JP7753828B2 - Concentration estimation device, concentration estimation method, and program - Google Patents
Concentration estimation device, concentration estimation method, and programInfo
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Description
本発明は、濃度推定装置、濃度推定方法、及びプログラムに関する。 The present invention relates to a concentration estimation device, a concentration estimation method, and a program.
加熱炉の省エネルギ化と公害防止を両立させるためには、加熱炉内の酸素(O2)濃度を制御することが重要であり、そのために様々な方法で酸素濃度の計測が行われている。例えば、ジルコニア式酸素濃度計(非特許文献1を参照)により加熱炉内の酸素濃度を計測することが行われている。 In order to achieve both energy saving and pollution prevention in a heating furnace, it is important to control the oxygen (O 2 ) concentration in the heating furnace, and for this purpose, various methods are used to measure the oxygen concentration. For example, the oxygen concentration in a heating furnace is measured using a zirconia-type oxygen concentration meter (see Non-Patent Document 1).
一般に、省エネルギ化と公害防止を両立させるためには低酸素濃度で加熱炉を運転する必要があるが、ジルコニア式酸素濃度計を利用する場合には或る程度の酸素濃度下で運転せざるを得ない。これは、酸素濃度が低くなり過ぎた場合には不完全燃焼が発生し、可燃性ガスである一酸化炭素と未燃の可燃性燃料を触媒としてジルコニア素子が酸化反応を起こし、その結果、酸素濃度の計測値がゼロ付近になるという誤計測が発生し得るためである。 Generally, to achieve both energy conservation and pollution prevention, heating furnaces need to be operated at low oxygen concentrations, but when using a zirconia oxygen analyzer, they must be operated at a certain oxygen concentration. This is because if the oxygen concentration becomes too low, incomplete combustion occurs, and the zirconia element undergoes an oxidation reaction using carbon monoxide, a combustible gas, and unburned combustible fuel as a catalyst, which can result in an erroneous measurement where the oxygen concentration measurement value becomes close to zero.
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、加熱炉内の酸素濃度を推定することを目的とする。 One embodiment of the present invention has been developed in light of the above points, and aims to estimate the oxygen concentration inside a heating furnace.
上記目的を達成するため、一実施形態に係る濃度推定装置は、加熱炉内の酸素濃度を推定する酸素濃度推定装置であって、過去の所定の期間内の各時刻tにおける前記加熱炉内の酸素濃度計測値y(t)と前記加熱炉に関連する所定のn(nは予め決められた1以上の整数)個の物理量計測値x1(t),x2(t),・・・,xn(t)とを学習用データとして、前記加熱炉内の酸素濃度を推定するためのモデルを作成するモデル作成部と、酸素濃度の推定対象となる時刻t'における前記n個の物理量計測値x1(t'),x2(t'),・・・,xn(t')と前記モデルとを用いて、前記加熱炉内の酸素濃度の推定値を計算する酸素濃度推定部と、を有する。 In order to achieve the above object, one embodiment of the concentration estimation device is an oxygen concentration estimation device that estimates the oxygen concentration in a heating furnace, and includes: a model creation unit that creates a model for estimating the oxygen concentration in the heating furnace using, as learning data, an oxygen concentration measurement value y(t) in the heating furnace at each time t within a predetermined past period and a predetermined n (n is a predetermined integer of 1 or more) physical quantity measurement values x 1 (t), x 2 (t), ..., x n (t) related to the heating furnace; and an oxygen concentration estimation unit that calculates an estimate of the oxygen concentration in the heating furnace using the model and the n physical quantity measurement values x 1 (t'), x 2 (t'), ..., x n (t') at a time t' for which the oxygen concentration is to be estimated.
加熱炉内の酸素濃度を推定することができる。 The oxygen concentration inside the heating furnace can be estimated.
以下、本発明の一実施形態について説明する。以下では、加熱炉内の酸素濃度を推定する酸素濃度推定装置10が含まれる加熱炉制御システム1について説明する。 One embodiment of the present invention will be described below. The following describes a heating furnace control system 1 that includes an oxygen concentration estimation device 10 that estimates the oxygen concentration in a heating furnace.
<加熱炉制御システム1の全体構成>
本実施形態に係る加熱炉制御システム1の全体構成例を図1に示す。図1に示すように、本実施形態に係る加熱炉制御システム1には、酸素濃度推定装置10と、制御装置20と、調整機器30と、加熱炉40と、酸素濃度計50と、周辺センサ60とが含まれる。
<Overall configuration of heating furnace control system 1>
An example of the overall configuration of a heating furnace control system 1 according to this embodiment is shown in Fig. 1. As shown in Fig. 1, the heating furnace control system 1 according to this embodiment includes an oxygen concentration estimation device 10, a control device 20, an adjustment device 30, a heating furnace 40, an oxygen concentration meter 50, and a peripheral sensor 60.
加熱炉40は、例えば、各種プラント(石油化学プラントや各種製造プラント等)に用いられる設備又は装置であり、燃料及び酸素を消費して炉・燃焼により被加熱体(例えば、油等の流体)を加熱する。なお、加熱炉40は、これらに限られるものではなく、例えば、ボイラーや焼却炉等であってもよい。 The heating furnace 40 is, for example, a facility or device used in various plants (petrochemical plants, various manufacturing plants, etc.), which consumes fuel and oxygen to heat a heated object (e.g., a fluid such as oil) through furnace combustion. However, the heating furnace 40 is not limited to these and may also be, for example, a boiler or incinerator.
酸素濃度計50は、加熱炉40内の酸素濃度を計測する機器である。以下では、酸素濃度計50としてレーザ式酸素濃度計501とジルコニア式酸素濃度計502が加熱炉40に設置されていることを想定する。ただし、ジルコニア式酸素濃度計502は設置されていなくてもよい。また、以下では、後述する実績データが作成及び保存された後は酸素濃度計50(レーザ式酸素濃度計501とジルコニア式酸素濃度計502)が加熱炉40から撤去されることを想定する。 The oxygen concentration meter 50 is a device that measures the oxygen concentration inside the heating furnace 40. In the following, it is assumed that a laser oxygen concentration meter 501 and a zirconia oxygen concentration meter 502 are installed in the heating furnace 40 as the oxygen concentration meter 50. However, the zirconia oxygen concentration meter 502 does not have to be installed. In the following, it is also assumed that the oxygen concentration meter 50 (the laser oxygen concentration meter 501 and the zirconia oxygen concentration meter 502 ) will be removed from the heating furnace 40 after the performance data described below has been created and saved.
また、酸素濃度計50は、各時刻tで計測された計測値(以下、酸素濃度計測値ともいう。)を酸素濃度推定装置10に送信する。以下、時刻tにおいて、レーザ式酸素濃度計501で計測された酸素濃度計測値をy1(t)、ジルコニア式酸素濃度計502で計測された酸素濃度計測値をy2(t)とする。 The oxygen concentration meter 50 also transmits the measurement value (hereinafter also referred to as the oxygen concentration measurement value) measured at each time t to the oxygen concentration estimation device 10. Hereinafter, the oxygen concentration measurement value measured by the laser oxygen concentration meter 50-1 at time t is defined as y1 (t), and the oxygen concentration measurement value measured by the zirconia oxygen concentration meter 50-2 is defined as y2 (t).
