JP6747810B2

JP6747810B2 - 廃棄物焼却プラントの制御装置および制御方法

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Publication number: JP6747810B2
Application number: JP2016009493A
Authority: JP
Inventors: 徹江口
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2016-01-21
Filing date: 2016-01-21
Publication date: 2020-08-26
Anticipated expiration: 2036-01-21
Also published as: JP2017129316A

Description

本発明は、廃棄物焼却プラントの制御装置および制御方法に関し、特に、ごみ焼却プラントの燃焼制御に好適な技術に関する。

この種の技術分野の従来技術として、例えば特許文献１に記載のものがある。その従来技術は次のようなものである。燃焼炉に投入される燃焼対象物の量、燃焼対象物の質、空気量、空気の温度、ストーカ速度のいずれかを制御対象とし、炉内の温度、ガス濃度、ガス流れ方向、ガス流速、蒸発量のいずれかを制御指標とする、制御機構ＯＰおよび測定手段ＳＥが設けられた焼却炉において、自動燃焼制御装置、シミュレーション装置および通信手段を備えることを特徴とする。

上記構成の燃焼制御システムにより、「蒸発量や炉内温度等のプロセスデータのいくつかを制御指標として取得して、炉内燃焼状況をリアルタイムにシミュレーションし、最適な燃焼状態（設計条件）を形成するために必要なごみ送りや燃焼空気量を制御することが可能となる。特に、ごみの質（組成）や含有水分量などが時々刻々変化するごみ焼却炉などにおいては、ごみの燃焼状態の変化に伴う炉内燃焼状況の変化を局部的な観点ではなく、システム全体としての燃焼状況を把握しながら、燃焼モデルによって設定された設計条件に近づけるような境界条件を設定することによって、常に最適な燃焼制御を行うことが可能となる。」といったことが作用・効果として文献中に記載されている。

また、モデルの構築手段としては、重回帰モデル、自己回帰モデルなどの線形モデルを基本とすることが文献中に記載されている。

特開２０１０−１２７４７５号公報

ここで、線形モデルの欠点として、強い非線形性を含む特性については予測精度が著しく悪化するということが知られている。

一方、ガス化溶融炉をはじめとするごみ焼却炉の燃焼特性の中には、例えば一酸化炭素（ＣＯ）のように、ある運転条件が成立すると急激に濃度が上昇する（ピーク発生）特性のものがある。このような局所的な濃度上昇特性には非線形性が含まれるため、前記したような線形モデルでは精度良く特性を予測することができない可能性が高い。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、例えば一酸化炭素（ＣＯ）の濃度上昇のような非線形性を有する運転特性に対して、精度の良い特性予測が可能となる廃棄物焼却プラントの制御装置を提供することである。

本発明は、廃棄物焼却プラントを構成する複数の機器に取り付けられた計器から送られてくる計測信号をもとにして前記機器を制御する廃棄物焼却プラントの制御装置である。この制御装置は、一定期間過去まで遡るトレンドデータとなるように複数の前記計測信号を整形するとともに、当該トレンドデータを周期的に更新するように構成されたデータ前処理部と、前記トレンドデータを用いて廃棄物焼却プラントの運転状態を同定するように構成された運転状態判定部と、前記運転状態判定部で得られた運転状態データを用いて前記機器を制御するための操作データを決定するように構成された操作条件決定部と、を備える。前記運転状態判定部は、前記トレンドデータを参照して、その特徴量データを抽出する特徴量抽出部と、木構造判定ルーチンを用いて、予め定義された判定基準を前記特徴量データが満足するか否かを判定する閾値判定部と、前記閾値判定部での判定結果と、予め定義された状態-要因参照テーブルとを照合することによって、廃棄物焼却プラントの運転状態を同定する状態同定部と、を有する。

この構成によると、抽出した上記特徴量データが予め定義された判定基準を満足するか否かを木構造判定ルーチンを用いて判定するに際し、木構造判定ルーチンのノードの構成、および判定基準を適切に設定することで、非線形性を有する運転特性であっても、その非線形性にフィットしたモデル特性を獲得することができる。すなわち、非線形性を有する運転特性に対して、精度の良い特性予測が可能となる。

また本発明において、前記操作条件決定部は、前記操作データを決定するに際して、予め定義されてグループ分けされた操作項目を段階的に適用するように構成されていることが好ましい。

この構成によると、プラントに与えるストレスを抑えつつ、所望の運転状態にプラントを近づけていくことができるので、プラント運用ロスを最小化することができる。なお、特許文献１に記載の制御方法では、複数の操作量（制御信号）を、段階的ではなく一度のタイミングでプラントに入力することを前提とする。この制御方法では、各操作量の間の相互作用によって燃焼状態にストレスがかかり、運転の制約条件（例えば排ガスのＣＯ濃度基準など）を守れなくなる可能性がある。

