JP2001280597A - 配水管網の末端圧力制御装置 - Google Patents
配水管網の末端圧力制御装置Info
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- JP2001280597A JP2001280597A JP2000092940A JP2000092940A JP2001280597A JP 2001280597 A JP2001280597 A JP 2001280597A JP 2000092940 A JP2000092940 A JP 2000092940A JP 2000092940 A JP2000092940 A JP 2000092940A JP 2001280597 A JP2001280597 A JP 2001280597A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 データや制御パラメータの更新、調整を不要
にして、配水管路の更新や需要量変化に対応可能な末端
圧力制御装置を実現する。 【解決手段】 管路の圧力操作点に配置された弁２（ま
たはポンプ）と、圧力計４と、流量計５と、配水管網３
の末端圧力を測定する末端圧力計７と、弁２の圧力、流
量及び末端圧力の測定値に基づいて弁２から末端までの
等価的な管路抵抗係数を逐次推定し、この管路抵抗係数
と弁の流量測定値と末端圧力目標値とを用いて弁の二次
圧力設定値を求めるオンライン演算手段１２と、求めた
圧力設定値に従って弁２を操作する弁開度制御装置１４
及び弁開度操作部６と、を備える。
にして、配水管路の更新や需要量変化に対応可能な末端
圧力制御装置を実現する。 【解決手段】 管路の圧力操作点に配置された弁２（ま
たはポンプ）と、圧力計４と、流量計５と、配水管網３
の末端圧力を測定する末端圧力計７と、弁２の圧力、流
量及び末端圧力の測定値に基づいて弁２から末端までの
等価的な管路抵抗係数を逐次推定し、この管路抵抗係数
と弁の流量測定値と末端圧力目標値とを用いて弁の二次
圧力設定値を求めるオンライン演算手段１２と、求めた
圧力設定値に従って弁２を操作する弁開度制御装置１４
及び弁開度操作部６と、を備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、上水道の配水管網
において、末端の圧力（水圧）を最適にかつ自動的に決
定するための配水管網の末端圧力制御装置に関する。
において、末端の圧力（水圧）を最適にかつ自動的に決
定するための配水管網の末端圧力制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】配水管網の圧力は、高過ぎると管路の途
中での漏水が増え、有収率の悪化につながる。逆に、圧
力が低いと必要な水が十分に供給できなかったり、更に
低くなって負圧になると空気の吸い込みや汚水の吸い込
みが起こる。そこで、配水管網の圧力を適正に保つ必要
があり、これを実現するための方法として、従来次のよ
うな方法が取られている。
中での漏水が増え、有収率の悪化につながる。逆に、圧
力が低いと必要な水が十分に供給できなかったり、更に
低くなって負圧になると空気の吸い込みや汚水の吸い込
みが起こる。そこで、配水管網の圧力を適正に保つ必要
があり、これを実現するための方法として、従来次のよ
うな方法が取られている。
【０００３】（１）管網計算による方法（特開平６−３
０６８９３号公報等を参照） この方法は、配水管網のデータを入力し、操作点の圧力
を与えて管網計算により末端の圧力を計算し、その計算
結果と設定圧力との差から操作点の設定圧力を計算する
方法である。 （２）計測した末端圧力によりフィードバック制御を行
う方法（特開平９−６２３６９号公報等を参照） この方法は、計測した末端圧力と設定圧力の差によりＰ
ＩＤ制御等の制御アルゴリズムを用いて操作点の設定圧
力を計算する方法である。 （３）流量に応じた設定圧力により制御する方法（特開
平８−９５６４５号公報、同９−３４５５７号公報、同
１１−８２８９７号公報等を参照） この方法は、操作点の流量と末端の圧力との関係を実験
