(57)【要約】【課題】揚砂後の沈砂分布のばらつきを来たすことなく効率的に揚砂可能な揚砂機の制御装置を提供する。【解決手段】前記揚砂ポンプによる揚砂負荷を検出する揚砂負荷検出手段と、前記揚砂負荷検出手段による検出負荷に基づいて前記駆動機構による前記走行車体の走行速度を調節する速度調節手段を設け、速度調節手段は前記揚砂負荷検出手段による検出負荷が所定負荷より大のとき前記走行車体の走行速度を低下するように調節する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
沈砂池の一端部から他端部に懸架された軌道上を自走する駆動機構を備えた走行車体と、前記走行車体に昇降機構を介して昇降自在に吊下げ支持された揚砂ポンプとを備え、前記揚砂ポンプにより前記沈砂池底部の沈砂を揚砂する揚砂機の制御装置であって、
前記揚砂ポンプによる揚砂負荷を検出する揚砂負荷検出手段と、前記揚砂負荷検出手段による検出負荷に基づいて前記駆動機構による前記走行車体の走行速度を調節する速度調節手段を設けてある揚砂機の制御装置。
【請求項２】
前記速度調節手段は、前記揚砂負荷検出手段による検出負荷が所定負荷より大のとき前記走行車体の走行速度を低下するように調節する請求項１記載の揚砂機の制御装置。
【請求項３】
前記揚砂負荷検出手段は、前記揚砂ポンプの駆動モータの負荷を揚砂負荷として検出するものである請求項１又は２記載の揚砂機の制御装置。
【請求項４】
前記揚砂負荷検出手段による検出負荷に基づいて前記昇降機構による前記揚砂ポンプの設定深度を調節するポンプ深度調節手段を設けてある請求項１記載の揚砂機の制御装置。
【請求項５】
前記ポンプ深度調節手段は、前記速度調節手段により調節された前記走行車体の走行速度が所定速度より低下したときに前記揚砂ポンプの設定深度を浅くなるように調節する請求項４記載の揚砂機の制御装置。
【請求項６】
前記揚砂負荷検出手段による検出負荷に基づいて前記速度調節手段による走行速度の調節を前記ポンプ深度調節手段による設定深度の調節に優先して行なう請求項４記載の揚砂機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、河川等から原水を取水し浄水を生成する浄水処理場や、下水処理場等に設けられた沈砂池において、池底に沈降した沈砂を揚砂する揚砂ポンプを備えた揚砂機の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、沈砂池底部の特定個所に集砂ピットを形成して、前記集砂ピットに沈砂を集積する複数の集砂ノズルや掻寄機を設けるとともに、前記集砂ピットの上方から揚砂ポンプを降下させて揚砂する揚砂装置があり、揚砂ポンプによる揚砂管内の圧力又は流速を検出し、検出した圧力値又は流速値と設定値とを比較して、前記揚砂ポンプの昇降動作を制御するようにした揚砂装置の制御方法が提案されていた。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−７０６１４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述の揚砂装置を河川に隣接した浄水取水池等に設けられた沈砂池等に構築すると、降雨時に大量の土砂が流入するために、前記集砂ノズルや掻寄機を稼動させても沈砂を前記集砂ピットに集積することが困難となり、効率よく揚砂することができないという問題点があり、又、揚砂管内の圧力又は流速を検出して揚砂ポンプの昇降動作を制御するものでは、揚砂中に激しい振動を受ける揚砂管に、振動の影響を排除しながら圧力検出器や流量検出器及びその配線を施すための実装技術が複雑で、メンテナンスも手間のかかるものとなるという問題や、検出器により検出された揚砂管内の圧力又は流速に基づいて沈砂上面に対するポンプの相対位置を変化させて過剰な揚砂負荷を軽減させるように制御しても、そのような検出器は揚砂ポンプと多少なりとも距離の離れた位置に設置されるので、応答遅れが発生し、効率良く揚砂ポンプの深度を制御するのが困難であるという問題や、揚砂ポンプが沈砂面の上方から鉛直に下降するので、瞬時に揚砂負荷が上昇して揚砂ポンプの詰まりが生じる恐れがあるといった問題があった。
