(57)【要約】【課題】上下水道プラントの各設備の異常を発見する。【解決手段】異常監視システム１０は、上下水道プラント１の設備に取り付けられ、設備の振動を電力に変換する振動発電素子と、振動発電素子から電力を取得する発電電力入力部１１０と、発電電力入力部１１０によって取得された電力の電力値と、設備の正常時の電力値と、を比較して、異常を判定する異常判定部１２１と、異常診断部１２１によって前記設備の異常が検知された場合、異常を発報する異常発報部１２２と、発電電力入力部１１０から取得された電力を、上下水道プラント１の設備に入力し、または蓄電部に蓄積する電力制御部１３０と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下水道プラントの各設備の異常を発見する異常監視システムであって、
前記上下水道プラントの設備に取り付けられ、当該設備の振動を電力に変換する振動発電素子と、
前記振動発電素子から電力を取得する発電電力入力部と、
前記発電電力入力部によって取得された電力の電力値と、前記設備の正常時の電力値と、を比較して、異常を判定する異常判定部と、
前記異常診断部によって前記設備の異常が検知された場合、異常を発報する異常発報部
とを備えることを特徴とする異常監視システム。
【請求項２】
前記発電電力入力部から取得された電力を、前記上下水道プラントの設備に入力し、または蓄電部に蓄積する電力制御部
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の異常監視システム。
【請求項３】
前記上下水道プラントの設備は、振動を生じる設備である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の異常監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上下水道プラントの各設備の異常を発見する異常監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
上下水道プラントにおいて、その各設備を適切に保守することは、ライフラインを安定して提供する点において、非常に重要である。設備を保守するために、例えば、各設備を定期的に点検する場合がある。また、上下水道プラントの中央監視制御装置において、各設備に設けられた計器類の数値を受信して、各設備を保守する場合もある。この場合、設備担当者が、異常値を示した設備に赴いて設備を点検する。上下水道プラントにおいて、発電機やポンプなどの設備は、モーターなどの動きにより、日々の運用で振動している。従って、設備担当者が、機器の音や振動を測定して、設備を点検する場合もある。
【０００３】
ここで、プラントに用いられる様々な機器の異常を診断するために、機器にセンサ端末を取り付けて測定する方法がある（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１８８４２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、一般的な上下水道プラントにおいては、その機器の振動を把握するために、その設備まで赴く必要がある。上水道プラントは、河川から取水した水を浄水場で浄水し、その水を各家庭や建物に提供するので、このようなプラントにおいて用いられる機器は、広い範囲に点在する。設備担当者がその設備の振動状況を個別に調査するには、コストや時間が要してしまう場合があった。従って、設備の異常によって異常な振動が発生したとしても、その状況をいち早く把握することが困難な場合があった。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、上下水道プラントにおいて容易に設備の異常を検知する異常監視システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の特徴は、上下水道プラントの各設備の異常を発見する異常監視システムに関する。本発明の特徴に係る異常監視システムは、上下水道プラントの設備に取り付けられ、当該設備の振動を電力に変換する振動発電素子と、振動発電素子から電力を取得する発電電力入力部と、発電電力入力部によって取得された電力の電力値と、設備の正常時の電力値と、を比較して、異常を判定する異常判定部と、異常診断部によって設備の異常が検知された場合、異常を発報する異常発報部とを備える。ここで、上下水道プラントの設備は、振動を生じる設備であることが好ましい。
