(57)【要約】      （修正有）【課題】種々の要因で変化する測定値が適正な値になるように、その測定値に影響を与える装置を、省エネルギーを考慮して制御するプロセス制御量設定装置を提供する。【解決手段】複数の要因で変化する主要素の測定値に影響を与える制御対象装置の動作量を設定するプロセス制御量設定装置１００であって、第１の周期で、主要素の測定値、制御対象装置の動作量、複数の要因に関連する１以上の外乱要素の実績値に基づいて、主要素の値を制御対象装置の動作量および外乱要素を変数として近似的に表わした推定モデル１３１を構築し、主要素の目標値に対応する制御対象装置の動作量を逆算して基準動作量とする基準動作量算出部１３０と、第１の周期よりも短い第２の周期で、主要素の測定値と目標値との偏差を小さくするための補正量を算出し、基準動作量を補正して補正済動作量とする補正部１４０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の要因で変化する主要素の測定値に影響を与える制御対象装置の動作量を設定するプロセス制御量設定装置であって、
第１の周期で、前記主要素の測定値、前記制御対象装置の動作量、前記複数の要因に関連する１以上の外乱要素の各実績値に基づいて、前記主要素の値を前記制御対象装置の動作量および前記外乱要素を変数として近似的に表わした推定モデルを構築し、前記主要素の目標値に対応する前記制御対象装置の動作量を逆算して基準動作量とする基準動作量算出部と、
前記第１の周期よりも短い第２の周期で、前記主要素の測定値と目標値との偏差を小さくするための補正量を算出し、前記基準動作量を補正して補正済動作量とする補正部と、
を備えたことを特徴とするプロセス制御量設定装置。
【請求項２】
前記補正部は、前記主要素の測定値と目標値との偏差の大きさに応じて、Ｐ動作による補正量算出とＰＩＤ動作による補正量算出とを選択的に行なうことを特徴とする請求項１に記載のプロセス制御量設定装置。
【請求項３】
前記制御対象装置が複数台の場合に、稼働台数を変化させる補正済動作量を、所定の条件を満たさないときは、稼働台数を変化させない動作量に修正する台数切替保護処理部をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のプロセス制御量設定装置。
【請求項４】
前記所定の条件は、稼働台数を変化させる補正済動作量の算出が所定時間継続した場合、前記主要素の目標値と測定値との偏差が所定基準値以上の場合のいずれかを含むことを特徴とする請求項３に記載のプロセス制御量設定装置。
【請求項５】
前記主要素は、下水処理場プロセスにおける反応タンク内のＤＯ（Dissolved Oxygen：溶存酸素量）であり、
前記制御対象装置の動作量は、曝気ブロワの曝気風量であり、
前記外乱要素は、流入汚水量、反応タンク水温のいずれかを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のプロセス制御量設定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロセス制御量設定装置に関し、特に、種々の要因で変化する測定値が適正な値になるように、その測定値に影響を与える装置を、省エネルギーを考慮して制御するプロセス制御量設定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業プロセスにおいては、種々の要因で変化する測定値が適正な値になるように、その測定値に影響を与える装置を制御することが頻繁に行なわれる。例えば、図９に示すような下水処理場におけるプロセスでは、反応タンク５２０内のＤＯ（Dissolved Oxygen：溶存酸素量）が適正な値になるように、曝気ブロワ３４０の風量制御が行なわれている。
【０００３】
