(57)【要約】【課題】  淨化水供給施設の監視及び制御ネットワークシステム【解決手段】  原水よりの淨化工程及び配水経路を備えた浄水供給施設に於いて、原水採取口より使用先端口に至る全過程に関し、維持管理上必要と位置付けた管理事項を常時監視し、それら取得データをデータファイルサーバーに蓄積し、該蓄積データを基に設備を管理し、異常事態が想定される前兆を察知し対処手段を提案する如く設営した制御システムで、最適対処内容を選別の上起令し、これに連動して起生する変動の一切を収斂完結せしめて施設機能の回復正常化と保全を全うする淨化水供給施設の監視及び制御ネットワークシステムである。  コンピューターを駆使した工業的な自動装置に組み込む事が可能で、本発明のシステムにより遠隔メンテナンスが安定に実現可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一系列の淨化水の配水経路に於いて、原水採取口より使用先端口に至る全過程に関し維持管理上必要と位置付けた管理事項を常時監視し、それら取得データをデータファイルサーバーに蓄積し、該蓄積データを予め定めた独自基準データベースに基づく制御思想に照し、異常事態が想定される前兆を察知し対処手段を提案する如く設営した制御システムで、最適対処内容を選別の上起令し、これに連動して起生する変動の一切を収斂完結せしめて施設機能の回復正常化と保全を全うする事を特徴とする淨化水供給施設の監視及び制御ネットワークシステム。
【請求項２】
該維持管理上必要と位置付けした諸事項として、各種物理量として示される移動水の流量値、ポンプ圧力値、電気機器電流値および関連安全機器の挙動、濾過機器ユニット処理過程に於ける管理値、水質管理上の管理規制値、処理薬品を含むユーティリティ消耗材保持量などのいずれかを単独に或いは複合して対象とする事を特徴とする請求項１記載の淨化水供給施設の監視及び制御ネットワークシステム。
【請求項３】
該独自基準データベースとして、予測機能を有する学習型ナレッジデータベースに基づく対処手段と処置発動を起令出来る事を特徴とする請求項１ないし２記載記載の淨化水供給施設の監視及び制御ネットワークシステム。
【請求項４】
該予測機能を有する学習型ナレッジデータベースとして、残留塩素管理及び濾過膜の動態遷移を追求解析して予め定めた特定バーチャルイメージに即応して起令する如く設営せしめた事を特徴とする請求項３記載の淨化水供給施設の監視及び制御ネットワークシステ厶。
【請求項５】
該最適対処手段を選別するに際し、自動的にシステム自体が決定するか、或いは関係部署に助言を求めるかの何れかの選択手段を保持可とする事を特徴とする請求項１ないし４記載の淨化水供給施設の監視及び制御ネットワークシステム。
【請求項６】
該関連部署に通告方法として、無線通信、電話回線、専用回線、広域ＬＡＮ、インターネットなどとする事を特徴とする請求項１ないし５記載の淨化水供給施設の監視及び制御ネットワークシステム。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、飲料用水道原水として地下水、工業用水などを原水として処理して得た淨化水などを飲料水施設として活用するに際し、全過程に亘り無人管理或いは省力管理のもとに確実な飲料水供給を安定的に確保する自動監視並びに制御ネットワークシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】  従来、井戸水など飲料水を安定的な水量で確実に提供する為に、多大の努力が払われて来た。特に、安定的に水質と水量を確保するには、定期的な点検保守により井戸水汲上げ動力源の確認、原水槽センサーの確認、原水ポンプ動力の確認、濾過装置の確認およびメンテナンス、残留塩素（残塩と略称）の監視など細部に亘り主として人海戦術的に気が配られて来た。
