MXPA03011418A - Metodo y sistema en linea para monitorizar operacion de arranque de fundidor continuo y predecir rupturas de la colada de inicio. - Google Patents

Abstract

Una nueva operacion de arranque de un fundidor continuo se monitoriza al compararla por si misma con la operacion normal de arranque, que es el punto de referencia por un modelo estadistico multivariable usando datos de operacion historicos seleccionados. Si la nueva operacion es estadisticamente diferente del punto de referencia, entonces se generaran alarmas para indicar una ruptura de bloqueo de la colada de inicio y al mismo tiempo, las variables de proceso que conducen al proceso a excursiones desde la operacion normal se identifican como las causas de raiz mas probables de la ruptura prevista. El modelo se construye usando tecnologia de analisis de componentes principales multi-ruta para caracterizar la variacion de operacion a operacion en un espacio dimensional reducido (tambien conocido como el espacio variable latente) en base al gran numero de trayectorias de proceso en las operaciones de arranque normales del pasado. Las trayectorias del proceso durante la duracion completa de la colada de inicio se predicen en base a las observaciones actuales. Entonces se sincronizan al interpolarlas por si mismas en base a las escalas de sincronizacion no uniformes pre-especificadas en la longitud de la hebra tal que todas las trayectorias se puedan alinear con respecto a la longitud de la hebra para uso futuro en el desarrollo de modelos.

Description

MÉTODO Y SISTEMA EN LÍNEA PARA MONI ORI AR OPERACIÓN DE ARRANQUE DE FUNDIDOR CONTINUO Y PREDECIR RUPTURAS DE LA COLADA DE INICIO Campo Técnico La presente invención se refiere en general a un proceso de fundición continua, y de manera más particular, a un método y sistema en línea para monitorizar operaciones de arranque de fundición continua para predecir eventos de ruptura. Este sistema genera alarmas para indicar una ruptura de bloqueo en una operación de arranque de fundición, e identifica las variables de proceso como las causas de raíz más probables de la ruptura prevista tal que se puedan tomar de forma ' automática o manual acciones apropiadas de control por los operadores para reducir la posibilidad de la ocurrencia de rupturas .

Técnica Antecedente La fundición continua, en la industria de fabricación de acero, es el proceso clave por el que el acero fundido se solidifica en un producto semi-terminado tal como un lingote, lupia o plancha para el laminado subsiguiente en el molino de tira caliente o el molino de terminado. Este proceso se logra a través de una máquina de fundición bien diseñada, conocida como un fundidor continuo o fundidor ininterrumpido . La Figura 1 muestra un diagrama esquemático de un fundidor continuo de acuerdo a la técnica anterior, que comprende las siguientes secciones clave: una torre 20 de cucharón, un cucharon 22, una artesa refractaria 24 con una varilla 26 metálica cubierta con refractario o material refractario, una boquilla de entrada sumergida (SEN) 28, un molde 30 de cobre enfriado con agua, una sección de contención de rodillo con cámaras 32 de enfriamiento adicionales, una unidad 34 de retiro de enderezadora y un equipo 36 de corte de soplete. El acero fundido de un horno eléctrico o de oxígeno básico se deriva en un cucharón y se envía al fundidor continuo. El cucharón se coloca en la posición de vaciado para arriba de la artesa refractaria 24 por reactor de 20. El acero se vierte en la artesa refractaria 24, y luego en el molde 30 de cobre enfriado con agua a través de la SEN 28, que se usa para regular la velocidad, de flujo del acero y proporcionar control preciso del nivel 38 de acero en el molde. Conforme el acero fundido se mueve hacia abajo del molde 30 a una velocidad controlada, la coraza exterior del acero se llega a solidificar para producir una hebra 40 de acero. Al salir del molde 30, la hebra 40 entra a una sección de contención de rodillo y cámara de enfriamiento en la cual se rocía con agua la hebra en solidificación para promover la solidificación. Una vez que . se solidifica completamente la hebra ya pasado a través de la unidad 34 de retiro de enderezadora, se corta a la longitud requerida en la unidad 36 de corte. Las cuestiones principales de operación en los procesos de fundición continua se relacionan al logro de una operación estable después del arranque, y luego en el mantenimiento de la estabilidad. Una operación de arranque apropiada es muy crucial para lograr exitosamente este objetivo, se comprende el uso apropiado de una barra falsa, el lubricante correcto de inicio y la secuencia aplicable de aumento súbito a la velocidad de vaciado durante la operación de arranque . Para iniciar una colada, el fondo del molde se sella por una barra falsa de acero, que impide que el acero fundido fluya fuera del molde. El acero vertido en el molde se solidifica parcialmente, produciendo una hebra de acero con una coraza 42 de exterior sólida y un núcleo líquido 44. Una vez que la coraza de acero tiene un espesor suficiente, la unidad de retiro de enderezadora retira la hebra parcialmente solidificada fuera del molde junto con la barra falsa. El acero fundido continúa vertiéndose en el molde para reabastecer el acero retirado a una igual velocidad. Cuando la cabeza la barra falsa, que ahora está unida a la hebra solidificada que se vacía, alcanza una cierta posición en la unidad de retiro, se desconecta y remueve de forma mecánica. ' Un problema bien conocido, asociado con el fundidor continuo, es que el acero fundido está propenso a derramarse en la coraza de la hebra y provocar una ruptura tal que el acero fundido se revierta por debajo del molde. Puede presentarse una ruptura ya sea durante la operación de arranque, conocida como una ruptura de la colada de inicio, o durante la operación siguiente de tiempo de proceso, conocida como una ruptura de colada de tiempo de proceso. Para un fundidor continuo, típico completamente operacional, se presentan aproximadamente 25% de rupturas totales durante la operación de arranque. Estas rupturas son la cuestión principal en la industria de fabricación de acero, debido a •que disminuyen la confiabilidad y eficiencia del proceso de producción, crean costos sustanciales debido a los retrasos de producción y a la destrucción del equipo, y muchas veces, poseen riesgos significativos de seguridad a los operadores de la planta. Por lo tanto la capacidad para prevenir que se presenten ¦ rupturas utilizando métodos analíticos y expertos · de ingeniería puede proporcionar excelentes beneficios al proceso de fundición continua. Aunque ha habido ya algunos métodos y sistemas desarrollados para detectar y/o predecir las rupturas de colada de tiempo de proceso' en la técnica anterior, la ruptura de colada de inicio y su prevención ha recibido muy poca atención tanto en la academia como en. la industria. Es importante, entonces, ser capaces de predecir las rupturas de la colada de inicio con suficiente tiempo de ventaja tal que se puedan prevenir al tomar acciones apropiadas de control. Un ejemplo de estas acciones de control es cambiar el perfil de aumento de la velocidad de función a fin de disminuir el proceso de fundición y proporcionar más tiempo para la solidificación de acero del molde. De acuerdo a la técnica anterior en el área de detección y/o prevención de rupturas en proceso de fundición continua, existen dos diferentes' tipos de métodos. Uno es el método de etiqueta, bien conocido, que desarrolla reglas comprensivas para caracterizar los patrones en las temperaturas del mole antes de la incidencia de una ruptura en base a experiencias pasadas de la operación de fundición. Si se ha reconocido esos patrones en la actual operación de fundición, entonces existe una alta probabilidad que se presentará una ruptura.- Los sistemas pertinentes basados en ese tipo de método se describen por Yamamoto et al., en la patente de los Estados Unidos No. 4,55,099, Blazer et al., en la patente de los Estados Unidos No. 5,020,585, Nakamura et al., en patente de los Estados Unidos No. 5,548,590 y por Adamy en patente de los Estados Unidos No. 5,904,202. El otro método es el método estadístico multivariable descrito por Vaculik et al., en la patente de los Estados Unidos No. 6,564,119 donde un modelo de análisis de componentes principales (PCA) se construye usando un conjunto extendido de mediciones de proceso, y más allá de las temperaturas normales de molde, para modelar la operación normal de- los procesos de fundición; entonces se calculan ciertos parámetros estadísticos por el modelo para detectar excepciones a la operación normal en la operación actual de fundición y predecir potenciales rupturas. Ambos de estos métodos, sin embargo, se enfocan en la detección y/o prevención de las rupturas de la colada del tiempo de proceso, y experimentarán algunas dificultades cuando se apliquen a la operación de arranque . El solicitante también está consciente de la técnica anterior en el uso de la tecnología estadística multivariable para el monitoreo del proceso de lote y diagnósticos por omisión en otros campos. Los ejemplos de métodos y aplicaciones industriales para monitorizar un proceso de lotes usando tecnología estadística multivariable se describen por MacGrego y sus colaboradores en AIChE Jorunal, volume 40, 1994, Journal of Process Control/ volume 5, 1995, etc. No hay aplicación de esta tecnología estadística multivariable a operaciones de arranque de fundidor continuo, descritos en la literatura de patentes. Para resumir, los métodos y sistemas en línea para monitorizar las operaciones de arranque de fundidor continuo y predecir rupturas de la colada de inicio, usando tecnología estadística multivariable, no se han afrontado a la fecha.

