JPH0874310A

JPH0874310A - 流量制御装置

Info

Publication number: JPH0874310A
Application number: JP21477894A
Authority: JP
Inventors: Futoshi Kurokawa; 太黒川; Tatsuo Ashiki; 達雄芦木; Hirokazu Kondo; 弘和近藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-09-08
Filing date: 1994-09-08
Publication date: 1996-03-19

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、需要家の配水流量を考慮しながら
配水池の受水流量を平滑化し、需要家の配水流量を確保
し、浄水場の負荷変動を抑制することにある。【構成】１日の総配水流量および時間単位の配水流量
パターンから時間単位配水流量を求める時間単位配水流
量演算手段と、ここで求めた時間単位の配水流量をもと
に、平滑化した受水流量計画値を求める受水流量計画手
段と、この受水流量計画値と時間単位配水流量演算手段
で求めた時間単位配水流量とから配水池演算水位を求め
る配水池水位演算手段と、この配水池演算水位と配水池
の配水池水位との偏差および配水池水位による補正度合
いを考慮しながら、ファジィ推論により受水流量計画値
を補正する受水流量計画値補正手段と、この補正された
受水流量計画値を目標値とし、配水池で受水する水の受
水量を制御する配水池受水流量調節手段とを設けた流量
制御装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は配水場等の配水池で受水
する水の受水流量を平滑化するように制御する流量制御
装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】配水場においては、浄水場または他の配
水場から送水されてくる浄水を配水池で受水する一方、
需要家の消費変動に伴う時間変動に対応した配水流量を
各需要家に供給する必要がある。そのためには、配水池
の受水流量としては、常に各需要家に安定に水を供給す
るための配水流量を確保すること、また浄水場側の負荷
変動を抑制するように受水流量を平滑化すること等が望
ましい。特に後者の理由は、浄水場側の多数のポンプの
稼働効率を高めることや浄水能力に限界があるためであ
る。

【０００３】そこで、従来の配水池における受水流量の
制御は、時間変動する配水流量と同じ量だけ受水流量を
受水するような制御を行う配水池水位一定制御方式や操
作員の過去の経験，知識を生かしながら配水池水位変動
を利用し、受水流量を平滑化するような制御を行う受水
流量制御方式等が用いられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような制御方式のうち、前者の制御方式では、時々刻々
変化する配水流量と同じ量の受水流量を受水することか
ら、受水流量が配水流量の変化に応じて時々刻々変化
し、その結果、浄水場の負荷変動を抑制できないこと、
また配水流量が少ないときに配水池に蓄えられる浄水の
滞留時間が長くなり、それに伴って浄水中の残留塩素が
低下するので、常に注意しながら塩素を追加注入する必
要がある。

【０００５】一方、後者の制御方式は、操作員の経験，
知識に依存することから、操作員の負担が大きく、各操
作員ごとに受水流量のバラツキが大きくなり、最適な受
水流量を確保するための制御が非常に難しい。

【０００６】本発明は上記実情に鑑みてなされたもの
で、需要家の配水流量を考慮しながら配水池の受水流量
を平滑化し、需要家の配水流量を確保し、かつ、浄水場
の負荷変動を抑制する流量制御装置を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に対応する発明は、浄水場や他の配水場か
ら送水されてくる水を受水する配水池の受水流量を制御
する流量制御装置において、１日の総配水流量および時
間単位の配水流量パターンから時間単位の配水流量を演
算する時間単位配水流量演算手段と、この時間単位配水
流量演算手段で演算される時間単位の配水流量をもと
に、受水流量を平滑化するように受水流量計画値を求め
る受水流量計画手段と、この受水流量計画手段で求めた
受水流量計画値と前記時間単位配水流量演算手段で求め
た時間単位配水流量とから配水池演算水位を求める配水
池水位演算手段と、この演算手段によって求められる配
水池演算水位と前記配水池より計測される配水池水位と
の偏差および配水池水位による補正度合いを考慮しなが
ら、ファジィ推論により前記受水流量計画値を補正する
受水流量計画値補正手段と、この補正手段によって補正
された受水流量計画値を目標値とし、前記配水池で受水
する水の受水量を制御する配水池受水流量調節手段とを
設けた流量制御装置である。

【０００８】なお、請求項２に対応する発明は、請求項
１に記載する時間単位配水流量演算手段として、配水流
量の変動要因となる情報と過去の配水流量実績値とを基
づいてニューラルネットワークによる予測モデルを構築
し、この予測モデルに前記配水流量の変動要因となる情
報を入力し、１日の総配水流量および時間単位配水流量
パターンを予測する構成である。

【０００９】請求項３に対応する発明は、請求項１に記
載する受水流量計画手段として、予め設定された設定時
刻の下に複数の時間帯に区切って各時間帯毎の配水流量
平均値を求め、当該各時間帯毎配水流量平均値を各時間
帯の受水流量計画値とする配水流量平均化手段と、この
配水流量平均化手段によって求めた各時間帯毎の受水流
量計画値に基づいて、前記設定時刻に前記配水池の水位
が予め定めた配水池設定水位になるように前記各時間帯
毎配水流量の修正量を求め、これら修正量を用いて前記
各時間帯毎の受水流量計画値を修正する第１の受水流量
修正手段と、この第１の受水流量修正手段によって修正
された各時間帯毎の修正受水流量計画値と前記時間単位
配水流量演算手段によって求めた時間単位配水流量とか
ら配水池演算水位を求め、この配水池演算水位が予め定
めた配水池水位上下限値の範囲を逸脱したとき、当該配
水池演算水位が配水池水位上下限値の範囲内に入るよう
に前記修正受水流量計画値を再度修正する第２の受水流
量修正手段とを有する構成である。

