JP5010504B2

JP5010504B2 - 配水圧力最適制御装置

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Publication number: JP5010504B2
Application number: JP2008050571A
Authority: JP
Inventors: 勝也横川; 太黒川; 義弘本蔵; 達也猪谷
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-02-29
Filing date: 2008-02-29
Publication date: 2012-08-29
Anticipated expiration: 2028-02-29
Also published as: JP2009209523A

Description

本発明は、配水池から管路を介して配置された上水道の配水管路網から末端の需要家へ浄水をポンプにより送水する場合、あるいは自然流下で圧力を調整して送水する配水圧力最適制御装置に関する。具体的には、本発明は、日々の需要変動や配水管路網プロセスが経年変化した場合においても、ロバストな末端圧力一定制御を行うことで、より漏水量を抑制可能でかつ圧力変動の少なくしえる配水圧力最適制御装置に関する。

特許文献１は、自然流下水とポンプ圧送水を合流させる配水システムにおいて、基本配水量未満で配水ポンプを停止させずに、配水圧力の急激な変動を抑えることで、ポンプと配管の寿命を保持できる制御装置、制御方法、制御システムを提供している。また、特許文献１では、配水量の変動に応じて流量一定制御もしくは圧力一定制御のどちらかに切り替える制御判断部を有し、ポンプが圧力一定制御中に、吐出流量の下降が既定継続時間を継続した場合、流量一定制御に切り替え、このときの吐出圧を記憶するとともに、流量一定制御中に、流量一定制御に切替わった時の圧力よりもポンプ吐出圧が既定継続時間を継続した場合に、圧力制御に切り替える。

特許文献２は、上水道の配水管網において、末端の圧力（水圧）を最適にかつ自動的に決定するための配水管網の末端圧力制御装置に関する。特許文献２は、データや制御パラメータの更新、調整を不要にして、配水管路の更新や需要量変化に対応可能な末端圧力制御装置を実現するものである。
特開２００６−３３０９００号公報特開２００１−９２９４０号公報

従来の末端圧一定制御は、人間の生活パターンによって生じる需要変動が外乱となるため、末端の圧力値を目標値としたＰＩＤ制御を行うのが一般的であるが、管路工事や管路の老朽によってそのプロセスが変化し、ＰＩＤ制御性能が劣化する課題がある。

特許文献１は、流量制御と圧力制御を切り替えることによってポンプや配管の寿命を保持することを目的としているため、本願とは解決しようとする課題が異なる。
特許文献２では、需要変化に対して予めスケジュールを設定しておき、そのスケジュールに基づいて吐出圧設定値を変化させるが、この場合、需要予測の精度によっては、スケジュールを適宜調整しなおす必要がある。

本発明はこうした事情を考慮してなされたもので、制御対象となる配水ブロック（又は閉じられた管網）において、その流入流量と吐出圧、末端圧、需要量の実プロセスデータ、ポンプ特性やバルブ特性を表すＱ−Ｈカーブに基づいて、需要変動や管路網プロセスの経年変化によって生じる制御性能劣化を抑制可能な配水圧力最適制御装置を提供することを目的とする。

本発明（第１の発明）に係る配水圧力最適制御装置は、配水池から管路を介して配置された上水道の配水管路網から末端の需要家へ浄水をポンプで送水するための配水圧力最適制御装置であり、配水管路網の入口に設置された吐出圧力計測手段と、配水管路網の入口に設置された流量計測手段と、配水管路網の末端に設置された末端圧力計測手段と、吐出圧目標値に基づいてポンプ回転数を制御する吐出圧制御手段と、末端圧力設定値に基づいて吐出圧力を制御する末端圧力一定制御手段と、吐出圧目標値に基づいてポンプ運転台数を演算するポンプ台数制御手段と、需要予測値に基づいて、末端圧力を一定にするために必要となる吐出圧力をポンプＱ−Ｈカーブおよび管路抵抗曲線により計算し、末端圧力制御のフィードフォワード信号を出力する最適吐出圧計画手段と、吐出圧力計測手段と流量計測手段と末端圧力計測手段から夫々得られる吐出圧、流量および末端圧のデータを蓄積する監視データベースと、この監視データベースから得られる過去の吐出圧、流量および末端圧のデータに基づいて、現状の配水プロセスに合った管路抵抗曲線を生成する管路抵抗推定手段と、を備えることを特徴とする。