図９において、下水処理場５００に流入した汚水は、最初沈殿池５１０でゴミや泥が沈殿除去され、反応タンク５２０に送られる。反応タンク５２０では、バクテリアや原生動物などの微生物を含んだ泥である活性汚泥が加えられ、曝気ブロワ５４０により吹き込まれる空気で攪拌される。活性汚泥中の微生物は酸素と汚泥中の有機物を栄養にして繁殖し、有機物の吸着、摂取、消化分解を行なう。その後、最終沈殿池５３０で活性汚泥をゆっくり沈殿させ上澄みを放流する。
【０００４】
反応タンク５２０内の溶存酸素が不足すると微生物が死滅するため、反応タンク５２０内のＤＯを適正な値とする必要となる。ＤＯは、反応タンク５２０の下流側末端に取り付けられたＤＯセンサ６１０で連続測定され、ＤＯの制御は、曝気ブロワ５４０の風量を変化させることで行なっている。
【０００５】
従来、下水処理場５００におけるＤＯの制御手法としては、流入量比率一定制御と、ＤＯ一定制御とが用いられている。流入量比率一定制御は、曝気風量／流入汚水量で算出される曝気倍率が所定の値になるように曝気ブロワ５４０の風量を調節するものである。ＤＯ一定制御は、ＤＯセンサ６１０で得られるＤＯの測定値と、ＤＯの目標値との偏差が０になるように曝気ブロワ３４０の風量をＰＩＤ制御により調節するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１４１７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
流入量比率一定制御は、流入汚水量に応じて曝気風量を設定するものであるが、一般に、ＤＯは、曝気風量のみならず、流入汚水の水質等の種々の要因に影響を受ける。例えば、有機物を含んだ生活排水が大量に流入する時間帯は、好気性微生物が酸素を多く消費するため、ＤＯが減少傾向になり、雨水が混じって流入する合流式処理場においては、雨水で持ち込まれる酸素分のためにＤＯは増加傾向になる。
【０００８】
このため、流入量比率一定制御では、どのような水質であっても適正なＤＯを確保できるように余裕をみて、下水道施設維持管理指針で定められている値の３〜７倍を目安として曝気ブロワ３４０を過曝気で動作させるようにしている。
【０００９】
ＤＯ一定制御は、ＤＯ測定値に基づいて曝気風量を調節しようとするものであるが、上述のように、ＤＯは流入汚水の水質に影響を受け、また反応タンク５２０の水温、流入汚水量といった種々の外乱要因でも短時間で大きく変動する。このため、ＤＯ測定値に基づいた曝気風量調節によるＤＯの安定制御は難しいことが知られており、やはり余裕をみた過曝気での運転が行なわれている。
【００１０】
また、流入量比率一定制御とＤＯ一定制御とを併用し、制御を適宜切り替えて曝気ブロワ３４０を動作させる事例もあるが、この場合もＤＯ一定制御と同様の理由から過曝気での運転が行なわれている。
【００１１】
ところで、下水処理場５００は、終日かつ一年中連続運転されるため、トータルの電力使用量は膨大なものとなり、国内の電力消費量の１％を占めるとも言われている。一般に、下水処理場５００においては、曝気ブロワ３４０が下水処理場全体の３０〜４０％の電力を占めているため、過曝気運転を抑制し、曝気ブロワ３４０の動作電力を削減することができれば、省エネルギーを促進させることができる。
【００１２】
そこで、本発明は、種々の要因で変化する測定値が適正な値になるように、その測定値に影響を与える装置を、省エネルギーを考慮して制御するプロセス制御量設定装置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】
【００１３】
上記課題を解決するため、本発明のプロセス制御量設定装置は、複数の要因で変化する主要素の測定値に影響を与える制御対象装置の動作量を設定するプロセス制御量設定装置であって、第１の周期で、前記主要素の測定値、前記制御対象装置の動作量、前記複数の要因に関連する１以上の外乱要素の各実績値に基づいて、前記主要素の値を前記制御対象装置の動作量および前記外乱要素を変数として近似的に表わした推定モデルを構築し、前記主要素の目標値に対応する前記制御対象装置の動作量を逆算して基準動作量とする基準動作量算出部と、前記第１の周期よりも短い第２の周期で、前記主要素の測定値と目標値との偏差を小さくするための補正量を算出し、前記基準動作量を補正して補正済動作量とする補正部と、を備えたことを特徴とする。