により予め求めておいてテーブルに作成し、この関係を
用いて操作点の圧力を設定する方法である。
０６８９３号公報等を参照） この方法は、配水管網のデータを入力し、操作点の圧力
を与えて管網計算により末端の圧力を計算し、その計算
結果と設定圧力との差から操作点の設定圧力を計算する
方法である。 （２）計測した末端圧力によりフィードバック制御を行
う方法（特開平９−６２３６９号公報等を参照） この方法は、計測した末端圧力と設定圧力の差によりＰ
ＩＤ制御等の制御アルゴリズムを用いて操作点の設定圧
力を計算する方法である。 （３）流量に応じた設定圧力により制御する方法（特開
平８−９５６４５号公報、同９−３４５５７号公報、同
１１−８２８９７号公報等を参照） この方法は、操作点の流量と末端の圧力との関係を実験
により予め求めておいてテーブルに作成し、この関係を
用いて操作点の圧力を設定する方法である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記（１）の方法によ
ると、導入当初は用いられても、時間が経つにつれ配水
管網の更新や人口増による需要量の増加に伴って状態が
変化し、この変化に管網計算用のデータの更新が追いつ
かずに利用されなくなる場合がある。また、当初の管網
計算用のデータの作成に多大の作業が必要である。
（２）の方法は、配水池出口等の上流の操作点から配水
管網の末端の制御点までの水の流れのルートが複数ある
こと、管路は圧力に関して振動的な動特性を持っている
ため、末端の圧力を上流の操作点で安定に制御するのは
難しいこと、更に、（１）と同様に配水管路の更新や需
要量の増加に伴い、制御パラメータを適宜調整し直さな
ければならない。（３）の方法も、導入した当初は用い
られても、配水管路の更新や需要量の増加に伴い、デー
タテーブルを適宜調整し直さなければならない。
ると、導入当初は用いられても、時間が経つにつれ配水
管網の更新や人口増による需要量の増加に伴って状態が
変化し、この変化に管網計算用のデータの更新が追いつ
かずに利用されなくなる場合がある。また、当初の管網
計算用のデータの作成に多大の作業が必要である。
（２）の方法は、配水池出口等の上流の操作点から配水
管網の末端の制御点までの水の流れのルートが複数ある
こと、管路は圧力に関して振動的な動特性を持っている
ため、末端の圧力を上流の操作点で安定に制御するのは
難しいこと、更に、（１）と同様に配水管路の更新や需
要量の増加に伴い、制御パラメータを適宜調整し直さな
ければならない。（３）の方法も、導入した当初は用い
られても、配水管路の更新や需要量の増加に伴い、デー
タテーブルを適宜調整し直さなければならない。
【０００５】そこで本発明は、データや制御パラメータ
を調整する手間を要することなく、配水管路の更新や需
要量の増加に追従して操作点の圧力を最適値に設定し、
これによって配水管網の末端圧力をほぼ目標値に一致さ
せるように制御可能とした配水管網の末端圧力制御装置
を提供しようとするものである。
を調整する手間を要することなく、配水管路の更新や需
要量の増加に追従して操作点の圧力を最適値に設定し、
これによって配水管網の末端圧力をほぼ目標値に一致さ
せるように制御可能とした配水管網の末端圧力制御装置
を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、配水管網の末端圧力を直接制御せず
に、制御の容易な圧力操作点（配水池と配水管網との間
にある弁またはポンプ等の圧力制御装置設置点）の二次
圧力（出口圧力）を制御するようにした。
に、本発明では、配水管網の末端圧力を直接制御せず
に、制御の容易な圧力操作点（配水池と配水管網との間
にある弁またはポンプ等の圧力制御装置設置点）の二次
圧力（出口圧力）を制御するようにした。
【０００７】そして、請求項１に記載した発明は、配水
池から管路を介して配置された上水道の配水管網の末端
圧力を目標値に制御するための末端圧力制御装置におい
て、前記管路の圧力操作点に配置された圧力制御装置
と、前記圧力操作点の圧力を測定する手段と、前記圧力
