JPS6232520A

JPS6232520A - 送水系システムの流量配分制御方法

Info

Publication number: JPS6232520A
Application number: JP60171086A
Authority: JP
Inventors: Yukinobu Hayashi; 林　志信; Tetsuya Yamada; 哲也山田
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Control Systems Inc
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Information and Control Systems Inc
Priority date: 1985-08-05
Filing date: 1985-08-05
Publication date: 1987-02-12
Also published as: JPH058441B2

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、貯水池からポンプを使って複数配水池に送水
する送水系の流量制御に関し、特に配水池の効率的運用
と、安定な配水流量制御Ｉ］ＶＣ関する。

〔発明の背景〕

従来は１％開昭５．６−２２１１２号に記載のように、
貯水池から複数の配水池に送水するに際し。

各配水池の流入０Ｎ−ＯＦＦ弁をサイクリックに制御し
固定速度の送水ポンプで集中送水を繰り返す方法が知ら
れている。この方法は、配水池毎く流入弁の０Ｎ−ＯＦ
ＦｌｌＪｉｌｌを行なって水位を許容直向に収めるので
、ロジックが簡単であるが、パルプ開閉の頻度が多くな
り、またパルプＯＦＦ時におけるポンプ罠対するウォー
ターハンマ現象が予想される。バルブ開閉によりポンプ
の負荷がその都度変わりポンプ運用コストが増加するこ
とが予想されろう例えば第２図（ａ）に示すような負荷変動で２池の場合
、配水池１，２の水位変動は同図Φ）（Ｃ）のよりに、
配水池への流入量は同図（ｄ）（ｅ）　、配水池１，２
の流入弁開度は同図（ｆ）、　（ｇ＞のようになる。水
位一定制御をおこなっているので頻繁に弁開度のＯＮ。

ＯＦＦ！′ＩＩ御がおこなわれていることが分る。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、貯水池から送水ポンプ（複数台）によ
りｎ個の配水池に送水し、これらの配水池からそれぞれ
需要端へ水が供給される送配水系において、負荷が変動
しても各配水池の流入弁を適確圧制御する送流量制御方
式を提供するととくある。

〔発明の概要〕

本発明は、容量の異なる複数個の配水池に対し貯水率と
いう概念を導入し、各配水池の貯水率が等しくなるよう
に配水池流入弁を制御することにある。各配水池の利用
可能容量をフルに活用し。

且つ、ｎ個の配水池の設備能力（容積等）に応じた的確
な流量制御を行ない、安定した配水流量制御を実現する
。各配水池の予測負荷及び利用可能容量からあらかじめ
必要な送水量を求め、弁開閉制御では不可能な条件にお
いてのみ必要最小限のポンプ台数に切換える。

〔発明の実施例〕

以下１本発明の一実施例を詳細に説明する。

第１図において、１は貯水池で、たとえば浄水場など、
２は複数の送水ポンプ群、２から送られた水は３なる送
水管を通り１０．２０・・・・・・ｎｏなるｎ個の並列
に配置された配水池に送られる。

各配水池からの配水流量は４なる負荷群である需要端へ
送られる。１３，２３・・・・・・ｎ３は各配水池への
流入量を調節する流量調節弁であり、一般に電動弁が用
いられる。この稲の構成に属する系においては、各配水
池の負荷変動に応じて、各配水池の水位を許容範囲内に
保ちながら配水池流入弁の開度や送水ポンプの流量や台
数を適確に制御せねばならないというテーマが従来から
あった。

即ちこの種の系においては、（１）各配水池への流入量
の急激な変動をさけること。（２）水位、流量、圧力等
にハンチングなどのない安定な制御系であること。（３
）運転する送水ポンプを適確に：　ｆｔ！ＩＪ　Ｘし、
運転コストの低減を図ること。等の課題がある。従来の
制御装置並びに方式は、前記公知例に示したように、こ
れらのニーズを満足するものではなかつた。本発明は従
来の欠点を補う新しい制御方式を提供するもので、以下
に詳細を説明する。

第１図を列に各施設間の関係を説明する。

１０．２０．・・・・・・ｎＱなるｎ箇所の配水池には
。

流量・圧力を計測する計測器が設置されている。

配水池１０を列に説明すると、１１　（２１，ｎｌ）は
水位発信器であり、配水池１０　（２０，ｎｏ）の水位
を計測して水位信号Ａｓ　　（Ｌｘ　、　　Ｌ−）を演
算制御装置１００に入力する。また、送水管３を流れて
き丸木は地点１６（２６，ｎ６）において分岐し、配水
池１０（２０，ｎＯ）に流入する。

