JP2017204110A - 監視制御システムおよび制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水処理プラントで稼働している制御盤内外の温度に応じた処理を行い、省エネを可能とする監視制御システムを得る。【解決手段】水処理プラントのプラント機器との間で信号の送受信を行なう入出力装置１５〜１８にそれぞれ対応し、入出力装置１５〜１８に制御指令を出力する制御装置９〜１２は、この制御装置９〜１２が配置された制御盤内の温度を計測するように設置された盤内熱検知器１〜４および制御盤外の温度を計測するように設置された盤外熱検知器５〜８により、それぞれ対応する制御盤内外の温度を計測し、制御盤内外の温度差に応じて、対応する制御装置９〜１２のソフトウェアの演算周期を省電力モード時の演算周期に変更するようにした。【選択図】図１

Description

この発明は、水処理プラントの運用において、省エネを可能にする監視制御システムおよび制御装置に関するものである。

従来の水処理プラントにおける監視制御システムは、システム自身への負荷の大小によらず、同じ処理を行うため、過剰なソフトウェア処理が多くなり、消費電力も大きくなるという問題があった。
この問題の解決策として、制御装置全体の消費電力の低減を目的とし、第１の処理装置と第２の処理装置とのそれぞれに対応する温度を取得し、取得した温度を比較し、温度が最も低い第１および第２の処理装置のいずれかに新たな処理を割り当てることで、全体の消費電力を減らす手法がある。（例えば、特許文献１参照）

特開２０１５−６０３４５号公報（第４〜７頁、第１図）

水処理プラントにおける監視制御システムは、上下水道設備の運転管理と維持管理を行っており、その範囲は受変電設備、水処理設備、汚泥処理設備等多岐に渡っている。これらの設備は、大小様々な機器により構成されており、監視制御対象となる機器は、膨大な量となっている。そのため、監視制御システムで処理する演算量は膨大となり、演算を実行する際の消費電力も増大している。
これまでの監視制御システムは、負荷の大小を問わず、同一の監視制御システムを使用し、同一の演算を実行しているため、過剰なソフトウェア処理が多くなり、消費電力も大きくなる。
特許文献１では、第１の処理装置と第２の処理装置とのそれぞれに対応する温度を取得し、取得した温度を比較し、温度が最も低い第１および第２の処理装置のいずれかに新たなソフトウェア処理を割り当てる方法、および被制御対象装置の電力を制御する手法が開示されているが、同一ソフトウェア処理を行う制御装置が二つ以上必要となり、コストが増大するという問題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、水処理プラントで稼働している制御盤内外の温度に応じた処理を行い、省エネを可能とする監視制御システムおよび制御装置を得ることを目的とする。

この発明に係わる監視制御システムにおいては、水処理プラントのプラント機器との間で信号の送受信を行なう入出力装置、水処理プラントに配置された制御盤内に設けられ、各プラント機器を制御するためのソフトウェアを有し、入出力装置へ制御指令を出力する制御装置、および制御盤内および制御盤外の温度を計測するように配置された熱検知器を備え、制御装置は、熱検知器による制御盤内および制御盤外の温度差に応じて、ソフトウェアの演算周期を変更する省電力モードを有するものである。

この発明によれば、水処理プラントのプラント機器との間で信号の送受信を行なう入出力装置、水処理プラントに配置された制御盤内に設けられ、各プラント機器を制御するためのソフトウェアを有し、入出力装置へ制御指令を出力する制御装置、および制御盤内および制御盤外の温度を計測するように配置された熱検知器を備え、制御装置は、熱検知器による制御盤内および制御盤外の温度差に応じて、ソフトウェアの演算周期を変更する省電力モードを有するので、消費電力を抑えることができる。

この発明の実施の形態１による監視制御システムを示す全体構成図である。 この発明の実施の形態１による監視制御システムの熱検知器の内部構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１による監視制御システムの制御盤内外温度および演算周期の画面表示を示す図である。 この発明の実施の形態１による監視制御システムの制御装置プログラムの処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による監視制御システムの制御装置プログラムの実行周期変更を示すイメージ図である。 この発明の実施の形態２による監視制御システムの制御盤内温度上昇時の標準プログラム停止を示すイメージ図である。 この発明の実施の形態２による監視制御システムの制御盤内温度上昇時のプログラム切替を示すイメージ図である。 この発明の実施の形態３による監視制御システムの制御盤内温度および演算周期・設定値の画面表示を示す図である。 この発明の実施の形態４による監視制御システムを示す全体構成図である。 この発明の実施の形態５による監視制御システムの制御装置の内部構成を示すブロック図である。

