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JP7769601B2 - Pump control method and pump control device - Google Patents
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JP7769601B2 - Pump control method and pump control device - Google Patents

Pump control method and pump control device

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JP7769601B2 JP2022208456A JP2022208456A JP7769601B2 JP 7769601 B2 JP7769601 B2 JP 7769601B2 JP 2022208456 A JP2022208456 A JP 2022208456A JP 2022208456 A JP2022208456 A JP 2022208456A JP 7769601 B2 JP7769601 B2 JP 7769601B2
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Description

本発明は、水位センサで検出された貯水槽の水位が起動水位になるとポンプ装置を起動し、その後停止水位になると前記ポンプ装置を停止するマンホールポンプ装置のポンプ制御方法及びポンプ制御装置に関する。 The present invention relates to a pump control method and pump control device for a manhole pump device that starts a pump device when the water level in a water tank detected by a water level sensor reaches a start-up water level, and then stops the pump device when the water level reaches a stop-up water level.

マンホールポンプ装置の貯水槽に設置される排水用のポンプ装置は、予め設定される全揚程H0と吐出し量Q0を満たすように選定される。全揚程H0は、実揚程hに管路抵抗等の損失を加算した値となり、吐出し量Q0は、貯水槽の容積と最大流入汚水量により定まる。また、ポンプ装置に接続される吐出し管は、異物の滞留や閉塞を回避するべく、予め口径及び管内流速が定められ、それに基づいて仕様流量である吐出し量Q0が設定されている。 The drainage pump device installed in the manhole pump device's water tank is selected to meet the preset total head H0 and discharge volume Q0. The total head H0 is the actual head h plus losses such as pipeline resistance, while the discharge volume Q0 is determined by the volume of the water tank and the maximum amount of inflow sewage. The discharge pipe connected to the pump device has a predetermined diameter and flow velocity within the pipe to prevent foreign matter from becoming trapped or clogging, and the discharge volume Q0, which is the specified flow rate, is set based on this.

これらの条件に基づいて選定されたポンプ装置は、要求性能を上回ることになり、定格回転速度で運転すると、仕様流量である吐出し量Q0よりも流量がΔQだけ多くなる。 A pump device selected based on these conditions will exceed the required performance, and when operated at the rated rotational speed, the flow rate will be ΔQ greater than the specified discharge rate Q0.

その結果、起動水位から停止水位まで排水するのに要する時間は短くなるが、流量ΔQに対応して管路の摩擦抵抗が大きくなり、全揚程H1が仕様値である全揚程H0よりΔHだけ高くなるため、エネルギー損失が生じる。 As a result, the time required to drain the water from the starting water level to the stopping water level is shortened, but the frictional resistance in the pipeline increases in proportion to the flow rate ΔQ, and the total head H1 becomes higher by ΔH than the specified total head H0, resulting in energy loss.

特許文献1には、起動頻度を増やすことなく、異物が羽根車に絡み付いたり、ポンプケーシング内で滞留して詰まりが発生することの無いマンホールポンプ装置の制御装置を提供することを目的として、ポンプ装置の回転数を制御する制御装置が提案されている。 Patent Document 1 proposes a control device for controlling the rotation speed of a manhole pump device, with the aim of providing a control device for the pump device that prevents foreign matter from becoming entangled in the impeller or becoming lodged inside the pump casing and causing blockages, without increasing the startup frequency.

当該制御装置は、水位センサで計測された水位が所定のポンプ起動水位に達すると水中ポンプを起動し、ポンプ停止水位に達すると水中ポンプを停止する制御部を備えた制御装置であって、制御部は、水中ポンプを起動した後に水位がポンプ停止水位に達する迄の間に、水中ポンプを所定の定常回転数で駆動する第一回転制御と、定常回転数とは異なる回転数で駆動する制御を含む第二回転制御を組み合わせて水中ポンプを制御するように構成されている。 The control device is equipped with a control unit that starts the submersible pump when the water level measured by the water level sensor reaches a predetermined pump start level and stops the submersible pump when it reaches the pump stop level.The control unit is configured to control the submersible pump by combining a first rotation control that drives the submersible pump at a predetermined steady rotation speed and a second rotation control that includes control to drive the submersible pump at a rotation speed different from the steady rotation speed, from when the submersible pump is started until the water level reaches the pump stop level.

当該制御装置によれば、水中ポンプを所定の定常回転数で駆動する第一回転制御と、定常回転数とは異なる回転数で駆動する第二回転制御を自由に組み合わせて水中ポンプを制御することで、羽根車の周囲とポンプケーシング内の流速を変化させ、流れの状態を変化させることで異物の羽根車に対する絡み付きや、ポンプケーシング内での異物の滞留による詰まりの発生を回避して良好に汚水を圧送することができるようになる。 This control device controls the submersible pump by freely combining a first rotation control that drives the submersible pump at a predetermined steady rotation speed and a second rotation control that drives the submersible pump at a rotation speed different from the steady rotation speed. This changes the flow speed around the impeller and within the pump casing, and by changing the flow conditions, it is possible to avoid foreign matter becoming entangled around the impeller or clogging due to foreign matter remaining inside the pump casing, thereby enabling the sewage to be pumped efficiently.

特開2010-236498号公報JP 2010-236498 A

上述した従来のポンプ制御装置は、異物の羽根車に対する絡み付きや、ポンプケーシング内での異物の滞留による詰まりの発生を回避することを目的として回転数を切替える技術であり、ポンプの運転効率の向上という観点でさらなる改良の余地があった。 The conventional pump control devices described above use technology that switches the rotation speed to prevent foreign matter from becoming entangled in the impeller or clogging due to foreign matter remaining inside the pump casing, but there is still room for improvement in terms of improving the operating efficiency of the pump.

そこで、ポンプ装置の運転効率を向上させるために、定格回転速度より低い回転速度で運転することも考えられるが、その場合に汚水の流入量が多くなるとポンプ装置の運転時間が長くなり、却ってエネルギー損失が発生するという問題や、起動水位より貯水水位が高くなり溢流が発生する虞や、貯水槽の水位がポンプ装置の最低水没水位より低くなった後も停止水位に達する迄の運転時間が長くなるために、ポンプ装置が過熱状態に到る虞があるという問題もあった。 In order to improve the operating efficiency of the pump unit, it is possible to operate it at a speed lower than the rated speed. However, this can lead to problems such as longer operating times for the pump unit if the amount of wastewater inflow increases, resulting in energy losses, the risk of the reservoir water level rising above the start-up water level and causing overflow, and the risk of the pump unit overheating because it takes a long time to reach the stop water level even after the water level in the reservoir drops below the pump unit's minimum submersion water level.

本発明の目的は、上述した問題に鑑み、ポンプ設備の容量を有効に利用して、エネルギー効率の良い状態でポンプ装置を運転することができるポンプ制御方法及びポンプ制御装置を提供する点にある。 In view of the above-mentioned problems, the object of the present invention is to provide a pump control method and pump control device that can effectively utilize the capacity of pump equipment and operate the pump device in an energy-efficient manner.

上述の目的を達成するため、本発明によるポンプ制御方法の第一の特徴構成は、水位センサで検出された貯水槽の水位が起動水位まで上がるとポンプ装置を起動し、その後停止水位まで下がると前記ポンプ装置を停止するマンホールポンプ装置のポンプ制御方法であって、前記貯水槽の水位に応じて、前記ポンプ装置を定格回転速度で運転する定格運転モードと、前記定格回転速度より電力消費の少ない回転速度で運転する省エネルギー運転モードとの間で切り替える運転モード切替制御を実行し、前記定格運転モードにおけるポンプ効率η1、揚程H1、前記省エネルギー運転モードにおけるポンプ効率η2、揚程H2とするときに、前記省エネルギー運転モードにおけるポンプ効率η2が、η2>η1・(H2/H1)を満たすように前記ポンプ装置の回転速度が設定される点にある。 In order to achieve the above-mentioned object, a first characteristic configuration of the pump control method of the present invention is a pump control method for a manhole pump device that starts the pump device when the water level in a water tank detected by a water level sensor rises to a startup water level, and then stops the pump device when it falls to a shutdown water level, and performs operation mode switching control to switch between a rated operation mode in which the pump device is operated at a rated rotational speed and an energy-saving operation mode in which the pump device is operated at a rotational speed that consumes less power than the rated rotational speed, depending on the water level in the water tank , and when the pump efficiency η1 and head H1 in the rated operation mode and the pump efficiency η2 and head H2 in the energy-saving operation mode are taken as pump efficiency η2, the rotational speed of the pump device is set so that the pump efficiency η2 in the energy-saving operation mode satisfies η2 > η1 · (H2/H1) .

ポンプ装置の起動から停止までの間で変化する貯水槽の水位に応じて、定格運転モードと省エネルギー運転モードとの間で運転モードを切り替えることで、エネルギー効率の良い状態でポンプ装置を運転することができる。 By switching between rated operation mode and energy-saving operation mode depending on the water level in the water tank, which changes between starting and stopping the pump device, the pump device can be operated in an energy-efficient manner.

そして、省エネルギー運転モードでは、ポンプ効率η2が、η2>η1・(H2/H1)を満たすように回転速度を設定することが好ましい。
図6に示すように、定格運転モードにおける吐出し体積量V1は、流量Q1、運転時間T1として、次式で表わされる。
V=Q1×T1
この時のポンプ装置の出力P1は、揚程H1、ポンプ効率η1として、次式で表わされる。
P1=(0.163×Q1×H1)/η1
電力量Whは、次式で表わされる。
Wh=P1×T1=(0.163×Q1×H1)/η1×V1/Q1
省エネルギー運転モードにおける電力P2、時間T2とすると、以下の数式が成立する場合に、定格運転モードよりも省電力となる。
P1×T1>P2×T2,V1=V2
即ち、以下の条件が成立するポンプ効率η2で運転する場合に、省電力となる。
(0.163×Q1×H1)/η1×V1/Q1>(0.163×Q2×H2)/η2×V2/Q2
η2>η1・(H2/H1)
In the energy-saving operation mode, it is preferable to set the rotation speed so that the pump efficiency η2 satisfies η2>η1·(H2/H1).
As shown in FIG. 6, the discharge volume V1 in the rated operation mode is expressed by the following equation, where Q1 is the flow rate and T1 is the operation time.
V = Q1 x T1
The output P1 of the pump device at this time is expressed by the following equation, where H1 is the head and η1 is the pump efficiency.
P1=(0.163×Q1×H1)/η1
The amount of power Wh is expressed by the following formula.
Wh=P1×T1=(0.163×Q1×H1)/η1×V1/Q1
When the power and time in the energy-saving operation mode are P2 and T2, and the following formula is satisfied, the power consumption is lower than in the rated operation mode.
P1×T1>P2×T2, V1=V2
That is, when the pump is operated at a pump efficiency η2 that satisfies the following condition, power consumption is reduced.
(0.163×Q1×H1)/η1×V1/Q1>(0.163×Q2×H2)/η2×V2/Q2
η2>η1・(H2/H1)

同第の特徴構成は、上述した第の特徴構成に加えて、前記省エネルギー運転モードは、前記省エネルギー運転モードにおけるポンプ効率η2が、η2>η1・(H2/H1)を満たす最大値となるように前記ポンプ装置の回転速度が設定される第1省エネルギー運転モードと、前記第1省エネルギー運転モードより速い回転速度域で、前記貯水槽の水位の上昇を回避する回転速度が設定される第2省エネルギー運転モードを含む点にある。 The second characteristic configuration is that, in addition to the first characteristic configuration described above, the energy-saving operation modes include a first energy-saving operation mode in which the rotational speed of the pump device is set so that the pump efficiency η2 in the energy-saving operation mode becomes the maximum value that satisfies η2 > η1 · (H2/H1), and a second energy-saving operation mode in which the rotational speed is set in a rotational speed range faster than that in the first energy-saving operation mode so as to avoid an increase in the water level in the water tank.

