JP5060426B2 - 監視制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、下水道システムにおいて雨水排水制御を行なう監視制御装置に関する。

近年、局所的な豪雨の増加や都市化の進展により、雨水排水処理の対応が遅れ、雨水が流出して浸水被害が発生するおそれが増大している（浸水問題）。また、合流式下水道では、降雨量が多いときに汚水が混じった雨水が施設を越流し、河川等に流入するおそれがある（合流改善問題）。汚水が河川等に流入した場合、河川等公共用水域の環境基準を達成できなくなるおそれがある。

下水道システムでは、通常は雨水ポンプを自動制御の雨水排水制御により運転しているが、豪雨時には、急激に流入される雨水の処理に対応するため、運転員による手動運転に切り替えて対応することもある。そのため、降雨量が多いときには流入量の把握や制御等、運転員の負担が増大する問題がある。

雨水排水制御では、「ポンプ場にいつ、どのくらいの雨水の流入があるか」の正確な情報を把握することができれば、雨水ポンプの起動及び停止のタイミングを正確に決定することができる。そして雨水排水制御が適切に行なわれれば、上述した浸水問題や合流改善問題を解決することができる。この雨水排水制御では、レーダ雨量計、地上雨量計、管渠内水位計等の計測値を利用して行なわれる「流出解析」や「流入量予測」の結果に応じて雨水ポンプが制御されている。

流入量予測には、ホワイトボックス的なアプローチと、ブラックボックス的なアプローチとがある。ホワイトボックス的なアプローチは、物理モデルや概念モデルを用いて降雨の流出の時間的な変化を追跡する手法であり、例えば、拡張RRL法を利用する（例えば、特許文献１参照）。また、ブラックボックス的なアプローチは、過去の降雨量と流入量のデータのみから予測モデルを構築する手法であり、例えば、システム同定手法を適用した方法（例えば、特許文献２参照）や、重回帰分析がある。

このようにして予測された流入量は、例えば設定水位自動制御による雨水排水制御において、設定水位の変更に利用されることがある（例えば、特許文献３参照）。特許文献３に記載の方法では、ポンプ井への雨水流入量とポンプ定格に基づいてポンプの運転台数を予測計算し、雨水ポンプを制御している。その他、予測された流入量を利用してMOUSE等の汎用流出解析ソフトの水理学モデルや水文学モデルによって雨水ポンプ制御を行う雨水排水制御もある。上述のように、予測された流入量を利用した雨水排水制御の手法は多数存在するため、状況に応じて適切な手法が選択され、利用されている。

一方、上述した従来のポンプの起動では、ポンプの余力は十分に考慮されていない。すなわち、予測された流入量のみを考慮してポンプ井から必要以上の排出を行なうようにポンプを起動した場合、不必要に電力を消費するおそれがある。

ここで、雨水ポンプは一台の消費電力が大きいが、下水道システムでは複数台の雨水ポンプが設置されるのが一般的である。このように複数台の雨水ポンプを運転する場合、契約電力では、電力量の制限によって全ての雨水ポンプを運転することができないため、一定数の雨水ポンプのみを買電で供給される電力によって起動し、残りの雨水ポンプは自家発設備で発生した電力によって起動することが一般的である。

しかしながら、このような自家発設備を併用したシステムでは、自家発設備により起動させる雨水ポンプは、自家発設備の起動が完了しないと起動させることができない。一方、自家発設備の起動開始から起動完了までには所定の時間を要するため、自家発設備を起動するタイミングが遅れると、雨水ポンプの起動まで遅れ、雨水排水が間に合わずに浸水被害を引き起こすおそれがあった。

仮に、自家発設備を予め起動しても、電力供給が必要になる前に自家発設備の起動が完了した場合、不必要な電力を発電するおそれもある。
特開平６−１４７９４０号公報 特開２０００−２５７１４０号公報 特開２０００−３２８６４２号公報

上述したように、従来の下水道システムの雨水排水制御では、流入量の予測を行なうことが出来るが、ポンプ井に蓄積可能な雨水量やポンプ井から雨水を排水する際のポンプの余力は考慮されていない。したがって、ポンプ井に余裕がある場合にも必要以上に多くのポンプを起動することによって、不要なエネルギーが消費されることになる。

