JP2000222005A - プロセスの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】単一の制御量に対して複数の操作量が存在する
プロセスに対して、操作量に対応して異なる予測時間に
おける予測値を演算し、それぞれの予測値に基づいて操
作量を決定するので精度が高い制御装置を提供する。 【解決手段】蒸気温度予測コントローラ３８０には、同
一の制御量に対する操作量をそれぞれ出力する制御器３
２０ａ、３２０ｂと、予測値を算出する予測部３３０
と、その出力である予測値Ysとプラント出力値（制御
量：蒸気温度）Yとのうちいずれか一方を制御器３２０
にフィードバックするための切替部３３９と、予測部３
３０に含まれる各種モデルのパラメータを調整するため
のパラメータ調整部３４０とが具備されており、予測部
３３０は、異なる操作量（燃料流量、減温器スプレ水流
量）に対して予測時間の異なる二つの予測値Ys(t+τ
a)，Ys(t+τb)を演算して出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プロセスの将来の
状態を予測し、その予測結果に基づいて操作量を決定し
てプロセスを制御する制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プロセスの応答特性として、応答時間遅
れが大きいものがある。例えば火力発電プラントでは、
燃料投入量に変更を加えてから主蒸気温度が変化するま
での時間が長く、その時定数は数分〜20分程度である。

【０００３】従って通常のフィードバック制御では制御
偏差（主蒸気温度偏差）が大きくなるという問題があっ
た。

【０００４】これに対して、将来のプロセス状態を事前
に予測し、その予測値に基づいて操作量を決定する予測
制御方法がある。予測制御方法には、例えば以下の文献
に開示された従来技術がある。

【０００５】(1)特開平9-274507号公報 (2)特開平6-257702号公報 (3)特開平10-116105号公報 上記従来技術(1)には、物理式に基づく複数の集中定数
化モデルとむだ時間モデルによりプロセスモデルを構成
して、入力変数を状態観測器により推定し、プロセス量
の将来値を計算する方法が述べられている。

【０００６】上記従来技術(2)には、モデル規範形適応
制御方式をプロセスと分散形PID（比例、積分、微分）
制御装置とで構成される制御対象に対して並列に付加し
て適応制御系を構成する方法が記載されている。

【０００７】上記従来技術(3)には、一般化予測制御系
を含む複数の制御系を切り替えながら制御する場合に、
制御指令値が大きくずれることなくスムーズに切り替わ
るようにする方法が述べられている。

【０００８】これらのような予測制御技術の適用によ
り、将来のプロセスの状態を予測して先行的に操作量を
決定するため、制御偏差を小さくすることができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、適用するプロ
セスの特性や予測するプロセス量の種類、また、それを
制御するための操作量の種類によって、望ましい予測時
間は異なる。そのため、一つのプロセス量の予測値に基
づいて複数の操作量を決定する場合には、予測制御の効
果が最大限発揮できない場合があった。

【００１０】ところが、上記従来技術(1)〜(3)には、操
作量との関係に応じた予測時間の決定方法に関しては記
載されていない。

【００１１】例えば、火力発電プラントでは、蒸気温度
を制御するための操作量として燃料流量と蒸気温度減温
器のスプレー水流量などがあるが、燃料に対する蒸気温
度の応答時間よりもスプレー水流量に対する応答時間の
方が短い。そのため、制御量である蒸気温度の予測時間
を例えば燃料に合わせて設定すると、スプレー水流量を
効果的に決定できない。

【００１２】本発明の目的は、予測制御により同一の制
御量に対して複数の操作量を有する制御対象を精度良く
制御することができるプロセスの制御装置および方法を
提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、制御対象とすべきプロセス量（被制御量）
の将来の値を予測する予測手段と、該予測手段から出力
される予測値に基づいて前記被制御量を制御するために
操作するプロセス量（操作量）を決定する操作量算出手
段とを有するプロセスの制御装置または制御方法におい
て、単一の被制御量に対して複数の操作量が存在する場
合に、前記予測手段は、同一の被制御量に対して、予測
時刻および予測時間間隔のうち少なくとも一方が異なる
複数の予測値を演算して出力し、前記操作量算出段は、
前記複数の予測値を用いて前記複数の操作量をそれぞれ
決定することを特徴としている。

【００１４】前記予測手段は、例えば、複数の操作量の
うち前記被制御量に対しての時定数が小さい方の操作量
を決定する前記操作量算出手段と等価またはその入出力
特性を模擬した制御器モデルを少なくとも含んで構成す
ることが好ましい。

【００１５】また、前記予測手段は、例えば所定のプロ
セスに関する制御信号または操作量のうち少なくとも一
方と被制御量であるプロセス量との関係を模擬したプロ
セスモデルと、例えば前記操作量算出手段と等価または
その入出力特性を模擬した制御器モデルとを備える構成
としてもよい。

【００１６】また、上述した本発明において、予め定義
した制御性能評価値に基づいて対応する操作量に対して
複数の予測時間をそれぞれ決定する予測時間決定手段も
さらに備える構成としてもよい。

【００１７】また、上述した本発明において、予め定義
した制御性能評価値に基づいて前記制御器モデルや前記
プロセスモデルのパラメータ値を設定するパラメータ設
定手段をさらに具備すればなお良い。

【００１８】また、上記目的を達成するために本発明
は、火力発電プラントの蒸気温度の将来値を予測する予
測手段と、該予測手段の出力値である蒸気温度予測値に
基づいて前記火力発電プラントの燃料流量、蒸気温度減
温器スプレ流量、再循環ガス流量およびガス分配ダンパ
開度のうち少なくとも一つを操作量として決定する、一
つまたは複数の操作量算出手段とを有する火力発電プラ
ントの制御装置または方法において、同一位置における
蒸気温度に対して、予測時刻および予測時間間隔のうち
少なくとも一方が異なる複数の予測値を演算し出力し、
前記出力された複数の予測値を用いて前記燃料流量、前
記蒸気温度減温器スプレ流量、前記再循環ガス流量およ
び前記ガス分配ダンパ開度のうち２つ以上の操作量を決
定することを特徴とする。

【００１９】また、上記本発明による火力発電プラント
の制御装置または方法においては、燃焼ガス温度の推定
値と蒸気温度測定値とを少なくとも用いて、該蒸気温度
を測定した時刻以降の蒸気温度と前記熱交換器の伝熱管
温度とを推定すると共に、所定時間経過後の蒸気温度を
予測する際には、推定した前記蒸気温度と推定した伝熱
管温度とを使用するものであって、前記燃焼ガス温度
は、前記時刻以前の前記伝熱管温度推定値と前記時刻以
降の蒸気温度の測定値とを少なくとも使用して算出する
構成としてもよい。

【００２０】また、上記本発明による制御装置または方
法は、廃棄物焼却プロセスに対しても、火力発電プラン
トと同様に適用することができる。ただしこの場合、前
記被制御量は、廃棄物焼却プロセスに係わる排出ガス中
のCO（一酸化炭素）濃度、塩化フェノール濃度、窒素酸
化物濃度、およびダイオキシン類濃度のうち少なくとも
一つであり、前記操作量は、焼却炉への廃棄物の投入
量、該焼却炉内の搬送速度、乾燥用空気流量、燃焼用空
気流量、空気温度、および燃焼ガス無害化処理用の薬剤
投入量のうちいずれかを少なくとも含むものである。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の第１の実施の形態につい
て説明する。