第1省エネルギー運転モードでは省エネルギー効果を重視して運転され、第2省エネルギー運転モードでは省エネルギー効果に加えて貯水槽の水位の上昇による溢流を回避することを重視して運転される。
省エネルギー運転モードにおけるポンプ効率η2が、η2>η1・(H2/H1)を満たす最大値となるようにポンプ装置の回転速度が設定されるときに、最大の省電力効果が得られる。なお、ポンプの回転速度を定格回転速度N0からN1に低下させると、吐出し量Q2、全揚程H2、効率η2は以下のようになる。
Q2=(N1/N0)×Q1
H2=(N1/N0)×H1
η2=1-(1-η1)/(N2/N1)1/5
In the first energy-saving operation mode, emphasis is placed on the energy-saving effect, and in the second energy-saving operation mode, emphasis is placed on the energy-saving effect as well as on avoiding overflow due to a rise in the water level in the water tank.
The maximum power saving effect is achieved when the rotation speed of the pump device is set so that the pump efficiency η2 in the energy saving operation mode is the maximum value that satisfies η2 > η1 · (H2/H1). Note that when the pump rotation speed is reduced from the rated rotation speed N0 to N1, the discharge volume Q2, total head H2, and efficiency η2 become as follows:
Q2=(N1/N0)×Q1
H2=(N1/N0) 2 ×H1
η2=1-(1-η1)/(N2/N1) 1/5

貯水槽の水位が、起動水位に近い水位でポンプ装置の回転数を低下させると、ポンプ装置による吐出し水量より貯水槽へ汚水の流入量が多い場合に貯水槽の水位が上昇することとなる。そして、貯水槽から汚水が溢流する虞のある異常高水位に達すると、通報装置が作動してマンホールポンプ装置の管理者に本来なら不要な通報に対する対処が必要となる。そのような場合でも、第2省エネルギー運転モードでポンプ装置を運転することで、貯水槽の水位が起動水位より上昇しないようにポンプ装置の回転速度が設定されるようになり、誤った通報の発生を回避しながら省エネルギー運転モードで運転できる。 If the pump's rotation speed is reduced when the water level in the water tank is close to the startup water level, the water level in the tank will rise if the amount of sewage flowing into the tank is greater than the amount of water discharged by the pump. If the water level reaches an abnormally high level that could cause sewage to overflow from the tank, the alarm will be activated, requiring the manhole pump's manager to respond to what would otherwise be an unnecessary alarm. Even in such cases, by operating the pump in the second energy-saving operation mode, the pump's rotation speed is set so that the water level in the water tank does not rise above the startup water level, allowing operation in the energy-saving operation mode while avoiding false alarms.

同第の特徴構成は、上述した第の特徴構成に加えて、前記貯水槽の水位が、前記起動水位から前記起動水位より下方に設定された省エネルギー運転モード切替水位までの間は、前記第2省エネルギー運転モードで運転し、前記貯水槽の水位が、前記省エネルギー運転モード切替水位から前記省エネルギー運転モード切替水位より下方に設定された定格運転モード切替水位までの間は、前記第1省エネルギー運転モードで運転する点にある。 The third characteristic configuration is, in addition to the second characteristic configuration described above, that the water tank operates in the second energy-saving operation mode when the water level in the water tank is between the startup water level and an energy-saving operation mode switching water level set below the startup water level, and operates in the first energy-saving operation mode when the water level in the water tank is between the energy-saving operation mode switching water level and a rated operation mode switching water level set below the energy-saving operation mode switching water level.

起動水位から起動水位より下方に設定された省エネルギー運転モード切替水位までの間を、汚水の流入により貯水槽の水位が上昇して起動水位より高くなる虞のある間として、第2省エネルギー運転モードでポンプ装置を運転することで水位の上昇を回避し、省エネルギー運転モード切替水位から省エネルギー運転モード切替水位より下方に設定された定格運転モード切替水位までの間を、省エネルギー効果の高い第1省エネルギー運転モードで運転することで、安全を確保した省エネルギー運転が可能になる。 Between the start-up water level and the energy-saving operation mode switch level, which is set below the start-up water level, there is a risk that the water level in the water tank will rise above the start-up water level. By operating the pump device in the second energy-saving operation mode, this avoids the water level from rising due to the inflow of sewage, and by operating in the first energy-saving operation mode, which has a high energy-saving effect, between the energy-saving operation mode switch level and the rated operation mode switch level, which is set below the energy-saving operation mode switch level, safe energy-saving operation is possible.

同第の特徴構成は、上述した第の特徴構成に加えて、前記貯水槽の水位が、前記起動水位より高い高水位から前記起動水位までの間、または、前記定格運転モード切替水位から前記停止水位の間は、前記ポンプ装置を前記定格運転モードで運転する点にある。 The fourth characteristic configuration is that, in addition to the third characteristic configuration described above, the pump device is operated in the rated operation mode when the water level in the water tank is between a high water level higher than the start-up water level and the start-up water level, or between the rated operation mode switching water level and the stop water level.

仕様流量である吐出し量Q0は、想定する最大流入量の汚水が貯水槽に流入する場合でも、貯水槽から溢流することなく排水可能な吐出し量として設定された値である。定格回転速度で運転されるポンプ装置による吐出し流量Q1は、少なくとも仕様流量である吐出し量Q0以上の値となる。従って、起動水位より高い高水位から起動水位の間に定格運転モードで運転すれば、確実に貯水水位が低下する。 The specified flow rate, discharge rate Q0, is a value set as the discharge rate that can be discharged without overflowing from the water tank, even when the maximum anticipated inflow of wastewater flows into the water tank. The discharge flow rate Q1 from a pump device operating at the rated rotation speed will be at least equal to or greater than the specified flow rate, discharge rate Q0. Therefore, if the pump is operated in rated operation mode between a high water level higher than the start-up water level and the start-up water level, the stored water level will reliably drop.

また、ポンプ装置の定格運転モード切替水位より低い低水位から停止水位の間では、ポンプ装置に備えたモータに対する冷却効果が低下する。その間を、省エネルギー運転モードで運転すると、運転時間が長くなりモータが異常に過熱される虞がある。そのような場合に定格運転モードで運転すれば、省エネルギー運転モードよりも短時間で停止水位まで低下するので、正常状態でポンプ装置を停止させることができる。 In addition, between the low water level, which is lower than the water level at which the pump device switches to rated operation mode, and the stop water level, the cooling effect on the pump device's motor decreases. If the pump device were to operate in energy-saving operation mode during this period, the operation time would be longer and there is a risk of the motor overheating abnormally. In such cases, if the pump device is operated in rated operation mode, the water level will drop to the stop water level in a shorter time than in energy-saving operation mode, allowing the pump device to be stopped in a normal state.

同第の特徴構成は、上述した第一の特徴構成に加えて、前記省エネルギー運転モードで運転中に、前記ポンプ装置または前記ポンプ装置に接続される吐出し管の閉塞状況を評価して閉塞の虞があると評価すると、前記省エネルギー運転モードから前記ポンプ装置の回転速度を上昇させた閉塞解消運転モードに移行する点にある。 The fifth characteristic configuration is that, in addition to the first characteristic configuration described above, when operating in the energy-saving operation mode, if the blockage status of the pump device or the discharge pipe connected to the pump device is evaluated and it is determined that there is a risk of blockage, the operation mode is switched from the energy-saving operation mode to a blockage removal operation mode in which the rotational speed of the pump device is increased.

省エネルギー運転モードでの運転の影響により、吐出し管に異物が滞留し、閉塞を招く虞がある場合でも、閉塞評価部を備えることにより吐出し管の閉塞状況を評価することができる。そして、閉塞評価部により吐出し管に閉塞の虞があると評価される場合には、省エネルギー運転モードから閉塞解消運転モードに移行することで、吐出し管の閉塞等の異常の発生を回避することができる。閉塞解消運転モードにおけるポンプ装置の回転速度は、吐出し管の管内流速が異物を排出可能な所定流速以上となる値であればよく、定格運転モードにおける回転速度が好適に採用できる。 Even if operation in the energy-saving operation mode causes foreign matter to accumulate in the discharge pipe, potentially leading to blockage, the inclusion of a blockage assessment unit makes it possible to assess the blockage status of the discharge pipe. If the blockage assessment unit assesses that there is a risk of blockage in the discharge pipe, the system can switch from the energy-saving operation mode to the blockage elimination operation mode, thereby preventing abnormalities such as blockage of the discharge pipe. The rotational speed of the pump device in the blockage elimination operation mode can be any value that ensures that the flow velocity in the discharge pipe is equal to or greater than a predetermined flow velocity that allows foreign matter to be expelled, and the rotational speed in the rated operation mode can be suitably used.

同第の特徴構成は、上述した第一の特徴構成に加えて、前記貯水槽の水位が、前記省エネルギー運転モードでの運転に対応する水位であっても、電力料金が深夜料金対応の時間帯には前記定格運転モードで運転する点にある。 The sixth characteristic configuration is that, in addition to the first characteristic configuration described above, even if the water level in the water tank is at a level corresponding to operation in the energy-saving operation mode, the system operates in the rated operation mode during times when electricity rates correspond to late-night rates.

商用電力の電力料金は、電力需要の低い深夜時間帯で昼間時間帯より安価に設定されている。そこで、貯水槽の水位が、省エネルギー運転モードでの運転に対応する水位であっても、深夜料金対応時間帯には定格運転モードで運転することで、安全に排水しながらも電力消費を抑制できる。 Commercial electricity rates are set lower during the night when demand is low than during the day. Therefore, even if the water level in the water tank is at a level that would allow operation in energy-saving mode, by operating in rated operation mode during the night-time rate period, it is possible to safely drain water while reducing power consumption.

