JP2010003284A - プラント運転システム - Google Patents

Abstract

【課題】
複数の入力項目と複数の出力項目を有するプラントを対象として、トレードオフの関係にある出力項目の値を考慮した操作量を迅速に決定できるプラント運転システムを提供する。
【解決手段】
複数のプラントの出力項目のそれぞれについて出力許容範囲を設定する出力許容範囲設定部８２と、全ての出力項目の値が出力許容範囲設定用図形８６で設定した出力許容範囲内となるプラントの操作項目の操作量の組合せである許容操作量を求める許容操作量取得部５２と、許容操作量の値、又は許容操作量の値の存在範囲を画面に表示する許容操作量表示部５４と、許容操作量に対応する出力項目の値を画面にグラフ表示する出力項目グラフ表示部５６と、を備えた。
【選択図】図３

Description

本発明は、温室効果ガス排出量や運転コスト，処理水質などトレードオフの関係にある出力項目を有するプラント運転システムに係り、特に水処理プラントのプラント運転システムに関する。

近年、温室効果ガスによる地球温暖化が大きな社会問題となりつつあり、様々な分野で温室効果ガスの排出量削減が求められている。プラント一般では、イニシャルコストがかかる新規設備の導入よりも、運転操作量の改善による温室効果ガスの排出量削減が望まれている。運転操作量を変更すると運転コストも変わるが、これも極力低減することが望ましい。

しかし、電力以外に薬品を消費する、或いは汚泥が発生するようなプラントにおいては、運転コストと温室効果ガス排出量はトレードオフの関係となる可能性がある。これらは評価の基準が異なり、プラントには複数の制御対象が存在することが多く、最適な操作量を決定することは難しい。

さらに、下水処理場や浄水場に関しては、運転操作量の変更は、処理水質に影響する可能性が大きい。これら水処理プラントの処理水質は、運転コストや温室効果ガス排出量とトレードオフとなる可能性が高く、評価の基準も一様でないため最適な操作量を決定することはさらに困難となる。しかし、これら温室効果ガス，運転コスト，処理水質の面を考慮した運転操作の要求は、今後増大すると見込まれる。

このような評価基準が異なる多目的問題の解決策として、〔非特許文献１〕，〔特許文献１〕に記載の手法が提案されている。

〔非特許文献１〕に記載の従来の技術では、処理水質と運転コストがトレードオフの関係にある問題に対し、重み係数をそれぞれの水質項目や操作量に乗ずることで放流水質コストと運転コストに変換し、放流水質コストと運転コストの和である総コストを最小化する手法を提案している。この結果、問題が総コストの最小化問題に帰着するため、ＧＡ（遺伝アルゴリズム）を用いることで最適な解を得られるとしている。

〔特許文献１〕に記載の従来の技術では、対象はプラントではなく医療用シミュレーションシステムであるが、複数の病態特徴情報をレーダーチャートで表示しており、一つの項目をマウスポインタの操作で変更すると、モデル計算が実行され他の病態特徴情報の値が変化して新レーダーチャートが得られる。この画面で医師が病態特徴情報をいろいろ変化させることで、どの病態指標を改善すれば効果的な治療となるかを確認できるとされている。この機能を使えば、評価基準が異なる因子の適正化が対話的に可能になる。

又、〔特許文献２〕に記載のように、複数の運転目標を設定し、設定された複数の運転目標の優先順位を設定し、設定された複数の操作条件に基づき、運転目標の優先順位に従って最適操作条件を演算し、演算結果を表示するもの、〔特許文献３〕に記載のように、複数の水質項目と水質項目毎の水質目標値を入力し、モデル演算手段によって計算された複数の水質計算値から複数の水質項目毎の水質目標値を満足する選択された操作量の設定値を演算し、複数の水質項目と選択された操作量の関係を表示するものがある。

特開２００７−１３６００９号公報 特開２００６−１５１８０号公報 特開２００３−３０００９３号公報 東芝レビューＶol.６１ Ｎo.１（２００６）ｐ.５８

〔非特許文献１〕の記載の手法を応用すると、トレードオフの関係にある課題は解決可能である。しかし、この手法では重み係数を決定する必要があり、重み係数次第で、「最適な解」が異なる値となるため、重み係数は適切に決定される必要がある。しかし、例えば処理水の窒素濃度に乗ずる係数と、温室効果ガス排出量に乗ずる係数をいくらにすれば妥当であるか、操作者が容易には決めることはできないと考えられる。公的に決定された重み係数の値も現状は存在しないことから、重み係数の決定方法が解決されなければ実用的には課題があると言える。

