JP5163830B1 - ポンプの運転制御方法及び運転制御装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、並列接続された複数台のポンプを所定の起動順位に従って運転することにより、タンクからユーザ設備に流体を供給するポンプの運転制御方法に関する。ポンプの正常動作時には、起動順位が１番目のポンプを、ユーザ設備に供給される流体の圧力が所定の圧力設定値以下になったときに起動する第１の起動条件と、起動順位が２番目以下のポンプを、複数台のポンプの総吐出流量が所定の流量設定値以上になったときに順次起動する第２の起動条件と、に従ってポンプを起動し、運転中のポンプが故障した時には、起動順位が繰り上げられた他のポンプを起動してバックアップ運転を行うポンプの運転制御方法において、運転中のポンプが故障して起動順位が１番目に繰り上げられた他のポンプについては第１の起動条件を適用せず、当該他のポンプを、運転中のポンプの故障後に直ちに起動する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数台のポンプを並列に接続して冗長化した流体供給システムにおいて、運転中のポンプが故障した場合に他のポンプを起動してバックアップ運転を行うためのポンプの運転制御方法及び運転制御装置に関するものである。

図５は、特許文献１に記載された従来技術とほぼ同様に構成された流体供給システムの構成図であり、この流体供給システムは、地区１，２にそれぞれ設置されたタンク１０，２０から、同一のユーザ設備３０に対して液体燃料等の流体を供給するものである。なお、ユーザ設備３０は、例えば航空機等の輸送機械・設備である。
図５において、地区１に設置されたタンク１０からユーザ設備３０に至る管路１９には、ポンプ、逆止弁及びオリフィスの直列接続管路が三つ並列に接続されている。なお、１１，１２，１３はポンプ、１７は逆止弁、１８はオリフィスを示す。
同様に、地区２に設置されたタンク２０からユーザ設備３０に至る管路２９には、ポンプ、逆止弁及びオリフィスの直列接続管路が二つ並列に接続されている。なお、２１，２２はポンプ、２７は逆止弁、２８はオリフィスを示す。

地区１において、各オリフィス１８には流量伝送器ＦＴ及び流量指示調節計ＦＩＣがそれぞれ対応して設けられており、流量伝送器ＦＴの出力信号は全ての流量指示調節計ＦＩＣに送られ、流量指示調節計ＦＩＣ同士は互いに接続されている。また、ユーザ設備３０には圧力伝送器ＰＴ及び圧力指示調節計ＰＩＣが設置されており、圧力指示調節計ＰＩＣの出力信号は、流量示調節計ＦＩＣの出力信号と共に演算器Ｙに入力されている。演算器Ｙは、各ポンプ１１，１２，１３のモータ（図示せず）を可変速制御するインバータ１４，１５，１６の駆動指令（速度指令）を演算する。
地区２側の構成も地区１と同様であるため、図５では、流量伝送器、流量指示調節計、演算器等の図示を省略する。

次に、この従来技術において、例えば、地区１のポンプ１１の運転中にユーザ設備３０の流体需要量が増加し、新たにポンプ１２を起動する必要が生じた場合の動作について説明する。
この場合には、新たに起動するポンプ１２の吐出側の流量伝送器ＦＴにて流量を計測し、その流量が零の領域ではインバータ１５の出力周波数を許容最大値内で増加させてモータを起動する。そして、ポンプ１２の流量が正になり、吐出圧が運転圧に等しくなった後は、既運転ポンプ１１の流量または回転数を目標値において新たに起動されたポンプ１２の流量を制御し、その流量または回転数が既運転ポンプ１１の流量と等しくなったら２台のポンプ１１，１２を同期運転させる。

すなわち、既運転ポンプ１１に対してポンプ１２を追加起動する場合、ポンプ１２の吐出圧が運転圧に達するまでは、そのポンプ１２の流量は零であるから、インバータ１５の周波数の上昇速度を最大限に大きくしても、供給圧力や供給流量に影響を与えずにポンプ１２の回転数を急速に上昇させることができる。
この従来技術によれば、ポンプ１２を急速に起動させ、かつ、需要量の変動に影響されずに起動後の供給圧力の上昇率を低く抑えることが可能となる。

また、特許文献２にも、あるポンプを運転中に別のポンプを起動する際の配管の圧力変動を防止する技術が開示されている。
この従来技術では、新たな起動ポンプの回転数が既運転ポンプの回転数に応じた設定回転数に達するまで、大きな上昇率で起動ポンプの回転数を上昇させる。そして、起動ポンプの回転数が前記設定回転数を超えたら、起動ポンプの回転数の上昇率を減少させ、これに応じてフィードフォワード制御により既運転ポンプの回転数の上昇率も減少させる。これにより、２台目以降のポンプの起動時における配管の圧力変動を小さく抑えながら既運転ポンプと起動ポンプとの同期運転を可能にしている。

特開平９−１５１８５８号公報（段落［０００７］〜［００１９］、図１等） 特開２０００−９７１５９号公報（段落［０００９］〜［００１９］、図１〜図３等）

図５に示した流体供給システムにおいて、地区１，２のポンプ１１，１２，１３，２１，２２には、正常運転時、及び故障に伴うバックアップ運転時に共通する起動条件が設定されており、各ポンプはこの起動条件に従って順番に起動されるようになっている。 なお、この流体供給システムは、ポンプ１１，１２，１３，２１，２２の他に予備のポンプ（図示せず）を備えているものとする。