１２（２２，ｎ２）は流量発信器であり、配水池１０　
（２０，ｎＯ）の流入流量を計測して流量信号ｑｔ　　
（ｑｚ、　ｑｍ　）を演算制御装置１００に、入力する
。また１３　（２３，ｎ３）は流量調節弁であり、配水
池１０　（２０，ｎｏ）に流入する水量をｌ！ｌｌ整す
る。圧力発信器１４　（２４，ｎ４）ＩＣおいて流量調
節弁の一次側圧力（入口圧力）が計測され、更に圧力発
信器１５（２５，ｎ５）において二次側圧力（出口圧力
）が計測され、圧力信号Ｐ目・Ｐｒｓ　（Ｐａｔ　、　
Ｐｘｚ・Ｐ亀１・Ｐ１３）が演算制御装置１００に入力
される。２０．・・・・・・、　　ｎＱの配水池につい
ても同様である。

１００畦制御演算装置であり、岐述したように１０〜ｎ
ｏの配水池の水位計測値、流入流量計測値、流量調節弁
の一次側圧力、二次側圧力が入力される。また２００は
条件設定装置で、各種設定置や定数を設定したり記憶し
たりする機能を有し。

計算機システムにおける設定操作車の如きものである。

こむには、各配水池の運用条件が入力されており、配水
池１０を例に説明すると、配水池の変動可能水位の上限
値２１１　＜’２Ｈｅ　ＬｍＭ　）　ｉ下限値Ｌ１Ｌ（
ｔＩＬ、　ｔ、ｂ）　、配水池の底面積Ｓｔ　（ａｘ。

Ｓ、）及び時間単位の予測流出量ｄ：＋　　ｄ？・・・
・・・ｄｔ　（・・・・・・ｄ、ｄ、・・・・・・ｄ、
）が設定されている。

２０〜ｎｏの配水池についても同様である。制御演算装
＠１００は、ここから各配水池の運用条件を入力する。

制御演算装置１００ではこれらの入力情報をもとに、配
水池の変動可能容量と貯水量の比である貯水率が各配水
池間で一定になるように流量調節弁１３．２３・・・・
・・ｎ３の目標開度に相当する弁損失係数Ｏｐ＋　、ｏ
；ｚ・・・Ｏ；、を演算し出力する。１７は弁制御器で
あり、ｐＬを弁の目標開度に変換した後弁（１を動弁）
が目標開度に等しくなるよう位置決め制御する機能を有
する。

３００はポンプ台数制御演算装置であり、各配水池の時
間単位予測流出量に見合った送水を行うポンプ台数の計
画値を演算し、５なるポンプ台数切替装置に出力して、
２のポンプ群を制御する。

次に、第３図により演算制御装置１００の機能と本発明
の動作について述べる。

第３図左端にまとめて示す入力情報を用いて。

１１１．１２１・・・・・・１１１１なる演算部では、
１０゜２０・・・・・・ｎＱの配水池の変動可能容量及
び貯水量を求める。演算部１１１を例に示せば次の通り
である。

ｖＩ＝　（Ａｔ　璽−Ｌ＋　Ｌ）　斧Ｓ　ｌ　　　　　
・”・・・”（１）Ｖ＋’＝（ｔｔ　　　４＋＋、）ｌ
）８１　　　　　　・・＝・（２）ここで　ｔＩＭ・・
・変動可能水位の上限値ｔＩＬ・・・変動可能水位の下
限値Ｓ＋・・・配水池の底面積ｔｌ・・・配水池の水位ｖｌ・・・変動可能容量（変動可能水位間の容ｔ）ｖ　、／・・・変動可能水位間の貯水量演算部１２１，
１３１・・・・・・１ｎｌにおいても同様の演算を行な
う。

演算部１０１では以下のよりな演算を行なう。

ｎ箇所の配水池の貯水率平均値ｒ１　を算出する。

全配水池の変動可能容量における貯水率がｒ”％等しく
なるように流入量（ｌｔ＋　　ｑｚ　・・・・・・ｑ、
を修正する各配水池の貯水率ｒ１．ｒ２・・・ｒ、け次式で算出さ
れる。

（ａ）、　（４）式から修正後の流入量Ｑｔ　＊　ｑｔ
・・・ｑ：は次式で算出される。

現状流量を増減させるわけである。

演算部１０１で求めた修正後の流入量Ｑ　ｔ　＊　ｑ２
＃・・・・・・ｑ：は流量調節弁の一次側圧力ｐｔ＋、
Ｐ＊ｔ・・・Ｐ、１．二次側圧力ＰＩ２１　Ｐ２２・・
・・・・Ｐｌと共に流量調節弁の目標開度演算部１１２
，１２２・・・１ｎｚに入力される。

