JP2011060135A

JP2011060135A - プラント運用のノウハウ自動抽出システム

Info

Publication number: JP2011060135A
Application number: JP2009210909A
Authority: JP
Inventors: Kyosuke Katayama; 恭介片山; Yoshiyuki Sakamoto; 義行坂本; Futoshi Kurokawa; 太黒川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-09-11
Filing date: 2009-09-11
Publication date: 2011-03-24
Anticipated expiration: 2029-09-11
Also published as: JP5349228B2

Abstract

【課題】上下水道施設を安全、安心かつ効率的に運用・管理するために必要なノウハウの蓄積と活用が可能なプラント運用のノウハウ自動抽出システムを得ることを課題とする。
【解決手段】上下水道施設の運用・管理に必要なプロセスデータの入出力及びプロセス制御を行う制御用コントローラ・データ入出力手段１と、複数の上下水道施設プラントのプロセスデータを保存するデータベース３と、プロセスデータを抽出する広域知識抽出手段４と、広域知識抽出手段にてデータ間における変動又はそれに関わる制御目標値設定、操作に関わるノウハウもしくは知識をデータの範囲ごとにプロセスデータをグルーピングもしくは分類・抽出された知識を制御目標値もしくは機器の起動・停止といった操作の意思決定に活用して、各機器の制御前にプロセスがどのような挙動を示すかをシミュレーションする知識活用制御手段５とを具備するプラント運用のノウハウ自動抽出システム。
【選択図】図１

Description

本発明は、上下水道施設（鉄鋼、製紙、半導体工場や食品加工工場等の産業施設で使用する工業用水やそれらから排水される水の処理を行う水処理施設も含む）の運用・管理に適したプラント運用のノウハウ自動抽出システムに関する。

周知の如く、団塊世代を中心とする熟練技術者の大量退職に伴う技術継承に関する課題は、上下水道施設におけるその運用・管理においても非常に重大な問題である。特に、いかに熟練技術者の知識や経験を引き継いでいくかは、日ごろの業務を通じて熟練者から若手技術者に直接指導するなど、試行錯誤的に取り組んでいるのが実情である。また、技術を継承する若手技術者についても財政上の問題などにより、十分に確保できないことが多い。いずれにしても上下水道施設を安全、安心かつ効率的に運用・管理するために必要なノウハウの蓄積と活用が重要であり、それを実現するシステムが必要である。

このような背景のもと、特許文献１では、作業者が携帯するＩＣタグから発信される無線信号を受信し、その行動、操作を詳細に記録する作業者行動記録システムを開示している。

一方、特許文献２では、製油装置の操業に関するデータを分類内容情報と関連付けしてナレッジバンクに蓄積させ、要求に対応して所定の分類でそのデータを表示するデータ処理装置、その方法、そのシステム及びプログラムを開示している。特許文献２によれば、情報の傾向判断が容易になる。また、特許文献３では、浄化水供給施設の監視及び制御ネットワークシステムを開示している。

このような方法により、作業者の行動を記録し、ノウハウとして収集したり、データベース化によって、工場プロセスの操業データの知識データベース化を図ったり、現場に作業員を配置せず、公衆回線に接続したシステムにより、遠隔でプロセス挙動を監視したり、その異常を検知したりする発明が提案されている。しかし、いずれもノウハウの収集までは行えるが、ノウハウか否かについての整理、分類は自動におこなうことができない。

特開２００６−１７８５８３号公報特開２００３−１８６５３３号公報特開２００５−０７４４１８号公報

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、上下水道施設を安全、安心かつ効率的に運用・管理するために必要なノウハウの蓄積と活用が可能なプラント運用のノウハウ自動抽出システムを提供することを目的とする。

