JPH10152685A - コークス炉の温度制御方法 - Google Patents
コークス炉の温度制御方法Info
- Publication number
- JPH10152685A JPH10152685A JP32590196A JP32590196A JPH10152685A JP H10152685 A JPH10152685 A JP H10152685A JP 32590196 A JP32590196 A JP 32590196A JP 32590196 A JP32590196 A JP 32590196A JP H10152685 A JPH10152685 A JP H10152685A
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- JP
- Japan
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- furnace temperature
- amount
- control
- disturbance
- input
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明の目的は、炉温目標パターンや石炭
装入の制御系への入力に対し炉温に対する影響を予見
し、制御偏差が最小になるように燃料ガス供給量をコン
トロールすることにより炉温目標パターンに極めて近い
適正な炉温コントロールを行なうことになる。 【構成】 本発明のコークス炉の炉温制御方法は、炉
温と投入熱量との関係を表わすモデルおよび炉温を石炭
装入（外乱）との関係を表わすモデルとを用いて、現在
および未来の目標値変化と外乱の入力による偏差を求
め、この偏差と燃料ガス流量の変動量に関する二次形式
評価関数を設定しその評価量が最小になるように投入熱
量（供給燃料ガス）をコントロールするものである。
装入の制御系への入力に対し炉温に対する影響を予見
し、制御偏差が最小になるように燃料ガス供給量をコン
トロールすることにより炉温目標パターンに極めて近い
適正な炉温コントロールを行なうことになる。 【構成】 本発明のコークス炉の炉温制御方法は、炉
温と投入熱量との関係を表わすモデルおよび炉温を石炭
装入（外乱）との関係を表わすモデルとを用いて、現在
および未来の目標値変化と外乱の入力による偏差を求
め、この偏差と燃料ガス流量の変動量に関する二次形式
評価関数を設定しその評価量が最小になるように投入熱
量（供給燃料ガス）をコントロールするものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、炉への石炭装入か
ら押し出しまでの乾留工程の炉温パターンが予め定めら
れておりその繰り返しで操業されるコークス炉の炉温制
御方法に関し、炉温を炉温目標パターンに追従させるよ
う燃料ガス流量により供給熱量を調整する炉温制御方法
に関する。
ら押し出しまでの乾留工程の炉温パターンが予め定めら
れておりその繰り返しで操業されるコークス炉の炉温制
御方法に関し、炉温を炉温目標パターンに追従させるよ
う燃料ガス流量により供給熱量を調整する炉温制御方法
に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、乾留工程の炉温目標パターンを予
め定めて操業するコークス炉における炉温の制御方法
は、炉温目標と炉温との偏差をなくすようフィードバッ
ク制御で燃料ガス流量を調整する方法、フィードバック
制御に加えて目標値変化からのフィードフォワード制御
で燃料ガス流量を調整し追従性を改善する方法等があ
る。
め定めて操業するコークス炉における炉温の制御方法
は、炉温目標と炉温との偏差をなくすようフィードバッ
ク制御で燃料ガス流量を調整する方法、フィードバック
制御に加えて目標値変化からのフィードフォワード制御
で燃料ガス流量を調整し追従性を改善する方法等があ
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
方法において石炭装入直後は炉温の変動が大きく炉温が
炉温目標パターンに追従できなくなる。これに対し実際
の運転においては、石炭装入タイミングが予め定められ
ていることを利用し、石炭装入の前に予め燃料ガス流量
を上げておくなど先行した手動操作で炉温目標パターン
