石油

製造情報システム ETSVision-Refinery

ETSVision-Refinery とは
ETSVision-Refinery は、製油所向けのトータルソリューションモデルです。 経営情報と制御情報をリアルタイムにつなぐことにより、フレキシブル経営、フレキシブル生産を実現します。その概要について以下にご紹介いたします。

｜基本コンセプト｜ねらい｜構成する主な機能｜位置付け｜実施画面例｜

ETSVision の基本コンセプト

ETSVision は製造業における業務フローを定義し、最新の IT 技術をもとに設計された各種ソフトウエアコンポーネントを提供するものです。これらのコンポーネントは優先度の高い課題から段階的に導入可能で、最終的に各種機能を有機的に統合した理想的な生産管理システムが構築できるように設計されています。
ETSVision はプロセスコントロールシステム (PCS) 領域から運転・操業管理 (MES)、経営管理 (ERP) 領域まで「生産効率向上」実現に向けて、幅広くカバーします。
ETSVision-Refinery は、製油所向けのトータルソリューションモデルです。
経営情報と制御情報をリアルタイムにつなぐことにより、フレキシブル経営、フレキシブル生産を実現します。

ETSVision-Refinery のねらい

ETSVision-Refinery は、既存システムを再構築し、本社と製油所間を有機的につなぐ大規模システムを実現します。

• ねらい
  • 本社と製油所間の情報の連携
  • 本社と各製油所における基本業務の統一
  • 実務担当者主体のシステム開発（エンドユーザコンピューティング）
     
• アプローチ
  • プロトタイピング・アプローチの採用
  • デファクトスタンダード製品の採用
  • インフラ層とアプリケーション層の分離
  • ユーザニーズにあった適用、セキュリティの徹底追及
     
• 効果例
  • 計画値と実績値がリアルタイムに対比できるので操業上の管理が改善
  • 情報連携により計画と実績が金額評価できるので製造原価が改善
  • 各製油所間の情報が横並びで比較できるので全体の管理が向上
     

ETSVision-Refineryを構成する主な機能

ETSVision-Refinery の位置付け

ETSVision-Refinery の実施画面例

業務に役立つ多数の画面テンプレートとエンドユーザコンピューティング環境を提供。 
従来の手法では、手作り部分が多いことにより初期導入時や運用時の仕様変更に対する柔軟性、迅速性、コストに問題がありました。 
ETSVision-Refinery では、生産管理システムを構成する各種ビジネスロジックとテンプレートを提供することにより、容易にシステムの構築、変更が可能です。

プラントオペレーション高度化

｜STEP1:現状課題の把握｜STEP2:真のプロセス情報の追求｜STEP3:更なる高度安定化｜STEP4:非定常運転の自動化｜STEP5:設備の監視と安全強化｜

STEP1. プラントオペレーションの現状課題の把握

課題

DCS による CRT オペレーションが定着する一方、プラントオペレーションにおいては、アラームの多発や頻繁な手動介入が新たな課題となっています。 原因の一つとして、アラームの設定値、PID 等のチューニング常数が初期値のまま使用されている事もあげられます。

解決のアプローチ

これらに対する解決の最初のアプローチとして、アラームや手動操作回数の多いループのワースト10 をリストアップする事により、課題を抽出する方法が取られております。 具体的には、アラーム解析ツール Exaplog（横河電機） やアラーム解析パッケージ (三菱化学エンジニアリング社) を用い、DCS 内のヒストリカルデータをパソコンで解析することができます。
下図の様に、アラームや手動操作頻度をグラフ化することで、現状の課題が一目瞭然に把握できます。

イベント解析パッケージ Exaplog

Exaplog 解析画面例

• PL (Process Log) View画面例
  
   
• EBT (Event balance trande) 画面例
  

STEP2. 真のプロセス情報の追求

課題

プロセス制御においては、製品の性状や品質などを直接知ることができないため、流量、圧力、温度などを制御しています。
運転指標である製品の性状や品質の変化を早く知るために、アラームの設定幅を狭くしたり、監視用のセンサーの数を増やして対応しています。 製品の性状や品質データを直接測定しようとしても、従来は、分析に時間がかかる、オンライン分析計がない等の理由から困難でしたが、今日の技術の発展で可能になってきています。

