JP2010127013A - 除塵機起動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
除塵処理の遅れによる取水量の低下および除塵能力を超えた稼動による除塵機の故障を防ぐ除塵機起動制御方法を提供する。
【解決手段】
水路１の全幅方向に亘って設けられたスクリーン２の下流に異物を取り除く除塵機３が設けられ、さらにスクリーン２の上流に検知器５が設けられている。除塵機３にはその起動の制御が行われるユニット部４に接続され、ユニット部４の判定部は、検知器５による異物の検出頻度に基づいてスクリーン２における異物の捕捉推定量を示す検出データを作成し、予め定めた所定の閾値を越えたか否かを判断して、除塵機３に起動指令を送信して起動させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水路中の異物を取り除く除塵機の起動方法において、除塵機の除塵処理の遅れおよび除塵能力を超えた稼動を防ぐ除塵機起動制御方法に関する。

水力発電等の取水の際に用いられる除塵機は、水路に混入した枯れ葉などの異物を捕捉するスクリーンの目詰まり防止に使用され、たとえば、タイマによって予め定めた所定時間が経過するごとに起動される。

また、除塵機の他の起動方法として、水路に交差して設置された除塵機の上流側と下流側の水位差を検出し、この水位差が所定の設定値以上の時に除塵機の運転を開始し、設定値未満の時に運転を停止する除塵機の運転方法が知られている（特許文献１参照）。
特開２００１−０９８５３１号公報

しかしながら、タイマを用いて除塵機を起動した場合はスクリーンに異物が補足されているか否かに関係なく除塵機を作動させるため、所定時間内に多くの異物を捕捉した場合は除塵遅れが発生して取水量が減少する不都合がある。

また、特許文献１に記載された除塵機の運転方法は、スクリーンに大量の異物が捕捉されて水位差が生じた後に対応するため、除塵処理が遅れる不都合があり、またスクリーンに短時間で大量の異物が捕捉される場合には、除塵機の除塵能力を越えるため故障などが発生する不都合がある。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、スクリーンに捕捉される異物の検出データに基づいて除塵機を起動制御することにより、除塵処理の遅れによる取水量の低下および除塵能力を超えた稼動による除塵機の故障を防ぐことができる除塵機起動制御方法を提供することを目的とする。

この発明にかかる除塵機起動制御方法は、水路の全幅方向に亘って設けられたスクリーンの異物を取り除く除塵機の起動制御方法であって、前記スクリーンの上流に設けられた検知器による異物の検出頻度から算出した前記スクリーンにおける異物の捕捉推定量を示す検出データを作成する工程と、前記検出データに基づいて前記除塵機の起動を制御する工程と、を有することを特徴としている（請求項１）。
したがって、検出データに基づいて除塵機を起動させることにより、除塵機の起動を適切に行うことができ、また大量の異物が検出された場合に起動を制限することができる。

また、前記除塵機の起動を制御する工程は、さらに、前記スクリーンの上流と下流のそれぞれに備えられた水位計よって水位差を検出する工程と、前記水位差に基づいて前記検出データを補正する工程と、を有することを特徴としている（請求項２）。
水位差に基づいて検出データを補正する工程（学習機能）を有することにより、実際にスクリーンに捕捉される異物に起因する水位差の現象を除塵機の制御に反映させることができ、より現実的な状態に即した除塵機の起動を行うことが可能となる。

さらに、前記検知器は、所定の間隔で配設された複数の第１の検知器と、前記第１の検知器よりも広い間隔で配設された複数の第２の検知器と、を有し、前記第１の検知器の上流に前記第２の検知器が設けられており、前記除塵機の起動を制御する工程は、前記第１の検知器のみが異物を検出したときは、前記除塵機に備えられた異物除去手段の稼動速度を遅くするように制御し、前記第１の検知器と前記第２の検知器との両方の検知器が異物を検出したときは、前記異物除去手段の稼動速度を速くするように制御する工程を有することを特徴としている（請求項３）。
したがって、スクリーンの上流に配される検知器（第１の検知器、第２の検知器）を水路の流れ方向にずらして設け、スクリーンに近い側において密に配設し、遠い側において疎に配設するようにしたので、検出した異物が多量か否か、又は、異物が大きいか否かを判断して異物の量や大きさに応じて除塵機の稼動速度を調整することが可能となる。

