JP2001182665A - ポンプ運転方法、ポンプ制御装置及びその記録媒体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 貯留施設側の水位を所定範囲内に保ちつつポ
ンプ吐出量を一定で運転することができるようし、処理
施設での安定な処理を図ることができるポンプ運転方法
／ポンプ制御装置を提供する。 【解決手段】 類似パターン探索部１３は、実績流入量
計測部１１により計測された現在の実流入量パターン
と、過去の実流入パターン記憶部１２に記憶されている
複数の（例えば１０日分の）過去の実流入パターンとを
用いて、同一時間帯において現在の実流入パターンに最
も類似している過去の実流入パターン（類似パターン）
を探索し、これを今後の流入量の予測パターンとする。
ピークカット流量演算部１４は、上記類似パターン探索
部１３により探索された類似パターンを用いて、ピーク
カット流量を演算する。ピークカット運転時間帯演算部
１５は、上記ピークカット流量でポンプ運転すべき時間
帯を求める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ポンプ運転方法、
ポンプ制御装置、及びその記録媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、下水処理場は、下水処理区域から
下水管渠を経て集められる流体（汚水、雨水等の液体）
を一時的に貯める為の貯留施設と、この流体を処理して
河川等に放流する処理施設と、この貯留施設に一時的に
貯留した流体を処理施設側へと輸送する為のポンプとを
有するものが建設されるようになってきている。このよ
うに貯留施設に一時的に汚水を貯留することによって、
放流先の河川に対する放出量をピークカットしたり、貯
留した汚水を、降雨終了後に処理施設にポンプで送水
し、処理した後に河川等に放流することが可能になる。

【０００３】上記ポンプを運転する場合、オン／オフ運
転やポンプ回転数運転が用いられている。オン／オフ運
転は、ポンプの吐出量（回転数）は一定であり、貯留施
設の水位レベルを計測し、この水位が予め決められてい
る起動レベルを越えた場合にはポンプをオンし、停止レ
ベルより下がった場合にはポンプをオフする。ポンプ回
転数運転は、貯留施設の水位を一定に保つように吐出量
（ポンプの回転数）を調節する運転方法である。この場
合、ポンプの吐出量は変動する。

【０００４】通常、上記ポンプの運転は、制御装置等に
よる自動運転となっている。

【０００５】図９（ａ）は上記オン／オフ運転、図９
（ｂ）は上記ポンプ回転数運転の一例を示す図である。

【０００６】図９（ａ）において、貯留施設５０は、貯
留槽５１、この汚水貯留槽５１に貯留される流体の水位
を計測するレベル計測部５２、貯留槽５１に貯留される
流体を揚水し処理施設側に送るポンプ５３、レベル計測
部５２により計測された水位レベルと、予め設定される
起動レベル、停止レベル（例えば、図上、点線で示して
あるレベル）とに基づいて、ポンプ５３をオン／オフ制
御する制御演算部５４を有する。制御演算部５４は、レ
ベル計測部５２により計測された水位レベルが、上記起
動レベルに達した（越えた）場合にはポンプ５３をオン
制御し、水位レベルが上記停止レベルに達した（下回っ
た）場合には、ポンプ５３をオフ制御する。尚、起動レ
ベル、停止レベルは、例えば、水位の許容範囲（上限、
下限）を意味する。

【０００７】図９（ｂ）において、貯留施設６０は、貯
留槽６１、この貯留槽６１に貯留される流体の水位を計
測するレベル計測部６２、貯留槽６１に貯留される流体
を揚水し処理施設側に送るポンプ６３、レベル計測部６
２により計測された水位レベルに基づいて、この水位レ
ベルが、予め設定される目標レベルとなるように、ポン
プ６３の回転数（吐出量）を制御する制御演算部６４を
有する。。

【０００８】ここで、処理施設側から見れば、処理施設
に流入する流体の量をなるべく一定に保ち、安定した処
理を行いたいという要求がある。しかしながら、上記オ
ン／オフ運転では、流体が一定量で流入するときと全く
流入してこないときとに極端に分かれる。そうかといっ
て、貯留施設側の水位レベルを無視して吐出量一定のオ
ン運転のみを行うと、例えば貯留施設への流入量が少な
い場合、水位レベルが停止レベルより下がった状態で無
理なポンプ運転を続けることになり、ポンプ故障を引き
起こし易い等の問題が生じる。あるいは、貯留施設側の
流入量が吐出量より多いと、汚水が貯留許容量をオーバ
ーし施設の浸水を引き起こしてしまう。

【０００９】一方、ポンプ回転数運転では、貯留施設へ
の流入量の変動等に影響されて、場合によっては処理施
設側への流入量が大きく変動する。

【００１０】このような貯留施設を有する下水処理場に
係わり、例えば特開平９−６２３６７号公報、特開平９
−６８１７０号公報に記載の発明が提案されている。

【００１１】上記特開平９−６２３６７号の発明では、
例えば雨量計から得られる降雨データに基づいて一定時
間先までに管渠内に流入する雨水流入量を予測し、これ
を用いて様々な処理を行ってポンプの運転台数及び回転
数を制御する方法を提案している。

