JPH03204701A - ポンプ制御装置 - 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） 本発明は管渠から流れ込んでくる汚水を沈澱池およびス
クリーンを介してポンプ井に蓄え、ポンプにより下水処
理設備へ揚水するようにした汚水ポンプ設備のポンプ制
御装置に関する。

（従来の技術） 従来、下水道における汚水ポンプ設備は、ポンプ井とポ
ンプ群とから構成され、ポンプ井は地下埋設の管渠と接
続し、ポンプ群は吸込側をポンプ井と、吐出側を下水処
理場の初沈池とそれぞれ接続している。そして、家庭や
工場から排出される汚水は、管渠を通ってポンプ井に流
れ込んでくる。この場合、ポンプ群は一般に複数台のポ
ンプで構成され、その吐出流量は運転ポンプの組合わせ
の変更によって、段階的に、または一部速度制御や吐出
弁開度制御によって、連続的に調整される。

一般に、家庭や工場からの汚水は、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
程度定形的となっている。そのため、従来では、過去の
流入流量パターンに基づいて、あらかじめ吐出流量パタ
ーンを演算して記憶し、この吐出流量パターンを吐出流
量目標値として、ポンプ流量一定制御を行なってきてい
る。

しかしながら、このようなポンプ制御では、過去のデー
タに基づいて制御を行なっていることから、過去と実際
の流入流量との違いによって、ポンプ井水位がその上限
、下限制限値に近付く頻度が高くなってしまい、結果と
して吐出流量の変動、すなイ〕ち水処理負荷変動を小さ
く抑制することが困難であった。

（発明が解決しようとする課題） 以上のように従来では、吐出流星の変動を小さく抑制す
ることができず、水処理負荷の平滑化を満たすポンプ制
御が行なえないという問題があった。

本発明の目的は、ポンプ井貯留を有効に利用して吐出流
量の変動を小さく抑制し、水処理負荷の平滑化を図るこ
とが可能な極めて信頼性の高いポンプ制御装置を提供す
ることにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本発明では、管渠から流れ
込んでくる汚水を沈澱池およびスクリーンを介してポン
プ井に蓄え、ポンプにより下水処理設備へ揚水するよう
にした汚水ポンプ設備のポンプ制御装置において、ポン
プ井に設けられた水位計およびポンプの吐出側に設けら
れた吐出流量計からの水位検出信号および吐出流量検出
信号をそれぞれ入力する入力手段と、入力手段から入力
される水位検出信号、吐出流量検出信号に基づいて、流
入流量推定値を推定演算する流入流量推定演算手段と、
流入流量推定演算手段にて推定演算された流入流量推定
値に基づいて、流入流量パターンを更新し記憶する流入
流量パターン更新・記憶手段と、流入流量パターン更新
・記憶手段に記憶された流入流量パターンと、あらかじ
め設定されている吐出流量パターン演算制約条件とに基
づいて、吐出流量パターンを演算し記憶する吐出流量パ
ターン演算・記憶手段と、水位検出信号、切換基準水位
、および増加または減少の補正基準水位に基づいて、吐
出流量パターン演算・記憶手段に記憶された吐出流量パ
ターンの切換処理または水位補正処理のうち少なくとも
一方の処理を行ない吐出流量目標値を演算する吐出流量
目標値演算手段と、吐出流量目標値演算手段にて演算さ
れた吐出流量目標値に基づいて、ポンプの台数制御。

および流量制御を実行するポンプ制御手段とを備えて構
成している。

（作用） 従って、本発明のポンプ制御装置においては、ポンプ井
に設けられた水位計からの水位検出信号、およびポンプ
の吐出側に設けられた吐出流量計からの吐出流量検出信
号に基づいて、流入流量推定値が推定演算される。次に
、この推定演算された流入流量推定値に基づいて、流入
流量パターンが更新されて記憶される。次に、この流入
流量ノくターンと、あらかじめ設定されている吐出流量
パターン演算制約条件とに基づいて、吐出流量パターン
が演算されて記憶され、さらにこの吐出流量パターンの
切換処理または水位補正処理のうち少なくとも一方の処
理を行なうことにより、吐出流量目標値が演算される。

