水処理プラントの運転支援システム
【課題】上下水道プラントに設けられている設備の運転中に、異常の発生を監視できる運転支援システムを提供することにある。
【解決手段】本実施形態によれば、水処理プラントに適用する運転支援システムは、水源からの水に対して浄水処理である水処理を実行し、複数の調節弁を含む調節弁設備と制御手段とを有する。前記制御手段は、前記各調節弁を同一条件で運転しているときに前記各調節弁の動作状態を比較し、当該比較結果に基づいて前記調節弁設備が正常であるか否かを判定する。
【解決手段】本実施形態によれば、水処理プラントに適用する運転支援システムは、水源からの水に対して浄水処理である水処理を実行し、複数の調節弁を含む調節弁設備と制御手段とを有する。前記制御手段は、前記各調節弁を同一条件で運転しているときに前記各調節弁の動作状態を比較し、当該比較結果に基づいて前記調節弁設備が正常であるか否かを判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、上下水道プラントなどの水処理プラントの運転支援システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上下水道プラントでは、貯水池から配管を通じて、水を配水池などに導水するための複数のポンプからなるポンプ設備や、通水の流量を調節するための複数の流量調節弁からなる弁設備が設けられている。
【０００３】
このようなポンプ設備や弁設備は、同一定格の複数のポンプや複数の流量調節弁からなり、同一条件で運転されている。しかしながら、運転中に、各種の環境条件の変動などにより、ポンプ設備や弁設備に異常が発生すると、同一条件で運転は困難となる。
【０００４】
従来では、電気製品の異常を監視し、異常が発生する当該異常情報を通知する機能を有する異常監視装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３６２３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上下水道プラントでは、複数のポンプからなるポンプ設備や、複数の流量調節弁からなる弁設備が設けられている。これらの設備に異常が発生すると、同一条件での運転が困難となり、プラントの各種プロセスに障害が起きる可能性が高くなる。従来では、電気製品の異常を監視する異常監視装置が提案されているが、上下水道プラントには適用できない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上下水道プラントに設けられている設備の運転中に、異常の発生を監視できる運転支援システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態によれば、水処理プラントに適用する運転支援システムは、雨水や汚水の処理を実行し、雨水および汚水の滞水池用の複数の流入ゲートを含む流入ゲート設備を有する下水処理プラントに適用する運転支援システムにおいて、前記各流入ゲートを同一条件で運転しているときに前記各流入ゲート間の動作状態を比較し、当該比較結果に基づいて前記流入ゲート設備が正常であるか否かを判定する制御手段を具備した構成である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に関する上水道プラントの構成を示す図。
【図２】第１の実施形態に関する導水プロセスを示す図。
【図３】第１の実施形態に関する導水ポンプの回転数の変化と電動機の巻き線温度の変化の関係を示す図。
【図４】第１の実施形態に関する吐出弁のリミットスイッチの出力信号の変化を示す図。
【図５】第２の実施形態に関するろ過プロセスを示す図。
【図６】第２の実施形態に関する流量調節弁の弁開度と流量との関係を示す図。
【図７】第３の実施形態に関する表洗プロセスを示す図。
【図８】第４の実施形態に関する逆洗プロセスを示す図。
【図９】第５の実施形態に関する返流プロセスを示す図。
【図１０】第６の実施形態に関する浄水の送配水プロセスを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下図面を参照して、実施形態を説明する。
【００１１】
［第１の実施形態］
以下、図１から図４を参照して、第１の実施形態に関する水処理プラントの運転支援システムを説明する。
【００１２】
（水処理プラントの構成）
本実施形態は、水処理プラントとして、上水道プラントを説明する。図１は、上水道プラントの浄水プロセスを説明するための図である。
【００１３】
上水道プラントは、水源（以下貯水池と表記する場合がある）として、例えばダム１または河川３０から原水を導水する。貯水池１からの原水は、配管６を経由して着水井５に導水される。配管６には、流量計２及び流量調節弁３が設けられている。流量調節弁３は、アクチュエータ４の動作により弁が開閉して、通水の流量を調節する。なお、図１において、「Ｘ」は流量計などの各種センサを意味し、「Ｍ」はアクチュエータ又はモータなどの駆動部を意味する。
【００１４】
一方、河川３０からの原水は、開閉弁３１を有する沈砂池３２に導水される。この沈砂池３２にはスクリーン３３が設けられて、導水された原水はろ過される。さらに、ポンプ井３４から導水ポンプ３５により、着水井５に導水される。ポンプ井３４と着水井５を結合する配管には、流量調節弁３６及び流量計３７が設けられている。
【００１５】
着水井５に導水された水は、沈殿池１１に送水される。沈殿池１１の前段には、混和池９及びフロック形成池１０が配置されている。着水井５と混和池９とを結合する配管には、流量計７及び流量調節弁８が設けられている。
【００１６】
一方、着水井５には、沈殿池１１からの返流水が導水される。沈殿池１１からの返流水は、流量調節弁３８により通水を調節されて汚泥池３９に送水される。さらに、返流水は、汚泥池３９から汚水池４０に送水されて、この汚水池４０から返流ポンプ４１により着水井５に返流される。汚泥池３９では、汚泥は脱水されて処分される。着水井５と汚水池４０とを結合する配管には、流量調節弁４２及び流量計４３が設けられている。
【００１７】
次に、沈殿池１１に導水された水は、ろ過池１２でろ過された後に、浄水池１３に送水される。ろ過池１２と浄水池１３とを結合する配管には、流量調節弁５０，５２及び流量計５１が設けられている。浄水池１３に導水された水の上面からは、表洗ポンプ４６により、ろ過池１２に返流されている。この表洗ポンプ４６と、ろ過池１２とを結合する配管には、流量調節弁４７〜４９が設けられている。
【００１８】
さらに、浄水池１３は、逆流ポンプ５３により導水された水の一部が、ろ過池１２に返流される。逆流ポンプ５３と、ろ過池１２とを結合する配管には、流量計５４及び流量調節弁５５，５６が設けられている。ろ過池１２は、流量調節弁４４を経由して、導水された水の一部が汚水池４０に返流される。また、逆流ポンプ５３により、ろ過池１２に返流された水の一部は、流量調節弁４５を経由して汚水池４０に返流される。
【００１９】
浄水池１３により浄水化された水は、送水ポンプ２０により配管２３を経由して、配水池１６に送水される。配管２３には、流量調節弁（または吐出弁）１５，２１及び流量計２２が設けられている。配水池１６は、水位を計測する水位計１７や水質センサ１８が設けられている。配水池１６からの浄水は、流量調節弁１９により制御されて配水される。一方、浄水池１３により浄水化された水は、配水ポンプ２４により配管２７を経由して配水される。配管２７には、流量調節弁（または吐出弁）２５及び流量計２６が設けられている。
【００２０】
このような上水道プラントの運転支援システムとして、コンピュータを主要素とするコントローラ１００が設けられている。コントローラ１００は、各種センサ群から計測信号を入力して流量、水位、汚泥量、水質等を検知すると共に、流量調節弁やポンプを制御する。
【００２１】
（運転支援システム）
図２は、前述の上水道プラントにおいて、水源（河川）である貯水池３０からポンプ井３４、さらに着水井５に導水される導水プロセスを示す図である。このプロセスを具体例として、本実施形態に関するプラントの運転支援システムの動作を説明する。
【００２２】
図２に示すように、導水プロセスは、貯水池３０には流量調節弁３７ｄが接続されて、この流量調節弁３７ｄを介してポンプ井３４に導水する構造となっている。貯水池３０は、ポンプ井３４よりも土木構造的に高い位置関係にある。貯水池３０からの水圧は、ポンプ井３４の水圧よりも大きく、流量調節弁３７ｄを開くことで、貯水池３０からポンプ井３４へ自然流下によって導水される構造である。
