CN103374938A - 供水运用控制装置 - Google Patents

Abstract

一种供水运用控制装置，细致地控制供水管网中的压力，高速地制定供水计划，有助于节省成本。具备：数据收集部，收集控制对象的供水管网的状态；操作量计算部，计算使供水管网内的压力适当的各供水站的控制指令，以通常的控制周期向供水站发送操作量；突变修正数据计算部，根据操作量，计算判定需求量的突变的阈值和在突变时计算操作量的修正式；突变判定部，将突变修正数据计算部计算出的阈值和来自数据收集部的传感器信息作为输入，判定需求量的突变；突变时操作量计算部，在突变判定部判定为需求突变时，根据修正式计算操作量；传送部，向各供水站发送控制指令，其中，突变判定部在判定为需求突变时，以比控制周期短的控制周期发送上述操作量。

Description

供水运用控制装置

技术领域

本发明涉及一种供水运用控制装置。

背景技术

在专利文献1中记载了实现供水控制系统的技术，其能够根据实时的过程数据对供水管网的状态进行模拟，针对包含各供水注入点的操作点自动地计算最佳的操作量并设定。

专利文献1：日本特开2006-104777号公报

发明内容

专利文献1的供水控制系统，在需求量在短期有很大变化的情况下，难以细致地计算适当地维持供水管网中的压力的操作量。因此，例如具有富余地将供水站的泵排出压力设定得高，有时会产生泵消耗功率的损耗。

为了解决上述问题，例如具备：数据收集部，其收集作为控制对象的供水管网的状态；需求预测部，其预测供水管网的需求量；供水计划制定部，其基于需求量的预测，制定供水站的运用计划；操作量计算部，其根据供水计划，计算使供水管网内的压力适当的各供水站的控制指令，以通常的控制周期向供水站发送操作量；突变修正数据计算部，其根据操作量，计算判定需求量的突变的阈值和在突变时计算操作量的修正式；突变判定部，其将突变修正数据计算部所计算出的阈值和来自数据收集部的传感器信息作为输入，判定需求量的突变；突变时操作量计算部，其在突变判定部判定为需求突变时，根据修正公式计算操作量；传送部，向各供水站发送控制指令，其中，突变判定部在判定为需求突变时，以比控制周期短的控制周期发送上述操作量。

根据本发明，能够提供一种细致地控制供水管网中的压力，有助于节能和节省成本的供水运用控制装置。

附图说明

图1是表示供水运用控制装置的第一实施方式的结构例子的图。

图2是供水运用控制装置的硬件框图。

图3是与供水运用控制装置连接的供水站的设备和控制装置的结构图。

图4是表示记录在供水计划存储部中的供水计划的表。

图5是表示记录在运用条件存储部中的供水站的累计供水量的上下限值的表。

图6是表示记录在分析条件存储部中的因泵能力造成的供水站的流量和全扬程的可控制范围的图。

图7是说明记录在压力控制准则存储部中的供水管网中的控制点的选择的图。

图8是表示记录在台数增减条件存储部中的供水站的泵运转台数的增减条件的图。

图9是表示通过突变修正数据计算部的处理计算的供水量变化时的压力的变化和所需要的排出压力的变化的表。

图10是表示需求量突变时的供水运用控制装置的操作量的计算定时的图。

图11是表示突变时操作量计算部的泵设施的排出压力的计算方法的图。

图12是表示突变判定部决定供水运用控制装置的操作量的流程的图。

图13是表示记录在水力分析采样存储部中的水力分析采样的流量分配的配置的图。

图14是表示记录在水力分析采样存储部中的水力分析采样的数据内容的表。

图15是表示水力分析采样部的处理中的供水泵设施消耗功率数据的近似的图。

图16是表示水力分析近似部的处理的流程图。

图17是表示供水运用控制装置的第二实施方式的结构例子的图。

图18是供水运用控制装置的第二实施方式所连接的供水站的设备和控制装置的结构图。

符号说明

101   供水运用控制装置

141   水力分析计算部

151   操作量计算部

152   突变修正数据计算部

154   突变判定部

155   突变时操作量计算部

161   供水计划制定部

162   水力分析采样部

163   水力分析采样存储部

164   水力分析近似部

具体实施方式

【实施例1】

以下，使用实施例参照附图详细说明第一实施方式。

图1是表示供水运用控制装置101的结构例子的图。

供水运用控制装置101具备水力分析计算部141、分析条件存储部142、压力控制准则存储部143、供水计划存储部144、操作量计算部151、突变修正数据计算部152、突变判定部154、突变时操作量计算部155、供水计划制定部161、水力分析采样部162、水力分析采样存储部163、水力分析近似部164、需求预测部165、运用条件存储部166、数据收集部171、传送部172。

供水运用控制装置101控制的对象是供水站A和供水站B。在本实施例中，只将供水站作为控制对象，但例如在供水运用控制装置的控制对象中包含具有阀、增压泵、高架水箱等的设施的供水管网中，包含上述设施而称为供水设施。在该情况下，根据需要可以将供水设施也看作供水站来作为后述的计划制定和控制的对象来处理。

从供水站A、供水站B这2个供水站向供水管网111进行供水，为了监视供水管网111内的状态，设置有远程传感器112、远程传感器113。

供水站A由供水池121、控制装置122、供水泵设备123、传感器124构成。供水站B由供水池131、控制装置132、供水泵设备133、传感器134构成。为了简化，没有记载向各供水站的供水池供给净水的净水厂等。实际上，各供水站通过与净水厂一起设置、或从净水厂经由输水管接受净水等来接受净水的供给。

各供水站的控制装置、各远程传感器经由通信网络与供水运用控制装置101连接。各供水站的传感器、各远程传感器向供水运用控制装置101的数据收集部171发送所测量的传感器数据。另外，从供水运用控制装置101的传送部172向各供水站发送控制泵、阀的指示值。

