JPH0263119B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は可変速ポンプを使用した給液装置に係
り、特に夜間時などの使用水量が少なくポンプの
速度制御運転より断続運転に切替える際に有効な
制御装置を備えた給液装置に関するものである。

〔発明の背景〕

従来から、運転動力費を軽減し省エネルギーを
図るために使用水量に応じて、ポンプ・モ−タの
運転速度を変えてポンプの吐出し圧力一定制御を
行ない、夜間時などのように使用水量が少なくな
つた場合にはポンプの速度制御運転より断続運転
に切替え、必要ない場合にはポンプを停止するこ
とが行なわれている。この方法を第１〜第２図に
より説明する。第１図はポンプ装置の構成図で、
１は受水槽、２は吸込管、３１，３２は仕切弁、
４はポンプ、５はポンプ４を駆動するモーター、
６は逆止め弁、７は圧力タンク、８は給水管１０
の圧力を検出し、これに応じた電気信号を発する
圧力センサー、９は給水管１０に配設した流量ス
イツチ、１１は末端の水栓である。

第２図は同ポンプ装置の運転特性図であり、横
軸に水量Ｑ、縦軸に圧力Ｈを取つて示す。同図に
於いて、H₀はポンプの吐出し目標圧力であり、
図示していないが制御装置によつて設定されてい
る。Qminはポンプを停止させるための過少な水
量で、一般的には10／min程度である。又、曲
線ａはポンプの運転速度が最高速度Nmaxの時の
Ｑ−Ｈ性能を示し、以下曲線ｂ，ｃ，ｄ，ｅは無
段階の連続制御であるが、それぞれポンプの運転
速度を途中段階のＮホ，Ｎニ，Ｎハ，Ｎロとした
時のＱ−Ｈ性能を示す。さらに曲線ｆは過少水量
Qminを検出してポンプが停止する際のＱ−Ｈ性
能を示す。尚、第１図に示す流量センサー９は第
２図に示す過少な水量Qminを検出した時信号を
発する。

前述した第１〜第２図に於いて、給水はポンプ
４の作動により、給水管１０を介して末端の水栓
１１へ送られる。この時、使用水量の変動に応じ
て図示しない制御装置はポンプ・モータ４，５の
運転速度を変えてポンプ４の吐出し圧力を一定に
保ちながら運転を続ける。即ち、給水管１０の圧
力Ｈを圧力センサー８により検出し、予じめ定め
てある目標圧力H₀と比較し、この差が零に近付
くよう前記ポンプ・モータ４，５の運転速度を制
御するのである。たとえば、使用水量がＱヘから
Ｑロへ減じた場合には運転速度はNmaxからＮロ
へ減じ、更に使用水量が減つて過少な水量Qmin
に達すると流量センサー９がこれを検知し、ポン
プ・モータ４，５を停止する。尚、ポンプ・モー
タ４，５の再始動は圧力センサー８が目標圧力
H₀より若干低い圧力H′を検出した時である。

しかし、以上の従来技術に於いては以下のよう
な問題が生じていた。すなわち、流量センサー９
が水垢などにより詰つたり、湿気などにより出力
部分が錆付いたりすると、過少水量Qminを検出
できず、ポンプ・モータが停止しないで、電力が
無駄に消費されるという極めて大きな問題が生じ
る恐れがある。又、使用水量が少ない状態でポン
プが停止しないと、締切運転となり、ポンプ内が
過熱し、ケーシングが破損する危険が残る。

これらの問題を解決する方法として、信頼性の
十分でない流量センサーを使用せずポンプ・モー
タの運転速度が最低速度Nminとなつたら同ポン
プ・モータを停止させることも考えられる。しか
し、この方法で受水槽１の吸水位が低下したり、
ポンプの摺動部の摩耗などによりポンプの特性が
低下すると最小Ｑ−Ｈ性能が第３図に示す曲線ト
の如く低下して、吐出し圧力一定制御を行なう場
合、実際の運転速度はNmin以下に下がることが
なく、最低速度Nminを検出することが不可能と
なり、やはり前述同様にポンプ・モータが停止し
ないという問題が残る。

〔発明の目的〕

本発明の目的は夜間時などのように使用水量が
少ない場合に、流量センサーの信号を用いないで
常に適正な最低速度であることを判断する自己判
断機能を持ち、極めて確実にポンプモータを停止
させていくことの可能な可変速ポンプの運転制御
装置を備えた給液装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

