JP2018124803A - 流体処理装置の監視制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】流体処理装置についての情報を効果的に収集する。【解決手段】流体処理装置の周辺に設置されたレール７０と、レール７０上を移動し、流体処理装置の互いに離間した複数の検査対象の状況についての情報を収集して送信する移動式情報収集装置８０と、移動式情報収集装置から情報を受信し、受信した情報を解析する制御装置５０と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、移動式情報収集装置を用いる流体処理装置の監視制御システムに関する。

純水装置、排水装置、糖液や有機溶剤の精製装置、ガス浄化装置等の流体処理装置において、運転管理、制御のための流量計、圧力計、温度計、ｐＨ計、導電率計、濁度計、溶存酸素濃度計、液漏れ感知装置、監視カメラや画像センサ等の各種センサ類が設けられ、これらセンサからの情報が流体処理装置の運転制御に利用されている。

また、各種情報の収集のために、ドローンなどに搭載されたカメラを含む移動式のカメラを利用することも提案されている。なお、特許文献１には、コンピュータを用いた水処理装置の支援システムについて記載がある。

特開平６−１１７８８６号公報

ここで、各種センサからの情報を得るためには、情報収集が必要な個所に必用な数だけセンサを設置し、検出信号を送信するための装置をそれぞれ設けなければならない。また、移動式カメラによる情報収集は、防犯目的の不審者の検出に利用される場合が多いが、流体処理装置において具体的な提案はない。

本発明は、流体処理装置の周辺に設置された軌道と、軌道上を移動し、流体処理装置の互いに離間した複数の検査対象の状況についての情報を収集して送信する移動式情報収集装置と、移動式情報収集装置から情報を受信し、受信した情報を解析する制御装置と、を含む。

また、移動式情報収集装置は、検査対象の画像を撮影するカメラを含み、制御装置は、対象機器の画像を解析するとよい。

また、移動式情報収集装置のカメラによって、流体処理装置の各所に取り付けられている現場計器の画像を取得し制御装置は、読み取った画像から計測値を読み取るとよい。

また、移動式情報収集装置は取得した情報をメモリに取り込み、ホーム地点に戻ってからホーム地点に設置された制御装置と接続し、情報の送信を行うとよい。

また、制御装置とは、通信ネットワークを介し別の外部コンピュータシステムに接続されており、前記外部コンピュータシステムは、複数の流体処理装置の制御装置からの情報を収集し、収集した情報について演算処理を行い、演算結果に応じた情報を制御装置に送信するとよい。

また、移動式情報収集装置は、発泡性液体噴射装置を有し、流体処理装置における気体配管の継ぎ手部分を含む検査対象に噴射し、制御装置は、カメラで得た画像における泡の発生の有無を確認することにより、気体漏れを確認するとよい。

また、移動式情報収集装置は振動検知装置を有し、流体処理装置の振動発生部分に到達すると移動式情報収集装置を振動発生部分に接続させて振動を測定し、制御装置は、測定結果に従い、振動発生部分の振動が正常か否かを確認するとよい。

本発明によれば、移動情報収集装置を用いて、流体処理装置の複数の検査対象についての情報を収集するので、通信装置などをセンサ毎に設ける必要がない。従って、全体として簡単なシステムで、多くの情報を効率的に収集することができる。

実施形態の全体構成を示すブロック図である。 移動式情報収集装置の例１の構成を示す図である。 移動式情報収集装置の例１の構成を示すブロック図である。 移動式情報収集装置の例１の変形例の構成を示す図である。 移動式情報収集装置の例２の構成を示す図である。 移動式情報収集装置の例２の構成を示すブロック図である。 移動式情報収集装置の例３の構成を示す図である。 移動式情報収集装置の例３の構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施形態について、図面に基づいて説明する。なお、本発明は、ここに記載される実施形態に限定されるものではない。

＜全体構成＞
図１は、実施形態に係る液体処理システムの全体構成を示す図である。この実施形態では、流体処理装置として、二層ろ過装置を含む水処理装置が採用されている。

各種の被処理水（原水）が原水槽１０に導入される。原水槽１０には、原水配管１２の一端が接続され、原水配管１２の他端は、ろ過塔１６の上部に接続されている。

原水配管１２には、原水供給手段としての原水ポンプ１４が設けられ、この吸い込み側がバルブＶ１を介し原水配管１２の原水槽１０側に接続され、原水ポンプ１４の吐出側には、原水流量を計測する流量計Ｆ１、原水濁度を検出する濁度計Ｔ１、原水ｐＨを計測するｐＨメータｐＨが配設されている。さらに、原水配管１２の吐出側には、消毒剤供給部１８からの消毒剤（ＮａＣｌＯ：次亜塩素酸ナトリウムの水溶液）、凝集剤供給部２０からの凝集剤（ＰＡＣ：ポリ塩化アルミニウム）が供給されるようになっている。

