(57)【要約】【課題】異常の有無、異常内容を的確に分析診断し、プロセスの現在状況や今後の予測、プラントの状態、機器の診断情報等を提示して、オペレータの負荷を軽減させるとともに、信頼性を大幅に向上させる。【解決手段】雨量レーダ処理装置４から出力される降雨情報、各地上雨量計５から出力される雨量情報、下水処理場６に設けられた流入渠水位計９、ポンプ井水位計１０、流入ゲート１０などから出力されるプロセス値などに基づき、総合監視診断装置８ａが各雨水ポンプ１５、各吐出弁１６を制御し、ポンプ井７の水位を設定水位以下に保持しつつ、下水処理場６のプロセス値、運転内容などを診断し、診断結果をオペレータに提示する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラントの運転状態またはプロセスの状態を検出する検出手段と、
この検出手段の検出データを蓄積するとともに、蓄積した検出データまたは検出データを加工したデータに基づき、プラントまたはプロセス状態を診断する診断手段と、
を備えたことを特徴とする総合監視診断装置。
【請求項２】
請求項１に記載の総合監視診断装置において、
前記診断手段は、プラント、またはプロセスの予測モデルを使用して、数分後から数時間後におけるプラントの運転状態、プロセスの状態を予測して得られた予測結果と、実際のプラント運転状況およびプロセス状態とに基づき、プラントおよびプロセス状態を診断する、
ことを特徴とする総合監視診断装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の総合監視診断装置において、
前記診断手段は、予め設定された周期で、プラント、またはプロセスの診断結果を予め設定された書式でまとめた診断カルテを作成し、ユーザ側に提示する、
ことを特徴とする総合監視診断装置。
【請求項４】
請求項３に記載の総合監視診断装置において、
前記診断手段で作成された診断カルテを、複数の携帯端末装置の位置情報を把握する機能を有する中央監視制御装置に伝送する伝送手段を備え、
予め定められた範囲外に位置する携帯端末装置に対しては、携帯端末装置の機能を制限しつつ、前記中央監視制御装置から携帯端末装置に前記診断カルテを配信させる、
ことを特徴とする総合監視診断装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の総合監視診断装置において、
前記診断手段は、既存の監視制御装置に設けられたヒューマンインタフェース部、データサーバ部、プロセスコントロール部のいずれかに、データ分析プロセス、異常判定プロセス、データ予測プロセス、プラント診断プロセス、診断結果表示プロセスを持たせて構築される、
ことを特徴とする総合監視診断装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の総合監視診断装置において、
前記診断手段は、複数のデータ予測プロセスを有し、予め定められた切替判定基準に基づき、正常、かつ最適なデータ予測プロセスを選択して、データの予測演算を行う、
ことを特徴とする総合監視診断装置。
【請求項７】
請求項６に記載の総合監視診断装置において、
前記診断手段は、予め定められた評価基準および周期で、各データ予測プロセスの制御性能を評価して、最適な制御性能を持つデータ予測プロセスを選択して、前記プラントを制御する、
ことを特徴とする総合監視診断装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の総合監視診断装置において、
前記信号手段は、前記プラントの各機器に対する操作量、前記プラントの運転時間、前記プラントの運転コストのうち、いずれかを指標にした最適制御系を使用して、前記プラントを制御する、
ことを特徴とする総合監視診断装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の総合監視診断装置において、
前記診断手段は、プラントの運転状態、プロセスの状態、またはそれらの変動要因の予測モデルをオンラインで更新する、
ことを特徴とする総合監視診断装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の総合監視診断装置において、
前記診断手段は、最適支援制御系を構成する手段として、プロセス状態の上下限を制約条件としたReceding horizon制御を使用する、
ことを特徴とする総合監視診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上下水道設備などを監視制御する総合監視診断システムに係わり、特に上下水道設備などを診断し、故障原因の究明、故障の波及など表示する総合監視診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
監視制御システムは、上下水道プラントをはじめ、非常に多くの設備からなるプラントを対象としているが、近年、プラントの高機能化に伴い、監視制御システムで扱う情報量がさらに増大している。また、プラントの広域管理化に伴い、設備数もさらに増大している。
【０００３】
一方、都市のライフライン的存在である浄水場、下水処理場、発電所などのプラントには、安定したサービスが要求されるため、これらのプラントは高い信頼性が必要とされる。しかしながら、現状稼動しているプラントの多くは、運用開始から長い年月が経っており、設備の老朽化が進んでいる。また、プラントを運用してきた熟練オペレータは年々減少しており、プラントに関するノウハウの継承不足が問題になっており、自動化、広域化により多種多様化している各機器の細かなレベルについてオペレータが知識を習得する機会は今後ますます減少すると思われる。
【０００４】
このような背景の下での監視制御システムの運用は、機器の故障が発生した場合、故障表示は監視画面に表示、もしくはアラーム発報がされるものの、故障原因の究明、故障の波及等は、オペレータの経験により判断している場合が多い。
