(57)【要約】      （修正有）【課題】ポンプ場に発生しうる様々なリスクを考慮してポンプ場の運転制御を行う監視システムを提供する。【解決手段】ポンプ制御部３００が備えるリスク優先度評価モジュール３１０は、下水処理区データベースから読込まれたデータに含まれる、下水処理区における降雨量と、降雨量に応じて重み付けされるリスクとに基づいて、優先して対応すべきリスクの評価結果を得る。雨天時制御モジュール３４０又は晴天時制御モジュール３５０は、降雨量と、リスクの評価結果をシミュレータに出力してシミュレータにより予測される下水ポンプ場への下水の流入量とに基づいて、優先して対応すべきリスクを緩和するための制御モードに切替えてポンプの運転を制御する。【選択図】図１
2019200500.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下水処理区に設置される計測器から取り込んだ、前記下水処理区における降雨量の現況値を含むデータを蓄積する下水処理区データベースと、
前記下水処理区から流入する下水を溜める下水ポンプ場から前記下水を吐出するポンプの制御を行うポンプ制御部と、
前記下水処理区データベースに蓄積された前記データを用いて、前記ポンプ制御部が前記ポンプを制御することで変化する前記下水ポンプ場の状況を予測するシミュレータと、を備え、
前記ポンプ制御部は、
前記下水処理区データベースから前記データを読込む読込部と、
前記データに含まれる前記降雨量と、前記降雨量に応じて重み付けされるリスクとに基づいて、優先して対応すべき前記リスクの評価結果を得るリスク優先度評価部と、
前記降雨量と、前記リスクの評価結果を前記シミュレータに出力して前記シミュレータにより予測される前記下水ポンプ場への前記下水の流入量とに基づいて、優先して対応すべき前記リスクを緩和するための制御モードに切替えて前記ポンプの運転を制御する制御部と、を備える
監視制御システム。
【請求項２】
ポンプ制御部は、前記降雨量に応じて、前記リスク毎に設定されるリスク重み係数が格納されるリスク重み係数テーブルを備え、
前記リスク優先度評価部は、前記降雨量に基づいて前記リスク重み係数テーブルから読込んだ前記リスク重み係数と、リスク関数との積を加算した評価関数を前記制御部に出力し、
前記制御部は、前記リスク優先度評価部から入力した前記評価関数に基づいて決定した、ポンプの起動停止タイミング、及び下水の吐出量により前記ポンプの運転を制御する
請求項１に記載の監視制御システム。
【請求項３】
前記リスクには、前記下水処理区の浸水、下水処理の不良、放流汚濁負荷、前記下水ポンプ場の水没、前記ポンプ場に設置される機器による消費電力の増加の少なくとも一つが含まれる
請求項２に記載の監視制御システム。
【請求項４】
前記シミュレータは、前記下水ポンプ場に設置される前記ポンプの動作を模擬的に再現する下水ポンプ場シミュレータであり、
前記制御部は、運転を制御する前記ポンプを決定した後、前記下水ポンプ場シミュレータに前記ポンプを模擬的に動作させた処理を行わせた結果が妥当である場合に、前記ポンプを実際に運転する制御を行う
請求項３に記載の監視制御システム。
【請求項５】
前記制御部は、
前記降雨量が閾値を超える場合に実行される雨天時制御モードにより前記ポンプの吐出量を制御する雨天時制御部と、
前記降雨量が前記閾値以下である場合に実行される晴天時制御モードにより前記ポンプの吐出量を制御する晴天時制御部と、を有し、
前記リスク優先度評価部は、前記降雨量と前記閾値とを比較した結果に基づいて、前記雨天時制御部又は前記晴天時制御部のいずれかを選択する
請求項４に記載の監視制御システム。
【請求項６】
さらに、前記ポンプの起動停止タイミング及び吐出量、及び選択される前記制御モードの状況を画面に更新表示する表示部を備える
請求項５に記載の監視制御システム。
【請求項７】
下水処理区に設置される計測器から取り込んだ、前記下水処理区における降雨量の現況値を含むデータを蓄積する下水処理区データベースと、
前記下水処理区から流入する下水を溜める下水ポンプ場から前記下水を吐出するポンプの制御を行うポンプ制御部と、
前記下水処理区データベースに蓄積された前記データを用いて、前記ポンプ制御部が前記ポンプを制御することで変化する前記下水ポンプ場の状況を予測するシミュレータと、を備える監視制御システムにより用いられるポンプ運転制御方法であって、
前記下水処理区データベースから前記データを読込むステップと、
前記データに含まれる前記降雨量と、前記降雨量に応じて重み付けされるリスクとに基づいて、優先して対応すべき前記リスクの評価結果を得るステップと、
前記降雨量と、前記リスクの評価結果を前記シミュレータに出力して前記シミュレータにより予測される前記下水ポンプ場への前記下水の流入量とに基づいて、優先して対応すべき前記リスクを緩和するための制御モードに切替えて前記ポンプの運転を制御するステップと、を含む
ポンプ運転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、監視制御システム及びポンプ運転制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
国内外で広く導入されている下水道システムは、雨水への対応の観点で、合流式下水道と分流式下水道に大別される。雨水排除ラインが下水集水ラインに繋がっているものが「合流式」と呼称され、雨水排除ラインが下水集水ラインに繋がっておらず別ラインで排除されるものが「分流式」と呼称される。日本国内の場合、合流式下水道は、下水道インフラ整備が先行して実施された大規模都市部を中心に導入されている。この合流式下水道は、降雨時に下水集水ラインに雨水が混入するため、突発的に下水処理場への流入下水量が増加する。
【０００３】
雨天時における下水処理場への流入下水量の増加に対処するために、下水処理場よりも上流側に中間施設として下水ポンプ場が設置される。一般的に下水ポンプ場は、流入下水を円滑に下水処理場に送ると共に、流入下水の一部を下水処理場に流入させること無く、河川などの公共用水域に排除する。この下水ポンプ場でのポンプ制御などを適切に実施することによって、以下に示す下水処理で発生しうる（１）〜（４）のリスクを回避する試みがなされている。
【０００４】
すなわち、（１）下水処理区の浸水（内水氾濫）、（２）下水処理の不良、（３）簡易放流による公共用水域の水質汚濁、及び（４）下水ポンプ場の水没などのリスクを回避又は緩和することがポンプ制御上の目標となっている。下水処理区に降った雨水の排除量（遮集水量）が十分でなければ、マンホールなどから雨水が溢れ、内水氾濫を起こすことになる。また、下水処理場への送水（汚水処理量）が過剰になると、生物反応層での処理時間が確保できずに処理不良となり、処理水質が悪化する。他方、内水氾濫や処理不良を避けるために公共用水域への未処理下水放流（簡易放流量）を増やしすぎると、公共用水域への汚濁負荷が増加する。また、流入下水量に比べてポンプ吐出量が十分でないと、ポンプ井の水位が上昇し、下水ポンプ場が水没することになる。
【０００５】