演算部１１２を例に動作を説明する。

流量調節は、電動弁で行なうことが多く、流量・圧力と
弁の損失係数の関係一般には次式で表わされる。

ここで　Ｐ＋１　：弁の一次側圧力Ｐｓｓ　：弁の二次側圧力ｇ　：動力加速度 π　：円周率Ｄ　：弁内径ＯＰｌ　：弁損失係数ｑに通水量（配水池１０の流入量）めＫｓ　とすると、（７）式はと変形される。Ｏｐ＋は損失係数と呼ばれ、弁の操作量
を表わす変数であ抄、弁開度に相当するものである。（
以下「開度」と表わす。）（７）式より弁の目標開度Ｏ
ｐｉ”　は（９）式のよつに求められる。なお、　　（
Ｐｕ　　Ｐ＋ｚ）は流量変動の少ない範囲ではほぼ一定
とみなすことができる。

１２２，１３２・・・・・・１ｎ２の演算部においても
同様の演算を行ない、流量調節弁１３．２３・・・・・
・口３の目標開度０”ｐｓ　＊　Ｏ”ｐｓ・・・Ｏ；、
を出力する。算出した目標開度は、それぞれ流量調節弁
の弁制御器１７，２７・・・ｎ７に送られ、流量ｖＩ１
１ｒＪ弁を制御して各配水池の変動可能容量における貯
水率を一率にする。

以上のような流量制御を可能とするポンプ台数演算装置
３００の動作を第４図により説明する。

条件設定装置２００からは、第４図左端にまとめて示し
た入力情報が入力されている。なお。

ｄ’Ｉ、４％　−＝ｄ”：　　（ｉ　ｚ１〜ｎ）はｊＩ
Ｉ目の配水池の１時間毎２４時間分の予測流出量である
。

３０１なる演算部では、１日２４時間の予測流出量積算
値曲線を算出する。（ブロック３０２の図の曲１１Ａに
相当）ブロック３０２の予測流出量積算値曲線Ａは、各
配水池の運用条件と共に３０３なる演算部に入力され、
以下の演算が行われる。

α）式と同様にして各配水池の変動可能容量ｖｌ　ｅｖ
３・・・・・・Ｖ、を算出し、更にこれらを加算して全
配水池の総変動可能容量Ｖを算出する。

次に予測流出量積算曲線Ａに総変動可能ｔｖを加えた曲
線を算出する。（ブロック３０４の図の曲線ＢＫ：相当
）曲線Ａ、Ｂは３０５なる演算部に入力され、ポンプ群
３からの送水量積算ｒｌ［（ブロック３０６０曲線Ｃに
相当）が曲線Ａ、　　Ｂ内に収まるようポンプ台数の計
画を行い１台数計画値Ｐ？、とじて出力する。ポンプ運
転台数の計画値Ｐｈは第１図に示した５なるポンプ台数
切替装置に送られ、ポンプ＃２の制御を行う。

以上が本発明の一実施例であるが、簡単なロジックを筐
って複数の配水池の相対的な貯水率が一定になるように
弁制御を行なった結果、各配水池が持つ変動可能容量（
バッファ）を一括して利用できるようになった。このた
め、あたかも１つの配水池のように扱うことができ、以
下のような効果が生まれた。

α）　需要変動などの外乱にも安定した配水池運用が行
える。

伐）配水池間での貯水率のアンバランスがなくなり、公
平かつ安全な運用ができる。

（３）　　ポンプ運転の計画を立てる際に、全配水池が
持つ変動可能容量を全て利用できる。また、全配水池の
予測流出量を合計して予測流出量積算曲線を計画するた
め、配水池毎の変動が吸収されたなだらかな曲線となる
。このため１台数切替回数の少ない長時間にわたる安定
した運転計画が立てられる。

上記の実施例では、配水池の予測流出量からポンプ運転
台数の計画を立てたが、別な実施例としては複数配水池
の貯水率（第３図のｒ傘）を監視して、これをあらかじ
め定めた規定値ｒ　Ｉ＠ｌｌｌ５　ｒＭｌにと比較して
、ｒ＊がｒＭＡｘ　を越えた場合にはポンプ台数を減ら
し、逆にｒａｔに以下となった場合には、ポンプ台数を
増加させる運転方式がある。

第５図（ａ）〜（Ｃ）　Ｋ　、本発明方法を使って２つ
の配水池に対して流量制御を行なったシミュレーション
例を示す。同図（ａ）は、配水池からの流出量を表わす
負荷変動量、ポンプからの送水量、配水池１゜２の流入
量変化を示す。［有］）は、配水池１，２の流入量を弁
で制御した時の弁開度変化を示す。（Ｃ）は。

