KR20160118335A - 라인 시스템의 모니터링 - Google Patents

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KR20160118335A
KR20160118335A KR1020167024599A KR20167024599A KR20160118335A KR 20160118335 A KR20160118335 A KR 20160118335A KR 1020167024599 A KR1020167024599 A KR 1020167024599A KR 20167024599 A KR20167024599 A KR 20167024599A KR 20160118335 A KR20160118335 A KR 20160118335A
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쿠르트 디텐베르거
다니엘 란처스토르퍼
클레멘스 하우저
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프리메탈스 테크놀로지스 오스트리아 게엠베하
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Abstract

본 발명은 액체 매질(3)이 라인(2) 내로 안내되는 라인 시스템(1)의 모니터링에 관한 것이며, 라인(2) 내의 액체 매질(3)의 현재 압력 및 관련 현재 유동이 감지 시간들에서 감지된다. 두 개의 값들이 연산 유닛(5)으로 공급된다. 연산 유닛(5)은 명시된 유동 함수를 고려함으로써 감지된 현재 압력으로부터 라인(2) 내의 액체 매질(3)의 이론 유동을 계산한다. 유동 함수는 액체 매질(3)의 이론 유동과 액체 매질(3)의 현재 압력 사이의 물리적 관계를 설명한다. 연산 유닛(5)은 현재 유동과 이론 유동에 기초하여 개별적인 막힘 정도를 결정한다. 결정된 개별적인 막힘 정도의 수에 기초하여 그리고 확률적 방법들을 사용함으로써, 연산 유닛(5)은 라인 시스템(1)의 막힘 정도가 정의될 확률 내에 있는 간격을 계산한다. 라인 시스템(1)은 간격의 크기 및/또는 앞서 정의된 막힘 정도의 제 1 한도에 대한 간격의 위치를 사용함으로써 모니터링된다.

Description

라인 시스템의 모니터링 {MONITORING OF A LINE SYSTEM}
본 발명은 적어도 하나의 라인(line)을 갖는, 액체 매질을 안내하는 라인 시스템(line system)을 모니터링하기(monitoring) 위한 방법 및 장치에 관한 것이며, 그 방법과 장치에서 라인 시스템 내의 오류 존재의 징후로서 사용되는, 적어도 하나의 라인에 대한 막힘 정도를 계산하기 위해서 적어도 하나의 라인 내의 액체 매질의 압력과 액체 매질의 유동에 대한 결정이 사용된다.
신뢰성에 대한 높은 요구사항들이 액체 매질을 안내하는 라인 시스템들에 놓이는데, 이는 이들이 종종 안전-관련 장치들의 중심 구성요소들이기 때문이다. 그런 경우들에서, 냉각 장치의 구성요소로서의 라인 시스템들에 대한 작동 신뢰성은 일정하게 체크되어야(checked) 하는데, 이는 예를 들어, 누출들 또는 막힘으로 인한 라인 시스템의 고장이 높은 수준들의 피해를 유발할 수 있기 때문이다.
예를 들어, 라인 시스템이 물과 같은 액체 매질을 안내하면, 이러한 종류의 라인 시스템을 모니터링하기 위한 하나의 공지된 방법은 매개변수로서 라인 시스템 내의 액체 매질의 현재 유동에 대한 연속적인 감지에 있다. 소위, 물-압력 함수(water-pressure function)가 감지된 매개변수들로부터 액체 매질의 소위, 이론 압력을 결정하는데 사용된다. 액체 매질의 이론 압력은 물-압력 함수로부터 액체 매질의 현재 유동을 삽입함으로써 얻어지는 압력이다. 라인 시스템 내의 액체 매질의 현재 압력을 측정한 이후에, 액체 매질의 현재 압력과 액체 매질의 이론 압력 사이의 차이가 결정된다. 예를 들어, 결과적인 차이들은 라인 시스템 내의 막힘에 대한 기준으로서 또는 누출의 크기에 대한 기준으로 사용되고 사전에 명시된 허용도에 대해 끊임없이 비교된다. 허용도가 오랜 기간 동안 초과되면, 라인 시스템 내의 오류의 징후로서 경보가 발행된다.
여기서, 감지된 매개변수들이 불필요한 거짓 경보들을 촉발하는 고수준의 소음에 일반적으로 노출되는 것이 단점이다. 이를 피하기 위해서, 비교적 높은 허용도들이 명시되며, 이는 결국 신뢰도에 부정적인 영향을 끼친다. 추가의 단점은 액체 매질의 현재 압력과 액체 매질의 이론 압력 사이에서 결정된 차이가 단지 막힘의 기준에 대한 경향만을 확인한다는 사실에 있다. 그러므로, 단지 소수의 거짓 경보들을 발행하는 것은 물론, 모니터링에 대한 특정한 신뢰도를 제공하는 허용도에 대한 합리적인 값들을 명시하는 것이 일반적으로 어렵다.
공학적 설비를 냉각시키기 위한 냉각 장치에서 조기 누출 검출을 위한 방법이 DE 10 2009 051 931 A1으로부터 공지된다. 이러한 방법의 경우에, 두 개의 제어 가능한 밸브들(valves)이 차례로 특정한 거리를 두고 라인 내에 배열된다. 두 개의 압력 센서들(sensors)이 두 개의 밸브들 사이에 배열된다. 두 개의 압력 센서들 각각은 두 개의 밸브들 중의 하나에 인접하게 배열된다. 실제 압력들이 감지되고 예상 압력들과 비교된다. 그 비교는 누출의 존재에 관한 결론들을 이끌어내는데 사용된다.
