(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配水池の水位を監視制御する送水設備プラントの監視制御装置であって、前記配水池に上水を送水する送水ポンプと、前記送水ポンプの送水量を計測する流量計と、前記配水池の水位を計測する水位計とが設けられ、当日の曜日および気象を含む予測条件が前記監視制御装置の予測条件入力部に入力されると、水需要量予測部はデータベースから、当日から遡り前記予測条件に合致する複数の日付の水需要量実績値を取得するとともに、前記水需要量実績値を平均して時刻毎の水需要量予測値を算出し、水位計算部は前記配水池の断面積と前記算出された水需要量予測値と、前記流量計が示す現在時点の送水量と、前記水位計が示す水位とから、前記配水池の各時刻毎の水位を算出するとともに、時間経過に伴う水位の変化を示す水位変化線図であって、かつ前記配水池の上限水位管理基準値付近および下限水位管理基準値付近において、分、秒単位の水位変化が示された水位変化線図を作成し、前記水位変化線図は表示部に表示され、かつ前記水位変化線図には、前記監視制御装置の水位管理基準入力部からの入力によって前記上限水位管理基準値付近および前記下限水位管理基準値付近を含む複数の運転状態変更点が指示されるとともに、前記運転状態変更点に対応する時刻に、前記監視制御装置の制御部によって前記送水ポンプの吐出水量を増減するよう制御する送水設備プラントの監視制御装置。
【請求項２】
次のステップを備えた送水設備プラントの監視制御装置を用いた配水池の水位管理方法。
ステップ１．予測条件入力部に当日の曜日および気象を含む予測条件を入力する。
ステップ２．水需要量予測部は、当日から遡り前記予測条件に合致する複数の日付をデータベースから抽出する。
ステップ３．抽出された日付を基にデータベースから水需要量実績値を抽出する。
ステップ４．前記複数の日付の水需要量実績値を平均するとともに、時刻毎の水需要量予測値を算出する。
ステップ５．水位計算部に配水池の断面積を入力する。
ステップ６．前記水需要量予測値を水位計算部に入力する。
ステップ７．水位計算部は制御バスを介して、現時点での流量計の示す送水量と、水位計の示す水位とを入力する。
ステップ８．前記水需要量予測値と送水量と水位と断面積とから、時刻毎の配水池の水位を算出し、時間経過に伴う水位の変化を示す水位変化線図であって、かつ前記配水池の上限水位管理基準値付近および下限水位管理基準値付近において、分、秒単位の水位変化が示された水位変化線図を作成する。
ステップ９．水位管理基準入力部に前記上限水位管理基準値付近および前記下限水位管理基準値付近を含む複数の運転状態変更点および前記運転状態変更点の変更点時刻が入力する。
ステップ１０．水位管理基準入力部は前記運転状態変更点および前記運転状態変更点の変更点時刻を水位変化線図に指示する。
ステップ１１．表示部に前記水位変化線図を表示する。
ステップ１２．運転状態変更点時刻に至った時、制御部は送水ポンプの吐出水量を増減するよう制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、上水等の送水設備プラントの監視制御装置および監視制御装置を用いた配水池の水位管理方法に関するもので、特に上水を貯えた配水池の水位変化を配水池に供給される現在時点の上水量と、過去の時刻毎の需要量のデータを参照の上、時刻毎の水需要量を予測して、配水池の水位を変化線図を表示する送水設備プラントの監視制御装置および、監視制御装置を用いた配水池の水位管理方法に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、上水の送水設備プラントの監視制御装置において、大多数の一般家庭を含む需要家の上水使用量が時々刻々に変化することにより、上水の配水池の水位を安定して制御する技術は採用されてなく、送水設備プラントに常駐する運転員が、常時配水池の水位の監視を行い、配水池の送水ポンプによる流量調整を行い、水位管理、つまり、配水池における水位管理基準である上限水位、下限水位からの逸脱を未然に防止する運転管理を行っている。この運転管理の具体例は、配水池の水位が上限あるいは下限に達した際に、水位計が発信するアラームに基づき、運転員によってポンプ運転台数の増減等を行っており、後追いの水位管理運転となる場合もある。