Descripción de la Invención Esta invención es un sistema en línea para monitorizar las operaciones de arranque de un fundidor continuo en base al uso de un modelo estadístico multivariable del tipo de análisis de componentes principales de multi-ruta (MPCA, por sus siglas en inglés) , y el método asociado para desarrollar este sistema. El sistema en línea es capaz de predecir una ruptura de bloqueo de la colada de inicio e identificar las variables de proceso como las causas de raíz más probables de la ruptura prevista. Los aspectos adicionales de la invención tratan específicamente con la sincronización de datos del proceso de arranque, el desarrollo del modelo MPCA y la implementación del sistema en línea, no encontrada . en la técnica anterior. De acuerdo con esta invención, una nueva operación de arranque de un fundidor continuo se monitoriza al compararse por sí misma con la operación normal de arranque, que se toma de referencia por un modelo estadístico multivariable usando datos de operación, históricos, seleccionados. Si la nueva operación es estadísticamente diferente del punto de referencia, entonces se generan alarmas para indicar una ruptura de bloqueo de la colada de inicio y al mismo inicio, las variables de proceso que conducen a expulsiones de proceso de la operación normal, se identifican como las causas de raíz más probables de la ruptura prevista. El modelo se construye usando tecnología de MPCA para caracterizar la- variación de operación a operación en un espacio dimensional reducido (también conocido como espacio variable latente) en base a un gran número de trayectotes de proceso de las operaciones normales de arranque del pasado. Las trayectorias de proceso representan los cambios de un conjunto extendido de mediciones de proceso, incluyendo las temperaturas de molde, velocidad de fundición, posición de la varilla metálica revestida con productos refractarios, flujo térmico calculado y demás, en una duración finita de la operación de arranque . Los datos en estas trayectorias exhiben una estructura variable en tiempo y altamente auto- correlacionada, y el uso de la tecnología de MPCA permite • que- estos datos se modelen de forma apropiada. La tecnología de PCA normal basada en la técnica anterior, no puede manejar estos datos, y por lo tanto se restringe a ser aplicada a la operación del tiempo de proceso del fundidor. En esta invención, la duración de la operación de arranque, conocida como duración de colada de inicio, se define por la longitud de la hebra, en lugar del tiempo de fundición como es lo usual . Las trayectorias del proceso durante la duración completa de la colada de inicio se predicen en base a las observaciones actuales, y entonces se sincronizan al interpolarlas en base a escalas no uniformes pre-especdficas en la longitud de hebra tal que todas las trayectorias se puedan alinear con respecto a la longitud de la hebra para uso adicional en el desarrollo del modelo . La invención contiene un componente de actualización en línea para ajustar continuamente ciertos parámetros (es decir, límites de control) en los modelos de MPCA en base a los nuevos datos de operación de arranque. Esto permite que el modelo se adapte parcialmente por sí mismo a derivaciones de una reacción de operación normal no caracterizada por los modelos. Además, se incluye una función de determinación de estado esta invención, que se usa para determinar si un fundidor continuo está en una operación de arranque o una operación de tiempo de proceso tal que se puedan monitorizar ambas operaciones en un sistema integrado de monitoreo. La invención incluye los siguientes aspectos que surgen solo en el caso del desarrollo del modelo y las implementaciones en línea: definición de la duración de la colada de inicio; selección de variables de proceso que representa la naturaleza de las operaciones de arranque del fundidor- predicción de la trayectoria del proceso en las observaciones futuras; sincronización de la trayectoria del proceso en base a escalas de sincronización no uniformes en la longitud de la hebra; método para identificar las variables del proceso como las causas de raíz más probables de la ruptura prevista; predicción en línea de los parámetros del modelo; capacidad para determinar el estado del proceso y monitorizar tanto la operación de arranque como del tiempo de proceso en un sistema de monitoreo en línea. Para resumir, es el método y aplicación en línea de la tecnología de MPCA aplicada particularmente a operaciones de arranque de fundidos continuo para monitorizar y predecir rupturas de la colada de inicio, que es tanto nuevo como no obvio.

Descripción de los Dibujos A fin de entender mejor la invención, se describe una modalidad preferida a continuación por referencia a los dibujos anexos, en los cuales: La Figura 1 es un diagrama de esquemático de un fundidor continuo de acuerdo a la técnica anterior; La Figura 2 es un diagrama de esquemático de un sistema de monitoreo de operación de arranque aplicado a un fundidor continuo; La Figura 3 es un diagrama de flujo que expone los pasos en el módulo 56 de desarrollo de modelo de la invención para preferir un modelo de MPCA de los datos históricos seleccionados a fin de caracterizar la operación normal de la operación de arranque de un fundidor; La Figura 4 es una gráfica para ilustrar una secuencia de operación normal de un proceso de fundición continua . La Figura 5 es una representación esquemática de un molde de fundidor continuo, usado en esta invención, que proporciona la ubicación de cada termopar alrededor del molde y que define los pares de termopar; La Figura 6 es una gráfica que ilustra los datos de la operación de arranque del fundidor en tres dimensiones ; La Figura 7 es un diagrama de flujo que expone los pasos para sincronizar las trayectorias de las variables de proceso con respecto a la longitud de la hebra en la duración de la colada de inicio; •La Figura 8 es una gráfica que ilustra los datos de la operación de arranque del fundidor, sincronizados, alineados con respecto a escalas de sincronización no uniformes en la longitud de la hebra; La Figura 9 es una gráfica que ilustra el cálculo promedio de trayectoria en base a las trayectorias sincronizadas en el conjunto de modelación; La Figura 10 es una gráfica para ilustrar el bloque de datos de operación de arranque del fundidor, tridimensional, que se despliegan a una matriz de datos bidimensional para conservar la dirección de las operaciones de arranque ; La Figura 11 es un diagrama de flujo que expone los pasos de un modulo de monitoreo de proceso usado en esta invención para monitorizar una nueva operación de arranque del fundidor, para predecir una ruptura de bloqueo de la colada de inicio y para identificar las variables de proceso como las causas de raíz más probables de la ruptura prevista; La Figura 12 es una representación esquemática de un sistema de red de computadoras para implementar el sistema de monitoreo del arranque del fundidor para predecir rupturas de la colada de inicio; La Figura 13 es una gráfica para ilustrar cuatro estados de sistema y cambios de estado entre estos estados para integrar tanto el monitoreo de la operación de arranque como el monitoreo de la operación del tiempo de proceso en un sistema de computadora; La Figura 14 es una gráfica que ilustra que la trayectoria del proceso futuro se predice en una cierta observación basada en la suposición que la derivación de corriente de la trayectoria promedio permanece constante durante el resto de la duración de la colada de inicio .

Mejor Modo para Llevar a Cabo la Invención Esta invención es un sistema en línea para monitorizar operación de arranque de fundidor continuo y para predecir rupturas de la colada de inicio iniciando tecnología de MPCA y el método asociado para desarrollar este sistema. El sistema se implementa por un sistema de computadora de proceso y se puede, aplicar a una variedad de fundidores continuos, que no se limita por sus características de diseño individuales, tal como el tipo de producto (es decir, lingote, lupia o plancha) , el tipo de molde (es decir, molde tubular o molde de placa) y demás . Como se describe de forma previa, en la Figura 1 se muestra un ejemplo de estos fundidores continuos. Para este fundidor continuo, un sistema de computadora en línea que es capaz de monitorizar la operación de arranque del fundidor y predecir las rupturas de la colada de inicio, se representa en la Figura '2. Además de la parte de proceso, hay muchos tipos diferentes de sensores 46 localizados a todo lo largo del fundidor continuo completo cada sensor obtiene una diferente medición que representa la condición de operación actual del fundidor continuo. Estas mediciones pueden incluir, de manera enunciativa y sin limitación, pesos de la artesa refractaria, temperaturas de molde, nivel de acero fundido del molde, temperaturas y velocidad de flujo del agua de enfriamiento de entrada y de salida, y demás. Señala que los sensores y las mediciones de proceso obtenidas pueden ser diferentes en varios diseños de proceso de fundidores continuos, y la invención no se limita a los mismos. Las mediciones obtenidas de estos sensores se recolectan en linea, en tiempo real, por un servidor 48 de comunicación de datos, y luego se envían a un modulo 50 de monitoreo de proceso en línea. Una vez que el modulo de monitoreo de proceso recibe las mediciones de proceso en tiempo real, se realiza una serie de cálculos en base a un modelo estadístico multivariable dado 52 para predecir una ruptura de bloqueo de la colada de inicio. Las alarmas resultantes y las causas de raíz más probable, identificadas, de las rupturas previstas se envían y reciben en una interfaz humano-máquina (HMI) 54. Al mismo tiempo, el modulo de monitoreo de proceso es responsable de enviar los datos de proceso en tiempo real a una base de datos 58 histórica para propósitos de activar lós datos. Los modelos 52 estadísticos multivariables se construyen fuera de línea por un módulo 56 de desarrollo de modelo en el cual se caracteriza la operación normal de arranque del fundidor continuo por el modelo a partir de los datos históricos seleccionados en la base de datos 58. Cuando se implementa en línea el modelo, se actualizan algunos parámetros del modelo en línea, en base a los últimos datos de operación de arranque disponibles a fin de compensar parcialmente las posibles derivaciones de una región de operación normal de arranque, no caracterizada por los modelos. Además, un módulo 60 de evaluación de desempeño se adiciona en el sistema para monitorizar las alarmas de las rupturas de la colada de inicio y para determinar si el modelo necesita ser re-construido en base a los recientes datos de operación de arranque . La Figura 3 es un diagrama de flujo que expone los pasos en el módulo 56 de desarrollo de modelo de esta invención para construir un modelo de MPCA en los datos históricos seleccionados a fin de caracterizar la operación normal de la operación de arranque del fundidor. En una modalidad preferida descrita posteriormente, cada paso se explica en detalle donde existe un número de aspectos a la invención que impactan en su realización exitosa.