ここで、前記補正部は、前記主要素の測定値と目標値との偏差の大きさに応じて、Ｐ動作による補正とＰＩＤ動作による補正とを選択的に行なうことができる。
また、前記制御対象装置が複数台の場合に、稼働台数を変化させる補正済動作量を、所定の条件を満たさないときは、稼働台数を変化させない動作量に修正する台数切替保護処理部をさらに備えるようにしてもよい。
このとき、前記所定の条件は、稼働台数を変化させる補正済動作量の算出が所定時間継続した場合、前記主要素の目標値と測定値との偏差が所定基準値以上の場合のいずれかを含むことができる。
いずれの場合も、前記主要素は、下水処理場プロセスにおける、反応タンク内のＤＯ（Dissolved Oxygen：溶存酸素量）であり、前記制御対象装置の動作量は、曝気ブロワの曝気風量であり、前記外乱要素は、流入汚水量、反応タンク水温のいずれかを含むようにすることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、種々の要因で変化する測定値が適正な値になるように、その測定値に影響を与える装置を、省エネルギーを考慮して制御するプロセス制御量設定装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施形態に係る曝気風量制御システムの構成を示すブロック図である。
【図２】ＰＩＤ補正処理部の構成を示すブロック図である。
【図３】曝気風量制御システムの動作について説明するフローチャートである。
【図４】ＤＯ推定モデル構築処理の詳細な手順について説明するフローチャートである。
【図５】モデル作成対象期間を説明する図である。
【図６】補正値演算処理を説明するフローチャートである。
【図７】台数切替保護処理を説明するフローチャートである。
【図８】台数切替保護処理を説明する図である。
【図９】下水処理場におけるプロセスを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、本発明のプロセス制御量設定装置を下水処理場プロセスにおける曝気風量制御システムに適用した場合について説明する。ただし、本発明のプロセス制御量設定装置は、下水処理場プロセスにおける曝気風量制御システムに限られず、種々の要因で変化する値が適正な値になるように、その値に影響を与える装置を、省エネルギーを考慮して制御する各種制御システムに適用することが可能である。
【００１７】
図１は、本実施形態に係る曝気風量制御システムの構成を示すブロック図である。曝気風量制御システム１００は、分散制御システム（ＤＣＳ）４００の上位に位置し、図９に示した下水処理場５００における曝気ブロワ５４０の曝気風量を分散制御システム４００に設定する。
【００１８】
曝気風量の設定に際しては、ＤＯに影響を与える種々の要因を考慮するとともに、ＤＯ測定値のＤＯ目標値への追従性を高めることで、安定したＤＯ一定制御が可能となり、ＤＯ目標値を下げることができる。これにより、必要以上の余裕をみた過曝気運転を抑制し、省エネルギーを促進させるようにしている。
【００１９】
なお、分散制御システム４００は、下水処理場５００に配置された各種フィールド機器６００から種々の測定データを入力し、曝気風量制御システム１００に出力する。また、曝気風量制御システム１００が設定した曝気風量設定値に基づいて、曝気ブロワ５４０に制御信号を出力する。各種フィールド機器６００には、反応タンク５２０の下流側末端に取り付けられたＤＯセンサ６１０が含まれている。
【００２０】