図６は、起動されるポンプの順位を起動条件と対応させて示した例である。
例えば、順位１のポンプ（１台目のポンプ）の起動条件は、ユーザ設備３０側で計測される流体圧力が設定値Ｐ_１（例えば、０．６９[ＭＰａ]）以下になった場合に起動する（第１の起動条件という）というものであり、順位２〜５のポンプ（２台目〜５台目のポンプ）の起動条件は、運転中のポンプの総吐出流量（ユーザ設備３０の需要流量）が、それぞれ設定値Ｆ_１〜Ｆ_４（例えば、ポンプ１台分の最大出力流量の９０８[ｋｌ／ｈ]の整数倍）以上になった場合に起動する（第２の起動条件という）というものである。なお、各起動条件におけるＸ，Ｙ[％]は、設定値Ｐ_１，Ｆ_１〜Ｆ_４を決定するための１００以下の任意の数である。

ポンプの起動順位は、タンク１０，２０からの払い出し計画と各ポンプの運転時間や運転回数を考慮し、図７（ａ）のように順位１，２に地区１，２のポンプをそれぞれ振り分ける場合と、図７（ｂ）のように順位１，２に地区１，２のポンプを振り分けず、常に地区１のポンプを割り当てる場合とがあるものとする。ここで、ポンプｘは地区１にある予備のポンプを示す。図７（ａ），（ｂ）では、理解を容易にするために、地区２のポンプ２１，２２に網掛けを施してある。

図７（ａ）では、例１に示すように、順位１に地区１のポンプ１１が、順位２に地区２のポンプ２１が割り当てられており、以下、順位３，４，５にポンプ１２，１３，２２が割り当てられている。ここで、例１の順位に従って運転中のポンプが故障すると、ポンプの起動順位が繰り上げられる。ただし、タンク１０，２０からの払い出し計画を可能な限り実現するために、故障したポンプのバックアップは同じ地区に設置されたポンプから優先的に選択して実行されるようになっている。
いま、例１により、１台だけ運転されている順位１の地区１のポンプ１１が故障したとすると、例２に示すように、同じ地区１においてポンプ１１の次の順位であるポンプ１２が順位１に、ポンプ１３が順位３に、ポンプｘが順位４にそれぞれ繰り上がる。このとき、地区２に設置されたポンプ２１，２２の順位は、それぞれ順位２，順位５であって変動はない。この場合には、故障したポンプ１１の代わりに順位１となったポンプ１２が優先的に起動されることになり、このポンプ１２は、図６に示した順位１の起動条件に従って起動される。

また、図７（ａ）の例１の順位に従って２台だけ運転されているポンプ１１，２１のうち地区２のポンプ２１が故障したとすると、例３に示すように、同じ地区２においてポンプ２１の次の順位であるポンプ２２が順位２に、ポンプｘが順位５にそれぞれ繰り上がる。このとき、地区１に設置されたポンプ１１，１２，１３の順位は、それぞれ順位１，順位３，順位４であって変動はない。
この場合には、故障したポンプ２１に代えてポンプ２２が優先的に起動されることになり、以後はポンプ１１，２２が並行運転されることになる。なお、ポンプ２２は、図６に示した順位２の起動条件に従って起動される。

更に、図７（ｂ）では、例７に示すように地区１のポンプ１１，１２，１３が順位１〜３を占め、地区２のポンプ２１，２２が順位４，５に設定されている。この場合、例７の順位に従って１台だけ運転されているポンプ１１が故障したとすると、例８に示すように、同じ地区１内のポンプ１２，１３，ｘの順位がそれぞれ繰り上がって順位１〜３となる。例９以下の場合も、同様の原理によって故障ポンプ以外のポンプの起動順位がそれぞれ繰り上がっていく。

しかし、このような運転方法を採る場合には、以下のような問題を生じる。
すなわち、図８に示すように、図７（ａ）の例１の順位に従って地区１のポンプ１１を時刻ｔ_１で起動し、時刻ｔ_ｆでポンプ１１が故障して時刻ｔ_２で完全に停止したとする。この場合、図７（ａ）の例２により、地区１で次の順位のポンプ１２が時刻ｔ_ｆで順位１に繰り上がるが、図６に示した起動条件により、順位１のポンプ（この場合はポンプ１２）は、ユーザ設備３０における流体圧力が設定値Ｐ_１以下になるまでは起動しないので、時刻ｔ_３になって起動されることになり、ユーザ設備３０への流体供給時間が長期化する。この場合、ポンプ１１が故障した時刻ｔ_ｆ以後、ユーザ設備３０の需要流量が一定であれば供給圧力は徐々に低下するが、需要流量が急激に増加すると、新たにポンプが起動されない限り、供給圧力の低下が顕著になるおそれがある。

