(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラントを制御するプロセスコントローラを介して入力されるプラントの各種水位データの計測値や種々のパラメータ設定値等のデータを保存するプロセスデータ記憶手段と、
天候情報や過去の実績需要値等から運転該当日の単位時間当たりの需要量を１日分予測する需要予測手段と、
前記需要予測手段により得られた需要予測値である単位時間当たりの１日分需要量と、前記プロセスデータ記憶手段に保存されている水位データの計測値とに基づいて、前記運転該当日の単位時間当たりの機器起動停止計画をプラントの運用計画として演算し、当該演算結果を前記プロセスコントローラに出力する運用計画手段と、
前記運用計画手段により得られたプラントの運用計画と、前記プロセスデータ記憶手段に保存されている実際の水位データの計測値とを、単位時間を等分した監視周期であらかじめ定められた不感帯の範囲またはあらかじめ定められた上下限範囲にあるか否かを監視し、次の単位時間の直前の監視時刻になっても前記不感帯の範囲を逸脱している場合には実際の水位データの計測値と該監視時刻における単位時間の需要予測値と送水量に基づいて、次の単位時間の開始時刻での到達水位を演算し、演算された到達水位を初期値として、前記次の単位時間以降のプラントの運用計画を再計画し、上下限範囲を逸脱している場合には、この逸脱した監視時刻における送水量を変更し、実際の水位データの計測値と該監視時刻における単位時間の需要予測量と変更した送水量に基づいて、次の単位時間の開始時刻での到達水位を演算し、演算された到達水位を初期値として、前記次の単位時間以降のプラントの運用計画を再計画する計画監視手段と、
を備えて成ることを特徴とするプラント自動制御装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載のプラント自動制御装置において、
前記プロセスデータ記憶手段に保存されている実際の水位データの計測値があらかじめ定められた上下限範囲を逸脱している場合に、当該上下限範囲を逸脱しないように修正させるように、前記プラントの機器を強制的に起動停止する強制起動停止操作手段を付加して成ることを特徴とするプラント自動制御装置。
【請求項３】
前記請求項２に記載のプラント自動制御装置において、
前記プラントの機器の起動停止や需要量のいずれかを自由に設定した場合に、前記プラントのその他の状態をシミュレーションするシミュレーション手段を付加して成る
ことを特徴とするプラント自動制御装置。
【請求項４】
前記請求項３に記載のプラント自動制御装置において、
前記シミュレーション手段に代えて、前記プラントの機器の起動停止や需要量のいずれかを自由に設定した場合に、その他のプラント状態をシミュレーションし、当該シミュレーション結果を前記運用計画手段からの演算結果の代わりに前記プロセスコントローラに出力するシミュレーション手段を備えて成る
ことを特徴とするプラント自動制御装置。
【請求項５】
前記請求項２に記載のプラント自動制御装置において、
前記計画監視手段に代えて、前記プロセスデータ記憶手段に保存されている実際の水位データの計測値があらかじめ定められた上下限範囲を逸脱している場合に、前記強制起動停止操作手段が上下限範囲を逸脱しないように修正させるように前記プラントの機器を強制的に起動停止させた後、当該日のプラント運用を最適化するように前記プラントの運用計画を再計画する計画監視手段を備えて成る
ことを特徴とするプラント自動制御装置。
【請求項６】
前記請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のプラント自動制御装置において、
前記運用計画手段により演算されたプラントの運用計画が、あらかじめ定められた時間内に完了しない場合、またはあらかじめ定められたプラントの状態の上下限範囲を満たさない場合に、当該あらかじめ定められたプラントの状態の上下限範囲を制約条件から除外し、前記プラントの運用計画の最適化演算における目的関数に前記プラントの状態の上下限範囲からの逸脱量に重み付けによる最適化を施して、前記プラントの運用計画を演算する制約緩和運用計画手段を付加して成る
ことを特徴とするプラント自動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば上下水道プラントをはじめとし、鉄鋼プラント等の産業プラント、地域冷暖房プラントや各ビル毎の熱源プラント、発電プラント等の各種プラントを自動制御するプラント自動制御装置に係り、特に計算機が作成したプラントの運用計画に基づいてプラントを自動制御する場合に、需要予測誤差、機器特性劣化や事故等といった予期しない原因に起因する実績運用と運用計画との乖離を補正する機能を備えて、自動的に制御を継続して行なえるようにしたプラント自動制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、例えば上下水道プラントをはじめとし、鉄鋼プラント等の産業プラント、地域冷暖房プラントや各ビル毎の熱源プラント、発電プラント等の各種プラントを運用する際には、運転員が過去の経験に基づいてプラントを運用するようにしている。
【０００３】
このため、運転員の経験や嗜好によって、プラントの運用効率にばらつきが発生している。
