JP5454950B2 - Plant monitoring and control system - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、例えば上水道プラントの制御システムに用いられるプラント監視制御システムに関する。   Embodiments of the present invention relate to a plant monitoring control system used for a control system of a waterworks plant, for example.

近年の上水道設備(以下、上水道プラントと称する)は、配管破損事故などに対して信頼性の高い水配系統を実現することが求められている。そこで送配水管のネットワークを構築し、水配系統の冗長化を図った上水道プラントが実施されてきている。この種のシステムでは地震などの災害や予期せぬ配管事故に対して高い信頼性を得られる半面、複数系統の同時送配水や同時受水が困難な場合も生じる。このようなケースでは、飲料水とすべく浄水処理された水が配管内に長時間停滞し、残留塩素濃度の低下を招く可能性がある。   In recent years, water supply facilities (hereinafter referred to as water supply plants) are required to realize a highly reliable water distribution system against piping breakage accidents and the like. Therefore, a water supply plant has been implemented in which a network of water transmission and distribution pipes is constructed to make the water distribution system redundant. In this type of system, high reliability can be obtained for disasters such as earthquakes and unexpected piping accidents, but there are also cases where simultaneous transmission and distribution of multiple systems and reception of water are difficult. In such a case, water that has been subjected to purified water treatment as drinking water may stagnate in the pipe for a long time, leading to a decrease in residual chlorine concentration.

このように冗長化を図ることによる信頼性向上と残留塩素濃度低下のジレンマは、機場間を連絡する送配水管に限らず、給水所・配水所内の配管(例えば、ポンプ圧送配管と直送配管など)にも発生する。   The dilemma of improving reliability and reducing residual chlorine concentration due to redundancy in this way is not limited to water supply / distribution pipes connecting between stations, but also pipes in water supply / distribution stations (for example, pump pressure supply pipes and direct delivery pipes) ) Also occurs.

特開平6−299576号公報JP-A-6-299576

浄水は長期間停滞することによりその残留塩素濃度が低下する。残留塩素濃度の低下の度合いは一定ではなく、主に温度や季節などの環境要因に依存する。このため、プラントシステムのオペレータは停滞水対策(配管内等の水の循環運用)の実施要否を、都度、判断せねばならず、負荷が大きくなってきている。
目的は、冗長化による信頼性を損なうことなくオペレータの負荷の軽減を図ったプラント監視制御システムを提供することにある。
The residual chlorine concentration of purified water decreases due to stagnation for a long time. The degree of decrease in residual chlorine concentration is not constant, and mainly depends on environmental factors such as temperature and season. For this reason, the operator of the plant system has to determine whether or not to implement a countermeasure against stagnant water (circulation operation of water in the pipes), and the load is increasing.
An object of the present invention is to provide a plant monitoring and control system that can reduce the load on an operator without impairing reliability due to redundancy.

実施形態によれば、プラント監視制御システムは、常用系配管と予備系配管とに冗長化された配管系統を備える上水道プラントを監視制御するシステムである。このプラント監視制御システムは、予備系配管に停滞する水の残留塩素濃度を計測して計測値を得る計測部と、上記計測値と既定の基準値とを比較し、その結果に基づいて上記停滞に対する対策の要否を判定する判定部と、この判定の結果を報知する報知部とを具備する。   According to the embodiment, the plant monitoring and control system is a system that monitors and controls a waterworks plant including a piping system that is redundantly provided with a regular piping and a standby piping. The plant monitoring and control system compares the measured value with a predetermined reference value by measuring the residual chlorine concentration of water stagnating in the standby piping, and compares the measured value with a predetermined reference value. A determination unit that determines whether countermeasures are necessary, and a notification unit that notifies a result of the determination.

第1の実施形態に係わるプラント監視制御システムの一例を示す図。The figure which shows an example of the plant monitoring control system concerning 1st Embodiment. 図1に示されるプラント監視制御システムにおける、停滞水対策の要否判定処理の処理手順を示すフローチャートを示す図。The figure which shows the flowchart which shows the process sequence of the necessity determination process of a stagnant water countermeasure in the plant monitoring control system shown by FIG. 第2の実施形態に係わるプラント監視制御システムの一例を示す図。The figure which shows an example of the plant monitoring control system concerning 2nd Embodiment. 第3の実施形態に係わるプラント監視制御システムの一例を示す図。The figure which shows an example of the plant monitoring control system concerning 3rd Embodiment. 第4の実施形態に係わるプラント監視制御システムの一例を示す図。The figure which shows an example of the plant monitoring control system concerning 4th Embodiment.

