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JP6983684B2 - Control device, boiler, boiler monitoring image acquisition method and boiler monitoring image acquisition program - Google Patents
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JP6983684B2 - Control device, boiler, boiler monitoring image acquisition method and boiler monitoring image acquisition program - Google Patents

Control device, boiler, boiler monitoring image acquisition method and boiler monitoring image acquisition program Download PDF

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Description

本発明は、制御装置、ボイラ、ボイラの監視画像取得方法およびボイラの監視画像取得プログラムに関するものである。 The present invention relates to a control device, a boiler, a method for acquiring a surveillance image of a boiler, and a program for acquiring a surveillance image of a boiler.

石炭を粉砕した微粉炭を微粉燃料(固体燃料)として用い、この微粉炭を燃焼バーナにより燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収する微粉炭焚きボイラが知られている。
この微粉炭焚きボイラの火炉の炉壁、バーナ等には、燃焼による灰(クリンカ)などの付着物が付着し、これが堆積するとバーナノズルの閉塞やパネルの伝熱特性悪化、さらには堆積した付着物が落下して火炉の損傷が発生する虞がある。そのため、付着物の付着状況を監視することが求められている。
A pulverized coal-fired boiler is known in which pulverized coal obtained by crushing coal is used as pulverized fuel (solid fuel), the pulverized coal is burned by a combustion burner, and the heat generated by the combustion is recovered.
Deposits such as ash (clinker) due to combustion adhere to the furnace wall, burner, etc. of this pulverized coal-fired boiler, and when this deposits, the burner nozzle is blocked, the heat transfer characteristics of the panel deteriorate, and the deposited deposits. May fall and damage the furnace. Therefore, it is required to monitor the adhesion status of deposits.

しかし、微粉炭炊きボイラが運転中の場合は、微粉炭火炎の輻射が強いため、炉内のバーナやパネルなどの火炉壁への付着物の付着状況を作業者による目視や可視光線カメラで確認することは困難である。そのため、炉内の状況を観察する場合は、ボイラの負荷を下げて油焚きのバーナに切り替える、又は、プラントを停止させる必要がある。 However, when the pulverized coal-cooking boiler is in operation, the radiation of the pulverized coal flame is strong, so the operator can visually check the adhesion status of the deposits on the furnace wall such as the burner and panel in the furnace or with a visible light camera. It's difficult to do. Therefore, when observing the situation inside the furnace, it is necessary to reduce the load on the boiler and switch to an oil-fired burner, or stop the plant.

また、付着物の付着状況の観察については、目視での観察や可視光線カメラによる画像の確認を作業者が行っているため、その精度は作業者の熟練度が大きく影響する。 Further, as for the observation of the adhesion state of the deposits, since the operator visually observes and confirms the image with the visible light camera, the accuracy is greatly affected by the skill level of the operator.

そこで、運転を継続したままで炉内の状況を観察するため、目視や可視光線カメラに代えて赤外線カメラを使用することが検討されている。 Therefore, in order to observe the situation inside the furnace while continuing the operation, it is considered to use an infrared camera instead of a visual or visible light camera.

例えば、特許文献1には、炉内のチューブの温度測定を行うため、赤外線撮像装置を用いてサーマルイメージが提供されることが開示されている。また、特許文献2及び3には、赤外線カメラを用いて灰溶融炉の内部を監視することが開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses that a thermal image is provided by using an infrared image pickup device for measuring the temperature of a tube in a furnace. Further, Patent Documents 2 and 3 disclose that the inside of the ash melting furnace is monitored by using an infrared camera.

また、作業者による付着物の付着状況の観察を省力化するため、撮影画像にもとづき機械学習を行い、学習結果を活用することが検討されている。
近年、機械学習を利用した画像認識技術は急速に発展しており、例えば人間に近い精度にて画像から物体を判別可能な技術が実用化されつつある。特に、Deep Learning(ディープラーニング、深層学習)と呼ばれる機械学習手法は、その発展が著しく、計算機能力の向上とも相まって、画像認識分野での実用化も期待されている。
In addition, in order to save labor in observing the state of adhesion of deposits by workers, it is being considered to perform machine learning based on captured images and utilize the learning results.
In recent years, image recognition technology using machine learning has been rapidly developed, and for example, a technology capable of discriminating an object from an image with an accuracy close to that of a human is being put into practical use. In particular, the machine learning method called Deep Learning has been remarkably developed, and is expected to be put into practical use in the field of image recognition in combination with the improvement of computational function.

例えば、特許文献4には、溶融スラグ流の監視装置がスラグの3次元形状を測定し、過去の事例に基づくパターン認識によりスラグ排出性の良否が判断されること、及び、スラグ排出性の良否が判断された入力情報を新たな事例情報としてデータベースに追加して炉の特性が学習されることが開示されている。また、特許文献5には、スラグ流下状態を撮像した画像やスラグ温度などから典型的なパターンとの適合とをニューラルネットワークにより求めることでスラグ流下状態の評価を行うことが開示されている。 For example, in Patent Document 4, the monitoring device for the molten slag flow measures the three-dimensional shape of the slag, and the quality of the slag discharge property is determined by pattern recognition based on past cases, and the quality of the slag discharge property is determined. It is disclosed that the characteristics of the reactor are learned by adding the input information determined by the above to the database as new case information. Further, Patent Document 5 discloses that the slag flow state is evaluated by obtaining the conformity with a typical pattern from an image of the slag flow state and the slag temperature by using a neural network.

特表2006−518464号公報Special Table 2006-518464 特許第4917950号公報Japanese Patent No. 4917950 特許第5261038号公報Japanese Patent No. 5261038 特開2006−118744号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-118744 特開平7−126663号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 7-126663

しかしながら、上記特許文献1に開示された発明では、サーマルイメージを取得しているため、付着物の付着状況を確認することができないという問題があった。また、上記特許文献2及び3に開示された発明では、赤外線カメラにより灰溶融炉の浮遊物を透過しているが、炉内の燃焼状態や微粉炭濃度の変動に起因する粉じん等により観察範囲が遮られ、監視対象部位が一瞬しか観察できない場合があるという問題があった。このように、撮影された画像の質が良くないため、この画像をインプットとする画像認識技術を適用したとしても、所望の結果が得られない虞がある。 However, in the invention disclosed in Patent Document 1, since the thermal image is acquired, there is a problem that the adhesion state of the deposit cannot be confirmed. Further, in the inventions disclosed in Patent Documents 2 and 3, the floating matter of the ash melting furnace is transmitted by the infrared camera, but the observation range is due to the combustion state in the furnace and the dust caused by the fluctuation of the pulverized coal concentration. There was a problem that the monitored part could be observed only for a moment because it was blocked. As described above, since the quality of the captured image is not good, even if the image recognition technique using this image as an input is applied, there is a possibility that the desired result cannot be obtained.

また、上記特許文献4及び5に開示された発明では、スラグの形状からパターンへの適合を行うことで状態の評価を行っており、機械学習が状態の判定にしか用いられていないという問題があった。 Further, in the inventions disclosed in Patent Documents 4 and 5, the state is evaluated by adapting the shape of the slag to the pattern, and there is a problem that machine learning is used only for determining the state. there were.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、目視や可視光線カメラでは観察が困難な炉内の状況の監視を行うことのできる制御装置、ボイラ、ボイラの監視画像取得方法およびボイラの監視画像取得プログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and is a control device capable of monitoring the situation inside the furnace, which is difficult to observe visually or with a visible light camera, a boiler, and a method for acquiring a surveillance image of a boiler. And to provide a surveillance image acquisition program for boilers.

上記課題を解決するために、本開示の制御装置、ボイラ、ボイラの監視画像取得方法およびボイラの監視画像取得プログラムは以下の手段を採用する。
本発明の幾つかの実施形態における一態様に係る制御装置は、火炉を備えたボイラの監視を行う制御装置であって、赤外線カメラによる火炉内部の監視対象部位の撮影動画をデータとして取得する画像取得部と、前記画像取得部が取得した撮影動画データをフレームごとに複数の領域に分割し、各前記領域ごとに輝度に基づく画像処理を行い、画像処理後の処理画像の輝度を所定時間積算して得られる積算画像から、前記監視対象部位まで透過した透過領域を取得する画像処理部と、複数の前記透過領域に基づき前記監視対象部位の透過画像を作成する透過画像作成部と、を備える。
In order to solve the above problems, the control device, the boiler, the monitoring image acquisition method of the boiler, and the monitoring image acquisition program of the boiler adopt the following means.
The control device according to one embodiment of some embodiments of the present invention is a control device that monitors a boiler equipped with a furnace, and is an image that acquires a moving image of a monitored portion inside the furnace as data by an infrared camera. The acquisition unit and the captured moving image data acquired by the image acquisition unit are divided into a plurality of areas for each frame, image processing based on the brightness is performed for each of the areas, and the brightness of the processed image after the image processing is integrated for a predetermined time. It is provided with an image processing unit that acquires a transmission region transmitted to the monitoring target portion from the integrated image obtained in the above process, and a transmission image creation unit that creates a transmission image of the monitoring target portion based on a plurality of the transmission target portions. ..

