(57)【要約】【課題】  配水管網の変更や運用条件の変化に応じて運用ルールを規定するパラメータが自動的に更新されるようにして、オペレータの日常業務の負担を大幅に軽減した配水管網制御装置を提供する。【解決手段】  本発明の配水管網制御装置は、実績データベース１ｅに蓄積されている実績データ、およびパラメータ設定装置２から与えられるパラメータの初期値を入力し、これらのデータに基づいて配水管網Ｎの運用ルールを規定する各種パラメータが最適値となるように自動的に更新し、これを運用知識データベース１ａに反映する運用ルール学習手段１ｂを設け、これによって新たな運用ルールを自動的に作成できるようにしている。【選択図】        図１
2005050181.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
配水管網から収集される実績データを入力する入力装置と、配水管網の運用ルールを規定するパラメータなどを設定入力するパラメータ設定装置と、上記入力装置およびパラメータ設定装置から与えられるデータに基づいて配水管網の各制御地点に配置されているバルブ装置を制御する制御目標値を算出する演算処理部と、この演算処理部で得られた制御目標値を上記配水管網のバルブ装置に対して出力する出力装置とを備え、上記演算処理部は、上記配水管網の制御地点の操作量とこれに伴う所要地点における水圧変化等の関係をルール化してなる運用ルールとともに、プラント特性データや運用パターンデータが格納されている運用知識データベースと、上記入力装置を介して取り込まれる実績データを蓄積する実績データベースと、上記運用知識データベースおよび実績データベースに基づいて上記制御目標値を算出する演算手段と、を備えてなる配水管網制御装置において、
上記実績データベースに蓄積されている実績データ、および上記パラメータ設定装置から与えられるパラメータの初期値を入力し、これらのデータに基づいて配水管網の運用ルールを規定する各種パラメータを自動的に更新し、これを上記運用知識データベースに反映する運用ルール学習手段を設け、これによって新たな運用ルールを自動的に作成することを特徴とする配水管網制御装置。
【請求項２】
上記演算処理部により算出される制御目標値をガイダンス表示する制御ガイダンス表示装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の配水管網制御装置。
【請求項３】
上記演算処理部により算出される制御目標値が予め設定された規定範囲内にあるか否かを判断し、規定範囲内にある場合に限り上記制御目標値を上記出力装置に与える自動制御判断装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の配水管網制御装置。
【請求項４】
上記演算処理部により算出される制御目標値をそのデータ出力時刻に対応させて時系列的に保存してその保存データを配水管網管理スケジュールとして表示するとともに、該当するデータ出力時刻になるたびに上記制御目標値を上記出力装置に与えるスケジュール制御表示装置を備えることを特徴とする請求項１または請求項３に記載の配水管網制御装置。
【請求項５】
上記スケジュール制御表示装置で保存されている配水管網管理スケジュールの内容を変更するメンテナンス装置を備えることを特徴とする請求項４に記載の配水管網制御装置。
【請求項６】
前記出力装置から出力される制御目標値と、前記入力装置に入力される実績データとを比較し、両者の差が予め決められた規定範囲から外れている場合や制御目標値の出力不可を検出した場合には警報を発する監視手段を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の配水管制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上水道の配水管網において配水管内の圧力や流量を最適な値に制御するための配水管網制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の配水管網制御装置においては、配水管網を構成する各配水管内の圧力や流量を常に最適な値に制御するために、配水管網の状態や運用条件を加味した過去の運用知識データベースを用いて運用ルールを構築し、その運用ルールに基づいて最適な制御運用方法を自動的に導き出し、オペレータの運用支援を実現するようにしている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特許第２５７５４５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の特許文献１に記載されているような従来の配水管網制御装置にあっては、配水管網の状態や運用条件を加味した運用知識データベースは、一旦、データ登録されるとそのデータを新たに設定登録しない限り固定されたままであって、自動的に更新されることはない。
【０００５】
