JP3417068B2 - 送水ポンプの運転台数制御装置 - Google Patents
送水ポンプの運転台数制御装置Info
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- Details Of Reciprocating Pumps (AREA)
- Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は取水から配水にいたる上
水プロセスの送水ポンプの台数制御に関し、特に、ファ
ジィ推論を用いて最適な制御を実現するものに関する。 【０００２】 【従来の技術】取水から配水にいたる各種の上水プロセ
スの一つである送水プロセスは、浄水場で浄化された上
水を需要家に配水するため配水池に送水するプロセスで
ある。一般的に、配水池は送水元である浄水場の停電や
消化など事故時を考慮して容量的に余裕を持たせてい
る。 【０００３】このため、配水池水位の運用としては配水
池水位を高めに維持することで、ある程度の水位変動は
許容できることになり固定速の送水ポンプで計画される
場合が多い。 【０００４】ただし、配水池流出量は需要家の社会的な
活動パターンに依存し、時間単位で大きく変動すること
になり、送水量としても配水池流出量にある程度の追従
できる必要がある。 【０００５】このため、送水ポンプは複数台で計画され
ることになり台数制御が必要になる。 【０００６】従来この送水ポンプの台数制御は、一般的
には図４に示すように、ある特定した配水池流出量パタ
ーンを前提として配水池水位に始動水位と停止水位を固
定的に設定し、それらの水位によるオン−オフ運転を行
っていた。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の方法で
は、配水池水位に始動水位と停止水位を固定的に設定
し、それらの水位によるオン−オフ（運転−停止）運転
を行っているため、次のような課題があった。 【０００８】（１）配水池流出量パターンを特定するこ
とは、実プロセスにおいては困難であるにもかかわら
ず、前提とした特定パターンに対応して始動水位と停止
を固定的に設定している。 【０００９】（２）配水池水位を高目に運用することに
なるため、送水する際の実揚程が大きくなり送水効率が
低下する。 【００１０】（３）また、配水先である需要家の配水圧
力が高くなると共に、配水池の水位変動幅が大きくなる
ため配水管路に悪い影響を与えることになる。 【００１１】（４）前提外の流出量パターンや過大な流
出量パターンなどに対して、配水池水位の過大な低下や
送水ポンプの始動停止頻度を上昇させることになる。 【００１２】（５）結果的に最適な送水ができずポンプ
寿命の低下や電力消費量の上昇などを招くことになる。 【００１３】（６）現在の配水池井水位のみに着目した
制御方式であり、予測的な要素がないため制御性として
配水池流出量の変動に依存する割合が多くなるため、ロ
バストな制御とすることが困難である。 【００１４】本発明は以上の点に鑑みてなされたもの
で、最適な固定速の送水ポンプ台数制御を実現すること
を目的とするものである。 【００１５】 【課題を解決するための手段】本発明において、上記の
課題を解決するための手段は、浄水場で浄化された浄水
ポンプ井の上水を、複数台の送水ポンプをオン、オフ制
御して配水池に送水する送水量を調整するようにした送
水ポンプの運転台数制御装置において、あらかじめ設定
したポンプ井の基準水位と浄水ポンプ井との水位偏差量
を検出して偏差信号ＨＰを出力するポンプ井水位偏差量
検出手段と、あらかじめ設定した配水池の基準水位と配
水池水位との水位偏差量を検出して偏差信号ＨＨを出力
する配水池水位偏差量検出手段と、配水池の水位を
Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3時刻前の過去水位と現在水位との変化量
△Ｌ1，△Ｌ2，△Ｌ3を予測的な要素として演算する水
位変化量演算手段と、前記浄水ポンプ井の水位偏差信号
ＨＰと、配水池の水位偏差信号ＨＨと、配水池の変化量
△Ｌ1，△Ｌ2，△Ｌ3を入力変数とし、ポンプ増減指令