【０００５】
また、従来から診断機能を設けるシステムもあったが、その場合、専用の診断装置を新たにシステムに組み込むものがほとんどであった。
【特許文献１】特願平２−３０５５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
故障原因の究明、故障の波及等をオペレータ判断に委ねる場合は、オペレータへの負担が大きくなり、人為的ミスを誘発させる要因になりかねないという問題があった。また、専用の診断装置を実装する場合は、対象機器の大幅な変更が伴ったり、システムが複雑化してしまうという問題があった。
【０００７】
以上のことから、機器の経年劣化によるプラントの信頼性低下を抑制し、プラントの状態を的確に把握する、プラント設備の正確な自動監視及び診断が要求される。そのために、上述したように広域化に伴う設備数の増大と、プラント高機能化に伴う情報量の増大により、システムが複雑化しているため、監視制御システムのもつ情報をより分かりやすくオペレータに提供することが必要である。
【０００８】
また、多種多量の監視データを迅速かつ確実に分析して、異常を検出するためのデータ加工機能と、診断結果と対応すべき処置を確実にオペレータに伝達する機能も必要である。そして、上記分析診断機能及び伝達機能が相互的に結合された総合監視診断システムが望まれる。
【０００９】
本発明は上記の事情に鑑み、プラントの運転履歴等の情報を考慮して、異常の有無、異常内容を的確に分析診断し、プラント運用経験の浅いオペレータ、または少人数で広範囲のプラントを運営しているオペレータに対し、プロセスの現在状況や今後の予測、プラントの状態、機器の診断情報等を提示して、プラントを安全に、安定して運用していくための判断を助け、オペレータの負荷を軽減させるとともに、信頼性を大幅に向上させることができる総合監視診断装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために本発明は、プラントの運転状態またはプロセスの状態を検出する検出手段と、この検出手段の検出データを蓄積するとともに、蓄積した検出データまたは検出データを加工したデータに基づき、プラントまたはプロセス状態を診断する診断手段とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、プラントの運転履歴等の情報を考慮して、異常の有無、異常内容を的確に分析診断し、プラント運用経験の浅いオペレータ、または少人数で広範囲のプラントを運営しているオペレータに対し、プロセスの現在状況や今後の予測、プラントの状態、機器の診断情報等を提示して、プラントを安全に、安定して運用していくための判断を助け、オペレータの負荷を軽減させるとともに、信頼性を大幅に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態の構成、動作を詳細に説明する。なお、以下の実施形態においては、具体的なプロセスとして下水道における雨水排水プロセスに対する総合監視診断システムを例に説明する。
【００１３】
《第１実施形態》
［構成］
図１は本発明による総合監視診断装置の第１実施形態が適用された総合監視診断システムを示すブロック図である。
【００１４】
この図に示す総合監視診断システム１ａは、各地に設置された各雨量レーダ２から出力される降雨情報を取り込み、ネットワーク３上に送出する雨量レーダ処理装置４と、各地に設置された各地上雨量計５から出力される雨量情報、監視制御対象となっている下水処理場６からのプロセス値などを取り込み、下水処理場６に設けられたポンプ井７の水位を一定水位以下に保持させながら、下水処理場６を構成する各設備の良否、稼働状況などを診断し、診断結果をオペレータに提示する総合監視診断装置８ａとを備えている。
【００１５】
総合監視診断装置８ａは、ＬＡＮなどによって構成されるネットワーク３と、監視診断対象となっている下水処理場６の流入渠水位計９、ポンプ井水位計１０、流入ゲート１１などから出力されるプロセス値、各雨水ポンプ１５、各吐出弁１６の動作内容を取り込み、ネットワーク３上に送出しながら、ネットワーク３を介して供給された制御指令に応じたポンプ制御指令、弁開度指令などを生成し、各雨水ポンプ１５、各吐出弁１６などを制御するプロセスコントロール部１８と、ネットワーク３を介して、雨量レーダ処理装置４から出力される降雨情報、各地上雨量計５から出力される雨量情報、プロセスコントロール部１８で収集されたプロセス値、動作状況データなどを取り込んで蓄積しながら、ポンプ井７の水位を一定水位以下に保持させるのに必要な制御指令を生成して、プロセスコントロール部１８に供給しながら、図２に示す如くデータ分析プロセス１９、データ予測プロセス２０、異常判定プロセス２１、プラント診断プロセス２２、診断情報表示プロセス２３などを実行し、下水処理場６に異常が発生しているかどうかを診断し、異常があるとき、故障箇所、故障の波及範囲などを示す診断データを生成するデータサーバ部２４と、ネットワーク３を介して、下水処理場６の動作内容、制御内容などを示すデータを取り込み、プロセス監視画面を表示するとともに、オペレータの指示内容を取り込み、データサーバ部２４に供給するヒューマンインタフェース部２５とを備えている。
【００１６】
そして、雨量レーダ処理装置４から出力される降雨情報、各地上雨量計５から出力される雨量情報、下水処理場６に設けられた流入渠水位計９、ポンプ井水位計１０、流入ゲート１１などから出力されるプロセス値、各雨水ポンプ１５、各吐出弁１６の動作内容などを監視し、ポンプ井７の水位が予め設定水位以上になったとき、またはポンプ井７の水位が予め設定水位以上になる恐れがあるとき、下水処理場６に設けられた各雨水ポンプ１５、各吐出弁１６を制御し、ポンプ井７→雨水ポンプ１５→吐出弁１６→排水路１７→河川なる経路で、ポンプ井７の雨水１４を排水して、ポンプ井７の水位を設定水位以下に保持させる。また、この動作と平行し、データ分析プロセス１９、データ予測プロセス２０、異常判定プロセス２１、プラント診断プロセス２２、診断情報表示プロセス２３などを動作させて、雨量レーダ処理装置４から出力される降雨情報、各地上雨量計５から出力される雨量情報、下水処理場６に設けられた流入渠水位計９、ポンプ井水位計１０、流入ゲート１１などから出力されるプロセス値、各雨水ポンプ１５、各吐出弁１６の動作内容などを監視し、下水処理場６に異常が発生しているとき、故障箇所、故障の波及範囲などを示す診断データを生成し、診断結果をオペレータに提示する。
