(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導水路の流量計で測定した水の流量と設定流量とを比較し、一方、導水路開閉ゲートの開閉を行うゲート作動シリンダのピストンロッドに磁石を設けて、上記ゲート作動シリンダ内に設けられたプローブに沿って、該ピストンロッドとともに上記磁石が移動することにより、該ピストンロッドの移動距離を検知し、この移動距離から上記導水路開閉ゲートの開度を検知するようにし、上記流量の比較結果に応じ、上記導水路開閉ゲートの開度に基づいて該導水路開閉ゲートの全開、全閉又は半開状態をゲート開閉状態判断部で判断し、この判断に基づいて上記ゲート作動シリンダの流体圧回路を制御して上記導水路開閉ゲートの開度を制御することを特徴とするゲートの開閉制御方法。
【請求項２】
流体圧シリンダ本体に導水路開閉ゲートを開閉するピストンロッドが設けられたゲート作動シリンダと、上記ピストンロッドに設けた磁石の位置を検出するためのプローブが上記ゲート作動シリンダ内に設けられ、該磁石の移動に基づく該ピストンロッドの移動距離から上記導水路開閉ゲートの開度を検知する変位センサと、導水路に設けられた流量計と、上記導水路の流量と設定流量とを比較する比較器と、該比較器による比較結果に応じて上記変位センサで検出された導水路開閉ゲートの開度から全開、全閉、又は半開を判断するゲート閉状態判断部と、このゲート開閉状態判断部の判断に基づいて制御される上記ゲート作動シリンダの駆動装置とを備えたことを特徴とするゲートの開閉制御装置。
【請求項３】
上記ゲート作動シリンダの流体圧シリンダ本体内に、駆動回路を内蔵したプロー本体を挿着し、該プロー本体の棒形の上記プローブを上記ピストンロッドの内部長手方向に挿入するとともに、該プローブが該ピストンロッドに固定した上記磁石に嵌入して移動可能に設けられ、上記プローブ本体には、上記プローブ本体を制御するコントローラをケーブルを介して接続し、上記ピストンロッドの移動距離を電気信号に変換し、上記駆動回路から上記コントローラを介して上記ゲート開閉状態判断部に出力することを特徴とする請求項２記載のゲートの開閉制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ポンプ場、貯水池、河川、湖沼、閘門、又はダムなどにおけるゲートの開閉度を検出して水の流量や水位を制御するゲートの開閉制御方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のゲートの開閉制御装置は、図９に示すごとく、導水路を開閉するゲート３の上部に、油圧シリンダ３６のピストンロッド３７が垂下して接続されるとともに、この油圧シリンダ３６のシリンダチューブ３８には油圧ポンプ３９が配管４０を介して接続され、ゲート３の上部側面にはラック４１が垂直に接続されており、このラック４１の上部には、水門１に外付けのシンクロ発生器４２がピニオン４３を介して噛合されている。
したがって、油圧ポンプ３９が油圧シリンダ３６を駆動させると、ピストンロッド３７の昇降に伴い、ゲート３が昇降して導水路を開放又は閉塞する。そしてこの際、ラック４１が昇降してピニオン４３を回転させ、シンクロ発生器４２がゲート３の開度を出力し、その結果に基づいて水の流量が制御される。
【０００３】
また、図１０は従来における他のゲートの開閉制御装置を示すもので、この場合には、導水路を開閉するゲート３の下部中央に、水中に位置する油圧シリンダ３６のピストンロッド３７が垂直に接続されるとともに、この油圧シリンダ３６のシリンダチューブ３８には油圧ポンプ３９が配管４０を介して接続され、この配管４０には開度検出用シリンダ４４が配管４５を介して接続されており、この開度検出用シリンダ４４のピストンロッド４６には図示しないリミットスイッチや発信器が接続されている。