このような煩雑な作業を軽減する科学的な手法の一つとして、膜分離を中心とする膜浄水技術が開発され普及が進んでいる。また、これら膜浄水方式は自動管理に馴染む技術としてテレメトリー化され一層の自動監視に貢献している。【０００３】  例えば、分散して存在する上下水処理施設の運転管理などに、メンテナンス専任者を配置せずに商用通信手段を介して情報の収集を図り、これに基づき運転管理機関に支援情報を伝達する方法が特開２００２−３５７３７号公報に紹介されている。
また、水処理業務として複数の水処理施設管理に電子通信手段を介して行う管理センターの提案例が特開２００２−３１６１４１号公報に紹介されている。
更に、特開２００２−６６５３３号公報によると排水処理の例で複数の処理装置の管理を設置業者担当毎の遠隔管理で行わず、蓄積データを直接インターネットサービスプロバイダーにて処理し、得られた情報をメンテ業者にインターネットを介して送信して遠隔管理する方式が示されている。【０００４】  特開２００３−１９４７９号公報には、遠隔地を含め複数水処理設備の計測データの通信手段を介しての収集、処理対応の必要順を判別し優先順位を設け対処する方法などが提案されている。
これらの提案技術は、総じて自動化される目的が運転状況のデータ連絡、或いは運転データと予め設定されたワーキングレンジとの比較に基づく警報システムを主目的としている。
例えば浄水設備に於いて、次亜塩素酸ソーダなどによる遊離塩素の供給など残塩濃度に依存するシステムに関し、異常発生時に担当者にいち早く緊急事態発生を通達し、現場への急行や立会いなど異常事態回避処置の実行やその後の確認など、善後処理に余儀なく相当の解決時間を要するなど多大の労力を必要としている。【０００５】  このように水道事業関係者にとって、先づ安定な殺菌作用を維持するために残塩の存在量を管理する立場上、常時極めて重大なリスクを抱えている事になる。このような緊急事態発生時に於いても、解決には専門的な知識を有する者による対応が必須となるために、例えば特開２００２−３５７３７号公報に支援体制の提案が示されている。
即ち、複数の対象施設の管理を目的に運転支援機関を設け、所定の情報をその支援機関に集約し、此れに基づく指令で活動できる専門的体制を主軸として対処する。この結果、専門家の不在による不利益を回避出来るとしている。【０００６】  更に、膜濾過浄水装置を組み込んだ浄水系に於いては、膜の目詰りによる膜濾過差圧（ΔＰ）の上昇、膜損傷による浄化水々質の悪化などが課題として取り上げられており、とりわけ膜損傷検知に関し多くの検討がなされて居る。
例えば、特開２００２−２２４５４４号には中空糸膜モジュールのリーク試験方法として、圧力の変化を活用して行う例が示されてる。
以上に説明した現状は、いずれも異常時に於いては各種の手段を通じて警報を通達する方法を考慮している点で共通するが、システム自体として問題解決に対する継続的なフオローとその完結点まで関与し確認する迄には至っていない。
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  以上の様な状況を対象に、これらの問題点を解決する為にはコンピューター機能の進化を高め、技術的に介入して解析出来る如く学習させる点、更にこの機能を駆使して対象管理設備群を安定して管理し、既に稼動中の浄水設備にも適応可能で且つ新規な設備に対応出来るシステムの提供を目的とした。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  本発明者等は、このような観点から上記目的を達成するため鋭意研究し、ここで求められるコンピューター機能の合目的改善に関し、本願システムでは異常事態の予測を知識集約型・学習型データベースを基にして形成されたナレッジデータベースを構築し、此れを中央制御指針として処理する改善により達成出来ることを確認し本発明に到達した。