〔特許文献１〕に記載の手法は、トレードオフの関係にある項目を対話的に変更させて調整できるため、操作者にとって操作性が良いと考えられる。しかし、この機能は全ての項目同士が１対１対応の関係にあることが必須である。一つの項目Ａを調整した際に項目Ｂのみが変わる解，項目Ｃのみが変わる解，項目ＢとＣが変わる解、など１対多対応の解がある場合には、どの解を表示するか可能性は無限となり、適用ができない。ところが、一般のプラントは入力項目が複数，出力項目が複数あり、同じ出力値を得られる入力項目の組は複数存在することが多く、１対多対応の解が存在する。従って、プラントの運転を対象とした場合、〔特許文献１〕に記載の手法は適用困難である。

また、〔特許文献２〕，〔特許文献３〕に記載のように、プラントのシミュレーション計算が可能なプロセスシミュレータや実績データベースがあって、そこから所望の出力項目の値を有するデータを抽出する方法もありえる。しかし、この場合には操作性の問題から、最適な解を得るために多くの時間を要する。その結果、最適な解を得るまでの運転が望ましい条件から外れるばかりでなく、その間は運転計画が立たないので運転に混乱をきたすこともある。

本発明の目的は、複数の入力項目と複数の出力項目を有するプラントを対象として、トレードオフの関係にある出力項目の値を考慮した操作量を迅速に決定できるプラント運転システムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明のプラント運転システムは、複数のプラントの出力項目のそれぞれについて出力許容範囲を設定する出力許容範囲設定部と、全ての出力項目の値が出力許容範囲設定部で設定した出力許容範囲内となるプラントの操作項目の操作量の組合せである許容操作量を求める許容操作量取得部と、許容操作量の値、又は許容操作量の値の存在範囲を画面に表示する許容操作量表示部と、許容操作量に対応する出力項目の値を画面にグラフ表示する出力項目グラフ表示部と、を備えたものである。

又、複数のプラントの出力項目のそれぞれについて出力許容範囲を設定する出力許容範囲設定部と、出力項目のうち１項目を選択でき、選択された出力項目を最大又は最小とする適正化出力項目選択部と、適正化出力項目選択部で選択された出力項目の値が最大又は最小となり、全ての出力項目の値が出力許容範囲内となる操作量の組合せである許容操作量を求める許容操作量取得部と、許容操作量の値、又は許容操作量の値の存在範囲を画面に表示する許容操作量表示部と、許容操作量に対応する出力項目の値を画面にグラフ表示する出力項目グラフ表示部と、を備えたものである。

又、複数のプラントの出力項目と、該複数の出力項目のそれぞれに配置され出力許容範囲を設定するための出力許容範囲設定部で設定された出力許容範囲の設定値と、複数の出力項目の全てが出力許容範囲内となる操作項目の操作量と出力項目の出力値のデータセットとを抽出してグラフ表示する表示画面を具備したものである。

本発明によれば、トレードオフの関係にある複数の出力項目、例えば温室効果ガス排出量，運転コスト，処理水質を同時に満足する操作量を迅速に決定することができる。

本発明の一実施形態に関して説明する。図１は、本実施例のプラント運転システムを備えた水処理プラントの全体構成図である。

図１に示す水処理プラント２０は、下水処理場の代表的な一つであり、被処理水３８の供給やエアレーション空気４０の供給のためにポンプ２２やブロワ２３などが備えられ、複数の制御対象について、複数の操作項目を有する。

処理水質として特に重要な項目は、処理水に含まれるＢＯＤ（Biological Oxygen Demandの略で、生物酸素要求量），窒素，りんの３つである。これらの除去に有効な嫌気無酸素好気法では、具体的な操作項目として散気量，循環率，返送率がある。このうち散気量は、ブロワ２３の吐出量を、循環率と返送率は、それぞれ循環ポンプおよび返送ポンプの吐出量を制御して得られる値である。

以下では、嫌気無酸素好気法を例にとり説明するが、嫌気無酸素好気法の他に、下水処理であればＭＢＲ（膜分離活性汚泥法）や標準活性汚泥法，浄水処理であれば、膜ろ過法や高度処理，凝集沈澱処理にも適用することが可能である。その場合、具体的な処理水質や操作項目は、嫌気無酸素好気法とは異なるものとなる。

プラント運転システムは、ハードウェアとしては計算機１４と、表示装置１０と、入力装置１２と、記憶装置１６が主要な構成要素である。入力装置１２は、具体的にはキーボードやマウスで実現される。制御盤１８には、水処理槽４２に設置した計測器２４から計測情報３４が与えられ、この情報は計算機１４に出力される。計算機１４には入力装置１２から入力情報２６が与えられ、制御盤１８から入力される計測情報３４とデータセット情報を用いて処理が実行され、処理結果は、表示情報２８として表示装置１０に出力される。

