(57)【要約】【課題】水処理装置における実測データからみたシミュレーション演算結果の誤差情報を把握し、水処理装置の運転管理の正確性を向上させる。【解決手段】管理システムは、水処理装置の運転管理を行うものであり、前記水処理装置に設置されたセンサの計測データ又は該計測データを加工した加工データを受信するデータ受信部と、前記水処理装置の水処理モデルを記憶する記憶部と、前記データ受信部が受信した受信データ及び前記水処理モデルを用いてシミュレーション演算を行い、演算結果と、該演算結果に対応する受信データとの誤差情報を算出する誤差算出部と、を備える。【選択図】図１
2020163300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水処理装置の運転管理を行う管理システムであって、
前記水処理装置に設置されたセンサの計測データ又は該計測データを加工した加工データを受信するデータ受信部と、
前記水処理装置の水処理モデルを記憶する記憶部と、
前記データ受信部が受信した受信データ及び前記水処理モデルを用いてシミュレーション演算を行い、演算結果と、該演算結果に対応する受信データとの誤差情報を算出する誤差算出部と、
を備える水処理装置の管理システム。
【請求項２】
前記誤差算出部は、前記演算結果と、該演算結果に対応する受信データとの差又は比率を前記誤差情報として算出することを特徴とする請求項１に記載の管理システム。
【請求項３】
前記データ受信部は、所定のタイミングでデータを受信し、
前記誤差算出部は、異なる受信データを用いて前記誤差情報を複数回算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水処理装置の管理システムに係り、特に水処理装置の運転管理に関するシミュレーションを行い、水処理装置の最適運転を支援する管理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水処理装置の運転管理技術として、数式モデルを用いたシミュレーション技術が知られている（例えば特許文献１参照）。しかし、現実の水処理プロセスを完全に模擬したシミュレーションモデルを構築することは困難であるため、シミュレーションの演算結果は現実の値から多少乖離し、水処理装置の運転管理の正確性向上の妨げになっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２４５６５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、水処理装置における実測データからみたシミュレーション演算結果の誤差情報を把握し、水処理装置の運転管理の正確性を向上させることができる管理システ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】
【０００５】
本発明の水処理装置の管理システムは、水処理装置の運転管理を行う管理システムであって、前記水処理装置に設置されたセンサの計測データ又は該計測データを加工した加工データを受信するデータ受信部と、前記水処理装置の水処理モデルを記憶する記憶部と、前記データ受信部が受信した受信データ及び前記水処理モデルを用いてシミュレーション演算を行い、演算結果と、該演算結果に対応する受信データとの誤差情報を算出する誤差算出部と、を備えるものである。
【０００６】
本発明の一態様では、前記誤差算出部は、前記演算結果と、該演算結果に対応する受信データとの差又は比率を前記誤差情報として算出する。
【０００７】
本発明の一態様では、前記データ受信部は、所定のタイミングでデータを受信し、前記誤差算出部は、異なる受信データを用いて前記誤差情報を複数回算出する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、水処理装置における実測データからみたシミュレーション演算結果の誤差情報を把握し、水処理装置の運転管理の正確性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態に係る管理システムの概略構成図である。
【図２】実測データとシミュレーション演算結果の変遷の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して実施の形態について説明する。
【００１１】
図１に示すように、本発明の実施形態に係る管理システム１は、客先工場２に設置された水処理装置２０の運転管理を行うものであり、シミュレーションを実行し、水処理装置２０の処理条件を変更した場合の水処理能力がどのように変化するかを予測したり、未来の運転状況の予測を行ったりする。また、管理システム１は、シミュレーションの演算結果と、水処理装置２０の実測データとを比較して、シミュレーションの誤差情報を取得する。
【００１２】
