JPH0399303A - ポンプ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は管渠から流れ込んでくる汚水、雨水を沈殿池お
よびスクリーンを介してポンプ井に蓄え、ポンプにより
下水処理設備へ揚水するようにした汚水・雨水ポンプ設
備のポンプ制御装置に関する。

（従来の技術） 従来、下水道における汚水・雨水ポンプ設備は、ポンプ
井とポンプ群とから構成され、ポンプ井は地下埋設の管
渠と接続し、ポンプ群は吸込側をポンプ井と、吐出側を
下水処理場の初沈池とそれぞれ接続している。そして、
市街地に降った雨水や、家庭や工場から排出される汚水
は、管渠を通ってポンプ井に流れ込んでくる。この場合
、ポンプ群は一般に複数台のポンプで構成され、その吐
出流量は運転ポンプの組合わせの変更によって段階的に
、または一部速度制御や吐出弁開度制御によって連続的
に調整される。

一般に、家庭や工場からの汚水は、人間集団の活動によ
って、その時系列変化が週単位か日単位かにより、ある
程度定形的となっている。しかし、雨水は降雨量の地域
別の時系列変化として把えても、管渠を通ってポンプ井
に流入してくる雨水の時系列変化として把えても、共に
その都度変化するものであり、再現性に乏しいために、
予め日単位等のポンプ運転計画を立て得るのに十分な期
間に渡る予測値を得ることは困難である。

以上のような特性を持った流入下水に対し、汚水に関し
ては下水処理効率向上を目的として、ポンプ井貯留を有
効に使用して揚水量を一定とする制御が要求され、一方
雨水に関しては下水処理設備が対象とする地域の浸水を
防止することを目的として、迅速な揚水を行なって河川
等に速やかに流入雨水を排水する制御が要求される。

しかしながら、従来では現在流入している下水が汚水の
みであるのか、雨水を含んだ汚水であるのか、すなわち
晴天時の下水流入であるのが、雨天時の下水流入である
のかを判別できないことがら、このような相反する両目
的に対応できるポンプの自動制御を行なうことが困難で
あった。

（発明が解決しようとする課８） 以上のように従来では、晴天時の水処理負荷の平滑化と
雨天時の迅速な水の排水という相反する目的を満たすポ
ンプ制御が行なえないという問題があった。

本発明の目的は、晴天時の水処理負荷の平滑化と雨天時
の迅速な水の排水という相反する両目的を満たすポンプ
制御を行なうことが可能な信頼性の高いポンプ制御装置
を提供することにある。

し発明の構成〕 （課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本発明では、管渠から流れ
込んでくる汚水、雨水を沈殿池およびスクリーンを介し
てポンプ井に蓄え、ポンプにより下水処理設備へ揚水す
るようにした汚水・雨水ポンプ設備のポンプ制御装置を
、ポンプ井に設けられた水位計およびポンプの吐出側に
設けられた吐出流量計からの水位検出信号および吐出流
量検出信号をそれぞれ入力する入力手段と、入力手段か
ら入力される水位検出信号、吐出流量検出信号を基に流
入流量推定値を推定演算し、かつ当該流入流量推定値の
変化率、当該流入流量推定値と記憶・更新される流入流
量パターンとの偏差、および当該偏差の変化率に基づい
て、晴天モードまたは雨天モードの天候モードを判定す
る天候モード判定演算手段と、晴天モード時用のポンプ
の台数制御、および流量制御を実行する晴天モード時用
ポンプ制御手段と、雨天モード時用のポンプの台数制御
、および流量制御を実行する雨天モード時用ポンプ制御
手段と、天候モード判定演算手段にて判定された天候モ
ードに応じて、晴天モード時用ポンプ制御手段によるポ
ンプ制御と雨天モード時用ポンプ制御手段によるポンプ
制御とを切換える切換手段とを備えて構成している。

（作用） 従って、本発明のポンプ制御装置においては、ポンプ井
の水位とポンプの吐出流量とから流入流量推定値が推定
演算され、この流入流量推定値の変化率と、流入流量推
定値と記憶・更新される流入流量パターンとの偏差、お
よび当該偏差の変化率とから、晴天モードまたは雨天モ
ードの天候モードが判定され、この判定された天候モー
ドに応じて、晴天モード時用ポンプ制御手段によるポン
プ制御と雨天モード時用ポンプ制御手段によるポンプ制
御とが切換えて行なわれることにより、晴天時には例え
ば流量一定制御を行なって水処理負荷の平滑化を図るこ
とが可能となり、雨天時には例えば一定制御を行なって
迅速な雨水の排水を行なうことが可能となる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は、本発明のポンプ制御装置を適用して下水処理
場のポンプ制御を行なう場合のシステム構成例を示す図
である。

