JP2022017857A - 監視制御システム、監視制御方法、及び監視制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】数値解析処理のための機能を低負荷で実行できるようにした監視制御システムを提供すること。【解決手段】実施形態によれば、監視制御システムは、目標値取得部、第１計算処理部、第２計算処理部、制御部を有する。目標値取得部は、時間経過に伴って変化する、監視対象とする対象物の状態を示す数値に対する目標値を取得する。第１計算処理部は、予め設定された期間内に入力された、前記対象物の状態を示す時系列データに対して、前記対象物の状態を示す数値を求めるための第１計算処理を、複数の期間毎に実行する。第２計算処理部は、前記第１計算処理の処理結果をもとに、予め設定された条件が成立したと判別される場合に、条件が成立するまでの前記複数の期間毎に実行された前記第１計算処理の処理結果を用いて、前記対象物の状態を前記目標値に近づけるための予測値を計算するための第２計算処理を実行する。【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、ビルや上下水道局、ダム等に設けられた施設の状態を監視する監視制御システム、監視制御方法、及び監視制御プログラムに関する。
に関する。

近年、ビルや上下水道、ダム等の監視制御システムに、統計的な数値解析処理により監視対象とするビル・プラント等の状態を監視し、監視対象に対する自動制御機能や異常診断機能を搭載したシステムの需要が増えてきている。

統計的な数値解析処理は、その種類によっては、監視制御システムに実装されたコンピュータ（ＣＰＵ）に非常に高負荷な計算を強いることになる。監視制御システムには、既存の監視制御機能の他、各種の機能（演算処理機能、描画機能等）が搭載されている。そのため、監視制御システムに、さらに数値解析処理を必要とする機能を搭載すると、数値解析処理の実行時に一時的にコンピュータの処理容量が増大し、既存の機能の処理が遅くなるなど、コンピュータの動作に悪影響を及ぼす可能性がある。

監視制御システムに実装されたコンピュータ（ＣＰＵ）の負荷を軽減する対応方法として、数値解析処理用にローカルまたはクラウドにサーバマシンを別途用意する方法が考えられるが、マシンを購入するコスト、設置スペースの制限により実現できないケースが多い。

特開２００１－３５０５１４号公報

このように、監視制御システムとして使用されているコンピュータに、高負荷な数値解析処理を必要とする機能を実装する場合、コンピュータの動作に悪影響を及ぼす可能性があった。このため、従来の監視制御機能を搭載した監視制御システムに、数値解析処理のための機能をできるだけ低負荷で実行できるように搭載することが求められる。

本発明が解決しようとする課題は、数値解析処理のための機能を低負荷で実行できるようにした監視制御システム、監視制御方法、及び監視制御プログラムを提供することである。

実施形態によれば、監視制御システムは、目標値取得部、第１計算処理部、第２計算処理部、制御部を有する。目標値取得部は、時間経過に伴って変化する前記対象物の状態を示す目標値を取得する。第１計算処理部は、予め設定された期間内に入力された、前記対象物の状態を示す時系列データに対して、前記対象物の状態を示す第１数値を求めるための第１計算処理を、複数の期間毎に実行する。第２計算処理部は、前記第１計算処理の処理結果をもとに、予め設定された条件が成立したと判別される場合に、条件が成立するまでの前記複数の期間毎に実行された前記第１計算処理の処理結果を用いて、前記対象物の状態を前記目標値に近づけるための予測値を計算するための第２計算処理を実行する。制御部は、前記目標値取得部により取得された目標値、及び前記第２計算処理部の第２計算処理により計算された予測値に基づいて、前記対象物の状態を前記目標値に近づくように制御する。

本実施形態における監視制御システムを適用する下水処理システムの一例を示す図。 曝気槽内で実施される生物化学的処理の詳細を示す図。 本実施形態における監視制御システムの構成の一例を示すブロック図。 本実施形態における監視制御システムの機能構成を示す図。 本実施形態における膜差圧の目標値、膜差圧の実測値、現在時刻以降の膜差圧の予測値、時刻との関係を示す図。 本実施形態における第１計算処理部の処理を示すフローチャート。 本実施形態における回帰分析処理部の処理を示すフローチャート。 本実施形態における第１計算処理部による前処理によるデータの削減を示す図。 本実施形態における監視制御システムによる負荷の状況を説明するための図 本実施形態における監視制御システムによる処理に必要なデータ量の状況を説明するための図。

以下、本発明の代表的な実施形態を、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態における監視制御システム４５０を適用する下水処理システム１の一例を示す図である。下水処理システム１は、スクリーン１００、沈砂池２００、最初沈澱池３００、曝気槽４００、監視制御システム４５０、及び処理水槽５００を備える。

監視制御システム４５０は、下水処理システム１を監視するためのもので、各部を制御するためのパラメータ等の設定機能、各部を制御するための演算処理機能、動作状態を表すグラフ等を表示するための描画機能等が設けられる。