라인 시스템 내의 압력차와 실제 유동을 반복적으로 감지하고 그로부터 라인 시스템의 유압 저항을 결정하는 것이 AT 513 042 B1으로부터 공지된다. 결정된 유압 저항은 시각적 형태로 출력된다. 또한, 결정된 유압 저항이 허용 범위 내에 놓여 있는지를 자동으로 체크하는 것이 가능하다. 허용 범위를 이탈하면, 경고 신호가 출력될 수 있다.
밸브에 의해서 출력 측에 있는 라인 시스템의 섹션(section)을 차단하고, 그 후에 이를 압력에 노출시키고 마지막으로 추가의 밸브에 의해서 입력 측에 있는 것도 또한 차단하는 것이 JP H01 149 109 A로부터 공지된다. 따라서 라인 시스템의 섹션 내의 압력이 감지되고 평가된다.
본 발명의 목적은 설명된 단점들을 극복한 라인 시스템의 신뢰성 있는 모니터링에 대한 가능성들의 제공에 있다.
본 발명의 목적은 청구범위 제 1 항의 특징부들을 갖는 방법에 의해 달성된다. 본 발명의 방법의 유리한 실시예들은 종속항 제 2 항 내지 제 8 항의 요지이다.
본 발명에 따라서, 본 발명에 따른 방법의 맥락에서 다음 단계, 즉
a) 각각의 경우에 적어도 하나의 라인 내의 액체 매질의 현재 압력 및 각각의 경우에 적어도 하나의 라인 내의 관련된 현재 유동이 감지 시간들에서 감지되며,
b) 각각의 경우에 감지된 현재 압력 및 각각의 경우에 감지된 현재 유동이 연산 유닛(unit)에 의해 수신되며,
c) 연산 유닛이 액체 매질의 이론 유동과 액체 매질의 각각의 현재 압력 사이의 물리적 관계를 설명하는 사전에 명시된 유동 함수를 고려하여 각각의 감지된 현재 압력으로부터 적어도 하나의 라인 내의 액체 매질 각각의 이론 유동을 계산하며,
d) 연산 유닛은 각각의 현재 유동 및 각각의 이론 유동에 기초하여 각각의 개별적인 막힘 정도를 결정하며,
e) 연산 유닛은 라인 시스템의 막힘 정도가 확률적 방법들을 사용하여 결정된 개별적인 막힘 정도의 수에 기초하여 정의될 확률 내에 있는 간격을 계산하며,
f) 라인 시스템이 계산된 간격의 크기 및/또는 라인 시스템 내의 오류의 존재의 징후로서 앞서 정의된 막힘의 정도에 대한 제 1 한도들에 대해 계산된 간격의 위치를 사용함으로써 모니터링되는 단계가 제공된다.
라인 시스템의 적어도 하나의 라인은 액체 매질을 포함한다. 라인 시스템의 적어도 하나의 라인 내의, 각각의 경우에 액체 매질의 현재 또는 실제 압력 및 각각의 경우에 액체 매질의 관련된 현재 또는 실제 유동은 감지 시간들에서 감지된다. 결정된 변수들은 연산 유닛(computing unit)으로 보내지고 연산 유닛에 의해 수용된다. 연산 유닛에서, 각각의 감지된 현재 압력은 액체 매질의 이론 유동과 액체 매질의 현재 압력 사이의 물리적 관계를 설명하는 소위, 유동 함수를 고려한 적어도 하나의 라인 내의 액체 매질의 이론 유동의 계산을 위한 근거로서 사용된다.
라인 시스템이 문제가 없다는 - 즉, 누출들 및/또는 막힘이 존재하지 않는다는 -조건으로, 이론 유동 함수는 예를 들어, 다음과 같이 결정된다:
액체 매질의 각각의 현재 압력에 대해서, 라인 시스템 내의 또는 적어도 하나의 라인 내의 액체 매질의 현재 유동이 결정된다. 그에 의해 생성된 튜플 값(value tuples)은 라인 시스템 내의 액체 매질의 현재 압력과 액체 매질의 현재 유동 사이의 관계를 실험적으로 설명한다. 생성된 관계는 적합한 함수 - 유동 함수 -에 의해서 피팅된다(fitted). 유동 함수는 연산 유닛 내에 저장된다.
유동 함수의 이론적 원리들과 유도는 다음과 같다:
파스칼의 법칙(Pascal's law)에 따라서, 라인 시스템 내의 또는 적어도 하나의 라인 내의 액체 매질의 압력차(
Figure pct00001
)는 다음과 같다:
Figure pct00002
여기서,
Figure pct00003
는 액체 매질의 밀도이며, g는 중력 가속도이며,
Figure pct00004
는 액체 매질의 압력을 측정하기 위한 압력 게이지(pressure gauge)와 라인 시스템 또는 적어도 하나의 라인의 위치 사이의 높이차이다.