【００２３】
ポンプ井３４には、複数の導水ポンプ３５ａ〜３５ｃが接続されている。これらの各導水ポンプ３５ａ〜３５ｃにより、ポンプ井３４から、土木構造的に高い位置にある着水井５へ送水される構造になっている。また、導水ポンプ３５ａ〜３５ｃには、それぞれ吐出弁３６ａ〜３６ｃが接続されており、着水井５からの逆流を防ぐ構造となっている。
【００２４】
本実施形態の運転支援システム（コントローラ１００）は、導水ポンプ３５ａ〜３５ｃを同一条件で運転する。なお、導水ポンプ３５ａ〜３５ｃは、それぞれ同一定格のポンプであり、同一の消費電力で同一の吐出圧を発生できるものとする。
【００２５】
図３（Ａ）は、コントローラ１００による送水流量の指令値変化に伴って、導水ポンプ３５ａ〜３５ｃの回転数が時刻と共に変化したときに、それぞれの導水ポンプ３５ａ〜３５ｃの電動機の巻き線温度の変化を示した図である。同図（Ｂ）は、導水ポンプ３５ａ〜３５ｃの回転数が時刻と共に変化する様子を示す。
【００２６】
図３（Ｂ）に示すように、時刻Ｔ１でポンプ回転数の目標値が上昇すると、それに伴って、ポンプ電動機の消費電力が上昇する。結果として、同図（Ａ）に示すように、ポンプ電動機の巻き線温度も上昇する。巻き線温度は、ポンプ回転数が一定の場合、徐々に一定の値に漸近して行く。但し、図３（Ｂ）に示すように、時刻Ｔ２でポンプ回転数の目標値が下降した場合は、それに伴い、ポンプ電動機の消費電力が減少し、ポンプ電動機の巻き線温度も下降する。
【００２７】
本実施形態のコントローラ１００は、図２に示すように、３台の導水ポンプ３５ａ〜３５ｃの全てを稼動して送水している場合、各ポンプに含まれる電動機が同一定格の同一構造であれば、同一の回転数で各ポンプを運転する。この同一条件での運転時には、ポンプ電動機の種々のパラメータ（巻き線温度、巻き線抵抗、軸受け温度、排気温度、振動、騒音など）の値は、ほぼ同じ値を取る。
【００２８】
一方、３台の導水ポンプ３５ａ〜３５ｃを含むポンプ設備において、何らかの不具合が発生した場合には、同一条件で運転しているにもかかわらず、種々のパラメータが同一の値ではなくなる。図３（Ａ）は、同一条件で運転している導水ポンプ３５ａ〜３５ｃの電動機巻き線の温度変化特性３００，３１０，３２０を示す図である。
【００２９】
図３（Ａ）に示すように、導水ポンプ３５ａの温度変化特性３００と、導水ポンプ３５ｂの温度変化特性３１０は、ほぼ同等の変化を示している。しかし、導水ポンプ３５ｃの温度変化３２０は、温度変化３００，３１０とは異なる傾向を示している。
【００３０】
コントローラ１００は、導水ポンプ３５ａ〜３５ｃの電動機巻き線の温度変化特性３００，３１０，３２０に基づいて、異なる傾向を示す導水ポンプ３５ｃに、何らかの異常が発生していると、導水ポンプ設備の正常性を判定する。
【００３１】
なお、本実施形態のように、３台以上の同一仕様の導水ポンプ３５ａ〜３５ｃを使用する場合には、コントローラ１００は、いわゆる多数決理論（2 out of 3）を利用して、導水ポンプ設備の正常性を判定する。同一仕様の導水ポンプが２台の場合には、それぞれの導水ポンプの過去の運転情報の中で、同一条件で運転した時の情報を読み出し、それを用いることによって、異常が発生している導水ポンプの同定が可能となる。
【００３２】
図４は、吐出弁３６ａ〜３６ｃのリミットスイッチから出力される信号の変化を示す図である。図４（Ａ）は、吐出弁の弁が閉じていることを検出する弁全閉リミットスイッチの出力信号の変化を示す図である。同図（Ｂ）は、吐出弁の弁が開いていることを検出する弁全開リミットスイッチの出力信号の変化を示す図である。
【００３３】
弁全閉リミットスイッチは、弁が開き始めると出力がＯＦＦとなる。一方、弁全開リミットスイッチは、弁が全開すると出力がＯＮになる。よって、弁全閉リミットスイッチがＯＦＦとなってから、弁全開リミットスイッチはＯＮするまでの時間Ｔが、弁の動作に必要な時間となる。
【００３４】
図２に示すように、同一定格の各ポンプ３５ａ〜３５ｃに設置された同一定格の吐出弁３６ａ〜３６ｃは、全閉から全開までの動作時間、および全開から全閉までの動作時間は基本的に同一である。従って、コントローラ１００は、３つの吐出弁３６ａ〜３６ｃの動作時間を比較することで、異常が発生した吐出弁を同定する。
【００３５】
以上のようにして、本実施形態の運転支援システムのコントローラ１００は、導水ポンプ３５ａ〜３５ｃの電動機の各種パラメータの変化に基づいて各ポンプを比較監視することにより、導水ポンプ設備の正常性を判定することができる。また、３つの吐出弁３６ａ〜３６ｃの動作時間を比較監視することで、異常が発生した吐出弁を判定することができる。このような異常判定結果を利用して、導水ポンプ設備において障害が発生したポンプの交換などを指示する運転支援情報を提供することが可能となる。
【００３６】
［第２の実施形態］
図５は、第２の実施形態に関するろ過プロセスを示す図である。
【００３７】
このろ過プロセスは、図５に示すように、処理水が、沈殿池１１から送水路１１０を介して複数のろ過池１２ａ〜１２ｃに送水されるプロセスである。ろ過池１２ａ〜１２ｃでろ過処理された処理水は、流量調節弁５０ａ〜５０ｃ及び流量計５１ａ〜５１ｃを通って、次の処理工程へと送られる。
【００３８】
図６は、流量調節弁５０ａ〜５０ｃの弁開度と流量との関係を示す図である。
【００３９】
通常では、流量調節弁の弁開度と流量との関係は、弁開度に対して流量は単調増加の関数となる。ここで、流量調節弁を挟む流路の圧力差が一定の場合には、同一定格の弁であれば同一の関数となる。従って、図５に示す３つの流量調節弁５０ａ〜５０ｃが、図６に示すような弁開度Ｏ１の場合、各弁の流入側と流出側の圧力差が同一であれば同一流量Ｑ１となる。
【００４０】
このような原理から、本実施形態のコントローラ１００は、図５に示すろ過プロセスにおいて、流量調節弁５０ａ〜５０ｃの流量を比較し、この比較結果に基づいてろ過池１２ａ〜１２ｃを有する、ろ過プロセスの異常発生を同定することができる。具体的には、コントローラ１００は、流量調節弁５０ａ〜５０ｃの弁開度値の異常発生、流量計５１ａ〜５１ｃの異常発生、あるいは配管の圧力損失などの異常発生を検出することができる。また、異常が生じたろ過工程と、他の工程との比較結果に基づいて、前記の異常発生を検出することも可能である。
【００４１】
さらに、正常時の流量調節弁５０ａ〜５０ｃの弁開度と流量との関係を示す関数情報を予め保存しているデータベースを用意し、コントローラ１００は、当該データベースを参照することで、流量調節弁５０ａ〜５０ｃなどの現在の動作状態との比較結果に基づいて、異常発生を検出することができる。
【００４２】
［第３の実施形態］
図７は、第３の実施形態に関する表洗プロセスを示す図である。
【００４３】
この表洗プロセスは、図７に示すように、ろ過池洗浄水槽（浄水池）１３からの洗浄水を、洗浄水配管１３０を介して表洗ポンプ４６ａ〜４６ｃにより、ろ過池１２ａ〜１２ｃに送水するプロセスである。洗浄水は、表洗ノズル１２０ａ〜１２０ｃから、ろ過池１２ａ〜１２ｃの表面に散布されて、ろ過砂を洗浄する。洗浄後の洗浄水は、排水管４００を介して排水池（汚水池）４０に送られる。
【００４４】
ここで、表洗ポンプ４６ａ〜４６ｃからなるポンプ設備は、ろ過池１２ａ〜１２ｃの規模がそれぞれ同等であれば、表洗ポンプ４６ａ〜４６ｃとして同定格の各ポンプを使用する。従って、本実施形態のコントローラ１００は、３台の表洗ポンプ４６ａ〜４６ｃの全てを稼動して送水している場合、同一の回転数で各ポンプを運転する。
【００４５】
ポンプ設備が正常であれば、この同一条件での運転時には、ポンプ電動機の種々のパラメータ（巻き線温度、巻き線抵抗、軸受け温度、排気温度、振動、騒音など）の値は、ほぼ同じ値を取る（図３を参照）。
【００４６】
一方、ポンプ設備に何らかの不具合が発生した場合には、同一条件で運転しているにもかかわらず、種々のパラメータが同一の値ではなくなる。従って、コントローラ１００は、同一条件で運転している各表洗ポンプ４６ａ〜４６ｃのパラメータを比較することにより、いずれのポンプに異常が発生したかを判定することができる。
【００４７】
［第４の実施形態］
図８は、第４の実施形態に関する逆洗プロセスを示す図である。
【００４８】