【０００４】
また、計算機が作成したプラントの運用計画に基づいてプラントを自動制御する場合であっても、需要予測誤差、機器特性劣化や事故等といった予期しない原因に起因する、実績運用と運用計画との乖離を補正する何らかの方法が必要となる。
【０００５】
すなわち、例えば上水道プラントの自動制御において、計算機が作成した運用計画に基づいてプラントを運用、制御する場合には、浄水を安定的に生産し、かつ断水させることなく安定的に需要家へ供給することが絶対命題となる。
【０００６】
また、これと同時に、プラントの運用上、運用コストや設備保守費等の点から、効率的にプラントを運用、制御することが求められる。
【０００７】
したがって、このような観点からの要望を満たすような自動制御の実現が必要となる。
【０００８】
この際、自動制御の効率を考えるには、需要予測に基づいて、必要かつ十分な浄水の生産および供給が無駄の少ない運用に直結する。
【０００９】
したがって、需要予測ができる限り正確である必要があるが、寸分のくるいもない需要予測は、いまのところ殆ど不可能に近い。
【００１０】
また、機器の経年変化や故障、設備での事故等、不慮の事態が発生した場合でも、できる限り迅速に運用計画を明確にし、できる限り自動制御できることは、安定的な浄水の供給に少なからず重要となる。
【００１１】
そこで、需要予測誤差、機器特性劣化や事故等といった予期しない原因に起因する、実績運用と運用計画との乖離が発生した場合の計算機による補正を可能とするプラント自動制御装置の実現が必要となる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、最近においては、各種プラントを自動制御する場合に、需要予測誤差、機器特性劣化や事故等といった予期しない原因に起因する実績運用と運用計画との乖離を補正できるプラント自動制御装置の実現が、強く要望されてきている。
【００１３】
本発明の目的は、計算機が作成した運用計画に基づいてプラントを自動制御する場合に、需要予測誤差、機器特性劣化や事故等といった予期しない原因に起因する実績運用と運用計画との乖離を補正して、自動的に制御を継続して行なうことが可能なプラント自動制御装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に対応する発明のプラント自動制御装置は、プラントを制御するプロセスコントローラを介して入力されるプラントの各種水位データの計測値や種々のパラメータ設定値等のデータを保存するプロセスデータ記憶手段と、天候情報や過去の実績需要値等から運転該当日の単位時間当たりの需要量を１日分予測する需要予測手段と、需要予測手段により得られた需要予測値である単位時間当たりの１日分需要量と、プロセスデータ記憶手段に保存されている水位データの計測値とに基づいて、運転該当日の単位時間当たりの機器起動停止計画をプラントの運用計画として演算し、当該演算結果をプロセスコントローラに出力する運用計画手段と、運用計画手段により得られたプラントの運用計画と、プロセスデータ記憶手段に保存されている実際の水位データの計測値とを、単位時間を等分した監視周期であらかじめ定められた不感帯の範囲またはあらかじめ定められた上下限範囲にあるか否かを監視し、次の単位時間の直前の監視時刻になっても不感帯の範囲を逸脱している場合には実際の水位データの計測値と該監視時刻における単位時間の需要予測値と送水量に基づいて、次の単位時間の開始時刻での到達水位を演算し、演算された到達水位を初期値として、前記次の単位時間以降のプラントの運用計画を再計画し、上下限範囲を逸脱している場合には、この逸脱した監視時刻における送水量を変更し、実際の水位データの計測値と該監視時刻における単位時間の需要予測量と変更した送水量に基づいて、次の単位時間の開始時刻での到達水位を演算し、演算された到達水位を初期値として、前記次の単位時間以降のプラントの運用計画を再計画する計画監視手段とを備えている。
【００１５】
従って、請求項１に対応する発明のプラント自動制御装置においては、以上のような手段を講じることにより、計算機が作成した運用計画に基づいてプラントを自動制御する場合に、需要予測誤差、機器特性劣化や事故等といった予期しない原因に起因する実績運用と運用計画との乖離を補正して、自動的に制御を継続して行なうことができる。
【００１６】
また、請求項２に対応する発明のプラント自動制御装置は、上記請求項１に対応する発明のプラント自動制御装置において、プロセスデータ記憶手段に保存されている実際の水位データの計測値があらかじめ定められた上下限範囲を逸脱している場合に、当該上下限範囲を逸脱しないように修正させるように、プラントの機器を強制的に起動停止する強制起動停止操作手段を付加している。
【００１７】
従って、請求項２に対応する発明のプラント自動制御装置においては、以上のような手段を講じることにより、プラント運用上の制約条件を考慮した運用をして、プラントの安定した運用を継続して行なうことができる。
【００１８】
さらに、請求項３に対応する発明のプラント自動制御装置は、上記請求項２に対応する発明のプラント自動制御装置において、プラントの機器の起動停止や需要量のいずれかを自由に設定した場合に、プラントのその他の状態をシミュレーションするシミュレーション手段を付加している。
