JP2003013866A - ポンプ台数制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、負荷変動に対応する追従性がよく
効率がよいポンプ運転を行うことができるポンプ台数制
御装置を提供することにある。 【解決手段】 異なる容量種別の複数のポンプ１５，１
７から吐出された流体の流量を流量計２９により負荷値
として検出し、この負荷実績値を負荷実績記憶部３７ａ
に記憶しておき、前日までの負荷実績値と現在の負荷実
績値に基づいて、所定時間後の負荷予測値を予測演算部
３７ｂにより予測し、現在の使用可能なポンプを判断し
て使用可能ポンプの容量と負荷予測値に基づいて、負荷
変動に見合った最適な次の起動／停止ポンプの容量種別
を優先ポンプ種別判断処理部３９により判断して決定
し、台数制御処理部が決定された次の起動／停止ポンプ
の容量種別と使用可能ポンプに関する起動／停止順序に
基づいて、起動／停止すべき負荷値を決定してポンプ台
数を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、配水池から同一配
管網に配水する上水道システムに利用されるポンプ台数
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、市町村には配水池が設置されて
おり、この配水池から同一の配管網に配水し、需要者の
要求に応えるような上水道システムが採用されている。
ここで、配水場は対象流域から流下されてくる水を浄化
した後に配水池を経て配水ポンプを用いて配管網に配水
する役割をもっている。

【０００３】この配水池には排水設備機器を制御するた
めのポンプ台数制御装置が備えられており、昼間と夜間
の水需要の相違から、次のような制御が行われている。
すなわち、配水池には複数の容量が異なる配水ポンプが
備えられており、同一配水網に配水を行う場合、従来の
ポンプ台数制御装置では、昼間と夜間の時間帯に応じ、
或いは配水流量低下に伴う圧力上昇に応じて、固定順序
もしくは負荷レベルによる配水ポンプの組み合わせ（レ
ベル制御）での台数制御を行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来のポン
プ台数制御装置にあっては、負荷が安定した時間帯であ
っても、配水ポンプを増台すべき負荷レベルまたは減台
すべき負荷レベル（以下、増／減台レベルという）に達
した場合に、負荷に対応する台数目もしくは負荷レベル
に応じてポンプを選択するため、必要負荷変動に見合っ
たポンプの運転／停止制御とはならず、効率よい運転が
できない場合がある。

【０００５】また、レベル制御で大容量ポンプと小容量
ポンプを交互に増台するような設定にすれば、消費電力
の効率性だけを向上することができるが、複数のポンプ
に対応して頻繁な運転／停止制御を行うことになってし
まう。

【０００６】異なる容量のポンプが混在する配水池に対
しては、以下のように固定順序もしくは負荷レベルによ
る機器組み合わせ（レベル制御）でのポンプ台数制御を
行っている。

【０００７】＜固定順序例＞ １台目 ；小１号 ２台目 ；大１号 ３台目 ；大２号 ４台目 ；小２号 ＜負荷レベルによる機器組み合わせ（レベル制御）例＞ 負荷レベル１ ；小１台，大０台 負荷レベル２ ；小０台，大１台 負荷レベル３ ；小０台，大２台 負荷レベル４ ；小１台，大２台 このような台数制御では、負荷が安定した時間帯であっ
ても、増／減台レベルに達した場合に、負荷に対応する
台数目の号機もしくは負荷レベルに従ったポンプ選択と
なる。そのため、必要負荷変動に見合ったポンプの起動
／停止制御とはならず、効率のよい運転ができない場合
がある。

【０００８】図５に示す「配水流量日変化」のように、
日変動がほぼ一定の負荷であり、また２〜５時（Ｔ
ａ），１２〜１６時（Ｔｂ），１９〜２２時（Ｔｃ）の
時間帯では負荷変動が小さい時は、小容量ポンプの増／
減台でまかう方が効率的である。一方、他の時間帯では
負荷変動が大きい時は、大容量ポンプを増／減台した方
が効率および追従性がよいことがわかる。