どのリスクの回避を優先させるかは、下水道事業者の方針によって異なるが、下水処理区や下水ポンプ場での人的被害、設備被害に直結する事象である（１）や（４）のリスク回避を優先させる意義は大きい。しかし、増加する流入下水量に対して、下水ポンプ場の施設能力が十分でない場合には、上記の（１）〜（４）のリスクを回避できないケースも発生するが、下水ポンプ場の運用の工夫によって、可能な範囲でリスクを回避することが求められている。
【０００６】
こうした要請に対して、例えば、特許文献１に示されている下水ポンプ場の運転制御方法では、降雨量の情報に基づいて、汚濁濃度の高い初期雨水（ファーストフラッシュ）が下水ポンプ場や下水処理場が流入しないような制御について開示されている。これにより、公共用水域への汚濁負荷が増加するリスクを回避することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−２５７１９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、雨天時における合流式下水道には、下水処理区から吐出された汚水に加えて降雨由来の雨水が下水管渠に流入することから、下水処理区の浸水、下水処理の不良、簡易放流による水質汚濁、及び下水ポンプ場水没などのリスクが増大する。前述した特許文献１などに開示されている下水ポンプ場運転制御方法においては、下水ポンプ場の施設、例えば、ポンプ井の水位などに基づいて、雨水ポンプの起動停止のタイミングや吐出量を適切に制御することに加えて、下水処理区での降雨量の情報に基づいて、公共用水域に放流される汚濁負荷を抑制する考え方などが開示されている。
【０００９】
実際の運用にあたっては、降雨状況に応じて、上述した（１）〜（４）の複数のリスクに適切な優先度をつけて、あるリスクは絶対的に回避し、別のリスクはやむなく許容するといった判断が必要となる。しかし、特許文献１に開示された運転制御方法では、あるレベルの降雨量に対して、どのリスクにどのような優先度を付与するかを判断する方法について、具体的に開示されていない。このように従来は、様々なリスクを考慮したポンプ場の運転制御が行われていなかったため、想定外のリスクを避けることができなかった。
【００１０】
本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、ポンプ場に発生しうる様々なリスクを考慮してポンプ場の運転制御を行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、下水処理区に設置される計測器から取り込んだ、下水処理区における降雨量の現況値を含むデータを蓄積する下水処理区データベースと、下水処理区から流入する下水を溜めるポンプ場から下水を吐出するポンプの制御を行うポンプ制御部と、下水処理区データベースに蓄積されたデータを用いて、ポンプ場への下水の流入量を予測するシミュレータと、を備える。ポンプ制御部は、下水処理区データベースからデータを読込む読込部と、データに含まれる降雨量と、降雨量に応じて重み付けされるリスクとに基づいて、優先して対応すべきリスクの評価結果を得るリスク優先度評価部と、降雨量と、リスクの評価結果をシミュレータに出力してシミュレータにより予測されるポンプ場への下水の流入量とに基づいて、優先して対応すべきリスクを緩和するための制御モードに切替えてポンプの運転を制御する制御部と、を備える。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、優先的に対応すべきリスクを判断して切替えた制御モードにより、降雨量に応じて発生しうるリスクを緩和することが可能なポンプの運転制御を実現できる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る下水ポンプ場と監視制御システムの構成例を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る下水ポンプ場と監視制御システムの構成例を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係るポンプ制御部の処理例を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施の形態に係るリスク優先度評価モジュールの処理例を示すフローチャートである。
【図５】本発明の一実施の形態に係る重み係数テーブルの構成例を示す説明図である。
【図６】本発明の一実施の形態に係る雨天時制御モジュールの処理例を示すフローチャートである。
【図７】本発明の一実施の形態に係る晴天時制御モジュールの処理例を示すフローチャートである。
【図８】本発明の一実施の形態に係る管理画面の表示例を示す説明図である。
【図９】本発明の一実施の形態に係る計算機のハードウェア構成例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照して説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。
【００１５】
始めに、本発明の一実施の形態として、合流式下水道の下水処理区４０に設置された下水ポンプ場１０に対するポンプ運転制御方法、及び監視制御システム１００の構成例について、図１と図２を参照して説明する。
【００１６】
図１は、下水ポンプ場１０と監視制御システム１００の構成例を示すブロック図である。
監視制御システム１００は、下水ポンプ場１０の監視を行うと共に、下水ポンプ場１０が備える各種装置の動作を制御する。監視制御システム１００の制御対象である下水ポンプ場１０の主要な構成要素は、下水管渠４１からの流入した下水を受け入れる雨水ポンプ井３０、雨水ポンプ井３０にたまった下水の水位を計測する水位計３５、雨水ポンプ２０、及び汚水ポンプ２５などである。
【００１７】
雨水ポンプ２０は、雨水ポンプ井３０に流入した下水のうち、下水処理場で活性汚泥処理などの高級処理をせずにバイパスさせて、河川などの公共用水域に排除する水を吐出するポンプである。
他方、汚水ポンプ２５は、雨水ポンプ井３０に流入した下水のうち、下水処理場で処理する下水を吐出するポンプである。
以下の説明で、雨水ポンプ２０と汚水ポンプ２５を区別しない場合には、単に「ポンプ」とも呼ぶ。
【００１８】
下水ポンプ場１０は、下水処理区４０から流入する下水を溜める機能を有する施設である。また、下水ポンプ場１０は、監視制御システム１００に設けられたポンプ制御部３００の制御により、雨水ポンプ２０と汚水ポンプ２５が運転されることで、雨水を含んだ下水を河川又は下水処理場に吐出する機能を有する施設である。
【００１９】
監視制御システム１００には、下水処理区４０に設置された計測器４５が計測した降雨量、下水管渠４１に流入する下水の流入流量と、下水管渠４１における下水の水位などを含む外部計測値５が入力する。また、監視制御システム１００には、下水ポンプ場１０に設けられた水位計３５が計測した雨水ポンプ井３０の水位を示すデータや、雨水ポンプ２０、汚水ポンプ２５の動作状況に関連したデータを含む計測値５０が入力する。監視制御システム１００は、入力した外部計測値５及び計測値５０に基づいて、後述する各種の演算処理を行い、下水ポンプ場１０に制御信号６０を出力することで、下水ポンプ場１０内のポンプを動作させる機能を有する。
