JP3577538B2 - 浄水場の複数ろ過池の流量制御方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浄水場の複数ろ過池の流量制御方法及び装置に係り、特に、送水流量計画値を用いて総ろ過流量計画値を求め、浄水場における複数ろ過池の流量を制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、送水流量計画値によるろ過池の運転池数及び１池当たりのろ過流量の制御において、１池当たりろ過流量（ろ過速度）を一定にし、かつ、ろ過池の運転池数の切替回数を少なくする方法は、送水流量計画値に基づく総ろ過流量制御方法及び池数制御の２つの制御方式を用いることにより実現している。
前段の送水流量計画値に基づく総ろ過流量制御方法においては、送水流量計画値を入力とし、浄水池のバッファ容量を活用しながら、総ろ過流量設定値の変更回数を少なくするような総ろ過流量計画値を求める。また、後段の池数制御においては、総ろ過流量計画値に基づき、各ろ過池のろ過流量を一定にするように、ろ過池の運転池数を増減する制御を行う。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、送水流量計画値に基づく総ろ過流量制御方法の場合、総ろ過流量設定値の切替時の変動幅が考慮されていない。そのため、大幅な設定値変動がある場合、各ろ過池のろ過流量を一定とするため、ろ過池の運転台数を大きく増減させることになる。
【０００４】
本発明の課題は、送水流量計画値を用いて総ろ過流量計画値を求める際に、総ろ過流量設定値の切替時の変動幅を小さくし、総ろ過流量計画値の変動幅を小さく抑えることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、浄水場の複数ろ過池の流量制御において、各時刻における送水流量計画値を用いて総ろ過流量計画値を棒線グラフとして求める際に、総ろ過流量計画値の棒線グラフの屈折点の数を最小化する総ろ過流量計画値を演算し、変化率リミッタを設定するとともに、棒線グラフの屈折点の数を最小化した総ろ過流量計画値に基づいて総ろ過流量計画値の屈折点の変動幅を変化率リミッタ内に収まる時間に遡って再演算し、変動量の小さい総ろ過流量計画値に修正し、修正された総ろ過流量計画値に基づいてろ過池の運転池数を制御することによって、解決される。
また、送水流量計画値に基づく総ろ過流量制御手段と、池数制御手段を有するろ過池流量制御装置において、棒線グラフとして求められる総ろ過流量計画値の棒線グラフの屈折点の数を最小化する総ろ過流量計画値を演算する手段と、変化率リミッタを設定するとともに、総ろ過流量計画値の屈折点の変動幅を変化率リミッタ内に収まる時間に遡って再演算する手段を設け、再演算された総ろ過流量計画値に基づいてろ過池の運転池数を池数制御手段により制御することによって、解決される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態による浄水場の複数ろ過池の流量制御装置を示す。図１において、ろ過流量制御装置１６０は、総ろ過流量制御手段１２０と池数制御手段１４０から構成する。総ろ過流量制御手段１２０は、送水流量計画値１１０を入力とし、総ろ過流量計画値１３０を求める。池数制御手段１４０は、総ろ過流量計画値１３０を入力とし、各時間毎にろ過池１５０の運転池数１７０と目標流量１８０を決め、各池のろ過流量を制御する。ろ過池１５０では、池数制御手段１４０のろ過流量制御に基づいて各ろ過池にろ過水が送られ、更に、複数のろ過池から浄水池に送水される。
【０００７】
図２に、総ろ過流量制御手段１２０の詳細を示す。総ろ過流量制御手段１２０は、送水流量計画値１１０に基づく総ろ過流量演算処理手段２２０と総ろ過流量再演算処理手段２４０から構成する。総ろ過流量演算処理手段２２０では、送水流量計画値１１０を入力とし、総ろ過流量設定値の切替回数を少なくするような総ろ過流量計画値２３０を求める。総ろ過流量再演算処理手段２４０では、総ろ過流量計画値２３０を入力とし、総ろ過流量設定値の切替時の変動幅が変化率リミッタ以内に収まるように時間を遡って再演算を実施し、総ろ過流量計画値２３０を修正する。この修正後の値を総ろ過流量計画値２５０として出力する。
【０００８】
送水流量計画値に基づく総ろ過流量演算処理手段２２０は、送水流量計画値１１０が入力として与えられた場合に、浄水池のバッファ容量を利用し、浄水池の上下限値を割ることなく、かつ、浄水池への流入量（総ろ過流量）の変更頻度の少ない円滑な総ろ過流量計画値２３０を求める。本演算処理は、浄水池からの流出量と流入量を積算値の折れ線として処理する。
図３を用いて、本アルゴリズムについて説明する。各時刻において必要となる送水流量を送水流量計画値ｑｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｎ）として入力し、本計画値より各時刻の送水流量計画値の積算流量
【数１】

