KR100910441B1 - 열역학적 프로세스의 모니터링 방법 - Google Patents

Abstract

시스템 내에서 열역학적 프로세스를 모니터링하기 위한 방법이 개시되며, 상기 방법에 따라 이미지 재료(5)가 상기 방법 중에 생성되고 상기 이미지 재료(5)가 평가되며, 고유값 문제가 자동 이미지 평가를 위한 시작점으로서 대부분 이상 사용된다.

Description

열역학적 프로세스의 모니터링 방법 {METHOD FOR MONITORING A THERMODYNAMIC PROCESS}

본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부의 특징을 갖는 열역학적 프로세스를 모니터하는 방법에 관한 것이다.

상기와 같은 방식의 공지된 방법에서는, 우선 설비의 조작자에게 상기 프로세스를 모델링하기에 매우 가능성이 크다고 여겨지는 특정한 특징들이 이미지 평가를 위해 규정된다. 예를 들면, 특정 모멘트가 규정된 다음에 이미지 재료가 상기 - 부득이하게 축소된 - 기능 시스템에 투영된다. 그리고 나서 상기 선택된 특징들이 - 및 상기 특징들만이 - 검사되어 프로세스 모델을 만들기 위해 사용된다. 이 경우에는 상기 이미지 재료내에 존재하는 정보들이 다만 부분적으로만 추출되어 사용될 수 있다.

본 발명의 목적은, 서문에 언급한 방식의 방법을 개선하는 것이다. 상기 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 방법에 의해서 해결된다. 추가의 바람직한 실시예들은 종속항의 대상이다.

이미지 평가시에는 적어도 고차원적인 이미지 공간의 대부분에 대해서는 고유값의 문제가 접근 방식으로서 기초가 되기 때문에, 상기 이미지 내에 포함된 정보는 중대한 정보 손실 없이 저차원적인 공간으로 변환되며, 그 결과 평가가 이루어진다. 그 다음에 이미지들은 상기 고유값의 문제로부터 결과적으로 발생되는 독특한 이미지 특징들("고유 불꽃")로 나타난다. 이미지 평가는 자동으로 이루어지는데, 그 이유는 평가 출발점이 시스템에 내재되어 있어, 설비 조작자가 선택하는 특징들에 의존하지 않기 때문이다. 바람직하게는, 상기 프로세스에 현저한 영향을 미칠 수 있는 특이한 이벤트(사상)들이 고유값의 문제를 해결할 때 고려됨으로써, 결과적으로 상기 이벤트들은 추후의 이미지 평가시에 보다 신속하게 식별될 수 있다.

통상적인 열역학적 프로세스는 재료를 변환시키기 위해서 이용되며, 이 경우에는 적어도 하나의 불꽃을 포함하는 연소 과정에 의해서 필요한 온도가 형성되어 유지된다. 이미지 재료내에 있는 제품 및 불꽃의 동시적인 검출, 즉 제품 및 불꽃의 광선-방출선의 동시적인 검출은, 불꽃 및 제품의 상호 작용에 대한 정보를 특이한 방식으로 얻을 수 있다는 장점을 갖는다. 그 경우에는 전체 장면 기록이 이미지 평가 과정을 거칠 수 있다. 또한 연소 챔버의 벽들, 즉 연소 챔버의 벽들의 방출선을 포획함으로써, 불꽃의 주변은 바람직하게 완전하게 보완된다.

본 발명은 첨부 도면에 도시된 3개의 예시적인 실시예에 의해 보다 자세히 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 시멘트를 제조하는 설비의 부분 횡단면도이며,

도 2는 도 1에 도시된 설비의 단순화된 카메라 이미지이며,

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 쓰레기 소각장 설비의 개략도이며,

도 4는 종단면으로서 본 발명의 제 3 실시예에 따른 발전소 로의 개략도이며,

도 5는 대응하는 수평 횡단면도이며, 그리고

도 6은 본 발명의 제 3 실시예에서 이미지 재료의 개략도이다.