本図に示すように、曝気風量制御システム１００は、フィールドデータ入力部１１０、ＤＯ目標値入力部１２０、基準風量算出部１３０、風量補正部１４０、曝気風量設定部１５０を備えている。なお、曝気風量制御システム１００は、１台または複数台の情報処理装置、例えば、ＰＣ、サーバコンピュータ、専用プロセッサー等を用いて構成することができる。曝気風量制御システム１００を構成する情報処理装置は、演算装置、記憶装置、通信装置、オペレータから操作を受け付ける入力装置、オペレータに情報を提示する表示装置等を備えているものとする。
【００２１】
フィールドデータ入力部１１０は、分散制御システム４００からフィールドデータとしてＤＯ測定値、曝気ブロワ５４０の曝気風量、その他測定値を取得する。その他測定値は、例えば、流入汚水量、反応タンク水温、流入水伝導率、流入水ＳＳ（Suspended Solid：浮遊物質）、反応タンクＭＬＳＳ（Mixed Liquor Suspended Solids：活性汚泥浮遊物）、降雨量、返送汚泥濃度等とすることができる。フィールドデータのフォーマットや通信プロトコル等は任意である。
【００２２】
フィールドデータは、所定時間毎、例えば、１分毎に収集し、異常データ除去部１１１によって異常値を除去する。異常値の判定は、例えば、フィールドデータ毎に有効範囲を設定することで行なうことができる。
【００２３】
ＤＯ目標値入力部１２０は、オペレータからＤＯ目標値の設定を受け付ける。曝気風量制御システム１００は、設定されたＤＯ目標値とＤＯ測定値との偏差が０となるように曝気ブロワ５４０の曝気風量を設定する。曝気ブロワ５４０の曝気風量を設定は、所定期間毎に基準曝気風量を算出し、それよりも短い期間毎に基準曝気風量を補正することにより行なう。
【００２４】
基準曝気風量の算出は、基準風量算出部１３０が、種々のフィールドデータの実績値に基づいてＤＯ測定値を推定するための多変量統計モデルを構築することにより行なう。これにより、ＤＯに影響を与える種々の要因を考慮した基準曝気風量を算出することができる。また、基準風量の補正は、風量補正部１４０が、ＤＯ目標値とＤＯ測定値との偏差に基づくＰＩＤ演算をすることにより行なう。
【００２５】
本実施形態では、基準曝気風量の算出は１時間毎に行ない、基準曝気風量の補正は毎秒行なうようにしている。すなわち、多変量統計モデルを構築して統計に基づいた概略的な基準曝気風量を算出し、種々の外乱に対するフィードフォワード制御を行ない、細かい時間ピッチでフィードバック制御による基準曝気風量の補正を行なうことにより、変動の激しいＤＯ測定値のＤＯ目標値への追従性を高め、安定した制御が可能となっている。
【００２６】
この結果、従来過曝気とせざるを得なかったＤＯ目標値を引き下げることができ、曝気ブロワ３４０の動作電力を削減することができるため、省エネルギーが促進される。なお、ＤＯセンサ６１０は、反応タンク５２０の下流側末端に取り付けられているため、ＤＯセンサ６１０で測定される値は、生物処理が終わった後のＤＯである。このＤＯは余剰分と見なせるため、ＤＯ目標値を引き下げることによる悪影響は生じないものと考えられる。
【００２７】
基準風量算出部１３０は、モデル構築部１３１、風量逆算部１３２、標準化処理部１３３、データベース（ＤＢ）１３４を備えている。モデル構築部１３１は、フィールドデータ入力部１１０が収集したフィールドデータを標準化してＤＢ１３４に逐次格納する。
【００２８】
この際に、必要に応じて平均計算、差分計算、乗算計算等や、反応タンクＳＶＩ（Sludge Volume Index：汚泥容積指標）、反応タンクＤＯ変化量、流入水ＳＳ変化量、ＳＳ負荷量に相当する流入汚水流量×流入水ＳＳ等の算出を行なう。これらの演算により得られる値もフィールドデータとして扱うものとする。この結果、ＤＢ１３４には、ＤＯ測定値、曝気風量、汚水流入量等の測定値と、反応タンクＤＯ変化量等の演算値とが測定時間に対応付けられて格納されることになる。ただし、標準化や各種演算等は、ＤＢ１３４からフィールドデータを読み出すときに行なうようにしてもよい。
【００２９】