라인 시스템 내의 또는 적어도 하나의 라인 내의 마찰로 인한 압력 손실(
Figure pct00005
)은 다르시-바이스바하(Darcy-Weisbach) 방정식에 의해 표현된다:
Figure pct00006
여기서,
Figure pct00007
는 액체 매질의 밀도이며, v는 액체 매질의 특성 속도이며, l과 d는 적어도 하나의 라인의 각각 길이와 직경이며, λ는 다르시 마찰 계수이다. 라인 내에 존재하는 피팅들에 기인한 임의의 압력 손실 가능성은 무시되었다.
다르시 마찰 계수(λ)는 적어도 하나의 라인의 특성 속도와 거칠기(roughness)에 의존한다. 층류들(레이놀즈 수(Reynolds number) Re < 2050))에 대해서, 다음이 적용된다:
에 따라서,
Figure pct00009
여기서,
Figure pct00010
은 액체 매질의 동적 점성이다.
그로부터 다르시 마찰 계수가 수치적으로 결정되는 콜브룩 방정식(colebrook-equation)이 난류들(레이놀즈 수 Re > 4000)에 대해 적용될 수 있다:
Figure pct00011
여기서,
Figure pct00012
는 적어도 하나의 라인의 거칠기이다. 실제로, 적어도 하나의 라인의 거칠기는 대략 0.05 ㎜이다.
블라시오 공식(blasius formula)이 Re > 2010 및 Re < 4000에 대해 적용될 수 있다:
Figure pct00013
유동 함수를 얻기 위해서, 함수는 생성된 튜플 값으로 피팅된다. 유동 함수는 예를 들어, 다음과 같이 씌어질 수 있다:
Figure pct00014
여기서,
Figure pct00015
는 액체 매질의 압력이며,
Figure pct00016
는 액체 매질의 유동이며,
Figure pct00017
및
Figure pct00018
는 계수들이다.
제 1 단계에서, 예를 들어 실제 라인 시스템 또는 적어도 하나의 라인의 물리적 관계들을 반영하는 검정 배열(test arrangement)에서, 라인 시스템 내의 액체 매질의 현재 유동 및 현재 압력에 대해 결정된 값들은 함수에 의해 피팅된다:
Figure pct00019
계수들(c1 및
Figure pct00020
)은 일정하다. 추가의 단계에서, 액체 매질의 현재 유동 및 현재 압력에 대해 실제 라인 시스템에서 결정된 데이터(data)는 함수에 의해 피팅된다:
Figure pct00021
여기서, p1은 액체 매질이 적어도 하나의 라인을 이탈한 위치 및 압력 측정에 대한 압력차이며, p2 및 p3는 액체 매질과 라인 시스템 또는 적어도 하나의 라인 사이의 마찰로 인한 라인 시스템 내의 또는 적어도 하나의 라인 내의 액체 매질의 압력 손실을 설명한다.
게다가, 베르누이의 방정식(Bernoulli's equation)에 따라서, 액체 매질의 압력(
Figure pct00022
)과 액체 매질의 유동(
Figure pct00023
) 사이의 관계는 다음과 같이 표현된다:
Figure pct00024
그러나, 전술한 관계들은 단지 단상(single-phase) 유동에 대해서만 적용될 수 있음에 주목해야 한다.
유동 함수의 생성 이후에, 라인 시스템 내의 또는 적어도 하나의 라인 내의 액체 매질의 이론 유동(
Figure pct00025
)은 액체 매질의 결정된 현재 압력(
Figure pct00026
)으로부터 계산될 수 있다.
연산 유닛은 그 후에, 막힘 정도(
Figure pct00027
)가 정의될 확률 내에 있는 막힘 정도(
Figure pct00028
)에 대한 간격을 계산한다.
연산 유닛은 그 후에, 현재(측정된) 유동(
Figure pct00029
)과 이론 유동(
Figure pct00030
) 사이의 몫으로부터 각각의 개별적인 막힘 정도(
Figure pct00031
)를 결정한다(유동(
Figure pct00032
)은 액체 매질의 현재 압력(
Figure pct00033
)을 유동 함수에 삽입함으로써 계산될 때 이론 유동(
Figure pct00034
)을 나타낸다):
Figure pct00035
적어도 하나의 라인에 의해 라인 시스템 내에서 안내되는 액체 매질이 노즐을 통해서 적어도 하나의 라인의 단부에서 라인 시스템 또는 적어도 하나의 라인을 이탈할 때의 경우에, -0.1 (= -10 %)의 개별적인 막힘 정도(
Figure pct00036
)는 예를 들어, 라인 시스템 또는 적어도 하나의 라인 또는 노즐이 10 % 막혀 있음을 의미한다. +0.1 (= +10 %)의 개별적인 막힘 정도(
Figure pct00037
)는 라인 시스템 내로 안내되는 액체 매질의 10 %가 누출로 인해 라인 시스템을 이탈한 것을 의미한다.