3개의 모든 예시적인 실시예에서, 열역학적 프로세스는 설비 내에서 작동되며, 여기서 적어도 부분적으로 가연성 재료(G)가 공기(L)의 첨가에 의해 산화되며, 하나 이상의 불꽃(F)이 존재한다. 열역학적 프로세스는 한편으론 소정의 안정성과 다른 한편으론 소정의 유연성을 갖는, 즉 열역학적 프로세스 자체를 상이한 조건에 적용하는 방식으로 모니터되고 조정되어, 소정의 최적 목적이 존재한다. 설비 내의 조건은 상이한 프로세스 변수에 의해 기술되며, 이중 일부는 제어 변수이다. 조취를 취함으로써, 즉 제어 변수를 변경시킴으로써, 설비의 조건이 수정된다. 설비의 추후 조건의 예측 뿐만 아니라 온-라인 모니터링 및 제어를 위해, 뉴우런 네트워크(neuronal network)가 데이타 프로세싱 유닛(1) 내에서 수행된다.

하나 이상의 카메라(3)에 의해, 열역학적 프로세스의 이미지가 포착된다. 카메라(3)는 불꽃(F)과 연소(burning) 재료(G), 바람직하게 케이킹(B), 적절하다면 즉, 전체 분위기로부터의 방출선을 포함하는 연소 챔버의 벽(7)을 포착하는 방식으로 설정된다. 카메라(3)에 의해 생성된 이미지 재료(5)는 불꽃(F)과 재료(G)의 상호 작용을 포함하는 하나의 전체 장면 기록을 포함한다. 이미지 재료(5)는 데이타 프로세싱 유닛(1)에 공급되어 한편으론 라이브 비디오 이미지가 디스플레이되고, 다른 한편으론 소정의 프로세스 변수가 이미지 재료(5) 내에 포함된 정보로부터 계산된다.

정보의 손실 없이 지능적인 방식으로 이미지 재료(5) 내의 정보를 프로세스하기 위해, 즉 그 복잡성으로 인해 정보를 먼저 저차원적인 공간으로 변환시키기 위해, 적어도 대부분 고유값 문제를 접근 방식으로서 선택하고, 즉 일련의 원리적인 성분 분석을 시도한다. 각각의 이미지는 (일반적으로) 작은 수의 스칼라 고유값(대부분 20 이하, 예를 들어 8), 즉 신규 좌표계에 대한 좌표축에 의해 즉, 신규 좌표계 내의 변환된 좌표, 및 벡터 고유 이미지 또는 고유 불꽃으로 표현되며, 고유 불꽃이 본 발명에 따라 지배하는 최고값을 갖는다. 고유 불꽃의 용어는 방출선이 불꽃(F)으로부터 뿐만 아니라 재료(G)로부터 포함되기 때문에 일반적인 의미로 이해되어야 한다.

고전 원리적인 성분 분석에서, 공분산 행렬의 특성 다항식(characteristic polynom)의 제로 디짓(zero digit)은 계산되어야 할 것이다. 정규직교 고유 불꽃의 시스템을 유지하기 위해, 대안적으로 뉴우런 네트워크에서 먼저 모든 뉴우런의 무게 측정을 무작위로 개시하고, 이미지 재료를 이용하고, 반복적으로 제 1 뉴우런, 제 2 뉴우런 등의 무게 측정을 반복적으로 먼저 적용하는 확률적 근접 방법을 이용할 수 있다.

인접한 픽셀은 빛 방출이 강하게 상호관련되는 연소 챔버의 인접 벡터를 인접 픽셀이 모니터하기 때문에, 고유 불꽃은 대부분 소형 영역으로 나타난다. 소정의 평균 광도 분포 외에, 단일 이벤트, 예를 들어 신규 재료(G)의 갑작스런 첨가가 고유값 문제에 대한 고유 불꽃 접근 방식으로서 포착된 이미지로부터 선택된다.

적어도 대부분 해결된 고유값 문제에 의해 계산되는 프로세스 변수를 이용함으로써, 프로세스 모델이 뉴우런 네트워크에 생성되고, 이에 의해 예측 정확성을 개선할 수 있다. 이러한 접근 방식으로, 소정의 단일 이벤트가 신속하게 탐지될 수 있어서, 상이한 추가 측정이 단일 이벤트를 수반하는 현재의 프로세스 상태에 대한 추가 정보를 얻기 위해 개시될 수 있다.