さらに本発明において、前記特徴量抽出部に関し、前記特徴量データを抽出するための評価期間がパラメータとして任意に設定可能とされていることが好ましい。

この構成によると、プラントの経時的な運転状態の変化に対して、制御性能を最適に維持することができる。

さらに本発明において、前記閾値判定部に関し、前記判定基準がパラメータとして任意に設定可能とされていることが好ましい。

さらに本発明において、前記計測信号および前記操作データを表示する表示装置をさらに備えることが好ましい。

この構成によると、前記した操作データによる制御がプラントの運転状態に与える影響について、運転員が視覚的に確認し、その妥当性を判断することができる。

また本発明は、廃棄物焼却プラントの制御方法の発明でもある。この制御方法は、一定期間過去まで遡るトレンドデータとなるように、複数の機器に取り付けられた計器から送られてくる計測信号を整形するとともに、当該トレンドデータを周期的に更新するデータ前処理工程と、前記トレンドデータを用いて廃棄物焼却プラントの運転状態を同定する運転状態判定工程と、前記運転状態判定工程で得られた運転状態データを用いて前記機器を制御するための操作データを決定する操作条件決定工程と、を備える。前記運転状態判定工程は、前記トレンドデータを参照して、その特徴量データを抽出する特徴量抽出工程と、木構造判定ルーチンを用いて、予め定義された判定基準を前記特徴量データが満足するか否かを判定する閾値判定工程と、前記閾値判定工程での判定結果と、予め定義された状態-要因参照テーブルとを照合することによって、廃棄物焼却プラントの運転状態を同定する状態同定工程と、を有する。

また本発明において、前記操作条件決定工程において、前記操作データを決定するに際して、予め定義されてグループ分けされた操作項目を段階的に適用することが好ましい。

本発明によると、非線形性を有する運転特性に対して、精度の良い特性予測が可能となる廃棄物焼却プラントの制御装置を提供することができる。

本発明に係る制御を適用するガス化溶融プラントの概略図である。本発明の一実施形態に係る制御装置のブロック図である。図２中に示す運転状態判定部の詳細図である。図２に示す制御装置による制御フローを示すフローチャートである。図４中に示すステップ６の詳細フローを示すフローチャートである。排ガス中のＯ₂濃度のトレンドデータの一例を示す図である。木構造判定ルーチンの一例を示す図である。要因判定情報と排ガス中のＯ₂濃度との関係の一例を示すグラフである（線形モデルによる近似（従来技術））。要因判定情報と排ガス中のＯ₂濃度との関係の一例を示すグラフである（木構造モデルによる近似（本発明））。状態-要因参照テーブルを説明するための図である。図４中に示すステップ７の詳細フローを示すフローチャートである。状態-操作条件参照テーブルを説明するための図である。図２中に示す表示装置の一表示画面を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。

（ガス化溶融プラントの構成）
まず、図１を参照しつつ廃棄物焼却プラントの一例としてのガス化溶融プラント１によるごみ（廃棄物）の焼却処理について簡単に説明する。

ごみは、ごみ収集車からピット２に投入され貯留される。貯留されたごみはクレーン３、給塵コンベヤ４などを介してガス化炉５（焼却炉）に供給される。ガス化炉５では、ごみは熱分解により、可燃性ガス、未燃分、および灰に分解される。溶融炉６では、可燃性ガス、および未燃分が完全燃焼して、溶融炉６内は約１２００℃以上の高温となる。灰は、この高温状態により溶融し、スラグとなり、溶融炉６の底から排出される。溶融炉６で発生する高温の排ガスは、廃熱ボイラ７にて熱回収される。廃熱ボイラ７を出た排ガスは、各種の処理を経た後、煙突８より排出される。

ここで、給塵コンベヤ４、ガス化炉５、溶融炉６、廃熱ボイラ７などのガス化溶融プラント１を構成する各機器には、次のような各種の計器が取り付けられている。

給塵コンベヤ４には、ガス化炉５へのごみの供給速度（供給量）を計測するための給塵速度計１０が取り付けられている。ガス化炉５には、当該ガス化炉５の下部から供給される押込み空気量を計測するための押込み流量計１１、当該ガス化炉５の内部で流動する砂層の温度を計測するための砂層温度計１２、当該ガス化炉５の出口部分の燃焼ガスの温度を計測するためのガス化炉出口温度計１３、および当該ガス化炉５の炉頂部の燃焼ガスの圧力を計測するためのガス化炉炉頂圧力計１４が取り付けられている。ガス化炉５と溶融炉６との間の配管に接続された、溶融炉６へ一次空気を供給する管には一次空気流量計１５が取り付けられている。溶融炉６には、当該溶融炉６の炉頂部の燃焼ガスの温度を計測するための溶融炉炉頂温度計１６、および当該溶融炉６の絞り部の燃焼ガスの温度を計測するための溶融炉絞り部温度計１７が取り付けられている。溶融炉６の出口部分には、当該出口部分から供給される二次空気の流量を計測するための二次空気流量計１８が取り付けられている。廃熱ボイラ７には、当該廃熱ボイラ７の上部付近の燃焼ガス中の酸素濃度を計測するための酸素濃度計１９、および当該廃熱ボイラ７で発生する蒸気の流量を計測するための蒸気流量計２０が取り付けられている。廃熱ボイラ７から煙突８への排ガス流路には、煙突８入口付近を流れる排ガスの流量を計測するための排ガス流量計２１が取り付けられ、煙突８には、当該煙突８内の排ガス中の有害物質（一酸化炭素、窒素酸化物、塩化水素、硫黄酸化物、煤塵など）の濃度を計測するための濃度計２２が取り付けられている。