そして、この吐出流量目標値に基づいて、ポンプの台数
制御、および流量制御が実行されることにより、吐出流
量の変動を小さく抑制して、水処理負荷の平滑化を図る
ことができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について図面を参照して説明す
る。

第１図は、本発明のポンプ制御装置を適用して下水処理
場のポンプ制御を行なう場合のシステム構成例を示す図
である。第１図において、下水処理場は、管渠１から流
れ込んでくる下水（汚水）が、沈澱池２およびスクリー
ン３を介してポンプ井４に流入して蓄えられ、このポン
プ井４に蓄えられた下水を、ポンプ群５により下水処理
膜ｆｉｉ６へ揚水するように構成されている。また、ポ
ンプ井４には水位計７を設置しており、その水位には上
限値８と下限値９の運用範囲が決められている。

さらに、ポンプ群５の吐出側には、吐出流量計１０を付
設している。

一方、ポンプ制御装置１１は、プロセス入出力処理部１
１Ａと、マンマシンインタフェース部１１Ｂと、記憶部
１１Ｃと、吐出流量目標値演算部］１Ｄと、ポンプ制御
演算部１１Ｅとから構成している。

ここで、プロセス入出力処理部１１Ａは、上記下水処理
場の水位計７および吐出流量計１０からの水位検出信号
および吐出流量検出信号を入力すると共に、後述する起
動／停止指令信号および速度制御指令信号（またはバル
ブ開度指令信号）を下水処理場のポンプ群５に対して出
力するものである。また、マンマシンインタフェース部
１１Ｂは、オペレータによりＣＲＴ１２から入力される
吐出流量パターン演算制約条件および制御パラメータを
設定するためのものである。さらに、記憶部１１Ｃは、
マンマシンインタフェース部１１Ｂから設定される吐出
流量パターン、演算制約条件制御パラメータ、上記プロ
セス入出力処理部１１Ａから人出力される水位検出信号
、吐出流量検出信号、および起動／停止指令信号、速度
制御指令信号（またはバルブ開度指令信号）を記憶する
ものである。

一方、吐出流量目標値演算部１１Ｄは、プロセス入出力
処理部１．　Ｉ　Ａから入力される水位検出信号、吐出
流量検出信号を基に流入流量推定値を推定演算し、この
流入流量推定値に基づいて流入流量パターンを更新して
記憶し、この流入流量パターンとあらかじめ記憶部１１
Ｃに記憶されている吐出流量パターン演算制約条件とに
基づいて吐出流量パターンを演算して記憶し、さらにこ
の吐出流量パターンの切換え、および水位補正を行なう
ことにより、吐出流量目標値を演算するものである。ま
た、ポンプ制御演算部１１Ｅは、マンマシンインタフェ
ース部１１Ｂから設定される制御パラメータ、プロセス
入出力処理部１１Ａから入力される水位検出信号、吐出
流量検出信号、および吐出流量目標値演算部１１Ｄから
入力される吐出流量目標値に基づいて、ポンプの台数制
御および流量制御演算を行ない、起動／停止指令信号お
よび速度制御指令信号（またはバルブ開度指令信号）を
出力するものである。

次に、かかる構成のポンプ制御装置の作用について説明
する。

第１図において、下水処理場に設置された水位計７およ
び吐出流量計１０からの水位検出信号および吐出流量検
出信号は、プロセス入出力処理部１１Ａを通してポンプ
制御装置１１にそれぞれ入力され、記憶部１１Ｃに記憶
される。また、オペレータによりＣＲＴ１２からマンマ
シンインタフェース部１１Ｂを介して設定される吐出流
量ツクターン演算制約条件、制御パラメータも記憶部１
１Ｃに記憶される。