なお、レーザ式酸素濃度計501は、レーザによる吸収分光計測法を利用した酸素濃度計である。レーザ式酸素濃度計501はレーザを発光する発光部と当該レーザを受光する受光部とを備えており、発光部から受光部までの間にレーザ光が損失した光の量から酸素濃度が計測される。 The laser oximeter 501 is an oximeter that uses laser absorption spectroscopy. The laser oximeter 501 has a light-emitting unit that emits laser light and a light-receiving unit that receives the laser light, and measures the oxygen concentration from the amount of laser light lost between the light-emitting unit and the light-receiving unit.
周辺センサ60は、加熱炉40の周辺若しくは周囲の様々な物理量や加熱炉40に関連する設備の様々な物理量を計測する各種機器である。また、周辺センサ60は、各時刻tで計測された計測値(以下、物理量計測値ともいう。)を酸素濃度推定装置10に送信する。以下、周辺センサ60の総数をnとして、各周辺センサ60の各々を区別しないときは「周辺センサ60」と表し、各周辺センサ60の各々を区別するときは「周辺センサ601」、「周辺センサ602」、・・・、「周辺センサ60n」と表す。また、i=1,2,・・・,nに対して、時刻tにおいて、周辺センサ60iで計測された物理量計測値をxi(t)とする。ここで、周辺センサ60によって計測される物理量としては、例えば、加熱炉40内の温度、被加熱体の温度、加熱炉40内の圧力、燃料の流量、被加熱体の流量、排ガスの流量等といったものが挙げられる。ただし、これらの物理量は一例であって、周辺センサ60によって計測される物理量は、これらに限られるものではない。例えば、外気温、風速等といったものが物理量として計測されてもよい。 The peripheral sensors 60 are various devices that measure various physical quantities around or in the vicinity of the heating furnace 40 and various physical quantities of equipment related to the heating furnace 40. The peripheral sensors 60 transmit measurement values (hereinafter also referred to as physical quantity measurement values) measured at each time t to the oxygen concentration estimation device 10. Hereinafter, the total number of peripheral sensors 60 is n, and when the peripheral sensors 60 are not distinguished from one another, they are referred to as "peripheral sensors 60." When the peripheral sensors 60 are distinguished from one another, they are referred to as "peripheral sensors 60 1 ,""peripheral sensors 60 2 ," ..., "peripheral sensors 60 n ." Furthermore, for i = 1, 2, ..., n, the physical quantity measurement value measured by the peripheral sensor 60 i at time t is denoted as x i (t). Examples of physical quantities measured by the peripheral sensors 60 include the temperature inside the heating furnace 40, the temperature of the heated object, the pressure inside the heating furnace 40, the fuel flow rate, the heated object flow rate, and the exhaust gas flow rate. However, these physical quantities are merely examples, and the physical quantities measured by the surrounding sensor 60 are not limited to these. For example, the outside temperature, wind speed, etc. may be measured as the physical quantity.
酸素濃度推定装置10は、実績データの作成及び保存対象となる各時刻tにおいて、各酸素濃度計50から酸素濃度計測値y1(t)及びy2(t)を受信すると共に、各周辺センサ60から物理量計測値x1(t),x2(t),・・・,xn(t)を受信し、これらの計測値から実績データを作成及び保存する。 At each time t for which actual data is to be created and saved, the oxygen concentration estimation device 10 receives oxygen concentration measurement values y1 (t) and y2 (t) from each oxygen concentration meter 50, and also receives physical quantity measurement values x1 (t), x2 (t), ..., xn (t) from each peripheral sensor 60, and creates and saves actual data from these measurement values.
また、酸素濃度推定装置10は、酸素濃度の推定対象となる各時刻tにおいて、各周辺センサ60から物理量計測値x1(t),x2(t),・・・,xn(t)を受信し、これらの計測値から当該時刻tにおける酸素濃度推定値 Furthermore, the oxygen concentration estimation device 10 receives physical quantity measurement values x 1 (t), x 2 (t), . . . , x n (t) from the surrounding sensors 60 at each time t for which the oxygen concentration is to be estimated, and calculates an oxygen concentration estimation value at the time t from these measurement values.
すなわち、酸素濃度推定装置10は、酸素濃度の推定対象となる各時刻tにおいて、物理量計測値x1(t),x2(t),・・・,xn(t)から酸素濃度推定値y^(t)を計算するソフトセンサとして機能する。以下、酸素濃度を推定するためのモデルを酸素濃度推定モデルと呼び、fで表すことにする。また、以下では、実績データの作成及び保存対象となる時刻tと区別するため、酸素濃度の推定対象となる時刻tを「t'」と表記する。 In other words, the oxygen concentration estimation device 10 functions as a software sensor that calculates an oxygen concentration estimation value y^(t) from physical quantity measurement values x1 (t), x2 (t), ..., xn (t) at each time t for which the oxygen concentration is to be estimated. Hereinafter, the model for estimating the oxygen concentration will be referred to as the oxygen concentration estimation model and represented by f. In addition, in the following, the time t for which the oxygen concentration is to be estimated will be represented as "t'" to distinguish it from the time t for which actual data is to be created and saved.
制御装置20は、酸素濃度推定装置10から受信した酸素濃度推定値y^(t')に基づいて、調整機器30に対する最適な操作量を計算し、その操作量が含まれる制御指令を当該調整機器30に出力する。調整機器30は、加熱炉40への空気(酸素)の流入量を調整する空気ダンパ(又は空気バルブ)と加熱炉40への燃料の流入量を調整する燃料バルブである。空気ダンパの操作量はその開閉角度(又は開閉量)であり、一方で、空気バルブの操作量はその開閉角度(又は開閉量)である。 The control device 20 calculates the optimal operation amount for the adjustment device 30 based on the oxygen concentration estimation value y^(t') received from the oxygen concentration estimation device 10, and outputs a control command including this operation amount to the adjustment device 30. The adjustment device 30 is an air damper (or air valve) that adjusts the amount of air (oxygen) flowing into the heating furnace 40, and a fuel valve that adjusts the amount of fuel flowing into the heating furnace 40. The operation amount of the air damper is its opening/closing angle (or opening/closing amount), while the operation amount of the air valve is its opening/closing angle (or opening/closing amount).
なお、制御装置20は、空気ダンパと燃料バルブの両方に制御指令を出力してもよいし、いずれか一方(つまり、空気ダンパ又は燃料バルブの一方)に制御指令を出力してもよい。特に、例えば、加熱炉40の運転中は燃料の流量が一定である場合、制御装置20は、空気ダンパのみに制御指令を出力してもよい。 The control device 20 may output a control command to both the air damper and the fuel valve, or to one of them (i.e., either the air damper or the fuel valve). In particular, for example, if the fuel flow rate is constant while the heating furnace 40 is operating, the control device 20 may output a control command only to the air damper.