【００２２】本実施の形態では、本発明を火力発電プラ
ントの蒸気温度予測制御に適用した例について述べたも
のである。以下、図を参照して説明する。

【００２３】対象とする石炭焚き火力発電プラント１０
０の基本構成の一例を図２に示す。

【００２４】本例の石炭焚き火力発電プラント１００に
おいては、ボイラ１５０で燃料と空気をバーナー１６０
に供給して燃焼させ、給水ポンプ１４０により循環する
供給水を火炉水壁１５２で蒸発させる。さらに過熱器１
５４で昇温して過熱状態となった蒸気はタービン加減弁
１２１を介して高圧タービン１３０に導かれて高圧ター
ビン１３０を駆動する。高圧タービンを通過した蒸気は
再熱器１５６で再び昇温されて低圧タービン１２０に入
る。高圧タービン１３０および低圧タービン１２０の回
転により発電機１１０で電力を発生させる。

【００２５】以降、高圧タービン１３０入口の蒸気を主
蒸気、低圧タービン１２０入口の蒸気を再熱蒸気と称す
る。主蒸気及び再熱蒸気の温度を制御する目的で、過熱
器１５４と再熱器１５６の入口に過熱器減温器１５４a
と再熱器減温器１５６aがある。減温器１５４a，１５６
aには給水ポンプ１４０通過後の低温の水が導かれ、減
温器スプレ水量調節弁１５４b及び１５６bをそれぞれ介
して高温の蒸気中に注入する構造になっている。

【００２６】再熱器減温器１５６aは非常用であり、再
熱蒸気温度が設定値を超えた場合にのみ作動する。

【００２７】また、ボイラ１５０には燃焼ガスを再循環
させるためのガス再循環ファン１４２が設けられてお
り、これも蒸気温度を調整する手段の一つとなってい
る。

【００２８】また、プラントによっては過熱器と再熱器
との間に隔壁を設けてガスの流路を二分し、それぞれの
ガス流量の配分を調整するガス分配ダンパが設けられて
いる場合もある。この場合は、ガス分配ダンパも蒸気温
度の調整手段となる。

【００２９】火力発電プラントには、上記構成機器の他
にもタービンを駆動後の蒸気を冷却水１２６により冷却
する復水器１２５や燃焼排ガス処理装置１７０などの機
器もある。排ガス処理装置１７０を通過したガスは煙突
１７５から大気へ放出される。

【００３０】プラント１００の運転状態は、発電機出力
測定器１１１、主蒸気温度（過熱器出口蒸気温度）測定
器１２２、過熱器入口蒸気温度測定器１２７、主蒸気圧
力測定器１２３、再熱蒸気（再熱器出口蒸気温度）温度
測定器１２４、再熱器入口蒸気温度測定器１２４a等の
データ測定装置で計測され、運転制御装置３００へ伝送
される。プラントには、この他にも種々のプロセス量を
計測するための装置が取り付けられており、それらによ
る計測値も運転制御装置３００で取込んでいる。ここで
は、それらの詳細な説明は省略する。

【００３１】運転制御装置３００はこれらのプロセスデ
ータを基にして、プラントの運転状態を把握し、プラン
トが望ましい状態になるように燃料流量調節弁１６２、
空気流量調節弁１６１、タービン加減弁１２１、給水ポ
ンプ１４０などの機器を制御している。

【００３２】火力プラントでは蒸気温度のように、応答
時間が比較的長い制御量があり、この制御は一般に難し
いとされている。そこで、主蒸気温度及の制御に、本発
明の特徴である予測制御技術を適用する。

【００３３】予測制御の目的は、時定数が大きく、応答
が遅いプロセス値に対して、その将来の挙動を予測し、
先行的に操作量を決定することにより、制御精度を向上
させることである。

【００３４】運転制御装置３００の機能構成を説明す
る。図３に示すように、マスタ制御部３７０とそれに基
づくサブループ制御部３９０とで構成されている。マス
タ制御部３７０は通常制御コントローラ３７５と、本発
明を適用している蒸気温度予測制御コントローラ３８０
とに分かれている。マスタ制御部３７０では、負荷指令
信号に基づく各種操作量指令信号を作成し、その値に蒸
気温度、蒸気圧力、ガスO₂濃度などの測定値に基づく補
正を加えて操作量を決定する。

【００３５】サブループ制御部３９０には、タービン制
御コントローラ３９１、給水ポンプコントローラ３９
２、燃料流量調節弁コントローラ３９３、押込みファン
コントローラ３９４、誘引ファンコントローラ３９５、
スプレ流量コントローラ３９６、ガス再循環流量コント
ローラ３９７がある。

【００３６】これらのコントローラは互いに信号伝送ネ
ットワーク４００に接続されており、信号の授受が可能
である。サブループ制御部３９０の各コントローラから
の出力は、プラント１００の各アクチュエータ１０１に
送られ、機器を操作する。

【００３７】また、運転制御装置３００は図４に示すハ
ードウエア構成になっている。外部入力インターフェイ
ス３０１、出力インターフェイス３０２を介して信号伝
送ネットワーク４００と接続されている。受信した信号
を必要に応じて記憶装置３０３にストアーしながら、演
算処理装置３０４にて各種指令信号を演算・生成する。
指令信号は出力インターフェイスを介して制御対象へ送
られる。

【００３８】また、外部入力インターフェイス３０１に
はキーボード９３０とマウス９４０とから成る外部入力
装置９００及びデータ記憶装置５００が接続されてい
る。また出力インターフェイス３０２には画像表示装置
９１０と磁気ディスク装置９５０が接続されており、運
転員とのインターフェイスとして機能する。

【００３９】次に、本発明を適用した蒸気温度予測コン
トローラ３８０について、図１を用いて説明する。蒸気
温度予測コントローラ３８０には、予測部３３０とその
出力である予測値Ysとプラント出力値（制御量：蒸気温
度）Yとのうちいずれか一方を制御器３２０にフィード
バックするための切替部３３９とパラメータ調整部３４
０とが具備されている。なお、予測制御を行わない場合
は、切替部３３９で蒸気温度Yを選択し、燃料流量及び
スプレ水流量の両方に対して蒸気温度の現在の測定値を
出力する。

【００４０】主蒸気温度を制御するための操作量として
は、燃料流量に対する操作量指令値Uaと減温器スプレ水
流量に対する操作量指令値Ubがある。操作量指令値Uaは
負荷指令に基づいてユニットマスタ３１５で操作量基準
値を生成し、その値と制御量Yの測定値または予測値Ys
と目標値Rsとの偏差に基づくPI（比例・積分）制御器３
２０aの出力値との和として算出される。

【００４１】操作量指令値Ubは制御量Yの測定値または
予測値Ysと目標値Rsとの偏差に基づいてP（比例）制御
器３２０bの出力値として算出される。

【００４２】本発明の特徴は、予測対象プロセス量は同
じであるが、異なる操作量（燃料流量、減温器スプレ水
流量）に対して、予測時間の異なる二つの予測値Ys(t+
τa)，Ys(t+τb)を演算して出力するようにしているこ
とである。

【００４３】操作量の一つとなる燃料流量は、それを操
作してから蒸気温度にその影響が現れる時間は比較的長
く数分〜20分程度である。これは、燃料の燃焼プロセ
ス、燃焼ガスから蒸気への伝熱プロセス、ガスや蒸気の
流動遅れなどの要因が存在することに起因している。こ
れに対して、もう一方の操作量となる減温器スプレ水は
過熱器１５４の入口で作用するため、過熱器１５４の出
口位置での蒸気温度である主蒸気温度へは、数分の範囲
で影響が現れる。

【００４４】このため、例えば、燃料流量に対して有効
な予測時間を選択する場合、減温器スプレ水流量に対し
ては予測時間が長すぎることになる。その場合、スプレ
水流量に対する予測制御の効果が十分発揮されないばか
りか、かえって蒸気温度の制御性能を低下させる原因と
なる。

【００４５】本発明によれば、決定すべき操作量の時間
的特性に応じて予測時間の異なる予測値を出力するの
で、複数の操作量に対しても予測制御の効果を最大限に
発揮することができる。