したがって、配水管網の状態や運用条件が変更されたときには、その変更に応じて運用知識データベースを更新する必要が生じる。すなわち、運用知識データベースを常に最新の状態に保つ上で、オペレータは、配水管網が変更されたり運用条件が変更されたりすると、その都度、運用ルールを規定するためのパラメータを新たに設定入力する必要がある。このため、オペレータに過剰な負担を強いるとともに、余分な保守費用がかかるといった課題が残されている。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、配水管網の変更や運用条件が変化した場合には、これに応じて運用ルールを規定するパラメータが自動的に最新のものに更新されるようにして、オペレータの日常業務の負担を大幅に軽減するとともに、保守費用の削減が可能な配水管網制御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】
【０００７】
本発明は、上記の目的を達成するために、配水管網から収集される実績データを入力する入力装置と、配水管網の運用ルールを規定するパラメータなどを設定入力するパラメータ設定装置と、上記入力装置およびパラメータ設定装置から与えられる入力データに基づいて配水管網の各制御地点に配置されているバルブ装置を制御する制御目標値を算出する演算処理部と、この演算処理部で得られた制御目標値を上記配水管網のバルブ装置に対して出力する出力装置とを備え、上記演算処理部は、上記配水管網の制御地点の操作量とこれに伴う所要地点における水圧変化等の関係をルール化してなる運用ルールとともに、プラント特性データや運用パターンデータが格納されている運用知識データベースと、上記入力装置を介して取り込まれる実績データを蓄積する実績データベースと、上記運用知識データベースおよび実績データベースに基づいて上記制御目標値を算出する演算手段と、を備えてなる配水管網制御装置において、次の構成を採用している。
【０００８】
すなわち、本発明に係る配水管網制御装置は、上記実績データベースに蓄積されている実績データ、および上記パラメータ設定装置から与えられるパラメータの初期値を入力し、これらのデータに基づいて配水管網の運用ルールを規定する各種パラメータを自動的に更新し、これを上記運用知識データベースに反映する運用ルール学習手段を設け、これによって新たな運用ルールを自動的に作成することを特徴としている。
【０００９】
これにより、配水管網Ｎの増設等や設備の一部変更などによりプラント特性データが変化したり、曜日、天候、気温等の環境条件等によって決まる運用パターンデータが変化したときには、これに応じて、運用ルール学習手段によって配水管網の運用ルールを規定する各種パラメータが最適な値となるように自動的に更新されてこれが運用知識データベースに反映される。そのため、オペレータは、従来のように、その都度、運用ルールを規定するパラメータを新たに設定する必要がなくなる。その結果、運用知識ベースのメンテナンスが不要となり、オペレータの日常業務の負担が大幅に軽減されるとともに、保守費用の削減が可能になる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る配水管網制御装置によれば、配水管網の増設等や設備の一部変更などによりプラント特性データが変化したり、曜日、天候、気温等の環境条件等によって決まる運用パターンデータが変化したときには、これに応じて、運用ルール学習手段によって配水管網の運用ルールを規定する各種パラメータが最適値となるように自動的に更新されてこれが運用知識データベースに反映される。
【００１１】
このため、従来のように、その都度、運用ルールを規定するパラメータを新たに設定する必要がなくなる。その結果、運用知識ベースのメンテナンスが不要となり、オペレータの日常業務の負担が大幅に軽減されるとともに、保守費用の削減が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における配水管網制御装置の構成を示すブロック図である。
【００１３】
この実施の形態１における配水管網制御装置は、演算処理部１、パラメータ設定装置２、入力装置３、制御ガイダンス表示装置４、および出力装置５を備えている。
【００１４】
上記の演算処理部１は、配水管網Ｎの各制御地点に配置されている図示しない圧力調整バルブ等を備えたバルブ装置の開度を制御するための制御目標値を演算により求めるものであり、例えばコンピュータ装置で構成されている。そして、この演算処理部１は、運用知識データベース１ａ、運用ルール学習手段１ｂ、バルブ開度演算手段１ｃ、水圧・流量演算手段１ｄ、および実績データベース１ｅを含んでいる。
【００１５】
また、パラメータ設定装置２は、配水管網Ｎの各制御地点における水圧の上下限値や流量の上下限値、配水管網Ｎの運用ルールを規定する重み付け係数などの各種パラメータをオペレータが手動により設定し、さらに、運用ルール学習手段１ｂに対しては、運用ルールを日々学習するための学習条件パラメータの初期値が設定できるようになっている。
【００１６】