[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態に係わるプラント監視制御システムの一例を示す図である。図1のシステムは、常用系配管と予備系配管とに冗長化された配管系統を備える上水道プラントを監視制御する。図1において、予備系配管10は弁Mにより閉じられており、停滞水が滞留しているとする。この予備系配管10には、当該予備系配管10内の水の残留塩素濃度を計測し、計測値を得る残留塩素濃度測定センサ20が設けられる。残留塩素濃度計測値は、停滞水対策制御装置30の判定部40に、例えばLAN(Local Area Network)を介して通知される。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a plant monitoring control system according to the first embodiment. The system shown in FIG. 1 monitors and controls a water supply plant having a piping system made redundant to a normal system pipe and a standby system pipe. In FIG. 1, it is assumed that the standby system pipe 10 is closed by a valve M and stagnant water is retained. The spare piping 10 is provided with a residual chlorine concentration measuring sensor 20 that measures the residual chlorine concentration of water in the spare piping 10 and obtains a measured value. The residual chlorine concentration measurement value is notified to the determination unit 40 of the stagnant water countermeasure control device 30 via, for example, a LAN (Local Area Network).

判定部40は、残留塩素濃度計測値と予め定められた基準値(管理値)を比較し、その結果に基づいて、予備系配管内の水の停滞に対する対策の要否を判定する。この判定結果は報知部50に送られ、図示しないオペレータにアナウンス(発報)される。   The determination unit 40 compares the measured value of residual chlorine concentration with a predetermined reference value (management value), and determines the necessity of countermeasures against water stagnation in the standby piping based on the result. The determination result is sent to the notification unit 50 and announced (reported) to an operator (not shown).

図2は、図1に示されるプラント監視制御システムにおける、停滞水対策の要否判定処理の処理手順を示すフローチャートを示す図である。ここで、停滞水要否判定に係わる基準値である管理値は複数の段階(N段階)にわたり設定されているとし、管理値1>管理値2>…>管理値Nとする。   FIG. 2 is a flowchart illustrating a processing procedure of necessity determination processing for countermeasures against stagnant water in the plant monitoring control system illustrated in FIG. 1. Here, the management value, which is a reference value for determining whether or not stagnant water is necessary, is set in a plurality of stages (N stages), and management value 1> management value 2>.

図2において停滞水要否判定処理が開始されると、判定部40は、残留塩素濃度計測値と、最小の管理値(管理値1)とを比較する(ステップS1)。管理値1よりも残留塩素濃度計測値が大きくなれば(ステップS1でY)、レベル1の停滞水対策を要する旨が判定され(ステップS2)、オペレータに向け発報される。   When the stagnant water necessity determination process is started in FIG. 2, the determination unit 40 compares the residual chlorine concentration measurement value with the minimum management value (management value 1) (step S1). If the measured value of residual chlorine concentration is larger than the control value 1 (Y in step S1), it is determined that a countermeasure for stagnant water of level 1 is required (step S2), and a report is issued to the operator.

次に判定部40は、残留塩素濃度計測値と、2番目に小さい管理値(管理値2)とを比較する(ステップS3)。管理値2よりも残留塩素濃度計測値が大きくなれば(ステップS3でY)、レベル2の停滞水対策を要する旨が判定され(ステップS4)、オペレータに向け発報される。   Next, the determination unit 40 compares the residual chlorine concentration measurement value with the second smallest management value (management value 2) (step S3). If the measured value of residual chlorine concentration is larger than the control value 2 (Y in step S3), it is determined that a countermeasure against stagnant water of level 2 is required (step S4), and a report is issued to the operator.