本態様によれば、赤外線カメラによって撮影された火炉内部の動画を取得し、これをフレームごとに複数の領域に分割して、各領域ごとに輝度に基づく画像処理を行って、処理画像の輝度を所定時間積算して得られる積算画像から、前記監視対象部位まで透過した透過領域を取得し、複数の透過領域から監視対象部位の透過画像を作成するため、目視や通常のカメラでは確認することができない運転中の火炉の内部の状況を画像にて確認することができる。
赤外線カメラによって撮影された動画は、炉内の燃焼状態や燃料濃度が非定常に変動しているため、監視対象部位が火炎や燃料等によって遮られ、瞬間的・部分的にしか監視対象部位を確認することができない。しかし本態様では、画像処理を行って積算画像から透過領域を取得し透過画像を作成するため、短時間の変動成分の影響を除去した透過画像により視認性が改善され、監視対象部位を鮮明に確認することができる。
これにより、運転中においても火炉内の監視対象部位に対する監視が可能となる。監視対象部位における付着物の監視を行っている場合は、監視対象部位に付着物が付着しているか否かを判断することができることとなり、付着物に起因するトラブルを未然に防ぐことが可能である。
According to this aspect, a moving image of the inside of a furnace taken by an infrared camera is acquired, this is divided into a plurality of areas for each frame, and image processing based on the brightness is performed for each area, and the brightness of the processed image is performed. From the integrated image obtained by accumulating the above for a predetermined time, the transmission area transmitted to the monitoring target part is acquired, and the transmission image of the monitoring target part is created from a plurality of transmission areas. It is possible to confirm the internal situation of the operating furnace with an image.
In the video taken by the infrared camera, the combustion state and fuel concentration in the furnace fluctuate irregularly, so the monitored part is blocked by flames, fuel, etc., and the monitored part is only momentarily or partially affected. I can't confirm. However, in this embodiment, since image processing is performed to acquire a transparent region from the integrated image and a transparent image is created, the transparent image from which the influence of short-time fluctuation components is removed improves visibility and makes the monitored portion clear. You can check.
This makes it possible to monitor the monitored part in the furnace even during operation. When monitoring the deposits on the monitored part, it is possible to determine whether or not the deposits are attached to the monitored part, and it is possible to prevent troubles caused by the deposits. be.

上記態様では、前記画像処理部は、各前記領域ごとにコントラストを強調するように画像処理を行うとしてもよい。 In the above aspect, the image processing unit may perform image processing so as to enhance the contrast for each of the regions.

本態様によれば、各領域ごとにコントラストを強調するため、輝度の差をより増幅して、瞬間的に観察できた監視対象部位の領域の画像を強調することができる。例えば、全体のコントラストを強調すると、監視対象部位の輪郭を強調することができないが、本態様のように各領域ごとにコントラストを強調すると、観察できた監視対象部位の領域、すなわち透過領域の輪郭を強調することができる。 According to this aspect, since the contrast is emphasized for each region, the difference in brightness can be further amplified to enhance the image of the region of the monitored portion that can be observed instantaneously. For example, if the overall contrast is emphasized, the contour of the monitored portion cannot be emphasized, but if the contrast is emphasized for each region as in this embodiment, the observed region of the monitored portion, that is, the contour of the transmission region is emphasized. Can be emphasized.

上記態様では、前記画像処理部は、前記積算画像の輝度と、前記所定時間の前記処理画像の平均輝度に前記所定時間のフレーム数を乗算した値との差分に基づき前記透過領域を取得するとしてもよい。 In the above aspect, the image processing unit acquires the transmission region based on the difference between the brightness of the integrated image and the value obtained by multiplying the average brightness of the processed image at the predetermined time by the number of frames at the predetermined time. May be good.

本態様によれば、積算画像の輝度と、所定時間の処理画像の平均輝度にフレーム数を乗算した値との差分に基づき透過領域を取得するため、火炉内の時間変動による変動成分の影響を低減することができる。 According to this aspect, since the transmission region is acquired based on the difference between the brightness of the integrated image and the value obtained by multiplying the average brightness of the processed image for a predetermined time by the number of frames, the influence of the fluctuation component due to the time fluctuation in the furnace is affected. Can be reduced.

上記態様では、前記画像処理部は、前記監視対象部位の振動の有無を検知し、前記監視対象部位が振動していることを検知した場合は、前記監視対象部位の振動を認識し、前記監視対象部位の位置の補正を行うとしてもよい。 In the above aspect, the image processing unit detects the presence or absence of vibration of the monitored portion, and when it detects that the monitored portion is vibrating, the image processing unit recognizes the vibration of the monitored portion and monitors the monitoring. The position of the target portion may be corrected.

本態様によれば、監視対象部位が振動していることを検知した場合は、監視対象部位の振動を認識し、位置の補正を行うことから、監視対象部位が振動している場合の積算画像において監視対象部位が多重に露光されて像がぶれる虞があるが、これを防止し、ぶれのない積算画像を取得することができる。これにより、振動が発生している監視対象部位においても画像認識の精度を向上させることができる。 According to this aspect, when it is detected that the monitored part is vibrating, the vibration of the monitored part is recognized and the position is corrected. Therefore, the integrated image when the monitored part is vibrating. In the above, there is a possibility that the monitored portion is exposed multiple times and the image is blurred, but this can be prevented and an integrated image without blurring can be obtained. As a result, the accuracy of image recognition can be improved even in the monitored portion where vibration is generated.

上記態様では、前記透過画像作成部が作成した前記透過画像に対して付着物の付着範囲をマーキングして作成された教師データの画像の特徴を数値化し、数値化された前記教師データに基づき機械学習を行って予測モデルを作成する学習部を備えるとしてもよい。 In the above aspect, the characteristics of the image of the teacher data created by marking the adhesion range of the deposit on the transparent image created by the transparent image creating unit are quantified, and the machine is based on the quantified teacher data. It may be provided with a learning unit that performs learning and creates a prediction model.

本態様によれば、透過画像に対して付着物の付着範囲をマーキングして作成された教師データの画像の特徴を数値化し、数値化された教師データに基づき機械学習を行い予測モデルを作成するため、赤外線カメラによって撮影された火炉内部の監視対象部位の撮影動画から付着物の付着についてその状態を定量的に評価し、付着範囲や付着量を予測することができる。
また、火炉内の時間変動による変動成分の影響を低減した透過画像を用いて機械学習を行うため、機械学習の精度が向上し、予測モデルの予測精度が向上する。
According to this aspect, the characteristics of the image of the teacher data created by marking the adhesion range of the deposit on the transparent image are quantified, and machine learning is performed based on the quantified teacher data to create a prediction model. Therefore, it is possible to quantitatively evaluate the state of the adhered deposits from the moving images of the monitored portion inside the furnace taken by the infrared camera, and predict the adhered range and the adhered amount.
In addition, since machine learning is performed using a transmission image that reduces the influence of fluctuation components due to time fluctuations in the furnace, the accuracy of machine learning is improved and the prediction accuracy of the prediction model is improved.

上記態様では、前記各領域を画像類似度に応じて分類して作成された教師データを、分類した前記教師データの前記領域ごとに機械学習を行って予測モデルを作成する学習部を備えるとしてもよい。 In the above aspect, even if the learning unit is provided, the teacher data created by classifying each region according to the image similarity is machine-learned for each region of the classified teacher data to create a prediction model. good.

本態様によれば、各領域を画像類似度に応じて分類して作成された教師データを、分類した教師データの領域ごとに機械学習を行って予測モデルを作成するため、学習効率が向上し、予測誤差を縮小することができる。 According to this aspect, the teacher data created by classifying each area according to the image similarity is machine-learned for each area of the classified teacher data to create a prediction model, so that the learning efficiency is improved. , The prediction error can be reduced.

上記態様では、前記制御装置は、前記赤外線カメラによって撮影された前記撮影動画の前記透過画像に対して前記予測モデルを参照して前記付着物の状態を予測し、予測結果を報知する予測部を備えるとしてもよい。 In the above aspect, the control device predicts the state of the deposit with reference to the prediction model for the transmission image of the captured moving image taken by the infrared camera, and notifies the prediction result. You may be prepared.

本態様によれば、赤外線カメラによって撮影された撮影動画の透過画像に対して予測モデルを参照して付着物の状態を予測し、予測結果を報知することから、撮影動画データに基づき監視対象部位における付着物の状態の定量的な評価を行うことができる。
また、監視対象部位への付着物の付着状態が定量化されることにより、作業者は報知された予測結果に基づき作業計画を立案可能なため、付着物に起因するトラブルを未然に防ぐことが可能である。
According to this aspect, the state of the deposit is predicted with reference to the prediction model for the transmitted image of the captured moving image taken by the infrared camera, and the prediction result is notified. Therefore, the monitored portion is monitored based on the captured moving image data. It is possible to quantitatively evaluate the state of deposits in.
In addition, by quantifying the state of adhesion of deposits to the monitored site, the operator can formulate a work plan based on the notified prediction results, so troubles caused by deposits can be prevented. It is possible.

上記態様では、前記予測部は、前記付着物の状態の前記予測結果のモニタリングを行い、前記付着物の状態の前記予測結果が所定の閾値を超えるとアラームを報知するとしてもよい。 In the above aspect, the prediction unit may monitor the prediction result of the state of the deposit and notify an alarm when the prediction result of the state of the deposit exceeds a predetermined threshold value.

