JPH03184101A - Controller for number of pump groups - Google Patents

Controller for number of pump groups

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Publication number
JPH03184101A
JPH03184101A JP32264189A JP32264189A JPH03184101A JP H03184101 A JPH03184101 A JP H03184101A JP 32264189 A JP32264189 A JP 32264189A JP 32264189 A JP32264189 A JP 32264189A JP H03184101 A JPH03184101 A JP H03184101A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pump
water level
stop
value
water
Prior art date
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Pending
Application number
JP32264189A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiro Honda
和弘 本田
Mitsuo Oku
奥 満男
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP32264189A priority Critical patent/JPH03184101A/en
Publication of JPH03184101A publication Critical patent/JPH03184101A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Control Of Non-Electrical Variables (AREA)
  • Sewage (AREA)
  • Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Abstract

PURPOSE:To attain the control of the number of pump groups with high reliability by obtaining the evaluation value of the start/stop control of the pump groups after performing a fuzzy inference in terms of the obtained estimated value of the inflow rate and the estimated maximum and minimum water levels. CONSTITUTION:An inflow rate estimating part 11 estimates an inflow rate from the input water level and total pumping volume. A water level estimating part 12 finds the minimum and maximum water levels at a prescribed time. A pre-processing part 14 operates the input value of a fuzzy inference from the minimum and maximum vater level and the estimated value of the inflow rote. A fuzzy inferring part 13 applies a fuzzy inference to the evaluation value of the pump start/stop control based on the input value obtained at the part 14 and by reference to a fuzzy rule stored in a knowledge base 16. A start/stop deciding part 17 decides the start/stop of a pump based on the obtained fuzzy inference result. A target water level arithmetic part 18 operates the target water level in response to the start/stop level set for each pump and gives this target level to a PI control arithmetic part 19. Thus the target speed control value of the pump is operated at the part 19. Then the pump speed is controlled.

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、下水道における汚水や雨水などの下水ポン
プの運転台数を最適制御するポンプ群の台数制御装置に
関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a pump group number control device that optimally controls the number of operating sewage pumps for sewage water, rainwater, etc. in a sewer system.

(従来の枝肉) 下水道における汚水や雨水などの下水ポンプ設備は、地
下埋設の管渠と接続されたポンプ井と、吸い込み側がポ
ンプ井と接続される共とに吐出側が下水処理場の初沈池
と接続されたポンプ群とから構成されている。そして、
家庭や工場から排出される汚水や市街地に降った雨水は
、管渠を通ってポンプ井に流れ込み、このポンプ井に溜
め込まれた処理水はポンプ群により前記初沈池へ排出さ
れる。
(Conventional carcass) Sewage pumping equipment for sewage and rainwater in the sewer system consists of a pump well connected to a pipe buried underground, a suction side connected to the pump well, and a discharge side connected to the primary settling tank of the sewage treatment plant. and a group of connected pumps. and,
Sewage discharged from homes and factories and rainwater falling in urban areas flow into pump wells through pipes, and treated water stored in these pump wells is discharged to the primary settling pond by a group of pumps.

ポンプ群の総撥水量は運転ポンプ台数の変更により段階
的に、また速度制御や吐出弁開度制御により連続的に調
整される。
The total amount of water repelled by the pump group is adjusted step by step by changing the number of operating pumps, and continuously by speed control and discharge valve opening control.

ところで、家庭や工場から排出される19水は、人間集
団の活動によってその時系列変化が週単位か日単位かに
よりある程度定形的になっている。
By the way, the 19 water discharged from homes and factories changes over time depending on the activities of human groups, depending on whether it is weekly or daily.

ところが、雨水は降雨量の地域別の1時系列変化として
とらえても、あるいは管渠を通ってポンプ井へ流入して
くる雨水の時系列変化としてとらえても、共にその都度
変わるものであり、再現性に乏しい。このために、あら
かじめ日単位などのポンプ運転計画を立て得るに十分な
期間に亘る予測値を得ることが困難である。
However, whether we consider rainwater as a time-series change in the amount of rainfall by region or as a time-series change in rainwater flowing into a pump well through a pipe, both change from time to time. Poor reproducibility. For this reason, it is difficult to obtain predicted values over a period sufficient to make a daily pump operation plan in advance.

そこで、従来のポンプ群の台数制御装置では、ポンプ井
の水位レベルに応じて決定されるポンプの総撥水量に基
づいて運転制御するようにしていた。
Therefore, in the conventional pump group control device, the operation is controlled based on the total amount of water repelled by the pumps, which is determined according to the water level of the pump well.

(発明が解決しようとする課I¥1) しかしながら、上述のように従来のポンプ群の台数制御
装置では、台風や集中豪雨の時のような急激な流入流量
変化が生じて水位の上昇が速い場合、必要台数のポンプ
の起動/停止にかなりの時間を要し、ポンプ井水位の変
動のみでは急激な水位変化に追従できず、ポンプ操作が
遅れるという問題点があった。さらに、ポンプ起動/停
止が頻繁に起こり、ポンプ寿命を短くする問題点もあっ
た。
(Issue to be solved by the invention I ¥1) However, as mentioned above, with the conventional pump group control device, the water level rises quickly due to sudden changes in the inflow flow rate, such as during typhoons or torrential rains. In this case, it takes a considerable amount of time to start/stop the required number of pumps, and rapid changes in water level cannot be followed by changes in pump well water level alone, resulting in delays in pump operation. Furthermore, the pump starts/stops frequently, which shortens the life of the pump.