以上のように本発明によれば、スクリーンにおける異物の捕捉推定量を示す検出データに基づいて除塵機の起動を制御するため、除塵機の除塵遅れによる取水量の低下を防ぐことができ、発電量の低下を防ぐことが可能となる。
除塵機の起動を制御する工程において、異物の検出頻度に閾値を設けることも可能であり、この場合は、除塵機の除塵処理能力以上の大量の異物が水路に混入したことが検出データから判定された場合に除塵機を停止させて故障を防ぐことができ、また異物の検出頻度が少ないことが判定された場合には、除塵機の異物除去手段の稼動速度を下げて電力の消費を抑えることが可能となる。
また、除塵機の起動を制御する際にスクリーンの前後の水位差に基づいて検出データを補正することで、より現実的な状態に即した除塵機の起動を行うことにより発電量の低下を回避することができる。
さらに、除塵機の上流に複数の第１の検知器を所定の間隔（密な間隔）で配置し、さらにその上流側に前記第１の検知器の間隔よりも広い間隔（疎な間隔）で配置し、第１及び第２の検知器の検出データに基づき異物除去手段の稼働速度を制御することで、異物の量や大きさに応じて除塵機の稼働速度を適切に制御することが可能となる。

以下、本発明の除塵機起動制御方法について図面を参照して説明する。

図１（ａ）において、本実施例の構成は、水路１の全幅に亘って設けられて異物を捕捉するスクリーン２、スクリーン２の下流側に設けられてスクリーン２に捕捉される異物を取り除く除塵機３、スクリーン２の上流に設けられ異物を検出する検知器５、検知器５から送信された信号を処理して除塵機３に起動指令を送信するユニット部４から構成されている。なお、水路１に記載された実線の矢印は、流水方向を示している。

スクリーン２は、水路１の全幅に亘って設けられ、水路１を流れる水に含まれる流木や木の葉などの異物を捕捉できるものであれば形状は特に限定されないが、たとえば、防腐食性に優れた棒状の金属が所定の間隔で配置されたものを用いることができる。

除塵機３は、異物除去手段を備えており、たとえば、突起状のレーキをスクリーン２に沿って上下に往復動させて目詰まりを解消する形式のもの、また、レーキを用いずに水や空気を噴射してスクリーンの目詰まりを解消する形式のものを用いることができる。

検知器５は、たとえば、周知の赤外発光ダイオードを用いたエリアセンサを用いることができるが、水面だけでなく水中の異物を検知できるものを用いるとよい。
具体的には、投光部に赤外発光ダイオード、受光部にＣＣＤ(Charge Coupling Device)のような受光素子を用いて、水路１の幅方向で対向する部位と上下方向で対向する部位とにそれぞれ投光部と受光部を配設して異物の検出を行う。
ここで、水路１の幅方向で対向する部位に設けられる検知器５は、例えば、水路１の一方の側面に上下方向に所定の間隔で水路１の上端近傍から底部近傍にかけて複数の投光部を配設し、他方の側面に各投光部に対応させて複数の受光部を所定の間隔で上下方向に配設する。
また、水路１の上下方向で対向する部位に設けられる検知器５は、上側の検知器５を、例えば、水路１の横幅が７ｍ程度までであれば、金属製のアングルを設けて、このアングルに対して水路１の幅方向に全幅に亘って所定の間隔で複数配置し、１０ｍを越えるような幅の広い水路１であれば、橋を架設して、この橋に対して水路１の幅方向に全幅に亘って所定の間隔で複数配置する。そして、下側の検知器５を、上側の各検知器５に対応させて水路の底面の幅方向に所定の間隔で複数配設する。
尚、検知器５には、異物の引っ掛かりによる誤作動を防止するためにガードを周囲に付設することが好ましい。

図１（ｂ）に示す例では、検知器５は、上下方向に４つの縦検知器（ａ〜ｄ）が設置され、幅方向に５つの横検知器（ａ〜ｅ）がメッシュ状に設置されている。
したがって、図中に示された検出範囲内に異物が存在すると、縦検知器ｂと横検知器ｃは左側の異物を検出し、縦検知器ｄと横検知器ｂは右側の異物を検出し、ユニット部４に検出信号が送信される。

ユニット部４は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）からなるコンピュータを具備し、検知器５から送信された信号に基づいて、除塵機３に起動指令の信号を送信する。
具体的には、ユニット部４は入力部、出力部、判定部を有しており、入力部で受信した信号に基づいて、除塵機３の起動を行うか否かの判断が判定部によって行われ、除塵機３の起動信号が出力部から除塵機３に送信される。

