JPS582903A - 化学的または物理的工程の制御方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、仮定の制御因子が極値に達した際に工程を遂
行する化学工程制御方法及び該方法を実行するための装
置に関するものである。本発明の方法及び装置は、物理
及び物理化学工程にも適用することができる。

上記工程自体は、原料、試薬、不活性成分等を供給して
生成物を取出す分離製造装置または一連の装置によって
遂行される。触媒反応工程の場合、装置が触媒を備えて
いることもあり、また、試薬とともに触媒が導入される
こともある。装置の構成、特にその内部構造は、一段階
の化学的変化、物理的変化、または両方の変化の工程に
依存する。

工程は、原料流のパラメータ、例えば流量、組成、温度
、圧力等、及び、装置内部の工程パラメータ、例えば温
度、圧力、流量、触媒活性等によって決定される。

工程を制御するための製造上の指針は、生産率、歩留り
または品質、必要あるいは不要な成分、化学反応速度、
物理的処理速度、製造費用等の因子、及びこれらの因子
間の関係によって左右される。

制御因子によって決定される工程の遂行には、原料流の
全パラメータまたはそのいくつか、及び装置内部の工程
遂行の条件を決定する全パラメータまたはそのいくつか
が影響を及ぼし得る。上記因子の全部またはそのいくつ
かは、規定範囲内の値にとどまるように、あるいは、自
動装置または工程監視者によって所定の演算法で変化せ
しめられるように、制御される。しかしながら、工程の
遂行に重要な意味をもつ因子の中には、制御が容易でな
いものもある。　　゛ 従来公知の工程制御方法としては、 ・工程監視者が、サービスマニュアルに従って制御値を
決定すべく、手動制御する方法、極値調整装置の利用に
よる制御方法、 数学的モデルの利用による制御方法、等がある。

このうち手動制御方法は、精度が低く、最適値が得られ
ない。受信信号サンプルによって制御方向の変化を調べ
るボーランド特許第５６２６７号の極値調整装置は、工
程妨害信号を差引くことが可能で、制御因子に応答する
信号が容易に得られ、工程を制御するには２，３の因子
で十分な場合に主として適用可能なものである。また、
ボーランド特許第８８３５５号の数学的モデルの利用に
よる制御は、工程の特徴及び特性の変化に従ってモデル
を評価し、定期的に修正するために、高価な工程調査を
必要とする。

本発明の目的は、設定されまたは測定された制御不能な
パラメータに対して、極値制御因子の値となる制御値を
計算するものであって、制御自体の進行に際してはサン
プリングによる工程の撹乱がな４、また制御演算式に即
座に、かつ直接導入される工程特性の変化を伴わない工
程制御方法を提供することにある。本発明は、工程制御
方法及びその方法を実施した装置の提供により、上述の
問題を解決するものである。

本発明は、最適値制御装置と称するコンピュータメモリ
に、制御される工程の主要なパラメータの連続的観察セ
ットを記憶するものであり、この観察の周波数範囲は０
．０００１〜３６，０００秒である。

観察セット２は、式 ””Ｃ（ｘｌ、１””””０．１１　Ｙｌ）、（ｘｌ、
２”””ｘｎ１２１γ２　）　＋　（Ｘｂｎ・・・・・
・”ｎ　、ｍ　＋　Ｙｍ）　〕で表わされ、Ｘは工程中
の主要なパラメータＸの値、ｙは制御因子Ｙの値、ｎは
工程中の主要なパラメータの数、ｉはその時点での観察
の回数、ｍはセットｚ中の観察の回数を示す。

工程の制御因子Ｙは、直接測定した値でも、主要なパラ
メータｘ１・・−・・・ｘｎの測定値ｘ１・・・・・ｘ
、から算出した値でもよい。

上記に続くサイクル的作業として、先ず、観察セットｚ
の値を利用して、下記の式（１）が極値に達するように
、制御パラメータＸ０・・・・・・Ｘｓ　の最適制御値
ｘ０・・・・・Ｘ、が計算される。

ｙ　（ｘｌ・・・・・・ｘｎ）＝　　　　　　　　　・
・・・・−・・（１）ここで、 であり、σ１・・・σ□は演算式パラメータ、Ｓは制御
パラメータの数で、主要なパラメータの数より多くはな
い。

次に、上記の値を、パラメータｘ１・・・Ｘ、の制御装
置のセットポイント値として工程操作者またはパラメー
タ制御装置に伝えることにより、その工程操作者または
パラメータ制御装置が制御工程中の最適制御値Ｘ□・・
・Ｘ、の計数を実行し、続いて、主要なパラメータ及び
制御因子の次回の観察に移って、これらの値を観察セッ
トに記憶すると同時に、その時点における観察が前回記
憶された観察と実質的に異なる場合には、最も古い観察
値を消去する。