第１図において、下水処理場は、管渠１から流れ込んで
くる下水（汚水、雨水）が、沈殿池２およびスクリーン
３を介してポンプ井４に流入して蓄えられ、このポンプ
井４に蓄えられた下水を、ポンプ群５により下水処理設
備６へ揚水するように構成されている。また、ポンプ井
４には水位計７を設置しており、その水位には上限値８
と下限値９の運用範囲が決められている。さらに、ポン
プ群５の吐出側には、吐出流量計１０を付設している。

一方、ポンプ制御装置１１は、プロセス入出力処理部１
１Ａと、マンマシンインタフェース部１１Ｂと、記憶部
１１Ｃと、天候モード判定演算部１１Ｄと、晴天時ポン
プ制御演算部１１Ｅと、雨天時ポンプ制御演算部１１Ｆ
と、切換部１１Ｇとから構成している。

ここで、プロセス入出力処理部１１Ａは、上記下水処理
場の水位計７および吐出流量計１０からの水位検出信号
および吐出流量検出信号を入力すると共に、後述する起
動／停止指令信号および速度制御指令信号（またはバル
ブ開度指令信号）を下水処理場のポンプ群５に対して出
力するものである。また、マンマシンインタフェース部
１１Ｂは、オペレータによりＣＲＴ１２から入力される
天候モード判定情報、および制御パラメータを設定する
ためのものである。さらに、記憶部１１Ｃは、マンマシ
ンインタフェース部１１Ｂから設定される天候モード判
定情報、制御パラメータ、上記プロセス入出力処理部１
１Ａから入出力される水位検出信号、吐出流量検出信号
、および起動／停止指令信号、速度制御指令信号（また
はバルブ開度指令信号）を記憶するものである。

一方、天候モード判定演算部１１Ｄは、プロセス入出力
処理部１１Ａから入力される水位検出信号、吐出流量検
出信号を基に流入流量推定値を推定演算し、さらにこの
流入流量推定値の変化率と、この流入流量推定値と記憶
・更新される流入流量パターンとの偏差およびこの偏差
の変化率とに基づいて、晴天モードまたは雨天モードの
天候モードを判定するものである。また、晴天時ポンプ
制御演算部１１Ｅは、マンマシンインタフェース部１１
Ｂから設定される制御パラメータ、およびプロセス入出
力処理部１１Ａから入力される水位検出信号、吐出流量
検出信号に基づいて、晴天モード時用のポンプの台数制
御および流量制御演算を行ない、起動／停止指令信号お
よび速度制御指令信号（またはバルブ開度指令信号）を
出力するものである。さらに、雨天時ポンプ制御演算部
１１Ｆは、同じくマンマシンインタフェース部１１Ｂか
ら設定される制御パラメータ、およびプロセス入出力処
理部１１Ａから入力される水位検出信号、吐出流量検出
信号に基づいて、雨天モード時用のポンプの台数制御お
よび流量制御演算を行ない、起動／停止指令信号および
速度制御指令信号（またはバルブ開度指令信号）を出力
するものである。さらにまた、切換部１１Ｇは、天候モ
ード判定演算部１１Ｄで判定された天候モードに応じて
、晴天モード時用ポンプ制御演算部１１Ｅからの起動／
停止指令信号、速度制御指令信号（またはバルブ開度指
令信号）と、雨天モード時用ポンプ制御演算部１１Ｆか
らの起動／停止指令信号、速度制御指令信号（またはバ
ルブ開度指令信号）とを切換え出力するものである。

第２図は、マンマシンインタフェース部１１Ｂから設定
される天候モード判定情報の一例を示す図である。すな
わち、この天候モード判定情報に基づいて、流入流量推
定値の変化率から判定した晴天／雨天モード判定結果１
３と、流入流量推定値と記憶・更新される流入流量パタ
ーンとの偏差から判定した晴天／雨天モード判定結果１
４と、流入流量推定値と記憶・更新される流入流量バタ
−ンとの偏差の変化率から判定した晴天／雨天モード判
定結果１５とから、晴天／雨天モード１６を決定し、こ
の晴天／雨天モード１６をマンマシンインタフェース部
１１Ｂから設定する。第２図中、（＋１）は天候モード
を雨天モードとすること、（−１）は天候モードを晴天
モードとすること、（０）は現状の天候モードを維持す
ることをそれぞれ示す。

