阅读说明：本技术 工厂设备监视控制系统以及工厂设备监视控制方法 (Plant monitoring and controlling system and plant monitoring and controlling method ) 是由 大谷侑士 于 2019-01-18 设计创作，主要内容包括：通过在工厂中在不增加中央操作室的负荷的情况下判定工厂设备的运转值的设定值的最佳值,实现工厂设备的健全性、运转成本的减少等,并且实现每日的运行的最佳运转指南。因此,设置对规定期间内的第1工厂设备(303)的动作状态进行解析的设备状态监视装置(331),设备状态监视装置(331)对第1工厂设备(303)的动作状态进行解析,根据该解析结果进行最佳运转值的判定。(The optimum value of the set value of the operation value of the plant equipment is judged in the plant without increasing the load of the central operation room, thereby realizing the soundness of the plant equipment, the reduction of the operation cost and the like, and realizing the optimum operation guide of daily operation. Therefore, an equipment state monitoring device (331) for analyzing the operation state of the 1 st plant equipment (303) within a predetermined period is provided, and the equipment state monitoring device (331) analyzes the operation state of the 1 st plant equipment (303) and determines the optimum operation value based on the analysis result.)

工厂设备监视控制系统以及工厂设备监视控制方法

技术领域

本发明涉及对工厂设备进行监视、控制的工厂设备监视控制系统以及工厂设备监视控制方法。特别是，涉及对来自工厂的废气所包含的煤尘进行处理的电集尘装置的监视。

背景技术

例如，在火力发电厂、炼铁厂这样的工厂中，在设置于现场的中央操作室中监视设置于工厂的各设备(称为“工厂设备”)的运转状况。由于各工厂设备配置于广大的现场，因此来自设置于各设备的传感器的测量值集中于中央操作室，中央操作室的操作员根据这些掌握各设备的运转状况，进行必要的控制。这些测量值中包含与工厂的工作状况相关的数据(例如，燃料、材料等的投入量、发电量、生产量等)，各设备的动作参数(向各设备供给的电流值、电压值等)、废气、废水、废弃物等所包含的管制物质的浓度等数据。

随着世界性的环境意识的提高，各国、地域中对从工厂排出的废气、废水、废弃物等规定了各种环境限制。因此，在工厂中设置有用于将废气、废水、废弃物等所包含的管制物质去除为规定值以下的环境保护装置。作为这样的环保装置之一，有电集尘装置。电集尘装置是捕集废气中所包含的煤尘的装置。作为实现电集尘装置的最佳化的公知技术，有专利文献1。专利文献1关于移动电极型电集尘装置，公开了集尘极板的移动速度越大，越能够抑制灰尘的堆积，另一方面，由于若移动速度大，构成部件就显著磨损，寿命变短，因此在集尘极板的每个周期判定放电极和集尘极板中的带电状况，根据带电状况来调整集尘极板的移动速度。

另一方面，在专利文献2中，通过持续地远程监视来自设于设备的传感器的测量值，来分析设备的性能特性，并与作为目标的性能特性进行比较。由此，能够尽早掌握设备的性能的劣化。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-140689号公报

专利文献2：美国专利第8738326号

发明内容

发明要解决的课题

在工厂的中央操作室中，从设置于各工厂设备的传感器集合庞大的数据。另一方面，在推进节省劳力的工厂中，在中央操作室中少数的操作员需要控制整个工厂，因此难以活用尽集合的庞大的数据。例如，若是火力发电厂，则在遵守环境限制的同时，根据电力需要控制发电量，因此，对于向锅炉、涡轮机这样的工厂设备(将它们称为“主机”)的燃料等的投入量、发电量、或者从环境保护装置排出的废气、废水等中的管制物质的量等，需要监视它们的数据，根据目标值、管制值实时地进行必要的控制。与此相对，与如专利文献1所描述的工厂的运转中的目标值、管制值无直接关系的例如辅机(称为主机以外的工厂设备)的运转的最佳化这样的控制不在对工厂整体的运转进行管理的中央操作室中进行。因此，在安装辅机时设定的设定值直接使用，检查辅机的运转状态的情况实质上仅为以年为单位实施的定期检查的情况也不少。在该情况下，有可能在长期间内效率下降的状态下继续辅机的运转。

