JP7767246B2 - Information processing device, moisture content prediction method, and moisture content prediction program - Google Patents
Information processing device, moisture content prediction method, and moisture content prediction programInfo
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Description
本発明は、浮遊固形物を含む液体を脱水機で脱水することにより得られる脱水ケーキの含水率を予測する技術に関する。 The present invention relates to a technology for predicting the moisture content of dehydrated cake obtained by dehydrating a liquid containing suspended solids in a dehydrator.
下水処理場などの排水処理施設において実施される汚泥処理には汚泥を脱水機で脱水する工程が含まれている。効率的な汚泥処理のためには脱水により得られる脱水ケーキの含水率を所定の範囲内で維持することが重要である。しかし、脱水機の運転条件を一定にして脱水処理した場合には、供給される汚泥の性状が一定しない等の原因によって脱水ケーキの含水率は変動するため、脱水ケーキの含水率を所定の範囲内で維持することは容易ではない。 Sludge treatment carried out at wastewater treatment facilities such as sewage treatment plants includes a process of dehydrating the sludge using a dehydrator. For efficient sludge treatment, it is important to maintain the moisture content of the dehydrated cake obtained by dehydration within a specified range. However, when dehydration is performed under constant operating conditions for the dehydrator, the moisture content of the dehydrated cake fluctuates due to factors such as the inconsistency of the properties of the supplied sludge, making it difficult to maintain the moisture content of the dehydrated cake within the specified range.
このため、脱水ケーキの含水率を予測する技術の開発が従来から進められている。含水率を予測できれば、フィードフォワード制御により含水率を所定の範囲内で維持することが可能になる。例えば、下記の特許文献1には、遠心式の脱水機に供給される汚泥の量や、当該脱水機の遠心効果に関する値等の複数のパラメータを用いて含水率推定モデルを生成し、含水率を推定する技術が開示されている。 For this reason, efforts have been made to develop technology for predicting the moisture content of dehydrated cake. If the moisture content can be predicted, it will be possible to maintain the moisture content within a predetermined range through feedforward control. For example, Patent Document 1 below discloses a technology for estimating the moisture content by creating a moisture content estimation model using multiple parameters, such as the amount of sludge supplied to a centrifugal dehydrator and values related to the centrifugal effect of the dehydrator.
一般に、上記汚泥処理に関する装置は、多種多様な運転条件で試運転されて、最適な運転条件を決定する。この試運転期間において、上記多種多様な運転条件において測定された上記複数のパラメータの多種多様な測定値を教師データとして上記含水率予測モデルが生成される。 Generally, the sludge treatment equipment is test-run under a wide variety of operating conditions to determine the optimal operating conditions. During this test run, the moisture content prediction model is generated using the wide variety of measured values of the multiple parameters measured under the wide variety of operating conditions as training data.
その後、決定された運転条件に基づいて上記装置は実運転される。この実運転期間において、上記複数のパラメータの直近の測定値を教師データとして上記含水率予測モデルを更新する。これにより、上記含水率予測モデルは、直近の運転条件に適合した予測モデルとなる。従って、運転条件の変更等がない通常の場合には、上記含水率予測モデルによる予測の精度が維持される。しかしながら、上記運転条件が変更されると上記含水率予測モデルによる予測の精度が低下することが懸念される。 The device is then operated based on the determined operating conditions. During this operating period, the moisture content prediction model is updated using the most recent measured values of the multiple parameters as training data. This results in the moisture content prediction model being adapted to the most recent operating conditions. Therefore, under normal circumstances where there are no changes to the operating conditions, the accuracy of predictions made by the moisture content prediction model is maintained. However, there is a concern that the accuracy of predictions made by the moisture content prediction model may decrease if the operating conditions change.
この点に関し、上記多種多様な測定値の少なくとも一部と、上記直近の測定値とを教師データとして、上記含水率予測モデルを更新することが考えられる。しかしながら、上記多種多様な測定値の影響により、通常の場合には上記含水率予測モデルによる予測の精度が低下することになる。 In this regard, it is possible to update the moisture content prediction model using at least some of the wide variety of measurement values and the most recent measurement values as training data. However, the influence of the wide variety of measurement values will normally result in a decrease in the accuracy of predictions made by the moisture content prediction model.
本発明の一態様は、運転条件の変更等の場合には上記含水率の予測の精度の低下を緩和しつつ、通常の場合には上記予測の精度を維持することを目的とする。 One aspect of the present invention aims to mitigate any decline in the accuracy of the moisture content prediction when operating conditions change, while maintaining the accuracy of the prediction under normal circumstances.
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る情報処理装置は、浮遊固形物を含む液体に前記浮遊固形物を凝集させる薬剤が加えられる凝集槽に供給される前記液体に関する測定データ、前記凝集槽に供給される前記薬剤に関する測定データ、前記凝集槽内の前記液体に関する測定データ、前記凝集槽の運転に関する測定データ、および、前記凝集槽から排出された前記液体を搬送しながら脱水する脱水機の運転に関する測定データの少なくともいずれかを取得する取得部と、第1予測モデルを用いて、前記取得部が取得した測定データと、当該測定データの測定時点から前記脱水機内で前記液体が滞留する滞留時間が経過した時点において前記脱水機から排出される脱水ケーキの含水率である脱水後含水率についての第2予測モデルによる予測値とから、当該測定データの測定時点から前記滞留時間が経過した時点における前記脱水後含水率を予測する予測部とを備え、前記第1予測モデルが学習のために利用する前記測定データは、前記脱水機の実運転期間における学習時点の所定期間前から学習時点までに前記取得部が取得した前記測定データであり、前記第2予測モデルは、運転条件が前記実運転期間と異なる運転期間において前記取得部が取得した前記測定データを説明変数とし、当該測定データの測定時点から前記滞留時間が経過した時点における前記脱水後含水率を目的変数として学習された予測モデルである。 In order to solve the above problem, an information processing device according to one aspect of the present invention includes an acquisition unit that acquires at least one of measurement data related to a liquid supplied to a coagulation tank in which a chemical agent for coagulating suspended solids is added to the liquid containing the suspended solids, measurement data related to the chemical agent supplied to the coagulation tank, measurement data related to the liquid in the coagulation tank, measurement data related to the operation of the coagulation tank, and measurement data related to the operation of a dehydrator that transports and dehydrates the liquid discharged from the coagulation tank; and a first prediction model that uses the measurement data acquired by the acquisition unit to predict the amount of water discharged from the dehydrator at a time when the residence time of the liquid in the dehydrator has elapsed since the time of measurement of the measurement data. and a prediction unit that predicts the post-dehydration moisture content at a time when the retention time has elapsed from the time when the measurement data was measured, based on a predicted value by a second prediction model of the post-dehydration moisture content, which is the moisture content of the dehydrated cake, the measurement data used for learning by the first prediction model is the measurement data acquired by the acquisition unit from a predetermined period before the learning time during the actual operation period of the dehydrator to the learning time, and the second prediction model is a prediction model trained using the measurement data acquired by the acquisition unit during an operation period in which operating conditions are different from the actual operation period as explanatory variables and the post-dehydration moisture content at a time when the retention time has elapsed from the time when the measurement data was measured as a target variable.