監視制御システム４５０は、例えば、曝気槽４００に設けられた分離膜４０７が予め設定された目標値の状態にあるかを監視し、必要に応じて分離膜４０７を洗浄して目標値に沿った状態にするための制御を行う。監視制御システム４５０は、実際の分離膜４０７の状態に関連する実測値データに基づいて、分離膜４０７の状態が変化していく予測値を逐次算出して、目標値と予測値に基づいて精度高く分離膜４０７の状態を維持できるようにする。監視制御システム４５０は、予測値を数値解析処理により求めるために必要な数値を、複数の期間毎に、期間内で入力された分離膜４０７の状態を示す各種の時系列データをもとに前処理により算出しておくことで、予測値を計算するための機能を低負荷で実行できるようにしている。

スクリーン１００は、下水処理システム１に流れてきた汚水から、大きなゴミ（髪の毛、トイレットペーパー等）や小石等を除去する。スクリーン１００を通過して排出された汚水は、沈砂池２００へ流れ込む。

スクリーン１００で除去できなかった土砂や、水よりも比重が大きく、粗い浮遊物は、沈砂池２００の底に沈められる。沈砂池２００の底に沈んだ土砂等は、除塵機で除去される。除塵機で除去されずに沈砂池２００から排出された汚水は、最初沈澱池３００へ流れ込む。

沈砂池２００で除去できなかった汚泥等の、水よりも比重が大きく、小さな浮遊物は、最初沈澱池３００の底に沈められる。最初沈澱池３００の底に沈んだ汚泥等は、掻き寄せ機によって集められて除去される。掻き寄せ機によって除去されずに最初沈澱池３００から排出された汚水は、曝気槽４００へ流れ込む。

曝気槽４００内の活性汚泥の中には、空気が吹き込まれる。これによって、汚水中の有機物やアンモニアは分解されて除去される。活性汚泥中の処理水は、分離膜を使って排出される。曝気槽４００内で実施される生物化学的処理の詳細は、図２を用いて後述する。

分離膜を通過して排出された汚水は、処理水槽５００へ流れ込む。

処理水槽５００内には、必要に応じて次亜塩素酸ソーダ等の消毒剤が投入される。これによって、大腸菌等の病原菌が殺菌される。処理水槽５００内で消毒された処理水は、川や海へと放流される。以上が、下水処理システム１の全体的な処理の流れである。

図２は、図１に示す曝気槽４００で実施される処理の一例を示す図である。最初沈澱池３００から排出された汚水は、流路４０１を通って曝気槽４００へと流れ込む。また、曝気槽４００内には、好気性の微生物（従属栄養細菌や硝化菌等）が活性化された活性汚泥が貯留されている。

ブロワ４０２は、配管４０３内に空気を供給する。曝気部４０４は、配管４０３を通過した空気を曝気槽４００内の活性汚泥に供給する曝気装置である。これにより、曝気槽４００内の活性汚泥中に気泡４０５が放出される。また、流量計４０６は、ブロワ４０２から供給される空気の風量を測定する。

分離膜４０７は、曝気槽４００内の汚水中に浸漬して配置されている。分離膜４０７は、例えば複数の透過流路を備えた多孔性の平膜である。活性汚泥に含まれる微生物は、分離膜４０７を通過することができず、清澄な処理水のみが分離膜４０７を通過する。これによって、分離膜４０７の目詰まりが徐々に発生する。この目詰まり状態を検出するために、処理水排出時において分離膜の上流側（一次側）の水圧と下流側（二次側）の水圧の差である膜差圧が測定される。分離膜４０７の目詰まりが生じると、同じ処理水の排出流量を得るのに必要な膜差圧が徐々に上昇する。分離膜の目詰まりを抑制するため、曝気槽４００内には、分離膜４０７を空気洗浄するための散気部４１４が分離膜４０７の下方に設けられている。分離膜４０７を通過した処理水は、吸引ポンプ４０８が駆動されることにより配管４０９内を流れる。

配管４０９には、圧力計４１０及び流量計４１１が設けられている。圧力計４１０の測定値に基づき、分離膜４０７の膜差圧を算出することができる。流量計４１１は、配管４０９内を流れる処理水の流量を測定する。

ブロワ４１２は、配管４１３内に空気を供給する。散気部４１４は、配管４１３からの空気を分離膜４０７に向けて供給する散気装置である。これにより、曝気槽内４００内の活性汚泥中に気泡４１５が放出される。散気部４１４が分離膜４０７に向けて気泡４１５を放出することで、分離膜４０７の表面が洗浄される。これによって、分離膜４０７の目詰まりが抑制される。また、流量計４１６は、ブロワ４１２から供給される空気の風量を測定する。

