(57)【要約】　　　（修正有）【課題】正確な水位制御が可能で、悪臭やスカムが発生しにくい排水ポンプの制御装置および方法ならびに排水システムを提供する。【解決手段】制御盤５００は、水位計センサ４００から水位データＷｉを取得する。取得された水位データＷｉが下限水位Ｌを下回ったことが、下限水位検出部５１５によって検出されると、水位データ記憶部５２１に記憶された過去の水位データに基づいて延長運転時間算出部５１６が延長運転時間Ｔを算出する。水位が下限水位Ｌを下回ってから延長運転時間Ｔが経過したのちに排水ポンプ２００が停止する。【選択図】　　　　図３
2004044291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚水槽内部の汚水を汚水槽外部へ排出する排水ポンプの運転を制御する排水ポンプ制御装置であって、
前記汚水の排出中に所定の時間間隔で測定した前記汚水の水位を、前記所定の時間間隔ごとの水位データとして記憶する記憶手段と、
前記水位が所定の下限水位まで低下してから前記排水ポンプを停止させるまでの延長運転時間を決定する延長運転時間決定手段と、
を備え、
前記延長運転時間決定手段は、
前記水位が前記下限水位付近に低下した時点を基準時点として、当該基準時点から過去にさかのぼって特定される過去時点での水位状況を、前記記憶手段に記憶された前記水位データから過去水位として特定し、前記過去水位に基づいて前記延長運転時間を決定することを特徴とする排水ポンプ制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の排水ポンプ制御装置において、
前記記憶手段は、前記所定間隔ごとの水位データとして複数の水位データを記憶可能な所定の記憶容量を有しており、
前記所定間隔ごとの水位データの蓄積が前記所定の記憶容量を越えるときには、前記記憶手段に記憶されている古い時点での水位データを削除して新たな時点での水位データを記憶させることを特徴とする排水ポンプ制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の排水ポンプ制御装置において、
前記排水ポンプが運転を開始する閾値となる上限水位が前記下限水位より上方に設定され、
前記過去時点から前記基準時点までの時間が、
前記上限水位から前記下限水位まで前記排水ポンプの定格運転によって水位を低下させるのに要する時間としてあらかじめ計算される値の１／３以下に設定されることを特徴とする排水ポンプ制御装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の排水ポンプ制御装置において、
前記延長運転時間決定手段は、
前記基準時点から所定時間前の水位を前記過去水位として前記水位データから特定し、前記過去水位と前記下限水位との差に基づいて前記延長運転時間を決定することを特徴とする排水ポンプ制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載の排水ポンプ制御装置であって、
前記所定時間前の水位について前記水位データが前記記憶手段に記憶されていない場合には、前記過去水位として前記記憶手段に記憶されている最も過去の水位データを使用して前記延長運転時間を決定することを特徴とする排水ポンプ制御装置。
【請求項６】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の排水ポンプ制御装置において、
デフォルトの延長運転時間を保持する延長運転時間データ保持手段、
をさらに備え、
前記延長運転時間決定手段は、
前記所定時間前の水位について前記水位データが前記記憶手段に記憶されていない場合には、前記延長運転時間データ保持手段に保持された前記デフォルトの延長運転時間データを読み出して前記延長運転時間とすることを特徴とする排水ポンプ制御装置。
【請求項７】
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の排水ポンプ制御装置において、
過去の延長運転を行った際に前記延長運転時間として過去に使用された値を延長運転時間過去データとして保持する延長運転時間データ保持手段、
をさらに備え、
前記延長運転時間決定手段は、
前記所定時間前の水位について前記水位データが前記記憶手段に記憶されていない場合には、前記延長運転時間データ保持手段に保持された前記延長運転時間過去データを読み出して今回の延長運転時間として流用することを特徴とする排水ポンプ制御装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の排水ポンプ制御装置であって、
前記水位データが、前記所定時間間隔での時系列の移動平均データであることを特徴とする排水ポンプ制御装置。
【請求項９】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の排水ポンプ制御装置であって、
前記過去にさかのぼった時点として複数の時点が特定され、
前記複数の時点での水位データの変化を外挿して前記延長運転時間を特定することを特徴とする排水ポンプ制御装置。
【請求項１０】
汚水槽内部の汚水を汚水槽外部へ排出する排水ポンプの運転を制御する排水ポンプ制御方法であって、
前記汚水の排出中に所定の時間間隔で測定した前記汚水の水位を、前記所定の時間間隔ごとの水位データとして所定の記憶手段に記憶する工程と、
前記水位が所定の下限水位まで低下してから前記排水ポンプを停止させるまでの延長運転時間を決定する延長運転時間決定工程と、
を備え、
前記延長運転時間決定工程は、
