(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
雨水が流入するポンプ井に設置された複数台の雨水ポンプを運転制御する雨水ポンプ制御装置において、
ポンプ井に設置されたポンプ井水位計と、
ポンプ井水位計からの信号に基づいて、予め定められた雨水ポンプの起動・停止水位基準値を補正して起動・停止水位補正値を求める起動・停止水位補正手段と、
起動・停止水位補正手段からの起動・補正水位補正値と、ポンプ井水位計からの信号に基づいて雨水ポンプの運転台数を決定する台数制御手段とを備え、
起動・停止水位補正手段は、ポンプ井水位計からの信号によるポンプ井水位値とポンプ井水位変化率に基づいて、予め定められた雨水ポンプの起動・停止水位基準値を、ファジィ演算により補正して起動・停止水位補正値を求めるものであり、
この起動・停止水位補正手段においては、ポンプ井水位計からの信号によるポンプ井水位値を、当該ポンプ井水位値に基づいて正規化することによりポンプ井水位正規化値を求め、かつ、ポンプ井水位変化率を正規化することによりポンプ井水位変化率正規化値を求め、これらのポンプ井水位正規化値とポンプ井水位変化率正規化値とをファジィテーブルに入力することにより、ファジィ推論に基づくファジィ演算により起動・停止水位基準値に対する補正を行ない、
ポンプ井水位値およびポンプ井水位変化率の正規化は、現在のポンプ運転台数での停止水位と現在のポンプ運転台数＋１台の起動水位をフルスパンとして行われることを特徴とする雨水ポンプ制御装置。
【請求項２】
起動・停止水位補正手段は複数のファジィテーブルを用いてファジィ演算を行なうとともに、
更に雨量計と、雨量計からの信号に基づいて天候モードを判定し、判定した天候モードにより起動・停止水位補正手段におけるファジィ演算用のファジィテーブルを切換える天候モード判定手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の雨水ポンプ制御装置。
【請求項３】
雨水が流入するポンプ井に設置された複数台の雨水ポンプを運転制御する雨水ポンプ制御装置において、
ポンプ井に設置されたポンプ井水位計と、
ポンプ井水位計からの信号に基づいて、予め定められた雨水ポンプ起動・停止・弁全開・弁中開水位基準値を補正して起動・停止・弁全開・弁中開水位補正値を求める起動・停止水位補正手段と、
起動・停止水位補正手段からの起動・停止・弁全開・弁中開水位補正値と、ポンプ井水位計からの信号に基づいて雨水ポンプの運転台数・弁全開・弁中開を決定する台数制御手段とを備え、
起動・停止水位補正手段は、ポンプ井水位計からの信号によるポンプ井水位値とポンプ井水位変化率に基づいて、予め定められた雨水ポンプの起動・停止・弁全開・弁中開水位基準値を、ファジィ演算により補正して起動・停止・弁全開・弁中開水位補正値を求めるものであり、
この起動・停止水位補正手段においては、ポンプ井水位計からの信号によるポンプ井水位値を、当該ポンプ井水位値に基づいて正規化することによりポンプ井水位正規化値を求め、かつ、ポンプ井水位変化率を正規化することによりポンプ井水位変化率正規化値を求め、これらのポンプ井水位正規化値とポンプ井水位変化率正規化値とをファジィテーブルに入力することにより、ファジィ推論に基づくファジィ演算により起動・停止・弁全開・弁中開水位基準値に対する補正を行ない、
ポンプ井水位値およびポンプ井水位変化率の正規化は、現在のポンプ運転台数での停止水位と現在のポンプ運転台数＋１台の起動水位をフルスパンとして行われることを特徴とする雨水ポンプ制御装置。
【請求項４】
ポンプ井および雨水ポンプのプロセスデータを格納するプロセスデータ記憶手段と、
ポンプ井への流入流量を演算するとともに、この流入流量に基づいて起動、停止水位補正手段と台数制御手段を用いてシミュレーション制御を行い、シミュレーション制御の結果とプロセスデータ記憶手段からのプロセスデータに基づいて制御性能を評価する制御性能評価手段と、を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の雨水ポンプ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポンプ井に流入する雨水を河川へ排出する複数の雨水ポンプを制御するために用いられ、雨水ポンプの起動または停止のタイミングと運転台数を自動的に決定する雨水ポンプ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の雨水ポンプ制御においては、ポンプ井の水位からの信号に基づいて、あらかじめ設定された雨水ポンプの起動・停止水位により運転台数を決定し、この運転台数に基づいて雨水ポンプを運転していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記したような雨水ポンプ制御では、急激な降雨時にはポンプの起動が遅れ、浸水被害の発生や公共水域の汚濁問題が発生する可能性があった。