【０００３】
一方、運転員が配水池の水位を上下限値内に維持する場合において、過剰なポンプ動力の発生を抑え、契約電力の増大を防ぐことが可能な配水池上下限値を設定する技術として、記録部にプラントデータと水需要データとが記録されており、シミュレーション部が、プラントデータを用いて複数のポンプの配水池への送水量を算出し、送水量と水需要のデータとの関係に基づいて配水池の水位を算出し、この水位が配水池の上下限値付近になるとポンプ数を増減させ、送水量に基づいて電力量とピーク電力を算出の上、この電力量とピーク電力に基づいて電力量料金を算出し、シミュレーション部によって電力量料金を抑制する配水池上下限値を設定するものが示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１７８８１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に示された技術は、過去の一定期間（例えば１年間）の水需要データをデータベースから読み出して水需要ｑｋとして送水量Ｑｋを求め、時刻Ｋにおける配水池の水位Ｉｋを演算し、この水位Ｉｋを定められた運用上の水位上下限範囲内に維持するものである。従って水需要ｑｋがデータベースからの読み取りに基づくものであり、多様に変化する現在時点における水需要量とは必ずしも一致してなく、適切な水位管理を保つ運転つまり安定して需要家に供水を行う運転が行われない場合があるという問題点がある。またさらに、配水池の水位が上限あるいは下限に達する時刻が表示されてなく、アラーム発生後等の後追いの水位管理運転とならないように安定した水位管理運転を維持するには、運転員による常に監視を行う必要があり、省人化、省エネ化という観点から問題点がある。
【０００６】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであって、１日の水需要量実績値から水需要量を算出した予測条件と、現時点における配水池に供給される上水の流量を基に配水池の水位管理基準内に収まる該当日の時刻毎の水需要量の予測値を求めて水位変化線図を作成、表示するので、前記運転員は配水池の水位変化を時間単位で認識することが可能となり、運転の省人化、省エネ化とともに後追い水位管理運転発生を未然に防止可能となり効率的な運転を可能とする送水設備プラントの監視制御装置および監視制御装置を用いた配水池の水位管理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、
配水池の水位を監視制御する送水設備プラントの監視制御装置であって、前記配水池に上水を送水する送水ポンプと、前記送水ポンプの送水量を計測する流量計と、前記配水池の水位を計測する水位計とが設けられ、当日の曜日および気象を含む予測条件が前記監視制御装置の予測条件入力部に入力されると、水需要量予測部はデータベースから、当日から遡り前記予測条件に合致する複数の日付の水需要量実績値を取得するとともに、前記水需要量実績値を平均して時刻毎の水需要量予測値を算出し、水位計算部は前記配水池の断面積と前記算出された水需要量予測値と、前記流量計が示す現在時点の送水量と、前記水位計が示す水位とから、前記配水池の各時刻毎の水位を算出するとともに、時間経過に伴う水位の変化を示す水位変化線図であって、かつ前記配水池の上限水位管理基準値付近および下限水位管理基準値付近において、分、秒単位の水位変化が示された水位変化線図を作成し、前記水位変化線図は表示部に表示され、かつ前記水位変化線図には、前記監視制御装置の水位管理基準入力部からの入力によって前記上限水位管理基準値付近および前記下限水位管理基準値付近を含む複数の運転状態変更点が指示されるとともに、前記運転状態変更点に対応する時刻に、前記監視制御装置の制御部によって前記送水ポンプの吐出水量を増減するよう制御するものである。