図３は、本実施形態における監視制御システム４５０の構成の一例を示すブロック図である。監視制御システム４５０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０等のプロセッサと、プロセッサが実行するプログラムを格納するメモリ１２とを備えたコンピュータによって実現される。また、監視制御システム４５０は、１台のコンピュータにより実現するだけでなく、複数台のコンピュータが協働することで実現されても良いし、コンピュータとコンピュータ以外の機器（例えば、シーケンスコントローラ）が協働することで実現されても良い。
監視制御システム４５０は、制御監視プログラム１２Ａを実行することで、監視制御システム４５０に対する各種設定や制御、下水処理システム１の動作状況（分離膜４０７の状態を含む）を監視するためのファイリング／分析／予測／シミュレーション等の処理（グラフ描画等を含む）の他、図４に示す各機能部の一部あるいは全てを実現する（詳細については後述する。

監視制御システム４５０は、ＬＡＮ（Local Area Network）等のネットワークを通じて入出力制御装置４７０と接続される。入出力制御装置４７０は、下水処理システム１に設けられた複数の曝気槽４００（４００－１，４００－２，…）に対応してそれぞれ設置されたセンサや計測器等（圧力量、流量計など）からのデータをリアルタイムで受信して記憶すると共に、監視制御システム４５０に提供する。

監視制御システム４５０のＣＰＵ１０には、メモリ１２、記憶装置１４、入力装置１５、表示装置１６、通信装置１７がバスを介して接続されている。

メモリ１２は、例えば、ＲＯＭ、又はＲＡＭなどで構成されている。ＲＯＭは、コンピュータの動作に必要な制御プログラムを記憶した不揮発性メモリである。ＲＡＭは、ＣＰＵ１０の演算処理を実行する際に生ずる各種データやコンピュータの動作に必要な制御プログラムを一時記憶する揮発性メモリである。

メモリ１２に記憶されるプログラムには、ＯＳ（Operating System）等の基本プログラムの他、監視制御機能を実現するための制御監視プログラム１２Ａが含まれる。また、メモリ１２に記憶されるデータには、下水処理システム１の各部に設けられた計測器等（圧力量、流量計など）からの入力データ、各種演算機能実行時のデータなどが一時的に記憶される。

記憶装置１４は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、可搬式記録メディア装置等であり、各種プログラムや各種機能により処理されたデータが記憶される。記憶装置１４に記憶されるデータには、分離膜４０７を監視制御する処理のために、例えば時系列データ１４Ａ、数値処理データ１４Ｂ、回帰分析処理データ１４Ｃが記憶される。

時系列データ１４Ａは、通信装置１７を通じて、時間の経過に伴い継続して入力される、監視対象とする対象物（例えば分離膜４０７）の状態に関係する、計測器等（圧力量、流量計など）からのデータである。

数値処理データ１４Ｂは、予め設定された期間（プロセスステップ区間）内に入力された、対象物の状態を示す時系列データ１４Ａに対して第１計算処理を実行することにより算出されたデータ（第１数値）である。数値処理データ１４Ｂには、複数の期間毎に、それぞれ実行された第１計算処理の演算結果を含む。

回帰分析処理データ１４Ｃは、予め設定された条件が成立したと判別される場合に、条件が成立するまでの複数の期間毎に実行された第１計算処理の処理結果（数値処理データ１４Ｂ）を用いて第２計算処理を実行することにより算出された、対象物の状態を前記目標値に近づけるための予測値を示すデータである。

図４は、本実施形態における監視制御システム４５０の機能構成を示す図である。

監視制御システム４５０は、メモリに格納された制御監視プログラム１２Ａを実行することで、目標値取得部４５１、風量制御部４５２、予測値取得部４５３の機能を実現する。

目標値取得部４５１は、時間経過に伴って変化する対象物（分離膜４０７）の状態を示す数値に対する目標値を取得する。

風量制御部４５２は、目標値取得部４５１により取得された目標値、及び予測値取得部４５３（第２計算処理部４５６）の第２計算処理により計算された予測値に基づいて、対象物の状態を目標値に近づくように、分離膜４０７に向けて洗浄するために供給する空気の風量を制御する。

予測値取得部４５３は、分離膜４０７の目詰まりによって変化する状態に関連する実測値データに基づいて、分離膜４０７の状態が変化していく予測値を取得する。予測値取得部４５３は、第１計算処理部４５４（平均値計算部４６１、欠測値割合計算部４６２、演算値計算部４６３）、第２計算処理部４５６（回帰分析処理部４６４）の機能を含む。

第１計算処理部４５４は、予め設定された期間（プロセスステップ区間）内に入力された、対象物の状態を示す時系列データ１４Ａに対して、対象物の状態を示す第１数値を求めるための第１計算処理を、複数の期間毎に実行する。第１計算処理部４５４は、１期間（１プロセスステップ区間）において入力された時系列データ１４Ａをもとに、平均値計算部４６１、欠測値割合計算部４６２、演算値計算部４６３による各処理を実行して、計算結果とする数値処理データ１４Ｂを記憶装置１４に記憶させる。

