JPH06306893A - 配水圧力制御方式 - Google Patents

配水圧力制御方式

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JPH06306893A
JPH06306893A JP9472093A JP9472093A JPH06306893A JP H06306893 A JPH06306893 A JP H06306893A JP 9472093 A JP9472093 A JP 9472093A JP 9472093 A JP9472093 A JP 9472093A JP H06306893 A JPH06306893 A JP H06306893A
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JP
Japan
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pressure
distribution
pipe network
water
distributing
Prior art date
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JP9472093A
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English (en)
Inventor
Kumiko Imai
久美子 今井
Akio Hayazaki
昭男 早崎
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Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Original Assignee
Meidensha Corp
Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 上水施設より管網への上水を配水するシステ
ムにおいて、管網内の実末端圧力を計測する代わりに、
管網解析で管網特性を代表する地点を抽出し、管網計算
より求めたその代表点の推定末端圧力値をファジィ推論
制御へ導入することにより路上局やテレコン/テレメー
タなどを不要とし、経済的でシステム構成が簡単でメン
テナンスの容易な配水圧力制御方式を提供する。 【構成】 管網解析で算出した複数の特性代表点の推定
末端圧力と配水点の配水流量および配水流量対時刻、対
曜日、対季節、対天候関数信号を現象項目とするファジ
ィ推論を行い、目標配水圧力を算出し送水点の配水ポン
プの速度制御を行い管網圧力を最適化する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、プロセスコントロール
などの制御装置による配水圧力制御に、管網計算による
推定末端圧と、ファジィ推論を導入した最適な制御を行
う配水圧力制御方式に関する。
【0002】
【従来の技術】浄水場や配水地などの上水施設は、多数
の需要家と管路で構成される管網に接続されており、需
要家端においてほぼ一定の圧力と需要流量の確保が要求
されるので配水圧力制御が行われている。
【0003】この配水制御には、直配水方式と自然流下
方式とがあり、直配水方式では配水ポンプの速度を制御
することにより、一方自然流下方式では配水弁の弁開度
を制御することにより配水圧力を調整する。
【0004】従来、前記直配水方式では図2に示される
ように配水ポンプ1が設置されている配水点2と配水点
2より配水される管網3の入口に相当する給水点4の間
の主幹線管路5に関する管路損失を流量の関数として圧
力演算部7でP=aQn+bなる演算を行い管路損失を
補償することにより給水点4の圧力が一定になるよう制
御(推定末端圧制御)している。
【0005】上記の制御方法では、以下のような欠陥が
ある。
【0006】(1)管網内の圧力と需要量の分布は非常
に複雑であり、部分的な需要量の変動が給水点4に必ず
影響を及ぼすと限らないため局部的な圧力上昇・低下を
補償できない。
【0007】(2)給水点4に影響を及ぼす場合におい
てもその影響度合いは管網の他部分の状態により一義的
に特定することができないため、当然ながら最適な補償
はできない。
【0008】(3)つまり、給水点4は管網特性のほん
の一部分を代表するのみで全てを代表している事になら
ないため、給水点4のみの圧力を推定しその圧力を一定
制御する方式では管網の最適な制御が困難である。
【0009】(4)管網内の需要量は時刻・曜日・季節
・天候などの社会的な生活パターンや自然現象の要因に
より全体的及び部分的に変動するため、管網の特性とし
てはそれらの要因を考慮することが必要である。
【0010】以上の欠陥を解消するために、前記管網を
解析し、図3のような管網特性を代表する複数の計測点
a,b,c,dを求め、それらの点に設置された路上局
内の圧力計31,32,33,34により計測された各
実末端圧力をテレコン/テレメータの子局21,22,
23,24を介して親局20側へ伝送しファジィ推論部
15へ入力すると共に、配水量を流量計6で計測し、そ
の流量信号をファジィ推論部15へ入力する。同時に、
配水流量対時刻関数11信号、配水量対曜日関数12信
号、配水流量対季節関数13信号、配水流量対天候関数
14信号をファジィ推論部15へ入力し、これらの入力
を現象項目としてファジィ推論して求めた原因項目の目
標配水圧力と配水点圧力との偏差に基づき配水ポンプP
