JPH05265513A

JPH05265513A - 排水ポンプ所のポンプ運転台数制御方法および装置

Info

Publication number: JPH05265513A
Application number: JP4063593A
Authority: JP
Inventors: Masanori Kobari; 昌則小針; Hitoshi Kizawa; 均鬼澤; Hideyuki Tadokoro; 秀之田所; Mikio Yoda; 幹雄依田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-03-19
Filing date: 1992-03-19
Publication date: 1993-10-15

Abstract

(57)【要約】【目的】ポンプ井への雨水流入量の予測精度を向上さ
せ、かつ不必要なポンプの起動・停止を少なくする。【構成】制御装置１は流入予測部２とファジィ制御部
３とにより構成されている。流入量予測部２は、排水区
域８内に設置された複数の雨量計７からの降水量デ−タ
と、下水管渠６内の複数個所に設置された管渠内水位計
１２からの水位デ−タと、ポンプ井４に設置されたポン
プ井水位センサ１０からの水位デ−タとを入力し、ポン
プ井４への雨水流入量を予測する。ファジィ制御部３
は、流入量予測部２からの予測流入量と、ポンプ井水位
センサ１０からのポンプ井水位デ−タと、河川水位セン
サ１１からの河川水位デ−タと、ポンプ群５の運転状態
等を入力し、現在から一定時刻後までのポンプ群５の運
転量を決定し、ポンプ群５に対して運転指示を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、合流式または分流式下
水道の排水ポンプ所において、降雨時にポンプ井水位を
許容範囲内に維持するために、最適なポンプ運転台数を
決定するようにした排水ポンプ所のポンプ運転台数制御
方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、排水ポンプ所のポンプ運転台数制
御方法では、ポンプ井水位とポンプ運転台数との関係が
マイコンまたは計算機内に記憶されており、ポンプ運転
中にポンプ井水位を一定周期で計測し、その計測結果を
前記マイコンまたは計算機内に入力することによって、
運転するポンプ台数を決定するのが一般的である。この
制御方法では、ポンプの運転台数の切替え点付近で水位
の振動が発生した場合に、ポンプの起動・停止を繰り返
すいわゆるハンチング現象を防止するために、起動水位
と停止水位との間にヒステリシスを設けている。また、
他の制御方法には、次に起動または停止させるポンプ号
機を決定する際に、複数のポンプ間の運転時間の平準化
のためのアルゴリズムを付加しているものもある。

【０００３】ところが、これらの制御方法では、ポンプ
井の水位のみで制御しているため、急激な雨水の流入に
追従しにくく、また下水管渠内を移動中の雨水の量（下
水管渠内の貯留効果）をみていないため、ポンプの起動
等にともなう一時的な水位の変動を拾ってしまいやす
く、実際は熟練オペレータによる手動運転に頼っている
場合が殆どである。

【０００４】そこで、急激な雨水の流入に対応するため
に、ポンプ井への雨水流入量を予測し、その予測値に基
づいてポンプ運転台数を制御する方法が提案されている
（例えば特開昭６４−１９４０２号公報）。この制御方
法では、ポンプ井への実績流入量にもとづくカルマンフ
ィルタによって雨水流入量の予測を行なっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術では、降雨量を基にしてポンプ井への雨水流入量
の予測を行っているので、雨水流入量の予測精度に問題
がある。すなわち、下水管渠の貯留効果の方がポンプ井
の貯留効果に比べてはるかに大きく、下水管渠内に存在
する雨水の量を正確に把握することは、ポンプ井への雨
水流入量を高精度に予測するための非常に重要な条件で
あるが、従来技術ではこの点が考慮されておらず、ポン
プ井への雨水流入量を高精度に予測するまでには至って
いない。

【０００６】また、降雨量からの予測結果によってポン
プ運転台数制御を行うことは、地下への浸透率（流出係
数）一つをとっても定数決定が困難で、管渠形状・勾配
の複雑さも加えパラメ−タが多く、一つの数式モデルで
は雨の降り方（小雨、集中豪雨等）により精度が変化し
てしまうなど、制御に必要な精度を満足できない場合が
非常に多い。

【０００７】このため、従来の制御方法は早目早目の追
加起動、遅めの停止といったポンプ井水位の低めの狭い
範囲で処理を行なわざる得ず、不必要なポンプの起動・
停止の繰り返しが多くなってしまう欠点がある。