また、図９に示すように、図７（ａ）の例１の順位に従って地区１のポンプ１１を時刻ｔ_１から運転しているときにユーザ設備３０の需要流量が徐々に増加していき、時刻ｔ_２で順位２のポンプの起動条件が成立して地区２のポンプ２１が起動され、その後の時刻ｔ_ｆでポンプ１１が故障して時刻ｔ_３で完全に停止したとする。この場合、図７（ａ）の例２により、ポンプ１１が故障した時刻ｔ_ｆでポンプ１２が順位１となり、ポンプ２１は順位２のままである。図９では、時刻ｔ_ｆ以後は需要流量が大きな値で一定であるのに対し、実質的に運転しているのはポンプ２１だけであるから、流体圧力は徐々に低下していき、図８と同様に、ポンプ１２は時刻ｔ_４に流体圧力が設定値Ｐ_１以下になってから起動されることになる。
更に、図示されていないが、時刻ｔ_ｆ以後も需要流量が増加していくと、図５の管路１９の流体圧力は低下しないので順位１に繰り上がったポンプ１２は図６の起動条件を満足せず、このポンプ１２が起動する前に、図６における順位３以下のポンプの起動条件が満足されるとこれらのポンプが先に起動されてしまうことがある。

なお、図１０は、図７（ａ）の例１の順位に従って地区１のポンプ１１を時刻ｔ_１で起動し、地区２のポンプ２１を時刻ｔ_２で起動し、地区１のポンプ１２を時刻ｔ_３で起動した状態において、ポンプ１１が時刻ｔ_ｆで故障した例である。この場合、図７（ａ）の例２により、ポンプ１１が故障した時刻ｔ_ｆでは、ポンプ１２が順位３から順位１に繰り上がり、ポンプ１３が順位４から順位３に繰り上がるが、ポンプ２１は順位２のままである。
このケースでは、ポンプ１１が故障した時刻ｔ_ｆにおいてポンプ１２，２１が運転されており、また、図６における順位３の起動条件が成立して時刻ｔ_ｆにポンプ１３が起動されるので、流体圧力が低下するおそれはない。

図８や図９のように、１台目のポンプが故障した場合に流体圧力が低下するのを防止する方法としては、ポンプの故障後に直ちにバックアップポンプを起動することが考えられる。
図１１は、１台だけ運転されているポンプが故障し、その直後にバックアップポンプとしての２台目のポンプを起動した場合の、ポンプ回転数及び吐出流量の時間変化を示した図である。時間軸上のｔ_ｆは１台目のポンプが故障した時刻、ｔ_４は１台目のポンプの残留吐出流量Ｑ_１と２台目のポンプ（バックアップポンプ）の吐出流量Ｑ_２との合計値が次のポンプの設定値を超過する時刻、ΔＴ_１は１台目のポンプが故障してから流量が完全になくなるまでの時間、ΔＴ_２は２台目のポンプを起動してからその吐出流量が立ち上がるまでの時間、ΔＴ_４は１台目及び２台目のポンプによる総吐出流量が流量Ｑ_ａ(図６における設定値Ｆ_１に相当)を超えている期間である。

なお、図１１において、２台目のポンプ（バックアップポンプ）の回転数の立上げパターン（１）、及び、故障した１台目のポンプの回転数の立下げパターン（２）は、後述する立ち上げパターン（３）と共に、予め設定されているものである。
以下、これらの速度パターンを、図１３を参照しつつ説明する。

図１３（ａ）のパターン（１）は、図１１における２台目のポンプ（バックアップポンプ）を立ち上げる際のパターンである。このパターン（１）は、供給管路の充填圧力が低い場合やゼロの場合のインバータ特性及び配管特性による供給圧力及び吐出流量の上昇を考慮し、回転数の上昇率を低く抑えたパターンであり、起動直後に比較的緩やかに許容最大回転数の７０％まで上昇させ、その後に１００％まで上昇させる。
図１３（ｂ）のパターン（２）は、ポンプを停止させる際のパターンであり、インバータ特性やモータ特性を考慮して、全てのポンプにつき共通に設定されている。このパターン（２）では、ポンプの立ち下げ時点の回転数を１００％として、時間の経過と共に回転数を直線的に低下させる。
図１３（ｃ）のパターン（３）は、後に説明するように、複数台のポンプを運転中に１台目のポンプが故障した場合に、３台目以降のポンプをバックアップポンプとして立ち上げる際のパターンである。このパターン（３）では、供給管路の充填圧力がある程度大きいため、起動直後に許容最大回転数の７５％まで上昇させ、その後は緩やかに１００％まで上昇させる。
すなわち、図１３（ａ）のパターン（１）は、図１３（ｃ）のパターン（３）よりも速度（回転数）の時間変化率が小さくなっている。

また、図１２は、１台目、２台目のポンプが運転中に１台目のポンプが故障してその後にバックアップポンプとしての３台目のポンプを起動した場合の、ポンプ回転数及び吐出流量の時間変化を示した図である。
時間軸上のｔ_ｆは１台目のポンプが故障した時刻、ｔ_４は１台目のポンプの残留吐出流量Ｑ_１と３台目のポンプの吐出流量Ｑ_３との合計値が次のポンプの設定値を超過する時刻、ΔＴ_１は１台目のポンプが故障してから流量が完全になくなるまでの時間、ΔＴ_２は３台目のポンプを起動してからその吐出流量が立ち上がるまでの時間、ΔＴ_３は３台のポンプによる総吐出流量が後述の流量Ｑ_ｂを超えている期間である。また、流量軸上のＱ_ａは図６における設定値Ｆ_１に相当する流量、Ｑ_ｂは同じく設定値Ｆ_２に相当する流量である。更に、Ｑ_２は時刻ｔ_４において継続運転中の２台目のポンプの吐出流量である。
この例において、バックアップポンプとしての３台目のポンプの回転数は、図１３（ｃ）のパターン（３）に従って立ち上がることになる。

