JPH0711692A

JPH0711692A - 雨水ポンプの制御方法

Info

Publication number: JPH0711692A
Application number: JP15596593A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Goto; 浩之後藤; Koichi Shimizu; 公一清水; Takahiro Konishi; 隆裕小西
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1993-06-28
Filing date: 1993-06-28
Publication date: 1995-01-13

Abstract

(57)【要約】【目的】降雨状況に柔軟に対応した雨水ポンプ群の稼
働制御を可能とする方法を提供する。【構成】雨水排除設備を、雨水が流下する管渠１、沈
砂池２、沈砂池２に連設されるポンプ井３、ポンプ井３
に付設される雨水ポンプ群４、揚排水を河川等に導く流
出渠５、管渠１の水位を測定する水位計６、ポンプ井３
の水位を測定する水位計７、レーダ雨量計８、制御装置
９で構成する。レーダ雨量計８は、雨水排除設備の管轄
地域を包含する地域について正方形状のメッシュ毎に降
雨量を出力する（Ｄ２）。制御装置９は、管渠１の水位
（Ｄ１）、降雨量（Ｄ２）、各メッシュから管渠１の水
位計６までの流下時間、各メッシュ内における管轄区域
の占有面積率から平均化雨量を演算し、ポンプ井３の水
位（Ｄ３）と共に入力データとしてポンプ起動レベル推
論（Ｓ２）を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は雨水ポンプの制御方法に
関し、特に下水処理施設における雨水排除設備の制御に
おいて、降雨状態に対応して雨水ポンプ群を制御する方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】下水道事業は、汚水の処理の他、雨水を
速やかに排除して都市機能の安全確保を図ることを目的
とする。特に近年、都市部の市街地化に伴う雨水浸透率
の低下によって雨水流出量が増大する傾向にあり、雨水
排除の重要性は益々高まっている。

【０００３】ところで、下水道処理設備では一般に、管
渠に流入した雨水をポンプ井に貯留し、貯留した雨水を
雨水ポンプ群により引き抜いて雨水処理場に供給する。
雨水ポンプ群の運転制御は通常、ポンプ井の水位に基づ
いてポンプ運転台数を制御することにより行う。この運
転台数の制御では、ポンプ井水位が急激に変動すること
も有り得るため、雨水のポンプ井への流下量を予測して
考慮しなければならない。このため、従来の制御では、
ポンプ井水位の上昇・下降情報の他、管轄地域の降雨量
等を勘案し、勘・経験により運転員がポンプ運転台数を
決定する手法をとっていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の雨水ポンプの運
転制御では、雨水ポンプに起動をかけてから当該雨水ポ
ンプが実際に稼働し始めるまでのタイムラグを考慮し、
ポンプ井水位や降雨量の変動に従って即時に運転台数を
決定する必要がある。しかも稼働ポンプの決定にあたっ
ては、種々の吐出量を有する複数のポンプから最適な組
み合わせを選択しなければならない。このような背景か
ら、雨水ポンプの運転制御には高度の運転技術（勘や経
験）が要求される。一方、雨水ポンプ施設は運転頻度が
低いために運転員の育成に不利であり、また各下水処理
場で雨水流下特性が異なるばかりでなく、地表面工程や
管渠の接続に変更があると雨水流下特性が変化すること
を考慮すると、運転員の負担が大きいばかりでなく、雨
水ポンプ施設の効率的運用にも限度を生じ、たとえばポ
ンプ井の水位に基づくポンプ回転数制御は勿論、最適回
転数制御を実現するまでに至っていない。

【０００５】また、雨水は、降雨後管渠内を通り、ポン
プ井へ流入してくるわけであるが、何時、どのくらいの
量がポンプ井へ流入してくるかを定量的に判断するのは
非常に難しい。したがって、ポンプ井への流入量減少時
において、ポンプの稼働台数を多めに運転しがちであ
る。

【０００６】更には、通常行われているポンプ運転は、
ある水位を目標値として制御されているため、ポンプ井
への流入量減少時、稼働ポンプが最低回転数で運転され
る。従って、ポンプ積算運転時間は長くなる傾向にあ
る。