前記水位が前記下限水位付近に低下した時点を基準時点として、当該基準時点から過去にさかのぼって特定される過去時点での水位状況を、前記記憶手段に記憶された前記水位データから過去水位として特定し、前記過去水位に基づいて前記延長運転時間を決定することを特徴とする排水ポンプ制御方法。
【請求項１１】
汚水槽内部の汚水を汚水槽外部へ排出する排水システムであって、
前記汚水槽中に設置される排水ポンプ本体と、
前記汚水槽中に設置された測定端を有し、前記汚水の排出中に所定の時間間隔で前記汚水槽中の水位を測定可能な水位測定手段と、
前記汚水の水位を、前記所定の時間間隔ごとの水位データとして記憶する記憶手段と、
前記水位が所定の下限水位まで低下してから前記排水ポンプを停止させるまでの延長運転時間を決定する延長運転時間決定手段と、
を備え、
前記延長運転時間決定手段は、
前記水位が前記下限水位付近に低下した時点を基準時点として、当該基準時点から過去にさかのぼって特定される過去時点での水位状況を、前記記憶手段に記憶された前記水位データから過去水位として特定し、前記過去水位に基づいて前記延長運転時間を決定することを特徴とする排水システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、汚水槽内部の液体を外部に排出する排水ポンプの制御装置および方法ならびに排水システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
汚水を圧送する下水輸送システムには汚水中継用の排水システムが設置される。該排水システムは、汚水槽と汚水を排出する排水ポンプとを一般に備える。汚水槽には上限水位と下限水位とがあらかじめ設定され、汚水の水位がこの範囲内になるように排水ポンプの運転制御が行われる。すなわち、水位が上限水位を超えると排水ポンプが運転を開始し、水位が下限水位を下回ると排水ポンプが運転を停止するような、排水ポンプの運転制御がなされる。
【０００３】
一方で、汚泥を除去するための落とし込み凹部を底部に備える汚水槽の場合、底部付近には水位センサの取り付けが難しい。このため、上述の下限水位は底部よりも若干上方に設定されることが多い。この場合、上述の排水ポンプ運転制御では底部付近に排出されない汚水が滞留することになる。滞留した汚水は悪臭やスカムの発生源となり、汚水槽汚染の原因となりやすい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような汚水槽汚染を防止するため、様々な排水ポンプ制御技術がこれまで検討されてきた。
【０００５】
たとえば、特許３２６８４８８号公報には、排水ポンプが汚水を排出し終わって空運転になったときの排水ポンプの消費電流減少を検出して、排水ポンプを停止させる技術が開示されている。この技術によれば、汚水をほぼ完全に排出できるが、排水ポンプが空気を吸引して次回起動時に正常に動作しない場合もあるという問題点がある。
【０００６】
また、特開２０００−４５９８４号公報には、汚水の水位が下限水位まで低下したのちも一定時間排水ポンプの運転を継続する技術が開示されている。本技術では、上限水位から下限水位にいたる時間からポンプ運転時の単位時間当たりの水位低下量を算出し、この算出結果に基づいて、排水ポンプの運転を継続する時間を決定している。この技術によれば、ポンプ運転中の汚水流入量が一定であれば、底部の汚水を完全に排出でき、ポンプの空運転も防ぐことが可能である。しかし、上限水位と下限水位とはかなり離れているため、それらの間で水位が低下するまでの時間は比較的長くなる。このため、汚水流入量については比較的長期にわたる時間平均が考慮されるにすぎず、汚水流入量が変化すると、ポンプ停止時点で水位が十分に低下していなかったり、排水終了後もポンプが空運転を継続している可能性がある。
【０００７】
本発明は、これらの問題点を解決するためになされたもので、正確な水位制御が可能で、悪臭やスカムを発生しにくい排水ポンプの制御装置および方法ならびに排水システムを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、汚水槽内部の汚水を汚水槽外部へ排出する排水ポンプの運転を制御する排水ポンプ制御装置であって、前記汚水の排出中に所定の時間間隔で測定した前記汚水の水位を、前記所定の時間間隔ごとの水位データとして記憶する記憶手段と、前記水位が所定の下限水位まで低下してから前記排水ポンプを停止させるまでの延長運転時間を決定する延長運転時間決定手段と、を備え、前記延長運転時間決定手段は、前記水位が前記下限水位付近に低下した時点を基準時点として、当該基準時点から過去にさかのぼって特定される過去時点での水位状況を、前記記憶手段に記憶された前記水位データから過去水位として特定し、前記過去水位に基づいて前記延長運転時間を決定することを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２の発明は、請求項１の発明に係る排水ポンプ制御装置において、前記記憶手段は、前記所定間隔ごとの水位データとして複数の水位データを記憶可能な所定の記憶容量を有しており、前記所定間隔ごとの水位データの蓄積が前記所定の記憶容量を越えるときには、前記記憶手段に記憶されている古い時点での水位データを削除して新たな時点での水位データを記憶させることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の排水ポンプ制御装置において、前記排水ポンプが運転を開始する閾値となる上限水位が前記下限水位より上方に設定され、前記過去時点から前記基準時点までの時間が、前記上限水位から前記下限水位まで前記排水ポンプの定格運転によって水位を低下させるのに要する時間としてあらかじめ計算される値の１／３以下に設定されることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項４の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明に係る排水ポンプ制御装置において、前記延長運転時間決定手段は、前記基準時点から所定時間前の水位を前記過去水位として前記水位データから特定し、前記過去水位と前記下限水位との差に基づいて前記延長運転時間を決定することを特徴としている。
