JP2001306106A

JP2001306106A - 浄水場水質シミュレータ

Info

Publication number: JP2001306106A
Application number: JP2000116660A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Nameki; 木英明行; Ryosuke Miura; 浦良輔三; Masao Kaneko; 子政雄金; Sukeyuki Noshiro; 代祐之能; Akira Hiramoto; 本昭平; Shinichi Suezawa; 澤信一末
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Techno Consulting Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Techno Consulting Corp
Priority date: 2000-04-18
Filing date: 2000-04-18
Publication date: 2001-11-02

Abstract

(57)【要約】【課題】計算機のプログラミング技術を必要とせず、
さらに、水処理プロセスや制御に関する高度な専門知識
を必要とせず、プロセス部品モデル、水質モデル、水質
制御モデル等を自由に組み替えて多様なシミュレーショ
ンを容易に実行することができる浄水場水質シミュレー
タを提供すること。【解決手段】本発明の浄水場水質シミュレータ１は、
浄水場の水処理プロセスの水質シミュレーションのため
の複数の要素モデルを格納する要素モデル格納部２と、
要素モデル格納部２に格納されている複数の要素モデル
から条件に適合する要素モデルを選択する選択入力部２
ａと、を備える。プロセスモデル構築手段３が、選択入
力部２ａによって選択された要素モデルを結合して浄水
場の水処理プロセスのプロセスモデルを構築する。シミ
ュレーション手段４が、プロセスモデル構築手段３によ
り構築されたプロセスモデルに基づいて、水質シミュレ
ーションを実行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、浄水場の水処理シ
ステムの水質シミュレーションを行う浄水場水質シミュ
レータに関する。

【０００２】

【従来の技術】浄水場水質シミュレータは、浄水場の水
処理システムの運転支援、オペレータの訓練、プロセス
の追加または変更の事前検討、新規計画システムの事前
検討等に利用されている。

【０００３】従来の浄水場水質シミュレータは、シミュ
レーションに必要なプロセス部品モデルおよびシステム
のモデルを、プラント毎にプログラミング言語で記述す
ることによって作成されている。そして、プロセスの追
加または削除や、水質モデルまたは水質制御モデル等の
変更に対しては、その都度プログラムを書き換えて対応
している。

【０００４】一方、化学プラント向けの汎用プロセスシ
ミュレータ等では、多様なシステムのシミュレーション
モデルを、プログラミング言語の知識なしに構築するこ
とができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来は、シミュレーシ
ョンで使用するプロセス部品モデル、水質モデル、水質
制御モデル等を、プラント毎にプログラミング言語で記
述してシミュレータを作成しており、プロセスの追加ま
たは削除や、水質モデルまたは水質制御モデルの部分的
な変更に対しても、プログラム書き換えが必要である。
従って、ユーザが、プロセス部品モデルや水質モデル、
水質制御モデル等を自由に組み替えて多様なシミュレー
ションを実施することが困難である。

【０００６】一方、化学プラント向けの汎用のプロセス
シミュレータ等では、多様なシステムのシミュレーショ
ンモデルをプログラミング言語の知識なしに構築するこ
とができるが、浄水場の水処理のような特殊なプロセス
に適用するためには、汎用の部品をすべて浄水場の水処
理用に再構築しなければならない。その作業量は、膨大
である。また、プログラミングの技術が不要であって
も、水処理プロセスや水質制御に関しての高度な知識が
必要である。

【０００７】本発明は、このような点を考慮してなされ
たものであり、計算機のプログラミング技術を必要とせ
ず、さらに、水処理プロセスや制御に関する高度な専門
知識を必要とせず、プロセス部品モデル、水質モデル、
水質制御モデル等を自由に組み替えて多様なシミュレー
ションを容易に実行することができる浄水場水質シミュ
レータを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、浄水場の水処
理プロセスの水質シミュレーションのための複数の要素
モデルを格納する要素モデル格納部と、要素モデル格納
部に格納されている複数の要素モデルから、条件に適合
する要素モデルを選択する選択入力部と、選択入力部に
よって選択された要素モデルを結合して浄水場の水処理
プロセスのプロセスモデルを構築するプロセスモデル構
築手段と、プロセスモデル構築手段により構築されたプ
ロセスモデルに基づいて、水質シミュレーションを実行
するシミュレーション手段と、備えたことを特徴とする
浄水場水質シミュレータである。

【０００９】本発明によれば、条件に適合する要素モデ
ルを選択入力部によって選択するだけで、プロセスモデ
ル構築手段が自動的に浄水場の水処理プロセスのプロセ
スモデルを構築するため、極めて容易に多様なシミュレ
ーションを実行することができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図１を参照して本発明の第
１の実施の形態について説明する。

【００１１】図１に示すように、本実施の形態の浄水場
水質シミュレータ１は、浄水場の水処理プロセスの水質
シミュレーションのための複数の要素モデルを格納する
要素モデル格納部２と、要素モデル格納部２に格納され
ている複数の要素モデルから条件に適合する要素モデル
を選択する選択入力部２ａと、選択入力部２ａによって
選択された要素モデルを結合して浄水場の水処理プロセ
スのプロセスモデルを構築するプロセスモデル構築手段
３と、プロセスモデル構築手段３により構築されたプロ
セスモデルに基づいて水質シミュレーションを実行する
シミュレーション手段４と、を備えている。

【００１２】本実施の形態の要素モデル格納部２は、図
２に示すように、複数のプロセス部品モデル５と、複数
の水質モデル６と、複数の水質制御モデル７と、を含ん
でいる。

【００１３】次に、このような構成からなる本実施の形
態の浄水場水質シミュレータ１の作用について説明す
る。

【００１４】シミュレータ１のユーザは、シミュレーシ
ョンの対象とする浄水場の構成及び仕様に応じて、選択
入力部２ａを介して、要素モデル格納部２に格納された
要素モデルの中から条件に適合する必要な要素モデルを
選択し、さらにこの場合、必要なパラメータを設定入力
する。

