JP2010216874A - 下水管水位計測システム - Google Patents

Abstract

【課題】取付けやメンテナンスの手間の軽減、並びに下水管の計測データを無線により安定して伝送して監視しえることを課題とする。
【解決手段】下水管用の超音波水位センサの計測器本体３と、超音波発信部５と超音波受信部６と、各種信号を伝送する無線局７と、無線親局８を具備し、計測器本体は電源部と制御部とモータを有し、計測器本体の制御部は超音波の送受信超音波制御部とモータ制御部を有し、支持体は信号ケーブルと電源ケーブルを含み、モータ制御部は水面との距離を超音波制御部から受取り、それを設置高さに換算しつつ目標値に一致するようにモータを制御し、超音波発信部及び超音波受信部を降下させ、下水管の水位が上昇し、超音波発信部及び超音波受信部が水没する可能性が生じた場合、超音波発信部及び超音波受信部を予め設定された設置高さまで引き上げることを特徴とする下水管水位計測システム。
【選択図】 図１

Description

本発明は、下水処理場やポンプ場など下水道施設の監視制御システムに関する。

周知の如く、都市下水道には降雨時に下水管や排水溝を流下してくる雨水を河川等に排水することを目的として各所にポンプ場などの排水施設が設置されている。これら排水施設の安全かつ効率的な運用のために、ポンプ場や排水施設だけでなく、接続する下水管上流の水位や流量を計測し、計測データを伝送し、監視することが試みられている。

水位を計測する原理としては、圧力によるものや、超音波あるいは電磁波を用いるものなど種々存在する。超音波を用いる場合、水面に上部あるいは水中から超音波を当て、反射波との時間差を計測することで水面との距離を測る方式が一般的である（例えば特許文献１，２参照）。

特開２００５−２４９４５３号公報 特開平１１−３５１９２４号公報

しかし、前述の超音波水位センサの取り付け位置に関しては次に述べるような課題がある。
まず、例えば特許文献1のようにマンホール上部に取り付けた場合、水面への到達距離が長くなる分、駆動電力は大きくする必要がある。また、測定レンジが広くなればなるほど測定精度は劣化する。さらに、マンホール細い立坑の壁で超音波が反射するため、下水管に流れる水からの反射を正確に捉えられない可能性がある。壁からの反射を防ぐには超音波ビームの幅を絞る必要があるが、その場合超音波発振器の駆動電力が大きくなる傾向がある。

これらの理由から、特許文献2のように超音波水位センサは下水道に設けられるマンホール内の比較的深部、下水管管頂付近に取り付けることが一般的である。この場合、下水管は地下数mから十数mの地下深くにあるため、取り付けやメンテナンスに手間が掛かる。また、水位が少なくともセンサ取り付け位置より高くなった場合、計測が不能になる。

本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、前記課題を解決した上で、超音波水位センサ本体をマンホール蓋の直近に取り付け可能とし、取付けやメンテナンスの手間を軽減しえる下水管水位計測システムを提供することを目的とする。

また、本発明は、都市下水道の下水管網において、水位を複数個所で計測し、計測データを無線により安定して伝送して監視しえる下水管水位計測するシステムを提供することを目的とする。

本発明に係る下水管水位計測システムは、下水処理場やポンプ場など下水道施設を監視制御する下水管水位計測システムであって、下水管のマンホール直下に設置された超音波水位センサの計測器本体と、支持体により吊り下げられた超音波発信部と超音波受信部と、計測した水位をはじめとする各種信号を伝送する無線局と、この無線局と信号の送受信を行う無線親局とを具備し、前記計測器本体は、電源部と、制御部と、前記支持体を巻き上げるモータを有し、前記計測器本体の制御部は、超音波の送受信と、送受信状態から水面までの距離を計測し、水位に換算する機能を有する超音波制御部と、前記モータを制御するモータ制御部を有し、前記支持体は、信号ケーブルと電源ケーブルを含み、前記モータ制御部は、超音波発信部及び超音波受信部を所望の高さに設置するために、水面との距離を超音波制御部から受取り、それを設置高さに換算しつつ、設置高さが目標値に一致するようにモータを制御し、超音波発信部及び超音波受信部を降下させ、下水管の水位が上昇し、超音波発信部及び超音波受信部が水没する可能性が生じた場合に、モータ制御部により超音波発信部及び超音波受信部を予め設定された設置高さまで引き上げることを特徴とする。

