KR100300305B1 - Water supply pressurizing pump apparatus, and control system and control method for pump apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 가압 급수 장치의 급수량 변화에 따라 펌프 운전을 조정하고 토출 압력을 자동으로 제어하는 가압 급수 펌프 장치와 그 제어 방법 및 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a pressurized water feed pump device and a control method and system for adjusting the pump operation according to the water supply amount of the pressurized water supply device and automatically controlling the discharge pressure.
일반적으로 급수방식은 건물의 옥상에 개방형 수조를 설치하고, 저수조로부터 물을 펌프로 끌어 올려 밀폐된 배관을 통해 고가수조에 양수하여 중력에 의해 건물내의 필요개소에 급수하는 고가수조방식이다. 그러나, 이 방식은 저수지의 물을 고지대까지 끌어을리는 데 따른 전력 소모, 옥상 물탱크에서의 부유물 퇴적, 이 물질이나 벌레의 침입, 장시간 정체로 인한 세균 증식 등 위생상의 문제가 있었다.또한, 옥상이나 중간층에 물탱크를 구비함으로 건축하중에 따른 구조비용의 증대,건설기공의 지연, 옥상물탱크의 누수 사고나 청소 등의 유지 보수가 곤란한 문제점이 있다.In general, the water supply method is a high water tank system that installs an open water tank on the roof of a building, pumps water from the water tank to a high water tank through a sealed pipe, and supplies water to a required place in the building by gravity. However, this method has hygiene problems such as power consumption in bringing reservoir water to the highlands, deposition of suspended matter in rooftop water tanks, invasion of foreign substances and insects, and bacterial growth due to prolonged stagnation. In addition, since the water tank is provided in the middle floor, there is a problem in that it is difficult to maintain the structure such as increase of structural cost according to the building load, delay of construction porosity, leakage accident or cleaning of the roof water tank.
이러한 문제를 해결하기 위하여 최근에는 가압 급수 방식이 채용되고 있는바, 가압 급수 방식은 옥상 물탱크를 설치하지 않고, 지하 저수조로부터 급수 펌프 에 의해 건물내의 필요한 장소로 직접 급수하는 방식이다. 급수 펌프 장치로는 가압탱크아 부스터를 사용한다. 가압탱크는 급수량이 적은 경우 가압탱크 내에 공기에 의한 압력과 물을 저장함으로써 펌프의 회전이 없이 급수가 가능하지만, 급수량이 많은 경우 실제 급수압보다 훨씬 높은 가압탱크를 경유하게 됨으로써 압력손실로 인한 에너지를 낭비하는 문제점이 있다. 부스터는 급수관의 압력이나 유량을 감지하여 급수가 필요한 경우, 즉 압력이 저하되거나 유량이 증가하는 경우에 항상 적절한 펌프대수와 회전수에 의해 급수할 수 있으나, 심야 등과 같이 급수량이 적은 경우에 축적량이 적으면 펌프가 자주 기동되어야 하고 저속으로 운전해야 하므로, 기동시의 소비전력이 매우 크고, 저속 회전 시에 효율이 떨어지는 문제점이 있다.In order to solve this problem, a pressurized water supply system has recently been adopted. The pressurized water supply system is a method of directly supplying water to a required place in a building by a water pump from an underground water tank without installing a rooftop water tank. Pressurized tank boosters are used as feed pumps. Pressurized tank can supply water without the rotation of pump by storing air pressure and water in pressurized tank when water supply is small, but when water supply is large, energy due to pressure loss by passing through pressurized tank much higher than actual water supply pressure There is a problem of wasting. The booster detects the pressure or flow rate of the water supply pipe and can supply water whenever the water supply is needed, that is, when the pressure decreases or the flow rate increases. If it is small, the pump must be frequently started and operated at a low speed, so the power consumption at the start is very large, and there is a problem that the efficiency is lowered at low speed rotation.
이에, 본 발명은 가압 급수 방식의 상기 제 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 급수량이 적은 경우 소용량 펌프를 가동시키고, 급수량이 많은 경우대용량 펌프를 가동시킴으로써, 전력 소비량을 감소시킨 가압 급수 펌프 장치와 그 제어 시스템 및 제어 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made in order to solve the above problems of the pressurized water supply method, the pressurized water pump device which reduces the power consumption by operating a small capacity pump when the water supply is small, and by operating a large capacity pump when the water supply is large Its purpose is to provide a control system and a control method thereof.
본 발명의 다른 목적은 사용자의 설정에 따라 운전 상태 및 운전 방식을 제어함은 물론 디지털 비례적분미분(PID) 제어 방식에 의해 급수 사용량에 따른 토출압력의 제어 편차를 감소시키는 가압 급수 펌프 장치의 제어 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to control the operation state and the operation method according to the user's setting, as well as the control of the pressurized water pump device to reduce the control deviation of the discharge pressure according to the water consumption by the digital proportional integral derivative (PID) control method A system and method are provided.
본 발명의 또 다른 목적은 사용자가 원격지에서 통신망을 이용하여 본 가압급수장치 및 제어 시스템의 각종 요소들의 설정치를 변경하고 그 운전 상황을 모니터링 하는 가압 급수 펌프 장치의 제어 시스템을 제공하는 데 있다.It is still another object of the present invention to provide a control system of a pressurized water pump device in which a user changes a set value of various elements of the pressurized water supply device and the control system using a communication network and monitors the operation thereof.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 가압 급수 펌프 장치는 급수량이 임계치 미만으로 일정시간 지속되는 경우, 운전을 개시하는 적어도 하나의 소형펌프; 상기 소형펌프와 병렬로 설비되며, 급수량이 임계치 이상일 경우, 급수량의 변동에 따라 기설정된 순서에 따라 소정대의 펌프가 교대로 순차 가동되는 복수개의 표준펌프; 공기실과 수실을 구비하여, 상기 소형펌프 혹은 상기 표준 펌프의 가동에 의해 수실에 물을 채워 급수를 공급하는 압력탱크; 상기 각 펌프의 토출 압력 및 토출 유량을 감지하는 감지부; 프로그램 가능한 운전 설정치 및 상기 압력 감지신호에 따라 상기 소형펌프 및 상기 표준펌프의 운전 대수와 운전 순서를 결정함과 동시에 그 동작을 제어하는 신호를 출력하는 제어수단; 및 상기 제어수단의 제어신호에 따라 상기 소형펌프 및 상기 표준펌프내의 각각의 모터 회전수를 제어하는 인버터를 포함하는 것을 특징으로 한다.Pressurized water pump device of the present invention for achieving the above object is at least one small pump to start the operation, if the water supply amount is less than the threshold for a predetermined time; A plurality of standard pumps installed in parallel with the small pump and having a predetermined number of pumps sequentially operated in a predetermined order according to a change in the amount of water supply when the water supply amount is greater than or equal to a threshold value; A pressure tank having an air chamber and a water chamber to supply water to the water chamber by operating the small pump or the standard pump; A detector for detecting a discharge pressure and a discharge flow rate of each pump; Control means for determining the operation number and operation sequence of the small pump and the standard pump according to a programmable operation set value and the pressure sensing signal and outputting a signal for controlling the operation thereof; And an inverter for controlling the respective motor revolutions in the small pump and the standard pump according to the control signal of the control means.
상기와 같은 추가 목적을 달성하기 위한 본 발명의 상기 가압 급수 펌프 장치를 위한 제어 시스템은, 상기 각 펌프의 전체 토출 압력을 일정하게 유지하도록하고, 기설정된 순서에 따라 상기 복수개의 표준펌프 중 소정대의 펌프가 교대로 순차 가동되도록 하고, 급수량이 적은 시간 구간동안에는 상기 소형펌프를 가동시키도록 하기 위해 상기 인버터를 제어하기 위한 제어 신호를 처리하고, 외부의 설정치 및 내부 주변부품들의 이상 신호를 입력받아 디스플레이하기 위한 정보 신호를 처리하는 처리부; 시스템 버스를 통해 상기 처리부와 연결되며, 상기 가압급수 장치와 상기 처리부간의 입력 및 출력 신호를 처리하는 신호 입출력부; 상기 시스템 버스에 연결되며, 상기 처리부의 제어 프로그램을 내장한 제 1 메모리; 상기 펌프, 상기 인버터, 상기 감지부 및 내부 주변부품들의 이상 상태를 입력받아 상기 신호 입출력부로 출력하는 신호 조건부; 상기 감지부의 압력치 및 상기 인버터의 주파수를 포함한 운전 데이터를 아날로그 신호를 제공받아 디지털 신호로 변환하여 상기 신호 입출력부로 출력하는 A/D변환부; 상기 처리부의 제어 신호를 상기 입출력부를 통해 제공받아 아날로그 신호로 변환하여 상기 인버터로 출력하는 D/A변환부; 상기 시스템버스에 연결되고, 상기 신호 입출력부로부터 상기 이상 상태 신호 및 상기 운전 데이터를 제공아 기록하여 보관하는 제 2 메모리; 상기 시스템 버스를 통해 상기 처리부와 사용자간의 인터페이스를 제공하는 맨-머신 인터페이스; 상기 시스템 버스에 연결되며, 상기 이상 상태 신호에 따른 각종 부품의 이상 발생시점 관리 및 운전 시간을 관리하는 실시간 클럭부; 상기 시스템 버스를 통해 상기 처리부의 정보 신호를 디스플레이하는 표시부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The control system for the pressurized water pump apparatus of the present invention for achieving the above additional object is to maintain a constant total discharge pressure of each of the pumps, according to a predetermined order of the predetermined number of the plurality of standard pumps In order to allow the pumps to be operated in turn, and to process the small pump during the time interval of low water supply, the control signal for controlling the inverter is processed, and the external set value and abnormal signals of internal peripheral parts are input and displayed. A processing unit for processing an information signal for performing a processing; A signal input / output unit connected to the processing unit through a system bus and processing input and output signals between the pressurized water supply device and the processing unit; A first memory connected to the system bus and incorporating a control program of the processor; A signal conditioner which receives an abnormal state of the pump, the inverter, the detector, and internal peripheral parts and outputs the abnormal state to the signal input / output unit; An A / D conversion unit for receiving operation data including the pressure value of the detection unit and the frequency of the inverter, converting the received data into a digital signal and outputting the analog signal to the signal input / output unit; A D / A conversion unit receiving the control signal from the processing unit through the input / output unit and converting the analog signal into an analog signal and outputting the analog signal to the inverter; A second memory connected to the system bus and configured to provide and record the abnormal state signal and the operation data from the signal input / output unit; A man-machine interface providing an interface between the processing unit and a user through the system bus; A real time clock unit connected to the system bus and managing an error occurrence time management point and an operation time of various components according to the abnormal state signal; And a display unit for displaying the information signal of the processing unit through the system bus.