この逆洗プロセスは、図８に示すように、ろ過池洗浄水槽（浄水池）１３からの洗浄水を、洗浄水配管１３１を介して逆洗ポンプ５３ａ〜５３ｃにより、ろ過池１２ａ〜１２ｃに送水するプロセスである。洗浄水は、ろ過池１２ａ〜１２ｃの処理水流出側から逆方向に供給されて、ろ過砂を洗浄する。洗浄後の洗浄水は、排水管４００を介して排水池（汚水池）４０に送られる。
【００４９】
ここで、逆洗ポンプ５３ａ〜５３ｃからなるポンプ設備は、ろ過池１２ａ〜１２ｃの規模がそれぞれ同等であれば、逆洗ポンプ５３ａ〜５３ｃとして同定格の各ポンプを使用する。従って、本実施形態のコントローラ１００は、３台の逆洗ポンプ５３ａ〜５３ｃの全てを稼動して送水している場合、同一の回転数で各ポンプを運転する。
【００５０】
ポンプ設備が正常であれば、この同一条件での運転時には、ポンプ電動機の種々のパラメータ（巻き線温度、巻き線抵抗、軸受け温度、排気温度、振動、騒音など）の値は、ほぼ同じ値を取る（図３を参照）。
【００５１】
一方、ポンプ設備に何らかの不具合が発生した場合には、同一条件で運転しているにもかかわらず、種々のパラメータが同一の値ではなくなる。従って、コントローラ１００は、同一条件で運転している各逆洗ポンプ５３ａ〜５３ｃのパラメータを比較し、この比較結果に基づいて、いずれのポンプに異常が発生したかを判定することができる。
【００５２】
［第５の実施形態］
図９は、第５の実施形態に関する返流プロセスを示す図である。
【００５３】
この返流プロセスは、図９に示すように、表洗プロセスや逆洗プロセスによって発生した排水の一部を、着水井５に返流水として返流するプロセスである。ろ過池１２ａ〜１２ｃなどの洗浄により生じた排水は、通常では複数の排水池４０ａ，４０ｂに蓄えられる。排水池４０ａ，４０ｂに蓄えられた排水は、返流ポンプ４１ａ，４１ｂによって加圧されて、返流水弁（流量調節弁）４２ａ，４２ｂを介して着水井５に返流される。
【００５４】
ここで、排水池４０ａ，４０ｂの規模がそれぞれ同等であれば、返流ポンプ４１ａ，４１ｂからなるポンプ設備、及び返流水弁４２ａ，４２ｂからなる弁設備は、それぞれ同定格のポンプや弁を使用する。従って、本実施形態のコントローラ１００は、例えば、各返流ポンプ４１ａ，４１ｂの全てを稼動している場合、同一の回転数で各ポンプを運転する。
【００５５】
ポンプ設備が正常であれば、この同一条件での運転時には、ポンプ電動機の種々のパラメータ（巻き線温度、巻き線抵抗、軸受け温度、排気温度、振動、騒音など）の値は、ほぼ同じ値を取る（図３を参照）。また、弁設備が正常であれば、返流水弁４２ａ，４２ｂの動作時間もほぼ同じ値となる。
【００５６】
一方、ポンプ設備に何らかの不具合が発生した場合には、同一条件で運転しているにもかかわらず、種々のパラメータが同一の値ではなくなる。従って、コントローラ１００は、同一条件で運転している各返流ポンプ４１ａ，４１ｂのパラメータを比較し、この比較結果に基づいて、いずれのポンプに異常が発生したかを判定することができる。また、コントローラ１００は、同一条件で運転している各返流水弁４２ａ，４２ｂの動作時間を計測して比較し、この比較結果に基づいて、いずれの弁に異常が発生したかを判定することができる。
【００５７】
［第６の実施形態］
図１０は、第６の実施形態に関する浄水（上水）の送配水プロセスを示す図。
【００５８】
浄水池１３には、浄水処理された上水が蓄えられている。この送配水プロセスは、送水ポンプ２０ａ，２０ｂにより浄水池１３からの上水を、吐出弁２１ａ，２１ｂを介して配水池１６に送水する送水プロセスと、配水池１６から送水された上水を需要家へ配水する配水プロセスとを含む。また、配水プロセスとしては、配水ポンプ２４ａ，２４ｂにより、浄水池１３からの上水を加圧して、吐出弁２５ａ，２５ｂを介して需要家へ配水するプロセスがある。配水ポンプ２４ａ，２４ｂは、配水に必要な水圧に調整する機能を有する。
【００５９】
ここで、送水ポンプ２０ａ，２０ｂ及び配水ポンプ２４ａ，２４ｂは、上水の需要家の多様な水需要に対応するため、必要とする水量を同時運転するポンプの台数で制御することが多い。このため、送水ポンプ設備及び配水ポンプ設備はそれぞれ、同定格の複数のポンプを有する。本実施形態のコントローラ１００は、送水ポンプ設備及び配水ポンプ設備の各ポンプを同一の回転数などの同一条件で運転している。
【００６０】
送水ポンプ設備及び配水ポンプ設備が正常であれば、この同一条件での運転時には、各ポンプ電動機の種々のパラメータ（巻き線温度、巻き線抵抗、軸受け温度、排気温度、振動、騒音など）の値は、ほぼ同じ値を取る（図３を参照）。また、弁設備が正常であれば、吐出弁２１ａ，２１ｂ及び２５ａ，２５ｂの動作時間もほぼ同じ値となる。
【００６１】
一方、送水ポンプ設備及び配水ポンプ設備に何らかの不具合が発生した場合には、同一条件で運転しているにもかかわらず、種々のパラメータが同一の値ではなくなる。従って、コントローラ１００は、同一条件で運転している送水ポンプ２０ａ，２０ｂ及び配水ポンプ２４ａ，２４ｂのパラメータを比較することにより、この比較結果に基づいて、いずれのポンプに異常が発生したかを判定することができる。
【００６２】
また、コントローラ１００は、同一条件で運転している各吐出弁２１ａ，２１ｂ及び２５ａ，２５ｂの動作時間を計測して比較し、この比較結果に基づいて、いずれの弁に異常が発生したかを判定することができる。
【００６３】
以上のようにして本実施形態によれば、送水ポンプ設備、配水ポンプ設備及び弁設備の各ポンプや各弁の動作状態又は動作時間を比較監視することにより、設備の劣化や異常の発生を検出することが可能となる。従って、これらの比較情報結果や異常判定結果を、プラントのオペレータや保守員に提示することで、上水道プラントの運転制御のみではなく運転支援を行うことができるシステムを提供することが可能となる。
【００６４】
［変形例］
前述の各実施形態では、図１に示す上水道プラントに適用する運転支援システムについて説明したが、当該運転支援システムは下水道プラントにも適用できる。
【００６５】
即ち、具体的には、本変形例の運転支援システムは、下水道プラントの雨水および汚水滞水池に設けられた複数の流入ゲート設備において、各流入ゲート設備の電動機が同一定格の場合に、同一条件で運転する。この場合、運転支援システムは、各電動機の種々のパラメータ（巻き線温度、巻き線抵抗、軸受け温度、排気温度、振動、騒音など）の値を比較し、この比較結果に基づいて、いずれの電動機に異常が発生したかを判定する。
【００６６】
同様にして、本変形例の運転支援システムは、下水道プラントの雨水および汚水滞水池を含む雨水滞水池用の返送水ポンプ設備において、同一条件で運転している各ポンプ電動機の種々のパラメータ（巻き線温度、巻き線抵抗、軸受け温度、排気温度、振動、騒音など）の値を比較し、この比較結果に基づいて、いずれのポンプ電動機に異常が発生したかを判定する。
【００６７】
同様にして、本変形例の運転支援システムは、下水道プラントの雨水および汚水沈砂池に設けられた複数の流入ゲート設備において、同一条件で運転している各流入ゲート設備の電動機の種々のパラメータ（巻き線温度、巻き線抵抗、軸受け温度、排気温度、振動、騒音など）の値を比較し、この比較結果に基づいて、いずれの電動機に異常が発生したかを判定する。
【００６８】
同様にして、本変形例の運転支援システムは、下水道プラントの雨水および汚水沈砂池に設けられた複数の沈砂かき揚げ機において、同一条件で運転している各沈砂かき揚げ機の電動機の種々のパラメータ（巻き線温度、巻き線抵抗、軸受け温度、排気温度、振動、騒音など）の値を比較し、この比較結果に基づいて、いずれの電動機に異常が発生したかを判定する。
【００６９】
同様にして、本変形例の運転支援システムは、下水道プラントの雨水および汚水沈砂池に設けられた複数の除塵機において、同一条件で運転している各除塵機の電動機の種々のパラメータ（巻き線温度、巻き線抵抗、軸受け温度、排気温度、振動、騒音など）の値を比較し、この比較結果に基づいて、いずれの電動機に異常が発生したかを判定する。
【００７０】
同様にして、本変形例の運転支援システムは、下水道プラントの雨水ポンプ井の雨水ポンプおよび汚水ポンプ井の汚水ポンプの各設備において、同一条件で運転している各ポンプの種々のパラメータ（巻き線温度、巻き線抵抗、軸受け温度、排気温度、振動、騒音など）の値を比較し、この比較結果に基づいて、いずれのポンプ電動機に異常が発生したかを判定する。
【００７１】