第２の発明は、
次のステップを備えた送水設備プラントの監視制御装置を用いた配水池の水位管理方法である。
ステップ１．予測条件入力部に当日の曜日および気象を含む予測条件を入力する。
ステップ２．水需要量予測部は、当日から遡り前記予測条件に合致する複数の日付をデータベースから抽出する。
ステップ３．抽出された日付を基にデータベースから水需要量実績値を抽出する。
ステップ４．前記複数の日付の水需要量実績値を平均するとともに、時刻毎の水需要量予測値を算出する。
ステップ５．水位計算部に配水池の断面積を入力する。
ステップ６．前記水需要量予測値を水位計算部に入力する。
ステップ７．水位計算部は制御バスを介して、現時点での流量計の示す送水量と、水位計の示す水位とを入力する。
ステップ８．前記水需要量予測値と送水量と水位と断面積とから、時刻毎の配水池の水位を算出し、時間経過に伴う水位の変化を示す水位変化線図であって、かつ前記配水池の上限水位管理基準値付近および下限水位管理基準値付近において、分、秒単位の水位変化が示された水位変化線図を作成する。
ステップ９．水位管理基準入力部に前記上限水位管理基準値付近および前記下限水位管理基準値付近を含む複数の運転状態変更点および前記運転状態変更点の変更点時刻が入力する。
ステップ１０．水位管理基準入力部は前記運転状態変更点および前記運転状態変更点の変更点時刻を水位変化線図に指示する。
ステップ１１．表示部に前記水位変化線図を表示する。
ステップ１２．運転状態変更点時刻に至った時、制御部は送水ポンプの吐出水量を増減するよう制御する。
【発明の効果】
【０００８】
第１の発明に係る送水設備プラントの監視制御装置は、上記のような構成を採用しているので、１日の水需要量実績値から算出した水需要量予測値と、現時点における配水池に供給される上水の流量を基に、時刻毎の水位変化線図が表示されるので、配水池の水位変化を時間単位で認識することが可能で、従来の如くアラーム発生後の後追い制御の発生の可能性が少なくなり、運転の省力化、省エネ化と共に、効率的なプラント運転が行えるという効果がある。
さらに、第２の発明に係る配水池の水位管理方法は、運転状態の変更点と変更点時刻が水位変化線図に指示され、変更点時刻に至ると自動的に流量の増減を抑制するので、上記と同様の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１による送水設備プラントの概要を示す図である。
【図２】実施の形態１による監視制御装置を含むプラント監視システムを示すブロック図である。
【図３】実施の形態１による水需要量の実績関連データを示す図である。
【図４】実施の形態１による予測条件を示す図である。
【図５】実施の形態１による水需要量予測結果を示す図である。
【図６】実施の形態１による配水池の水位変化線図を示す図である。
【図７】実施の形態１によるフローチャートを示す図である。
【図８】実施の形態１による水位変化線図を示す図である。
【図９】実施の形態１による水位変化線図を示す図である。
