プラント運転監視装置およびシステムならびにプログラム
【課題】 水質データ等、多量で多変数のデータが複雑に組み合っている場合でもその微小変動や外れ値を検出し、要因を推定して適正な運転条件を導出する。
【解決手段】 多次元解析処理部３１４は、現場機器から取得される多次元データと、過去分における所定期間分の多次元データとに基づく数理計算により、微小変動、外れ値ならびにその乖離度を検出する。そして、その異常要因を推定して適正な運転条件を算出する。ここで算出された微小変動の状況、外れ値、乖離度、異常要因、適正な運転条件は、描画・表示制御部５より画面表示される。
【解決手段】 多次元解析処理部３１４は、現場機器から取得される多次元データと、過去分における所定期間分の多次元データとに基づく数理計算により、微小変動、外れ値ならびにその乖離度を検出する。そして、その異常要因を推定して適正な運転条件を算出する。ここで算出された微小変動の状況、外れ値、乖離度、異常要因、適正な運転条件は、描画・表示制御部５より画面表示される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浄水場プラント等に用いて好適な、プラント運転監視装置およびシステムならびにプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図７に、浄水場プラントの一例が示されている。図４に示されるように、浄水場施設は、川からの水を取水ポンプ２で取水して貯留する着水井３と、処理原水へ凝集剤を注入して混和させ、緩速攪拌により処理原水中にフロックを形成させるフロック形成池４と、懸濁物質やフロックを沈殿させる沈殿池５と、処理水をろ過する急速ろ過池６とからなる。他に、浄水池７、排水池８もあるが、ここでは、これらを設備として説明する。
【０００３】
各設備には、水位センサ等のセンサ類やバルブ調整器等、所謂、現場機器が備え付けられ、ＤＣＳ（Distributed Control System）等のデータ収集蓄積装置でプロセスデータの収集がなされ、各種サーバからなるプラント運転監視システムにより運転状態が監視される。
【０００４】
具体的に、各現場機器で測定される実測データは、設備毎に割り当てられ設置されるＤＣＳに、測定のサンプリング時刻毎リアルタイムにバッファリングされる。そのバッファリングされた測定データは、ＬＡＮ（Local Area Network）等によりネットワーク接続される不図示のＤＢサーバにファイル又はデータベースの形式で蓄積され、中央監視サーバ又はクライアントによりＬＡＮ経由で適宜アクセスされる。
【０００５】
特許文献１には、多数の細目データを個別に監視することなく、水処理プラントの異常を迅速かつ正確に検知可能な水処理プラントの運転管理方法ならびに装置に関する技術が開示されている。具体的には、過去の水処理量と過去の原単位とから回帰式を算出し、現在の水処理量の実測値をこの回帰式に代入して原単位の推定値を得、この推定値を実際の原単位と比較して水処理プラント全体の異常を判定する。そして、水処理プラントを構成するプラント要素それぞれについて、水処理プラント全体の水処理量と各プラント要素の細目原単位との相関関係を示す回帰式に基づき細目原単位の推定値を得、これを実際の細目原単位と比較して、推定値と実測値との間に相違のあるプラント要素を異常あるプラント要素として抽出するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１５６６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された技術によれば、例えば、水質データ等、個々の１：１の対応関係は把握できるが、環境やその他要素が複雑に関連しあい、全ての個々の関連性を考慮することは不可能であり、異常の要因を特定することは困難である。例えば、沈殿水濁度と凝集剤の注入率の関連性はわかっても、水温、攪拌強度、ｐＨ、アルカリ度等、その他要素の全ての関連性や影響度を明確にすることはできない。更に、その水質の長期的トレンドを表す多量のデータから、気づかない程度の微小変動を検出することも困難であった。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みなされたものであって、水質データ等、多量で多変数のデータが複雑に組み合っている場合の微小変動や外れ値を検出し、その要因を推定して適正な運転条件を導出可能な、プラント運転監視装置およびシステムならびにプログラム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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のプラント運転監視装置は、複数の現場機器が接続されるプラント運転監視装置であって、前記現場機器の状態を示す多次元データが所定期間分時系列に蓄積される過去データ記憶部と、前記現場機器から取得される多次元データと、前記過去データ記憶部に蓄積された所定期間分の多次元データとに基づく数理計算により、微小変動、外れ値ならびにその乖離度を検出し、その異常要因を推定して適正な運転条件を算出する多次元解析処理部と、前記多次元解析処理部で算出された微小変動の状況、外れ値、乖離度、異常要因、適正な運転条件のうちの少なくとも一つを画面表示する描画・表示制御部と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、多次元解析処理部が、現場機器から取得される多次元データと、過去分における所定期間分の多次元データとに基づく数理計算により、微小変動、外れ値ならびにその乖離度を検出する。そして、その異常要因を推定して適正な運転条件を算出、描画・表示制御部が、算出された微小変動の状況、外れ値、乖離度、異常要因、適正な運転条件のうちの少なくとも一つを画面表示する。このため、例えば、水質データ等、多量で多変数のデータが複雑に組み合わさっている場合でも、多次元的な数理計算により長期的に気づかない程度の微小変動や外れ値を検出することができ、その要因を推定して適正な運転条件を導出することができる。
【００１１】
上記発明において、前記プラントは、川からの水を貯留する着水井と、処理原水へ凝集剤を注入して混和させ、緩速攪拌により処理原水中にフロックを形成させるフロック形成池と、懸濁物質や前記フロックを沈殿させる沈殿池と、処理水をろ過するろ過池とからなる浄水処理場施設であり、前記多次元解析処理部は、前記多次元データが示す、原水水質と、混和池運転条件と、フロック形成池運転条件と、沈殿池水質データと、前記プラントの運用コストの重み付けにより示される目的関数とから、データマイニング、又は外れ値分析により、微小変動している原水水質、混和池運転条件、フロック形成池運転条件、沈殿池水質データのうちの少なくとも一つの変化点を検出して異常要因を推定し、適正な運転条件を算出することを特徴とする。本発明によれば、多次元解析処理部がデータマイニング、又は外れ値分析により、微小変動している原水水質、混和池運転条件、フロック形成池運転条件、沈殿池水質データの変化点とその異常要因を解析し、画面表示するため、適正な運転条件の推定は勿論のこと、水質リスクの可視化が可能になる。
【００１２】
上記発明において、前記多次元データの推定値と実測値とが相違した場合のプラント要素同士の関係性と、プラントの異常要因とが関係付けられ記憶された異常要因データ記憶部を備え、前記多次元解析処理部は、前記推定値と実測値が所定値以上異なる場合に、前記異常要因データ記憶部を参照してその異常要因を推定することを特徴とする。本発明によれば、多次元解析処理部が異常要因データ記憶部を参照して異常要因を推定することにより、例えば、ｐＨの低下は過剰な凝集剤注入率が異常要因であると推定でき、これを適正な運転条件の推定に反映させることができる。
【００１３】