【０００８】本発明の目的は、ポンプ井への雨水流入量
の予測精度を向上させ、かつ不必要なポンプの起動・停
止を少なくすることができる排水ポンプ所のポンプ運転
台数制御方法および装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のポンプ運転台数制御方法は、合流式または
分流式下水道にて、排水区域内の降雨量データ、前記排
水区域内に降った雨水が流れる下水管渠内の水位デー
タ、および前記下水管渠から雨水が流れ込むポンプ所内
の一定時間前から現在までのポンプ井水位変化量データ
を基にして、ポンプ井への雨水流入量を予測し、その予
測した雨水流入量、前記ポンプ井の水位データ、前記ポ
ンプ所内の雨水が放流される河川等の水位データ、およ
び前記ポンプ所内の雨水を前記河川等に放流するポンプ
群の運転状態のデータを基にして、複数のポンプ運転組
合せ案を生成し、そのポンプ運転組合せ案の１つ１つに
対して一定時間経過後までのシミュレーションを行い、
そのシミュレーションの結果、評価が最も良いポンプ運
転組合せ案によって前記ポンプ群の運転台数を制御する
ことである。

【００１０】そして、前記評価が最も良いポンプ運転組
合せ案を求める場合には、前記ポンプ井の水位の適切さ
・ポンプの起動停止または切替量の少なさ・ポンプ運転
時間のばらつきの少なさ・所要電力量の少なさを、先験
的知識により予め決定しておいたメンバーシップ関数に
よって予測演算するとともに、それらの予測演算量をフ
ァジィ量として評価し、その評価結果に対して予め先験
的な知識により決定しておいた荷重値により荷重平均を
求め、その荷重平均が最大となるポンプ運転組合せ案を
前記評価が最も良い案として採用する。

【００１１】また、前記ポンプ井への雨水流入量を予測
する場合には、タンクモデル、ＡＲＭＡモデル、ＲＲＬ
モデル、水理モデルなどの複数の流入量予測モデルを雨
の降り始めから並列に動作させて、前記各流入量予測モ
デルによる予測流入量と実際の流入量との差を求め、そ
の差が最も小さい流入量予測モデルを採用するととも
に、その採用した流入量予測モデルが最適か否かの見直
しを一定時間毎に行うようにする。

【００１２】なお、前記下水管渠内の水位データが入力
できない場合には、前記ポンプ群の実際の吐出量と前記
ポンプ井水位変化量データを基にして、ポンプ井水位・
貯留量対応表により、前記ポンプ井への雨水流入量を予
測する。

【００１３】また、本発明のポンプ運転台数制御装置
は、合流式または分流式下水道にて、排水区域内の降雨
量データ、前記排水区域内に降った雨水が流れる下水管
渠内の水位データ、および前記下水管渠から雨水が流れ
込むポンプ所内の一定時間前から現在までのポンプ井水
位変化量データを基にして、ポンプ井への雨水流入量を
予測する予測手段と、その予測した雨水流入量、前記ポ
ンプ井の水位データ、前記ポンプ所内の雨水が放流され
る河川等の水位データ、および前記ポンプ所内の雨水を
前記河川等に放流するポンプ群の運転状態のデータを基
にして、複数のポンプ運転組合せ案を生成し、そのポン
プ運転組合せ案の１つ１つに対して一定時間経過後まで
のシミュレーションを行い、そのシミュレーションの結
果、評価が最も良いポンプ運転組合せ案によって前記ポ
ンプ群の運転台数を制御する制御手段と、を具備するも
のである。

【００１４】

【作用】従来の自動制御方式であるポンプ井水位のみに
よる後追い制御（フィ−ドバック）やポンプ井への流入
予測に基づくフィードフォワード制御では、急激な水位
変化に対処できない場合があり、台風、雷雨等の集中豪
時等は、操作員が降り始めと同時に予めポンプの始動を
行なっている等、操作員に負担がかかるほか、熟練を要
する作業となってしまっている。これに対して、本発明
では、排水区域内の降雨量だけでなく、下水管渠内に存
在する雨水の量等も考慮した、総合的な降雨情報によっ
てポンプ井への流入量を予測しているので予測流入量の
精度が高くなって、その予測流入量に基づいて予測制御
（フィ−ドフォワ−ド）を行うようにすれば、常に先を
見越した最適制御の実現を図ることができる。

【００１５】また、ポンプ井への流入量を求める手法と
して、タンクモデル、ＡＲＭＡモデル、水理モデル、Ｒ
ＲＬモデル等の多くの数学モデルに基づく予測方式が研
究開発されている。現状では、これらうちの１モデルを
使用して流入量を求めているが、適用しようとするポン
プ所の排水区域の流出状況、管渠形状、敷設距離、勾配
等のパラメ−タによって適用モデルが限定されるととも
に、雨の降り方でも精度が期待通りに得られない。そこ
で、本発明では、複数のモデルを用意してそれらを並列
的に動作させ、一定時刻後より、予測値と実際の流入量
との相関を求め、相関の最も高いモデルを一定期間採用
する。さらに一定時間後に、再度、相関を求め現在採用
しているモデルが妥当か否か見直しをすることにより、
精度の高い予測を行なうことができる。雨の降り始め
は、予め決めておいたモデル又は前回の降雨時の最後に
使用していたモデルを採用する。