第２計算処理部４５６は、第１計算処理部４５４による第１計算処理の処理結果（数値処理データ１４Ｂ）をもとに、予め設定された条件が成立したと判別される場合に、条件が成立するまでの複数の期間毎に実行された第１計算処理の処理結果を用いて、対象物（分離膜４０７）の状態を目標値に近づけるための予測値（予測モデル）を計算する。予め設定された条件は、例えば通信装置１７を通じて入力される時系列データ１４Ａをもとにリアルタイムで実行される第１計算処理の処理結果をもとに判別されるため不定期に発生する。第２計算処理部４５６では回帰分析処理部４６４により、分離膜４０７の状態を目標値に近づける制御のための予測モデル（回帰係数パラメータ）を、線形回帰式を演算することにより求める。

入力装置１５は、マウスやキーボード等であり、監視制御システム４５０の管理者等によって、監視制御機能による処理に必要なデータの入力、監視制御システム４５０による制御動作の実行指示等の入力などに使用される。

表示装置１６は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）等であり、監視制御システム４５０に対する各種設定や制御操作などの画面、下水処理システム１の動作状況（分離膜４０７の状態を含む）を監視するための分析／予測／シミュレーション等の結果（グラフ描画等を含む）を示す画面等を表示する。

通信装置１７は、ネットワークを通じて外部の機器等との通信を制御する。通信装置１７は、入出力制御装置４７０を介して、下水処理システム１に設けられたセンサや計測器等からのデータを受信する。

次に、本実施形態における監視制御システム４５０の動作について説明する。

まず、目標値取得部４５１の処理について説明する。

圧力計４１０は、分離膜４０７が薬液洗浄された後のろ過運転が再開されたタイミング（Ｔ０）において、膜差圧の初期値ＴＭＰ０を測定する。圧力計４１０は、測定された初期値ＴＭＰ０を監視制御システム４５０の目標値取得部４５１へと送信する。一方、監視制御システム４５０の管理者等は、入力装置１５を操作して、メンテナンス周期Ｌ、上限値ＴＭＰｌｉｍを入力する。メンテナンス周期Ｌの１周期を１プロセスステップ区間とする。なお、メンテナンス周期Ｌ（１プロセスステップ区間）は、曝気槽４００（４００－１，４００－２，…）ごとに分離膜４０７の詰まり具合が異なるため、曝気槽４００によって長さが異なる場合がある。

目標値取得部４５１は、圧力計４１０から受信された膜差圧の初期値ＴＭＰ０、メンテナンス周期Ｌ、上限値ＴＭＰｌｉｍをもとに、所定の数式に基づいて、分離膜４０７の時刻ｔの変化に応じた膜差圧ＴＭＰ（ｔ）の目標値ＴＭＰｒｅｆ（ｔ）を算出する。

図５は、本実施形態における膜差圧の目標値ＴＭＰｒｅｆ（ｔ）、膜差圧の実測値ＴＭＰａｃｔ（ｔ）、現在時刻Ｔｎｏｗ以降の膜差圧の予測値ＴＭＰｈａｔ（ｔ）、時刻（ｔ）との関係を示す図である。図５に示すように、目標値取得部４５１は、時間の経過に伴って変化する分離膜４０７の膜差圧についての目標値ＴＭＰｒｅｆ（ｔ）を算出する。

分離膜４０７の状態を維持するための監視制御では、エネルギーを多く消費する分離膜４０７の膜面の曝気洗浄を省エネルギーで実施するため、膜差圧４０７の上昇度合いを予測し、その予測値をもとに目標値が示す状態に速やかにフィードバック制御する必要がある。本実施形態の監視制御システム４５０では、膜差圧の実測値ＴＭＰａｃｔ（ｔ）をもとに第１計算処理によって算出される予測値ＴＭＰｈａｔ（ｔ）と目標値ＴＭＰｒｅｆ（ｔ）との差が予め設定されたしきい値を超えると判別された場合、すなわち予め設定された第２計算処理の実行条件が成立したと判別される場合に、分離膜４０７を目標値ＴＭＰｒｅｆ（ｔ）の状態に近づくように制御するための予測値（予測モデル）を示すパラメータを調整するための回帰分析処理（線形回帰式）を実行する。

次に、予測値取得部４５３の処理について説明する。

図６は、本実施形態における第１計算処理部４５４の処理を示すフローチャート、図７は、本実施形態における回帰分析処理部４６４の処理を示すフローチャートである。

予測値取得部４５３は、複数のプロセスステップ毎に、それぞれのプロセスステップ内に入力された、分離膜４０７の状態に関係する時系列データ１４Ａに対して、平均値計算部４６１、欠測値割合計算部４６２、演算値計算部４６３による各処理を実行して、計算結果とする数値処理データ１４Ｂを記憶装置１４に記憶させる。

