JP6720562B2 - 制御装置、制御システム、制御プログラム、及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、制御装置、制御システム、制御プログラム、及び制御方法に関する。

複数の設備が生産・供給する資源（例えば、蒸気や冷熱等）の生産・供給量の配分について、当該資源を需要する設備の需要量に応じて、コスト（例えば、ガスや重油、電力等）が最適となるように決定する技術が従来から知られている。

例えば、ＢＴＧプラントの各機器の特性をモデル化した特性モデルや各種プロセス量等に基づいて、エネルギーコストが最小となるように、ボイラの蒸気生成量や各タービンの蒸気配分量等の最適解を算出する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。このような技術では、例えば、線形計画問題や２次計画問題等の最適化問題を解くことにより、生産・供給量の配分についての最適解を算出する。

特開２００７−２５５１９８号公報

しかしながら、最適化問題を解くには、一般に、制約条件や変数の数に依存した行列計算、解が収束するまでの繰り返し計算等が必要であり、メモリやＣＰＵ（Central Processing Unit）等のハードウェア資源に制約がある機器等には実装が困難な場合があった。

本発明の一実施形態は、上記の点に鑑みてなされたもので、種々の機器において最適な配分決定を行うことを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一実施形態では、資源を供給する複数の資源供給設備と、該複数の資源供給設備から供給される資源を需要する１以上の資源需要家設備とを含む需給系統を制御する制御装置であって、前記１以上の資源需要家設備において需要する資源の総需要量が入力されると、前記複数の資源供給設備が資源を供給する際に必要なコストと前記総需要量とに基づいて、前記総需要量の資源を前記複数の資源供給設備が供給するために必要な最小コストを算出する最小コスト算出手段と、前記最小コスト算出手段により最小コストが算出されると、該最小コストと、前記総需要量と、前記複数の資源供給設備のうちの１以上の資源供給設備から供給される資源の供給量とに基づいて、前記資源供給設備それぞれの最適な供給量を算出する供給量算出手段と、を有する。

本発明の一実施形態によれば、種々の機器において最適な配分決定を行うことができる。

第一の実施形態に係る制御システムの一例の構成を示す図である。 第一の実施形態に係る制御装置の一例のハードウェア構成を示す図である。 第一の実施形態に係る制御装置の一例の機能構成を示す図である。 需給系統モデルの一例を示す図である。 各資源供給設備の設備能力の一例を示す図である。 第１の関係式の一例を示す図である。 第２の関係式群の一例を示す図である。 第一の実施形態に係る最適配分の決定処理の一例のフローチャートである。 最小総コストＣ_０の算出の一例を示す図である。 最適な供給量Ｔ_１の算出の一例を示す図である。 最適な供給量Ｔ_２の算出の一例を示す図である。 最適な供給量Ｔ_３の算出の一例を示す図である。 第二の実施形態に係る制御システムの一例の構成を示す図である。 第二の実施形態に係る制御装置の一例の機能構成を示す図である。 需給系統モデルの他の例を示す図である。 各資源供給設備の設備能力の他の例を示す図である。 第１の関係式の他の例を示す図である。 第２の関係式群の他の例を示す図である。 第二の実施形態に係る最適配分の決定処理の一例のフローチャートである。 最小総コストＣ_０の算出の他の例を示す図である。 最適な供給量Ｔ_１の算出の他の例を示す図である。 最適な供給量Ｔ_２の算出の他の例を示す図である。

以下、発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

［第一の実施形態］
＜システム構成＞
まず、本実施形態に係る制御システム１００のシステム構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、第一の実施形態に係る制御システムの一例の構成を示す図である。

図１に示す制御システム１００は、制御装置１０と、入出力装置２０とを有し、需給系統３０を制御する。ここで、需給系統３０とは、資源を生産及び供給する資源供給設備と、資源供給設備から供給される資源を需要する資源需要家設備とを含むシステムである。なお、需給系統３０の具体例には、例えば、資源として「蒸気」を生産及び供給する蒸気発生設備と、「蒸気」を需要して電力等を生産する資源需要家設備とを含む電力系統等が挙げられる。

制御装置１０は、例えばＰＬＣ（Programmable Logic Controller）や組み込み機器等である。制御装置１０は、資源需要家設備が要求する資源の総需要量に応じて、各資源供給設備の最適な配分（各資源供給設備が供給する資源の供給量の最適な配分）を決定する。また、制御装置１０は、決定した配分に基づいて、需給系統３０に含まれる各資源供給設備における資源の生産及び供給量を制御する。

なお、最適な配分とは、各資源供給設備が供給する資源の供給量の合計が総需要量を満たし、かつ、各資源供給設備が資源を生産するのに必要なコスト（例えば、ガスや重油、電力等）の合計が最小となる供給量の配分のことである。

入出力装置２０は、例えばプログラマブル表示器等である。入出力装置２０は、制御装置１０に対して各種の情報（例えば、需給系統３０に含まれる資源需要家設備が要求する資源の総需要量）を入力するのに用いられる。ここで、入出力装置２０は、制御装置１０と直接に接続されていても良いし、ネットワーク等を介して接続されていても良い。なお、資源需要家設備が要求する資源の総需要量を、以降では、「要求総需要量」と表す。

このように、本実施形態に係る制御システム１００では、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）等と比較して、比較的ハードウェア資源が制限されている制御装置１０と、当該制御装置１０に対して各種情報を入力するのに用いられる入出力装置２０とを有する。そして、本実施形態に係る制御システム１００は、制御装置１０により、需給系統３０に含まれる各資源供給設備の資源の供給量の最適な配分を決定し、各資源供給設備の運用が最適となるように制御する。

