JP6270331B2 - 水設備プラントの運用支援装置 - Google Patents

Description

この発明は、例えば上下水道などの水設備プラントの運転を支援する水設備プラントの運用支援装置に関するものである。

特許文献１に示す従来の水設備プラントの運用支援装置では、過去データ、オンラインデータ、手入力初期データを基にして、配水管網シミュレーションを実施し、画面に描画する。このシミュレーションを実行するシミュレーションモードの他、エディタモードがあり、エディタモードでは、初期データの修正を行ったり、シミュレーションに用いるパラメータの調整を対話的な手入力により行うようになっている。

特開平９−１６０９００号公報（第４〜５頁、第２図）

従来の水設備プラントの運用支援装置では、過去の実績データを元に必要な水の量を予測・計算し、そのデータを利用できるといった支援機能がなかった。
このため、安定したプラント設備を運用する上での鍵となるシミュレーションにおけるパラメータの調整は、熟練した操作員に限られ、また、その値の調整は手入力により行われる可能性が高かった。
このように、従来の水設備プラントの運用支援装置では、熟練操作員の負荷は削減できず、昨今求められている監視対象設備の広域化、操作員の省人化につながらないなどの問題点があった。

ここで、本発明で使用する用語について説明する。
取水元とは水の供給源、需要先とは家庭や工場等の水の消費者、需要量とは需要先が必要とする水の量、管路とは需要先まで水を送る管の経路、配水池や浄水池とは需要先まで送る水を貯めておく設備、ポンプや弁とは水を送り出す量を調節する機能がついた設備で送水設備と称して説明する。
運用支援とは需要先が必要な水の量に対して、ポンプや弁などの送水設備が配水地まで送り出す水の量を調整するために必要な支援機能のことであり、シミュレーションとは、ポンプ・弁の送水量を調整しながら、その時の配水池、浄水池の水位を計算・確認することを繰り返し、需要量に沿った水を供給できるようにすることである。

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、過去の実績データをもとに需要先の水の需要量を予測し、この予測した需要量を利用して、水設備プラントのシミュレーションを行うようにした水設備プラントの運用支援装置を得ることを目的にする。

この発明に係わる水設備プラントの運用支援装置においては、需要先に水を供給するための送水設備と池とを含む水設備を制御するコントローラに接続された水設備プラントの運用支援装置であって、水設備を示す設備シンボルを接続線で接続した系統図を表示する系統図表示手段、過去の実績データを基にして、需要先の水の需要量を予測する需要量予測手段を有するとともに、この需要量予測手段によって予測された水の需要量に適応するように、送水設備の送水量を算出し、この送水量によって影響される池の水位を系統図上に表示して、算出した送水量を確認するシミュレーション手段、及びこのシミュレーション手段により確認された送水量をコントローラに送信し、当該送水設備を制御するプラント制御手段を備え、シミュレーション手段は、需要量予測手段によって予測された水の需要量を補正するために設定されたパラメータをユーザが指定することで、予測した水の需要量の補正を行う需要量補正手段を有するものである。

この発明によれば、需要先に水を供給するための送水設備と池とを含む水設備を制御するコントローラに接続された水設備プラントの運用支援装置であって、水設備を示す設備シンボルを接続線で接続した系統図を表示する系統図表示手段、過去の実績データを基にして、需要先の水の需要量を予測する需要量予測手段を有するとともに、この需要量予測手段によって予測された水の需要量に適応するように、送水設備の送水量を算出し、この送水量によって影響される池の水位を系統図上に表示して、算出した送水量を確認するシミュレーション手段、及びこのシミュレーション手段により確認された送水量をコントローラに送信し、当該送水設備を制御するプラント制御手段を備え、シミュレーション手段は、需要量予測手段によって予測された水の需要量を補正するために設定されたパラメータをユーザが指定することで、予測した水の需要量の補正を行う需要量補正手段を有するので、需要先の需要量の変化に対して、効率的に送水設備を運用することができる。