本態様によれば、付着物の状態の予測結果のモニタリングを行い、予測結果が閾値を超えるとアラームを報知することから、作業者による常時監視を行わずに制御装置によって付着物の状態が進行していることを監視することができる。これにより、作業者の監視作業に対する負担を軽減することができ、また付着物に起因するトラブルを未然に防ぐことが可能である。 According to this aspect, since the prediction result of the state of the deposit is monitored and an alarm is notified when the prediction result exceeds the threshold value, the state of the deposit progresses by the control device without constant monitoring by the operator. You can monitor what you are doing. This makes it possible to reduce the burden on the worker's monitoring work and prevent troubles caused by deposits.

上記態様では、前記学習部は、前記火炉の複数の監視対象部位に対してそれぞれ前記予測モデルを作成するとしてもよい。 In the above aspect, the learning unit may create the prediction model for each of a plurality of monitored parts of the furnace.

本態様によれば、火炉の複数の監視対象部位に対してそれぞれ予測モデルを作成することから、監視対象部位ごとに異なる予測モデルを作成し、それぞれの監視対象部位に特有の詳細な予測を行うことができる。 According to this aspect, since a prediction model is created for each of a plurality of monitored parts of the reactor, a different prediction model is created for each monitored part, and detailed prediction specific to each monitored part is performed. be able to.

本発明の幾つかの実施形態における一態様に係るボイラは、上記のいずれかに記載の制御装置を備える。 The boiler according to one embodiment of some embodiments of the present invention comprises the control device according to any one of the above.

本発明の幾つかの実施形態における一態様に係るボイラの監視画像取得方法は、赤外線カメラによる火炉内部の監視対象部位の撮影動画をデータとして取得する画像取得工程と、前記画像取得工程にて取得された前記撮影動画をフレームごとに複数の領域に分割し、各前記領域ごとに輝度に基づく画像処理を行う画像処理工程と、画像処理後の処理画像の輝度を所定時間積算して得られる積算画像から、前記監視対象部位まで透過した透過領域を取得する透過領域取得工程と、複数の前記透過領域に基づき前記監視対象部位の透過画像を作成する透過画像作成工程と、を備える。 The method for acquiring a surveillance image of a boiler according to an aspect of some embodiments of the present invention includes an image acquisition step of acquiring a moving image of a monitored portion inside a furnace as data by an infrared camera, and an image acquisition step. The image processing step of dividing the captured moving image into a plurality of areas for each frame and performing image processing based on the brightness for each area, and the integration obtained by integrating the brightness of the processed image after the image processing for a predetermined time. The present invention includes a transmission region acquisition step of acquiring a transmission region transmitted from an image to the monitoring target portion, and a transmission image creation step of creating a transmission image of the monitoring target portion based on a plurality of the transmission target portions.

本発明の幾つかの実施形態における一態様に係るボイラの監視画像取得プログラムは、赤外線カメラによる火炉内部の監視対象部位の撮影動画をデータとして取得する画像取得ステップと、前記画像取得工程にて取得された前記撮影動画をフレームごとに複数の領域に分割し、各前記領域ごとに輝度に基づく画像処理を行う画像処理ステップと、画像処理後の処理画像の輝度を所定時間積算して得られる積算画像から、前記監視対象部位まで透過した透過領域を取得する透過領域取得ステップと、複数の前記透過領域に基づき前記監視対象部位の透過画像を作成する透過画像作成ステップと、を備える。 The boiler monitoring image acquisition program according to one aspect of some embodiments of the present invention includes an image acquisition step of acquiring a moving image of a monitored portion inside a furnace as data by an infrared camera, and an image acquisition step. The image processing step of dividing the captured moving image into a plurality of areas for each frame and performing image processing based on the brightness for each area, and the integration obtained by integrating the brightness of the processed image after the image processing for a predetermined time. The present invention includes a transmission region acquisition step of acquiring a transmission region transmitted from an image to the monitoring target portion, and a transmission image creation step of creating a transmission image of the monitoring target portion based on a plurality of the transmission target portions.

本発明によれば、赤外線カメラによる撮影画像に画像処理を行って透過画像を作成するので、炉内の浮遊物によって観察範囲が遮られるのを防ぎ、監視対象部位への付着物の付着状況を鮮明に確認することができる。
また本発明によれば、付着物の付着状況について機械学習を行い、予測モデルを作成するので、赤外線カメラによる撮影画像に基づき付着物の付着についてその状態を定量的に評価することができる。
According to the present invention, since the transmitted image is created by performing image processing on the image taken by the infrared camera, it is possible to prevent the observation range from being obstructed by the floating matter in the furnace and to check the adhesion state of the deposit to the monitored portion. It can be confirmed clearly.
Further, according to the present invention, since machine learning is performed on the adhesion state of the deposit and a prediction model is created, the state of the deposit can be quantitatively evaluated based on the image taken by the infrared camera.

幾つかの実施形態に係るボイラの一態様を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows one aspect of the boiler which concerns on some embodiments. 可視光線カメラによる画像と、赤外線カメラによる画像を示した図である。It is a figure which showed the image by a visible light camera and the image by an infrared camera. 参考例としての画像全体を画像処理した例を示した図である。It is a figure which showed the example which image-processed the whole image as a reference example. 幾つかの実施形態に係る監視対象部位の透過画像及び教師データ用画像の一態様を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows one aspect of the transmission image of the monitored part and the image for teacher data which concerns on some embodiments. 幾つかの実施形態に係るモデル構築方法の一態様を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows one aspect of the model construction method which concerns on some Embodiments. 幾つかの実施形態に係る火炉の監視対象部位の灰付着量の時間推移の一態様を示すグラフである。It is a graph which shows one aspect of the time transition of the ash adhesion amount of the monitored part of the furnace which concerns on some embodiments. 幾つかの実施形態に係る監視対象部位の撮影画像の一態様を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows one aspect of the photographed image of the part to be monitored which concerns on some embodiments.

以下に、本開示の幾つかの実施形態に係る制御装置、ボイラ、ボイラの監視画像取得方法およびボイラの監視画像取得プログラムの一実施形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of a control device, a boiler, a boiler monitoring image acquisition method, and a boiler monitoring image acquisition program according to some embodiments of the present disclosure will be described with reference to the drawings.

図1には、本実施形態に係る制御装置、ボイラ、ボイラの監視画像取得方法およびボイラの監視画像取得プログラムの概略構成が示されている。
図1に示されるように、微粉炭焚きボイラ(ボイラ)10は、コンベンショナルボイラであって、火炉11と燃焼装置12とを有している。火炉11は、四角筒の中空形状をなして鉛直方向に沿って設置され、この火炉11を構成する火炉壁が伝熱管により構成されている。
FIG. 1 shows a schematic configuration of a control device, a boiler, a monitoring image acquisition method for a boiler, and a monitoring image acquisition program for a boiler according to the present embodiment.
As shown in FIG. 1, the pulverized coal-fired boiler (boiler) 10 is a conventional boiler and has a furnace 11 and a combustion device 12. The furnace 11 has a hollow shape of a square cylinder and is installed along the vertical direction, and the furnace wall constituting the furnace 11 is formed of a heat transfer tube.

燃焼装置12は、この火炉11を構成する火炉壁(伝熱管)の下部に設けられている。この燃焼装置12は、火炉壁に装着された複数の燃焼バーナ21、22、23、24、25を有している。本実施例にて、この燃焼バーナ21、22、23、24、25は、周方向に沿って4個均等間隔で配設されたものが1セットとして、鉛直方向に沿って5セット、つまり、5段配置されている。なお、火炉11の形状や一つの段における燃焼バーナ21、22、23、24、25の数、段数は本実施形態に限定されるものではない。 The combustion device 12 is provided at the lower part of the furnace wall (heat transfer tube) constituting the furnace 11. The combustion device 12 has a plurality of combustion burners 21, 22, 23, 24, 25 mounted on the furnace wall. In this embodiment, the combustion burners 21, 22, 23, 24, 25 are arranged at equal intervals of four along the circumferential direction as one set, and five sets along the vertical direction, that is, It is arranged in 5 stages. The shape of the furnace 11, the number of combustion burners 21, 22, 23, 24, 25 in one stage, and the number of stages are not limited to this embodiment.

なお、本実施例の燃焼装置12を構成する各燃焼バーナ21、22、23、24、25は、中心部に油燃料を噴射可能な油ノズルと、この油ノズルの外側に微粉燃料混合気を噴射可能な燃料ノズルと、この燃料ノズルの外側に2次空気を噴射可能な2次空気ノズルと、この2次空気ノズルの外側に3次空気を噴射可能な3次空気ノズルとを有している。従って、ボイラ起動時に、各燃焼バーナ21、22、23、24、25は、油燃料を火炉11内に噴射して火炎を形成し、その後、微粉燃料混合気と2次空気及び3次空気を火炉11内に噴射して火炎を形成している。 Each of the combustion burners 21, 22, 23, 24, and 25 constituting the combustion device 12 of the present embodiment has an oil nozzle capable of injecting oil fuel in the center and a fine powder fuel mixture outside the oil nozzle. It has a fuel nozzle that can be injected, a secondary air nozzle that can inject secondary air to the outside of the fuel nozzle, and a tertiary air nozzle that can inject tertiary air to the outside of the secondary air nozzle. There is. Therefore, at the time of starting the boiler, each combustion burner 21, 22, 23, 24, 25 injects oil fuel into the furnace 11 to form a flame, and then blows the fine fuel mixture and the secondary air and the tertiary air. It is injected into the furnace 11 to form a flame.