客先工場２に設置された水処理装置２０は、原水槽、反応槽、凝集槽、沈殿槽、濾過器などの水処理機器を有するものであり、センサ２２により水処理の処理条件に関する様々なデータ（水質項目、運転項目）が計測される。センサ２２により計測されるデータの例を以下の表１に示す。表１の〇印が付いている項目が計測されるデータである。
【００１３】
【表１】
2020163300.tif 000003
【００１４】
センサ２２による計測データのうち、水処理装置２０の運転制御に必要なデータは、ローカル制御部２０４へ送信される。ローカル制御部２０４は、センサ２２から取得した計測データと、目標値入力部２０２を介して入力された目標値に基づいて、制御機器２４へ制御信号を出力する。制御機器２４は、ローカル制御部２０４からの制御信号に基づいて、水処理装置２０の運転調整を行う。制御機器２４の例を以下の表２に示す。例えば、薬品ポンプの出力を調整して、薬注条件を変更する。
【００１５】
【表２】
2020163300.tif 000004
【００１６】
データ収集部２０６は、センサ２２から計測データを定期的に収集する。データ収集部２０６は、センサ２２による計測データを加工した加工データを収集してもよい。加工データは、例えば、計測データを経時変化率に変換した値や、膜差圧や透過水量の振動を周波数に変換した値である。加工データも水処理条件（水質項目、運転項目）に該当する。
【００１７】
データ収集部２０６が収集したデータはデータ保存部２０８に保存される。データ転送部２１０は、データ保存部２０８に保存されているデータを定期的に管理システム１へ送信する。
【００１８】
また、顧客は、客先工場２の計算条件入力部２００を介して、もし水処理条件が変わると水処理能力がどのように変化するかをシミュレーションするための計算条件を入力できる。入力された計算条件データは、データ保存部２０８に保存された後、データ転送部２１０から管理システム１へ送信される。例えば、凝集沈殿で原水流量を現在の１．２倍に増加させたときの処理水ＳＳの変化を予想したい場合、原水流量を１．２倍にするという計算条件を入力する。
【００１９】
上述した目標値入力部２０２、ローカル制御部２０４、データ収集部２０６等の各機能は、客先工場２に設けられたコンピュータ（図示略）に設けられる。
【００２０】
管理システム１は、客先工場２と管理契約している管理センタに設けられ、管理コンピュータＭと、管理コンピュータＭと同じローカルエリアネットワーク、すなわち管理システム１に属する少なくとも１台の内部コンピュータＣとを備える。内部コンピュータＣは、シミュレーション演算を行うための計算機であり、管理コンピュータＭの演算能力が高い場合は、内部コンピュータＣを設けなくてもよい。
【００２１】
管理コンピュータＭは、演算部１０、データ受信部１２、データ保存部１４、データ転送部１８及び記憶部Ｓを有する。データ受信部１２は、客先工場２のデータ転送部２１０からデータ（センサ２２による計測データ又は加工データ、計算条件データ）を受信する。データ受信部１２が受信したデータは、データ保存部１４に保存される。
【００２２】
計算条件入力部２００は、客先工場２内ではなく、管理システム１が提供するウェブ上に入力画面とし、計算条件を入力すると、直接、管理システム１のデータ受信部１２を介してデータ保存部１４に計算条件データが保存されるようにしてもよい。
【００２３】
記憶部Ｓは、水処理装置２０の処理フローやプロセスを数式モデル化した水処理のシミュレーションモデル（水処理モデル）を格納している。記憶部Ｓとデータ保存部１４は、同一の記憶装置であってもよい。
【００２４】
演算部１０は、誤差算出部１００、計算負荷推定部１０２及びジョブ割当部１０４を有する。誤差算出部１００、計算負荷推定部１０２及びジョブ割当部１０４の機能は、管理コンピュータＭのＣＰＵがプログラムを実行することで実現される。
【００２５】
誤差算出部１００は、データ転送部２１０から受信した計測データ（又は加工データ）と、記憶部Ｓ内のシミュレーションモデルとを用いてシミュレーション演算を行う。後述するように、シミュレーション演算の計算負荷に応じて、演算ジョブを内部コンピュータＣや外部コンピュータ３に割り当ててもよい。
【００２６】
誤差算出部１００は、シミュレーションの演算結果と、演算結果に対応する項目の計測データ又は加工データとを比較して誤差（差分、比率など）を算出する。算出された誤差を示す誤差情報は記憶部Ｓに格納される。誤差の算出を所定のタイミングで定期的に行い、算出した複数の誤差の平均値や分散を誤差情報として記憶部Ｓに格納することが好ましい。
【００２７】
シミュレーション演算結果と比較するための実測データ（比較データ）としては、シミュレーション演算と同じ処理条件で水処理を行っていた時期の同じ項目の計測データ（又は加工データ）を採用することができる。
【００２８】
