トップ :: G 物理学 :: G05 制御;調整




【発明の名称】 浄水場水質シミュレータ
【発明者】 【氏名】行 木 英 明

【氏名】三 浦 良 輔

【氏名】金 子 政 雄

【氏名】能 代 祐 之

【氏名】平 本 昭

【氏名】末 澤 信 一
【要約】 【課題】計算機のプログラミング技術を必要とせず、さらに、水処理プロセスや制御に関する高度な専門知識を必要とせず、プロセス部品モデル、水質モデル、水質制御モデル等を自由に組み替えて多様なシミュレーションを容易に実行することができる浄水場水質シミュレータを提供すること。

【解決手段】本発明の浄水場水質シミュレータ１は、浄水場の水処理プロセスの水質シミュレーションのための複数の要素モデルを格納する要素モデル格納部２と、要素モデル格納部２に格納されている複数の要素モデルから条件に適合する要素モデルを選択する選択入力部２ａと、を備える。プロセスモデル構築手段３が、選択入力部２ａによって選択された要素モデルを結合して浄水場の水処理プロセスのプロセスモデルを構築する。シミュレーション手段４が、プロセスモデル構築手段３により構築されたプロセスモデルに基づいて、水質シミュレーションを実行する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】浄水場の水処理プロセスの水質シミュレーションのための複数の要素モデルを格納する要素モデル格納部と、要素モデル格納部に格納されている複数の要素モデルから、条件に適合する要素モデルを選択する選択入力部と、選択入力部によって選択された要素モデルを結合して浄水場の水処理プロセスのプロセスモデルを構築するプロセスモデル構築手段と、プロセスモデル構築手段により構築されたプロセスモデルに基づいて、水質シミュレーションを実行するシミュレーション手段と、備えたことを特徴とする浄水場水質シミュレータ。
【請求項２】要素モデルは、複数のプロセス部品モデルと、複数の水質モデルと、複数の水質制御モデルと、を含んでおり、選択入力部は、条件に適合するプロセス部品モデルと、条件に適合する水質モデルと、条件に適合する水質制御モデルと、を選択するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の浄水場水質シミュレータ。
【請求項３】複数のプロセス部品モデルは、槽塔モデルと、配管モデルと、薬品注入機モデルと、制御器モデルと、計測器モデルと、を含んでいることを特徴とする請求項２に記載の浄水場水質シミュレータ。
【請求項４】複数の水質モデルは、反応モデルと、分離モデルと、生物活性炭モデルと、を含んでいることを特徴とする請求項２または３に記載の浄水場水質シミュレータ。
【請求項５】複数の水質制御モデルは、ｐＨ制御モデルと、塩素注入制御モデルと、オゾン注入制御モデルと、凝集剤注入制御モデルと、殺菌消毒制御モデルと、を含んでいることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の浄水場水質シミュレータ。
【請求項６】浄水場の水処理プロセスの水質シミュレーションのための標準プロセスモデルを格納する標準プロセスモデル格納部を更に備え、プロセスモデル構築手段は、標準プロセスモデル格納部に格納された標準プロセスモデルと選択入力部によって選択された要素モデルとを融合して浄水場の水処理プロセスのプロセスモデルを構築するようになっていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の浄水場水質シミュレータ。
【請求項７】要素モデル格納部へ新規の要素モデルを追加するための要素モデル追加手段を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の浄水場水質シミュレータ。
【請求項８】プロセスモデル構築手段は、複数のプロセスモデルを構築できるようになっており、プロセスモデル構築手段によって構築された複数のプロセスモデルを格納すると共に、当該複数のプロセスモデルを選択的にシミュレーション手段に送り込むプロセスモデル計算管理手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか記載の浄水場水質シミュレータ。
【請求項９】シミュレーション実行後のプロセス部品モデルのデータを、当該プロセス部品モデルの初期パラメータとして設定する初期パラメータ設定手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の浄水場水質シミュレータ。
【請求項１０】時系列データをプロセス部品モデルのパラメータとして設定するための時系列データ取り込み手段と、前記パラメータに基づいてシミュレーションを実行するための時系列データ計算管理手段と、が設けられていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の浄水場水質シミュレータ。
【請求項１１】シミュレーションを一時停止及び再開するための計算進行管理手段と、シミュレーションー時停止時に、プロセス部品モデルのパラメータを変更するパラメータ途中変更手段と、を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の浄水場水質シミュレータ。
【請求項１２】シミュレーションの進行に同期して結果を表示するミュレーション同期表示手段を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の浄水場水質シミュレータ。
