JP4150322B2 - 高炉操業における操業監視方法、装置、及びコンピュータプログラム - Google Patents
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Description
(ア)前記複数設置されたセンサそれぞれから出力される計測データを所定のサンプリング周期で収集するデータ収集手順と、
(イ)予め設定されている前記センサそれぞれの設置位置情報に基づき、各センサによる計測データ又はその時間的変化データを、前記センサの設置位置に対応する所定の面上の地点に配置する手順と、
(ウ)所定の面上において、前記各地点に配置した計測データ又はその時間的変化データを基に空間的に補間し、該データが同値な任意の等値線を算出して、該等値線からなる画像情報を導出する手順と、
(エ)前記(ア)〜(ウ)の手順を所定の期間Tにおいて逐次実行して、時々刻々の画像情報を生成・収集して画像情報のデータベースとする手順と、
(オ)該画像情報のデータベースについて、該所定の面上において複数mの格子点を設け、各格子点での計測データ又はその時間的変化データの値を成分とする観測信号ベクトルx(t)を取り出し、所定の期間Tにおける該観測信号ベクトルx(t)について、独立成分分析を実施して独立成分信号ベクトルy(t)と分離行列Wを算出する手順と、
(カ)新たな画像情報に対して、該画像情報の観測信号ベクトルxsを算出し、前記分離行列Wによって変換して該画像情報の独立成分信号ベクトルysを算出する手順と、
(キ)前記新たな画像情報の独立成分信号ベクトルysと前記独立成分信号ベクトルy(t)の、前記所定の期間T内の各時刻tにおける誤差2乗和(ノルム)||y(t)−ys||を計算し、該誤差2乗和||y(t)−ys||に基づいて独立成分信号ベクトルysと独立成分信号ベクトルy(t)の各成分の値が類似することを示す類似度指標f1(t)を所定の式で算出し、該類似度指標の大小を基に、前記新たな画像情報と類似な画像情報、及び該類似な画像情報が得られた時刻t1のいずれか一方又は両方を前記画像情報のデータベースについて検索する手順と、からなることを特徴とする。
(ア)前記複数設置されたセンサそれぞれから出力される計測データを所定のサンプリング周期で収集するデータ収集手順と、
(イ)予め設定されている前記センサそれぞれの設置位置情報に基づき、各センサによる計測データ又はその時間的変化データを、前記センサの設置位置に対応する所定の面上の地点に配置する手順と、
(ウ)所定の面上において、前記各地点に配置した計測データ又はその時間的変化データを基に空間的に補間して、該データが同値な任意の等値線を算出して、該等値線からなる画像情報を導出する手順と、
(エ)前記(ア)〜(ウ)の手順を所定の期間Tにおいて逐次実行して、時々刻々の画像情報を生成・収集して画像情報のデータベースとする手順と、
(オ)該画像情報のデータベースについて、該所定の面上において複数mの格子点を設け、各格子点での計測データ又はその時間的変化データの値を成分とする観測信号ベクトルx(t)を取り出し、所定の期間Tにおける該観測信号ベクトルx(t)について、独立成分分析を実施して独立成分信号ベクトルy(t)と分離行列Wを算出する手順と、
(ク)新たに、ある時刻t2の画像情報に対して、該画像情報の観測信号ベクトルxsを算出し、前記分離行列Wによって変換して該画像情報の独立成分信号ベクトルysを算出する手順と、
(ケ)前記時刻t2画像情報の独立成分信号ベクトルysと前記独立成分信号ベクトルy(t)の、前記所定の期間T内の各時刻tにおける誤差2乗和(ノルム)||y(t)−ys||を計算し、該誤差2乗和||y(t)−ys||に基づいて独立成分信号ベクトルysと独立成分信号ベクトルy(t)の各成分の値が類似することを示す類似度指標f1(t)を所定の式で算出し、該類似度指標の大小を基に、前記時刻t2の画像情報と類似な画像情報及びその時刻t3を前記画像情報のデータベースについて検索する手順と、
(コ)予め設定された所定の期間Tにおける計測データ及び操業日誌記録のデータベースから、前記時刻t3の操業状態、操業条件の事例を出力する手順と、からなることを特徴とする。
高炉設備1上の複数の各種センサ2においては、温度又は圧力、流量、流速、粒径、密度、組成等の物理量が計測される。図1は、ステーブ温度センサや炉床壁温度センサ、シャフト圧力センサを例にとり、高炉設備の外形面上に複数設置してあるセンサ位置を示す。なお、本発明においては、各センサの高炉設備上の配置は不等間隔で構わないものである。各種の物理量の計測センサのうち、圧力センサを例にとり、以下説明する。