【０００９】効率性だけを求めるのであれば、下記のよ
うに、 負荷レベル１ ；小１台，大０台 負荷レベル２ ；小０台，大１台 負荷レベル３ ；小１台，大１台 負荷レベル４ ；小０台，大２台 レベル制御により大容量ポンプと小容量ポンプを交互に
増やす設定にすればよいが、負荷レベルが変化した時に
ポンプや制御機器を置き換える動作となり、頻繁に起動
／停止を行うこととなってしまう。そのため、機械的に
負担が大きくなり運用上好ましくないといった問題があ
った。

【００１０】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的としては、負荷変動に対応する追従性がよく効
率がよいポンプ運転を行うことができるポンプ台数制御
装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
上記課題を解決するため、異なる容量種別の複数のポン
プに対して、それぞれのポンプの運転／停止制御を行う
ポンプ台数制御装置であって、前記複数のポンプから吐
出された流体の流量を負荷値として検出する負荷検出手
段と、前記負荷検出手段により検出された負荷実績値を
記憶する負荷実績記憶手段と、前記負荷実績記憶手段に
記憶された前日までの負荷実績値と前記負荷検出手段に
より検出された現在の負荷実績値に基づいて、所定時間
後の負荷予測値を予測する負荷予測手段と、現在の使用
可能なポンプを判断する使用可能ポンプ判断手段と、前
記使用可能ポンプ判断手段により判断された使用可能ポ
ンプの容量と前記負荷予測手段により予測された負荷予
測値に基づいて、負荷変動に見合った最適な次の起動／
停止ポンプの容量種別を判断して決定するポンプ種別判
断手段と、前記ポンプ種別判断手段により決定された次
の起動／停止ポンプの容量種別と前記使用可能ポンプ判
断手段により判断された使用可能ポンプに関する起動／
停止順序に基づいて、起動／停止すべき負荷値を決定し
てポンプ台数を制御する制御手段とを備えたことを要旨
とする。

【００１２】請求項２記載の発明は、上記課題を解決す
るため、前記負荷予測手段は、現在の時刻に関する前日
までの負荷実績値と現在の時刻から所定時間後の負荷実
績値と移動平均値を算出して、この移動平均値と現在の
負荷実績値に基づいて、一定時間後の負荷予測値を予測
することを要旨とする。

【００１３】請求項３記載の発明は、上記課題を解決す
るため、日にち方向の相関係数を用いて前日の移動平均
値を補正し、現在の時刻における時間方向の相関係数を
用いて現在の負荷実績値を補正しすることを要旨とす
る。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１５】図１は、本発明の一実施の形態に係るポン
プ台数制御装置を適用可能なシステム構成を示す図であ
る。

【００１６】本システムには、浄化後の水を一時的に保
持する配水池１１と、配水池１１に設けられ配水池水位
ｈを検出するた水位計１２と、この配水池１１内の水を
吸引して流量調整弁１９を介して配管２３に配水するｍ
個の大容量ポンプ１５−１〜１５−ｍと、この配水池１
１内の水を吸引して流量調整弁２１を介して配管２５に
配水するｎ個の小容量ポンプ１７−１〜１７−ｎと、配
管２３，２５が合流して配管２７から配管網に接続され
ている配管３１に流入する水の配水流量値Ｑｎ（ｔ）を
検出する流量計２９と、配管３１に設けられ現在のポン
プの吐出圧Ｈを検出する水圧計３０と、ポンプ台数制御
装置３３とから構成されている。なお、本実施の形態で
は、運転可能なポンプのうちの任意に設定され１台をベ
ース機と呼ぶこととする。

【００１７】上述したポンプ台数制御装置３３は、使用
可能機器判断処理部３５と、負荷予測処理部３７と、優
先ポンプ種別判断処理部３９と、台数制御処理部４１と
から構成されている。

