JPWO2019224906A1 - 産業プラント監視制御システム - Google Patents

Abstract

産業プラント用画像解析装置および産業プラント監視制御システムは、以下の構成を備える。動画データ収集部（２１）は、産業プラントを構成する機器および該機器に加工される材料を撮影した動画データをリアルタイムに収集する。画像加工処理部（２２）は、一定周期毎に、動画データから画像を抽出し、指定色を第１カラーに、指定色以外を第２カラーに変換して該画像を２値化する。画像定量化部（２３）は、第１カラーに変換された画素数に基づいて２値化された画像を定量化する。数値出力部（２４）は、定量化されたデータを出力する。

Description

本発明は、産業プラント用データ再生装置および産業プラント監視制御システムに関する。

工業活動に必要な素材や資源を生産する産業プラント（鉄鋼プラント、発電プラント、石油プラント、化学プラント等）が知られている。産業プラントのプラント監視制御システムは、制御用ネットワークを介して、プラントを構成する多数のフィールド機器（アクチュエータやセンサを含む）が接続された入出力装置（Ｉ／Ｏ）や、多数のフィールド機器を制御するプログラマブルロジックコントローラ（以下、ＰＬＣと記す）が相互に接続された構成を備える。

また、ＰＬＣや入出力装置の入出力信号であるプロセスデータは、データ収集機能やデータ再生機能を有するデータ収集装置に収集される。データ収集装置は、収集したプロセスデータを表示し、オペレータが産業プラントの状態を把握するために用いられる。

プロセスデータを出力するセンサの一例として、特許文献１には、鉄鋼プラントに配置されたＨＭＤ（Ｈｏｔ Ｍｅｔａｌ Ｄｅｔｅｃｔｅｒ）が開示されている。このＨＭＤは、圧延ロール下流のテーブルローラ直上の所定高さの位置に設置され、検出する方向が圧延ロールを略直交方向かつ水平方向に望む方向に設定されている。ＨＭＤは、狭視野を有するレーザセンサであり、視野内に熱塊を検知すればＯＮ信号を、検知しなければＯＦＦ信号を出力する。

日本特開２０１６−８７６５２号公報 国際公開第２０１４／００２１７６号

特許文献１のようにセンサを配置することで、熱塊（被圧延材）の上反りを検出できる。しかしながら、センサは高額であり、その設置場所も限定される。また、センサはＯＮ信号またはＯＦＦ信号を出力するのみであり、被圧延材の状態（形状、位置等）を詳細に把握することはできない。

このようなデメリットを解決するため、本願発明者は鋭意研究を進めた結果、一般的なカメラで撮影した撮影対象の動画データをセンサのように用いることとした。カメラを用いることで、コスト低減、上述のセンサに比して撮影範囲が広く設置場所の自由度が高い、センサ出力よりも情報量が多い、といったメリットが得られる。

一方で、カメラで撮影した撮影対象の状態を確認する場合、単に動画データを目視しても、目測での判断となり確認の精度は低い。そのため確認の精度を高める処理が望まれる。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、動画データを用いて撮影対象の状態をリアルタイムに定量的に解析し、産業プラントの操業状態を確認するオペレータを支援できる産業プラント用画像解析装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、産業プラント用画像解析装置により定量化されたデータを用いて、撮影対象の状態に応じた適切な制御を実現できる産業プラント監視制御システムを提供することを目的とする。

上記目的の達成のため、本実施形態に係る産業プラント用画像解析装置は以下のように構成される。産業プラント用画像解析装置は、動画データ収集部と、画像加工処理部と、画像定量化部と、数値出力部とを備える。

動画データ収集部は、産業プラントを構成する機器および該機器に加工される材料を撮影した動画データをリアルタイムに収集する。リアルタイムとは、必ずしも撮影された瞬間を指すものではなく、通信経路やデータ処理による遅れを伴うデータ収集や、一定周期間隔でのデータ収集を含む意味である。

画像加工処理部は、一定周期毎に、前記動画データから画像を抽出し、指定色を第１カラーに、該指定色以外を第２カラーに変換して該画像を２値化する。一定周期とは、可能な限り短周期が好ましく、リアルタイムが好ましい。画像とは、動画データから抽出した１フレーム画像を意味する。指定色とは、単一色だけでなく、指定された色範囲も含む意味である。

