(57)【要約】【課題】プラントを構成するプラント機器や土木構造の変更までを考慮した運転コストの評価を行うことができる運転評価システムを提供することにある。【解決手段】運転評価システムは、水処理プラントのプラントデータを収集するデータ収集手段２、及び各プラントデータ及びそれ以外の各種データを使用して各プロセスのコスト演算を実行し、当該演算結果を合計して水処理プラント全体の運転コストを評価するシミュレータ３を備えた構成である。【選択図】      図１
2006260519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水処理プラントの各プロセスに対応するプラントデータを収集するデータ収集手段と、
前記データ収集手段により収集された前記プラントデータ及び前記水処理プラントの運転に必要な各種データを蓄積するデータベース手段と、
前記データベース手段に蓄積されたデータを使用して前記各プロセスでの運転コストを算出し、当該各プロセスの演算結果に基づいて前記水処理プラント全体の運転コストを評価するためのシミュレーションを実行する運転コストシミュレータと
を具備したことを特徴とする運転評価システム。
【請求項２】
水処理プラントの各プロセスに対応するプラントデータを取得する取得手段と、
前記取得手段により取得された前記プラントデータ及び前記水処理プラントの運転に必要な各種データを蓄積するデータベース手段と、
前記データベース手段に蓄積されたデータを使用して前記各プロセスでの運転コストを算出し、当該各プロセスの演算結果に基づいて前記水処理プラント全体の運転コストを評価するためのシミュレーションを実行する運転コストシミュレータと
を具備したことを特徴とする運転評価システム。
【請求項３】
前記データベース手段は、
前記取得手段により取得された前記プラントデータを蓄積すること
を具備したことを特徴とする請求項１に記載の運転評価システム。
【請求項４】
前記データベース手段は、
蓄積しているデータにおいて、前記運転コストシミュレータのシミュレーションに用いる運転条件を変更する場合、変更時刻とともに変更前の前記運転条件を蓄積し、さらに変更後の前記運転条件を蓄積すること
を具備したことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の運転評価システム。
【請求項５】
前記運転コストシミュレータのシミュレーション結果に基づいて、変更の効果の度合いを示す指標を演算する指標演算手段と、
前記指標演算手段の演算結果が予め定めた閾値を超えたか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段の判定結果が前記閾値を超えた場合、前記シミュレーションに関する情報を事例として蓄積する事例蓄積手段と
を具備することを特徴とする請求項４に記載の運転評価システム。
【請求項６】
前記判定手段の判定結果が前記閾値を超えた場合、前記判定結果に基づく前記シミュレーションを行った者に課金する課金手段と
を具備することを特徴とする請求項５に記載の運転評価システム。
【請求項７】
検索対象の水処理プラントに基づく条件が検索条件として入力され、前記検索条件に適合する事例を前記事例蓄積手段に蓄積された事例から検索する検索手段と
を具備することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の運転評価システム。
【請求項８】
前記検索条件は、
運転条件、事業条件又はプラント条件であること
を具備することを特徴とする請求項７に記載の運転評価システム。
【請求項９】
前記指標の範囲が検索条件として入力され、前記検索条件に適合する事例を前記事例蓄積手段に蓄積された事例から検索する検索手段と
を具備することを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の運転評価システム。
【請求項１０】
利用者を認証する認証手段と、
入力される前記検索条件の初期値として、前記認証手段により特定された前記利用者に対応する検索条件を提供する検索条件初期値提供手段と
を具備することを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか1項に記載の運転評価システム。
【請求項１１】
利用者を認証する認証手段と、
入力される前記プラントデータの初期値として、前記認証手段により特定された前記利用者に対応するプラントデータを提供するプラントデータ初期値提供手段と
を具備したことを特徴とする請求項２から請求項９のいずれか1項に記載の運転評価システム。
【請求項１２】
任意に選択した種別の前記指標に基づく順位に従って、前記検索手段の検索結果を表示する表示手段
を具備することを特徴とする請求項７から請求項１０のいずれか1項に記載の運転評価システム。
【請求項１３】
前記運転コストシミュレータは、
前記各プロセス間の入出力関係を定義し、当該入出力関係に基づいて前記各プロセスでのマスバランス演算を実行する演算手段と、
前記マスバランス演算結果に基づいて前記各プロセスでの運転コストを算出する演算手段と
を含むことを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の運転評価システム。
【請求項１４】
前記運転コストシミュレータは、前記各プロセスにおけるプロセス機器または土木構造に関する仕様を変更した場合の前記シミュレーションを実行するように構成されていることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれか１項に記載の運転評価システム。
【請求項１５】
前記運転コストシミュレータは、前記各プロセスの運転コストの演算結果を合計する演算を実行し、当該合計値を前記水処理プラント全体の運転コスト評価として出力することを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の運転評価システム。
【請求項１６】
