JP5558025B2

JP5558025B2 - 制御装置

Info

Publication number: JP5558025B2
Application number: JP2009105278A
Authority: JP
Inventors: 博司伊藤
Original assignee: Sumitomo Heavy Industries Environment Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Heavy Industries Environment Co Ltd
Priority date: 2009-04-23
Filing date: 2009-04-23
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2029-04-23
Also published as: JP2010253365A

Description

本発明は、制御装置に関し、特に、水処理装置において曝気風量を制御する制御装置さらにはｐＨ調整のための薬品添加量を制御する制御装置に関する。

従来、処理液に対する操作量を制御して処理液中の測定値を所定の目標値に近づける制御装置が知られている。例えば、特許文献１に開示された装置では、曝気槽中の汚水の溶存酸素濃度及び温度を検知し、その検知結果に基づくＰＩＤ制御によってインバータを制御し曝気ブロアを所定の回転数で運転させることにより、汚水に対する操作量である曝気空気量を制御し、溶存酸素濃度の測定値を目標値に近づけるようにしている。なお、このＰＩＤ制御とは、比例動作、積分動作、及び微分動作を組み合わせた制御のことである。

特公平７−９８１９２号公報

しかしながら、特許文献１に開示された装置では、汚水の溶存酸素濃度及び温度に基づいて画一的な操作量制御を行っているため、これらの値の変化状態によっては測定値が目標値を過大に上回ってしまうことがあり、消費される操作量を効率的に制御し、削減することは難しかった。

そこで、本発明の目的は、消費される操作量を効率的に制御し、削除することができる制御装置を提供することにある。

本発明の制御装置は、処理液に対する操作量を制御して処理液中における測定値を所定の目標値に近づける制御装置において、操作量の増加が処理液中の測定値の上昇に寄与する場合に、測定値が所定の目標値以上であるときの測定値と該目標値との差である偏差の時間積分値を、測定値が目標値未満であるときの偏差の時間積分値よりも、絶対値が小さくなるように操作量を制御する制御部を備え、制御部は、測定値が目標値以上である場合における操作量の変化率が、測定値が目標値未満の場合における操作量の変化率より大きくなるように操作量を制御することを特徴としている。

このような制御装置では、操作量の増加が測定値の上昇に寄与するような制御系において、測定値が目標値以上であるときの偏差の時間積分値を、測定値が目標値未満であるときの偏差の時間積分値よりも、絶対値が小さくなるように操作量を制御するため、測定値が目標値を上回る大きさ及び時間を低減できる。よって、測定値が目標値を過大に上回ることが防止され、操作量を効率的に制御することができる。

また、本発明の制御装置は、処理液に対する操作量を制御して処理液中における測定値を所定の目標値に近づける制御装置において、操作量の増加が処理液中の測定値の下降に寄与する場合に、測定値が所定の目標値未満であるときの測定値と該目標値との差である偏差の時間積分値を、測定値が目標値以上であるときの偏差の時間積分値よりも、絶対値が小さくなるように操作量を制御する制御部を備え、制御部は、測定値が目標値未満である場合における操作量の変化率が、測定値が目標値以上の場合における操作量の変化率より大きくなるように操作量を制御することを特徴としている。

このような制御装置では、操作量の増加が測定値の下降に寄与するような制御系において、測定値が目標値未満であるときの偏差の時間積分値を、測定値が目標値以上であるときの偏差の時間積分値よりも、絶対値が小さくなるように操作量を制御するため、測定値が目標値を下回る大きさ及び時間を低減できる。よって、測定値が目標値を過大に下回ることが防止され、操作量を効率的に制御することができる。

ここで、本発明の制御装置において、測定値は処理液中の溶存酸素濃度であり、操作量は処理液への曝気風量であることが好ましい。このようにすれば、溶存酸素濃度の測定値が目標値を上回る大きさ及び時間を低減できるため、曝気風量を効率的に制御することができる。

また、本発明の制御装置において、測定値は処理液中のｐＨであり、操作量は処理液へのアルカリ添加量であることが好ましい。このようにすれば、ｐＨの測定値が目標値を上回る大きさ及び時間を低減できるため、アルカリ添加量を効率的に制御することができる。

また、本発明の制御装置において、測定値は処理液中のｐＨであり、操作量は処理液への酸添加量であることが好ましい。このようにすれば、ｐＨの測定値が目標値を下回る大きさ及び時間を低減できるため、酸添加量を効率的に制御することができる。

