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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-05-29
(45)【発行日】2023-06-06
(54)【発明の名称】水処理施設における運転支援装置
(51)【国際特許分類】
C02F 1/00 20230101AFI20230530BHJP
G05B 23/02 20060101ALI20230530BHJP
【ＦＩ】
C02F1/00 T
C02F1/00 K
G05B23/02 Z
【請求項の数】
4
(21)【出願番号】P 2017128442
(22)【出願日】2017-06-30
(65)【公開番号】P2019010615
(43)【公開日】2019-01-24
【審査請求日】2020-06-05
【審判番号】
【審判請求日】2022-02-25
(73)【特許権者】
【識別番号】000006507
【氏名又は名称】横河電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100165179
【弁理士】
【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡
(74)【代理人】
【識別番号】100206081
【弁理士】
【氏名又は名称】片岡 央
(74)【代理人】
【識別番号】100167553
【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 久典
(74)【代理人】
【識別番号】100181124
【弁理士】
【氏名又は名称】沖田 壮男
(72)【発明者】
【氏名】町田 祐太
【合議体】
【審判長】原 賢一
【審判官】松井 裕典
【審判官】金 公彦
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１３／１３６５０３（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００８－５９１４４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－２２９５５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００５－３３２３６０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
C02F1/00-9/14
G05B23/00-23/02
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
水処理施設における複数の測定装置で測定される被処理水の水質を示す水質値に基づき水質管理を支援する運転支援装置において、前記測定装置の設置地点または測定地点の現在または所定の過去の時刻における前記被処理水の組成値の推定値を算出するプロセスシミュレーション部と、
前記測定装置で測定された前記水質値または前記プロセスシミュレーション部で算出された前記組成値の推定値が入力されるパラメータ入力部と、
前記パラメータ入力部に入力された値を識別する識別部と、
前記識別部で識別された値に応じた計算式と、前記計算式における計算処理用のパラメータ、および／または、前記被処理水を構成する組成物を示す成分マトリクスにおける演算処理用のパラメータとを設定する設定部と、
前記計算式および前記パラメータを用いて、前記組成値の推定値から前記水質値の推定値を求め、または、前記水質値から組成値を求める水質演算部と、
を具備し、
前記プロセスシミュレーション部は、前記水質演算部が求める前記組成値を用いて、前記被処理水の組成値の推定値を算出し、
前記水質値は、ｐＨ、アルカリ度および導電率の少なくともいずれかであり、
前記組成値は、前記被処理水の構成成分であり、
前記計算式は、イオン平衡計算式を含む、
ことを特徴とする運転支援装置。
【請求項2】
前記運転支援装置は、前記組成値の推定値に基づき前記測定装置の設置地点または測定地点の所定の未来の時刻における前記組成値の予測値を演算する未来予測部を備え、
前記水質演算部は、前記未来予測部で算出された前記組成値の予測値が前記パラメータ入力部に入力された場合には、前記組成値の予測値から前記水質値の予測値を求める、
ことを特徴とする請求項１に記載の運転支援装置。
【請求項3】
前記成分マトリクスは、水、前記水質を制御するために使用する薬剤、有機物、または、イオン種の少なくともいずれかを構成する組成物を示す成分マトリクスを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の運転支援装置。
【請求項4】
前記水質演算部で算出された前記水質値の推定値または予測値を表示画面に表示する表示制御部を備えたことを特徴とする請求項２に記載の運転支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、水処理施設における運転監視装置に関し、特に、浄水施設における運転監視に必要な水質値（例えば、濁度、ｐＨ、水温等）の変動を直観的に捉えられる監視操作画面を提供する。
【背景技術】
【0002】
浄水場では、水源地から取水した原水に含まれる濁質粒径の大きい砂等を除去する沈砂池、水の消毒及び沈砂池で除去できない粒子径の小さい砂等について、薬品を投じて凝集させる（以下フロック形成という）薬品混和池、薬品混和池で形成されたフロックを沈殿させる沈澱池、粒径の異なる砂及び砂利の層を設け、沈澱池から流れる水をろ過するろ過池を通過した水を生活用水として送水している。
【0003】
近年、異常気象による原水の急激な水質変動が多発している。例えば、ゲリラ豪雨のように短時間で局地的な大雨が降ると、水源地から取水した原水が粒径の大きい濁質粒子を多く含むような濁った水（濁度が高い）へ急激に変化することがある。また、一度濁度が高い水が浄水場内の設備を流れると、設備に残留する濁質物質の影響により、数日間濁度の高い水が送水されるだけでなく、浄水場内の設備の清掃をしなければならない。この短時間で変動した濁度の高い原水を生活用水として送水するためには、従来以上に水質管理を徹底しなければならない。
【0004】
浄水場における水質管理は、操作監視画面に表示された浄水場の各設備における、ｐＨ、濁度、残留塩素濃度、アルカリ度、導電率等のような水質基準項目（以下、水質値と呼ぶ）の測定値に応じて、例えば、凝集剤を適量投入するような作業が運転員の手作業で行われる。この水質管理方法では、予め水質値の測定値から投与する凝集剤の量を判断できる運転員でないと、浄水場の運転監視を行うことができない。
また、前述したゲリラ豪雨のような短時間で局地的な大雨が降ると、急激な水質値の変動により、従来通りの水質管理が困難となる。
そこで、このような問題点を解決するためには、急激な水質値の変動を、表示装置を備えるコンピュータ上で模擬するようなシミュレータ（以下、プロセスシミュレータと呼ぶ）を構築する必要がある。
また、前述したゲリラ豪雨のような短時間で局地的な大雨が降ると、急激な水質値の変動により、従来通りの水質管理が困難となる。
そこで、このような問題点を解決するためには、急激な水質値の変動を、表示装置を備えるコンピュータ上で模擬するようなシミュレータ（以下、プロセスシミュレータと呼ぶ）を構築する必要がある。
【0005】
例えば、特許文献１には、浄水場における将来の水量変化を予測する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開平１－２０４１１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
浄水場向けプロセスシミュレータを構築する場合、石油精製、石油化学、ガス、発電用のプロセスシミュレータ（以下、化学プロセスシミュレータという）を利用して、例えば、沈砂池、薬品混和池、沈澱池、ろ過池などの浄水場設備における挙動を模擬するプロセスモデルを構築する必要がある。
なお、プロセスモデルとは、浄水場内のイオン平衡のような物理現象・化学現象を適切に数式化した数式モデルをいう。
浄水場向けプロセスシミュレータは、浄水場の動作を模擬するための物理現象・化学現象を適切に数式化したプロセスモデルを有し、浄水場の動作を模擬するシミュレート機能を有する。
なお、プロセスモデルとは、浄水場内のイオン平衡のような物理現象・化学現象を適切に数式化した数式モデルをいう。
浄水場向けプロセスシミュレータは、浄水場の動作を模擬するための物理現象・化学現象を適切に数式化したプロセスモデルを有し、浄水場の動作を模擬するシミュレート機能を有する。
【0008】
また、化学プロセスシミュレータには、石油精製、石油化学、ガス、発電用のプラント内に点在するタンク、ポンプ、バルブ、配管といった標準的な設備ユニットや、化学プラント等で扱う様々な成分（メタン、エタン、プロパン、窒素等）の物性情報を格納するデータベースを備えている。この設備ユニットやデータベースを用いて、プラントの動作を模擬するための物理現象・化学現象を適切に数式化したモデル式（以下、プラントモデルという）を構築することができる。
【0009】
しかし、浄水場向けプロセスシミュレータを、化学プロセスシミュレータを用いて挙動を模擬する場合、浄水場特有の水質に関わる成分が化学プロセスシミュレータ上のデータベースに登録されていないため、例えば、イオン、薬液成分、有機物、濁質等のような多種多様な水中の成分を、エンジニアが新たに選別し、データベースに登録しなければならない。さらに、各浄水場によって取水する水源地の水質も異なるため、エンジニアの作業が煩雑になる。
ここで、浄水場における運転監視で重要となる、ｐＨ、濁度、残留塩素濃度、アルカリ度、導電率等である水質値は、水中に溶け込む様々な成分の比率、及び、例えば、反応、イオン平衡のような成分間の相互干渉の結果の総称として測定されるパラメータである。そのため、水質値に関わる成分を的確にデータベースへ登録できないと、浄水場の設備内で生じる浄水プロセスに置ける水質値の変化を模擬することができない。
ここで、浄水場における運転監視で重要となる、ｐＨ、濁度、残留塩素濃度、アルカリ度、導電率等である水質値は、水中に溶け込む様々な成分の比率、及び、例えば、反応、イオン平衡のような成分間の相互干渉の結果の総称として測定されるパラメータである。そのため、水質値に関わる成分を的確にデータベースへ登録できないと、浄水場の設備内で生じる浄水プロセスに置ける水質値の変化を模擬することができない。
【0010】
化学プロセスシミュレータに備わる標準的な設備ユニットの中に、浄水場の設備に関するユニットが含まれていない。そのため、浄水場における水質値の変化を模擬する場合、複雑なプログラムによって、水質値の変化を模擬しなければならず、エンジニアの作業が煩雑となる。
また、化学プロセスシミュレータの多くは石油化学プラント向けであるため、浄水場固有の水質値（ｐＨ、濁度、残留塩素濃度、アルカリ度等）の算出を行う機能がなく、水質値を算出することができない。
また、化学プロセスシミュレータの多くは石油化学プラント向けであるため、浄水場固有の水質値（ｐＨ、濁度、残留塩素濃度、アルカリ度等）の算出を行う機能がなく、水質値を算出することができない。
【0011】
また、エンジニアは、化学プロセスシミュレータに備わる標準的な設備ユニットを複数種類用いて、浄水場特有のプロセスモデルを構築し、プロセスシミュレータを稼働させることができる。しかし、従来から実際の浄水場における運転監視画面と同様の構成で浄水場の各設備におけるシミュレーション結果のみを表示すると、水質値を直観的に捉えられない。さらに、ゲリラ豪雨に起因する急激な水質値の変動を把握することができないため、運転員は的確な水質管理を行うことができない。
【0012】
そこで、本発明は、直観的に浄水場全体の水質値の測定値を捉えることができ、例えばゲリラ豪雨のような原水の急激な水質変動に起因する、浄水プロセスに置ける水質値の急激な変動を模擬することが可能である浄水場向けプロセスシミュレータの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
このような課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、
水処理における複数の測定装置の測定データに基づき水質管理を支援する運転支援装置において、
前記測定装置の設置地点または測定地点の所定の時刻における前記水処理の被処理水の水質を示す水質値の推定値を算出するシミュレーション部と、
前記水質値の種類を識別する識別部と、
予め記憶部に格納されている前記水質値の種別に対応する計算式における計算処理用のパラメータ、および／または、前記水処理における前記被処理水を構成する組成物を示す成分マトリクスにおける演算処理用のパラメータを設定する設定部と、
前記計算式及び前記成分マトリクスの少なくともいずれかに基づき、現在または所定の時刻における前記設置地点または前記測定地点の前記水質値の状態を算出する水質演算部と、
を具備することを特徴とする。
水処理における複数の測定装置の測定データに基づき水質管理を支援する運転支援装置において、
前記測定装置の設置地点または測定地点の所定の時刻における前記水処理の被処理水の水質を示す水質値の推定値を算出するシミュレーション部と、
前記水質値の種類を識別する識別部と、
予め記憶部に格納されている前記水質値の種別に対応する計算式における計算処理用のパラメータ、および／または、前記水処理における前記被処理水を構成する組成物を示す成分マトリクスにおける演算処理用のパラメータを設定する設定部と、
前記計算式及び前記成分マトリクスの少なくともいずれかに基づき、現在または所定の時刻における前記設置地点または前記測定地点の前記水質値の状態を算出する水質演算部と、
を具備することを特徴とする。
【0014】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の運転支援装置において、
前記運転支援装置は、
前記推定値に基づき前記測定装置の設置地点または測定地点の所定の未来の時刻における前記水処理の被処理水の水質を示す前記水質値の予測値を演算する未来予測部と、
を具備することを特徴とする。
前記運転支援装置は、
前記推定値に基づき前記測定装置の設置地点または測定地点の所定の未来の時刻における前記水処理の被処理水の水質を示す前記水質値の予測値を演算する未来予測部と、
を具備することを特徴とする。