そして、これに対処するためには監視員を下水処理場に
配置しておき、ポンプ井の水位を見ながら手動操作によ
りポンプ群の運転台数制御を行なわなければならず、人
手を要する問題点もあった。
In order to deal with this, monitors must be stationed at the sewage treatment plant, and they must manually control the number of pumps in operation while monitoring the water level in the pump wells, which also creates problems that require manpower. there were.

この発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされた
もので、汚水や雨水などの下水のポンプ群の運転台数を
最適なものに1]動制御するポンプ群の台数制御装置を
提供することを目的とする。
This invention has been made in view of these conventional problems, and provides a pump group number control device that dynamically controls the number of operating pumps for sewage such as sewage and rainwater. The purpose is to

[発明の構成] (課題を解決するための手段) この発明は管渠から流れ込む汚水や雨水などの下水をポ
ンプ井に貯えた後、ポンプ群により下水処理設備へ排出
するポンプ群の台数制御装置において、 前記ポンプ井に設けた水位計および前記ポンプ群の吐出
側に設けた流量計により検出される水位および総撥水量
を逐次入力する入力手段と、入力された水位および総撥
水量から前記ポンプ井への下水の流入流量を推定する流
入流量推定手段と、 現花のポンプ群の運転/停止指令およびあらかじめ設定
された各ポンプの揚水量対水位特性から前記ポンプ群の
総撥水量の最大値と最小値とを求める揚水量最大最小演
算手段と、 求められた総撥水量の最大値および最小値と、前記流入
流量推定値と、現在のポンプ井の水位計1lFI値とか
ら所定時間先のポンプ井水位の最大値と最小値とをT−
測演算するポンプ井水位予測手段と、求められた水位最
大予測値および最小予測値と、前記流入流量推定値とか
らファジィ推論により前記ポンプ群の起動/停止り制御
の評価値を求めるポンプ制御ファジィ推論手段と、 前記ファジィ推論において参照されるファジィ制御規則
を格納しておく知識ベースと、前記ファジィ推論により
求められたポンプ群の起動/停止に制御の評価値に基づ
いてポンプ群の必要台数の起動/停止の判定を行なう起
動/停止判定手段とを備えたものである。
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) The present invention provides a number control device for a group of pumps that stores sewage water such as sewage and rainwater flowing from a pipe in a pump well and then discharges it to a sewage treatment facility using a group of pumps. Input means for sequentially inputting the water level and total amount of water repelled detected by a water level meter provided in the pump well and a flow meter provided on the discharge side of the pump group; An inflow flow rate estimating means for estimating the flow rate of sewage flowing into the well, and a maximum value of the total water repellent amount of the pump group based on the operation/stop command of the existing pump group and the pumping amount versus water level characteristic of each pump set in advance. pumping amount maximum and minimum calculation means for calculating the maximum and minimum values of the total water repellent amount, the estimated inflow flow rate value, and the current 1lFI value of the water level gauge of the pump well for a predetermined time ahead. The maximum and minimum values of the pump well water level are T-
A pump control fuzzy system that calculates an evaluation value for start/stop control of the pump group by fuzzy inference from the pump well water level prediction means for measuring and calculating, the obtained maximum predicted water level value and minimum predicted value, and the estimated inflow flow rate value. an inference means; a knowledge base storing fuzzy control rules referred to in the fuzzy inference; The apparatus includes a start/stop determination means for determining start/stop.

(作用) この発明のポンプ群の台数制御装置では、流入流量推定
手段が入力手段からのポンプ井水位とポンプ群の総撥水
量に基づいてポンプ井に文・Iする下水の流入流量を推
定演算し、揚水量最大最小演算手段がポンプ群の運転中
のポンプによる総撥水量の最大値と最小値とを演算し、
さらに水位予測手段がこの総撥水量の最大値と最小値と
推定された流入流量と現7[の水位計1lFl値とから
所定時間先の水位の最大値および最小値を予測する。
(Operation) In the pump group number control device of the present invention, the inflow flow estimation means estimates and calculates the inflow flow rate of sewage into the pump well based on the pump well water level from the input means and the total water repellent amount of the pump group. The pumping amount maximum and minimum calculating means calculates the maximum and minimum values of the total water repellent amount by the pumps in operation of the pump group,
Further, the water level prediction means predicts the maximum and minimum values of the water level for a predetermined period of time based on the estimated maximum and minimum values of the total amount of water repelled, the estimated inflow flow rate, and the current 7 [11Fl value of the water level meter].

ファジィ推論手段は、求められた流入流量推定値と水位
最大予測値および最小予測値に関して知識ベースに格納
されたファジィ制御規則を基にしてファジィ推論してポ
ンプ群の起動/停止制御の評価値を求める。
The fuzzy inference means performs fuzzy inference based on the fuzzy control rules stored in the knowledge base regarding the estimated inflow flow rate and the maximum and minimum predicted water levels to determine the evaluation value for the start/stop control of the pump group. demand.

そして、起動/停止判定手段は、こうして得られたポン
プ群の起動/停止F制御の評価値に基づいてポンプ群の
必要台数の起動/停止の判定を行ない、それに基づいて
ポンプ群の台数制御を行なうことにより、ポンプ井水位
を常に最適なものに保つ制御を行なう。
Then, the start/stop determination means determines whether to start/stop the required number of pump groups based on the evaluation value of the start/stop F control of the pump group obtained in this way, and controls the number of pump groups based on the determination. By doing this, the pump well water level can be controlled to always be kept at the optimum level.

(実施例) 以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説する。(Example) Hereinafter, embodiments of the present invention will be explained in detail based on the drawings.

第1図はこの発明の一実施例のシステム構成を示してお
り、1はプロセスを示し、2はポンプ群の台数制御装置
を示している。
FIG. 1 shows the system configuration of an embodiment of the present invention, where 1 indicates a process and 2 indicates a device for controlling the number of pumps in a group.