また、本発明の一態様に係る含水率予測方法は、1または複数の情報処理装置により実行される含水率予測方法であって、浮遊固形物を含む液体に前記浮遊固形物を凝集させる薬剤が加えられる凝集槽に供給される前記液体に関する測定データ、前記凝集槽に供給される前記薬剤に関する測定データ、前記凝集槽内の前記液体に関する測定データ、前記凝集槽の運転に関する測定データ、および、前記凝集槽から排出された前記液体を搬送しながら脱水する脱水機の運転に関する測定データの少なくともいずれかを取得する取得ステップと、第1予測モデルを用いて、前記取得ステップにて取得された測定データと、当該測定データの測定時点から前記脱水機内で前記液体が滞留する滞留時間が経過した時点において前記脱水機から排出される脱水ケーキの含水率である脱水後含水率についての第2予測モデルによる予測値とから、当該測定データの測定時点から前記滞留時間が経過した時点における前記脱水後含水率を予測する予測ステップとを含み、前記第1予測モデルが学習のために利用する前記測定データは、前記脱水機の実運転期間における学習時点の所定期間前から学習時点までに前記取得ステップにて取得された前記測定データであり、前記第2予測モデルは、運転条件が前記実運転期間と異なる運転期間において前記取得ステップにて取得された前記測定データを説明変数とし、当該測定データの測定時点から前記滞留時間が経過した時点における前記脱水後含水率を目的変数として学習された予測モデルである。 Furthermore, a moisture content prediction method according to one aspect of the present invention is a moisture content prediction method executed by one or more information processing devices, and includes an acquisition step of acquiring at least one of measurement data regarding a liquid supplied to a coagulation tank to which a chemical agent for coagulating suspended solids is added to the liquid containing the suspended solids, measurement data regarding the chemical agent supplied to the coagulation tank, measurement data regarding the liquid in the coagulation tank, measurement data regarding the operation of the coagulation tank, and measurement data regarding the operation of a dehydrator that dehydrates the liquid while transporting it discharged from the coagulation tank; and a first prediction model that uses the measurement data acquired in the acquisition step and a time point at which the residence time of the liquid in the dehydrator has elapsed since the time of measurement of the measurement data. and a prediction step of predicting the post-dehydration moisture content at a time when the retention time has elapsed from the time when the measurement data was measured, based on a predicted value by a second prediction model of the post-dehydration moisture content, which is the moisture content of the dehydrated cake discharged from the dehydrator. The measurement data used by the first prediction model for learning is the measurement data acquired in the acquisition step from a predetermined period before the learning time during the actual operation period of the dehydrator to the learning time, and the second prediction model is a prediction model trained using the measurement data acquired in the acquisition step during an operating period in which operating conditions are different from the actual operation period as an explanatory variable and the post-dehydration moisture content at a time when the retention time has elapsed from the time when the measurement data was measured as a target variable.
本発明の一態様によれば、運転条件の変更等の場合には上記含水率の予測の精度の低下を緩和しつつ、通常の場合には上記予測の精度を維持することができる。 According to one aspect of the present invention, it is possible to mitigate a decrease in the accuracy of the moisture content prediction when operating conditions change, while maintaining the accuracy of the prediction under normal circumstances.
〔システム構成〕
図2に基づいて本発明の一実施形態に係る制御システムの構成を説明する。図2は、制御システム100の構成例を示す図である。制御システム100は、固体浮遊物を凝集させる薬剤を凝集槽内の被処理液(液体)に添加してフロックを形成し、フロックが形成された前記被処理液の固液分離を行うプラントで使用されるシステムである。以下では、被処理液が汚泥である例を説明するが、制御システム100は汚泥以外の被処理液を処理するプラントにも適用可能である。なお、汚泥とは、排水処理などで生じる微細な固形物を含む液体であり、スラリーと呼ぶこともできる。
[System Configuration]
The configuration of a control system according to one embodiment of the present invention will be described with reference to Figure 2. Figure 2 is a diagram showing an example of the configuration of a control system 100. The control system 100 is a system used in a plant that adds an agent that coagulates suspended solids to a liquid to be treated in a coagulation tank to form flocs, and then performs solid-liquid separation of the liquid to be treated in which the flocs have formed. In the following, an example will be described in which the liquid to be treated is sludge, but the control system 100 can also be applied to plants that treat liquids other than sludge. Note that sludge is a liquid containing fine solids that is generated during wastewater treatment, etc., and can also be called a slurry.
詳細は以下説明するが、制御システム100は、汚泥の処理工程のうち、処理対象の汚泥中の固体浮遊物を凝集させてフロックを形成させることによって、処理対象の汚泥を凝集汚泥とする工程から、凝集汚泥を脱水して脱水汚泥(脱水ケーキとも呼ばれる)と脱水ろ液を得る工程までの各処理を行う。図2に示すように、制御システム100は、情報処理装置1と、制御装置3と、フロキュレータ5と、脱水機9とを含む。 As will be explained in more detail below, the control system 100 performs each step in the sludge treatment process, from the step of converting the sludge to be treated into flocculated sludge by agglomerating suspended solids in the sludge to form flocs, to the step of dewatering the flocculated sludge to obtain dehydrated sludge (also called dehydrated cake) and dehydrated filtrate. As shown in Figure 2, the control system 100 includes an information processing device 1, a control device 3, a flocculator 5, and a dehydrator 9.
フロキュレータ5は、固体浮遊物を凝集させる薬剤を凝集槽内の被処理液に添加して適度に撹拌することでフロックを形成させる機器である。具体的には、フロキュレータ5は、汚泥を被処理液とし、汚泥中の固体浮遊物を凝集させてフロックを形成させ、凝集汚泥を生成する。図2のフロキュレータ5は、凝集槽51と、撹拌翼52と、モータ53と、点検窓54とを備えている。また、フロキュレータ5には、汚泥投入口55と、薬剤投入口56と、排出口57とが設けられている。 The flocculator 5 is a device that adds a chemical agent that coagulates suspended solids to the liquid being treated in a coagulation tank and moderately stirs it to form flocs. Specifically, the flocculator 5 uses sludge as the liquid being treated and coagulates the suspended solids in the sludge to form flocs, thereby producing coagulated sludge. The flocculator 5 in Figure 2 is equipped with a coagulation tank 51, agitator blades 52, a motor 53, and an inspection window 54. The flocculator 5 also has a sludge inlet 55, a chemical agent inlet 56, and a discharge outlet 57.
さらに、点検窓54には、撮影装置72と、撮影用の照明装置71とが取り付けられている。撮影装置72は、少なくとも静止画像が撮影できるものであればよい。制御システム100の稼働中、フロックへの光の当たり方が変化しないように、凝集槽51は光透過性のないものとすることが好ましい。また、撮影装置72および照明装置71は図示の例のように、点検窓54側が開口した遮光性の暗箱に収容することが好ましい。 Furthermore, a photographing device 72 and a lighting device 71 for photography are attached to the inspection window 54. The photographing device 72 needs to be capable of taking at least still images. It is preferable that the coagulation tank 51 is opaque so that the way light hits the flocs does not change while the control system 100 is in operation. Furthermore, it is preferable that the photographing device 72 and lighting device 71 are housed in a light-tight dark box that is open on the inspection window 54 side, as in the example shown.
脱水機9は、フロックが形成された被処理液の固液分離を行う機器である。具体的には、脱水機9は、フロキュレータ5の後段に配設され、フロキュレータ5から排出される凝集汚泥(液体)を脱水して固液分離する。図2の脱水機9は、外胴スクリーン91とスクリュー92とを備えるスクリュープレス型脱水機である。また、脱水機9には、汚泥投入口93と、ろ液排出口94と、脱水ケーキ排出口95とが設けられている。なお、図示していないが、脱水機9は、スクリュー92を回転駆動するモータ等も備えている。無論、脱水機9は凝集汚泥を脱水できるものであればよく、スクリュープレス型に限られない。例えば、遠心脱水機、フィルタープレス型脱水機、またはベルトプレス脱水機等を適用することもできる。 The dehydrator 9 is a device that performs solid-liquid separation of the liquid to be treated in which flocs have formed. Specifically, the dehydrator 9 is disposed downstream of the flocculator 5 and performs solid-liquid separation by dehydrating the flocculated sludge (liquid) discharged from the flocculator 5. The dehydrator 9 in Figure 2 is a screw press type dehydrator equipped with an outer screen 91 and a screw 92. The dehydrator 9 also has a sludge inlet 93, a filtrate outlet 94, and a dehydrated cake outlet 95. Although not shown, the dehydrator 9 also includes a motor for rotating the screw 92. Of course, the dehydrator 9 is not limited to a screw press type as long as it is capable of dehydrating flocculated sludge. For example, a centrifugal dehydrator, a filter press dehydrator, or a belt press dehydrator can also be used.