＜ハードウェア構成＞
次に、本実施形態に係る制御装置１０のハードウェア構成について、図２を参照しながら説明する。図２は、第一の実施形態に係る制御装置の一例のハードウェア構成を示す図である。

図２に示す制御装置１０は、ＣＰＵ１１と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１２と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１３と、記憶装置１４と、外部Ｉ／Ｆ１５と、通信Ｉ／Ｆ１６とを有する。これら各ハードウェアは、バスＢにより相互に通信可能に接続されている。

ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１３や記憶装置１４等からプログラムやデータをＲＡＭ１２上に読み出し、処理を実行することで、制御装置１０全体の制御や機能を実現する演算装置である。

ＲＡＭ１２は、プログラムやデータを一時保持することができる揮発性の半導体メモリである。ＲＯＭ１３は、制御装置１０のＯＳ（Operating System）設定やネットワーク設定等のデータが格納されている。

記憶装置１４は、各種のプログラムやデータを格納している不揮発性のメモリである。記憶装置１４に格納されるプログラムやデータには、本実施形態を実現するプログラム、制御装置１０全体を制御する基本ソフトウェアであるＯＳ、及びＯＳ上で各種機能を提供するプログラム等がある。

外部Ｉ／Ｆ１５は、外部装置とのインタフェースである。外部装置には、記録媒体１５ａ等がある。これにより、制御装置１０は、外部Ｉ／Ｆ１５を介して記録媒体１５ａの読み取り及び／又は書き込みを行うことができる。なお、記録媒体１５ａには、フレキシブルディスク、ＣＤ、ＤＶＤ、ＳＤメモリカード、ＵＳＢメモリ等がある。

通信Ｉ／Ｆ１６は、制御装置１０をネットワークに接続するためのインタフェースである。これにより、制御装置１０は、通信Ｉ／Ｆ１６を介してデータ通信を行うことができる。

本実施形態に係る制御装置１０は、上記のハードウェア構成を有することにより、後述する各種処理を実現できる。

＜機能構成＞
次に、本実施形態に係る制御装置１０の機能構成について、図３を参照しながら説明する。図３は、第一の実施形態に係る制御装置の一例の機能構成を示す図である。

図３に示す制御装置１０は、最適配分処理部１１０と、制御処理部１２０とを有する。これら各機能部は、制御装置１０にインストールされた１以上のプログラムが、ＣＰＵ１１に実行させる処理により実現される。

また、制御装置１０は、第１の関係式１０００と、第２の関係式群２０００とを有する。これら第１の関係式１０００及び第２の関係式群２０００は、例えば記憶装置１４に記憶されている。

最適配分処理部１１０は、需給系統３０に含まれる各資源供給設備の最適な配分を決定する最適配分の決定処理を実行する。ここで、最適配分処理部１１０は、最小総コスト算出部１１１と、供給量算出部１１２とを有する。

最小総コスト算出部１１１は、入出力装置２０において入力された要求総需要量Ｌ^＊を取得する。そして、最小総コスト算出部１１１は、第１の関係式１０００を用いて、当該要求総需要量Ｌ^＊を満たす供給量を資源需要家設備に供給するために必要な各資源供給設備の総コストの最小値（最小総コストＣ_０）を算出する。

供給量算出部１１２は、最小総コスト算出部１１１により最小総コストＣ_０が算出されると、第２の関係式群２０００を用いて、需給系統３０に含まれる各資源供給設備の最適な供給量を算出する。

すなわち、供給量算出部１１２は、需給系統３０に含まれる各資源供給設備の供給量の合計がＬ^＊、かつ、各資源供給設備の総コストが最小総コストＣ_０となるように、各資源供給設備の供給量を算出する。例えば、供給量算出部１１２は、需給系統３０にＮ台の資源供給設備１〜Ｎが含まれる場合、各資源供給設備１〜Ｎの供給量の合計がＬ^＊、かつ、各資源供給設備１〜Ｎの総コストがＣ_０となるように、各資源供給設備１〜Ｎの供給量Ｔ_１，・・・，Ｔ_Ｎを算出する。このように算出された供給量Ｔ_１，・・・，Ｔ_Ｎが各資源供給設備の最適な供給量となる。

制御処理部１２０は、最適配分処理部１１０により算出された各資源供給設備の最適な供給量に基づいて、各資源供給設備を制御する。すなわち、制御処理部１２０は、例えば、最適配分処理部１１０により算出された各資源供給設備の供給量Ｔ_１，・・・，Ｔ_Ｎに基づいて、これら各資源供給設備の供給量がそれぞれ算出された供給量Ｔ_１，・・・，Ｔ_Ｎとなるように制御する。

なお、例えば、制御装置１０が複数の機器又は装置により構成されている場合には、最適配分処理部１１０と、制御処理部１２０とが異なる機器又は装置で実現されていても良い。

第１の関係式１０００は、需給系統３０に含まれる資源需要家設備が需要する資源の総需要量を示す変数Ｌと、当該需給系統３０に含まれる各資源供給設備の総コストを示す変数Ｃとの関係を表した式である。すなわち、第１の関係式１０００は、関数値としてｔｒｕｅ又はｆａｌｓｅをとり得るブール値関数であり、以下で表される。

第２の関係式群２０００は、総コストを示す変数Ｃと、総需要量を示す変数Ｌと、各資源供給設備の供給量を示す変数Ｓ_１，・・・，Ｓ_Ｎとの関係を表した式の集合である。すなわち、第２の関係式群２０００は、第１の関係式１０００と同様に、関数値としてｔｒｕｅ又はｆａｌｓｅをとり得るブール値関数の集合であり、以下で表される。