に追従させる操作を行なっている。
方法において石炭装入直後は炉温の変動が大きく炉温が
炉温目標パターンに追従できなくなる。これに対し実際
の運転においては、石炭装入タイミングが予め定められ
ていることを利用し、石炭装入の前に予め燃料ガス流量
を上げておくなど先行した手動操作で炉温目標パターン
に追従させる操作を行なっている。
【０００４】本発明はかかる事情に鑑みなされたもので
あって、その目的とするところは炉温目標パターンや石
炭装入という予め予見できる制御系への入力に対し、炉
温に対する影響を予見し、制御系の安定性を確保しなが
ら制御偏差を最小にするよう前もって燃料ガス流量を調
整することを特徴とする。
あって、その目的とするところは炉温目標パターンや石
炭装入という予め予見できる制御系への入力に対し、炉
温に対する影響を予見し、制御系の安定性を確保しなが
ら制御偏差を最小にするよう前もって燃料ガス流量を調
整することを特徴とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明のコークス炉の温
度制御方法は、炉温を目標温度に一致させるために必要
な炉に対する投入熱量を求めて入熱する炉の温度制御方
法において、炉温と投入熱量との関係を表わすモデルお
よび炉温と石炭装入（外乱）との関係を表わすモデルを
用い、現在および未来の目標値変化と現在および未来の
外乱の入力の影響による制御偏差を予見し、その予見さ
れる制御偏差と燃料ガス流量の変動量に関する二次形式
評価関数を設定し、その評価量が最小となるように制御
パラメータを決定し投入熱量を求めることを特徴とす
る。すなわち本発明に係る炉の温度制御方法は、石炭装
入や目標炉温の変化に対しても炉温を目標値に追従させ
るに必要な炉に対する投入熱量を求めて入熱する炉の温
度制御方法において、炉温と投入熱量および炉温と石炭
装入との関係を表わすモデルとして安定多項式モデルを
用い、状態フィードバック制御パラメータ、積分制御パ
ラメータ、目標値予見制御パラメータ、外乱予見制御パ
ラメータを調節し、目標値列、外乱装入列、モデルの予
測値、実測値及びモデルパラメータに基づいて投入熱量
を求める過程を含むことを特徴とする。
度制御方法は、炉温を目標温度に一致させるために必要
な炉に対する投入熱量を求めて入熱する炉の温度制御方
法において、炉温と投入熱量との関係を表わすモデルお
よび炉温と石炭装入（外乱）との関係を表わすモデルを
用い、現在および未来の目標値変化と現在および未来の
外乱の入力の影響による制御偏差を予見し、その予見さ
れる制御偏差と燃料ガス流量の変動量に関する二次形式
評価関数を設定し、その評価量が最小となるように制御
パラメータを決定し投入熱量を求めることを特徴とす
る。すなわち本発明に係る炉の温度制御方法は、石炭装
入や目標炉温の変化に対しても炉温を目標値に追従させ
るに必要な炉に対する投入熱量を求めて入熱する炉の温
度制御方法において、炉温と投入熱量および炉温と石炭
装入との関係を表わすモデルとして安定多項式モデルを
用い、状態フィードバック制御パラメータ、積分制御パ
ラメータ、目標値予見制御パラメータ、外乱予見制御パ
ラメータを調節し、目標値列、外乱装入列、モデルの予
測値、実測値及びモデルパラメータに基づいて投入熱量
を求める過程を含むことを特徴とする。
【０００６】本発明の温度制御方法は、前記の通りの構
成であって、目標値変化や石炭装入という外乱に対して
も先行して燃料ガス流量を調整することにより、石炭装
入直後の炉温の目標炉温パターンへの追従性がよくなり
従来手動運転に頼っていたコークス炉の運転の自動制御
を可能にした。
成であって、目標値変化や石炭装入という外乱に対して
も先行して燃料ガス流量を調整することにより、石炭装
入直後の炉温の目標炉温パターンへの追従性がよくなり
従来手動運転に頼っていたコークス炉の運転の自動制御
を可能にした。
【０００７】図３は通常の操業データの例を示すもの
で、図において（上段）は炉温（制御量）ｙを、（中
段）は燃焼ガス流量（操作量）ｕを示す。ただし、これ
ら図において、ｕ，ｙともに−５０〜５０（％）に正規
化している。又図の（下段）は石炭装入（外乱）信号ｖ
を示し、外乱が入った時点でｖ＝１、それ以外の時点で
はｖ＝０の時系列データとして表現している。外乱の入