制御システム100において、処理対象の汚泥は、図示しない供給装置により、汚泥投入口55からフロキュレータ5の凝集槽51内に連続的あるいは断続的に供給される。汚泥の供給速度は、フロキュレータ5および脱水機9による汚泥の処理速度に応じて、供給装置あるいはその制御装置3が自動で制御する構成となっていてもよい。 In the control system 100, the sludge to be treated is continuously or intermittently supplied from the sludge inlet 55 into the coagulation tank 51 of the flocculator 5 by a supply device (not shown). The sludge supply rate may be automatically controlled by the supply device or its control device 3 according to the sludge treatment rate by the flocculator 5 and dehydrator 9.
そして、凝集槽51内の汚泥に対して、薬剤投入口56から汚泥を凝集させるための薬剤(少なくとも凝集剤を含む)が投入される。この状態でモータ53を駆動させて撹拌翼52を回転させ、汚泥と薬剤を撹拌し、フロックを形成させる。形成されたフロックと、汚泥に含まれていた水との混合物である凝集汚泥は排出口57から排出される。 Then, chemicals (including at least a flocculant) for flocculating the sludge are added to the sludge in the flocculation tank 51 through the chemical inlet 56. In this state, the motor 53 is driven to rotate the agitator blades 52, agitating the sludge and chemicals and forming flocs. The flocculated sludge, which is a mixture of the formed flocs and the water contained in the sludge, is discharged through the outlet 57.
続いて、この凝集汚泥は、脱水機9の汚泥投入口93から外胴スクリーン91内に供給される。脱水機9内において、上記凝集汚泥は、スクリュー92による加圧下で脱水されて、ろ液がろ液排出口94から排出され、脱水された凝集汚泥の固まりである脱水ケーキが脱水ケーキ排出口95から排出される。 The flocculated sludge is then fed into the outer screen 91 through the sludge inlet 93 of the dehydrator 9. Inside the dehydrator 9, the flocculated sludge is dehydrated under pressure by the screw 92, and the filtrate is discharged through the filtrate outlet 94. A dehydrated cake, which is a mass of dehydrated flocculated sludge, is discharged through the dehydrated cake outlet 95.
なお、上記汚泥は、汚泥投入口55から凝集槽51内に供給されることにより、上記凝集汚泥が凝集槽51の排出口57から押し出されて排出され、排出された凝集汚泥が脱水機9に供給される。このため、凝集槽51に供給される汚泥の流量と、脱水機9へ供給される汚泥の流量とは、同時刻で一致する。 The sludge is supplied into the coagulation tank 51 through the sludge inlet 55, where it is pushed out and discharged from the outlet 57 of the coagulation tank 51, and the discharged coagulated sludge is supplied to the dehydrator 9. Therefore, the flow rate of the sludge supplied to the coagulation tank 51 and the flow rate of the sludge supplied to the dehydrator 9 are the same at the same time.
詳細は以下説明するが、情報処理装置1は、凝集槽51に供給される液体に関する測定データと、凝集槽51に供給される薬剤に関する測定データと、凝集槽51内の液体に関する測定データと、凝集槽51の運転に関する測定データと、脱水機9の運転に関する測定データと、の少なくともいずれかを取得する。そして、情報処理装置1は、取得した測定データに基づき、脱水ケーキの含水率を予測する。 As will be explained in detail below, the information processing device 1 acquires at least one of the following: measurement data related to the liquid supplied to the coagulation tank 51, measurement data related to the chemicals supplied to the coagulation tank 51, measurement data related to the liquid in the coagulation tank 51, measurement data related to the operation of the coagulation tank 51, and measurement data related to the operation of the dehydrator 9. The information processing device 1 then predicts the moisture content of the dehydrated cake based on the acquired measurement data.
また、情報処理装置1は、制御装置3を介して制御システム100の構成要素である各種機器(例えば、フロキュレータ5、脱水機9、および図示していない汚泥および薬剤の供給装置等)の動作制御を行うこともできる。制御装置3は、制御システム100の構成要素である各種機器の動作を制御する装置である。制御装置3は、例えばPLC(Programmable Logic Controller)であってもよい。 The information processing device 1 can also control the operation of various devices that are components of the control system 100 (e.g., the flocculator 5, the dehydrator 9, and sludge and chemical supply devices (not shown)) via the control device 3. The control device 3 controls the operation of various devices that are components of the control system 100. The control device 3 may be, for example, a PLC (Programmable Logic Controller).
〔装置構成〕
図1に基づいて情報処理装置1の構成を説明する。図1は、情報処理装置1の要部構成の一例を示すブロック図である。図示のように、情報処理装置1は、情報処理装置1の各部を統括して制御する制御部10と、情報処理装置1が使用する各種データを記憶する記憶部11と、を備えている。また、情報処理装置1は、情報処理装置1が他の装置と通信するための通信部12、情報処理装置1に対する各種データの入力を受け付ける入力部13、および情報処理装置1が各種データを出力するための出力部14を備えている。
[Device configuration]
The configuration of the information processing device 1 will be described with reference to Fig. 1. Fig. 1 is a block diagram showing an example of the main configuration of the information processing device 1. As shown in the figure, the information processing device 1 includes a control unit 10 that controls each unit of the information processing device 1, and a storage unit 11 that stores various data used by the information processing device 1. The information processing device 1 also includes a communication unit 12 that allows the information processing device 1 to communicate with other devices, an input unit 13 that accepts input of various data to the information processing device 1, and an output unit 14 that allows the information processing device 1 to output various data.
また、制御部10には、取得部101、予測部102、および更新部103が含まれている。なお、更新部103については、後記「更新部103について」の項目で説明する。 The control unit 10 also includes an acquisition unit 101, a prediction unit 102, and an update unit 103. The update unit 103 will be explained later in the section "About the update unit 103."
記憶部11には、第1予測モデル111、および第2予測モデル112が含まれている。これらの詳細については、それぞれ後記「第1予測モデルについて」および「第2予測モデルについて」の項目で説明する。 The memory unit 11 contains a first prediction model 111 and a second prediction model 112. Details of these are explained below in the sections "About the First Prediction Model" and "About the Second Prediction Model," respectively.
取得部101は、凝集槽51に供給される液体に関する測定データと、凝集槽51に供給される薬剤に関する測定データと、凝集槽51内の液体に関する測定データと、凝集槽51の運転に関する測定データと、脱水機9の運転に関する測定データと、の少なくともいずれかを取得する。なお、各測定データの詳細に関しては、後記「第1予測モデルについて」の項目で説明する。 The acquisition unit 101 acquires at least one of the following: measurement data related to the liquid supplied to the coagulation tank 51; measurement data related to the chemicals supplied to the coagulation tank 51; measurement data related to the liquid in the coagulation tank 51; measurement data related to the operation of the coagulation tank 51; and measurement data related to the operation of the dehydrator 9. Details of each measurement data will be explained below in the section "Regarding the first prediction model."
予測部102は、記憶部11に記憶された第1予測モデル111を用いて、取得部101が取得した測定データから脱水ケーキの含水率を予測する。この脱水ケーキは、上記測定データの測定時点から脱水機9内で上記凝集汚泥が滞留する滞留時間が経過した時点(以下、「経過時点」と称する。)において脱水機9から排出される脱水ケーキである。予測部102は、取得部101が新たな測定データを取得する毎に第1予測モデル111を用いた予測を実行する。そのため、予測部102は脱水ケーキの含水率をリアルタイムに、すなわち短い時間間隔で連続的に(例えば1分ごとに)予測することができる。 The prediction unit 102 uses the first prediction model 111 stored in the memory unit 11 to predict the moisture content of the dehydrated cake from the measurement data acquired by the acquisition unit 101. This dehydrated cake is the dehydrated cake that is discharged from the dehydrator 9 at the point in time (hereinafter referred to as the "elapsed time") when the retention time for the flocculated sludge in the dehydrator 9 has elapsed from the time the measurement data was taken. The prediction unit 102 performs a prediction using the first prediction model 111 each time the acquisition unit 101 acquires new measurement data. Therefore, the prediction unit 102 can predict the moisture content of the dehydrated cake in real time, that is, continuously at short time intervals (for example, every minute).
