| 【発明の名称】 |
ポンプ運転方法、ポンプ制御装置及びその記録媒体 |
| 【発明者】 |
【氏名】伊藤 修
【氏名】蓮本 了遠
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| 【要約】 |
【課題】貯留施設側の水位を所定範囲内に保ちつつポンプ吐出量を一定で運転することができるようし、処理施設での安定な処理を図ることができるポンプ運転方法／ポンプ制御装置を提供する。
【解決手段】類似パターン探索部１３は、実績流入量計測部１１により計測された現在の実流入量パターンと、過去の実流入パターン記憶部１２に記憶されている複数の（例えば１０日分の）過去の実流入パターンとを用いて、同一時間帯において現在の実流入パターンに最も類似している過去の実流入パターン（類似パターン）を探索し、これを今後の流入量の予測パターンとする。ピークカット流量演算部１４は、上記類似パターン探索部１３により探索された類似パターンを用いて、ピークカット流量を演算する。ピークカット運転時間帯演算部１５は、上記ピークカット流量でポンプ運転すべき時間帯を求める。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 下水管渠を経て流入してくる流体を一時的に貯留する貯留場と、該流体を処理する処理場と、該貯留場側から処理場側へ前記流体を輸送するポンプとを有する下水処理場における該ポンプの制御装置であって、前記貯留場側に流入してくる流体の流入量を所定時間間隔で計測する流入量計測手段と、少なくとも該流入量計測手段により計測された時系列の実流入パターンの現在または記憶されている過去のデータに基づいて、現在より後の流入量パターンを予測する流入量パターン予測手段と、該流入量パターン予測手段により得られる予測流入量パターンを用いて、吐出量一定で且つ前記貯留場の水位が予め決められている上限／下限を越えないようにする前記ポンプの吐出量及びその運転時間帯を演算する吐出量／運転時間帯演算手段と、吐出量／運転時間帯算出手段の演算結果より前記ポンプの運転制御を行う制御手段と、を有することを特徴とするポンプ制御装置。
【請求項２】 前記流入量パターン予測手段は、記憶されている過去の流入量パターンの中から現在の流入量パターンに最も類似するパターンを探索し、該類似パターンを予測流入量パターンとすることを特徴とする請求項１記載のポンプ制御装置。
【請求項３】 前記流入量パターン予測手段は、予測対象時間帯における全流入量を、予め決定される１または複数の過去日の前記予測対象時間帯と同一時間帯における全流入量とそのときの外乱要因とを入力とするニューラルネットワーク部に、現在の外乱要因を入力することにより出力させ、該ニューラルネットワーク部より出力される前記予測対象時間帯における全流入量と、現在の外乱要因に応じて選択／決定される基準パターンとに基づいて前記予測流入量パターンを算出することを特徴とする請求項１記載のポンプ制御装置。
【請求項４】 下水管渠を経て流入してくる流体を一時的に貯留する貯留場と、該流体を処理する処理場と、該貯留場側から処理場側へ前記流体を輸送するポンプとを有する下水処理場における該ポンプの運転方法であって、少なくとも貯留場側に流入してくる流体の流入量を所定時間間隔で計測した結果得られる時系列の実流量データと、記憶されている過去の時系列の実流量データとに基づいて、現在より後の流入パターンを予測し、該予測流入パターンを用いて、ポンプの吐出量一定で且つ前記貯留場の水位が予め決められている上限／下限を越えないようにするポンプの吐出量及びその運転時間帯を演算し、該演算結果に基づいて前記ポンプを運転することを特徴とするポンプ運転方法。
【請求項５】 コンピュータにおいて用いられたとき、少なくとも貯留場側に流入してくる流体の流入量を所定時間間隔で計測する流入量計測手段により計測された時系列の実流入パターンの現在及び記憶されている過去のデータに基づいて、現在より後の流入量パターンを予測する流入量パターン予測手段と、該流入量パターン予測手段により得られる予測流入量パターンを用いて、吐出量一定で且つ前記貯留場の水位が予め決められている上限／下限を越えないようにする前記ポンプの吐出量及びその運転時間帯を演算する演算手段と、とを実現させるプログラムを記憶したコンピュータ読取り可能な記録媒体。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ポンプ運転方法、ポンプ制御装置、及びその記録媒体に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、下水処理場は、下水処理区域から下水管渠を経て集められる流体（汚水、雨水等の液体）を一時的に貯める為の貯留施設と、この流体を処理して河川等に放流する処理施設と、この貯留施設に一時的に貯留した流体を処理施設側へと輸送する為のポンプとを有するものが建設されるようになってきている。このように貯留施設に一時的に汚水を貯留することによって、放流先の河川に対する放出量をピークカットしたり、貯留した汚水を、降雨終了後に処理施設にポンプで送水し、処理した後に河川等に放流することが可能になる。