【００１６】さらに、ポンプ所は排水区域に降った雨水
を速やかに河川等に放出し、排水区域の浸水等を回避す
ることが主な目的であるが、ポンプ所並びにポンプ所付
近のの浸水は復旧に多大の時間を要するため、絶対に避
けなければならない。また、ポンプは空気を吸い込むと
管内で振動を起こしポンプ自身に損傷を与える（キャビ
テ−ション）恐れがあり、ポンプ井水位にかなりのウェ
イトをおいてポンプの運転量を決定している。この他に
操作員は特定のポンプに負荷（運転）が偏らないように
配慮し、ポンプの始動時の遅延時間、ポンプ停止後の再
起動までの始動禁止時間等を考慮し、なるべく早目に起
動、できるだけ遅く停止するように操作している。そこ
で、本発明では、(イ)ポンプ井水位を一定範囲内に維持
すること、(ロ)ポンプ運転時間を平準化すること、(ハ)
運転切替量（回転数可変能力ポンプ）を少なくするこ
と、(ニ)運転切替回数（ＯＮ／ＯＦＦ型の固定能力ポン
プ）を少なくすること、といった課題に対しファジィ理
論を適用し、状態と評価の関係をメンバ−シップ関数と
して記述し記憶することによって、一般操作員でも熟練
操作員と同等の判断が行えるようにしている。

【００１７】また、複数の判断規準に優先順位としての
荷重を設け、操作員の意志決定に準じたポンプ運転制御
を行うようにする。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明
する。図１は一般的な排水ポンプ所システムの概要を示
したものである。図において、排水区域８に降った雨水
は下水管渠６を通りポンプ所９に集まってくる。ポンプ
所９では、制御装置１を用いてポンプ群５を運転し、集
まった雨水を河川に放流する。一般に排水ポンプ所シス
テムでは、雨水を自然流下によってポンプ所９に集める
ために、河川水位よりも低いところにポンプ井４および
ポンプ群５があり、流入雨水を適切に処理しなければポ
ンプ所自体が浸水してしまうと同時に、万一、ポンプに
よる放流が停止した場合には、排水区域内の浸水を引き
起こし、付近の住民に多大な損害を与える恐れがある。
このため、排水ポンプ所システムにおいては、適切なポ
ンプ運転制御を行うことが非常に重要なこととなってい
る。

【００１９】このようなポンプ運転制御の中心的役割を
なす制御装置１は、図に示すように流入予測部２とファ
ジィ制御部３とにより構成されている。

【００２０】流入量予測部２は、排水区域８内に設置さ
れた複数の雨量計７からの降雨量デ−タと、下水管渠６
内の複数個所に設置された管渠内水位計１２からの水位
デ−タと、ポンプ井４に設置されたポンプ井水位センサ
１０からの水位デ−タを入力とし、ポンプ井４と管渠６
内の貯留を考慮した系への雨水流入量を予測する。

【００２１】なお、図１では地上設備の雨量計を用いて
いるが、その代わりにレーダ雨量計を用いた場合でも、
本発明を適用することができるのは勿論である。

【００２２】ファジィ制御部３は、流入量予測部２から
の予測流入量とポンプ井水位センサ１０からのポンプ井
水位デ−タと、河川水位センサ１１からの河川水位デ−
タと、ポンプ群５の運転状況等を入力とし、現在から一
定時刻後までのポンプ群５の運転量を決定し、ポンプ群
５に対して運転指示を行なう。

【００２３】次に、流入量予測部２とファジィ制御部３
について詳細に説明する。流入量予測部２は図２のよう
に構成されている。流入量予測部２の処理の概要につい
ては既に述べたが、この流入量予測部２は、大別する
と、ポンプ井水位・貯留量対応表２６と前回から今回ま
でのポンプ井水位を用いて流入量を推定する流入量推定
部２２と、数学モデル等を使用して流入量を予測する流
入量演算部２１と、流入量推定部２２および流入量演算
部２１で求めた２つの流入量予測値のどちらかを採用す
る流入量採用部２４とで構成されている。

【００２４】流入量予測部２２では、ポンプ井水位・貯
留量対応表２６を検索するとともに、今回計測水位と前
回計測値記憶メモリ２５から読み出した前回計測水位の
データから、今回計測水位と前回計測水位の容積の差分
とポンプ総吐出量の和を求め、前回から今回までの流入
量を算出する（これを実績流入量とする）。（実績流入量）＝（今回水位での貯留量）−（前回水位
での貯留量）＋（前回から今回までのポンプ総吐出量）なお、検索した水位での貯留量が０の場合、流入量推定
は行なわない。

