JPS63302199A - ポンプの運転制御方法 - Google Patents

ポンプの運転制御方法

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JPS63302199A
JPS63302199A JP13876287A JP13876287A JPS63302199A JP S63302199 A JPS63302199 A JP S63302199A JP 13876287 A JP13876287 A JP 13876287A JP 13876287 A JP13876287 A JP 13876287A JP S63302199 A JPS63302199 A JP S63302199A
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JP
Japan
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speed drive
variable speed
hunting
value
pump
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JP13876287A
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English (en)
Inventor
Yasuo Takeuchi
竹内 康夫
Toyoichi Wakamatsu
若松 豊一
Masaru Wada
勝 和田
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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  • Control Of Non-Positive-Displacement Pumps (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 1旦n貝仰 [産業上の利用分野コ 本発明は、通常運転時に可変速度駆動ポンプと定速度駆
動ポンプとを含む複数台のポンプを吐出圧カ一定となる
ように並列運転するポンプの運転制御方法に関し、特に
負荷が無負荷状態に近い場合に有効なポンプの運転制御
方法に関する。
[従来の技術1 従来より、可変速度駆動ポンプおよび定速度駆動ポンプ
を含む複数のポンプを並列運転して液体を供給するもの
が知られている。例えば、特開昭56−83581公報
、特開昭56−113086号公報、特開昭57−62
983号公報、特開昭58−93974号公報、特開昭
58−96190号公報等が提案されている。これらは
、各ポンプの吐出口に接続された吐出管内の吐出圧力も
しくは流量を検出し、吐出圧力または末端圧力を一定と
するように、可変速度駆動ポンプの回転速度および定速
度駆動ポンプの運転台数の少なくとも一方を増減制御す
るものである。
また、特願昭61−287520号の[ポンプの運転制
御方法」に示されるように、ポンプの負荷が無負荷状態
に近い場合には吐出圧力の目標圧力を低下させる発明や
提案も為されている。
更に、特願昭62−64499@の「ポンプの運転制御
方法」に示されるように、吐出圧力の目標圧力を低下さ
せる際の負荷設備の無負荷状態を、可変速度駆動ポンプ
の回転速度を制御するための出力信号が所定時間変化し
ないときの出力信号の値とするといった発明や提案も為
されている。
[発明が解決しようとする問題点] 上記特願昭61−287520号や特願昭62−644
99号に示される発明や提案等は、通常運転時等には、
吐出圧力を一定とするよう働き、効率よく運転を行なう
ことができると共に、ポンプの負荷となる負荷設備が無
負荷状態に近い場合には、その目標圧力を低下させてエ
ネルギーの損失等を防ぐといった優れた効果を有するが
、猶、次のような問題が考えられた。
(a)  低負荷時や負荷設備の運転停止時等において
は、負荷設備への供給流量は少量となるが可変速度駆動
