JPH02183814A - 配水管網制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、例えば上水道のような排水施設における配
水管網制御装置に関する。

（従来の技術） 一般に上水道の配水施設においては配水管網内水圧は配
水管網内の流量変動によって変化するが、水圧制御によ
り流量変動にかかわらず常に配水管網内水圧を上下限許
容範囲内に保持しておく必要がある。

そのため、従来の配水管網制御装置では、配水管網内水
圧の制御をある特定の１地点の水圧を計測して基準圧力
と比較し、圧力源の吐出圧や減圧点の水圧の制御を行う
ようにしている。

また、実際の配管図をもとに作成された管網モデルや給
水点の流出流量をｔｉ擬した給水量モデルにより配水管
網内水圧を計算し、この水圧が許容範囲内に収まるよう
に圧力源としてのポンプの回転数や減圧点としての制御
弁の開度を決定し、水圧の制御を行なうことも行なわれ
ている。

（発明が解決しようとする課題） ところが、このような従来の配水管網制御装置にあって
は、ある特定の１地点での水圧をみて全体の水圧を制御
するため、池の地点の水圧が上下限許容範囲を逸脱して
しまうことがあり、水圧が低くなりすぎたり、逆に高（
なりすぎたりするという問題点があった。

また、管網モデルや給水量モデルを正確に模擬すること
は難しく、モデルの精度によっては配水管網内水圧の適
正化が実現できない場合もあるという問題もあった。

この発明は、このような従来の問題点に鑑みて、適正な
水圧で安定した配水管網の水圧管理が行える配水管網制
御装置を堤供することを目的とする。

［発明の構成コ （課題を解決するための手段） この発明の配水管網制御装置は、配水管網内の各地点に
設置された圧力計、′ａ量計及び制御点（ポンプや弁）
からの実際のプロセス値のデータベースと、各制御点の
操作とこの操作に対する各地点の圧力変化との関係より
なる対象モデルに関する知識、配水管網内の給水量変化
とこの変化に対する各地点の圧力変化との関係よりなる
需要モデルに関する知識、及び配水管網内圧力を制御す
るための知識であって配水管網運用法案の指針も加味し
た制御に関する知識により構築される知識ベースと、前
記データベースとこの知識ベースからのデータに基づき
、制御点の操作量の修正量を推論する手段と、この推論
手段により決定された制御点の操作量の修正量に基づき
、前記各地点の水圧を調整する水圧制御手段とを備えた
ものである。

（作用） この発明の配水管網制御装置では、推論手段により、配
水管網内水圧、流量等のプロセスデータや制御点（ポン
プや弁）の情報と、対象モデルと需要モデルに関する知
識及び制御に関する知識であって配水管網連用法案の指
針も加味した知識からなる知識ベースに基づいて制御点
の操作量の修正量を推論し、水圧制御手段により、この
修正量をもとに制御点の操作量を修正することにより各
地点の水圧を制御し、配水管網各地点の水圧の適正化を
図る。

そして、配水系統や配水管網運用方案等の変更かあって
もこの変更されたフィードルノウハウに基づいて知識ベ
ースを修正して再構築し、プラント特性の変化に対して
も柔軟に対応するようにする。

（実施例） 以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説する。

第１図はこの発明の一実施例を示しており、第２図はそ
の動作を説明するフローチャートである。

この実施例は、上水道の配水管網に関するものであり、
配水池１から配水管２を通して、配水管網３に配水され
る。配水管Ｉ２１３内の各所には、配水圧力を制御する
ための手段として制御弁４ａ、４ｂが設置されている。

前記配水池１には、その水位を検出するための水位検出
器５が設けられており、配水管２には配水流量検出器６
が設けられている。

前記制御弁４ａ、４ｂの２次側には、制御弁２次圧力検
出器７ａ、７ｂが設けられており、さらに配水管網３内
の各所には配水管網内水圧検出器８ａ、８ｂ、８ｃ、８
ｄ及び配水管網内流量検出器９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄが
設けられティる。

前記各制御弁４ａ、４ｂに対しては、その弁開度を検出
する弁開度検出器ＩＱａ、１０ｂが設置され、さらに弁
開度を調節する制御弁制御装置１１ａ　　ｌｌｂが設置
されている。