【０００７】本発明は、かかる問題点に鑑み、降雨状況
に柔軟に対応した雨水ポンプ群の稼働制御を可能とする
方法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】本発明では、管轄地域を
レーダ雨量計で測定可能な複数の区域に分割し、各区域
から管渠までの流達時間を遅延時間とする降雨量を一定
の時間間隔で夫々測定し、測定値に管轄域の占有面積率
を乗じ、これらの総和を分割区域数で除することにより
求めた平均化降雨量に基づいてポンプ群目標吐出量を求
める雨水ポンプの制御方法を採用した。

【０００９】また本発明では更に、管轄地域を複数の区
域に分割して、各区域毎に雨量計を夫々設置し、各区域
から管渠までの流達時間を遅延時間とする降雨量を一定
の時間間隔で夫々測定し、その総和を分割区域数で除す
ることにより求めた平均化降雨量に基づいてポンプ群目
標吐出量を求める方法も採用した。

【００１０】

【作用】以上の構成である本発明によれば、雨水ポンプ
群による雨水のポンプ目標吐出量を平均化降雨量に基づ
いて演算し、このポンプ目標吐出量に基づいて雨水ポン
プの稼働制御を行う。これらの制御を適切に行うには、
雨水流下状況を的確に把握して制御に反映する必要があ
るが、たとえば稼働制御においてポンプ稼働の必要度を
予測することで、降雨状況の急変等に柔軟に対処できる
ようする。即ち、この予測に先立ち、予め管轄地域をレ
ーダ雨量計で測定可能な複数の区域に分割しておく。そ
して、レーダ雨量計で各区域毎の降雨量を一定の時間間
隔で測定する。更に、予め各区域から管渠までの流達時
間を測定しておき、これをポンプ井への流入する際の遅
延時間として考慮すると共に、各降雨量にレーダ雨量計
の測定対象となる地域における各管轄区域の占有面積率
を乗じて時刻毎の降雨量を求める。次いで、これらの総
和を分割区域数で除することにより平均化降雨量を求め
る。この平均化降雨量に基づいてポンプ群目標吐出量を
求め、さらに雨水ポンプの稼働制御を行う。

【００１１】また、降雨量を前記レーダ雨量計に代え
て、分割された区域毎に雨量計を夫々設置し、各雨量計
により各区域毎の降雨量を測定する。そして、先と同様
に各区域から管渠までの流達時間を遅延時間として考慮
し、時刻毎の降雨量を求める。この降雨量の総和を分割
区域数で除することにより平均化降雨量を求める。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。この実施
例では、マンホールの水位を適宜検出し、この管渠水位
とポンプ井水位等を勘案してファジィ推論により雨水ポ
ンプの稼働制御を行うものである。

【００１３】この実施例の方法を実現する装置のシステ
ム構成の概略を図１に示す。この雨水排除設備におい
て、１は管轄地域に敷設され、雨水が流下する管渠、２
は沈砂池、３は沈砂池２に連設されるポンプ井、４はポ
ンプ井３に付設される雨水ポンプ群、５は揚排水を河川
等に導く流出渠、６は管渠１の水位を測定する水位計、
７はポンプ井３の水位を測定する水位計、８は管轄地域
の各部の雨量を測定するレーダ雨量計である。水位計６
を取り付ける管渠１は、ポンプ井３への雨水流達時間や
雨水ポンプ群４の立ち上げ時間（始動からポンプ定格吐
出量に達するまでの時間）を考慮し、予測を行うための
時間的余裕を十分に確保でき、しかもポンプ井の水位に
影響されない場所を選ぶ。９は雨水ポンプ群の稼働制御
を行う制御装置である。

【００１４】制御装置９は、管渠１の水位（Ｄ１）及び
レーダ雨量計８により測定された降雨量（Ｄ２）を入力
データとしてポンプ起動レベル推論（Ｓ２）を行う一
方、ポンプ井３の目標水位偏差（Ｄ３）および水位変化
率（Ｄ５）を受けてポンプ目標変化量推論（Ｓ３）を行
い、ポンプ群４の稼働制御（Ｓ４，Ｓ５）を行う。