解決のアプローチ

その代表的なものとして、プロセスガスクロマトグラフ、近赤外分光分析計などがあります。 また、モデリング技術等を利用して、これまで測定できない製品の性状や品質を推定することも可能になってきています。 最近話題になっている方法として、 フーリエ変換近赤外分光分析計 NR800 による製品の性状・品質のリアルタイム測定やニューラルネットワーク Exaneuroによる製品の性状・品質の推定があります。
これらの方法は、従来の分析方法と異なり、時間遅れ無しに結果がわかるため、制御ループに組み込むこにより直接製品の品質制御が可能となりました。
 

活用例の紹介

ニューラルネットワークによる性状推定例
本例は2段の蒸留塔の温度、圧力、流量から2段目の性状予測した例です。

当社のニューラルネットワークパッケージ (Exarqe) を使用し、蒸留塔の性状を予測しています。予測データ (上段の青線で示されたデータ) と、オンライン分析計の出力データ (中段の赤線で示されたデータ) を重ねてみると推定結果 と分析データが非常に良く一致しています。
ニューラルネットワークを利用した場合の特徴は、

• サンプリングや分析の遅れがない
• 機器故障がない（少ない）
• 非線形モデルなので数式等による従来推定法と比べ、高精度が期待できる。

などがあります。このような特徴を利用して、分析計のクロスチェックや直接性状制御への応用が考えられます。

製品一覧

• プロセスガスクロマトグラフ　GC1000 MarkII
• フーリエ変換赤外分光分析計　NR800
• 性状推定パッケージ　Exarque

STEP3. 定常運転における更なる高度安定化

課題

プラント運転の更なる安定化を進めていく上で高度制御等の導入も検討に入れる必要があります。

解決のアプローチ

プロセス制御の更なる安定化や製品品質の直接制御を目指し、横河電機は高度制御エンジニアリングをご提供します。
高度制御 (Advanced Process Control) の導入にあたり、フィージビリティー・スタディから高度制御パッケージの導入のエンジニアリング、導入後の保守サービスまでをトータルサポートいたします。

• 多変数モデル予測制御

多変数モデル予測制御は、従来のシングルループ制御と異なり、プロセスユニット単位の複数の入出力を制御します。 また、制御アルゴリズムとしては、プロセスの応答特性モデルを持ち、将来を予測した操作出力を決定します。

• 制御性改善フィージビリティー・スタディ

手動操作の削減や多変数モデル予測制御の導入においては、既存ループ構成の見直しや PID の最適チューニングが不可欠です。この様な制御性の改善を行う事だけでも、運転効率をあげ、直接の利益の向上が期待できます。
横河電機では、プロセスの制御性改善支援として、お客様に代わってアラームや操作頻度の解析を行い、プラント運転の問題点の抽出と整理を行い、その結果を基に制御性の改善提案を行います。

事例

日本海石油株式会社 様　導入事例－原油蒸留プラントへの適用

STEP4. 非定常運転の自動化

課題

非定常運転は、運転員が主体で運転されており、これがプラントの安定化，省人化のボトルネックになっています。

解決へのアプローチ

一般的にバッチプロセスでは、バッチ開始から終了までの工程の自動化が進んでおります。しかし、連続プロセスにおいては、頻度の低い非定常運転は手動運転を前提とした設計になっているために、リモート化されていないセンサや操作端も多く、バッチプロセスで実現されているような自動運転の実現を困難にしています。

一方、定修期間の延長による非定常運転の機会の減少、熟練運転員の減少の中で、非定常運転の自動化と安全運転確保の必要性が近年益々高まっております。
運転効率向上支援パッケージ Exapilot は既存 DCS に容易に接続可能で、オンラインSOP (Standard　Operation　Procedure) による非定常運転の自動化と運転支援を実現します。

これにより

1. 工程ロス・ミニマムによる生産性の向上
2. 運転レベルの均一化
3. 熟練運転員のノウハウ継承

が可能となります。

運転効率向上支援パッケージ　Exapilot

STEP5. 設備の監視と安全強化

課題

近年、ダイオキシン、環境ホルモン等、社会的な環境・安全問題について関心が高まっています。 このような状況の中で、以前にも増してプラントの安全運転が重要視されております。
具体的な対策として、