【００１２】
また、請求項５の発明は、請求項４の発明に係る排水ポンプ制御装置であって、前記所定時間前の水位について前記水位データが前記記憶手段に記憶されていない場合には、前記過去水位として前記記憶手段に記憶されている最も過去の水位データを使用して前記延長運転時間を決定することを特徴としている。
【００１３】
また、請求項６の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明に係る排水ポンプ制御装置において、デフォルトの延長運転時間を保持する延長運転時間データ保持手段、をさらに備え、前記延長運転時間決定手段は、前記所定時間前の水位について前記水位データが前記記憶手段に記憶されていない場合には、前記延長運転時間データ保持手段に保持された前記デフォルトの延長運転時間データを読み出して前記延長運転時間とすることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項７の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかの発明に係る排水ポンプ制御装置において、過去の延長運転を行った際に前記延長運転時間として過去に使用された値を延長運転時間過去データとして保持する延長運転時間データ保持手段、をさらに備え、前記延長運転時間決定手段は、前記所定時間前の水位について前記水位データが前記記憶手段に記憶されていない場合には、前記延長運転時間データ保持手段に保持された前記延長運転時間過去データを読み出して今回の延長運転時間として流用することを特徴としている。
【００１５】
また、請求項８の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明に係る排水ポンプ制御装置であって、前記水位データが、前記所定時間間隔での時系列の移動平均データであることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項９の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかの発明に係る排水ポンプ制御装置であって、前記過去にさかのぼった時点として複数の時点が特定され、前記複数の時点での水位データの変化を外挿して前記延長運転時間を特定することを特徴としている。
【００１７】
また、請求項１０の発明は、汚水槽内部の汚水を汚水槽外部へ排出する排水ポンプの運転を制御する排水ポンプ制御方法であって、前記汚水の排出中に所定の時間間隔で測定した前記汚水の水位を、前記所定の時間間隔ごとの水位データとして所定の記憶手段に記憶する工程と、前記水位が所定の下限水位まで低下してから前記排水ポンプを停止させるまでの延長運転時間を決定する延長運転時間決定工程と、を備え、前記延長運転時間決定工程は、前記水位が前記下限水位付近に低下した時点を基準時点として、当該基準時点から過去にさかのぼって特定される過去時点での水位状況を、前記記憶手段に記憶された前記水位データから過去水位として特定し、前記過去水位に基づいて前記延長運転時間を決定することを特徴としている。
【００１８】
また、請求項１１の発明は、汚水槽内部の汚水を汚水槽外部へ排出する排水システムであって、前記汚水槽中に設置される排水ポンプ本体と、前記汚水槽中に設置された測定端を有し、前記汚水の排出中に所定の時間間隔で前記汚水槽中の水位を測定可能な水位測定手段と、前記汚水の水位を、前記所定の時間間隔ごとの水位データとして記憶する記憶手段と、前記水位が所定の下限水位まで低下してから前記排水ポンプを停止させるまでの延長運転時間を決定する延長運転時間決定手段と、を備え、前記延長運転時間決定手段は、前記水位が前記下限水位付近に低下した時点を基準時点として、当該基準時点から過去にさかのぼって特定される過去時点での水位状況を、前記記憶手段に記憶された前記水位データから過去水位として特定し、前記過去水位に基づいて前記延長運転時間を決定することを特徴としている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
＜１．第１の実施形態＞
＜１−１．構成＞
図１は、汚水を圧送する下水輸送システムにおいて汚水中継用として設置された排水システム１の要部構成を示す断面図である。排水システム１は、地中に埋設された汚水槽１００と、汚水槽１００内部の汚水を吸引し吐出する排水ポンプ２００と、排水ポンプ２００に接続され、排水ポンプ２００から吐出された汚水を汚水槽外へ排出する排水機構３００と、汚水の水位を検出する水位計センサ４００と、排水ポンプ２００および水位計センサ４００に電気的に接続され、これらの制御を行う制御盤５００とを備える。
【００２０】
汚水槽１００の上方開口部は、蓋１０１によって開閉自在に閉塞されている。汚水槽１００は、蓋１０１が地上に露出した状態になるように、地中に埋設されている。
【００２１】
