プラントの運転管理支援方法
【課題】整合性のとれた値に基づいて、水処理プラントのユニットで使用される消耗品の交換時期の推定、及び、水処理プラントを構成する各ユニットの能力診断を適格に行うことが可能な、運転管理支援方法を提供する。
【解決手段】複数のユニット（ユニットＡ２００、ユニットＢ２５０）からなる水処理プラントの実測値を計測し、当該実測値を記憶し、記憶された実測値、及び水処理プラントの制約条件を含んだ目的関数に基づいて、水処理プラントの推定値を算出し、算出された推定値に基づいて、ユニットの各々を診断する運転管理支援方法。
【解決手段】複数のユニット（ユニットＡ２００、ユニットＢ２５０）からなる水処理プラントの実測値を計測し、当該実測値を記憶し、記憶された実測値、及び水処理プラントの制約条件を含んだ目的関数に基づいて、水処理プラントの推定値を算出し、算出された推定値に基づいて、ユニットの各々を診断する運転管理支援方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラントの運転管理支援方法に関する。特に、水処理プラントの物質収支を推定することにより運転管理を支援する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、プラント施設（例えば、水処理プラント）においては、プラントを構成する個々の設備（以下、「ユニット」）の能力を、各ユニットの仕様に基づいて、あるいは、シミュレーションにより算出したデータと実測値とを比較することで、各ユニット及び、各ユニットから構成されるプラント全体を評価することが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、プラントを構成する全ユニットから全時刻（短時間間隔）でデータを計測し、この計測したデータ及びシミュレーションの演算値を用いて、時間的に連続に変化するプラント全体の能力診断を行うことが示されている。したがって、特許文献１によれば、時間的に連続して運転される任意のユニットや、新旧のユニットが混在し相互に関係し合うプラント全体の能力を、プラントが本来有している能力（仕様に沿った能力）に対して評価することが可能である。
【０００４】
一方、特許文献２では、プラント（もしくは一のユニット）から計測される実測値から物質収支、熱収支を計算して、計算した物質収支、熱収支を定常値と比較することで、プラントを常に監視し、オペレータの監視の負担を軽減し、運転ミス、異常時のオペレータの混乱を防止することが示されている。
【特許文献１】特開２００４−５４４１８号公報
【特許文献２】特開昭６３−７７５３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の特許文献１、特許文献２では、プラントの物質収支に基づいて、ユニットで使用される消耗品の交換時期の推定や、ユニットの能力診断及びプラント全体の能力診断を、以下の理由で正確に行えない場合がある。通常、プラントを構成する各ユニットの能力診断や、消耗品の交換時期などの運転管理支援を行う場合に、実測値に誤差を多く含んでしまうことがある。この場合に誤差が大きい実測値に基づいた妥当性がない物質収支では、結果の信頼性が低くなってしまう。特に、プラントの工業計器およびプラントが設置された表示計器の値は、誤差や異常値等を多く含む場合もあり、妥当な物質収支を計算するためには、これらの工業計器、表示計器からの実測値そのものを調整する必要がある。
【０００６】
本発明は、水処理プラントの物質収支を考慮することで算出される妥当な推定値に基づいて、プラントのユニットで使用される異常計器の抽出、消耗品の交換時期の推定、及び、プラントを構成する各ユニットの能力診断を適格に行うことが可能な、運転管理支援方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１） 水処理プラントの各ユニット（例えば、後述のユニットＡ２００，ユニットＢ２５０）に対して流入、流出される処理水量の実測値を計測し、当該実測値を記憶する実測値管理装置（例えば、後述の測定情報記憶部１６０）と、
前記実測値管理装置に記憶された実測値、及び前記水処理プラントの制約条件を含んだ目的関数に基づいて、前記水処理プラントの推定値を算出する演算装置（例えば、後述の制御部１１０）と、を備え、
前記演算装置により演算された推定値に基づいて、前記ユニットの各々を診断する、運転管理支援方法。
【０００８】
（１）の発明によれば、水処理プラントの各ユニットに対して流入、流出される処理水量の実測値を計測し、当該実測値を記憶し、記憶された実測値、及び前記水処理プラントの制約条件を含んだ目的関数に基づいて、前記水処理プラントの推定値を算出し、算出された推定値に基づいて、ユニットの各々を診断する。
よって、実測値と目的関数とから算出される整合性のとれた推定値に基づき、かつ、水処理プラントの制約条件を考慮して、水処理プラントを構成する各ユニットを診断することが可能である。したがって、通常、誤差を含む場合や、異常値となる場合がある工業計器や表示計器からの実測値のみに頼ることなく、推定値を用いて、適格に診断を行うことが可能である。
【０００９】
（２） 前記ユニットの各々を診断するとは、前記ユニットの各々に対して、異常計器の抽出、消耗品交換時期の推定、能力の診断のうち、少なくとも一つを実行する、（１）に記載の運転管理支援方法。
【００１０】
