JPH10299664A - ポンプの運転制御装置 - Google Patents
ポンプの運転制御装置Info
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- JPH10299664A JPH10299664A JP9103217A JP10321797A JPH10299664A JP H10299664 A JPH10299664 A JP H10299664A JP 9103217 A JP9103217 A JP 9103217A JP 10321797 A JP10321797 A JP 10321797A JP H10299664 A JPH10299664 A JP H10299664A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 圧力検出器の万一の故障の時にも、ポンプを
停止することなく給水を継続することができる低コス
ト、高信頼性の給水システムを提供する。 【解決手段】 末端給水栓に給水するポンプを可変速制
御できる少なくとも１台の可変速制御装置、ポンプの吐
出し側の給水管に配設された圧力検出器、該圧力検出器
の検出値と比較する圧力設定基準を置いて定圧力制御、
推定末端圧力一定制御を行なう自動給水システムのポン
プ運転制御装置において、運転中のポンプの締切り揚程
を推定する手段１０７と、前記締切り揚程に対応したポ
ンプのトルクを推定する手段１１３と、異なった２組以
上のポンプの締切り揚程、トルクのデータを基準に、ポ
ンプの締切り揚程に対応したトルク基準の発生手段１１
４とを具備し、前記トルク基準にポンプのトルクを一致
させるようにポンプの速度を調整することを特徴とす
る。
停止することなく給水を継続することができる低コス
ト、高信頼性の給水システムを提供する。 【解決手段】 末端給水栓に給水するポンプを可変速制
御できる少なくとも１台の可変速制御装置、ポンプの吐
出し側の給水管に配設された圧力検出器、該圧力検出器
の検出値と比較する圧力設定基準を置いて定圧力制御、
推定末端圧力一定制御を行なう自動給水システムのポン
プ運転制御装置において、運転中のポンプの締切り揚程
を推定する手段１０７と、前記締切り揚程に対応したポ
ンプのトルクを推定する手段１１３と、異なった２組以
上のポンプの締切り揚程、トルクのデータを基準に、ポ
ンプの締切り揚程に対応したトルク基準の発生手段１１
４とを具備し、前記トルク基準にポンプのトルクを一致
させるようにポンプの速度を調整することを特徴とす
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動給水ポンプシ
ステムにおけるポンプの運転制御装置に関する。
ステムにおけるポンプの運転制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ビルやマンション等の自動給水設備で
は、従来のポンプの吐出圧力を一定に保つ定圧力制御に
加えて、最近では、需要端での圧力をほぼ一定に保つ推
定未端圧力一定制御が、圧力変動の少ない質の良い給水
と省エネルギーの点から適用されるようになって来た。
特に、ポンプを可変速する手段として、汎用性にとみ、
且つ、著しく高信頼化されている、最近のトランジスタ
インバータが応用され、この目的達成に大きく貢献して
いる。ここで、「推定末端圧力一定制御」とは、末端圧
力をポンプ側にて推定し、推定値をほぼ一定にする制御
のことで、遠隔点の給水末端の圧力を直接検出して制御
する方法に比して、このように呼ばれる。ところで、自
動給水システムは、一般に、このインバータを制御する
ための、閉回路圧力制御と必要なシーケンス制御とを実
行するマイクロコンピュータ式のコントローラから、こ
のインバータの制御信号を得るように、構成されてい
る。閉回路圧力制御は、実際のポンプ吐出圧力を圧力検
出器で検出し、これを定圧力制御の設定値または、推定
未端圧力一定制御の設定値と比較し、その偏差をＰＩコ
ントローラに入力し、コントローラの比例、積分動作に
よって、インバータの周波数を調節することにより、定
圧力制御または、推定末端圧力一定制御を行なってい
る。つまり、給水信頼度の点から、この圧力検出器は、
現状のインバー夕の信頼性と等価または、それ以上の信
頼性向上が要求されることになる。もし、この要求が満
足されていない場合には、コントローラのソフト処理に
よるＰＩ制御、シーケンス制御等に問題がない場合で
も、圧力検出器が、周囲温度、塵埃或いは、取付け不良
や、経年変化等によって誤動作した場合、断水事故にな
る可能性が高い。
は、従来のポンプの吐出圧力を一定に保つ定圧力制御に
加えて、最近では、需要端での圧力をほぼ一定に保つ推
定未端圧力一定制御が、圧力変動の少ない質の良い給水
と省エネルギーの点から適用されるようになって来た。
特に、ポンプを可変速する手段として、汎用性にとみ、
且つ、著しく高信頼化されている、最近のトランジスタ
インバータが応用され、この目的達成に大きく貢献して
いる。ここで、「推定末端圧力一定制御」とは、末端圧
力をポンプ側にて推定し、推定値をほぼ一定にする制御
のことで、遠隔点の給水末端の圧力を直接検出して制御
する方法に比して、このように呼ばれる。ところで、自
動給水システムは、一般に、このインバータを制御する
ための、閉回路圧力制御と必要なシーケンス制御とを実
行するマイクロコンピュータ式のコントローラから、こ
のインバータの制御信号を得るように、構成されてい
る。閉回路圧力制御は、実際のポンプ吐出圧力を圧力検
出器で検出し、これを定圧力制御の設定値または、推定
未端圧力一定制御の設定値と比較し、その偏差をＰＩコ
ントローラに入力し、コントローラの比例、積分動作に
よって、インバータの周波数を調節することにより、定
圧力制御または、推定末端圧力一定制御を行なってい
る。つまり、給水信頼度の点から、この圧力検出器は、
現状のインバー夕の信頼性と等価または、それ以上の信
頼性向上が要求されることになる。もし、この要求が満
足されていない場合には、コントローラのソフト処理に
よるＰＩ制御、シーケンス制御等に問題がない場合で