本発明によれば、超音波水位センサ本体をマンホール蓋の直近に取り付け可能とし、取付けやメンテナンスの手間を軽減できるとともに、都市下水道の下水管網において、水位を複数個所で計測し、計測データを無線により安定して伝送して監視しえる下水管水位計測システムを提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る下水管水位計測システムの全体を示す概略図。 図１のシステムの一構成である計測器本体の詳細を示す説明図。 センサ設置時の下水管水位計測システムの状態を示す説明図。 雨天時などに水位が上昇し、超音波発受信部が水没する可能性が生じた場合の下水管水位計測システムの状態を示す説明図。 本発明の第２の実施形態に係る下水管水位計測システムの全体を示す概略図。 本発明の第３の実施形態に係る下水管水位計測システムの全体を示す概略図。 図５のシステムの一構成である計測器本体の詳細を示す説明図。 本発明の第４の実施形態に係る下水管水位計測システムの全体を示す概略図。

次に、本発明の実施形態に係る下水管水位計測システムについて図面を参照して説明する。なお、本実施形態は下記に述べることに限定されない。
（第１の実施形態）
図１及び図２を参照する。ここで、図１は下水管水位計測システムの全体を示す概略図、図２は図１のシステムの計測器本体の詳細な説明図である。

下水管水位計測システムは、下水管１やマンホール２、あるいはマンホール蓋２ａ直下に設置された超音波水位センサの計測器本体３と、支持体４により吊り下げられた超音波発信部５及び超音波受信部６と、地上にあって計測した水位をはじめとする各種信号を伝送する無線局７と、無線親局８から構成される。なお、図中の符番９は計測器本体３と無線局７を接続する信号ケーブルを示す。また、矢印Ａは無線局７と無線親局８間の信号の送受信状態を示す。計測器本体３は、図２に示すように、電源部１１と、制御部１２と、吊り下げられた超音波発信部５と超音波受信部６を上下させるために支持体４を巻き上げるモータ１３と、巻上機１７から構成される。なお、図中の符番１６は支持体・信号ケーブルを示す。

計測器本体３の制御部１２には、超音波の送受信と、送受信状態から水面までの距離を計測し、水位に換算する機能を有する超音波制御部１４と、モータ１３を制御するモータ制御部１５が含まれる。支持体４には信号ケーブル９と電源ケーブル（図示せず）が含まれ、計測器本体３から信号伝送や電源供給が可能となっている。なお、図２では超音波発受信部５と超音波制御部６がわかれているが、それらを一体として吊り下げてもよい。

次に、上記下水管水位計測システムの作用について図３及び図４を参照して説明する。ここで、図３は、センサ設置時の下水管水位計測システムの状態を示す。図４は、雨天時などに水位が上昇し、超音波発受信部が水没する可能性が生じた場合の下水管水位計測システムの状態を示す。

まず、センサ設置時、モータ制御部１５は、超音波発信部５及び超音波受信部６を所望の高さに設置するために、水面との距離を超音波制御部１４から受取り、それを設置に高さに換算しつつ、設置高さが目標値に一致するようにモータ１３を制御し、超音波発信部５及び超音波受信部６を降下させる。これらは、公知のＰＩＤ制御などフィードバック制御により実現できる。

次に、雨天時などに水位が上昇し、超音波発信部５及び超音波受信部６が水没する可能性が生じた場合は、次の動作を行う。即ち、モータ制御部１５は、超音波発信部５及び超音波受信部６の水没を回避するために、超音波制御部１４から水面までの距離が予め定められた閾値以上となった場合、モータを制御し、同様に予め設定された設置高さまで超音波発信部５及び超音波受信部６を引き上げる。
なお、水位上昇が治まった場合は設置高さを元に戻すことは自明である。

第１の実施形態に係る下水管水位計測システムは、超音波水位センサの計測器本体３と、支持体４により吊り下げられた超音波発信部５及び超音波受信部６と、地上にあって計測した水位をはじめとする各種信号を伝送する無線局７と、無線親局８を備え、計測器本体３は、電源部１１と制御部１２と超音波発信部５及び超音波受信部６を上下させるために支持体４を巻き上げるモータ１３を備えている。また、前記制御部１２には、超音波の送受信と、送受信状態から水面までの距離を計測し、水位に換算する機能を有する超音波制御部１４と、モータ１３を制御するモータ制御部１５を有している。更に、支持体４には信号ケーブル９と電源ケーブルを有し、計測器本体３から信号伝送や電源供給が可能となっている。

従って、以下に述べる効果を有する。まず、超音波発信部５及び超音波受信部６を水面に近づけることで測定レンジが狭くなり、水位測定の精度が向上する。また、狭いマンホール立坑での超音波の反射の影響を受けないので、水位測定の精度が向上する。同様に超音波発振器の駆動エネルギーが小さくなり、省電力化が可能となる。更に、計測器本体３をマンホール直下に設置できるので、施工やメンテナンスにかかる手間を削減できる。更には、センサが水没して計測不能になる事態を回避できる。

