JP2023074832A - Concentration estimation device, concentration estimation method and program - Google Patents

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JP2023074832A JP2021187972A JP2021187972A JP2023074832A JP 2023074832 A JP2023074832 A JP 2023074832A JP 2021187972 A JP2021187972 A JP 2021187972A JP 2021187972 A JP2021187972 A JP 2021187972A JP 2023074832 A JP2023074832 A JP 2023074832A
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雅紀 田中
Masaki Tanaka
賢哉 村上
Masaya Murakami
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Abstract

To estimate an oxygen concentration in a heating furnace.SOLUTION: A concentration estimation device for estimating an oxygen concentration in a heating furnace has: a model creation unit that creates a model for estimating the oxygen concentration in the heating furnace with an oxygen concentration measurement value y(t) in the heating furnace at each time t within a predetermined period in the past and predetermined n (n is a predetermined integer of 1 or more) physical quantity measurement values x1(t), x2(t), ..., xn(t) related to the heating furnace as learning data; and an oxygen concentration estimation unit that calculates an estimation value of the oxygen concentration in the heating furnace with the n physical quantity measurement values x1(t'), x2(t'), ..., Xn(t') at a time t' for estimation of the oxygen concentration.SELECTED DRAWING: Figure 1

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(O)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 of the heating furnace, it is important to control the oxygen (O 2 ) concentration in the heating furnace, and for this purpose, the oxygen concentration is measured by various methods. . For example, a zirconia oxygen concentration meter (see Non-Patent Document 1) is used to measure the oxygen concentration in a heating furnace.

「計装豆知識|ジルコニア式酸素濃度計の話」,インターネット<URL:https://www.m-system.co.jp/mstoday/plan/mame/b_sensor/9407/index.html>"Instrumentation Bits of Knowledge|Story of Zirconia Oxygen Analyzer", Internet <URL: https://www.m-system.co.jp/mstoday/plan/mame/b_sensor/9407/index.html>

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。 In general, it is necessary to operate a heating furnace at a low oxygen concentration in order to achieve both energy saving and pollution prevention. do not get This is because if the oxygen concentration becomes too low, incomplete combustion will occur, and the zirconia element will undergo an oxidation reaction with the combustible gas carbon monoxide and unburned combustible fuel as a catalyst. This is because an erroneous measurement may occur such that the measured value of the concentration is near 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 made in view of the above points, and an object thereof is to estimate the oxygen concentration in 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x(t),x(t),・・・,x(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x(t'),x(t'),・・・,x(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。 To achieve the above object, a concentration estimating device according to one embodiment is an oxygen concentration estimating device that estimates the oxygen concentration in a heating furnace, and comprises: Oxygen concentration measured value y(t) and predetermined n physical quantity measured values x 1 (t), x 2 (t), . . . , x n (t) as learning data, a model creation unit for creating a model for estimating the oxygen concentration in the heating furnace, and the n physical quantities at the time t′ to be the target for estimating the oxygen concentration Oxygen concentration estimation for calculating an estimated oxygen concentration in the furnace using the measured values x 1 (t′), x 2 (t′), . . . , x n (t′) and the model and

加熱炉内の酸素濃度を推定することができる。 Oxygen concentration in the heating furnace can be estimated.

本実施形態に係る加熱炉制御システムの全体構成の一例を示す図である。It is a figure showing an example of the whole composition of a heating furnace control system concerning this embodiment. 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を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the relationship between an excess air factor and heat loss, and the relationship between an excess air factor and thermal efficiency. 加熱炉に対する酸素濃度計及び周辺センサの設置例を模式的に示す図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing an installation example of an oxygen concentration meter and peripheral sensors with respect to a heating furnace; 空燃比と酸素濃度計測値との関係を模式的に示す図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing the relationship between the air-fuel ratio and the oxygen concentration measurement value; 本実施形態に係る酸素濃度推定装置のハードウェア構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the hardware constitutions of the oxygen concentration estimation apparatus which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る酸素濃度推定装置の機能構成の一例を示す図である。It is a figure showing an example of functional composition of an oxygen concentration estimating device concerning this embodiment. 実施例1における酸素濃度推定処理の一例を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing an example of oxygen concentration estimation processing in Example 1. FIG. 実施例2における酸素濃度推定処理の一例を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing an example of oxygen concentration estimation processing in Example 2. FIG.