同様にして、本変形例の運転支援システムは、下水道プラントの雨水および汚水の最初沈殿池において、同一条件で運転している最初沈殿池の各ポンプ電動機の種々のパラメータ（巻き線温度、巻き線抵抗、軸受け温度、排気温度、振動、騒音など）の値を比較し、この比較結果に基づいて、いずれのポンプ電動機に異常が発生したかを判定する。
【００７２】
同様にして、本変形例の運転支援システムは、下水道プラントの雨水および汚水のばっ気槽において、同一条件で運転しているばっ気槽への給気を行う各ブロア電動機の種々のパラメータ（巻き線温度、巻き線抵抗、軸受け温度、排気温度、振動、騒音など）の値を比較し、この比較結果に基づいて、いずれのブロア電動機に異常が発生したかを判定する。
【００７３】
また同様にして、本変形例の運転支援システムは、下水道プラントの雨水ポンプ井の雨水ポンプおよび汚水ポンプ井の汚水ポンプの各吐出弁において、同一条件で運転している各吐出弁が全開から全閉に至るまでの時間、全閉から全開に至るまでの時間、各弁開度に対する流量などを比較し、この比較結果に基づいて、いずれの吐出弁に異常が発生したかを判定する。
【００７４】
同様にして、本変形例の運転支援システムは、下水道プラントのばっ気槽への給気を行うブロアに設置されて、同一条件で運転している同一定格の流量調節弁、吸気弁、排気弁、の弁が全開から全閉に至るまでの時間、全閉から全開に至るまでの時間、各弁開度に対する流量などを比較し、この比較結果に基づいて、いずれの弁に異常が発生したかを判定する。
【００７５】
以上のようにして本変形例によれば、上水道プラントだけでなく下水道プラントに適用可能であり、下水道プラントに設けられているポンプ設備などの運転中に、比較監視方法により、異常の発生を監視できる運転支援システムを提供することができる。
【００７６】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１…貯水池（ダム）、２，…流量計、３，１５…流量調節弁、４，１４…アクチュエータ
５…着水井、６，２３，２７…配管、９…混和池、１０…フロック形成池、
１１…沈殿池、１２，１２ａ〜１２ｃ…ろ過池、１３…浄水池（ろ過池洗浄水槽）、
１６…配水池、１７…水位計、２０ａ，２０ｂ…送水ポンプ、
２１ａ，２１ｂ…吐出弁、２４ａ，２４ｂ…配水ポンプ、３０…貯水池（河川）、
３２…沈砂池、３４…ポンプ井、３５ａ〜３５ｃ…導水ポンプ、
３６ａ〜３６ｃ…吐出弁、３６ｄ…流量調節弁、３９…汚泥池、
４０，４０ａ，４０ｂ…排水池（汚水池）、４１ａ，４１ｂ…返流ポンプ、
４２ａ，４２ｂ…返流水弁、４６ａ〜４６ｃ…表洗ポンプ、
５０ａ〜５０ｃ…流量調節弁、５１ａ〜５１ｃ…流量計、
５３ａ〜５３ｃ…逆洗ポンプ、１００…コントローラ、１１０…送水路、
１２０ａ〜１２０ｃ…表洗ノズル、１３０…洗浄水配管、１３１…洗浄水配管、
４００…排水管。
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、上下水道プラントなどの水処理プラントの運転支援システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上下水道プラントでは、貯水池から配管を通じて、水を配水池などに導水するための複数のポンプからなるポンプ設備や、通水の流量を調節するための複数の流量調節弁からなる弁設備が設けられている。
【０００３】
このようなポンプ設備や弁設備は、同一定格の複数のポンプや複数の流量調節弁からなり、同一条件で運転されている。しかしながら、運転中に、各種の環境条件の変動などにより、ポンプ設備や弁設備に異常が発生すると、同一条件で運転は困難となる。
【０００４】
従来では、電気製品の異常を監視し、異常が発生する当該異常情報を通知する機能を有する異常監視装置が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３６２３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上下水道プラントでは、複数のポンプからなるポンプ設備や、複数の流量調節弁からなる弁設備が設けられている。これらの設備に異常が発生すると、同一条件での運転が困難となり、プラントの各種プロセスに障害が起きる可能性が高くなる。従来では、電気製品の異常を監視する異常監視装置が提案されているが、上下水道プラントには適用できない。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上下水道プラントに設けられている設備の運転中に、異常の発生を監視できる運転支援システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態によれば、水処理プラントに適用する運転支援システムは、雨水や汚水の処理を実行し、雨水および汚水の滞水池用の複数の流入ゲートを含む流入ゲート設備を有する下水処理プラントに適用する運転支援システムにおいて、前記各流入ゲートを同一条件で運転しているときに前記各流入ゲート間の動作状態を比較し、当該比較結果に基づいて前記流入ゲート設備が正常であるか否かを判定する制御手段を具備した構成である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態に関する上水道プラントの構成を示す図。
【図２】第１の実施形態に関する導水プロセスを示す図。
【図３】第１の実施形態に関する導水ポンプの回転数の変化と電動機の巻き線温度の変化の関係を示す図。
【図４】第１の実施形態に関する吐出弁のリミットスイッチの出力信号の変化を示す図。
【図５】第２の実施形態に関するろ過プロセスを示す図。
【図６】第２の実施形態に関する流量調節弁の弁開度と流量との関係を示す図。
【図７】第３の実施形態に関する表洗プロセスを示す図。
【図８】第４の実施形態に関する逆洗プロセスを示す図。
【図９】第５の実施形態に関する返流プロセスを示す図。
【図１０】第６の実施形態に関する浄水の送配水プロセスを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下図面を参照して、実施形態を説明する。
【００１１】
［第１の実施形態］
以下、図１から図４を参照して、第１の実施形態に関する水処理プラントの運転支援システムを説明する。
【００１２】
（水処理プラントの構成）
本実施形態は、水処理プラントとして、上水道プラントを説明する。図１は、上水道プラントの浄水プロセスを説明するための図である。
【００１３】
上水道プラントは、水源（以下貯水池と表記する場合がある）として、例えばダム１または河川３０から原水を導水する。貯水池１からの原水は、配管６を経由して着水井５に導水される。配管６には、流量計２及び流量調節弁３が設けられている。流量調節弁３は、アクチュエータ４の動作により弁が開閉して、通水の流量を調節する。なお、図１において、「Ｘ」は流量計などの各種センサを意味し、「Ｍ」はアクチュエータ又はモータなどの駆動部を意味する。
【００１４】
一方、河川３０からの原水は、開閉弁３１を有する沈砂池３２に導水される。この沈砂池３２にはスクリーン３３が設けられて、導水された原水はろ過される。さらに、ポンプ井３４から導水ポンプ３５により、着水井５に導水される。ポンプ井３４と着水井５を結合する配管には、流量調節弁３６及び流量計３７が設けられている。
【００１５】
着水井５に導水された水は、沈殿池１１に送水される。沈殿池１１の前段には、混和池９及びフロック形成池１０が配置されている。着水井５と混和池９とを結合する配管には、流量計７及び流量調節弁８が設けられている。
【００１６】
一方、着水井５には、沈殿池１１からの返流水が導水される。沈殿池１１からの返流水は、流量調節弁３８により通水を調節されて汚泥池３９に送水される。さらに、返流水は、汚泥池３９から汚水池４０に送水されて、この汚水池４０から返流ポンプ４１により着水井５に返流される。汚泥池３９では、汚泥は脱水されて処分される。着水井５と汚水池４０とを結合する配管には、流量調節弁４２及び流量計４３が設けられている。
【００１７】
次に、沈殿池１１に導水された水は、ろ過池１２でろ過された後に、浄水池１３に送水される。ろ過池１２と浄水池１３とを結合する配管には、流量調節弁５０，５２及び流量計５１が設けられている。浄水池１３に導水された水の上面からは、表洗ポンプ４６により、ろ過池１２に返流されている。この表洗ポンプ４６と、ろ過池１２とを結合する配管には、流量調節弁４７〜４９が設けられている。
【００１８】