本発明は、下水道システムの雨水排水制御において、オペレータの手を煩わさず、省電力を実現して、適切に排水を制御する監視制御装置を提供することを目的とする。

本発明の特徴に係る監視制御装置は、ポンプ井に雨水が流入する下水道システムに適用され、前記ポンプ井に流入する雨水の流入量に応じてポンプを制御し、前記ポンプ井から雨水を排出する監視制御装置であって、雨量に応じて前記ポンプ井の予測流入量を求めるための流入量予測データを記憶する流入量予測データ記憶部と、前記流入量予測データを用いて、雨量計で測定された現在の雨量に応じた予測流入量を求める流入量予測手段と、少なくとも、ポンプ井の水位に基づいてポンプの起動制御を判断するポンプ起動データを記憶するポンプ起動データ記憶部と、前記ポンプ井に流入する雨水の流入量に応じて、前記ポンプの起動又は停止のタイミングを補正する第１補正値を記憶する第１補正データ記憶部と、前記第１補正データ記憶部から前記予測流入量に応じた第１補正値を抽出し、この抽出した第１補正値によって、水位計で測定される前記ポンプ井の現在の水位を補正して、補正後の水位とポンプ起動データで特定される水位とからポンプの起動が必要であるか否かを判定する第１判定手段と、前記第１判定手段によって前記ポンプの起動が必要であると判定されると、前記ポンプを起動するポンプ制御手段とを備える。

前記下水道システムでは、買電による電力で動作する買電対応ポンプと、自家発設備による電力で起動する自家発対応ポンプとを備えているとき、前記ポンプ井に流入する雨水の流入量に応じて、前記自家発設備の起動のタイミングを補正する第２補正値を記憶する第２補正データ記憶部と、前記第２補正データ記憶部から前記予測流入量に応じた第２補正値を抽出し、この抽出した第２補正値によって、前記ポンプ起動データに含まれる前記水位を補正して、前記自家発対応ポンプを起動する自家発起動水位を定める水位決定手段と、定められた前記自家発起動水位と水位計で測定される現在の水位とを比較して、前記自家発設備の起動が必要か否かを判定する第２判定手段と、前記第２判定手段によって前記自家発設備の起動が必要であると判定されると、前記自家発設備を起動する自家発制御手段とを備えることができる。

本発明によれば、下水道システムの雨水排水制御において、オペレータの手を煩わさず、省電力を実現して、適切に排水を制御することができる。

図１を用いて、本発明の実施形態に係る監視制御装置１について説明する。監視制御装置１は、流入幹線３０を介して流入される雨水を流入渠３１及びポンプ井３２で一時貯水した後に河川等に排水する雨水排水システム３に接続されている。また、この監視制御装置１は、雨水レーダ３５の測定結果である雨量を送信する雨水レーダ処理装置３６、地上の雨量を測定する地上雨量計３７、流入渠３１の水位を測定する水位計３８、ポンプ井３２の水位を測定する水位計３９に接続されている。この監視制御装置１は、雨水レーダ処理装置３６、地上雨量計３７、水位計３８，３９から入力する測定値に基づいてポンプ３３やバルブ３４等の機器を制御することで、ポンプ井３２からの雨水の排水を制御する。

雨水排水システム３では、一部の機器は買電による電力で運転し、他の機器は自家発設備４０ａ，４０ｂによる電力で運転する。監視制御装置１は、ポンプ３３ａ〜３３ｅやバルブ３４ａ〜３４ｅ等の機器を監視制御する他、自家発設備４０ａ，４０ｂの起動や停止も監視制御している。

図１に示すように監視制御装置１は、記憶装置１０、ＣＰＵ（中央処理装置）１１を備える一般的なコンピュータである。記憶装置１０は、図１に示すように、機器制御プログラム１１、流入量予測データ１２、ポンプデータ１３、ポンプ起動データ１４、第１補正データ１５、第２補正データ１６及び監視制御プログラムＰを記憶している。

記憶装置１０に記憶される監視制御プログラムＰが読み出されて実行されることで、監視制御装置１のＣＰＵ２０には、ポンプ３３ａ〜３３ｅを制御するポンプ処理部２１と自家発設備４０ａ，４０ｂを制御する自家発処理部２２とが実装される。なお、以下の説明では、バルブ３４ａ〜３４ｅの監視制御については、説明を省略する。