入力装置３は、配水管網Ｎの各所要地点の配水管に対して配置されている図示しない各種の検出器で検出されるバルブ開度、水圧、流量等の実績データが入力されるようになっている。
【００１７】
制御ガイダンス表示装置４は、演算処理部１において演算された処理結果により導き出された制御目標値をガイダンス表示し、その表示された制御目標値の内容が適切であることを確認した上で出力装置５に出力できるようになっている。また、出力装置５は、配水管網Ｎの各制御地点に配置されている各バルブ装置に対して上記制御目標値を送信するものである。
【００１８】
次に、上記の演算処理部１の構成について、さらに詳しく説明する。
実績データベース１ｅは、配水管網Ｎから入力装置３を介して取り込まれる各所要地点における配水管内の水圧、流量、バルブ開度などの実績データが蓄積されるものである。
【００１９】
運用知識データベース１ａには、パラメータ設定装置２から与えられる各種パラメータや、プラント特性データ、運用パターンデータなどが格納されている。ここに、プラント特性データとは、どの配管とどの配管とが接続されているかといった配管接続情報、配管の長さ、径、流速係数等の配水管個別情報、各制御地点に設けられているバルブ装置の種類やその特性情報などである。また、運用パターンデータは、曜日や時間、天候等の環境条件に応じて、何時何分になるとどこの制御地点のバルブ装置のバルブを開くべきかといったような運用上の指針を示す情報である。
【００２０】
また、この運用知識データベース１ａには、どこの制御地点のバルブをどの時間にどの程度操作すると、どこの地点の水圧がどの程度変化するといったように、配水管網の制御地点の操作とこれに伴う所要地点における水圧変化等を互いに関係付けるための運用ルールが格納されている。この運用ルールは、オペレータの経験則に基づく知識が十分に反映されるように、たとえばエスクパートシステム（ＥＳ）を利用し、上記のパラメータ設定装置２から与えられる各種のパラメータ、およびプラント特性データや運用パターンデータに基づいて、ｉｆ、ｔｈｅｎ、ｅｌｓｅの条件形式により構築される。
【００２１】
さらに、この実施の形態１では、運用知識データベース１ａに対して、運用ルール学習手段１ｂで学習して得られる配水管網Ｎの運用ルールを規定する重み付け係数等の各種パラメータが与えられることにより、予めパラメータ設定装置２で設定されたパラメータが変更されるようになっている。
【００２２】
運用ルール学習手段１ｂは、たとえばニューラルネットワークの手法を用いて、配水管網Ｎの増設等や設備の一部変更に伴うプラント特性データの変化や、あるいは曜日、天候、気温等の環境条件に応じた運用パターンデータの変化等に対応して運用ルールを学習するものである。すなわち、実績データベース１ｅに蓄積されている配水管網Ｎの実績データ、およびパラメータ設定装置２から与えられる運用ルール学習のための日々の学習条件のパラメータの初期値に基づいて、配水管網Ｎの運用ルールを決めるための重み付け係数等の各種パラメータが、例えば、排水管網や環境条件の変化に応じて、正しいバルブ開度と水圧を導き出すことのできる最適な値となるように自動的に更新し、これを運用知識データベース１ａに反映するようになっている。
【００２３】
水圧・流量演算手段１ｄは、運用知識データベース１ａおよび実績データベース１ｅを用いて配水管網Ｎの各所要地点における最適な水圧値や流量値を算出するものであり、また、バルブ開度演算手段１ｃは、この水圧・流量演算手段１ｄで演算された水圧値や流量値に基づいて配水管網Ｎの各制御地点に対して、この制御地点に配置されている各バルブの開度を適切に制御するための制御目標値を算出するものである。
【００２４】
次に、上記構成を備えた配水管網制御装置の制御動作について説明する。
配水管網Ｎの所要地点に配置された各種の検出器からリアルタイムに送信される水圧、流量、バルブ開度等の実績データは入力装置３を経由して実績データベース１ｅに蓄積される。
【００２５】
また、運用ルール学習手段１ｂは、実績データベース１ｅに蓄積されている配水管網Ｎの実績データ、およびパラメータ設定装置２から与えられる運用ルール学習のための日々の学習条件のパラメータの初期値を入力し、これらに基づいて、配水管網Ｎの運用ルールを規定する重み付け係数等の各種パラメータが最適値となるように自動的に更新し、これを運用知識データベース１ａに反映する。
【００２６】
運用知識データベース１ａには、プラント特性データや運用パターンデータとともに、パラメータ設定装置２によって設定されたパラメータにより規定される運用ルールが予め格納されているが、運用ルール学習手段１ｂで学習して得られる配水管網Ｎの運用ルールに関する重み付け係数等の各種パラメータが与えられることにより、先にパラメータ設定装置２で設定されたパラメータが変更される。その結果、運用ルール学習手段１ｂから出力されるパラメータに基づいて運用ルールも変更されて、運用知識ベース１ａが常に最新の状態に更新される。
【００２７】