汚水槽１００には、汚水の流入経路となる流入管６００および流出経路となる流出管７００が接続される。流入管６００が接続された汚水槽１００の壁面１０３の流入口１０４を覆うように、バッフル１０５が設けられている。バッフル１０５は、流入口１０４から汚水が流入する際に、汚水が飛散するのを防いでいる。
【００２２】
汚水槽１００の底部１０２には、基底部１１１ａおよび１１１ｂによって、後述する排水ポンプ２００の吸入管２０３を挿入可能な形状の落とし込み凹部１１２が形成される。落とし込み凹部１１２は、汚水中の異物を効率的に排出するために設けられている。すなわち、汚水の排出のために排水ポンプ２００が運転を開始し汚水槽１００内に水流が発生すると、汚水中の異物が落とし込み凹部１１２に落とし込まれるので、汚水中の異物を効率的に排出可能となる。
【００２３】
排水ポンプ２００は、吸引力源となるモータが内蔵されたモータ部２０１を備える。モータ部２０１の下方には、モータに接続された羽根車が収納される羽根車部２０２が垂設されている。さらに、羽根車部２０２の下方には、羽根車部に接続された吸入管２０３が垂設される。上述したように、吸入管２０３は、吸い込み口２０４が汚水槽１００の底部１０２の直近にくるように、落とし込み凹部１１２内に挿入設置されている。モータ部２０１に内蔵されたモータによって羽根車が回転すると、吸い込み口２０４から吐出口２０５へ向かって汚水が排出される。排水ポンプ２００は、制御線２０６によって制御盤５００に電気的に接続されている。
【００２４】
排水ポンプ２００の吐出口２０５には、排水機構３００が接続されている。排水機構３００は、排水ポンプ２００の吐出口２０５に接続された圧送管３０１と、排水ポンプ２００が停止しているときに汚水が逆流することを防止する逆止弁３０２と、メンテナンス作業時に止水する仕切弁３０３とを備える。排水機構３００は、排水ポンプの吐出口２０５から排出される汚水を汚水槽外部へ導く機能を持つ。仕切弁３０３には、流出管７００が接続される。流出管７００は、汚水槽１００の壁面１０３を貫通して、次の排水処理装置等へ接続される。
【００２５】
汚水槽１００には、汚水の水位を検出する水位計センサ４００が落とし込み凹部１１２の直上に設置されている。水位計センサ４００は、排水ポンプ２００が運転を停止する制御が始まる下限水位Ｌと、排水ポンプ２００が運転を開始する上限水位Ｈとの間の水位を実質的に連続に検出可能なセンサ、すなわちこの区間内の任意の水位を検出可能であるか、あるいは細かなレベル間隔で多数の水位のいずれをも検出可能なセンサであれば検出方法は特に制限されない。たとえば、水位計センサ４００の位置での水圧を検出する方式のセンサであっても、超音波を利用する方式のセンサであってもよい。水位センサ計４００は、制御線４０１によって、制御盤５００に電気的に接続されている。なお、下限水位Ｌは落とし込み凹部１１２の直上に設定される。上限水位Ｈは、下限水位Ｌより上方で、流入口１０４、逆止弁３０２、止水弁３０３、流出管７００より下方に設定される。また、上限水位Ｈおよび下限水位Ｌは、排水ポンプ２００によって約１分〜約１０分で上限水位Ｈから下限水位Ｌまで汚水の水位を低下させることが可能であるように設定される。ここで、上限水位Ｈと下限水位Ｌとの間の汚水槽の水平断面積をＳ、底部から下限水位までの貯水量をＶとする。
【００２６】
次に、制御盤５００のハードウエア構成について図２のブロック図を用いて説明する。制御盤５００は、制御線２０６を介して排水ポンプ２００と接続され、排水ポンプの運転を制御する排水ポンプＩ／Ｆ５０１を備える。また、制御線４０１を介して水位計センサ４００と接続され、水位データをデジタルデータに変換する水位計センサＩ／Ｆ５０２を備える。排水ポンプＩ／Ｆ５０１および水位計センサＩ／Ｆ５０２は、ＣＰＵ５０３に接続され統括的に制御されている。ＣＰＵ５０３には、各種データが記憶されるＲＡＭ５０４と、ＣＰＵ５０３の処理内容を規定するプログラム５０５ａが格納されたＲＯＭ５０５と、ＣＰＵの動作タイミングを与えるクロック５０６と、入出力装置５０７とが接続されている。ここで、入出力装置５０７は、排水システム１の稼動状態を管理するための、電源ＯＮスイッチ５０７ａ、電源ＯＦＦスイッチ５０７ｂ、動作状態を示すパイロットランプ５０７ｃ等で構成される。また、ＲＯＭ５０５に格納されたプログラム５０５ａにしたがってＣＰＵ５０３が各種の処理を行うことにより、制御盤５００は後述する様々な機能を付与される。
【００２７】
次に、制御盤５００の機能的構成について図３の機能ブロック図を用いて説明する。制御盤５００は、タイミング信号発生部５１３および水位計センサＩ／Ｆ５１２を備える。タイミング信号発生部５１３は、０．１秒の等時間間隔で周期的に水位測定タイミング信号ＴＳを発生する。水位測定タイミング信号ＴＳは、水位計センサＩ／Ｆ５１２に与えられる。水位計センサＩ／Ｆ５１２は、与えられた水位測定タイミング信号ＴＳを検出すると、水位計センサ４００の検出値を制御線４０１を介して取得し、デジタル化された水位データＷｉに変換する。
【００２８】
制御盤５００は、上限水位検出部５１４、下限水位検出部５１５および水位データ記憶部５２１をさらに備える。上限水位検出部５１４は、水位データＷｉを取得し、Ｗｉが上述の上限水位Ｈを超えた場合に上限水位検出信号ＳＨを発生する。下限水位検出部５１５は、水位データＷｉを取得し、Ｗｉが下限水位Ｌを下回った場合に下限水位検出信号ＳＬを発生する。水位データ記憶部５２１は、時系列的に取得される上述の水位データＷｉを新しいものから所定回数（この実施形態では「１０１」回分。一般には複数回分個）だけ記憶する機能を有する。
【００２９】