【０００９】  即ち、本発明の要旨とするところは、少なくとも一系列の淨化水の配水経路に於いて、原水採取口より使用先端口に至る全過程に関し維持管理上必要と位置付けた管理事項を常時監視し、それら取得データをデータフアイルサーバーに蓄積し、該蓄積データを予め定めた独自基準データベースに基づく制御思想に照し、異常事態が想定される前兆を察知し対処手段を提案する如く設営した制御システムで、最適対処内容を選別の上起令し、これに連動して起生する変動の一切を収斂完結せしめて施設機能の回復正常化と保全を全うする事を特徴とする淨化水供給施設の監視及び制御ネットワークシステムにある。
【００１０】  ここに少なくとも一系列の淨化水とは、地下水や伏流水或いは工業用水などの飲料水製造可能な水源を供給元とし、これらの原水を処理して得る飲用可能な高度処理水を含む浄化水の一系列或いは複数系列を広く指している。
また、更にこの浄化水には自治体などにより供給される上水など、必要に応じ飲料水として混合使用可能な水をも含むものである。
【０００９】  これらの飲料水を各種需要箇所に配管供給するには、特に制限は無く通常の配管方式による。従って、本願で言う原水採取口より使用先端口に至る全過程に関し維持管理上必要と位置付けた管理事項を常時監視する為には、必要とする各種のセンサー並びにこのセンサーに基づく作動拠点を設ける事が必要である。
これらを基にして経路内の飲料水状況をコントロールするもので、取り付けるセンサーの種類及びコントロール方法に特別な制限を設ける必要はない。
例えば、残塩濃度を監視するには代表的な手法として、配管中に残留塩素計を設置し管理範囲を設定し其の残塩濃度を連続して検出し水質をコントロールする方式、或いは残留塩素計に代え酸化還元電位を検出して残塩量を検量しコントロールする方式、更にはタイマーを組み込み一定時間経過毎に管内の残留水を循環、或いは再処理する方式などが考えられる。
【００１０】  本発明に於いて、上記した各種のセンサー並びにこのセンサーに基づく作動拠点における採取データ或いは挙動は、これらを基に起令した行動の結果をも含めデータフアイルサーバーに蓄積される。
即ち、これらデータファイルの内容は、必要に応じ本願で言う予め定めた独自基準データベースに組み込まれ、更に対象とするプラントなどのランニングに基づくケースワークの結果を有効に活用することが出来、独自基準データベース内容を自動的或いは意図的に成長せしめるもので、本願の特徴とする知識集約型・学習型ナレッジデータベースの形成が可能となる所以である。
このような方式により集約され形成されたノウハウは、更にこの情報に基づき起令される全ての行動とその結果をも含めてフィードバックされて、以後の異常事態の前兆を察知し対処手段を提案するナレッジデータベースとしては完全を期すものである。
【００１１】  本願で、維持管理上必要と位置付けした諸事項として、各種物理量として示される移動水の流量値、ポンプ圧力値、電気機器電流値および関連安全機器の挙動、濾過機器ユニット処理過程に於ける管理値、水質管理上の管理規制値、処理薬品を含むユーティリティ消耗材保持量などを通常の管理事項として居り、これらは単独に或いは複合して対象とする事が出来る。
これら本願で指称する項目は、本願の発明内容を限定するものでは無く、プラント運転の結果、管理項目を増減する事が有り得る。
【００１２】  特に、濾過機器ユニット処理過程に於ける管理値、水質管理上の管理規制値として重要な位置付けとなる濾過膜の動態遷移を追求解析することにより、各種濾過膜の実運転に於ける機能の管理限界を見出し、機能喪失の最終段階に到達する以前の予測段階にて必要なアクションを可能と出来る特定のバーチャルイメージの創設に到達出来る。
本発明で使用する濾過膜は、微細孔濾過膜を主体とした濾材で構成されており、その濾過膜の代表として有機膜では、ポリスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリルなどの素材を使用し、０．０５ないし０．３ミクロンの微細孔を有する各種中空糸膜やメンブレン膜などである。
【００１３】  本願発明で、対処手段を提案する如く設営し最適対処内容を選別の上起令するに際し、自動的にシステム自体が決定するか、或いは関係部署に助言を求めるかの何れかの選択手段を保持可とすることが特徴である。