【００１２】また、上記特開平９−６８１７０号の発明
では、将来の汚水流入量を予測し、更に現在・将来の状
況を元に、なるべく目標吐出量を変化させないように予
め作成されたメンバーシップ関数・ルール（その表１に
示すファジィ推論による目標吐出量演算ルール；例えば
目標吐出量を増やす／そのまま／減らす）に従い、汚水
ポンプの目標吐出量を決定する方法を提案している。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、ポン
プ運転は、吐出量が一定（あるいはなるべく変動しな
い）で、且つ貯留施設側の水位が許容範囲を越えないよ
うにすることが望ましいが、上記のようにオン／オフ運
転やポンプ回転数運転では問題がある。

【００１４】また、上記特開平９−６２３６７号の発明
では、一定時間先までに管渠内に流入する流入量を予測
する為に、雨量計等からの降雨データを用いており、降
雨による雨水の処理のみを対象としている（一般家庭等
から排出される汚水用の下水道や、合流式（汚水に加え
て雨水も流入する下水道）は対象としていない）と考え
られる。また、その目的は、管渠内の貯留量を適正な規
模とし、河川等の管渠系に対する雨水流出量を抑制し、
管渠の持つ貯留能力を有効に活用しようとするものであ
った。よって、汚水ポンプの吐出量を一定にしようとい
う発想はない。更に、目標吐出量の値によって必要な台
数の汚水ポンプを運転するので、複数の汚水ポンプを設
けるという設備投資が必要となる。

【００１５】また、上記特開平９−６８１７０号の発明
は、非定常に流入してく汚水を、流入量に係わらず処理
施設への吐出量をなるべく一定にすることを目的として
おり、汚水ポンプの吐出量を平準化し処理施設での安定
な処理を図ることを目標としているが、特に、最初から
吐出量一定を目指す制御ではなく、なるべく吐出量の変
動を少なくする為の制御であり、必ずしも充分な制御方
法とは言い切れない。

【００１６】また、汚水の流入量は、一日のうちの特定
の時間帯（朝、晩の食事時や風呂使用時間帯等）に集中
して多くなる傾向が見られるが、このような状況を考慮
した発想は従来技術には見られない。

【００１７】本発明の課題は、過去データを用いて流入
パターンを予測し、これに基づいて貯留施設側の水位を
所定範囲内に保ちつつポンプ吐出量を一定で運転するこ
とができるようにする吐出量とその運転時間帯を求める
ことにより、処理施設での安定な処理を図ることがで
き、またこれより吐出能力が比較的小さいポンプで済む
ようになり設備費等のコスト削減が期待できるポンプ運
転方法／ポンプ制御装置を提供することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明による請求項１記
載のポンプ制御装置は、下水管渠を経て流入してくる流
体を一時的に貯留する貯留場と、該流体を処理する処理
場と、該貯留場側から処理場側へ前記流体を輸送するポ
ンプとを有する下水処理場における該ポンプの制御装置
であって、前記貯留場側に流入してくる流体の流入量を
所定時間間隔で計測する流入量計測手段と、少なくとも
該流入量計測手段により計測された時系列の実流入パタ
ーンの現在または記憶されている過去のデータに基づい
て、現在より後の流入量パターンを予測する流入量パタ
ーン予測手段と、該流入量パターン予測手段により得ら
れる予測流入量パターンを用いて、吐出量一定で且つ前
記貯留場の水位が予め決められている上限／下限を越え
ないようにする前記ポンプの吐出量及びその運転時間帯
を演算する吐出量／運転時間帯演算手段と、吐出量／運
転時間帯算出手段の演算結果より前記ポンプの運転制御
を行う制御手段と、を有する。

【００１９】請求項２記載のポンプ制御装置は、上記請
求項１記載のポンプ制御装置において、上記流入量パタ
ーン予測手段は、記憶されている過去の流入量パターン
の中から現在の流入量パターンに最も類似するパターン
を探索し、該類似パターンを予測流入量パターンとす
る。

【００２０】上記請求項２記載のポンプ制御装置は、特
に、例えば一般家庭における日常の生活パターン等に起
因して、流入パターンがある程度パターン化される下水
処理場において、特に顕著な効果を奏する。この場合、
上記類似パターンを予測流入量パターンとすると、予測
誤差が小さい可能性が高い。そして、ある程度長時間先
の流量変動を予測して、特に流入量が増大する時間帯に
対応して、流入量がポンプ吐出量をオーバーし始める時
点より前から吐出量一定でポンプ運転でき且つ貯留場の
水位が予め決められている上限／下限を越えないように
できる上記ポンプの吐出量及びその運転時間帯を、高い
精度で求めることができる。

【００２１】請求項３記載のポンプ制御装置は、上記請
求項１記載のポンプ制御装置において、上記流入量パタ
ーン予測手段は、予測対象時間帯における全流入量を、
予め決定される１または複数の過去日の前記予測対象時
間帯と同一時間帯における全流入量とそのときの外乱要
因とを入力とするニューラルネットワーク部に、現在の
外乱要因を入力することにより出力させ、該ニューラル
ネットワーク部より出力される前記予測対象時間帯にお
ける全流入量と、現在の外乱要因に応じて選択／決定さ
れる基準パターンとに基づいて前記予測流入量パターン
を算出する。

【００２２】上記請求項３記載のポンプ制御装置は、特
に、例えば外乱要因のケース毎に（例えば天候に応じ
て）、１日（またはパターン性がある場合の１周期）の
流量変動パターンが似ている下水処理場において、特に
顕著な効果を奏する。この場合、外乱要因のケース毎に
過去のデータに基づいて基準パターンを作っておくこと
により、現在の外乱要因が当てはまるケースの基準パタ
ーンと、上記ニューラルネットワーク部の出力とを用い
て、比較的誤差が小さい予測流入量パターンを得ること
ができる。