ポンプによる供給流量の変化量が大きい、あるいは可変
速度駆動ポンプ等を制御する制御装置の応答性が敏感す
ぎるといったことにより可変速度駆動ポンプの制御にハ
ンチングを発生させてしまうという問題、この問題は、
例え可変速度駆動ポンプ等の性能を同様に構成しても、
負荷設備の配管の長さ等の相違により、その制御のハン
チング状態を異にする。
(b)  また、この(a)の問題により、負荷設備の
無負荷状態を可変速度駆動ポンプの出力信号に基づき検
出することが困難であるといった問題、 が考えられた。
本発明のポンプの運転制御方法は、上記問題を解決し、
更に使い易く、かつ一層緻密な制御を行なうことを1的
としている。
1肌府璽感 [問題点を解決するための手段] 本発明のポンプの運転制御方法は、第1図に例示するよ
うに、 可変速度駆動ポンプおよび定速度駆動ポンプからなる複
数台のポンプを並列運転し、少なくとも上記可変速度駆
動ポンプの回転速度を変更して吐出圧一定に制御するポ
ンプの運転制御方法において、 吐出圧を測定しくSl)、該吐出圧が目標圧力となるよ
うに上記可変速度駆動ポンプ回転速度をフィードバック
制御しくS2)、 上記可変速度駆動ポンプの回転速度をフィードバック制
御するための出力信号がハンチングを発生させた場合に
は(S3)、上記測定された吐出圧の入力信号に上記ハ
ンチングの続行状態に従った所定時定数の応答遅れを持
たせる(S4)ことを特徴とする。
[作用] 本発明のポンプの運転制御方法・は、第1図に例示する
如く、   − 吐出圧を測定しくSl)、この測定された吐出圧が目標
圧力となるよう可変速7度駆動ポンプの回転速度をフィ
ードバック制御するが(S2)、可変速度駆動ポンプの
回転速度を制御する出力信号がハンチングを発生させた
場合には(S3)、上記測定された吐出圧の入力信号に
ハンチングの続行状態に従った所定時定数の応答遅れを
持たせる(S4)よう働く。これにより、本発明のポン
プの運転制御方法は、負荷設備への供給流量が少ないと
きにハンチングを発生させたとしても、測定される吐出
圧の入力信号にハンチングの続行状態に従った負荷設備
固有の所定時定数の応答遅れを持たせるので制御が不安
定となることはなく、ハンチングを防止・抑制するよう
働く。
[実施例] 次に、本発明の好適な一実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。
本発明が適用される工作機械向はクーラント液供給ポン
プの運転制御装置のシステム構成を第2図に示す。貯水
槽1内部には、1台の可変速度駆動ポンプ2および3台
の定速度駆動ポンプ3,4゜5が流体中に配設されてい
る。可変速度駆動ポンプ2は内蔵する可変速度電動機に
より、定速度駆動ポンプ3.4.5は各々に内蔵する定
速度電動機により、それぞれ回転駆動され、貯水槽1内
の流体を吸入する。上記各ポンプ2〜5の吐出口は吐出
管6に並列に接続され、該吐出管6から図示しない工作
機械等の負荷設備に所定量の流体を供給する。吐出管6
には、吐出圧力を検出するダイヤフラム式の圧力検出器
7が取り付けられている。
該圧力検出器7の検出信号は、プログラマブルコントロ
ーラ(以下単にPCとよぶ)8に入力され、該PCBは
インバータ9および駆動回路10に制御信号を出力して
、上記各ポンプ2〜5を駆動する。また、PCBには操
作盤11から、圧カ一定制御の開始および解除の指令が
入力される。
PCBは、CPU8a、ROM8b、RAM8Cを中心
に論理演算回路として構成され、コモンバス8dを介し
てPID調節部8e、入出力部8fに接続されている。
PID調節部8eは、圧力検出器7の検出信号VINを
入力するが、この検出信号VINを、フィルタ定数dF
の値に従ったフィルタ時定数dTの応答遅れを持たせて
読み込み入力するよう構成されている。
即ち、第3図のタイミングチャートに示すように、検出
信号VINが零からVa (>O)に変化したとき(検
出信号VIN>、フィルタ定数dFの値が零の場合には
、予め設定されたサンプリングタイム主1経過侵に検出
信号VINを読み込み入力する(読込入力VIN1)。