の速度制御を行い管網3の配水圧力を最適化する配水圧
力制御方式がある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の制
御方法は、前記(1)〜(4)の課題を解決したが、管
網内に路上局を設置し実末端圧力を計測し遠方監視制御
装置の子局を介して親局へ伝送する方式のため、装置の
設置費用がかかる上に、装置故障による情報伝達の信頼
性低下を補償しなければならないという課題がある。本
発明は、以上のような課題にかんがみなされたものであ
り、管網解析で管網特性を代表する複数の地点を抽出し
管網計算により算出した前記複数代表点の推定末端圧力
値を現象項目要素に導入することにより路上局やテレコ
ン/テレメータ装置を不要とし、経済的でシステム構成
が簡単でメンテナンスの容易化をはかった配水圧力制御
方式を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段、作用】浄水場、配水地な
どの上水施設より多数の需要家と管路で構成される管網
へ配水ポンプ制御により一定圧力の流量を配水する配水
圧力制御システムにおいて、対象管網モデルに対する管
網計算により管網特性を代表する複数の代表点を抽出
し、一定サンプル時間毎の配水流量、配水圧に基づく管
網計算より求めた前記複数代表点の推定末端圧力と配水
点の配水流量及び配水流量対時刻、対曜日、対季節、対
天候関数信号とを現象項目とするファジィ推論により算
出した原因項目の目標配水圧力と配水点圧力との偏差に
基づき配水ポンプの速度制御を行い、管網の配水圧力を
最適化する。
【0013】
【実施例】以下本発明を図1に示す一実施例に基づき説
明する。図1において、前記図2,図3と同一の記号は
同一または同等のものを示す。
【0014】先ず、本発明に関連し基本を成す水道の配
水管網の水理計算について説明する。一般に上水道の配
水管網の水理計算は、流量公式と節点方定式を解くこと
により行われる。
【0015】前記流量公式は、配水管内の流量を示すも
のであり、節点iと節点jを結ぶ管路の流量Qij(m
3/S)はヘーゼン・ウイリアム式では次式のように表
される。
【0016】 Qij=0.27853C・D2・63・L-0・54(Hi−Hj)0・64……(1) ここで、 Qij:節点i,j間の管路流量(m3/S) C:損失係数 D:管径(m) L:管路長(m) Hi:節点iのエネルギー位(m) Hj:節点jのエネルギー位(m) を表す。
【0017】また、前記節点方的式は、節点iに合流す
る管路1の流量Qi(m3/S)と節点からの流出水量
qiとの収支式であり、次式で表される。
【0018】
【数2】
【0019】ここで、qi:節点iにおける需要水量 n:節点iに接続する管路の数 を表す。
【0020】前記(1)式を(2)に代入すると、未知
数がHだけの式となり、その数は節点の数と同じにな
る。これらの式を1次式に近似して連立方程式を解き、
このH値を使用して節点の流量収支式における誤差を調
べ、誤差が許容誤差範囲内に入るまで繰返し計算を行
い、その時の値を正しい管網データとして計算を終了す
る。
【0021】管網特性を把握するために管網を代表する
点を抽出する。即ち、予め実際の配水管網をモデル化し
て管網計算を行う。この時配水圧、配水量などの計算条
件を変えることにより、昼間の配水状態・夜間の配水状
態などいくつかのケースを想定することが可能である。
【0022】前記計算結果を参考にして、配水圧の日変
動が激しい点、配水圧が低くなっている点、逆に配水圧
の高い点などの代表点を流出する。
【0023】しかる後、ある一定のサンプル時間ごとの
配水流量および配水圧を与えて管網計算を行い、決定し
た代表点の圧力を推定末端圧力として配水圧力制御に取
り込むものとする。
【0024】次に、実施例の動作を図1により説明す
る。
【0025】先ず、対象とする管網3の解析により管網
特性を把握し、管網特性を代表する複数の代表点a,
b,c,dを抽出する。(例えば、4点程度) 次に、管網計算により複数の代表点a,b,c,dの圧
力値を求め末端圧力として、ファジィ推論部15に入力
する。
【0026】同時に、流量計6で計測した配水量をファ
ジィ推論部15へ入力する。
【0027】また、前記11,12,13,14の各関
数設定部より配水流量対時刻関数信号、配水量対曜日関
数信号、配水流量対季節関数信号、配水流量対天候関数
信号をファジィ推論部15へ入力する。
【0028】前記ファジィ推論部15では、前記管網内
の複数の計算推定末端圧信号と配水点2の流量信号およ
び配水流量対時刻関数設定部11の出力信号、配水流量
対曜日関数設定部12の出力信号、配水流量対季節関数
設定部13の出力信号、配水流量対天候関数設定部14
の出力信号を現象項目とし、IF−THEN形式の制御
ルールに基づき、各ルール毎の目標圧力の成立度合を求
め、各ルールより得た結果の論理和(最大値)を採りそ
の重心計算を行い、原因項目である目標圧力を推論し、
比較部9へ送出する。
【0029】比較部9では、配水点2に設けられた圧力
計8で計測された圧力信号Pと前記目標圧力推論信号P
Mとを比較しその偏差を調節計10へ入力し、その調整
出力を配水ポンプ1へ送り目標圧力推論値になるように
配水ポンプの速度制御を行う。
【0030】なお、以下にファジィ推論について説明す
る。このファジィ推論に用いる変数を次のように定義す
る。
【0031】[現象項目] FH:配水流量,TI:時