【００２３】請求項４記載のポンプ運転方法は、下水管
渠を経て流入してくる流体を一時的に貯留する貯留場
と、該流体を処理する処理場と、該貯留場側から処理場
側へ前記流体を輸送するポンプとを有する下水処理場に
おける該ポンプの運転方法であって、少なくとも貯留場
側に流入してくる流体の流入量を所定時間間隔で計測し
た結果得られる時系列の実流量データと、記憶されてい
る過去の時系列の実流量データとに基づいて、現在より
後の流入パターンを予測し、該予測流入パターンを用い
て、ポンプの吐出量一定で且つ前記貯留場の水位が予め
決められている上限／下限を越えないようにするポンプ
の吐出量及びその運転時間帯を演算し、該演算結果に基
づいて前記ポンプを運転する。

【００２４】請求項５記載の記録媒体は、コンピュータ
において用いられたとき、少なくとも貯留場側に流入し
てくる流体の流入量を所定時間間隔で計測する流入量計
測手段により計測された時系列の実流入パターンの現在
及び記憶されている過去のデータに基づいて、現在より
後の流入量パターンを予測する流入量パターン予測手段
と、該流入量パターン予測手段により得られる予測流入
量パターンを用いて、吐出量一定で且つ前記貯留場の水
位が予め決められている上限／下限を越えないようにす
る前記ポンプの吐出量及びその運転時間帯を演算する演
算手段と、とを実現させるプログラムを記憶したコンピ
ュータ読取り可能な記録媒体である。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について説明する。

【００２６】まず、本発明の実施形態の第１の実施例に
ついて説明する。

【００２７】図１は、第１の実施例によるポンプ制御装
置の機能ブロック図である。

【００２８】ポンプ制御装置は、コンピュータにより実
現される。また、これは以下に説明する処理をコンピュ
ータに実行させる為のプログラムを記録した記録媒体に
より当該プログラムがコンピュータで実行されること
で、実現可能となる。よって、このような記録媒体自体
も、本発明に含まれる。また、全ての処理をコンピュー
タで実現させるとは限らず、ポンプ運転方法自体も本発
明に含まれる。

【００２９】図１に示すポンプ制御装置１０は、実績流
入量計測部１１、過去の実流入パターン記憶部１２、類
似パターン探索部１３、ピークカット流量演算部１４、
ピークカット運転時間帯演算部１５、及び操作出力部１
６を有する。

【００３０】尚、ポンプ制御装置１０は、上述してある
ように、下水処理区域から下水管渠を経て集められる流
体（汚水、雨水等）を一時的に貯める為の貯留施設か
ら、処理施設側へと上記流体を輸送する為のポンプを制
御する装置であり、ポンプの回転数を制御し処理施設側
へのポンプ吐出量を変えることができるポンプ制御装置
である。尚、第１の実施例では、上記流体は主に汚水
（一般家庭等から排出される）であるとし、汚水貯留施
設／汚水処理施設を備える下水処理場を対象として説明
する。

【００３１】実績流入量計測部１１は、下水管渠から汚
水貯留槽に流入する汚水の流量を、例えばΔｔ間隔（例
えば１０分間隔、１時間間隔等）で計測し、さらに現在
からＴ時間前までの間に計測された流量の時系列データ
を、現在の実流入量パターンとして保持しておく。

【００３２】過去の実流入パターン記憶部１２は、過去
に、実績流入量計測部１１により計測された上記流量の
時系列データ（すなわち、過去の実流入パターン）を記
憶している。例えば、一例として、後述するように過去
１０日間のデータを記憶している。

【００３３】類似パターン探索部１３は、実績流入量計
測部１１が保持している現在の実流入量パターンと、過
去の実流入パターン記憶部１２に記憶されている複数の
（例えば上記１０日分の）過去の実流入パターンとを用
いて、過去データにおいて上記現在日時からＴ時間前ま
での間に対応する時間帯（同一時間帯）において現在の
実流入パターンに最も類似している過去の実流入パター
ン（以後、類似パターンという）を探索する。

【００３４】ここで、一般に、汚水の流入量は、人間の
毎日の生活に関係しており、一日（２４時間）を周期と
するパターンをもっている。例えば朝、昼、晩の御飯時
や風呂を使用する時間帯には流入量が多くなる等のパタ
ーンを持っている。当然、種々の変動要因により日によ
って流入量は変動するが、ある程度多くの過去の実流入
パターンを収集しておき、同一時間帯について探索すれ
ば、その中に類似するパターンが存在するものと考える
ことができる。そして、現在より未来の流入パターン
は、一番類似するパターンのその後の流入パターンに近
い変動をすると想定できる。

【００３５】上記過去データにおいて現在日時からＴ時
間前までの間に対応する時間帯（同一時間帯）のデータ
とは、例えば現在時刻がＡＭ６時でありその４時間前
（すなわちＡＭ２時）までの時間帯を類似判定の対象と
し、また１０日前までの過去の実流入パターンデータが
過去の実流入パターン記憶部１２に記憶されていた場
合、前日のＡＭ２時〜６時、２日前のＡＭ２時〜６時、
・・・、１０日前のＡＭ２時〜６時のデータということ
になる。そして、この同一時間帯のおいて現在日の実流
入パターンに最も類似するパターンが、例えば２日前の
パターンであったとすると、現在より未来（例えば現在
時刻〜ＡＭ１０時まで）の流入パターンは、この２日前
のＡＭ６時〜１０時の流入パターンに近いものになると
予測される。