次に、かかる構成のポンプ制御装置の作用について説明
する。

第１図において、下水処理場に設置された水位計７およ
び吐出流量計１０からの水位検出信号および吐出流量検
出信号は、プロセス入出力処理部１１Ａを通してポンプ
制御装置１１にそれぞれ入力され、記憶部１１Ｃに記憶
される。また、オペレータによりＣＲＴ１２からマンマ
シンインタフェース部１１Ｂを介して設定される天候モ
ード判定情報、制御パラメータも記憶部１１Ｃに記憶さ
れる。そして、天候モード判定演算部１１Ｄでは、上記
水位検出信号および吐出流量検出信号と天候モード判定
情報とに基づいて天候モードの判定演算が行なわれ、そ
の結果晴天モードまたは雨天モードの天候モードが出力
される。

一方、晴天時ポンプ制御演算部１１Ｅでは、制御パラメ
ータと水位検出信号および吐出流量検出信号とに基づい
て、晴天モード時用のポンプの台数制御および流量制御
演算が行なわれる。この場合、晴天時用のポンプ制御演
算としては、例えば記憶・更新される流入流量パターン
を吐出流量目標値としたＰＩ副制御よる回転数やバルブ
による流量一定制御、および吐出流量目標値を吐出でき
るポンプ台数を運転する台数制御の演算が行なわれ、こ
れに応じて起動／停止指令信号および速度制御指令信号
（またはバルブ開度指令信号）が出力される。また、雨
天時ポンプ制御演算部１１Ｆでは、同じく制御パラメー
タと水位検出信号および吐出流量検出信号とに基づいて
、雨天モード時用のポンプの台数制御および流量制御演
算が行なわれる。この場合、雨天時用のポンプ制御演算
としては、例えば運転・停止水位設定値に基づくレベル
スイッチ式の台数制御、および水位目標値を用いたＰＩ
副制御よる回転数やバルブによる水位一定制御の演算が
行なわれ、これに応じて起動／停止指令信号および速度
制御指令信号（またはバルブ開度指令信号）が出力され
る。

そして、切換部１１Ｇでは、天候モード判定演算部１１
Ｄで判定された天候モードに応じて、すなわち晴天モー
ドの時には晴天モード時用ポンプ制御演算部１１Ｅから
の起動／停止指令信号、速度制御指令信号（またはバル
ブ開度指令信号）が、また雨天モードの時には雨天モー
ド時用ポンプ制御演算部１１Ｆからの起動／停止指令信
号、速度制御指令信号（またはバルブ開度指令信号）が
切換え出力され、これらの指令がプロセス入出力処理部
１１Ａを介して下水処理場のポンプ群５に与えられ、ポ
ンプが制御されることになる。

次に、上記天候モード判定演算部１１Ｄにおける、晴天
モードまたは雨天モードの天候モードの判定演算の内容
について詳述する。

すなわち、まず予め設定されているポンプ井構造と、水
位検出信号および吐出流量検出信号とに基づいて、自己
回帰モデルにより流入流量推定値が推定される（ステッ
プＳｌ）。次に、流入流量推定値の変化率から判定した
晴天／雨天モード判定結果と、流入流量推定値と流入流
量パターンとの偏差から判定した晴天／雨天モード判定
結果と、流入流量推定値と流入流量パターンとの偏差の
変化率から判定した晴天／雨天モード判定結果とから、
天候モード判定情報とから、晴天／雨天モードが決定さ
れる（ステップＳ２）。この場合、現在の天候モードが
晴天モードであることを条件に、流入流量推定値により
流入流量パターンが更新し記憶される（ステップＳ３）
。

以下、各ステップ毎に第３図に示すフロー図を用いて詳
述する。

（ステップＳ１）二流入流量推定処理 離散時刻ｋにおける流入流ｆｆ１ｑ（ｋ）が（１）によ
り演算される。

Ｑ　　（ｋ）　　−＋ｈ　　（ｋ）　　−ｈ　　（ｋ−
１）　１・Ａ　（ｈ　（ｋ））＋Ｑ、、、　　（ｋ−１
）　　・・・（１）ここで、ｈは観測された水位、Ａは
水位がｈの時のポンプ井断面積、ｑ　ｏｕｔはポンプ総
吐出流量である。