前記データベース手段は、前記プラントデータ、前記水処理の運転に必要なコストデータ、プラント機器の仕様に関するデータ、土木構造の仕様に関するデータ、各プロセスの入出力に関するデータをそれぞれ蓄積する各データベースを含み、
前記運転コストシミュレータは、
前記各プロセス間の入出力関係を定義し、当該入出力関係に基づいて前記各データベースのデータを使用して前記各プロセスでのマスバランス演算を実行する演算手段と、
前記マスバランス演算結果に基づいて前記各プロセスでの運転コストを算出する演算手段と
を含むことを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の運転評価システム。
【請求項１７】
前記運転コストシミュレータは、
前記各プロセスでの水質評価の演算を実行する水質シミュレータを含む構成であることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の運転評価システム。
【請求項１８】
前記水質シミュレータは、前記マスバランス演算を実行する演算手段からの前記各プロセスのデータを使用し、所定のモデルに基づいて前記水質評価の演算を実行することを特徴とする請求項１３に記載の運転評価システム。
【請求項１９】
所定の目的関数を定義し、当該目的関数を最小化する運転方法の組み合わせを前記データベース手段に蓄積されているデータの中から抽出し、前記水処理プラントの最適な運転方法を算出する最適化手段を更に備えていることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の運転評価システム。
【請求項２０】
前記運転コストシミュレータは、通信回線を介して提供されるソフトウェアにより実現される構成であることを特徴とする請求項１から請求項１９のいずれか１項に記載の運転評価システム。
【請求項２１】
前記水処理プラントの運転データ及び当該運転データ以外の水質、プラント機器、コストの各データを含むデータベースを使用して、前記水処理プラントのプラント運転の要改善点の抽出及び評価を支援する運転方法改善支援手段を更に備えていることを特徴とする請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の運転評価システム。
【請求項２２】
請求項１０に記載の運転評価システムと通信回路を介して、情報の授受を行う端末であって、
前記認証手段に前記利用者を認証させるための情報を入力する認証情報入力手段と、
前記検索手段の検索条件を入力する検索条件入力手段と、
前記検索手段の検索結果を表示する検索結果表示手段と
を具備することを特徴とする運転評価システム端末。
【請求項２３】
請求項１１に記載の運転評価システムと通信回路を介して、情報の授受を行う端末であって、
前記認証手段に前記利用者を認証させるための情報を入力する認証情報入力手段と、
前記プラントデータを入力するプラントデータ入力手段と、
前記シミュレーションの実行結果を表示するシミュレーション結果表示手段と
を具備することを特徴とする運転評価システム端末。
【請求項２４】
運転コストシミュレータのシミュレーションにより、水処理プラントの運転コストを評価する運転評価方法において、
前記水処理プラントの各プロセスに対応するプラントデータを収集するステップと、
前記プラントデータ及び前記水処理プラントの運転に必要な各種データを蓄積するデータベースを使用して前記各プロセスでの運転コストを算出するステップと、
前記各プロセスの演算結果に基づいて、前記水処理プラント全体の運転コストを評価するステップと
を有する手順を実行することを特徴とする運転評価方法。
【請求項２５】
運転コストシミュレータのシミュレーションにより、水処理プラントの運転コストを評価し、前記シミュレーションの事例を蓄積する方法において、
前記水処理プラントの各プロセスに対応するプラントデータを入力するステップと、
前記プラントデータ及び前記水処理プラントの運転に必要な各種データを蓄積するデータベースを使用して前記各プロセスでの運転コストを算出するステップと、
前記各プロセスでの運転コストに基づいて、改善の度合いを示す指標を演算するステップと、
前記指標が予め定めた閾値を超えたか否かを判定するステップと、
前記判定の結果が超えたと判定した場合、前記シミュレーションに関する情報を事例として蓄積するステップと
を有する手順を実行することを特徴とするシミュレーション事例蓄積方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば上下水道プラントなどの水処理プラントの運転コストを評価する運転評価システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上下水道プラントの運転を評価し、最適化する手法の開発が推進されている。運転の最適化手法として、運転ノウハウを蓄積したデータベースを利用するシステムが提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
しかしながら、当該先行技術文献のシステムは、熟練作業員が作成する運転ノウハウ情報を対処情報データベースと呼ばれるデータベースに蓄積する必要がある。このようなデータベースの作成は、困難な作業を要求される。
【０００４】
また、下水処理場のプロセス制御量から運転コストを算出する下水処理場のコスト演算装置が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。
【特許文献１】特許第３４７６７９７号公報
【特許文献２】特開２０００−３３９００２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