この発明の実施の形態１による水設備プラントの運用支援装置を示すシステム構成図である。 この発明の実施の形態１による水設備プラントの運用支援装置を示す詳細構成図である。 この発明の実施の形態１による水設備プラントの運用支援装置の系統図作成部の操作フローを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による水設備プラントの運用支援装置の系統図サンプルを示す図である。 この発明の実施の形態１による水設備プラントの運用支援装置の需要量予測部の操作フローを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による水設備プラントの運用支援装置のシミュレーション部の操作フローを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による水設備プラントの運用支援装置のポンプや弁を制御する時のデータの流れを示す図である。 この発明の実施の形態２による水設備プラントの運用支援装置を示す詳細構成図である。 この発明の実施の形態２による水設備プラントの運用支援装置の配水傾向補正機能が行う需要量調整を示すイメージ図である。 この発明の実施の形態３による水設備プラントの運用支援装置を示す詳細構成図である。 この発明の実施の形態４による水設備プラントの運用支援装置を示す詳細構成図である。 この発明の実施の形態５による水設備プラントの運用支援装置を示す詳細構成図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態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による水設備プラントの運用支援装置を示すシステム構成図である。
図１において、コントローラ４は、ポンプなどのプラント設備５（水設備）の状態の収集や制御を行う。運用支援装置２は、プラント設備５のシミュレーションや系統図の作成、編集、プラント設備のデータ設定を行う。制御バス３は、運用支援装置２とコントローラ４とを接続し、双方向で情報の伝達を実現する。モニタ１は、運用支援装置２で扱う系統図やシミュレーション結果などの表示やデータ設定に使用するもので、複数台であってもよい。

図２は、この発明の実施の形態１による水設備プラントの運用支援装置を示す詳細構成図である。
図２において、１〜５は図１におけるものと同一のものである。
運用支援装置２は、プラント設備５の状態をリアルタイムで収集し、系統図をモニタ１に表示した上で需要量予測やシミュレーションを行う運用支援装置オンライン６と、系統図のデータ作成、編集を行う運用支援装置オフライン７との２つの装置から構成され、この２つの装置は、計算機により形成されている。
なお、図２では、運用支援装置オンライン６と運用支援装置オフライン７は、装置を分けて記載したが、１つの装置内に統合してもよい。

運用支援装置オフライン７は、ポンプ、弁などの送水設備や池などのプラント設備５を示す設備シンボルを、配管設備を示す線でつないだ系統図の作成、編集手段や、各設備の諸元を入力、編集できる機能をもつ系統図作成部１４（系統図作成手段）と、系統図作成部１４で作成したデータを保持する系統データベース１３と、系統図上の設備シンボルとプラント設備５を対応付けるときに使用するプラントデータベース１５とを有している。プラントデータベース１５は、後述するプラントデータベース１２をコピーにより反映したもので、コントローラ４から送られるプラント設備５の状態を示すプラントデータが格納されている。

運用支援装置オンライン６は、後述する系統図表示／監視部８（系統図表示手段）、需要量予測部１６（需要量予測手段）をもつシミュレーション部９（シミュレーション手段）、プラントデータ収集／制御部１０（プラント制御手段）、および、系統データベース１１、プラントデータベース１２を有している。
系統図表示／監視部８は、運用支援装置オフライン７の系統図作成部１４で作成した系統データベース１３をコピーにより反映された系統データベース１１から系統図をモニタ１上に表示した上で、各プラント設備の正常／異常の稼動状態を色分けして表示したり、需要量予測部１６で予想した需要量を表示したり、シミュレーション部９で計算した２４時間分の送水量をトレンドグラフで表示したり、プラント設備５のアラーム情報を表示したり、さらにプラントデータ収集／制御部１０が収集したプラントデータをトレンドグラフの形で表示したりする。後述するシミュレーション部９の動作途中の各プラント設備５の状態を表示する。