【００１０】請求項４に対応する発明は、請求項１に記
載する配水池受水流量調節手段として、配水池の受水流
量を制御する配水池流入調節弁が複数台設けられている
とき、前記受水流量計画値補正手段によって補正された
受水流量計画値に基づいて前記各配水池流入調節弁毎の
受水流量目標値を演算して受水流量を制御する構成であ
る。

【００１１】

【作用】従って、請求項に対応する発明は、以上のよう
な手段を講じたことにより、時間単位配水流量演算手段
では、予め配水流量情報記憶手段に記憶され、或いは操
作員が外部から入力される予測日の総配水流量および時
間単位の配水流量パターンから当日および翌日の時間単
位の配水流量を求めて受水流量計画手段に導入する。

【００１２】前記予測日の総配水流量および時間単位の
配水流量パターンは、予め配水流量の変動要因となる情
報と過去の配水流量実績値とを基づいてニューラルネッ
トワークによる予測モデルを構築し、この予測モデルに
配水流量の変動要因となる情報を入力し、該当予測日の
総配水流量および時間単位配水流量パターンを自動的に
予測するようにすれば、変動要因となる気象情報等の入
力するだけで、自動的に総配水流量および時間単位の配
水流量パターン等を得ることができる。

【００１３】前記受水流量計画手段では、時間単位配水
流量演算手段からの時間単位配水流量に基づいて受水流
量を平滑化するように受水流量計画値を求める。この受
水流量計画手段は、具体的には予め定めた設定時刻の下
に複数の時間帯に区切って各時間帯毎の配水流量平均値
を求めるとともに、当該各時間帯毎の配水流量平均値を
各時間帯の受水流量計画値とした後、当該各時間帯毎の
受水流量計画値に基づいて、設定時刻に配水池の水位が
予め定めた配水池設定水位になるように各時間帯毎配水
流量の修正量を求めていき、これら修正量を用いて各時
間帯毎の受水流量計画値を修正することにより、修正受
水流量計画値を得る。さらに、各時間帯毎の修正受水流
量計画値と時間単位配水流量演算手段の時間単位配水流
量とから配水池演算水位を求めた後、この配水池演算水
位が予め定めた配水池水位上下限値の範囲を逸脱するか
否かを判断し、逸脱したときには配水池演算水位が配水
池水位上下限値の範囲内に入るように再度修正受水流量
計画値を修正し、確実に安定、かつ、平滑化した受水流
量計画値を求める。

【００１４】しかる後、配水池水位演算手段は、受水流
量計画手段で求めた受水流量計画値と時間単位配水流量
とから配水池演算水位を求めた後、受水流量計画値補正
手段に導入し、ここで配水池演算水位と配水池水位との
偏差および配水池水位による補正度合いを考慮しながら
ファジィ推論により前記受水流量計画値を補正し、この
補正された受水流量計画値を受水流量目標値とする。こ
こで、配水池受水流量調節手段は、得られた受水流量目
標値に従って配水池で受水する水の受水流量を制御する
ための弁開度操作量を求めた後、流入調節弁を操作する
ので、平滑化した受水流量を予測しながら該当日の総配
水流量に見合う水を受水することができ、結果として、
時間変動する需要家の消費する配水流量を確実に確保で
き、浄水場等の負荷変動の抑制にも大きく貢献し、浄水
場等の浄水能力を生かしながら効率良く浄水場等を稼働
させることができる。

【００１５】なお、配水池流入調節弁が複数台設置され
ている場合、受水流量計画値補正手段で得られる補正さ
れた受水流量計画値，つまり受水流量目標値から各配水
池流入調節弁毎の受水流量目標値を演算し、各調節弁の
弁開度操作量を求めた後、そられ弁開度操作量に従って
流入調節弁を操作する。

【００１６】

【実施例】以下、本発明装置の実施例について図面を参
照して説明する。図１は本発明に係わる流量制御装置の
一実施例を示す構成図である。同図において１は浄水場
または他の配水場から送られてくる浄水を一旦受水後に
需要家に配水する配水池であって、この受水系側には流
量計２、圧力計３および流入調節弁４が設けられ、一
方、配水系側には配水流量を配水ポンプ５を介して需要
家６に供給する構成となっている。７は配水管である。
つまり、これら一連の構成をもつ図１に示す受水場にお
いては、浄水場等から送水されてくる浄水を配水池１に
一旦貯水し、配水ポンプ５により時間変動に対応した配
水流量を配水管７を通して需要家６に配水する機能をも
っている。

【００１７】しかし、このような受水場は、浄水場の負
荷変動を抑制するために受水流量を平滑化する受水流量
計画値を厳密に求めた後、この受水流量計画値に基づい
て流入調節弁４を制御するが、このとき時間変動する配
水流量に対応するように配水すれば、逆に配水池１の水
位は大きく変動する。