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。 An embodiment of the present invention will be described below. A heating furnace control system 1 including an oxygen concentration estimating device 10 for estimating the oxygen concentration in the heating furnace will be described below.

<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>
FIG. 1 shows an example of the overall configuration of a heating furnace control system 1 according to this embodiment. As shown in FIG. 1, the heating furnace control system 1 according to the present 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, peripheral sensors 60 are included.

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.), and consumes fuel and oxygen to heat an object (for example, fluid such as oil) by furnace combustion. to heat. The heating furnace 40 is not limited to these, and may be a boiler, an incinerator, or the like, for example.

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50とジルコニア式酸素濃度計50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50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50とジルコニア式酸素濃度計50)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 50 1 and a zirconia oxygen concentration meter 50 2 are installed in the heating furnace 40 as the oxygen concentration meters 50 . However, the zirconia oxygen concentration meter 502 may not be installed. In the following, it is assumed that the oxygen concentration meters 50 (the laser oxygen concentration meters 50 1 and the zirconia oxygen concentration meters 50 2 ) are removed from the heating furnace 40 after the performance data described later are created and stored. .

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50で計測された酸素濃度計測値をy(t)、ジルコニア式酸素濃度計50で計測された酸素濃度計測値をy(t)とする。 In addition, the oxygen concentration meter 50 transmits to the oxygen concentration estimation device 10 a measurement value (hereinafter also referred to as an oxygen concentration measurement value) measured at each time t. Hereinafter, at time t, the oxygen concentration measurement value measured by the laser oxygen concentration meter 501 is y1 (t), and the oxygen concentration measurement value measured by the zirconia oxygen concentration meter 502 is y2 (t). do.

なお、レーザ式酸素濃度計50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50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 oxygen concentration meter 501 is an oxygen concentration meter that utilizes an absorption spectroscopic measurement method using a laser. The laser oxygen concentration meter 501 has a light emitting part that emits a laser and a light receiving part that receives the laser, and the oxygen concentration is measured from the amount of light lost from the laser light between the light emitting part and the light receiving part. be done.

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60」、「周辺センサ60」、・・・、「周辺センサ60」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60で計測された物理量計測値をx(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 around the heating furnace 40 and various physical quantities of equipment related to the heating furnace 40 . In addition, the peripheral sensor 60 transmits to the oxygen concentration estimating device 10 a measurement value (hereinafter also referred to as a physical quantity measurement value) measured at each time t. Hereinafter, the total number of peripheral sensors 60 is n, and when each peripheral sensor 60 is not distinguished, it is referred to as "peripheral sensor 60 ". , "peripheral sensor 60n " . Also , for i=1 , 2, . Here, the physical quantities measured by the peripheral sensor 60 include, for example, the temperature in the heating furnace 40, the temperature of the object to be heated, the pressure in the heating furnace 40, the flow rate of fuel, the flow rate of the object to be heated, the flow rate of exhaust gas, and the like. Such a thing is mentioned. However, these physical quantities are examples, and the physical quantities measured by the peripheral sensor 60 are not limited to these. For example, the outside air temperature, wind speed, etc. may be measured as physical quantities.

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y(t)及びy(t)を受信すると共に、各周辺センサ60から物理量計測値x(t),x(t),・・・,x(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。 The oxygen concentration estimation device 10 receives the oxygen concentration measurement values y 1 (t) and y 2 (t) from each oxygen concentration meter 50 at each time t for which performance data is to be created and stored, and each peripheral sensor It receives physical quantity measurement values x 1 (t) , x 2 (t), .

