JPH07117046B2 - ポンプ制御装置 - Google Patents
ポンプ制御装置Info
- Publication number
- JPH07117046B2 JPH07117046B2 JP63327898A JP32789888A JPH07117046B2 JP H07117046 B2 JPH07117046 B2 JP H07117046B2 JP 63327898 A JP63327898 A JP 63327898A JP 32789888 A JP32789888 A JP 32789888A JP H07117046 B2 JPH07117046 B2 JP H07117046B2
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- Japan
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- pump
- weather
- fuzzy
- unit
- inflow
- Prior art date
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- Control Of Non-Positive-Displacement Pumps (AREA)
- Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
- Devices For Executing Special Programs (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
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、下水処理場における運用を自動的に制御する
ポンプ制御装置に関する。
ポンプ制御装置に関する。
（従来の技術） 一般に下水処理場にはポンプ井が設けられており、この
ポンプ井の出口側に複数台のポンプを設置し、埋設管渠
を通して各地からポンプ井に導かれて来る雨水・汚水を
ポンプにより排出して後工程に供給するようにしてい
る。
ポンプ井の出口側に複数台のポンプを設置し、埋設管渠
を通して各地からポンプ井に導かれて来る雨水・汚水を
ポンプにより排出して後工程に供給するようにしてい
る。
そして従来のこのような下水処理場におけるポンプ制御
装置では、晴天／雨天にかかわりなくポンプの水位の高
低によりポンプ運転台数を切替え、下水の排水量を制御
するようにしていた。
装置では、晴天／雨天にかかわりなくポンプの水位の高
低によりポンプ運転台数を切替え、下水の排水量を制御
するようにしていた。
（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来のポンプ制御装置では、
次のような問題点があった。
次のような問題点があった。
下水処理場におけるポンプ運転の目的は埋設管渠を通し
て流入してたき雨水・汚水を排出することである。しか
し、晴天時における流入流量は人間の活動に大きく依存
し、予め流入流量を予測したポンプ制御を可能としてい
るの対して、雨天時における流入流量は自然現象に依存
するため、流入流量は再現性に乏しい。
て流入してたき雨水・汚水を排出することである。しか
し、晴天時における流入流量は人間の活動に大きく依存
し、予め流入流量を予測したポンプ制御を可能としてい
るの対して、雨天時における流入流量は自然現象に依存
するため、流入流量は再現性に乏しい。
ところが従来は、晴天／雨天にかかわらずポンプ井水位
の高低によりポンプの運転台数の切替え制御がなされて
おり、前述したようにポンプ井への流入流量は晴天時と
雨天時とで大きくその特質を変えるため、木目細かな制
御が行えず、ポンプ井の運転台数が激しく変動して各ポ
ンプが頻繁に入り切りされてポンプ寿命を短くするこ
と、雨天時のポンプの運転の追従性が良くないこと、２
次処理系の負荷を高めることなどの問題点があった。
の高低によりポンプの運転台数の切替え制御がなされて
おり、前述したようにポンプ井への流入流量は晴天時と
雨天時とで大きくその特質を変えるため、木目細かな制
御が行えず、ポンプ井の運転台数が激しく変動して各ポ
ンプが頻繁に入り切りされてポンプ寿命を短くするこ
と、雨天時のポンプの運転の追従性が良くないこと、２
次処理系の負荷を高めることなどの問題点があった。
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、晴天時、雨天時にかかわらず、ポンプ運転台数が
激しく変動して各ポンプが頻繁に入り切りされるという
ことがなく、また２次処理系の負荷を軽減するための木
目細かなポンプ制御が可能なポンプ制御装置を提供する
ことを目的とする。
ので、晴天時、雨天時にかかわらず、ポンプ運転台数が
激しく変動して各ポンプが頻繁に入り切りされるという
ことがなく、また２次処理系の負荷を軽減するための木
目細かなポンプ制御が可能なポンプ制御装置を提供する
ことを目的とする。
［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明のポンプ制御装置は、ポンプ吐出側流量計とポン
プ井水位計と、これらの出力信号により所定の時間先の
ポンプ井流入流量を推定する流入流量推定手段と、この
流入流量推定手段から推定する流入流量推定値を既に得
られている流入流量の過去の該当する晴天時または雨天
時の流入流量パターンと比較することにより、現在の天