【０００３】上記ポンプを運転する場合、オン／オフ運転やポンプ回転数運転が用いられている。オン／オフ運転は、ポンプの吐出量（回転数）は一定であり、貯留施設の水位レベルを計測し、この水位が予め決められている起動レベルを越えた場合にはポンプをオンし、停止レベルより下がった場合にはポンプをオフする。ポンプ回転数運転は、貯留施設の水位を一定に保つように吐出量（ポンプの回転数）を調節する運転方法である。この場合、ポンプの吐出量は変動する。
【０００４】通常、上記ポンプの運転は、制御装置等による自動運転となっている。
【０００５】図９（ａ）は上記オン／オフ運転、図９（ｂ）は上記ポンプ回転数運転の一例を示す図である。
【０００６】図９（ａ）において、貯留施設５０は、貯留槽５１、この汚水貯留槽５１に貯留される流体の水位を計測するレベル計測部５２、貯留槽５１に貯留される流体を揚水し処理施設側に送るポンプ５３、レベル計測部５２により計測された水位レベルと、予め設定される起動レベル、停止レベル（例えば、図上、点線で示してあるレベル）とに基づいて、ポンプ５３をオン／オフ制御する制御演算部５４を有する。制御演算部５４は、レベル計測部５２により計測された水位レベルが、上記起動レベルに達した（越えた）場合にはポンプ５３をオン制御し、水位レベルが上記停止レベルに達した（下回った）場合には、ポンプ５３をオフ制御する。尚、起動レベル、停止レベルは、例えば、水位の許容範囲（上限、下限）を意味する。
【０００７】図９（ｂ）において、貯留施設６０は、貯留槽６１、この貯留槽６１に貯留される流体の水位を計測するレベル計測部６２、貯留槽６１に貯留される流体を揚水し処理施設側に送るポンプ６３、レベル計測部６２により計測された水位レベルに基づいて、この水位レベルが、予め設定される目標レベルとなるように、ポンプ６３の回転数（吐出量）を制御する制御演算部６４を有する。。
【０００８】ここで、処理施設側から見れば、処理施設に流入する流体の量をなるべく一定に保ち、安定した処理を行いたいという要求がある。しかしながら、上記オン／オフ運転では、流体が一定量で流入するときと全く流入してこないときとに極端に分かれる。そうかといって、貯留施設側の水位レベルを無視して吐出量一定のオン運転のみを行うと、例えば貯留施設への流入量が少ない場合、水位レベルが停止レベルより下がった状態で無理なポンプ運転を続けることになり、ポンプ故障を引き起こし易い等の問題が生じる。あるいは、貯留施設側の流入量が吐出量より多いと、汚水が貯留許容量をオーバーし施設の浸水を引き起こしてしまう。
【０００９】一方、ポンプ回転数運転では、貯留施設への流入量の変動等に影響されて、場合によっては処理施設側への流入量が大きく変動する。
【００１０】このような貯留施設を有する下水処理場に係わり、例えば特開平９−６２３６７号公報、特開平９−６８１７０号公報に記載の発明が提案されている。
【００１１】上記特開平９−６２３６７号の発明では、例えば雨量計から得られる降雨データに基づいて一定時間先までに管渠内に流入する雨水流入量を予測し、これを用いて様々な処理を行ってポンプの運転台数及び回転数を制御する方法を提案している。
【００１２】また、上記特開平９−６８１７０号の発明では、将来の汚水流入量を予測し、更に現在・将来の状況を元に、なるべく目標吐出量を変化させないように予め作成されたメンバーシップ関数・ルール（その表１に示すファジィ推論による目標吐出量演算ルール；例えば目標吐出量を増やす／そのまま／減らす）に従い、汚水ポンプの目標吐出量を決定する方法を提案している。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、ポンプ運転は、吐出量が一定（あるいはなるべく変動しない）で、且つ貯留施設側の水位が許容範囲を越えないようにすることが望ましいが、上記のようにオン／オフ運転やポンプ回転数運転では問題がある。
【００１４】また、上記特開平９−６２３６７号の発明では、一定時間先までに管渠内に流入する流入量を予測する為に、雨量計等からの降雨データを用いており、降雨による雨水の処理のみを対象としている（一般家庭等から排出される汚水用の下水道や、合流式（汚水に加えて雨水も流入する下水道）は対象としていない）と考えられる。また、その目的は、管渠内の貯留量を適正な規模とし、河川等の管渠系に対する雨水流出量を抑制し、管渠の持つ貯留能力を有効に活用しようとするものであった。よって、汚水ポンプの吐出量を一定にしようという発想はない。更に、目標吐出量の値によって必要な台数の汚水ポンプを運転するので、複数の汚水ポンプを設けるという設備投資が必要となる。