まずプロセス1の概要を説明すると、地下に埋設された
青渠から流れ込んだ汚水や雨水などの下水は、沈砂池3
およびスクリーン(図示せず)を経て固体物が取り除か
れた後、ポンプ井4に流入する。このポンプ井4に流入
して叶えられた下水は、複数のポンプPI、・・・Pk
から成るポンプ群5により下水処理設備の初沈池6へ揚
水される。
First, to explain the outline of process 1, sewage such as sewage and rainwater flowing from the blue channel buried underground is transferred to the settling pond.
After passing through a screen (not shown) to remove solids, it flows into the pump well 4. The sewage that flows into this pump well 4 is sent to multiple pumps PI,...Pk
The water is pumped to the initial settling tank 6 of the sewage treatment facility by a pump group 5 consisting of.

ポンプ井4には水位計7が設けられ、またポンプJL 
4の水位には上限値と下限値とが定められている。さら
に、ポンプ群5の吐出側には流量計8が設けられており
、ポンプ群5の総撥水量が逐次検出されるようになって
いる。そして、上記の水位g17で検出された水位およ
び流It=18で検出された総撥水量はポンプ群の台数
制御装置2に取り込まれるようなっている。
The pump well 4 is equipped with a water level gauge 7, and the pump JL
For the water level No. 4, an upper limit value and a lower limit value are determined. Further, a flow meter 8 is provided on the discharge side of the pump group 5, so that the total amount of water repelled by the pump group 5 is successively detected. The water level detected at the water level g17 and the total amount of water repelled at the flow It=18 are taken into the pump group number control device 2.

ポンプ群の台数制御装置2の構成は次のようになってい
る。
The configuration of the pump group number control device 2 is as follows.

ポンプ群の台数制御装置2は、プロセス1からのポンプ
井水位やポンプ群5の総撥水量の計測値、また各運転ポ
ンプの四転数の計測値などの入力信号、およびポンプ起
動/停止指令や揚水量目標値などの出力信号に対する人
出力制御を行なうプロセスインターフェースつと、ポン
プの流量制御がiiJ能な揚水量レンジ幅を演算する総
撥水量上・下限演算部10と、現在時刻の流入流量を推
定する流入流量推定部11と、前記総撥水量上・下限演
算部10の出力と前記流入流量推定部11の出力とから
あらかじめ設定された所定時間先の水位を予測する水位
予111部12とを備えている。
The pump group number control device 2 receives input signals such as the pump well water level from the process 1, the measured value of the total amount of water repelled by the pump group 5, the measured value of the number of four rotations of each operating pump, and pump start/stop commands. a process interface that performs human output control for output signals such as pump flow rate and pumping amount target value; a total water repellency amount upper/lower limit calculation unit 10 that calculates the pumping amount range width in which pump flow rate control is possible; an inflow flow rate estimating unit 11 that estimates the water level, and a water level prediction unit 111 that predicts the water level for a predetermined time ahead based on the output of the total water repellent amount upper/lower limit calculation unit 10 and the output of the inflow flow rate estimation unit 11. It is equipped with

さらにポンプ群の台数制御装置2は、ポンプ起動/停止
制御の評価値をファジィ推論するファジィ推論部13と
、このファジィ推論部13に入力される入力値を演算す
る前処理部14と、制御パラメータを格納しておく制御
パラメータ格納部15と、ファジィ推論部13において
参照されるファジィルールを格納しておく知識ベース1
6とを備えている。
Furthermore, the pump group number control device 2 includes a fuzzy inference unit 13 that performs fuzzy inference on evaluation values for pump start/stop control, a preprocessing unit 14 that calculates input values input to this fuzzy inference unit 13, and a control parameter a control parameter storage unit 15 that stores the information, and a knowledge base 1 that stores fuzzy rules that are referenced in the fuzzy inference unit 13.
6.

またさらにポンプ群の台数制御装置2は、前記ファジィ
推論部13から出力されるポンプ起動/停+I: ’3
′f1F14の評価値からポンプ起動/停止判定を行な
い、ポンプ起動/停止指令を出力する起動/停止判定部
17と、ポンプ群5の稼動状態によりポンプ井水位目標
値を演算する水位目標値演算部18と、前記水位目標値
にプロセスが追従するように揚水量目標値を演算するP
夏制御演算部19とを備えている。
Furthermore, the pump group number control device 2 uses the pump start/stop +I: '3 output from the fuzzy inference section 13.
A start/stop determination section 17 that determines pump start/stop based on the evaluation value of 'f1F14 and outputs a pump start/stop command; and a water level target value calculation section that calculates a pump well water level target value based on the operating status of the pump group 5. 18, and P for calculating the pumped water target value so that the process follows the water level target value.
The summer control calculation unit 19 is also provided.

前記制御パラメータ格納部15と知識ベース16に対し
ては、それらに蓄えられている制御パラメータおよびフ
ァジィルールの修正、追加を行なうためにオペレータ2
0とのインターフェースをとるマンマシンインターフェ
ース21と、CRT22とが接続されている。
The control parameter storage unit 15 and the knowledge base 16 are operated by an operator 2 in order to modify and add the control parameters and fuzzy rules stored therein.
A man-machine interface 21 that interfaces with 0 and a CRT 22 are connected.

次に、上記の構成のポンプ群の台数制御装置2の動作に
ついて説明する。
Next, the operation of the pump group number control device 2 having the above configuration will be explained.