また、本発明（第２の発明）に係る配水圧力最適制御装置は、配水池から管路を介して配置された上水道の配水管路網から末端の需要家へ浄水を自然流下でバルブによって圧力を調節して送水するための配水圧力最適制御装置であり、配水管路網の入口に設置されたバルブの２次圧を計測する２次圧力計測手段と、配水管路網の入口に設置された流量計測手段と、配水管路網の末端に設置された末端圧力計測手段と、減圧量に基づいてバルブ開度を制御する減圧制御手段と、末端圧目標値に基づいて減圧量を演算する末端圧力制御手段と、需要予測値、既知である吐出圧力値および末端圧目標値に基づいて、末端圧力を一定にするために必要となる減圧量を計算し、減圧制御のフィードフォワード信号を出力する最適減圧量計画手段と、２次圧力計測手段と流量計測手段と末端圧力計測手段から夫々得られるバルブの２次圧、流量、末端圧データを蓄積する監視データベースと、この監視データベースから得られる過去のバルブ開度、圧力損失、流量および末端圧のデータに基づいて、現状の配水プロセスに合った管路抵抗曲線を生成する管路抵抗推定手段と、を備えることを特徴とする。

更に、本発明（第３の発明）に係る配水圧力最適制御装置は、配水池から管路を介して配置された上水道の配水管路網から末端の需要家へ浄水を固定速ポンプで圧送し、圧力の微調整は調整バルブによって減圧して送水するための配水圧力最適制御装置であり、配水管路網の入口に設置されたバルブの２次圧を計測する２次圧力計測手段と、配水管路網の入口に設置された流量計測手段と、配水管路網の末端に設置された末端圧力計測手段と、減圧量に基づいてバルブ開度を制御する減圧制御手段と、末端圧目標値に基づいて減圧量を演算する末端圧力制御手段と、需要予測値に基づいて、末端圧力を一定にするために必要となる減圧量を管路抵抗曲線により計算し、減圧制御のフィードフォワード信号を出力する最適減圧量計画手段と、２次圧力計測手段と流量計測手段と末端圧力計測手段から夫々得られるバルブの２次圧、流量および末端圧のデータを蓄積する監視データベースと、この監視データベースから得られる過去のバルブ開度、圧力損失、流量および末端圧のデータに基づいて、現状の配水プロセスに合った管路抵抗曲線を生成する管路抵抗推定手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、需要変動や管路網プロセスの経年変化によって生じる制御性能劣化を抑制することができる。

以下、本発明の配水圧力最適制御装置について更に詳しく説明する。
(1) 第１の発明の配水圧力最適制御装置は、上記で述べたとおりである。
(2) 上記（１）の発明において、吐出圧力計測手段と流量計測手段と末端圧力計測手段から夫々得られる吐出圧、流量、末端圧データを蓄積する監視データベースと、この監視データベースから得られる過去の吐出圧、流量、末端圧データに基づいて、現状の配水プロセスに合った管路抵抗曲線を生成する管路抵抗推定手段とを更に備え、前記管路抵抗曲線は管路抵抗推定手段で得られる場合が好ましい。
この場合、監視データベースから得られる過去の吐出圧、流量、末端圧データに基づいて、現状の配水プロセスに合った管路抵抗曲線を生成する管路抵抗推定手段を備えているので、需要変動や管路網プロセスの経年変化によって生じる制御性能劣化をいっそう抑制することができる。

(3) 上記（１），（２）の発明において、最適吐出圧計画手段は、流量計測手段で得られる過去の流量実績値と天候・気温といった気象情報に基づいて、需要予測手段で演算される時系列での１日分の需要パターンに基づいて末端圧力制御のフィードフォワード信号を演算する手段であることが好ましい。この場合、日々異なる需要パターンを過去の実績から予測できるために、より末端圧力制御の性能を改善することができる。

(4) 上記（１）〜（３）の発明において、吐出圧目標値（図１中のＰＯ_ＳＶ）を予めオペレータが設定し、設定されたパターンをフィードフォワード信号とすることもできる。これにより、オペレータの意図にあったポンプ台数の制御をより簡略的に行うことができる。

(5) 上記（１）〜（４）の発明において、管路抵抗推定手段で得られる管路抵抗曲線とポンプＱ−Ｈカーブに基づいて得られる回転数操作に対する吐出圧変化のゲインを演算し、初期の制御パラメータ調整時のゲインとある閾値以上偏差がある場合には、演算されたゲインを吐出圧力制御のパラメータとして再調整するＰＩＤ制御パラメータ調整手段を更に備えることが好ましい。これにより、配水管路網の末端圧力の制御をより精度良く行うことができる。