力で制御量ｙが大きく低下するのに対し、目標値パター
ンに追従させるように手動で操作量ｕを操作している。
で、図において（上段）は炉温（制御量）ｙを、（中
段）は燃焼ガス流量（操作量）ｕを示す。ただし、これ
ら図において、ｕ，ｙともに−５０〜５０（％）に正規
化している。又図の（下段）は石炭装入（外乱）信号ｖ
を示し、外乱が入った時点でｖ＝１、それ以外の時点で
はｖ＝０の時系列データとして表現している。外乱の入
力で制御量ｙが大きく低下するのに対し、目標値パター
ンに追従させるように手動で操作量ｕを操作している。
【０００８】このプロセスにおいて、操作量ｕと外乱ｖ
をプロセス入力とし制御量ｙを出力とするプロセスモデ
ル（ｘは状態ベクトル）を作成し、以下の線形離散時間
システムで表現する。
をプロセス入力とし制御量ｙを出力とするプロセスモデ
ル（ｘは状態ベクトル）を作成し、以下の線形離散時間
システムで表現する。
【０００９】 ｘ(i+1)＝Ａｘ(i)＋Ｂｕ(i)＋Ｄｖ(i), ｘ（０）＝ｘ0 （１） ｙ(i)＝Ｃｘ(i) （２） ここで、目標値ｙr（ｉ）はプログラム制御により、又
外乱ｖ（ｉ）はシーケンス的に与えられ、目標値と外乱
は時点ｉにおいてそれぞれＮｒおよびＮｖステップ先ま
で確定しており、予見できるものとする。
外乱ｖ（ｉ）はシーケンス的に与えられ、目標値と外乱
は時点ｉにおいてそれぞれＮｒおよびＮｖステップ先ま
で確定しており、予見できるものとする。
【００１０】目標値ｙr（ｉ）および外乱ｖ（ｉ）の増
分について と定義すると、予見可能な目標値および外乱は、 ｘr（ｉ＋１）＝Ａrｘr（ｉ）， ｘr（０）＝ｘ0 r （３） Δｙr（ｉ）＝Ｃrｘr（ｉ） （４） および ｘv（ｉ＋１）＝Ａvｘv（ｉ）， ｘv（０）＝ｘ0 v （５） Δｖ（ｉ）＝Ｃvｘv（ｉ） （６） と表わすことができる。ここで、Ａr，Ａv，Ｃr，Ｃvは
次式で与えられる。 したがって、サーポ機能をもつ制御系の設計問題は操作
量の増分および制御偏差を Δu（ｉ）＝ｕ（ｉ）−ｕ（ｉ−１） ｅ（ｉ）＝ｙ（ｉ）−ｙr（ｉ） のように定義すると、評価関数 を最小にする制御問題として定式化することができる。
ただし、Ｑe，Ｒは正定置行列である。状態ベクトルの
増分をΔｘ（ｉ）＝ｘ（ｉ）−ｘ（ｉ−１）とおくと、 Δｘ（i+1）＝ＡΔｘ（ｉ）＋ＢΔｕ（ｉ）＋ＤＣvｘv（ｉ） （８） ｅ(i+1)＝ｅ(i)＋ＣＡΔｘ(i)＋ＤＢΔｕ(i) ＋ＣＤＣvｘv(i)−ＣrＡrｘr(i) （９） を得る。さらに拡大ベクトルを のように定義すると、（３）〜（６）式、および
（８），（９）式から拡大状態方程式 を得る。ただし である。又（７）式の評価関数は となる。ただしＱ＝ｄｉａｇ（Ｑe ０ ０ ０）であ
る。状態方程式（１１）に対して、評価関数（１２）式
を最小にする最適操作量Δｕ*（ｉ）は（１３）式のよ
うに与えられる。ただし、次の記号を用いている。 ただし、 方程式（ＡＲＥ） の安定解である。又次式で定義される安定行列である。 ここでＫI，ＫP，ＫFF(v)，ＫFF(r)，ＫPV(v)，ＫPV(r)
（ｊ）はそれぞれ積分ゲイン、状態フィードバックゲイ
ン、現在の外乱に対するフィードフォワードゲイン、現
在の目標値変化に対するフィードフォワードゲイン、未
来の外乱に対する予見ゲイン、未来の目標値変化に対す
る予見ゲインである。
分について と定義すると、予見可能な目標値および外乱は、 ｘr（ｉ＋１）＝Ａrｘr（ｉ）， ｘr（０）＝ｘ0 r （３） Δｙr（ｉ）＝Ｃrｘr（ｉ） （４） および ｘv（ｉ＋１）＝Ａvｘv（ｉ）， ｘv（０）＝ｘ0 v （５） Δｖ（ｉ）＝Ｃvｘv（ｉ） （６） と表わすことができる。ここで、Ａr，Ａv，Ｃr，Ｃvは
次式で与えられる。 したがって、サーポ機能をもつ制御系の設計問題は操作
量の増分および制御偏差を Δu（ｉ）＝ｕ（ｉ）−ｕ（ｉ−１） ｅ（ｉ）＝ｙ（ｉ）−ｙr（ｉ） のように定義すると、評価関数 を最小にする制御問題として定式化することができる。
ただし、Ｑe，Ｒは正定置行列である。状態ベクトルの
増分をΔｘ（ｉ）＝ｘ（ｉ）−ｘ（ｉ−１）とおくと、 Δｘ（i+1）＝ＡΔｘ（ｉ）＋ＢΔｕ（ｉ）＋ＤＣvｘv（ｉ） （８） ｅ(i+1)＝ｅ(i)＋ＣＡΔｘ(i)＋ＤＢΔｕ(i) ＋ＣＤＣvｘv(i)−ＣrＡrｘr(i) （９） を得る。さらに拡大ベクトルを のように定義すると、（３）〜（６）式、および