【０００５】
そこで、集砂ピットを形成することなく、沈砂池の一端部から他端部に懸架された軌道上を自走する駆動機構を備えた走行車体と、前記走行車体に昇降機構を介して昇降自在に吊下げ支持された揚砂ポンプとを備え、走行しながら前記揚砂ポンプにより前記沈砂池底部全域の沈砂を揚砂する揚砂機が提案されている。かかる構成の揚砂機では、揚砂ポンプが沈砂面の側方から揚砂するため、瞬時に揚砂負荷が上昇することも回避できる点で優れている。
【０００６】
しかし、その場合においても、沈砂池の沈砂状況と車体の走行速度によっては揚砂ポンプの負荷が急激に上昇して揚砂効率が低下する恐れがあり、揚砂ポンプの深度を走行中に逐次変化させると揚砂効率が低下し、揚砂後の沈砂分布のばらつきが発生して将来的にも揚砂効率が低下するという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述の従来欠点に鑑み、揚砂後の沈砂分布のばらつきを来たすことなく効率的に揚砂可能な揚砂機の制御装置を提供する点にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明による揚砂機の制御装置の第一の特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項１に記載した通り、沈砂池の一端部から他端部に懸架された軌道上を自走する駆動機構を備えた走行車体と、前記走行車体に昇降機構を介して昇降自在に吊下げ支持された揚砂ポンプとを備え、前記揚砂ポンプにより前記沈砂池底部の沈砂を揚砂する揚砂機の制御装置であって、前記揚砂ポンプによる揚砂負荷を検出する揚砂負荷検出手段と、前記揚砂負荷検出手段による検出負荷に基づいて前記駆動機構による前記走行車体の走行速度を調節する速度調節手段を設けてある点にある。
【０００９】
揚砂負荷が高くなると含砂率が高くなりポンプから吐出された砂によって集砂トラフが閉塞したり、揚砂ポンプが損傷する等の異常事態に到る虞があるので、そのような場合には速度調節手段により走行車体の走行速度を低下させて、揚砂負荷の低下を待つのである。揚砂ポンプは山状に堆積した沈砂の側方から接近して揚砂するので、走行速度を低下させることで揚砂ポンプ全体が沈砂中に埋まるような事態が回避されることになる。又、揚砂負荷が低下したときには、走行速度を上昇させることにより揚砂効率を向上させることができるのである。
【００１０】
同第二の特徴構成は、同欄請求項２に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記速度調節手段は、前記揚砂負荷検出手段による検出負荷が所定負荷より大のとき前記走行車体の走行速度を低下するように調節する点にある。
【００１１】
走行速度の調節は、上述した異常事態に到る可能性の高い揚砂負荷レベルに達したときに行なうことが揚砂効率の低下を回避する点で好ましい。
【００１２】
同第三の特徴構成は、同欄請求項３に記載した通り、上述の第一又は第二特徴構成に加えて、前記揚砂負荷検出手段は、前記揚砂ポンプの駆動モータの負荷を揚砂負荷として検出するものであることが好ましい。
【００１３】
同第四の特徴構成は、同欄請求項４に記載した通り、上述の第一特徴構成に加えて、前記昇降機構は、前記揚砂負荷検出手段による検出負荷に基づいて前記昇降機構による前記揚砂ポンプの設定深度を調節するポンプ深度調節手段を設けてある点にある。
【００１４】