【０００８】
また、発電電力入力部から取得された電力を、上下水道プラントの設備に入力し、または蓄電部に蓄積する電力制御部をさらに備えても良い。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、上下水道プラントにおいて容易に設備の異常を検知する異常監視システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る異常監視システムが用いられる上下水道プラントを説明する図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る上水道プラントの一部を説明する図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係る異常監視システムを説明する図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態に係る異常監視システムの処理を説明するフローチャート図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態に係る異常監視システムにおける異常を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。
【００１２】
本発明の実施の形態に係る異常監視システム１０は、上下水道プラント１における異常を検知するものである。まず図１を参照して、上下水道プラント１の概要を説明する。上下水道プラント１は、主に、上水道プラント２と下水道プラント３を備える。
【００１３】
上水道プラント２は、飲料その他に用いる上水を、各家庭や各建物に供給するためのプラントである。上水道プラント２は、取水場２１、浄水場２２、ポンプ場２４、配水池２５および上水管路網２６を備える。上水管路網２６は、配水池２５の上水を、各家庭、各建物等に供給するための配管である。取水場２１は、河川４から水をくみ上げ、上水道プラント２に供給する。上水道プラント２において、浄水場２２が、河川４からくみ上げられた水を、殺菌および消毒により浄化する。浄水場２２において浄化された上水は、ポンプ場２４に設置されたポンプによって、配水池２５に供給され蓄積される。配水池２５に蓄積された上水は、上水管路網２６を介して各家庭や各建物に供給される。
【００１４】
下水道プラント３は、住宅の台所・風呂場や、工場などから流れ出る汚水を浄化して、河川４に流したり、降雨や積雪などの雨水を集めて河川４に流すプラントである。下水処理場３１、ポンプ場３２および下水管路網３３を備える。下水管路網３３は、各家庭や各建物で発生した汚水や雨水を、下水処理場３１に集めるための配管である。下水管路網３３は、汚水を流す管路網と、雨水を流す管路網とに別れている場合もあるし、一緒になっている場合もある。ポンプ場３２のポンプによって、汚水や雨水を下水処理場３１に集める場合もある。
【００１５】
次に図２を参照して、本発明の実施の形態に係る上水道プラント２の一部を詳述する。浄水場２２は沈殿池２０１、ろ過池２０２、浄水池２０３およびポンプ２０４を備える。沈殿池２０１には、河川４からくみ上げられた水にポリ塩化アルミニウムなどの薬品と反応させた水が、貯められる。この反応により、河川４からくみ上げられた水に含まれる濁質などの不純物は、フロックに凝集される。フロックは、数ミリ程度の大きさである。この大きさは、沈殿池２０１において沈殿しやすい大きさである。沈殿池２０１において、投入された薬品やフロックの大部分が沈降し、汚泥として回収される。その後、ろ過池２０２において、沈殿池２０１で除去できなかった不純物を砂でろ過する。このとき、ろ過池２０２以降のプロセスで、漂白効果や殺菌効果のある薬品や、殺菌効果のある紫外線ランプ等により、水中の殺菌を死滅させて、浄水池２０３に供給する。浄水池２０３に蓄えられた水は、ポンプ２０４を介して、配水池２５に供給され、配水池２５からさらに各家庭や各建物に供給される。
【００１６】