制御パラメータ格納部15には台数制御水位レベルやポ
ンプ特性あるいはポンプ井構造などのパラメータがあら
かじめ格納されており、また予測時間やその他の制御指
令が入力されている。また知識ベース16には、ファジ
ィ推論部13において参照されるファジィルールが(i
f・・・・・・、  then・・・・・・、)形式で
蓄えられている。
The control parameter storage section 15 stores in advance parameters such as the number control water level level, pump characteristics, pump well structure, etc., and also inputs predicted time and other control commands. Furthermore, the knowledge base 16 includes fuzzy rules (i
f..., then...,) format.

この状態において、ポンプ群の台数制御および揚水量目
標値演算処理が以下のように実行される。
In this state, the control of the number of pumps in the pump group and the calculation of the pumped water target value are executed as follows.

まず、流入流量推定部11では、入力された水位および
総撥水量から白己同帰モデルが得られる。
First, the inflow flow rate estimating unit 11 obtains a self-recurrence model from the input water level and total amount of water repelled.

すなわち、離散時刻kにおいて、流入流量のn、+1系
列データQ (i)(i−1,2,・・・、k)が人手
済みであるとすれば、これによるr1己同帰モデルが次
の(1)式で得られる。
That is, at discrete time k, if n, +1 series data Q (i) (i-1, 2, ..., k) of inflow flow rate has been manually completed, the r1 self-recursive model based on this is as follows. It is obtained by equation (1).

Q  (k)  −Σ x、*Q(k−i+1)−11 Q  (k−1)− IH(k)−H(k−1)1 *A  (H(k−1))  +Qp  (k−1)・
・・ (1) ここで、パラメータx、(i−1,2,・・・、m)は
最小2乗法によって決定される。また、パラメータQ 
(k)は離散時刻にで検出された流入流量値である。さ
らに、mは説明変数であり、この説明変数mの値として
は、幾つのデータが回帰すればよいかを決定するAIC
(赤池情報基準)のような基中を用いて、あらかじめ本
対象に関するデータを用いて決定されるものである。さ
らに、Hは検出された水位を、Aは水位がHの時のポン
プ井4の断面積を、Qpは検出されたポンプ井4の総撥
水量を示している。
Q (k) -Σ x, *Q(k-i+1)-11 Q (k-1)- IH(k)-H(k-1)1 *A (H(k-1)) +Qp (k- 1)・
... (1) Here, the parameters x, (i-1, 2, . . . , m) are determined by the method of least squares. Also, the parameter Q
(k) is the inflow flow rate value detected at discrete times. Furthermore, m is an explanatory variable, and the value of this explanatory variable m is the AIC that determines how many data should be used for regression.
It is determined in advance using data related to the subject using a standard such as (Akaike Information Criterion). Further, H indicates the detected water level, A indicates the cross-sectional area of the pump well 4 when the water level is H, and Qp indicates the total amount of water repelled by the pump well 4 detected.

そして、上記(1)式の自己回帰モデルのパラメータX
、を状!I!!、量’x、(k)として取り扱い、1 
             1 観測には雑音が含まれていると解釈すると、本予IIF
Jンステムの状態推移方程式と出力観測方程式とは、次
の(2)、(3)式で得られる。
Then, the parameter X of the autoregressive model in equation (1) above
, the state! I! ! , treated as the quantity 'x, (k), 1
1 If we interpret that the observations include noise, then this IIF
The state transition equation and output observation equation of the J system are obtained by the following equations (2) and (3).

X (k+1)−X (k)        −(2)
Q  (k)  =H(k)  ”  *X  (k)
  +v  (k)・・・ (3) ここて、 X (k)は離散時刻にでの状態ベクトルであり、X 
(k)= (x   (k)、X2  (k)、−、x
m(k))”である。またH (k)は離散時刻にでの
既知のベクトルで、H(i −(Q (k) 、 Q(
k−1) 、 −、Q (k−m) ) ”であり、V
(k)はスカラーで正規白色雑音とする。すなわち、v
 (k)はjll均O1分散σ2の正規分布に従うもの
と考えられる。
X(k+1)−X(k)−(2)
Q (k) = H (k) ” *X (k)
+v (k)... (3) Here, X (k) is the state vector at discrete time, and
(k)=(x(k),X2(k),−,x
m(k))''.H(k) is a known vector at discrete time, and H(i −(Q(k)), Q(
k-1) , -, Q (k-m))'', and V
(k) is a scalar and is normal white noise. That is, v
(k) is considered to follow a normal distribution with jll average O1 variance σ2.

このようにして決定された自己回帰モデルに対してカル
マンフィルタの理論を適用することにより、流入流量の
推定値が以下のようにして求められる。
By applying the Kalman filter theory to the autoregressive model determined in this way, an estimated value of the inflow flow rate is obtained as follows.

すなわち、上記(2)式と(3)式で表わされるシステ
ムに対してカルマンのフィルタ理論が適用でき、具体的
には次の演算により状態量の最適推定値が得られる。
That is, Kalman's filter theory can be applied to the system expressed by the above equations (2) and (3), and specifically, the optimal estimated value of the state quantity can be obtained by the following calculation.

父(k)l−父(k−1) +G (k) *B (k
)B  (k)  − Q (k)−H(k) T*父(k−1)・・・ (4
) G  (k)  −P  (k−1)  *H(k) 
 *(1+Hl)T *p ()c−1)*H(k))
・・・ (5) P  (k)  − fl  −G  (k)  *H(k)”  )I  
*P  (k−1)・・・ (6) ここで、×(k)はX (k)の推定値、G (k)は
カルマン利得ベクトル、P (k)は推定誤差の共分散
を観、1t1雑音の分散σ2で割った行列、■は!11
位行列である。
Father(k)l−Father(k−1) +G(k) *B(k
)B (k) − Q (k) − H(k) T*Father (k−1)... (4
) G (k) −P (k-1) *H(k)
*(1+Hl)T *p ()c-1)*H(k))
... (5) P (k) − fl −G (k) *H(k)” )I
*P (k-1)... (6) Here, ×(k) is the estimated value of X (k), G (k) is the Kalman gain vector, and P (k) is the covariance of the estimation error. , 1t1 The matrix divided by the noise variance σ2, ■ is! 11
It is a rank matrix.