も、圧力検出器が、周囲温度、塵埃或いは、取付け不良
や、経年変化等によって誤動作した場合、断水事故にな
る可能性が高い。
【０００３】この問題は、給水システムがその信頼性を
向上するために、１００％容量のポンプ及び駆動電動機
とインバータが各個独立に置かれ、並列冗長系として、
信頼性を高めた設計になっていること、また、自動交互
運転を行ない、摩粍、損粍の平均化によって、長寿命化
を図る如く構成した自動交互運転方式が、一般的方式と
して、採用されている点からみても重要な問題である。
確かに圧力検出器には、ポンプや電動機のように、回転
部、可動部がなく、摩耗による経年変化、信頼性低下の
懸念は少ない。然し、万一の、圧力検出器の故障によっ
て、折角の、自動交互運転方式がもっている、並列冗長
による高い信頼性は消滅してしまう。過去、インバータ
の平均故障間隔（ＭＴＢＦ＝mean time between failur
e ）が低く、初期不良も多かった時には、万一のインバ
ータの故障に備えて、インバータをバイパスして、電動
機を直接商用電源に接続する電磁接触器を置いたバック
アップシステムが提案された。
向上するために、１００％容量のポンプ及び駆動電動機
とインバータが各個独立に置かれ、並列冗長系として、
信頼性を高めた設計になっていること、また、自動交互
運転を行ない、摩粍、損粍の平均化によって、長寿命化
を図る如く構成した自動交互運転方式が、一般的方式と
して、採用されている点からみても重要な問題である。
確かに圧力検出器には、ポンプや電動機のように、回転
部、可動部がなく、摩耗による経年変化、信頼性低下の
懸念は少ない。然し、万一の、圧力検出器の故障によっ
て、折角の、自動交互運転方式がもっている、並列冗長
による高い信頼性は消滅してしまう。過去、インバータ
の平均故障間隔（ＭＴＢＦ＝mean time between failur
e ）が低く、初期不良も多かった時には、万一のインバ
ータの故障に備えて、インバータをバイパスして、電動
機を直接商用電源に接続する電磁接触器を置いたバック
アップシステムが提案された。
【０００４】然し、この案は、最近のインバータの高信
頼性を有効な資源として活用していないのみならず、イ
ンバータ切り離し用、商用電源投入用の２組の主回路電
磁接触器の追加を要し、コストが高くなる。また、電動
機を電源に投入する際、大きな始動竃流が流れ、電源系
統に擾乱を与え、また電動機に始動時の大きな発熱を与
える。従って、このバックアップシステムでは、フロー
スイッチ等の流量信号によってポンプをＯＮーＯＦＦ制
御して、非常給水するシステムを構成する場合、コスト
面、性能面に大きな制約があり、実用的でなかった。ま
た、この対策として、インバータのソフトスタート、ソ
フトストップ機能を活用して、ソフトスタート、ソフト
ストップのＯＮーＯＦＦ制御による、バックアップ運転
制御装置が考えられるが、圧力変動が大きいことや、イ
ンバータが本質的に持っている速度制御機能を十分活用
しきれていないと云う問題があった。
頼性を有効な資源として活用していないのみならず、イ
ンバータ切り離し用、商用電源投入用の２組の主回路電
磁接触器の追加を要し、コストが高くなる。また、電動
機を電源に投入する際、大きな始動竃流が流れ、電源系
統に擾乱を与え、また電動機に始動時の大きな発熱を与
える。従って、このバックアップシステムでは、フロー
スイッチ等の流量信号によってポンプをＯＮーＯＦＦ制
御して、非常給水するシステムを構成する場合、コスト
面、性能面に大きな制約があり、実用的でなかった。ま
た、この対策として、インバータのソフトスタート、ソ
フトストップ機能を活用して、ソフトスタート、ソフト
ストップのＯＮーＯＦＦ制御による、バックアップ運転
制御装置が考えられるが、圧力変動が大きいことや、イ
ンバータが本質的に持っている速度制御機能を十分活用
しきれていないと云う問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、この様な問
題点を解決するための手段を提供するもので、インバー
タ制御の可変速ポンプを応用した、単独自動交互運転、
並列自動交互運転、自動ローテーション運転を行なう自
動給水システムのソフトウェアによるバックアップ運転
制御に関する。すなわち、本発明の目的は、インバータ
の速度制御機能を活用し、電源に擾乱を与えることな
く、且つ、電動機の発熱を抑え、電動機のトルク制御に
よって、圧力検出器の万一の故障の時にも、ポンプを停
止することなく給水を継続することができるように、全
てソフトウェアで構築することで、ハードウェアのコス
トを追加することなく、冗長化された基本駆動システム
と協調の取れた低コスト、高信頼性の給水システムを提
供することにある。
題点を解決するための手段を提供するもので、インバー
タ制御の可変速ポンプを応用した、単独自動交互運転、
並列自動交互運転、自動ローテーション運転を行なう自
動給水システムのソフトウェアによるバックアップ運転
制御に関する。すなわち、本発明の目的は、インバータ
の速度制御機能を活用し、電源に擾乱を与えることな
く、且つ、電動機の発熱を抑え、電動機のトルク制御に
よって、圧力検出器の万一の故障の時にも、ポンプを停
止することなく給水を継続することができるように、全
てソフトウェアで構築することで、ハードウェアのコス
トを追加することなく、冗長化された基本駆動システム
と協調の取れた低コスト、高信頼性の給水システムを提
供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために、単独運転、或いは、２台以上の並列運
転により、末端給水栓に給水できるように構成されたポ
ンプの速度を可変速制御できる少なくとも１台の可変速
制御装置、前記ポンプの吐出し側の給水管に配設された
圧力検出器、該圧力検出器の検出値と比較する圧力設定
基準を置き、この偏差が小さくなるように、定圧力制御
または、推定末端圧力一定制御を行なう自動給水ポンプ
システムにおけるポンプの運転制御装置において、運転
中のポンプの締切り揚程を推定する手段と、前記締切り
揚程に対応したポンプのトルクを推定する手段と、少な
くとも、異なった２組以上のポンプの締切り揚程、トル
