(57)【要約】【課題】放流ゲートの動作異常による開度異常を早期に検出できるようにして、放流ゲートの誤動作や過放流などを未然に回避できるダム管理用制御装置を実現することにある。【解決手段】本実施形態のダム管理用制御装置は、放流ゲートの開度異常を判定するコントローラを備えた構成である。コントローラは、前記開度データに基づいて前記開度状態が変化するまでの実所要時間と前記テーブル情報を参照して取得される見込み所要時間とを前記開度ステップ毎に比較し、当該比較結果に基づいて前記放流ゲートの開度異常を判定する。前記テーブル情報は、前記放流ゲートの開度状態の変化を示す開度ステップ毎に前記開度状態が変化するまでの見込み所要時間を記録している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダムの放流ゲートの開閉制御に応じた前記放流ゲートの開度状態を示す開度データを入力する入力手段と、
前記放流ゲートの開度状態の変化を示す開度ステップ毎に前記開度状態が変化するまでの見込み所要時間を記録したテーブル情報を記憶する手段と、
前記開度データに基づいて前記開度状態が変化するまでの実所要時間と前記テーブル情報を参照して取得される見込み所要時間とを前記開度ステップ毎に比較し、当該比較結果に基づいて前記放流ゲートの開度異常を判定するコントローラと
を具備するダム管理用制御装置。
【請求項２】
前記コントローラは、
前記開度ステップ毎に、前記開度状態が変化するまでに前記見込み所要時間に基づいた許容限度時間を超えた場合には、前記放流ゲートの開度異常が発生していると判定する請求項１に記載のダム管理用制御装置。
【請求項３】
前記コントローラは、
前記許容限度時間を超えていない場合に、前記比較結果において前記実所要時間が前記見込み所要時間に基づいた許容範囲外であれば前記放流ゲートの開度異常が発生していると判定する請求項２に記載のダム管理用制御装置。
【請求項４】
前記放流ゲートの開度ステップは、
全閉状態、水理全閉状態、全開状態、水理全開状態の各開度状態を含む請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のダム管理用制御装置。
【請求項５】
ダムの放流ゲートの開閉制御を操作する操作システムと通信する通信手段を有し、
前記コントローラによる前記開度異常の判定結果を、前記通信手段を介して前記操作システムに伝送する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のダム管理用制御装置。
【請求項６】
ダムの放流ゲートの開閉制御を行なうダム管理用制御装置に適用する制御方法であって、
前記放流ゲートの開度状態を示す開度データを入力する処理と、
前記放流ゲートの開度状態の変化を示す開度ステップ毎に前記開度状態が変化するまでの見込み所要時間を記録したテーブル情報を記憶する処理と、
前記開度データに基づいて前記開度状態が変化するまでの実所要時間と前記テーブル情報を参照して取得される見込み所要時間とを前記開度ステップ毎に比較し、当該比較結果に基づいて前記放流ゲートの開度異常を判定する処理と
を具備する制御方法。
【請求項７】
前記開度ステップ毎に、前記開度状態が変化するまでに前記見込み所要時間に基づいた許容限度時間を超えた場合には、前記放流ゲートの開度異常が発生していると判定する請求項６に記載の制御方法。
【請求項８】
前記許容限度時間を超えていない場合に、前記比較結果において前記実所要時間が前記見込み所要時間に基づいた許容範囲外であれば前記放流ゲートの開度異常が発生していると判定する請求項７に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、放流ゲートを制御するダム管理用制御装置及び制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、河川などの放流を制御するためのダムには、ダムを運用管理するためのダム管理用制御設備が設けられている。ダム管理用制御設備は、主として放流量の調節を行う放流ゲート設備を確実かつ容易に操作するための支援設備である。