同じ処理条件で水処理を行っていた時期の計測データ（又は加工データ）としては、シミュレーション演算において想定している処理時期と同時期の計測データ（又は加工データ）を採用することが好ましい。例えば、過去の所定期間の水処理条件を想定したシミュレーション演算を行ったときは、過去の当該期間の計測データ（又は加工データ）を比較データとして用いることができ、一方、現状と水処理条件を変更したときの今後の運転状況を予測するシミュレーション演算を行ったときは、シミュレーション演算結果を一時的に保存しておき、水処理の実運転がある程度の期間だけ進められた段階で当該期間の計測データ（又は加工データ）を比較データとして用いることができる。
【００２９】
この場合、データ保存部２０８に保存されている計測データ又は加工データの中から比較対象の実測データを取り出してデータ転送部２１０から管理コンピュータに送信する。
【００３０】
誤差情報の算出方法は、単に同じ時期における演算結果と比較データとの差分や比率を算出することもできるし、時系列の計測データ（又は加工データ）は測定誤差などで少なからず変動している場合があるので、予め時系列データから近似曲線を作成し、同じ時期における演算結果と近似曲線の値との差分や比率として算出することもできる。これらは時系列の誤差情報として算出されるので、平均値または標準偏差を算出することで対象のシミュレーション演算の実測値に対するズレの小ささすなわち信頼度として算出することができる。この場合は水処理条件を変更したときのシミュレーションの精度の変化を確認することができる。変化が大きい場合はシミュレーションのモデルまたはパラメータを変更することが望ましいことを示唆しており、水処理条件を変更したときのシミュレーションの適性を合理的に判断することができる。
【００３１】
また、シミュレーション演算結果に対して、演算結果に対応する時期の実測データ、及び、同じ処理条件におけるシミュレーションであって今回の演算結果と近い数値となった別の演算結果に対応する時期の実測データをプロットすることにより、シミュレーションの信頼度を可視化することができる。
【００３２】
これによりシミュレーションの信頼度だけでなく、例えば図２に示すように、今回の最終時間の演算結果に対応する実測データが演算結果や他の実測データと突然大きく乖離している、あるいは、それ以前から徐々に実測データが上昇傾向にあると読み取れるので、何かの処理条件（比較データの項目は除く）で異常が発生した可能性があると推定し、運転状況を直接確認するかまたは客先に伝えて注意を促すことで、より安定した運転管理を図ることができる。
【００３３】
顧客は、水処理装置２０の運転条件を変更したときの水処理能力の変化を知りたい場合、計算条件入力部２００を介して、シミュレーションしたい水所路条件に関する計算条件を入力する。計算負荷推定部１０２は、水処理装置２０の処理条件を変更した場合の水処理能力の変化の予測や、未来の運転状況の予測のためのシミュレーション演算の計算負荷を推定する。例えば、計算負荷推定部１０２は、計算条件入力部２００で入力された計算条件データと、データ収集部２０６で収集された、センサ２２による計測データ又は加工データと、記憶部Ｓ内のシミュレーションモデルとを用いてシミュレーション演算のプレ計算を行い、計算負荷を見積もる。
【００３４】
水処理装置２０の処理条件を変更したときの水処理能力の変化の予測のための計算を行う場合は、まず、現状（通常時）の処理条件での水処理能力の計算、すなわちデータ収集部２０６で収集された、センサ２２による計測データ又は加工データによるシミュレーション演算を行い、次いで１段階で、または複数段階で処理条件を変更して処理条件変更時の水処理能力の計算、すなわち計算条件入力部２００で入力された計算条件データによるシミュレーション演算を行い、比較できるようにすることが好ましい。
【００３５】
計算負荷推定部１０２による計算負荷の見積もり例を以下の表３に示す。この例では、顧客は、原水水温の変更と、フロック沈降速度の変更とを計算条件入力部２００に入力している。計算負荷推定部１０２は、通常時の水処理条件でのシミュレーション（Ｒｕｎ１）、原水の水温を変更した場合のシミュレーション（Ｒｕｎ２）、フロック沈降速度を変更した場合のシミュレーション（Ｒｕｎ３）についてプレ計算を行う。
【００３６】
【表３】
2020163300.tif 000005
【００３７】
ジョブ割当部１０４は、シミュレーション演算のジョブ毎に、計算を担当する内部コンピュータＣを選定し、演算ジョブを割り当てる。ジョブ割当部１０４は、内部コンピュータＣの現状のリソースが不足する場合、外部コンピュータ３を活用して計算を行う。外部コンピュータ３は、ローカルエリアネットワーク外にあり、例えば、１ライセンス以上の社外のクラウド型レンタルサーバである。
【００３８】
計算を行う内部コンピュータＣが１台であり、この内部コンピュータＣに、上記表３のＲｕｎ１〜Ｒｕｎ３の演算ジョブを割り当てた場合のリソース占有率の例を以下の表４に示す。リソース占有率は、目標とする評価時間（演算終了時間）に対する計算機稼働時間の割合を示す。