すなわち本発明は、ポンプと、これを駆動する
ための可変速駆動手段と、ポンプの吐出し側に連
結した給液管と、この給液管に接続した圧力セン
サーとを備え、ポンプの吐出し圧力を目標圧力に
保つよう可変速駆動手段の可変速運転制御を行な
う給液装置において、ポンプの運転速度があらか
じめ定めた可変速範囲内の低速度まで低下したと
き、ポンプの運転速度をあらかじめ定めてあつた
幅だけ変化させ、その時のポンプの吐出し側の圧
力変化が所定値よりも小さいことを検知したこと
に基づいて、運転停止信号を出力し、ポンプの運
転を止める制御装置を設けることにより、流量セ
ンサを用意しなくても、過少水量に成つたことを
確実に検出することができる給液装置を提供する
ものである。

ポンプの吐出圧力は、速度の２乗に比例するの
で、過少水量範囲で低速運転しているときには、
高速運転時に比べて、単位速度の変化に対する吐
出し圧力の変化が小さいのである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を説明する。第４図は実
施例の基本的な処理フローを示すものであり、通
常は従来よりすでに公知のフイードバツク制御に
より吐出し圧一定、あるいは末端圧一定制御によ
りポンプの可変速運転を行なう。そして、夜間な
どで需要水量が減少し、ポンプの運転速度が可変
速運転範囲内の低速度に達した場合、ポンプの運
転速度を試験的に微小幅加減速して探索運転を行
ない、探索運転の開始前後の圧力変化がポンプの
過少水量域特有の関係にあるとき、需要水量が微
少であると判断し、運転停止信号を出力してポン
プの運転を止める。ポンプ停止後は給水管内の圧
力がポンプ始動圧力まで低下したとき、再度ポン
プを始動し、これの可変速運転を行なうことは勿
論である。

ここで、過少水量域特有の圧力変化とは、探索
運転によりポンプの運転速度を増速あるいは減速
したときの圧力変化の幅あるいは圧力変化の割合
が、あらかじめ定めた値以下になる現象、また
は、管路系に逆止め弁と圧力タンクを備える場合
は探索運転によりポンプの運転速度を低下あるい
は停止したとき圧力が低下しなくなる現象を捕え
て判断するものである。

次に、具体的な実施例を第１図・第３図・第５
〜第８図により説明する。ポンプ装置の全体構成
はすでに第１図で説明したものと同様であるか
ら、ここでは説明を省略する。第５図は実施例の
制御装置を示し、MCBは主回路用のしや断器、
MCは電磁接触器のコイル、MCaはその接点、
INVは可変速モートル５の回転速度を変えるた
めの可変周波インバータ装置（本実施例ではイン
バータ装置を使用しているが、ポンプ４の駆動用
モートルの回転速度を変える手段としては一次電
圧制御、うず電流継手、他の変速制御装置でも良
い）。THは過負荷防止用のサーマルリレー、
μconは中央演算処理装置CPU（以下CPUと略
す），メモリＭ，電源端子Ｅ，入出力ポート
PIAa・PIAb・PIAc・PIAdより構成されるマイ
クロコンピユータ、F₁はＡ／Ｄ変換器を備え圧
力センサー８の検出した信号を前記入出力ポート
PIAHaを介して前記マイクロコンピユータμcon
に読み込むためのインターフエース、同様にF₂
は前記マイクロコンピユータよりの速度指令信号
を前記インバータ装置INVの入力端子に送るた
めのインターフエース、DSは最低速度を設定す
るデイツプスイツチで有り、ここより入出力ポー
トPIAdを介して最低速度Nminをマイクロコン
ピユータμconへ読み込む。ＹはトランスＴ，電
源ユニツトＺ，始動，停止スイツチSS，電磁接
触器MC，トランジスターTr，リレーＸから成る
制御回路である。尚前記トランジスターTrのベ
−スは前記マイクロコンピユータμconの入出力
ポートPIAc（8bit）のたとえはb0bitと信号線Ａに
よつて接続されており、b0ビツトが１になると、
前記トランジスターTrが導通し、リレーＸが付
勢する。又、第６図は前記デイツプスイツチDS
と入出力ポートPIAdとの関係を詳しく説明した
図でr0〜r7は抵抗である。同図に於いてデイツプ
スイツチDSの各ビツトb₀〜b₇を任意にセツトす
ることにより、最低速度のデータ（２進数に変換
レコード化したもの）を設定することができる。
そしてこのデータをマイクロコンピユータμcon
は内部に読み込む。前記制御回路Ｙに於いて、し
や断器MCBを投入し、始動，停止スイツチSSを
閉じると、トランスＴを介して電源ユニツトＺか
ら整流平滑された安定した電力がマイクロコンピ
ユータμconの電源端子Ｅに送られ運転準備が完
了する。