そして、ＤＢ１３４に格納されたフィールドデータの実績値に基づいて、ＤＯ測定値を推定するための多変量統計モデルを構築する。このモデルをＤＯ推定モデルと称する。ＤＯ推定モデルは、ＤＯ測定値を、曝気風量、その他測定値等を変数として近似的に表わした式であり、本実施形態では１時間毎に構築する。
【００３０】
風量逆算部１３２は、構築されたＤＯ推定モデルのＤＯ測定値にＤＯ目標値を代入して、ＤＯ目標値に対応する曝気風量を逆算する処理を行なう。この結果得られた曝気風量が基準曝気風量となる。すなわち、基準曝気風量は、種々の要因を考慮して統計的に推定される適正な曝気風量である。
【００３１】
モデル構築部１３１は、上述のように標準化されたフィールドデータを用いてＤＯ推定モデルを構築する。また、風量逆算部１３２は、算出された基準曝気風量を標準化前の形式に戻す。標準化処理部１３３は、データの標準化、逆標準化を行なうブロックである。データの標準化、逆標準化は「標準化後データ＝（標準化前データ−平均値）／標準偏差」に従って行なうことができる。
【００３２】
風量補正部１４０は、ＰＩＤ補正処理部１４１、加算部１４２を備えている。ＰＩＤ補正処理部１４１は、ＤＯ目標値とＤＯ測定値との偏差に基づいてＰＩＤ演算を行なって基準曝気風量に対する補正量を算出する。図２は、ＰＩＤ補正処理部１４１の詳細な構成を示すブロック図である。
【００３３】
本図に示すように、ＰＩＤ補正処理部１４１は、減算部４１、絶対値算出部４２、乗算部４３、Ｐ動作部４４、ＰＩＤ動作部４５、大小比較部４６、セレクタ４７、風量換算部４８を備えている。
【００３４】
減算部４１は、ＤＯ目標値とＤＯ測定値との偏差を算出する。絶対値算出部４２は、ＤＯ目標値とＤＯ測定値との偏差の絶対値を算出する。乗算部４３は、偏差を大きく評価し、ＤＯ目標値への追従性を高めるために偏差と偏差の絶対値とを乗算する。
【００３５】
Ｐ動作部４４は、偏差と偏差の絶対値との積に比例した値を出力する比例動作を行なう。ＰＩＤ動作部４５は、偏差と偏差の絶対値との積に比例した値を出力する比例動作と、偏差と偏差の絶対値との積の積分に比例する値を出力する積分動作と、偏差と偏差の絶対値との積の微分に比例した値を出力する微分動作とを行ない、それぞれの値の和を出力する。
【００３６】
大小比較部４６は、偏差の絶対値と設定閾値との大小を比較して、比較結果をセレクタ４７に出力する。セレクタ４７は、偏差の絶対値が設定閾値より小さい場合は、補正値を小さくするために、Ｐ動作部４４の動作結果を出力し、偏差の絶対値が設定閾値より大きい場合は、補正値を大きくするために、ＰＩＤ動作部４５の動作結果を出力する。
【００３７】
風量換算部４８は、あらかじめ定めた換算式に従って、セレクタ４７の出力を風量に換算して曝気風量補正値として出力する。風量への換算は、例えば、セレクタ４７が出力するＰ動作部４４あるいはＰＩＤ動作部４５の動作結果が、制御量を０〜１００％で表わすものであれば、補正最大幅として風量±αを設定しておき、０〜１００％の制御量を風量−α〜＋αに比例換算することで行なうことができる。すなわち、制御量が０％であれば、曝気風量補正値は−αとなり、制御量が５０％であれば、曝気風量補正値は０となり、制御量が１００％であれば、曝気風量補正値はαとなる。
【００３８】
図１の説明に戻って、風量補正部１４０の加算部１４２は、基準風量算出部１３０が出力する基準曝気風量とＰＩＤ補正処理部１４１が出力する曝気風量補正値とを加算して、補正済曝気風量を出力する。
【００３９】
曝気風量設定部１５０は、風量補正部１４０が出力する補正済曝気風量に基づいて曝気風量設定値を生成し、分散制御システム４００に出力する。曝気風量設定値を生成する際に、曝気風量設定部１５０は、必要に応じて台数切替保護処理、変化率制御処理、出力制限処理を行なう。このため、曝気風量設定部１５０は、台数切替保護処理部１５１、変化率制御部１５２、出力リミッタ部１５３を備えている。
【００４０】
台数切替保護処理部１５１は、曝気ブロワ５４０が複数台で運用されている場合に、曝気風量設定値の変動により稼働台数が頻繁に増減するのを防ぐ処理を行なう。台数切替保護処理部１５１の詳細な動作内容について後述する。