一方、吐出流量目標値演算部１１Ｄでは、プロセス入出
力処理部１１Ａから入力される水位検出信号、吐出流量
検出信号に基づいて流入流量推定値が推定演算され、こ
の流入流量推定値に基づ０て流入流量パターンが更新し
て記憶され、この流入流量パターンとあらかじめ記憶部
１１Ｃに記憶されている吐出流量パターン演算制約条件
とに基づいて吐出流量パターンが演算して記憶され、さ
らにこの吐出流量パターンの切換え、および水位補正が
行なわれることにより、吐出流量目標値力（演算される
。

さらに、ポンプ制御演算部１１Ｅでは、制御パラメータ
と水位検出信号および吐出流量検出信号とに基づいて、
ポンプの台数制御および流量制御演算が行なわれる。こ
の場合、ポンプ制御演算としては、吐出流量目標値演算
部１１Ｄで演算された吐出流量目標値に基づいたＰＩ副
制御よる回転数やバルブによる流量一定制御、および吐
出流量目標値を吐出できるポンプ台数を運転する台数制
御の演算が行なわれ、これに応じて起動／停止指令信号
および速度制御指令信号（またはバルブ開度指令信号）
が出力される。そして、このポンプ制御演算部１１Ｅか
らの起動／停止指令信号、速度制御指令信号（またはバ
ルブ開度指令信号）が、プロセス入出力処理部１１Ａを
介して下水処理場のポンプ群５に与えられ、ポンプが制
御されることになる。

次に、上記吐出流量目標値演算部１１Ｄにおける演算の
内容について詳述する。

すなわち、まずされている管渠構造、ポンプ井構造と、
計βｊ値である水位検出信号および吐出流量検出信号と
に基づいて、自己回帰モデルにより流入流量推定値が推
定演算される（ステップＳｌ）。次に、この流入流量推
定値に基づいて、流入流量パターンが更新して記憶され
る（ステップＳ２）。次に、この流入流量パターンと、
あらかじめ記憶部１１Ｃに記憶されている管渠構造。

ポンプ井構造と、吐出流量パターン演算制約条件とに基
づいて、吐出流量パターンが演算して記憶される（ステ
ップＳ３）。次に、この吐出流量パターンと、水位検出
信号と、切換基準水位とに基づいて、吐出流量パターン
の切換えが行なわれる（ステップＳ４）。次に、水位検
出信号と、水位補正基準水位とに基づいて水位補正が行
なわれ、吐出流量目標値が演算される（ステップＳ５）
。

以下、各ステップ毎に第２図に示すフロー図を用いて詳
述する。

（ステップＳ１）二流入流量推定演算処理離散時刻ｋに
おける流入流ｆｆ１ｑ（ｋ）が（１）式により演算され
る。

ｑ　　（ｋ）　　−（ｈ　　（ｋ）　　−ｈ　　（ｋ−
１）　　１・Ａ　（ｈ　（ｋ）　）　十ｑ。ｕｌ　　（
ｋ−１）・・・　（１） ここで、ｈは観測された水位、Ａは水位がｈの時のポン
プ井断面積、ｑｏ。１はポンプ総吐出流量である。

次に、この（１）式で得られた流入流ｆｆ１ｑ（ｋ）を
時系列データとして、（２）式の自己回帰モデルに基づ
いて流入流量推定値ｑ　（ｋ）が求められる。

ｑ　　（ｋ）−Σｘ＋−ｑ（ｋ−ｉ＋１）　　　＝（２
）ここで、ｘ　１　（ｉ　＝１．２．−、ｍ）は自己回
帰モデルパラメータである。

（ステップＳ２）二流入流量パターン更新・記憶処理 流入流量推定値ｑ　（ｋ）の積算値として、流入流量パ
ターンＳ。が更新して記憶される。すなわち、流入流量
パターン周期が１日、流入流量積算周期が１時間、流入
流量推定値推定値推定周期が１分とし、更新方式として
例えば加重平均方式を適用し、流入流量パターンＳ　ａ
ｓが（３）式で示す更新演算式により更新して記憶され
る。