【００３６】尚、上記のような一日（２４時間）を周期
とする流入パターンにはならない下水処理場の場合や、
外乱要因（降雨、上流の水位変動等）の生起が不規則な
場合には、過去データにおいて探索対象となる時間帯
を、上記同一時間帯に限ることなく、他の時間帯も探索
対象とすればよい（時間幅は同一とする。例えば、上記
の例では、他の時間帯であっても４時間という時間幅は
同じとし、例えばＰＭ１時〜ＰＭ５時、ＰＭ７時〜ＰＭ
１１時等の過去データも対象とする）。但し、同一時間
帯で探索したほうが探索時間が短くて済む。

【００３７】以下の説明では、同一時間帯で探索する方
法を対象として説明する。

【００３８】上記類似パターン探索部１３による類似パ
ターン探索処理は、例えば以下に示す（１）式により得
られるＦi の値を最小にする過去の実流入パターンを、
類似パターンとする。

【００３９】

【数１】

【００４０】但し、 Ｖr ；上記現在時刻からＴ時間前までの間の総流入量 Ｖoi；過去の実流入パターン記憶部１２に記憶されてい
るｉ番目の実流入パターンにおける同一時間帯の総流入
量 Ｑr(t)；現在の実流入量パターンの時刻ｔにおける流入
量（但し、流入量はΔｔ間隔で計測され、ＴはΔｔのｎ
倍（ｎ；整数） （Ｔ＝ｎ×Δｔ）とすると、ｔは次式で表わされる。

【００４１】 ｔ＝ｋ×Δｔ−Ｔ（ｋ＝１、２、３、・・・ｎ） Ｑoi(t)；過去の実流入パターン記憶部１２に記憶され
ているｉ番目の実流入パターンにおける時刻ｔの流入量 α、β；重み係数（但し、α≧０、β≧０） 尚、上記ｉ番目とは、例えば何日前のデータであるかを
示し、例えば前日のデータであれば１番目、２日前のデ
ータであれば２番目となる。この例において、例えば、
前日からｊ日前までを探索対象とするならば、例えば図
２に示す処理を実行して、上記類似パターンを求める。

【００４２】図２において、まず、ｉに初期値（＝１）
を代入し（ステップＳ１）、これより前日の実流入パタ
ーンを用いて上記（１）式によりＦiの値（この場合、
Ｆ₁）を求める（ステップＳ２）。そして、ｉの値を＋
１インクリメントすることにより（ステップＳ３）、次
は２日前の実流入パターンを用いて上記（１）式により
Ｆiの値（この場合、Ｆ₂ ）を求める（ステップＳ
２）。同様にして、前日からｊ日前までの全ての日につ
いて上記ステップＳ２の処理によりＦi の値を求め、ｉ
＞ｊとなると（ステップＳ４，ＮＯ）、上記求めたＦi
の値（Ｆ₁ 、Ｆ₂ 、・・・Ｆj ）を相互に比較して最も
値の小さい日の実流入パターンを類似パターンとする
（ステップＳ５）。

【００４３】尚、（１）式において、重み係数α、β
は、例えばオペレータ等が経験等に基づいて適宜決定す
ればよい。

【００４４】第１の実施例では、今後の流量変化は、上
記類似パターン探索部１３で求められた類似パターンの
通りになるものと予測する。これより、ピークカット流
量演算部１４は、上記類似パターン探索部１３により探
索された類似パターンを用いて、ピークカット流量を演
算する。

【００４５】ここでは、上記類似パターンの一例を図３
に示し、図３を参照しながらピークカット流量演算部１
４による演算処理について説明する。

【００４６】その前に、まず、ピークカット流量演算部
１４による演算処理において用いられる汚水貯留槽の貯
留可能容量Ｖmax の求めかたについて、図４を参照して
説明する。図４は、汚水貯留施設側の構成の一例を示す
図であり、下水管渠を経て集められる汚水は、汚水貯留
槽２１に一時的に貯留され、ポンプ２２によって処理施
設側へと輸送される。ポンプ２２の運転はポンプ制御装
置１０により制御され、その吐出量は可変である。尚、
当然、ポンプ制御装置１０を後述するポンプ制御装置３
０に代えてもよい。

【００４７】貯留可能容量Ｖmaxとは、図４に示す予め
定められている下限レベル（Ｌlower）と上限レベル
（Ｌupper ）の間の（斜線で示す）空間の容量である。
上述してある通り、汚水貯留槽２１の水位は、下限レベ
ルより下回らないように且つ上限レベルを越えないよう
にしなければならないので、この間に貯留可能な容量
が、汚水貯留施設側の実質的な最大貯留能力を示すこと
になる。

【００４８】まず、予め、各水位Ｌとそのときの貯留量
を実測する等して、これに基づいて水位Ｌと貯留量Ｖと
の関係を示す関数Ｖ＝ｆ（Ｌ）を求めておく。これよ
り、以下に示す算出式により、貯留可能容量Ｖmax が求
められる。

【００４９】Ｖmax ＝ｆ（Ｌupper）−ｆ（Ｌlower） 尚、単に上限レベルと下限レベルのときの貯留量を実測
することでもＶmax は求められるが、上記関数Ｖ＝ｆ
（Ｌ）は、後に説明するＶs を求める際に必要である。