刻,WI:曜日,SI:季節,WT:天候,TP1,T
2,TP3,TP4:計算推定末端圧力 [原因項目] SV:目標配水圧力 上記各現象項目、原因項目の変数については、図4のよ
うな3段階の三角計メンバーシップ関数を規定し、その
ファジィラベルをL,M,Sとする。
【0032】更に、ルールマトリックスを表1の通りと
する。
【0033】
【表1】
【0034】従って、制御ルールとしては、以下の
(1)〜(n)のルールを構成する。
【0035】 (1)IF F FH is L and TP1 is L and TP2 is L and TP3 is M and TP4 is M TI is M and WI is M and SI is S and WT is S THEN SV is L (2)IF FH is L and TP1 is M and TP2 i s M and TP3 is L and TP4 is L TI is M and WI is M and SI is S and WT is S THEN SV is L ・ ・ ・ (n)IF……………THEN…… これらのルールのIF部分は条件部、THEN部分は結
論部である。
【0036】これらのルール群を用いた推論方法として
は例えばMINI−MAX法を適用する。
【0037】即ち、推論は次のように進める。先ず、現
象項目の各変数FH,TP1,TP2,TP3,TP4,T
I,WI,SI,WTの入力値に対し、各ファジィ集合
のメンバーシップ値(成立度合)を求める。更に、ルー
ル毎に成立度合の小さい値を求め、そのルールを満たさ
れる度合とする。次に、その成立度合を用いて結論部の
ファジィ集合を切る。最後に、各ルールからの結果の推
論和をとり、その重心位置を出力値SVとする。
【0038】
【発明の効果】本発明は、上水施設より管網に配水する
際、管網内の複数の代表点における末端圧力を管網計算
により求め、これらの計算末端圧力、配水点流量および
配水量に対する時刻、曜日、季節、天候関数信号を基に
ファジィ推論で求めた目標配水圧力信号と配水点圧力と
の偏差により配水ポンプの速度制御を行い配水圧力の最
適化を図るので、次の様な優れた効果を有する。
【0039】(1)管網解析により管網内の代表点を抽
出しその末端圧力を推定するため、路上局やテレコン/
テレメータ装置の子局を設置しないで済み、システムが
構成し易く、メンテナンスも容易となる。またテレコン
/テレメータ装置の故障対策も不要となり、経済的であ
る。
【0040】更に、次のような効果も併せ有する。
【0041】(2)管網内の部分的な需要量の変動によ
る局部的な圧力上昇・低下補償することが可能である。
【0042】(3)管網状態を一情報のみでなく、影響
すると思われる各種要因により推論しているため、管網
全体を考慮した最適補償が可能である。
【0043】(4)管網の配水圧力を最適に制御するこ
とで、過度な圧力上昇の発生が減少するため管網を構成
する管路の損傷、漏水を低減できると共に配水ポンプの
無駄な動力消費が削減され省エネルギーが可能となる。
また、配水ポンプの無駄な発停回数が低減され長寿命化
が可能となる。
【0044】(5)時刻、曜日、季節、天候などの社会
的生活パターンや自然現象の要因による全体的及び部分
的な変動に対応が可能である。
【0045】(6)ファジィ推論により目標配水圧力を
決定するため、柔軟なアルゴリズム構成が可能であり、
ルールの変更、修正などが容易にできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の管網の配水圧力制御システ
ムの構成図。
【図2】管網の配水圧力制御システムの構成図。
【図3】従来の推定末端圧力制御システムの構成図。
【図4】実施例の現象項目、原因項目変数についてのメ
ンバーシップ関数。
【符号の説明】
1…配水ポンプ 2…配水点 3…管網 4…給水点 5…主幹線管路 6…流量計 7…圧力演算部 8…圧力計 9…比較器 10…調節計 11…配水流量対時刻関数設定部 12…配水流量対曜日関数設定部 13…配水流量対季節関数設定部 14…配水流量対天候関数設定部 15…ファジィ推論部 20…テレコン/テレメータの親局 21,22,23,24…テレコン/テレメータの子局 31,32,33,34…管網特性を代表する計測点に
設置された路上局の圧

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 浄水場、配水地などの上水施設より多数
    の需要家と管路で構成される管網へ配水ポンプ制御によ
    り一定圧力の流量を配水する配水圧力制御方式におい
    て、 対象とする管網のモデルに対し管網計算を行い管網特性
    を代表する複数の代表点を抽出し一定サンプル時間毎の
    配水流量、配水圧を与え管網計算より求めた前記複数の
    代表点の推定末端圧力と配水点の配水流量及び配水流量
    対時刻、対曜日、対季節、対天候関数信号とを現象項目
    とするファジィ推論により算出した原因項目の目標配水
    圧力と配水点圧力との偏差に基づき配水ポンプの速度制
    御を行い管網の配水圧力を最適化することを特徴とした
    配水圧力制御方式。
JP9472093A 1993-04-22 1993-04-22 配水圧力制御方式 Pending JPH06306893A (ja)

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