第１の関係式１０００及び第２の関係式群２０００は、例えば、ＰＣ等のコンピュータにおいて、需給系統３０を表す需給系統モデルと、各資源供給設備の設備能力とに基づいて、国際公開第２０１４／１２９４７０号に開示されている手法により予め作成される。そして、制御装置１０には、例えば、記録媒体１５ａに格納された第１の関係式１０００及び第２の関係式群２０００が、外部Ｉ／Ｆ１５を介して記憶装置１４に記憶される。なお、第１の関係式及び第２の関係式群は、それぞれ第１の情報及び複数の第２の情報の一例である。

ただし、制御装置１０は、これに限られず、例えば、通信Ｉ／Ｆ１６を介して、ネットワークに接続されたコンピュータから第１の関係式１０００及び第２の関係式群２０００をダウンロードして記憶装置１４に記憶しても良い。また、例えば、十分な処理能力を有するＣＰＵ等を制御装置１０が搭載している場合には、当該制御装置１０において第１の関係式１０００及び第２の関係式群２０００が作成されても良い。

ここで、例えば、ＰＣ等のコンピュータにおいて作成される第１の関係式１０００及び第２の関係式群２０００の具体例について説明する。まず、需給系統３０を表す需給系統モデルＭは、図４に示すようなものであるとする。すなわち、図４に示す需給系統モデルＭは、ガス供給設備から供給されるガスを燃料として各蒸気発生設備１〜３で蒸気を発生させて、蒸気輸送設備により蒸気使用設備に蒸気を供給して、当該蒸気使用設備において蒸気を需要するものである。

このとき、各蒸気発生設備１〜３が「資源供給設備」であり、蒸気使用設備が「資源需要家設備」である。また、各蒸気発生設備１〜３で燃料として消費されるガスが「コスト」、各蒸気発生設備１〜３から供給される蒸気が「資源」である。なお、図４に示す需給系統モデルＭでは、資源需要家設備が１台である例を示しているが、これに限られず、資源需要家設備は複数台であっても良い。

また、図４に示す需給系統モデルＭにおいて、各蒸気発生設備１〜３の設備能力がそれぞれ図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すようなものであるとする。すなわち、各蒸気発生設備１〜３で消費されるガス量をそれぞれＵ_１〜Ｕ_３、当該ガス量を消費して発生する蒸気の量をそれぞれＳ_１〜Ｓ_３とする。このとき、各蒸気発生設備１〜３の消費ガス量と発生蒸気量との関係は、それぞれ図５（ａ）〜図５（ｃ）で表される。

以上により、総コストを示す変数をＣ、総需要量を示す変数をＬとすれば、目的関数と制約条件は、以下のように表される。

そして、国際公開第２０１４／１２９４７０号に開示されている手法により、目的関数Ｃと制約条件とを結合して一階述語論理式を生成した後、限定記号消去法を用いて、当該一階述語論理式から限定記号を消去する。これにより、図６に示す第１の関係式１０００であるΦ_１（Ｃ，Ｌ）を得ることができる。図６に示すように、第１の関係式１０００は、不等号や論理記号を含む論理式で表される。なお、ＣとＬの関係式であるΦ_１（Ｃ，Ｌ）を得るには、当該一階述語論理式からＣ及びＬを除く限定記号を消去すれば良い。

同様に、限定記号消去法を用いて、当該一階述語論理式から限定記号を消去することにより、図７に示す第２の関係式群２０００に含まれるΦ_２，１（Ｃ，Ｌ，Ｓ_１）、Φ_２，２（Ｃ，Ｌ，Ｓ_１，Ｓ_２）、及びΦ_２，３（Ｃ，Ｌ，Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）を得ることができる。図７に示すように、第２の関係式群２０００に含まれるΦ_２，１、Φ_２，２、及びΦ_２，３は、不等号や論理記号を含む論理式で表される。なお、ＣとＬとＳ_１の関係式であるΦ_２，１（Ｃ，Ｌ，Ｓ_１）を得るには、当該一階述語論理式からＣ、Ｌ、及びＳ_１を除く限定記号を消去すれば良い。同様に、Φ_２，２（Ｃ，Ｌ，Ｓ_１，Ｓ_２）を得るには、当該一階述語論理式からＣ、Ｌ、Ｓ_１、及びＳ_２を除く限定記号を消去すれば良い。Φ_２，３（Ｃ，Ｌ，Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）についても同様である。

このように、本実施形態に係る制御装置１０に記憶されている第１の関係式１０００及び第２の関係式群２０００は、国際公開第２０１４／１２９４７０号に開示されている手法により作成することができる。また、本実施形態に係る制御装置１０に記憶されている第１の関係式１０００及び第２の関係式群２０００は、例えば、ＰＣ等のコンピュータにおいて予め作成された上で、当該制御装置１０に記憶される。

このため、本実施形態に係る制御システム１００では、制御装置１０のハードウェア資源に制約がある場合においても、当該制御装置１０により、需給系統３０に含まれる各資源供給設備の運用が最適となるように制御することができる。

＜処理の詳細＞
次に、本実施形態に係る制御装置１０において実行される最適配分の決定処理の詳細について、図８を参照しながら説明する。図８は、第一の実施形態に係る最適配分の決定処理の一例のフローチャートである。なお、以降では、需給系統３０は、図４に示す需給系統モデルＭにより表されるものとして説明する。したがって、需給系統３０には、資源供給設備１〜３が含まれる。