【００１７】
［動作］
次に、図１、図２に示すに示すブロック図を参照しながら、総合監視診断システム１ａの動作を説明する。
【００１８】
まず、総合監視診断装置８ａのデータサーバ部２４によって、雨量レーダ処理装置４から出力される降雨情報、プロセスコントロール部１８で取り込まれた各地上雨量計５から出力される雨量情報、下水処理場６に設けられた流入渠水位計９、ポンプ井水位計１０、流入ゲート１１などから出力されるプロセス値などが取り込まれて、ポンプ井７の水位が予め設定水位以上になっているかどうか、またはポンプ井７の水位が予め設定水位以上になる恐れがあるかどうかが判定される。そして、降雨などにより、ポンプ井７の水位が予め設定水位以上になっているとき、またはポンプ井７の水位が予め設定水位以上になる恐れがあるとき、データサーバ部２４によって、制御指令が生成されて、プロセスコントロール部１８からポンプ制御指令、弁開度指令などが出力され、下水処理場６に設けられた各雨水ポンプ１５、各吐出弁１６が制御される。
【００１９】
これにより、ポンプ井７→雨水ポンプ１５→吐出弁１６→排水路１７→河川なる経路で、ポンプ井７の雨水１４が排水されて、ポンプ井７の水位が設定水位以下に保持される。
【００２０】
また、この動作と平行し、総合監視診断装置８ａのヒューマンインタフェース部２５によって、データサーバ部２４に取り込まれた各プロセス値、データサーバ部２４から出力される制御指令などが取り込まれて、監視画面データが作成され、オペレータに下水処理場の運転内容が表示される。
【００２１】
また、この動作と平行し、総合監視診断装置８ａのデータサーバ部２４によって、以下に述べる手順で、下水処理場６の異常有無が診断される。
【００２２】
＜基本的な異常判定方法＞（請求項１の内容）
まず、雨水排水ポンプ自動制御を行うためには自動制御条件が成立していることが必要であり、自動制御条件が成立したとき、ヒューマンインタフェース部１８に成立した旨が表示される。また、自動制御条件が不成立のときには、データ分析プロセス１９、異常判定プロセス２１によって、自動制御条件が成立していない要因が抽出されるとともに、プラント診断プロセス２２、診断情報表示プロセス２３によって、診断結果がまとめられ、ヒューマンインタフェース部２５に不成立要因が表示される。さらには、プラント診断プロセス２２によって、自動制御不成立要因により、システム、プロセスなどに、今後どのような波及があるかが判定されて、ヒューマンインタフェース部２５に表示される。
【００２３】
また、雨水排水ポンプの台数制御時には、ヒューマンインタフェース部２５によって、運転台数が切替わる時の切替え条件が具体的に表示される。また、切替え件が成立してしているにもかかわらす、運転台数が切替わらないときは、データ分析プロセス１９、異常判定プロセス２１によって、その要因が解析され、プラント診断プロセス２２、診断情報表示プロセス２３によって、診断結果がまとめられ、ヒューマンインタフェース部２５に表示される。
【００２４】
また、雨水排水ポンプの回転数制御を行っている場合に、目標値に到達しないときには、データ分析プロセス１９、異常判定プロセス２１によって、制御偏差異常の要因が抽出され、プラント診断プロセス２２、診断情報表示プロセス２３によって、診断結果がまとめられ、ヒューマンインタフェース部２５にその要因が表示される。
【００２５】
また、雨水排水プロセスでは、プロセス信号を検出するために多くのセンサが用いられているが、プロセス信号の診断を行うための手法として、ディジタル信号とアナログ信号とが比較されることがある。具体的には、吐出弁１６の全開リミットスイッチ信号（ディジタル信号）が“ＯＮ”しているのに、吐出弁開度信号（アナログ信号）が“１００％”開度を指示していないような場合である。このような場合には、データ分析プロセス１９、異常判定プロセス２１によって、いずれかのセンサに異常が発生して、一致していないと判断されるとともに、プラント診断プロセス２２、診断情報表示プロセス２３によって、一致していない旨と、センサ異常内容とが集約されてヒューマンインタフェース部２５に表示される。
【００２６】
また、吐出流量計を設置している場合に、指示値は“０”を指しているのに、積算パルス信号が入力されているときには、データ分析プロセス１９、異常判定プロセス２１によって、異常と判断され、プラント診断プロセス２２、診断情報表示プロセス２３によって、その不一致の旨と、センサ異常内容が集約されてヒューマンインタフェース部２５に表示される。
【００２７】
＜予測動作を使用する異常判定方法＞（請求項２の内容）
また、雨水排水制御を行っている場合には、ポンプ井７の水位が重要な指標となる。そして、雨水排水プロセスにおいては、降雨状況により、雨水１４がポンプ井７へ急激に流入することがあり、それに備えるためにポンプ井水位を予測して、制御や支援制御を行うことが多い。
【００２８】
この場合、予測値が必ずしも適切であるとは限らないので、データ予測プロセス２０によって、予測値が演算されるとともに、データ分析プロセス１９によって、上下限値等が分析され、その上下限を逸脱しているとき、異常判定プロセス２１によって、異常と判定される。そして、予測制御を行っている場合には、プラント診断プロセス２２によって、予測制御中止が判断され、プラント診断プロセス２２、診断情報表示プロセス２３によって、診断結果がまとめられ、ヒューマンインタフェース部２５に中止の旨と要因が表示される。
【００２９】
［効果］