制御因子が直接に測定できない場合は、その原因は吸熱
または発熱化学反応における熱効果にあ゛る可能性もあ
るし、工学的装置または生産ライン中の主要パラメータ
値分布にある可能性もある。

測定センサ、測定器具、制御バルブ及びコンピュータを
備え、この方法を用いて工程を最適制御する装置は、コ
ンピュータメモリの一部をセットして、その部分に、前
記センサから主要パラメータ値を伝えるものである。コ
ンピュータメモリの前記部分の容量は、少なくとも１５
の観察値を記憶する必要がある。コンピュータは、制御
装置、制御バルブ及び指示器に伝えられた最適制御値を
その出口部分に記憶する。上記装置の集合を最適制御装
置と称し、その主要部分ばコンピュータで、正確な計算
を行なうので、その記憶装置及びレジスタには少なくと
も１６バイトが必要である。

本発明の１実施例を、−酸化炭素変換工程の制御方法及
びその方法を適用した装置について説明する。−酸化炭
素と水蒸気との反応による二酸化炭素及び水素への変換
は、−酸化炭素と水蒸気とを含むガス状の原料を熱交換
器中に送給してガス温度を制御したのちコンバータと称
する反応装置中の触媒層を通過せしめる工程により行な
わ−れるが、コンバータの入口及び出口においてガス温
度が測定されると同時に、ガス流量も計測される。

上記工程は、肉眼で観察して手動で制御することにより
、または一定の設定値に沿って自動的に流量と温度を制
御することにより実行される。−酸化炭素と水蒸気との
反応度や、また、工程中の様々な撹乱に起因する反応度
の変化により、工程の制御は定常状態では行なわれない
。ガス変換工程中の撹乱のほとんどが、ガス組成の変化
である。

加うるに、触媒活性が変化すると、設定された工程パラ
メータに関する反応速度が変化する。触媒を通じてのガ
ス管に沿った温度分布は工程パラメータに０左右され、
−酸化炭素の変換度に影響を及ぼす。

上記工程に関する本発明の実施例は、他のガスの存在下
におけるガス状の一酸化炭素及び水蒸気の変換工程を制
御するものであって、触媒上での工程パラメータを変化
させることにより一酸化炭素の殆んどを水蒸気と反応さ
せるように作用するものである。

図に示した本発明の一実施例においては、触媒が充填さ
れた通常の変換器１内で、ダクト２を通じて供給される
混合ガス中に含まれる一酸化炭素と水蒸気との変換反応
が殆んど行なわれる。混合ガスは先ず熱交換器３を通過
するが、その一部は、温度調節器６によるバルブ５の調
節によってダクト４を迂回する。混合ガスの流量は流量
計７によってチェックされる。反応後ガスがダクト８か
ら取出され、温度計９によってその温度が測定される。

センサ１６．１７．１８によって主要な工程パラメータ
がチェックされ、それらの信号が、対応する計器７，６
．９に送られる。最適制御装置（コンピュータ）１０は
、変換・器１の前後における混合ガスの流量及び温度を
、計器？、６．９から、ライン１１，１２．１３を通じ
て受取る。本実施例に適用される制御方法においては、
コンピュータ１０が、ライン１１，１２．１３を通じて
、主要なパラメータの値を読取る。実施例における主要
なパラメータとは、センサ１７、温度調節器６によって
測定され、ライン１２を通じて伝えられる、変換器１前
方のガスの温度ｘ１、センサ１６、流量計７によって測
定され、ライン１１を通じて伝えられる、流入ガスの流
量ｘ２、及びセンサ１８、温度計９によって測定され、
ライン１３を通じて伝えられる、変換器１からの流出ガ
スの温度ｆ３である。この実施例における制御因子は、
主要なパラメータの値から導き出されるものであり、そ
の値は、式ｙ　＝　Ｘｚ　（Ｘ３Ｘｔ　）により算出さ
れる。

制御因子は変換反応の温度に比例する。即ち、−酸化炭
素の変換温度を最高にすれば、最適の変換プロセスとす
ることができる。コンピューター１０は、ｍ回の観察か
ら成るセットｚ　−（ｘ　１ｓ　、　Ｘ　２１　。

ｙＨ）を構成する。本実施例では、ｍ＝１００のときに
良好な結果が得られる。次の制御サイクルにおいて、コ
ンピュータ１０は、本実施例中において、式（１） が最大値となるＸ　１−Ｘ　ｓを計算する。

