JP2020119443A - 燃焼関連情報提供制御装置、燃焼関連情報提供制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼関連情報を蓄積することで、燃焼機器に起因する製品品質安定化を図る、又は、需要家に燃焼関連情報を提供する。【解決手段】燃焼関連情報管理制御部３００及び製品管理制御部４００の連携によって、燃焼設備１２を用いた製品製造状況の監視により、製造中の様々な情報を取得するようにした。取得した情報は、制御負担の軽減、学習による温度制御精度の緩和、異常の早期検出、及び異常発生時の検証に活用することができる。燃焼関連情報管理制御部３００の格納部３０６（製品品質データベース３０６Ａ、製造工程温度遷移データベース３０６Ｂ、発熱量調整履歴データベース３０６Ｃ）に履歴情報を格納することが本発明の主体であり、活用形態が制御負担の軽減、学習による温度制御精度の緩和、異常の早期検出、及び異常発生時の検証に限定されるものではない。【選択図】図１

Description

本発明は、製品を製造するための製造設備の一部として設置された燃焼機器の燃焼状態に関する情報（以下、燃焼関連情報という）を履歴し、必要に応じて履歴情報を提供する燃焼関連情報提供制御装置、燃焼関連情報提供制御プログラムに関する。

所謂都市ガスは、ウォッベ指数（以下、ＷＩという）、及び燃焼速度指数（以下、ＭＣＰという）に基づいて、１４種類のガス種に分類され、供給業者は、特定したガス種のガスを供給域内の需要家に対して供給している。

需要家へ供給するガスは、ＷＩ及びＭＣＰが、ガス種の範囲になるように成分組成を調整する。特に、ＷＩが重要視される。

一般に燃焼機器は、予め定められた発熱量やＷＩとなる成分組成の燃料ガスが供給されることが好ましく、このときに熱効率や燃焼状態が最適となるように設計及び運転調整（燃焼量、空気比等）されている。従って、燃焼機器において安定した燃焼を実現するためには供給ガスの発熱量やＷＩの変動はできるだけ小さい方が好ましい。

近年、例えば、ガス導管が設置されていない地域における都市ガス（都市ガス１３Ａ等）の需要増加に伴い、液化天然ガス（以下、ＬＮＧという）サテライト基地が建設されている。本発明において、ＬＮＧサテライト基地が必須ではないが、一例として、ＬＮＧサテライト基地を挙げて、説明する。

ＬＮＧサテライト基地は、ＬＮＧ貯槽（ＬＮＧタンク）と、気化器を備えた設備である。ＬＮＧ供給業者は、ＬＮＧローリー車等の輸送手段でＬＮＧを輸送して、一旦ＬＮＧタンクに貯蔵する。ＬＮＧタンクに貯蔵されたＬＮＧは、気化器によって気化し、気化されたガスが工業団地や住宅等に供給される。

このようなＬＮＧサテライト供給システムでは、気化器の稼働状況や気化処理負荷の変動等に伴う供給ガスの成分組成変動による発熱量及びＷＩの変動が起こる場合がある。

このため、調整ガス（例えば、増熱用としてプロパンガス、希釈用として空気）を用いて、供給ガスのＷＩを最適な値、例えば、適正な燃焼が可能な許容範囲の中間値となるように制御する技術が提案されている（特許文献１参照）。

需要家先においては、ある一定のＷＩに制御された燃料ガスを供給し、当該需要家の各熱設備において、必要熱出力に見合うように燃料ガス流量及び燃焼用空気流量を調整して使用することが最も好ましい利用形態となる。

なお、ＷＩを含む組成変動抑制に関する参考として、特許文献２には、バーナへ燃焼用空気を供給するファンとバーナへのガス燃料を供給する燃料供給路とを備え、燃料供給路にはＷＩ測定器、及びガス流量調整弁が設けられ、ＷＩ測定器で測定されたガス燃料のＷＩに基づいてガス流量調整弁の開度を調整して、バーナへの供給熱量を所望に位置することが記載されている。

この特許文献２では、ボイラ毎に燃料ガスの性状を調整するものではなく、測定したＷＩ指数に基づいてガス流量を調整する構成であり、恒久的な燃料ガスのＷＩの変動抑制（性状調整）にはなっていない。

特開２０１６−１９１０２４号公報 特開２０１３−９２３１５号公報

上記特許文献１及び特許文献２を含み、従来技術では、燃料ガスのＷＩや質量流量の測定により、燃焼機器における正常な燃焼を目的とした空気比の調整を行っているが、空気比調整に関する制御情報や、当該空気比調整と製品の品質との相関情報等を含む燃焼関連情報を残していないため、燃焼機器に起因する製品品質安定化に反映させることができない。

燃焼機器に起因する製品品質安定化とは、例えば、空気比調整の許容範囲拡大による制御負担軽減、空気比調整の継続監視、及び、製品に不具合が生じたときの原因究明のための証拠利用等が挙げられる。

本発明は上記事実を考慮し、燃焼関連情報を蓄積することで、燃焼機器に起因する製品品質安定化を図る、又は、需要家に燃焼関連情報を提供することができる燃焼関連情報提供制御装置、燃焼関連情報提供制御プログラムを得ることが目的である。

本発明に係る燃焼関連情報提供制御装置は、製品を製造するための製造設備の一部として設置された燃焼機器に用いられる燃焼関連情報提供制御装置であって、前記製造設備の稼働に基づく、前記燃焼機器の燃焼状態に関わる燃焼関連情報を取得する取得部と、前記燃焼機器での燃焼に関する調整操作情報、及び前記取得部で取得した前記燃焼関連情報を含む履歴情報を格納する格納部と、前記製造設備の稼働中の所定時期に、前記格納部に格納された履歴情報の一部又は全部を抽出して、当該抽出した履歴情報を提供する制御部と、を有している。

本発明によれば、取得部は、製品を製造するための製造設備の一部として設置された燃焼機器を備え、製造設備の稼働に基づく、燃焼機器の燃焼状態に関わる燃焼関連情報を取得する。例えば、燃料ガスについて、供給前の原料ガスの段階で発熱量（例えば、ＷＩ値で表現することができる）が変動する場合、この発熱量の変動が燃焼機器の燃焼量に影響を及ぼす場合があるため、発熱量を燃焼関連情報として取得する。