画像定量化部は、前記第１カラーに変換された画素数に基づいて前記２値化された画像を定量化する。１つの態様では、画像定量化部は、前記２値化された画像を前記材料の搬送方向と平行に分割した各帯状領域について前記第１カラーが占める割合を計算する。他の態様では、画像定量化部は、前記２値化された画像を格子状に分割した各格子状領域について前記第１カラーが占める割合を計算する。

数値出力部は、前記定量化されたデータを出力する。

また、上記目的の達成のため、本実施形態に係る産業プラント監視制御システムは以下のように構成される。産業プラント監視制御システムは、上述の産業プラント用画像解析装置と、前記機器を制御するプログラマブルロジックコントローラとを備える。

前記機器は、前記材料である被圧延材を圧延する一対の圧延ロールを含む。画像加工処理部は、前記被圧延材を幅方向から見た前記画像について２値化する。

１つの態様では、画像定量化部とプログラマブルロジックコントローラは以下のように構成される。

画像定量化部は、前記２値化された画像を前記被圧延材の搬送方向と平行に、少なくとも第１領域と第１領域の上に隣接する第２領域とに分割し、各領域について前記第１カラーが占める割合を計算する。

プログラマブルロジックコントローラは、第２領域中の前記第１カラーが占める割合の増加量と第１領域中の前記第１カラーが占める割合の減少量との差が、閾値より大きい場合に、アラーム信号および前記被圧延材の上反りを抑制するように前記一対の圧延ロールの回転速度を変更する制御信号の少なくとも一方を出力する。例えば、制御信号は、前記一対の圧延ロールを停止させる信号、または下圧延ロールの回転速度を上圧延ロールの回転速度よりも遅くする信号である。

他の態様では、画像定量化部とプログラマブルロジックコントローラは以下のように構成される。

画像定量化部は、前記２値化された画像を格子状に、少なくとも第１領域と、第１領域の横に隣接する第２領域と、第１領域の上に隣接する第３領域と、第２領域の上かつ第３領域の横に隣接する第４領域とに分割し、各領域について前記第１カラーが占める割合を計算する。

プログラマブルロジックコントローラは、第１領域、第２領域の順に前記第１カラーが占める割合の増加し、かつ、第３領域中の前記第１カラーが占める割合の減少に応じて第４領域中の前記第１カラーが占める割合が増加する場合に、アラーム信号および前記被圧延材の上反りを抑制するように前記一対の圧延ロールの回転速度を変更する制御信号の少なくとも一方を出力する。例えば、制御信号は、前記一対の圧延ロールを停止させる信号、または下圧延ロールの回転速度を上圧延ロールの回転速度よりも遅くする信号である。

本発明に係る産業プラント用画像解析装置によれば、動画データを用いて撮影対象の状態をリアルタイムに定量的に解析し、産業プラントの操業状態を確認するオペレータを支援できる。また、本発明に係る産業プラント監視制御システムによれば、産業プラント用画像解析装置により定量化されたデータを用いて適切な制御を実現できる。

実施の形態１に係る産業プラントのプラント監視制御システムの構成を示す概略図である。 実施の形態１に係る画像解析装置のブロック図である。 実施の形態１に係る画像解析装置の画面表示例である。 画像解析装置が有する処理回路のハードウェア構成例を示すブロック図である。 実施の形態２に係る画像解析装置のブロック図である。 実施の形態２に係る画像解析装置における解析例である。 実施の形態３に係る画像解析装置のブロック図である。 実施の形態３に係る画像解析装置における解析例である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。

実施の形態１．
（システム構成）
図１は、実施の形態１に係る産業プラントのプラント監視制御システムの構成を示す概略図である。

工業活動に必要な素材や資源を生産する産業プラントの１つに鉄鋼プラントがある。熱間圧延では、加熱炉で加熱された高温のスラブ（被圧延材）が、搬送ロールにより搬送されて、粗圧延機と仕上圧延機で所望の厚さまで薄く延ばされると同時に所望の幅に加工され、最後にコイラーで巻き取られる。

プラント監視制御システムは、画像解析装置１、第１監視カメラ２、第２監視カメラ３、データ収集装置７、ＨＭＩ８、ＰＬＣ９、および産業プラントを構成する機器（図示省略）等が接続されて構成されている。

第１監視カメラ２および第２監視カメラ３は、産業プラントを構成する機器、および機器に加工される材料を撮影範囲に含むように配置される。第１監視カメラ２は、画像用信号線５を介して画像データ変換器４に接続している。第１監視カメラ２の映像出力は、画像データ変換器４でネットワーク通信可能な信号に変換され、動画用ネットワーク６を介して画像解析装置１へ送信される。第２監視カメラ３はネットワークカメラであり、撮影した動画データは、動画用ネットワーク６を介して画像解析装置１へ送信される。