平均値計算部４６１は、プロセスステップ内で入力された時系列データ１４Ａについて平均値（代表値）を算出する（ステップＡ１）。例えば、平均値計算部４６１は、流量計４１１によって測定された流量を示すデータをもとに分離膜４０７の膜面積で除算することによりフラックスを算出し、プロセスステップにおけるフラックスの平均値を算出する。また、平均値計算部４６１は、流量計４１６によって測定された風量（洗浄風量）を示すデータをもとに、プロセスステップにおけるフラックスの平均値を算出する。なお、前述した、フラックス、洗浄風量の他に、分離膜４０７の状態に関係する対象についての時系列データについて平均値を算出することができる。

なお、平均値は、プロセスステップ内の時系列データの刈込平均値として算出する。通常の平均ではなく刈込平均をとることで、長期のデータ欠測や異常値が十分に除去できない場合に、欠測値や異常値が平均値に与える影響を小さくすることができる。

次に、欠測値割合計算部４６２は、プロセスステップ内で入力された時系列データ１４Ａについて欠測値の割合計算をする（ステップＡ２）。例えば、システムに異常が生じた場合に、実際の計測値を示さないデータ（例えば、異常状態となる直前のデータ）が異常状態の間に記憶される場合がある。欠測値割合計算部４６２は、異常状態が生じている期間中の入力データを欠測値として扱い、その欠測値のデータ全体に対する割合を計算する。

次に、演算値計算部４６３は、プロセスステップ内で入力された時系列データ１４Ａをもとに、膜差圧４０７の上昇度合い（上昇速度パラメータ）を計算する。例えば、演算値計算部４６３は、圧力計４１０により測定されたデータに基づき、プロセスステップ間における、分離膜４０７の上流側（一次側）の水圧と下流側（二次側）の水圧の差である膜差圧を求めて、膜差圧４０７の上昇度合い（上昇速度パラメータ）を計算する。

第１計算処理部４５４は、平均値計算部４６１、欠測値割合計算部４６２、演算値計算部４６３による計算結果を数値処理データ１４Ｂとして記憶装置１４に記憶させる（ステップＡ４）。

また、第１計算処理部４５４は、数値処理データ１４Ｂの算出に用いた、プロセスステップ内に入力された処理済みの時系列データ１４Ａを記憶装置１４から削除する（ステップＡ５）。すなわち、プロセスステップ単位で、プロセスステップの期間で入力された時系列データ１４Ａに対して前処理として第１計算処理を実行し、処理結果とする数値処理データ１４Ｂを記憶させることで、時系列データ１４Ａの記憶を不要にする。これにより、システム内で記憶させておくデータ量を削減して、システムに対する負荷を軽減させることができる。
なお、前述した説明では、数値処理データ１４Ｂを記憶装置１４に記憶させた後、数値処理データ１４Ｂの算出に用いた処理済みの時系列データ１４Ａを直ちに記憶装置１４から削除するとしているが、システムに対した大きな負荷が生じない状況であれば、直ちに、処理済みの時系列データ１４Ａを削除しなくても良い。
例えば、記憶装置１４に十分な空き容量がある場合には、そのまま処理済みの時系列データ１４Ａを記憶しても良い。この場合、予め期間が経過した後に、例えば古いデータが順次削除したり、記憶装置１４の空き容量の減少に応じて削除したりしても良い。
さらに、処理済みの時系列データ１４Ａを全て削除するのではなく一部を削除する、あるいは時系列データ１４Ａのデータ形式を変換してデータ圧縮する、さらには下水処理システム１（監視制御システム４５０）の外部のシステム（クラウド等）に時系列データ１４Ａを移動させることで、記憶装置１４に記憶させるデータ量の削減を図るようにしても良い。

図８には、第１計算処理部４５４による前処理によるデータの削減を示す図である。

図８に示すように、第１計算処理部４５４は、プロセスステップ１内に入力された時系列データ１４Ａについて数値処理をした結果、数値処理データ１４Ｂ１を記憶させて、処理済みの時系列データ１４Ａを削除する。次に、プロセスステップの処理に移行した際、第１計算処理部４５４は、同様にして、プロセスステップ２内に入力された時系列データ１４Ａについて数値処理をした結果、数値処理データ１４Ｂ２を記憶させて、処理済みの時系列データ１４Ａを削除する。以下、同様にして、プロセスステップ単位で、プロセスステップ時系列データ１４Ａに対する処理結果とする数値処理データ１４Ｂを記憶させ、処理済みの時系列データ１４Ａを削除する。