【請求項１３】浄水場の監視制御システムとの間でデータの授受を行う監視制御システムインターフェース手段を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の浄水場水質シミュレータ。
【請求項１４】シミュレータのプロセスモデルの制御のパラメータを、浄水場の監視制御システムで実際に使用される制御のパラメータとして自動的に設定するパラメータ自動送達手段を更に備えたことを特徴とする請求項１３に記載の浄水場水質シミュレータ。
【請求項１５】浄水場の監視制御システムで実際に使用されている制御のパラメータおよび浄水場の監視制御システムのデータベースに保存されているプロセス値の実測データを、シミュレータのプロセスモデルのパラメータとして自動的に設定するためのパラメータ自動取り込み手段を更に備えたことを特徴とする請求項１３に記載の浄水場水質シミュレータ。
【請求項１６】選択入力部が、プロセス部品モデルに対応した図形イメージを指定することによってプロセスを編集し、さらに、当該プロセス部品モデルのパラメータをパラメータ設定画面で設定してプロセスモデルを構築するグラフィカル・ユーザ・インターフェース部として構成されていることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載の浄水場水質シミュレータ。
【請求項１７】プロセス部品モデルに対応した図形イメージを指定して編集されたプロセスに対応し、プロセスを構成するすべてのプロセス部品モデルのパラメータを一括設定できるパラメータテーブルを自動生成するパラメータテーブル生成手段を更に備えたことを特徴とする請求項１６に記載の浄水場水質シミュレータ。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、浄水場の水処理システムの水質シミュレーションを行う浄水場水質シミュレータに関する。
【０００２】
【従来の技術】浄水場水質シミュレータは、浄水場の水処理システムの運転支援、オペレータの訓練、プロセスの追加または変更の事前検討、新規計画システムの事前検討等に利用されている。
【０００３】従来の浄水場水質シミュレータは、シミュレーションに必要なプロセス部品モデルおよびシステムのモデルを、プラント毎にプログラミング言語で記述することによって作成されている。そして、プロセスの追加または削除や、水質モデルまたは水質制御モデル等の変更に対しては、その都度プログラムを書き換えて対応している。
【０００４】一方、化学プラント向けの汎用プロセスシミュレータ等では、多様なシステムのシミュレーションモデルを、プログラミング言語の知識なしに構築することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来は、シミュレーションで使用するプロセス部品モデル、水質モデル、水質制御モデル等を、プラント毎にプログラミング言語で記述してシミュレータを作成しており、プロセスの追加または削除や、水質モデルまたは水質制御モデルの部分的な変更に対しても、プログラム書き換えが必要である。従って、ユーザが、プロセス部品モデルや水質モデル、水質制御モデル等を自由に組み替えて多様なシミュレーションを実施することが困難である。
【０００６】一方、化学プラント向けの汎用のプロセスシミュレータ等では、多様なシステムのシミュレーションモデルをプログラミング言語の知識なしに構築することができるが、浄水場の水処理のような特殊なプロセスに適用するためには、汎用の部品をすべて浄水場の水処理用に再構築しなければならない。その作業量は、膨大である。また、プログラミングの技術が不要であっても、水処理プロセスや水質制御に関しての高度な知識が必要である。
【０００７】本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、計算機のプログラミング技術を必要とせず、さらに、水処理プロセスや制御に関する高度な専門知識を必要とせず、プロセス部品モデル、水質モデル、水質制御モデル等を自由に組み替えて多様なシミュレーションを容易に実行することができる浄水場水質シミュレータを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、浄水場の水処理プロセスの水質シミュレーションのための複数の要素モデルを格納する要素モデル格納部と、要素モデル格納部に格納されている複数の要素モデルから、条件に適合する要素モデルを選択する選択入力部と、選択入力部によって選択された要素モデルを結合して浄水場の水処理プロセスのプロセスモデルを構築するプロセスモデル構築手段と、プロセスモデル構築手段により構築されたプロセスモデルに基づいて、水質シミュレーションを実行するシミュレーション手段と、備えたことを特徴とする浄水場水質シミュレータである。
【０００９】本発明によれば、条件に適合する要素モデルを選択入力部によって選択するだけで、プロセスモデル構築手段が自動的に浄水場の水処理プロセスのプロセスモデルを構築するため、極めて容易に多様なシミュレーションを実行することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図１を参照して本発明の第１の実施の形態について説明する。