〔第1予測モデルについて〕
第1予測モデル111は、取得部101が取得した、測定時点の測定データを説明変数とし、該測定時点から上記滞留時間が経過した経過時点において脱水機9から排出される脱水ケーキの含水率(以下、「脱水後含水率」と称する。)を目的変数として学習された予測モデルである。本実施形態では、第1予測モデル111は、第2予測モデル112による上記測定データからの上記脱水後含水率の予測値を、上記説明変数の1つとして追加されている。なお、第2予測モデル112については、後記「第2予測モデルについて」の項目で説明する。
[Regarding the first prediction model]
The first prediction model 111 is a prediction model trained using the measurement data acquired by the acquisition unit 101 at the time of measurement as an explanatory variable and the moisture content of the dehydrated cake discharged from the dehydrator 9 at the time when the retention time has elapsed from the time of measurement (hereinafter referred to as the "post-dehydration moisture content") as a target variable. In this embodiment, the first prediction model 111 has an additional explanatory variable, which is the predicted value of the post-dehydration moisture content from the measurement data by the second prediction model 112. The second prediction model 112 will be described later in the section "Regarding the Second Prediction Model."
取得部101が取得した測定データであって、第1予測モデル111の予測に用いる測定データには次のようなものが含まれる。 The measurement data acquired by the acquisition unit 101 and used for prediction by the first prediction model 111 includes the following:
(1)凝集槽51に供給される汚泥に関する測定データ。当該測定データは、例えば、当該汚泥の単位時間当たりの供給流量、および当該汚泥の濃度の少なくともいずれかであり、汚泥投入口55の手前にて測定される。 (1) Measurement data regarding the sludge supplied to the coagulation tank 51. This measurement data is, for example, at least one of the supply flow rate of the sludge per unit time and the concentration of the sludge, and is measured before the sludge inlet 55.
(2)凝集槽51に供給される薬剤に関する測定データ。当該測定データは、例えば、当該薬剤の単位時間当たりの供給流量であり、薬剤投入口56の手前にて測定される。 (2) Measurement data regarding the chemical supplied to the coagulation tank 51. This measurement data is, for example, the supply flow rate of the chemical per unit time, and is measured before the chemical inlet 56.
(3)凝集槽51内の汚泥に関する測定データ。当該測定データは、フロックの平均濃淡値、および、フロック間の隙間の平均単位面積、の少なくともいずれかであり、撮影装置72における静止画像を画像処理することで得られる。上記平均濃淡値は、汚泥色調(明暗)の指標となる。また、上記平均単位面積は、フロック径の指標となる。 (3) Measurement data related to the sludge in the coagulation tank 51. This measurement data is at least one of the average floc shading value and the average unit area of the gaps between flocs, and is obtained by image processing of still images taken by the image capture device 72. The average shading value serves as an index of the sludge color tone (lightness). The average unit area serves as an index of the floc diameter.
(4)凝集槽51の運転に関する測定データ。当該測定データは、凝集槽51における撹拌翼52の回転速度であり、制御装置3から取得する。 (4) Measurement data related to the operation of the coagulation tank 51. This measurement data is the rotation speed of the agitator blades 52 in the coagulation tank 51 and is obtained from the control device 3.
(5)脱水機9の運転に関する測定データ。当該測定データは、脱水機9の運転時間、脱水機9のスクリューの回転速度、脱水機9への凝集汚泥の単位時間当たりの供給流量、および、脱水機9へ投入される凝集汚泥の投入圧、の少なくともいずれかであり、制御装置3から取得する。 (5) Measurement data related to the operation of the dehydrator 9. This measurement data is at least one of the following: the operating time of the dehydrator 9, the rotation speed of the screw of the dehydrator 9, the flow rate of flocculated sludge supplied to the dehydrator 9 per unit time, and the feeding pressure of the flocculated sludge fed to the dehydrator 9, and is acquired from the control device 3.
本実施形態では、上記(1)~(5)に示すように、様々な測定データを採用することができる。そのため、脱水ケーキの含水率を、多面的な説明変数を用い、精度良く予測することができる。なお、上記(1)~(5)に示す測定データのうち、第1予測モデル111の予測精度に対する寄与が大きい(重要度が高い)測定データとしては、上記(5)に示す上記運転時間、上記スクリューの回転速度、および、上記供給流量と、上記(3)に示すフロックの平均濃淡値が挙げられる。 In this embodiment, various measurement data can be used, as shown in (1) to (5) above. Therefore, the moisture content of the dehydrated cake can be predicted with high accuracy using multifaceted explanatory variables. Of the measurement data shown in (1) to (5) above, measurement data that contribute significantly (are of high importance) to the prediction accuracy of the first prediction model 111 include the operation time, screw rotation speed, and supply flow rate shown in (5) above, and the average floc density value shown in (3) above.
〔第2予測モデルについて〕
第2予測モデル112は、取得部101が取得した、測定時点の測定データを説明変数とし、該測定時点から上記滞留時間が経過した経過時点における脱水後含水率を目的変数として学習された予測モデルである。本実施形態では、第2予測モデル112は、脱水機9の実運転期間の開始前である試運転期間に学習された予測モデルである。第2予測モデル112の説明変数となる測定データは、第1予測モデル111の説明変数となる測定データと同じであってもよいし、異なってもよい。
[Regarding the second forecast model]
The second prediction model 112 is a prediction model trained using the measurement data acquired by the acquisition unit 101 at the time of measurement as an explanatory variable and the post-spin moisture content at the time point when the retention time has elapsed since the measurement as a target variable. In this embodiment, the second prediction model 112 is a prediction model trained during a trial operation period before the start of the actual operation period of the dehydrator 9. The measurement data that serves as the explanatory variable of the second prediction model 112 may be the same as or different from the measurement data that serves as the explanatory variable of the first prediction model 111.
以上のように、本実施形態の情報処理装置1は、浮遊固形物を含む液体に上記浮遊固形物を凝集させる薬剤が加えられる凝集槽51に供給される上記液体に関する測定データ、凝集槽51に供給される上記薬剤に関する測定データ、凝集槽51内の上記液体に関する測定データ、凝集槽51の運転に関する測定データ、および、凝集槽51から排出された上記液体を搬送しながら脱水する脱水機9の運転に関する測定データの少なくともいずれかを取得する取得部101と、第1予測モデル111を用いて、取得部101が取得した測定データと、当該測定データの測定時点から脱水機9内で上記液体が滞留する滞留時間が経過した経過時点において脱水機9から排出される脱水ケーキの含水率である脱水後含水率についての第2予測モデル112による予測値とから、当該測定データの測定時点から上記滞留時間が経過した経過時点における上記脱水後含水率を予測する予測部102とを備える。第1予測モデル111が学習のために利用する上記測定データは、脱水機9の実運転期間における学習時点の所定期間前から学習時点までに取得部101が取得した測定データである。また、第2予測モデル112は、運転条件が上記実運転期間と異なる運転期間としての試運転期間において取得部101が取得した上記測定データを説明変数とし、当該測定データの測定時点から上記滞留時間が経過した経過時点における上記脱水後含水率を目的変数として学習された予測モデルである。 As described above, the information processing device 1 of this embodiment comprises an acquisition unit 101 that acquires at least one of measurement data regarding the liquid supplied to a coagulation tank 51, where a chemical agent that coagulates suspended solids is added to the liquid containing the suspended solids, measurement data regarding the chemical agent supplied to the coagulation tank 51, measurement data regarding the liquid in the coagulation tank 51, measurement data regarding the operation of the coagulation tank 51, and measurement data regarding the operation of the dehydrator 9 that dehydrates the liquid while transporting it, and a prediction unit 102 that uses a first prediction model 111 to predict the post-dehydration moisture content, which is the moisture content of the dehydrated cake discharged from the dehydrator 9 at a point in time after the retention time has elapsed from the time the measurement data was measured, based on the measurement data acquired by the acquisition unit 101 and a predicted value by a second prediction model 112 for the post-dehydration moisture content, which is the moisture content of the dehydrated cake discharged from the dehydrator 9 at a point in time after the retention time for the liquid to remain in the dehydrator 9 from the time the measurement data was measured. The measurement data used by the first prediction model 111 for learning is measurement data acquired by the acquisition unit 101 from a predetermined period before the learning point during the actual operation period of the dehydrator 9 to the learning point. The second prediction model 112 is a prediction model trained using the measurement data acquired by the acquisition unit 101 during a trial operation period, which is an operation period in which the operating conditions are different from those of the actual operation period, as an explanatory variable, and the post-dehydration moisture content at the point in time when the retention time has elapsed since the measurement of the measurement data as a target variable.