したがって、油圧ポンプ３９が油圧シリンダ３６を駆動させると、ピストンロッド３７の昇降に伴い、ゲート３が昇降して導水路を開放又は閉塞する。そしてこの際、開度検出用シリンダ４４のピストンロッド４６が進退動してリミットスイッチ又は発信器を動作させ、このリミットスイッチ又は発信器がゲート３の開度を出力し、その結果に基づいて水の流量が制御されることとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のゲートの開閉制御装置は、以上のように構成されているので、以下に示す問題があった。即ち、前者のゲートの開閉制御装置は、シンクロ発生器４２などの必要機器が露出した外付けの構造なので、必要機器が非常に損傷しやすいという問題があった。また、後者のゲートの開閉制御装置は、開度検出用シリンダ４４が別構造なので、測定誤差などが生じやすかった。したがって、ゲート３の開度の検出精度が悪く、その結果、水の流量を適切に制御し得ないという問題があった。
【０００５】
本発明は上記に鑑みなされたもので、必要機器の損傷を防止でき、ゲートの開度を高精度に検出することのできるゲートの開閉制御方法およびその装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の本発明においては、上記目的を達成するため、導水路の流量計で測定した水の流量と設定流量とを比較し、一方、導水路開閉ゲートの開閉を行うゲート作動シリンダのピストンロッドに磁石を設けて、上記ゲート作動シリンダ内に設けられたプローブに沿って、該ピストンロッドとともに上記磁石が移動することにより、該ピストンロッドの移動距離を検知し、この移動距離から上記導水路開閉ゲートの開度を検知するようにし、上記流量の比較結果に応じ、上記導水路開閉ゲートの開度に基づいて該導水路開閉ゲートの全開、全閉又は半開状態をゲート開閉状態判断部で判断し、この判断に基づいて上記ゲート作動シリンダの流体圧回路を制御して上記導水路開閉ゲートの開度を制御するようにしている。
また、請求項２記載の本発明においては、流体圧シリンダ本体に導水路開閉ゲートを開閉するピストンロッドが設けられたゲート作動シリンダと、上記ピストンロッドに設けた磁石の位置を検出するためのプローブが上記ゲート作動シリンダ内に設けられ、該磁石の移動に基づく該ピストンロッドの移動距離から上記導水路開閉ゲートの開度を検知する変位センサと、導水路に設けられた流量計と、上記導水路の流量と設定流量とを比較する比較器と、該比較器による比較結果に応じて上記変位センサで検出された導水路開閉ゲートの開度から全開、全閉、又は半開を判断するゲート閉状態判断部と、このゲート開閉状態判断部の判断に基づいて制御される上記ゲート作動シリンダの駆動装置とを備えるようにしている。
なお、上記ゲート作動シリンダの流体圧シリンダ本体内に、駆動回路を内蔵したプロー本体を挿着し、該プロー本体の棒形の上記プローブを上記ピストンロッドの内部長手方向に挿入するとともに、該プローブが該ピストンロッドに固定した上記磁石に嵌入して移動可能に設けられ、上記プローブ本体には、上記プローブ本体を制御するコントローラをケーブルを介して接続し、上記ピストンロッドの移動距離を電気信号に変換し、上記駆動回路から上記コントローラを介して上記ゲート開閉状態判断部に出力するようにすることが望ましい。
【０００６】
【作用】
上記構成を有する請求項１記載の本発明によれば、水の流量や水位などを制御したい場合には、導水路を流れる水の流量を検出してその結果値を予め設定された設定流量と比較し、その比較値をゲート開閉状態判断部に出力する。このゲート開閉状態判断部は、比較値から導水路開閉ゲートの開閉状態を判断し、水の流量と設定流量がほぼ同一、又は同一の場合には、ゲート停止命令を出力する。これに対し、水の流量が設定流量よりも多い場合には、ゲート開閉状態判断部が油圧、又は空気圧シリンダなどからなるゲート作動シリンダからピストンロッドの移動距離値を読み込んで導水路開閉ゲートの開閉度を検出する。