前回、MGシステムのWEBロガー２を使った、IOTとクラウドを使った遠隔浄水場の見える化について、基本的なところを開設しました。
今回は、この話をもう少し踏み込んで、実際にどんなデータが取れるのか、どんな信号をその時使うのか、などを解説したいと思います。
これによって、IOTとクラウドで実際にできることがより身近に感じれるはずです。
浄水場の情報はどこまでIoT化できるのか？
～4-20mA、無電圧接点、PLC通信から見る設備データ取得の現実～
前回の記事では、MGシステムのWebロガー2 DL30-GとAWS、Grafanaを組み合わせた設備監視システムについて紹介しました。
IoTによる設備監視というと、
「センサーを取り付けてクラウドにつなぐ」
というイメージを持たれることがあります。
しかし、実際に浄水場などの設備をIoT化しようとすると、重要になるのは、
「現場には、どのような情報が存在していて、それをどのような形で取り出せるのか」
という点です。
浄水場には、すでに多くの情報があります。
例えば、
* 水槽の水位
* 流量
* 配管圧力
* 水質データ
* ポンプ運転状態
* 警報情報
* 電気設備状態
などです。
これらの情報は、必ずしも同じ方法で取得するわけではありません。
今回は、浄水場で取得できる代表的なデータについて、
* どのような設備から取得できるのか
* どのような信号になるのか
* Webロガーではどのように扱うのか
という視点で整理します。
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1. 浄水場のデータ取得方法は大きく3種類
浄水場の設備情報をIoT化する方法は、大きく分けて3種類あります。
方法(1) センサー信号をWebロガーへ直接入力する
小規模設備や、新しく監視設備を追加する場合では、この方法がシンプルです。
例えば水位の場合、
```
水位計
↓
4-20mA
↓
Webロガー
↓
クラウド
```
という構成になります。
Webロガーが、センサーから送られる電気信号を数値データへ変換します。
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方法(2) PLCが持っているデータをWebロガーで取得する
浄水場などの既設設備では、すでにPLCが設置されているケースが多くあります。
この場合、
```
センサー
↓
PLC
↓
通信
↓
Webロガー
↓
クラウド
```
という構成になります。
ここで重要なのは、
PLCからWebロガーへ渡す情報は、必ずしも4-20mAではない
ということです。
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PLCは現場から取得した信号を、
* 数値変換
* 積算計算
* 警報判断
* 運転状態管理
しています。
例えば水位計の場合、
```
水位計
↓
4-20mA
↓
PLC
↓
水位 3.5m
```
というデータをPLC内部で保持しています。
Webロガーは、このPLC内部のデータを通信によって取得します。
利用される通信方式としては、
* Modbus TCP
* Modbus RTU
* Ethernet通信
* OPC UA
* メーカー独自通信
などがあります。
つまりPLC連携の場合、Webロガーが取得するのは、
「4-20mA信号」
ではなく、
「PLCが管理しているデジタルデータ」
になります。
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方法(3) 接点信号をWebロガーへ入力する
設備状態だけを監視する場合は、無電圧接点を利用します。
例えば、
```
ポンプ補助接点
↓
無電圧接点
↓
Webロガー
```
という構成です。
取得できる情報は、
* 運転中
* 停止
* 故障
* 警報発生
などです。
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2. 4-20mAとは？～数値を取得するための信号～
4-20mAは、設備計測で非常によく利用されるアナログ信号です。
測定値を電流値に変換して伝送します。
例えば水位計の場合、
```
水位0m
↓
4mA
水位5m
↓
20mA
```
となります。
そのため、
```
12mA
↓
水位2.5m
```
というように、電流値から現在値を算出できます。