需要量予測部１６は、過去の天候、気温、配水量等を記録した履歴データベース１７にある実績データをもとに家庭・工場等の需要先で必要な水の需要量を予測する。
シミュレーション部９は、需要量予測部１６で予測した需要量を満たすように送水設備の最適な送水量を、現在から２４時間分自動計算し、そのデータを元にシミュレーションしたり、プラント設備５を制御するコントローラ４に命令を与えることで、プラント設備５の送水設備を制御したりする。送水量の計算は、プラントデータベース１２にあるデータに対して行うことで、仮想ではなくプラント設備５の実データに対するシミュレーションを実現する。

プラントデータ収集／制御部１０は、コントローラ４から制御バス３経由で送信されたリアルタイムのプラントデータをプラントデータベース１２に格納したり、シミュレーション部９で計算した送水設備の送水量をコントローラ４へ送信したりする。これによりシミュレーション部９がオンラインでプラントデータを参照したり、送水設備を制御したり
することができる。

図４は、この発明の実施の形態１による水設備プラントの運用支援装置の系統図サンプルを示す図である。
図４において、系統図サンプルとして、取水元から取水ポンプにより浄水池に水を送り、浄水池から送水ポンプや流入弁により配水地に水を送り、配水地から需要先へ水を送るまでが描画されている。

図７は、この発明の実施の形態１による水設備プラントの運用支援装置のポンプや弁を制御する時のデータの流れを示す図である。
図７において、３、４、８〜１２は図２におけるものと同一のものである。図７は運用支援装置オンライン６及びコントローラ４の動作手順を示し、シミュレーション部９による、（ａ）取水ポンプ、流入弁、送水ポンプの送水量を計算する。プラントデータ収集／制御部１０による、（ｂ）計算した送水量をコントローラへ送信する。コントローラ４による、（ｃ）取水ポンプ、流入弁、送水ポンプ設備の送水量を制御する。の手順を示している。

次に、動作について説明する。
まず、図３を用いて、系統図作成部１４の操作フローについて説明する。
系統図を作成する時は、系統図作成部１４にある設備シンボル配置機能により、まず設備のシンボルを配置する（ステップＡ２）。設備シンボル配置機能は設備アイコンを一覧表示し、選択した設備のシンボルを指定した位置へ配置する。例えば、図４の系統図サンプルのように、取水元、取水ポンプ、浄水池、送水ポンプ、流入弁などの設備シンボルを配置する。

次に、系統図作成部１４の接続機能により、マウスのクリックなどで接続する設備シンボルを２つ指定し、配置した設備シンボルを接続する（ステップＡ３）。接続機能は設備シンボル間の接続情報を作成し、図４の系統図サンプルのような配管設備を示す矢印つきの線を表示する。分岐する場合は、その有無を自動認識して接続情報を作成する。

次に、設備諸元入力機能により、設備の諸元を入力する（ステップＡ４）。設備諸元入力機能は、指定された設備シンボルの諸元を入力する画面を表示し、データ入力と登録操作を個々に行うことにより、設備の諸元のデータを保存する。
次に、設備のタグ割付機能により、プラント設備のデータに振られたタグデータを配置した設備シンボルへ割り付けし、系統図上の設備とプラント設備のデータを対応づける（ステップＡ５）。プラント設備のタグ割付機能では、プラントデータベース１５から現場にあるプラント設備５の一覧を表示し、系統図上に配置した設備シンボルと一覧上の機器の両方を指定することにより、設備の諸元にタグを設定する。

上記までは系統図の新規作成に関する機能の説明であるが、系統図作成部１４は、修正機能や削除機能についても合わせて保持している。
最後に、データ保存機能により、系統データベース１３への保存を行う（ステップＡ６）。データ保存機能は、操作者が保存操作により、これまで作成した系統図の設備シンボルとプラント設備５の間の整合性チェックを行い、エラーがない場合、オンライン側で系統図表示、送水量の計算、シミュレーションが可能なデータを作成し、系統データベース１３に保存する。
エラーがある場合、エラーの設備シンボルを色替え表示した上でエラー内容を表示する。