そして、導水路開閉ゲートの開閉状態を判断し、導水路開閉ゲートが不適当な開放状態と判断した場合には、ゲート閉塞命令をゲート作動シリンダに出力し、導水路開閉ゲートで導水路を閉塞して水の流量を制御する。また、導水路開閉ゲートが全閉状態と判断した場合には、ゲート不動命令を出力することとなる。一方、水の流量が設定流量よりも少ない場合には、ゲート開閉状態判断部がゲート作動シリンダからピストンロッドの移動距離値を読み込んで導水路開閉ゲートの開閉度を検出する。そして、導水路開閉ゲートの開閉状態を判断し、導水路開閉ゲートが不適当な全開状態と判断した場合には、ゲート不動命令を出力する。また、導水路開閉ゲートが半開、又は全閉状態などと判断した場合には、ゲート開放命令をゲート作動シリンダに出力し、導水路開閉ゲートで導水路を開放して水の流量を制御することとなる。また、請求項２記載の本発明によれば、水の流量や水位などを制御したい場合には、流量計が導水路などを流れる水の流量を検出してその結果値を比較器に出力し、この比較器が水の流量と予め設定された設定流量を比較し、その比較値をゲート開閉状態判断部に出力する。このゲート開閉状態判断部は、比較値から導水路開閉ゲートの開閉状態を判断し、水の流量と設定流量がほぼ同一、又は同一の場合には、ゲート停止命令をコンプレッサ、ポンプ、又は油圧モータなどからなる駆動装置に出力する。これに対し、水の流量が設定流量よりも多い場合には、ゲート開閉状態判断部が油圧、又は空気圧シリンダなどからなるゲート作動シリンダからピストンロッドの移動距離値を読み込んで導水路開閉ゲートの開閉度を検出する。そして、導水路開閉ゲートの開閉状態を判断し、導水路開閉ゲートが不適当な開放状態と判断した場合には、ゲート閉塞命令を駆動装置に出力する。すると、駆動装置が駆動してゲート作動シリンダを動作させ、導水路開閉ゲートが導水路を閉塞して水の流量を制御する。また、導水路開閉ゲートが全閉状態と判断した場合には、ゲート不動命令を駆動装置に出力することとなる。他方、水の流量が設定流量よりも少ない場合には、ゲート開閉状態判断部がゲート作動シリンダからピストンロッドの移動距離値を読み込んで導水路開閉ゲートの開度を検出する。そして、導水路開閉ゲートの開閉状態を判断し、導水路開閉ゲートが不適当な全開状態と判断した場合には、ゲート不動命令を駆動装置に出力する。また、導水路開閉ゲートが半開、又は全閉状態などと判断した場合には、ゲート開放命令を駆動装置に出力し、この駆動装置が駆動してゲート作動シリンダを作動させ、導水路開閉ゲートが導水路を開放して水の流量を制御する。さらに、請求項３記載の本発明によれば、プローブの磁歪線にプローブ軸方向に係る電流パルスが作用すると、磁歪線に円周方向の磁場が発生する。このような状態で、ゲート作動シリンダのピストンロッドが前進又は後退すると、ピストンロッドの動きに伴い通電状態のプローブに案内されつつ磁石が長手方向に移動して停止する。すると、その停止位置にのみ軸方向磁場が生じるとともに、螺旋状の磁場が発生し、このため、停止位置における磁歪線にねじりが発生してウィーデマン効果が生じる。このねじりは、一種の振動であるから、金属である磁歪線上を音速で伝播する。そこで、この超音波の伝播時間をプローブ本体の駆動回路が計測することとなる。
ｌ＝Ｖ・Ｔ
ｌ…原点からの磁石の位置
Ｖ…超音波の伝播速度
Ｔ…超音波の原点への到達時間
したがって、原点からの磁石の位置と、超音波の原点への到達時間は、比例の関係にあるので、これによりピストンロッドの移動距離値が判明する。こうして駆動回路で判明したピストンロッドの移動距離値は、駆動回路に電気信号に変換され、この駆動回路からケーブルを介してコントローラに出力されて増幅等された後、このコントローラからゲート開閉状態判断部に電気信号として出力される。
【０００７】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
本実施例におけるゲートの開閉制御方法およびその装置は、図１に示すごとく、水門１の導水路２を開閉する板形のゲート３の下部に、ゲート作動シリンダ５のピストンロッド１０を接続するようにしている。
