JPS61141018A - 配水圧力制御システム - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は小規模上水道または、ブロック給水方式の配水
圧力の制御する装置に係り、特に同一配水区域内に減圧
弁を複数個設け、夫々の減圧弁でその地点の配水圧力を
規定値に保つ制御を実施したときに発生する相互干渉を
減少させる制御方式〔発明の背景〕 上水道の配管網は、配水池から需要家へ上水を送水する
ためのパイプラインである。配管網において配水圧力を
規定値に保つことは、需要家に水供給を確保すると同時
に使い易い圧力を保証する上で重要である。また無用な
高圧力は、配管の破損事故を増加させるばかシでなく、
配管からの漏水量を増加させ貴重な水資源とエネルギー
を無駄にす為。このため近年配水管圧力を規定値に保つ
ためめ配水圧制御が広く採用されている（第３２図会国
水道研究発表祭講演集参照）。

配水圧薊御システムは第４図に示す如き構成を有してい
る。図において配水池１０１から、上水需要家群１０６
，１０７へ送水する配管の途中に配水制御端末工、およ
び１１１：設け、各端圧の水圧ｐ、、ｐ、を夫々規定値
に保つ制御を行うものである。

配水端末Ｉを例にとると、実水圧Ｐ、全圧力計１０３で
測定する。一方この地点で保つべき目標水圧ｐｏ　ｌは
、図示されていない中央管理センターからテレメータ１
０５で指令される。水圧調節系１０４１ｊ、目標水圧Ｐ
ＯＩ　と実水圧Ｐ、と金比較し、その偏差によって、バ
ルブ１０２を制御して、実水圧Ｐ１を目標圧Ｐ。Ｉに一
致させている。

配水区域が広いから、配水区域内の代表地点の水圧を目
標水圧に保つ必要があるため、配水制御端末は、配水圧
域に複数個設置する必要がある。

本実施では、２個所設けた例を示している。配水制御端
末の構成は、同一である。

第５図に配水制御端末すなわち配水制御装置の詳細が示
されている。図において、圧力計１０３で測定した実水
圧Ｐ１と、図示されていない中央管理センターからテレ
メータ１０５全通して指令された目標水圧ｐｏ　Ｉ　を
比較してその偏差ΔＰ。

を求める。ΔＰ、は不感帯設定器２０１に入シ、設定し
た不感帯をオーバーする圧力偏差ΔＰ１が発生したとき
バルブ（Ｖ、）１０２を偏差の極性すなわち、Δｐｔ＞
ｏ（圧力上昇）のときはバルブ開度を閉方向に、ΔＰ、
　＜０　（圧力下降）のときはバルブ開度を開方向に操
作する。

ところで、バルブ１０２の圧力損失特性は、下記式で表
される。

ｈｖ　＝ξＱ鵞 但：ｈｖ・・・バルブ圧力損失（ｍ） Ｑ　・・・バルブ通過流量（ｍ”／（８））ξ　・・・
バルブ損失係数 バルブ損失係数ξは、バルブ開度ＶＯＰの大きさによっ
て、大きく変化する。またその開度Ｖｏ　ｐと損失係数
ξの関係は、バルブそれぞれの固有の特性で予め与えら
れている。

上述の説明から明らかなように、圧力制御を安定に且つ
スムース忙行うためバルブ（Ｖｌ　）１０２の操作は、
圧力偏差ΔＰ、を修正する利得がバルブ開度ｖｏＰによ
って変りなく一定にすることが望ましい。バルブ特性補
正部２０２は、このために設けたものでバルブ開度計２
’０５で測定したバルブ開度ＶＯＰの大きさで制御量を
補正するために設けている。

制御量決定部２０３は、バルブに与える制御信号を構成
する部分である。バルブ制御は、配管系統に衝撃（例え
ばウオータノ・ンマ）を与えないため、および制御の精
度と安定を保つため第６図に示す如き間欠パルスを与え
て行っている。