（制御装置の構成）
上記した各種計器１０〜２２からの計測信号は、図２に示す制御装置本体１００に取り込まれる。図２に示すように、ガス化溶融プラント１の制御装置は、制御装置本体１００と表示装置２００とで構成される。制御装置本体１００は、各種計器１０〜２２とオンラインで信号のやり取りを行い、表示装置２００は、制御装置本体１００とオンラインで信号のやり取りを行う。

制御装置本体１００および表示装置２００は、概略次のような動作を行うように構成されている。制御装置本体１００は、各種計器１０〜２２よりオンラインで送られてきた計測信号を、ガス化溶融プラント１の運転状態の同定に必要な形式にデータ前処理部１０２において整形する。次に、整形したデータをもとに、ガス化溶融プラント１の運転状態がどのような状態にあるかを運転状態判定部１０４において同定（判定）する。次に、操作条件決定部１０７において、運転状態の同定（判定）結果をもとに最適な操作条件（操作データ）を決定し、操作信号としてガス化溶融プラント１に出力することで当該プラントの運転を制御する。

表示装置２００は、データ前処理部１０２にて整形されたデータを格納する運転ＤＢ１０３、運転状態判定部１０４、および操作条件決定部１０７の動作条件を格納する動作条件ＤＢ１０５、ならびに、運転状態判定部１０４、および操作条件決定部１０７の動作結果を格納する出力ログＤＢ１０６のデータにアクセスし、必要なデータをそのＣＲＴ２０３に表示する。また、表示装置２００は、入力手段としてのキーボード・マウス２０１を介して制御装置本体１００の新たな動作条件を動作条件ＤＢ１０５に入力することで、動作条件を更新することができるようにも構成されている。なお、ＤＢは、ｄａｔａｂａｓｅの略である。

制御装置本体１００、および表示装置２００の各部の構成について説明する。

＜制御装置本体１００＞
制御装置本体１００は、データ入力Ｉ/Ｆ１０１、データ前処理部１０２、運転状態判定部１０４、操作条件決定部１０７、データ出力Ｉ/Ｆ１０８、および各種ＤＢ（１０３，１０５，１０６）を備える。

データ入力Ｉ/Ｆ１０１は、各種計器１０〜２２からの計測信号５０を、制御装置本体１００内部で処理可能なデータ５１に変換し、そのデータ５１をデータ前処理部１０２に出力する。

データ前処理部１０２は、データ入力Ｉ/Ｆ１０１からのデータ５１を、ガス化溶融プラント１の運転状態の同定（判定）に必要な形式に整形し、整形したデータを運転ＤＢ１０３および運転状態判定部１０４に出力する。運転状態の同定（判定）に必要な形式のデータとは、具体的には、各種計器１０〜２２からの計測信号を制御装置本体１００が受信した時点を起点とした一定期間過去まで遡るトレンドデータ５２のことである。制御装置本体１００が動作するたびに、データ前処理部１０２は、上記トレンドデータ５２を、最新情報のデータにサイクリックに更新する。すなわち、トレンドデータ５２は周期的に更新される。

運転ＤＢ１０３は、前記したように、データ前処理部１０２にて整形されたデータ（トレンドデータ５２）を格納する（保存する）。

運転状態判定部１０４は、上記したトレンドデータ５２に対して、過去の一定期間においてガス化溶融プラント１のプロセス情報（例えば、ガス化炉５の内部で流動する砂層の温度情報、ガス化炉５の出口部分の燃焼ガスの温度情報、ガス化炉５の炉頂部の燃焼ガスの圧力情報、廃熱ボイラ７の上部付近の燃焼ガス（排ガス）中の酸素濃度情報、煙突８内の排ガス中のＣＯ濃度情報、煙突８内の排ガス中のＮＯｘ濃度情報など）にどのような変化が起こったかの観点で情報処理を行い、その処理結果の総合的な判断によってガス化溶融プラント１の運転状態を同定し、これにより得られた（同定された）ガス化溶融プラント１の運転状態データ５４を、出力ログＤＢ１０６および操作条件決定部１０７に出力する。上記情報処理のための実行条件（実行条件データ）は、動作条件ＤＢ１０５に格納されている動作条件（動作条件データ５３）が使用される。

運転状態判定部１０４の機能（構成）について、より具体的に説明する。図３に示すように、運転状態判定部１０４は、特徴量抽出部１０４ａ、閾値判定部１０４ｂ、および状態同定部１０４ｃを有する。