浄水場では、
* 水位
* 流量
* 圧力
* pH
* 濁度
* 残留塩素濃度
など、多くの計測機器で利用されています。
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3. 無電圧接点とは？～設備状態を取得する信号～
無電圧接点は、数値ではなく状態を取得するための信号です。
例えばポンプの場合、
```
停止
↓
接点OFF
運転
↓
接点ON
```
となります。
取得できる情報は、
* ポンプ運転状態
* バルブ開閉状態
* 故障状態
* 警報状態
* ブレーカー遮断状態
などです。
設備監視では、
「現在何m3流れているか」
だけではなく、
「設備が正常に動いているか」
を確認するために重要な情報になります。
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4. 流量には瞬時値と積算値がある
流量監視では注意が必要です。
流量には、
* 瞬時流量
* 積算流量
の2種類があります。
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瞬時流量
瞬時流量とは、
「現在どれだけ流れているか」
を示す値です。
例えば、
```
送水流量
250m3/h
```
という情報です。
一般的には、
4-20mA
で取り込まれます。
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積算流量
積算流量とは、
「一定期間でどれだけ流れたか」
を示します。
例えば、
```
本日の送水量
5,000m3/day
```
という値です。
流量計によっては、
パルス信号
で出力されます。
例えば、
```
1パルス＝1m3
```
の場合、
1日で1000パルス発生
↓
1日で1000m3流れた
と判断します。
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パルス流量をIoT化する方法
方法は2種類あります。
Webロガーで直接積算する場合
```
流量計
↓
パルス信号
↓
Webロガー
↓
積算処理
↓
クラウド
```
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PLCを利用する場合
浄水場など既設設備では、PLCが積算処理を行っている場合があります。
その場合、
```
流量計
↓
PLC
↓
積算流量計算
↓
通信
↓
Webロガー
↓
クラウド
```
となります。
Webロガーが取得するのは、
「パルスそのもの」
ではなく、
「PLCが計算した積算流量データ」
になります。
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5. 浄水場で取得できるデータ例
浄水場で実際に取得することが可能なデータの種類を一覧表にしてみました。| 分類 | 対象設備 | 取得データ | 測定方法・機器 | 信号例 |
|---|---|---|---|---|
| 水位 | 原水槽 | 水位・貯留量 | 水圧式水位計、超音波式水位計など | 4-20mA |
| 一次処理水槽 | 水位・貯留量 | 水圧式水位計、超音波式水位計など | 4-20mA | |
| 浄水槽 | 水位・貯留量 | 水圧式水位計、超音波式水位計など | 4-20mA | |
| 配水池 | 水位・貯留量 | 水圧式水位計、超音波式水位計など | 4-20mA | |
| 流量 | 取水設備 | 瞬時流量 | 電磁流量計など | 4-20mA |
| 送水設備 | 瞬時流量 | 電磁流量計など | 4-20mA | |
| 各工程配管 | 積算流量 | パルス式流量計 | パルス | |
| 圧力 | 送水管 | 配管圧力 | 圧力センサー | 4-20mA |
| 水質 | 原水・処理水 | pH | pH計 | 4-20mA |
| 処理水 | 電気伝導率(EC) | EC計 | 4-20mA | |
| 処理水 | 濁度 | 濁度計 | 4-20mA | |
| 処理水 | 色度 | 色度計 | 4-20mA | |
| 処理水 | 水温 | 温度計 | 4-20mA | |
| 処理水 | 溶存酸素(DO) | DO計 | 4-20mA | |
| 配水 | 残留塩素濃度 | 残留塩素計 | 4-20mA | |