次に、図５を用いて、需要量予測部１６の操作フローについて説明する。
需要量予測部１６は、家庭・工場等で必要な水の需要量を予測する機能であり、その量の予測は過去の需要量の実績データに、天候、気温のファクタを加味して計算を行う。操作員は需要量予測の条件として、当日と翌日の天候、気温や予測分類の情報を画面から設定する（ステップＣ２）。
天候は当日と翌日で予想される天候を設定する。最高気温は当日と翌日で予想される最高気温を設定する。予測分類には曜日分類、もしくは、特殊分類を設定する（ステップＣ３）。曜日分類は月曜〜金曜、土曜、日曜、祝日の曜日を示し、特殊分類はＧＷ（５月連休）・盆・正月・配水制限・暴風・イベントといった特殊日により予測させる条件を示す。

予測分類が曜日分類の場合は、現在から過去にさかのぼり、天候、気温、需要量の実績データを履歴データベース１７から取得した上で、予測日と同じ曜日の需要量の平均を計算し、それに天候、気温が影響する量を加算することで、予測値を算出する（ステップＣ４）。
天候、気温が影響する量は、履歴データベース１７から取得した需要量、天候、気温データから、重回帰分析を用いて、天候、気温と需要量の関係を計算する。また、過去にさかのぼり、実績データを抽出する場合の日数は、パラメータとして変更できる。

予測分類が特殊分類の場合は、サンプル数が少ないため、曜日分類のような重回帰分析を用いず、過去の同一特殊日の実績を履歴データベース１７から取得した平均値を需要予測値とする（ステップＣ５）。天候の急変等で計算結果が現在の状態と合わなくなるといった需要量予測値を修正する必要が出た場合に、操作員が手動で需要量予測値を修正できる機能が備わっている（ステップＣ６）。

次に、図６を用いて、シミュレーション部９の操作フローについて説明する。
シミュレーション部９では、ポンプ・弁の送水量を調整し、その時の水位変化を計算・確認を繰り返すことで、運用で使用する送水量を決定する。これらの情報を系統図表示／監視部８により、系統図上に表示させる。
まず、需要量の入力手段を表示し、操作員が上述の予測値の採用もしくは需要量の入力により、需要量を指定する（ステップＢ２）。
その後、ポンプ・弁の送水量を調整しながら、その時の配水池、浄水池の水位を計算し、水位トレンドグラフで影響を確認する（ステップＢ３）。これを安定した運用が判断できるまで繰り返し行うシミュレーションを実行する。

シミュレーションにより確定した送水量は、監視開始操作（ステップＢ４の開始）により、コントローラ４へポンプ、弁の送水量を送信し（ステップＢ５）、以降、コントローラ４がポンプや弁を制御する。その時のデータの流れを図７に示した。
そして、以降、浄水池、配水地の水位を監視する状態となり、現地のプラント設備５からリアルタイムに送信される送水量を元に水位計算を行い、池の水位が運用の上限／下限水位をオーバーするかどうかを監視する（ステップＢ６）。

以上のような送水量計算、シミュレーション、送水量送信、水位監視のサイクルは時間とともに変化する各プラント設備の状態に合わせて対処できるよう、一定時間毎に繰返し実行し、プラント設備５の状態変化に応じて運用できるようにしている（フローＢ７）。

実施の形態１によれば、需要量を予測してシミュレーションを実行するので、需要量の変化に対して、安定かつ効果的、効率的に送水設備を運用することができる。

実施の形態２．
図８は、この発明の実施の形態２による水設備プラントの運用支援装置を示す詳細構成図である。
図８において、１〜１７は図２におけるものと同一のものである。図８では、シミュレーション部９に、操作員が指定することにより需要量予測値を補正する配水傾向補正機能１８（需要量補正手段）を設けている。

図９は、この発明の実施の形態２による水設備プラントの運用支援装置の配水傾向補正機能が行う需要量調整を示すイメージ図である。
図９において、横軸に時間、縦軸に需要量を示すグラフを示し、配水傾向補正機能１８により、需要量を「普通」、「多め」、「少なめ」に調整できる。