【００２０】
この監視制御システム１００は、下水ポンプ場シミュレータ２１０、及びポンプ制御部３００を主な構成要素として備える。
下水ポンプ場シミュレータ２１０は、下水処理区データベース２２０（図中では、「下水処理区ＤＢ」と記載）に蓄積されたデータを用いて、ポンプ制御部３００がポンプを制御することで変化する下水ポンプ場１０の状況を予測するシミュレータである。このため、下水ポンプ場シミュレータ２１０は、下水ポンプ場１０に設置されるポンプの動作を模擬的に再現することが可能である。
【００２１】
ポンプ制御部３００は、下水ポンプ場１０にたまった下水を河川又は下水処理場に吐出するポンプの制御を行う。このポンプ制御部３００は、運転を制御するポンプを決定した後、下水ポンプ場シミュレータ２１０にポンプを模擬的に動作させた処理を行わせた結果が妥当である場合に、ポンプを実際に運転する制御を行う。
【００２２】
この他に、監視制御システム１００は、下水処理区４０で計測した外部計測値５を含むデータを保存する下水処理区データベース２２０、操作画面を表示可能な表示部４００を備える。表示部４００には、ポンプの起動停止タイミング及び吐出量、及び選択される制御モードの状況が画面に更新表示される。監視制御システム１００の運転者は、表示部４００に表示される画面（後述する図８に示す管理画面Ｄ１等）を見て、下水ポンプ場１０における状況、下水を吐出するためにどのポンプを使用するか等の設定を行うことができる。
【００２３】
ここで、図２を参照して下水ポンプ場１０の構成例を説明する。
図２は、下水処理区４０と下水ポンプ場１０の例を示す説明図である。
図２の上側に示す下水処理区４０に降雨があると、下水処理区４０に張り巡らされた下水管渠４１に汚水及び雨水が流れ込む。汚水及び雨水は合わせて「下水」と呼ばれる。下水管渠４１は、合流式下水道の一例である。そして、下水管渠４１は、接続子Ａで接続される、図２の下側に示す下水管渠４１から下水ポンプ場１０に下水を流入させる。下水処理区４０における降雨量、下水管渠４１の下水の水位等は、下水処理区４０に設置された計測器４５により計測された外部計測値５として監視制御システム１００に入力される。
【００２４】
図２の下側に示す下水ポンプ場１０は、沈砂池４３、雨水ポンプ井３０などの施設構造物や流入ゲート４２、雨水ポンプ２０などの各種装置を備える。流入ゲート４２は、沈砂池４３への下水の流入量を制御する。沈砂池４３は、下水と共に流入する砂等を沈める。また、雨水ポンプ井３０は、下水を溜める。そして、雨水ポンプ２０は、雨水ポンプ井３０にたまった下水の水位が所定値を超えないようにするため、雨水ポンプ井３０にたまった雨水を河川等に吐出する。図示しないが、下水ポンプ場１０には、雨水ポンプ２０と同様に汚水ポンプ２５も設置されており、下水ポンプ場１０に流入した汚水を不図示の下水処理場に吐出する。下水処理場では、汚水ポンプ２５から吐出された汚水の汚濁負荷が低減するように汚水を適切に処理する。
【００２５】
再び図１の説明に戻る。
下水ポンプ場シミュレータ２１０は、図２に示した、下水ポンプ場１０の沈砂池４３、雨水ポンプ井３０などの施設構造物や、流入ゲート４２、雨水ポンプ２０、汚水ポンプ２５などの各種装置の動作を再現する数理モデルを備えている。そして、下水ポンプ場シミュレータ２１０は、外部計測値５や計測値５０などを入力として行うシミュレーションにより、監視制御システム１００が実装される計算機上で下水ポンプ場１０の動作を再現することができる。
【００２６】
ここで、下水ポンプ場１０の動作とは、例えば、雨水ポンプ井３０に流入する下水の流入下水量に対して、雨水ポンプ２０や汚水ポンプ２５の吐出量を制御した時に、雨水ポンプ井３０の水位がどう変化するか、また、吐出量の制御に伴い下水ポンプ場１０に接続する下水管渠４１の水位がどのように変化するかを指している。下水ポンプ場１０に流入する下水により生じる可能性のあるリスクとして、例えば、下水処理区４０の浸水、下水処理の不良、放流汚濁負荷、下水ポンプ場１０の水没、ポンプ場１０に設置される機器による消費電力の増加の少なくとも一つが含まれる。下水ポンプ場シミュレータ２１０が、事前にシミュレーションを行うことで、雨水ポンプ２０や汚水ポンプ２５のポンプ制御を行った際に下水ポンプ場１０の水没リスクや下水処理区４０の浸水リスクがどう変化するかを計算機上で評価し、適切な制御信号６０を設定することが可能となる。
【００２７】
また、下水ポンプ場シミュレータ２１０が備える数理モデルは、例えば、雨水ポンプ井３０に対しては、その構造物の寸法や配管の取り合いに関する情報が含まれており、水理公式によって下水の流入流量の変化に対する水位の変化などを算定できるモデルとなっている。雨水ポンプ２０や汚水ポンプ２５に対するモデルとしては、揚程と吐出量との関係、ポンプ回転数と吐出量との関係、ポンプ回転数と消費電力との関係などを表現するモデルを用いることができる。
【００２８】
さらに必要に応じて、下水ポンプ場シミュレータ２１０に、下水ポンプ場１０に連携する不図示の下水処理場の処理水質などを評価できる下水処理場シミュレータ２３０を接続してもよい。この下水処理場シミュレータ２３０は、下水ポンプ場シミュレータ２１０の一機能として下水ポンプ場シミュレータ２１０の内部に設けてもよい。なお、下水ポンプ場１０に下水処理場が接続されない構成であれば、下水処理場シミュレータ２３０は不要である。
【００２９】
下水処理場シミュレータ２３０は、例えば、下水処理プロセスとして一般的な活性汚泥処理（微生物による汚濁物質の分解処理）を再現できる数理モデルとして、活性汚泥モデルを備えるものとする。下水処理場シミュレータ２３０は、汚水を処理した後の水質等をシミュレーションの結果として下水ポンプ場シミュレータ２１０に出力することができる。そして、下水ポンプ場シミュレータ２１０は、下水処理場シミュレータ２３０によるシミュレーションの結果を用いて、下水処理場に吐出した汚水から汚濁物質を除去することが可能な汚水の量を判断する。ポンプ制御部３００は、下水ポンプ場シミュレータ２１０により判断された汚水の量に基づいて、汚水ポンプ２５が下水処理場に吐出する汚水の吐出量や吐出タイミングを制御することができる。
【００３０】
下水処理区データベース２２０には、前述したように下水処理区４０に設置される計測器４５から取り込んだ、下水処理区４０における降雨量の現況値を含むデータが蓄積される。また、下水処理区データベース２２０に蓄積されるデータとして、降雨量以外にも、下水管渠４１への流入流量と、下水管渠４１における下水の水位なども含まれる。さらに、下水処理区データベース２２０には、下水処理区４０に降る雨量を予測するための気象レーダ（マイクロ波レーダ）のデータ、流入下水の水質計測値（懸濁物質、有機物、ｐＨなど）のデータなども必要に応じて保存されていることが望ましい。
【００３１】