上述の目的を達成するため、本発明によるポンプ制御装置の特徴構成は、水位センサで検出された貯水槽の水位が起動水位まで上昇するとポンプ装置を起動し、その後停止水位まで下がると前記ポンプ装置を停止するマンホールポンプ装置のポンプ制御装置であって、前記貯水槽の水位に応じて、前記ポンプ装置を定格回転速度で運転する定格運転モードと、前記定格回転速度より電力消費の少ない回転速度で運転する省エネルギー運転モードとの間で切り替える運転モード切替制御を実行し、前記定格運転モードにおけるポンプ効率η1、揚程H1、前記省エネルギー運転モードにおけるポンプ効率η2、揚程H2とするときに、前記省エネルギー運転モードにおけるポンプ効率η2が、η2>η1・(H2/H1)を満たすように前記ポンプ装置の回転速度が設定される点にある。 In order to achieve the above-mentioned object, the characteristic configuration of the pump control device according to the present invention is a pump control device for a manhole pump device that starts the pump device when the water level in a water tank detected by a water level sensor rises to a startup water level and then stops the pump device when it drops to a shutdown water level, and performs operation mode switching control to switch between a rated operation mode in which the pump device is operated at a rated rotational speed and an energy-saving operation mode in which the pump device is operated at a rotational speed that consumes less power than the rated rotational speed , depending on the water level in the water tank, and when the pump efficiency η1 and head H1 in the rated operation mode and the pump efficiency η2 and head H2 in the energy-saving operation mode are taken as the pump efficiency η2 in the energy-saving operation mode, the rotational speed of the pump device is set so that η2 > η1 · (H2/H1) .

以上説明した通り、本発明によれば、ポンプ設備の容量を有効に利用して、エネルギー効率の良い状態でポンプ装置を運転することができるポンプ制御方法及びポンプ制御装置を提供することができるようになった。 As described above, the present invention provides a pump control method and pump control device that can effectively utilize the capacity of the pump equipment and operate the pump device in an energy-efficient manner.

本発明に用いられるマンホールポンプ装置の説明図An explanatory diagram of a manhole pump device used in the present invention. ポンプ装置の制御方法を示すフローチャート1 is a flowchart showing a method for controlling a pump device. (a)はポンプ装置の性能曲線を用いた定格運転モードの説明図、(b)はポンプ装置の性能曲線を用いた省エネルギー運転モードの説明図1A is an explanatory diagram of a rated operation mode using a performance curve of a pump device, and FIG. 1B is an explanatory diagram of an energy-saving operation mode using a performance curve of a pump device. ポンプ装置の性能曲線を用いた動的な省エネルギー運転モードの説明図Illustrative diagram of dynamic energy-saving operation modes using pump unit performance curves 省エネルギー運転モードにおける回転数(回転速度)とポンプ効率の説明図Graph showing rotation speed and pump efficiency in energy-saving operation mode 省エネルギー運転モードにおける回転速度の設定アルゴリズムの説明図An explanatory diagram of the rotation speed setting algorithm in the energy-saving operation mode 水位の変動に基づいたポンプ装置の制御方法を示すフローチャート1 is a flowchart showing a method for controlling a pump device based on fluctuations in water level.

以下に、本発明によるポンプ制御方法及びポンプ制御装置を説明する。
[マンホールポンプ装置の構成]
図1に示すように、マンホールポンプ装置10は、流入管12から流入した汚水を貯留するマンホール11と、マンホール11に貯留された汚水を、吐出し管13a及び立上り配管13を介して流出管14に圧送する2台の水中ポンプPと、マンホール11に貯留された汚水の水位を計測する水位センサ15を備えている。水中ポンプPが本発明のポンプ装置Pとなり、マンホール11が貯水槽11となる。
A pump control method and a pump control device according to the present invention will be described below.
[Configuration of manhole pump device]
As shown in Figure 1, the manhole pump device 10 includes a manhole 11 that stores wastewater flowing in from an inlet pipe 12, two submersible pumps P that pump the wastewater stored in the manhole 11 through a discharge pipe 13a and a riser pipe 13 to an outlet pipe 14, and a water level sensor 15 that measures the water level of the wastewater stored in the manhole 11. The submersible pumps P serve as the pump device P of the present invention, and the manhole 11 serves as the water tank 11.

水位センサ15として投込圧力式や気泡式の水位センサが用いられ、水位センサ15がマンホール11の底部に設置されて、マンホール11に貯留される汚水の水位を連続的に検出するように構成されている。更に、水位センサ15の故障に備えてバックアップ用のフロート式の水位センサ16が異常高水位となる高さに設置され、水位センサ15及び水位センサ16で異常高水位を検出するように構成されている。 A plunge pressure or air bubble type water level sensor is used as the water level sensor 15, which is installed at the bottom of the manhole 11 and is configured to continuously detect the water level of the wastewater stored in the manhole 11. Furthermore, in case of a malfunction of the water level sensor 15, a backup float type water level sensor 16 is installed at a height where the water level becomes abnormally high, and the water level sensors 15 and 16 are configured to detect abnormally high water levels.

マンホールポンプ装置10の地上近傍には水中ポンプPの起動・停止を制御するポンプ制御装置21を備えた制御盤20が設けられている。ポンプ制御装置21と水中ポンプPの間に水中ポンプPに組み込まれた電動機Mに給電するための給電線27が配線され、ポンプ制御装置21と水位センサ15の間に、水位検知信号線28が配線されている。 A control panel 20 equipped with a pump control device 21 that controls the start and stop of the submersible pump P is installed near the ground level of the manhole pump device 10. A power supply line 27 for supplying power to the electric motor M incorporated in the submersible pump P is wired between the pump control device 21 and the submersible pump P, and a water level detection signal line 28 is wired between the pump control device 21 and the water level sensor 15.

[ポンプ制御装置の構成]
ポンプ制御装置21は、マイクロコンピュータと、マイクロコンピュータで実行される制御プログラムが格納されるメモリと、電動機Mへの給電制御信号の出力や水位センサ15からの信号を入力する入出力回路等を備えている。マイクロコンピュータにより制御プログラムが実行されることにより、本発明のポンプ制御装置が具現化され、ポンプ制御装置により本発明のポンプ制御方法が実行される。
[Configuration of pump control device]
The pump control device 21 includes a microcomputer, a memory for storing a control program executed by the microcomputer, and an input/output circuit for outputting a power supply control signal to the electric motor M and inputting a signal from the water level sensor 15. The control program is executed by the microcomputer, thereby realizing the pump control device of the present invention, and the pump control method of the present invention is executed by the pump control device.

ポンプ制御装置21は、さらに、マンホールポンプ装置10の運転状態を示す状態信号を遠隔監視装置に送信する通信回路等を備えている。例えば、水位センサ15による検出水位、ポンプ制御装置21で把握される水中ポンプPの起動時刻や1日の起動回数、異常高水位の発生の有無、さらには水中ポンプPに備えた温度センサで検知される異常過熱のような異常状態に関する情報等が通信回路を介して遠隔監視装置に送信される。マンホールポンプ装置10の管理者は、インターネットを介して遠隔監視装置にアクセスすることで監視可能になり、異常発生時には遠隔監視装置からマンホールポンプ装置10の管理者に緊急通報される。 The pump control device 21 also includes a communication circuit that transmits a status signal indicating the operating status of the manhole pump device 10 to the remote monitoring device. For example, information such as the water level detected by the water level sensor 15, the start time and number of times the submersible pump P is started per day as determined by the pump control device 21, whether or not an abnormally high water level has occurred, and information regarding abnormal conditions such as abnormal overheating detected by a temperature sensor provided in the submersible pump P, is transmitted to the remote monitoring device via the communication circuit. The manager of the manhole pump device 10 can monitor the system by accessing the remote monitoring device via the Internet, and if an abnormality occurs, the remote monitoring device will send an emergency alert to the manager of the manhole pump device 10.

ポンプ制御装置21は、水位センサ15により計測された水位に基づいて、水中ポンプPに組み込まれた電動機Mを制御する。水位センサ15を介してポンプ制御装置21により認識される水位には、異常高水位HHWL、起動水位HWL、省エネルギー運転モード切替水位PWL、定格運転モード切替水位MWL、停止水位LWLが含まれる。 The pump control device 21 controls the electric motor M incorporated in the submersible pump P based on the water level measured by the water level sensor 15. The water levels recognized by the pump control device 21 via the water level sensor 15 include the abnormally high water level HHWL, the starting water level HWL, the energy-saving operation mode switching water level PWL, the rated operation mode switching water level MWL, and the stop water level LWL.

異常高水位HHWLはマンホール11から汚水が溢流する虞のある水位を示し、起動水位HWLはマンホール11に貯留された汚水を排水するために水中ポンプPを起動する水位を示し、省エネルギー運転モード切替水位PWLは起動水位HWLより所定水位だけ低い水位で、後述する第2省エネルギー運転モードから第1省エネルギー運転モードに移行する水位を示し、定格運転モード切替水位MWLは省エネルギー運転モードから定格運転モードで切り替わる水位であって、望ましくは、水中ポンプPが水没した状態から水面に露出する直前の水位を示し、停止水位LWLは水中ポンプPを停止する水位を示す。第1省エネルギー運転モード切替水位PWL及び定格運転モード切替水位MWLは実際のマンホール11の容積、水中ポンプPの型式に応じて適宜設定されてもよく、管理者によって任意に設定されてもよい。 The abnormally high water level HHWL indicates the water level at which sewage may overflow from the manhole 11. The start-up water level HWL indicates the water level at which the submersible pump P is started to drain the sewage stored in the manhole 11. The energy-saving operation mode switching water level PWL is a water level a predetermined level lower than the start-up water level HWL and indicates the water level at which the system switches from the second energy-saving operation mode (described below) to the first energy-saving operation mode. The rated operation mode switching water level MWL is the water level at which the system switches from the energy-saving operation mode to the rated operation mode, and preferably indicates the water level just before the submersible pump P changes from a submerged state to the water surface. The stop water level LWL indicates the water level at which the submersible pump P is stopped. The first energy-saving operation mode switching water level PWL and the rated operation mode switching water level MWL may be set appropriately depending on the actual volume of the manhole 11 and the model of the submersible pump P, or may be set arbitrarily by the administrator.

ポンプ制御装置21は、水位センサ15で検出されたマンホール11の水位が起動水位HWLになると一方の水中ポンプPを起動して排水を開始し、停止水位LWLになると当該水中ポンプPを停止する。その後、再びマンホール11の水位が起動水位HWLになると他方の水中ポンプPを起動し、その後停止水位LWLになると当該水中ポンプPを停止する。つまり、2基の水中ポンプPは交互に運転される。なお、異常高水位HHWLになると、ポンプ制御装置21は2基の水中ポンプPを同時運転する。 When the water level in the manhole 11 detected by the water level sensor 15 reaches the starting water level HWL, the pump control device 21 starts one of the submersible pumps P to begin draining the water, and stops that submersible pump P when it reaches the stopping water level LWL. Then, when the water level in the manhole 11 reaches the starting water level HWL again, the pump control device 21 starts the other submersible pump P, and then stops that submersible pump P when it reaches the stopping water level LWL. In other words, the two submersible pumps P are operated alternately. Furthermore, when the abnormally high water level HHWL is reached, the pump control device 21 operates the two submersible pumps P simultaneously.

図2に示すように、ポンプ制御装置21は、水位センサ15により計測されたマンホール11の水位を入力して(SA1)、水位に応じて予め定められた制御を水中ポンプPに対して実行するように構成されている。 As shown in Figure 2, the pump control device 21 is configured to input the water level in the manhole 11 measured by the water level sensor 15 (SA1) and execute predetermined control of the submersible pump P depending on the water level.

