JPH05303407A - 排水ポンプ所のポンプ運転台数制御方法および装置 - Google Patents

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】雨水ポンプ制御装置１は、雨水流入量予測部２
とポンプ台数制御３とにより構成される。雨水流入量予
測部２は、排水区域８内に設置された複数の地上雨量計
もしくはレーダ雨量計１３からの降雨データと、下水管
渠６内に設置された複数の管渠内水位計１２からの水位
データと、ポンプ井４に設置れたポンプ井水位計からの
ポンプ井水位データ１０と、ポンプ吐出量１４と実績流
入量とを入力とし、ポンプ井４への雨水流入量を予測す
る。ポンプ台数制御部３は、雨水流入量予測部２からの
予測流入量と、ポンプ井水位データ１０と河川水位計か
らの河川水位１１と、ポンプ群５のポンプ運転状態１４
等を入力とし、現在から一定時後までのポンプ群５の運
転量を決定し、これらポンプへの運転指示を行なう。

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・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、ポンプ井水位と運転台数の関係がマイコン
または計算機内記憶されており、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り換え点付近で水位の振動が発生
した場合、ポンプの起動，停止を繰り返すハンチング現
象を防止するために、起動水位と停止水位の間にヒステ
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。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いやす
く、実際は自動制御を用いずに熟練オペレータによる手
動運転に頼っている場合がほとんどである。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64−19
402 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。

【０００３】

【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、過去の雨水流入量（推定）を基にしてポン
プ井への雨水流入量の予測を行なっているので、雨水流
入量の予測精度に問題がある。すなわち、下水管渠の雨
水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。

【０００４】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
範囲で水位制御を行なわざるを得ず、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。

【０００５】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出来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。

【０００６】

【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、排水区域の雨
量データ、前記排水区域に降った雨水が流れる下水管渠
の水位データ、前記下水管渠から雨水が流れ込むポンプ
所内のポンプ井水位データ，ポンプ吐出量，実績流入量
を基にして、下水管渠を含む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
ポンプ運転組み合わせ案を生成し、そのポンプ運転組み
合わせの１つ１つに対して一定時間経過後までのシミュ
レーションを行ない、そのシミュレーション結果、評価
が最もよいポンプ組み合わせ案によって前記ポンプ群の
運転台数を制御することにある。

【０００７】そして、前記評価が最もよいポンプ運転組
み合わせを求める場合には、前記ポンプ井水位の水位の
適切さ・ポンプの起動停止または切り替え量の少なさ・
ポンプ運転時間のばらつきの少なさ・所量電力量の少な
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
組み合わせ案を前記評価が最もよい案として採用する。

【０００８】また、本発明のポンプ運転台数制御装置
は、排水区域の雨量データ、前記排水区域に降った雨水
が流れる下水管渠の水位データ、前記下水管渠から雨水
が流れ込むポンプ所内のポンプ井水位データ，ポンプ吐
出量，実績流入量を基にして、下水管渠を含むポンプ井
への雨水流入量を予測する手段と、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
データを基にして、複数のポンプ組み合わせ案を生成
し、そのポンプ運転組み合わせの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ない、そのシミ
ュレーションの結果、評価が最もよいポンプ運転組み合
わ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。

【０００９】

【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（フィードバック）では、急激な水位変
化に対応できない場合があり、台風，雷雨等の集中豪雨
時は、操作員が雨の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いる。これに対して、本発明では、
排水区域内の雨量だけではなく、下水管渠に存在する雨
水の量等も考慮した、総合的な降雨情報によって下水管
渠を含む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り、その予測流入量に基づいて予測
制御（フィードフォワード）を行なうようにすれば、常
に先を見越した最適制御の実現を図ることができる。

【００１０】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、ポンプ所ならびにポンプ所
付近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、
もしくは全揚程を大きく取るとキャビテーションを起こ
し、ポンプ自身に損傷を与えるために、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、（い）ポンプ井水位
を一定範囲内に維持すること、（ろ）ポンプ運転時間を
平準化すること、（は）運転切替量（回転数可変能力ポ
ンプ）を少なくすること、（に）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、（ほ）
所要電力が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ーシップ関数
として記述し、それらを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なえるようにして
いる。

【００１１】また、複数の判断規準に制御目標としての
荷重を設け、操作員の意志決定に準じたポンプ運転制御
を行なえるようにする。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

