明】
【０１３２】
１０１ プラント運転監視制御システム
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
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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２】
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３】
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４】
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５】
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６】
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。
【請求項１】
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２】
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３】
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４】
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５】
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６】
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。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２０１１−１９８１６９（Ｐ２０１１−１９８１６９Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６５４１６（Ｐ２０１０−６５４１６）
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２３日（２０１０．３．２３）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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