JP2005222415A

JP2005222415A - 井戸装置の制御方法及び井戸装置

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Publication number: JP2005222415A
Application number: JP2004031252A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Ishise; 俊明石瀬; Takashi Moro; 茂呂　　隆; Goro Ushiba; 五郎牛場; Yasutomo Ishii; 康友石井; Tomio Mishima; 富生三島
Original assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Current assignee: Takenaka Komuten Co Ltd
Priority date: 2004-02-06
Filing date: 2004-02-06
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2024-02-06
Also published as: JP4420691B2

Abstract

【課題】水中ポンプの発停回数を極力少なくして流入する土砂細粒子を減少させ、総給水コストを最低限に抑える井戸装置の制御方法及び井戸装置を提供する。
【解決手段】制御装置は、水中ポンプの送水開始前に水位計の計測信号及び予め有している需要パターンを基に総供給コストが最も低くなる送水開始時間、送水終了予定時間、時間時間帯別予定送水量をシミュレーションにより決定し、水中ポンプの送水開始後は水位計および流量計の計測信号を基に設定時間間隔毎の目標送水量を随時演算し、前記演算および決定された各制御信号を流量調整弁の流量制御、及び水中ポンプの発停制御として出力し送水量を制御する。
【選択図】
【図１】

Description

この発明は、規制対象外の小規模な井戸装置を効率的に制御する制御方法及び同方法が実施される井戸装置の技術分野に属し、更に云うと、水中ポンプの発停回数を極力少なくしてストレーナー及び水中ポンプ等に流入する土砂細粒子を減少させ、総給水コストを最低限に抑えることが可能な井戸装置の制御方法及び井戸装置に関する。

従来から、送水用の井戸には、地盤沈下対策として厳しい地下水くみ上げ規制があるため、送水管が１インチ以下である規制対象外の小規模なものが多い。その一例として図９に示した井戸装置は、土砂細粒子流入防止用のフィルターが設けられ網状ストレーナー付パイプ９１内の水中に挿入された水中ポンプ９０と、水中ポンプ９０の送水管９２を通じて送られた井戸水を一時貯留する受水槽設備９３と、受水槽９３ａの貯留水を需要部へ供給する給水設備９４から成っている。前記受水槽９３に設けた高水位センサＨＳ及び低水位センサＬＳとから成る水位計９５が高水位レベルを検出した時には水中ポンプ９０を停止させ、低水位レベルを検出した時には水中ポンプ９０を始動させて送水量を制御する。

受水槽への送水量を適切に制御する先行技術としては、下記の特許文献１に開示された発明は、水道水から供給される水を貯蓄する受水槽の底部に制御装置と接続された水位計を設け、前記制御装置には予め満水警報水位（高水位）、流入弁開水位、流入弁閉水位、減水警報水位（低水位）等の設定水位が設定されている。前記水位計から入力された水位信号と制御装置で設定された各設定水位とを比較して、水位を超えたか或いは下がったかの判別により、前記判別した設定水位に応じて警報器、水中ポンプの駆動モータ及び流入弁に対して制御信号を送り送水量を制御している。

同様に、水道水から供給される水を貯蓄する受水槽又は受水池等に予め設定水位を幾つか設け、設定水位に達すると制御装置が当該設定水位に応じた制御信号を水中ポンプ又は流入弁へ送り送水量を制御する技術が、下記特許文献２、３に開示されて公知である。

特許第２８３２１８３号公報特開昭５３−３８８８３号公報特開昭５９−６０５１６号公報

上述したように、受水槽に設けられた水位計により水位を検出して送水量を制御する技術は、既に公知である。しかし、その精度や制御方法は各社各様であり、未だ満足できる井戸装置の制御方法および井戸装置に係る技術は見当たらない。

井戸水の送水技術として好ましいのは、水中ポンプの発停回数を極力少なくして水中ポンプをフル稼働させることである。しかし、図９に示した井戸装置の場合、設定した高低の水位を基準にして水中ポンプ９０の発停を行っており、水位の変動が激しい平日等にはその発停回数が著しく多くなる。水中ポンプ９０の送水時は、井戸への地下水流は安定しているので、地盤内の土砂細粒子も安定している。しかし、水中ポンプ９０の発停時には、井戸への地下水流が急激な変動を繰り返すことになり、その都度土砂細粒子が移動してストレーナー部及び水中ポンプ９０のフィルターへ流入して、井戸内に堆積し送水効率に支障をきたす。そのため、井戸機能を低下又は停止することになり井戸寿命低下の要因となる。こうした井戸機能を再生するためには、高コストで時間のかかる井戸リフレッシュ工事をしなければならず、その間井戸機能は完全に停止しなければならない。