本発明のプラント運転監視システムは、川からの水を貯留する着水井と、処理原水へ凝集剤を注入して混和させ、緩速攪拌により処理原水中にフロックを形成させるフロック形成池と、懸濁物質や前記フロックを沈殿させる沈殿池と、処理水をろ過するろ過池とからなる浄水処理設備におけるプラント運転監視システムであって、前記浄水処理設備のそれぞれに設けられるセンサを含む現場機器と、前記現場機器とは通信ネットワーク経由で接続され、前記現場機器の状態を示す多次元データが所定期間分時系列に蓄積される過去データ記憶部を有し、前記現場機器から取得される現時点における多次元データと、前記過去データ記憶部に蓄積された所定期間分の多次元データとに基づく数理計算により、微小変動、外れ値ならびにその乖離度を検出し、その異常要因を推定して適正な運転条件を算出し、当該算出された微小変動の状況、外れ値、乖離度、要因、適正な運転状態のうちの少なくとも一つを画面表示するプラント運転監視装置と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
本発明のプラント運転監視プログラムは、複数の現場機器が接続され、前記現場機器の状態を示す多次元データが所定期間分時系列に蓄積される過去データ記憶部を有するプラント運転監視装置上のコンピュータで実行されるプラント運転監視プログラムであって、前記コンピュータに、前記現場機器から取得される多次元データと、前記過去データ記憶部に蓄積された所定期間分の多次元データとに基づく数理計算により、微小変動、外れ値ならびにその乖離度を検出し、その異常要因を推定して適正な運転条件を算出する多次元解析処理と、前記多次元解析処理により算出された微小変動の状況、外れ値、乖離度、異常要因、適正な運転条件のうちの少なくとも一つを画面表示する描画・表示処理と、を実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、水質データ等、多量で多変数のデータが複雑に組み合わされている場合の微小変動や外れ値を検出し、その要因を推定して適正な運転条件を導出可能な、プラント運転監視装置およびシステムならびにプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係るプラント運転監視システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係るプラント運転監視装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図２の過去データＤＢ、異常要因ＤＢのデータ構造の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係るプラント運転監視装置の基本処理動作を示すフローチャートである。
【図５】図４の異常要因推定処理の詳細な処理手順を示すフローチャートである。
【図６】図４の運転条件算出処理の詳細な処理手順を示すフローチャートである。
【図７】浄水場プラントの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施形態）について詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。
【００１８】
（実施形態の構成）
図1は、本発明の実施形態に係るプラント運転監視システム１の構成を示すブロック図である。プラント運転監視システム１は、プラントの保守、維持管理業務を支援するシステムであり、機場＃１〜＃ｎ毎に設置される現場機器１０と、管理者端末２０と、プラント運転監視装置３０と、クライアント端末４０とからなる。
【００１９】
機場＃１〜＃ｎには、それぞれ、フィールドサーバ１１とプロセス機器１２とかなる現場機器１０が備え付けられている。これら現場機器１０とＷＡＮ（Wide Area Network）５０経由で接続されるプラント運転監視装置３０は、プラントのフィールド情報を取得し、後述するように、過去データとの数理計算により、微小変動、外れ値ならびにその乖離度を検出し、その異常要因を推定して適正な運転条件を算出し、自身が持つ表示モニタ又はＬＡＮ６０経由で接続されるクライアント端末４０に表示する機能を有する。
【００２０】
現場機器１０は、フィールドサーバ１１とプロセス機器１２とを含む。フィールドサーバ１１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only
Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等、サーバとしての基本構成の他に、周辺装置として、ハードディスク、表示モニタ等を含み構成される。又、プロセス機器１２は、水位センサ等のセンサ類を含むバルブ調整器等であり、ここで測定されるフィールドデータは、フィールドサーバ１１により収集され、プラント運転監視装置３０により取り込まれる。
【００２１】
プラント運転監視装置３０の構成が図２に示されている。図２に示されるように、プラント運転監視装置３０は、制御部３１と、操作部３２と、記憶部３３と、表示部３４と、により構成される。
【００２２】
操作部３２は、例えば、電源キー、通話キー、数字キー、文字キー、方向キー、決定キー、ファンクションキーなど、各種の機能が割り当てられたキー、あるいはマウス等のポインティングデバイスを有しており、これらキー、あるいはマウスがユーザによって操作された場合に、その操作内容に対応する信号を発生し、これをユーザの指示として制御部３１に出力する。
【００２３】
記憶部３３には、過去データ記憶部（過去データＤＢ３３０）と、異常要因記憶部（異常要因ＤＢ３３１）とが割り付けられ記憶される。過去データＤＢ３３０は、図１に示した現場機器１０から取得されるフィールドデータ（多量で多変数であることから、以下、多次元データという）が所定期間分時系列に蓄積されるデータベースである。又、異常要因ＤＢ３３１は、多次元データの推測値と実測値とが相違した場合のプラント要素同士の関係性と、プラントの異常要因とが紐付けられて記憶されたデータベースである。
【００２４】
記憶部３３は、例えば、不揮発性の記憶デバイス（不揮発性半導体メモリ、ハードディスク装置、光ディスク装置など）やランダムアクセス可能な記憶デバイス（例えばＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ）などによって構成される。
【００２５】
過去データＤＢ３３０には、図３（ａ）にそのデータ構造の一例が示されているように、タイムスタンプ毎に、原水、ろ過水、沈殿水における、Ｔｂ、アルカリ度他に関するデータ、薬注率における凝集剤、苛性、残塩に関するデータ、及びその他の多次元データが過去の運転履歴（運転状態）として割り当てられ記憶されている。尚、タイムスタンプは、現場機器１０からこれら多次元データを取得したときに付与される時刻データである。又、異常要因ＤＢ３３１には、図３（ｂ）にそのデータ構造の一例が示されているように、多次元データの推測値と実測値とが相違した場合のプラント要素同士の関係性（外れ値、相違要素、相違幅）と、その場合の異常要因（凝集剤過注入、混和池ｐＨが凝集適正範囲外、攪拌強度不足等）とが紐付けられて記憶されている。
【００２６】
表示部３４は、多数の画素（複数色の発光素子の組み合わせ）を縦横に配して構成される、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display Device）や有機ＥＬ（Electro-Luminescence）を用いて構成される。表示部３４は、制御部３１により生成され、制御部３１が内蔵する、又は外付けされるメモリの所定の領域（ＶＲＡＭ領域）に描画された表示対象データに応じた画像を表示する。
【００２７】
制御部３１は、例えば、メモリを内蔵し、あるいは外付けのメモリを有するマイクロプロセッサにより構成される。このメモリには、本発明のプラント運転監視プログラムが記憶されており、現場機器１０から取得される多次元データと、過去データ記憶部（過去データＤＢ３３０）に蓄積された所定期間分の多次元データとに基づく数理計算により、微小変動、外れ値ならびにその乖離度を検出し、その異常要因を推定して適正な運転条件を算出する多次元解析処理と、多次元解析処理により算出された微小変動の状況、外れ値、乖離度、異常要因、適正な運転条件のうちの少なくとも一つを画面表示する描画・表示処理と、がプログラムされ、記憶されている。