図２（ａ）において、これを表現する処理例がフローチャートとして示され、以下、このフローチャートに基づいて説明すると、ユニット部４の判定部は、信号を受信すると（Ｓ１０１）、各検知器５から送信された単位時間当たりに検出する異物の量（異物の検出頻度）に基づいて検出データを作成し（Ｓ１０２）、検出データが予め設定した閾値（第１の閾値）を越えたか否かについて判断する（検出データ判定）（Ｓ１０３）。
ここで、検出データの作成は、たとえば、水路１の断面積の１／２や１／３に相当する異物がスクリーン２に捕捉されるか否かを異物の検出頻度から算出する。たとえば、ユニット部４の判定部が受信した信号に基づいて異物のサイズを１０ｃｍ未満、１０ｃｍ以上５０ｃｍ未満、５０ｃｍ以上に分別し、異物のサイズに応じた検出頻度からスクリーン２における異物の捕捉推定量を算出する。
ユニット部４の判定部は、検出データが第１の閾値を越え（Ｓ１０３；ＹＥＳ）、異物の検出頻度が予め定めた所定量（第２の閾値）を越えないとき（Ｓ１０４；ＮＯ）、ＯＮ信号を出力部から除塵機３に送信して起動し（起動指令）、予め定めた所定時間経過後にＯＦＦ信号を出力部から送信して除塵機３を停止する（Ｓ１０５）。
また、ユニット部４は、台風などの影響により短時間で大量の異物が混入し、異物の検出頻度が第２の閾値を越えたときは（Ｓ１０４；ＹＥＳ）、検出頻度が除塵機３の最大除塵能力で対応可能な検出頻度（第３の閾値）であるか否かを判断する（Ｓ１０６）。検出頻度が第３の閾値を越えないとき（Ｓ１０６；ＮＯ）、ユニット部４は、除塵機３を連続運転させる信号を送信する（Ｓ１０７）。検出頻度が第３の閾値を越えたとき（Ｓ１０６；ＹＥＳ）、ユニット部４は、除塵機３にＯＦＦ信号を送信すると同時に、異常が発生したことを知らせる異常信号を制御所に送信する（Ｓ１０８）。制御所では、まず異常信号を受信すると警告音や警告表示等が行われて異常発生が管理者に伝えられ、その後に管理者によって異物の除去作業が行われる。

図２（ｂ）は、ユニット部４における異物の検出頻度と除塵機３の起動時間を表したグラフである。
除塵機３は、このグラフに示されるように、各検知器５の異物の検出頻度が高い程、起動時間を早くするようにしている。

このように、検出データ（第１の閾値）に基づいて除塵機３が起動されるので、除塵遅れを防止することができ、また、除塵機３に無理がかからず故障の発生を防止できる。また、除塵機３の無駄な動きがなく、起動電力と機械的磨耗が防止できる。
さらに、異物の検出頻度（第２の閾値と第３の閾値）に基づいて、除塵機３の起動が制御されるので、台風などにより短時間に大量の異物が流入したときは、異物の検出頻度に応じて除塵機３の連続運転と停止を制御するため、故障を未然に防ぎ、取水効率を向上させることができる。

本実施例では、図２（ａ）に示したステップＳ１０２の検出データ作成の工程において、学習機能を利用して検出データを補正する。具体的には、図３（ａ）の構成図に示すように、ユニット部４は、水位計６（ａ）および６（ｂ）によって測定されたスクリーン２の上流と下流の水位差ΔＨに基づいて、検出データの補正を行う。
この水位計６（ａ）は、除塵機３よりも上流位置（スクリーン通過前位置）に設置し、また他方の水位計６（ｂ）は、除塵機３よりも下流位置（スクリーン通過後位置）に設置するものとする。
この各水位計６（ａ）、（ｂ）は、種々の構成が考えられるが、たとえば、水位計から超音波、電波、赤外線等を水路内水面に対して照射し、超音波、電波、赤外線等の反射波を受信して水位計６（ａ）、（ｂ）の取付け位置からの水面までの距離をそれぞれ計測する構成が考えられえる。また、水位計としては、上記反射方式の水位計以外の圧力式やフロート式等の任意の水位計採用することもできる。

図３（ａ）のフロー図に示すように、水位計６（ａ）および（ｂ）から上流と下流の水位を示す信号が水位差検出部７に送信されると、水位差ΔＨがユニット部４に送信される。
ユニット部４は、水位差ΔＨに基づいて検出データに補正を加える（学習機能）。この検出データの補正は、水位差ΔＨが可能な限り０に近い値をとるように設定されることが望ましい。

つまり、学習機能は、図３（ｂ）において、検出データから予測した水位差ΔＨ１よりも実際の水位差ΔＨ２が大きければ除塵機起動時間を早くする方向、たとえば、図３（ｂ）の実線の左方に示された点線のように検出データを補正し、検出データから予測した水位差ΔＨ１よりも実際の水位差ΔＨ２が小さければ除塵機起動時間を遅くする方向、たとえば、図３（ｂ）の実線の右方に示された鎖線のように検出データを補正する。

このように、学習機能を有することにより除塵機３前後の水位差をできるだけ無くすように除塵機３が起動されるので、実際にスクリーンに捕捉される異物に起因する水位差の現象を除塵機の制御に反映させることができ、より現実的な場面に即した除塵機の起動を行うことが可能となる。