【００１８】使用可能機器判断処理部３５は、異なるポ
ンプ容量毎に使用するポンプの優先順位（１台目，２台
目，…，休止）を入力して設定する入力部３５ａと、大
容量ポンプ１５−１〜１５−ｍ毎に使用する優先順位を
記憶する大容量ポンプ優先順位設定記憶部３５ｂと、小
容量ポンプ１７−１〜１７−ｎ毎に使用する優先順位を
記憶する小容量ポンプ優先順位設定記憶部３５ｃと、大
容量ポンプ優先順位設定記憶部３５ｂと小容量ポンプ優
先順位設定記憶部３５ｃとによる設定内容と現在のポン
プ状態（現場／遠方、運転／停止、故障）から起動／停
止が可能な使用可能機器を判断し、この使用可能機器内
でのポンプ容量毎の起動／停止順序を決定する使用可能
機器判断部３５ｄとから構成されている。

【００１９】また、負荷予測処理部３７は、流量計２９
により検出された前日までの水の配水流量Ｑｎ（ｔ）を
負荷実績値として記憶する負荷実績記憶部３７ａと、そ
の負荷実績値および現在の負荷実績値に基づいて一定時
間（例えば、１時間）後の負荷予測値を予測してこの負
荷予測値を出力する予測演算部３７ｂと、現在の時刻を
計時するタイマ部３７ｃとから構成されている。

【００２０】優先ポンプ種別判断処理部３９は、使用可
能機器と負荷予測値に基づいて、負荷変動に見合った最
適な次に起動／停止すべき次起動／停止ポンプの容量種
別を決定する。

【００２１】台数制御処理部４１は、この次起動／停止
ポンプの容量種別と使用可能機器に関する起動／停止順
序に基づいて、起動／停止すべき負荷レベルを決定して
ポンプの台数制御を行う。

【００２２】次に、図１〜図４を参照して、ポンプ台数
制御装置３３の動作について説明する。

【００２３】（１）使用可能機器判断処理部３５による
使用可能なポンプごとの起動／停止順序の決定 まず、使用可能機器判断処理部３５では、オペレータに
より異なるポンプ容量毎に使用するポンプの優先順位
（１台目，２台目，…，休止）が入力部３５ａから入力
され設定される。そして、大容量ポンプ優先順位設定記
憶部３５ｂには、入力部３５ａから入力された大容量ポ
ンプ１５−１〜１５−ｍ毎に使用する優先順位が記憶さ
れる。一方、小容量ポンプ優先順位設定記憶部３５ｃに
は、入力部３５ａから入力された小容量ポンプ１７−１
〜１７−ｎ毎に使用する優先順位が記憶される。

【００２４】さらに、使用可能機器判断部３５ｄには、
大容量ポンプ優先順位設定記憶部３５ｂと小容量ポンプ
優先順位設定記憶部３５ｃとによる設定内容と現在のポ
ンプ状態（現場／遠方、運転／停止、故障）から起動／
停止が可能な使用可能機器を判断し、この使用可能機器
内でのポンプ容量毎の起動／停止順序を決定する。

【００２５】（２）負荷予測処理部３７による負荷予測 流量計２９では、複数のポンプから吐出された流体の合
流後の配管２７から配管３１に向かう水の流量を現在の
負荷実績値として検出しており、流量計２９により検出
された負荷実績値は負荷実績記憶部３７ａに記憶され
る。

【００２６】ここで、負荷予測処理部３７では、タイマ
部３７ｃから現在の時刻ｔを読み出しておき、負荷実績
記憶部３７ａに記憶に記憶された前日までの負荷実績値
を読み出し、流量計２９により検出された現在の負荷実
績値に基づいて、一定時間Δｔ（例えば、１時間）後の
負荷予測値を予測する。

【００２７】すなわち、負荷予測処理部３７では、タイ
マ部３７ｃから現在の時刻ｔを読み出しておき、現在の
時刻ｔに関する前日（ｎ−１）までの負荷実績値Ｑｎ−
１（ｔ）と時刻ｔ＋Δｔ後の負荷実績値Ｑｎ−１（ｔ＋
Δｔ）との平均値を算出して移動平均値を求め、この移
動平均値と現在（ｎ）の負荷実績値Ｑｎ（ｔ）に基づい
て、一定時間Δｔ後の負荷予測値を予測演算式（１）に
従って演算して予測する。