一方、フィルタ定数dFの値がN(以下、フィルタ値と
呼ぶ)の場合には、検出信号VINの変化量の値63%
に至るにフィルタ時定数dT=t2(>tl)の応答遅
れを持たせて検出信号VINを読み込み入力する(読込
入力VIN2)。
本実施例においては、PID調節部8eは、次式に従っ
て、フィルタ値N=1のときはフィルタ時定数dT=1
 (秒)、フィルタ値N=2のときはフィルタ時定数d
−r=2(秒)、フィルタ値N=90のときはフィルタ
時定数dT=90 (秒)というように、フィルタ値N
に従ってフィルタ時定数dTがリニアに変化するよう構
成されている。
d T−0,043/ [QO010(1+0.1/N
)]このPID調節部8eは、圧力検出器7の検出信号
を入力すると共に、吐出圧力が予め定められた設定値S
vとなるように、インバータ9に周波数設定信号を出力
する。インバータ9は、該周波数設定信号に応じて周波
数を調整し、可変速度駆動ポンプ2の回転速度を制御す
る。このようにして、可変速度駆動ポンプ2はフィード
バック制御される。
CPU8aは、制御周期毎にPID調節部8eから吐出
圧力を読み込み、該吐出圧力が予め定められた条゛件に
該当する場合には、入出力部8fを介して駆動回路10
に制御信号を出力する。これにより、定速度駆動ポンプ
3〜5の起動または停止が行なわれ、その運転台数が制
御される。
次に、本実施例において行なわれるポンプ運転制御を第
4図に基づいて説明する。性能曲線N1は、可変速度駆
動ポンプ2を1台だけで最高回転速度で駆動した場合を
示し、性能曲線N2.N3゜N4はこれに定速駆動ポン
プを各々1台、2台。
3台並列運転した場合を示す。また、性能曲線N01、
NO2,NO3は、可変速度駆動ポンプ2を1台で運転
時に回転速度を低下させた場合を示し、性能曲線N11
〜N13.N21〜N23゜N31〜N33は、上記各
場合に定速度駆動ポンプを各々1台、2台、3台並列運
転した場合を示す。更に、性能曲線Nf1は、吐出管6
からの吐出流量がほとんど零(無負荷状態)になるとき
の可変速度駆動ポンプ2の運転状態を示している。
また、性能曲線(以下、無負荷曲線と呼ぶこともある>
Nf2は、可変速度駆動ポンプ2を最低回転速度で運転
した場合を示す。
次に、可変速度駆動ポンプ2と2台の定速度駆動ポンプ
3.4とが並列運転されている場合を例として説明する
流量Q1〜Q2の範囲内では、吐出圧力を設定値SVと
するように、可変速度駆動ポンプ2の回転速度を増減す
るフィードバック制御がPID調節部8eにより行なわ
れる。
可変速度駆動ポンプ2が低回転速度で駆動されている場
合に流量が減少してゆくと、吐出圧力は値aから性能曲
線N21に沿って上昇し、ざらに、性能曲線N2に沿っ
て上昇する。やがて吐出圧力は上限値PHを上回り、3
0秒経過したときに、まず可変速度駆動ポンプ2の回転
速度が最高回転速度まで増加され、吐出圧力は性能曲線
N3上の値Cに上昇する。次に、定速度駆動ポンプが1
台停止されるので、吐出圧力は性能曲線N2上の値dに
回復する。このように吐出圧力を設定値Svに近づける
ために、定速度駆動ポンプの運転台数が2台から1台に
減少される。
負荷に急激な変化が生じると、例えば吐出圧力は性能曲
線N22上の値eから低下し始める。やがて、吐出圧力
は最下限値Pm1nを下回り、1秒経過したときに、定
速度駆動ポンプが1台追加起動されるので、吐出圧力は
上昇し、性能曲線N32上の値Qまで回復する。
また、可変速度駆動ポンプ2が最高回転速度で駆動され
ている場合に流量が増加してゆくと、吐出圧力は値りか
ら性能面l1IN3に沿って下降する。
やがて吐出圧力は下限値PLを下回り、20秒経過する
と値iに到る。ここで、定速駆動ポンプが1台追加起動
されるので、吐出圧力は性能曲線Nf上の値jまで回復
する。このように吐出圧力を設定値Svに近づけるため
に、定速駆動ポンプの運転台数が2台から3台に増加さ
れる。
一方、ここで、工作機械等の負荷設備の運転が停止され
ると、可変速度駆動ポンプ2のみの運転が低回転速度で