また図1に示すように、火炉11は、上部に煙道50が連結されており、この煙道50に、対流伝熱部として排ガスの熱を回収するための過熱器(スーパーヒータ)51、52、再熱器53、54、節炭器(エコノマイザ)55、56、57が設けられており、火炉11での燃焼で発生した排ガスと水との間で熱交換が行われる。 Further, as shown in FIG. 1, the flue 50 is connected to the upper part of the furnace 11, and the superheater 51 for recovering the heat of the exhaust gas as a convection heat transfer unit is connected to the flue 50. 52, reheaters 53, 54, and economizers (economizers) 55, 56, 57 are provided, and heat exchange is performed between the exhaust gas generated by combustion in the furnace 11 and water.

このように構成された微粉炭焚きボイラ10にて、微粉炭機(図示せず)によって生成された微粉炭が搬送用空気と共に燃焼バーナ21、22、23、24、25に供給される。また、加熱された燃焼用空気が各燃焼バーナ21、22、23、24、25に供給される。 In the pulverized coal-fired boiler 10 configured as described above, the pulverized coal produced by the pulverized coal machine (not shown) is supplied to the combustion burners 21, 22, 23, 24, 25 together with the transport air. Further, the heated combustion air is supplied to each of the combustion burners 21, 22, 23, 24, and 25.

すると、燃焼バーナ21、22、23、24、25は、微粉炭と搬送用空気とが混合した微粉燃料混合気を火炉11に吹き込むと共に燃焼用空気を火炉11の燃焼領域に吹き込み、このときに着火することでこの燃焼領域に火炎旋回流を形成することができる。 Then, the combustion burners 21, 22, 23, 24, 25 blow the pulverized fuel mixture in which the pulverized coal and the transport air are mixed into the furnace 11 and the combustion air into the combustion region of the furnace 11, at this time. By igniting, a flame swirling flow can be formed in this combustion region.

そして、図示しない給水ポンプから供給された水は、節炭器55、56、57によって予熱された後、図示しない蒸気ドラムに供給され火炉壁の各水管(図示せず)に供給される間に加熱されて飽和蒸気となり、図示しない蒸気ドラムに送り込まれる。更に、図示しない蒸気ドラムの飽和蒸気は過熱器51、52に導入され、燃焼ガスによって過熱される。過熱器51、52で生成された過熱蒸気は、図示しない発電プラント(例えば、タービン等)に供給される。また、タービンでの膨張過程の中途で取り出した蒸気は、再熱器53、54に導入され、再度過熱されてタービンに戻される。なお、火炉11をドラム型(蒸気ドラム)として説明したが、この構造に限定されるものではない。 Then, the water supplied from the water supply pump (not shown) is preheated by the economizers 55, 56, 57, and then supplied to the steam drum (not shown) and supplied to each water pipe (not shown) of the furnace wall. It is heated to saturated steam and sent to a steam drum (not shown). Further, the saturated steam of the steam drum (not shown) is introduced into the superheaters 51 and 52 and superheated by the combustion gas. The superheated steam generated by the superheaters 51 and 52 is supplied to a power plant (for example, a turbine or the like) (not shown). Further, the steam taken out in the middle of the expansion process in the turbine is introduced into the reheaters 53 and 54, superheated again, and returned to the turbine. Although the furnace 11 has been described as a drum type (steam drum), the structure is not limited to this.

その後、煙道50の節炭器55、56、57を通過した排ガスは、図示しない脱硝装置にて、触媒によりNOxなどの有害物質が除去され、電気集塵機で粒子状物質が除去され、脱硫装置により硫黄分が除去された後、煙突から大気中に排出される。 After that, the exhaust gas that has passed through the economizers 55, 56, 57 of the flue 50 has a denitration device (not shown) that removes harmful substances such as NOx by a catalyst, and an electrostatic precipitator removes particulate matter, and a desulfurization device. After the sulfur content is removed by the chimney, it is discharged into the atmosphere from the chimney.

火炉11には、その内部を撮影可能なように赤外線カメラ40が設置されている。図1の赤外線カメラ40の位置は一例であり、監視の対象となる火炉11内の部位(以下、監視対象部位という)を撮影可能な位置であればいずれの位置に設置されていてもよい。
赤外線カメラ40は、火炉11の内部を動画で撮影するものであり、そのフレームレートは例えば250fps程度である。また赤外線カメラ40は、波長が4μm程度の中赤外線カメラが好適に用いられる。
An infrared camera 40 is installed in the furnace 11 so that the inside thereof can be photographed. The position of the infrared camera 40 in FIG. 1 is an example, and may be installed at any position as long as a part in the furnace 11 to be monitored (hereinafter referred to as a part to be monitored) can be photographed.
The infrared camera 40 captures a moving image of the inside of the furnace 11, and its frame rate is, for example, about 250 fps. Further, as the infrared camera 40, a medium-infrared camera having a wavelength of about 4 μm is preferably used.

赤外線カメラ40には、制御装置30が接続されている。赤外線カメラ40は、制御装置30によって制御が行われる。
制御装置30は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、及びコンピュータ読み取り可能な記憶媒体等から構成されている。そして、各種機能を実現するための一連の処理は、一例として、プログラムの形式で記憶媒体等に記憶されており、このプログラムをCPUがRAM等に読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、各種機能が実現される。なお、プログラムは、ROMやその他の記憶媒体に予めインストールしておく形態や、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体に記憶された状態で提供される形態、有線又は無線による通信手段を介して配信される形態等が適用されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記憶媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等である。
A control device 30 is connected to the infrared camera 40. The infrared camera 40 is controlled by the control device 30.
The control device 30 is composed of, for example, a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), a ROM (Read Only Memory), a computer-readable storage medium, and the like. As an example, a series of processes for realizing various functions are stored in a storage medium or the like in the form of a program, and the CPU reads this program into a RAM or the like to execute information processing / arithmetic processing. As a result, various functions are realized. The program is installed in a ROM or other storage medium in advance, is provided in a state of being stored in a computer-readable storage medium, or is distributed via a wired or wireless communication means. Etc. may be applied. The computer-readable storage medium is a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like.

制御装置30は、画像取得部31と、画像処理部32と、透過画像作成部33と、学習部34と、予測部35とを備えている。
画像取得部31は、赤外線カメラ40によって撮影された火炉11の内部の監視対象部位の撮影動画をデータとして取得する。
画像処理部32は、画像取得部31が取得した撮影動画データに対し、後述する画像処理を行い、監視対象部位まで透過した透過領域を取得する。
透過画像作成部33は、画像処理部32が取得した複数の透過領域に基づき、監視対象部位の透過画像を作成する。
学習部34は、監視対象部位の透過画像から作成された教師データに基づき機械学習を行って予測モデルを作成する。このとき、機械学習は複数の透過領域毎に、必要に応じて複数の予測モデルを作成してもよい。
予測部35は、赤外線カメラ40によって撮影された監視対象部位の撮影動画データに対して対象領域にひも付けられた予測モデルを参照して付着物の状態を予測し、外部に報知する。
The control device 30 includes an image acquisition unit 31, an image processing unit 32, a transparent image creation unit 33, a learning unit 34, and a prediction unit 35.
The image acquisition unit 31 acquires, as data, a moving image of a monitored portion inside the furnace 11 taken by the infrared camera 40.
The image processing unit 32 performs image processing, which will be described later, on the captured moving image data acquired by the image acquisition unit 31, and acquires a transparent region transmitted to the monitored portion.
The transparent image creating unit 33 creates a transparent image of the monitored portion based on the plurality of transparent regions acquired by the image processing unit 32.
The learning unit 34 performs machine learning based on the teacher data created from the transparent image of the monitored portion to create a prediction model. At this time, machine learning may create a plurality of prediction models for each of a plurality of transparent regions as needed.
The prediction unit 35 predicts the state of the deposit by referring to the prediction model linked to the target area with respect to the captured moving image data of the monitored portion photographed by the infrared camera 40, and notifies the outside.

微粉炭焚きボイラ10では、燃焼を行うことで灰等が発生する。発生した灰(クリンカ)は、火炉11の炉壁、過熱器51、52、再熱器53、54、燃焼バーナ21、22、23、24、25等に付着する。火炉11内に灰が堆積したり、広範囲に付着すると、火炉11の運転に影響を及ぼすだけでなく、堆積して固まった灰が落下することで火炉11の損傷にもつながる虞がある。
そこで、本実施形態では、カメラによる撮影画像を用い、画像処理及び学習を行うことで付着物の付着状況の監視及び予測を行う。
In the pulverized coal-fired boiler 10, ash and the like are generated by combustion. The generated ash (clinker) adheres to the furnace wall of the furnace 11, the superheaters 51, 52, the reheaters 53, 54, the combustion burners 21, 22, 23, 24, 25, and the like. If ash is accumulated in the furnace 11 or adheres to a wide area, not only the operation of the furnace 11 is affected, but also the accumulated and solidified ash may fall, which may lead to damage to the furnace 11.
Therefore, in the present embodiment, the image taken by the camera is used, and image processing and learning are performed to monitor and predict the adhesion state of the deposit.