実施の形態１では、シミュレーション部９にて需要量を予測し、その需要量に合ったポンプ、弁などの送水設備の最適な送水量をプラントデータベース１２のデータを元に計算し、計算した送水量で送水設備を制御したあと、監視できるようなシミュレーションについて述べたが、例えばプール開きがあるので、１日の水の需要量が通常より増加するといった特性をある日が持つ場合、送水量を修正する必要があった。
実施の形態２は、そのような場合に備え、図８に示すような配水傾向補正機能１８を設けて、「普通」、「多め」、「少なめ」の設定パラメータを操作員が指定することにより、需要量予測値を補正し、送水量の修正を行えるようにした。

図９の需要量調整のイメージに示すように、「多め」、「少なめ」の設定を加味した需要量に添った送水量の計算を行うことができ、特殊な事情による需要量の変動に対応できる点で、安定した水設備プラントの運用が期待できる。

実施の形態２によれば、需要量を操作員が調整できるようにしたので、特殊な事情による需要量の変動に対応でき、安定した水設備プラントの運用を行うことができる。

実施の形態３．
図１０は、この発明の実施の形態３による水設備プラントの運用支援装置を示す詳細構成図である。
図１０において、１〜１８は図８におけるものと同一のものである。図１０では、シミュレーション部９に、操作履歴を操作履歴データベース２１に保存する操作履歴保存機能１９（操作履歴保存手段）と、操作履歴データベース２１に保存された操作履歴を再生する操作履歴再生機能２０（操作履歴再生手段）とを設けている。

実施の形態１では、シミュレーション部９にて需要量を予測し、その需要量に合った送水設備の最適な送水量をプラントデータベース１２のデータを元に調整し、調整した送水量で送水設備を制御したあと、監視できるようなシミュレーションについて述べたが、実施の形態３は、図１０に示すように、シミュレーション部９に操作履歴保存機能１９と操作履歴再生機能２０を設けた。

実施の形態３では、操作履歴保存機能１９により、送水量を計算した結果（操作内容を含む）とその後のプラントデータを件名と共に操作履歴データベース２１に保存し、操作履歴再生機能２０により、件名を指定して再生操作を行うと、現在の系統図とは別画面にシミュレーションを開始した時の系統の状態と操作内容、途中の系統の状態と操作内容、最後の状態を表示できるようにしている。

実施の形態３によれば、過去実施した操作事例を参照しながら、送水量の計画ができ、精度の高い運用を行うことができる。

実施の形態４．
図１１は、この発明の実施の形態４による水設備プラントの運用支援装置を示す詳細構成図である。
図１１において、１〜２１は図１０におけるものと同一のものである。図１１では、シミュレーション部９に、監視を行う時間の間隔を調整する監視間隔調整機能２２（時間間隔調整手段）を設けている。

実施の形態１では、シミュレーション部９で、需要量を入力することで、プラントデータベース１２のデータを元に、最適なポンプ、弁などの設備の送水量を調整し、調整した送水量で送水設備を制御したあと、監視が行えるようなシミュレーションについて述べたが、実施の形態４は、図１１に示すように、シミュレーション部９に監視間隔調整機能２２を設け、図６のシミュレーション部９の操作フローで説明した、監視を行う時間の間隔を調整できるようにした。

実施の形態４によれば、これにより、水の使用量が多い時間帯に間隔を短くして動向を見るといった詳細な監視を行うことができ、状態変化にリアルに対応できる点で運用効率が向上する。

実施の形態５．
図１２は、この発明の実施の形態５による水設備プラントの運用支援装置を示す詳細構成図である。
図１２において、１〜２２は図１１におけるものと同一のものである。図１２では、運用支援装置オフライン７に、設備の諸元のデータを有する設備定義ファイル２３（ファイル）を設け、系統図作成部１４で利用できるようにした。

実施の形態１では、指定された設備シンボルの諸元を入力する画面を表示し、データ入力と登録操作を行うことにより、設備の諸元のデータを保存する設備諸元入力機能について述べた（図３のステップＡ４参照）が、実施の形態５は、図１２に示すように、個々の設備の諸元を入力するのではなく、表計算ソフトなどで定義された形式で設備の諸元を入力した設備定義ファイル２３から、設備の諸元のデータを系統図作成部１４に取り込めるようにした。