专利文献1是基于带电特性进行移动电极的最佳控制的技术，但对电集尘装置的性能产生影响的因素较多，并非在一部分的构成要素进行最佳化，而需要掌握过去的运转倾向等，从而实现装置整体的最佳化。此外，在专利文献2中，以早期检测设备的异常为目的，没有公开将来自传感器测量值等的见解反映到设备的每日的运行中。

用于解决课题的手段

本发明的一实施方式的工厂设备监视控制系统具有：多个工厂设备，包含第1工厂设备；多个监视控制装置，分别与多个工厂设备对应地设置；多个传感器，设置于多个工厂设备；监视装置，对多个工厂设备的来自多个传感器的传感器测量值进行汇集；中央控制装置，连续监视被监视装置汇集的传感器测量值，对与工厂设备对应的所述监视控制装置根据传感器测量值来实时地指示运转值；以及设备状态监视装置，从监视装置以及中央控制装置接收包括传感器测量值以及运转值的第1监控数据，对规定期间内的第1工厂设备的动作状态进行解析，根据所述第1工厂设备的动作状态的解析结果进行第1工厂设备的最佳运转值的判定。

根据本说明书的描述以及附图，其他课题和新颖特征将变得清楚。

发明效果

通过在不增加中央操作室的负荷的情况下，判定工厂设备、特别是辅机的运转值的设定值的最佳值，来实现工厂设备的健全性、运转成本的减少等，并且实现每日的运行的最佳运转指南。

附图说明

图1是火力发电厂的环境保护装置的结构例。

图2A是电集尘装置的概要结构图。

图2B是说明电集尘装置的原理的图。

图3是工厂设备监视控制系统的结构例。

图4是说明在监视装置中使用的传感器测量值与在设备状态监视装置中使用的传感器测量值的关系的图。

图5是设备状态监视装置的结构例。

图6是在设备状态监视装置中使用的监控数据的例子。

图7是数据处理部生成的2轴图表的例子。

图8是数据处理部生成的2轴图表的例子。

图9是数据处理部生成的2轴图表的例子。

图10是数据处理部生成的2轴图表的例子。

图11是工厂设备监视控制系统的另一结构例。

具体实施方式

图1表示作为工厂的一例的火力发电厂的环境保护装置的结构例。100是相当于主机的装置群。通过由锅炉101产生的蒸汽使涡轮机102旋转，通过转动发电机103而产生电力。用于使涡轮机102旋转的蒸气通过被导入冷凝器104而复原成水，再次向锅炉101供给。锅炉101利用化石燃料将水转换为蒸气，因此从锅炉101排出的废气中含有各种管制物质。为了去除这些，设置有环境保护装置110。在环境保护装置110的代表性的装置中包括脱硝装置111、电集尘装置113、脱硫装置114。脱硝装置111是用于减少废气中所包含的氮氧化物(NO_x)的装置，例如已知有向废气中吹入氨(NH₃)，在催化剂上将NO_x分解为氮和水的选择性催化还原脱硝技术等。电集尘装置113是用于减少废气中所包含的煤尘粒子的装置，关于此在后面叙述。脱硫装置114是用于减少废气中所包含的硫氧化物(SO_x)的装置，例如已知有通过使废气与石灰石浆料气液接触，使钙(Ca)与亚硫酸气体(SO₂)反应，从而吸收SO₂并且回收作为副产物的石膏的湿式石灰石膏法等。