プラントの運転を評価する方法として、特に運転コストを評価することが重要である。前述の先行技術文献でのコスト演算装置は、当該運転コストを算出することができる。しかしながら、当該コスト演算装置では、プラントを構成するプラント機器や土木構造の変更までを考慮した運転コストの評価を行うことはできない。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、プラントを構成するプラント機器や土木構造の変更までを考慮した運転コストの評価を行うことができる運転評価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】
【０００７】
本発明の観点に従った運転評価システムは、水処理プラントの各プロセスに対応するプラントデータを収集するデータ収集手段と、前記データ収集手段により収集されたプラントデータ及び前記水処理プラントの運転に必要な各種データを蓄積するデータベース手段と、前記データベース手段に蓄積されたデータを使用して前記各プロセスでの運転コストを算出し、当該各プロセスの演算結果に基づいて前記水処理プラント全体の運転コストを評価するためのシミュレーションを実行する運転コストシミュレータとを備えた構成である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、プラントの各プロセスのシミュレーションを実行する機能を使用して、プラントを構成するプラント機器や土木構造の変更までを考慮した運転コストの評価を行うことができる運転評価システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に関する上下水道プラント１の運転評価システムの構成を示すブロック図である。なお、本実施形態のプラント１は、広義の水処理プラントであり、後述する狭義の水処理プロセスを含むものである。
【００１１】
本システムは、図１に示すように、プラント１から各種のプラントデータを収集するデータ収集装置２と、シミュレータ３と、データベース４と、入出力部５とを有する。
【００１２】
データ収集装置２は、プラント１の各設備（プラント機器）に設置されているセンサーから、流量、水位、電力量、薬品投入量、汚泥量、水質等の計測信号（ディジタルデータ）を定期的に収集する。データ収集装置２は、プラント１の運転状況を監視する監視制御システム（図示せず）に組み込まれている構成でもよい。
【００１３】
データベース４は、データ収集装置２から得られる各種のプラントデータを蓄積（記憶）する収集データベース（以下データベースをＤＢと表記する）４３以外に、土木ＤＢ４１、水質基準ＤＢ４２、コストＤＢ４４、機器ＤＢ４５、及びプロセスＤＢ４６を含む。
【００１４】
データベース４には、具体的には、例えば図２から図７に示すような項目のデータが蓄積（記憶）される。即ち、土木ＤＢ４１には、図２に示すように、設備の項目名及び各項目の仕様（容量など）が蓄積されている。水質基準ＤＢ４２には、図３に示すように、ＰＨ（酸性又はアルカリ性を示す数値）、ＣＯＤ（化学的酸素要求量：chemical oxygen demand）、ＢＯＤ（生物化学的酸素要求量：biochemical oxygen demand）、ＳＳ（懸濁浮遊物質）などの項目名及びそれらの基準値が蓄積されている。収集ＤＢ４３には、図４に示すように、各種のプラントデータの項目名及びそれらの計測値が蓄積されている。
【００１５】
コストＤＢ４４には、図５に示すように、電力や薬品費等の項目名及びそれらの単価が蓄積されている。機器ＤＢ４５には、図６に示すように、機器の名称及びそれらの定格電力や効率などが蓄積されている。プロセスＤＢ４６には、図７に示すように、池や設備毎のテンプレート(オブジェクト指向プログラミングでのクラス)等が定義されている。
【００１６】
入出力部５は、後述するシミュレータ３の操作、データの入力、及びシミュレーション結果の表示出力などを実行する。入出力部５は、シミュレータ３の演算処理を実行させるための演算命令を入力するための入力操作部や、当該演算結果はグラフ等の形式で表示する表示出力部を含む。入出力部５は、シミュレータ３のマスバランス演算部３０の構築、データの変更、プロセスや機器及び土木構造に関する各種のシミュレーションを実行させる命令の入力などを実行する。
【００１７】
（シミュレータの構成）
シミュレータ３は、システムのメイン要素であり、コンピュータのハードウェア及びソフトウェアにより構成されている。シミュレータ３は、後述するように、データベース４の各データに基づいてマスバランスの演算処理を実行するマスバランス演算部３０を含み、プラント１の運転コストの評価に必要なシミュレーション（コスト演算）を実行する。
【００１８】
シミュレータ３は、オブジェクト指向プログラミング技術を利用したソフトウェア構成である（例えば特開平１０−２３５３３３号公報を参照）。具体的には、シミュレータ３は、オペレータによる入出力部５からの命令に従って、定義された多数のプロセスのクラスからオブジェクトを作成する。シミュレータ３は、ユーザーインターフェースを介してオブジェクトを結合してマスバランス演算部３０を構築すると共に、結合したオブジェクトのグループをプロセスＤＢ４６に蓄積する。プロセスＤＢ４６からは、入出力部５からの命令により常に呼び出すことができる。
【００１９】
ここで、オブジェクトが有する定義情報は、入出力データ及び計算式である。オブジェクトの結合とは、前処理プロセスの出力と後処理プロセスの入力を関連付けることである。更に、オペレータは入出力部５を介して、オブジェクトに前処理プロセスの出力とは関連付けられない後処理プロセスの入力を、機器データや土木データ、コストデータ等を対応する機器ＤＢ４５、土木ＤＢ４１、及びコストＤＢ４４から選択し、マスバランス演算部３０に定義する。また、これらのデータは、前述の結合したオブジェクトのグループに関連付けてプロセスＤＢ４６に保持されて、入出力部５からの命令により常に呼び出すことができる。
【００２０】
マスバランス演算部３０は、いわゆるマスバランス(質量保存あるいは入出力バランス)に基づいて、プラント１の各プロセス(水処理プロセス、汚泥処理プロセス、消化ガス処理プロセスなど)での水量、汚泥量、ＢＯＤ量、ＳＳ量、薬品量等を算出するための演算を順次実行する。また、マスバランス演算部３０は、プラント機器の定格容量及び運転時間に基づいて、消費電力量や電力コストを算出する。マスバランス演算部の機能を図３の下水処理場の水処理プロセスでの実施例を用いて説明する。