【0015】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の運転支援装置において、
前記水質値は、
ｐＨ、アルカリ度、濁度、導電率の少なくともいずれかを含み、又は、前記水の組成値であることを特徴とする。
前記水質値は、
ｐＨ、アルカリ度、濁度、導電率の少なくともいずれかを含み、又は、前記水の組成値であることを特徴とする。
【0016】
請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の運転支援装置において、
前記計算式は、
前記水質値のイオン平衡を算出するための計算式、又は、濁度を算出するための計算式を含むことを特徴とする。
前記計算式は、
前記水質値のイオン平衡を算出するための計算式、又は、濁度を算出するための計算式を含むことを特徴とする。
【0017】
請求項５記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載の運転支援装置において、
前記成分マトリクスは、
前記水処理における、前記被処理水、前記水質を制御するために使用する薬剤、有機物、または、化学物質の少なくともいずれかを構成する組成物を示す成分マトリクスを含むことを特徴とする。
前記成分マトリクスは、
前記水処理における、前記被処理水、前記水質を制御するために使用する薬剤、有機物、または、化学物質の少なくともいずれかを構成する組成物を示す成分マトリクスを含むことを特徴とする。
【0018】
請求項６記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の運転支援装置において、
前記計算式および／または前記成分マトリクスに基づき算出された前記推定値又は予測値を表示画面に表示する表示制御部を備えたことを特徴とする。
前記計算式および／または前記成分マトリクスに基づき算出された前記推定値又は予測値を表示画面に表示する表示制御部を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0019】
水処理における複数の測定装置の測定データに基づき水質管理を支援する運転支援装置において、測定装置の設置地点または測定地点の所定の時刻における水処理の被処理水の水質を示す水質値の推定値を算出するシミュレーション部と、水質値の種類を識別する識別部と、予め記憶部に格納されている水質値の種別に対応する計算式における計算処理用のパラメータ、および／または、水処理における被処理水を構成する組成物を示す成分マトリクスにおける演算処理用のパラメータを設定する設定部と、計算式及び成分マトリクスの少なくともいずれかに基づき、現在または所定の時刻における設置地点または測定地点の水質値の状態を算出する水質演算部と、を具備することで、エンジニアが、浄水場特有の水質値を新たに登録する必要がなく、作業の煩雑さを軽減できる。また、本発明によって、浄水場の各設備における水質値及び水の詳細組成値を演算することができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】一般的な浄水場の構成例を示す構成図である。
【図2】本発明の運転支援監視装置の構成例を示す構成図である。
【図3】本発明の運転支援監視装置における演算制御装置の構成例を示す構成図である。
【図4】本発明の運転支援監視装置が出力する運転監視画面の一実施例を示す図である。
【図5】本発明の運転支援監視装置が出力する運転監視画面の一実施例を示す図である。
【図6】本発明の運転支援監視装置におけるシミュレーション部の構成例を示す構成図である。
【図7】本発明の運転支援監視装置におけるシミュレーション部の動作の一例を示すフローチャートである。
【図8】本発明の運転支援監視装置を表示する動作の一例を示すフローチャートである。
【図9】本発明の運転支援監視装置における第２実施例の構成例を示す構成図である。
【図10】本発明の運転支援監視装置における第２実施例の成分データベースの構成例を示す図である。
【図11】本発明のパラメータ変換部における動作の一例を示すフローチャートである。
【図12】本発明の水の詳細組成値から水質値を演算する動作の一例を示すフローチャートである。
【図13】本発明の水質値から水の詳細組成値を演算する動作の一例を示すフローチャートである。
【図14】本発明のプロセスシミュレーション部に記憶される設備モジュールの一例を示す図である。
【図15】本発明の設備モジュールの構成例を示す構成図である。
【図16】本発明のＩ／Ｏモジュールからの電力供給を再開する動作の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
＜総論＞
本発明は、ゲリラ豪雨のような異常気象による、ｐＨ、濁度、残留塩素濃度、アルカリ度、導電率等である水質値の急激な変動を模擬する浄水場向けプロセスシミュレータを備える運転監視装置を提供することを目的とする。
また、この浄水場向けプロセスシミュレータを備える運転監視装置を提供する際、水質値の急激な挙動の変化を直観的に捉えることができ、的確な判断を行うことができる運転支援監視画面を提供する必要がある。
さらに、急激な水質値の挙動を実際の浄水場内設備に生じる挙動のように模擬するために、水質値を浄水場内の設備ごとに予測でき、浄水場設備の構成に合わせたプロセスモデルを構築できる必要がある。
本発明は、ゲリラ豪雨のような異常気象による、ｐＨ、濁度、残留塩素濃度、アルカリ度、導電率等である水質値の急激な変動を模擬する浄水場向けプロセスシミュレータを備える運転監視装置を提供することを目的とする。
また、この浄水場向けプロセスシミュレータを備える運転監視装置を提供する際、水質値の急激な挙動の変化を直観的に捉えることができ、的確な判断を行うことができる運転支援監視画面を提供する必要がある。
さらに、急激な水質値の挙動を実際の浄水場内設備に生じる挙動のように模擬するために、水質値を浄水場内の設備ごとに予測でき、浄水場設備の構成に合わせたプロセスモデルを構築できる必要がある。
【0022】
本願発明に係る発明者らは、上述の問題点を解決するべく、以下に示すような、水質値の急激な変動を直感的に捉えることができ、的確な判断を行うことができる運転支援監視画面及び水質値の急激に変化する挙動を、実際の浄水場内設備に生じる挙動のように模擬するプロセスモデルを備えた浄水場におけるプロセスシミュレータを具備する運転監視装置を新たに発明するに至った。このプロセスシミュレータを備えた運転監視装置について、以下、詳細に説明する。
【0023】
＜実施例１ 浄水場における運転監視装置の構成例＞
実施例１では、運転監視システムまたは運転訓練支援装置として用いられるプロセスシミュレータ、特にその運転監視画面について説明する。
以下、図面をもとに本発明に係る浄水場における運転監視装置に関する詳細な説明を行う。図１は浄水場における設備及び運転監視装置の概要であり、図２は本発明である運転監視装置の構成例を示す。
実施例１では、運転監視システムまたは運転訓練支援装置として用いられるプロセスシミュレータ、特にその運転監視画面について説明する。
以下、図面をもとに本発明に係る浄水場における運転監視装置に関する詳細な説明を行う。図１は浄水場における設備及び運転監視装置の概要であり、図２は本発明である運転監視装置の構成例を示す。
【0024】
図１において、浄水場では、沈砂池、薬品混和池、沈澱池、ろ過池等の浄水場設備１１１－１１４に、ｐＨ、濁度、残留塩素濃度、アルカリ度、導電率等である水質値を測定するための一または複数の測定計または測定装置１２１－１２４が設置される。設置される測定計または測定装置１２１－１２４は、各設置点または各測定対象によって異なる種類の測定装置１２１－１２４であっても良く、これらの装置は、得られた測定値を図示しない接続線または有線あるいは無線ネットワーク１３１を介して中央監視室１００等に設置される運転監視システムに送信する。運転監視システムは受信した水質値を、測定地点、水質値毎に運転監視システムが具備する表示装置に表示する。
【0025】
ここで浄水場におけるプロセスシミュレータは、上述のような実際の浄水場の運転監視における表示と同等の環境を提供するため、模擬演算により算出された沈砂池、薬品混和池、沈澱池、ろ過池などの浄水場設備１１１－１１４の各測定地点における水質値をそれぞれ表示装置１４１に表示する。水質値の各測定地点は、各浄水場によって異なるため、プロセスシミュレータも任意に測定地点を選択することができる。
なお、プロセスシミュレータは、浄水場の運転監視用の表示装置に用意してもよいし、プロセスシミュレータ用に別途表示装置を用意してもよい。
なお、プロセスシミュレータは、浄水場の運転監視用の表示装置に用意してもよいし、プロセスシミュレータ用に別途表示装置を用意してもよい。
【0026】
また、測定計または測定装置１２１－１２４は、流量計、温度計、ｐＨ計、導電率計、濁度計、残留塩素計、アルカリ度計等、浄水場における水質管理に使用するフィールド機器、分析計を示す。
【0027】
図２において、浄水場内設備１１１－１１４における各測定地点から取得した測定値を、操作監視端末１４１で表示する運転監視装置２の構成例を示す。本発明の運転監視装置は、入力部２１、送受信部２２、記憶部２３、表示部２４、演算制御装置３から構成される。
【0028】
入力部２１は、シミュレーション演算のために用いる、測定装置１２１から取得される測定値に係る、シミュレーション用のパラメータを入力する。なお、入力部２１は、例えば、キーボード、マウス、画面パネル等といった入力装置が挙げられる。
【0029】
送受信部２２は、浄水場内設備における各測定地点に設置される測定装置１２１から、ｐＨ、濁度、残留塩素濃度、アルカリ度、導電率等である水質値に関する測定値及び送信元の測定装置１２１を示す固有の識別情報を受信する。
なお、送受信部２２が受信する水質値の測定値は、測定装置１２１から受信するものと記載したが、これに限定されるものではなく、例えば、予め設定した水質値の時間変化を定義したシナリオを用いても、キーボード、マウス、画面パネル等といった入力装置である入力部２１から入力するものでもよい。
また、送受信部２２が測定値を受信するタイミングは、ユーザが予め設定してもよい。
なお、送受信部２２は、例えば、ネットワークインタフェースやＵＳＢの接続口等といった、測定装置１２１、ネットワークケーブル、入力部２１等と接続される。
なお、送受信部２２が受信する水質値の測定値は、測定装置１２１から受信するものと記載したが、これに限定されるものではなく、例えば、予め設定した水質値の時間変化を定義したシナリオを用いても、キーボード、マウス、画面パネル等といった入力装置である入力部２１から入力するものでもよい。
また、送受信部２２が測定値を受信するタイミングは、ユーザが予め設定してもよい。
なお、送受信部２２は、例えば、ネットワークインタフェースやＵＳＢの接続口等といった、測定装置１２１、ネットワークケーブル、入力部２１等と接続される。
【0030】
記憶部２３は、後述する演算制御装置内のデータ更新部３１２から受信した各測定地点における水質値の測定値を各測定地点別に格納する。記憶部２３による水質値の格納方法は、各測定地点別でデータベースを設け、各データベースに格納してもよいし、マトリクス形式で各測定地点別に格納してもよい。
また、記憶部２３に水質値を格納するとき、各測定地点別と併せてｐＨ、濁度、残留塩素濃度、アルカリ度、導電率のような水質値別にデータベースを設けてもよい。
なお、記憶部２３における各測定地点における水質値の測定値の格納方法は、エンジニアリング端末２５を用いて設定してもよい。
また、記憶部２３に水質値を格納するとき、各測定地点別と併せてｐＨ、濁度、残留塩素濃度、アルカリ度、導電率のような水質値別にデータベースを設けてもよい。
なお、記憶部２３における各測定地点における水質値の測定値の格納方法は、エンジニアリング端末２５を用いて設定してもよい。
【0031】
また、記憶部２３は、後述するシミュレーション部において模擬演算をするため、浄水場内設備に設置される測定装置１２１で取得した水質値を送受信部で受信した時刻データ及び測定地点データとともに時系列かつ測定地点毎に格納する。模擬演算をする場合、後述するパラメータ変換部３１１１は格納した水質値を記憶部２３から呼び出す。
【0032】
さらに、記憶部２３は、後述するシミュレーション部３１１に構成されるプロセスシミュレーション部３１１４でプロセスシミュレーションモデル３１１５に基づき浄水場における水質値のシミュレーションを実行した結果、算出された推定値を時刻データかつ測定地点データとともに、時系列及び測定地点毎に格納する。
【0033】
さらに、記憶部２３は、浄水場内設備の各測定地点における、例えば、急激な天候変動がなく（ゲリラ豪雨などがない）、測定値における平均的な気候の正常時の水質値を格納する。正常時の水質値は、季節によって変動が生じるため、季節ごとに正常時の水質値として複数種類格納してもよい。
なお、記憶部２３は、ローカルネットワーク上に存在しても、インターネットを介しクラウドコンピューティングを実現するシステム上に存在してもよい。
なお、記憶部２３は、ローカルネットワーク上に存在しても、インターネットを介しクラウドコンピューティングを実現するシステム上に存在してもよい。
【0034】
表示部２４は、後述する演算制御装置内の表示制御部３２から指示に基づき、図４のような浄水場全体における水質を表示する表示画面として、各測定地点における水質値を表示する。
【0035】
【0036】
制御部３１は、送受信部２２が受信する測定値、識別信号、及び、予め記憶部２３に記憶される浄水場内設備における各測定地点と測定装置１２１の識別情報とが関連付けられた浄水場の設備定義情報に基づき、測定値と測定地点とを関連付ける。
なお、送受信部２２が受信する測定値は、浄水場内設備における各測定地点と測定値とが関連付けられた状態で受信するものでもよく、この場合、浄水場内設備における各測定地点と測定値とは、測定地点に設置される測定装置１２１に予め当該測定地点を示す固有の識別情報を設定しておくことにより関連付けが行われている。
送受信部２２は、受信した測定値をシミュレーション部３１１及びデータ更新部３１２から構成される制御部３１へ送信する。
なお、送受信部２２が受信する測定値は、浄水場内設備における各測定地点と測定値とが関連付けられた状態で受信するものでもよく、この場合、浄水場内設備における各測定地点と測定値とは、測定地点に設置される測定装置１２１に予め当該測定地点を示す固有の識別情報を設定しておくことにより関連付けが行われている。