クのデータを記憶し、このデータを基準に、ポンプの締
切り揚程に対応したトルク基準を発生する手段とを具備
し、前記トルク基準にポンプのトルクを一致させるよう
に、ポンプの速度を調節することを特徴とするものであ
る。
解決するために、単独運転、或いは、２台以上の並列運
転により、末端給水栓に給水できるように構成されたポ
ンプの速度を可変速制御できる少なくとも１台の可変速
制御装置、前記ポンプの吐出し側の給水管に配設された
圧力検出器、該圧力検出器の検出値と比較する圧力設定
基準を置き、この偏差が小さくなるように、定圧力制御
または、推定末端圧力一定制御を行なう自動給水ポンプ
システムにおけるポンプの運転制御装置において、運転
中のポンプの締切り揚程を推定する手段と、前記締切り
揚程に対応したポンプのトルクを推定する手段と、少な
くとも、異なった２組以上のポンプの締切り揚程、トル
クのデータを記憶し、このデータを基準に、ポンプの締
切り揚程に対応したトルク基準を発生する手段とを具備
し、前記トルク基準にポンプのトルクを一致させるよう
に、ポンプの速度を調節することを特徴とするものであ
る。
【０００７】圧力検出器なしで定圧力制御または、推定
未端圧力一定制御を行なう自動給水ポンプシステムにお
けるポンプの運転制御装置において、定圧力制御また
は、推定末端圧力一定制御の時のポンプの締切り揚程と
ポンプトルクのデータを少なくとも２組以上記憶せし
め、このデータを基準に、締切り揚程に対応したトルク
基準を発生できる手段を設け、トルク制御をすることを
特徴とするものである。
未端圧力一定制御を行なう自動給水ポンプシステムにお
けるポンプの運転制御装置において、定圧力制御また
は、推定末端圧力一定制御の時のポンプの締切り揚程と
ポンプトルクのデータを少なくとも２組以上記憶せし
め、このデータを基準に、締切り揚程に対応したトルク
基準を発生できる手段を設け、トルク制御をすることを
特徴とするものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】本発明の実施例について図面を参
照しながら説明する。図１は、本発明のポンプの運転制
御装置をポンプ２台運転の給水システムに適用した場合
の全体構成図であり、図２は本発明のポンプの運転制御
装置の原理構成を示すブロック線図である。図１におい
て、ｌは本発明のポンプの運転制御装置であり、２1、
２2はポンプ吐出側圧力、ポンプ吸込み側圧力をそれぞ
れ検出する圧力検出器で、検出した圧力信号ｈ、ｈsuを
運転制御装置１に出力する。運転制御装置１は、出力信
号として周波数指令ｆ1s、ｆ2sをインバータ１２、２２
に与え、インバータ１２、２２はポンプ１３、２３を駆
動する誘導電動機１１、２１に可変電圧、可変周波数を
供給し、ポンプ速度をそれぞれ、単独に調節できるよう
に構成されている。３は給水量が少ない場合にポンプを
停止するために置かれた保圧用の圧力夕ンク、４は水道
引き込み側９への水の逆流を防止するための減圧式逆止
弁、５1、５2は、ポンプ１３、２３の吐出側に置かれた
それぞれの逆流防止用逆止弁、６1、６2はそれぞれ、ポ
ンプ１３、２３の保守点検に使用される締切り弁、
８1、８2は、同様にポンプ１３、２３の保守点検に使用
される吸込み側締切り弁である。
照しながら説明する。図１は、本発明のポンプの運転制
御装置をポンプ２台運転の給水システムに適用した場合
の全体構成図であり、図２は本発明のポンプの運転制御
装置の原理構成を示すブロック線図である。図１におい
て、ｌは本発明のポンプの運転制御装置であり、２1、
２2はポンプ吐出側圧力、ポンプ吸込み側圧力をそれぞ
れ検出する圧力検出器で、検出した圧力信号ｈ、ｈsuを
運転制御装置１に出力する。運転制御装置１は、出力信
号として周波数指令ｆ1s、ｆ2sをインバータ１２、２２
に与え、インバータ１２、２２はポンプ１３、２３を駆
動する誘導電動機１１、２１に可変電圧、可変周波数を
供給し、ポンプ速度をそれぞれ、単独に調節できるよう
に構成されている。３は給水量が少ない場合にポンプを
停止するために置かれた保圧用の圧力夕ンク、４は水道
引き込み側９への水の逆流を防止するための減圧式逆止
弁、５1、５2は、ポンプ１３、２３の吐出側に置かれた
それぞれの逆流防止用逆止弁、６1、６2はそれぞれ、ポ
ンプ１３、２３の保守点検に使用される締切り弁、
８1、８2は、同様にポンプ１３、２３の保守点検に使用
される吸込み側締切り弁である。
【０００９】７は、ポンプ１３、２３の吐出側集合管と
給水管吐出側１０に至る給水配管の間に設置され、その
間の流量を検知するフロースイッチである。図２は、図
１中に示す本発明のポンプの運転制御装置の内部構成を
示すブロック線図である。同図において、１０１は圧力
設定器、ｌ０２はＰＩコントローラ、１０３、１０４
は、デジタル・アナログ変換器、１０５は、図１のイン
バータ１２または、２２に内蔵された直線指令器と同様
の特性をもった直線指令器、１０６は一次遅れ要素、１
０７は２乗演算器、１０８はポンプ特性ａを表わす定
数、１０９は圧力検出器が故障の場合、圧力設定器１０
１に代えて本発明のポンプの運転制御装置に切替えるた
めの制御切替スイッチである。また、１１０、１１１は
ＮＯ.１ポンプ、ＮＯ.２ポンプの運転切替スイッチ、１
１２は２乗演算器、ｌ１３は２乗演算器１ｌ２の出力よ
り、選択されたポンプの励磁電流の２乗値を引算した結
果の平方根演算を行ないポンプのトルクτを検出する平
方根演算器、ｌｌ４はポンプ特性ａを表わす定数ｌ０８
の出力ｈpoによって設定される基準トルク（τs *）発生
用の関数発生器を示している。
給水管吐出側１０に至る給水配管の間に設置され、その
間の流量を検知するフロースイッチである。図２は、図
１中に示す本発明のポンプの運転制御装置の内部構成を
示すブロック線図である。同図において、１０１は圧力
設定器、ｌ０２はＰＩコントローラ、１０３、１０４
は、デジタル・アナログ変換器、１０５は、図１のイン
バータ１２または、２２に内蔵された直線指令器と同様
の特性をもった直線指令器、１０６は一次遅れ要素、１
０７は２乗演算器、１０８はポンプ特性ａを表わす定