ポンプ制御部３００は、データ読込部３２０が読込んだデータに含まれる降雨量と、リスクの評価結果を下水ポンプ場シミュレータ２１０に出力して下水ポンプ場シミュレータ２１０により予測される下水ポンプ場１０への下水の流入量とに基づいて、ポンプの運転を制御する。データ読込部３２０が読込んだデータには、例えば、外部計測値５に含まれる下水処理区４０における降雨量の他に、下水管渠４１における下水の水位実況値も含まれる。また、下水ポンプ場シミュレータ２１０により予測される下水の流入量は、ポンプ場１０における水位予測値と読み替えることもできる。そして、ポンプ制御部３００は、ポンプの運転を制御する際に、降雨量に応じて発生しうる複数のリスクのうち、優先して対応すべきリスクを緩和するための制御モードに切替えて、制御信号６０をポンプ場１０に出力してポンプの運転を制御する。切替え可能な制御モードとして、例えば、後述する雨天時制御モード、晴天時制御モードがある。このように切替えられた制御モードによりポンプ制御部３００がポンプを制御することで、下水ポンプ場１０に発生する可能性のあるリスクを緩和することができる。
【００３２】
このポンプ制御部３００は、リスク優先度評価モジュール３１０、データ読込部３２０、リスク重み係数テーブル３３０、雨天時制御モジュール３４０、晴天時制御モジュール３５０を備える。雨天時制御モジュール３４０、晴天時制御モジュール３５０は、いずれも制御部の一例として用いられる。
【００３３】
データ読込部３２０は、下水処理区データベース２２０から、下水処理区４０で計測された降雨量、下水管渠４１への下水の流入流量と水位などのデータを読込んで、データをリスク優先度評価モジュール３１０に渡す。
【００３４】
リスク優先度評価モジュール３１０（リスク優先度評価部の一例）は、データ読込部３２０が読込んだデータに含まれる、下水処理区４０における降雨量と、降雨量に応じて重み付けされるリスクとに基づいて、優先して対応すべきリスクの評価結果を得る。このとき、リスク優先度評価モジュール３１０は、データ読込部３２０が読込んだデータから求めた、下水ポンプ場１０への下水の流入量に基づいて優先的に対応すべきリスクを判断する。
【００３５】
リスク重み係数テーブル３３０は、降雨量に応じて、リスク毎に設定されるリスク重み係数が格納されるテーブルである。本実施の形態では、下水処理区４０の降雨量から求められる降雨レベルと、下水ポンプ場１０に発生する可能性のあるリスク毎にリスク重み係数が設定される。リスク重み係数テーブル３３０は、リスク優先度評価モジュール３１０がリスクを判断する際に読込まれる。
【００３６】
雨天時制御モジュール３４０（雨天時制御部の一例）は、降雨量から求めた下水処理区４０の天候が雨天であるときに実行される雨天時制御モードによりポンプの吐出量を制御するモジュールである。この雨天時制御モジュール３４０は、雨天時に下水ポンプ場１０に生じるリスクを緩和するための制御を、下水ポンプ場１０の雨水ポンプ２０及び汚水ポンプ２５に対して行う。
【００３７】
晴天時制御モジュール３５０（晴天時制御部の一例）は、降雨量から求めた下水処理区４０の天候が晴天であるときに実行される晴天時制御モードによりポンプの吐出量を制御するモジュールである。この晴天時制御モジュール３５０は、晴天時に下水ポンプ場１０に生じるリスクを緩和するための制御を、下水ポンプ場１０の雨水ポンプ２０及び汚水ポンプ２５に対して行う。
【００３８】
そして、リスク優先度評価モジュール３１０は、下水処理区４０の降雨量と閾値とを比較した結果に基づいて、雨天時ポンプ制御モジュール３４０又は晴天時ポンプ制御モジュール３５０のいずれかを選択する。これにより、下水処理区４０の天候に応じた適切な制御モジュールが選択される。
【００３９】
次に、ポンプ制御部３００が行う全体処理について説明する。
図３は、ポンプ制御部３００の処理例を示すフローチャートである。
ポンプ制御部３００の処理における各工程は、適宜、下水ポンプ場シミュレータ２１０から出力される情報を読み取ったり、下水ポンプ場シミュレータ２１０に情報を出力したりしながら実行される。そして、ポンプ制御部３００は、ポンプ制御部３００内に有するデータ読込部３２０、リスク優先度評価モジュール３１０、雨天時制御モジュール３４０及び晴天時制御モジュール３５０に対して処理を行わせる。
【００４０】
始めに、計測値読込み工程では、データ読込部３２０が、監視制御システム１００に入力される外部計測値５や計測値５０の各種データを読み込んで、次工程以降に行われる演算に利用可能な状態とする（Ｓ１）。
【００４１】
次に、リスク優先度評価モジュール実行工程では、リスク優先度評価モジュール３１０が、ステップＳ１で読み込んだ降雨量の現況値又は予測値を用いて、現時点における制御モードの判定が行えるようにすると同時に、各リスクの優先度を評価する（Ｓ２）。なお、以下の説明において、「現時点」とは処理が動いた時点のことである。
【００４２】
次に、制御モード判定工程では、リスク優先度評価モジュール３１０が、雨天時制御モード、又は晴天時制御モードのどちらを採用して、下水ポンプ場１０の制御を行うのかを判定する（Ｓ３）。制御モードの判定に際して、リスク優先度評価モジュール３１０は、例えば、予め定めた降雨量の閾値を用いて、下水処理区４０における降雨量が閾値を超える場合には雨天時制御モード、降雨量が閾値以下の場合には晴天時制御モードを選択できるようにする。
【００４３】
ステップＳ３の制御モード判定工程において、リスク優先度評価モジュール３１０が選択した制御モードが雨天時制御モードであるか否かを判定する（Ｓ４）。リスク優先度評価モジュール３１０が雨天時制御モードを選択した場合（Ｓ４のＹＥＳ）、雨天時制御モジュール実行工程が行われる（Ｓ５）。雨天時制御モジュール実行工程では、雨天時制御モジュール３４０が、後述する図６に示す雨天時制御処理を実行する。
【００４４】
一方、リスク優先度評価モジュール３１０が晴天時制御モードを選択した場合（Ｓ４のＮＯ）、晴天時制御モジュール実行工程が行われる（Ｓ６）。晴天時制御モジュール実行工程では、晴天時制御モジュール３５０が、後述する図７に示す晴天時制御処理を実行する。
【００４５】
そして、雨天時制御モジュール実行工程（Ｓ５）又は晴天時制御モジュール実行工程（Ｓ６）のいずれかが終了すると、本処理も終了する。
以上が、ポンプ制御部３００の全体の処理例の説明である。
【００４６】
次に、リスク優先度評価モジュール３１０が行う処理について説明する。
図４は、リスク優先度評価モジュール３１０の処理例を示すフローチャートである。本処理は、図３のステップＳ２におけるリスク優先度評価モジュール実行工程の詳細な内容を表す。
【００４７】
リスク優先度評価モジュール３１０は、外部計測値５から求めた降雨レベルに基づいて、ポンプ制御の適否を判断する評価関数Ｅに対する各リスクの優先度を、重み係数の形式で設定する。
【００４８】
始めに、降雨量読込み工程では、リスク優先度評価モジュール３１０が、ステップＳ１に示した計測値読込み工程で読込んだ降雨量の情報を、次工程以降の処理で利用可能な状態に変換する（Ｓ１１）。
【００４９】