本実施形態の制御装置30を用いた火炉11の監視について以下に説明する。
まず、火炉11内の変動による影響を低減する画像処理の方法について説明する。
図2には、可視光線カメラによる画像と、赤外線カメラによる画像とが示されている。
図3には、参考例としての画像全体を画像処理した例が示されている。
図2及び3の各画像はそれぞれ同じ監視対象部位を撮影した画像であり、図2(a)は可視光線カメラによる画像、図2(b)は赤外線カメラ40による画像、図2(c)は図2(b)の画像のコントラストを強調した画像、図2(d)は図2(c)の画像を複数積算して得られる画像を示す。
図2(a)に示されるように、火炉11内部を可視光線カメラで撮影しても、微粉炭火炎の輻射が強く、監視対象部位を確認することは困難である。
図2(b)に示されるように、火炉11内部を赤外線カメラ40で撮影すると、監視対象部位を遮るように火炉11内の浮遊物が白く撮影される。そのため、監視対象部位は瞬間的かつ部分的にしか観察することができない。
The monitoring of the furnace 11 using the control device 30 of the present embodiment will be described below.
First, an image processing method for reducing the influence of fluctuations in the furnace 11 will be described.
FIG. 2 shows an image taken by a visible light camera and an image taken by an infrared camera.
FIG. 3 shows an example in which the entire image is image-processed as a reference example.
The images of FIGS. 2 and 3 are images taken of the same monitored portion, FIG. 2 (a) is an image taken by a visible light camera, FIG. 2 (b) is an image taken by an infrared camera 40, and FIG. 2 (c) is an image taken. FIG. 2B shows an image in which the contrast of the image of FIG. 2B is emphasized, and FIG. 2D shows an image obtained by integrating a plurality of images of FIG. 2C.
As shown in FIG. 2A, even if the inside of the furnace 11 is photographed with a visible light camera, the radiation of the pulverized coal flame is strong and it is difficult to confirm the monitored portion.
As shown in FIG. 2B, when the inside of the furnace 11 is photographed by the infrared camera 40, the floating matter in the furnace 11 is photographed in white so as to block the monitored portion. Therefore, the monitored part can be observed only momentarily and partially.

そこで、画像処理部32は、次のような画像処理を行う。
画像処理部32は、図2(c)の点線で示されるように画像取得部31が取得した撮影動画データをフレームごとに複数の小さい領域(小領域)に分割する処理を行う。
次に、分割された各小領域ごとに、コントラストを強調する処理(ヒストグラム平滑化処理)を行う。これにより、浮遊物によって遮られていない監視対象部位の小領域において、コントラストが強調され、監視対象部位まで透過した透過領域が得られる。透過領域では、監視対象部位の輪郭を確認することが可能となる。
ここで、フレームごとに浮遊物の位置が異なるため、図2(c)に示される透過領域もその位置が異なる。そこで、各フレームの小領域ごとにヒストグラム平滑化処理を行った画像の輝度を所定時間積算し、積算後の画像(以下、積算画像とする)の輝度と、所定時間に相当するフレームの小領域ごとにヒストグラム平滑化処理を行った画像の平均輝度に所定時間に相当するフレーム数を乗算した値との差分を求める。これにより、透過領域のみをつなぎ合せて浮遊物などの火炉11内の時間変動の影響を低減し、監視対象部位のみが鮮明に表示される透過画像(図2(d)参照)を得ることができる。
Therefore, the image processing unit 32 performs the following image processing.
As shown by the dotted line in FIG. 2C, the image processing unit 32 performs a process of dividing the captured moving image data acquired by the image acquisition unit 31 into a plurality of small areas (small areas) for each frame.
Next, a process for enhancing the contrast (histogram smoothing process) is performed for each of the divided small areas. As a result, in a small region of the monitored portion that is not blocked by the suspended matter, the contrast is emphasized and a transmission region that has penetrated to the monitored portion can be obtained. In the transparent region, it is possible to confirm the contour of the monitored portion.
Here, since the position of the suspended matter is different for each frame, the position of the transmission region shown in FIG. 2C is also different. Therefore, the brightness of the image subjected to the histogram smoothing processing is integrated for a predetermined time for each small area of each frame, and the brightness of the integrated image (hereinafter referred to as the integrated image) and the small area of the frame corresponding to the predetermined time are integrated. For each, the difference from the value obtained by multiplying the average brightness of the image subjected to the histogram smoothing processing by the number of frames corresponding to a predetermined time is obtained. As a result, it is possible to connect only the transmission regions to reduce the influence of time fluctuations in the furnace 11 such as suspended matter, and obtain a transmission image (see FIG. 2D) in which only the monitored portion is clearly displayed. can.

一方、画像処理部32が小領域に分割を行わず画像全体に対しヒストグラム平滑化処理を行うと、図3に参考例として示されるように監視対象部位の輪郭が現れず、透過領域を得ることができない。 On the other hand, when the image processing unit 32 performs histogram smoothing processing on the entire image without dividing into small areas, the contour of the monitored portion does not appear as shown as a reference example in FIG. 3, and a transparent area is obtained. I can't.

次に、画像処理により得られた画像から付着物の付着量を定量化するモデルの構築方法について説明する。
図4には、監視対象部位の透過画像及び教師データ用画像が示されている。
図4(a)は、監視対象部位の透過画像であり、図4(b)は、監視対象部位の教師データ用画像である。ここで、教師データとは、パターンを学習するために与えられる入力されたデータに対する結果に相当するデータである。
図2(d)に示されたように、画像処理を行うことで、監視対象部位が鮮明に表示される透過画像が得られる。ここで、監視対象部位に付着物が付着している場合は、図4(a)に示されるように、透過画像にも付着物が白く映ることとなる。しかし、火炎の輻射など、画像処理を行っても除去できない影響もあり、これら影響も付着物と同様に白く映ることがわかっている。
そこで、画像処理により得られた透過画像に対し、作業者が付着物か否かの判断を行う。作業者は、画像処理により得られた透過画像を確認し、白く映る領域がそれぞれ付着物によるものか、火炎の輻射など付着物以外の他の影響によるものかを判断する。作業者が付着物であると判断した領域は、図4(b)に示されるように透過画像上でマーキングを行う。このように付着物をマーキングした透過画像を、教師データとして用いる。このとき、教師データは領域の画像類似度に応じて分類して作成するとしてもよい。この場合、分類された領域毎にパターンを学習させる。このように、教師データを領域の画像類似度に応じて分類して作成することも有効である。
Next, a method of constructing a model for quantifying the amount of deposits adhered from the image obtained by image processing will be described.
FIG. 4 shows a transmission image of the monitored portion and an image for teacher data.
FIG. 4A is a transparent image of the monitored portion, and FIG. 4B is an image for teacher data of the monitored portion. Here, the teacher data is data corresponding to the result for the input data given for learning the pattern.
As shown in FIG. 2D, by performing image processing, a transparent image in which the monitored portion is clearly displayed can be obtained. Here, if the deposit is attached to the monitored portion, the deposit will appear white in the transmitted image as shown in FIG. 4 (a). However, there are some effects that cannot be removed even by image processing, such as the radiation of flames, and it is known that these effects also appear white like deposits.
Therefore, the operator determines whether or not the transparent image obtained by the image processing is an adhered substance. The operator confirms the transmitted image obtained by the image processing, and determines whether the white area is due to the deposit or the influence other than the deposit such as the radiation of the flame. The area determined to be an deposit by the operator is marked on the transmitted image as shown in FIG. 4 (b). The transparent image in which the deposits are marked in this way is used as the teacher data. At this time, the teacher data may be classified and created according to the image similarity of the area. In this case, the pattern is learned for each classified area. In this way, it is also effective to classify and create teacher data according to the image similarity of the area.

図5には、本実施形態のモデル構築方法がフローチャートに示されている。
まず、予測モデルの構築にあたり学習を行う学習段階の説明を行う。
ステップS501において、画像取得部31が赤外線カメラ40によって撮影された火炉11の内部の監視対象部位の撮影動画をデータとして取得(読み込み)を行う。
次に、ステップS502において、画像処理部32は、画像取得部31が取得した撮影動画データに対し画像処理を行い、監視対象部位まで透過した透過領域を取得する。さらに透過画像作成部33が画像処理部32が取得した複数の透過領域に基づき、監視対象部位の透過画像を作成する。作業者は、監視対象部位の透過画像から教師データ(学習データ)を作成する。
FIG. 5 shows a flowchart of the model construction method of the present embodiment.
First, we will explain the learning stage in which learning is performed when constructing a prediction model.
In step S501, the image acquisition unit 31 acquires (reads) the captured moving image of the monitored portion inside the furnace 11 captured by the infrared camera 40 as data.
Next, in step S502, the image processing unit 32 performs image processing on the captured moving image data acquired by the image acquisition unit 31, and acquires a transmission region transmitted to the monitored portion. Further, the transparent image creating unit 33 creates a transparent image of the monitored portion based on the plurality of transparent regions acquired by the image processing unit 32. The worker creates teacher data (learning data) from the transparent image of the monitored part.