上記の構成によると、第2予測モデル112は、脱水機9の試運転期間において、多種多様な運転条件において取得された測定データを教師データとして、学習された予測モデルである。従って、測定データの測定時点から滞留時間が経過した経過時点における脱水後含水率についての第2予測モデル112による予測値は、多種多様な運転条件に適合した予測値となる。 With the above configuration, the second prediction model 112 is a prediction model trained using measurement data acquired under a wide variety of operating conditions during the test operation period of the dehydrator 9 as training data. Therefore, the predicted value by the second prediction model 112 for the post-dehydration moisture content at the point in time when the retention time has elapsed since the measurement of the measurement data is a predicted value that is suitable for a wide variety of operating conditions.
一方、第1予測モデル111は、脱水機9の実運転期間における学習時点の所定期間前から学習時点までに取得された測定データと、当該測定データに対応する上記脱水後含水率についての第2予測モデル112による予測値とを説明変数とし、当該測定データに対応する上記脱水後含水率を目的変数として学習された予測モデルである。第1予測モデル111は、直近の測定データを利用して学習されるので、直近の運転条件に適合した予測モデルとなる。従って、運転条件の変更等がない通常の場合には、第1予測モデル111による予測の精度が維持される。 On the other hand, the first prediction model 111 is a prediction model trained using the measurement data acquired from a predetermined period before the learning point during the actual operation period of the dehydrator 9 to the learning point and the predicted value by the second prediction model 112 of the post-spin moisture content corresponding to the measurement data as explanatory variables, and the post-spin moisture content corresponding to the measurement data as the objective variable. Because the first prediction model 111 is trained using the most recent measurement data, it is a prediction model that is adapted to the most recent operating conditions. Therefore, in normal cases where there are no changes in operating conditions, the accuracy of predictions by the first prediction model 111 is maintained.
また、第1予測モデル111は、直近の測定データを用いて第2予測モデル112によって予測された上記脱水後含水率の予測値を利用して学習されるので、多種多様な運転条件が考慮された予測モデルとなる。従って、長期間運転条件の変更等がない状態から運転条件の変更等が行われても、第1予測モデル111による予測の精度の低下を緩和することができる。 In addition, the first prediction model 111 is trained using the predicted value of the post-dehydration moisture content predicted by the second prediction model 112 using the most recent measurement data, and is therefore a prediction model that takes a wide variety of operating conditions into account. Therefore, even if the operating conditions are changed after a long period of time without any changes, it is possible to mitigate any decline in the accuracy of predictions made by the first prediction model 111.
〔更新部について〕
更新部103は、凝集槽51および脱水機9が停止している期間(運転停止期間)に、第1予測モデル111を更新する処理を行う。具体的には、更新部103は、脱水機9の運転期間において取得部101が取得した測定データから、第2予測モデル112を用いて、当該測定データの測定時点から滞留時間が経過した経過時点における脱水後含水率の予測値を算出する。そして、更新部103は、上記測定データと、上記脱水後含水率の予測値と、作業者が実測した脱水ケーキの含水率の実測値との組を教師データとして、第1予測モデル111を更新する。
[About the update section]
The update unit 103 performs a process of updating the first prediction model 111 during a period when the coagulation tank 51 and the dehydrator 9 are stopped (a shutdown period). Specifically, the update unit 103 uses the second prediction model 112 to calculate a predicted value of the post-dehydration moisture content at a point in time when the retention time has elapsed from the time of measurement of the measurement data acquired by the acquisition unit 101 during the operation period of the dehydrator 9. The update unit 103 then updates the first prediction model 111 using, as training data, a set of the measurement data, the predicted value of the post-dehydration moisture content, and an actual value of the moisture content of the dehydrated cake measured by an operator.
通常、上記運転期間は、1日における設定された1期間である。従って、更新部103による更新は1日1回行われる。また、作業者が行う脱水ケーキの含水率の実測には時間を要する。そこで、作業者による上記含水率の実測値に代えて、別のモデルを利用して算出された含水率の推定値を上記教師データの目的変数としてもよい。 Typically, the operating period is a set period of one day. Therefore, updates by the update unit 103 are performed once a day. Furthermore, it takes time for an operator to actually measure the moisture content of the dehydrated cake. Therefore, instead of the actual moisture content measured by the operator, an estimated moisture content calculated using a different model may be used as the objective variable of the training data.
従って、最新の測定データを用いて第1予測モデル111を更新するので、第1予測モデル111を用いた予測を、凝集槽51および脱水機9の最新の状況に適合させることができる。 Therefore, the first prediction model 111 is updated using the latest measurement data, so that predictions using the first prediction model 111 can be adapted to the latest conditions of the coagulation tank 51 and dehydrator 9.
〔予測処理〕
図3は、上記構成の情報処理装置1における脱水ケーキの含水率の予測処理(含水率予測方法)の一例を示すフローチャートである。この予測処理は、上述のように、運転期間中に実行される。図3に示すように、まず、取得部101は、各種の測定データを収集(取得)する(S11、取得ステップ)。次に、予測部102は、第1予測モデル111を用いて、上記測定データから、該測定データの測定時点から滞留時間が経過した経過時点における含水率を予測する(S12、予測ステップ)。その後、ステップS11に戻って上記動作を繰り返す。
[Prediction processing]
3 is a flowchart showing an example of a process for predicting the moisture content of dehydrated cake (a moisture content prediction method) in the information processing device 1 having the above configuration. This prediction process is executed during operation, as described above. As shown in FIG. 3 , first, the acquisition unit 101 collects (acquires) various measurement data (S11, acquisition step). Next, the prediction unit 102 uses the first prediction model 111 to predict the moisture content at a point in time after the retention time has elapsed since the measurement of the measurement data (S12, prediction step). After that, the process returns to step S11 and repeats the above operation.
〔更新処理〕
図4は、情報処理装置1における第1予測モデル111の更新処理の一例を示すフローチャートである。この更新処理は、上述のように、運転停止期間ごとに実行される。
[Update process]
4 is a flowchart showing an example of the process of updating the first prediction model 111 in the information processing device 1. As described above, this update process is executed for each shutdown period.
図4に示すように、まず、更新部103は、脱水機9の運転期間において取得部101が取得した測定データから、第2予測モデル112を用いて、当該測定データの測定時点から滞留時間が経過した経過時点における脱水後含水率の予測値を算出する(S21)。次に、更新部103は、上記測定データと、上記脱水後含水率の予測値と、作業者が実測した脱水ケーキの含水率の実測値との組を教師データとして、第1予測モデル111を更新する(S22)。その後、上記更新処理を終了する。 As shown in FIG. 4, first, the update unit 103 uses the second prediction model 112 to calculate a predicted value of the post-dehydration moisture content at a point in time after the retention time has elapsed from the time of measurement of the measurement data acquired by the acquisition unit 101 during the operation of the dehydrator 9 (S21). Next, the update unit 103 updates the first prediction model 111 using a set of the measurement data, the predicted value of the post-dehydration moisture content, and the actual moisture content of the dehydrated cake measured by the operator as training data (S22). Then, the update process ends.
〔変形例〕
上述の実施形態で説明した各処理の実行主体は任意であり、上述の例に限られない。例えば、図3に示した含水率予測方法の各ステップは、複数の情報処理装置に分担させることもできる。つまり、当該含水率予測方法は、1つの情報処理装置1により実行されるものであってもよいし、複数の情報処理装置により実行されるものであってもよい。
[Modification]
The execution entity of each process described in the above embodiment is arbitrary and is not limited to the above example. For example, each step of the moisture content prediction method shown in Figure 3 can be shared among multiple information processing devices. In other words, the moisture content prediction method may be executed by one information processing device 1 or multiple information processing devices.