ここで、図２に示すように、浄水場２２において、沈殿池２０１およびろ過池２０２は複数備え、複数の系統で水を浄化し、浄水池２０３に供給しても良い。また、上水システム２は、複数の配水池２５を備えても良い。例えば、配水池２５ａから配水池２５ｂおよび配水池２５ｃに、ポンプ２４ａを用いて、浄水を供給しても良い。
【００１７】
このように、上下水道プラント１は、様々な設備を備える。これらの各設備を駆動させるために、発電機や、電動機などが設けられている。さらに各設備間は、水を供給するための配管を備える。
【００１８】
本発明の実施の形態に係る異常監視システム１０は、このような上下水道プラント１に用いられる。異常監視システム１０は、図１および図２には図示しないが、上下水道プラント１に用いられる計器類の情報を集中管理し、上下水道プラント１の異常の発生を検知する。本発明の実施の形態に係る異常監視システム１０は特に、上下水道プラント１の発電機、電動機、配管など、振動が発生する設備の異常を検出する。
【００１９】
図３を参照して、本発明の実施の形態に係る異常監視システム１０を説明する。本発明の実施の形態に係る異常監視システム１０において、上下水道プラント１に設けられた設備に、振動発電素子５１、５２、５３が設置されている。各振動発電素子５１、５２および５３により発生された電力は、制御装置１００に入力される。
【００２０】
振動発電素子は、振動により電力を発生させる素子である。振動発電素子として、圧電式、電磁誘導式、静電誘導式が挙げられる。圧電式の振動発電素子は、材料が振動によって変形する際に発生する電位差による発電するものである。電磁誘導式の振動発電素子は、振動により生じる電磁誘導により発電するものである。静電誘導式の振動発電素子は、振動により生じる静電誘導により発電するものである。本発明の実施の形態において用いられる振動発電素子は、どのような方式によって発電するかは問わない。
【００２１】
振動発電素子５１、５２および５３は、振動を生じる設備に設置される。図３に示す例において、振動発電素子５１は、それぞれポンプ２４ａ、２０４ａおよび２０４ｂなどのポンプに設置される。振動発電素子５２は、発電機２００に設置される。振動発電素子５３は、図１で説明した配管２６および３３などの配管に設置される。
【００２２】
ポンプは、上下水道プラント１において、各設備間をつなぐ配管に水を供給するために用いられる。ポンプは、電動機により駆動される。図３に示す例においては、図１および図２を参照して説明したポンプ２４ａ、２０４ａ、２０４ｂ等に、振動発電素子５１ａ、５１ｂおよび５１ｃ等が、設置される。ポンプ２４ａ、２０４ａおよび２０４ｂは、電動機２４１ａ、２４１ｂおよび２４１ｃのそれぞれによって駆動される。
【００２３】
ポンプ２４ａ、２０４ａおよび２０４ｂが駆動すると、電動機２４１ａ、２４１ｂおよび２４１ｃと、ポンプ２４ａ、２０４ａおよび２０４ｂと、が振動する。これに伴い、ポンプに設置された振動発電素子５１も振動する。振動発電素子５１は、この振動を電力に変換して、制御装置１００に入力する。図３に示す例においては、一つのポンプに一つの振動発電素子が設置されているが、一つのポンプに複数の振動発電素子を設置しても良いし、電動機にも振動発電素子を設置しても良い。上下水道プラント１が複数のポンプおよび電動機を備えている場合、それぞれの設備の異常を検出可能とするため、個々のポンプおよび電動機に振動発電素子を設置することが好ましい。
【００２４】
発電機２００は、上下水道プラント１の設備で用いられる電力を発生させる。図３に示す例においては、発電機２００は、図１を参照して説明した取水場２１、浄水場２２、ポンプ場２４、下水処理場３１、ポンプ場３２などの水処理施設に設けられた設備に電力を供給する。
【００２５】
発電機２００が駆動すると、発電機が振動するとともに、発電機２００に設置された振動発電素子５２も振動する。振動発電素子５２は、この振動を電力に変換して、制御装置１００に入力する。図３に示す例においては、一つの発電機に一つの振動発電素子が設置されているが、一つの発電機に複数の振動発電素子を設置しても良い。上下水道プラント１が複数の発電機を備えている場合、個々の発電機に振動発電素子を設置することが好ましい。
【００２６】
配管は、上下水道プラント１において、各設備間で水を供給するために用いられる。図３に示す例においては、図１を参照して説明した上水道管路網の配管２６および下水道管路網３３の配管３３に、振動発電素子５３ａおよび５３ｂがそれぞれ設置される。