【００４６】本例では出力する予測値は２個であるが、
本発明において出力する予測値の数に制限はない。

【００４７】上記図１の予測部３３０の機能を説明す
る。

【００４８】まず、目的とする時間（予測時間）先の主
蒸気温度の目標値を計算する。主蒸気温度目標値は、一
定である場合もあるが、負荷変化に伴って目標値が変化
する場合がある。

【００４９】負荷変化計画が既知の場合には、負荷の関
数である蒸気温度目標値Rs（数1）から、その負荷変化
計画に基づいて将来の負荷変化を算出する。

【００５０】

【数１】

【００５１】将来の負荷変化が未知の場合には、現在サ
ンプリングステップkでの蒸気温度目標値Rs(k)と１サン
プリングステップ前の目標値Rs(k-1)と、サンプリング
時間間隔Δt秒から、n秒先の目標値を次式で算出する。

【００５２】

【数２】

【００５３】本例では、目標値の変化を一次式で近似し
て求めているが、本発明はこの方法に限定されるもので
はない。また、目標値は現在サンプリングステップkに
おける値R(k)を用いても良い。

【００５４】このようにして求めた将来の蒸気温度目標
値に対して、蒸気温度が将来の同時刻に何度Ｃになるか
を予測する。

【００５５】次に、操作量の決定方法を説明する。制御
方式はＰＩ（比例・積分）またはP（比例）制御を採用
している。その具体的計算方法をPI制御の場合を例に示
す。

【００５６】

【数３】

【００５７】

【数４】

【００５８】ここで、Uは前述した操作量指令値、ΔUは
操作量指令値の変化分、Ysは蒸気温度予測値、Kcは比例
ゲイン、Tcは積分時間である。

【００５９】数３及び数４により操作量指令値Ua，Ubが
決定されると、この値からプラント１００の燃料流量調
節弁１６２の開度とスプレ水流量調節弁開度１５４bが
操作される。

【００６０】本例の予測部３３０には、例えば図５に示
すように、火炉水壁モデル３３１と、過熱器減温器（ス
プレ）モデル３３２と、過熱器モデル３３３と、負荷指
令（計画）値に基づいて諸プロセス量を設定する関数発
生器３３１a〜３３１eとから成る制御対象モデルと、上
記図１のPI制御器３２０a及びP制御器モデル３２０ｂの
機能と等価な制御器モデル３３４及び３３５とから構成
されている。

【００６１】従って、本実施形態の予測部３３０はプラ
ントの制御系の影響も考慮して予測値を演算するモデル
となっている。

【００６２】火炉水壁モデル３３１、過熱器減温器モデ
ル３３２、過熱器モデル３３３はエネルギー保存式に基
づいてモデル化している。

【００６３】火炉水壁モデル３３１のモデル式を次に示
す。火炉水壁部では、輻射熱伝達と対流熱伝達の和とし
て伝熱量を表す

【００６４】

【数５】

【００６５】

【数６】

【００６６】

【数７】

【００６７】

【数８】

【００６８】

【数９】

【００６９】ここで、Vは容積[m³]、γは比重量[kg/
m³]、Hはエンタルピー[J/kg]、Fは流量[kg/s]、Aは伝熱
面積[m²]、αは熱伝達率[J/(m²・s・K)]、βは輻射熱伝達
係数及び有効輻射伝熱面積に係わる係数[J/(s・K⁴)]、θ
は温度[°Ｃ]、Mは重量[kg]、Cは比熱[J/(kg・K)]であ
る。また、添え字sは蒸気、mは伝熱管（メタル）、fは
燃料、aは空気、grfは再循環ガス、msは伝熱管から蒸
気、gmは燃焼ガスから伝熱管、inは入口位置、oは出口
位置をそれぞれ表す。また、添え字中の数字1は火炉水
壁部、2は過熱器減温器部、3は過熱器部を表すものとす
る。

【００７０】過熱器減温器モデル３３２のモデル式を次
式に示す。

【００７１】

【数１０】

【００７２】

【数１１】

【００７３】ここで、添え字s2oは減温器出口位置、2in
はスプレ水を表す。

【００７４】過熱器モデル３３３では、熱交換器の特性
をエネルギー保存式に基づいてモデル化している。モデ
ル式を示す。

【００７５】

【数１２】

【００７６】

【数１３】

【００７７】

【数１４】

【００７８】

【数１５】

【００７９】過熱器モデル３３３は数14及び数15に基づ
き状態観測器を構成して、これを利用して過熱器入口ガ
ス温度を推定する機能を有している。

【００８０】このガス温度推定機能について具体的に説
明する。

【００８１】エンタルピと温度は、次式の関係にあり、
相互に値を変換することが可能である。数16、17は蒸気
についての関係式であるが、ガスに対しても同様の関係
が成り立つ。

【００８２】

【数１６】

【００８３】

【数１７】

【００８４】ここに、C_Psは定圧比熱[J/(kg・K)]、H_sBo
は基準エンタルピ[J/kg]である。

【００８５】数14、15に、数16、17を代入して整理する
と次式が得られる。

【００８６】

【数１８】

【００８７】

【数１９】

【００８８】ここで、数18、19を整理すると次式とな
る。

【００８９】

【数２０】

【００９０】

【数２１】

【００９１】

【数２２】

【００９２】

【数２３】

【００９３】

【数２４】

【００９４】

【数２５】

【００９５】

【数２６】

【００９６】

【数２７】

【００９７】

【数２８】

【００９８】

【数２９】

【００９９】

【数３０】

【０１００】

【数３１】

【０１０１】数20及び数21を時間的に離散化し、マトリ
クス表現すると次式となる。

【０１０２】

【数３２】

【０１０３】

【数３３】

【０１０４】

【数３４】

【０１０５】

【数３５】

【０１０６】

【数３６】

【０１０７】

【数３７】

【０１０８】数32が状態方程式であり、出力方程式は次
式で表される。

【０１０９】

【数３８】

【０１１０】ここで、Z_Mは観測ベクトル（x1：出口蒸気
温度に対応）、C_Mは観測行列、V_Mは観測ノイズベクトル
である。

【０１１１】次に、この物理式モデルに基づいて蒸気温
度を予測する。

【０１１２】状態Ｘ_M(k)のうち、x₁（過熱器出口蒸気温
度）は測定可能であるが、x₂（過熱器伝熱管温度）は測
定困難であるため、カルマンフィルタを適用して状態Ｘ
_M(k)を推定する。

【０１１３】カルマンフィルタを用いた状態観測器３１
４のアルゴリズムを説明する。

【０１１４】現在サンプリングステップをkとすると、
（k-1）サンプリングステップにおける諸値を用いて状
態方程式（数32）より算出した状態値には上付き添字Ｐ
を、カルマンフィルタを構成して求める最尤推定値には
上付き添字ＳＰをつけて表すことにする。

【０１１５】Ｘ_M ^SP(k)は次式により求められる。

【０１１６】

【数３９】

【０１１７】

【数４０】

【０１１８】

【数４１】

【０１１９】

【数４２】

【０１２０】ここで、上付き添字Ｔは転置行列、上付き
添字−1は逆行列を意味する。

【０１２１】この状態観測器を用いて、過熱器出口蒸気
温度を計算することができる。過熱器出口蒸気温度の前
回値として、計算の初回のみ測定値を使用するが、２回
目以降は計算値を使用して計算する。過熱器出口蒸気温
度の計算値と目標値との偏差に基づいて制御器モデル３
３４及び３３５で次時間ステップの操作量（燃料流量、
スプレ水流量）を算出し、火炉水壁モデル３３１の燃料
流量と減温器モデル３３２のスプレ水流量を変更して再
び過熱器出口蒸気温度を計算する。この操作を所定の予
測時間に相当する回数まで繰り返して蒸気温度の予測値
を算出する。