このように、この第１実施形態では、雨量レーダ処理装置４から出力される降雨情報、各地上雨量計５から出力される雨量情報、下水処理場６に設けられた流入渠水位計９、ポンプ井水位計１０、流入ゲート１０などから出力されるプロセス値などに基づき、総合監視診断装置８ａが各雨水ポンプ１５、各吐出弁１６を制御して、ポンプ井７の水位を設定水位以下に保持しつつ、下水処理場６のプロセス値、運転内容などを診断し、診断結果をオペレータに提示するようにしているので、プラントの運転履歴等の情報を考慮して、異常の有無、異常内容を的確に分析診断し、プラント運用経験の浅いオペレータ、または少人数で広範囲のプラントを運営しているオペレータに対し、プロセスの現在状況や今後の予測、プラントの状態、機器の診断情報等を提示して、プラントを安全に、安定して運用していくための判断を助け、オペレータの負荷を軽減させるとともに、信頼性を大幅に向上させることができる（請求項１の効果）。
【００３０】
また、この第１実施形態では、データ分析プロセス１９によって、データ予測プロセス２０で得られた予測データと、プラントから出力されるプロセス値とを比較して、予測制御の異常有無、下水処理場６の異常有無を診断するようにしているので、プラントの運転履歴等の情報を考慮して、異常の有無、異常内容を的確に分析診断し、プラント運用経験の浅いオペレータ、または少人数で広範囲のプラントを運営しているオペレータに対し、予測制御の異常有無、プロセスの現在状況や、数分後〜数時間後におけるプラントの運転状態、プロセスの状態、機器の診断情報等を提示して、プラントを安全に、安定して運用していくための判断を助け、オペレータの負荷を軽減させるとともに、信頼性を大幅に向上させることができる（請求項２の効果）。
【００３１】
《第２実施形態》
［構成］
図３は本発明による総合監視診断システムの第２実施形態を示すブロック図である。なお、この図において、図１の各部と対応する部分には、同じ符号が付してある。
【００３２】
この図に示す総合監視診断システム１ｂが図１に示す総合監視診断システム１ａと異なる点は、総合監視診断装置８ｂ内にデータ中継部３１を配置するとともに、中央監視室（あるいは、データセンタ）内に中央監視制御装置３２を設け、総合監視診断装置８ｂで得られた診断結果を診断カルテ型式で、中央監視制御装置３２に伝送して、中央監視室内に居るオペレータ、携帯端末装置３３を持ち、機場外にいる運転員などに知らせるようにしたことである。
【００３３】
データ中継部３１は、図４に示す如くプラント診断プロセス２２から出力されるプラント診断結果を取り込み、予め指定された表型式のデータ（診断カルテ）にして、診断情報表示プロセス２３に供給し、ヒューマンインタフェース部２５に表示する診断結果加工プロセス３４と、診断情報表示プロセス２３から出力される診断カルテを取り込み、専用回線３６で接続された中央監視制御装置３２に伝送するデータ中継プロセス３５とを備えており、プラント診断プロセス２２から出力されるプラント診断結果を取り込み、診断カルテを作成して、ヒューマンインタフェース部２５に表示するとともに、専用回線３６で接続された中央監視制御装置３２に伝送する。
【００３４】
中央監視制御装置３２は、専用回線３６を介して、データ中継部３１から出力される表型式のプラント診断結果（診断カルテ）を取り込んで蓄積記憶する処理、携帯電話回線、無線ＬＡＮ回線、ＡＤＳＬ回線、ＩＰ−ＶＰＮ回線などの通信回線３８を介して、配信対象となっている各携帯端末装置３３の位置情報を取り込む処理、記憶している診断カルテなどを通信回線３８を介して、各携帯端末装置３３に配信する処理などを行うデータ送受信部３９と、データ送受信部３９に蓄積記憶されている診断カルテを再度、診断して、中央監視室内のオペレータに提示する診断部４０と、データ送受信部３９に取り込まれた各携帯端末装置３３の位置情報に基づき、データ送受信部３９に蓄積記憶されている診断カルテの内容を調整し、各携帯端末装置３３に配信される診断カルテを作成する位置情報判定部４１と、データ送受信部３９によって受信された各携帯端末装置３３の操作内容に応じて、各携帯端末装置３３に配信される診断カルテの内容を再調整する操作情報判定部４２とを備えている。
【００３５】
そして、通信回線３８を介して、各携帯端末装置３３から位置情報を取り込み、各運転員の位置を把握するとともに、データ中継部３１から出力される表型式のプラント診断結果（診断カルテ）を取り込んで、再度、詳細な診断を行い、中央監視室内にいるオペレータに提示する。また、各携帯端末装置３３の位置、各携帯端末装置３３の操作内容に応じて、データ中継部３１から出力された診断カルテの内容を調整しながら、通信回線３８を介して、各携帯端末装置３３に配信する。
【００３６】
各携帯端末装置３３は各々、ＧＰＳ機能を用いて、携帯端末装置３３の現在位置を把握し、位置情報を生成する位置情報判定部４３と、運転員のキー操作内容（機器操作内容）、位置情報判定部４３で得られた位置情報などを取り込み、通信回線３８を介して、データ送受信部３９に伝送するとともに、データ送受信部３９から出力される診断カルテを取り込み、表示するデータ送受信部４４とを備えており、ＧＰＳ機能によって、現在位置を把握して得られた位置情報を中央監視制御装置３２に伝送するとともに、中央監視制御装置３２から配信された診断カルテを取り込み、画面表示する。また、運転員によって、キーが操作される毎に、機器操作内容を生成し、中央監視制御装置３２に伝送する。
【００３７】
［動作］
次に、図３、図４に示すに示すブロック図を参照しながら、総合監視診断システムの動作を説明する。
【００３８】
