1 前言
除了設(shè)施建設(shè)之外，廢棄物處理設(shè)施建設(shè)后的運(yùn)營(yíng)也以設(shè)計(jì)建設(shè)運(yùn)營(yíng)（DBO）方式和私人融資計(jì)劃（PFI）為主。已運(yùn)行的設(shè)施越來越多地變更為長(zhǎng)期綜合運(yùn)營(yíng)方式。為了應(yīng)對(duì)該事業(yè)環(huán)境的變化，日本JFE工程公司從2003年開始強(qiáng)化提供遠(yuǎn)程維護(hù)服務(wù)。2014年9月，為遠(yuǎn)程支援工廠操作等服務(wù)，設(shè)立了遠(yuǎn)程服務(wù)中心（RSC：Remote Service Center）。在RSC利用物聯(lián)網(wǎng)，裝備了遠(yuǎn)程支援全國(guó)工廠的系統(tǒng)“JFE超遠(yuǎn)程?”，開始進(jìn)行運(yùn)營(yíng)設(shè)施的支援。并于2018年3月擴(kuò)大了設(shè)施，轉(zhuǎn)向強(qiáng)化安全性功能的全球遠(yuǎn)程中心（GRC：Global Remote Center），并擴(kuò)大了支援范圍。
本文介紹了GRC的遠(yuǎn)程支援以及利用物聯(lián)網(wǎng)、人工智能（AI）和數(shù)據(jù)分析技術(shù)的焚燒爐自動(dòng)運(yùn)行的開發(fā)狀況。
2 遠(yuǎn)程支援系統(tǒng)概要
2.1 全球遠(yuǎn)程中心（GRC）
GRC建立了一個(gè)專門用于廢棄物處理設(shè)施的遠(yuǎn)程服務(wù)中心RSC，并將其擴(kuò)展到支援本公司建設(shè)的其他工廠的遠(yuǎn)程支援設(shè)施上。此外，該中心還強(qiáng)化了對(duì)海外工廠的遠(yuǎn)程支援功能和網(wǎng)絡(luò)安全措施。
在廢棄物處理設(shè)施遠(yuǎn)程支援系統(tǒng)中，對(duì)經(jīng)驗(yàn)豐富的操作員與各設(shè)施一樣都是實(shí)施24h運(yùn)行體制，進(jìn)行以焚燒爐為主的運(yùn)行監(jiān)控和必要時(shí)的操作，維持著穩(wěn)定安全的工廠運(yùn)行。
GRC除了從遠(yuǎn)程監(jiān)控運(yùn)行和操作之外，還利用物聯(lián)網(wǎng)收集和存儲(chǔ)各種數(shù)據(jù)，采用分析方法和AI，用于最新的“JFE超遠(yuǎn)程?”，強(qiáng)化支援設(shè)施。
2.2 JFE超遠(yuǎn)程?
“JFE超遠(yuǎn)程?”是由為廢棄物處理設(shè)施提供遠(yuǎn)程支援的設(shè)備和系統(tǒng)構(gòu)成，于2014年9月開始運(yùn)行。當(dāng)時(shí)支援的設(shè)施是2個(gè)，現(xiàn)在擴(kuò)大到10個(gè)設(shè)施，今后再支援5個(gè)設(shè)施，不久將擴(kuò)大到支援15個(gè)設(shè)施。
該系統(tǒng)有三大功能：1）中央控制室操作員在遠(yuǎn)程地同樣可以進(jìn)行監(jiān)控和操作業(yè)務(wù)。2）收集運(yùn)行數(shù)據(jù)和燃燒圖像等各種龐大數(shù)據(jù)，用于數(shù)據(jù)分析和AI的功能。3）因支援設(shè)施大多是發(fā)電設(shè)施，所以具有優(yōu)化向電力公司和特定規(guī)模電氣事業(yè)者（PPS）銷售電力的功能。
JFE工程公司充分利用存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)和最新的AI技術(shù)，確立了圖1的構(gòu)想，進(jìn)行了以中央控制室無人操作為目標(biāo)的技術(shù)開發(fā)。
3 利用物聯(lián)網(wǎng)和AI的遠(yuǎn)程支援系統(tǒng)
3.1 利用AI的支援領(lǐng)域
為了應(yīng)對(duì)經(jīng)驗(yàn)豐富操作員的缺乏，該公司從建立GRC時(shí)就開始利用物聯(lián)網(wǎng)收集各種數(shù)據(jù)。目的之一是將經(jīng)驗(yàn)豐富操作員穩(wěn)定安全的手動(dòng)干預(yù)操作焚燒爐轉(zhuǎn)化為自動(dòng)運(yùn)行焚燒爐。另一個(gè)目的是充分利用經(jīng)驗(yàn)豐富操作員的技術(shù)訣竅。因此，自2015年起，該公司與主要的AI廠商探討如何利用AI，2018年開始采用交互型支援系統(tǒng)和燃燒圖像分析系統(tǒng)兩個(gè)系統(tǒng)。