ここで、加熱炉40への燃料と空気の流入量により当該加熱炉40内の熱損失や熱効率が変動し、その結果、当該加熱炉40内の酸素濃度も変動することになる。このため、制御装置20は既知の制御技術により加熱炉40内の熱損失や熱効率が最適となるように調整機器30に対する操作量を計算し、その操作量を当該調整機器30に出力する。このような既知の制御技術としては、様々な技術が存在するが、例えば、特許第6135831号公報に記載されている技術等が挙げられる。 Here, the heat loss and thermal efficiency within the heating furnace 40 fluctuate depending on the amount of fuel and air flowing into the heating furnace 40, which in turn causes the oxygen concentration within the heating furnace 40 to fluctuate. Therefore, the control device 20 uses known control technology to calculate the manipulated variable for the adjustment device 30 so that the heat loss and thermal efficiency within the heating furnace 40 are optimized, and outputs this manipulated variable to the adjustment device 30. There are various known control technologies such as this, including the technology described in Japanese Patent No. 6135831, for example.
なお、一般に、空気過剰率と熱損失との関係、及び、空気過剰率と熱効率との関係は図2で表される。図2では、縦軸が熱損失又は熱効率、横軸が空気過剰率である。空気過剰率とは、単位燃料あたりの燃焼に必要な空気量である理論空気量に対して加熱炉40に実際に流入する空気量の比率のことである。図2において、直線1001は過剰空気による熱損失を表しており、曲線1002は不完全燃焼による熱損失を表している。直線1001に示されるように、空気過剰率が1より大きくなるほど熱が逃げ余分な空気を加熱することになり、熱損失が大きくなる。一方で、曲線1002に示されるように、空気過剰率が小さいと不完全燃焼が生じてCO発生による熱損失が大きくなり、或る閾値を超えるとばい煙が発生する。また、図2において、曲線2001は加熱炉40の熱効率を表している。曲線2001に示されるように、熱効率は、過剰空気による熱損失と不完全燃焼による熱損失とが同程度である空気過剰率を含む領域Dで最大となり、空気過剰率が領域Dから離れるほど小さくなる。したがって、制御装置20は、熱損失と熱効率が領域D内となるように調整機器30の操作量を計算し、その操作量が含まれる制御指令を当該調整機器30に出力すればよい。 In general, the relationship between excess air ratio and heat loss, and the relationship between excess air ratio and thermal efficiency, are shown in Figure 2. In Figure 2, the vertical axis represents heat loss or thermal efficiency, and the horizontal axis represents excess air ratio. The excess air ratio is the ratio of the amount of air actually flowing into the heating furnace 40 to the theoretical amount of air required for combustion per unit of fuel. In Figure 2, line 1001 represents heat loss due to excess air, and curve 1002 represents heat loss due to incomplete combustion. As shown by line 1001, the greater the excess air ratio is above 1, the greater the heat loss, as heat escapes and heats the excess air. On the other hand, as shown by curve 1002, a small excess air ratio causes incomplete combustion, resulting in greater heat loss due to CO generation, and when it exceeds a certain threshold, smoke is generated. Also in Figure 2, curve 2001 represents the thermal efficiency of the heating furnace 40. As shown by curve 2001, thermal efficiency is greatest in region D, which includes the excess air ratio, where heat loss due to excess air and heat loss due to incomplete combustion are approximately the same, and decreases as the excess air ratio moves away from region D. Therefore, control device 20 calculates the manipulated variable for adjustment device 30 so that heat loss and thermal efficiency are within region D, and outputs a control command including that manipulated variable to adjustment device 30.
なお、図1に示す加熱炉制御システム1の全体構成は一例であって、これに限られず、例えば、図示しない種々の設備、機器、装置等が含まれていてもよい。 Note that the overall configuration of the heating furnace control system 1 shown in Figure 1 is an example and is not limited to this. For example, it may include various facilities, equipment, devices, etc. that are not shown.
<加熱炉40に対する酸素濃度計50及び周辺センサ60の設置例>
加熱炉40に対する酸素濃度計50及び周辺センサ60の設置例を図3に示す。図3に示す例では、レーザ式酸素濃度計501とジルコニア式酸素濃度計502が設置されている。また、図3に示す例では、周辺センサ60として、排ガス流量計601と、被加熱体流量計602と、燃料供給流量計603と、炉内圧力計604と、炉内温度計605と、炉内温度計606と、被加熱体温度計607とが設置されている。
<Example of installation of oxygen concentration meter 50 and peripheral sensor 60 in heating furnace 40>
An example of the installation of the oxygen concentration meter 50 and the peripheral sensor 60 relative to the heating furnace 40 is shown in Fig. 3. In the example shown in Fig. 3, a laser oxygen concentration meter 501 and a zirconia oxygen concentration meter 502 are installed. In addition, in the example shown in Fig. 3, an exhaust gas flow meter 601 , a heated material flow meter 602 , a fuel supply flow meter 603 , an in-furnace pressure meter 604 , an in-furnace thermometer 605 , an in-furnace thermometer 606 , and a heated material thermometer 607 are installed as peripheral sensors 60.
なお、図3に示す酸素濃度計50及び周辺センサ60の設置例は一例であって、これに限られないことは言うまでもない。 It goes without saying that the installation example of the oxygen concentration meter 50 and peripheral sensor 60 shown in Figure 3 is just one example and is not limited to this.
<空燃比と酸素濃度計測値との関係>
空燃比とは、空気と燃料の比率(空気/燃料)のことである。空燃比と酸素濃度計測値との関係を図4に示す。図4では、縦軸が空燃比又は酸素濃度、横軸が時間である。図4に示されるように、空燃比が或る値よりも小さくなると(つまり、酸素量が少なくなると)、ジルコニア式酸素濃度計502の計測値は0付近となり、誤計測が発生する。これは、酸素濃度が低くなり過ぎた場合には不完全燃焼が発生し、その結果、一酸化炭素と未燃の可燃性燃料を触媒としてジルコニア素子が酸化反応を起こすためである。一方で、レーザ式酸素濃度計501はこのような誤計測が発生しない。
<Relationship between air-fuel ratio and oxygen concentration measurement value>
The air-fuel ratio is the ratio of air to fuel (air/fuel). The relationship between the air-fuel ratio and the measured oxygen concentration is shown in FIG. 4. In FIG. 4, the vertical axis represents the air-fuel ratio or oxygen concentration, and the horizontal axis represents time. As shown in FIG. 4, when the air-fuel ratio falls below a certain value (i.e., when the amount of oxygen decreases), the measured value of the zirconia oxygen concentration meter 502 approaches zero, resulting in an erroneous measurement. This is because when the oxygen concentration becomes too low, incomplete combustion occurs, resulting in an oxidation reaction in the zirconia element, catalyzed by carbon monoxide and unburned combustible fuel. On the other hand, the laser oxygen concentration meter 501 does not experience such erroneous measurement.
そこで、本実施形態では、ジルコニア式酸素濃度計502の計測値が0付近となる場合(つまり、或る小さい値ε>0に対して|y2(t)|<εとなる場合)には、レーザ式酸素濃度計501の計測値を教師データ(正解データ)として酸素濃度推定モデルfを作成する。なお、ジルコニア式酸素濃度計502の計測値が0付近とならない場合には、y1(t)又はy2(t)のいずれを教師データとしてもよいし、y1(t)とy2(t)の平均値等を教師データとしてもよい。 Therefore, in this embodiment, when the measurement value of the zirconia oxygen analyzer 502 is near 0 (that is, when | y2 (t)|<ε for a certain small value ε>0), the measurement value of the laser oxygen analyzer 501 is used as training data (correct data) to create the oxygen concentration estimation model f. Note that when the measurement value of the zirconia oxygen analyzer 502 is not near 0, either y1 (t) or y2 (t) may be used as training data, or the average value of y1 (t) and y2 (t) may be used as training data.