各プロセスステップでは、各曝気槽４００に対応して設けられた複数のセンサや計測器等（圧力量、流量計など）からのデータを時間経過に伴って継続的に入力して時系列データ１４Ａとして記憶する。監視制御システム４５０では、下水処理システム１に存在する複数の曝気槽４００のそれぞれに対応する時系列データ１４Ａを記憶する。従って、全ての時系列データ１４Ａを記憶する場合には大量の記憶容量を必要とするが、本実施形態における監視制御システム４５０では、処理済みの時系列データ１４Ａを削除し、演算結果とする数値処理データ１４Ｂを記憶させることで、データ量を大幅に圧縮することができる。

一方、第２計算処理部４５６の回帰分析処理部４６４は、演算値計算部４６３により算出された膜差圧４０７の上昇度合い（上昇速度パラメータ）をもとに、解析分析処理の実行タイミングであるかを判定する（ステップＢ１）。

すなわち、回帰分析処理部４６４は、現在時刻における膜差圧４０７の実測値から上昇度合い（上昇速度パラメータ）をもとに所定時間経過後の予測値を算出した結果、予測値と目標値との差が予め設定されたしきい値を超えると判別された場合に、解析分析処理の実行タイミングであると判定する。

例えば、図５において、現在時刻Ｔｎｏｗにおいて、膜差圧４０７の目標値と膜差圧の実測値は、ともにＴＭＰｎｏｗで等しい。しかし、現在時刻ＴｎｏｗからＴｐ経過後の時刻Ｔｎｅｘｔにおいて、目標値ＴＭＰ１と予測値ＴＭＰ２との間には差分Ｅ（ｔ）が生じている。差分Ｅ（ｔ）がしきい値を超えている場合には、予測値（予測モデル）を示すパラメータを調整するための回帰分析処理（線形回帰式）を実行する。
なお、前述した説明では、解析分析処理の実行タイミングを、ある時刻Ｔｎｅｘｔにおける目標値ＴＭＰ１と予測値ＴＭＰ２との間に、しきい値を超えた差分Ｅ（ｔ）が生じた場合としているが、その他の判定条件を用いることができる。例えば、１つのプロセスステップの時刻Ｔ０～Ｔｌｉｍの間において差分Ｅ（ｔ）の積算値を算出し、時刻Ｔｌｉｍが終了した時点で積算値が予め設定されたしきい値を超えているか判定し、積算値がしきい値を超えている場合に解析分析処理の実行タイミングと判定しても良い。

回帰分析処理部４６４は、回帰分析処理の実行タイミングであると判定した場合（ステップＢ２、Ｙｅｓ）、この実行タイミングの条件が成立するまでの複数のプロセスステップ区間毎に実行された第１計算処理部４５４（平均値計算部４６１、欠測値割合計算部４６２、演算値計算部４６３）による処理結果である数値処理データ１４Ｂを用いて回帰分析処理（回帰パラメータ計算）を実行する（ステップＢ３）。

例えば、回帰分析処理部４６４は、実行タイミングであると判定するまでの複数のプロセスステップのうち、欠測値割合計算部４６２により算出された欠測値割合が予め設定されたしきい値以下の各プロセスステップ区間を対象として、平均値計算部４６１により算出された平均値（代表値）と演算値計算部４６３により算出された上昇速度パラメータをもとに所定の線形回帰式を演算する。

回帰分析処理部４６４は、線形回帰式を演算することにより求めた、分離膜４０７の状態を目標値に近づける制御のための予測モデル（回帰係数パラメータ）を示す回帰分析処理データ１４Ｃを記憶装置１４に記憶させる（ステップＢ４）。

こうして、回帰分析処理部４６４は、プロセスステップ毎に前処理として実行された処理結果（数値処理データ１４Ｂ）を用いて予測モデル（回帰係数パラメータ）を求める処理を実行する。従って、回帰分析処理部４６４による処理が、膨大な処理数を必要とする統計的アルゴリズムを使った計算プロセスであったとしても、回帰分析処理の実行タイミングと判定された時の監視制御システム４５０（ＣＰＵ１０）に対する過度な負荷を抑制し、処理時間が長時間になることを回避することができる。

例えば、監視制御システム４５０では、各種設定や制御、下水処理システム１の動作状況を監視するための分析／予測／シミュレーション等の処理（グラフ描画等を含む）を実行する機能が設けられている。第２計算処理部４５６（回帰分析処理部４６４）による処理は、リアルタイムで入力されたデータ（時系列データ１４Ａ）に基づいて実行条件が成立した時に不定期に実施されるため、前述した機能の実行中に開始される場合がある。しかし、本実施形態における監視制御システム４５０では、プロセスステップ毎に第１計算処理部４５４を実行することで負荷分散しているので、実行タイミングが重なったとしても監視制御システム４５０（ＣＰＵ１０）に対する過度な負荷が抑制できる。

