雨水泵控制裝置及雨水泵控制方法
2023-06-19 08:06:21 3
專利名稱：雨水泵控制裝置及雨水泵控制方法
技術領域：
本發明涉及用來對降水帶來的下水進行排水的雨水泵的控制裝 置及控制方法。
背景技術：
一般，在對用來在雨天將下水道或排水通路的水向河流等排水至 的泵進行控制的方法中，將泵井等的水位計測值與設定水位比較、如 果變為預先設定的水位則啟動或停止泵等的控制方法最為普及。
但是，在該方法中，例如由於在水位上升後啟動泵，所以泵啟動 相對於水位上升延遲，有可能下水道管變滿或在上遊部分水位上升而 發生浸水危害。
為了將水位上升防止於未然，有將根據降雨狀況或流入狀況而預 先設定的雨水泵的啟動一停止水位設定值修正得較低、並將水位上升 防止於未然的控制方法。
作為修正機構，有採用模糊推測(77夕一推論)的方法(例如 專利文獻1)、及為了對應於多種狀況而附加根據氣候模式切換模糊 推測的規則表的機構的方法(例如專利文獻2)。
除此以外，還有預測向泵場的流入量(例如專利文獻3)、根據雨 量或流入量的實際值及預測值、泵井水位、泵啟動次數、需要電量等 的評價函數來決定最適合的泵組的運轉組合的方法(例如專利文獻 4)、及使這些泵的運轉臺數目標值最適合化、並且進行泵水位的反饋 控制的方法以及將它們組合的方法(專利文獻5)。專利文獻1日本特開平9一291888號公報專利文獻2日本特開平7—259175號公報專利文獻3日本特開平8—61244號公報
專利文獻4日本特開2000—137613號公報
專利文獻5日本特開2000—56835號公報 如專利文獻1、 2所示那樣的基於水位的泵的啟動、停止中，例 如在運轉泵的總吐出量比流入量大的情況下，有容易發生反覆進行泵 啟動一水位急劇下降一泵停止—水位急劇上升一泵啟動那樣的不穩 定的啟動，停止的亂調的問題。
該亂調不僅是泵的動力的浪費，也會成為機械故障的原因。為了 避免亂調，通常在泵的啟動與停止中具有滯後現象，特別在泵並的容 積較小的泵場的情況下容易發生亂調。另一方面，如專利文獻3，如 果能夠得到使包括啟動停止次數的評價函數最小化的解，則能夠期待 亂調衰減。
但是，在現實中最適合化問題並不一定能夠解決，並且只有前饋 的控制在不能良好地進行預測計算時的危險較大。專利文獻4所述的 方法也是基於水位的泵的啟動 停止，上述問題基本上還原樣存在。
發明內容
本發明是考慮上述的問題而做出的，目的是提供一種在泵控制中 不發生亂調的雨水泵的控制裝置及控制方法。
為了達到上述目的，在本發明中，提供以下的兩個技術方案。
第1技術方案，其是對設置在用來根據規定流域中的雨量及下水 流入量向排水通路排水的泵場、至少包括1臺可變速泵的多臺泵、用 來使上述泵動作的發動機、以及設置在從上述泵場向上述排水通路的 排水路徑的水門進行控制的裝置，其特徵在於，具備
水位計，計測上述泵場的內水位及外水位；
流量計，計測向上述泵場的流入量；
雨量計，計測上述流域的雨量；
天氣模式判斷機構，利用上述水位計、流量計及雨量計各自的計測值判斷天氣模式；
流入量預測機構，基於上述流量計及雨量計的計測值，預測向上 述泵場的流入量；
泵啟動*停止水位修正機構，進行預先設定的泵的啟動，停止水 位的修正；
泵運轉臺數控制機構，根據上述流入量計的計測值、以及上述流 入量預測部的輸出，決定泵運轉臺數；
速度控制機構，控制上述可變速泵的速度；以及
水門控制機構，根據上述泵啟動*停止水位修正機構的輸出進行 上述水門的開閉控制。
此外，第2技術方案，其是對設置在用來根據規定流域中的雨量 及下水流入量向排水通路排水的泵場、且至少包括1臺可變速泵的多 臺泵、用來使上述泵動作的發動機、以及設置在從上述泵場向上述排 水通路的排水路徑的水門進行控制的方法，其特徵在於，
計測上述泵場的內水位及外水位；
計測向上述泵場的流入量；
計測上述流域的雨量；
利用上述水位、流量及雨量各自的計測值判斷天氣模式； 基於上述流量及雨量的計測值，預測向上述泵場的流入量； 進行預先設定的泵的啟動 停止水位的修正； 根據上述流入量的計測值、以及上述流入量預測值，決定泵運轉 臺數；
