JP2888126B2 - コークス工場の操業支援方法 - Google Patents

コークス工場の操業支援方法

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JP2888126B2
JP2888126B2 JP1173594A JP1173594A JP2888126B2 JP 2888126 B2 JP2888126 B2 JP 2888126B2 JP 1173594 A JP1173594 A JP 1173594A JP 1173594 A JP1173594 A JP 1173594A JP 2888126 B2 JP2888126 B2 JP 2888126B2
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修一 山本
弘明 宮原
真吾 杉岡
進 松村
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はコークス製造工程におい
てその品質を予測・制御するコークス工場の操業支援方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来この種の操業支援方法には、例えば
特開平4−61925号公報に提案されている「石炭配
合計画制御システム」、特開平4−57885号公報に
提案されている「コークス生産自動化システム」等があ
る。これらのシステムは、エキスパートシステムを用い
て、配合比計算の制約条件、目的(評価)関数の選定を
行った後、数理計画法に基いて配合比を算出するもので
ある。図6はこのシステムの構成を示したブロック図で
ある。図において、A,B,D,EはAIシステムであ
り、Cは配合比の最適計算を行うための処理ブロックで
ある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】図6の従来のシステム
には次のような問題点が指摘される。 (1)ルール獲得及びルールのメンテナンスが必要であ
り、システムの構築・維持に要する作業負荷が高い。 (2)配合後の石炭品位(灰分、揮発分、最高流動度
等)に基いて配合比を決定するシステムであり、石炭銘
柄個々の特性は考慮されていない。高炉のコークス使用
量の低下等によりヤード備蓄銘柄数が減少し、少品種配
合となった場合には、銘柄個々の特性が強く出るため、
このシステムでは精度の良い品質予測は難しい。 (3)エキスパートシステムの推論及び最適計算を行う
ため、処理に多大な時間を要し、作業効率が悪い。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の問題点を
解決するために以下に示す手段を採用している。 (1)配合からコークス炉体及びCDQ(コークス乾式
消火設備:Coke Dry Quencer)に至る石炭(コークス)
の履歴をトラッキングし、既に製造された各コークスに
ついてその品質に影響を与える操業データ及びその品質
データを収集する。ここで、操業データとしては、例え
ばコークスの品質を特定する要因となる石炭の各銘柄の
特性を表す情報(銘柄毎品位)、銘柄の組み合わせ、配
合後の石炭品位、配合炭内の個々の銘柄品位のバラツ
キ、コークス炉の操業状態に関するセンサデータ等があ
。 (2)この収集されたデータを品質制御の事例として
して計算機のデイスクに蓄積する。この蓄積事例を品質
を制御する際の知識源とする。 (3)この収集された事例は操業の類似性を評価する距
離式を用いて、複数のカテゴリーに自動的に分類され
る。具体的には後述の[数1]を用いて距離Jを求め、
この距離Jが小さい順番に並べて或る閾値により区切っ
て分類する。なお、[数1]のXには、上記(1)の収
集されたデータが用いられ、Rにも同種のデータ用いら
れる。 (4)操業アクションを行う場合には、その操業アクシ
ョンの操業データが属するカテゴリーを判定する。どの
カテゴリーに属するかは、例えば各カテゴリーの中心
([数1]のXを中心する)との距離を求めることで判
断される。そして、その操業アクションの状態が属する
カテゴリーの事例の内、類似事例を抽出してそれをコー
クス品質予測データとしてガイダンスする。この場合の
類似事例の抽出は後述の[数1]の距離計算によってそ
の距離が短いものを採用する。従って、全ての事例を検
索する必要はない。 (5)オペレータはガイダンスに基づいて配合比を変更
する。システムはその結果(品質予測の成功、失敗)を
自動判定し、事例分類に用いる距離式のパラメータを予
測失敗率が低減する方向に自動調整する。以上の手段を
用いれば、知識源は自動的に収集され、ガイダンスに基
づく操業結果を用いてガイダンス精度が向上するように
自動学習するため、ルールの獲得及びルールのメンテナ
ンスが不要であり、システムの維持に要する作業負荷は
低い。また、石炭銘柄の個々の特性やコークス炉の操業
状態を考慮して配合比を決定しているため精度の良い品
質予測が可能である。更に、事例の選択は、予め分類さ
れたカテゴリーの内のどれが該当するかを判断し、その
カテゴリー内を検索するのみですむため、処理時間は数
秒あれば十分である。
【0005】
【作用】図1は上述の処理の流れを示したフローチャー
トである。次に、このフローチャートに基いて各機能を