格納部では、燃焼機器での調整操作情報、及び取得部で取得した燃焼関連情報を含む履歴情報を格納する。例えば、発熱量を増熱又は希釈によって調整した場合の調整操作量と、燃焼関連情報とを紐付けて履歴情報として格納する。

制御部では、製造設備の稼働中の所定時期に、格納部に格納された履歴情報の一部又は全部を抽出して、当該抽出した履歴情報を提供することができる。

本発明において、前記制御部から提供される履歴情報が、前記燃焼機器の発熱量の目標値を設定するために用いられ、前記製造設備によって製造された製品の品質検査結果情報を、前記履歴情報と紐付けて記憶しておき、前記格納部に格納された履歴情報と、前記品質検査結果情報とを照合して、前記目標値及び当該目標値の許容範囲を機械学習により予測することを特徴としている。

制御部から提供される履歴情報は、前記燃焼機器の発熱量の目標値を設定するために用いることができ、製造設備によって製造された製品の品質検査結果情報を、履歴情報と紐付けて記憶しておき、履歴情報と品質検査結果情報とを照合して、目標値及び当該目標値の許容範囲を機械学習により予測する。

例えば、許容範囲が拡がれば拡がるほど制御負担を軽減することができる。

本発明において、前記制御部から提供される履歴情報が、前記燃焼機器の燃焼状態に依存した製品への影響度合いを監視するための監視レベルの調整のために用いられ、前記製造設備によって製造された製品の品質検査結果情報を、前記履歴情報と紐付けて記憶しておき、前記格納部に格納された履歴情報と、前記品質検査結果情報とを照合して、前記監視レベルを機械学習により予測することを特徴としている。

制御部から提供される履歴情報は、燃焼機器の燃焼状態に依存した製品への影響度合いを監視するための監視レベルの調整のために用いることができる。

製造設備によって製造された製品の品質検査結果情報を、履歴情報と紐付けて記憶しておき、履歴情報と品質検査結果情報とを照合して、監視レベルを機械学習により予測する。

例えば、監視レベルの精度を上げることで、製品に異常が発生する前に、製造設備の稼働を停止したり、燃焼機器の燃焼状態を調整したりすることができ、製品の品質の安定化を図ることができる。

本発明において、前記制御部から提供される履歴情報が、前記製造設備によって製造された製品が品質検査で不合格となった場合の検証に用いられることを特徴としている。

制御部から提供される履歴情報は、製造設備によって製造された製品が品質検査で不合格となった場合の検証に用いることができる。

不合格製品が属する製品ロットの製造期間に基づいて履歴情報を取得することで、例えば、当該ロット製造時の燃焼機器の燃焼状態を確認することができ、少なくとも、燃焼機器の実際の燃焼状態に起因して不合格となったか否かの判定が容易となる。

本発明において、前記燃焼機器が、当該燃焼機器に供給される燃料ガスの発熱量を取得する発熱量取得部と、増熱及び希釈の何れか一方向へ発熱量を調整する調整ガスを、前記燃料ガスに混合する混合部と、前記発熱量取得部で取得した発熱量が、予め設定された目標値となるように、前記混合部で混合する前記調整ガスの流量を調整する調整部と、を備えたガス調整装置、をさらに有することを特徴としている。

発熱量取得部において、燃料ガスの発熱量を取得することで、燃料ガスの発熱量を調整した後に燃焼機器へ燃料ガスを供給することができる。

本発明において、前記燃焼機器が、当該燃焼機器に供給される燃料ガスの質量流量を取得する質量流量取得部と、前記質量流量取得部で取得した質量流量に基づいて、前記燃料ガス又は当該燃料ガスに混合させる燃焼用空気の流量を調整する空気比調整部と、を備えた空気調整装置、をさらに有することを特徴としている。

燃料ガスの発熱量に変動があっても、燃焼機器において、質量流量取得部が質量流量を取得することで、当該質量流量に基づいて、燃料ガス又は燃料ガスに混合する燃焼用空気の何れかの流量を調整することができる。

本発明に係る燃焼関連情報提供制御プログラムは、コンピュータを、本発明の燃焼関連情報提供制御装置として動作させる、ことを特徴としている。

以上説明した如く本発明では、燃焼関連情報を蓄積することで、燃焼機器に起因する製品品質安定化を図る、又は、需要家に燃焼関連情報を提供することができる。

本実施の形態に係る燃焼関連情報を管理するための監視システムの概略図である。 本発明に適用可能な燃焼設備の一実施形態であり、ＷＩ事前調整（一方向調整）による燃焼設備の概略図である。 本実施の形態の燃焼設備１２ＡによるＷＩ事前調整制御のための制御フローチャートである。 本発明に適用可能な燃焼設備の一実施形態であり、均圧弁方式が採用された質量流量計測による燃焼設備の概略図である。 （Ａ）は密度−総発熱量及び密度−理論空気量関係特性図、（Ｂ）は質量流量−燃焼量（又は加熱量）及び理論空気流量関係特性図である。 本実施の形態の燃焼設備１２Ｂによる質量流量に基づく、空気比制御のための制御フローチャートである。 本実施の形態に係る履歴情報を制御負担の軽減に活用した場合のＷＩ又は燃焼量遷移特性図であり、（Ａ）は活用前、（Ｂ）は活用後を示す。 （Ａ）は実施の形態に係る履歴情報を学習による温度制御精度の緩和に活用した場合の加熱対象温度特性図、（Ｂ）はロット単位の製品良否判定結果の履歴情報を示す図表である。 本実施の形態に係る履歴情報を異常の早期検出に活用した場合のＷＩ又は燃焼量遷移特性図であり、（Ａ）は活用前、（Ｂ）は活用後を示す。 （Ａ）は実施の形態に係る履歴情報を異常発生時の検証に活用した場合のＷＩ又は燃焼量遷移特性図、（Ｂ）はＷＩ事前調整による燃焼システムのトレーサビリティデータ図表、（Ｃ）は質量流量計測に基づく流量調整を備えた燃焼システムのトレーサビリティデータ図表である。