상기와 같은 추가 목적을 달성하기 위한 본 발명의 상기 가압 급수 펌프 장치를 위한 상기 제어 시스템에 있어서, 초기 전원이 투입되면, 상기 제어 시스템의 각종 요소의 상태를 자체 점검하는 제 1 단계; 사용자 입력이 있는 지를 확인하는 제 2 단계; 사용자의 입력에 따라 상기 펌프를 작동시키는 운전 모드, 상기 펌프를 정지시키는 정지 모드, 각종의 설정치를 조회하기 위한 조회 모드, 및 각종의 설정치를 변경하기 위한 설정 모드 중 어느 하나로 분기하는 제 3 단계; 상기 운전 모드에 있어서, 자동 운전 모드에서는 상기 감지부로부터 제공된 현재 압력과 설정 압력과의 차이에 의한 디지털 비례적분미분(PID) 제어 방식에 의해 상기 인버터의 주파수를 제어하고, 반자동 운전 모드에서는 작동 펌프 대수를 제어하고, 수동 운전 모드에서는 상기 펌프의 정지/기동 동작을 스위치 조작하는 제 4 단계; 상기 설정 모드에서는 사용자 설정 모드인지 설치자 설정 모드인지를 판단하는 제 5 단계; 상기 제 5 단계 이후, 사용자 설정 모드이면, 토출 압력제어, 펌프 운전방식, 예약 운전, 및 소형펌프의 운전을 위한 사용자 설정치 데이터를 제공받아 기록하는 제 6 단계; 및 상기 제 5 단계 이후, 설치자 설정 모드이면, 펌프, 인버터, 감지부에 관한 설정치 데이터 및 펌프 순회 운전을 위한 설치자 설정치 데이터를 제공받아 기록하는 제 7 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.In the control system for the pressurized water pump device of the present invention for achieving the above additional object, a first step of self-checking the state of the various elements of the control system when the initial power is turned on; A second step of confirming whether there is a user input; A third step of branching into one of an operation mode for operating the pump, a stop mode for stopping the pump, an inquiry mode for inquiring various setpoints, and a setting mode for changing various setpoints according to a user input; In the operation mode, in the automatic operation mode, the frequency of the inverter is controlled by a digital proportional integral derivative (PID) control method by the difference between the current pressure and the set pressure provided from the sensing unit, in the semi-automatic operation mode operating pump A fourth step of controlling the number and switching the stop / start operation of the pump in the manual operation mode; A fifth step of determining whether the setting mode is a user setting mode or an installer setting mode; A sixth step of receiving and recording user set value data for discharge pressure control, a pump operation method, a reserved operation, and a small pump in a user setting mode after the fifth step; And after the fifth step, in the installer setting mode, a seventh step of receiving and recording the setpoint data regarding the pump, the inverter and the sensing unit, and the installer setpoint data for the pump circulation operation.
상기와 같은 추가 목적을 달성하기 위한 본 발명의 상기 가압 급수 펌프 장치를 위한 상기 제어 시스템은, 사용자가 원격지에서 본 급수 펌프 장치 및 제어시스템의 각 요소의 설정치를 변경하고, 그 운전 상황을 모니터링 하기 위한 직렬통신 인터페이스를 구비하는 것을 특징으로 한다.The control system for the pressurized water pump device of the present invention for achieving the above additional object is to change the set values of each element of the water pump device and the control system that the user viewed from a remote location, and to monitor the operation status thereof. It characterized in that it comprises a serial communication interface for.
도 1은 본 발명에 따른 가압 급수 장치에 대한 전체 구성도,1 is an overall configuration diagram for a pressurized water supply apparatus according to the present invention,
도 2은 본 발명에 따른 가압 급수 장치의 제어 시스템에 대한 블록도,2 is a block diagram of a control system of the pressurized water supply apparatus according to the present invention;
도 3은 본 발명에 따른 가압 급수 장치의 제어 방법에 대한 흐름도,3 is a flow chart for the control method of the pressurized water supply apparatus according to the present invention;
도 4는 토출 압력을 위한 비례적분미분(PID) 제어 알고리즘에 대한 흐름도,4 is a flowchart for a proportional integral derivative (PID) control algorithm for discharge pressure;
도 5는 토출 압력을 일정하게 제어하는 동작을 설명하기 위한 그래프,5 is a graph for explaining an operation of constantly controlling the discharge pressure;
도 6은 순회 운전 알고리즘에 대한 흐름도,6 is a flowchart of a circuit driving algorithm;
도 7은 추정 말단 압력을 일정하게 제어하는 동작을 설명하기 위한 그래프,7 is a graph for explaining an operation of constantly controlling the estimated terminal pressure;
도 8은 반자동 운전 알고리즘에 대한 흐름도,8 is a flowchart for a semi-automatic driving algorithm;
도 9은 예약 운전 알고리즘에 대한 흐름도,9 is a flowchart for a reservation driving algorithm;
도 10은 소유량 운전 알고리즘에 대한 흐름도,10 is a flowchart for a low flow driving algorithm;
도 11은 원격 운전 알고리즘에 대한 흐름도,11 is a flowchart for a remote driving algorithm;
도 12는 도 2의 제어 시스템의 표시부에 디스플레이된 화면을 보여주는 도면,12 is a view showing a screen displayed on the display unit of the control system of FIG.
도 13은 도 2의 제어 시스템의 주처리 보드에 대한 일실시 회로도,FIG. 13 is an exemplary circuit diagram of a main processing board of the control system of FIG. 2;
도 14는 도 2의 제어 시스템의 입출력 보드에 대한 일실시 회로도,14 is a circuit diagram illustrating an input / output board of the control system of FIG. 2;
도 15는 도 2의 제어 시스템을 원격 제어하기 위한 통신 인터페이스 모듈에대한 일실시 회로도이다.FIG. 15 is an exemplary circuit diagram of a communication interface module for remotely controlling the control system of FIG. 2.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings
10:저수조 11:제 1 배관10: reservoir 11: first piping
12:제 2 배관 13:인버터12: 2nd piping 13: Inverter
14:제어반 15:압력탱크14: control panel 15: pressure tank
16:압력센서 P1∼P4:표준 펌프16: Pressure sensor P1 to P4: Standard pump
N:소형 펌프 20:처리부(CPU)N: Small Pump 20: Processing Unit (CPU)
21:제 1 메모리 22:신호 조건부21: first memory 22: signal conditional
23:A/D변환부 24:신호 입출력부23: A / D converter 24: Signal input / output unit
25:제 2 메모리 26:실시간 클럭부25: second memory 26: real time clock unit
27:D/A 변환부 28:직렬 통신 인터페이스27: D / A converter 28: Serial communication interface
29:맨 머신 인터페이스 30:표시부29: man machine interface 30: display unit
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 자세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 가압 급수 펌프 장치에 대한 전체 구성도이다. 복수개의 표준펌프(P1∼P4)는 저수조(10)와 연결된 제 1 배관(11)과 급수처와 연결된 제 2 배관(12)사이에 병렬로 연결된다. 또한, 소형펌프(N)가 제 1 배관(11)과 제 2 배관(12)사이에 연결된다. 펌프의 토출 압력을 감지하는 감지부(Z1∼Z5)가 상기 각각의 펌프(P1∼P4,N)의 토출측에 설비된다. 제어반(14)은 프로그램 가능한 운전 설정치 및 상기 감지부(Z1∼Z5)의 감지 신호를 분석하여 상기 펌프들(P1∼P4,N)의 운전 대수와 운전 순서를 결정함과 동시에, 그 동작을 제어하는 신호를 출력한다. 인버터(13)는 상기 제어반(14)의 제어 신호에 따라 가동시킬 해당 펌프의 모터 회전수를 제어한다.1 is an overall configuration diagram of a pressurized water pump apparatus according to the present invention. The plurality of standard pumps P1 to P4 are connected in parallel between the first pipe 11 connected to the reservoir 10 and the second pipe 12 connected to the water supply destination. In addition, the small pump (N) is connected between the first pipe (11) and the second pipe (12). Sensors Z1 to Z5 for detecting the discharge pressure of the pumps are provided on the discharge side of the respective pumps P1 to P4 and N. The control panel 14 analyzes the programmable operation set values and the detection signals of the detection units Z1 to Z5 to determine the operation number and the operation sequence of the pumps P1 to P4 and N, and simultaneously control the operation. Outputs a signal. The inverter 13 controls the motor rotation speed of the pump to be operated according to the control signal of the control panel 14.