従って、バルブＶ１を開いた状態で原水ポンプ１４を駆動することによって、原水槽１０内の原水が凝集剤、消毒剤が添加されてろ過塔１６に供給され、またその流量、濁度が計測される。

ろ過塔１６内には、ろ材２６が配置されている。このろ材２６は、砂層、アンスラサイト層などからなり、支持材によってろ過塔内に指示されている。

ろ過塔１６のろ材２６の下方空間には、ろ過水配管２８の一端が接続され、ろ過水配管２８の他端は、処理水槽３０に至っている。また、ろ過水配管２８には、バルブＶ２が配置されている。従って、バルブＶ２を開いた状態において、ろ過塔１６においてろ過処理された処理水が、ろ過水配管２８を介し処理水槽３０に導入される。また、ろ過水（処理水）の濁度が濁度計Ｔ２によって計測される。

処理水槽３０には、洗浄配管３４の一端が接続されており、他端がろ過塔１６の下方空間に接続されている。洗浄配管３４には、逆洗ポンプ３６が設けられる。洗浄配管３４の逆洗ポンプ３６の吐出側にはバルブＶ４、流量計Ｆ２が設けられている。従って、バルブＶ４を開いた状態で、逆洗ポンプ３６を駆動することで、処理水槽３０内の処理水が逆洗水としてろ過塔１６の下方空間に供給される。また、流量計Ｆ２により、逆洗水量を計測することができる。

ろ過塔１６のろ材２６の上方には、排水管４０が接続されており、排水管４０には、バルブＶ３が設けられている。従って、バルブＶ３を開いた状態で、排水管４０から洗浄排水（逆洗排水）を排出できる。

また、ろ過塔１６の頂部には、他端が大気中に開放される空気流通管４４が接続され、この空気流通管４４には、バルブＶ６が設けられている。従って、バルブＶ６を開くことで、ろ過塔１６の上方空間を大気圧にできる。なお、バルブＶ３、Ｖ５を閉じることで、原水のろ過処理（通水）工程において、原水ポンプ１４によって原水をろ過塔１６の上部に圧入して圧力式ろ過器と機能させることができる。また、バルブＶ３を開く場合には、バルブＶ６を開き上部空間を大気圧にしてろ過塔１６内の水を引き抜く。なお、ろ過塔１６の上方空間には圧力計ＰＩが接続されており、圧力を計測することができる。

ろ過塔１６の下部空間には、空気配管４２の一端が接続されており、バルブＶ５を介し他端はブロアＢに接続されている。ブロアＢからの吐出空気がろ過塔１６の下方空間に導入され、この空気が上方に向かった上昇することでろ材２６を空気洗浄することができる。また、流量計Ｆ３によって、逆洗空気流量が検出される。

また、制御装置５０が設けられており、各種計器の計測結果などに基づき、ポンプ、コンプレッサ、バルブ、薬剤の供給などを制御する。制御装置５０は、ＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）５２をメインの制御機構として有し、移動式情報収集装置８０の充電および情報を受け取り記憶する充電器・データ記録装置５４、外部との通信を行う通信装置５６を有している。

そして、図１において、模式的に示すように、水処理装置の周辺の全体に亘って、軌道としてのレール７０が設けられ、このレール７０上を移動式情報収集装置８０が走行する。図１においては、レール７０は模式的に表してある。移動式情報収集装置８０は、レール７０上を走行して流体処理装置の各所における情報を収集する。なお、移動式情報収集装置８０により必要な情報を収集可能な位置であれば、レール７０は、流体処理装置に直接取り付けてもよいし、地面や、別の構造物に取り付けてもよい。例えば、移動式情報収集装置８０がカメラを含む場合は、所望の解像度の対象の画像が撮影できる場所に移動式情報収集装置８０を位置させることができるようにレールを設置するとよい。

レール７０は、ホーム地点Ｈを有しており、このホーム地点Ｈには制御装置５０が設置されている。そこで、移動式情報収集装置８０は、ホーム地点Ｈにおいて制御装置５０の充電器・データ記録装置５４と接続される。この例において、移動式情報収集装置８０は、バッテリ、モータを搭載し、そのバッテリでモータを駆動して走行する自走式の車両である。そこで、ホーム地点Ｈにおいて、移動式情報収集装置８０を充電器・データ記録装置５４と接続することにより、移動式情報収集装置８０のバッテリを充電し、また移動式情報収集装置８０において収集した情報を充電器・情報を充電器・データ記録装置５４に記憶することができる。