候に関して晴天／雨天の度合いをファジィ推論するファ
ジィ推論手段と、前記ファジィ推論手段によって得られ
たファジィ推論による天候の度合いに基づいて、予め設
置されている晴天時用ポンプ制御系と雨天時用ポンプ制
御系の２つの制御系のどちらを使用するかを知識ベース
に基づいて前向き推論する前向き推論手段とを備えたも
のである。
プ井水位計と、これらの出力信号により所定の時間先の
ポンプ井流入流量を推定する流入流量推定手段と、この
流入流量推定手段から推定する流入流量推定値を既に得
られている流入流量の過去の該当する晴天時または雨天
時の流入流量パターンと比較することにより、現在の天
候に関して晴天／雨天の度合いをファジィ推論するファ
ジィ推論手段と、前記ファジィ推論手段によって得られ
たファジィ推論による天候の度合いに基づいて、予め設
置されている晴天時用ポンプ制御系と雨天時用ポンプ制
御系の２つの制御系のどちらを使用するかを知識ベース
に基づいて前向き推論する前向き推論手段とを備えたも
のである。
また、本発明のポンプ制御装置は、過去の晴天時／雨天
時それぞれの典型的な流入流量パターンの時系列データ
を保存する履歴ファイルと、所定のパターンを前記履歴
ファイルから抽出するパターン抽出部と、現在の流入流
量に基づいて１周期先の流入流量を推定する流入流量推
定部と、前記流入流量推定部から得られる１周期先の流
入流量の時系列データを前記パターン抽出部から得られ
た所定のパターンの時系列データと比較し、その時系列
データの各系列点毎の偏差データを算出して新しい座標
成分とする座標変換部と、前記座標変換部で得られた新
しい座標成分を時系列パターンとして記憶するパターン
ファイルと、前記パターンファイルから必要な値を抽出
してファジィ入力変数を算出する前処理手段と、前記前
処理手段が算出するファジィ入力変数に基づき、晴天／
雨天の度合いを推論するファジィ推論部と、前記ファジ
ィ推論部の推論結果に基づいて、晴天用ポンプ制御モー
ド／雨天用ポンプ制御モードを判定する前向き推論部
と、前記ファジィ推論部で参照して晴天／雨天のファジ
ィ推論を行うためのファジィ推論ルールが蓄えられてい
る第１知識ベースと、前記前向き推論部で参照してポン
プ運転制御モードを決定するためのエキスパートルール
が蓄えられている第２知識ベースと、前記前向き推論部
で推論された指令に基づきポンプ運転の制御を行う晴天
用ポンプ制御系と雨天用ポンプ制御系との２つの制御系
を内蔵したポンプ運転制御部とを備えたものとすること
ができる。
時それぞれの典型的な流入流量パターンの時系列データ
を保存する履歴ファイルと、所定のパターンを前記履歴
ファイルから抽出するパターン抽出部と、現在の流入流
量に基づいて１周期先の流入流量を推定する流入流量推
定部と、前記流入流量推定部から得られる１周期先の流
入流量の時系列データを前記パターン抽出部から得られ
た所定のパターンの時系列データと比較し、その時系列
データの各系列点毎の偏差データを算出して新しい座標
成分とする座標変換部と、前記座標変換部で得られた新
しい座標成分を時系列パターンとして記憶するパターン
ファイルと、前記パターンファイルから必要な値を抽出
してファジィ入力変数を算出する前処理手段と、前記前
処理手段が算出するファジィ入力変数に基づき、晴天／
雨天の度合いを推論するファジィ推論部と、前記ファジ
ィ推論部の推論結果に基づいて、晴天用ポンプ制御モー
ド／雨天用ポンプ制御モードを判定する前向き推論部
と、前記ファジィ推論部で参照して晴天／雨天のファジ
ィ推論を行うためのファジィ推論ルールが蓄えられてい
る第１知識ベースと、前記前向き推論部で参照してポン
プ運転制御モードを決定するためのエキスパートルール
が蓄えられている第２知識ベースと、前記前向き推論部
で推論された指令に基づきポンプ運転の制御を行う晴天
用ポンプ制御系と雨天用ポンプ制御系との２つの制御系
を内蔵したポンプ運転制御部とを備えたものとすること
ができる。
（作用） 本発明のポンプ制御装置では、ポンプ吐出側流量計とポ
ンプ井水位計とからの信号から所定時間先のポンプ井流
入流量を推定し、既に得られている流入流量の過去の該
当する晴天時又は雨天時の流入流量パターンと比較する
ことによって、現在の天候に関して晴天／雨天の度合を
ファジィ推論し、さらに、前記ファジィ推論から得られ
た天候の度合とオペレータの知識及びプロセス状態か
ら、予め設置されている晴天時用ポンプ制御系／雨天時
用ポンプ制御系の２つの制御系のどちらを使用するかを
知識ベースに基づいて前向き推論し、得られた推論結果
に基いてポンプの運転台数及び速度目標値を設定し、プ
ロセス側に送出してポンプの運転制御を行なう。
ンプ井水位計とからの信号から所定時間先のポンプ井流
入流量を推定し、既に得られている流入流量の過去の該
当する晴天時又は雨天時の流入流量パターンと比較する
ことによって、現在の天候に関して晴天／雨天の度合を
ファジィ推論し、さらに、前記ファジィ推論から得られ
た天候の度合とオペレータの知識及びプロセス状態か
ら、予め設置されている晴天時用ポンプ制御系／雨天時
用ポンプ制御系の２つの制御系のどちらを使用するかを
知識ベースに基づいて前向き推論し、得られた推論結果
に基いてポンプの運転台数及び速度目標値を設定し、プ
ロセス側に送出してポンプの運転制御を行なう。
また本発明のポンプ制御装置では、晴天時においては、
流入流量はパターンとして抽出することができるため、
前向き推論部において、オペレータの知識とプロセス状
態とから、予想される流入流量のパターンを前記履歴フ