規制対象外の小規模な井戸装置の場合は特に、平日の昼間の水需要が井戸の給水能力を上回わるため、受水槽の貯水量を常に満杯近く保つように制御する必要がある。よって、低水位レベルを高水位レベルに近づけて制御することになるが、そうすると必然的に水中ポンプの発停回数が更に多くなり、先に挙げた土砂細粒子の流入の問題がより深刻なものとなる。

図９の井戸装置および特許文献１〜３に開示された受水槽への送水量を制御する技術は、制御装置により設定水位を効果的に保持することを可能としているが、単に予め設定した設定水位値を基に水中ポンプの発停を決定しているのみであり、給水ポンプの発停を極力少なくして総給水コストの低減を図る制御はできない。

本発明の目的は、規制対象外の小規模な井戸装置において、制御装置が貯水量や水需要パターンを参照して水中ポンプの発停を極力少なくさせる送水制御を行え、ストレーナー及び水中ポンプに流入する土砂細粒子を減少させて井戸寿命の延長を図ると共に、総給水コストを最低限に抑えることが可能な、井戸装置の制御方法及び同方法が実施される井戸装置を提供することにある。

上述した従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る井戸装置の制御方法は、
井戸水を押し上げる水中ポンプと、前記水中ポンプで送られた井戸水を一時貯留する受水槽設備と、受水槽の貯留水を需要部へ供給する給水設備とから成る井戸装置の制御方法であって、
制御装置には、受水槽の水位の変動を計測する水位計、及び水中ポンプから受水槽へ至る送水管の途中に設置された流量計の各計測信号が入力されるものとし、前記入力に基づいて演算した制御信号が前記送水管の送水量を調整する流量調整弁の流量制御、及び水中ポンプの発停制御として出力されるものとし、
前記制御装置は、水中ポンプの送水開始前に水位計の計測信号及び予め有している需要パターンを基に総供給コストが最も低くなる送水開始時間、送水終了予定時間、時間帯別予定送水量をシミュレーションにより決定し、水中ポンプの送水開始後は水位計および流量計の計測信号を基に設定時間間隔毎の目標送水量を随時演算し、前記演算および決定された各制御信号を流量調整弁の流量制御、及び水中ポンプの発停制御として出力し送水量を制御することを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載した井戸装置の制御方法において、
前記制御装置は、水中ポンプの送水開始前に、実施日の需要パターンをカレンダー等を参照して決定するステップと、
現在の受水槽の水位を水位計により計測するステップと、
前記決定された需要パターン及び水位計の計測信号を基に一日の送水計画をシミュレーションにより演算し、総供給コストが最も低くなる送水開始時間、送水終了予定時間、時間帯別予定送水量を決定するステップと、
前記決定された送水開始時間に水中ポンプおよび流量調整弁へそれぞれ制御信号を送り送水を開始させるステップと、
送水開始後は水位計および流量計からの計測信号等から現在の給水量を算出し、前記算出に基づいて次回の設定時間間隔迄の目標送水量を演算して、前記演算に基づく制御信号を前記送水管の送水量を調整する流量調整弁の流量制御及び水中ポンプの発停信号として出力するステップと、
前記決定された送水終了予定時間を過ぎ、前記演算した目標送水量値が水中ポンプの必要最小送水量以下のときには水中ポンプの停止信号を出力して送水を停止させるステップと、
一日終了時に一日の実際の給水経過を需要パターンの修正データとして用い、新たな需要パターンとして更新するステップにより送水量を適切に制御することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２に記載した井戸装置の制御方法において、
水中ポンプの送水開始前に水位計で測定した水位が受水槽の下限設定水位以下である場合は、例外的に送水を開始させるステップを含むことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一に記載した井戸装置の制御方法において、
制御装置は、随時入力される水位計からの計測信号により、受水槽が危険水位になった場合には、制御装置が非常用に設置した水道設備を始動させて給水を行い、正常時には前記水道設備を停止させて給水を止めるステップを含むことを特徴とする。