（８），（９）式から拡大状態方程式 を得る。ただし である。又（７）式の評価関数は となる。ただしＱ＝ｄｉａｇ（Ｑe ０ ０ ０）であ
る。状態方程式（１１）に対して、評価関数（１２）式
を最小にする最適操作量Δｕ*（ｉ）は（１３）式のよ
うに与えられる。ただし、次の記号を用いている。 ただし、 方程式（ＡＲＥ） の安定解である。又次式で定義される安定行列である。 ここでＫI，ＫP，ＫFF(v)，ＫFF(r)，ＫPV(v)，ＫPV(r)
（ｊ）はそれぞれ積分ゲイン、状態フィードバックゲイ
ン、現在の外乱に対するフィードフォワードゲイン、現
在の目標値変化に対するフィードフォワードゲイン、未
来の外乱に対する予見ゲイン、未来の目標値変化に対す
る予見ゲインである。
【００１１】
【発明の実施の形態】図１は本発明の温度制御方法をコ
ークス炉の温度制御に適用するブロック線図である。
ークス炉の温度制御に適用するブロック線図である。
【００１２】状態フィードバック制御要素１ フィード
バック積分制御要素２、現在の目標炉温の変化に対する
目標フィードフォワード制御要素３、未来の目標炉温の
変化に対する目標予見制御要素４、現在の石炭装入に対
する外乱フィードフォワード制御要素５、未来の石炭装
入に対する外乱予見制御要素６、それぞれにおいて制御
出力を計算し、加え合わせ点７においてそれらを加算し
て炉温を目標炉温に一致させるべき投入熱量ｕ（ｔ）を
求める。
バック積分制御要素２、現在の目標炉温の変化に対する
目標フィードフォワード制御要素３、未来の目標炉温の
変化に対する目標予見制御要素４、現在の石炭装入に対
する外乱フィードフォワード制御要素５、未来の石炭装
入に対する外乱予見制御要素６、それぞれにおいて制御
出力を計算し、加え合わせ点７においてそれらを加算し
て炉温を目標炉温に一致させるべき投入熱量ｕ（ｔ）を
求める。
【００１３】このように求められた投入熱量ｕ（ｔ）を
もとにして、コークス炉（燃焼室）へ供給する燃料ガス
供給量をコントロールすることにより、目標パターンに
そっった適正な温度コントロールが可能になり最低の燃
料ガス供給量により極めて良好操作が自動的に行ない得
る。
もとにして、コークス炉（燃焼室）へ供給する燃料ガス
供給量をコントロールすることにより、目標パターンに
そっった適正な温度コントロールが可能になり最低の燃
料ガス供給量により極めて良好操作が自動的に行ない得
る。
【００１４】図２は本発明の方法を用いてのシミュレー
ション結果を示すグラフであり、又図３は従来の方法で
ある手動操作での操業結果を示すグラフである。これら
グラフにおいて上段の一点鎖線は目標炉温、実線は炉
温、中段の実線は投入熱量、下段の実線は石炭装入によ
る外乱を夫々示している。
ション結果を示すグラフであり、又図３は従来の方法で
ある手動操作での操業結果を示すグラフである。これら
グラフにおいて上段の一点鎖線は目標炉温、実線は炉
温、中段の実線は投入熱量、下段の実線は石炭装入によ
る外乱を夫々示している。
【００１５】図２から明らかなように本発明の方法によ
れは、目標値に極めて近い炉温の制御が自動的に行ない
得ることがわかる。又図２と図３と比較すれば従来の手
動操作と同等以上の目標パターンに近い炉温のコントロ
ールが自動的に行ない得ることが明らかである。
れは、目標値に極めて近い炉温の制御が自動的に行ない
得ることがわかる。又図２と図３と比較すれば従来の手
動操作と同等以上の目標パターンに近い炉温のコントロ
ールが自動的に行ない得ることが明らかである。
【００１６】
【発明の効果】以上詳述したごとく本発明方法では、フ
ィードバック制御機能に加えて炉温を目標炉温に追従さ
せる予見制御機能と石炭装入外乱を補償する予見制御機
能を付加することにより、制御系の安定性を悪化させる
ことなく目標炉温パターンに対する実績炉温の追従性を
向上させることがシミュレーションにより確認された。
ィードバック制御機能に加えて炉温を目標炉温に追従さ
せる予見制御機能と石炭装入外乱を補償する予見制御機
能を付加することにより、制御系の安定性を悪化させる
ことなく目標炉温パターンに対する実績炉温の追従性を
向上させることがシミュレーションにより確認された。
【図１】 本発明方法を実施するための制御系を示すブ
ロック線図
ロック線図