ァイルから抽出し、修正して新たなパータンを作成す
る。そして、座標変換部において、流入流量推定部から
得られる時系列データをパターン抽出部から得られた時
系列データと比較し、その時系列データの各系列点毎の
偏差データを新たな座標とし、この新しい座標を時系列
パターンとして前記パターンファイルに保存する。前記
前向き推論部は前記パターンファイルから必要な値を抽
出し、前処理手段において流入流量の基準値との偏差と
偏差の変化率を演算し、ファジィ入力変数に加工して、
ファジィ推論部に与える。
流入流量はパターンとして抽出することができるため、
前向き推論部において、オペレータの知識とプロセス状
態とから、予想される流入流量のパターンを前記履歴フ
ァイルから抽出し、修正して新たなパータンを作成す
る。そして、座標変換部において、流入流量推定部から
得られる時系列データをパターン抽出部から得られた時
系列データと比較し、その時系列データの各系列点毎の
偏差データを新たな座標とし、この新しい座標を時系列
パターンとして前記パターンファイルに保存する。前記
前向き推論部は前記パターンファイルから必要な値を抽
出し、前処理手段において流入流量の基準値との偏差と
偏差の変化率を演算し、ファジィ入力変数に加工して、
ファジィ推論部に与える。
ファジィ推論部においては、第１知識ベースに蓄えられ
た晴天／雨天のファジィ推論を行うためのファジィ推論
ルールに基づいて現在の天候の度合をファジィ推論して
後処理手段に与える。後処理手段においては前記ファジ
ィ推論部においてファジィ推論された天候の度合を前記
前向き推論部に入力すべき変数に変換する。そして、前
記前向き推論部は、前記後処理手段で得られた変数とプ
ロセス状態量とオペレータの知識とから、第２知識ベー
スに蓄えられたポンプ運転制御モードを決定するための
エキスパートルールに基づいて、前記晴天用ポンプ制御
系か前記雨天用ポンプ制御系のどちらを選ぶかを判定
し、前記ポンプ運転制御部にその判定指令を送る。
た晴天／雨天のファジィ推論を行うためのファジィ推論
ルールに基づいて現在の天候の度合をファジィ推論して
後処理手段に与える。後処理手段においては前記ファジ
ィ推論部においてファジィ推論された天候の度合を前記
前向き推論部に入力すべき変数に変換する。そして、前
記前向き推論部は、前記後処理手段で得られた変数とプ
ロセス状態量とオペレータの知識とから、第２知識ベー
スに蓄えられたポンプ運転制御モードを決定するための
エキスパートルールに基づいて、前記晴天用ポンプ制御
系か前記雨天用ポンプ制御系のどちらを選ぶかを判定
し、前記ポンプ運転制御部にその判定指令を送る。
ポンプ運転制御部は、前記前向き推論部からの指令に基
づき、内蔵する前記晴天用ポンプ制御系あるいは前記雨
天用ポンプ制御系を起動し、プロセスインタフェースを
通して、ポンプ群に運転台数、速度目標値を送出し、複
数ポンプの運転制御を行なう。
づき、内蔵する前記晴天用ポンプ制御系あるいは前記雨
天用ポンプ制御系を起動し、プロセスインタフェースを
通して、ポンプ群に運転台数、速度目標値を送出し、複
数ポンプの運転制御を行なう。
（実施例） 以下、本発明の実施例を図に基いて説明する。第１図は
下水処理場におけるポンプ制御装置の一実施例の全体構
成を示しており、第１図において、１は下水処理場プロ
セスを示し、２はポンプ制御装置を示している。
下水処理場におけるポンプ制御装置の一実施例の全体構
成を示しており、第１図において、１は下水処理場プロ
セスを示し、２はポンプ制御装置を示している。
ポンプ制御装置２は、過去の流入流量の典型的な晴天日
の時系列データで成るパターンを保存する履歴ファイル
３と、１周期先の流入流量を推定する流入流量推定部４
と、前記履歴ファイル３から対応する過去の流入量のパ
ターンを抽出するパターン抽出部５と、前記パターン抽
出部５から得られたパターンを基準とする座標系を作成
する座標変換部６と、前記流入流量推定部４から得られ
た１周期先の流入流量を前記座標変換部６において作成
された座標系に写像し、その値を保存するパターンファ
イル７とを備えている。
の時系列データで成るパターンを保存する履歴ファイル
３と、１周期先の流入流量を推定する流入流量推定部４
と、前記履歴ファイル３から対応する過去の流入量のパ
ターンを抽出するパターン抽出部５と、前記パターン抽
出部５から得られたパターンを基準とする座標系を作成
する座標変換部６と、前記流入流量推定部４から得られ
た１周期先の流入流量を前記座標変換部６において作成
された座標系に写像し、その値を保存するパターンファ
イル７とを備えている。
さらに、現在の天候の度合をファジィ推論するファジィ
推論部８と、前記ファジィ推論部８から出力を運用でき
る変数に変換する後処理手段９と、前記ファジィ推論部
８に入力すべき変数を作成する前処理手段10と、オペレ
ータの指示とプロセス状態量と前記後処理手段９からの
出力とから最終的にポンプ運転方針を判定する前向き推
論部11と、前記ファジィ推論手段８において参照される
ルールを蓄えておく第１知識ベース12と、前記前向き推
論部11において参照されるルールを蓄えておく第２知識
ベース13と、前記第１知識ベース12と前記第２知識ベー
ス13とに蓄えられているルールを修正するルールエディ
タ14とを備えている。
推論部８と、前記ファジィ推論部８から出力を運用でき
る変数に変換する後処理手段９と、前記ファジィ推論部
８に入力すべき変数を作成する前処理手段10と、オペレ
ータの指示とプロセス状態量と前記後処理手段９からの