【０００３】
ダム管理用制御設備は、放流ゲートの開度状態を示す開度データは重要な管理データの一つであり、当該開度データに基づいて放流ゲートの開度状態の異常を検出することができる。本データを欠測すると、ダムの運用・管理に重大な影響を及ぼす。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１６２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のダム管理用制御設備は、開度データに基づいて放流ゲートの開度異常を判定する手法として、概略的には所定の時間（一定時間）が経過しても放流ゲートの開度状態が変化しない場合に、動作異常が発生していると判定する。この場合、時間定数については、放流ゲート設備毎に構造や動作特性が異なるため、ゲート動作速度設計値から換算した監視時間により監視し、実機による設定値調整を行って対応している。しかしながら、放流ゲート構造としては水理的な全開・全閉への対応、動作特性としては各開度状態での動作速度変化、更には経年的な動作特性の変化などの要因により、設定値としては一程度のマージンを持って設定するなどで対応している。このため、放流ゲートの開度異常（動作異常）を検出する時間に遅れが生じる可能性があり、放流ゲートの誤動作や過放流などを未然に回避できない可能性がある。
【０００６】
本発明の課題は、放流ゲートの動作異常による開度異常を早期に検出できるようにして、放流ゲートの誤動作や過放流などを未然に回避できるダム管理用制御装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態のダム管理用制御装置は、入力手段と、テーブル情報を記憶する手段と、コントローラとを備えた構成である。前記入力手段は、ダムの放流ゲートの開閉制御に応じた前記放流ゲートの開度状態を示す開度データを入力する。前記テーブル情報は、前記放流ゲートの開度状態の変化を示す開度ステップ毎に前記開度状態が変化するまでの見込み所要時間を記録している。前記コントローラは、前記開度データに基づいて前記開度状態が変化するまでの実所要時間と前記テーブル情報を参照して取得される見込み所要時間とを前記開度ステップ毎に比較し、当該比較結果に基づいて前記放流ゲートの開度異常を判定する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に関するダム管理用制御設備の構成を説明するためのブロック図。
【図２】実施形態に関するコントローラの構成を説明するためのブロック図。
【図３】実施形態に関するテーブル情報の一例を説明するための図。
【図４】実施形態に関するコントローラの動作を説明するためのフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下図面を参照して、実施形態を説明する。
【００１０】
［ダム管理用制御設備の構成］
図１に示すように、本実施形態のダム管理用制御設備は大別して、ダムの現場側（機側）システム１とダムの管理事務所側システム６とからなる。管理事務所側システム６はダムから遠方に設置されており、現場側システム１と通信回線により接続されており、情報（データ）の交換を行なう。
【００１１】
現場側システム１は、貯水位計測機器２と、放流ゲート設備４と、機側操作盤５とを有する。放流ゲート設備４及び機側操作盤５は、機側ゲート室３に設置されている。貯水位計測機器２はダムの貯水位（Ｈ）を計測し、その計測信号１００を管理事務所側システム６の貯水位計測装置７に伝送する。
【００１２】
放流ゲート設備４は、ダムの放流を調整するための放流ゲートの開閉を制御する設備（モータやバルブを含む）である。放流ゲート設備４はゲート開度計を使用して、放流ゲートの開閉動作に応じた開度状態をパーセント（Ｐ、％）で示す開度データ１０１を算出する。なお、開度状態は、後述するように、開度ステップ毎に変化する放流ゲートの開閉の状態を意味する。また、放流ゲート設備４は、後述するように、開度状態を示す各状態信号１０２を出力する。