この制御弁制御装置１１ａ、ｌｌｂを制御し、制御弁４
ａ、４ｂの弁開度を制御するための制御系は、パラメー
タ設定装置１２、入力装置１３、演算制御装置１４及び
出力装置１５によって構成されている。

前記パラメータ設定装置１２は、水圧上限値δ、水圧下
限値δ２等のパラメータを設定するもので、入力装置１
３を介して演算制御装置１４にこれらのパラメータが人
力される。

入力装置１３によりさらに、配水池水位検出器５、配水
流量検出器６、制御弁２次圧力検出器７ａ、７ｂ、配水
管網内水圧検出器８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、配水管網内
流量検出器９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ及び制御弁開度検出
器１０ａ、１０ｂによって検出された各種のプロセス値
Ｈ，Ｑ、ｈ。

ｑ、ｕが取り込まれ、この各種のパラメータとプロセス
値とが演算制御装置１４に入力され、データベースとし
て記憶される。

演算制御装置１４は、推論部１４ａとデータベース１４
ｂ及び知識ベース１４ｃを備え、一定周期τ毎に各検出
器から検出されたプロセス値を記憶しているデータベー
ス１４ｂと、対象に関する定性モデル、需要に関する定
性モデル及び制御に関する知識を記憶している知識ベー
ス１４ｅとからのデータに基づいて推論部１・４ａが制
御弁開度の修正量を推論し、出力装置１５に修正された
制御弁の操作量を出力する。

尚、本実施例における知識ベース１４ｃは、制御に関す
る知識データとして、後述するように第３図で示す処理
により配水系統や配水管網運用方案等に基づく指針も加
味したものを含んでいる。

上記の構成の配水管網制御装置の動作について、次に説
明する。配水池１から配水管２を介して配水管網３に配
水される。

配水池１の水位Ｈ１配水管２による配水池１からの配水
流量Ｑ、配水管網３内の各地点の水圧り及び給水量ｑ１
制御弁４ａ、４ｂの弁開度Ｕそれぞれが水位検出器５、
配水流量検出器６、制御弁２次圧力検出器７ａ、７ｂ、
配水管網内水圧検出器８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、配水管
網内流量検出器９ａ、９ｂ、９ｃ、　　９ｄ及び制御弁
開度１０ａ。

１０ｂによって検出され、人力装置１３を介して演算制
御装置１４に人力される。

また、演算制御装置１４に対しては、パラメータ設定装
置１２から必要なパラメータとして圧力上限値δ−５圧
力下限値δ２が人力装置１３を介して入力される。

演算制御装置１４では、第２図のフローチャートに示す
演算動作により各制御弁４ａ、４ｂの弁開度目標値を演
算し、出力装置１５を介して各制御弁４ａ、４ｂの制御
弁制御装置１１ａ、ｌｌｂに出力する。そして、各制御
弁制御装置１１ａ。

１１ｂでは、この制御弁開度目標値にしたがって制御弁
４ａ、４ｂの弁開度を制御するこ′とにより配水管網３
内の水圧の適正化を図る。

次に、上記の演算制御装置１４における演算動作を第２
図のフローチャートを参照、して説明する。

演算制御装置１４は、パラメータ設定装置１２から設定
パラメータδ１．δ２を入力し、データベース１４ｂに
格納する。また、前記パラメータ設定装置１２における
パラメータの設定値に変更があれば、その値を取り入れ
てデータベース１４ｂに格納する（ステップ１００）。

次に、周期的に動作する機能について説明する。

まず、各検出器から各種のプロセス値Ｈ，Ｑ、ｈＱ＋ｕ
を入力装置１３を介して入力し、データベース１４ｂに
格納する（ステップ１１０）。

次に推論部１４ａが、プロセス値である配水池水位Ｈ１
総配水流量Ｑ１配水管網内流量ｑ、管網内圧力り及び制
御弁開度Ｕから、修正された制御弁開度目標値を推論す
る（ステップ１２０）この推論部１４ａでは、制御弁４
ａ、４ｂの操作量とこれに因る配水管網内圧力の影響度
や、給水点の給水量変化に対する配水管網内圧力の影響
度、及び運用に関する知識をもとに構築された知識ベー
ス１４ｃのデータに従って、修正された制御弁開度目標
値を決定する。