（２）の発明によれば、実測値と目的関数とから算出される整合性のとれた推定値に基づいて、水処理プラントのユニットで使用される異常計器の抽出、消耗品の交換時期の推定、ユニットの能力診断のいずれかを従来よりも、より正確に行うことが可能である。
【００１１】
（３） 前記演算装置は、前記実測値と算出されるべき推定値との差の合計を目的関数（例えば、後述の（式１））として、当該目的関数から算出される値を最小にする推定値を算出し、当該推定値に基づいて、前記ユニットの各々を診断する、（１）または（２）に記載の運転管理支援方法。
【００１２】
（４） 前記演算装置は、前記実測値と算出されるべき推定値との差を前記実測値で割った商の合計を目的関数（例えば、後述の（式２））として、当該商を最小にする推定値を算出し、当該推定値に基づいて、前記ユニットの各々を診断する、（１）から（３）いずれかに記載の運転管理支援方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、水処理プラントの物質収支を考慮することで算出される妥当な推定値に基づいて、プラントのユニットで使用される異常計器の抽出、消耗品の交換時期の推定、及び、プラントを構成する各ユニットの能力診断を適格に行うことが可能な、運転管理支援方法を提供することが可能である。したがって、通常、誤差を含む場合や、異常値となる場合がある工業計器や表示計器からの実測値のみに頼ることなく、目的関数により算出された推定値を用いて、適格に診断を行うことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、プラントを構成するユニット（ユニットＡ２００、ユニットＢ２５０）と、このプラントに接続され、当該プラントの運転管理をするプラント運転管理装置１００とを示す構成図である。図１では、ユニットＡ２００、ユニットＢ２５０のみを図示したが、これ以外のユニットが、プラント運転管理装置１００による管理の対象となってよい。なお、ユニットＢ２５０は、通信部１５０と破線で接続されているが、これは後述するように、ユニットＢ２５０が通信部１５０に接続されてもよいし、接続されない態様であってもよいことを示す。
【００１５】
プラント運転管理装置１００は、ユニット情報入力部１２０と、制御部１１０と、測定情報記憶部１６０と、診断情報記憶部１７０と、出力部１８０とを備え、適宜、通信部１４０を備える。プラント運転管理装置１００は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、メモリ等を内蔵したコンピュータであってよい。
【００１６】
ユニット情報入力部１２０は、プラント管理者により情報、データが入力される装置であり、例えば、キーボード、マウス等であってよい。例えば、プラント管理者が、ユニットＡ２００の流入計器２１０（流出計器２２０）を視認して流入実測値（流出実測値）を把握し、ユニット情報入力部１２０を介して、この流入実測値（流出実測値）を、プラント運転管理装置１００に入力する。さらに、ユニット情報入力部１２０は、プラント管理者により、ユニットＡ２００の流入量、流出量に関する仕様上の能力値（以下、「ユニット能力値」）や、ユニットＡ２００の消耗品の寿命、交換部品の交換時期に関するデータが、入力される。
【００１７】
制御部１１０は、プラント運転管理装置１００に入力された情報、データを制御、演算する装置であり、例えば、ＣＰＵであってよい。制御部１１０は、後述するメイン処理ルーチン、推定値演算処理ルーチン、プラントの診断処理ルーチンを実行する。
【００１８】
測定情報記憶部１６０は、実測値が制御部１１０により記憶される装置である。ここで、測定情報記憶部１６０に記憶される実測値は、ユニット情報入力部１２０を介して入力されて測定情報記憶部１６０に記憶されてもよいし、後述するように、通信部１４０がユニットＡ２００から送信された実測値を受信することで、測定情報記憶部１６０に記憶されてもよい。
【００１９】
診断情報記憶部１７０は、プラント運転管理装置１００が診断するための情報、データが制御部１１０により記憶される装置である。ここで、診断情報記憶部１７０に記憶される情報、データは、ユニット情報入力部１２０を介して入力されて診断情報記憶部１７０に記憶されてもよいし、後述するように、通信部１４０がユニットＡ２００から送信された情報、データを受信することで、診断情報記憶部１７０に記憶されてもよい。診断情報記憶部１７０に記憶される具体的な情報、データとは、後述するように、各ユニットのユニット能力値、各ユニットの消耗品の寿命、交換部品の交換時期に関するデータである。
【００２０】
出力部１８０は、プラント運転管理装置１００が制御する情報、データが制御部１１０により出力される装置であり、例えば、モニタ、液晶ディスプレイ、プリンタ等であってよい。
【００２１】
通信部１４０は、ユニットＡ２００、ユニットＢ２５０等の流入計器２１０、２６０、及び、流出計器２２０、２７０から実測値等のデータを受信する装置である。通信部１４０は、ユニット側の通信部１５０に対して、一般公衆回線を経由して接続されていてもよいし、専用線で接続されていてもよい。また、プラント運転管理装置１００が、通信部１４０を備えずに、プラント運転管理装置１００により制御される情報、データが全て、ユニット情報入力部１２０を介して入力されてもよい。
【００２２】