3.2 交互型支援系統(tǒng)
交互型支援系統(tǒng)是將經(jīng)驗(yàn)豐富操作員的技術(shù)訣竅和各種文檔存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫，利用AI的語音識(shí)別、意圖理解和語音合成技術(shù)，用語音回答新人和年輕操作員的詢問，通過語音和圖像馬上得到適當(dāng)?shù)幕卮?。該系統(tǒng)有兩個(gè)功能：一是運(yùn)行的方法和故障查詢功能，另一個(gè)是設(shè)計(jì)圖、操作說明書、程序書和故障案例（圖紙）檢索功能。圖2是交互型支援系統(tǒng)的概要。
該系統(tǒng)從2018年5月開始試運(yùn)行，10月開始在GRC和2個(gè)運(yùn)營(yíng)設(shè)施中正式運(yùn)行。運(yùn)行中，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)對(duì)詢問不能正確理解，含義被誤解，無法獲得正確答案和文獻(xiàn)的情況。
該系統(tǒng)對(duì)詢問時(shí)的語音和意圖的理解結(jié)果、回答結(jié)果全部進(jìn)行記錄管理。運(yùn)行管理者對(duì)這些記錄進(jìn)行確認(rèn)，對(duì)專業(yè)術(shù)語、詞典和查詢內(nèi)容進(jìn)行文本轉(zhuǎn)換，添加其他術(shù)語以提高理解意圖的精確度，并進(jìn)行強(qiáng)化理解意圖的學(xué)習(xí)，以持續(xù)提高精確度。
3.3 燃燒圖像分析系統(tǒng)
在廢棄物處理設(shè)施的中央控制室和GRC，為了確認(rèn)穩(wěn)定安全的運(yùn)行，操作員需要使用分布式控制系統(tǒng)（DCS）畫面的過程數(shù)據(jù)和工業(yè)電視監(jiān)視器（ITV），監(jiān)控焚燒爐內(nèi)的燃燒狀態(tài)。燃燒圖像分析系統(tǒng)是將ITV監(jiān)視器監(jiān)控的燃燒圖像數(shù)字化的系統(tǒng)。
在焚燒爐的運(yùn)行中，應(yīng)用自動(dòng)燃燒控制裝置（ACC），并設(shè)定警報(bào)，使重要的過程數(shù)據(jù)不脫離控制值。用DCS報(bào)警確認(rèn)，可以判斷是否需要改善燃燒。但是，因?yàn)槿紵隣顟B(tài)沒有警報(bào)通知功能，所以操作員需要監(jiān)視燃燒圖像，根據(jù)操作經(jīng)驗(yàn)判斷燃燒狀態(tài)好壞。為了判斷燃燒狀態(tài)，該公司利用AI構(gòu)建了燃燒圖像分析系統(tǒng)，于2018年10月開始運(yùn)行。在該系統(tǒng)中，系統(tǒng)的運(yùn)行管理者也通過追加學(xué)習(xí)，試圖將其提高到與經(jīng)驗(yàn)豐富的操作員做出的燃燒狀態(tài)判斷相同的水平。
在該系統(tǒng)中，將燃燒影像輸入廢棄物處理設(shè)施側(cè)的DCS中，在此輸入由影像生成的圖像數(shù)據(jù)。對(duì)于該圖像數(shù)據(jù)，利用以往的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)并提高精度的分類器將燃燒狀態(tài)的好壞數(shù)字化。該數(shù)字可以通過設(shè)施側(cè)的DCS，與過程數(shù)據(jù)一樣被監(jiān)控，如果出現(xiàn)需要改善的燃燒狀態(tài)，則通過警報(bào)通知操作員。圖3是燃燒圖像分析系統(tǒng)概要。
4 焚燒爐自動(dòng)運(yùn)行的措施
4.1 自動(dòng)運(yùn)行的問題及措施概要
如上所述，焚燒爐的運(yùn)行控制由ACC自動(dòng)控制。但是，提供給焚燒爐的垃圾熱量經(jīng)常發(fā)生變化，如果其變動(dòng)幅度大，僅由ACC自動(dòng)控制，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)應(yīng)該嚴(yán)守的燃燒控制溫度和廢氣氣體成分等運(yùn)行控制值不穩(wěn)定的燃燒狀態(tài)。此時(shí)，操作員判斷是否需要改善，必要時(shí)對(duì)ACC的燃燒控制進(jìn)行干預(yù)操作，使燃燒得到改善。