【００２８】

【数１】 この結果、現在の時刻に関する前日までの負荷実績値と
現在の時刻から一定時間後の負荷実績値と移動平均値を
算出して、この移動平均値と現在の負荷実績値に基づい
て、一定時間後の負荷予測値を予測することで、前日ま
での負荷実績値の極端な変動成分を除外することがで
き、負荷予測値に関する予測精度を向上することができ
る。

【００２９】この予測演算式（１）の具体的な例として
は、以下の予測演算式（２）に従って行う。

【００３０】

【数２】 予測演算式（２）では、時刻ｔ＋Δｔにおける日にち方
向の相関係数ａ１，ａ２を用いて前日（ｎ−１）の移動
平均値を補正し、時刻ｔにおける時間方向の相関係数ｂ
１，ｂ２を用いて現在の負荷実績値を補正し、さらに、
補正後の移動平均値と補正後の現在の負荷実績値に対し
て、比率係数ｋ１を用いて加重平均を求めた上で、負荷
予測値を算出している。この結果、負荷予測値に関する
予測精度を向上することができるため、季節変化や気温
変化や天候変化などにより影響を受け易い配水の流量を
より的確に予測することができる。

【００３１】（３）優先ポンプ種別判断処理部３９によ
る次起動／停止ポンプ種別の決定 優先ポンプ種別判断処理部３９では、図２に示すよう
に、現在の負荷実績値Ｑｎ（ｔ）またはΔｔ後の負荷予
測値が、上述したベース機（運転可能な任意に設定され
た１台）の容量の優先範囲（ｈ１）外になった場合に
は、（３−１）〜（３−３）式の優先判断を行って次起
動／停止ポンプ種別を決定する。

【００３２】

【数３】 すなわち、（３−１）では、現在の運転ポンプにおける
最大吐出流量合計Ｑmax と小容量ポンプ１台の最大吐出
流量との合計値が、予測演算部３７により予測された負
荷予測値以下の場合には、次起動／停止ポンプとして大
容量ポンプ１５を優先することと決定する。

【００３３】また、（３−２）では、現在の運転ポンプ
における最大吐出流量合計Ｑmax から大容量ポンプ１台
の最大吐出流量を減算した値が、予測演算部３７により
予測された負荷予測値よりも小さい場合には、次起動／
停止ポンプとして小容量ポンプ１７を優先することと決
定する。

【００３４】また、現在の運転ポンプにおける最大吐出
流量合計Ｑmax と小容量ポンプ１台の最大吐出流量との
合計値が、予測演算部３７により予測された負荷予測値
以上の場合には、次起動／停止ポンプとして小容量ポン
プ１７を優先することと決定する。

【００３５】さらに、（３−３）では、現在の運転ポン
プにおける最大吐出流量合計Ｑmaxから大容量ポンプ１
台の最大吐出流量を減算した値が、予測演算部３７によ
り予測された負荷予測値以上の場合には、次起動／停止
ポンプとして大容量ポンプ１５を優先することと決定す
る。

【００３６】なお、ここでは大容量／小容量の２種類の
ポンプがあり、小容量ポンプは大容量ポンプの１／２の
容量であることとする。

【００３７】一方、現在の負荷実績値Ｑｎ（ｔ）または
負荷予測値がベース機（１台）の優先範囲（ｈ１）内で
ある場合は、下記の１台のポンプ運転時の運用に従った
ポンプ台数制御を行う。

【００３８】すなわち、例えば、１台の大容量ポンプの
みが可変速ポンプである場合に、ベース機の優先範囲
（ｈ１）内では、この大容量ポンプ（可変速ポンプ）を
最低１台運転する。

【００３９】また、例えば、大容量ポンプ／小容量ポン
プ共に可変速ポンプであり、負荷に応じて大容量ポンプ
と小容量ポンプの置き換え運転を（４−１），（４−
２）式に従って行う。