次に、降雨レベル判定工程では、リスク優先度評価モジュール３１０が、ステップＳ１１で変換された降雨量が、予め定義した複数の降雨レベルのうち、どの降雨レベルに相当するかを判定する（Ｓ１２）。降雨レベルの定義のうち、最も簡潔なものは、降雨量の現況値Ｒｔ（時刻ｔの時間降雨量ｍｍ／Ｈｒ）に対する複数の閾値ＲＴｉ（降雨レベルｉの閾値；ｉ＝｛１，２，…，ｎ｝）を設定するものであり、次の条件（１）に示すように降雨レベルを付与する。
【００５０】
if Rt<RT1then降雨レベル=0
else if RTi≦Rt＜RTi+1 then 降雨レベル=i   …（１）
【００５１】
条件（１）は、降雨量の現況値Ｒｔが閾値ＲＴ1よりも低ければ降雨レベルを“０”とすることを表す。また、条件（１）は、降雨量の現況値Ｒｔが閾値ＲＴｉ以上である場合に、降雨量の現況値Ｒｔが、降雨量の現況値ＲＴiと現況値ＲＴi+1の間にあれば、現況値ＲＴiと現況値ＲＴi+1で規定される降雨レベルに“ｉ”を付与することを表す。
【００５２】
次に、リスク重み係数読込み工程では、リスク優先度評価モジュール３１０が、降雨レベルごとに予め設定された各リスクの重み係数をリスク重み係数テーブル３３０から読み込んで、読込んだ各リスクの重み係数を以降の工程で利用可能な状態とする（Ｓ１３）。各リスクの重み係数は、後述する図５に示すように、例えば、“０”〜“１”の範囲の値とする。そして、重み係数が大きいほど、リスクの対応優先度が高いことを意味する。
【００５３】
ここで、リスク重み係数テーブル３３０について説明する。
図５は、リスク重み係数テーブル３３０の構成例を示す説明図である。
リスク重み係数テーブル３３０は、縦軸に降雨レベル、横軸にリスクを並べた表形式で表される。そして、降雨レベルとリスクの交わるセルに固有の重み係数が格納される。
【００５４】
降雨レベルは、降雨量によって、“０”〜“４”のいずれかの値をとるものとする。例えば、降雨量が毎時０．１ｍｍ未満であれば、降雨レベルが“０”となる。降雨量が毎時０．１ｍｍ以上かつ５ｍｍ未満であれば、降雨レベルが“１”となる。降雨量が毎時５ｍｍ以上かつ１０ｍｍ未満であれば、降雨レベルが“２”となる。降雨量が毎時１０ｍｍ以上かつ３０ｍｍ未満であれば、降雨レベルが“３”となる。降雨量が毎時３０ｍｍ以上であれば、降雨レベルが“４”となる。
【００５５】
本実施の形態では、例えば、「浸水」、「下水処理不良」、「水質汚濁」、「ポンプ場水没」、「消費電力増加」の５種類のリスクが設定されている。各リスクには、“ｗ１”〜“ｗ５”の符号が付与される。そして、リスク重み係数テーブル３３０に示すように、リスクの種類と、降雨レベルに応じてリスク重み係数が決定される。例えば、突発的に発生した豪雨により降雨量が多くなったときには、「浸水」や「ポンプ場水没」のリスクが高まるため、ポンプ場１０から速やかに下水を吐出することが求められる。一方、降雨量が少なかったり、晴天であったりすれば、汚濁負荷量を少なくする必要があるが、ポンプ場１０の機器が使用する電力の消費量を低くすることが求められる。
【００５６】
このように下水処理区４０における降雨量から求めた降雨レベルにより、リスク毎に対応すべき優先度としてのリスク重み係数が定まる。例えば、降雨レベルが“０”であれば「浸水」や「ポンプ場水没」のリスクは発生しないので、これらのリスクに対する優先度が低くなり、リスク重み係数が“０”に設定される。一方、降雨レベルが“０”であっても、「下水処理不良」、「水質汚濁」、「消費電力増加」のリスクは存在するので、これらのリスクに対する優先度が高くなり、各リスクに対するリスク重み係数が“１”に設定される。
【００５７】
降雨レベルが上がるにつれて、各リスクに対するリスク重み係数も変化する。例えば、豪雨等により多量の降水が発生すると、下水管渠４１から汚水を速やかに排水しなくては、下水ポンプ場１０に浸水したり、水没したりするリスクが高くなる。このため、「浸水」と「ポンプ場水没」のリスクに対するリスク重み係数が高く設定される。一方で、降雨レベルが“４”であれば、「下水処理不良」等を考慮して行われる処理は時間を要するため、水質汚濁等を考慮することなく速やかに排水しなければならない。このため、「下水処理不良」、「水質汚濁」、「消費電力増加」のリスクに対するリスク重み係数が“０”に設定される。
【００５８】
再び図４の説明に戻る。
次に、リスク重み係数設定工程では、リスク優先度評価モジュール３１０は、ステップＳ１２の降雨レベル判定工程にて付与された降雨レベルに対応する各リスクのリスク重み係数を、現時点でのポンプ制御の適否を判定する評価関数Ｅ内のパラメータとして設定する（Ｓ１４）。そして、リスク優先度評価モジュール３１０は、降雨量に基づいてリスク重み係数テーブル３３０から読込んだリスク重み係数と、リスク関数との積を加算した評価関数を出力する。
【００５９】
ここで、評価関数Ｅについて説明する。ポンプ制御に用いられる評価関数Ｅは、次式（２）で与えられる。この評価関数Ｅは、ｉ＝１〜ｎの範囲で求めたリスク重み係数ｗｉとリスク関数Ｒｉｓｋｉの積の和で表される。リスク関数Ｒｉｓｋｉは、リスクの種類を示す関数である。例えば、Ｒｉｓｋ１であれば、「浸水」リスク、Ｒｉｓｋ２であれば、「下水処理不良」リスクを表す。
【００６０】
【数１】
2019200500.tif 000003
【００６１】
評価関数Ｅを最小とする値が、雨水ポンプ２０の吐出量として求められる。例えば、降雨レベルが“４”であれば、「浸水」と「ポンプ場水没」のリスクを回避できるような雨水ポンプ２０の吐出量が求められる。なお、汚水ポンプ２５の吐出量は、雨水ポンプ井３０から吐出される汚水の全吐出量から雨水ポンプ２０の吐出量を減じた値となる。このため、雨水ポンプ２０の吐出量だけを求めれば、汚水ポンプ２５の吐出量が自動的に決まる。
【００６２】
次に、出力工程では、リスク優先度評価モジュール３１０が、ステップＳ１４のリスク重み係数設定工程により設定された現時点でのリスク重み係数を雨天時制御モジュール３４０、又は晴天時制御モジュール３５０での制御演算向けに出力する（Ｓ１５）。このため、ステップＳ４により選択された雨天時制御モジュール３４０、又は晴天時制御モジュール３５０のいずれかに現時点でのリスク重み係数、及びリスク重み係数を反映した評価関数Ｅが出力される。
以上がリスク優先度評価モジュール３１０の処理例の説明である。
【００６３】
次に、雨天時制御モジュール３４０が行う処理について説明する。
図６は、雨天時制御モジュール３４０の処理例を示すフローチャートである。本処理は、図３のステップＳ５における雨天時制御モジュール実行工程の詳細な内容を表す。
【００６４】
雨天時制御モジュール３４０は、雨天時制御モードにおけるポンプ運転制御を行うために、リスク優先度評価モジュール３１０から入力した、各リスクに対応するリスク重み係数を反映した評価関数Ｅにより、評価関数Ｅを最小とする適正なポンプ起動停止タイミングと吐出量を決定する。そして、雨天時制御モジュール３４０は、決定した起動停止タイミング及び吐出量によりポンプの運転を制御する。
【００６５】