<酸素濃度推定装置10のハードウェア構成>
本実施形態に係る酸素濃度推定装置10のハードウェア構成例を図5に示す。図5に示すように、本実施形態に係る酸素濃度推定装置10は、入力装置101と、表示装置102と、外部I/F103と、通信I/F104と、プロセッサ105と、メモリ装置106とを有する。これらの各ハードウェアは、それぞれがバス107を介して通信可能に接続される。
<Hardware configuration of oxygen concentration estimation device 10>
An example of the hardware configuration of the oxygen concentration estimation device 10 according to this embodiment is shown in Fig. 5. As shown in Fig. 5, the oxygen concentration estimation device 10 according to this embodiment includes an input device 101, a display device 102, an external I/F 103, a communication I/F 104, a processor 105, and a memory device 106. These pieces of hardware are connected to each other via a bus 107 so as to be able to communicate with each other.
入力装置101は、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル、各種物理ボタン等である。表示装置102は、例えば、ディスプレイ、表示パネル等である。なお、酸素濃度推定装置10は、例えば、入力装置101及び表示装置102のうちの少なくとも一方を有していなくてもよい。 The input device 101 is, for example, a keyboard, a mouse, a touch panel, various physical buttons, etc. The display device 102 is, for example, a display, a display panel, etc. Note that the oxygen concentration estimation device 10 does not necessarily have to have at least one of the input device 101 and the display device 102, for example.
外部I/F103は、記録媒体103a等の外部装置とのインタフェースである。記録媒体103aとしては、例えば、CD(Compact Disc)、DVD(Digital Versatile Disk)、SDメモリカード(Secure Digital memory card)、USB(Universal Serial Bus)メモリカード等が挙げられる。 The external I/F 103 is an interface with external devices such as a recording medium 103a. Examples of recording media 103a include a CD (Compact Disc), a DVD (Digital Versatile Disk), an SD memory card (Secure Digital memory card), and a USB (Universal Serial Bus) memory card.
通信I/F104は、酸素濃度推定装置10を通信ネットワークに接続するためのインタフェースである。プロセッサ105は、例えば、CPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)等の各種演算装置である。メモリ装置106は、例えば、SSD(Solid State Drive)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ等の各種記憶装置である。 The communication I/F 104 is an interface for connecting the oxygen concentration estimation device 10 to a communication network. The processor 105 is, for example, a CPU (Central Processing Unit) or a GPU (Graphics Processing Unit), or other computing device. The memory device 106 is, for example, a SSD (Solid State Drive), RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, or other storage device.
なお、図5に示すハードウェア構成は一例であって、酸素濃度推定装置10は、他のハードウェア構成であってもよい。例えば、酸素濃度推定装置10は、複数のプロセッサ105や複数のメモリ装置106を有していてもよいし、図示したハードウェア以外の種々のハードウェアを有していてもよい。 Note that the hardware configuration shown in FIG. 5 is an example, and the oxygen concentration estimation device 10 may have other hardware configurations. For example, the oxygen concentration estimation device 10 may have multiple processors 105 or multiple memory devices 106, or may have various types of hardware other than the hardware shown in the figure.
<酸素濃度推定装置10の機能構成>
本実施形態に係る酸素濃度推定装置10の機能構成例を図6に示す。図6に示すように、本実施形態に係る酸素濃度推定装置10は、実績データ作成部201と、モデル作成処理部202と、酸素濃度推定部203とを有する。これら各部は、例えば、酸素濃度推定装置10にインストールされた1以上のプログラムが、プロセッサ105に実行させる処理により実現される。また、本実施形態に係る酸素濃度推定装置10は、実績データ記憶部204を有する。当該記憶部204は、例えば、メモリ装置106により実現されるが、通信ネットワークを介して接続されるデータベースサーバ等により実現されていてもよい。
<Functional configuration of oxygen concentration estimation device 10>
An example of the functional configuration of the oxygen concentration estimation device 10 according to this embodiment is shown in Fig. 6. As shown in Fig. 6, the oxygen concentration estimation device 10 according to this embodiment includes a performance data creation unit 201, a model creation processing unit 202, and an oxygen concentration estimation unit 203. These units are realized, for example, by a processor 105 executing one or more programs installed in the oxygen concentration estimation device 10. The oxygen concentration estimation device 10 according to this embodiment also includes a performance data storage unit 204. The storage unit 204 is realized, for example, by the memory device 106, but may also be realized by a database server connected via a communications network.
実績データ作成部201は、実績データの作成及び保存対象となる各時刻tにおいて、各酸素濃度計50から酸素濃度計測値y1(t)及びy2(t)を受信すると共に、各周辺センサ60から物理量計測値x1(t),x2(t),・・・,xn(t)を受信し、これらの計測値から実績データ{y(t),x1(t),x2(t),・・・,xn(t)}を作成して実績データ記憶部204に保存する。ここで、或る小さい値ε>0に対して|y2(t)|<εとなる時刻tではy(t)=y1(t)とする。一方で、それ以外の時刻tではy(t)=y1(t)又はy(t)=y2(t)のいずれかとしてもよいし、y(t)=(y1(t)+y2(t))/2としてもよいし、y(t)=min(y1(t),y2(t))やy(t)=max(y1(t),y2(t))等としてもよい。なお、y(t)が教師データである。 At each time t for which performance data is to be created and stored, the performance data creation unit 201 receives oxygen concentration measurement values y1 (t) and y2 (t) from each oxygen concentration meter 50 and physical quantity measurement values x1 (t), x2 (t), ..., xn (t) from each peripheral sensor 60, creates performance data {y(t), x1 (t), x2 (t), ..., xn (t)} from these measurement values, and stores it in the performance data storage unit 204. Here, for a certain small value ε>0, at time t where | y2 (t)|<ε, y(t)= y1 (t). On the other hand, at other times t, y(t) may be either y(t) = y1 (t) or y(t) = y2 (t), or y(t) = ( y1 (t) + y2 (t))/2, or y(t) = min( y1 (t), y2 (t)) or y(t) = max( y1 (t), y2(t ) ), etc. Note that y(t) is training data.
以下では、実績データをz(t):=(y(t),x1(t),x2(t),・・・,xn(t))として、実績データ記憶部204には実績データセット{z(t)|t∈T1}が記憶されているものとする。ここで、T1は実績データの作成及び保存対象となる時刻の集合である。例えば、或る時刻t1からt2までを実績データの作成及び保存対象とする場合、T1={t|t1≦t≦t2}と表される。 In the following, it is assumed that the performance data is z(t):=(y(t), x1 (t), x2 (t), ..., xn (t)), and that the performance data set {z(t)| t∈T1 } is stored in the performance data storage unit 204. Here, T1 is a set of times for which performance data is to be created and saved. For example, when performance data is to be created and saved from times t1 to t2 , it is expressed as T1 = {t| t1 ≦t≦ t2 }.