出力とから最終的にポンプ運転方針を判定する前向き推
論部11と、前記ファジィ推論手段８において参照される
ルールを蓄えておく第１知識ベース12と、前記前向き推
論部11において参照されるルールを蓄えておく第２知識
ベース13と、前記第１知識ベース12と前記第２知識ベー
ス13とに蓄えられているルールを修正するルールエディ
タ14とを備えている。
加えて、ポンプ制御装置２とオペレータ15とのインタフ
ェースをとるマンマシンインタフェース16と、晴天用ポ
ンプ制御系と雨天用ポンプ制御系とを内蔵するポンプ運
転制御部17と、前記下水処理場プロセス１と前記ポンプ
制御装置２とのインタフェースをとるプロセスインタフ
ェース18と、CRT19とを備えている。ここでポンプ運転
制御部17に内蔵されている晴天用ポンプ制御系は負荷平
滑のためになるべくポンプ総吐出流量を一定とする（し
たがって、ポンプ井水位は変動する）制御を行い、他
方、雨天用ポンプ制御系は雨水で下水が薄まっているこ
とと浸水防除のためにポンプ井水位を一定とする（した
がって、ポンプ総吐出流量は変動する）制御を行うよう
に設定されている。しかも雨天時の雨水の流入流量はそ
の雨量の大小によって大きく変動するために、ポンプ運
転台数制御、速度制御は的確に、かつ速い応答性が求め
られる。
ェースをとるマンマシンインタフェース16と、晴天用ポ
ンプ制御系と雨天用ポンプ制御系とを内蔵するポンプ運
転制御部17と、前記下水処理場プロセス１と前記ポンプ
制御装置２とのインタフェースをとるプロセスインタフ
ェース18と、CRT19とを備えている。ここでポンプ運転
制御部17に内蔵されている晴天用ポンプ制御系は負荷平
滑のためになるべくポンプ総吐出流量を一定とする（し
たがって、ポンプ井水位は変動する）制御を行い、他
方、雨天用ポンプ制御系は雨水で下水が薄まっているこ
とと浸水防除のためにポンプ井水位を一定とする（した
がって、ポンプ総吐出流量は変動する）制御を行うよう
に設定されている。しかも雨天時の雨水の流入流量はそ
の雨量の大小によって大きく変動するために、ポンプ運
転台数制御、速度制御は的確に、かつ速い応答性が求め
られる。
下水処理場プロセス１には、雨量計20と、沈砂池21に対
する流入ゲート22と、流入ゲート22の水位を測るための
流入ゲート水位計23と、ポンプ井24の水位を測るための
ポンプ井水位計25と、このポンプ井24から下水を排出す
るためのポンプ26と、ポンプ流量計27とを備えている。
そして、雨量計20、流入ゲート水位計23、ポンプ井水位
計25及びポンプ流量計27からプロセス量がプロセスイン
タフェース18に送出され、プロセスインタフェース18側
からポンプ26に対して運転台数、速度目標値などのポン
プ制御指令が与えられるようになっている。
する流入ゲート22と、流入ゲート22の水位を測るための
流入ゲート水位計23と、ポンプ井24の水位を測るための
ポンプ井水位計25と、このポンプ井24から下水を排出す
るためのポンプ26と、ポンプ流量計27とを備えている。
そして、雨量計20、流入ゲート水位計23、ポンプ井水位
計25及びポンプ流量計27からプロセス量がプロセスイン
タフェース18に送出され、プロセスインタフェース18側
からポンプ26に対して運転台数、速度目標値などのポン
プ制御指令が与えられるようになっている。
上記構成のポンプ制御装置の動作について、次に説明す
る。
る。
履歴ファイル３には過去のポンプ井24に対する晴天日の
流入流量の１周期（たとえば、５分）ごとの変化データ
が曜日ごとに１日単位で保存され、パターン抽出部５は
前向き推論部11のパターン抽出指令により、この履歴フ
ァイル３から現在時点に対応する過去のパターンを抽出
する。この抽出されたパターンに対して座標変換部６に
おいて当該パターンを基準とした座標系を次式（１）に
より作成する。
流入流量の１周期（たとえば、５分）ごとの変化データ
が曜日ごとに１日単位で保存され、パターン抽出部５は
前向き推論部11のパターン抽出指令により、この履歴フ
ァイル３から現在時点に対応する過去のパターンを抽出
する。この抽出されたパターンに対して座標変換部６に
おいて当該パターンを基準とした座標系を次式（１）に
より作成する。
Ｑ（ｔ）＝q2（ｔ）−q1（ｔ）…（１） ここで ｔ ：時間 q1（ｔ）：過去のパターンの時系列データ q2（ｔ）：リアルタイムに求められた時系 ：列データ Ｑ（ｔ）：変換後の値 この（１）式に基づく変換後の座標系は、過去のパター
ンとの偏差を示すことになる。
ンとの偏差を示すことになる。
流入流量推定部４は１周期前までの所定期間のポンプ井
水位の変化とポンプ総吐出流量を入力し、現在の流入流
量を出力とする自己回帰モデルを、カルマンフィルタ理
論を応用した逐次最小２乗法によりオンラインで精度良
く推定し、得られた最新のモデルを用いて１周期先の流
入流量を予測するものであり、次のようにして１周期先
の流入流量推定値を算出する。
水位の変化とポンプ総吐出流量を入力し、現在の流入流
量を出力とする自己回帰モデルを、カルマンフィルタ理
論を応用した逐次最小２乗法によりオンラインで精度良
く推定し、得られた最新のモデルを用いて１周期先の流
入流量を予測するものであり、次のようにして１周期先
の流入流量推定値を算出する。
離散時間ｔにおいてホンプ井24への流入流量の時系列デ
ータq1（ｔ−ｉ・Δｔ）（ｉ＝1,2,…；Δｔは演算周
期）が予め入手済みであれば、これらのデータにより自
己回帰モデルが次式により得られる。
ータq1（ｔ−ｉ・Δｔ）（ｉ＝1,2,…；Δｔは演算周