(6) 上記（１）〜（５）の発明において、ポンプ運転台数によって変化するポンプ回転数と吐出圧のゲインを、管路抵抗推定手段で得られる管路抵抗曲線とポンプＱ−Ｈカーブに基づいて演算し、現在の運転台数に応じて適切な吐出圧力制御のＰＩＤ制御パラメータを再調整するＰＩＤ制御パラメータ調整手段を更に備えることが好ましい。これにより、配水管路網の末端圧力の制御をより精度良く行うことができる。

次に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。なお、本実施形態は下記に述べることに限定されない。
（実施例１）
図１を参照する。本実施例１に係る配水圧力最適制御装置は、配水池から管路を介して配置された上水道の配水管路網から末端の需要家へ浄水をポンプで送水するためのものである。
前記配水圧力最適制御装置は、図１に示すように、吐出圧力計測手段としての第１の圧力計１と、流量計測手段としての流量計２と、末端圧力計測手段としての第２の圧力計３と、吐出圧力制御手段４と、ポンプ台数制御手段５と、末端圧力制御手段６と、需要予測手段７と、最適吐出圧計画手段８と、監視データベース（ＤＢ）９と、管路抵抗推定手段１０と、ＰＩＤ制御パラメータ調整手段１１を備えている。なお、図中の符番１２は配水管路網、符番１３は配水池１４と配水管路網１２間の管路に設けられた配水ポンプ、符番１５は回転数制御手段を示す。また、図１中の符号Ｐ１_ＳＶは末端圧力設定値、符号Ｐ０_ＳＶは吐出圧力目標値、符号Ｐ０_ｍｐｃは最適吐出圧力値、符号Ｎ_ＳＶは回転数設定値、符号Ｎ_ｐｖはポンプ回転数、符号Ｐ０_ｐｖは配水管路網の入口圧力値、符号Ｑ_ｏｕｔは配水管路網の入口流量値、Ｐ１_ｐｖは配水管路網の末端圧力値を夫々示す。

第１の圧力計１は、配水管路網１２の入口に設置されてこの入口の圧力を測定する。流量計２は、配水管路網１２の入口に設置されてこの入口の流入流量を測定する。第２の圧力計３は、配水管路網１２の末端に設置されて末端の圧力を測定する。吐出圧力制御手段４は、吐出圧目標値に基づいてポンプ回転数をＰＩＤ制御する。ポンプ台数制御手段５は、吐出圧力目標値に基づいてポンプ運転台数を演算する。末端圧力制御手段６は、末端圧目標値に基づいて適切な吐出圧をＰＩＤ制御する。監視ＤＢ９は、これらの計測値および演算値をＤＢに蓄積・保存する。

管路抵抗推定手段１０では、監視ＤＢ９に蓄積されている吐出圧、末端圧、流入流量に基づいて、実プロセスの管路抵抗曲線を演算する。つまり、吐出圧と末端圧の推定モデルを、対象とする配水管路網を等価的に一つの管路として捉え、次式で表す。
Ｐ１＝Ｐ０−ＲＱ^α＋ｈ（１）
ここで、Ｐ１は末端圧[ｍ]、Ｐ０は吐出圧[ｍ]、Ｑは流量［ｍ^３／ｈ］、Ｒは管路抵抗定数、αは流量乗数、ｈは吐出圧測定点と末端圧測定点との標高差［ｍ］であり、ｈ＝吐出圧測定点の標高−末端圧測定点の標高を表す。

ｈはプロセスの構造により既知である。Ｒ，αは制御対象となる配水管路網によって異なるパラメータであるため、Ｐ１，Ｐ０，Ｑの計測データから最小二乗法を用いて値を求める。つまり、管路抵抗推定手段１０では，末端圧，吐出圧，流量のデータに基づいて、吐出圧測定点から末端圧測定点までの管路抵抗の推定を行うことができる。