また、通信装置５６には、通信ネットワーク６６を介し、外部コンピュータシステム６０が接続されている。この外部コンピュータシステム６０は、データサーバ６２、演算装置６４を含む。データサーバ６２には、多数の他の事業所（事業所Ｂ、Ｃ）も接続される。この場合、本事業所は事業所Ａである。

外部コンピュータシステム６０においては、複数の事業所からのデータをデータサーバ６２に記憶する。また、データサーバ６２には、演算装置６４が接続されており、データサーバ６２内のデータを利用して各種演算処理を行う。

演算装置６４での演算結果は、データサーバ６２に記憶され、外部に送信することもできる。さらに、データサーバ６２は、図示されている事業所Ａの通信装置５６だけでなく、他の事象所（事業所Ｂ，Ｃ）とも通信が可能である。

なお、外部コンピュータシステム６０は、クラウド型のシステムとすることも好適である。

そこで、データサーバ６２は、多くの事業所における流体処理装置の運転データについて、随時蓄積していく。もちろん、各事業所の流体処理装置の仕様についても必要なデータを記憶しておく。このため、各事業所毎に、どのような処理を行い、またどのような洗浄を実施したかのデータが、時間の経過とともに蓄積されていく。特に、各事業所において、操作員の経験などの相違により各種の運転条件における運転データを蓄積できる。

そして、ある程度のデータが収集できた場合には、演算装置６４は、データサーバ６２に記憶されているデータに基づいて、各事業所における流体処理装置の運転方法について各種の制御データを算出し、これを各事業所に送信する。そして、各事業所では送られてきた制御データ受信し、これを参考にして、制御装置５０が流体処理装置の運転制御を行う。さらに、運転が継続されていれば、データの収集は引き続いて行うことで、より多くのデータが蓄積され、演算装置６４による制御データの精度が向上する。

＜移動式情報収集装置の例１＞
図２，３には、移動式情報収集装置８０の例１の構成を示してある。移動式情報収集装置８０は、基本的のレール７０上を自走する車両である。そして、この例では、移動式情報収集装置８０は、カメラ８２を有し、各種の対象を撮影することができる。図３に示すように、カメラ８２には、データ記録装置８４が接続されており、カメラ８２からのデータはデータ記録装置８４に記録される。データ記録装置８４は、カメラ８２に内蔵のものでも構わない。データ記録装置８４には、通信装置８６が接続されており、この通信装置８６が充電器・データ記録装置５４と接続されて、データ記録装置８４内の撮像データが充電器・データ記録装置５４に供給される。この接続は有線による接続でも、無線による接続でもよい。

また、移動式情報収集装置８０は、駆動制御装置８８を有しており、モータを含む駆動装置９０の駆動を制御する。駆動装置９０には、車輪９２が接続されており、駆動装置の出力軸の回転に応じて車輪が回転して、移動式情報収集装置８０が走行する。また、移動式情報収集装置８０は、駆動装置９０のモータに電力を供給するためにバッテリ９４を搭載している。なお、バッテリ９４からの電力は他の搭載機器にも電力を供給するとよい。

このような移動式情報収集装置８０を流体処理装置の周辺に設けたレール７０を設置し、そのレール７０を移動させる。そして、流体処理装置の各所に取り付けられているセンサ類の計測値をカメラ８２によって読み取り、データ記録装置８４に記録する。そして、通信装置８６により、読み取ったデータを有線または無線によって制御装置５０に送信する。

また、本例では、移動式情報収集装置８０がホーム地点に戻ってから、制御装置５０にデータを送信するが、取得した画像をその場で制御装置５０に送信してもよい。

そして、制御装置５０では、送信されてきた計測値を画像解析して、計測データを認識する。すなわち、濁度計、圧力計、流量計、ｐＨメータなどのセンサ類は、通常表示器を有しており、作業員が見て計測値を認識できるようになっている。これによって、作業員は、現場で計測値を認識することで、現場のその他の状況などと合わせて、現場の状況を把握することができる。

移動式情報収集装置８０は、そのような表示器の画像を撮影し、画像解析することで、計測値認識する。アナログ式の表示器でも、デジタル式の表示器でも認識は可能である。また、表示器の表示パターンはある程度決まっているので、予め画像認識（パターン認識）の手法を記憶しておき、いずれかのパターン認識手法で表示を認識してもよい。さらに、各センサ類の設置場所、表示器の外観などは、わかっているので、センサ類毎に画像認識手順を予め決定しておいてもよい。