【０００８】
導水路２の内部には図１に示す流量検出器４が設置され、この流量検出器４が導水路２の上流から下流に流れる水の流量Ｑを検出してその検出値を後述する流量比較器３１に出力する機能を有している。
【０００９】
また、ゲート作動シリンダ５は、複動形のシリンダからなり、図１に示すごとく、導水路２の入口における下部壁面に立設されている。このゲート作動シリンダ５は、図２に示すような水密構造のシリンダチューブ６を備え、このシリンダチューブ６の周面には複数のポート７が長手方向に間隔をおいてそれぞれ穿設されており、この複数のポート７には配管８を介して油圧ポンプ９と図示しない切替バルブが接続されている。シリンダチューブ６の内部軸方向には進退動可能なピストンロッド１０が内蔵され、このピストンロッド１０の中心における末端部には長穴１１が先端部方向に向けて穿設されている。
【００１０】
一方、シリンダチューブ６の内部軸方向には、図２に示すごとく、非接触式の変位センサ１２が一体的に内蔵されている。この変位センサ１２は、細長いプローブ本体１３と、制御機能を有するコントローラ１４を備え、磁歪現象やウィーデマン効果を利用してピストンロッド１０の移動距離値、換言すれば、ゲート３の開度Ｌを高精度に検出し、電気信号として後述するゲート開閉状態判断回路３２にコントローラ１４を介して出力する機能を有している。プローブ本体１３は、頭部１５を備え、この頭部１５の末端部には同軸コネクタ１６が嵌着されており、この同軸コネクタ１６には、１本の同軸ケーブル１７を介してコントローラ１４が電気的に接続されている。同軸ケーブル１７の長さは、例えば１．５ｍ〜２００ｍ以上と適宜変更することができる。また、頭部１５の先端部には、ステンレス、アルミニウム、又は銅などで熱処理された丸棒形のプローブ１８が挿着され、この長いプローブ１８がピストンロッド１０の長穴１１内に僅かなクリアランスを介して挿入されている。このプローブ１８の有効測定長さは、例えば３００ｍｍ〜２０００ｍｍ以上と適宜変更することが可能である。また、このプローブ１８には、図２に示すリング形の位置検出磁石１９が図示しないホルダを介して長手方向に変位自在に嵌通されるとともに、この位置検出磁石１９がピストンロッド１０のピストンに固着されている。この位置検出磁石１９は、ピストンロッド１０とともに長手方向に移動し、その停止位置においてプローブ１８の長手方向に軸方向磁場を生じさせるとともに、螺旋状の磁場を生じさせ、停止位置におけるプローブ１８の磁歪線にねじりを発生させるよう作用する。
【００１１】
また、プローブ本体１３の頭部１５には、図３に示すように、コントローラ１４から抵抗Ｒを介して給電される駆動回路２０が内蔵されている。この駆動回路２０は、電圧を安定させて各部に通電する電圧安定部２１と、プローブ１８の磁歪線にパルス信号を何時与えるかを決定するとともに、パルス信号を電流パルス発生部２３を介して磁歪線に与えるクロックジェネレータ２２と、超音波の検出をモジュレータ２５に出力する超音波検出部２４とから構成され、モジュレータ２５が２つの異なる信号  （▲１▼磁歪線に電流パルスが与えられた時刻、▲２▼位置検出磁石１９の位置からの超音波の到着時刻）  を同軸ケーブル１７を介してコントローラ１４に電流として出力する。このコントローラ１４は、図４に示すように、そのコントローラ電圧安定部２６が２つの異なる信号を抵抗Ｒを通じて電圧信号として検出し、第１アンプ２７が図５に示す磁歪線に電流パルスが与えられた立ち上がりＢ、位置検出磁石１９の位置からの超音波の伝達時間ｔ、および立ち下がりＡを識別するとともに、三角波発生部２８が立ち上がりＢで作動して三角波をスタートさせ、立ち下がりＡによってリセットする。伝達時間ｔはサンプルホールド回路２９で位置検出磁石１９の位置に対応する電圧Ｖを貯え、これを最終段階の第２アンプ３０に送り増幅し、０→１０ＶＤＣの出力となる。こうしてこの出力は、ゲート開閉状態判断回路３２に出力されることとなる。