次に、この（１）式で得られた流入流ｆｆ１ｑ　（ｋ）
を時系列データとして、（２）式の自己回帰モデルに基
づいて流入流量推定値Ｑ　（ｋ）が求められる。

ここで、ＸＩ　　（ｉ−１，２，−、ｍ）は自己回帰モ
デルパラメータである。

（ステップＳ２）：天候モード条件演算処理および天候
モード判定処理 現在の流入流量推定値ｑ　（ｋ）と、演算周期Δを前の
流入流量推定値ｑ　（ｋ−Δｔ）とから、流入流量推定
値の変化率Δｑが（３）式により求められる。

Δａ＝（目（ｋ）　−Ｑ　（ｋ−Δｔ））／Δｔ・・・
・・・（３）次に、この（３）式で得られた流入流量推
定値の変化率Δｑから、判定値ＤΔ向が（４）式により
求められる。

Δ目≧Δむ、　ならば　ＤΔｑ−十１ Δむ、１くΔｑ〈Δ日、□ならばＤΔＧ−０−（４）Δ
目≦ΔＱ　、、。ならば０６日−−１ここで、Δｑ＋。

。、Δ向４０．は各々予め設定されている流入流量推定
値の増加率しきい値、減少率しきい値である。

次に、現在の流入流量推定値Ｑ　（ｋ）と、演算周期Δ
を前の流入流量推定値Ｑ　（ｋ−Δｔ）、および詳細を
後述する現在に相当する流入流量パターンｑｐ（ｋ−）
と、演算周期Δを前の流入流量パターンｑｐ（ｋ−一Δ
ｔ）とがら、流入流量推定値と流入流量パターンとの偏
差ａｑｐおよび偏差の変化率Δｄｑｐが、（５）式およ
び（６）式によりそれぞれ求められる。

ｄｑｐ−目　（ｋ）　　−ｑｐ　　（ｋ−）　　　　・
・・（５）Δｄｑｐ　−（（ａ　　（ｋ）　　−ｑｐ　
　（ｋ　−）　）−（向　（ｋ−Δｔ）−ｑｐ　　（ｋ
−−Δｔ）　ｌ　　）　／Δｔ　　　　　　　　　　・
・・（６）次に、この（５）式、（６）式で得られた偏
差ｄｑｐおよび偏差の変化率Δｄｑｐから、各々判定値
Ｄｄｑｐ、ＤΔｄｑｐが（７）、（８）式によりそれぞ
れ求められる。

ここで、ｄｑｐ十、ｄｑｐ−Δｄ　ｑ　ｐ　ｌａｇ、Δ
ｃｌｑＩ）ｄ。は、各々予め設定されている偏差正しき
い値、偏差負しきい値、偏差の増加率しきい値、偏差の
減少率しきい値である。

次に、（４）式、（７）式、（８）式にて求められた判
定値ＤΔＱ、Ｄｄｑｐ、ＤΔｃｌｑｐと、天候モード判
定情報とから、天候モードが決定される。第２図に示す
を用いた天候モード判定情報を用いた例で示すと、 ＤΔｑ−十１、Ｄｄｑｐ−＋ｌ。

ＤΔｄｑｐ−＋１ならばＤ−＋１ すなわち天候モードを雨天モードとすることが決定され
、 ＤΔ目−−１、Ｄｄｑｐ−一１゜ ＤΔｄｑｐ−−１ならばＤ−−１ すなわち天候モードを晴天モードとすることが決定され
る。

（ステップ８３）ｌ流入流量パターン更新・記憶処理 現在の天候モードが晴天モードであることを条件に、流
入流量パターンｑｐが更新・記憶される。

この場合、例えば流入流量パターン周期が１日（−１４
４０分）、演算周期Δｔ−１分、更新方式として加重平
均方式の場合を例とすると、更新演算式は（９）式に示
すようになる。