將操作員進(jìn)行的干預(yù)操作程序化，強(qiáng)化ACC的燃燒控制，旨在更加安全穩(wěn)定地自動(dòng)運(yùn)行焚燒爐。因此，對(duì)關(guān)于干預(yù)操作的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，推進(jìn)了干預(yù)操作的自動(dòng)化。在推進(jìn)該措施時(shí)，應(yīng)考慮的事項(xiàng)主要有三點(diǎn)：1）操作員根據(jù)各種過程數(shù)據(jù)和燃燒狀態(tài)來判斷干預(yù)操作。2）干預(yù)操作的判斷標(biāo)準(zhǔn)因人而異。3）即使是同樣的狀況，干預(yù)的操作項(xiàng)目也可能不同。
操作員確認(rèn)各種數(shù)據(jù)后，將干預(yù)的判斷標(biāo)準(zhǔn)、干預(yù)時(shí)的操作量和恢復(fù)的時(shí)間建模，作為控制程序納入燃燒控制中，在實(shí)際設(shè)施進(jìn)行驗(yàn)證運(yùn)行。
4.2 驗(yàn)證運(yùn)行的狀況
2018年10月，將自動(dòng)運(yùn)行的控制功能引入實(shí)際設(shè)施，繼續(xù)驗(yàn)證運(yùn)行。在此，將從操作員的干預(yù)操作數(shù)據(jù)分析中判斷對(duì)自動(dòng)運(yùn)行有效的過程數(shù)據(jù)以及從燃燒圖像分析系統(tǒng)獲得的燃燒狀態(tài)數(shù)據(jù)綜合起來，將經(jīng)驗(yàn)豐富操作員的操作內(nèi)容添加到常規(guī)的ACC控制中。
操作員干預(yù)操作的項(xiàng)目有很多，所以在2018年10月，在該公司的加煤機(jī)式焚燒爐最重要且干預(yù)操作頻率較多的垃圾供給系統(tǒng)引入了自動(dòng)運(yùn)行功能。其后，2019年2月擴(kuò)大到送風(fēng)系統(tǒng)。
通過垃圾供給系統(tǒng)引入自動(dòng)運(yùn)行功能，經(jīng)驗(yàn)豐富的操作員從每天每爐幾次到幾十次的干預(yù)操作，到2019年1月降到約30%。然后，對(duì)送風(fēng)系統(tǒng)也采用了自動(dòng)控制，運(yùn)行更加穩(wěn)定，結(jié)果無需經(jīng)驗(yàn)豐富的操作員干預(yù)，確認(rèn)可以長(zhǎng)期自動(dòng)運(yùn)行。截至2019年2月，操作員的干預(yù)操作幾乎為零，取而代之的是自動(dòng)運(yùn)行控制功能執(zhí)行的干預(yù)操作次數(shù)比引進(jìn)之前增加了40%左右。
此外，對(duì)常規(guī)運(yùn)行和自動(dòng)運(yùn)行進(jìn)行了比較評(píng)價(jià)，以確認(rèn)自動(dòng)運(yùn)行是否提高了燃燒穩(wěn)定性。為了在垃圾質(zhì)量相同的同一時(shí)期進(jìn)行比較，整理了2018年4月的常規(guī)運(yùn)行和2019年4月的自動(dòng)運(yùn)行焚化爐的燃燒控制溫度的瞬時(shí)值和1h移動(dòng)平均溫度的分布（穩(wěn)定的燃燒控制溫度需要確保高于850℃），其結(jié)果表明：與常規(guī)運(yùn)行相比，自動(dòng)運(yùn)行燃燒控制溫度的分布區(qū)域變小，在自動(dòng)運(yùn)行中，垃圾的燃燒控制溫度更穩(wěn)定。
在有發(fā)電設(shè)施的廢棄物處理工廠，鍋爐發(fā)生的蒸汽量與燃燒控制溫度密切相關(guān)，所以燃燒控制溫度的穩(wěn)定使蒸汽量也穩(wěn)定，最終使用蒸汽的渦輪發(fā)電機(jī)的發(fā)電也穩(wěn)定。而且，燃燒控制溫度穩(wěn)定，爐內(nèi)的熱量波動(dòng)少，將降低耐火材料的磨損和損耗。經(jīng)過長(zhǎng)期運(yùn)行，確認(rèn)了焚燒爐自動(dòng)運(yùn)行的燃燒穩(wěn)定性。
評(píng)論