Ｓ、、（Ｔ） 一α・Ｓｑ　（Ｔ）＋　（１−α）・Ｓ　ｑｐ　（Ｔ　
）Ｓｑ（Ｔ）−Σｑ　（Ｔ十Δｔ） Ｓｑｐ（Ｔ）：７時台の流入流量パターン（Ｔ−０，１
，，２，・・・・・・、２３）Ｓｑ　（Ｔ）＋Ｔ時台の
流入流量推定値１時間積算値 （Ｔ−０，１，２，・・・・・・、２３）α：０≦α≦
１であらかじめ設定されている加重平均演算係数 ｑ　（Ｔ＋Δｔ）二Ｔ時Δを分の流入流量推定値 （Ｔ　　−０，１，２，・・・・・・、２３）（Δｔ−
０１，２，・・・・・・、５９）流入流量パターンの一
例を、第３図のＡに示している。

（ステップＳ３）：吐出流量パターン演算・記憶処理 流入流量パターンを吐出流量パターン演算制約条件のも
とて平均化したパターンが、演算する吐出流量パターン
である。吐出流量パターンの演算は流入流量パターン周
期毎に行なわれ、次演算周期まではその値が記憶される
。そして、上記流入流量パターン演算例と下記制約条件
例とのもとで、吐出流量が一定にされる。

（制約条件１）：吐出流量の変化量が制限を超えない。

（制約条件２）：ポンプ井水位上限、下限制限値を演算
水位を超えない。

吐出Ａｆｆｉｆｆ−ンの一例を、第３図のＢに示してい
る。

（ステップＳ４）：吐出流量パターンの切換処理 吐出流量パターンの切換えは、毎正時およびド記条件の
もとで行なわれる。毎正時処理としては、下記のような
処理が行なわれる。

Ｑ、、１　　（Ｔ）　　−Ｑ、、、　　（Ｔ）Ｑ、、、
　　（−Ｔ’）”：吐出流量パターン（Ｔ−０，１，２
，・・・・・・　　２３）Ｑ。。、（Ｔ）：吐出流量目
標値 （Ｔ−０，１，２，・・・・・・、２３）そして、下記
条件が満たされた場合に、Ｑ、、＋　　（Ｔ）−Ｑ、、
ｌ　　（Ｔ＋１）とする。

（条件） ■ｆＨ＞ＨＭＩ　かつ （Ｑ。ｕｌ　　（Ｔ＋１）＞Ｑ。、、（Ｔ）１■ｉＨ＜
ＨＭＩ　がっ ｆＱ、。ｌ　　（Ｔ＋１）＜Ｑ、、Ｉ　　（Ｔ）ＩＨ：
ポンプ井水位 ＨＭ：切換基準水位 （ステップＳ５）；吐出流量目標値補正処理ポンプ井水
位が増加補正水位基準を超えた場合、または減少補正水
位基準を下まわった場合に、吐出流量１］標値に増加ま
たは減少補正をかけて、補正した吐出流量目標値が求め
られる。

上述したように、本実施例のポンプ制御装置］１では、
下水処理場のポンプ井４に設置された水位計７からの水
位検出信号、およびポンプ群５の吐出側に設置された吐
出流量計１０からの吐出流量検出信号と、記憶手段１１
Ｃにあらかじめ記憶されている管渠構造、ポンプ井構造
とに基づいて、自己回帰モデルにより流入流量推定値を
推定演算し、この流入流量推定値に基づいて流入流量パ
ターンを更新して記憶し、この流入流量パターンと、あ
らかじめ記憶手段１１Ｃに記憶されている管渠構造、ポ
ンプ井構造および吐出流量パターン演算制約条件とに基
づいて、吐出流量パターンを演算して記憶し、この吐出
流量パターンと、切換基準水位と、水位計７からの水位
検出信号とに基づいて、吐出流量パターンの切換えを行
ない、さらに水位補正基準水位と、水位計７からの水位
検出信号とに基づいて、水位補正を行なうことにより吐
出流量目標値を演算し、この吐出流回目標値に基づいて
ポンプ制御（台数制御および流量−定制御）を行なうよ
うにしたものである。