【００１９】
従って、請求項３に対応する発明のプラント自動制御装置においては、以上のような手段を講じることにより、プラントの現在の運用計画を継続してよいか、または変更する必要があるかどうかを判断する、すなわち運用計画手段で演算された結果を運転員が自由にアレンジしたり、保守、点検等でプロセス量に制約が発生した場合に、施設の運用をどのように変更すべきかを、事前に検討することができる。
【００２０】
さらにまた、請求項４に対応する発明のプラント自動制御装置は、上記請求項３に対応する発明のプラント自動制御装置において、シミュレーション手段に代えて、プラントの機器の起動停止や需要量のいずれかを自由に設定した場合に、プラントのその他の状態をシミュレーションし、当該シミュレーション結果を運用計画手段からの演算結果の代わりにプロセスコントローラに出力するシミュレーション手段を備えている。
【００２１】
従って、請求項４に対応する発明のプラント自動制御装置においては、以上のような手段を講じることにより、プラントの現在の運用計画を継続してよいか、または変更する必要があるかどうかを判断する、すなわち運用計画手段で演算された結果を運転員が自由にアレンジしたり、保守、点検等でプロセス量に制約が発生した場合に、施設の運用をどのように変更すべきかを、事前に検討することができるだけでなく、その検討結果をそのまま実際の運用に用いることができることとなる。
【００３０】
一方、請求項５に対応する発明のプラント自動制御装置は、上記請求項２に対応する発明のプラント自動制御装置において、計画監視手段に代えて、プロセスデータ記憶手段に保存されている実際の水位データの計測値があらかじめ定められた上下限範囲を逸脱している場合に、強制起動停止操作手段が上下限範囲を逸脱しないように修正させるようにプラントの機器を強制的に起動停止させた後、当該日のプラント運用を最適化するようにプラントの運用計画を再計画する計画監視手段を備えている。
【００３１】
従って、請求項５に対応する発明のプラント自動制御装置においては、以上のような手段を講じることにより、プラントの運用計画が破綻したような場合、そのタイミングが終了するまでにかなり時間があるような時に、所望の性能を有するように最適なプラントの運用計画を再計画する等して、プラントの安定した運用を継続して行なうことができる。
【００３２】
また、請求項６に対応する発明のプラント自動制御装置は、上記請求項１または請求項２のいずれか１項に対応する発明のプラント自動制御装置において、運用計画手段により演算されたプラントの運用計画が、あらかじめ定められた時間内に完了しない場合、またはあらかじめ定められたプラントの状態の上下限範囲を満たさない場合に、当該あらかじめ定められたプラントの状態の上下限範囲を制約条件から除外し、プラントの運用計画の最適化演算における目的関数にプラントの状態の上下限範囲からの逸脱量に重み付けによる最適化を施して、プラントの運用計画を演算する制約緩和運用計画手段を付加している。
【００３３】
従って、請求項６に対応する発明のプラント自動制御装置においては、以上のような手段を講じることにより、プラントの運用計画を立てようとした場合に、プラント運用上の制約条件が厳しすぎてプラントの運用計画が立てられなくなるような状況を未然に回避して、プラントの安定した運用を継続して行なうことができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００３５】
なお、ここでは、具体的な適用対象プラントとして、上水道プラントに適用した場合を例として述べる。
【００３６】
（第１の実施の形態：請求項１に対応）
図１は、本実施の形態による上水道プラントにおけるプラント自動制御装置の構成例を示すブロック図である。
【００３７】
図１において、上水道プラントは、河川等から原水を取水ポンプで取水し、着水井を経て、凝集・沈澱・ろ過による浄水処理を行なうため、混和池で薬品が注入される。
【００３８】
徐々に、沈澱するに十分なフロックが形成され(フロック形成池)、汚物が沈澱していく(沈澱池)。
【００３９】
上澄み水は、ろ過池でろ過され、塩素等による殺菌処理が施された後に、浄水池を経て、送水ポンプによって、配水池を経由して配水区へ配水される。
【００４０】
一方、本実施の形態によるプラント自動制御装置は、プロセスデータ記憶部１と、需要予測部２と、運用計画部３と、計画監視部４とから構成している。
【００４１】
プロセスデータ記憶部１は、対象プラントである上水道プラントを実際に制御するプロセスコントローラ５を介して入力される上水道プラントの各種プロセスデータの計測値や種々のパラメータ設定値等のデータを保存する。
【００４２】
需要予測部２は、天候情報や過去の実績需要値等から運転該当日の単位時間当たりの需要量を１日分予測する。
【００４３】
運用計画部３は、需要予測部２により得られた需要予測値である単位時間当たりの１日分需要量と、プロセスデータ記憶部１に保存されているプロセスデータの計測値とに基づいて、運転該当日の単位時間当たりの機器起動停止計画を上水道プラントの運用計画として演算し、当該演算結果をプロセスコントローラ５に出力する。
【００４４】