【００３９】
【表４】
2020163300.tif 000006
【００４０】
表４に示す例では、Ｒｕｎ１〜Ｒｕｎ３のリソース占有率の合計が１００％を超える。これは、目標とする評価時間内に全ての計算（Ｒｕｎ１〜Ｒｕｎ３の計算）を終えることができないことを意味するため、ジョブ割当部１０４は、いずれかの演算ジョブを外部コンピュータ３に割り当てる。
【００４１】
ジョブ割当部１０４は、予め定められた優先順位に基づいて、演算ジョブを内部コンピュータＣ及び外部コンピュータ３に割り当てる。一般に、外部コンピュータ３は利用料金がかかり、使用を抑える方が好ましいため、外部コンピュータ３よりも内部コンピュータＣの優先順位が高く設定される。演算能力の異なる複数の内部コンピュータＣがある場合、現状のリソース占有状況や演算速度を踏まえて、演算能力の高いコンピュータの優先順位が高く設定される。利用料金の異なる複数の外部コンピュータ３がある場合は、利用料金の低いコンピュータの優先順位が高く設定される。
【００４２】
従って、ジョブ割当部１０４は、まず、ジョブを割り当てる内部コンピュータＣのそれぞれについて現状の演算能力を推定する。すなわち、例えば、コンピュータのスペック（初期の演算能力）に対し、コンピュータの経年的な演算速度の低下の状況や、コンピュータの現状のジョブ実行に伴うリソース占有率の増加の状況などを加味して、現状の演算能力を推定する。現状の演算能力を推定するために前述したシミュレーション演算のプレ計算を短時間だけ行ってもよい。次いで、演算能力の高い方から順に内部コンピュータＣに演算ジョブを割り当てる。内部コンピュータＣのみでは目標とする評価時間内に計算を終えることができない場合は、利用料金の低い方から順に外部コンピュータ３に演算ジョブを割り当てる。
【００４３】
このように、シミュレーション演算の計算負荷や各コンピュータの現状の演算能力を踏まえて、適したコンピュータを割り当てる。
【００４４】
ジョブ割当部１０４は、演算ジョブを割り当てた内部コンピュータＣや外部コンピュータ３から計算結果を取得し、データ保存部１４に格納する。データ転送部１８は、データ保存部１４内の計算結果と、記憶部Ｓ内の誤差情報とを客先工場２へ送信する。
【００４５】
客先工場２のデータ受信部２１２は、データ転送部１８から計算結果及び誤差情報を受信し、データ保存部２１４に保存する。計算結果表示部２１６は、データ保存部２１４内の計算結果及び誤差情報を表示する。顧客は、計算結果及び誤差情報を確認して、処理条件を変更するか否か判断する。例えば、原水流量を変更したときに処理水の水質がどのように変化するかシミュレーション演算を行う。シミュレーションの計算結果に誤差情報を加算しても処理水の水質が所望の範囲内にある場合は、原水流量を変更しても問題ないと判断する。
【００４６】
このように、本実施形態によれば、シミュレーション演算結果と、演算結果の実測データからの誤差（シミュレーション精度）とを考慮しながら、水処理装置を正確に運転管理できる。
【００４７】
上記実施形態において、演算部１０は、算出した誤差に基づいて、シミュレーションの数式モデルのパラメータを変更（更新）してもよい。
【００４８】
例えば、以下のような事例では、誤差情報の傾向からシミュレーションの条件の変更を提案することができる。
【００４９】
砂濾過など濾材充填層にＳＳ含有水を通水してＳＳが除去された濾過水を得る体積濾過では、経時的に濾材層内のＳＳ蓄積量が増え、破過するとＳＳが濾過水に漏出するので、一定時間ごとに逆洗を行って濾過層内に蓄積したＳＳを排出して濾過性能を回復する。しかし徐々にスケール付着により濾材同士が固着して有効濾材量が減少し、また逆洗ではスケール除去が十分に行えないため、破過時間（逆洗の時間間隔）が徐々に短くなっていく傾向となる。
【００５０】
体積濾過のシミュレーションモデルにおいて有効濾材量の減少速度をパラメータとして組み込んでおくことで、体積濾過におけるスケールの影響を表現できる。しかし、実際は有効濾材の減少速度は運転状況によって変化する場合が多い。そこでシミュレーション演算結果の実測値との誤差が所定範囲を逸脱した状態が一定期間継続した時点で、シミュレーションが実装置と適合しなくなったと判定し、シミュレーションモデルにおける有効濾材の減少速度のパラメータ変更を提案するか、または、パラメータを自動調整する。
【符号の説明】
【００５１】
１  管理システム（ローカルネットワーク）
２  客先工場
３  外部コンピュータ
１０  演算部
１２  データ受信部
１４  データ保存部
１８  データ転送部
２０  水処理装置
１００  誤差算出部
１０２  計算負荷推定部
１０４  ジョブ割当部
【図１】
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【図２】
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