【００１５】また、上記特開平９−６８１７０号の発明は、非定常に流入してく汚水を、流入量に係わらず処理施設への吐出量をなるべく一定にすることを目的としており、汚水ポンプの吐出量を平準化し処理施設での安定な処理を図ることを目標としているが、特に、最初から吐出量一定を目指す制御ではなく、なるべく吐出量の変動を少なくする為の制御であり、必ずしも充分な制御方法とは言い切れない。
【００１６】また、汚水の流入量は、一日のうちの特定の時間帯（朝、晩の食事時や風呂使用時間帯等）に集中して多くなる傾向が見られるが、このような状況を考慮した発想は従来技術には見られない。
【００１７】本発明の課題は、過去データを用いて流入パターンを予測し、これに基づいて貯留施設側の水位を所定範囲内に保ちつつポンプ吐出量を一定で運転することができるようにする吐出量とその運転時間帯を求めることにより、処理施設での安定な処理を図ることができ、またこれより吐出能力が比較的小さいポンプで済むようになり設備費等のコスト削減が期待できるポンプ運転方法／ポンプ制御装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】本発明による請求項１記載のポンプ制御装置は、下水管渠を経て流入してくる流体を一時的に貯留する貯留場と、該流体を処理する処理場と、該貯留場側から処理場側へ前記流体を輸送するポンプとを有する下水処理場における該ポンプの制御装置であって、前記貯留場側に流入してくる流体の流入量を所定時間間隔で計測する流入量計測手段と、少なくとも該流入量計測手段により計測された時系列の実流入パターンの現在または記憶されている過去のデータに基づいて、現在より後の流入量パターンを予測する流入量パターン予測手段と、該流入量パターン予測手段により得られる予測流入量パターンを用いて、吐出量一定で且つ前記貯留場の水位が予め決められている上限／下限を越えないようにする前記ポンプの吐出量及びその運転時間帯を演算する吐出量／運転時間帯演算手段と、吐出量／運転時間帯算出手段の演算結果より前記ポンプの運転制御を行う制御手段と、を有する。
【００１９】請求項２記載のポンプ制御装置は、上記請求項１記載のポンプ制御装置において、上記流入量パターン予測手段は、記憶されている過去の流入量パターンの中から現在の流入量パターンに最も類似するパターンを探索し、該類似パターンを予測流入量パターンとする。
【００２０】上記請求項２記載のポンプ制御装置は、特に、例えば一般家庭における日常の生活パターン等に起因して、流入パターンがある程度パターン化される下水処理場において、特に顕著な効果を奏する。この場合、上記類似パターンを予測流入量パターンとすると、予測誤差が小さい可能性が高い。そして、ある程度長時間先の流量変動を予測して、特に流入量が増大する時間帯に対応して、流入量がポンプ吐出量をオーバーし始める時点より前から吐出量一定でポンプ運転でき且つ貯留場の水位が予め決められている上限／下限を越えないようにできる上記ポンプの吐出量及びその運転時間帯を、高い精度で求めることができる。
【００２１】請求項３記載のポンプ制御装置は、上記請求項１記載のポンプ制御装置において、上記流入量パターン予測手段は、予測対象時間帯における全流入量を、予め決定される１または複数の過去日の前記予測対象時間帯と同一時間帯における全流入量とそのときの外乱要因とを入力とするニューラルネットワーク部に、現在の外乱要因を入力することにより出力させ、該ニューラルネットワーク部より出力される前記予測対象時間帯における全流入量と、現在の外乱要因に応じて選択／決定される基準パターンとに基づいて前記予測流入量パターンを算出する。
【００２２】上記請求項３記載のポンプ制御装置は、特に、例えば外乱要因のケース毎に（例えば天候に応じて）、１日（またはパターン性がある場合の１周期）の流量変動パターンが似ている下水処理場において、特に顕著な効果を奏する。この場合、外乱要因のケース毎に過去のデータに基づいて基準パターンを作っておくことにより、現在の外乱要因が当てはまるケースの基準パターンと、上記ニューラルネットワーク部の出力とを用いて、比較的誤差が小さい予測流入量パターンを得ることができる。
【００２３】請求項４記載のポンプ運転方法は、下水管渠を経て流入してくる流体を一時的に貯留する貯留場と、該流体を処理する処理場と、該貯留場側から処理場側へ前記流体を輸送するポンプとを有する下水処理場における該ポンプの運転方法であって、少なくとも貯留場側に流入してくる流体の流入量を所定時間間隔で計測した結果得られる時系列の実流量データと、記憶されている過去の時系列の実流量データとに基づいて、現在より後の流入パターンを予測し、該予測流入パターンを用いて、ポンプの吐出量一定で且つ前記貯留場の水位が予め決められている上限／下限を越えないようにするポンプの吐出量及びその運転時間帯を演算し、該演算結果に基づいて前記ポンプを運転する。