即ち、コンピューターのシステムとして、予め設営された対処方式を提案可能であるが、必要に応じ起令する前に更にチェックすることが可能である。
このことは、特別の対処方式の導入や新規なアイデアを盛り込んだ方式を導入出来る利点を有する。
またこの際、関連部署への通告方法として、例えば無線通信、電話回線、専用回線、広域ＬＡＮ、インターネットなどとする事が出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】  以上に述べた本発明の淨化水供給施設の監視及び制御ネットワークシステムをその代表例の構成を示すと図１のとおりである。
図１は、淨化水の配水経路に於いて、原水採取口より使用先端口に至る全過程に関し遠隔維持管理する本発明の管理システムの構成例を示すものである。
図１の例に於いて、遠隔地に在る水道施設（１）の管理基地として施設諸機能に設置された計測機器や各種センサーを通じて設備機器の運転状況と管理事項のデータ把握を行い、これを現地コンピュータに収集する。現地コンピュータのデータは適切な通信手段を介し中央制御装置内のデータフアイルサーバに蓄積される。これらの蓄積データは、一定の基準に基づき解析処理されてナレッジデータベースに加工変換され収納される。【００１５】  ナレッジデータベースには、特定の技術ユニットの管理に必要な数値、変動要因に基づく基本関数式、温度・時間経過・時刻或いはｐＨなどの環境変化などによる補正式、管理値の限界とその許容幅、数値管理の傾向より得るデータ移行の傾向と異常事態判断のタイミング、異常事態判断時に於ける処置起令プログラムなどが常時入力され待機状態で保持される。
しかし、これらナレッジデータベースは固定されてはならず、常時進化してこそ意義が有る。このために、インターネットなどの通信手段を介し中央制御装置のデータファイルサーバーに蓄積された新規データを再処理し、知識集約・学習型の新規ナレッジデータベースデータとして逐次修正更新される。
即ち、原水の浄水から配水に至る全工程経路で維持管理上必要となる管理項目を常時監視し、それらの実データは通信手段の活用によりナレッジデータベースに取入れ蓄積し、また一方では管理項目について予め定めた独自基準をも、新規基礎データの成長により進化させ、ひいては制御レベルの向上したデータベースによりコントロールすることが可能となる。【００１６】  知識集約・学習型データベース（ナレッジデータベース）は維持管理上必要と位置付けした管理事項に関係する使用条件、使用環境、使用機器の情報等の諸要件との関係と、補正条件及び運転管理範囲を予め登録し、各管理項目の時々刻々のデータを予め定める標準条件における補正値に変換するとともに、時系列的に予測される運転管理範囲（ワーキングレンジ）からの逸脱時点を異常発生時点として発信すると共に対応手段を選択し処置起令するものである。
知識集約・学習型データベース（ナレッジデータベース）は設備機器の物理的仕様、その性質、その管理条件、設置場所の土壌水質環境、利用者の習慣、生活環境の変化を反映して構築されたデータベースである。即ち水道浄水・配水工程制御において云うナレッジデータベースの内容として、たとえば以下のようなものを例示することが出来る。【００１７】  ▲１▼殺菌剤として利用する次亜塩素酸ソーダより遊離塩素分の発生方法、投入方法、投入手順、投入量制御などの仕様
▲２▼地下水を原水とする水道の場合、地層構造と強度、酸性度、汲上げポンプの設置深度、送水パイプの劣化曲線等
▲３▼水質の酸性／アルカリ性度、その他の独自性質
▲４▼水の用途とそれに対応出来る水質項目の内容
▲５▼繁華街等大口向け常時平均的利用の状態、住宅街による夜間使用量の低下（無使用）等特殊状態の把握等
▲６▼集中稼動による場合の時間あたりの必要水量と一般利用時間帯における水量の変化等
▲７▼設備機器が持つ物理的最大／最小機能範囲、使用条件、設備機器の仕様等
▲８▼法規制による利用範囲、使用許可範囲等