【００２７】
配管２６および３３に水が供給されると、配管が振動する。配管そのものが振動する場合もあるし、配管に接続されたポンプ２４等の振動が配管に伝わることにより配管が振動する場合もある。配管２６および３３の振動に伴い、配管に設置された振動発電素子５３も振動する。振動発電素子５３は、この振動を電力に変換して、制御装置１００に入力する。一つの配管に一つの振動発電素子が設置されても良いし、複数の振動発電素子が設置されても良い。また、上下水道プラント１の各配管に、振動発電素子を設置することが好ましい。さらに、ポンプの振動をより検知しやすいように、配管上の、よりポンプに近い位置に振動発電素子を設置することが好ましい。
【００２８】
次に、図３を参照して、本発明の異常監視システム１０における制御装置１００を説明する。
【００２９】
制御装置１００は、発電電力入力部１１０、異常診断部１２０、電力制御部１３０およびプラント監視部１９０を備える。ここで、プラント監視部１９０は、一般的な上下水道の異常監視手段である。プラント監視部１９０は例えば、上下水道プラント１の各設備に設けられた計器類の数値を取得して、異常が発生したか否かを検知する。
【００３０】
発電電力入力部１１０は、上下水道プラント１の設備に設置された各振動発電素子から、電力を取得する。発電電力入力部１１０は、取得した電力を電力制御部１３０に入力する。さらに発電電力入力部１１０は、取得した電力を電力値に変換して、その電力の取得元の振動発電素子の識別子と、その電力値とを対応づけて、異常診断部１２０に入力する。
【００３１】
異常診断部１２０は、異常判定部１２１と異常発報部１２２とを備える。
【００３２】
異常判定部１２１は、発電電力入力部１１０によって取得された電力の電力値と、設備の正常時の電力値と、を比較して、異常を判定する。異常判定部１２１は、振動発電素子の識別子ごとに判定する。従って、異常判定部１２１は、振動発電素子の識別子ごとに、正常時の電力値のサンプリングデータを記録している。
【００３３】
異常判定部１２１は、発電電力入力部１１０によって逐次取得される電力値を、サンプリングして、時間による電力値の推移を取得する。さらに異常判定部１２１は、正常時の電力値のサンプリングと比較して、取得された電力値のサンプリングとの差分が、閾値以上である場合、異常と判定する。
【００３４】
異常判定部１２１は、例えば、サンプリングした電力値の振幅と、正常時の振幅との差分が、所定の閾値より大きい場合、振幅エラーと判定する。また、異常判定部１２１は、サンプリングした電力値の周波数と、正常時の周波数との差分が、所定の閾値より大きい場合、周波数エラーと判定する。
【００３５】
また、異常判定部１２１が、電力を元に異常を判定する場合を説明したが、電圧、電力量など、電力に関するその他の指標で異常を判定しても良い。
【００３６】
また、異常判定部１２１は、正常波のサンプリングを格納することなく、正常な時の、振幅や周波数の上限閾値および下限閾値のみを格納していても良い。異常判定部１２１は、取得した電力値が、上限閾値および下限閾値の範囲外の場合に、エラーを判断しても良い。また、所定期間の電力値の平均を算出し、その平均が上限閾値および下限閾値の範囲外の場合に、エラーを判断しても良い。
【００３７】
異常発報部１２２は、異常判定部１２１から、取得された電力値が異常であると判定された場合、その旨を発報する。この発報は、制御装置１００に接続された警報ランプを点す方法や、制御装置１００に接続された表示装置に、異常と判定された旨と、その異常と判定された振動発電素子の識別子と、を表示する方法などが考えられる。
【００３８】
電力制御部１３０は、電力利用部１３１を有する。電力利用部１３１は、発電電力入力部１１０により入力された電力を、ほかの設備の動力にし、または、蓄電池等の蓄電部に蓄積する。これにより、設備の振動により生じた振動エネルギーを、電気エネルギーとして活用することができる。
【００３９】
図４を参照して、本発明の実施の形態に係る異常監視方法を説明する。
【００４０】
まずステップＳ１０１において、発電電力入力部１１０は、振動発電素子から電力が入力されるのを待機する。電力が入力されると、ステップＳ１０２において、異常判定部１２１が、入力された電力の電力値をサンプリングする。