【００２１】
（プラントの構成）
本実施形態のプラント１は、上下水道プラントを想定し、図１に示すように、水処理プロセスとして、沈砂池１０と、汚水ポンプ１１ａと、最初沈殿池１２、曝気槽１３と、最終沈殿池１５と、塩素混和池１６とを有する。曝気槽１３に酸素を送り込むための送風機１４が設けられている。
【００２２】
塩素混和池１６には、ポンプ１１ｂにより薬品として塩素１７が注入される。プラント１は、これらの反応槽でＢＯＤやＳＳを除去し、最初沈殿池１２からは生汚泥を引き抜き、最終沈殿池１５からは余剰汚泥を引き抜く。最終沈殿池１５からの余剰汚泥の一部は、ポンプ１１ｃにより曝気槽１３に返送される。
【００２３】
さらに、プラント１は、汚泥濃縮槽１８と、汚泥濃縮機１９と、消化槽２０と、汚泥洗浄槽２１と、脱水設備（ＦＰ：フィルタプレス式脱水機）２２と、脱水設備（ＢＰ：ベルトプレス式脱水機）２３とを有する。汚泥濃縮槽１８には、ポンプ１１ｄにより最初沈殿池１２から生汚泥が送られる。
【００２４】
汚泥濃縮機１９には、ポンプ１１ｇにより最終沈殿池１５からの余剰汚泥が供給される。この汚泥濃縮機１９からの濃縮汚泥は、ポンプ１１ｆにより消化槽２０に送られる。また、消化槽２０には、汚泥濃縮槽１８からの濃縮汚泥がポンプ１１ｅにより送られる。消化槽２０は、余剰ガス（消化ガス）を放出する。
【００２５】
汚泥洗浄槽２１には、ポンプ１１ｈにより消化槽２０から消化された汚泥が送られる。また、汚泥洗浄槽２１には、最終沈殿池１５からの余剰汚泥が送られる。汚泥洗浄槽２１により洗浄された汚泥は、ポンプｉにより脱水設備（ＦＰ）２２及び脱水設備（ＢＰ）２３のそれぞれに送られる。脱水設備（ＦＰ）２２は、ポンプ１１ｊにより塩鉄、消石灰２４が注入されて、脱水ケーキを放出する。脱水設備（ＢＰ）２３は、ポンプ１１ｋにより凝集剤２５が注入されて、脱水ケーキを放出する。
【００２６】
（シミュレータの動作）
以下図８から図１０を参照して、本実施形態のシミュレータ３（マスバランス演算部３０）の動作を説明する。
【００２７】
まず、データ収集装置２は、図１に示すプラント１の各設備（プラント機器）に設置されているセンサー２６ａ〜２６ｅから、水位、流量、薬品（塩素１７など）投入量、汚泥量、脱水ケーキ量等の計測データを定期的に収集し、収集ＤＢ４３に蓄積する。
【００２８】
シミュレータ３は、図９に示すように、プラント１のプロセス毎のマスバランス及びコストに関する演算（シミュレーション）を実行する。即ち、シミュレータ３は、最初沈殿池１２のプロセスでの演算（ステップＳ１）、汚水ポンプ１１ａのプロセスでの演算（ステップＳ２）、曝気槽１３のプロセスでの演算（ステップＳ３）、最終沈殿池１５のプロセスでの演算（ステップＳ４）、塩素混和池１６のプロセスでの演算（ステップＳ５）、及び放流プロセスの演算（ステップＳ６）を順次実行する。
【００２９】
また、シミュレータ３は、最初沈殿池１２のプロセスに関連する汚泥濃縮槽（重力濃縮槽）１８のプロセスの演算（ステップＳ７）、最終沈殿池１５のプロセスに関連する汚泥濃縮機（遠心濃縮機）１９のプロセスの演算（ステップＳ８）、消化槽２０のプロセスでの演算（ステップＳ９）、及び脱水設備（脱水機）２２，２３のプロセスでの演算（ステップＳ１０）を実行する。
【００３０】
ここで、シミュレータ３は、相対的に前のプロセスでの演算結果を、次のプロセスでの演算の入力として流量、ＳＳ量、ＢＯＤ量を与える。即ち、例えば、前のプロセスでの演算で算出された排出流量、排出ＳＳ量、排出ＢＯＤ量は、次のプロセスでの演算入力である流入流量、流入ＳＳ量、流入ＢＯＤ量として与えられる。
【００３１】
図８は、各プロセスでの演算に必要な入力データ及び出力データの具体例を示す図である。なお、矢印は、各プロセスの演算における入出力関係を示す。即ち、同図（Ａ）は、最初沈殿池１２のプロセスでの演算に関する入出力データを示す。同図（Ｂ）は、汚水ポンプ１１ａのプロセスでの演算に関する入出力データを示す。同図（Ｃ）は、曝気槽１３のプロセスでの演算に関する入出力データを示す。同図（Ｄ）は、最終沈殿池１５のプロセスでの演算に関する入出力データを示す。同図（Ｅ）は、塩素混和池１６のプロセスでの演算に関する入出力データを示す。
【００３２】
図１０は、各プロセスのそれぞれの演算手順を説明するためのフローチャートである。
【００３３】
シミュレータ３は、各プロセス（例えば最初沈殿池１２のプロセス）の演算処理では、前のプロセス、即ち収集ＤＢ４３から流入水量、流入ＢＯＤ量、及び流入ＳＳ量を入力する（ステップＳ２１）。さらに、シミュレータ３は、プロセスＤＢ４６からＳＳ除去率、ＢＯＤ除去率、及び脱水率などを入力する（ステップＳ２２）。ＳＳ除去率及びＢＯＤ除去率などは、例えば1ヶ月の流入ＢＯＤ量、流入ＳＳ量、流出ＢＯＤ量、流出ＳＳ量の履歴をプロセスＤＢ４６から取得して、それらの平均値を算出して演算に用いるものとする。
【００３４】
シミュレータ３は、これらのデータからマスバランス演算部３０での演算を実行し、排出流量「排出流量＝流入流量−生汚泥量」、排出ＢＯＤ量「排出ＢＯＤ量＝流入ＢＯＤ量×(１−ＢＯＤ除去率)」、及び排出ＳＳ量「排出ＳＳ量＝流入ＢＯＤ量×(１−ＳＳ除去率)」を計算する（ステップＳ２３）。
【００３５】
ここで、シミュレータ３は、薬品投入処理がないプロセスの場合には、土木ＤＢ４１から池やタンクなどの定格容量（稼動池数、池の底面積等）を入力する（ステップＳ２４のＮｏ，Ｓ２５）。これらのデータを使用して、シミュレータ３は、設備の使用台数や稼働率を算出する（ステップＳ２６）。さらに、シミュレータ３は、機器ＤＢ４５から定格電力量や力率を入力する（ステップＳ２７）。
【００３６】
シミュレータ３は、取得した定格電力量や力率を使用して、下記式（１）に示す計算式から使用電力量を算出する（ステップＳ２８）。
【００３７】
使用電力量＝ΣＴ（ΣＰ（定格電力×効率））…（１）
但し、Ｔは稼動時間輪意味し、Ｐは例えば最初沈殿池１２の設備を意味する。