必要に応じて、計算機１４からは制御盤１８に制御信号３２が出力される。制御盤１８は、計算機１４から与えられた制御信号３２に基づいて制御量３６を制御対象に出力する。

図２は、図１に示したプラント運転システムの動作手順を示したフローチャートである。プラント運転システムを起動すると、ステップＳ１で、環境設定データを読み込む。環境設定データとは、表示装置１０の画面上に表示する内容の初期設定値である。具体的には、表示する出力項目の数，出力項目の名称，出力許容範囲の初期設定値，操作項目の数，操作項目の名称が含まれる。ここで、出力許容範囲の初期設定値は上限値，下限値、その双方のうちいずれかとする。出力項目の名称としては、温室効果ガス排出量，運転コスト，処理水水質（ＢＯＤ，窒素，りん）などがある。

ステップＳ２では、ステップＳ１で読み込んだ環境設定データに基づいて、表示装置１０の画面上にグラフ表示のバックグランドと出力項目の名称，出力許容範囲を図示する。
このグラフ表示の手法としては、レーダーチャートや折れ線グラフが望ましいが、棒グラフなど他のグラフ形状でも同様の機能が得られれば限定されない。一例として、レーダーチャートを用いて表示した画面例を図３に、折れ線グラフを用いて表示した例を図４に示す。

図３，図４の例では、出力項目の数が５で、出力項目の名称が運転コスト，温室効果ガス排出量，りん，窒素，ＢＯＤの場合を示している。

バックグランドとして、５本の出力項目の軸と５種類の出力項目の名称および出力許容範囲設定用図形８６，適正化出力項目選択用図形８８、および許容操作量表示部５４の中の操作項目名称および単位を表示する。このうち、出力許容範囲設定用図形８６は、ステップＳ１で読み込んだ出力許容範囲の設定値に対応する箇所に表示される。又、出力許容範囲設定部８２の中に出力許容範囲の初期設定値を数値表示する。

適正化出力項目選択用図形８８は、例えばラジオボタンで実現され、選択可能な個数は最大で１個とし、１個も選択されない状態も可とする。選択状態が明確になるよう、選択時には軸の出力項目名称の字の大きさや色が変わるようになっている。また、軸の太さや色，線種，背景色が変わるようにしても良く、選択軸が垂直方向に変更されるなど、選択によって軸の出力項目の表示箇所が移動するようにしても良い。

レーダーチャートの軸同士がなす角度は、出力項目の数に応じて３６０度を等分して表示するのが望ましいが、例えば、出力項目の数が２の場合には、２本の軸のなす角度が１２０度となるようにし、２本の軸のなす角度が１８０度とならないよう設定するのが望ましい。

図３，図４の例では、操作条件に示すように、操作項目の数は３、操作条件の名称は散気量，循環率，返送率としている。図３の許容操作量表示部５４は、この段階ではまだ表示されていない。

ステップＳ３では、出力許容範囲の設定値，適正化出力項目の選択に変更があれば、画面上で数値を入力する、或いはマウスやキーボードなどの入力装置１２を用いて出力許容範囲設定用図形８６を移動させて設定する。変更がなければ、ステップＳ１で読み込んだ環境設定データがそのまま設定される。

ステップＳ４では、ステップＳ２と同じ処理を実行し、画面に表示する。ステップＳ５で、対象となるデータセットを取得する。この動作は、操作者が「対象データセット取得」ボタンを押下することで起動するようにしても良く、自動で起動するようにしても良い。

対象データセットは、１レコードに、少なくとも全操作項目の操作量と全出力項目の出力値が一組含まれる。対象データセットのテーブルの例を図５に示す。

このデータセットは、記憶装置１６に予め記憶させておき、ステップＳ５の段階で読み出しても良く、プラントのシミュレーションモデルに計算条件を与えてその都度生成しても良い。

ステップＳ６では、ステップＳ５で取得したデータセットを検索し、画面に表示するデータセットを抽出する。画面に表示するデータセットは、ステップＳ３で設定された出力項目に対応する出力値が、全て出力許容範囲内にあるデータセットであり、１項目でも出力許容範囲を外れたデータセットは抽出されないようになっている。

適正化出力項目選択用図形８８が、選択状態となっている場合には、抽出した画面に表示するデータセットから、さらにデータセットの抽出を行う。この処理は、選択状態となっている出力項目の値が最小値あるいは最大値となっているものを抽出し、それ以外のデータセットは抽出しない。ここで抽出されるデータセットは複数あっても良い。このようにして抽出されたデータセットが画面に表示するデータセットとなる。

ステップＳ７では、ステップＳ６で抽出したデータセットを画面に表示する。画面に表示するデータセットの例を図６に示す。図６に示すように、画面に表示するデータセットも操作項目の値と出力項目の値の組から構成される。このうち、出力項目の値を、図３或いは図４の出力項目グラフ表示部５６として図示する。