まず、最適配分処理部１１０は、最小総コスト算出部１１１により、要求総需要量Ｌ^＊を取得する（ステップＳ８０１）。すなわち、最小総コスト算出部１１１は、入出力装置２０において入力された要求総需要量Ｌ^＊を取得する。

次に、最適配分処理部１１０は、最小総コスト算出部１１１により、第１の関係式１０００を用いて、当該要求総需要量Ｌ^＊を満たす供給量を資源需要家設備に供給するために必要な最小総コストＣ_０を算出する（ステップＳ８０２）。

ここで、図６に示す第１の関係式１０００を用いて、要求総需要量Ｌ^＊＝１５である場合における最小総コストＣ_０の算出の一例を図９に示す。図９に示すように、要求総需要量Ｌ^＊＝１５である場合、最小総コストＣ_０＝５４０と算出される。これは、Φ_１（Ｃ，Ｌ^＊）＝１を満たす最小のＣを、例えば、二分探索法等を用いて探索することにより算出することができる。

次に、最適配分処理部１１０は、最小総コストＣ_０が算出されたか否かを判定する（ステップＳ８０３）。すなわち、最適配分処理部１１０は、入出力装置２０において入力された要求総需要量Ｌ^＊を満たす資源を、需給系統３０に含まれる各資源供給設備で供給可能であるか否かを判定する。

ステップＳ８０３において、最小総コストＣ_０が算出されなかった場合、最適配分処理部１１０は、処理を終了させる。この場合、需給系統３０に含まれる各資源供給設備では、要求総需要量Ｌ^＊を満たす資源の供給を行うことができない。

ステップＳ８０３において、最小総コストＣ_０が算出された場合、最適配分処理部１１０は、供給量算出部１１２により、第２の関係式群２０００に含まれるΦ_２，１を用いて、資源供給設備１の最適な供給量Ｔ_１を算出する（ステップＳ８０４）。すなわち、供給量算出部１１２は、第２の関係式群２０００に含まれるΦ_２，１（Ｃ，Ｌ，Ｓ_１）を用いて、Ｌ＝Ｌ^＊、かつ、Ｃ＝Ｃ_０となる供給量Ｓ_１＝Ｔ_１を算出する。

ここで、図７に示す第２の関係式群２０００に含まれるΦ_２，１を用いて、要求総需要量Ｌ^＊＝１５である場合における最適な供給量Ｔ_１の算出の一例を図１０に示す。図１０に示すように、資源供給設備１の最適な供給量Ｔ_１＝８が算出される。これは、Φ_２，１（Ｃ_０，Ｌ^＊，Ｓ_１）＝１を満たす最小のＳ_１を、例えば、二分探索法等を用いて探索することにより算出することができる。

次に、最適配分処理部１１０は、各資源供給設備を示す変数ｎを、ｎ＝２とする（ステップＳ８０５）。

次に、最適配分処理部１１０は、供給量算出部１１２により、第２の関係式群２０００に含まれるΦ_２，ｎを用いて、資源供給設備ｎの最適な供給量Ｔ_ｎを算出する（ステップＳ８０６）。

すなわち、供給量算出部１１２は、例えば、ｎ＝２である場合、第２の関係式群２０００に含まれるΦ_２，２（Ｃ，Ｌ，Ｓ_１，Ｓ_２）を用いて、Ｌ＝Ｌ^＊、かつ、Ｃ＝Ｃ_０、かつ、Ｓ_１＝Ｔ_１となる供給量Ｓ_２＝Ｔ_２を算出する。

ここで、図７に示す第２の関係式群２０００に含まれるΦ_２，２を用いて、要求総需要量Ｌ^＊＝１５である場合における最適な供給量Ｔ_２の算出の一例を図１１に示す。図１１に示すように、資源供給設備２の最適な供給量Ｔ_２＝５が算出される。これは、Φ_２，２（Ｃ_０，Ｌ^＊，Ｔ_１，Ｓ_２）＝１を満たす最小のＳ_２を、例えば、二分探索法等を用いて探索することにより算出することができる。

また、供給量算出部１１２は、例えば、ｎ＝３である場合、第２の関係式群２０００に含まれるΦ_２，３（Ｃ，Ｌ，Ｓ_１，Ｓ_２，Ｓ_３）を用いて、Ｌ＝Ｌ^＊、かつ、Ｃ＝Ｃ_０、かつ、Ｓ_１＝Ｔ_１、かつ、Ｓ_２＝Ｔ_２となる供給量Ｓ_３＝Ｔ_３を算出する。

ここで、図７に示す第２の関係式群２０００に含まれるΦ_２，３を用いて、要求総需要量Ｌ^＊＝１５である場合における最適な供給量Ｔ_３の算出の一例を図１２に示す。図１２に示すように、資源供給設備３の最適な供給量Ｔ_３＝２が算出される。これは、Φ_２，３（Ｃ_０，Ｌ^＊，Ｔ_１，Ｔ_２，Ｓ_３）＝１を満たす最小のＳ_３を、例えば、二分探索法等を用いて探索することにより算出することができる。

次に、最適配分処理部１１０は、各資源供給設備を示す変数ｎを、ｎ＝ｎ＋１とする（ステップＳ８０７）。すなわち、最適配分処理部１１０は、変数ｎの値をインクリメントする。

次に、最適配分処理部１１０は、需給系統３０に含まれる資源供給設備の数をＮとして、ｎがＮ以下であるか否かを判定する（ステップＳ８０８）。

ステップＳ８０８において、ｎがＮ以下であると判定された場合、最適配分処理部１１０は、ステップＳ８０６に戻る。すなわち、最適配分処理部１１０は、資源供給設備ｎの最適な供給量Ｔ_ｎを算出する。