【００２４】請求項５記載の記録媒体は、コンピュータにおいて用いられたとき、少なくとも貯留場側に流入してくる流体の流入量を所定時間間隔で計測する流入量計測手段により計測された時系列の実流入パターンの現在及び記憶されている過去のデータに基づいて、現在より後の流入量パターンを予測する流入量パターン予測手段と、該流入量パターン予測手段により得られる予測流入量パターンを用いて、吐出量一定で且つ前記貯留場の水位が予め決められている上限／下限を越えないようにする前記ポンプの吐出量及びその運転時間帯を演算する演算手段と、とを実現させるプログラムを記憶したコンピュータ読取り可能な記録媒体である。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００２６】まず、本発明の実施形態の第１の実施例について説明する。
【００２７】図１は、第１の実施例によるポンプ制御装置の機能ブロック図である。
【００２８】ポンプ制御装置は、コンピュータにより実現される。また、これは以下に説明する処理をコンピュータに実行させる為のプログラムを記録した記録媒体により当該プログラムがコンピュータで実行されることで、実現可能となる。よって、このような記録媒体自体も、本発明に含まれる。また、全ての処理をコンピュータで実現させるとは限らず、ポンプ運転方法自体も本発明に含まれる。
【００２９】図１に示すポンプ制御装置１０は、実績流入量計測部１１、過去の実流入パターン記憶部１２、類似パターン探索部１３、ピークカット流量演算部１４、ピークカット運転時間帯演算部１５、及び操作出力部１６を有する。
【００３０】尚、ポンプ制御装置１０は、上述してあるように、下水処理区域から下水管渠を経て集められる流体（汚水、雨水等）を一時的に貯める為の貯留施設から、処理施設側へと上記流体を輸送する為のポンプを制御する装置であり、ポンプの回転数を制御し処理施設側へのポンプ吐出量を変えることができるポンプ制御装置である。尚、第１の実施例では、上記流体は主に汚水（一般家庭等から排出される）であるとし、汚水貯留施設／汚水処理施設を備える下水処理場を対象として説明する。
【００３１】実績流入量計測部１１は、下水管渠から汚水貯留槽に流入する汚水の流量を、例えばΔｔ間隔（例えば１０分間隔、１時間間隔等）で計測し、さらに現在からＴ時間前までの間に計測された流量の時系列データを、現在の実流入量パターンとして保持しておく。
【００３２】過去の実流入パターン記憶部１２は、過去に、実績流入量計測部１１により計測された上記流量の時系列データ（すなわち、過去の実流入パターン）を記憶している。例えば、一例として、後述するように過去１０日間のデータを記憶している。
【００３３】類似パターン探索部１３は、実績流入量計測部１１が保持している現在の実流入量パターンと、過去の実流入パターン記憶部１２に記憶されている複数の（例えば上記１０日分の）過去の実流入パターンとを用いて、過去データにおいて上記現在日時からＴ時間前までの間に対応する時間帯（同一時間帯）において現在の実流入パターンに最も類似している過去の実流入パターン（以後、類似パターンという）を探索する。
【００３４】ここで、一般に、汚水の流入量は、人間の毎日の生活に関係しており、一日（２４時間）を周期とするパターンをもっている。例えば朝、昼、晩の御飯時や風呂を使用する時間帯には流入量が多くなる等のパターンを持っている。当然、種々の変動要因により日によって流入量は変動するが、ある程度多くの過去の実流入パターンを収集しておき、同一時間帯について探索すれば、その中に類似するパターンが存在するものと考えることができる。そして、現在より未来の流入パターンは、一番類似するパターンのその後の流入パターンに近い変動をすると想定できる。
【００３５】上記過去データにおいて現在日時からＴ時間前までの間に対応する時間帯（同一時間帯）のデータとは、例えば現在時刻がＡＭ６時でありその４時間前（すなわちＡＭ２時）までの時間帯を類似判定の対象とし、また１０日前までの過去の実流入パターンデータが過去の実流入パターン記憶部１２に記憶されていた場合、前日のＡＭ２時〜６時、２日前のＡＭ２時〜６時、・・・、１０日前のＡＭ２時〜６時のデータということになる。そして、この同一時間帯のおいて現在日の実流入パターンに最も類似するパターンが、例えば２日前のパターンであったとすると、現在より未来（例えば現在時刻〜ＡＭ１０時まで）の流入パターンは、この２日前のＡＭ６時〜１０時の流入パターンに近いものになると予測される。
【００３６】尚、上記のような一日（２４時間）を周期とする流入パターンにはならない下水処理場の場合や、外乱要因（降雨、上流の水位変動等）の生起が不規則な場合には、過去データにおいて探索対象となる時間帯を、上記同一時間帯に限ることなく、他の時間帯も探索対象とすればよい（時間幅は同一とする。例えば、上記の例では、他の時間帯であっても４時間という時間幅は同じとし、例えばＰＭ１時〜ＰＭ５時、ＰＭ７時〜ＰＭ１１時等の過去データも対象とする）。但し、同一時間帯で探索したほうが探索時間が短くて済む。