機器制御プログラム１１は、監視制御装置１が監視制御対象としている雨水排水システム３の各機器を制御するプログラムを含んでいる。例えば、ポンプ処理部２１では、この機器制御プログラム１１に含まれるポンプ制御用プログラムに基づいて、ポンプ３３ａ〜３３ｅを制御する。また、自家発処理部２２では、この機器制御プログラム１１に含まれる自家発制御用プログラムに基づいて、自家発設備４０ａ，４０ｂを制御する。

ポンプ処理部２１は、将来の雨水の流入量を予測した値である予測流入量を求める流入量予測手段２１１と、求められた予測流入量からポンプ井３２の将来の水位を求める予測水位算出手段２１２と、求められた水位からポンプ３３ａ〜３３ｅを起動又は停止する必要があるか否かを判定する第１判定手段２１３と、判定結果に応じてポンプ３３ａ〜３３ｅを起動又は停止させるポンプ制御手段２１４とを備えている。

ポンプ井３２の現在の水位に応じてポンプ３３ａ〜３３ｅの運転を制御していても、将来、多量の雨水がポンプ井３２に流入した場合には、ポンプ井３２から雨水が排水できずに浸水するおそれがある。一方、ポンプ井３２の現在の水位が高い場合でも、後に流入する雨水が少量であれば、ポンプ３３ａ〜３３ｅによる排出量を最大にする必要はない。そのため、ポンプ処理部２１は、ポンプ井３２の現在の水位と、将来、ポンプ井３２に流入する雨水量（予測流入量）と、ポンプ３３ａ〜３３ｅの運転状態とを考慮して、ポンプ３３ａ〜３３ｄを運転する。

流入量予測手段２１１は、雨水レーダ処理装置３６や地上雨量計３７から、現在の雨量の測定値を入力する。現在の雨量は、ポンプ井３２へ流入する雨水量の変動要因となる。流入量予測手段２１１は、記憶装置１２から流入量予測データ１２を読み出し、読み出した流入量予測データ１２と、入力した測定値とを利用して予測流入量を求めて出力する。ここで予測流入量を求める際、流入量予測手段２１１は、雨量の測定値に加え、水位計３８，３９で測定される水位を利用してもよい。

流入量予測データ１２は、雨水レーダ３５、地上雨量計３７で測定される現在の雨量や、水位計３８，３９で測定される水位に基づいて、予測流入量を求めるデータである。流入量予測データ１２は、例えば、雨水レーダ３５と地上雨量計３７の測定値の組み合わせに対し、予測流入量が関連付けられていてもよいし、雨水レーダ３５及び地上雨量計３７の測定値に基づいて予測流入量を算出する算出式であってもよい。

予測水位算出手段２１２は、流入量予測手段２１１から出力される予測流入量を入力する。また、予測水位算出手段２１２は、水位計３８で測定される流入渠３１の現在の水位と、水位計３９で測定されるポンプ井３２の現在の水位を入力する。さらに、予測水位算出手段２１２は、ポンプ制御手段２１４から各ポンプ３３ａ〜３３ｅの現在の起動状態（運転中であるか、停止中であるか）を入力する。その後、予測水位算出手段２１２は、入力した予測流入量、水位、及びポンプ３３ａ〜３３ｅの起動状態と、予め定められるポンプ３３ａ〜３３ｅの排出能力に基づいて、ポンプ井３２の将来の水位である予測水位を求めて出力する。

すなわち、流入渠３１の容積及びポンプ井３２の容積は予め定められているため、予測水位算出手段２１２は、ポンプ井３２に貯水されている現在の雨水量に対して、現在運転中のポンプ３３ａ〜３３ｅの排出能力によって求められるポンプ井３２からの雨水の排水量を除算するとともに、予測流入量を加算することにより、将来のポンプ井３２の水位を求めることが出来る。