【００１３】
機側操作盤５は本実施形態の主要素であり、具体的にはプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ：programmable logic controller）から構成されている。以下、機側操作盤５をコントローラ５と表記する。コントローラ５は、放流ゲート設備４に対して放流ゲートの開閉を制御するための制御信号１０３を出力する。コントローラ５は、後述するように、放流ゲートの動作異常である開度異常を検出し、開度異常の通知信号１０４を管理事務所側システム６の入出力装置８に伝送する。即ち、コントローラ５は、自動開度変化測定機能を保守点検機能として実現する制御装置である。
【００１４】
管理事務所側システム６は、貯水位計測装置７と、入出力装置８と、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）９と、放流操作装置１０とを有する。貯水位計測装置７は、現場側システム１の貯水位計測機器２から伝送されるダムの貯水位（Ｈ）を示す計測信号１００を受信し、ＬＡＮ９を経由して放流操作装置１０に転送する。
【００１５】
入出力装置８は、現場側システム１のコントローラ５と管理事務所側システム６の放流操作装置１０との間で、情報やデータの入出力を行なうインターフェースである。入出力装置８は、コントローラ５から放流ゲートの開度異常を示す通知信号１０４を入力すると、その転送信号１０５を放流操作装置１０に出力する。
【００１６】
放流操作装置１０は、コントローラ５からの開度異常を示す転送信号１０５を受信すると、開度異常をオペレータに通知するための情報１０６を出力装置（図示せず）に出力する。また、放流操作装置１０は、入出力装置８を介して放流ゲートの目標開度データ１０７をコントローラ５に伝送する。
【００１７】
図２に示すように、コントローラ５は、制御処理部２０と、自動開度変化測定比較判定処理部（以下、比較判定処理部と略す）２３と、自動開度変化測定記録部（以下、記録部と略す）２４と、記憶部２５と、伝送処理部２６と、操作部２７と、自動開度変化測定操作部（以下、測定操作部と略す）２８とを有する。
【００１８】
制御処理部２０は、ゲート制御処理部２１と、自動開度変化測定制御処理部（以下、測定制御処理部と略す）２２とを含む。制御処理部２０は、放流ゲート設備４から開度データ１０１及び開度状態を示す各状態信号１０２を受信する。各状態信号１０２には、全開状態信号１０２Ａ、全閉状態信号１０２Ｂ、水理全開状態信号１０２Ｃ、水理全閉状態信号１０２Ｄ、開中状態信号１０２Ｅ、及び閉中状態信号１０２Ｆが含まれる。
【００１９】
ゲート制御処理部２１は、操作部２７を介してコントローラ５に対するオペレータ操作（操作結果）２１１または遠隔操作が行われた場合に、要求された開度分（目標開度データ１０７）のゲート制御を実行するための制御信号１０３（開制御信号１０３Ａ、閉制御信号１０３Ｂ）を放流ゲート設備４に出力する。また、ゲート制御処理部２１は、ゲート制御を実行した際の開度データ２０５及び各状態信号２０６を比較判定処理部２３に通知する。なお、目標開度データ１０７は、オペレータが操作部２７の操作で入力される構成でもよい。
【００２０】
一方、測定制御処理部２２は、コントローラ５の開始スイッチが操作されると、測定操作部２８との信号線２００を経由して測定開始指令を受信し、放流ゲートの開度変化に関する測定制御処理を開始する。測定操作部２８は、管理事務所側システム６との間でオペレータ操作での操作結果２１３を交換する。操作結果２１３には、測定開始以外に保守モード切替や測定強制停止の操作結果が含まれる。
【００２１】
測定制御処理部２２は、当該信号線２００を経由して制御結果を測定操作部２８に通知する。測定制御処理部２２は、ゲート稼働領域全般において、開方向「全閉→水理全閉→水理全開→全開」及び閉方向「全開→水理全開→水理全閉→全閉」の各プロセスでの測定制御処理を実行し、測定記録部２４に対して測定データ（開度データ２０１及び各状態信号２０２）を通知する。