いずれの場合においても、カメラ８２によって得た画像より計測値を認識するという手法をとることによって、センサ類は送信機能を有する必要がなく、また既設のセンサ類をなんら改造することなくその計測値を取得することができる。

また、画像認識は、制御装置５０において行ってもよいが、移動式情報収集装置８０のデータ記録装置８４に演算機能を備え、ここで画像解析し、得られた計測値を制御装置５０に送ってもよい。

なお、対象となるセンサ類の設置場所は予めわかっているので、その移動式情報収集装置８０の駆動制御装置８８において、センサ類の位置を記憶しておき、設定位置において移動式情報収集装置８０を停止させればよい。また、センサ類の表示器の近傍に、高周波タグや、バーコードなどを設置しておき、これらを利用して検出位置を決定し、停止して撮像してもよい。

また、レール７０は、移動式情報収集装置８０の軌道となるもので、図１に示すように、センサ類の位置にカメラ８２を位置させる必要がある。そこで、軌道は、地上だけでなく、上方にも移動できるように設置するとよい。この際、必要であれば、車輪９２が脱線しないように、ガイドなどを設けるとよい。また、カメラ８２により撮像が困難な位置に配置されているセンサ類については、センサ類に送信機能を備えることが好適である。また、レール７０は１本で、移動式情報収集装置８０がモノレール車両であってもよい。

図４には、移動式情報収集装置８０の他の構成例を示す。この例では、移動式情報収集装置８０の本体から上方に伸びる支持柱９６が設けられており、この支持柱９６にカメラ８２が上下動自在に配置されている。このような構成とすることによって、レール７０自体は、地上に配置すればよいことになる。なお、レール７０を空中に配置して、移動式情報収集装置８０をそのレール７０から吊り下げてもよい。

また、カメラ８２をロボットアームの先端に取付、任意の位置に移動できるようにしてもよい。

このような構成により、センサ類の多くが通信機能不要となり、計装関係の設備費を低減できる。そして、得られたデータは、ろ過装置の運転状態、水質監視、運転制御に利用することができる。

また、液体配管の映像を解析することも好適である。これによって、わずかな水漏れ等目視でないと判断が難しい異常についても容易に確認できる。

さらに、カメラ８２としてサーモグラフィーを採用することで、カメラ映像から温度検出もできる。これによって、逆洗配管など水が動かず凍結しやすい場所についての温度を検出し、必要な場合には水を流すことができる。さらに、サーモグラフィーによってポンプ（モータ）の温度を検出し、動力機器の異常検出を行うこともできる。

＜移動式情報収集装置の例２＞
図５、６には、移動式情報収集装置８０の例２の構成を示してある。この例では、移動式情報収集装置８０には、石鹸水タンク１００、噴射装置１０２、噴射口１０４が設けられている。従って、噴射装置１０２を駆動することで、石鹸水を噴射口１０４から噴射することができる。噴射装置１０２の駆動は、駆動制御装置８８または同等の制御装置によって行えばよい。また、噴射装置１０２を移動可能にすることなどによって、噴射口１０４を移動可能として、石鹸水の噴射の方向、位置を制御可能とするとよい。なお、噴射装置１０２は、通常の液体ポンプなどを採用すればよい。

そして、流体処理装置における、気体配管の継ぎ手部分等に石鹸水を噴射し、カメラ８２によって取得した画像を解析することで、泡の発生の有無を判定する。泡の発生によって、気体漏れを確認することができる。例えば、嫌気性メタン発酵装置におけるガス回収ラインの継手等を対象とすることが好適である。

なお、噴射装置１０２と噴射口１０４をフレキシブルパイプなどで接続するとともに、噴射口１０４をロボットアームで支持し、継ぎ手部分に石鹸水を確実に吹き付けられるようにすることが好適である。また、気体漏れの確認は、移動式情報収集装置８０のデータ記録装置８４で行ってもよいし、制御装置５０で行ってもよい。

このような構成によって、例えば、嫌気メタン発酵装置におけるメタンガス回収ラインや、ガス浄化装置のガス配管の継手等の各種ガス配管からのガスの漏れ検知することができる。そして、気泡発生を画像が認識したら警報を出したり、場合によっては装置停止、遮断弁を閉じる等の制御を行うとよい。警報は、メール送信でも行うことができる。