【００１５】制御装置９に組み込まれたポンプ運転制御
フローの概略を図３に示す。この実施例では、ポンプ起
動の要否を示すポンプ起動レベルを定期的（周期Δｔご
と）に予測・設定すると共に（Ｓ１，２）、制御サイク
ルΔｔc（Δｔ＞Δｔc）ごとにポンプ目標変化量を求め
（Ｓ３）、それらの値に基づいてポンプ運転台数制御
（Ｓ４〜９）やポンプ回転数制御（Ｓ１０）を行う。各
種の演算は、必要によりファジィ推論を用いて行う。フ
ァジィ推論において、入力項目のファジィ化やファジィ
演算、出力項目の非ファジィ化は周知の手法で行えばよ
い。

【００１６】レーダ雨量計８は、例えば図３に示すよう
に、雨水排除設備の管轄地域（実線内）を包含する地域
について正方形状のメッシュ（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１１）
毎に降雨量を出力する（Ｄ２）。各メッシュの最遠点か
ら管渠１の水位計６までの流下時間Ｔ（ｉ）（満管時流
速で計算）と各メッシュ内における管轄区域の占有面積
率Ａ（ｉ）とは予め測定されており、次のようになる。

【００１７】

【表１】

【００１８】また、このＡ（ｉ）から雨量の重み係数Ｋ
Ａ（ｉ）＝ｋ・Ａ（ｉ）が求められている。尚、ｋは定
数である。更に、Ｔ（ｉ）から流達時間の順位付けを行
ない、表１のＯＲＤ（ｉ）が求められる。ここで、ＯＲ
Ｄ（ｉ）は、同順位のものが複数あってもかまわない。
このように求められた各値が記憶装置に保存されており
（Ｄ４）、前処理演算（Ｓ１２）の入力データとされ
る。

【００１９】前処理演算（Ｓ１２）においては、ある時
刻をｔ、計算時間ステップをΔｔ（例えば１分）、時刻
ｔにおけるｉ番目のメッシュのΔｔ間の雨量をＲ（ｔ，
ｉ）として求める。

【００２０】平均化雨量演算（Ｓ１３）においては、あ
る時間毎に雨量の平均値を算出する。即ち、レーダ雨量
計により測定された降雨量をＲ（ｔ，ｉ）、各メッシュ
の時刻ｔにおける降雨量の総量をＳＵＭ（ｔ）、時刻ｔ
における平均化雨量をＡＶＲ（ｔ）とすると、各メッシ
ュと管渠内に設置した水位計の関係を表したＯＲＤ
（ｉ）によって、時刻ｔにおける雨量の総量は、

【００２１】

【数１】

【００２２】となる。従って、平均化雨量ＡＶＲ（ｔ）
は、

【００２３】

【数２】

【００２４】となる。この平均化雨量ＡＶＲ（ｔ）を管
渠の水位と共にポンプ起動レベル推論に用いる。この推
論で使用されるファジィルールの一例を示すと、「ＩＦ
降雨量がとても多い＆マンホールの水位がとても高
いＴＨＥＮポンプ起動レベルは「起動必要性とても高
い」というようになる。

【００２５】一方、ポンプ目標変化量は、ポンプ井水位
偏差（水位検出値と水位目標値の偏差）とポンプ井水位
の変化率から推論される。ポンプ水位の変化率は、時間
ｔにおける変化率をΔＨ（ｔ）とすると、次の（１）式
で表される。

【００２６】

【数３】

【００２７】この推論で使用されるファジィルールの一
例を示すと、「ＩＦポンプ井水位偏差が偏り無し＆
ポンプ井水位の変化率が変化無しＴＨＥＮポンプ目標
変化量＝０」というようになる。

【００２８】この後、起動ポンプ選定情報・停止ポンプ
選定情報等を設定する（Ｓ６〜９）。このとき、まず
（２）式を用いてポンプ目標変化量Ｑc（ｔ）からポン
プ必要吐出量Ｑn（ｔ）を求める。ただしｔ時（現在
時）におけるポンプ吐出量である。