【００４１】
変化率制御部１５２は、曝気風量設定値と現在の曝気風量との偏差が大きい場合に、制御機能を安定化させるために、徐々に曝気風量設定値を変化させる処理を行なう。出力リミッタ部１５３は、曝気風量設定値が下水処理場５００で定められている最小曝気風量設定値を下回らないように調整を行なう。
【００４２】
次に、曝気風量制御システム１００の動作について図３のフローチャートを参照して説明する。なお、本フローチャートでは示していないが、曝気風量制御システム１００は、例えば、１分毎に分散制御システム４００から流入汚水量等のフィールドデータを入力し、異常データを除去した後、平均計算、差分計算等の必要な演算や指標化等を行ない、さらに標準化してＤＢ１３４に格納する。
【００４３】
曝気風量制御システム１００は、１時間毎のモデル構築タイミングになると（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、モデル構築部１３１がＤＯ推定モデル構築処理を行ない（Ｓ１０２）、風量逆算部１３２が基準曝気風量を算出する（Ｓ１０３）。ここで、ＤＯ推定モデル構築処理の詳細な手順について図４のフローチャートを参照して説明する。
【００４４】
まず、ＤＢ１３４から、処理範囲データを読み込む（Ｓ１０２１）。本実施形態において、処理範囲データは、１週間（１６８時間）を単位としたＮ週間分のデータとする。１週間を単位としたのは、下水処理が人間の生活サイクルに強く影響を受け、また生活サイクルは曜日に依存すると考えられるからである。
【００４５】
この結果、本実施形態では、図５に示すように、Ｎ週間分のフィールドデータに基づくＤＯ推定モデルが１時間毎に構築され、基準曝気風量が算出されることになる。このとき、ＤＯ推定モデルの構築に使用されるＮ週間分のフィールドデータは、１時間毎にシフトしていく。もちろん、ＤＯ推定モデル構築タイミングや処理範囲データは、対象プラント等に応じて適宜設定することができる。
【００４６】
そして、読み込んだＮ週間分のフィールドデータに基づいて、ＤＯ推定モデルを作成する（Ｓ１０２２）。ＤＯ推定モデルは、重回帰、主成分回帰等の公知の手法を用いて構築することができ、例えば、以下のような線形式で推定ＤＯを表わすものとする。
推定ＤＯ＝Ｋ０＋Ｋ１×曝気風量＋Ｋ２×汚水流入量＋Ｋ３×反応タンク水温＋…＋Ｋｎ×フィールドデータ（Ｎ）
ここで、Ｋ０〜ＫＮは、時間に依存しない定数であり、各フィールドデータの重み係数に相当する。なお、フィールドデータによっては、遅れ時間を持ってＤＯに影響を与えるものがある。このようなフィールドデータについては、あらかじめ設定した時間前のデータを用いてＤＯ推定モデルを作成するようにしてもよい。
【００４７】
また、曝気風量以外に変数として用いるフィールドデータは、上述の流入汚水量、反応タンク水温、流入水伝導率、流入水ＳＳ、反応タンクＭＬＳＳ、降雨量、返送汚泥濃度、反応タンクＳＶＩ、反応タンクＤＯ変化量、流入水ＳＳ変化量、流入汚水流量×流入水ＳＳ等とすることができる。もちろんこれらの一部を用いるようにしてもよいし、他のフィールドデータを用いるようにしてもよい。
【００４８】
ＤＯ推定モデルを構築すると、実際のＤＯ測定値と、ＤＯ目標値推定モデルから得られるＤＯ推定値とを出力して表示する（Ｓ１０２３）。オペレータは、ＤＯ測定値とＤＯ推定値とを比較することによりＤＯ推定モデルの妥当性を評価することができる。
【００４９】
図３のフローチャートの説明に戻って、構築したＤＯ推定モデルの推定ＤＯにＤＯ目標値を代入して、ＤＯ目標値に対応する曝気風量を逆算し、基準曝気風量とする（Ｓ１０３）。すなわち、ＤＯ推定モデルを変形した以下の式から基準曝気風量を算出する。なお、汚水流入量、反応タンク水温等のフィールドデータは、その時点のデータを用いるものとするが、ＤＯ推定モデル構築時と同様に、フィールドデータによっては、所定時間前のデータを用いるものとする。