さらに、浄水池１３は、逆流ポンプ５３により導水された水の一部が、ろ過池１２に返流される。逆流ポンプ５３と、ろ過池１２とを結合する配管には、流量計５４及び流量調節弁５５，５６が設けられている。ろ過池１２は、流量調節弁４４を経由して、導水された水の一部が汚水池４０に返流される。また、逆流ポンプ５３により、ろ過池１２に返流された水の一部は、流量調節弁４５を経由して汚水池４０に返流される。
【００１９】
浄水池１３により浄水化された水は、送水ポンプ２０により配管２３を経由して、配水池１６に送水される。配管２３には、流量調節弁（または吐出弁）１５，２１及び流量計２２が設けられている。配水池１６は、水位を計測する水位計１７や水質センサ１８が設けられている。配水池１６からの浄水は、流量調節弁１９により制御されて配水される。一方、浄水池１３により浄水化された水は、配水ポンプ２４により配管２７を経由して配水される。配管２７には、流量調節弁（または吐出弁）２５及び流量計２６が設けられている。
【００２０】
このような上水道プラントの運転支援システムとして、コンピュータを主要素とするコントローラ１００が設けられている。コントローラ１００は、各種センサ群から計測信号を入力して流量、水位、汚泥量、水質等を検知すると共に、流量調節弁やポンプを制御する。
【００２１】
（運転支援システム）
図２は、前述の上水道プラントにおいて、水源（河川）である貯水池３０からポンプ井３４、さらに着水井５に導水される導水プロセスを示す図である。このプロセスを具体例として、本実施形態に関するプラントの運転支援システムの動作を説明する。
【００２２】
図２に示すように、導水プロセスは、貯水池３０には流量調節弁３７ｄが接続されて、この流量調節弁３７ｄを介してポンプ井３４に導水する構造となっている。貯水池３０は、ポンプ井３４よりも土木構造的に高い位置関係にある。貯水池３０からの水圧は、ポンプ井３４の水圧よりも大きく、流量調節弁３７ｄを開くことで、貯水池３０からポンプ井３４へ自然流下によって導水される構造である。
【００２３】
ポンプ井３４には、複数の導水ポンプ３５ａ〜３５ｃが接続されている。これらの各導水ポンプ３５ａ〜３５ｃにより、ポンプ井３４から、土木構造的に高い位置にある着水井５へ送水される構造になっている。また、導水ポンプ３５ａ〜３５ｃには、それぞれ吐出弁３６ａ〜３６ｃが接続されており、着水井５からの逆流を防ぐ構造となっている。
【００２４】
本実施形態の運転支援システム（コントローラ１００）は、導水ポンプ３５ａ〜３５ｃを同一条件で運転する。なお、導水ポンプ３５ａ〜３５ｃは、それぞれ同一定格のポンプであり、同一の消費電力で同一の吐出圧を発生できるものとする。
【００２５】
図３（Ａ）は、コントローラ１００による送水流量の指令値変化に伴って、導水ポンプ３５ａ〜３５ｃの回転数が時刻と共に変化したときに、それぞれの導水ポンプ３５ａ〜３５ｃの電動機の巻き線温度の変化を示した図である。同図（Ｂ）は、導水ポンプ３５ａ〜３５ｃの回転数が時刻と共に変化する様子を示す。
【００２６】
図３（Ｂ）に示すように、時刻Ｔ１でポンプ回転数の目標値が上昇すると、それに伴って、ポンプ電動機の消費電力が上昇する。結果として、同図（Ａ）に示すように、ポンプ電動機の巻き線温度も上昇する。巻き線温度は、ポンプ回転数が一定の場合、徐々に一定の値に漸近して行く。但し、図３（Ｂ）に示すように、時刻Ｔ２でポンプ回転数の目標値が下降した場合は、それに伴い、ポンプ電動機の消費電力が減少し、ポンプ電動機の巻き線温度も下降する。
【００２７】
本実施形態のコントローラ１００は、図２に示すように、３台の導水ポンプ３５ａ〜３５ｃの全てを稼動して送水している場合、各ポンプに含まれる電動機が同一定格の同一構造であれば、同一の回転数で各ポンプを運転する。この同一条件での運転時には、ポンプ電動機の種々のパラメータ（巻き線温度、巻き線抵抗、軸受け温度、排気温度、振動、騒音など）の値は、ほぼ同じ値を取る。
【００２８】
一方、３台の導水ポンプ３５ａ〜３５ｃを含むポンプ設備において、何らかの不具合が発生した場合には、同一条件で運転しているにもかかわらず、種々のパラメータが同一の値ではなくなる。図３（Ａ）は、同一条件で運転している導水ポンプ３５ａ〜３５ｃの電動機巻き線の温度変化特性３００，３１０，３２０を示す図である。
【００２９】
図３（Ａ）に示すように、導水ポンプ３５ａの温度変化特性３００と、導水ポンプ３５ｂの温度変化特性３１０は、ほぼ同等の変化を示している。しかし、導水ポンプ３５ｃの温度変化３２０は、温度変化３００，３１０とは異なる傾向を示している。
【００３０】
コントローラ１００は、導水ポンプ３５ａ〜３５ｃの電動機巻き線の温度変化特性３００，３１０，３２０に基づいて、異なる傾向を示す導水ポンプ３５ｃに、何らかの異常が発生していると、導水ポンプ設備の正常性を判定する。
【００３１】
なお、本実施形態のように、３台以上の同一仕様の導水ポンプ３５ａ〜３５ｃを使用する場合には、コントローラ１００は、いわゆる多数決理論（2 out of 3）を利用して、導水ポンプ設備の正常性を判定する。同一仕様の導水ポンプが２台の場合には、それぞれの導水ポンプの過去の運転情報の中で、同一条件で運転した時の情報を読み出し、それを用いることによって、異常が発生している導水ポンプの同定が可能となる。
【００３２】
図４は、吐出弁３６ａ〜３６ｃのリミットスイッチから出力される信号の変化を示す図である。図４（Ａ）は、吐出弁の弁が閉じていることを検出する弁全閉リミットスイッチの出力信号の変化を示す図である。同図（Ｂ）は、吐出弁の弁が開いていることを検出する弁全開リミットスイッチの出力信号の変化を示す図である。
【００３３】
弁全閉リミットスイッチは、弁が開き始めると出力がＯＦＦとなる。一方、弁全開リミットスイッチは、弁が全開すると出力がＯＮになる。よって、弁全閉リミットスイッチがＯＦＦとなってから、弁全開リミットスイッチはＯＮするまでの時間Ｔが、弁の動作に必要な時間となる。
【００３４】
図２に示すように、同一定格の各ポンプ３５ａ〜３５ｃに設置された同一定格の吐出弁３６ａ〜３６ｃは、全閉から全開までの動作時間、および全開から全閉までの動作時間は基本的に同一である。従って、コントローラ１００は、３つの吐出弁３６ａ〜３６ｃの動作時間を比較することで、異常が発生した吐出弁を同定する。
【００３５】
以上のようにして、本実施形態の運転支援システムのコントローラ１００は、導水ポンプ３５ａ〜３５ｃの電動機の各種パラメータの変化に基づいて各ポンプを比較監視することにより、導水ポンプ設備の正常性を判定することができる。また、３つの吐出弁３６ａ〜３６ｃの動作時間を比較監視することで、異常が発生した吐出弁を判定することができる。このような異常判定結果を利用して、導水ポンプ設備において障害が発生したポンプの交換などを指示する運転支援情報を提供することが可能となる。
【００３６】
［第２の実施形態］
図５は、第２の実施形態に関するろ過プロセスを示す図である。
【００３７】
このろ過プロセスは、図５に示すように、処理水が、沈殿池１１から送水路１１０を介して複数のろ過池１２ａ〜１２ｃに送水されるプロセスである。ろ過池１２ａ〜１２ｃでろ過処理された処理水は、流量調節弁５０ａ〜５０ｃ及び流量計５１ａ〜５１ｃを通って、次の処理工程へと送られる。
【００３８】
図６は、流量調節弁５０ａ〜５０ｃの弁開度と流量との関係を示す図である。
【００３９】
通常では、流量調節弁の弁開度と流量との関係は、弁開度に対して流量は単調増加の関数となる。ここで、流量調節弁を挟む流路の圧力差が一定の場合には、同一定格の弁であれば同一の関数となる。従って、図５に示す３つの流量調節弁５０ａ〜５０ｃが、図６に示すような弁開度Ｏ１の場合、各弁の流入側と流出側の圧力差が同一であれば同一流量Ｑ１となる。
【００４０】
このような原理から、本実施形態のコントローラ１００は、図５に示すろ過プロセスにおいて、流量調節弁５０ａ〜５０ｃの流量を比較し、この比較結果に基づいてろ過池１２ａ〜１２ｃを有する、ろ過プロセスの異常発生を同定することができる。具体的には、コントローラ１００は、流量調節弁５０ａ〜５０ｃの弁開度値の異常発生、流量計５１ａ〜５１ｃの異常発生、あるいは配管の圧力損失などの異常発生を検出することができる。また、異常が生じたろ過工程と、他の工程との比較結果に基づいて、前記の異常発生を検出することも可能である。
【００４１】
さらに、正常時の流量調節弁５０ａ〜５０ｃの弁開度と流量との関係を示す関数情報を予め保存しているデータベースを用意し、コントローラ１００は、当該データベースを参照することで、流量調節弁５０ａ〜５０ｃなどの現在の動作状態との比較結果に基づいて、異常発生を検出することができる。