【００３８】
なお、シミュレータ３は、水面積負荷「水面積負荷＝流入流量／稼動池数／池の底面積」も算出する。
【００３９】
更に、シミュレータ３は、コストＤＢ４４から電力単価を入力し、この電力単価を使用して動力費（電力料金）を算出する（ステップＳ２９，Ｓ３０）。
【００４０】
一方、シミュレータ３は、薬品投入処理を行うプロセスの場合には、コストＤＢ４４から薬品注入率を入力し、使用薬品量を算出する（ステップＳ２４のＹｅｓ，Ｓ３３，Ｓ３４）。さらに、シミュレータ３は、コストＤＢ４４から薬品単価を入力し、薬品費を算出する（ステップＳ３５，Ｓ３６）。
【００４１】
また、シミュレータ３は、脱水設備（脱水機）２２，２３のプロセスで脱水ケーキが発生する場合には、コストＤＢ４４から汚泥処分単価を入力し、汚泥処分費を算出する（ステップＳ３７のＹｅｓ，Ｓ３８，Ｓ３９）。
【００４２】
以上のようにして、シミュレータ３は、動力費（電力料金）、薬品費、汚泥処分費、排出流量、排出ＢＯＤ量、排出ＳＳ量を算出する（ステップＳ３１）。次に、シミュレータ３は、算出した排出流量、排出ＢＯＤ量、排出ＳＳ量を、次のプロセスの演算入力として渡す処理を行う（ステップＳ３２）。
【００４３】
具体的には、例えば次のプロセスが汚水ポンプのプロセスの場合に、マスバランスの演算では、入力として最初沈殿池１２のプロセスでの排出流量が必要となる。この排出流量は、シミュレータ３のマスバランス演算部３０の構築の際に、汚水ポンプのプロセスでの演算入力として関連付けられている。また、定格吐出量は、機器ＤＢ４５のデータが関連付けられている。これらのデータから、汚水ポンプのプロセスオブジェクトが保持する以下の式（２）〜（３）に従って、汚水ポンプのプロセスでの排出流量及び使用台数を算出する。なお、使用電力量は前記式（１）により算出する。
【００４４】
汚水ポンプ排出流量＝最初沈殿池排出流量…（２）
汚水ポンプ使用台数＝汚水ポンプ排出流量／定格吐出量…（３）
シミュレータ３は、これらの演算操作を、曝気槽１３のプロセス、最終沈殿池１５のプロセス、及び塩素混和池１６のプロセスの水処理プロセスに対して順次実行することにより、プラント１での放流水量や放流水質を求めることができる。また、シミュレータ３は、水処理プロセスだけでなく、汚泥処理プロセスや消化ガス処理プロセスについても同様に演算を実行することにより、プラント１のプロセス全体についての演算処理を実行することになる。
【００４５】
（運転コスト評価）
以上のように、シミュレータ３は、プラント１の各プロセスにおけるマスバランス演算に基づいて、下記式（４）〜（６）により電力費（動力費）、薬品費、汚泥処分費を算出する。
【００４６】
電力量＝Σ(各プロセスの機器定格電力×力率)×（設備使用台数×稼働率）×電力単価…（４）
但し、設備使用台数×稼働率＝流入流量／設備の定格容量
薬品費＝流入流量×注入率×薬品単価…（５）
汚泥処分費＝流入流量(１＋薬品注入率)×脱水率×汚泥処分単価…（６）
そして、シミュレータ３は、最後に全プロセスの電力費、薬品費、汚泥処分費を合計して(但し、電力費には基本料金を加算)、プラント全体の電力費、薬品費、汚泥処分費を算出し、プラント１の運転コスト評価値として出力する。
【００４７】
以上要するに本実施形態によれば、プラント１の各プロセスにおけるマスバランス演算に基づいて、各プロセスのコストを算出し、当該各プロセスのコストの合計をプラント１の運転コスト評価値として算出することができる。本実施形態では、シミュレータ３は、データベース４に蓄積されたプラントデータ（収集ＤＢのデータ）及びそれ以外の各種データ（プラント機器や設備の仕様に関するデータなど）を使用してシミュレーション（マスバランス演算）を実行することにより、プラント１の運転コストを算出する。従って、実際のプラントだけでなく、例えばプラント機器や土木構造を任意に変更した場合でも、データベース４からその変更に対応するデータを選択することにより、変更仕様のプラントの運転コストを算出することができる。
【００４８】
本実施形態の運転コスト評価システムであれば、所定の運転品質を維持し、かつ運転コストを低減することが可能となるため、プラントの最適な運転を実現することができる。
【００４９】
（第２の実施形態）
図１１は、第２の実施形態に関する上下水道プラント１の運転評価システムの構成を示すブロック図である。
【００５０】
本実施形態のシステムでは、シミュレータ３は、マスバランス演算部３０以外に、プラント１の水質に関する演算（シミュレーション）を実行する水質シミュレータ３１を含む構成である。なお、他の構成は、図１に示す前述の第１の実施形態に関するものと同様のため、同一符号を付して説明を省略する。
【００５１】
マスバランス演算部３０は、前述したように、物理的な質量保存則に基づいてオブジェクト（各プロセスでの入出力データ及び計算式）を定義している。本実施形態の水質シミュレータ３１は、化学反応や生物反応に基づいてオブジェクトを定義する。水質シミュレータ３１は、マスバランス演算部３０から各プロセスのデータを受け取り、それぞれのモデル(例えば活性汚泥モデル等)に従って水質評価の演算を実行し、当該演算結果をマスバランス演算部３０に返す。
【００５２】
本実施形態のシステムであれば、前述の第１の実施形態と同様に、プロセス全体(水処理、汚泥処理、消化ガス処理)のコストを算出できると共に、水質評価に関する演算も行うことができる。
【００５３】
（第３の実施形態）
図１２は、第３の実施形態に関する上下水道プラント１の運転評価システムの構成を示すブロック図である。
【００５４】
本実施形態のシステムでは、シミュレータ３以外に、最適な運転方法を自動的に算出する最適化部６を含む構成である。なお、他の構成は、図１に示す前述の第１の実施形態に関するものと同様のため、同一符号を付して説明を省略する。
【００５５】
本実施形態の最適化部６は、最適な運転方法を自動的に算出し、入出力５を介して当該算出結果をオペレータに報告する機能を有する。具体的には、最適化部６は、下記式（７）に示すような目的関数を定義し、当該目的関数を最小化する運転方法の組み合わせを、データベース４に蓄積されているデータの中から抽出する。最適化部６は、最適化手法としては例えば遺伝的アルゴリズムを実行するソフトウェアである。