送受信部２２は、受信した測定値をシミュレーション部３１１及びデータ更新部３１２から構成される制御部３１へ送信する。
【0037】
シミュレーション部３１１は、送受信部２２から水質値の測定値を受信すると、プロセスモデルに基づき、各測定地点で測定した時点における状態を模擬して水質値の推定値を算出し、算出した推定値から各測定地点の未来の時刻、例えば、５分後、１０分後、６０分後、１２０分後における水質値の予測値を算出する。シミュレーション部３１１の詳細な構成例は後述する。
また、シミュレーション部３１１によって算出した推定値及び予測値は、各測定地点と関連付けられた状態でデータ更新部３１２へ送信される。
また、シミュレーション部３１１によって算出した推定値及び予測値は、各測定地点と関連付けられた状態でデータ更新部３１２へ送信される。
【0038】
データ更新部３１２は、入力部２１から受信した浄水場内設備の各測定地点における水質値の測定値、及び／又は、シミュレーション部３１１から受信した各測定地点における水質値の推定値及び予測値を記憶部２３へ格納する。データ更新部３１２が記憶部２３へ格納するタイミングは予めされるものでもよいし、データ更新部３１２が入力部２１及びシミュレーション部３１１から測定値、推定値又は、予測値を受信するタイミングにあわせてもよい。
【0039】
表示制御部３２は、予め設定された測定地点ごとに表示する水質値の種類から、記憶部２３に格納される、測定地点ごとに水質値の測定値、推定値、予測値を抽出し、表示部２７へ抽出した水質値を測定地点ごとに表示する旨の指示を送信する。また、表示制御部３２は、水質値の測定値、推定値、予測値いずれか１種類又は２種類以上と正常時の水質値を表示する旨の指示を表示部２４へ送信する。
なお、表示制御部３２は、水質値の測定値、推定値、予測値と表示する正常時の水質値の種類を選択して、表示する旨の指示を表示部２４に送信してもよい。
また、表示制御部３２で抽出する各測定地点及び水質値の種類は、エンジニアリング端末２５で予め設定してもよい。
なお、表示制御部３２は、水質値の測定値、推定値、予測値と表示する正常時の水質値の種類を選択して、表示する旨の指示を表示部２４に送信してもよい。
また、表示制御部３２で抽出する各測定地点及び水質値の種類は、エンジニアリング端末２５で予め設定してもよい。
【0040】
【0041】
図４において、原水水質レーダーチャート４１は、浄水場で取水する原水の水質値をレーダーチャートにプロットしたものである。表示部２４は、図４に示すように原水水質レーダーチャート４１上にプロットされた各原水水質値の測定値又は推定値又は予測値を実線で表示している。
図４では、原水の水質値であるｐＨ、濁度、ＮＨ3（アンモニア濃度）、有機物濃度、水温、ＭＡｌｋ（アルカリ度）の測定値又は推定値又は予測値を実線で表示している。例えば、各パラメータはレーダーチャートの中心から離れるほど値が大きくなることを示すものでもよい。
図４では、原水の水質値であるｐＨ、濁度、ＮＨ3（アンモニア濃度）、有機物濃度、水温、ＭＡｌｋ（アルカリ度）の測定値又は推定値又は予測値を実線で表示している。例えば、各パラメータはレーダーチャートの中心から離れるほど値が大きくなることを示すものでもよい。
【0042】
ここで、水質値はｐＨ、濁度、残留塩素濃度、アルカリ度、導電率、ＮＨ3（アンモニア濃度）、有機物濃度、水温等、水質管理に必要な水質基準項目を指す。
浄水場における各測定地点に設置される、測定装置１２１によって測定された水質値を測定値と呼ぶ。
シミュレーション部２３１による各測定地点の水質値のシミュレーション結果を推定値と呼ぶ。さらに、所定の未来または将来の時刻における各測定地点の水質値のシミュレーション結果を予測値と呼ぶ。
浄水場における各測定地点に設置される、測定装置１２１によって測定された水質値を測定値と呼ぶ。
シミュレーション部２３１による各測定地点の水質値のシミュレーション結果を推定値と呼ぶ。さらに、所定の未来または将来の時刻における各測定地点の水質値のシミュレーション結果を予測値と呼ぶ。
【0043】
また、原水の水質値に関する測定値又は推定値又は予測値は、浄水場内設備に設置される、例えば１０分周期、２０分周期といった、浄水場内設備に設置される測定装置１２１の測定周期、又は、シミュレーション部２３１による推定値又は予測値の演算周期で更新される。
なお、原水水質レーダーチャート４１に表示する水質値は、浄水場設備に設置される測定計の種類に応じて選択・変更してもよいし、表示する水質値の種類を増減させてもよい。
なお、原水水質レーダーチャート４１に表示する水質値は、浄水場設備に設置される測定計の種類に応じて選択・変更してもよいし、表示する水質値の種類を増減させてもよい。
【0044】
また、原水水質レーダーチャート４１には、正常時の水質値（例えば、終日晴れている日等の各測定装置１２１における水質値）を破線で表示するものでもよい。正常時の水質値は固定して表示するが、原水水質の正常値が季節変動などに起因して変化する場合は、季節に応じた水質値に変更して表示してもよい。
【0045】
このように、原水水質レーダーチャート４１に原水の水質値に関する測定値又は推定値又は予測値を実線で表示し、正常時の水質値を破線で表示することで、ある時点における原水の水質を直観的に把握することができるとともに、異常状態または異常状態となりつつかるか否か、を容易に把握できる。
なお、原水水質レーダーチャート４１に表示する原水の水質値に関する測定値、推定値又は予測値は、いずれか１種類か２種類以上を同時に表示してもよい。
また、原水水質レーダーチャート４１は、表示レンジを切り替えるために、拡大ボタン及び縮小ボタンを設けてもよい。
なお、原水水質レーダーチャート４１に表示する原水の水質値に関する測定値、推定値又は予測値は、いずれか１種類か２種類以上を同時に表示してもよい。
また、原水水質レーダーチャート４１は、表示レンジを切り替えるために、拡大ボタン及び縮小ボタンを設けてもよい。
【0046】
図４において、水質プロファイルグラフ４２（４２１－４２３）グラフは、縦軸を水質値の値、横軸を測定地点として、浄水場内設備の各測定地点における水質値の測定値又は推定値又は予測値をプロット及び実線で表示する。なお、図４に示すように、水質プロファイルグラフ４２（４２１－４２３）グラフの横軸で示している測定地点は、浄水場内設備におけるプロセス処理、プロセスフローの順に配置されている。
表示制御部２５は、記憶部２４に記憶されるプロセスフロー図４３（後述）に基づき、水質プロファイルグラフ４２（４２１－４２３）グラフの横軸をプロセスフロー図４３に則して表示部２７に表示する。また、表示制御部２５は、所定の周期で、記憶部２４に記憶される各水質値の測定値、推定値、予測値に基づき各値を表示部２４に表示する。
図４では、濁度、ｐＨ、残留塩素濃度である水質値の測定値、推定値又は予測値のプロファイルを表示している。
なお、水質プロファイルグラフ４２（４２１－４２３）グラフに表示する水質値は、浄水場における監視対象、設置される測定計の種類に応じて、例えば、水温、導電率、アルカリ度、アンモニア濃度、有機物濃度のような他の水質値を表示してもよいし、測定地点を増減させてもよい。
表示制御部２５は、記憶部２４に記憶されるプロセスフロー図４３（後述）に基づき、水質プロファイルグラフ４２（４２１－４２３）グラフの横軸をプロセスフロー図４３に則して表示部２７に表示する。また、表示制御部２５は、所定の周期で、記憶部２４に記憶される各水質値の測定値、推定値、予測値に基づき各値を表示部２４に表示する。
図４では、濁度、ｐＨ、残留塩素濃度である水質値の測定値、推定値又は予測値のプロファイルを表示している。
なお、水質プロファイルグラフ４２（４２１－４２３）グラフに表示する水質値は、浄水場における監視対象、設置される測定計の種類に応じて、例えば、水温、導電率、アルカリ度、アンモニア濃度、有機物濃度のような他の水質値を表示してもよいし、測定地点を増減させてもよい。
【0047】
また、水質プロファイルグラフ４２（４２１－４２３）グラフには、原水水質レーダーチャート４１と同様に、正常時の水質値（例えば、急激な天候変動がなく（ゲリラ豪雨などがない）、測定値における平均的な気候の各測定装置１２１における水質値）を破線で表示する。正常時の水質値は固定して表示するが、浄水場内を流れる水質値の正常値が季節変動などに起因して変化する場合は、季節に応じた水質値に変更して表示してもよい。
【0048】
このように、水質プロファイルグラフ４２（４２１－４２３）グラフに浄水場内設備に設置される各測定地点の測定値又は推定値又は予測値を実線で表示し、正常時の水質値を破線で表示することで、ある時点における各測定地点の水質を直感的に把握することができる、すなわち、浄水場の設備全体（測定地点全体）、つまり、プロセス処理全体を把握でき、異常状態又は異常状態となりつつあるか否かを容易に把握できる。
【0049】
なお、水質プロファイルグラフ４２（４２１－４２３）グラフに表示する各測定地点における水質値の測定値又は推定値又は予測値は、いずれか１種類か２種類以上を同時に表示してもよい。
また、水質プロファイルグラフ４２（４２１－３２３）グラフは、表示レンジを切り替えるために、拡大ボタン及び縮小ボタンを設けてもよい。
なお、水質プロファイルグラフ４２（４２１－４２３）グラフのプロットを選択すると、対象となる測定地点における測定値又は推定値又は予測値を表示してもよい。
また、水質プロファイルグラフ４２（４２１－４２３）グラフと共に、各測定地点間の水質値をバーとして表示し、このバーによって、例えば色の濃淡を利用して、直観的に各測定地点間の水質値を表示してもよい（後述）。
また、水質プロファイルグラフ４２（４２１－３２３）グラフは、表示レンジを切り替えるために、拡大ボタン及び縮小ボタンを設けてもよい。
なお、水質プロファイルグラフ４２（４２１－４２３）グラフのプロットを選択すると、対象となる測定地点における測定値又は推定値又は予測値を表示してもよい。
また、水質プロファイルグラフ４２（４２１－４２３）グラフと共に、各測定地点間の水質値をバーとして表示し、このバーによって、例えば色の濃淡を利用して、直観的に各測定地点間の水質値を表示してもよい（後述）。
【0050】
図４において、プロセスフロー図４３は、浄水場全体の設備構成を示すものである。プロセスフロー図４３は、運転監視装置と接続されるエンジニアリング端末２８により作成される。
なお、プロセスフロー図４３は、浄水場における設備の構成によって変更してもよいし、浄水場内設備の写真を用いてもよい。
このプロセスフロー図４３は、本発明に係るプロセスシミュレータを備える運転監視装置の記憶部２４に記憶される。表示制御部２５は記憶部２４に記憶されるプロセスフロー図４３に基づき、浄水場設備全体、すなわち、浄水場のプロセス全体を表示部２７に表示する。
なお、プロセスフロー図４３は、浄水場における設備の構成によって変更してもよいし、浄水場内設備の写真を用いてもよい。
このプロセスフロー図４３は、本発明に係るプロセスシミュレータを備える運転監視装置の記憶部２４に記憶される。表示制御部２５は記憶部２４に記憶されるプロセスフロー図４３に基づき、浄水場設備全体、すなわち、浄水場のプロセス全体を表示部２７に表示する。
【0051】
また、図５は、図４の浄水場全体の水質表示画面における任意の箇所を選択すると、水質表示画面に選択箇所のレーダーチャートである。運転監視装置の入力部２１を介して表示部２７に表示されるプロセスフロー図４３の中から任意の箇所が選択されると、表示制御部２５は、記憶部２４に記憶される各水質値の測定値、推定値、予測値に基づき、レーダーチャートを作成し、表示部２７に表示する。より具体的には、図５は、プロセスフロー図４３中の薬品混和池出口付近が選択されることにより表示される、薬品混和池出口のレーダーチャート５である。図４における原水水質レーダーチャート４１及び水質プロファイルグラフ４２（４２１－４２３）グラフと同様に、選択箇所における測定値、推定値又は予測値を実線で表示し、正常時の水質値を破線で表示する。
なお、選択箇所に応じてレーダーチャートに表示する水質値の種類を変えてもよいし、パラメータの種類を増減してもよい。
また、任意に選択した箇所のレーダーチャートは、測定値又は推定値又は予測値が表示されてもよい。なお、表示する測定値又は推定値又は予測値は、設備の入口付近、出口付近、設備の途中若しくはシミュレータによって演算される地点の値であってもよい。
なお、任意に選択した箇所の測定値又は推定値又は予測値は、値に応じて色が変化するバーによって表示してもよい。
なお、選択箇所に応じてレーダーチャートに表示する水質値の種類を変えてもよいし、パラメータの種類を増減してもよい。
また、任意に選択した箇所のレーダーチャートは、測定値又は推定値又は予測値が表示されてもよい。なお、表示する測定値又は推定値又は予測値は、設備の入口付近、出口付近、設備の途中若しくはシミュレータによって演算される地点の値であってもよい。
なお、任意に選択した箇所の測定値又は推定値又は予測値は、値に応じて色が変化するバーによって表示してもよい。
【0052】
【0053】
＜シミュレーション部３１１の具体的な構成例＞
図６において、本発明のシミュレーション部３１１の一実施例を示す構成図を示す。図６における、シミュレーション部３１１は、主に、パラメータ変換部３１１１、パラメータ修正部３１１２、パラメータ決定部３１１３、プロセスシミュレーション部３１１４、プロセスプロセスシミュレーションモデル３１１５、初期値作成部３１１６、及び未来予測部３１１７から構成される。
図６において、本発明のシミュレーション部３１１の一実施例を示す構成図を示す。図６における、シミュレーション部３１１は、主に、パラメータ変換部３１１１、パラメータ修正部３１１２、パラメータ決定部３１１３、プロセスシミュレーション部３１１４、プロセスプロセスシミュレーションモデル３１１５、初期値作成部３１１６、及び未来予測部３１１７から構成される。
【0054】
図６におけるパラメータ変換部３１１１は、浄水場内設備に設置される測定装置１２１から取得した、記憶部２３に時系列かつ測定地点毎に格納される水質値をプロセスシミュレーション部３１１４でシミュレーション可能なデータ形式に変換する。パラメータ変換部３１１４の詳細な動作は後述する。
また、パラメータ変換部３１１１は、変換したデータをパラメータ修正部３１１２に送信する。
また、パラメータ変換部３１１１は、変換したデータをパラメータ修正部３１１２に送信する。
【0055】