【００１８】そこで、配水池１の水位の変動にも十分に
対処する必要がある。つまり、配水池１の水位は、水位
上下限値の範囲内に保持する必要があるので、配水池１
に水位計８を設置し、この水位計８の出力を監視しなが
ら前記受水流量計画値を補正することにより、浄水場の
負荷変動を抑制し、配水池１の水位の安定化を図り、さ
らに需要家６に安定的に配水する必要がある。

【００１９】本発明装置は、以上のような要望を満足さ
せるべく実現したものであり、以下、図１に示す流量制
御装置の各構成要素およびその動作について説明する。
配水流量情報記憶部１１は、予め操作員１２が入出力機
器１３およびヒューマン／プロセスインターフェイス１
４を介して長期間にわたって各日ごとの総配水流量およ
び時間単位の配水流量パターンを入力すると、これら入
力された総配水流量および時間単位の配水流量パターン
を記憶する。この配水流量情報記憶部１１には、以上の
ように予め配水流量情報を記憶するが、例えば操作員１
２が当日に当日分および翌日分として総配水流量および
時間単位の配水流量パターンを入力する場合もあるが、
このような総配水流量および時間単位の配水流量パター
ンについても記憶する。なお、配水流量情報記憶部１１
に記憶された総配水流量および時間単位の配水流量パタ
ーンは外部から操作員１２によって適宜変更可能であ
る。

【００２０】時間単位配水流量演算手段１５は、予め配
水流量パターン記憶部１１に記憶される各日の総配水流
量および配水流量パターンまたは操作員１２が当日に当
日分および翌日分として入力した１日の総配水流量およ
び配水流量パターンを用いて、次式に従って当日および
翌日の時間単位の配水流量を求める。

【００２１】Ｑout(n,i)＝Ｑptn(n,i)＊Ｑtotal(n) ……（１）ここで、Ｑout(n,i)：ｉ時刻の時間単位配水流量［m ³
／h ] Qptn(n,i)：操作員によって設定されたｉ時刻の正規化
値［％］Ｑtotal(n)：操作員によって設定された総配水流量［m
³ ／日] なお、ｎ＝１は当日、ｎ＝２は翌日を意味する。

【００２２】しかして、以上のようにして求めた各時間
単位の配水流量は受水流量計画手段１６に送られる。こ
の受水流量計画手段１６は、操作員１２によって入力設
定された設定時刻（例えば朝方ｋ時，夕方ｐ時）とその
時刻における配水池設定水位とに基づいて、配水池１の
水位が設定時刻に配水池設定水位を通るように受水流量
を平滑化するものである。この平滑化の手順は次の通り
である。

【００２３】（ステップ１）先ず、受水流量計画手段１
６は、配水流量平均化手段を実行する。この配水流量平
均化手段は、操作員１２によって入力設定された設定時
刻（朝方ｋ時，夕方ｐ時）を下に、前記時間単位配水流
量演算手段１５により求めた当日および翌日の時間単位
の配水流量を図２（ａ）に示すように時間帯１、時間帯
２および時間帯３に区切り、下記する演算式に基づいて
前記時間帯毎の配水流量の平均値を求める（図２（ｂ）
参照）。

【００２４】

【数１】

【００２５】上式においてＱav1:時間帯１における配水
流量の平均値［m ³ ／h ] Ｑav2:時間帯２における配水流量の平均値［m ³ ／h ] Ｑav3:時間帯３における配水流量の平均値［m ³ ／h ] このように各時間帯毎の配水流量の平均値を求めたなら
ば、これら時間帯毎の配水流量平均値を各時間帯の受水
流量計画値とする。

【００２６】（ステップ２）次に、受水流量計画手段１
６は、第１の受水流量修正手段を実行する。つまり、以
上のように各時間帯の受水流量計画値を求めたならば、
引き続き、操作員１２によって設定された設定時刻に配
水池水位が前記配水池設定水位になるように各時間帯毎
の受水流量計画値を修正する（図２（ｃ）参照）。この
各時間帯毎の修正量は次の演算式により求める。

【００２７】先ず、各時間帯毎の修正量については、 dq1 ＝(ham−h(0)) ＊Ａ／(k+1) ……（５） dq2 ＝(hpm−ham) ＊Ａ／(p-k) ……（６） dq3 ＝(ham−hpm) ＊Ａ／(24-p+k) ……（７）なる演算式によって求める。上式において、 dq1 ：時間帯１における修正量［m ³ ／h ] dq2 ：時間帯２における修正量［m ³ ／h ] dq3 ：時間帯３における修正量［m ³ ／h ] ham ：朝方（ｋ時）の配水池設定水位［m ] hpm ：夕方（ｐ時）の配水池設定水位［m ] h(0)：０時における実績配水池水位［m ] Ａ：配水池断面積［m ² ］である。

【００２８】そこで、以上のようにして各時間帯毎の修
正量を求めたならば、これら各時間帯毎の修正量と各時
間帯毎の配水流量平均値とを用いて、下式に従って各時
間帯毎の修正受水流量計画値を求める。この修正受水流
量計画値は図２（ｃ）の実線に示す値である。