Recuperación de Datos Históricos A fin de construir un modelo de MPCA para caracterizar la operación normal de arranque de un fundidor continuo, se requieren un gran número de datos históricos que cubran la mayoría de una región ¦ normal de operación de en un proceso de arranque de fundidor. El procedimiento. de recuperación de datos históricos, en 62, ahora se describirá en detalle con referencia a una modalidad preferida. Un total de 124 variables de proceso, incluyendo mediciones reales de sensor y variables de ingeniería calculadas relacionadas al fundidor continuo, se recolectan de una base de datos 58 histórica de proceso, en el intervalo de muestreo de 400 meses durante aproximadamente un periodo de 12 meses . Se señala que el periodo de tiempo- y el intervalo de muestreo especificados en la presente son ilustrativos de un conjunto preferido para la recolección de una cantidad suficiente de datos a una frecuencia de muestreo satisfactoria en comparación con la velocidad de operación del fundidor continuo, y esta invención por lo tanto no se limita a esto. El procedimiento de recuperación de datos históricos da por resultado un conjunto de datos di-dimensional con 124 variables de proceso por 216,000 observaciones durante un periodo de 24 horas de operación, y una matriz de datos bastante grande durante el periodo de 12 meses . Después de que se han recuperado los datos históricos, el conjunto de datos resultantes necesita ser reducido para volverlo por sí mismo adecuado para los propósitos de desarrollo del modelo. En una modalidad preferida, la reducción de datos se logra al seleccionar datos en una duración apropiadamente definida y al elegir las variables de proceso apropiadas que son capaces de representar la naturaleza de las operaciones de arranque del fundidor.

Selección de datos en una duración predefinida de la colada de inicio La secuencia completa de operación de un fundidor continuo consiste de las siguientes tres fases: operación 81 de- arranque, operación 82 de tiempo de proceso y una operación 83 de interrupción. La Figura 4 da algunos ejemplos de los datos históricos obtenidos que muestran la trayectoria de proceso de ciertas variables de proceso en diferentes fases. Las variables de proceso mostradas en la Figura 4 incluyen la velocidad 84 de fundición, dos temperaturas 85 y 86 de termopares, un flujo térmico 87 transferido a través de una superficie seleccionada del molde, y el indicador 88 de fundición de hebra que indica si el fundidor continuo está realmente produciendo hebras. .

La operación de arranque se refiere al periodo de comienzo de la secuencia completa de operación. Durante este periodo · finito, la velocidad de fundición, en una modalidad preferida, se implementa continuamente desde 0.1 m/min a 0.7 m/min o mayor. Al mismo tiempo, la mayoría de las variables de proceso tal como las temperaturas de los termopares y el flujo térmico ilustrado-* en 81 revelan diferentes transiciones dinámicas con velocidad creciente 84. La operación del tiempo de proceso frecuentemente sigue a una operación de arranque cuando el fundidor continuo corre suavemente en un intervalo normal de velocidad de fundición. Durante la operación del tiempo de proceso, la velocidad de fundición puede caer por debajo de 0.7 m/min durante un periodo muy corto para algunas tareas de operaciones especiales, por ejemplo, intercambio de la artesa refractaria, cambio de SEN, etc. Una secuencia normal de operación de un fundidor continuo termina con una operación de interrupción en la cual la velocidad de fundición cae dramáticamente hasta cero. A fin de monitorizar la operación de arranque y predecir las rupturas de la colada de inicio usando tecnología de PCA, la duración de la operación de arranque, también conocida como duración de colada de inicio, se debe definir de forma distinta. En una modalidad preferida, el tiempo de fundición no se usa para definir la duración de la colada de inicio como es usual debido a que la operación de arranque puede terminar más, pronto o más tarde debido a la aceleración variada de la velocidad de fundición (es decir, la velocidad de fundición puede incrementarse, permanecer constante, o aún disminuir en cualquier momento en la duración de la colada de inicio) . En cambio, una variable de proceso calculada, la longitud de la hebra, junto con la velocidad de fundición, se usan para definir la duración de la colada de inicio como sigue': duración de la colada de inicio empieza con el tiempo, pernotado por t0, cuando la velocidad de fundición excede 0.1 m/min. Al mismo tiempo, la longitud de la hebra, denotada por L, se ajusta igual a cero, es decir, L(to)=0; conforme evoluciona la operación de arranque, la longitud de la hebra en el tiempo t se calcula por: L(t) =L(t+l) +v(t-l) *ts donde t y t-1 representan el intervalo de tiempo previo y actual y previo, respectivamente; v(t-l) es. la velocidad de fundición medida en el tiempo t-1 y ts es el intervalo de muestreo preferido; la duración de la colada de inicio entonces termina por el tiempo, denotado por tP, cuando la longitud de la hebra excede 3.2 metros, es decir, tf=min{t|L(t)>3.2, t>t0} El valor de 3.2 metros se selecciona inicialmente en base al conocimiento anterior del proceso, y entonces se verifica por la detección de estado estable para asegurarse que la operación del fundido alcanza un estado estable al final de la duración de la colada de inicio. Un experto en la técnica contemplará que este valor puede variar dependiendo de los diferentes procesos de fundición y aún producirá resultados aceptables y por lo tanto, esta invención no se limita a lo mismo. Una vez que se define la duración de la colada de inicio, sólo los datos en esa duración de cada secuencia de operación se seleccionan en 64.