水圧・流量演算手段１ｄは、運用知識データベース１ａおよび実績データベース１ｅを用いて配水管網Ｎの各所要地点における最適な水圧値や流量値を算出し、これをバルブ開度演算手段１ｃに出力する。バルブ開度演算手段１ｃは、この水圧・流量演算手段１ｄで演算された水圧値や流量値に基づいて配水管網Ｎの各制御地点に対して、この制御地点に配置されている各バルブ装置のバルブ開度を適切に制御するための制御目標値を算出し、この制御目標値を制御ガイダンス表示装置４に出力する。
【００２８】
制御ガイダンス表示装置４は、バルブ開度演算手段１ｃから与えられた制御目標値をディスプレイに表示する。オペレータは、その表示された制御目標値の内容が適切であることを確認すると、制御ガイダンス表示装置４を操作することで、この制御目標値が出力装置５を介して配水管網Ｎの各制御地点に配置されている各バルブ装置に対して出力される。
【００２９】
このように、この実施の形態１では、運用ルール学習手段を設けることにより、プラント特性データの変化や運用パターンデータが変化したときには、これに応じて、配水管網Ｎの運用ルールを決めるための重み付け係数等の各種パラメータが最適値となるように運用知識データベース１ａに自動的に反映されるので、運用知識データベース１ａは常に最新の状態に更新される。したがって、従来のように、配水管網Ｎの増設等設備の一部変更や、曜日、天候、気温等の環境条件が変化したときに、その都度、パラメータ設定装置２を操作してパラメータを設定する必要がなくなる。このため、運用知識ベース１ａのメンテナンスが不要となり、オペレータの日常業務の負担が軽減されるとともに、保守費用の削減が可能になる。
【００３０】
実施の形態２．
図２は本発明の実施の形態２における配水管網制御装置の構成を示すブロック図であり、図１に示した実施の形態１と対応する構成部分には同一の符号を付す。
【００３１】
この実施の形態２における配水管網制御装置の特徴は、演算処理部１により算出される制御目標値が予め設定された規定範囲内にあるか否かを判断し、規定範囲内にある場合に限りこの制御目標値を配水管網Ｎのバルブ装置に対して出力する自動制御判断装置６と、制御目標値が規定範囲内にない場合に警報を発する警報器１０を備えていることである。警報器１０は、ディスプレイ内に警報マークを表示させたり、ランプ、ブザー等が適用される。
【００３２】
したがって、この構成の配水管網制御装置においては、自動制御判断装置６によって、演算処理部１で算出される制御目標値が予め設定された規定範囲内にあるか否かを常に監視することができ、制御目標値が規定範囲内にない場合には警報器１０により警報が発せられてオペレータに対して注意を促す。
【００３３】
これにより、オペレータは制御目標値が適切な値であるか否かの確認を行うことができ、制御目標値が不適切な値となったときには、配水管網Ｎに対して制御目標値が出力されないように調整できるため、配水管網制御装置の信頼性を高めることができる。
【００３４】
その他の構成および作用効果は、実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００３５】
実施の形態３．
図３は本発明の実施の形態３における配水管網制御装置の構成を示すブロック図であり、図１に示した実施の形態１と対応する構成部分には同一の符号を付す。
【００３６】
この実施の形態３における配水管網制御装置の特徴は、演算処理部１により算出される制御目標値をそのデータ出力時刻に対応させて時系列的に保存してその保存データを配水管網管理スケジュールとしてディスプレイ等に表示するとともに、該当するデータ出力時刻になるたびに制御目標値を配水管網Ｎのバルブ装置に対して出力するスケジュール制御表示装置７を備えていることである。
【００３７】
このように、この実施の形態３おける配水管網制御装置は、スケジュール制御表示装置７を備えることにより、演算処理部１により算出される制御目標値がデータ出力時刻に対応させて配水管網管理スケジュールとしてディスプレイ等に表示されるので、オペレータは、実際に制御目標値が配水管網Ｎに出力される前にそのスケジュールに則った各制御目標値の適不適を予め判断することができる。そして、制御目標値が不適切な値であるときには、配水管網Ｎに対して制御目標値が出力されないように制御できるので、配水管網制御装置の信頼性を向上させることが可能になる。
【００３８】
その他の構成および作用効果は、実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００３９】
実施の形態４．
図４は本発明の実施の形態４における配水管網制御装置の構成を示すブロック図であり、図３に示した実施の形態３と対応する構成部分には同一の符号を付す。
【００４０】
この実施の形態４における配水管網制御装置の特徴は、実施の形態３の構成に加えて、スケジュール制御表示装置７に保存されている配水管網管理スケジュールの内容を変更するメンテナンス装置８を備えていることである。
【００４１】