〔付記事項〕
なお、上述の実施形態では、第1予測モデル111の説明変数は、第2予測モデル112を用いた脱水後含水率の予測値を含んでいるが、他のモデルを用いた脱水後含水率の予測値をさらに含んでもよい。このように、異なるモデルを用いた複数の予測値を第1予測モデル111の説明変数として利用してもよい。
[Additional Notes]
In the above embodiment, the explanatory variables of the first prediction model 111 include the predicted value of the post-spin moisture content using the second prediction model 112, but may also include predicted values of the post-spin moisture content using other models. In this way, multiple predicted values using different models may be used as explanatory variables of the first prediction model 111.
また、上述の実施形態では、第2予測モデル112は更新を行わないとしているが、これに限定されるものではない。例えば、実運転期間において、通常とは異なる運転条件が発生した場合に取得部101が取得した測定データを蓄積しておき、蓄積した測定データを用いて第2予測モデル112を更新してもよい。 Furthermore, in the above-described embodiment, the second prediction model 112 is not updated, but this is not limited to this. For example, when unusual operating conditions occur during the actual operation period, measurement data acquired by the acquisition unit 101 may be accumulated, and the accumulated measurement data may be used to update the second prediction model 112.
また、上述の実施形態では、運転条件が実運転期間とは異なる運転期間として試運転期間を利用している。しかしながら、上記異なる運転期間は、実運転期間での運転条件範囲を含んだ多種多様な運転条件での測定データが取得できるような運転期間であればよく、上記試運転期間に限定されるものではない。例えば、脱水機9のメンテナンス後に行われるテスト運転期間を上記異なる運転期間としてもよい。 Furthermore, in the above-described embodiment, a trial operation period is used as an operating period in which the operating conditions differ from those of the actual operation period. However, this different operating period is not limited to the trial operation period, and may be any operating period in which measurement data can be obtained under a wide variety of operating conditions, including the range of operating conditions in the actual operation period. For example, a test operation period performed after maintenance on the dehydrator 9 may be used as the different operating period.
〔実施例〕
上記構成の情報処理装置1の一実施例および比較例について、図5~図10を参照して説明する。
[Example]
An example of the information processing device 1 having the above configuration and a comparative example will be described with reference to FIGS.
(実施例1)
本実施例の第1予測モデル111は、上記したように、測定時点における測定データと、該測定データから第2予測モデル112を用いて算出された、経過時点における脱水後含水率の予測値とを用いて、経過時点における脱水後含水率を予測するモデルである。第1予測モデル111は、実運転期間における直近の所定期間に取得された上記測定データを用いて学習される。また、第2予測モデル112は、上記試運転期間において取得された上記測定データを用いて学習された予測モデルである。従って、第2予測モデル112の更新は行われない。
Example 1
As described above, the first prediction model 111 of this embodiment is a model that predicts the post-spin moisture content at an elapsed time point using measurement data at the time of measurement and a predicted value of the post-spin moisture content at an elapsed time point calculated from the measurement data using the second prediction model 112. The first prediction model 111 is trained using the measurement data acquired during the most recent predetermined period of the actual operation period. The second prediction model 112 is trained using the measurement data acquired during the trial operation period. Therefore, the second prediction model 112 is not updated.
図5は、本実施例における第1予測モデル111の説明変数および目的変数の組合せを表形式で示す図である。図5の例では、第1予測モデル111の説明変数となる、測定時点の測定データは、液体(汚泥)の単位時間当たりの供給流量(汚泥流量)、液体(汚泥)の濃度、フロックの平均濃淡値、フロック間の隙間の平均単位面積、薬剤の単位時間当たりの供給流量、凝集槽51における撹拌翼の回転速度、脱水機9の運転時間、脱水機9のスクリューの回転速度、および、脱水機9へ投入される液体(凝集汚泥)の投入圧である。 Figure 5 is a diagram in tabular form showing combinations of explanatory variables and target variables of the first prediction model 111 in this embodiment. In the example of Figure 5, the measurement data at the measurement time, which serve as explanatory variables for the first prediction model 111, are the liquid (sludge) supply flow rate per unit time (sludge flow rate), the liquid (sludge) concentration, the average floc concentration value, the average unit area of gaps between flocs, the chemical supply flow rate per unit time, the rotational speed of the agitator impeller in the coagulation tank 51, the operating time of the dehydrator 9, the rotational speed of the screw of the dehydrator 9, and the input pressure of the liquid (flocculated sludge) input to the dehydrator 9.
図6は、第2予測モデル112の説明変数および目的変数の組合せを表形式で示す図である。図6に示す第2予測モデル112は、図5に示す第1予測モデル111に比べて、第2予測モデル112による予測値が省略されている点が異なり、その他は同様である。すなわち、本実施例では、第1予測モデル111の説明変数に含まれる測定データと、第2予測モデル112の説明変数に含まれる測定データとは同じである。 Figure 6 is a diagram showing, in tabular form, the combinations of explanatory variables and dependent variables of the second prediction model 112. The second prediction model 112 shown in Figure 6 differs from the first prediction model 111 shown in Figure 5 in that the predicted values by the second prediction model 112 are omitted, but is otherwise similar. That is, in this embodiment, the measurement data included in the explanatory variables of the first prediction model 111 and the measurement data included in the explanatory variables of the second prediction model 112 are the same.
(比較例1)
実施例1に対する一比較例である第1比較モデルは、説明変数および目的変数が図6に示す説明変数および目的変数と同様である。また、第1比較モデルは、過去に測定した全ての測定データを用いて学習される。このため、学習に必要な時間が他の場合に比べて長くなる。
(Comparative Example 1)
The first comparative model, which is a comparative example of Example 1, has explanatory variables and response variables similar to those shown in Fig. 6. The first comparative model is trained using all measurement data obtained in the past. For this reason, the time required for training is longer than in other cases.
(比較例2)
実施例1に対する別の比較例である第2比較モデルは、説明変数および目的変数が図6に示す説明変数および目的変数と同様である。また、第2比較モデルは、実運転期間における直近の所定期間に取得された測定データを用いて学習される。従って、第2比較モデルは、実施例1の第1予測モデル111に比べて、第2予測モデル112による予測値が省略されている点が異なり、その他は同様である。
(Comparative Example 2)
A second comparative model, which is another comparative example to the first embodiment, has explanatory variables and response variables that are similar to those shown in Fig. 6. The second comparative model is trained using measurement data acquired during a predetermined period immediately preceding the actual operation period. Therefore, the second comparative model is similar to the first prediction model 111 of the first embodiment except that the predicted values by the second prediction model 112 are omitted.
(比較例3)
実施例1に対するさらに別の比較例である第3比較モデルは、説明変数および目的変数が図6に示す説明変数および目的変数と同様である。また、第3比較モデルは、例えば試運転期間の測定データのような、多様な測定データと、上記直近の所定期間に測定した測定データとを用いて学習される。
(Comparative Example 3)
A third comparative model, which is yet another comparative example to Example 1, has explanatory variables and response variables similar to those shown in Fig. 6. The third comparative model is trained using a variety of measurement data, such as measurement data from a test run period, and the measurement data measured during the most recent predetermined period.
(比較例4)
図7は、実施例1に対するさらに別の比較例である第4比較モデルの説明変数および目的変数の組合せを表形式で示す図である。図7に示すように、第4比較モデルの説明変数は、第2予測モデル112による予測値のみである。従って、第4比較モデルは、第2予測モデル112を用いて測定データから予測された脱水後含水率の予測値から、第4比較モデルを用いて脱水後含水率を予測する単変量回帰モデルである。また、第4比較モデルは、上記直近の所定期間に測定した測定データを用いて学習される。
(Comparative Example 4)
7 is a table showing combinations of explanatory variables and dependent variables of a fourth comparative model, which is yet another comparative example to Example 1. As shown in FIG. 7 , the only explanatory variable of the fourth comparative model is the predicted value by the second prediction model 112. Therefore, the fourth comparative model is a univariate regression model that predicts the post-dehydration moisture content using the fourth comparative model from the predicted value of the post-dehydration moisture content predicted from the measurement data using the second prediction model 112. Furthermore, the fourth comparative model is trained using the measurement data measured during the most recent predetermined period.