水力分析计算部141从操作量计算部151、操作量计算部151、突变修正数据计算部152的任意一个接收分析条件数据并作为输入，通过使用记录在分析条件存储部142中的供水管网111的模型等信息、作为供水管网111的需求量的信息而由水力分析采样部162输出的设定需求量或操作量计算部151计算的控制时刻推定需求量、从操作量计算部151、操作量计算部151、突变修正数据计算部152的任意一个接收到的计算条件，进行自来水的供水管网的水力计算的处理，作为输出而计算出供水管网的节点处的压力、供水管网的管路的流量、供水池的水位变化的推定值，发送到数据发送源的操作量计算部151、操作量计算部151或突变修正数据计算部152。

以下，将供水管网的节点处的压力、供水管网的管路的流量、供水池的水位变化称为供水管网的状态。水力计算是公知的技术，因此省略详细说明。

分析条件存储部142构筑由构成供水管网的管路的连接关系、各管路的口径、长度、流速系数、需求量的空间分布等构成的供水管网模型，作为成为水力分析计算部141的输入的供水管网111的模型，作为水力分析的条件而存储。另外，预先存储因所设置的泵能力而产生的供水站的可控制范围有关的信息。在后面的图6的说明中说明可控制范围。

压力控制准则存储部143记录与供水运用控制装置101的供水管网的压力控制有关的控制准则相关的信息。例如，记录供水站的控制模式的设定方法、供水管网中的控制点的选择方法等。

供水站的控制模式由以供水计划值为目标来控制供水量的流量控制模式、控制排出压力使得供水管网111内的压力分布适当的压力控制模式构成。

在如图1的供水管网111那样从多个供水站混合进行供水的供水系统的情况下，将一个供水站设为压力控制模式，将其他供水站设为流量控制模式。将在压力控制模式下控制的供水站称为压力控制供水站，将在流量控制模式下控制的供水站称为流量控制供水站。在供水管网中设置有具有阀、增压泵的设施，在将这样的设施也作为供水运用控制装置101的控制对象的供水设施而处理的情况下，也有适合于设定不只一个、而是多个压力控制模式的供水站的情况。

在后面的图7的说明中说明控制点的选择方法。

在根据记录在压力控制准则存储部143中的相同的压力控制准则的信息，向各供水站的控制装置发送的操作量的决定、供水计划制定部161所利用的水力分析结果的近似计算中利用操作量计算部151和水力分析采样部162。

需求预测部165、供水计划制定部161负责制定供水计划的功能。

供水计划是指在从该制定时刻起的预定（例如到1日后为止）的期间（以下称为计划制定期间）中，根据需求量的预测，制定各供水站要分担的供水量（以下称为分担供水量）所得的计划。在后面与图4的说明一起说明供水计划。

在包含高架水箱的供水管网中，不只是分担供水量的计划，还需要在计划中一起确定高架水箱的水位。

供水计划的制定例如每30分钟周期地进行，反映在该时刻得到的最新的信息地更新需求预测量、供水池水位的变化、供水站的分担供水量等。

通过定期的更新，能够进行运用控制来纠正根据相对于需求量的最初的预测的偏差所得的计划与系统状态的偏差，例如供水池水位的偏差、各供水站的分担供水量的1日累计值的偏差等。

分担供水量是指为了分担供给供水管网111的需求量而由供水站A、供水站B各自进行供水的流量。将在制定供水计划时确定供水管网的状态所需要的量总称为供水状态。具体地说，是各供水站的分担供水量乃至流量控制阀的流量、在包含高架水箱的供水管网中高架水箱的水位成为构成供水状态的量。如果在供水管网中存在进行开/关控制的增压泵，则理想的是在供水状态中还包含该增压泵的开/关状态。在本实施例中，供水状态由供水站A的供水量和供水站B的供水量构成。

需求预测部165将过去和当前时刻的实际供水量的数据作为输入，例如使用过去的实际供水量数据，构成根据过去和当前时刻的供水量预测将来的需求量的回归公式，进行将必要的实际供水量的数据代入到上述回归公式中的处理，输出计划制定期间的供水管网中的需求量的预测、即30分钟到1小时平均的需求预测量，向供水计划制定部161发送。另外，来自全部供水站的供水量的总和与供水管网中的总需求量一致，因此在需求预测部165中将实际供水量数据考虑为实际需求量数据来处理。进行需求预测的处理能够利用公知的技术，因此省略详细说明。

理想的是需求预测不只是预测供水管网全体的需求量，还与需求特性等对应地将供水管网分割为适当的区域，预测各区域的需求量。例如，在住宅多的地区、商业需求用户多的地区，水需求的利用模式不同，因此，通过对每个区域预测需求量，能够提高后述的水力分析计算的精度。

供水计划制定部161将通过需求预测部165计算出的需求预测量、存储在运用条件存储部166中的供水计划应该满足的条件和供水计划的评价函数作为输入，输出计划制定期间中的供水站的运用计划即供水计划。将在后面在图4的说明中与供水计划存储部144的记录内容一起说明作为输出的分担供水量的计划。

在成为供水运用控制装置101的控制对象的供水系统中有高架水箱的情况下，高架水箱的水位及其流入流出量也被包含在计划的对象中。

在供水计划制定部161的处理中，将计划制定期间的各时刻的分担供水量作为决定变量，记述为使记录在运用条件存储部166中的评价函数最小化的最优化问题，例如使用遗传算法等最优化技术，在记录在运用条件存储部166中的供水计划应该满足的条件的范围内改变决定变量来进行搜索，求解上述最优化问题，由此作为最优解而得到输出的供水计划。

作为预先存储在运用条件存储部166中的评价函数，例如可以使用将能够根据全部供水站的泵消耗功率量的总和等供水管网的状态计算出的指标值相加所得的函数。

作为最优化问题的记述及其解法，能够采用各种公知的技术，因此省略详细说明。

供水计划制定部161，当计算评价函数的值时，采用供水计划的候补，对后述的水力分析近似部164提供该供水计划作为输入，进行水力分析的近似计算，从水力分析近似部164的输出取得供水计划的制定所需的供水管网的状态的推定值，利用该状态的推定值来计算评价函数的值。

