JP2002162307A - センサ異常の検出方法 - Google Patents

センサ異常の検出方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 粉体や粒体を扱うプロセスの、圧力の検出に
おいて、この検出異常を迅速に把握できるようにするこ
とを目的とする。 【解決手段】 センサに異常が発生しているときは、F
FTにより得られるスペクトルのある周波数より低周波
の領域で、そのスペクトルパワーが高い値を示すように
なる。したがって、この低周波領域のスペクトルの値の
積分値の変化に着目し、これが所定の値以上に大きくな
ったとき、センサに異常が発生しているものと判断す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、セメント製造に
おける、粉体および流体が流れ、雰囲気より負圧となっ
ている炉内の状態を検出するセンサの測定異常を検出す
る、センサ異常の検出方法に関する。
【0002】
【従来の技術】セメントの製造においては、焼成工程に
おいて、粉体にした石灰石などの原料を焼成炉(キル
ン)で焼成している。この焼成工程では、原料を加熱す
ることで炭酸ガスを除去するようにしている。原料の粉
体は、キルン内を通過していく中で、熱したガスにより
加熱されていく。ここで、このプロセスでは、キルン内
の温度や圧力を測定して、原料を加熱するためのガスの
状態を制御するようにしている。例えば、キルン内の温
度測定は、保護管に覆われた熱電対をキルン内の所定位
置に配置して、行うようにしている。
【0003】図2,3は、キルン内における温度測定、
および、圧力測定の状態を示す構成図であり、1は白金
−白金ロジウムからなる熱電対の素線、2は素線1を覆
うように保護する保護管、3は素線1が接続されている
端子箱、4はキルンである。端子箱3側は、一部が大気
に開放されており、また、キルン4内は、大気圧より低
い圧力となっている。なお、クロメル−アルメルからな
る熱電対を用いる場合もある。また、図3において、5
はキルン4の所定位置に取り付けられたガス取り込み
管、6はガス取り込み管5の側壁に接続し、圧力測定対
象のガスを圧力センサ7に導く圧力配管である。なお、
符号8に関しては、後述する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来は以上のように構
成されていたので、以下に示すような問題点があった。
キルン4内では、セメントの原料となる粉体が流れてい
るので、温度測定を行う熱電対の保護管2先端は、その
粉体が常に衝突する環境下にある。このため、保護管2
先端は、それらの衝突による磨耗のため、あるいは熱ガ
スによる腐食のため、いずれは穴が開く。このように、
保護管2に穴が開くと、中の熱電対の素線1が露出する
ことになり、今度は熱電対自身が磨耗していくことにな
る。
【0005】ここで、保護管2の端子箱3側は、キルン
4外部の大気に開放してある。キルン4内部は外気より
低い圧力となっているので、保護管4の先端に穴が開く
と、この保護管2内を通りキルン4内に外気が流入する
ことになる。このことにより、保護管2先端に穴が開い
ても、粉体が保護管2内に流入しにくくなる。このた
め、熱電対自身は、キルン4内での粉体の衝突をある程
度防ぐことができる。しかし、このように、外気が流入
している状態では、キルン4内の温度を熱電対が正確に
検出できない。
【0006】保護管2先端の穴は、一度に大きなものが
形成されるわけではない。このため、外気の流入量も、
初めは非常に微量であり、その増加量も非常に遅い速度
で変化していく。したがって、測定温度の誤差量は、徐
々に進行していくことになる。このように、徐々に変化
しているため、通常では、保護管2の穴の発生は、非常
に検知され難く、ある程度大きくなるまで発見し難いと
いう問題があった。
【0007】ここで、保護管2内の外気の流入が起こら
ないようにしておけば、保護管2に穴が開いても検出す
る温度に誤差が発生することはない。しかし、この場
合、熱電対自身もキルン4内での粉体の衝突を受けるこ
とになり、この衝突による磨耗劣化のため、非常に早い
段階で、温度検出が全くできない状態となる。このよう
に、急に温度測定ができなくなると、この温度測定の結
果を用いた制御が誤動作し、プロセス異常という事態を
招いてしまう。
【0008】一方、圧力検出においては、ガス取り込み
管5や圧力配管6の入り口が、粉体が詰まることで塞が
れてしまい、圧力検出が正常にできないという問題があ
った。上述したように、粉粒体を扱うプロセスの圧力検
出においては、時間が経つにつれて、ガス取り込み管5
や圧力配管6の先端部に、徐々に粉粒体が堆積してい
き、それらの入り口が狭くなっていく。そのため、圧力
センサは、実際の圧力変動を正確に検出できなくなる。
そして、この場合においても、この異常状態が徐々に起
こるので、ある程度詰まって、検出している圧力に全く
変化がなくなるなどの状態となるまで、気がつきにくい
という問題があった。