【００１１】図１に示すように、本実施の形態の浄水場水質シミュレータ１は、浄水場の水処理プロセスの水質シミュレーションのための複数の要素モデルを格納する要素モデル格納部２と、要素モデル格納部２に格納されている複数の要素モデルから条件に適合する要素モデルを選択する選択入力部２ａと、選択入力部２ａによって選択された要素モデルを結合して浄水場の水処理プロセスのプロセスモデルを構築するプロセスモデル構築手段３と、プロセスモデル構築手段３により構築されたプロセスモデルに基づいて水質シミュレーションを実行するシミュレーション手段４と、を備えている。
【００１２】本実施の形態の要素モデル格納部２は、図２に示すように、複数のプロセス部品モデル５と、複数の水質モデル６と、複数の水質制御モデル７と、を含んでいる。
【００１３】次に、このような構成からなる本実施の形態の浄水場水質シミュレータ１の作用について説明する。
【００１４】シミュレータ１のユーザは、シミュレーションの対象とする浄水場の構成及び仕様に応じて、選択入力部２ａを介して、要素モデル格納部２に格納された要素モデルの中から条件に適合する必要な要素モデルを選択し、さらにこの場合、必要なパラメータを設定入力する。
【００１５】より具体的には、シミュレータ１のユーザは、シミュレーションの対象とする浄水場の構成及び仕様に応じて、必要なプロセス部品モデルを要素モデル格納部２に格納された複数のプロセス部品モデル５の中から選択する。また、着目する水質に応じて、必要な水質モデルを、要素モデル格納部２に格納された複数の水質モデル６の中から選択する。また、着目する水質制御の形態に応じて、必要な水質制御モデルを、要素モデル格納部２に格納された複数の水質制御モデル７の中から選択する。さらに、選択されたモデルの各々に対して必要なパラメータを設定入力する。
【００１６】選択された要素モデルと当該要素モデルに対して設定されたパラメータ及び要素モデル間の関連付けの情報が、インターフェース部（図示せず）を介して、プロセスモデル構築手段３に自動的に送られる。
【００１７】プロセスモデル構築手段３は、シミュレーション手段４および要素モデル格納部２のデータ構造に対応するプロセスモデルを作成する。作成されたプロセスモデルは、シミュレーション手段４および要素モデル格納部２に自動的に送られる。シミュレーション手段４では、シミュレーションプログラムが、プロセスモデルに基づき、要素モデル格納部２に格納された要素モデルを自動的に適宜参照しつつ、水質シミュレーションを実行する。シミュレーションの結果は、必要に応じてファイルに保存され、あるいは、表示手段（図示せず）で表示される。
【００１８】実際のシミュレーションでは、例えば、原水水質と薬品注入率とに基づき、各プロセスでの水質変化が水質モデル６に基づいて計算される。また、水質モデル６に基づいて計算された所定の点における所定の水質に基づいて、水質制御モデル７により薬品注入率が計算され、結果として薬品注入制御の応答が得られる。
【００１９】本実施の形態によれば、シミュレータ１のユーザは、対象とする浄水場の構成及び仕様に応じて、必要な要素モデルを予め用意された要素モデルの中から選択し、必要なパラメータを設定するだけで、容易にプロセスモデルが構築され、シミュレーションが実行され得る。また、要素モデルは、浄水場の水処理プロセスの水質シミュレーションに使用するモデルに限定して用意されているため、パラメータの設定項目が必要最小限であり、プロセスモデル構築の作業量を大幅に低減できる。
【００２０】本実施の形態の場合、シミュレータ１のユーザは、シミュレーションの対象とする浄水場の構成及び仕様に応じて、必要なプロセス部品モデルを予め用意された複数のプロセス部品モデル５の中から選択し、着目する水質に応じて、必要な水質モデルを予め用意された複数の水質モデル６の中から選択し、着目する水質制御の形態に応じて、必要な水質制御モデルを予め用意された複数の水質制御モデル７の中から選択し、選択されたモデルの各々に対して必要なパラメータを設定するだけで、容易にプロセスモデルが構築され、シミュレーションが実行され得る。
【００２１】プロセス部品モデル５は、浄水場の水処理プロセスの水質シミュレーションで使用されるモデルに限定して予め用意されているため、極めて限定されたパラメータの設定のみで目的のプロセスモデルを構築することができる。また、プロセス全体の中で注目する部分だけをモデル化することも可能である。このようなプロセス部品モデルの結合によるプロセスモデルの構築は、オブジェクト指向プログラミング技術を利用し、各プロセス部品に共通する性質、属性に基づいて、プロセス部品モデルをクラスとして作成することで実現可能である。
【００２２】水質モデル６は、浄水場の水処理プロセスの水質シミュレーションで使用するモデルに限定して予め用意されており、水質モデルを１つまたは複数選択することで、着目する水質のシミュレーションを容易に実行できる。また、同一のプロセス構成に対して、異なった水質のシミュレーションが、水質モデルの選択を換えるだけで容易に実行できる。
【００２３】水質制御モデル７は、浄水場の水処理プロセスの水質制御に使用するモデルに限定して予め用意されており、制御工学の専門知識なしに、制御モデルの選択と極めて限定された制御のパラメータの設定を行うだけで、水質制御のシミュレーションが容易に実行できる。