(評価)
図8は、実施例1の第1予測モデル111による含水率予測値の、作業者による含水率実測値に対するバラツキを示すグラフである。また、図9は、第1比較モデル~第4比較モデルによる含水率予測値の、作業者による含水率実測値に対するバラツキを示すグラフである。図9では、第1比較モデル~第4比較モデルのグラフが、左上、左下、右上、および右下の順に示されている。
(evaluation)
Fig. 8 is a graph showing the variation in moisture content predicted by the first prediction model 111 of Example 1 relative to the actual moisture content measured by different operators. Fig. 9 is a graph showing the variation in moisture content predicted by the first to fourth comparative models relative to the actual moisture content measured by different operators. In Fig. 9, the graphs for the first to fourth comparative models are shown in the order of upper left, lower left, upper right, and lower right.
図10は、実施例1および比較例1~比較例4のそれぞれについて、平均絶対誤差(MAE)、運転時間パラメータ重要度、および汚泥流量パラメータ重要度を表形式で示す図である。ここで、パラメータ重要度とは、モデルにおける説明変数が目的変数に対してどの程度の影響を有しているかを示すものである。第1予測モデル111および第1比較モデル~第3比較モデルにおける説明変数に含まれる9個の測定データの内、最もパラメータ重要度が高い傾向にあるのが運転時間および汚泥流量である。 Figure 10 is a diagram showing in tabular form the mean absolute error (MAE), operating time parameter importance, and sludge flow rate parameter importance for each of Example 1 and Comparative Examples 1 to 4. Here, parameter importance indicates the degree of influence that an explanatory variable in a model has on a target variable. Of the nine measurement data included as explanatory variables in the first prediction model 111 and the first to third comparative models, operating time and sludge flow rate tend to have the highest parameter importance.
運転時間に関して、脱水機9では、運転停止後に脱水機9内の残留ケーキの固着を防ぐため、脱水ケーキの排出を継続する。このため、次の起動時には、脱水機9内に空間がある状態で運転が開始される。そして供給汚泥にて脱水機9内が充満し、脱水機9内の圧力分布が変動し、安定する。この圧力分布によってケーキの脱水性は変動する。 Regarding operating time, the dehydrator 9 continues to discharge dehydrated cake to prevent residual cake from sticking inside the dehydrator 9 after operation is stopped. Therefore, the next time the dehydrator 9 is started, operation begins with space remaining inside. The dehydrator 9 then fills with supplied sludge, causing the pressure distribution inside the dehydrator 9 to fluctuate and then stabilize. This pressure distribution causes the dehydration of the cake to fluctuate.
従って、上記圧力分布は、パラメータ重要度が高い。しかしながら、現状では、上記圧力分布を説明変数に含むことが困難である。そこで、上記圧力分布の代わりに、上記圧力分布と密接に関連する運転時間が、パラメータ重要度が高く、説明変数に含まれている。 Therefore, the above pressure distribution has high parameter importance. However, at present, it is difficult to include the above pressure distribution as an explanatory variable. Therefore, instead of the above pressure distribution, the operating time, which is closely related to the above pressure distribution, has high parameter importance and is included as an explanatory variable.
一方、汚泥流量に関して、脱水機9では、汚泥流量(投入量)=スクリューによる脱水ケーキの搬出量+ろ液量、であり、スクリュー回転数が一定であれば上記搬出量は概ね一定になることから、脱水性が良いほど、ろ液量が多くなり、汚泥流量が多くなる。そのため、汚泥流量が多いほど脱水後含水率は低減する。従って、汚泥流量は、パラメータ重要度が高い。 On the other hand, with regard to sludge flow rate, in the dehydrator 9, the sludge flow rate (amount fed) = the amount of dehydrated cake transported by the screw + the amount of filtrate. Since the amount transported remains roughly constant if the screw rotation speed is constant, the better the dehydration, the greater the amount of filtrate and the greater the sludge flow rate. Therefore, the higher the sludge flow rate, the lower the moisture content after dehydration. Therefore, the sludge flow rate is a highly important parameter.
図8~図10を参照すると、実施例1の第1予測モデル111は、第1比較モデル~第4比較モデルに比べて、上記バラツキが小さく、平均絶対誤差が最も小さいことから、精度が良いことが理解できる。 Referring to Figures 8 to 10, it can be seen that the first prediction model 111 of Example 1 has smaller variance and the smallest mean absolute error compared to the first to fourth comparison models, and therefore has better accuracy.
なお、図10を参照すると、比較例1~4のうち、比較例2は、平均絶対誤差が最も小さく、精度が良いように見える。しかしながら、運転時間パラメータ重要度が汚泥流量パラメータ重要度の2倍となっている。これは、第2比較モデルは、汚泥流量等が示す運転状態ではなく、運転時間が示す起動からの時間のみで予測を行うモデルになっていることを意味する。この原因は、直近の所定期間における測定データのみを用いて第2比較モデルを学習しているため、教師データの多様性が低いことにあると考えられる。 Note that, referring to Figure 10, of Comparative Examples 1 to 4, Comparative Example 2 appears to have the smallest mean absolute error and good accuracy. However, the importance of the operating time parameter is twice that of the sludge flow rate parameter. This means that the second comparative model is a model that makes predictions based only on the time from start-up, indicated by the operating time, rather than the operating state indicated by the sludge flow rate, etc. The reason for this is thought to be that the second comparative model is trained using only measurement data from the most recent specified period, resulting in low diversity in the training data.
例えば、直近の所定期間の測定データにおいて、スクリュー回転数が一定値(0.17min-1)であったとして、運転当日にスクリュー回転数を0.19min-1に変更した場合を考える。通常であれば含水率が悪化するが、第2比較モデルではスクリュー回転数の影響を十分に考慮できないことになる。従って、第2比較モデルは、制御システム100における各種の制御に利用することが困難である。 For example, consider a case where the screw rotation speed was a constant value (0.17 min −1 ) in the measurement data for the most recent predetermined period, and the screw rotation speed was changed to 0.19 min −1 on the day of operation. Normally, this would result in a worsening of the moisture content, but the second comparative model would not be able to fully take into account the effect of the screw rotation speed. Therefore, it is difficult to use the second comparative model for various controls in the control system 100.
これに対し、実施例1では、第2予測モデル112による脱水率の予測値が悪化するので、第1予測モデル111による脱水率の予測値も悪化する。すなわち、第1予測モデル111ではスクリュー回転数の影響を間接的に考慮できる。従って、第1予測モデル111は、制御システム100における各種の制御に利用することができる。 In contrast, in Example 1, the predicted value of the spin-off rate by the second prediction model 112 deteriorates, and therefore the predicted value of the spin-off rate by the first prediction model 111 also deteriorates. In other words, the first prediction model 111 can indirectly take into account the influence of the screw rotation speed. Therefore, the first prediction model 111 can be used for various controls in the control system 100.
〔ソフトウェアによる実現例〕
情報処理装置1(以下、「装置」と呼ぶ)の機能は、当該装置としてコンピュータを機能させるためのプログラムであって、当該装置の各制御ブロック(特に制御部10に含まれる各部)としてコンピュータを機能させるためのプログラム(含水率予測プログラム)により実現することができる。
[Software implementation example]
The functions of the information processing device 1 (hereinafter referred to as the "device") can be realized by a program for causing a computer to function as the device, and a program (moisture content prediction program) for causing a computer to function as each control block of the device (particularly each part included in the control unit 10).
この場合、上記装置は、上記プログラムを実行するためのハードウェアとして、少なくとも1つの制御装置(例えばプロセッサ)と少なくとも1つの記憶装置(例えばメモリ)を有するコンピュータを備えている。この制御装置と記憶装置により上記プログラムを実行することにより、上記各実施形態で説明した各機能が実現される。 In this case, the device includes a computer having at least one control device (e.g., a processor) and at least one storage device (e.g., a memory) as hardware for executing the program. The functions described in each of the above embodiments are realized by executing the program using this control device and storage device.