操作点の流量を測定する手段と、前記配水管網の末端圧
力を測定する手段と、前記圧力操作点の圧力、流量及び
前記末端圧力の測定値に基づいて前記圧力操作点から末
端までの等価的な管路抵抗係数を逐次推定し、この管路
抵抗係数と前記圧力操作点の流量測定値と末端圧力目標
値とを用いて前記圧力操作点の圧力設定値を求めるオン
ライン演算手段と、前記圧力設定値に従って前記圧力制
御装置を制御する手段と、を備えたものである。
池から管路を介して配置された上水道の配水管網の末端
圧力を目標値に制御するための末端圧力制御装置におい
て、前記管路の圧力操作点に配置された圧力制御装置
と、前記圧力操作点の圧力を測定する手段と、前記圧力
操作点の流量を測定する手段と、前記配水管網の末端圧
力を測定する手段と、前記圧力操作点の圧力、流量及び
前記末端圧力の測定値に基づいて前記圧力操作点から末
端までの等価的な管路抵抗係数を逐次推定し、この管路
抵抗係数と前記圧力操作点の流量測定値と末端圧力目標
値とを用いて前記圧力操作点の圧力設定値を求めるオン
ライン演算手段と、前記圧力設定値に従って前記圧力制
御装置を制御する手段と、を備えたものである。
【０００８】また、請求項２に記載した発明は、請求項
１に記載した配水管網の末端圧力制御装置において、前
記圧力操作点の流量を予測し、この流量予測値を用いて
前記圧力操作点の圧力設定値をスケジュールとして求め
るスケジュール演算手段と、前記オンライン演算手段ま
たはスケジュール演算手段の何れか一方によって求めら
れた圧力設定値を選択する手段と、を備えたものであ
る。
１に記載した配水管網の末端圧力制御装置において、前
記圧力操作点の流量を予測し、この流量予測値を用いて
前記圧力操作点の圧力設定値をスケジュールとして求め
るスケジュール演算手段と、前記オンライン演算手段ま
たはスケジュール演算手段の何れか一方によって求めら
れた圧力設定値を選択する手段と、を備えたものであ
る。
【０００９】本発明において、圧力操作点から配水管網
の末端までを等価的に一つの管路と考えれば、末端圧力
は、圧力制御装置としての弁（ポンプでも良いが、以下
では便宜的に弁の場合につき述べる）の流量を用いて数
式１によって表すことができる。
の末端までを等価的に一つの管路と考えれば、末端圧力
は、圧力制御装置としての弁（ポンプでも良いが、以下
では便宜的に弁の場合につき述べる）の流量を用いて数
式１によって表すことができる。
【００１０】
【数１】Ｐe＝Ｐb−ｒ・Ｑz＋ｃ
【００１１】数式１において、Ｐeは末端圧力、Ｐbは弁
の二次圧力、ｒは弁から配水管網の末端までの等価管路
抵抗係数、Ｑは弁の流量、ｚは管路損失計算累乗の指数
（１．８５または２）、ｃは弁と末端（末端圧力計設置
点）との標高差である。
の二次圧力、ｒは弁から配水管網の末端までの等価管路
抵抗係数、Ｑは弁の流量、ｚは管路損失計算累乗の指数
（１．８５または２）、ｃは弁と末端（末端圧力計設置
点）との標高差である。
【００１２】末端圧力の目標値をＰe＝Ｐe0とおき、流
量Ｑが計測または予測により決まれば、弁の二次圧力の
設定値Ｐbkは数式２のように定めることができる。
量Ｑが計測または予測により決まれば、弁の二次圧力の
設定値Ｐbkは数式２のように定めることができる。
【００１３】
【数２】Ｐbk＝Ｐe0＋ｒ・Ｑz−ｃ
【００１４】ところが、ｒ及びｚは未知である。ここ
で、ｚを１．８５または２（一定値）とおき、ｒを推定
する問題を考える。数式１の関係により、弁から配水管
網の末端までの等価管路抵抗係数ｒは、形式上、数式３
のようになる。
で、ｚを１．８５または２（一定値）とおき、ｒを推定
する問題を考える。数式１の関係により、弁から配水管
網の末端までの等価管路抵抗係数ｒは、形式上、数式３
のようになる。
【００１５】
【数３】ｒ＝（Ｐb−Ｐe＋ｃ）／Ｑz
【００１６】数式１，２，３では、複雑な管路を等価的
に一つの管路抵抗係数ｒによって表した。しかし、圧力
や流量は振動的な特性をもっており、更にその計測値に
はノイズが加わるために、数式１から逆算される見かけ
の管路抵抗係数ｒはこれらによって大きく変動する。こ