特徴量抽出部１０４ａは、予め定義された信号項目（プロセス情報項目）に対する前記トレンドデータ５２を参照し、同様に予め定義された評価期間内のトレンドデータ５２の平均値、最大および最小値、変化率といった特徴量データ５２ａを抽出する。

閾値判定部１０４ｂは、抽出された特徴量データ５２ａに対して、予め定義された動作条件（動作条件データ５３）の中の１つ以上の判定基準を適用し、適用した判定基準を特徴量データ５２ａが満足するか否かを判定する。

状態同定部１０４ｃは、特徴量データ５２ａの判定結果データ５２ｂの成立／非成立の組合せによって、動作条件データ５３に含まれる状態-要因参照テーブル（図９、詳しくは後述）をもとにガス化溶融プラント１の運転状態を同定する。

動作条件ＤＢ１０５は、運転状態判定部１０４および操作条件決定部１０７の動作に必要な動作条件（動作条件データ５３）を格納する（保存する）。動作条件データ５３は、特徴量抽出部１０４ａで特徴量抽出の対象となる信号項目（プロセス情報項目）、閾値判定部１０４ｂでの判定基準、状態-要因参照テーブル、および後述する操作条件決定部１０７で使用する、状態-操作条件参照テーブル（図１１）などである。

出力ログＤＢ１０６は、運転状態判定部１０４および操作条件決定部１０７の動作結果、すなわち、特徴量データ５２ａ、判定結果データ５２ｂ、同定されたガス化溶融プラント１の運転状態データ５４、および後述する操作データ５７を格納する（保存する）。なお、出力ログＤＢ１０６に格納された一部の動作結果は、操作条件決定部１０７の動作時に再帰的に使用される。この再帰的に使用されるデータを、出力ログデータ５６として図２中に表示している。

操作条件決定部１０７は、運転状態データ５４、動作条件（動作条件データ５３）、および出力ログデータ５６をもとに、ガス化溶融プラント１を構成する機器を制御するための操作データ５７を決定する。操作データ５７の決定は、図１０に示すフローチャート、および図１１に示す状態-操作条件参照テーブルをもとに実行される（詳しくは後述する）が、概略としては、予め定義された操作項目に関し、同じく予め定義されたその優先順位に従って段階的に実行される。

データ出力Ｉ/Ｆ１０８は、操作条件決定部１０７からの操作データ５７を制御信号５８に変換し、制御信号５８をガス化溶融プラント１を構成する制御対象の機器に出力する。

＜表示装置２００＞
表示装置２００は、キーボード・マウス２０１、入出力情報変換部２０２、およびＣＲＴ２０３を備える。

キーボード・マウス２０１は、当該キーボード・マウス２０１をプラント運転員が操作することによって、動作条件ＤＢ１０５に格納されている、運転状態判定部１０４および操作条件決定部１０７の動作条件（動作条件データ５３）を更新するための入力手段の一例である。

入出力情報変換部２０２は、制御装置本体１００の各種ＤＢ（１０３，１０５，１０６）に格納（保存）されている各種データをＣＲＴ２０３で参照可能な画像表示用データ６２に変換したり、キーボード・マウス２０１からの入力信号６１を制御装置本体１００で参照可能なデータ６０に変換したりする。

ＣＲＴ２０３は、入力された画像表示用データ６２をその画面に表示する。画像表示用データ６２は、各種計器１０〜２２よりオンラインで送られてきた計測信号、操作条件決定部１０７で決定された操作データ５７などである。

（制御装置の動作（制御装置による制御））
図４に示すフローチャート等を参照しつつ、制御装置の詳細な動作について説明する。

制御装置本体１００は、ガス化溶融プラント１の各種計器１０〜２２からの計測信号５０をオンラインで取り込み、ガス化溶融プラント１を構成する機器を制御する。ここで、計測信号５０の通信タイミング（取り込みタイミング）、および各機器への制御信号の更新タイミングは、それぞれ、予め定義された通信周期、および制御周期に基づく。通信周期＜制御周期、すなわち、通信周期よりも制御周期の方が長いことが好ましい。この場合、制御装置本体１００の動作タイミングは、通信周期毎となる。なお、通信周期および制御周期は、制御装置本体１００を含むプラント計装システ全体の通信速度、演算処理速度に基づいて決定される。以下、図４に示す各ステップ（Ｓ１〜Ｓ１０）について説明する。

制御装置本体１００が動作を開始すると、最初に、各種計器１０〜２２からの計測信号５０は、データ入力Ｉ/Ｆ１０１において、制御装置本体１００内部で処理可能なデータ５１に変換され、そのデータ５１はデータ前処理部１０２に出力される（Ｓ１）。

データ前処理部１０２は、データ入力Ｉ/Ｆ１０１からのデータ５１を、ガス化溶融プラント１の運転状態の同定（判定）に必要な形式、すなわち、前記した一定期間過去まで遡るトレンドデータ５２の形式に整形し、整形したトレンドデータ５２を運転ＤＢ１０３および運転状態判定部１０４に出力する（Ｓ２、データ前処理工程）。