【図１０】実施の形態３によるフローチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による送水設備プラントの監視制御装置（以下、監視制御装置と略す）１０を、図に基づいて説明する。図１は監視制御装置１０の動作説明をサポートする配水池５０周辺の諸設備を示す送水設備プラントの概略を示す図であり、図１において一般家庭を含む需要家５に上水を送る配水池５０は、上流池５１からの上水が吐出水量Ｅｘの送水ポンプ１から流量計２を介して供給されている。配水池５０に設置された水位計３は、配水池５０の水位を計測し後述する情報処理装置１８に出力するとともに水位管理基準に相当する上限水位管理基準ＰＨ、下限水位管理基準ＰＬが設けられ、水位がそれに達するとそれぞれ発信するアラーム機能を備えている。配水池５０の上水は水需要量予測値Ｄｒでもって需要家５に供給されている。この水需要量予測値Ｄｒは監視制御装置１０で管理制御可能なものでなく、需要家５の上水使用量によって時々刻々変化する。すなわち監視制御装置１０は、配水池５０の現時点の水位Ｐｏを常時監視制御することで需要家５の需要要求に対応する。
【００１１】
図２は実施の形態１による監視制御装置１０を含む送水設備プラントの監視制御システム１００の構成を示すブロック図である。図２において監視制御装置１０は、図１に示した送水ポンプ１、流量計２、水位計３等の設備機器１９の各種プラントデータベースを情報処理装置１８、制御バス１７を介して入力、保存するとともに、需要家５に供給する水需要量を予測し、時刻毎の配水池５０の水位を計算する。
情報処理装置１８は、設備機器１９の出力や計測データ情報を処理する。制御バス１７は制御部１０ａからの指令を入力し、情報処理装置１８、設備機器１９との双方向での情報および制御指令の伝達を行う。
【００１２】
監視制御装置１０は、制御部１０ａと制御バス１７を介して水需要量実績値を保存するデータベース１１と、当日の曜日および気象を含む予測条件を入力する予測条件入力部１２と、この予測条件入力部１２に入力された予測条件を基にして、前記データベース１１から水需要量実績値を取得して当日の水需要量予測値を算出する水需要量予測部１３と、配水池５０の水位管理基準を入力する水位管理基準入力部１４と、配水池５０の水位変化を時刻毎に算出するとともに、その水位変化線図を作成する水位計算部１５と、前記水需要量予測値および前記水位変化線図を表示する表示部１６とが設けられている。
【００１３】
次に、監視制御装置１０の動作と詳細構成を図３〜図７に基づいて説明する。
図７に示すフローチャートのステップ（以下、ＳＴと略す）１において、運転員によって図４に示す如く、当日の曜日、予想気象、過去の水需要量実績値の時間単位、検索数、抽出日数が“３”（３日間）となるような予測条件１２ａが、予測条件入力部１２に入力される。
ＳＴ２において、水需要量予測部１３はデータベース１１に保存されている図３に示すような過去の日付、曜日、気候、気温、特殊日、２４時間にわたる各時刻毎（この例では図４の予測条件１２ａで６時間毎のデータ）の水需要量関連データ１１ａを参照し、直近の日付から遡り、前記予測条件１２ａとほぼ合致する日付の水需要量関連データ１１ａを抽出する。この例では図５に示すように８月５日、８月４日、８月２日の３日間の日付のものが抽出されている。
ＳＴ３において、水需要量予測部１３は抽出された日付の水需要量実績値が図５の水需要量予測結果１３ａに示すように取得される。
ＳＴ４において、水需要量予測部１３は上記日付の水需要量実績値を平均して図５に示すように当日の時刻毎の水需要量予測値Ｄｒを算出する。
ＳＴ５において、運転員によって水位管理基準入力部１４に、配水池５０の断面積Ｓが入力される。
ＳＴ６において、水位計算部１５は前記ＳＴ４で算出した水需要量予測値Ｄｒを入力する。
ＳＴ７において、水位計算部１５は制御バス１７を介して流量計２の示す現時点で流量Ｘｏと、水位計３が示す現時点での配水池５０の水位Ｐｏを入力する。
ＳＴ８において、水位計算部１５は水需要量予測値Ｄｒ、流量Ｘｏ、水位Ｐｏ、断面積Ｓとから、各時刻における配水池５０の水位Ｐｉを次式にて算出する。
Ｐｉ＝（（Ｘｏ−Ｄｒ）／Ｓ）＋Ｐｏ