期）が予め入手済みであれば、これらのデータにより自
己回帰モデルが次式により得られる。
ここでxi（ｉ＝1,2,…,m,）は最小２乗法によって決定
するパラメータ、q1（ｔ）は離散時刻ｔの流入流量観測
値である。また、説明変数の数ｍについては、例えばAI
C（赤池情報量基準）を用いて予め本対策に関するデー
タを用いて設定しておく。
するパラメータ、q1（ｔ）は離散時刻ｔの流入流量観測
値である。また、説明変数の数ｍについては、例えばAI
C（赤池情報量基準）を用いて予め本対策に関するデー
タを用いて設定しておく。
さて、上記（２）式のパラメータxiを状態量xi（ｔ）と
して取り扱し、観測には雑音が含まれていると解釈する
と、状態推移方程式は次の（３）式で得られ、また出力
観測方程式は次の（４）式で得られる。
して取り扱し、観測には雑音が含まれていると解釈する
と、状態推移方程式は次の（３）式で得られ、また出力
観測方程式は次の（４）式で得られる。
Ｘ（ｔ＋Δｔ）＝Ｘ（ｔ） …（３） q1（ｔ）＝HT（ｔ）・Ｘ（ｔ）＋Ｖ（ｔ） …（４） ここで、Ｘ（ｔ）は離散時刻ｔでの状態ベクトルであっ
て、 Ｘ（ｔ）＝（x1（ｔ），x2（ｔ）… …xm（ｔ））T また、Ｈ（ｔ）は離散時刻ｔで既知なるベクトルであっ
て、 Ｈ（ｔ）＝（q1（ｔ）,q1（ｔ−Δｔ）,q1（ｔ−２・Δ
ｔ），…,q1（ｔ−（ｍ−１）・Δｔ））Ｔ さらに、Ｖ（ｔ）はスカラーで、正規白色雑音として平
均「０」、分散σ2の正規分布に従う。
て、 Ｘ（ｔ）＝（x1（ｔ），x2（ｔ）… …xm（ｔ））T また、Ｈ（ｔ）は離散時刻ｔで既知なるベクトルであっ
て、 Ｈ（ｔ）＝（q1（ｔ）,q1（ｔ−Δｔ）,q1（ｔ−２・Δ
ｔ），…,q1（ｔ−（ｍ−１）・Δｔ））Ｔ さらに、Ｖ（ｔ）はスカラーで、正規白色雑音として平
均「０」、分散σ2の正規分布に従う。
上記（３）式及び（４）式で表わされるシステムに対し
てKalmanのフィルター理論が適用でき、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。
てKalmanのフィルター理論が適用でき、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。
Ｘ′ ＝Ｘ′（ｔ−Δｔ）＋Ｇ（ｔ）×｛q1（ｔ）−HT（ｔ）
Ｘ′（ｔ−Δｔ）｝ …（５） Ｇ（ｔ） ＝Ｐ（ｔ−Δｔ）Ｈ（ｔ）×｛１＋HT（ｔ）Ｐ（ｔ−Δ
ｔ）Ｈ（ｔ）｝-1 …（６） Ｐ（ｔ）＝｛Ｉ−Ｇ（ｔ）HT（ｔ）｝×Ｐ（ｔ−Δｔ）
…（７） ここに、Ｘ′（ｔ）はＸ（ｔ）の推定値、Ｇ（ｔ）はKa
lman利得ベクトル、Ｐ（ｔ）は推定誤差の共分散を前記
雑音の分数σ2で割った行列、Ｉは単位行列であり１周
期Δｔ先の観測値q1（ｔ＋Δｔ）の推定値q2（ｔ＋Δ
ｔ）は q2（ｔ＋Δｔ）＝HT（ｔ＋Δｔ）Ｘ′（ｔ＋Δｔ） …
（８） となる。また、時刻ｔにおける流入流量q2（ｔ）は次式
（９）により求める。
Ｘ′（ｔ−Δｔ）｝ …（５） Ｇ（ｔ） ＝Ｐ（ｔ−Δｔ）Ｈ（ｔ）×｛１＋HT（ｔ）Ｐ（ｔ−Δ
ｔ）Ｈ（ｔ）｝-1 …（６） Ｐ（ｔ）＝｛Ｉ−Ｇ（ｔ）HT（ｔ）｝×Ｐ（ｔ−Δｔ）
…（７） ここに、Ｘ′（ｔ）はＸ（ｔ）の推定値、Ｇ（ｔ）はKa
lman利得ベクトル、Ｐ（ｔ）は推定誤差の共分散を前記
雑音の分数σ2で割った行列、Ｉは単位行列であり１周
期Δｔ先の観測値q1（ｔ＋Δｔ）の推定値q2（ｔ＋Δ
ｔ）は q2（ｔ＋Δｔ）＝HT（ｔ＋Δｔ）Ｘ′（ｔ＋Δｔ） …
（８） となる。また、時刻ｔにおける流入流量q2（ｔ）は次式
（９）により求める。
ここで、 q2（ｔ）：流入流量 LS（ｔ）：ポンプ井水位 qSt：ポンプ総吐出流量 f:ポンプ井水位→貯容量変換関数 Δt:演算周期 従って、ある時刻ｔの１周期Δｔ先の偏差Ｑ（ｔ＋Δ
ｔ）及び偏差の変化率DQ（ｔ＋Δｔ）は、次の式（1
0），式（11）により求められる。
ｔ）及び偏差の変化率DQ（ｔ＋Δｔ）は、次の式（1
0），式（11）により求められる。
Ｑ（ｔ＋Δｔ）＝q2（ｔ＋Δｔ）−q1（ｔ＋Δｔ） …
（10） パターンファイル７は、上記の式（10），式（11）によ
り得られた時系列データを保存する。
（10） パターンファイル７は、上記の式（10），式（11）によ
り得られた時系列データを保存する。
前向き推論部11は、前記パターンファイル７から偏差Ｑ
（ｔ＋Δｔ）、偏差の変化率DQ（ｔ＋Δｔ）に関して意
味のある信号を抽出する。ここで、意味のあるとは、外
乱などにより信号がいちじるしく乱れていないことを指
す。そして、意味のあるかないかの判断は推論による
が、このことは後述する。
（ｔ＋Δｔ）、偏差の変化率DQ（ｔ＋Δｔ）に関して意
味のある信号を抽出する。ここで、意味のあるとは、外
乱などにより信号がいちじるしく乱れていないことを指
す。そして、意味のあるかないかの判断は推論による
が、このことは後述する。
前処理手段10において、前記パターンファイル７から得
られた１周期先の偏差Ｑ（ｔ＋Δｔ）、偏差の変化率DQ
（ｔ＋Δｔ）から次の式（12），式（13）によりファジ
ィ入力変数FQ（ｔ＋Δｔ）,FDQ（ｔ＋Δｔ）を作成す
る。
られた１周期先の偏差Ｑ（ｔ＋Δｔ）、偏差の変化率DQ
（ｔ＋Δｔ）から次の式（12），式（13）によりファジ
ィ入力変数FQ（ｔ＋Δｔ）,FDQ（ｔ＋Δｔ）を作成す
る。
ここで、 FQ（ｔ＋Δｔ）：偏差に関するファジィ入力変数 FDQ（ｔ＋Δｔ）：偏差の変化率に関するファジィ入力
変数 a,b:規格化係数 ファジィ推論部８においては、前処理手段10で作成され