計画監視部４は、運用計画部３により得られた上水道プラントの運用計画と、プロセスデータ記憶部１に保存されている実際のプロセスデータの計測値とを、あらかじめ定められた監視周期であらかじめ定められた不感帯の範囲またはあらかじめ定められた上下限範囲にあるか否かを監視し、あらかじめ定められた時刻になっても不感帯の範囲または上下限範囲を逸脱している場合に、上水道プラントの運用計画を再計画する。
【００４５】
次に、以上のように構成した本実施の形態による上水道プラントにおけるプラント自動制御装置の作用について説明する。
【００４６】
図１において、上水道プラントは、河川等から原水を取水ポンプで取水し、着水井を経て、凝集・沈澱・ろ過による浄水処理を行なうため、混和池で薬品が注入される。
【００４７】
徐々に、沈澱するに十分なフロックが形成され(フロック形成池)、汚物が沈澱していく(沈澱池)。
【００４８】
上澄み水は、ろ過池でろ過され、塩素等による殺菌処理が施された後に、浄水池を経て、送水ポンプによって、配水池を経由して配水区へ配水される。
【００４９】
一方、プラント自動制御装置において、プロセスデータ記憶部１では、プロセスコントローラ５を介して入力される上水道プラントの各種プロセスデータの計測値や種々のパラメータ設定値等のデータが保存される。
【００５０】
需要予測部２では、天候情報や過去の実績需要値等から、運転該当日の単位時間当たりの需要量の１日分が予測される。
【００５１】
運用計画部３では、需要予測部２で得られた単位時間当たりの１日分需要量とプロセスの計測値とに基づいて、運転該当日の単位時間当たりの機器起動停止計画が上水道プラントの運用計画として演算される。
【００５２】
ここで、需要予測部２における需要予測の方法としては、統計的な手法や最小自乗法、ＧＭＤＨ（Ｇｒｏｕｐｉｎｇ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｏｆ  Ｄａｔａ  Ｈａｎｄｌｉｎｇ）等の各種同定手法、ニューラルネットワークによる方法等が考えられるが、特に手法を限定するものではなく、いずれの手法であってもよいことはいうまでもない。
【００５３】
また、運用計画部３におけるプラント機器の起動停止計画の演算の方法としても、単体法や動的計画法、内点法、分岐限定法（ＢＢＭ:Ｂｒａｎｃｈ  ａｎｄＢｏｕｎｄｅｄ  Ｍｅｔｈｏｄ）を始めとする数理計画法や、遺伝的アルゴリズム、タブーサーチ、シミュレーテッドアニーリング(ＳＡ)、強化学習等様々な手法が考えられるが、ここでも手法を限定するものではなく、いずれの手法であってもよいこともいうまでもない。
【００５４】
かかる需要予測と運用計画は、１日１回以上、定刻に起動される。
【００５５】
まず、定刻前までに、需要予測に必要なデータが、手動または自動で入力される。
【００５６】
すなわち、例えば需要を予測したい日の天気予報や、最高または最低気温予報といった天候情報や、それまでに得られた天候情報の実績値や需要量実績値等である。
【００５７】
需要予測の結果は、ある単位時間毎に少なくとも１日の区切りの時刻分までが出力される。
【００５８】
そして、この需要予測結果と、上水道プラントの現在の計測値(浄水の送水計画であれば、配水池の水位や送水ポンプの流量、起動台数、配水量)と、送水ポンプ流量特性、配水池の容量(運用水位上下限値)等のパラメータとに基づいて、配水池の運用水位上下限の逸脱や配水量予測値に不足なく、かつ急激な送水量の変化がない送水計画が、運用計画部３で最適に演算される。
【００５９】
この際、運用コストをできるだけ低減化するように考慮されることもある。
【００６０】
この場合には、必要であれば、電力消費のピーク時間となる時間帯に、ポンプの起動可能な台数を制約することも考えられる。
【００６１】
このようにして、運用計画部３では、上水道プラント機器の最適な運用計画が、単位時間毎に少なくとも１日の区切りの時刻分までが出力される。
【００６２】
例えば、浄水の送水計画であれば、送水ポンプの起動停止計画と、単位時間毎の送水量、配水池の単位時間毎の水位となる。
【００６３】
次に、計画監視部４では、前記運用計画部３により得られた機器起動停止計画と実際のプロセス計測値が、あらかじめ定められた監視周期であらかじめ定められた不感帯の範囲またはあらかじめ定められた上下限範囲にあるか否かが監視され、あらかじめ定められた時刻になっても、不感帯の範囲または上下限範囲を逸脱していたら、上水道プラントの運用計画が再計画、すなわち運用計画が補正される。
【００６４】
図２は、計画補正方法の一例を示す概念図である。
【００６５】
計画補正は、定周期ｔで配水池や浄水池の水位を監視し、その乖離幅がある値を超えた場合や、水位そのものがある水位設定値を超えた場合に再計画が行なわれる。
【００６６】
いま、例えば１０:００から監視周期ｔ(図２ではｔ＝１０分とした)で、水位実績値と水位計画値とが監視され、比較される。
【００６７】
１０:００の時点では、需要予測値と需要実績値とは若干の誤差があるものの、水位実績値と水位計画値との乖離は小さい。
【００６８】
この場合の判定方法としては、例えば水位計画値を中心にして不感帯の幅Ｗを設定し、水位実績値がこの不感帯幅Ｗを逸脱しているかどうかが調べられることになる。
【００６９】
監視のタイミングａの時点では、水位実績値が不感帯の幅Ｗを逸脱しているが、これが感知されるのは、次の監視周期のタイミングｂの時である。
【００７０】
