JP2620245B2 - 学習機能を有する自動バーナ制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はボイラ燃焼装置に係り、安全で最適な操作方
法を運転員の手動操作結果より推論する学習機能を有す
る自動バーナ制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の自動バーナ制御回路は、自動バーナシステムを
構成する各装置の動作順序はすべてあらかじめ組込んで
おく（別の言葉で言えば配線をしておく）必要があった
（例えば火力原子力発電、1982年５月Vol33 No.5頁82、
図34バーナ自動制御装置の機能構成）。しかし、各装置
の動作には予想外のバラツキ（例えば油止弁を開いてか
らバーナ先端のチップから油が噴出して着火し、火炎を
形成するまでの時間は油止弁からバーナチップまでの連
絡配管の長さ、管内容積、バーナチップ近辺の空気の流
動状況などにより、個々のバーナにおいて大幅に変化す
る）が生じた場合の対応、実際に運転操作した結果より
生じた改良点に対する対処等は、いずれもあらかじめ組
込んだ動作手順の改造（別の言葉で言えば、人間による
配線の変更、プログラムの変更等）を必要としていた。

以下、本発明が解決しようとする問題点を説明する前
に、自動バーナ機器の構成と動作について説明する。

第４〜５図はボイラ燃焼装置の全体構成を示してい
る。１はバーナを示し、１個のボイラにはボイラ容量に
応じて複数個のバーナが設置されており、本図の場合ボ
イラ前後合わせて16組のバーナが設置されている例を示
している（４列×２段×前後＝16組）。２は火炎を囲み
バーナでの燃焼熱を受取る火炎、３は燃焼用空気を流す
風箱、４は主バーナの火炎、５は点火トーチの火炎を示
している。空気は風箱３に設けられたエアレジスタ14を
通って適度な運動量を与えられ、燃料と混合され火炎
４、５となっている。

点火トーチ７とは、大容量の燃料を扱う主バーナ６を
点火するための補助的なバーナであり、燃料は各々油止
弁10、11により制御され、供給、停止されている。燃料
の状況は、例えば油圧スイッチ等の検出センサ131、13
2、133で検出され、必要に応じて作動時の作動確認条件
として使用されている。８は火炎の有無を検出する装置
であり、バーナ火炎の存在の有無に反応するセンサであ
る（火炎検出器）。第６図は、これらの機器の一連の動
きを模式的に示したものである。本図の場合は、バーナ
点火指令（運転員の指令または他のシステムからの信
号）により開始された一連の動作を示している。矢印
（→）の方向が、関連して動作する機器（センサ、操作
端等）を示しており、 の傾斜は各々の機器が動作状態に入ることを示してお
り、実際の動作開始から完了までの時間は機械的な原因
でバラツキがある。また、図示中 で示したタイミングＴ−１、Ｔ−２は、各々の油止弁1
0、11から流れ出した燃料が連絡配管内を流動してバー
ナ６、７の先端より噴出し、空気と混合して火炎となる
（着火）までの時間遅れを示しており、この時間は前述
のごとく連絡配管の長さや、管内容積、油止弁の開弁速
度等によりバラツクことが知られている。また、本図の
上段の動き（Ａで図示）は、空気を流してから（123が
まず動作）油止弁10を開操作しているが、エアレジスタ
から流出する空気の運動量が大きすぎるときは、点火ト
ーチ火炎５が吹き飛んで主バーナの着火が形成されない
ことがあり、この場合は一連の動作が進行しないため
に、Ｂに示すごとくまず油止弁（10等）関連の走査を最
初に実施し、油が流出したところ（例えばＴ−３のタイ
ミング）を見て空気を流し始める（エアレジスタ123の
操作）操作順序に変更することがある（この場合、空気
を流すタイミングが遅れると、空気不足により燃焼不完
全となる可能性が大のため、システム設計時点では推奨
されないが、試運転の結果火炎が形成できない（着火不
安定等の現象）場合はやむを得ず採用される場合があ
る））。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、機器の動作のバラツキや、装置を運
転して初めて決定できる最適操作手順等において、制御
回路設計時点（組込み時点）には必然的に存在する不確
実さを許容するようには配慮されておらず、試運転結果
による改善点はすべて制御回路の構成や接続の変更を伴
うという問題があった。