| 設備状態 | ポンプ | 運転・停止 | 補助接点 | 無電圧接点 |
| ポンプ | 実流確認 | フロースイッチ | 無電圧接点 | |
| 設備異常 | ポンプ | 故障信号 | 制御盤警報 | 無電圧接点 |
| 制御盤 | 一括警報 | 警報出力 | 無電圧接点 | |
| 電気設備 | モーター | 過負荷 | 3Eリレー | 無電圧接点 |
| ブレーカー | 遮断状態 | 補助接点付ブレーカー | 無電圧接点 | |
| 薬品設備 | 薬品タンク | 残量 | 液位計 | 4-20mA |
| 注入ポンプ | 運転状態 | 補助接点 | 無電圧接点 |
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まとめ
浄水場のIoT化で重要なのは、
「現在、現場や制御盤で管理している情報を、どのような形で取り出せるか」
を理解することです。
* 4-20mAは計測値を取得する
* 無電圧接点は設備状態を取得する
* PLC通信では、PLC内部のデータを取得する
という違いがあります。
Webロガーを活用することで、
* 水位
* 流量
* 水質
* ポンプ状態
* 警報情報
など、浄水場に存在する多くの情報をクラウドへ集約できます。
IoTによる設備監視の第一歩は、新しい技術を導入することではなく、
「現場にはすでにどんな情報が存在しているのかを理解すること」
から始まります。
【2. 専門知の共有：中本名誉教授の視点】
水道公論 2023年5月号（第59巻第5号）pp.88-98, 信州大学名誉教授 中本信忠
「生物屋の緩速ろ過池研究 その20：『日本技術士会で省エネで水質が良い生物浄化法を解説』」
技術士会で語られた緩速ろ過の省エネという価値
中本信忠先生の連載「生物屋の緩速ろ過池研究」は今回で20回を迎えました。今回は、日本技術士会での講演をきっかけに、緩速ろ過（生物浄化法）が持つ省エネ性と、専門家にこそ知ってほしい技術的価値についてご紹介します。
(1) 20回を迎えた連載のきっかけ
中本先生はこれまで、緩速ろ過（生物浄化法）を解説した書籍を2冊出版してきましたが、同窓会出版のため一般の書店には並びません。そこで、その内容をより多くの人に届けるため、本誌で2021年9月から連載を開始し、今回で20回になりました。技術士という資格は、産業界において専門知識を持つプロの証とされています。その技術士会に向けて、あえて緩速ろ過の仕組みを丁寧に解説する意義があると先生は考えています。
(2) 緩速ろ過と急速ろ過、知られざる違い
戦前の日本の浄水場はほとんどが緩速ろ過でした。戦後はアメリカ由来の薬品処理による急速ろ過が主流となり、高度な技術ゆえに専門技術者が必須になりました。急速ろ過は凝集・薬品沈殿・ろ過という複数の工程からなり、ろ過池そのものの面積は小さくても、施設全体の敷地は決して小さくありません。一方、緩速ろ過は敷地の大半をろ過池が占め、そこで生物群集がしっかり活躍しなければ、おいしい水は生まれません。給水人口5,001人以上の水道統計を見ても、全国的には消毒のみの施設や緩速ろ過の浄水場が実は多く、特に長野県ではその傾向が顕著です。
(3)「安心して活躍できる」環境という発想
緩速ろ過の性能を左右するのは、生物が安心して活躍できる環境です。水には粘性があるため、砂礫の表面や陰では水の流れが極端に遅くなり、そこに生息する微小動物やユスリカの幼虫が水流に流されることなく活動を続けられます。ろ過抵抗は水面差で表され、JICA研修ではバケツモデルを用いてその仕組みを実感してもらっているそうです。日射量が増えて水温が上がる時期には生物活動が活発になり、河川水が濁ってもろ過抵抗は上がりにくくなります。逆に厳寒期には水温低下による粘性の変化で抵抗が増すなど、季節と生物活動の関係が、浄水場の維持管理に直結していることがわかります。
(4) 塩素を使わない浄化法が見直される理由
上向流粗ろ過という、薬品を使わない濁り対策技術についても触れています。細かな砂による物理的なろ過ではなく、生物群集の活躍こそが濁り除去の主因であったことが確かめられました。さらに1974年のハリス報告により、塩素添加が発癌物質を生成しうると指摘されて以降、世界的に塩素添加への慎重な姿勢が広がり、薬品を使わない緩速ろ過が改めて注目されています。急速ろ過と緩速ろ過とでは、できあがる水の清澄さに桁違いの差があるといい、長野県のように無処理でも生でおいしい水道水を供給できる地域では、ペットボトルの水すら不要だといいます。維持管理の手間とコストを抑えながら良質な水を届けられる生物浄化法の価値は、専門家だけでなく、私たち一人ひとりにとっても知る意味のあるものではないでしょうか。