画像解析装置１は、制御用ネットワーク１０を介して、産業プラントを構成する機器（アクチュエータやセンサを含む）を制御するプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）９と、オペレータが産業プラントの常時運転・監視に使用する監視制御装置であるヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ）８と、データ収集装置７とに接続している。なお、画像解析装置１は、データ収集装置７に組み込まれる場合もある。

制御用ネットワーク１０は、コモンメモリを有するノードを複数有し、複数のノード間での周期的な同報伝送によりコモンメモリ上のデータを同期する。これにより、画像解析装置１と、ＰＬＣ９と、ＨＭＩ８との間で仮想的に同一メモリ空間が共有される。コモンメモリには各データの記憶領域（アドレス）が割り付けられている。各ノードに接続された装置は、コモンメモリへの書き込み・読み込みによってデータを送受信できる。

（画像解析装置）
画像解析装置１は、動画データ収集部２１、画像加工処理部２２、画像定量化部２３、数値出力部２４を備える。

動画データ収集部２１は、産業プラントを構成する機器および該機器に加工される材料を撮影した動画データをリアルタイムに収集する。リアルタイムとは、必ずしも撮影された瞬間を指すものではなく、通信経路やデータ処理による遅れを伴うデータ収集や、一定周期間隔でのデータ収集を含む意味である。具体的には、動画データ収集部２１は、動画用ネットワーク６を介して、第１監視カメラ２、第２監視カメラ３から動画データを一定周期間隔で収集する。動画データ収集部２１は、動画データを画像加工処理部２２へ出力する。動画データ収集部２１は、収集した動画データをストレージ１１３のデータ記憶部１１３ｂに蓄積する。

画像加工処理部２２は、一定周期毎に、動画データから画像を抽出し、指定色を第１カラーに、該指定色以外を第２カラーに変換して該画像を２値化する。一定周期とは、可能な限り短周期が好ましく、リアルタイムが好ましい。画像とは、動画データから抽出した１フレーム画像を意味する。指定色とは、単一色だけでなく、指定された色範囲も含む意味である。

具体的には、画像加工処理部２２は、図２に示すカラーフィルタ部４１、２値化部４２、写像加工部４３を用いて画像を加工し、加工した画像を画像定量化部２３へ出力する。

カラーフィルタ部４１は、画像中の機器や材料に関する指定色を抽出する。指定色として、例えば赤熱した材料の色、機器や材料の温度異常を示す色などが予め設定される。

２値化部４２は、指定色を第１カラー（例えば、白色）、それ以外を第２カラー（例えば、黒色）に変換して該画像を２値化する。これによれば、データ量を小さくでき、画像加工処理や定量化処理の演算負荷を軽減してリアルタイム性を確保できる。

写像加工部４３は、第１監視カメラ２又は第２監視カメラ３が撮影対象を斜めから撮影する場合に、写像変換を行うことで、真横又は真上から見た映像に変換する。これによれば、カメラ配置の自由度が高いため、撮影対象の真上や真横にカメラを配置できないケースのみならず、撮影対象の近傍にセンサを配置困難な環境にも対応可能である。なお、カメラを撮影対象の真上や真横に配置可能な場合には、写像加工部４３による処理は必ずしも実行しなくてよい。

画像定量化部２３は、第１カラーに変換された画素数に基づいて前記２値化された画像を定量化する。例えば、画像加工処理部２２により第１カラー（例えば、白色）に変換された画素数に基づいて、画像中に第１カラーが占める割合を計算する。画像定量化部２３は、定量化したデータを数値出力部２４へ出力する。

数値出力部２４は、定量化されたデータを、制御用ネットワーク１０を介して、データ収集装置７、ＨＭＩ８、ＰＬＣ９へ出力する。

図３は、画像解析装置１がモニタ１１７（図４）に表示する表示例を示す図である。画像解析装置１は左ウインドウ３１に、収集した動画データをリアルタイムに表示する。図３の例では、材料である被圧延材３１１を圧延する一対の圧延ロール３１２（粗圧延機または仕上圧延機）と、搬送ロール３１３とが撮影範囲に含まれており、被圧延材３１１が左から右へ搬送されつつ一対の圧延ロール３１２に圧延される様子が表示されている。また、画像解析装置１は中央ウインドウ３２に、左ウインドウ３１に表示中の画像を２値化した画像を表示する。被圧延材を示す部分３２１は白色、他の部分３２２は黒色で表示されている。また、画像解析装置１は右ウインドウ３３に、２値化された画像中に白色が占める割合の時間変化を表すグラフを表示する。図６の例では、水平方向に分割された各領域について白色が占める割合の時間変化を表すグラフが表示されている。