本発明の目的は、動作順序等をあらかじめ組込んでお
くのではなく、上記試運転結果のごとく、人間が操作し
た結果等を学習して最適操作順序を決定する学習ルール
装置をあらかじめ組込んでおくことにより、制御回路の
設計時や、組込み時（接続時）に存在する不確実さを許
容し、試運転結果による改善に際して回路の変更を行な
う必要がなくなるとともに、本自動バーナ制御回路のコ
ストの大部分を占める設計、出荷前の検査用を削減しよ
うとすることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記問題点を解決するためになされたもの
で、操作用入力信号と装置内各機器の状態を検出するセ
ンサ信号とを入力する入力インターフェースと、入力イ
ンターフェースからの信号を受けて機器への作動信号を
出力インターフェースに送る制御部と、制御部からの信
号を受けて機器へ作動信号を送る出力インターフェース
からなる自動バーナ制御装置において、上記制御部に
は、その使用に先立つ学習時において教示用操作信号と
入力インターフェースおよび出力インターフェースから
の信号を受けて燃焼装置の動作順序とタイミングおよび
検出センサ信号の変化とタイミングを記憶する入出力記
憶回路を設けかつ、上記記憶回路の記憶結果を受けて燃
焼装置の動作順序とタイミングと因果関係を計算する学
習回路を設けさらに、学習回路で計算された学習結果を
受けて最適操作順序を決定する判断記録回路を設けると
ともに、前記学習終了後の運転時には、入力インターフ
ェースの信号を直接に前記判断記録回路に送る伝送回路
を設けたことを特徴とする学習機能を有する自動バーナ
制御装置である。

〔実施例〕

本発明の詳細な実施例を説明する前に、他の装置の例
を参考にして本発明の概要について説明する。産業用ロ
ボット（例えば溶接ロボット）の場合数値制御形ロボッ
ト、ティーチング形ロボット等種々の制御程度がある
が、溶接ロボットの位置方向、溶接電流、時間等をすべ
て数値で表現して組込んでやる必要があるのが数値制御
形ロボットであり、最終数値決定までは多数の試運転を
必要とし、修正工数がかかっているが、従来の自動バー
ナ制御回路は、この数値制御形ロボットに相当するもの
である。これに対し、ベテラン作業員がロボットを操作
した方法や手順どおりに動作するように回路構成したの
がティーチング形ロボットであり、本発明が目的とする
ところはこのティーチング形ロボットに似ている。しか
し、基本的な差は、ティーチング形ロボットはベテラン
作業員が教えたとおりに動作する（プレイバック）のに
対し、自動バーナシステムにおいては、同一システム内
に複数個のバーナの制御回路が内蔵され（例えば1000MW
のボイラ用燃焼装置においては48組のバーナが使用され
ており、この操作のためには48組の制御回路が組込まれ
ている）、さらに試運転時に複数回の同一操作が繰返さ
れることに着目し（例えば上記の場合、同一操作の繰返
しを３回とすると、48組×３回＝144回の操作が合計実
施されることになる）、複数回繰返された手順（当然、
各々には順序やタイミング等にバラツキが存在してい
る）を評価・判断し、最適の操作手順をみずから決定す
る機能を自動バーナ制御回路に付与するところにある。
教えたティーチングどおりにプレイバックするのでな
く、教えられた複数個の内容に基づき最適の順序、方法
を学習ルールに従ってみずから決定する機能を有してい
るところに特徴がある。

以下、本発明の実施例につき詳細に説明する。第１図
は本発明の一実施例を示す全体構成図である。第１図に
おいては、第４図および第５図で示した複数個のバーナ
を有するボイラの自動バーナシステムを構成する入力装
置、例えば通常運転時の操作用入力装置101、主バーナ
や点火トーチなどの位置検出センサ103、火炎検出セン
サ104、点火トーチや主バーナの油圧力検出センサ105な
どの入力を受入れる入力インターフェース106があり、
操作表示装置1018、エアレジスタやバーナなどを所定状
態に駆動する駆動装置1019、油止弁などの制御弁1020な
どの出力機器に信号を与える出力インターフェース1017
を備えている。このほかに、入出力記憶回路108、学習
回路109、判断回路1010を有する制御部107を備えてい
る。

教示用入力装置102は、運転員が操作手順を教示（テ
ィーチング）するためのマン・マシンインターフェース
用として使用され、学習時は、直接に1018、1019、1020
などの出力機器を操作するとともに、この操作状態は教
示用操作信号1011、出力信号1021として制御部107の入
出力記憶回路108に入力される。学習中は上記操作状態
入力1011、1021および各センサ（103、104、105）から
の信号1012は、すべて入出力記憶回路108において、そ
の変化順序とタイミング、および第６図に示すごとき燃
焼装置の動作順序とタイミングが順次記録される。