データ収集装置3においては、高炉設備上に配置された複数の圧力センサから出力される計測データが、予め設定されたサンプリング周期Δtでサンプリングされ、収集される。サンプリング周期Δtは、データ収集装置3の処理能力及びデータ処理装置4の処理能力と操業監視及び操業予測に要求される時間間隔に対応して数ms以上の時間間隔で任意に設定できる。データ収集装置3で収集された圧力データは、データ処理装置4にリアルタイムで送られる。
(5.画像情報化処理部)
画像情報化処理部5においては、データ収集装置3から入力された圧力データを、高炉設備上の各圧力センサ設置位置情報を反映させた2次元平面又は2次元平面で構成される3次元立体の表面に配置し、圧力データが同値な任意の等値線を算出して該等値線によって形成される図形を算出して画像情報化する。
Pe=(Pa+Pb+Pc+Pd)÷4 ・・・式(1)
Pa < P1 < Pd ・・・式(2)
なる関係をもって、P1の等値線が四角形平面要素abcdを構成する三角形要素ade内部に辺adを横切る形で侵入してきたものとする。このとき、式(2)の条件により、P1 は、辺ad上に空間的に補間された圧力データ地点として存在し、図3の辺ad上に△印で示す。
ここで、仮に、
Pa < P1 < Pe ・・・式(3)
であるとすると、P1は、辺ae上に空間的に補間された圧力データ地点として存在し、図3の辺ae上に△印で示す。
Pa < P1 < Pb ・・・式(4)
であるとすると、P1は、辺ab上に空間的に補間された圧力データ地点として存在し、図3の辺ab上に△印で示す。
Pb < P1 < Pe ・・・式(5)
Pb < P1 < Pc ・・・式(6)
である場合を例にとれば、このときの圧力データ地点は図3に◇印で示す如くであり、これらを直線で結ぶことにより、四角形平面要素abcd内のP1の等値線を破線で示すことができる。
Pd < P1 < Pe ・・・式(7)
Pd < P1 < Pc ・・・式(8)
である場合を例にとれば、このときの圧力データ地点は図3に□印で示す如くであり、これらを直線で結ぶことにより、四角形平面要素abcd内のP1の等値線を破線で示すことができる。
次に、独立成分分析部6において、画像情報化処理部5で画像情報化した計測データの独立成分分析を実施する。独立成分分析(Independent Component Analysis、以後、ICAと略称する)とは、観測信号がいくつかの統計的に独立な原信号の線形和からなり、原信号及びその混合状態が共に未知である場合でも、該原信号を推定する手法である。
高炉操業における画像情報化した計測データのなかから、図5で例示したシャフト圧力の炉高・炉周方向2次元平面展開画像を例に、本発明におけるICAの実施方法を以下に説明する。
本発明における高炉操業の操業監視方法は、現時点での操業状態がどのような特徴を有しているかを明確にし、それが過去のどの時期の操業状態と類似しているかを正確に検索し、そして、そのときの操業状態の推移やそのときに実行した操業条件を参考にして、今後の操業条件を決定していく。
教師画像と類似画像の関係における必要条件は、教師画像の独立成分信号ベクトルysと類似画像の独立成分信号ベクトルy(t)の誤差2乗和(ノルム)が小さいことである。必要条件1に対応する類似度指標f* 1(t)の定義及び計算方法を、式(49)及び式(50)に例示する。
(必要条件2)
教師画像と類似画像の関係の必要条件は、下記の数25に示す関係があることである。
独立成分分析部6で計算されたn次元の独立成分信号ベクトルy(t)を独立成分・分離行列時系列評価部9で評価し、操業監視部10で高炉の操業状態を監視する。
記録部9において、画像情報化処理部5、独立成分分析部6、類似操業時事例検索部7及び独立成分・分離行列時系列評価部8における算出結果、計測データ及び操業条件を記載した操業日誌をテキスト形式等のファイルとして記録し、データベース化する。
また、出力部10において、画像情報化処理部5、独立成分分析部6、類似操業事例検索部7及び独立成分・分離行列時系列評価部8の算出結果、例えば、図5、図8、図9、図11、図12、図13、図14、図15で例示した内容を、モニタ等によって画面出力する。
2 高炉設備上の複数の各種センサ
3 データ収集装置
4 データ処理装置
5 画像情報化処理部
6 独立成分分析部
7 類似操業事例検索部
8 独立成分・分離行列時系列評価部
9 記録部
10 出力部
Claims (7)
- 高炉設備上に複数設置されたセンサから出力される測定対象量の計測データを、各センサの設置位置を反映させた2次元平面又は2次元平面で構成される3次元立体の表面であり、複数の座標軸を有する所定の面に配置し、計測データの空間的分布状態や時間的変化に基づいて高炉の操業状態を監視する操業監視方法であって、