【０１２２】さて、数15の右辺には過熱器入口ガス温度
θ_g3inが必要であるが、高温のガス温度は直接計測する
ことが困難である。ガス温度は火炉水壁モデル３３１で
計算できるが、前述の状態観測器を用いてより正確にガ
ス温度を決定できるようにしている。

【０１２３】現在サンプリングステップをkとすると、
ステップ（k-1）での諸値を用いて数36により現在の過
熱器出口蒸気温度を推定する。将来の蒸気温度を予測す
るためには、（k-1）時点で得られる情報から、現在ス
テップkの蒸気温度が正しく求められていることが前提
になる。

【０１２４】推定しているガス温度θ_g3inが適切でない
と、Ｘ_M ^SP(k)に誤差を生じる原因になる。そこで、本発
明では、現在ステップｋにおける過熱器出口蒸気温度x₁
(k)（＝θ_s3o(k)）の測定値と、ステップ（k-1）におけ
る伝熱管温度の最尤推定値x₂ ^SP(k-1)（＝θ_m3 ^SP(k-1)）
を用いて、状態方程式(数32)の関係から次式を導き、ガ
ス温度θ_g3inを算出する。

【０１２５】

【数４３】

【０１２６】ここで、θ_s3o（ｋ）はステップkにおける
出口蒸気温度測定値である。

【０１２７】現在ステップkにおける過熱器出口蒸気温
度の推定値が測定値と一致するように、ガス温度を決定
することができる。火炉水壁モデルの出口ガス温度θ
_g1oと式（43）で計算したガス温度θ_g3inとの偏差に基
づいて、修正部３３６で逐次火炉水壁モデルのβ_gm1を
修正している。この方法によれば、逐次、適切なガス温
度を決定でき、火炉水壁モデル３３１の特性も逐次修正
できるので、現在ステップにおけるモデル誤差が小さく
なる。また、モデル誤差が小さいため、予測精度が向上
する。

【０１２８】なお、本例では過熱器入口蒸気温度θ_s3in
はサンプリングステップ(k-1)における値を用いている
が、ステップkにおける測定値を用いてもよい。

【０１２９】以上、予測方法の具体的方法を述べたが、
本発明は本実施形態に示した予測方法に限定されるもの
ではない。火炉水壁モデル３３１、過熱器減温器モデル
３３２、過熱器モデル３３３はそれぞれ対象機器の特性
を模擬しているモデルなら、物理的因果関係を模擬した
物理モデル以外であっても良い。例えば、統計的方手法
による回帰式モデルでも、ニューラルネットワークによ
る学習型モデルでも良い。その際、蒸気温度の目標値と
測定値との偏差分を出力とする相関モデルとしても良
い。

【０１３０】本発明では、同一の制御対象プロセス量を
制御するための異なる操作量に対して予測時間の異なる
予測値を演算する。パラメータ調整部３４０は、例えば
図６に示すような燃料流量に対する予測時間τaとスプ
レ流量に対する予測時間τbとを決定すると共に、制御
器３２０a、３２０bの比例ゲイン、積分時間も決定す
る。

【０１３１】パラメータ調整部３４０は、例えば図７に
示すように、プラントモデル３５５と、予測部３３０を
模擬した予測機能モデル３５０と、予測機能モデル３５
０及びプラントモデル３５５内の制御対象モデルパラメ
ータを調整するモデル調整部３４２と、制御器３２０a
のパラメータ（比例ゲインKc1，積分時間Tc）及び制御
器３２０bのパラメータ（比例ゲインKc2）と予測時間間
隔τa，τbを算出するパラメータ最適化部３４８とから
構成されている。

【０１３２】プラントモデル３５５は、制御器３２０a
及び３２０bと等価な制御器モデル３４６a、３４６b
と、制御対象１００のモデル３４４とから構成され、予
測機能モデル３５０にも、プラントモデル３５５と同じ
モデルが含まれている。

【０１３３】制御器モデル３４６aはPI（比例・積分）
制御器を表す次式の伝達関数で定義する。

【０１３４】

【数４４】

【０１３５】ここで、sはラプラス演算子である。

【０１３６】同様に、制御器モデル３４６bはP（比例）
制御器を表す次式で定義する。

【０１３７】

【数４５】

【０１３８】制御対象モデル３４４は燃料流量と蒸気温
度との関係を模擬したモデル３４４aと減温器スプレ水
流量と蒸気温度との関係を模擬したモデル３４４bとか
ら成る。

【０１３９】制御対象モデル３４４の二つのモデル３４
４aと３４４bはそれぞれ一次遅れと無駄時間で模擬し、
次式の伝達関数で定義する。

【０１４０】

【数４６】

【０１４１】

【数４７】

【０１４２】ここで、Kp1，Kp2はゲイン、Tp1，Tp2は時
定数、Lp1，Lp2は無駄時間に相当するモデルパラメータ
である。

【０１４３】予測機能モデル３５０では、プラントモデ
ル３５５と全く同じモデルを持っているので、先の時間
ステップまでシミュレーション計算することによりプラ
ントモデル３５５の出力値を予測したことになる。この
予測値をプラントモデル３５５へ出力し、目標値との偏
差を計算して、制御器モデル３４６a及び３４６bを介し
てプラントモデル３５５の出力を計算する。

【０１４４】すなわち、実際の制御対象１００に対し
て、予測制御を実施した場合を模擬している。パラメー
タ調整部３４０は、この予測制御の模擬計算により、制
御対象モデル３４４が最も望ましい状態になるように予
測時間τa，τb及び制御器パラメータである比例ゲイン
Kc1，Kc2、積分時間Tcとを決定する。

【０１４５】予測時間、制御器パラメータなどの具体的
決定方法を説明する。まず、制御対象モデル３４４の応
答特性を制御対象１００の特性と合わせる必要がある。
火力プラントでは、プラント新設時や定期検査終了時に
プラント特性を把握するために試験運転を実施する。

【０１４６】その一つとして、各種操作量に対してステ
ップ応答試験を実施する。モデル調整部３４２はそのス
テップ応答試験のデータを取り込み、制御対象モデル３
４４及び３４４’のモデルパラメータKp1，Kp2，Tp1，T
p2，Lp1，Lp2を調整する。

【０１４７】これらの調整には、運転員が介入し、試運
転データを用いてオフラインで実施する。図８にモデル
パラメータ調整のマンマシンインターフェイスを示す。
図８は画像表示装置９１０に表示され、外部入力装置９
００を用いて操作やデータ入力ができる。

【０１４８】例として制御対象モデル３４４aの調整過
程について説明する。制御対象モデル３４４bについて
も同様の手順で調整できる。

【０１４９】グラフ表示エリア９１１にはプラント試運
転時のステップ応答の応答波形９１５がグラフ表示され
る。この波形からモデルパラメータKp1，Tp1，Lp1を決
定するために補助線９１２，９１４，９１６が表示され
る。補助線９１４はステップ応答試験開始時の定常状態
の出力レベルＡを表しており、画面上でマウスポインタ
カーソル９１８を用いて上下に移動させることができ
る。出力レベルは定格レベルに対してパーセント表示さ
れている。

【０１５０】また、数値表示エリア９２０には出力レベ
ルＡの他、各種数値が表示され、その値をキーボード９
３０からの入力により直接変更することができる。ま
た、増減ポインタ９２２をマウスでクリックすることに
より表示されている値を微小間隔で増加または減少させ
ることができる。補助線９１４と数値表示エリア９２０
内の値は連動して変化する。

【０１５１】これらの方法により、運転員が出力レベル
Ａの値を決定する。同様にして補助線９１２が示すステ
ップ応答試験終了時の定常状態における出力レベルＢを
決定する。