本発明の燃焼関連情報提供制御装置では、燃料ガスの供給から燃焼空気比の調整までの一連の燃焼設備１２（一例として、図２に示す燃焼設備１２Ａ及び図４に示す燃焼設備１２Ｂ参照）を対象として、燃焼関連情報を提供するものである。

図１には、燃焼関連情報を管理するための監視システム１０が示されている。

監視システム１０は、燃焼関連情報管理制御部３００と、製品管理制御部４００と、燃焼設備１２の燃焼状態を制御するコントローラ５０（図２ではコントローラ５０Ａ、図４ではコントローラ５０Ｂに相当する。）と、がネットワークＮＷを介して互いに情報通信可能に接続されている。

（燃焼関連情報管理制御部３００）

燃焼関連情報管理制御部３００は、燃焼関連情報取込部３０２を備えている。燃焼関連情報取込部３０２は、Ｉ／Ｆ３０４を介して、製品管理制御部４００及びコントローラ５０から燃焼関連情報を取り込み、情報仕分け部３０５へ送出する。

情報仕分け部３０５では、取り込んだ燃焼関連情報を、例えば、製品品質情報（情報Ａ）、製造工程温度遷移情報（情報Ｂ）、及び発熱量調整履歴情報（情報Ｃ）に仕分ける。

情報仕分け部３０５は、格納部３０６に接続されている。

格納部３０６には、製品品質データベース３０６Ａ、製造工程温度遷移データベース３０６Ｂ、及び発熱量調整履歴データベース３０６Ｃを備えており、前記情報仕分け部３０５で仕分けた情報Ａ〜情報Ｃを、それぞれに対応するデータベースに格納する。格納することで、燃焼関連情報は、履歴情報となる。

また、燃焼関連情報管理制御部３００には、情報要求対応部３０８が設けられており、燃焼設備１２の不具合発生時やその他適宜時期に、Ｉ／Ｆ３０４を介して、情報の要求があると、当該要求内容に応じて、情報提供部３１０に情報提供を指示する。

情報提供部３１０は、格納部３０６に接続されており、前記要求内容に応じて、履歴情報を読み出し、Ｉ／Ｆ３０４を介して、情報要求元へ回答する。情報要求元は、主として、製品管理制御部４００であるが、製品管理制御部４００に限定されるものではなく、例えば、燃焼設備メーカーやガス供給事業者等からの遠隔的な要求にも対応可能である。

（製品管理制御部４００）

製品管理制御部４００は、不具合監視部４０２が設けられ、Ｉ／Ｆ４０４を介して燃焼設備１２に設置され、コントローラ５０で管理されている様々な検出デバイスからの情報を適宜入手して、燃焼設備１２の不具合および製品品質の不具合を監視する。

また、Ｉ／Ｆ４０４には、情報取込部４０６が接続されており、情報取込部４０６では、燃焼関連情報管理制御部３００に対して、不具合発生時やその他適宜時期に、不具合監視に必要な履歴情報を要求する。

情報取込部４０６は、相関分析部４０８及びトレーサビリティデータ作成部４１０に接続されている。

相関分析部４０８では、燃焼関連情報管理制御部３００から取得した履歴情報に基づいて相関分析を行い、相関分析結果に基づいて調整指示部４１２において、燃焼量の調整量等を演算し、Ｉ／Ｆ４０４を介して、燃焼設備１２の燃焼状態の調整を指示する。

また、トレーサビリティデータ作成部４１０では、不具合監視部４０２から不具合があったことが通知されると、当該不具合発生時を含む前後の期間の履歴情報を取り込み、トレーサビリティデータを作成する。

作成されたトレーサビリティデータは、出力部４１４を介して、出力デバイス（モニタやプリンタ、或いは警報装置等）４１６を作動させる。

（燃焼設備１２）

以下に、本実施の形態に適用可能な燃焼設備について説明する。

本実施の形態の燃焼関連情報管理制御部３００の管理対象となり得る燃焼設備は、特に、ＷＩ変動に基づく、ＷＩ調整機能や流量調整機能の有無は問わない。

調整機能を有しない燃焼設備は、供給される燃料ガスと空気とを予め定めた燃焼空気比で混合し燃焼させる周知の構成であり、ここでの説明は省略する。

一方、以下において、ＷＩ変動に基づく調整機能を有する燃焼設備として、燃焼設備１２へ燃料ガスを供給する前に、ＷＩの変動を抑制する機能を有するＷＩ事前調整による燃焼設備１２Ａ（図２参照）と、供給ガスのＷＩを質量流量の計測によって取得して、ＷＩ変動分に応じて燃焼空気比を調整する質量流量計測による燃焼設備１２Ｂ（図４参照）と、のそれぞれの構成の一例を示す。

「ＷＩ事前調整（一方向調整）による燃焼設備１２Ａ」

図２には、都市ガスが供給される燃焼設備１２Ａが示されている。

まず、都市ガスについて詳細を述べる。

都市ガスは、ウォッベ指数（以下、ＷＩという）、及び燃焼速度指数（以下、ＭＣＰという）に基づいて、１４種類のガス種に分類され、供給業者は、特定したガス種のガスを供給域内の需要家に対して供給している。

ＷＩは、（１）式で表され、ガスの総発熱量Ｈ（ＭＪ／Ｎｍ^３）をガスの空気に対する比重ｓの平方根で割った数値である。また、ＭＣＰは（２）式で表される。

ここで、

ＷＩ:ウォッベ指数

Ｈ：ガスの総発熱量Ｈ（ＭＪ／Ｎｍ^３）

ｓ：ガス比重（空気＝１）

ＭＣＰ：燃焼速度指数

Ｓｉ：成分ｉの燃焼速度

ｆｉ：成分ｉに関わる係数

Ａｉ：ガス中の成分ｉの体積百分率

Ｋ：減衰係数

である。

一例として、メタン（ＣＨ_４）を主成分とするガス種（都市ガス１３Ａという）は、ＷＩの範囲として、５２．７≦ＷＩ≦５７．２と定められ、ＭＣＰの範囲として、３５≦ＭＣＰ≦４７と定められている。

図２に示される如く、燃焼設備１２は、燃焼器３０によって燃料ガスを燃焼させる設備である。燃焼設備１２としては、ガスタービン、ガスエンジン、又は工業炉等が挙げられる。