制御量決定部２０３は、バルブ特性補正部２０２から指
令される制御量に応じたパルズ巾（Ｔ１　）およびパル
ス間隔（Ｔ）ｔ−もつバルブ制御指令を構成している。

バルブ駆動部２０４は、実際にバルブを開または閉方向
に操作する部分で、電磁開閉器などめ強電回路で構成さ
れバルブ駆動モータを、制御量決定部２０３からの指令
通り操作駆動する。

これまで配水圧力制御装置の構成について説明して来た
が次に配管網の圧力変動について述べる。

第７図は、配水池から配水する管路に、水圧調整バルブ
を設けた配水系統を示している。

第７図において、配水制御端末における配水圧力Ｐ、は
、下記式で示される。

Ｐ＋　＝Ｈ（ｈｐ　＋ｈｖ　） ｈｐ　＝ｆＱ４”　（１）ａｒｃｙ＠Ｗｅｉｓｂａｃｈ
の式）％式％ ｈｖ・・・バルブ損失（ｍ） ξ・・・バルブ損失係数 Ｑ、・・、・管路、バルブ通過流量（ｍ”／！５）配水
圧力Ｐ１は、静水圧（配水池水位標高から配水制御端末
地点標高を差引いた標高差に等しい）がら、管路損失り
、およびバルブ損失ｈｖｉ：差引いた大きさである。ま
た損失り、およびｈｖは何れも流量Ｑ１の二乗に比例し
ている。

第８図は、上述の関係を示す説明図で、配管通過流量と
配水圧力を示している。図において、曲線人は、配管損
失り、に配水圧力降下を示す。すなわちＨ−ｈＰ′ｔ−
画いたものである。また曲線Ｂは、曲線ＡＫバルブ損失
り、を加えた特性を示している。この曲線Ｂと流量Ｑ１
の交点ａが、そのときの地点配水圧力Ｐ１を示す。

ここで、バルブを閉方向に操作したとすれば、バルブ損
失が増大するため、曲線Ｃに移る。すなわち、曲線と流
量Ｑ１の交点ｔｉａか６ｂに移動し、そのときの地点配
水圧力はＰ１′に降下する。ノ（ルプを開方向に操作す
れば、閉方向の場合と逆に圧力上昇する。

以上のことから、配水制御端末の配水圧力は、流量変動
によって、配水圧力が変動することおよび、バルブ開度
の調整によって、配水圧力を調整ぺたように配水区域が
広いため、区域内の主要地点を定め、複数個所に配水制
御端末を設置する必要がある。第４図は、２個所設けた
例を示している。

第４図で、配水制御端末工および１ｌｆ−１、それぞれ
の地点における配水圧力Ｐ１．Ｐ、をそれぞれ中央管理
センターから指令配水圧力目標値Ｐ０いおよびｐｏｔに
合致させる制御を独立に行っている。

ここで、配水制御端■、■相互間で発生する制御干渉に
ついて述べる。第４図で、需要家群１０６で、上水使用
量Ｑ、が変化し、Ｑｓ＋ΔＱ、に変動したとする。また
いま需要家群１０７の上水使用水量Ｑｔｈ、変化しなか
ったと仮定する。このとき発生する圧力変動と、配水制
御端末Ｉ、Ｉｆの動きを第９図と第１０図に示す。

第９図は配水端末ｌの制御動作を、第１０図は制御端末
Ｉの制御動作を示している。

第９図囚で、曲線りは流ｔＱ、の変化を、第９図［Ｆ］
）で曲線Ｅは、配水圧力Ｐ１の変動をそれぞれ示してい
る。また、第１Ｏ図囚で曲線Ｆは、配水圧力変動Ｐ、を
、第１０図■で曲線Ｇは水圧調整バルブＶ、の制御動作
をそれぞれ示している。