また、この被害を回避するため、急激な降雨時においては操作員による手動運転を行なう必要があり、操作員の負担となっていた。
【０００４】
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、急激な降雨時にも適切に制御することができる雨水ポンプ制御装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、雨水が流入するポンプ井に設置された複数台の雨水ポンプを運転制御する雨水ポンプ制御装置において、ポンプ井に設置されたポンプ井水位計と、ポンプ井水位計からの信号に基づいて、予め定められた雨水ポンプの起動・停止水位基準値を補正して起動・停止水位補正値を求める起動・停止水位補正手段と、起動・停止水位補正手段からの起動・補正水位補正値と、ポンプ井水位計からの信号に基づいて雨水ポンプの運転台数を決定する台数制御手段とを備え、起動・停止水位補正手段は、ポンプ井水位計からの信号によるポンプ井水位値とポンプ井水位変化率に基づいて、予め定められた雨水ポンプの起動・停止水位基準値を、ファジィ演算により補正して起動・停止水位補正値を求めるものであり、
この起動・停止水位補正手段においては、ポンプ井水位計からの信号によるポンプ井水位値を、当該ポンプ井水位値に基づいて正規化することによりポンプ井水位正規化値を求め、かつ、ポンプ井水位変化率を正規化することによりポンプ井水位変化率正規化値を求め、これらのポンプ井水位正規化値とポンプ井水位変化率正規化値とをファジィテーブルに入力することにより、ファジィ推論に基づくファジィ演算により起動・停止水位基準値に対する補正を行ない、ポンプ井水位値およびポンプ井水位変化率の正規化は、現在のポンプ運転台数での停止水位と現在のポンプ運転台数＋１台の起動水位をフルスパンとして行われることを特徴とする雨水ポンプ制御装置である。
【０００６】
本発明は、雨水が流入するポンプ井に設置された複数台の雨水ポンプを運転制御する雨水ポンプ制御装置において、ポンプ井に設置されたポンプ井水位計と、ポンプ井水位計からの信号に基づいて、予め定められた雨水ポンプ起動・停止・弁全開・弁中開水位基準値を補正して起動・停止・弁全開・弁中開水位補正値を求める起動・停止水位補正手段と、  起動・停止水位補正手段からの起動・停止・弁全開・弁中開水位補正値と、ポンプ井水位計からの信号に基づいて雨水ポンプの運転台数・弁全開・弁中開を決定する台数制御手段とを備え、起動・停止水位補正手段は、ポンプ井水位計からの信号によるポンプ井水位値とポンプ井水位変化率に基づいて、予め定められた雨水ポンプの起動・停止・弁全開・弁中開水位基準値を、ファジィ演算により補正して起動・停止・弁全開・弁中開水位補正値を求めるものであり、この起動・停止水位補正手段においては、ポンプ井水位計からの信号によるポンプ井水位値を、当該ポンプ井水位値に基づいて正規化することによりポンプ井水位正規化値を求め、かつ、ポンプ井水位変化率を正規化することによりポンプ井水位変化率正規化値を求め、これらのポンプ井水位正規化値とポンプ井水位変化率正規化値とをファジィテーブルに入力することにより、ファジィ推論に基づくファジィ演算により起動・停止・弁全開・弁中開水位基準値に対する補正を行ない、ポンプ井水位値およびポンプ井水位変化率の正規化は、現在のポンプ運転台数での停止水位と現在のポンプ運転台数＋１台の起動水位をフルスパンとして行われることを特徴とする雨水ポンプ制御装置である。
【０００７】
本発明は、ポンプ井および雨水ポンプのプロセスデータを格納するプロセスデータ記憶手段と、ポンプ井への流入流量を演算するとともに、この流入流量に基づいて起動、停止水位補正手段と台数制御手段を用いてシミュレーション制御を行い、シミュレーション制御の結果とプロセスデータ記憶手段からのプロセスデータに基づいて制御性能を評価する制御性能評価手段と、を更に備えたことを特徴とする雨水ポンプ制御装置である。