【００１２】
次に、図６や図７は、本実施例におけるゲートの開閉制御方法のフローチャートを示すもので、先ず、流量検出器４が導水路２を流れる水の流量Ｑを検出してその検出値を流量比較器３１に出力し、この流量比較器３１が水の流量Ｑと予め設定された設定流量Ｑａ  を比較し、その比較値をゲート開閉状態判断回路３２に出力する。このゲート開閉状態判断回路３２は、入力した比較値からゲート３の開閉状態を判断する。そして、水の流量Ｑと設定流量Ｑａ  が同一の場合には、ゲート停止命令をゲート駆動信号発生回路３４を介して油圧ポンプ９に出力する。
【００１３】
これに対し、水の流量Ｑが設定流量Ｑa よりも多い場合には、ゲート開閉状態判断回路３２がゲート作動シリンダ５の変位センサ１２からピストンロッド１０の移動距離値をコントローラ１４を介して読み込んでゲート３の開度Ｌを検出し、その検出値をゲート操作判断回路３３に出力する。このゲート操作判断回路３３は、入力した検出値からゲート３の全開、半開、又は全閉状態を判断し、ゲート３が全開、又は半開状態と判断した場合には、ゲート閉塞命令をゲート駆動信号発生回路３４を介して油圧ポンプ９に出力する。すると、油圧ポンプ９が駆動してゲート作動シリンダ５のピストンロッド１０を突出させ、ゲート３が導水路２を閉塞して水の流量Ｑを一定に制御する。また、ゲート３が全閉状態と判断した場合には、ゲート不動命令をゲート駆動信号発生回路３４を介して油圧ポンプ９に出力することとなる。
【００１４】
他方、水の流量Ｑが設定流量Ｑa よりも少ない場合には、ゲート開閉状態判断回路３２がゲート作動シリンダ５の変位センサ１２からピストンロッド１０の移動距離値をコントローラ１４を介して読み込んでゲート３の開度Ｌを検出し、その検出値をゲート操作判断回路３３に出力する。このゲート操作判断回路３３は、入力した検出値からゲート３の全開、半開、又は全閉状態を判断し、ゲート３が全開状態と判断した場合には、ゲート不動命令をゲート駆動信号発生回路３４を介して油圧ポンプ９に出力する。また、ゲート３が半開、又は全閉状態と判断した場合には、ゲート開放命令をゲート駆動信号発生回路３４を介して油圧ポンプ９に出力し、油圧ポンプ９が駆動してゲート作動シリンダ５のピストンロッド１０を後退させ、ゲート３が導水路２を開放して水の流量Ｑを一定に制御することとなる。
【００１５】
上記構成によれば、シンクロ発生器４２などの必要機器が露出した外付けの構造ではないので、必要機器の損傷を確実に防止することができる。また、非接触式の変位センサ１２を一体的に備えたゲート作動シリンダ５を使用するので、測定誤差などが非常に生じにくく、ゲート３の開度Ｌを極めて高精度に検出することができ、その結果、水の流量Ｑを一定量に適切に制御することが可能となる。そして、これを通じて、放水量の調節、本川の洪水の支川への逆流防止、および高潮の河川への浸入防止などが容易に可能となる。さらに、ＣＰＵなどやゲート作動シリンダ５を使用するので、シリンダ特有の効果、具体的には、出力調整の容易化、速度調整の幅広い段階化、衝撃力の吸収、高速作動化、エネルギの蓄積、使用の容易化、機構の簡略化、保守点検の容易化、制御の容易化、および遠隔操作の実現などを図ることができる。さらにまた、プローブ本体１３の頭部１５に駆動回路２０が内蔵され、１本の同軸ケーブル１７を使用するので、温度ドリフトなどを伴うことなく、信号を例えば２００ｍ以上の長距離にわたって高精度に伝送することが容易に実現できる。
【００１６】