【００２５】流入量演算部２１は図３のように構成され
ている。周知のタンクモデル、ＡＲＭＡモデル、ＲＲＬ
モデル等の流入予測モデル２１１を複数個並列に持ち、
ポンプ井水位計測値、降雨デ−タを入力とし、それぞれ
が次回までの流入量を予測する。予測結果はモデル出力
結果記憶統計処理部２１２と流入量演算結果出力部２１
５に入力される。モデル出力結果記憶統計処理部２１２
はそれぞれの予測結果と流入量推定部２２からの流入量
推定値を統計情報記憶メモリ２１３に記憶し、一定個数
記憶されると各モデルの予測結果と実績としての流入量
推定値との相関を計算する。

【００２６】流入量推定部２２で算出した流入量の実績
値は、前回の実績であるため、相関係数は、モデル出力
結果記憶統計処理部２１２に記憶された前回の各モデル
の予測値との間で算出する。各モデルの出力結果の相関
係数は統計評価・採用モデル決定部２１４に入力され、
相関係数の最も大きいモデルが記憶される。すなわち、
今回の予測モデルの選択は、前回のモデルの適合度によ
って行なおうとするものである。

【００２７】流入量演算結果出力部２１５では、統計評
価・採用モデル決定部２１４の指示に従い、先に入力さ
れた複数モデルの予測結果より、一つの流入量予測値を
出力する。

【００２８】また、図２に示す流入量採用部２４では、
流入量推定部２２からの流入量推定値と流入量演算部２
１からの流入量予測値のうち、一方を予測流入量として
出力する。ここでの選択条件は、管渠内水位計１２が故
障しているならば、無条件に流入量演算部２１からの出
力を採用する。故障でなく且つポンプ井水位・貯留量対
応表２６が検索できる範囲であれば、流入量推定部２２
からの出力を採用する。また上記以外の場合は、流入量
演算部２１からの出力を採用する。

【００２９】次に、ファジィ制御部３は、図４に示すよ
うに、操作案生成部３１、予測演算部３２、定性評価部
３３、制御出力部３４および評価結果記憶メモリ３５に
より構成されている。

【００３０】操作案生成部３１は、複数台のポンプの全
ての運転組合せ案を生成し、その運転組合せ案を一つづ
つ予測演算部３２に出力する。運転組合せ案は、固定能
力（ＯＮ／ＯＦＦ）のポンプが５台あるならば、２の５
乗（２⁵）個＝３２個、６台あれば６４個あり、これら
の全てを生成する。仮りに５台のポンプのうち１台が可
変能力のポンプであって、その可変ポンプの能力が６０
〜１００％の範囲で設定できるとすると、１％単位で切
替えた場合に組合せ数は、４２×２×２×２×２＝６７
２個となる。

【００３１】可変能力ポンプの運転切替量により、ポン
プ台数が増えてくると組合せ数は爆発的に増える可能性
を持つ。このため、本実施例では可変ポンプの運転切替
量の最低単位ｎ％を任意設定できる機構とし、更に、ｙ
＝ｆ（ｘ）（ｙ：運転切替量）で表される関数ｆの定
義を可能とした。

【００３２】例えば、関数ｆがｆ（ｘ）＝ｘ² （ｘ：
整数）で表され、ｎ＝２であるとし、可変ポンプの現在
状態が７０％の能力で運転中であるとすると、操作案
は、ｘを０からｎ毎に変化させｙの値を加算、減算させ
てやると、０（６０以下はＯＦＦ），６６，７０，７４，８６，１
００％（例）６６＝７０−（２)²、８６＝７０＋（４)² と数を限定できる。

【００３３】また、ポンプの特性として、運転停止後の
一定時間は再起動禁止とする必要のあるポンプには、停
止後タイマを動作させタイマ値が０以外の場合は運転対
象としない手続きを持たせ、また運転起動直後はポンプ
の運転効果待ち時間として一定時間は停止対象としない
手続きを持たせている。

【００３４】予測演算部３２の内部構成を図５に示す。
予測演算部３２内にはポンプ１台毎に演算部３２１が設
けられている。演算部３２１は、揚程演算部３２１１、
吐出量演算部３２１２、累積運転時間演算部３２１４、
運転切替量演算部３２１６、所要電力量差演算部３２１
７により構成され、該当ポンプ吐出量、累積運転時間、
運転切替量、所要電力量差を出力する。