【００５６】
目的関数＝a×(運転コスト)＋ｂ×(放流水ＢＯＤ濃度)＋ｃ×(放流水ＳＳ濃度)・・・
…（７）
但し、a，ｂ，ｃは重み係数である。
【００５７】
本実施形態のシステムであれば、前述の第１の実施形態と同様に、プロセス全体(水処理、汚泥処理、消化ガス処理)のコストを算出できると共に、最適な運転方法を自動的に算出することが可能となる。
【００５８】
（第４の実施形態）
図１３は、第４の実施形態に関する上下水道プラント１の運転評価システムの構成を示すブロック図である。
【００５９】
本実施形態のシステムは、データ収集装置２を含むプラント１と公衆回線／専用線７を介して接続し、ＡＳＰ（アプリケーション・サービス・プロバイダ）の形態で運転評価処理を実行する。なお、他の構成は、図１に示す前述の第１の実施形態に関するものと同様のため、同一符号を付して説明を省略する。
【００６０】
本実施形態のシステムであれば、プラント１の運転管理を行う端末装置（図示せず）は、公衆回線／専用線７を介して、本システムのシミュレータ３の機能をソフトウェアの提供により実現することができる。
【００６１】
なお、データ収集装置２は必ずしも必要とせず、プラント１の運転管理を行う端末装置はオフラインでの設計支援ツールとして実現する構成でもよい。
【００６２】
（第５の実施形態）
図１４から図１６は、第５の実施形態に関する上下水道プラント１の運転方法改善支援システムを説明するための図である。
【００６３】
本システムは、上下水道プラント１の運転データ（プラントデータ）、および予め入手してデータベースに蓄積された水質、プラント機器、コストなどのデータを使用して、プラント運転の要改善点の抽出及び評価を支援するシステムである。
【００６４】
図１４は、本システム及びその周辺を含む概念図である。同図（Ａ）は、プラント１のリモートユニット（データ収集装置）１００から公衆回線（インターネット）７を介して、運転データを収集してデータベース化する処理プロセスを示す。同図（Ｂ）は、本システムがデータベースから必要なデータを抽出して、プラント運転の要改善点の抽出及び評価するためのデータ分析の処理プロセスを示す。
【００６５】
図１５は、本システムの構成を示すブロック図である。
【００６６】
本システムは、大別して入出力部８０、指標分析部８１、及びデータベースを有する。データベース（ＤＢ）は、支援情報ＤＢ８２、分析データＤＢ８３、指標ＤＢ８４、及び項目表ＤＢ８５を含む。
【００６７】
入出力部８０は、公衆回線（インターネット）７を介してプラント１のリモートユニット１００から運転データを自動的に収集し、前記のデータベースに蓄積する。また、入出力部８０は、運転データとしては取得できない各種データ８を外部からの操作により入力する。
【００６８】
指標分析部８１は、入出力部８０からの運転データと入力データ８から指標を算出し、算出値と指標閾値９０とを比較して当該指標値の良否を判断する。また、指標分析部８１は、指標閾値９０に基づいて判定した結果に対する改善方法を提示する。指標分析部８１は、抽出された指標と関連する指標とを同時に出力する機能も有する。
【００６９】
（システムの動作）
以下、本システムの動作を説明する。
【００７０】
まず、分析者（オペレータ）が入出力部８０を介して対象プラント９２を指定することで、システムはデータ分析を開始する。入出力部８０は、当該指示により、指標ＤＢ８４から指標の演算に必要な入力データ項目を入手する。さらに、入出力部８０は、入手した入力データ項目に基づいて、項目表ＤＢ８５から必要なデータのアドレスを参照する。
【００７１】
入出力部８０は、入手したアドレスに基づいて、公衆回線７を介してリモートユニット１００に蓄積されている運転データを収集する。そして、入出力部８０は、リモートユニット１００から収集した運転データを、データ分析の入力データとして分析ＤＢ８３に保存する。
【００７２】
次に、指標分析部８１は、入出力部８０から指標分析の指示を受けると、指標ＤＢ８４から指標(式)、入力データ項目、閾値、グラフのフォーマットを抽出する。さらに、指標分析部８１は、指標ＤＢ８４から抽出した入力データ項目に基づいて、指標の演算に必要な入力データを分析ＤＢ８３から抽出する。
【００７３】
指標分析部８１は、指標ＤＢ８４から抽出した指標(式)に基づいて、分析ＤＢ８３から抽出した入力データを用いて指標の値を演算する。指標分析部８１は、当該演算結果と指標閾値９０とを比較し、指標閾値９０を越えた指標を抽出する。指標分析部８１は、抽出された指標に関して、指標ＤＢ８４から抽出したグラフのフォーマットに従って、分析ＤＢ８３から抽出した入力データを使用してグラフを作成する。
【００７４】
さらに、指標分析部８１は、抽出された指標に対応する改善方案を支援情報ＤＢ８２から抽出する。また、抽出された指標に関連指標がある場合には、同時に関連指標も抽出する。入出力部８０は、指標分析部８１で作成したグラフ、改善方案、関連指標を表示出力する。また、入出力部８０は、情報追加のために必要な項目(入力データ、指標、閾値、改善方法など)を分析者に表示する。分析者は、表示された項目を全て入出力部８０に入力し、入力された項目を追加情報として指標ＤＢ８４および支援情報ＤＢ８２に登録する。
【００７５】
以上のように本システムであれば、運転方案を評価する指標や運転方案の改善方法を取り込み、分析者が運転データから運転方案の要改善点を抽出するプロセスを支援することができる。
【００７６】
図１６は、本システムにより、例えば運転コスト低減に関する要改善点を抽出するためのデータ分析プロセスの一例を示すフローチャートである。
【００７７】
このデータ分析プロセスは、同図（Ａ）に示す動力費低減のための分析プロセス（ステップＳ４１〜Ｓ４４）、同図（Ｂ）に示す薬品費低減のための分析プロセス（ステップＳ４５，Ｓ４６）、及び同図（Ｃ）に示す汚泥処分費低減のための分析プロセス（ステップＳ４７〜Ｓ４９）からなる。