＜移動式情報収集装置の例３＞
図７、８には、移動式情報収集装置８０の例３の構成を示してある。この例では、移動式情報収集装置８０は、振動センサ１１０を有している。また、レール７０の一部であって、振動検知ポイントにあるレール７０ａが、振動伝達板１１２によって振動源であるポンプ１１４に接続されている。従って、レール７０ａの振動により移動式情報収集装置８０が振動し、振動センサ１１０によって振動が測定される。すなわち、移動式情報収集装置８０が振動源に接続され、振動源の振動が測定される。なお、振動検知ポイントにあるレール７０ａは、通常のレール７０とは切り離されていることが好適である。また、振動源としては、ポンプの他、各種動力機器のモータ部分などの振動発生源がある。

このような構成によって、移動式情報収集装置８０が振動検知ポイントに到達すると移動式情報収集装置８０の振動センサ１１０によって振動を測定し、振動が正常か異常かを確認する。振動が正常か否かの判定は、移動式情報収集装置８０のデータ記録装置８４で行ってもよいし、制御装置５０で行ってもよい。

さらに、振動センサ１１０ではなく、カメラ８２で得た画像から振動が正常か否かを判定してもよい。すなわち、振動検知ポイントでは、移動式情報収集装置８０が振動するので、カメラ８２で得た画像も振動することになる。そこで、画像解析によって画像の振動を検出し、振動の強度を判定することで、異常判定が行える。

例えば、海水淡水化用ＲＯ膜（逆浸透膜）装置の原水ポンプの振動検知に利用することが可能である。また、通常時の振動パターンと異なる振動パターンを検知したら警報を出すとよい。この警報は、メール送信によることができる。

１０ 原水槽、１２ 原水配管、１４ 原水ポンプ、１６ ろ過塔、１８ 消毒剤供給部、２０ 凝集剤供給部、２６ ろ材、２８ ろ過水配管、３０ 処理水槽、３４ 洗浄配管、３６ 逆洗ポンプ、４０ 排水管、４２ 空気配管、４４ 空気流通管、５０ 制御装置、５２ ＰＬＣ、５４ 充電器・データ記録装置、５６ 通信装置、６０ 外部コンピュータシステム、６２ データサーバ、６４ 演算装置、６６ 通信ネットワーク、７０，７０ａ レール、８０ 移動式情報収集装置、８２ カメラ、８４ データ記録装置、８６ 通信装置、８８ 駆動制御装置、９０ 駆動装置、９２ 車輪、９４ バッテリ、９６ 支持柱、１００ 石鹸水タンク、１０２ 噴射装置、１０４ 噴射口、１１０ 振動センサ、１１２ 振動伝達板、１１４ ポンプ。

Claims (7)

1. 液体処理装置の周辺に設置された軌道と、
   軌道上を移動し、流体処理装置の互いに離間した複数の検査対象の状況についての情報を収集して送信する移動式情報収集装置と、
   移動式情報収集装置から情報を受信し、受信した情報を解析する制御装置と、
   を含む、
   流体処理装置の監視制御システム。
2. 請求項１に記載の流体処理装置の監視制御システムであって、
   移動式情報収集装置は、検査対象の画像を撮影するカメラを含み、
   制御装置は、対象機器の画像を解析する、
   流体処理装置の監視制御システム。
3. 請求項２に記載の流体処理装置の監視制御システムであって、
   移動式情報収集装置のカメラによって、流体処理装置の各所に取り付けられている現場計器の画像を取得し
   制御装置は、読み取った画像から計測値を読み取る、
   流体処理装置の監視制御システム。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の流体処理装置の監視制御システムであって、
   移動式情報収集装置は取得した情報をメモリに取り込み、ホーム地点に戻ってからホーム地点に設置された制御装置と接続し、情報の送信を行う、
   流体処理装置の監視制御システム。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載の流体処理装置の監視制御システムであって、
   制御装置とは、通信ネットワークを介し別の外部コンピュータシステムに接続されており、
   前記外部コンピュータシステムは、複数の流体処理装置の制御装置からの情報を収集し、収集した情報について演算処理を行い、演算結果に応じた情報を制御装置に送信する、
   流体処理装置の監視制御システム。
6. 請求項２に記載の流体処理装置の監視制御システムであって、
   移動式情報収集装置は、発泡性液体噴射装置を有し、流体処理装置における気体配管の継ぎ手部分を含む検査対象に噴射し、
   制御装置は、カメラで得た画像における泡の発生の有無を確認することにより、気体漏れを確認する、
   流体処理装置の監視制御システム。
7. 請求項１に記載の流体処理装置の監視制御システムであって、
   移動式情報収集装置は振動検知装置を有し、流体処理装置の振動発生部分に到達すると移動式情報収集装置を振動発生部分に接続させて振動を測定し、
   制御装置は、測定結果に従い、振動発生部分の振動が正常か否かを確認する、
   流体処理装置の監視制御システム。