【００２９】Ｑin(1,i) ＝Ｑav1 ＋dq1 （i=0 〜k ：当日） ……（８）Ｑin(1,i) ＝Ｑav2 ＋dq2 （i=k+1 〜p:当日） ……（９）Ｑin(1,i) ＝Ｑav3 ＋dq3 （i=p+1 〜23：当日） ……（１０）Ｑin(2,i) ＝Ｑav3 ＋dq3 （i=0 ，k ：翌日） ……（１１）但し、Ｑin(1,i) ：当日ｉ時刻の修正受水流量計画値
［m ³ ／h ] Ｑin(2,i) ：翌日ｉ時刻の修正受水流量計画値［m ³ ／
h ] （ステップ３）さらに、受水流量計画手段１６は、第２
の受水流量修正手段を実行する。ここでは、修正受水流
量計画値と時間単位配水流量演算手段１５により求めた
時間単位配水流量とから下式に基づいて配水池水位（配
水池演算水位）を求めてみる。

【００３０】 hp(n,i) ＝｛Ｑout(n,i)−Ｑin(n,i) ｝／Ａ ……（１２）但し、hp(n,i) ：ｉ時刻の配水池演算水位［m ］ｎ＝１は当日、ｎ＝２は翌日を意味する。

【００３１】引き続き、この（１２）式によって配水池
演算水位を求めたならば、当該配水池演算水位が予め定
めた配水池水位上下限値の範囲内を逸脱しているか否か
を判断する。

【００３２】配水池演算水位が配水池水位上下限値の範
囲内を逸脱している場合、修正受水流量計画値を再度修
正する必要がある。以下、修正受水流量計画値の再修正
は配水池水位上限値を逸脱した場合と、配水池水位下限
値を逸脱した場合とに分けて説明する。

【００３３】すなわち、図３に示すように配水池演算水
位が配水池水位上限値を逸脱した場合、或いは図４に示
すように配水池水位下限値を逸脱した場合には、最も逸
脱している時刻をｍ時とすると、修正受水流量計画値の
再修正量は次の演算式により求めることができる。

【００３４】先ず、配水池演算水位が配水池水位上限値
を逸脱した場合の修正受水流量計画値の再修正量は、 ddq1={hp(n,m)-hmax} ＊Ａ ……（１３）から求められる。また、配水池演算水位が配水池水位下
限値を逸脱した場合の修正受水流量計画値の再修正量
は、 ddq2={hmin-hp(n,m)＊Ａ ……（１４）から求められる。

【００３５】なお、ddq1：上限値逸脱時の修正受水流量
計画値の再修正量[m³ /h] ddq2：下限値逸脱時の修正受水流量計画値の再修正量[m
³ /h] hp(n,m) ：ｍ時刻の配水池演算水位[m] hmax ：配水池水位上限値[m] hmin ：配水池水位下限値[m] ｎ＝１は当日、ｎ＝２は翌日を意味する。

【００３６】但し、修正受水流量計画値の再修正範囲
は、図３（ｂ），図４（ｂ）に示すごとく当日０時から
配水池演算水位が配水池水位上下限値を最も逸脱する時
刻ｍ時の１時間前｛（ｍ−１）時間｝までとする。

【００３７】そこで、以上のようにして修正受水流量計
画値の再修正量を求めたならば、再修正受水流量計画値
は次式により求める。すなわち、配水池演算水位が配水
池水位上限値を逸脱した場合の再修正受水流量計画値
は、図３（ｂ）の実線の値で示すように、Ｑin(1,i)=Ｑin(1,i)-ddq1/(m-1) ……（１５）Ｑin(2,i)=Ｑin(2,i)-ddq1/(m+23) ……（１６）となり、また配水池演算水位が配水池水位下限値を逸脱
した場合の再修正受水流量計画値は、図４（ｂ）の実線
の値で示すように、Ｑin(1,i)=Ｑin(1,i)+ddq2/(m-1) ……（１７）Ｑin(2,i)=Ｑin(2,i)+ddq2/(m+23) ……（１８）となる。

【００３８】但し、Ｑin(1,i) ：当日ｉ時刻の再修正受
水流量計画値[m³ /h] Ｑin(2,i) ：翌日ｉ時刻の再修正受水流量計画値[m³ /
h] ｍは配水池演算水位が配水池上下限水位を最も逸脱した
時刻［時］（ステップ４）次に、予め設定された受水流量上下限設
定値に基づいて、再修正受水流量計画値のチェックを行
う。ここで、再修正受水流量計画値が受水流量上限設定
値を越えた場合には再修正受水流量計画値を受水流量上
限設定値とする。

【００３９】また、再修正受水流量計画値が受水流量下
限設定値を下回った場合には再修正受水流量計画値を受
水流量下限設定値とする。（ステップ５）そこで、最終的に得られた再修正受水流
量計画値を用いて再度配水池演算水位を求めてみる。こ
のときの配水池演算水位は前記（１２）式を用いて求め
る。但し、Ｑout(n,i)には（１５）式〜（１８）式の再
修正受水流量計画値をほ用いて行う。

【００４０】（ステップ６）ステップ５によって求めた
配水池演算水位が再度配水池水位上下限値と比較して逸
脱している場合にはステップ３に戻って修正を行う。

【００４１】以上のようにして最終的に再修正された受
水流量計画値を求めたならば、この再修正された受水流
量計画値を配水池水位演算手段１７および受水流量計画
値補正手段１８に送出する。