たファジィ入力変数から、第１知識ベース12に蓄えられ
たルールに基づいて天候の度合をファジィ推論する。
尚、前処理手段10で作成されたファジィ入力変数FQ（ｔ
＋Δｔ）,FDQ（ｔ＋Δｔ）はファジィ集合の要素であ
り、そのメンバシップ関数を と表わすことにする。この式（14）で表わされるメンバ
シップ関数を第２図に示す。
変数 a,b:規格化係数 ファジィ推論部８においては、前処理手段10で作成され
たファジィ入力変数から、第１知識ベース12に蓄えられ
たルールに基づいて天候の度合をファジィ推論する。
尚、前処理手段10で作成されたファジィ入力変数FQ（ｔ
＋Δｔ）,FDQ（ｔ＋Δｔ）はファジィ集合の要素であ
り、そのメンバシップ関数を と表わすことにする。この式（14）で表わされるメンバ
シップ関数を第２図に示す。
第２図において、μFQ,μFDQは、FQ（ｔ＋Δｔ）,FDQ
（ｔ＋Δｔ）がそれぞれのメンバシップ関数により与え
られる各ファジィ集合への帰属度を示している。
（ｔ＋Δｔ）がそれぞれのメンバシップ関数により与え
られる各ファジィ集合への帰属度を示している。
同様にファジィ推論値もファジィ集合の要素としてみら
れ、そのメンバシップ関数を、 と表わすことにする。この式（15）で表わされるメンバ
シップ関数を第３図に示す。第３図においてFWD（ｔ＋
Δｔ）は１周期先の天候の度合を示すファジィ推論値で
あり、μFWDはそれぞれのメンバシップ関数により与え
られる各ファジィ集合への帰属度を示している。
れ、そのメンバシップ関数を、 と表わすことにする。この式（15）で表わされるメンバ
シップ関数を第３図に示す。第３図においてFWD（ｔ＋
Δｔ）は１周期先の天候の度合を示すファジィ推論値で
あり、μFWDはそれぞれのメンバシップ関数により与え
られる各ファジィ集合への帰属度を示している。
第１知識ベース12にはif/then形式のルールが内蔵され
ている。具体的に示すと、次のようになる。
ている。具体的に示すと、次のようになる。
if:FQ（ｔ＋Δｔ）がＺである。かつ、FDQ（ｔ＋Δｔ）
がＺである。
がＺである。
then:1周期先の天候はFW（晴天）である。
if:FQ（ｔ＋Δｔ）がPBである。かつ、FDQ（ｔ＋Δｔ）
がPBである。
がPBである。
then:1周期先の天候はHW（強雨）である。
・ ・ ・ 第４図に第１知識ベース12に蓄えられているルールの一
例をルールテーブルとして示す。なお、第４図のルール
テーブルは、晴天時から雨天時モードを判定する場合の
ものであり、雨天時から晴天時モードを判定する場合に
関しては後述する。
例をルールテーブルとして示す。なお、第４図のルール
テーブルは、晴天時から雨天時モードを判定する場合の
ものであり、雨天時から晴天時モードを判定する場合に
関しては後述する。
ファジィ推論部８におけるファジィ推論の方法は、ルー
ルの条件部のメンバシップ関数、結論部のメンバシップ
関数及びファジィ入力変数から、前記第１知識ベース12
に蓄えられたルールに基づいてファジィ演算を行い、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る。
ルの条件部のメンバシップ関数、結論部のメンバシップ
関数及びファジィ入力変数から、前記第１知識ベース12
に蓄えられたルールに基づいてファジィ演算を行い、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る。
具体的には、各ルール毎に入力値に対して、条件部メン
バシップ関数の最小値を重み係数とし結論部のメンバシ
ップ関数の最大値を先の重み係数の値としたファジィ集
合を作成し、これをすべてのルールに関して繰り返えし
行ない、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式（16）によ
り演算し、この値をファジィ推論値とする。
バシップ関数の最小値を重み係数とし結論部のメンバシ
ップ関数の最大値を先の重み係数の値としたファジィ集
合を作成し、これをすべてのルールに関して繰り返えし
行ない、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式（16）によ
り演算し、この値をファジィ推論値とする。
ここで、 FDW1：出力変数 FDW2：ファジィ推論値 B*：出力合成関数 本実施例ではファジィ推論値を−１から＋１までに規格
化したが、一般に規格化の値は任意に取れるため、後処
理手段９において、規格化された値を表現しやすい値に
変換する。そして、本実施例は、ファジィ推論値を特に
変換しなかつた場合である。
化したが、一般に規格化の値は任意に取れるため、後処
理手段９において、規格化された値を表現しやすい値に
変換する。そして、本実施例は、ファジィ推論値を特に
変換しなかつた場合である。
前向き推論部11では、第２知識ベース13に蓄えられたル
ールに基づいて、ファジィ推論部８で得られたファジィ
推論値とプロセス状態量とオペレータの判定知識とか
ら、前向き推論によってポンプ運転制御部17に内蔵され
ている晴天用ポンプ制御系と雨天用ポンプ制御系とのど
ちらを起動すべきか判定する。
ールに基づいて、ファジィ推論部８で得られたファジィ
推論値とプロセス状態量とオペレータの判定知識とか
ら、前向き推論によってポンプ運転制御部17に内蔵され
ている晴天用ポンプ制御系と雨天用ポンプ制御系とのど
ちらを起動すべきか判定する。
尚、この前向き推論のために第２知識ベース13に蓄えら