막힘 정도(
Figure pct00038
)가 앞서 정의된 특정 확률 내에 있는 간격의 계산은 확률적 방법들을 사용하여 결정되는 개별적인 막힘 정도(
Figure pct00039
)의 수에 기초하여 연산 유닛에 의해 수행된다. 이러한 맥락에서, (유동 함수에 의한)이론 유동(
Figure pct00040
)과 현재 유동(
Figure pct00041
)은 데이터 유동으로서 라인 시스템 내에서 또는 적어도 하나의 라인 내에서 일정하고 주기적인 간격들로 결정 및/또는 측정된다. 이론 유동(
Figure pct00042
)과 현재 유동(
Figure pct00043
) 모두는 확률 변수들로서 처리된다. 확률적 방법들은 에러(error)에 대한 특정 확률로, 데이터 유동들(
Figure pct00044
및
Figure pct00045
)이 동일한 무작위 과정에 의해 생성될 수 없는 값들(
Figure pct00046
)(
Figure pct00047
는 막힘 정도를 모델화(model)함)을 결정하는데 사용된다. 계산된 간격 내에 놓이는 막힘 정도(
Figure pct00048
)를 갖는 라인 시스템 또는 적어도 하나의 라인의 확률은 1 마이너스(minus) 에러의 확률이다.
라인 시스템 또는 적어도 하나의 라인은 라인 시스템 또는 적어도 하나의 라인 내의 오류의 존재에 대한 앞서 정의된 막힘 정도에 대한, 허용된 제 1 한도에 대한 이러한 간격의 위치를 사용함으로써 모니터링된다. 대안으로 또는 추가로, 이러한 간격의 크기가 모니터링되는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 방법의 실질적인 장점은 시끄러운 신호들이 전혀 문제를 나타내지 않으며 따라서 라인 시스템 또는 적어도 하나의 라인의 모니터링 중에 거짓 경보들이 예방된다는 사실에 있다. 이러한 종류의 거짓 경보들을 예방하기 위해서, 종래 기술로부터 공지된 방법들은 상당히 높은 허용도를 명시하고 있으며, 여기서 허용도는 액체 매질의 현재 압력과 액체 매질의 이론 압력 사이의 차이로서 주어진다. 다른 한편으로, 본 발명에 따른 방법에서 높은 허용도들은 불필요하다.
또한, 액체 매질의 현재 압력과 액체 매질의 이론 압력 사이의 차이는 단지, 막힘의 기준에 대한 경향만을 확인한다. 그와는 반대로, 본 발명에 따른 방법은 막힘 정도가 사전에 명시된 확률 내에 있는 특정 간격을 계산한다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예에서, 라인 시스템은 금속야금 유닛 내의 냉각 시스템으로서, 특히 금속성 스트랜드(metallic strand)의 생산을 위한 연속 주조 설비 내의 냉각 시스템으로서, 또는 금속 스트립의 생산을 위한 압연기의 냉각 시스템으로서 구현되며, 적어도 하나의 라인에 의해 노즐로 안내되는 액체 매질은 노즐에 의해 금속성 스트랜드에 또는 금속 스트립에 적용된다.
액체 매질은 노즐(nozzle)로 안내된다. 연속 주조 설비에서 생산되는 금속성 스트랜드(strand) 또는 압연기에서 생산되는 금속 스트립(strip)은 노즐을 이탈하는 액체 매질에 의해서 냉각된다. 이러한 종류의 냉각 시스템들은 높은 정도의 이용 가능성 및 높은 정도의 작동 의존성과 신뢰성을 요구하는데, 이는 냉각 시스템의 고장이 상당한 피해를 일으킬 수 있기 때문이다. 본 발명에 따른 방법이 냉각 시스템을 모니터링하는데 사용되면, 냉각 시스템 또는 노즐들의 누출 또는 막힘으로 인한 오류들은 임의의 불필요한 거짓 경보들을 촉발시킴이 없이 신속하고 신뢰성 있게 확인될 수 있다. 이런 경우에, 라인 시스템은 또한, 연속 주조 설비나 압연기의 정지 중에도 또한 모니터링된다. 이는 라인 시스템이 연속 주조 설비나 압연기에 대한 서비스 작업(servicing work) 중의 오류들에 대해서도 체크될 수 있으며 해당하는 경우에, 라인 시스템의 누출들 또는 막힘이 연속 주조 설비나 압연기의 서비스 이전에 시정될 수 있는 장점을 가진다.
본 발명에 따른 방법의 추가의 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 노즐로 안내되는 액체 매질은 물이다. 물은 충분한 양으로 그리고 저렴하게 이용할 수 있고 예를 들어, 냉각에 효과적으로 사용될 수 있는 환경적으로 중성 매질이다.
바람직하게, 감지 시간들 사이의 시간 간격들은 2 초 내지 5 초이다. 시간 간격은 예를 들어, 3 초일 수 있다. 이런 종류의 시간 간격들은 결정된 매개변수들에 대해 얻어진 데이터 용적과 본 발명에 따른 방법의 정확도 또는 신뢰도 사이의 최적비를 나타낸다.
그러므로, 현재 압력과 현재 유동은 반복적으로 측정되고 이들 측정값들은 각각의 개별적인 막힘 정도를 결정하기 위해서 연산 유닛에 의해 사용된다. 이러한 개별적인 막힘 정도는 이전에 결정된 개별적인 막힘 정도의 수로 확대된다. 또한, 대체로 개별적인 막힘 정도의 특정 수로부터 가장 오래된 개별적인 막힘 정도는 더 이상 간격의 계산에 사용되지 않는다. 특정 수는 - 예를 들어 - 20 내지 50, 특히 30 내지 40일 수 있다. 시스템의 작동자에 의해서 결정 방법을 수행하는 자동 시스템에 그 수를 특정시키는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 방법의 추가의 실시예에서, 확률적인 방법은 일-표본 t-검정(one-sample t-test)을 포함한다.
t-검정은 정규 분포의 가정하에서 데이터 표본(= 표본들의 수)에 적용될 수 있는 통계적 가설 검정(statistical hypothesis test)이다. 이런 적용의 목적으로, 일-표본 t-검정을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 각각의 개별적인 표본은 현재 압력(
Figure pct00049
), 또는 그로부터 결정되는 이론 유동(
Figure pct00050
), 및 현재 유동(
Figure pct00051
)에 대한 각각의 값의 쌍에 대응한다.