マンホール11の水位が定格運転水位であれば(SA2)、定格運転モードで水中ポンプPを制御し(SA7)、第2省エネルギー運転水位であれば(SA3)、第2省エネルギー運転モードで水中ポンプPを制御し(SA8)、第1省エネルギー運転水位であれば(SA4)、第1省エネルギー運転モードで水中ポンプPを制御し(SA9)、停止水位LWLであれば(SA5)、水中ポンプPを停止し(SA10)、異常高水位HHWLであれば(SA6)、2基の水中ポンプPを同時に駆動する(SA11)。 If the water level in the manhole 11 is at the rated operating level (SA2), the submersible pump P is controlled in the rated operating mode (SA7); if it is at the second energy-saving operating level (SA3), the submersible pump P is controlled in the second energy-saving operating mode (SA8); if it is at the first energy-saving operating level (SA4), the submersible pump P is controlled in the first energy-saving operating mode (SA9); if it is at the stop water level LWL (SA5), the submersible pump P is stopped (SA10); and if it is at the abnormally high water level HHWL (SA6), the two submersible pumps P are driven simultaneously (SA11).

定格運転水位とは、異常高水位HHWL未満で起動水位HWL以上の水位、及び、定格運転モード切替水位MWL以下で停止水位LWLより高い水位をいう。マンホール11の水位が定格運転水位である場合には、ポンプ効率よりも排水に要する時間を重視して、ポンプ制御装置21は水中ポンプPを定格運転モードで運転する。定格運転モードは、排水優先モードとも言い得る。 The rated operating water level refers to a water level below the abnormally high water level HHWL but above the start-up water level HWL, and a water level below the rated operation mode switching water level MWL but above the shutdown water level LWL. When the water level in the manhole 11 is at the rated operating water level, the pump control device 21 places more importance on the time required for drainage than on pump efficiency, and operates the submersible pump P in rated operating mode. The rated operating mode can also be called drainage priority mode.

異常高水位HHWL未満で起動水位HWL以上の水位である場合には、マンホール11へ多量の汚水が流入しても異常高水位HHWLを超えないように、定格運転モードで運転する。また、定格運転モード切替水位MWL以下で停止水位LWLより高い水位である場合には、汚水による電動機Mの冷却効果が低減し、異常な過熱状態に到ることが無いように、ポンプ制御装置21は水中ポンプPを定格運転モードで運転して速やかに停止する。 When the water level is below the abnormally high water level HHWL but above the start-up water level HWL, the pump operates in rated operation mode so that the water level does not exceed the abnormally high water level HHWL even if a large amount of sewage flows into the manhole 11. Furthermore, when the water level is below the rated operation mode switching level MWL but above the stop water level LWL, the cooling effect of the sewage on the motor M is reduced, and the pump control device 21 operates the submersible pump P in rated operation mode and quickly stops it to prevent it from reaching an abnormally overheated state.

なお、停止水位LWLが検出されると直ちに水中ポンプPを停止してもよいが、停止水位LWLが検出された所定時間経過後、具体的には停止水位LWLから水中ポンプPの吸込口SP近傍までの水位に相当する水量を圧送するのに要する時間の経過後に水中ポンプPを停止してもよい。 The submersible pump P may be stopped immediately when the stop water level LWL is detected, or may be stopped after a predetermined time has passed since the stop water level LWL was detected, specifically after the time required to pump a volume of water equivalent to the water level from the stop water level LWL to the vicinity of the suction port SP of the submersible pump P has passed.

第2省エネルギー運転水位とは、起動水位HWLから省エネルギー運転モード切替水位PWLまでの間の水位をいう。この間に水中ポンプPを第1省エネルギー運転モードで運転すると、流出管14から圧送される汚水量より流入管12から流入する汚水量が多い場合に、起動水位HWLを超えて異常高水位HHWLに達する虞がある。そのため、ポンプ制御装置21は、水中ポンプPを定格運転モードよりは高いポンプ効率でありながら、水位の上昇を来さない範囲で運転する。水位の管理を優先する当該運転モードを第2省エネルギー運転モードという。 The second energy-saving operation water level refers to the water level between the starting water level HWL and the energy-saving operation mode switching water level PWL. If the submersible pump P is operated in the first energy-saving operation mode during this period, there is a risk that the starting water level HWL will be exceeded and the abnormally high water level HHWL will be reached if the amount of sewage flowing in from the inlet pipe 12 is greater than the amount of sewage pumped out from the outlet pipe 14. Therefore, the pump control device 21 operates the submersible pump P with higher pump efficiency than in the rated operation mode, but within a range that does not cause the water level to rise. This operation mode, which prioritizes water level management, is called the second energy-saving operation mode.

省エネルギー運転モード切替水位PWLは、起動水位HWLより所定水位低い水位をいう。マンホール11の最大深さは1500~2000mm程度に設定される場合が多く、本実施形態では、所定水位の値として、数百mm(200~300mm程度)に設定されている。なお、所定水位の値は、マンホールの最大深さや流入汚水量等に基づいて適宜設定される値である。 The energy-saving operation mode switching water level PWL is a water level that is a predetermined level lower than the start-up water level HWL. The maximum depth of the manhole 11 is often set to approximately 1500 to 2000 mm, and in this embodiment, the predetermined water level is set to several hundred mm (approximately 200 to 300 mm). The predetermined water level is set appropriately based on the maximum depth of the manhole, the amount of wastewater flowing in, etc.

第1省エネルギー運転水位とは、省エネルギー運転モード切替水位PWLから定格運転モード切替水位MWLまでの間をいう。第1省エネルギー運転水位では、ポンプ制御装置21は水中ポンプPを第1省エネルギー運転モードで運転する。即ち、省エネルギー運転モードには、第1省エネルギー運転モードと第2省エネルギー運転モードが含まれる。 The first energy-saving operation water level is the level between the energy-saving operation mode switching water level PWL and the rated operation mode switching water level MWL. At the first energy-saving operation water level, the pump control device 21 operates the submersible pump P in the first energy-saving operation mode. In other words, the energy-saving operation modes include the first energy-saving operation mode and the second energy-saving operation mode.

[定格運転モードの説明]
図3(a)には、定格運転モードの性能曲線が示されている。hは起動水位HWLから吐出し井までの実揚程である。水中ポンプPは、予め設定される全揚程H0と吐出し量Q0を満たすように選定される。全揚程H0は、実揚程hに管路抵抗等の損失を加算したシステムカーブで示され、流量Qに応じて変化する。吐出し量Q0は、マンホール11の容積と最大流入汚水量により定まる。
[Explanation of rated operation mode]
Figure 3(a) shows the performance curve for the rated operation mode. h is the actual head from the starting water level HWL to the discharge well. The submersible pump P is selected to satisfy the preset total head H0 and discharge rate Q0. The total head H0 is shown by a system curve obtained by adding losses such as pipeline resistance to the actual head h, and varies depending on the flow rate Q. The discharge rate Q0 is determined by the volume of the manhole 11 and the maximum amount of inflow sewage.

つまり、吐出し量Q0は、マンホール11に最大流入汚水量の汚水が流入する場合でも溢流することなく排水可能な流量に設定され、起動水位HWLから停止水位LWLまで所定時間内に排水可能な流量に設定される。また、水中ポンプPに接続される吐出し管13aは、異物の滞留や閉塞を回避するべく、予め口径及び管内流速が定められ、それに基づいて仕様流量である吐出し量Q0が設定されている。 In other words, the discharge rate Q0 is set to a flow rate that allows sewage to be drained without overflow even when the maximum amount of sewage flows into the manhole 11, and is set to a flow rate that allows sewage to be drained from the starting water level HWL to the stopping water level LWL within a specified time. Furthermore, the diameter and flow rate within the discharge pipe 13a connected to the submersible pump P are predetermined to prevent foreign matter from accumulating or clogging, and the discharge rate Q0, which is the specified flow rate, is set based on this.

これらの条件に基づいて選定された水中ポンプPは、結果として要求性能を上回ることになり、定格回転速度で運転(定格運転)すると、全揚程曲線とシステムカーブの交点HQ1が運転点となる。その結果、仕様流量である吐出し量Q0よりも流量がΔQだけ多くなる流量Q1で運転されることになる。 Submersible pump P selected based on these conditions will ultimately exceed the required performance, and when operated at the rated rotational speed (rated operation), the intersection HQ1 of the total head curve and the system curve will be the operating point. As a result, it will operate at a flow rate Q1 that is ΔQ higher than the specified discharge rate Q0.

この場合、起動水位から停止水位まで排水するのに要する時間は短くなるが、流量ΔQに対応して管路の摩擦抵抗が大きくなり、全揚程H1が仕様値である全揚程H0よりΔHだけ高くなるため、エネルギー損失が生じ、消費電力量が嵩む。 In this case, the time required to drain the water from the starting water level to the stopping water level will be shorter, but the frictional resistance in the pipes will increase in response to the flow rate ΔQ, and the total head H1 will be higher by ΔH than the specified total head H0, resulting in energy loss and increased power consumption.

[省エネルギー運転モードの説明]
省エネルギー運転モードでは、ポンプ効率η2が、η2>η1・(H2/H1)を満たすように回転速度が設定される。
図6に示すように、定格運転モードにおける吐出し体積量V1は、流量Q1、運転時間T1として、次式で表わされる。
V=Q1×T1
この時の水中ポンプPの出力P1は、揚程H1、ポンプ効率η1として、次式で表わされる。
P1=(0.163×Q1×H1)/η1
電力量Whは、次式で表わされる。
Wh=P1×T1=(0.163×Q1×H1)/η1×V1/Q1
省エネルギー運転モードにおける電力P2、時間T2とすると、以下の数式が成立する場合に、定格運転モードよりも省電力となる。
P1×T1>P2×T2,V1=V2
即ち、以下の条件が成立するポンプ効率η2で運転する場合に、省電力となる。
(0.163×Q1×H1)/η1×V1/Q1>(0.163×Q2×H2)/η2×V2/Q2
η2>η1・(H2/H1)
[Explanation of energy-saving operation mode]
In the energy-saving operation mode, the rotation speed is set so that the pump efficiency η2 satisfies η2>η1·(H2/H1).
As shown in FIG. 6, the discharge volume V1 in the rated operation mode is expressed by the following equation, where Q1 is the flow rate and T1 is the operation time.
V = Q1 x T1
The output P1 of the submersible pump P at this time is expressed by the following equation, where H1 is the head and η1 is the pump efficiency.
P1=(0.163×Q1×H1)/η1
The amount of power Wh is expressed by the following formula.
Wh=P1×T1=(0.163×Q1×H1)/η1×V1/Q1
When the power and time in the energy-saving operation mode are P2 and T2, and the following formula is satisfied, the power consumption is lower than in the rated operation mode.
P1×T1>P2×T2, V1=V2
That is, when the pump is operated at a pump efficiency η2 that satisfies the following condition, power consumption is reduced.
(0.163×Q1×H1)/η1×V1/Q1>(0.163×Q2×H2)/η2×V2/Q2
η2>η1・(H2/H1)