また、上記作用を効果的に奏する構成としては、制御部は、操作量を制御するための、第１の制御手段と第２の制御手段とを備え、第１の制御手段は、測定値が目標値以上である場合に実行され、第２の制御手段は、測定値が目標値未満である場合に実行され、且つ、制御部は、第１の制御手段による操作量の変化率を、第２の制御手段による操作量の変化率よりも大きく変動させる構成が挙げられる。

更にまた、上記作用を効果的に奏する構成としては、制御部は、操作量を制御するための、第１の制御手段と第２の制御手段とを備え、第１の制御手段は、測定値が目標値未満である場合に実行され、第２の制御手段は、測定値が目標値以上である場合に実行され、且つ、制御部は、第１の制御手段による操作量の変化率を、第２の制御手段による操作量の変化率よりも大きく変動させる構成が挙げられる。

本発明の制御装置によれば、操作量を効率的に制御することができる。

第１実施形態に係る制御装置を用いた水処理装置を示す概略構成図である。図１の制御装置における処理手順を示すフローチャートである。図１の制御装置における測定値及び操作量の時間変化を示す図である。第２実施形態に係る制御装置を用いた水処理装置を示す概略構成図である。第３実施形態に係る制御装置を用いた水処理装置を示す概略構成図である。図５の制御装置における処理手順を示すフローチャートである。図５の制御装置における測定値及び操作量の時間変化を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。以下参照する図面においては、目標値を「ＳＰ（Set Point）」、測定値を「ＰＶ（Process Variable）」、操作量を「ＭＶ（Manipulative Variable）」と表記する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る制御装置を用いた水処理装置を示す概略構成図である。水処理装置１は、曝気により処理対象水（処理液）Ｗを処理するものであり、曝気槽２、溶存酸素計（ＤＯ計）３、ＰＩＤ制御装置（制御装置）４、インバータ５、曝気ブロワ６、及び散気装置７等を備えて構成されている。

この水処理装置１では、曝気槽２に導入された処理対象水Ｗは、曝気槽２内にて活性汚泥等と混合され曝気処理された後、処理水として排出される。曝気槽２における曝気処理は、曝気ブロワ６からの空気を散気装置７で散気することにより行われる。そして、この水処理装置１では、処理対象水Ｗ中のＤＯ濃度の目標値が適宜設定される。

ＰＩＤ制御装置４は、処理対象水Ｗ中のＤＯ濃度を所定の目標値に近づけるべく、処理対象水Ｗに対する曝気風量を制御するものである。具体的には、ＰＩＤ制御装置４は、曝気槽２のＤＯ計３から取得する処理対象水Ｗ中のＤＯ濃度の測定値に基づいて、ＰＩＤ制御による所定の処理を実行し、インバータ５を制御し曝気ブロワ６の回転数を調節することにより、処理対象水Ｗへの曝気風量（操作量）を制御する。このＰＩＤ制御装置４は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random AccessMemory）等を含むコンピュータにより構成されている。なお、ＰＩＤ制御装置４として、シーケンサを用いてもよい。

このＰＩＤ制御装置４は、具体的には、判断部４ａ、第１ＰＩＤ制御部（第１の制御手段）４ｂ、及び第２ＰＩＤ制御部（第２の制御手段）４ｃを備えている。これらの機能については、後述するＰＩＤ制御装置４の動作説明において説明する。

ここで、本実施形態のように、曝気処理による水処理装置１にＰＩＤ制御装置４を適用する場合には、ＰＩＤ制御装置４による曝気風量の制御は、その操作量の増加が測定値の上昇に寄与する制御となる。

次に、ＰＩＤ制御装置４による処理手順について説明する。図２はＰＩＤ制御装置における処理手順を示すフローチャート、図３はＰＩＤ制御装置における測定値及び操作量の時間変化を示す図である。ここで、ＰＩＤ制御装置４には、予め処理対象水Ｗ中のＤＯ濃度の目標値が設定されているものとする。以下の処理は、水処理装置１が稼働している間に繰り返し実行される。

図２に示すように、処理がスタートすると、判断部４ａは、ＤＯ計３から取得する処理対象水Ｗ中のＤＯ濃度の測定値ＰＶが、目標値ＳＰ以上であるか否かを判断する（Ｓ１）。測定値が目標値以上である場合には、第１ＰＩＤ制御部４ｂが、第１ＰＩＤ制御を実行する（Ｓ２）。一方、測定値が目標値未満である場合には、第２ＰＩＤ制御部４ｃが、第２ＰＩＤ制御を実行する（Ｓ３）。