供水计划制定部161用于确定供水状态的时序，但根据各时刻的供水管网的状态计算评价函数的值。例如，通过对计划期间中的各时刻的供水站的消耗功率进行积分（求出总和），能够评价泵消耗功率量。对于各时刻的供水管网的状态，如果给出适当的信息，则并不一定必须通过水力分析计算部141按时序进行模拟，也能够对每个时刻独立地计算。在供水管网111的例子中，如果确定了需求量、供水站A的供水量和供水站B的供水量，则确定在存储在压力控制准则存储部143中的条件下进行控制时的各供水站的排出压力、供水管网内的各点的压力等。

将能够这样对每个时刻独立地推定供水管网的状态作为前提，后述的水力分析采样部162、水力分析采样存储部163、水力分析近似部164起到不每次进行水力分析计算部141的计算就近似各时刻的供水管网的状态的作用。另外，除了对每个时刻独立地进行评价以外，通过与供水计划制定部161的处理独立地由水力分析采样部162执行计算时间长的水力分析计算部141的处理，能够缩短供水计划制定部161的计算时间。

另外，并不一定必须只通过水力分析近似部164来进行供水计划制定部161的评价函数值的计算，如果是次数少的评价，则也可以由水力分析计算部141进行更细致的评价函数值的计算。如果次数少，则对供水计划制定的计算时间不产生很大影响，能够细致地进行评价函数值的计算。例如，在判定为最优化计算大致收敛为最优解时，供水计划制定部161也可以在以后的评价函数值的计算时，不向水力分析近似部164而是向水力分析计算部141发送分析条件数据，从水力分析计算部141接收水力分析结果，根据该水力分析结果计算评价函数值那样进行变更，由此可以得到基于更细致的评价指标的最优解。

供水计划存储部144存储通过供水计划制定部161计算出的供水计划，作为向各供水站的控制指令的目标值而提供给操作量计算部151。

在运用条件存储部166中，如上述那样预先记录供水计划应该满足的条件和供水计划的评价函数。在图5的说明中补充说明供水计划应该满足的条件。

水力分析采样部162将在压力控制准则存储部143中确定的压力控制准则的信息作为输入，如在后面的图13和图14的说明中所述那样进行水力分析结果的采样处理，使得能够针对通过供水计划制定部161求出评价的供水状态，由水力分析近似部164近似水力分析的结果，将该采样结果作为输出，记录在水力分析采样存储部163中。

水力分析采样部162能够与供水计划制定部161的供水计划的制定处理独立地执行。如果分析条件存储部142和压力控制准则存储部143的信息有更新，则随时进行处理，对水力分析采样存储部163的数据进行更新。

水力分析采样存储部163记录作为水力分析采样部162的输出的水力分析计算的采样结果，向水力分析近似部164提供信息。在后面的图13、图14和图15的说明中叙述记录内容。

水力分析近似部164将来自供水计划制定部161的供水状态的信息、记录在水力分析采样存储部163中的水力分析的计算结果作为输入，提取出所给出的供水状态附近的水力分析采样结果，进行在数值上对上述采样结果进行插补的处理，由此，以所给出的供水状态下的水力分析的计算结果的近似值作为输出，发送给供水计划制定部161。

在后面的图16的说明中说明水力分析近似部164的处理的细节。

操作量计算部151、突变修正数据计算部152、突变时操作量计算部155、突变判定部154负责根据供水计划和所收集到的数据计算向各供水站的控制指令的功能。

根据数据收集部171收集新数据的周期，以与该收集周期同等直到数倍的周期，进行控制指令（操作量）的计算和向供水站的传送。例如，在能够以1分钟为周期收集来自各供水站、远程传感器的数据的情况下，以1分钟～5分钟左右的范围内的周期进行控制指令的计算。

对于控制周期，如在图10和图12中说明的那样由突变判定部154判定需求量的变化处于通常范围内还是突变，基于判定，在上述范围内进行变更。

操作量计算部151将记录在供水计划存储部144中的供水计划、从数据收集部171接收到的控制时刻的传感器测量值作为输入，输出由跟踪已修正的供水计划并且将供水管网111内的供水压力保持为适当范围内的控制对象的各供水设施的控制模式和控制目标值构成的控制指令（操作量），经由传送部172发送到各供水设施的控制装置。

供水站的控制装置、例如控制装置132通过传送部172接收控制指令，控制泵设备使得跟踪控制指令所指定的控制模式和控制目标值。在后面的图3的说明中说明控制装置132的泵设备的控制。

本实施例的操作量是指压力控制供水站的排出压力、流量控制供水站的排出流量。不只在供水站中，在具有二次压控制阀的供水管网中，可以将二次压控制阀的二次压设为与压力控制供水站的排出压力相当而作为操作量进行处理。另外，在具有流量控制阀的供水管网中，可以将流量控制阀的流量设为与流量控制供水站的排出流量相当而作为操作量进行处理。

控制模式的决定方法可以使用记录在压力控制准则存储部143中的任意的方法。例如，可以将某供水站固定为压力控制模式下，将其他供水站固定为流量控制模式。另外，考虑与控制时刻的控制点的位置对应地将所确定的供水站选择为压力控制模式等。

在控制指令的计算处理中，例如能够利用以下的技术。例如，流量控制模式的供水站固定为如供水计划值那样供水，将作为希望求出的操作量的压力控制模式的供水站的排出压力作为决定变量，设为检索的对象。将两个控制模式的供水站的运转方法作为输入，确定决定变量使得根据水力分析计算部141所输出的水力分析计算结果而求出的后述的目标函数值最小化。