【００２４】ここで、図３を用いて、複数のプロセス部品モデル５の例について説明する。図３に示す例では、複数のプロセス部品モデル５は、原水モデル８、着水井モデル９、浄水池モデル１０、配水池モデル１１、急速撹拌池モデル１２、フロック形成池モデル１３、沈殿池モデル１４、ろ過池モデル１５、オゾン反応槽モデル１６，ＵＶ反応槽モデル１７、生物活性炭槽モデル１８、膜分離装置モデル１９、導水管モデル２０、注入管モデル２１、薬品注入機モデル２２、制御器モデル２３、計測器モデル２４を含んでいる。８〜１９のモデルは、いわゆる槽塔モデルであり、２０及び２１のモデルは、いわゆる配管モデルである。
【００２５】このようなプロセス部品モデルからプロセスモデル構築手段３によって構築されるプロセスモデルは、例えば、原水モデル８、着水井モデル９、浄水池モデル１０、配水池モデル１１、急速撹拌池モデル１２、フロック形成池モデル１３、沈殿池モデル１４、ろ過池モデル１５等を導水管モデル２０で繋ぎ、制御の目標指標の検出位置に計測器モデル２４を設置し、計測器モデル２４の信号を制御器モデル２３に送るようにし、制御器モデル２３の制御出力に基づいて、薬品注入機モデル２２により、着水井モデル９、急速撹拌池モデル１２等に薬品を注入するように構成されたプロセスモデルである。
【００２６】また、この場合、制御器モデル２３と水質制御モデル７との関連付け、着水井モデル９、急速撹枠池モデル１２等のプロセス部品モデルと水質モデルとの関連付け等を、上記プロセス部品モデルのパラメータ設定によって行い、どのような水質を考慮し、どのような制御を行うか、を選択入力できるようになっていることが好ましい。
【００２７】このように、プロセス部品モデル５として、原水モデル８、着水井モデル９、浄水池モデル１０、配水池モデル１１、急速攪拌池モデル１２、フロック形成池モデル１３、沈殿池モデル１４、ろ過池モデル１５、オゾン反応槽モデル１６，ＵＶ反応槽モデル１７、生物活性炭槽モデル１８、膜分離装置モデル１９、導水管モデル２０、注入管モデル２１、薬品注入機モデル２２、制御器モデル２３、計測器モデル２４が予め用意されている場合、シミュレータ１のユーザは、一般的な浄水場の水処理プロセスの構成に対して、新たなプロセス部品モデルを用意することなく、プロセスモデル構築手段３にプロセスモデルを容易に構築させることができる。
【００２８】ここで、図４を用いて、複数の水質モデル６の例について説明する。図４に示す例では、複数の水質モデル６は、炭酸塩モデル２５、塩素反応モデル２６、オゾン反応モデル２７、消毒副生成物反応モデル２８、異臭味物質反応モデル２９、紫外線分解モデル３０、凝集モデル３１、沈澱モデル３２、ろ過モデル３３、膜分離モデル３４、生物活性炭モデル３５を含んでいる。２５〜３０のモデルは、いわゆる反応モデルであり、３１〜３４のモデルは、いわゆる分離モデルである。
【００２９】このような水質モデルは、上記薬品注入の制御の目標指標の変化を計算するとともに、制御操作によって変化する制御の目標指標以外の水質についても計算を行う。例えば、塩素反応モデル２６では、原水に含まれる各種塩素消費物質による注入塩素の消費を計算して残留塩素フィードバック制御の目標指標とし、あるいは、アンモニアと塩素の反応による自由有効塩素の減少とクロラミンの生成等を計算する。
【００３０】このように、水質モデル６として、炭酸塩モデル２５、塩素反応モデル２６、オゾン反応モデル２７、消毒副生成物反応モデル２８、異臭味物質反応モデル２９、紫外線分解モデル３０、凝集モデル３１、沈澱モデル３２、ろ過モデル３３、膜分離モデル３４、生物活性炭モデル３５が予め用意されている場合、シミュレータ２のユーザは、一般的な浄水場の水処理プロセスで着目される水質に対して、新たな水質モデルを用意することなく対応できる。また、プロセス部品モデル毎に、水質モデルとの関連付けを当該プロセス部品モデルのパラメータ設定として行うことにより、複数の系列を有し、系列毎に異なる処理が行われているようなシステムでも１つのプロセスモデルとしてシミュレーションを行うことができる。
【００３１】ここで、図５を用いて、複数の水質制御モデル７の例について説明する。図５に示す例では、複数の水質制御モデル７は、ｐＨ制御モデル３６、塩素注入制御モデル３７、オゾン注入制御モデル３８、凝集剤注入制御モデル３９および殺菌消毒制御モデル４０を含んでいる。
【００３２】このような水質制御モデルは、水質モデル６で計算した制御の目標指標の変化と、制御の目標指標の設定値とに基づいて制御出力を計算し、薬品注入率等を決定する。
【００３３】このように、水質制御モデル７として、ｐＨ制御モデル３６、塩素注入制御モデル３７、オゾン注入制御モデル３８、凝集剤注入制御モデル３９および殺菌消毒制御モデル４０が予め用意されている場合、シミュレータ１のユーザは、一般的な浄水場の水処理プロセスで採用される制御形態に対して、新たな水質制御モデルを用意することなく対応でき、水質制御のシミュレーションを容易に実行することができる。
【００３４】次に、本発明の第２の実施の形態の浄水場水質シミュレータについて、図６を用いて説明する。図６は、第２の実施の形態の浄水場水質シミュレータの構成概略図である。
【００３５】図６に示すように、本実施の形態の浄水場水質シミュレータ１は、浄水場の水処理プロセスの水質シミュレーションのための標準プロセスモデルを格納する標準プロセスモデル格納部４１を更に備えている。
【００３６】標準プロセスモデルは、この場合、多くの浄水場に共通する類型的な水処理プロセスモデルである。標準プロセスモデル格納部４１は、そのような標準プロセスモデルを格納している。
【００３７】そして、プロセスモデル構築手段３は、標準プロセスモデル格納部４１に格納された標準プロセスモデルと選択入力部２ａによって選択された要素モデルとを融合して、浄水場の水処理プロセスのプロセスモデルを構築するようになっている。