回帰分析処理部４６４による処理が完了すると、風量制御部４５２は、目標値取得部４５１により取得された目標値、現状の分離膜４０７の状態に基づいて調整された予測モデル（回帰係数パラメータ）が示す予測値に基づいて、ブロア４１２を制御して散気部４１４から分離膜４０７に向けて供給される空気の風量を制御する。従って、分離膜４０７の状態を目標値に近づけて、分離膜４０７の膜面の曝気洗浄を省エネルギーで実施することができる。

図９は、本実施形態における監視制御システム４５０による負荷の状況を説明するための図である。

図９（Ａ）は、プロセスステップ毎に第１計算処理部４５４による処理を実行しない場合を示し、図９（Ｂ）は、本実施形態における監視制御システム４５０によるプロセスステップ毎に第１計算処理部４５４による処理を実行して負荷を分散した場合を示している。

図９（Ａ）では、プロセスステップＰＳ１，ＰＳ２，…において、それぞれ時系列データ１４Ａを記憶しておく。そして、回帰分析処理部４６４による回帰分析処理の実行条件が成立した時に、各プロセスステップＰＳ１，ＰＳ２，…の時系列データ１４Ａに対してそれぞれ、第１計算処理部４５４による処理を実行し、プロセスステップ毎の処理結果（プロセスステップＰＡ１については、平均値ＰＳ１１、欠測値割合ＰＳ１２、演算値ＰＳ１３）を求め、その処理結果（数値処理データ１４Ｂ）をもとに回帰分析処理部４６４による回帰分析処理を実行する。

図９（Ａ）に示すように、回帰分析処理の実行タイミングで一括して全ての処理を実行することで、ＣＰＵ１０の使用効率を向上させることができる。しかしながら、前述したように、例えばファイリング／分析／予測／シミュレーション等の処理の実行中に、回帰分析処理の実行タイミングが発生した場合には、監視制御システム４５０（ＣＰＵ１０）に対して過大な負荷が発生する可能性がある。

これに対して、図９（Ｂ）に示すように、本実施形態における監視制御システム４５０では、プロセスステップＰＳ１において、第１計算処理部４５４による処理を実行して平均値ＰＳ１１、欠測値割合ＰＳ１２、演算値ＰＳ１３を算出し、同様にして、プロセスステップＰＳ２において、第１計算処理部４５４による処理を実行した平均値ＰＳ２１、欠測値割合ＰＳ２２、演算値ＰＳ２３を算出する。以下、同様にして、プロセスステップ毎に第１計算処理部４５４による処理を実行する。

そして、回帰分析処理部４６４による回帰分析処理の実行条件が成立した時に、各プロセスステップ１～ｎにおいて前処理により記憶したおいた処理結果（数値処理データ１４Ｂ）に基づいて、回帰分析処理部４６４による回帰分析処理を実行する。

従って、回帰分析処理の実行時における監視制御システム４５０に対する負荷が、図９（Ａ）に示す状況より大幅に軽減される。これにより、例えばファイリング／分析／予測／シミュレーション等の処理の実行中に、回帰分析処理の実行タイミングが発生したとしても、システムに対して悪影響を及ぼすような負荷の発生を抑制できる。

図１０は、本実施形態における監視制御システム４５０による処理に必要なデータ量の状況を説明するための図である。

図１０（Ａ）は、プロセスステップ毎に第１計算処理部４５４による処理を実行しないため（図９（Ａ）に対応）、各プロセスステップに対応する時系列データ１４Ａを解析分析処理の実行時まで記憶する場合を示し、図１０（Ｂ）は、本実施形態における監視制御システム４５０によるプロセスステップ毎に第１計算処理部４５４による処理を実行して（図９（Ｂ）に対応）、処理済みの時系列データ１４Ａを削除する場合を示している。

図１０（Ａ）では、各プロセスステップＰＳ１，ＰＳ２，…において入力された時系列データ１４Ａ（ＰＳ１ＴＤ，ＰＳ２ＴＤ，…，ＰＳｎＴＤ）を、解析分析処理の実行時まで記憶しておく必要がある。従って、全てのプロセスステップに対応する時系列データ１４Ａを記憶するための大量の記憶容量を必要とする。

これに対して、図９（Ｂ）に示すように、本実施形態における監視制御システム４５０では、プロセスステップＰＳ１において、第１計算処理部４５４による時系列データ１４Ａ（ＰＳ１ＴＤ）に対する処理を実行して、処理結果とする数値処理データ１４Ｂ（ＰＳ１Ｄ）を記憶しておき、処理済みの時系列データ１４Ａ（ＰＳ１ＴＤ）を削除する。従って、プロセスステップＰＳ１に対応して記憶するデータ量を削減することができる。以下、同様にして、プロセスステップ毎に第１計算処理部４５４による処理を実行する。

