JPS5919371B2

JPS5919371B2 - 池水位の計算機による制御方法

Info

Publication number: JPS5919371B2
Application number: JP10807578A
Authority: JP
Inventors: 茂夫近藤
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1978-09-05
Filing date: 1978-09-05
Publication date: 1984-05-04
Also published as: JPS5534760A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は貯水池の流入水量を計算機を用いて調節するこ
とにより貯水池の池水位を一定水位幅内に制御する池水
位の計算機による制御方法に関するものである。

はじめに貯水池の池水位を一定水位幅内に制御する方法
について第１図に示す池水位制御システムのブロック図
を用いて説明する。

第１図において、流出水量Ｑ。

ｕｒを有する貯水池１の池水位Ｌは池水位検知器２、Ａ
／Ｄ変換器３からなる変換器４によつて検知・変換され
て池水位ディジタル信号ＬＤとして制御装置５に印加さ
れる。制御装置５は、あらかじめ設定された池水位目標
値Ｒと池水位ディジタル信号ＬＤとにもとずき速度形比
例・積分演算処理を行ない、この演算結果として得られ
た弁開度変分出力△φは制御出力として積分性操作機器
６に出力される。積分性操作機器６は制御回路７、可逆
電動機８および流入管路９の途中に設置され可逆電動機
８に連結された電動弁１０とからなり、積分性操作機器
６に入力された弁開度変分出力Δφは、制御回路７を経
由して可逆電動機８に印加される。可逆電動機８は弁開
度変分出力Δφにもとずき電動弁１０の弁開度φを制御
して流入管路９を流れる流入水量Ｑ。Ｎを調節すること
によつて貯水池１の池水位Ｌを制御する方法が用いられ
ている。次に第１図に示す池水位制御システムに従来の
制御方法を用いた場合について第２図を用いて説明する
。

第２図は従来の制御方法を適用する池水位制御システム
の制御プロツク図を示すが、制御装置５−１において次
に示す関係を用いて速度形比例・積分演算処理がなされ
る。

ただし従来は前述した演算処理を行なう制御装置５−１を用い
て次のような方法で制御がなされている。

貯水池１の池水位Ｌは変換機器４により池水位ディジタ
ル信号Ｌ。に変換され、サンプラ２０により一定周期ご
とにサンプリングされ今回サンプリングされた池水位デ
イジタル信号ＬＤＮとして制御装置５−１に印加される
。制御装置５−１はあらかじめ設定された池水位目標値
Ｒと今回サンプリングされた池水位デイジタル信号Ｌ。
ｎと前回サンプリングされた池水位ディジタル信号Ｌ。
ｎ−１とにもとずき式（１）、式（２）および（３）に
示す速度形比例・積分演算処理を行ない、演算結果は今
回の弁開度変分出面Δφｎとして積分性操作機器６に出
力される。積分性操作機器６は今回兼弁開度変分出力Δ
φｎにもとづき貯水池１への流入水量ＱＩＮを調節する
。以下同様の操作が繰り返され池水位Ｌを池水値目標値
Ｒに近づけるよう制御がなされる。ここで制御装置５−
１について詳細に説明する。

制御装置５−１に印加された今回サンプリングされた池
水位デイジタル信号Ｌ。？池水位目標値Ｒは、入力部１
１に印加されて式（１）に示す今回サンプリング時の池
水位偏差１ｎを出力する。記憶部１２は入力部１１に接
続され前回サンプリング時の池水位偏差１ｎ−１を次回
のサンプリング時まで記憶する。

Ｐ演算部１３は入力部１１の出力と記憶部１２の出力を
もとに式（３）の右辺第１項の比例項を算出し、Ｉ演算
部１４は入力部１１の出力にもとずき式（３）の右辺第
２項の積分項を算出する。出力部１５はＰ演算部１３の
出力である比例項とＩ演算部１４の出力である積分項を
もとに式（３）に示す今回の弁開度変分出力Δφｎを算
出する。制御装置５−１の演算結果として得られた今回
の弁開度変分出力Δφｎは制御出力として積分性操作機
器６に印加される。なお制御装置５−１は通常は計算機
により構成され、式（１）、式（２）および式（３）に
示す速度形比例・積分演算処理は計算機内で行なわれる
。以上説明した従来の制御方法において比例項Ｋｐ（１
ｎ−１ｎ−１）は池水位Ｌが池水位目標値Ｒから離れる
時、その池水位の変化率（１ｎ−１ｎ−１）に比例した
弁開度変分出力Ｋｐ（１ｎ−２ｎ−１）を出力し貯水池
１への流入水量Ｑ。

