JP6511425B2 - 往復動ポンプの運転用コントローラ - Google Patents
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Description
本発明は、薬液注入に用いられる往復動ポンプの運転用コントローラに関する。
浄水場などの水処理施設では、混和池内の原水に凝集剤（硫酸バンドやポリ塩化アルミニウム）を注入して攪拌機で攪拌し、原水中の懸濁物質と共にフロックとして凝集させ、このフロックを沈降させて処理水として分離する。
処理水は、その後急速ろ過池を経て配水池に導入され、塩素（主に次亜塩素酸ナトリウム）注入などの消毒処理された後、水道水として配水される。
上記の凝集剤や塩素などの薬液の注入には吐出量の調節が可能な往復動ポンプ（例えば特許文献１）が使用されているが、上記原水や処理水は水質等が一定でないため、その水質等に応じて常に薬液の注入量を調節しなければならず、往復動ポンプの制御には調節計が用いられていた。
しかしながら、調節計は多機能化しており、取扱いが煩雑で誰もが容易には使用できず、相応の専門知識なしには使いこなせないといった課題を有している。
そこで、本発明では、調節計を用いることなく、塩素注入量制御と凝集剤注入量制御のいづれにも使用可能な往復動ポンプの運転用コントローラを提供することを目的としている。
そこで、本発明では、調節計を用いることなく、塩素注入量制御と凝集剤注入量制御のいづれにも使用可能な往復動ポンプの運転用コントローラを提供することを目的としている。
上記課題に鑑み、請求項１に係る発明のものは、送水管を通流する処理水に塩素を注入する塩素注入量制御用の往復動ポンプのコントローラであって、該コントローラは、その入力側に、送水管の塩素注入箇所より上流に設置した処理水の流量を計測する流量計及び処理水の塩素濃度を計測する処理水塩素計と、送水管の塩素注入箇所より下流に設置した処理水に塩素が注入されて成る水道水の塩素濃度を計測する水道水塩素計を接続し、出力側に往復動ポンプの駆動モータを接続し、コントローラ内には、該コントローラに予め入力された目標塩素濃度と処理水塩素計からコントローラに入力された処理水塩素濃度との偏差を演算するフィードフォワード演算部と、前記目標塩素濃度と水道水塩素計からコントローラに入力された水道水塩素濃度との偏差に基づいてＰＩＤ演算するフィードバック演算部と、フィードフォワード演算部で演算された演算値とフィードバック演算部で演算された演算値のいずれか一方を用いて処理水の水量に対する塩素注入量の割合を演算するか、又は、フィードフォワード演算部とフィードバック演算部で演算された各演算値の加算値を用いて処理水の水量に対する塩素注入量の割合を演算する薬液注入率演算部と、該薬液注入率演算部で算出された塩素注入率に流量計からコントローラに入力された処理水流量を乗算して塩素注入量を算出する薬液注入量演算部と、コントローラに予め入力された往復動ポンプの最大吐出量に対する前記塩素注入量の割合で表されるポンプ駆動率を算出し、該ポンプ駆動率がコントローラに予め入力された設定ポンプ駆動率より高いか低いかを判別し、高い場合は前記駆動モータを連続運転させ、低い場合は前記駆動モータを間欠運転させるポンプ作動方法判別部を備えたことを特徴とする。