【００２８】
このため、制御部３１は、メモリから逐次読み出され実行されるプラント運転監視プログラムの構造が機能展開され示されているように、主制御部３１０と、通信インタフェース部＃１（３１１）と、通信インタフェース部＃２（３１２）と、操作情報取得部３１３と、多次元解析部３１４と、描画・表示制御部３１５とを含み構成される。
【００２９】
通信インタフェース部＃１（３１１）は、ＷＡＮ５０経由で接続される現場機器１０との間の通信インタフェースを司り、ＷＡＮ５０使用の通信プロトコルに従い、各機場＃１〜＃ｎの、例えば、原水水質と、混和池運転条件と、フロック形成池運転条件と、沈殿池水質データ等の多量で多変数のデータを取り込んで、多次元解析処理部３１４へ出力する。
【００３０】
通信インタフェース部＃２（３１２）は、ＬＡＮ６０経由で接続される管理者端末２０、クライアント端末４０と間の通信インタフェースを司り、ＬＡＮ６０で使用する、例えば、ＴＣＰ／ＩＰ（Transmission Control Protocol／Internet
Protocol）等のプロトコルに従い、管理者端末２０により設定入力される目標関数に関するデータを取り込み、あるいは、クライアント端末４０からの要求に基づき、プラント運転監視装置３０により生成出力される適正な運転条件等を出力する。
【００３１】
尚、ここでいう「目標関数」とは、運用コストの重み付けによって示される、例えば、薬品費、電力量等に関するデータであり、このデータは目標関数として設定される。この目標関数は、管理者端末２０によらず、プラント運転監視装置３０に直結される操作部３２から設定入力しても良い。この場合、その目標関数は、操作情報取得部３１３によって取り込まれ、多次元解析処理部３１４へ出力される。
【００３２】
多次元解析部３１４は、通信インタフェース部＃１（３１１）経由で取得される現場機器１０による多量で多変数のプロセス実測値データと、記憶部３３の過去データＤＢ３３０に蓄積された所定期間分のプロセスデータとに基づくデータマイニング、外れ値分析等の数理計算により、微小変動、外れ値ならびにその乖離度を検出し、その異常要因を推定して適正な運転条件を算出する機能を有する。
【００３３】
尚、「データマイニング」とは、周知の数理計算技法の一つであり、解析の技法を多次元のデータに網羅的に適用することにより、上記した微小変動、外れ値（他の測定値から飛び離れた測定値）、乖離度等の有用な情報を検出し、あるいは予測を行うものであり、相関ルール抽出、カテゴリ予測、クラスタリング、回帰分析による数値予測等の技法が使用される。
【００３４】
描画・表示制御部３１５は、多次元解析処理部３１４で算出された微小変動、外れ値、乖離度、異常要因、適正な運転条件のうちの少なくとも一つを画面表示する機能を有する。描画・表示制御部３１５は、多次元解析処理部３１４により生成される表示画面情報を不図示のメモリ（ＶＲＡＭ：Video RAM）に描画し、これを表示部３４の表示タイミングに同期して読み出し、表示部３４にその表示画面情報を表示する。尚、ＶＲＡＭは、ここでは、描画・表示制御部３１５が内蔵するものとするが、記憶部３３の一部領域に割り当てても良い。
【００３５】
尚、主制御部３１０は、制御部３１が、現場機器１０から取得される現時点における多次元データと、記憶部３３（過去データＤＢ３３０）に蓄積された所定期間分の多次元データとに基づく数理計算により、微小変動、外れ値ならびにその乖離度を検出し、その異常要因を推定して適正な運転条件を算出し、当該算出された微小変動、外れ値、乖離度、要因、適正な運転状態のうちの少なくとも一つを画面表示する機能を実現するために、上記した、通信インタフェース部＃１（３１１）、通信インタフェース部＃２（３１２）、操作情報取得部３１３、多次元解析部３１４、描画・表示制御部３１５のシーケンス制御を行う。
【００３６】
（実施形態の動作）
図４は、本発明の実施形態の基本処理動作を示すフローチャートである。以下、図４のフローチャートを参照しながら、図２、図３に示すプラント運転監視装置３０の動作について詳細に説明する。
【００３７】
通信インタフェース部＃１（３１１）は、各機場＃１〜＃ｎに設置された現場機器１０（フィールドサーバ１１）と通信を行い、プロセス機器１２により測定されるプロセスデータの収集、および蓄積を行ない、多次元解析処理部３１４へ入力する（ステップＳ１１）。多次元解析処理部３１４へは、他に、操作情報取得部３１３により取得される目標関数データが入力されている。
【００３８】
尚、ここでいう「プロセスデータ」とは、原水水質、混和池運転条件、フロック形成池運転条件、沈殿池水質データ等の多次元データである。尚、原水水質データは、原水Ｔｂ、原水ｐＨ、原水色度、原水アルカリ度、原水水温等のデータを含み、混和池運転条件データ、フロック形成池運転条件は共に、攪拌強度、攪拌時間等データを含み、沈殿池水質データは、表面負荷率、ＴｂやｐＨ等の沈殿水水質データを含む。又、目標関数とは、運用コストの重み付けによって示される、例えば、薬品費、電力量等に関する管理データである。
【００３９】
多次元解析処理部３１４は、上記の大量で多変数のプロセスデータから、データマイニングや外れ値分析等の数理計算を行う。ここで、微小変動、外れ値ならびにその乖離度を検出する（ステップＳ１２）。例えば、長期的に気付かない程度に微小変動している原水水質のその変化点と原因を解析する。特に、外れ値があった場合に（ステップＳ１３“ＹＥＳ”）、その異常要因を推定する（ステップＳ１４）。具体的に、多次元解析処理部３１４は、多次元データの推定値と実測値とが閾値以上相違した場合に、記憶部３３の異常要因ＤＢ３３１を検索し、プラント要素同士の関係性に紐付けられたプラントの異常要因を取得することにより推定を行う。
【００４０】
図５に、多次元解析処理部３１４による異常要因推定処理（ステップＳ１４）の詳細処理手順が示されている。図５によれば、多次元解析処理部３１４は、多次元データの推定値と実測値との間に相違があった場合に、その相違要素と相違幅の検出を行う（ステップＳ１４１）。続いて外れ値を検出し（ステップＳ１４２）、その外れ値（異常要素）に基づき、記憶部３３の一部領域に割り当てられ記憶されている異常要因ＤＢ３３１を参照する。そして、その相違要素、相違幅に基づく異常要因を抽出し、結果を、運転条件算出処理（図４のステップＳ１５）に引き渡す。
【００４１】
例えば、多次元データの推測値と実測値との間で凝集剤注入率に相違があり、相違要素が沈殿水Ｔｂで相違幅−２．０ｐｐｍが検出された場合、多次元解析処理部３１４は、異常要因ＤＢ３３１を参照することにより、異常要因は凝集剤の過注入であると解析する。
【００４２】
続いて、多次元解析処理部３１４は、その異常要因に基づき、最適な運転条件を算出して（ステップＳ１５）、ガイダンス表示を行う（ステップＳ１６）。例えば、適正な凝集状態とするために、多次元的に複雑に組み合わされているそれぞれの要因を分析し、適正な凝集条件と凝集剤の注入率を導きだす。
【００４３】
図６に、多次元解析処理部３１４による運転条件算出処理（ステップＳ１５）の詳細処理手順が示されている。図６によれば、多次元解析処理部３１４は、ステップＳ１４でプラントの異常要因を推定すると、過去ＤＢ３３０を参照することにより、過去に発生した運転事例の中で類似した近い運転状態を検索する（ステップＳ１５１）。例えば、凝集剤が過注入の状態で運転された過去の事例を検索してその運転状態の良否判定を行い（ステップＳ１５２）、良であれば（ステップＳ１５３“ＹＥＳ”）、検索により得られた運転状態を参照してその運転条件を算出して、得られる運転条件に関するデータを描画・表示制御部３１５に引き渡す（ステップＳ１５４）。尚、否であれば（ステップＳ１５３“ＮＯ”）、再度過去データＤＢ３３０を参照して過去の事例で近い運転事例を検索し、その運転条件が良と判定されるまで、ステップＳ１５１、Ｓ１５２の処理を繰り返し実行する。