説明する。 1.ガイダンス出力:最新の操業アクションに関する操
業データをカテゴリー分類する。カテゴリー分類には3
層構造のニューラルネットワークを用いる。図2はネッ
トワーク例を示した図である。ネットワークの機能とし
ては、与えられたデータを類似したパターンに分類する
ことができ、また、分類済みのパターンに属さないデー
タが与えられた場合には、新規パターンの追加学習が可
能なものを用いる(例えばNDP、後記参照)。蓄積事
例はコークス品質が測定される毎にカテゴリー分類され
蓄積される。操業アクションを行う際には、その時の操
業状態のカテゴリーを自動的に判別し、これと同一のカ
テゴリーに属する類似事例を選択する。この類似事例
は、下記の距離計算式を用いて、操業アクションデータ
に近い順にガイダンスされる。
【0006】
【数1】
【0007】 J:距離 W:重み係数 X:事例 R:操業アクション時データ又は他の事例 i:操業変数番号 j:事例番号なお、W(重み係数)は「0〜1」の間の値をとり、試
行錯誤の結果経験的に求められるものである。X及びR
には、上記の品質予測に関する回帰分析用データとして
計算機のデイスクに蓄積されたデータ、及びそれと同種
のデータが用いられ、R(操業アクション時データ)の
各データとXの該当するデータとの差、及びW(重み係
数)に基づいて距離Jが求められ、その距離Jの小さい
ものが類似事例として抽出される。
【0008】ここで、ニューラルネットワークの例とし
てNDP(Neural Network Based onDistance between P
atterns) の機能について説明する。但し、このNDP
は「計測自動制御学会論文集 Vol.29、No.3、1993、
『新規パターンを追加学習するための新しいニューロン
・モデル』、p356 −363 」に詳しいのでその概要につ
いて説明する。 (1)パターン分類 NDPは、与えられたデータを類似したパターンに分離
する機能を有する。従来のニューラルネットワークのよ
うにパターン空間を線形分離するのではなく、複数の円
を使ってパターン分類する。 (2)追加学習 NDPは、分類済みのパターンに属さないデータが与え
られたとき、パターン空間を大きく壊すことなく追加学
習を行なう機能を有する。従来のニューロには、パター
ンの追加学習を考慮したモデルは少なく、追加可能なモ
デルもあるがパターン分離能力に制限があった。 (3)逐次学習 従来のニューラルネットワークは、記憶させたいパター
ンを同時にみせて、バッチ的に全体の誤差を減らすのに
対し、NDPは提示されたパターンが記憶できるまで1
パターンずつ学習し、それから次のパターンを覚える。
【0009】NDPの構造は図2のように3層構造であ
り、各層の関係は次式で表される。
【0010】
【数2】
【0011】Xi :入力 Hj :中間層の出力 Ok :出力層の出力 Wji:入力層と中間層間の結合係数 Vkj:中間層と出力層間の結合係数 α :入力層と出力層間の汎化係数 βk :中間層と出力層間の汎化係数 i :入力層のユニットの番号 j :中間層のユニットの番号 k :出力層のユニットの番号 なお、上式において出力層の各ユニットが各カテゴリー
に対応し、βk は円の半径に影響し、結合係数Hj は円
の中心座標である。
【0012】次に、NDPの学習アルゴリズムについて
説明する。NDPは次の〜の性質を前提としてい
る。 NDPは無知(出力層にユニットが存在しない状態)
から学習開始する。 出力層の出力が発火しきい値以上の状態を”発火“と
する。 RN(Right Neuron):教師と一致するカテゴリーを記
憶する出力層ユニット。 WN(Wrong Neuron):教師と異なるカテゴリーを記憶
する出力層ユニット。
【0013】(1)RNが発火しなかった場合には、以
下の式に従って新しく出力層ユニットが追加される。 Vkj=Hj βk =βI (βI:汎化係数初期値) (2)RNが発火しているにもかかわらず、RN<WN
のときRNを興奮、またRN<WNを満たすWNを抑制
方向に修正する。
【0014】各係数の修正に際しては、入力層と中間層
間の係数は固定とし、中間層間と出力層間の係数のみを
修正する。
【0015】
【数3】
【0016】Ek :誤差 A :汎化係数βk の学習係数 B :結合係数Vkjの学習定数 t :学習回数 Tk :抑制方向の場合:0 興奮方向の場合:1
【0017】2.学習について:品質予測に失敗した場
合には、ニューラルネットワークのパラメータ修正を行
う。ガイダンスに用いたカテゴリーに対応するニューロ
ンをWN(Wrong Neuron)、実測されたコークス品質デー
タと一致するカテゴリーの中で、出力層の出力値が最も
大きいニューロンをRN(Right Neuron)とする。 <修正法1.>RNが発火しなかった場合には、新たに
出力層にニューロンを追加し、結合係数には中間層の出
力値が、また、汎化係数には汎化係数初期値が代入され
る。 <修正法2.>RNが発火しているにもかかわらず、R
NよりWRの方が大きな出力値をとった場合には、RN
の出力値が大きくなる方向に、また、RNより出力値が
大きいWRをその出力値が低下する方向にパラメータを
修正する。WNの修正はRNより小さな値をとるまで行
われ、RNの修正は最大出力となるまで続けられる。