图2A表示电集尘装置113的概要结构图。在图2A的例子中，设置有两条烟道201、202，从各个烟道导入的废气在通过装置的过程中，被捕集废气中所包含的煤尘。此外，在废气通过电集尘装置113的期间通过三个集尘区划203～205。在各集尘区划配置有使煤尘附着的集尘极(参照后述的图2B)。使附着、堆积在集尘极的煤尘剥离，捕集到料斗206内。另外，电集尘装置113根据要求集尘性能来设计，烟道的数量、集尘区划的数量根据其来确定，并不限定于特定的数量。

使用图2B说明电集尘装置的原理。构成为在各集尘区划中配置有多个图2B所示的放电极211与集尘极212的对，废气通过其间。在电集尘装置动作时，通过在放电极211与集尘极212之间施加高电压，而产生电晕放电。由此产生离子213。废气中所包含的煤尘通过离子213而带电，通过静电引力而被吸引到与放电极对置的集尘极212，附着、堆积，由此废气中所包含的煤尘减少。若煤尘继续堆积于集尘极212，则集尘性能降低，因此，需要使堆积的煤尘从集尘极212剥离。因此，已知有如下的移动电极式装置这样的方式的装置：通过锤击集尘极212而施加振动，使堆积的煤尘剥离的固定电极式装置；或者使集尘极212构成为能够移动，利用刷子扫除使集尘极移动而堆积的煤尘的移动电极式装置。电集尘装置113能够应用任意一方或者双方方式的装置。

实施例1

图3表示实施例1中的工厂设备监视控制系统。控制对象是图1所示那样的工厂设备，在本例中例示了主机301、电集尘装置303、辅机305。在这些工厂设备中分别设置有多个传感器302、304、306，这些传感器的测定值被实时地输入到对各个工厂设备进行监视、控制的监视控制装置311、312、313。此外，该传感器测量值的一部分也被实时地输入到中央操作室320的监视装置321。一边在中央操作室320中连续监视来自汇集于监视装置321的各工厂设备的传感器测量值，一边由中央控制装置322根据工厂的目标值、管制值对各工厂设备进行控制。来自中央控制装置322的指示被传递给各工厂设备的监视控制装置311、312、313，在各监视控制装置中执行基于中央控制装置322的指示的工厂设备的控制。由监视控制装置311、312、313设定的给各工厂设备的运转值在中央控制装置322也被掌握。

设置于工厂设备的传感器的种类数量没有特别限定。传感器根据设备的监视、控制所需的项目而设置。例如，作为设置于电集尘装置303的传感器304测量的对象，例如可举出电集尘装置的带电电流、带电电压、火花次数等。

在本实施例的工厂设备监视控制系统中，还具有监视这些工厂设备的动作状态的设备状态监视装置331。中央操作室进行以工厂设备的每日的运行的控制为目的的设备监视控制，与此相对，设备状态监视装置331进行以实现工厂设备的性能提高、健全性的维持、运转成本的减少等的最佳运转值的判定为目的的解析。另外，在图3中，设备状态监视装置331配置在中央操作室320外，但也可以设置在中央操作室320内，相反也可以设置在工厂的现场外。监视装置321、中央控制装置322和设备状态监视装置331通过网络连接，但网络可以是公共线路，也可以是专用线路。

使用图4说明在监视装置321中使用的传感器测量值与在设备状态监视装置331中使用的传感器测量值的关系。在监视装置321的存储装置401中蓄积有从各工厂设备收集的传感器测量值。例如，以监控数据410那样的形式蓄积，将传感器测量值到达监视装置321的时间和传感器测量值作为一组进行存储。另外，在图4中为了简化说明而记载为所有的传感器测量值在相同的定时到达监视装置321，但传感器测量值只要在各自的定时到达监视装置321即可。监视装置321根据监控数据410，将与工厂的目标值、管制值相关的传感器测量值、或者根据传感器测量值计算出的数据作为指标按时间序列显示于监视装置321的监视器403(波形404)。中央操作室320的操作员一边连续监视指标，一边从中央控制装置322对各工厂设备实时地执行需要的控制。