のため、数式２による二次圧力設定値Ｐbkひいては実際
の末端圧力が大きく変動することになる。そこで、以下
に示すように、計測されたＰe，Ｐb，Ｑからカルマンフ
ィルタを使ってｒを最適に推定する。すなわち、数式
４，５から数式６を得る。
に一つの管路抵抗係数ｒによって表した。しかし、圧力
や流量は振動的な特性をもっており、更にその計測値に
はノイズが加わるために、数式１から逆算される見かけ
の管路抵抗係数ｒはこれらによって大きく変動する。こ
のため、数式２による二次圧力設定値Ｐbkひいては実際
の末端圧力が大きく変動することになる。そこで、以下
に示すように、計測されたＰe，Ｐb，Ｑからカルマンフ
ィルタを使ってｒを最適に推定する。すなわち、数式
４，５から数式６を得る。
【００１７】
【数４】ｙ（ｋ）＝Ｐb（ｋ）−Ｐe（ｋ）＋ｃ
【００１８】
【数５】ｘ（ｋ）＝Ｑz（ｋ）
【００１９】
【数６】ｙ（ｋ）＝ｒ（ｋ）・ｘ（ｋ）＋ｅ（ｋ）
【００２０】但し、数式６においてｋは離散化した時間
を表し、ｅ（ｋ）は測定誤差や近似誤差等のノイズであ
る。数式６にカルマンフィルタを適用することにより、
数式７のごとくｒ（ｋ）を推定する。なお、σ2はｅ
（ｋ）の分散、数式８に示すＰ（ｋ）はｒ（ｋ）の推定
誤差分散である。添字（ｋ−１）は１ステップ前を示
す。
を表し、ｅ（ｋ）は測定誤差や近似誤差等のノイズであ
る。数式６にカルマンフィルタを適用することにより、
数式７のごとくｒ（ｋ）を推定する。なお、σ2はｅ
（ｋ）の分散、数式８に示すＰ（ｋ）はｒ（ｋ）の推定
誤差分散である。添字（ｋ−１）は１ステップ前を示
す。
【００２１】
【数７】ｒ（ｋ）＝ｒ（ｋ−１）＋σ-2｛ｙ（ｋ）−ｘ
（ｋ）・ｒ（ｋ−１）｝・Ｐ（ｋ）・ｘ（ｋ）
（ｋ）・ｒ（ｋ−１）｝・Ｐ（ｋ）・ｘ（ｋ）
【００２２】
【数８】Ｐ（ｋ）＝Ｐ（ｋ−１）−｛σ2＋Ｐ（ｋ−
１）・ｘ2（ｋ）｝-1・Ｐ2（ｋ−１）・ｘ2（ｋ）
１）・ｘ2（ｋ）｝-1・Ｐ2（ｋ−１）・ｘ2（ｋ）
【００２３】数式７に従って推定した管路抵抗係数ｒ、
末端圧力目標値Ｐe0、現在の弁流量測定値Ｑ並びにｚ，
ｃから、数式２の関係により現在の弁の二次圧力設定値
Ｐbkを求める。但し、流量の瞬時値にはフィルタをか
け、短時間の変動や計測ノイズを取り除く。求められた
二次圧力設定値Ｐbkに等しくなるように弁開度を制御す
れば、配水管網の末端圧力を目標値に制御できることに
なる。この計算を任意の時間単位で逐次実行する。以上
述べたような本発明によれば、管路の更新、変更による
経年変化や渇水時の配水区域の変更を反映させて管路抵
抗係数ｒを逐次推定し、この管路抵抗係数ｒを用いて末
端圧力制御を行うことができる。
末端圧力目標値Ｐe0、現在の弁流量測定値Ｑ並びにｚ，
ｃから、数式２の関係により現在の弁の二次圧力設定値
Ｐbkを求める。但し、流量の瞬時値にはフィルタをか
け、短時間の変動や計測ノイズを取り除く。求められた
二次圧力設定値Ｐbkに等しくなるように弁開度を制御す
れば、配水管網の末端圧力を目標値に制御できることに
なる。この計算を任意の時間単位で逐次実行する。以上
述べたような本発明によれば、管路の更新、変更による
経年変化や渇水時の配水区域の変更を反映させて管路抵
抗係数ｒを逐次推定し、この管路抵抗係数ｒを用いて末
端圧力制御を行うことができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、図に沿って本発明の実施形
態を説明する。図１はこの実施形態の全体構成を示すブ
ロック図であり、上水道の配水設備には配水池１が設置
され、この配水池１に所定時間の需要を賄える量の浄水
が蓄えられている。配水池１から配水管網３に至る管路
には、弁２、圧力計４、流量計５が設けられ、配水管網
３内の末端の任意位置には末端圧力計７が設置されてい
る。また、弁２は弁開度操作部６により開度を制御可能
である。なお、この実施形態では圧力制御装置として弁
２を用いているが、ポンプを用いても良い。
態を説明する。図１はこの実施形態の全体構成を示すブ
ロック図であり、上水道の配水設備には配水池１が設置
され、この配水池１に所定時間の需要を賄える量の浄水