従って、回帰分析処理の実行時まで、各プロセスステップ１～ｎ－１のそれぞれに対応する数値処理データ１４Ｂ（ＰＳ１Ｄ，ＰＳ２Ｄ，…，ＰＳｎ－１Ｄ）を記憶し、各プロセスステップ１～ｎ－１のそれぞれに対応する処理済みの時系列データ１４Ａが削除されているためデータ量を大幅に削減することができる。こうして、監視制御システム４５０に対する負荷を軽減することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…下水処理システム、４００…曝気槽、４０２…ブロワ、４０４…曝気部、４０６…流量計、４０７…分離膜、４１０…圧力計、４１１…流量計、４１２…ブロワ、４１４…散気部、４１６…流量計、４５０…監視制御システム、４５１…目標値取得部、４５２…風量制御部、４５３…予測値取得部、４５４…第１計算処理部、４５６…第２計算処理部、４６１…平均値計算部、４６２…欠測値割合計算部、４６３…演算値計算部、４６４…回帰分析処理部。

Claims (6)

1. 時間経過に伴って変化する、監視対象とする対象物の状態を示す数値に対する目標値を取得する目標値取得部と、
   予め設定された期間内に入力された、前記対象物の状態を示す時系列データに対して、前記対象物の状態を示す数値を求めるための第１計算処理を、複数の期間毎に実行する第１計算処理部と、
   前記第１計算処理の処理結果をもとに、予め設定された条件が成立したと判別される場合に、条件が成立するまでの前記複数の期間毎に実行された前記第１計算処理の処理結果を用いて、前記対象物の状態を前記目標値に近づけるための予測値を計算するための第２計算処理を実行する第２計算処理部と、
   前記目標値取得部により取得された目標値、及び前記第２計算処理部の第２計算処理により計算された予測値に基づいて、前記対象物の状態を前記目標値に近づくように制御する制御部と
   を有する監視制御システム。
2. 前記第２計算処理部は、前記第１計算処理の処理結果をもとに予測される前記対象物の状態と前記目標値が示す状態との誤差が予め設定されたしきい値を超えると判別される場合に、前記第２計算処理を実行する請求項１記載の監視制御システム。
3. 前記第１計算処理部は、前記複数の期間毎に実行した前記第１計算処理の処理結果のデータを記憶させ、前記複数の期間内のそれぞれにおいて入力された前記時系列データを削除する請求項１または請求項２記載の監視制御システム。
4. 排水処理システムにおける汚水をろ過する分離膜の状態を示す膜差圧に対する目標値を取得する目標値取得部と、
   予め設定された期間内に入力された、前記分離膜の状態に関係する時系列データに対して、前記分離膜の膜差圧の変化度合いを予測するための第１計算処理を、複数の期間毎に実行する第１計算処理部と、
   前記第１計算処理により求められた前記分離膜の膜差圧の変化度合いに基づく予測値と前記目標値との誤差が予め設定されたしきい値を超えると判別される場合に、前記複数の期間毎に実行された前記第１計算処理の処理結果を用いて、前記分離膜の膜差圧を調整するための数値を演算するための第２計算処理を実行する第２計算処理部と、
   前記目標値取得部により取得された目標値、及び前記第２計算処理部の第２計算処理により演算された数値に基づいて、前記分離膜の状態が前記目標値に近づくように、前記分離膜に向けて洗浄するために供給する空気の風量を制御する制御部と
   を有する監視制御システム。
5. 時間経過に伴って変化する、監視対象とする対象物の状態を示す数値に対する目標値を取得し、
   予め設定された期間内に入力された、前記対象物の状態を示す時系列データに対して、前記対象物の状態を示す数値を求めるための第１計算処理を、複数の期間毎に実行し、
   前記第１計算処理の処理結果をもとに、予め設定された条件が成立したと判別される場合に、条件が成立するまでの前記複数の期間毎に実行された前記第１計算処理の処理結果を用いて、前記対象物の状態を前記目標値に近づけるための予測値を計算するための第２計算処理を実行し、
   前記目標値及び前記予測値に基づいて、前記対象物の状態を前記目標値に近づくように制御する監視制御方法。
6. コンピュータを、
   時間経過に伴って変化する、監視対象とする対象物の状態を示す数値に対する目標値を取得する目標値取得部と、
   予め設定された期間内に入力された、前記対象物の状態を示す時系列データに対して、前記対象物の状態を示す数値を求めるための第１計算処理を、複数の期間毎に実行する第１計算処理部と、
   前記第１計算処理の処理結果をもとに、予め設定された条件が成立したと判別される場合に、条件が成立するまでの前記複数の期間毎に実行された前記第１計算処理の処理結果を用いて、前記対象物の状態を前記目標値に近づけるための予測値を計算するための第２計算処理を実行する第２計算処理部として機能させるための監視制御プログラム。

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