도 1에서, 복수개의 표준펌프(P1∼P4) 중 제 1 펌프(P1)는 최초 가동시 운전을 개시하는 리드 펌프(LEAD pump)이고, 제 2∼4 펌프(P2∼P4)는 리드펌프의 용량이 부족할 때 운전을 개시하는 레그 펌프(LAG pump)이다. 또한, 소형펌프(N)는 상기 제 1∼4 펌프(P1∼P4)에 비해 적은 용량을 갖는 펌프로서, 예컨대 심야시간과 같이 급수사용량이 적은 시간대에 운전을 개시하도록 하여 급수 동력비를 절감할 수 있도록 한다. 즉, 급수 소비량에 대한 사전 조사를 통해 소유량 시간대을 미리 세팅해두고, 그 시간대에 해당하고 일정시간동안 급수량이 임계치 미만이 될 때, 소형펌프를 자동으로 기동시킨다. 소형펌프는 상황에 따라 여러 대로 설치할 수도 있다. 더 바람직한 실시예에서, 최초 가동시 시스템의 소프트 스타트를 위해 소형 펌프를 우선 가동시키고, 표준 펌프가 기동되면 소형펌프는 자동으로 정지되도록 할수 있다. 여기서, 소형펌프는, 소유량 시간대에서 시스템의 압력이 목표값에 도달 했거나, 소유량 시간대를 벗어난 시간에서 자동으로 정지될 것이다.In FIG. 1, the first pump P1 of the plurality of standard pumps P1 to P4 is a lead pump (LEAD pump) which starts operation at the first time of operation, and the second to fourth pumps P2 to P4 are of the lead pump. It is a LAG pump that starts operation when the capacity is insufficient. In addition, the small pump N is a pump having a smaller capacity than the first to fourth pumps P1 to P4. For example, the small pump N can start operation at a time when water supply is low, such as at night, so as to reduce the water supply power cost. Make sure In other words, the preliminary investigation of the water consumption is set in advance, and the small pump time is automatically started when the water supply time falls below the threshold for a certain time. Small pumps may be installed in more than one situation. In a more preferred embodiment, the small pump can be started first for soft start of the system on first start up, and the small pump can be automatically stopped when the standard pump is started. Here, the small pump will automatically stop at a time when the system pressure has reached the target value or out of the low flow time zone.
상기 인버터(13)는 리드 펌프인 제 1 펌프(P1)의 모터 회전수를 제어하여 급수량에 따라 회전수를 조정하여 급수량을 항상 일정하게 유지하는 역할을 한다. 리드 펌프는 각 펌프의 운전 시간 등을 고려하여 제어반(14)의 제어신호에 의해 순번대로 돌아가면서 정해진다. 이것은 결과적으로 복수개의 펌프가 동일한 운전 시간을 갖도록 하기 위한 조치이다.The inverter 13 controls the motor rotational speed of the first pump (P1) that is the lead pump to adjust the rotational speed according to the water supply amount to maintain a constant amount of water supply. The lead pump is determined in turn by the control signal of the control panel 14 in consideration of the operation time of each pump. This is a measure to ensure that a plurality of pumps have the same running time as a result.
한편, 상기 인버터(13)를 대신하여 압력조절밸브(미도시)를 각 펌프의 토출측에 설치할 수도 있다. 이 압력조절밸브는 밸브 1차 측의 압력변동에 관계없이 2차측(즉, 급수 공급 헤더)의 압력을 일정하게 유지해주는 역할을 한다. 그러나, 인버터 방식은 저유량시 동력 절감율이 높고 에너지 절약이 우수한 반면, 압력조절 밸브 방식은 밸브 자체 저항으로 인한 손실이나 저유량시 펌프 효율도를 저하되는점을 고려해야 할 것이다.On the other hand, in place of the inverter 13, a pressure control valve (not shown) may be provided on the discharge side of each pump. This pressure regulating valve serves to maintain a constant pressure on the secondary side (i.e. feed water supply header) regardless of the pressure fluctuations on the valve primary side. However, while the inverter method has a high power saving rate and excellent energy saving at low flow rate, the pressure regulating valve method has to consider the loss due to the valve self-resistance or lowering the pump efficiency at low flow rate.
다시 도 1을 참조하면, 가압 급수 펌프 장치는 상기 펌프들(P1∼P4,N) 중 적어도 하나가 가동함에 따라 제 2 배관(12)을 통해 물을 채우는 압력탱크(15)를 더 구비한다. 압력탱크의 내부는 펌프에 의해 양수된 물을 저장하는 수실과, 공기로 채워진 공기실로 이루어진다. 압력센서(16)는 그 공기실의 압력을 감지한다. 또, 압력탱크와 펌프사이의 제 2배관에 압력 스위치(미도시)를 구비한다. 제어반(14)은 압력센서(16)의 감지신호에 따라 압력 스위치(16)의 개폐를 제어한다. 압력탱크(15)는 압력 스위치가 폐쇄될 때 가동하고, 개방될 때 정지한다.Referring back to FIG. 1, the pressurized water pump apparatus further includes a pressure tank 15 for filling water through the second pipe 12 as at least one of the pumps P1 to P4 and N operates. The interior of the pressure tank consists of a water chamber for storing water pumped by the pump, and an air chamber filled with air. The pressure sensor 16 senses the pressure in the air chamber. Further, a pressure switch (not shown) is provided in the second pipe between the pressure tank and the pump. The control panel 14 controls the opening and closing of the pressure switch 16 according to the detection signal of the pressure sensor 16. The pressure tank 15 operates when the pressure switch is closed and stops when it is opened.
상기 제어반의 제어에 따른 상기 압력 탱크(15)와 펌프의 동작을 설명하면 다음과 같다. 가압 급수 펌프 장치의 운전을 개시하여 펌프가 가동되면, 상기 압력 탱크(15)는 제 2 배관(12)을 타고 흘러온 물을 탱크(15)에 채우게 되고, 탱크(15)의 공기실 압력이 증가하면서 축압(蓄壓)이 완료되면 상기 펌프는 정지한다. 급수처에서 물을 사용하기 시작하면 압력 탱크(15)내에 축압 되었던 물이 공급되면서 공기실의 압력은 점차 내려간다. 이때 상기 펌프는 정지한다. 다시 압력탱크(15)의 공기실의 압력이 가동(cut-in) 설정점까지 감소하면 압력 스위치에 의해 펌프가 가동되고 급수 공급이 계속된다. 급수 요구량이 작거나 사용을 중지하면, 펌프가 계속 운전되면서 압력 탱크(15)로 급수가 공급되고 중단(cut-off)설정점에 이르면 압력 스위치에 의해 펌프는 정지한다.Referring to the operation of the pressure tank 15 and the pump according to the control of the control panel as follows. When the pump is operated by starting operation of the pressurized water pump device, the pressure tank 15 fills the tank 15 with the water flowing through the second pipe 12 and the air chamber pressure of the tank 15 increases. The pump stops when the pressure is completed. When water starts to be used at the water supply, the pressure of the air chamber is gradually lowered as water accumulated in the pressure tank 15 is supplied. At this time, the pump is stopped. When the pressure in the air chamber of the pressure tank 15 again decreases to the cut-in set point, the pump is operated by the pressure switch and the water supply is continued. When the water supply demand is small or stops using, the pump continues to run while water is supplied to the pressure tank 15 and the pump is stopped by the pressure switch when the cut-off set point is reached.
이러한 가압 급수 펌프 장치에 있어서, 압력 탱크가 없거나 용량이 부족하면 급수량이 변화에 따라 펌프의 기동/정지가 빈번하게 일어나고, 예컨대 압력 스위치, 릴레이, 전자 개폐기 등 계장부품의 잦은 고장이나, 펌프 모타의 과부하에 의한 손상 등의 심각한 문제를 초래하며 짧은 시간내에 시스템 전체가 작동 불능 상태에 빠지는 위험이 있을 수 있다. 따라서, 인버터 제어에 의한 부스터 펌프에 의한 급수 장치에서 압력 탱크를 구비하는 것이 요구되는 것이다.In such a pressurized feed water pump device, if there is no pressure tank or the capacity is insufficient, the pump starts / stops frequently as the water supply changes. For example, frequent failure of instrumentation parts such as pressure switches, relays, and electronic switchgear, It can cause serious problems such as damage due to overloading and there may be a risk that the whole system will be inoperable in a short time. Therefore, it is required to provide a pressure tank in the water supply apparatus by the booster pump by inverter control.
도 2는 본 발명에 따른 가압 급수 장치의 제어 시스템에 대한 블록도이다.2 is a block diagram of a control system of the pressurized water supply apparatus according to the present invention.