【００１５】より具体的には、シミュレータ１のユーザ
は、シミュレーションの対象とする浄水場の構成及び仕
様に応じて、必要なプロセス部品モデルを要素モデル格
納部２に格納された複数のプロセス部品モデル５の中か
ら選択する。また、着目する水質に応じて、必要な水質
モデルを、要素モデル格納部２に格納された複数の水質
モデル６の中から選択する。また、着目する水質制御の
形態に応じて、必要な水質制御モデルを、要素モデル格
納部２に格納された複数の水質制御モデル７の中から選
択する。さらに、選択されたモデルの各々に対して必要
なパラメータを設定入力する。

【００１６】選択された要素モデルと当該要素モデルに
対して設定されたパラメータ及び要素モデル間の関連付
けの情報が、インターフェース部（図示せず）を介し
て、プロセスモデル構築手段３に自動的に送られる。

【００１７】プロセスモデル構築手段３は、シミュレー
ション手段４および要素モデル格納部２のデータ構造に
対応するプロセスモデルを作成する。作成されたプロセ
スモデルは、シミュレーション手段４および要素モデル
格納部２に自動的に送られる。シミュレーション手段４
では、シミュレーションプログラムが、プロセスモデル
に基づき、要素モデル格納部２に格納された要素モデル
を自動的に適宜参照しつつ、水質シミュレーションを実
行する。シミュレーションの結果は、必要に応じてファ
イルに保存され、あるいは、表示手段（図示せず）で表
示される。

【００１８】実際のシミュレーションでは、例えば、原
水水質と薬品注入率とに基づき、各プロセスでの水質変
化が水質モデル６に基づいて計算される。また、水質モ
デル６に基づいて計算された所定の点における所定の水
質に基づいて、水質制御モデル７により薬品注入率が計
算され、結果として薬品注入制御の応答が得られる。

【００１９】本実施の形態によれば、シミュレータ１の
ユーザは、対象とする浄水場の構成及び仕様に応じて、
必要な要素モデルを予め用意された要素モデルの中から
選択し、必要なパラメータを設定するだけで、容易にプ
ロセスモデルが構築され、シミュレーションが実行され
得る。また、要素モデルは、浄水場の水処理プロセスの
水質シミュレーションに使用するモデルに限定して用意
されているため、パラメータの設定項目が必要最小限で
あり、プロセスモデル構築の作業量を大幅に低減でき
る。

【００２０】本実施の形態の場合、シミュレータ１のユ
ーザは、シミュレーションの対象とする浄水場の構成及
び仕様に応じて、必要なプロセス部品モデルを予め用意
された複数のプロセス部品モデル５の中から選択し、着
目する水質に応じて、必要な水質モデルを予め用意され
た複数の水質モデル６の中から選択し、着目する水質制
御の形態に応じて、必要な水質制御モデルを予め用意さ
れた複数の水質制御モデル７の中から選択し、選択され
たモデルの各々に対して必要なパラメータを設定するだ
けで、容易にプロセスモデルが構築され、シミュレーシ
ョンが実行され得る。

【００２１】プロセス部品モデル５は、浄水場の水処理
プロセスの水質シミュレーションで使用されるモデルに
限定して予め用意されているため、極めて限定されたパ
ラメータの設定のみで目的のプロセスモデルを構築する
ことができる。また、プロセス全体の中で注目する部分
だけをモデル化することも可能である。このようなプロ
セス部品モデルの結合によるプロセスモデルの構築は、
オブジェクト指向プログラミング技術を利用し、各プロ
セス部品に共通する性質、属性に基づいて、プロセス部
品モデルをクラスとして作成することで実現可能であ
る。

【００２２】水質モデル６は、浄水場の水処理プロセス
の水質シミュレーションで使用するモデルに限定して予
め用意されており、水質モデルを１つまたは複数選択す
ることで、着目する水質のシミュレーションを容易に実
行できる。また、同一のプロセス構成に対して、異なっ
た水質のシミュレーションが、水質モデルの選択を換え
るだけで容易に実行できる。

【００２３】水質制御モデル７は、浄水場の水処理プロ
セスの水質制御に使用するモデルに限定して予め用意さ
れており、制御工学の専門知識なしに、制御モデルの選
択と極めて限定された制御のパラメータの設定を行うだ
けで、水質制御のシミュレーションが容易に実行でき
る。

【００２４】ここで、図３を用いて、複数のプロセス部
品モデル５の例について説明する。図３に示す例では、
複数のプロセス部品モデル５は、原水モデル８、着水井
モデル９、浄水池モデル１０、配水池モデル１１、急速
撹拌池モデル１２、フロック形成池モデル１３、沈殿池
モデル１４、ろ過池モデル１５、オゾン反応槽モデル１
６，ＵＶ反応槽モデル１７、生物活性炭槽モデル１８、
膜分離装置モデル１９、導水管モデル２０、注入管モデ
ル２１、薬品注入機モデル２２、制御器モデル２３、計
測器モデル２４を含んでいる。８〜１９のモデルは、い
わゆる槽塔モデルであり、２０及び２１のモデルは、い
わゆる配管モデルである。

【００２５】このようなプロセス部品モデルからプロセ
スモデル構築手段３によって構築されるプロセスモデル
は、例えば、原水モデル８、着水井モデル９、浄水池モ
デル１０、配水池モデル１１、急速撹拌池モデル１２、
フロック形成池モデル１３、沈殿池モデル１４、ろ過池
モデル１５等を導水管モデル２０で繋ぎ、制御の目標指
標の検出位置に計測器モデル２４を設置し、計測器モデ
ル２４の信号を制御器モデル２３に送るようにし、制御
器モデル２３の制御出力に基づいて、薬品注入機モデル
２２により、着水井モデル９、急速撹拌池モデル１２等
に薬品を注入するように構成されたプロセスモデルであ
る。