【図２】 本発明方法の制御方法による自動制御のシミ
ュレーション結果
ュレーション結果
【図３】 実プラントの手動操作による操業データ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 布川 了 北九州市八幡西区黒崎城石１番１号 三菱 化学株式会社黒崎事業所内 (72)発明者 末永 治 北九州市八幡西区黒崎城石１番１号 三菱 化学株式会社黒崎事業所内
Claims (1)
- 【請求項１】 炉温を目標温度に一致させるために必
要な炉に対する投入熱量を求めて入熱する炉の温度制御
方法において、炉温と投入熱量との関係を表わすモデル
および炉温と石炭装入（外乱）との関係を表わすモデル
を用い、現在および未来の目標値変化と現在および未来
の外乱の入力の影響による制御偏差を予見し、その予見
される制御偏差と燃料ガス流量の変動量に関する二次形
式評価関数を設定し、その評価量が最小となるように制
御パラメータを決定し投入熱量を求めることを特徴とす
るコークス炉の温度制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32590196A JPH10152685A (ja) | 1996-11-22 | 1996-11-22 | コークス炉の温度制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32590196A JPH10152685A (ja) | 1996-11-22 | 1996-11-22 | コークス炉の温度制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10152685A true JPH10152685A (ja) | 1998-06-09 |
Family
ID=18181868
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32590196A Pending JPH10152685A (ja) | 1996-11-22 | 1996-11-22 | コークス炉の温度制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10152685A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000042039A (ko) * | 1998-12-24 | 2000-07-15 | 이구택 | 코크스로의 연소온도 제어방법 |
| KR100415927B1 (ko) * | 1999-12-27 | 2004-01-31 | 주식회사 포스코 | 코크스 최종온도를 이용한 코크스로 연소제어 방법 |
| KR100995598B1 (ko) | 2003-12-31 | 2010-11-22 | 주식회사 포스코 | 코크스 제조공정에서의 연소실 온도 제어장치 및 그제어방법 |
| JP2023039670A (ja) * | 2021-09-09 | 2023-03-22 | 日本製鉄株式会社 | コークス製造プロセスの制御装置、方法及びプログラム |
-
1996
- 1996-11-22 JP JP32590196A patent/JPH10152685A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20000042039A (ko) * | 1998-12-24 | 2000-07-15 | 이구택 | 코크스로의 연소온도 제어방법 |
| KR100415927B1 (ko) * | 1999-12-27 | 2004-01-31 | 주식회사 포스코 | 코크스 최종온도를 이용한 코크스로 연소제어 방법 |
| KR100995598B1 (ko) | 2003-12-31 | 2010-11-22 | 주식회사 포스코 | 코크스 제조공정에서의 연소실 온도 제어장치 및 그제어방법 |
| JP2023039670A (ja) * | 2021-09-09 | 2023-03-22 | 日本製鉄株式会社 | コークス製造プロセスの制御装置、方法及びプログラム |
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