前述した図１１における期間ΔＴ_４では、故障した１台目のポンプの残留吐出流量Ｑ_１と、吐出流量が立ち上がった２台目のポンプの吐出流量Ｑ_２との合計値である総吐出流量が流量Ｑ_ａ（＝設定値Ｆ_１）を超えており、このままでは、次順位のポンプが更に起動されてしまう可能性がある。
同様に、図１２における期間ΔＴ_３では、故障した１台目のポンプの残留吐出流量Ｑ_１と、継続運転中の２台目のポンプの吐出流量Ｑ_２と、吐出流量が立ち上がったバックアップポンプとしての３台目のポンプの吐出流量Ｑ_３との合計値である総吐出流量が流量Ｑ_ｂ（＝設定値Ｆ_２）を超えている。よって、この例でも、次順位のポンプが更に起動されてしまう可能性がある。

以上説明したように、運転中のポンプが故障した場合、図８や図９に示したごとく順位１となったポンプをユーザ設備における流体圧力に基づいて起動する場合には、供給管路の圧力が低下する恐れがある。
また、図１１や図１２のように、ポンプの故障後に直ちにバックアップポンプを起動する単純な制御方法では、故障したポンプの残留吐出流量に起因して、ポンプが必要以上に起動されてしまい、エネルギーを浪費する可能性がある。

なお、特許文献１，２に係る従来技術は、既運転ポンプに対して新たに起動される他のポンプを同期運転する場合の配管内の圧力変動を抑制することを主な目的としており、いずれの従来技術も、既運転ポンプの流量や回転数を基準として新たな起動ポンプの回転数を急激に上昇させる制御方法である。
すなわち、これらの従来技術には、故障した既運転ポンプを他のポンプによりバックアップする場合の圧力低下やポンプの過剰運転が課題として提示されておらず、その課題解決手段も何ら言及されていない。

そこで、本発明の目的は、故障ポンプを他のポンプによりバックアップする際の流体圧力の低下を防ぐと共に、ポンプの過剰運転を防止するようにしたポンプの運転制御方法及び運転制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に係るポンプの運転制御方法は、タンクとユーザ設備との間の管路に複数台のポンプが互いに並列に接続され、前記ユーザ設備の需要流量に応じて前記ポンプを所定の起動順位に従って運転することにより、前記タンクから前記ユーザ設備に流体を供給するためのポンプの運転制御方法であって、
ポンプの正常動作時には、前記ユーザ設備に供給される流体の圧力が所定の圧力設定値以下になったときに起動順位１番目のポンプを起動する第１の起動条件と、運転中の複数台のポンプの総吐出流量が所定の流量設定値以上になったときに次順位のポンプを順次起動する第２の起動条件と、に従ってポンプを起動し、
運転中のポンプが故障した時には、起動順位が繰り上げられた他のポンプを起動してバックアップ運転を行うポンプの運転制御方法において、
運転中のポンプの故障により起動順位１番目に繰り上げられた他のポンプについては前記第１の起動条件を適用せず、当該他のポンプを、前記運転中のポンプの故障後に直ちに起動するものである。

請求項２に係るポンプの運転制御方法は、請求項１に記載したポンプの運転制御方法において、
運転中のポンプの故障により起動順位２番目以降に繰り上げられた他のポンプについては、前記第２の起動条件が所定時間継続して満足されるまでは前記第２の起動条件を適用せず、前記第２の起動条件が所定時間継続して満足された時に前記第２の起動条件を適用して当該他のポンプを起動するものである。

請求項３に係るポンプの運転制御方法は、請求項１または２に記載したポンプの運転制御方法において、
起動順位１番目のポンプを立ち上げる際には所定の速度パターンを電力変換器に与えてポンプ駆動用のモータを可変速制御し、当該ポンプの吐出流量が所定値に達したら、前記ユーザ設備に供給される流体の圧力を圧力設定値に一致させる速度指令に基づいて前記電力変換器を運転するものである。

請求項４に係るポンプの運転制御方法は、請求項３に記載したポンプの運転制御方法において、前記速度パターンを前記速度指令に上書きする機能を備えたものである。

請求項５に係るポンプの運転制御方法は、請求項３または４に記載したポンプの運転制御方法において、
１台のみ運転されているポンプが故障して起動順位が繰り上がったことにより起動順位１番目になったポンプを起動する時のポンプの速度パターンの時間変化率を、複数台のポンプが運転されているときに１台目のポンプが故障して起動順位が繰り上がったことにより起動順位１番目になったポンプを起動する時のポンプの速度パターンの時間変化率よりも小さく設定したものである。

請求項６に係るポンプの運転制御装置は、タンクとユーザとの間の管路に複数台のポンプが互いに並列に接続され、前記ユーザ設備の需要流量に応じて前記ポンプを所定の起動順位に従って運転することにより、前記タンクから前記ユーザ設備に流体を供給するためのポンプの運転制御装置であって、
ポンプの正常動作時には、起動順位１番目のポンプを、前記ユーザ設備に供給される流体の圧力が所定の圧力設定値以下になったときに起動する第１の起動条件と、運転中の複数台のポンプの総吐出流量が所定の流量設定値以上になったときに次順位のポンプを順次起動する第２の起動条件と、に従ってポンプ駆動用のモータを電力変換器により可変速制御し、運転中のポンプが故障した時には、起動順位が繰り上げられた他のポンプを起動してバックアップ運転を行う運転制御装置において、
前記運転制御装置は、運転中のポンプの故障により起動順位１番目に繰り上げられた他のポンプについては前記第１の起動条件を適用せず、当該他のポンプを、前記運転中のポンプの故障後に直ちに起動するものである。