【００４４】
最後に、描画・表示制御部３１５は、多次元解析処理部３１４で算出された微小変動の状況、外れ値、乖離度、異常要因、適正な運転条件に関する画面表示情報を生成し、ＶＲＡＭに描画したうえで表示部３４に画面表示する（ステッフＳ１６）。
【００４５】
（実施例の効果）
本実施形態のプラント運転監視装置３０によれば、制御部３１（多次元解析処理部３１４）が、現場機器１０から取得される多次元データと、記憶部３３の過去データＤＢ３３０に記憶された過去分における所定期間分の多次元データとに基づく数理計算により、微小変動、外れ値ならびにその乖離度を検出し、その異常要因を推定して適正な運転条件を算出し、描画・表示制御部３１５が、多次元解析処理部３１４で算出された微小変動、外れ値、乖離度、異常要因、適正な運転条件のうちの少なくとも一つを画面表示する。
【００４６】
このため、例えば、水質データ等、多量で多変数のデータが複雑に組み合わさっている場合でも、多次元的な数理計算により長期的に気づかない程度の微小変動や外れ値を検出することができ、その要因を推定して適正な運転条件を導出することができる。又、多次元解析処理部３１４がデータマイニング、又は外れ値分析により、微小変動している原水水質、混和池運転条件、フロック形成池運転条件、沈殿池水質データの変化点とその異常要因を解析し、画面表示するため、適正な運転条件の推定は勿論のこと、水質リスクの可視化が可能になる。
【００４７】
又、多次元解析処理部３１４は、記憶部３３の所定の領域に割り当てられた異常要因データＤＢ３３１を参照することで異常要因の推定が可能になり、このため、例えば、「ｐＨの低下は過剰な凝集剤注入率が異常要因である」と推定でき、これを適正な運転条件の推定に反映させることができる。従って、運転員は表示部３４に表示された画面内容を確認しながら運転操作が可能になり、プラント運転操作時における運転員の負荷軽減がはかれる。
【００４８】
（プラント運転監視プログラム）
尚、本発明のプラント運転監視プログラムは、例えば、図１〜図３に示されるように、複数の現場機器１０が接続され、現場機器１０の状態を示す多次元データが所定期間分時系列に蓄積される過去データ記憶部（過去データＤＢ３３０）を有するプラント運転監視装置３０上のコンピュータで実行されるプラント運転監視プログラムである。
【００４９】
このプラント運転監視プログラムは、コンピュータ（制御部３１が内蔵するマイクロプロセッサ）に、例えば、図４のフローチャートに示されるように、現場機器１０から取得される多次元データと、過去データ記憶部（過去データＤＢ３３０）に蓄積された所定期間分の多次元データとに基づく数理計算により、微小変動、外れ値ならびにその乖離度を検出し、その異常要因を推定して適正な運転条件を算出する多次元解析処理（ステップＳ１２〜Ｓ１５）と、この多次元解析処理により算出された微小変動、外れ値、乖離度、異常要因、適正な運転条件のうちの少なくとも一つを画面表示する描画・表示処理（ステップＳ１６）と、を実行させるものである。
【００５０】
本発明のプラント運転監視プログラムによれば、当該プログラムをプラント運転監視装置３０のコンピュータ上で実行させることにより、水質データ等、多量で多変数のデータが複雑に組み合わされているデータを、多次元的な数理計算を行うことにより、長期的に気付かない程度の微小変動や外れ値を検出し、その要因を推定して適正な運転条件の導出が可能になる。
【００５１】
以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されないことは言うまでもない。上記実施形態では、浄水プロセスに適用した場合の例について説明したが、本発明を下水プロセスに適用することもできる。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。またその様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００５２】
１ プラント運転監視システム
１０ 現場装置
１１ フィールドサーバ
１２ プロセス機器
２０ 管理者端末
３０ プラント運転監視装置
４０ クライアント端末
５０ ＷＡＮ
６０ ＬＡＮ
３１ 制御部
３２ 操作部
３３ 記憶部
３４ 表示部
３１０ 主制御部
３１１ 通信インタフェース部＃１
３１２ 通信インタフェース部＃２
３１３ 操作情報取得部
３１４ 多次元解析部
３１５ 描画・表示制御部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、浄水場プラント等に用いて好適な、プラント運転監視装置およびシステムならびにプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図７に、浄水場プラントの一例が示されている。図４に示されるように、浄水場施設は、川からの水を取水ポンプ２で取水して貯留する着水井３と、処理原水へ凝集剤を注入して混和させ、緩速攪拌により処理原水中にフロックを形成させるフロック形成池４と、懸濁物質やフロックを沈殿させる沈殿池５と、処理水をろ過する急速ろ過池６とからなる。他に、浄水池７、排水池８もあるが、ここでは、これらを設備として説明する。
【０００３】
各設備には、水位センサ等のセンサ類やバルブ調整器等、所謂、現場機器が備え付けられ、ＤＣＳ（Distributed Control System）等のデータ収集蓄積装置でプロセスデータの収集がなされ、各種サーバからなるプラント運転監視システムにより運転状態が監視される。
【０００４】
具体的に、各現場機器で測定される実測データは、設備毎に割り当てられ設置されるＤＣＳに、測定のサンプリング時刻毎リアルタイムにバッファリングされる。そのバッファリングされた測定データは、ＬＡＮ（Local Area Network）等によりネットワーク接続される不図示のＤＢサーバにファイル又はデータベースの形式で蓄積され、中央監視サーバ又はクライアントによりＬＡＮ経由で適宜アクセスされる。
【０００５】
特許文献１には、多数の細目データを個別に監視することなく、水処理プラントの異常を迅速かつ正確に検知可能な水処理プラントの運転管理方法ならびに装置に関する技術が開示されている。具体的には、過去の水処理量と過去の原単位とから回帰式を算出し、現在の水処理量の実測値をこの回帰式に代入して原単位の推定値を得、この推定値を実際の原単位と比較して水処理プラント全体の異常を判定する。そして、水処理プラントを構成するプラント要素それぞれについて、水処理プラント全体の水処理量と各プラント要素の細目原単位との相関関係を示す回帰式に基づき細目原単位の推定値を得、これを実際の細目原単位と比較して、推定値と実測値との間に相違のあるプラント要素を異常あるプラント要素として抽出するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１５６６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に開示された技術によれば、例えば、水質データ等、個々の１：１の対応関係は把握できるが、環境やその他要素が複雑に関連しあい、全ての個々の関連性を考慮することは不可能であり、異常の要因を特定することは困難である。例えば、沈殿水濁度と凝集剤の注入率の関連性はわかっても、水温、攪拌強度、ｐＨ、アルカリ度等、その他要素の全ての関連性や影響度を明確にすることはできない。更に、その水質の長期的トレンドを表す多量のデータから、気づかない程度の微小変動を検出することも困難であった。