【００３７】以下の説明では、同一時間帯で探索する方法を対象として説明する。
【００３８】上記類似パターン探索部１３による類似パターン探索処理は、例えば以下に示す（１）式により得られるＦi の値を最小にする過去の実流入パターンを、類似パターンとする。
【００３９】
【数１】
【００４０】但し、Ｖr ；上記現在時刻からＴ時間前までの間の総流入量Ｖoi；過去の実流入パターン記憶部１２に記憶されているｉ番目の実流入パターンにおける同一時間帯の総流入量Ｑr(t)；現在の実流入量パターンの時刻ｔにおける流入量（但し、流入量はΔｔ間隔で計測され、ＴはΔｔのｎ倍（ｎ；整数）
（Ｔ＝ｎ×Δｔ）とすると、ｔは次式で表わされる。
【００４１】
ｔ＝ｋ×Δｔ−Ｔ（ｋ＝１、２、３、・・・ｎ）
Ｑoi(t)；過去の実流入パターン記憶部１２に記憶されているｉ番目の実流入パターンにおける時刻ｔの流入量α、β；重み係数（但し、α≧０、β≧０）
尚、上記ｉ番目とは、例えば何日前のデータであるかを示し、例えば前日のデータであれば１番目、２日前のデータであれば２番目となる。この例において、例えば、前日からｊ日前までを探索対象とするならば、例えば図２に示す処理を実行して、上記類似パターンを求める。
【００４２】図２において、まず、ｉに初期値（＝１）を代入し（ステップＳ１）、これより前日の実流入パターンを用いて上記（１）式によりＦiの値（この場合、Ｆ1）を求める（ステップＳ２）。そして、ｉの値を＋１インクリメントすることにより（ステップＳ３）、次は２日前の実流入パターンを用いて上記（１）式によりＦiの値（この場合、Ｆ2 ）を求める（ステップＳ２）。同様にして、前日からｊ日前までの全ての日について上記ステップＳ２の処理によりＦi の値を求め、ｉ＞ｊとなると（ステップＳ４，ＮＯ）、上記求めたＦi の値（Ｆ1 、Ｆ2 、・・・Ｆj ）を相互に比較して最も値の小さい日の実流入パターンを類似パターンとする（ステップＳ５）。
【００４３】尚、（１）式において、重み係数α、βは、例えばオペレータ等が経験等に基づいて適宜決定すればよい。
【００４４】第１の実施例では、今後の流量変化は、上記類似パターン探索部１３で求められた類似パターンの通りになるものと予測する。これより、ピークカット流量演算部１４は、上記類似パターン探索部１３により探索された類似パターンを用いて、ピークカット流量を演算する。
【００４５】ここでは、上記類似パターンの一例を図３に示し、図３を参照しながらピークカット流量演算部１４による演算処理について説明する。
【００４６】その前に、まず、ピークカット流量演算部１４による演算処理において用いられる汚水貯留槽の貯留可能容量Ｖmax の求めかたについて、図４を参照して説明する。図４は、汚水貯留施設側の構成の一例を示す図であり、下水管渠を経て集められる汚水は、汚水貯留槽２１に一時的に貯留され、ポンプ２２によって処理施設側へと輸送される。ポンプ２２の運転はポンプ制御装置１０により制御され、その吐出量は可変である。尚、当然、ポンプ制御装置１０を後述するポンプ制御装置３０に代えてもよい。
【００４７】貯留可能容量Ｖmaxとは、図４に示す予め定められている下限レベル（Ｌlower）と上限レベル（Ｌupper ）の間の（斜線で示す）空間の容量である。上述してある通り、汚水貯留槽２１の水位は、下限レベルより下回らないように且つ上限レベルを越えないようにしなければならないので、この間に貯留可能な容量が、汚水貯留施設側の実質的な最大貯留能力を示すことになる。
【００４８】まず、予め、各水位Ｌとそのときの貯留量を実測する等して、これに基づいて水位Ｌと貯留量Ｖとの関係を示す関数Ｖ＝ｆ（Ｌ）を求めておく。これより、以下に示す算出式により、貯留可能容量Ｖmax が求められる。
【００４９】Ｖmax ＝ｆ（Ｌupper）−ｆ（Ｌlower）
尚、単に上限レベルと下限レベルのときの貯留量を実測することでもＶmax は求められるが、上記関数Ｖ＝ｆ（Ｌ）は、後に説明するＶs を求める際に必要である。
【００５０】ピークカット流量演算部１４による演算処理の説明に戻る。
【００５１】図３に示す流入パターン（類似パターン）は、例えば、朝、各家庭の人間が起き出して活動（洗顔、水洗トイレ、朝食の準備等）を開始するにつれて流入量（すなわち、各家庭の水の使用量）が増大していき、やがてピークを迎え、その後、出勤／登校等することで減少していくというような、上記一日（２４時間）を周期とするパターンのうち、流入量が比較的緩やかに大きく増加し減少する時間帯のパターンの一例を示している。
【００５２】ピークカット流量演算部１４は、上記汚水貯留槽の貯留可能容量Ｖmax を用いて、例えば図５に示す処理により、一定時間ポンプの吐出量一定運転を可能とするポンプ吐出量を決定する。
【００５３】まず、以下の（２）式を満たすピークカット流量Ｑpcを求める（ステップＳ１１）。
【００５４】
【数２】