例えば、図２に示すように、ポンプ３３ａ〜３３ｅの「排出能力」や「起動状態」は、「起動電力」とともにポンプデータ１３として記憶装置１０に記憶されていてもよい。図２に示すポンプデータ１３からは、第１ポンプ３３ａは、買電の電力で運転され、第２ポンプ３３ｂ及び第３ポンプ３３ｃは第１自家発設備４０ａの電力で運転され、第４ポンプ３３ｄ及び第５ポンプ３３ｅは第２自家発設備４０ｂの電力で運転されることが分かる。また、図２に示すポンプデータ１３からは、第１ポンプ３３ａの排水能力は「Ｃ1」であり、第２ポンプ３３ｂの排水能力は「Ｃ2」であることが分かる。さらに、図２に示すポンプデータ１３からは、第１ポンプ３３ａは「運転中」であり、第２ポンプ３３ｂから第５ポンプ３３ｅは「停止中」であることが分かる。

第１判定手段２１３は、予測水位算出手段２１２から出力される予測水位を入力する。また、第１判定手段２１３は、予測水位を入力すると、記憶装置１０からポンプ起動データ１４及び第１補正データ１５を読み出し、ポンプ制御の必要の有無を判定する。

ポンプ起動データ１４は、図３に一例を示すように、各ポンプ３３ａ〜３３ｅを起動する水位である「ポンプ起動水位」と、運転中のポンプ３３ａ〜３３ｅを停止する水位である「ポンプ停止水位」とを含むデータである。例えば、図３に示すポンプ起動データ１４からは、第１ポンプ３３ａは、水位が「Ｈ11」のときに起動を開始し、水位が「Ｈ12」のときに停止させることが分かる。

第１補正データ１５は、流入量に応じてポンプ起動水位に適用するように現在の水位を補正する第１補正値を含むデータである。例えば、図４に示す第１補正データ１５は、現在の水位と将来の水位との「差」と、この差である場合に使用する「第１補正値」とが関連付けられている。例えば、現在の水位と将来の水位（予測水位）との差Ｄが「ｈ1以上」であるときの補正値は「−α1」であり、差Ｄが「ｈ2以上ｈ1未満」であるときの補正値は「−α2」であり、差Ｄが「ｈ2未満」であるときの補正値は「α3」である。この第１補正値は、過去に求められた予測水位とポンプの起動のタイミングの履歴から、ポンプの起動に最適な水位を求めるために現在のポンプ井３２の水位を補正する補正値として予め定められた値である。

具体的には、第１判定手段２１３は、記憶装置１０から読み出した第１補正データ１５から、現在の水位と予測水位との差に関連付けられる第１補正値を抽出する。また、第１判定手段２１３は、抽出した第１補正値を現在の水位に加算した水位（補正水位）を求める。その後、第１判定手段２１３は、記憶装置１０から読み出したポンプ起動データ１４の各ポンプ起動水位及びポンプ停止水位と、補正水位とを比較して、ポンプ３３ａ〜３３ｅの起動又は停止が必要か否かを判定する。また、第１判定手段２１３は、判定結果をポンプ制御手段２１４に出力する。

例えば、図３に示す例の場合、第１補正値としてα1が抽出されると、現在の水位Ｈに対し、「Ｈ＋α1」が補正水位となり、補正水位（Ｈ＋α1）がＨ11を上回ると、第１ポンプ３３ａを起動する判定結果を出力し、補正水位（Ｈ＋α1）がＨ12を下回ると起動中の第１ポンプ３３ａを停止させる判定結果を出力する。

なお、第１補正データ１５の第１補正値として、各ポンプ３３ａ〜３３ｅに対して異なる第１補正値を設定してもよいし、また、ポンプ起動水位の判定に利用する第１補正値と、ポンプ停止水位の判定に利用する第１補正値とに異なる第１補正値を設定してもよい。また、図４で示した第１補正データ１５は、現在の水位及び予測水位と第１補正値の関係を表すテーブルであるが、この形式に限られず、例えば、現在の水位及び予測水位とから第１補正値を求める数式であってもよい。

ポンプ制御手段２１４は、第１判定手段２１３から入力する判定結果に従って、起動が必要であると判定されたポンプ３３ａ〜３３ｅを起動し、停止が必要であると判定されたポンプ３３ａ〜３３ｅを停止する。

自家発処理部２２は、自家発設備４０ａ，４０ｂの起動水位（自家発起動水位）を定める水位決定手段２２１と、定められた自家発起動水位から自家発設備４０ａ，４０ｂを起動又は停止する必要があるか否かを判定する第２判定手段２２２と、判定結果に応じて自家発設備４０ａ，４０ｂを起動又は停止させる自家発制御手段２２３とを備えている。