【００２６】また、この場合、制御器モデル２３と水質
制御モデル７との関連付け、着水井モデル９、急速撹枠
池モデル１２等のプロセス部品モデルと水質モデルとの
関連付け等を、上記プロセス部品モデルのパラメータ設
定によって行い、どのような水質を考慮し、どのような
制御を行うか、を選択入力できるようになっていること
が好ましい。

【００２７】このように、プロセス部品モデル５とし
て、原水モデル８、着水井モデル９、浄水池モデル１
０、配水池モデル１１、急速攪拌池モデル１２、フロッ
ク形成池モデル１３、沈殿池モデル１４、ろ過池モデル
１５、オゾン反応槽モデル１６，ＵＶ反応槽モデル１
７、生物活性炭槽モデル１８、膜分離装置モデル１９、
導水管モデル２０、注入管モデル２１、薬品注入機モデ
ル２２、制御器モデル２３、計測器モデル２４が予め用
意されている場合、シミュレータ１のユーザは、一般的
な浄水場の水処理プロセスの構成に対して、新たなプロ
セス部品モデルを用意することなく、プロセスモデル構
築手段３にプロセスモデルを容易に構築させることがで
きる。

【００２８】ここで、図４を用いて、複数の水質モデル
６の例について説明する。図４に示す例では、複数の水
質モデル６は、炭酸塩モデル２５、塩素反応モデル２
６、オゾン反応モデル２７、消毒副生成物反応モデル２
８、異臭味物質反応モデル２９、紫外線分解モデル３
０、凝集モデル３１、沈澱モデル３２、ろ過モデル３
３、膜分離モデル３４、生物活性炭モデル３５を含んで
いる。２５〜３０のモデルは、いわゆる反応モデルであ
り、３１〜３４のモデルは、いわゆる分離モデルであ
る。

【００２９】このような水質モデルは、上記薬品注入の
制御の目標指標の変化を計算するとともに、制御操作に
よって変化する制御の目標指標以外の水質についても計
算を行う。例えば、塩素反応モデル２６では、原水に含
まれる各種塩素消費物質による注入塩素の消費を計算し
て残留塩素フィードバック制御の目標指標とし、あるい
は、アンモニアと塩素の反応による自由有効塩素の減少
とクロラミンの生成等を計算する。

【００３０】このように、水質モデル６として、炭酸塩
モデル２５、塩素反応モデル２６、オゾン反応モデル２
７、消毒副生成物反応モデル２８、異臭味物質反応モデ
ル２９、紫外線分解モデル３０、凝集モデル３１、沈澱
モデル３２、ろ過モデル３３、膜分離モデル３４、生物
活性炭モデル３５が予め用意されている場合、シミュレ
ータ２のユーザは、一般的な浄水場の水処理プロセスで
着目される水質に対して、新たな水質モデルを用意する
ことなく対応できる。また、プロセス部品モデル毎に、
水質モデルとの関連付けを当該プロセス部品モデルのパ
ラメータ設定として行うことにより、複数の系列を有
し、系列毎に異なる処理が行われているようなシステム
でも１つのプロセスモデルとしてシミュレーションを行
うことができる。

【００３１】ここで、図５を用いて、複数の水質制御モ
デル７の例について説明する。図５に示す例では、複数
の水質制御モデル７は、ｐＨ制御モデル３６、塩素注入
制御モデル３７、オゾン注入制御モデル３８、凝集剤注
入制御モデル３９および殺菌消毒制御モデル４０を含ん
でいる。

【００３２】このような水質制御モデルは、水質モデル
６で計算した制御の目標指標の変化と、制御の目標指標
の設定値とに基づいて制御出力を計算し、薬品注入率等
を決定する。

【００３３】このように、水質制御モデル７として、ｐ
Ｈ制御モデル３６、塩素注入制御モデル３７、オゾン注
入制御モデル３８、凝集剤注入制御モデル３９および殺
菌消毒制御モデル４０が予め用意されている場合、シミ
ュレータ１のユーザは、一般的な浄水場の水処理プロセ
スで採用される制御形態に対して、新たな水質制御モデ
ルを用意することなく対応でき、水質制御のシミュレー
ションを容易に実行することができる。

【００３４】次に、本発明の第２の実施の形態の浄水場
水質シミュレータについて、図６を用いて説明する。図
６は、第２の実施の形態の浄水場水質シミュレータの構
成概略図である。

【００３５】図６に示すように、本実施の形態の浄水場
水質シミュレータ１は、浄水場の水処理プロセスの水質
シミュレーションのための標準プロセスモデルを格納す
る標準プロセスモデル格納部４１を更に備えている。

【００３６】標準プロセスモデルは、この場合、多くの
浄水場に共通する類型的な水処理プロセスモデルであ
る。標準プロセスモデル格納部４１は、そのような標準
プロセスモデルを格納している。

【００３７】そして、プロセスモデル構築手段３は、標
準プロセスモデル格納部４１に格納された標準プロセス
モデルと選択入力部２ａによって選択された要素モデル
とを融合して、浄水場の水処理プロセスのプロセスモデ
ルを構築するようになっている。

【００３８】その他の構成は、図１乃至図５に示す第１
の実施の形態の浄水場水質シミュレータと略同様の構成
である。第２の実施の形態において、図１乃至図５に示
す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し
て詳細な説明は省略する。

【００３９】本実施の形態の場合、シミュレータ１のユ
ーザは、シミュレーションの対象とする浄水場の構成及
び仕様に比較的近い類似した構成の標準プロセスモデル
（標準プロセスモデル格納部４１に格納されている）に
対し、選択入力部２ａを介して、必要なプロセス部品モ
デルの追加や、不要なプロセス部品モデルの削除を行
う。同様に、水質モデルや制御モデルを部分的に変更す
る。さらに、各要素モデルのパラメータを変更する。