基準曝気風量＝（ＤＯ目標値−Ｋ０−Ｋ２×汚水流入量−Ｋ３×反応タンク水温−…−Ｋｎ×フィールドデータ（Ｎ））／Ｋ１
ＤＯ推定モデルの構築が１時間毎であるのに対し、以降の補正値演算（Ｓ１０４）〜曝気風量設定値出力（Ｓ１１０）は、ＤＯ目標値への追従性を高め、安定した制御を行なうために、１秒毎に繰り返す。
【００５０】
図６を参照してＰＩＤ補正処理部１４１が行なう補正値演算処理（Ｓ１０４）について説明する。まず、最新のＤＯ測定値を取得する（Ｓ１０４１）。そして、ＤＯ測定値とＤＯ目標値との偏差を演算する（Ｓ１０４２）。
【００５１】
偏差の絶対値が設定された閾値よりも小さい場合（Ｓ１０４３：Ｙｅｓ）は、補正量を小さくするためにＰ動作を行ない（Ｓ１０４４）、偏差の絶対値が設定された閾値以上の場合（Ｓ１０４３：Ｎｏ）は、補正量を大きくするためにＰＩＤ動作を行なう（Ｓ１０４５）。Ｐ動作、ＰＩＤ動作とも、偏差と偏差の絶対値との積を用いることで、偏差が大きい場合でもＤＯ目標値への追従性を向上させている。
【００５２】
そして、Ｐ動作あるいはＰＩＤ動作の動作結果である制御量を曝気風量に換算し、曝気風量補正値とする（Ｓ１０４６）。制御量の曝気風量への換算は、上述のように、補正量の上下限値を定めておき、制御量と対応させることで行なうことができる。
【００５３】
図３のフローチャートの説明に戻って、加算部１４２が、算出された曝気風量補正値と基準曝気風量とを加算して、補正済曝気風量とする（Ｓ１０５）。補正済曝気風量を分散制御システム４００に設定するようにしてもよいが、本実施形態では、曝気風量設定部１５０が、必要に応じて補正済曝気風量の修正を行なう。
【００５４】
曝気ブロワ５４０の台数切替保護を行なう場合（Ｓ１０６：Ｙｅｓ）は、台数切替保護処理部１５１が、台数切替保護処理を行なう（Ｓ１０７）。図７、図８を参照して、台数切替保護処理について説明する。
【００５５】
まず、曝気ブロワ５４０の現在の稼働台数を取得する（Ｓ１０７１）。現在の稼働台数は、台数切替保護処理部１５１内部で管理してもよいし、分散制御システム４００から取得するようにしてもよい。
【００５６】
ところで、一般に、分散制御システム４００では、曝気ブロワ５４０の稼働台数が頻繁に変化することを防ぐために、図８（ａ）に示すようなヒステリシス特性で曝気ブロワ５４０の稼働台数を制御している。なお、本図は、稼働台数がＮ台のとき、曝気風量設定値がＱ２以上になると稼働台数をＮ＋１台に増やし、稼働台数がＮ＋１台のとき、曝気風量設定値がＱ１以下になると稼働台数をＮ台に減らすことを意味している。ここで、Ｑ１＜Ｑ２とすることで、稼働台数がＮ台とＮ＋１台とで頻繁に切り替わることを防いでいる。
【００５７】
台数切替保護処理部１５１は、算出された補正済曝気風量によって、曝気ブロワ５４０の稼働台数が変化するかどうかを判定する（Ｓ１０７２）。すなわち、稼働台数がＮ台のとき、補正済曝気風量がＱ２以上であるか、稼働台数がＮ＋１台のとき、補正済曝気風量がＱ１以下であるかを判定する。
【００５８】
この結果、算出された補正済曝気風量によって、曝気ブロワ５４０の稼働台数が変化しない場合（Ｓ１０７２：Ｎｏ）は、補正済曝気風量の修正は行なわない。
【００５９】
一方、曝気ブロワ５４０の稼働台数が変化する場合（Ｓ１０７２：Ｙｅｓ）は、その状態が所定の基準時間継続しているどうかを判定する（Ｓ１０７３）。基準時間は、任意に設定することができる。
【００６０】
算出された補正済曝気風量が曝気ブロワ５４０の稼働台数を変化させるような状態が基準時間継続している場合（Ｓ１０７３：Ｙｅｓ）は、補正済曝気風量の修正は行なわない。この結果、曝気ブロワ５４０の稼働台数が変化することになる。すなわち、稼働台数の変更が必要な状態が基準時間継続した場合に稼働台数を変更することにより、稼働台数が頻繁に切り替わることを防ぐようにしている。
【００６１】