Selección de variables apropiadas de proceso La elección de las variables apropiadas de proceso es la otra cuestión crucial al' éxito de la reducción de datos . Los procedimientos para elegir las variables apropiadas de proceso después de un número de métodos simples tal como la utilización del conocimiento del proceso, inspección visual o cálculo estadístico, etc., que se describe posteriormente en detalle.- Estos métodos se pueden utilizar individualmente, o de manera preferente en combinación, para elegir las variables de proceso que tienen impacto significativo en las rupturas de la colada de inicio. Como se indica de forma previa, un total de 124 variables de proceso se recuperan de la base de datos histórica, y se pueden categorizar en los siguientes grupos: lecturas de termopar, que incluye un total de 44 temperaturas de molde y sus diferencias; información de molde, que incluye frecuencia de oscilación de molde, posición . de la varilla metálica recubierta con producto refractario, profundidad de inmersión de la SEN, ancho de molde, etc.; información de la artesa refractaria, que incluye peso neto del carro de la artesa, flujo de argón de la SEN; información del agua de enfriamiento, incluyendo flujos y temperaturas del agua de enfriamiento de entrada/salida; información de la transferencia térmica, incluyendo el flujo térmico transferido a través, de las superficies del molde; información de la composición, incluyendo la composición de carbono, manganeso, silicio, etc., en el acero fundido. En una modalidad preferida, se aplica una serie de criterios para elegir las variables apropiadas del proceso: al utilizar el conocimiento del proceso, todas las variables que se conocen que son cruciales a las operaciones de arranque o pertinentes a las rupturas de la colada de inicio, se seleccionan; al -realizar la inspección visual, todas las variables que revelan una transición dinámica en la duración de la colada de inicio definida en 64 se seleccionan; en tanto que no se selecciona cualquier variable que muestre cambios muy infrecuentes en comparación con las dinámicas de proceso en la duración de la colada de inicio; al realizar los cálculos estadísticos, no se selecciona cualquier variable que tenga más de 20% de datos ausente en la duración de la colada de inicio, o que tenga muy pequeña variación en la desviación de su trayectoria promedio (calculada de los datos históricos disponibles) . Aplicando estos resultados de criterio en 62 de las 124 variables de proceso se seleccionan en el paso 66 de la Figura 3. Son: lecturas de termopar de molde; diferencias ' de temperatura entre los pares predefinidos de termopar (ver posteriormente) ; posición de la varilla metálica con material refractario; peso neto del carro de la artesa refractaria; flujos de agua de enfriamiento del molde; diferencia de temperatura entre el agua de enfriamiento de molde de entrada/salida ; velocidad de fundición; flujo térmico calculado, transferido a través de cada superficie de molde. En una modalidad preferida, las ubicaciones de los termopares alrededor del molde se muestran en la Figura 5. En el lado 92 del este y el lado 93 del oeste del molde, hay dos termopares que forman un par vertical, respectivamente., En el lado norte 94 y en el lado sur 95 del molde, existen trece termopares respectivamente, donde doce de ellos forman seis pares verticales. Se forman dos pares extras por 96 y 98 en el lado sur y 100 y 102 en el lado norte. El flujo térmico transferido a través de cada superficie de molde se calcula como sigue: Q = CP*FW*AT/A donde Q es el flujo térmico calculado, Cp es la capacidad térmica del agua de enfriamiento, Fw es el flujo de agua de enfriamiento, ?? es la diferencia de temperatura entre el agua de enfriamiento de entrada y de salida, y A es el área de la superficie de molde. Un experto en la técnica contemplará que si cualquier otra variable de proceso llegara a estar disponible, que satisficiera los criterios anteriores, se seleccionarla a fin de mejorar la calidad del modelo y mejorar además el desempeño de la predicción de ruptura de la colada de inicio. Como resultado, la invención no se limita a esto.

Construcción de los conjuntos de datos de validación y de modelado Después de reducir el gran conjunto de datos recuperado de la base de datos histórica al seleccionar los datos de las variables apropiadas del proceso en la duración definida de la colada de inicio, el conjunto de datos reducido se re-organiza como "un bloque 104 de datos tridimensional, como se demuestra en la Figura 6, donde cada operación 106 de arranque se describe como una matriz de datos bidimensional con variables seleccionadas por varias observaciones en la duración' de la colada de inicio. De manera más especifica, el elemento (i, j, k) del bloque 104 de datos se refiere al valor de la variable j en la observación i en el número k de operación. Se señala que, en este bloque de datos, cada operación de arranque tiene el intervalo idéntico de muestreo de 400 ms, sin embargo, puede haber un número diferentes de observaciones puesto que la duración de la colada de inicio variará de una operación a otr . Las operaciones de arranque se pueden categorizar en tres grupos al aplicar los siguientes criterios: una operación de arranque corresponde al grupo A si se presenta una ruptura de la colada de inicio en esta operación; una operación de arranque corresponde al grupo B si no se presenta una ruptura en esta operación y se satisfacen las siguientes condiciones: no existen datos ausentes en la velocidad de fundición; la velocidad de fundición al comienzo de la operación de la colada de inicio es menos de 0.1 m/min; el ancho de la hebra de fundición no se cambia en la duración completa de la colada de inicio, la aceleración promedio de fundición durante las operaciones completas de la colada de inicio es mayor de 0.0015 m2/s, y la diferencia de temperatura entre los termopares superior e inferior en un par de termopares es menos de 5°C al comienzo de la duración - de la colada de inicio y mayor de 10°C al final ; el resto ' de las operaciones de arranque corresponden al grupo C. Como resultado, dos conjuntos de datos, un conjunto de modelado y un conjunto de · variación, se construyen en 68 del grupo A y B. Por ejemplo, en una modalidad preferida, 80% de las operaciones de arranque en el grupo B se seleccionan arbitrariamente para construir el conjunto de modelado; y el 20% restante de las operaciones de arranque en el grupo B así como operaciones de arranque en el grupo A se seleccionan para construir el conjunto de validación. El conjunto de modelado se usa para desarrollar los modelos de MPCA para predecir la ruptura de la colada de inicio; y el- conjunto de validación se usa para validar el desempeño de la predicción de los modelos desarrollados cuando se presentan con una nueva operación de arranque. El conjunto de modelado debe abarcar la región normal de operación, y se requiere que el conjunto de modelado contenga al menos 100 operaciones de la colada de inicio. Se señala que los ajustes -anteriores para construir los conjuntos de modelado y validación pueden cambiar en diferentes modalidades y la invención no se limita a esto.

Sincronización de trayectorias de proceso La invención se adapta para construir un modelo estadístico para la desviación de cada variable de proceso pre-seleccionada de su trayectoria promedio usando los datos históricos en operaciones normales de arranque. Entonces, compara la desviación de la trayectoria promedio de las mismas variables de proceso en una nueva operación de arranque con el modelo; cualquier diferencia que no se pueda atribuir estadísticamente a la variación común del proceso indica que la nueva operación es diferente de la operación normal . Esta comparación de esta invención requiere que todas las operaciones en diferentes operaciones de' arranque tengan la misma duración y se sincronicen con el progreso de las operaciones de arranque.