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x(t),x(t),・・・,x(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 Further, the oxygen concentration estimation device 10 obtains physical quantity measurement values x 1 (t), x 2 ( t ), . , and from these measurements, the estimated oxygen concentration at the time t

Figure 2023074832000002
を計算して制御装置20に出力する。なお、以下、明細書のテキスト中では、推定値であることを表す記号ハット「^」をyの直後に記載し、時刻tにおける酸素濃度推定値を「y^(t)」と表す。
Figure 2023074832000002
is calculated and output to the control device 20 . Hereinafter, in the text of the specification, a hat symbol representing an estimated value is described immediately after y, and the oxygen concentration estimated value at time t is represented as "y^(t)".

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x(t),x(t),・・・,x(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。 That is, the oxygen concentration estimation device 10 calculates the oxygen concentration estimated value from the physical quantity measurement values x 1 (t), x 2 (t), . It functions as a soft sensor that computes ŷ(t). Hereinafter, the model for estimating the oxygen concentration will be referred to as an oxygen concentration estimation model and denoted by f. Further, hereinafter, the time t at which the oxygen concentration is to be estimated is expressed as "t'" in order to distinguish it from the time t at which the performance data is to be created and stored.

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。 Based on the oxygen concentration estimated value y^(t′) received from the oxygen concentration estimating device 10, the control device 20 calculates the optimum manipulated variable for the adjusting device 30, and sends a control command including the manipulated variable to the adjustment. Output to device 30 . The adjusting device 30 is an air damper (or an 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。 Note that the control device 20 may output the control command to both the air damper and the fuel valve, or may output the control command to either one (that is, one of the air damper and the fuel valve). In particular, for example, when the fuel flow rate is constant during operation of the heating furnace 40, the control device 20 may output the 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, heat loss and thermal efficiency in the heating furnace 40 fluctuate depending on the amount of fuel and air flowing into the heating furnace 40, and as a result, the oxygen concentration in the heating furnace 40 also fluctuates. Therefore, the control device 20 calculates the operation amount for the adjustment device 30 so that the heat loss and thermal efficiency in the heating furnace 40 are optimized by a known control technique, and outputs the operation amount to the adjustment device 30 . As such known control techniques, there are various techniques.

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。 Generally, the relationship between excess air ratio and heat loss and the relationship between excess air ratio and thermal efficiency are shown in FIG. In FIG. 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, which is the amount of air required for combustion per unit fuel. In FIG. 2, line 1001 represents heat loss due to excess air and curve 1002 represents heat loss due to incomplete combustion. As indicated by the straight line 1001, as the excess air ratio becomes greater than 1, heat escapes to heat excess air, resulting in increased heat loss. On the other hand, as indicated by the curve 1002, when the excess air ratio is small, incomplete combustion occurs and heat loss due to CO generation increases, and when a certain threshold is exceeded, soot is generated. Also, in FIG. 2, a curve 2001 represents the thermal efficiency of the heating furnace 40 . As shown in curve 2001, the thermal efficiency is maximized in region D, which includes the excess air ratio, where the heat loss due to excess air and the heat loss due to incomplete combustion are comparable, and decreases as the excess air ratio moves away from region D. Become. Therefore, the control device 20 may calculate the manipulated variable of the regulating device 30 so that the heat loss and the thermal efficiency are within the region D, and output a control command including the manipulated variable to the regulating 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 FIG. 1 is an example, and is not limited to this.

<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50とジルコニア式酸素濃度計50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60と、被加熱体流量計60と、燃料供給流量計60と、炉内圧力計60と、炉内温度計60と、炉内温度計60と、被加熱体温度計60とが設置されている。
<Installation Example of Oxygen Analyzer 50 and Peripheral Sensor 60 for Heating Furnace 40>
FIG. 3 shows an installation example of the oxygen concentration meter 50 and the peripheral sensor 60 with respect to the heating furnace 40 . In the example shown in FIG. 3, a laser oxygen concentration meter 501 and a zirconia oxygen concentration meter 502 are installed. In the example shown in FIG. 3, the peripheral sensors 60 include an exhaust gas flowmeter 601 , a heated body flowmeter 602 , a fuel supply flowmeter 603 , a furnace pressure gauge 604 , and a furnace temperature gauge. 60-5 , a furnace thermometer 60-6 , and a heated object thermometer 60-7 are installed.