(ア)前記複数設置されたセンサそれぞれから出力される計測データを所定のサンプリング周期で収集するデータ収集手順と、
(イ)予め設定されている前記センサそれぞれの設置位置情報に基づき、各センサによる計測データ又はその時間的変化データを、前記センサの設置位置に対応する所定の面上の地点に配置する手順と、
(ウ)所定の面上において、前記各地点に配置した計測データ又はその時間的変化データを基に空間的に補間し、該データが同値な任意の等値線を算出して、該等値線からなる画像情報を導出する手順と、
(エ)前記(ア)〜(ウ)の手順を所定の期間Tにおいて逐次実行して、時々刻々の画像情報を生成・収集して画像情報のデータベースとする手順と、
(オ)該画像情報のデータベースについて、該所定の面上において複数mの格子点を設け、各格子点での計測データ又はその時間的変化データの値を成分とする観測信号ベクトルx(t)を取り出し、所定の期間Tにおける該観測信号ベクトルx(t)について、独立成分分析を実施して独立成分信号ベクトルy(t)と分離行列Wを算出する手順と、
(カ)新たな画像情報に対して、該画像情報の観測信号ベクトルxsを算出し、前記分離行列Wによって変換して該画像情報の独立成分信号ベクトルysを算出する手順と、
(キ)前記新たな画像情報の独立成分信号ベクトルysと前記独立成分信号ベクトルy(t)の、前記所定の期間T内の各時刻tにおける誤差2乗和(ノルム)||y(t)−ys||を計算し、該誤差2乗和||y(t)−ys||に基づいて独立成分信号ベクトルysと独立成分信号ベクトルy(t)の各成分の値が類似することを示す類似度指標f1(t)を所定の式で算出し、該類似度指標の大小を基に、前記新たな画像情報と類似な画像情報、及び該類似な画像情報が得られた時刻t1のいずれか一方又は両方を前記画像情報のデータベースについて検索する手順と、
からなることを特徴とする高炉操業における操業監視方法。 - 高炉設備上に複数設置されたセンサから出力される測定対象量の計測データを、各センサの設置位置を反映させた2次元平面又は2次元平面で構成される3次元立体の表面であり、複数の座標軸を有する所定の面に配置し、計測データの空間的分布状態や時間的変化に基づいて高炉の操業状態を監視する操業監視方法であって、
(ア)前記複数設置されたセンサそれぞれから出力される計測データを所定のサンプリング周期で収集するデータ収集手順と、
(イ)予め設定されている前記センサそれぞれの設置位置情報に基づき、各センサによる計測データ又はその時間的変化データを、前記センサの設置位置に対応する所定の面上の地点に配置する手順と、
(ウ)所定の面上において、前記各地点に配置した計測データ又はその時間的変化データを基に空間的に補間して、該データが同値な任意の等値線を算出して、該等値線からなる画像情報を導出する手順と、
(エ)前記(ア)〜(ウ)の手順を所定の期間Tにおいて逐次実行して、時々刻々の画像情報を生成・収集して画像情報のデータベースとする手順と、
(オ)該画像情報のデータベースについて、該所定の面上において複数mの格子点を設け、各格子点での計測データ又はその時間的変化データの値を成分とする観測信号ベクトルx(t)を取り出し、所定の期間Tにおける該観測信号ベクトルx(t)について、独立成分分析を実施して独立成分信号ベクトルy(t)と分離行列Wを算出する手順と、
(ク)新たに、ある時刻t2の画像情報に対して、該画像情報の観測信号ベクトルxsを算出し、前記分離行列Wによって変換して該画像情報の独立成分信号ベクトルysを算出する手順と、
(ケ)前記時刻t2画像情報の独立成分信号ベクトルysと前記独立成分信号ベクトルy(t)の、前記所定の期間T内の各時刻tにおける誤差2乗和(ノルム)||y(t)−ys||を計算し、該誤差2乗和||y(t)−ys||に基づいて独立成分信号ベクトルysと独立成分信号ベクトルy(t)の各成分の値が類似することを示す類似度指標f1(t)を所定の式で算出し、該類似度指標の大小を基に、前記時刻t2の画像情報と類似な画像情報及びその時刻t3を前記画像情報のデータベースについて検索する手順と、
(コ)予め設定された所定の期間Tにおける計測データ及び操業日誌記録のデータベースから、前記時刻t3の操業状態、操業条件の事例を出力する手順と、
からなることを特徴とする高炉操業における操業監視方法。 - 請求項1又は2に記載の高炉操業における操業監視方法であって、
高炉に複数設置されたセンサから逐次収集される計測データを用いて、前記独立成分ベクトルy(t)及び分離行列Wを逐次更新することを特徴とする高炉操業における操業監視方法。 - 高炉設備上に複数設置されたセンサから出力される測定対象量の計測データを、各センサの設置位置を反映させた2次元平面又は2次元平面で構成される3次元立体の表面であり、複数の座標軸を有する所定の面に配置し、計測データの空間的分布状態や時間的変化に基づいて高炉の操業状態を監視する操業監視装置であって、