另一方面，在设备状态监视装置331中，基于根据监控数据410加工而作成的监控数据411监视工厂设备的状态，进行用于工厂设备的最佳运转值的判定的解析。因此，在监视数据中不需要实时性，舍弃动作状况的细微的变动而知道倾向即可。因此，监控数据411通过从监控数据410除去在每日的运行中产生的外扰、噪声，以规定时间平均化而被均衡化。例如，若作成了基于与波形404相当的监控数据411的波形406，则波形404中所包含的外扰405被去除，波形404的细微的变动被均匀化并均衡化。此外，为了判定工厂设备的运转的最佳运转值，与实时的变动相比，根据蓄积在一定期间以上的运转数据掌握的倾向、同等的条件下的运转数据的比较更重要。因此，设备状态监视装置331中的控制通过批处理来进行。因此，来自监视装置321的传感器测量值、来自中央控制装置322的各工厂设备的设定运转值那样的控制信息例如在1次/日的定时被转送至设备状态监视装置331。

以下，以作为辅机之一的电集尘装置为例，对通过本实施例中的工厂设备监视控制系统来判定电集尘装置的最佳运转值的例子进行说明。电集尘装置的最佳运转值判定的对象至少包含以下三个中的任一个。

(1)煤尘扫除的运用

如在图2B中说明的那样，为了避免煤尘过度堆积于集尘极，需要在堆积有一定程度的煤尘的阶段使其剥离。另一方面，若过剩地进行煤尘的扫除，则有可能导致设备的早期的磨损、劣化。因此，判定集尘极锤击循环、放电极锤击循环或者移动电极旋转速度的设定值的最佳值。

(2)电极的带电方法

电集尘装置的集尘性能受到煤尘的性状的大的影响。例如，已知在废气中包含大量电阻率高的煤尘的情况下，在堆积于集尘极的煤尘层发生绝缘击穿，容易产生正离子从集尘极释放的现象(称为“逆电离”)，在该情况下，集尘性能显著降低。在这样的情况下，通过使向电极的带电方法间歇化，能够抑制逆电离的产生。这样，根据煤尘的特性、工厂的运转状态，判定向电极的带电方法是连续荷电、间歇带电(以及此时的带电率)、脉冲带电的哪一个成为性能最大(最佳运转值)。

(3)带电装置的消耗电力

在放电极-集尘极间施加负电压的带电装置的消耗电力由施加的电流、电压以及带电方法决定。判定最佳的带电装置的消耗电力，使得在维持集尘性能的同时，节减消耗电力。

图5表示实现设备状态监视装置331的计算机500的硬件结构例。计算机500包含处理器501、主存储502、辅助存储503、输入输出接口504、显示接口505以及网络接口506，它们通过总线507结合。输入输出接口504与键盘、鼠标等输入装置509连接，显示接口505与显示器508连接，实现GUI。网络接口506是用于与监视装置321、中央控制装置322连接的接口。辅助存储503通常包含HDD、闪速存储器等非易失性存储器，存储计算机500执行的程序、程序作为处理对象的数据等。主存储502包含RAM，根据处理器501的命令，暂时存储程序、执行程序所需的数据等。处理器501执行从辅助存储503加载到主存储502的程序。

在辅助存储503中包括：从中央操作室向设备状态监视装置331发送的包含环境数据、设备运转值、传感器测量值的第1监控数据5031；为了进行工厂设备(在此为电集尘装置)的最佳运转值判定而对第1监控数据5031进行加工而得到的第2监控数据5032；以及用于监视电集尘装置的动作状态的电集尘装置(EP：Electrostatic Precipitator)监视程序5033。

如上所述，由于设备状态监视装置331不需要实时性，因此第1监控数据也例如以1次/1日的频度的批处理从中央操作室发送，并存放在辅助存储503中。在第1监控数据5031中除了包含传感器测量值(图4所示的监控数据410)之外，还包含：对从中央控制装置322取得的电集尘装置的设定运转值(前述的煤尘扫除运用、带电方法、消耗电力)、作为化石燃料使用煤的情况下的煤种等对电集尘装置的性能造成影响的环境数据。