이미지 평가가 더이상 변수의 소정 선택에 의존하지 않지만, 이미지 재료(5)로부터 적절한 정보를 추출하기 때문에, 이미지 평가가 자동화될 수 있다. 게다가, 이미지 재료(5)에 포함된 관련 정보의 비팩토링(not factoring) 위험성이 명확하게 감소된다. 이미지 재료(5) 내의 재료(G)로부터의 방출선의 동시 고려는 불꽃(F)의 상호 작용에서 소정의 다른 방식으로 얻어질 수 없는 정보를 제공한다. 상이한 간격에서 포착된 이미지 재료(5)를 이용하는 선택된 접근 방식에 의해, 고유값 문제가 적절히 고려되어 개선점을 취한다.

제 1 예시적인 실시예는 공지된 방식으로 작동되어 시멘트를 제조하는 로터리 킬른(rotary kiln)과 관련된다. 카메라(3)는 로터리 킬른(11)의 내부에 집중되어, 버너(13)의 불꽃(F), 변환되는 재료(G) 뿐만 아니라 케이킹(B)을 포함하는 벽(7)의 이미지를 포착한다. 데이타 프로세싱 유닛(1)은 카메라(3)로부터의 이미지 재료(5)가 고유값 접근 방식으로 기록되게 한다. 압축 데이타 외에 뉴우런 네트워크는 연료 및 재료(G) 상의 상이한 경로를 통해 첨가된 공기(L)의 질량 흐름에 대한 정보를 수신한다. 한편으론, 최적 목적은 클링커(K)의 높은 FCAO 값이며, 상기 FCAO 값은 로터리 킬른(11) 내의 조건 뿐만 아니라 냉각 경로(15)의 조건으로부터 결정된다. 다른 한편으론, 연료의 혼합물은 최대 2차 연료, 즉 쓰레기가 소모되는 방식으로 설정된다. 결국, 로터리 킬른(11)의 벽(7) 상의 케이킹(B)은 최소로 유지된다.

제 2 예시적인 실시예는 쓰레기 소각장(21)에 관한 것이다. 여기서 또한 카메라(3), 바람직하게 다수의 카메라가 하나의 공통 불꽃으로서 불꽃(F)과 재료(G)의 이미지를 포착한다. 위험물 쓰레기 소각장에 대한 특별한 실시예에서, 위험 쓰레기를 포함하는 쓰레기 콘테이너(23)는 소정의 간격에서 쓰레기 소각장(21)에 버려진다. 고온으로 인한 이러 한 쓰레기 콘테이너(23)의 폭발은 본 발명에 따른 고유값 접근 방식에 의해 신속하게 탐지되는 단일 이벤트이다. 샘플 채취와 같은 다양한 추가 측정이 상기 단일 이벤트를 수반하는 현재의 프로세스 상태에 대한 추가 정보를 얻기 위해 개시될 수 있다. 바람직하게, 쓰레기 콘테이너(23)가 버려지는 도어가 개방되자 마자, 고속 카메라가 개시되어, 보다 짧은 간격에서, 단일 이벤트 전에 및 후에 추가 이미지 재료(5)를 제공한다.

제 3 예시적인 실시예는 공기(L) 외에 연료(33), 예를 들어 그라운드 석탄(ground coal)이 2중 화살표로 표시된 것처럼 로(31)의 코너를 통해 로(31) 내부로 공급되는 발전소에 관한 것이다. 거대한 로터리 불꽃(F)이 로(31) 내에 형성된다. 다수의 카메라(3)가 예를 들어 로(3)의 각 측면 상의 상이한 3 위치에 배열된다. 각각의 카메라(3)는 하나의 장면으로 연료(33)에 대한 첨가 영역 뿐만 아니라 불꽃(F)을 포착하고, 특히 불꽃(F) 내로 연료(33)의 유입은 관심있는 정보를 제공하는데, 이는 대체적으로 공기(L)와 반대로 연료(33)에 대해 단지 석탄 그라인더로부터의 총 질량 흐름은 측정되지만 개별 첨가 영역으로의 부분 흐름은 측정되지 않기 때문이다. 이미지 재료(5)는 상이한 시간(t)에서, 즉 3차원 필드로 하나의 x'-y' 순간 이미지에 조합된 카메라(3)의 2차원 x-y 불꽃을 포함한다. 그러므로 (또한 다른 예시적인 실시예에서 처럼)준 3차원인 이미지 재료(5)는 전술한 고유값 접근 방식을 거치게 된다.