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。 The installation example of the oxygen concentration meter 50 and the peripheral sensor 60 shown in FIG. 3 is merely an example, and needless to say, the present invention 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50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50はこのような誤計測が発生しない。
<Relationship between air-fuel ratio and measured oxygen concentration>
Air-fuel ratio is the ratio of air to fuel (air/fuel). FIG. 4 shows the relationship between the air-fuel ratio and the measured oxygen concentration. 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 becomes smaller than a certain value (that is, when the amount of oxygen decreases), the measured value of the zirconia oxygen concentration meter 502 becomes close to 0, resulting in erroneous measurement. This is because incomplete combustion occurs when the oxygen concentration becomes too low, and as a result, the zirconia element undergoes an oxidation reaction with carbon monoxide and unburned combustible fuel as a catalyst. On the other hand, the laser oximeter 501 does not cause such erroneous measurements.

そこで、本実施形態では、ジルコニア式酸素濃度計50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|y(t)|<εとなる場合)には、レーザ式酸素濃度計50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50の計測値が0付近とならない場合には、y(t)又はy(t)のいずれを教師データとしてもよいし、y(t)とy(t)の平均値等を教師データとしてもよい。 Therefore, in the present embodiment, when the measured value of the zirconia oxygen concentration meter 502 is near 0 (that is, when |y 2 (t)|<ε for a small value ε>0), creates an oxygen concentration estimation model f using the measured value of the laser oxygen concentration meter 501 as teaching data (correct data). If the measured value of the zirconia oxygen concentration meter 502 is not near 0, either y 1 (t) or y 2 (t) may be used as teacher data, and y 1 (t) and y 2 The average value of (t) or the like may be used as teacher 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 Estimating Device 10>
FIG. 5 shows a hardware configuration example of the oxygen concentration estimation device 10 according to this embodiment. As shown in FIG. 5, the oxygen concentration estimation device 10 according to the present 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. have. Each of these pieces of hardware is communicably connected via a bus 107 .

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, mouse, touch panel, various physical buttons, and the like. The display device 102 is, for example, a display, a display panel, or the like. Note that the oxygen concentration estimation device 10 may not 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 an external device such as the recording medium 103a. Examples of the recording medium 103a include a CD (Compact Disc), a DVD (Digital Versatile Disk), an SD memory card (Secure Digital memory card), a USB (Universal Serial Bus) memory card, and the like.

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。 Communication I/F 104 is an interface for connecting oxygen concentration estimation device 10 to a communication network. The processor 105 is, for example, various arithmetic units such as a CPU (Central Processing Unit) and a GPU (Graphics Processing Unit). The memory device 106 is, for example, various storage devices such as SSD (Solid State Drive), RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), and flash memory.

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 another hardware configuration. For example, the oxygen concentration estimation device 10 may have multiple processors 105 and multiple memory devices 106, and may have various hardware other than the illustrated hardware.

<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 Estimating Device 10>
FIG. 6 shows an example of the functional configuration of the oxygen concentration estimation device 10 according to this embodiment. As shown in FIG. 6, the oxygen concentration estimating device 10 according to this embodiment has a performance data creation unit 201 , a model creation processing unit 202 , and an oxygen concentration estimation unit 203 . These units are implemented by, for example, one or more programs installed in the oxygen concentration estimation device 10 causing the processor 105 to execute processing. Further, the oxygen concentration estimation device 10 according to this embodiment has a performance data storage unit 204 . The storage unit 204 is realized by, for example, the memory device 106, but may be realized by a database server or the like connected via a communication 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y(t)及びy(t)を受信すると共に、各周辺センサ60から物理量計測値x(t),x(t),・・・,x(t)を受信し、これらの計測値から実績データ{y(t),x(t),x(t),・・・,x(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|y(t)|<εとなる時刻tではy(t)=y(t)とする。一方で、それ以外の時刻tではy(t)=y(t)又はy(t)=y(t)のいずれかとしてもよいし、y(t)=(y(t)+y(t))/2としてもよいし、y(t)=min(y(t),y(t))やy(t)=max(y(t),y(t))等としてもよい。なお、y(t)が教師データである。 The performance data creation unit 201 receives the oxygen concentration measurement values y 1 (t) and y 2 (t) from each oxygen concentration meter 50 at each time t to create and store performance data, and , xn (t) are received from 60, and actual data { y ( t ), x1 (t), x 2 ( t), . Here, let y(t)=y 1 (t) at time t where |y 2 (t)|<ε for some small value ε>0. On the other hand, at other times t, either y(t)=y 1 (t) or y(t)=y 2 (t), or y(t)=(y 1 (t)+y 2 (t))/2, y(t)=min( y1 (t), y2 (t)) or y(t)=max( y1 (t), y2 (t) ), etc. Note that y(t) is teacher data.