値△Ｎを出力変数として送水量を推論し、送水ポンプの
運転台数増減の確信値として出力するファジィ推論手段
と、該ファジィ推論手段の出力信号を離散値に変換し、
送水ポンプ増減台数指令信号をポンプ制御手段に出力す
るしきい値変換手段と、このしきい値変換手段の指令信
号を受けて前記送水ポンプの始動−停止を制御し、配水
池への送水量を調整するポンプ台数制御手段とを備え、
最適な固定速の送水ポンプの運転台数制御を実現する。 【００１６】 【作用】ポンプ台数制御部のファジィ推論手段には、あ
らかじめ設定した浄水ポンプ井の基準水位と浄水ポンプ
井との水位偏差信号ＨＰと、配水池の設定基準水位と配
水池の水位との偏差信号ＨＨおよびＴ1，Ｔ2，Ｔ3秒前
の過去水位と現在水位の３つの変化量信号△Ｌ1，△
Ｌ2，△Ｌ3が入力され、当該ファジィ推論部では、入力
変数である偏差信号ＨＰ，ＨＨおよび配水池の変化量信
号△Ｌ1，△Ｌ2，△Ｌ3および出力変数であるポンプ増
減台数指令信号△Ｎを５段階のメンバーシップ関数と推
論のためのルールマトリックスによるＩＦ〜ＴＨＥＮル
ールに基づいてポンプ増減値を推論し、その結果の出力
信号をしきい値変換手段により離散値に変換してポンプ
台数制御手段を介して複数台の送水ポンプの始動−停止
制御を行う。 【００１７】 【実施例】以下、本発明を図面に示す一実施例に基づい
て説明する。図１は本発明の一実施例のシステム構成図
を示し、同図において、１は浄水場で、該浄水場１は処
理水を浄化する浄水プロセス部２と、処理された浄水を
一旦貯留する浄水ポンプ井３と、この浄水ポンプ井３の
上水を配水池６に送水する複数台の送水ポンプ４（Ｐ1
〜Ｐn）を備えている。 【００１８】５は浄水ポンプ井３の水位を計測する水位
計，７は配水池６の水位を計測する水位計を示す。 【００１９】１０はポンプ台数制御部で、後述のファジ
ィ推論手段１５を備えている。１１は浄水ポンプ井３の
水位計５の出力信号と基準水位設定器１２の設定信号と
を比較してその偏差を検出するポンプ井水位偏差量検出
手段で、検出された偏差信号ＨＰはファジィ推論手段１
５に入力される。 【００２０】１３は配水池６の水位計７の出力信号と基
準水位設定器１４の信号とを比較して、その偏差を検出
する配水池水位偏差量検出手段で、検出された偏差信号
ＨＨはファジィ推論手段１５に入力される。１６は配水
池６の水位変化量演算手段で、水位計７の出力信号を入
力し、図２に示すように、Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3秒前の過去水
位と現在水位との３つの変化量△Ｌ1，△Ｌ2，△Ｌ3を
演算してファジィ推論手段１５に入力する。なお、図２
は縦軸に配水池の水位を、横軸に時間をとっている。 【００２１】１７はしきい値変換手段で、ファジィ推論
手段１５の出力信号△Ｎはポンプ増減の確信値（連続
値）となるため、そのままポンプ増減台数指令（離散
値）にできないため、このしきい値変換手段１７により
離散値に変換し、ポンプ増減台数指令信号としてポンプ
台数制御手段１８に出力し、該ポンプ台数制御手段１８
で複数の送水ポンプ４のうち該当するポンプの運転又は
停止の制御を行う。 【００２２】ファジィ推論手段１５では、入力変数（現
象項目）であるＴ1秒前変化量△Ｌ1，Ｔ2秒前変化量△
Ｌ2，Ｔ3秒前変化量△Ｌ3の各信号と、配水池の水位偏
差信号ＨＨ，浄水ポンプ井の水位偏差信号ＨＰおよび出
力変数（原因項目）であるポンプ増減指令値△Ｎを図３
のＮＢ，ＮＳ，ＺＯ，ＰＳ，ＰＢの５段階のメンバーシ
ップ関数として定め、推論のためのルールマトリックス
を表１のように規定する。 【００２３】 【表１】 【００２４】このルールマトリックスによるＩＦ〜ＴＨ
ＥＮルールに基づいてポンプ増減値を推論し、ポンプ台
数制御手段１８へ送出する。ポンプ台数制御手段１８で
は、この指令を受けて複数台の送水ポンプのオン−オフ
制御を行って運転台数を制御する。 【００２５】 【発明の効果】以上説明したように、本発明では、配水
池水位については固定的な始動水位と停止水位を設定せ
ずに、基準となる水位を設定し、また浄水ポンプ井水位
についても基準水位を設定して、送水元の状況も考慮