【０００８】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みなされたものであって、水質データ等、多量で多変数のデータが複雑に組み合っている場合の微小変動や外れ値を検出し、その要因を推定して適正な運転条件を導出可能な、プラント運転監視装置およびシステムならびにプログラム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】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のプラント運転監視装置は、複数の現場機器が接続されるプラント運転監視装置であって、前記現場機器の状態を示す多次元データが所定期間分時系列に蓄積される過去データ記憶部と、前記現場機器から取得される多次元データと、前記過去データ記憶部に蓄積された所定期間分の多次元データとに基づく数理計算により、微小変動、外れ値ならびにその乖離度を検出し、その異常要因を推定して適正な運転条件を算出する多次元解析処理部と、前記多次元解析処理部で算出された微小変動の状況、外れ値、乖離度、異常要因、適正な運転条件のうちの少なくとも一つを画面表示する描画・表示制御部と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、多次元解析処理部が、現場機器から取得される多次元データと、過去分における所定期間分の多次元データとに基づく数理計算により、微小変動、外れ値ならびにその乖離度を検出する。そして、その異常要因を推定して適正な運転条件を算出、描画・表示制御部が、算出された微小変動の状況、外れ値、乖離度、異常要因、適正な運転条件のうちの少なくとも一つを画面表示する。このため、例えば、水質データ等、多量で多変数のデータが複雑に組み合わさっている場合でも、多次元的な数理計算により長期的に気づかない程度の微小変動や外れ値を検出することができ、その要因を推定して適正な運転条件を導出することができる。
【００１１】
上記発明において、前記プラントは、川からの水を貯留する着水井と、処理原水へ凝集剤を注入して混和させ、緩速攪拌により処理原水中にフロックを形成させるフロック形成池と、懸濁物質や前記フロックを沈殿させる沈殿池と、処理水をろ過するろ過池とからなる浄水処理場施設であり、前記多次元解析処理部は、前記多次元データが示す、原水水質と、混和池運転条件と、フロック形成池運転条件と、沈殿池水質データと、前記プラントの運用コストの重み付けにより示される目的関数とから、データマイニング、又は外れ値分析により、微小変動している原水水質、混和池運転条件、フロック形成池運転条件、沈殿池水質データのうちの少なくとも一つの変化点を検出して異常要因を推定し、適正な運転条件を算出することを特徴とする。本発明によれば、多次元解析処理部がデータマイニング、又は外れ値分析により、微小変動している原水水質、混和池運転条件、フロック形成池運転条件、沈殿池水質データの変化点とその異常要因を解析し、画面表示するため、適正な運転条件の推定は勿論のこと、水質リスクの可視化が可能になる。
【００１２】
上記発明において、前記多次元データの推定値と実測値とが相違した場合のプラント要素同士の関係性と、プラントの異常要因とが関係付けられ記憶された異常要因データ記憶部を備え、前記多次元解析処理部は、前記推定値と実測値が所定値以上異なる場合に、前記異常要因データ記憶部を参照してその異常要因を推定することを特徴とする。本発明によれば、多次元解析処理部が異常要因データ記憶部を参照して異常要因を推定することにより、例えば、ｐＨの低下は過剰な凝集剤注入率が異常要因であると推定でき、これを適正な運転条件の推定に反映させることができる。
【００１３】
本発明のプラント運転監視システムは、川からの水を貯留する着水井と、処理原水へ凝集剤を注入して混和させ、緩速攪拌により処理原水中にフロックを形成させるフロック形成池と、懸濁物質や前記フロックを沈殿させる沈殿池と、処理水をろ過するろ過池とからなる浄水処理設備におけるプラント運転監視システムであって、前記浄水処理設備のそれぞれに設けられるセンサを含む現場機器と、前記現場機器とは通信ネットワーク経由で接続され、前記現場機器の状態を示す多次元データが所定期間分時系列に蓄積される過去データ記憶部を有し、前記現場機器から取得される現時点における多次元データと、前記過去データ記憶部に蓄積された所定期間分の多次元データとに基づく数理計算により、微小変動、外れ値ならびにその乖離度を検出し、その異常要因を推定して適正な運転条件を算出し、当該算出された微小変動の状況、外れ値、乖離度、要因、適正な運転状態のうちの少なくとも一つを画面表示するプラント運転監視装置と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
本発明のプラント運転監視プログラムは、複数の現場機器が接続され、前記現場機器の状態を示す多次元データが所定期間分時系列に蓄積される過去データ記憶部を有するプラント運転監視装置上のコンピュータで実行されるプラント運転監視プログラムであって、前記コンピュータに、前記現場機器から取得される多次元データと、前記過去データ記憶部に蓄積された所定期間分の多次元データとに基づく数理計算により、微小変動、外れ値ならびにその乖離度を検出し、その異常要因を推定して適正な運転条件を算出する多次元解析処理と、前記多次元解析処理により算出された微小変動の状況、外れ値、乖離度、異常要因、適正な運転条件のうちの少なくとも一つを画面表示する描画・表示処理と、を実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、水質データ等、多量で多変数のデータが複雑に組み合わされている場合の微小変動や外れ値を検出し、その要因を推定して適正な運転条件を導出可能な、プラント運転監視装置およびシステムならびにプログラムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係るプラント運転監視システムの構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態に係るプラント運転監視装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図２の過去データＤＢ、異常要因ＤＢのデータ構造の一例を示す図である。
【図４】本発明の実施形態に係るプラント運転監視装置の基本処理動作を示すフローチャートである。
【図５】図４の異常要因推定処理の詳細な処理手順を示すフローチャートである。
【図６】図４の運転条件算出処理の詳細な処理手順を示すフローチャートである。
【図７】浄水場プラントの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態（以下、実施形態）について詳細に説明する。なお、実施形態の説明の全体を通して同じ要素には同じ番号を付している。
【００１８】
（実施形態の構成）
図1は、本発明の実施形態に係るプラント運転監視システム１の構成を示すブロック図である。プラント運転監視システム１は、プラントの保守、維持管理業務を支援するシステムであり、機場＃１〜＃ｎ毎に設置される現場機器１０と、管理者端末２０と、プラント運転監視装置３０と、クライアント端末４０とからなる。
【００１９】
機場＃１〜＃ｎには、それぞれ、フィールドサーバ１１とプロセス機器１２とかなる現場機器１０が備え付けられている。これら現場機器１０とＷＡＮ（Wide Area Network）５０経由で接続されるプラント運転監視装置３０は、プラントのフィールド情報を取得し、後述するように、過去データとの数理計算により、微小変動、外れ値ならびにその乖離度を検出し、その異常要因を推定して適正な運転条件を算出し、自身が持つ表示モニタ又はＬＡＮ６０経由で接続されるクライアント端末４０に表示する機能を有する。
【００２０】
現場機器１０は、フィールドサーバ１１とプロセス機器１２とを含む。フィールドサーバ１１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only
Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等、サーバとしての基本構成の他に、周辺装置として、ハードディスク、表示モニタ等を含み構成される。又、プロセス機器１２は、水位センサ等のセンサ類を含むバルブ調整器等であり、ここで測定されるフィールドデータは、フィールドサーバ１１により収集され、プラント運転監視装置３０により取り込まれる。