ここで、ステップ２，３における第１ＰＩＤ制御及び第２ＰＩＤ制御について詳しく説明する。第１ＰＩＤ制御部４ｂ及び第２ＰＩＤ制御部４ｃの各々においては、測定値と目標値との差である偏差に対し、比例動作、積分動作、及び微分動作についての制御パラメータが設定されており、第１ＰＩＤ制御部４ｂは、第２ＰＩＤ制御部４ｃよりも操作量の変化率を大きく変動させるようにしている。すなわち、第１ＰＩＤ制御における曝気風量の変化率を、第２ＰＩＤ制御における曝気風量の変化率よりも大きく変動させる。

図３に示す制御例を参照しながらより具体的に説明する。図３では、目標値ＳＰ、測定値ＰＶ、及び操作量ＭＶの各値の経時変化を示しており、一定の値である目標値ＳＰに対し、測定値ＰＶが上下に変動している。ＰＩＤ制御装置４における処理では、上述したように、測定値ＰＶが目標値ＳＰ以上である場合（時間Ｔ１に相当）には第１ＰＩＤ制御を実行し、測定値ＰＶが目標値ＳＰ未満である場合（時間Ｔ２に相当）には第２ＰＩＤ制御を実行する。以下の説明では、時間Ｔ１を第１ＰＩＤ制御時間Ｔ１、時間Ｔ２を第２ＰＩＤ制御時間Ｔ２という。

図３に示すように、ＤＯ濃度の測定値ＰＶが目標値ＳＰ以上となっている第１ＰＩＤ制御時間Ｔ１においては、破線で示される曝気風量ＭＶの変化率を、第２ＰＩＤ制御時間Ｔ２での曝気風量ＭＶの変化率よりも大きく変動させる。

このような制御により、第１ＰＩＤ制御時間Ｔ１は、第２ＰＩＤ制御時間Ｔ２よりも時間の長さが短くされ、さらに、第１ＰＩＤ制御時間Ｔ１におけるＤＯ濃度差の最大値である第１ＰＩＤ制御最大偏差Ｖ１は、第２ＰＩＤ制御時間Ｔ２におけるＤＯ濃度差の最大値である第２ＰＩＤ制御最大偏差Ｖ２よりも小さくされている。

そして、第１ＰＩＤ制御時間Ｔ１における測定値ＰＶと目標値ＳＰで囲まれた部分である第１ＰＩＤ制御偏差領域Ｓ１は、第２ＰＩＤ制御時間Ｔ２における測定値ＰＶと目標値ＳＰで囲まれた部分である第２ＰＩＤ制御偏差領域Ｓ２よりも、小さくされている。

この第１ＰＩＤ制御偏差領域Ｓ１は、本実施形態のようなＤＯ濃度を基準とした曝気風量ＭＶの制御においては、ＤＯ濃度の測定値ＰＶが目標値ＳＰを超過するいわゆるオーバーシュートに相当する。

このように、本実施形態におけるＰＩＤ制御装置４では、特に、オーバーシュート（曝気のし過ぎ）を小さくするように曝気風量ＭＶを制御している。

以上説明したように、本実施形態におけるＰＩＤ制御装置４では、測定値（ＤＯ濃度の測定値）ＰＶが目標値ＳＰ以上であるときの偏差の時間積分値を、測定値ＰＶが目標値ＳＰ未満であるときの偏差の時間積分値よりも、絶対値が小さくなるように、すなわち第１ＰＩＤ制御偏差領域Ｓ１が第２ＰＩＤ制御偏差領域Ｓ２よりも小さくなるように操作量（曝気風量）ＭＶを制御するため、測定値ＰＶが目標値ＳＰを上回る大きさＶ１及び時間Ｔ１を低減できる。よって、測定値ＰＶが目標値ＳＰを過大に上回ることが防止され、操作量ＭＶを効率的に制御することができる。

さらに、本実施形態におけるＰＩＤ制御装置４によれば、曝気風量ＭＶを効率的に制御することができるため、曝気ブロワ６において消費される電力量を削減することができる。このようにして、曝気槽２での曝気処理における省エネ制御が実現される。