【００４２】
［第３の実施形態］
図７は、第３の実施形態に関する表洗プロセスを示す図である。
【００４３】
この表洗プロセスは、図７に示すように、ろ過池洗浄水槽（浄水池）１３からの洗浄水を、洗浄水配管１３０を介して表洗ポンプ４６ａ〜４６ｃにより、ろ過池１２ａ〜１２ｃに送水するプロセスである。洗浄水は、表洗ノズル１２０ａ〜１２０ｃから、ろ過池１２ａ〜１２ｃの表面に散布されて、ろ過砂を洗浄する。洗浄後の洗浄水は、排水管４００を介して排水池（汚水池）４０に送られる。
【００４４】
ここで、表洗ポンプ４６ａ〜４６ｃからなるポンプ設備は、ろ過池１２ａ〜１２ｃの規模がそれぞれ同等であれば、表洗ポンプ４６ａ〜４６ｃとして同定格の各ポンプを使用する。従って、本実施形態のコントローラ１００は、３台の表洗ポンプ４６ａ〜４６ｃの全てを稼動して送水している場合、同一の回転数で各ポンプを運転する。
【００４５】
ポンプ設備が正常であれば、この同一条件での運転時には、ポンプ電動機の種々のパラメータ（巻き線温度、巻き線抵抗、軸受け温度、排気温度、振動、騒音など）の値は、ほぼ同じ値を取る（図３を参照）。
【００４６】
一方、ポンプ設備に何らかの不具合が発生した場合には、同一条件で運転しているにもかかわらず、種々のパラメータが同一の値ではなくなる。従って、コントローラ１００は、同一条件で運転している各表洗ポンプ４６ａ〜４６ｃのパラメータを比較することにより、いずれのポンプに異常が発生したかを判定することができる。
【００４７】
［第４の実施形態］
図８は、第４の実施形態に関する逆洗プロセスを示す図である。
【００４８】
この逆洗プロセスは、図８に示すように、ろ過池洗浄水槽（浄水池）１３からの洗浄水を、洗浄水配管１３１を介して逆洗ポンプ５３ａ〜５３ｃにより、ろ過池１２ａ〜１２ｃに送水するプロセスである。洗浄水は、ろ過池１２ａ〜１２ｃの処理水流出側から逆方向に供給されて、ろ過砂を洗浄する。洗浄後の洗浄水は、排水管４００を介して排水池（汚水池）４０に送られる。
【００４９】
ここで、逆洗ポンプ５３ａ〜５３ｃからなるポンプ設備は、ろ過池１２ａ〜１２ｃの規模がそれぞれ同等であれば、逆洗ポンプ５３ａ〜５３ｃとして同定格の各ポンプを使用する。従って、本実施形態のコントローラ１００は、３台の逆洗ポンプ５３ａ〜５３ｃの全てを稼動して送水している場合、同一の回転数で各ポンプを運転する。
【００５０】
ポンプ設備が正常であれば、この同一条件での運転時には、ポンプ電動機の種々のパラメータ（巻き線温度、巻き線抵抗、軸受け温度、排気温度、振動、騒音など）の値は、ほぼ同じ値を取る（図３を参照）。
【００５１】
一方、ポンプ設備に何らかの不具合が発生した場合には、同一条件で運転しているにもかかわらず、種々のパラメータが同一の値ではなくなる。従って、コントローラ１００は、同一条件で運転している各逆洗ポンプ５３ａ〜５３ｃのパラメータを比較し、この比較結果に基づいて、いずれのポンプに異常が発生したかを判定することができる。
【００５２】
［第５の実施形態］
図９は、第５の実施形態に関する返流プロセスを示す図である。
【００５３】
この返流プロセスは、図９に示すように、表洗プロセスや逆洗プロセスによって発生した排水の一部を、着水井５に返流水として返流するプロセスである。ろ過池１２ａ〜１２ｃなどの洗浄により生じた排水は、通常では複数の排水池４０ａ，４０ｂに蓄えられる。排水池４０ａ，４０ｂに蓄えられた排水は、返流ポンプ４１ａ，４１ｂによって加圧されて、返流水弁（流量調節弁）４２ａ，４２ｂを介して着水井５に返流される。
【００５４】
ここで、排水池４０ａ，４０ｂの規模がそれぞれ同等であれば、返流ポンプ４１ａ，４１ｂからなるポンプ設備、及び返流水弁４２ａ，４２ｂからなる弁設備は、それぞれ同定格のポンプや弁を使用する。従って、本実施形態のコントローラ１００は、例えば、各返流ポンプ４１ａ，４１ｂの全てを稼動している場合、同一の回転数で各ポンプを運転する。
【００５５】
ポンプ設備が正常であれば、この同一条件での運転時には、ポンプ電動機の種々のパラメータ（巻き線温度、巻き線抵抗、軸受け温度、排気温度、振動、騒音など）の値は、ほぼ同じ値を取る（図３を参照）。また、弁設備が正常であれば、返流水弁４２ａ，４２ｂの動作時間もほぼ同じ値となる。
【００５６】
一方、ポンプ設備に何らかの不具合が発生した場合には、同一条件で運転しているにもかかわらず、種々のパラメータが同一の値ではなくなる。従って、コントローラ１００は、同一条件で運転している各返流ポンプ４１ａ，４１ｂのパラメータを比較し、この比較結果に基づいて、いずれのポンプに異常が発生したかを判定することができる。また、コントローラ１００は、同一条件で運転している各返流水弁４２ａ，４２ｂの動作時間を計測して比較し、この比較結果に基づいて、いずれの弁に異常が発生したかを判定することができる。
【００５７】
［第６の実施形態］
図１０は、第６の実施形態に関する浄水（上水）の送配水プロセスを示す図。
【００５８】
浄水池１３には、浄水処理された上水が蓄えられている。この送配水プロセスは、送水ポンプ２０ａ，２０ｂにより浄水池１３からの上水を、吐出弁２１ａ，２１ｂを介して配水池１６に送水する送水プロセスと、配水池１６から送水された上水を需要家へ配水する配水プロセスとを含む。また、配水プロセスとしては、配水ポンプ２４ａ，２４ｂにより、浄水池１３からの上水を加圧して、吐出弁２５ａ，２５ｂを介して需要家へ配水するプロセスがある。配水ポンプ２４ａ，２４ｂは、配水に必要な水圧に調整する機能を有する。
【００５９】
ここで、送水ポンプ２０ａ，２０ｂ及び配水ポンプ２４ａ，２４ｂは、上水の需要家の多様な水需要に対応するため、必要とする水量を同時運転するポンプの台数で制御することが多い。このため、送水ポンプ設備及び配水ポンプ設備はそれぞれ、同定格の複数のポンプを有する。本実施形態のコントローラ１００は、送水ポンプ設備及び配水ポンプ設備の各ポンプを同一の回転数などの同一条件で運転している。
【００６０】
送水ポンプ設備及び配水ポンプ設備が正常であれば、この同一条件での運転時には、各ポンプ電動機の種々のパラメータ（巻き線温度、巻き線抵抗、軸受け温度、排気温度、振動、騒音など）の値は、ほぼ同じ値を取る（図３を参照）。また、弁設備が正常であれば、吐出弁２１ａ，２１ｂ及び２５ａ，２５ｂの動作時間もほぼ同じ値となる。
【００６１】
一方、送水ポンプ設備及び配水ポンプ設備に何らかの不具合が発生した場合には、同一条件で運転しているにもかかわらず、種々のパラメータが同一の値ではなくなる。従って、コントローラ１００は、同一条件で運転している送水ポンプ２０ａ，２０ｂ及び配水ポンプ２４ａ，２４ｂのパラメータを比較することにより、この比較結果に基づいて、いずれのポンプに異常が発生したかを判定することができる。
【００６２】
また、コントローラ１００は、同一条件で運転している各吐出弁２１ａ，２１ｂ及び２５ａ，２５ｂの動作時間を計測して比較し、この比較結果に基づいて、いずれの弁に異常が発生したかを判定することができる。
【００６３】
以上のようにして本実施形態によれば、送水ポンプ設備、配水ポンプ設備及び弁設備の各ポンプや各弁の動作状態又は動作時間を比較監視することにより、設備の劣化や異常の発生を検出することが可能となる。従って、これらの比較情報結果や異常判定結果を、プラントのオペレータや保守員に提示することで、上水道プラントの運転制御のみではなく運転支援を行うことができるシステムを提供することが可能となる。
【００６４】
［変形例］
前述の各実施形態では、図１に示す上水道プラントに適用する運転支援システムについて説明したが、当該運転支援システムは下水道プラントにも適用できる。
【００６５】
即ち、具体的には、本変形例の運転支援システムは、下水道プラントの雨水および汚水滞水池に設けられた複数の流入ゲート設備において、各流入ゲート設備の電動機が同一定格の場合に、同一条件で運転する。この場合、運転支援システムは、各電動機の種々のパラメータ（巻き線温度、巻き線抵抗、軸受け温度、排気温度、振動、騒音など）の値を比較し、この比較結果に基づいて、いずれの電動機に異常が発生したかを判定する。
【００６６】
同様にして、本変形例の運転支援システムは、下水道プラントの雨水および汚水滞水池を含む雨水滞水池用の返送水ポンプ設備において、同一条件で運転している各ポンプ電動機の種々のパラメータ（巻き線温度、巻き線抵抗、軸受け温度、排気温度、振動、騒音など）の値を比較し、この比較結果に基づいて、いずれのポンプ電動機に異常が発生したかを判定する。