数、１０９は圧力検出器が故障の場合、圧力設定器１０
１に代えて本発明のポンプの運転制御装置に切替えるた
めの制御切替スイッチである。また、１１０、１１１は
ＮＯ.１ポンプ、ＮＯ.２ポンプの運転切替スイッチ、１
１２は２乗演算器、ｌ１３は２乗演算器１ｌ２の出力よ
り、選択されたポンプの励磁電流の２乗値を引算した結
果の平方根演算を行ないポンプのトルクτを検出する平
方根演算器、ｌｌ４はポンプ特性ａを表わす定数ｌ０８
の出力ｈpoによって設定される基準トルク（τs *）発生
用の関数発生器を示している。
【００１０】図２において、制御切替スイッチ１０９
が、”１”側にある時は、圧力設定器１０１の出力ｈs
を圧力設定値とする、公知のポンプの可変速制御による
定圧力制御系を構成している。いま、圧力検出値が許容
最大値をオーバフローまたは、常にゼロ、或いはポンプ
速度低下にても圧力検出信号値が低下しない、或いはポ
ンプ速度上昇にても圧力検出信号値が増加しない等に基
づいて圧力検出器の異状が検出されると、ＰＩコントロ
ーラ１０２の出力は、その異状検出前の値に強制的にセ
ットされ、その値を保持する。同時に、制御切替スイッ
チ１０９は”１”側から″２”側に切り替わり、本発明
のトルク制御に切り替わる。関数発生器１ｌ４は、試運
転調整時の最終的な設定圧力のもとで、つまり、圧力検
出器が健全な時に、吐出側締切り弁６1（ＮＯ.１ポンプ
運転時）を全開位置から全閉位置まで変化させて、ポン
プ定数出力ｈpo、トルクτの値を記憶した、少なくとも
２組以上のデータを参照し、ポンプ定数ｈpoの現在値か
ら、定圧力制御を行なうためのポンプのトルク基準τs *
を発生するものである。
が、”１”側にある時は、圧力設定器１０１の出力ｈs
を圧力設定値とする、公知のポンプの可変速制御による
定圧力制御系を構成している。いま、圧力検出値が許容
最大値をオーバフローまたは、常にゼロ、或いはポンプ
速度低下にても圧力検出信号値が低下しない、或いはポ
ンプ速度上昇にても圧力検出信号値が増加しない等に基
づいて圧力検出器の異状が検出されると、ＰＩコントロ
ーラ１０２の出力は、その異状検出前の値に強制的にセ
ットされ、その値を保持する。同時に、制御切替スイッ
チ１０９は”１”側から″２”側に切り替わり、本発明
のトルク制御に切り替わる。関数発生器１ｌ４は、試運
転調整時の最終的な設定圧力のもとで、つまり、圧力検
出器が健全な時に、吐出側締切り弁６1（ＮＯ.１ポンプ
運転時）を全開位置から全閉位置まで変化させて、ポン
プ定数出力ｈpo、トルクτの値を記憶した、少なくとも
２組以上のデータを参照し、ポンプ定数ｈpoの現在値か
ら、定圧力制御を行なうためのポンプのトルク基準τs *
を発生するものである。
【００１１】ここで、本発明において、トルク基準τs *
を使用することの理由について説明する。ポンプが定圧
力制御系のもとで運転されている制御切替スイッチ１０
９が”１”側の場合、ポンプ速度と流量の間には比例関
係が成立しない。したがって、圧力検出器が故障の場
合、インバータ周波数から流量を推定して、給水負荷が
変動してもほぼ定圧力となる周波数の補償値を決定する
ことは難しいため、定圧力制御ができなくなる。圧力一
定のもとでは、ポンプの効率を不変とすれば、ポンプの
軸動力は流量に比例するので、圧力検出器が故障の場合
に、電動機電流から流量を推定し圧力変動分を補償する
方法が、この代案として、まず考えられる。然し、この
場合、以下の問題がある。
を使用することの理由について説明する。ポンプが定圧
力制御系のもとで運転されている制御切替スイッチ１０
９が”１”側の場合、ポンプ速度と流量の間には比例関
係が成立しない。したがって、圧力検出器が故障の場
合、インバータ周波数から流量を推定して、給水負荷が
変動してもほぼ定圧力となる周波数の補償値を決定する
ことは難しいため、定圧力制御ができなくなる。圧力一
定のもとでは、ポンプの効率を不変とすれば、ポンプの
軸動力は流量に比例するので、圧力検出器が故障の場合
に、電動機電流から流量を推定し圧力変動分を補償する
方法が、この代案として、まず考えられる。然し、この
場合、以下の問題がある。
【００１２】第ｌは、電動機電流に、励磁電流成分が含
まれるために、流量が少ない時、電動機電流による流量
の検出が難しくなること、第２に、圧力設定によって、
特に、直送給水システムでは、吸込み側の圧力の大きさ
によっても、電流とトルクの関係が異なってくること、
第３に、低流量では、ポンプ効率は、大巾に低下し、し
かも、速度と機種によっても、効率がかなり異なること
等である。従って、本発明では、第１の問題に対して
は、励磁電流成分を除いた電動機トルクと流量の関係を
求めたこと、第２、第３の問題に対しては、圧力設定値
をパラメータとした締切り揚程と電動機トルクの関係
が、ほぼ、直線的関係にあることに着目し、然も、圧力
設定が終了し稼働に入る直前に、コントローラによって
実際値を測定、記憶させ、このデ一夕を参照して定圧力
となるトルク基準τs*を発生できるように構成して、こ
の問題を解決している。
まれるために、流量が少ない時、電動機電流による流量
の検出が難しくなること、第２に、圧力設定によって、
特に、直送給水システムでは、吸込み側の圧力の大きさ
によっても、電流とトルクの関係が異なってくること、
第３に、低流量では、ポンプ効率は、大巾に低下し、し
かも、速度と機種によっても、効率がかなり異なること
等である。従って、本発明では、第１の問題に対して
は、励磁電流成分を除いた電動機トルクと流量の関係を
求めたこと、第２、第３の問題に対しては、圧力設定値
をパラメータとした締切り揚程と電動機トルクの関係
が、ほぼ、直線的関係にあることに着目し、然も、圧力
設定が終了し稼働に入る直前に、コントローラによって
実際値を測定、記憶させ、このデ一夕を参照して定圧力
となるトルク基準τs*を発生できるように構成して、こ
の問題を解決している。
【００１３】図３は、本発明のトルク基準を発生する関
数発生器の特性を示す特性グラフである。この特性グラ
フは、実施例として、 実行押込み揚程＝（押込み揚程）−（逆止弁４の固定損
失揚程）≒０ と仮定し、圧力設定ｈs ＝１.０ｐ.ｕ．と、０.７５ｐ.