【００７８】
このようなデータ分析プロセスにより、運転コスト低減に関する要改善点を抽出するために、動力費低減のための分析項目の抽出、薬品費低減のための分析項目の抽出や薬品注入率、及び汚泥処分費を低減するための分析結果を示すことが可能となる。
【００７９】
（第６の実施形態）
図１７は、第３の実施形態に関する上下水道プラント１の運転評価システムの構成を示すブロック図である。
【００８０】
本システムは、図１３に示す構成以外に、ユーザインタフェース（以下、「ユーザＩ／Ｆ」という。）５１、改善事例蓄積部５２、改善事例検索部５３を含む構成であり、データベース４には、利用者ＤＢ４７、改善事例ＤＢ４８を追加している。また、公衆回線／専用線７、例えばインターネットを介して、利用者端末９から本システムと情報の授受を行うことができる。なお、他の構成は、図１３に示す前述の第４の実施形態に関するものと同様のため、同一符号を付して説明を省略する。
【００８１】
利用者端末９は、本システムを利用するための端末である。利用者端末９は、上下水道プラント１の運転コストを評価するためのシミュレーションをすることができる。
【００８２】
利用者端末９は、利用者全員の過去にシミュレータ３を利用したシミュレーション事例（以下、「事例」という。）の内、ある一定の基準以上に改善された事例の中から、条件を指定し、該当する事例を検索することができる。
【００８３】
利用者ＤＢ４７は、シミュレータ３の利用者が自己の上下水道プラント１の運転コストを評価するためのシミュレーション条件（運転条件）として用いるための情報を蓄積するＤＢである。例えば、土木条件、水質条件、コスト条件、収集されるプロセスデータなどが蓄積されている。
【００８４】
利用者ＤＢ４７は、過去の事例を検索するための条件として用いるための情報を蓄積する。例えば、上水処理プロセス及び下水処理プロセスにおいては、それぞれ図１８及び図１９に示すように、事業条件、プラント条件、処理方式などの検索に用いるための情報が蓄積されている。
【００８５】
改善事例ＤＢ４８は、利用者全員の過去にシミュレータ３を利用した事例の内、ある一定の基準以上に改善された事例が蓄積されている。改善事例ＤＢ４８は、事例の蓄積とともに、変更された運転条件及びシミュレーション日時も蓄積している。
【００８６】
ユーザＩ／Ｆ５１は、利用者端末９を使用して、利用者が本システムを利用するためのインタフェースである。
【００８７】
（改善事例蓄積部）
図２０を参照して、改善事例が自動的に蓄積される手順について説明する。
【００８８】
まず、利用者が利用者端末９からユーザＩ／Ｆ５１にアクセスし、ユーザＩＤ、パスワード等を入力することによって利用者の認証する。この認証が完了すると、利用者ＤＢ４７から認証した利用者に該当する運転条件（シミュレーション条件）が自動的に抽出され、ユーザＩ／Ｆ５１に表示される(図２１運転条件入力画面)。
【００８９】
利用者は、ユーザＩ／Ｆ５１に表示された条件の内、変更したい条件を利用者端末９から再入力し、シミュレーション開始を要求する（ステップＳ２０１）。シミュレータ３は、シミュレーション開始の要求に従い、運転コストを演算する（ステップ２０２）。次に、シミュレータ３は、この運転コストに基づいて、各指標を算出する（ステップ２０３）。指標としては、運転コストの改善率、電力コストの改善率、薬品コストの改善率、汚泥処理費の改善率、電力原単位の改善率等である。
【００９０】
算出された指標は、改善事例蓄積部５２にあらかじめ指標ごとに登録されていた閾値と比較される（ステップＳ２０４）。この比較の結果が、閾値を超える場合には改善事例蓄積部５２が変更された運転条件の情報を検索し（ステップＳ２０５）、変更箇所及びシミュレーション日時をシミュレータ３から抽出し、改善事例ＤＢ４８に蓄積する（ステップＳ２０６）。保存後（ステップＳ２０６の後）、または閾値を超えない場合（ステップＳ２０４のＮＯ）には、ユーザＩ／Ｆ５１にシミュレーション結果が表示され(ステップＳ２０７、図２２のシミュレーション結果表示画面参照。）、シミュレーションを終了するか確認される（ステップＳ２０８）。終了が要求された場合（ステップＳ２０８のＹＥＳ）、シミュレーションが終了する。
【００９１】
（改善事例検索部）
図２３を参照して、改善事例を検索する機能について説明する。
【００９２】
まず、ユーザＩ／Ｆ５１から改善事例の検索が要求されると、利用者ＤＢからデフォルトの検索条件として利用者のプラントの運転条件が表示される。利用者は、ユーザＩ／Ｆ５１から検索条件を必要に応じて変更する（ステップＳ２３１、図２４の検索条件入力画面参照）。検索を要求すると、改善事例検索部５３が改善事例ＤＢ４８から運転コストを最も改善した事例を検索する（ステップ２３２）。検索結果は、ユーザＩ／Ｆ５１に表示される（ステップＳ２３３、図２５の検索結果表示画面）。なお、図２５の検索結果は、指標の改善率毎に並べ替えが可能である。
【００９３】
本実施形態であれば、運転コスト評価ＡＳＰ事業として実施することで、利用者は、自己のプラントのシミュレーションや参考にしたい事例の検索などをインタネットを介して行うことができる。これにより、利用者は、外部から本システムを利用することができる。
【００９４】
ＡＳＰ事業者は、指標の範囲を指定して、運転状況の悪いプラント情報を抽出し、そのプラントに対する改善事例を提供するサービスを行う（コンサルティングサービス）こともできる。
【００９５】
改善事例は、その事例をシミュレーションした日時とともに保存されるため、運転条件に変更があった場合にも正しい運転条件を検索することができる。その結果、利用者は検索された改善事例を閲覧することによって、自己のプラントのコスト削減に関するベストプラクティスを容易に発見することができる。したがって、利用者は多くの過去事例を参考に、要改善点を見つけやすくなる。
【００９６】
（第６の実施形態の各種態様）
例えば、第６の実施形態においては、以下に示すような態様とすることができる。
【００９７】