したがって、流入流jlQ (k)の推定値Q (k)
は次の(7)式により得られる。
Therefore, the estimated value Q (k) of the inflow jlQ (k)
is obtained by the following equation (7).

Q (k) −H(k) ” *父(k)    ・・
・(7)このようにして、この実施例ではn己回帰モデ
ルヲ得て、この0己回帰モデルにカルマンフィルタの゛
理論を適用することによって計測されたポンプ井の水位
およびポンプの総撥水量から現在ポンプ井に流入してい
る流入流ff1Qが推定されるのである。
Q (k) −H(k) ” *Father (k) ・・
・(7) In this way, in this example, an n-self regression model is obtained, and by applying the Kalman filter theory to this zero-self regression model, the current value is calculated from the measured water level of the pump well and the total amount of water repelled by the pump. The inflow flow ff1Q flowing into the pump well is estimated.

前記総撥水量上・下限演算部10では、現在のポンプ運
転/停止信号に基づいて、あらかじめ設定・されている
ポンプ特性、すなわち総撥水量対水位特性から総揚、水
量のレンジを演算する。これは、現在のポンプの運転状
態から最小どれくらいの鵬水量があるか、また最大どれ
くらいの揚水量があるかを求めるものであり、得られた
最小値をQpn、また最大値をQpxとする。
The total water repellent amount upper/lower limit calculation unit 10 calculates the range of total lift and water amount based on the current pump operation/stop signal and from a preset pump characteristic, that is, the total water repellent amount versus water level characteristic. This is to find the minimum amount of water pumped and the maximum amount of pumped water from the current operating state of the pump, and the obtained minimum value is Qpn and the maximum value is Qpx.

次に、水位予測部12では、上記のようにして得られた
総撥水量の最小値Qpn、最大値Qpxと、設定された
予測時間ΔTと現性の水位H(k)と、前記流入流量推
定値Q (k)とからΔT時間先の水位の最小値口nと
最大値Rxとが以下の式(8)および(9)により求め
られる。
Next, the water level prediction unit 12 calculates the minimum value Qpn and maximum value Qpx of the total amount of water repelled obtained as described above, the set prediction time ΔT, the current water level H(k), and the inflow flow rate. From the estimated value Q (k), the minimum value n and maximum value Rx of the water level after ΔT time are determined by the following equations (8) and (9).

1:jn−H(k)+ (Q  (k)  −Qpx)  * ΔT/A  (
H(k))・・・ (8) RX−H(k)  + (Q  (k)  −Qpn)* ΔT/A  (H(
k)  )・・・ (9) 前処理部14では、水位予測部12により求められた予
測時間ΔT先の最小水位nnと最大水位nx1および前
記流入流量推定部11により求められた流入流量推定値
Q (k)から、以下の式(10)〜(12)によりフ
ァジィ推論の入力値を演算する。
1:jn−H(k)+(Q(k)−Qpx)*ΔT/A(
H(k))... (8) RX-H(k) + (Q(k)-Qpn)* ΔT/A (H(
k) )... (9) The pre-processing unit 14 calculates the minimum water level nn and maximum water level nx1 after the prediction time ΔT determined by the water level prediction unit 12 and the estimated inflow flow rate determined by the inflow flow rate estimation unit 11. From Q (k), the input value for fuzzy inference is calculated using the following equations (10) to (12).

Fin(Q) (Qpx−Qpn)/2 ・・・ (12) ただし、ここで、 HH:ポンプ稼動台数に対するポンプ起動水位LL:ボ
ンブ稼動台数に対するポンプ停止1.、水位Fln(R
x)、Fln(Rn)、Fin(Q):ファジィ入力変
数 である。
Fin(Q) (Qpx-Qpn)/2... (12) However, here, HH: Pump start water level relative to the number of pumps in operation LL: Pump stoppage relative to the number of pumps in operation 1. , water level Fln(R
x), Fln (Rn), Fin (Q): Fuzzy input variables.

ここで、ファジィ入力変数Fin(Rx)、Fin(R
n)の意味を第2図を用いて説明する。H(k)は現7
[時刻kにおけるポンプ井水位である。
Here, the fuzzy input variables Fin(Rx), Fin(R
The meaning of n) will be explained using FIG. H(k) is currently 7
[Pump well water level at time k.

RXおよび9nはその定義より予fl?I 間開ΔT後
の予測水位を示し、したがって1Rx−Rnlはポンプ
稼動台数に対する予測時間ΔTだけ先の時刻における水
位制御範囲を示し、その範囲がポンプ起動水位HHの辺
りにあればポンプを起動した方がよく、ポンプ停止水位
LLの辺りにあればポンプを停止させた方がよいと11
1断できる。そこで、第2図においては、その起動/停
止の捏度を1nx−Rnlを100%として、それぞれ
α%、β%として示している。
RX and 9n are pre-fl by definition? I indicates the predicted water level after the gap ΔT, and therefore 1Rx-Rnl indicates the water level control range at a time ahead by the predicted time ΔT relative to the number of pumps in operation, and if the range is around the pump starting water level HH, the pump is started. If the water level is around the pump stop level LL, it is better to stop the pump.
I can refuse. Therefore, in FIG. 2, the roughness of starting/stopping is shown as α% and β%, respectively, with 1nx-Rnl being 100%.