【００３８】その他の構成は、図１乃至図５に示す第１の実施の形態の浄水場水質シミュレータと略同様の構成である。第２の実施の形態において、図１乃至図５に示す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００３９】本実施の形態の場合、シミュレータ１のユーザは、シミュレーションの対象とする浄水場の構成及び仕様に比較的近い類似した構成の標準プロセスモデル（標準プロセスモデル格納部４１に格納されている）に対し、選択入力部２ａを介して、必要なプロセス部品モデルの追加や、不要なプロセス部品モデルの削除を行う。同様に、水質モデルや制御モデルを部分的に変更する。さらに、各要素モデルのパラメータを変更する。
【００４０】このような変更修正入力により、標準プロセスモデル格納部４１に格納されていた標準プロセスモデルが、当該浄水場に合ったプロセスモデルとなる。
【００４１】本実施の形態によれば、標準プロセスモデルが予め用意されているため、シミュレータ１のユーザは、全く新たにプロセスモデルを構築させることなく、既存の標準プロセスモデルの一部変更のみで個々の浄水場に合ったプロセスモデルを構築させることができる。また、基本的な浄水場水質制御の応答特性を、標準プロセスモデルのシミュレーションによって、容易に把握、学習することも可能である。
【００４２】なお、標準プロセスモデル格納部４１に格納される標準プロセスモデルは、複数であってもよい。この場合、個々の浄水場に最も近い標準プロセスモデルが、適宜に選択されて使用されることが好ましい。
【００４３】次に、本発明の第３の実施の形態の浄水場水質シミュレータについて、図７を用いて説明する。図７は、第３の実施の形態の浄水場水質シミュレータの構成概略図である。
【００４４】図７に示すように、本実施の形態の浄水場水質シミュレータ１は、要素モデル格納部２へ新規の要素モデルを追加するための要素モデル追加手段４２を更に備えている。
【００４５】その他の構成は、図１乃至図５に示す第１の実施の形態の浄水場水質シミュレータと略同様の構成である。第３の実施の形態において、図１乃至図５に示す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００４６】本実施の形態では、要素モデル格納部２への新規の要素モデルの組み込みが、要素モデル追加手段４２を用いて、新規要素モデルの内容と、既存要素との関連を考慮して決められる要素モデル格納部２内での組み込み位置と、を指定することによって行われる。
【００４７】次に、追加された要素モデルのデータ構造に合ったパラメータ設定等を行うため、要素モデル追加手段４２により、必要に応じて、選択入力部２ａにおける各種設定内容の変更を行う。
【００４８】本実施の形態によれば、シミュレータ１のユーザは、予め要素モデル格納部２に格納された要素モデル以外の新規要素モデルを、要素モデル追加手段４２により追加して格納し、プロセスモデルの構成要素として扱うことができるので、将来において新しい水処理プロセスが導入され得る場合等、機能拡張により容易に対応することができる。
【００４９】次に、本発明の第４の実施の形態の浄水場水質シミュレータについて、図８を用いて説明する。図８は、第４の実施の形態の浄水場水質シミュレータの構成概略図である。
【００５０】図８に示すように、本実施の形態の浄水場水質シミュレータ１は、プロセスモデル構築手段３が複数のプロセスモデルＡ、Ｂを構築できるようになっており、プロセスモデル構築手段３によって構築された複数のプロセスモデルＡ、Ｂを格納すると共に当該複数のプロセスモデルＡ、Ｂを選択してシミュレーション手段４に送り込むプロセスモデル計算管理手段４３が設けられている。
【００５１】その他の構成は、図１乃至図５に示す第１の実施の形態の浄水場水質シミュレータと略同様の構成である。第４の実施の形態において、図１乃至図５に示す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５２】本実施の形態では、プロセスモデル構築手段３及びプロセスモデル計算管理手段４３によって、要素モデルの結合により１つのプロセスモデルが構築された後、あるいは、すでに構築されたプロセスモデルが呼び出された後、他のもう１つのプロセスモデルが構築され、あるいは、すでに構築された他のもう１つのプロセスモデルが呼び出され得る。そして、複数のプロセスモデルについて同時に、あるいは別個に、シミュレーションが実行され得る。あるいは、プロセス構成の同じプロセスモデルを複数呼び出し、それぞれパラメータを変えてシミュレーションを実行することもできる。これらの場合において、複数のプロセスモデルに対する各データの管理についても、プロセスモデル計算管理手段４３が行う。
【００５３】本実施の形態によれば、シミュレータ１のユーザは、１つのシミュレータ上で、複数のプロセスモデルについて、同時あるいは別個にシミュレーションを実行することができ、複数のモデルの特性の違いを容易に比較することができる。
【００５４】このような比較検討は、プロセスの一部変更時や制御のパラメータ変更時の特性変化に基づいて最適条件を検討する際に、極めて有効である。このような形態は、シミュレータ１を浄水場の水処理プロセスに限定して作成し、プログラムを軽量化することで実際に実現可能である。
【００５５】次に、本発明の第５の実施の形態の浄水場水質シミュレータについて、図９を用いて説明する。図９は、第５の実施の形態の浄水場水質シミュレータの構成概略図である。