れているるルールはif/then形式で書かれている。
れているるルールはif/then形式で書かれている。
具体的にはファジィ推論値がファジィ集合「晴天」，
「雨天」，あるいは「強雨」にそれぞれ属する割合が高
ければ、晴天モード／雨天モードを判定するにはたいし
て条件はいらないが、ファジィ推論値がファジィ集合
「変遷」に属する割合が高ければ、雨天モード／晴天モ
ードを判定するには他の条件を必要とする。そこで、本
実施例では、雨量計20と流入ゲート水位計23からの信号
を条件に取り入れ、最終的に晴天モードの判定を推論す
るようにしている。
「雨天」，あるいは「強雨」にそれぞれ属する割合が高
ければ、晴天モード／雨天モードを判定するにはたいし
て条件はいらないが、ファジィ推論値がファジィ集合
「変遷」に属する割合が高ければ、雨天モード／晴天モ
ードを判定するには他の条件を必要とする。そこで、本
実施例では、雨量計20と流入ゲート水位計23からの信号
を条件に取り入れ、最終的に晴天モードの判定を推論す
るようにしている。
さらにファジィ推論値がファジィ集合「乾燥」に属する
割合が高ければ、流入流量のパターン変更をオペレータ
に要求する。
割合が高ければ、流入流量のパターン変更をオペレータ
に要求する。
またさらに、雨天モードでポンプを運転しているとき
に、晴天モードを判定するのにも同様に推論することが
でき、この場合にファジィ推論部８が参照する第１知識
ベース12のルールテーブルの一例を第５図に示す。
に、晴天モードを判定するのにも同様に推論することが
でき、この場合にファジィ推論部８が参照する第１知識
ベース12のルールテーブルの一例を第５図に示す。
尚ここで、晴天モードで運転しているときに雨天モード
を判定する場合、ファジィ集合「変遷」の具体的な意味
が「雨が降り始めている」となるのに対し、雨天モード
で運転しているときに晴天モードを判定する場合、同じ
ファジィ集合「変遷」の意味は「雨が止んできた」とな
る。
を判定する場合、ファジィ集合「変遷」の具体的な意味
が「雨が降り始めている」となるのに対し、雨天モード
で運転しているときに晴天モードを判定する場合、同じ
ファジィ集合「変遷」の意味は「雨が止んできた」とな
る。
前向き推論部11において参照され、第２知識ベース13に
蓄えられているルールの一例を示すと、次のようにな
る。
蓄えられているルールの一例を示すと、次のようにな
る。
if:現在は晴天モードである。かつ、ファジィ推論値が
−0.5以上−0.3以下である。
−0.5以上−0.3以下である。
then:晴天モードにせよ。
if:現在は晴天モードである。かつ、ファジィ推論値が
０以上0.3以下である。かつ、流入ゲート水位計の信号
が基準値よりも高いか、あるいは雨量計の信号が基準値
よりも高い。かつ、オペレータの指示が自動である。
０以上0.3以下である。かつ、流入ゲート水位計の信号
が基準値よりも高いか、あるいは雨量計の信号が基準値
よりも高い。かつ、オペレータの指示が自動である。
then:雨天モードにせよ。
・ ・ ・ 尚、本発明はポンプ運転制御に限るものではなく、エア
レーションタンクのDO制御にもその制御系に晴天用／雨
天用を内蔵させることにより、本発明を適用でき、より
木目細かいDO制御系を構築できる。
レーションタンクのDO制御にもその制御系に晴天用／雨
天用を内蔵させることにより、本発明を適用でき、より
木目細かいDO制御系を構築できる。
［発明の効果］ 本発明によれば、自然現象である天候をファジィ推論に
よりそのあいまい性を評価して判定するため、晴天／雨
天にかかわらずポンプ台指数が激しく変動して各ポンプ
を頻繁に入り切りすることがなくてポンプ寿命を延ばす
ことができると共に、２次処理系の負荷を軽減するため
の木目細かいポンプ制御が実現できる。
よりそのあいまい性を評価して判定するため、晴天／雨
天にかかわらずポンプ台指数が激しく変動して各ポンプ
を頻繁に入り切りすることがなくてポンプ寿命を延ばす
ことができると共に、２次処理系の負荷を軽減するため
の木目細かいポンプ制御が実現できる。
さらにファジィ推論及び前向き推論において参照される
ルールは容易に修正できるため、種々の形態のプロセス
に柔軟に対応することができる。
ルールは容易に修正できるため、種々の形態のプロセス
に柔軟に対応することができる。
第１図は本発明の一実施例のシステム構成図、第２図は
ポンプ井への流入流量の変化特性に関するファジィ集合
のメンバシップ関数の一例を示す説明図、第３図は天候
のファジィ推論値に関するファジィ集合のメンバシップ
関数の一例を示す説明図、第４図はポンプ運転が晴天時
モードにあるときに雨天時モードを判定するルールの一
例を示す説明図、第５図はポンプ運転が雨天時モードに
あるときに晴天時モードを判定するルールの一例を示す
説明図である。 １……下水処理プロセス、２……ポンプ制御装置 ３……履歴ファイル、４……流入流量推定部 ５……パターン抽出部、６……座標変換部 ７……パターンファイル、８……ファジィ推論部 ９……後処理手段、10……前処理手段 11……前向き推論部、12……第１知識ベース 13……第２知識ベース、14……ルールエディタ 16……マンマシンインタフェース 17……ポンプ運転制御部 18……プロセスインタフェース
ポンプ井への流入流量の変化特性に関するファジィ集合
のメンバシップ関数の一例を示す説明図、第３図は天候
のファジィ推論値に関するファジィ集合のメンバシップ
関数の一例を示す説明図、第４図はポンプ運転が晴天時
モードにあるときに雨天時モードを判定するルールの一