【００６７】
同様にして、本変形例の運転支援システムは、下水道プラントの雨水および汚水沈砂池に設けられた複数の流入ゲート設備において、同一条件で運転している各流入ゲート設備の電動機の種々のパラメータ（巻き線温度、巻き線抵抗、軸受け温度、排気温度、振動、騒音など）の値を比較し、この比較結果に基づいて、いずれの電動機に異常が発生したかを判定する。
【００６８】
同様にして、本変形例の運転支援システムは、下水道プラントの雨水および汚水沈砂池に設けられた複数の沈砂かき揚げ機において、同一条件で運転している各沈砂かき揚げ機の電動機の種々のパラメータ（巻き線温度、巻き線抵抗、軸受け温度、排気温度、振動、騒音など）の値を比較し、この比較結果に基づいて、いずれの電動機に異常が発生したかを判定する。
【００６９】
同様にして、本変形例の運転支援システムは、下水道プラントの雨水および汚水沈砂池に設けられた複数の除塵機において、同一条件で運転している各除塵機の電動機の種々のパラメータ（巻き線温度、巻き線抵抗、軸受け温度、排気温度、振動、騒音など）の値を比較し、この比較結果に基づいて、いずれの電動機に異常が発生したかを判定する。
【００７０】
同様にして、本変形例の運転支援システムは、下水道プラントの雨水ポンプ井の雨水ポンプおよび汚水ポンプ井の汚水ポンプの各設備において、同一条件で運転している各ポンプの種々のパラメータ（巻き線温度、巻き線抵抗、軸受け温度、排気温度、振動、騒音など）の値を比較し、この比較結果に基づいて、いずれのポンプ電動機に異常が発生したかを判定する。
【００７１】
同様にして、本変形例の運転支援システムは、下水道プラントの雨水および汚水の最初沈殿池において、同一条件で運転している最初沈殿池の各ポンプ電動機の種々のパラメータ（巻き線温度、巻き線抵抗、軸受け温度、排気温度、振動、騒音など）の値を比較し、この比較結果に基づいて、いずれのポンプ電動機に異常が発生したかを判定する。
【００７２】
同様にして、本変形例の運転支援システムは、下水道プラントの雨水および汚水のばっ気槽において、同一条件で運転しているばっ気槽への給気を行う各ブロア電動機の種々のパラメータ（巻き線温度、巻き線抵抗、軸受け温度、排気温度、振動、騒音など）の値を比較し、この比較結果に基づいて、いずれのブロア電動機に異常が発生したかを判定する。
【００７３】
また同様にして、本変形例の運転支援システムは、下水道プラントの雨水ポンプ井の雨水ポンプおよび汚水ポンプ井の汚水ポンプの各吐出弁において、同一条件で運転している各吐出弁が全開から全閉に至るまでの時間、全閉から全開に至るまでの時間、各弁開度に対する流量などを比較し、この比較結果に基づいて、いずれの吐出弁に異常が発生したかを判定する。
【００７４】
同様にして、本変形例の運転支援システムは、下水道プラントのばっ気槽への給気を行うブロアに設置されて、同一条件で運転している同一定格の流量調節弁、吸気弁、排気弁、の弁が全開から全閉に至るまでの時間、全閉から全開に至るまでの時間、各弁開度に対する流量などを比較し、この比較結果に基づいて、いずれの弁に異常が発生したかを判定する。
【００７５】
以上のようにして本変形例によれば、上水道プラントだけでなく下水道プラントに適用可能であり、下水道プラントに設けられているポンプ設備などの運転中に、比較監視方法により、異常の発生を監視できる運転支援システムを提供することができる。
【００７６】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００７７】
１…貯水池（ダム）、２，…流量計、３，１５…流量調節弁、４，１４…アクチュエータ
５…着水井、６，２３，２７…配管、９…混和池、１０…フロック形成池、
１１…沈殿池、１２，１２ａ〜１２ｃ…ろ過池、１３…浄水池（ろ過池洗浄水槽）、
１６…配水池、１７…水位計、２０ａ，２０ｂ…送水ポンプ、
２１ａ，２１ｂ…吐出弁、２４ａ，２４ｂ…配水ポンプ、３０…貯水池（河川）、
３２…沈砂池、３４…ポンプ井、３５ａ〜３５ｃ…導水ポンプ、
３６ａ〜３６ｃ…吐出弁、３６ｄ…流量調節弁、３９…汚泥池、
４０，４０ａ，４０ｂ…排水池（汚水池）、４１ａ，４１ｂ…返流ポンプ、
４２ａ，４２ｂ…返流水弁、４６ａ〜４６ｃ…表洗ポンプ、
５０ａ〜５０ｃ…流量調節弁、５１ａ〜５１ｃ…流量計、
５３ａ〜５３ｃ…逆洗ポンプ、１００…コントローラ、１１０…送水路、
１２０ａ〜１２０ｃ…表洗ノズル、１３０…洗浄水配管、１３１…洗浄水配管、
４００…排水管。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
雨水や汚水の処理を実行し、雨水および汚水の滞水池用の複数の流入ゲートを含む流入ゲート設備を有する下水処理プラントに適用する運転支援システムにおいて、
前記各流入ゲートを同一条件で運転しているときに前記各流入ゲート間の動作状態を比較し、当該比較結果に基づいて前記流入ゲート設備が正常であるか否かを判定する制御手段を具備したことを特徴とする運転支援システム。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記各流入ゲートの動作状態として、前記各流入ゲートに含まれる電動機の巻き線抵抗、巻き線温度、軸受け温度、排気温度、振動、騒音の測定値を前記各流入ゲート間で比較し、当該比較結果に基づいて前記流入ゲート設備が正常であるか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の運転支援システム。
【請求項３】
雨水や汚水の処理を実行し、雨水および汚水の沈砂池用の複数の流入ゲートを含む流入ゲート設備を有する下水処理プラントに適用する運転支援システムにおいて、
前記各流入ゲートを同一条件で運転しているときに前記各流入ゲート間に含まれる電動機の動作状態と比較し、当該比較結果に基づいて前記流入ゲート設備が正常であるか否かを判定する制御手段を具備したことを特徴とする運転支援システム。
【請求項４】
前記制御手段は、
前記各流入ゲートの動作状態として、前記各流入ゲートに含まれる電動機の巻き線抵抗、巻き線温度、軸受け温度、排気温度、振動、騒音の測定値を前記各流入ゲート間で比較し、当該比較結果に基づいて前記流入ゲート設備が正常であるか否かを判定することを特徴とする請求項３に記載の運転支援システム。
【請求項５】
雨水や汚水の処理を実行し、雨水および汚水の沈砂池用の複数の沈砂かき揚げ機を含む沈砂かき揚げ機設備を有する下水処理プラントに適用する運転支援システムにおいて、
前記各沈砂かき揚げ機を同一条件で運転しているときに前記各沈砂かき揚げ機間の動作状態を比較し、当該比較結果に基づいて前記沈砂かき揚げ機設備が正常であるか否かを判定する制御手段を具備したことを特徴とする運転支援システム。
【請求項６】
前記制御手段は、
前記各沈砂かき揚げ機の動作状態として、前記各沈砂かき揚げ機に含まれる電動機の巻き線抵抗、巻き線温度、軸受け温度、排気温度、振動、騒音の測定値を前記各沈砂かき揚げ機間で比較し、当該比較結果に基づいて前記沈砂かき揚げ機設備が正常であるか否かを判定することを特徴とする請求項５に記載の運転支援システム。
【請求項７】
雨水や汚水の処理を実行し、雨水および汚水の沈砂池用の複数の除塵機を含む除塵機設備を有する下水処理プラントに適用する運転支援システムにおいて、
前記各除塵機を同一条件で運転しているときに前記各除塵機間の動作状態を比較し、当該比較結果に基づいて前記除塵機設備が正常であるか否かを判定する制御手段を具備したことを特徴とする運転支援システム。
【請求項８】
前記制御手段は、
前記各除塵機の動作状態として、前記各除塵機に含まれる電動機の巻き線抵抗、巻き線温度、軸受け温度、排気温度、振動、騒音の測定値を前記各除塵機間で比較し、当該比較結果に基づいて前記除塵機設備が正常であるか否かを判定することを特徴とする請求項７に記載の運転支援システム。
【請求項９】
雨水や汚水の処理を実行し、複数の調節弁を含む調節弁設備を有する下水処理プラントに適用する運転支援システムにおいて、
前記各調節弁を同一条件で運転しているときに前記各調節弁間の動作状態を比較し、当該比較結果に基づいて前記調節弁設備が正常であるか否かを判定する制御手段を具備したことを特徴とする運転支援システム。
【請求項１０】
前記制御手段は、
前記各調節弁の動作状態として、前記各調節弁の全開から全閉に至るまでの時間、全閉から全開に至るまでの時間、各弁開度に対する流量の測定値を前記各調節弁間で比較し、当該比較結果に基づいて前記調節弁設備が正常であるか否かを判定することを特徴とする請求項９に記載の運転支援システム。