【００４０】このような変更修正入力により、標準プロ
セスモデル格納部４１に格納されていた標準プロセスモ
デルが、当該浄水場に合ったプロセスモデルとなる。

【００４１】本実施の形態によれば、標準プロセスモデ
ルが予め用意されているため、シミュレータ１のユーザ
は、全く新たにプロセスモデルを構築させることなく、
既存の標準プロセスモデルの一部変更のみで個々の浄水
場に合ったプロセスモデルを構築させることができる。
また、基本的な浄水場水質制御の応答特性を、標準プロ
セスモデルのシミュレーションによって、容易に把握、
学習することも可能である。

【００４２】なお、標準プロセスモデル格納部４１に格
納される標準プロセスモデルは、複数であってもよい。
この場合、個々の浄水場に最も近い標準プロセスモデル
が、適宜に選択されて使用されることが好ましい。

【００４３】次に、本発明の第３の実施の形態の浄水場
水質シミュレータについて、図７を用いて説明する。図
７は、第３の実施の形態の浄水場水質シミュレータの構
成概略図である。

【００４４】図７に示すように、本実施の形態の浄水場
水質シミュレータ１は、要素モデル格納部２へ新規の要
素モデルを追加するための要素モデル追加手段４２を更
に備えている。

【００４５】その他の構成は、図１乃至図５に示す第１
の実施の形態の浄水場水質シミュレータと略同様の構成
である。第３の実施の形態において、図１乃至図５に示
す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し
て詳細な説明は省略する。

【００４６】本実施の形態では、要素モデル格納部２へ
の新規の要素モデルの組み込みが、要素モデル追加手段
４２を用いて、新規要素モデルの内容と、既存要素との
関連を考慮して決められる要素モデル格納部２内での組
み込み位置と、を指定することによって行われる。

【００４７】次に、追加された要素モデルのデータ構造
に合ったパラメータ設定等を行うため、要素モデル追加
手段４２により、必要に応じて、選択入力部２ａにおけ
る各種設定内容の変更を行う。

【００４８】本実施の形態によれば、シミュレータ１の
ユーザは、予め要素モデル格納部２に格納された要素モ
デル以外の新規要素モデルを、要素モデル追加手段４２
により追加して格納し、プロセスモデルの構成要素とし
て扱うことができるので、将来において新しい水処理プ
ロセスが導入され得る場合等、機能拡張により容易に対
応することができる。

【００４９】次に、本発明の第４の実施の形態の浄水場
水質シミュレータについて、図８を用いて説明する。図
８は、第４の実施の形態の浄水場水質シミュレータの構
成概略図である。

【００５０】図８に示すように、本実施の形態の浄水場
水質シミュレータ１は、プロセスモデル構築手段３が複
数のプロセスモデルＡ、Ｂを構築できるようになってお
り、プロセスモデル構築手段３によって構築された複数
のプロセスモデルＡ、Ｂを格納すると共に当該複数のプ
ロセスモデルＡ、Ｂを選択してシミュレーション手段４
に送り込むプロセスモデル計算管理手段４３が設けられ
ている。

【００５１】その他の構成は、図１乃至図５に示す第１
の実施の形態の浄水場水質シミュレータと略同様の構成
である。第４の実施の形態において、図１乃至図５に示
す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し
て詳細な説明は省略する。

【００５２】本実施の形態では、プロセスモデル構築手
段３及びプロセスモデル計算管理手段４３によって、要
素モデルの結合により１つのプロセスモデルが構築され
た後、あるいは、すでに構築されたプロセスモデルが呼
び出された後、他のもう１つのプロセスモデルが構築さ
れ、あるいは、すでに構築された他のもう１つのプロセ
スモデルが呼び出され得る。そして、複数のプロセスモ
デルについて同時に、あるいは別個に、シミュレーショ
ンが実行され得る。あるいは、プロセス構成の同じプロ
セスモデルを複数呼び出し、それぞれパラメータを変え
てシミュレーションを実行することもできる。これらの
場合において、複数のプロセスモデルに対する各データ
の管理についても、プロセスモデル計算管理手段４３が
行う。

【００５３】本実施の形態によれば、シミュレータ１の
ユーザは、１つのシミュレータ上で、複数のプロセスモ
デルについて、同時あるいは別個にシミュレーションを
実行することができ、複数のモデルの特性の違いを容易
に比較することができる。

【００５４】このような比較検討は、プロセスの一部変
更時や制御のパラメータ変更時の特性変化に基づいて最
適条件を検討する際に、極めて有効である。このような
形態は、シミュレータ１を浄水場の水処理プロセスに限
定して作成し、プログラムを軽量化することで実際に実
現可能である。

【００５５】次に、本発明の第５の実施の形態の浄水場
水質シミュレータについて、図９を用いて説明する。図
９は、第５の実施の形態の浄水場水質シミュレータの構
成概略図である。

【００５６】図９に示すように、本実施の形態の浄水場
水質シミュレータ１では、シミュレーション実行後のプ
ロセス部品モデルのデータを、当該プロセス部品モデル
の初期パラメータとして設定する初期パラメータ設定手
段４４が、プロセスモデル構築手段３の中に設けられて
いる。

【００５７】その他の構成は、図１乃至図５に示す第１
の実施の形態の浄水場水質シミュレータと略同様の構成
である。第５の実施の形態において、図１乃至図５に示
す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し
て詳細な説明は省略する。

【００５８】本実施の形態では、例えば、原水モデル８
の水質が設定され、それ以外のプロセス部品モデルの初
期パラメータに適当な値が設定されてシミュレーション
が実行された場合、プロセスモデルを構成する各プロセ
ス部品モデルの水質が一定になるまで計算が行われる。

【００５９】次に、初期パラメータ設定手段４４によ
り、シミュレーション実行後の各プロセス部品モデルの
データが、プロセスモデル構築手段３における当該プロ
セス部品モデルの初期パラメータとして設定される。そ
して、設定された初期パラメータに基づいて、再度シミ
ュレーションが実行される。