このように、最適配分処理部１１０は、各資源供給設備ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）の最適な供給量Ｔ_ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）を算出する。なお、Ｎは、例えば、需給系統３０が需給系統モデルＭで表される場合、Ｎ＝３である。

ステップＳ８０８において、ｎがＮ以下でないと判定された場合、最適配分処理部１１０は、上記により算出された各資源供給設備１〜Ｎの最適な供給量Ｔ_１，・・・Ｔ_Ｎを制御処理部１２０に出力する（ステップＳ８０９）。これにより、制御処理部１２０は、需給系統３０に含まれる各資源供給設備１〜Ｎの供給量がそれぞれＴ_１〜Ｔ_Ｎとなるように、各資源供給設備Ｎを制御することができる。

以上のように、本実施形態に係る制御システム１００は、制御装置１０に予め記憶された第１の関係式１０００及び第２の関係式群２０００により、需給系統３０に含まれる各資源供給設備の最適な供給量の配分を決定することができる。

しかも、本実施形態に係る制御システム１００では、制御装置１０は、第１の関係式１０００及び第２の関係式群２０００を記憶可能なメモリを備えていれば良く、また、二分探索法等により最適な供給量が算出するため、低廉なＣＰＵ等でも演算することができる。このため、本実施形態に係る制御システム１００では、制御装置１０として、ＰＬＣや組み込み機器等の種々の機器を用いることができる。

また、本実施形態に係る制御システム１００によれば、各資源供給設備の最適な供給量の配分を決定するためのサーバ装置等が不要となり、システム構築に要する費用を削減することもできる。さらに、本実施形態に係る制御システム１００によれば、上記のようにサーバ装置等が不要となるため、例えば、ネットワーク遅延等に伴う、制御の即応性の低下等を防止することもできる。

［第二の実施形態］
次に、第二の実施形態について説明する。第二の実施形態の説明では、第一の実施形態との相違点について説明し、第一の実施形態と実質的に同様の機能構成を有する箇所及び実質的に同様の処理を実行する箇所には第一の実施形態の説明で用いた符号と同様の符号を付与し、その説明を省略する。

＜システム構成＞
まず、本実施形態に係る制御システム１００のシステム構成について、図１３を参照しながら説明する。図１３は、第二の実施形態に係る制御システムの一例の構成を示す図である。

図１３に示す制御システム１００は、さらに、センサ４０を有する。センサ４０は、需給系統３０に対する外部条件（例えば、外気温や水温）を計測する各種の計測機器である。このように、本実施形態に係る制御システム１００は、需給系統３０の外部条件を計測するセンサ４０を有する。そして、本実施形態に係る制御システム１００は、制御装置１０により、外部条件を考慮した各資源供給設備の資源の供給量の最適な配分を決定する。

なお、外部条件には、外気温や水温以外にも、例えば、湿度、圧力（気圧、流体圧）、流量（気体、液体）、電流、電圧、光量、日射量、風速、振動周波数等が挙げられる。

＜機能構成＞
次に、本実施形態に係る制御装置１０の機能構成について、図１４を参照しながら説明する。図１４は、第二の実施形態に係る制御装置の一例の機能構成を示す図である。

図１３に示す制御装置１０の最適配分処理部１１０は、最小総コスト算出部１１１Ａと、供給量算出部１１２Ａとを有する。また、制御装置１０は、第１の関係式３０００と、第２の関係式群４０００とを有する。

最小総コスト算出部１１１Ａは、入出力装置２０において入力された要求総需要量Ｌ^＊と、センサ４０において計測された外部条件Ｒ^＊とを取得する。そして、最小総コスト算出部１１１Ａは、第１の関係式３０００を用いて、当該要求総需要量Ｌ^※と当該外部条件Ｒ^＊とを満たす供給量を資源需要家設備に供給するために必要な最小総コストＣ_０を算出する。

供給量算出部１１２Ａは、最小総コスト算出部１１１により最小総コストＣ_０が算出されると、第２の関係式群４０００を用いて、外部条件Ｒ^＊を満たす各資源供給設備の最適な供給量を算出する。

第１の関係式３０００は、総需要量を示す変数Ｌと、総コストを示す変数Ｃと、外部条件を示す変数Ｒとの関係を表した式である。すなわち、第１の関係式３０００は、関数値としてｔｒｕｅ又はｆａｌｓｅをとり得るブール値関数であり、以下で表される。

第２の関係式群４０００は、総コストを示す変数Ｃと、総需要量を示す変数Ｌと、外部条件を示す変数Ｒと、各資源供給設備の供給量を示す変数Ｓ_１，・・・，Ｓ_Ｎとの関係を表した式の集合である。すなわち、第２の関係式群４０００は、第１の関係式３０００と同様に、関数値としてｔｒｕｅ又はｆａｌｓｅをとり得るブール値関数の集合であり、以下で表される。

第１の関係式３０００及び第２の関係式群４０００は、例えば、ＰＣ等のコンピュータにおいて、需給系統３０を表す需給系統モデルと、各資源供給設備の設備能力とに基づいて、国際公開第２０１４／１２９４７０号に開示されている手法により予め作成される。

ここで、例えば、ＰＣ等のコンピュータにおいて作成される第１の関係式３０００及び第２の関係式群４０００の具体例について説明する。まず、需給系統３０を表す需給系統モデルＭ´は、図１５に示すようなものであるとする。すなわち、図１５に示す需給系統モデルＭ´は、冷却水ポンプ及び冷水ポンプを介して、冷凍機及び冷却塔から冷熱が供給されて、熱負荷において冷熱を需要するものである。なお、冷却水ポンプ、冷水ポンプ、冷凍機、及び冷却塔では、電力が消費されて冷熱が供給される。