モデル作成処理部202は、実績データセット{z(t)|t∈T1}から酸素濃度推定モデルfを作成する。ここで、モデル作成処理部202には、データ取得部211と、モデル作成部212とが含まれる。データ取得部211は、酸素濃度推定モデルfの作成に用いられる実績データセット{z(t)|t∈T2}を実績データ記憶部204から取得する。ここで、T2は酸素濃度推定モデルfの作成に用いられる実績データの時刻の集合であり、T2⊆T1である。モデル作成部212は、データ取得部211により取得した実績データセット{z(t)|t∈T2}を用いて、酸素濃度推定モデルfを作成する。なお、酸素濃度推定モデルfは、例えば、統計モデルや機械学習モデル等であり、学習対象のパラメータθを持つ。 The model creation processing unit 202 creates an oxygen concentration estimation model f from the actual data set {z(t)|t∈T 1 }. Here, the model creation processing unit 202 includes a data acquisition unit 211 and a model creation unit 212. The data acquisition unit 211 acquires the actual data set {z(t)|t∈T 2 } used to create the oxygen concentration estimation model f from the actual data storage unit 204. Here, T 2 is a set of times of the actual data used to create the oxygen concentration estimation model f, and T 2 ⊆ T 1. The model creation unit 212 creates the oxygen concentration estimation model f using the actual data set {z(t)|t∈T 2 } acquired by the data acquisition unit 211. Note that the oxygen concentration estimation model f is, for example, a statistical model or a machine learning model, and has a parameter θ to be learned.
酸素濃度推定部203は、酸素濃度の推定対象となる各時刻t'において、各周辺センサ60から物理量計測値x1(t'),x2(t'),・・・,xn(t')を受信し、これらの物理量計測値x1(t'),x2(t'),・・・,xn(t')と酸素濃度推定モデルfから酸素濃度推定値y^(t')を計算する。すなわち、酸素濃度推定部203は、物理量計測値x1(t'),x2(t'),・・・,xn(t')を説明変数、酸素濃度を目的変数として、y^(t')=f(x1(t'),x2(t'),・・・,xn(t'))により当該時刻t'の酸素濃度推定値y^(t')を計算する。なお、酸素濃度推定値y^(t')は制御装置20に出力される。 The oxygen concentration estimation unit 203 receives physical quantity measurements x1 (t'), x2 (t'), ..., xn(t') from the surrounding sensors 60 at each time t' for which the oxygen concentration is to be estimated, and calculates an oxygen concentration estimation value y ^ (t') from these physical quantity measurements x1 (t'), x2 (t'), ..., xn (t') and the oxygen concentration estimation model f. That is, the oxygen concentration estimation unit 203 calculates the oxygen concentration estimation value y^(t') at the time t' using the physical quantity measurements x1 (t'), x2 (t'), ..., xn (t') as explanatory variables and the oxygen concentration as a response variable, using y^(t') = f ( x1 (t'), x2 (t'), ..., xn(t')). The oxygen concentration estimation value y^(t') is output to the control device 20.
<酸素濃度推定処理(実施例1)>
以下、実施例1における酸素濃度推定処理について、図7を参照しながら説明する。以下では、過去の或る期間T1の実績データセット{z(t)|t∈T1}が実績データ記憶部204に記憶されているものとする。なお、図7のステップS101~ステップS102は事前に実施されるモデル作成処理である。一方で、ステップS103~ステップS104は酸素濃度の推定対象となる時刻t'(つまり、現在時刻t')毎に繰り返し実施される。
<Oxygen Concentration Estimation Process (Example 1)>
The oxygen concentration estimation process in the first embodiment will be described below with reference to Fig. 7. In the following, it is assumed that a performance data set {z(t)|tεT 1 } for a certain past period T 1 is stored in the performance data storage unit 204. Steps S101 and S102 in Fig. 7 are model creation processes that are performed in advance. Meanwhile, steps S103 and S104 are repeatedly performed for each time t' (i.e., the current time t') at which the oxygen concentration is to be estimated.
モデル作成処理部202のデータ取得部211は、酸素濃度推定モデルfの作成に用いられる実績データセット{z(t)|t∈T2}を実績データ記憶部204から取得する(ステップS101)。ここで、データ取得部211は、実績データ記憶部204に記憶されている実績データセット{z(t)|t∈T1}そのものを実績データセット{z(t)|t∈T2}として取得してもよいし、その一部の実績データで構成される実績データセットを実績データセット{z(t)|t∈T2}として取得してもよい。 The data acquisition unit 211 of the model creation processing unit 202 acquires the actual data set {z(t)|t∈T2} used to create the oxygen concentration estimation model f from the actual data storage unit 204 (step S101). Here, the data acquisition unit 211 may acquire the actual data set {z(t)| t∈T1 } itself stored in the actual data storage unit 204 as the actual data set {z(t)| t∈T2 }, or may acquire an actual data set composed of some of the actual data as the actual data set {z(t)| t∈T2 }.
モデル作成処理部202のモデル作成部212は、上記のステップS101で取得された実績データセット{z(t)|t∈T2}を用いて、酸素濃度推定モデルfを作成する(ステップS102)。すなわち、モデル作成部212は、実績データセット{z(t)|t∈T2}を学習用データセットとして、時刻tにおける酸素濃度推定値y^(t)=f(x1(t),x2(t),・・・,xn(t))とy(t)との誤差が小さくなるようにパラメータθを学習する。ここで、酸素濃度推定モデルfとしては、重回帰モデル等といった線形モデル、サポートベクター回帰(SVR:Support Vector Regression)やニューラルネットワーク等といった非線形モデルを採用することができる。一般に、加熱炉40内では酸素濃度と炉内温度等との関係は逐次変化し、酸素濃度によって加熱炉40内の各物理量の特性が変化するため、線形モデルでは推定精度が低くなる場合が多い。このため、酸素濃度推定モデルfとしては、特に非線形モデルを採用することが好ましい。 The model creation unit 212 of the model creation processing unit 202 creates an oxygen concentration estimation model f using the actual data set {z(t)| t∈T2 } acquired in step S101 (step S102). That is, the model creation unit 212 uses the actual data set {z(t)| t∈T2 } as a learning data set and learns the parameter θ so as to reduce the error between the oxygen concentration estimated value y^(t)=f( x1 (t), x2 (t), ..., xn (t)) at time t and y(t). Here, the oxygen concentration estimation model f can be a linear model such as a multiple regression model, or a nonlinear model such as support vector regression (SVR) or a neural network. Generally, the relationship between the oxygen concentration and the furnace temperature, etc. changes continuously in the heating furnace 40, and the characteristics of each physical quantity in the heating furnace 40 change depending on the oxygen concentration. Therefore, a linear model often results in low estimation accuracy. For this reason, it is particularly preferable to employ a nonlinear model as the oxygen concentration estimation model f.
酸素濃度推定部203は、酸素濃度の推定対象となる現在時刻t'の物理量計測値x1(t'),x2(t'),・・・,xn(t')を受信する(ステップS103)。 The oxygen concentration estimation unit 203 receives the physical quantity measurement values x 1 (t'), x 2 (t'), . . . , x n (t') at the current time t' for which oxygen concentrations are to be estimated (step S103).