현재 (측정된)유동(
Figure pct00052
)이 값(
Figure pct00053
)만큼 이론 유동(
Figure pct00054
)에 대해 변동한다는 가정 하에서, 일-표본 t-검정은 다음과 같이 수정된 형태로 씌어질 수 있다:
Figure pct00055
여기서,
Figure pct00056
는 현재 (측정된)유동들의 예상 값이며,
Figure pct00057
는 이론 유동들의 예상 값이며, var는 분산이며, cov는 공분산(covariance)이며, t는 α 분위(quantile)(예를 들어, 0.05) 및 n 자유도에 대한 t-분포이며, n은 값들의 수(표본 크기)이다. 예상 값, 분산, 공분산, t-분포 및 분위는 확률 계산들의 분야에서 정리된 의미의 용어들이다.
위의 방정식에서, 단지 막힘 정도(
Figure pct00058
)만이 공지되지 않았다. 모든 다른 변수들은 대체로 상수이거나 이전의 확률 평가에 의해 결정된다. 특히, 예상 값들(
Figure pct00059
및
Figure pct00060
), 분산들(
Figure pct00061
및
Figure pct00062
) 및 공분산(
Figure pct00063
)은 측정된 현재 유동들(
Figure pct00064
) 또는 결정된 유동들(
Figure pct00065
)에 의해 결정된다. 사용된 표본들의 수(n)도 또한 공지되어 있다. 확률은 사전에 명시될 수 있다. 사용된 표본들의 수(n)와 함께, 이는 값(t)을 결정한다.
그러므로, 상기 방정식을 이차 방정식으로 변환하는 것이 가능하다. 이러한 방정식은 다음과 같다:
Figure pct00066
값(t)에 대한 논쟁들은 상기 방정식에 대해 불필요하게 과중한 부담을 지우지 않기 위해서 상기 방정식에서 생략되었다.
그러므로 상기 방정식에 대한 해법들(
Figure pct00067
및
Figure pct00068
)이 쉽게 결정될 수 있으며, 여기서 (일반성(generality)을 제한함이 없이)
Figure pct00069
은 더 작은 해법이며
Figure pct00070
는 더 큰 해법이다.
Figure pct00071
및
Figure pct00072
는 관계(
Figure pct00073
)에 의해서
Figure pct00074
및
Figure pct00075
로부터 계산된다. 이는 막힘 정도가
Figure pct00076
의 확률로 간격범위
Figure pct00077
내에 있음을 의미한다.
정의될 확률은 작동자에 의해서 연산 유닛에 명시될 수 있다. 그러므로 정의될 확률은 자유롭게 선택될 수 있다. 대체로, 확률은 90 %, 바람직하게 95 %로 설정된다. 중요한 시스템들의 경우에, 확률은 99 %로 설정된다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시예에서, 막힘 정도에 대해 계산된 간격이 막힘 정도에 대해 정의된 한도들 밖에 놓일 때 라인 시스템 내의 오류의 징후로서 경보가 발행된다.
Figure pct00078
및
Figure pct00079
가 음수이고 정의된 제 1 한도들보다 더 작다면, 적어도 하나의 라인에 대한 막힘의 징후로서 경보가 발행된다.
Figure pct00080
및
Figure pct00081
가 양수이고 정의된 제 1 한도들보다 더 크다면, 적어도 하나의 라인에 대한 파괴의 징후로서 경보가 발행된다.
Figure pct00082
마이너스
Figure pct00083
의 차이가 정의된 제 2 한도보다 더 크다면, 라인 시스템이 해결할 수 없음을 나타내는 경보가 발행된다.
Figure pct00084
및
Figure pct00085
의 모든 다른 값들에 대해서, 라인 시스템은 결함들이 없음으로서 분류된다. 이미 확인된 임의의 가능한 경보들은 삭제된다.
본 발명에 따른 방법의 다른 실시예에서, 금속성 스트랜드는 강(steel) 스트랜드이다. 강 이외에는, '금속성(metallic)'은 특히, 철, 구리, 알루미늄(aluminum) 또는 이의 혼합물을 의미하는 것으로 또한 이해되어야 한다. 예를 들어, 스트랜드가 알루미늄 스트랜드인 것이 또한 가능하다.
본 발명에 따른 방법의 추가의 실시예에서, 금속성 밴드(metallic band)는 강 리본 제품(steel ribbon product)이다. 예를 들어, 강 리본 제품은 압연기(rolling mill)의 열간 압연 라인(hot rolling line)에서 열간 압연 공정에 의해 제조된다.