燃焼器３０には、上流側から都市ガスを導入するための配管２８から分岐された燃料ガス分岐管３２と、燃焼用空気を供給する配管３４から分岐された空気分岐管３６とが接続されており、燃焼器３０毎に予め定めた燃焼量および燃焼空気比によって燃焼させる。

この燃焼量および燃焼空気比の調整のため、各燃料ガス分岐管３２には燃料ガス調整弁３８が設けられると共に、燃焼用空気を供給する配管３４には、空気調整弁４０が設けられている。

燃料ガス調整弁３８は、供給ガスの性状（特に、ＷＩ）によって調整されるものであり、ＷＩが大きい値であればあるほど、流量を絞る（少なくする）ことで、適正な燃焼量に調整される。なお、ここでは、ＷＩを推定変動幅の最大値ＷＩmax又はそれ以上（ＷＩmax＋α）とするため（例えば、ＷＩ＝６０ＭＪ／Ｎｍ^３）、当該ＷＩに見合った燃料ガス流量Ｑｇが設定される。

燃焼設備１２に都市ガスを導入する配管２８の上流側には、燃料ガス調整装置２４が設けられている。

（燃料ガス調整装置２４）

図２に示される如く、燃料ガス調整装置２４は、混合器４２を備えている。混合器４２は、ベンチュリーミキサー等が適用可能である。なお、電磁弁等の開閉制御によってガスを混合する構造であってもよい。

混合器４２の主流入口４２Ａには、例えば、ＬＮＧを気化するための気化器（図示省略）からの配管２２が接続されている。また、混合器４２の副流入口４２Ｂには、増熱又は希釈用の調整ガス（プロパンガス又は空気）を導入する配管２６が接続されている。また、この配管２６には、流量調整部４４が介在されており、混合器４２へ送出する増熱用又は希釈用の調整ガスの流量が調整されるようになっている。

流量調整部４４は、コントローラ５０Ａに接続されている。

混合器４２では、主流入口４２Ａから導入した供給ガスと、前記流量調整部４４で調整されて副流入口４２Ｂから導入した増熱用又は希釈用の調整ガスとを混合し、燃料ガスを生成する。

一方、混合器４２の流出口４２Ｃには、燃焼設備１２に燃料ガスを供給する配管２８が接続されている。

ここで、混合器４２の下流側の配管２８には、ＷＩを検出するためのＷＩ計４６が介在されている。ＷＩ計４６は、ＷＩを直接検出可能である。

なお、ＷＩ計４６に代えて、燃料ガスの変数Ｘを検出するための検出器（Ｘ／Ｍ）を適用してもよい。変数Ｘとは、検出対象を示す変数の総称であり、最終的に、ＷＩ（ウォッベ指数）を取得可能な変数Ｘであればよい。Ｘ／Ｍとしては、ＷＩと相関のある密度を検出する密度計及び発熱量計等が適用可能である。すなわち、相関のある変数Ｘ（密度及び発熱量等）から、予め記憶した換算テーブルに基づき、ＷＩを間接的に取得可能である。

ここで、総発熱量に対して、ＷＩ及び密度はそれぞれほぼ正比例の関係となることが知られている。言い換えれば、ＷＩと密度との間にも相関関係を持っていることがわかる。

そこで、例えば、検出器（Ｘ／Ｍ）の変数Ｘを密度とした場合、テーブル（密度−ＷＩテーブル）を予め準備し、記憶しておくことで、ＷＩ計４６に代わる検出器で密度を検出し、密度−ＷＩテーブルに基づき、ＷＩを取得することができる。

なお、ＷＩを取得可能であれば、間接的に検出する対象は、密度及び発熱量に限定されるものではなく、燃料ガスの組成の一部又は全部を分析するアナライザ等であってもよい。燃料ガスの組成の一部とは、ＷＩに最も影響を及ぼし、かつ変動幅が大きいプロパンガスの含有率等が挙げられる。

ＷＩ計４６は、コントローラ５０Ａに接続されている。

コントローラ５０Ａは、マイクロコンピュータ（図示省略）を備え、ユーザインターフェイス（ＵＩ）５４が接続されている。ＵＩ５４は、例えば操作部及び表示部を備え、操作部ではユーザからの指示を受け付け、表示部では処理状況（燃料ガスの生成状況）を報知する。なお、ＵＩ５４としては、操作部と表示部とが一体となったタッチパネルを適用してもよい。

また、コントローラ５０Ａは、ＷＩ調整制御部５８を備え、入力系デバイスとしてＷＩ計４６が接続され、出力系として流量調整部４４が接続されている。

マイクロコンピュータは、予め記憶されたＷＩ調整制御プログラムにより、ＷＩ計４６で検出したＷＩ（検出対象がＷＩ以外の変数Ｘの場合は、間接的にＷＩを取得可能な密度、発熱量等）の情報に基づき、燃料ガスが予め設定した目標のＷＩとなるように、供給ガスに混合する増熱用又は希釈用の調整ガスの流量を設定し、流量調整部４４を制御する。

なお、ＷＩ調整制御部５８の制御は、マイクロコンピュータに代えて、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等の専用デバイスやプログラマブルロジックデバイス等のハードウェアで実現してもよい。

ここで、調整ガスによる調整が増熱である場合の例として、混合ガスのＷＩの設定目標値ＷＩｓを、供給ガスのＷＩの推定変動幅の最大値ＷＩmax、或いは、最大値ＷＩmaxに所定のプラス誤差αを加算した値ＷＩmax＋α（αは正の数）とすることで、ＷＩの調整制御を増熱の一方向とする。αは、特に限定されるものではないが、一般的に適用されるガス種（ここでは、都市ガス１３Ａ）のＷＩの平均値の１０％以下程度とすれば、実用的には問題ない。

一方、調整ガスによる調整が希釈である場合の例として、混合ガスのＷＩの設定目標値ＷＩｓを、供給ガスのＷＩの推定変動幅の最小値ＷＩmin、或いは、最小値ＷＩminよりもマイナス誤差βを加算した値ＷＩmin＋β（βは負の数）とすることで、ＷＩの調整制御を希釈の一方向とする。βは、特に限定されるものではないが、一般的に適用されるガス種（ここでは、都市ガス１３Ａ）のＷＩの平均値の１０％以下程度とすれば、実用的には問題ない。