【００３５】なお、図５において、Ａ〜Ｉは予測演算部
３２への入力信号で、Ａは河川水位、Ｂはポンプ井１の
水位、Ｃはポンプ１の操作案、Ｄはポンプ１の現在状
態、Ｅは河川水位、Ｆはポンプ井ｎの水位、Ｇはポンプ
ｎの操作案、Ｈはポンプｎの現在状態、Ｉは予測流入量
の信号を示している。またＪ〜Ｎは予測演算部３２から
の出力信号で、Ｊは水位予測値、Ｋは運転切替量予測
値、Ｌは運転切替台数予測値、Ｍは所要電力量予測値、
Ｎは運転時間分散の信号を示している。

【００３６】全揚程演算部３２１１は、河川水位、該当
ポンプ井水位、全損失曲線を入力とし、全損失曲線と吐
出量・揚程曲線の交点である運転点を探索することで管
路損失を求め、さらに、（全揚程）＝（河川水位）−（ポンプ井水位）＋（管路
損失）を演算し、全揚程を出力する（ポンプ井水位と揚程につ
いては図１６参照）。

【００３７】吐出量演算部３２１２では、全揚程演算部
３２１１からの全揚程値と、操作案生成部３１からの自
ポンプの操作案を入力とし、ポンプ運転特性記憶メモリ
３２１３の記憶内容に基づき吐出量を演算する。ポンプ
運転特性記憶メモリ３２１３は、図１７に示すような吐
出量（Ｑ）、全揚程（Ｈ）、管路損失の関係を記憶した
記憶媒体である。図１７に示す全揚程は全揚程演算部３
２１１で求めた揚程に相当し、実揚程が変化することに
より、全損失曲線が上下に平行移動する。実際の吐出量
（Ｑ’）は、吐出量・揚程曲線と全損失曲線の交点によ
り運転点が決定され、その運転点より、垂線を下ろした
Ｑ軸との交点により決定される。なお、可変能力ポンプ
の場合は、図１８に示すように、吐出量・揚程曲線が運
転比率（％）により、相似形で縮小されるが吐出量の演
算は同じである。

【００３８】累積運転時間演算部３２１４では、前回ま
での累積運転時間を記憶した累積運転時間記憶メモリ３
２１５を参照した値に、操作案生成部３１からの操作案
が運転を指示したものであれば制御周期時間分を加算し
た値を、停止を指示したものであればメモリ３２１５か
らの参照値を出力する。すなわち、（運転時の累積運転時間）＝（前回迄の累積運転時間）
＋（制御周期：Δｔ）（停止時の累積運転時間）＝（前回迄の累積運転時間）となる。

【００３９】運転切替量演算部３２１６では、操作案生
成部３１からの操作案と、現在の自ポンプ運転状態との
差を求め出力する。（運転切替量）＝（操作案生成部３１からの操作案）−
（現在状態）所要電力量差演算部３２１７では、運転切替量演算部３
２１６の出力より、使用電力の増減を演算し、出力す
る。そして、これらの演算はポンプ台数分行なわれる。

【００４０】ポンプ井水位予測演算部３２２では、各ポ
ンプの吐出量の総和を求め、流入予測量との差を計算す
るとともに、現在ポンプ井水位と流入吐出量との差とに
より、ポンプ井水位・貯留量対応表２６を検索して、水
位を予測し、水位予測値を出力する。すなわち、（差分容積）＝（流入量）−（Σ（ポンプ吐出量））（現在水位による貯留量）＋（差分容積）の値により、
対応表検索する。

【００４１】運転切替量・台数演算部３２４では、可変
能力ポンプと固定能力ポンプとを分けて、可変能力ポン
プの切替量の絶対値の和を求め、可変能力ポンプ運転切
替量予測値として出力する。固定能力ポンプは、運転の
切り替わった（ＯＦＦ→ＯＮ，ＯＮ→ＯＦＦ）台数を計
数し、固定能力ポンプ運転切替台数予測値として出力す
る。

【００４２】所要電力量差和演算部３２５では、所要電
力量差の総和を求め、所要電力量予測値として出力す
る。

【００４３】固定能力ポンプ運転時間分散演算部３２６
では、各ポンプの累積運転時間の平均値を求め、分散を
演算し運転時間分散として出力する。

【００４４】予測演算部３２から出力された、水位予測
値、可変能力ポンプ運転切替量予測値、固定能力ポンプ
運転切替台数予測値、所要電力量予測値、運転時間分散
は定性評価部３３に入力され、定性評価部３３において
定性的評価が行なわれ総合評価値が出力される。

【００４５】定性評価部３３は、図６に示すように、水
位偏差評価部３３１、可変能力ポンプ運転切替量評価部
３３２、固定能力ポンプ運転切替量評価部３３３、所要
電力量差評価部３３４、運転時間分散評価部３３５、総
合評価部３３６、評価関数メモリ３３７およびゲイン記
憶メモリ３３８により構成されている。