제어 시스템은 처리부(20)(CPU), 제 1 메모리(21), 신호 입출력부(24), 제 2 메모리(25), 실시간 클럭부(26), 직렬 통신 인터페이스(28), 맨-머신 인터페이스(29)(Man-Machine Interface, 이하 MMI라 함), 및 표시부(30)가 시스템 버스(BI)를 통해 연결된다. 또, 디지털 입력부(24-1), 디지털 출력부(24-2), 아날로그 입력부(24-3), 아날로그 출력부(28-4)로 구성된 신호 입출력부(24)가 시스템 버스(BI)에 연결된다. 신호 조건부(22), A/D변환부(23), 및 D/A변환부(27)는 상기 신호 입출력부(24)의 해당 블록으로 입력되고 및 해당 블록에서 출력되는 각각의 아날로그 및 디지털 형태의 신호를 처리한다.The control system includes a processor 20 (CPU), a first memory 21, a signal input / output unit 24, a second memory 25, a real time clock unit 26, a serial communication interface 28, a man-machine interface. (29) (Man-Machine Interface, hereinafter referred to as MMI), and the display unit 30 are connected via the system bus BI. In addition, a signal input / output unit 24 composed of a digital input unit 24-1, a digital output unit 24-2, an analog input unit 24-3, and an analog output unit 28-4 is connected to the system bus BI. Connected. The signal conditioner 22, the A / D converter 23, and the D / A converter 27 are input to the corresponding block of the signal input / output unit 24, and the respective analog and digital forms output from the corresponding block. Process the signal.
처리부(20)는 가압 급수 펌프 장치의 펌프 운전 및 제어 시스템내의 주변부품들을 제어하기 위한 제어 신호 및 디스플레이를 위한 정보 신호를 처리한다. 제어 프로세스는 프로그램 가능한 운전 설정치에 따라 가동 펌프(P1∼P4,N, 도1참조)의 전체 토출 압력을 일정하게 유지하도록 하고, 기설정된 순서에 따라 소정대의 펌프가 순차적으로 교대로 가동되도록 하고, 급수량이 적은 소유량 시간 구간동안에는 소형펌프를 가동시키도록 하기 위해 상기 인버터(13)를 제어하기 위한 제어신호를 처리한다. 또, 사용자의 설정치 및 내부 주변부품들의 이상 신호를 입력받아 표시부(30)에 디스플레이하기 위한 정보 신호를 처리한다. 처리부는 80C188XL 16비트 C-MOS 마이크로프로세서로 구현하였다.The processor 20 processes a control signal for controlling peripheral components in the pump operation and control system of the pressurized water pump device and an information signal for display. The control process keeps the total discharge pressure of the movable pumps (P1 to P4, N, see Fig. 1) constant according to the programmable operating set point, and causes the predetermined pumps to be sequentially operated in turn according to the preset order, The control signal for controlling the inverter 13 is processed to operate the small pump during the low flow rate time interval with a small amount of water supply. In addition, a user inputs a set value and an abnormal signal of internal peripheral parts, and processes an information signal for displaying on the display unit 30. The processor is implemented with an 80C188XL 16-bit C-MOS microprocessor.
제 1 메모리(21)는 처리부(20)의 제어 프로그램을 내장하며, 일종의 롬(Read Only Memory; ROM)으로 구현할 수 있다. 제어 프로그램은 예컨대, 급수량의 변화에도 배관계통의 토출압력을 일정하게 유지하도록 제어하는 기능, 다수대의 펌프의 운전시간을 균일하게 하기 위한 교대운전기능, 운전시간을 설정할 수 있는 예약기능 등을 수행한다.The first memory 21 may include a control program of the processor 20 and may be implemented as a type of read only memory (ROM). The control program performs, for example, a function of controlling to maintain a constant discharge pressure in the piping system even with a change in water supply, an alternate operation function for making the operation time of a plurality of pumps uniform, a reservation function for setting the operation time, and the like. .
신호조건부(22)는 복수개의 펌프, 인버터, 감지부를 포함한 각종 부품의 현재 조건 및 에러 상태를 디지털 신호로 제공받아 상기 디지털 입력부(24-1)로 출력한다. 디지털 입력은 예컨대, 전원이상신호, 토츨측 이상 고압신호, 흡입측 저수위 신호, 유체 이상 저온/고온 신호, 각 펌프의 이상신호, 인버터 이상신호, 원격운전 제어신호 등이 있다. 또한, 신호 조건부(22)에 의해 제공되는 디지털 채널을 통해 제어시스템에 사용되는 모든 디지털 입력 접점의 극성을 임의적으로 설정 할 수 있으므로, 설계자는 기의 배선설계 및 각종 센서의 선정에 최대한의 자유도를 가질 수 있다.The signal conditioner 22 receives the current conditions and error conditions of various components including a plurality of pumps, inverters, and sensing units as digital signals and outputs them to the digital input unit 24-1. The digital input includes, for example, a power supply abnormal signal, a discharge side abnormal high pressure signal, a suction side low water level signal, a fluid abnormal low temperature / high temperature signal, an abnormal signal of each pump, an inverter abnormal signal, a remote operation control signal, and the like. In addition, since the polarity of all the digital input contacts used in the control system can be arbitrarily set through the digital channel provided by the signal conditioner 22, the designer can maximize the degree of freedom in designing the wiring design and selecting the various sensors. Can have
A/D변환부(23)는 감지부(Z1∼Z5)의 압력치 및 인버터(13)의 주파수를 아날로그 신호로 제공받아 디지털 신호로 변환하여 상기 아날로그 입력부(24-3)로 출력한다. 아날로그 입력은 예컨대, 현재 토출 압력치, 원격 설정 압력치, 현재 소비 전류치, 현재 인버터 주파수 등이 있다.The A / D converter 23 receives the pressure values of the detectors Z1 to Z5 and the frequency of the inverter 13 as analog signals, converts them into digital signals, and outputs the digital signals to the analog input units 24-3. Analog inputs include, for example, current discharge pressure values, remotely set pressure values, current consumption current values, current inverter frequencies, and the like.
제 2 메모리(25)는 신호 조건부(22)의 출력 신호 및 A/D변환부(23)의 출력 신호를 디지털 입력부(24-1) 및 아날로그 입력부(24-3)를 통해 각각 제공받아 각종부품의 운전 상황과 에러 상태를 기록하여 보관한다. 제 2 메모리(25)는 램(Random Access Memory; RAM)과 같은 휘발성 기억소자에 백업 배터리를 부착하여 비휘발성으로 구현할 수 있다. 제 2 메모리는 소정기간동안의 운전 데이터(예컨대, 각 펌프의 운전 시간)와 이상 발생시의 부품의 상태 등을 기록하여 보관하고있다가 그 내용을 판독하여 운전상황을 감시할 수 있으며, 정확한 A/S 정보를 제공할 수도 있다. 또한, 주요부품의 적산사용시간의 기록을 유지하고 있으므로 주요부품의 교체시점을 미리 예측할 수도 있다.The second memory 25 receives the output signal of the signal conditioner 22 and the output signal of the A / D converter 23 through the digital input unit 24-1 and the analog input unit 24-3, respectively. Record and keep the operation status and error status. The second memory 25 may be nonvolatile by attaching a backup battery to a volatile memory such as a random access memory (RAM). The second memory records and stores the operation data (for example, the operation time of each pump) and the state of parts in case of an abnormal occurrence for a predetermined period, and reads the contents to monitor the operation status. S information may also be provided. In addition, the integration time of the main parts is maintained so that the replacement time of the main parts can be predicted in advance.
실시간 클럭부(26)는 이상 발생시의 정확한 시점의 관리 및 주요 부품의 운전시간을 연산하는 시계 역할을 담당한다.The real time clock unit 26 plays a role of a clock for managing an accurate time point when an abnormality occurs and for calculating an operation time of a main component.
D/A 변환부(27)는 처리부(20)의 제어 신호를 아날로그 출력부(24-4)를 통해 입력받아 아날로그 신호로 변환하여 출력한다. 아날로그 출력신호는 예컨대, 인버터 주파수 제어신호, 현재 압력치 표시신호, 현재 운전량 표시신호등이 있다.The D / A converter 27 receives the control signal of the processor 20 through the analog output unit 24-4, converts the control signal into an analog signal, and outputs the analog signal. The analog output signal is, for example, an inverter frequency control signal, a current pressure value display signal, a current operation amount display signal, or the like.
상기 A/D 변환부(23)에 의해 제공된 아날로그 입력 채널(0∼5V/0∼1OV/4∼20mA 전환 가능)을 통해 외부로부터 토출 압력의 설정치를 입력받고, 상기 D/A변환부(27)에 의해 제공된 아날로그 출력 채널(0~10V)을 통해 현재 압력 표시 신호(P/T 출력:0~1OV) 및 운전량 표시 신호((현재 가동중인 펌프의 용량)/(전체 펌프의 용량):0~1OV)를 출력한다. 시스템 설계자는 상기의 아날로그 정보를 이용하여 빌딩 자동화 시스템(Building Automation System; BAS)과 손쉽게 인터페이스 할 수 있다.A set value of the discharge pressure is received from the outside through an analog input channel (0 to 5 V / 0 to 1 OV / 4 to 20 mA switchable) provided by the A / D converter 23, and the D / A converter 27 Current pressure display signal (P / T output: 0 ~ 1OV) and operation quantity display signal ((capacity of currently running pump) / (capacity of total pump) via analog output channel (0-10V) provided by 0 ~ 1OV). The system designer can easily interface with the building automation system (BAS) using the above analog information.