自家発設備４０ａ，４０ｂは、起動の開始から完了までに、所定の起動時間を要する。そのため、ポンプ井３２の水位がポンプ起動水位に達したときに自家発設備４０ａ，４０ｂの起動を開始しても、自家発設備４０ａ，４０ｂの起動が完了してポンプ３３ｂ〜３３ｅが起動されるまでにはポンプ井３２の水位がポンプ起動水位に達してから所定時間が経過している。通常、ポンプ井３２の水位がポンプ起動水位に達してから所定時間経過後には、ポンプ井３２の水位はポンプ起動水位より更に高くなっており、雨水の排水が遅れることとなる。そのため、自家発処理部２２は、自家発設備４０ａ，４０ｂの起動時間を考慮して、ポンプ起動水位に達する前に自家発設備４０ａ，４０ｂを起動する。

水位決定手段２２１は、自家発設備４０ａ，４０ｂの自家発起動水位を定める。具体的には、水位決定手段２２１は、流入量予測手段２１１から予測流入量を入力し、ポンプ制御手段２１４から現在の各ポンプ３３ａ〜３３ｅの起動状態を入力する。水位決定手段２２１は、次に起動するポンプが自家発設備４０ａ，４０ｂによって起動されるポンプであるとき、記憶装置１０からポンプ起動データ１４と第２補正データ１６を読み出す。また、水位決定手段２２１は、第２補正データ１６から予測流入量に対応する第２補正値を抽出する。その後、水位決定手段２２１は、ポンプ起動データ１４の各ポンプ起動水位Ｈｘを、第２補正データ１６から抽出した第２補正値を用いて自家発起動水位を定めて出力する。

第２補正データ１６は、流入量に応じて自家発設備起動水位を定める第２補正データを含むデータである。例えば、図５に示す第２補正データ１６は、「予測流入量」とこの予測流入量である場合に使用する「第２補正値」とが関連付けられるデータである。例えば、予測流入量Ａが「ａ1以上」であるときの補正値は「β1」であり、予測流入量Ａが「ａ2以上ａ1未満」であるときの補正値は「β2」であり（β1＞β2）、予測流入量Ａが「ａ2未満」であるときの補正値は「β3」である（β2＞β3）。この第２補正値は、各自家発設備４０ａ，４０ｂの起動時間を流入量毎に水位に換算して得られた値である。

具体的には、ポンプ起動水位が「Ｈ21」であり、予測流入量が「ａ1以上」であれば、「Ｈ21−β1」が自家発起動水位となる。また、ポンプ起動水位が「Ｈ21」のとき、予測流入量が「ａ2以上ａ1未満」であれば、「Ｈ21−β2」が自家発起動水位となる。

第２判定手段２２２は、水位計３９からポンプ井３２の現在の水位を入力し、水位決定手段２２１から自家発起動水位を入力する。第２判定手段２２２は、入力する現在の水位と自家発起動水位とを比較して、自家発設備４０ａ，４０ｂの起動が必要か否かを判定する。具体的には、現在の水位が自家発起動水位に達したとき、自家発設備の起動が必要であると判定する。また、第２判定手段２２２は、判定結果を自家発制御手段２２３に出力する。

自家発制御手段２２３は、第２判定手段２２２によって起動が必要であると判定された自家発設備４０ａ，４０ｂを起動し、停止が必要であると判定された自家発設備４０ａ，４０ｂを停止する。

《ポンプ運転処理》
次に、図６に示すフローチャートを用いて、ポンプ処理部２１におけるポンプの運転処理について説明する。

流入量予測手段２１１は、雨水レーダ処理装置３６及び地上雨量計３７によって測定された現在の雨量を入力すると（Ｓ０１）、流入量予測データ１２を用いて予測流入量を算出する（Ｓ０２）。その後、予測水位算出手段２１２は、予測流入量を利用して予測水位を算出する（Ｓ０３）。