Como se indica de forma previa, ya sea en un conjunto de modelado en el conjunto de validación, cada operación de arranque tiene diferentes números de observaciones. Estos datos no son adecuados para construir un modelo de MPCA. En una modalidad preferida de la invención, un procedimiento de sincronización de trayectoria de proceso en 70 se desarrolla en base a escalas de sincronización no uniformes de la longitud de la hebra y se describirá en detalle a continuación: Con referencia a la Figura 7, se exhiben cuatro pasos para sincronizar las trayectorias de proceso. Primero que todo, se obtiene un perfil de velocidad de fundición nominal en 110 de sus datos históricos. Se usa una función lineal para describir aproximadamente el perfil de velocidad de fundición creciente, denotado por V0, con respecto al tiempo t: V0(t)=a*t+b donde, en una modalidad preferida, el parámetro a es igual a 4.15X10"5, y b es igual a 1.7xl0"3. Entonces, la longitud nominal de la hebra, denotada por L0 se puede obtener en 112 al calcular la integral de' la velocidad de fundición nominal : L0 (t) =0.5*a*t+b*t Luego, la longitud nominal de la hebra se re-muéstrea en 114 por las escalas de sincronización no uniformes, que se denota por s y se determina por: s (i) =0.5*a* (i*T/N) 2+b* (i*T/N) , i=0...N donde i es el índice de s, T es la duración nominal de la operación de arranque que se calcula por L0(T)=3.2 metros; y N es el número de escalas en la longitud de la hebra. Una guía para determinar el valor de N se da por: donde ts es el intervalo de muestreo que es igual a 400 ms en una modalidad preferida de esta invención. Una vez que las escalas de sincronización en ala longitud de la hebra se han determinado, se realiza la sincronización de las trayectorias en 116 al interpolar las trayectorias de otras variables seleccionadas del proceso en base a las escalas en la longitud dé la hebra. De esta manera, en el conjunto de datos sincronizado, cada observación corresponde a una escala de sincronización en la longitud de la hebra. Se señala que, en lugar de las escalas de sincronización no uniformes en la longitud de la hebra, también se pueden aplicar escalas uniformes a la longitud de la hebra para los propósitos de sincronización de trayectorias. Esto implica que la longitud de la hebra se re-muestre uniformemente para N muestras. Sin embargo, este método hace que el cálculo de MPCA se realice de forma menos frecuente al comienzo de la operación de la colada de inicio que al final de ella, puesto que la velocidad de fundición casi siempre se incrementa durante el transcurso de la operación de la colada de inicio. Cornos e conoce, la operación de arranque del fundidor normalmente sigue tres etapas. El inicio inicial, la transición dinámica y el estado estable final, y más comúnmente, muestra más perturbaciones de proceso en la etapa de inicio inicial y al comienzo de la etapa de transición. Por lo tanto, un método de escala uniforme puede dar por resultado pérdida de las oportunidades para detectar las rupturas de la colada de inicio en una etapa temprana. En contraste, el método de escala no uniforme proporcionará una oportunidad para detectar las rupturas tempranas -de la colada de inicio, especialmente cuando se presentan en las ¦ etapas de transición y de inicio inicial. Como resultado de. la realización de .la sincronización de trayectorias, se ¦ obtiene un nuevo bloque 118 de datos, tridimensional como se muestra en la Figura 8, donde todas las trayectorias de proceso en diferentes operaciones de arranque se alinean con respecto a las escalas 120 de sincronización dadas en la longitud de la hebra. Además, en el bloque 118 de datos, la trayectoria promedio de cada variable seleccionada del proceso se puede calcular fácilmente. La Figura 9 muestra un ejemplo de la trayectoria 122 promedio resultante de un número dado de trayectorias sincronizadas 124.' Desarrollo de modelos MPCA Antes de la implementación en línea del sistema, se determinan los modelos de MPCA en 72 (Figura 3) en base a los datos sincronizados en el conjunto de modelado. Los datos en el bloque 118 de datos, tridimensional, sincronizado, como se describe anteriormente en la Figura 8, se centran en promedio y se auto-escalan a media cero y variación de unidad en forma de columnas . El centrado promedio se usa para sustraer la trayectoria promedio de cada variable de proceso tal que los datos solo representarán las desviación de la trayectoria promedio y por lo tanto, se remueve al menos parcialmente la no linealidad del proceso. Se usan la auto-escalada para obtener una distribución de variación unitaria de media cero para cada variable en cada observación a fin de asignar el mismo peso de prioridad a la variable. Con referencia a la 'Figura 10, el concepto central de la tecnología de MPCA es desplegar el bloque 126 de datos tridimensional centrado en promedio y autoescalado, resultante para conservar la dirección de las operaciones 128 de inicio. El bloque 126 de datos se divide verticalmente a lo largo de la dirección 130 de observación; las rebanadas 132 obtenidas se yuxtaponen a fin de construir una matriz X 134 de datos bidimensional con una gran dimensión de columna tal que cada fila corresponde a una operación de inicio. Un algoritmo de PCA normal entonces se aplica a esta matriz X de datos no desplegada; los datos en esa matriz se proyectan a un nuevo espacio variable latente definido por una matriz P de carga, donde la mayoría de la variación del proceso contenida en los datos originales se captura solo por unas pocas variables latentes, también conocidas como componentes principales. Los valores de los componentes principales para cada operación de arranque se llaman puntuaciones, denotadas por T. Dos productos estadísticos, error de predicción al cuadrado (SPE) y "T de Hospedaje" (HT) , se definen en cada observación en base a la matriz P de carga y las puntuaciones T, tal que son capaces de describir como cada operación en el conjunto de modelado coincide con la operación normal conforme evoluciona la operación con una longitud de la hebra creciente.' Similar a la filosofía del control de proceso estadístico univariable, los límites de control tanto para SPE como para HT se requiere que se determinen en 74 (Figura 3) a fin de monitorizar una nueva operación de arranque. En teoría, estos dos productos estadísticos siguen distribuciones conocidas de probabilidad bajo la suposición que todas las variables de proceso y las puntuaciones T resultantes están distribuidas de forma multinormal. Esta suposición, sin embargo, no se puede aplicar a la operación de arranque del fundidor. En una modalidad preferida de esta invención, los límites de control tanto para SPE como para HT se determinan por los datos históricos en el conjunto de modelado · como sigue: para cada operación en el conjunto de modelado, el SPE y HT en cada observación en la longitud de la hebra se calculan. En cada observación, los histogramas de SPE o HT durante todas las operaciones de arranque en el conjunto de modelado se grafican y el límite de control de SPE o HT en esta- observación se determinan tal que solo 5% de las operaciones en el conjunto de modelado tienen el SPE o HT más allá del límite de control . Además, la contribución de cada variable a SPE o HT, en cada observación en la longitud de la hebra, también se calcula. El mismo método descrito anteriormente se aplica para determinar los límites de control para estas contribuciones . Varios modelos pueden necesitar ser desarrollado para cubrir el intervalo completo de condiciones de operación del fundidor. Esto depende en su mayor parte del proceso mismo y si existen varias condiciones distintas de operación, cada una de las cuales puede requerir un modelo separado. Los factores típicos que pueden tener influencia en el número de modelos preferidos que incluyen de manera enunciativa y sin limitación grado del acero, el ancho de la hebra de fundición y demás. En una modalidad preferida de esta invención se desarrollan tres modelos de MPCA. modelos de fundición amplia que se aplica a las operaciones de arranque donde el ancho de la hebra de fundición es mayor de 1.25 metros. modelo de fundición intermedia que se aplica a las operaciones de arranque donde el ancho de la hebra de fundición es mayor de 1.0 metros y menor o igual a 1.25 metros. modelo de fundición estrecha que se aplica a las operaciones de arranque donde el ancho de la hebra de fundición es menos o igual a 1.0 metros . Un experto en la técnica reconocerá que se puede construir un modelo específico para una condición distinta de operación a fin de mejorar el desempeño de las predicciones de la ruptura de la colada de inicio, y por lo tanto la invención no se limita a los tres modelos descritos anteriormente .

Validación del modelo resultante El último paso en el método antes de poner los modelos de MPGA resultantes en un sistema de monitoreo en línea es validar el modelo usando los datos de operación de arranque en el conjunto de validación definido en 76 {Figura 3) . Como se describe de forma previa, el conjunto de validación incluye tanto de operaciones de arranque normales como operaciones anormales con las rupturas de la colada de inicio. Se usan tres puntos de referencia en una modalidad preferida para validar el modelo resultante. velocidad de alarma falsa, también conocida como error tipo I en estadística; velocidad de alarma fallida, también conocida como error tipo II en estadística? el tiempo de ventaja a la ruptura, que se refiere al intervalo de tiempo entre la primera alarma a una ruptura real . Los valores iniciales se ajustan a 20% para la velocidad de alarma falsa, 10% para la velocidad, de alarma fallida, y 3- segundos para el tiempo de ventaja a la ruptura. Una vez que el modelo pase exitosamente los tres puntos de referencia de validación, está listo para la implementación en línea. El experto en la técnica puede contemplar que los puntos de referencia mencionados anteriormente se deben equilibrar a fin de tener un modelo de MPCA práctico en términos de desempeño y fortaleza del modelo. Es decir, el modelo debe mostrar buena capacidad de predicción de · las rupturas de la colada de inicio y al mismo tiempo, ser suficientemente fuerte a las perturbaciones comunes del proceso . Algunos métodos se pueden utilizar para ajustar el modelo para satisfacer los puntos de referencia de validación pre-determinados . Estos métodos incluyen, de manera ilustrativa y sin limitación: incrementar el tamaño del conjunto de modelado al obtener más operaciones normales de arranque ; refinar la lista de variables seleccionadas del proceso para evitar que esté ausente cualquier variable crucial del proceso; incrementar el número de componentes principales para capturar más variación del proceso, o disminuirlos para dar por resultado un modelo más fuerte;- reajustar los límites de control para la estadística de SPE y HT; clasificar las operaciones de arranque del fundidor por las condiciones (tal como grados de productos, etc.) y .desarrollar modelos para cada condición distinta de operación. Estos modelos se pueden aplicar de manera individual, de manera preferente en combinación para desarrollar un modelo práctico que satisfaga los requerimientos reales del monitoreo de la operación de arranque del fundidor .