【００１３】図１は一般的な雨水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、雨水ポンプ制御装置１を用いて固
定ポンプ・可変速ポンプから構成されるポンプ群５を運
転し、雨水を河川に放出する処理を行なっている。一般
的な雨水排水ポンプ所では、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
ポンプ井およびポンプがあり、流入雨水を適切に処理し
なければポンプ所自体を浸水させてしまうと同時に、ポ
ンプによる放流停止が、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、雨水排水ポンプシステムにおいては、適切なポン
プ運転制御を行なうことが非常に重要なこととなってい
る。

【００１４】雨水ポンプ制御装置１は雨水流入量予測部
２とポンプ台数制御部３より構成される。

【００１５】雨水流入量予測部２は排水区域８内の複数
個所に設置された地上雨量計７もしくはレーダ装置１３
からの雨量データと、下水管渠６内の複数個所に設置さ
れた管渠内水位計１２からの水位データと、ポンプ井４
に設置された水位センサの水位データと、ポンプ吐出量
１４と、実績流入量とを入力とし、ポンプ井４と管渠内
貯留量を考慮した系への雨水流入量を予測する。

【００１６】ポンプ台数制御部３は雨水流入量予測部２
からの予測流入量とポンプ井水位データ，河川水位セン
サからの河川水位データ１１，ポンプ吐出量１４，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に指示を
行なう。

【００１７】次に、雨水流入量予測部２とポンプ台数制
御部３について詳細に説明する。

【００１８】雨水流入量予測部２は図２のように構成さ
れ、管渠内水位データ，ポンプ井水位，降雨データ，ポ
ンプ吐出量，河川水位より予測流入量２６を求める。

【００１９】図中、指数平滑フィルター２２は水位計測
値データのノイズを除去する作用，流入量予測演算部２
１からの出力を平滑化する作用をもつ。

【００２０】実降雨量演算部２３は排水区域内に設置さ
れた地上雨量計７もしくはレーダ装置１３からの排水区
域内の降雨データと排水区域内面積データ／流出係数デ
ータ２４から排水区域内８の下水管渠に流入する雨水量
（実降雨量データ）を見積る。

【００２１】排水区域内面積データ／流出係数データ２
４は排水区域内に設置された地上雨量計７もしくはレー
ダ装置１３からの降雨データに対応する各々の排水区域
内支配面積とその支配面積毎の流出係数を格納してお
く。

【００２２】計測データ記憶メモリ２５は指数平滑フィ
ルター２２を通過した各種水位データ，実降雨量データ
とその時系列データ，ポンプ吐出量データとのその時系
列データ，実績流入量とその時系列データを一時記憶
し、流入量予測演算部２１に出力する。

【００２３】実績流入量演算部２７は管渠内水位デー
タ，河川水位，ポンプ井水位―貯留量曲線対応表２８よ
り、下水管渠を含むポンプ井への実績流入量を算出す
る。

【００２４】ポンプ井水位―貯留量曲線対応表２８はポ
ンプ井水位と下水管渠を含むポンプ井貯留量との対応関
係を記憶しておき、その対応関係の詳細は図１９に示
す。

【００２５】流入量予測演算部２１は排水区域に降った
雨水が流れる下水管渠内水位データ，実降雨量データと
その時系列データ，ポンプ吐出量，実績流入量とその時
系列データから予測流入量２６を算出する。

【００２６】さらに、流入量予測演算部２１について図
３を用い詳細に説明する。

【００２７】流入量予測演算部２１は図に示すように入
力層２１１１，中間層２１１２，出力層２１１３から成
る３層神経回路網モデルから構成される。神経回路網モ
デル２１１の動作は、各々正規化された実降雨量デー
タ，水位データ，ポンプ吐出量，実績流入量からなる入
力信号が、神経回路網モデル２１１に提示（加えられる
と）されると、瞬時に神経回路網モデルの出力信号とし
て予測流入量２６が出力される。この神経回路網モデル
２１１からの予測流入量２６がポンプ台数制御部３の入
力となる。

【００２８】以下、神経回路網モデル２１１についての
動作を図４を用い説明を加える。

【００２９】図４は神経回路網モデル２１１を構成する
１つのユニットであるニューロン素子モデル４１を示
す。ここで、ニューロン素子モデルへの入力信号Ｘ１，
Ｘ２‥‥Ｘｎは、値域（０，１）を取るもので、シナプ
ス荷重Ｗ１，Ｗ２‥‥Ｗｎは、値域（−∞，＋∞）を取
るものである。ここで、ｉ番目の入力信号Ｘｉからニュ
ーロン素子モデルへ伝わる入力ｕｉを