【００６０】本実施の形態によれば、プロセスモデル全
体が定常状態に達するまでシミュレーションを実行し
て、当該定常状態におけるプロセス部品モデルのデータ
を当該プロセス部品モデルの初期パラメータとして設定
することができるので、定常状態から制御目標値やパラ
メータを変更した時の応答や、定常状態から原水の水質
が変化した時の応答等のシミュレーションを容易に行う
ことができる。通常、制御パラメータ変更の操作は、定
常状態からの変化に対応するために実行されることが多
いため、このような機能は極めて有効である。

【００６１】次に、本発明の第６の実施の形態の浄水場
水質シミュレータについて、図１０を用いて説明する。
図１０は、第６の実施の形態の浄水場水質シミュレータ
の構成概略図である。

【００６２】図１０に示すように、本実施の形態の浄水
場水質シミュレータ１では、時系列データをプロセス部
品モデルのパラメータとして設定するための時系列デー
タ取り込み手段４５が、プロセスモデル構築手段３の中
に設けられ、前記パラメータに基づいてシミュレーショ
ンを実行するための時系列データ計算管理手段４６が、
シミュレーション手段４の中に設けられている。

【００６３】その他の構成は、図１乃至図５に示す第１
の実施の形態の浄水場水質シミュレータと略同様の構成
である。第６の実施の形態において、図１乃至図５に示
す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し
て詳細な説明は省略する。

【００６４】本実施の形態では、任意に作成された水
質、流量、薬品注入率等の時系列データ、あるいは、実
測値に基づく時系列データが、時系列データ取り込み手
段４５を介して読み込まれ、プロセス部品モデルのパラ
メータとして設定されて、シミュレーションが実行され
得る。

【００６５】以上のように、本実施の形態によれば、時
系列データをプロセス部品モデルのパラメータとして設
定できるので、実際のプラントで得た水質や薬品注入率
の時系列データを用いて、より現実に即したきめ細かな
水質制御のシミュレーションが可能となる。また、実測
の時系列データを取り込み、シミュレーション結果デー
タと比較する、例えば、両者をグラフ表示することによ
って、シミュレーション結果の妥当性をより容易に検証
することができる。

【００６６】次に、本発明の第７の実施の形態の浄水場
水質シミュレータについて、図１１を用いて説明する。
図１１は、第７の実施の形態の浄水場水質シミュレータ
の構成概略図である。

【００６７】図１１に示すように、本実施の形態の浄水
場水質シミュレータ１では、シミュレーションを一時停
止及び再開、あるいは、中止するための計算進行管理手
段４８が、シミュレーション手段４の中に設けられ、シ
ミュレーション一時停止時にプロセス部品モデルのパラ
メータを変更するパラメータ途中変更手段４７が、プロ
セスモデル構築手段３の中に設けられている。

【００６８】その他の構成は、図１乃至図５に示す第１
の実施の形態の浄水場水質シミュレータと略同様の構成
である。第７の実施の形態において、図１乃至図５に示
す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し
て詳細な説明は省略する。

【００６９】本実施の形態では、シミュレーション手段
４によるシミュレーション計算の実行中、計算進行管理
手段４８によって任意の点で計算を停止することが可能
であり、例えば途中経過を確認した後、そのまま、ある
いはパラメータ途中変更手段４７によってプロセス部品
モデルのパラメータを変更して、計算を再開することが
できる。パラメータを変更した時の再開後の計算では、
当該パラメータの変更が反映された結果が得られる。

【００７０】以上のように、本実施の形態によれば、シ
ミュレーション実行中に任意の時点で計算を停止し、プ
ロセス部品モデルのパラメータを変更して計算を再開で
きるので、実際の制御応答に応じて、比例積分制御の比
例ゲインや積分時間などの制御のパラメータを調整する
等のような、現実に即した制御操作をシミュレーション
に反映させることができる。この形態は、特に、浄水場
の水質制御オペレータの訓練支援にシミュレータを用い
るときに有効である。

【００７１】次に、本発明の第８の実施の形態の浄水場
水質シミュレータについて、図１２を用いて説明する。
図１２は、第８の実施の形態の浄水場水質シミュレータ
の構成概略図である。

【００７２】図１２に示すように、本実施の形態の浄水
場水質シミュレータ１は、シミュレーションの進行に同
期して結果を表示するミュレーション同期表示手段４９
が、シミュレーション手段４に接続されている。

【００７３】その他の構成は、図１乃至図５に示す第１
の実施の形態の浄水場水質シミュレータと略同様の構成
である。第８の実施の形態において、図１乃至図５に示
す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し
て詳細な説明は省略する。

【００７４】本実施の形態では、シミュレーションの進
行に伴い、シミュレーション同期表示手段４９によっ
て、計算結果が例えば数値データあるいはグラフとして
表示され得る。

【００７５】以上のように、本実施の形態によれば、シ
ミュレーションの進行に伴い、シミュレーションと同期
して計算結果が表示されるので、制御応答や、制御のパ
ラメータの妥当性が、シミュレーションの途中でも即座
に判断できる。この形態は、特に、浄水場の水質制御オ
ペレータの運転訓練や最適運転条件の検討にシミュレー
タを用いるときに有効である。

【００７６】次に、本発明の第９の実施の形態の浄水場
水質シミュレータについて、図１３を用いて説明する。
図１３は、第９の実施の形態の浄水場水質シミュレータ
の構成概略図である。

【００７７】図１３に示すように、本実施の形態の浄水
場水質シミュレータ１は、浄水場の監視制御システム６
０との間でデータの授受を行う監視制御システムインタ
ーフェース手段５０を備えている。

【００７８】その他の構成は、図１乃至図５に示す第１
の実施の形態の浄水場水質シミュレータと略同様の構成
である。第９の実施の形態において、図１乃至図５に示
す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付し
て詳細な説明は省略する。