【００４２】この配水池水位演算手段１７では、時間単
位配水流量演算手段１５で求めた前記（２）式〜（４）
式の時間単位配水流量と受水流量計画手段１６で求めた
最終的な再修正受水流量計画値とを用いて前記（１２）
式に基づいて配水池演算水位を求める。

【００４３】一方、受水流量計画値補正手段１８では、
次のような処理を実行する。先ず、配水池１に設置され
た水位計８から得られる実績配水池水位と、前記配水池
水位演算手段１７により求めた配水池演算水位とを用
い、知識ベース１９のデータを用いてファジィ推論によ
り受水流量計画値の補正量を求める。

【００４４】以下、ファジィ推論による受水流量計画値
の補正方法について説明する。ここでは、実績配水池水
位と配水池演算水位との偏差 eh(j)、この偏差の変化分
deh(j)等を求めた後、ファジィ推論の入力となる実績配
水池水位、実績配水池水位と配水池演算水位との偏差お
よび偏差の変化分等について、正規化値を求める。先
ず、実績配水池水位と配水池演算水位との偏差 eh(j)、
この偏差の変化分deh(j)は、 eh(j)=hp(n,j)-h(j) ……（１９） deh(j)=eh(j)-eh(j-1) ……（２０）から求める。さらに、正規化値を求めるために配水池水
位の最大値hmaxと最小値hminとの中位hmと、この配水池
水位の最大値hmaxと中位hmとの差である絶対値hgとを求
めると、 hm=(hmax+hmin)/2 ……（２１） hg=(hmax-hmin)/2 ……（２２）となる。そこで、これら（１９）式〜（２２）式を用い
て、実績配水池水位、実績配水池水位と配水池演算水位
との偏差および偏差の変化分等の各正規化値を求めると
次のようになる。

【００４５】 H(j)={h(j)-hm}/hg ……（２３） Eh(j)=eh(j)/(hg＊Pa) ……（２４） dEh(j)=deh(j)/(hg ＊Pb) ……（２５）但し、H(j)：配水池水位の正規化値 Eh(j)：実績配水池水位と配水池演算水位との偏差の正
規化値 dEh(j)：偏差の変化分を正規化した値 Pa，Pb：正規化係数、j ：制御周期である。

【００４６】そこで、以上のようにして正規化された配
水池水位、配水池演算水位と配水池水位との偏差および
偏差の変化分に基づいて受水流量計画値の補正量を求め
ることとする。

【００４７】そこで、先ず、配水池水位、配水池演算水
位と配水池水位との偏差から、受水流量計画値の補正度
合いについて求める。図５は受水流量計画値の補正度合
いを求める例を示す図であって、同図（ａ）は配水池水
位を規定するメンバーシップ関数を説明する図である。

【００４８】同図においてＨＲＨ：配水池水位上限領域
であるＨＲＭ：配水池水位上限領域に近いＨＲＺ：配水池水位安定領域であるＨＲＳ：配水池水位下限領域に近いＨＲＬ：配水池水位下限領域である次に、図５（ｂ）は配水池演算水位と配水池水位との偏
差を規定するメンバーシップ関数を説明する図である。
同図において、ＮＢ：偏差が負で大きいＮＳ：偏差が負で小さいＺ：偏差がゼロであるＰＳ：偏差が正で小さいＰＢ：偏差が正で大きいであることを示している。

【００４９】さらに、図５（ｃ）は受水流量計画値の補
正度合いを規定するメンバーシップ関数を説明する図で
ある。同図において、ＲＮＢ：補正度合いが負で大きいＲＮＳ：補正度合いが負で小さいＲＺ：補正度合いがゼロＲＰＳ：補正度合いが正で小さいＲＰＢ：補正度合いが正で大きいであることを示している。これら図においてｘは入力
値、μＹはメンバーシップ関数を示している。

【００５０】また、前記知識ベース１９には配水池水
位、配水池演算水位と配水池水位との偏差とから受水流
量計画値の補正度合いを決定するルールがｉｆ〜ｔｈｅ
ｎ形式で蓄積されている。図６はファジィルールを記憶
するテーブルの一例を示す図である。ルールの一例を示
すと次のようになる。

【００５１】もし；配水池水位が水位上限領域ＨＲＨ
で、かつ、偏差が負で大きいＮＢ（条件部）ならば；受水流量計画値の補正度合いを負で大きくせよ
ＲＮＢとなる（推論部）つまり、受水流量計画値の補正度合いにおけるファジィ
推論の方法は、ルール条件部のメンバーシップ関数、推
論部のメンバーシップ関数および入力値ｘ等から知識ベ
ース１９に蓄えられているロールに基づいてファジィ演
算を実行し、複数の出力の合成である合成あいまい集合
を作成し、この合成あいまい集合の最大値を出力合成関
数とし、この出力合成関数の重心をファジィ推論の出力
とするものである。

【００５２】具体的には、各ルール毎に入力値ｘに対し
て条件部のメンバーシップ関数の最小値を重み係数と
し、推論部のメンバーシップ関数の最大値を前記重み係
数としたファジィ集合を作成し、すべてのルールに関し
て繰り返し、各ルールで得られるファジィ集合の和を合
成あいまい集合とし、合成あいまい集合の最大値を出力
合成関数としてその重心を次式にて演算し、その演算結
果の出力をファジィ推論値とする。