【０００８】
本発明によれば、起動・停止水位補正手段において、ポンプ井水位計からの信号に基づいて、予め定められた雨水ポンプ起動・停止水位基準値を補正して起動・停止水位補正値を求め、この起動・停止水位補正値に基づいて台数制御装置により雨水ポンプの運転台数を制御するので、急激な降雨時にも適切に制御することができる。
【０００９】
本発明によれば、起動・停止水位補正手段によって、起動・停止・弁全開・弁中開水位補正値が求められ、この起動・停止・弁全開・弁中開水位補正値に基づいて台数制御装置により運転台数・弁全開・弁中開が制御されるので、より精度良い制御を行うことができる。
【００１０】
本発明によれば、制御性能評価手段において、シミュレーション制御の結果とプロセスデータ記憶手段からのプロセスデータに基づいて制御性能を評価することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１乃至図６は本発明による雨水ポンプ制御装置の実施の形態を示す図である。
【００１２】
図１に示すように、雨水が流入するポンプ井１に複数台の雨水ポンプ２が配設されている。ポンプ井１内にはポンプ井水位計３が設置されるとともに、ポンプ井１の流入口にはゲート５ａが設置され、さらにゲート５ａの上流にはゲート前水位計５が設置されている。
【００１３】
雨水ポンプ制御装置は、ポンプ井水位計３からの信号に基づいて、予め定められた雨水ポンプ起動・停止水位基準値Ｌを補正して起動・停止水位補正値を求める起動・停止水位補正手段１２を備えている。この起動・停止水位補正手段１２には、起動・停止水位補正値とポンプ井水位計３からの信号に基づいて雨水ポンプ２の運転台数を決定する台数制御手段１３が接続されている。
【００１４】
また雨水計４が設置されるとともに、起動・停止水位補正手段１２には、雨水計４からの信号に基づいて天候モードを判定し、判定した天候モードにより起動・停止水位補正手段１２におけるファジィ演算用のファジィルールテーブルを切換える天候モード判定手段が接続されている。またポンプ井１のポンプ井水位計３、雨水ポンプ２、雨量計４およびゲート前水位計５からのプロセスデータは、プロセスデータ記憶手段１４に格納されるようになっている。さらにこのプロセスデータ記憶手段１４には、ポンプ井への流入流量に基づくシミュレーション制御の結果と、プロセスデータ記憶手段１４に格納されたプロセスデータとを比較して制御性能を評価する制御性能評価手段１６が接続されている。
【００１５】
次にこのような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。図１に示すように、ポンプ井水位計３では、ポンプ井１の水位が計測される。起動・停止水位補正手段１２では、ポンプ井水位計３により得られたポンプ井水位を入力して、ポンプ井水位の前回値からの変化量とポンプ井水位との組み合わせにより雨水ポンプの起動・停止水位補正量を演算し、あらかじめ設定された雨水ポンプの起動・停止水位基準値に補正量を加算することにより雨水ポンプの起動・停止水位補正値を演算する。台数制御手段１３では、ポンプ起動・停止水位補正手段１３で演算された雨水ポンプの起動・停止水位補正値にしたがってポンプ井水位計３からの信号により雨水ポンプの台数を決定する。
【００１６】
次に起動・停止水位補正手段１２の作用について、以下詳述する。起動・停止水位補正手段１２では、上述のようにポンプ井水位計３により計測されたポンプ井水位とポンプ井水位変化率との組み合わせによるファジィ演算により雨水ポンプの起動・停止水位補正量を演算する。次に図２に示すように、演算された起動・停止水位補正量をあらかじめ設定された起動・停止水位基準値に加算することにより雨水ポンプ起動・停止水位補正値を演算する。以下に、ファジィ演算方法を示す。
（１）  ポンプ井水位変化量演算
今回ポンプ井水位計測値と前回ポンプ井水位計測値から水位変化量を求める。
【００１７】
時刻ｔの水位変化量Ｄｓは次式で求める。
Ｄｓ（ｔ）＝Ｌｓ（ｔ）−Ｌｓ（ｔ−ｄｔ）            ……（１）
Ｄｓ（ｔ）：水位変化率（時刻ｔ）
Ｌｓ（ｔ）：水位計測値（時刻ｔ）
Ｌｓ（ｔ−ｄｔ）：水位計測値（時刻ｔ−ｄｔ）
ｄｔ：演算周期
（２）  正規化
２−１  現在水位正規化
現在のポンプ運転台数での停止水位と現在のポンプ運転台数＋１台の起動水位をフルスパンとして、現在のポンプ井水位計測値を正規化する。
【００１８】
【数１】
0003625570.tif 000002