【００４６】水位偏差評価３３１は、水位予測値を入力
として、目標水位と水位予測値の差分としての水位偏差
を求め、水位偏差を評価関数記憶メモリ３３７から読み
だした、予め先験的知識により決定しておいた図７〜図
１１に示すメンバ−シップ関数としての水位評価関数に
より、水位評価としての適合度を計算し出力する。

【００４７】同様に、可変能力ポンプ運転切替量評価３
３２は可変能力ポンプ運転切替量予測値を入力して、固
定能力ポンプ運転切替台数評価３３３は固定能力ポンプ
運転切替台数を入力してそれぞれ評価適合度を出力す
る。また、所要電力差評価３３４は所要電力差予測値を
入力して評価適合度を出力し、運転時間分散評価３３５
は運転時間分散を入力して分散の評価適合度を出力す
る。

【００４８】先験的知識により決定したゲインの記憶さ
れたゲイン記憶メモリ３３８から読みだしたゲイン（荷
重）により、上記５個の評価適合度に予め荷重平均値を
計算しておき、計算した荷重平均値が評価結果記憶メモ
リ３５に記憶された値よりも大きい場合、そのときの設
備運転組合せと荷重平均値を評価結果記憶メモリ３５に
記憶する。

【００４９】なお、予測演算部３２と定性評価部３３で
の処理は、操作案が無くなるまで繰返し実行される。そ
して、繰返し実行が終了した時点で、評価結果記憶メモ
リ３５に記憶されている運転組合せは、複数の評価項目
を同時に満足しえたものとなっている。これを制御出力
部３４でポンプに対して出力すると同時に、評価結果記
憶メモリ３５を初期化する。

【００５０】以上の処理は予め設定された制御周期で繰
返し実行される。

【００５１】図７〜図１１は本発明の特徴の一つである
メンバ−シップ関数の一例を示したものである。このメ
ンバーシップ関数によって、ポンプ運転組合せを制御出
力したと想定した場合、制御状態がどのようになるか予
測し、予測される結果を評価することができる。

【００５２】図７の水位偏差評価メンバ−シップ関数
は、目標水位から±１.０ｍの範囲が評価が高くなって
おり、制御範囲であることを示している。この水位偏差
評価メンバ−シップ関数から、±１.０ｍの範囲を外れ
ると評価が悪くなり、±３.０ｍを外れると評価できな
い非常に悪い状態であることが分かる。

【００５３】図８の運転時間分散評価メンバ−シップ関
数は、分散が０の場合に最も評価が高く、分散値が大き
くなるにつれ評価が小さくなっている。分散が０とは、
固定能力ポンプの運転時間が全て等しいこと、つまり運
転時間が平準化されていることを示す。

【００５４】図９の固定能力ポンプ運転切替台数評価メ
ンバ−シップ関数は、１台も運転切替（ＯＦＦ→ＯＮ，
ＯＮ→ＯＦＦ）が無い場合に評価が最も高く、運転台数
を増やすことも停止することも同等に評価が下がる。こ
れは、起動又は停止することにペナルティを与え、でき
る限り運転操作切替を行なわないようにしたいことを示
している。

【００５５】図１０の可変能力ポンプ運転切替量評価メ
ンバ−シップ関数は、運転切替量の絶対値の和を評価す
ることより、運転量を切替ない方が評価が高く、つまり
操作量を替えない方が良いとしていることを示してい
る。

【００５６】図１１の所要電力量評価メンバ−シップ関
数は、運転量を減らせば電力は減り、運転量を増やせば
電力は増えることを率直に評価することを示している。

【００５７】以上のメンバーシップ関数による動作例を
図１２と図１３に示す。図１２では、三角・四角・丸・
バツ印で示される操作案を予測演算した結果、水位偏
差、運転時間分散、固定能力ポンプ運転切替台数、可変
能力ポンプ運転切替量、所要電力量がそれぞれ予測さ
れ、評価関数としての図７〜図１１のメンバ−シップ関
数で評価したところ、図１３に示すように、総合満足度
で丸案が最大となる案であることを発見した例である。
この場合、水位偏差の評価値（適合度）に対するゲイン
（荷重）を０.６、運転時間分散、運転切替台数、運転
切替量、所要電力量の評価値に対するゲインをそれぞれ
０.１に設定した。なお、ゲインを変更すると全く違っ
た解を得ることができる。

【００５８】図１４は従来技術によるポンプ運転制御の
動作を示している。図１４（ａ）に示すように、５台の
固定能力ポンプが設けられ、運転順序は１→２→３→４
→５→１とサイクリックに使用する約束となっている。