図３（Ａ）及び（Ｂ）は、ＷＩ事前調整制御のための制御フローチャートである。

図３（Ａ）は増熱方向の一方向の制御とした場合のフローチャートである。

図３（Ａ）に示される如く、増熱方向の一方向制御では、まず、初期設定として、ステップ１００では、供給ガスのガス種から、ＷＩが許容される推定変動幅の最大値ＷＩmaxを取得し、ステップ１０２へ移行する。ステップ１０２では、設定目標値ＷＩｓを、ステップ１００で取得した最大値ＷＩmaxとし（ＷＩｓ←ＷＩmax）、ステップ１０４へ移行する。なお、設定目標値ＷＩｓは、最大値ＷＩmaxに所定のプラス誤差αを加算した値ＷＩmax＋αであってよい（ＷＩｓ←ＷＩmax＋α）。ステップ１０４では、ＷＩｓを記憶することで、初期設定が終了し、ステップ１０６へ移行する。

なお、ステップ１００〜ステップ１０４の初期設定は必須ではなく、設定目標値ＷＩｓが既に記憶された状態で、ステップ１０６から処理を開始するようにしてもよい。

ステップ１０６では、供給ガスの供給が開始されたか否かを判断し、肯定判定されるまで待機する。ステップ１０６で肯定判定されると、ステップ１０８へ移行して、ＷＩ計４６により供給ガスのＷＩを検出する。

なお、ＷＩ計４６以外の検出器（Ｘ／Ｍ）を用いた場合は、検出対象（例えば、密度、発熱量等）を検出後に予め記憶された換算テーブルを読み出してＷＩを得るようにすればよい。

次のステップ１１０では、予め記憶した設定目標値ＷＩｓを読み出し、次いで、ステップ１１２へ移行して、設定目標値ＷＩｓと検出値ＷＩとの差分ΔＷＩを演算する（ΔＷＩ＝ＷＩｓ−ＷＩ）。第１の実施の形態では、設定目標値ＷＩｓ＞検出値ＷＩであるため、差分ΔＷＩは必ず正の数となる。なお、逆にΔＷＩが負の数である場合は、何らかのエラー（システムエラー、供給ガスのＷＩ許容範囲逸脱等）が考えられるため、警報を発するようにしてもよい。

また、警報と同時に、差分ΔＷＩの度合いにより、システムの稼働を停止するか否かを定めておき、差分ΔＷＩが極めて小さい負の数であり、システムの稼働を継続する場合は、演算結果である差分ΔＷＩ（負の数）を「０」とするプログラムを組み込んでおけば、システムは継続稼働可能である。

次のステップ１１４では、ステップ１１２で演算された差分ΔＷＩに基づき、増熱用の調整ガスの流量を決定し、次いでステップ１１６へ移行して、流量調整部４４を制御して、増熱用の調整ガスの流量を調整する。調整された増熱用の調整ガスは混合器４２へ送出される。

これにより、燃料ガスのＷＩ値は、設定目標値ＷＩｓに維持されて、燃焼設備１２へ送出される。

次のステップ１１８では、供給が終了したか否かを判断し、否定判定された場合は、ステップ１０８へ戻り、上記工程を繰り返す。また、ステップ１１８で肯定判定された場合はこのルーチンは終了する。

以上のように、増熱方向の一方向の制御では、混合ガスのＷＩの設定目標値ＷＩｓを、供給ガスのＷＩの変動幅の最大値ＷＩmax、或いは、最大値ＷＩmaxに所定のプラス誤差αを加算した値ＷＩmax＋αとした。このため、許容範囲で変動する混合ガスのＷＩを設定目標値ＷＩｓに制御する場合、全て増熱となり、増熱用ガス（例えば、プロパンガス）を供給ガスに混合させる設備があればよい。言い換えれば、希釈用ガスを供給ガスに混合させる設備が不要となるため、供給ガスのＷＩの変動幅の中間値等でＷＩを一定に制御する場合に比べて、ＷＩ制御用設備を簡素化することができる。

次に、図３（Ｂ）は希釈方向の一方向の制御とした場合のフローチャートである。

図３（Ｂ）に示される如く、希釈方向の一方向制御では、まず、初期設定として、ステップ２００では、供給ガスのガス種から、ＷＩの許容される推定変動幅の最小値ＷＩminを取得し、ステップ２０２へ移行する。ステップ２０２では、設定目標値ＷＩｓを、ステップ２００で取得した最小値ＷＩminとし（ＷＩｓ←ＷＩmin）、ステップ２０４へ移行する。なお、設定目標値ＷＩｓは、最小値ＷＩminに所定のマイナス誤差βを加算した値ＷＩmin＋βであってよい（ＷＩｓ←ＷＩmin＋β）。ステップ２０４では、ＷＩｓを記憶することで、初期設定が終了し、ステップ２０６へ移行する。

なお、ステップ２００〜ステップ２０４の初期設定は必須ではなく、設定目標値ＷＩｓが既に記憶された状態で、ステップ２０６から処理を開始するようにしてもよい。

ステップ２０６では、供給ガスの供給が開始されたか否かを判断し、肯定判定されるまで待機する。ステップ２０６で肯定判定されると、ステップ２０８へ移行して、ＷＩ計４６により供給ガスのＷＩを検出する。

なお、ＷＩ計以外の検出器（Ｘ／Ｍ）を用いた場合は、検出対象（例えば、密度、発熱量等）を検出後に予め記憶された換算テーブルを読み出してＷＩを得るようにすればよい。

次のステップ２１０では、予め記憶した設定目標値ＷＩｓを読み出し、次いで、ステップ２１２へ移行して、設定目標値ＷＩｓと検出値ＷＩとの差分ΔＷＩを演算する（ΔＷＩ＝ＷＩ−ＷＩｓ）。第２の実施の形態では、検出値ＷＩ＞設定目標値ＷＩｓであるため、差分ΔＷＩは必ず正の数となる。なお、逆に差分ΔＷＩが負の数である場合は、何らかのエラー（システムエラー、供給ガスのＷＩ許容範囲逸脱等）が考えられるため、警報を発するようにしてもよい。