【００４０】

【数４】 すなわち、（４−１）では、現在の負荷実績値Ｑｎ
（ｔ）が、小容量ポンプ１台の最大吐出流量以下の場合
には、次起動／停止ポンプとして小容量ポンプ１７（１
台）を優先することと決定する。

【００４１】また、（４−２）では、現在の負荷実績値
Ｑｎ（ｔ）が、小容量ポンプ１台の最大吐出流量以上で
あり、かつ、大容量ポンプ１台の最大吐出流量以下であ
る場合には、次起動／停止ポンプとして大容量ポンプ１
７（１台）を優先することと決定する。

【００４２】（４）台数制御処理部４１によるポンプの
台数制御 台数制御処理部４１は、大容量ポンプを優先する場合に
は、次起動／停止ポンプの容量種別および使用可能機器
に関する起動／停止順序に基づいて、図３に示すよう
に、合成Ｑ−Ｈカーブ特性上において、配管３１に設け
られた水圧計３０により検出された現在のポンプの吐出
圧Ｈ、配水池１１に設けられた水位計１２により検出さ
れた配水池水位ｈから求めたポンプ運転点での最大吐出
流量を求め、起動時の負荷レベル／停止時の負荷レベル
を決定してポンプの台数制御を行う。

【００４３】すなわち、流量計２９により検出された現
在の負荷実績値が、図３に示すように、起動時の負荷レ
ベルを超えた場合には、現在のポンプから次に指定され
た大容量ポンプを起動して運転を切り替える。一方、現
在の負荷実績値が、停止時の負荷レベルより低くなった
場合には、現在のポンプを停止して次に指定された大容
量ポンプに運転を切り替える。

【００４４】また、小ポンプ優先の場合には、次起動／
停止ポンプの容量種別および使用可能機器に関する起動
／停止順序に基づいて、図４に示すように、合成Ｑ−Ｈ
カーブ特性上において、現在のポンプの吐出圧Ｈ、配水
池水位ｈから求めたポンプ運転点での最大吐出流量を求
め、起動／停止時の負荷レベルを決定してポンプの台数
制御を行う。

【００４５】すなわち、流量計２９により検出された現
在の負荷実績値が、図４に示すように、起動時の負荷レ
ベルを超えた場合には、現在のポンプから次に指定され
た小容量ポンプを起動して運転を切り替える。一方、現
在の負荷実績値が、停止時の負荷レベルより低くなった
場合には、現在のポンプを停止して次に指定された小容
量ポンプに運転を切り替える。

【００４６】本実施の形態における効果は、一定時間後
の負荷予測を行うことにより、今後の一定時間内での予
測可能な負荷変動を推定し、この負荷変動に見合ったポ
ンプ種別を選択してポンプの台数制御を行うようにする
ことで、負荷が安定しているときには必要以上の運転能
力を有する大容量ポンプの運転／停止制御を回避して小
容量ポンプの運転／停止制御となり、一方、負荷変動が
大きいときには大容量ポンプの運転／停止制御となるの
で、負荷変動に対応する追従性がよく効率がよいポンプ
運転を行うことができる。

【００４７】また、最適なポンプ種別を自動選択できる
ようになるため、レベル制御で大容量ポンプと小容量ポ
ンプを交互に増やす設定の場合に、例えば、直ぐに負荷
レベルが２段階上がる状況が生じても不要なステップ動
作をなくすことができ、ポンプの運転／停止を少なくす
るという効果もある。