以上の手順がN段階にわたり繰り返される。すなわち判定部40は、ステップS5において、残留塩素濃度計測値と、最大の管理値(管理値N)とを比較する(ステップS5)。管理値Nよりも残留塩素濃度計測値が大きくなれば(ステップS5でY)、レベルNの停滞水対策を要する旨が判定され(ステップS6)、オペレータに向け発報される。以上のように、報知部50は複数の段階に対応するレベルの報知を行なう。   The above procedure is repeated over N stages. That is, in step S5, the determination unit 40 compares the residual chlorine concentration measurement value with the maximum management value (management value N) (step S5). If the measured value of residual chlorine concentration becomes larger than the control value N (Y in step S5), it is determined that a countermeasure against stagnant water of level N is required (step S6), and a report is issued to the operator. As described above, the notification unit 50 performs notification at a level corresponding to a plurality of stages.

以上のように第1の実施形態では、予備系配管10に停滞している水の残留塩素濃度の連続的な計測値を入力とし、予め設定された複数の管理値と比較して停滞水対策(配管内の水の循環運用など)の要否判定を行ない、複数の管理値に沿って段階的な判定結果を生成し、出力するようにしている。   As described above, in the first embodiment, the continuous measurement value of the residual chlorine concentration of the water stagnating in the standby piping 10 is input, and the stagnant water countermeasure is compared with a plurality of preset management values. The necessity determination (such as the circulation operation of water in the pipe) is performed, and stepwise determination results are generated and output along a plurality of management values.

このように停滞水対策の要否をアナウンスすることでオペレータを停滞水対策の要否判断作業から開放することができる。また、システムにより定量的かつ連続的に要否判定処理を行なうことで、オペレータの個人能力や経験に依存せず、また、季節(水温)に応じた最適な停滞水対策時期を実現することが可能になる。   Thus, by announcing the necessity of countermeasures for stagnant water, the operator can be released from the work for determining whether or not countermeasures for stagnant water are necessary. In addition, by performing quantitative and continuous necessity determination processing by the system, it is possible to realize the optimal stagnation water countermeasure timing according to the season (water temperature) without depending on the operator's personal ability and experience. It becomes possible.

[第2の実施形態]
図3は、第2の実施形態に係わるプラント監視制御システムの一例を示す図である。
[Second Embodiment]
FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a plant monitoring control system according to the second embodiment.

図3において図1と共通する部分には同じ符号を付して示し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。図3において、残留塩素濃度測定センサ20からの残留塩素濃度計測値は、停滞水対策制御装置30の予測部60に通知される。 3, parts common to FIG. 1 are given the same reference numerals, and only different parts will be described here. In FIG. 3, the residual chlorine concentration measurement value from the residual chlorine concentration measurement sensor 20 is notified to the prediction unit 60 of the stagnant water countermeasure control device 30.

予測部60は、残留塩素濃度計測値の時系列の複数のデータを、既定の数式モデルにフィッティングし、その結果に基づいて、残留塩素濃度が管理値に達するまでに経過する時間を予測する。すなわち予測部60は、残留塩素濃度のサンプリングデータを用いてモデルフィッティングを行ない、残留塩素濃度が現時点の計測値から管理値にまで低下するまでにかかる時間を予測する。   The prediction unit 60 fits a plurality of time-series data of residual chlorine concentration measurement values to a predetermined mathematical model, and predicts the time that elapses until the residual chlorine concentration reaches the control value based on the result. That is, the prediction unit 60 performs model fitting using sampling data of residual chlorine concentration, and predicts the time required for the residual chlorine concentration to decrease from the current measured value to the control value.

一般的に、ある時間t後の残留塩素濃度C(t)は次式(1)により表わされる。
C(t)=Co×exp(−kt) ・・・ (1)
式(1)においてCoを残留塩素濃度の初期値、kを残留塩素濃度の低下速度定数とする。式(1)に示されるように、残留塩素濃度は経過時間に応じて指数関数的に減少する。そこで第2の実施形態では、この減少傾向(濃度低下速度係数)をモデルフィッティングにより求めることで、残留塩素濃度の減少傾向をより精密に推定するようにする。
Generally, the residual chlorine concentration C (t) after a certain time t is expressed by the following equation (1).
C (t) = Co × exp (−kt) (1)
In Equation (1), Co is an initial value of the residual chlorine concentration, and k is a rate constant for decreasing the residual chlorine concentration. As shown in equation (1), the residual chlorine concentration decreases exponentially with the elapsed time. Therefore, in the second embodiment, the decreasing tendency (concentration decreasing rate coefficient) is obtained by model fitting, so that the decreasing tendency of the residual chlorine concentration is estimated more precisely.