実施の形態５によれば、これにより、全ての設備の諸元を一括で入力でき、データ入力の省力化を図ることができる。

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 モニタ、２ 運用支援装置、３ 制御バス、４ コントローラ、５ プラント設備、６ 運用支援装置オンライン、７ 運用支援装置オフライン、８ 系統図表示／監視部、９ シミュレーション部、１０ プラントデータ収集／制御部、１１ 系統データベース、１２ プラントデータベース、１３ 系統データベース、１４ 系統図作成部、１５ プラントデータベース、１６ 需要量予測部、１７ 履歴データベース、１８ 配水傾向補正機能、１９ 操作履歴保存機能、２０ 操作履歴再生機能、２１ 操作履歴データベース、２２ 監視間隔調整機能、２３ 設備定義ファイル。

Claims (7)

1. 需要先に水を供給するための送水設備と池とを含む水設備を制御するコントローラに接続された水設備プラントの運用支援装置であって、
   上記水設備を示す設備シンボルを接続線で接続した系統図を表示する系統図表示手段、
   過去の実績データを基にして、需要先の水の需要量を予測する需要量予測手段を有するとともに、この需要量予測手段によって予測された水の需要量に適応するように、上記送水設備の送水量を算出し、この送水量によって影響される上記池の水位を上記系統図上に表示して、上記算出した送水量を確認するシミュレーション手段、
   及びこのシミュレーション手段により確認された送水量を上記コントローラに送信し、当該送水設備を制御するプラント制御手段を備え、
   上記シミュレーション手段は、上記需要量予測手段によって予測された水の需要量を補正するために設定されたパラメータをユーザが指定することで、上記予測した水の需要量の補正を行う需要量補正手段を有することを特徴とする水設備プラントの運用支援装置。
2. 需要先に水を供給するための送水設備と池とを含む水設備を制御するコントローラに接続された水設備プラントの運用支援装置であって、
   上記水設備を示す設備シンボルを接続線で接続した系統図を表示する系統図表示手段、
   過去の実績データを基にして、需要先の水の需要量を予測する需要量予測手段を有するとともに、この需要量予測手段によって予測された水の需要量に適応するように、上記送水設備の送水量を算出し、この送水量によって影響される上記池の水位を上記系統図上に表示して、上記算出した送水量を確認するシミュレーション手段、
   及びこのシミュレーション手段により確認された送水量を上記コントローラに送信し、当該送水設備を制御するプラント制御手段を備え、
   上記シミュレーション手段は、上記シミュレーション手段により算出された上記送水設備の送水量及びこの送水量を基に制御された上記送水設備の状態を操作履歴として保存する操作履歴保存手段と、
   上記保存された操作履歴を再生する操作履歴再生手段とを有することを特徴とする水設備プラントの運用支援装置。
3. 上記シミュレーション手段は、上記シミュレーション手段により算出された上記送水設備の送水量及びこの送水量を基に制御された上記送水設備の状態を操作履歴として保存する操作履歴保存手段と、
   上記保存された操作履歴を再生する操作履歴再生手段とを有することを特徴とする請求項１記載の水設備プラントの運用支援装置。
4. 上記シミュレーション手段による送水量の算出は、２４時間分であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項記載の水設備プラントの運用支援装置。
5. ユーザの指示により上記系統図を作成する系統図作成手段を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項記載の水設備プラントの運用支援装置。
6. 上記シミュレーション手段は、所定の時間間隔で実行されるとともに、この所定の時間間隔を調整する時間間隔調整手段を有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項記載の水設備プラントの運用支援装置。
7. 上記系統図作成手段は、上記系統図によって表示される上記水設備に対する諸元データの入力を、表計算ソフトを使用して上記水設備について予め一括入力されたファイルを用いて行えるように構成されていることを特徴とする請求項５記載の水設備プラントの運用支援装置。

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