ユニットＡ２００、ユニットＢ２５０は、プラントを構成する一のユニットであり、水、燃料等の物質が流入され、この流入があった所定量の物質の全てまたは一部を流出するユニット装置である。以下では、好適な実施態様を説明するために、図３に示すように、一のユニットに対して、直接、接続されるユニットは、一のユニットのみである構成について説明する。すなわち、所定量の物質が一のユニット（ユニットＡ２００）に流入された場合に、この流入があった全流入量が、次のユニット（ユニットＢ２５０）に流出される態様について説明する。
【００２３】
ユニットＡ２００は、流入された物質の流入量を計測する流入計器２１０と、流出される物質の流出量を計測する流出計器２２０とを備える。同様に、ユニットＢ２５０は、流入された物質の流入量を計測する流入計器２６０と、流出される物質の流出量を計測する流出計器２７０とを備える。図１では、通信部１５０が複数のユニットに対して、一のみ備えられているが、各ユニットが一の通信部１５０を備えて、通信部１４０を介して、プラント運転管理装置１００と通信を行ってもよい。
【００２４】
次に、図２に基づいて、プラント運転管理装置１００の制御部１１０が実行するメイン処理ルーチンについて説明する。最初に、制御部１１０は、各ユニットの実測値が入力される入力処理を行う（ステップＳ０１）。この入力処理は、通信部１４０を介して自動的に実測値が入力されてもよいし、ユニット情報入力部１２０を介してプラント管理者により入力されてよい。次に、入力された実測値に基づいて、制御部１１０は物質収支の推定値の演算処理を行う（ステップＳ０２）。そして、制御部１１０は、算出された推定値に基づいて、診断情報記憶部１７０に記憶された情報に基づいて、プラントの診断処理を行う（ステップＳ０３）。これら各ステップの詳細について、以下で説明する。
【００２５】
最初に、図３に基づいて、ユニット間の物質収支について説明する。ユニットＡ２００に対して、流入実測値（ｆ１）が、１００ｍ３／ｈ、流出実測値（ｆ２）が、１１０ｍ３／ｈである。ユニットＢ２５０に対しては、ユニットＡ２００から流出した（ｆ２）が流入するため、流入実測値が、１１０ｍ３／ｈであり、流出実測値（ｆ３）が、８０ｍ３／ｈである。
【００２６】
上記の流入実測値、流出実測値は、流入計器２１０、２６０、流出計器２２０、２７０により計測されたデータであり、通信部１４０、通信部１５０を介してこれらのデータが、測定情報記憶部１６０に記憶されてよいし、プラント管理者が流入計器２１０、２６０、流出計器２２０、２７０を視認して、ユニット情報入力部１２０を介して、流入実測値、流出実測値を入力することで、これらのデータが測定情報記憶部１６０に記憶されてもよい。
【００２７】
上述のように、流入実測値、流出実測値の入力が行われた後に、制御部１１０が推定値の演算処理を実行するフローを、図４に基づいて説明する。最初に、プラント管理者からの入力に基づいて制御部１１０が目的関数を設定する（ステップＳ１１）。ここで、目的関数とは、入力された実測値から推定値を算出するための関数である。例えば、（式１）、（式２）のように、推定値と実測値の差（推定値と実測値の差を実測値で割った商）を各ユニットで算出し、この合計を目的関数として設定する。
【数１】
【００２８】
次に、制御部１１０が、プラント管理者からの入力を受けて制約条件を設定する（ステップＳ１２）。例えば、制約条件とは、流入、流出する物質バランス上の制約によれば、（式３）であってよい。
【数２】
【００２９】
制御部１１０は、目的関数に実測値を代入する（ステップＳ１３）。例えば、（式１）に対して入力された実測値を代入すると、それぞれ（式４）になる。
【数３】
【００３０】
この（式４）に対して、（式３）の制約を加えると、（式５）となり、（式５）を、図５に示すようにグラフ上に示した。
【数４】
【００３１】
制御部１１０は、（式４）のＦが最小にあるｆ１を算出する（ステップＳ１４）。図５が示すように、（式５）のＦは、ｆ１が１００のときに最小値３０となるため、ｆ１の推定値が１００と算出される。制御部１１０が、算出された推定値を出力部１８０に出力する（ステップＳ１５）。
【００３２】
次に、算出された推定値に基づいて行われるプラントの診断処理ルーチンについて、図６に基づいて説明する。上述の推定値の演算処理ルーチンにより、制御部１１０が推定値を算出する（ステップＳ２１）。制御部１１０は、この算出された推定値を、各ユニットの実測値と比較する（ステップＳ２２）。この比較の結果から、制御部１１０が異常計器を抽出する（ステップＳ２３）。この抽出処理について、以下で説明する。
【００３３】
図７に、ユニットＡ２００、ユニットＢ２５０の流入実測値、流出実測値と、（式５）により算出されたｆ１、ｆ２、ｆ３＝１００の推定値との誤差を示した。例えば、流入計器２１０、２６０、流出計器２２０、２７０の誤差は、その仕様から±１０％の誤差と想定されているとする。図７に基づけば、流入計器２１０での誤差は０％、流入計器２６０（流出計器２２０）での誤差は１０％、流出計器２７０での誤差は２０％であるため、制御部１１０は、流出計器２７０を異常計器として抽出することが可能である。
【００３４】
次に、制御部１１０は、算出された推定値とユニット能力値とを比較する（ステップＳ２４）。ここで、ユニット能力値とは各ユニットの仕様により定められる値であり、例えば、一のユニットが処理を行うことが可能な流入量、流出量に対して定められたデータである。ユニット能力値は、診断情報記憶部１７０に記憶される。