【００７９】本実施の形態では、監視制御システムイン
ターフェース手段５０を介して浄水場の監視制御システ
ム６０の各種データを取り込んでシミュレーションを実
行することができる。また、シミュレーションで検討し
た各種パラメータを、浄水場の監視制御システム６０に
送ることができる。

【００８０】以上のように、本実施の形態によれば、イ
ンターフェース手段５０を介して、浄水場の監視制御シ
ステム６０との間で容易にデータの授受を行うことがで
きるため、例えばシミュレーション結果に基づいて、浄
水場の監視制御システム６０に直接的に介入して運転の
支援を行うこと等が可能となる。

【００８１】次に、本発明の第１０の実施の形態の浄水
場水質シミュレータについて、図１４を用いて説明す
る。図１４は、第１０の実施の形態の浄水場水質シミュ
レータの構成概略図である。

【００８２】図１４に示すように、本実施の形態の浄水
場水質シミュレータ１は、シミュレータのプロセスモデ
ルの制御のパラメータを浄水場の監視制御システム６０
で実際に使用される制御のパラメータとして自動的に設
定するためのパラメータ自動送達手段５１が、監視制御
システムインターフェース手段５０の中に設けられてい
る。

【００８３】その他の構成は、図１３に示す第９の実施
の形態の浄水場水質シミュレータと略同様の構成であ
る。第１０の実施の形態において、図１３に示す第９の
実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な
説明は省略する。

【００８４】本実施の形態では、シミュレーションで検
討した結果もっとも適切であると考えられるプロセスモ
デルの制御のパラメータが、監視制御システムインター
フェース手段５０の中のパラメータ自動設定送達手段５
１によって浄水場の監視制御システム６０に送られ、浄
水場の監視制御システム６０で実際に使用される制御の
パラメータとして設定される。

【００８５】本実施の形態によれば、シミュレーション
で検討した結果もっとも適切であると考えられるプロセ
スモデルの制御のパラメータが、浄水場の監視制御シス
テム６０で実際に使用される制御のパラメータとして自
動的に設定されるので、シミュレータによる運転支援情
報の制御操作への反映が迅速かつ容易にできる。

【００８６】次に、本発明の第１１の実施の形態の浄水
場水質シミュレータについて、図１５を用いて説明す
る。図１５は、第１１の実施の形態の浄水場水質シミュ
レータの構成概略図である。

【００８７】図１５に示すように、本実施の形態の浄水
場水質シミュレータ１は、浄水場の監視制御システム６
０で実際に使用されている制御のパラメータおよび浄水
場の監視制御システム６０のデータベースに保存されて
いるプロセス値の実測データを、シミュレータのプロセ
スモデルのパラメータとして自動的に設定するためのパ
ラメータ自動取り込み手段５２が、監視制御システムイ
ンターフェース手段５０の中に設けられている。

【００８８】その他の構成は、図１３に示す第９の実施
の形態の浄水場水質シミュレータと略同様の構成であ
る。第１１の実施の形態において、図１３に示す第９の
実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な
説明は省略する。

【００８９】本実施の形態では、監視制御システムイン
ターフェース手段５０の中にあるパラメータ自動取り込
み手段５２により、浄水場の監視制御システムで実際に
使用される制御のパラメータが、シミュレータのプロセ
スモデルの制御のパラメータとして設定されて、シミュ
レーションが実行され得る。

【００９０】また、浄水場の監視制御システム６０のデ
ータベースに保存されているプロセス値の実測データ
が、プロセス部品モデルのパラメータとして設定され
て、シミュレーションが実行され得る。

【００９１】以上のように、本実施の形態によれば、浄
水場の監視制御システム６０で実際に使用されている制
御のパラメータをシミュレータのプロセスモデルの制御
パラメータとして自動設定でき、また、浄水場の監視制
御システム６０のデータベースに保存されているプロセ
ス値の実測データをプロセス部品モデルのパラメータと
して設定できるので、浄水場の監視制御システム６０の
動作を迅速かつより正確に予想でき、現実に即したシミ
ュレーションを容易に実行することができる。

【００９２】次に、本発明の第１２の実施の形態の浄水
場水質シミュレータについて、図１６を用いて説明す
る。図１６は、第１２の実施の形態の浄水場水質シミュ
レータの構成概略図である。

【００９３】図１６に示すように、本実施の形態の浄水
場水質シミュレータ１は、選択入力部が、プロセス部品
モデルに対応した図形イメージをマウス等によって指定
し、それらを結合してプロセス構成を編集し、さらに当
該プロセス部品モデルのパラメータをパラメータ設定画
面で設定してプロセスモデルを構築するためのグラフィ
カル・ユーザ・インターフェース部５３として、プロセ
スモデル構築手段３の中に設けられている。

【００９４】その他の構成は、図１乃至図５に示す第１
の実施の形態の浄水場水質シミュレータと略同様の構成
である。第１２の実施の形態において、図１乃至図５に
示す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付
して詳細な説明は省略する。

【００９５】本実施の形態では、グラフィカル・ユーザ
・インターフェース部５３（選択入力部の一形態）によ
り、要素モデルに対応した図形イメージをマウス等を用
いてディスプレイ上で貼付けあるいは削除することによ
り、プロセス構成を編集することができる。さらに、貼
り付けられた各要素モデルのパラメータ設定画面で、パ
ラメータを設定することができる。

【００９６】貼り付けられた要素モデルと当該要素モデ
ルに対して設定されたパラメータ、さらには要素モデル
間の関連付けの情報に基づいて、プロセスモデル構築手
段３が、シミュレーション手段４および要素モデル格納
部２のデータ構造に対応するプロセスモデルを作成す
る。