記憶された信号は入出力記憶結果1013として学習回路
109に送られる。学習回路においては、動作順序のタイ
ミング計算や因果関係の強さ（相関度）が計算される。
これまで述べてきた操作は第４図に示す各バーナ（A1、
A2、A3、……B3、B4……）について実施される。したが
って、上記計算は複数個のバーナの動作についてのデー
タをベースとして実施されているので、この計算は最小
限の試運転で最適数値を入手できる。学習回路で計算さ
れたデータである学習結果1014は判断記録回路1010に送
られ、最適操作手順が決定される。

学習終了後は入力インターフェース106の信号1015
は、直接に判断記録回路1010へ伝送され、入力信号の変
化に対応して学習で記憶した最適操作手順に従って、出
力信号1016を出力し、1018、1019、1020に与え、それら
を作動させるようになっている。

本発明の制御装置の各回路の相互関係について以下説
明する。

操作の学習開始は、教示用入力装置102の特定の信号
が存在したことによってそれが制御部107で認識される
と、装置の入出力信号1011、1012、1021は入出力記憶回
路108に入力され記憶される。

記憶される項目は、入出力信号の変化順序とタイミン
グであり、第６図に示す動きを順次記憶する。しかしな
がら、すべての組合わせおよびタイミングを記憶するこ
とは莫大な記憶容量を必要とするので、実用的には本入
出力記憶回路にはあらかじめ機器の構成図（コンフィグ
レーション）を記憶させておくものとする（例えば機械
的結合度の高い操作端と検出装置（第４〜５図に示すト
ーチ挿入装置121とその位置検出センサ91、トーチ油止
弁10とその開度検出センサ92、主バーナ挿入装置122と
その位置センサ93、エアレジスタ駆動装置123とエアレ
ジスタ開度センサ94、主バーナ油止弁11とその開度セン
サ95等の組合わせ）や、各機器の組合わせ（点火トーチ
７、その挿入装置121、トーチ油止弁10、トーチ油圧セ
ンサ131の組合わせ、主バーナ６、その挿入装置122、主
バーナ油止弁11、主バーナ油圧検出センサ132、133の組
合わせ）および各機器がどのバーナに（A1、A2……B4
等）属しているかの情報））。

このようにして与えられた機器構成情報に基づき、各
入出力の変化情報はその組合わせとタイミングが例えば
〔A1バーナ（グループ名）、94→121（変化組合わ
せ）、0.1秒（時間差）、０（操作成功）〕、〔A1バー
ナ、92→８、10秒、１（操作失敗）〕等のデータ構造と
して記憶される。ここで、操作失敗、成功というデータ
は、必要に応じて教示用入力装置から入力されるか、ま
たは別にさきの構造データと同時に組込まれた判断情
報、例えば時間制限値により判断、記憶されるものとす
る。

次に学習回路の作動について説明する。

入出力記憶回路108において記憶された結果は、学習
回路109に送られ、動作順序（例えばエアレジスタ駆動
装置123とエアレジスタ開度検出センサ94の組合わせ、
前記94と点火トーチ挿入装置121の組合わせ等）とその
間のタイミング（時間差）について、同一組合わせにつ
いては、時間差の平均値、バラツキ程度（例えば標準偏
差）が計算され、組合わせについては組合わせの頻度
（第６図について説明すると、エアレジスタ開度検出セ
ンサ94に引続いて点火トーチ挿入装置121が変化する頻
度は、その構造的な面より見て機械的故障時以外は大で
あるが、バーナ点火指令に引続いてエアレジスタ駆動装
置123が変化する頻度は、123が変化する割合との関係
（火炎の形成・着火安定性）より試運転の進展に従って
変化していく可能性があり、この間操作の成功と失敗、
各々の場合について頻度分布の形（相関度）で計算され
る。すなわち、成功する可能性の大きい組合わせと失敗
する可能性の大きい組合わせが、各々計算されることに
なる。

次に、判断記録回路1010の作動状態について説明す
る。

本回路は、前述の学習回路における計算結果に従って
最適操作手順を決定し出力する回路である。機能として
は、入力状態監視機能と操作出力機能の２大機能が基本
として組込まれている。

入力状態監視機能とは、学習結果と大幅に異なるタイ
ミングで信号が変化した場合の監視であり、例えば点火
トーチ挿入装置121の操作出力信号が出力されてからト
ーチ挿入位置検出センサ91が検出する時間差が、平均２
秒±0.4秒（平均値±３倍の標準偏差）とすると、３秒
経過しても変化ないのは点火トーチ７が固着しているこ
とを示しており、またもし逆に１秒以下の場合には、部
品脱落等の不具合が想定されるので動作異常出力を発信
することになる。