データ収集装置７は、ＰＬＣ９やＨＭＩ８からプロセスデータを収集している。プロセスデータは、産業プラントを構成する機器および機器に加工される材料に関する各種データを含む。例えば、アクチュエータの制御値、センサの検出値、材料仕様などを含む。鉄鋼プラントなどの大規模プラントでは入出力点が数千、数万に及び、多種多様なプロセスデータが存在する。これらのプロセスデータは、データ収集機能やデータ再生機能を有するデータ収集装置７に収集され、試験時、調整時、操業時、障害時におけるデータ解析に用いられる。

また、データ収集装置７は、画像解析装置１から定量化されたデータを受信して、プロセスデータと同期しながら収集し蓄積する。なお、データ収集装置７は、画像解析装置１から必要なデータを受信して図３と同様の表示を実現することもできる。

ＨＭＩ８は、ＰＬＣ９から受信したプロセスデータを数値や文字ならびにランプなどで表示する。また、ＨＭＩ８は、ボタン入力信号や数値入力信号を送信する操作ボタンを具備し、操作ボタンの押下に応じてＰＬＣ９を制御するための信号を出力する。また、ＨＭＩ８は、画像解析装置１から定量化されたデータを受信して、その数値を表示したり、その数値が予め定めた閾値を超えている場合にアラームを発したりすることも可能である。

ＰＬＣ９は、産業プラントのセンサからの入力などに基づいて演算を行いバルブやモータなどのアクチュエータへ信号を出力することで産業プラントを制御する。また、画像解析装置１から出力されたデータをセンサからの入力と同様に受信し、演算を行い、バルブやモータなどのアクチュエータへ信号を出力することで産業プラントを制御する。また、演算結果が閾値を超えている場合にアラームを発する。

以上説明したように、実施の形態１に係る画像解析装置１によれば、監視カメラからリアルタイムに収集した動画データを定量化することで、撮影対象がどの程度撮影範囲に入っているかを把握することができる。そのため、画像解析装置１は、機器および材料の位置および形状をリアルタイムに定量的に解析し、オペレータによる操業状態の確認作業を支援できる。また、特別なセンサを用いないため、低コストである。例えばホットストリップや厚板の板反りの検出を行う際のセンサ設置費用を抑制できる。また、センサに比して撮影範囲が広く設置場所の自由度が高いため、様々な環境下で撮影対象の状態を把握可能である。

ところで、上述した実施の形態１では画像全体について第１カラーに変換された画素数を数えることとしているが、これに限定されるものではない。画像の一部領域を指定し、当該領域について第１カラーに変換された画素数を数えてもよい。画像内で着目すべき領域を定めておくことで、ノイズを低減し検出精度を高めることができる。

また、上述した実施の形態１の画像解析装置１とデータ収集装置７を用いることで、動画データをデータ収集装置７上にリアルタイムに表示することも可能であるし、データ収集装置７に記憶された動画データを任意の指定時刻からデータ収集装置７上に再生することも可能である。過去の事象に対する位置およびサイズの把握を容易にし、位置およびサイズの確認精度を高めることが可能である。また、動画を停止、早送り、早戻しすることも可能である。なお、これらの点は以下の実施の形態でも同様である。

また、上述した実施の形態１の画像解析装置１には、後述する図４に示すモニタ１１７、キーボード１１８、マウス１１９を含めていないが、これらを画像解析装置１に含めてもよい。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。

また、上述した実施の形態１では産業システムとして鉄鋼プラントを例に挙げて説明しているが、これに限定されるものではない。産業システムには、発電プラント、石油プラント、化学プラント等も含まれる。

（ハードウェア構成例）
画像解析装置１のハードウェア構成について図４を参照して説明する。図４は、画像解析装置１が有する処理回路のハードウェア構成例を示すブロック図である。図２に示す画像解析装置１の各部は、画像解析装置１が有する機能の一部を示し、各機能は処理回路により実現される。例えば、処理回路は、ＣＰＵ１１１と、メモリ１１２と、ＨＤＤや大容量メモリ等のストレージ１１３と、外部機器Ｉ／Ｆ（インターフェース）部１１４と、制御用ネットワークＩ／Ｆ部１１５ａと、動画用ネットワークＩ／Ｆ部１１５ｂとが、内部バス１１６を介して接続して構成されている。なお、データ収集装置７も同様に構成されている。