次に、ステップS503において、予測モデルの更新が行われる。
学習部34は、監視対象部位の透過画像から作成された教師データに基づき機械学習を行って予測モデルを作成する。ここで機械学習には、例えばDeep Learning等の学習手法を用いる。Deep Learningの代表的な手法としては、CNN(Convolutional Neural Network、畳み込みニューラルネットワーク)等が挙げられる。
学習部34は、教師データのデータ画像の輝度情報から画像の特徴を数値化し、付着物の付着状況を教師データから学習する。これにより、学習部34は、画像情報から付着物の付着領域を判断する数値モデルを作成する。この数値モデルが、付着物の付着領域の予測モデルとなる。
精度の高いモデルを構築するため、学習段階ではステップS501からステップS503までの処理を繰り返し行い、予測モデルの更新を行う。
また、観察対象によって、学習は領域の画像類似度に応じて分割して実施してもよい。監視対象領域は本来の機能に応じた形態となっており、付着物の形態および特性も異なることから、学習時に予め分類しておくことで、学習効率や数値モデルによる推定精度が改善される効果が見込める。
このようにして作成された予測モデルを保存する(S504)。
また、火炉11の内部において、位置により付着物の付着状況は異なる。そのため、予測モデルは、燃焼バーナ21、22、23、24、25を撮影した画像から作成されたバーナモデル、過熱器51、52を撮影した画像から作成されたSHモデルなど、監視対象部位ごとに作成し保存しておくことが望ましい。
Next, in step S503, the prediction model is updated.
The learning unit 34 performs machine learning based on the teacher data created from the transparent image of the monitored portion to create a prediction model. Here, for machine learning, a learning method such as Deep Learning is used. A typical method of deep learning includes CNN (Convolutional Neural Network) and the like.
The learning unit 34 quantifies the characteristics of the image from the brightness information of the data image of the teacher data, and learns the adhesion state of the deposit from the teacher data. As a result, the learning unit 34 creates a numerical model for determining the adhesion region of the deposit from the image information. This numerical model serves as a prediction model for the adhesion region of deposits.
In order to construct a highly accurate model, the processes from step S501 to step S503 are repeated in the learning stage, and the prediction model is updated.
Further, depending on the observation target, the learning may be divided according to the image similarity of the region. Since the monitored area has a form according to the original function and the form and characteristics of the deposits are different, the effect of improving the learning efficiency and the estimation accuracy by the numerical model by classifying in advance at the time of learning. Can be expected.
The prediction model thus created is saved (S504).
Further, inside the furnace 11, the state of adhesion of deposits differs depending on the position. Therefore, the prediction model is for each monitored part, such as a burner model created from images of combustion burners 21, 22, 23, 24, and 25, and an SH model created from images of superheaters 51 and 52. It is desirable to create and save it.

次に、構築された予測モデルを用いて監視を行う運用段階の説明を行う。
ステップS511において、画像取得部31が赤外線カメラ40によって撮影された火炉11の内部の監視対象部位の撮影動画をデータとして取得(読み込み)を行う。そして、画像処理部32は、画像取得部31が取得した撮影動画データに対し画像処理を行い、監視対象部位まで透過した透過領域を取得する。さらに透過画像作成部33が画像処理部32が取得した複数の透過領域に基づき、監視対象部位の透過画像を作成する。
次に、ステップS512において、予測部35は、赤外線カメラ40によって撮影された監視対象部位の撮影動画データの透過画像に対して、ステップS504にて保存された予測モデルを参照して付着物の状態を予測する。
予測部35は、監視対象部位に対応する予測モデルを参照することで、撮影動画データの透過画像から自動的に付着物の付着領域を抽出することができる。
次に、ステップS513において、予測部35は、付着物の付着領域の予測結果を外部に報知する。報知する方法としては、ディスプレイに表示する、ランプを点灯する、音声で通知する等の方法が挙げられる。
Next, we will explain the operation stage of monitoring using the constructed prediction model.
In step S511, the image acquisition unit 31 acquires (reads) the captured moving image of the monitored portion inside the furnace 11 captured by the infrared camera 40 as data. Then, the image processing unit 32 performs image processing on the captured moving image data acquired by the image acquisition unit 31, and acquires a transparent region transmitted to the monitored portion. Further, the transparent image creating unit 33 creates a transparent image of the monitored portion based on the plurality of transparent regions acquired by the image processing unit 32.
Next, in step S512, the prediction unit 35 refers to the prediction model saved in step S504 with respect to the transmitted image of the captured moving image data of the monitored portion captured by the infrared camera 40, and indicates the state of the deposit. Predict.
By referring to the prediction model corresponding to the monitored portion, the prediction unit 35 can automatically extract the adhesion region of the deposit from the transmitted image of the captured moving image data.
Next, in step S513, the prediction unit 35 notifies the outside of the prediction result of the adhesion region of the deposit. Examples of the method of notifying include a method of displaying on a display, turning on a lamp, and notifying by voice.

このようにして、撮影動画データの透過画像において付着物の付着領域であると判定された箇所の面積を用いて、付着物の付着量を定量化することができる。付着物の付着量は付着領域の面積にほぼ比例することから、付着領域の面積から付着量を推定し、定量的な評価を行うことが可能である。 In this way, the amount of adhered matter can be quantified by using the area of the portion determined to be the adhered region of the adhered matter in the transmitted image of the captured moving image data. Since the amount of adhered matter is substantially proportional to the area of the adhered region, it is possible to estimate the amount of adhered matter from the area of the adhered region and perform a quantitative evaluation.

報知方法としては、上述した以外に、アラームを鳴らすとしてもよい。
図6には、本実施形態に係る火炉の監視対象部位の灰付着量の時間推移がグラフに示されている。
図6において、縦軸は灰の付着量、横軸は時間を表す。
図6に示されるように、灰の付着量は、時間とともに少しずつ堆積する。また、灰の付着量には所定の閾値が設定されている。所定の閾値は、あらかじめ作業者が様々な画像に基づき許容可能範囲の限界となる付着量の画像を選定し、その画像の付着量を所定の閾値として設定された値である。本実施形態では、所定の閾値をαとする。
時間の推移とともに増加する灰の付着量が、所定の閾値αを超えると、制御装置30の予測部35はアラームを鳴らす。
作業者は、アラームの報知により灰の付着が進行していることを認識し、不具合などが発生する前に必要な対応策をとることが可能である。
As the notification method, an alarm may be sounded in addition to the above.
FIG. 6 is a graph showing the time transition of the amount of ash adhered to the monitored portion of the furnace according to the present embodiment.
In FIG. 6, the vertical axis represents the amount of ash adhered and the horizontal axis represents time.
As shown in FIG. 6, the amount of ash adhered gradually accumulates over time. Further, a predetermined threshold value is set for the amount of ash adhered. The predetermined threshold value is a value set in advance by the operator based on various images and selecting an image of the adhesion amount which is the limit of the allowable range, and using the adhesion amount of the image as a predetermined threshold value. In the present embodiment, a predetermined threshold value is set to α.
When the amount of ash adhered, which increases with the passage of time, exceeds a predetermined threshold value α, the prediction unit 35 of the control device 30 sounds an alarm.
The operator can recognize that the ash is adhering by the notification of the alarm and take necessary countermeasures before the trouble occurs.

以上、説明してきたように、本実施形態に係る制御装置、ボイラ、ボイラの監視画像取得方法およびボイラの監視画像取得プログラムによれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態によれば、赤外線カメラ40によって撮影された火炉11内部の動画を取得し、これをフレームごとに複数の領域に分割して、各領域ごとに輝度に基づく画像処理を行って、処理画像の輝度を所定時間積算して得られる積算画像から、監視対象部位まで透過した透過領域を取得し、複数の透過領域から監視対象部位の透過画像を作成するため、目視や通常のカメラでは確認することができない運転中の火炉11の内部の状況を画像にて確認することができる。
赤外線カメラ40によって撮影された動画は、火炉11内の燃焼状態や燃料濃度が非定常に変動しているため、監視対象部位が火炎や燃料等によって遮られ、瞬間的・部分的にしか監視対象部位を確認することができない。しかし本実施形態では、画像処理を行って積算画像から透過領域を取得し透過画像を作成するため、短時間の変動成分の影響を除去した透過画像により視認性が改善され、監視対象部位を鮮明に確認することができる。
これにより、運転中においても火炉11内の監視対象部位に対する監視が可能となる。監視対象部位における付着物の監視を行っている場合は、監視対象部位に付着物が付着しているか否かを判断することができることとなり、付着物に起因するトラブルを未然に防ぐことが可能である。
As described above, the control device, the boiler, the monitoring image acquisition method of the boiler, and the monitoring image acquisition program of the boiler according to the present embodiment have the following effects.
According to the present embodiment, a moving image of the inside of the furnace 11 taken by the infrared camera 40 is acquired, this is divided into a plurality of regions for each frame, and image processing based on the brightness is performed for each region for processing. From the integrated image obtained by integrating the brightness of the image for a predetermined time, the transmission area transmitted to the monitoring target part is acquired, and the transmission image of the monitoring target part is created from multiple transmission areas, so it can be confirmed visually or with a normal camera. It is possible to confirm the internal situation of the operating furnace 11 which cannot be performed by the image.
In the moving image taken by the infrared camera 40, since the combustion state and fuel concentration in the furnace 11 fluctuate unsteadily, the monitored portion is obstructed by flames, fuel, etc., and is monitored only momentarily or partially. The site cannot be confirmed. However, in the present embodiment, since image processing is performed to acquire a transparent region from the integrated image and a transparent image is created, visibility is improved by the transparent image from which the influence of short-time fluctuation components is removed, and the monitored portion is sharpened. Can be confirmed in.
This makes it possible to monitor the monitored portion in the furnace 11 even during operation. When monitoring the deposits on the monitored part, it is possible to determine whether or not the deposits are attached to the monitored part, and it is possible to prevent troubles caused by the deposits. be.