沈砂レベルのばらつきが極端な場合には、走行車体を減速しても容易に揚砂負荷の低下が見られない場合もある。そのような場合には、含砂率が高くなりポンプから吐出された砂によって集砂トラフが閉塞したり、揚砂ポンプが損傷する等の異常事態に到る虞が高くなるので、ポンプ深度を浅くなるように調節することで、異常事態の発生を確実に回避することが可能となるのである。
【００１５】
同第五の特徴構成は、同欄請求項５に記載した通り、上述の第四特徴構成に加えて、前記ポンプ深度調節手段は、前記速度調節手段により調節された前記走行車体の走行速度が所定速度より低下したときに前記揚砂ポンプの設定深度を浅くなるように調節する点にある。
【００１６】
異常事態の発生の虞と揚砂効率の低下のバランスを比較考量して適切な減速速度よりさらなる減速が必要となる揚砂負荷がかかっているときに揚砂ポンプの深度を調節することで、バランスよく揚砂作業を進めることができるのである。
【００１７】
同第六の特徴構成は、同欄請求項６に記載した通り、上述の第四特徴構成に加えて、前記揚砂負荷検出手段による検出負荷に基づいて前記速度調節手段による走行速度の調節を前記ポンプ深度調節手段による設定深度の調節に優先して行なう点にある。
【００１８】
このように構成することにより沈砂面の凹凸の発生を極力抑制して次の揚砂工程での揚砂効率の低下を回避することが可能となるのである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に本発明による揚砂機の制御装置の実施の形態を説明する。図１及び図２に示すように、河川１の流域に設置された浄水場の取水部２は、河川の流水を取水する流入ゲート３と、流入ゲート３から流入した流入水に混入しているし渣を除去する除塵機４と、除塵された流入水を導き沈砂処理する沈砂池５と、沈砂池５に滞留した流入水を浄水処理槽へ移送する複数の取水ポンプ６を備えて構成される。尚、除塵機４は沈砂池５の下流側に設置される場合もある。
【００２０】
断面が略方形に形成された沈砂池５には、その一端部から他端部に懸架された軌道７上を自走する駆動機構９を備えた走行車体８と、前記走行車体８に昇降機構１１を介して昇降自在に吊下げ支持され、沈砂池５底部の沈砂５ａを揚砂する揚砂ポンプ１２と、駆動機構９や昇降機構１１等を作動制御する制御装置１３からなる揚砂機を備えてあり、前記揚砂機により水と共に吸上げられた砂は集砂トラフ１０により集砂池（図示せず）に集積される。
【００２１】
前記駆動機構９は、前記軌道７上を走行可能に左右一対の車輪を前後に設けた走行車輪９ａと、走行用モータ９ｂと、走行用モータ９ｂの駆動力を走行車輪９ａに伝達する駆動伝達機構９ｃとからなり、前記制御装置１３により走行速度が調節可能に構成されている。
【００２２】
前記昇降機構１１は、一端側が走行車体８に対して点検用の水平姿勢と揚砂用の垂直姿勢の間で揺動可能に軸支された金属製の外筒に内筒が伸縮自在に内嵌された保護筒体１１ａと、先端部に揚砂ポンプ１２が取り付けられるとともに基端部が巻取部１１ｃに巻回され、前記保護筒体１１ａに挿通された可撓性の揚砂管１１ｂと、前記巻取部１１ｃを回転駆動して揚砂ポンプ１２を所定深度に繰出し又は巻上げる昇降モータ１１ｄとからなり、前記制御装置１３により揚砂ポンプ１２の設定深度が制御可能に構成されている。
【００２３】
前記制御装置１３は、図３に示すように、揚砂機の走行制御や揚砂ポンプ制御等を実行するＣＰＵ１５と、ＣＰＵ１５による実効プログラムが記憶されたＲＯＭ１６と、各種の制御データを格納するとともに必要な演算処理のためのデータ領域となるＲＡＭ１７と、揚砂機から制御に必要なデータを入力する入力回路１８と、揚砂機の機能ブロックを制御する出力回路１９等を内部バスで接続して構成されている。
【００２４】