実行される。これにより、吐出圧力は性能曲線Nf1に
沿うが、このとき、可変速度駆動ポンプ2の出力変更を
指示するPID調節部8eの出力値MVが所定値MV1
 (後に詳述する)±5%以内の値を30秒以上継続し
た場合には、上証設定植S■と下限値PLおよび最下限
値Pm1nは各々SvOとPLOおよびPmOに変更さ
れる。この結果、吐出圧力が無負荷曲線Nf2に沿うよ
う可変速度駆動ポンプ2は最低回転速度状態で制御され
る。本実施例では、上記設定値SVoおよび下限値PL
oおよび最下限値PmOは、各々設定値Sv、下限値P
Lおよび最下限値Pm1nの約1/3とされている。
上記のような制御は、PCBが第5図および第6図に示
すポンプ運転制御処理を実行することにより実現される
。本ポンプ運転制御I処理は、PCBの電源投入に伴い
起動され、ステップ100より実行される。
ステップ100では、各定速駆動ポンプ3〜5の運転時
間を同程度とする為に、運転順序パターンを設定する処
理が行なわれる。続くステップ105では、PID調節
部8eに、フィルタ値Nの初期値NO設定値SV、比例
帯定数P、積分時間Iおよび制御周期等の各定数が出力
される。次にステップ110では、操作盤11からの指
令に基き、一定圧力制御条件の成立か否かが判定され、
肯定判断されるまで待機し、肖定判断されるとステップ
115に進む。
ステップ115では、可変速度駆動ポンプ2を起動する
処理が行なわれる。可変速度駆動ポンプ2が起動された
侵、続く処理ステップ116ないし118において、所
定出力値としての所定値Mv1をRAM8cに記憶する
処理が行なわれる。
即ら、まず、可変速度駆動ポンプ2の出力変更を指示す
るPID調節部8eの出力値MVを読み込み(ステップ
116)、続いて、この読み込まれた出力値MVが30
秒以上連続して±5%の範囲内の値に納まっているか否
かが判定される(ステップ117)。肯定判断された場
合は、ステップ118に進み、そのときの出力値MVの
値を所定値MVIとしてデータエリア(RAM8c)に
セットする処理が行なわれ、一方、否定判断された場合
には、ステップ117において肖定判断されるまで処理
はステップ116に戻る処理が行なわれる。
続くステップ120では、PID調節部Behtら吐出
圧力を入力する処理が行なわれる。この処理において、
PID調節部8eは、上述したよう(、フィルタ値Nに
従った応答遅れ(フィルタ時定数dT)を有して圧力検
出器7の検出信号vINを読み込み入力する処理を行な
う。
次にステップ125に進み、吐出圧力が最下限値Pm1
n以下となる状態が1秒間継続したか否かを判定する。
肯定判断された場合はステップ135に、否定判断され
た場合はステップ130に准む。ステップ130では、
吐出圧力が下限値PL以下となる状態が20秒間継続し
たか否かを判定する。肯定判断され場合はステップ13
5に、否定判断された場合はステップ140に各々進む
ステップ135では、吐出圧力を上昇させるために定速
度駆動ポンプを1台追加起動する処理が行なわれる。
続くステップ140では、吐出圧力が上限値PH以上と
なる状態が30秒間継続したか否かを判定する。肯定判
断された場合はステップ145に、否定判断された場合
は、ステップ156に進む。
ステップ145では、PID調節部8eの設定値S■と
積分時間Iとを変更し、可変速度駆動ポンプ2の回転速
度を上昇させる処理が行なわれる。
続くステップ150では、吐出圧力を低下させるために
、定速度駆動ポンプを1台停止する処理が行なわれる。
次にステップ155に進み、PID調節部8eの設定値
Svと積分時間Iとを元の値に変更し、可変速度駆動ポ
ンプの回転速度を低下させる処理が行なわれる。続くス
テップ156では、定速度駆動ポンプの運転台数増減後
背定時間(n秒間)経過したか否かが判定され、内定判
断された場合はステップ157へ、否定判断された場合
はステップ160へ各々進む。定速度駆動ポンプの運転
台数が安定した場合に実行されるステップ165では、
PID調節部8eの比例帯定数Pおよび積分時間Iが上
記運転台数に応じた値に変更される。ここで、運転台数