在目标函数中，可以选择后述的控制点处的通过水力分析计算部141计算出的压力值相对于预先设定的适当范围的脱离量等。在搜索最佳的决定变量的方法中，例如能够应用登山单纯形法等公知的最优化方法。

另外，为了得到管网内压力的良好控制性能，使用收集到的传感器数据计算该时刻的需求量而作为向水力分析计算部141的输入，代替来自需求预测部165的预测值。

在没有判定为需求突变的情况下，操作量计算部151以5分钟为周期（以下称为通常时控制周期）而执行，用于确定与供水管网的状态对应的适当的操作量。能够以5分钟为周期对应日常的需求量的变化。通过加长周期，操作量的变更次数减少，简化供水站的控制装置的控制处理。

突变修正数据计算部152将通过操作量计算部151确定的操作量作为输入，通过使用了水力分析计算部141输出的结果的处理，作为修正数据153输出判定需求量的突变的供水量的阈值、在突变时计算操作量的修正式。

上述修正式是在用该操作量控制供水设施时，根据上述阈值由突变判定部154判定需求量的急剧变化（以下称为突变）的情况下，在由突变时操作量计算部155计算操作量时利用的修正式。

在后面的图9的说明中说明突变修正数据计算部152的处理的细节。

修正数据153是通过突变修正数据计算部152计算的数据，由判定突变的压力控制供水站的供水量的阈值、需求突变时由突变时操作量计算部155修正操作量即压力控制供水站的排出压力时利用的修正式构成。

与图9和图11的说明配合地在后面说明修正数据153的细节。

突变时操作量计算部155将修正数据153和经由突变判定部154收集到数据收集部171中的信息作为输入，输出适当地维持供水管网内的压力的操作量。用突变时操作量计算部155所输出的操作量改写由操作量计算部151输出的操作量，并经由传送部172发送到各供水站的控制装置。

在后面的图11的说明中说明突变时操作量计算部155的处理的细节。

该实施例的突变时操作量计算部155所计算的操作量是压力控制供水站的排出压力。如上述那样，也能够同样地将二次压控制阀的二次压作为操作量进行处理。

在判定为需求突变，通过突变时操作量计算部155计算操作量的情况下，与来自数据收集部171的数据收集周期一致地，控制周期例如缩短为1分钟（以下称为突变时控制周期）。突变时操作量计算部155根据修正式计算操作量，因此计算速度足够快，只要判定为需求量突变则能够马上计算出操作量，并应用于供水站的控制中。

突变判定部154接收修正数据153、来自数据收集部171的传感器信息，进行判定需求量的突变的处理，依照判定结果将传感器信息数据作为操作量计算条件而向操作量计算部151和突变时操作量计算部155发送。另外，在突变时，将传感器信息数据作为修正数据更新条件发送到操作量计算部151，以便更新修正数据153。

突变判定部154在每次从数据收集部171收集判定所需要的信息、即压力控制供水站的供水量的数据时，例如每1分钟进行需求突变的判定。

在后面的图12的说明中叙述突变判定部154的处理的细节。

数据收集部171从各供水站、各远程传感器收集供水管网111的状态作为传感器信息和其他传送信息。

参照图2，说明供水运用控制装置的硬件结构。在图2中，供水运用控制装置101由CPU201、存储器202、介质输入输出部203、输入部205、通信控制部204、显示部206、外围设备IF部207、总线210构成。

CPU201执行存储器202上的程序。存储器202暂时存储程序、表等。介质输入输出部203保存程序、表等。输入部205是键盘、鼠标等。通信控制部204与网络220连接。显示部206是图1说明的显示器。外围设备IF部207是打印机等的接口。总线210将CPU201、存储器202、介质输入输出部203、输入部205、通信控制部204、显示部206、外围设备IF部207相互连接起来。

如通过图1和图2的对比所了解的那样，通过由CPU201执行程序来实现图1的供水运用控制装置101。

各供水站的控制装置、例如控制装置132也具有与供水运用控制装置101同样的硬件结构。

图3是第一实施方式的供水站B的设备和控制装置的结构图。供水泵设备133由泵1801、泵1802以及设置在各泵的排出口的排出阀1811、排出阀1812的各设备构成。

泵1801和泵1802设置有逆变器，是能够依照从控制装置132接收的控制信号改变泵转速的可变速泵。另外，各排出阀能够依照从控制装置132接收的控制信号变更开度。

传送信号340是从供水运用控制装置101的传送部172发送的信号，由该供水站的控制模式（压力控制或流量控制的任意一个）和该控制模式下的目标值（压力目标值或流量目标值）构成。

控制装置132将传送信号340和传感器134的测量值作为输入，使用传送信号340所指定的控制模式的控制部，输出供水泵设备133的各设备的控制信号，使得跟踪传送信号340所指定的控制目标值。

控制模式切换部330将传送信号340作为输入，读入传送信号340的控制模式信息，与控制模式信息为压力控制模式或流量控制模式的哪一个相对应地，分别将压力控制部331或流量控制部332选择为激活的控制部，向激活的控制部发送传送信号340的控制目标值。

传感器134测量供水站B的排出压力和排出流量（供水流量），发送到控制装置132。

台数增减条件存储部365存储在改变泵运转台数来进行控制的供水站中切换泵运转台数的条件。具体地说，存储设置在供水站中的泵的台数和各泵的能力特性、每个泵运转台数的运转状态范围、增减泵运转台数的条件的信息。在后面的图8的说明中说明泵运转台数的增减条件。

压力控制部331将传送信号340的排出压力控制目标值、传感器134的测量值作为输入，进行处理来判定上述排出压力控制目标值和上述测量值是否与记录在台数增减条件存储部1865中的泵台数增减条件对应，另外通过构成为使上述测量值的排出压力跟踪上述控制目标值的PI控制逻辑对可变速泵的转速和排出阀的开度进行计算处理，在与上述台数增减条件对应的情况下，输出要启动或停止的泵的启动或停止指令，另外输出上述可变速泵的转速和排出阀的开度，经由传送部1850发送到供水泵设备133，变更各设备的运转状态。