Ｎと流出水量ＱＯＵＴとを一致させる様に制御し、貯水
池１の池水位Ｌを一定の値にとどめようとする働きをす
る。一方積分項ＫＩｈ鱈池水位Ｌが一定の値にとどまる
状態すなわちオフセツト状態にあるとき、今回サンプリ
ング時の池水位偏差１１ｎに比例した弁開度変分出力Ｋ
Ｉｌｌｎを出力し、池水位Ｌを池水位目標値Ｒへ戻そう
とする働きをする。一般に第１図に示す貯水池の池水位
制御システムのごときプロセスの水処理設備においては
、池水位Ｌを池水位目標値Ｒへ迅速に追随させることよ
りもむしろ電動弁１０の開閉頻度の減少および流入水量
ＱｌＮの変動の最小化等を実現する安定的な制御方法が
要求されている。

しかし前述した従来の制御方法では、たしかに池水位Ｌ
を迅速に池水位目標値Ｒに近づける様な制御が可能であ
るが反面電動弁１０は頻繁に開閉の動作を行ない、また
それに伴なつて貯水池１への流入水量ＱｌＮも変動が多
いという欠点があつた。本発明は従米の制御方法におけ
る前述した欠点を除去するためになされたもので、池水
位の状態を区分し、池水位の状態区分に応じて弁開度変
分出力を算出する方法を選択して制御することにより電
動弁の開閉動作の削減と流入水量の変動の最小化を図り
、池水位制御システム全体の効率的かつ安定的な運用を
可能にする池水位の計算機による制御方法を提供するこ
とを目的とする。

以下本発明の詳細を図面を用いて説明する。

第３図は本発明の制御方法を適用する池水位制御システ
ムの制御プロツク図を示すが、図中第１図、第２図と同
一記号は同一物を示す。第３図において、制御装置５−
２はあらかじめ設定された池水位目標値Ｒと今回サンプ
リングされた池水位デイジタル信号Ｌ。ｎと前回サンプ
リングされた池水位デイジタル信号Ｌ。ｎ−１にもとづ
き、以下に説明する速度形比例・積分演算処理を行ない
、演算結果は今回の弁開度変分出力△φｎとして積分性
操作機器６に出力される。以下前述した従来の制御方法
と同様の方法で貯水池１の池水位Ｌを制体御する。なお
制御装置５−２は計算機によつて構成されておリ、今回
の弁開度変分出力Δφｎを得るための演算処理は計算機
のソフトウエアにより処理される。ここで、制御装置５
−２で処理される速度形比例・積分形演算処理の方法に
ついて説明する。

制御装置５−２は、今回サンプリングされた池水位デイ
ジタル信号ＬＤＯと池水位目標値Ｒをもとに式（１）に
より今回サンプリング時の池水位偏差１ｎを算出する。
次に今回サンプリング時の池水位偏差１ｎと前回サンプ
リング時の池水位偏差１１ｎ−１にもとづき比例項Ｋｐ
（１ｎ−１ｎ−１）および積分項ＫＩｌｎを算出する。
次いで池水位の状態を今回サンプリング時の池水位偏差
１ｎと前回サンプリング時の池水位偏差１ｎ−１にもと
づき表に示す３つの池水位の状態区分に分け、３つの状
態区分に応じて表に示す方法で今回の弁開度変分出力△
φｎを算出し演算結果を制御出力として積分性操作機器
６に出力する。ここで表に示す制御方法の意味を説明す
る。

表において、状態区分１は条件Ａと条件Ｆとからなり、
状態区分２は条件Ｂと条件Ｅとからなり、状態区分３は
条件Ｃと条件Ｄとから構成されている。池水位の状態が
状態区分１または状態区分２のときすなわち池水位Ｌが
池水位目標値Ｒから離れる方向に変化しているときは、
池水位の変化率（１ｎ−１ｎ−１）に比例する項すなわ
ち貯水池１の流出水量ＱＯＵＴと流入水量Ｑ。Ｎとの差
に比例した比例項Ｋｐ（１ｎ−１ｎ−１）を生かして今
回の弁開度変分出力Δφｎを決定する。これは電動弁８
の開度と流量との関係はほぼ線型と考えられるため貯水
池１の流量収支を一致させる方向で貯水池１の流入水量
ＱｌＮを制御していることになる。更に池水位Ｌの定常
状態が池水位目標値Ｒから大きくはずれて一定水位幅を
越えた場合、またはこの状態でしかも池水位Ｌが池水位
目標値Ｒから離れていく状態を示す状態区分１のときに
は積分項ＫＩｌｌｎを付加して弁開度変分出力Δφｎを
決定する。これは池水位Ｌを池水位目標値Ｒへ戻す方向
で貯水池１の流入水量Ｑ。Ｎを制御していることになる
。以上をまとめると今回の弁開度変分出力Δφｎとして
状態区分１のときには比例項Ｋｐ（２ｎ−１ｎ−１）と
積分項ＫＩｌｎとを加えたものを出力し、状態区分２の
ときには比例項Ｋｐ（１ｎ−１ｎ−１）を出力し、状態
区分３のときには０を出力する。また、表には表わさな
かつたが、池水位が上限値以上または下限値以下であつ
ても、水位が池水位目標値Ｒに近づく方向に変化してい
る場合は、現状のままでも上限値以下または下限値以上
になる可能性が強いため、弁開度変分Δφｎは０とする
。