【０１５２】さらに応答波形立ち上がり時の変曲点にお
ける接線９１６を決定する。接線９１６は出力レベルＡ
及びＢと同様の方法で図８に示す点Ｃ及び点Ｄを決定す
ることにより特定する。

【０１５３】以上から点Ａ〜Ｄが決定されると、以下の
ようにしてモデルパラメータKp1，Tp1，Lp1が決定され
る。

【０１５４】ステップ応答試験時の操作量の変化幅K2
(%)よりゲインKp1は

【０１５５】

【数４８】

【０１５６】

【数４９】

【０１５７】とする。

【０１５８】ステップ応答試験開始（操作量変化開始）
時刻Ｑから無駄時間Lp1は

【０１５９】

【数５０】

【０１６０】とする。

【０１６１】また、時定数Tp1は接線９１６上で線分Ｅ
Ｐの長さが0.632K1となる時刻Ｐより、

【０１６２】

【数５１】

【０１６３】とする。

【０１６４】以上、モデル調整部３４２の処理手順を整
理して図９に示す。すなわち、本処理手順では、ステッ
プ応答試験データとして目標値Ｒ、被制御量Y1を読み込
み（ステップ５００１）、該データを用いて出力レベル
A、Ｂおよび接戦９１６の形状を特定するための点C、Ｄ
を決定し（ステップ５００２、５００３）、これら点Ａ
〜Ｄの値からプラントモデルのパラメータKp1、Tp1、Lp
1を決定する（ステップ５００４）。

【０１６５】次に、予測時間τa，τb及び制御器パラメ
ータKc1，Kc2，Tcの決定方法について説明する。

【０１６６】パラメータ最適化部３４８では制御性能評
価値Jを最小にするパラメータτa，τb，Kc1，Kc2，Tc
の組合わせを求める。ここで、制御性能評価値Jは次式
で定義する。

【０１６７】

【数５２】

【０１６８】ここでRm(t)はモデル目標値、Ym(t)は制御
対象モデル３４４の出力値、Uam(t)及びUbm(t)はそれぞ
れ制御器モデル３４６a及び３４６bの出力値であり制御
対象モデル３４４に対する操作量に相当する。p、qは重
み係数である。

【０１６９】Jの値はシミュレーションにより近似的に
計算することができる。数52の右辺｛ ｝内第一項、第
二項及び第三項の値を各計算時間ステップにおいて計算
し、それらの和を積算することにより求める。すなわ
ち、計算時間間隔をΔtとすると次式で表される。

【０１７０】

【数５３】

【０１７１】制御器パラメータKc1，Kc2，Tcは制御器の
取り得る値として、それぞれ上・下限値を定める。ま
た、予測時間τa，τbはそれぞれ、０からTp1×αaとTp
2×αbまでとする。αaとαbは係数であり、任意に設定
可能である。

【０１７２】この範囲内で、パラメータを順次所定の刻
み幅で変化させてt=0からTまでシミュレーション計算を
行い、その都度評価値Ｊを計算する。最終的に評価値Ｊ
が最小になるパラメータτa，τb，Kc1，Kc2，Tcの組合
わせを最適値とする。

【０１７３】τa，τb，Kc1，Kc2，Tcの組合わせによっ
ては制御系が安定しない場合があるので、評価値Ｊを計
算する前にHurwitzの安定判別法などを用いて安定性を
確認することが望ましい。不安定な組合わせに対しては
評価値Ｊを計算せずに、パラメータ値を変更して、最適
値探索を進める。

【０１７４】また、最適なパラメータτs，Kc，Tcの組
合わせを求める方法は上記方法に限定されるものではな
く、山登り法、遺伝アルゴリズムなどの最適化方法を用
いても良い。

【０１７５】モデル目標値Rm(t)が変化する場合も同様
にパラメータの最適値が計算できる。

【０１７６】なお、火力プラントの起動時には、蒸気温
度目標値を所定のタイムスケジュールに従って上げてい
く昇温過程が存在する。昇温過程においては、目標値と
の偏差を小さくすることのみならず、機器材料に与える
影響を考慮すると昇温率を目標値の昇温率と合わせるこ
とも大切な要素となる。

【０１７７】その場合には、評価値J（数52右辺｛ ｝
内）に次の昇温率の項を加えることが望ましい。

【０１７８】

【数５４】

【０１７９】ここで、rはp，qと同様、重み係数であ
る。

【０１８０】なお、制御器モデル３４６、制御対象モデ
ル３４４、予測機能モデル３５０はそれぞれ数44、45、
46、47で定義したが、これらのモデル化はこの方法に限
定されるものではない。例えば、前述した予測部３３０
と全く同じモデルで構成してもよい。

【０１８１】また、評価値Jも数52または数53に限定さ
れるものではなく、任意に設定可能である。また、フィ
ードバックを伴う閉ループ系に対して、評価値を計算す
る方法が例えば次の文献に示されている。

【０１８２】「一般化ISEを評価規範としたロバストI-P
DコントローラMinimax最適化による設計」、河辺 徹、
片山 徹、計測自動制御学会論文集、Vol.32，No.8，pp1
226〜1233（1996）。

【０１８３】この方法によりシミュレーションによらず
t=0から評価時間∞までの評価値が計算できる場合もあ
る。

【０１８４】以上で述べた、パラメータ最適化部３４８
の処理手順を図１０に示す。

【０１８５】本処理手順では、図１０のステップ１１０
１〜１１０４に示すように、パラメータτa，τb，Kc
1，Kc2，Tcの値をそれぞれ所定の範囲内を、所定の刻み
幅で変化させて、すべての組合わせの評価が終了した
時、最適値探索を終了する。

【０１８６】前述したように、パラメータ最適値の探索
には山登り法などの最適化手法を導入してももちろん良
い。

【０１８７】また、本発明で用いる予測時間を決定する
方法としては、例えば特開平9-146612号公報に述べられ
ている方法等、他の方法を用いても良い。

【０１８８】次に、目標値が時間的に変化する場合の、
目標値Rm(t)の設定方法を説明する。

【０１８９】図１１にモデル目標値Rm(t)の設定支援の
ためのマンマシンインターフェイスを示す。グラフエリ
ア９１１には時間軸（横軸）に対する目標値Rmの値９３
０のグラフが表示される。

【０１９０】グラフ上のRm値９３０の線上の点をマウス
でクリックしてドラッグすることにより、グラフ波形形
状を変更することができる。その時の折れ線の座標は数
値で座標表示エリア９３２に表示される。座標表示エリ
ア９３２には全座標点を一度に表示できない場合、スク
ロールバー９３４が表示されて、マウス操作により上下
にスクロールすることができる。

【０１９１】また、数47の評価値Jを算出する際に必要
となる評価時間Tは評価時間入力欄９３６にキーボード
から数値で入力する。目標値Rmと評価時間Tの入力終了
後、設定ボタン９３８をマウスでクリックすることによ
り設定が完了する。

【０１９２】以上のようにして予測時間間隔τa，τb及
び制御器パラメータKc1，Kc2，Tcを決定した場合の制御
結果のシミュレーション例を図１２に示す。本例は目標
値をステップ変化させた場合の応答である。

【０１９３】上記構成によれば、予測制御を行わない場
合に比べて目標値への追従が早くなり、かつ、オーバー
シュート量が減少しており、制御性能が向上しているこ
とがわかる。

【０１９４】さらに、本発明による上記構成によれば、
制御性能がもっとも向上する予測時間を操作量に応じて
決定できる他、予測制御を実施した場合の制御器パラメ
ータの最適値も決定することができるので、予測制御方
式の効果を最大限に発揮させることができる。