流量控制部332将传送信号340的排出流量控制目标值、传感器134的测量值作为输入，进行处理来判定上述排出流量控制目标值和上述测量值是否符合记录在台数增减条件存储部1865中的泵台数增减条件，另外通过构成为使上述测量值的排出流量跟踪上述控制目标值的PI控制逻辑对可变速泵的转速和排出阀的开度进行计算处理，在符合上述台数增减条件的情况下，输出要启动或停止的泵的启动或停止指令，另外输出上述可变速泵的转速和排出阀的开度，经由传送部1850发送到供水泵设备133，变更各设备的运转状态。

图4是表示记录在供水计划存储部144中的供水计划的表。作为例子，将3月13日的0：00～3月14日的0：00的24小时分为30分钟间隔的划分，针对各时刻确定各供水站的分担供水量、控制点。

针对由日期信息401和时刻信息402所确定的日期时间，用供水站A供水量信息404、供水站B供水量信息405向表示预测出的需求量的需求量信息403赋予各供水站的分担供水量。另外，控制点信息406表示在图7中后述的控制点。

图5是表示保存在运用条件存储部166中的供水站的累计供水量的上下限值的表。由与各供水站相关的1日的累计供水量的可共用的上下限值（最小值和最大值）的信息构成。

各时刻的供水量为后述的图6所示的设施能力应该满足的条件，而图5的表给出与1日的分担供水量的累计量对应的限制条件。例如接受来自其他自来水供应商的给水的供水站能够在各时刻在设施的能力的范围内改变供水量，但由于与其他供应商的合同，难以大幅度改变1日的累计量的供水量。

在供水计划制定部161中，通过在满足该表的条件的范围内搜索供水计划的候选，能够有助于上述合同的遵守。

图6是表示因记录在分析条件存储部142中的泵能力所产生的供水站中的流量和全扬程的可控制范围的图。以图3所示的供水站B为例子进行说明。在图表的可控制区域601中用网线表示的区域表示能够通过变更泵运转台数和可变速泵的转速来进行控制的供水量和全扬程（排出压力）的区域。

区域左下的曲线为使1台可变速泵以最小转速运转时的泵能力（性能）特性，区域右上的曲线为使全部泵（2台可变速泵）以最大转速运转时的并行泵能力特性。

分析条件存储部142针对各供水站保存可控制范围的信息。在水力分析计算部141中，对供水站的运转状态从可控制范围的脱离进行评价，向分析条件数据的发送源发送脱离的有无。

图7是说明在压力控制准则存储部143中记录选择方法的供水管网中的控制点的选择的图。在供水的控制中，要求在管网全体中使压力收敛为适当范围内，特别要求将压力低的点保持为最低限度必要的压力以上。因此，在计划期间中的各时刻，提取出在供水管网中重点管理压力的地点作为控制点。例如根据水力分析计算部141的计算结果，选择压力最低的一个节点作为控制点。

在需求量多的时间段，受到管道摩擦造成的压力损失的影响，在地理上离供水站远的地点压力低。另一方面，在需求量少的时间段，供水站的排出压力降低，因此与离供水站的地理距离无关地，在海拔高的地点压力低。

通过在各时刻提取出压力低点，发现上述压力低点的因时间产生的变化。

控制点可以从水力分析的全部节点中提取，或者也可以如控制点候选701、控制点候选702、控制点候选703那样限定候选，在候选中选择压力低点。

控制点的候选也可以不一定是远程传感器的设置位置。通过利用水力分析计算，能够将没有设置远程传感器的位置设为控制点。但是，并不是完全不需要远程传感器，为了提高水力分析计算的精度、提高控制性能，利用远程传感器的值是重要的。

图8是表示供水站的泵运转台数的增减条件的图。这些条件存储在控制装置132的台数增减条件存储部1865等中。

图8（a）是与排出压力无关地，将排出流量（供水量）跨过阈值而变化作为判定条件的台数增减条件。在图中，例如在排出流量跨过记载为“1台→2台”的流量阈值而增加时，供水站的控制装置使正在停止的1台泵启动，使得泵台数从1台增加到2台。例如在排出流量跨过记载为“2台→1台”的流量阈值而减少时，供水站的控制装置使正在运转的1台泵停止，使得泵台数从2台减少到1台。

增加运转台数的条件与减少运转台数的条件不一致而设置富余，是为了在运转状态在增减条件附近细微地变动时防止频繁的泵的启动/停止。例如，在条件（a）下将“1台→2台”的流量阈值设定得比“2台→1台”的流量阈值大。

另外，图8是全部具有相同类型的泵的供水站的增减条件的例子。组合地具有拥有不同能力的泵的供水站的增减条件更复杂，但增减条件由排出流量（供水量）、排出压力决定这一点不变。

控制装置132参照台数增减条件，判定排出流量、排出压力等运转状态的变化是否满足条件，由此进行供水站内的泵的启动/停止操作。另外，供水运用控制装置101的水力分析采样部162参照同样的台数增减条件，计算供水站泵的运转台数，用于各供水站的泵消耗功率的推定。

图9是表示通过突变修正数据计算部152的处理计算的、在供水量变化时的、控制点的压力的变化和为了将控制点的压力保持一定所需要的压力控制供水站的排出压力的变化的表。分别存在多个压力控制供水站的候选和控制点的候选，但在突变修正数据计算部152中，将由操作量计算部151选择出的一个压力控制供水站和一个控制点作为对象来构筑表。

在突变修正数据计算部152的处理中，以操作量计算部151所输出的操作量的状态为基准，向水力分析计算部141发送使需求量从基准的状态变化后的状态，计算从水力分析计算部141接收到的水力分析计算结果中的控制点的压力相对于基准的变化量。