【００５０】ピークカット流量演算部１４による演算処
理の説明に戻る。

【００５１】図３に示す流入パターン（類似パターン）
は、例えば、朝、各家庭の人間が起き出して活動（洗
顔、水洗トイレ、朝食の準備等）を開始するにつれて流
入量（すなわち、各家庭の水の使用量）が増大してい
き、やがてピークを迎え、その後、出勤／登校等するこ
とで減少していくというような、上記一日（２４時間）
を周期とするパターンのうち、流入量が比較的緩やかに
大きく増加し減少する時間帯のパターンの一例を示して
いる。

【００５２】ピークカット流量演算部１４は、上記汚水
貯留槽の貯留可能容量Ｖmax を用いて、例えば図５に示
す処理により、一定時間ポンプの吐出量一定運転を可能
とするポンプ吐出量を決定する。

【００５３】まず、以下の（２）式を満たすピークカッ
ト流量Ｑpcを求める（ステップＳ１１）。

【００５４】

【数２】

【００５５】これは、例えば図３に示すように、類似パ
ターンの流量がＱpcを越え始める時刻Ｔpcに、汚水貯留
槽の水位が下限レベルとなるように、ポンプ運転制御
し、時刻Ｔpcから、類似パターンの流量がＱpcを下回る
時刻Ｔe までの間は、流入量がポンプの吐出量Ｑpcを越
えるので水位が上昇していくが、時刻Ｔe の時点で汚水
貯留槽の水位が上限レベルとなる（つまり、ぎりぎり許
容範囲内に収まる）ようにできると考えられる一定量の
ポンプ吐出量を求める為の算出式である。尚、ポンプの
最大吐出量をＱmax とすると、当然、Ｑpc≦Ｑmax が条
件となる。

【００５６】次に、上記類似パターン探索部１３により
探索された類似パターンと現在日時後の実際の流入パタ
ーンとには、当然、多少なりとも違いが生じるはずであ
るので、ピークカット流量演算部１４の演算結果である
上記ピークカット流量Ｑpcの値に、補正係数γを乗じ
て、最終的なピークカット流量Ｑpc’（すなわち、上記
吐出量一定で運転可能にする実際のポンプ吐出量）とす
る（ステップＳ１２）。すなわち、 最終的なピークカット流量Ｑpc’＝γ×Ｑpc （γ；補
正係数） とする。

【００５７】ここで、補正係数γは、γ≧１とする。す
なわち、ピークカット流量Ｑpcは、上記の通り、特に流
入量が増加する時間帯において吐出量一定で汚水貯留槽
の水位が上限レベルぎりぎりの許容範囲内に収まるよう
にできるポンプの吐出量を示すものであるが、当然、演
算結果には多少の誤差は生じる。ここで大事なことは、
実際の流入量が予測流入量（類似パターンの流入量）よ
り多かった場合でも、汚水貯留槽の水位が上限レベルを
越えないようにすることである。この場合、ポンプ吐出
能力に余裕があれば、吐出量を変更する（当然、より多
くする）ことが考えられるが、これは、当然、吐出量が
変動することを意味する。この為、実際にポンプ運転す
るときのピークカット流量Ｑpc’を、演算結果であるピ
ークカット流量Ｑp よりやや多目にしておく為に、１以
上の値の補正係数γを乗じる。尚、実際の流入量が予測
流入量より少ない場合には、後述するピークカット運転
時間を短くすれば済むことであるので、吐出量を変更す
る必要はなく、吐出量一定でポンプ運転できる。

【００５８】また、補正係数γの値は、上記の様にγ≧
１が条件であるが、例えば更に、過去に予測したときの
誤差が大きいほど、その値を大きくするようにして決定
するようにしてもよい。例えば、過去に予測したときの
誤差が２０（％）以内であったとすると（統計的に決め
る場合には、過去の予測誤差の分布を解析し、９５％が
その値内に入る値に対応）、γ＝１．２とする。

【００５９】そして、ピークカット運転時間帯演算部１
５は、上記ピークカット流量Ｑpc’で運転すべき時間帯
を求める。この時間帯は、上記時刻ＴpcからＴe までの
時間帯及びＴpc以前のある時刻Ｔs からＴpcまでの時間
帯である。この時刻Ｔs の求めかたは以下の通りであ
る。

【００６０】時刻Ｔs は、この時刻Ｔs の時点での汚水
貯留槽の貯留量から、水位が下限レベルのときの貯留量
を差し引いた水量に、時刻Ｔs からＴpcまでの間に汚水
貯留槽に流入してくる総水量を加算した水量が、時刻Ｔ
s からＴpcまでの間に上記ピークカット流量Ｑpc’でポ
ンプ運転したときの総吐出量と一致する時刻ｔを、以下
の式（３）により求めたものである。これは、すなわ
ち、上記の通り、Ｔpcの時点で汚水貯留槽の水位を下限
レベルにする為であり且つポンプの吐出量をピークカッ
ト流量Ｑpc’のまま一定とする時間帯をより長くする為
である。