まず、総合監視診断装置８ｂのデータサーバ部２４によって、雨量レーダ処理装置４から出力される降雨情報、プロセスコントロール部１８で取り込まれた各地上雨量計５から出力される雨量情報、下水処理場６に設けられた流入渠水位計９、ポンプ井水位計１０、流入ゲート１１などから出力されるプロセス値などが取り込まれて、ポンプ井７の水位が予め設定水位以上になっているかどうかが判定される。そして、降雨などにより、ポンプ井７の水位が予め設定水位以上になっているとき、またはポンプ井７の水位が予め設定水位以上になる恐れがあるとき、データサーバ部２４によって、制御指令が生成されて、プロセスコントロール部１８からポンプ制御指令、弁開度指令が出力され、下水処理場６に設けられた各雨水ポンプ１５、各吐出弁１６が制御される。
【００３９】
これにより、ポンプ井７→雨水ポンプ１５→吐出弁１６→排水路１７→河川なる経路で、ポンプ井７の雨水１４が排水されて、ポンプ井７の水位が設定水位以下に保持される。
【００４０】
＜総合監視診断装置８ｂの表示内容＞（請求項３の内容）
また、この動作と平行し、総合監視診断装置８ｂのヒューマンインタフェース部２５によって、データサーバ部２４に取り込まれた各プロセス値、データサーバ部２４から出力される制御指令などが取り込まれて、監視画面データが作成され、オペレータに下水処理場６の運転内容が表示される。また、この動作と並行し、総合監視診断装置８ｂによって、以下に述べる手順で、下水処理場の異常有無が診断されて、診断カルテが作成され、ヒューマンインタフェース部２５に表示される。
【００４１】
まず、プロセスコントロール部１８によって、下水処理場６のプロセス情報が取り込まれて加工された後、データサーバ部２４に蓄積されるとともに、データ分析プロセス１９、データ予測プロセス１０、異常判定プロセス２１、プラント診断プロセス２２によって、データサーバ部２４に蓄積されているプラントおよびプロセス情報が解析され、異常もしくは異常の可能性が判定された後、診断結果加工プロセス３４によって、診断カルテ形式のプラント診断結果（診断カルテ）が自動作表され、ヒューマンインタフェース部２５に表示される。
【００４２】
この際、ヒューマンインタフェース部２５に表示される診断カルテには、プラントの異常状態のみならず、異常の可能性、さらには異常の波及範囲、またデータ予測プロセス２０で得られた数時間後に起き得るプラントの状態等が書き込まれているので、経験の浅いユーザや、機場規模に対して少ない人員で運用をしている多忙なユーザでも、内容を一別しただけで、迅速かつ正確な判断を行うことができる。なお、本診断カルテの形式の基本構成は、予め定めている診断項目の診断結果表（特定センサの異常の有無、対象ポンプ群の特定期間における運転時間積算値など）、異常もしくは異常の可能性があった場合の詳細な情報提供欄、総合判定欄（その時のプラントの状態を提示、推奨実施項目を優先度順に提示）である。
【００４３】
具体的には、診断カルテに、例えば以下のような情報を記載する。
【００４４】
１）雨水排水ポンプ白動制御を行うためには自動制御条件が成立している必要があり、成立しているときには、ヒューマンインタフェース部２５に成立した旨を表示し、不成立であるときには、データ分析プロセス１９、異常判定プロセス２１によって、自動条件が成立していない要因が抽出されるとともに、プラント診断プロセス２２、診断情報表示プロセス２３、診断結果加工プロセス３４によって、診断カルテに記載されて、ヒューマンインタフェース部２５に表示される。さらには、プラント診断部２２によって、その自動制御不成立要因により、今後どのようなシステム、プロセスに波及があるかが判定されて、診断カルテに記載され、オペレータに通知される。
【００４５】
２）雨水排水ポンプの台数制御時には、運転台数が切替わる時の切替え条件が具体的にヒューマンインタフェース部２５に表示されるとともに、上記条件が成立してしているにもかかわらす、運転台数が切替わらなかったときは、上述した手順と同じ手順で、診断カルテが作成されて、その要因が表示される。
【００４６】
３）雨水排水ポンプの回転数制御を行っている場合は、目標値に到達しないとき、データ分析プロセス１９、異常判定プロセス２１によって、制御偏差異常の要因が抽出され、上述した手順と同じ手順で、診断カルテが作成されて、その要因が表示される。
【００４７】
４）雨水排水制御を行っている場合は、ポンプ井７の水位が重要な指標となる。そして、雨水排水プロセスにおいては、降雨状況により、雨水１４がポンプ井７へ急激に流入することがあり、それに備えるためにポンプ井水位を予測して、制御や支援制御に用いる場合がある。
【００４８】
この場合、予測値が必ずしも適切であるとは限らないので、データ予測プロセス２０によって、予測値が演算されるとともに、データ分析プロセス１９によって、上下限値等が分析され、その上下限値で指定された範囲を逸脱しているとき、異常判定プロセス２１によって、異常と判定される。そして、予測制御を行っている場合は、プラント診断プロセス２２によって、予測制御中止が判断されるとともに、上述した手順と同じ手順で、診断カルテが作成されて、中止の旨と要因が表示される。
【００４９】
５）雨水排水プロセスでは、プロセス信号を検出するために多くのセンサが用いられている。そして、プロセス信号の診断を行うための手法として、ディジタル信号とアナログ信号とを比較することがある。具体的には、吐出弁１６の全開リミットスイッチ信号（ディジタル信号）が“ＯＮ”しているのに、吐出弁開度信号（アナログ信号）が“１００％”開度を指示していない場合には、データ分析プロセス１９、異常判定プロセス２１によって、いずれかのセンサに異常が発生して、一致していないと判断されるとともに、上述した手順と同じ手順で、一致していない旨と、センサ異常の内容とがまとめられて、診断カルテが作成され、ヒューマンインタフェース部２５に表示される。
【００５０】
６）吐出流量計を設置しているとき、指示値は“０”を指しているのに、積算パルス信号が入力されていることがある。このような場合には、データ分析プロセス１９、異常判定プロセス２１によって、異常と判断され、上述した手順と同じ手順で、その不一致の旨と、センサ異常の内容とがまとめられて、診断カルテが作成され、ヒューマンインタフェース部２５に表示される。
【００５１】