前記複数設置されたセンサで計測される計測データを所定のサンプリング周期で収集するデータ収集手段と、
予め設定されている前記センサそれぞれの設置位置情報に基づき、前記計測データ又はその時間的変化データを前記所定の面上の地点に配置し、該データを基に空間的に補間して同値な任意の等値線を得て、該画像情報を算出する画像情報化処理手段と、
該画像情報を所定の期間Tにおいて収集して画像情報のデータベースとし、該画像情報のデータベースについて、該所定の面上において複数mの格子点を設け、各格子点での計測データ又はその時間的変化データの値を成分とする観測信号ベクトルx(t)を取り出し、所定の期間Tにおける該観測信号ベクトルx(t)について、独立成分分析を実施して独立成分信号ベクトルy(t)と分離行列Wとを算出する独立成分分析手段と、
新たな画像情報に対して、該画像情報の観測信号ベクトルxsを算出し、前記分離行列Wによって変換して該画像情報の独立成分信号ベクトルysを算出する独立成分・分離行列評価手段と、
前記新たな画像情報の独立成分信号ベクトルysと前記独立成分信号ベクトルy(t)の、前記所定の期間T内の各時刻tにおける誤差2乗和(ノルム)||y(t)−ys||を計算し、該誤差2乗和||y(t)−ys||に基づいて独立成分信号ベクトルysと独立成分信号ベクトルy(t)の各成分の値が類似することを示す類似度指標f1(t)を所定の式で算出し、該類似度指標の大小を基に、前記新たな画像情報と類似な画像情報、及び該類似な画像情報の時刻t1のいずれか一方又は両方を前記画像情報のデータベースについて検索して得る類似操業事例検索手段と、
前記画像情報化処理手段、独立成分分析手段、及び類似操業事例検索手段におけるそれぞれの算出結果、並びに、計測データ及び操業条件を記載した操業日誌を逐次記録する記録手段と、
前記画像情報化処理手段、独立成分分析手段、及び類似操業事例検索手段におけるそれぞれの算出結果を出力する出力手段と、
を具備することを特徴とする高炉操業における操業監視装置。 - 高炉設備上に複数設置されたセンサから出力される測定対象量の計測データを、各センサの設置位置を反映させた2次元平面又は2次元平面で構成される3次元立体の表面であり、複数の座標軸を有する所定の面に配置し、計測データの空間的分布状態や時間的変化に基づいて高炉の操業状態を監視する操業監視装置であって、
前記複数設置されたセンサで計測される計測データを所定のサンプリング周期で収集するデータ収集手段と、
予め設定されている前記センサそれぞれの設置位置情報に基づき、前記計測データ又はその時間的変化データを前記所定の面上の地点に配置し、該データを基に空間的に補間して同値な任意の等値線を得て、該画像情報を算出する画像情報化処理手段と、
該画像情報を所定の期間Tにおいて収集して画像情報のデータベースとし、該画像情報のデータベースについて、該所定の面上において複数mの格子点を設け、各格子点での計測データ又はその時間的変化データの値を成分とする観測信号ベクトルx(t)を取り出し、所定の期間Tにおける該観測信号ベクトルx(t)について、独立成分分析を実施して独立成分信号ベクトルy(t)と分離行列Wとを算出する独立成分分析手段と、
新たに逐次得られる画像情報に対して、該画像情報の観測信号ベクトルxs'を算出し、前記分離行列Wによって変換して該画像情報の独立成分信号ベクトルys'を逐次算出して、該独立成分信号ベクトルys'の予め設定した独立成分のyiの時間的推移を、予め設定した管理値の大小と比較する独立成分・分離行列時系列評価手段と、
前記画像情報化処理手段、独立成分分析手段、及び独立成分・分離行列時系列評価手段におけるそれぞれの算出結果、並びに、計測データ及び操業条件を記載した操業日誌を逐次記録する記録手段と、
前記画像情報化処理手段、独立成分分析手段、及び独立成分・分離行列時系列評価手段におけるそれぞれの算出結果を出力する出力手段と、
を具備することを特徴とする高炉操業における操業監視装置。 - 請求項1〜3のうちのいずれか1項に記載の高炉操業における操業監視方法の各手順をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。
- 請求項4又は5に記載の高炉操業における操業監視装置の各手段としてコンピュータを機能させるためのコンピュータプログラム。
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