Después del término exitoso de los procedimientos anteriores en el módulo de desarrollo de modelo en 56, se desarrolla un conjunto de modelos 52 de MPCA y está listo para la implementación en línea. Esos modelos contienen toda la información necesaria para escrutar todos los cálculos en el modulo de monitoreo de proceso 50 para monitorizar una nueva operación de arranque de fundidor, en línea, en tiempo real y predecir una ruptura de bloqueo de la colada de inicio. (Figura) . Una vez que se desarrollan los modelos 52 de MPCA, fuera de línea en 56, se cargan en el módulo 50 del monitoreo de proceso en línea. El modulo de monitoreo de proceso contiene pasos intensivos de cómo utilizar los modelos de MPCA para lograr los resultados deseados, que se describen como sigue. Con referencia a la Figura 11, en una modalidad preferida, todas las mediciones de sensor de una nueva operación de fundidor se recolectan en línea en 140 a un intervalo de muestreo pre-determinado . Las mediciones en tiempo real se muestrean en forma continua y se producen al módulo de monitoreo de proceso, donde se diseña una memoria intermedia de datos temporal para almacenar estos datos conforme se requiera. En base a las mediciones en tiempo real , la velocidad de proceso actual , ya sea operación de arranque u operación de tiempo de proceso, se determina en 142. Si, y solo sí el proceso está en el estado de operación de arranque, se pueden realizar los siguientes cálculos. Si este es el caso, las mediciones adquiridas se validan primero con sus intervalos aceptables respectivos, y cualquier lectura inválida se marca, "ausente" de 144. Si se detectan datos ausentes en ya sea la velocidad de fundición o el ancho de la hebra de fundición, entonces el cálculo se detendrá debido a que se consideran variables cruciales para monitorizar exitosamente una operación de arranque; de otro modo, uno de los modelos 52 de MPCA desarrollado en 72 se selecciona dependiendo del ancho real de la hebra de fundición. Una vez que el modelo seleccionado se carga en el modulo de monitoreo de proceso, las variables de proceso requeridas por el modelo se eligen en 148. Sus trayectorias de proceso, desde el comienzo de la operación de arranque al tiempo actual, se conocen de · la memoria intermedia de datos anterior; y el resto de las trayectorias las observaciones futuras se predicen en 150 de la suposición que la desviación actual de la trayectoria promedio permanece constante durante el resto de la duración de la colada de inicio. Las trayectorias previstas, completas de las variables seleccionadas de proceso se .sincronizan en 152 en base a escalas, de sincronización uniforme determinadas en 70, y alineadas con respecto al la longitud de la hebra para formar una matriz de datos bi-dimensional Xnuevo f donde el elemento nue o (i/ j) representa el valor sincronizado de la variable A en la observación j . El nuevo se pre-procesa en 154 para centrar cada vía variable en cada observación alrededor de cero y escalar a variación unitaria. Luego, el módulo de monitoreo de proceso despliega la matriz de datos pre-procesada siguiendo el mismo método descrito en 72, y entonces, el 156, computa los productos estadísticos, SPE y HT, usando la matriz P de carga en el modelo de MPCA seleccionado. Estas estadísticas proporcionan información de cómo la presente operación de arranque es estadísticamente diferente del modelo, o de manera más especifica la operación normal de arranque "caracterizada por el modelo y por lo tanto, infiere la condición del unidor. En 157, sí ya sea SPE o HT de una nueva operación de arranque excede su límite de control con respecto a tres intervalos de muestreo consecutivos, entonces se genera una alarma para indicar una ruptura de bloqueo de la colada de inicio o una situación anormal. Una alarma de HT implica que la presente operación de arranque se está desviando de la región de operación normal .y puede presentarse una ruptura potencial de la colada de inicio. Entre tanto, una alarma de SPE indica que la correlación evidente dentro de las variables de proceso seleccionadas se ha roto y es altamente probable una ruptura de la colada de inicio. Estos dos tipos de alarma se pueden generar de forma individual , o en la mayoría de los casos, se generan conjuntamente. En el caso de alarmas de SPE y/o HT, se identifican un cierto número de variables de proceso como las causas de raíz más probables a la ruptura prevista en base a sus contribuciones a los productos estadísticos SPE y/o HT, en 158. Ambas alarmas y causas de raíz identificadas se envían, en 160, a un HMI 54 para notificar a los operadores tal que sean capaces de aprovechar información proporcionada para realizar diagnostico adicional o hacer una decisión correctiva para emitir la aparición real de la ruptura prevista. Al final de cada operación de arranque, los límites de control de SPE, HT y las contribuciones se utilizan en línea en 162. Un sistema 168 de computadora se diseña para la implementación en línea del sistema de monitoreo de operación de arranque del fundidor. Con referencia a la Figura 12 , se configuran cuatro computadoras interconectadas en red como sigue: un servidor 170 de comunicación de datos se conecta a todos los controladores lógicos programables (PLC) 178, se suministran de datos en proceso real a otras computadoras; un servidor 172 de computación es capaz de recibir los datos en tiempo real vía la interfaz de comunicación de datos, regresar el cálculo de MPCA, y enviar la información relacionada a la alarma a la máquina de HMI y al mismo tiempo, enviar los datos en tiempo real a una base de datos 176 histórica de proceso para propósitos de archivado de datos ; una computadora 174 de HMI, localizada en el púlpito 175 de control del fundidor, es capaz de recibir las condiciones actuales del operación de arranque en base a los productos estadísticos SPE y HT proporcionados y las causas de raíz más probables identificadas a una ruptura prevista, alarmar de una ruptura de bloqueo de la colada de inicio o una situación anormal, y dar soporte a los operadores 173 para hacer una decisión correcta cuando se genera una alarma; una base de datos 176 histórica de proceso se configura para almacenar datos históricos' del proceso que se usarán cuando los modelos de MPCA se requieran para ser reconstruidos . Adicionalmente, se requiere una computadora 180 de desarrollo para el desarrollo fuera de linea de los modelos de MPCA, que también se muestran en la Figura 12. Un experto en la técnica contemplará que el sistema de computadoras mencionado anteriormente puede variar en diferentes circunstancias, por ejemplo, se puede usar un sistema personalizado de adquisición de datos para reemplazar el servidor de comunicación de datos, o la función de exhibición en la máquina de HMI se puede integrar en el servidor de computación, etc. Por lo tanto esta invención, no se limita a esto. Como se indica, existen varias características en el sistema en línea que son nuevas y no obvias en la realización de este sistema. Estas características se describen en más detalle en el texto a continuación.

Determinar estado del proceso Como se describió previamente, en un fundidor continuo, una operación del tiempo de operación a largo plazo frecuentemente sigue a una operación de arranque. Una de las características desarrolladas para el sistema en línea es la capacidad para monitorizar tanto la operación de arranque como la operación del tiempo de proceso en un sistema integrado de computadoras. Para realizar esto, este sistema de computadoras debe ser capaz de determinar el estado actual del proceso, ya sea en la operación de arranque o en la operación del tiempo de proceso, en base a los datos disponibles en tiempo real, y seleccionar automáticamente los módulos de cálculo y modelo adecuados para el monitoreo del proceso. En una modalidad preferida de la invención descrita posteriormente, se desarrolla una función de determinación de estado de proceso en base a reglas, en 142, en el módulo de monitoreo de proceso para este propósito.- Con referencia a la Figura 13, tres estados de proceso se definen como interrupción 182, arranque 184 y estados de tiempo de proceso 186. Un estado de sistema adicional, el estado inactivo 188, se diseña para manejar algunas condiciones de operación especiales o situaciones desconocidas. En cada estado, los cálculos correspondientes se realizan, es decir, se realizan cálculos de MPCA en el estado de arranque, cálculos de PCA normales (descritos por Vaculik et al, en WO 00/05013) se realizan en el estado de tiempo de proceso, y no se realizan cálculos ya sea en el estado de interrupción o en el estado inactivo. Dependiendo de las condiciones actuales de operación (descritas por la velocidad de fundición, longitud de hebra e indicador de fundición de hebra, que indica si el fundidor continuo está realmente fundiendo, el sistema puede moverse de un estado a otro y por lo tanto monitorear ya sea la operación de arranque o la operación del tiempo de proceso. En una secuencia normal de fundición, el sistema se mueve desde el estado de interrupción al estado de arranque cuando el interruptor de fundición de hebra llega a ser verdadero y la velocidad de fundición es mayor que o igual a 0.1 m/min. Además se mueve al estado de tiempo de proceso cuando el indicador de fundición de hebra permanece verdadero y la longitud de la hebra excede 3.2 metros. Y eventualmente, el sistema se mueve de regreso al estado de interrupción cuando el indicador de fundición de hebra llega a ser falso o la velocidad de fundición es menos de 0.1 m/min. Cuando el sistema está en el estado de arranque, puede moverse al estado inactivo si se detectan datos ausentes ya sea en la velocidad de fundición o en el ancho de la hebra de fundición, o moverse de regreso al estado de interrupción si el indicador de fundición de hebra llega a ser falso. Esto último normalmente ocurre cuando se presenta una ruptura de la colada de inicio. Cuando el sistema está en un estado de tiempo de operación, pueden moverse a un estado inactivo si se aplican condiciones de operación especiales, por ejemplo, cambio de SEN, cambio de la artesa refractaria volante, inserción de placa, etc. Si se presenta una ruptura de la colada del tiempo de proceso, el sistema se moverá de regreso al estado de interrupción como se describe anteriormente . Cuando el sistema está en un estado inactivo, puede moverse de regreso al estado de interrupción si el indicador de la fundición de hebra llega a ser falso. El sistema también puede moverse al estado de tiempo de proceso nuevamente después del término de las operaciones especiales mencionadas anteriormente. Además, el sistema cambia al estado inactivo debido a los datos ausentes detectados en el monitores de la operación de arranque, puede moverse al estado de tiempo de proceso cuando el indicador de fundición de hebra permanece verdadero y la velocidad de fundición llega a ser mayor a 0.7 m/min.