【００４８】

【発明の効果】請求項１記載の本発明によれば、異なる
容量種別の複数のポンプから吐出された流体の流量を負
荷値として検出し、この負荷実績値を記憶しておき、前
日までの負荷実績値と現在の負荷実績値に基づいて、所
定時間後の負荷予測値を予測し、現在の使用可能なポン
プを判断して使用可能ポンプの容量と負荷予測値に基づ
いて、負荷変動に見合った最適な次の起動／停止ポンプ
の容量種別を判断して決定し、決定された次の起動／停
止ポンプの容量種別と使用可能ポンプに関する起動／停
止順序に基づいて、起動／停止すべき負荷値を決定して
ポンプ台数を制御することで、負荷値が安定していると
きには必要以上の運転能力を有する大容量ポンプの運転
／停止制御を回避して小容量ポンプの運転／停止制御と
なり、一方、負荷変動が大きいときには大容量ポンプの
運転／停止制御となるので、負荷変動に対応する追従性
がよく効率がよいポンプ運転を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係るポンプ台数制御装
置を適用可能なシステム構成を示す図である。

【図２】優先ポンプ種別判断処理について説明するため
の優先範囲を示す図である。

【図３】大ポンプ優先時の台数制御処理について説明す
るための優先範囲を示す図である。

【図４】小ポンプ優先時の台数制御処理について説明す
るための優先範囲を示す図である。

【図５】配水流量の日変化を示す図である。

【符号の説明】

１１ 配水池 １５−１〜１５−ｍ 大容量ポンプ １７−１〜１７−ｎ 小容量ポンプ １９ 流量調整弁 ２１ 流量調整弁 ２３，２５，２７，３１ ２９ 流量計 ３３ ポンプ台数制御装置 ３５ 使用可能機器判断処理部 ３７ 負荷予測処理部 ３９ 優先ポンプ種別判断処理部 ４１ 台数制御処理部 ３５ａ 入力部 ３５ｂ 大容量ポンプ優先順位設定記憶部 ３５ｃ 小容量ポンプ優先順位設定記憶部 ３５ｄ 使用可能機器判断部 ３７ａ 負荷実績記憶部 ３７ｂ 予測演算部 ３７ｃ タイマ部 ３９ 優先ポンプ種別判断処理部 ４１ 台数制御処理部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3H045 AA16 AA23 BA02 BA03 BA07 BA19 BA33 CA03 CA06 CA30 DA37 DA39 DA47 DA48 EA04 EA13 EA14 EA38 5H004 GA16 GA38 GB08 HA02 HB02 HB03 JA03 KA03 KA13 KC23

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 異なる容量種別の複数のポンプに対し
   て、それぞれのポンプの運転／停止制御を行うポンプ台
   数制御装置であって、 前記複数のポンプから吐出された流体の流量を負荷値と
   して検出する負荷検出手段と、 前記負荷検出手段により検出された負荷実績値を記憶す
   る負荷実績記憶手段と、 前記負荷実績記憶手段に記憶された前日までの負荷実績
   値と前記負荷検出手段により検出された現在の負荷実績
   値に基づいて、所定時間後の負荷予測値を予測する負荷
   予測手段と、 現在の使用可能なポンプを判断する使用可能ポンプ判断
   手段と、 前記使用可能ポンプ判断手段により判断された使用可能
   ポンプの容量と前記負荷予測手段により予測された負荷
   予測値に基づいて、負荷変動に見合った最適な次の起動
   ／停止ポンプの容量種別を判断して決定するポンプ種別
   判断手段と、 前記ポンプ種別判断手段により決定された次の起動／停
   止ポンプの容量種別と前記使用可能ポンプ判断手段によ
   り判断された使用可能ポンプに関する起動／停止順序に
   基づいて、起動／停止すべき負荷値を決定してポンプ台
   数を制御する制御手段とを備えたことを特徴とするポン
   プ台数制御装置。
2. 【請求項２】 前記負荷予測手段は、 現在の時刻に関する前日までの負荷実績値と現在の時刻
   から所定時間後の負荷実績値と移動平均値を算出して、
   この移動平均値と現在の負荷実績値に基づいて、一定時
   間後の負荷予測値を予測することを特徴とする請求項１
   記載のポンプ台数制御装置。
3. 【請求項３】 前記負荷予測手段は、 日にち方向の相関係数を用いて前日の移動平均値を補正
   し、現在の時刻における時間方向の相関係数を用いて現
   在の負荷実績値を補正しすることを特徴とする請求項２
   記載のポンプ台数制御装置。