監視のタイミングｂの時点では、水位実績値が不感帯の幅Ｗを逸脱したことが感知されるが、これだけなら計画補正機能は、監視のアクションを続ける以外何も行なわれない。
【００７１】
続いて、監視のタイミングｃの時点では、水位実績値が不感帯の幅Ｗ内に戻っているので、ここでも何も行なわれない。
【００７２】
しかし、監視のタイミングｄの時点では、再び不感帯幅Ｗを逸脱している。
【００７３】
しかし、この場合でも、やはり計画補正機能は、監視のアクションを続ける以外何も行なわれない。
【００７４】
図２中の監視のタイミングｅの時点では、水位実績値が運用水位上限値を逸脱している。
【００７５】
この場合には、配水池から浄水があふれてしまう恐れがあるので、送水量を変更し、少なくする。
【００７６】
この時、送水ポンプが固定速ポンプのみであれば、送水量を減ずるためには、運転台数を減らすしかないので、台制により運転台数を減ずることで、対応がなされる。
【００７７】
また、この時点から次の正時までの到達水位が演算され、その水位を初期値として次の正時以降分の送水計画の演算が行なわれることになる。
【００７８】
なお、水位実績値が運用水位下限値を逸脱した場合には、配水できなくなる恐れがあるので、運用水位上限値を逸脱した場合とは逆に、送水量を変更し、多くする。
【００７９】
この時、送水ポンプが固定速ポンプのみであれば、送水量を多くするためには、運転台数を多くするしかないので、やはり台制により運転台数を増やすことで、対応がなされる。
【００８０】
また、この時点から次の正時までの到達水位が演算され、その水位を初期値として次の正時以降分の送水計画の演算が行なわれることになる。
【００８１】
ところで、監視のタイミングｄの時点のように、水位実績値が不感帯を逸脱し、最終的に１０:５０という１０時台最後の監視のタイミングｅの時点においても、もし不感帯を逸脱していたような場合には、１１:００での到達水位が演算され、その水位を初期値として次の正時以降分の送水計画の演算が行なわれることになる。
【００８２】
計画補正の概念については、以上述べた通りであるが、これを整理すると以下のようになる。
【００８３】
＜計画補正方法＞
いま、ｎ時台である時、
▲１▼運用水位上下限値チェック
監視周期ｔ毎に、
【数１】
0003940571.tif 000002
を満たすかどうかがチェックされる。
【００８４】
その結果、上記を
満たす場合、▲２▼へ。
満たさない場合、
【数２】
0003940571.tif 000003
【００８５】
▲２▼不感帯上下限値チェック
監視周期ｔ毎に、
【数３】
0003940571.tif 000004
を満たすかどうかがチェックされる。
【００８６】
その結果、上記を
満たす場合、▲１▼へ。
満たさない場合、
(i)次の監視周期でｎ＋１時台となる場合(ｎ時台最後の監視タイミングの時)、→▲３▼へ。
(ii)次の監視周期でｎ＋１時台とならない場合(ｎ時台最後の監視タイミングでない時)、→▲１▼へ。
ただし、必要なら不感帯を逸脱している旨、アラーム表示される。
【００８７】
【数４】
0003940571.tif 000005
【００８８】
ただし、監視周期ｔ分であれば、１時間を６０／ｔ分割(小数は切り捨て)すると考えられるので、監視タイミングｋから次の正時までの残り時間は（６０−ｋ×ｔ）分となる。
【００８９】
【数５】
0003940571.tif 000006
【００９０】
ｋ＝６０／ｔ−１(小数切り捨て)であれば、ｎ←ｎ＋１、ｋ←０として、▲１▼へ。
【００９１】
ｋ＝６０／ｔ−１(小数切り捨て)でなければ、そのまま▲１▼へ。
【００９２】
ここで、
【数６】
0003940571.tif 000007
とする。
【００９３】
また、監視周期ｔの単位を分とする時、監視のタイミングｋを次のように定義する。
【００９４】
ｋ＝０，１，２，…，６０／ｔ−１(小数は切り捨てる)
例)  ｎ＝１０(すなわち１０:００)、監視周期ｔ＝１０分の時、
ｋ＝０は１０:００、ｋ＝１は１０:１０、ｋ＝２は１０:２０、…、ｋ＝５は１０:５０をそれぞれ示す。
【００９５】
以上のようにして、上水道プラントの運用計画の補正が行なわれる。
【００９６】
上述したように、本実施の形態によるプラント自動制御装置では、上水道プラントの各種プロセスデータの計測値や種々のパラメータ設定値等のデータをプロセスデータ記憶部１に保存し、天候情報や過去の実績需要値等から運転該当日の単位時間当たりの需要量を需要予測部２で１日分予測し、当該需要予測値である単位時間当たりの１日分需要量と、プロセスデータ記憶部１に保存されているプロセスデータの計測値とに基づいて、運用計画部３で運転該当日の単位時間当たりの機器起動停止計画を上水道プラントの運用計画として演算し、当該演算結果をプロセスコントローラ５に出力し、当該上水道プラントの運用計画と、プロセスデータ記憶部１に保存されている実際のプロセスデータの計測値とを、計画監視部４であらかじめ定められた監視周期であらかじめ定められた不感帯の範囲またはあらかじめ定められた上下限範囲にあるか否かを監視し、あらかじめ定められた時刻になっても不感帯の範囲または上下限範囲を逸脱している場合に、上水道プラントの運用計画を再計画するようにしているので、計算機が作成した運用計画に基づいて上水道プラントを自動制御する場合に、需要予測誤差、機器特性劣化や事故等といった予期しない原因に起因する実績運用と運用計画との乖離を補正して、自動的に制御を継続して行なうことが可能となる。