EP监视程序5033的数据生成部5033a对第1监控数据5031进行加工，生成第2监控数据5032。在图6中示出第2监控数据5032的例子。沿着时间轴600，包含传感器测量值601、环境数据602、外扰数据603以及设备运转值604。时间轴600以规定时间宽度(例如以1小时为单位)汇总。若在中央操作室中为了运行而监视的传感器测量值是电集尘装置出口的煤尘浓度，则环境数据602选择对其值带来系统性影响的信息。这可能有操作员输入的信息和根据来自其他工厂设备的传感器测量值得到的信息。在使用煤作为化石燃料的情况下，所使用的煤的性状会对废气的性状带来影响。操作员输入所使用的煤种。此外，锅炉的负荷会影响废气量。这能够根据主机的传感器测量值得到。外扰603是用于判定传感器测量值的暂时变化是否是由外扰引起的变化的信息。例如，若设图4所示的波形404是电集尘装置出口的煤尘浓度，则是用于判定该波形405是否是由外扰引起的波形的信息。能够通过根据环境保护装置的运行等推定可能引起的外扰来进行判定。例如，波形405那样的临时的煤尘浓度的上升可能在电集尘装置的上游进行灰尘清洁化的情况下产生。具体地说，若在空气预热器112(参照图1)中进行吹灰，则暂时包含大量的煤尘的废气流入电集尘装置113，电集尘装置出口的煤尘浓度也暂时上升。从设备的最佳运转值判定的观点出发，可以忽略这样的外扰引起的变动，因此，根据工艺设备(在该情况下，空气预热器112)的传感器测量值、或者设备运转值判定外扰的产生605。数据生成部5033a根据该数据生成算法，实施第1监控数据5031的数据的加工(外扰事件产生的判定、传感器测量值的平均化等)而得到第2监控数据5032。

在数据处理部5033b中，基于第2监控数据5032，进行电集尘装置的动作状况的解析。如图6所示，第2监控数据5032通过将关于电集尘装置的传感器测量值601、环境数据602、外扰603、设备运转值604与时间轴600联系起来并存储，能够进行基于环境、外扰的有无、设备控制状态的过滤。例如，通过将外扰603的成为清洁化开启(ON)的数据过滤掉，能够仅使用在电集尘装置的上游未进行清洁化的期间的传感器测量值来解析电集尘装置的动作状况。

在数据处理部5033b中，不仅监视规定的各个数据(传感器测量值、参数等)，还进行数据处理，以监视多个数据的相互关系。例如，数据处理部5033b将两个数据作为轴而生成2轴图表，并通过数据显示部5033c将所生成的2轴图表显示于显示器508。以下，将其例子示于图7～10。

图7是表示作为电集尘装置的某集尘区划(在此为第1区)的带电状态的2轴图表701。向电集尘装置的带电通过按每个区划设置的变压整流器来进行。变压整流器是对低压电源进行转换而向电极供给带电电压、电流的装置。2轴图表701是横轴表示变压整流器的带电电压、纵轴表示变压整流器的带电电流的图表。如图2A所示，在电集尘装置具有多个烟道的情况下，设置有多个变压整流器，各个变压整流器分别对烟道的电极供给带电电流、电压。为了区别这一点，在2轴图表701中针对每个变压整流器使用不同的标绘标记。此外，为了容易视觉辨认最近的数据的标绘标记702、703，与其他数据区分开来显示。

数据处理部5033b能够对显示于2轴图表701的时间宽度进行过滤。此外，除了用时间进行过滤之外，通过将第2监控数据5032的环境数据、例如以煤种进行划分、锅炉负荷区划分为几个负荷宽度来进行过滤，容易确认同等或者类似的条件下的动作状况中的变化的有无。