以下では、実績データをz(t):=(y(t),x(t),x(t),・・・,x(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∈T}が記憶されているものとする。ここで、T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tからtまでを実績データの作成及び保存対象とする場合、T={t|t≦t≦t}と表される。 In the following, the actual data is z(t):=(y(t), x1 (t), x2 (t), ..., xn (t)), and the actual data storage unit 204 stores the actual data. Suppose the dataset {z(t)|tεT 1 } is stored. Here, T1 is a set of times for which performance data is created and stored. For example , when actual data is to be created and stored from a certain time t1 to t2 , 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∈T}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∈T}を実績データ記憶部204から取得する。ここで、T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、T⊆T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∈T}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)|tεT 1 }. Here, the model generation processing unit 202 includes a data acquisition unit 211 and a model generation unit 212 . The data acquisition unit 211 acquires from the performance data storage unit 204 the performance data set {z(t)|tεT 2 } used for creating the oxygen concentration estimation model f. Here, T2 is a set of times of performance data used to create the oxygen concentration estimation model f, and T2⊆T1 . The model creation unit 212 creates an oxygen concentration estimation model f using the actual data set {z(t)|tεT 2 } acquired by the data acquisition unit 211 . Note that the oxygen concentration estimation model f is, for example, a statistical model, a machine learning model, or the like, and has a learning target parameter θ.

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x(t'),x(t'),・・・,x(t')を受信し、これらの物理量計測値x(t'),x(t'),・・・,x(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x(t'),x(t'),・・・,x(t')を説明変数、酸素濃度を目的変数として、y^(t')=f(x(t'),x(t'),・・・,x(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 estimating unit 203 obtains physical quantity measurement values x 1 (t′), x 2 (t′), . ' ) , and the oxygen concentration estimated value y^(t '). That is, the oxygen concentration estimation unit 203 uses the physical quantity measurement values x 1 (t′), x 2 (t′), . t') = f(x 1 (t'), x 2 (t'), . . Note that the oxygen concentration estimated value ŷ(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Tの実績データセット{z(t)|t∈T}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 according to the first embodiment will be described below with reference to FIG. In the following, it is assumed that the performance data storage unit 204 stores a performance data set {z(t)|tεT 1 } for a certain period T 1 in the past. Note that steps S101 and S102 in FIG. 7 are model creation processing performed in advance. On the other hand, steps S103 and S104 are repeatedly performed every time t' (that is, 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∈T}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∈T}そのものを実績データセット{z(t)|t∈T}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∈T}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)|tεT 2 } used for creating the oxygen concentration estimation model f from the actual data storage unit 204 (step S101). Here, the data acquisition unit 211 uses the performance data set {z(t)|tεT 1 } itself stored in the performance data storage unit 204 as the performance data set {z(t)|tεT 2 }. Alternatively, a performance data set composed of part of the performance data may be acquired as a performance data set {z(t)|tεT 2 }.