トレンドデータ５２は、運転ＤＢ１０３に保存される（Ｓ３）。

運転状態判定部１０４は、運転状態の同定（判定）に必要な情報（評価期間、項目）がトレンドデータ５２に蓄積されているか否かを判定し（Ｓ４）、蓄積されていればＳ５に進み、そうでなければＳ１に戻る。トレンドデータ５２は、時系列で連続したデータであることが望ましく、通信異常など何らかの理由によりデータが不連続である場合や、各項目においてデータ欠損が多く含まれる場合は、運転状態の同定が正確に行えない可能性が高まるため、これらの状況が解消されるまでＳ１〜Ｓ３を繰り返すことでデータを蓄積する。

前回の制御を実行後、所定の制御周期を経過していればＳ６に進み、そうでなければＳ１に戻る（Ｓ５）。

運転状態判定部１０４は、Ｓ４でＹＥＳと判定されたトレンドデータ５２を用いてガス化溶融プラント１の運転状態を同定し、得られた運転状態データ５４を、出力ログＤＢ１０６および操作条件決定部１０７に出力する（Ｓ６、運転状態判定工程）。なお、運転状態判定部１０４が行う運転状態の詳しい同定動作については後述する。

操作条件決定部１０７は、運転状態データ５４、動作条件データ５３、および出力ログデータ５６を用いて、ガス化溶融プラント１を構成する機器を制御するための操作データ５７（操作条件）を決定し、操作データ５７をデータ出力Ｉ/Ｆ１０８に出力する（Ｓ７、操作条件決定工程）。なお、操作条件決定部１０７が行う操作データ５７（操作条件）の詳しい決定動作については後述する。

データ出力Ｉ/Ｆ１０８は、操作データ５７を制御信号５８に変換し、制御信号５８をガス化溶融プラント１を構成する制御対象の機器に出力する。これにより、ガス化溶融プラント１を構成する制御対象の機器は制御される（Ｓ８）。

運転状態データ５４、操作データ５７を含む制御装置本体１００の動作結果は、出力ログＤＢ１０６に保存される（Ｓ９）。

制御装置本体１００の動作を終了するか否かを判定し、終了する場合は動作終了となり、そうでない場合はＳ１に戻る（Ｓ１０）。

＜運転状態の同定動作＞
図５に示すフローチャートは、図４中に示すＳ６の詳細フローである。

運転状態判定部１０４を構成する閾値判定部１０４ｂおよび状態同定部１０４ｃは、動作条件データ５３を読み込む（Ｓ６ａ）。動作条件データ５３には、閾値判定に用いる閾値条件データ、および運転状態の同定に用いる状態-要因参照テーブル（図９）が含まれる。図９に示す状態-要因参照テーブルの中の「要因１、要因２、要因３、・・・」の各要素の数字は、それぞれ、特徴量抽出部１０４ａで抽出された特徴量を、プラント運転状態の変化を定義する最小単位の事象（例えば、給塵コンベヤ４からごみが一度に大量に投入される事象である「ドカ落ち」など）にまとめ、その事象（要因）によってどのような状態の変化がもたらされたかの識別情報（整数やアルファベットの識別子で定義）で示したものである。すなわち、各要因による状態変化の識別情報の組合せによってテーブルの左端行の「状態I、状態II、状態III、・・・」が定義される。この
要因の組合せについては、ガス化溶融プラント１のプロセス理論に基づいて、成立可能な条件が定義される。

特徴量抽出部１０４ａは、予め定義された信号項目（プロセス情報項目）に対する過去一定期間内の最大値、最小値などの特徴量データ５２ａをトレンドデータ５２から抽出する（Ｓ６ｂ、特徴量抽出工程）。具体的には、図６を例に挙げて説明するに、信号項目「排ガス中のＯ₂濃度」のトレンドデータに対して、現在時刻から一定期間（図６の場合は３分間）遡っての情報を参照し、その（１）濃度最小値、（２）濃度最大値、（３）濃度時間平均値、（４）濃度標準偏差などの特徴量データ５２ａを算出する。なお、算出される特徴量データ５２ａは、これら４項目に限らず、微分値、積分値、中央値（メディアン）、最頻値（モード）、ヒストグラムなどであってもよい。特徴量抽出部１０４ａにおいて、特徴量データ５２ａを抽出（算出）するための評価期間（図６の場合は３分間）は、パラメータとして任意に設定可能とされていることが好ましい。