1. プラント設備の監視・管理
2. プラント異常時の安全確保
3. プラントの監視

が重要になってきています。

提案

1. プラント設備の監視・管理
   プラントの高稼働率と安全運転維持のためには、設備異常の早期発見が重要です。 このため、オペレータは定期的にフィールドを巡回・点検し、プラント設備の異常発見に努めております。 プラント設備の異常発見には、様々なフィールドデータの蓄積と傾向管理が必要です。
   巡回・点検時のフィールドデータ収集作業の負担の軽減、均質化、データベース化のために横河電機では巡視点検支援システム IPPAT をご提案します。
    
2. プラント異常時の安全確保

   定常・非定常運転の自動化のためのシステムの高度化に伴い、ますます異常時における安全確保のシステムが必須となります。このための ESD (緊急シャットダウンシステム) はより高信頼性が要求されます。
   近年、従来のリレーによる ESD から安全計装システムよる、よりフレキシブルで信頼性の高い ESD の構築が検討されております。グローバルな環境問題への関心の高まりの中で、IEC による「国際安全標準規格」に対応して、日本でも JIS 規格化の動きがあります。
   YOKOGAWA ではこのような御要求にお応えできるソリューションとして、30 年以上にわたる豊富な実績を持つ安全計装システム ProSafe をご提案いたします。

   

3. プラントの監視
   工場の合理化、計器室の統合が進むにつれてカメラによるプラント監視が求められております。横河電機では小型高機能の工業用 CCD 防爆カメラを用意しております。
   特にパンチルト式防爆型カメラは他社に比べて群を抜く軽さ (18kg)です。

製品一覧

• 安全計装システム　ProSafeシリーズ
• 監視カメラソリューション

操油制御管理機能　OIL Movement Suite VP OMC

OMS-VP (OIL Movement Suite VP) は、オフサイト全般に渡るオペレーションの自動化を目的としています。
OMC (OIL Movement Control) は、操油制御管理システムの分野で YOKOGAWA が過去30年以上に渡りアプリケーションシステムを提供することによって蓄積された多くのノウハウを元に、オフサイトの自動化で要求される各種機能を標準化しました。

特長

OMC は、TIM (タンク在庫管理) と JOBCON (運転制御監視) の各パッケージとともに使用し、油移動とブレンドオペレーションの制御を実現します。

• Windowsベースのコンピュータ上で動作します。
• 最大 500JOB (オフサイト： 200JOB、オンサイト： 300JOB) の同時運転が可能であり、大規模な製油所でも対応が可能です。
• オフサイト設備のバルブがほとんど「手動弁」であっても、OMC は半自動化されたシステムとして構築することが可能です。
• 操作画面は「Windows Internet Explorer」で表示可能です。Webで作成しているので表示端末を選びません。
• セキュリティの強化
  操作端末単位で操作権限の設定が可能です。
  ユーザグループ単位で画面表示／操作権限の設定が可能です。
  ドメインにおけるユーザ (グループ) 認証 (シングルサインオン) に対応します。
  異常発生時に操作ログのトレースにより、調査することが容易になります。

システム構成例

標準機能

• JOB 定義機能： オペレーションの実行に先立ち、JOB を定義する機能です。
• パス選択機能： オペレーションで使用するポンプやバルブなどの機器を選択する機能です。線払い作業の要否もチェックします。
• JOB 実行機能： JOB を実行するための機能であり、開始処理／中断処理／緊急停止処理／再開処理／終了処理などの様々な処理によって構成され、JONCON と連携して JOB を実行します。
• 機器管理機能： JOB 実行と連携して、オフサイト設備を構成する各機能の使用状況を管理する機能です。
• JOB 監視機能： 実行中 JOB の機器の異常状態やパッチエンドを監視する機能です。本機能は、JOBCON／TIM と連携して機能します。
• オペレーション条件変更機能： JOB 実行中に、ブレンド比率変更、流速変更など様々なオペレーション条件の変更を行う機能です。
• 実績データ収集機能： JOB の実行によって発生する様々な実績データをリアルタイムに収集する機能です。収集されたデータは、RDB (リレーショナル・データベース： ORACLE) に保持されます。
• イベントロギング機能： JOB に関連する様々な事象 (開始／緊急停止／パッチエンドなど) を記録する機能で、その内容は画面で確認することができます。

オプション機能

• 帳票出力機能： JOB 実行に関する各種レポートを汎用ソフト (Microsoft Excel) を利用して実現する機能です。