ｕ．をパラメータとした場合の電動機トルクとポンプの
締切り揚程との関係を計算によって求めたものである。
ここに、圧力設定ｈs 、締切り揚程ｈpo、電動機トルク
τは、いずれも定格値に対する比、つまり、単位法ｐ.
ｕ．（per unit）で表わしたものである。図３に見られ
るように、圧力設定をパラメータとした両者の特性は、
ほぼ直線的関係があることが分かる。即ち、締切り揚程
に対応した電動機のトルク基準に、実際の電動機トルタ
が一致するように、ポンプの速度をインバータによって
調節すれば、結果として、ほぼ、一定圧力の給水運転が
できることになる。
数発生器の特性を示す特性グラフである。この特性グラ
フは、実施例として、 実行押込み揚程＝（押込み揚程）−（逆止弁４の固定損
失揚程）≒０ と仮定し、圧力設定ｈs ＝１.０ｐ.ｕ．と、０.７５ｐ.
ｕ．をパラメータとした場合の電動機トルクとポンプの
締切り揚程との関係を計算によって求めたものである。
ここに、圧力設定ｈs 、締切り揚程ｈpo、電動機トルク
τは、いずれも定格値に対する比、つまり、単位法ｐ.
ｕ．（per unit）で表わしたものである。図３に見られ
るように、圧力設定をパラメータとした両者の特性は、
ほぼ直線的関係があることが分かる。即ち、締切り揚程
に対応した電動機のトルク基準に、実際の電動機トルタ
が一致するように、ポンプの速度をインバータによって
調節すれば、結果として、ほぼ、一定圧力の給水運転が
できることになる。
【００１４】図５は、図３に示すような締切り揚程と電
動機トルクの関係を発生する関数発生器の信号を作るた
めの基準データを取得する手順を示す制御フローであ
る。図５に示す手順のとおり、ステップ１〜５によって
最大流量に対する締切り揚程と電動機トルクをｈpo1、
τ1として記憶できる。また、ステップ６〜１０によっ
て最小流量に対する締切り揚程と電動機トルクを
ｈpo2、τ2として記憶することができる。そして、これ
らの記憶データを基にして、次の（ｌ）式によって、任
意の締切り揚程ｈpoについて、トルク基準τs *が計算で
きることになる。 τs *＝〔（τ1−τ2／（ｈpo1−ｈpo2）〕× （ｈpo−ｈpo2）＋τ2 （ｐ.ｕ．） （ｌ） 他方、この関数発生器１１４の入力信号ｈpoを求めるに
ついては、まず、インバータに内蔵された直線指令器と
同じ特性をもつ直線指令器１０５によって電動機周波数
の推定値ｆ*を作り、この推定値ｆ*から、電動機速度迄
の遅れ時間とポンプ系の圧力―流量の関係が定常状熊に
なる迄の時間を設定する一時遅れ要素１０６によってポ
ンプ速度の推定値ｎ* を得、これを２乗演算器１０７で
演算し、ポンプ定数ａを乗じて、ａｎ*2 ＝ｈpo として
計算される。
動機トルクの関係を発生する関数発生器の信号を作るた
めの基準データを取得する手順を示す制御フローであ
る。図５に示す手順のとおり、ステップ１〜５によって
最大流量に対する締切り揚程と電動機トルクをｈpo1、
τ1として記憶できる。また、ステップ６〜１０によっ
て最小流量に対する締切り揚程と電動機トルクを
ｈpo2、τ2として記憶することができる。そして、これ
らの記憶データを基にして、次の（ｌ）式によって、任
意の締切り揚程ｈpoについて、トルク基準τs *が計算で
きることになる。 τs *＝〔（τ1−τ2／（ｈpo1−ｈpo2）〕× （ｈpo−ｈpo2）＋τ2 （ｐ.ｕ．） （ｌ） 他方、この関数発生器１１４の入力信号ｈpoを求めるに
ついては、まず、インバータに内蔵された直線指令器と
同じ特性をもつ直線指令器１０５によって電動機周波数
の推定値ｆ*を作り、この推定値ｆ*から、電動機速度迄
の遅れ時間とポンプ系の圧力―流量の関係が定常状熊に
なる迄の時間を設定する一時遅れ要素１０６によってポ
ンプ速度の推定値ｎ* を得、これを２乗演算器１０７で
演算し、ポンプ定数ａを乗じて、ａｎ*2 ＝ｈpo として
計算される。
【００１５】また、定圧力制御系においては、電動機の
速度制御範囲が、６０％〜１００％と比較的に狭いこと
から、電動機トルクτは、ＮＯ.１ポンプの運転の場合
で示せば、次の（２）式で、近似的に計算できる。 τ≒（Ｉ1 2−Ｉm1 2）1/2 （ｐ.ｕ.） （２） 但し、 Ｉ1＝（ＮＯ.１ポンプの負荷電流）／（ＮＯ.ｌポンプ
の定格電流）（ｐ.ｕ.） Ｉm1＝（ＮＯ.１ポンプの励磁電流）／（ＮＯ.ｌポンプ
の定格竃流）（ｐ.ｕ.） τ＝（ＮＯ.ｌポンプのトルク）／（ＮＯ.ｌポンプの定
格トルク）（ｐ.ｕ.） 通常、ポンプのインバータ制御では、インバータの（電
圧／周波教）比は、一定に設定され、励磁電流成分は、
一定値として設定できる。
速度制御範囲が、６０％〜１００％と比較的に狭いこと
から、電動機トルクτは、ＮＯ.１ポンプの運転の場合
で示せば、次の（２）式で、近似的に計算できる。 τ≒（Ｉ1 2−Ｉm1 2）1/2 （ｐ.ｕ.） （２） 但し、 Ｉ1＝（ＮＯ.１ポンプの負荷電流）／（ＮＯ.ｌポンプ
の定格電流）（ｐ.ｕ.） Ｉm1＝（ＮＯ.１ポンプの励磁電流）／（ＮＯ.ｌポンプ
の定格竃流）（ｐ.ｕ.） τ＝（ＮＯ.ｌポンプのトルク）／（ＮＯ.ｌポンプの定
格トルク）（ｐ.ｕ.） 通常、ポンプのインバータ制御では、インバータの（電
圧／周波教）比は、一定に設定され、励磁電流成分は、
一定値として設定できる。
【００１６】即ち、（２）式に基づいて図２に示すよう
に、運転切替スイッチ１１１から電動機の一次電流Ｉ1
（ｐ.ｕ．）を取り込み、２乗演算器１１２で求めたこ
の２乗演算値から励磁電流Ｉm1の２乗値を引き、その結
果を平方根演算器１１３で演算した平方根が、電動機ト