式(1)をkについて解いた式に変形し、ある一定時間後の残留塩素濃度をサンプリングデータとして当てはめる(モデルフィッテングする)ことで、温度等に依存するkの値を求めることができる。次に、式(1)をtについて解いた式に変形し、先に求めたkの値、現在の残留塩素濃度計測値、および、残留塩素濃度管理値を当てはめることで、残留塩素濃度管理値まで低下する経過時間を算出することができる。このようにして予測部60は、残留塩素濃度が現時点の計測値から管理値にまで低下するまでに要する経過時間を算出する。   By transforming equation (1) into an equation solved for k and applying the residual chlorine concentration after a certain time as sampling data (model fitting), the value of k depending on temperature or the like can be obtained. Next, the residual chlorine concentration management value is obtained by transforming equation (1) into an equation solved for t and applying the previously obtained value of k, the current residual chlorine concentration measurement value, and the residual chlorine concentration management value. Elapsed time can be calculated. In this way, the prediction unit 60 calculates the elapsed time required for the residual chlorine concentration to decrease from the current measured value to the control value.

この時間算出結果は、予測部60から報知部50に送られ、オペレータに向けてアナウンス(発報)される。このように第2の実施形態によれば、残留塩素濃度が管理値に達するまでに要する時間を事前に知ることができる。つまりオペレータは残留塩素濃度の減少傾向や、予測結果(何時間後または何日後に管理値を下回るかを示す情報)を事前に知ることができるようになる。従ってオペレータにとっての負担をさらに軽減することができる。   This time calculation result is sent from the prediction unit 60 to the notification unit 50 and announced (reported) to the operator. Thus, according to the second embodiment, the time required for the residual chlorine concentration to reach the control value can be known in advance. That is, the operator can know in advance the decreasing tendency of the residual chlorine concentration and the prediction result (information indicating how many hours or how many days later the management value falls). Therefore, the burden on the operator can be further reduced.

[第3の実施形態]
図4は、第3の実施形態に係わるプラント監視制御システムの一例を示す図である。
[Third Embodiment]
FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a plant monitoring control system according to the third embodiment.

図4において図3と共通する部分には同じ符号を付して示し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。
図4において、判定部40により判定された停滞水対策の要否判定結果と、予測部60により算出された時間算出結果とが、監視制御システム70に通知される。監視制御システム70はオペレータが日常運用に使用するもので、監視操作卓(端末)80を備える。そして、要否判定結果と時間算出結果とは、監視操作卓(端末)80を介してオペレータ発報される。このようにしたので、オペレータは日常運用時に監視している監視操作卓(端末)80において発報を確認することができ、容易に停滞水対策運用へ移行することできるようになる。
4, parts that are the same as those in FIG. 3 are given the same reference numerals, and only different parts will be described here.
In FIG. 4, the monitoring control system 70 is notified of the necessity determination result of stagnant water measures determined by the determination unit 40 and the time calculation result calculated by the prediction unit 60. The supervisory control system 70 is used by an operator for daily operation, and includes a supervisory console (terminal) 80. The necessity determination result and the time calculation result are issued by the operator via the monitoring console (terminal) 80. Since it did in this way, the operator can confirm alerting | reporting in the monitoring console (terminal) 80 currently monitored at the time of daily operation, and can shift now to stagnant water countermeasure operation easily.

[第4の実施形態]
図5は、第4の実施形態に係わるプラント監視制御システムの一例を示す図である。
[Fourth Embodiment]
FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a plant monitoring control system according to the fourth embodiment.

図5において図4と共通する部分には同じ符号を付して示し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。
図5において、要否判定結果と時間算出結果とを受けた監視制御システム70は、これらの結果に基づいて、弁、ポンプなどの設備に設けられる制御回路(図示せず)に指令を出力する。これを受けた制御回路は、既定の停滞水対策運用(例えば、弁を開けた後、ポンプを運転する、など)を自動的に実施する。
5, parts common to FIG. 4 are denoted by the same reference numerals, and only different parts will be described here.
In FIG. 5, the supervisory control system 70 that has received the necessity determination result and the time calculation result outputs a command to a control circuit (not shown) provided in equipment such as a valve and a pump based on these results. . In response to this, the control circuit automatically performs a predetermined stagnant water countermeasure operation (for example, the pump is operated after the valve is opened).