７）雨水ポンプ１５は複数台のポンプを、ユーザが決めた順序もしくはシステムで定めた順序で運用し、各ポンプの機械的寿命を把握する指標として、ポンプの運転時間の積算値が使用されることから、上述した手順と同じ手順で、各ポンプの運転時間積算値が記載された診断カルテが作成されて、ヒューマンインタフェース部２５に表示され、ユーザによる、ポンプ運転順序の決定や、ポンプの点検時期の把握に活用される。
【００５２】
＜中央監視制御装置３２、携帯端末装置３３の表示内容＞（請求項４の内容）
また、広域管理を行っている場合には、総合監視診断装置８ｂで得られた診断カルテが中央監視制御装置３２に伝送され、中央監視室内に居るオペレータ、携帯端末装置３３を持ち、機場外にいる運転員などに知らされる。
【００５３】
具体的には、ヒューマンインタフェース部２５、データサーバ部２４、プロセスコントロール部１８から得られる診断結果（診断カルテ）がデータ送受信部３９に記憶された後、中央監視制御装置３２の位置情報判定部４１、操作情報判定部４２で調整されて、データ送受信部３９→通信回線３８→携帯端末装置３３なる経路で、携帯端末装置３３に配信される。
【００５４】
配信結果を受けた運転員によって、異常でない診断結果のとき、内容の確認のみが行われ、また異常もしくは異常の可能性がある診断結果であるとき、機場へ直行して何らかの対処を行うか、携帯端末装置３３から直接、雨水ポンプ１５や流入ゲート１１の操作を行うかどうかの判断が行われる。
【００５５】
ここで、データ予測プロセス２０によって、地上雨量計５などからの雨量情報が処理され、急激な降雨のため、数十分後に無人の機場に通常想定外の雨水流入があり、かつ点検で雨水ポンプ１５の運用モードが手動のものがあり、雨水排水に必要なポンプ台数が確保できないというプラント診断結果が得られたものとする。この際、データ予測プロセス２０による予測内容が地上雨量計５に基づいた、１０分から３０分先程度の比較的短時間先の予測情報であり、雨水流入時刻までに、運転員が子ポンプ場へ到着することが困難であるときには、携帯端末装置３３に、該当する雨水ポンプ１５のモードを自動に変更する旨の診断カルテが表示され、それを見た運転員に適切な対応を行わせて、浸水被害の危険性から機場を守らせることができる。
【００５６】
また、データ予測プロセス２０によって、雨量レーダ２からの降雨情報が処理されて、数時間以上先の予測結果が得られたときには、携帯端末装置３３に、余裕をもって機場へ向かっても間に合う旨の診断カルテが表示され、雨水流入へ対処することができる。
【００５７】
またこの際、診断カルテ内容としては、何分後かの雨水流入量やポンプ井７の予測水位値、雨水ポンプ運転予測時刻の予測データのみでも良いし、これらのデータに加えて推奨する操作、判断をメッセージ形式にして、かつ支援項目を携帯端末装置３３の画面上で選択するのみで操作実行できるものとしても良い。なお、携帯端末装置３３の操作を実行する場合には、誤操作防止のために、操作選択後実行前に、確認操作を入れるものとする。
【００５８】
また、上述した動作と並行し、携帯端末装置３３の位置情報判定部４３のＧＰＳ機能で得られた位置情報が通信回線３８を介して、中央監視制御装置３２のデータ送受信部３９に伝送されて、位置情報判定部４１で把握される。そして、データ送受信部３９から携帯端末装置３３へ支援情報を送信するとき、受信者である機場の運転員が緊急操作が必要な機場へ即座に移動することが困難であったり、携帯端末装置３３からその機場の機器操作を行なうのが困難であったり、携帯端末装置３３からその機場の機器操作を行うことが困難であるような遠方にいると判断された場合には、その運転員に対し、診断カルテのみを提供し、携帯端末装置３３を通して操作することができないようにされる。
【００５９】
また、中央監視制御装置３２のデータ送受信部３９から携帯端末装置３３へ支援情報を送信するとき、中央監視制御装置３２の操作情報判定部４２によって、操作する運転員の優先度設定、推奨する操作情報が診断カルテに記載される。これにより、携帯端末装置３３から操作を行う場合に、異なる運転員により、操作が重複したり、ある運転員の適切な操作が、別の運転員による誤った操作により変更されてしまう可能性を無くす。
【００６０】
さらに、ある運転員から携帯端末装置３３を通して操作が行われたとき、中央監視制御装置３２のデータ送受信部３９にこの操作情報が取り込まれて、診断カルテの配信を受けている他の全運転員が持つ携帯端末装置３３に配信されて、現状の操作状況が把握され、複数の運転員による操作の混乱、誤操作が防止される。
【００６１】
このように、この第２実施形態では、総合監視診断装置８ｂで得られたプラント診断結果を診断カルテ型式で表示するとともに、中央監視制御装置３２に伝送して、中央監視室内に居るオペレータに見せるようにしているので、プラントの運転履歴等の情報を考慮して、異常の有無、異常内容を的確に分析診断し、プラント運用経験の浅いオペレータ、または少人数で広範囲のプラントを運営しているオペレータに対し、プロセスの現在状況や今後の予測、プラントの状態、機器の診断情報等を診断カルテ型式で提示し、プラントを安全に、安定して運用していくための判断を助け、オペレータの負荷を軽減させるとともに、信頼性を大幅に向上させることができる（請求項３の効果）。
【００６２】
また、この第２実施形態では、総合監視診断装置８ｂから中央監視制御装置３２に診断カルテを伝送し、中央監視室内に居るオペレータに見せるとともに、各携帯端末装置３３に配信させて、機場を担当している各運転員に見せ、最適な操作を行わせるようにしているので、プラントの運転履歴等の情報を考慮して、異常の有無、異常内容を的確に分析診断し、プラント運用経験の浅いオペレータ、または少人数で広範囲のプラントを運営しているオペレータ、機場の内外にいる運転員などに対し、プロセスの現在状況や今後の予測、プラントの状態、機器の診断情報等を診断カルテ型式で提示し、プラントを安全に、安定して運用していくための判断を助け、オペレータ、運転員の負荷を軽減させるとともに、信頼性を大幅に向上させることができる（請求項４の効果）。