予測水位算出手段２１２において予測水位が求められると、第１判定手段２１３は、ポンプ起動データ１４及び第１判定データ１５に基づいて、ポンプの起動が必要であるか否かを判定する（Ｓ０４）。ポンプ３３ａ〜３３ｅの起動が必要であるとき、すなわち、補正水位がいずれかのポンプ３３ａ〜３３ｅの起動水位を上回っていたとき（Ｓ０４でＹＥＳ）、ポンプ制御手段２１４は、該当するポンプを起動する（Ｓ０５）。

一方、ポンプの起動が必要でなく、ポンプの停止が必要であるとき、すなわち、補正水位がいずれかのポンプ３３ａ〜３３ｅの起動水位を下回っていたとき（Ｓ０４でＮＯ、Ｓ０６でＹＥＳ）、ポンプ制御手段２１４は、該当するポンプを停止する（Ｓ０６でＮＯ）。

このように、ポンプ処理部２１は、予測流入量に応じてポンプ３３ａ〜３３ｅを運転しているため、過剰にポンプ３３ａ〜３３ｅを起動させることなく、ポンプ３３ａ〜３３ｅの余力を考慮するとともに、流入量に応じた能力のポンプ３３ａ〜３３ｅを運転することが出来る。すなわち、ポンプ処理部２１では、ポンプ井３２に蓄積できる雨水量やポンプ３３ａ〜３３ｅの余力を考慮してポンプ３３ａ〜３３ｅを運転することで、省エネルギーを図ることができる。また、ポンプ３３ａ〜３３ｅの運転は、ポンプ処理部２１によって自動で行なわれるため、オペレータにポンプ３３ａ〜３３ｅの制御のための負担を強いることもない。

なお、ポンプ処理部２１において、いずれかの手段２１１〜２１４又は、いずれかの信号に異常が検出された場合、自動制御によって安全な運転を行なうことは不可能であるため、自動制御が中止され、問題解決がされるまで、オペレータによる手動によってポンプが制御される。

《自家発運転処理》
続いて、図７に示すフローチャートを用いて、自家発処理部２２における自家発設備の運転処理について説明する。

水位決定手段２２１は、まず、次に起動するポンプが自家発設備４０ａ，４０ｂによって起動するポンプ（自家発対応ポンプ）であるか否かを判定する（Ｓ１１）。次に起動するポンプが自家発対応ポンプである場合（Ｓ１１でＹＥＳ）、水位決定手段２２１は、ポンプ起動水位と、予測流入量に応じた第２補正値とから、自家発起動水位を定める（Ｓ１２）。

その後、第２判定手段２２２は、ポンプ井３２の水位及び自家発起動水位に応じて、自家発設備４０ａ，４０ｂの起動が必要であるか否かを判定する（Ｓ１３）。自家発設備４０ａ，４０ｂの起動が必要であるとき、すなわち、現在のポンプ井３２の水位が自家発起動水位を上回るとき（Ｓ１３でＹＥＳ）、自家発制御手段２２３は、該当する自家発設備を起動する（Ｓ１４）。

一方、自家発設備の起動が必要でなく、自家発設備の停止が必要であるとき、すなわち、いずれかの自家発設備４０ａ，４０ｂの電力で起動されるポンプ３３ｂ〜３３ｅが停止しているとき（Ｓ１３でＮＯ、Ｓ１５でＹＥＳ）、自家発制御手段２２３は、該当する自家発設備を停止する（Ｓ１６）。

このように、自家発処理部２２は、予測流入量に基づいて求められる自家発起動水位に応じて自家発設備４０ａ，４０ｂを起動しているため、ポンプ井３２の水位がポンプ起動水位に達したときには既に自家発設備４０ａ，４０ｂは起動が完了している。したがって、ポンプ制御手段２１４では、起動が必要になった時点で速やかにポンプ３３ｂ〜３３ｅを起動することが出来る。すなわち、電源供給を買電と自家発とで併用している雨水排水システム３において、自家発設備４０ａ，４０ｂを適切なタイミングで起動することが可能であり、自家発設備４０ａ，４０ｂの起動制御をポンプ３３ｂ〜３３ｅの起動制御に反映させて雨水排水を効果的にすることができる。また、自家発設備４０ａ，４０ｂの運転は、自家発処理部２２によって自動で行なわれるため、オペレータに自家発設備４０ａ，４０ｂの制御のための負担を強いることもない。