前記入力回路１８には、沈砂池５の一端部及び他端部に設置され走行車体８の位置を検出する光電式の位置検出スイッチＬＳＷ１、ＬＳＷ２と、揚砂ポンプ１２における揚砂負荷信号、揚砂ポンプ１２に取付けられ沈砂上面と揚砂ポンプ１２との距離を計測する超音波式の距離計（図示せず）の出力信号が沈砂レベルとして入力されるように構成されている。ここに、揚砂負荷データは、後述の駆動回路２１に設けられた揚砂ポンプ１２への供給電流値を検出する電流検出回路（図示せず）のアナログ出力信号が入力され、入力回路１８に内蔵されたＡ／Ｄ変換回路によりデジタルデータに変換される。前記沈砂レベルも同様にアナログ信号として入力され、入力回路１８に内蔵されたＡ／Ｄ変換回路によりデジタルデータに変換される。
【００２５】
前記出力回路１９には、交流モータである走行モータ９ｂに対する駆動回路２０としてのインバータ回路と、揚砂ポンプ１２を駆動する誘導型のポンプモータに対する駆動回路２１と、直流モータである昇降モータ１１ｄに対する駆動回路２２が接続され、夫々のモータが駆動制御可能に構成されている。
【００２６】
以下に、前記制御装置１３による揚砂機の制御について説明する。揚砂機には前記軌道７を介してＡＣ電源が供給され、制御装置１３にはＡＣ／ＤＣ変換回路（図示せず）を介してＤＣ電源が供給可能に構成されている。図４に示すように、制御装置１３に電源が投入されると、ＣＰＵ１５は内部レジスタやＲＡＭ１７等の初期化処理を実行し（Ｓ１）、昇降モータ１１ｄを駆動して予め設定されている設置深度まで揚砂ポンプ１２を沈降させる（Ｓ２）。
【００２７】
次に、揚砂ポンプ１２を駆動した後に（Ｓ３）、インバータ回路２０に周波数制御信号を出力して走行用モータ９ｂを駆動し、徐々に加速して安定状態において走行車体８が第一の設定速度で走行する通常運転モードで往復走行制御する（Ｓ４）。詳述すると、沈砂池５の両側端部に設置された位置検出スイッチＬＳＷ１、ＬＳＷ２の状態を入力し、走行に伴って何れかのスイッチがオンしたときに走行モータ９ｂを減速した後に逆転駆動し、さらに第一の設定速度で反対方向に駆動することにより往復走行制御するものである。
【００２８】
走行車体８の走行中に揚砂ポンプ１２により吸上げられた砂や水は、図１に示すように、集砂トラフ１０に放流されて集砂池に集積される。揚砂ポンプ１２による揚砂中、ＣＰＵ１５は常に入力回路１８を介して入力される揚砂ポンプ１２の駆動電流値を揚砂負荷として監視しており、予め定められた許容値以下に維持されているか否かを判断し（Ｓ５）、揚砂負荷が許容値を超えると判断したときには、今回初めて超えたか否かを判断して（Ｓ６）、初めて超えたときには走行車体８の運転モードを通常運転モードから減速運転モードに切り替え（Ｓ１０）、第一の設定速度よりも所定速度だけ減速させた第二の設定速度で走行制御する（Ｓ１１）。
【００２９】
ステップＳ６において揚砂負荷が既に許容値を超えて減速運転モードにあると判断したときには、所定の時間間隔例えば数秒から数十秒の間隔で第二の設定速度から第三の設定速度へと所定速度だけ順次減速制御する（Ｓ７）。そして走行速度が下限の許容値より下がったときには（Ｓ８）、揚砂ポンプの深度を予め設定されている設定量だけ浅くなるように昇降モータ１１ｄを制御する（Ｓ９）。つまり、揚砂負荷が許容値よりも高くなったときに、走行速度の調節を揚砂ポンプ１２の深度の調節に優先して行なうように制御する。
【００３０】
このような制御を繰り返しながら、ステップ５において揚砂負荷が許容値を下回ればステップ１２に移行し、前回まで減速運転モードであれば、減速運転モードをキャンセルして（Ｓ１３）、走行速度を通常運転モードでの速度になるように調節し（Ｓ１４）、揚砂ポンプの深度を変化させていれば初期の深度に調節する（Ｓ１５）。
【００３１】
以上説明したように、前記電流検出回路と入力回路１８と入力されたデータを解析するＣＰＵ１５及びその実行プログラム（上述のステップ５等）により、揚砂ポンプ１２による揚砂負荷を検出する揚砂負荷検出手段が構成され、インバータ回路２０と出力回路１９と検出負荷に基づいてインバータ回路２０へ周波数制御信号を出力するＣＰＵ１５及びその実行プログラム（上述のステップ７、１１等）により、前記揚砂負荷検出手段による検出負荷に基づいて駆動機構９による前記走行車体８の走行速度を調節する速度調節手段が構成される。