【0009】この発明は、以上のような問題点を解消す
るためになされたものであり、粉体や粒体を扱うプロセ
スの、圧力の検出において、この検出異常を迅速に把握
できるようにすることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】この発明のセンサ異常の
検出方法は、圧力センサが所定の時間間隔で測定した所
定数の圧力測定データを高速フーリエ変換し、その高速
フーリエ変換の結果の中で、所定の値より低い変動周波
数成分の変化量が規定値以上となったとき、一部が雰囲
気に導通して圧力センサに圧力を伝達する圧力配管に詰
まりが生じたものと判断するようにした。圧力配管の詰
まりは徐々に進行していくため、圧量測定の結果からは
その状態が判別しにくいが、圧力配管の詰まりの初期段
階でも、高速フーリエ変換の低い変動周波数成分には変
化が生じる。また、複数のセンサから得られる変化量の
なかで、他と所定値以上異なっている変化量のセンサ
に、異常が生じたものと判断するようにした。このこと
により、プロセスの変化やプロセス自身の異常による測
定結果の異常が、センサ自身の異常と区別される。
【0011】
【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図を
参照して説明する。以下、温度測定における異常の検出
に関して説明する。まず、第1に、プロセス温度の変化
を測定した一定期間のデータを収集する。たとえば、1
5秒おきに測定している温度データの、現時点より10
000個分前までを収集する。
【0012】第2に、その収集したデータに対して、フ
ィルタをかけるなどの信号処理を行う。これは、特徴量
を的確に算出できるようにするために行うためであり、
ここでは、高速フーリエ変換の後で低周波成分のみに着
目し易いようにデータの変換を行う。第3に、特徴抽出
のための高速フーリエ変換(FFT)を行う。このFF
Tにより、図1に示すような、スペクトルが得られる。
そして第4に、FFTの結果の中で、所定の周波数以下
の領域に着目し、この領域の強度が規定値より強くなっ
ている場合、センサに異常(保護管2の破損)が発生し
ていると判断する。
【0013】FFTにより得られるスペクトルは、セン
サに異常がないときは、図1(a)に示す状態となって
いる。ところが、図2に示す保護管2の先端に穴があい
た状態で計測した温度変化のデータをFFTすると、図
1(b)に示すように、ある周波数Fより低周波の領域
で、スペクトルが高い値を示すようになる。したがっ
て、この低周波領域のスペクトルの値の積分値の変化に
着目し、これが所定の値以上に大きくなったとき、セン
サに異常が発生しているものと判断する。
【0014】ここで、この温度測定においては、FFT
の5時間以上の変動周期範囲のスペクトルの値を積分す
る。保護管がステンレススチールなどの金属部材から形
成されている場合、小さな穴が開き始めてから、温度測
定上ではっきりとした温度差が表れる程度の大きさの穴
となるまでには、5時間以上かかるからである。そし
て、その値の大きさが通常時の2倍以上になったとき、
異常と判断する。すなわち、温度測定のための熱電対を
保護している保護管先端に、穴があいたと判断する。こ
の段階で、保護管を交換するようにすれば、熱電対自信
の劣化は発生していなく、保護管の交換だけで正常な状
態に戻すことができる。
【0015】実施の形態1.次に、本発明の一形態にお
ける圧力測定における異常検出に関して説明する。この
圧力測定の異常検出においては、まず、ガス取り込み管
5(図3)のキルン4と対抗する側に、微少な穴(ピン
ホール)8を形成し、この部分より大気側に接続させて
おく。このことにより、ガス取込み管5が詰まったと
き、圧力配管6を介して圧力センサ7に検出される圧力
は、ピンホール8から漏れてくる大気の圧力を検出する
ことになる。すなわち、正常時よりより高い圧力を検出
することになり、異常を見知することができる。
【0016】ただし、ここで、ガス取込み管5の詰まり
は、急激に発生するものではなく、徐々に起こるもので
ある。このため、初期の状態では、ピンホール8からの
洩れによる異なる圧力値の検出は、わずかな値となる。
このため、ピンホール8を用いたガス配管5の詰まり検
出は、ほぼ閉息されたときに初めて見知されることにな
る。すなわち、ピンホール8を設けていても、詰まり方
が少ないときは、圧力センサ7が検出する圧力値から
は、それを見知することが非常に難しく、このような状
態のときは、プロセスの状態を正確に検出していないこ
とになる。
【0017】ここで、この実施の形態においては、プロ
セスの圧力の変化を測定した結果を収集し、その収集し
たデータに対して、フィルタをかけるなどの信号処理を
行い、この後、特徴抽出のための高速フーリエ変換を行
うようにした。そして、このFFTの結果の中で、30
分間以上の変動周期範囲のスペクトルの値を積分する。
詰まりによって圧力測定に異常をきたし始める限界のと
ころより、圧力測定上はっきりと異常となるまでには、
30分以上かかるからである。そして、その値の大きさ