又、請求項２に係る発明のものは、攪拌機を備えた混和池に貯留される原水に凝集剤を注入する凝集剤注入量制御用の往復動ポンプのコントローラであって、該コントローラは、その入力側に、原水を混和池へ供給する導水管に設置した原水の流量を計測する流量計及び原水の濁度を計測する濁度計と、混和池に設置した凝集剤含有原水の凝集剤濃度を計測する凝集剤濃度計、凝集剤含有原水の温度を計測する水温計及び凝集剤含有原水の水素イオン濃度を計測するＰＨ計とを接続し、出力側に往復動ポンプの駆動モータと攪拌機モータの回転数を制御するインバータを接続し、コントローラ内には、濁度計からコントローラに入力された濁度を凝集剤注入率に演算する薬液注入率演算部と、前記凝集剤注入率に流量計からコントローラに入力された原水流量を乗算して凝集剤注入量を算出する薬液注入量演算部と、コントローラに予め入力された往復動ポンプの最大吐出量に対する前記凝集剤注入量の割合で表されるポンプ駆動率を算出し、該ポンプ駆動率がコントローラに予め入力された設定ポンプ駆動率より高いか低いかを判別し、高い場合は前記駆動モータを連続運転させ、低い場合は前記駆動モータを間欠運転させるポンプ作動方法判別部と、コントローラに入力された凝集剤濃度計からの凝集剤濃度、水温計からの水温及びＰＨ計からの水素イオン濃度と、コントローラに予め入力された実験式とに基づいて凝集剤攪拌に最適なモータ回転数を演算し、該モータ回転数に対応するモータ回転数信号を前記インバータに出力する攪拌速度演算部とを備えたことを特徴とする。
請求項３に係る発明のものは、上記の塩素注入量制御用の往復動ポンプの運転用コントローラと凝集剤注入量制御用の往復動ポンプの運転用コントローラに兼用可能に設けたことを特徴とする。
又、請求項２に係る発明のものは、攪拌機を備えた混和池に貯留される原水に凝集剤を注入する凝集剤注入量制御用の往復動ポンプのコントローラであって、該コントローラは、その入力側に、原水を混和池へ供給する導水管に設置した原水の流量を計測する流量計及び原水の濁度を計測する濁度計と、混和池に設置した凝集剤含有原水の凝集剤濃度を計測する凝集剤濃度計、凝集剤含有原水の温度を計測する水温計及び凝集剤含有原水の水素イオン濃度を計測するＰＨ計とを接続し、出力側に往復動ポンプの駆動モータと攪拌機モータの回転数を制御するインバータを接続し、コントローラ内には、濁度計からコントローラに入力された濁度を凝集剤注入率に演算する薬液注入率演算部と、前記凝集剤注入率に流量計からコントローラに入力された原水流量を乗算して凝集剤注入量を算出する薬液注入量演算部と、コントローラに予め入力された往復動ポンプの最大吐出量に対する前記凝集剤注入量の割合で表されるポンプ駆動率を算出し、該ポンプ駆動率がコントローラに予め入力された設定ポンプ駆動率より高いか低いかを判別し、高い場合は前記駆動モータを連続運転させ、低い場合は前記駆動モータを間欠運転させるポンプ作動方法判別部と、コントローラに入力された凝集剤濃度計からの凝集剤濃度、水温計からの水温及びＰＨ計からの水素イオン濃度と、コントローラに予め入力された実験式とに基づいて凝集剤攪拌に最適なモータ回転数を演算し、該モータ回転数に対応するモータ回転数信号を前記インバータに出力する攪拌速度演算部とを備えたことを特徴とする。
請求項３に係る発明のものは、上記の塩素注入量制御用の往復動ポンプの運転用コントローラと凝集剤注入量制御用の往復動ポンプの運転用コントローラに兼用可能に設けたことを特徴とする。
要するに、請求項１に係る発明は、上記構成からなるので、従来の様に調節計を使用することなく、往復動ポンプを運転させて処理水に適量の塩素を注入できる。
その処理水への塩素注入量の制御にあたっては、送水管の管長、口径、処理水の流速、各外部計測機器（流量計、処理水塩素計、水道水塩素計）の測定位置による測定時間のずれなど測定現場毎に異なる諸条件に対応すべく最適な制御を、フィードフォワードのみの制御、フィードバックのみの制御、フィードフォワードとフィードバックの併用制御から選択し、その選択された制御でこの制御に必要な各外部計測機器からの各計測信号値を演算処理し、この処理に基づいて処理水に適量の塩素を注入する様に往復動ポンプを運転させることができるので、水道水の塩素濃度を目標値に保持させることができる。
しかも、往復動ポンプの運転では、塩素注入量が極端に少ない場合でも、往復動ポンプを間欠的に運転させて確実に極小量の塩素を注入できる。