ルクτ（ｐ.ｕ.）の近似値となることは、明らかであ
る。かくして、制御切替スイッチ１０９が、”２”側に
切替わってからは、関数発生器１１４の出力τs *をトル
ク設定値とし、τをトルク検出値とするトルク制御回路
が形成され、ポンプの吐出圧はほぼ一定に制御される。
ＮＯ.２ポンプ運転の場合、図２に示す運転切替スイッ
チ１１０、１１１は、”２”側に切替えられ、ＮＯ.１
ポンプの場合と同様に制御される。
に、運転切替スイッチ１１１から電動機の一次電流Ｉ1
（ｐ.ｕ．）を取り込み、２乗演算器１１２で求めたこ
の２乗演算値から励磁電流Ｉm1の２乗値を引き、その結
果を平方根演算器１１３で演算した平方根が、電動機ト
ルクτ（ｐ.ｕ.）の近似値となることは、明らかであ
る。かくして、制御切替スイッチ１０９が、”２”側に
切替わってからは、関数発生器１１４の出力τs *をトル
ク設定値とし、τをトルク検出値とするトルク制御回路
が形成され、ポンプの吐出圧はほぼ一定に制御される。
ＮＯ.２ポンプ運転の場合、図２に示す運転切替スイッ
チ１１０、１１１は、”２”側に切替えられ、ＮＯ.１
ポンプの場合と同様に制御される。
【００１７】尚、運転制御装置１に入力される吸込み側
圧力検出器２2からの検出信号ｈsuは、図示していない
が、吸込み側圧力が基準値以下に低下した場合に、ポン
プを停止する等のインターロックに使用されるものであ
る。これまでの説明では、（１）式のτ1、τ2、
ｈpo1、ｈpo2は、ポンプの実際の運転条件において実測
し、コントローラの記憶装置に記憶させ、ｈpoに対応し
たトルク基準τs *を発生させるようにすることで説明し
たが、設定圧力に応じた設計値や、試験値のτ1、τ2、
ｈpo1、ｈpo2を記憶装置に入力設定して、同様に、トル
ク基準τs *を発生させることも可能である。この場合に
は、当初から、圧力検出器は不要になり、いわゆる、圧
力検出器無しの給水システムが構築できることになる。
圧力検出器２2からの検出信号ｈsuは、図示していない
が、吸込み側圧力が基準値以下に低下した場合に、ポン
プを停止する等のインターロックに使用されるものであ
る。これまでの説明では、（１）式のτ1、τ2、
ｈpo1、ｈpo2は、ポンプの実際の運転条件において実測
し、コントローラの記憶装置に記憶させ、ｈpoに対応し
たトルク基準τs *を発生させるようにすることで説明し
たが、設定圧力に応じた設計値や、試験値のτ1、τ2、
ｈpo1、ｈpo2を記憶装置に入力設定して、同様に、トル
ク基準τs *を発生させることも可能である。この場合に
は、当初から、圧力検出器は不要になり、いわゆる、圧
力検出器無しの給水システムが構築できることになる。
【００１８】また、トルク基準を設定するために選定し
たパラメータおよびｈpo＝ａ・ｎ*2は、ポンプの締切り
揚程を示すパラメータであれば、ポンプ速度の推定値ｎ
*でも良い。勿論、実際速度ｎでも、また、その２乗値
ｎ2 でも、また、実速から演算したａ・ｎ*2でも通用可
能である。本発明で、単位法で表わした締切り揚程ｈpo
を選定したのは、データの表示やチェックに便利である
からである。尚、ポンプの揚程―流量特性を表わす近似
式の中のポンプ定数ａについては、ポンプの定格揚程Ｈ
N、定格回転数ＮN、定格流量ＱN との関係を単位法で表
した式から求めることができる。本発明では、定圧力制
御のもとで運転する可変速ポンプシステムについて説明
したが、原理的に、ポンプが推定末端圧力一定制御系の
もとで運転している場合にも、適用可能である。つま
り、推定末端圧力一定制御のもとで、τ1、τ2、
ｈ po1、ｈpo2が測定、記憶出来れば、もしくは入力、記
憶出来れば、ｈpoに対応して推定末端圧力が一定となる
トルク基準τs *を作り出すことができる。
たパラメータおよびｈpo＝ａ・ｎ*2は、ポンプの締切り
揚程を示すパラメータであれば、ポンプ速度の推定値ｎ
*でも良い。勿論、実際速度ｎでも、また、その２乗値
ｎ2 でも、また、実速から演算したａ・ｎ*2でも通用可
能である。本発明で、単位法で表わした締切り揚程ｈpo
を選定したのは、データの表示やチェックに便利である
からである。尚、ポンプの揚程―流量特性を表わす近似
式の中のポンプ定数ａについては、ポンプの定格揚程Ｈ
N、定格回転数ＮN、定格流量ＱN との関係を単位法で表
した式から求めることができる。本発明では、定圧力制
御のもとで運転する可変速ポンプシステムについて説明
したが、原理的に、ポンプが推定末端圧力一定制御系の
もとで運転している場合にも、適用可能である。つま
り、推定末端圧力一定制御のもとで、τ1、τ2、
ｈ po1、ｈpo2が測定、記憶出来れば、もしくは入力、記
憶出来れば、ｈpoに対応して推定末端圧力が一定となる
トルク基準τs *を作り出すことができる。
【００１９】また、本発明では、単独交互運転方式の給
水システムにて、説明したが、並列運転システムにて
も、各ポンプのトルクの和（τ1＋τ2）をトルクの検出
値とし、ポンプの合計トルク基準Στs *を関数発生器か
ら発生できるように構成すれば、同様の機能を持つポン
プの運転制御装置を構築できる。また、本発明を、図１
の直送給水システムの構成で説明したが、以上説明した
ように、原理的に、本発明は、この方式に限定されるも
のではない。例えば、従来の受水槽式にも通用可能であ
る。この場合、吸込み側逆止弁と吸込み側圧力検出器は
省略される。図４は、本発明の上記と異なる応用を説明
するために掲げた説明図で、図３の場合と同じ条件にお
いて、電動機トルクと流量の関係を求めたものである。