▲９▼最適な対応策を自己判断の上、自動的に実施する為の情報として、設備機器からの情報の時間経過による電気／電圧／水圧及び水位、水質等の状態移変を適切な数式を用いて状態遷移方向としてデジタルに推測するシステム、或いは異常の進行速度を測り、ナレッジデータベースに登録された諸条件と対応して処理し、処置発動の優先順位及びそのフィードバックを行うシステム等【００１８】  かくして中央制御装置を中心とした現場運転維持管理項目の異常予知と対応処置が即時に行われ、関係者の確認作業も即時可能になった。さらに、異常事態が想定される前兆を発見した時点にて薬品類を含む保守部品の不足があっても、異常事態発生が事前に察知連絡されるので薬品類を含む保守部品の不足による運転不具合発生のリスクを回避することができる。
この具体的実施状況を図２により残塩量のコントロールについて説明する。
残塩量の動態的変化を捉え、これを基に異常事態とするか或いは異常事態が想定される前兆とするかの判断過程をも含め、本発明のナレッジデータベースに収納する例を具体的に以下に例示する。【００１９】  例えば、次亜塩素酸ソーダによる消毒（滅菌）について例示すると、水質が微アルカリ性域では次亜塩素酸ソーダによる遊離塩素の殺菌性が急激に小さくなるために、系のｐＨコントロールを酸性側に戻す必要が有る。
一方、殺菌のための残塩量が多すぎると飲料水の味に影響を及ぼし、また少なすぎると殺菌効果が得られず水の安全性面で問題となる。
更に、アンモニア成分が多い場合、塩素はアンモニアと反応しクロラミンを生成することから塩素臭が発生する。鉄分・マンガン分が多い水質では次亜塩素酸ソーダ、二酸化塩素共に消費向上が起生する。
これらの情報を基に次亜塩素酸ソーダ等の理想的な注入量の範囲、法令による規制制限範囲、水質の時間経過による殺菌効率の低下曲線、発生・注入後の時間経過による回復曲線等を登録する必要がある。【００２０】  また、実績による殺菌効果曲線を作成・記録し、取り込んだ最新のデータを分析することもある。情報項目は各種センサ情報、モータトルク、電流電圧、水圧、水量等、現場制御装置より入手可能な情報と事前に入手した運転管理範囲（ワーキングレンジ）、公共基準値、情勢に即した各種補正式・計算式を作成し修正に対処する。又、本発明のナレッジデータベースを使用した次亜塩素酸ソーダによる消毒（滅菌）では、時間帯による補正をも行ない、処理水の需要低下時間帯（夜間、早朝）では水槽内滞留時間の関係で残留塩素計が残塩量不足を表示する場合にも配慮する。【００２１】  図２により本願発明に於いて用いた手段の具体例を示すと、実液浄化のランニング状態で所定の注入箇所に約１２％の次亜塩素酸ソーダ液（次亜と略称する）を注入するに際し、同図上で縦軸に残塩濃度（次亜の浄水中濃度を略称して示す）を、横軸に設定時の所定次亜量を注入しながら変動する残塩経過時間を夫々採り、残塩濃度変化の移行状態を示すものである。
本図２に於いて示される状況は、異常事態対処起点（残塩状態変化線とＬ−Ｌ‘線の交点）に到達する３時間前よりの残塩量変化を常時把握して追跡し、異常事態発生時には該対処時点にて次亜の注入量を増量し、その後の変化を追跡し残塩濃度が目標範囲内にて安定するまで自動観察し対処を続けるものである。
残塩濃度の規制としては、同図に於いて示す規定値と理想値を制御の想定範囲と定めて対応する。【００２２】  しかし、水槽内の滞留時間に主因を発する遊離塩素不足の場合には、次亜塩素酸ソーダの単なる追加注入処置では無く、給水槽での水量の推移の監視、次亜塩素酸ソーダの注入量、原水ポンプの作動記録、時間帯のチェック、利用者の習慣、生活環境からの学習情報及び遊離塩素態の殺菌剤が停滞する水中での殺菌効果の変化等複数の項目を総合的に判断し、水の循環による残塩濃度低下防止対策として綜合的な処置を行う事も可能である。
即ち、水の循環による残塩濃度低下防止対策は、受水槽から再度処理水槽又は原水槽に水を戻す循環機能を利用する方法で、受水槽側に取付けたモータに起動を要求することで水の循環を開始し、特別に次亜塩素酸ソーダを投入する必要もなく、且つ人手を要せずに処置が可能で、その上水の入れ替えをも必要としない。【００２３】  以下、実施例にて図１を援用しながら本発明を説明する。