閾値判定部１０４ｂは、抽出した特徴量データ５２ａが予め定義された木構造（ツリー構造）判定ルールにしたがって、「プラントの運転状態」とその運転状態をもたらす「要因」を判定する（Ｓ６ｃ、閾値判定工程）。具体的には、例えば図７に示す木構造モデルに基づいて判定を行う。木構造の終端ノード３０３が「運転状態」、上端の根ノード３０１から中間ノード３０２を経由して、終端ノード３０３に繋がる一連の経路が「要因」である。終端ノード３０３に繋がる根ノード３０１および中間ノード３０２は全て分岐しており、各ノードに記載された情報（特徴量）が所定の閾値以上／未満のいずれを満足するかで次の遷移先が決まる。このようにして各特徴量データ５２ａを判定していくことによって各要因に対する状態が確定し、その識別情報（Ｓ６ａの説明のところで記載した、整数やアルファベットの識別子）が判定結果データ５２ｂとして出力される。なお、ここでの「プラントの運転状態」とは、ある要因が単独で成立した場合の運転状態の変化を意味し、図９に示す状態-要因参照テーブルの中の「状態」とは意味が異なる。図９に示す状態-要因参照テーブルの中の「状態」とは、複数の要因の成立状況の組合せによって総合的にもたらされる運転状態の変化を意味する。なお、木構造モデルを構成する各ノードにおける分岐は、図７に示す２分岐である必要はなく、閾値条件（判定基準）を細分化して分岐をさらに増やしてもよい。閾値判定部１０４ｂにおいて、判定基準（閾値以上／未満の判定基準）は、パラメータとして任意に設定可能とされていることが好ましい。

状態同定部１０４ｃは、Ｓ６ｃでの判定結果である各要因の識別情報（判定結果データ５２ｂ）と、図９に示す状態-要因参照テーブルとを照合し、条件が一致する状態を抽出する。抽出したものが、現時点でのプラントの運転状態データ５４となる（Ｓ６ｄ、状態同定工程）。

ここで、図７に一例を示す木構造モデル（木構造判定ルーチン）と、公知技術が採用している線形モデルとの差異について図８Ａ，８Ｂを参照しつつ説明する。図８Ａに示すように、線形モデルの場合、非線形性を持つ特性（例えば、排ガス濃度特性）に対しては、全てのデータとの推定誤差が最小となるように特性直線の傾きが決まるため、推定誤差が大きくなる箇所が生じる。これに対して、図８Ｂに示すように、木構造モデルの場合は、ノードの構成と閾値条件（判定基準）を適切に設定することで、非線形を持つ特性にフィットした特性線を得ることでき、モデル誤差も線形モデルと比較して小さく抑えることができる。また、木構造モデルは、ロジック設計者である人間が直感的に理解しやすいため、様々なノウハウの蓄積があるガス化溶融プラント１における燃焼プロセスの特性を表現するのに、非常に親和性が高い（ノウハウの導入が容易）という特徴も有する。

また、上記の制御によると、プラントの運転状態の変化に関連のある各種の計測信号５０を、限定された（局所的な）操作範囲の中で所定の閾値条件を満足するかを判定し、それらの判定結果を木構造判定ルーチンに従って合理的に組合せていくことで、最終的に全ての操作範囲をカバーし、かつ局所的な特性にも十分な精度で予測可能なモデル特性を獲得できる。

木構造モデル（木構造判定ルーチン）の構成に関し、機械学習的手法（決定木）によって計測データに最もマッチした態様が自動的に抽出されるように制御構成することが可能であり、このように制御構成することが好ましい。これによると、特徴量データ５２ａを抽出（算出）するための評価期間や、閾値判定部１０４ｂにおける判定基準（閾値以上／未満の判定基準）をパラメータとして任意に設定可能としている場合において、パラメータのメンテナンスに要する手間を格段に短くすることができる。

＜操作データ５７（操作条件）の決定動作＞
図１０に示すフローチャートは、図４中に示すＳ７の詳細フローである。

操作条件決定部１０７は、動作条件（動作条件データ５３）を読み込む（Ｓ７ａ）。ここでの動作条件データ５３には、後述する各操作項目の整定時間データ、排ガス濃度基準値データ、および操作入力の決定に使用する状態-操作条件参照テーブル（図１１）が含まれる。操作入力は、給塵量（ガス化炉５へのごみの供給速度）、押込み空気量、一次空気流量、二次空気流量、廃熱ボイラ７の上部付近の燃焼ガス中の酸素濃度などである。図１１に示す状態-操作条件参照テーブルの中の「状態I、状態II、状態III、
・・・」は、運転状態判定部１０４によって同定（判定）されたプラントの運転状態のことである。また、図１１に示す上記テーブルの中の「グループ１、・・・」は、操作対象の項目を、操作の優先度順にグループ分けしたラベルである。例えば、グループ１に分類された「操作１ａ、操作１ｂ、・・・」は、全操作項目の中で最優先に実施すべき操作項目となる。なお、操作対象の項目、および各グループの分類内容は、ガス化溶融プラント１の物理現象や運転ノウハウなどの先験情報を基に、プラントに与えるストレスを最小限に抑えることを念頭において設定されるのが望ましい。なお、テーブルの中の「状態−操作項目」の欄には、その運転状態において定義された操作を実施するかどうかを識別する情報（０：非操作、１：操作）が記載され、この情報も先験情報を基に設定されるのが望ましい。