またFin(Q)は、ポンプ稼動台数に対する流入流f
f1Q(k)における揚水量制御の可能性を示している
Furthermore, Fin(Q) is the inflow flow f with respect to the number of pumps in operation.
This shows the possibility of pumping water control in f1Q(k).

ファジィ推論部13では、前処理部14において求めら
れたFln(Rx)、Fin(Rn)、Fin(Q)か
ら知識ベース16に蓄えられているファジィルールを参
魚してポンプ起動/悴止制御の評価値をファジィ推論す
る。
The fuzzy inference unit 13 uses the fuzzy rules stored in the knowledge base 16 from Fln (Rx), Fin (Rn), and Fin (Q) obtained in the preprocessing unit 14 to perform pump start/stop control. Perform fuzzy inference on the evaluation value of.

前処理部14において求められた入力1FIn(FTX
)、Fln(Rn)、Fln(Q)はファジィ集合の要
素であり、例えば、Fin(11x)の入力変数空間を
次のファジィ集合で分割する。
Input 1FIn (FTX
), Fln(Rn), and Fln(Q) are elements of a fuzzy set. For example, the input variable space of Fin(11x) is divided by the following fuzzy set.

P U M P + (Rx )  :RXによる11
1定はポンプ起動である。
P U M P + (Rx): 11 by RX
1 constant is pump activation.

HOLD (1”lx): RXによる判定はポンプ維持である。HOLD (1”lx): The determination by RX is to maintain the pump.

また、例えば、pan(Rx)の入力変数空間を次のフ
ァジィ集合で分割する。
Also, for example, the input variable space of pan(Rx) is divided by the following fuzzy set.

PUMP   (Rn)  : 9nによるt、11定はポンプ停止である。PUMP (Rn): At t and 11 constant due to 9n, the pump is stopped.

HOLD (1’(n): 11nによる判定はポンプ維持である。HOLD (1’(n): The determination based on 11n is to maintain the pump.

また、例えば、Fin(Q)の入力変数空間を次のファ
ジィ集合で分割する。
Also, for example, the input variable space of Fin(Q) is divided into the following fuzzy sets.

PUMP+(Q): Qによる判定はポンプ起動である。PUMP+(Q): The determination based on Q is to start the pump.

HOLD (Q): Qによる判定はポンプ維持である。HOLD (Q): The determination based on Q is to maintain the pump.

PUMP  (Q): Qによるiす定はポンプ停止である。PUMP (Q): When Q is set, the pump is stopped.

そして、ファジィ推論部13は、 この前処理部 14からの入力値に基づいてファジィ集合で評価し、例
えば、出力変数空間を次のようなファジィ集会で分割す
る。
Then, the fuzzy inference unit 13 performs an evaluation using a fuzzy set based on the input value from the preprocessing unit 14, and divides the output variable space into the following fuzzy set, for example.

40MP+(nx、nn、Q); RX、Rn、Qによるiり定はポンプ起動である。40MP+(nx, nn, Q); The i-set by RX, Rn, and Q is the pump activation.

HOLD (Rx、f’tn、Q): RX、1”In、Qによるiり定はポンプ維持である。HOLD (Rx, f’tn, Q): The i-set by RX, 1"In, and Q is pump maintenance.

PUMP  (Rx、Rn、Q): RX、Rn、Qによる判定はポンプ停 止である。PUMP (Rx, Rn, Q): Judgment based on RX, Rn, and Q indicates pump stop. It is stopped.

そして、このファジィ集合はそれぞれ第3図に示すよう
なメンバーシップ関数で表わされる。この第3図におい
て、Xはそれぞれの入力変数値を示し、μYはそれぞれ
のファジィ集合に属する属性度を示す。
Each of these fuzzy sets is represented by a membership function as shown in FIG. In FIG. 3, X indicates each input variable value, and μY indicates the degree of attribute belonging to each fuzzy set.

例えば、RXに関する入力変数値が0.0であれば、P
 U M P + (Rx ) = 0 、 5 = 
HOL D(Rr)であり、nnに関する入力変数値が
0゜2であれば、PUMP  (Rn)−1,0,HO
LD (Rn)−0であり、さらにQに関する入力変数
値が1.0であれば、40MP+(Q)−0゜5−HO
LD (Q)である。
For example, if the input variable value regarding RX is 0.0, P
UMP + (Rx) = 0, 5 =
HOL D(Rr), and if the input variable value regarding nn is 0°2, then PUMP (Rn)-1,0,HO
If LD (Rn)-0 and the input variable value regarding Q is 1.0, then 40MP+(Q)-0°5-HO
LD (Q).

ファジィ推論部13におけるファジィ推論の方法は、ル
ール条件部のメンバーシップ関数、粘論部のメンバーシ
ップ関数および入力値から、前記知識ヘース16に蓄え
られたルールに話づいてファジィ演算を行ない、合成あ
いまい集合を作成し、この合成あいまい集合の最大値を
出力合成関数とし、この出力合成関数の重心をファジィ
推論の出力とする方法を用いている。
The fuzzy inference method in the fuzzy inference section 13 is to perform fuzzy operations based on the membership function of the rule condition section, the membership function of the viscosity section, and the input value, based on the rules stored in the knowledge base 16. A method is used in which a fuzzy set is created, the maximum value of this synthetic fuzzy set is used as an output synthesis function, and the center of gravity of this output synthesis function is used as the output of fuzzy inference.