プロセスシミュレーション部３１１４は、水質計算に必要なイオン平衡式や、濁度計算式や、相関式等の計算式と上記計算式を水質値と水中の詳細組成値の換算を行う計算機能、及び、例えば、有機物、濁質、薬液成分等が格納される水質成分データベース、及び、から構成されるプロセスシミュレーションモデル３１１５を用いて、浄水場における動作と並行して演算を行う。プロセスシミュレーション部３１１４は、この演算結果を推定値としてデータ更新部３１２、表示制御部３２を介して表示装置へ出力し表示する。このプロセスシミュレーション部３１１４の出力を以降、推定値又は模擬出力と呼ぶこととする。なお、シミュレーション部３１１で用いるプロセスシミュレーションモデル３１１５、及び演算方法は後述する。
パラメータ決定部３１１３は、プロセスデータとプロセスシミュレーションモデル３１１５の変数との相関関係から修正するパラメータを選択する。
パラメータ決定部３１１３は、プロセスデータとプロセスシミュレーションモデル３１１５の変数との相関関係から修正するパラメータを選択する。
【0056】
さらに、パラメータ決定部３１１３は、プロセスシミュレーションモデル３１１５を構成するどのパラメータを変更するとシミュレーション結果にどの程度影響を与えるか、浄水場の立ち上げ時のデータやモデル式の分析結果に基づき、シミュレーション結果に対して相関が高いパラメータを判定し、選択する。
【0057】
パラメータ修正部３１１２は、浄水場内設備に設置される測定装置１２１から取得した水質値がパラメータ変換部３１１１によって変換されたデータの中の、特に、パラメータ決定部３１１３によって選択されたパラメータをパラメータ決定部３１１３からの入力に基づき変更する。このパラメータ修正部３１１２は、プロセスシミュレーション部３１１４からの推定値が浄水場における水質値である実測値に近似するようにパラメータを変更する。
変更されたパラメータは、パラメータ修正部３１１２から、プロセスシミュレーション部３１１４に送信される。
変更されたパラメータは、パラメータ修正部３１１２から、プロセスシミュレーション部３１１４に送信される。
【0058】
プロセスシミュレーション部３１１４は、パラメータ修正部３１１２によって修正されたパラメータをもとに水質計算に必要なイオン平衡式や、濁度計算式や、相関式等の計算式と上記計算式を水質値と水中の詳細組成値の換算を行う計算機能、及び、例えば、有機物、濁質、薬液成分等が格納される水質成分データベース、及び、浄水場の動作を模擬するための物理現象・化学現象を適切に数式化した数式モデルから構成されるプロセスシミュレーションモデル３１１５を用いて、浄水場内の各設備における動作を模擬するプロセスシミュレーションの演算を行う。このシミュレーション結果である推定値は、算出された推定値を時刻データかつ測定地点データとともに、時系列及び測定地点毎に記憶部２３に記憶される。
【0059】
プロセスシミュレーション部３１１４は、算出された推定値、時刻データ及び測定地点に関する情報に基づき、浄水場での浄水処理において測定装置１２１を設置しない箇所（配管を含む）、例えば、１回の処理に時間を要す沈澱池のような箇所における水質値（ｐＨ、濁度、残留塩素濃度、アルカリ度、導電率等）を演算する。
また、浄水場での浄水処理において測定計を設置しない箇所を演算する場合、プロセスシミュレーション部３１１４は、浄水場内の設備モデルを、例えば１０分割に等分割にして演算を行う。これにより、浄水場内の設備における出入口で水質値の差分が小さい場合であっても、詳細に水質値の変動を把握することができる。
なお、測定装置１２１を設置しない箇所の推定値は、表示制御部２５がプロセスシミュレーション部３１１４により当該場所における算出されたシミュレート値をデータ更新部３１２及び記憶部２３を介して表示部２４に表示してもよい。また、プロセスシミュレーション部３１１４は設備モデルを１０分割して演算すると記載したが、これに限定されるものではなく、等分するものでもよいし、等分しないで演算するものでもよい。
また、浄水場での浄水処理において測定計を設置しない箇所を演算する場合、プロセスシミュレーション部３１１４は、浄水場内の設備モデルを、例えば１０分割に等分割にして演算を行う。これにより、浄水場内の設備における出入口で水質値の差分が小さい場合であっても、詳細に水質値の変動を把握することができる。
なお、測定装置１２１を設置しない箇所の推定値は、表示制御部２５がプロセスシミュレーション部３１１４により当該場所における算出されたシミュレート値をデータ更新部３１２及び記憶部２３を介して表示部２４に表示してもよい。また、プロセスシミュレーション部３１１４は設備モデルを１０分割して演算すると記載したが、これに限定されるものではなく、等分するものでもよいし、等分しないで演算するものでもよい。
【0060】
プロセスシミュレーション部３１１４は、パラメータを修正したプロセスシミュレーションモデル３１１５を用いてリアルタイムで浄水場内の各設備における動作と並行してシミュレーションを行うものでもよい。
ここで、プロセスシミュレーション部３１１４は、浄水場内の各設備における動作と並行したシミュレーションを行うに際し、浄水場内の設備における各測定地点からの出力とプロセスシミュレーションモデル３１１５の出力が近似するようにパラメータを変更する。
ここで、プロセスシミュレーション部３１１４は、浄水場内の各設備における動作と並行したシミュレーションを行うに際し、浄水場内の設備における各測定地点からの出力とプロセスシミュレーションモデル３１１５の出力が近似するようにパラメータを変更する。
【0061】
初期値作成部３１１６は、所定の時刻でのプロセスシミュレーション結果を初期値として設定する。ここで、初期値とは、プロセスシミュレーションモデル３１１５のパラメータや設定条件等の初期値を指す。
【0062】
浄水場と同時並行で動作しているプロセスシミュレータにおいて、浄水場内設備の動作速度よりも高速で動作させ、所定時間先（例えば数分先、数時間先）のプロセス挙動を予測する場合、未来予測部３１１７（後述）は、ある時刻でのプロセスシミュレーション結果を、初期値作成部３１１６を介して初期値として受信する。
【0063】
未来予測部３１１７は、受信した初期値に基づき、プロセスシミュレータの時間を、例えば、浄水場内の設備が動作する通常の速度又は通常の時間が進む速度の数倍から数百倍に高速で進めてプラントの所定の未来（または将来）の時刻における状態を予測して、シミュレーションに係る演算を実施する。
また、未来予測部３１１７は、浄水場からの実測される水質値に基づき、プロセスシミュレーションモデル３１１５のパラメータ（状態変数）を修正する。
また、未来予測部３１１７は、浄水場からの実測される水質値に基づき、プロセスシミュレーションモデル３１１５のパラメータ（状態変数）を修正する。
【0064】
なお、シミュレーション部３１１は、パラメータ変換部３１１１、パラメータ修正部３１１２、パラメータ決定部３１１３、プロセスシミュレーション部３１１４、プロセスプロセスシミュレーションモデル３１１５、初期値作成部３１１６、未来予測部３１１７の各機能を有するものと記載したが、これに限定されるものではなく、これらの各機能のうちいずれかの機能が、異なる端末装置上で動作し、図示しないネットワークを介して連携することにより、本発明に係るシミュレーション部３１１の動作を提供するものであってもよい。
【0065】
＜シミュレーション部３１１における推定値・予測値の演算手順＞
本発明のシミュレーション部３１１は、浄水場内設備に設置される測定装置１２１から受信した水質値の測定値に基づき、各測定地点における水質値の推定値及び予測値を模擬する機能を有する。図７において、浄水場内設備に設置された測定装置１２１から受信した水質値の測定値に基づき、推定値及び予測値を演算するフローチャートを示す。
本発明のシミュレーション部３１１は、浄水場内設備に設置される測定装置１２１から受信した水質値の測定値に基づき、各測定地点における水質値の推定値及び予測値を模擬する機能を有する。図７において、浄水場内設備に設置された測定装置１２１から受信した水質値の測定値に基づき、推定値及び予測値を演算するフローチャートを示す。
【0066】
ステップＳ７０１において、記憶部２３は、浄水場内設備に設置される測定装置１２１から送受信部２２を介して水質値の測定値を受信し、受信した時刻データ及び測定地点に関する情報とともに時系列かつ測定地点毎に格納する（ステップＳ７０１）。また、パラメータ変換部３１１３は、格納した水質値を記憶部２３から受信する。
【0067】
ステップＳ７０２において、パラメータ変換部３１１１は、記憶部２３から受信した、各測定地点における水質値をプロセスシミュレーション部３１１４でシミュレーション可能なデータ形式に変換する（ステップＳ７０２）。パラメータ変換部３１１１の詳細な動作は後述するが、浄水場向けプロセスシミュレータは、水中の詳細組成値（Ｈ+、ＨＣＬ、ＮＨ3等）を用いて浄水場内の水の挙動を模擬することができる。
また、パラメータ変換部３１１１は、変換したデータをパラメータ修正部３１１２に送信する。
また、パラメータ変換部３１１１は、変換したデータをパラメータ修正部３１１２に送信する。
【0068】
ステップＳ７０３において、パラメータ修正部３１１２は、パラメータ決定部３１１３によって選択された、シミュレーション結果に対して相関が高いパラメータに基づき、浄水場内設備に設置される測定計から取得した水質値がパラメータ変換部３１１１によって変換されたパラメータが修正を必要とするか否か判断する（ステップＳ７０３）。
【0069】
ステップＳ７０４において、ステップＳ７０３でパラメータの修正が必要でないと判断されると、パラメータ修正部３１１２は、プロセスシミュレーション部３１１４へパラメータを送信する。プロセスシミュレーション部３１１４は、水質計算に必要なイオン平衡式や、濁度計算式や、相関式等の計算式、及び、例えば、有機物、濁質、薬液成分等が格納される水質成分データベース、及び、から構成されるプロセスシミュレーションモデル３１１５を用いて、浄水場における動作と並行して演算を行い、水質値の推定値を算出する（ステップＳ７０４）。なお、シミュレーション部３１１で用いるプロセスシミュレーションモデル３１１５、及び演算方法は後述する。プロセスシミュレーション部３１１４は、算出された水質値の推定値を初期値作成部３１１６へ送信する。
また、プロセスシミュレーション部３１１４は、算出した水質値の推定値を時刻データかつ測定地点データとともに、時系列及び測定地点毎に記憶部２３に格納する。
また、プロセスシミュレーション部３１１４は、算出した水質値の推定値を時刻データかつ測定地点データとともに、時系列及び測定地点毎に記憶部２３に格納する。
【0070】
また、ステップＳ７０４において、プロセスシミュレーション部３１１４は、算出された推定値、時刻データ及び測定地点に関する情報に基づき、浄水場での浄水処理において測定装置１２１を設置しない箇所（配管を含む）、例えば、１回の処理に時間を要す沈澱池のような箇所における水質値を各測定地点における推定値の演算と並行して演算する。
なお、測定装置１２１を設置しない箇所の推定値は、表示制御部２５がプロセスシミュレーション部３１１４により当該場所における算出されたシミュレート値をデータ更新部３２及び記憶部２３を介して表示部２４に表示してもよい。また、プロセスシミュレーション部３１１４は設備モデルを１０分割して演算すると記載したが、分割できるものであればこれに限定されるものではなく、等分するものでもよいし、等分しないで演算するものでもよい。
なお、測定装置１２１を設置しない箇所の推定値は、表示制御部２５がプロセスシミュレーション部３１１４により当該場所における算出されたシミュレート値をデータ更新部３２及び記憶部２３を介して表示部２４に表示してもよい。また、プロセスシミュレーション部３１１４は設備モデルを１０分割して演算すると記載したが、分割できるものであればこれに限定されるものではなく、等分するものでもよいし、等分しないで演算するものでもよい。
【0071】
さらに、ステップＳ７０４において、プロセスシミュレーション部３１１４は、浄水場内の各設備における動作と並行したシミュレーションを行うに際し、浄水場内の設備における各測定地点からの出力とプロセスシミュレーションモデル４１１５の出力が近似するよう、パラメータ決定部３１１３へ送信してもよい。
【0072】
ステップＳ７０５において、ステップＳ７０３でデータの修正が必要であると判断されると、パラメータ修正部３１１２は、パラメータ決定部３１１３が選択したシミュレーション結果に対して相関が高いパラメータに基づき、パラメータを修正する（ステップＳ７０５）。
【0073】
ステップＳ７０６において、初期値作成部３１１６は、プロセスシミュレーション部３１１４より受信した、所定の時刻でのプロセスシミュレーション結果を初期値として設定し、未来予測部３１１７へ送信する（ステップＳ７０６）。
【0074】
ステップＳ７０７において、未来予測部３１１７は、初期値作成部３１１６から受信した初期値に基づき、プロセスシミュレータの時間を、例えば、浄水場内の設備が動作する通常の速度又は通常の時間が進む速度の数倍から数百倍に高速で進めてプラントの所定の未来（または将来）の時刻における状態を予測して、シミュレーションに係る演算を行い、予測値を算出する（ステップＳ７０７）。
また、ステップＳ７０７において、未来予測部３１１７は、浄水場からの実測される水質値に基づき、プロセスシミュレーションモデル３１１５のパラメータ（状態変数）を修正してもよい。
また、ステップＳ７０７において、未来予測部３１１７は、浄水場からの実測される水質値に基づき、プロセスシミュレーションモデル３１１５のパラメータ（状態変数）を修正してもよい。
【0075】
ステップＳ７０８において、記憶部２３及び未来予測部３１１７は、ステップＳ７０４及びステップＳ７０７で算出され、パラメータ変換部３１１１で変換された水質値の推定値及び予測値をデータ更新部２３２へ送信する（ステップＳ７０８）。
【0076】
なお、本実施例におけるシミュレーション部３１１における動作では、浄水場内設備に設置された測定装置１２１によって測定された水質値を用いて、水質値の推定値及び予測値を演算するものと記載したが、これに限定されるものではなく、例えば、予め設定した水質値の時間変化を定義したシナリオを用いても、キーボード、マウス、画面パネル等といった入力装置である入力部２１から入力するものでもよい。
【0077】
＜水質表示画面の出力手順＞