직렬 통신 인터페이스(28)은 원격지의 관제시스템과 통신하기 위한 인터페이스를 제공한다. 이것은 공중전화망을 사용하는 RS-422/485로 구현하였다. 이렇게 하면, 관제시스템에서 통신망을 통해 제어 시스템내의 현재 설정값이나 운전 상황등을 감시하거나 변경할 수 있으므로, 외부에서 펌프의 운전상태를 손쉽게 모니터링함은 물론 관제할 수도 있다.The serial communication interface 28 provides an interface for communicating with a remote control system. This is implemented by RS-422 / 485 using public telephone network. In this way, since the control system can monitor or change the current set value or operation status in the control system through the communication network, it is also possible to easily monitor and control the operation state of the pump from the outside.
MMI(29)는 사용자의 기능 선택키나 설정 데이터를 입력받기 위한 일종의 키패드, 및 시스템의 운전 상황이나 에러 경고 등을 사용자에게 알리기 위한 발광다이오드(LED)로 구현된다.The MMI 29 is implemented as a kind of keypad for receiving a function selection key or setting data of a user, and a light emitting diode (LED) for informing a user of an operation state or an error warning of a system.
표시부(30)는 처리부(20)로부터의 정보 신호를 디스플레이하며, 일종의 한글 표시 기능을 갖춘 LCD(liquid crystal display)로 구현하였다.The display unit 30 displays an information signal from the processing unit 20 and is implemented as an LCD (liquid crystal display) having a type of Korean display function.
도 3은 도 1의 가압 급수 장치와 그 장치를 제어하는 도 2의 제어 시스템을위한 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a control method for the control system of FIG. 2 controlling the pressurized water supply device of FIG. 1 and the apparatus.
단계S1은 제어 시스템(도 2참조)에 초기 전원이 투입되면, 제어 시스템의 각종 요소(예컨대, 롬, 램, A/D변환기 등)의 상태를 자체적으로 점검한다. 단계S2는 사용자 입력이 있는 지를 확인한 후, 단계S3으로 진입하여 사용자의 입력에 따라 상기 펌프를 작동시키는 운전 모드, 상기 펌프를 정지시키는 정지 모드, 각종의 설정치를 조회하기 위한 조회 모드, 및 각종의 설정치를 변경하기 위한 설정 모드 중 어느 하나로 분기한다. 사용자가 운전 모드를 선택하면, 단계S4의 운전모드로 진입하여, 자동/반자동/수동 운전 모드인지를 단계S5, S6에서 판단한다. 여기서, 자동 운전 모드에서는 상기 감지부(Z1∼Z5, 도 1참조)로부터 제공된 현재 토출 압력과 설정 압력과의 차이에 의한 비례적분미분(PID) 제어 방식에 의해 상기 인버터(13, 도 1참조)의 주파수를 제어하여 상기 펌프의 모터 회전수를 제어한다(S7). 반자동 운전 모드에서는 상기 인버터가 고장났을 경우 작동 펌프 대수를 제어한다 (S8). 수동 운전 모드는 제어 시스템에 의하지 않고 조작자가 직접 급수 장치의 기동/정지를 조정한다(S9). 여기서, 수동 운전은 시운전시나 유지 보수 시에 각 펌프를 개별로 가동하거나, 혹은 지정된 펌프를 인버터에 의해 원하는 주파수에서 가동하고자 할 경우에, 사용자 설정에 의해 수동운전항목을 선택할 수 있도록 하기 위함이다. 각각의 펌프의 기동 방식을 기능키를 이용하여 온/오프 방식으로 지정하고, 펌프를 인버터 제어로 지정하면 설정값 변경과 같은 방식으로 인버터의 운전주파수를 지정할 수 있다. 이때, 수동운전은 시스템 운전을 정지한 경우에만 선택할 수 있다.In step S1, when the initial power is supplied to the control system (see FIG. 2), the state of various elements (for example, ROM, RAM, A / D converter, etc.) of the control system is checked by itself. Step S2 checks whether there is a user input, and then enters step S3 to operate the pump according to the user's input, a stop mode for stopping the pump, an inquiry mode for inquiring various set values, and various Branch to any of the setting modes for changing the setpoint. When the user selects the operation mode, the operation mode of step S4 is entered, and it is determined in steps S5 and S6 whether it is an automatic / semi-automatic / manual operation mode. Here, in the automatic operation mode, the inverter 13 (see FIG. 1) is controlled by a proportional integral derivative control method based on a difference between a current discharge pressure and a set pressure provided from the sensing units Z1 to Z5 (see FIG. 1). By controlling the frequency of the motor speed of the pump is controlled (S7). In the semi-automatic operation mode, when the inverter has failed, the number of operating pumps is controlled (S8). In the manual operation mode, the operator directly adjusts the start / stop of the water supply device without using the control system (S9). Here, the manual operation is to allow the manual operation item to be selected by the user setting when each pump is individually operated at the time of commissioning or maintenance, or when the designated pump is to be operated at the desired frequency by the inverter. If the pump is set to on / off mode by using a function key and the pump is set to inverter control, the operating frequency of the inverter can be specified in the same manner as the set value change. At this time, manual operation can be selected only when the system operation is stopped.
사용자가 정지 모드를 선택하면 일시 정지하게 된다(S10). 정지 모드는 사용자 혹은 설치자가 원하는 설정치를 입력하기 위해 펌프의 작동을 일시적으로 정지시키기 위한 모드이다.When the user selects the stop mode, the user pauses (S10). The stop mode is for temporarily stopping the operation of the pump in order to enter the desired set point by the user or installer.
사용자가 조회 모드를 선택하면 각종 설정 데이터 및 현재 운전 상황을 조회 할 수 있는 조회 모드로 진입한다(S11).When the user selects the inquiry mode, the user enters an inquiry mode for inquiring of various setting data and the current driving state (S11).
사용자 설정 모드를 선택하면, 사용자 설정모드인지 설치자 설정 모드인지를 판단한다(S13, S15). 사용자 설정 모드이면(S14), 토출 압력제어, 펌프 운전 방식, 예약 운전, 및 소형펌프의 운전을 위한 사용자 설정치 데이터를 제공받아 상기 제 2 메모리(25, 도 2참조)에 기록하는 사용자 변경 모드로 진입한다. 설치자 설정 모드이면(S16), 펌프(P1∼P4,N), 인버터(13), 감지부(Z1∼Z5)에 관한 설정치 데이터 및 펌프 순회 운전을 위한 설치자 설정치 데이터를 제공받아 제 2 메모리(23)에기록하는 설치자 변경 모드로 진입한다. 이때, 사용자/설치자 설정 모드 구별은 예컨대 각각의 고유한 식별 코드(identification code)에 의해 확인, 검증하여 등록된 자만이 진입할 수 있도록 하며, 사용자 식별 코드는 변경 가능한 반면 설치자 식별 코드는 변경 할 수 없다.If the user setting mode is selected, it is determined whether the user setting mode or the installer setting mode (S13, S15). In the user setting mode (S14), the user setting mode is provided to receive the user setpoint data for the discharge pressure control, the pump operation method, the reserved operation, and the operation of the small pump, and record the data in the second memory 25 (see FIG. 2). Enter. In the installer setting mode (S16), the setpoint data for the pumps P1 to P4 and N, the inverter 13, and the sensing units Z1 to Z5, and the installer setpoint data for the pump circulation operation are received and the second memory 23 is provided. Enter installer change mode. At this time, the user / installer setting mode distinction is confirmed and verified by each unique identification code, so that only the registered user can enter, and the user identification code can be changed while the installer identification code can be changed. none.
이어서, 하기 도 4 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 특징적인 기능들에 대해 자세히 설명한다.Next, the characteristic functions of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 12.
우선, 토출 압력을 일정하기 유지하기 위한 토출 압력의 제어방식은 부하에 따른 추종 특성이나, 시스템의 안정도, 비용 등을 고려하여 PID 제어 방식을 사용하며, 그 PID 제어량(M)은 하기 수학식 1과 같다.First, the discharge pressure control method for maintaining the discharge pressure constant uses a PID control method in consideration of the following characteristics according to the load, stability of the system, cost, etc., the PID control amount (M) is Same as
[수학식 1][Equation 1]
이때, 현재오차전아 en은 현재 토출 압력에서 설정 토출 압력을 감산한 값이다. 수학식 1에서와 같이 제어량(M)은 비례치(P)와 적분량(I) 및 미분량(D)에 대한 합산으로 결정된다. 또한, PID 비례제어상수 KP는 시운전시 자동 튜닝을 실행하여 자동적으로 그 시스템의 최적의 정수값을 추출하여 PID 루프의 시정수로 입력된다.At this time, the current error e n is a value obtained by subtracting the set discharge pressure from the current discharge pressure. As in Equation 1, the control amount M is determined by the sum of the proportional value P, the integral amount I, and the differential amount D. In addition, PID proportional control constant K P performs automatic tuning during commissioning and automatically extracts the optimal integer value of the system and inputs it as the time constant of PID loop.