が蓄えられている。配水池１から配水管網３に至る管路
には、弁２、圧力計４、流量計５が設けられ、配水管網
３内の末端の任意位置には末端圧力計７が設置されてい
る。また、弁２は弁開度操作部６により開度を制御可能
である。なお、この実施形態では圧力制御装置として弁
２を用いているが、ポンプを用いても良い。
【００２５】前記弁２の出口に設置された圧力計４によ
り弁２の二次側の浄水圧力が計測され、同時に流量計５
によって弁２を通過する浄水の流量も計測される。ま
た、末端圧力計７により、配水管網３の末端の水圧が計
測される。
り弁２の二次側の浄水圧力が計測され、同時に流量計５
によって弁２を通過する浄水の流量も計測される。ま
た、末端圧力計７により、配水管網３の末端の水圧が計
測される。
【００２６】一方、８は表示装置、キーボード、マウス
等の入出力装置を備えたマンマシンインターフェースで
ある。操作員は、このマンマシンインターフェース８か
らプラントの計測値を監視し、配水管網３の末端圧力目
標値や各種の演算用パラメータの入力、設定を行う。
等の入出力装置を備えたマンマシンインターフェースで
ある。操作員は、このマンマシンインターフェース８か
らプラントの計測値を監視し、配水管網３の末端圧力目
標値や各種の演算用パラメータの入力、設定を行う。
【００２７】第１の演算手段１５内の弁二次圧力オンラ
イン演算手段１２は、操作員により設定されたパラメー
タ（末端圧力目標値Ｐeo、弁２と末端圧力計７の設置点
との標高差ｃ、前記指数ｚなど）及び逐次計算されたパ
ラメータ（弁二次圧力オンライン演算手段１２により逐
次演算される管路抵抗係数ｒなど）からなる演算用パラ
メータ１３と、圧力計４により測定した弁２の二次圧力
Ｐbと、流量計５により検出した流量Ｑと、末端圧力計
７により測定した末端圧力Ｐeとから、カルマン・フィ
ルタを用いて最適な弁二次圧力設定値Ｐbkを演算する。
イン演算手段１２は、操作員により設定されたパラメー
タ（末端圧力目標値Ｐeo、弁２と末端圧力計７の設置点
との標高差ｃ、前記指数ｚなど）及び逐次計算されたパ
ラメータ（弁二次圧力オンライン演算手段１２により逐
次演算される管路抵抗係数ｒなど）からなる演算用パラ
メータ１３と、圧力計４により測定した弁２の二次圧力
Ｐbと、流量計５により検出した流量Ｑと、末端圧力計
７により測定した末端圧力Ｐeとから、カルマン・フィ
ルタを用いて最適な弁二次圧力設定値Ｐbkを演算する。
【００２８】ここで、弁二次圧力オンライン演算手段１
２による具体的な演算内容は、以下の通りである。すな
わち、まず、測定された二次圧力Ｐb、流量Ｑ及び末端
圧力Ｐeから、カルマン・フィルタを用いて前述の数式
４〜８に従い、管路抵抗係数ｒを推定する。この管路抵
抗係数ｒ（ｋ）と、末端圧力目標値Ｐeo、現在の弁流量
測定値Ｑ、前記標高差ｃ及び指数ｚを用いて、数式２に
従い現在の弁２の二次圧力設定値Ｐbkを演算する。この
演算は、管路抵抗係数ｒを所定時間間隔で逐次計算する
度に実行される。
２による具体的な演算内容は、以下の通りである。すな
わち、まず、測定された二次圧力Ｐb、流量Ｑ及び末端
圧力Ｐeから、カルマン・フィルタを用いて前述の数式
４〜８に従い、管路抵抗係数ｒを推定する。この管路抵
抗係数ｒ（ｋ）と、末端圧力目標値Ｐeo、現在の弁流量
測定値Ｑ、前記標高差ｃ及び指数ｚを用いて、数式２に
従い現在の弁２の二次圧力設定値Ｐbkを演算する。この
演算は、管路抵抗係数ｒを所定時間間隔で逐次計算する
度に実行される。
【００２９】演算された二次圧力設定値Ｐbkは、スイッ
チ１７を介して弁開度制御装置１４に送られる。そし
て、弁２の二次圧力が上記設定値Ｐbkに一致するように
弁開度操作部６により弁２の開度が操作される。これに
より、配水管網３の末端圧力はその目標値Ｐeoに制御さ
れることになる。
チ１７を介して弁開度制御装置１４に送られる。そし
て、弁２の二次圧力が上記設定値Ｐbkに一致するように
弁開度操作部６により弁２の開度が操作される。これに
より、配水管網３の末端圧力はその目標値Ｐeoに制御さ
れることになる。
【００３０】なお、圧力制御装置が弁２ではなくポンプ