なお、上記実施例では河川につき適用したものを示したが、何等限定されるものではなく、例えば、ポンプ場、貯水池、運河、湖沼、又はダムなどに適宜使用しても良い。また、導水路２の内部に流量検出器４を設置したものを示したが、これに限定されるものではなく、設置箇所や数などは適宜増減変更することができる。例えば図１や図８に鎖線で示すごとく、河川の上流に水位計３５を設置し、水の流量Ｑの代わりに水位を制御するようにしても良いのはいうまでもない。また、ゲート３の形状、種類、又は数なども適宜増減変更することが可能である。例えば、堰、樋門、樋管、又は閘門などの河川構造物にゲート３を使用したり、ゲート３の両側にローラをそれぞれ配設したりしても良い。また、回転方式のドラムゲート、又は起伏方式のフラップゲートのような他の既存の方式のゲート３に適宜使用しても良いのはいうまでもない。また、ゲート作動シリンダ５を図８に示すように、水門１の壁面に下向きに取り付け、導水路２の上方に位置させても良い。また、ゲート作動シリンダ５を単動形や他の複動形としたり、油圧シリンダの代わりにエアシリンダとしても良いのはいうまでもない。また、ゲート３にピストンロッド１０をラック・ピニオン、ワイヤ、又はロッドなどの他の取付部材を介して間接的に接続しても良い。また、油圧ポンプ９の代わりにコンプレッサや油圧モータなどを適宜使用しても良い。さらに、リング形の位置検出磁石１９をコ字形、Ｃ字形、又はＵ字形など各種の形に変更しても良いのはいうまでもない。さらにまた、ほぼ同様の作用効果が期待し得るものであれば、変位センサ１２に代えて各種センサを適宜使用することも充分に可能である。
【００１７】
【発明の効果】
以上のように請求項１および請求項２記載の本発明によれば、必要機器の損傷を防止でき、導水路開閉ゲートの開度を高精度に検出することができるという格別の効果がある。また、ゲート作動シリンダを使用するので、シリンダ特有の効果、具体的には、出力調整の容易化、速度調整の幅広い段階化、衝撃力の吸収、高速作動化、エネルギの蓄積、使用の容易化、機構の簡略化、保守点検の容易化、制御の容易化、および遠隔操作の実現などを図ることができる。
さらに、請求項３記載の本発明によれば、プローブ本体に駆動回路が内蔵されているので、温度ドリフトなどを最小限に抑制又は防止し、信号を長距離にわたって高精度に伝送することが可能になるという顕著な効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るゲートの開閉制御方法およびその装置の一実施例を示す使用状態の全体説明図である。
【図２】本発明に係るゲートの開閉制御方法およびその装置のゲート作動シリンダを示す断面図である。
【図３】本発明の実施例に使用される変位センサの作動説明ブロック図である。
【図４】本発明の実施例に使用される変位センサのコントローラ部の作動説明ブロック図である。
【図５】本発明の実施例に係るゲートの開閉制御方法およびその装置のコントローラのシステム説明図である。
【図６】本発明の実施例に係るゲートの開閉制御方法およびその装置のフローチャート図である。
【図７】本発明の実施例に係るゲートの開閉制御方法およびその装置のフローシート図である。
【図８】本発明に係るゲートの開閉制御方法およびその装置の他の実施例を示す使用状態説明図である。
【図９】従来のゲートの開閉制御装置を示す説明図である。
【図１０】従来における他のゲートの開閉制御装置を示す説明図である。
【符号の説明】
１…水門
２…導水路
３…ゲート  （導水路開閉ゲート）
４…流量検出器  （流量計）
５…ゲート作動シリンダ
６…シリンダチューブ  （流体圧シリンダ本体）
９…油圧ポンプ  （駆動装置）
１０…ピストンロッド
１２…変位センサ
１３…プローブ本体
１４…コントローラ
１５…頭部
１７…同軸ケーブル  （ケーブル）
１８…プローブ
１９…位置検出磁石  （磁石）
２０…駆動回路
３１…流量比較器  （比較器）
３２…ゲート開閉状態判断回路  （ゲート開閉状態判断部）
Ｌ…ゲートの開度  （導水路開閉ゲートの開度）
Ｑ…水の流量
Ｑａ  …水の設定流量
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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