JP2012226581A

JP2012226581A - 生産エネルギー管理システム

Info

Publication number: JP2012226581A
Application number: JP2011094062A
Authority: JP
Inventors: Madoka Hamada; 圓濱田; Hiroshi Watanabe; 洋渡辺
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2011-04-20
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2012-11-15

Abstract

【課題】多種多数の設備を有する工場において、各設備に対する専門知識を持たなくても有効なシミュレーションを可能とする生産エネルギー管理システムを実現する。
【解決手段】生産情報とエネルギー情報、および生産設備の稼動情報の計測データに基づき、生産に関連したエネルギー解析を行う生産エネルギー管理システムにおいて、
過去から現在までの前記計測データに基づき、過去から将来までの生産エネルギー動向をシミュレーションするシミュレーション部を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、生産情報とエネルギー情報、および生産設備の稼動情報の計測データに基づき、生産に関連したエネルギー解析を行う生産エネルギー管理システに関するものである。

製品の生産情報を管理する生産管理システムと、製品の製造に関連したエネルギー情報および製造設備の稼動情報を管理するエネルギー管理システムとで構築され、前記生産管理システムの生産情報と前記エネルギー管理システムのエネルギー情報、および製造設備の稼動情報に基づき、生産に関連した各種のエネルギー解析を行う、生産エネルギー管理システムが特許文献１に開示されている。

図８は、特許文献１に開示されている従来の生産エネルギー管理システムの構成例を示す機能ブロック図である。入出力部１０は、生産情報・エネルギー情報および製造設備の稼動情報などを取得する。入出力１０部で取得したデータおよび情報は、エネルギー情報などをヒストリカルデータベース２０に蓄積し、生産情報を生産情報データベース３０に蓄積する。

図９は、工場におけるエネルギーフローを示す模式図である。第１のエネルギーフローは、電源供給Ｐから分電盤１を経由し、４個の計測ポイントを介して１Ａ，１Ｂ設備および２Ａ，２Ｂ設備に流れている。第２のエネルギーフローは、電源供給Ｐから分電盤２を経由し、３個の計測ポイントを介して３Ａ，３Ｂ設備および４Ａ設備に流れている。

演算処理部４０は、図９に示すようなエネルギーフローを構築管理し、各データベースの情報を用いて、生産に関連した各種のエネルギー解析を行う。演算処理部４０の処理解析結果は、必要に応じて各データベースに蓄積される。表示部５０は、各種エネルギー解析結果をグラフなどで表示する。

特開２０１０−０６７１１４号公報

図１０は、設備Ａのエネルギーフローを示す模式図である。演算処理部４０では、図１０に示すようなエネルギーフローに従って上流から下流まで、エネルギーデータの処理が行われる。

例えば、設備効率ηは、上流側の計測データEinと下流側の計測データEoutから、η＝Eout／Einにより求められるが、ηを用いてEoutからEinを、あるいはEinからEoutを求めるような演算には対応していない。

このように従来の生産エネルギー管理システムは、現在までのエネルギー情報などの管理・解析システムであり、エネルギーフローにより効率的に演算できるが、解析結果から効果を見積もるなどのシミュレーション機能がないため、解析結果の効果見積もりだけでなく、明日の生産予定に対するエネルギー消費見込みとか、昨日更新した設備による省エネ改善効果がどれくらいあったかなどの検証ができない。

本発明の目的は、多種多数の設備を有する工場において、各設備に対する専門知識を持たなくても有効なシミュレーションを可能とする生産エネルギー管理システムを実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）生産情報とエネルギー情報、および生産設備の稼動情報の計測データに基づき、生産に関連したエネルギー解析を行う生産エネルギー管理システムにおいて、
過去から現在までの前記計測データに基づき、過去から将来までの生産エネルギー動向をシミュレーションするシミュレーション部を備えることを特徴とする生産エネルギー管理システム。

（２）前記シミュレーション部は、通信手段を介して取得される過去から現在までの前記計測データに基づき、過去から将来までの生産エネルギー動向をシミュレーションすることを特徴とする（１）に記載の生産エネルギー管理システム。

（３）前記シミュレーション部は、前記生産設備のエネルギー入出力データに基づき、設備の特性をシミュレーションすることを特徴とする（１）または（２）に記載の生産エネルギー管理システム。