ここで、本発明の浄水場における運転監視装置が、浄水場内設備に設置された測定装置１２１から受信した水質値の測定値、及び図７で示したシミュレーション部３１１よる測定値を用いて演算した推定値、予測値を、直感的に把握できる形態で表示する動作について図８を用いて説明する。図８は、浄水場内設備に設置された測定計から受信した測定値、又は測定値を用いて算出した推定値又は予測値を表示する、本発明の運転監視装置の動作を説明するフローチャートを示す。
ここで、本発明の浄水場における運転監視装置が、浄水場内設備に設置された測定装置１２１から受信した水質値の測定値、及び図７で示したシミュレーション部３１１よる測定値を用いて演算した推定値、予測値を、直感的に把握できる形態で表示する動作について図８を用いて説明する。図８は、浄水場内設備に設置された測定計から受信した測定値、又は測定値を用いて算出した推定値又は予測値を表示する、本発明の運転監視装置の動作を説明するフローチャートを示す。
【0078】
ステップＳ８０１において、送受信部２２は、浄水場内設備における各測定地点から、ｐＨ、濁度、残留塩素濃度、アルカリ度、導電率等である水質値に関する測定値を受信する。制御部３１は、これらの受信した測定値を記憶部２３に記憶する（ステップＳ８０１）。ステップＳ８０１で送受信部２２が受信する測定値は、浄水場内設備における各測定地点と測定値及び送信元の測定装置１２１を示す固有の識別情報を受信する。
また、ステップＳ８０１において、制御部２３は、送受信部２２が受信する測定値、識別信号、及び、予め記憶部２３に記憶される浄水場内設備における各測定地点と測定装置１２１の識別情報とが関連付けられた浄水場の設備定義情報に基づき、測定値と測定地点とを関連付ける。
なお、送受信部２２が受信する測定値は、浄水場内設備における各測定地点と測定値とが関連付けられた状態で受信するものでもよく、この場合、浄水場内設備における各測定地点と測定値とは、測定地点に設置される測定装置１２１に予め当該測定地点を示す固有の識別情報を設定しておくことにより関連付けが行われている。
また、ステップＳ８０１において、制御部２３は、送受信部２２が受信する測定値、識別信号、及び、予め記憶部２３に記憶される浄水場内設備における各測定地点と測定装置１２１の識別情報とが関連付けられた浄水場の設備定義情報に基づき、測定値と測定地点とを関連付ける。
なお、送受信部２２が受信する測定値は、浄水場内設備における各測定地点と測定値とが関連付けられた状態で受信するものでもよく、この場合、浄水場内設備における各測定地点と測定値とは、測定地点に設置される測定装置１２１に予め当該測定地点を示す固有の識別情報を設定しておくことにより関連付けが行われている。
【0079】
ステップＳ８０２において、図６に示すように制御部３１のシミュレーション部３１１は、送受信部２２を介して記憶部２３に記憶されている浄水場内設備における各測定地点からの水質値に関する測定値と、水質計算に必要なイオン平衡式、濁度計算式、相関式等の計算式、及び、上記計算式を水質値と水中の詳細組成値の換算を行う計算式のうち少なくともいずれかの計算式と、例えば、有機物、濁質、薬液成分等が格納される水質成分データベースと、浄水場内の各設備における動作を模擬するための物理現象・化学現象を適切に数式化した数式モデルを用いて、浄水場内の各設備における動作を模擬するプロセスシミュレーションの演算を行い、推定値を算出する（ステップＳ８０２）。
【0080】
併せて、プロセスシミュレータの時間を、例えば、浄水場内の設備が動作する通常の速度又は通常の時間が進む速度の数倍から数百倍に高速で進めてプラントの所定の未来（または将来）の時刻における状態を予測して、シミュレーションに係る演算を行い、予測値を算出する（ステップＳ８０２）。ステップＳ８０２においてシミュレーション部３１１は、算出された推定値及び予測値を、データ更新部３１２へ送信する。
なお、ステップＳ８０２において、シミュレーション部３１１は、算出された推定値、時刻データ及び測定地点データに基づき、浄水場での浄水処理において測定計を設置しない箇所（配管を含む）、例えば、１回の処理に時間を要す沈澱池のような箇所における水質値（ｐＨ、濁度、残留塩素濃度、アルカリ度、導電率等）を演算してもよい。
なお、ステップＳ８０２において、シミュレーション部３１１は、算出された推定値、時刻データ及び測定地点データに基づき、浄水場での浄水処理において測定計を設置しない箇所（配管を含む）、例えば、１回の処理に時間を要す沈澱池のような箇所における水質値（ｐＨ、濁度、残留塩素濃度、アルカリ度、導電率等）を演算してもよい。
【0081】
ステップＳ８０３において、制御部３１のデータ更新部３１２は、ステップＳ８０２でシミュレーション部３１１によって算出された各測定地点の水質値に関する推定値と予測値を、各測定地点別に記憶部２３へ格納する（ステップＳ８０３）。ステップＳ８０３において、記憶部２３へ格納する場合、水質値に関する測定値、推定値、及び、予測値は、各測定地点別に設けられる各データベースに格納されてもよいし、マトリクス形式で各測定地点別に格納されてもよい。
なお、記憶部２３に水質値を格納するとき、各測定地点別と併せてｐＨ、濁度、残留塩素濃度、アルカリ度、導電率等である水質値別にデータベースを設けてもよい。
なお、記憶部２３に水質値を格納するとき、各測定地点別と併せてｐＨ、濁度、残留塩素濃度、アルカリ度、導電率等である水質値別にデータベースを設けてもよい。
【0082】
ステップＳ８０４において、表示制御部３２は、記憶部２３に格納される予め設定した、各測定地点で表示する水質値の種類（例えば、薬品混和池の出口付近に関して水質値をレーダーチャートで表示するか）、及び／又は、表示画面のどの位置に表示するか（例えば、原水水質レーダーチャート３１のどの位置にプロットするか、水質プロファイルグラフ４２（４２１－４２３）グラフに表示するか）等の表示設定を呼び出す（ステップＳ７０４）。各測定地点で表示する水質値の種類、及び／又は、表示画面のどの位置に表示するか等の表示設定は、エンジニアリング端末２５を用いて設定し、記憶部２３に格納してもよい。
【0083】
ステップＳ８０５において、ステップＳ８０４で表示制御部３２が記憶部２３より参照した表示設定を用いて、表示制御部３２は、記憶部２３に格納される各測定地点の測定装置１２１から受信又はシミュレーション部３１１より演算された水質値から表示する項目を確認したか否か判断する（ステップＳ８０５）。
ステップＳ８０５において、表示制御部３２は各測定地点の測定装置１２１から受信又はシミュレーション部３１１より演算された水質値のデータベースを記憶部２３から参照する（ステップＳ８０５）
ステップＳ８０５において、表示制御部３２は各測定地点の測定装置１２１から受信又はシミュレーション部３１１より演算された水質値のデータベースを記憶部２３から参照する（ステップＳ８０５）
【0084】
ステップＳ８０６において、ステップＳ８０５で表示制御部３２が記憶部２３から参照した測定地点における水質値のデータベースから、各測定地点で表示する水質値の種類、及び／又は、表示画面のどの位置に表示するか等の表示設定を比較し、表示する水質値を確認する（ステップＳ８０６）。
ステップＳ８０７において、ステップＳ８０５で表示制御部３２が表示設定を比較し、非表示にする水質値であると判断すると、表示制御部３２は、判断された水質値を非表示とする（ステップＳ８０７）。ステップＳ８０７において、表示制御部３２は、非表示とする水質値を、図５における表示画面における任意の箇所のレーダーチャートには表示しない。これにより、浄水場内の各設備において監視する必要がある水質値を表示することができる。
ステップＳ８０７において、ステップＳ８０５で表示制御部３２が表示設定を比較し、非表示にする水質値であると判断すると、表示制御部３２は、判断された水質値を非表示とする（ステップＳ８０７）。ステップＳ８０７において、表示制御部３２は、非表示とする水質値を、図５における表示画面における任意の箇所のレーダーチャートには表示しない。これにより、浄水場内の各設備において監視する必要がある水質値を表示することができる。
【0085】
ステップＳ８０８において、ステップＳ８０６で表示制御部３２が表示設定を比較し、表示する水質値であると判断すると、記憶部２３に測定地点ごとに格納される水質値を抽出する（ステップＳ８０８）。
ステップＳ８０９において、ステップＳ８０８で抽出された水質値から、表示制御部３２は、表示部２４に表示する水質値の測定値、推定値、又は、予め設定された表示する時点の予測値を抽出する（ステップＳ８０９）。
ステップＳ８０９において、ステップＳ８０８で抽出された水質値から、表示制御部３２は、表示部２４に表示する水質値の測定値、推定値、又は、予め設定された表示する時点の予測値を抽出する（ステップＳ８０９）。
【0086】
ステップＳ８１０において、ステップＳ８０４で表示制御部３２が呼び出した表示設定に基づき、抽出した水質値の測定値、推定値、予測値を表示画面のどの位置（例えば、原水水質レーダーチャート４１にプロットするか、水質プロファイルグラフ４２（４２１－４２３）グラフのどの測定地点にプロットするか等）を確認する（ステップＳ８１０）。
【0087】
ステップＳ８１１において、表示制御部３２は、表示部２４へ水質値の測定値、推定値、予測値いずれか１種類又は２種類以上と記憶部２３に格納される正常時の水質値を表示する旨の指示を送信し、表示部４７は指示を受信すると水質値を表示する（ステップＳ８１１）。
また、図８には表記しないが、ステップＳ８１１において、水質値の測定値、推定値、予測値のうちいずれか１種類又は２種類以上の記憶部２３に格納される正常時の水質値が表示されると、ステップＳ８０１へ戻ってもよい。
また、図８には表記しないが、ステップＳ８１１において、水質値の測定値、推定値、予測値のうちいずれか１種類又は２種類以上の記憶部２３に格納される正常時の水質値が表示されると、ステップＳ８０１へ戻ってもよい。
【0088】
なお、本実施例では、浄水場内設備における各測定地点から受信した、ｐＨ、濁度、残留塩素濃度、アルカリ度、導電率等である水質値に関する測定値、シミュレーション部３１１が測定値を用いて算出する推定値及び予測値を表示する運転監視装置を記載した。しかし、運転監視装置に入力される値は測定装置１２１による測定値でなくともよく、予め設定した水質値の時間変化を用いてもよい。その際、浄水場における運転訓練シミュレータとして用いてもよい。
【0089】
＜実施例２ 水質モデリング部について＞
実施例２では、浄水場における運転支援装置または運転訓練支援装置として用いられるプロセスシミュレータ、特にその水質値から水の詳細組成値又は水の詳細組成値から水質値に変換する水質モデリング部について説明する。
以下、図面をもとに本発明に係る浄水場における運転支援装置に関する詳細な説明を行う。図９は本発明の運転支援装置における図６のパラメータ変換部３１１１の構成例を示す。
実施例２では、浄水場における運転支援装置または運転訓練支援装置として用いられるプロセスシミュレータ、特にその水質値から水の詳細組成値又は水の詳細組成値から水質値に変換する水質モデリング部について説明する。
以下、図面をもとに本発明に係る浄水場における運転支援装置に関する詳細な説明を行う。図９は本発明の運転支援装置における図６のパラメータ変換部３１１１の構成例を示す。
【0090】
ここで、水質値はｐＨ、濁度、残留塩素濃度、アルカリ度、又は、導電率等の総称である。また、水の詳細組成値とは、例えば、Ｈ+、Ｎａ+、Ｃａ2+等のイオン種、ＰＡＣ（ポリ塩化アルミニウム）、ＮａＯＨ、ＮａＯＣｌ等の薬液成分、ＮＨ3、ＮＨ2Ｃｌ等の有機物等の水の構成成分である。
なお、水質値及び水の詳細組成値は上記に示すものに限られず、各地の浄水場で管理しているものであればどのような成分の水質値や原水に含まれるどのような成分であってもよい。
なお、水質値及び水の詳細組成値は上記に示すものに限られず、各地の浄水場で管理しているものであればどのような成分の水質値や原水に含まれるどのような成分であってもよい。
【0091】
図９において、シミュレーション部３１１におけるパラメータ変換部３１１１の構成例を示す。本発明のパラメータ変換部３１１１は、水質モデリング部９０、水質成分データベース９１から構成される。
【0092】
水質モデリング部９０は、後述する水質値又は水の詳細組成値を、水質成分データベース９１に格納される計算式を設定する機能、計算式に基づき水質値又は水の詳細組成値を演算ずる機能、演算結果を送信する機能を有している。
なお、水質モデリング部９０は、上述した機能以外を有してもよい。
なお、水質モデリング部９０は、上述した機能以外を有してもよい。
【0093】
水質成分データベース９１は、シミュレーション部で水質値等の挙動を模擬するときに用いる水質成分、物性パラメータ、成分間のパラメータを定義するためのデータベースである。図１０において、水質成分データベースの構成例を示す。
水質成分データベースは、成分データベース、イオン平衡計算データベースで構成されている。なお、水質成分データベースは、上記のデータベースの他に濁度計算データベース等、水質に関して模擬する場合に必要なデータベースを含んでもよい。
水質成分データベースは、成分データベース、イオン平衡計算データベースで構成されている。なお、水質成分データベースは、上記のデータベースの他に濁度計算データベース等、水質に関して模擬する場合に必要なデータベースを含んでもよい。
【0094】
成分データベース９１１は、シミュレーション部で水質値等の挙動を模擬、演算するときに用いる成分種別、詳細成分が登録されるデータベースである。図１０において、成分データベース９１１は、具体的に詳細成分名、分子量、密度、イオン価数等の情報が予め登録されている。
なお、成分データベース９１１は、上記の情報に限らず水の組成を表現するために必要な情報が登録されていてもよい。また、成分データベース９１１に予め登録されている情報に不足がある場合、ユーザは所望の成分をユーザ登録成分に追加登録できるようにしてもよい。
なお、成分データベース９１１は、上記の情報に限らず水の組成を表現するために必要な情報が登録されていてもよい。また、成分データベース９１１に予め登録されている情報に不足がある場合、ユーザは所望の成分をユーザ登録成分に追加登録できるようにしてもよい。
【0095】
また、成分データベース９１１に予め登録されている成分種別、基本成分の具体例を以下に示す。
成分データベース９１１における水に係る情報（成分種別・基本成分）は、詳細成分（Ｈ2Ｏ）、分子量（１８）、密度（１００ｋｇ／ｍ3）等の物性値を含み、その他粘度係数等の水に関する物性値が成分データベース９１１に予め登録されていてもよく、また、ユーザが追加登録してもよい。