次に制御装置５−２について詳細に説明する。

制御装置５−２は入力部１１、記憶部１２、Ｐ演算部１
３、Ｉ演算部１４と、制御部１６とから構成されている
。制御部１６は入力部１１の出力である今回サンプリン
グ時の池水位偏差２ｎと記憶部１２の出力である前回サ
ンプリング時の池水位偏差２ｎ−１にもとずき池水位Ｌ
の状態を表に示す１，２および３の状態区分に区分する
。次に３つの状態区分に応じてＰ演算部１３の出力であ
る比例項とＩ演算部の出力である積分項にもとづき表に
示す演算を行ない結果を今回の弁開度変分出力Δφｎと
して制御装置５−２から出力する。

次に本発明による制御方法の作用について具体的に説明
する。

第１図において貯水池１の池水位Ｌは池水位検知器２、
Ａ／Ｄ変換器３からなる変換器４によつて検知・変換さ
れて池水位デイジタル信号Ｌ。が得られる。次に第３図
において池水位デイジタル信号Ｌ。はサンプラ２０によ
り一定周期ごとにサンプリングされて制御装置５−２に
印加されるが、制御装置５−２において表に示す通り池
水位の状態によつて区分された速度形比例積分演算処理
がなされ演算結果は今回の弁開度変分出力△φｎとして
積分性操作器６に出力される。今回の弁開度変分出力Δ
φｎは積分性操作器６内の制御回路７に印加されるが、
制御回路７では今回の弁開度変分出力Δφｎの値の正負
によつて電動弁１０を駆動する可逆電動機８の正転・逆
転の方向がそして今回の弁開度変分出力Δφｎの絶対値
１△φｎｌによつて可逆電動機８の正逆回転時間幅が決
定される。その結果電動弁１０の開または閉指令である
１ΔφＮＩに比例したパルス幅のモーメンタリ出力が制
御回路７から可逆電動機８に加えられたことにより、可
逆電動機８に連結された電動弁１０の弁開度φが操作さ
れる。そして電動弁１０の弁開度φの操作によジ流入水
量Ｑ。Ｎが調節される。以下同様の制御が繰り返されて
、貯水池１の池水位Ｌが＝定水位幅内に保たれるように
制御される。次に本発明の制御方法による作用の一例を
第４図を用いて説明する。