また、警報と同時に、差分ΔＷＩ値の度合いにより、システムの稼働を停止するか否かを定めておき、差分ΔＷＩが極めて小さい負の数であり、システムの稼働を継続する場合は、演算結果である差分ΔＷＩ（負の数）を「０」とするプログラムを組み込んでおけば、システムは継続稼働可能である。

次のステップ２１４では、ステップ２１０で演算された差分ΔＷＩに基づき、希釈用の調整ガスの流量を決定し、次いでステップ２１６へ移行して、流量調整部４４を制御して、希釈用の調整ガス（例えば、空気）の流量を調整する。調整された希釈用の調整ガスは混合器４２へ送出される。

これにより、燃料ガスのＷＩ値は、設定目標値ＷＩｓに維持されて、燃焼設備１２へ送出される。

次のステップ２１８では、供給が終了したか否かを判断し、否定判定された場合は、ステップ２０８へ戻り、上記工程を繰り返す。また、ステップ２１８で肯定判定された場合はこのルーチンは終了する。

以上のように、希釈方向の一方向の制御では、混合ガスのＷＩの設定目標値ＷＩｓを、供給ガスのＷＩの変動幅の最小値ＷＩmin、或いは、最小値ＷＩminに所定のマイナス誤差βを加算した値ＷＩmin＋βとした。このため、許容範囲で変動する混合ガスのＷＩを設定目標値ＷＩｓに制御する場合、全て希釈となり、希釈用ガス（例えば、空気）を供給ガスに混合させる設備があればよい。言い換えれば、増熱用の調整ガスを供給ガスに混合させる設備が不要となるため、供給ガスのＷＩの変動幅の中間値等でＷＩを一定に制御する場合に比べて、ＷＩ制御用設備を簡素化することができる。

「質量流量計測による流量調整機能を持つ燃焼設備１２Ａ」

図４は、均圧弁方式が採用された質量流量計測による流量調整機能を持つ燃焼設備１２Ｂであり、燃料ガスの圧力と、燃焼用空気の圧力とを機械的に相関させて、燃料ガスと空気とを予め定めた混合比で燃焼器６０に供給する構成となっている。

燃焼器６０には、上流側から燃料ガス（例えば、都市ガス１３Ａ）を導入するための燃料ガス供給配管６２と、一端部が燃焼用空気を供給するブロワ６４に接続された空気供給配管６６が接続されている。

燃料ガス供給配管６２には、上流側から順に、一対の安全遮断弁６８Ａ、６８Ｂ、圧力調整弁７０、燃料ガス側混合比調整弁７２が介在されている。

安全遮断弁６８Ａ、６８Ｂは、緊急時に自動的に燃料ガスの供給を遮断する役目を有し、燃料ガス側混合比調整弁７２は、予め定めた燃焼用空気との混合比に調整した開度で固定される。

また、空気供給配管６６には、上流側から順に、流量調整弁７４、燃焼用空気側混合比調整弁７６が介在されている。

流量調整弁７４は、ブロワ６４からの空気流量を安定供給する役目を有し、燃焼用空気側混合比調整弁７６は、予め定めた燃料ガスとの混合比に調整した開度で固定される。

ここで、燃料ガス供給配管６２の圧力調整弁７０は、ダイヤフラム部７０Ａを備えており、ダイヤフラム部７０Ａの膜体の一方（図４では、下側）が燃料ガス供給配管６２に連通され、他方（図４では上側）が空気供給配管６６に連通している。

このため、圧力調整弁７０の弁体７０Ｂの開度は、空気供給配管６６の圧力に基づいて変更され、燃料ガスの圧力（圧力計Ｐｇで計測される圧力）と、燃焼用空気の圧力（圧力計Ｐａで計測される圧力）とが一定に保たれるようになっている。この結果、温度調節等の目的で空気流量調整弁７４の開度を変更して燃焼量を変化させた場合においても、燃料ガス側混合比調整弁７２と、燃焼用空気側混合比調整弁７６とにより調整された空気比がほぼ一定に保たれる。

ここで、燃料ガス供給配管６２における、一対の安全遮断弁６８Ａ、６８Ｂと、圧力調整弁７０との間には、質量流量計７８が介在されている。質量流量計７８は、コントローラ５０Ｂに接続され、燃料ガスの質量流量値をコントローラ５０Ｂへ送出する。

コントローラ５０Ｂは、空気比調整制御部８０を備え、入力系デバイスとして、前記質量流量計７８が接続されることに加え、空気供給配管６６の流量を計測する空気流量計８２が接続されると共に、出力系デバイスとして、流量調整弁８４が接続されている。流量調整弁８４は、燃料ガス供給配管６２の圧力調整弁７０と燃料ガス側混合比調整弁７２との間に設けられている。

空気比調整制御部８０は、予め記憶された空気比調整制御プログラムにより、質量流量計７８で計測した質量流量を燃料ガスの発熱量あるいはＷＩの情報に換算し、換算したＷＩの情報に基づき、流量調整弁８４を制御して、現在のＷＩにおける適正な燃料流量および空気比とする。

なお、燃料ガスの密度と、総発熱量及び理論空気量との間には、図５（Ａ）に示されるような相関関係があることが分かっている。このため、質量流量と、燃焼量（又は加熱量）及び理論空気流量との間に、図５（Ｂ）に示されるような相関関係を導き出すことができる。従って、図５（Ａ）及び（Ｂ）の関係を記憶しておくことで、燃料ガスの質量流量が判れば、当該燃料ガスの発熱量あるいはＷＩを取得することができる。

図６は、質量流量に基づく、空気比制御のための制御フローチャートである。

燃焼設備の全体を監視するコントローラ５０Ｂにおいて、空気比調整制御部８０に対して、燃焼が開始に基づき実行指示があると（ステップ８６の肯定判定）、ステップ８８へ移行して、空気供給配管６６内の空気の流量を計測し、次いで、ステップ９０へ移行して、燃料ガス供給配管６２内の燃料ガスの質量流量を計測して、ステップ９２へ移行する。なお、ステップ８６で否定判定された場合は、このルーチンは終了する。