【００３０】

【数１】

【００３１】とすると、ニューロン素子モデル４１への
総入力Ｕは、

【００３２】

【数２】

【００３３】となる。

【００３４】また、ニューロン素子モデル４１の出力Ｙ
は、

【００３５】

【数３】

【００３６】で与えられる。ここで、Ｕ０はニューロン
素子モデルのしきい値（バイアス）である。

【００３７】本発明では、上記述べたニューロン素子モ
デル４１を、図３で示した階層構造２１１のように、層
状に配置し、各ニューロン素子モデルからの出力信号を
次層の各ニューロン素子モデルへの入力信号とする構成
をもつ神経回路網モデル211とする。

【００３８】上記、ニューロン素子モデル４１および神
経回路網モデル２１１に関しては、文献（The MIT Pres
s,Neurocomputing Foudations Of Research，1988，Ｐ
Ｐ318−362）を参照されたい。

【００３９】また、本論文では、ある入力信号パターン
を入力層２１１１に与えたとき、出力層２１１３からの
出力信号が期待すべき信号、すなわち教師信号となるよ
うに、両者の誤差に応じて中間層２１１２および出力層
２１１３の各ニューロン素子モデルへのシナプス荷重を
修正する学習アルゴリズムが示されている。この学習ア
ルゴリズムはバックプロパゲーション法（誤差逆伝搬
法）とよばれる。

【００４０】本発明において、神経回路網モデル２１１
を雨水流入量予測に適用する際には、入力信号（実降雨
量データ，水位データ，ポンプ吐出量，実績流入量）と
その入力信号に対応する教師データ（予測流入量）を複
数パターン設け、上記バックプロパゲーション法により
各々の入力信号とその入力信号に対応する予測流入量を
神経回路網モデル２１１に学習させておく必要がある。

【００４１】本発明においては、神経回路網モデル２１
１の学習は雨水ポンプ制御装置１に適用する以前に終了
させておく。

【００４２】図５はポンプ台数制御部３の構成を示した
ものである。ポンプ台数制御部３は操作案生成部３１，
予測演算部３２，定性評価部３３，制御出力部３４，評
価結果記憶メモリ３５より構成される。

【００４３】操作案生成部３１は、ポンプ所９内に設置
されたポンプ群５の全ての運転組合わせを生成し、一つ
ずつ組合わせを予測演算部３２に出力する。運転組合わ
せは、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
内１台が可変能力のポンプであるとすると、可変ポンプ
は能力の６０〜１００％の範囲を設定できることより、
１％単位で切替ると組合わせ数は、４２×２×２×２×
２＝６７２個となる。このように、可変能力ポンプの運
転切替量により、可変ポンプ台数が増えてくると組合わ
せ数は爆発的に増えてしまう。このために、可変ポンプ
の運転切替量の最低ｎ％を任意設定できる機構とし、次
のような処理を追加することで組み合わせ数を削減す
る。

【００４４】例えば、可変ポンプの切り替え量を次の
（４）で示す関数で与える。また、本実施例では可変ポ
ンプ運転の運転切り替え量の最低ｎ％設定できるものと
した。

【００４５】

【数４】

【００４６】ここで、ｘ：整数例えば、ｎ＝２とし、可
変ポンプの現在の運転状態が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毎変化させｙの値
を現在の運転状態に加算，減算させることで次のように
求めることが出来る。

【００４７】操作案：０（６０以下はＯＦＦ），６６，
７０，７４，８６，１００％ ｅｘ）６６＝７０−（２)²，８６＝７０＋（４)² このようにして操作案を有限個の組み合わせ数に限定す
る。

【００４８】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，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
きを持たせた。

【００４９】予測演算部３２は、図６に示した構成をと
る。ポンプ１台毎に演算部３２１を持ち、演算部３２１
は、全揚程演算部３２１１，吐出量演算部３２１２，ポ
ンプ運転特性記憶メモリ３２１３，累積運転時間演算部
３２１４，累積運転時間記憶メモリ３２１５，運転切替
量演算部３２１６，所要電力量差演算部３２１７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。

【００５０】全揚程演算部３２１１は、河川水位，該当
ポンプ井水位，該当ポンプ吐出量を入力とし、（５）式
により全揚程を演算する。

【００５１】

【数５】

【００５２】図１７にポンプ吐出量と揚程の関係につい
て示した。

【００５３】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からのポ
ンプ所内ポンプ群の操作案を入力とし、ポンプ運転特性
記憶メモリ３２１３に基づき、ポンプ吐出量を演算す
る。ポンプ運転特性記憶メモリ３２１３は図１７に示す
吐出量（Ｑ）と揚程（Ｈ）の関係を記憶した記憶媒体で
ある。