【００５３】

【数２】

【００５４】さらに、この（２６）式の演算によって求
めた受水流量計画値補正度合いと、配水池水位偏差の変
化分を表すメンバーシップ関数とを用いて、ファジィ推
論により受水流量計画値補正量を求める。

【００５５】図７は配水池演算水位と配水池水位との偏
差の変化分と、受水流量計画値補正量とを規定するメン
バーシップ関数を示している。同図（ａ）は、配水池演
算水位と配水池水位との偏差の変化分とを規定するメン
バーシップ関数を示している。同図において、ＮＢ：偏差の変化分が負で大きいＮＳ：偏差の変化分が負で小さいＺ：偏差の変化分がゼロであるＰＳ：偏差の変化分が正で小さいＰＢ：偏差の変化分が正で大きいを表している。

【００５６】さらに、図７（ｂ）は受水流量計画値補正
量を規定するメンバーシップ関数を説明する図である。
同図において、ＱＮＢ：補正量が負で大ＱＮＭ：補正量が負で中ＱＮＳ：補正量が負で小ＱＺ：補正量がゼロＱＰＳ：補正量が正で小ＱＰＭ：補正量が正で中ＱＰＢ：補正量が正で大を表している。

【００５７】これら図においてｘは入力値、μＹはメン
バーシップ関数を示している。また、前記知識ベース１
９には受水流量計画値の補正度合いと、配水池演算水位
と配水池水位との偏差の変化分とから受水流量計画値の
補正量を決定するルールがｉｆ〜ｔｈｅｎ形式で蓄積さ
れている。図８は受水流量計画値の補正量を求めるルー
ルを記憶するテーブルの一例を示す図である。ルールの
一例を示すと次のようになる。

【００５８】もし；受水流量計画値の補正度合いが負で
大きくＲＮＢ、かつ、偏差の変化分が負で大きいＮＢ
（条件部）ならば；受水流量計画値の補正量を負で大きくせよＱＮ
Ｂとなる（推論部）ここで、受水流量計画値の補正量におけるファジィ推論
の方法は、前述したように受水流量計画値の補正度合い
を求めた方法と同様であり、前記（２６）式の出力合成
関数の重心を求めることにより決定する。

【００５９】

【数３】

【００６０】このようにしてファジィ推論によって得ら
れたファジィ推論値をもとに、受水流量目標値を次の演
算式によって求める。Ｑ′in(n,j)=Ｑin(n,j)+d Ｑ(j) ……（２８） d Ｑm=(dＱmax +dＱmin)/2 ……（２９） d Ｑg=(dＱmax -dＱmin)/2 ……（３０）〜 dＱ(j)=Ｑinf*d Ｑg+d Ｑm ……（３０）上式においてＱ′in(n,j) ：受水流量目標値[m³ ／h] Ｑin(n,j) ：受水流量計画値[m³ ／h] d Ｑmax ：受水流量計画値の補正量の上限値[m³ ／h] d Ｑmin ：受水流量計画値の補正量の下限値[m³ ／h] d Ｑm ：d Ｑmax とd Ｑmin との中位[m³ ／h] d Ｑg ：d Ｑmax とd Ｑm との差の絶対値［m ］〜Ｑinf ：ファジィ推論値（受水流量計画値の補正量の正
規化値） d Ｑ(j) ：受水流量計画値の補正量[m³ ／h] このようにして受水流量計画値補正手段１８によって受
水流量目標値を求めると、当該受水流量目標値を配水池
受水流量調節手段２０に送出する。

【００６１】この配水池受水流量調節手段２０において
は、受水流量目標値と流量計２によって計測した受水流
量との偏差に基づいて比例積分演算（ＰＩ演算）を実行
し、流入調節弁４の開度を演算する。この比例積分演算
では、配水池の流入調節弁４の非線形特性を考慮し、弁
特性記憶部２１に記憶される弁特性データを用いて比例
ゲインを変化させるゲインスケジューリング型の比例積
分演算を採用する。

【００６２】実際の制御は、離散時間での制御となるこ
とを考慮し、次のような演算式を用いて行うことにな
る。 e(j) =Ｑ(n,j)-Ｑin(n,j) ……（３２） u(j) =u(j-1) -du(j) ……（３３） du(j)=Kp*{Ｑ(n,j-1)-Ｑ(n,j)}+Ki*Ｑin(n,j)-Ｑ(n,j)} ……（３４） Kp =kc-1/2*Ki ……（３５） Ki =kc*j/Ti ……（３６） kc =1/(3.2*k) ……（３７） Ti =T/8.4 ……（３８） k=-1/2*{f ´(u(j))f(u(j))}* Ｑ(n,j) ……（３９）ここで、e(j)：受水流量目標値（受水流量計画補正量）
と実績受水流量との偏差[m³ ／h] Ｑ(n,j) ：実績受水流量[m³ ／h] Ｑin(n,j) ：受水流量目標値（受水流量計画補正値）[m
³ ／h] u(j)：弁開度［％］ du(j) ：弁開度の変化量［％］ f(u(j)) ：流入調節弁の開度−抵抗特性（弁特性） f ´(u(j))：流入調節弁の開度−抵抗特性の微分値 j ：制御周期 kc：連続系における比例ゲイン Ti：連続系における微分ゲイン Kp：離散時間系における比例ゲイン Ki：離散時間系における積分ゲイン T：ステップ応答の９０％に到達する時間［秒］ k：対象プロセスの線形化式以上ような演算によって得られた弁開度の変化量によ
り、流入調節弁４を操作することにより、安定した受水
流量制御を実行できる。