액체 매질 이외에도, 또한 가스 매질이 라인 시스템의 추가 라인 내로 안내되는 것이 고려될 수 있다. 이런 경우에, 액체 매질 및 가스 매질은 적어도 부분적으로, 별도의 라인들 내로 안내되어 혼합물을 형성하도록 노즐의 영역에서 혼합된다. 혼합물은 예를 들어, 그 후에 금속성 스트랜드 또는 금속 스트립에 적용된다. 이런 경우에, 액체 매질 이외에도 가스 매질도 따라서 유동 함수를 유도할 때 고려될 수 있다.
본 발명의 목적은 또한, 컴퓨터 프로그램(computer program)에 의해서 달성되며, 여기서 컴퓨터 프로그램은 연산 유닛(computing unit)에 의해 실행될 수 있는 기계어(machine code)를 포함한다. 연산 유닛에 의한 기계어의 실행은 연산 유닛이 본 발명에 따른 방법의 단계들 b) 내지 e)에 의해 방법을 수행하게 한다. 기계어의 실행의 결과로써, 연산 유닛은 바람직하게, 본 발명에 따른 방법의 유리한 실시예들을 또한 시행한다.
본 발명의 목적은 또한, 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램이 저장되는 컴퓨터-판독 가능한 저장 매체에 의해 달성된다.
본 발명의 목적은 또한, 연산 장치에 의해 달성되며, 여기서 연산 장치는 본 발명에 따른 컴퓨터 프로그램으로 프로그램된다(programmed).
본 발명의 목적은 또한, 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 장치에 의해 달성되며, 여기서
a) 장치는 액체 매질이 적어도 하나의 라인 내에서 안내될 수 있는 적어도 하나의 라인을 갖는 라인 시스템을 포함하며,
b) 장치는 각각의 경우에, 적어도 하나의 라인 내의 액체 매질의 현재 압력 및 적어도 하나의 라인 내의 액체 매질의 현재 유동을 결정하기 위한 적어도 하나의 장치를 포함하며,
c) 장치는 장치에 커플링되는(coupled) 본 발명에 따른 연산 유닛을 포함한다.
바람직하게, 장치는 또한, 계산된 간격의 크기 및/또는 라인 시스템 내의 오류의 존재의 징후로서 앞서 정의된 막힘의 정도에 대한 제 1 한도들에 대해 계산된 간격의 위치를 사용함으로써 라인 시스템을 모니터링하기 위한 모니터링 유닛을 포함한다. 모니터링 장치는 연산 유닛의 구성요소일 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 하나의 특히 바람직한 실시예는 금속야금 유닛(metallurgical unit), 특히 금속성 스트랜드의 생산을 위한 연속 주조 설비 또는 냉각 시스템으로서 라인 시스템을 갖추고 있는 금속 스트립의 생산을 위한 압연기, 및 내측으로 라인 시스템의 적어도 하나의 라인이 개방되고 그에 의해서 액체 매질이 금속성 스트랜드 또는 금속 스트립에 적용될 수 있는 적어도 하나의 노즐을 더 포함한다.
본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예에서, 그 장치는 연산 유닛에 커플링되는(coupled) 라인 시스템 내의 오류의 징후로서 경보를 발행하기 위한 경보 장치를 포함한다.
경보 장치는 연산 유닛에 커플링된다. 오류가 라인 시스템에서 확인되면, 경보 장치는 메시지를 수신 장치로, 특히 청각적 및/또는 시각적 광학 신호 장치로 보낸다. 수신 장치는 예를 들어, 휴대폰, 태블릿(tablet) PC 또는 컴퓨터로서 또한 구현될 수 있다.
본 발명의 전술한 특성들, 특징들 및 장점들 그리고 이들을 달성하는 방식은 도면들과 함께 더 구체적으로 설명되는 예시적인 실시예들에 대한 다음 설명과 함께 더 명확하고 더 분명하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 라인 시스템을 모니터링하기 위한 본 발명에 따른 방법 및 본 발명에 따른 장치를 개략적으로 도시하며,
도 2는 라인 시스템의 액체 매질의 현재 유동 및 현재 압력과 데이터 피트(data fit) 사이의 관계를 개략적으로 도시한다.
도 1에서, 액체 매질(3)은 라인 시스템(1)의 라인(2) 내로 안내되며, 여기서 액체 매질은 물이다.
제 1 단계에서, 라인(2) 내의 액체 매질(3)의 현재 압력을 결정하기 위한 장치(8) 및 라인(2) 내의 액체 매질(3)의 현재 유동을 결정하기 위한 장치(9)는 매개변수들로서 라인(2) 내의 액체 매질(3)의 현재 압력 및 액체 매질(3)의 현재 유동을 결정한다.
제 2 단계에서, 감지된 값들은 장치(8, 9)에 연결되는 연산 유닛(5)으로 보내진다. 이는 감지된 값들을 수신한다. 제 3 단계에서, 연산 유닛(5)은 사전에 명시된 유동 함수를 고려하여 감지된 압력을 기초로 적어도 하나의 라인(2) 내의 액체 매질(3)의 이론 유동을 계산한다. 유동 함수는 액체 매질(3)의 이론 유동과 액체 매질(3)의 현재 압력 사이의 물리적 관계를 설명한다. 게다가, 제 4 단계에서 개별적인 막힘 정도가 이론 유동과 현재 유동에 기초하여 결정된다. 이러한 맥락에서, 특히 현재 유동과 이론 유동 사이의 몫이 결정된다.