上記プログラムは、一時的ではなく、コンピュータ読み取り可能な、1または複数の記録媒体に記録されていてもよい。この記録媒体は、上記装置が備えていてもよいし、備えていなくてもよい。後者の場合、上記プログラムは、有線または無線の任意の伝送媒体を介して上記装置に供給されてもよい。 The above program may be stored non-transitory on one or more computer-readable storage media. These storage media may or may not be included in the device. In the latter case, the program may be supplied to the device via any wired or wireless transmission medium.
また、上記各制御ブロックの機能の一部または全部は、論理回路により実現することも可能である。例えば、上記各制御ブロックとして機能する論理回路が形成された集積回路も本発明の範疇に含まれる。この他にも、例えば量子コンピュータにより上記各制御ブロックの機能を実現することも可能である。 Furthermore, some or all of the functions of each of the above control blocks can be realized by logic circuits. For example, integrated circuits incorporating logic circuits that function as each of the above control blocks are also included in the scope of the present invention. In addition, the functions of each of the above control blocks can also be realized by, for example, a quantum computer.
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope of the claims. Embodiments obtained by appropriately combining the technical means disclosed in different embodiments are also included in the technical scope of the present invention.
1 情報処理装置
9 脱水機
10 制御部
11 記憶部
51 凝集槽
52 撹拌翼
92 スクリュー
101 取得部
102 予測部
103 更新部
111 第1予測モデル
112 第2予測モデル
REFERENCE SIGNS LIST 1 Information processing device 9 Dehydrator 10 Control unit 11 Memory unit 51 Coagulation tank 52 Stirring blade 92 Screw 101 Acquisition unit 102 Prediction unit 103 Update unit 111 First prediction model 112 Second prediction model
Claims (10)
第1予測モデルを用いて、前記取得部が取得した測定データと、当該測定データの測定時点から前記脱水機内で前記液体が滞留する滞留時間が経過した時点において前記脱水機から排出される脱水ケーキの含水率である脱水後含水率についての第2予測モデルによる予測値とから、当該測定データの測定時点から前記滞留時間が経過した時点における前記脱水後含水率を予測する予測部とを備え、
前記第1予測モデルが学習のために利用する前記測定データは、前記脱水機の実運転期間における学習時点の所定期間前から学習時点までに前記取得部が取得した前記測定データであり、
前記第2予測モデルは、運転条件が前記実運転期間と異なる運転期間において前記取得部が取得した前記測定データを説明変数とし、当該測定データの測定時点から前記滞留時間が経過した時点における前記脱水後含水率を目的変数として学習された予測モデルである、
情報処理装置。 an acquiring unit that acquires at least one of measurement data relating to a liquid supplied to a coagulation tank in which a chemical agent for coagulating suspended solids is added to the liquid containing the suspended solids, measurement data relating to the chemical agent supplied to the coagulation tank, measurement data relating to the liquid in the coagulation tank, measurement data relating to the operation of the coagulation tank, and measurement data relating to the operation of a dehydrator that dehydrates the liquid discharged from the coagulation tank while transporting it;
a prediction unit that predicts, using a first prediction model, the post-dehydration moisture content, which is the moisture content of a dehydrated cake discharged from the dehydrator at a time when a retention time has elapsed since the time when the measurement data was measured, from the measurement data acquired by the acquisition unit and a predicted value by a second prediction model for the post-dehydration moisture content, the moisture content being the moisture content of a dehydrated cake discharged from the dehydrator at a time when the retention time for the liquid to remain in the dehydrator has elapsed since the time when the measurement data was measured,
the measurement data used by the first prediction model for learning is the measurement data acquired by the acquisition unit from a predetermined period before the learning point in time during an actual operation period of the dehydrator to the learning point in time,
The second prediction model is a prediction model trained using the measurement data acquired by the acquisition unit during an operating period in which operating conditions are different from the actual operating period as an explanatory variable and the post-dehydration moisture content at a time point when the residence time has elapsed since the measurement of the measurement data as a target variable.
Information processing device.
前記脱水機の運転に関する測定データは、前記脱水機の運転時間、前記脱水機への前記液体の単位時間当たりの供給流量、前記脱水機のスクリューの回転速度、および、前記脱水機へ投入される前記液体の投入圧、の少なくともいずれかである、請求項1に記載の情報処理装置。 the dehydrator is a screw press type dehydrator,
2. The information processing device according to claim 1, wherein the measurement data relating to the operation of the dehydrator is at least one of the operating time of the dehydrator, the supply flow rate of the liquid to the dehydrator per unit time, the rotation speed of the screw of the dehydrator, and the supply pressure of the liquid fed into the dehydrator.
請求項1に記載の情報処理装置。 The present invention further includes an update unit that updates the first prediction model during periods when the dehydrator is not in operation, using as training data a set of measurement data acquired by the acquisition unit during an operation period of the dehydrator, a predicted value of the post-dehydration moisture content by the second prediction model at a time when the retention time has elapsed since the measurement of the measurement data, and the post-dehydration moisture content at a time when the retention time has elapsed since the measurement of the measurement data.
The information processing device according to claim 1 .
浮遊固形物を含む液体に前記浮遊固形物を凝集させる薬剤が加えられる凝集槽に供給される前記液体に関する測定データ、前記凝集槽に供給される前記薬剤に関する測定データ、前記凝集槽内の前記液体に関する測定データ、前記凝集槽の運転に関する測定データ、および、前記凝集槽から排出された前記液体を搬送しながら脱水する脱水機の運転に関する測定データの少なくともいずれかを取得する取得ステップと、
第1予測モデルを用いて、前記取得ステップにて取得された測定データと、当該測定データの測定時点から前記脱水機内で前記液体が滞留する滞留時間が経過した時点において前記脱水機から排出される脱水ケーキの含水率である脱水後含水率についての第2予測モデルによる予測値とから、当該測定データの測定時点から前記滞留時間が経過した時点における前記脱水後含水率を予測する予測ステップとを含み、
前記第1予測モデルが学習のために利用する前記測定データは、前記脱水機の実運転期間における学習時点の所定期間前から学習時点までに前記取得ステップにて取得された前記測定データであり、
前記第2予測モデルは、運転条件が前記実運転期間と異なる運転期間において前記取得ステップにて取得された前記測定データを説明変数とし、当該測定データの測定時点から前記滞留時間が経過した時点における前記脱水後含水率を目的変数として学習された予測モデルである、
含水率予測方法。 A moisture content prediction method executed by one or more information processing devices,
an acquiring step of acquiring at least one of measurement data relating to a liquid supplied to a coagulation tank in which a chemical agent for coagulating suspended solids is added to the liquid containing the suspended solids, measurement data relating to the chemical agent supplied to the coagulation tank, measurement data relating to the liquid in the coagulation tank, measurement data relating to the operation of the coagulation tank, and measurement data relating to the operation of a dehydrator that dehydrates the liquid discharged from the coagulation tank while transporting it;
a prediction step of predicting, using a first prediction model, the post-dehydration moisture content, which is the moisture content of a dehydrated cake discharged from the dehydrator at a time when a retention time has elapsed since the time when the measurement data was measured, from the measurement data acquired in the acquisition step and a predicted value by a second prediction model for the post-dehydration moisture content, which is the moisture content of a dehydrated cake discharged from the dehydrator at a time when the retention time for the liquid to remain in the dehydrator has elapsed since the time when the measurement data was measured,
the measurement data used by the first prediction model for learning is the measurement data acquired in the acquiring step from a predetermined period before the learning point in time during an actual operation period of the dehydrator to the learning point in time,
The second prediction model is a prediction model trained using the measurement data acquired in the acquisition step during an operating period in which operating conditions are different from the actual operating period as an explanatory variable, and the post-dehydration moisture content at a time point when the residence time has elapsed since the time point at which the measurement data was acquired as a response variable.
Moisture content prediction method.
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