【００５９】図１４（ｂ）に示すように、ポンプ井の水
位が平常水位（ＭＷＬ）を越えた時点で１台目のポンプ
の運転を開始し、時間が経過して水位が平常上限水位
（ＨＭＷＬ）を越えてしまってから、２台目のポンプの
運転を開始している。ここから、タイマ１（ここでは、
動作を顕著に示すため、通常より長いタイマ値としてい
る）を起動し、タイマ１時間経過後、水位が平常水位
（ＭＷＬ）を下回っていないため、３台目のポンプの運
転を開始している。３台目のポンプを追加したが水位が
上限水位（ＨＷＬ）を越えてしまい、４台目のポンプの
運転を開始している。上限水位（ＨＷＬ）を越えたた
め、平常上限水位（ＨＭＷＬ）を越えた時の間隔より短
い周期で５台目のポンプの運転を開始している。

【００６０】そして、水位が下がり始めて、上限水位
（ＨＷＬ）を下回った時点より、先に運転を開始した順
に、すなわち、１台目、２台目、３台目、４台目、５台
目の順に順次ポンプを停止させている。

【００６１】このように、従来の制御方法ではポンプ起
動水位（ＭＷＬ，ＨＭＷＬ，ＨＷＬ）を水位が越えると
即ポンプの追加運転を開始するわけではなく、一定時間
監視して、その間に水位が下がればポンプの追加運転は
行なわず、一定時間経過後もポンプ起動水位を越えてい
ればポンプの追加運転を行なうようにしていた。

【００６２】図１５は本発明によるポンプ運転制御の動
作を示している。ポンプ井への流入量および５台の固定
能力ポンプの性能は、図１４の場合と同様である。

【００６３】本発明の場合、ポンプの運転順序は無く、
固定能力ポンプ運転時間分散評価による運転時間の平準
化にポンプ運転順序を委ねている。ポンプ井水位の制御
範囲は、平常上限水位（ＨＭＷＬ）から平常下限水位
（ＬＭＷＬ）の間であり、目標は平常水位（ＭＷＬ）と
している。

【００６４】図１５に示すように、平常水位（ＭＷＬ）
を水位が越えても直ぐには１台目のポンプの運転は開始
されていない。水位が制御許容範囲を越えそうになる平
常上限水位（ＨＭＷＬ）近くで１台目のポンプの運転が
開始されている。１台目のポンプ起動は従来の制御方法
に比べて遅くなっているが、２台目以降は早く起動して
いるため、水位が上限水位（ＨＷＬ）に達すること無
く、制御範囲内で水位をうまくコントロ−ルできてい
る。ポンプの総運転時間も従来制御に比べ短くなってい
る。図１５の場合、次回のポンプの運転順は、今回運転
時間の短かった５→４→３→２→１の順序で使用され
る。この点からも従来の制御方法よりも、運転時間の平
準化が強く図られていることがわかる。

【００６５】上述した実施例は、分流式下水道における
雨水排水のためのポンプ台数制御について説明したもの
であるが、合流式下水道においても同様の考え方で適用
可能である。なお、合流式下水道に適用する場合には、
流入量推定部２２並びに流入量演算結果出力部２１５の
後に、日汚水流入パターンに基づく汚水流入量を加算
し、以下に続く処理を実行することで流入量の予測が可
能である。日汚水流入パターンは、雨水と違い、一定の
傾向があるため晴天時の日汚水変動パターンをあらかじ
め統計処理することによって得ることができる。

【００６６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ポンプ井への流入量を正確に予測するとともに、その予
測結果に対してファジィ制御部で複数のポンプ運転案を
考慮し、その中から制御結果の最も良いと判断される運
転組み合わせ案に基づいてポンプの運転を制御するの
で、許容範囲内での水位の安定化とポンプ運転時間の平
準化がを図ることができ、不必要なポンプの起動停止回
数が低減され、さらに電力を節約することが可能とな
る。

【００６７】また、操作員の運転案決定に関する知識を
先験的知識として取り込んでいるため、操作員の精神的
負担を軽減することができる。

【００６８】さらに、管渠内水位計の故障時、浸水等で
計測不能時等でも正確に流入量予測が行なえので、排水
ポンプ所システムの信頼性を向上させることが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】排水ポンプ所システムの概略図である。