入出力部５の機能の全部又は一部は、利用者端末が有していてもよいし、ＡＳＰ事業者側が使う管理用端末として別途設置してもよい。よって、入出力部５は、省略することもできる。
【００９８】
改善事例蓄積部５２は、一定の基準を満たした改善事例をシミュレーションした利用者に対して課金が行われるという機能を追加してもよい。利用者を増やし、個々の利用者の良い改善事例を創出しようとする意欲を促すことで、より多くの改善事例を蓄積することが期待できる。
【００９９】
改善事例蓄積部５２は、シミュレーション結果の良い事例を蓄積することについて説明したが、悪い事例を蓄積してもよい。悪い事例を蓄積することにより、利用者は、この事例を避け、自己のプラントの悪い運用を避けることができ、若いては、改善する方向に運用することができる。
【０１００】
ユーザＩ／Ｆ５１での認証の方法は、パスワードを入力する方法に限らない。認証するためのツール（ＩＣタグ、携帯電話、各種カード類など）、又は身体的な特徴（例えば、指紋、手相、血管網、網膜、声紋など）などを用いて認証を行う方法でもよい。
【０１０１】
ユーザＩ／Ｆ５１は、利用者端末９による利用者の認証が完了すると、運転条件を表示したが、検索条件を表示してもよいし、任意に選択できるとしてもよいし、これらを同時に表示してもよい。
【０１０２】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の第１の実施形態に関する上下水道プラントの運転評価システムの構成を示すブロック図。
【図２】本実施形態に関する土木データベースに蓄積されるデータの具体例を示す図。
【図３】本実施形態に関する水質基準データベースに蓄積されるデータの具体例を示す図。
【図４】本実施形態に関する収集データベースに蓄積されるデータの具体例を示す図。
【図５】本実施形態に関するコストデータベースに蓄積されるデータの具体例を示す図。
【図６】本実施形態に関する機器データベースに蓄積されるデータの具体例を示す図。
【図７】本実施形態に関するプロセスデータベースに蓄積されるデータの具体例を示す図。
【図８】本実施形態に関するシミュレータの演算での入出力データを説明するための図。
【図９】本実施形態に関するシミュレータの演算手順を説明するためのフローチャート。
【図１０】本実施形態に関する各プロセスの演算手順を説明するためのフローチャート。
【図１１】第２の実施形態に関する上下水道プラントの運転評価システムの構成を示すブロック図。
【図１２】第３の実施形態に関する上下水道プラントの運転評価システムの構成を示すブロック図。
【図１３】第４の実施形態に関する上下水道プラントの運転評価システムの構成を示すブロック図。
【図１４】第５の実施形態に関する運転方法改善支援システムを説明するため概念図。
【図１５】第５の実施形態に関する運転方法改善支援システムの構成を示すブロック図。
【図１６】第５の実施形態に関するデータ分析の手順を示すフローチャート。
【図１７】第６の実施形態に関する上下水道プラントの運転評価システムの構成を示すブロック図。
【図１８】第６の実施形態に関する上水処理プロセスの検索条件に用いるデータの具体例を示す図。
【図１９】第６の実施形態に関する下水処理プロセスの検索条件に用いるデータの具体例を示す図。
【図２０】第６の実施形態に関する改善事例蓄積部の手順を説明するためのフローチャート。
【図２１】第６の実施形態に関するユーザインタフェースに表示する運転条件入力画面の具体例を示す図。
【図２２】第６の実施形態に関するユーザインタフェースに表示するシミュレーション結果表示画面の具体例を示す図。
【図２３】第６の実施形態に関する改善事例検索部の手順を説明するためのフローチャート。
【図２４】第６の実施形態に関するユーザインタフェースに表示する検索条件入力画面の具体例を示す図。
【図２５】第６の実施形態に関するユーザインタフェースに表示する検索結果表示画面の具体例を示す図。
【符号の説明】
【０１０４】
１…上下水道プラント、２…データ収集装置、３…シミュレータ、４…データベース、５…入出力部、６…最適化部、７…公衆回線／専用線、９…利用者端末、
３０…マスバランス演算部、３１…水質シミュレータ、４１…土木データベース、
４２…水質基準データベース、４３…収集データベース、４４…コストデータベース、
４５…機器データベース、４６…プロセスデータベース、４７…利用者データベース、
４８…改善事例データベース、５１…ユーザインタフェース、５２…改善事例蓄積部、５３…改善事例検索部。
【図１】
2006260519.tif 000003
【図２】
2006260519.tif 000004
【図３】
2006260519.tif 000005
【図４】
2006260519.tif 000006
【図５】
2006260519.tif 000007
【図６】
2006260519.tif 000008
【図７】
2006260519.tif 000009
【図８】
2006260519.tif 000010
【図９】
2006260519.tif 000011
【図１０】
2006260519.tif 000012
【図１１】
2006260519.tif 000013
【図１２】
2006260519.tif 000014
【図１３】
2006260519.tif 000015
【図１４】
2006260519.tif 000016
【図１５】
2006260519.tif 000017
【図１６】
2006260519.tif 000018
【図１７】
2006260519.tif 000019
【図１８】
2006260519.tif 000020
【図１９】
2006260519.tif 000021
【図２０】
2006260519.tif 000022
【図２１】
2006260519.tif 000023
【図２２】
2006260519.tif 000024
【図２３】
2006260519.tif 000025
【図２４】
2006260519.tif 000026
【図２５】
2006260519.tif 000027