图8是表示电集尘装置的集尘性能和变压整流器的消耗电力的2轴图表801。2轴图表801是横轴表示变压整流器的消耗电力、纵轴表示电集尘装置出口的煤尘浓度的图表。通过取得变压整流器的消耗电力与煤尘浓度的关系，能够解析电集尘装置的集尘效率。如之前说明的那样，带电方法有多种。因此，针对每个带电方法(连续带电或者间歇带电、或者脉冲带电)使用不同的标绘标记。此外，为了容易视觉辨认最近的数据的标绘标记802，与其他数据区分开来显示。与图7同样地，数据处理部5033b能够对使2轴图表801显示的时间进行过滤。

图9、图10分别是表示设备运转值与煤尘浓度的关系的2轴图表901、1001。在电集尘装置为固定电极式装置的情况下，如图9所示，使用集尘极锤击间隔作为设备运转值，在电集尘装置为移动电极式装置的情况下，如图10所示，使用移动集尘极的旋转速度作为设备运转值，进行图表化。由此，能够解析是否与电集尘装置出口的煤尘浓度的关系中合适地保持了煤尘的扫除频度。在这些图表中，为了使最近的数据的标绘标记902、1002容易视觉辨认，与其他数据区分开来显示，与图7同样地，数据处理部5033b能够对使2轴图表901、1001显示的时间宽度进行过滤。

基于这些解析，能够判定设备运转值的设定值的最佳值。例如，若能够视为电集尘装置出口的煤尘浓度稳定地充分低，则通过延长锤击间隔、或者延缓移动集尘极的移动速度，能够延缓设备的劣化的进展。同样地，也能够针对每个环境条件判定设备运转值的定值的最佳值。

实施例2

图11表示实施例2中的工厂设备监视控制系统。实施例2中的状态监视装置对应于各个工厂设备而设置。图11中，对电集尘装置设置有电集尘装置状态监视装置1101。电集尘装置状态监视装置1101关于设置于电集尘装置303的传感器304的测量值，得到监视控制装置312接收到的传感器测量值。在中央操作室中，不一定收集在工厂设备中设置的所有的设备的测量值。因此，通过得到由监视控制装置312收集的传感器测量值，能够得到对工厂设备测量出的所有的传感器测量值(在图11的例子中，与实施例1相比能够新得到传感器测量值b₄)。因此，与实施例1的系统相比，能够得到关于工厂设备的更详细的信息。

电集尘装置状态监视装置1101能够从监视控制装置312得到与电集尘装置303相关的传感器测量值、设备运转值。另一方面，关于工厂中的环境数据、与其他工厂设备相关的传感器测量值、设备运转值，需要从监视装置321、中央控制装置322得到。由此，能够使用更多种类的传感器测量值来更详细地执行与实施例1同样的解析。在该情况下，与由监视装置321接收的电集尘装置303相关的传感器测量值与监视控制装置312接收的传感器测量值的时间产生偏差。因此，来自监视装置321的传感器测量值数据中也包含来自电集尘装置的传感器测量值数据，取测量值数据间的匹配来进行时间的校正即可。或者，若时间的误差落在某种程度的范围内，则也可以不需要特别的时间的校正。

附图标记说明

100：主机装置群、

101：锅炉、

102：涡轮机、

103：发电机、

104：冷凝器、

110：环境保护装置、

111：脱硝装置、

112：空气预热器、

113、303：电集尘装置、

114：脱硫装置、

115：烟囱、

116：热交换器、

201、202：烟道、

203～205：集尘区划、

206：料斗、

211：放电极、

212：集尘极、

213：离子、

301：主机、

305：辅机、

302、304、306：传感器、

311、312、313：监视控制装置、

320：中央操作室、

321：监视装置、

322：中央控制装置、

331：设备状态监视装置、

501：处理器、

502：主存储、

503：辅助存储、

504：输入输出接口、

505：显示接口、

506：网络接口、

507：总线、

508：显示器、

509：输入装置、

1101：电集尘装置状态监视装置。