請求項７に係るポンプの運転制御装置は、請求項６に記載したポンプの運転制御装置において、
前記第２の起動条件が所定時間継続して満足されたか否かを検出するタイマ手段を備え、
運転中のポンプの故障により起動順位２番目以降に繰り上げられた他のポンプについては、前記タイマ手段により前記第２の起動条件が所定時間継続して満足されたことが検出されるまでは前記第２の起動条件を適用せず、前記第２の起動条件が所定時間継続して満足されたことが検出された時に前記第２の起動条件を適用して当該他のポンプを起動するものである。

請求項８に係るポンプの運転制御装置は、請求項６または７に記載したポンプの運転制御装置において、
起動順位が１番目のポンプを立ち上げる際に所定の速度パターンを前記電力変換器に与える手段と、
前記ポンプによる供給管路の流量を計測する流量計測手段と、
供給管路の流体の圧力検出値が圧力設定値に一致するように調節動作する調節手段と、
前記流量計測手段により計測した流量が所定値に達したら、前記調節手段から出力される速度指令を前記電力変換器に与える手段と、を備えたものである。

請求項９に係るポンプの運転制御装置は、請求項８に記載したポンプの運転制御装置において、前記速度パターンを前記速度指令に上書きする手段を更に備えたものである。

請求項１０に係るポンプの運転制御装置は、請求項８または９に記載したポンプの運転制御装置において、
１台のみ運転されているポンプが故障して起動順位が繰り上がったことにより起動順位１番目になったポンプを起動する時のポンプの速度パターンの時間変化率を、複数台のポンプが運転されているときに１台目のポンプが故障して起動順位が繰り上がったことにより起動順位１番目になったポンプを起動する時のポンプの速度パターンの時間変化率よりも小さく設定したものである。

本発明によれば、故障ポンプを他のポンプによりバックアップする際の供給管路の流体圧力の低下を防ぎ、流体供給時間の長期化を防ぐことができる。また、故障したポンプの残留吐出流量に起因して不要なポンプが過剰に起動されるのを防止することも可能である。

本発明の実施形態の主要部を示す構成図である。 本発明の実施形態において、各ポンプの起動時及び１台目のポンプ故障時における速度パターン（１）〜（３）の適用状態を示した図である。 本発明の実施形態におけるポンプの運転状態を示すタイミングチャートである。 本発明の実施形態におけるポンプの運転状態を示すタイミングチャートである。 流体供給システムの従来技術を示す構成図である。 従来技術におけるポンプの起動順位及び起動条件の説明図である。 従来技術におけるポンプの起動順位の説明図である。 従来技術におけるポンプの運転状態を示すタイミングチャートである。 従来技術におけるポンプの運転状態を示すタイミングチャートである。 従来技術におけるポンプの運転状態を示すタイミングチャートである。 従来技術におけるポンプ故障時のポンプ回転数及び吐出流量の変化を示した図である。 従来技術におけるポンプ故障時のポンプ回転数及び吐出流量の変化を示した図である。 ポンプの速度パターン（立上げまたは立下げパターン）（１）〜（３）の説明図である。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、この実施形態に係るポンプの運転制御装置は、図５に示したように複数台のポンプをタンクとユーザ設備との間に並列に設置して冗長化された流体供給システムに適用されるものである。ただし、図５のようにユーザ設備に対して複数の地区１，２から流体を供給することは必要不可欠ではなく、単一地区内の複数台のポンプによりユーザ設備に流体を供給可能なシステムであってもよい。
複数台のポンプの起動条件については、故障したポンプを他のポンプがバックアップ運転する場合を除き、ユーザ設備の需要流量に応じてポンプを順次、追加的に同期運転していくときには、図６に示したように、順位１のポンプはユーザ設備における流体圧力と設定値Ｐ_１との比較結果に基づき、順位２以下のポンプは総吐出流量と設定値Ｆ_１，Ｆ_２，……との比較結果に基づいてそれぞれ起動されるものとする。

図１は、本実施形態の主要部を示す構成図であり、図５の地区１のように、並列に接続された複数台のポンプにそれぞれ対応して設けられる運転制御装置の主要部を示している。
図１において、２ａは流体が貯蔵されたタンクとポンプ１との間の吸入管路、２ｂはポンプ１とユーザ設備との間の供給管路であり、供給管路２ｂには流量計測器５が設置されている。また、ポンプ１を駆動するモータ４は、インバータ３から出力される所定周波数の交流電力により可変速制御される。ここで、ユーザ設備としては、例えば航空機等の輸送機械・設備が想定される。

上記インバータ３、モータ４及びポンプ１に対応して、第１の調節手段としての圧力指示調節計６、第２の調節手段としての手動調節計７、及び速度パターン出力手段８が設けられている。
圧力指示調節計６はＰＩＤ調節計によって構成されており、上位の制御手段から与えられる流体の圧力設定値とユーザ設備における圧力検出値との偏差をゼロにするように調節動作して速度指令を出力するものである。また、圧力指示調節計６には第１の切替手段６ａが設けられ、この切替手段６ａは、順位１である１台目のポンプの立ち上げ時（起動時）に手動調節計７の出力側に切り替わるようになっている。