控制上述可變速泵的速度；
根據上述啟動 停止水位的修正值進行上述水門的開閉控制。 發明效果-
本發明如上所述，由於根據下水的流入狀況對泵的啟動水位、泵 的運轉臺數進行需要的可變速泵的控制，所以能夠在抑制控制的亂調 的同時進行排水控制。
圖1是表示本發明的實施例1的結構的說明圖。
圖2是以本發明的實施例1作為對象的過程的示意圖。 圖3是表示本發明的實施例1的用來進行啟動《水位修正的方法 的說明圖。
圖4是表示在本發明的實施例1的啟動，水位修正中使用的模糊
規則表的例子的說明圖。
圖5 (a)、圖5 (b)是本發明的實施例1的泵運轉臺數修正機構
的動作的流程圖。
圖6是表示本發明的實施例1的轉速控制的動作內容的特性圖。
圖7是表示本發明的實施例1的控制對象的說明圖。
圖8是表示本發明的實施例2的結構的框線圖。
圖9是表示本發明的實施例2的過濾器的動作的特性圖。
圖10是表示本發明的實施例3的控制對象的示意圖。
具體實施例方式
以下，參照
本發明的實施方式。實施例1
圖1是表示實施例1的結構的框線圖。圖2是表示作為實施例1 的控制裝置200的控制對象的設備的示意圖。對象過程具備用來將下 水道及排水通路的水排水到河流等中的泵場的排水泵301 (301a、 301b)、用來使泵動作的發動機302、和防止從河流向下水道或排水 通路的倒流的水門303。
使排水泵301a、301b中的至少1臺泵301b能夠進行可變速運轉。 此外，控制裝置200能夠讀入計測泵場的內水位及外水位的水位計 103、 104、計測向泵場的流入量的流量計102、和設置在流域中的雨 量計101的計測值。控制裝置200作為可編程邏輯控制器或相當於它的計算機而被實現。
接著說明作用。實施例1的特徵性作用之一是，在啟動*停止水
位修正部203中，修正根據流入狀況由水位設定部204預先設定的啟 動水位和停止水位，在泵臺數控制部205b中，泵臺數控制部205將 修正後的啟動水位或停止水位的設定值與由內水位計103計測的水 位計測值進行比較，來實施泵的臺數控制。
氣候模式判斷部202 (圖1)中的氣候模式判斷、通過啟動，停 止水位修正部203 (圖1)中的啟動M亭止水位修正進行的啟動水位、 停止水位的修正、以及泵臺數控制部205 (圖l)的泵臺數控制的順 序是通過以下的方法實現的。
圖3中表示該方法。即，利用與由氣候模式判斷機構202判斷的 氣候模式對應的模糊規則表，將由內水位計103計測的泵井水位作為 輸入，通過由泵井水位與泵井水位變化率的組合帶來的模糊運算，求 出雨水泵的啟動水位修正值及停止水位修正量。
接著，將該修正量加上預先設定的啟動水位設定值或停止水位設 定值，作為新的啟動水位、停止水位(參照專利文獻l)。
圖4中表示上述模糊規則表的一例。模糊規則被設計為，泵井水 位越是處於較高的狀態(縱軸為PB側)，輸出側(修正量)越是向 負的方向較大，即設定水位變低。
此外，設計為使得越是泵井水位變化處於增加傾向、即使得在橫 軸越靠於PB側設定水位越低。從模糊數向數值的變換使用公知的 MIN—MAX單重心法。
實施例1的特徵之二是，在泵臺數控制部205中附加比較部205a 及泵運轉臺數修正部205b，在設定的條件下，即使內水位計103的 計測值達到啟動水位或者達到停止水位也不重新進行泵的啟動 停 止。
圖5是表示實施例1的泵運轉臺數修正機構的動作內容的流程 圖。在步驟Sll中，在天氣模式不是大雨的情況下，只要將以當前時刻為起點到一定時間後為止的預測流入量積分後的值不超過閾值，就
不進行泵的追加啟動(步驟S12)。
此外，相反在步驟S21中天氣模式是大雨的情況下，只要使到一 定時間後為止的預測流入量積分後的值不低於閾值，就不進行運轉泵 的停止(步驟S22)。
用來預測流入量的具體的手段如果舉出一例，有根據利用雷達雨 量計及地上雨量計得到的雨量數據進行降雨移動預測，基於其預測結 果來預測計算到幾十分鐘後為止的降雨量的方法(參照專利文獻5 等)。