【００９７】本実施の形態によれば、グラフィカル・ユ
ーザ・インターフェース部５３により、マウスを用いて
要素モデルに対応した図形イメージを貼り付けあるいは
削除することで、容易にプロセス構成を設定でき、ま
た、各要素のパラメータ設定画面にしたがってパラメー
タを入力することで、簡単にプロセスモデルの構築がで
きる。

【００９８】なお、グラフィカル・ユーザ・インターフ
ェース部５３は、プロセスモデル構築手段３とは別個に
設けられてもよい。

【００９９】次に、本発明の第１３の実施の形態の浄水
場水質シミュレータについて、図１７を用いて説明す
る。図１７は、第１３の実施の形態の浄水場水質シミュ
レータの構成概略図である。

【０１００】図１７に示すように、本実施の形態の浄水
場水質シミュレータ１は、プロセス部品モデルに対応し
た図形イメージをマウス等によって結合して編集された
プロセス構成に対して、当該プロセス構成を構成するす
べてのプロセス部品モデルのパラメータを一括設定でき
るパラメータテーブルを自動生成するためのパラメータ
テーブル生成手段５４が、プロセスモデル構築手段３の
中に設けられている。

【０１０１】その他の構成は、図１６に示す第１２の実
施の形態の浄水場水質シミュレータと略同様の構成であ
る。第１３の実施の形態において、図１６に示す第１２
の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細
な説明は省略する。

【０１０２】本実施の形態では、グラフィカル・ユーザ
・インターフェース部５３により、要素モデルに対応し
た図形イメージをマウスを用いてディスプレイ上で貼付
けあるいは削除することによりプロセス構成が編集され
る。シミュレータ１は、パラメータテーブル生成手段５
４により、当該プロセス構成に対応するパラメータテー
ブルを自動生成する。この時、シミュレータ１のユーザ
は、パラメータテーブルヘ必要なデータを入力し、各要
素モデルのパラメータを一括設定する。編集された要素
モデルとパラメータテーブルで設定されたパラメータ、
さらには要素モデル間の関連付けの情報に基づいて、プ
ロセスモデル構築手段３が、シミュレーション手段４お
よび要素モデル格納部２のデータ構造に対応するプロセ
スモデルを作成する。

【０１０３】本実施の形態によれば、パラメータテーブ
ルを用いることにより、プロセスを構成する各々の要素
モデルに対応したパラメータ設定画面をその都度開く必
要が無くなり、すべての要素のパラメータを一括して設
定することができる。

【０１０４】なお、パラメータテーブル生成手段５４
は、プロセスモデル構築手段３とは別個に設けられても
よい。

【０１０５】

【発明の効果】本発明によれば、条件に適合する要素モ
デルを選択入力部によって選択するだけで、プロセスモ
デル構築手段が自動的に浄水場の水処理プロセスのプロ
セスモデルを構築するため、極めて容易に多様なシミュ
レーションを実行することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による浄水場水質シ
ミュレータを示す構成概略図。

【図２】図１の浄水場水質シミュレータの要素モデル格
納部を示す構成概略図。

【図３】複数のプロセス部品モデルの一例を示す概略
図。

【図４】複数の水質モデルの一例を示す概略図。

【図５】複数の水質制御モデルの一例を示す概略図。

【図６】本発明の第２の実施の形態による浄水場水質シ
ミュレータを示す構成概略図。

【図７】本発明の第３の実施の形態による浄水場水質シ
ミュレータを示す構成概略図。

【図８】本発明の第４の実施の形態による浄水場水質シ
ミュレータを示す構成概略図。

【図９】本発明の第５の実施の形態による浄水場水質シ
ミュレータを示す構成概略図。

【図１０】本発明の第６の実施の形態による浄水場水質
シミュレータを示す構成概略図。

【図１１】本発明の第７の実施の形態による浄水場水質
シミュレータを示す構成概略図。

【図１２】本発明の第８の実施の形態による浄水場水質
シミュレータを示す構成概略図。

【図１３】本発明の第９の実施の形態による浄水場水質
シミュレータを示す構成概略図。

【図１４】本発明の第１０の実施の形態による浄水場水
質シミュレータを示す構成概略図。

【図１５】本発明の第１１の実施の形態による浄水場水
質シミュレータを示す構成概略図。

【図１６】本発明の第１２の実施の形態による浄水場水
質シミュレータを示す構成概略図。

【図１７】本発明の第１３の実施の形態による浄水場水
質シミュレータを示す構成概略図。

【符号の説明】

１浄水場水質シミュレータ２要素モデル格納部３プロセスモデル構築手段４シミュレーション手段５プロセス部品モデル６水質モデル７水質制御モデル８原水モデル９着水井モデル１０浄水池モデル１１配水池モデル１２急速撹拌池モデル１３フロック形成池モデル１４沈殿池モデル１５ろ過池モデル１６オゾン反応槽モデル１７ＵＶ反応槽モデル１８生物活性炭槽モデル１９膜分離装置モデル２０導水管モデル２１注入管モデル２２薬品注入機モデル２３制御器モデル２４計測器モデル２５炭酸塩モデル２６塩素反応モデル２７オゾン反応モデル２８消毒副生成物反応モデル２９異臭味物質反応モデル３０紫外線分解モデル３１凝集モデル３２沈澱モデル３３ろ過モデル３４膜分離モデル３５生物活性炭モデル３６ＰＨ制御モデル３７塩素注入制御モデル３８オゾン注入制御モデル３９凝集剤注入制御モデル４０殺菌消毒制御モデル４１標準プロセスモデル格納部４２要素モデル追加手段４３プロセスモデル計算管理手段４４初期パラメータ設定手段４５時系列データ取り込み手段４６時系列データ計算管理手段４７パラメータ途中変更手段４８計算進行管理手段４９シミュレーション同期表示手段５０監視制御システムインターフェース手段５１パラメータ自動送達手段５２パラメータ自動取り込み手段５３グラフィカル・ユーザ・インターフェース部５４パラメータテーブル生成手段６０浄水場の監視制御システム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者三浦良輔東京都千代田区内幸町１丁目１番６号東芝テクノコンサルティング株式会社内 (72)発明者金子政雄東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者能代祐之東京都府中市東芝町１番地株式会社東芝府中工場内 (72)発明者平本昭東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内 (72)発明者末澤信一東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内Ｆターム(参考） 5B049 CC02 DD01 EE01 EE07 EE41 FF03 FF04 5H004 GB08 KC22 KC27 5H223 AA20 BB01 DD03 EE06 FF05 9A001 HZ32 KK55