【００２２】
測定記録部２４は、開度ステップ毎の差分時間（ゲートの動作所要時間）を開度と動作時間とを対応付けされたテーブル情報３０上に記録する。テーブル情報３０は記憶部２５に格納されている。開度ステップとは、放流ゲートの開度状態が開方向または閉方向に変化するときのステップであり、例えば１％単位又は１ｃｍ単位である。なお、測定記録部２４は、コントローラ５の内部タイマからのクロック信号２０３のタイミングで動作する。
【００２３】
比較判定処理部２３は、後述するように、ダム管理・運用において、開度ステップ毎の見込所要時間と運用時の実所要時間を比較することにより、一定の許容値外であった場合に開度異常と判定し、開度異常信号２０８を伝送処理部２６に出力する。なお、比較判定処理部２３は、コントローラ５の内部タイマからのクロック信号２０７により時間計測を実行する。
【００２４】
伝送処理部２６は、開度異常信号２０８の受信に応じて放流ゲートの開度異常を示す通知信号１０４を管理事務所側システム６に伝送する。なお、伝送処理部２６は、管理事務所側システム６からの遠隔操作信号２０９を受信し、コントローラ５からの各信号・データ２１０を管理事務所側システム６に伝送する。
【００２５】
［コントローラ５の動作］
次に、図３及び図４のフローチャートを参照して、比較判定処理部２３を主とするコントローラ５の動作を説明する。
【００２６】
先ず、コントローラ５では、ゲート制御処理部２１は、開制御信号１０３Ａまたは閉制御信号１０３Ｂを放流ゲート設備４に出力して放流ゲート制御を実行する。本実施形態では、測定制御処理部２２は、測定操作部２８からの測定開始指令に応じて、ゲート稼働領域全般において、開方向「全閉→水理全閉→水理全開→全開」及び閉方向「全開→水理全開→水理全閉→全閉」の各プロセスでの開度変化の測定を実行する。即ち、測定制御処理部２２は、開度変化の監視時間を開度ステップ毎に測定する。測定記録部２４は、測定結果である開度ステップ毎の差分時間（ゲートの動作所要時間）をテーブル情報３０上に記録する。
【００２７】
図３はテーブル情報３０の一例を示す図である。テーブル情報３０は、２次元の開度状態と動作時間とを対応付けた情報である。テーブル情報３０は、放流ゲートの開度状態の変化（開度ステップ）を開方向と閉方向とに区別して記録される。本実施形態では、開度状態は全閉状態を０％、全開状態を１００％として、その変化を％で表現する。開度状態の変化である開度ステップは、例えば１％単位とする。なお、開度ステップは、例えば１cm単位でもよい。動作時間とは、放流ゲートの開方向または閉方向に対する動作所要時間（秒単位）である。
【００２８】
ここで、全閉状態及び全開状態はそれぞれ、放流ゲートの構造的全閉状態及び構造的全開状態を意味する。これに対して、水理全閉状態及び水理全開状態はそれぞれ、放流ゲートが構造的には完全に全閉状態または全開状態になっていない途中の状態であるが、水理的には放流が全閉状態または全開状態と同様の状態を意味する。
【００２９】
以下、図４のフローチャートを参照して、比較判定処理部２３の動作を説明する。
【００３０】
比較判定処理部２３は、ゲート制御処理部２１からの開度データ２０５に基づいて、放流ゲートの現在開度状態（Ｘ-0）を記録する（ステップＳ１）。次に、比較判定処理部２３はテーブル情報３０を参照して、次回の開度状態（Ｘ+1）に変化（開度ステップ）するまでの見込所要時間（Ｔｚ）を求める（ステップＳ２）。見込所要時間（Ｔｚ）は、式「Ｔｚ＝Ｔ（Ｘ+1）―Ｔ（Ｘ-0）」により算出される。この場合、比較判定処理部２３は、放流ゲートの動作方向（開方向または閉方向）に対応するテーブル情報３０のテーブル値を使用する。
【００３１】
比較判定処理部２３は、内部タイマからのクロック信号２０７により放流ゲートが実際に動作する時間である実所要時間を計測し、次回の開度状態（Ｘ+1）まで変化した実所要時間（Ｔ）と見込所要時間（Ｔｚ）とを比較する。具体的には、見込所要時間（Ｔｚ）に許容時間（α）を加えた許容限度時間（Ｔｚ＋α）と、実所要時間（Ｔ）とを比較する。