圖6表示本發明的實施例1的特徵之三，是實施可變速泵的轉速 控制、以使泵揚水量追隨於所計測的流入量。
考慮到泵揚水量通常沒有被計測，所以首先計算揚水量。在揚水 量由傳感器計測的情況下，只要利用計測值就可以。考慮作為內水位 計103與外水位計104的計測水位的差的實際揚程和隨著泵的轉速而 變化的泵特性曲線、泵周圍的損失，來計算揚水量。
在實施例1中，作為轉速控制機構而使用以流入量為目標值、以 泵轉速為控制量、以泵揚水量為非控制量的公知的PID控制部206b。 意味著所輸出的轉速的信號被各個可變速泵301b通過附屬於它們的 調速器變換為轉速。
另外，水門控制部207在外水位計104的計測水位比內水位計103 的計測水位高的情況下將水門303關閉而防止倒流。
根據實施例l，在流入量計102的計測水位急劇地增加、並且內 水位計103的計測水位急劇上升的情況下，通過啟動水位、停止水位 的修正將泵的啟動水位修正得較低。因此，與泵迅速啟動、將啟動*停 止設定水位固定的控制方法相比，能夠緩和與浸水相關聯的水位的急 劇上升。
此外，基於雨量計101及流量計102的計測值，得到由流入量預 測部201中的流入量預測帶來的預測結果，而進行基於泵運轉臺數修正部205b的泵運轉臺數的修正。
通過該修正，不依據瞬間的水位變動而預測將來的流入量的增 減，從而適當地進行啟動還是停止泵的判斷。由此，能夠抑制泵的亂 調。
進而，作為上述以外的方法，通過由泵速度控制部206進行對應 於流入量的可變速泵301b的速度控制，能夠減少泵運轉臺數的變更 次數，抑制亂調效果變得更顯著。
泵速度控制部206具有揚水量控制部206a及PID控制部206b。 並且，泵臺數控制部205的輸出、以及內水位計103、外水位計104 的計測值被提供給揚水量控制部206a而運算揚水量，並作為被控制 量提供給PID控制部206b。
PID控制部206b將從PID控制部206b所提供的被控制量與由流 入量計102提供的目標值比較來操作調速器305，並控制可變速泵 301b的轉速。
此時，通過將流入量計102的計測值作為目標值，與以例如水位 設定值等為目標值的間接的可變速控制相比較，能夠進行響應性及穩 定性更好的控制。實施例2
參照圖7至圖9說明本發明的實施例2。對於與實施例1相同的 要素賦予相同的標號。
圖7是以本發明的實施例2作為控制對象的設備的說明圖。與實 施例1的不同點是不能利用計測向泵場的流入量的流量計。
圖8是表示控制裝置的功能結構的框線圖。與實施例1的不同點 是代替使用流入量的計測值而附加用來推測流入量的運算塊和用來 整形推測的流入量的波形的濾波器。
對實施例2附加的流入量推測部的作用如下。在流入量推測部中， 根據內水位及泵揚水量，通過下述式1的運算式計算流入量。有時在 推測的流入量中會承載有顯著的幹擾。圖9表示基於濾波器的幹擾除去的方法。在實施例2中，作為濾 波器的具體的實現方法，如下述式2那樣進行移動平均化處理。
根據該實施例2，即使不能進行流量計的流量計測也能夠得到與 實施例1同樣的效果。
式1
formula see original document page 12Qin:流入量，Qp:泵揚水量，Hin:內水位 S三f (Hin):作為內水位的函數所表示的水面的面積式2
formula see original document page 12
:移動平均後的流入量
實施例3
圖10是以本發明的實施例3的控制裝置作為對象的過程的示意 圖。與實施例1的不同點是控制裝置使用由氣象雷達11廣域地觀測、 經由網際網路、專用通信線路等從中央指令部IO發送給該泵場12的控 制裝置的雨量。
根據實施例3，由於在得到與實施例1同樣的效果時不需要在流 域的某處設置雨量計，所以能夠削減大量的雨量計的設置及維護管理 的時間。
權利要求