画面に表示するデータセットが複数存在する場合には、図３に示すように複数の多角形がレーダーチャートとして表示される。多角形の個数が多い場合には、表示速度や視認性の向上のため表示個数を減らす処理を施すことが望ましい。例えば、各出力項目の最大値と最小値をもつ多角形を表示する手法が良い。具体的には、図３の例では出力項目の数が５であるため、（１）運転コストの値が最大となる多角形，（２）運転コストの値が最小となる多角形，（３）温室効果ガス排出量の値が最大となる多角形，（４）温室効果ガス排出量の値が最小となる多角形，・・・，（１０）ＢＯＤの値が最小となる多角形、以上１０個の多角形を描画すれば他の多角形の存在する範囲を大まかに示すことができる。

ステップＳ６で抽出した画面に表示するデータセットが少なく、多角形の表示本数を増やしたい場合には、補間処理を実施することが望ましい。例えば、ステップＳ５で、データセットを記憶装置１６から取得した場合には、ステップＳ６で抽出されたデータセットと操作項目の値が隣接するデータセットを取り込み、補間することで新たなデータセットを近似的に生成すれば多角形の表示本数を増やすことができる。

また、ステップＳ５で、データセットをプラントのシミュレーションモデルの計算で取得した場合には、計算条件を細かく与えることで新たなデータセットを生成することができるため、多角形の表示本数を増やすことができる。

出力項目の値は、数値として図３に示す出力値表示部８４に表示する。画面に表示するデータセットが複数存在する場合は、出力値表示部８４に表示する値は、該当する出力項目について、複数の出力値の最大値，最小値，平均値のいずれでも良い。

ここで、画面に表示するデータセットの操作項目の値は、許容操作量４６と呼ぶこととする。この許容操作量４６は、図３又は図４に示す許容操作量表示部５４に表示する。画面に表示するデータセットが複数存在する場合、この表示は平均値、或いは最小値と最大値のいずれかが好ましいが、表示が煩雑にならなければ操作項目の値を複数組表示しても良い。

ステップＳ８では、ステップＳ７で表示した操作項目の値を実際の運転に反映するかを判断する。実際の運転は、操作者が「実運転反映」ボタンを押下することで起動しても良く、自動で起動しても良い。

許容操作量４６の値が複数組存在すると、実際の運転にいずれの組の値を反映すれば良いか分からないため、許容操作量４６の値が一組かどうかの判断を行い、一組であり、実際の運転に反映できると判断された場合は、ステップＳ９へ移行する。ステップＳ９へ移行しない場合はステップＳ１０へ移行する。

ステップＳ９で、計算機１４から制御盤１８に許容操作量４６を含む制御信号３２が出力される。制御盤１８は、新たな制御信号３２が計算機１４から届くまで、この制御信号３２をホールドし、運転を実施する。

ステップＳ１０では、プラント運転システムを終了するか否かを選択する。終了を選択しない場合には、ステップＳ３へ戻る。

以上説明した手順のうち、プラント運転システムの操作者が主に携わる箇所は、ステップＳ３での出力許容範囲の設定値変更と適正化出力項目の選択である。

出力許容範囲の設定値を変更する場合の操作例を図７に示す。図７（ａ）に示すように、複数の多角形がレーダーチャートとして画面に表示されているとする。この中で、例えば運転コストが高い結果を除きたい場合には、運転コストの軸に表示された出力許容範囲設定用図形８６をマウスポインタでドラッグして下側に引き下げる。この操作により、図７（ｂ）に示すように、運転コストの軸の出力許容範囲数値設定部８２の数値が小さい値となる。

この操作の結果として、出力項目グラフ表示部５６に、出力許容範囲数値設定部８２に表示される数値を超えた運転コストを有する多角形が表示されなくなる。それに応じて許容操作量表示部５４には、出力項目グラフ表示部５６に残った多角形に対応する許容操作量が表示される。

又、運転コストの軸に表示された出力許容範囲設定用図形８６を、マウスポインタでドラッグして上側に引き上げると、運転コストの軸における出力許容範囲設定部８２の数値が大きい値となり、出力項目グラフ表示部５６に表示される多角形の個数が増える。

上述した操作は、運転コストの軸だけでなく、いずれの軸に対しても操作可能であるため、この操作を操作者が反復することにより、望ましい値の運転コスト，温室効果ガス排出量，りん，窒素，ＢＯＤの組を、対話的に探索することが容易にできる。この結果、望ましい出力を得られる操作項目の値が迅速に得られ、その出力値を実現するための操作量が自動的に許容操作量表示部５４に表示されているため、すぐに運転に反映することが可能となる。

適正化出力項目の選択を行う場合の操作例を図８に示す。図８（ａ）に示すように、複数の多角形がレーダーチャートとして画面に表示されているとする。この中で、例えばりんの値が最小となる場合を抽出する時には、りんの軸に表示された適正化出力項目選択用図形８８を選択する。具体的には、例えばマウスポインタを移動してラジオボタンを１回クリックする。