【００５６】図９に示すように、本実施の形態の浄水場水質シミュレータ１では、シミュレーション実行後のプロセス部品モデルのデータを、当該プロセス部品モデルの初期パラメータとして設定する初期パラメータ設定手段４４が、プロセスモデル構築手段３の中に設けられている。
【００５７】その他の構成は、図１乃至図５に示す第１の実施の形態の浄水場水質シミュレータと略同様の構成である。第５の実施の形態において、図１乃至図５に示す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５８】本実施の形態では、例えば、原水モデル８の水質が設定され、それ以外のプロセス部品モデルの初期パラメータに適当な値が設定されてシミュレーションが実行された場合、プロセスモデルを構成する各プロセス部品モデルの水質が一定になるまで計算が行われる。
【００５９】次に、初期パラメータ設定手段４４により、シミュレーション実行後の各プロセス部品モデルのデータが、プロセスモデル構築手段３における当該プロセス部品モデルの初期パラメータとして設定される。そして、設定された初期パラメータに基づいて、再度シミュレーションが実行される。
【００６０】本実施の形態によれば、プロセスモデル全体が定常状態に達するまでシミュレーションを実行して、当該定常状態におけるプロセス部品モデルのデータを当該プロセス部品モデルの初期パラメータとして設定することができるので、定常状態から制御目標値やパラメータを変更した時の応答や、定常状態から原水の水質が変化した時の応答等のシミュレーションを容易に行うことができる。通常、制御パラメータ変更の操作は、定常状態からの変化に対応するために実行されることが多いため、このような機能は極めて有効である。
【００６１】次に、本発明の第６の実施の形態の浄水場水質シミュレータについて、図１０を用いて説明する。図１０は、第６の実施の形態の浄水場水質シミュレータの構成概略図である。
【００６２】図１０に示すように、本実施の形態の浄水場水質シミュレータ１では、時系列データをプロセス部品モデルのパラメータとして設定するための時系列データ取り込み手段４５が、プロセスモデル構築手段３の中に設けられ、前記パラメータに基づいてシミュレーションを実行するための時系列データ計算管理手段４６が、シミュレーション手段４の中に設けられている。
【００６３】その他の構成は、図１乃至図５に示す第１の実施の形態の浄水場水質シミュレータと略同様の構成である。第６の実施の形態において、図１乃至図５に示す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６４】本実施の形態では、任意に作成された水質、流量、薬品注入率等の時系列データ、あるいは、実測値に基づく時系列データが、時系列データ取り込み手段４５を介して読み込まれ、プロセス部品モデルのパラメータとして設定されて、シミュレーションが実行され得る。
【００６５】以上のように、本実施の形態によれば、時系列データをプロセス部品モデルのパラメータとして設定できるので、実際のプラントで得た水質や薬品注入率の時系列データを用いて、より現実に即したきめ細かな水質制御のシミュレーションが可能となる。また、実測の時系列データを取り込み、シミュレーション結果データと比較する、例えば、両者をグラフ表示することによって、シミュレーション結果の妥当性をより容易に検証することができる。
【００６６】次に、本発明の第７の実施の形態の浄水場水質シミュレータについて、図１１を用いて説明する。図１１は、第７の実施の形態の浄水場水質シミュレータの構成概略図である。
【００６７】図１１に示すように、本実施の形態の浄水場水質シミュレータ１では、シミュレーションを一時停止及び再開、あるいは、中止するための計算進行管理手段４８が、シミュレーション手段４の中に設けられ、シミュレーション一時停止時にプロセス部品モデルのパラメータを変更するパラメータ途中変更手段４７が、プロセスモデル構築手段３の中に設けられている。
【００６８】その他の構成は、図１乃至図５に示す第１の実施の形態の浄水場水質シミュレータと略同様の構成である。第７の実施の形態において、図１乃至図５に示す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００６９】本実施の形態では、シミュレーション手段４によるシミュレーション計算の実行中、計算進行管理手段４８によって任意の点で計算を停止することが可能であり、例えば途中経過を確認した後、そのまま、あるいはパラメータ途中変更手段４７によってプロセス部品モデルのパラメータを変更して、計算を再開することができる。パラメータを変更した時の再開後の計算では、当該パラメータの変更が反映された結果が得られる。
【００７０】以上のように、本実施の形態によれば、シミュレーション実行中に任意の時点で計算を停止し、プロセス部品モデルのパラメータを変更して計算を再開できるので、実際の制御応答に応じて、比例積分制御の比例ゲインや積分時間などの制御のパラメータを調整する等のような、現実に即した制御操作をシミュレーションに反映させることができる。この形態は、特に、浄水場の水質制御オペレータの訓練支援にシミュレータを用いるときに有効である。
【００７１】次に、本発明の第８の実施の形態の浄水場水質シミュレータについて、図１２を用いて説明する。図１２は、第８の実施の形態の浄水場水質シミュレータの構成概略図である。