いま、需要家群使用水量Ｑ、がΔＱ、増加したとしたの
で、ｖｌの通過流量Ｑｒ　＆！Ｑｔ＋ΔＱ。

と変化する。第９図に）に示される曲線りは時刻ｔ１に
通過流量Ｑ、がＱ０→Ｑ１＋ΔＱ３変化したことを示し
ている。

配水制御端末Ｉは、この流量変化によって、配水圧力Ｐ
１が第９図（６）に示す如くＰ、１点まで降下する。こ
のため配水圧力制御装置が圧力制御を実行し、すなわち
第４図図示水圧調整バルブ（Ｖｓ）１０２を開方向へ、
配水圧力がＰＫに回復するように操作する。これによっ
て、時刻ｔ４に配水圧力が回復し、バルブの操作が終了
する。

これまでの一連の動きには、問題なく、正常な動きを示
している。この一連の動きに対応する配水制御端末■の
地点の動作が問題である。第９図■に示される如く配水
制御端末Ｉの地点の配水圧力Ｐ、がｐＨまで降下したが
、この圧力変動は、第１θ図囚に示される如くそのまま
、配水制御端来夏の地点の配水圧力Ｐ、の降下となって
現われＰ、はｐ、／に降下する。Ｐ、　−Ｐ、　’とｐ
、−Ｐ、′の大きさは等しい。すなわち配水制御端末Ｉ
の地点での配水圧力変動はそのまま配水制御端末ｉの地
点の配水圧力を変動させると考えてよい。

このため配水制御端末１の地点では、配水圧力の降下（
Ｐｒ→Ｐ、′）によって、これを修正させるべく配水圧
制御装置が動作し、水圧調整バルブＶ、を開方向に操作
する。しかるに、上流側の配水制御端末■の地点での制
御によって配水圧力Ｐ１′がＰ、に回復すれば、それに
よって配水制御端末１の地点の配水圧力が上昇する。し
かし、配水制御端末■の地点ではすでに水圧調節ノ（ル
ブを開方向く操作していたから、第１０図囚に示す如く
配水圧力Ｐ、’　ｅ−１Ｆ、を越えて上昇する。このた
め今度は、Ｐ、の上昇を修正する様、配水制御端末■の
バルブＶ、を閉方向に操作し、元の制御開始以前の開度
にもどして動作終了する。第１θ図囚の曲線Ｆ１および
第１θ図■の曲線Ｇはこの関係を示したものである。

以上の説明で明らかなことは、配水制御端末Ｉ側の流量
変化に起因する配水圧力変動は、そのまま制御端末■側
の配水圧力変動を引き起すが、これを修正しようと制御
動作した配水制御端末■の地点側の動きは無駄であり、
無用のものであったことである。

上記では、流量増加の場合について述べたが減少の場合
も容易に推察できる。

ここで述べた制御干渉は、無用なバルブ動作によってバ
ルブの消耗を増すのみならず、配水管網に無用な攪乱を
与え、配水圧力制御系を混乱させる有害な動きである。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、複数個の配水制御端末間の制御干渉を
なくすことのできる配水圧力制御装置を提供することに
ある。

〔発明の概要〕

本発明者は配水圧力変動主要因が流量の変動（上水需要
量の変動）にあシ、配水制御端末では、自個所の流量変
動があった地点のみ自個所の水圧調整バルブを制御すれ
ば良く、流量変動の無かった地点では制御する必要がな
いという点に着目し本発明をするに至った。

そこで、配水制御端末の各地点における自個所の圧力変
動と、流量変動の関係について説明する。

配管網の流量と配水圧力の関係について述べた第７図、
第８図を基にして第４図図示配水制御システムの配水制
御端末■を用いて説明する。

第１１図は、配水制御端末■において、上流側配水圧力
ＰＫ　（配水制御端末■の地点の配水圧力）が上昇した
ときの、配水制御端来夏における配水圧力Ｐ、と流量Ｑ
、の変動を示している。