【０１９５】さらに、本発明による上記構成によれば、
従来それらの制御器パラメータを試行錯誤的に調整して
いたのに対して、調整時間が短縮できる効果もある。

【０１９６】シミュレーションによる効果は、図１３に
示すように画面上に表示してユーザが確認可能であるよ
うに構成する。

【０１９７】例えば、グラフエリア９１１にはシミュレ
ーション結果による応答波形を表示する。また、パラメ
ータ表示欄９２４には、その時のパラメータτa，τb，
Kc1，Kc2，Tcの値を表示する。また、切替えボタン９２
６をマウスでクリックするたびにグラフエリア９１１に
表示されるグラフがモデル出力値Ym(t)と操作量Uam
(t)，Ubm(t)とに順に切り替える。

【０１９８】また、切替えボタン９２８により、モデル
出力値Ｙm(t)または操作量Uam(t)，Ubm(t)を単独に表示
させるか、各グラフを並べて表示するかを切り替える機
能を設けても良い。

【０１９９】以上、パラメータ調整部３４０により、プ
ラントの試運転時または定期検査時などの機会を利用し
てオフライン的に調整する方法を説明したが、本発明は
以下に述べるようにプラントの運転を制御しながらオン
ライン的に使用することもできる。

【０２００】例えば、パラメータ調整部３４０をプラン
トの運転中に所定の時間間隔で周期的に起動する。例え
ば5分毎に起動し、パラメータ調整部３４８によって予
測時間τa，τb及び制御器パラメータKc1，Kc2，Tcを決
定する。パラメータ調整部３４８の処理手順は図１０と
同じである。

【０２０１】このようにすると、プラント１００の運転
状態（負荷帯、負荷変化条件）に応じて随時、適正な予
測時間間隔τs及び制御器パラメータKc，Tcを決定でき
るので制御性能をさらに向上させることができる。

【０２０２】また、予測時間間隔τs及び制御器パラメ
ータKc，Tcを決定する前に、モデル調整部３４２により
制御対象モデル３４４の特性が制御対象１００の特性と
合うように随時、制御対象モデル３４４を調整すること
もできる。制御対象モデルを回帰式モデルやニューラル
ネットワークモデルとすれば、直近（直前）のデータで
相関式を作り直したり、ニューラルネットワークで再学
習することによりモデル特性を逐次調整する構成として
もよい。

【０２０３】上記構成によれば、プラントの運転点（運
転状態）近傍の特性に制御対象モデル３４４の特性を常
に合わせることができるので、予測制御の効果がさらに
向上する。また、制御対象モデル３４４はプラントの広
範囲な運転状態を模擬する必要がなくなるため、比較的
簡単なモデルで近似できるようになり、演算負荷が減少
する効果もある。

【０２０４】次に本発明の第２の実施の形態を説明す
る。

【０２０５】本実施形態の制御装置は、上記第１の実施
の形態において、図１４に示すような構成を有する蒸気
温度予測コントローラ３８０を用いたものである。

【０２０６】上記第１の実施の形態における蒸気温度予
測コントローラ３８０と異なる点は、予測値Ysと目標値
Rsとの偏差をPI制御器３２０aとP制御器３２０bにフィ
ードバックするのではなく、プラント出力値（蒸気温度
の測定値）をフィードバックして、予測値YsからはP制
御器３２０c及び３２０dによって操作量に補正を加える
構成にした点である。この場合には、プラントモデル３
５５も同じ構成にする。

【０２０７】さらに、切替部３３９は、予測値に基づく
補正値をそのまま出力するか、０を出力して実質的に予
測制御を使わないようにするかを切り替える機能を持つ
ものとする。

【０２０８】本実施形態では、予測値に基づく操作量の
補正量算出部としてP制御器３２０c及び３２０dを用い
ているが、他の方法であってももちろん良い。

【０２０９】本実施形態の構成によっても、上記第１の
実施の形態と同様に、同一の制御量に対し複数の操作量
が存在するプロセスにおいて、該複数の操作量のそれぞ
れに対応して互いに異なる予測時間における予測値を演
算し、それぞれの予測値に基づいて操作量を決定するこ
とができる。

【０２１０】次に、本発明の第３の実施の形態について
説明する。

【０２１１】本実施形態では、本発明を廃棄物焼却プラ
ントの運転制御装置に適用している。廃棄物焼却プラン
トの概要を図１５により説明する。

【０２１２】図１５はストーカ式焼却炉を持つ廃棄物焼
却プラント１０００の構成の一例を示す。

【０２１３】一般家庭から出される廃棄物（ごみ）は、
ごみ収集車７００によって集められる。集められたごみ
は、ごみピット６１４へ一旦貯蔵される。

【０２１４】ごみピット６１４のごみは、クレーン６１
２で焼却炉ホッパ６１０へ運ばれる。その途中で重量測
定器２０１があり、ごみの重量を計測する。ホッパ６１
０へ投入後、押し出し機６３０によってストーカ上に運
ばれる。ストーカは前段の乾燥ストーカ６２６と後段の
燃焼ストーカに分かれている。乾燥ストーカでは、主に
投入ごみの水分を蒸発させる。燃焼ストーカでは、乾燥
したごみを燃焼させる。燃焼後の灰は、灰ピット６３８
に一旦堆積した後で、埋め立て処理される。

【０２１５】ごみの乾燥状態は、乾燥ストーカの移送速
度で、また、燃焼量は燃焼ストーカの移送速度で主に制
御している。

【０２１６】乾燥ストーカ６２６及び燃焼ストーカ６２
８には下部から、それぞれ乾燥用空気及び燃焼用空気が
吹き込まれるようになっている。空気はファン６２０に
より送り込まれるが、その途中に、燃焼ガスの一部と熱
交換（不図示）して昇温するエアヒータ６２２が設置さ
れている。

【０２１７】乾燥ストーカ６２６と燃焼ストーカ６２８
とへの空気量はファン６２０とそれぞれのストーカへの
配分量を調節する空気ダンパ６２４の開度によって制御
される。

【０２１８】燃焼ガスは、排ガス処理装置６３２によっ
てダストや有害物質をある程度除去した後で煙突６３４
から排出される。

【０２１９】燃焼ガスの一部は、煙突より放出される前
にガス分析装置１１５へ送られてＣＯ（一酸化炭素）濃
度、Ｏ₂（酸素）濃度、ＮＯｘ（窒素酸化物）の濃度を
随時オンラインで測定している。また、ダイオキシン類
濃度はオフラインで定期的に測定している。

【０２２０】また、ストーカ６２６、６２８上部で２箇
所、排ガス処理装置６３２の入口に１個所、煙突６３４
の入口に１箇所、ガス温度センサ６４０、６４２、６４
４、６４６が設置してあり、燃焼ガス温度を測定してい
る。

【０２２１】さて、廃棄物を焼却処理する施設では、有
害物質の排出を抑制することが重要である。特にダイオ
キシン類は炉内を高温に保つことによって熱分解する性
質が知られている。高温状態を維持することは、基本的
に完全燃焼状態を維持することである。しかし、廃棄物
の焼却では、焼却炉に投入される廃棄物の組成や含水率
が一定ではなく、安定に燃焼させることが難しい。

【０２２２】そこで、ダイオキシン類の排出量を抑制す
ることを目的に、本発明の予測制御方法を適用する。

【０２２３】ダイオキシン類の濃度がオンラインで測定
できることが望ましいが、できない場合には、ダイオキ
シン類濃度の指標となるプロセスデータで代用する。そ
の一つとして、ＣＯ濃度や塩化フェノールがあり、これ
らの値は比較的短時間で測定が可能であり、ダイオキシ
ン類濃度とある程度相関が認められる。