操作出力機能は本回路の根本的機能であり、学習回路
で計算した相関度の強い組合わせの出力が対応する入力
信号等の変化に応じて出力されるのである。この場合、
前述のごとく成功する可能性の高い組合わせと失敗する
可能性の高い組合わせの両者を比較し、最も成功率の高
い組合わせが選択されるものとする。なお、時間差によ
って成功と失敗の割合が変化する組合わせの場合は、両
者のバラツキを考慮し（平均値に標準偏差を加味して有
意性を検討）、出力タイミングが決定されるものとす
る。

以上のごとく、従来形の制御回路では第６図に示すご
とき各々の機器に合わせた動作順序を組込んで製品出荷
していたのが、本発明のごとく入出力記憶回路、データ
の組合わせ、タイミングを計算する学習回路、頻度分析
を主とした判断記録回路の機能を有する制御回路とする
ことにより、機器の員数、内容が変化しても同一の制御
回路構成で対応可能となり、かつ動作順序の検証を製品
出荷前は不要となるとともに、現地試運転結果による回
路の改造、変更が不要とすることができる。

本発明の他の実施例を第２図に示す。本実施例は判断
記録回路1010の外に、基本動作を規定する制限回路201
を付加したものである。本回路の内容は、学習の困難な
動作順序（例えば装置の安全に関するもので、危険を伴
う操作：火力原子力発電1982・５月号 頁78に示すMFT
条件に関するもの）等は、あらかじめ組込むことにより
学習回数の低減と操作に伴う危険性を回避しようとする
ものである。

第３図は、本システムのハード構成に関するもので、
第１図の場合は複数個のバーナで構成される自動バーナ
システムを全体として１台の制御回路で構成するような
例を図示しているが、第３図においては機能別にハード
構成した例を示す。すなわち、第４〜５図の場合を例に
とって説明すると、各バーナ（A1、A2……B4）の制御回
路は、各々別の制御ユニット33に収納され、バーナ各段
（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ）に関する情報伝達は通信ユニット32
が実施し、システム全体の情報伝達は通信ユニット31が
行なうように構成し、各バーナ相互の学習結果、データ
を各通信ユニットを介して伝送しようとするものであ
る。

〔発明の効果〕

本発明においては、試運転結果のような、人間が操作
した結果等を学習して最適操作順序、操作タイミング等
を決定する学習回路や、判断記録回路を備えているの
で、制御回路の設計時や組込み時（配線時）に存在する
不確実さが許されるとともに、試運転結果による改善に
際して回路や操作プログラムの変更や調整を行なう必要
がなくなるとともに、回路構成を標準化できるので、回
路構成に要した費用を大幅に低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例を示す全体構成図、第２図お
よび第３図は、本発明の他の実施例を示す説明図、第4
A、Ｂは、ボイラにおけるバーナ装置の取付け状況の説
明図、第５図は、バーナ装置の説明図、第６図は、従来
のバーナ装置の動作説明図である。 101……総作用入力装置（通常運転時使用）、102……教
示用入力装置（ティーチング時使用）、103……位置検
出センサ、104……火炎検出センサ、105……圧力検出セ
ンサ、106……入力インターフェース、107……制御部、
108……入出力記憶回路、109……学習回路、1010……判
断記録回路、1011……教示用操作信号、1012……入力信
号、1013……入出力記憶結果、1014……学習結果、1015
……入力信号（通常）、1016……操作出力、1017……出
力インターフェース、1018……操作表示装置、1019……
駆動装置、1020……制御弁、1021……出力信号。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】操作用入力信号と装置内各機器の状態を検
   出するセンサ信号とを入力する入力インターフェース
   と、入力インターフェースからの信号を受け機器への作
   動信号を出力インターフェースに送る制御部と、制御部
   からの信号を受けて機器へ作動信号を送る出力インター
   フェースからなる自動バーナ制御装置において、上記制
   御部には、その使用に先立つ学習時において教示用操作
   信号と入力インターフェースおよび出力インターフェー
   スからの信号を受けて燃焼装置の動作順序とタイミング
   および検出センサ信号の変化とタイミングを記憶する入
   出力記憶回路を設けかつ、上記記憶回路の記憶結果を受
   けて燃焼装置の動作順序とタイミングと因果関係を計算
   する学習回路を設けさらに、学習回路で計算された学習
   結果を受けて最適操作順序を判定する判断記録回路を設
   けるとともに、前記学習終了後の運転時には、入力イン
   ターフェースの信号を直接に前記判断記録回路に送る伝
   送回路を設けたことを特徴とする学習機能を有する自動
   バーナ制御装置。