請求項５に記載した発明に係る井戸装置は、
井戸水を押し上げる水中ポンプと、前記水中ポンプで送られた井戸水を一時貯留する受水槽設備と、受水槽の貯留水を需要部へ供給する給水設備と、これらを統括制御する制御装置とから成る井戸装置において、
制御装置には、受水槽の水位の変動を計測する水位計、及び水中ポンプから受水槽へ至る送水管の途中に設置された流量計の各計測信号が入力され、前記入力に基づいて演算した制御信号が前記送水管の送水量を調整する流量調整弁の流量制御、及び水中ポンプの発停制御として出力され、
前記制御装置は、水中ポンプの送水開始前に水位計の計測信号及び予め有している需要パターンを基に総供給コストが最も低くなる送水開始時間、送水終了予定時間、時間帯別予定送水量をシミュレーションにより決定し、水中ポンプの送水開始後は水位計および流量計の計測信号を基に次回の設定時間間隔迄の目標送水量を随時演算し、前記演算および決定された各制御信号を流量調整弁の流量制御、及び水中ポンプの発停制御として出力し送水量を制御することを特徴とする。

請求項１〜５に記載した発明に係る井戸装置の制御方法および井戸装置によれば、水中ポンプの発停回数は最少数となるので、前記井戸のストレーナー及び水中ポンプのフィルターへ井戸周辺からの土砂細粒子が流入することを最少限度に抑制でき、井戸の寿命を延長できる。また、水中ポンプは極力フル稼働になるように制御するため、その電気代をはじめ総給水コストを最低限に抑えることができる。

井戸水を押し上げる水中ポンプ１と、前記水中ポンプ１で送られた井戸水を一時貯留する受水槽設備２と、受水槽２ａの貯留水を需要部へ供給する給水設備３とから成る井戸装置の制御装置４に、受水槽２ａの水位の変動を計測する水位計５、及び水中ポンプ１から受水槽２ａへ至る送水管６の途中に設置された流量計７の各計測信号が入力される構成とする。
前記入力に基づいて演算した制御信号が前記送水管６の送水量を調整する流量調整弁８の流量制御、及び水中ポンプ１の発停制御として出力される。
前記制御装置４は、水中ポンプ１の送水開始前に水位計５の計測信号及び予め有している需要パターンを基に総給水コストが最も低くなる送水開始時間、送水終了予定時間、時間帯別予定送水量をシミュレーションにより決定し、水中ポンプ１の送水開始後は水位計５および流量計７の計測信号を基に次回の設定時間間隔迄の目標送水量を随時演算し、前記演算および決定された各制御信号を流量調整弁８の流量制御、及び水中ポンプ１の発停制御として出力し送水量を制御する。

図１には、本発明に係る井戸装置のシステム構成図を示す。
本発明の井戸装置の構成の大部分は、図９に示した従来の井戸装置とほぼ共通する。即ち、ストレーナー付パイプ１ｂ内の水中に挿入された水中ポンプ１と、水中ポンプ１の送水管６を通じて送られた井戸水を一時貯溜する受水槽設備２と、受水槽２ａの貯溜水を需要部へ供給する給水設備３とから成る。前記受水槽２ａはその水位変動を計測する水位計５を備えている。前記給水設備３は、給水仕切弁３ａと、インバータポンプ３ｂ及び給水管に設けた水圧計３ｃとから構成されている。

本発明の井戸装置は更に、水中ポンプ１から受水槽２ａへ至る送水管６の途中に流量計７を設け、前記水位計５および前記流量計７の各計測信号を入力される制御装置４を備えている。前記制御装置４は、前記二つの計測信号に基づいて演算した制御信号を、送水管６の流量調整弁８及び水中ポンプ１の駆動モータに対して、更には非常時には水道設備９へ出力し、送水量を適切に制御する。
前記制御装置４には、少なくとも計測信号受信部、演算処理部、記憶部、制御信号出力部とにより構成されており、前記演算処理部によりシミュレーションや送水時の送水量を逐次適切に演算し総給水コストを最低限に抑える送水制御を可能にしている。