補正済曝気風量が曝気ブロワ５４０の稼働台数を変化させるような状態が基準時間継続していない場合（Ｓ１０７３：Ｎｏ）は、ＤＯ目標値とＤＯ測定値とが所定の基準値以上乖離しているかどうかを判定する（Ｓ１０７４）。基準値は、任意に設定することができる。
【００６２】
ＤＯ目標値とＤＯ測定値とが所定の基準値以上乖離している場合（Ｓ１０７４：Ｙｅｓ）は、補正済曝気風量の修正は行なわない。この結果、曝気ブロワ５４０の稼働台数が変化することになる。すなわち、稼働台数の変更が必要な状態が基準時間継続していない場合でも、稼働台数を変更することにより、ＤＯ測定値がＤＯ目標値に追従するようにしている。
【００６３】
ＤＯ目標値とＤＯ測定値とが所定の基準値以上乖離していない場合（Ｓ１０７４：Ｎｏ）は、補正済曝気風量を台数非変化値に修正する（Ｓ１０７５）。
【００６４】
例えば、図８（ｂ）に示すように、稼働台数がＮ台のとき、補正済曝気風量がＱ２以上のＱ３の場合に、補正済曝気風量をＱ２−ｑ２に修正する。これにより、稼働打数がＮ＋１台に増加することを防ぐことができる。また、稼働台数がＮ＋１台のとき、補正済曝気風量がＱ１以下のＱ０の場合に、補正済曝気風量をＱ１＋ｑ１に修正する。これにより、稼働打数がＮ台に減少することを防ぐことができる。ｑ１、ｑ２は、任意に定めることができ、設定値によって曝気風量の可動範囲を調整することができる。
【００６５】
なお、省エネルギーの観点からは、なるべく少ない台数で曝気ブロワ５４０を動作させることが望ましい。このため、図８（ｃ）に示すように、曝気ブロワ５４０の稼働台数が増加する補正済曝気風量のみを対象に修正を行なうようにしてもよい。
【００６６】
図３のフローチャートの説明に戻って、変化率制御（Ｓ１０８）では、変化率制御部１５２が、曝気風量設定値と現在の曝気風量との偏差が大きい場合に、制御機能を安定化させるために、徐々に曝気風量設定値を変化させる処理を行なう。変化率制御を行なう偏差の閾値、徐々に曝気風量設定値を変化させる割合等は任意に定めることができる。
【００６７】
出力リミッタ（Ｓ１０９）では、出力リミッタ部１５３が、曝気風量設定値が下水処理場５００で定められている最小曝気風量設定値未満の場合に、曝気風量設定値を最小曝気風量設定値に修正する。これにより、曝気風量設定値が最小曝気風量設定値を下回らないように調整する。
【００６８】
そして、以上の処理によって得られた曝気風量設定値を分散制御システム４００に出力する（Ｓ１１０）。これにより、曝気風量設定値が１秒毎に分散制御システム４００に出力されることになる。
【００６９】
以上説明したように、本実施形態の曝気風量制御システム１００によれば、種々の要因を変数としたＤＯ推定モデルを構築して基準曝気風量を逆算し、細かい時間ピッチで基準曝気風量の補正を行なうことにより、変動の激しいＤＯ測定値のＤＯ目標値への追従性を高め、安定した制御が可能となっている。この結果、ＤＯ目標値を引き下げることができ、曝気ブロワ３４０の動作電力を削減することができるため、省エネルギーが促進される。
【符号の説明】
【００７０】
４１…減算部、４２…絶対値算出部、４３…乗算部、４４…Ｐ動作部、４５…ＰＩＤ動作部、４６…大小比較部、４７…セレクタ、４８…風量換算部、１００…曝気風量制御システム、１１０…フィールドデータ入力部、１１１…異常データ除去部、１２０…目標値入力部、１３０…基準風量算出部、１３１…モデル構築部、１３２…風量逆算部、１３３…標準化処理部、１３４…ＤＢ、１４０…風量補正部、１４１…ＰＩＤ補正処理部、１４２…加算部、１５０…曝気風量設定部、１５１…台数切替保護処理部、１５２…変化率制御部、１５３…出力リミッタ部、３４０…曝気ブロワ、４００…分散制御システム、５００…下水処理場、５１０…最初沈殿池、５２０…反応タンク、５３０…最終沈殿池、５４０…曝気ブロワ、６００…各種フィールド機器、６１０…ＤＯセンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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