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サイクリックワンスポットチューニングPID制御技術の開発と実用化

 大規模な石油精製プロセスの高度化は、PID制御主体からモデル予測制御に切り替えることにより、一応の成果をあげてきた。しかしながら、モデル予測制御は高い導入コスト、長い開発期間、運転員が把握不可能なアルゴリズム、困難な保守等の問題も併せ持っていたため、大きな利益が期待できる運用部分への適用にとどまり、装置全体の安定化、無操作化などの問題が残されていた。そこで、プロセス全体の安定化を低コストで実現可能なサイクリックワンスポットチューニングPID制御技術を開発し、常圧蒸留プロセスなどの石油精製プロセスへ実装した。

 具体的には、(1)プロセス全体の安定化をイベント分析器を用いて評価し、この結果に基づいて調整すべきループを推定する。(2)そのループの入出力データからシステムパラメータを推定し、これに基づいて部分的モデルマッチング法により、PIDパラメータを計算する。(3)上記手順を繰り返し行うことで、徐々にプロセス全体の安定化を図る。本技術により、従来困難とされていた原油切り替え、運転条件変更にも対応可能な制御システムを実現することができ、従来手法に比べ大幅な経済効果をあげることができた。

 制御系の安定化を実現するサイクリックワンスポットチューニングPID制御技術を開発し、石油精製装置で安定化が最も困難な装置である常圧蒸留装置への適用において、多変数プロセス制御で最も有効な手法とされるモデル予測制御の効果と同等以上の結果を得ている。無操作化に伴う省エネルギーを実現しており、これに伴い経済的効率を顕著にあげるなど、この技術開発は高く評価できる。具体的な評価点を以下に示す。
(1) 制御技術そのものがPID制御に基づいているため、モデル予測制御に比べ運転部門の現場スタッフで開発が可能であり、開発が短期間で行えるため、投資効果の点において優位である。
(2) プロセス産業においては、ほとんどのプロセス装置が分散型システム(DCS)と呼ばれる制御装置のもとで運転されているが、モデル予測制御などの高度な制御システムは、計算能力の問題からDCS以外の計算機システムで構築され、DCSは制御機能を十分に発揮している状況になかった。しかし、本技術は既存資産であるDCSの活用をベースとしてプロセス全体の安定化が実現できる。
(3) 制御実施結果から、プロセス全体の安定化が大きく図られ、運転員の操作負荷が1/3~1/5(昼夜で異なる)に減少し、大幅な省力化が図られた。さらに、プロセスの安定化が実現されることから、投入するエネルギーも大幅に削減することができた。
(4) 数多くのプロセス装置への適用が図られているが、技術内容が明快であり、運転員の理解が得やすいことから、完全自動化(無操作化)活動が急速に展開されている。
 電気学会は、この成果を称えて、藤井憲三氏(出光興産㈱)、山本透氏(広島大学)に、2003年、電気学会振興賞(進歩賞)を贈呈した。

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