以下、制御装置４による井戸装置の制御方法を、図２のフローチャートに基いて具体的に説明する。
先ずステップＡにおいて、制御装置４の演算処理部は、記憶部に格納されている需要パターンをカレントデート（カレンダー）等を用いて選択し実施日の該パターンを決定する。詳しくは図８のフローチャートに示すように、ＡＳ１０１で実施日をカレントデートから設定する。一般のビルにおいては平日と休日では水需要に大きな差があるので、ＡＳ１０２で平日か休日かの判断を行う。平日であればＡＳ１０３へ進み平日用の需要パターンを決定する。休日であればＡＳ１０４へ進み休日用の需要パターンを決定する。本実施例の場合、一例として図３に示すものを需要パターン（時間帯別水需要量）として決定する。

ステップＢにおいて、制御装置４は受水槽２ａに設けた水位計５の計測信号を計測信号受信部で検出して現在の受水槽の水位（ｈ_１）を測定する。

続くステップＣでは、制御装置４の演算処理部が、前記ステップＢで測定した現在の受水槽２ａの水位から実施日の送水計画をシミュレーションによって演算し、水中ポンプ１の発停を極力少なくし、総給水コストを最低限に抑えるための送水開始時間、送水終了予定時間、時間帯別予定送水量を決定する。

送水計画に当たって実施日の需要に対して最低総給水コストを演算することが基本であり、コストに影響する要因は以下の点が考えられる。固定要因としては、水道料金、電気代、水中ポンプ１の発停によるコスト、受水槽容量（Ｖmａx）であり、変動要因としては、実施日の水需要量（給水量）、実施日の初めの受水槽の貯水量である。したがって本発明は以上の各要因を考慮に入れて総給水コストが最低になる送水計画を演算する。

そのため数理計画手法を用いることとし、以下にその手法を説明する。時間帯毎の水需要をＹ_i、送水量をＸ_i、水道からの給水量をＺ_i、受水槽の貯水量をＶ_iとする。また、単位体積当たりの水道料金をＣ１、地下水のコストをＣ２（Ｘ）とし、水中ポンプ１の発停一回当たりの換算費用をＣ３とする。地下水のコストは水中ポンプ１がフル稼働時に最も安く、送水量を流量調整弁８を絞るにしたがって送水効率が落ちコストがアップするので送水量Ｘの関数となっている。

水道水のコストは地下水のコストよりはるかに高いので、可能な限り地下水から供給することを前提とし、危険水位に対応した最低確保貯水量（Ｖmin）を下回った時には、水道水を供給するものとする。現実の時間帯毎の水需要量は平均需要量からバラツキがあるので、最低標準貯水量（Ｖs）以上の貯水量を維持することが望ましい。このことからＶsに対する不足分としてコストＣ４を計上する。以上のことを制約条件と目的関数を数式で表せば以下のようになる。
先ず制約条件は、
＜数式１＞
Ｖ_i＝Ｖ_ｉ−１＋Ｘ_i＋Ｚ_i−Ｙ_ｉ
Ｘ_i≦Ｑmａx
Ｘ_i≧Ｑmin
Ｖ_i≧Ｖmin
目的関数Ｏ（Ｘ、Ｚ）は、（因みにｎは水中ポンプ１の発停回数）
＜数式２＞
Ｏ＝Σ_i｛Ｃ１・Ｚ_i＋Ｃ２（Ｘ_i）・Ｘ_i＋Ｃ３・ｎ+Ｃ４・（Ｖs−Ｖ_i）｝
となる。
これらの数式１、２により上記制約条件を満たしながら目的関数を最小にするようにＺ_i、Ｘ_i、ｎを決定することとなる。本実施例ではこれらの理論解を得るのが困難であるため、上記数理計画手法である数式１、２を適用したシミュレーションにより決定した。

シミュレーションでは、先ず、実施日当たりの水中ポンプ１の発停回数は１回を基準とし、送水開始時間を順に変化させて時間帯毎の送水量の演算を行う。このことにより一番総給水コストが低かった送水開始時間を導き出し、導き出された送水開始時間の給水経過から送水終了予定時間、時間帯別予定送水量を決定することができる。水中ポンプ１の送水量は受水槽２ａに余裕がある時は最大送水量とし、余裕がない時はオーバフローしない範囲の送水量とする。また、送水量がポンプの最小許容送水量を下回った時には水中ポンプ１を停止させるものとする。