【０２２４】そこで、予測対象プロセス量を排出ガス中
のＣＯ濃度とする。この値はガス分析装置１１５でオン
ライン測定している。本例では排出ガス中のＣＯ濃度で
あるが、塩化フェノールなど、ダイオキシン類濃度を推
定でき、比較的短時間で測定可能な物質であればそれ以
外でも良い。

【０２２５】また、予測値に基づいて操作するプロセス
量（操作量）は燃焼ストーカの移送速度とごみ投入量
（速度）である。

【０２２６】本実施形態の運転制御装置３００は、上記
第１の実施の形態で説明した火力プラントの場合と同様
に、焼却プラント１０００に配備された各アクチュエー
タの操作量を決定するための制御系を有し、その制御系
には制御の対象となるプロセス量（本例ではＣＯ濃度）
の予測コントローラ３８０が備えられている。

【０２２７】予測コントローラ３８０は、例えば図１６
に示すように、制御プロセス量（ＣＯ濃度）を変化させ
るための操作量を算出する操作量１算出部３２１ａ、操
作量２算出部３２１ｂと、各操作量に対応して異なる予
測時間の予測値をそれぞれ出力する予測部３３０、予測
部３３０に含まれる制御器モデル等の各種モデルのパラ
メータを調整するパラメータ調整部３４０と、切替部３
３２と、Ｐ制御器３２１ｃ、３２１ｄとを備えている。

【０２２８】本実施形態の予測コントローラ３８０で
は、重量測定器２０１で計測したごみの重量に基づい
て、操作量演算部３２１a及び３２１bで燃焼ストーカ移
送速度とごみ投入量（速度）を演算する。さらに、本発
明の予測制御方法により将来のＣＯ濃度を予測し、P制
御器３２１cと３２１dにより燃焼ストーカの移送速度と
ごみ投入量に対する操作量に補正を加えるようにしてい
る。

【０２２９】投入されたごみはまず乾燥ストーカ６２６
上で乾燥した後、燃焼ストーカ６２８に移動する。この
ため、ごみの投入量の変更が燃焼状態に影響するまでの
時間は比較的長い。これに対して、燃焼ストーカ移送速
度の変更は、すぐに現在の燃焼状態に影響する。そのた
め、両操作量に対して予測制御を実施する場合には、そ
れぞれに適した予測時間を用いる方法が有効である。

【０２３０】次に、本実施形態の予測部３３０について
説明する。

【０２３１】排ガス中のＣＯ濃度をごみ供給量（速
度）、燃焼ストーカ移送速度、乾燥空気流量、燃焼空気
流量、（前回サンプリング分までの）ＣＯ濃度測定値と
の関数として次式でモデル化している。

【０２３２】

【数５５】

【０２３３】ここで、COは排ガス中のＣＯ濃度、Fwはご
み供給量（速度）、CSVは燃焼ストーカ移送速度、Fdaは
乾燥空気流量、Fcaは燃焼空気流量であり、kは現在サン
プリングステップを表す。

【０２３４】予測時にはFw，CSV，Fda，Fcaを現在ステ
ップの値で保持された状態で、数55の右辺のCOの値を順
次、左辺の計算値に置き換えて将来のＣＯ濃度を計算す
る。

【０２３５】予測部３３０の構成を図１７に示した。数
55のCO相関モデル３６０と、操作量算出部３２１a及び
３２１bのモデル３２２a及び３２２bと、P制御器３２１
cと３２１dのモデル３２２c及び３２２dとで構成されて
いる。

【０２３６】本実施の形態では、上記第１の実施の形態
と同様にパラメータ調整部３４０を備えており、燃焼ス
トーカ移送速度とごみ投入量（速度）に対応する予測時
間と、P制御器３２１cと３２１dの比例定数を決定す
る。

【０２３７】本実施の形態では、予測制御に対する操作
量として燃焼ストーカ移送速度とごみ投入量を選択して
いるが、乾燥ストーカ移送速度、乾燥空気量、燃焼空気
量などでも良く、また、それらの組合わせであっても良
い。

【０２３８】また、ダイオキシン類はCl（塩素）を含む
化合物であるため、排ガス中の塩素を別の安定な塩素化
合物として固定化して除去することによりダイオキシン
類の排出量を抑制する方法がある。この場合例えば、石
灰石や消石灰のようなカルシウム化合物をダイオキシン
抑制剤として用いることができる。その時、次式のよう
な反応によりCaCl₂（塩化カルシウム）として塩素分が
固定化される。

【０２３９】

【数５６】

【０２４０】従って、操作量としてカルシウム化合物な
どのダイオキシン抑制剤の投入量を用いても良い。ま
た、制御量としてダイオキシン類の濃度のみならず、
（窒素酸化物）濃度でも良く、NOx濃度を予測しても良
い。

【０２４１】

【発明の効果】本発明によれば、単一の制御量に対して
複数の操作量が存在するプロセスに対して、各操作量に
対応して異なる予測時間における予測値を演算し、それ
ぞれの予測値に基づいて操作量を決定するので制御精度
が高い制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第一の実施の形態における予測コントローラの
構成を表すブロック線図。

【図２】火力発電プラントの構成を示す説明図。

【図３】制御装置の構成とプラントとの関係を表す説明
図。

【図４】制御装置のハード構成を示すブロック図。

【図５】予測部の構成を表すブロック線図。

【図６】予測時間間隔の説明図。

【図７】パラメータ調整部の構成を表すブロック線図。

【図８】制御対象モデルのパラメータ調整支援画面を表
す説明図。

【図９】モデル調整部の処理手順を表すフローチャー
ト。

【図１０】パラメータ最適化部の処理手順を表すフロー
チャート。

【図１１】目標値の設定画面を表す説明図。

【図１２】予測制御の効果を示す説明図。

【図１３】調整効果確認画面を表す説明図。

【図１４】第二の実施の形態における予測コントローラ
の構成を表すブロック線図。

【図１５】廃棄物焼却プラントの構成を表すブロック線
図。

【図１６】第三の実施の形態における予測コントローラ
の構成を表すブロック線図。

【図１７】第三の実施の形態における予測部の構成を表
すブロック線図。

【符号の説明】

１００…火力発電プラント、１１０…発電機、１１１…
発電機出力計測装置、１２０…低・中圧タービン、１２
１…タービン加減弁、１２２…過熱器出口蒸気温度測定
器、１２３…主蒸気圧力測定器、１２４…再熱蒸気温度
測定器、１２５…復水器、１２６…冷却水、１３０…高
圧タービン、１４０…給水ポンプ、１５０…ボイラ、１
５２…火炉水壁、１５４…過熱器、１５６…再熱器、１
６０…バーナー、１６１…空気流量調節弁、１６２…燃
料流量調節弁、１７０…排ガス処理装置、１７５…煙
突、３００…運転制御装置、３２０a，b…制御器、３３
０…予測部、３３１a…火炉水壁モデル、３３１b…スプ
レモデル、３３１c…過熱器モデル、３３９…切替部、
３４０…パラメータ調整部、３４２…モデル調整部、３
４４…制御対象モデル、３４６…制御器モデル、３４８
…パラメータ最適化部、３５０…予測機能モデル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野村 政英 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 原嶋 敏彦 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 木村 亨 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 菊池 信也 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内 Ｆターム(参考） 3L021 BA08 DA05 DA25 DA26 DA27 DA28 EA01 FA08 FA12 FA13 FA15 5H004 GA10 GB04 GB20 HA01 HA04 HB01 HB03 HB04 JB23 KA01 KA65 KB02 KB03 KB04 KB19 KB33 KB38 KB39 KC09 KC10 KC12 KC26 KC28 KC44 KC45 KC48 KC50 KD46 KD67 KD70 LA01 LA03 LA12 LA18 MA27 MA50