制御盤５００は、水位が下限水位Ｌを下回ってから排水ポンプ２００を停止するまでの延長運転時間Ｔを算出する延長運転時間算出部５１６をさらに備える。延長運転時間算出部５１６は、下限水位検出信号ＳＬが出力された場合に、水位データ記憶部５２１に記憶された水位データＷｉを読み出し、プログラム５０５ａで規定された所定の算出方法にしたがって、延長運転時間Ｔを算出する。
【００３０】
制御盤５００は、過去データ保持部５２３およびデフォルトデータ保持部５２２をさらに備える。過去データ保持部５２３には、過去の運転時の延長運転時間ＴＰが保持され、随時読み出し可能である。また、デフォルトデータ保持部５２２は、あらかじめ決定されたデフォルトの延長運転時間ＴＤが保持されており、同様に随時読み出し可能である。延長運転時間ＴＤは、たとえば、汚水の流入がまったくない場合でも、排水ポンプ２００が空運転の状態にならないような時間に設定すればよい。
【００３１】
なお、水位データ記憶部５２１、過去データ保持部５２３およびデフォルトデータ保持部５２２の機能は、ハードウエア構成のＲＡＭ５０４によって付与される。
【００３２】
制御盤５００は、延長運転タイマ５１７、排水ポンプ制御信号生成部５１８および排水ポンプＩ／Ｆ５１１をさらに備える。延長運転タイマ５１７は、下限水位検出部５１５から下限水位検出信号ＳＬが出力されてから延長運転時間Ｔが経過した時点で、延長運転終了信号ＴＥを出力する。ポンプ制御信号生成部５１８は、上限水位検出信号ＳＨが上限水位検出部５１４から出力されてから、延長運転終了信号ＴＥが出力されるまでの間、排水ポンプ運転信号Ｐを出力し続ける。排水ポンプＩ／Ｆ５１１は、排水ポンプ運転信号Ｐが出力されている場合には排水ポンプ２００に制御線２０６を介して電力を供給して排水運転を行わせる。
【００３３】
＜１−２．動作＞
排水システム１の動作について、図４のフローチャートを参照しながら説明する。
【００３４】
電源ＯＮスイッチ５０７ａが操作されて排水システム１の運転が開始されると、まずステップＳ１で初期化が行われる。すなわち、水位データ記憶部５２１の記憶データが消去され、水位データ番号ｉを０にして、次のステップＳ２へ移行する。ただし、デフォルトデータ保持部５２２と過去データ保持部５２３とに保持されている内容は消去されない（これらのデータは、電源スイッチＯＦＦの状態でも保持されるようになっている）。
【００３５】
ステップＳ２では、水位計センサＩ／Ｆ５１２によって水位Ｗｉ（＝Ｗ０）が測定され、次のステップＳ３へ移行する。
【００３６】
ステップＳ３では、上限水位検出部５１４によって、水位Ｗｉ（＝Ｗ０）が上限水位Ｈを超えているかどうかの判定が行われる。超えていない場合、ステップＳ２へ移行する。超えている場合、上限水位検出部５１４から上限水位検出信号ＳＨが出力され、次のステップＳ４へ移行する。
【００３７】
ステップＳ４では、排水ポンプ制御信号生成部５１８から排水ポンプ運転信号Ｐの出力が開始され、排水ポンプＩ／Ｆ５１１から排水ポンプ２００への電力の供給が開始される。これにより、排水ポンプ２００の運転が開始されて、次のステップＳ５へ移行する。
【００３８】
ステップＳ５では、水位データ番号ｉがｉ＋１に書き換えられ、次のステップＳ６へ移行する。
【００３９】
ステップＳ６では、タイミング信号発生部５１３からの水位測定タイミング信号ＴＳの出力の有無によって分岐処理が行われる。水位測定タイミング信号ＴＳが出力されていない場合、ステップＳ６を繰り返す。タイミング信号ＴＳが出力された場合、次のステップＳ７へ移行する。
【００４０】
ステップＳ７では、水位計センサＩ／Ｆ５１２によって水位が測定され、水位データ記憶部５２１に水位データＷｉが記憶される。もし、水位データ記憶部５２１に記憶された水位データの数が１０２以上となる場合は、最も過去に測定されたデータを消去してから水位データＷｉの記憶を行う。続いて、次のステップＳ８へ移行する。
【００４１】
ステップＳ８では、下限水位検出部５１５によって、水位Ｗｉが下限水位Ｌを下回っているかどうかの判定が行われる。下回っていない場合、ステップＳ５へ移行する。下回っている場合、下限水位検出部５１５から下限水位検出信号ＳＬが出力され次のステップＳ９へ移行する。
【００４２】
ステップＳ９では、延長運転タイマ５１７が時間の計測を開始し、次のステップＳ１０へ移行する。
【００４３】
ステップ１０では、延長運転時間算出部５１６によって延長運転時間Ｔが算出され、次のステップＳ１１へ移行する。なお、延長運転時間算出部５１６による延長運転時間Ｔの算出方法は、後述する。
【００４４】
ステップＳ１１では、時間の計測を開始してから、延長運転時間Ｔが経過したのかどうかによって分岐処理が行われる。延長運転時間Ｔが経過していない場合、ステップＳ１１を繰り返す。経過した場合、延長運転タイマ５１７から、延長運転終了信号ＴＥが出力され、次のステップＳ１２へ移行する。
【００４５】
ステップＳ１２では、排水ポンプ制御信号生成部５１８からの排水ポンプ運転信号Ｐの出力が停止される。これにより、排水ポンプＩ／Ｆ５１１から排水ポンプ２００への電力の供給が停止されて、ステップＳ１へ移行する。
【００４６】
なお、本排水システムは、電源ＯＦＦスイッチ５０７ｂが操作されない限りは、循環的に運転される。つまり、汚水槽１００内の汚水が排出された後で、汚水が再び流入して水位が上限水位Ｈまで上昇した場合には、ステップＳ４〜Ｓ１２の動作が再度実行されて、汚水の水位が低下する。
【００４７】
次に、ステップＳ１０の延長運転時間Ｔを算出するサブルーチンについて、図５のフローチャートを参照しながら説明する。
【００４８】