従って、従来のポンプ制御では、過去のデータに基づい
て制御を行なっていたため、過去と実際の流入流量との
違いによって、ポンプ井水位がその上限、下限制限値に
近付く頻度が高くなってしまい、吐出流量の変動、すな
わち水処理負荷変動を小さく抑制することが困難であっ
たのに対して、本実施例のポンプ制御では、ポンプ井水
位条件。

吐出流ｆｆｉ変化幅といった制約条件を考慮して、流入
流量パターンからあらかじめ吐出流量パターンが求めら
れ、この吐出流量パターンの切換えおよび水位補正を行
なって吐出流量目標値が求められ、これに基づいて流量
一定制御を行なうことができるため、ポンプ井貯留を有
効に使用して吐出流量の変動を小さく抑制し、水処理負
荷変動をより一層抑制して平滑化を図ることが可能とな
る。

尚、上記実施例では、吐出流量パターンの切換処理およ
び水位補正処理を行なう場合について述べたが、これに
限らず吐出流量パターンの切換処理または水位補正処理
のうち少なくとも一方の処理を行なうようにしてもよい
。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、ポンプ井水位およ
びポンプ吐出流量に基づいて流入流量推定値を推定演算
し、この流入流量推定値に基づいて流入流量パターンを
更新して記憶し、この流入流量パターンとあらかじめ設
定されている吐出流量パターン演算制約条件とに基づい
て吐出流量パターンを演算して記憶し、さらにこの吐出
流量パターンの切換処理または水位補正処理のうち少な
くとも一方の処理を行なうことにより吐出流量目標値を
演算し、この吐出流量目標値に基づいてポンプの台数制
御および流量制御を行なうようにしたので、ポンプ井貯
留を有効に使用して吐出流量の変動を小さく抑制し、水
処理負荷の平滑化を図ることが可能な極めて信頼性の高
いポンプ制御装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のポンプ制御装置を適用して下水処理場
のポンプ制御を行なう場合の一実施例を示すシステム構
成図、第２図は同実施例における吐出流量目標値演算部
の演算内容を説明するためのフロー図、第３図は同実施
例における流入流量パターンの一例を示す図である。 １・・・管渠、２・・・沈澱池、３・・・スクリーン、
４・・・ポンプ井、５・・・ポンプ群、６・・・下水処
理設備、７・・・水位計、１０・・・吐出流量計、１１
・・・ポンプ制御装置、ＩＩＡ・・・プロセス人出力処
理部、１１．８・・・マンマシンインタフェース部、１
１Ｃ・・・記憶部、１１Ｄ・・・吐出流量目標値演算部
、１．　Ｉ　Ｅ・・・ポンプ制御演算部、１２・・・Ｃ
ＲＴ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）管渠から流れ込んでくる汚水を沈澱池およびスク
   リーンを介してポンプ井に蓄え、ポンプにより下水処理
   設備へ揚水するようにした汚水ポンプ設備のポンプ制御
   装置において、 前記ポンプ井に設けられた水位計および前記ポンプの吐
   出側に設けられた吐出流量計からの水位検出信号および
   吐出流量検出信号をそれぞれ入力する入力手段と、 前記入力手段から入力される水位検出信号、吐出流量検
   出信号に基づいて、流入流量推定値を推定演算する流入
   流量推定演算手段と、 前記流入流量推定演算手段にて推定演算された流入流量
   推定値に基づいて、流入流量パターンを更新し記憶する
   流入流量パターン更新・記憶手段と、 前記流入流量パターン更新・記憶手段に記憶された流入
   流量パターンと、あらかじめ設定されている吐出流量パ