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】浄水場の水処理プロセスの水質シミュレー
ションのための複数の要素モデルを格納する要素モデル
格納部と、要素モデル格納部に格納されている複数の要素モデルか
ら、条件に適合する要素モデルを選択する選択入力部
と、選択入力部によって選択された要素モデルを結合して浄
水場の水処理プロセスのプロセスモデルを構築するプロ
セスモデル構築手段と、プロセスモデル構築手段により構築されたプロセスモデ
ルに基づいて、水質シミュレーションを実行するシミュ
レーション手段と、備えたことを特徴とする浄水場水質
シミュレータ。
【請求項２】要素モデルは、複数のプロセス部品モデル
と、複数の水質モデルと、複数の水質制御モデルと、を
含んでおり、選択入力部は、条件に適合するプロセス部品モデルと、
条件に適合する水質モデルと、条件に適合する水質制御
モデルと、を選択するようになっていることを特徴とす
る請求項１に記載の浄水場水質シミュレータ。
【請求項３】複数のプロセス部品モデルは、槽塔モデル
と、配管モデルと、薬品注入機モデルと、制御器モデル
と、計測器モデルと、を含んでいることを特徴とする請
求項２に記載の浄水場水質シミュレータ。
【請求項４】複数の水質モデルは、反応モデルと、分離
モデルと、生物活性炭モデルと、を含んでいることを特
徴とする請求項２または３に記載の浄水場水質シミュレ
ータ。
【請求項５】複数の水質制御モデルは、ｐＨ制御モデル
と、塩素注入制御モデルと、オゾン注入制御モデルと、
凝集剤注入制御モデルと、殺菌消毒制御モデルと、を含
んでいることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに
記載の浄水場水質シミュレータ。
【請求項６】浄水場の水処理プロセスの水質シミュレー
ションのための標準プロセスモデルを格納する標準プロ
セスモデル格納部を更に備え、プロセスモデル構築手段は、標準プロセスモデル格納部
に格納された標準プロセスモデルと選択入力部によって
選択された要素モデルとを融合して浄水場の水処理プロ
セスのプロセスモデルを構築するようになっていること
を特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の浄水場
水質シミュレータ。
【請求項７】要素モデル格納部へ新規の要素モデルを追
加するための要素モデル追加手段を更に備えたことを特
徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の浄水場水質
シミュレータ。
【請求項８】プロセスモデル構築手段は、複数のプロセ
スモデルを構築できるようになっており、プロセスモデル構築手段によって構築された複数のプロ
セスモデルを格納すると共に、当該複数のプロセスモデ
ルを選択的にシミュレーション手段に送り込むプロセス
モデル計算管理手段が設けられていることを特徴とする
請求項１乃至７のいずれか記載の浄水場水質シミュレー
タ。
【請求項９】シミュレーション実行後のプロセス部品モ
デルのデータを、当該プロセス部品モデルの初期パラメ
ータとして設定する初期パラメータ設定手段が設けられ
ていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記
載の浄水場水質シミュレータ。
【請求項１０】時系列データをプロセス部品モデルのパ
ラメータとして設定するための時系列データ取り込み手
段と、前記パラメータに基づいてシミュレーションを実行する
ための時系列データ計算管理手段と、が設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の浄
水場水質シミュレータ。
【請求項１１】シミュレーションを一時停止及び再開す
るための計算進行管理手段と、シミュレーションー時停止時に、プロセス部品モデルの
パラメータを変更するパラメータ途中変更手段と、を更
に備えたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか
に記載の浄水場水質シミュレータ。
【請求項１２】シミュレーションの進行に同期して結果
を表示するミュレーション同期表示手段を更に備えたこ
とを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の浄
水場水質シミュレータ。
【請求項１３】浄水場の監視制御システムとの間でデー
タの授受を行う監視制御システムインターフェース手段
を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至１２のいず
れかに記載の浄水場水質シミュレータ。
【請求項１４】シミュレータのプロセスモデルの制御の
パラメータを、浄水場の監視制御システムで実際に使用
される制御のパラメータとして自動的に設定するパラメ
ータ自動送達手段を更に備えたことを特徴とする請求項
１３に記載の浄水場水質シミュレータ。
【請求項１５】浄水場の監視制御システムで実際に使用
されている制御のパラメータおよび浄水場の監視制御シ
ステムのデータベースに保存されているプロセス値の実
測データを、シミュレータのプロセスモデルのパラメー
タとして自動的に設定するためのパラメータ自動取り込
み手段を更に備えたことを特徴とする請求項１３に記載
の浄水場水質シミュレータ。
【請求項１６】選択入力部が、プロセス部品モデルに対
応した図形イメージを指定することによってプロセスを
編集し、さらに、当該プロセス部品モデルのパラメータ
をパラメータ設定画面で設定してプロセスモデルを構築
するグラフィカル・ユーザ・インターフェース部として
構成されていることを特徴とする請求項１乃至１５のい
ずれかに記載の浄水場水質シミュレータ。
【請求項１７】プロセス部品モデルに対応した図形イメ
ージを指定して編集されたプロセスに対応し、プロセス
を構成するすべてのプロセス部品モデルのパラメータを
一括設定できるパラメータテーブルを自動生成するパラ
メータテーブル生成手段を更に備えたことを特徴とする
請求項１６に記載の浄水場水質シミュレータ。