【００６３】
《他の実施形態》
＜異常判定プロセス２１などの組み込み箇所＞（請求項５の内容）
また、上述した第１、第２実施形態では、既存の監視制御装置に設けられたデータサーバ部２４に診断機能を持たせて総合監視診断装置８ａ、８ｂを構成するようにしているが、データサーバ部２４以外の部分、例えばヒューマンインタフェース部２５、プロセスコントロール部１８などに診断機能を持たせても良く、また目的に応じて、診断機能を構築するのに必要なデータ分析プロセス１９、データ予測プロセス２０、異常判定プロセス２１、プラント診断プロセス２２、診断結果表示プロセス２３をヒューマンインタフェース部２５、データサーバ部２４、プロセスコントロール部１８に分散して、持たせるようにしても良い。
【００６４】
＜データ予測プロセス２０の複数化＞（請求項６の内容）
また、上述した第１、第２実施形態では、１種類のデータ予測プロセス２０のみ実装するようにしているが、異なる種類のデータ予測プロセス２０を複数、実装するようにしても良い。データ予測プロセス２０を複数、実装することにより、あるデータ予測プロセス２０の演算結果を用いて、雨水排水支援制御を行っている場合に、このデータ予測プロセス２０が正常に動作しなくなった場合でも、自動的に別のデータ予測プロセス２０に切り替えることにより、雨水排水支援制御を継続することができる。
【００６５】
＜データ予測プロセス２０の評価、最適化＞（請求項７、８の内容）
また、これら各データ予測プロセス２０の性能を予め定められた手法および周期で判定しておき、予め定められた周期毎に最良の性能を持つデータ予測プロセス２０を選択して、雨水排水制御を行わせても良い。
【００６６】
例えば、異なる複数の支援制御出力の判定に関しては、複数のデータ予測プロセス２０の性能を予め定められた周期毎、例えば、制御周期（周期は運用に合わせて再設定できる）毎に、操作量やポンプ運転時間、ポンプ運転コストなどを指標とした最適制御により判定する。そして、予め定めた（運用に合わせた）周期毎に最適な制御性能をもつ制御モデルを選択し、その制御モデルの出力を用いて、雨水排水制御を行わせる。
【００６７】
この際、現在、使用されているデータ予測プロセス２０によって、センサ値異常などの異常診断結果が出されたときには、ヒューマンインタフェース部２５にその要因を表示するとともに、異常と診断されたセンサを使用しない他のデータ予測プロセス２０に自動的に切り替えて、予測動作を継続するようにしても良い。
【００６８】
＜予測モデルをオンラインで変更＞（請求項９の内容）
また、上述した第１、第２実施形態では、データ予測プロセス２０において、予め設定された流入量予測モデルを使用して、流入量予測値を演算を行わせ、予測流量データを生成するようにしているが、他のアルゴリズム、例えば“拡張ＲＲＬ法、汎用流出解析ソフト（MOUSEなど）の水理学モデル、水文学モデル”などのように、物理モデルや概念モデルを用いて降雨の流出の時間的な変化を追跡するホワイトボックス的なアプローチを使用する方法、またはシステム同定手法、重回帰分析などのように、過去の降雨量と流入量のデータのみから予測モデルを構築するブラックボックス的なアプローチなどで、流入量予測を行わせるようにしても良い。なお、拡張ＲＲＬ法は特開平６−１４７９４０号公報に、システム同定手法を適用した流入量予測は、例えば特開２０００−２５７１４０号公報に開示されている。
【００６９】
この際、流入量予測モデルは、地上雨量計５からの降雨量信号、雨水ポンプ１５の運転状況、流入渠水位、ポンプ井水位、流入ゲート１１の運用状況などの各信号に基づいて、オフラインで予め決定しておく方法、もしくは流入量予測モデルをオンラインで逐次的に更新するような機構を設けておく方法のいずれかを使用する。
【００７０】
そして、オンラインで逐次的に予測モデルを更新する方法を使用したときには、流域の変化に追従して流入量予測モデルを更新することにより、予測精度の劣化を抑えることができる。
【００７１】
オンラインで逐次的にモデルを更新する手法の代表的な手法としては、システム同定手法における逐次最小２乗法が知られている。この逐次最小２乗法は計算負荷が少なく、比較的小規模な計算機にも実装できると同時に、プロセスの変動に追従してモデルパラメータの更新ができるという利点があるが、雨水排水の分野では実用例はない。しかし、雨水排水プロセスのように、プロセスの変動が自然現象の複合要因の結果として表われ、変動が生じやすい系に対しては、モデル更新手段を設けておくことは非常に有効であることから、予測モデルをオンラインで逐次的に更新するような機構は有効であるといえる。
【００７２】
また、この流入量予測結果を基にポンプの運転予測を行う際の運転予測手法に関しては、流入量予測値を基に直接ポンプ運転台数を判定しても良く、また流入量予測値を入力とし、ポンプ井水位予測値を出力とするポンプ井水位予測モデルを別途構築し、ポンプ井水位予測値を基にポンプ運転台数を判定しても良い。
【００７３】
また、従来から行われている固定のポンプ井水位設定値を用いた設定水位自動制御に対して、流入量予測値を基に設定水位補正量を演算し、その値を基に設定水位を変更することにより、雨量ポンプ１５の起動停止タイミング変えるポンプ運転を行っても良い。また、汎用流出解析ソフトの場合は、そのソフト自身が持っているポンプ制御機能を用いる。なお、各種設定水位およびポンプ台数制御用の運転順序はヒューマンインタフェース部２５で与える。
【００７４】
上述した最適制御問題を解くことにより、雨水排水プロセスの制御問題を定量的に評価できるので、ポンプ運転時間を平準化し、運転切替回数を少なくすることができるような雨水排水制御方法および装置を提供することができる。
【００７５】
＜Receaing horizon制御を使用＞（請求項１０の内容）
上述したように、制御性能判定（異常診断に基づくもの判定と、評価関数値に基づく判定）を行なうことは、雨水排水制御の高信頼性に繋がり、安定した雨水排水制御運用ができる。