【００６３】従って、以上のような実施例の構成によれ
ば、当日および翌日の総配水流量および時間単位の配水
流量パターンから時間単位配水流量を求めた後、この時
間単位配水流量に基づいて受水流量を修正し平滑化して
受水流量計画値を求め、さらに当該受水流量計画値と前
記時間単位配水流量とから配水池演算水位を求めた後、
この配水池演算水位と配水池水位との偏差および配水池
水位による補正度合いを考慮しながらファジィ推論によ
り前記受水流量計画値を補正し、この補正された受水流
量計画値を受水流量目標値とするので、総配水流量を考
慮しながら適正に平滑化した受水流量計画値を求めるこ
とにより、浄水場の負荷変動を抑制でき、また需要家の
配水流量を確実に確保でき、しかも受水流量計画値と前
記時間単位配水流量とから配水池演算水位を求めた後、
この配水池演算水位と配水池水位との偏差および配水池
水位による補正度合いを考慮しながらファジィ推論によ
り前記受水流量計画値を補正ので、配水池水位の変動も
十分に考慮しながら受水流量目標値を得ることができ
る。

【００６４】また、受水流量計画手段１６は、複数の時
間帯に区切って配水流量の平均値を各時間帯毎の受水流
量計画値として求めた後、これら時間帯毎の受水流量計
画値を予め設定した時刻に配水池設定水位を通るように
修正し、さらに修正された時間帯毎の受水流量計画値と
時間単位の配水流量とから配水池水位を演算し、予め定
めた配水池水位上下限値に入るように修正を加えて最終
的な受水流量計画値を得るので、需要家の配水流量、配
水池の水位を十分に考慮しつつ受水流量計画値を平滑化
でき、よって浄水場の負荷変動を抑制しつつ浄水場の浄
化能力を生かしつつ適切に浄化をさせながら需要家の水
を配水できる。

【００６５】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではない。上記実施例では、操作員１２が当日に当日
分および翌日分として設定した１日の総配水流量設定値
および配水流量パターン設定値から得られる当日および
翌日の時間単位の配水流量パターン設定値または予め配
水流量パターン記憶部１１に記憶される１日の総配水流
量および配水流量パターンの中から当日および翌日の総
配水流量設定値および配水流量パターンを用いて、当日
および翌日の時間単位の配水流量を求めるようにした
が、１日の総配水流量および時間単位の配水流量パター
ンを演算によって自動的に予測するようにしてもよい。

【００６６】配水流量は、当日の気象，曜日，特異日
（盆，正月，連休等）等の社会的要因によって変動す
る。このため、例えば配水流量の変動要因となる情報と
過去の実績配水流量とを下に、ニューラルネットワーク
による予測モデルを構築する。

【００６７】この予測モデルに配水流量の変動要因とな
る気象，曜日，特異日等を入力することにより、１日の
総配水流量および時間単位の配水流量パターンを自動的
に予測する。

【００６８】従って、この場合には、操作員は、配水流
量の変動要因となる気象，曜日，特異日等を入力するの
みで、１日の総配水流量および時間単位の配水流量パタ
ーンを設定する必要がなくなり、操作員の負担軽減に大
きく貢献する。

【００６９】また、上記実施例の配水池受水流量調節手
段２０は、流入調節弁４の弁開度を求めて調節すること
について説明したが、例えば複数個の流入調節弁を有す
る場合の制御手段について説明する。

【００７０】例えば図９に示すように、複数の流入調節
弁５１を操作して受水流量を制御する場合、各流入調節
弁５１の受水流量目標値は、受水流量目標値と弁の稼働
台数とを用いて次式により決定される。

【００７１】Ｑdis(n,j)＝Ｑin(n,j)/nv ……（４０）Ｑdis(n,j)：各流入調節弁の受水流量目標値[m³ ／h] Ｑin(n,j) ：受水流量目標値[m³ ／h] nv：配水池流入調節弁稼働台数［台］また、配水池流入調節弁５１の稼働台数は、受水流量に
応じて決定する。

【００７２】例えば図１０に示すように弁稼働台数を増
加する方向では、Ｑ(n,j) ＜q1 ならば、弁の稼働台数を１台 q1＜Ｑ(n,j) ＜q2ならば弁の稼働台数を２台・・ qn ＜Ｑ(n,j) ならば、弁の稼働台数をｎ台とし、一方、弁稼働台数を減少する方向では、 q ′n ＜Ｑ(n,j) ならば、弁の稼働台数をｎ台・・ q ′1 ＜Ｑ(n,j) ＜q ′2 ならば、弁の稼働台数を２台Ｑ(n,j) ＜q ′1 ならば、弁の稼働台数を１台とする。このように弁の稼働台数にヒステリシスをもた
せる理由は、弁稼働台数の切換流量付近において、弁稼
働台数が頻繁に増減するのを防止するためである。この
ように弁の稼働台数をもとに、各流入調節弁５１の受水
流量目標値を決定することにより、流入調節弁５１が複
数台ある時の各流入調節弁の流入制御を行うことが可能
となる。