【００５５】これは、例えば図３に示すように、類似パターンの流量がＱpcを越え始める時刻Ｔpcに、汚水貯留槽の水位が下限レベルとなるように、ポンプ運転制御し、時刻Ｔpcから、類似パターンの流量がＱpcを下回る時刻Ｔe までの間は、流入量がポンプの吐出量Ｑpcを越えるので水位が上昇していくが、時刻Ｔe の時点で汚水貯留槽の水位が上限レベルとなる（つまり、ぎりぎり許容範囲内に収まる）ようにできると考えられる一定量のポンプ吐出量を求める為の算出式である。尚、ポンプの最大吐出量をＱmax とすると、当然、Ｑpc≦Ｑmax が条件となる。
【００５６】次に、上記類似パターン探索部１３により探索された類似パターンと現在日時後の実際の流入パターンとには、当然、多少なりとも違いが生じるはずであるので、ピークカット流量演算部１４の演算結果である上記ピークカット流量Ｑpcの値に、補正係数γを乗じて、最終的なピークカット流量Ｑpc’（すなわち、上記吐出量一定で運転可能にする実際のポンプ吐出量）とする（ステップＳ１２）。すなわち、最終的なピークカット流量Ｑpc’＝γ×Ｑpc （γ；補正係数）
とする。
【００５７】ここで、補正係数γは、γ≧１とする。すなわち、ピークカット流量Ｑpcは、上記の通り、特に流入量が増加する時間帯において吐出量一定で汚水貯留槽の水位が上限レベルぎりぎりの許容範囲内に収まるようにできるポンプの吐出量を示すものであるが、当然、演算結果には多少の誤差は生じる。ここで大事なことは、実際の流入量が予測流入量（類似パターンの流入量）より多かった場合でも、汚水貯留槽の水位が上限レベルを越えないようにすることである。この場合、ポンプ吐出能力に余裕があれば、吐出量を変更する（当然、より多くする）ことが考えられるが、これは、当然、吐出量が変動することを意味する。この為、実際にポンプ運転するときのピークカット流量Ｑpc’を、演算結果であるピークカット流量Ｑp よりやや多目にしておく為に、１以上の値の補正係数γを乗じる。尚、実際の流入量が予測流入量より少ない場合には、後述するピークカット運転時間を短くすれば済むことであるので、吐出量を変更する必要はなく、吐出量一定でポンプ運転できる。
【００５８】また、補正係数γの値は、上記の様にγ≧１が条件であるが、例えば更に、過去に予測したときの誤差が大きいほど、その値を大きくするようにして決定するようにしてもよい。例えば、過去に予測したときの誤差が２０（％）以内であったとすると（統計的に決める場合には、過去の予測誤差の分布を解析し、９５％がその値内に入る値に対応）、γ＝１．２とする。
【００５９】そして、ピークカット運転時間帯演算部１５は、上記ピークカット流量Ｑpc’で運転すべき時間帯を求める。この時間帯は、上記時刻ＴpcからＴe までの時間帯及びＴpc以前のある時刻Ｔs からＴpcまでの時間帯である。この時刻Ｔs の求めかたは以下の通りである。
【００６０】時刻Ｔs は、この時刻Ｔs の時点での汚水貯留槽の貯留量から、水位が下限レベルのときの貯留量を差し引いた水量に、時刻Ｔs からＴpcまでの間に汚水貯留槽に流入してくる総水量を加算した水量が、時刻Ｔs からＴpcまでの間に上記ピークカット流量Ｑpc’でポンプ運転したときの総吐出量と一致する時刻ｔを、以下の式（３）により求めたものである。これは、すなわち、上記の通り、Ｔpcの時点で汚水貯留槽の水位を下限レベルにする為であり且つポンプの吐出量をピークカット流量Ｑpc’のまま一定とする時間帯をより長くする為である。
【００６１】
【数３】
【００６２】以上の結果を操作出力部１６に与えると、操作出力部１６は、時刻Ｔs からＴe までの間、ポンプの吐出量をピークカット流量Ｑpc’一定で運転する。
【００６３】この制御では、汚水貯留槽の水位は変動するものの、これは下限レベル以上、上限レベル以下の範囲内に収まるようにできる。
【００６４】但し、上記のように予測誤差をある程度折り込み済みのピークカット流量Ｑpc’で運転したとしても、実際の流入量が予測から大きくはずれる場合も有り得るので、実際の流入量パターンと予測流入パターンとの誤差は常時監視しており、必要に応じて（水位が上限レベルを越える、あるいは下限レベルより下がると判断した場合等）ポンプ吐出量を変える場合も有り得る。
【００６５】このように、第１の実施例のポンプ運転制御方法によって、常に１００％、吐出量一定で運転できるとは言えないとしても、少なくとも人間の日常生活パターンに起因する流入量の増減に対しては、非常に高い確率で吐出量一定（水位は下限レベル以上／上限レベル以下に保つ）の運転を行うことができる。
【００６６】次に、以下、第２の実施例について説明する。
【００６７】図６は、第２の実施例によるポンプ制御装置の機能ブロック図である。