【3. 災害下の水について】
今回は、大災害下で、水の確保のために自家用車で湧水場所に水を汲みに行くなどの対応を考えていらっしゃる方がいると思いますが、災害下では、場所や地域によっては、そもそも車両通行に制限が発生したりする場合があるので、その規制について紹介したく、以下の記事を用意しました。
お住いの地域についてご確認いただき、災害下の動き方の検討にご利用いただけると幸いです。
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大地震発生時の交通規制はどうなる？地域別の規制内容と一般車両が走れる条件を解説
大規模な地震が発生した場合、道路では通常とは異なる交通規制が行われます。
特に都市部では、救急車や消防車などの緊急車両、救援物資を運ぶ車両を優先するため、一般車両の通行が大きく制限されることがあります。
東京都23区では、首都直下地震を想定した非常に強力な交通規制が計画されており、発災直後は一般車両が事実上走行できない状態になる可能性があります。
では、東京都以外の地域ではどうでしょうか。
この記事では、大地震時に行われる交通規制について、地域ごとの違いや規制の強制力、解除される条件について解説します。
なぜ大地震では車の利用が制限されるのか
災害時に交通規制が行われる最大の理由は、限られた道路を救命・救援活動に優先的に使うためです。
大地震が発生すると、次のような問題が発生する可能性があります。
多数の車両が一斉に移動し、大規模な渋滞が発生する
救急車や消防車が現場へ到着できなくなる
放置車両が道路をふさぎ、緊急活動を妨げる
救援物資の輸送ルートが確保できなくなる
そのため、災害時の交通規制は「一般市民の移動を妨げるため」ではなく、「人命救助や復旧活動を優先するため」に実施されます。
災害時の交通規制には段階がある
災害時の交通規制は、すべての地域で同じ強さで行われるわけではありません。
大きく分けると、以下のような段階があります。
レベル1：車利用の自粛要請
強制力：低い
最も軽い対応は、行政からの呼びかけです。
例えば、
不要不急の車利用を控える
避難時は徒歩を優先する
公共交通機関の利用を推奨する
といった案内です。
この段階では、車を運転すること自体は禁止されません。
ただし、地震直後は道路の損傷、信号停止、渋滞、燃料不足などによって、実際には車移動が困難になる場合があります。
レベル2：緊急交通路の指定
強制力：中～高
大規模災害時には、警察が道路を「緊急交通路」として指定することがあります。
緊急交通路とは、救急・消防・警察・自衛隊・救援物資輸送車両などを優先的に通すための道路です。
指定された道路では、
一般車両の通行禁止
進入規制
警察による交通整理
などが行われます。
つまり、対象となった道路では「お願い」ではなく、一般車両は走行できない状態になります。
レベル3：都市全体への流入規制
強制力：非常に高い
人口が集中する大都市では、道路の一部だけではなく、地域全体への車両流入を制限する場合があります。
代表例が東京都23区です。
大規模地震発生時には、
都心部への車両流入禁止
環状道路を利用した区域規制
緊急車両専用道路の確保
など、非常に強い交通規制が行われます。
地域別に見る災害時の交通規制
交通規制の強さは、人口密度、道路事情、想定される災害規模によって変わります。
東京都23区：全国でも特に強い規制
東京都23区では、首都直下地震を想定した段階的な交通規制が計画されています。
発災直後：第一次交通規制
地震直後は、まず救命活動を優先するため、緊急車両が通行できる道路を確保します。
主な内容は、
緊急自動車専用路の確保
都心方向への車両流入抑制
環状七号線内側への一般車流入禁止
などです。
この段階では、一般車両で都心部へ向かうことは非常に困難になります。
被害状況確認後：第二次交通規制
その後、道路状況を確認しながら、救援活動に必要な道路を「緊急交通路」として指定します。
対象道路では、
救援車両
物資輸送車両
災害対応車両
が優先され、一般車両の通行は制限されます。
首都圏の他県ではどうなるのか
東京都以外でも、首都直下地震の影響を受ける地域では強い交通規制が行われる可能性があります。
神奈川県：横浜・川崎などは東京に近い規制
神奈川県では、横浜市や川崎市など人口が集中する地域があります。