以下にシミュレーションを一実施例により具体的に説明する。
図３に示す需要パターン（時間帯別水需要量）の一日の総水需要量が１００ｔである時、井戸の送水能力は６．５ｔ／ｈ、最小許容送水量は１．５ｔ／ｈ、Ｖmａxは３０ｔ、Ｖminは５ｔ、Ｖsは１０ｔ、初期貯水量は２７ｔとし、送水開始時間を変えて時間帯毎の貯水量の変化を演算する。本実施例のシミュレーションの時間帯設定は１時間間隔とした。数式２のコスト計算では、Ｃ１は４００円／ｔ、Ｃ３は５０円／回、Ｃ４は５０円／ｔ（ただしＶ_i≧ＶsのときＣ４＝０）とし、送水コストは送水量にかかわらず３０円／ｔとする。

制御装置４の演算処理部が行うシミュレーションによる演算の全体的な流れを、図４に示したフローチャートに示す。このフローチャートは要するに、ＳＣ１００〜ＳＣ１１１迄で送水開始時間を時間帯の設定毎に変化させて、当該送水開始時間から実施した場合の一日の時間帯毎の給水経過を演算する。ＳＣ１１２、ＳＣ１１３では、前記任意で開始した送水開始時間に順次１時間プラスして条件ｊ≦２４−ＴＱ／Ｑmaxまでのすべての送水開始時間に対する時間帯毎の給水経過を繰り返し演算させてシミュレーションし、上記数式１の制約条件を満たし、数式２の目的関数（総給水コスト）を最少にする最適な送水計画を導き出させるステップである。演算式および演算流れは図示した通りである。因みに、記号ＴＱは、一日の総需要量を示している。

ＳＣ１００では送水開始時間を決定するため任意の開始時間（及び分）を順にｊへ当てはめて当該開始時間を実施した一日の時間帯毎の給水経過を得るステップである。ｊは、送水開始時間を示している。すると、i＝ｊとして送水開始時間からの時間帯毎のシミュレーションが始まる。記号ｉは、送水開始時間ｊから２４時までシミュレーションされる時間経過である。

ＳＣ１０１では要するに時間iにおける井戸の現在送水量Ｑ_iを演算している。因みにＶmａxは受水槽容量である。ＳＣ１０２ではＱ_ｉが受水槽２ａの送水能力より大きいかどうかを判断し、Ｙｅｓであれば送水量Ｘ_ｉはＱmａxである。つまり水中ポンプ１の限界送水能力である。ＮｏであればＳＣ１０３へ進み、Ｑ_ｉが必要最小送水量Ｑmin以下であるかを調べる。Ｎｏであれば送水量Ｘ_ｉはＱ_ｉと等しい。Ｙｅｓであれば送水量Ｘ_ｉは０であり、水中ポンプ１は停止している。そして、ＳＣ１０４で送水終了予定時間かどうかを判定する。Ｙｅｓであれば次のステップ（ＳＣ１１２）へ行く。Ｎｏであれば水中ポンプ１の発停回数が加算される。

次にＳＣ１０５の数式により受水槽２ａの現在の貯水量Ｖ_ｉの演算を行う。因みに上述したように時間毎の水需要はＹ_iである。そして、ＳＣ１０６で前記貯水量Ｖ_ｉが必要最小貯水量Ｖminか否かを判定する。Ｎｏの場合は水道設備９により水道の供給は必要ないと判断しＳＣ１１０へ飛ぶ。Ｙｅｓの場合はＳＣ１０７において水道設備９による水道水の給水量Ｚ_ｉを演算する。そして、ＳＣ１０８において現在の受水槽の貯水量Ｖ_ｉは必要最小貯水量（Ｖmin）であると決定される。

ＳＣ１０９では、前記任意の送水開始時間（ここではｉ）から順に１時間加算（ｉ＋１）して各時間帯毎のそれぞれの給水経過を演算させるためのステップである。ＳＣ１１０で前記設定した時間が一日終了時２４時以降（Ｙｅｓ）であればＳＣ１１１で前記送水開始時間の目的関数を上述した数式２により演算する。Ｎｏの場合ＳＣ１０１へ戻って上述した計算を繰り返し行い、ＳＣ１００で入力した送水開始時間ｊに送水を開始した場合の時間帯毎の（一日の）給水経過をシミュレーションにより導き出す。