그 후, 제 5 단계에서 연산 유닛(5)은 라인 시스템의 막힘 정도가 확률적 방법들을 사용하여 결정된 개별적인 막힘 정도의 수에 기초하여 정의될 확률 내에 있는 간격을 계산한다. 확률적 방법들은 특히 일-표본 t-검정을 포함할 수 있다. 정의될 확률은 작동자에 의해 연산 유닛(5)에 명시될 수 있다. 확률은 자유롭게 선택될 수 있다. 대체로, 확률은 적어도 90 %, 바람직하게 적어도 95 %로 설정된다.
제 6의 마지막 단계에서, 라인 시스템(1)은 앞서 정의된 막힘 정도에 대한 제 1 한도들에 대한 계산된 간격의 위치를 사용함으로써 모니터링된다. 계산된 간격의 위치는 라인 시스템(1) 내의 오류의 존재의 징후로서의 역할을 한다. 동일한 것이 계산된 간격의 크기에 적용된다.
단계들 1 내지 6은 주기적인 간격들의 시간 간격들로 수행되며, 여기서 시간 간격들은 2 초 내지 5 초, 바람직하게 3 초이다.
막힘 정도에 대한 계산된 간격이 막힘 정도에 대해 정의된 제 1 한도들 밖에 놓이면, 연산 유닛(5)에 커플링된 경보 장치(13)는 라인 시스템(1) 내의 오류의 징후로서 경보를 발행한다.
도 1은 금속성 스트랜드(6)의 생산을 위한 연속 주조 설비의 냉각 시스템으로서 라인 시스템(1)을 도시한다. 여기서, 라인(2)에 의해서 노즐(7)로 안내되는 액체 매질(3)은 노즐(7)에 의해 금속성 스트랜드(6)에, 특히 강 스트랜드에 적용된다. 라인 시스템(1)의 모니터링은 또한, 연속 주조 설비의 정지 중에도 수행된다.
연산 유닛(5)의 작동 모드는 연산 유닛(5)에서 실행되는 컴퓨터 프로그램(14)에 의해 결정된다. 컴퓨터 프로그램(14)은 컴퓨터-판독 가능한 저장 매체(15)에 위치된다.
도 2는 라인 시스템(1)의 액체 매질(3)의 현재 유동(
Figure pct00086
) 및 현재 압력()과 데이터 피트(16) 사이의 관계를 도시한다. 물 압력을 명시하게 될 액체 매질(3)의 현재 압력(
Figure pct00088
)이 가로좌표에 그려져 있다. 다음 사항이 현재 압력(
Figure pct00089
)에 따라서 세로좌표에 그려져 있다:
- (작은 점들(4)에 의해 그려진)실제 라인 시스템(1)의 라인(2) 내에서 결정되었던 액체 매질(3)의 현재 유동(
Figure pct00090
), 특히 현재 물 유동,
- (큰 점들(10)에 의해 그려진)실제 라인 시스템(1) 또는 적어도 하나의 라인(2)의 물리적 관계들이 반영된 검정 배열의 라인 시스템(1)의 라인(2) 내에서 결정되었던 액체 매질(3)의 현재 유동(
Figure pct00091
), 특히 현재 물 유동,
- 도 2에서 실제 라인 시스템(1)의 라인(2) 내의 액체 매질(3)의 현재 유동(
Figure pct00092
)에 대한 값들의 데이터 피트(16)로서 결정되었던 액체 매질(3)의 이론 유동(
Figure pct00093
), 특히 이론 물 유동. 데이터 피트(16)는 검정 배열로부터 동일한 방식으로 또한 결정될 수 있다. 이론 유동(
Figure pct00094
)은 유동 함수, 즉 액체 매질(3)의 현재 압력(
Figure pct00095
)과 액체 매질(3)의 현재 유동(
Figure pct00096
) 사이의 관계를 나타낸다. 유동 함수는 연산 유닛(5) 내에 저장된다.
본 발명은 다수의 장점들을 가진다. 특히, 높은 정밀도와 신뢰성 있는 방식으로 막힘 정도를 결정하는 것이 가능하다.
본 발명이 바람직한 예시적인 실시예에 의해 구체적으로 예시되고 설명되었지만, 본 발명은 개시된 예들에 의해 한정되는 것이 아니며 다른 변경예들이 본 발명의 보호의 범주로부터 벗어남이 없이 그로부터 당업자에 의해 유도될 수 있다.