首都直下地震が発生した場合、
東京方面への道路
港湾施設への輸送ルート
救援部隊の移動経路
を確保する必要があります。
そのため、主要道路が緊急交通路に指定され、一般車両が通行できなくなる可能性があります。
東京都ほど広範囲ではないものの、「普通に車で移動できる」と考えるのは危険です。
千葉県：湾岸部や東京近郊で規制の可能性
千葉県では、
東京湾岸地域
東葛地域（松戸・柏周辺など）
成田方面への物流ルート
が重要になります。
災害時には救援物資輸送や緊急車両のため、主要道路が規制対象となる可能性があります。
埼玉県：救援ルート確保のため規制
埼玉県は首都圏北部の物流拠点として重要な役割があります。
首都直下地震では、
救援部隊の進出
物資輸送
都心部への支援ルート
を確保する必要があります。
そのため、主要幹線道路では一般車両の規制が行われる可能性があります。
大阪・名古屋など他の大都市圏では？
東京以外の大都市でも、大規模災害時には交通規制が行われる可能性があります。
例えば、
大阪府：南海トラフ地震や都市直下地震
愛知県：南海トラフ地震
などでは、救援活動や物流確保のため、主要道路を緊急交通路として運用する計画があります。
一方で、東京23区ほど人口が集中していない地域では、都市全体を対象とした大規模な流入規制ではなく、重要道路を中心とした規制になるケースが多くなります。
規制はいつ解除されるのか
災害時の交通規制には、「発生から何日後に解除する」という明確な期限はありません。
解除の判断は、道路や災害対応の状況によって決まります。
主な判断基準は以下の通りです。
道路の安全確認
橋や高架道路の安全確認
道路の亀裂や陥没の確認
がれき撤去
などが必要になります。
救援活動の進行状況
消防活動が落ち着いたか
救急搬送ルートが確保できたか
物資輸送体制が整ったか
といった点も重要です。
交通量の状況
規制を解除すると再び大量の車両が流入し、救援活動を妨げる可能性があります。
そのため、
避難者の移動状況
渋滞発生リスク
道路利用状況
を確認しながら段階的に解除されます。
実際には何日程度、車が使えなくなる可能性があるのか
被害規模によって大きく変わりますが、一般的なイメージとしては以下のようになります。
発災直後～数時間
最も厳しい規制が行われる時期です。
緊急車両優先
一般車利用制限
都市部への流入規制
が中心になります。
発災後1～3日程度
救援活動が本格化するため、主要道路では規制が続く可能性があります。
一般車両の利用は大きく制限されることがあります。
数日～数週間
道路復旧状況に応じて、徐々に解除されます。
ただし、被害が大きい地域では物流や復旧車両を優先するため、一部規制が長期間続く場合があります。
災害時は「車なら移動できる」と考えないことが重要
普段は便利な車ですが、大規模地震の直後には、車が最も自由な移動手段になるとは限りません。
むしろ、
渋滞に巻き込まれる
燃料が不足する
道路規制で進めない
緊急車両の活動を妨げる
といった問題が起こる可能性があります。
特に都市部では、地震直後の車利用は避け、行政や警察からの情報を確認することが重要です。
まとめ：交通規制の強さは地域によって異なる
大地震時の交通規制は全国一律ではありません。
東京都23区のように、一般車両がほぼ利用できなくなるほど強力な規制を行う地域もあります。
一方で、地方では要請や一部道路の規制にとどまる場合もあります。
ただし、大規模災害時には全国どの地域でも、緊急交通路に指定された道路では一般車両が通行できなくなる可能性があります。
災害時に重要なのは、「車があるから移動できる」と考えるのではなく、自分の地域でどのような交通規制が想定されているかを事前に知っておくことです。
【4. Q&A 現場の悩み相談】
人口が少なく、高齢者が多い集落ですが、緩速ろ過の浄水場を導入できますか？
はい、基本的に2週間から1か月に一度、見回りと塩素補充程度の作業でＯＫなので、人が少なくても、高齢者が多い集落でも、水道の下になる水さえあれば問題ありません。
【5. 編集後記】
熊本地震が発生しました。亡くなられた方、被災された皆様方に深くお悔やみ申し上げます。能登地震とは異なり、夏のこの時期の災害ということで、断水地域、停電地域は生活するだけでもなかなか大変だと思います。私に今できることは記事で、災害時の水の確保方法を知ってもらうことくらいなので、それについて記事を書きました。一日でも早い復旧を願っております。