その処理水への塩素注入量の制御にあたっては、送水管の管長、口径、処理水の流速、各外部計測機器（流量計、処理水塩素計、水道水塩素計）の測定位置による測定時間のずれなど測定現場毎に異なる諸条件に対応すべく最適な制御を、フィードフォワードのみの制御、フィードバックのみの制御、フィードフォワードとフィードバックの併用制御から選択し、その選択された制御でこの制御に必要な各外部計測機器からの各計測信号値を演算処理し、この処理に基づいて処理水に適量の塩素を注入する様に往復動ポンプを運転させることができるので、水道水の塩素濃度を目標値に保持させることができる。
しかも、往復動ポンプの運転では、塩素注入量が極端に少ない場合でも、往復動ポンプを間欠的に運転させて確実に極小量の塩素を注入できる。
又、請求項２に係る発明では、凝集剤を注入する往復動ポンプにおいても、上記と同様に調節計を使用することなく、混和池内の凝集剤含有原水に適量の凝集剤を注入できる。
しかも、凝集剤注入量が極端に少ない場合でも、往復動ポンプを間欠的に運転させて確実に極小量の凝集剤を注入できる。
そのうえ、凝集剤を凝集剤含有原水中に均一に分散させて懸濁物質に一様に吸着させて迅速な凝集沈殿を促進させる攪拌機の攪拌翼の攪拌（回転）速度の制御をも往復動ポンプの運転用コントローラで行える様にして往復動ポンプと攪拌機を一括的にして効率的に制御できる。
しかも、凝集剤注入量が極端に少ない場合でも、往復動ポンプを間欠的に運転させて確実に極小量の凝集剤を注入できる。
そのうえ、凝集剤を凝集剤含有原水中に均一に分散させて懸濁物質に一様に吸着させて迅速な凝集沈殿を促進させる攪拌機の攪拌翼の攪拌（回転）速度の制御をも往復動ポンプの運転用コントローラで行える様にして往復動ポンプと攪拌機を一括的にして効率的に制御できる。
又、請求項３に係る発明によれば、請求項１記載の塩素注入量制御用の往復動ポンプの運転用コントローラと請求項２記載の凝集剤注入量制御用の往復動ポンプの運転用コントローラに兼用可能に設けたので、便利である等その実用的効果甚だ大である。
以下本発明の実施の一形態例を図面に基づいて説明する。
本発明に係る往復動ポンプの運転用コントローラ１は、該コントローラ１に備えられた運転モードの切替機能によって、送水管Ｐを通流する処理水PWにタンクT1内に貯留した次亜塩素酸ナトリウム（以下、塩素とも称する。）Ｓを注入する塩素注入量制御用、及び、攪拌機３を備えた混和池MPに貯留される原水RWにタンクT2内に貯留した凝集剤（硫酸バンドやポリ塩化アルミニウム）Ｃを注入する凝集剤注入量制御用の往復動ポンプ２に兼用可能に設けられている。
本発明に係る往復動ポンプの運転用コントローラ１は、該コントローラ１に備えられた運転モードの切替機能によって、送水管Ｐを通流する処理水PWにタンクT1内に貯留した次亜塩素酸ナトリウム（以下、塩素とも称する。）Ｓを注入する塩素注入量制御用、及び、攪拌機３を備えた混和池MPに貯留される原水RWにタンクT2内に貯留した凝集剤（硫酸バンドやポリ塩化アルミニウム）Ｃを注入する凝集剤注入量制御用の往復動ポンプ２に兼用可能に設けられている。
塩素注入量制御用の往復動ポンプ２に用いられるコントローラ１は、その入力側に、送水管Ｐの塩素注入箇所Paより上流に設置した処理水PWの流量を計測する流量計Ｆ、及び処理水PWの塩素濃度を計測する処理水塩素計M1と、送水管Ｐの塩素注入箇所Paより下流に設置した処理水PWに塩素Ｓが注入されて成る混合水（水道水）Ｗの塩素濃度を計測する水道水塩素計M2を接続し、出力側に往復動ポンプ２の駆動モータを接続している。
コントローラ１内には、フィードフォワード演算部FA、フィードバック演算部BA、薬液注入率演算部IA、薬液注入量演算部RA、ポンプ作動方法判別部DAとを備え、これらの演算部FA、BA、IA、RA、DAは、上記外部計測機器（流量計Ｆ、処理水塩素計M1、水道水塩素計M2）から入力される計測値に基づき各種演算を処理し、送水管Ｐを通流する処理水PWに適量の塩素Ｓを注入する様に往復動ポンプ２を運転させ、水道水Ｗの塩素濃度を目標値に保持させる。