上記した「グループ」のインデックスをｎ、グループｎの中の操作対象項目のインデックスをｋ_nとし、グループｎの中の操作対象項目の数をＫ_nとする。操作条件決定部１０７は、まず、インデックスｋ_nを１に初期化する（Ｓ７ｂ）。なお、「グループ」のインデックスｎは、前回周期終了時点での値を引き継ぐ（初回起動時は１に初期化される）。

操作条件決定部１０７は、その実行周期のプラントの運転状態に対して、図１１に示す状態-操作条件参照テーブルから操作項目ｋ_nが操作対象となっているか（該当するテーブル情報が１かどうか）を判定し（Ｓ７ｃ）、操作対象となっていればＳ７ｄへ、そうでない場合はＳ７ｆへ進む。

操作条件決定部１０７は、操作項目ｋ_nの入力条件が、現在の運転状態における目標条件に到達しているかどうかを判定し（Ｓ７ｄ）、到達していればＳ７ｆへ、そうでなければＳ７ｅへ進む。

操作条件決定部１０７は、操作項目ｋ_nの入力値を、予め決定した方法によって更新する（Ｓ７ｅ）。なお、入力値の更新は、現在値を目標値で上書きする方法、目標値へ向かって所定のバイアスで増加または減少させるなど、操作項目の特性に応じて適切に決定することが望ましい。

操作条件決定部１０７は、操作対象項目のインデックスであるｋ_nが、その最大値Ｋ_nに一致するか（その実行周期におけるグループｎの操作を全て実施しているか）否かを判定し（Ｓ７ｆ）、一致していればＳ７ｈへ、そうでなければＳ７ｇを行った後にＳ７ｃへ戻る。Ｓ７ｇでは、ｋ_nに１が加算される。

操作条件決定部１０７は、本実行周期時点で、グループｎの中で最後に操作を実行した時刻から、予め設定した整定時間を経過しているか（グループｎで打つべき操作の手を打ち、その結果がプラントの状態としてフィードバックされるだけの十分な時間が経過しているか）否かを判定し（Ｓ７ｈ）、経過していればＳ７ｉへ、そうでなければＳ７から抜けてＳ８へ進む。

操作条件決定部１０７は、本実行周期時点で、制御量が目標値に到達しているか否かを判定し（Ｓ７ｉ）、到達していればＳ７ｋへ、そうでなければ、Ｓ７ｊを行った後にＳ７ｂへ戻る。Ｓ７ｊでは、グループのインデックスであるｎに１が加算される。

操作条件決定部１０７は、グループのインデックスであるｎを１に初期化する（Ｓ７ｋ）。これにより、次周期以降で操作が必要な状況となった場合は、再度、グループ１から操作をやり直すことになる。その後、Ｓ８へ進む。

Ｓ７の詳細フローを上記したように、このようにして、操作条件決定部１０７は、操作データ５７を決定するに際して、予め定義されてグループ分けされた操作項目を段階的に適用するように構成されている。

各種操作がプラントへ与える影響を考慮のうえ、優先度順にグループ分けした操作項目を、前記した運転状態判定部１０４における運転状態同定結果に紐づくように組合せを定義した状態-操作条件参照テーブルを基に、同定した状態に紐づいた優先度の高いグループから操作条件を決定・入力し、所望の制御目標の達成をもって（全ての操作項目を入力していない状況でも）操作を終了するようにしているので、制御目標以外の要件に関するプラント運用ロスを最小化することができる。

制御目標は、プラントの排ガス中に含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、塩化水素（ＨＣｌ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、ばいじん、およびダイオキシンのうちの少なくとも一つを環境規制値以下に抑制することである。廃熱ボイラ７が発生する蒸気量、および発生蒸気の力でタービンを回転させて得られる電力量（発電量）の変動を抑制することを制御目標に加えることもある。

＜表示装置２００の動作（画面表示）＞
図１２は、表示装置２００を構成するＣＲＴ２０３の一表示画面を示す図である。この表示例は、排ガス中に含まれる有害物質濃度（ＣＯ、ＨＣｌ、ＮＯｘ、ＳＯｘ、ばいじん、ダイオキシンなど）を制御目標とした場合である。本画面では、表示３００〜３０３のそれぞれに、制御目標である各排ガス測定値（ＣＯ、ＨＣｌ、ＮＯｘ、ＳＯｘ）がリアルタイムで表示される。また、リスト３０４には、制御装置本体１００が出力した制御信号の詳細情報（実行日時、操作項目、状態、操作前入力条件、操作後入力条件）が時系列順に表示される。表示をはみ出る分は、スクロールバー３０５を上下に操作することで表示可能である。この構成により、プラントの運転員は、プラントの操作入力条件（操作データ）と、その制御量（測定値）をリアルタイムで把握することができるようになり、制御装置本体１００による実行結果を、操作項目や状態等の情報による具体的な因果関係を基に、その妥当性を理解、判断することができる。

＜ハードウェアについて＞
制御装置本体１００および表示装置２００内の処理は、専用のハードウェアにより実現されてもよいし、その機能を実現するためのプログラムを記録媒体に記録し、この記録媒体に記録されたプログラムを制御装置本体１００および表示装置２００に読み込ませ、実行するものであってもよい。