ＣＰＵ１１１は、ストレージ１１３のプログラム記憶部１１３ａに記憶された各種プログラムを実行することにより、画像解析装置１の各部の機能を実現する。

メモリ１１２は、ＣＰＵ１１１が各種プログラムを実行する際にデータを一時記憶したり展開したりする演算エリア部として使用される。

ストレージ１１３は、プログラム記憶部１１３ａと、データ記憶部１１３ｂとを有する。プログラム記憶部１１３ａは、ＯＳ（オペレーティングシステム）や、各種プログラムを格納している。また、データ記憶部１１３ｂは、収集された各時刻のプロセスデータ、動画データを記憶する。

なお、図４に示す例では、１つのストレージ１１３の中に、プログラム記憶部１１３ａとデータ記憶部１１３ｂとを設けているが、複数のストレージにプログラム記憶部１１３ａとデータ記憶部１１３ｂを分けて配置してもよい。

外部機器Ｉ／Ｆ部１１４は、モニタ１１７、キーボード１１８、マウス１１９等の外部機器と画像解析装置１とを接続するためのインターフェースである。

制御用ネットワークＩ／Ｆ部１１５ａは、制御用ネットワーク１０と画像解析装置１を接続するためのインターフェースである。また、動画用ネットワークＩ／Ｆ部１１５ｂは、動画用ネットワーク６と画像解析装置１を接続するためのインターフェースである。

実施の形態２．
次に、図５および図６を参照して実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、画像全体に第１カラーが占める割合を計算している。これに対し、実施の形態２では、画像を帯状に分割した各帯状領域について第１カラーが占める割合を計算し、各帯状領域での第１カラーが占める割合の変化を比較して、撮影対象の状態をより詳細に解析することとした。

図５は、実施の形態２に係る画像解析装置１のブロック図である。図５に示す構成は、画像定量化部２３が帯状定量化処理部５０を備える点を除き、図２と同様であるため共通する構成についての説明は省略又は簡略する。

画像加工処理部２２は、材料を幅方向から見た画像について２値化する。

帯状定量化処理部５０は、画像加工処理部２２により２値化された画像を、材料の搬送方向と平行に分割した各帯状領域について、第１カラー（例えば白色）が占める割合を計算する。図５の例では、２値化された画像は水平方向に４分割されている。４分割された領域を、下から帯状領域Ａ５１、帯状領域Ｂ５２、帯状領域Ｃ５３、帯状領域Ｄ５４と称する。帯状定量化処理部５０は、各帯状領域について白色の画素数の割合を計算する。

画像を層状に分割した各帯状領域について第１カラーが占める割合（以下、第１カラー割合とも記す）をリアルタイムに計算し、第１カラー割合の変化を確認することで、撮影対象の位置や形状の変化を定量的に把握できる。

例えば、材料である被圧延材３１１（図３）が鉄鋼プラントの搬送ロール３１３（図３）上でジャンプする場合がある。この場合、撮影対象（被圧延材）が帯状領域Ａ５１から帯状領域Ｂ５２へ平行移動する。そのため、帯状領域Ｂ５２の第１カラー割合の増加量と帯状領域Ａ５１の第１カラー割合の減少量が等しいことを確認することで、撮影対象が平行移動したことを確認できる。

一方で、撮影対象の形状が変形する場合がある。例えば、鉄鋼プラントの熱間圧延ラインや厚板ラインにおいて、圧延により被圧延材３１１（図３）に上反りが発生する場合がある。図６を参照して画像解析の例を説明する。ｔ１は前周期における被圧延材の形状、ｔ２は現周期における被圧延材の形状である。帯状定量化処理部５０は、２値化された画像を被圧延材の搬送方向と平行に、少なくとも帯状領域Ａ５１と帯状領域の上に隣接する帯状領域Ｂ５２とに分割し、各領域について第１カラー割合を計算する。帯状領域Ａ５１と帯状領域Ｂ５２との境界は被圧延材の上面と下面の間に設定されている。

オペレータは、ｔ１からｔ２への変化に伴う、各帯状領域中の第１カラー割合の変化を確認する。帯状領域Ｂ５２中の第１カラー割合の増加量と、帯状領域Ａ５１中の第１カラー割合の減少量との差の大きさを確認することで、被圧延材の上反りを定量的に把握できる。