この操作の結果として、図８（ｂ）で示すように、出力項目グラフ表示部５６に、りんの値が最小となる多角形が表示され、他の多角形は表示されなくなる。りんの値が最小値となる多角形が複数存在する場合には、複数の多角形が出力項目グラフ表示部５６に表示される。これに応じて許容操作量表示部５４には、出力項目グラフ表示部５６に残った多角形に対応する許容操作量が表示される。

この状態では、りん以外の軸の出力許容範囲設定用図形８６が操作可能となっており、この操作によって「りんを最小とした上での望ましい条件の探索」が可能となる。

上述した操作は、りんの軸だけでなく、いずれの軸に対しても実行可能であるため、この操作を操作者が反復することにより、望ましい値の運転コスト，温室効果ガス排出量，りん，窒素，ＢＯＤの組を、対話的に探索することが容易にできる。この結果、望ましい出力を得られる操作項目の値が迅速に得られ、その出力値を実現するための操作量が自動的に許容操作量表示部５４に表示されているため、すぐに運転に反映することが可能となる。

図９は、プラント運転システムの処理を示すブロック図である。出力許容範囲設定部５０は、図３又は図４における出力許容範囲設定部８２又は出力許容範囲設定用図形８６に実装されている。この出力許容範囲設定部５０で設定された出力許容範囲設定値４４は、許容操作量取得部５２へ入力される。

許容操作量取得部５２は、ステップＳ５とステップＳ６で述べた機能を有しており、演算の結果である許容操作量４６を許容操作量表示部５４に出力する。又、演算の結果である出力値４８は、出力項目グラフ表示部５６に出力される。

図１０は、プラント運転システムにおいて、出力項目のうち最大１項目を選択できる機能を備えた場合の処理ブロック図である。図３に示す適正化出力項目選択用図形８８に実装されている適正化出力項目選択部５８は、許容操作量取得部５２に適正化出力項目選択情報６０を出力する。許容操作量取得部５２は、ステップＳ５とステップＳ６で述べた機能を有しており、演算の結果である許容操作量４６を許容操作量表示部５４に出力する。また、演算の結果である出力値４８は、出力項目グラフ表示部５６に出力される。

図１１は、プラント運転システムにおいて、画面上で得られた操作量で、現実のプラントを運転する機能を備えた場合の処理ブロック図である。許容操作量判断部６２は、許容操作量４６の解が一組か否かを判断し、判断の結果を許容操作量判断情報７０として許容操作量情報伝送部６６に出力する。一方、反映要求入力部６４から、現実の運転に許容操作量４６を反映する要求が、操作者により入力されると、反映要求情報６８として許容操作量情報伝送部６６に出力する。

許容操作量情報伝送部６６は、許容操作量判断情報７０の内容が許容操作量４６の解が一組であり、反映要求情報６８として反映要求があった場合には制御信号３２を制御盤１８に出力する。

図１２は、プラント運転システムにおいて、希望する操作量を入力して、これに対応する出力値が得られる機能を備えた場合の処理ブロック図である。

表示装置１０の画面上に操作量入力部７４が設けられ、操作者が希望する操作量を入力できるようになっており、操作量入力部７４から入力操作量７８が出力値取得部７６に出力される。出力値取得部７６は、入力操作量７８に対応する出力項目の値を取得する。

具体的には、記憶装置１６に予め記憶されたデータセットを読み出して内挿演算しても良く、プラントのシミュレーションモデルに計算条件を与えてその都度生成しても良い。出力値取得部７６で求められた出力値８０は、出力項目グラフ表示部５６として表示装置１０の画面上に表示される。この表示は、許容操作量取得部５２の出力値４８と同一のグラフ上に行っても良く、別のグラフ上で行っても良い。

操作量入力部７４は、許容操作量表示部５４と同一項目となるため、同じ箇所を入力部として併用しても良く、別途設けることでも良い。

図１３は、プラント運転システムの許容操作量取得部５２において、テーブルからデータセットを読み込む場合の処理ブロック図である。データセット読み込み部９４は、データセット情報３０を操作量出力値テーブル９６から読み込む。操作量出力値テーブル９６は、図１に示す記憶装置１６に記憶されている。なお、この記憶装置１６は計算機の内部に備えられても外部に備えられても良い。

データセット読み込み部９４は、読み込んだデータセット情報３０をデータセット抽出部９２に出力する。データセット抽出部９２には、許容出力範囲設定部５０からの出力許容範囲設定値４４が入力される。