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∈T}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∈T}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(x(t),x(t),・・・,x(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)|tεT 2 } obtained in step S101 (step S102). . That is, the model creation unit 212 uses the actual data set {z(t)|t∈T 2 } as a learning data set, and calculates the oxygen concentration estimated value y^(t) at time t=f(x 1 (t), The parameter θ is learned so as to reduce the error between x 2 (t), . . . , x n (t)) and y(t). Here, as the oxygen concentration estimation model f, a linear model such as a multiple regression model or a nonlinear model such as a support vector regression (SVR) or neural network can be employed. In general, the relationship between the oxygen concentration and the temperature inside the heating furnace 40 changes sequentially, and the characteristics of each physical quantity in the heating furnace 40 change depending on the oxygen concentration. Therefore, the linear model often has low estimation accuracy. . Therefore, it is particularly preferable to adopt 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x(t'),x(t'),・・・,x(t')を受信する(ステップS103)。 The oxygen concentration estimation unit 203 receives physical quantity measurement values x 1 (t′), x 2 (t′), . 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x(t'),x(t'),・・・,x(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(x(t'),x(t'),・・・,x(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 the current time from the physical quantity measurement values x 1 (t′), x 2 (t′), . An estimated oxygen concentration value y^(t') of t' is calculated (step S104). That is, the oxygen concentration estimating unit 203 calculates the oxygen Calculate the density estimate y^(t'). Note that this oxygen concentration estimated value ŷ(t′) is output to the control device 20 , and the control device 20 controls the operation amount of the adjustment device 30 . Thereby, 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Tの実績データセット{z(t)|t∈T}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 Processing (Example 2)>
The oxygen concentration estimation process according to the second embodiment will be described below with reference to FIG. In the following, it is assumed that the performance data storage unit 204 stores a performance data set {z(t)|tεT 1 } for a certain period T 1 in the past. Note that steps S201 to S204 in FIG. 8 are repeatedly performed at each time t' (that is, 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x(t'),x(t'),・・・,x(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′), . 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∈T}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x(t'),x(t'),・・・,x(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∈T}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)|tεT 2 } used for creating the oxygen concentration estimation model f from the actual data storage unit 204 (step S202). Here , the data acquisition unit 211 receives the physical quantity measurement values x 1 (t′), x 2 (t′), . number of performance data are acquired from the performance data storage unit 204, and a performance data set composed of the acquired performance data is defined as a performance data set {z(t)|tεT 2 }.

具体的には、物理量計測値x(t'),x(t'),・・・,x(t')と実績データz(t)=(y(t),x(t),x(t),・・・,x(t))との距離をd(t',t)=((x(t')-x(t))+(x(t')-x(t))+・・・+(x(t')-x(t))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∈T}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, physical quantity measurement values x 1 ( t′) , x 2 (t′), . ) , x 2 ( t) , . (t′)−x 2 (t)) 2 + . . . +(x n (t′)−x n (t)) 2 ) 1/2 . Then, N pieces (for example, 100 pieces) of z(t) are acquired from the performance data storage unit 204 in ascending order of the distance, and a performance data set composed of these acquired performance data z(t) is created as performance data. Let the set {z(t)|tεT 2 }. Although the Euclidean distance is used as the distance d in the above description, 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∈T}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∈T}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(x(t),x(t),・・・,x(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)|tεT 2 } obtained 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 calculates the oxygen concentration estimated value y^(t) at time t=f(x 1 (t), The parameter θ is learned so as to reduce the error between x 2 (t), . . . , x n (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, in the heating furnace 40, the relationship between the oxygen concentration and the temperature inside the furnace changes sequentially, and the characteristics of each physical quantity in the heating furnace 40 change depending on the oxygen concentration. often lower. Therefore, it is preferable to employ a linear model (local linear model) using 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x(t'),x(t'),・・・,x(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(x(t'),x(t'),・・・,x(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 the physical quantity measurement values x 1 (t′), x 2 (t′), . . . , x n (t′) received in step S201 and the oxygen An oxygen concentration estimated value y^(t') at the current time t' is calculated from the concentration estimation model f (step S204). That is, the oxygen concentration estimating unit 203 calculates the oxygen Calculate the density estimate y^(t'). Note that this oxygen concentration estimated value ŷ(t′) is output to the control device 20 , and the control device 20 controls the operation amount of the adjustment device 30 . Thereby, 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50のみを撤去し、ジルコニア式酸素濃度計50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50の酸素濃度計測値y(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. It does not have to be removed. In this case, the oxygen concentration measurement value y 2 (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)=y(t),y(t),x(t),x(t),・・・,x(t))とした上で、y(t)を目的変数、y(t),x(t),x(t),・・・,x(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(y(t'),x(t'),x(t'),・・・,x(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(x(t),x(t),・・・,x(t))となるモデルgを予め作成しておき、|y(t')|<εである場合にはy^(t')=g(x(t'),x(t'),・・・,x(t'))を計算し、|y(t')|≧εである場合にのみy^(t')=f(y(t'),x(t'),x(t'),・・・,x(t'))を計算してもよい。 Specifically, the performance data is z( t ):=(y(t)= y1 (t), y2 (t), x1(t), x2 (t), . . . , xn (t)), y (t) is the objective variable, y 2 (t), x 1 (t), x 2 (t), ..., x n (t) is the explanatory variable oxygen concentration Create an estimation model f. Then, when calculating the estimated oxygen concentration, ŷ(t′)=f(y 2 (t′), x 1 (t′), x 2 (t′), . . . , x n ( t')) calculates the estimated oxygen concentration y^(t') at the current time t'. At this time, for example, a model g that satisfies y^(t)=g(x 1 (t), x 2 (t), . . . , x n (t)) is created in advance, and If 2 (t')|<ε then compute y^(t')=g(x 1 (t'), x 2 (t'), . . . , x n (t')) , ŷ(t′)=f( y 2 ( t′), x 1 (t′), x 2 (t′), . xn (t')) may be calculated.