【００３５】
図７に示すように、ユニットＡ２００は、ユニット能力値１５０ｍ３／ｈであり、ユニットＢ２５０は、ユニット能力値１００ｍ３／ｈである。制御部１１０は、ｆ１の推定値１００ｍ３／ｈと、ユニットＡ２００のユニット能力値１５０ｍ３／ｈを比較して、推定値がユニット能力値を上回っていないため、ユニットＡに対しての増設が必要ないことを判断する。
【００３６】
さらに、制御部１１０は、ｆ２の推定値１００ｍ３／ｈと、ユニットＢ２５０のユニット能力値１００ｍ３／ｈを比較して、推定値がユニット能力値の処理水量を上回っていないため、ユニットＢ２５０に対しての増設も必要ないことを判断する。しかし、ユニットＢ２５０は、ユニット能力値１００ｍ３／ｈであり、推定値の値と同一であるため、処理水量が増加した場合には、制御部１１０は、ユニットＢ２５０に対して、増設が必要であると判断する。このように、制御部１１０が、処理水量の増加が見込まれる場合に、増設が必要となるユニットの判断といった能力診断を行うことが可能である。
【００３７】
次に、制御部１１０は、推定値に基づいて、消耗品等の部品交換の時期の判断を行う（ステップＳ２５）。例えば、ユニットＡ２００の流出実測値が１１０ｍ３／ｈであるが、この値に基づくことなく、推定値１００ｍ３／ｈに基づいて算出する（例えば、推定量に時間を積分した量を算出する）。これにより、異常計器あるいは誤差が大きい可能性があるユニットＡ２００の流出計器２２０の実測値に頼ることなく、推定値から消耗品の寿命、交換部品の交換時期を的確に予測することが可能である。
【００３８】
ここで、交換される消耗品とは、水処理プラントの場合には、例えば、イオン交換樹脂、膜、活性炭である。診断情報記憶部１７０は、制御部１１０により、これらの消耗品、部品の寿命に関するデータが記憶される。
【００３９】
上記説明した実施形態によれば、異常計器や誤差が大きい可能性のある実測値ではなく、理想的な推定値に基づいて、プラントを構成する各ユニットの診断、異常計器の抽出、消耗品交換時期の推定を行うことが可能であるため、物質収支に関して整合性がとれた適切な判断結果を導くことが可能である。
【００４０】
このような実施形態を実現する機能、方法を、上述のプラント運転管理装置１００のようなコンピュータやサーバにて実行するためのプログラムにより実現することができる。このプログラムのための記憶媒体としては、光学記憶媒体、テープ媒体、半導体メモリ等が挙げられる。また、専用通信ネットワークやインターネットに接続されたサーバ・システムに設けられたハードディスク又はＲＡＭ等の記憶装置を記憶媒体として使用し、ネットワークを介してプログラムを提供してもよい。
【００４１】
以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定しない。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載された効果に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】プラント運転管理装置とプラントを構成する各ユニットを示す構成図である。
【図２】プラント運転管理装置が実行するメイン処理ルーチンのフローチャート図である。
【図３】プラントを構成するユニット間での物質収支を示す概念図である。
【図４】プラント運転管理装置が実行する推定値の演算処理ルーチンのフローチャート図である。
【図５】目的関数と推定値との関係を示すグラフ図である。
【図６】プラント運転管理装置が実行するプラントの診断処理ルーチンのフローチャート図である。
【図７】プラントを構成するユニット間での物質収支と各ユニットのユニット能力値とを示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１００ プラント運転管理装置
１１０ 制御部
１２０ ユニット情報入力部
１４０ 通信部
１５０ 通信部
１６０ 測定情報記憶部
１７０ 診断情報記憶部
１８０ 出力部
２００ ユニットＡ
２５０ ユニットＢ
２１０ 流入計器
２２０ 流出計器
２６０ 流入計器
２７０ 流出計器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラントの運転管理支援方法に関する。特に、水処理プラントの物質収支を推定することにより運転管理を支援する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、プラント施設（例えば、水処理プラント）においては、プラントを構成する個々の設備（以下、「ユニット」）の能力を、各ユニットの仕様に基づいて、あるいは、シミュレーションにより算出したデータと実測値とを比較することで、各ユニット及び、各ユニットから構成されるプラント全体を評価することが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、プラントを構成する全ユニットから全時刻（短時間間隔）でデータを計測し、この計測したデータ及びシミュレーションの演算値を用いて、時間的に連続に変化するプラント全体の能力診断を行うことが示されている。したがって、特許文献１によれば、時間的に連続して運転される任意のユニットや、新旧のユニットが混在し相互に関係し合うプラント全体の能力を、プラントが本来有している能力（仕様に沿った能力）に対して評価することが可能である。
【０００４】