この次のサイクルでは、上述のようにして算出された値
ｘｓ　（変換器１への流入ガスの温度）は、温度調節器
６のセットポイント値として、ライン１４を経て温度調
節器６に伝えられる。温度調節器６は、センサ１７によ
って測定される変換器１への流入ガスの温度が、値Ｘｓ
に等しくなるまで変化するように、ライン１５を経てバ
ルブ５を操作する。その次のサイクルにおいて、コンピ
ュータ１０は、主要なパラメータＸ１．　Ｘ２　、　Ｘ
３を読取り、値γを算出し、値Ｘ１　、　Ｘ２　、　ｙ
を観察セラ）ｚ中に記憶し、読取られた値が先の制卸サ
イクル中に記憶された値と大幅に異なる場合には、最も
古い観察値を消去する。

プロセス中のＣＯ変換の前にダクト２を通じて供給され
るガス中の一酸化炭素及び水蒸気の含有量は固定されて
いる。制御因子は、ライン１１によってチェックされ伝
えられるガス流量、ライン１２によってチェックされ伝
えられる、変換器１の入口におけるガスの温度、及びラ
イン１３によってチェックされ伝えられる、変換器１の
出口におけるガスの温度に関連する。

本発明の実施例では、最適のプロセスは最大限のＣＯ変
換によって得られるため、変換後のガス中め一酸化炭素
含有率は最小限となる。

本発明による制御方法及び装置は、−酸化炭素を水蒸気
と反応させるどのような触媒反応工程にも、また、単一
の装置にも単数あるいは複数の生産ラインにも適用する
ことができる。

本発明は、工程に影響を及はすパラメータが測定かつ選
択可能で、制御因子がパラメータと制卸値どの関係とし
て測定または計算可能であれば、どの４うな製造装置の
どのよう、な化学工程や物理工程の最適制御にも適用可
能である。前記の値は、最適側価値の見積りのために最
適制御操作１こ導入される。最適制御操作は、自動的に
行なうことも手動で行なうこともてきる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示す概略図である。 ５・バルブ、６・・・温度調節器、７・流量計、９・・
・温度計、１０・最適制御装置（コンピュータ）、１６
．１７．１８　　・センサ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）工程の遂行に実質的な影響を及ぼす部分、すなわ
   ち工程パラメータを測定するセンサ、トランスミッタ、
   コンピュータ、制御バルブ及び選択されたパラメータの
   制御装置を利用して化学的または物理的工程を制御する
   方法であって、下記（イ）ないしくニ）のサイクル的遂
   行時に制御因子が極値に達することを特徴とする制御方
   法： （イ）観察セット中に、主要工程パラメータ値Ｘ１゜ｉ
   ・”ｎ　ｉの連続的観察値及び制御因子Ｙｉ　（ｙ６は
   主要工程パラメータの値から得た値であってもよい）の
   観察値を記憶する過程（ｉは連続的観察の回数、ｎは主
   要工程パラメータの数を示す）；（ロ）関係式 に極値を与える計算によってｘｌ・ｘ５の最適制御値を
   算出する過程（ｍは観察の回数、 σ１　σ。は演算パラメータ、Ｓは制御値の数で、３乙
   ｎである。）； （ハ）算出された最適制御値ｘ１・・・ｘ５を、実行の
   ため制御装置、制御バルブまたは工程操作者に伝える過
   程； に）いずれのシーケンスにおいてモ情報セットに導入可
   能となして、現時点における観察値が先行する観察サイ
   クル中に得られた値と著しく異なる場合は最も古い情報
   を消去する過程。
2. （２）前記観察値は、一定の時点における値または０．
   ０００１〜３６，０００秒の範囲の時間的間隔からの中
   間値であって、工程の遂行及び制御因子に実際に影響を
   及ぼすものである、特許請求の範囲第１項に記載の制御
   方法。
3. （３）制御因子は反応熱効果によって算出される、特許
   請求の範囲第１項に記載の制御方法。
4. （４）制御因子の算出は、工程を遂行するための装置ま
   たは該装置のライン中におけるパラメータの分布に従っ
   て行なわれる、特許請求の範囲第１項に記゛載の制御方
   法。
5. （５）製造装置、制御バルブ、制御装置、センサ、測定
   器具及びコンピュータから成る、化学的または物理的工
   程の制御装置であって、前記コンピュータは最適値制御
   装置であり、そのメモリの一部は、少なくとも１５の主
   要工程パラメータ観察値の連続値セット及び製造装置中
   で遂行される工程の制御因子の値を記憶すべくセットさ
   れており、信号センサに接続されたそのメモリの入口に
   は主要工程パラメータ値の測定器具信号を有し、そのメ
   モリの出口には制御装置、制御バルブまたは指示器に伝
   えられる制卸値を有することを特徴とする制御装置。