另外，向水力分析计算部141发送在同样使需求量从基准变化的基础上针对各个需求量变化使排出压力进行各种变化后的状态，对需求量变化的每个条件，在从水力分析计算部141接收到的水力分析结果中选择能够将控制点的压力保持为与基准同等的排出压力的设定，计算压力控制供水站的排出压力相对于基准的变化量。

图9是一个表，其中种类信息901是使需求量从基准增加还是减少的种类，供水量信息902表示压力控制供水站的供水量，控制点压力变化量信息903表示控制点的压力的变化量，必要排出压力变化量信息904表示为了保持控制点压力所需要的排出压力变化量。

根据这些结果，突变修正数据计算部152例如如下这样计算修正数据153。在表的信息中，使用最小二乘法等确定系数k、n、kc、nc，使得以下的2个公式最好地拟合。

Hd-H0=k×（Qd^n-Q0^n）

Hc-Hc0=-kc×（Qd^nc-Q0^nc）

其中，Qd是供水量信息902的值，Hd-H0是必要排出压力变化量信息904的值，Hc-Hc0是控制点压力变化量信息903的值，Q0是基准的供水量，H0是基准的排出压力，Hc0是基准的控制点的压力。另外，x^y表示x的y次方。

在此基础上，如果假定控制点的压力变化的允许范围是±3m，则用以下的公式确定判定需求突变的供水量的阈值。

-3=-kc×（QdH^nc-Q0^nc）

+3=-kc×（QdL^nc-Q0^nc）

其中，QdL是需求突变的判定阈值（下限），QdH是需求突变的判定阈值（上限）。

修正数据153由表示必要排出压力的变化的修正计算式

Hd=（H0-k×Q0^n）+k×Qd^n           式（1）

和需求突变的判定阈值QdL、QdH构成。将确定修正式的系数中的供水量的乘数即n也设为可变，通过计算修正数据时的水力分析计算来确定。

如式1那样通过与供水量的乘方成正比的项和常数项的和计算排出压力的方法被称为推定末端压力恒定控制方式。在此所述的修正式成为基于推定末端压力恒定控制的修正式，是根据水力分析计算的结果导出其参数的方法。

修正数据153的构成方法并不限于该例子。例如，也可以如相对于基准±2%那样固定地确定需求突变的判定阈值。另外，排出压力的修正计算式、其系数导出方法也可以使用其他方法。

图10是表示需求量突变时的供水运用控制装置的操作量的计算定时的图。

在压力控制供水站的供水量的变化收敛于修正数据153的需求突变的判定阈值之间（图中网线部分）的情况下，突变判定部154将需求变化判定为通常，以5分钟的通常时控制周期进行操作量计算部151的操作量的发送。

在供水量的变化从判定阈值之间脱离的情况下，预想为控制点的压力超过允许范围地变化，因此，突变判定部154判定为需求突变。在判定为需求突变的情况下，突变时操作量计算部155使用修正数据153的修正计算式计算操作量，将该操作量传送到各供水站。突变时操作量计算部155的操作量的计算按照每1分钟的突变时控制周期进行，并被传送到供水站。进而，操作量计算部151和突变修正数据计算部都按照比通常时控制周期（5分钟）短的周期（例如3分钟，以下称为更新周期）从突变判定部154接收修正数据计算条件，更新修正数据153。

如果需求的变化在修正数据153的判定阈值之间持续推移，则需求的急剧变化收敛，突变判定部154判定为需求突变结束，恢复到通常的操作量计算部151的控制。

在后面的图12的说明中也说明突变判定部154进行的判定和操作量的计算。

图11是表示突变时操作量计算部155进行的排出压力的计算方法的图。修正数据153的修正计算式，作为通过基准的操作量的曲线，根据推定末端压力恒定控制方式，用式1表示。突变时操作量计算部155代入供水流量的测量值，根据修正计算式计算突变时的操作量（排出压力）。

该式可以根据供水量的测量值瞬时地计算，因此，能够迅速地修正泵设施的控制目标值。但是，在供水流量的变化增大时，与用于实现更细致的控制的操作量计算部151的计算值产生偏差。因此，定期地执行操作量计算部151和突变修正数据计算部152来进行修正数据153的更新。在后面的图12的说明中说明该修正数据153的更新处理。

图12是表示突变判定部154的操作量决定的流程的图。在每次通过数据收集部171在每1分钟收集传感器数据时，突变判定部154依照图12的流程图总括进行操作量的计算。

在步骤1202中，参照上一时刻的需求突变的判定来切换处理。在是通常模式的情况下，前进到步骤1203，在是突变模式的情况下，前进到步骤1205。

在步骤1203中，判定来自数据收集部171的供水量测量值是否处于修正数据153的判定阈值之间。如果处于阈值之间则判定为通常，前进到步骤1211，如果从阈值之间脱离则判定为突变，前进到步骤1204。

在步骤1204中，假设在当前时刻进入到需求的突变，转移模式而前进到步骤1205。

在步骤1205中，突变时操作量计算部155使用修正数据153的修正计算式和供水量测量值来计算操作量。

在步骤1206中，经由传送部172向各供水站的控制装置发送通过突变时操作量计算部155计算出的操作量。在每个传感器数据收集周期、即突变时控制周期进行发送。

在步骤1207中，判定供水量测量值是否持续操作量计算部151的通常控制周期（5分钟）以上处于修正数据153的判定阈值之间。在持续地处于阈值内的情况下，判定为恢复到通常，前进到步骤1210。否则判定为突变持续，前进到步骤1208。

在步骤1208中，判定从操作量计算部151和突变修正数据计算部152对修正数据153进行最后更新起是否经过了更新周期（3分钟）。在经过了的情况下判定为符合，前进到步骤1209。在没有经过的情况下判定为不符合，前进到步骤1214，然后结束处理。