（４）前記シミュレーション部は、前記生産設備のエネルギー入出力データおよび環境データに基づき、設備の特性をシミュレーションすることを特徴とする（３）に記載の生産エネルギー管理システム。

（５）前記シミュレーション部は、前記生産設備の一定期間の生産数量と消費エネルギーに基づき、前記生産設備の特性をシミュレーションすることを（１）または（２）に記載の生産エネルギー管理システム。

（６）前記シミュレーション部は、前記生産設備の一定期間の生産数量と生産時間内の消費エネルギーに基づき、前記生産設備の特性をシミュレーションすることを特徴とする（１）または（２）に記載の生産エネルギー管理システム。

本発明によれば、次のような効果を期待することができる。
（１）設備更新を除けば、計測データを用いて設備効率を求めているので、設備に詳しくなくても簡単にシミュレーションができる。

（２）設備のエネルギー入出力データから効率関数を求めるので、計算負担が少なくシミュレーションが容易である。

（３）取得したエネルギーフローに沿った演算なので、来月の生産計画に要するエネルギー量を容易に逆算することが可能である。たとえば、先月更新した設備による省エネ効果はどれくらいだったか、来月の生産計画に対するエネルギー消費量はいくらか、などが必要最小限の条件設定で得られる。

本発明を適用した生産エネルギー管理システムの一実施例を示す機能ブロック図である。設備Ａのエネルギーフローを示す模式図である。複数入出力設備Ａのエネルギーフローを示す模式図である。温度依存性を有する熱源設備Ｂのエネルギーフローを示す模式図である。生産設備のエネルギーフローを示す模式図である。生産効率と生産設備効率の計算例を示す模式図である。本発明を適用した生産エネルギー管理システムの他の実施例を示す機能ブロック図である。従来の生産エネルギー管理システムの構成例を示す機能ブロック図である。工場におけるエネルギーフローを示す模式図である。設備Ａのエネルギーフローを示す模式図である。

以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明を適用した生産エネルギー管理システムの一実施例を示す機能ブロック図である。図８で説明した従来構成と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。

図８に示した従来構成に追加される本発明の特徴部は、演算処理部４０の演算結果を利用するシミュレーション部１００を設けた構成にある。シミュレーション部１００は、演算処理部４０および演算処理部４０を介してヒストリカルデータベース２０、生産情報データベース３０より、エネルギーフローと、過去から現在までの必要なデータ・情報を収集する。

収集したデータとエネルギーフローから、シミュレーションに必要な、各設備の効率、ここでは入力エネルギーを出力エネルギーの関数として求める。独立変数は出力エネルギーとしているが、２変数、多変数を選択することも可能としている。

また、設備更新などの場合は、設備の仕様書などよりわかる範囲で設備効率として関数を定義する。シミュレーション条件として、生産予定やエネルギー需要予定が与えられれば、エネルギーフローに沿って各設備効率から順次上流のエネルギーを演算して、受電電力などを求めることができる。

表示部５０は、各種エネルギー解析結果を表示すると共に、シミュレーションの諸データを表示する。シミュレーションの諸データには、各設備のエネルギー入出力データ相関図も含まれ、近似線のように設備効率関数が描画されているので、計測データと著しく異なる効率関数を見つけて独立変数の追加などの見直しも可能である。

設備により効率の計算手法が様々あるので、以下、図２乃至図６により説明する。なお、効率計算は上流側に演算していくことから、図１０で示した設備効率ηの逆数を関数としている。素直に設備効率ηで求めても構わない。

図２は、設備Ａのエネルギーフローを示す模式図である。上流側の計測データEinと下流側の計測データEoutから、設備Ａの設備効率の基本的な計算を（１）式に示す。

Ein＝ｆ(Eout) ・・・（１）

図１０における効率ηの算出手法と比較すれば、個々の計測データに対しては、関数
ｆ＝１／ηである。なお、例えば上下水のフローを定義し、その計測データがあるならば、（１）式を適用して、エネルギー以外の量のシミュレーションも可能である。