【００９７】
これにより、浄水を安定的に生産し、かつ断水させることなく安定的に需要家へ供給することができ、またこれと同時に、上水道プラントの運用上、運用コストや設備保守費等を考慮して、効率的に上水道プラントを運用、制御することができ、前述したような要望を満たすことができる。
【００９８】
（第２の実施の形態：請求項２に対応）
すなわち、本実施の形態によるプラント自動制御装置は、図１に示すように、前述した第１の実施の形態によるプラント自動制御装置において、強制起動停止操作部６を付加した構成としている。
【００９９】
強制起動停止操作部６は、前記プロセスデータ記憶部１に保存されている実際のプロセスデータの計測値があらかじめ定められた上下限範囲を逸脱している場合に、当該上下限範囲を逸脱しないように修正させるように、上水道プラントの機器を強制的に起動停止するための強制起動停止信号を、前記プロセスコントローラ５に出力する。
【０１００】
次に、以上のように構成した本実施の形態による上水道プラントにおけるプラント自動制御装置の作用について説明する。
【０１０１】
なお、ここでは、前述した第１の実施の形態と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１０２】
図１において、強制起動停止操作部６では、プロセスデータ記憶部１に保存されている実際のプロセス計測値が、あらかじめ定められた上下限範囲（例えば、配水池の運用水位上下限値）を逸脱した場合に、上下限範囲を逸脱しないように修正させるために、上水道プラントの機器を強制的に起動停止させるための強制起動停止信号がプロセスコントローラ５に出力されて、上水道プラントの機器が強制的に起動停止される。
【０１０３】
上述したように、本実施の形態によるプラント自動制御装置では、上水道プラント運用上の制約条件を考慮した運用をして、上水道プラントの安定した運用を継続して行なうことが可能となる。
【０１０４】
（第３の実施の形態：請求項３に対応）
すなわち、本実施の形態によるプラント自動制御装置は、図１に示すように、前述した第２の実施の形態によるプラント自動制御装置において、シミュレーション部７を付加した構成としている。
【０１０５】
シミュレーション部７は、前記上水道プラントの機器の起動停止や需要量のいずれかを自由に設定した場合に、上水道プラントのその他の状態をシミュレーションする。
【０１０６】
次に、以上のように構成した本実施の形態による上水道プラントにおけるプラント自動制御装置の作用について説明する。
【０１０７】
なお、ここでは、前述した第２の実施の形態と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１０８】
図１において、シミュレーション部７では、上水道プラントの機器の起動停止や需要量のいずれかを自由に設定した場合に、上水道プラントのその他の状態(例えば、配水池の水位)がシミュレーションされる。
【０１０９】
ここで、シミュレーション部７におけるシミュレーション方法としては、例えば以下の通りである。
【０１１０】
シミュレーションのための演算周期をＴ分で表わす。
【０１１１】
また、シミュレーションの対象時間は、最大１日(０:００〜翌日０:００)とする。
【０１１２】
例えば、Ｔ＝１０分であれば、最大２４時間×６０分／１０分＝１４４回分の演算を行なうこととなる。
【０１１３】
シミュレーション演算方法としては、水理的な動特性は理想化し、静的な演算のみ行なうこととする。
【０１１４】
すなわち、下式に示すような演算が行なわれる。
【０１１５】
【数７】
0003940571.tif 000008
【０１１６】
ただし、ｑd(ｋ):シミュレーション演算ステップｋにおける需要予測値、    ｑs(ｋ):送水量、Ａ:配水池底面積、ｋ＝０，１，２，…，２４×６０／Ｔ(最大)とする。
【０１１７】
上述したように、本実施の形態によるプラント自動制御装置では、上水道プラントの現在の運用計画を継続してよいか、または変更する必要があるかどうかを判断する、すなわち運用計画部３で演算された結果を運転員が自由にアレンジしたり、保守、点検等でプロセス量に制約が発生した場合に、施設の運用をどのように変更すべきかを、事前に検討することが可能となる。
【０１１８】
（第４の実施の形態：請求項４に対応）
すなわち、本実施の形態によるプラント自動制御装置は、図１に示すように、前述した第３の実施の形態によるプラント自動制御装置において、前記シミュレーション部７に代えて、新たなシミュレーション部７を備えた構成としている。
【０１１９】
シミュレーション部７は、前記プラントの機器の起動停止や需要量のいずれかを自由に設定した場合に、上水道プラントのその他の状態をシミュレーションし、当該シミュレーション結果を前記運用計画部３からの演算結果の代わりに前記プロセスコントローラ５に出力する。
【０１２０】
次に、以上のように構成した本実施の形態による上水道プラントにおけるプラント自動制御装置の作用について説明する。
【０１２１】
なお、ここでは、前述した第３の実施の形態と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１２２】