一方、特許文献２では、プラント（もしくは一のユニット）から計測される実測値から物質収支、熱収支を計算して、計算した物質収支、熱収支を定常値と比較することで、プラントを常に監視し、オペレータの監視の負担を軽減し、運転ミス、異常時のオペレータの混乱を防止することが示されている。
【特許文献１】特開２００４−５４４１８号公報
【特許文献２】特開昭６３−７７５３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記の特許文献１、特許文献２では、プラントの物質収支に基づいて、ユニットで使用される消耗品の交換時期の推定や、ユニットの能力診断及びプラント全体の能力診断を、以下の理由で正確に行えない場合がある。通常、プラントを構成する各ユニットの能力診断や、消耗品の交換時期などの運転管理支援を行う場合に、実測値に誤差を多く含んでしまうことがある。この場合に誤差が大きい実測値に基づいた妥当性がない物質収支では、結果の信頼性が低くなってしまう。特に、プラントの工業計器およびプラントが設置された表示計器の値は、誤差や異常値等を多く含む場合もあり、妥当な物質収支を計算するためには、これらの工業計器、表示計器からの実測値そのものを調整する必要がある。
【０００６】
本発明は、水処理プラントの物質収支を考慮することで算出される妥当な推定値に基づいて、プラントのユニットで使用される異常計器の抽出、消耗品の交換時期の推定、及び、プラントを構成する各ユニットの能力診断を適格に行うことが可能な、運転管理支援方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１） 水処理プラントの各ユニット（例えば、後述のユニットＡ２００，ユニットＢ２５０）に対して流入、流出される処理水量の実測値を計測し、当該実測値を記憶する実測値管理装置（例えば、後述の測定情報記憶部１６０）と、
前記実測値管理装置に記憶された実測値、及び前記水処理プラントの制約条件を含んだ目的関数に基づいて、前記水処理プラントの推定値を算出する演算装置（例えば、後述の制御部１１０）と、を備え、
前記演算装置により演算された推定値に基づいて、前記ユニットの各々を診断する、運転管理支援方法。
【０００８】
（１）の発明によれば、水処理プラントの各ユニットに対して流入、流出される処理水量の実測値を計測し、当該実測値を記憶し、記憶された実測値、及び前記水処理プラントの制約条件を含んだ目的関数に基づいて、前記水処理プラントの推定値を算出し、算出された推定値に基づいて、ユニットの各々を診断する。
よって、実測値と目的関数とから算出される整合性のとれた推定値に基づき、かつ、水処理プラントの制約条件を考慮して、水処理プラントを構成する各ユニットを診断することが可能である。したがって、通常、誤差を含む場合や、異常値となる場合がある工業計器や表示計器からの実測値のみに頼ることなく、推定値を用いて、適格に診断を行うことが可能である。
【０００９】
（２） 前記ユニットの各々を診断するとは、前記ユニットの各々に対して、異常計器の抽出、消耗品交換時期の推定、能力の診断のうち、少なくとも一つを実行する、（１）に記載の運転管理支援方法。
【００１０】
（２）の発明によれば、実測値と目的関数とから算出される整合性のとれた推定値に基づいて、水処理プラントのユニットで使用される異常計器の抽出、消耗品の交換時期の推定、ユニットの能力診断のいずれかを従来よりも、より正確に行うことが可能である。
【００１１】
（３） 前記演算装置は、前記実測値と算出されるべき推定値との差の合計を目的関数（例えば、後述の（式１））として、当該目的関数から算出される値を最小にする推定値を算出し、当該推定値に基づいて、前記ユニットの各々を診断する、（１）または（２）に記載の運転管理支援方法。
【００１２】
（４） 前記演算装置は、前記実測値と算出されるべき推定値との差を前記実測値で割った商の合計を目的関数（例えば、後述の（式２））として、当該商を最小にする推定値を算出し、当該推定値に基づいて、前記ユニットの各々を診断する、（１）から（３）いずれかに記載の運転管理支援方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、水処理プラントの物質収支を考慮することで算出される妥当な推定値に基づいて、プラントのユニットで使用される異常計器の抽出、消耗品の交換時期の推定、及び、プラントを構成する各ユニットの能力診断を適格に行うことが可能な、運転管理支援方法を提供することが可能である。したがって、通常、誤差を含む場合や、異常値となる場合がある工業計器や表示計器からの実測値のみに頼ることなく、目的関数により算出された推定値を用いて、適格に診断を行うことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１は、プラントを構成するユニット（ユニットＡ２００、ユニットＢ２５０）と、このプラントに接続され、当該プラントの運転管理をするプラント運転管理装置１００とを示す構成図である。図１では、ユニットＡ２００、ユニットＢ２５０のみを図示したが、これ以外のユニットが、プラント運転管理装置１００による管理の対象となってよい。なお、ユニットＢ２５０は、通信部１５０と破線で接続されているが、これは後述するように、ユニットＢ２５０が通信部１５０に接続されてもよいし、接続されない態様であってもよいことを示す。
【００１５】