Ｌｓ０１：現在水位計測値正規化値（−１〜＋１）
Ｌｏｆｆ（ｎ）：現在運転台数ｎ台目の停止水位
Ｌｏｎ（ｎ＋１）：現在運転台数ｎ＋１台目の始動水位
２−２  水位変化量正規化
現在のポンプ運転台数での停止水位と現在のポンプ運転台数＋１台の起動水位をフルスパンとして、水位変化量を正規化する。
【００１９】
【数２】
0003625570.tif 000003
Ｄｓ０１：水位変化量正規化値（−１〜＋１）
Ｋ：水位変化正規化係数
（３）  ファジィ推論
ファジィ推論は、前記正規化された現在のポンプ井水位とポンプ井水位変化量をファジィ入力テーブルに入力し、ファジィ入出力ルールとメンバーシップ関数により、出力量として、起動水位設定値および停止水位設定値に対する補正量を出力する。
【００２０】
図３（ａ）（ｂ）にファジィルールの例を示す。ここで図３（ａ）はポンプ起動水位補正量を求めるルールテーブルであり、図３（ｂ）はポンプ停止補正量を求めるルールテーブルである。
【００２１】
ファジィ入力のあいまい度の種類を以下に定義する。
ＰＢ  …  水位  非常に高      水位変化量  非常に増
ＰＭ  …  水位  高            水位変化量  増
ＰＳ  …  水位  やや高        水位変化量  やや増
ＺＲ  …  水位  中間          水位変化量  なし
ＮＳ  …  水位  やや低        水位変化量  やや減
ＮＭ  …  水位  低            水位変化量  減
ＮＢ  …  水位  非常に低      水位変化量  非常に減
ファジィ出力のあいまい度の種類を下記に定義する。
−２  …  補正量  非常に低
−１  …  補正量  やや低
０  …  補正量  なし
１  …  補正量  やや高
２  …  補正量  非常に高
（４）  ファジィ補正出力
ファジィ推論方法としてはｍｉｎ−ｍａｘ重心法を用い、−１〜１の補正量正規化値を得る。
【００２２】
補正量は、次式にて求める。
0003625570.tif 000004
雨水ポンプ台数制御手段１３では、起動・停止水位補正手段１２で演算された起動・停止水位補正値にしたがって雨水ポンプ２の台数を決定する。
【００２３】
次に、起動・停止水位補正手段１２において、天候モード判定手段１１からの信号を考慮して、起動・停止水位補正値を求める場合について述べる。
【００２４】
図１において、天候モード判定手段１１では、雨量計４により計測された雨量信号をもとに天候モードを判定する。天候モードの判定は次のようにして行う。
【００２５】
天候モードとしては、降雨モードとして、大雨、豪雨モードを設け、あらかじめ設定された起動・停止水位基準値による制御を行う通常モードと合わせて３つのモードを有する。このモード切り替えは、過去一定時間の雨量信号（パルス信号）積算値により判定する。
【００２６】
通常→大雨、大雨→豪雨の切り替えは、雨量積算値≧切り替え設定値にて、
豪雨→大雨、大雨→通常の切り替えは、雨量積算値≦切り替え設定値が一定時間継続にて行う。
【００２７】
起動・停止水位補正手段１２では、図４に示すように、ポンプ井水位計３により計測されたポンプ井水位を入力とし、ポンプ井水位とポンプ井水位変化率との組み合わせによるファジィ演算により、天候モード判定手段１１で判定された天候モードに対応するファジィルールテーブルを用いて、雨水ポンプの起動・停止水位補正量を上述のようにファジィ演算し、この補正量をあらかじめ設定された起動・停止水位基準値に加算することにより雨水ポンプ起動・停止水位補正値を演算する。図５に大雨モードのファジィルールテーブルの例を示し、図６に豪雨モードのファジィルールテーブルの例を示す。なお、天候モード判定手段１１により通常モードと判定された場合は、起動・停止水位補正手段１２において、起動・停止水位基準値をそのまま起動・停止水位補正値とする。
【００２８】
台数制御手段１３では、起動・停止水位補正手段１２で演算された雨水ポンプ起動・停止水位補正値にしたがって雨水ポンプ２の台数を決定する。
【００２９】