また本実施形態によれば、各領域ごとにコントラストを強調するため、輝度の差をより増幅して、瞬間的に観察できた監視対象部位の領域の画像を強調することができる。例えば、全体のコントラストを強調すると、監視対象部位の輪郭を強調することができないが、本実施形態のように各領域ごとにコントラストを強調すると、観察できた監視対象部位の領域、すなわち透過領域の輪郭を強調することができる。 Further, according to the present embodiment, since the contrast is emphasized for each region, the difference in brightness can be further amplified to enhance the image of the region of the monitored portion that can be observed instantaneously. For example, if the overall contrast is emphasized, the outline of the monitored portion cannot be emphasized, but if the contrast is emphasized for each region as in the present embodiment, the observed region of the monitored portion, that is, the transmission region The outline can be emphasized.

また本実施形態によれば、積算画像の輝度と、所定時間の処理画像の平均輝度にフレーム数を乗算した値との差分に基づき透過領域を取得するため、火炉11内の時間変動による変動成分の影響を低減することができる。 Further, according to the present embodiment, since the transmission region is acquired based on the difference between the brightness of the integrated image and the value obtained by multiplying the average brightness of the processed image for a predetermined time by the number of frames, the fluctuation component due to the time fluctuation in the furnace 11 is obtained. The influence of can be reduced.

また本実施形態によれば、透過画像に対して付着物の付着範囲をマーキングして作成された教師データの画像の特徴を数値化し、数値化された教師データに基づき機械学習を行い予測モデルを作成するため、赤外線カメラ40によって撮影された火炉11内部の監視対象部位の撮影動画から付着物の付着についてその状態を定量的に評価し、付着範囲や付着量を予測することができる。
また、各領域を画像類似度に応じて分類して作成された教師データを、分類した教師データの領域ごとに機械学習を行って予測モデルを作成するため、学習効率が向上し、予測誤差を縮小することができる。
また、火炉11内の時間変動による変動成分の影響を低減した透過画像を用いて機械学習を行うため、機械学習の精度が向上し、予測モデルの予測精度が向上する。
Further, according to the present embodiment, the characteristics of the image of the teacher data created by marking the adhesion range of the deposit on the transparent image are quantified, and machine learning is performed based on the quantified teacher data to obtain a prediction model. In order to create the data, it is possible to quantitatively evaluate the state of the adhered deposits from the moving images of the monitored portion inside the furnace 11 taken by the infrared camera 40, and predict the adhered range and the adhered amount.
In addition, the teacher data created by classifying each area according to the image similarity is machine-learned for each area of the classified teacher data to create a prediction model, which improves learning efficiency and reduces prediction errors. Can be reduced.
Further, since machine learning is performed using a transmission image in which the influence of fluctuation components due to time fluctuations in the furnace 11 is reduced, the accuracy of machine learning is improved and the prediction accuracy of the prediction model is improved.

また本実施形態によれば、赤外線カメラ40によって撮影された撮影動画の透過画像に対して予測モデルを参照して付着物の状態を予測し、予測結果を報知することから、撮影動画データに基づき監視対象部位における付着物の状態の定量的な評価を行うことができる。
また、監視対象部位への付着物の付着状態が定量化されることにより、作業者は報知された予測結果に基づき作業計画を立案可能なため、付着物に起因するトラブルを未然に防ぐことが可能である。
Further, according to the present embodiment, the state of the deposit is predicted with reference to the prediction model for the transmitted image of the captured moving image taken by the infrared camera 40, and the prediction result is notified. Therefore, based on the captured moving image data. It is possible to quantitatively evaluate the state of deposits at the monitored site.
In addition, by quantifying the state of adhesion of deposits to the monitored site, the operator can formulate a work plan based on the notified prediction results, so troubles caused by deposits can be prevented. It is possible.

また本実施形態によれば、付着物の状態の予測結果のモニタリングを行い、予測結果が所定の閾値を超えるとアラームを報知することから、作業者による常時監視を行わずに制御装置30によって付着物の状態が進行していることを監視することができる。これにより、作業者の監視作業に対する負担を軽減することができ、また付着物に起因するトラブルを未然に防ぐことが可能である。 Further, according to the present embodiment, the prediction result of the state of the deposit is monitored, and an alarm is notified when the prediction result exceeds a predetermined threshold value. Therefore, the control device 30 is attached without constant monitoring by the operator. It is possible to monitor the progress of the kimono condition. This makes it possible to reduce the burden on the worker's monitoring work and prevent troubles caused by deposits.

また本実施形態によれば、火炉11の複数の監視対象部位に対してそれぞれ予測モデルを作成することから、監視対象部位ごとに異なる予測モデルを作成し、それぞれの監視対象部位に特有の詳細な予測を行うことができる。 Further, according to the present embodiment, since the prediction model is created for each of the plurality of monitored parts of the reactor 11, different prediction models are created for each monitored part, and the detailed details peculiar to each monitored part are created. You can make predictions.

上記した実施形態では、火炉内の振動などについて検討を行っていないが、本実施形態では、振動する監視対象部位であっても適切な画像処理を行うとするものである。その他の点については上記した実施形態と同様であるので、同様の構成については同一符号を付しその説明は省略する。 In the above-described embodiment, the vibration in the furnace is not examined, but in the present embodiment, appropriate image processing is performed even in the vibrating monitored portion. Since other points are the same as those of the above-described embodiment, the same reference numerals are given to the same configurations, and the description thereof will be omitted.

図7には、本実施形態に係る監視対象部位の撮影画像が示されている。
図7の各画像はそれぞれ同じ監視対象部位を撮影した画像であり、図7(a)は、赤外線カメラ40による画像、図7(b)は、監視対象部位の積算画像、図7(c)は、監視対象部位に対しぶれ補正処理を行った積算画像を示す。
火炉11の内部は、運転中にガスの流れなどの影響を受け、例えば過熱器51、52や再熱器53、54などが振動している場合がある。
監視対象部位が振動していても、図7(a)に示されるように、赤外線カメラ40による画像には特に問題は生じない。
しかし、図7(b)に示されるように、図7(a)の画像を複数積算した積算画像では、監視対象部位が多重に露光され、その像がぶれるという課題が生じる場合がある。
FIG. 7 shows a photographed image of the monitored portion according to the present embodiment.
Each image of FIG. 7 is an image obtained by taking the same monitored portion, FIG. 7 (a) is an image taken by the infrared camera 40, FIG. 7 (b) is an integrated image of the monitored portion, and FIG. 7 (c). Shows an integrated image obtained by performing blur correction processing on a monitored portion.
The inside of the furnace 11 may be affected by the flow of gas or the like during operation, and for example, the superheaters 51 and 52 and the reheaters 53 and 54 may vibrate.
Even if the monitored portion vibrates, as shown in FIG. 7A, there is no particular problem in the image taken by the infrared camera 40.
However, as shown in FIG. 7 (b), in the integrated image obtained by integrating a plurality of images of FIG. 7 (a), the monitored portion may be exposed in multiple layers, which may cause a problem that the image is blurred.

そこで本実施形態では、画像処理部32が画像の積算を行う前に、自動で監視対象部位の輪郭を認識し、振動を認識して位置を補正する処理を行うこととする。
画像処理部32が位置の補正(ぶれの補正)を行うことで、図7(c)に示されるように監視対象部位の輪郭が鮮明に表示される積算画像を得ることができる。但し、ぶれの補正を行うことにより、監視対象部位の背景はぶれることとなる。
Therefore, in the present embodiment, before the image processing unit 32 integrates the images, the contour of the monitored portion is automatically recognized, the vibration is recognized, and the position is corrected.
When the image processing unit 32 corrects the position (correction of blurring), it is possible to obtain an integrated image in which the outline of the monitored portion is clearly displayed as shown in FIG. 7 (c). However, by correcting the blur, the background of the monitored part will be blurred.