Manejo de datos ausentes o inválidos en tiempo real Los datos inválidos o ausentes en tiempo real, son una cuestión crucial al éxito del monitoreo de proceso en línea de las operaciones de arranque del fundidor. Ocasionalmente, los sensores de proceso tal como termopares, flujo metros, etc., pueden obtener lecturas inválidas por algunas razones. Una de las características desarrolladas por el sistema en línea es la capacidad de continuar monitoreando la operación de arranque del fundidor en la ausencia de mediciones del sensor en tiempo real, parciales. Una vez que las mediciones se introducen en el sistema en línea, estos datos se verifican con sus respectivos intervalos aceptables y cualquier lectura invalida o lecturas fuera de intervalo se indican como "ausentes" en 144. Estos datos ausentes entonces se manejan por las siguientes reglas y métodos. Si se encuentran datos ausentes en la velocidad de fundición o en el ancho de la hebra de fundición, entonces los datos ausentes se reemplazan por su valor previo. Sin embargo, si el valor previo también se indica como "ausente" , entonces el sistema de monitoreo se mueve al estado inactivo y no se realizan cálculos, puesto que estos variables de proceso se consideran críticas al éxito de la implementación en línea. Si se encuentran datos ausentes en otras variables de proceso seleccionadas, se compensan como sigue: e.n las sincronizaciones de trayectorias en 152, los datos sincronizados se ajustan a un número identificable y se indican como "ausente" si se interpolan de cualquier dato ausente; en el cálculo de modelo 156, los datos ausentes se reemplazan por la estimación basada en modelo y entonces se pasan a través de los cálculos de modelo; el algoritmo de estimación se llama proyección de componente individual, que se describe por Nelson et al., en Chemometrics y Intelligent Laboratory systems, volume 35, 1996.

Predicción y sincronización de las trayectorias de un proceso En el sistema de monitoreo en línea de la presión de arranque del fundidor, otra cuestión principal es obtener las trayectorias sincronizadas completas del proceso de una nueva operación de arranque durante la duración predefinida de la colada de inicio tal que se puedan comparar a estas trayectorias a la operación de arranque normal caracterizada por los modelos de MPCA para determinar si una nueva operación es estadísticamente consistente con la operación normal dentro de la duración completa de la colada de inicio. Cuando evoluciona una nueva operación de arranque, sin embargo, en cada observación, las trayectorias disponibles de proceso solo están hasta el tiempo actual, y las trayectorias restantes del tiempo actual no están disponibles hasta el" final de esta operación de arranque. Una de las características desarrolladas para el sistema en línea es la capacidad de predecir las trayectorias en las observaciones f turas. El algoritmo usado en 150 en una modalidad preferida se describe por Nomitos et al . , en Technometrics, volumen 37, 1995. En este algoritmo, con referencia a la Figura 14, las trayectorias en las observaciones futuras 190, en comparación con su trayectoria real 192, se predicen en base a la suposición que las desviaciones futuras de las trayectorias ' promedio 194 como se calcula en los datos históricos en el conjunto de modelado permanecerán constantes para el . resto de la duración de la colada de inicio en sus valores actuales 196. Un experto en ' la técnica contemplará que la suposición anterior puede cambiar para reflejar la operación real del proceso, por ejemplo, en algunos casos, las trayectorias de las observaciones futuras se pueden predecir directamente por las trayectorias por ellas mismas y aún pueden producir los resultados aceptables. Las trayectorias previstas entonces sincronizan en 152, (Figura 11) en base a las escalas de sincronización no uniformes predeterminadas en la longitud de la hebra, que se proporciona por 70 (Figura 3) en el modelo seleccionado.

Identificar las variables del proceso como las causas de raíz más probables usando la observación actual La identificación de las variables de proceso como las causas de raíz más probables a una ruptura prevista de la colada de inicio, en 158, es una características importante en el sistema de monitoreo en línea de la operación de arranque del fundidor, debido a que puede proporcionar información valiosa que ayude a los operadores a concentrarse solo en unas pocas variables de proceso para realizar diagnosis adicional o tomar acciones de control apropiadas para evitar la ocurrencia real de la ruptura prevista de la colada de inicio. La técnica anterior del monitoreo multivariable estadístico de proceso, la causa para una alarma generada se ejemplifica usualmente por una gráfica de contribución, que muestra la contribución de cada variable de proceso incluida en el modelo al componente estadístico SPE o HT las variables de proceso con una alta contribución se identifican como ' que son más probables de provocar la alarma. Estas gráficas de contribución tradicionales, sin embargo, pueden sufrir de un gran número de variables de proceso comprendidas en el cálculo del modelo MPCA y no adecuadas para el monitoreo de la operación dé arranque del fundidor. Por ejemplo, en una modalidad preferida,, el total de 62 variables de proceso se seleccionan y se sincroniza la trayectoria de cada variable en la duración de la colada de inicio en base a escalas de sincronización predeterminadas, que dan por resultado hasta 800 observaciones para cada variable seleccionada. Por lo tanto, un total de 49600 entradas de modelo contribuirán a los componentes estadísticos SPE o HT. Las gráficas de contribución de un gran número de entradas de modelo no proporcionarán información útil a los operadores. Sin embargo, la naturaleza de estas entradas de modelo se puede categorizar inherentemente en tres grupos: valores pasados en las variables del proceso que describen los cambios del proceso en el periodo pasado, es decir, desde el comienzo de la duración de la colada de inicio al tiempo actual; valores actuales de las variables de proceso que describen la situación actual de la operación de arranque; valores previstos de las variables de proceso que pronostican como evolucionará la operación de arranque en el futuro en base a las suposiciones descritas en 150 (Figura 11) · En realidad, cuando se genera una alarma, la única cosa en que pueden intervenir los operadores y evitar es la aparición real de la ruptura prevista de la colada de inicio es cambiar las operaciones actuales de proceso. Por lo tanto, la causa de raíz necesita ser identificada solo para las observaciones actuales. Además, si una cierta variable de proceso tiene una alta contribución a SPE o HT en todas las operaciones normales que hagan que en el conjunto de modelado, también se puede esperar que tengan una alta contribución en una nueva operación de arranque . Sin embargo, si se genera una alarma cuando se monitoriza una nueva operación de arranque, y una cierta variable de proceso tiene una mayor construcción que lo que usualmente tiene en las operaciones normales de arranque, probablemente es la causa de raíz más probable de esta alarma. Puesto que los límites de control de las contribuciones de SPE y HT se han calculado 74 (Figura 3) en el paso 158 (Figura 11) de una modalidad preferida de esta invención, las causas de raíz más probables a una alarma generada se identifican como las variables de proceso que tiene la relación más alta de la contribución de SPE o HT a la observación actual a su correspondiente límite de control.

Actualizar límites de control En esta invención, los limites de control de los componentes estadísticos SPE, HT y las contribuciones de las variables de proceso a los componentes estadísticos SPE y HT proporcionan los intervalos de confianza para determinar si una operación de arranque, o una cierta variable de proceso, está bajo su región de operación normal. Estos límites de control se calculan en base a un gran número de datos históricos de operación, en lugar de algunas funciones conocidas de distribución de probabilidad, en teoría. Aunque los datos históricos seleccionados se espera que abarquen tanto de una región normal de operación como sea posible, no pueden cubrir la región de operación completa debido ¦ al tamaño limitado de los datos históricos- disponibles. Además, la región de operación normal puede derivarse de donde actualmente está. Todas estas cuestiones pueden conducir a límites calculados de control en el tiempo cuando se construye un modelo para conducir a un número de alarmas falsas o fallidas debido a que el modelo no representa la operación normal actual. Una característica desarrollada por esta invención es actualizar automá icamente estos limites de control en 162 (Figura 11) en base a los últimos datos de operación de arranque disponibles para compensar parcialmente la derivación de la región de operación normal posible no capturada por los límites de control actuales. El método de actualización de línea de los límites de control en' 162 se describe como sigue en detalle. Una vez que llegan a estar disponibles los componentes estadísticos SPE y HT al final de la duración de la colada de inicio, que implica que no se ha presentado una ruptura de la colada de inicio en la operación actual, se examinan para verificar si están dentro de los límites de control correspondientes. Si cualquiera de los componentes estadísticos SPE o HT, están más allá de su límite de control actual, entonces no se 'realiza la actualización del límite de control en base a esta operación de arranque; de otro modo, el límite de control del componente estadístico SPE, HT y las contribuciones se actualizan en base a los siguientes cálculos. En el texto posterior, el componente estadístico HT se toma como un ejemplo, y se puede aplicar el mismo método al componente estadístico SPE y las contribuciones a los componentes estadísticos SPE y HT. El límite de control actualizado en HP en una cierta observación se calcula por: CLnuevo= (1-a) *CLcur+a*{CLcur+r* |HT-CLcur| / (HT-CLcur) *d} donde HT calculado en la observación dada en la duración de la colada de inicio; CLcur y CLnew son el límite de control actual y actualizado de HT en esta observación, respectivamente; el parámetro a se ajusta a 60%, el parámetro r es igual a 95%, si HT>CLCUr; ó 5%, si HT<CLcur; y el parámetro d se determina de los datos históricos como sigue : suponer una secuencia q contiene el componente estadístico HT a la observación dada para todas las operaciones de arranque en el conjunto de modelado, y todas las estadísticas de HT en q se clasifican en un orden ascendente; definir otra secuencia qdif para calcular la diferencia de cada dos elementos adyacentes de, q como: qdif=[q(2) -q(l) , q(3)-q(2), q (m) -q (m-1) ] entonces d se calcula como el valor principal de la secuencia qdif.