【００２１】
プラント運転監視装置３０の構成が図２に示されている。図２に示されるように、プラント運転監視装置３０は、制御部３１と、操作部３２と、記憶部３３と、表示部３４と、により構成される。
【００２２】
操作部３２は、例えば、電源キー、通話キー、数字キー、文字キー、方向キー、決定キー、ファンクションキーなど、各種の機能が割り当てられたキー、あるいはマウス等のポインティングデバイスを有しており、これらキー、あるいはマウスがユーザによって操作された場合に、その操作内容に対応する信号を発生し、これをユーザの指示として制御部３１に出力する。
【００２３】
記憶部３３には、過去データ記憶部（過去データＤＢ３３０）と、異常要因記憶部（異常要因ＤＢ３３１）とが割り付けられ記憶される。過去データＤＢ３３０は、図１に示した現場機器１０から取得されるフィールドデータ（多量で多変数であることから、以下、多次元データという）が所定期間分時系列に蓄積されるデータベースである。又、異常要因ＤＢ３３１は、多次元データの推測値と実測値とが相違した場合のプラント要素同士の関係性と、プラントの異常要因とが紐付けられて記憶されたデータベースである。
【００２４】
記憶部３３は、例えば、不揮発性の記憶デバイス（不揮発性半導体メモリ、ハードディスク装置、光ディスク装置など）やランダムアクセス可能な記憶デバイス（例えばＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ）などによって構成される。
【００２５】
過去データＤＢ３３０には、図３（ａ）にそのデータ構造の一例が示されているように、タイムスタンプ毎に、原水、ろ過水、沈殿水における、Ｔｂ、アルカリ度他に関するデータ、薬注率における凝集剤、苛性、残塩に関するデータ、及びその他の多次元データが過去の運転履歴（運転状態）として割り当てられ記憶されている。尚、タイムスタンプは、現場機器１０からこれら多次元データを取得したときに付与される時刻データである。又、異常要因ＤＢ３３１には、図３（ｂ）にそのデータ構造の一例が示されているように、多次元データの推測値と実測値とが相違した場合のプラント要素同士の関係性（外れ値、相違要素、相違幅）と、その場合の異常要因（凝集剤過注入、混和池ｐＨが凝集適正範囲外、攪拌強度不足等）とが紐付けられて記憶されている。
【００２６】
表示部３４は、多数の画素（複数色の発光素子の組み合わせ）を縦横に配して構成される、例えばＬＣＤ（Liquid Crystal Display Device）や有機ＥＬ（Electro-Luminescence）を用いて構成される。表示部３４は、制御部３１により生成され、制御部３１が内蔵する、又は外付けされるメモリの所定の領域（ＶＲＡＭ領域）に描画された表示対象データに応じた画像を表示する。
【００２７】
制御部３１は、例えば、メモリを内蔵し、あるいは外付けのメモリを有するマイクロプロセッサにより構成される。このメモリには、本発明のプラント運転監視プログラムが記憶されており、現場機器１０から取得される多次元データと、過去データ記憶部（過去データＤＢ３３０）に蓄積された所定期間分の多次元データとに基づく数理計算により、微小変動、外れ値ならびにその乖離度を検出し、その異常要因を推定して適正な運転条件を算出する多次元解析処理と、多次元解析処理により算出された微小変動の状況、外れ値、乖離度、異常要因、適正な運転条件のうちの少なくとも一つを画面表示する描画・表示処理と、がプログラムされ、記憶されている。
【００２８】
このため、制御部３１は、メモリから逐次読み出され実行されるプラント運転監視プログラムの構造が機能展開され示されているように、主制御部３１０と、通信インタフェース部＃１（３１１）と、通信インタフェース部＃２（３１２）と、操作情報取得部３１３と、多次元解析部３１４と、描画・表示制御部３１５とを含み構成される。
【００２９】
通信インタフェース部＃１（３１１）は、ＷＡＮ５０経由で接続される現場機器１０との間の通信インタフェースを司り、ＷＡＮ５０使用の通信プロトコルに従い、各機場＃１〜＃ｎの、例えば、原水水質と、混和池運転条件と、フロック形成池運転条件と、沈殿池水質データ等の多量で多変数のデータを取り込んで、多次元解析処理部３１４へ出力する。
【００３０】
通信インタフェース部＃２（３１２）は、ＬＡＮ６０経由で接続される管理者端末２０、クライアント端末４０と間の通信インタフェースを司り、ＬＡＮ６０で使用する、例えば、ＴＣＰ／ＩＰ（Transmission Control Protocol／Internet
Protocol）等のプロトコルに従い、管理者端末２０により設定入力される目標関数に関するデータを取り込み、あるいは、クライアント端末４０からの要求に基づき、プラント運転監視装置３０により生成出力される適正な運転条件等を出力する。
【００３１】
尚、ここでいう「目標関数」とは、運用コストの重み付けによって示される、例えば、薬品費、電力量等に関するデータであり、このデータは目標関数として設定される。この目標関数は、管理者端末２０によらず、プラント運転監視装置３０に直結される操作部３２から設定入力しても良い。この場合、その目標関数は、操作情報取得部３１３によって取り込まれ、多次元解析処理部３１４へ出力される。
【００３２】
多次元解析部３１４は、通信インタフェース部＃１（３１１）経由で取得される現場機器１０による多量で多変数のプロセス実測値データと、記憶部３３の過去データＤＢ３３０に蓄積された所定期間分のプロセスデータとに基づくデータマイニング、外れ値分析等の数理計算により、微小変動、外れ値ならびにその乖離度を検出し、その異常要因を推定して適正な運転条件を算出する機能を有する。
【００３３】
尚、「データマイニング」とは、周知の数理計算技法の一つであり、解析の技法を多次元のデータに網羅的に適用することにより、上記した微小変動、外れ値（他の測定値から飛び離れた測定値）、乖離度等の有用な情報を検出し、あるいは予測を行うものであり、相関ルール抽出、カテゴリ予測、クラスタリング、回帰分析による数値予測等の技法が使用される。
【００３４】
描画・表示制御部３１５は、多次元解析処理部３１４で算出された微小変動、外れ値、乖離度、異常要因、適正な運転条件のうちの少なくとも一つを画面表示する機能を有する。描画・表示制御部３１５は、多次元解析処理部３１４により生成される表示画面情報を不図示のメモリ（ＶＲＡＭ：Video RAM）に描画し、これを表示部３４の表示タイミングに同期して読み出し、表示部３４にその表示画面情報を表示する。尚、ＶＲＡＭは、ここでは、描画・表示制御部３１５が内蔵するものとするが、記憶部３３の一部領域に割り当てても良い。
【００３５】
尚、主制御部３１０は、制御部３１が、現場機器１０から取得される現時点における多次元データと、記憶部３３（過去データＤＢ３３０）に蓄積された所定期間分の多次元データとに基づく数理計算により、微小変動、外れ値ならびにその乖離度を検出し、その異常要因を推定して適正な運転条件を算出し、当該算出された微小変動、外れ値、乖離度、要因、適正な運転状態のうちの少なくとも一つを画面表示する機能を実現するために、上記した、通信インタフェース部＃１（３１１）、通信インタフェース部＃２（３１２）、操作情報取得部３１３、多次元解析部３１４、描画・表示制御部３１５のシーケンス制御を行う。
【００３６】
（実施形態の動作）
図４は、本発明の実施形態の基本処理動作を示すフローチャートである。以下、図４のフローチャートを参照しながら、図２、図３に示すプラント運転監視装置３０の動作について詳細に説明する。
【００３７】
通信インタフェース部＃１（３１１）は、各機場＃１〜＃ｎに設置された現場機器１０（フィールドサーバ１１）と通信を行い、プロセス機器１２により測定されるプロセスデータの収集、および蓄積を行ない、多次元解析処理部３１４へ入力する（ステップＳ１１）。多次元解析処理部３１４へは、他に、操作情報取得部３１３により取得される目標関数データが入力されている。
【００３８】