【図２】流入量予測部の構成図である。

【図３】流入量演算部の構成図である。

【図４】ファジィ制御部の構成図である。

【図５】予測演算部の構成図である。

【図６】定性評価部の構成図である。

【図７】水位偏差評価メンバーシップ関数を示した図で
ある。

【図８】運転時間分散評価メンバーシップ関数を示した
図である。

【図９】固定能力ポンプ運転切替台数評価メンバーシッ
プ関数を示した図である。

【図１０】可変能力ポンプ運転切替台数評価メンバーシ
ップ関数を示した図である。

【図１１】所要電力量偏差評価メンバーシップ関数を示
した図である。

【図１２】図７〜図１１のメンバーシップ関数による動
作例を示した図である。

【図１３】図７〜図１１のメンバーシップ関数で評価し
た結果を示した図である。

【図１４】従来技術の制御方法によるポンプ運転動作を
示した図である。

【図１５】本発明の制御方法によるポンプ運転動作を示
した図である。

【図１６】ポンプ井水位と揚程を示した図である。

【図１７】ポンプ運転特性を示した図である。

【図１８】可変能力ポンプ運転特性を示した図である。

【符号の説明】

１制御装置２流入量予測部３ファジィ制御部４ポンプ井５ポンプ群６下水管渠７雨量計８排水区域９ポンプ所１０，１１水位センサ１２管渠内水位計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者依田幹雄茨城県日立市大みか町５丁目２番１号株式会社日立製作所大みか工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】合流式または分流式下水道にて、排水区
域内の降雨量データ、前記排水区域内に降った雨水が流
れる下水管渠内の水位データ、および前記下水管渠から
雨水が流れ込むポンプ所内の一定時間前から現在までの
ポンプ井水位変化量データを基にして、ポンプ井への雨
水流入量を予測し、その予測した雨水流入量、前記ポン
プ井の水位データ、前記ポンプ所内の雨水が放流される
河川等の水位データ、および前記ポンプ所内の雨水を前
記河川等に放流するポンプ群の運転状態のデータを基に
して、複数のポンプ運転組合せ案を生成し、そのポンプ
運転組合せ案の１つ１つに対して一定時間経過後までの
シミュレーションを行い、そのシミュレーションの結
果、評価が最も良いポンプ運転組合せ案によって前記ポ
ンプ群の運転台数を制御する排水ポンプ所のポンプ運転
台数制御方法。
【請求項２】請求項１記載のポンプ運転台数制御方法
において、前記評価が最も良いポンプ運転組合せ案を求
める場合には、前記ポンプ井の水位の適切さ・ポンプの
起動停止または切替量の少なさ・ポンプ運転時間のばら
つきの少なさ・所要電力量の少なさを、先験的知識によ
り予め決定しておいたメンバーシップ関数によって予測
演算するとともに、それらの予測演算量をファジィ量と
して評価し、その評価結果に対して予め先験的な知識に
より決定しておいた荷重値により荷重平均を求め、その
荷重平均が最大となるポンプ運転組合せ案を前記評価が
最も良い案として採用することを特徴とする排水ポンプ
所のポンプ運転台数制御方法。
【請求項３】請求項１記載のポンプ運転台数制御方法
において、前記ポンプ井への雨水流入量を予測する場合
には、タンクモデル、ＡＲＭＡモデル、ＲＲＬモデル、
水理モデルなどの複数の流入量予測モデルを雨の降り始
めから並列に動作させて、前記各流入量予測モデルによ
る予測流入量と実際の流入量との差を求め、その差が最
も小さい流入量予測モデルを採用することを特徴とする
排水ポンプ所のポンプ運転台数制御方法。
【請求項４】請求項３記載のポンプ運転台数制御方法
において、前記採用した流入量予測モデルが最適か否か
の見直しを一定時間毎に行うことを特徴とする排水ポン
プ所のポンプ運転台数制御方法。
【請求項５】請求項１記載のポンプ運転台数制御方法
において、前記下水管渠内の水位データが入力できない
場合には、前記ポンプ群の実際の吐出量と前記ポンプ井
水位変化量データを基にして、ポンプ井水位・貯留量対
応表により、前記ポンプ井への雨水流入量を予測するこ
とを特徴とする排水ポンプ所のポンプ運転台数制御方
法。
【請求項６】合流式または分流式下水道にて、排水区
域内の降雨量データ、前記排水区域内に降った雨水が流
れる下水管渠内の水位データ、および前記下水管渠から
雨水が流れ込むポンプ所内の一定時間前から現在までの
ポンプ井水位変化量データを基にして、ポンプ井への雨
水流入量を予測する予測手段と、その予測した雨水流入
量、前記ポンプ井の水位データ、前記ポンプ所内の雨水
が放流される河川等の水位データ、および前記ポンプ所
内の雨水を前記河川等に放流するポンプ群の運転状態の
データを基にして、複数のポンプ運転組合せ案を生成
し、そのポンプ運転組合せ案の１つ１つに対して一定時
間経過後までのシミュレーションを行い、そのシミュレ
ーションの結果、評価が最も良いポンプ運転組合せ案に
よって前記ポンプ群の運転台数を制御する制御手段と、
を具備する排水ポンプ所のポンプ運転台数制御装置。