<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50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50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 the present embodiment, the oxygen concentration estimation model f is created, the oxygen concentration in the heating furnace 40 is estimated by this oxygen concentration estimation model f. As a result, instead of the zirconia oxygen concentration meter 502 , which may cause erroneous measurement under low oxygen concentration, it is possible to estimate the oxygen concentration with high accuracy by the oxygen concentration estimation model f even under low oxygen concentration, saving energy. Optimum control of the heating furnace 40 can be achieved to achieve both reduction 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50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50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50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, since the laser oxygen concentration meter 501 can be removed from the heating furnace 40 after the oxygen concentration estimation model f is created, the laser oxygen concentration meter 501 can be installed in another heating furnace 40, for example. , it is possible to similarly create an oxygen concentration estimation model f. Therefore, it is not necessary to prepare a generally expensive laser oxygen concentration meter 501 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 described above, and various variations, modifications, combinations with known techniques, etc. are possible without departing from the scope of the claims. be.

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
1 Heating Furnace Control System 10 Oxygen Concentration Estimating Device 20 Controller 30 Adjusting Device 40 Heating Furnace 50 Oxygen Analyzer 60 Peripheral 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 (7)

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x(t),x(t),・・・,x(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x(t'),x(t'),・・・,x(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、
を有する濃度推定装置。
An oxygen concentration estimation device for estimating the oxygen concentration in a heating furnace,
Oxygen concentration measurement value y(t) in the heating furnace at each time t within a predetermined period in the past and predetermined n (n is a predetermined integer of 1 or more) physical quantity measurements related to the heating furnace a model creation unit that creates a model for estimating the oxygen concentration in the heating furnace using the values x 1 (t), x 2 (t), . . . , x n (t) as learning data;
Using the n physical quantity measurement values x 1 (t' ) , x 2 (t'), . an oxygen concentration estimator that calculates an estimated oxygen concentration in the heating furnace;
A concentration estimator having
前記加熱炉にはレーザ式酸素濃度計が設置されており、
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(t)である、請求項1に記載の濃度推定装置。
A laser oxygen concentration meter is installed in the heating furnace,
2. The concentration estimating device according to claim 1, wherein said oxygen concentration measurement value y(t) is a measurement value y1 (t) obtained by measuring the oxygen concentration in said heating furnace with said laser oxygen concentration meter.
前記加熱炉にはレーザ式酸素濃度計とジルコニア式酸素濃度計とが設置されており、
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をy(t)、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y(t)として、
予め決められた値ε>0に対して、|y(t)|<εである場合には、y(t)=y(t)とし、
|y(t)|≧εである場合には、y(t)=y(t)、y(t)=y(t)、y(t)=(y(t)+y(t))/2、y(t)=min(y(t),y(t))、又はy(t)=max(y(t),y(t))のいずれかとする、請求項1又は2に記載の濃度推定装置。
A laser type oxygen concentration meter and a zirconia type oxygen concentration meter are installed in the heating furnace,