【００５４】図１７に示す全揚程は上記揚程演算部３２
１１で求めた全揚程が相当し、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、全揚程・吐出量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。可変能力ポンプの場
合は、全揚程・吐出量曲線が運転比率（％）により、相
似形で縮小される吐出量となるが吐出量の演算は同じで
ある。

【００５５】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。累積運転時間は次式に示す通
りである。

【００５６】

【数６】

【００５７】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、現在の該当ポンプ運転状態と
の差を求め出力する。運転切り替え量は次式に示す通り
である。

【００５８】

【数７】

【００５９】所要電力量差演算部３２１７では、運転切
替量演算部３２１６の出力より、使用電力の増減を演算
し、出力する。

【００６０】これらの演算は、ポンプ所内に設置された
ポンプ台数分行なわれる。

【００６１】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、(８)，（９）式より流入予
測量との差を計算し、現在ポンプ井水位と流入吐出量の
差とにより、ポンプ井水位―貯留量曲線対応表２８よ
り、水位を予測し、水位予測値を出力する。

【００６２】

【数８】

【００６３】

【数９】

【００６４】運転切替台・台数演算部３２４では、可変
能力ポンプと固定能力ポンプに分けて、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。

【００６５】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。

【００６６】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。

【００６７】定性評価部３３の構成を図７に示す。定性
評価部３３は、予測演算部３２からの水位予測値，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，運転時間分散を入力と
し、入力の定性的評価を行ない総合評価値を出力する。

【００６８】水位偏差評価部３３１は、水位の予測値を
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８に
示すメンバー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。

【００６９】同様に、可変能力ポンプ運転切替量評価３
３２では、可変能力ポンプ運転切替量予測値を入力し
て、図９に示すメンバーシップ関数にて評価適合度を出
力、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、図１０に示すメンバ
ーシップ関数にて評価適合度を出力、所要電力差評価３
３４は、所要電力差予測値を入力して、図１１に示すメ
ンバーシップ関数にて評価適合度を出力、運転時間分散
評価３３５は、運転時間分散を入力して、図１２に示す
メンバーシップ関数にて評価適合度を出力する。

【００７０】これらの５個の評価適合度に予め先験的知
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、荷重平均
値を計算し、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、評価結果記憶メ
モリ３５に、そのときの設備運転組合わせと荷重平均値
を記憶する。予測演算部３２と定性評価部３３を、操作
案が無くなるまで繰返し実行する。

【００７１】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わせは、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。

【００７２】これらの処理を予め設定された制御周期で
繰返し実行する。

【００７３】図１４には、ポンプ運転組合わせを制御出
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、本発明の特徴の一つ
であるメンバーシップ関数の例を示す。

【００７４】水位偏差評価メンバーシップ関数は、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。また、±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示されている。

【００７５】運転時間分散評価メンバーシップ関数は、
分散が０の場合最も評価が高い状態を示し、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を示
し、運転時間が平準化されていることを示す。

【００７６】固定能力ポンプ運転切替台数評価メンバー
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ってい
る。これは、起動することも、停止することにもペナル
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。

【００７７】可変能力ポンプ運転切替量評価メンバーシ
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、操作量を替えな
いことが良いとしていることを示している。

【００７８】所要電力量評価メンバーシップ関数は、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。

【００７９】これらの動作例を図１３に示す。図１３で
は、三角，四角，丸，バツ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１２のメ
ンバーシップ関数で評価される。図４に丸案が総合満足
度が最大となる案であることを発見する例を示す。

【００８０】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。

【００８１】ゲインを変更すると全く違った解を得るこ
とができる。

【００８２】図１５は、従来制御の動作を示している。

【００８３】５台の固定能力ポンプがあり、運転順序は
１，２，３，４，５，１と１から５をサイクリックに使
用する約束となっている。

【００８４】ポンプ井の水位が平常水位（ＭＷＬ）を越
えた時点で、１台目を運転開始している。更に時間が経
過し、水位が平常上限水位（ＨＭＷＬ）を越えてしま
い、２台目を追加運転している。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ＭＷＬを下回っていないため、３台目を追加運転して
いる。３台目を追加したが水位が上限水位（ＨＷＬ）を
越えていまい、４台目を追加運転開始している。ＨＷＬ
を越えたため、ＨＭＷＬを越えた時の追加間隔より短い
周期で、５台目を追加している。

【００８５】水位が下がり始めて、ＭＷＬを下回った時
点より、先に起動した順に従い順次停止している。

【００８６】従来制御は、ポンプ起動水位（ＭＷＬ，Ｈ
ＭＷＬ，ＨＷＬ）を水位が越えると即運転開始するわけ
ではなく、一定時間監視、その間に水位が下がればポン
プ運転は行なわない。一定時間経過後も水位を越えてい
れば追加運転を行なう。