第１２図は、第１１図と同様であるが、上流側配水圧力
Ｐ、が降下した場合を示している。この何れの場合も（
第１１．１２図）、配水制御端末■側の流量Ｑ、には変
化なく、上流側地点の配水圧力が変動したケース、すな
わち配水制御端来夏の地点側に変動責任（流量変化）が
無い場合を示している。

第１１図でいま上流側配水圧力Ｐ、にあるとき、流ｔＱ
がＱ、であるとすれば、配水制御端来夏の地点の配水圧
力はｐｔ　　（交点αＩ　）である。今、上流側圧力が
ＰｌからＰｉ′に上昇したとすれば、配水制御端来夏の
地点の配水圧力Ｐ、はＰｔ′に上昇する、また配水圧力
Ｐ、からＰ、′への上昇は、第４図図示需要家１０７の
使用水量を増加させるので配水制御端来夏の地点の流量
はＱ、からＱ、′に増加する（第１１図図示交点α１′
）。

この関係を配水制御端末■の地点にて見れば、上流側配
水圧力上昇たよって ことが判る。

第１２図は、上流側配水圧力Ｐ１がＰｌ″′に減少した
場合を示しているが（交点α、→α、／）この場合 となることが判る。

次に、上流側配水圧力ＰＫに変動なく一定とし、配水制
御端末■地点の流量が変動したとき、すなわち第４図図
示需要家群１０７での使用水量が変化したときを考察す
る。

第１３図は、上述の関係を示したものである。

すなわち配水制御端末■の地点で、流量がｑからＱ、に
増大したとき、配水圧力はＰ、かダＰ、′・に降下する
（交点β１　）。

逆に、配水制御端末１の地点で流量がＱ、から／／／　
Ｑ　、に減少したとすれば、配水制御端末ｉの地点の配
水圧力はＰ、から／／／ｐ、に上昇する（交点β、）。

この場合 となることが判る。

以上、第１１．１２．１３図で考察した結果が第１４図
に示されている。第１４図は、流量変動（ΔＱ／ΔＴで
示す）と、圧力変動ΔＰの関係をプロットしたものであ
る。ここで次のことが明らかである。

（イ）配水制御端末■で自個所の流量Ｑ、変化に起因す
る配水圧力ｐ、の変動分は、第１４図で、第二象限と、
第四象限にプロットされる。

（ロ）配水制御端末■の自個所に責任がなく（自個所の
流量変化がないこと）、上流側配水圧力変動に起因する
配水圧力Ｐ、の変動分と流量Ｑ、の変動分は、第−象と
第三象限にプロットされる。

したがって、配水制御端末で、自個所の配水圧力変動の
大きさとその方向、および、流量変動の大きさと、その
方向の組合せによって、自個所責任であるかどうか、す
なわち、自個所で配水圧力の修正制御をすべきかどうか
を識別することが出来る。第１４図で、第二、第三象限
のときのみ自個所制御を実行し、第一、第四象限のとき
は自個所制御をしなくてもよい。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。

第１図には、本発明の一実施例が示されている。

図中第５図図示従来例と同一の符号の付されているもの
は同一の部品・同一の機能を有するものである。本実施
例が第５図図示従来例と異なる点は流最変動ΔＱ／ΔＴ
検出部１１０１、制御パターン判定部１１０２および利
得設定部１１０３、配管流量計１１０４を設けた点であ
る。

図において、流量変動検出部１１０１は、配管流量計１
１０４で測定した流量信号Ｑ、の時間的変動を検出する
もので、ΔＱ／ΔＴの大きさと、その方向を出力する部
分である。

制御パターン判定部１１０２Ｈ１配水圧力偏差、すなわ
ち中央管理センターからテレメータ１０５を介して指令
された圧力目標値Ｐ０．と実配水圧力Ｐ、との偏差ΔＰ
の大きさとその方向、およびΔＱ／ΔＴ信号の組合せに
よって、圧力調節バルブ１０２の制御パターンを決定す
る部分である。