が通常時の2倍以上になったとき、ガス取込み管6もし
くは圧力配管6に詰まりが発生していると判断する。こ
のことにより、ガス取込み管6の詰まりなど、初期状態
では検出がほぼ不可能であった異常を、正確に検出でき
るようになる。
【0018】実施の形態2.ところで、上述したFFT
による異常検出で、異常と検出された場合でも、他のプ
ロセス変動の場合もある。この場合、複数のセンサから
得られるデータを比較することで、センサの異常か他の
原因かを区別すようにすればよい。以下、センサの異常
であることの判定に関して説明する。
【0019】まず、隣接する箇所に配置された3つ以上
のセンサから得られるデータを用いる。各センサから得
られるデータを、前述したのと同様に、フィルタをかけ
るなどの信号処理を行い、FFTを行う。ついで、得ら
れたFFTの結果の中で、所定の周波数以下の低周波数
の範囲のスペクトルの値を積分して、低周波数成分のパ
ワーを求める。この値に関して、それぞれあらかじめ用
意されている規定値と比較する。この中で、他と異なり
規定値との乖離(求めた低周波数成分のパワーと規定値
に対する倍率)が大きいセンサがあれば、それを異常と
判断する。
【0020】ここで、その乖離の状態が大きいほど、そ
のセンサに異常が発生しているという確信度が高くな
る。ここで、このセンサ異常の判断は、たとえば以下に
示すようにすればよい。全てのセンサの乖離の平均値と
の差の絶対値が一番小さい乖離となっているセンサの乖
離の値をaf とするとき、あるセンサの乖離an が、
0.5<an/af<2ならば、乖離an を与えるこのセ
ンサは異常なしと判断する。一方、乖離an が、an/a
f≦0.5もしくは2≦an/afのとき、乖離an を与え
るセンサは異常と判断する。
【0021】また、この判断を、ファジィ推論を用いて
行うようにしてもよい。上述したセンサの測定結果のF
FTにおける乖離の状態とセンサ異常の程度との関係
を、ファジィルールにより構成する。そして、このファ
ジィルールの後件部における適合度の判断を、所定のメ
ンバシップ関数関数用いて行えばよい。このことによ
り、センサ異常の判断を、より人間の感覚に近い状態で
行うことができる。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、この発明では、圧
力センサが所定の時間間隔で測定した所定数の圧力測定
データを高速フーリエ変換し、その高速フーリエ変換の
結果の中で、所定の値より低い変動周波数成分の変化量
が規定値以上となったとき、一部が雰囲気に導通して圧
力センサに圧力を伝達する圧力配管に詰まりが生じたも
のと判断するようにした。このため、この発明によれ
ば、粉体や粒体を扱うプロセスの、温度および圧力の検
出において、それらの検出異常を迅速に把握できるとい
う効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 温度測定の時系列データを高速フーリエ変換
した結果を示す説明図である。
【図2】 キルン内における温度測定の状態を示す構成
図である。
【図3】 キルン内における圧力測定の状態を示す構成
図である。
【符号の説明】
1…素線、2…保護管、3…端子箱、4…キルン、5…
ガス取り込み管、6…圧力配管、7…圧力センサ、8…
穴(ピンホール)。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 粉体および流体が流れ、外部の雰囲気よ
    り負圧となっている炉内の圧力を、一部が前記雰囲気に
    導通して前記炉に接続する圧力配管を介して配置された
    圧力センサにより測定する圧力測定における、前記圧力
    配管の詰まりによる測定異常を検出するセンサ異常の検
    出方法において、 前記圧力センサが所定の時間間隔で測定した所定数の圧
    力測定データを高速フーリエ変換し、 前記高速フーリエ変換の結果の中で、所定の値より低い
    変動周波数成分の変化量が規定値以上となったとき、前
    記圧力配管に詰まりが生じたものと判断することを特徴
    とするセンサ異常の検出方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載のセンサ異常の検出方法に
    おいて、 前記粉体がセメントの材料であるときは、前記高速フー
    リエ変換の中で、30分以上の変動周波数成分の変化量
    が規定値以上となったとき、前記圧力配管に詰まりが生
    じたものと判断することを特徴とするセンサ異常の検出
    方法。
  3. 【請求項3】 請求項1または2記載のセンサ異常の検
    出方法において、 前記圧力センサを複数備え、その複数の圧力センサから
    得られる前記変化量の中で、他と所定値以上異なってい
    る変化量の圧力センサの圧力配管に詰まりが生じたもの
    と判断することを特徴とするセンサ異常の検出方法。
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