【００７２】図１２に示すように、本実施の形態の浄水場水質シミュレータ１は、シミュレーションの進行に同期して結果を表示するミュレーション同期表示手段４９が、シミュレーション手段４に接続されている。
【００７３】その他の構成は、図１乃至図５に示す第１の実施の形態の浄水場水質シミュレータと略同様の構成である。第８の実施の形態において、図１乃至図５に示す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７４】本実施の形態では、シミュレーションの進行に伴い、シミュレーション同期表示手段４９によって、計算結果が例えば数値データあるいはグラフとして表示され得る。
【００７５】以上のように、本実施の形態によれば、シミュレーションの進行に伴い、シミュレーションと同期して計算結果が表示されるので、制御応答や、制御のパラメータの妥当性が、シミュレーションの途中でも即座に判断できる。この形態は、特に、浄水場の水質制御オペレータの運転訓練や最適運転条件の検討にシミュレータを用いるときに有効である。
【００７６】次に、本発明の第９の実施の形態の浄水場水質シミュレータについて、図１３を用いて説明する。図１３は、第９の実施の形態の浄水場水質シミュレータの構成概略図である。
【００７７】図１３に示すように、本実施の形態の浄水場水質シミュレータ１は、浄水場の監視制御システム６０との間でデータの授受を行う監視制御システムインターフェース手段５０を備えている。
【００７８】その他の構成は、図１乃至図５に示す第１の実施の形態の浄水場水質シミュレータと略同様の構成である。第９の実施の形態において、図１乃至図５に示す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７９】本実施の形態では、監視制御システムインターフェース手段５０を介して浄水場の監視制御システム６０の各種データを取り込んでシミュレーションを実行することができる。また、シミュレーションで検討した各種パラメータを、浄水場の監視制御システム６０に送ることができる。
【００８０】以上のように、本実施の形態によれば、インターフェース手段５０を介して、浄水場の監視制御システム６０との間で容易にデータの授受を行うことができるため、例えばシミュレーション結果に基づいて、浄水場の監視制御システム６０に直接的に介入して運転の支援を行うこと等が可能となる。
【００８１】次に、本発明の第１０の実施の形態の浄水場水質シミュレータについて、図１４を用いて説明する。図１４は、第１０の実施の形態の浄水場水質シミュレータの構成概略図である。
【００８２】図１４に示すように、本実施の形態の浄水場水質シミュレータ１は、シミュレータのプロセスモデルの制御のパラメータを浄水場の監視制御システム６０で実際に使用される制御のパラメータとして自動的に設定するためのパラメータ自動送達手段５１が、監視制御システムインターフェース手段５０の中に設けられている。
【００８３】その他の構成は、図１３に示す第９の実施の形態の浄水場水質シミュレータと略同様の構成である。第１０の実施の形態において、図１３に示す第９の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８４】本実施の形態では、シミュレーションで検討した結果もっとも適切であると考えられるプロセスモデルの制御のパラメータが、監視制御システムインターフェース手段５０の中のパラメータ自動設定送達手段５１によって浄水場の監視制御システム６０に送られ、浄水場の監視制御システム６０で実際に使用される制御のパラメータとして設定される。
【００８５】本実施の形態によれば、シミュレーションで検討した結果もっとも適切であると考えられるプロセスモデルの制御のパラメータが、浄水場の監視制御システム６０で実際に使用される制御のパラメータとして自動的に設定されるので、シミュレータによる運転支援情報の制御操作への反映が迅速かつ容易にできる。
【００８６】次に、本発明の第１１の実施の形態の浄水場水質シミュレータについて、図１５を用いて説明する。図１５は、第１１の実施の形態の浄水場水質シミュレータの構成概略図である。
【００８７】図１５に示すように、本実施の形態の浄水場水質シミュレータ１は、浄水場の監視制御システム６０で実際に使用されている制御のパラメータおよび浄水場の監視制御システム６０のデータベースに保存されているプロセス値の実測データを、シミュレータのプロセスモデルのパラメータとして自動的に設定するためのパラメータ自動取り込み手段５２が、監視制御システムインターフェース手段５０の中に設けられている。
【００８８】その他の構成は、図１３に示す第９の実施の形態の浄水場水質シミュレータと略同様の構成である。第１１の実施の形態において、図１３に示す第９の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００８９】本実施の形態では、監視制御システムインターフェース手段５０の中にあるパラメータ自動取り込み手段５２により、浄水場の監視制御システムで実際に使用される制御のパラメータが、シミュレータのプロセスモデルの制御のパラメータとして設定されて、シミュレーションが実行され得る。
【００９０】また、浄水場の監視制御システム６０のデータベースに保存されているプロセス値の実測データが、プロセス部品モデルのパラメータとして設定されて、シミュレーションが実行され得る。