図１０で示した例では、適正化出力項目選択情報６０もデータセット抽出部９２に入力され、データセット抽出部９２は、ステップＳ６で説明したように、許容操作量４６と出力値４８を出力する。具体的には、出力項目のうち１項目でも出力許容範囲設定値４４を超過したデータセットはデータセット情報３０から削除され、全ての出力項目が出力許容範囲設定値４４の許容範囲内となるデータセットを抽出する。

適正化出力項目選択情報６０として、ある出力項目が適正化出力項目として選択されている場合には、抽出したデータセットから、さらにデータセットの抽出を行う。これは、選択状態となっている出力項目の値が最小値又は最大値となっているものを抽出するもので、それ以外のデータセットは抽出されない。ここで、抽出する対象を最大値又は最小値とする判断は、予め与えても良いし、別途入力できる機能を設けても良い。選択状態となっている出力項目の値が、最小値又は最大値となるデータセットが複数存在する場合には、複数のデータセットが抽出されても良い。

以上のようにして抽出されたデータセットのうち、操作量の情報は、許容操作量４６として許容操作量表示部５４に入力される。一方、抽出されたデータセットのうち、出力の情報は、出力値４８として出力項目グラフ表示部５６に入力される。

図１４は、プラント運転システムの許容操作量取得部５２において、プロセスモデル１００を用いる場合の処理ブロック図である。プロセスモデル１００は、プラントのシミュレーション計算を実行するためのものであり、操作量仮定値１０２を与えると出力値をデータセット抽出部９２に出力する。操作量仮定値１０２は、データセット抽出部９２から与えられても良く、別途自動的に与える機能を設けることでも良い。

計測情報３４が得られる場合には、プロセスモデル１００に計測情報３４を入力して、最新の状況に対応したシミュレーション計算を行うことが望ましい。データセット抽出部９２には、出力許容範囲設定部５０から出力許容範囲設定値４４が入力される。

図１０に示す例では、適正化出力項目選択情報６０もデータセット抽出部９２に入力される。データセット抽出部９２は、ステップＳ６で説明したように、許容操作量４６と出力値４８を出力する。

具体的には、出力項目のうち１項目でも出力許容範囲設定値４４を超過したデータセットは、データセット情報３０から削除され、全ての出力項目が出力許容範囲設定値４４の許容範囲内となるデータセットを抽出する。

適正化出力項目選択情報６０として、ある出力項目が適正化出力項目として選択されている場合は、抽出したデータセットから、さらにデータセットの抽出を行う。

これは、選択状態となっている出力項目の値が最小値又は最大値となっているものを抽出するもので、それ以外のデータセットは抽出されない。ここで、抽出する対象を最大値又は最小値とする判断は、予め与えても良いし、別途入力できるようにしても良い。選択状態となっている出力項目の値が最小値又は最大値となるデータセットが複数存在する場合には、複数のデータセットが抽出されても良い。

以上のように抽出されたデータセットのうち、操作量の情報は、許容操作量４６として許容操作量表示部５４に入力される。一方、抽出されたデータセットのうち、出力の情報は、出力値４８として出力項目グラフ表示部５６に入力される。

図１５は、下水処理プロセスのうち、溶解性のりんと窒素を除去することを目的とした嫌気無酸素好気法のー例を示す図である。原水は、初沈池１１０に流入し、初沈池１１０から嫌気槽１１１に流入する。流入水質は、嫌気槽１１１へ流入する水を対象として測定される。この嫌気無酸素好気法では、ブロワ１１７で空気を注入する好気槽１１４，１１５が嫌気槽１１１，無酸素槽１１２，１１３の後流側に位置する。そのため、ブロワ１１７の運転量をフィードフォワード制御で調整する場合、嫌気槽１１１と無酸素槽１１２，１１３での滞留時間だけ過去に流入した流入水質の計測値に基づいて制御するのが最も合理的である。このような場合、過去の流入水質および過去の操作条件に基づいた計算を実施し、図３，図４で示した表示形式で現在実施すべき操作量を提示すれば，処理水質の面，運転コストの面，環境負荷の面で望ましい運転を実現できる。

又、操作量は過去から現在だけでなく、今後どのように操作することになるのかが分かった方が、実際にプラントを運転する担当者は、今後の計画立案のうえで望ましい。

図１に示すように、計測情報３４は計算機１４に出力されるが、たとえば現時点の計測情報を用いれば嫌気槽１１１と無酸素槽１１２，１１３での滞留時間だけ将来の操作量を計算することができる。すなわち、現時点までの計測情報３４が蓄積してあれば，現時点から嫌気槽１１１と無酸素槽１１２，１１３での滞留時間まで将来の操作量の遷移を求めることができる。

図１６は、このようにして求めた今後の操作量の遷移の例を示す図であり、横軸を時間軸とした初期表示の例である。画面中には、運転コスト，温室効果ガス排出量，りん，窒素，ＢＯＤなどの出力項目を縦軸とした折れ線グラフが表示される。図３，図４の場合と同様に、それぞれの出力項目のグラフには、出力許容範囲設定用図形８６，適正化出力項目選択用図形８８，出力許容範囲設定部８２が備えられる。