【００３２】
比較判定処理部２３は、許容限度時間（Ｔｚ＋α）内に開度状態が変化した場合には、当該実所要時間（Ｔ）が許容範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ３のＮＯ，Ｓ４のＹＥＳ）。比較判定処理部２３は、当該実所要時間（Ｔ）が許容範囲外の場合には、放流ゲートの開度異常が発生したと判定し、開度異常信号２０８を伝送処理部２６に出力する（ステップＳ６のＮＯ，Ｓ８）。
【００３３】
また、比較判定処理部２３は、許容限度時間（Ｔｚ＋α）内に開度状態が変化せずに、タイムアップした場合にも、放流ゲートの開度異常が発生したと判定し、開度異常信号２０８を伝送処理部２６に出力する（ステップＳ３のＹＥＳ，Ｓ８）。
【００３４】
なお、放流ゲートの動作が停止した場合には、比較判定処理部２３は処理を終了する（ステップＳ５のＹＥＳ，Ｓ７のＹＥＳ）。また、比較判定処理部２３は、当該実所要時間（Ｔ）が許容範囲内の場合や開度異常信号２０８を出力した後に、放流ゲートの動作が停止していない場合には次の開度ステップでの処理に移行する（ステップＳ７のＮＯ）。即ち、比較判定処理部２３は、放流ゲートの現在開度状態（Ｘ+1）を記録し、前述の一連の処理を繰り返す（ステップＳ２〜Ｓ８）。
【００３５】
以上のように本実施形態によれば、ダム管理・運用上において放流ゲートの動作異常による開度異常を開度ステップ毎に検出できるため、当該開度異常を早期に検出できる。従って、放流ゲートの誤動作や過放流などを未然に回避することが可能となる。また、本実施形態は、予め開度ステップ毎の放流ゲートの見込所要時間を測定してテーブル情報３０を用意している構成である。従って、開度ステップ毎にテーブル情報３０を参照し、結果として見込所要時間（実際には許容時間（α）を加えた許容限度時間）と実所要時間とを比較することで開度異常を判定するため（ステップＳ６）、当該開度異常を正確に判定できる。
【００３６】
特に、本実施形態の方法を水理全開・水理全閉の各状態を持つ放流ゲート設備に適用することにより、ゲート稼働領域全般において放流ゲートの動作異常の監視を行なうことが可能でとなる。即ち、水理全開・水理全閉の各状態を持つ放流ゲート設備では、全閉状態から水理全閉状態までは開度０％、水理全開状態から全開状態までは開度１００％で推移するため、これらの推移時間では開度状態の変化が無いものとして、動作異常の監視対象から除外されていた。本実施形態であれば、これらの推移時間においても開度状態の変化があるものとして放流ゲートの動作異常の監視を行なうことができる。
【００３７】
さらに、放流ゲート設備の経年劣化により、放流ゲートの動作速度（開度変化の推移時間）が変化することが確認されている。本実施形態は、予め開度ステップ毎の放流ゲートの見込所要時間を測定してテーブル情報３０を用意している構成であるため、経年劣化における放流ゲートの動作速度の変化に対応できる。これにより、放流ゲート設備やコントローラの導入時、または保守・点検時などで放流ゲートの動作を常に確認することができる。
【００３８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３９】
１…現場側システム、２…貯水位計測機器、３…機側ゲート室、４…放流ゲート設備、
５…機側操作盤（コントローラ）、６…管理事務所側システム、７…貯水位計測装置、
８…入出力装置、１０…放流操作装置、２０…制御処理部、２１…ゲート制御処理部、
２２…自動開度変化測定制御処理部（測定制御処理部）、
２３…自動開度変化測定比較判定処理部（比較判定処理部）、
２４…自動開度変化測定記録部（記録部）、２５…記憶部、２６…伝送処理部
２７…操作部、２８…自動開度変化測定操作部（測定操作部）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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