y 1 (t) is the measured value of the oxygen concentration in the heating furnace measured by the laser oxygen concentration meter, and y 2 (t) is the measured value of the oxygen concentration in the heating furnace measured by the zirconia oxygen concentration meter. ) as
For a predetermined value ε>0, if |y 2 (t)|<ε, then y(t)=y 1 (t), and
If |y 2 (t)|≧ε then y(t)=y 1 (t), y(t)=y 2 (t), y(t)=(y 1 (t)+y 2 (t))/2, y(t)=min( y1 (t), y2 (t)), or y(t)=max( y1 (t), y2 (t)) The concentration estimation device according to claim 1 or 2, wherein
前記レーザ式酸素濃度計は、前記学習用データの作成後に前記加熱炉から撤去可能なように設置される、請求項2又は3に記載の濃度推定装置。 4. The concentration estimation device according to claim 2, wherein said laser oximeter is installed so as to be removable from said heating furnace after said learning data is created. 前記モデル作成部は、
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x(t'),x(t'),・・・,x(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x(t),x(t),・・・,x(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x(t),x(t),・・・,x(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乃至3の何れか一項に記載の濃度推定装置。
The model creation unit
The n physical quantity measurement values x 1 (t′), x 2 (t ), . Calculate the distances d (t', t) from the n physical quantity measurement values x 1 (t), x 2 (t), ..., x n (t) at each time t,
The oxygen concentration measurement value y(t) and the n physical quantity measurement values x 1 (t), x 2 (t), respectively corresponding to a predetermined number of t in ascending order of the distance d (t′, t), 4. The concentration estimating apparatus according to claim 1, wherein the model is created using . . . , xn (t) as learning data.
加熱炉内の酸素濃度を推定する酸素濃度推定装置が、
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x(t),x(t),・・・,x(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x(t'),x(t'),・・・,x(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、
を実行する濃度推定方法。
An oxygen concentration estimating device that estimates the oxygen concentration in the heating furnace,
Oxygen concentration measurement value y(t) in the heating furnace at each time t within a predetermined period in the past and predetermined n (n is a predetermined integer of 1 or more) physical quantity measurements related to the heating furnace a model creation procedure for creating a model for estimating the oxygen concentration in the heating furnace using the values x 1 (t), x 2 (t), . . . , x n (t) as learning data;
Using the n physical quantity measurement values x 1 (t' ) , x 2 (t'), . an oxygen concentration estimation procedure for calculating an estimated oxygen concentration in the furnace;
A concentration estimation method that performs
加熱炉内の酸素濃度を推定する酸素濃度推定装置に、
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x(t),x(t),・・・,x(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x(t'),x(t'),・・・,x(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、
を実行させるプログラム。
An oxygen concentration estimating device that estimates the oxygen concentration in the heating furnace,
Oxygen concentration measurement value y(t) in the heating furnace at each time t within a predetermined period in the past and predetermined n (n is a predetermined integer of 1 or more) physical quantity measurements related to the heating furnace a model creation procedure for creating a model for estimating the oxygen concentration in the heating furnace using the values x 1 (t), x 2 (t), . . . , x n (t) as learning data;
Using the n physical quantity measurement values x 1 (t' ) , x 2 (t'), . an oxygen concentration estimation procedure for calculating an estimated oxygen concentration in the furnace;
program to run.
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