【請求項１１】
雨水や汚水の処理を実行し、雨水および汚水のばっ気槽への給気を行なう複数のブロア電動機を含むばっ気槽設備を有する下水処理プラントに適用する運転支援システムにおいて、
前記各ブロア電動機を同一条件で運転しているときに前記各ブロア電動機間の動作状態を比較し、当該比較結果に基づいて前記ばっ気槽設備が正常であるか否かを判定する制御手段を具備したことを特徴とする運転支援システム。
【請求項１２】
前記制御手段は、
前記各ブロア電動機の動作状態として、前記各ブロア電動機の巻き線抵抗、巻き線温度、軸受け温度、排気温度、振動、騒音の測定値を前記各ブロア電動機間で比較し、当該比較結果に基づいて前記ばっ気槽設備が正常であるか否かを判定することを特徴とする請求項１１に記載の運転支援システム。
【請求項１３】
雨水や汚水の処理を実行し、雨水および汚水のばっ気槽への給気を行なうブロアに設置されており、給気量の調整を行うための流量調節弁、吸気弁、排気弁の各ばっ気槽弁を含むばっ気槽設備を有する下水処理プラントに適用する運転支援システムにおいて、
前記各ばっ気槽弁を同一条件で運転しているときに前記各ばっ気槽弁間の動作状態を比較し、当該比較結果に基づいて前記調節弁設備が正常であるか否かを判定する制御手段を具備したことを特徴とする運転支援システム。
【請求項１４】
前記制御手段は、
前記各ばっ気槽弁の動作状態として、前記各ばっ気槽弁の全開から全閉に至るまでの時間、全閉から全開に至るまでの時間、各弁開度に対する流量の測定値を前記各調節弁間で比較し、当該比較結果に基づいて前記調節弁設備が正常であるか否かを判定することを特徴とする請求項１３に記載の運転支援システム。
【請求項１】
雨水や汚水の処理を実行し、雨水および汚水の滞水池用の複数の流入ゲートを含む流入ゲート設備を有する下水処理プラントに適用する運転支援システムにおいて、
前記各流入ゲートを同一条件で運転しているときに前記各流入ゲート間の動作状態を比較し、当該比較結果に基づいて前記流入ゲート設備が正常であるか否かを判定する制御手段を具備したことを特徴とする運転支援システム。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記各流入ゲートの動作状態として、前記各流入ゲートに含まれる電動機の巻き線抵抗、巻き線温度、軸受け温度、排気温度、振動、騒音の測定値を前記各流入ゲート間で比較し、当該比較結果に基づいて前記流入ゲート設備が正常であるか否かを判定することを特徴とする請求項１に記載の運転支援システム。
【請求項３】
雨水や汚水の処理を実行し、雨水および汚水の沈砂池用の複数の流入ゲートを含む流入ゲート設備を有する下水処理プラントに適用する運転支援システムにおいて、
前記各流入ゲートを同一条件で運転しているときに前記各流入ゲート間に含まれる電動機の動作状態と比較し、当該比較結果に基づいて前記流入ゲート設備が正常であるか否かを判定する制御手段を具備したことを特徴とする運転支援システム。
【請求項４】
前記制御手段は、
前記各流入ゲートの動作状態として、前記各流入ゲートに含まれる電動機の巻き線抵抗、巻き線温度、軸受け温度、排気温度、振動、騒音の測定値を前記各流入ゲート間で比較し、当該比較結果に基づいて前記流入ゲート設備が正常であるか否かを判定することを特徴とする請求項３に記載の運転支援システム。
【請求項５】
雨水や汚水の処理を実行し、雨水および汚水の沈砂池用の複数の沈砂かき揚げ機を含む沈砂かき揚げ機設備を有する下水処理プラントに適用する運転支援システムにおいて、
前記各沈砂かき揚げ機を同一条件で運転しているときに前記各沈砂かき揚げ機間の動作状態を比較し、当該比較結果に基づいて前記沈砂かき揚げ機設備が正常であるか否かを判定する制御手段を具備したことを特徴とする運転支援システム。
【請求項６】
前記制御手段は、
前記各沈砂かき揚げ機の動作状態として、前記各沈砂かき揚げ機に含まれる電動機の巻き線抵抗、巻き線温度、軸受け温度、排気温度、振動、騒音の測定値を前記各沈砂かき揚げ機間で比較し、当該比較結果に基づいて前記沈砂かき揚げ機設備が正常であるか否かを判定することを特徴とする請求項５に記載の運転支援システム。
【請求項７】
雨水や汚水の処理を実行し、雨水および汚水の沈砂池用の複数の除塵機を含む除塵機設備を有する下水処理プラントに適用する運転支援システムにおいて、
前記各除塵機を同一条件で運転しているときに前記各除塵機間の動作状態を比較し、当該比較結果に基づいて前記除塵機設備が正常であるか否かを判定する制御手段を具備したことを特徴とする運転支援システム。
【請求項８】
前記制御手段は、
前記各除塵機の動作状態として、前記各除塵機に含まれる電動機の巻き線抵抗、巻き線温度、軸受け温度、排気温度、振動、騒音の測定値を前記各除塵機間で比較し、当該比較結果に基づいて前記除塵機設備が正常であるか否かを判定することを特徴とする請求項７に記載の運転支援システム。
【請求項９】
雨水や汚水の処理を実行し、複数の調節弁を含む調節弁設備を有する下水処理プラントに適用する運転支援システムにおいて、
前記各調節弁を同一条件で運転しているときに前記各調節弁間の動作状態を比較し、当該比較結果に基づいて前記調節弁設備が正常であるか否かを判定する制御手段を具備したことを特徴とする運転支援システム。
【請求項１０】
前記制御手段は、
前記各調節弁の動作状態として、前記各調節弁の全開から全閉に至るまでの時間、全閉から全開に至るまでの時間、各弁開度に対する流量の測定値を前記各調節弁間で比較し、当該比較結果に基づいて前記調節弁設備が正常であるか否かを判定することを特徴とする請求項９に記載の運転支援システム。
【請求項１１】
雨水や汚水の処理を実行し、雨水および汚水のばっ気槽への給気を行なう複数のブロア電動機を含むばっ気槽設備を有する下水処理プラントに適用する運転支援システムにおいて、
前記各ブロア電動機を同一条件で運転しているときに前記各ブロア電動機間の動作状態を比較し、当該比較結果に基づいて前記ばっ気槽設備が正常であるか否かを判定する制御手段を具備したことを特徴とする運転支援システム。
【請求項１２】
前記制御手段は、
前記各ブロア電動機の動作状態として、前記各ブロア電動機の巻き線抵抗、巻き線温度、軸受け温度、排気温度、振動、騒音の測定値を前記各ブロア電動機間で比較し、当該比較結果に基づいて前記ばっ気槽設備が正常であるか否かを判定することを特徴とする請求項１１に記載の運転支援システム。
【請求項１３】
雨水や汚水の処理を実行し、雨水および汚水のばっ気槽への給気を行なうブロアに設置されており、給気量の調整を行うための流量調節弁、吸気弁、排気弁の各ばっ気槽弁を含むばっ気槽設備を有する下水処理プラントに適用する運転支援システムにおいて、
前記各ばっ気槽弁を同一条件で運転しているときに前記各ばっ気槽弁間の動作状態を比較し、当該比較結果に基づいて前記調節弁設備が正常であるか否かを判定する制御手段を具備したことを特徴とする運転支援システム。
【請求項１４】
前記制御手段は、
前記各ばっ気槽弁の動作状態として、前記各ばっ気槽弁の全開から全閉に至るまでの時間、全閉から全開に至るまでの時間、各弁開度に対する流量の測定値を前記各調節弁間で比較し、当該比較結果に基づいて前記調節弁設備が正常であるか否かを判定することを特徴とする請求項１３に記載の運転支援システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−９９７４３（Ｐ２０１３−９９７４３Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２８１４８０（Ｐ２０１２−２８１４８０）
【出願日】平成２４年１２月２５日（２０１２．１２．２５）
【分割の表示】特願２０１１−１６８３３３（Ｐ２０１１−１６８３３３）の分割
【原出願日】平成１８年８月３０日（２００６．８．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１２月２５日（２０１２．１２．２５）
【分割の表示】特願２０１１−１６８３３３（Ｐ２０１１−１６８３３３）の分割
【原出願日】平成１８年８月３０日（２００６．８．３０）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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