第1省エネルギー運転モードでは、ポンプ効率η2が、η2>η1・(H2/H1)を満たす最大値となるように水中ポンプPの回転速度が設定されることが好ましく、最大の省電力効果が得られ、エネルギー効率の良い状態でポンプ装置を運転することができるようになる。
なお、水中ポンプPの回転速度を定格回転速度N0からN1に低下させると、吐出し量Q2、全揚程H2、ポンプ効率η2は以下のようになる。
Q2=(N1/N0)×Q1
H2=(N1/N0)×H1
η2=1-(1-η1)/(N2/N1)1/5
In the first energy-saving operating mode, it is preferable to set the rotational speed of the submersible pump P so that the pump efficiency η2 is the maximum value that satisfies η2 > η1 · (H2/H1), thereby achieving the maximum power saving effect and enabling the pump device to be operated in an energy-efficient state.
Furthermore, when the rotational speed of the submersible pump P is reduced from the rated rotational speed N0 to N1, the discharge volume Q2, total head H2, and pump efficiency η2 become as follows.
Q2=(N1/N0)×Q1
H2=(N1/N0) 2 ×H1
η2=1-(1-η1)/(N2/N1) 1/5

図3(b)には、ポンプ効率η2が、η2>η1・(H2/H1)を満たす最大値となるように水中ポンプPの回転速度が設定されるときの第1省エネルギー運転モードの性能曲線が一点鎖線で示されている。
第1省エネルギー運転モードでは、定格運転モードにおける運転点HQ1から運転点HQ2にシフトすることで、流量はQ2に低下するが、管路損失も低減される。なお、効率はポンプ効率の他、電動機Mの効率を加味した総合効率であってもよい。
Figure 3(b) shows the performance curve of the first energy-saving operating mode when the rotational speed of the submersible pump P is set so that the pump efficiency η2 is the maximum value that satisfies η2 > η1 · (H2/H1) with a dotted line.
In the first energy-saving operation mode, the flow rate is reduced to Q2 by shifting the operating point from HQ1 in the rated operation mode to HQ2, but the pipeline loss is also reduced. Note that the efficiency may be the overall efficiency that takes into account the efficiency of the electric motor M in addition to the pump efficiency.

水中ポンプPの運転に伴って、マンホール11の貯水水位が低下するに連れて実揚程が上昇する。ポンプ制御装置21は、実揚程の変動に伴って変動するシステムカーブに追随して第1省エネルギー運転モードの運転点、つまりポンプ効率η2が、η2>η1・(H2/H1)を満たす最大値となるように水中ポンプPの回転速度を制御する。 As the submersible pump P operates, the actual head increases as the water level in the manhole 11 drops. The pump control device 21 follows the system curve, which fluctuates with the actual head, and controls the rotational speed of the submersible pump P so that the operating point of the first energy-saving operating mode, i.e., the pump efficiency η2, reaches the maximum value that satisfies η2 > η1 · (H2/H1).

図4には、実揚程がh1からh2に上昇した場合の第1省エネルギー運転モードの性能曲線が一点鎖線で示されている。ポンプ制御装置21は、実揚程がh1のときの第1省エネルギー運転モードの運転点HQ2h1から、実揚程がh2の上昇に伴って運転点がHQ2h2へ遷移するようにフィードバック制御する。このときの水中ポンプPの回転速度は、上述した演算と同様である。 In Figure 4, the performance curve of the first energy-saving operation mode when the actual head increases from h1 to h2 is shown by a dashed line. The pump control device 21 performs feedback control so that the operating point in the first energy-saving operation mode transitions from HQ2h1, the operating point when the actual head is h1, to HQ2h2 as the actual head increases to h2. The rotational speed of the submersible pump P at this time is the same as that calculated above.

実揚程の変動Δhに対する回転速度の調節は、連続的であってもよいし、段階的であってもよい。なお、実揚程の変動Δhに関わらず、初期に設定した回転速度を維持してもよい。 The rotation speed may be adjusted continuously or in stages in response to the fluctuation Δh in the actual head. The initially set rotation speed may be maintained regardless of the fluctuation Δh in the actual head.

[第2省エネルギー運転モードの説明]
ポンプ制御装置21は、上述した第2省エネルギー運転モードにおいて、水位センサ15による検出水位を監視しつつ、水位が上昇すると、η2>η1・(H2/H1)を満たす範囲で回転数を上昇させるフィードバック制御を行なうことで、定格運転モードより電力消費の少ない回転速度で、かつ、水位が上昇しない回転速度で水中ポンプPを制御する。水位が上昇から下降に転ずると、η2>η1・(H2/H1)を満たす範囲で回転数を下降させるフィードバック制御を行なう。この場合も、実揚程の変動Δhに対する回転速度の調節は、連続的であってもよいし、段階的であってもよい。
[Explanation of the second energy-saving operation mode]
In the second energy-saving operation mode described above, the pump control device 21 monitors the water level detected by the water level sensor 15, and when the water level rises, it performs feedback control to increase the rotation speed within a range that satisfies η2 > η1 · (H2/H1), thereby controlling the submersible pump P at a rotation speed that consumes less power than in the rated operation mode and that does not cause the water level to rise. When the water level changes from rising to falling, it performs feedback control to decrease the rotation speed within a range that satisfies η2 > η1 · (H2/H1). In this case, too, the adjustment of the rotation speed in response to the fluctuation Δh in the actual head may be continuous or stepwise.

つまり、第2省エネルギー運転モードにおける水中ポンプPの回転速度は、上限となる定格運転モードの回転速度と、下限となる第1省エネルギーモードの回転速度の間で制御される。
なお、定格運転モードと、第2省エネルギー運転モードと、第1省エネルギー運転モードの各運転モードが遷移する際や、各運転モードで水中ポンプPの回転速度を切替える際には、回転速度を急激に切り替えるのではなく、ステップ的に切り替えるように、好ましくは連続的に切り替えるように制御することが好ましい。
In other words, the rotation speed of the submersible pump P in the second energy saving operation mode is controlled between the upper limit rotation speed of the rated operation mode and the lower limit rotation speed of the first energy saving mode.
Furthermore, when transitioning between the rated operation mode, the second energy-saving operation mode, and the first energy-saving operation mode, or when switching the rotation speed of the underwater pump P in each operation mode, it is preferable to control the rotation speed so that it switches in steps, preferably continuously, rather than switching suddenly.

図5には、第1省エネルギー運転モードにおける回転数と出力とポンプ効率の関係が示されている。ポンプ効率ηは、定格回転速度で最大となり回転速度を低下させるに連れて低下する。しかし、吐出し量当りの出力は、回転速度を低下させるに連れて単調に減少するのではなく、ある点で最小値を取る。上述した数式で、η2>η1・(H2/H1)を満たす最大値となる水中ポンプPの回転速度に対応する回転速度で最小値となる。なお、図5では定格回転速度を100%と表記し、回転数(%)で表示しているが、実質的に異なるものではない。 Figure 5 shows the relationship between rotational speed, output, and pump efficiency in the first energy-saving operating mode. Pump efficiency η is maximum at the rated rotational speed and decreases as the rotational speed decreases. However, output per discharge volume does not monotonically decrease as the rotational speed decreases, but rather reaches a minimum value at a certain point. In the above formula, the minimum value is reached at the rotational speed corresponding to the maximum rotational speed of the submersible pump P that satisfies η2 > η1 · (H2/H1). Note that in Figure 5, the rated rotational speed is represented as 100% and the rotational speed (%) is displayed, but this is not substantially different.

[システムカーブの説明]
水中ポンプPのマンホール11への設置時に実施する竣工検査において、所定水位まで汚水を貯留した後、新たな汚水の流入が無い状態で、少なくとも3つ以上の回転数パターン、例えば100%回転数(定格回転速度)と90%と80%回転数で水中ポンプPを運転する。
このときの水位の変化量からそれぞれの吐出量を求めるとともに、当該水中ポンプPの全揚程曲線から求まる全揚程から管路抵抗曲線を算出することにより、システムカーブが得られる。得られたシステムカーブは、ポンプ制御装置21に備えたメモリに記憶され、システムカーブと水位センサ15による検出水位等に基づいて、省電力運転モードにおける回転数が算出される。
[System curve explanation]
In the completion inspection carried out when the submersible pump P is installed in the manhole 11, after storing wastewater up to a predetermined water level, the submersible pump P is operated at at least three rotation speed patterns, for example, 100% rotation speed (rated rotation speed), 90% rotation speed, and 80% rotation speed, with no new wastewater flowing in.
The system curve is obtained by determining the respective discharge rates from the amount of change in water level at this time and calculating the pipeline resistance curve from the total head determined from the total head curve of the submersible pump P. The obtained system curve is stored in a memory provided in the pump control device 21, and the rotation speed in the power saving operation mode is calculated based on the system curve and the water level detected by the water level sensor 15, etc.

[ポンプ制御方法の説明]
図7に示すように、マンホール11には不定期で汚水が流入する。水位センサ15により計測された水位が、所定周期でポンプ制御装置21に入力されると(SB0,SB1)、ポンプ制御装置21は計測された水位WLに応じて、2基の水中ポンプPを交互に駆動するように運転制御する。本実施形態では、所定周期は1秒に設定され、1秒間隔で以下の各処理が繰り返される。所定周期は1秒に限るものではなく適宜設定すればよい。
[Explanation of pump control method]
As shown in Figure 7, sewage flows into the manhole 11 at irregular intervals. When the water level measured by the water level sensor 15 is input to the pump control device 21 at a predetermined cycle (SB0, SB1), the pump control device 21 controls the operation of the two submersible pumps P so that they are driven alternately according to the measured water level WL. In this embodiment, the predetermined cycle is set to one second, and the following processes are repeated at one-second intervals. The predetermined cycle is not limited to one second and can be set as appropriate.

水位WLが異常高水位HHWL以上になると(SB2,Y)、遠隔監視装置や管理責任者の携帯端末等に警報を出力して、2基の水中ポンプPを同時運転する(SB3)。なお、水位WLが異常高水位HHWL以下になると、警報出力を停止する。 If the water level WL exceeds the abnormally high water level HHWL (SB2, Y), an alarm is output to the remote monitoring device or the manager's mobile terminal, and the two submersible pumps P are operated simultaneously (SB3). Furthermore, if the water level WL falls below the abnormally high water level HHWL, the alarm output is stopped.

水位WLが異常高水位HHWLより低く(SB4,N)、起動水位HWLより高い場合には(SB4,Y)、何れか1基の水中ポンプPを定格運転モードで運転することにより、消費電力よりも排水を優先した制御を行なう(SB5)。この状態で排水を継続することにより、汚水が流入しても水位WLが上昇することなく低下する。 If the water level WL is lower than the abnormally high water level HHWL (SB4, N) but higher than the start-up water level HWL (SB4, Y), one of the submersible pumps P is operated in rated operation mode, thereby prioritizing drainage over power consumption (SB5). By continuing to drain in this state, the water level WL will decrease without rising even if sewage flows in.