【００２９】

【数４】

【００３０】そして、このポンプ必要吐出量Ｑn（ｔ）
を現在のポンプ最小吐出量Ｑmin（ｔ）と比較し、その
比較結果に基づいてポンプ起動・停止指示の設定処理を
適宜選択する。Ｑn（ｔ）＜Ｑmin（ｔ）の場合は（Ｓ
５：ＹＥＳ）、ポンプ運転情報等に基づいて停止ポンプ
の選定を行う（Ｓ９）。

【００３１】また、Ｑn（ｔ）＞Ｑmin（ｔ）である場合
は（Ｓ４：ＹＥＳｏｒＳ５：ＮＯ）、水位がポンプ
起動水位を越えているにも拘わらず１台目のポンプが起
動していない状態かどうかを確認し、該当する場合、そ
の１台目のポンプを起動すべき旨を設定する（Ｓ６）。

【００３２】さらに、Ｑn（ｔ）＞Ｑmin（ｔ）であって
周期Δｔfに当たる場合は（Ｓ４；ＹＥＳ）、まず未来
起動レベル、現在起動レベル、ポンプ必要吐出量、現在
ポンプ最大吐出量、ポンプ起動情報により起動ポンプフ
ラグを設定する（Ｓ７）。ここで、ポンプを起動させて
から定格に達するための時間をｔpとすると、現時点で
ポンプを操作すればｔp時間後の雨水流入量に対処でき
ることから、ｔ−（ｔi−ｔp）時のポンプ起動レベルを
現在起動レベルとし、ｔ時のポンプ起動レベルを未来起
動レベルとする。この起動ポンプフラグの設定では、大
ポンプまたは小ポンプを停止させる場合や、現在ポンプ
が起動中であってもさらに大小ポンプを起動させる場合
を考慮した。これらのことにより降雨状況に合わせた柔
軟な制御を可能とし、急激な雨水の流入にも対処できる
ように配慮した。ルールの１つを例示すると、大きなポ
ンプを起動させるルールはたとえば、

【００３３】

【数５】

【００３４】というようになる。一方、小さなポンプを
起動させるルールは、

【００３５】

【数６】

【００３６】というようになる。また、起動中のポンプ
がある状態でさらにポンプを起動させるルールは、

【００３７】

【数７】

【００３８】というようになる。ここでＹはポンプ起動
レベル（０：起動必要性無し，１：起動必要性あり，
２：起動必要性とても高い）、Ｙ（ｔ−ｔy）は現在起
動レベル、Ｙ（ｔ）は未来起動レベル（ただしｔy＝ｔi
−ｔP）、ＰWはポンプ起動情報（０：ポンプ起動無し，
１：ポンプ起動中）、Ｑmax（ｔ）は現在ポンプ最大吐
出量、Ｐｆ（ｔ）は起動ポンプフラグ（０：現状維持，
１：小ポンプ起動，２：大ポンプ起動）である。この
後、設定した起動ポンプフラグの他、ポンプ積算運転時
間やポンプ運転情報等に基づいて起動ポンプを選定し、
選定したポンプの起動指示を設定する（Ｓ８）。

【００３９】この後、以上の手法で設定されたポンプ起
動・停止指示を考慮に入れ、ポンプ必要吐出量Ｑn
（ｔ）に見合ったポンプ回転数を設定し（Ｓ１０）、各
ポンプの操作量を演算して出力する（Ｓ１１）。このよ
うにポンプ起動レベルの演算その他にファジィ推論を導
入することにより、熟練運転者の経験や勘を制御に取り
入れることができ、特に演算に使用するデータ（前件
部）が降雨量やポンプ井水位等、ポンプ運転時に操作者
が実際に使用しているデータである点で有利である。ま
た、地表面工程や管渠の接続が変更された場合でも、フ
ァジィ推論にあたって使用するパラメータを修正するこ
とで容易に対処できる。