このとき、冷凍機及び冷却塔が「資源供給設備」であり、熱負荷が「資源需要家設備」である。また、冷凍機、冷却塔、冷却水ポンプ、及び冷水ポンプで消費される電力が「コスト」、冷凍機及び冷却塔から供給される冷熱が「資源」である。

また、図１５に示す需給系統モデルＭ´において、冷凍機及び冷却塔の設備能力が図１６に示すようなものであるとする。すなわち、冷凍機、冷却塔、冷却水ポンプ、及び冷水ポンプで消費される電力量をそれぞれＰ_１〜Ｐ_４、冷凍機及び冷却塔から供給される冷熱量をそれぞれＳ_１及びＳ_２とする。このとき、供給量Ｓ_１及びＳ_２は、それぞれ図６に示す関係式で表される。なお、ＣＯＰ_１及びＣＯＰ_２は、それぞれ冷凍機及び冷却塔の成績係数である。

以上により、総コストを示す変数をＣ、総需要量を示す変数をＬとすれば、目的関数と制約条件は、以下のように表される。

そして、第一の実施形態と同様に、国際公開第２０１４／１２９４７０号に開示されている手法により、目的関数Ｃと制約条件とを結合して一階述語論理式を生成した後、限定記号消去法を用いて、当該一階述語論理式から限定記号を消去する。これにより、図１７に示す第１の関係式３０００であるΦ_１（Ｒ，Ｃ，Ｌ）を得ることができる。なお、ＲとＣとＬの関係式であるΦ_１（Ｒ，Ｃ，Ｌ）を得るには、当該一階述語論理式からＲ、Ｃ、及びＬを除く限定記号を消去すれば良い。

同様に、限定記号消去法を用いて、当該一階述語論理式から限定記号を消去することにより、図１８に示す第２の関係式群４０００に含まれるΦ_２，１（Ｒ，Ｃ，Ｌ，Ｓ_１）及びΦ_２，２（Ｒ，Ｃ，Ｌ，Ｓ_１，Ｓ_２）を得ることができる。なお、ＲとＣとＬとＳ_１の関係式であるΦ_２，１（Ｒ，Ｃ，Ｌ，Ｓ_１）を得るには、当該一階述語論理式からＲ、Ｃ、Ｌ、及びＳ_１を除く限定記号を消去すれば良い。同様に、Φ_２，２（ｒ，Ｃ，Ｌ，Ｓ_１，Ｓ_２）を得るには、当該一階述語論理式からＲ、Ｃ、Ｌ、Ｓ_１、及びＳ_２を除く限定記号を消去すれば良い。

＜処理の詳細＞
次に、本実施形態に係る制御装置１０において実行される最適配分の決定処理の詳細について、図１９を参照しながら説明する。図１９は、第二の実施形態に係る最適配分の決定処理の一例のフローチャートである。

なお、図１９に示す最適配分の決定処理において、ステップＳ８０３、ステップＳ８０５、及びステップＳ８０７〜ステップＳ８０９の処理は、第一の実施形態と同様であるため、その説明を省略する。また、以降では、需給系統３０は、図１５に示す需給系統モデルＭ´により表されるものとして説明する。したがって、需給系統３０には、資源供給設備１〜２が含まれる。

まず、最適配分処理部１１０は、最小総コスト算出部１１１Ａにより、要求総需要量Ｌ^＊と、外部条件Ｒ^＊とを取得する（ステップＳ１９０１）。すなわち、最小総コスト算出部１１１Ａは、入出力装置２０において入力された要求総需要量Ｌ^＊と、センサ４０において計測された外部条件Ｒ^＊とを取得する。

次に、最適配分処理部１１０は、最小総コスト算出部１１１Ａにより、第１の関係式３０００を用いて、当該要求総需要量Ｌ^＊と当該外部条件Ｒ^＊と満たす供給量を供給するために必要な最小総コストＣ_０を算出する（ステップＳ１９０２）。

ここで、図１７に示す第１の関係式３０００を用いて、要求総需要量Ｌ^＊＝２５０、外部条件Ｒ^＊＝１０である場合における最小総コストＣ_０の算出の一例を図２０に示す。図２０に示すように、要求総需要量Ｌ^＊＝２５０、外部条件Ｒ＝１０である場合、最小総コストＣ_０＝５７と算出される。これは、Φ_１（Ｒ^＊，Ｃ，Ｌ^＊）＝１を満たす最小のＣを、例えば、二分探索法等を用いて探索することにより算出することができる。

ステップＳ８０３において、最小総コストＣ_０が算出された場合、最適配分処理部１１０は、供給量算出部１１２Ａにより、第２の関係式群４０００に含まれるΦ_２，１を用いて、資源供給設備１の最適な供給量Ｔ_１を算出する（ステップＳ１９０４）。すなわち、供給量算出部１１２Ａは、第２の関係式群４０００に含まれるΦ_２，１（Ｒ，Ｃ，Ｌ，Ｓ_１）を用いて、Ｒ＝Ｒ^＊、かつ、Ｌ＝Ｌ^＊、かつ、Ｃ＝Ｃ_０となる供給量Ｓ_１＝Ｔ_１を算出する。