を求める。例えば、図２に示す送水流量計画値１１０において各時刻における送水流量を棒線グラフとして表すとき、各時刻の送水流量計画値の積算流量Ｑｔは図３のＱ（３００）として示される。
また、送水流量計画値積算Ｑ（３００）に浄水池の最低貯水量Ｑ_ｌ（３０５）を加えた下限折れ線Ｑ’（３０１）をＱ’＝Ｑ＋Ｑ_ｌとし、さらに、浄水池の許容変動量Ｑａ（３０６）を加えた上限折れ線Ｑ”（３０２）をＱ”＝Ｑ’＋Ｑａとし、流量差が常に一定な下限折れ線Ｑ’と上限折れ線Ｑ”を図３のように引く。総ろ過流量計画値２３０が送水流量計画値１１０を満足し、浄水池の最低貯水量Ｑ_ｌを下回らないためには、総ろ過流量計画値積算Ｑ’’’（３０３）が下限折れ線Ｑ’より上側でなければならない。同時に浄水池の許容変動量Ｑａを越えないためには、総ろ過流量計画値積算Ｑ’’’が上限折れ線Ｑ”より下側でなければならない。すなわち、この２つの上下限折れ線からはみ出さないように、屈折点３０４（総ろ過流量設定値の切替箇所）の屈折回数が最小となるような折れ線Ｑ’’’を求める。この折れ線の傾きを各時刻ｔにおける総ろ過流量Ｑ’ｓｖ_ｔとすることにより、送水流量計画値１１０を満足し、かつ、浄水池が空もしくは満杯になることのないような総ろ過流量設定値の切替回数が最小となる総ろ過流量計画値Ｑ’ｓｖ_ｔ（ｔ＝１，２，・・・，ｎ）が求められる。例えば、総ろ過流量計画値Ｑ’ｓｖ_ｔは、図３に示す総ろ過流量計画値２３０において各時刻における棒線グラフとして示される。ここで、総ろ過流量設定値の変動幅が大きいと、総ろ過流量計画値の変動量が大きくなる。
【０００９】
総ろ過流量再演算処理手段２４０は、送水流量計画値１１０に基づく総ろ過流量演算処理手段２２０によって求めたろ総過流量設定値の切替回数を変更せずに、設定値切替時における総ろ過流量設定値の変動幅を小さくするものである。
図４を用いて、本アルゴリズムについて説明する。
（１） 先ず、送水流量計画値に基づく総ろ過流量演算処理手段２２０によって求めた、上下限折れ線内に収まるような屈折点が最小となる折れ線４０１（図３のＱ'''に相当）を入力する。なお、下限折れ線４０２は図３のＱ’、上限折れ線４０３は図３のＱ”、屈折点４０４は図３の屈折点３０４にそれぞれ相当する。
（２） 屈折点４０４の設定値切替時における折れ線４０１の変化量が、（数２）のように変化率リミッタＬｉｍを越えていれば、つまり、総ろ過流量設定値の変動幅が変化率リミッタＬｉｍ以上であるので、屈折点を１時刻前（Ｔｉ−１，Ｍｉ−１）の屈折点４０５に変更し、時刻Ｔｉ以降を（Ｔｉ−１，Ｍｉ−１）を始点として、終点に向かって折れ線を引く。すなわち、屈折点４０４における総ろ過流量設定値の変動幅が大きいため、屈折点４０５に変更してその変動幅を小さくする。
【数２】

（３） （２）の結果、変更後の屈折点４０５での設定値切替時における折れ線４０１の変化量が、（数３）のように変化率リミッタＬｉｍ以内であれば、つまり、総ろ過流量設定値の変動幅が変化率リミッタＬｉｍ以内であるので、変更後の折れ線４０６を総ろ過流量計画値として採用する。変化率リミッタＬｉｍを越えていれば、上下限値をはみ出さない範囲で、さらに１時刻前に屈折点を変更し、（２）を繰り返す。
【数３】