ここで、αは０≦α≦１で、予め設定されている加重平
均演算係数である。

上述したように、本実施例のポンプ制御装置１１では、
下水処理場のポンプ井４に設置された水位計７からの水
位検出信号と、ポンプ群５の吐出側に設置された吐出流
量計１０からの吐出流量検出信号とから流入流量推定値
を推定演算し、さらにこの流入流量推定値の変化率と、
流入流量推定値と記憶・更新される流入流量パターンと
の偏差および偏差の変化率とから、晴天そ−ドまたは雨
天モードの天候モードを判定し、この判定された天候モ
ードに応じて、晴天モード時用ポンプ制御演算によるポ
ンプ制御（台数制御および流量−定制御）と雨天モード
時用ポンプ制御演算によるポンプ制御（台数制御および
水位一定制御）とを切換えて、ポンプ制御を行なうよう
にしたものである。

従って、晴天時には流量一定制御を行なって水処理負荷
の平滑化を図ることが可能となり、また雨天時には水位
一定制御を行なって迅速な雨水の排水を行なうことが可
能となる。これにより、晴天時の水処理負荷の平滑化と
、雨天時の迅速な水の排水という相反する両目的を満た
すことができる。

尚、上記実施例において、（４）式、（７）式。

（８）式の判定条件は、その演算周期のみの条件である
が、ノイズフィルタ的方法としては、連続して複数個判
定条件が成立した場合に（＋１）または（−１）として
、その他は（０）とするような方法を採ることができる
。

また、上記実施例において、流入流量パターン更新・記
憶処理では、演算周期毎に更新し記憶し、偏差を求める
時点で線形補間等の方法によってスムージングする方法
を採ることもできる。そして、流入下水地域への浄水配
水流量が計測可能であれば、汚水流入流量は浄水配水流
量に時間遅れ、地中浸透等を加味することにより、統計
的演算によって推定可能であるため、流入流量パターン
への浄水配水流量の反映は、流量軸および時間軸の両面
で可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、ポンプ井の水位と
ポンプの吐出流量とから流入流量推定値を推定演算し、
この流入流量推定値の変化率と、流入流量推定値と記憶
・更新される流入流量パターンとの偏差、および当該偏
差の変化率とから、晴天モードまたは雨天モードの天候
モードを判定し、この判定された天候モードに応じて、
晴天モード時用ポンプ制御手段によるポンプ制御と雨天
モード時用ポンプ制御手段によるポンプ制御とを切換え
て行なうようにしたので、晴天時の水処理負荷の平滑化
と雨天時の迅速な水の排水という相反する両目的を満た
すポンプ制御を行なうことが可能な極めて信頓性の高い
ポンプ制御装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のポンプ制御装置を適用して下水処理場
のポンプ制御を行なう場合の一実施例を示すシステム構
成図、第２図は同実施例における天候モード判定情報の
一例を示す図、第３図は同実施例における天候モードの
判定演算内容を説明するためのフロー図である。 １・・・管渠、２・・・沈殿池、３・・・スクリーン、
４・・・ポンプ井、５・・・ポンプ群、６・・・下水処
理設備、７・・・水位計、１０・・・吐出流量計、１１
・・・ポンプ制御装置、１１人・・・プロセス入出力処
理部、ＩＩＢ・・。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 管渠から流れ込んでくる汚水、雨水を沈殿池およびスク
   リーンを介してポンプ井に蓄え、ポンプにより下水処理
   設備へ揚水するようにした汚水・雨水ポンプ設備のポン
   プ制御装置において、前記ポンプ井に設けられた水位計
   および前記ポンプの吐出側に設けられた吐出流量計から
   の水位検出信号および吐出流量検出信号をそれぞれ入力
   する入力手段と、 前記入力手段から入力される水位検出信号、吐出流量検
   出信号を基に流入流量推定値を推定演算し、かつ当該流
   入流量推定値の変化率、当該流入流量推定値と記憶・更
   新される流入流量パターンとの偏差、および当該偏差の
   変化率に基づいて、晴天モードまたは雨天モードの天候
   モードを判定する天候モード判定演算手段と、 晴天モード時用のポンプの台数制御、および流量制御を
   実行する晴天モード時用ポンプ制御手段と、 雨天モード時用のポンプの台数制御、および流量制御を
   実行する雨天モード時用ポンプ制御手段と、 前記天候モード判定演算手段にて判定された天候モード
   に応じて、前記晴天モード時用ポンプ制御手段によるポ
   ンプ制御と雨天モード時用ポンプ制御手段によるポンプ
   制御とを切換える切換手段と、 を備えて構成したことを特徴とするポンプ制御装置。