   ターン演算制約条件とに基づいて、吐出流量パターンを
   演算し記憶する吐出流量パターン演算・記憶手段と、 前記水位検出信号および切換基準水位に基づいて、前記
   吐出流量パターン演算・記憶手段に記憶された吐出流量
   パターンの切換処理を行ない吐出流量目標値を演算する
   吐出流量目標値演算手段と、前記吐出流量目標値演算手
   段にて演算された吐出流量目標値に基づいて、前記ポン
   プの台数制御、および流量制御を実行するポンプ制御手
   段と、を備えて構成したことを特徴とするポンプ制御装
   置。
2. （２）管渠から流れ込んでくる汚水を沈澱池およびスク
   リーンを介してポンプ井に蓄え、ポンプにより下水処理
   設備へ揚水するようにした汚水ポンプ設備のポンプ制御
   装置において、 前記ポンプ井に設けられた水位計および前記ポンプの吐
   出側に設けられた吐出流量計からの水位検出信号および
   吐出流量検出信号をそれぞれ入力する入力手段と、 前記入力手段から入力される水位検出信号、吐出流量検
   出信号に基づいて、流入流量推定値を推定演算する流入
   流量推定演算手段と、 前記流入流量推定演算手段にて推定演算された流入流量
   推定値に基づいて、流入流量パターンを更新し記憶する
   流入流量パターン更新・記憶手段と、 前記流入流量パターン更新・記憶手段に記憶された流入
   流量パターンと、あらかじめ設定されている吐出流量パ
   ターン演算制約条件とに基づいて、吐出流量パターンを
   演算し記憶する吐出流量パターン演算・記憶手段と、 前記水位検出信号および増加または減少の補正基準水位
   に基づいて、前記吐出流量パターン演算・記憶手段に記
   憶された吐出流量パターンの水位補正処理を行ない吐出
   流量目標値を演算する吐出流量目標値演算手段と、 前記吐出流量目標値演算手段にて演算された吐出流量目
   標値に基づいて、前記ポンプの台数制御、および流量制
   御を実行するポンプ制御手段と、を備えて構成したこと
   を特徴とするポンプ制御装置。
3. （３）管渠から流れ込んでくる汚水を沈澱池およびスク
   リーンを介してポンプ井に蓄え、ポンプにより下水処理
   設備へ揚水するようにした汚水ポンプ設備のポンプ制御
   装置において、 前記ポンプ井に設けられた水位計および前記ポンプの吐
   出側に設けられた吐出流量計からの水位検出信号および
   吐出流量検出信号をそれぞれ入力する入力手段と、 前記入力手段から入力される水位検出信号、吐出流量検
   出信号に基づいて、流入流量推定値を推定演算する流入
   流量推定演算手段と、 前記流入流量推定演算手段にて推定演算された流入流量
   推定値に基づいて、流入流量パターンを更新し記憶する
   流入流量パターン更新・記憶手段と、 前記流入流量パターン更新・記憶手段に記憶された流入
   流量パターンと、あらかじめ設定されている吐出流量パ
   ターン演算制約条件とに基づいて、吐出流量パターンを
   演算し記憶する吐出流量パターン演算・記憶手段と、 前記水位検出信号、切換基準水位、および増加または減
   少の補正基準水位に基づいて、前記吐出流量パターン演
   算・記憶手段に記憶された吐出流量パターンの切換処理
   および水位補正処理を行ない吐出流量目標値を演算する
   吐出流量目標値演算手段と、 前記吐出流量目標値演算手段にて演算された吐出流量目
   標値に基づいて、前記ポンプの台数制御、および流量制
   御を実行するポンプ制御手段と、を備えて構成したこと
   を特徴とするポンプ制御装置。