尚、コントローラ１では、処理水PWの塩素注入量の制御にあたっては、送水管Ｐの管長、口径、処理水PWの流速、各外部計測機器Ｆ、M1、M2の測定位置による測定時間のずれなど測定現場毎に異なる諸条件に対応すべく最適な制御を、フィードフォワード演算部FAのみによる制御、フィードバック演算部BAのみによる制御、フィードフォワード演算部FAとフィードバック演算部BAの併用による制御の３種の制御モードから１種の制御モードを予め選択する様に設定している。
フィードフォワード演算部FAは、コントローラ１に予め入力された目標塩素濃度と処理水塩素計M1からコントローラ１に入力された処理水塩素濃度との偏差を演算する。
フィードバック演算部BAは、上記目標塩素濃度と水道水塩素計M2からコントローラ１に入力された水道水塩素濃度との偏差に基づいてＰＩＤ演算する。
フィードバック演算部BAは、上記目標塩素濃度と水道水塩素計M2からコントローラ１に入力された水道水塩素濃度との偏差に基づいてＰＩＤ演算する。
薬液注入率演算部IAでは、上記の様に予め選択された制御モードに基づいて演算された偏差（演算値）、即ちフィードフォワード演算部FAのみによる制御が選択された場合では、フィードフォワード演算部FAで演算された演算値を用いて塩素注入率（処理水PWの水量に対する塩素注入量の割合）を演算し、フィードバック演算部BAのみによる制御が選択された場合では、フィードバック演算部BAで演算された演算値を用いて塩素注入率を演算し、フィードフォワード演算部FAとフィードバック演算部BAの併用による制御が選択された場合では、フィードフォワード演算部FAとフィードバック演算部BAで演算された各演算値を加算した値を用いて塩素注入率を演算する。
薬液注入量演算部RAは、薬液注入率演算部IAで算出された塩素注入率に流量計Ｆからコントローラ１に入力された処理水流量を乗算して塩素注入量を算出する。
ポンプ作動方法判別部DAでは、コントローラ１に予め入力された往復動ポンプ２の最大吐出量に対する上記塩素注入量の割合で表されるポンプ駆動率を算出し、該ポンプ駆動率がコントローラ１に予め入力された設定ポンプ駆動率より高いか低いかを判別する。
そして、上記の様に算出されたポンプ駆動率が設定ポンプ駆動率より高い場合は、往復動ポンプ２の駆動モータの回転速度をポンプ駆動率に対応した速さで以て連続運転する様に制御し、送水管Ｐを通流する処理水PWに適量の塩素Ｓを注入する。
又、上記の様に算出されたポンプ駆動率が設定ポンプ駆動率より低い場合では、往復動ポンプ２の駆動モータを、設定ポンプ駆動率に対応した回転速度で、且つ、所定時間を隔てて間欠回転させる様に制御し、送水管Ｐを通流する処理水PWに適量の塩素Ｓを注入する。
凝集剤注入量制御用の往復動ポンプ２に用いられるコントローラ１は、その入力側に、原水RWを混和池MPへ供給する導水管P1に設置した原水RWの流量を計測する流量計F1及び原水RWの濁度を計測する濁度計TMと、混和池MPに設置した凝集剤含有原水FWの凝集剤濃度を計測する凝集剤濃度計FM、凝集剤含有原水FWの温度を計測する水温計WM及び凝集剤含有原水FWの水素イオン濃度を計測するＰＨ計HMとを接続し、出力側に往復動ポンプ２の駆動モータと、攪拌機３の駆動モータ（以下、攪拌機モータ3aと称する。）の回転数を制御するインバータ3bを接続している。
尚、図３、４において混和池MPに設置した凝集剤濃度計FM、水温計WM、ＰＨ計HMは説明の便宜上、一基の外部計測機器FM、WM、HMとして図示している。
尚、図３、４において混和池MPに設置した凝集剤濃度計FM、水温計WM、ＰＨ計HMは説明の便宜上、一基の外部計測機器FM、WM、HMとして図示している。