手動調節計７は、圧力指示調節計６から出力される速度指令と速度パターン出力手段８の出力（パターン（１），(２)，（３）の何れか）とを切り替える第２の切替手段７ａと、第２の切替手段７ａの出力と手動出力とを切り替える第３の切替手段７ｂと、を備えている。そして、第３の切替手段７ｂの出力が速度指令パターンとしてインバータ３に入力されると共に、トラッキング用出力として圧力指示調節計６内の第１の切替手段６ａの切替先に送られている。
速度パターン出力手段８は、図１３（ａ）〜（ｃ）に示したパターン（１）〜（３）の何れかを選択して出力するように構成されている。

ここで、図２は、各ポンプの起動時及び１台目ポンプの故障時における速度パターン（１）〜（３）の適用状態を示した図である。
前述のように、１台目のポンプを起動する際には、供給管路２ｂの充填圧力がまだ小さく、一気に加圧するとプラント内の機器を損傷するおそれがあるため、回転数が比較的緩やかに上昇するパターン（１）に従ってポンプを運転する。
また、１台目のポンプの運転中に２台目、３台目のポンプを順次起動する場合、及び、１台目のポンプが故障したときにバックアップポンプを起動する際には、パターン（３）に従ってポンプを運転する。ここで、２台目以降のポンプをパターン（３）により起動するのは、以下の理由による。すなわち、１台目のポンプが運転されている状態で２台目のポンプを起動する場合には、１台目のポンプの運転によって供給管路２ｂに圧力が充填されているため、新たに起動される２台目のポンプの吐出圧力が充填圧力に達するまでは、２台目のポンプの吐出流量はゼロである。従って、２台目のポンプをインバータ３の許容最大回転数により運転したとしても、ユーザ設備への供給圧力や供給流量に影響を与えることはなく、プラントの機器を損傷させるおそれもない。よって、２台目以降のポンプの回転数を、パターン（３）により短時間で急速に上昇させても不都合はなく、これによって既運転ポンプと同期するまでの時間を最小限にすることができる。
なお、故障した１台目のポンプは、図２の時刻ｔ_ｆ以後、パターン（２）に従って回転数を次第に低下させる。

次に、この実施形態の動作を説明する。
まず、図１に示した手動調節計７の切替手段７ａを速度パターン出力手段８側に切り替えると共に、切替手段７ｂを図１の状態にして、１台目のポンプを図２のようにパターン（１）に従って起動する。このとき、圧力指示調節計６内の切替手段６ａは、手動調節計７の出力側に接続されるように切り替えておく。これは、切替手段６ａを圧力設定値と圧力検出値との偏差をなくすためのＰＩＤ調節計出力側に接続しておくと（図１の接続状態）、その後に切替手段７ａを圧力指示調節計６側に切り替えた際にＰＩＤ調節計出力が手動調節計７を介してインバータ３に加わり、ポンプの回転数が突変するおそれがあり、これを回避するために、速度パターン出力手段８からパターン（１）を出力している間は、そのパターン（１）を圧力指示調節計６の切替手段６ａを介してＰＩＤ調節計出力に上書きし、トラッキングさせるためである。
１台目のポンプが起動した後、流量計測器５により検出した流量が所定値に達したら、切替手段７ａを圧力指示調節計６側に切り替え、かつ、圧力指示調節計６の切替手段６ａを図１の接続状態に切り替えることにより、ユーザ設備における圧力検出値が圧力設定値に一致するように圧力指示調節計６にて演算された速度指令を、手動調節計７を介してインバータ３に送り、モータ４を駆動してポンプ１の回転数を制御する。

ユーザ設備の需要流量が増加して２台目以降のポンプを運転する必要が生じたら、図２に示したように２台目以降のポンプをパターン（３）に従って起動するべく、当該ポンプに対応する速度パターン出力手段８及び切替手段７ａを制御する。そして、既運転のポンプ（例えば１台目のポンプ）の圧力指示調節計６の出力値（速度指令）に相当する回転数と新たな起動ポンプ（例えば２台目のポンプ）の回転数とが一致したら、両ポンプは同期したものと判断し、新たな起動ポンプを圧力指示調節計６からの速度指令に従って運転するように切替手段７ａを圧力指示調節計６側に切り替える。

次に、運転中の１台目のポンプが故障した場合のバックアップ動作について、以下に説明する。
図３に示すように、図７（ａ）の例１の順位に従って地区１のポンプ１１を時刻ｔ_１で起動し、時刻ｔ_ｆでポンプ１１が故障して時刻ｔ_２で完全に停止したとする。この場合、図７（ａ）の例２により、地区１で次の順位のポンプ１２が時刻ｔ_ｆで順位１に繰り上がるが、本実施形態では、順位１に繰り上がったポンプ１２に対して図６における順位１の起動条件（第１の起動条件）を適用することなく、ユーザ設備における流体圧力が設定値Ｐ_１以下に低下するのを待たずに、図３の時刻ｔ_ｆでポンプ１２を直ちに起動する。これにより、図３に示すように、供給管路２ｂでは圧力の低下がほとんど生じることがない。