図１において、シミュレーション部７では、上水道プラントの機器の起動停止や需要量のいずれかを自由に設定した場合に、上水道プラントのその他の状態をシミュレーションした結果が、前記運用計画部３からの演算結果の代わりにそのままプロセスコントローラ５に出力されて、制御が行なわれる。
【０１２３】
このようにすることによって、運用計画部３で演算された結果を運転員が自由にアレンジしたり、保守、点検等で送水量に制約が発生した時、施設の運用をどのように変更すべきかが事前に検討できるようになるだけでなく、その検討結果をそのまま実際の運用に用いることができることとなる。
【０１２４】
上述したように、本実施の形態によるプラント自動制御装置では、上水道プラントの現在の運用計画を継続してよいか、または変更する必要があるかどうかを判断する、すなわち運用計画部３で演算された結果を運転員が自由にアレンジしたり、保守、点検等でプロセス量に制約が発生した場合に、施設の運用をどのように変更すべきかを、事前に検討することができるだけでなく、その検討結果をそのまま実際の運用に用いることが可能となる。
【０１２５】
（第５の実施の形態）すなわち、本実施の形態によるプラント自動制御装置は、図１に示すように、前述した第１乃至第４のいずれか一つの実施の形態によるプラント自動制御装置において、前記需要予測部２に代えて、類似日検索部８を備えた構成としている。
【０１２６】
類似日検索部８は、過去の実績需要量から天候情報や曜日、日需要量を検索キーとして１日以上の類似日を検索し、当該検索結果を前記需要予測部２からの需要予測値の代わりに前記運用計画部３に出力する。
【０１２７】
次に、以上のように構成した本実施の形態による上水道プラントにおけるプラント自動制御装置の作用について説明する。
【０１２８】
なお、ここでは、前述した第１乃至第４のいずれか一つの実施の形態と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１２９】
図１において、類似日検索部８では、過去の実績需要量から天候情報や曜日、日需要量等を検索キーとして、１日以上の類似日が検索され、その検索結果が、前述した需要予測値の代わりに運用計画部３に入力される。
【０１３０】
すなわち、これは、例えば盆や正月、大晦日といったように、普段と異なる日の需要予測値が大きな誤差を持つ場合に、昨年やその前といった過去の同じ日の需要量を予測値の代わりに使用できるようにするためである。
【０１３１】
このようにすることによって、類似日として検索された日の上水道プラントの運用方法を、そのまま参考にすることが可能となる。
【０１３２】
上述したように、本実施の形態によるプラント自動制御装置では、類似日として検索された、盆や正月、大晦日といったような特異日の上水道プラントの運用方法を、そのまま参考にすることができ、自動的に制御を継続して行なうことが可能となる。
【０１３３】
（第６の実施の形態：請求項５に対応）すなわち、本実施の形態によるプラント自動制御装置は、図１に示すように、前述した第２の実施の形態、またはそれに対応した第５の実施の形態によるプラント自動制御装置において、前記計画監視部４に代えて、新たな計画監視部４を備えた構成としている。
【０１３４】
計画監視部４は、前記プロセスデータ記憶部１に保存されている実際のプロセスデータの計測値があらかじめ定められた上下限範囲を逸脱している場合に、前記強制起動停止操作部６が上下限範囲を逸脱しないように修正させるように前記上水道プラントの機器を強制的に起動停止させた後、当該日の上水道プラントの運用を最適化するように前記上水道プラントの運用計画を再計画する。
【０１３５】
次に、以上のように構成した本実施の形態による上水道プラントにおけるプラント自動制御装置の作用について説明する。
【０１３６】
なお、ここでは、前述した第２の実施の形態またはそれに対応した第５の実施の形態と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１３７】
図１において、計画監視部４では、実際のプロセスデータの計測値があらかじめ定められた上下限範囲(例えば、配水池の運用水位上下限値)を逸脱した場合に、強制起動停止操作部６が上下限範囲を逸脱しないように修正させるために、上水道プラントの機器を強制的に起動停止させた後、その日の上水道プラントの運用を最適化するために、運用計画が再計画される。
【０１３８】
これにより、送水ポンプの強制起動停止以後の運用についても、所望の性能を有するように最適な演算が行なわれ、決定できることとなる。
【０１３９】
上述したように、本実施の形態によるプラント自動制御装置では、上水道プラントの運用計画が破綻したような場合、そのタイミングが終了するまでにかなり時間があるような時に、所望の性能を有するように最適な上水道プラントの運用計画を再計画する等して、上水道プラントの安定した運用を継続して行なうことが可能となる。
【０１４０】
（第７の実施の形態：請求項６に対応）すなわち、本実施の形態によるプラント自動制御装置は、図１に示すように、前述した第１の実施の形態、第２の実施の形態、またはそれらに対応した第５の実施の形態によるプラント自動制御装置において、制約緩和運用計画部９を付加した構成としている。
【０１４１】