酸素濃度推定部203は、上記のステップS103で受信した物理量計測値x1(t'),x2(t'),・・・,xn(t')と酸素濃度推定モデルfから現在時刻t'の酸素濃度推定値y^(t')を計算する(ステップS104)。すなわち、酸素濃度推定部203は、y^(t')=f(x1(t'),x2(t'),・・・,xn(t'))により現在時刻t'の酸素濃度推定値y^(t')を計算する。なお、この酸素濃度推定値y^(t')は制御装置20に出力され、当該制御装置20によって調整機器30に対する操作量が制御される。これにより、加熱炉40内の酸素濃度が制御されることになる。 The oxygen concentration estimation unit 203 calculates an oxygen concentration estimate y^(t') at the current time t' from the physical quantity measurements x1 (t'), x2 (t'), ..., xn (t') received in step S103 and the oxygen concentration estimation model f (step S104). That is, the oxygen concentration estimation unit 203 calculates the oxygen concentration estimate y^(t') at the current time t' using y^(t') = f ( x1 (t'), x2 (t'), ..., xn(t')). The oxygen concentration estimate y^(t') is output to the control device 20, which controls the manipulated variable for the adjustment device 30. In this way, the oxygen concentration in the heating furnace 40 is controlled.
<酸素濃度推定処理(実施例2)>
以下、実施例2における酸素濃度推定処理について、図8を参照しながら説明する。以下では、過去の或る期間T1の実績データセット{z(t)|t∈T1}が実績データ記憶部204に記憶されているものとする。なお、図8のステップS201~ステップS204は酸素濃度の推定対象となる時刻t'(つまり、現在時刻t')毎に繰り返し実施される。
<Oxygen concentration estimation process (Example 2)>
The oxygen concentration estimation process in the second embodiment will be described below with reference to Fig. 8. In the following, it is assumed that a performance data set {z(t)|tεT 1 } for a certain past period T 1 is stored in the performance data storage unit 204. Note that steps S201 to S204 in Fig. 8 are repeatedly performed for each time t' (i.e., the current time t') at which the oxygen concentration is to be estimated.
酸素濃度推定部203は、酸素濃度の推定対象となる現在時刻t'の物理量計測値x1(t'),x2(t'),・・・,xn(t')を受信する(ステップS201)。 The oxygen concentration estimation unit 203 receives physical quantity measurement values x 1 (t'), x 2 (t'), . . . , x n (t') at the current time t' for which oxygen concentrations are to be estimated (step S201).
モデル作成処理部202のデータ取得部211は、酸素濃度推定モデルfの作成に用いられる実績データセット{z(t)|t∈T2}を実績データ記憶部204から取得する(ステップS202)。ここで、データ取得部211は、上記のステップS201で受信した物理量計測値x1(t'),x2(t'),・・・,xn(t')との距離が近い順に所定の個数の実績データを実績データ記憶部204から取得し、これら取得した実績データで構成される実績データセットを実績データセット{z(t)|t∈T2}とすればよい。 The data acquisition unit 211 of the model creation processing unit 202 acquires the actual data set {z(t)| t∈T2 } used to create the oxygen concentration estimation model f from the actual data storage unit 204 (step S202). Here, the data acquisition unit 211 acquires a predetermined number of actual data from the actual data storage unit 204 in order of proximity to the physical quantity measurement values x1 (t'), x2 (t'), ..., xn (t') received in step S201 above, and defines the actual data set consisting of these acquired actual data as the actual data set {z(t)| t∈T2 }.
具体的には、物理量計測値x1(t'),x2(t'),・・・,xn(t')と実績データz(t)=(y(t),x1(t),x2(t),・・・,xn(t))との距離をd(t',t)=((x1(t')-x1(t))2+(x2(t')-x2(t))2+・・・+(xn(t')-xn(t))2)1/2とする。そして、この距離が小さい順にN個(例えば、100個等)のz(t)を実績データ記憶部204から取得し、これら取得した実績データz(t)で構成される実績データセットを実績データセット{z(t)|t∈T2}とする。なお、上記では距離dとしてユークリッド距離を用いたが、ユークリッド距離以外の距離が用いられてもよい。 Specifically, the distance between the physical quantity measurement values x 1 (t'), x 2 (t'), ..., x n (t') and the performance data z(t) = (y(t), x 1 (t), x 2 (t), ..., x n (t)) is defined as d(t', t) = ((x 1 (t') - x 1 (t)) 2 + (x 2 (t') - x 2 (t)) 2 + ... + (x n (t') - x n (t)) 2 ) 1/2 . N (e.g., 100) pieces of z(t) are then obtained from the performance data storage unit 204 in order of smallest distance, and a performance data set consisting of these obtained performance data z(t) is defined as a performance data set {z(t)|t∈T 2 }. Although the Euclidean distance is used as the distance d in the above, a distance other than the Euclidean distance may be used.
モデル作成処理部202のモデル作成部212は、上記のステップS202で取得された実績データセット{z(t)|t∈T2}を用いて、酸素濃度推定モデルfを作成する(ステップS203)。すなわち、モデル作成部212は、実績データセット{z(t)|t∈T2}を学習用データセットとして、時刻tにおける酸素濃度推定値y^(t)=f(x1(t),x2(t),・・・,xn(t))とy(t)との誤差が小さくなるようにパラメータθを学習する。ここで、酸素濃度推定モデルfとしては、例えば、JIT-PLS(Just-in-time PLS)やLW-PLS(Locally-Weighted PLS)等といった局所的な線形モデルを採用することができる。一般に、加熱炉40内では酸素濃度と炉内温度等との関係は逐次変化し、酸素濃度によって加熱炉40内の各物理量の特性が変化するため、(大域的な)線形モデルでは推定精度が低くなる場合が多い。このため、酸素濃度推定モデルfとしては、特に局所的な学習用データを用いる線形モデル(局所的な線形モデル)を採用することが好ましい。 The model creation unit 212 of the model creation processing unit 202 creates an oxygen concentration estimation model f using the actual data set {z(t)|t∈T 2 } acquired in step S202 (step S203). That is, the model creation unit 212 uses the actual data set {z(t)|t∈T 2 } as a learning data set and learns the parameter θ so as to reduce the error between the oxygen concentration estimated value y^(t)=f(x 1 (t), x 2 (t), ..., x n (t)) at time t and y(t). Here, as the oxygen concentration estimation model f, for example, a local linear model such as JIT-PLS (Just-in-time PLS) or LW-PLS (Locally-Weighted PLS) can be adopted. Generally, the relationship between the oxygen concentration and the temperature inside the heating furnace 40 changes continuously, and the characteristics of each physical quantity inside the heating furnace 40 change depending on the oxygen concentration, so that a (global) linear model often results in low estimation accuracy. For this reason, it is preferable to adopt a linear model (local linear model) that uses local learning data as the oxygen concentration estimation model f.