上記した記録媒体の例としては、フロッピー（登録商標）ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭなどの移設可能な記録媒体、制御装置本体１００および表示装置２００に内蔵されるＨＤＤなどの記憶部が挙げられる。さらには、通信網を介してプログラムを送信する場合のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの（伝送媒体もしくは伝送波）、その場合のサーバとなる制御装置本体１００および表示装置２００内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも、上記した記録媒体の例として挙げられる。

（変形例）
制御装置本体１００を構成する各種ＤＢ（１０３，１０５，１０６）を、制御装置本体１００の外に配置してもよい。

ＣＲＴ２０３に表示される画面構成に関し、図１２の中の「排ガス測定値」の表示部分を、制御装置本体１００の制御目標に応じた測定項目に変更してもよい。

図７に示す木構造モデルに関し、終端ノード３０３で定義される「状態」の記載情報を、制御装置本体１００の制御目標に応じた内容に変更してもよい。

その他に、当業者が想定できる範囲で種々の変更を行えることは勿論である。

１：ガス化溶融プラント（廃棄物焼却プラント）
１００：制御装置本体
１０２：データ前処理部
１０４：運転状態判定部
１０４ａ：特徴量抽出部
１０４ｂ：閾値判定部
１０４ｃ：状態同定部
１０７：操作条件決定部
２００：表示装置

Claims

廃棄物焼却プラントを構成する複数の機器に取り付けられた計器から送られてくる計測信号をもとにして前記機器を制御する廃棄物焼却プラントの制御装置であって、
一定期間過去まで遡るトレンドデータとなるように複数の前記計測信号を整形するとともに、当該トレンドデータを周期的に更新するように構成されたデータ前処理部と、
前記トレンドデータを用いて廃棄物焼却プラントの運転状態を同定するように構成された運転状態判定部と、
前記運転状態判定部で得られた運転状態データを用いて前記機器を制御するための操作データを決定するように構成された操作条件決定部と、
を備え、
前記運転状態判定部は、
前記トレンドデータを参照して、その特徴量データを抽出する特徴量抽出部と、
木構造判定ルーチンを用いて、予め定義された判定基準を前記特徴量データが満足するか否かを判定する閾値判定部と、
前記閾値判定部での判定結果と、予め定義された状態-要因参照テーブルとを照合することによって、廃棄物焼却プラントの運転状態を同定する状態同定部と、
を有し、
前記操作条件決定部は、前記操作データを決定するに際して、予め定義されてグループ分けされた操作項目を、前記状態同定部における運転状態同定結果に紐づくように組合せを定義した状態-操作条件参照テーブルに基づき、同定した状態に紐づいた優先度の高いグループから操作条件を決定するように構成されていることを特徴とする、廃棄物焼却プラントの制御装置。
請求項１に記載の廃棄物焼却プラントの制御装置において、
前記特徴量抽出部に関し、前記特徴量データを抽出するための評価期間がパラメータとして任意に設定可能とされていることを特徴とする、廃棄物焼却プラントの制御装置。
請求項１または２に記載の廃棄物焼却プラントの制御装置において、
前記閾値判定部に関し、前記判定基準がパラメータとして任意に設定可能とされていることを特徴とする、廃棄物焼却プラントの制御装置。
請求項１〜３のいずれかに記載の廃棄物焼却プラントの制御装置において、
前記計測信号および前記操作データを表示する表示装置をさらに備えることを特徴とする、廃棄物焼却プラントの制御装置。
廃棄物焼却プラントを構成する複数の機器に取り付けられた計器から送られてくる計測信号をもとにして前記機器を制御する廃棄物焼却プラントの制御方法であって、
一定期間過去まで遡るトレンドデータとなるように複数の前記計測信号を整形するとともに、当該トレンドデータを周期的に更新するデータ前処理工程と、
前記トレンドデータを用いて廃棄物焼却プラントの運転状態を同定する運転状態判定工程と、
前記運転状態判定工程で得られた運転状態データを用いて前記機器を制御するための操作データを決定する操作条件決定工程と、
を備え、
前記運転状態判定工程は、
前記トレンドデータを参照して、その特徴量データを抽出する特徴量抽出工程と、
木構造判定ルーチンを用いて、予め定義された判定基準を前記特徴量データが満足するか否かを判定する閾値判定工程と、
前記閾値判定工程での判定結果と、予め定義された状態-要因参照テーブルとを照合す
ることによって、廃棄物焼却プラントの運転状態を同定する状態同定工程と、
を有し、
前記操作条件決定工程において、前記操作データを決定するに際して、予め定義されてグループ分けされた操作項目を、前記状態同定部における運転状態同定結果に紐づくように組合せを定義した状態-操作条件参照テーブルに基づき、同定した状態に紐づいた優先度の高いグループから操作条件を決定することを特徴とする、廃棄物焼却プラントの制御方法。