例を示す説明図、第５図はポンプ運転が雨天時モードに
あるときに晴天時モードを判定するルールの一例を示す
説明図である。 １……下水処理プロセス、２……ポンプ制御装置 ３……履歴ファイル、４……流入流量推定部 ５……パターン抽出部、６……座標変換部 ７……パターンファイル、８……ファジィ推論部 ９……後処理手段、10……前処理手段 11……前向き推論部、12……第１知識ベース 13……第２知識ベース、14……ルールエディタ 16……マンマシンインタフェース 17……ポンプ運転制御部 18……プロセスインタフェース
Claims (2)
- 【請求項１】ポンプ吐出側流量計とポンプ井水位計と、 これらの出力信号により所定の時間先のポンプ井流入流
量を推定する流入流量推定手段と、 この流入流量推定手段から推定する流入流量推定値を既
に得られている流入流量の過去の該当する晴天時または
雨天時の流入流量パターンと比較することにより、現在
の天候に関して晴天／雨天の度合いをファジィ推論する
ファジィ推論手段と、 前記ファジィ推論手段によって得られたファジィ推論に
よる天候の度合いに基づいて、予め設置されている晴天
時用ポンプ制御系と雨天時用ポンプ制御系の２つの制御
系のどちらを使用するかを知識ベースに基づいて前向き
推論する前向き推論手段とを備えて成るポンプ制御装
置。 - 【請求項２】過去の晴天時／雨天時それぞれの典型的な
流入流量パターンの時系列データを保存する履歴ファイ
ルと、 所定のパターンを前記履歴ファイルから抽出するパター
ン抽出部と、 現在の流入流量に基づいて１周期先の流入流量を推定す
る流入流量推定部と、 前記流入流量推定部から得られる１周期先の流入流量の
時系列データを前記パターン抽出部から得られた所定の
パターンの時系列データと比較し、その時系列データの
各系列点毎の偏差データを算出して新しい座標成分とす
る座標変換部と、 前記座標変換部で得られた新しい座標成分を時系列パタ
ーンとして記憶するパターンファイルと、 前記パターンファイルから必要な値を抽出してファジィ
入力変数を算出する前処理手段と、 前記前処理手段が算出するファジィ入力変数に基づき、
晴天／雨天の度合いを推論するファジィ推論部と、 前記ファジィ推論部の推論結果に基づいて、晴天用ポン
プ制御モード／雨天用ポンプ制御モードを判定する前向
き推論部と、 前記ファジィ推論部で参照して晴天／雨天のファジィ推
論を行うためのファジィ推論ルールが蓄えられている第
１知識ベースと、 前記前向き推論部で参照してポンプ運転制御モードを決
定するためのエキスパートルールが蓄えられている第２
知識ベースと、 前記前向き推論部で推論された指令に基づきポンプ運転
の制御を行う晴天用ポンプ制御系と雨天用ポンプ制御系
との２つの制御系を内蔵したポンプ運転制御部とを備え
て成るポンプ制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63327898A JPH07117046B2 (ja) | 1988-12-27 | 1988-12-27 | ポンプ制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63327898A JPH07117046B2 (ja) | 1988-12-27 | 1988-12-27 | ポンプ制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02173371A JPH02173371A (ja) | 1990-07-04 |
| JPH07117046B2 true JPH07117046B2 (ja) | 1995-12-18 |
Family
ID=18204226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63327898A Expired - Lifetime JPH07117046B2 (ja) | 1988-12-27 | 1988-12-27 | ポンプ制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07117046B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4592221B2 (ja) * | 2001-06-28 | 2010-12-01 | 株式会社東芝 | ポンプ台数制御装置 |
| EP2039939B2 (de) * | 2007-09-20 | 2020-11-18 | Grundfos Management A/S | Verfahren zur Überwachung einer Energieumwandlungseinrichtung |
| JP7062511B2 (ja) * | 2018-05-15 | 2022-05-06 | 株式会社日立製作所 | 監視制御システム及びポンプ運転制御方法 |
-
1988
- 1988-12-27 JP JP63327898A patent/JPH07117046B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02173371A (ja) | 1990-07-04 |
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Legal Events
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