つまり、定圧力制御下にて、最大流量と最小流量の測定
が可能であれば、図５で示した同様の方法で、２組の電
動機トルクに対する流量の測定値が得られ、直線近似に
よって、稼動中のポンプの流量が、電動機トルクから推
定できる。これは、圧力検出器が健全な時、流量の表示
値として利用され、また、圧力検出器故障の場合にて
も、図２で示したトルク制御によって、ポンプ運転中の
トルクτから流量の概数値が推定できることになる。
水システムにて、説明したが、並列運転システムにて
も、各ポンプのトルクの和（τ1＋τ2）をトルクの検出
値とし、ポンプの合計トルク基準Στs *を関数発生器か
ら発生できるように構成すれば、同様の機能を持つポン
プの運転制御装置を構築できる。また、本発明を、図１
の直送給水システムの構成で説明したが、以上説明した
ように、原理的に、本発明は、この方式に限定されるも
のではない。例えば、従来の受水槽式にも通用可能であ
る。この場合、吸込み側逆止弁と吸込み側圧力検出器は
省略される。図４は、本発明の上記と異なる応用を説明
するために掲げた説明図で、図３の場合と同じ条件にお
いて、電動機トルクと流量の関係を求めたものである。
つまり、定圧力制御下にて、最大流量と最小流量の測定
が可能であれば、図５で示した同様の方法で、２組の電
動機トルクに対する流量の測定値が得られ、直線近似に
よって、稼動中のポンプの流量が、電動機トルクから推
定できる。これは、圧力検出器が健全な時、流量の表示
値として利用され、また、圧力検出器故障の場合にて
も、図２で示したトルク制御によって、ポンプ運転中の
トルクτから流量の概数値が推定できることになる。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
インバータの速度制御機能を活用し、電源に擾乱を与え
ることなく、且つ、電動機の発熱を抑え、電動機のトル
ク制御によって、圧力検出器の万一の故障の時にも、ポ
ンプを停止することなく、給水を継続することができる
ように、全てソフトウェアで構築しているため、ハード
ウェアのコストを追加することなく、冗長化された基本
駆動システムと協調の取れた、低コスト、高信頼性の給
水システムを提供できる効果がある。
インバータの速度制御機能を活用し、電源に擾乱を与え
ることなく、且つ、電動機の発熱を抑え、電動機のトル
ク制御によって、圧力検出器の万一の故障の時にも、ポ
ンプを停止することなく、給水を継続することができる
ように、全てソフトウェアで構築しているため、ハード
ウェアのコストを追加することなく、冗長化された基本
駆動システムと協調の取れた、低コスト、高信頼性の給
水システムを提供できる効果がある。
【図１】本発明のポンプの運転制御装置をポンプ２台運
転の給水システムに適用した場合の全体構成図
転の給水システムに適用した場合の全体構成図
【図２】本発明のポンプの運転制御装置の構成を示すブ
ロック線図
ロック線図
【図３】本発明の関数発生器の特性を説明するための説
明図
明図
【図４】本発明を流量検出に応用する場合の説明図
【図５】関数発生器用のデータを獲得する手順を示す制
御フロー
御フロー
１ 運転制御装置 ２1、2 圧力検出器 ３ 圧力タンク ４ 減圧式逆止弁 ５1、2 逆流防止用逆止弁 ６1、2 締切り弁 ７ フロースイッチ ８1、2 吸込み側締切り弁 ９ 水道引込み側 １０ 給水管吐出側 １１、２１ 誘導モータ １２、２２ インバータ １３、２３ ＮＯ．１，２ポンプ １０１ 圧力設定器 １０２ ＰＩコントローラ １０３、１０４ デジタルーアナログ変換器 １０５ 直線指令器 １０６ 一次遅れ要素 １０７ ２乗演算器 １０９ 制御切替スイッチ １１０、１１１ 運転切替スイッチ １１２ ２乗演算器 １１３ 平方根演算器 １１４ 関数発生器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ // Ｈ０２Ｐ 7/74 Ｈ０２Ｐ 7/74 Ｇ (72)発明者 丹治 友山 東京都足立区綾瀬３−24−６ 株式会社佐 山製作所内
Claims (2)
- 【請求項１】 単独運転、或いは、２台以上の並列運転
により、末端給水栓に給水できるように構成されたポン
プの速度を可変速制御できる少なくとも１台の可変速制
御装置、前記ポンプの吐出し側の給水管に配設された圧
力検出器、該圧力検出器の検出値と比較する圧力設定基
準を置き、この偏差が小さくなるように、定圧力制御ま
たは、推定末端圧力一定制御を行なう自動給水ポンプシ
ステムにおけるポンプの運転制御装置において、 運転中のポンプの締切り揚程を推定する手段と、前記締
切り揚程に対応したポンプのトルクを推定する手段と、
少なくとも、異なった２組以上のポンプの締切り揚程、
トルクのデータを記憶し、このデータを基準に、ポンプ
の締切り揚程に対応したトルク基準を発生する手段とを
具備し、前記トルク基準にポンプのトルクを一致させる
ように、ポンプの速度を調節することを特徴とするポン
プの運転制御装置。 - 【請求項２】 圧力検出器なしで定圧力制御または、推
定未端圧力一定制御を行なう自動給水ポンプシステムに
おけるポンプの運転制御装置において、定圧力制御また
は、推定末端圧力一定制御の時のポンプの締切り揚程と
ポンプトルクのデータを少なくとも２組以上記憶せし
め、このデータを基準に、締切り揚程に対応したトルク
基準を発生できる手段を設け、トルク制御をすることを