【００６１】

【数３】

【００６２】以上の結果を操作出力部１６に与えると、
操作出力部１６は、時刻Ｔs からＴe までの間、ポンプ
の吐出量をピークカット流量Ｑpc’一定で運転する。

【００６３】この制御では、汚水貯留槽の水位は変動す
るものの、これは下限レベル以上、上限レベル以下の範
囲内に収まるようにできる。

【００６４】但し、上記のように予測誤差をある程度折
り込み済みのピークカット流量Ｑpc’で運転したとして
も、実際の流入量が予測から大きくはずれる場合も有り
得るので、実際の流入量パターンと予測流入パターンと
の誤差は常時監視しており、必要に応じて（水位が上限
レベルを越える、あるいは下限レベルより下がると判断
した場合等）ポンプ吐出量を変える場合も有り得る。

【００６５】このように、第１の実施例のポンプ運転制
御方法によって、常に１００％、吐出量一定で運転でき
るとは言えないとしても、少なくとも人間の日常生活パ
ターンに起因する流入量の増減に対しては、非常に高い
確率で吐出量一定（水位は下限レベル以上／上限レベル
以下に保つ）の運転を行うことができる。

【００６６】次に、以下、第２の実施例について説明す
る。

【００６７】図６は、第２の実施例によるポンプ制御装
置の機能ブロック図である。

【００６８】図６に示すポンプ制御装置３０は、実績流
入量計測部３１、流入量予測部３２、ピークカット流量
演算部３３、ピークカット運転時間帯演算部３４、及び
操作出力部３５を有する。すなわち、ポンプ制御装置３
０は、図１のポンプ制御装置１０における過去の実流入
パターン記憶部１２及び類似パターン探索部１３の代わ
りに、流入量予測部３２を設けた構成となっている。よ
って、実績流入量計測部３１、ピークカット流量演算部
３３、ピークカット運転時間帯演算部３４、及び操作出
力部３５については、図１の構成と略同様であるので、
その詳細な説明は省略する。

【００６９】流入量予測部３２は、ニューラルネットワ
ーク部３２ａと予測演算部３２ｂより成る。ニューラル
ネットワーク部３２ａは、例えば３層の階層型ニューラ
ルネットワークであり、その入力層には、図７に示すよ
うに、予測対象時間帯における過去の（何日分かの）全
流入量のうち後述する予め決められた１または複数日の
各々の全流入量と、この予め決められた１または複数日
の同一時間帯において観測された各種外乱要因（例え
ば、天候（晴れ、曇り、雨（但し、合流式である場合に
は流入量にほとんど影響のないレベルの雨量））、上流
側に別のポンプ場がある場合にはそのポンプの吐出量、
上流側における水位変動、等）の計測結果、及び現在の
上記各種外乱要因の計測結果を入力する。そして、現在
の予測対象時間帯における予測全流入量を出力とする。

【００７０】ここでは、予測対象時間帯は一日（２４時
間）分であるとして説明する。

【００７１】まず、上記ニューラルネットワーク部３２
ａに入力すべき過去の１または複数日とする日を、どの
ように決めるのかについて説明する。これは、過去にお
いて、ある日に、その日の全流入量を計測し、上記ニュ
ーラルネットワーク部３２ａを用いて、この日以前のど
の日のデータ（上記全流入量と各種外乱要因）を上記入
力層に入力するのが最も良いか決める為に、例えば前日
のデータのみ、前日〜３日前までのデータ、前日〜５日
前までのデータ、３日前〜７日前までのデータというよ
うに、入力するデータを適宜変えながら、それぞれ、予
測全流入量を出力させる。そして、実際の計測結果（上
記その日の全流入量を計測した結果）に最も近い値の予
測全流入量を出力したもの（すなわち、予測誤差が最も
小さいもの）に決定する。図７では、前日、２日前、３
日前のデータを用いた場合に、最も予測誤差が小さかっ
たものとして、この場合のニューラルネットワーク部３
２ａの入力層への入力の例を示してある。すなわち、図
７に示す一例のニューラルネットワーク部３２ａの入力
層には、前日の１日（２４時間）の全流入量、及び各種
外乱要因の計測データ、２日前の１日（２４時間）の全
流入量、及び各種外乱要因の計測データ、３日前の１日
（２４時間）の全流入量、及び各種外乱要因の計測デー
タが入力する。更に、本日の各種外乱要因の計測データ
が入力する。

【００７２】そして、これより、ニューラルネットワー
ク部３２ａの出力層から、本日の予測全流入量Ｑ_T が出
力される。

【００７３】次に、予測演算部３２ｂは、上記ニューラ
ルネットワーク部３２ａから出力される本日の予測全流
入量Ｑ_T を用い、以下に説明する処理により本日の流入
パターンを予測する。

【００７４】ここで、まず、予め、予測演算部３２ｂ
は、基準パターンを幾つか記憶している。この基準パタ
ーンは、上記各種外乱要因に応じた代表的（または平均
的）な時系列の流入パターンであり、例えばオペレータ
等が過去に計測したデータに基づいて適宜決定または算
出する。例えば、天候に応じて決定する場合、例えば晴
の日、雨の日、曇の日のそれぞれの基準パターンを決定
し、これを予測演算部３２ｂに記憶させる。基準パター
ンは、例えば晴の日の基準パターンを決める場合、過去
の実流入パターンの計測データ（例えば、過去１月分の
計測データ）の中から、晴の日の実流入パターン計測デ
ータを全て取り出して、その平均を取ることにより、晴
の日の実流入パターンの平均パターンを作り出し、これ
を晴の日の基準パターンとする。同様にして、雨の日、
曇の日の基準パターンを決定し、予測演算部３２ｂに記
憶しておく。更に、上記各基準パターンより、予測時間
帯の同一時間帯（本例では一日（２４時間））の全流入
量を各々求めておき、これも予測演算部３２ｂに記憶し
ておく。