し、更に、配水池水位については、時刻Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3
秒前の過去水位と現在水位の３つの変化量を予測的要素
として、水位傾向を把握し、２つの水位偏差と３つの変
化量を現象項目とし、ポンプ増減台数指令を原因項目と
してファジィ推論を行うようにしたので、 （１）配水池の流出量パターンを特定する必要がなく、
実プロセスへの適用が容易な実用性があり、また広範囲
の流出量パターンに対応できる柔軟性がある。 【００２６】（２）配水池の水位傾向により予測的な要
素も判断しているため、過大な流出量パターンに対して
は配水池水位の過大な低下を防止すると共に、ポンプの
始動停止頻度を低減できる。 【００２７】（３）広範囲の流出量パターンに対してポ
ンプ寿命の低下や電力消費量の上昇などを防止できる。
さらに、水位変動幅が低減できることにより需要家への
配水圧力変動と配水管路への悪影響を減少できる。 【００２８】（４）予測的な要素により、制御性として
配水池流出量の変動に依存する割合を少なくできること
になり、よりロバストな制御となる。 【００２９】（５）ファジィ推論を使用しており柔軟な
アルゴリズムの構成が可能であり、そのルールの変更や
修正なども容易にできる。 【００３０】等の優れた効果を奏するものである。
水プロセスの送水ポンプの台数制御に関し、特に、ファ
ジィ推論を用いて最適な制御を実現するものに関する。 【０００２】 【従来の技術】取水から配水にいたる各種の上水プロセ
スの一つである送水プロセスは、浄水場で浄化された上
水を需要家に配水するため配水池に送水するプロセスで
ある。一般的に、配水池は送水元である浄水場の停電や
消化など事故時を考慮して容量的に余裕を持たせてい
る。 【０００３】このため、配水池水位の運用としては配水
池水位を高めに維持することで、ある程度の水位変動は
許容できることになり固定速の送水ポンプで計画される
場合が多い。 【０００４】ただし、配水池流出量は需要家の社会的な
活動パターンに依存し、時間単位で大きく変動すること
になり、送水量としても配水池流出量にある程度の追従
できる必要がある。 【０００５】このため、送水ポンプは複数台で計画され
ることになり台数制御が必要になる。 【０００６】従来この送水ポンプの台数制御は、一般的
には図４に示すように、ある特定した配水池流出量パタ
ーンを前提として配水池水位に始動水位と停止水位を固
定的に設定し、それらの水位によるオン−オフ運転を行
っていた。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の方法で
は、配水池水位に始動水位と停止水位を固定的に設定
し、それらの水位によるオン−オフ（運転−停止）運転
を行っているため、次のような課題があった。 【０００８】（１）配水池流出量パターンを特定するこ
とは、実プロセスにおいては困難であるにもかかわら
ず、前提とした特定パターンに対応して始動水位と停止
を固定的に設定している。 【０００９】（２）配水池水位を高目に運用することに
なるため、送水する際の実揚程が大きくなり送水効率が
低下する。 【００１０】（３）また、配水先である需要家の配水圧
力が高くなると共に、配水池の水位変動幅が大きくなる
ため配水管路に悪い影響を与えることになる。 【００１１】（４）前提外の流出量パターンや過大な流
出量パターンなどに対して、配水池水位の過大な低下や
送水ポンプの始動停止頻度を上昇させることになる。 【００１２】（５）結果的に最適な送水ができずポンプ
寿命の低下や電力消費量の上昇などを招くことになる。 【００１３】（６）現在の配水池井水位のみに着目した
制御方式であり、予測的な要素がないため制御性として
配水池流出量の変動に依存する割合が多くなるため、ロ
バストな制御とすることが困難である。 【００１４】本発明は以上の点に鑑みてなされたもの
で、最適な固定速の送水ポンプ台数制御を実現すること
を目的とするものである。 【００１５】 【課題を解決するための手段】本発明において、上記の
課題を解決するための手段は、浄水場で浄化された浄水