酸素濃度推定部203は、上記のステップS201で受信した物理量計測値x1(t'),x2(t'),・・・,xn(t')と上記のステップS203で作成した酸素濃度推定モデルfから現在時刻t'の酸素濃度推定値y^(t')を計算する(ステップS204)。すなわち、酸素濃度推定部203は、y^(t')=f(x1(t'),x2(t'),・・・,xn(t'))により現在時刻t'の酸素濃度推定値y^(t')を計算する。なお、この酸素濃度推定値y^(t')は制御装置20に出力され、当該制御装置20によって調整機器30に対する操作量が制御される。これにより、加熱炉40内の酸素濃度が制御されることになる。 The oxygen concentration estimation unit 203 calculates an oxygen concentration estimate y^(t') at the current time t' from the physical quantity measurement values x1 (t'), x2 (t'), ..., xn (t') received in step S201 and the oxygen concentration estimation model f created in step S203 (step S204). That is, the oxygen concentration estimation unit 203 calculates the oxygen concentration estimate y^(t') at the current time t' using y^(t') = f ( x1 (t'), x2 (t'), ..., xn(t')). The oxygen concentration estimate y^(t') is output to the control device 20, which controls the manipulated variable for the adjustment device 30. In this way, the oxygen concentration in the heating furnace 40 is controlled.
<変形例>
上記の実施形態では実績データが作成及び保存された後は酸素濃度計50が撤去されるものとしたが、例えば、レーザ式酸素濃度計501のみを撤去し、ジルコニア式酸素濃度計502は撤去しなくてもよい。この場合、ジルコニア式酸素濃度計502の酸素濃度計測値y2(t')も説明変数としてもよい。
<Modification>
In the above embodiment, the oxygen concentration meter 50 is removed after the performance data is created and saved, but it is also possible to remove, for example, only the laser oxygen concentration meter 501 and not the zirconia oxygen concentration meter 502. In this case, the oxygen concentration measurement value y2 (t') of the zirconia oxygen concentration meter 502 may also be used as an explanatory variable.
具体的には、実績データをz(t):=(y(t)=y1(t),y2(t),x1(t),x2(t),・・・,xn(t))とした上で、y(t)を目的変数、y2(t),x1(t),x2(t),・・・,xn(t)を説明変数として酸素濃度推定モデルfを作成する。そして、酸素濃度推定値を計算する際には、y^(t')=f(y2(t'),x1(t'),x2(t'),・・・,xn(t'))により現在時刻t'の酸素濃度推定値y^(t')を計算する。なお、このとき、例えば、y^(t)=g(x1(t),x2(t),・・・,xn(t))となるモデルgを予め作成しておき、|y2(t')|<εである場合にはy^(t')=g(x1(t'),x2(t'),・・・,xn(t'))を計算し、|y2(t')|≧εである場合にのみy^(t')=f(y2(t'),x1(t'),x2(t'),・・・,xn(t'))を計算してもよい。 Specifically, the actual data is defined as z(t):=(y(t)= y1 (t), y2 (t), x1 (t), x2 (t), ..., xn (t)), and an oxygen concentration estimation model f is created using y(t) as the objective variable and y2 (t), x1 (t), x2 (t), ..., xn (t) as explanatory variables. When calculating the oxygen concentration estimate, the oxygen concentration estimate y^(t') at the current time t' is calculated using y^(t')=f ( y2 (t'), x1 (t'), x2 (t'), ..., xn(t')). In this case, for example, a model g such that y^(t) = g(x 1 (t), x 2 (t), ..., x n (t)) is created in advance, and if |y 2 (t')| < ε, y^(t') = g(x 1 (t'), x 2 (t'), ..., x n (t')) is calculated, and y^(t') = f(y 2 (t'), x 1 (t'), x 2 (t'), ..., x n (t')) is calculated only if |y 2 (t')| ≥ ε.
<まとめ>
以上のように、本実施形態に係る加熱炉制御システム1では、低酸素濃度下でも安定的に酸素濃度を計測可能なレーザ式酸素濃度計501の計測値を教師データとして酸素濃度推定モデルfを作成した上で、この酸素濃度推定モデルfにより加熱炉40内の酸素濃度を推定する。これにより、低酸素濃度下で誤計測が発生し得るジルコニア式酸素濃度計502に代わって、低酸素濃度下でも酸素濃度推定モデルfにより精度良く酸素濃度を推定することが可能となり、省エネルギ化と公害防止を両立させた加熱炉40の最適な制御を実現することができるようになる。
<Summary>
As described above, in the heating furnace control system 1 according to this embodiment, an oxygen concentration estimation model f is created using training data measured by the laser oxygen analyzer 501 , which can stably measure oxygen concentrations even at low oxygen concentrations, and the oxygen concentration in the heating furnace 40 is then estimated using this oxygen concentration estimation model f. As a result, instead of the zirconia oxygen analyzer 502 , which may erroneously measure oxygen concentrations at low oxygen concentrations, the oxygen concentration estimation model f can accurately estimate the oxygen concentration even at low oxygen concentrations, making it possible to achieve optimal control of the heating furnace 40 that achieves both energy conservation and pollution prevention.
しかも、酸素濃度推定モデルfを作成した後はレーザ式酸素濃度計501を加熱炉40から撤去することができるため、例えば、当該レーザ式酸素濃度計501を他の加熱炉40に設置して同様に酸素濃度推定モデルfを作成することが可能となる。このため、一般的に高価なレーザ式酸素濃度計501を加熱炉40毎に準備する必要はなく、比較的安価に酸素濃度推定モデルfを作成することができる。 Moreover, after the oxygen concentration estimation model f is created, the laser oxygen analyzer 501 can be removed from the heating furnace 40, so that it is possible to install the laser oxygen analyzer 501 in another heating furnace 40 and create an oxygen concentration estimation model f in the same way. Therefore, there is no need to prepare a laser oxygen analyzer 501 , which is generally expensive, for each heating furnace 40, and the oxygen concentration estimation model f can be created relatively inexpensively.
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、特許請求の範囲の記載から逸脱することなく、種々の変形や変更、既知の技術との組み合わせ等が可能である。 The present invention is not limited to the specifically disclosed embodiments above, and various modifications, alterations, and combinations with known technologies are possible without departing from the scope of the claims.
1 加熱炉制御システム
10 酸素濃度推定装置
20 制御装置
30 調整機器
40 加熱炉
50 酸素濃度計
60 周辺センサ
101 入力装置
102 表示装置
103 外部I/F
103a 記録媒体
104 通信I/F
105 プロセッサ
106 メモリ装置
107 バス
201 実績データ作成部
202 モデル作成処理部
203 酸素濃度推定部
204 実績データ記憶部
211 データ取得部
212 モデル作成部
REFERENCE SIGNS LIST 1 Heating furnace control system 10 Oxygen concentration estimation device 20 Control device 30 Adjustment device 40 Heating furnace 50 Oxygen concentration meter 60 Periphery sensor 101 Input device 102 Display device 103 External I/F
103a Recording medium 104 Communication I/F
105 Processor 106 Memory device 107 Bus 201 Performance data creation unit 202 Model creation processing unit 203 Oxygen concentration estimation unit 204 Performance data storage unit 211 Data acquisition unit 212 Model creation unit
Claims (5)
過去の所定の期間内の各時刻tにおける前記加熱炉内の酸素濃度計測値y(t)と前記加熱炉に関連する所定のn(nは予め決められた1以上の整数)個の物理量計測値x1(t),x2(t),・・・,xn(t)とを学習用データとして、前記加熱炉内の酸素濃度を推定するためのモデルを作成するモデル作成部と、
酸素濃度の推定対象となる時刻t'における前記n個の物理量計測値x1(t'),x2(t'),・・・,xn(t')と前記モデルとを用いて、前記加熱炉内の酸素濃度の推定値を計算する酸素濃度推定部と、
を有し、
前記加熱炉には、前記学習用データの作成後に撤去可能なように設置されたレーザ式酸素濃度計が含まれ、
前記酸素濃度計測値y(t)は、前記レーザ式酸素濃度計によって前記加熱炉内の酸素濃度を計測した計測値y 1 (t)である、濃度推定装置。 An oxygen concentration estimation device for estimating an oxygen concentration in a heating furnace,
a model creation unit that creates a model for estimating the oxygen concentration in the heating furnace using, as learning data, an oxygen concentration measurement value y(t) in the heating furnace at each time t within a predetermined period in the past and a predetermined number n (n is a predetermined integer of 1 or more) of physical quantity measurement values x 1 (t), x 2 (t), ..., x n (t) related to the heating furnace;
an oxygen concentration estimation unit that calculates an estimate of the oxygen concentration in the heating furnace using the n physical quantity measurement values x 1 (t'), x 2 (t'), ..., x n (t') at time t', which is a target of oxygen concentration estimation, and the model;
and
the heating furnace includes a laser oxygen concentration meter that is installed so as to be removable after the learning data is created;
The oxygen concentration measurement value y(t) is a measurement value y 1 (t) of the oxygen concentration inside the heating furnace measured by the laser oxygen analyzer .
