液面制御

液面制御の概要と役割

液面制御（レベルコントロール）とは、受水槽、高置水槽、排水槽などのタンク内水位を検出し、ポンプの自動運転や、異常水位の警報（満水・減水・渇水）を発報するシステムである。

水槽内の水位変動に応じて、以下の制御を自動的に行う。

• ポンプ制御：水位が下がったら給水ポンプを始動し、設定水位まで上がったら停止する。排水の場合はその逆となる。
• 警報発報：オーバーフロー直前の「満水」、給水が追いつかない場合の「減水」、ポンプの空転を防ぐための「渇水」など、異常事態を管理室などへ通知する。

水位検出方式の種類

液面の検出には、主に「電極式」と「フロート式」が用いられ、水質や用途によって使い分けられる。

電極式（電極棒・電極帯）は、水の電気伝導性を利用する方式である。水槽内に長さの異なるステンレス製の電極棒を吊り下げ、水が電極に触れて通電することで水位を検知する。可動部がないため故障が少なく、上水や工業用水など比較的きれいな水に適している。油分が含まれている雑排水や汚水の制御には適していない。

フロートスイッチ式は、水面に浮かべたフロートの上下動により、内部の接点を開閉させる機械的な方式である。汚水や排水など、電極に異物が付着して誤動作するおそれがある場所でも、支障なく制御が実現できる。

チャタリング防止と制御の安定化

給水時や地震時など、水面は常に波立っているため、センサーが水面に触れるか触れないかのギリギリの位置では、接点が高速でON/OFFを繰り返す「チャタリング」が発生するおそれがある。

これをそのままポンプ制御や警報に反映させると、ポンプの激しい発停（インチング）や警報の断続鳴動を引き起こし、機器の故障につながる。対策として、制御盤内のリレー回路やPLCにおいて、数秒程度のオンディレイタイマーを設定し、一定時間継続して信号が入った場合のみ動作を確定させる制御を行うといった制御が望ましい。

システム構成と責任区分

信頼性の高いシステムを構築するためには、リスク分散の考え方が重要である。

「ポンプの運転制御」を行うセンサーと、「満水・渇水の異常警報」を検出するセンサーは、物理的に別のフロートや電極保持器を用いることが望ましい。制御用のフロートが固着してポンプが止まらなくなっても、別系統の警報用センサーが満水を検知し、強制停止をかけるといったバックアップ動作が可能となるからである。

液面制御機器は、タンクやポンプとセットで納入される場合の「機械工事」と、現場で電気業者が設置する場合の「電気工事」が混在しやすい。どちらがセンサーを用意し、どの盤まで配線するかという「取り合い」について、設計・施工段階での綿密な調整が不可欠である。

動力制御盤の設計手法については動力制御盤の設計と計画を参照。