求めた各時刻（この例では６時間毎の）での水位Ｐｉを結ぶ水位変化線図Ｐｆを作成する。この水位変化線図Ｐｆを図６に示す。
ＳＴ９において、表示部１６に当日の時刻毎の水需要量予測値Ｄｒと、水位変化線図Ｐｆを表示する。
【００１４】
尚、図６に示す送水ポンプ１の吐出水量Ｅｘは、流量計２が示す流量Ｘｏと同等のものであり、また吐出水量Ｅｘは水需要量予測値Ｄｒに対応して、時刻毎に変化するよう送水ポンプ１の運転台数や図示省略した弁開度等が制御運転される。
【００１５】
さらに、ＳＴ８で算出された各時刻毎の水位Ｐｉは図１で示した配水池５０の上限水位管理基準ＰＨ、下限水位管理基準ＰＬを用い、
ＰＬ≦Ｐｉ≦ＰＨ
に収まるようにこの実施の形態１では運転員によって監視制御される。
【００１６】
また、上記図６に示す各時刻毎の水位Ｐｉの変化は、図３の水需要量関連データ１１ａの２４時、６時、１２時等の６時間毎の粗い時刻目盛りの実績値を受けて、図５に示すような当日の水需要量予測値Ｄｒを採用しているが、データベース１１にはよりきめ細かな時刻（分、秒単位）毎の水需要量実績値が保存されているので、図６で示す水位変化線図Ｐｆの最大値すなわち上限水位管理基準ＰＨ付近の値となる１９時から２０時付近、および水位変化線図Ｐｆの最小値すなわち下限水位管理基準ＰＬ付近の値となる２４時から１時３０分付近については、例えば１０分毎の水需要量実績値を取得し、前記で述べたＳＴ６〜ＳＴ９の手順と動作で、水位計算部１５は図８、図９に示すような１０分毎の水位Ｐｉ１〜Ｐｉ７や水位Ｐｉ１１〜Ｐｉ１６を結ぶ水位変化線図Ｐｆを作成することも可能であり、この図８、図９に示す水位変化線図Ｐｆが表示部１６に追加して表示される。また、水需要量実績値を各時間毎でなく１時間毎とし、かつ上記１０分毎のデータとし、これらを併用した水位変化線図Ｐｆとしてもよい。
【００１７】
尚、図６に示した運転状態変更点Ｐｃｔ、Ｐｃｂおよび変更点時刻Ｔｃｔ、Ｔｃｂは後に詳述する。
【００１８】
以上のようにこの実施の形態１では、配水池５０の水位変化を、供給される現在時点の流量Ｘｏと、当日の気象条件に類似の過去の複数日の水需要量実績値を平均して得た時刻毎の水需要量予測結果とを基に、各時刻毎の配水池５０の水位変化線図Ｐｆを算出、表示部１６に表示するので、運転員は水位計３が水位の上限、下限にて発信するアラーム発生の時刻を予め詳しく認識することができ、配水池５０の水位管理が従来の如く後追い処理でなく、アラーム発生以前に配水池５０の水位の管理態勢を整えるとともに、水位を基準内に保持することが可能となり、需要家に安定した上水の供給が可能となる。また水位変化を時間単位、分単位等に算出、表示することが可能なので、運転員の省力化、省人化や、プラント運転の監視制御の効率化がはかれるという効果がある。尚、何らかの原因によって配水池５０の水位Ｐｏが上、下限水位管理基準ＰＨ、ＰＬに達した際には、水位計３はアラームを発生する。
【００１９】
実施の形態２．
次に実施の形態２について説明する。前述した実施の形態１における予測条件入力部１２に入力される予測条件１２ａは、抽出日数を“３”とした平日のデータを水需要量関連データとしてデータベース１１から抽出するものであったが、この実施の形態２による予測条件１２ａは、上記平日に代替して図３に示すような８月３日の特殊日とするものである。この特殊日とは、例えば需要家５においてイベント（行事）等が行われ、水需要量実績値が平日と比較して大幅に変化する日としている。運転員は、当日が特殊日に相当すると認識すると、データベース１１に格納されている関連データを参照して予測条件１２ａを特殊日の１日とし、水需要量予測部１３は特殊日の１日の時刻毎の水需要量実績値を取得してこれを水需要量予測値Ｄｒとし、以降前述した実施の形態１と同様の動作を行う。このことにより、特殊日であっても実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００２０】