実施の形態１．
以下、実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１は、この発明の実施の形態１による監視制御システムを示す全体構成図である。
図１において、中央監視装置１４は、水処理プラント全体の監視および操作を実施する。制御装置９〜１２は、水処理プラントで稼働している制御盤内に設けられ、水処理プラント設備の監視制御を司る。制御装置９〜１２は、中央監視装置１４と制御バス１３を介して接続され、データの授受を行うとともに、それぞれ対応する入出力装置１５〜１８とデータの授受を行い、水処理プラントの各設備を制御する。
すなわち、制御装置９〜１２は、水処理プラントの各プラント機器に対する自動制御プログラムを有し、それぞれ対応する入出力装置１５〜１８へ制御指令を出力するとともに、中央監視装置１４へ水処理プラントの状態を通知する。

入出力装置１５〜１８は、水処理プラントの各設備へのデータの入出力を実施する。
盤内熱検知器１〜４（熱検知器）は、制御盤内の温度を取得可能になるように配置され、それぞれ対応する制御装置９〜１２に接続されている。盤外熱検知器５〜８（熱検知器）は、制御盤外の温度を取得可能に配置され、それぞれ対応する制御装置９〜１２と接続されている。
なお、以下では、制御装置のソフトウェア演算周期を変更した状態を、省電力モードと呼ぶ。

図２は、この発明の実施の形態１による監視制御システムの熱検知器の内部構成を示すブロック図である。
図２は、図１の盤内熱検知器１〜４および盤外熱検知器５〜８の内部構成を示している。
図２において、熱検知器は、温度取得部２１、温度変換部２２、接点出力部２３、計測値出力部２４を有する。
温度取得部２１は、周辺温度を取得する。温度変換部２２は、温度取得部２１に取得された温度を信号へと変換する。接点出力部２３は、取得された温度が一定温度を超えた場合に接点を出力する。計測値出力部２４は、取得された温度に応じた信号を出力する。

図３は、この発明の実施の形態１による監視制御システムの制御盤内外温度および演算周期の画面表示を示す図である。
図３において、現在の制御盤内温度と制御盤外温度および現在のソフトウェア演算周期を、中央監視装置１４にて制御盤ごとに表示する。また、現在がソフトウェア演算周期を変更中の省電力モードであるかどうかも表示する。

図５は、この発明の実施の形態１による監視制御システムの制御装置プログラムの実行周期変更を示すイメージ図である。
図５（ａ）は通常運用時（通常モード）で変更前の実行周期を示す図、図５（ｂ）は制御盤内外の温度差が大きくなった場合、省電力モードへ変更後の実行周期を示す図である。
制御盤内温度と制御盤外温度の差が上昇した場合、通常運用時よりもソフトウェアの演算周期を長くすることにより、制御装置への負担を減らすことで、省エネを図る。

次に、動作について説明する。
図１の盤内熱検知器１〜４で制御盤内温度をそれぞれ検出し、また盤外熱検知器５〜８でも制御盤外温度をそれぞれ検出する。盤内熱検知器１〜４および盤外熱検知器５〜８で取得した温度を、各熱検知器の計測値出力部２４から対応する制御装置９〜１２に入力する。
入力された制御盤内温度と制御盤外温度の差を制御装置内のソフトウェアにて演算し、温度差が一定値を超えた場合に、制御装置への負荷が高まっていることを認識し、制御装置内のソフトウェア演算周期を切替え、省電力モード（ソフトウェア演算周期を変更した状態）へ移行する。

また、中央監視装置１４にも、ソフトウェアの演算周期を切替えたという信号、制御盤内外の温度、演算周期を、制御バス１３を介して送ることで、中央監視装置１４の画面での状態監視も可能となる。
温度差が小さくなった場合は、ソフトウェアの演算周期を元に戻すことで、再び通常モードへと移行する。

図３に示すように、制御盤内温度と制御盤外温度および、現在のソフトウェア演算周期を中央監視装置１４に表示する。また、現在のモードが、ソフトウェアの演算周期を変更中の省電力モードであるかどうかも表示する。

次に、実施の形態１の動作について、図４のフローチャートを用いて説明する。
各制御装置において、盤内熱検知器を用いて、制御盤内の温度を取得し、また盤外熱検知器を用いて制御盤外の温度を取得する（ステップＳ１）。取得した制御盤内外の温度を制御装置へ送り、制御盤内外の温度差を制御装置内のソフトウェアで演算する（ステップＳ２）。
現在の制御盤内外の温度差が、制御装置内部にて設定されている閾値を超えているかどうかを判定する（ステップＳ３）。