【００７３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、次
のような種々の効果を奏する。請求項１の発明は、需要
家の配水流量、配水池の水位を十分に考慮しつつ受水流
量計画値を平滑化でき、よって浄水場の負荷変動を抑制
しつつ浄水場の浄化能力を生かしつつ適切に水を浄化可
能とすることができる。

【００７４】請求項２の発明は、総配水流量および時間
単位の配水流量パターンから求めた受水流量計画値につ
いて配水池水位および配水池水位上下限値を考慮しつつ
修正を加えて受水流量計画値を求めることにより、安
定、かつ、適正に平滑化した受水流量計画値を得ること
ができる。

【００７５】請求項３の発明は、配水流量の変動要因と
なる情報を入力するだけで１日の総配水流量および時間
単位の配水流量パターンを自動的に予測するので、操作
員の負担軽減に大きく貢献する。さらに、請求項４の発
明は、複数台の流入調節弁を適正に操作しながら受水流
量を制御できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる流量制御装置の一実施例を示す
構成図。

【図２】受水流量計画値を求めるための説明図。

【図３】配水池演算水位が配水池水位上限値を越えたと
きの受水流量計画値の修正を説明する図。

【図４】配水池演算水位が配水池水位下限値を越えたと
きの受水流量計画値の修正を説明する図。

【図５】修正された受水流量計画値を配水池演算水位，
配水池水位を考慮しつつファジィ推論で補正するときの
メンバーシップ関数図。

【図６】ファジィルールのテーブル図。

【図７】配水池演算水位と配水池水位との偏差の変化分
および受水流量計画値の補正量を規定するメンバーシッ
プ関数図。

【図８】ファジィルールのテーブル図。

【図９】配水池に複数の配水池流入調節弁を設けたとき
の概略構成図。

【図１０】複数の配水池流入調節弁を設けたときの当該
配水池流入調節弁の可動台数を決定するための図。

【符号の説明】

１…配水池、４…流入調節弁、５…配水ポンプ、６…需
要家、８…水位計、１５…時間単位配水流量演算手段、
１６…受水流量計画手段、１７…配水池演算手段、１８
…受水流量計画値補正手段、１９…知識ベース、２０…
配水池受水流量調節手段。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】浄水場や他の配水場から送水されてくる
水を受水する配水池の受水流量を制御する流量制御装置
において、１日の総配水流量および時間単位の配水流量パターンか
ら時間単位の配水流量を演算する時間単位配水流量演算
手段と、この時間単位配水流量演算手段で演算される時間単位の
配水流量をもとに、受水流量を平滑化するように受水流
量計画値を求める受水流量計画手段と、この受水流量計画手段で求めた受水流量計画値と前記時
間単位配水流量演算手段で求めた時間単位配水流量とか
ら配水池演算水位を求める配水池水位演算手段と、この演算手段によって求められる配水池演算水位と前記
配水池より計測される配水池水位との偏差および配水池
水位による補正度合いを考慮しながら、ファジィ推論に
より前記受水流量計画値を補正する受水流量計画値補正
手段と、この補正手段によって補正された受水流量計画値を目標
値とし、前記配水池で受水する水の受水量を制御する配
水池受水流量調節手段と、を備えたことを特徴とする流量制御装置。
【請求項２】時間単位配水流量演算手段は、配水流量
の変動要因となる情報と過去の配水流量実績値とを基づ
いてニューラルネットワークによる予測モデルを構築
し、この予測モデルに前記配水流量の変動要因となる情
報を入力し、１日の総配水流量および時間単位配水流量
パターンを予測することを特徴とする請求項１記載の流
量制御装置。
【請求項３】受水流量計画手段は、予め設定された設
定時刻の下に複数の時間帯に区切って各時間帯毎の配水
流量平均値を求め、当該各時間帯毎配水流量平均値を各
時間帯の受水流量計画値とする配水流量平均化手段と、
この配水流量平均化手段によって求めた各時間帯毎の受
水流量計画値に基づいて、前記設定時刻に前記配水池の
水位が予め定めた配水池設定水位になるように前記各時
間帯毎配水流量の修正量を求め、これら修正量を用いて
前記各時間帯毎の受水流量計画値を修正する第１の受水
流量修正手段と、この第１の受水流量修正手段によって
修正された各時間帯毎の修正受水流量計画値と前記時間
単位配水流量演算手段によって求めた時間単位配水流量
とから配水池演算水位を求め、この配水池演算水位が予
め定めた配水池水位上下限値の範囲を逸脱したとき、当
該配水池演算水位が配水池水位上下限値の範囲内に入る
ように前記修正受水流量計画値を再度修正する第２の受
水流量修正手段とを有する請求項１記載の流量制御装
置。
【請求項４】配水池受水流量調節手段は、配水池の受
水流量を制御する配水池流入調節弁が複数台設けられて
いるとき、前記受水流量計画値補正手段によって補正さ
れた受水流量計画値に基づいて前記各配水池流入調節弁
毎の受水流量目標値を演算して受水流量を制御する請求
項１記載の流量制御装置。