（第２の実施形態）
図５及び図６を参照して説明する。ここで、図５は下水管水位計測システムの全体を示す概略図、図６は図５のシステムの計測器本体の詳細な説明図である。但し、図１〜図４と同部材は同符番を付して説明を省略する。
第２の実施形態に係る下水管水位計測システムは、第１の実施形態のシステムと比較して、アンテナ２１を計測器本体３から離すとともに、無線局を計測器本体３に内蔵し、更に超音波発信部５及び超音波受信部６を一体として超音波送受信部２２とした点が異なるのみで、他の構成は第１の実施形態のシステムと同様である。なお、図５中、符号Ａ，Ｂは無線局間で伝送する信号を表す。各無線局は計測器が計測した水位をリレー伝送する。例えば、符号Ｂには符号Ａで伝送した水位計測値も含まれる。

こうして構成の下水管水位計測システムでは、計測した水位をはじめとするデータを地上ではなく、下水管内を無線により伝送させる。また、アンテナ２１は、超音波送受信部２２とともに上下させることが可能である。

第２の実施形態に係る下水管水位計測システムによれば、通常、下水管１は道路の下を通っており、地上に無線局を設置することは施工上、一定の困難を生じるが、本実施形態では地上無線局の設置場所を取らないというメリットがある。

（第３の実施形態）
図７を参照して説明する。但し、図１〜図６と同部材は同符番を付して説明を省略する。
第３の実施形態に係る下水管水位計測システムは、第１の実施形態のシステムと比較して、地上と下水管内の両方を無線伝送路とした点が異なるのみで、他の構成は第１，２の実施形態のシステムと同様である。こうして構成の下水管水位計測システムでは、下水管内が満水になるなど、無線伝送路として使用できない場合は、地上無線を使用する。なお、図７中の符号Ａ，Ｂは図５の場合と同様であり、符号Ｃは地上無線でやり取りする信号を示す。
第３の実施形態に係る下水管水位計測システムによれば、伝送の信頼性が向上する。

（第４の実施形態）
図８を参照して説明する。但し、図１〜図６と同部材は同符番を付して説明を省略する。
第４の実施形態に係る下水管水位計測システムは、第１の実施形態のシステムと比較して、無線局を計測器本体３に内蔵し、マンホール蓋２ａにアンテナ２１を設置するとともに、地上に無線中継局２３を配置した点が異なるのみで、他の構成は第１の実施形態のシステムと同様である。こうして構成の下水管水位計測システムでは、計測した水位をはじめとするデータを、地上の無線中継局２３を介して無線親局８まで伝送する。なお、図８中の符号Ａは、無線中継局２３と無線親局８との信号の送受信状態を示す。
第４の実施形態に係る下水管水位計測システムによれば、第１の実施形態の効果に加えて、地上無線局までのケーブル設置の手間が削減できるという効果を有する。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１…下水管、２…マンホール、３…計測器本体、４…支持体、５…超音波発振部、６…超音波受信部、７…無線局、８…無線親局、９…信号ケーブル、１１…電源部、１２…制御部、１３…モータ、１４…超音波制御部、１５…モータ制御部、１６…支持体・信号ケーブル、１７…巻上機、２１…アンテナ、２２…超音波送受信部、２３…無線中継局。

Claims (5)

1. 下水処理場やポンプ場など下水道施設を監視制御する下水管水位計測システムであって、
   下水管のマンホール直下に設置された超音波水位センサの計測器本体と、支持体により吊り下げられた超音波発信部と超音波受信部と、計測した水位をはじめとする各種信号を伝送する無線局と、この無線局と信号の送受信を行う無線親局とを具備し、
   前記計測器本体は、電源部と、制御部と、前記支持体を巻き上げるモータを有し、
   前記計測器本体の制御部は、超音波の送受信と、送受信状態から水面までの距離を計測し、水位に換算する機能を有する超音波制御部と、前記モータを制御するモータ制御部を有し、
   前記支持体は、信号ケーブルと電源ケーブルを含み、
   前記モータ制御部は、超音波発信部及び超音波受信部を所望の高さに設置するために、水面との距離を超音波制御部から受取り、それを設置に高さに換算しつつ、設置高さが目標値に一致するようにモータを制御し、超音波発信部及び超音波受信部を降下させ、
   下水管の水位が上昇し、超音波発信部及び超音波受信部が水没する可能性が生じた場合に、モータ制御部により超音波発信部及び超音波受信部を予め設定された設置高さまで引き上げることを特徴とする下水管水位計測システム。
2. 前記アンテナが計測器本体から離され、超音波発信部及び超音波受信部が一体化されているとともに、下水管の中が無線伝送路として使用されていることを特徴とする請求項１記載の下水管水位計測システム。
3. 地上と下水管内の双方が無線伝送路として使用されていることを特徴とする請求項１若しくは２記載の下水管水位計測システム。
4. 前記計測器本体に無線局を内蔵し、マンホール蓋にアンテナが設置されていることを特徴とする請求項１乃至３いずれか一記載の下水管水位計測システム。
5. 地上に無線中継局が配置されていることを特徴とする請求項１乃至４いずれか一記載の下水管水位計測システム。

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