ポンプ井の上水を、複数台の送水ポンプをオン、オフ制
御して配水池に送水する送水量を調整するようにした送
水ポンプの運転台数制御装置において、あらかじめ設定
したポンプ井の基準水位と浄水ポンプ井との水位偏差量
を検出して偏差信号ＨＰを出力するポンプ井水位偏差量
検出手段と、あらかじめ設定した配水池の基準水位と配
水池水位との水位偏差量を検出して偏差信号ＨＨを出力
する配水池水位偏差量検出手段と、配水池の水位を
Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3時刻前の過去水位と現在水位との変化量
△Ｌ1，△Ｌ2，△Ｌ3を予測的な要素として演算する水
位変化量演算手段と、前記浄水ポンプ井の水位偏差信号
ＨＰと、配水池の水位偏差信号ＨＨと、配水池の変化量
△Ｌ1，△Ｌ2，△Ｌ3を入力変数とし、ポンプ増減指令
値△Ｎを出力変数として送水量を推論し、送水ポンプの
運転台数増減の確信値として出力するファジィ推論手段
と、該ファジィ推論手段の出力信号を離散値に変換し、
送水ポンプ増減台数指令信号をポンプ制御手段に出力す
るしきい値変換手段と、このしきい値変換手段の指令信
号を受けて前記送水ポンプの始動−停止を制御し、配水
池への送水量を調整するポンプ台数制御手段とを備え、
最適な固定速の送水ポンプの運転台数制御を実現する。 【００１６】 【作用】ポンプ台数制御部のファジィ推論手段には、あ
らかじめ設定した浄水ポンプ井の基準水位と浄水ポンプ
井との水位偏差信号ＨＰと、配水池の設定基準水位と配
水池の水位との偏差信号ＨＨおよびＴ1，Ｔ2，Ｔ3秒前
の過去水位と現在水位の３つの変化量信号△Ｌ1，△
Ｌ2，△Ｌ3が入力され、当該ファジィ推論部では、入力
変数である偏差信号ＨＰ，ＨＨおよび配水池の変化量信
号△Ｌ1，△Ｌ2，△Ｌ3および出力変数であるポンプ増
減台数指令信号△Ｎを５段階のメンバーシップ関数と推
論のためのルールマトリックスによるＩＦ〜ＴＨＥＮル
ールに基づいてポンプ増減値を推論し、その結果の出力
信号をしきい値変換手段により離散値に変換してポンプ
台数制御手段を介して複数台の送水ポンプの始動−停止
制御を行う。 【００１７】 【実施例】以下、本発明を図面に示す一実施例に基づい
て説明する。図１は本発明の一実施例のシステム構成図
を示し、同図において、１は浄水場で、該浄水場１は処
理水を浄化する浄水プロセス部２と、処理された浄水を
一旦貯留する浄水ポンプ井３と、この浄水ポンプ井３の
上水を配水池６に送水する複数台の送水ポンプ４（Ｐ1
〜Ｐn）を備えている。 【００１８】５は浄水ポンプ井３の水位を計測する水位
計，７は配水池６の水位を計測する水位計を示す。 【００１９】１０はポンプ台数制御部で、後述のファジ
ィ推論手段１５を備えている。１１は浄水ポンプ井３の
水位計５の出力信号と基準水位設定器１２の設定信号と
を比較してその偏差を検出するポンプ井水位偏差量検出
手段で、検出された偏差信号ＨＰはファジィ推論手段１
５に入力される。 【００２０】１３は配水池６の水位計７の出力信号と基
準水位設定器１４の信号とを比較して、その偏差を検出
する配水池水位偏差量検出手段で、検出された偏差信号
ＨＨはファジィ推論手段１５に入力される。１６は配水
池６の水位変化量演算手段で、水位計７の出力信号を入
力し、図２に示すように、Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3秒前の過去水
位と現在水位との３つの変化量△Ｌ1，△Ｌ2，△Ｌ3を
演算してファジィ推論手段１５に入力する。なお、図２
は縦軸に配水池の水位を、横軸に時間をとっている。 【００２１】１７はしきい値変換手段で、ファジィ推論
手段１５の出力信号△Ｎはポンプ増減の確信値（連続
値）となるため、そのままポンプ増減台数指令（離散
値）にできないため、このしきい値変換手段１７により
離散値に変換し、ポンプ増減台数指令信号としてポンプ
台数制御手段１８に出力し、該ポンプ台数制御手段１８
で複数の送水ポンプ４のうち該当するポンプの運転又は
停止の制御を行う。 【００２２】ファジィ推論手段１５では、入力変数（現
象項目）であるＴ1秒前変化量△Ｌ1，Ｔ2秒前変化量△