ステップ９２では、質量流量と、総発熱量及び理論空気量との相関特性図（図５（Ａ）及び（Ｂ）参照）を読み出し、次いで、ステップ９４へ移行して、相関特性図に基づいて、現在のＷＩでの適正な混合比を導出し、ステップ９６へ移行する。

ステップ９６では、燃料ガス供給配管６２の流量を、流量調整弁８４で調整して、混合比を補正し、ステップ９８へ移行する。

ステップ９８では、空気比調整制御部８０に対して、燃焼終了等により、実行終了指示があったか否かを判断し、否定判定された場合は、ステップ８８へ戻り、上記工程を繰り返す。また、ステップ９８で肯定判定された場合は、このルーチンは終了する。

以下に、本実施の形態の作用を説明する。

燃焼関連情報管理制御部３００及び製品管理制御部４００の連携によって、燃焼設備１２を用いた製品製造状況の監視により、製造中の様々な情報を取得することができる。

この取得した情報は、制御負担の軽減、学習による温度制御精度の緩和、異常の早期検出、及び異常発生時の検証に活用することができる。

（制御負担の軽減）

図２に示す燃焼設備１２Ａにおいて、燃料ガス調整装置２４は、増熱又は希釈の何れにおいても、制御方向のピーク値に合わせてＷＩを制御するべく、調整用ガスを供給している。これにより、ＷＩが一定の燃料ガスを供給している。

しかしながら、この燃料ガス調整装置２４のＷＩ調整制御は、燃焼設備１２Ａを用いて製造された製品の品質とは無関係に、理論上、一定のＷＩに調整するものである（図７（Ａ）参照）。

言い換えれば、ある程度の許容範囲を持ってＷＩが調整されれば、製品の品質に影響がない場合もあるにも関わらず精度の高い制御を維持しなければならない。

そこで、図１の燃焼関連情報管理制御部３００の格納部３０６に格納した履歴情報（主として、製品品質情報）を参照しながら、ＷＩの調整目標レベルに許容範囲を設定する（図７（Ｂ）参照）。

この結果、ＷＩに変動があっても、製品の品質に影響が出ない許容範囲であれば、調整ガスの供給が不要となり、制御負担を軽減することができる。

（学習による温度制御精度の緩和）

燃焼設備１２において、製品を加熱する温度（加熱対象温度）は、加熱時間によって制御される。この温度制御は、予め定めたプログラムに従い、温度制御されるが、例えば、ＷＩが制御されていない燃焼設備１２では、燃料ガスのＷＩの変動に伴い燃焼量が変化するため、加熱対象温度もその分、変化することになる。

比較例では、設定温度に対する実測温度の履歴情報を持っていないため、製品ロット毎の品質判定結果と加熱対象温度とを紐付けすることができなかった。

これに対して本実施の形態では、図８（Ａ）に示される如く、各製品のロット毎（ロットＮｏ．ｘｘ１、ロットＮｏ．ｘｘ２等）に、温度遷移の履歴情報を格納しているため、設定温度との差も認識でき、図８（Ｂ）に示される製品ロットの品質判定結果との間で紐付けできる。

このため、例えば、不良判定となった製品ロット（図８（Ｂ）では、ロットＮｏ．ｘｘ２）は、設定温度に対して、低い温度で推移していることがわかる。

また、例えば、良品判定となった製品ロット（図８（Ｂ）では、ロットＮｏ．ｘｘ１）は、設定温度に対して、高い温度で推移していることがわかる。

ここで、言えることは、設定温度よりも高い場合は、ある程度の許容があり製品の精度としては問題ないが、設定温度よりも低い場合は、製品の精度に大きく影響を及ぼすということがわかる（設定温度よりも高い温度は、低い温度に比べて許容範囲が広い）。

そこで、対策として、通常は設定温度の許容範囲として、プラス側及びマイナス側共に同一レベルの許容範囲としていたが、上記履歴情報に基づいて、設定温度の許容範囲として、プラス側は大きく設定し、マイナス側に小さく設定する等の微調整を行うことができる。

この場合、製品ロット、周囲環境、ＷＩ変動等の様々な要因が考えられるため、機械学習によって最適値を設定するようにしてもよい。

（異常の早期検出）

図２の燃焼設備１２Ａ及び図４の燃焼設備１２Ｂの何れにおいても、ＷＩ及び燃焼量が安定して、制御目標に推移することができる（図９（Ａ）参照）。

このため、本実施の形態では、制御目標に近い領域に、監視しきい値を設定することができる。

すなわち、従来は、ＷＩまたは燃焼量にある程度の変動幅があったため、当該範囲内で異常が発生したとしても、異常発生後の製品異常検出まで、対策をとることができなかった。

これに対して本実施の形態では、図９（Ｂ）に示される如く、制御目標に近い領域（従来は変動範囲内の領域）に、格納部３０６に格納した履歴情報（主として製品品質情報）を参照しながら品質に影響が及ばない許容範囲としての監視しきい値を設定する。

図９（Ｂ）では、ＷＩ又は燃焼量が、監視しきい値となった場合に、異常検出として、運転を停止すると共に、ＷＩ又は燃焼量の調整を行う。

これにより、製品に異常が発生する前に燃焼設備１２による燃焼条件を変更することができるため、製品の所謂歩留まり（原料の使用量に対する製品量の比率）を向上することができる。また、燃料ガスの消費量も抑制することができる。

（異常発生時の検証）

燃焼設備１２を用いた製品の製造工程において異常が発生した場合、その異常の要因が、何れの製造工程にあるのか、明確に特定することは困難であった。

この場合、本実施の形態では、図１の燃焼関連情報管理制御部３００では、格納部３０６に製品品質、製造工程温度遷移、発熱量調整履歴のそれぞれの履歴情報が格納されているため、図１０（Ａ）に示される如く、製品不具合発生時を含む前後の期間を特定し、製品管理制御部４００では、燃焼関連情報管理制御部３００に対して、履歴情報を要求する。

図１０（Ｂ）は、図２の燃焼設備１２Ａに基づく、ＷＩ事前調整による燃焼システムで製品不具合が発生した場合に要求する履歴情報である。

この図１０（Ｂ）によれば、例えば、５分毎のＷＩの計測値、調整ガスの流量、調整後のＷＩを認識することができる。このトレーサビリティデータを活用することによって、少なくとも、燃焼設備１２Ａの実際の燃焼条件に問題があったか否かの判定が可能となる。