第４図において横軸は時刻ｔを表わし、ＴＯ，ｔｌ，・
・・・・・Ｔｌ５は各サンプリング時の時刻を表わす。
縦軸は上から弁開度φ、弁開度変分出力Δφ、および池
水位Ｌを示す。時刻Ｔ。において池水位Ｌが池水位目標
値Ｒ′（′あつたとする。ところが外乱である流出水量
ＱＯＵＴが増加すると池水位Ｌは下降を始める。時刻ｔ
１において池水位の状態は表における状態区分２（条件
Ｅ）の状態に相当し、弁開度変分出力Δφとして比例項
Ｋｐ（１ｎ−１ｎ−１）が出力され、電動弁１０の弁開
度φは比例項Ｋｐ（１ｎ−１ｎ−１）に相当する分だけ
開き流入水量Ｑ。ＯＴの増加分を補なうべく流入水量Ｑ
ｌＮを増加させる。この結果池水位Ｌｌｆｉ．ｔ２〜Ｔ
７の期間定常状態を保つ。この間電動弁１０は変動せず
、また流入水量Ｑ。Ｎの変動もない。時刻Ｔ８，ｔ，に
おいて流入水量ＱＯＵＴがさらに増加し、池水位Ｌが下
降したとき表の状態区分２（条件Ｅ）の条件で制御を行
なうが、その結果時刻ＴｌＯにおいて池水位Ｌが池水位
下限値（Ｒ−△Ｒ）以下になつたすなわち表の状態区分
１（条件Ｆ）になつたものとする。このとき弁開度変分
出力△φに積分項Ｋが付加されるため池水位Ｌのオフセ
ツト（定常偏差）は修正され、池水位Ｌは一定水位幅内
（Ｒ土ΔＲ内）に引戻す方向で制御される。その結果時
刻Ｔｌｌ〜Ｔｌ，では池水位の状態が池水位目標値Ｒ以
下でかつ上昇中すなわち表の状態区分３（条件Ｄ）の状
態であるから、池水位Ｌｌ）咄然に池水位目標値Ｒに向
かつていることを利用して弁開度変分出力Δφを０とし
、電動弁１０の弁開度φおよび流入水量ＱＯＮを変化さ
せない。以上説明したように第４図の場合Ｔ，〜Ｔｌ，
にわたる１５回のサンプリング時において、弁開度変分
出力Δφが出力されるのは４回のみであり、従つて電動
弁１０の開閉動作および流入水量ＱｌＮの変動も４回の
みである。以上第４図にもとずいて池水位Ｌが池水位目
標値Ｒ以下で変動する場合について説明したが、池水位
Ｌが池水位目標値Ｒ以上で変動する場合についても同様
な方法で制御することが可能である。以上説明したよう
に本発明は池水位の状態を区分し、池水位の状態区分に
応じて弁開度変分出力を算出する方法を選択して制御す
ることにより、電動弁の開閉動作の削減と流入水量の変
動の最小化を図ることができ、電動弁の機械的電気的な
効率を向上することが可能となり、ひいては池水位制御
システム全体の効率的かつ安定的な運用を可能にする等
の効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は貯水池の池水位制御システムのプロツク図、第
２図は従来の制御方法を適用する池水位制御システムの
制御プロツク図、第３図は本発明の制御方法を適用する
池水位制御システムの制御プロツク図、第４図は本発明
の作用の一例を示すタイムチヤートである。１・・・貯水池、５，５−１，５−２・・・制御装置、
６・・・積分性操作機器、８・・・可逆電動機、１０・
・・電動弁、１１・・・入力部、１２・・・記憶部、１
３・・・Ｐ演算部、１４・・・Ｉ演算部、１５・・・出
力部、１６・・・制御部、２０・・・サンプラ、Ｌ・・
・池水位、！・・・池水位デイジタル信号、ＬＤＮ・・
・今回サンプリングされた池水位デイジタル信号、Ｒ・
・・池水位目標値、Ｒ＋ΔＲ・・・池水位上限値、Ｒ−
△Ｒ・・・池水位下限値、φ・・・弁開度、△φ・・・
弁開度変分出力、Δφｎ・・・今回の弁開度変分出力、
ＱＯＯＴ・・・洲出水量、ＱＩＮ・・・流入水量。

Claims

【特許請求の範囲】１貯水池の池水位をサンプリングして池水位ディジタ
ル信号に変換し、前記池水位ディジタル信号に速度形比
例・積分演算処理を施こした後、演算結果を制御出力と
して積分性操作機器に与え、前記貯水池の池水位を制御
する池水位の計算機による制御方法において、（イ）今
回サンプリングされた池水位ディジタル信号と前回サン
プリングされた池水位ディジタル信号と池水位目標値と
にもとずき比例項を算出し、（ロ）今回サンプリングさ
れた池水位ディジタル信号と池水位目標値との差にもと
ずき積分項を算出し、（ハ）前記池水位の状態を状態区分１・・・前記池水位が池水位上限値以上で前記
池水位が一定水位か上昇中のとき、または前記池水位が
池水位下限値以下で前記池水位が一定水位か下降中のと
き状態区分２・・・前記池水位が前記池水位上限値と前
記池水位目標値との間にあり前記池水位が上昇中のとき
、または前記池水位が前記池水位下限値と前記池水位目
標値との間にあり前記池水位が下降中のとき状態区分３
・・・前記池水位が前記状態区分１または状態区分２の
いずれにも該当しないときに区分し、（ニ）前記速度形
比例・積分演算処理として前記状態区分１のときには前
記比例項と前記積分項を加えたものを前記演算結果とし
、前記状態区分２のときには前記比例項を前記演算結果
とし、前記状態区分３のときには０を前記演算結果とす
る演算処理をし、（ホ）前記（ニ）で得られた演算結果
を前記制御出力として前記積分性操作機器に与えること
により前記貯水池の池水位を制御することを特徴とする
池水位の計算機による制御方法。