なお、ポンプ１２を起動する際、１台目のポンプ１１の故障状況によってはその吐出圧力が充填圧力に達していない場合が想定されるため、ポンプ１２の立ち上げパターンとしては、通常時と同様に図１３（ａ）のパターン（１）を用いて回転数を比較的緩やかに上昇させる。また、このパターン（１）を圧力指示調節計６の切替手段６ａにオーバーライトするトラッキング動作も有効とする。
これにより、地区１で順位１に繰り上がったポンプ１２は、図１１に示したバックアップポンプの立上げパターンに従って起動されることになり、実質的に図２における「１台目起動中パターン（１）」と同様になる。

また、図４に示すように、図７（ａ）の例１の順位に従って地区１のポンプ１１を時刻ｔ_１から運転しているときにユーザ設備の需要流量が徐々に増加していき、時刻ｔ_２で図６における順位２のポンプの起動条件が成立して地区２のポンプ２１が起動され、その後の時刻ｔ_ｆでポンプ１１が故障して時刻ｔ_３で完全に停止したとする。
この場合にも、本実施形態では、順位１に繰り上がったポンプ１２に対して図６の起動条件を適用することなく、ユーザ設備における流体圧力が設定値Ｐ_１以下に低下するのを待たずに、時刻ｔ_ｆでポンプ１２を直ちに起動する。これにより、図４に示すように、供給管路２ｂでは圧力の低下がほとんど生じることがない。

ポンプ１２を起動する際には、既運転ポンプ２１によって充填圧力が確立しているため、ポンプ１２の立ち上げパターンとしては、通常時の２台目以降のポンプと同様にパターン（３）を用いて回転数を急激に上昇させる。なお、上記のトラッキング動作は、圧力指示調節計６により制御されている既運転ポンプ２１に影響を与えるおそれがあるため、無効とする。
これにより、地区１で順位１に繰り上がったポンプ１２は、図１２に示したバックアップポンプの立上げパターンに従って起動されることになり、実質的に図２における「バックアップポンプ起動中パターン（３）」と同様になる。

上記のように、図３，図４の何れの場合も、地区１で順位１に繰り上がったポンプ１２は、図１１または図１２に示したバックアップポンプの立上げパターンに従って起動されるため、このままでは、前述した故障ポンプの残留吐出流量に起因して総吐出流量（Ｑ_１＋Ｑ_２）が設定値Ｆ_１以上になる期間ΔＴ_４（図１１を参照）、または、総吐出流量（Ｑ_１＋Ｑ_２＋Ｑ_３）が設定値Ｆ_２以上になる期間ΔＴ_３（図１２を参照）が発生してしまい、次の順位のポンプ（順位２に繰り上がったポンプ）が過剰に起動されてしまうおそれがある。
そこで、本実施形態では、以下のような方法によりポンプの過剰起動を防ぐようにした。

すなわち、例えば図１１の期間ΔＴ_４が発生することにより順位２のポンプが不要に起動されるのを防止するには、図６に示した順位２の起動条件が満足される時間が所定時間ｚ_１継続したときにだけ順位２のポンプを起動するように、起動調整タイマを追加すればよい。ここで、上記の所定時間ｚ_１は、制御サンプリングタイミングの遅れ等を考慮して、例えば、ｚ_１＝１．２×ΔＴ_４により設定することとし、ΔＴ_４を適宜な値に選んで所定時間ｚ_１を決定する。
なお、ΔＴ_４は、図１１における時刻ｔ_４から１台目のポンプの流量が完全になくなるまでの時間を考慮して決定すればよく、ΔＴ_４、言い換えればｚ_１を長くすることにより、総吐出流量（Ｑ_１＋Ｑ_２）に占める１台目ポンプの残留吐出容量の影響をなくすことができる。
これにより、総吐出流量が設定値Ｆ_１以上になる時間がｚ_１以上となるような場合には、真に次の順位２のポンプの起動が必要とされるときであるから、不要なポンプが過剰に運転される問題を生じることがない。

上記のように起動調整タイマを追加するのは、図６における順位３〜５のポンプの起動条件についても同様に行えばよく、順位３〜５の起動条件が満足される時間がそれぞれ所定時間ｚ_２〜ｚ_４、継続したときにだけ順位３〜５のポンプを起動すればよい。ここで、例えば所定時間ｚ_２は、ｚ_２＝１．２×ΔＴ_３により設定されるものであり、このΔＴ_３は、図１２に示したΔＴ_３に等しい。
上述する起動調整タイマを追加する処理を常時適用すると、通常時のポンプ起動もそれぞれ所定時間ｚ_１〜ｚ_４だけ遅れることになるので、故障したポンプを他のポンプによりバックアップ運転するときだけ、起動調整タイマを追加する処理を行うと良い。

以上のように、本実施形態によれば、図３や図４に示したように１台目のポンプが故障した時にバックアップポンプを直ちに立ち上げて供給管路の圧力低下、供給時間の長期化を防止し、ユーザ設備の需要流量に応じて所定時間内に一定圧力で流体を供給することができる。
また、故障ポンプの残留吐出容量に起因する次順位ポンプの過剰起動も防止できるので、省エネルギーにも寄与することができる。

１：ポンプ
２ａ：吸入管路
２ｂ：供給管路
３：インバータ
４：モータ
５：流量計測器
６：圧力指示調節計
６ａ：切替手段
７：手動調節計
７ａ，７ｂ：切替手段
８：速度パターン出力手段

Claims (10)