【実施例】  実施例１
地下水を汲み上げ、所定の次亜塩素酸ソーダ液（１２％）添加した後、砂ろ過する。次いで阻止孔径０．１μｍの精密ろ過膜で除菌及び追加除濁し、最後に次亜塩素酸ソーダの残留量が０．８ｍｇ／Ｌになるように管理して受水槽に送る日量４００トンの専用水道を設営した。
この施設において、砂ろ過出口と受水槽内の残塩濃度を連続的に残塩計（横河電機製ＦＧ４００Ｇ）で測定し、そのデータを図１の水道施設（１）のコンピューターで処理し、通信手段（３）としてインターネットを介して中央制御装置（２）であるインターネットサービスプロバイダーのデータファイルサーバーに送った。
これらのデータは、予めインターネットサービスプロバイダーのナレッジデータベースに蓄積され周辺情報と共にコンピューターで処理されている。
次いで処理結果は、コンピューターから通信手段（２）のインターネットを介し現地の水道施設である専用水道施設のコンピューターに送られて処理され水道施設の制御に活用され安定に運転がなされた。【００２４】  本発明に云う管理項目データの蓄積データベースへの連絡、関連部署への連絡方法は、インターネットの他無線通信、電話回線、専用回線、広域ＬＡＮ等を使用することができる。
尚、本発明に云うデータファイルサーバー、中央制御装置は現場に設置する他中央監視センター或いは外部のインターネットサービスプロバイダーに置いても良い。
本発明にて対象とする淨化水供給施設とは、河川表流水、ダム水、湧き水、地下水、工業用水道水、貯留雨水等を原水とする水道事業一般の施設を指すが、とりわけ小規模で実施されている簡易浄水、専用水道などの小規模水道事業に対し効果が大である。しかし、特に本発明を限定するものではない。又水道における浄水・配水工程には、水道原水の取水から使用蛇口までの工程全般を含み、さらには例えば地下水を水源とする水道では地下水の汲み上げから浄化水貯留槽迄の全工程を含むものである。
【発明の効果】
【００２５】  本発明は、実施例として例示したとおり原水よりの浄水及び配水工程において、殺菌剤或いは消毒剤としての残念濃度管理、飲料水としての水質保持に重要な濾過装置のメンテナンス及びあらゆる管理の他、その他の浄水・配水工程各工程に於ける水の流量値、ポンプ圧力値、電気機器電流値、及び関連安全機器の挙動、膜ろ過以外のろ過機器ユニットの差圧及び処理流量等の管理値、水質管理項目の自動検査、使用される処理薬品保持量等の管理に対処出来る。
【００２６】  一方、本発明では工程の異常の予知と対策、周辺情報の把握を加味した正確な異変察知により、水道事業遂行上のリスクが大幅に軽減する事が出来る。
この事は、多くの従事者を常時配置出来ない小規模水道事業者に対し特に有効であることは云うまでも無く、実運転中の設備機器からのデータ情報をナレッジデータベースに取り込み、状態遷移により予測される異常事態に対しても事前に自判出来る点で、最適な保全手段が常時活用出来異常事態を回避する点に特徴を有する。
本発明は、これらの優れた機能を常時活用出来る点で水道浄水・配水システムの革命を果たし、常時断水を行うこと無しに安定的な水量・水質を提供し、部品・薬品の余剰在庫解消、無理のない人員の配置と保守作業のスケジュール化等が可能になる面で画期的な効果を奏し、本発明の工業的効果は極めて著大であるものと確信する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例で、淨化水供給施設の監視及び制御ネットワークシステムの全体の態様を模式的に示したもので有る。
【図２】  本発明の実施例で、その内で残塩管理の方式を例示したデータの一例を示したものである。
【符号の説明】
１        水道施設
２        中央制御装置
３        通信手段
４        施設管理者
Ｌ〜Ｌ’  残塩濃度管理線
【図１】
2005074418.tif 000003
【図２】
2005074418.tif 000004