しかる後に、ＳＣ１１２へ進みｊ≦２４−ＴＱ／Ｑmaxか否かの判断を行い、Ｙｅｓであれば、ＳＣ１００で入力してシミュレーションした送水開始時間（ｊ）に１時間を加えた送水開始時間（ｊ＝ｊ＋１）を設定し、ｉ＝ｊとした上でＳＣ１０１からの演算を繰り返すことになる。つまり前記条件ｊ≦２４−ＴＱ／Ｑmax内まで送水開始時間を順次加えて、各送水開始時間毎の給水経過を時間帯毎に演算することとなる。これにより各送水開始時間の給水経過を比較することが可能となる。前記ＳＣ１１２でＮｏの場合は、前記条件内のすべての演算を終了しているのでＳＣ１１３へ進み、すべての送水開始時間毎の給水経過の結果から、総給水コストが最も低くなる送水開始時間、送水終了予定時間、時間帯別予定送水量を決定し実施日の送水計画として決定する。

次に上記各ステップによってシミュレーションした結果を図５〜図７に示し、前記結果から送水開始時間、送水終了予定時間、時間帯別予定送水量を決定する手順を説明する。
図５Ａは総給水コスト、横軸を送水開始時間に取りグラフにしたものである。図５Ｂは、図５Ａを単に拡大した図である。このグラフにおいては６時から送水を開始した時が最も総給水コストが低いことがはっきり分かる。逆に７時以降ではコストが著しく高くなっている。これは、水需要量が増加するまでの貯水量が少なく、水道水の供給が必要なためである。

図６Ａは５時から送水を開始した時の時間帯毎の送水量の変化を示しており、図６Ｂは受水槽２ａの時間帯毎の貯水量の変化を示した図である。

図７Ａは同様に６時から送水を開始した時の時間帯毎の送水量の変化を示しており、図７Ｂは受水槽２ａの時間帯毎の貯水量の変化を示した図である。

図６Ａと図７Ａを見比べて明らかなように、６時から送水を開始する方（図７Ａ）が安定して一定の送水量で実施できるため電気代、総給水コスト等が一番低くなることが解る。したがって送水開始時間は６時が最も総給水コストを低くできると判断し決定する。送水終了予定時間の決定は、先ず図３の時間帯別水需要から一日の推定総需要量を算定する。そして、前記シミュレーションから得た図７Ａの時間毎の送水量を順次加算して累積送水量を演算し、この送水量が前記推定総需要量と等しくなった時間を送水終了予定時間として決定する。

前記時間帯別予定送水量は、図７Ａに示すようにシミュレーションから導き出された各時間帯ごとの送水量として決定される。また、送水時の送水量を時間毎に設定するための設定時間間隔は、図６、図７に示したシミュレーションから得られた送水量や貯水量の変化を考慮して、受水槽２ａの容量や給水量（需要量）、水中ポンプ１の送水能力等々を考慮して決定される。小規模な井戸装置おいては例えば１５分毎など細かい設定時間間隔とする方が好ましい。

前記シミュレーションによる送水計画を演算した後、図２のフローチャートに戻りステップＤへ進む。
ステップＤで、制御装置４は受水槽への現在の送水量Ｑ_０１を流量計７により計測信号を受け測定を行う。続くステップＥでは前記ステップＣで演算され決定された送水開始時間か否かを判断する。因みに本実施例では６時である。Ｙｅｓの場合はステップＨへ進む。Ｎｏの場合はステップＦに進み、下限設定低水位以下かどうかを判定する。前記下限設定低水位とは、これ以上下がると無条件に給水を開始させる水位のことである。Ｎｏであれば、現在の受水槽２ａの水位を水位計５により計測した後、ステップＤへ戻り上述のステップを送水開始時間まで繰り返す。Ｙｅｓの場合、直ちに送水を開始しなければならないと判断され、ステップＧで前記ステップＣで演算した送水計画をシミュレーションし直すことが行われる。ここでは送水開始時間は前記判断時の時間で決定であるため、図４のフローチャートのＳＣ１００で判断時の時間が入力されＳＣ１１２からＳＣ１１３へステップを進めて、送水終了予定時間および時間帯別予定送水量をシミュレーションにより決定する。そののちステップＨへ進む。