【００４０】図４は降雨量の測定方法の他の実施例を示
したものである。

【００４１】本実施例においては、同図に示すように、
雨水排除設備の管轄地域（実線内）を３の区域（１〜
３）に区切り、各区域毎に雨量計８を夫々設置して区域
毎の雨量を出力させる。そして、先の実施例と同様に、
計算時間ステップをΔｔ、時刻ｔにおけるｉ番目の区域
のΔｔ間の雨量Ｒ（ｔ，ｉ）を求める。例えば、区域１
の時間遅れを０、区域２の時間遅れをΔｔ、区域３の時
間遅れを２Δｔとすれば、各時刻における降雨量の総和
は、

【００４２】

【数８】

【００４３】

【数９】

【００４４】

【数１０】

【００４５】となる。

【００４６】従って、時刻ｔにおける平均化雨量は、

【００４７】

【数１１】

【００４８】となる。なお、図２のフローチャートのレ
ーダ雨量計Ｄ２、加工データＤ４、前処理演算Ｓ１２を
省いて上記雨量計８のデータを平均化処理演算Ｓ１３に
入力させる。前記ＡＶＲ（ｔ）を、先の実施例と同様
に、管渠の水位と共にポンプ起動レベル推論に用いる。

【００４９】以上のように、上記各実施例によれば、運
転台数制御における停止ポンプの選択や回転数制御にお
ける回転数修正ポンプの選択等に反映させることができ
る。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
管渠への降雨の流入量に極めて近い平均化雨量を得るこ
とができ、降雨量に応じて最適なポンプ稼働制御を行う
ことができ、これに伴い次のように効果を有する。

【００５１】（１）雨水ポンプの適切な稼働台数や出力
調整が可能となり、雨水ポンプ施設の運用効率の向上に
寄与する。

【００５２】（２）雨水ポンプの運転制御の自動化（あ
るいは半自動化）を可能とし、作業者の負担を軽減する
と共に、運転員の育成に有利である等、人的資源の確保
に寄与する。

【００５３】（３）稼働ポンプの選択を適正に行うので
ポンプ稼働率を均一化でき、雨水ポンプの寿命が向上す
る。

【００５４】（４）ポンプ井への雨水流入量を考慮した
最適な運転台数にて運転できるので、無駄なポンプ台数
の運転が避けられ、消費電力の削減ができる。

【００５５】（５）現在稼働中のポンプを最大回転数に
制御し、管渠内の貯留雨水を速やかに排除することによ
り、ポンプ積算運転時間が短縮でき、消費電力が削減で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示す機能ブロック図。

【図２】ポンプ運転制御手順の概略を示すフローチャー
ト。

【図３】管轄地域の概略的説明図。

【図４】他の実施例の管轄地域の概略的説明図。

【符号の説明】

１…管渠３…ポンプ井４…ポンプ群６…水位計７…水位計８…レーダ雨量計９…制御装置Ｄ１…管渠水位Ｄ２…降雨量Ｄ３…ポンプ井水位

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】管轄地域に敷設された管渠の下流側に形
成されたポンプ井と、前記ポンプ井に付設された雨水ポ
ンプ群と、前記雨水ポンプ群による揚水を排出する流出
渠とを備えた雨水排除設備における、前記雨水ポンプ群
の制御方法において、管轄地域をレーダ雨量計で測定可能な複数の区域に分割
し、各区域から管渠までの流達時間を遅延時間とする降
雨量を一定の時間間隔で夫々測定し、測定値に管轄域の
占有面積率を乗じ、これらの総和を分割区域数で除する
ことにより求めた平均化降雨量に基づいてポンプ群目標
吐出量を求めることを特徴とする雨水ポンプの制御方
法。
【請求項２】管轄地域を複数の区域に分割して、各区
域毎に雨量計を夫々設置し、各区域から管渠までの流達
時間を遅延時間とする降雨量を一定の時間間隔で夫々測
定し、その総和を分割区域数で除することにより求めた
平均化降雨量に基づいてポンプ群目標吐出量を求めるこ
とを特徴とする請求項１記載の雨水ポンプの制御方法。