（４） （３）の結果、変更後の屈折点での設定値切替時における折れ線４０１の変化量が（数２）を満たさない場合は、その旨ガイダンスを出力する。
上記の（１）〜（４）の再演処理を全ての屈折点で実施する。図４の場合、折れ線４０１は屈折点４０４（Ｔｉ，Ｍｉ）における総ろ過流量設定値の変動幅が変化率リミッタＬｉｍを越えたため、上記アルゴリズムに従って再演算を行い、その変動幅が変化率リミッタＬｉｍ以内になるよう屈折点を前方に移動し、屈折点４０５（Ｔｉ−１，Ｍｉ−１）において変化率リミッタＬｉｍ以内となる折れ線４０６を作成できたことを示す。前述したと同様に、この折れ線の傾きを各時刻ｔにおける総ろ過流量Ｑｓｖ_ｔとすることにより、送水流量計画値１１０に基づく総ろ過流量演算処理手段２２０によって求めた総ろ過流量設定値の切替回数を変更せずに、設定値切替時における総ろ過流量設定値の変動幅の小さい修正した総ろ過流量計画値Ｑｓｖ_ｔ（ｔ＝１，２，・・・，ｎ）が求められる。例えば、総ろ過流量計画値Ｑｓｖ_ｔは、図２に示す総ろ過流量計画値２５０において各時刻における棒線グラフとして示される。
本再演算により、設定値切替時における総ろ過流量計画値の変動量すなわち設定値切替時における総ろ過流量設定値の変動幅を変化率リミッタ以内に抑え、小さくすることができる。
【００１０】
図５に、本アルゴリズムの考え方を示す。本アルゴリズムの考え方は、総ろ過流量計画値が時間Ｔｉに図示の”改良前”の値まで急変するときは、総ろ過流量設定値が急変することを意味するので、この総ろ過流量設定値の急変を緩和するために、図示の”改良後”のように、総ろ過流量計画値が送水流量計画値に基づく総ろ過流量制御によって求めた設定値変更時刻Ｔｉ−ｊにおいて変動するように、総ろ過流量設定値を前もって緩やかに変動させるものである。
【００１１】
次に、池数制御手段１４０は、送水流量計画値に基づく総ろ過流量制御によって求めた総ろ過流量計画値Ｑｓｖ_ｔ（ｔ＝１，２，・・・，ｎ）を入力とし、ろ過池に対し設定された総ろ過流量に見合ったろ過水を供給するために、一定時刻毎にろ過池の運転池数及び各池のろ過流量を制御する。
時刻ｔにおける総ろ過流量Ｑｓｖ_ｔ、前時刻（ｔ−１）における各ろ過池のろ過流量ｑｓｖ_ｔ−１とすると、時刻ｔにおける運転池数Ｄｔ、各ろ過池のろ過流量ｑｓｖ_ｔは、
【数４】

【数５】

と求められる。ここで、Ｄｔ’はＤｔを四捨五入した整数である。
そこで、各ろ過池のろ過流量を一定とすると、ろ過池の運転池数が総ろ過流量計画値の変動量によって大きく変化するが、本実施形態のように総ろ過流量設定値の変動幅を小さくすることにより、総ろ過流量計画値の変動量が小さくなり、池数変化の変化量を少なくすることができる。
【００１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、送水流量計画値を用いて総ろ過流量計画値を求める際に、総ろ過流量の設定値の棒線グラフの屈折点の数を最小にすると共に、ろ過流量再演算アルゴリズムを導入することにより、総ろ過流量設定値の屈折点の変動幅を変化率リミッタ内に抑えて小さくすることができる。この結果、総ろ過流量計画値の変動幅を小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】浄水場における複数ろ過池の流量制御方法及び装置の説明する図である。
【図２】送水流量計画値に基づく総ろ過流量制御方法を説明する図である。
【図３】送水流量計画値に基づく総ろ過流量制御演算処理を説明する図である。
【図４】変化率リミッタでの再演算実施例を示す図である。
【図５】設定値切替時刻の変更時の考え方を説明する図である。
【符号の説明】
１１０…送水流量計画値 １２０…総ろ過流量制御手段
１３０…総ろ過流量計画値 １４０…池数制御手段
１５０…ろ過池 １６０…ろ過流量制御装置
１７０…運転池数 １８０…目標流量
２２０…総ろ過流量演算処理手段
２３０…総ろ過流量設定値の切替回数を少なくする総ろ過流量計画値
２４０…総ろ過流量再演算処理手段 ２５０…修正後の総ろ過流量計画値

Claims (3)

1. 浄水場の複数ろ過池の流量制御において、各時刻における送水流量計画値を用いて総ろ過流量計画値を棒線グラフとして求める際に、前記総ろ過流量計画値の前記棒線グラフの屈折点の数を最小化する総ろ過流量計画値を演算し、変化率リミッタを設定するとともに、前記屈折点の数を最小化した総ろ過流量計画値に基づいて前記総ろ過流量計画値の屈折点の変動幅を前記変化率リミッタ内に収まる時間に遡って再演算し、変動量の小さい総ろ過流量計画値に修正し、前記修正された総ろ過流量計画値に基づいてろ過池の運転池数を制御することを特徴とする浄水場の複数ろ過池の流量制御方法。
2. 請求項１において、前記総ろ過流量設定値の変動幅は、最小化した総ろ過流量計画値の積算値の屈折点における前記計画値の変化率に基づいて求めることを特徴とする浄水場の複数ろ過池の流量制御方法。
3. 送水流量計画値に基づく総ろ過流量制御手段と、池数制御手段を有するろ過池流量制御装置において、棒線グラフとして求められる総ろ過流量計画値の前記棒線グラフの屈折点の数を最小化する総ろ過流量計画値を演算する手段と、変化率リミッタを設定するとともに、前記総ろ過流量計画値の屈折点の変動幅を前記変化率リミッタ内に収まる時間に遡って再演算する手段を設け、前記再演算された総ろ過流量計画値に基づいてろ過池の運転池数を前記池数制御手段によって制御することを特徴とする浄水場の複数ろ過池の流量制御装置。

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