Ｌ2，Ｔ3秒前変化量△Ｌ3の各信号と、配水池の水位偏
差信号ＨＨ，浄水ポンプ井の水位偏差信号ＨＰおよび出
力変数（原因項目）であるポンプ増減指令値△Ｎを図３
のＮＢ，ＮＳ，ＺＯ，ＰＳ，ＰＢの５段階のメンバーシ
ップ関数として定め、推論のためのルールマトリックス
を表１のように規定する。 【００２３】 【表１】 【００２４】このルールマトリックスによるＩＦ〜ＴＨ
ＥＮルールに基づいてポンプ増減値を推論し、ポンプ台
数制御手段１８へ送出する。ポンプ台数制御手段１８で
は、この指令を受けて複数台の送水ポンプのオン−オフ
制御を行って運転台数を制御する。 【００２５】 【発明の効果】以上説明したように、本発明では、配水
池水位については固定的な始動水位と停止水位を設定せ
ずに、基準となる水位を設定し、また浄水ポンプ井水位
についても基準水位を設定して、送水元の状況も考慮
し、更に、配水池水位については、時刻Ｔ1，Ｔ2，Ｔ3
秒前の過去水位と現在水位の３つの変化量を予測的要素
として、水位傾向を把握し、２つの水位偏差と３つの変
化量を現象項目とし、ポンプ増減台数指令を原因項目と
してファジィ推論を行うようにしたので、 （１）配水池の流出量パターンを特定する必要がなく、
実プロセスへの適用が容易な実用性があり、また広範囲
の流出量パターンに対応できる柔軟性がある。 【００２６】（２）配水池の水位傾向により予測的な要
素も判断しているため、過大な流出量パターンに対して
は配水池水位の過大な低下を防止すると共に、ポンプの
始動停止頻度を低減できる。 【００２７】（３）広範囲の流出量パターンに対してポ
ンプ寿命の低下や電力消費量の上昇などを防止できる。
さらに、水位変動幅が低減できることにより需要家への
配水圧力変動と配水管路への悪影響を減少できる。 【００２８】（４）予測的な要素により、制御性として
配水池流出量の変動に依存する割合を少なくできること
になり、よりロバストな制御となる。 【００２９】（５）ファジィ推論を使用しており柔軟な
アルゴリズムの構成が可能であり、そのルールの変更や
修正なども容易にできる。 【００３０】等の優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の構成図。
【図２】配水池の水位変化量演算手段の説明図。
【図３】メンバーシップ関数。
【図４】従来の送水ポンプ運転台数制御の説明図。
【符号の説明】
１…浄水場
２…浄水プロセス
３…浄水ポンプ井
４…送水ポンプ
５、７…水位計
６…配水池
１０…ポンプ台数制御部
１１…ポンプ井水位偏差量検出手段
１２…ポンプ井の水位基準水位設定器
１３…配水池水位偏差量検出手段
１４…配水池の基準水位設定器
１５…ファジィ推論手段
１６…配水池の水位変化量演算手段
１７…しきい値変換手段
１８…ポンプ台数制御手段
─────────────────────────────────────────────────────
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(56)参考文献 特開 平６−129360（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−200877（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−149701（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−184101（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−98502（ＪＰ，Ａ)
特開 昭54−82702（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−122798（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−112108（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F04B 49/00 - 49/10
F04D 15/00
F04B 23/04