が増加した場合は、比例帯定数Pおよび積分定数Iが共
に小さな値に変更され、一方、運転台数が減少した場合
は、上記画定数P、Iが共に大きな値に変更される。各
運転台数に対応したこれらの定数は予めPC8内部に記
憶されており、必要に応じてPID調節部8eに出力さ
れる。
続くステップ160では、フィルタ値Nが変更されてか
ら(後の処理において変更される>10秒以上の遅延時
間が経過したか否かを判定する。
この遅延処理は、制御の安定化を図るためであり、負荷
設備に適合させて遅延時間を設定すればよい。
ここで、肯定判断された場合は、処理はステップ161
に進む。
ステップ161および162では、PIDWA節部8e
の出力値MVがハンチング状態となっていないか否かが
判定される。これは、以下のように行なわれる。
PID調節部8eの現在の出力値MVに対して所定の上
限値M V I+と下限値MVL  (<MVH)とを
設定しくステップ161)、所定の一定時間内に出力値
MVが所定回数以上上限値MVHおよび/または下限値
MVLを超えたか否かにより判定される(ステップ16
2)。このハンチング検出の条件(上限値MVIIや下
限値MVL等)も、負荷設備に適合させて設定される。
ここで、ハンチングを発生させているとの肯定判断がさ
れるとフィルタ値Nの値をインクリメントした後(ステ
ップ163)、一方、否定判断がされると直接次の処理
(ステップ164)に進む。
上記ステップ162および163の処理により、ハンチ
ングの続行状態に従った負荷設備の系に固有のフィルタ
値Nが設定される。
続くステップ164では、上記ステップ160ないし1
62の処理と同様、フィルタ値Nの変更後10秒以上経
過し、かつ出力値MVがハンチングを発生させていない
か否かが判定される。ハンチングを発生させていないと
の肯定判断がされると、現代の出力値MVを入力し復帰
用MVRとしてRAM8Cに記憶した侵(ステップ16
5)、一方、否定判断がされると直接次の処理(ステッ
プ166)に進む。
ステップ166においては、フィルタ値Nを変更した後
、出力値MVが復帰用MVRに対して10%以上増加し
たか否かが判定され、増加したとの肯定判断がされると
フィルタ値Nを初期値NOに戻した後(ステップ167
)、一方、否定判断がされると直接次の処理(ステップ
170)に進む。
即ち、上記ステップ164ないし167の処理においで
は、PID調節部8eの出力値MVがハンチングを発生
させなくなり、しかも出力値が10%以上増加したとき
に、フィルタ値Nを初期値に戻すことによって、検出信
号VINのPID調節部8eの読み込み処理に応答遅れ
を無くし制御の追従性を高めているのである。
上述した処理に続く、あるいは上記ステップ160にお
いて否定判断された場合に続くステップ170では、駆
動されているポンプが可変速度駆動ポンプ2のみで、か
つPID調節部8eの出力値MVが所定値MVI±5%
以内の状態が30秒以上継続する運転状態か否かが判定
される。肯定判断された場合はステップ180に、否定
判断された場合はステップ190に進む。
処理がステップ180に進んだ場合は、無負荷状態と判
定されたときであり、ここで、吐出圧力の目標設定値S
v、下限値PLおよび最下限値Pm1nを各々SVO,
PLOおよびpmOに変更する処理が行なわれる。続く
ステップ190では、設定値Sv等の値を変更した後、
一定時間が経過したか否かが判定される。ここで、肯定
判断された場合は、設定値Sv等が変更された直後の過
渡時を経たときであり、処理はステップ200に進む。
ステップ200では、PID調整部8eの出力値MVが
前回読み込まれたときの値より+5%以上上昇したか否
かが判定され、肯定判断された場合はステップ210に
処理は進む。一方、ステップ190または200で否定
判断された場合は、処理はステップ220に進む。
処理がステップ210に進んだ場合は、工作機械等の負
荷設備の起動が開始され無負荷状態でなくなったときで
あり、ここで、上記変更された設定値Sv、下限値PL
および最下限値Pm1nを各々元の値に戻す処理が行な