コントローラ１内には、薬液注入率演算部IA、薬液注入量演算部RA、ポンプ作動方法判別部DA、攪拌速度演算部SAとを備え、演算部IA、RA、DAは、流量計F1及び濁度計TMから入力される計測値に基づき各種演算を処理し、混和池MP内の凝集剤含有原水FWに適量の凝集剤Ｃを注入する様に往復動ポンプ２を運転させると共に、混和池MPに設置した外部計測機器FM、WM、HMから入力される計測値に基づいて演算処理し、攪拌機３の攪拌翼の攪拌（回転）速度を制御し、往復動ポンプ２で注入された凝集剤Ｃを凝集剤含有原水FW中に均一に分散させて懸濁物質に一様に吸着させ、迅速な凝集沈殿を促進させる。
薬液注入率演算部IAでは、濁度計TMからコントローラ１に入力された濁度を凝集剤注入率に演算する。
そして、薬液注入量演算部RAでは、薬液注入率演算部IAで算出された凝集剤注入率に流量計F1からコントローラ１に入力された原水流量を乗算して凝集剤注入量を算出する。
ポンプ作動方法判別部DAでは、コントローラ１に予め入力された往復動ポンプ２の最大吐出量に対する上記凝集剤注入量の割合で表されるポンプ駆動率を算出し、該ポンプ駆動率がコントローラ１に予め入力された設定ポンプ駆動率より高いか低いかを判別する。
そして、薬液注入量演算部RAでは、薬液注入率演算部IAで算出された凝集剤注入率に流量計F1からコントローラ１に入力された原水流量を乗算して凝集剤注入量を算出する。
ポンプ作動方法判別部DAでは、コントローラ１に予め入力された往復動ポンプ２の最大吐出量に対する上記凝集剤注入量の割合で表されるポンプ駆動率を算出し、該ポンプ駆動率がコントローラ１に予め入力された設定ポンプ駆動率より高いか低いかを判別する。
そして、上記の様に算出されたポンプ駆動率が設定ポンプ駆動率より高い場合は、往復動ポンプ２の駆動モータの回転速度をポンプ駆動率に対応した速さで以て連続運転する様に制御し、混和池MP内に貯留されている凝集剤含有原水FWに適量の凝集剤Ｃを注入する。
又、上記の様に算出されたポンプ駆動率が設定ポンプ駆動率より低い場合では、往復動ポンプ２の駆動モータを、設定ポンプ駆動率に対応した回転速度で、且つ、所定時間を隔てて間欠回転させる様に制御し、混和池MP内に貯留されている凝集剤含有原水FWに適量の凝集剤Ｃを注入する。
攪拌速度演算部SAでは、コントローラ１に入力された凝集剤濃度計からの凝集剤濃度、水温計からの水温及びＰＨ計からの水素イオン濃度と、コントローラ１に予め入力された実験式とに基づいて凝集剤攪拌に最適な攪拌機モータ3aのモータ回転数を演算し、該モータ回転数に対応するモータ回転数信号をインバータ3bに出力し、往復動ポンプ２で注入された凝集剤Ｃを凝集剤含有原水FW中に均一に分散させる様に攪拌機３の攪拌翼の攪拌（回転）速度を制御し、迅速な凝集沈殿を促進させる。
尚、混和池MP内の凝集沈殿物Ｘは底部から排出され、濁質が除去された上澄み水は、次の処理工程の急速ろ過池へ送水される。
１ コントローラ
２ 往復動ポンプ
３ 攪拌機
3a 攪拌機モータ
3b インバータ
FA フィードフォワード演算部
BA フィードバック演算部
IA 薬液注入率演算部
RA 薬液注入量演算部
DA ポンプ作動方法判別部
SA 攪拌速度演算部
Ｐ 送水管
Pa 塩素注入箇所
Ｆ 流量計
F1 流量計
M1 処理水塩素計
M2 水道水塩素計
TM 濁度計
FM 凝集剤濃度計
WM 水温計
HM ＰＨ計
P1 導水管
MP 混和池
PW 処理水
Ｗ 水道水
Ｓ 塩素
RW 原水
FW 凝集剤含有原水
Ｃ 凝集剤
２ 往復動ポンプ
３ 攪拌機
3a 攪拌機モータ
3b インバータ
FA フィードフォワード演算部
BA フィードバック演算部
IA 薬液注入率演算部
RA 薬液注入量演算部
DA ポンプ作動方法判別部
SA 攪拌速度演算部
Ｐ 送水管
Pa 塩素注入箇所
Ｆ 流量計
F1 流量計