画像解析装置１は、図３の右ウインドウ３３に例示するような各帯状領域中の第１カラー割合の時間変化を示すグラフを表示することで、オペレータによる確認作業を支援できる。

ＰＬＣ９は、数値出力部２４から出力されたデータ（各帯状領域中の第１カラー割合）を受信する。ＰＬＣ９は、各帯状領域中の第１カラー割合から、撮影対象の位置に応じた制御、撮影対象の変更移動量に応じた制御、撮影対象の形状に応じた制御（例えば上反り量に応じた制御）を行うことができる。

上述した図６を参照して、上反り量に応じた制御について説明する。ＰＬＣ９は、帯状領域Ｂ５２中の第１カラー割合の増加量と帯状領域Ａ５１中の第１カラー割合の減少量との差が、閾値より大きい場合に、アラーム信号および被圧延材の上反りを抑制するように一対の圧延ロール３１２の回転速度を変更する制御信号の少なくとも一方を出力する。例えば、制御信号は、一対の圧延ロール３１２を停止させる信号、または下圧延ロールの回転速度を上圧延ロールの回転速度よりも遅くする信号である。

これに代えて、ＰＬＣ９は、帯状領域Ｂ５２中の第１カラー割合の増加量と、帯状領域Ａ５１中の第１カラー割合の減少量との差が第１閾値より大きい場合に、下圧延ロールの回転速度を上圧延ロールの回転速度よりも遅くする信号を出力し、当該差が第２閾値（第１閾値より大きい）より大きい場合に、一対の圧延ロール３１２を停止させる信号を出力することとしてもよい。

また、ＰＬＣ９は、当該差が大きいほど緊急性の高いアラーム信号を出力することとしてもよい。

以上説明したように、帯状定量化処理部５０を備えた本実施形態に係るシステムによれば、オペレータによる機械や材料の位置やサイズの確認作業を、実施の形態１に比してより精度高く支援できる。また、帯状定量化処理部５０により定量化されたデータを用いてＰＬＣ９は撮影対象の状態に応じた適切な制御を実現できる。例えば、撮影対象である機器が適切な位置へ移動できるように制御値を変化させたり、撮影対象の被圧延材がセンサや機械に衝突することを防ぐために制御値を変化させたりすることができる。

ところで、上述した実施の形態２のシステムは、実施の形態１のシステムと組み合わせ可能である。なお、この点は以下の実施の形態でも同様である。

また、上述した実施の形態２の帯状定量化処理部５０は、水平方向に帯状の領域を設定したが、垂直方向あるいは、斜め方向に帯状の領域を設定してもよい。

また、上述した実施の形態２の帯状定量化処理部５０は、画面を４分割しているが、２分割や３分割、あるいは５分割以上であってもよい。

実施の形態３．
次に、図７および図８を参照して実施の形態３について説明する。上述した実施の形態１では、画像全体に第１カラーが占める割合を計算している。これに対し、実施の形態３では、画像を格子状に分割した各格子状領域について第１カラーが占める割合を計算し、各格子状領域での第１カラーが占める割合の変化を比較して、撮影対象の状態をより詳細に解析することとした。

図７は、実施の形態３に係る画像解析装置１のブロック図である。図７に示す構成は、画像定量化部２３が格子状定量化処理部６０を備える点を除き、図２又は図５と同様であるため共通する構成についての説明は省略又は簡略する。

画像加工処理部２２は、材料を幅方向から見た画像について２値化する。

格子状定量化処理部６０は、画像加工処理部２２により２値化された画像を、格子状に分割した各格子状領域について、第１カラー（例えば白色）が占める割合を計算する。図７の例では、２値化された画像は水平方向に４分割、垂直方向に３分割され、合計１２の領域に分割されている。分割された領域を、格子状領域Ａ６１、格子状領域Ｂ６２、格子状領域Ｃ６３、格子状領域Ｄ６４、格子状領域Ｅ６５、格子状領域Ｆ６６、格子状領域Ｇ６７、格子状領域Ｈ６８、格子状領域Ｉ６９、格子状領域Ｊ７０、格子状領域Ｋ７１、格子状領域Ｌ７２と称する。格子状定量化処理部６０は、各格子状領域について白色の画素数の割合を計算する。