（第２実施形態）
図４は、第２実施形態に係る制御装置を用いた水処理装置を示す概略構成図である。水処理装置１０は、処理対象水（処理液）Ｗに対しアルカリを添加してｐＨ制御を行うものである。この水処理装置１０が図１に示した水処理装置１と違う点は、ｐＨ調整槽８、ｐＨ計９、アルカリ貯留タンク１１、及び薬注ポンプ１２を備えた点である。なお、ＰＩＤ制御装置４は、水処理装置１におけるＰＩＤ制御装置４と同様の機能を有している。

この水処理装置１０では、原水のｐＨ等の処理条件に応じて処理対象水Ｗ中のｐＨの目標値が適宜設定される。そして、ＰＩＤ制御装置４は、処理対象水Ｗ中のｐＨを目標値に近づけるべく、ｐＨ調整槽８のｐＨ計９から取得する処理対象水Ｗ中のｐＨの測定値に基づいて、ＰＩＤ制御による所定の処理を実行し、インバータ５を制御し薬注ポンプ１２の吐出量を調節することにより、アルカリ貯留タンク１１から処理対象水Ｗへのアルカリ添加量（操作量）を制御する。

ここで、本実施形態のように、アルカリの添加による水処理装置１０にＰＩＤ制御装置４を適用する場合、アルカリ添加量の増加は処理対象水ＷのｐＨの上昇に寄与するため、ＰＩＤ制御装置４によるアルカリ添加量の制御は、その操作量の増加が測定値の上昇に寄与する制御となる。

この水処理装置１０のＰＩＤ制御装置４では、図２に示した処理と同様の処理を実行し、図３に示したような測定値ＰＶ及び操作量ＭＶの時間変化が得られる。すなわち、ｐＨの測定値ＰＶがｐＨの目標値ＳＰ以上となっている第１ＰＩＤ制御時間Ｔ１においては、破線で示されるアルカリ添加量ＭＶの変化率を、第２ＰＩＤ制御時間Ｔ２でのアルカリ添加量ＭＶの変化率よりも大きく変動させる。

このような制御により、第１ＰＩＤ制御時間Ｔ１は第２ＰＩＤ制御時間Ｔ２よりも時間の長さが短くされ、第１ＰＩＤ制御最大偏差Ｖ１は第２ＰＩＤ制御最大偏差Ｖ２よりも小さくされると共に、第１ＰＩＤ制御偏差領域Ｓ１は、第２ＰＩＤ制御偏差領域Ｓ２よりも小さくされる。

この第１ＰＩＤ制御偏差領域Ｓ１は、本実施形態のようなｐＨを基準としたアルカリ添加量ＭＶの制御においては、ｐＨの測定値ＰＶが目標値ＳＰを超過するいわゆるオーバーシュートに相当する。

このように、本実施形態におけるＰＩＤ制御装置４では、特に、オーバーシュート（アルカリの過添加）を小さくするようにアルカリ添加量ＭＶを制御している。

よって、本実施形態におけるＰＩＤ制御装置４によれば、ｐＨの測定値ＰＶが目標値ＳＰを上回る大きさ及び時間を低減できるため、アルカリ添加量ＭＶを効率的に制御することができる。すなわち、アルカリ添加量ＭＶを削減することができる。

（第３実施形態）
図５は、第３実施形態に係る制御装置を用いた水処理装置を示す概略構成図である。水処理装置２０は、処理対象水（処理液）Ｗに対し酸を添加してｐＨ制御を行うものである。この水処理装置２０が図４に示した水処理装置１０と違う点は、アルカリ貯留タンク１１に代えて酸貯留タンク１５を備えた点、及びＰＩＤ制御装置４の判断部４ａに代えて判断部１４ａを備えた点である。

ここで、本実施形態のように、酸の添加による水処理装置２０にＰＩＤ制御装置４を適用する場合、酸添加量の増加は処理対象水ＷのｐＨの下降に寄与するため、水処理装置１０の場合とは逆となり、ＰＩＤ制御装置４による酸添加量の制御は、その操作量の増加が測定値の下降に寄与する制御となる。

この水処理装置２０のＰＩＤ制御装置４では、図６に示す処理を実行する。この処理では、図２に示したステップ１に代えて、判断部１４ａは、ｐＨ計９から取得する処理対象水Ｗ中のｐＨの測定値ＰＶが、目標値ＳＰ未満であるか否かを判断する（Ｓ１１）。以下のステップ２，３は、先の実施形態と同様に実行する。