まず、ステップＳ１０１において、水位Ｗｉが下限水位Ｌを下回ったときの水位データ番号ｊ（＝ｉ）が１０２以上であるかどうかによって、言い換えれば、水位が下限水位Ｌを下回る直前の水位測定（水位データ番号：ｊ−１）の１００回前の水位測定（水位データ番号：ｊ−１０１）が行われているかどうかによって分岐処理が行われる。さらに言い換えれば、水位測定の時間間隔が０．１秒であるから、水位が下限水位Ｌを下回る直前の水位測定から１０秒（＝０．１×１００）前の水位測定が行われているかどうによって分岐処理が行われる。ｊ≧１０２の場合、ステップＳ１０２へ移行する。ｊ≦１０１の場合、ステップＳ１０４へ移行する。
【００４９】
ステップＳ１０２では、水位データＷｊ−１およびそれより１０秒前の過去水位としての水位データＷｊ−１０１から延長運転時間Ｔを算出する。図９に、このような水位データの利用状況が模式的に示されている。具体的には、まず水位が下限水位Ｌを下回る直前の水位測定前の直前１０秒間における水位変化量ＤＷを数１で算出する。
【００５０】
【数１】
2004044291.tif 000003
【００５１】
次に、上述の直前１０秒間における排水槽１００内の汚水量減少量ＤＶは、上限水位Ｈと下限水位Ｌとの間の汚水槽の水平断面積がＳであるから、数２のように算出される。
【００５２】
【数２】
2004044291.tif 000004
【００５３】
ここで、流入管６００から流入する一定時間当たりの汚水量は、上述の直前１０秒間と延長運転時間領域との間で大きく変化しないので、数３のように、底部から下限水位までの貯水量Ｖを排出するのに必要な時間を延長運転時間Ｔとする。
【００５４】
【数３】
2004044291.tif 000005
【００５５】
算出された延長運転時間Ｔは、延長運転時間算出部５１６から延長運転タイマ５１７へ出力され、次のステップＳ１０３へ移行する。
【００５６】
ステップＳ１０３では、算出された延長運転時間Ｔによって、過去の運転時の延長運転時間ＴＰが書き換えられ、本サブルーチンが終了する。
【００５７】
一方、１０秒前の水位データが存在しない場合、つまり汚水の流入が少ないために上限水位Ｈから下限水位Ｌまでの水位の低下が速く、１０秒未満で上限水位Ｈから下限水位Ｌまで水位が低下したときには、上記のような１０秒前の水位データを利用して延長運転時間Ｔを決定することができない。そこで、その代替としてステップＳ１０４以後が実行される。まず、ステップＳ１０４においては、過去データ保持部５２３を参照して、過去の（具体的には前回の）運転時の延長運転時間ＴＰが保持されているかどうかによって分岐処理が行われる。保持されている場合、ステップＳ１０５へ移行する。保持されていない場合、ステップＳ１０６へ移行する。
【００５８】
ステップＳ１０５では、過去データ保持部５２３に保持されている、過去の運転時の延長運転時間ＴＰを読み出して、今回運転時の延長運転時間Ｔとして、本サブルーチンが終了する。
【００５９】
ステップＳ１０６では、デフォルトデータ保持部５２２に保持されている、あらかじめ決定されたデフォルトの延長運転時間ＴＤを読み出して、今回運転時の延長運転時間Ｔとして、本サブルーチンが終了する。
【００６０】
本実施形態によれば、水位が下限水位Ｌを下回る直前の、水位の時間変化に基づいて延長運転時間Ｔを決定しているので、上限水位Ｈから下限水位Ｌまでの排水中に流入管６００から流入する汚水量が変化しても、延長運転時間Ｔを従来技術より適切に設定することが可能であり、効果的に汚水を排出することが可能になる。さらに、上限水位Ｈから下限水位Ｌへいたる時間が短く、上記のような今回の水位減少の実測値に基づく算出方法で延長運転時間Ｔを算出できない場合でも、過去の運転時の延長運転時間ＴＰまたはあらかじめ決定されたデフォルトの延長運転時間ＴＤで延長運転を行うことができるので、排水システムが停止することはない。また、延長運転時間Ｔの算出に必要ない古いデータを順次に消去するので、水位データの記憶に必要な記憶容量を減少させることが可能である。
【００６１】
なお、第１の実施形態においては、１０秒間の水位データを記憶し使用したが、この時間値は他の時間値であってもよい。特に、排水ポンプ２００の定格運転で上限水位Ｈから下限水位Ｌまで汚水を排出するのに要する平均的な時間の１／３以下とすれば直前の汚水流入状況を延長運転時間Ｔへ適切に反映することが可能であるので望ましい。
【００６２】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態に係る排水システムが第１の実施形態に係る排水システム１と異なるのは、延長運転時間Ｔの算出方法が異なる点と、過去データ保持部５２３およびデフォルトデータ保持部５２２を備えていない点との２点である。したがって、延長運転時間Ｔの算出方法のみを詳細に説明し、残余の構成および動作の重複説明は省略する。
【００６３】
＜２−１．構成＞
図６は、制御盤５００の機能的構成を示す機能ブロック図である。過去データ保持部５２３およびデフォルトデータ保持部５２２を備えていない点のみが、第１の実施形態に係る排水システム１と異なっており、残余の構成は同様である。
【００６４】
＜２−２．動作＞
延長運転時間Ｔの算出方法のみが第１の実施形態と異なっており、この点を以下で説明し、残余の動作の重複説明は省略する。
【００６５】
図７は、延長運転時間Ｔを算出するサブルーチンのフローチャートである。本フローチャートは、第１の実施形態の図５のフローチャートに対応する。以下、延長運転時間Ｔの算出方法について、図７のフローチャートを参照しながら説明する。
【００６６】