【0018】学習の結果、各カテゴリーの品質データは
等しくなる。但し、品質データが等しくても、異なった
カテゴリーに事例が分類されることはある。学習に用い
られた事例はRNに対応するカテゴリーのファイルに格
納され、これ以降、ガイダンスに用いられる。
【0019】
【実施例】図3及び図4は本発明に係るコークス工場の
操業支援方法を適用した実施例を示した図であり、図3
はハード構成図、図4はコークス工場の操業支援システ
ムの基本構成を示した図である。プロセスコンピュータ
は配合からコークス炉、CDQまでの石炭・コークスの
流れをトラッキングし、操業データを収集する。データ
収集は配合比を変更する毎に行われ、配合比毎に一つの
事例が獲得される。獲得された事例はそのカテゴリーを
判別した後、該当のカテゴリーファイルに格納される。
【0020】オペレータは配合計画に基づき、受入れ可
能な石炭銘柄に関する配合比を本システムに入力する。
システムは、類似したカテゴリーに属する事例からコー
クス品質を予測する。オペレータは予測された品質に基
づき、配合比を調整し操業変更を行う。また、目標とす
るコークス品質となるカテゴリーを複数選択し、その中
から、現状の配合計画に類似した配合比を選択すること
も可能である。
【0021】図5は本システム適用後のコークス品質予
測精度の推移を示した特性図である。本システムの適用
初期は、従来から品質予測に用いていた簡易回帰式の方
が有効であるが、1〜2ヵ月後からはむしろ本システム
が優位となる。また、本システムのガイダンス精度が高
くなった時点からコークス品質のバラツキが低減してい
る。
【0022】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、事例を自
動的に収集し、複数のカテゴリーに分類して事例を蓄積
し、その蓄積された事例から類似事例を選択するように
し、また、ガイダンス精度が自動向上するように学習す
るため、ルール獲得及びルールのメンテナンスが不要で
あり、システムの維持に要する作業負荷は低い。また、
石炭銘柄個々の特性やコークス炉の操業状態を考慮して
配合比を決定しているため精度良い品質予測が可能であ
る。更に、類似事例の選択は、予め分類されたカテゴリ
ーを検索するのみですむため、処理時間は数秒あれば十
分であり配合比を決定する作業の効率化が図られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の処理の流れを示したフローチャートで
ある。
【図2】NDPの構成図である。
【図3】本発明に係るコークス工場の操業支援方法を適
用した実施例のハード構成図である。
【図4】本発明に係るコークス工場の操業支援方法を適
用したシステムの基本構成を示した図である。
【図5】上記システムを適用後のコークス品質予測精度
の推移を示した特性図である。
【図6】従来のシステムの構成を示すブロック図であ
る。
フロントページの続き (72)発明者 松村 進 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (72)発明者 利光 亮一 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−160390(JP,A) 特開 平4−57885(JP,A) 「計測自動制御学会論文集」,29[3 ](1993),356−364 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C10B 41/00 C10B 57/00 G05B 13/02

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 既に製造された各コークスについて、配
    合からコークス炉体及びコークス乾式消火設備に至るま
    での、コークスの品質に影響を与える操業データ及びそ
    のコークスの品質データを収集する工程と、 前記各コークスの操業データの操業の類似性を評価し
    て、各コークスの操業データを複数のカテゴリーに分類
    する工程と、 操業アクションを行う際に、そのアクション時の操業デ
    ータが属するカテゴリーを求める工程と、 そのカテゴリーに属する事例の内、類似事例を抽出して
    それをコークス品質予測データとしてガイダンスする工
    程と を有することを特徴とするコークス工場の操業支援
    方法。
  2. 【請求項2】 既に製造された各コークスについての操
    業データを複数のカテゴリーに分類する処理及び前記類
    似事例を抽出する処理は、パターン間の距離に基づいた
    ニューラルネットワークにより行うことを特徴とする請
    求項1記載のコークス工場の操業支援方法。
  3. 【請求項3】 操業結果に基づいて前記ニューラルネッ
    トワークの係数を修正してコークス品質予測精度を向上
    させることを特徴とする請求項2記載のコークス工場の
    操業支援方法。
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「計測自動制御学会論文集」,29[3](1993),356−364

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