最初のポンプ吐出量範囲設定工程では、雨天時制御モジュール３４０が、下水ポンプ場１０に設置された雨水ポンプ２０、汚水ポンプ２５のそれぞれに対して、ポンプ仕様に基づいて、以降の工程で最適吐出量を探索する際の計算範囲を設定する（Ｓ２１）。一般的には、下水ポンプ場１０には、雨水ポンプ２０、汚水ポンプ２５としてそれぞれ複数台のポンプが設置されているので、その各々の容量の総計で計算範囲を設定することができる。しかし、ポンプ再起動に掛かる制約や保守上の理由で起動できないポンプがある場合には、そのポンプ分の容量を減ずる必要がある。
【００６６】
次に、ポンプ吐出量データセット出力工程では、雨天時制御モジュール３４０が、ステップＳ２１のポンプ吐出量範囲設定工程で設定したポンプ吐出量の範囲を所定幅で分割したデータ（雨水ポンプ吐出量と汚水ポンプ吐出量の組合せデータ）のセット（「ポンプ吐出量データセット」と呼ぶ）を作成する。ここで、ポンプ吐出量は、ステップＳ２１のポンプ吐出量範囲設定工程において、例えば、毎分１００ｍ３のように設定される。このため、雨天時制御モジュール３４０は、設定されたポンプ吐出量を、例えば、毎分１０ｍ３のような幅で分割して、雨水ポンプ吐出量と汚水ポンプ吐出量に振り分ける。これにより、雨天時制御モジュール３４０は、例えば、雨水ポンプ吐出量を毎分８０ｍ３とし、汚水ポンプ吐出量を毎分２０ｍ３とする組合せデータをポンプ吐出量データセットとして得ることができる。
【００６７】
なお、ポンプ吐出量の範囲を分割する幅を狭くすれば、雨水ポンプ吐出量と汚水ポンプ吐出量を細かく振り分けることができるが、雨天時制御モジュール３４０の演算量も多くなる。このため、ポンプ吐出量の範囲を分割する幅は、下水ポンプ場１０に設置される雨水ポンプ２０と汚水ポンプ２５の個数や演算時間等により適宜変更される。
【００６８】
次に、雨天時制御モジュール３４０は、作成したポンプ吐出量データセットを下水ポンプ場シミュレータ２１０などの演算に利用可能な形態で出力する（Ｓ２２）。ステップＳ２２にて出力されたポンプ吐出量データセットを条件として、下水ポンプ場シミュレータ２１０でのシミュレーションが実施され、必要に応じて下水処理場シミュレータでのシミュレーションも実施される。
【００６９】
次に、算出リスクデータセット読込み工程では、雨天時制御モジュール３４０が、下水ポンプ場シミュレータ２１０から得る、リスク算出結果が含まれる算出リスクデータセットを読み込む（Ｓ２３）。この算出リスクデータセットには、ステップＳ２２のポンプ吐出量データセット出力工程にて出力されるポンプ吐出量データセットに対応したリスク指標（例えば、下水処理区４０の浸水リスク、下水ポンプ場１０の水没リスク、放流先の汚濁負荷リスクなど）の算出結果が含まれる。一般的に「浸水」のリスクは、下水管渠４１の水位で決まり、「ポンプ場水没」のリスクは雨水ポンプ井３０にたまる下水の水位で決まる。
【００７０】
リスクを回避するためには、事前に下水ポンプ場シミュレータ２１０により演算される値を用いて、リスクを算出する必要がある。下水ポンプ場シミュレータ２１０により、例えば、現時点から５分後の雨水ポンプ井３０にたまる下水の水位が１．５ｍとなり、現時点から１０分後の雨水ポンプ井３０にたまる下水の水位が２．０ｍとなるといった予測結果が得られる。そして、雨天時制御モジュール３４０は、下水ポンプ場シミュレータ２１０から出力される予測結果を含む算出リスクデータセットを用いて以下の工程を実行する。
【００７１】
雨天時最適ポンプ吐出量判定工程では、雨天時制御モジュール３４０が、算出リスクデータセットに含まれる算出結果のうち、最小のリスク指標に対応するポンプ吐出量データ、すなわち最小のリスクを実現できる最適なポンプ吐出量を判定して、最適なポンプ吐出量を抽出する（Ｓ２４）。このとき、雨天時制御モジュール３４０は、上述した評価関数Ｅを最小にするポンプ吐出量を求めることができる。
【００７２】
次に、最適ポンプ吐出量出力工程では、雨天時制御モジュール３４０が、ステップＳ２４の工程で抽出されたリスク指標を最小化する最適ポンプ吐出量を、下水ポンプ場シミュレータ２１０などが参照可能となるように出力する（Ｓ２５）。そして、下水ポンプ場シミュレータ２１０は、雨天時制御モジュール３４０から入力した最適ポンプ吐出量に基づいて改めてシミュレーションを行い、最適ポンプ吐出量が妥当であるか判定する。最適ポンプ吐出量が妥当であれば、下水ポンプ場シミュレータ２１０は、どのポンプにどれだけの吐出量を割当てるかを定めるポンプ割当てルールを決定する。
【００７３】
次に、ポンプ割り当てルール読込み工程では、雨天時制御モジュール３４０が、複数あるポンプにどのような順序や規則で起動停止や吐出量を割り当てるかを指示するために用いられるポンプ割当てルールを下水ポンプ場シミュレータ２１０から読み込む（Ｓ２６）。ポンプ割当てルールは、例えば、各ポンプの起動停止履歴に基づいて、各ポンプの稼働率に偏りが出ないようにするため、起動するポンプや停止するポンプの決定方法を定義したものである。
【００７４】
また、このポンプ割当てルールは、例えば、容量の異なるポンプ、固定速のポンプ、又は可変速のポンプが混在する場合には、所定の吐出量までは可変速ポンプ起動からスタートし、所定吐出量を超えたところで固定速ポンプに切り替えることにより、全体で最適ポンプ吐出量となるように各ポンプへの吐出量を割り当てるルールも含む。また、ポンプ割当てルールとして、停止直後のポンプは、所定の時間だけ起動対象から外すなどのルールも含めてよい。これにより特定のポンプだけが長時間にわたって連続して稼働することを防ぐことができる。
【００７５】
最後のポンプ起動停止・吐出量決定工程では、雨天時制御モジュール３４０が、ステップＳ２６にて読込んだポンプ割当てルールに基づいて、各ポンプ（各々複数台が設置された雨水ポンプ２０と汚水ポンプ２５）の起動停止のタイミング及び吐出量を決定する（Ｓ２７）。そして、雨天時制御モジュール３４０は、決定した各ポンプの起動停止のタイミング及び吐出量を下水ポンプ場シミュレータ２１０へ出力する。そして、下水ポンプ場シミュレータ２１０は、決定された各ポンプの起動停止のタイミング及び吐出量に基づいてシミュレーションを行い、結果が妥当であるか判断する。
【００７６】
雨天時制御モジュール３４０は、シミュレーションの結果が妥当である場合に、ステップＳ２７で下水ポンプ場シミュレータ２１０に出力した、各ポンプの起動停止のタイミング及び吐出量に基づいて、ポンプの起動停止と吐出量を制御するための制御信号６０を下水ポンプ場１０に出力する。このような処理を経て、監視制御システム１００は、雨天時における下水ポンプ場１０に設置されたポンプに対する実際の制御動作を実行することが可能となる。ここでの制御動作は、運転者を介さない自動制御が基本となるが、運転者に制御動作をガイダンスとして提示し、運転者による確認操作を介するような運用であってもよい。
以上が雨天時制御モジュール３４０の処理例の説明である。
【００７７】
次に、晴天時制御モジュール３５０が行う処理について説明する。
図７は、晴天時制御モジュール３５０の処理例を示すフローチャートである。本処理は、図３のステップＳ６における晴天時制御モジュール実行工程の詳細な内容を表す。
【００７８】