1 : 라인 시스템
2 : 라인
3 : 액체 매질
4 : 작은 점들
5 : 연산 유닛
6 : 금속성 스트랜드
7 : 노즐
8 : 액체 매질의 현재 압력을 결정하기 위한 장치
9 : 액체 매질의 현재 유동을 결정하기 위한 장치
10 : 큰 점들
11 : 유동 함수
12 : 모니터링 유닛
13 : 경보 장치
14 : 컴퓨터 프로그램
15 : 컴퓨터-판독 가능한 저장 매체
16 : 데이터 피트

Claims (14)

  1. 액체 매질(3)이 라인 시스템(line system)(1)의 적어도 하나의 라인(2) 내로 안내되는, 라인 시스템(1)의 모니터링(monitoring) 방법으로서,
    a) 각각의 경우에 적어도 하나의 라인(2) 내의 액체 매질(3)의 현재 압력 및 각각의 경우에 적어도 하나의 라인(2) 내의 관련된 현재 유동이 감지 시간들에서 감지되며,
    b) 각각의 경우에 감지된 현재 압력 및 각각의 경우에 감지된 현재 유동이 연산 유닛(unit)(5)에 의해 수신되며,
    c) 상기 연산 유닛(5)이 액체 매체(3)의 이론 유동과 액체 매질(3)의 각각의 현재 압력 사이의 물리적 관계를 설명하는 사전에 명시된 유동 함수를 고려하여 각각의 감지된 현재 압력으로부터 적어도 하나의 라인(2) 내의 액체 매질(3)의 각각의 이론 유동을 계산하며,
    d) 상기 연산 유닛(5)은 각각의 현재 유동 및 각각의 이론 유동에 기초하여 각각의 개별적인 막힘 정도를 결정하며,
    e) 상기 연산 유닛(5)은 상기 라인 시스템(1)의 막힘 정도가 확률적 방법들을 사용하여 결정된 개별적인 막힘 정도의 수에 기초하여 정의될 확률 내에 있는 간격을 계산하며,
    f) 상기 라인 시스템(1)이 계산된 간격의 크기 및/또는 상기 라인 시스템(1) 내의 오류의 존재의 징후로서 앞서 정의된 막힘의 정도에 대한 제 1 한도들에 대해 계산된 간격의 위치를 사용함으로써 모니터링되는(monitored),
    라인 시스템의 모니터링 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 라인 시스템(1)은 금속야금 유닛 내의 냉각 시스템(cooling system)으로서, 특히 금속성 스트랜드(strand)(6)의 생산을 위한 연속 주조 설비 내의 냉각 시스템으로서, 또는 금속 스트립(strip)의 생산을 위한 압연기 내의 냉각 시스템으로서 구현되며, 상기 적어도 하나의 라인(2)에 의해 노즐(nozzle)(7)로 안내되는 액체 매질(3)은 노즐(7)에 의해 금속성 스트랜드(6)에 또는 금속 스트립에 적용되며, 상기 라인 시스템(1)의 모니터링은 또한 연속 주조 설비의 또는 압연기의 정지 중에도 또한 수행되는,
    라인 시스템의 모니터링 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 노즐(nozzle)(7)로 안내되는 액체 매질(3)은 물인,
    라인 시스템의 모니터링 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 감지 시간들은 2 초 내지 5 초 사이에 놓이는 서로의 사이에 균일한 시간 간격을 가지는,
    라인 시스템의 모니터링 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 확률적 방법들은 일-표본 t-검정(one-sample t-test)을 포함하는,
    라인 시스템의 모니터링 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 정의될 확률은 작동자에 의해서 연산 유닛(computing unit)(5)에 명시되는,
    라인 시스템의 모니터링 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연산 유닛(5)은 막힘 정도에 대한 계산된 간격이 막힘 정도에 대한 정의된 한도들 밖에 완전히 놓일 때 라인 시스템(1) 내의 오류의 징후를 발행하는,
    라인 시스템의 모니터링 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연산 유닛(5)은 계산된 간격이 미리 결정된 제 2 한도보다 더 클 때 라인 시스템(1)이 해결될 수 없음을 나타내는 경보를 발행하는,
    라인 시스템의 모니터링 방법.
  9. 연산 유닛(5)에 의해 실행될 수 있는 기계어(machine code)를 포함하는 컴퓨터 프로그램(computer program)으로서,
    상기 연산 유닛(5)에 의한 기계어의 실행으로 연산 유닛(5)이 제 1 항의 단계들 b) 내지 e)에 의해 방법을 수행하게 하는,
    컴퓨터 프로그램.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 기계어의 실행의 결과로써, 상기 컴퓨터 유닛(5)은 제 1 항의 단계 f)를 수행하고 그리고/또는 제 4 항 내지 제 8 항 중 적어도 한 항의 특징들을 실시하는,
    컴퓨터 프로그램.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 따른 컴퓨터 프로그램(14)이 저장되는,
    컴퓨터-판독 가능한 저장 매체.
  12. 제 9 항 또는 제 10 항에 따른 컴퓨터 프로그램(14)으로 프로그램되는(programmed),
    연산 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 장치로서,
    a) 상기 장치는 액체 매질(3)이 안내될 수 있는 적어도 하나의 라인(2)을 갖는 라인 시스템(1)을 포함하며,
    b) 상기 장치는 각각의 경우에, 적어도 하나의 라인(2) 내의 액체 매질(3)의 현재 압력 및 적어도 하나의 라인(2) 내의 액체 매질(3)의 현재 유동을 결정하기 위한 적어도 하나의 장치(8, 9)를 포함하며,
    c) 상기 장치는 제 12 항에 따른 장치(8, 9)에 커플링되는(coupled) 연산 유닛(5)을 포함하는,
    장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 장치는 계산된 간격의 크기 및/또는 상기 라인 시스템(1) 내의 오류의 존재의 징후로서 앞서 정의된 막힘의 정도에 대한 제 1 한도들에 대해 계산된 간격의 위치를 사용함으로써 라인 시스템(1)을 모니터링하기 위한 모니터링 유닛(12)을 포함하는,
    장치.
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