【００７５】そして、上記ニューラルネットワーク部３
２ａから出力される本日の予測全流入量Ｑ_T が入力さ
れ、本日の天候データ（あるいは予報データでもよい）
が入力されると、まず本日の天候より、上記記憶してあ
る複数の基準データの中から予測に用いる基準データを
選択する。例えば晴であった場合には上記晴の日の基準
パターンを選択する。そして、この基準パターンをｑ₀
（ｔ）とし（ここで、ｔは、例えば上記実流入パターン
が例えば１時間毎に流入量を測定して得られる時系列デ
ータであった場合（そして、予測時間帯が上記の通り１
日（２４時間）である場合、ｔ＝１、２、３、・・・２
４である）、上記晴の日の全流入量をＱ_T0とすると、予
測流入パターンｑ（ｔ）は以下に示す（４）式により求
められる。

【００７６】 ｑ（ｔ）＝ｑ₀（ｔ）×Ｑ_T ／Ｑ_T0 ・・・（４） そして、この予測流入パターンｑ（ｔ）を用いて、ピー
クカット流量演算部３３、ピークカット運転時間帯演算
部３４、及び操作出力部３５により第１の実施例の場合
と同様の処理を行って、一定の吐出量のポンプ運転制御
を実現可能とする。

【００７７】尚、第２の実施例は、外乱要因のケース毎
に（例えば、上記晴の日、曇の日、雨の日）、１日（ま
たはパターン性がある場合の１周期）の流量変動パター
ンがほぼ同一となるような下水処理場に適用することが
望ましい。

【００７８】上述したポンプ制御装置は、基本的には、
パーソナルコンピュータ、ワークステーション等の情報
処理装置によって、上述した処理を実現する為のプログ
ラム及びデータが記憶されたＨＤＤ等の記憶装置やＦＤ
Ｄ等の可搬記憶媒体等（まとめて、記録媒体という）か
ら、当該プログラム及びデータを読み出して実行するこ
とにより実現される。

【００７９】図８は、上記ポンプ制御装置を実現するコ
ンピュータの構成の一例を示す図である。

【００８０】同図において、情報処理装置４０は、ＣＰ
Ｕ４１、記憶部４２（可搬記憶媒体４２ａを含む）、メ
モリ４３、入出力インタフェース部４４、通信部４５等
より構成される。

【００８１】ＣＰＵ４１は、情報処理装置４０全体を制
御する中央処理装置である。

【００８２】記憶部４２は、少なくとも、上述したポン
プ制御装置の各種処理機能を実現するためのプログラム
及び各種データが記憶されているＨＤＤ（ハードディス
クドライブ）等の記憶装置である。また記憶部４２には
可搬記憶媒体４２ａ（ＦＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、メモリカー
ド、ＤＶＤ、ＭＯ）等が含まれる。

【００８３】メモリ４３は、上述した各種処理実行の際
に、記憶部４２に格納されているプログラム、データ等
を読み出して一時的に記憶して当該プログラムをＣＰＵ
４１に実行させる為のＲＡＭ等である。

【００８４】入出力インタフェース部４４は、上述した
ポンプに対して運転指示信号（上述した吐出量となるポ
ンプ回転数等）を出力したり、あるいは水位計や汚水流
入量計測計等からの計測データを入力する為のインタフ
ェースである。

【００８５】通信部４５は、有線／無線によりネットワ
ーク４６（公衆回線網、専用線等）と接続し、このネッ
トワーク４６を介して外部の任意の装置と通信し、デー
タ送受信する為の通信機能部である。これにより、例え
ば上記外乱要因等のデータを外部から入力したりでき
る。

【００８６】本発明は、ポンプ制御装置、ポンプ運転方
法に限らず、コンピュータにより使用されたときに、上
述した本発明の各実施形態の機能を実現させる為のプロ
グラムが格納されたコンピュータ読出し可能な記録媒体
（記憶媒体）として構成することもできる。

【００８７】「記録媒体」とは、例えば上述してある記
憶部４２の一形態である可搬記憶媒体のＣＤ−ＲＯＭ４
７、フロッピィーディスク４８等（その他、ＭＯ、ＤＶ
Ｄ、リムーバブルハードディスク等であってもよい）
や、ハードディスク等である。更に、上記通信部４５等
によって通信可能である外部の任意の装置（情報処理端
末）４９から上記ネットワーク４６を介して（あるいは
ケーブル等で直接接続して）上記本発明の各種機能を実
現するプログラムをダウンロードする場合、このプログ
ラムを記憶（一時的に記憶も含む）する上記外部の任意
の装置４９の記憶媒体（不図示）も含まれる。

【００８８】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
ポンプ制御装置、ポンプ運転方法によれば、過去データ
を用いて流入パターンを予測し、これに基づいて貯留施
設側の水位を所定範囲内に保ちつつポンプ吐出量を一定
で運転することができるようにする吐出量とその運転時
間帯を求めることができ、これより処理施設での安定な
処理を図ることができる。またこれより吐出能力が比較
的小さいポンプで済むようになり設備費等のコスト削減
が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例によるポンプ制御装置の機能ブロ
ック図である。