【００６８】図６に示すポンプ制御装置３０は、実績流入量計測部３１、流入量予測部３２、ピークカット流量演算部３３、ピークカット運転時間帯演算部３４、及び操作出力部３５を有する。すなわち、ポンプ制御装置３０は、図１のポンプ制御装置１０における過去の実流入パターン記憶部１２及び類似パターン探索部１３の代わりに、流入量予測部３２を設けた構成となっている。よって、実績流入量計測部３１、ピークカット流量演算部３３、ピークカット運転時間帯演算部３４、及び操作出力部３５については、図１の構成と略同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【００６９】流入量予測部３２は、ニューラルネットワーク部３２ａと予測演算部３２ｂより成る。ニューラルネットワーク部３２ａは、例えば３層の階層型ニューラルネットワークであり、その入力層には、図７に示すように、予測対象時間帯における過去の（何日分かの）全流入量のうち後述する予め決められた１または複数日の各々の全流入量と、この予め決められた１または複数日の同一時間帯において観測された各種外乱要因（例えば、天候（晴れ、曇り、雨（但し、合流式である場合には流入量にほとんど影響のないレベルの雨量））、上流側に別のポンプ場がある場合にはそのポンプの吐出量、上流側における水位変動、等）の計測結果、及び現在の上記各種外乱要因の計測結果を入力する。そして、現在の予測対象時間帯における予測全流入量を出力とする。
【００７０】ここでは、予測対象時間帯は一日（２４時間）分であるとして説明する。
【００７１】まず、上記ニューラルネットワーク部３２ａに入力すべき過去の１または複数日とする日を、どのように決めるのかについて説明する。これは、過去において、ある日に、その日の全流入量を計測し、上記ニューラルネットワーク部３２ａを用いて、この日以前のどの日のデータ（上記全流入量と各種外乱要因）を上記入力層に入力するのが最も良いか決める為に、例えば前日のデータのみ、前日〜３日前までのデータ、前日〜５日前までのデータ、３日前〜７日前までのデータというように、入力するデータを適宜変えながら、それぞれ、予測全流入量を出力させる。そして、実際の計測結果（上記その日の全流入量を計測した結果）に最も近い値の予測全流入量を出力したもの（すなわち、予測誤差が最も小さいもの）に決定する。図７では、前日、２日前、３日前のデータを用いた場合に、最も予測誤差が小さかったものとして、この場合のニューラルネットワーク部３２ａの入力層への入力の例を示してある。すなわち、図７に示す一例のニューラルネットワーク部３２ａの入力層には、前日の１日（２４時間）の全流入量、及び各種外乱要因の計測データ、２日前の１日（２４時間）の全流入量、及び各種外乱要因の計測データ、３日前の１日（２４時間）の全流入量、及び各種外乱要因の計測データが入力する。更に、本日の各種外乱要因の計測データが入力する。
【００７２】そして、これより、ニューラルネットワーク部３２ａの出力層から、本日の予測全流入量ＱT が出力される。
【００７３】次に、予測演算部３２ｂは、上記ニューラルネットワーク部３２ａから出力される本日の予測全流入量ＱT を用い、以下に説明する処理により本日の流入パターンを予測する。
【００７４】ここで、まず、予め、予測演算部３２ｂは、基準パターンを幾つか記憶している。この基準パターンは、上記各種外乱要因に応じた代表的（または平均的）な時系列の流入パターンであり、例えばオペレータ等が過去に計測したデータに基づいて適宜決定または算出する。例えば、天候に応じて決定する場合、例えば晴の日、雨の日、曇の日のそれぞれの基準パターンを決定し、これを予測演算部３２ｂに記憶させる。基準パターンは、例えば晴の日の基準パターンを決める場合、過去の実流入パターンの計測データ（例えば、過去１月分の計測データ）の中から、晴の日の実流入パターン計測データを全て取り出して、その平均を取ることにより、晴の日の実流入パターンの平均パターンを作り出し、これを晴の日の基準パターンとする。同様にして、雨の日、曇の日の基準パターンを決定し、予測演算部３２ｂに記憶しておく。更に、上記各基準パターンより、予測時間帯の同一時間帯（本例では一日（２４時間））の全流入量を各々求めておき、これも予測演算部３２ｂに記憶しておく。
【００７５】そして、上記ニューラルネットワーク部３２ａから出力される本日の予測全流入量ＱT が入力され、本日の天候データ（あるいは予報データでもよい）が入力されると、まず本日の天候より、上記記憶してある複数の基準データの中から予測に用いる基準データを選択する。例えば晴であった場合には上記晴の日の基準パターンを選択する。そして、この基準パターンをｑ0（ｔ）とし（ここで、ｔは、例えば上記実流入パターンが例えば１時間毎に流入量を測定して得られる時系列データであった場合（そして、予測時間帯が上記の通り１日（２４時間）である場合、ｔ＝１、２、３、・・・２４である）、上記晴の日の全流入量をＱT0とすると、予測流入パターンｑ（ｔ）は以下に示す（４）式により求められる。
【００７６】
ｑ（ｔ）＝ｑ0（ｔ）×ＱT ／ＱT0 ・・・（４）