である場合には、流量に見合ったポンプ運転台数を選択
して回転数を制御するポンプ運転台数・回転数制御装置
を弁開度制御装置１４の代わりに設置する。
である場合には、流量に見合ったポンプ運転台数を選択
して回転数を制御するポンプ運転台数・回転数制御装置
を弁開度制御装置１４の代わりに設置する。
【００３１】また、１１は第２の演算手段であり、弁２
の流量を実測する代わりに需要予測演算手段９が浄水の
流量（需要量）を予測し、この予測流量に基づいて弁二
次圧力スケジュール演算手段１０が数時間先までの弁二
次圧力設定値をスケジュールとして演算する。なお、需
要予測演算手段９は、現在の季節や時間帯、過去の実績
データ等を用いてファジィ推論やニューラルネットワー
ク等により流量予測を行うが、その具体的な方法は特に
限定されない。弁二次圧力スケジュール演算手段１０
は、基本的には前記数式２に従い、その流量Ｑとして流
量予測値を用いることにより二次圧力設定値Ｐbkを演算
する。なお、管路抵抗係数ｒは例えば一定値と仮定する
ものとし、この管路抵抗係数ｒや標高差ｃ及び指数ｚ等
が演算用パラメータ１６として使用される。
の流量を実測する代わりに需要予測演算手段９が浄水の
流量（需要量）を予測し、この予測流量に基づいて弁二
次圧力スケジュール演算手段１０が数時間先までの弁二
次圧力設定値をスケジュールとして演算する。なお、需
要予測演算手段９は、現在の季節や時間帯、過去の実績
データ等を用いてファジィ推論やニューラルネットワー
ク等により流量予測を行うが、その具体的な方法は特に
限定されない。弁二次圧力スケジュール演算手段１０
は、基本的には前記数式２に従い、その流量Ｑとして流
量予測値を用いることにより二次圧力設定値Ｐbkを演算
する。なお、管路抵抗係数ｒは例えば一定値と仮定する
ものとし、この管路抵抗係数ｒや標高差ｃ及び指数ｚ等
が演算用パラメータ１６として使用される。
【００３２】上述した弁二次圧力スケジュールに従って
運転するか、または、前述の弁流量測定値からオンライ
ンで演算した弁二次圧力設定値に従って運転するかは、
スイッチ１７により任意に選択可能とする。
運転するか、または、前述の弁流量測定値からオンライ
ンで演算した弁二次圧力設定値に従って運転するかは、
スイッチ１７により任意に選択可能とする。
【００３３】図２は、弁二次圧力オンライン演算手段１
２が数式７により逐次求めた管路抵抗係数ｒの推定値
（破線により示す）と、前記数式３により末端圧力Ｐe
や弁２の二次圧力Ｐb等から逆算した見かけ上の管路抵
抗係数ｒの計算値（実線により示す）の１時間ごと６日
間の比較結果を示すものである。この比較結果から、推
定値は計算値とほぼ一致しており、管路抵抗係数ｒを高
精度に推定できることが立証されている。なお、図２の
縦軸において、「Ｅ−０４」，「Ｅ−０５」はそれぞれ
１０-4，１０-5を示す。
２が数式７により逐次求めた管路抵抗係数ｒの推定値
（破線により示す）と、前記数式３により末端圧力Ｐe
や弁２の二次圧力Ｐb等から逆算した見かけ上の管路抵
抗係数ｒの計算値（実線により示す）の１時間ごと６日
間の比較結果を示すものである。この比較結果から、推
定値は計算値とほぼ一致しており、管路抵抗係数ｒを高
精度に推定できることが立証されている。なお、図２の
縦軸において、「Ｅ−０４」，「Ｅ−０５」はそれぞれ
１０-4，１０-5を示す。
【００３４】図３は、逐次推定された管路抵抗係数ｒ
と、二次圧力Ｐb及び流量Ｑの実測値と、指数ｚ及び標
高差ｃを与え、前記数式１により計算した末端圧力Ｐe
の推定値（破線により示す）と実測値（実線により示
す）の６日間の比較結果を示している。この図から、本
実施形態により推定した管路抵抗係数ｒから末端圧力Ｐ
eがほぼ実測値通りに良好に推定できていることがわか
る。
と、二次圧力Ｐb及び流量Ｑの実測値と、指数ｚ及び標
高差ｃを与え、前記数式１により計算した末端圧力Ｐe
の推定値（破線により示す）と実測値（実線により示
す）の６日間の比較結果を示している。この図から、本
実施形態により推定した管路抵抗係数ｒから末端圧力Ｐ
eがほぼ実測値通りに良好に推定できていることがわか