成分データベース９１１における水に係る情報（成分種別・基本成分）は、詳細成分（Ｈ2Ｏ）、分子量（１８）、密度（１００ｋｇ／ｍ3）等の物性値を含み、その他粘度係数等の水に関する物性値が成分データベース９１１に予め登録されていてもよく、また、ユーザが追加登録してもよい。
【0096】
成分データベース９１１における水中のイオン種は、水質値であるｐＨ、アルカリ度、導電率等を決定するイオン種が登録されており、水の溶存炭酸類（ＨＣＯ3
-、ＣＯ3
2-、ＣＯ2）、ナトリウムイオン（Ｎａ+）、硬度物質イオン（Ｍｇ2+、Ｃａ2+）のイオン価数等の物性値が登録されている。
【0097】
成分データベース９１１における薬液成分は、浄水場内における各設備で水の浄化処理に使用される薬液成分が登録されている。具体的には、成分データベース９１１には薬液成分として凝集剤（ＰＡＣ）、苛性（ＮａＯＨ）、酸性物質（Ｈ2ＳＯ4、ＨＣｌ）、次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＯＣｌ）、活性炭（Ｃ）の図示しない分子量等が予め登録されている。
【0098】
成分データベース９１１における有機物は、上記薬液成分である次亜塩素酸ナトリウムのよって分解される有機物成分が登録されている。具体的には、アンモニア（ＮＨ3）、モノクロラミン（ＮＨ2Ｃｌ）、ジクロラミン（ＮＨＣｌ2）、トリクロラミン（ＮＣｌ3）、高分子有機物（Ｏｒｇａｎｉｃ ｍａｔｔｅｒ）の図示しない分子量等が予め登録されている。
なお、成分データベース９１１における水中のイオン種、薬液成分、有機物は、上記に記載したもの以外でもよく、原水等の成分に応じて変更してもよいし、足りない成分があれば、ユーザが成分データベース９１１に追加登録してもよい。
なお、成分データベース９１１における水中のイオン種、薬液成分、有機物は、上記に記載したもの以外でもよく、原水等の成分に応じて変更してもよいし、足りない成分があれば、ユーザが成分データベース９１１に追加登録してもよい。
【0099】
イオン平衡計算データベース９１２は、シミュレーション部３１１で水質値等の挙動を模擬、演算するため、演算に用いるイオン平衡計算式、及び、計算式若しくは化学式で用いる平衡定数が予め登録されている。具体的には、水イオン平衡式及び平衡定数、炭酸第１解離のイオン平衡式及び平衡定数、炭酸第２解離のイオン平衡式及び平衡定数、次亜塩素酸のイオン平衡式及び平衡定数、苛性のイオン平衡式及び平衡定数、凝集剤のイオン平衡式及び平衡定数等が予め登録されている。なお、上述した計算式又は化学式は後述する実施例３で詳細に説明する。
また、イオン平衡計算データベース９１２は、上記に記載したもの以外でもよく、不足する平衡式若しくは平衡定数があれば、ユーザがイオン平衡計算データベース９１２に追加登録してもよい。
また、イオン平衡計算データベース９１２は、上記に記載したもの以外でもよく、不足する平衡式若しくは平衡定数があれば、ユーザがイオン平衡計算データベース９１２に追加登録してもよい。
【0100】
＜パラメータ変換部における変換処理の動作＞
本発明のパラメータ変換部３１１１における水質モデリング部９０は、記憶部２３から受信した水質値の測定値を水の詳細組成値に変換する機能を有する。また、水質モデリング部９０は、プロセスシミュレーション部又は未来予測部から受信した水の詳細組成値の推定値若しくは予測値を水質値に変換する機能を有する。図１１において、パラメータ変換部３１１１における水質モデリング部によって、水質値から水の詳細組成値に変換又は水の詳細組成値から水質値に変換するフローチャートを示す。
本発明のパラメータ変換部３１１１における水質モデリング部９０は、記憶部２３から受信した水質値の測定値を水の詳細組成値に変換する機能を有する。また、水質モデリング部９０は、プロセスシミュレーション部又は未来予測部から受信した水の詳細組成値の推定値若しくは予測値を水質値に変換する機能を有する。図１１において、パラメータ変換部３１１１における水質モデリング部によって、水質値から水の詳細組成値に変換又は水の詳細組成値から水質値に変換するフローチャートを示す。
【0101】
ステップＳ１１０１において、水質モデリング部９１は記憶部２３から水質値の測定値を取得し、又は、プロセスシミュレーション部３１１４若しくは未来予測部３１１７からのこれら各部による演算結果である、水の詳細組成値に関する推定値若しくは予測値を受信する（ステップＳ１１０１）。ステップＳ１１０１において、水質モデリング部９１が記憶部２３から取得する水質値は入力部から入力される値であっても、水質値の時間変化をシナリオ（例えば、ゲリラ豪雨における水質値の時間変化のシナリオ等）として用いてもよい。
【0102】
ステップＳ１１０２において、水質モデリング部９０は、受信したパラメータが水質値であるか又は水の詳細組成値であるか識別する（ステップＳ１１０２）。また、ステップＳ１１０２において、水質値であると識別されると、入力された水質値の種類（例えば、ｐＨ、アルカリ度、導電率等）を識別する。併せて、ステップＳ１１０２において、水の詳細組成値であると識別されると詳細組成値に含まれる成分（例えば、イオン種、薬液成分、有機物）を識別する。
【0103】
ステップＳ１１０３において、水質モデリング部９０は、ステップＳ１１０２で識別されたパラメータ（水質値又は水の詳細組成値）に基づく計算式を、水質成分データベース９１のイオン平衡計算データベース９１２に格納されるイオン平衡計算式及び平衡定数に基づき設定する（ステップＳ１１０３）。ステップＳ１１０３において、後述する演算の際に連立方程式を用いて行う場合、イオン平衡計算データベース９１２に基づき設定した計算式を連立方程式として設定する。
なお、ステップＳ１１０３において、水質モデリング部９０は、成分データベース９１１に格納される組成値に関するパラメータから、水の詳細組成値に応じたパラメータを計算式に入力してもよい。
なお、ステップＳ１１０３において、水質モデリング部９０は、成分データベース９１１に格納される組成値に関するパラメータから、水の詳細組成値に応じたパラメータを計算式に入力してもよい。
【0104】
ステップＳ１１０４において、ステップＳ１１０３で設定された計算式及びイオン平衡計算データベース９１２に格納される平衡定数に基づいて、水質モデリング部は、パラメータ（水質値又は水の詳細組成値）を演算する（ステップＳ１１０４）。ステップＳ１１０４において、水質モデリング部９０は、パラメータ（水質値又は水の詳細組成値）を演算するとき、電気的中性条件に基づき収束計算、又は、最適化計算を行う。
ここで、水質モデリング部９０が収束計算を行う方法として、例えば、ニュートン法等が挙げられる。また、水質モデリング部が最適化計算を行う方法として、例えば、ニュートン法、ダウンヒルシンプレックス法等が挙げられる。
ここで、水質モデリング部９０が収束計算を行う方法として、例えば、ニュートン法等が挙げられる。また、水質モデリング部が最適化計算を行う方法として、例えば、ニュートン法、ダウンヒルシンプレックス法等が挙げられる。
【0105】
ステップＳ１１０５において、水質モデリング部９０は、演算が収束又は最適化されたか確認する（ステップＳ１１０５）。ステップＳ１１０５において、水質モデリング部９０により演算が収束又は最適化されていないと判断すると、水質モデリング部は演算を継続する。
【0106】
ステップＳ１１０６において、水質モデリング部９０における演算が収束又は最適化されたと判断されると、演算結果をパラメータ修正部３１１２又はデータ更新部３１２へ送信する（ステップＳ１１０６）。
【0107】
なお、本実施例では、パラメータ変換部３１１１に構成される水質モデリング部９０により、水質値又は水の詳細組成値を演算する運転支援装置について記載した。しかし、上記の水質モデリング部９０の動作は、各機能部として分けて構成してもよい。また、水質モデリング部９０で行う演算は、電気的中性条件に基づく収束計算又は最適化計算であると記載したが、その他の方法に基づく手法で演算されてもよい。
【0108】
＜水の詳細組成値からｐＨ・アルカリ度・導電率を演算する動作＞
図１１において、本発明である水質モデリング部９０が水質値又は水の詳細組成値の入力に基づき、演算を行い、水の詳細組成値又は水質値を算出する動作について記載した。そこで次項より具体的な水の詳細組成値からｐＨ・アルカリ度・導電率を演算する動作について説明する。図１２において、水質モデリング部９０が水の詳細組成値からｐＨ・アルカリ度・導電率を演算するフローチャートを示す。
図１１において、本発明である水質モデリング部９０が水質値又は水の詳細組成値の入力に基づき、演算を行い、水の詳細組成値又は水質値を算出する動作について記載した。そこで次項より具体的な水の詳細組成値からｐＨ・アルカリ度・導電率を演算する動作について説明する。図１２において、水質モデリング部９０が水の詳細組成値からｐＨ・アルカリ度・導電率を演算するフローチャートを示す。
【0109】
ステップＳ１２０１において、水質モデリング部９０は、プロセスシミュレーション部３１１４又は未来予測部３１１７から水の詳細組成値である推定値若しくは予測値を受信する（ステップＳ１２０１）。ステップＳ１２０１において、水質モデリング部９０は、水の詳細組成値の推定値若しくは予測値から、ｐＨ、アルカリ度、導電率を算出するために必要なパラメータを識別してもよい。
【0110】
ステップＳ１２０２において、水質モデリング部９０は、ｐＨ、アルカリ度、導電率を演算する計算式を水質成分データベース９１のイオン平衡計算データベース９１２から設定する（ステップＳ１２０２）。ステップＳ１２０２において、後述するｐＨの演算の際に連立方程式を用いて行う場合、イオン平衡計算データベース９１２から設定した計算式を連立方程式として設定してもよい。
なお、ステップＳ１２０２において、水質モデリング部９０は、成分データベース９１１に格納される組成値に関するパラメータから、水質モデリング部９０に入力された水の詳細組成値に関するパラメータを計算式に入力してもよい。
なお、ステップＳ１２０２において、水質モデリング部９０は、成分データベース９１１に格納される組成値に関するパラメータから、水質モデリング部９０に入力された水の詳細組成値に関するパラメータを計算式に入力してもよい。
【0111】
ステップＳ１２０３において、ステップＳ１２０２において水質モデリング部９０が設定したｐＨに関する計算式及びイオン平衡計算データベース９１２に格納される平衡定数に基づき、電気的中性条件による収束計算を行う（ステップＳ１２０３）。また、ステップＳ１２０３において、水質モデリング部９０が収束計算を行う方法として、例えば、ニュートン法等が挙げられる。
なお、水質モデリング部９０が収束計算を行う方法について、ニュートン法を提示したが、その他の収束計算を行う方法を用いてもよい。
なお、水質モデリング部９０が収束計算を行う方法について、ニュートン法を提示したが、その他の収束計算を行う方法を用いてもよい。
【0112】
ステップＳ１２０４において、水質モデリング部９０は、ｐＨに関する計算式に基づく演算が収束したか否かを判断する（ステップＳ１２０４）。ステップＳ１２０４において、水質モデリング部９０によるｐＨの演算が収束していないと判断すると、ｐＨの演算は継続される。
【0113】
ステップＳ１２０５において、ステップＳ１２０４で水質モデリング部がｐＨの演算を収束したと判断すると、演算結果をｐＨの推定値若しくは予測値として決定する（ステップＳ１２０５）。
【0114】
ステップＳ１２０６において、ステップＳ１２０５において水質モデリング部９０が決定したｐＨの推定値若しくは予測値、及び、ステップＳ１２０２で水質成分データベース９１から設定したアルカリ度に関する計算式及びイオン平衡計算データベース９１２に格納される平衡定数に基づき、水質モデリング部９０は、アルカリ度の演算を実行する（ステップＳ１２０６）。
【0115】
ステップＳ１２０７において、水質モデリング部９０は、アルカリ度に関する演算結果をアルカリ度の推定値若しくは予測値として決定する（ステップＳ１２０６）。
【0116】
ステップＳ１２０８において、ステップＳ１２０７で水質モデリング部９０が決定したアルカリ度の推定値若しくは予測値、及び、ステップＳ１２０２において水質成分データベース９１から設定した導電率に関する計算式及びイオン平衡計算データベース９１２に格納される平衡定数に基づき、水質モデリング部９０は、導電率の演算を実行する（ステップＳ１２０７）。
【0117】
ステップＳ１２０９において、水質モデリング部９０は、導電率に関する演算結果を導電率の推定値若しくは予測値として決定する（ステップＳ１２０９）。
【0118】
ステップＳ１２１０において、水質モデリング部９０はステップＳ１２０１～ステップＳ１２０９において演算したｐＨ、アルカリ度、導電率をデータ更新部３１２へ送信する。
【0119】
なお、本実施例では、水の詳細組成値からｐＨ、アルカリ度、導電率を算出する場合、水質モデリング部９０が、水質値を連続的に算出する動作について記載した。しかし、水質モデリング部９０は、ｐＨ、アルカリ度、導電率を並列して演算してもよい。また、水質モデリング部９０は、水の詳細組成値からｐＨ、アルカリ度、導電率を算出する場合、水質値の１種類だけを算出してもよいし、２種類以上の組み合わせを算出してもよい。
また、ｐＨを演算する場合、電気的中性条件に基づく収束計算を用いて演算を実行したが、演算方法は本実施例の方法に限られることはない。
また、ｐＨを演算する場合、電気的中性条件に基づく収束計算を用いて演算を実行したが、演算方法は本実施例の方法に限られることはない。
【0120】
＜ｐＨ・アルカリ度から水の詳細組成値を演算する動作＞
図１２において、本発明の水質モデリング部９０が、プロセスシミュレーション部３１１４又は未来予測部３１１７から受信した水の詳細組成値の推定値若しくは予測値に基づき、ｐＨ・アルカリ度・導電率を演算する動作フローを説明した。図１３において、記憶部２３から取得したｐＨ、アルカリ度及び水質成分データベースに格納される計算式に基づき、水の詳細組成値を算出する動作フローを示す。
図１２において、本発明の水質モデリング部９０が、プロセスシミュレーション部３１１４又は未来予測部３１１７から受信した水の詳細組成値の推定値若しくは予測値に基づき、ｐＨ・アルカリ度・導電率を演算する動作フローを説明した。図１３において、記憶部２３から取得したｐＨ、アルカリ度及び水質成分データベースに格納される計算式に基づき、水の詳細組成値を算出する動作フローを示す。
【0121】