そして、この予測流入パターンｑ（ｔ）を用いて、ピークカット流量演算部３３、ピークカット運転時間帯演算部３４、及び操作出力部３５により第１の実施例の場合と同様の処理を行って、一定の吐出量のポンプ運転制御を実現可能とする。
【００７７】尚、第２の実施例は、外乱要因のケース毎に（例えば、上記晴の日、曇の日、雨の日）、１日（またはパターン性がある場合の１周期）の流量変動パターンがほぼ同一となるような下水処理場に適用することが望ましい。
【００７８】上述したポンプ制御装置は、基本的には、パーソナルコンピュータ、ワークステーション等の情報処理装置によって、上述した処理を実現する為のプログラム及びデータが記憶されたＨＤＤ等の記憶装置やＦＤＤ等の可搬記憶媒体等（まとめて、記録媒体という）から、当該プログラム及びデータを読み出して実行することにより実現される。
【００７９】図８は、上記ポンプ制御装置を実現するコンピュータの構成の一例を示す図である。
【００８０】同図において、情報処理装置４０は、ＣＰＵ４１、記憶部４２（可搬記憶媒体４２ａを含む）、メモリ４３、入出力インタフェース部４４、通信部４５等より構成される。
【００８１】ＣＰＵ４１は、情報処理装置４０全体を制御する中央処理装置である。
【００８２】記憶部４２は、少なくとも、上述したポンプ制御装置の各種処理機能を実現するためのプログラム及び各種データが記憶されているＨＤＤ（ハードディスクドライブ）等の記憶装置である。また記憶部４２には可搬記憶媒体４２ａ（ＦＤ、ＣＤ−ＲＯＭ、メモリカード、ＤＶＤ、ＭＯ）等が含まれる。
【００８３】メモリ４３は、上述した各種処理実行の際に、記憶部４２に格納されているプログラム、データ等を読み出して一時的に記憶して当該プログラムをＣＰＵ４１に実行させる為のＲＡＭ等である。
【００８４】入出力インタフェース部４４は、上述したポンプに対して運転指示信号（上述した吐出量となるポンプ回転数等）を出力したり、あるいは水位計や汚水流入量計測計等からの計測データを入力する為のインタフェースである。
【００８５】通信部４５は、有線／無線によりネットワーク４６（公衆回線網、専用線等）と接続し、このネットワーク４６を介して外部の任意の装置と通信し、データ送受信する為の通信機能部である。これにより、例えば上記外乱要因等のデータを外部から入力したりできる。
【００８６】本発明は、ポンプ制御装置、ポンプ運転方法に限らず、コンピュータにより使用されたときに、上述した本発明の各実施形態の機能を実現させる為のプログラムが格納されたコンピュータ読出し可能な記録媒体（記憶媒体）として構成することもできる。
【００８７】「記録媒体」とは、例えば上述してある記憶部４２の一形態である可搬記憶媒体のＣＤ−ＲＯＭ４７、フロッピィーディスク４８等（その他、ＭＯ、ＤＶＤ、リムーバブルハードディスク等であってもよい）や、ハードディスク等である。更に、上記通信部４５等によって通信可能である外部の任意の装置（情報処理端末）４９から上記ネットワーク４６を介して（あるいはケーブル等で直接接続して）上記本発明の各種機能を実現するプログラムをダウンロードする場合、このプログラムを記憶（一時的に記憶も含む）する上記外部の任意の装置４９の記憶媒体（不図示）も含まれる。
【００８８】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明のポンプ制御装置、ポンプ運転方法によれば、過去データを用いて流入パターンを予測し、これに基づいて貯留施設側の水位を所定範囲内に保ちつつポンプ吐出量を一定で運転することができるようにする吐出量とその運転時間帯を求めることができ、これより処理施設での安定な処理を図ることができる。またこれより吐出能力が比較的小さいポンプで済むようになり設備費等のコスト削減が期待できる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５２３４
【氏名又は名称】富士電機株式会社
【識別番号】０００２３７１５６
【氏名又は名称】株式会社エフ・エフ・シー
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| 【出願日】 |
平成１１年１２月２８日（１９９９．１２．２８） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００７４０９９
【弁理士】
【氏名又は名称】大菅 義之
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１８２６６５（Ｐ２００１−１８２６６５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年７月６日（２００１．７．６） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３７３０１２ |
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