それぞれの動作と機能は図３および図４で説明したのと同様であり、これらを操作することで表示される折れ線の本数や許容操作量表示部５４の表示が変更される。許容操作量表示部５４は、この出力項目のグラフと同画面中あるいは別画面において、推奨操作量のグラフが、横軸に時間軸を有する状態で表示される。これが、今後どのように下水処理プロセスを運転操作すべきかを示す図となる。なお、現時点でどのように操作すべきか分かるように、図１６で示すように現在の推奨値および推奨値の範囲を数値として表示するのがよい。

出力許容範囲設定用図形８６は、それぞれの出力項目に対して設けられ、少なくとも上限あるいは下限を決定する。図１６では、すべての出力項目に対して上限と下限の両方に対する出力許容範囲設定用図形８６が設けられた例を示しているが、上限と下限はいずれか一方でもよい。図１６に示す出力許容範囲設定用図形８６は、時間的に一定として設定するようになっているが、時間的に分割して、異なる値が設定できるようにしてもよい。出力許容範囲設定部８２には、出力許容範囲設定用図形８６で設定した数値が表示される。

適正化出力項目選択用図形８８は、それぞれの出力許容範囲設定用図形８６に対して設けられる。この適正化出力項目選択用図形８８は、例えばラジオボタンで実現され、この部分を選択状態とすることで、その出力項目について時間的に変化する複数の折れ線グラフそれぞれの最大値を比較して、それぞれの折れ線グラフの最大値のうち最小である折れ線グラフを、或いは出力項目について時間的に変化する複数の折れ線グラフそれぞれの最小値を比較して、それぞれの折れ線グラフの最小値のうち最大である折れ線グラフを残すようになっている。

推奨操作量の折れ線グラフは、出力項目の折れ線グラフに対応したものを残して表示する。図１７は、出力許容範囲設定用図形８６を図１６の場合に比べて狭めた場合の画面表示例である。出力項目の折れ線グラフの本数が図１６の場合より減っている。同時に、操作条件の折れ線グラフの本数も減る。このようにして、出力項目の許容範囲を設定することで、それに対応する操作量の経時変化が示され、今後の運転計画の策定に有効となる。

以上述べたように、本発明によれば、複数の入力項目と複数の出力項目を有するプラントであっても、トレードオフの関係にある出力項目の値を考慮した操作量を迅速に決定できる。そして、その出力値を実現するための操作量をすぐに実際のプラントの運転へ反映することが可能となる。これにより、プラントを望ましい運転状態に保つことができ、運転に混乱をきたすことない。

本発明の一実施例であるプラント運転システムの構成図である。 本実施例のプラント運転システムの動作手順を示した流れ図である。 本実施例のプラント運転システムの表示画面の表示例を示す図である。 本実施例のプラント運転システムの表示画面の表示例を示す図である。 本実施例の複数のデータセットを備えたテーブルの例を示す図である。 本実施例の抽出された画面に表示するデータセットを備えたテーブルの例を示す図である。 本実施例の出力許容範囲設定用図形を移動させた場合の動作を説明する図である。 本実施例の適正化出力項目選択用図形を選択した場合の動作を説明する図である。 本実施例のプラント運転システムの処理を示すブロック図である。 本実施例の出力項目のうち１つを選択する場合の処理ブロック図である。 本実施例の画面上で得られた操作量で、現実のプラントの運転する場合の処理ブロック図である。 本実施例の操作量の入力に対応した出力値を得る場合の処理ブロック図である。 本実施例の許容操作量取得部において、テーブルからデータセットを読み込む場合の処理ブロック図である。 本実施例の許容操作量取得部において、プロセスモデルを用いる場合の処理ブロック図である。 本実施例の他の実施例である下水処理プロセスのー例を示す構成図である。 本実施例のプラント運転システムの表示画面の初期表示例を示す図である。 本実施例のプラント運転システムの表示画面の表示において出力許容範囲を狭めた例を示す図である。

符号の説明

１０ 表示装置
１２ 入力装置
１４ 計算機
１６ 記憶装置
１８ 制御盤
２０ 水処理プラント
２２ ポンプ
２４ 計測器
２６ 入力情報
２８ 表示情報
３０ データセット情報
３２ 制御信号
３４ 計測情報
３６ 制御量
３８ 被処理水
４０ エアレーション空気
４２ 水処理槽
４４ 出力許容範囲設定値
４６ 許容操作量
４８，８０ 出力値
５０，８２ 出力許容範囲設定部
５２ 許容操作量取得部
５４ 許容操作量表示部
５６ 出力項目グラフ表示部
５８ 適正化出力項目選択部
６０ 適正化出力項目選択情報
６２ 許容操作量判断部
６４ 反映要求入力部
６６ 許容操作量情報伝送部
６８ 反映要求情報
７０ 許容操作量判断情報
７４ 操作量入力部
７６ 出力値取得部
７８ 入力操作量
８４ 出力値表示部
８６ 出力許容範囲設定用図形
８８ 適正化出力項目選択用図形
９２ データセット抽出部
９４ データセット読み込み部
９６ 操作量出力値テーブル
１００ プロセスモデル
１０２ 操作量仮定値