プラント運転管理装置１００は、ユニット情報入力部１２０と、制御部１１０と、測定情報記憶部１６０と、診断情報記憶部１７０と、出力部１８０とを備え、適宜、通信部１４０を備える。プラント運転管理装置１００は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、メモリ等を内蔵したコンピュータであってよい。
【００１６】
ユニット情報入力部１２０は、プラント管理者により情報、データが入力される装置であり、例えば、キーボード、マウス等であってよい。例えば、プラント管理者が、ユニットＡ２００の流入計器２１０（流出計器２２０）を視認して流入実測値（流出実測値）を把握し、ユニット情報入力部１２０を介して、この流入実測値（流出実測値）を、プラント運転管理装置１００に入力する。さらに、ユニット情報入力部１２０は、プラント管理者により、ユニットＡ２００の流入量、流出量に関する仕様上の能力値（以下、「ユニット能力値」）や、ユニットＡ２００の消耗品の寿命、交換部品の交換時期に関するデータが、入力される。
【００１７】
制御部１１０は、プラント運転管理装置１００に入力された情報、データを制御、演算する装置であり、例えば、ＣＰＵであってよい。制御部１１０は、後述するメイン処理ルーチン、推定値演算処理ルーチン、プラントの診断処理ルーチンを実行する。
【００１８】
測定情報記憶部１６０は、実測値が制御部１１０により記憶される装置である。ここで、測定情報記憶部１６０に記憶される実測値は、ユニット情報入力部１２０を介して入力されて測定情報記憶部１６０に記憶されてもよいし、後述するように、通信部１４０がユニットＡ２００から送信された実測値を受信することで、測定情報記憶部１６０に記憶されてもよい。
【００１９】
診断情報記憶部１７０は、プラント運転管理装置１００が診断するための情報、データが制御部１１０により記憶される装置である。ここで、診断情報記憶部１７０に記憶される情報、データは、ユニット情報入力部１２０を介して入力されて診断情報記憶部１７０に記憶されてもよいし、後述するように、通信部１４０がユニットＡ２００から送信された情報、データを受信することで、診断情報記憶部１７０に記憶されてもよい。診断情報記憶部１７０に記憶される具体的な情報、データとは、後述するように、各ユニットのユニット能力値、各ユニットの消耗品の寿命、交換部品の交換時期に関するデータである。
【００２０】
出力部１８０は、プラント運転管理装置１００が制御する情報、データが制御部１１０により出力される装置であり、例えば、モニタ、液晶ディスプレイ、プリンタ等であってよい。
【００２１】
通信部１４０は、ユニットＡ２００、ユニットＢ２５０等の流入計器２１０、２６０、及び、流出計器２２０、２７０から実測値等のデータを受信する装置である。通信部１４０は、ユニット側の通信部１５０に対して、一般公衆回線を経由して接続されていてもよいし、専用線で接続されていてもよい。また、プラント運転管理装置１００が、通信部１４０を備えずに、プラント運転管理装置１００により制御される情報、データが全て、ユニット情報入力部１２０を介して入力されてもよい。
【００２２】
ユニットＡ２００、ユニットＢ２５０は、プラントを構成する一のユニットであり、水、燃料等の物質が流入され、この流入があった所定量の物質の全てまたは一部を流出するユニット装置である。以下では、好適な実施態様を説明するために、図３に示すように、一のユニットに対して、直接、接続されるユニットは、一のユニットのみである構成について説明する。すなわち、所定量の物質が一のユニット（ユニットＡ２００）に流入された場合に、この流入があった全流入量が、次のユニット（ユニットＢ２５０）に流出される態様について説明する。
【００２３】
ユニットＡ２００は、流入された物質の流入量を計測する流入計器２１０と、流出される物質の流出量を計測する流出計器２２０とを備える。同様に、ユニットＢ２５０は、流入された物質の流入量を計測する流入計器２６０と、流出される物質の流出量を計測する流出計器２７０とを備える。図１では、通信部１５０が複数のユニットに対して、一のみ備えられているが、各ユニットが一の通信部１５０を備えて、通信部１４０を介して、プラント運転管理装置１００と通信を行ってもよい。
【００２４】
次に、図２に基づいて、プラント運転管理装置１００の制御部１１０が実行するメイン処理ルーチンについて説明する。最初に、制御部１１０は、各ユニットの実測値が入力される入力処理を行う（ステップＳ０１）。この入力処理は、通信部１４０を介して自動的に実測値が入力されてもよいし、ユニット情報入力部１２０を介してプラント管理者により入力されてよい。次に、入力された実測値に基づいて、制御部１１０は物質収支の推定値の演算処理を行う（ステップＳ０２）。そして、制御部１１０は、算出された推定値に基づいて、診断情報記憶部１７０に記憶された情報に基づいて、プラントの診断処理を行う（ステップＳ０３）。これら各ステップの詳細について、以下で説明する。
【００２５】
最初に、図３に基づいて、ユニット間の物質収支について説明する。ユニットＡ２００に対して、流入実測値（ｆ１）が、１００ｍ３／ｈ、流出実測値（ｆ２）が、１１０ｍ３／ｈである。ユニットＢ２５０に対しては、ユニットＡ２００から流出した（ｆ２）が流入するため、流入実測値が、１１０ｍ３／ｈであり、流出実測値（ｆ３）が、８０ｍ３／ｈである。
【００２６】