需要予測手段７は、監視ＤＢ９に蓄積されている過去の流量実績値と操作員からの入力である天候・気温といった気象情報に基づいて、時系列での１日分の需要量を予測する。また、最適吐出圧計画手段８では、需要予測手段で得られる需要予測値と、ポンプＱ−Ｈ曲線および管路抵抗推定手段によって得られる管路抵抗曲線とに基づいて、１日の吐出圧目標値を演算し、末端圧力制御手段６のフィードフォワード信号（図１中のＰ０_ｍｐｃ）として出力する。具体的には、管路抵抗曲線（例えば図２中の（１））において、需要予測値が約６００ｍ^３／ｈであった場合に、その交点となるポンプＱ−Ｈ曲線の圧力値を演算する。この場合、必要な吐出圧力は約４０ｍとなる。また、需要予測値の流量値が約４００ｍ^３／ｈであった場合に必要な吐出圧力は約３５ｍとなる。

なお、需要予測手段７では、過去の（配水）流量実績データと運転当日の天気や気温を入力として、当日１日分の需要量を時単位または分単位で予測する。ところで、需要予測演算手法として、ファジィ推論やニューラルネットワーク等を用いるのが一般的であるが、その具体的な方法については特に限定されない。

ＰＩＤ制御パラメータ調整手段１１では、現在のポンプ回転数に応じて変化する管路抵抗曲線の接線の傾きに基づいて、ＰＩＤ制御パラメータを調整する。また、管路抵抗曲線の経年変化によっても変化する同接線の傾きに基づいても調整を行う。具体的には、図２で説明する。但し、図２において、符号ａ，ｂは夫々ポンプが１台の場合の９０％，１００％稼動の場合の流量と圧力との関係を示す曲線である。符号ｃ，ｄは夫々ポンプが２台の場合の９０％，１００％稼動の場合の流量と圧力との関係を示す曲線である。符番（１），（２）は夫々管路抵抗曲線を示す。

現状の管路抵抗曲線（１）が経年変化によって管路抵抗曲線（２）に推移した場合、図中のＡ及びＢに示すように、回転数変化に対する吐出圧力変化のゲインが変化していることがわかる。つまり、導入当時に設定したＰＩＤ制御パラメータでは制御性能が劣化することを示している。そこで、そのゲイン変化に応じて吐出圧力制御のＰＩＤ制御パラメータを調整するものである。

また、管路抵抗曲線は（１）のままであるが、ポンプ運転台数によっても回転数変化に対する吐出圧変化のゲインが変化していることが分かる（図２中、Ｃ）。つまり、ＰＩＤ制御パラメータ調整手段１１では、管路抵抗曲線の経年変化や制御中のポンプ運転台数の現在値に基づいて、吐出圧力制御のＰＩＤ制御パラメータ（特に比例ゲイン）を調整することを特徴とする。

上記実施例１に係る配水圧力最適制御装置は、図１に示すように、吐出圧力計測手段としての第１の圧力計１と、流量計測手段としての流量計２と、末端圧力計測手段としての第２の圧力計３と、吐出圧力制御手段４と、ポンプ台数制御手段５と、末端圧力制御手段６と、需要予測手段７と、最適吐出圧計画手段８と、監視ＤＢ９と、管路抵抗推定手段１０と、ＰＩＤ制御パラメータ調整手段１１を備えている。

即ち、上記実施例１では、制御対象となる配水管路網１２において、その流入流量と吐出圧、末端圧、需要量の実プロセスデータ、ポンプ特性やバルブ特性を表すＱ−Ｈ曲線に基づいて、需要変動や管路網プロセスの経年変化によって生じる制御性能劣化を抑制可能な末端圧力を制御することができる。

（実施例２）
本実施例２に係る配水圧力最適制御装置は、配水池から管路を介して配置された上水道の配水管路網から末端の需要家へ浄水を自然流下でバルブ（例えば調節弁）によって圧力を調節して送水するためのものである。
自然流下の場合は、吐出圧は一定であり、流入流量や調整弁に応じて末端圧力が変化する。そのため、その変化を監視ＤＢに蓄積されている過去の実績データに基づいて、バルブ開度と圧力損失の関係を読み取り、管路抵抗曲線を変化させる。具体的には、（１）式に示す管路抵抗曲線式に次の項を右辺に追加する。

Ｐ１＝Ｐ０−ＲＱ^α＋ｈ−ｆｖ（ｕ）（２）
ここで、ｆｖ（ｕ）はバルブによる圧力損失を表し、開度ｕの関数であって、
ｆｖ（ｕ）＝Ｋ×（１／ｕ−１）^ｎで表される。
但し、Ｋ，ｎは監視ＤＢに蓄積されている過去の実績データに基づいて同定されるパラメータである。
また、自然流下の場合Ｐ０は一定であり、ｈも既知であることから、（２）式から直接ある需要予測値の流量Ｑが与えられた時の末端圧力設定値となるよう開度ｕをコントロールする。