ステップＨでは、制御装置４の制御信号出力部が水中ポンプ１の駆動モータ等へ送水開示信号、導水設備２の流量調節弁８へ制御信号を送り送水を開始させる。

ステップＩでは、送水中に次の設定時間間隔まで待機する。

送水中に制御装置４の演算処理部は、ステップＪで現在の受水槽水位はｈ_１を水位計５により検出し、現在の井戸送水量Ｑ_０１を流量計７により検出する。そして図に示す数式により給水設備３への現在給水量Ｑ_１１を逐次演算し監視する。因みに、Ａは受水槽の総面積、ｈ_１は井戸の現在の送水量、ｈ_０は前回の受水槽水位、δｔは設定時間間隔である。

そして、ステップＫにおいて、受水槽の最高設定水位Ｈmａxか否か判定をする。Ｎｏの場合、ｈ_１≦Ｈｓであるので、次の設定時間間隔迄の目標送水量Ｑ_０２を最大送水量Ｑ_０mａxとして水中ポンプ１をフル稼働で送水を続行する。このとき、著しい水の供給により、危険水位である場合には、制御装置４の制御信号出力部が非常用に設けた水道設備９へ制御信号を送り水道水を受水槽２ａへ供給させる。安定水位になった場合には直ちに水道設備９へ制御信号を送り水道水の供給を停止させる。因みに、Ｈｓは井戸からの送水量を決定する上での受水槽の標準水位である。Ｙｅｓの場合、ｈ_１＞Ｈｓである。それでステップＬへ進み、ステップＣの演算により導き出された送水終了予定時間か否かを判定する。

Ｎｏの場合ステップＭへ進み、次の設定時間間隔迄の目標送水量Ｑ_０２を演算する。演算式は図に示す通りである。因みに、Ｑ_１１は給水設備３への現在給水量、Ｋ_１は送水制御パラメータ、Ｈｓは井戸からの送水量を決定する上での受水槽の標準水位、ｈ_１は井戸の現在の送水量とする。

そしてステップＮで、演算した目標送水量Ｑ_０２が最小送水量Ｑminか否かを判定する。最小送水量とはこれ以上の少ない送水はできない最少値であるので、Ｙｅｓの場合は制御装置４は水中ポンプ１及び流量調整弁８へ制御信号を送り水中ポンプ１を停止させて送水を一時的に停止させる。Ｎｏの場合は、ステップＩに戻り一連のステップを繰り返す。

前記ステップＬにおいて、送水終了予定時間であるＹｅｓの場合には、制御装置４は水中ポンプ１及び流量調整弁８へ制御信号を送り水中ポンプ１を停止させて送水を完全に停止させる。

そしてステップＯにおいて、今日一日（実施日）の実際の給水経過を前回の実施日の需要パターンの修正データとして用い、新たな需要パターンとして更新する。
以上のような一連の流れによって、水中ポンプ１の発停回数を極力少なくし且つ総給水コストを最低限に抑える制御を行うことができるのである。

以上に実施形態を図面に基づいて説明したが、本発明は、図示例の限りではなく、その技術的思想を逸脱しない範囲において、当業者が通常に行う設計変更、応用のバリエーションの範囲を含むことを念のため言及する。

本発明に係る井戸装置の配管略図を示している。本発明に係る井戸装置の制御方法の全体の流れを示すフローチャートである。シミュレーション時に参考とする需要パターンの一例を示した図である。シミュレーションによる送水計画の演算の流れと演算式を示したフローチャートである。Ａは図４による演算により送水開始時間とコストの関係を示したグラフである。ＢはＡを拡大した図である。Ａは送水開始時間を５時とした時の時間帯毎の送水量の変化を示したグラフである。Ｂは送水開始時間を５時とした時の時間帯毎の貯水量の変化を示したグラフである。Ａは送水開始時間を６時とした時の時間帯毎の送水量の変化を示したグラフである。Ｂは送水開始時間を６時とした時の時間帯毎の貯水量の変化を示したグラフである。図２におけるステップＡの具体的な処理流れを示したフローチャートである。従来の井戸装置の配管略図を示した図である。