閾値を超えている場合は、ソフトウェア演算周期が省電力モード時の演算周期となっているかどうかを判定する（ステップＳ４）。省電力モードの演算周期となっていない場合（ステップＳ４で、ＹＥＳの場合）は、省電力モード時の設定演算周期に変更する（ステップＳ５）。
また、現在の温度差が閾値を超えていない場合（ステップＳ３）は、ソフトウェア演算周期が通常時の演算周期となっているかどうかを判定し（ステップＳ６）、通常の演算周期となっていない場合は、通常時の演算周期に変更する（ステップＳ７）。
以上の処理を各制御装置内で繰り返す。

実施の形態１によれば、制御盤内温度と制御盤外温度の差が上昇した場合に、通常運用時よりもソフトウェアの演算周期を長くすることにより、制御装置への負担を減らすことで、省エネを図ることができる。

実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２による監視制御システムの制御盤内温度上昇時の標準プログラム停止を示すイメージ図であり、ソフトウェアが格納されているメモリのイメージ図である。
図６（ａ）は、通常時のプログラムを示す図で、オーダプログラムと標準プログラムからなり、図６（ｂ）は、制御盤内外の温度差が大きくなった場合の省電力モードにおけるプログラムを示す図で、オーダプログラムはそのままで、標準プログラムの一部が停止した状態である。
ここで、標準プログラムとは、水処理プラントの制御装置において、設備・機器等に関係なく、必ずソフトウェア内部に組み込まれているソフトウェアを表しており、また、オーダプログラムは、設備・機器等で個別に組み込まれている監視制御を司る監視制御用ソフトウェア（監視制御用プログラム）である。

図７は、この発明の実施の形態２による監視制御システムの制御盤内温度上昇時のプログラム切替を示すイメージ図であり、ソフトウェアが格納されているメモリのイメージ図である。
図７（ａ）は、通常時のプログラムを示す図で、標準プログラムが実行状態で、かつオーダプログラムの「省電力モード時のオーダプログラム」以外が実行状態である。
図７（ｂ）は、制御盤内外の温度差が大きくなった場合、省電力モードにおけるプログラムを示す図で、オーダプログラムの一部が停止し、これに代えて「省電力モード時のオーダプログラム」が実行状態であり、さらに標準プログラムの一部が停止した状態である。

実施の形態２では、制御盤内温度と制御盤外温度の差が上昇した場合の省電力モードで、標準プログラムのうちの一部を停止させたり、監視制御用プログラムの切替を行うようにした。

図６では、制御盤内温度と制御盤外温度の差が上昇した場合に、標準プログラムの停止を表現している。制御盤内温度と制御盤外温度の差が上昇した場合、通常では常に動作している標準プログラムの一部を停止させることにより、制御装置の負担を軽減する。
たとえば、時刻修正プログラム等、水処理プラント運用に大きな影響のない標準プログラムを停止することで、ソフトウェアの演算量を軽減し、省エネへとつながる。

図７は、制御盤内外の温度差上昇時のソフトウェア切替を表している。制御盤内温度と制御盤外温度の差が上昇した場合、オーダプログラムを通常時とは異なる演算を行うソフトウェア（省電力モード時のオーダプログラム）へ切替る。
たとえば、ファン運転指令等を行うことにより、制御盤内温度の減少を図ったり、負荷の軽い演算を行うなどにより、制御盤内外の温度差上昇時の特殊処理が可能となる。

実施の形態２によれば、標準プログラムの停止またはオーダプログラムの切替えにより、ソフトウェアの演算量を軽減し、省エネを図ることができる。

実施の形態３．
図８は、この発明の実施の形態３による監視制御システムの制御盤内温度および演算周期・設定値の画面表示を示す図である。
図８において、中央監視装置１４の監視画面であり、図３の画面表示要素に加えて、省電力モードに移行する温度差の閾値の設定（温度差設定）と、省電力モード時の演算周期の設定（設定演算周期）を行うための項目を設け、中央監視装置１４から設定可能にしている。

実施の形態３は、実施の形態１〜実施の形態２の処理に加え、中央監視装置１４から演算周期切替用の閾値（温度差設定）と、省電力モード時の演算周期を変更可能としたものである。
図８は、実施の形態３における画面表示図であり、省電力モードに移行する演算周期切替温度を中央監視装置１４の監視画面より手動で設定可能としている。

実施の形態３によれば、演算周期切替用の閾値をソフトウェア上にて設定可能とすることで、任意の温度にて演算周期の切替が可能となる。
また、省電力モード時の演算周期を変更することで、ユーザの運用に最適な演算周期を設定することができる。

実施の形態４．
図９は、この発明の実施の形態４による監視制御システムを示す全体構成図である。
図９において、符号１〜４、９〜１８は図１におけるものと同一のものである。図９では、図１の盤外熱検知器が省略されている。