画像を格子状に分割した各格子状領域について第１カラーが占める割合（以下、第１カラー割合とも記す）をリアルタイムに計算し、第１カラー割合の変化を確認することで、撮影対象の位置や形状の変化を定量的に把握できる。

例えば、材料である被圧延材３１１（図３）が鉄鋼プラントの搬送ロール３１３（図３）上でジャンプする場合がある。この場合、撮影対象（被圧延材）が格子状領域Ａ６１から格子状領域Ｂ６２へ平行移動する。そのため、格子状領域Ａ６１の第１カラー割合の増加量と格子状領域Ｂ６２の第１カラー割合の減少量が等しいことを確認することで、撮影対象が平行移動したことを確認できる。

また、撮影対象が斜めに伸長して格子状領域Ａ６１から格子状領域Ｆ６６へ伸びた場合は、格子状領域Ａ６１の第１カラー割合は飽和し、格子状領域Ｆ６６の第１カラー割合が増加する。隣接する格子状領域Ｂ６２の第１カラー割合の増減量と格子状領域Ｅ６５の第１カラー割合の増減量から、撮影対象が横ブレなく伸長したか否かを確認できる。

また、撮影対象の形状が変形する場合がある。例えば鉄鋼プラントの熱間圧延ラインや厚板ラインにおいて、圧延により被圧延材３１１（図３）に上反りが発生する場合がある。図８を参照して画像解析の例を説明する。ｔ３は前周期における被圧延材の形状、ｔ４は現周期における被圧延材の形状である。格子状定量化処理部６０は、２値化された画像を格子状に、少なくとも格子状領域Ｆ６６と、格子状領域Ｆ６６の横に隣接する格子状領域Ｊ７０と、格子状領域Ｆ６６の上に隣接する格子状領域Ｇ６７と、格子状領域Ｊ７０の上かつ格子状領域Ｇ６７の横に隣接する格子状領域Ｋ７１とに分割し、各領域について第１カラー割合を計算する。格子状領域Ｆ６６と格子状領域Ｇ６７との境界は被圧延材の上方に設定されている。

オペレータは、ｔ３からｔ４への変化に伴う、各格子状領域中の第１カラー割合の変化を確認する。格子状領域Ｆ６６、格子状領域Ｊ７０の順に第１カラー割合が増加し、かつ、格子状領域Ｇ６７中の第１カラー割合の減少に応じて格子状領域Ｋ７１中の第１カラー割合が増加することを確認することで、被圧延材の上反りを定量的に把握できる。

ＰＬＣ９は、数値出力部２４から出力されたデータ（各格子状領域中の第１カラー割合）を受信する。ＰＬＣ９は、各格子状領域中の第１カラー割合から撮影対象の位置に応じた制御、撮影対象の変更移動量に応じた制御、撮影対象の形状に応じた制御（例えば上反り量に応じた制御）を行うことができる。

上述した図８を参照して、上反り量に応じた制御について説明する。ＰＬＣ９は、格子状領域Ｆ６６、格子状領域Ｊ７０の順に第１カラー割合が増加し、かつ、格子状領域Ｇ６７中の第１カラー割合の減少に応じて格子状領域Ｋ７１中の第１カラー割合が増加する場合に、アラーム信号および被圧延材の上反りを抑制するように一対の圧延ロール３１２の回転速度を変更する制御信号の少なくとも一方を出力する。例えば、制御信号は、一対の圧延ロール３１２を停止させる信号、または下圧延ロールの回転速度を上圧延ロールの回転速度よりも遅くする信号である。

以上説明したように、格子状定量化処理部６０を備えた本実施形態に係るシステムによれば、オペレータによる機械や材料の位置やサイズの確認作業を、実施の形態１に比してより精度高く支援できる。また、帯状定量化処理部５０により定量化されたデータを用いてＰＬＣ９は撮影対象の状態に応じた適切な制御を実現できる。

ところで、上述した実施の形態３のシステムは、実施の形態１のシステムおよび実施の形態２のシステムと組み合わせ可能である。

また、上述した実施の形態３の格子状定量化処理部６０は、水平方向および垂直方向に格子状に領域を定義したが、斜め方向に格子状の領域を設定してもよい。

また、上述した実施の形態３の格子状定量化処理部６０は、画像を１２分割しているが、等分割であれば分割数は問わない。特に、撮影対象を斜めの角度から撮影している場合は、写像変換により真横あるいは真上からの画像に加工される。このとき、撮影対象の移動量や変形量が小さくなる場合がある。この場合、格子状の分割数を増やすことで小さくなった移動量や変形量を検出できる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