なお、上述した雨水排水システム３は、５台のポンプ３３ａ〜３３ｅと、２台の自家発設備４０ａ，４０ｂとを有し、第１ポンプ３３ａが買電の電力で起動し、第２ポンプ３３ｂ及び第３ポンプ３３ｃが第１自家発設備４０ａの電力で起動し、第４ポンプ３３ｄ及び第５ポンプ３３ｅが第２自家発設備４０ｂで起動する例で説明した。しかし、ポンプの台数や自家発設備の台数はこれに限られない。例えば、買電の電力で起動するポンプも複数台あっても良い。また、自家発設備設備が起動するポンプの台数も２台に限られず、１台であってもよいし、２台以上であってもよい。

《流入量予測手段の変形例》
流入量予測手段２２１では、予測流入量の算出に、最適化問題を解く区間をサンプリング周期毎にシフトしながら最適化を繰り返すReceding horizon制御を利用することもできる。Receding horizon制御は、制約条件を陽な形で取り扱うことが可能であり、制御入力やプロセス出力にかかる制御条件を直接制御アルゴリズムに反映させることができる。例えば、制御条件としては、水位計３９で測定されるポンプ井３２の水位の上下限を考慮することが考えられる。

また、流入量予測手段２２１は、予測流入量の算出に分岐限定法や遺伝的アルゴリズムを適用することもできる。分岐限定法では、解空間上の部分空間を一括チェックし、当該空間内に解の候補が存在し得るか否かを事前に検証して不必要な検索手続を予め排除して最適解を検索することができる。また、遺伝的アルゴリズムでは、最適解ではなく準最適解しか検索することができないが、局所的な極小解に陥りにくく、演算を高速にすることができる。

《流入量予測データの変形例》
流入量予測データ１２は、予め定められる固定のデータの他、入力する測定値、ポンプの起動状態、管渠内の状態等に応じてオンラインで逐次的に更新可能に構成されるデータであっても良い。流入量予測データ１２をオンラインで逐次的に更新することにより、流域の変化に追従することが可能となり、予測の精度の劣化を防止することが出来る。このオンラインによる更新の代表的な手法としては、システム同定手法における逐次最小二乗法が挙げられる。この逐次最小二乗法は、計算負荷が少ないため比較的小規模な計算機で実現できるとともにプロセスの変動に追従してパラメータの更新が可能な利点がある。したがって、雨水排水制御のようなプロセスの変動が自然現象の複合要因の結果として現れ、変動が生じやすい場合に有効である。

《第１判定手段の変形例》
上述した説明では、第１判定手段２１３は、予測水位と、ポンプデータ１３の「ポンプ起動水位」及び「ポンプ停止水位」とを比較してポンプの起動や停止を判定していた。一方、ポンプ起動水位及びポンプ停止水位を利用せず、予測流入量から直接、運転するポンプの台数を求めて、ポンプ３３ａ〜３３ｅを制御してもよい。または、現在の水位と現在のポンプの排水能力、予測流入量と予測流入量の雨水の排水に必要なポンプの排水能力、現在のポンプの余力から、判定結果として運転するポンプの台数を求めて、ポンプ３３ａ〜３３ｅを制御してもよい。

《第１補正データ、第２補正データの変形例》
第１補正データ１５及び第２補正データ１６も、固定のデータであっても良いし、過去の測定値や過去のポンプ井３２の水位等の履歴、ポンプ井３２やポンプ３３ａ〜３３ｅの経時的に応じて更新可能なデータであっても良い。

また、第１補正データ１５及び第２補正データ１６は、モードによって補正値を選択するようにしてもよい。例えば、図８に示す第２補正データ１６の一例では、「第１モード」に設定されている場合と、「第２モード」の場合に設定されている場合とで、異なる補正値が抽出される。例えば、雨の強さによってモードを切り替える等が考えられる。

なお、ＭＯＵＳＥ等の汎用流出解析ソフトを使用してポンプ制御を行なっている場合には、ポンプ処理部２１の代わりに汎用流出解析ソフトによってポンプの起動タイミングを予測することができる。したがって、水位決定手段２２１は、ソフトによって予測されたポンプの起動タイミングと、第１補正データ１５の補正値とを用いて自家発設備４０ａ，４０ｂの起動水位を求める。