ここで、知識ベース１４ｃの内容としては、配水系統及
び配水管網運用方案による指針を加味した制御に関する
知識と、対象に関する知識があり、第３図のフローチャ
ートに示す手順で構築される。

第３図において、ステップ２０１では、配水管網の運用
方案を入力する。この運用方案としては、制御指針とな
る以下のような方案が入力される。

■配水管網内の水圧は、水圧上限値δ唱、水圧下限値δ
２の範囲内を保持しなければならない。

■配水管網内のある地点の水圧が水圧下限値δ２を下回
った場合、水圧下限を保持しようとすると、他の地点で
水圧上限を越えてしまう地点がある時は、水圧上限を越
えない範囲で制御弁開度を操作する。

■配水管網内のある地点の水圧が水圧上限値δを越えた
場合、水圧上限を保持しようとすると、池の地点で水圧
下限を下回ってしまう地点がある時は、水圧下限を下回
らない範囲で制御弁開度を操作する。

ステップ２０２では、プラント特性データを入力装置１
３より入力する。このプラント特性データとしては、以
下のデータが人力される。

■配管系統データ（どの配管とどの配管とが接続されて
いるかという情報） ■配管データ（配管の長さ１口径、流速係数の情報） ■給水量データ（どの給水点からどのくらいの量の給水
がされているかという情報） ■制御弁に関するデータ（制御弁の特性９口径）■配水
管網内に設置された水位計測点に関するデータ ステップ２０３では、入力されたプラント特性データを
もとに感度解析を行なう。この感度解析は、配水管網内
の水圧、流量の特性を調べることであり、管網計算法を
用いて行なう。そして制御弁の操作量を数回に分けて変
化させた時の各計７１１１１点の水圧がどのように変化
するかを管網計算法により解析し、対象に関する定性モ
デルを得る。また、給水点の給水量を数回に分けて変化
させた時の各計？＃１点の水圧がどのように変化するか
を管網計算法により解析し、需要に関する定性モデルを
得る ステップ２０４．２０５では、ステップ２０３にて解析
された結果をもとに、制御弁と計測点との影響テーブル
、給水点と計測点との影響テーブルを作成する。例えば
、 ■制御弁４ａの操作量は、管網内水圧検出器８ａ、８ｂ
、８ｄ圧力へ影響する。

■制御弁４ｂの操作量は、管網内水圧検出器８ｂ、８ｃ
の圧力へ影響する。

■給水点Ａブロックの給水量ｑａの変化は、管網内水圧
積出器８ａの圧力へ影響する。

■給水点Ｄブロックの給水１１ｑｄの変化は、管網内水
圧検出器８ｄの圧力へ影響する。

ステップ２０６では、配水管網運用方案に基づく制御に
関する知慮を知識ベース１４ｃに組込む。

この知識は、知識ベース１４ｃに、制御に関する知ｍ１
４ｃｍ、として組込まれ、例えば次の様なルールとなる
。

ルール３００： １Ｆ　　　“圧力源を保持する″かつ “圧力下限を下回っている地 点がある“ ＴＨＥＮ“圧力下限を下回っている地 点に影響する制御弁を開方 向へ修正する。

ルール３１０： ＩＦ　　　　“圧力下限を保持する°かつ“圧力上限を
越えている 地点がある” ＴＨＥＮ“圧力下限を下回らない範囲 で、圧力上限を越えている 地点に影響する制御弁を閉 方向へ修正する” ルール４００： １Ｆ　　　“圧力下限を越えている地点はない”かつ“
圧力上限を 越えている地点はない” ＴＨＥＮ“制御正常なので、現在の制 御弁開度を修正しないで現 状維持とする。

ルール５１０： ＩＦ　　　“制御弁を開方向へ修正する”ＴＨＥＮ“圧
力下限を下回っている地 点に影響する制御弁の修正 量を算出する。

ルール６００： １Ｆ　　　“修正量キロ。

ＴＨＥＮ“制御弁開度目標値−現在の 制御弁開度十修正量。

これらの知識は、運用方案が変更されない限り変更され
ないが、配水管網運用方案に変更が生じた場合には新た
な運用方案に基づく制御指針をルールとして入力するこ
とになる。