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 浄水場で浄化された浄水ポンプ井の上水
を、複数台の送水ポンプをオン−オフ制御して配水池に
送水する送水量を調整するようにした送水ポンプの運転
台数制御装置において、 あらかじめ設定したポンプ井の基準水位と浄水ポンプ井
との水位偏差量を検出して偏差信号ＨＰを出力するポン
プ井水位偏差量検出手段と、あらかじめ設定した配水池
の基準水位と配水池水位との水位偏差量を検出して偏差
信号ＨＨを出力する配水池水位偏差量検出手段と、配水
池の水位をＴ1，Ｔ2，Ｔ3時刻前の過去水位と現在水位
との変化量△Ｌ1，△Ｌ2，△Ｌ3を予測的な要素として
演算する水位変化量演算手段と、前記浄水ポンプ井の水
位偏差信号ＨＰと、配水池の水位偏差信号ＨＨと、配水
池の変化量△Ｌ1，△Ｌ2，△Ｌ3を入力変数とし、ポン
プ増減指令値△Ｎを出力変数として送水量を推論し、送
水ポンプの運転台数増減の確信値として出力するファジ
ィ推論手段と、該ファジィ推論手段の出力信号を離散値
に変換し、送水ポンプ増減台数指令信号をポンプ制御手
段に出力するしきい値変換手段と、このしきい値変換手
段の指令信号を受けて前記送水ポンプの始動−停止を制
御し、配水池への送水量を調整するポンプ台数制御手段
とを備えたことを特徴とする送水ポンプの運転台数制御
装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18383094A JP3417068B2 (ja) | 1994-08-05 | 1994-08-05 | 送水ポンプの運転台数制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18383094A JP3417068B2 (ja) | 1994-08-05 | 1994-08-05 | 送水ポンプの運転台数制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0849663A JPH0849663A (ja) | 1996-02-20 |
| JP3417068B2 true JP3417068B2 (ja) | 2003-06-16 |
Family
ID=16142597
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18383094A Expired - Fee Related JP3417068B2 (ja) | 1994-08-05 | 1994-08-05 | 送水ポンプの運転台数制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3417068B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4975397A (en) * | 1985-04-13 | 1990-12-04 | Feldmuehle Aktiengesellschaft | Sintered molding, a method for producing it and its use |
| JP5638502B2 (ja) * | 2011-11-01 | 2014-12-10 | 株式会社日立製作所 | ポンプ制御システム |
| CN107503401A (zh) * | 2017-08-28 | 2017-12-22 | 广东工业大学 | 一种家用蓄水系统的控制装置、系统及方法 |
| CN112253323A (zh) * | 2020-09-09 | 2021-01-22 | 南京航空航天大学 | 航空高压燃油泵恒油压模糊自适应控制系统及其控制方法 |
-
1994
- 1994-08-05 JP JP18383094A patent/JP3417068B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0849663A (ja) | 1996-02-20 |
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