水位WLが起動水位HWL以下で(SB4,N)、省エネルギー運転モード切替水位PWLより高い場合には(SB6,Y)、水中ポンプPを第2省エネルギー運転モードで運転することで、省電力運転モードでありながらも、汚水の流入に起因する水位の上昇を回避することを優先した制御を行なう(SB7)。なお、この状態で汚水の流入量が多くなり、水位WLが起動水位HWLより高くなると、次のループでステップSB5の定格運転モードが実行されることになる。 If the water level WL is below the start-up water level HWL (SB4, N) but higher than the energy-saving operation mode switching water level PWL (SB6, Y), the submersible pump P is operated in the second energy-saving operation mode, thereby controlling the pump to prioritize avoiding a rise in the water level due to the inflow of sewage, even in the power-saving operation mode (SB7). If the amount of inflow of sewage increases in this state and the water level WL rises above the start-up water level HWL, the rated operation mode of step SB5 will be executed in the next loop.

水位WLが省エネルギー運転モード切替水位PWL以下で(SB6,N)、定格運転モード切替水位MWLより高い場合には(SB8,Y)、水中ポンプPを第1省エネルギー運転モードで運転することにより、省電力効果が最大となる回転数で水中ポンプPを制御する(SB9)。なお、この状態で汚水の流入量が多くなり、水位WLが省エネルギー運転モード切替水位PWLより高くなると、次のループでステップS7の第2省エネルギー運転モードが実行されることになる。 If the water level WL is below the energy-saving operation mode switching level PWL (SB6, N) but higher than the rated operation mode switching level MWL (SB8, Y), the submersible pump P is operated in the first energy-saving operation mode, controlling the submersible pump P at the rotation speed that maximizes the power saving effect (SB9). Furthermore, if the amount of wastewater inflow increases in this state and the water level WL rises above the energy-saving operation mode switching level PWL, the second energy-saving operation mode will be executed in step S7 in the next loop.

水位WLが定格運転モード切替水位MWL以下で(SB8,N)、停止水位LWLより高い場合には(SB10,Y)、吐出し管等に異物が滞留することが無いように、また水中ポンプPを駆動する電動機が異常過熱することが無いように、何れか1基の水中ポンプPを定格運転モードで運転する(SB11)。 If the water level WL is below the rated operation mode switching water level MWL (SB8, N) but higher than the stop water level LWL (SB10, Y), one of the submersible pumps P will be operated in rated operation mode (SB11) to prevent foreign matter from accumulating in the discharge pipe, etc., and to prevent the electric motor driving the submersible pump P from abnormally overheating.

水位WLが停止水位LWL以下になると(SB10,N)、所定時間経過後に水中ポンプPを停止する(SB12)。所定時間とは、既述したように、停止水位LWLから水中ポンプPの吸込口SP近傍までの水位に相当する水量を圧送するのに要する時間をいう。なお、所定時間経過を待たずに直ちに停止してもよい。 When the water level WL falls below the stop water level LWL (SB10, N), the submersible pump P is stopped after a predetermined time has elapsed (SB12). As mentioned above, the predetermined time refers to the time required to pump a volume of water equivalent to the water level from the stop water level LWL to the vicinity of the suction port SP of the submersible pump P. Note that the pump may be stopped immediately without waiting for the predetermined time to elapse.

[別実施形態1の説明]
商用電力の電力料金は、電力需要の低い深夜時間帯(23時から翌7時)で昼間時間帯より安価に設定されている。そこで、マンホール11の水位が、省エネルギー運転モードでの運転に対応する水位であっても、電力料金が深夜料金に対応する時間帯には定格運転モードで運転するように制御することができる。その結果、安全かつ速やかに排水しながらも電力コストを抑制できる。
[Description of Alternative Embodiment 1]
Commercial electricity rates are set lower during late-night hours (11:00 PM to 7:00 AM) when demand is low than during daytime hours. Therefore, even if the water level in the manhole 11 is at a level that corresponds to operation in the energy-saving operation mode, it is possible to control the system to operate in the rated operation mode during hours when the electricity rate corresponds to the late-night rate. As a result, it is possible to reduce electricity costs while safely and quickly draining water.

例えば、マンホール11の水位が第2省エネルギー運転に対応する水位である場合や、第1省エネルギー運転に対応する水位である場合でも、深夜時間帯であれば、一律に定格運転モードで水中ポンプPを運転することができる。 For example, even if the water level in the manhole 11 is at a level corresponding to the second energy-saving operation or the first energy-saving operation, the submersible pump P can be operated uniformly in the rated operation mode during the late night hours.

例えば、所定量の汚水の流入が予測される場合に、深夜料金終了時刻(翌7時)となる前に、マンホール11の水位が起動水位HWL未満で、ポンプPが停止状態にあっても、定格運転モードで水中ポンプPを運転するようにしてもよい。 For example, if a predetermined amount of wastewater is predicted to inflow, the submersible pump P may be operated in rated operation mode even if the water level in the manhole 11 is below the start-up water level HWL and the pump P is stopped before the end of the midnight rate period (7:00 a.m. the following morning).

深夜料金終了時刻(翌7時)となる前にマンホール11の汚水を停止水位LWLまで排水しておくことで、その後の昼間時間帯に同量の汚水を排水する場合に比較して電力コストを低減できる。特に、昼間時間帯における省エネルギー運転モードでの電力コストよりも深夜時間帯における定格運転モードでの電力コストが安価となる場合に特に有効である。 By draining the wastewater from manhole 11 down to the stop water level LWL before the end of the late-night rate period (7:00 a.m. the following morning), electricity costs can be reduced compared to draining the same amount of wastewater during the subsequent daytime hours. This is particularly effective when the electricity cost in rated operation mode during late-night hours is cheaper than the electricity cost in energy-saving operation mode during the daytime hours.

具体的に、例えば、ポンプ制御装置21が、所定の予測流入量の汚水の流入を加味して、マンホール11の水位が異常高水位HHWLより低く起動水位HWLより高い許容貯留水位に達する量、つまり異常高水位HHWLには達しないが起動水位HWLを超える量の予測貯水量を算出した場合に、水中ポンプPを定格運転モードで運転することにより当該予測貯水量の汚水を停止水位LWLまで排水することができる運転時間を予測運転時間として算出することができ、深夜料金終了時刻(翌7時)から予測運転時間だけ遡った時刻に水中ポンプPを運転することにより実現できる。 Specifically, for example, if the pump control device 21 calculates the predicted storage amount, taking into account a predetermined predicted inflow of sewage, that is, the amount at which the water level in the manhole 11 will reach the allowable storage level that is lower than the abnormally high water level HHWL but higher than the start-up water level HWL, i.e., the amount that does not reach the abnormally high water level HHWL but exceeds the start-up water level HWL, the operating time required to drain the predicted storage amount of sewage down to the stop-up water level LWL by operating the submersible pump P in rated operating mode can be calculated as the predicted operating time, and this can be achieved by operating the submersible pump P at a time that is the predicted operating time prior to the end of the late-night rate (7:00 a.m. the following day).

遠隔監視装置には、各マンホールポンプ装置10のポンプ制御装置21から運転状態を示す状態信号が送信される。そのような状態信号には、水中ポンプPの1日における起動時刻及び停止時刻が含まれる。当該起動時刻及び停止時刻に基づいて、遠隔監視装置が統計的な解析を行ない、或いは遠隔監視装置に備えた機械学習装置を用いた学習を実行することにより、マンホール11に流入する汚水量の1日の傾向、1週間の傾向、さらには任意の時間における汚水の予測流入量などが求まる。遠隔監視装置からポンプ制御装置21がその結果を取得することにより、汚水の予測流入量を算出することができる。 The pump control device 21 of each manhole pump device 10 sends a status signal indicating the operating status to the remote monitoring device. Such status signals include the start and stop times of the submersible pump P for the day. Based on the start and stop times, the remote monitoring device performs statistical analysis or executes learning using a machine learning device installed in the remote monitoring device, thereby determining the daily trend, weekly trend, and even the predicted amount of sewage inflow at any given time for the amount of sewage flowing into the manhole 11. The pump control device 21 obtains the results from the remote monitoring device, allowing it to calculate the predicted amount of sewage inflow.

遠隔監視装置が、上述した予測貯水量と予測運転時間を算出し、深夜料金終了時刻(翌7時)から予測運転時間だけ遡った時刻に水中ポンプPを運転するように、ポンプ制御装置21に指示するように構成してもよい。この場合には、個々のポンプ制御装置21と遠隔監視装置とで、本発明のポンプ制御方法が実行される。 The remote monitoring device may be configured to calculate the predicted water storage volume and predicted operating time described above, and instruct the pump control device 21 to operate the submersible pump P at a time that is the predicted operating time before the end of the late-night rate (7:00 a.m. the following morning). In this case, the pump control method of the present invention is executed by each pump control device 21 and the remote monitoring device.

[別実施形態2の説明]
深夜料金開始時刻(23時)の前に、上述した汚水の予測流入量を加味して、上述した許容貯留水位を超えないと判断できる場合には、本来なら定格運転モードで運転すべき水位であっても、第2省エネルギー運転モード或いは第1省エネルギー運転モードで運転することができる。また、本来なら第2省エネルギー運転モードで運転すべき水位であっても、第1省エネルギー運転モードで水中ポンプPを運転することができる。
[Description of Alternative Embodiment 2]
If it is determined that the allowable storage water level will not be exceeded before the midnight rate start time (11:00 PM) by taking into account the predicted wastewater inflow volume described above, the submersible pump P can be operated in the second energy-saving operation mode or the first energy-saving operation mode even if the water level would normally require operation in the rated operation mode. Also, the submersible pump P can be operated in the first energy-saving operation mode even if the water level would normally require operation in the second energy-saving operation mode.

具体的に、ポンプ制御装置21が、所定の予測流入量の汚水の流入を加味して、マンホール11の水位が異常高水位HHWLより低く起動水位HWLより高い許容貯留水位に達する量、つまり異常高水位HHWLには達しない量の予測貯水量を算出した場合に、水中ポンプPを第1または第2省エネルギー運転モードで運転することにより予測貯水量の汚水を停止水位LWLまで排水することができる運転時間、或いは少なくとも起動水位HWLまで排水することができる運転時間を予測運転時間として算出することができ、深夜料金開示時刻(23時)から予測運転時間だけ遡った時刻に水中ポンプPを省エネルギー運転モードで運転することにより実現できる。なお、停止水位LWLまで排水することができない場合でも、深夜料金開示時刻に達した後に水中ポンプPを定格運転モードで運転すればよい。 Specifically, when the pump control device 21 calculates the predicted storage volume, taking into account a predetermined predicted inflow of sewage, so that the water level in the manhole 11 reaches the allowable storage volume that is lower than the abnormally high water level HHWL and higher than the start-up water level HWL (i.e., the volume that will not reach the abnormally high water level HHWL), it can calculate the predicted operating time as the operating time during which the predicted storage volume of sewage can be drained to the stop level LWL, or at least to the start-up water level HWL, by operating the submersible pump P in the first or second energy-saving operating mode. This can be achieved by operating the submersible pump P in the energy-saving operating mode at a time that is the predicted operating time prior to the midnight rate discontinuation time (11:00 PM). Note that even if it is not possible to drain the sewage down to the stop level LWL, the submersible pump P can simply be operated in the rated operating mode after the midnight rate discontinuation time is reached.