晴天時制御モジュール３５０は、晴天時制御モードにおけるポンプ運転制御を行うために、リスク優先度評価モジュール３１０から入力した、各リスクに対応するリスク重み係数を反映した評価関数Ｅにより、評価関数Ｅを最小とする適正なポンプ起動停止タイミングと吐出量を決定する。そして、晴天時制御モジュール３５０は、決定した起動停止タイミング及び吐出量によりポンプの運転を制御する。晴天時制御モジュール３５０の基本的な処理は、雨天時制御モジュール３４０と同様であるため、雨天時制御モジュール３４０と同じ処理は一部を省略して説明する。
【００７９】
最初のポンプ吐出量範囲設定工程では、晴天時制御モジュール３５０が、下水ポンプ場１０に設置された雨水ポンプ２０、汚水ポンプ２５のそれぞれに対して、ポンプ仕様に基づいて、以降の工程で最適吐出量を探索する際の計算範囲を設定する（Ｓ３１）。
【００８０】
次に、ポンプ吐出量データセット出力工程では、晴天時制御モジュール３５０が、ステップＳ３１のポンプ吐出量範囲設定工程で設定したポンプ吐出量の範囲を所定幅で分割したデータのセット（「ポンプ吐出量データセット」と呼ぶ）を作成する。そして、晴天時制御モジュール３５０は、ポンプ吐出量データセットを下水ポンプ場シミュレータ２１０などの演算に利用可能な形態で出力する（Ｓ３２）。
【００８１】
次に、算出リスクデータセット読込み工程では、晴天時制御モジュール３５０が、下水ポンプ場シミュレータ２１０を介して実行したリスク算出結果が含まれる算出リスクデータセットを読み込む（Ｓ３３）。この算出リスクデータセットには、ステップＳ３２のポンプ吐出量データセット出力工程にて出力されるポンプ吐出量データセットに対応したリスク指標の算出結果が含まれている。
【００８２】
さらに、晴天時最適ポンプ吐出量判定工程では、晴天時制御モジュール３５０が、算出リスクデータセットに含まれる算出結果のうち、最小のリスク指標に対応するポンプ吐出量データ、すなわち最小のリスクを実現できる最適なポンプ吐出量を判定して、最適なポンプ吐出量を抽出する（Ｓ３４）。
【００８３】
次に、最適ポンプ吐出量出力工程では、晴天時制御モジュール３５０が、ステップＳ３４の工程で抽出されたリスク指標を最小化する最適ポンプ吐出量を、下水ポンプ場シミュレータ２１０などが参照可能となるように出力する（Ｓ３５）。
【００８４】
次に、ポンプ割り当てルール読込み工程では、晴天時制御モジュール３５０が、複数あるポンプにどのような順序や規則で起動停止や吐出量を割り当てるかを指示するために用いられるポンプ割当てルールを下水ポンプ場シミュレータ２１０から読み込む（Ｓ３６）。
【００８５】
最後のポンプ起動停止・吐出量決定工程では、ステップＳ３６にて読込んだポンプ割当てルールに基づいて、晴天時制御モジュール３５０が、各ポンプ（各々複数台が設置された雨水ポンプ２０と汚水ポンプ２５）の起動停止のタイミング及び吐出量を決定する（Ｓ３７）。そして、晴天時制御モジュール３５０は、決定した各ポンプの起動停止のタイミング及び吐出量を下水ポンプ場シミュレータ２１０へ出力する。
【００８６】
監視制御システム１００は、ステップＳ３７で出力される、ポンプの起動停止と吐出量を制御するための制御信号６０を下水ポンプ場１０に出力し、晴天時における実際のポンプの制御動作を実行する。
以上が晴天時制御モジュール３５０の処理例の説明である。
【００８７】
ここまで図３〜図７を参照して、ポンプ制御部３００の動作と機能の実施形態の一例について説明した。このポンプ制御部３００は、予め設定した制御周期ごとに実行するが、必要に応じて、監視制御システム１００の運転者からの指示によって実行することもできる。
【００８８】
さらに、監視制御システム１００の運転者を支援する機能として、運転状態や制御状態を可視化するための表示部４００に様々な情報を表示することが可能である。例えば、上述した水位実況値、水位予測値、制御参照水位、下水ポンプ場シミュレータ２１０で算出されたリスク指標などを該当する下水処理区４０のマップ内に表示したり、下水ポンプ場１０のポンプなどの設備レイアウト図内に起動停止や吐出量の現況値あるいは数時間先までの先行制御の予測値などを表示したりする。これにより、現在の運転状態と制御状態を正確に把握し、必要な対策をとることが容易となる効果が期待される。
【００８９】
ここで、表示部４００に表示される管理画面の構成例について、図８を参照して説明する。
図８は、管理画面Ｄ１の表示例を示す説明図である。
【００９０】
管理画面Ｄ１の右上には、現在時刻における下水処理区４０の天候と、降雨量とを示す情報Ｄ１ａが表示される。ここで、下水処理区４０の天候は、アイコンで表される。本実施の形態では、雲と雨がデザインされたアイコンにより、下水処理区４０の天候が雨であることが分かる。また、監視制御システム１００に入力する外部計測値５に基づいて、下水処理区４０の降雨量は毎時１２．３ｍｍであることが示される。
【００９１】
管理画面Ｄ１の左側には、監視制御システム１００が運転者に提示可能な情報である運転制御ガイダンスを運転者が選択するためのメニューＤ１ｂが表示される。本実施の形態では、このメニューＤ１ｂからポンプ運転支援情報を選択した例が示される。ポンプ運転支援情報は、下水ポンプ場１０に設置される複数のポンプをどのタイミングで動かすかを運転者に示す情報である。
【００９２】
管理画面Ｄ１の中側には、下水ポンプ場１０に設置される複数の雨水ポンプ２０毎の吐出量と、各雨水ポンプ２０の起動開始時間とを示す雨水ポンプガイダンスＤ１ｃが表示される。雨水ポンプガイダンスＤ１ｃには、雨水ポンプ２０に関する情報を示すポンプ吐出量ガイダンスと、ポンプ起動停止ガイダンスの２種類のガイダンスが含まれる。
【００９３】
ポンプ吐出量ガイダンスには、現在時刻を“０”としたときに、２０分後、４０分後、６０分後にどの雨水ポンプ２０がどの位の吐出量で汚水を吐出するかが示される。例えば、現在時刻が“０”の時点では“Ｎｏ．１”、“Ｎｏ．２”として識別される２台の雨水ポンプ２０が毎分３００ｍ３の吐出量で下水ポンプ場１０から下水を吐出することが分かる。そして、時間が経過するにつれて、“Ｎｏ．３”、“Ｎｏ．４”、“Ｎｏ．５”の順に雨水ポンプ２０が起動し、２０分後には５台の雨水ポンプ２０が最大吐出量で下水ポンプ場１０から汚水を吐出することが分かる。
【００９４】
ポンプ起動停止ガイダンスには、雨水ポンプ２０が起動中又は停止中のいずれであるか、停止中の雨水ポンプ２０は現在時刻から何分後に起動するかを表す情報が示される。例えば、現在時刻が“０”の時点では、既に“Ｎｏ．１”、“Ｎｏ．２”として識別される２台の雨水ポンプ２０が起動中であるため、“Ｎｏ．１”、“Ｎｏ．２”の雨水ポンプ２０が起動中であることを示すラジオボタンが選択された状態で表示される。一方、現在時刻が“０”の時点では、“Ｎｏ．３”、“Ｎｏ．４”、“Ｎｏ．５”として識別される３台の雨水ポンプ２０が停止中であることを示すラジオボタンが選択された状態で表示される。そして、各ラジオボタンの隣りに“Ｎｏ．３”の雨水ポンプ２０は５分後に起動し、“Ｎｏ．４”の雨水ポンプ２０は１５分後に起動し、“Ｎｏ．５”の雨水ポンプ２０は２０分後に起動することを示す情報が表示される。
【００９５】