前述した図２（ａ）の処理例において、第１の閾値を越えているが検出頻度が第２の閾値を超えていないと判断された場合、及び、第２の閾値を越えているが第３の閾値を越えていないと判断された場合には、更に除塵機３に備えられた異物除去手段の稼動速度の制御を行うようにしてもよい。
本実施例は、図４に示すように、たとえば、少量の枯葉なども検出可能な間隔で検知器が密に配設された複数の第１の検知器８の上流に、たとえば、流木や多量の枯葉などの纏まった大きさの異物を検出可能な間隔で検知器が疎に配設された複数の第２の検知器９を設けて構成する（第２の検知器の間隔を第１の検知器の間隔よりも大きくする）。

図５において、ユニット部４における異物除去手段の稼動速度を制御する工程がフローチャートとして示され、以下このフローチャートに基づいて稼動速度の制御処理例を説明する。
ユニット部４は、第２の検知器が異物を検知したか否かを判断し（Ｓ２０１）、第２の検知器が異物を検出したとき（Ｓ２０１；ＹＥＳ）、第１の検知器で異物を検出したか否かを判断する（Ｓ２０２）。第１の検知器８と第２の検知器９の両検知器が異物を検出したとき（Ｓ２０２；ＹＥＳ）、すなわち、多量の異物、または大きいサイズの異物を検出したとき、除塵機３に備えられた異物除去手段の稼動速度を上げて駆動させる起動指令を出力する（Ｓ２０３）。
ユニット部４は、第２の検知器が異物を検出せず（Ｓ２０１；ＮＯ）、第１の検知器８のみが異物を検出したとき（Ｓ２０４；ＹＥＳ）、すなわち、少量の異物を検出したとき、除塵機３に備えられた異物除去手段の稼動速度を下げて駆動させる起動指令を出力する（Ｓ２０５）。

このように、検出する異物の量や大きさに応じて、異物除去手段の稼動速度を調節することで、異物の量や大きさに合わせた適切な除去が可能となるので取水効率の悪化を防ぐことができ、また、常時同じ速度で除塵機３を駆動させなくともよいため、消費電力の減少を図ることができる。
また、この構成に実施例２で説明した学習機能を付加すれば、除塵機３前後の水位差をできるだけ無くすように除塵機３が起動されるので、実際にスクリーンに捕捉される異物に起因する水位差の現象を除塵機の制御に反映させることができ、より現実的な場面に即した除塵機の起動を行うことが可能となる。

（ａ）は、実施例１における構成図および除塵機の構成を示すブロックダイヤグラムである。（ｂ）は、実施例１における検出器の位置関係を示す水路の断面図である。 （ａ）は、ユニット部における除塵機の起動制御工程を示すフロー図である。（ｂ）は、ユニット部における異物の検出頻度と除塵機の起動時間との関係を表したグラフである。 （ａ）は、実施例２における構成図および除塵機の構成を示すブロックダイヤグラムである。（ｂ）は、ユニット部４における異物の検出頻度と除塵機の起動時間との関係を表したグラフである。 実施例３における水路と検知器との関係を示す構成図であり、第１の検知器の位置関係を示す水路の断面と、第２の検知器の位置関係を示す水路の断面とを併せて示した図である。 ユニット部における異物除去手段の稼動速度を制御する工程を示すフロー図である。

符号の説明

１・・・水路
２・・・スクリーン
３・・・除塵機
４・・・ユニット部
５・・・検知器
６・・・水位計
７・・・水位差検出部
８・・・第１の検知器
９・・・第２の検知器

Claims (3)

1. 水路の全幅方向に亘って設けられたスクリーンの異物を取り除く除塵機の起動制御方法であって、
   前記スクリーンの上流に設けられた検知器による異物の検出頻度から算出した前記スクリーンにおける異物の捕捉推定量を示す検出データを作成する工程と、
   前記検出データに基づいて前記除塵機の起動を制御する工程と、
   を有することを特徴とする除塵機起動制御方法。
2. 前記除塵機の起動を制御する工程は、さらに、
   前記スクリーンの上流と下流のそれぞれに備えられた水位計よって水位差を検出する工程と、前記水位差に基づいて前記検出データを補正する工程と、
   を有することを特徴とする請求項１に記載された除塵機起動制御方法。
3. 前記検知器は、所定の間隔で配設された複数の第１の検知器と、前記第１の検知器よりも広い間隔で配設された複数の第２の検知器とを有し、
   前記第１の検知器の上流に前記第２の検知器が設けられており、
   前記除塵機の起動を制御する工程は、
   前記第１の検知器のみが異物を検出したときは、前記除塵機に備えられた異物除去手段の稼動速度を遅くするように制御し、前記第１の検知器と前記第２の検知器との両方の検知器が異物を検出したときは、前記異物除去手段の稼動速度を速くするように制御する工程
   を有することを特徴とする請求項１または２に記載された除塵機起動制御方法。

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