ステップＳ２０１は、図５のステップＳ１０１に対応する。第２の実施形態でも同様に、水位Ｗｉが下限水位Ｌを下回ったときの水位データ番号ｊが１０２以上であるかどうかによって、分岐処理が行われる。ｊ≧１０２の場合、ステップＳ２０２へ移行する。ｊ≦１０１の場合、ステップＳ２０３へ移行する。
【００６７】
ステップＳ２０２は、第１の実施形態の図５のステップＳ１０２に対応する。第１の実施形態と同様に、延長運転時間Ｔが数４のように算出される。
【００６８】
【数４】
2004044291.tif 000006
【００６９】
算出された延長運転時間Ｔは、延長運転時間算出部５１６から延長運転タイマ５１７へ出力され、本サブルーチンが終了する。
【００７０】
ステップＳ２０３においては、水位が下限水位Ｌを下回る直前の水位測定から１０秒前の水位測定が行われなかった場合の、延長運転時間Ｔの算出が行われる。この場合、今回の排水ルーチンの中で水位データとして保持されている最も古い水位Ｗｉと下限水位Ｌになる寸前の水位Ｗｊ−１との差を利用して、延長運転時間Ｔを決定する。すなわち、第１実施形態の場合には下限水位Ｌの付近まで水位が下がった時点からさかのぼって「１０秒前」という固定時間だけ前の水位データを利用しているが、この第２実施形態では過去にさかのぼる時間値（以下「バックタイム」とも言う）が、下限水位Ｌ付近までの水位変化状況に応じた可変値となる。具体的には数５のように、水位Ｗｊ−１および水位Ｗ１から延長運転時間Ｔを算出して、本サブルーチンが終了する。図１０に、この実施形態の場合の水位データの利用状況が模式的に示されている。
【００７１】
【数５】
2004044291.tif 000007
【００７２】
本実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、水位が下限水位Ｌを下回る直前の、水位の時間変化に基づいて延長運転時間Ｔを決定しているので、上限水位Ｈから下限水位Ｌまでの排水中に流入管６００から流入する汚水量が変化しても、延長運転時間Ｔを従来技術より適切に設定することが可能であり、効果的に汚水を排出することが可能になる。さらに、上限水位Ｈから下限水位Ｌへいたる時間が短く、１０秒分の水位データが取得できない場合でも、バックタイムとして水位データが取得された最も古い時点までの時間が自動的に設定されるため、排水システムが停止することはない。また、延長運転時間Ｔの算出に必要ない古いデータを順次に消去するので、水位データの記憶に必要な記憶容量を減少させることが可能である。
【００７３】
＜第３の実施形態＞
第３の実施形態に係る排水システムが第１の実施形態に係る排水システム１と異なるのは、延長運転時間Ｔの算出方法が異なる点のみである。したがって、延長運転時間Ｔの算出方法のみを詳細に説明し、残余の構成および動作の重複説明は省略する。
【００７４】
＜３−１．構成＞
第１の実施形態に係る排水システムと同様であり、重複説明は省略する。
【００７５】
＜３−２．動作＞
延長運転時間Ｔの算出方法のみが第１の実施形態と異なっており、この点を以下で説明し、残余の動作の重複説明は省略する。
【００７６】
図８は、延長運転時間Ｔを算出するサブルーチンのフローチャートである。本フローチャートは、第１の実施形態の図５のフローチャートに対応する。以下、延長運転時間Ｔの算出方法について、図８のフローチャートを参照しながら説明する。
【００７７】
第１の実施形態では、２つの水位データから延長運転時間Ｔを算出していたが、第３の実施形態においては、３個以上の水位データから延長運転時間Ｔを算出する点が異なる。
【００７８】
ステップＳ３０１は、図５のステップＳ１０１に対応する。第２の実施形態と同様に、水位Ｗｉが下限水位Ｌを下回ったときの水位データ番号ｊが１０２以上であるかどうかによって、分岐処理が行われる。ｊ≧１０２の場合、ステップＳ３０２へ移行する。ｊ≦１０１の場合、ステップＳ３０５へ移行する。
【００７９】
ステップＳ３０２では、３以上１０１以下の所定の整数ｎを用いて、水位データＷｊ−１，Ｗｊ−２，Ｗｊ−３，・・・，Ｗｊ−ｎ（以下では水位データ｛Ｗｊ｝と略記する）から、水位の時間変化を近似的に記述する関数ｆ（ｔ）（ｔは時間）を決定する。より具体的には、パラメータを含む関数形ｆ（ｔ）をあらかじめ定めておき、関数ｆ（ｔ）が水位データ｛Ｗｊ｝を最もよく近似できるようなパラメータを最小二乗法で決定する。ここでは、関数形ｆ（ｔ）として、時間に関する２次関数を用いた場合について説明する。
【００８０】
本実施形態では、ｆ（ｔ）として、パラメータα，β，γを含んだ数６の関数を採用する。
【００８１】
【数６】
2004044291.tif 000008
【００８２】
水位データ｛Ｗｊ｝を測定した時刻をｔｊ−１，ｔｊ−２，ｔｊ−３，・・・，ｔｊ−ｎとすると、パラメータα，β，γが、数７の評価値Ｉが最小になるような値として決定された後に、次のステップＳ３０３へ移行する。
【００８３】
【数７】
2004044291.tif 000009
【００８４】
この計算は、プログラム５０５ａの一部に備えられた算出プログラムによって実行される。なお、ｆ（ｔ）として２次関数を用いたが、他の関数形であってもよいし、スプライン関数を用いてもよい。
【００８５】
ステップＳ３０３では、決定された関数ｆ（ｔ）を用いて延長運転時間Ｔを算出する。ここでは、時刻ｔｊ以降の水位も決定された関数ｆ（ｔ）にしたがって変化するとみなして、延長運転時間Ｔを算出する。ただし、下限水位Ｌ以下では、汚水槽の水平断面積が変化していることも考慮して、延長運転時間Ｔは数８または数９のように決定される。これは、３以上の水位データの時間的連鎖を用いて、下限水位Ｌよりも低い水位にまで外挿していることと等価である。