図１０（Ｃ）は、図４の燃焼設備１２Ｂに基づく、質量流量計測に基づく燃料ガス流量調整による燃焼システムで製品不具合が発生した場合に要求する履歴情報である。

この図１０（Ｃ）によれば、例えば、５分毎の燃焼量の計測値、燃料ガスの流量調整量、調整後の燃焼量を認識することができる。このトレーサビリティデータを活用することによって、少なくとも、燃焼設備１２Ｂの実際の燃焼条件に問題があったか否かの判定が可能となる。

以上説明したように本実施の形態では、燃焼関連情報管理制御部３００及び製品管理制御部４００の連携によって、燃焼設備１２を用いた製品製造状況の監視により、製造中の様々な情報を取得するようにした。取得した情報は、制御負担の軽減、学習による温度制御精度の緩和、異常の早期検出、及び異常発生時の検証に活用することができる。

なお、本実施の形態において、取得した情報の活用形態として、制御負担の軽減、学習による温度制御精度の緩和、異常の早期検出、及び異常発生時の検証を例にとり説明したが、燃焼関連情報管理制御部３００の格納部３０６（製品品質データベース３０６Ａ、製造工程温度遷移データベース３０６Ｂ、発熱量調整履歴データベース３０６Ｃ）に履歴情報を格納することが本発明の主体であり、活用形態が制御負担の軽減、学習による温度制御精度の緩和、異常の早期検出、及び異常発生時の検証に限定されるものではない。

１０ 監視システム
１２（１２Ａ、１２Ｂ） 燃焼設備
２４ 燃料ガス調整装置
２６ 配管
２８ 配管
３０ 燃焼器
３２ 燃料ガス分岐管
３４ 配管
３６ 空気分岐管
４２ 混合器
４２Ａ 主流入口
４２Ｂ 副流入口
４４ 流量調整部
４２Ｃ 流出口
４６ ＷＩ計
５０（５０Ａ、５０Ｂ） コントローラ
５４ ユーザインターフェイス（ＵＩ）
５８ ＷＩ調整制御部
６０ 燃焼器
６２ 燃料ガス供給配管
６４ ブロワ
６６ 空気供給配管
６８Ａ、６８Ｂ 安全遮断弁
７０ 圧力調整弁
７２ 燃料ガス側混合比調整弁
７４ 流量調整弁
７６ 燃焼用空気側混合比調整弁
７８ 質量流量計
８０ 空気比調整制御部
８２ 空気流量計
３００ 燃焼関連情報管理制御部（燃焼関連情報提供制御装置）
３０２ 燃焼関連情報取込部（取得部）
３０４ Ｉ／Ｆ
３０５ 情報仕分け部
３０６ 格納部
３０６Ａ 製品品質データベース
３０６Ｂ 製造工程温度遷移データベース
３０６Ｃ 発熱量調整履歴データベース
３０８ 情報要求対応部
３１０ 情報提供部（制御部）
４００ 製品管理制御部
４０２ 不具合監視部
４０４ Ｉ／Ｆ
４０６ 情報取込部
４０８ 相関分析部
４１０ トレーサビリティデータ作成部
４１２ 調整指示部
４１４ 出力部
４１６ 出力デバイス

Claims (7)

1. 製品を製造するための製造設備の一部として設置された燃焼機器に用いられる燃焼関連情報提供制御装置であって、
   前記製造設備の稼働に基づく、前記燃焼機器の燃焼状態に関わる燃焼関連情報を取得する取得部と、
   前記燃焼機器での燃焼に関する調整操作情報、及び前記取得部で取得した前記燃焼関連情報を含む履歴情報を格納する格納部と、
   前記製造設備の稼働中の所定時期に、前記格納部に格納された履歴情報の一部又は全部を抽出して、当該抽出した履歴情報を提供する制御部と、
   を有する燃焼関連情報提供制御装置。
2. 前記制御部から提供される履歴情報が、前記燃焼機器の発熱量の目標値を設定するために用いられ、
   前記製造設備によって製造された製品の品質検査結果情報を、前記履歴情報と紐付けて記憶しておき、前記格納部に格納された履歴情報と、前記品質検査結果情報とを照合して、前記目標値及び当該目標値の許容範囲を機械学習により予測することを特徴とする請求項１記載の燃焼関連情報提供制御装置。
3. 前記制御部から提供される履歴情報が、前記燃焼機器の燃焼状態に依存した製品への影響度合いを監視するための監視レベルの調整のために用いられ、
   前記製造設備によって製造された製品の品質検査結果情報を、前記履歴情報と紐付けて記憶しておき、前記格納部に格納された履歴情報と、前記品質検査結果情報とを照合して、前記監視レベルを機械学習により予測することを特徴とする請求項１記載の燃焼関連情報提供制御装置。
4. 前記制御部から提供される履歴情報が、前記製造設備によって製造された製品が品質検査で不合格となった場合の検証に用いられることを特徴とする請求項１記載の燃焼関連情報提供制御装置。
5. 前記燃焼機器が、
   当該燃焼機器に供給される燃料ガスの発熱量を取得する発熱量取得部と、増熱及び希釈の何れか一方向へ発熱量を調整する調整ガスを、前記燃料ガスに混合する混合部と、前記発熱量取得部で取得した発熱量が、予め設定された目標値となるように、前記混合部で混合する前記調整ガスの流量を調整する調整部と、を備えたガス調整装置、
   をさらに有することを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項記載の燃焼関連情報提供制御装置。
6. 前記燃焼機器が、
   当該燃焼機器に供給される燃料ガスの質量流量を取得する質量流量取得部と、前記質量流量取得部で取得した質量流量に基づいて、前記燃料ガス又は当該燃料ガスに混合させる燃焼用空気の流量を調整する空気比調整部と、を備えた空気調整装置、
   をさらに有することを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項記載の燃焼関連情報提供制御装置。
7. コンピュータを、
   請求項１〜請求項６の何れか１項記載の燃焼関連情報提供制御装置として動作させる、
   燃焼関連情報提供制御プログラム。