管理画面Ｄ１の右側には、現在時刻における雨水ポンプ井３０の水位の現況値Ｄ１ｄが示される。運転者は、管理画面Ｄ１を通じて、下水ポンプ場１０の制御モードを、晴天時制御モード、雨天時制御モード、又はポンプ場連携運転モードのいずれかに設定することが可能である。上述したように晴天時制御モード、雨天時制御モードは、下水ポンプ場１０に設置された雨水ポンプ２０と汚水ポンプ２５の動作を制御するために設定されるモードである。ただし、晴天時制御モード、雨天時制御モード、又はポンプ場連携運転モードは、ポンプ制御部３００により自動的に設定されてもよい。
【００９６】
ポンプ場連携運転モードは、監視制御システム１００の制御対象である下水ポンプ場１０と連携して、他の下水ポンプ場１０と共に下水を処理することを設定するモードである。ポンプ場連携運転モードが設定されると、例えば、ＡＡポンプ場が毎分１２ｍ３で汚水を吐出し、ＢＢポンプ場が毎分３４ｍ３で汚水を吐出することが可能となる。
そして、全ての設定が終わると、運転者は、管理画面Ｄ１の右下に示される実行ボタンを押して、制御開始を指示する。
【００９７】
次に、監視制御システム１００を構成する計算機Ｃのハードウェア構成を説明する。
図９は、計算機Ｃのハードウェア構成例を示すブロック図である。
【００９８】
計算機Ｃは、いわゆるコンピュータとして用いられるハードウェアである。計算機Ｃは、バスＣ４にそれぞれ接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）Ｃ１、ＲＯＭ（Read Only Memory）Ｃ２、ＲＡＭ（Random Access Memory）Ｃ３を備える。さらに、計算機Ｃは、表示装置Ｃ５、入力装置Ｃ６、不揮発性ストレージＣ７、ネットワークインターフェイスＣ８を備える。
【００９９】
ＣＰＵ Ｃ１は、本実施の形態に係る各機能を実現するソフトウェアのプログラムコードをＲＯＭ Ｃ２から読み出して実行する。ＲＡＭ Ｃ３には、演算処理の途中に発生した変数やパラメーター等が一時的に書き込まれる。ＣＰＵ Ｃ１が実行するプログラムにより、ポンプ制御部３００、下水ポンプ場シミュレータ２１０、下水処理場シミュレータ２３０の各機能が実現される。
【０１００】
表示装置Ｃ５は、例えば、液晶ディスプレイモニタであり、計算機Ｃで行われる処理の結果等をユーザーに表示する。表示装置Ｃ５は、図１に示した表示部４００に対応する。入力装置Ｃ６には、例えば、キーボード、マウス等が用いられ、ユーザーが所定の操作入力、指示を行うことが可能である。
【０１０１】
不揮発性ストレージＣ７としては、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、フレキシブルディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、磁気テープ、不揮発性のメモリ等が用いられる。この不揮発性ストレージＣ７には、ＯＳ（Operating System）、各種のパラメーターの他に、計算機Ｃを機能させるためのプログラムが記録されている。図１に示した下水処理区データベース２２０は、不揮発性ストレージＣ７に構成される。ＲＯＭ Ｃ２、不揮発性ストレージＣ７は、ＣＰＵ Ｃ１が動作するために必要なプログラムやデータ等を永続的に記録しており、計算機Ｃによって実行されるプログラムを格納したコンピュータ読取可能な非一過性の記録媒体の一例として用いられる。
【０１０２】
ネットワークインターフェイスＣ８には、例えば、ＮＩＣ（Network Interface Card）等が用いられ、端子が接続されたＬＡＮ（Local Area Network）、専用線等を介して各種のデータを装置間で送受信することが可能である。監視制御システム１００は、ネットワークインターフェイスＣ８を通じて外部計測値５、計測値５０を取込み、制御信号６０を出力することが可能である。
以上が監視制御システム１００の機能と動作に関する代表的な実施の形態の説明である。
【０１０３】
以上説明した一実施の形態に係る監視制御システム１００では、下水ポンプ場１０に流入する合流水下水を排除するために、下水処理区４０での降雨量に基づいて、降雨によりもたらされる複数のリスクへの対応を適正化する。これにより、下水ポンプ場１０に設置されたポンプの起動又は停止タイミングを適正化し、雨天時に増加する合流水下水を下水ポンプ場１０及び下水管渠４１から効果的に排除することが可能となる。
【０１０４】
ここで、雨天時に流入下水量が増加することで直接的な被害が大きくなる下水処理区４０の浸水、下水ポンプ場１０の水没、下水処理の不良、公共用水域に放流することに伴う汚濁負荷量増加などのいずれか、又は全ての事象に対するリスクを適切に緩和する必要がある。このため、ポンプ制御部３００は、降雨レベルに応じてリスクを評価し、リスク優先度を設定する。そして、ポンプ制御部３００は、リスク優先度を評価することで、降雨レベルに応じた複数のリスクに対して優先的に対応すべきリスクを求め、このリスクを緩和するために下水ポンプ場１０のポンプを運転制御する制御モードを切り替える。これにより、ポンプ制御部３００は、ポンプ群の起動停止タイミングやポンプ吐出量を合理的に設定することが可能となる。
【０１０５】
また、ポンプ制御部３００は、降雨量と各種リスクの優先度を対応付けるリスク重み係数テーブル３３０を用意しておく。そして、ポンプ制御部３００は、リスク関数と重み係数との積和から求まるトータルリスクを評価関数Ｅとして、評価関数Ｅが最小となる雨水ポンプ２０の吐出量を求めて、ポンプを運転する。このため、リスクを緩和することが可能なポンプの運転制御を実現できる。
【０１０６】
また、本実施の形態に係る監視制御システム１００は、合流式下水道だけでなく、分流式下水道が接続されるポンプ場の監視制御を行うことも可能である。
【０１０７】
なお、本発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りその他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。
例えば、上述した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細かつ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、本実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【０１０８】
１０…下水ポンプ場、２０…雨水ポンプ、２５…汚水ポンプ、４０…下水処理区、１００…監視制御システム、２１０…下水ポンプ場シミュレータ、２２０…下水処理区データベース、２３０…下水処理場シミュレータ、３００…ポンプ制御部、３１０…リスク優先度評価モジュール、３２０…データ読込部、３３０…リスク重み係数テーブル、３４０…雨天時制御モジュール、３５０…晴天時制御モジュール、４００…表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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