尚、ここでいう「プロセスデータ」とは、原水水質、混和池運転条件、フロック形成池運転条件、沈殿池水質データ等の多次元データである。尚、原水水質データは、原水Ｔｂ、原水ｐＨ、原水色度、原水アルカリ度、原水水温等のデータを含み、混和池運転条件データ、フロック形成池運転条件は共に、攪拌強度、攪拌時間等データを含み、沈殿池水質データは、表面負荷率、ＴｂやｐＨ等の沈殿水水質データを含む。又、目標関数とは、運用コストの重み付けによって示される、例えば、薬品費、電力量等に関する管理データである。
【００３９】
多次元解析処理部３１４は、上記の大量で多変数のプロセスデータから、データマイニングや外れ値分析等の数理計算を行う。ここで、微小変動、外れ値ならびにその乖離度を検出する（ステップＳ１２）。例えば、長期的に気付かない程度に微小変動している原水水質のその変化点と原因を解析する。特に、外れ値があった場合に（ステップＳ１３“ＹＥＳ”）、その異常要因を推定する（ステップＳ１４）。具体的に、多次元解析処理部３１４は、多次元データの推定値と実測値とが閾値以上相違した場合に、記憶部３３の異常要因ＤＢ３３１を検索し、プラント要素同士の関係性に紐付けられたプラントの異常要因を取得することにより推定を行う。
【００４０】
図５に、多次元解析処理部３１４による異常要因推定処理（ステップＳ１４）の詳細処理手順が示されている。図５によれば、多次元解析処理部３１４は、多次元データの推定値と実測値との間に相違があった場合に、その相違要素と相違幅の検出を行う（ステップＳ１４１）。続いて外れ値を検出し（ステップＳ１４２）、その外れ値（異常要素）に基づき、記憶部３３の一部領域に割り当てられ記憶されている異常要因ＤＢ３３１を参照する。そして、その相違要素、相違幅に基づく異常要因を抽出し、結果を、運転条件算出処理（図４のステップＳ１５）に引き渡す。
【００４１】
例えば、多次元データの推測値と実測値との間で凝集剤注入率に相違があり、相違要素が沈殿水Ｔｂで相違幅−２．０ｐｐｍが検出された場合、多次元解析処理部３１４は、異常要因ＤＢ３３１を参照することにより、異常要因は凝集剤の過注入であると解析する。
【００４２】
続いて、多次元解析処理部３１４は、その異常要因に基づき、最適な運転条件を算出して（ステップＳ１５）、ガイダンス表示を行う（ステップＳ１６）。例えば、適正な凝集状態とするために、多次元的に複雑に組み合わされているそれぞれの要因を分析し、適正な凝集条件と凝集剤の注入率を導きだす。
【００４３】
図６に、多次元解析処理部３１４による運転条件算出処理（ステップＳ１５）の詳細処理手順が示されている。図６によれば、多次元解析処理部３１４は、ステップＳ１４でプラントの異常要因を推定すると、過去ＤＢ３３０を参照することにより、過去に発生した運転事例の中で類似した近い運転状態を検索する（ステップＳ１５１）。例えば、凝集剤が過注入の状態で運転された過去の事例を検索してその運転状態の良否判定を行い（ステップＳ１５２）、良であれば（ステップＳ１５３“ＹＥＳ”）、検索により得られた運転状態を参照してその運転条件を算出して、得られる運転条件に関するデータを描画・表示制御部３１５に引き渡す（ステップＳ１５４）。尚、否であれば（ステップＳ１５３“ＮＯ”）、再度過去データＤＢ３３０を参照して過去の事例で近い運転事例を検索し、その運転条件が良と判定されるまで、ステップＳ１５１、Ｓ１５２の処理を繰り返し実行する。
【００４４】
最後に、描画・表示制御部３１５は、多次元解析処理部３１４で算出された微小変動の状況、外れ値、乖離度、異常要因、適正な運転条件に関する画面表示情報を生成し、ＶＲＡＭに描画したうえで表示部３４に画面表示する（ステッフＳ１６）。
【００４５】
（実施例の効果）
本実施形態のプラント運転監視装置３０によれば、制御部３１（多次元解析処理部３１４）が、現場機器１０から取得される多次元データと、記憶部３３の過去データＤＢ３３０に記憶された過去分における所定期間分の多次元データとに基づく数理計算により、微小変動、外れ値ならびにその乖離度を検出し、その異常要因を推定して適正な運転条件を算出し、描画・表示制御部３１５が、多次元解析処理部３１４で算出された微小変動、外れ値、乖離度、異常要因、適正な運転条件のうちの少なくとも一つを画面表示する。
【００４６】
このため、例えば、水質データ等、多量で多変数のデータが複雑に組み合わさっている場合でも、多次元的な数理計算により長期的に気づかない程度の微小変動や外れ値を検出することができ、その要因を推定して適正な運転条件を導出することができる。又、多次元解析処理部３１４がデータマイニング、又は外れ値分析により、微小変動している原水水質、混和池運転条件、フロック形成池運転条件、沈殿池水質データの変化点とその異常要因を解析し、画面表示するため、適正な運転条件の推定は勿論のこと、水質リスクの可視化が可能になる。
【００４７】
又、多次元解析処理部３１４は、記憶部３３の所定の領域に割り当てられた異常要因データＤＢ３３１を参照することで異常要因の推定が可能になり、このため、例えば、「ｐＨの低下は過剰な凝集剤注入率が異常要因である」と推定でき、これを適正な運転条件の推定に反映させることができる。従って、運転員は表示部３４に表示された画面内容を確認しながら運転操作が可能になり、プラント運転操作時における運転員の負荷軽減がはかれる。
【００４８】
（プラント運転監視プログラム）
尚、本発明のプラント運転監視プログラムは、例えば、図１〜図３に示されるように、複数の現場機器１０が接続され、現場機器１０の状態を示す多次元データが所定期間分時系列に蓄積される過去データ記憶部（過去データＤＢ３３０）を有するプラント運転監視装置３０上のコンピュータで実行されるプラント運転監視プログラムである。
【００４９】
このプラント運転監視プログラムは、コンピュータ（制御部３１が内蔵するマイクロプロセッサ）に、例えば、図４のフローチャートに示されるように、現場機器１０から取得される多次元データと、過去データ記憶部（過去データＤＢ３３０）に蓄積された所定期間分の多次元データとに基づく数理計算により、微小変動、外れ値ならびにその乖離度を検出し、その異常要因を推定して適正な運転条件を算出する多次元解析処理（ステップＳ１２〜Ｓ１５）と、この多次元解析処理により算出された微小変動、外れ値、乖離度、異常要因、適正な運転条件のうちの少なくとも一つを画面表示する描画・表示処理（ステップＳ１６）と、を実行させるものである。
【００５０】
本発明のプラント運転監視プログラムによれば、当該プログラムをプラント運転監視装置３０のコンピュータ上で実行させることにより、水質データ等、多量で多変数のデータが複雑に組み合わされているデータを、多次元的な数理計算を行うことにより、長期的に気付かない程度の微小変動や外れ値を検出し、その要因を推定して適正な運転条件の導出が可能になる。
【００５１】
以上、実施形態を用いて本発明を説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されないことは言うまでもない。上記実施形態では、浄水プロセスに適用した場合の例について説明したが、本発明を下水プロセスに適用することもできる。上記実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。またその様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００５２】
１ プラント運転監視システム
１０ 現場装置
１１ フィールドサーバ
１２ プロセス機器
２０ 管理者端末
３０ プラント運転監視装置
４０ クライアント端末
５０ ＷＡＮ
６０ ＬＡＮ
３１ 制御部
３２ 操作部
３３ 記憶部
３４ 表示部
３１０ 主制御部
３１１ 通信インタフェース部＃１
３１２ 通信インタフェース部＃２
３１３ 操作情報取得部
３１４ 多次元解析部
３１５ 描画・表示制御部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の現場機器が接続されるプラント運転監視装置であって、