1、一種控制裝置，其是對設置在用來根據規定流域中的雨量及下水流入量向排水通路排水的泵場、至少包括1臺可變速泵的多臺泵、用來使上述泵動作的發動機、以及設置在從上述泵場向上述排水通路的排水路徑的水門進行控制的裝置，其特徵在於，具備水位計，計測上述泵場的內水位及外水位；流量計，計測向上述泵場的流入量；雨量計，計測上述流域的雨量；天氣模式判斷機構，利用上述水位計、流量計及雨量計各自的計測值判斷天氣模式；流入量預測機構，基於上述流量計及雨量計的計測值，預測向上述泵場的流入量；泵啟動·停止水位修正機構，進行預先設定的泵的啟動·停止水位的修正；泵運轉臺數控制機構，根據上述流入量計的計測值、以及上述流入量預測部的輸出，決定泵運轉臺數；速度控制機構，控制上述可變速泵的速度；以及水門控制機構，根據上述泵啟動·停止水位修正機構的輸出進行上述水門的開閉控制。
2、 如權利要求1所述的控制裝置，其特徵在於， 上述泵啟動*停止水位修正機構利用與由天氣模式判斷部判斷的天氣模式對應的模糊規則表，將由泵井水位計計測的泵井水位作為輸 入，基於泵井水位與泵井水位的變化率的組合來模糊運算，從而求出 泵的啟動，停止水位修正量。
3、 如權利要求1或2所述的控制裝置，其特徵在於， 在上述泵臺數控制部之中具有泵運轉臺數修正部，在設定的條件下，即使內水位達到啟動水位或者達到停止水位，也不重新進行泵的 啟動、停止。
4、 如權利要求l所述的控制裝置，其特徵在於， 上述泵運轉臺數修正機構具有預測到幾分鐘或幾十分鐘後的向泵場的流入量的流入量預測功能，在根據天氣模式判斷為降水量不多 的情況下，只要對以當前時刻為起點到一定時間後的預測流入量進行 積分後的值不超過閾值就不進行泵的追加啟動，並且，在根據天氣模 式判斷為降水量不少的情況下，只要對到一定時間後的預測流入量進 行積分後的值不低於閾值，就不停止運轉中的泵。
5、 如權利要求1至4中任一項所述的控制裝置，其特徵在於，上述速度控制機構以所計測的流入量為目標值，以泵轉速為控制 量，以泵揚水量為被控制量，控制泵的轉速，以使上述泵揚水量追隨 於上述流入量。
6、 如權利要求1至5中任一項所述的控制裝置，其特徵在於， 具備-流入量推測部，運算向泵場的流入量來代替流入量計測值，； 濾波器，用來進行上述流入量推測值的波形整形。
7、 如權利要求1至6中任一項所述的控制裝置，其特徵在於， 使用雨量來代替設置在流域中的雨量計的計測值，所述雨量通過氣象雷達廣域地觀測、經由網際網路、專用通信線路等從中央向該泵場 的控制裝置發送。
8、 一種控制方法，其是對設置在用來根據規定流域中的雨量及 下水流入量向排水通路排水的泵場、且至少包括1臺可變速泵的多臺 泵、用來使上述泵動作的發動機、以及設置在從上述泵場向上述排水 通路的排水路徑的水門進行控制的方法，其特徵在於，計測上述泵場的內水位及外水位； 計測向上述泵場的流入量；計測上述流域的雨量；利用上述水位、流量及雨量各自的計測值判斷天氣模式； 基於上述流量及雨量的計測值，預測向上述泵場的流入量； 進行預先設定的泵的啟動 停止水位的修正； 根據上述流入量的計測值、以及上述流入量預測值，決定泵運轉 臺數；控制上述可變速泵的速度；根據上述啟動 停止水位的修正值進行上述水門的開閉控制。
全文摘要
本發明提供一種在泵控制中不發生亂調的雨水泵的控制裝置及控制方法。該控制方法是對設置在用來根據規定流域中的雨量及下水流入量向排水通路排水的泵場、且至少包括1臺可變速泵的多臺泵、用來使泵動作的發動機、以及設置在從泵場向上述排水通路的排水路徑中的水門進行控制的方法，其特徵是，計測泵場的內水位及外水位；計測向泵場的流入量；計測流域的雨量；利用水位、流量及雨量各自的計測值判斷天氣模式；基於流量及雨量的計測值，預測向泵場的流入量；進行預先設定的泵的啟動·停止水位的修正；根據流入量的計測值、以及流入量預測值，決定泵運轉臺數；控制可變速泵的速度；根據啟動·停止水位的修正值進行水門的開閉控制。
文檔編號F04B49/06GK101418787SQ20071015988
公開日2009年4月29日 申請日期2007年12月25日 優先權日2007年10月23日
發明者小林主一郎, 松井公一, 片山恭介, 福原新 申請人:株式會社東芝