【００３２】
又、前記昇降モータ１１ｄと出力回路１９と検出負荷に基づいて昇降モータ１１への駆動信号を出力するＣＰＵ１５及びその実行プログラム（上述のステップ９等）により、揚砂負荷検出手段による検出負荷に基づいて昇降機構１１による揚砂ポンプ１２の設定深度を調節するポンプ深度調節手段が構成され、ポンプ深度調節手段は、速度調節手段により調節された走行車体の走行速度が所定速度より低下したときに揚砂ポンプの設定深度を浅くなるように調節するように構成されている。
【００３３】
前記速度調節手段は、走行速度の減速制御に際して、所定時間間隔で所定速度だけ順次減速制御するものを説明したが、時間間隔及び減速ステップである所定速度は特に限定するものではなく適宜設定すればよく、ステップ的な減速制御に代えて連続的な減速制御を行なってもよい。また揚砂負荷が許容値を超えてからの経過時間に応じた減速制御ではなく、検出した時点の揚砂負荷に逆比例した減速制御を行なってもよい。つまり、速度調節手段は、揚砂負荷検出手段による検出負荷が所定負荷より大のとき走行車体の走行速度を低下するように調節するように構成されていればよい。
【００３４】
揚砂負荷検出手段は、揚砂ポンプ１２の駆動モータの駆動電流値を揚砂負荷として検出するものを説明したが、揚砂ポンプの駆動モータのトルクを揚砂負荷として検出するものであってもよく、その他に使用されるモータの種類に合せて負荷が検出できるものであれば、モータ電圧やモータ消費電力等のモータ負荷を揚砂負荷として検出するものであってもよい。
【００３５】
上述した減速制御についてさらに異なる態様を説明するならば、走行車体８の走行速度が許容値を下回ったときであってもポンプ深度調節手段によるポンプ深度の調節を行なわずに、走行車体８が停止するまで減速制御するものであってもよい。この場合には揚砂の後の沈砂面がなだらかに維持されるので、次の揚砂工程でもポンプ深度を調節しなければならないような事態の発生確率を低下させることができる。さらには、減速制御については、定速制御から一気に停止するような制御態様であってもよい。
【００３６】
上述した揚砂機は、沈砂池の一端部と他端部との間で往復走行するものを説明したが、揚砂機の走行軌道はこれに限るわけではなく、奥行方向にも距離がある場合には、走行車体を奥行き方向に移動する台車上に走行車体を設置して平面的に揚砂作業を行なえるように構成してもよく、沈砂池全体をカバー可能に軌道を螺旋状またはループ状に設置してもよい。
【００３７】
上述した制御回路はマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）を用いてプログラムにより制御を行なうものを説明したが、ハードウェア回路のみで構成するものであってもよい。また使用される各モータの種類は適宜設定することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、揚砂後の沈砂分布のばらつきを来たすことなく効率的に揚砂可能な揚砂機の制御装置を提供することができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される浄水場の取水部の説明図
【図２】本発明による揚砂機の説明図
【図３】本発明による揚砂機の制御装置のブロック構成図
【図４】本発明による揚砂機の制御装置の動作を説明するフローチャート
【符号の説明】
１：河川
２：取水部
３：流入ゲート
４：除塵機
５：沈砂池
６：取水ポンプ
７：軌道
８：走行車体
９：駆動機構
１０：集砂トラフ
１１：昇降機構
１２：揚砂ポンプ
１３：制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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