る。
【００３５】更に、図４は末端圧力目標値Ｐeoを一定値
（３００ｋＰａ）としたときの、数式２により求めた二
次圧力設定値Ｐbk（破線により示す）と制御を行ってい
ない二次圧力実測値（実線により示す）の比較結果であ
る。図５は、図２，図３，図４の計算に使用したときの
実際の弁２の流量である。本実施形態においては、図４
に示される二次圧力設定値Ｐbkに基づいて弁２を制御す
ることにより、その流量が図５に示すように変化し、配
水管網の末端圧力を目標値Ｐeoに制御できることが確認
されている。
（３００ｋＰａ）としたときの、数式２により求めた二
次圧力設定値Ｐbk（破線により示す）と制御を行ってい
ない二次圧力実測値（実線により示す）の比較結果であ
る。図５は、図２，図３，図４の計算に使用したときの
実際の弁２の流量である。本実施形態においては、図４
に示される二次圧力設定値Ｐbkに基づいて弁２を制御す
ることにより、その流量が図５に示すように変化し、配
水管網の末端圧力を目標値Ｐeoに制御できることが確認
されている。
【００３６】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、従来
のように配水管網の更新や需要変化に応じてデータテー
ブルや制御パラメータをその都度更新しなければならな
い方法に比べ、所望の末端圧力目標値のもとで、弁など
の圧力制御装置の流量、逐次推定演算される管路抵抗係
数等を用いて圧力制御装置の二次圧力設定値を求めるこ
とができ、この二次圧力設定値に従って圧力制御を行う
ことにより配水管網の末端圧力をほぼ目標値通りに制御
することができる。特に、配水管路が更新された場合に
は管路抵抗係数に自動的に反映されるので、従来のよう
にデータ更新等の煩雑な手間に煩わされることもない。
また、需要変化に対しては需要予測演算に基づく二次圧
力設定値のスケジュール演算によって対応可能である。
のように配水管網の更新や需要変化に応じてデータテー
ブルや制御パラメータをその都度更新しなければならな
い方法に比べ、所望の末端圧力目標値のもとで、弁など
の圧力制御装置の流量、逐次推定演算される管路抵抗係
数等を用いて圧力制御装置の二次圧力設定値を求めるこ
とができ、この二次圧力設定値に従って圧力制御を行う
ことにより配水管網の末端圧力をほぼ目標値通りに制御
することができる。特に、配水管路が更新された場合に
は管路抵抗係数に自動的に反映されるので、従来のよう
にデータ更新等の煩雑な手間に煩わされることもない。
また、需要変化に対しては需要予測演算に基づく二次圧
力設定値のスケジュール演算によって対応可能である。
【００３７】更に、本発明によって配水管網の末端圧力
が安定して目標値近傍に保たれることにより、夜間の需
要量が少ない時間帯には末端圧力を低くすることが可能
になる。これにより漏水量が減少し、渇水時には必要最
低限の圧力に制御することが可能になって浄水の浪費を
減らすことができる。従って、経済的な効果も大なるも
のがある。
が安定して目標値近傍に保たれることにより、夜間の需
要量が少ない時間帯には末端圧力を低くすることが可能
になる。これにより漏水量が減少し、渇水時には必要最
低限の圧力に制御することが可能になって浄水の浪費を
減らすことができる。従って、経済的な効果も大なるも
のがある。
【図１】本発明の実施形態を示すブロック図である。
【図２】実施形態における管路係数係数の推定値と計算
値との比較図である。
値との比較図である。
【図３】実施形態における末端圧力の推定値と実測値と
の比較図である。
の比較図である。
【図４】実施形態において末端圧力を一定値にする場合
の二次圧力設定値と実測値との比較図である。
の二次圧力設定値と実測値との比較図である。
【図５】図２，図３，図４の計算に用いた弁流量の実測
値を示す図である。
値を示す図である。