ここで、図１８に示す第２の関係式群４０００に含まれるΦ_２，１を用いて、要求総需要量Ｌ^＊＝２５０、外部条件Ｒ^＊＝１０である場合における最適な供給量Ｔ_１の算出の一例を図２１に示す。図２１に示すように、資源供給設備１の最適な供給量Ｔ_１＝１９３が算出される。これは、Φ_２，１（Ｒ^＊，Ｃ_０，Ｌ^＊，Ｓ_１）＝１を満たす最小のＳ_１を、例えば、二分探索法等を用いて探索することにより算出することができる。

最適配分処理部１１０は、供給量算出部１１２Ａにより、第２の関係式群４０００に含まれるΦ_２，ｎを用いて、資源供給設備ｎの最適な供給量Ｔ_ｎを算出する（ステップＳ１９０４）。

すなわち、供給量算出部１１２Ａは、例えば、ｎ＝２である場合、第２の関係式群４０００に含まれるΦ_２，２（Ｒ，Ｃ，Ｌ，Ｓ_１，Ｓ_２）を用いて、Ｒ＝Ｒ^＊、かつ、Ｌ＝Ｌ^＊、かつ、Ｃ＝Ｃ_０、かつ、Ｓ_１＝Ｔ_１となる供給量Ｓ_２＝Ｔ_２を算出する。

ここで、図１８に示す第２の関係式群４０００に含まれるΦ_２，２を用いて、要求総需要量Ｌ^＊＝２５０、外部条件Ｒ^＊＝１０である場合における最適な供給量Ｔ_２の算出の一例を図２２に示す。図２２に示すように、資源供給設備２の最適な供給量Ｔ_２＝５７が算出される。これは、Φ_２，２（Ｒ^＊，Ｃ_０，Ｌ^＊，Ｔ_１，Ｓ_２）＝１を満たす最小のＳ_２を、例えば、二分探索法等を用いて探索することにより算出することができる。

このように、最適配分処理部１１０は、外部条件を示す変数Ｒの値を考慮して、各資源供給設備ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）の最適な供給量Ｔ_ｎ（ｎ＝１，２，・・・，Ｎ）を算出する。

以上のように、本実施形態に係る制御システム１００は、外部条件を考慮して、需給系統３０に含まれる各資源供給設備の最適な供給量の配分を決定する。したがって、本実施形態に係る制御システム１００によれば、例えば、外部条件に応じて、総コストが変動するような場合（換言すれば、総コストを示す変数Ｃが外部条件を示す変数Ｒにも依存する場合）においても、最適な供給量の配分を決定することができる。

本発明は、具体的に開示された上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

１０ 制御装置
２０ 入出力装置
３０ 需給系統
１００ 制御システム
１１０ 最適配分処理部
１１１ 最小総コスト算出部
１１２ 供給量算出部
１２０ 制御処理部
１０００ 第１の関係式
２０００ 第２の関係式群

Claims (8)