符号の説明

１水中ポンプ
２受水槽設備
２ａ受水槽
３給水設備
４制御装置
５水位計
６送水管
７流量計
８流量調整弁
９水道設備

Claims

井戸水を押し上げる水中ポンプと、前記水中ポンプで送られた井戸水を一時貯留する受水槽設備と、受水槽の貯留水を需要部へ供給する給水設備とから成る井戸装置の制御方法であって、
制御装置には、受水槽の水位の変動を計測する水位計、及び水中ポンプから受水槽へ至る送水管の途中に設置された流量計の各計測信号が入力されるものとし、前記入力に基づいて演算した制御信号が前記送水管の送水量を調整する流量調整弁の流量制御、及び水中ポンプの発停制御として出力されるものとし、
前記制御装置は、水中ポンプの送水開始前に水位計の計測信号及び予め有している需要パターンを基に総供給コストが最も低くなる送水開始時間、送水終了予定時間、時間帯別予定送水量をシミュレーションにより決定し、水中ポンプの送水開始後は水位計および流量計の計測信号を基に設定時間間隔毎の目標送水量を随時演算し、前記演算および決定された各制御信号を流量調整弁の流量制御、及び水中ポンプの発停制御として出力し送水量を制御することを特徴とする、井戸装置の制御方法。
前記制御装置は、水中ポンプの送水開始前に、実施日の需要パターンをカレンダー等を参照して決定するステップと、
現在の受水槽の水位を水位計により計測するステップと、
前記決定された需要パターン及び水位計の計測信号を基に一日の送水計画をシミュレーションにより演算し、総供給コストが最も低くなる送水開始時間、送水終了予定時間、時間帯別予定送水量を決定するステップと、
前記決定された送水開始時間に水中ポンプおよび流量調整弁へそれぞれ制御信号を送り送水を開始させるステップと、
送水開始後は水位計および流量計からの計測信号等から現在の給水量を算出し、前記算出に基づいて次回の設定時間間隔迄の目標送水量を演算して、前記演算に基づく制御信号を前記送水管の送水量を調整する流量調整弁の流量制御及び水中ポンプの発停信号として出力するステップと、
前記決定された送水終了予定時間を過ぎ、前記演算した目標送水量値が水中ポンプの必要最小送水量以下のときには水中ポンプの停止信号を出力して送水を停止させるステップと、
一日終了時に一日の実際の給水経過を需要パターンの修正データとして用い、新たな需要パターンとして更新するステップにより送水量を適切に制御することを特徴とする、請求項１に記載した井戸装置の制御方法。
水中ポンプの送水開始前に水位計で測定した水位が受水槽の下限設定水位以下である場合は、例外的に送水を開始させるステップを含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載した井戸装置の制御方法。
制御装置は、随時入力される水位計からの計測信号により、受水槽が危険水位になった場合には、制御装置が非常用に設置した水道設備を始動させて給水を行い、正常時には前記水道設備を停止させて給水を止めるステップを含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載した井戸装置の制御方法。
井戸水を押し上げる水中ポンプと、前記水中ポンプで送られた井戸水を一時貯留する受水槽設備と、受水槽の貯留水を需要部へ供給する給水設備と、これらを統括制御する制御装置とから成る井戸装置において、
制御装置には、受水槽の水位の変動を計測する水位計、及び水中ポンプから受水槽へ至る送水管の途中に設置された流量計の各計測信号が入力され、前記入力に基づいて演算した制御信号が前記送水管の送水量を調整する流量調整弁の流量制御、及び水中ポンプの発停制御として出力され、
前記制御装置は、水中ポンプの送水開始前に水位計の計測信号及び予め有している需要パターンを基に総供給コストが最も低くなる送水開始時間、送水終了予定時間、時間帯別予定送水量をシミュレーションにより決定し、水中ポンプの送水開始後は水位計および流量計の計測信号を基に次回の設定時間間隔迄の目標送水量を随時演算し、前記演算および決定された各制御信号を流量調整弁の流量制御、及び水中ポンプの発停制御として出力し送水量を制御することを特徴とする、井戸装置。