特徴とする請求項１記載のポンプの運転制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10321797A JP4150863B2 (ja) | 1997-04-21 | 1997-04-21 | ポンプの運転制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10321797A JP4150863B2 (ja) | 1997-04-21 | 1997-04-21 | ポンプの運転制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10299664A true JPH10299664A (ja) | 1998-11-10 |
| JP4150863B2 JP4150863B2 (ja) | 2008-09-17 |
Family
ID=14348343
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10321797A Expired - Fee Related JP4150863B2 (ja) | 1997-04-21 | 1997-04-21 | ポンプの運転制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4150863B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003042074A (ja) * | 2001-07-30 | 2003-02-13 | Miura Co Ltd | 給水システム |
| JP2004156593A (ja) * | 2002-10-16 | 2004-06-03 | Sayama Seisakusho:Kk | 給水方法 |
| EP2055965A1 (en) * | 2007-06-07 | 2009-05-06 | Daikin Industries, Ltd. | Fluid pressure unit |
| JP2012052444A (ja) * | 2010-08-31 | 2012-03-15 | Fuji Electric Co Ltd | 給水装置 |
| WO2015137126A1 (ja) * | 2014-03-11 | 2015-09-17 | 国立大学法人東京工業大学 | 磁気浮上式ポンプ装置、磁気浮上式ポンプ装置による流体の粘度推定方法、及び磁気浮上式ポンプ装置による流体の流量推定方法 |
| JP2016050524A (ja) * | 2014-08-29 | 2016-04-11 | 株式会社川本製作所 | 給水装置 |
| CN106593843A (zh) * | 2017-01-16 | 2017-04-26 | 三禾电器(福建)有限公司 | 一种变速电泵的恒压自动运行控制方法 |
| JP2020143626A (ja) * | 2019-03-06 | 2020-09-10 | 株式会社川本製作所 | 給水装置 |
-
1997
- 1997-04-21 JP JP10321797A patent/JP4150863B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003042074A (ja) * | 2001-07-30 | 2003-02-13 | Miura Co Ltd | 給水システム |
| JP2004156593A (ja) * | 2002-10-16 | 2004-06-03 | Sayama Seisakusho:Kk | 給水方法 |
| JP4532876B2 (ja) * | 2002-10-16 | 2010-08-25 | 株式会社佐山製作所 | 給水方法 |
| EP2055965A1 (en) * | 2007-06-07 | 2009-05-06 | Daikin Industries, Ltd. | Fluid pressure unit |
| EP2055965A4 (en) * | 2007-06-07 | 2010-05-26 | Daikin Ind Ltd | LIQUID PRESSURE UNIT |
| US8302394B2 (en) | 2007-06-07 | 2012-11-06 | Daikin Industries, Ltd. | Fluid pressure unit |
| JP2012052444A (ja) * | 2010-08-31 | 2012-03-15 | Fuji Electric Co Ltd | 給水装置 |
| WO2015137126A1 (ja) * | 2014-03-11 | 2015-09-17 | 国立大学法人東京工業大学 | 磁気浮上式ポンプ装置、磁気浮上式ポンプ装置による流体の粘度推定方法、及び磁気浮上式ポンプ装置による流体の流量推定方法 |
| JP2016050524A (ja) * | 2014-08-29 | 2016-04-11 | 株式会社川本製作所 | 給水装置 |
| CN106593843A (zh) * | 2017-01-16 | 2017-04-26 | 三禾电器(福建)有限公司 | 一种变速电泵的恒压自动运行控制方法 |
| JP2020143626A (ja) * | 2019-03-06 | 2020-09-10 | 株式会社川本製作所 | 給水装置 |
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| JP4150863B2 (ja) | 2008-09-17 |
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