このように第4の実施形態では、要否判定結果と時間算出結果をオペレータが日常運用に使用する監視制御システム70に入力し、監視操作卓(端末)等から発報させるとともに、予め決められた停滞水対策運用を自動的に実施するようにした。このようにしたので、オペレータは日常運用時に監視している監視操作卓(端末)80にて発報を確認できるだけでなく、停滞水対策運用への移行も自動で実施することができるようになる。   As described above, in the fourth embodiment, the necessity determination result and the time calculation result are input to the monitoring control system 70 used by the operator for daily operation, and are reported from the monitoring console (terminal) or the like, and determined in advance. The stagnation water countermeasure operation was automatically implemented. Since it did in this way, the operator can not only confirm the report on the monitoring console (terminal) 80 monitored during daily operation, but can also automatically shift to stagnant water countermeasure operation. .

以上のように、第1乃至第4の実施形態によれば、予備系配管を備える上水道システムの冗長化による信頼性を損なうことなく、オペレータの負荷の軽減を図ったプラント監視制御システムを提供することができる。
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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。
As described above, according to the first to fourth embodiments, there is provided a plant monitoring control system that reduces the load on the operator without impairing the reliability due to the redundancy of the water supply system provided with the spare system piping. be able to.
Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

10…予備系配管、20…残留塩素濃度測定センサ、30…停滞水対策制御装置、40…判定部、50…報知部、60…予測部、70…監視制御システム、80…監視操作卓(端末)、M…弁   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Preliminary system piping, 20 ... Residual chlorine concentration measurement sensor, 30 ... Stagnant water countermeasure control apparatus, 40 ... Determination part, 50 ... Notification part, 60 ... Prediction part, 70 ... Monitoring control system, 80 ... Monitoring console (terminal) ), M ... valve

Claims (5)

常用系配管と予備系配管とに冗長化された配管系統を備える上水道プラントを監視制御するプラント監視制御システムであって、
前記予備系配管に停滞する水の残留塩素濃度を計測して計測値を得る計測部と、
前記計測値と既定の基準値とを比較し、その結果に基づいて前記停滞に対する対策の要否を判定する判定部と、
前記判定の結果を報知する報知部とを具備する、プラント監視制御システム。
A plant monitoring and control system for monitoring and controlling a water supply plant having a redundant piping system for a normal system pipe and a standby system pipe,
A measurement unit that measures the residual chlorine concentration of water stagnating in the preliminary piping and obtains a measurement value;
A determination unit that compares the measured value with a predetermined reference value, and determines the necessity of measures against the stagnation based on the result,
A plant monitoring control system comprising: a notification unit that notifies the determination result.
前記基準値は複数の段階にわたり設定され、
前記報知部は前記段階に対応するレベルの報知を行なう、請求項1に記載のプラント監視制御システム。
The reference value is set over a plurality of stages,
The plant monitoring control system according to claim 1, wherein the notification unit performs notification at a level corresponding to the stage.
さらに、複数の前記計測値の時系列データを既定の数式モデルにフィッティングして前記残留塩素濃度が前記基準値に達するまでに経過する時間を予測する予測部を具備し、
前記報知部は、前記予測された時間を報知する、請求項1に記載のプラント監視制御システム。
Furthermore, it comprises a prediction unit that predicts the time that elapses until the residual chlorine concentration reaches the reference value by fitting a plurality of time series data of the measurement values to a predetermined mathematical model,
The plant monitoring control system according to claim 1, wherein the notification unit notifies the predicted time.
さらに、オペレータにより操作される監視操作端末を具備し、
前記報知部は、前記判定の結果を前記監視操作端末を介して前記オペレータに報知する、請求項1に記載のプラント監視制御システム。
Furthermore, it has a monitoring operation terminal operated by an operator,
The plant monitoring control system according to claim 1, wherein the notification unit notifies the operator of the result of the determination via the monitoring operation terminal.
さらに、前記判定の結果および前記予測された時間に基づいて、前記配管系統に設けられる設備に指令を出力して既定の停滞水対策運用を実施する、請求項3に記載のプラント監視制御システム。   Further, the plant monitoring control system according to claim 3, wherein a predetermined stagnant water countermeasure operation is performed by outputting a command to equipment provided in the piping system based on the result of the determination and the predicted time.
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