【図２】類似パターン探索部による処理の一例を説明す
る為のフローチャートである。

【図３】流入パターン（類似パターン）の一例を示す図
である。

【図４】汚水貯留施設側の構成の一例を示す図である。

【図５】ピークカット流量演算部による処理の一例を説
明する為のフローチャートである。

【図６】第２の実施例によるポンプ制御装置の機能ブロ
ック図である。

【図７】流入量予測部内のニューラルネットワーク部と
その入力／出力の一例を示す図である。

【図８】ポンプ制御装置を実現するコンピュータの構成
の一例を示す図である。

【図９】従来のポンプ運転方法の一例を説明する為の図
であり、（ａ）はオン／オフ運転、（ｂ）はポンプ回転
数運転の例を示す図である。

【符号の説明】

１０ ポンプ制御装置 １１ 実績流入量計測部 １２ 過去の実流入パターン記憶部 １３ 類似パターン探索部 １４ ピークカット流量演算部 １５ ピークカット運転時間帯演算部 １６ 操作出力部 ２１ 汚水貯留槽 ２２ ポンプ ３０ ポンプ制御装置 ３１ 実績流入量計測部 ３２ 流入量予測部 ３３ ピークカット流量演算部 ３４ ピークカット運転時間帯演算部 ３５ 操作出力部 ４０ 情報処理装置 ４１ ＣＰＵ ４２ 記憶部 ４２ａ 可搬記憶媒体 ４３ メモリ ４４ 入出力インタフェース部 ４５ 通信部 ４６ ネットワーク ４７ ＣＤ−ＲＯＭ ４８ フロッピィーディスク ４９ 外部の任意の装置（情報処理端末）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 蓮本 了遠 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 Ｆターム(参考） 3H045 AA23 BA19 BA25 CA06 CA29 DA01 DA31 EA23 EA38 5H004 GA08 GA34 GB08 HA02 HA05 HB02 HB05 JA03 KA11 KA47 KC23 KC25 KC28 KD44 MA55 5H307 AA08 BB06 DD02 DD12 EE22 EE23 FF02 FF16 GG06 HH04 HH06 HH10 9A001 HZ06 KK32

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下水管渠を経て流入してくる流体を一時
   的に貯留する貯留場と、該流体を処理する処理場と、該
   貯留場側から処理場側へ前記流体を輸送するポンプとを
   有する下水処理場における該ポンプの制御装置であっ
   て、 前記貯留場側に流入してくる流体の流入量を所定時間間
   隔で計測する流入量計測手段と、 少なくとも該流入量計測手段により計測された時系列の
   実流入パターンの現在または記憶されている過去のデー
   タに基づいて、現在より後の流入量パターンを予測する
   流入量パターン予測手段と、 該流入量パターン予測手段により得られる予測流入量パ
   ターンを用いて、吐出量一定で且つ前記貯留場の水位が
   予め決められている上限／下限を越えないようにする前
   記ポンプの吐出量及びその運転時間帯を演算する吐出量
   ／運転時間帯演算手段と、 吐出量／運転時間帯算出手段の演算結果より前記ポンプ
   の運転制御を行う制御手段と、 を有することを特徴とするポンプ制御装置。
2. 【請求項２】 前記流入量パターン予測手段は、記憶さ
   れている過去の流入量パターンの中から現在の流入量パ
   ターンに最も類似するパターンを探索し、該類似パター
   ンを予測流入量パターンとすることを特徴とする請求項
   １記載のポンプ制御装置。
3. 【請求項３】 前記流入量パターン予測手段は、予測対
   象時間帯における全流入量を、予め決定される１または
   複数の過去日の前記予測対象時間帯と同一時間帯におけ
   る全流入量とそのときの外乱要因とを入力とするニュー
   ラルネットワーク部に、現在の外乱要因を入力すること
   により出力させ、該ニューラルネットワーク部より出力
   される前記予測対象時間帯における全流入量と、現在の
   外乱要因に応じて選択／決定される基準パターンとに基
   づいて前記予測流入量パターンを算出することを特徴と
   する請求項１記載のポンプ制御装置。
4. 【請求項４】 下水管渠を経て流入してくる流体を一時
   的に貯留する貯留場と、該流体を処理する処理場と、該
   貯留場側から処理場側へ前記流体を輸送するポンプとを
   有する下水処理場における該ポンプの運転方法であっ
   て、 少なくとも貯留場側に流入してくる流体の流入量を所定
   時間間隔で計測した結果得られる時系列の実流量データ
   と、記憶されている過去の時系列の実流量データとに基
   づいて、現在より後の流入パターンを予測し、 該予測流入パターンを用いて、ポンプの吐出量一定で且
   つ前記貯留場の水位が予め決められている上限／下限を
   越えないようにするポンプの吐出量及びその運転時間帯
   を演算し、 該演算結果に基づいて前記ポンプを運転することを特徴
   とするポンプ運転方法。
5. 【請求項５】 コンピュータにおいて用いられたとき、 少なくとも貯留場側に流入してくる流体の流入量を所定
   時間間隔で計測する流入量計測手段により計測された時
   系列の実流入パターンの現在及び記憶されている過去の
   データに基づいて、現在より後の流入量パターンを予測
   する流入量パターン予測手段と、 該流入量パターン予測手段により得られる予測流入量パ
   ターンを用いて、吐出量一定で且つ前記貯留場の水位が
   予め決められている上限／下限を越えないようにする前
   記ポンプの吐出量及びその運転時間帯を演算する演算手
   段と、 とを実現させるプログラムを記憶したコンピュータ読取
   り可能な記録媒体。