本発明の最良の実施形態に係る監視制御装置の構成を示す機能ブロック図である。 図１の監視制御装置が記憶するポンプデータの一例である。 図１の監視制御装置が記憶するポンプ起動データの一例である。 図１の監視制御装置が記憶する第１補正データの一例である。 図１の監視制御装置が記憶する第２補正データの一例である。 図１の監視制御装置で実行されるポンプ制御処理を説明するフローチャートである。 図１の監視制御装置で実行される自家発設備制御処理を説明するフローチャートである。 変形例に係る監視制御装置が記憶する第１補正データの一例である。

符号の説明

１…監視制御装置
１０…記憶装置
１１…機器制御プログラム
１２…流入量予測データ
１３…ポンプデータ
１４…ポンプ起動データ
１５…第１補正データ
１６…第２補正データ
Ｐ…監視制御プログラム
２１…ポンプ処理部
２１１…流入量予測手段
２１２…予測水位算出手段
２１３…第１判定手段
２１４…ポンプ制御手段
２２…自家発処理部
２２１…水位決定手段
２２２…第２判定手段
２２３…自家発制御手段
３…雨水排水システム
３０…流入幹線
３１…流入渠
３２…ポンプ井
３３ａ〜３３ｅ…ポンプ
３４ａ〜３４ｅ…バルブ
３５…雨水レーダ
３６…雨水レーダ処理装置
３７…地上雨量計
３８，３９…水位計
４０ａ，４０ｂ…自家発設備

Claims (2)

1. ポンプ井に雨水が流入する下水道システムに適用され、前記ポンプ井に流入する雨水の流入量に応じて買電による電力で動作する買電対応のポンプと、自家発設備による電力で起動する自家発対応のポンプとを制御し、前記ポンプ井から雨水を排出する監視制御装置であって、
   雨量に応じて前記ポンプ井の予測流入量を求めるための流入量予測データを記憶する流入量予測データ記憶部と、
   少なくとも、ポンプ井の水位に基づいて買電に対応のポンプと自家発設備に対応のポンプの起動制御を判断するポンプ起動データを記憶するポンプ起動データ記憶部と、
   前記ポンプ井に流入する雨水の流入量に応じて、前記ポンプの起動又は停止のタイミングを補正する第１補正値を記憶する第１補正データ記憶部と、
   前記ポンプ井に流入する雨水の流入量に応じて、前記自家発設備の起動のタイミングを補正する第２補正値を記憶する第２補正データ記憶部と、
   前記流入量予測データを用いて、雨量計で測定された現在の雨量に応じた予測流入量を求める流入量予測手段と、
   前記第１補正データ記憶部から前記予測流入量に応じた第１補正値を抽出し、この抽出した第１補正値によって、水位計で測定される前記ポンプ井の現在の水位を補正して、補正後の水位とポンプ起動データで特定される水位とからポンプの起動が必要であるか否かを判定する第１判定手段と、
   前記第１判定手段によって前記ポンプの起動が必要であると判定されると、起動が必要と判定されたポンプを起動するポンプ制御手段と、
   前記第２補正データ記憶部から前記予測流入量に応じた第２補正値を抽出し、この抽出した第２補正値によって、前記ポンプ起動データに含まれる前記水位を補正して、前記自家発対応ポンプを起動する自家発起動水位を定める水位決定手段と、
   定められた前記自家発起動水位と水位計で測定される現在の水位とを比較して、前記自家発設備の起動が必要か否かを判定する第２判定手段と、
   前記第２判定手段によって前記自家発設備の起動が必要であると判定されると、前記自家発設備を起動する自家発制御手段と、
   を備えることを特徴とする監視制御装置。
2. 前記流入量測定手段、前記第１判定手段、及び、前記ポンプ制御手段をポンプ処理部としたとき、複数のポンプ処理部を備え、
   いずれか一のポンプ処理部を運転状態としてポンプを制御し、他のポンプ処理部を待機状態とし、
   運転状態の前記ポンプ処理部に異常が発生した場合、異常が発生した前記ポンプ処理部ではポンプの制御を中止し、前記他のポンプ処理部が待機状態から運転状態となってポンプの制御を開始することを特徴とする請求項１に記載の監視制御装置。

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