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】制御対象とすべきプロセス量（被制御量）
   の将来の値を予測する予測手段と、該予測手段から出力
   される予測値に基づいて前記被制御量を制御するために
   操作するプロセス量（操作量）を決定する操作量算出手
   段とを有する制御装置において、 １つの被制御量に対して複数の操作量が存在するもので
   あって、 前記予測手段は、同一の被制御量に対して、予測時刻お
   よび予測時間間隔のうち少なくとも一方が異なる複数の
   予測値を演算して出力し、 前記操作量算出段は、前記複数の予測値を用いて前記複
   数の操作量をそれぞれ決定することを特徴とするプロセ
   スの制御装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載のプロセスの制御装置にお
   いて、 前記予測手段は、 前記制御対象とすべきプロセスを模擬したプロセスモデ
   ルと、 前記操作量算出手段を模擬した制御器モデルとを具備す
   ることを特徴とするプロセスの制御装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載のプロセスの制御装置にお
   いて、 前記予測手段は、前記複数の操作量のうち前記制御対象
   量に対しての時定数が小さい方の操作量を決定するため
   に設けられた前記操作量算出手段の一部構成を模擬した
   制御器モデルを少なくとも含んでいることを特徴とする
   プロセスの制御装置。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載のプロセス
   の制御装置において、 予め定義した制御性能を評価するための評価値を算出
   し、該評価値を用いて前記複数の予測値の各々について
   予測時刻または予測時間間隔を決定する予測時間決定手
   段をさらに具備することを特徴とするプロセスの制御装
   置。
5. 【請求項５】請求項２または３に記載のプロセスの制御
   装置において、 予め定義した制御性能を評価するための評価値を算出
   し、該評価値を用いて前記制御器モデルのパラメータ値
   を設定するパラメータ設定手段をさらに具備することを
   特徴とするプロセスの予測制御装置。
6. 【請求項６】請求項５に記載のプロセスの制御装置にお
   いて、 前記操作量算出手段は、比例制御器および積分制御器の
   うち少なくとも一方を含んで構成されており、 前記パラメータ設定手段が設定するパラメータ値は、前
   記比例制御器の比例ゲインまたは前記積分制御器の積分
   時間に対応するものであることを特徴とするプロセスの
   制御装置。
7. 【請求項７】火力発電プラントの蒸気温度の将来値を予
   測する予測手段と、該予測手段の出力値である蒸気温度
   予測値に基づいて前記火力発電プラントの燃料流量、蒸
   気温度減温器スプレ流量、再循環ガス流量およびガス分
   配ダンパ開度のうち少なくとも一つを操作量として決定
   する、一つまたは複数の操作量算出手段とを有する火力
   発電プラントの制御装置において、 前記予測手段は、同一位置における蒸気温度に対して、
   予測時刻および予測時間間隔のうち少なくとも一方が異
   なる複数の予測値を演算し出力し、 前記操作量算出手段は、前記出力された複数の予測値を
   用いて前記燃料流量、前記蒸気温度減温器スプレ流量、
   前記再循環ガス流量および前記ガス分配ダンパ開度のう
   ち２つ以上の操作量を決定することを特徴とする制御装
   置。
8. 【請求項８】請求項７に記載の火力発電プラントの制御
   装置において、 前記予測手段は、 前記火力プラントの運転に関する制御信号および前記操
   作量のうち少なくとも一方と前記蒸気温度との関係を模
   擬した熱交換器モデル、および前記蒸気温度減温器モデ
   ルのうち少なくとも一方とから構成されるプロセスモデ
   ルと、 前記操作量算出手段と等価またはその特性を模擬した操
   作量算出モデルとを具備し、 前記プロセスモデルと前記操作量算出モデルとを組み合
   わせて演算を実行し、ある特定の時刻における蒸気温度
   を算出することを特徴とする制御装置。
9. 【請求項９】請求項７に記載の火力発電プラントの制御
   装置において、 前記予測手段は、前記燃料流量、前記蒸気温度減温器ス
   プレ流量、前記再循環ガス流量および前記ガス分配ダン
   パ開度のうち前記蒸気温度に対しての時定数が小さい操
   作量を決定する前記操作量算出手段の一部構成と等価ま
   たはその入出力特性を模擬した制御器モデルを少なくと
   も含んで構成することを特徴とする制御装置。
10. 【請求項１０】請求項７〜９のいずれかに記載の火力発
    電プラントの制御装置において、 予め定義した制御性能を評価するための評価値を算出
    し、該評価値を用いて前記複数の予測値の各々について
    予測時刻および予測時間間隔のうち一方を決定する予測
    時間決定手段をさらに具備することを特徴とする制御装
    置。
11. 【請求項１１】請求項７〜１０のいずれかに記載の火力
    発電プラントの制御装置において、 前記操作量算出手段は、比例制御器および積分制御器の
    うち少なくとも一方を含んで構成されており、 予め定義した制御性能を評価するための評価値を算出
    し、該評価値を用いて前記比例制御器の比例ゲインまた
    は積分制御器の積分時間を算出する制御器パラメータ設
    定手段をさらに具備することを特徴とする制御装置。
12. 【請求項１２】請求項１〜６のいずれかに記載のプロセ
    スの制御装置において、 前記被制御量は、廃棄物焼却プロセスに係わる排出ガス
    中のCO（一酸化炭素）濃度、塩化フェノール濃度、窒素
    酸化物濃度、およびダイオキシン類濃度のうち少なくと
    も一つであり、 前記操作量は、焼却炉への廃棄物の投入量、該焼却炉内
    の搬送速度、乾燥用空気流量、燃焼用空気流量、空気温
    度、および燃焼ガス無害化処理用の薬剤投入量のうちい
    ずれかを少なくとも含むことを特徴とするプロセスの制
    御装置。
13. 【請求項１３】制御対象とすべきプロセス量（被制御
    量）の将来の値を予測し、該予測値に基づいて前記被制
    御量を制御するために操作するプロセス量（操作量）を
    決定するプロセスの制御方法において、 １つの被制御量に対して複数の操作量が存在するもので
    あって、 同一の被制御量に対して、予測時刻および予測時間間隔
    のうち少なくとも一方が異なる複数の予測値を演算して
    出力し、 前記出力された複数の予測値を用いて前記複数の操作量
    をそれぞれ決定することを特徴とするプロセスの制御方
    法。
14. 【請求項１４】火力発電プラントの蒸気温度の将来値を
    予測する予測手段と、該予測手段の出力値である蒸気温
    度予測値に基づいて前記火力発電プラントの燃料流量、
    蒸気温度減温器スプレ流量、再循環ガス流量およびガス
    分配ダンパ開度のうち少なくとも一つを操作量として決
    定する、一つまたは複数の操作量算出手段とを有する火
    力発電プラントの制御方法において、 同一位置における蒸気温度に対して、予測時刻および予
    測時間間隔のうち少なくとも一方が異なる複数の予測値
    を演算して出力し、 前記出力された複数の予測値を用いて前記燃料流量、前
    記蒸気温度減温器スプレ流量、前記再循環ガス流量およ
    び前記ガス分配ダンパ開度のうち２つ以上の操作量を決
    定することを特徴とする制御方法。
15. 【請求項１５】請求項１４に記載の火力発電プラントの
    制御方法において、 燃焼ガス温度の推定値と蒸気温度測定値とを少なくとも
    用いて、該蒸気温度を測定した時刻以降の蒸気温度と前
    記熱交換器の伝熱管温度とを推定すると共に、所定時間
    経過後の蒸気温度を予測する際には、推定した前記蒸気
    温度と推定した伝熱管温度とを使用する方法であって、 前記燃焼ガス温度は、前記時刻以前の前記伝熱管温度推
    定値と前記時刻以降の蒸気温度の測定値とを少なくとも
    使用して算出することを特徴とする制御方法。