この間、プロセスデータ記憶手段１４では、ポンプ井１の水位、雨量計４からの降雨量、雨水ポンプ２の運転状況等のプロセスデータを記憶しており、プロセスデータはヒューマンインタフェース１５を介してオペレータに表示される。制御性能評価手段１６では、プロセスデータ記憶手段１４に記憶されたプロセスデータをもとに、まずポンプ井１の流入流量を求める。次にこの流入流量に基づいて、起動・停止水位補正手段１２および台数制御手段１３を用いて制御パラメータを各種変化させてシミュレーション制御を行い、シミュレーション制御の結果とプロセスデータ記憶手段１４からのプロセスデータに基づいて制御性能の妥当性を評価する。制御性能評価手段１６の制御性能評価時の制御パラメータ設定および制御性能評価手段１６からの制御性能評価結果の表示は、ヒューマンインタフェース１５を介して行うことができる。
【００３０】
次に制御性能評価手段１６におけるポンプ井流入流量の演算方法について述べる。制御性能評価手段１６では、プロセスデータ記憶手段１４に記憶されたポンプ井１の水位と雨水ポンプ２の運転台数、および雨水ポンプ２の機械特性とポンプ井１の土木構造とからポンプ井流入流量を演算することができる。
【００３１】
また、制御性能評価手段１６では、雨量計４により計測された雨量データを用い、幹線流下モデルによりポンプ井１の流入流量を演算してもよい。
【００３２】
さらに制御性能評価手段１６では、ゲート前水位計５により計測されたゲート前水位を用いて、越流モデルにより、ポンプ井１の流入流量を演算してもよい。
【００３３】
なお制御性能評価手段１６では、ヒューマンインタフェース１５を介して起動・停止水位を設定し、設定された起動・停止水位にしたがって制御シミュレーションを行い、制御性能を評価してもよく、また制御性能評価手段１６では、ヒューマンインタフェース１５を介してファジィ制御パラメータを設定し、設定されたファジィ制御パラメータにしたがって起動・停止水位を演算し、さらに、演算された起動・停止水位にしたがって制御シミュレーションを行うことにより、制御性能を評価してもよい。
【００３４】
次に本発明の変形例について説明する。本変形例では、いくつかの雨水ポンプは吐出弁の全開・中開が可能となっている。また起動・停止水位補正手段において、予め雨水ポンプの起動・停止のみならず吐出弁の全開・中開の基準値が定められている。起動・停止水位補正手段１２において、雨水ポンプの起動・停止・弁全開・弁中開水位の基準値がポンプ井水位計からの信号に基づいて補正され、起動・停止・弁全開・弁中開水位の補正値が求められる。台数制御手段１３において、起動・停止水位補正手段１２からの起動・停止・弁全開・弁中開水位の補正値に基づいて、雨水ポンプ２の台数制御および吐出弁の全開・中開制御が行われる。
【００３５】
次に本発明の他の変形例について述べる。起動・停止水位補正手段１２において、各雨水ポンプ２毎に起動・停止水位基準値を設定するとともに、ポンプ井水位計３からの信号に基づいて起動・停止水位基準値から各雨水ポンプ２毎に起動・停止水位補正値を求めてもよい。台数制御手段１３では、各雨水ポンプ２毎の起動・停止水位補正値に基づいて、雨水ポンプの運転台数が求められる。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、降雨状況、ポンプ井水位の状況を加味して雨水ポンプの運転制御を行うことができるので、急激な降雨時に対応でき、また、制御パラメータの設計、調整を容易に行うことのできる雨水ポンプの運転制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による雨水ポンプ制御装置の一実施の形態を示すブロック図。
【図２】起動・停止水位補正手段における演算方法を示す図。
【図３】起動・停止水位補正手段において補正量を求めるファジィルールテーブルを示す図。
【図４】天候モード判定手段において天候モード切り替えを行った場合の起動・停止水位補正手段における演算方法を示す図。
【図５】大雨モードの起動・停止水位補正量を求めるルールテーブルを示す図。
【図６】豪雨モードのポンプ起動・停止水位補正量を求めるルールテーブルを示す図。
【符号の説明】
１  ポンプ井
２  雨水ポンプ
３  ポンプ井水位計
４  雨量計
５  ゲート前水位計
１１  天候モード判定手段
１２  起動・停止水位補正手段
１３  台数制御手段
１４  プロセスデータ記憶手段
１５  ヒューマンインタフェース
１６  制御性能評価手段
【図１】
0003625570.tif 000005
【図２】
0003625570.tif 000006
【図３】
0003625570.tif 000007
【図４】
0003625570.tif 000008
【図５】
0003625570.tif 000009
【図６】
0003625570.tif 000010