【００８６】
【数８】
2004044291.tif 000010
【００８７】
【数９】
2004044291.tif 000011
【００８８】
ステップＳ３０４では、算出された延長運転時間Ｔによって、過去の運転時の延長運転時間ＴＰが書き換えられ、本サブルーチンが終了する。
【００８９】
ステップＳ３０５においては、過去データ保持部５２３を参照して、過去の運転時の延長運転時間ＴＰが保持されているかどうかによって分岐処理が行われる。保持されている場合、ステップＳ３０６へ移行する。保持されていない場合、ステップＳ３０７へ移行する。
【００９０】
ステップＳ３０６では、過去の運転時の延長運転時間ＴＰを読み出して、今回運転時の延長運転時間Ｔとして、本サブルーチンが終了する。
【００９１】
ステップＳ３０６では、あらかじめ決定された延長運転時間ＴＤを読み出して、今回運転時の延長運転時間Ｔとして、本サブルーチンが終了する。
【００９２】
本実施形態によれば、水位が下限水位Ｌを下回る直前の、水位の時間変化の詳細に基づいて延長運転時間Ｔを決定しているので、上限水位Ｈから下限水位Ｌまでの排水中に流入管６００から流入する汚水量が変化しても、延長運転時間Ｔを従来技術より適切に設定することが可能であり、効果的に汚水を排出することが可能になる。さらに、上限水位Ｈから下限水位Ｌへいたる時間が短く、所定の算出方法で延長運転時間を算出できない場合でも、過去の運転時の延長運転時間ＴＰまたはあらかじめ決定されたデフォルトの延長運転時間ＴＤで延長運転を行うことができるので、排水システムが停止することはない。また、延長運転時間Ｔの算出に必要ない古いデータを順次に消去するので、水位データＷｉの記憶に必要な記憶容量を減少させることが可能である。さらに、３個以上の水位データＷｉを用いて算出を行っているので、汚水流入量の変化が若干あっても延長運転時間Ｔをより適切に設定可能である。
【００９３】
＜変形例＞
上述の実施形態では、延長運転時間Ｔを水位データＷｉそのものの値から算出していたが、これを時系列の平均移動データに置き換えてもよい。たとえば、各時点での水位データＷｉを数１０で置き換え、それを各時点での修正水位データとして、上記実施形態における算出式にＷｉのかわりに代入してもよい。この場合、一連の水位データのうち最も古いデータや最も新しいデータについては３個の値がとれないが、それらについては２個の値の平均移動を利用すればよい。
【００９４】
【数１０】
2004044291.tif 000012
【００９５】
この置き換えにより、水位センサ４００の測定ばらつきをある程度除去できるので、より正確に延長運転時間Ｔを算出することが可能になる。また、下限水位Ｌを最初に下回ったときの水位Ｗｊのひとつ前の水位Ｗｊ−１はほぼ下限水位Ｌに等しいから、上記の各算出方法における水位Ｗｊ−１の値は、実質的に下限水位Ｌの値に相当している。
【００９６】
【発明の効果】
請求項１ないし請求項１１の発明によれば、延長運転時間開始直前の水位変化に基づいて延長運転時間を決定するので、延長運転時間を適切に設定することが可能であり、効果的に汚水を排出することが可能になる。
【００９７】
また、請求項２の発明によれば、延長運転時間算出に必要ない水位データを削除するので、記憶手段に必要とされる記憶容量を減少させることができる。
【００９８】
また、請求項３の発明によれば、基準水位への到達時点をより正確に決定できるので、延長運転時間を正確に決定することができる。
【００９９】
また、請求項５ないし請求項７の発明によれば、所定の延長運転時間算出方法に必要な水位データが得られなかった場合でも、延長運転を行うことが可能になる。
【０１００】
また、請求項８の発明によれば、水位の測定ばらつきの影響を減少させることができる。
【０１０１】
また、請求項９の発明によれば、汚水流入量の変化を考慮できるので、延長運転時間をより正確に決定可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】排水システムの要部構成を示す断面図である。
【図２】制御盤のハードウエア構成を示すブロック図である。
【図３】制御盤の機能的構成を示す機能ブロック図である。
【図４】排水システムの動作を説明するフローチャートである。
【図５】延長運転時間を算出するサブルーチンを説明するフローチャートである。
【図６】制御盤の機能的構成を示す機能ブロック図である。
【図７】延長運転時間を算出するサブルーチンを説明するフローチャートである。
【図８】延長運転時間を算出するサブルーチンを説明するフローチャートである。
【図９】第１実施形態における水位データの利用態様を示す図である。
【図１０】第２実施形態における水位データの利用態様を示す図である。
【符号の説明】
１　排水システム
１００　汚水槽
１１２　落とし込み凹部
２００　排水ポンプ
３０２　逆止弁
３０３　止水弁
４００　水位センサ
６００　流入管
７００　流出管
【図１】
2004044291.tif 000013
【図２】
2004044291.tif 000014
【図３】
2004044291.tif 000015
【図４】
2004044291.tif 000016
【図５】
2004044291.tif 000017
【図６】
2004044291.tif 000018
【図７】
2004044291.tif 000019
【図８】
2004044291.tif 000020
【図９】
2004044291.tif 000021
【図１０】
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