Aplicabilidad Industrial La realización de un sistema de monitoreo en línea de la operación de arranque de un fundidor, usando modelos estadísticos multivariables del proceso, requiere la disponibilidad de las mediciones de proceso descritas anteriormente a un sistema de computadora. El sistema de computadora se usa para realizar los cálculos de CPA para predecir una ruptura de bloqueo de la colada de inicio. Actualmente está en operación una realización de este sistema . Los modelos estadísticos multivariables se desarrollan fuera de línea en base a los datos históricos seleccionados usando tecnología de MCPA. Los modelos se validan al evaluar la proporción de alarmas falsas, proporción de alarmas fallidas y tiempo de ventaja a la ruptura antes de que se pueda aplicar en línea en tiempo real . Aunque la invención se ha descrito con referencia a la predicción de rupturas de la colada de inicio de un servidor continuo, no se limita al mismo. En particular, esta invención se puede aplicar para predecir las rupturas que se presentan en otras operaciones del fundidor tal como cambio de SEN, cambio de la artesa refractaria volante, inserción de placas y demás. Se entenderá que se pueden hacer varias variantes a la modalidad de la invención descrita anteriormente, dentro del alcance de las Rmid anexas

Claims (19)

1. REIVINDICACIONES 1. Un método para monitorizar la operación de un fundidor continuo en un modo de fundición de arranque en el cual el metal fundido se forma en un fundidor continuo para formar un producto de hebra en solidificación antes de que el fundidor continuo alcance una velocidad de fundidor, mínima, predeterminada, el método está caracterizado porque incluye los siguientes pasos: recuperar los datos históricos que consiste en múltiples observaciones históricas de las variables del proceso para una pluralidad de operaciones de arranque del fundidor continuo, el número de observaciones históricas que varían desde una operación de arranque del fundidor continuo a otra; seleccionar un conjunto de modelado de los datos históricos para representar ' las operaciones normales de arranque de un fundidor continuo; crear un conjunto de datos sincronizados de las trayectorias del proceso del conjunto de modelado en el cual el numero de observaciones históricas de cada operación de arranque del fundidor continuo se escala para corresponder a una longitud seleccionada del producto de hebra; realizar un análisis de componentes principales de multi-ruta (MPCA) en el conjunto de datos sincronizado para calcular el valor de los componentes principales T y una matriz de carga P para cada operación de arranque del fundidor continuo para desarrollar un modelo estadístico multivariable de operaciones de arranque de fundidor continuo, normales ; computar productos estadísticos de prueba seleccionado del grupo que consiste de error de predicción al cuadrado (SPE) y "T de Alojamiento" (HT) para cada observación del modelo estadístico multivariable; seleccionar límites de control para los componentes estadísticos de prueba SPE y HT y sus contribuciones; adquirir datos en línea que consisten de múltiples observaciones de las variables de proceso observadas en un tiempo transcurrido t durante una operación de arranque de un fundidor continuo; predecir trayectorias de proceso futuras para los datos en línea durante una operación de arranque del fundidor continuo' que produce la longitud seleccionada del producto de hebra; aplicar el modelo estadístico multivariable a una matriz XnUevo de las trayectorias futuras del proceso para computar los componentes estadísticos seleccionados del grupo que consiste de Error de Predicción al Cuadrado (SPE) y "T de Alojamiento" (HT) ; comparar los componentes estadísticos de prueba computados de la matriz XnUevo a los límites de control; y generar una señal de detección, la señal de detección que es indicativa de si la operación de arranque del fundidor continuo es consiste con- las operaciones de arranque normales en un fundidor continuo.
2. 2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los datos históricos y los datos en línea se seleccionan para corresponder a una operación de arranque que tiene una velocidad de fundición de al menos 0.1 metros/segundo . '3. Un método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque los datos históricos y los datos en línea se seleccionan para corresponder a una operación de arranque que tiene una longitud de colada del producto de hebra de hasta
3. 3.2 metros.
4. 4. Un método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las variables del ¦proceso se seleccionan del grupo que comprende: lecturas de termopar de molde, diferencia de temperatura entre pares de termopar pre-definidos, posición de la varilla metálica con material refractario, peso neto de la artesa refractaria, flujos de agua de enfriamiento del molde, diferencia de temperaturas entre el agua de enfriamiento del molde de entrada y salida, velocidad de fundición, y flujo térmico calculado transferido a través dé cada superficie de molde.
5. 5. Un método de conformidad con la reivindicación 1, en el cual se basa la sincronización de las trayectorias del proceso en escalas no uniformes en la longitud de hebra seleccionada por lo que se debe usar el cálculo de MPCA de manera más frecuente al comienzo de la operación de colada de inicio que al final de la operación de colada de inicio.
6. 6. Un método de conformidad con · la reivindicación 5, caracterizado porque la operación de la colada de inicio se seleccionan para empezar a una velocidad de fundición de 0.1 metro/segundo y para terminar a una longitud de fundición de 3.2 metros.
7. 7. Un método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los limites de control se seleccionan para excluir 5% de las operaciones de arranque continuas que representan las operaciones de arranque normales.
8. 8. Un método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la contribución de cada variable de proceso a SPE o HT en cada observación en la longitud de la hebra se calcula y los límites de control se seleccionan para excluir 5% de las operaciones de fundición continuas que representan operaciones de arranque normales .
9. 9. Un método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque se desarrollan varios modelos estadísticos multivariables que corresponden cada uno a un intervalo de condiciones de operación del fundidor continuo seleccionada del grupo que consiste de: grado del metal que se funde y ancho de la hebra de fundición.
10. 10. Un método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque se genera una alarma para indicar una ruptura de bloqueo de la colada de inicio con situación anormal si el componente estadístico SPE o HT de una nueva operación de arranque excede su límite de control por más de tres intervalos de muestreo consecutivo.
11. 11. Un método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las variables del proceso se identifican como las causas más probables de comportamiento normal en base a sus contribuciones a los componentes estadísticos SPE y HT.
12. 12. Un método de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque las causas de raíz más probables del comportamiento anormal se identifican como las variables de proceso que tienen la relación más alta de la contribución de SPE o HT a una observación actual y un límite de control correspondiente.
13. 13. Un método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque los límites de control de SPE, HT y sus contribuciones se actualizan de los ' datos de operación actuales.
14. 14. Un método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las trayectorias ' futuras del proceso se predicen en base a la suposición que desviaciones futuras de las trayectorias promedio para las variables de proceso en las observaciones históricas permanecerán constantes .
15. 15. Un método para monitorizar la operación de un fundidor continuo en un modo de condición de arranque en el cual el metal fundido se forma en un fundidor continuo para formar una hebra en solidificación antes de que el fundidor continuo alcance una velocidad predeterminada del fundidor, el sistema está caracterizado porque un servidor de comunicación de datos para suministrar datos de proceso en tiempo real; un servidor de computación para recibir datos de proceso en tiempo real, para realizar cálculos de MPCA y para enviar una señal de detección; y una computadora de interfaz humano-máquina para exhibir las condiciones de operación de arranque actuales en base a los componentes estadísticos de prueba SPE y HT para una matriz nuevo definida de acuerdo a la reivindicación 1 .
16. 16 . Un sistema de conformidad con la reivindicación 15 , caracterizado porque tiene un medio de iniciación que corresponde a un intervalo de ancho de colada 50 pre-definido y adaptado para seleccionar un modelo de MPCA específico asociado con el intervalo del ancho de colada pre-definido .
17. 17. Un sistema de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque tiene una alarma que se activa por la señal de detección para exhibir que se está presentando una operación normal del fundidor continuo.
18. 18. Un sistema de conformidad con la reivindicación 15/ caracterizado porque tiene una pantalla de exhibición visual para exhibir los componentes estadísticos de prueba.
19. 19. Un sistema de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque tiene un medio para determinar si una operación del fundidor continuo ha alcanzado un estado estable de acuerdo a los indicadores de fundición, seleccionado del grupo que comprende: notificación del producto, velocidad de fundición longitud de la hebra por lo que se realizan cálculos de MPCA en un estado de arranque y los cálculos de MPCA normales se realizan en un estado de tiempos de corrida estable.