実施の形態３．
次に、実施の形態３について説明する。前述した実施の形態１、２は監視制御装置１０の表示部１６に表示されるデータに基づき、配水池５０の水位管理を運転員によって行うものであったが、この実施の形態３は、監視制御装置１０によって配水池５０の水位を基準内に保つよう自動運転制御する場合である。監視制御装置１０の構成は実施の形態１で示した図２と同様であるので説明を省略し、動作のフローチャートを図１０に示す。
図１０において、ＳＴ１〜ＳＴ８は実施の形態１で示した図７と同様であるので動作の説明を省略している。
ＳＴ９において、図６に示す水位変化線図Ｐｆに運転員によって運転状態変更点Ｐｃｔ、Ｐｃｂおよびその変更点時刻Ｔｃｔ、Ｔｃｂを、水位管理基準入力部１４に入力される。ここで、前記Ｐｃｔは例えば配水池５０の水位が最大値を示す運転状態変更点であり、Ｔｃｔはその変更点時刻（２０時）である。またＰｃｂは配水池５０の水位が最小値を示す運転状態変更点であり、Ｔｃｂはその変更点時刻（１時）である。
ＳＴ１０において、前記ＳＴ９にて入力、指示されたＰｃｔ、ＰｃｂおよびＴｃｔ、Ｔｃｂが図６の水位変化線図Ｐｆに指示される。
ＳＴ１１において、ＳＴ１０による水位変化線図Ｐｆが表示部１６に表示される。
ＳＴ１２において、前記運転状態変更点Ｐｃｔの発生の変更点時刻Ｔｃｔ（２０時）となると、制御部１０ａは送水ポンプ１の運転台数の減少やポンプ吐出水量の減少化等により、流量Ｘｏを減少させるよう制御指令を発する。また、運転状態変更点Ｐｃｂの発生の変更点時刻Ｔｃｂ（１時）になると、制御部１０ａは送水ポンプ１の運転台数の増加やポンプ吐出水量の増加等により、流量Ｘｏを増加させるよう制御指令を発する。
【００２１】
以上の説明では運転員は変更点時刻としてＴｃｔを水位変化線図Ｐｆにおける水位の最大値を、Ｔｃｂを水位の最小値を示す個所の２点を選択、入力したが、必ずしも最大値、最小値の個所でなく、プラント監視制御上、必要とする個所を選択して入力してもよく、文、入力個所も２個所でなく複数個所であってもよい。
【００２２】
以上のようにこの実施の形態３では、得られた水位変化線図Ｐｆを基に、運転状態変更点を選択、入力しているので、その運転状態変更点の時刻に達すると、自動運転制御により送水ポンプ１からの吐出水量Ｅｘの増減を制御可能となり、省力化、省人化が達成でき、また運転状態変更時刻が表示部１６に表示されているので、運転員間の情報の共通化がなされ、効率的な送水設備プラントの監視制御が可能となる。
【００２３】
尚、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００２４】
１  送水ポンプ、２  流量計、３  水位計、５  需要家、１０  監視制御装置、
１０ａ  制御部、１１  データベース、１１ａ  水需要量関連データ、
１２  予測条件入力部、１２ａ  予測条件、１３  水需要量予測部、
１３ａ  水需要量予測結果、１４  水位管理基準入力部、１５  水位計算部、
１６  表示部、１９  設備機器、５０  配水池、Ｐｏ  現時点の水位、
Ｘｏ  現時点での流量、Ｄｒ  水需要量予測値、ＰＨ  上限水位管理基準、
Ｐｆ  水位変化線図、ＰＬ  下限水位管理基準、Ｅｘ  ポンプ吐出水量、
Ｐｃｔ，Ｐｃｂ  運転状態変更点、Ｔｃｔ，Ｔｃｂ  変更点時刻。
【図１】
0006576215.tif 000002
【図２】
0006576215.tif 000003
【図３】
0006576215.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0006576215.tif 000008
【図８】
0006576215.tif 000009
【図９】
0006576215.tif 000010
【図１０】
0006576215.tif 000011