上記の流入実測値、流出実測値は、流入計器２１０、２６０、流出計器２２０、２７０により計測されたデータであり、通信部１４０、通信部１５０を介してこれらのデータが、測定情報記憶部１６０に記憶されてよいし、プラント管理者が流入計器２１０、２６０、流出計器２２０、２７０を視認して、ユニット情報入力部１２０を介して、流入実測値、流出実測値を入力することで、これらのデータが測定情報記憶部１６０に記憶されてもよい。
【００２７】
上述のように、流入実測値、流出実測値の入力が行われた後に、制御部１１０が推定値の演算処理を実行するフローを、図４に基づいて説明する。最初に、プラント管理者からの入力に基づいて制御部１１０が目的関数を設定する（ステップＳ１１）。ここで、目的関数とは、入力された実測値から推定値を算出するための関数である。例えば、（式１）、（式２）のように、推定値と実測値の差（推定値と実測値の差を実測値で割った商）を各ユニットで算出し、この合計を目的関数として設定する。
【数１】
【００２８】
次に、制御部１１０が、プラント管理者からの入力を受けて制約条件を設定する（ステップＳ１２）。例えば、制約条件とは、流入、流出する物質バランス上の制約によれば、（式３）であってよい。
【数２】
【００２９】
制御部１１０は、目的関数に実測値を代入する（ステップＳ１３）。例えば、（式１）に対して入力された実測値を代入すると、それぞれ（式４）になる。
【数３】
【００３０】
この（式４）に対して、（式３）の制約を加えると、（式５）となり、（式５）を、図５に示すようにグラフ上に示した。
【数４】
【００３１】
制御部１１０は、（式４）のＦが最小にあるｆ１を算出する（ステップＳ１４）。図５が示すように、（式５）のＦは、ｆ１が１００のときに最小値３０となるため、ｆ１の推定値が１００と算出される。制御部１１０が、算出された推定値を出力部１８０に出力する（ステップＳ１５）。
【００３２】
次に、算出された推定値に基づいて行われるプラントの診断処理ルーチンについて、図６に基づいて説明する。上述の推定値の演算処理ルーチンにより、制御部１１０が推定値を算出する（ステップＳ２１）。制御部１１０は、この算出された推定値を、各ユニットの実測値と比較する（ステップＳ２２）。この比較の結果から、制御部１１０が異常計器を抽出する（ステップＳ２３）。この抽出処理について、以下で説明する。
【００３３】
図７に、ユニットＡ２００、ユニットＢ２５０の流入実測値、流出実測値と、（式５）により算出されたｆ１、ｆ２、ｆ３＝１００の推定値との誤差を示した。例えば、流入計器２１０、２６０、流出計器２２０、２７０の誤差は、その仕様から±１０％の誤差と想定されているとする。図７に基づけば、流入計器２１０での誤差は０％、流入計器２６０（流出計器２２０）での誤差は１０％、流出計器２７０での誤差は２０％であるため、制御部１１０は、流出計器２７０を異常計器として抽出することが可能である。
【００３４】
次に、制御部１１０は、算出された推定値とユニット能力値とを比較する（ステップＳ２４）。ここで、ユニット能力値とは各ユニットの仕様により定められる値であり、例えば、一のユニットが処理を行うことが可能な流入量、流出量に対して定められたデータである。ユニット能力値は、診断情報記憶部１７０に記憶される。
【００３５】
図７に示すように、ユニットＡ２００は、ユニット能力値１５０ｍ３／ｈであり、ユニットＢ２５０は、ユニット能力値１００ｍ３／ｈである。制御部１１０は、ｆ１の推定値１００ｍ３／ｈと、ユニットＡ２００のユニット能力値１５０ｍ３／ｈを比較して、推定値がユニット能力値を上回っていないため、ユニットＡに対しての増設が必要ないことを判断する。
【００３６】
さらに、制御部１１０は、ｆ２の推定値１００ｍ３／ｈと、ユニットＢ２５０のユニット能力値１００ｍ３／ｈを比較して、推定値がユニット能力値の処理水量を上回っていないため、ユニットＢ２５０に対しての増設も必要ないことを判断する。しかし、ユニットＢ２５０は、ユニット能力値１００ｍ３／ｈであり、推定値の値と同一であるため、処理水量が増加した場合には、制御部１１０は、ユニットＢ２５０に対して、増設が必要であると判断する。このように、制御部１１０が、処理水量の増加が見込まれる場合に、増設が必要となるユニットの判断といった能力診断を行うことが可能である。
【００３７】
次に、制御部１１０は、推定値に基づいて、消耗品等の部品交換の時期の判断を行う（ステップＳ２５）。例えば、ユニットＡ２００の流出実測値が１１０ｍ３／ｈであるが、この値に基づくことなく、推定値１００ｍ３／ｈに基づいて算出する（例えば、推定量に時間を積分した量を算出する）。これにより、異常計器あるいは誤差が大きい可能性があるユニットＡ２００の流出計器２２０の実測値に頼ることなく、推定値から消耗品の寿命、交換部品の交換時期を的確に予測することが可能である。
【００３８】
ここで、交換される消耗品とは、水処理プラントの場合には、例えば、イオン交換樹脂、膜、活性炭である。診断情報記憶部１７０は、制御部１１０により、これらの消耗品、部品の寿命に関するデータが記憶される。
【００３９】
上記説明した実施形態によれば、異常計器や誤差が大きい可能性のある実測値ではなく、理想的な推定値に基づいて、プラントを構成する各ユニットの診断、異常計器の抽出、消耗品交換時期の推定を行うことが可能であるため、物質収支に関して整合性がとれた適切な判断結果を導くことが可能である。
【００４０】