上述と同様に、遠隔監視装置が、上述した予測貯水量と予測運転時間を算出し、深夜料金開始時刻(23時)から予測運転時間だけ遡った時刻に水中ポンプPを運転するように、ポンプ制御装置21に指示するように構成してもよい。この場合には、個々のポンプ制御装置21と遠隔監視装置とで、本発明のポンプ制御方法が実行される。 As described above, the remote monitoring device may be configured to calculate the predicted water storage volume and predicted operating time described above, and instruct the pump control device 21 to operate the submersible pump P at a time that is the predicted operating time before the late-night rate start time (11:00 p.m.). In this case, the pump control method of the present invention is executed by each pump control device 21 and the remote monitoring device.

[別実施形態3の説明]
ポンプ制御装置21に、ポンプ装置Pまたはポンプ装置Pに接続される吐出し管13aの閉塞状況を評価する閉塞評価部を備え、閉塞評価部により閉塞の虞があると評価されると、省エネルギー運転モードから吐出し管13aの管内流速が所定流速以上となるように水中ポンプPの回転速度を切替える閉塞回避運転モードに移行するようにポンプ制御装置21を構成してもよい。
[Description of Alternative Embodiment 3]
The pump control device 21 may be configured to include a blockage evaluation unit that evaluates the blockage status of the pump device P or the discharge pipe 13a connected to the pump device P, and if the blockage evaluation unit evaluates that there is a risk of blockage, the pump control device 21 may be configured to transition from an energy-saving operation mode to a blockage avoidance operation mode in which the rotational speed of the underwater pump P is switched so that the flow velocity inside the discharge pipe 13a is equal to or greater than a predetermined flow velocity.

省エネルギー運転モードでの運転の影響により、吐出し管13aに異物が滞留し、閉塞を招く虞がある場合でも、閉塞評価部を備えることにより吐出し管13aの閉塞状況を評価することができる。 Even if operation in energy-saving mode causes foreign matter to accumulate in the discharge pipe 13a, potentially leading to blockage, the blockage assessment unit makes it possible to assess the blockage status of the discharge pipe 13a.

そして、閉塞評価部により吐出し管13aに閉塞の虞があると評価される場合には、ポンプ制御装置21は、省エネルギー運転モードから閉塞回避運転モードに移行して、吐出し管13aの管内流速が異物を排出可能な所定流速以上となるようにポンプ装置の回転速度を切替えるので、吐出し管13aの閉塞等の異常の発生を回避することができる。 If the blockage assessment unit assesses that there is a risk of blockage in the discharge pipe 13a, the pump control device 21 switches from energy-saving operation mode to blockage avoidance operation mode and switches the rotation speed of the pump device so that the flow velocity within the discharge pipe 13a is equal to or greater than a predetermined flow velocity at which foreign matter can be discharged, thereby preventing abnormalities such as blockage of the discharge pipe 13a.

閉塞評価部により実行される閉塞評価手法は特に限定されるものではなく、公知の手法を応用することができる。例えば、マンホールの水位が定格運転モード切替水位MWLに達して定格運転モードに切り替わり、停止水位LWLに達するまでの時間が、予め設定される基準時間より長くなる場合に、閉塞の虞があると評価することができる。 The blockage assessment method executed by the blockage assessment unit is not particularly limited, and any known method can be applied. For example, if the time it takes for the water level in the manhole to reach the rated operation mode switching water level MWL and switch to the rated operation mode, and then reach the stop water level LWL, is longer than a preset reference time, it can be assessed that there is a risk of blockage.

遠隔監視装置には、各マンホールポンプ装置10に対する過去の運転情報から、定格運転モードの継続時間と、マンホール11へ流入する汚水の時刻と流入量との関係が把握されている。そのため、1日の時間帯に応じて定格運転モードの継続時間の平均値が把握されている。この時間帯ごとの定格運転モードの継続時間の平均値より長い閾値時間(基準時間)以上に亘って定格運転モードが継続する場合に閉塞の虞があると評価することができる。汚水に混入する異物に対する搬送力が低下する傾向のある省エネルギー運転モードでの累積運転時間が長くなると、それだけ吐出し管13aなどへの異物の付着や堆積が進み、定格運転モードでの運転継続時間からその程度を評価するものである。 The remote monitoring device uses past operating information for each manhole pumping device 10 to determine the duration of rated operation mode and the relationship between the time and amount of wastewater flowing into the manhole 11. Therefore, the average duration of rated operation mode is determined for each time period of the day. If rated operation mode continues for a threshold time (reference time) or longer that is longer than the average duration of rated operation mode for each time period, it can be assessed as a risk of blockage. As the cumulative operating time in energy-saving operation mode, which tends to reduce the conveying power for foreign matter mixed in with wastewater, increases, foreign matter will adhere to and accumulate on the discharge pipe 13a and other areas, and the extent of this is assessed from the duration of operation in rated operation mode.

閉塞回避運転モードとして定格運転モードを採用することができる。定格運転モードで閉塞の虞の評価が改善しない場合には、逆回転モードを採用することができる。定格運転モードから徐々に回転数を下げて停止した後に電動機Mを逆回転させることにより、羽根車に纏わりついた異物を振りほどくことができる。その後、定格運転モードに切り替えて異物を汚水とともに圧送することで、状態を改善することができる。電動機Mの正転と逆転を複数回繰り返してもよい。 The rated operation mode can be used as the clogging avoidance operation mode. If the risk of clogging does not improve in the rated operation mode, the reverse rotation mode can be used. By gradually reducing the rotation speed from the rated operation mode and stopping it, and then rotating the motor M in reverse, it is possible to shake off any foreign matter clinging to the impeller. The condition can then be improved by switching back to the rated operation mode and pumping the foreign matter out together with the wastewater. The motor M may be rotated forward and reverse multiple times.

[別実施形態4の説明]
閉塞評価部を構成する他の態様として、特開2022-075128号に開示されたようなAI診断処理技術を採用することができる。
AI診断処理では、水中ポンプの特性を示す計測データを時系列的にサンプリングして診断用の特性データを得るサンプリングステップと、サンプリングステップで得られた特性データを所定の統計データに基づいて正規化処理する正規化ステップと、正規化ステップで正規化処理された特性データと予め設定された境界閾値に基づいてマンホールポンプの正常または異常を診断する診断ステップと、が実行される。計測データとして、例えば、水中ポンプの運転時間と運転回数が選択できる。
[Description of Alternative Embodiment 4]
As another aspect of configuring the blockage evaluation unit, an AI diagnostic processing technique such as that disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2022-075128 can be adopted.
The AI diagnostic process involves a sampling step in which measurement data indicating the characteristics of the submersible pump are sampled in a time series to obtain diagnostic characteristic data, a normalization step in which the characteristic data obtained in the sampling step is normalized based on predetermined statistical data, and a diagnosis step in which the normalization process is performed based on the characteristic data normalized in the normalization step and a preset boundary threshold value to diagnose whether the manhole pump is normal or abnormal. For example, the operating time and number of times the submersible pump is operated can be selected as the measurement data.

そして、所定の更新条件が成立したときに、直前の所定期間に診断ステップで正常と診断された正規化処理前の特性データに基づいて所定の統計データを更新処理する統計データ更新ステップを備えている。 The system also includes a statistical data update step that, when a predetermined update condition is met, updates predetermined statistical data based on characteristic data before normalization that was diagnosed as normal in the diagnosis step during the immediately preceding predetermined period.

サンプリングステップで時系列的にサンプリングされた計測データから得られる診断用の特性データを正規化ステップで正規化することにより、水中ポンプの固有の機差による影響や設置環境の影響などを排除した特性データを特徴量として抽出することができ、診断ステップにより特性データと予め設定された境界閾値に基づいてマンホールポンプが正常であるか異常であるかが適切に診断される。 By normalizing the diagnostic characteristic data obtained from the measurement data sampled in a time series manner in the sampling step in the normalization step, it is possible to extract characteristic data as features that eliminate the effects of inherent mechanical differences in the submersible pump and the effects of the installation environment, and the diagnostic step appropriately diagnoses whether the manhole pump is normal or abnormal based on the characteristic data and a preset boundary threshold.

そして、所定の更新条件が成立したときに、正規化するための所定の統計データが、直前の所定期間にサンプリングされて診断ステップで正常と診断された正規化処理前の特性データに基づいて更新されるので、時間経過に起因する影響が適切に排除される。 When a specified update condition is met, the specified statistical data used for normalization is updated based on the characteristic data before normalization that was sampled during the immediately preceding specified period and diagnosed as normal in the diagnostic step, thereby appropriately eliminating the effects of the passage of time.

診断ステップで参照される境界閾値は、過去の特性データが学習データとして機械学習装置に入力され、正常であるか異常であるかを診断する境界閾値が自動生成される。境界閾値からのずれの位置及びその大きさにより、異常及びその原因が診断される。機械学習装置として、例えばワンクラスサポートベクタ-マシンアルゴリズムを実行するコンピュータで実現できる。 The boundary threshold referenced in the diagnosis step is automatically generated by inputting past characteristic data as learning data into a machine learning device, and determining whether something is normal or abnormal. The abnormality and its cause are diagnosed based on the location and magnitude of the deviation from the boundary threshold. The machine learning device can be implemented, for example, as a computer that executes a one-class support vector machine algorithm.

機械学習装置を遠隔監視装置に設置し、遠隔監視装置で診断した結果をポンプ制御装置21に送信してもよいし、ポンプ制御装置21に機械学習装置を組込んでもよい。 The machine learning device may be installed in the remote monitoring device, and the results of the diagnosis made by the remote monitoring device may be transmitted to the pump control device 21, or the machine learning device may be incorporated into the pump control device 21.

上述した通り、本発明によるポンプ制御方法は、起動水位と停止水位との間における貯水槽の水位に応じて、ポンプ装置を定格回転速度で運転する定格運転モードと、定格回転速度より電力消費の少ない回転速度で運転する省エネルギー運転モードとの間で切り替える運転モード切替制御を実行することを特徴とする。 As described above, the pump control method of the present invention is characterized by performing operation mode switching control that switches the pump device between a rated operation mode, in which the pump device operates at a rated rotational speed, and an energy-saving operation mode, in which the pump device operates at a rotational speed that consumes less power than the rated rotational speed, depending on the water level in the water tank between the start-up water level and the stop water level.

定格運転モードにおけるポンプ効率η1、揚程H1、省エネルギー運転モードにおけるポンプ効率η2、揚程H2とするときに、省エネルギー運転モードにおけるポンプ効率η2が、η2>η1・(H2/H1)を満たすようにポンプ装置の回転速度が設定されることが好ましい。 When the pump efficiency in rated operation mode is η1 and the head is H1, and the pump efficiency in energy-saving operation mode is η2 and the head is H2, it is preferable to set the rotational speed of the pump device so that the pump efficiency η2 in energy-saving operation mode satisfies η2 > η1 · (H2/H1).