本発明に係るプラント運用のノウハウ自動抽出システムは、事業場、または、所定の地域の上下水道施設毎に設置され、その運用・管理に必要なプロセスデータの入出力及びプロセス制御を行う制御用コントローラ・データ入出力手段と、前記制御用コントローラ・データ入出力手段を介して収集した，複数の上下水道施設プラントのプロセスデータを保存するデータベースと、前記制御用コントローラ・データ入出力手段と前記データベースとの間で前記プロセスデータを伝送する広域通信網と、データベースに保存されているもしくは制御用コントローラ・データ入出力手段から直接得たプロセスデータ間における変動もしくはそれにかかわる制御目標値設定、操作に関わるノウハウもしくは知識をデータの範囲ごとにプロセスデータをグルーピングもしくは分類することにより抽出する広域知識抽出手段と、この広域知識抽出手段にてデータ間における変動もしくはそれに関わる制御目標値設定、操作に関わるノウハウもしくは知識をデータの範囲ごとにプロセスデータをグルーピングもしくは分類・抽出された知識を制御目標値もしくは機器の起動・停止といった操作の意思決定に活用して、各機器の制御前にプロセスがどのような挙動を示すかをシミュレーションする知識活用制御手段とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、上下水道施設を安全、安心かつ効率的に運用・管理するために必要なノウハウの蓄積と活用が可能なプラント運用のノウハウ自動抽出システムを提供できる。

本発明の一実施形態に係るプラント運用のノウハウ自動抽出システムを説明するための概略図。図１のノウハウ自動抽出システムの一構成であるデータベースに保存されている特定の浄水場のデータ例。

本発明の実施形態に係るプラント運用のノウハウ自動抽出システムについて図１及び図２を参照して説明する。なお、本実施形態は上下水道施設の浄水場施設に適用した場合であるが、下記に述べることに限定されない。
（実施形態）
図１において、ノウハウ自動抽出システムは、運用ノウハウ抽出設備６と、広域通信網２と、制御用コントローラ・データ入出力手段１とを備える。運用ノウハウ抽出設備６は、データベース３と、広域知識抽出手段４と、知識活用制御手段５を有し、浄水場施設（＃Ａ〜＃Ｎ）に共通な設備である。制御用コントローラ・データ入出力手段１は、例えば、事業場単位、または、地域単位の浄水場施設毎に備えられる。この入出力手段１は、当該浄水場施設（ここでは、＃Ａ）の運用・管理に必要なプロセスデータの入出力及びプロセス制御を行う。ここで、プロセスデータとは、例えば、原水をポンプで送水する場合には、目標流量、管を流れる原水の流量計測値、弁開度（％）等を意味し、凝集剤の投入においては、ｐＨ、濁度、ｐＨ目標値、ｐＨ調整のための薬品（苛性ソーダ等）注入量もしくは注入率、凝集剤（ＰＡＣもしくは硫酸バンド）注入率等を意味し、配水においては、配水ポンプ吐出圧力、流量、配水末端での圧力等といったプロセスデータを意味する。

前記入出力手段１は、公衆回線網・インターネット等の広域通信網２を介して浄水場施設のプロセス制御に関わる全てのデータを保存するデータベース３に接続されている。このデータベース３は、前記入出力手段１を介して収集した，複数の上下水道施設（＃Ａ〜＃Ｎ）プラントのプロセスデータを保存する。また、データベース３には、浄水場施設での原水の流量や凝集すべき凝集剤の注入、また天候等の種々のデータも入力される。

データベース３には、広域知識抽出手段４、知識活用制御手段５が順次接続されている。広域知識抽出手段４は、データベース３に保存されている，もしくは各入出力手段１から直接得たプロセスデータ間における変動もしくはそれにかかわる制御目標値設定、操作に関わるノウハウもしくは知識を、データの範囲ごとにプロセスデータをグルーピングもしくは分類することにより抽出し、データのパラメータの情報群として知識活用手段５に出力する機能を備えている。

知識活用手段５は、この情報群を統計処理することによりパラメータ毎、また更には学習処理を行うことにより各パラメータとプロセス処理の結果の間の相関を抽出し、制御用コントローラ・データ入出力手段１から入力される観測データに応じて最適と推定されるプロセスデータの制御情報（値）を生成して制御用コントローラ・データ入出力手段１に出力する。

この制御情報は、知識活用手段５から上記広域通信網２、又は図示されない専用通信網を介して制御用コントローラ・データ入出力手段１はフィードバック入力されるか、又は、制御値が、制御用コントローラ・データ入出力手段１の図示されない入力手段へ記憶媒体、もしくは、オペレータの手入力によって入力される。