只体的には、各ルールごとに入力値に対して条件部のメ
ンバーシップ関数の最小値を重み係数とし、粘論部のメ
ンバーシップ関数の最大値を前記重み係数としたファジ
ィ集合を作威し、すべてのルールに関して繰り返し、各
ルールで得られたファジィ集合の和を合成あいまい集合
とし、合成あいまい集合の最大値を出力合成関数とし、
この出力合成関数の重心を次の0式(13)により演算
し、この値をファジィ推論の評価値とする。
Simply put, for each rule, for each input value, create a fuzzy set with the minimum value of the membership function of the conditional part as the weighting coefficient, and the maximum value of the membership function of the viscosity part as the weighting coefficient. Then, iterate for all rules, the sum of the fuzzy sets obtained for each rule is the composite fuzzy set, the maximum value of the composite fuzzy set is the output composite function,
The center of gravity of this output synthesis function is calculated using the following equation (13), and this value is used as the fuzzy inference evaluation value.

PUMPIn「− ・・・ (13) ただしここで、PUMPInfはファジィ推論値、Xは
ファジィ出力変数、B は出力合成関数である。
PUMPIn"- (13) However, here, PUMPInf is a fuzzy inference value, X is a fuzzy output variable, and B is an output synthesis function.

ここで、知識ベース16に蓄えられ、前記ファジィ推論
部13において参照されるファジィルールの一例をあげ
ると、次のようになる。
Here, an example of fuzzy rules stored in the knowledge base 16 and referenced by the fuzzy inference section 13 is as follows.

if  Fin(Rx) i s  P U M P + (Rx )and  
 Fln(Q) i  s   PUMP  (Q) t  h  e  n   PUMPlnri s  
40MP+(Rx、Rn、Q)if   Fin(Rx
) is   HOLD(Rx) and   Fin(qn) is   HOLD(Rn) and   Fin(Q) is   HOLD(Q) then   PUMPInf i  s   HOLD  (RX、In、Q)if 
  Fin(9n) is   PUMP   (Rn) and   Fin(Q) is   PUMP   (Q) then   PUMPInr i  s   PUMP   (9x、inn、Q)こ
のようにして得られたファジィ推論結果に対して、起動
/停止判定部17は次の条件式に基づいてポンプの起動
/停止を判定し、プロセスインターフエース9を通して
プロセス1側に出力する。
if Fin (Rx) is P U M P + (Rx) and
Fln(Q) is PUMP(Q)
40MP+(Rx, Rn, Q) if Fin(Rx
) is HOLD (Rx) and Fin (qn) is HOLD (Rn) and Fin (Q) is HOLD (Q) then PUMPInfi is HOLD (RX, In, Q) if
Fin(9n) is PUMP (Rn) and Fin(Q) is PUMP (Q) then PUMPInr is PUMP (9x, inn, Q) Based on the fuzzy inference result obtained in this way, the start/stop judgment unit 17 determines whether to start or stop the pump based on the following conditional expression, and outputs the result to the process 1 side through the process interface 9.

PUMPin「 >on           −(1
4)off  ≦PUMPInr ≦ On     
−(15)PUMPln「<o f f      −
・(1,6)ただしここで、 on:ポンプ起動条件境界値 off:ポンプ停止I−条件境界値 である。
PUMPin">on -(1
4) off ≦PUMPInr ≦ On
- (15) PUMPln "<of f -
- (1, 6) However, here: on: pump start condition boundary value off: pump stop I-condition boundary value.

すなわち、条件式(14)が威り立つならばポンプ起動
指令を出力し、条件式(15)が成り立つならばポンプ
台数を現状に維持し、条件式(16)が威り立つならば
ポンプ停止指令を出力する。
In other words, if conditional expression (14) is satisfied, a pump start command is output, if conditional expression (15) is satisfied, the number of pumps is maintained at the current level, and if conditional expression (16) is satisfied, the pumps are stopped. Output the command.

なお、第3図においては、on=0.5.off−−0
,5として示しである。
In addition, in FIG. 3, on=0.5. off--0
, 5.

このようにしてポンプ起動/停it指令を求めた後は、
水位目標値演算部18ではポンプごとに設定された起動
/停止レベルHH,LLに応じた水位目標値が演算され
、PI制御演算部19へ与えられる。そして、PI制御
演算部19では水位目標値と前記検出水位との偏差に対
してPI演算が行なわれる。そして、PI制go演算部
19の出力からポンプの速度制御[1標値が求められ、
プロセスインターフェース9へ出力されてポンプの速度
制御が実行される。
After obtaining the pump start/stop command in this way,
The water level target value calculation section 18 calculates a water level target value according to the start/stop levels HH and LL set for each pump, and provides it to the PI control calculation section 19 . Then, the PI control calculation section 19 performs a PI calculation on the deviation between the water level target value and the detected water level. Then, the pump speed control [1 target value is determined from the output of the PI control go calculation unit 19,
The signal is output to the process interface 9 to execute pump speed control.

なお、この実施例では、ポンプモータを可変速制御する
ことにより揚水量を制御する構成としたが、ポンプは固
定速としてポンプ吐出側に設けたバルブの開閉制御によ
り揚水量を制御するようにしてもよい。
In this embodiment, the amount of pumped water is controlled by variable speed control of the pump motor, but the pump is configured to have a fixed speed and the amount of pumped water is controlled by controlling the opening and closing of a valve provided on the pump discharge side. Good too.