在步骤1209中，操作量计算部151和突变修正数据计算部152进行修正数据153的更新，前进到步骤1214，结束处理。

在步骤1211中，判定是否从操作量计算部151进行的操作量的最后计算起经过了通常时控制周期（5分钟）。在经过了的情况下判定为符合，前进到步骤1212。在没有经过的情况下判定为不符合，前进到步骤1213。

在步骤1212中，操作量计算部151和突变修正数据计算部152进行操作量的计算和修正数据153的更新，前进到步骤1213。

在步骤1213中，经由传送部172向各供水站的控制装置发送通过操作量计算部151计算出的操作量，前进到步骤1214而结束处理。

通过突变修正数据计算部152、突变时操作量计算部155以及突变判定部154的处理，判定需求的急剧变化，通过能够进行高速计算的修正方法迅速地变更操作量，由此能够抑制供水管网中的压力的变动。另外，利用操作量计算部151的水力分析计算进行的细致的操作量的计算，通过从通常的5分钟缩短到更短的3分钟的计算周期（更新周期）更新修正方法的计算式，由此也能够细致地跟踪需求量的大规模变化地控制供水管网内的压力。

图13是表示记录在水力分析采样存储部163中的水力分析样本的流量分配的配置的图。

水力分析采样部162，针对能够由供水计划制定部161设定为决定变量的供水状态的范围，为了使后述的水力分析近似部164的近似具有充分的精度、例如2%以内，而以用一定间隔的点覆盖该供水状态的范围的方式决定进行采样的供水状态。具体地说，在供水运用控制装置101的试运行时由装置调试者进行精度的评价来适当地确定间隔即可。

图13表示从供水站A和供水站B进行供水的供水管网111中的采样的配置。需求量是2个供水站的供水量的和，Qa+Qb=（恒定）的直线表示针对同量的需求的分配。

用斜十字标志表示不满足记录在分析条件存储部142或压力控制准则存储部143中的限制条件供水状态，用圆圈表示满足限制条件的供水状态。在后面用图14说明是否满足限制条件的信息的记录。

另外，用三角形标志示例由水力分析近似部164求出水力分析结果的流量分配，用虚线长方形围住水力分析近似部164为了进行插补所利用的附近的采样点。在后面的图16的说明中说明水力分析近似部164的处理。

在该例子中，采样是二维平面，但在将具有更多的供水站的供水管网作为对象的供水运用控制装置101中，必须从更高维的空间进行采样。另外，在供水状态的构成量中不适合包含供水站供水量、水箱水位那样的连续量，而适合包含泵的开/关那样的离散量的情况下，理想的是对于离散量必须针对全部组合进行采样。

在如本实施例那样构成供水状态的量的个数不多的情况下，只通过对采样结果进行线性插补就能够得到充分的近似精度。

图14是表示记录在水力分析采样存储部163中的水力分析采样的数据内容的表的例子。水力分析采样存储部163针对图13所示的各采样点，记录了这样的表的信息。

记录在表中的项目可以是供水计划制定部161所需要的最小限的项目。例如，可以只记录供水站A的流量、供水站B的流量、限制条件的满足、总功率、控制点。

水力分析采样部162针对在图13的说明中说明了的采样点，依照记录在压力控制准则存储部143中的压力控制准则的信息，进行水力分析计算，将其结果记录在该表中。针对进行采样的供水状态，依照压力控制准则来提取出控制点，通过水力分析计算确定以该控制点的压力为目标值的各供水站的排出压力。另外，根据排出压力计算各供水站的消耗功率。在图15的说明中补充说明消耗功率的计算。在供水站的供水量和排出压力收敛到图6的可控制范围内，并满足其他应该满足的限制条件的情况下，判定为满足限制条件。组合上述水力分析计算的结果和上述判定的结果而记录到水力分析采样存储部163中。

图15是表示水力分析采样部162的处理中的供水泵设施消耗功率数据的近似的图。如图8所说明的那样，供水泵设施的泵运转台数并不只由该时刻的供水流量唯一地确定，具有依赖于供水流量的推移的滞后现象。因此，水力分析采样部162所计算的消耗功率如图15（a）那样并不只由流量分担唯一地确定，而是直到确定了泵运转台数为止才唯一确定。

因此，在水力分析采样部162中，如图15（b）那样进行近似使得根据流量唯一地确定消耗功率。例如针对能够设定2种泵运转台数的区域以用S字曲线平滑地将该区域连接起来的方式进行近似。

根据需求预测部165的预测结果制定供水计划，因此制定时刻的需求预测和控制时刻的需求中产生误差。因此，无法避免因泵运转台数的滞后现象造成的误差，因此，因进行上述近似造成的误差没有很大影响。

另外，关于滞后现象的近似，也可以在需求预测部165的需求预测更概然的期间中不进行上述近似，而对严格的泵消耗功率进行评价。可以考虑将水力分析计算部141与细致地计算评价函数值的方法组合起来。

例如，在通过供水计划制定部161判定为最优化计算大致收敛为最优解时，供水计划制定部161可以在以后的评价函数值的计算时，不向水力分析近似部164而向水力分析计算部141发送分析条件数据，从水力分析计算部141接收水力分析结果，进行变更以便根据该水力分析结果计算评价函数值，另外在从需求预测更概然的制定时刻起最近3小时的期间中，考虑到上述滞后现象的影响地细致地计算消耗功率量，得到细致地使消耗功率量最小化的供水计划。

图16是表示水力分析近似部164的处理的流程图。

在步骤1602中，针对通过供水计划制定部给出的供水状态，从水力分析采样存储部163中提取出其附近的采样点。

在步骤1603中，判定在步骤1602中提取出的全部采样点的水力分析结果是否满足限制条件。在全部点满足的情况下，前进到步骤1604。否则，前进到步骤1605。

在步骤1604中，通过对提取出的采样点的结果进行插补，计算上述供水状态的结果的近似值。在图13所示的例子的情况下，通过对围住上述供水状态的4个采样点的结果进行双线性插补而得到近似值。在更高维的情况下，通过对各量进行重复进行双线性插补的扩展的插补方法、即线性插补的插补处理，能够根据附近的采样点的结果进行插补。双线性插补是公知的技术，因此省略详细的说明。判定为该流量分配满足限制条件，输出通过插补得到的结果而结束处理。