ステップＳ１３０１において、水質モデリング部９０は記憶部２３に格納される水質値の測定値を取得する（ステップ１３０１）。ステップＳ１３０１において、水質モデリング部が記憶部２３から取得する水質値は入力部２１から入力される値であっても、水質値の時間変化をシナリオとして用いてもよい。
【0122】
ステップＳ１３０２において、水質モデリング部９０は、アルカリ度に関する計算式を水質成分データベース９１のイオン平衡計算データベース９１２に基づき設定する（ステップＳ１３０２）。
【0123】
ステップＳ１３０３において、ステップＳ１３０２で設定されたアルカリ度に関する計算式及び記憶部２３から取得したｐＨ及びアルカリ度及びイオン平衡計算データベース９１２に格納される平衡定数に基づいて、水質モデリング部９０は、水の詳細組成値を演算する（ステップＳ１３０３）。ステップＳ１３０３において、水質モデリング部９０は、水の詳細組成値を演算するとき、電気的中性条件に基づき最適化計算を実行する。また、水質モデリング部９０が最適化計算を行う方法として、例えば、ニュートン法、ダウンヒルシンプレックス法等が挙げられる。
【0124】
ステップＳ１３０４において、水質モデリング部９０は、ステップＳ１３０３における演算が最適化されたか確認する（ステップＳ１３０４）。ステップＳ１３０４において、水質モデリング部９０により演算が収束又は最適化されていないと判断すると、水質モデリング部９０は水の詳細組成値に関する演算を継続する。
【0125】
ステップＳ１３０５において、水質モデリング部９０における水の詳細組成値に係る演算が最適化されたと判断されると、演算結果である水の詳細組成値をパラメータ修正部３１１２へ送信する（ステップＳ１３０５）。
なお、ステップＳ１３０５において、水質モデリング部９０は、成分データベース９１１に基づき、演算結果から水の詳細組成値を決定し、パラメータ修正部３１１２へ送信してもよい。
なお、ステップＳ１３０５において、水質モデリング部９０は、成分データベース９１１に基づき、演算結果から水の詳細組成値を決定し、パラメータ修正部３１１２へ送信してもよい。
【0126】
このように、本発明は、本実施例にて説明した運転支援装置における水質モデリング部９０が、記憶部２３に格納される水質成分データベース９１とイオン平衡計算データベース９１２に基づいて設定される計算式に基づき、所定の計算を実行することにより、ゲリラ豪雨などに起因する急激な水質値の変動を模擬、演算することができ、浄水場の運転員は的確な水質管理を行うことが可能となる。
【0127】
なお、本実施例では、ｐＨ、アルカリ度に基づき、水の詳細組成値を算出する動作について記載した。しかし、水質モデリング部９０は、ｐＨ及びアルカリ度に基づき、水の詳細組成値を演算する場合、電気的中性条件に基づく最適化計算を用いて演算を実行したが、演算方法は本実施例の方法に限られることはない。
【0128】
＜実施例３ 設備モデリング＞
実施例３では、浄水場における運転支援装置または運転訓練支援装置として用いられるプロセスシミュレータ、特に設備モジュール、すなわち、浄水場における設備に応じたシミュレーションモデル及びその構築方法について説明する。
以下、図面をもとに本発明に係る浄水場における運転支援装置に関する詳細な説明を行う。図１４は、本発明の運転支援装置における図６のプロセスシミュレーション部３１１４の図示しない記憶部に格納される設備モジュール１４ａ、１４ｂ、１４ｃの構成例を示す。また、この図示しない記憶部には、設備モジュールから構成されたプロセスシミュレーションモデル３１１５も記憶されている。
実施例３では、浄水場における運転支援装置または運転訓練支援装置として用いられるプロセスシミュレータ、特に設備モジュール、すなわち、浄水場における設備に応じたシミュレーションモデル及びその構築方法について説明する。
以下、図面をもとに本発明に係る浄水場における運転支援装置に関する詳細な説明を行う。図１４は、本発明の運転支援装置における図６のプロセスシミュレーション部３１１４の図示しない記憶部に格納される設備モジュール１４ａ、１４ｂ、１４ｃの構成例を示す。また、この図示しない記憶部には、設備モジュールから構成されたプロセスシミュレーションモデル３１１５も記憶されている。
【0129】
図１４において、プロセスシミュレーション部３１１４の図示しない記憶部は設備モジュール１４ａ、１４ｂ、１４ｃ及び複数種類の設備モジュールを組み合わせた、浄水場におけるシミュレーションモデル３１１５を格納する。図１４には、具体的に、薬品混和池、沈澱池、ろ過池の設備モジュール１４ａ、１４ｂ、１４ｃを示す。また、図１４において、沈砂池、着水井、薬品混和池、沈澱池、ろ過池、薬品混和池、浄水池の設備モジュールから構成される、プロセスシミュレーションモデル３１１５を示す。
なお、プロセスシミュレーション部３１１４の図示しない記憶部は、図１４で例示した以外の設備モジュールを格納してもよく、各浄水場の設備形態と合わせたプロセスシミュレーションモデルを格納してもよい。
なお、プロセスシミュレーション部３１１４の図示しない記憶部は、図１４で例示した以外の設備モジュールを格納してもよく、各浄水場の設備形態と合わせたプロセスシミュレーションモデルを格納してもよい。
【0130】
図１５において、設備モジュール１４ｃの概要及び設備モジュール１４ｃの構成例を示す。ここでは、具体例としてろ過池の設備モジュール１４ｃの構成例について詳細に説明する。
図１５における、設備モジュール１４ｃは流入接続部１４０１、流出接続部１４０２、ユニットシンボル１４０３から構成される。
図１５における、設備モジュール１４ｃは流入接続部１４０１、流出接続部１４０２、ユニットシンボル１４０３から構成される。
【0131】
流入接続部１４０１は、他の設備モジュールと接続するための機能である。また、流入接続部１４０１は、接続された他の設備モジュール１４ｃの水質値又は水の詳細組成値を、ろ過を模擬した設備モジュールに入力する機能も持つ。これにより、他の設備モジュール１４ｃから出力された水質値又は水の詳細組成値を入力値として受信することができる。
すなわち、流入接続部１４０１の他の設備モジュールからの入力（具体的には、水質値又は水の詳細組成値）に基づき、プロセスシミュレーション部３１１４は、設備モジュール内の水質値又は水の詳細組成値に関する動的挙動（具体的には、濃度伝搬、物質収支等）を模擬することができる。
なお、流入接続部１４０１を介して接続される他の設備モジュールは、どんな設備モジュールであってもよく、各浄水場の設備形態に合わせて接続されてもよい。
すなわち、流入接続部１４０１の他の設備モジュールからの入力（具体的には、水質値又は水の詳細組成値）に基づき、プロセスシミュレーション部３１１４は、設備モジュール内の水質値又は水の詳細組成値に関する動的挙動（具体的には、濃度伝搬、物質収支等）を模擬することができる。
なお、流入接続部１４０１を介して接続される他の設備モジュールは、どんな設備モジュールであってもよく、各浄水場の設備形態に合わせて接続されてもよい。
【0132】
流出接続部１４０２は、流入接続部１４０１と同様に、他の設備モジュールと接続するための機能である。また、流出接続部１４０２は、ろ過池を表す設備モジュール１４ｃが模擬した水質値又は水の詳細組成値を、接続された他の設備モジュールへ出力する機能も持つ。これにより、設備モジュール１４ｃが模擬した水質値又は水の詳細組成値を出力値としてとして送信することができる。
すなわち、流出接続部１４０２は、流入接続部１４０１と同様に、設備モジュールで模擬した水質値又は水の詳細組成値を、他の設備モジュールへ送信する。そして、プロセスシミュレーション部３１１４は、流出接続部１４０２により接続される他の設備モジュールからの入力に基づき、水質値又は水の詳細組成値に関する動的挙動（具体的には、濃度伝搬、物質収支等）を模擬することができる。
なお、流出接続部１４０２を介して接続される他の設備モジュールは、どんな設備モジュールであってもよく、各浄水場の設備形態に合わせて接続されてもよい。
すなわち、流出接続部１４０２は、流入接続部１４０１と同様に、設備モジュールで模擬した水質値又は水の詳細組成値を、他の設備モジュールへ送信する。そして、プロセスシミュレーション部３１１４は、流出接続部１４０２により接続される他の設備モジュールからの入力に基づき、水質値又は水の詳細組成値に関する動的挙動（具体的には、濃度伝搬、物質収支等）を模擬することができる。
なお、流出接続部１４０２を介して接続される他の設備モジュールは、どんな設備モジュールであってもよく、各浄水場の設備形態に合わせて接続されてもよい。
【0133】
ユニットシンボル１４０３は、浄水場における設備の外観を表す図形である。なお、ユニットモデルは、エンジニアリング端末等を用いて、実際稼働する設備の形状を模擬したものを構築してもよい。また、ユーザは、エンジニアリング端末を用いて、ユニットモデルを新たに構築してもよい。
【0134】
なお、設備モジュールは、流入接続部１４０１及び流出接続部１４０２を備えるが、薬液注入配管若しくは排水管等の複数の流入出経路が必要な場合は、実際の浄水場における設備構成に応じて、適宜追加してもよい。例えば、薬液接続部１４０４、排水接続部１４０５として予め設備モジュールと接続されていてもよい。また、流入接続部１４０１、流出接続部１４０２、薬液接続部１４０４、排水接続部１４０５は、入力部２１の他にエンジニアリング端末２５を用いてユーザが追加又は削除してもよい。
【0135】
さらに、図１５において、設備モジュールの内部構成例を示す。設備モジュールは、流入情報、流出情報、ユニットパラメータ、計算式若しくは化学式を含む。
【0136】
流入情報は、流入接続部１４０１の情報である、他の設備モジュールから入力される水の流量及び水質値若しくは水の詳細組成値を含む。流入情報は、他の設備モジュールと接続された時点で設定されてもよいし、予め設定されていてもよい。また、流入情報は、設備モジュールに薬液接続部１４０４が備わる場合、注入される薬液の種類若しくは薬液の詳細組成値、流量等の情報を含んでもよく、予め設定されてもよい。
なお、流入情報は、接続先である他の設備モジュールの情報を含んでもよい。
なお、流入情報は、接続先である他の設備モジュールの情報を含んでもよい。
【0137】
流出情報は、流出接続部１４０２の情報である、設備モジュール１４ｃから他の設備モジュールへ出力される水の流量及び水質値若しくは水の詳細組成値を含む。流出情報は、他の設備モジュールと接続された時点で設定されてもよいし、予め設定されていてもよい。また、流出情報は、設備モジュールに排水接続部１４０５が備わる場合、排水時の流量等の情報を含んでもよく、予め設定されてもよい。
なお、流出情報は、接続先である他の設備モジュールの情報を含んでもよい。
なお、流出情報は、接続先である他の設備モジュールの情報を含んでもよい。
【0138】
ユニットパラメータは、設備寸法パラメータ、計算係数パラメータ等が含まれる。
設備寸法パラメータは、実際の浄水場における設備の大きさ（長さ及び幅及び高さ）、及び／又は、実際の浄水場における設備の配管位置情報（流入管高さ及び流出管高さ）等を含む。また、設備寸法パラメータは、浄水場設備の設計情報に基づいて、ユーザが入力部２１の他に、エンジニアリング端末２５を用いて設定してもよい。
設備寸法パラメータは、実際の浄水場における設備の大きさ（長さ及び幅及び高さ）、及び／又は、実際の浄水場における設備の配管位置情報（流入管高さ及び流出管高さ）等を含む。また、設備寸法パラメータは、浄水場設備の設計情報に基づいて、ユーザが入力部２１の他に、エンジニアリング端末２５を用いて設定してもよい。
【0139】
計算係数パラメータは、例えば、反応速度、計算式バイアス値、ゲイン値、濃度伝搬速度係数、圧力損失係数等、後述する設備内で生じる水質値の変動を模擬する計算式に入力されるパラメータである。なお、計算係数パラメータは、プロセスシミュレーション部３１１４又は未来予測部３１１７による水質値又は水の詳細組成値の演算結果に応じて、エンジニアリング端末などから調整してもよい。また、計算係数パラメータは、パラメータ修正部３１１１又はパラメータ決定部３１１２によって測定値に応じた調整されてもよい。
【0140】
設備モジュール１４ｃに含まれる計算式は、設備内で生じる水質値（ｐＨ、アルカリ度、導電率、濃度伝搬遅延等）若しくは水の詳細組成値の変動を模擬するために必要な計算式である。以下に、浄水場における設備内で生じる物理現象を模擬する計算式の具体例を示す。なお、計算式は、下記に示す計算式若しくは化学式又は連立方程式に限られず、文献に基づいた水質値を演算する計算式であれば何であってもよい。
【0141】
＜イオン平衡計算＞
設備モジュール１４ｃは、例えば、下記のようなイオン種・解離平衡を考慮するイオン平衡計算式が予め格納される。プロセスシミュレーション部３１１３は、このイオン平衡計算式に基づき、水の詳細組成値に含まれる各イオン種（例えば、水の溶存炭酸類（ＨＣＯ3 -、ＣＯ3 2-、ＣＯ2）、ナトリウムイオン（Ｎａ+）、硬度物質イオン（Ｍｇ2+、Ｃａ2+）のイオン価数等）の濃度を主流入接続部から受信し、ｐＨ、アルカリ度、導電率等を演算し模擬する。
設備モジュール１４ｃは、例えば、下記のようなイオン種・解離平衡を考慮するイオン平衡計算式が予め格納される。プロセスシミュレーション部３１１３は、このイオン平衡計算式に基づき、水の詳細組成値に含まれる各イオン種（例えば、水の溶存炭酸類（ＨＣＯ3 -、ＣＯ3 2-、ＣＯ2）、ナトリウムイオン（Ｎａ+）、硬度物質イオン（Ｍｇ2+、Ｃａ2+）のイオン価数等）の濃度を主流入接続部から受信し、ｐＨ、アルカリ度、導電率等を演算し模擬する。
【0142】
【化1】
【0143】
【化2】
【0144】
【化3】
【0145】
（１）式は、水の解離平衡に係る式である。（２）式は、次亜塩素酸の電離に係る式である。（３）式は、苛性ソーダの電離に係る式である。
【0146】
プロセスシミュレーション部３１１３は、ｐＨについて設備モジュール１４ｃに含まれる平衡計算式、特に（１）式に関する連立方程式を解くことで、水素イオン濃度を導出し、ｐＨを演算する。
なお、設備モジュールに薬液接続部１４０４が設けられる場合、プロセスシミュレーション部３１１３は、（２）式、及び、（３）式に関する連立方程式を解き、演算結果をｐＨ演算に反映させてもよい。
なお、設備モジュールに薬液接続部１４０４が設けられる場合、プロセスシミュレーション部３１１３は、（２）式、及び、（３）式に関する連立方程式を解き、演算結果をｐＨ演算に反映させてもよい。
【0147】