도 4는 토출 압력을 위한 비례적분미분(PID) 제어 알고리즘에 대한 흐름도이고, 도 5는 토출 압력을 일정하게 제어하는 동작을 설명하기 위한 그래프이다. 도 4를 참조하면, 단계40은 제 2 메모리(25, 도 2참조)로부터 제공된 관련 데이터를 이용하여 수학식 1과 같은 비례치(P), 적분량(I), 미분량(D)을 각각 계산하고, 단계41은 계산된 비례치(P), 적분량(I), 미분량(D)을 모두 합산하여 제어량(M)을 계산한다. 단계42는 상기 제어량(M)이 100% 보다 작으면, 현재 가동중인 펌프에 앞서 연결된 과거 펌프가 온(ON)인지를 판단하여(43), 온 상태이면 과거 펌프를 오프 시키도록 교시한다(44). 또한, 단계42에서 상기 제어량(M)이 100%보다 크거나 같으면, 현재 가동중인 펌프의 운전시간(t)과 기설정된 임계치(T)를 비교하여(45), 운전시간이 임계치(T)보다 클 경우에는(45), 새로운 펌프를 온 시키도록 교시한다(46). 상기 단계44 및 상기 단계46 이후, 또 상기 단계43 및 상기 단계45의 판단 결과가 부정일 경우, 상기 계산된 제어량(M)을 인버터 주파수 제어를 위한 아날로그 신호(AO_FREQ)로서 출력하여(47), 상기 아날로그 출력부(24-4, 도 2참조)를 통해 인버터(13)로 제공한다.4 is a flowchart illustrating a proportional integral differential (PID) control algorithm for the discharge pressure, and FIG. 5 is a graph for explaining an operation of controlling the discharge pressure constantly. Referring to FIG. 4, step 40 uses proportional data (P), integral amount (I), and derivative amount (D) as shown in Equation 1, respectively, using relevant data provided from the second memory 25 (see FIG. 2). Step 41 calculates the control amount M by adding up the calculated proportional value P, the integral amount I, and the differential amount D together. In step 42, if the control amount M is less than 100%, it is determined whether or not the past pump connected to the currently operating pump is ON (43), and if it is on, teaches to turn off the past pump (44). ). Further, if the control amount M is greater than or equal to 100% in step 42, the operation time t of the currently operating pump is compared with the preset threshold T (45), and the operation time is greater than the threshold T. If large (45), teach to turn on new pump (46). After the step 44 and the step 46, and if the determination result of the step 43 and the step 45 is negative, the calculated control amount (M) is output as an analog signal (AO_FREQ) for inverter frequency control (47), It is provided to the inverter 13 through the analog output unit 24-4 (see FIG. 2).
도 5를 참조하면, 목표 압력치(말단압+실양정+배관손실)를 토출압 일정선(50)(A-H)으로 나타내면, 유량(Q) 변화에 따라 펌프의 회전수(N)는 H점(85%) -＞ G점(90%) -＞ F점(95%)으로 토출압 일정선상에 따라 변화된다. 유량이 더욱 증가하여 E점(100%)을 넘어서면 펌프는 1대만으로 부족하기 때문에 2번째의 펌프가 기동하여 D점에서 2대로 운전하게 된다. 유량이 계속 증가하면 C점(100+90%N) -＞ B점(100+95%N)으로 토출압 일정선상을 따라 변화하고 최종적으로는 A점(100+100%N)에 도달한다. 2개 펌프 운전의 경우에는 이 A점이 최대 토출량이 된다.Referring to FIG. 5, when the target pressure value (end pressure + actual head + piping loss) is represented by the discharge pressure constant line 50 (AH), the rotational speed N of the pump according to the change in the flow rate Q is at the H point. (85%)-> G point (90%)-> F point (95%). If the flow rate increases further and exceeds E point (100%), only one pump is insufficient, so the second pump starts and operates two at D points. If the flow rate continues to increase, point C (100 + 90% N)-> point B (100 + 95% N) changes along the discharge pressure constant line and finally reaches point A (100 + 100% N). In the case of two pump operation, this A point becomes the maximum discharge amount.
순회 운전 기능은 다수의 펌프를 병렬 운전하는 데 있어서, 정지된 펌프중하나를 선택하여 가동시에는, 가장 먼저 정지된 펌프를 우선적으로 가동시키고, 정지시에는, 가장 먼저 가동된 펌프를 우선적으로 정지시킴으로써, 각 펌프의 운전시간 및 기동회수를 균일하게 하는 것이다. 이로써 펌프의 마모나 고장을 최소화할수 있다.The circuit operation function operates a plurality of pumps in parallel, and when one of the stopped pumps is selected and started, the first stopped pump is started first, and when stopped, the first started pump is stopped first. By doing so, the operation time and the start frequency of each pump are made uniform. This minimizes wear and failure of the pump.
순회 운전 알고리즘에 대한 흐름도는 도 6에 도시되어 있다. 도 6을 참조하면, 단계60은 급수량이 증가하여 펌프 추가 요구가 있는지를 판단하고, 판단결과 새로운 펌프를 추가시키고자 할 때는 단계61에서 N번째 펌프가 현재 작동 가능한지를 조사한다. 만일 N번째 펌프가 작동할 수 없을 경우에는, 면수(N_on)를 1증가시켜(62) 다음 번째 펌프가 작동가능 한지를 다시 조사한다. 이렇게 단계61,62를 반복하여 순차적으로 펌프를 스캔하면서 작동 가능한 N번째 펌프를 찾아낸 후 그 펌프를 온 시키고(63), 변수(N_on)를 1씩 증가시킨다(64).A flow chart for the circuit driving algorithm is shown in FIG. Referring to FIG. 6, step 60 determines whether there is a demand for adding a pump due to an increase in water supply, and when it is determined that a new pump is to be added, it is checked in step 61 whether the N th pump is currently operable. If the Nth pump is inoperable, increase the number N_on by one (62) and check again whether the next pump is operable. Repeating steps 61 and 62, the pump is sequentially scanned to find the N th pump that can be operated, and the pump is turned on (63), and the variable N_on is increased by one (64).
한편, 단계60의 펌프 추가 요구가 없을 경우에는 단계65에서 급수량이 감소되어 펌프 삭제 요구가 있는지를 판단한다. 펌프 삭제 요구가 없다면 종료하고, 반면 펌프 삭제 요구가 있다면 단계66에서 N번째 펌프를 오프 시키고 단계67에서 변수(N-off)를 1 증가시킨 후 종료한다.On the other hand, if there is no request to add a pump in step 60, the water supply amount is decreased in step 65 to determine whether there is a pump deletion request. If there is no pump deletion request, the process is terminated. On the other hand, if there is a pump deletion request, the N th pump is turned off in step 66 and the variable (N-off) is increased by one in step 67 and then terminated.
상기와 같은 순환 운전 방식이 24시간 주기로 교대로 운전시킨다면, 예를 들어, 1번 펌프를 인버터 펌프로 하여, 첫째날 운전 순서는 1번-2번-3번-4번, 둘째날 운전 순서는 1번-3번-4번-2번, 세째날 운전 순서는 1번-4번-2번-3번과 같이 연속하여 교대로 운전시킨다. 이때 맨 나중펌프는 스탠바이 상태로 운전될 수도 있다.따라서, 펌프의 운전량을 동일하게 하여 수명을 연장시킬 수 있다. 추가적으로, 인버터에 의해 운전되는 펌프도 일정 시간마다 교대되도록 할 수 있다. 실제적인 펌프의 운전방식은 제어 프로그램에 따라 (1) 설계 급수량의 10% 이하에서 일정시간 지속시: 소형펌프만 운전 (2) 설계 급수량의 33%미만시: 1번 펌프만 운전하며 인버터의 무단변속제어에 의해 피크부하의 1/3까지 필요량만큼 운전 (3) 설계 급수량의 66%미만시 : 1번 펌프(인버터에 의해 회전수 제어) 및 2번 펌프 운전 (4) 설계 급수량의 66%이상 : 1번 펌프(인버터에 의해 회전수 제어), 2번 펌프, 3번 펌프 운전 (5) 4번 대기 펌프는 1번∼3번 펌프 고장시 교체투입 또는 설계유량의 100% 이상으로 되는 순간초과 유량시 가동하는 방식으로 운전한다.If the cyclic operation method as described above is operated alternately in a 24-hour cycle, for example, the pump No. 1 as an inverter pump, the operation sequence of the first day is 1-2-2-3 times, the second operation sequence 1 No.-3 No.-4 No.2 and the third day operation sequence are operated in succession as No.1 No.4 No.-2 No.-3 No. At this time, the last pump may be operated in a standby state. Accordingly, the pump may have the same operating amount to extend its life. In addition, the pumps driven by the inverter can also be shifted at regular intervals. The actual pump operation method is according to the control program. (1) If the constant time is maintained at less than 10% of the design water supply: Only small pump is operated. (2) If less than 33% of the design water supply: Only pump is operated. (3) When 66% of the design water supply is less than: 1 pump (rotation control by inverter) and 2 pump operation (4) 66% or more of design water supply : No. 1 pump (controlled by inverter), No. 2 pump, No. 3 pump operation (5) Standby pump no. Operate in a manner that operates at the flow rate.