実施例２によれば、実施例１で述べたのと同様な機能により、需要変動や管路網プロセスの経年変化によって生じる制御性能劣化を抑制可能な末端圧力を制御することができる。

なお、自然流下の代わりに固定速ポンプを用いることができる。この場合は、上述した（２）式により求まる管路抵抗曲線を元に、需要予測値の流量が与えられた時に必要な吐出圧力を計算する。なお、この場合固定速ポンプ出口に流調弁（流量を調節する弁）が設定されていることを前提としている。実施例１では回転数による制御も可能であったが、この場合、運転台数ごとに異なるＱ−Ｈ曲線を元に、弁開度によって管路抵抗曲線を変化させることによって、必要な流量を吐出する（流調弁出口の吐出圧力値は需要予測値と管路抵抗曲線の接点である）。

本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］配水池から管路を介して配置された上水道の配水管路網から末端の需要家へ浄水をポンプで送水するための配水圧力最適制御装置であり、配水管路網の入口に設置された吐出圧力計測手段と、配水管路網の入口に設置された流量計測手段と、配水管路網の末端に設置された末端圧力計測手段と、吐出圧目標値に基づいてポンプ回転数を制御する吐出圧制御手段と、末端圧力設定値に基づいて吐出圧力を制御する末端圧力一定制御手段と、吐出圧目標値に基づいてポンプ運転台数を演算するポンプ台数制御手段と、需要予測値に基づいて、末端圧力を一定にするために必要となる吐出圧力をポンプＱ−Ｈカーブおよび管路抵抗曲線により計算し、末端圧力制御のフィードフォワード信号を出力する最適吐出圧計画手段と、を備えることを特徴とする配水圧力最適制御装置。
［２］吐出圧力計測手段と流量計測手段と末端圧力計測手段から夫々得られる吐出圧、流量、末端圧データを蓄積する監視データベースと、この監視データベースから得られる過去の吐出圧、流量、末端圧データに基づいて、現状の配水プロセスに合った管路抵抗曲線を生成する管路抵抗推定手段と、を更に備え、前記管路抵抗曲線は管路抵抗推定手段で得られることを特徴とする［１］記載の配水圧力最適制御装置。
［３］流量計測手段で得られる過去の流量実績値と天候・気温といった気象情報に基づいて、時系列での１日分の需要量を予測する需要予測手段を備え、前記最適吐出圧計画手段における需要予測値は、需要予測手段で予測された需要予測値パターンに基づいて末端圧力制御のフィードフォワード信号を出力することを特徴とする［１］もしくは［２］記載の配水圧力最適制御装置。
［４］吐出圧目標値を予めオペレータが設定し、設定されたパターンをフィードフォワード信号とすることを特徴とする［１］もしくは［２］記載の配水圧力最適制御装置。
［５］管路抵抗推定手段で得られる管路抵抗曲線とポンプＱ−Ｈカーブに基づいて得られる回転数操作に対する吐出圧変化のゲインを演算し、演算されたゲインを吐出圧力制御のパラメータとして再調整するＰＩＤ制御パラメータ調整手段を備えることを特徴とする［１］乃至［４］いずれか一記載の配水圧力最適制御装置。