浄水場施設では、河川等から取水した原水中の懸濁物質を沈降させて除去するために凝集剤を注入する。ここで、凝集剤の注入率、ｐH、濁度、ｐH目標値、ｐH調整のための薬品（苛性ソーダ等）の注入量もしくは注入率等、浄水場で計測しているプロセス値や、季節、時刻、天候等のパラメータに応じて熟練技術者が適切な値を決めることが多い。

前記広域知識抽出手段４及び知識活用制御手段５は、図２のように前記データベースに保存されている多項目の帳票データなどから例えばサポートベクターマシーン等、データ群をグルーピングすることができる手法により、若手技術者や外部の制御システム設計者等の非熟練技術者が気付かない法則性を再現し、現在及び過去のデータより凝集剤の注入率を提示する。

なお、１つの浄水場設備（例えば、＃Ａ）のプロセスデータだけでは、施設ごとに持つ特有性からデータが必ずしも一般化されないため、他の施設のデータの知識を活用使用としても、単純に適用することができない。従って、例えば図２のようにA浄水場（＃Ａ）、B浄水場、C浄水場のように複数の施設のデータから統計的に処理した結果で知識を抽出すれば、幅広い特徴を加味した結果の知識を抽出することができるので、他の上下水道施設の運用ノウハウとして活用することが容易となる。

上述したように、本発明によれば、制御用コントローラ・データ入出力手段１と、広域通信網２と、データベース３と、広域知識抽出手段４と、知識活用制御手段５とを備えることにより、河川等から取水した原水中の懸濁物質を沈降させて除去するために凝集剤を注入する際、凝集剤の注入率、ｐH、濁度、ｐH目標値、ｐH調整のための薬品の注入量もしくは注入率等を、浄水場で計測しているプロセス値や、季節、時刻、天候等のパラメータに応じて決定することにより、非熟練技術者でも浄水場を安全、安心かつ効率的に運用・管理するために必要なノウハウの蓄積と活用することができる。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。具体的には、知識抽出の具体的な手法としては、上記サポートベクターマシン以外にクラスタリング手法等、データ群をグルーピングすることのできる手法であれば、何でもよい。また、本発明は、浄水場施設の場合に限らず、鉄鋼、製紙、半導体工場や食品加工工場等の産業施設で使用する工業用水やそれらから排水される水の処理を行う水処理施設でも適用可能である。

１…制御用コントローラ・データ入出力手段、２…広域通信網、３…データベース３、４…広域知識抽出手段、５…知識活用制御手段。

Claims

事業場、または、所定の地域の上下水道施設毎に設置され、その運用・管理に必要なプロセスデータの入出力及びプロセス制御を行う制御用コントローラ・データ入出力手段と、
前記制御用コントローラ・データ入出力手段を介して収集した，複数の上下水道施設プラントのプロセスデータを保存するデータベースと、
前記制御用コントローラ・データ入出力手段と前記データベースとの間で前記プロセスデータを伝送する広域通信網と、
データベースに保存されているもしくは制御用コントローラ・データ入出力手段から直接得たプロセスデータ間における変動もしくはそれに関わる制御目標値設定、操作に関わるノウハウもしくは知識をデータの範囲ごとにプロセスデータをグルーピングもしくは分類することにより抽出する広域知識抽出手段と、
この広域知識抽出手段にてデータ間における変動もしくはそれに関わる制御目標値設定、操作に関わるノウハウもしくは知識をデータの範囲ごとにプロセスデータをグルーピングもしくは分類・抽出された知識を制御目標値もしくは機器の起動・停止といった操作の意思決定に活用して、各機器の制御前にプロセスがどのような挙動を示すかをシミュレーションする知識活用制御手段とを具備することを特徴とするプラント運用のノウハウ自動抽出システム。
上下水道施設が浄水場であり、河川から取水した原水中の懸濁物質を沈降させて除去するために凝集剤が注入され、凝集剤の注入率、ｐH、濁度、ｐH目標値、ｐH調整のための薬品の注入量もしくは注入率が浄水場で計測しているプロセス値や、季節、時刻、天候に応じて適切な値に設定されることを特徴とする請求項１記載のプラント運用のノウハウ自動抽出システム。