一方、ステップ２０４，２０５で得られた知識は、知識
ベース１４ｃに対象に関する知識１４ｃ−２として組込
まれ、例えば、次の様なルールとなる。

ルール７００： １Ｆ　　　“制御弁４ａが制御オン“ ＴＨＥＮ“制御弁４ａの操作量に影響 する配水管網内水圧計測点 は８ａ、８ｂ、８ｄである１ ルール８００： １Ｆ　　　“配水管網内水圧計ハ１点８ａの水圧変化が
大きい゛ ＴＨＥＮ“給水点Ａブロックの給水量 が大きく変化した可能性が ある“ これらの対象に関する知識１４ｃｍ２は、プラント特性
の変更、例えば、配水管の保守や配水系はの変更がなけ
れば変更されないが、プラント特性に変更があった場合
にはステップ２０１〜２０５に基づいて再構築されるこ
とになる。

このようにして推論部１４ａの推論により修正された制
御弁開度目標値が出力装置１５に与えられ、この出力装
置１５が制御弁４ａ、４ｂに対する制御弁制御装置１１
ａ、ｌｌｂに対して指令出力を与え、制御周期分の遅延
をする（第２図ステップ１３０）。

したがって、各制御弁制御装置１１ａ、ｌｌｂは、制御
弁４ａ、４ｂの弁開度を出力装置１５からの指令に基づ
いて制御し、配水管網３内の水圧りが可能な限り運用範
囲内（δ２くｈくδＩ）で動作するように制御するので
ある。

このようにして、この実施例では、演算制御装置１４に
おいて実際の流量、水圧の変動から一定周期毎に知識ベ
ース１４ｃに基づく推論動作により制御弁開度の修正量
を求めて弁開度制御を行ない、よりきめの細かい水圧制
御を実現するのである。

尚、この発明は上記の実施例に限定されるものではなく
、制御弁による配水管網内水圧制御に代えて、配水ポン
プによる配水管網内の水圧制御に対して適用することも
できる。そして、この場合には、配水ポンプの回転数と
配水管網内の各地点での水圧との関係を知識ベース化し
、各地点での水圧が上下限許容範囲内で動作するように
ポンプ回転数を制御するようにする。

さらに、この発明は上記の実施例に限定されるものでは
なく、特許請求の範囲に記載された思想の範囲内で種々
の変更が可能である。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、複雑な配水管網プロセ
スの動きを対象モデルと需要モデルという形で知識ベー
ス化すると共に配水管網運用方案の制御指針を含む制御
に関する知識をも知識ベース化することでによって、よ
り柔軟できめの細かい水圧制御が可能となり、配水管網
を運用する方針に従った水圧制御が可能となる。また、
知識ベースの構築が配水系統や配水管網運用方案に基づ
いてなされているので、プラント特性や運用方案の変更
に対しても柔軟に対応でき、制御性能を劣化させること
はなく最適な水圧制御が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は二の発明の一実施例の系統図、第２図は上記実
施例の動作を説明するフローチャート。 第３図は上記実施例における知識ベース内に知識データ
を構築する手順を説明するフローチャートである。 １・・・配水池　　　　２・・・配水管３・・・配水管
網　　　４ａ、４ｂ・・・制御弁５・・・水位検出器　
　６・・・流量検出器７ａ、７ｂ・・・制御弁２次圧力
検出器８ａ、　８ｂ、・・・・・・配水管網内水圧検出
器９ａ、９ｂ、・・・・・・配水管網内流量検出器１０
ａ、１０ｂ・・・制御弁開度検出器１１ａ、ｌｌｂ・・
・制御弁制御装置 １２・・・パラメータ設定装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 配水管網内の各地点に設置された圧力計、流量計及び制
   御点からの実際のプロセス値のデータベースと、各制御
   点の操作とこの操作に対する各地点の圧力変化との関係
   よりなる対象モデルに関する知識、配水管網内の給水量
   変化とこの変化に対する各地点の圧力変化との関係より
   なる需要モデルに関する知識、及び配水管網内圧力を制
   御するための知識であって配水管網運用法案の指針も加
   味した制御に関する知識により構築される知識ベースと
   、前記データベースとこの知識ベースからのデータに基
   づき、制御点の操作量の修正量を推論する手段と、この
   推論手段により決定された制点の操作量の修正量に基づ
   き、前記各地点の水圧を調整する水圧制御手段とを備え
   て成ることを特徴とする配水管網制御装置。