配水池１，２の貯水率変化を示す。

これから、弁を筐って流入量を制御することにより、負
荷が変動しても両配水池の貯水率を同じＫＬ、、ｔた両
配水池に流入する流量の合計を一定に制御することがで
きる。また、弁操作もゆるやかであり、安定した制御が
実現できることがわか６°　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　ｉまた第６図（ａ）〜（Ｃ）、第７図
（ａ）〜（Ｃ）は第２図と同様の負荷変動があった場合
の定水位制御の例と。

本発明による均等貯水率制御の場合との比較例を示して
いる。

第６図は３池の例でそれぞれ定水位（水位一定制御ｌｌ
）をおこなうために配水池弁開度も大幅に変動している
ことが分る。これに対し第７図は貯水率が相互の池で等
しくなるように制御した場合で。

弁開度（同図（Ｃ））や配水池への流入量（同図（ａ）
の下段）の変動は小さいが、同図中）Ｋ示すように配水
池水位変動は大きい。しかしこの場合は各地とも同じ貯
水率変動をし１時間１にで丁度負荷のピークに達した場
合なので、ポンプ台数を切替えることなく、運転を続行
することが出来る。水位の上限値と下限直間は本来水位
変動が許容される範囲であってそれを有効に利用し、弁
切替、ポンプ台数の切替回数をなるべく減らそうとして
いるところに特徴がある。したがって、８７図の場合の
貯水率の変化を示すと第５図（Ｃ）のように各地ともほ
ぼ等しい貯水率で変化していることになる。

本発明によれば、利用可能容量における配水池の相対的
な貯水率一定制御が簡単なロジックを便って実現できる
。このため、複数の配水池をあたかも１つの池とみなし
た運用が可能になった。複数の配水池のバッファとして
の能力を最大限利用できるので。

（１）送水ポンプの継続的安定運転によるコスト低減が
図れる。

（２）配水池の効率的、かつ安定した運用が行える。

即ち、配水池の容量はいろいろであるが、小さな配水池
の流入弁や配管は通常小規模なのが普通である。本発明
方式によれば、配水池への流量配分が配水池容量に応じ
たものとなるため流量制御幅が少なく、従って各調節弁
の操作量も少なくできるので、ハンチング等のない安定
な流量制御が行なえるという大きな利点がある。

〔発明の効果〕

本発明によると複数の配水池容量を有効に利用すること
が出来るので、弁開度操作回数やポンプ台数切替回数を
少なくすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明装置の全体構成図を、第２図は従来列
の脱ＢＡ図を、！３図は８本発明装置の中核を−な′す
制御演算装置の演算論理ブロック図を。第４図は、ポンプ台数演算装置の演算論理の一実施例図
を、第５図は１本発明装置を２配水池に適用した場合の
制御結果例を、第６図（ａ）〜（Ｃ）、第７図（ａ）〜
（Ｃ）は同一負荷バタンにおける定水位制御の例と貯水
率制御の同とをそれぞれ示す。ｌ・・・貯水池、２・・・ポンプ（複数）、３・・・送
水管路。４・・・需要端、５・・・ポンプ台数切替装置、１１゜
２１、ｎｌ・・・水位発信器、１００・・・制御演算装
置。２００・・・条件設定装置、３００・・・ポンプ台数演
算装置、１０．２Ｏ−ｎＯ−配水池、１２，２２゜ｎ２
・・・流量発信器、１４．２４．ｎ４・・・−次側圧力
発信器、１３，２３．ｎ３・・・流量調節弁、１５゜２
５、ｎ５・・・二次側圧力発信器、１６，２６゜ｎ６・
・・管路分岐点、１７，２７．ｎ７・・・弁制脚器。

Claims

【特許請求の範囲】１、貯水池と複数台の送水ポンプ、送水管、並列に設け
られた複数個の配水池、配水池流入量調節弁から構成さ
れる配水流量制御において、各配水池の貯水率を計算し
、複数配水池の貯水率が等しくなるように流量配分制御
を行なうことを特徴とする流量制御方法。２、前記特許請求の範囲第１項記載において、該複数配
水池の平均貯水率を演算し、該平均貯水率になるように
各池の流入弁開度を制御することを特徴とする流量制御
方法。３、前記特許請求の範囲第１項記載において、該貯水率
があらかじめ定められた下限値になつたとき、ポンプ台
数の切替制御をおこなうことを特徴とする流量制御方法
。