［６］ポンプ運転台数によって変化するポンプ回転数と吐出圧のゲインを、管路抵抗推定手段で得られる管路抵抗曲線とポンプＱ−Ｈカーブに基づいて演算し、現在の運転台数に応じて適切な吐出圧力制御のＰＩＤ制御パラメータを再調整するＰＩＤ制御パラメータ調整手段を備えることを特徴とする［１］乃至［４］いずれか一記載の配水圧力最適制御装置。
［７］配水池から管路を介して配置された上水道の配水管路網から末端の需要家へ浄水を自然流下でバルブによって圧力を調節して送水するための配水圧力最適制御装置であり、配水管路網の入口に設置されたバルブの２次圧を計測する２次圧力計測手段と、配水管路網の入口に設置された流量計測手段と、配水管路網の末端に設置された末端圧力計測手段と、減圧量に基づいてバルブ開度を制御する減圧制御手段と、末端圧目標値に基づいて減圧量を演算する末端圧力制御手段と、需要予測値、既知である吐出圧力値および末端圧目標値に基づいて、末端圧力を一定にするために必要となる減圧量を計算し、減圧制御のフィードフォワード信号を出力する最適減圧量計画手段と、を備えることを特徴とする配水圧力最適制御装置。
［８］２次圧力計測手段と流量計測手段と末端圧力計測手段から夫々得られるバルブの２次圧、流量、末端圧データを蓄積する監視データベースと、この監視データベースから得られる過去のバルブ開度、圧力損失、流量、末端圧データに基づいて、現状の配水プロセスに合った管路抵抗曲線を生成する管路抵抗推定手段と、管路抵抗推定手段で得られる管路抵抗曲線に基づいて得られるバルブ開度操作に対する減圧量変化のゲインを演算し、演算されたゲインを減圧量制御のパラメータとして再調整するＰＩＤ制御パラメータ調整手段を備えることを特徴とする［７］に記載の配水圧力最適制御装置。
［９］配水池から管路を介して配置された上水道の配水管路網から末端の需要家へ浄水を固定速ポンプで圧送し、圧力の微調整は調整バルブによって減圧して送水するための配水圧力最適制御装置であり、配水管路網の入口に設置されたバルブの２次圧を計測する２次圧力計測手段と、配水管路網の入口に設置された流量計測手段と、配水管路網の末端に設置された末端圧力計測手段と、減圧量に基づいてバルブ開度を制御する減圧制御手段と、
末端圧目標値に基づいて減圧量を演算する末端圧力制御手段と、需要予測値に基づいて、末端圧力を一定にするために必要となる減圧量を管路抵抗曲線により計算し、減圧制御のフィードフォワード信号を出力する最適減圧量計画手段と、を備えることを特徴とする配水圧力最適制御装置。
［10］２次圧力計測手段と流量計測手段と末端圧力計測手段から夫々得られるバルブの２次圧、流量、末端圧データを蓄積する監視データベースと、この監視データベースから得られる過去のバルブ開度、圧力損失、流量、末端圧データに基づいて、現状の配水プロセスに合った管路抵抗曲線を生成する管路抵抗推定手段と、管路抵抗推定手段で得られる管路抵抗曲線と固定速ポンプ運転台数に応じたポンプＱ−Ｈカーブに基づいて得られるバルブ開度操作に対する減圧量変化のゲインを演算し、演算されたゲインを減圧量制御のパラメータとして再調整するＰＩＤ制御パラメータ調整手段を備えることを特徴とする［９］記載の配水圧力最適制御装置。