このような実施形態を実現する機能、方法を、上述のプラント運転管理装置１００のようなコンピュータやサーバにて実行するためのプログラムにより実現することができる。このプログラムのための記憶媒体としては、光学記憶媒体、テープ媒体、半導体メモリ等が挙げられる。また、専用通信ネットワークやインターネットに接続されたサーバ・システムに設けられたハードディスク又はＲＡＭ等の記憶装置を記憶媒体として使用し、ネットワークを介してプログラムを提供してもよい。
【００４１】
以上、本発明の実施形態を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定しない。また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載された効果に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】プラント運転管理装置とプラントを構成する各ユニットを示す構成図である。
【図２】プラント運転管理装置が実行するメイン処理ルーチンのフローチャート図である。
【図３】プラントを構成するユニット間での物質収支を示す概念図である。
【図４】プラント運転管理装置が実行する推定値の演算処理ルーチンのフローチャート図である。
【図５】目的関数と推定値との関係を示すグラフ図である。
【図６】プラント運転管理装置が実行するプラントの診断処理ルーチンのフローチャート図である。
【図７】プラントを構成するユニット間での物質収支と各ユニットのユニット能力値とを示す図である。
【符号の説明】
【００４３】
１００ プラント運転管理装置
１１０ 制御部
１２０ ユニット情報入力部
１４０ 通信部
１５０ 通信部
１６０ 測定情報記憶部
１７０ 診断情報記憶部
１８０ 出力部
２００ ユニットＡ
２５０ ユニットＢ
２１０ 流入計器
２２０ 流出計器
２６０ 流入計器
２７０ 流出計器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水処理プラントの各ユニットに対して流入、流出される処理水量の実測値を計測し、当該実測値を記憶する実測値管理装置と、
前記実測値管理装置に記憶された実測値、及び前記水処理プラントの制約条件を含んだ目的関数に基づいて、前記水処理プラントの推定値を算出する演算装置と、を備え、
前記演算装置により演算された推定値に基づいて、前記ユニットの各々を診断する、運転管理支援方法。
【請求項２】
前記ユニットの各々を診断するとは、前記ユニットの各々に対して、異常計器の抽出、消耗品交換時期の推定、能力の診断のうち、少なくとも一つを実行する、請求項１に記載の運転管理支援方法。
【請求項３】
前記演算装置は、前記実測値と算出されるべき推定値との差の合計を目的関数として、当該目的関数から算出される値を最小にする推定値を算出し、当該推定値に基づいて、前記ユニットの各々を診断する、請求項１または請求項２に記載の運転管理支援方法。
【請求項４】
前記演算装置は、前記実測値と算出されるべき推定値との差を前記実測値で割った商の合計を目的関数として、当該商を最小にする推定値を算出し、当該推定値に基づいて、前記ユニットの各々を診断する、請求項１から請求項３いずれかに記載の運転管理支援方法。
【請求項１】
水処理プラントの各ユニットに対して流入、流出される処理水量の実測値を計測し、当該実測値を記憶する実測値管理装置と、
前記実測値管理装置に記憶された実測値、及び前記水処理プラントの制約条件を含んだ目的関数に基づいて、前記水処理プラントの推定値を算出する演算装置と、を備え、
前記演算装置により演算された推定値に基づいて、前記ユニットの各々を診断する、運転管理支援方法。
【請求項２】
前記ユニットの各々を診断するとは、前記ユニットの各々に対して、異常計器の抽出、消耗品交換時期の推定、能力の診断のうち、少なくとも一つを実行する、請求項１に記載の運転管理支援方法。
【請求項３】
前記演算装置は、前記実測値と算出されるべき推定値との差の合計を目的関数として、当該目的関数から算出される値を最小にする推定値を算出し、当該推定値に基づいて、前記ユニットの各々を診断する、請求項１または請求項２に記載の運転管理支援方法。
【請求項４】
前記演算装置は、前記実測値と算出されるべき推定値との差を前記実測値で割った商の合計を目的関数として、当該商を最小にする推定値を算出し、当該推定値に基づいて、前記ユニットの各々を診断する、請求項１から請求項３いずれかに記載の運転管理支援方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−１３３４６０（Ｐ２００７−１３３４６０Ａ）
【公開日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３２３０４９（Ｐ２００５−３２３０４９）
【出願日】平成１７年１１月８日（２００５．１１．８）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年５月３１日（２００７．５．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１１月８日（２００５．１１．８）
【出願人】（０００００１０６３）栗田工業株式会社 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
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