また、プロセスシミュレーション部３１１３は、アルカリ度について設備モジュール１４ｃに含まれる平衡計算式、特に解離平衡に関する連立方程式に係る溶存炭酸イオン濃度、水素イオン濃度等の必要なパラメータを抽出する。プロセスシミュレーション部３１１３は、抽出されたパラメータを、アルカリ度を算出する式に代入することで、アルカリ度を演算する。
【0148】
さらに、プロセスシミュレーション部３１１３は、アルカリ度及び導電率間における相関に基づき、導電率を演算する。
なお、イオン平衡式は上述した式に限られず、プロセスシミュレーション部３１１３によって、設備内の水質値を模擬するために必要な他の計算式が含まれていてもよい。
なお、イオン平衡式は上述した式に限られず、プロセスシミュレーション部３１１３によって、設備内の水質値を模擬するために必要な他の計算式が含まれていてもよい。
【0149】
＜水流バランス計算式＞
設備モジュール１４ｃは、例えば、ベルヌーイの式等の流体力学に係る方程式を水流バランス式として予め格納される。プロセスシミュレーション部３１１３は、水流バランス計算式に対象設備の設備寸法、設備における保有水量、配管圧損係数等を入力して、対象設備モジュール１４ｃ及び流入接続部１４０１若しくは流出接続部１４０２等に係る流量及び配管圧力を演算する。
設備モジュール１４ｃは、例えば、ベルヌーイの式等の流体力学に係る方程式を水流バランス式として予め格納される。プロセスシミュレーション部３１１３は、水流バランス計算式に対象設備の設備寸法、設備における保有水量、配管圧損係数等を入力して、対象設備モジュール１４ｃ及び流入接続部１４０１若しくは流出接続部１４０２等に係る流量及び配管圧力を演算する。
【0150】
＜マスバランスの式＞
設備モジュール１４ｃは、例えば、設備における流入量、流出量、蓄積量等のバランスを演算する物質収支に関する計算式が予め格納される。プロセスシミュレーション部３１１３は、この物質収支に関する計算式に基づき、設備における水の流入量、流出量、蓄積量等のバランスを演算し模擬する。下記に物質収支に関する計算式の具体例を示す。
設備モジュール１４ｃは、例えば、設備における流入量、流出量、蓄積量等のバランスを演算する物質収支に関する計算式が予め格納される。プロセスシミュレーション部３１１３は、この物質収支に関する計算式に基づき、設備における水の流入量、流出量、蓄積量等のバランスを演算し模擬する。下記に物質収支に関する計算式の具体例を示す。
【0151】
【数1】
【0152】
ここで、（４）式は、浄水場の設備における物質収支、具体的には、設備内での化学反応による物質収支を表す。（４）式に係るパラメータは、Ｖがタンク保有容積[ｌ]、Ｆinが流入量［ｌ／ｈ］、Ｆoutが流出量［ｌ／ｈ］、Ｒgenが生成速度［ｌ／ｈ］、Ｒconsが消費速度［ｌ／ｈ］を表す。
また、（４）式に係る設備内での化学反応による物質収支は、次亜塩素酸の消費反応の次亜塩素酸とアンモニア、有機物が反応することで次亜塩素酸及びアンモニア・有機物の分解に関するものであってもよい。
なお、上述した計算式に限られず、設備における物質収支を演算できる計算式であれば、どの計算式を用いてもよい。
また、（４）式に係る設備内での化学反応による物質収支は、次亜塩素酸の消費反応の次亜塩素酸とアンモニア、有機物が反応することで次亜塩素酸及びアンモニア・有機物の分解に関するものであってもよい。
なお、上述した計算式に限られず、設備における物質収支を演算できる計算式であれば、どの計算式を用いてもよい。
【0153】
【数2】
【0154】
ここで、（５）式は、水の各成分（水質値又は水の詳細組成値）の物質収支を表す。（５）式に係るパラメータは、Ｖがタンク保有容積[ｌ]、Ｆinが流入量［ｌ／ｈ］、Ｆoutが流出量［ｌ／ｈ］、Ｒ１genが成分１に係る生成速度［ｌ／ｈ］、Ｒ２genが成分２に係る消費速度［ｌ／ｈ］，ｘ１inは成分１の流入濃度［ｍｏｌ／ｌ］，ｘ２outは成分２の流出濃度［ｍｏｌ／ｌ］を表す。
なお、上述した計算式に限られず、水中の各成分（水質値又は水の詳細組成値）における物質収支を演算できる計算式であれば、どの計算式を用いてもよい。
なお、上述した計算式に限られず、水中の各成分（水質値又は水の詳細組成値）における物質収支を演算できる計算式であれば、どの計算式を用いてもよい。
【0155】
上述した設備モジュール１４ｃに含まれる計算式は、予め設備モジュール１４ｃに格納されており、浄水場における設備内の物理現象を演算し模擬することができる。また、図１５におけるろ過池には、ろ過池特有の物理現象（ろ過）が生じる。そこで、ろ過池を表す設備モジュール１４ｃには、ろ過に係る計算式が格納される。なお、ろ過に係る計算式は、Ｙａｏ ａｎｄ Ｏ‘Ｍｅｌｉｎａの式のような、ろ過を模擬する計算式でれば何であってもよい。
なお、ろ過池を表す設備モジュール１４ｃは、計算式だけでなく演算に必要なパラメータを予め設定し、含んでもよい。
なお、ろ過池を表す設備モジュール１４ｃは、計算式だけでなく演算に必要なパラメータを予め設定し、含んでもよい。
【0156】
＜設備モジュールを用いたプロセスシミュレーションモデルの構築方法＞
図１４及び図１５において、本発明である設備モジュール１４ｃの構成例や設備モジュール１４ｃに含まれるユニットパラメータ若しくは計算式等について記載した。そこで次項より具体的な設備モジュール１４ａ、１４ｂ、１４ｃによるプロセスシミュレーションモデル３１１５の構築方法について説明する。図１６において、ユーザが入力部２１を介し、又は、エンジニアリング端末２５等を用いて、設備モジュール１４ａ、１４ｂ、１４ｃに基づき浄水場におけるプロセスシミュレーションモデル３１１５を構築するフローチャートを示す。
図１４及び図１５において、本発明である設備モジュール１４ｃの構成例や設備モジュール１４ｃに含まれるユニットパラメータ若しくは計算式等について記載した。そこで次項より具体的な設備モジュール１４ａ、１４ｂ、１４ｃによるプロセスシミュレーションモデル３１１５の構築方法について説明する。図１６において、ユーザが入力部２１を介し、又は、エンジニアリング端末２５等を用いて、設備モジュール１４ａ、１４ｂ、１４ｃに基づき浄水場におけるプロセスシミュレーションモデル３１１５を構築するフローチャートを示す。
【0157】
ステップＳ１６０１において、ユーザは入力部２１又はエンジニアリング端末２５を用いて、予めエンジニアリング端末の図示しない記憶部に記憶される設備モジュール１４ａ、１４ｂ、１４ｃから、必要な設備モジュール１４ａ、１４ｂ、１４ｃを配置する（ステップＳ１６０１）。Ｓ１６０１において、ユーザが必要な設備モジュール１４ａ、１４ｂ、１４ｃを配置する場合、一度配置した設備モジュール１４ａ、１４ｂ、１４ｃを複製（コピーアンドペースト）できるようにしてもよい。
【0158】
ステップＳ１６０２において、ステップＳ１６０１で配置された設備モジュール１４ａ、１４ｂ、１４ｃに対し、浄水場の設備仕様に基づき、ユーザは、設備寸法パラメータ及び／又は計算係数パラメータを設定する（ステップＳ１６０２）。また、ステップＳ１６０２において、設備仕様に薬液注入口などが記載される場合、ユーザは、新たに設備モジュールへ薬液接続部１４０４等を追加してもよい。このとき、設備モジュール１４ａ、１４ｂ、１４ｃは流入情報として、薬液接続部１４０４等の流量、水の詳細組成値等の情報を入力されてもよい。
【0159】
ステップＳ１６０３において、ユーザは浄水場の設備仕様に基づき、必要な設備モジュール１４ａ、１４ｂ、１４ｃの配置及びユニットパラメータの入力が終わったか否か確認する（ステップＳ１６０３）。ステップＳ１６０３において、ユーザが設備モジュール１４ａ、１４ｂ、１４ｃの配置及びユニットパラメータの入力が終わると、ステップＳ１６０４に進む。一方、ステップＳ１６０３において、ユーザが設備モジュール１４ａ、１４ｂ、１４ｃの配置及びユニットパラメータの入力が終えていない場合、ステップＳ１６０１に戻り、設備モジュール１４ａ、１４ｂ、１４ｃの配置を行う。
【0160】
ステップＳ１６０４において、ステップＳ１６０３で設備モジュール１４ａ、１４ｂ、１４ｃの設置が終わると、エンジニアリング端末２５は図示しない表示部に配置した全ての設備モジュール１４ａ、１４ｂ、１４ｃを表示する（ステップＳ１６０４）。Ｓ１６０４において、ユーザが配置した全ての設備モジュール１４ａ、１４ｂ、１４ｃを一括で複製（コピーアンドペースト）できるようにしてもよい。
【0161】
ステップＳ１６０５において、ユーザは浄水場の設備仕様に基づき、設備モジュール１４ａ、１４ｂ、１４ｃの接続部間を接続する設定（例えば、ストリームと呼ばれる線等で接続部間を接続する）を行う（ステップＳ１６０５）。なお、ステップＳ１６０５において、設備モジュール１４ａ、１４ｂ、１４ｃ間の接続は、接続線の分岐若しくは合流としてもよいし、設備モジュール１４ａ、１４ｂ、１４ｃ同士を直列接続若しくは並列接続してもよい。
また、ステップＳ１６０５において、ユーザが設備モジュール１４ａ、１４ｂ、１４ｃ間を接続した時点又はユーザが予め設定したタイミングで、各設備モジュール１４ａ、１４ｂ、１４ｃは流入情報及び流出情報を更新してもよい。
また、ステップＳ１６０５において、ユーザが設備モジュール１４ａ、１４ｂ、１４ｃ間を接続した時点又はユーザが予め設定したタイミングで、各設備モジュール１４ａ、１４ｂ、１４ｃは流入情報及び流出情報を更新してもよい。
【0162】
ステップＳ１６０６において、ユーザはステップＳ１６０５までに構築した設備モジュール１４ａ、１４ｂ、１４ｃからなるプロセスシミュレーションモデル３１１５をプロセスシミュレーション部３１１３に更新し、動作確認を行う。その際、動作確認のための演算結果が、実際の浄水場における設備内の動作と異なる場合、設備モジュールに含まれるユニットパラメータを調整する（ステップＳ１６０６）。
また、ステップＳ１６０６において、ユニットパラメータを調整することは、ユーザが入力部２１の他にエンジニアリング端末２５を介して行ってもよいし、パラメータ変換部３１１１等で行わせてもよい。
また、ステップＳ１６０６において、ユニットパラメータを調整することは、ユーザが入力部２１の他にエンジニアリング端末２５を介して行ってもよいし、パラメータ変換部３１１１等で行わせてもよい。
【0163】
このように、本発明は、本実施例にて説明した運転支援装置におけるプロセスシミュレーションモデルを設備モジュールで構築することで、浄水場設備内で生じる同時多発的な物理現象（反応、沈殿、ろ過等）を模擬することができ、ユーザ又はエンジニアの作業が簡略化される。また、設備モジュールの複製を簡略化することで、同一寸法かつ性能を有する設備が複数存在する大規模浄水場のプロセスシミュレーションモデルを、効率よく構築することができる。
【0164】
なお、本実施例では、設備モジュールに含まれる化学式及び計算式を（１）式から（１１）式として例示したが、これらに限られず、水質値の変動を模擬する計算式が設備モジュールに含まれていればよい。また、設備モジュールの形状は、図面に記載されたものに限られず、例えば、各設備について四角等の形状で統一されてもよい。
【0165】
＜まとめ＞
本発明は、浄水場向けプロセスシミュレータを備える運転監視装置における運転支援監視画面に、原水水質レーダーチャート、水質プロファイルグラフ、プロセスフローを表示する。これにより、ユーザが運転監視画面を監視することで、水質値の急激な挙動の変化を直観的に捉えることができ、的確な判断を行うことができる運転支援監視画面を提供することができる。また、運転支援監視画面が水質値の急激な挙動の変化を直観的に捉えられるので、業務経験が浅い運転員に対して効率の良い教育訓練を行うことができ、効率の良い技術伝承が可能となる。
本発明は、浄水場向けプロセスシミュレータを備える運転監視装置における運転支援監視画面に、原水水質レーダーチャート、水質プロファイルグラフ、プロセスフローを表示する。これにより、ユーザが運転監視画面を監視することで、水質値の急激な挙動の変化を直観的に捉えることができ、的確な判断を行うことができる運転支援監視画面を提供することができる。また、運転支援監視画面が水質値の急激な挙動の変化を直観的に捉えられるので、業務経験が浅い運転員に対して効率の良い教育訓練を行うことができ、効率の良い技術伝承が可能となる。
【0166】
また、本発明は、急激な水質値の挙動を実際の浄水場内設備に生じる挙動のように模擬するために、運転支援監視画面に表示する形式のパラメータ（水質値）、及び、設備内の挙動を模擬する形式のパラメータ（水の詳細組成値）を変換できるようにした。また、本発明は、浄水場特有の物理現象を模擬するためのシミュレーションモデルを提案した。これにより、水質値及び水の詳細組成値を浄水場内の設備ごとに予測でき、浄水場設備の構成に合わせたプロセスモデルを構築できる。
【0167】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は上述の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。例えば、上述の実施形態において説明した各機能は、任意に組み合わせることができる。
【符号の説明】
【0168】
１００ 浄水場における中央監視室
１１１－１１４ 浄水場設備
１２１－１２４ 水質値を測定する測定装置
１３１ 有線又は無線ネットワーク
１４１ 表示装置
２１ 入力部
２２ 送受信部
２３ 記憶部
２４ 表示部
２５ エンジニアリング端末
３ 演算制御装置
３１ 制御部
３１１ シミュレーション部
３１２ データ更新部
３２ 表示制御部
３１１１ パラメータ変換部
３１１２ パラメータ修正部
３１１３ パラメータ決定部
３１１４ プロセスシミュレーション部
３１１５ プロセスシミュレーションモデル
３１１６ 初期値作成部
３１１７ 未来予測部
９０ 水質モデリング部
９１ 水質成分データベース
１１１－１１４ 浄水場設備
１２１－１２４ 水質値を測定する測定装置
１３１ 有線又は無線ネットワーク
１４１ 表示装置
２１ 入力部
２２ 送受信部
２３ 記憶部
２４ 表示部
２５ エンジニアリング端末
３ 演算制御装置
３１ 制御部
３１１ シミュレーション部
３１２ データ更新部
３２ 表示制御部
３１１１ パラメータ変換部
３１１２ パラメータ修正部
３１１３ パラメータ決定部
３１１４ プロセスシミュレーション部
３１１５ プロセスシミュレーションモデル
３１１６ 初期値作成部
３１１７ 未来予測部
９０ 水質モデリング部
９１ 水質成分データベース
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】