第２図は制御パターン判定部１１０２の機能を示したも
のである。配水圧力偏差ΔＰと、流量変化ΔＱ／ΔＴの
大きさと、その方向によって、パターンを判定する。

７、ｏｎｅ　−Ｉ。・・・ΔＱ／ΔＴが流量増大方向に
発生し、且つその大きさが判定値ｑ、を越えること、と
、ΔＰが上昇方向に発生し且つその大きさが判定値δＰ
、を越えたときであることを示す。

ｚｏｎｅ　−Ｉ。を検出した場合は、自個所の流量変化
が大きく、それに起因して配水圧力変動が発生したこと
であると判定し、自個所の水圧調節バルブを制御するも
のとする。制御利得は大きく設定する。

ｚｏｎｅ　−１６・・・ΔＱ／ΔＴが流量増大方向に発
生し、且つその大きさが判定値ｑ、を越えたこと　　　
　゛と、ΔＰが上昇方向に発生し、不感帯を越えたとき
である。ｚｏｎｅ　−［６を検出したときは、自個所責
任も要因であると判定し、自個所の水圧調節バルブを制
御するものとする。制御利得は中位の大きさに設定する
。

７、ｏｎｅ−１゜・・・ΔＱ／ΔＴが減少方向に発生し
、且つ圧力偏差ΔＰが上昇方向に発生した場合である。

ｚｏｎｅ　−ＩＩＩ。は自個所責任がないことを示して
いる。自個所の水圧調節バルブを制御する利得は小さく
設定する。

ｚｏｎｅ−Ｉｏ　、ｚｏｎｅ−１，、ｚｏｎｅ−■ｏは
配水圧力偏差ΔＰが上昇方向に発生した場合を示してい
る。配水圧力が降下方向に発生した場合をＺｏｎｅ−Ｉ
ｃ　、Ｚｏｎｅ−冒ｔ２　、　Ｚｏｎｅ　−１ｌｃ　　
で示す。

第３図には、上述したＺＯｎｅと利得の関係が示されて
いる。

利得設定部１１０３は、制御パターン判定部で決定され
たパターン（Ｚｏｎｅ−Ｉ、７．ｏｎｅ−１，Ｚｏｎｅ
−ｍ）に対応した制御利得を与える。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、同一給水区域に
設けた配水制御端末相互間の制御干渉を除くことができ
る。

まだ、本発明によれば、減圧弁（水圧調整バルブ）の動
作頻度を軽減することができる。

さらに、本発明によれば、減圧弁（水圧調整バルブ）の
耐用期間を長くすることができる。

またさらに、本発明によれば、配水圧の変動を減少する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す図、第２図は第１図図示
制御パターン判定部の機能説明図、第３図は第１図図示
実施例の利得設定部の機能説明図、第４図は配水制御シ
ステム図、第５図は従来の耐水圧力制御装置の構成図、
第６図は第５図図示制御量決定部から出力される制御指
令信号を示す図、第７図は従来の配水管路特性図、第８
図は配水管路特性図、第９図、第１０図は配水制御動作
説明図、第１１図、第１２図は上流側配水圧力の変動に
よる地点■における圧力・流量の特性図、第１３図は自
個所の流量変動があったときの圧力・流量の変化特性図
、第１４図は圧力変動と流量変動関係を示す図である。 １１０１・・・流量変動ΔＱ／ｄＴ検出部、１１０２０
１．制御パターン判定部、１１０３・・・利得設定部、
１１０４・・・配管流量計。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、配水池よりバルブを介して供給する水の配水を制御
   する配水制御端末を複数個備えた配水圧力制御システム
   において、各配水制御端末の配水圧力の偏差と、配水流
   量の変動ΔＱ／ΔＴのそれぞれの情報に基づき、予め記
   憶されているパターンに従つて自個所の水圧調節バルブ
   を制御するようにしたことを特徴とする配水圧力制御シ
   ステム。