【符号の説明】 １ 配水池 ２ 弁 ３ 配水管網 ４ 圧力計 ５ 流量計 ６ 弁開度操作部 ７ 末端圧力計 ８ マンマシンインターフェース ９ 需要予測演算手段 １０ 弁二次圧力スケジュール演算手段 １１ 第２の演算手段 １２ 弁二次圧力オンライン演算手段 １３，１６ 演算用パラメータ １４ 弁開度制御装置 １５ 第１の演算手段 １７ スイッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒谷 憲一 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 (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 (72)発明者 伊藤 修 東京都日野市富士町１番地 株式会社エ フ・エフ・シー内 Ｆターム(参考） 3J071 AA12 BB02 BB14 CC11 DD36 EE02 EE07 EE19 EE24 EE25 FF12 5H004 GA16 GB08 HA03 HB02 HB03 HB07 JA03 JA22 JB08 JB23 KB39 KC23 KC25 KC27 LA15 LA18 MA18 5H316 AA07 BB08 CC05 DD07 EE02 ES02 FF05 FF22 FF37 GG06 GG09 HH04 HH08 HH12 9A001 BB06 FF01 HH32 JJ51 KK55 LL09
Claims (2)
- 【請求項１】 配水池から管路を介して配置された上水
道の配水管網の末端圧力を目標値に制御するための末端
圧力制御装置において、 前記管路の圧力操作点に配置された圧力制御装置と、 前記圧力操作点の圧力を測定する手段と、 前記圧力操作点の流量を測定する手段と、 前記配水管網の末端圧力を測定する手段と、 前記圧力操作点の圧力、流量及び前記末端圧力の測定値
に基づいて前記圧力操作点から末端までの等価的な管路
抵抗係数を逐次推定し、この管路抵抗係数と前記圧力操
作点の流量測定値と末端圧力目標値とを用いて前記圧力
操作点の圧力設定値を求めるオンライン演算手段と、 前記圧力設定値に従って前記圧力制御装置を制御する手
段と、 を備えたことを特徴とする配水管網の末端圧力制御装
置。 - 【請求項２】 請求項１に記載した配水管網の末端圧力
制御装置において、 前記圧力操作点の流量を予測し、この流量予測値を用い
て前記圧力操作点の圧力設定値をスケジュールとして求
めるスケジュール演算手段と、 前記オンライン演算手段またはスケジュール演算手段の
何れか一方によって求められた圧力設定値を選択する手
段と、 を備えたことを特徴とする配水管網の末端圧力制御装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000092940A JP2001280597A (ja) | 2000-03-28 | 2000-03-28 | 配水管網の末端圧力制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000092940A JP2001280597A (ja) | 2000-03-28 | 2000-03-28 | 配水管網の末端圧力制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001280597A true JP2001280597A (ja) | 2001-10-10 |
Family
ID=18608198
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000092940A Pending JP2001280597A (ja) | 2000-03-28 | 2000-03-28 | 配水管網の末端圧力制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001280597A (ja) |
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-
2000
- 2000-03-28 JP JP2000092940A patent/JP2001280597A/ja active Pending
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