われる。
続くステップ220では、操作盤11からの指令に基づ
いて、一定圧力制御条件が解除されたか否かを判定する
。肯定判断された場合は、上記ステップ110に戻って
一定圧力制御条件の成立まで待機し、否定判断された場
合は、上記ステップ120に戻って再び吐出圧を設定値
SV近傍に維持する制御が繰り返される。
尚、無負荷状態のときに、変更された下限値PLOおよ
び最下限値PmOは、図示しない他の処理において、吐
出圧力がこれらの値を下回ったときに設定値Sv、下限
値PLおよび最下限値Pm1n等の値を強制的に元の値
に戻すためのものである。
以上詳細に説明した本実施例によれば、PID調節部8
eの出力値MVのハンチング発生を適確に検出し、ハン
チング発生を検出したときには圧力検出器7の検出信号
VINの読み込み処理にハンチングの続行状態に従った
応答遅れを持たせてい゛ る。これにより、負荷設備へ
の供給流mが少量となった場合においても、制御の応答
性を負荷設備の系固有の運転状態にマツチングさせるこ
とができ、ハンチングを防止・抑制してルリ御の安定化
を一層図ることができるという優れた効果を有する。
また、この結果、工作機械等の負荷設備の運転が停止し
た無負荷状態を、可変速度駆動ポンプ2の運転状態から
正確に検出することができる。これにより、可変速度駆
動ポンプ2の無用の運転を省く処理を適確に行なうこと
ができると共に、負荷設備の無負荷状態に対応するPI
D調節部8eの所定値MV1を正確に設定することがで
きるという優れた効果を奏する。更k、本実施例におい
ては、ハンチングが抑制され、かつ出力値MVが10%
以上増加した場合には、フィルタ値Nは直ちに初期値N
Oに戻されている。これにより、負荷設備が無負荷状態
でない場合の制御の追従性を損なうことが無いという優
れた効果も得ている。
本発明のポンプの運転制御方法は、上記実施例に何等限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
において種々の態様で実施可能である。
及皿五四里 本発明のポンプの運転制御方法によれば、負荷設備への
供給流ωが少量となった場合においても、制御の応答性
を負荷設備の系固有の運転状態にマツチングさせること
ができ、ハンチングを防止・抑制して制御の安定化を一
層図ることができるという優れた効果を有する。また、
この結果、工作機械等の負荷設備の運転が停止した無負
荷状態を、可変速度駆動ポンプの運転状態から正確に検
出することができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の内容を例示した基本的構成図、第2図
は本発明一実施例のシステム構成図、第3図はPID調
節部8eの検出信号VINの読み込み処理に応答遅れを
持たせた様子を示すタイミングチャート、第4図は同じ
くその制御を示す説明図、第5図および第6図は同じく
その制御を示すフローチャート、である。 2・・・可変速度駆動ポンプ 3.4.5・・・定速度駆動ポンプ 7・・・圧力検出器 8・・・プログラマブルコントローラ(PC)8a・・
・CPLJ 8e・・・PID調節部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)可変速度駆動ポンプおよび定速度駆動ポンプから
    なる複数台のポンプを並列運転し、少なくとも上記可変
    速度駆動ポンプの回転速度を変更して吐出圧一定に制御
    するポンプの運転制御方法において、 吐出圧を測定し、該吐出圧が目標圧力となるように上記
    可変速度駆動ポンプ回転速度をフィードバック制御し、 上記可変速度駆動ポンプの回転速度をフィードバック制
    御するための出力信号がハンチングを発生させた場合に
    は、上記測定された吐出圧の入力信号に上記ハンチング
    の続行状態に従った所定時定数の応答遅れを持たせるこ
    とを特徴とするポンプの運転制御方法。
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