Claims (10)

1. 설비 내의 열역학적 프로세스를 모니터링하는 방법으로서, 열역학적 프로세스를 하나 이상의 카메라(3)가 포착하여 상기 열역학적 프로세스의 이미지 재료(5)를 생성하고, 상기 이미지 재료(5)가 고유값 문제 접근 방식을 이용하여 자동 이미지 평가를 받으며, 상기 이미지 재료(5)가 고유 불꽃 및 변환된 좌표에 의해 표현되는, 열역학적 프로세스의 모니터링 방법에 있어서,

   상기 카메라(3)는 상기 열역학적 프로세스의 하나 이상의 불꽃(F)으로부터의 그리고 상기 열역학적 프로세스를 통하여 변환되는 재료(G)로부터의 방출선(emission)을 동시에 기록하며,

   상기 카메라에 의해 생성된 상기 이미지 재료(5)는 전체 장면 기록을 포함하며, 상기 전체 장면 기록은 또한 상기 불꽃(F)과 상기 재료(G) 사이의 상호 작용을 포착하고, 상기 전체 장면 기록은 상기 이미지 평가를 받고, 여기에는 상기 고유 불꽃을 계산하기 위하여 상기 불꽃(F)으로부터 그리고 상기 재료(G)로부터의 방출선이 포함되는 것을 특징으로 하는,

   열역학적 프로세스의 모니터링 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 이미지 재료(5)와 함께, 연소 챔버(11, 21, 31)의 벽(7)으로부터의 방출선도 포착되는 것을 특징으로 하는,

   열역학적 프로세스의 모니터링 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 고유값 문제 접근 방식으로 처리되는 상기 이미지 재료는 3차원 필드로서, 상이한 시간(t)에 순간 이미지(x′, y′)에 조합되는 개별 이미지(x, y)를 포함하는 것을 특징으로 하는,

   열역학적 프로세스의 모니터링 방법.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,

   단일 이벤트가 또한 고유 불꽃에 대한 접근 방식으로서 선택될 수 있는 것을 특징으로 하는,

   열역학적 프로세스의 모니터링 방법.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 열역학적 프로세스는 설비로서의 시멘트 공장의 로터리 킬른(1), 쓰레기 소각장(21) 또는 발전소의 로(31) 내에서 수행되는 것을 특징으로 하는,

   열역학적 프로세스의 모니터링 방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 쓰레기 소각장(21) 내의 쓰레기 콘테이너(23)의 폭발이 단일 이벤트인 것을 특징으로 하는,

   열역학적 프로세스의 모니터링 방법.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   프로세스 변수는 이미지 평가에 의해 결정되어 최적 타겟과 비교되며, 상기 최적 타겟에 대한 상기 프로세스 변수의 비교에 따라 상기 프로세스를 조정하기 위한 조치가 취해지는 것을 특징으로 하는,

   열역학적 프로세스의 모니터링 방법.
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 방법을 수행하는 장치로서,

   상기 이미지 재료(5)를 생성하고 불꽃(F)과 재료(G) 모두를 하나의 불꽃으로 포착하는 하나 이상의 카메라(3), 및 자동 이미지 평가를 위한 데이타 프로세싱 유닛(1)을 구비하는,

   장치.
10. 제 9 항에 있어서,

    상기 데이타 프로세싱 유닛(1) 내에서 뉴우런 네트워크가 수행되는 것을 특징으로 하는,

    장치.

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