【００９１】以上のように、本実施の形態によれば、浄水場の監視制御システム６０で実際に使用されている制御のパラメータをシミュレータのプロセスモデルの制御パラメータとして自動設定でき、また、浄水場の監視制御システム６０のデータベースに保存されているプロセス値の実測データをプロセス部品モデルのパラメータとして設定できるので、浄水場の監視制御システム６０の動作を迅速かつより正確に予想でき、現実に即したシミュレーションを容易に実行することができる。
【００９２】次に、本発明の第１２の実施の形態の浄水場水質シミュレータについて、図１６を用いて説明する。図１６は、第１２の実施の形態の浄水場水質シミュレータの構成概略図である。
【００９３】図１６に示すように、本実施の形態の浄水場水質シミュレータ１は、選択入力部が、プロセス部品モデルに対応した図形イメージをマウス等によって指定し、それらを結合してプロセス構成を編集し、さらに当該プロセス部品モデルのパラメータをパラメータ設定画面で設定してプロセスモデルを構築するためのグラフィカル・ユーザ・インターフェース部５３として、プロセスモデル構築手段３の中に設けられている。
【００９４】その他の構成は、図１乃至図５に示す第１の実施の形態の浄水場水質シミュレータと略同様の構成である。第１２の実施の形態において、図１乃至図５に示す第１の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【００９５】本実施の形態では、グラフィカル・ユーザ・インターフェース部５３（選択入力部の一形態）により、要素モデルに対応した図形イメージをマウス等を用いてディスプレイ上で貼付けあるいは削除することにより、プロセス構成を編集することができる。さらに、貼り付けられた各要素モデルのパラメータ設定画面で、パラメータを設定することができる。
【００９６】貼り付けられた要素モデルと当該要素モデルに対して設定されたパラメータ、さらには要素モデル間の関連付けの情報に基づいて、プロセスモデル構築手段３が、シミュレーション手段４および要素モデル格納部２のデータ構造に対応するプロセスモデルを作成する。
【００９７】本実施の形態によれば、グラフィカル・ユーザ・インターフェース部５３により、マウスを用いて要素モデルに対応した図形イメージを貼り付けあるいは削除することで、容易にプロセス構成を設定でき、また、各要素のパラメータ設定画面にしたがってパラメータを入力することで、簡単にプロセスモデルの構築ができる。
【００９８】なお、グラフィカル・ユーザ・インターフェース部５３は、プロセスモデル構築手段３とは別個に設けられてもよい。
【００９９】次に、本発明の第１３の実施の形態の浄水場水質シミュレータについて、図１７を用いて説明する。図１７は、第１３の実施の形態の浄水場水質シミュレータの構成概略図である。
【０１００】図１７に示すように、本実施の形態の浄水場水質シミュレータ１は、プロセス部品モデルに対応した図形イメージをマウス等によって結合して編集されたプロセス構成に対して、当該プロセス構成を構成するすべてのプロセス部品モデルのパラメータを一括設定できるパラメータテーブルを自動生成するためのパラメータテーブル生成手段５４が、プロセスモデル構築手段３の中に設けられている。
【０１０１】その他の構成は、図１６に示す第１２の実施の形態の浄水場水質シミュレータと略同様の構成である。第１３の実施の形態において、図１６に示す第１２の実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
【０１０２】本実施の形態では、グラフィカル・ユーザ・インターフェース部５３により、要素モデルに対応した図形イメージをマウスを用いてディスプレイ上で貼付けあるいは削除することによりプロセス構成が編集される。シミュレータ１は、パラメータテーブル生成手段５４により、当該プロセス構成に対応するパラメータテーブルを自動生成する。この時、シミュレータ１のユーザは、パラメータテーブルヘ必要なデータを入力し、各要素モデルのパラメータを一括設定する。編集された要素モデルとパラメータテーブルで設定されたパラメータ、さらには要素モデル間の関連付けの情報に基づいて、プロセスモデル構築手段３が、シミュレーション手段４および要素モデル格納部２のデータ構造に対応するプロセスモデルを作成する。
【０１０３】本実施の形態によれば、パラメータテーブルを用いることにより、プロセスを構成する各々の要素モデルに対応したパラメータ設定画面をその都度開く必要が無くなり、すべての要素のパラメータを一括して設定することができる。
【０１０４】なお、パラメータテーブル生成手段５４は、プロセスモデル構築手段３とは別個に設けられてもよい。
【０１０５】
【発明の効果】本発明によれば、条件に適合する要素モデルを選択入力部によって選択するだけで、プロセスモデル構築手段が自動的に浄水場の水処理プロセスのプロセスモデルを構築するため、極めて容易に多様なシミュレーションを実行することができる。
【出願人】 【識別番号】５００１７８４５２
【氏名又は名称】東芝テクノコンサルティング株式会社
【識別番号】０００００３０７８
【氏名又は名称】株式会社東芝
【出願日】 平成１２年４月１８日（２０００．４．１８）
【代理人】 【識別番号】１０００６４２８５
【弁理士】
【氏名又は名称】佐藤 一雄 （外３名）
【公開番号】 特開２００１−３０６１０６（Ｐ２００１−３０６１０６Ａ）
【公開日】 平成１３年１１月２日（２００１．１１．２）
【出願番号】 特願２０００−１１６６６０（Ｐ２０００−１１６６６０）