在步骤1605中，判定为该流量分配无法满足限制条件，输出该结果而结束处理。

【实施例2】

参照附图说明第二实施方式。

图17是表示供水运用控制装置的第二实施方式的结构例子的图。与第一实施方式的不同点在于：突变判定部和突变时操作量计算部不是供水运用控制装置1701的结构，而是作为供水站的控制装置的控制装置1722、控制装置1732的结构。

图18是第二实施方式的供水站B的设备和控制装置的结构图。相当于第一实施方式的突变判定部154和突变时操作量计算部155的结构为突变判定部1854和突变时操作量计算部1855，在供水站的控制装置1732中。伴随着该变更，不只是操作量，还将修正数据153一起传送到供水站的控制装置。另外，来自突变判定部1854的修正数据153的更新指示作为传送信号1841从供水站的控制装置经由网络发送到供水运用控制装置1701。

另外，本发明并不限于上述的实施例，还包含各种变形例子。例如，上述的实施例是为了容易理解地说明本发明而详细说明的实施例，并不一定限定于具备所说明的全部结构。

另外，上述的各结构、功能、处理部、处理单元等例如也可以通过在集成电路中设计它们的一部分或全部等，而通过硬件实现。另外，例如也可以由处理器对实现各个功能的程序进行解释并执行，而通过软件实现上述的各结构、功能等。可以将实现各功能的程序、表、文件等信息存放在存储器、硬盘、SSD（固态驱动器）等记录装置、或IC卡、SD卡、DVD等记录介质中。

另外，控制线和信息线是为了说明上的需要而表示的，在产品上并不限于一定表示全部的控制线、信息线。实际上，也可以考虑将几乎全部的结构相互连接起来。

Claims (11)

1.一种供水运用控制装置，其特征在于，具备：

数据收集部，其收集作为控制对象的供水管网的状态；

需求预测部，其预测供水管网中的需求量；

供水计划制定部，其基于上述需求量的预测，制定供水站的运用计划；

操作量计算部，其根据上述供水计划，计算使供水管网内的压力适当的各上述供水站的控制指令，以通常的控制周期向供水站发送操作量；

突变修正数据计算部，其根据上述操作量，计算判定需求量的突变的阈值和在突变时计算操作量的修正式；

突变判定部，其将上述突变修正数据计算部所计算出的阈值和来自数据收集部的传感器信息作为输入，判定需求量的突变；

突变时操作量计算部，其在上述突变判定部判定为需求突变时，根据上述修正式计算操作量；以及

传送部，向各供水站发送上述控制指令，

上述突变判定部在判定为需求突变时，以比上述控制周期短的控制周期发送上述操作量。

2.根据权利要求1所述的供水运用控制装置，其特征在于，

在上述突变判定部判定为需求突变时，上述突变修正数据计算部进一步根据上述阈值和上述修正式计算上述操作量。

3.根据权利要求2所述的供水运用控制装置，其特征在于，

具备水力分析计算部，其进行推定供水管网内的节点处的压力和管路的流量的水力分析计算，

上述操作量计算部根据上述水力分析计算部的结果，提取出在供水管网中重点管理压力的控制点，计算将上述控制点的压力保持为预定的目标值的操作量，

另外，上述突变修正数据计算部导出对将上述控制点的压力保持为预定的目标值的操作量进行近似的修正式。

4.根据权利要求3所述的供水运用控制装置，其特征在于，

上述突变时操作量计算部所计算的操作量是供水站的泵排出压力和二次压控制阀的二次压的任意一个。

5.根据权利要求4所述的供水运用控制装置，其特征在于，

由上述突变修正数据计算部计算并由上述突变时操作量计算部利用的操作量的修正式是基于推定末端压力恒定控制方式的修正式。

6.根据权利要求3所述的供水运用控制装置，其特征在于，

具备：

水力分析采样部，其对上述水力分析计算部的计算结果进行采样；

水力分析采样存储部，其记录上述水力分析采样部的采样结果；以及

水力分析近似部，其根据上述水力分析采样部的记录，对水力分析计算的结果进行近似，

上述供水计划制定部根据上述水力分析近似部所计算的近似值，计算供水计划的评价函数值。

7.根据权利要求6所述的供水运用控制装置，其特征在于，

上述水力分析采样部对上述操作量计算部计算操作量的条件进行模拟，提取出在供水管网中重点管理压力的上述控制点，将把上述控制点的压力保持为预定的目标值的条件下的水力分析结果记录在上述水力分析采样存储部中。

8.根据权利要求7所述的供水运用控制装置，其特征在于，

上述水力分析采样部将供水站的供水流量、水箱的水位、流量调整阀的流量的至少任意一个作为构成供水状态的量，在使上述各量变化的条件下进行水力分析计算结果的采样。

9.根据权利要求8所述的供水运用控制装置，其特征在于，

上述水力分析近似部计算泵消耗功率、泵排出压力、水箱流入流出量、供水管网内的压力、由上述操作量计算部设为控制点的节点的至少任意一个，作为水力分析计算的近似值。

10.根据权利要求9所述的供水运用控制装置，其特征在于，

上述水力分析采样部在按照每个固定间隔使构成上述供水状态的量变化的条件下，进行水力分析结果的采样。

11.根据权利要求10所述的供水运用控制装置，其特征在于，

上述水力分析近似部针对记录在上述水力分析采样存储部中的水力分析计算的结果，从上述水力分析采样存储部中提取出包含所给定的供水状态的采样结果，针对提取出的上述采样结果，对构成各供水状态的量进行线性补插，由此计算近似值。

Images