1. タンクとユーザ設備との間の管路に複数台のポンプが互いに並列に接続され、前記ユーザ設備の需要流量に応じて前記ポンプを所定の起動順位に従って運転することにより、前記タンクから前記ユーザ設備に流体を供給するためのポンプの運転制御方法であって、
   ポンプの正常動作時には、前記ユーザ設備に供給される流体の圧力が所定の圧力設定値以下になったときに起動順位１番目のポンプを起動する第１の起動条件と、運転中の複数台のポンプの総吐出流量が所定の流量設定値以上になったときに次順位のポンプを順次起動する第２の起動条件と、に従ってポンプを起動し、
   運転中のポンプが故障した時には、起動順位が繰り上げられた他のポンプを起動してバックアップ運転を行うポンプの運転制御方法において、
   運転中のポンプの故障により起動順位１番目に繰り上げられた他のポンプについては前記第１の起動条件を適用せず、当該他のポンプを、前記運転中のポンプの故障後に直ちに起動することを特徴とするポンプの運転制御方法。
2. 請求項１に記載したポンプの運転制御方法において、
   運転中のポンプの故障により起動順位２番目以降に繰り上げられた他のポンプについては、前記第２の起動条件が所定時間継続して満足されるまでは前記第２の起動条件を適用せず、前記第２の起動条件が所定時間継続して満足された時に前記第２の起動条件を適用して当該他のポンプを起動することを特徴とするポンプの運転制御方法。
3. 請求項１または２に記載したポンプの運転制御方法において、
   起動順位１番目のポンプを立ち上げる際には所定の速度パターンを電力変換器に与えてポンプ駆動用のモータを可変速制御し、当該ポンプの吐出流量が所定値に達したら、前記ユーザ設備に供給される流体の圧力を圧力設定値に一致させる速度指令に基づいて前記電力変換器を運転することを特徴とするポンプの運転制御方法。
4. 請求項３に記載したポンプの運転制御方法において、
   前記速度パターンを前記速度指令に上書きする機能を備えたことを特徴とするポンプの運転制御方法。
5. 請求項３または４に記載したポンプの運転制御方法において、
   １台のみ運転されているポンプが故障して起動順位が繰り上がったことにより起動順位１番目になったポンプを起動する時のポンプの速度パターンの時間変化率を、複数台のポンプが運転されているときに１台目のポンプが故障して起動順位が繰り上がったことにより起動順位１番目になったポンプを起動する時のポンプの速度パターンの時間変化率よりも小さく設定したことを特徴とするポンプの運転制御方法。
6. タンクとユーザ設備との間の管路に複数台のポンプが互いに並列に接続され、前記ユーザ設備の需要流量に応じて前記ポンプを所定の起動順位に従って運転することにより、前記タンクから前記ユーザ設備に流体を供給するためのポンプの運転制御装置であって、
   ポンプの正常動作時には、起動順位１番目のポンプを、前記ユーザ設備に供給される流体の圧力が所定の圧力設定値以下になったときに起動する第１の起動条件と、運転中の複数台のポンプの総吐出流量が所定の流量設定値以上になったときに次順位のポンプを順次起動する第２の起動条件と、に従ってポンプ駆動用のモータを電力変換器により可変速制御し、運転中のポンプが故障した時には、起動順位が繰り上げられた他のポンプを起動してバックアップ運転を行う運転制御装置において、
   前記運転制御装置は、運転中のポンプの故障により起動順位１番目に繰り上げられた他のポンプについては前記第１の起動条件を適用せず、当該他のポンプを、前記運転中のポンプの故障後に直ちに起動することを特徴とするポンプの運転制御装置。
7. 請求項６に記載したポンプの運転制御装置において、
   前記第２の起動条件が所定時間継続して満足されたか否かを検出するタイマ手段を備え、
   運転中のポンプの故障により起動順位２番目以降に繰り上げられた他のポンプについては、前記タイマ手段により前記第２の起動条件が所定時間継続して満足されたことが検出されるまでは前記第２の起動条件を適用せず、前記第２の起動条件が所定時間継続して満足されたことが検出された時に前記第２の起動条件を適用して当該他のポンプを起動することを特徴とするポンプの運転制御装置。
8. 請求項６または７に記載したポンプの運転制御装置において、
   起動順位が１番目のポンプを立ち上げる際に所定の速度パターンを前記電力変換器に与える手段と、
   前記ポンプによる供給管路の流量を計測する流量計測手段と、
   供給管路の流体の圧力検出値が圧力設定値に一致するように調節動作する調節手段と、
   前記流量計測手段により計測した流量が所定値に達したら、前記調節手段から出力される速度指令を前記電力変換器に与える手段と、
   を備えたことを特徴とするポンプの運転制御装置。
9. 請求項８に記載したポンプの運転制御装置において、
   前記速度パターンを前記速度指令に上書きする手段を更に備えたことを特徴とするポンプの運転制御装置。
10. 請求項８または９に記載したポンプの運転制御装置において、
    １台のみ運転されているポンプが故障して起動順位が繰り上がったことにより起動順位１番目になったポンプを起動する時のポンプの速度パターンの時間変化率を、複数台のポンプが運転されているときに１台目のポンプが故障して起動順位が繰り上がったことにより起動順位１番目になったポンプを起動する時のポンプの速度パターンの時間変化率よりも小さく設定したことを特徴とするポンプの運転制御装置。

Images