以上、説明してきたように、本実施形態に係る制御装置、ボイラ、ボイラの監視画像取得方法およびボイラの監視画像取得プログラムによれば、以下の作用効果を奏する。
本実施形態によれば、監視対象部位が振動していることを検知した場合は、監視対象部位の振動を認識し、位置の補正を行うことから、監視対象部位が振動している場合の積算画像において監視対象部位が多重に露光されて像がぶれる虞があるが、これを防止し、ぶれのない積算画像を取得することができる。これにより、振動が発生している監視対象部位においても画像認識の精度を向上させることができる。
As described above, the control device, the boiler, the monitoring image acquisition method of the boiler, and the monitoring image acquisition program of the boiler according to the present embodiment have the following effects.
According to the present embodiment, when it is detected that the monitored part is vibrating, the vibration of the monitored part is recognized and the position is corrected. Therefore, the integration when the monitored part is vibrating is performed. There is a risk that the monitored portion will be exposed multiple times in the image and the image will be blurred, but this can be prevented and an integrated image without blurring can be obtained. As a result, the accuracy of image recognition can be improved even in the monitored portion where vibration is generated.

以上、本発明の各実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではない。
例えば、上述した各実施形態においては付着物の付着領域(付着量)を予測するとしたが、予測した付着物の付着量に基づき、スーツブロワの運用タイミングを決定するとしてもよい。
スーツブロワの運用タイミングを予測モデルを用いて決定することにより、スーツブロワの運用改善を行うことができ、スーツブロワで使用される蒸気の蒸気量を削減して発電量を増加させることが可能となる。また、スーツブロワの運用過多により生じるエロージョンを抑制することができる。
Although each embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment.
For example, in each of the above-described embodiments, the adhesion region (adhesion amount) of the deposit is predicted, but the operation timing of the suit blower may be determined based on the predicted adhesion amount of the deposit.
By determining the operation timing of the suit blower using the prediction model, it is possible to improve the operation of the suit blower, reduce the amount of steam used in the suit blower, and increase the amount of power generation. Become. In addition, erosion caused by excessive operation of the suit blower can be suppressed.

10 微粉炭焚きボイラ(ボイラ)
11 火炉
12 燃焼装置
21、22、23、24、25 燃焼バーナ
30 制御装置
31 画像取得部
32 画像処理部
33 透過画像作成部
34 学習部
35 予測部
40 赤外線カメラ
50 煙道
51、52 過熱器(スーパーヒータ)
53、54 再熱器
55、56、57 節炭器(エコノマイザ)
10 Fine charcoal-fired boiler (boiler)
11 Fire furnace 12 Combustion device 21, 22, 23, 24, 25 Combustion burner 30 Control device 31 Image acquisition unit 32 Image processing unit 33 Transmission image creation unit 34 Learning unit 35 Prediction unit 40 Infrared camera 50 Flue 51, 52 Superheater ( Super heater)
53, 54 Reheater 55, 56, 57 Economizer

Claims (12)

火炉を備えたボイラの監視を行う制御装置であって、
赤外線カメラによる火炉内部の監視対象部位の撮影動画をデータとして取得する画像取得部と、
前記画像取得部が取得した撮影動画データをフレームごとに複数の領域に分割し、各前記領域ごとに輝度に基づく画像処理を行い、画像処理後の処理画像の輝度を所定時間積算して得られる積算画像から、前記監視対象部位まで透過した透過領域を取得する画像処理部と、
複数の前記透過領域に基づき前記監視対象部位の透過画像を作成する透過画像作成部と、
を備える制御装置。
A control device that monitors boilers equipped with a furnace.
An image acquisition unit that acquires the video of the monitored part inside the furnace with an infrared camera as data,
The captured moving image data acquired by the image acquisition unit is divided into a plurality of areas for each frame, image processing based on the brightness is performed for each area, and the brightness of the processed image after the image processing is integrated for a predetermined time. An image processing unit that acquires a transparent region transmitted from the integrated image to the monitored portion, and
A transparent image creation unit that creates a transparent image of the monitored portion based on the plurality of transparent regions,
A control device equipped with.
前記画像処理部は、各前記領域ごとにコントラストを強調するように画像処理を行う請求項1に記載の制御装置。 The control device according to claim 1, wherein the image processing unit performs image processing so as to enhance the contrast in each of the regions. 前記画像処理部は、前記積算画像の輝度と、前記所定時間の前記処理画像の平均輝度に前記所定時間のフレーム数を乗算した値との差分に基づき前記透過領域を取得する請求項1または請求項2に記載の制御装置。 Claim 1 or claim 1, wherein the image processing unit acquires the transmission region based on the difference between the brightness of the integrated image and the value obtained by multiplying the average brightness of the processed image at the predetermined time by the number of frames at the predetermined time. Item 2. The control device according to item 2. 前記画像処理部は、前記監視対象部位の振動の有無を検知し、前記監視対象部位が振動していることを検知した場合は、前記監視対象部位の振動を認識し、前記監視対象部位の位置の補正を行う請求項1から請求項3のいずれかに記載の制御装置。 The image processing unit detects the presence or absence of vibration of the monitored portion, and when it detects that the monitored portion is vibrating, the image processing unit recognizes the vibration of the monitored portion and positions the monitored portion. The control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the amendment is made. 前記透過画像作成部が作成した前記透過画像に対して付着物の付着範囲をマーキングして作成された教師データの画像の特徴を数値化し、数値化された前記教師データに基づき機械学習を行って予測モデルを作成する学習部を備える請求項1から請求項4のいずれかに記載の制御装置。 The characteristics of the image of the teacher data created by marking the adhesion range of deposits on the transparent image created by the transparent image creating unit are quantified, and machine learning is performed based on the quantified teacher data. The control device according to any one of claims 1 to 4, further comprising a learning unit for creating a prediction model. 各前記領域を画像類似度に応じて分類して作成された教師データを、分類した前記教師データの前記領域ごとに機械学習を行って予測モデルを作成する学習部を備える請求項1から請求項4のいずれかに記載の制御装置。 Claims 1 to claim 1 include a learning unit for creating a prediction model by performing machine learning for each of the classified areas of the teacher data created by classifying each of the areas according to the degree of image similarity. The control device according to any one of 4. 前記赤外線カメラによって撮影された前記撮影動画の前記透過画像に対して前記予測モデルを参照して付着物の状態を予測し、予測結果を報知する予測部を備える請求項5または請求項6に記載の制御装置。 The fifth or sixth aspect of the present invention, wherein the transmission image of the captured moving image taken by the infrared camera is provided with a prediction unit for predicting the state of deposits with reference to the prediction model and notifying the prediction result. Control device. 前記予測部は、前記付着物の状態の前記予測結果のモニタリングを行い、前記付着物の状態の前記予測結果が所定の閾値を超えるとアラームを報知する請求項7に記載の制御装置。 The control device according to claim 7, wherein the prediction unit monitors the prediction result of the state of the deposit and notifies an alarm when the prediction result of the state of the deposit exceeds a predetermined threshold value. 前記学習部は、前記火炉の複数の前記監視対象部位に対してそれぞれ前記予測モデルを作成する請求項5から請求項8のいずれかに記載の制御装置。 The control device according to any one of claims 5 to 8, wherein the learning unit creates the prediction model for each of the plurality of monitored parts of the furnace. 請求項1から請求項9のいずれかに記載の制御装置を備えたボイラ。 A boiler provided with the control device according to any one of claims 1 to 9. 赤外線カメラによる火炉内部の監視対象部位の撮影動画をデータとして取得する画像取得工程と、
前記画像取得工程にて取得された前記撮影動画をフレームごとに複数の領域に分割し、各前記領域ごとに輝度に基づく画像処理を行う画像処理工程と、
画像処理後の処理画像の輝度を所定時間積算して得られる積算画像から、前記監視対象部位まで透過した透過領域を取得する透過領域取得工程と、
複数の前記透過領域に基づき前記監視対象部位の透過画像を作成する透過画像作成工程と、
を備えるボイラの監視画像取得方法。
The image acquisition process to acquire the video of the monitored part inside the furnace with an infrared camera as data,
An image processing step of dividing the captured moving image acquired in the image acquisition step into a plurality of regions for each frame and performing image processing based on the brightness for each of the regions.
A transmission region acquisition step of acquiring a transmission region transmitted to the monitored portion from the integrated image obtained by integrating the brightness of the processed image after image processing for a predetermined time, and
A transmission image creation step of creating a transmission image of the monitored portion based on the plurality of transmission regions, and a transmission image creation step.
Boiler surveillance image acquisition method.
赤外線カメラによる火炉内部の監視対象部位の撮影動画をデータとして取得する画像取得ステップと、
前記画像取得ステップにて取得された前記撮影動画をフレームごとに複数の領域に分割し、各前記領域ごとに輝度に基づく画像処理を行う画像処理ステップと、
画像処理後の処理画像の輝度を所定時間積算して得られる積算画像から、前記監視対象部位まで透過した透過領域を取得する透過領域取得ステップと、
複数の前記透過領域に基づき前記監視対象部位の透過画像を作成する透過画像作成ステップと、
を備えるボイラの監視画像取得プログラム。

An image acquisition step to acquire the video of the monitored part inside the furnace with an infrared camera as data,
An image processing step in which the captured moving image acquired in the image acquisition step is divided into a plurality of areas for each frame and image processing is performed based on the brightness in each of the areas.
A transmission area acquisition step for acquiring a transmission area transmitted to the monitored portion from the integrated image obtained by integrating the brightness of the processed image after image processing for a predetermined time, and
A transparent image creation step for creating a transparent image of the monitored portion based on the plurality of transparent regions, and a transparent image creation step.
Boiler surveillance image acquisition program.

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