【００８７】図１６は、図１５と同様の流入量の状態
で、本発明により、同じ５台の固定能力ポンプを運転し
た動作例である。

【００８８】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、ＨＭＷＬからＬＭＷＬの間であり、目標はＭＷ
Ｌにとしている。

【００８９】図１６の動作は、平常水位（ＭＷＬ）を水
位が越えても直ぐには１台目のポンプの起動は行なわれ
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台目の運転が指示されてい
る。１台目の起動は従来制御に比べ遅くなっているが、
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
くコントロールできている。ポンプの総運転時間も従来
制御に比べ短くなっている。本発明の場合、次回ポンプ
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。この点からも従来制御よりも、運
転時間の平準化が強く計られていることがわかる。

【００９０】

【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
測結果に対してポンプ台数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よいと判断される
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の平準化
が図ることができ、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。

【００９１】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。

【００９２】さらに、管渠内水位計の故障時、水位計へ
の浸水等で計測不能時でも正確に流入量予測がおこなえ
るので、排水ポンプ所の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】雨水処理システム概要図である。

【図２】雨水流入量予測部の構成図である。

【図３】流入量予測部の構成図である。

【図４】ニューロン素子モデルである。

【図５】ポンプ台数制御部の構成図である。

【図６】予測演算部の構成図である。

【図７】定性評価部の構成図である。

【図８】水位偏差評価メンバーシップ関数を示した図で
ある。

【図９】可変能力ポンプ運転切り替え台数評価メンバー
シップ関数を示した図である。

【図１０】固定能力ポンプ運転切り替え台数評価メンバ
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】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１３】図８〜図１２のメンバーシップ関数で運転組
み合わせで動作した図である。

【図１４】図８〜図１２のメンバーシップ関数で運転組
み合わせを評価した図である。

【図１５】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１６】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１７】ポンプ特性曲線とその運転点を示した図であ
る。

【図１８】可変ポンプ運転特性を示した図である。

【図１９】ポンプ井水位とポンプ所内貯留量，下水管渠
貯留量を示した図である。

【符号の説明】

１…雨水ポンプ制御装置、２…雨水流入量予測部、３…
ポンプ台数制御部、４…ポンプ井、５…ポンプ群、６…
下水管渠、７…地上雨量計、８…排水区域、９…ポンプ
所、１０…ポンプ井水位、１１…河川水位、１２…管渠
内水位計、１３…レーダ雨量計。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０５Ｂ 17/02 7740−3Ｈ (72)発明者 依田 幹雄 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか工場内 (72)発明者 鬼澤 均 茨城県日立市幸町三丁目２番１号 日立エ ンジニアリング株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】合流式・分流式下水道において、排水区域
   の雨量データ、前記排水区域に降った雨水が流れる下水
   管渠の水位データ、前記下水管渠から雨水が流れ込むポ
   ンプ所内のポンプ井水位データ，ポンプ吐出量，実績流
   入量を基にして、下水管渠を含む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データを基にして、複
   数のポンプ組み合わせ案を生成し、そのポンプ運転組み
   合わせの１つ１つに対して一定時間経過後までのシミュ
   レーションを行ない、そのシミュレーションの結果、評
   価が最もよいポンプ運転組み合わ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。
2. 【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、前記評価が最もよいポンプ運転組み合わせ案を
   求める場合には、前記ポンプ井水位の水位の適切さ・ポ
   ンプの起動停止または切り替え量の少なさ・ポンプ運転
   時間のばらつきの少なさ・所量電力量の少なさを、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み合わせ
   案を前記評価が最もよ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。
3. 【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、前記下水管渠とポンプ井への雨水流入量を予測
   するために、排水区域の雨量データ、前記排水区域に降
   った雨水が流れる下水管渠の水位データ、前記下水管渠
   から雨水が流れ込むポンプ所内のポンプ井水位データ，
   ポンプ吐出量，実績流入量を入力とし、実績流入量を出
   力する神経回路網モデルを有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。
4. 【請求項４】合流式・分流式下水道において、排水区域
   の雨量データ、前記排水区域に降った雨水が流れる下水
   管渠の水位データ、前記下水管渠から雨水が流れ込むポ
   ンプ所内のポンプ井水位データ，ポンプ吐出量，実績流
   入量を基にして、下水管渠を含むポンプ井への雨水流入
   量を予測する手段と、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データを基に
   して、複数のポンプ組み合わせ案を生成し、そのポンプ
   運転組み合わせの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ない、そのシミュレーションの
   結果、評価が最もよいポンプ運転組み合わせ案によって
   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。