前記現場機器の状態を示す多次元データが所定期間分時系列に蓄積される過去データ記憶部と、
前記現場機器から取得される多次元データと、前記過去データ記憶部に蓄積された所定期間分の多次元データとに基づく数理計算により、微小変動、外れ値ならびにその乖離度を検出し、その異常要因を推定して適正な運転条件を算出する多次元解析処理部と、
前記多次元解析処理部で算出された微小変動、外れ値、乖離度、異常要因、適正な運転条件のうちの少なくとも一つを画面表示する描画・表示制御部と、
を備えたことを特徴とするプラント運転監視装置。
【請求項２】
前記プラントは、
川からの水を貯留する着水井と、処理原水へ凝集剤を注入して混和させ、緩速攪拌により処理原水中にフロックを形成させるフロック形成池と、懸濁物質や前記フロックを沈殿させる沈殿池と、処理水をろ過するろ過池とからなる浄水処理場施設であり、
前記多次元解析処理部は、
前記多次元データが示す、原水水質と、混和池運転条件と、フロック形成池運転条件と、沈殿池水質データと、前記プラントの運用コストの重み付けにより示される目的関数とから、データマイニング、又は外れ値分析により、微小変動している原水水質、混和池運転条件、フロック形成池運転条件、沈殿池水質データのうちの少なくとも一つの変化点を検出して異常要因を推定し、適正な運転条件を算出することを特徴とする請求項１記載のプラント運転監視装置。
【請求項３】
前記多次元データの推定値と実測値とが相違した場合のプラント要素同士の関係性と、プラントの異常要因とが関係付けられ記憶された異常要因データ記憶部を備え、
前記多次元解析処理部は、
前記推定値と実測値が所定値以上相違する場合に、前記異常要因データ記憶部を参照してその異常要因を推定することを特徴とする請求項２記載のプラント運転監視装置。
【請求項４】
川からの水を貯留する着水井と、処理原水へ凝集剤を注入して混和させ、緩速攪拌により処理原水中にフロックを形成させるフロック形成池と、懸濁物質や前記フロックを沈殿させる沈殿池と、処理水をろ過するろ過池とからなる浄水処理設備におけるプラント運転監視システムであって、
前記浄水処理設備のそれぞれに設けられるセンサを含む現場機器と、
前記現場機器とは通信ネットワーク経由で接続され、前記現場機器の状態を示す多次元データが所定期間分時系列に蓄積される過去データ記憶部を有し、前記現場機器から取得される現時点における多次元データと、前記過去データ記憶部に蓄積された所定期間分の多次元データとに基づく数理計算により、微小変動、外れ値ならびにその乖離度を検出し、その異常要因を推定して適正な運転条件を算出し、当該算出された微小変動、外れ値、乖離度、要因、適正な運転状態のうちの少なくとも一つを画面表示するプラント運転監視装置と、
を備えたことを特徴とするプラント運転監視システム。
【請求項５】
複数の現場機器が接続され、前記現場機器の状態を示す多次元データが所定期間分時系列に蓄積される過去データ記憶部を有するプラント運転監視装置上のコンピュータで実行されるプラント運転監視プログラムであって、
前記コンピュータに、
前記現場機器から取得される多次元データと、前記過去データ記憶部に蓄積された所定期間分の多次元データとに基づく数理計算により、微小変動、外れ値ならびにその乖離度を検出し、その異常要因を推定して適正な運転条件を算出する多次元解析処理と、
前記多次元解析処理により算出された微小変動の状況、外れ値、乖離度、異常要因、適正な運転条件のうちの少なくとも一つを画面表示する描画・表示処理と、
を実行させることを特徴とするプラント運転監視プログラム。
【請求項１】
複数の現場機器が接続されるプラント運転監視装置であって、
前記現場機器の状態を示す多次元データが所定期間分時系列に蓄積される過去データ記憶部と、
前記現場機器から取得される多次元データと、前記過去データ記憶部に蓄積された所定期間分の多次元データとに基づく数理計算により、微小変動、外れ値ならびにその乖離度を検出し、その異常要因を推定して適正な運転条件を算出する多次元解析処理部と、
前記多次元解析処理部で算出された微小変動、外れ値、乖離度、異常要因、適正な運転条件のうちの少なくとも一つを画面表示する描画・表示制御部と、
を備えたことを特徴とするプラント運転監視装置。
【請求項２】
前記プラントは、
川からの水を貯留する着水井と、処理原水へ凝集剤を注入して混和させ、緩速攪拌により処理原水中にフロックを形成させるフロック形成池と、懸濁物質や前記フロックを沈殿させる沈殿池と、処理水をろ過するろ過池とからなる浄水処理場施設であり、
前記多次元解析処理部は、
前記多次元データが示す、原水水質と、混和池運転条件と、フロック形成池運転条件と、沈殿池水質データと、前記プラントの運用コストの重み付けにより示される目的関数とから、データマイニング、又は外れ値分析により、微小変動している原水水質、混和池運転条件、フロック形成池運転条件、沈殿池水質データのうちの少なくとも一つの変化点を検出して異常要因を推定し、適正な運転条件を算出することを特徴とする請求項１記載のプラント運転監視装置。
【請求項３】
前記多次元データの推定値と実測値とが相違した場合のプラント要素同士の関係性と、プラントの異常要因とが関係付けられ記憶された異常要因データ記憶部を備え、
前記多次元解析処理部は、
前記推定値と実測値が所定値以上相違する場合に、前記異常要因データ記憶部を参照してその異常要因を推定することを特徴とする請求項２記載のプラント運転監視装置。
【請求項４】
川からの水を貯留する着水井と、処理原水へ凝集剤を注入して混和させ、緩速攪拌により処理原水中にフロックを形成させるフロック形成池と、懸濁物質や前記フロックを沈殿させる沈殿池と、処理水をろ過するろ過池とからなる浄水処理設備におけるプラント運転監視システムであって、
前記浄水処理設備のそれぞれに設けられるセンサを含む現場機器と、
前記現場機器とは通信ネットワーク経由で接続され、前記現場機器の状態を示す多次元データが所定期間分時系列に蓄積される過去データ記憶部を有し、前記現場機器から取得される現時点における多次元データと、前記過去データ記憶部に蓄積された所定期間分の多次元データとに基づく数理計算により、微小変動、外れ値ならびにその乖離度を検出し、その異常要因を推定して適正な運転条件を算出し、当該算出された微小変動、外れ値、乖離度、要因、適正な運転状態のうちの少なくとも一つを画面表示するプラント運転監視装置と、
を備えたことを特徴とするプラント運転監視システム。
【請求項５】
複数の現場機器が接続され、前記現場機器の状態を示す多次元データが所定期間分時系列に蓄積される過去データ記憶部を有するプラント運転監視装置上のコンピュータで実行されるプラント運転監視プログラムであって、
前記コンピュータに、
前記現場機器から取得される多次元データと、前記過去データ記憶部に蓄積された所定期間分の多次元データとに基づく数理計算により、微小変動、外れ値ならびにその乖離度を検出し、その異常要因を推定して適正な運転条件を算出する多次元解析処理と、
前記多次元解析処理により算出された微小変動の状況、外れ値、乖離度、異常要因、適正な運転条件のうちの少なくとも一つを画面表示する描画・表示処理と、
を実行させることを特徴とするプラント運転監視プログラム。
【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２０１１−２５３４８９（Ｐ２０１１−２５３４８９Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２８７１５（Ｐ２０１０−１２８７１５）
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（５０７２１４０８３）メタウォーター株式会社 (277)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月４日（２０１０．６．４）
【出願人】（５０７２１４０８３）メタウォーター株式会社 (277)
【Ｆターム（参考）】
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