１ 画像解析装置
２ 第１監視カメラ
３ 第２監視カメラ
４ 画像データ変換器
５ 画像用信号線
６ 動画用ネットワーク
７ データ収集装置
８ ＨＭＩ
９ ＰＬＣ
１０ 制御用ネットワーク
２１ 動画データ収集部
２２ 画像加工処理部
２３ 画像定量化部
２４ 数値出力部
３１ 左ウインドウ
３２ 中央ウインドウ
３３ 右ウインドウ
３１１ 被圧延材
３１２ 一対の圧延ロール
３１３ 搬送ロール
４１ カラーフィルタ部
４２ ２値化部
４３ 写像加工部
５０ 帯状定量化処理部
６０ 格子状定量化処理部
５１〜５４ 帯状領域Ａ〜帯状領域Ｄ
６１〜７２ 格子状領域Ａ〜格子状領域Ｌ
１１１ ＣＰＵ
１１２ メモリ
１１３，１１３ａ，１１３ｂ ストレージ，プログラム記憶部，データ記憶部
１１４ 外部機器Ｉ／Ｆ部
１１５ａ，１１５ｂ 制御用ネットワークＩ／Ｆ部，動画用ネットワークＩ／Ｆ部
１１６ 内部バス
１１７ モニタ
１１８ キーボード
１１９ マウス

Claims (5)

1. 産業プラントを構成する機器および該機器に加工される材料を撮影した動画データをリアルタイムに収集する動画データ収集部と、
   一定周期毎に、前記動画データから画像を抽出し、指定色を第１カラーに、該指定色以外を第２カラーに変換して該画像を２値化する画像加工処理部と、
   前記第１カラーに変換された画素数に基づいて前記２値化された画像を定量化する画像定量化部と、
   前記定量化されたデータを出力する数値出力部と、
   を備えることを特徴とする産業プラント用画像解析装置。
2. 前記画像定量化部は、前記２値化された画像を前記材料の搬送方向と平行に分割した各帯状領域について前記第１カラーが占める割合を計算すること、
   を特徴とする請求項１記載の産業プラント用画像解析装置。
3. 前記画像定量化部は、前記２値化された画像を格子状に分割した各格子状領域について前記第１カラーが占める割合を計算すること、
   を特徴とする請求項１又は２記載の産業プラント用画像解析装置。
4. 請求項１の産業プラント用画像解析装置と、
   前記機器を制御するプログラマブルロジックコントローラと、を備え、
   前記機器は、前記材料である被圧延材を圧延する一対の圧延ロールを含み、
   前記画像加工処理部は、前記被圧延材を幅方向から見た前記画像について２値化し、
   前記画像定量化部は、前記２値化された画像を前記被圧延材の搬送方向と平行に、少なくとも第１領域と前記第１領域の上に隣接する第２領域とに分割し、各領域について前記第１カラーが占める割合を計算し、
   前記プログラマブルロジックコントローラは、前記第２領域中の前記第１カラーが占める割合の増加量と前記第１領域中の前記第１カラーが占める割合の減少量との差が、閾値より大きい場合に、アラーム信号および前記被圧延材の上反りを抑制するように前記一対の圧延ロールの回転速度を変更する制御信号の少なくとも一方を出力すること、
   を特徴とする産業プラント監視制御システム。
5. 請求項１の産業プラント用画像解析装置と、
   前記機器を制御するプログラマブルロジックコントローラと、を備え、
   前記機器は、前記材料である被圧延材を圧延する一対の圧延ロールを含み、
   前記画像加工処理部は、前記被圧延材を幅方向から見た前記画像について２値化し、
   前記画像定量化部は、前記２値化された画像を格子状に、少なくとも第１領域と、前記第１領域の横に隣接する第２領域と、前記第１領域の上に隣接する第３領域と、前記第２領域の上かつ前記第３領域の横に隣接する第４領域とに分割し、各領域について前記第１カラーが占める割合を計算し、
   前記プログラマブルロジックコントローラは、前記第１領域、前記第２領域の順に前記第１カラーが占める割合が増加し、かつ、前記第３領域中の前記第１カラーが占める割合の減少に応じて前記第４領域中の前記第１カラーが占める割合が増加する場合に、アラーム信号および前記被圧延材の上反りを抑制するように前記一対の圧延ロールの回転速度を変更する制御信号の少なくとも一方を出力すること、
   を特徴とする産業プラント監視制御システム。

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