1. 資源を供給する複数の資源供給設備と、該複数の資源供給設備から供給される資源を需要する１以上の資源需要家設備とを含む需給系統を制御する制御装置であって、
   前記制御装置とは異なる装置で予め作成された第１の関係式情報及び第２の関係式群情報を記憶する記憶手段と、
   前記１以上の資源需要家設備において需要する資源の総需要量が入力されると、前記第１の関係式情報と前記複数の資源供給設備が資源を供給する際に必要なコストと前記総需要量とに基づいて、前記総需要量の資源を前記複数の資源供給設備が供給するために必要な最小コストを算出する最小コスト算出手段と、
   前記最小コスト算出手段により最小コストが算出されると、前記第２の関係式群情報と、該最小コストと、前記総需要量と、前記複数の資源供給設備のうちの１以上の資源供給設備から供給される資源の供給量とに基づいて、前記資源供給設備それぞれの最適な供給量を算出する供給量算出手段と、
   を有し、
   前記第１の関係式情報は、前記総需要量と、前記複数の資源供給設備が資源を供給する際に必要な総コストとの関係を表す関係式を示す情報であり、
   前記第２の関係式群情報は、前記総コストと、前記総需要量と、前記複数の資源供給設備の各々から供給される資源の供給量との関係をそれぞれ示す複数の関係式群を示す情報である、制御装置。
2. 前記制御装置はハードウェア資源に制約がある機器又は装置であり、
   前記第１の関係式情報及び前記複数の第２の関係式群情報は、前記需給系統を表すモデル及び前記複数の資源供給設備の資源のそれぞれの供給能力を示す情報に基づいて、前記制御装置と比較してハードウェア資源に制約の少ない前記異なる装置で作成される、請求項１に記載の制御装置。
3. 前記最小コスト算出手段は、
   前記１以上の資源需要家設備において需要する資源の総需要量と前記需給系統における外部条件とが入力されると、前記第１の関係式情報と、該外部条件と、前記複数の資源供給設備が資源を供給する際に必要なコストと、前記総需要量とに基づいて、前記総需要量の資源を前記複数の資源供給設備が供給するために必要な最小コストを算出し、
   前記供給量算出手段は、
   前記最小コスト算出手段により最小コストが算出されると、前記第２の関係式群情報と、前記外部条件と、前記最小コストと、前記総需要量と、前記複数の資源供給設備のうちの１以上の資源供給設備から供給される資源の供給量とに基づいて、前記資源供給設備の最適な供給量を算出する、請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記第１の関係式情報は、前記総需要量と、前記総コストと、前記外部条件との関係を表す関係式を示す情報であり、
   前記第２の関係式群情報は、前記総コストと、前記総需要量と、前記複数の資源供給設備の各々から供給される資源の供給量と、前記外部条件との関係をそれぞれ示す複数の関係式群を示す情報である、請求項３に記載の制御装置。
5. 資源を供給する複数の資源供給設備と、該複数の資源供給設備から供給される資源を需要する１以上の資源需要家設備とを含む需給系統を制御する制御装置と、前記１以上の資源需要家設備において需要する資源の総需要量を入力する入出力装置とを有する制御システムであって、
   前記制御装置とは異なる装置で予め作成された第１の関係式情報及び第２の関係式群情報を記憶する記憶手段と、
   前記総需要量が入力されると、前記第１の関係式情報と前記複数の資源供給設備が資源を供給する際に必要なコストと前記総需要量とに基づいて、前記総需要量の資源を前記複数の資源供給設備が供給するために必要な最小コストを算出する最小コスト算出手段と、
   前記最小コスト算出手段により最小コストが算出されると、前記第２の関係式群情報と、該最小コストと、前記総需要量と、前記複数の資源供給設備のうちの１以上の資源供給設備から供給される資源の供給量とに基づいて、前記資源供給設備それぞれの最適な供給量を算出する供給量算出手段と、
   を有し、
   前記第１の関係式情報は、前記総需要量と、前記複数の資源供給設備が資源を供給する際に必要な総コストとの関係を表す関係式を示す情報であり、
   前記第２の関係式群情報は、前記総コストと、前記総需要量と、前記複数の資源供給設備の各々から供給される資源の供給量との関係をそれぞれ示す複数の関係式群を示す情報である、制御システム。
6. 資源を供給する複数の資源供給設備と、該複数の資源供給設備から供給される資源を需要する１以上の資源需要家設備とを含む需給系統を制御する制御装置と、前記１以上の資源需要家設備において需要する資源の総需要量を入力する入出力装置と、前記需給系統における外部条件を計測する計測装置とを有する制御システムであって、
   前記制御装置とは異なる装置で予め作成された第１の関係式情報及び第２の関係式群情報を記憶する記憶手段と、
   前記総需要量の入力と、前記外部条件の計測とがなされると、前記外部条件と、前記第１の関係式情報と、前記複数の資源供給設備が資源を供給する際に必要なコストと、前記総需要量とに基づいて、前記総需要量の資源を前記複数の資源供給設備が供給するために必要な最小コストを算出する最小コスト算出手段と、
   前記最小コスト算出手段により最小コストが算出されると、前記外部条件と、前記第２の関係式群情報と、該最小コストと、前記総需要量と、前記複数の資源供給設備のうちの１以上の資源供給設備から供給される資源の供給量とに基づいて、前記資源供給設備それぞれの最適な供給量を算出する供給量算出手段と、
   を有し、
   前記第１の関係式情報は、前記総需要量と、前記複数の資源供給設備が資源を供給する際に必要な総コストとの関係を表す関係式を示す情報であり、
   前記第２の関係式群情報は、前記総コストと、前記総需要量と、前記複数の資源供給設備の各々から供給される資源の供給量との関係をそれぞれ示す複数の関係式群を示す情報である、制御システム。
7. 資源を供給する複数の資源供給設備と、該複数の資源供給設備から供給される資源を需要する１以上の資源需要家設備とを含む需給系統を制御する制御装置であって、前記制御装置とは異なる装置で予め作成された第１の関係式情報及び第２の関係式群情報を記憶する記憶手段を有する制御装置を、
   前記１以上の資源需要家設備において需要する資源の総需要量が入力されると、前記第１の関係式情報と前記複数の資源供給設備が資源を供給する際に必要なコストと前記総需要量とに基づいて、前記総需要量の資源を前記複数の資源供給設備が供給するために必要な最小コストを算出する最小コスト算出手段、
   前記最小コスト算出手段により最小コストが算出されると、前記第２の関係式群情報と、該最小コストと、前記総需要量と、前記複数の資源供給設備のうちの１以上の資源供給設備から供給される資源の供給量とに基づいて、前記資源供給設備それぞれの最適な供給量を算出する供給量算出手段、
   として機能させ、
   前記第１の関係式情報は、前記総需要量と、前記複数の資源供給設備が資源を供給する際に必要な総コストとの関係を表す関係式を示す情報であり、
   前記第２の関係式群情報は、前記総コストと、前記総需要量と、前記複数の資源供給設備の各々から供給される資源の供給量との関係をそれぞれ示す複数の関係式群を示す情報である、制御プログラム。
8. 資源を供給する複数の資源供給設備と、該複数の資源供給設備から供給される資源を需要する１以上の資源需要家設備とを含む需給系統を制御する制御装置であって、前記制御装置とは異なる装置で予め作成された第１の関係式情報及び第２の関係式群情報を記憶する記憶手段を有する制御装置に用いられる制御方法であって、
   前記１以上の資源需要家設備において需要する資源の総需要量が入力されると、前記第１の関係式情報と前記複数の資源供給設備が資源を供給する際に必要なコストと前記総需要量とに基づいて、前記総需要量の資源を前記複数の資源供給設備が供給するために必要な最小コストを算出する最小コスト算出手順と、
   前記最小コスト算出手順により最小コストが算出されると、前記第２の関係式群情報と、該最小コストと、前記総需要量と、前記複数の資源供給設備のうちの１以上の資源供給設備から供給される資源の供給量とに基づいて、前記資源供給設備それぞれの最適な供給量を算出する供給量算出手順と、
   を有し、
   前記第１の関係式情報は、前記総需要量と、前記複数の資源供給設備が資源を供給する際に必要な総コストとの関係を表す関係式を示す情報であり、
   前記第２の関係式群情報は、前記総コストと、前記総需要量と、前記複数の資源供給設備の各々から供給される資源の供給量との関係をそれぞれ示す複数の関係式群を示す情報である、制御方法。

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