추정 말단 압력 일정 제어 운전 기능은 미리 입력된 방식에 의해 배관의 마찰 저항에 의한 압력 손실을 보상하도록 함으로써, 배관의 말단 압력을 일정하게 유지하는 것이다. 추정 말단 압력 제어 모드를 선택하면, 기설정된 배관저항과, 추정유량을 계산하여 하기 수학식 2에 의해 제어 압력을 결정한다.The estimated end pressure constant control operation function keeps the end pressure of the pipe constant by compensating for the pressure loss caused by the frictional resistance of the pipe by a pre-input method. When the estimated end pressure control mode is selected, the preset pressure is calculated and the control pressure is determined by the following equation (2).
[수학식 2][Equation 2]
상기 수학식 2에서 Ptota1은 토출 압력, Pfriction은 배관마찰손실, PFRICTION은 설계배관 마찰손실, PFIXTURE는 말단수전압력, PHEIGHT는 최대양정, Q는 현재유량, N은 현재 가동중인 펌프 개수(인버터 펌프 제외), M은 현재 인버터의 제어량, Ntotal은 전체 펌프개수(인버터 펌프 포함)이다.In Equation 2, P tota1 is discharge pressure, P friction is pipe friction loss, P FRICTION is design pipe friction loss, P FIXTURE is end hydraulic pressure, P HEIGHT is maximum head, Q is current flow rate, N is currently running pump The number (except inverter pump), M is the control amount of the current inverter, N total is the total number of pumps (including the inverter pump).
도 7은 추정 말단 압력을 일정하게 제어하는 동작을 설명하기 위한 그래프이다. 추정말단압력이 일정제어의 경우에도 유량(Q)변화에 따라 말단압력 일정곡선 (70)상을 움직이면서, 도 5에서 설명한 토출 압력 일정제어와 같은 모양으로 변화한다. 즉, 목표 압력치(말단압+실양정+배관손실)를 말단압 일정곡선(40)(A-G)으로나타내면, 유량(Q) 변화에 따라 펌프의 회전수(N)는 G점(70%) -＞ F점(80%) -＞ E점(90%)으로 말단압 일정곡선 상을 따라 변화된다. 유량이 더욱 증가하여 D점(100%)을 넘어서면 펌프는 1대만으로 부족하기 때문에 2번째의 펌프가 기동하여 D점에서 2대로 운전하게 된다. 유량이 계속 증가하면 C점(100+80%N) -＞ B점(100+90%N)으로 변화하고 최종적으로는 A점(100+100%N)에 도달한다. 2개 펌프 운전의 경우에는 이A점이 최대 말단 토출량이 된다. 그러나, 급수사용량이 작을 때는 가압 급수 시스템의 압력제어 목표치가 스스로 낮아지기 때문에(즉, 유량감속에 따른 배관 마찰손실의 감소를 컴퓨터가 계산하여 토출 압력 목표치를 수정하기 때문에), 인버터의 회전수를 보다 낮출 수 있으므로 급수 동력비를 더욱 절감할 수 있는 것이다.7 is a graph for explaining an operation of constantly controlling the estimated end pressure. Even in the case of constant control, the estimated end pressure moves on the end pressure constant curve 70 in accordance with the change in the flow rate Q, and changes to the same shape as the constant discharge pressure control described in FIG. That is, if the target pressure value (end pressure + actual head + piping loss) is represented by the end pressure constant curve 40 (AG), the rotation speed N of the pump according to the change in the flow rate Q is the G point (70%). -> F point (80%)-> E point (90%) It changes along a terminal pressure constant curve. If the flow rate increases further and exceeds D point (100%), only one pump is insufficient, so the second pump starts and operates two at D points. If the flow rate continues to increase, the point changes from point C (100 + 80% N) to point B (100 + 90% N) and finally reaches point A (100 + 100% N). In the case of two pump operation, this A point becomes the maximum terminal discharge amount. However, when the water supply usage is small, the pressure control target of the pressurized water supply system lowers itself (that is, because the computer calculates the reduction of the pipe friction loss due to the flow deceleration and corrects the discharge pressure target). Since it can be lowered, the water supply power cost can be further reduced.
도 8은 반자동 운전 모드에 대한 알고리즘으로서, 인버터가 고장난 경우에대비한 대수 제어 방식에 의해 펌프를 운전시키는 방식으로, 압력조절밸브가 부착되지 않았을 경우에는 순시적인 압력의 편차는 무시된다. 도 8을 참조하면, 단계 80은 아날로그 입력부(24-3, 도 2참조)로부터 제공된 현재 토출 압력(AI_PRES)과 기설정된 최대 압력치(P-max)를 비교하여, 현재 토출 압력이 최대 압력치보다 클경우, 모든 펌프를 오프(OFF)시켜 작동을 중지시킨다(81). 현재 토출 압력이 최대 압력치 보다 크지 않을 경우에는, 단계82에서 현재 토출 압력과, 기준치에서 편차를 감산한 값(P_ref - P_dif)을 비교하여, 현재 토출 압력이 감산한 값 보다 작지 않을 경우, 단계83으로 전이하여 현재 토출 압력과, 기준치에 편차를 가산한 값(P_ref + P_dif)을 비교한다. 단계83의 결과, 현재 토출 압력이 가산한 값보다 크지 않을 경우에, 현재 펌프 작동 시간(T-op)을 '0'으로 초기화시키는(84) 반면, 현재 토출 압력이 가산한 값보다 클 경우에, 과거 펌프를 오프시킨다(85).8 is an algorithm for a semi-automatic operation mode, in which a pump is operated by a logarithmic control method in case of an inverter failure, and an instantaneous pressure variation is ignored when a pressure control valve is not attached. Referring to FIG. 8, step 80 compares the current discharge pressure AI_PRES provided from the analog input unit 24-3 (see FIG. 2) with a preset maximum pressure value P-max, so that the current discharge pressure is the maximum pressure value. If greater, all pumps are turned off to stop operation (81). If the current discharge pressure is not greater than the maximum pressure value, in step 82, the current discharge pressure is compared with the value obtained by subtracting the deviation from the reference value (P_ref-P_dif), and if the current discharge pressure is not smaller than the subtracted value, Transition to 83 compares the current discharge pressure with the value (P_ref + P_dif) obtained by adding the deviation to the reference value. As a result of step 83, when the current discharge pressure is not greater than the added value, the current pump operating time T-op is initialized to '0' (84) while the current discharge pressure is larger than the added value. The pump is turned off (85).
한편, 상기 단계82에서, 현재 토출 압력이 감산한 값 보다 작을 경우에, 단계86으로 전이하여 현재 펌프 작동 시간(T_op)과 기설정된 평균작동 시간(T_avg)을 비교하여, 현재 펌프작동 시간이 더 클 경우에 새로운 펌프를 온 시킨다(87).On the other hand, in the step 82, when the current discharge pressure is less than the subtracted value, the process shifts to step 86 to compare the current pump operating time (T_op) and the predetermined average operating time (T_avg), the current pump operating time is more If large, turn on the new pump (87).
예약 운전은 요일별, 시간대별 설정값을 지정할 수 있도록 하여 요일이나 시간대별로 최적의 운전을 할 수 있도록 한 것으로서, 예약 시간과 예약 압력 및 예약 건수를 램에 기록해두고 해당 시간에 운전을 개시 또는 정지한다. 이를 도 9를 참조하여 설명한다. 변수 T는 예약 시간, 변수 i는 예약 사건을 나타낸다. 단계90에서 T는 현재 시간(T_now)으로, i는 1로 초기화된다. 단계91에서 현재 시간(T)과 i번째 예약 시간(T_sch[i])을 비교하여, 현재시간이 i번째 예약시간보다 크지않다면, 단계92에서 변수 i를 하나 증가시킨 후 단계91을 반복한다. 한편, 현재시간이 i번째 예약시간보다 크다면, 단계93에서 i번째 예약된 압력을 판독하여 이를 기준 압력으로 설정한다(P_ref＜-P_sch[i]).Reserved operation is to enable optimal operation by day and time by setting the setting value by day and time. It records the reservation time, reservation pressure and the number of reservations in RAM and starts or stops the operation at the corresponding time. . This will be described with reference to FIG. 9. Variable T represents the reservation time and variable i represents the reservation event. In step 90, T is initialized to the current time T_now and i to 1. In step 91, the current time T is compared with the i-th reservation time T_sch [i]. If the current time is not greater than the i-th reservation time, the variable i is increased by one in step 92, and then step 91 is repeated. On the other hand, if the current time is larger than the i-th reserved time, the i-th reserved pressure is read out in step 93 and set as the reference pressure (P_ref <-P_sch [i]).
소유량 운전 모드는 예컨대 심야시간대와 같은 급수사용량이 아주 소량일 경우, 대용량 펌프를 가동시키므로 인한 전력 낭비를 방지하기 위해서, 유량이 일정량 이하일 경우에는 별도의 소형펌프를 가동시킴으로써, 급수동력을 절감시킬 수있다. 소유량 운전 알고리즘을 도 10을 참조하여 설명하면, 단계100은 소형펌프를사용 가능한지를 판단하고, 사용할 수 있다면, 단계101은 소형펌프가 온 상태인지를 조사한다. 소형펌프가 오프 상태라면, 현재 유량(Q)과 소형펌프의 유량(Q-np)을 비교하여(102), 현재 유량이 작지 않다면, 소유량 운전 시간 변수 t_np=0으로 초기화한다(108). 한편, 단계101 조사 결과, 소형펌프가 온 상태라면, 현재 동력(P)과 소형펌프의 동력(P_np)을 비교하여(115), 현재 동력이 작지 않다면, 소유량 운전 시간 변수 t_np=0 으로 초기화한다(108).The low-flow operation mode saves water supply power by operating a separate small pump when the flow rate is below a certain amount, in order to prevent the waste of power due to the operation of a large capacity pump when the water supply is very small, such as a late night time zone. have. Referring to FIG. 10, the low flow operation algorithm will be described as to whether the small pump is available, and if it is available, the step 101 checks whether the small pump is on. If the small pump is in the off state, the flow rate Q-np of the small flow pump is compared with the current flow rate Q (102), and if the current flow rate is not small, the low flow rate operation time variable t_np = 0 is initialized (108). On the other hand, if the small pump is turned on as a result of step 101, the current power P and the power P_np of the small pump are compared (115). If the current power is not small, the low power operation time variable t_np = 0 is initialized. (108).