[発明の効果] 以上のようにこの発明によれば、流入流量に応じたポン
プの最適な運転台数制御を無人により行なうことができ
、しかも起動/停車に関するルールがファジィ推論の特
徴であるあいまい表現で表現されるのでポンプの入り切
りの頻度を少なくすることができてポンプ寿命の長命化
が図れる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, it is possible to control the optimal number of pumps in operation according to the inflow flow rate without an operator, and moreover, the rules regarding starting/stopping are based on ambiguous expressions that are characteristic of fuzzy reasoning. Since the pump is expressed as

さらに、ポンプ井水位とポンプ井流入流量とを基にして
ファジィ推論によりポンプの起動/停止制御を行なうの
で、例えばポンプ井水位は上昇傾向にありながらもポン
プ井流入量が低下傾向にあってポンプの起動を必要とし
ない場合や、ポンプ井水位は定位を保っているがポンプ
井流入流量が急激に上昇しポンプの早切の起動が必要な
場合などにも的確にポンプの台数制御ができ、信頼性の
高いポンプ群の台数制御が実現できる。
Furthermore, since pump start/stop control is performed using fuzzy reasoning based on the pump well water level and pump well inflow flow rate, for example, if the pump well water level is on the rise but the pump well inflow flow is on the decline, the pump The number of pumps can be controlled accurately even when the pump does not need to be started, or when the water level in the pump well remains constant but the inflow flow rate from the pump well rises rapidly and the pump needs to be started quickly. It is possible to achieve highly reliable control of the number of pumps in a group.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図はこの発明の一実施例のシステム構成図、第2図
は上記の実施例の千11FI水位に基づくポンプ起動/
停止判定動作を説明する説明図、第3図は上記の実施例
のファジィ推論のためのメンバーシップ関数による入出
力変数空間のファジィ分割例を示す説明図である。 1・・・プロセス 2・・・ポンプ群の台数制御装置 3・・・沈砂池      4・・・ポンプ井5・・・
ポンプ群     6・・・初沈池7・・・水位計  
    8・・・流量計9・・・プロセスインターフェ
ース 10・・・総撥水量上・下限演算部 11・・・流入流量推定部 12・・・水位予測部3・
・・ファジィ推論部 14・・・前処理部5・・・制御
パラメータ格納部 6・・・知識ベース   17・・・起動/停正判定部
8・・・水位11標値演算部 9・・・PI制御演算部
Fig. 1 is a system configuration diagram of an embodiment of the present invention, and Fig. 2 is a system configuration diagram of an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating the stop determination operation. FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an example of fuzzy division of the input/output variable space using membership functions for fuzzy inference in the above embodiment. 1...Process 2...Pump group number control device 3...Sand settling basin 4...Pump well 5...
Pump group 6... Initial settling basin 7... Water level gauge
8...Flow meter 9...Process interface 10...Total water repellent amount upper/lower limit calculation section 11...Inflow flow rate estimation section 12...Water level prediction section 3.
...Fuzzy inference unit 14...Preprocessing unit 5...Control parameter storage unit 6...Knowledge base 17...Start/stop correct determination unit 8...Water level 11 Target value calculation unit 9... PI control calculation section

Claims (1)

【特許請求の範囲】 管渠から流れ込む汚水や雨水などの下水をポンプ井に貯
えた後、ポンプ群により下水処理設備へ排出するポンプ
群の台数制御装置において、前記ポンプ井に設けた水位
計および前記ポンプ群の吐出側に設けた流量計により検
出される水位および総揚水量を逐次入力する入力手段と
、入力された水位および総揚水量から前記ポンプ井への
下水の流入流量を推定する流入流量推定手段と、 現在のポンプ群の運転/停止指令およびあらかじめ設定
された各ポンプの揚水量対水位特性から前記ポンプ群の
総撥水量の最大値と最小値とを求める揚水量最大最小演
算手段と、 求められた総揚水量の最大値および最小値と、前記流入
流量推定値と、現在のポンプ井の水位計測値とから所定
時間先のポンプ井水位の最大値と最小値とを予測演算す
るポンプ井水位予測手段と、求められた水位最大予測値
および最小予測値と、前記流入流量推定値とからファジ
ィ推論により前記ポンプ群の起動/停止制御の評価値を
求めるポンプ制御ファジィ推論手段と、 前記ファジィ推論において参照されるファジィ制御規則
を格納しておく知識ベースと、 前記ファジィ推論により求められたポンプ群の起動/停
止制御の評価値に基づいてポンプ群の必要台数の起動/
停止の判定を行なう起動/停止判定手段とを備えて成る
ポンプ群の台数制御装置。
[Scope of Claim] A pump group control device for storing sewage such as sewage and rainwater flowing from a pipe in a pump well and then discharging it to a sewage treatment facility by a pump group, comprising: a water level gauge provided in the pump well; input means for sequentially inputting the water level and total pumped water detected by a flow meter provided on the discharge side of the pump group; and an inflow means for estimating the flow rate of sewage flowing into the pump well from the input water level and total pumped water. a flow rate estimation means, and a pumped water maximum/minimum calculation means for calculating the maximum and minimum values of the total water repellent amount of the pump group from the current operation/stop command of the pump group and preset pumped water vs. water level characteristics of each pump. Predicting and calculating the maximum and minimum values of the pump well water level for a predetermined period of time from the obtained maximum and minimum values of the total pumped water amount, the estimated inflow flow rate, and the current pump well water level measurement value. pump control fuzzy inference means for calculating an evaluation value for start/stop control of the pump group by fuzzy inference from the obtained maximum and minimum predicted water level values and the estimated inflow flow rate; , a knowledge base that stores fuzzy control rules referred to in the fuzzy inference, and starting/stopping of the required number of pump groups based on the evaluation value of start/stop control of the pump group obtained by the fuzzy inference.
A device for controlling the number of pumps in a group of pumps, comprising a start/stop determination means for determining stoppage.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05265513A (en) * 1992-03-19 1993-10-15 Hitachi Ltd Method for controlling, number of pumps in operation at place of drainage pump and device therefor
US5812421A (en) * 1995-04-20 1998-09-22 Hitachi, Ltd. System for cooperatively operating river management facilities
JP2009047038A (en) * 2007-08-17 2009-03-05 Mitsubishi Electric Corp Rainwater pump control device

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