制約緩和運用計画部９は、前記運用計画部３により演算された上水道プラントの運用計画が、あらかじめ定められた時間内に完了しない場合、またはあらかじめ定められた上水道プラントの状態の上下限範囲を満たさない場合に、当該あらかじめ定められた上水道プラントの状態の上下限範囲を制約条件から除外し、前記上水道プラントの運用計画の最適化演算における目的関数に前記上水道プラントの状態の上下限範囲からの逸脱量にペナルティを課すよう含めて、すなわち前記上水道プラントの運用計画の最適化演算における目的関数に前記上水道プラントの状態の上下限範囲からの逸脱量に重み付けによる最適化を施して、前記上水道プラントの運用計画を演算する。
【０１４２】
次に、以上のように構成した本実施の形態による上水道プラントにおけるプラント自動制御装置の作用について説明する。
【０１４３】
なお、ここでは、前述した第１の実施の形態、第２の実施の形態、またはそれらに対応した第５の実施の形態と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１４４】
図１において、制約緩和運用計画部９では、前記運用計画部３が演算した前記上水道プラントの運用計画が、あらかじめ定められた時間内に完了しない場合や、あらかじめ定められた上水道プラントの状態の上下限範囲を満たさない場合に、あらかじめ定められた上水道プラントの状態の上下限範囲が制約条件から除外され、上水道プラントの運用計画の最適化演算における目的関数に上水道プラントの状態の上下限範囲からの逸脱量にペナルティを課すよう含めて、上水道プラントの運用計画が演算される。
【０１４５】
すなわち、今、ある浄水場からある配水池への送水計画問題を、以下のように定式化したとする。
【０１４６】
（目的関数)
【数８】
0003940571.tif 000009
とする。
【０１４７】
この最適化問題を解く演算が、あらかじめ定められた時間、例えば１分等で完了しなかった場合、もしくはあらかじめ定められた上水道プラントの状態の上下限範囲(例えば、配水池の運用水位上下限値)を満たさない場合には、あらかじめ定められた上水道プラントの状態の上下限範囲が制約条件から除外され、上水道プラントの運用計画の最適化演算における目的関数に上水道プラントの状態の上下限範囲からの逸脱量にペナルティを課すよう、以下のように含めて上水道プラントの運用計画が再演算される。
【０１４８】
（制約条件）
【数９】
0003940571.tif 000010
が加えられる。
【０１４９】
ただし、ｗj(ｉ):時刻ｉでの最適化重みｊ、ｊ＝５、６とする。
【０１５０】
上述したように、本実施の形態によるプラント自動制御装置では、上水道プラントの運用計画を立てようとした場合に、上水道プラント運用上の制約条件が厳しすぎて上水道プラントの運用計画が立てられなくなるような状況を未然に回避して、上水道プラントの安定した運用を継続して行なうことが可能となる。
【０１５１】
（その他の実施の形態）
尚、本発明は、上記各実施の形態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、種々に変形して実施することが可能である。
例えば、本発明は、前述したような上水道プラントだけでなく、下水道プラントは勿論のこと、鉄鋼プラント等の産業プラント、地域冷暖房プラントや各ビル毎の熱源プラント、発電プラント等の各種プラントの自動制御についても、前述の場合と同様に適用して、同様の作用効果を得ることができる。
【０１５２】
また、各実施の形態は可能な限り適宜組合わせて実施してもよく、その場合には組合わせた作用効果を得ることができる。
さらに、上記各実施の形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組合わせにより、種々の発明を抽出することができる。
例えば、実施の形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題（の少なくとも一つ）が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果（の少なくとも一つ）が得られる場合には、この構成要件が削除された構成を発明として抽出することができる。
【０１５３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、計算機が作成した運用計画に基づいてプラントを自動制御する場合に、需要予測誤差、機器特性劣化や事故等といった予期しない原因に起因する実績運用と運用計画との乖離を補正して、自動的に制御を継続して行なうことが可能なプラント自動制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による上水道プラントにおけるプラント自動制御装置の一実施の形態を示すブロック図。
【図２】同実施の形態のプラント自動制御装置における計画補正方法を説明するための概念図。
【符号の説明】
１…プロセスデータ記憶部
２…需要予測部
３…運用計画部
４…計画監視部
５…プロセスコントローラ
６…強制起動停止操作部
７…シミュレーション部
８…類似日検索部
９…制約緩和運用計画部。
【図１】
0003940571.tif 000011
【図２】
0003940571.tif 000012