設備によってはコジェネレーションのようにエネルギー入出力を複数持つ場合がある。図３は、複数入出力設備Ａのエネルギーフローを示す模式図である。上流側の計測データ
Ein1，Ein2と、下流側の計測データEout1，Eout2から、設備Ａの設備効率の基本的な計算を（２）式および（３）式に示す。
Ein1＝ｆ1(Eout1＋Eout2）・・・（２）
Ein2＝ｆ2(Eout1＋Eout2) ・・・（３）

ここでは、エネルギーフローを上流側に遡る演算を素直に定義したが、Eout1とEout2を独立変数として演算しても、もちろん構わない。

エネルギーフロー上には、入出力エネルギーの関係が他の要因に大きく影響される設備もある。図４は、温度依存性を有する熱源設備Ｂのエネルギーフローを示す模式図である。上流側の計測データEinと下流側の計測データEoutおよび温度Tの計測データがある場合で、設備Ｂの設備効率の基本的な計算を（４）式に示す。
Ein＝ｇ(Eout、T) ・・・（４）

この計算式は、設備知識のない人が、常識範囲で温度依存性を考慮した場合を想定している。（１）〜（３）式は自動的に計算されるが、（４）式あるいは多変数式を選択することも可能である。

図５は、生産設備Ｃのエネルギーフローを示す模式図である。生産設備の場合、入力エネルギーに対して出力は製品になるので、生産設備効率として次式を定義する。
Ein＝ｈ（Pout）・・・（５）
ここで、PoutはエネルギーEinにより生産した製品数量である。すなわち関数ｈは製品エネルギー原単位である。また、１日の生産効率として考えた場合は、待機エネルギーなどを考慮した計算が望ましい。

図６は、生産効率と生産設備効率の計算例を示す。待機エネルギーの分、生産効率のほうが効率が低いが、シミュレーションでは所望の効率を選んで実施できる。１日２４時間の内、４時間は消費電力１００ＫＷで８０個を生産し、６時間は３００ＫＷで１２０個を生産する場合を想定する。

１日の生産効率は、
(100kW*14h+200kW*4h+300kW*6h)/(80個+120個)=20kWh/個
生産設備効率は、
200kW*4h/80個=10kWh/個
300kW*6h/120個=15kWh/個
合計では、
(200kW*4h+300kW*6h)/(80個+120個)=13kWh/個
と計算される。

図７は、本発明を適用した生産エネルギー管理システムの他の実施例を示す機能ブロック図である。図７において情報通信部２００は、工場に設置されている工場エネルギー操業支援システムあるいは相当システムと、エネルギーフロー、計測データ、生産情報などを、ネットワークを介して取得する。

これにより、各種エネルギー解析はできないが、シミュレーションツールとして図１に示した生産エネルギー管理システムと同等の結果が得られる。また、散在する複数工場の生産エネルギー管理システムと接続すれば、工場間の比較シミュレーションも可能となる。

１０入出力部
２０ヒストリカルデータベース
３０生産情報データベース
４０演算処理部
５０表示部
１００シミュレーション部

Claims

生産情報とエネルギー情報、および生産設備の稼動情報の計測データに基づき、生産に関連したエネルギー解析を行う生産エネルギー管理システムにおいて、
過去から現在までの前記計測データに基づき、過去から将来までの生産エネルギー動向をシミュレーションするシミュレーション部を備えることを特徴とする生産エネルギー管理システム。
前記シミュレーション部は、通信手段を介して取得される過去から現在までの前記計測データに基づき、過去から将来までの生産エネルギー動向をシミュレーションすることを特徴とする請求項１に記載の生産エネルギー管理システム。
前記シミュレーション部は、前記生産設備のエネルギー入出力データに基づき、設備の特性をシミュレーションすることを特徴とする請求項１または２に記載の生産エネルギー管理システム。
前記シミュレーション部は、前記生産設備のエネルギー入出力データおよび環境データに基づき、設備の特性をシミュレーションすることを特徴とする請求項３に記載の生産エネルギー管理システム。
前記シミュレーション部は、前記生産設備の一定期間の生産数量と消費エネルギーに基づき、前記生産設備の特性をシミュレーションすることを特徴とする請求項１または２に記載の生産エネルギー管理システム。
前記シミュレーション部は、前記生産設備の一定期間の生産数量と生産時間内の消費エネルギーに基づき、前記生産設備の特性をシミュレーションすることを特徴とする請求項１または２に記載の生産エネルギー管理システム。