実施の形態４は、実施の形態１〜実施の形態３で行っていた制御盤内外の温度差に応じた省電力モードへの移行処理を、制御盤内温度の上昇率に応じて省電力モードへと移行するよう処理を変更したものである。
図９に示す構成で、制御盤内温度を盤内熱検知器１〜４（熱検知器）で測定し、制御盤内温度上昇率を制御装置で演算し、一定の温度上昇率となった場合に、省電力モードへ移行するようにした。

実施の形態４によれば、制御盤内温度上昇率が一定の温度上昇率となった場合に省電力モードへと移行するようにしたので、盤外熱検知器が不要となり、コスト削減が可能となる。

実施の形態５．
図１０は、この発明の実施の形態５による監視制御システムの制御装置の内部構成を示すブロック図である。
図１０において、制御装置３０には、制御装置内の熱検知を行う制御装置内熱検知器３１と、制御装置外の熱検知を行う制御装置外熱検知器３２が設けられている。

実施の形態５は、実施の形態１〜実施の形態４で制御盤内外に設置していた熱検知器を取り外し、制御装置内に小型の熱検知器を設置し、制御装置外にも小型の熱検知器を付属・一体化した。
制御装置内外の温度差が一定以上となった場合に省電力モードへ移行することで、制御盤内外の省スペース化を実現できる。
図１０のように、制御装置３０内に、制御装置内熱検知器３１を内蔵し、制御装置外熱検知器３２を制御装置外に付属し、制御装置と熱検知器を一体化している。

実施の形態５によれば、 制御装置内外の温度差が一定以上となった場合に省電力モードへと移行することで、制御盤内外の省スペース化を実現できる。
また、制御装置と熱検知器を一体化したので、省スペース・省配線化が可能となる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１〜４ 盤内熱検知器、５〜８ 盤外熱検知器、９〜１２ 制御装置、
１３ 制御バス、１４ 中央監視装置、１５〜１８ 入出力装置
２１ 温度取得部、２２ 温度変換部、２３ 接点出力部、２４ 計測値出力部、
３０ 制御装置、３１ 制御装置内熱検知器、３２ 制御装置外熱検知器

Claims (7)

1. 水処理プラントのプラント機器との間で信号の送受信を行なう入出力装置、
   上記水処理プラントに配置された制御盤内に設けられ、各プラント機器を制御するためのソフトウェアを有し、上記入出力装置へ制御指令を出力する制御装置、
   および上記制御盤内および制御盤外の温度を計測するように配置された熱検知器を備え、
   上記制御装置は、上記熱検知器による上記制御盤内および制御盤外の温度差に応じて、上記ソフトウェアの演算周期を変更する省電力モードを有することを特徴とする監視制御システム。
2. 上記ソフトウェアは、上記プラント機器の監視制御のための監視制御用プログラムと、その他の標準プログラムとを有し、
   上記制御装置は、上記省電力モードでは、上記監視制御用プログラムの切替または上記標準プログラムの一部を停止することを特徴とする請求項１に記載の監視制御システム。
3. 上記制御装置は、中央監視装置と接続され、
   上記中央監視装置によって、上記ソフトウェアの演算周期の変更を行うための温度差の閾値の設定と、上記省電力モード時の上記ソフトウェアの演算周期の設定を行うことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の監視制御システム。
4. 水処理プラントのプラント機器との間で信号の送受信を行なう入出力装置、
   上記水処理プラントに配置された制御盤内に設けられ、各プラント機器を制御するためのソフトウェアを有し、上記入出力装置へ制御指令を出力する制御装置、
   および上記制御盤内の温度を計測するように配置された熱検知器を備え、
   上記制御装置は、上記熱検知器による制御盤内の温度上昇率に応じて、上記ソフトウェアの演算周期を変更することを特徴とする監視制御システム。
5. 水処理プラントのプラント機器との間で信号の送受信を行なう入出力装置、
   各プラント機器を制御するためのソフトウェアを有し、上記入出力装置へ制御指令を出力する制御装置、
   およびこの制御装置内および制御装置外の温度を計測するように配置された熱検知器を備え、
   上記制御装置は、上記熱検知器による上記制御装置内および制御装置外の温度差に応じて、上記ソフトウェアの演算周期を変更することを特徴とする監視制御システム。
6. 上記制御装置および上記熱検知器は一体化されていることを特徴とする請求項５に記載の監視制御システム。
7. 水処理プラントのプラント機器を制御するためのソフトウェアを有するとともに、上記水処理プラントに配置された制御盤内に設けられた制御装置であって、
   上記制御盤内の温度を計測するように配置された盤内熱検知器、
   および上記制御盤外の温度を計測するように配置された盤外熱検知器を備え、
   上記盤内熱検知器の計測結果および上記盤外熱検知器の計測結果の差が閾値を超える場合に、上記ソフトウェアの演算周期を変更することを特徴とする制御装置。