このような制御により、図７に示すように、第１ＰＩＤ制御時間Ｔ１は第２ＰＩＤ制御時間Ｔ２よりも時間の長さが短くされ、第１ＰＩＤ制御最大偏差Ｖ１は第２ＰＩＤ制御最大偏差Ｖ２よりも小さくされると共に、第１ＰＩＤ制御偏差領域Ｓ１は、第２ＰＩＤ制御偏差領域Ｓ２よりも小さくされる。

この第１ＰＩＤ制御偏差領域Ｓ１は、本実施形態のようなｐＨを基準とした酸添加量ＭＶの制御においては、ｐＨの測定値ＰＶが目標値ＳＰを下回るいわゆるオーバーシュートに相当する。

このように、本実施形態におけるＰＩＤ制御装置４では、特に、オーバーシュート（酸の過添加）を小さくするように酸添加量ＭＶを制御している。

よって、本実施形態におけるＰＩＤ制御装置４によれば、ｐＨの測定値ＰＶが目標値ＳＰを下回る大きさ及び時間を低減できるため、酸添加量ＭＶを効率的に制御することができる。すなわち、酸添加量ＭＶを削減することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、比例動作、積分動作、及び微分動作を組み合わせたＰＩＤ制御を用いることとしたが、比例動作と積分動作とを組み合わせたＰＩ制御を用いてもよい。

４…ＰＩＤ制御装置（制御装置）、４ｂ…第１ＰＩＤ制御部（第１の制御手段）、４ｃ…第２ＰＩＤ制御部（第２の制御手段）、ＭＶ…操作量、ＰＶ…測定値、ＳＰ…目標値、Ｗ…処理対象水（処理液）。

Claims

処理液に対する操作量を制御して前記処理液中における測定値を所定の目標値に近づける制御装置において、
前記操作量の増加が前記処理液中の測定値の上昇に寄与する場合に、
前記測定値が所定の目標値以上であるときの前記測定値と該目標値との差である偏差の時間積分値を、前記測定値が前記目標値未満であるときの前記偏差の時間積分値よりも、絶対値が小さくなるように前記操作量を制御する制御部を備え、
前記制御部は、測定値が目標値以上である場合における操作量の変化率が、測定値が目標値未満の場合における操作量の変化率より大きくなるように操作量を制御することを特徴とする、制御装置。
処理液に対する操作量を制御して前記処理液中における測定値を所定の目標値に近づける制御装置において、
前記操作量の増加が前記処理液中の測定値の下降に寄与する場合に、
前記測定値が所定の目標値未満であるときの前記測定値と該目標値との差である偏差の時間積分値を、前記測定値が前記目標値以上であるときの前記偏差の時間積分値よりも、絶対値が小さくなるように前記操作量を制御する制御部を備え、
前記制御部は、測定値が目標値未満である場合における操作量の変化率が、測定値が目標値以上の場合における操作量の変化率より大きくなるように操作量を制御することを特徴とする、制御装置。
前記測定値は前記処理液中の溶存酸素濃度であり、前記操作量は前記処理液への曝気風量であることを特徴とする、請求項１記載の制御装置。
前記測定値は前記処理液中のｐＨであり、前記操作量は前記処理液へのアルカリ添加量であることを特徴とする、請求項１記載の制御装置。
前記測定値は前記処理液中のｐＨであり、前記操作量は前記処理液への酸添加量であることを特徴とする、請求項２記載の制御装置。
前記制御部は、前記操作量を制御するための、第１の制御手段と第２の制御手段とを備え、
前記第１の制御手段は、前記測定値が前記目標値以上である場合に実行され、
前記第２の制御手段は、前記測定値が前記目標値未満である場合に実行され、
且つ、
前記制御部は、前記第１の制御手段による操作量の変化率を、前記第２の制御手段による操作量の変化率よりも大きく変動させることを特徴とする、請求項１、３、４のいずれか一項記載の制御装置。
前記制御部は、前記操作量を制御するための、第１の制御手段と第２の制御手段とを備え、
前記第１の制御手段は、前記測定値が前記目標値未満である場合に実行され、
前記第２の制御手段は、前記測定値が前記目標値以上である場合に実行され、
且つ、
前記制御部は、前記第１の制御手段による操作量の変化率を、前記第２の制御手段による操作量の変化率よりも大きく変動させることを特徴とする、請求項２又は５記載の制御装置。