단계102의 판단결과, 현재 유량이 소형펌프의 유량보다 작다면, 소유량 운전시간(t_np)과 기설정된 시간(T_np)을 비교하여(103), 소유량 운전 시간이 크다면, 단계104로 진입하여 소유량 운전 모드를 개시함으로써, 소형펌프를 가동시키도록 한다.As a result of the determination of step 102, if the current flow rate is smaller than the flow rate of the small pump, the low flow rate operation time t_np is compared with the preset time T_np (103). By starting the operation mode, the small pump is operated.
단계105의 판단결과, 현재 동력이 소형펌프의 동력보다 작다면, 소유량 운전시간(t_np)과 기설정된 시간(T_np)을 비교하여(103), 소유량 운전 시간이 크다면, 단계107로 진입하여 정상 운전 모드를 개시함으로써, 보통의 표준펌프를 작동시킨다.As a result of the determination in step 105, if the current power is less than the power of the small pump, the low flow rate operation time t_np is compared with the preset time T_np (103). By starting the operating mode, the normal standard pump is operated.
원격 운전 모드는 사용자가 원격지에서 펌프의 압력치를 설정하고 운전을 제어하기 위한 기능으로서, 제어 시스템 내부 및/혹은 외부에 직렬 통신을 위한 인터페이스 보드를 구비하고 있으면서, 통신 인터페이스(예컨대, RS-422/485)를 통해휴대용 단말기, 컴퓨터 등을 통해 펌프의 운전 상태를 조작하거나 감시할 수 있다.운전 모드 알고리즘을 도 11을 통해 설명하면, 단계110에서 원격제어가 가능한 지를 판단하여, 원격제어가 가능하다면 단계111에서 사용자로부터 입력된 아날로그 원격 설정 압력치(AI_PSET)가 '0'보다 작지 않다면, 단계112로 진입하여, 펌프를 가동 혹은 정지시키기 위한 원격 운전 제어 디지털 입력치(DI_REM)가 제공되었는지를 확인한다. 디지털 입력치가 제공되었다면, 단계113으로 진입하여 상기 아날로그 원격 설정 압력치를 펌프의 압력치로 설정한 후, 단계114에서 펌프를 온 시키도록 교시한다. 한편, 단계112에서 디지털 입력치가 제공되지 않았다면, 단계115에서 펌프를 오프 시키도록 교시한다.The remote operation mode is a function for the user to set the pressure value of the pump and control the operation at a remote location. The remote operation mode includes an interface board for serial communication inside and / or outside the control system, and has a communication interface (eg, RS-422 / The operation mode of the pump may be manipulated or monitored through a portable terminal, a computer, or the like through 485. Referring to FIG. 11, the operation mode algorithm is determined in step 110 to determine whether remote control is possible, and if remote control is possible. If the analog remote set pressure value AI_PSET input from the user in step 111 is not less than '0', enter step 112 and check whether a remote operation control digital input value DI_REM is provided to start or stop the pump. do. If a digital input value has been provided, enter step 113 to set the analog remote set pressure value to the pressure value of the pump and then teach to turn on the pump in step 114. On the other hand, if a digital input is not provided in step 112, it is taught to turn off the pump in step 115.
추가로, 2조 혹은 그 이상의 제어 시스템을 병렬로 접속하여, 메인 제어 시스템의 고장 시 하위 제어시스템으로 제어권을 넘겨주도록 하여 고 신뢰성을 확보할 수 있다.In addition, two sets or more of control systems can be connected in parallel, so that in case of failure of the main control system, control can be transferred to the lower control system to ensure high reliability.
상기에 설명한 바와 같은 기능을 구비한 본 발명의 제어 시스템은, 설정값의 변경이나 운전/정지 등 각종 조작은 계층적 메뉴 구조하에서 대화형으로 이루어지는 특징을 갖는다. 즉, 도 12와 같은 디스플레이 화면의 하단에 나타난 각종 메뉴에 대응하는 기능키(F1∼F4) 및 방향키(◁△▽▷)를 조작하여 원하는 항목을 선택한후 그 값을 변경할 수 있도록 한다.The control system of the present invention having the function as described above is characterized in that various operations such as changing set values and operating / stopping are interactive in a hierarchical menu structure. That is, by operating the function keys (F1 to F4) and the direction keys (◁ △ ▽ ▷) corresponding to the various menus shown at the bottom of the display screen as shown in FIG. 12 to select the desired item to change the value.
상기에 설명한 기능을 구비한 본 발명의 제어 시스템은, 가압 급수 시스템의 급수 사용량의 변화에 따른 토출 압력 및/혹은 추정말단압력의 변동을 방지하기 위해 토출 압력을 감지하여 이에 따라 펌프의 회전수를 자동 제어하는 디지털 제어시스템이다. 또한, 본 발명의 제어 시스템은 펌프의 용량을 제어하는 데 있어서, 인버터를 이용한 펌프의 모터 회전수를 제어하는 방식을 기본으로 채용하고 있으며, 1대 펌프를 인버터 제어하고 사용 급수량이 펌프 용량을 초과할 경우 다른 펌프를 가동하는 대수 제어 방식을 병행하여 채용한다. 이러한 제어 시스템의 전체구성은 크게 주처리 보드(CPU, 메모리, 인터페이스 모듈)와 입출력 보드(아날로그입/출력 모듈, 디지털 입/출력 모듈, 콘솔, 제어모듈, 통신 모듈)로 구현한다. 입출력 보드는 주처리 보드로부터 전기적으로 완전히 분리되어 있으며, 이는 입출력 인터페이스 내부 잡음 특성을 고려한 것이다. 도 13은 도 2의 제어 시스템의 주처리 보드에 대한 일실시 회로도이고, 도 14는 도 2의 제어 시스템의 입출력 보드에 대한 일실시 회로도이고, 도 15는 도 2의 제어 시스템을 원격 제어하기 위한 통신모듈에 대한 일실시 회로도이다.The control system of the present invention having the above-described function detects the discharge pressure in order to prevent the discharge pressure and / or the estimated end pressure from fluctuating due to the change in the water supply amount of the pressurized water supply system. Digital control system for automatic control. In addition, the control system of the present invention adopts a method of controlling the motor rotational speed of the pump using an inverter in controlling the capacity of the pump, the inverter is controlled by one pump and the water supply exceeds the pump capacity In this case, a logarithmic control system that operates other pumps is adopted in parallel. The overall configuration of such a control system is largely implemented by main processing boards (CPU, memory, interface modules) and input / output boards (analog input / output modules, digital input / output modules, consoles, control modules, and communication modules). The I / O board is completely electrically isolated from the main processing board, taking into account the noise characteristics inside the I / O interface. FIG. 13 is an exemplary circuit diagram of a main processing board of the control system of FIG. 2, FIG. 14 is an exemplary circuit diagram of an input / output board of the control system of FIG. 2, and FIG. 15 is a diagram for remotely controlling the control system of FIG. 2. One embodiment circuit diagram for a communication module is shown.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 급수량에 따라 인버터 제어에 의해펌프내 모터의 회전수를 조정하여 급수 압력을 항상 일정하게 유지하여 쾌적한 수압을 제공할 수 있다. 본 발명은 미리 설정된 소유량 시간대 동안에는 소형펌프를가동시켜 전력 소비량을 감소시키는 효과가 있다. 또한, 소형펌프를 제외한 복수개의 표준 펌프는 급수량에 따라 순환운전 방식으로 교대로 가동시켜 각 펌프의 운전 시간 및 가동 횟수가 동일하도록 하여 각 펌프의 수명을 연장시킬 수 있다. 사용자의 설정에 따라 운전 상태 및 운전 방식을 제어할 수 있음은 물론, 급수 장치로부터의 원격지에서 통신망을 이용하여 본 제어 시스템내의 설정치를 변경하고 펌프의 운전 상황을 관제 할 수도 있다.As described above, the present invention can provide a comfortable water pressure by constantly maintaining the water supply pressure by adjusting the rotational speed of the motor in the pump by the inverter control according to the water supply amount. The present invention has the effect of reducing the power consumption by operating a small pump during a predetermined low-water time period. In addition, the plurality of standard pumps except the small pumps may be alternately operated in a circulating operation method according to the water supply so that the operation time and the number of operation of each pump may be the same, thereby extending the life of each pump. In addition to controlling the operation state and the operation method according to the user's setting, it is also possible to change the set value in the control system and control the operation state of the pump by using a communication network remotely from the water supply device.
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