上記の実施の形態３では、スケジュール制御表示装置７に保存されている配水管網管理スケジュールをディスプレイ等に表示することで、そのスケジュールの各制御目標値が配水管網Ｎに出力される前に予め確認することが可能であったが、さらに、この実施の形態４では、オペレータが配水管網管理スケジュールを見てその制御目標値が不適切な値であることが分かったときには、メンテナンス装置８によってその不適切な制御目標値を適切な値になるように訂正することができる。
【００４２】
このように、この実施の形態４では、メンテナンス装置８によって今後のスケジュール制御出力値の変更操作が可能となるため、配水管網制御装置について更に一層信頼性の向上を図ることが可能になる。
【００４３】
その他の構成および作用効果は、実施の形態３の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００４４】
実施の形態５．
図５は本発明の実施の形態５における配水管網制御装置の構成を示すブロック図であり、図４に示した実施の形態４と対応する構成部分には同一の符号を付す。
【００４５】
この実施の形態５における配水管網制御装置の特徴は、実施の形態４の構成に加えて、さらに、出力装置３から出力される制御目標値と、配水管網Ｎから入力装置３に入力される実績データとを比較し、両者の差が決められた規定範囲から外れているか否かを検定して、外れている場合には異常信号を出力する検定装置９と、この検定装置９から出力される異常信号に応じて警報を発する警報器１０とを備えていることである。警報器１０は、ディスプレイ内に警報マークを表示させたり、ランプ、ブザー等が適用される。そして、上記の検定装置９および警報装置１０が特許請求の範囲における監視手段に対応している。
【００４６】
したがって、この構成の配水管網制御装置においては、検定装置９が出力装置５から出力される制御目標値と入力装置３に入力される実績データとを逐次比較する。そして、両者の差が決められた規定範囲から外れていると判断した場合や、演算処理部１の何らかの要因により制御目標値が正常に出力されないと判断した場合には、異常信号を出力するので、これに応じて警報器１０から警報が発っせられオペレータに対して注意を促す。
【００４７】
これにより、オペレータは配水管網制御装置に何らかの異常が発生していることを認識できるため、異常原因を除くための対策を早急に講じることができる。このため、配水管網制御装置について信頼性の高い運用を行うことが可能になる。
【００４８】
その他の構成および作用効果は、実施の形態４の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００４９】
なお、この実施の形態５における検定装置９および警報装置１０により構成される監視手段は、前述の実施の形態１〜４の配水管網制御装置に対して設けることが可能であり、これにより信頼性の高い運用を行うことが可能になる。
【００５０】
また、上記の各実施の形態１〜５では、演算処理部１から配水管網Ｎの各制御地点に設けられているバルブ装置に対してバルブ開度を制御する制御目標値を出力するようにしているが、その代わりに水圧や流量の制御目標値を出力し、バルブ制御装置でこれらの制御目標値に基づいてバルブ開度を制御するようにすることもできる。さらに、本発明は、上記の実施の形態１〜５で示した構成に限定されるものではなく、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で適宜に変更して実施することができるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の実施の形態１における配水管網制御装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態２における配水管網制御装置の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態３における配水管網制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態４における配水管網制御装置の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態５における配水管網制御装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００５２】
Ｎ  配水管網
１  演算処理部
１ａ  運用知識データベース
１ｂ  運用ルール学習手段
１ｃ  バルブ開度演算手段
１ｄ  水圧・流量演算手段
１ｅ  実績データベース
２  パラメータ設定装置
３  入力装置
４  制御ガイダンス表示装置
５  出力装置
６  自動制御判断装置
７  スケジュール制御表示装置
８  メンテナンス装置
９  検定装置
１０  警報器
【図１】
2005050181.tif 000003
【図２】
2005050181.tif 000004
【図３】
2005050181.tif 000005
【図４】
2005050181.tif 000006
【図５】
2005050181.tif 000007