省エネルギー運転モードにおけるポンプ効率η2が、η2>η1・(H2/H1)を満たす最大値となるようにポンプ装置の回転速度が設定されることが、さらに好ましい。 It is even more preferable that the rotational speed of the pump device be set so that the pump efficiency η2 in the energy-saving operation mode is the maximum value that satisfies η2 > η1 · (H2/H1).

貯水槽の水位が、起動水位から起動水位より所定水位低い省エネルギー運転モード切替水位の間は、省エネルギー運転モードにおけるポンプ効率η2が、η2>η1・(H2/H1)を満たすとともに、貯水槽の水位が起動水位より上昇しないようにポンプ装置の回転速度が設定される。 When the water level in the water tank is between the startup water level and the energy-saving operation mode switching water level, which is a specified level lower than the startup water level, the pump efficiency η2 in the energy-saving operation mode satisfies η2 > η1 · (H2/H1), and the rotational speed of the pump device is set so that the water level in the water tank does not rise above the startup water level.

貯水槽の水位が、起動水位より高い高水位から起動水位の間、または、ポンプ装置の水没下限水位より低い低水位から停止水位の間は、ポンプ装置を定格運転モードで運転する。 When the water level in the water tank is between a high water level higher than the start-up water level and the start-up water level, or between a low water level lower than the pump device's lower submergence water level and the stop-up water level, the pump device will operate in rated operation mode.

ポンプ装置またはポンプ装置に接続される吐出し管の閉塞状況を評価して閉塞の虞があると評価すると、省エネルギー運転モードから吐出し管の管内流速が所定流速以上となるようにポンプ装置の回転速度を切替える閉塞回避運転モードに移行する。 If the system evaluates the blockage status of the pump device or the discharge pipe connected to the pump device and determines that there is a risk of blockage, it will switch from energy-saving operation mode to blockage avoidance operation mode, which changes the rotational speed of the pump device so that the flow velocity in the discharge pipe is equal to or greater than a predetermined flow velocity.

所定の予測流入量の汚水の流入を加味して、貯水槽の水位が起動水位より高い許容貯留水位に達すると予測した予測運転時間だけ深夜料金開始時刻から遡った時刻に、貯水槽の水位が前記起動水位未満であっても、省エネルギー運転モードでポンプ装置を運転する。 Taking into account a predetermined predicted inflow of wastewater, the pump device operates in energy-saving operation mode at the time, prior to the late-night rate start time, when the water level in the water tank is predicted to reach an allowable storage water level higher than the startup water level, by the predicted operating time. Even if the water level in the water tank is below the startup water level, the pump device operates in energy-saving operation mode.

所定の予測流入量の汚水の流入を加味して、貯水槽の水位が停止水位に達すると予測した予測運転時間だけ深夜料金終了時刻から遡った時刻に、貯水槽の水位が起動水位未満であっても、定格運転モードでポンプ装置を運転する。 Taking into account the inflow of a specified predicted amount of sewage, the pump device will operate in rated operation mode at the time, prior to the end of the late-night rate period, when the water level in the water tank is predicted to reach the stop level, even if the water level in the water tank is below the start-up level.

以上の説明では、マンホール11に汚水が流入する例を説明したが、汚水に限るものではなく、汚水以外の液体であっても適用可能である。 The above explanation has been given of an example in which sewage flows into the manhole 11, but this is not limited to sewage and can also be applied to liquids other than sewage.

以上説明した実施形態は本発明の一例に過ぎず、該記載により本発明の技術的範囲が限定されることを意図するものではなく、マンホールポンプ装置や制御装置の具体的な構成は本発明による作用効果を奏する範囲において適宜変更設計可能であることはいうまでもない。 The embodiment described above is merely one example of the present invention, and is not intended to limit the technical scope of the present invention. It goes without saying that the specific configurations of the manhole pump device and control device can be modified and designed as appropriate within the scope of the effects of the present invention.

10:マンホールポンプ装置
12:流入管
11:貯水槽(マンホール)
13:立上り配管
13a:吐出し管
14:流出管
15,16:水位センサ
M:電動機
P:ポンプ装置(水中ポンプ)
20:制御盤
21:ポンプ制御装置
HHWL:異常高水位
HWL:起動水位
LWL:停止水位
MWL:定格運転モード切替水位
PWL:省エネルギー運転モード切替水位
10: Manhole pump device 12: Inlet pipe 11: Water tank (manhole)
13: Rising pipe 13a: Discharge pipe 14: Outlet pipes 15, 16: Water level sensor M: Electric motor P: Pump device (submersible pump)
20: Control panel 21: Pump control device HHWL: Abnormally high water level HWL: Start-up water level LWL: Stop water level MWL: Rated operation mode switching water level PWL: Energy-saving operation mode switching water level

Claims (7)

水位センサで検出された貯水槽の水位が起動水位まで上がるとポンプ装置を起動し、その後停止水位まで下がると前記ポンプ装置を停止するマンホールポンプ装置のポンプ制御方法であって、
前記貯水槽の水位に応じて、前記ポンプ装置を定格回転速度で運転する定格運転モードと、前記定格回転速度より電力消費の少ない回転速度で運転する省エネルギー運転モードとの間で切り替える運転モード切替制御を実行し、
前記定格運転モードにおけるポンプ効率η1、揚程H1、前記省エネルギー運転モードにおけるポンプ効率η2、揚程H2とするときに、前記省エネルギー運転モードにおけるポンプ効率η2が、η2>η1・(H2/H1)を満たすように前記ポンプ装置の回転速度が設定されるポンプ制御方法。
A pump control method for a manhole pump device, which starts a pump device when the water level of a water tank detected by a water level sensor rises to a start water level, and stops the pump device when the water level thereafter falls to a stop water level,
executing an operation mode switching control to switch the pump device between a rated operation mode in which the pump device is operated at a rated rotation speed and an energy-saving operation mode in which the pump device is operated at a rotation speed that consumes less power than the rated rotation speed, according to the water level of the water tank ;
A pump control method in which the rotational speed of the pump device is set so that the pump efficiency η2 in the energy-saving operation mode satisfies η2 > η1 · (H2/H1), where η1 is the pump efficiency and H1 is the head in the rated operation mode, and η2 is the pump efficiency and H2 in the energy-saving operation mode.
前記省エネルギー運転モードは、前記省エネルギー運転モードにおけるポンプ効率η2が、η2>η1・(H2/H1)を満たす最大値となるように前記ポンプ装置の回転速度が設定される第1省エネルギー運転モードと、前記第1省エネルギー運転モードより速い回転速度域で、前記貯水槽の水位の上昇を回避する回転速度が設定される第2省エネルギー運転モードを含む請求項記載のポンプ制御方法。 2. The pump control method according to claim 1, wherein the energy-saving operation modes include a first energy-saving operation mode in which the rotational speed of the pump device is set so that the pump efficiency η2 in the energy-saving operation mode becomes a maximum value that satisfies η2 > η1 · (H2/H1), and a second energy-saving operation mode in which the rotational speed is set in a rotational speed range faster than that in the first energy-saving operation mode so as to avoid an increase in the water level in the water tank. 前記貯水槽の水位が、前記起動水位から前記起動水位より下方に設定された省エネルギー運転モード切替水位までの間は、前記第2省エネルギー運転モードで運転し、
前記貯水槽の水位が、前記省エネルギー運転モード切替水位から前記省エネルギー運転モード切替水位より下方に設定された定格運転モード切替水位までの間は、前記第1省エネルギー運転モードで運転する請求項記載のポンプ制御方法。
The water supply system operates in the second energy-saving operation mode while the water level in the water tank is between the startup water level and an energy-saving operation mode switching water level set below the startup water level,
A pump control method as described in claim 2 , wherein the pump is operated in the first energy-saving operation mode while the water level in the water tank is between the energy-saving operation mode switching water level and a rated operation mode switching water level set below the energy-saving operation mode switching water level.
前記貯水槽の水位が、前記起動水位より高い高水位から前記起動水位までの間、または、前記定格運転モード切替水位から前記停止水位の間は、前記ポンプ装置を前記定格運転モードで運転する請求項記載のポンプ制御方法。 A pump control method as described in claim 3, wherein the pump device is operated in the rated operation mode when the water level in the water tank is between a high water level higher than the start- up water level and the start-up water level, or between the rated operation mode switching water level and the stop water level. 前記省エネルギー運転モードで運転中に、前記ポンプ装置または前記ポンプ装置に接続される吐出し管の閉塞状況を評価して閉塞の虞があると評価すると、前記省エネルギー運転モードから前記ポンプ装置の回転速度を上昇させた閉塞解消運転モードに移行する請求項1記載のポンプ制御方法。 A pump control method as described in claim 1, wherein, if a blockage condition of the pump device or a discharge pipe connected to the pump device is evaluated during operation in the energy-saving operation mode and it is determined that there is a risk of blockage, the operation mode is switched from the energy-saving operation mode to a blockage removal operation mode in which the rotational speed of the pump device is increased. 前記貯水槽の水位が、前記省エネルギー運転モードでの運転に対応する水位であっても、電力料金が深夜料金対応の時間帯には前記定格運転モードで運転する請求項1記載のポンプ制御方法。 A pump control method as described in claim 1, wherein even if the water level in the water tank is at a level corresponding to operation in the energy-saving operation mode, operation is performed in the rated operation mode during times when electricity rates correspond to late-night rates. 水位センサで検出された貯水槽の水位が起動水位まで上昇するとポンプ装置を起動し、その後停止水位まで下がると前記ポンプ装置を停止するマンホールポンプ装置のポンプ制御装置であって、
前記貯水槽の水位に応じて、前記ポンプ装置を定格回転速度で運転する定格運転モードと、前記定格回転速度より電力消費の少ない回転速度で運転する省エネルギー運転モードとの間で切り替える運転モード切替制御を実行し、
前記定格運転モードにおけるポンプ効率η1、揚程H1、前記省エネルギー運転モードにおけるポンプ効率η2、揚程H2とするときに、前記省エネルギー運転モードにおけるポンプ効率η2が、η2>η1・(H2/H1)を満たすように前記ポンプ装置の回転速度が設定されるポンプ制御装置。
A pump control device for a manhole pump device that starts a pump device when the water level in a water tank detected by a water level sensor rises to a start water level, and then stops the pump device when the water level falls to a stop water level,
executing an operation mode switching control to switch the pump device between a rated operation mode in which the pump device is operated at a rated rotation speed and an energy-saving operation mode in which the pump device is operated at a rotation speed that consumes less power than the rated rotation speed, according to the water level of the water tank ;
A pump control device in which the rotational speed of the pump device is set so that the pump efficiency η2 in the energy-saving operation mode satisfies η2 > η1 · (H2/H1), where η1 is the pump efficiency and H1 is the head in the rated operation mode, and η2 is the pump efficiency and H2 in the energy-saving operation mode.
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