M1 処理水塩素計
M2 水道水塩素計
TM 濁度計
FM 凝集剤濃度計
WM 水温計
HM ＰＨ計
P1 導水管
MP 混和池
PW 処理水
Ｗ 水道水
Ｓ 塩素
RW 原水
FW 凝集剤含有原水
Ｃ 凝集剤
Claims (3)
- 送水管を通流する処理水に塩素を注入する塩素注入量制御用の往復動ポンプのコントローラであって、該コントローラは、その入力側に、送水管の塩素注入箇所より上流に設置した処理水の流量を計測する流量計及び処理水の塩素濃度を計測する処理水塩素計と、送水管の塩素注入箇所より下流に設置した処理水に塩素が注入されて成る水道水の塩素濃度を計測する水道水塩素計を接続し、出力側に往復動ポンプの駆動モータを接続し、コントローラ内には、該コントローラに予め入力された目標塩素濃度と処理水塩素計からコントローラに入力された処理水塩素濃度との偏差を演算するフィードフォワード演算部と、前記目標塩素濃度と水道水塩素計からコントローラに入力された水道水塩素濃度との偏差に基づいてＰＩＤ演算するフィードバック演算部と、フィードフォワード演算部で演算された演算値とフィードバック演算部で演算された演算値のいずれか一方を用いて処理水の水量に対する塩素注入量の割合を演算するか、又は、フィードフォワード演算部とフィードバック演算部で演算された各演算値の加算値を用いて処理水の水量に対する塩素注入量の割合を演算する薬液注入率演算部と、該薬液注入率演算部で算出された塩素注入率に流量計からコントローラに入力された処理水流量を乗算して塩素注入量を算出する薬液注入量演算部と、コントローラに予め入力された往復動ポンプの最大吐出量に対する前記塩素注入量の割合で表されるポンプ駆動率を算出し、該ポンプ駆動率がコントローラに予め入力された設定ポンプ駆動率より高いか低いかを判別し、高い場合は前記駆動モータを連続運転させ、低い場合は前記駆動モータを間欠運転させるポンプ作動方法判別部を備えたことを特徴とする往復動ポンプの運転用コントローラ。
- 攪拌機を備えた混和池に貯留される原水に凝集剤を注入する凝集剤注入量制御用の往復動ポンプのコントローラであって、該コントローラは、その入力側に、原水を混和池へ供給する導水管に設置した原水の流量を計測する流量計及び原水の濁度を計測する濁度計と、混和池に設置した凝集剤含有原水の凝集剤濃度を計測する凝集剤濃度計、凝集剤含有原水の温度を計測する水温計及び凝集剤含有原水の水素イオン濃度を計測するＰＨ計とを接続し、出力側に往復動ポンプの駆動モータと攪拌機モータの回転数を制御するインバータを接続し、コントローラ内には、濁度計からコントローラに入力された濁度を凝集剤注入率に演算する薬液注入率演算部と、前記凝集剤注入率に流量計からコントローラに入力された原水流量を乗算して凝集剤注入量を算出する薬液注入量演算部と、コントローラに予め入力された往復動ポンプの最大吐出量に対する前記凝集剤注入量の割合で表されるポンプ駆動率を算出し、該ポンプ駆動率がコントローラに予め入力された設定ポンプ駆動率より高いか低いかを判別し、高い場合は前記駆動モータを連続運転させ、低い場合は前記駆動モータを間欠運転させるポンプ作動方法判別部と、コントローラに入力された凝集剤濃度計からの凝集剤濃度、水温計からの水温及びＰＨ計からの水素イオン濃度と、コントローラに予め入力された実験式とに基づいて凝集剤攪拌に最適なモータ回転数を演算し、該モータ回転数に対応するモータ回転数信号を前記インバータに出力する攪拌速度演算部とを備えたことを特徴とする往復動ポンプの運転用コントローラ。
- 請求項１記載の塩素注入量制御用の往復動ポンプの運転用コントローラと請求項２記載の凝集剤注入量制御用の往復動ポンプの運転用コントローラに兼用可能に設けたことを特徴とする往復動ポンプの運転用コントローラ。
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