【００４１】
ここで、ステップＳ１０３において異常判定部１２１は、電力値のサンプリングが異常であるか否かを判定する。異常判定部１２１は例えば、現時点から所定時間遡った電力のサンプリングを取得し、正常時のサンプリングと比較する。
【００４２】
ステップＳ１０３において異常と判断された場合、ステップＳ１０４において異常判定部１２１は、異常である旨を異常発報部１２２に入力し、異常発報部１２２は、異常を発報する。
【００４３】
一方、ステップＳ１０３において異常と診断されなかった場合で、かつ、ステップＳ１０５においてこの処理を終了しない場合、ステップＳ１０１において、次の電力が入力されるのを待機する。
【００４４】
図４に示す例においては、電力が入力されるたびに異常か否かを判断する場合について説明するが、電力の入力とは非同期に、判断されても良い。例えば１日に一度などの一定時間間隔で、異常か否かが判断されても良い。
【００４５】
図５を参照して、本発明の実施の形態において、異常判定部１２１が異常と判断する２つのパターンを説明する。図５は、横軸を時間、縦軸を電力Ｐとして、所定の振動発電素子の電力のサンプリングを示している。ここで、正常波Ｗは、その振動発電素子が設置された設備に異常が発生しない場合の電力値がサンプリングされた波形である。この正常波Ｗは、設備が正常な場合に、予めサンプリングされて制御装置１００内に格納される。
【００４６】
振幅エラー波Ｗ１は、正常波Ｗと同じ周波数を有するが、その振幅が正常波Ｗより大きい。振幅エラー波Ｗ１の振幅と正常波Ｗの振幅との差分が、所定の閾値を越える場合、異常判定部１２１は、振幅エラーと判断する。
【００４７】
周波数エラー波Ｗ２は、正常波Ｗと同じ振幅を有するが、その周波数が正常波Ｗより小さい。周波数エラー波Ｗ２の周波数と正常波Ｗの周波数との差分が、所定の閾値を越える場合、異常判定部１２１は、周波数エラーと判断する。
【００４８】
このような本発明の実施の形態に係る異常監視システムによれば、各設備に振動発電素子を設置し、設備の振動に伴って振動発電素子が振動することによって得られる電力を制御装置１００が取得することにより、遠隔に設置された設備の異常を検知することができる。これにより、設備担当者が設備に赴く頻度を低減させることができ、上下水道プラントにおけるコストを削減することができる。
【００４９】
また、振動発電素子から電力を逐次取得しサンプリングすることにより、その電力値の傾向によって異常か否かを診断できる。従って、動作エラーなどにより瞬間的に、振動発電素子から大幅に乖離した電力が取得された場合でも、適切に異常診断をすることができる。
【００５０】
また、振動発電素子から取得した電力を他の設備などに利用することにより、上下水道プラント全体で、電力を有効活用することができる。
【００５１】
このように、本発明の実施の形態に係る異常診断システムは、上下水道プラントにおいて容易に設備の異常を検知することができる。
【００５２】
（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなる。
【００５３】
例えば、既存の異常診断システムに、本発明の実施の形態に係る異常診断方法を適用しても良い。
【００５４】
本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
【符号の説明】
【００５５】
１  上下水道プラント
２  上水道プラント
３  下水道プラント
４  河川
１０  異常監視システム
２１  取水場
２２  浄水場
２４  ポンプ場
２５  配水池
２６  上水管路網
３１  下水処理場
３２  ポンプ場
３３  下水管路網
５１、５２、５３  振動発電素子
１００  制御装置
１１０  発電電力入力部
１２０  異常診断部
１２１  異常判定部
１２２  異常発報部
１３０  電力制御部
１３１  電力利用部
１９０  プラント監視部
２００  発電機
２０１  沈殿池
２０２  ろ過池
２０３  浄水池
２０４  ポンプ
２４１  電動機
【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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