【００７６】
この際、与えられた雨水排水制御問題を、制約条件を含む最適化問題に帰着させることができる。
【００７７】
この最適制御系の構成あたっては、例えば、モデル予測制御の基本的な概念として知られているReceaing horizon制御を適用する。このReceaing horizon制御とは、最適化問題を解く区間をサンプリング周期毎にシフトしながらオンライン最適化を繰り返す制御であり、制約条件を変動型で取り扱うことが可能である。つまり、制御入力やプロセス出力にかかる制約条件を直接制御アルゴリズムに反映させることができるという利点がある。この場合、制約条件としてはポンプ井水位の上下限を考慮する。
【００７８】
以上から、雨水排水制御問題に、モデル予測制御つまりReceaing horizon制御を適用することにより、制御系を体系的に扱うことができるとともに、常に最適な制御性能をもつ制御装置で雨水排水制御を行うことができるので、ポンプ運転時間を平準化し、運転切替回数を少なくすることができ、運転オペレータの手動操作が介入するといった問題を解決できるような雨水排水制御系を確立することが期待できる。
【００７９】
《他の実施形態》
また、上述した最適制御問題を解く他の手法としては、分岐限定法や遺伝的アルゴリズムなどの適用が考えられる。分岐限定法は、解空間上の部分空間を一括チェックし、当該空間内に解侯補が存在し得るかどうかを事前に検証することで、不必要な検索手続きを予め排除することができ、演算時間はかかるものの最適解を探索できるという利点がある。また、遺伝的アルゴリズムは、最適解ではなく準最適解しか検索することができないが、局所的な極小解に陥りにくい点や高速演算が期待できるなどの利点がある。
【００８０】
なお、上記までの方法は、地上雨量計５の現在までの情報のみを用いて、ポンプ場流入量、ポンプ井流入量、ポンプ井水位を予測することを想定している。地上雨量計５のみだと、精度よい降雨予測が行えないため、１０分から１５分先の予測が限界と思われる。
【００８１】
そして、雨量レーダ２の情報を使用し、データ予測プロセス２０に降雨情報や降雨強度情報などの予測値を予測すれば、３０分から数時間先のポンプ場流入量、ポンプ井流入量、ポンプ井水位を予測し、この予測情報を取り入れた雨水排水制御を行わせることも可能である。
【００８２】
また、上述した第１、第２実施形態では、雨量レーダ処理装置４によって、各雨量レーダ２から出力される降雨情報を取り込ませて、ネットワーク３上に直接、送出するようにしているが、各種データ処理を行わせて、一定時間先までの降雨状況を予測し、予測結果をネットワーク３上に送出させるようにしても良い。
【００８３】
また、このような各雨量レーダ２から出力される降雨情報に加えて、気象業務センター等から配信されている降雨状況の予測も含めた各種データ気象データをネットワーク３に取り込ませるとともに、データサーバ部２４に降雨量や降雨強度を予測して、３０分から数時間先の流入量予測を行わせ、結果的に雨水排水制御の信頼性を高めるようにしても良い。
【００８４】
また、上述した降雨予測や気象情報、流入量予測、水位予測などの各種予測情報、またそれらの現在値を用いて、データサーバ部２４に天候モードを判定し、この判定結果に基づき、雨水排水制御を行なわせるようにしても良い。
【００８５】
具体的には、各種情報から小雨モードと判定された場合には、すぐに雨水排水は行なわず、ゲートを制御して、予め設置してある増補幹線、もしくは貯留管に降雨時初期の雨水を取りこむ。これにより汚濁濃度の高い初期雨水（ファーストフラッシュ）が下水処理場６やポンプ井７に流入することを抑制する運用ができる。一方で、小雨モードでない場合や、ポンプ井７の水位が規定値以上に達した場合には、直ちに雨水排水制御を行なう。
【００８６】
このように上述した各種予測情報を用いてモードを切り換えて雨水排水制御を行なうことにより、近年重要視されている合流改善問題にも対処することができる。
【００８７】
また、上述した第１、第２実施形態では、具体的なプロセスとして予測演算処理を用いた下水処理場６における雨水排水プロセスを対象としているが、本発明の考え方は、その他のプロセスに対しても適用できる。例えば、排水機場における河川水位予測を用いた河川への雨水排水プロセスなど、上水道プロセス、発電プロセスなど監視制御を用いているプロセスに対して、特に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明による総合監視診断システムの第１実施形態を示すブロック図。
【図２】図１に示す総合監視診断装置に設けられる各機能を示すブロック図。
【図３】本発明による総合監視診断システムの第２実施形態を示すブロック図。
【図４】図３に示す総合監視診断装置に設けられる各機能を示すブロック図。
【符号の説明】
【００８９】
１ａ、１ｂ：総合監視診断システム
２：雨量レーダ
３：ネットワーク
４：雨量レーダ処理装置
５：地上雨量計
６：下水処理場
７：ポンプ井
８ａ、８ｂ：総合監視診断装置
９：流入渠水位計
１０：ポンプ井水位計
１１：流入ゲート
１２：流入幹線
１３：流入渠
１４：雨水
１５：雨水ポンプ
１６：吐出弁
１７：排水路
１８：プロセスコントロール部
１９：データ分析プロセス
２０：データ予測プロセス
２１：異常判定プロセス
２２：プラント診断プロセス
２３：診断情報表示プロセス
２４：データサーバ部
２５：ヒューマンインタフェース部
３１：データ中継部
３２：中央監視制御装置
３３：携帯端末装置
３４：診断結果加工プロセス
３５：データ中継プロセス
３６：専用回線
３８：通信回線
３９：データ送受信部
４０：診断部
４１：位置情報判定部
４２：操作情報判定部
４３：位置情報判定部
４４：データ送受信部
【図１】
2007257190.tif 000003
【図２】
2007257190.tif 000004
【図３】
2007257190.tif 000005
【図４】
2007257190.tif 000006