Claims (12)

1. 複数のプラントの出力項目のそれぞれについて出力許容範囲を設定する出力許容範囲設定部と、全ての前記出力項目の値が前記出力許容範囲設定部で設定した出力許容範囲内となるプラントの操作項目の操作量の組合せである許容操作量を求める許容操作量取得部と、許容操作量の値、又は許容操作量の値の存在範囲を画面に表示する許容操作量表示部と、許容操作量に対応する出力項目の値を画面にグラフ表示する出力項目グラフ表示部と、を備えたプラント運転システム。
2. 複数のプラントの出力項目のそれぞれについて出力許容範囲を設定する出力許容範囲設定部と、前記出力項目のうち１項目を選択でき、選択された出力項目を最大又は最小とする適正化出力項目選択部と、適正化出力項目選択部で選択された出力項目の値が最大又は最小となり、全ての出力項目の値が出力許容範囲内となる操作量の組合せである許容操作量を求める許容操作量取得部と、許容操作量の値、又は許容操作量の値の存在範囲を画面に表示する許容操作量表示部と、前記許容操作量に対応する出力項目の値を画面にグラフ表示する出力項目グラフ表示部と、を備えたプラント運転システム。
3. 複数のプラントの出力項目と、該複数の出力項目のそれぞれに配置され出力許容範囲を設定するための出力許容範囲設定部と、該出力許容範囲設定部で設定された出力許容範囲の設定値と、前記複数の出力項目の全てが出力許容範囲内となる操作項目の操作量と出力項目の出力値のデータセットとを抽出してグラフ表示する表示画面を具備したプラント運転システム。
4. 前記許容操作量の解が一組否かを判断する許容操作量判断部と、現実の運転への許容操作量の反映要求を入力する反映要求入力部と、前記許容操作量判断部が許容操作量の解は一組と判断し、前記反映要求入力部により現実の運転に前記許容操作量を反映する要求が入力された場合には前記許容操作量の値を現実の運転に自動反映する許容操作量情報伝送部と、を備えた請求項１又は２に記載のプラント運転システム。
5. 希望する操作量を入力する操作量入力部と、該操作量入力部で入力された操作量に対する出力項目の値を求める出力値取得部とを備え、前記出力値取得部で求めた出力項目の値を前記出力項目グラフ表示部により画面にグラフ表示する請求項１，２，４のいずれかに記載のプラント運転システム。
6. 前記出力項目グラフ表示は、レーダーチャート，折れ線グラフのいずれかである請求項１から５のいずれかに記載のプラント運転システム。
7. 前記出力項目グラフ表示は、一方の軸を時間軸とし他方の軸を出力項目として表示するものであって、前記操作項目の推奨操作量は一方の軸を時間軸とるグラフおよび数値により表示される請求項１から５のいずれかに記載のプラント運転システム。
8. 前記出力許容範囲設定部は、画面上に表示された図形を入力装置の操作で移動させるものである請求項１から５のいずれかに記載のプラント運転システム。
9. 前記出力項目は、温室効果ガス排出量，運転コスト，処理水質のうち少なくとも２つを含むものである請求項１から５のいずれかに記載のプラント運転システム。
10. 前記許容操作量取得部は、少なくとも操作項目と出力項目の値の組から構成される操作量対出力値テーブルと、該操作量対出力値テーブルから操作項目と出力項目の値の組を読み込むデータセット読み込み部と、該データセット読み込み部で読み込んだ操作項目と出力項目の値の組から、出力項目の値が前記出力許容範囲内となる組を抽出するデータセット抽出部で構成される請求項１から５のいずれかに記載のプラント運転システム。
11. 前記許容操作量取得部は、プラントの処理水質，運転コスト，温室効果ガス排出量のうち少なくとも２つを演算で求めるプロセスモデルと、該プロセスモデルに入力される操作量仮定値とプロセスモデルで求めた出力項目の値の組から、出力項目の値が前記出力許容範囲内となる組を抽出するデータセット抽出部で構成される請求項１から５のいずれかに記載のプラント運転システム。
12. 前記プロセスモデルには、少なくとも１項目はオンラインでプラントの計測値が入力される請求項１１に記載のプラント運転システム。

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