前記ジルコニア式酸素濃度計によって前記加熱炉内の酸素濃度を計測した計測値をy2(t)として、
予め決められた値ε>0に対して、|y2(t)|<εである場合には、y(t)=y1(t)とし、
|y2(t)|≧εである場合には、y(t)=y1(t)、y(t)=y2(t)、y(t)=(y1(t)+y2(t))/2、y(t)=min(y1(t),y2(t))、又はy(t)=max(y1(t),y2(t))のいずれかとする、請求項1に記載の濃度推定装置。 The heating furnace is further equipped with a zirconia oxygen concentration meter,
The oxygen concentration in the heating furnace measured by the zirconia oxygen concentration meter is defined as y 2 (t),
If |y 2 (t)|<ε, for some predetermined value ε>0, then y(t)=y 1 (t);
2. The concentration estimation device according to claim 1, wherein, when | y2 (t)|≧ε, any of y(t)= y1 (t), y(t)= y2 (t), y(t)=( y1 (t)+ y2 (t))/2, y(t)=min( y1 (t), y2 (t)), or y( t )=max( y1 (t), y2(t)).
酸素濃度の推定対象となる時刻t'における前記n個の物理量計測値x1(t'),x2(t'),・・・,xn(t')と、過去の所定の期間内の各時刻tにおける前記n個の物理量計測値x1(t),x2(t),・・・,xn(t)との距離d(t',t)をそれぞれ計算し、
前記距離d(t',t)が小さい順に所定の個数のtにそれぞれ対応する前記酸素濃度計測値y(t)と前記n個の物理量計測値x1(t),x2(t),・・・,xn(t)とを学習用データとして、前記モデルを作成する、請求項1又は2に記載の濃度推定装置。 The model creation unit
calculating distances d(t', t) between the n physical quantity measurement values x1 (t'), x2 (t'), ..., xn (t') at time t' for which the oxygen concentration is to be estimated and the n physical quantity measurement values x1 (t), x2 (t), ..., xn (t) at each time t within a predetermined period in the past;
3. The concentration estimation device according to claim 1, wherein the model is created using the oxygen concentration measurement values y(t) and the n physical quantity measurement values x 1 (t), x 2 (t), ..., x n (t) corresponding to a predetermined number of t's in ascending order of the distance d(t ', t ) as learning data.
過去の所定の期間内の各時刻tにおける前記加熱炉内の酸素濃度計測値y(t)と前記加熱炉に関連する所定のn(nは予め決められた1以上の整数)個の物理量計測値x1(t),x2(t),・・・,xn(t)とを学習用データとして、前記加熱炉内の酸素濃度を推定するためのモデルを作成するモデル作成手順と、
酸素濃度の推定対象となる時刻t'における前記n個の物理量計測値x1(t'),x2(t'),・・・,xn(t')と前記モデルとを用いて、前記加熱炉内の酸素濃度の推定値を計算する酸素濃度推定手順と、
を実行し、
前記加熱炉には、前記学習用データの作成後に撤去可能なように設置されたレーザ式酸素濃度計が含まれ、
前記酸素濃度計測値y(t)は、前記レーザ式酸素濃度計によって前記加熱炉内の酸素濃度を計測した計測値y 1 (t)である、濃度推定方法。 An oxygen concentration estimation device for estimating the oxygen concentration in a heating furnace,
a model creation step of creating a model for estimating the oxygen concentration in the heating furnace using, as learning data, the oxygen concentration measurement value y(t) in the heating furnace at each time t within a predetermined period in the past and a predetermined number n (n is a predetermined integer of 1 or more) of physical quantity measurement values x 1 (t), x 2 (t), ..., x n (t) related to the heating furnace;
an oxygen concentration estimation procedure for calculating an estimated value of the oxygen concentration in the heating furnace using the n physical quantity measurement values x 1 (t'), x 2 (t'), ..., x n (t') at time t' for which the oxygen concentration is to be estimated and the model;
Run
the heating furnace includes a laser oxygen concentration meter that is installed so as to be removable after the learning data is created;
The concentration estimation method, wherein the oxygen concentration measurement value y(t) is a measurement value y 1 (t) of the oxygen concentration inside the heating furnace measured by the laser oxygen analyzer .
過去の所定の期間内の各時刻tにおける前記加熱炉内の酸素濃度計測値y(t)と前記加熱炉に関連する所定のn(nは予め決められた1以上の整数)個の物理量計測値x1(t),x2(t),・・・,xn(t)とを学習用データとして、前記加熱炉内の酸素濃度を推定するためのモデルを作成するモデル作成手順と、
酸素濃度の推定対象となる時刻t'における前記n個の物理量計測値x1(t'),x2(t'),・・・,xn(t')と前記モデルとを用いて、前記加熱炉内の酸素濃度の推定値を計算する酸素濃度推定手順と、
を実行させ、
前記加熱炉には、前記学習用データの作成後に撤去可能なように設置されたレーザ式酸素濃度計が含まれ、
前記酸素濃度計測値y(t)は、前記レーザ式酸素濃度計によって前記加熱炉内の酸素濃度を計測した計測値y 1 (t)である、プログラム。 An oxygen concentration estimation device that estimates the oxygen concentration in a heating furnace,
a model creation step of creating a model for estimating the oxygen concentration in the heating furnace using, as learning data, the oxygen concentration measurement value y(t) in the heating furnace at each time t within a predetermined period in the past and a predetermined number n (n is a predetermined integer of 1 or more) of physical quantity measurement values x 1 (t), x 2 (t), ..., x n (t) related to the heating furnace;
an oxygen concentration estimation procedure for calculating an estimated value of the oxygen concentration in the heating furnace using the n physical quantity measurement values x 1 (t'), x 2 (t'), ..., x n (t') at time t' for which the oxygen concentration is to be estimated and the model;
Execute
the heating furnace includes a laser oxygen concentration meter that is installed so as to be removable after the learning data is created;
The oxygen concentration measurement value y(t) is a measurement value y 1 (t) of the oxygen concentration inside the heating furnace measured by the laser oxygen analyzer .
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