本発明の実施例１に係る配水圧力最適制御装置の概略的な説明図。ポンプＱ−Ｈ曲線と管路抵抗曲線を示す特性図。

符号の説明

１…第１の圧力計（吐出圧力計測手段）、２…流量計（流量計測手段）、３…第２の圧力計（末端圧力計測手段）、４…吐出圧力制御手段、５…ポンプ台数制御手段、６…末端圧力制御手段、７…需要予測手段、８…最適吐出圧計画手段、９…監視データベース、１０…管路抵抗推定手段、１１…ＰＩＤ制御パラメータ調整手段、１２…配水管路網、１３…配水ポンプ、１５…回転数制御手段。

Claims

配水池から管路を介して配置された上水道の配水管路網から末端の需要家へ浄水をポンプで送水するための配水圧力最適制御装置であり、
配水管路網の入口に設置された吐出圧力計測手段と、
配水管路網の入口に設置された流量計測手段と、
配水管路網の末端に設置された末端圧力計測手段と、
吐出圧目標値に基づいてポンプ回転数を制御する吐出圧制御手段と、
末端圧力設定値に基づいて吐出圧力を制御する末端圧力一定制御手段と、
吐出圧目標値に基づいてポンプ運転台数を演算するポンプ台数制御手段と、
需要予測値に基づいて、末端圧力を一定にするために必要となる吐出圧力をポンプＱ−Ｈカーブおよび管路抵抗曲線により計算し、末端圧力制御のフィードフォワード信号を出力する最適吐出圧計画手段と、
吐出圧力計測手段と流量計測手段と末端圧力計測手段から夫々得られる吐出圧、流量および末端圧のデータを蓄積する監視データベースと、
この監視データベースから得られる過去の吐出圧、流量および末端圧のデータに基づいて、現状の配水プロセスに合った管路抵抗曲線を生成する管路抵抗推定手段と、
を備えることを特徴とする配水圧力最適制御装置。
流量計測手段で得られる過去の流量実績値と天候・気温といった気象情報に基づいて、時系列での１日分の需要量を予測する需要予測手段を備え、前記最適吐出圧計画手段は、需要予測手段で予測された需要予測値パターンに基づいて末端圧力制御のフィードフォワード信号を出力することを特徴とする請求項１記載の配水圧力最適制御装置。
吐出圧目標値を予めオペレータが設定し、設定されたパターンをフィードフォワード信号とすることを特徴とする請求項１または２記載の配水圧力最適制御装置。
管路抵抗推定手段で得られる管路抵抗曲線とポンプＱ−Ｈカーブに基づいて得られる回転数操作に対する吐出圧変化のゲインを演算し、演算されたゲインを吐出圧力制御のパラメータとして再調整するＰＩＤ制御パラメータ調整手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の配水圧力最適制御装置。
ポンプ運転台数によって変化するポンプ回転数と吐出圧のゲインを、管路抵抗推定手段で得られる管路抵抗曲線とポンプＱ−Ｈカーブに基づいて演算し、現在の運転台数に応じて適切な吐出圧力制御のＰＩＤ制御パラメータを再調整するＰＩＤ制御パラメータ調整手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の配水圧力最適制御装置。
配水池から管路を介して配置された上水道の配水管路網から末端の需要家へ浄水を自然流下でバルブによって圧力を調節して送水するための配水圧力最適制御装置であり、
配水管路網の入口に設置されたバルブの２次圧を計測する２次圧力計測手段と、
配水管路網の入口に設置された流量計測手段と、
配水管路網の末端に設置された末端圧力計測手段と、
減圧量に基づいてバルブ開度を制御する減圧制御手段と、
末端圧目標値に基づいて減圧量を演算する末端圧力制御手段と、
需要予測値、既知である吐出圧力値および末端圧目標値に基づいて、末端圧力を一定にするために必要となる減圧量を計算し、減圧制御のフィードフォワード信号を出力する最適減圧量計画手段と、
２次圧力計測手段と流量計測手段と末端圧力計測手段から夫々得られるバルブの２次圧、流量および末端圧のデータを蓄積する監視データベースと、
この監視データベースから得られる過去のバルブ開度、圧力損失、流量および末端圧のデータに基づいて、現状の配水プロセスに合った管路抵抗曲線を生成する管路抵抗推定手段と、
を備えることを特徴とする配水圧力最適制御装置。
前記管路抵抗推定手段で得られる管路抵抗曲線に基づいて得られるバルブ開度操作に対する減圧量変化のゲインを演算し、演算されたゲインを減圧量制御のパラメータとして再調整するＰＩＤ制御パラメータ調整手段を更に備えることを特徴とする請求項６に記載の配水圧力最適制御装置。
配水池から管路を介して配置された上水道の配水管路網から末端の需要家へ浄水を固定速ポンプで圧送し、圧力の微調整は調整バルブによって減圧して送水するための配水圧力最適制御装置であり、
配水管路網の入口に設置されたバルブの２次圧を計測する２次圧力計測手段と、
配水管路網の入口に設置された流量計測手段と、
配水管路網の末端に設置された末端圧力計測手段と、
減圧量に基づいてバルブ開度を制御する減圧制御手段と、
末端圧目標値に基づいて減圧量を演算する末端圧力制御手段と、
需要予測値に基づいて、末端圧力を一定にするために必要となる減圧量を管路抵抗曲線により計算し、減圧制御のフィードフォワード信号を出力する最適減圧量計画手段と、
２次圧力計測手段と流量計測手段と末端圧力計測手段から夫々得られるバルブの２次圧、流量および末端圧のデータを蓄積する監視データベースと、
この監視データベースから得られる過去のバルブ開度、圧力損失、流量および末端圧のデータに基づいて、現状の配水プロセスに合った管路抵抗曲線を生成する管路抵抗推定手段と、
を備えることを特徴とする配水圧力最適制御装置。
前記管路抵抗推定手段で得られる管路抵抗曲線と固定速ポンプ運転台数に応じたポンプＱ−Ｈカーブに基づいて得られるバルブ開度操作に対する減圧量変化のゲインを演算し、演算されたゲインを減圧量制御のパラメータとして再調整するＰＩＤ制御パラメータ調整手段を更に備えることを特徴とする請求項８記載の配水圧力最適制御装置。