第７図，第８図は運転制御装置の制御の手順を
示すフローチヤートである。

これらの図面によりさらに詳しく説明するとマ
イクロコンピユータμconのメモリＭには第７図，
第８図に示すフローチヤートに従つてポンプ装置
の運転が進められるようにプログラムを入れてお
くものである。即ち、１ステツプでこれらの初期
値の設定を以下のように行なう。

メモリM₀（ROM）……過少水量判定のための探
索運転を始める低速度Nsのデータを入れ
る。

メモリM₁（RAM）……ポンプ始動時の初期速度
Ninのデータエリアを確保。

メモリM₂（RAM）……ポンプの通常可変速運転
時の最低速度Nminのデータエリアを確
保。

メモリM₃（ROM）……ポンプの最高速度Nmax
のデータをストア。

メモリM₄（ROM）……ポンプ・モータの停止時
の速度Nstのデータをストア。

メモリM₅（RAM）……ポンプの運転指令速度Nx
のデータエリアを確保。

メモリM₆（ROM）……変速制御手段の変速範囲
の下限値NLminのデータを入れる。

メモリM₁₀（ROM）……目標圧力H₀のデータを
ストア。

メモリM₁₁（ROM）……再始動時圧力Ｈのデータ
をストア。

メモリM₁₂（ROM）……電磁接触器MCのONデ
ータ０１（１１）をストア。

なお、ここで各設定運転速度間の関係は次のよ
うに選んでいる。

NLmin＜Nmin＜Ns＜Nin＜Nst また、検出する過少水量域ｑに対し、若干の裕
度を持たせて小水量域Qsを設定する。

過少水量域ｑ＜小水量域Qs＜通常の運転領域 さらに、確保したメモリM₁にポンプの初期速度
Ninのデータをロードした後、２，３ステツプで
デイツプスイツチDSにより設定してある最低速
度Nminのデータを読み込む、確保したメモリ
M₂（RAM）に書込む。そして、４，５ステツプ
で入出力ポートPIAcよりデータ０１₁₆を出力し、
トランジスターTr、及びリレーＸを付勢させ電
磁接触器MCを投入させる。続いて、６，７ステ
ツプで入出力ポートPIAbよりメモリM₁に格納し
ていた初期速度Ninのデータをインターフエース
F₂を介してインバータ装置INVの速度入力端子
へ送る。かくして、ポンプ・モータ４，５は初期
速度Ninで運転を始める。次にマイクロコンピユ
ータμconは８ステツプで初期速度Ninをメモリ
M₅にストアした後、次の９ステツプの命令を実
行する。即ち、圧力センサー８の検出した圧力信
号をインターフエースF₁を介して読込み、Ａレ
ジスターにロードする。又、１０ステツプではメ
モリM₁₀に格納してある目標圧力H₀のデータを
Ｂレジスターに転送し、１１ステツプで両レジス
ターのデータを比較する。比較した結果、両者が
等しい場合には給水管１０内の圧力が目標圧力
H₀の状態にあるので、変速処理をしないで、処
理を１２ステツプへ進める。しかし、圧力センサ
ー８の検出した圧力信号が目標圧力H₀より大き
い場合には減速せねばならないので処理を１３ス
テツプ以降へ進め、１３〜１５ステツプで今運転
している運転速度が変速範囲の下限値Nlminに達
しているか判断し、この速度Nlminに達していな
い場合には１６〜１８ステツプ命令を実行し、今
運転している速度から制御系の分解能の１bitに
相当する運転速度幅を減じる。具体的にポンプ・
モータ４，５の２進数の速度データを１回デクリ
メントし、これを新たな速度データとすると共
に、この運転速度のデータをメモリM₅に格納す
る。この後、２０ステツプで新たな速度指令に基
づいてポンプ・モータ４，５が変速操作を完了す
るのに必要な遅れ時間に相当する持ち時間ｔを実
行し、再度９ステツプへもどり、圧力センサー８
の検出した圧力Ｈと目標圧力H₀とが一致するま
でこの減速するためのループの処理が行なわれ
る。なお、１５ステツプの判定の結果、運転速度
が変速範囲の下限値NLminに達した場合には２
０ステツプへジヤンプし、これ以降の処理を行な
う。もし、１１ステツプで逆に目標圧力H₀より
も圧力センサー８の検出した圧力の方が低いと判
定した場合には１９ステツプへ進み、すでに説明
した減速処理と、ちようど逆の処理を行ない、ポ
ンプを制御系の分解能の１bitに相当する運転速
度幅だけ増速してゆく。

使用水量の減少に伴なつて、減速処理を続け、
次の２１，２２ステツプべ今運転している速度が
第３図に示す小水量範囲Qsであることに対応す
る速度Nsに達しているか判断し、まだ達してい
なければ９ステツプへもどり、これ以降の処理を
再び続け、達していると判断した場合には、２３
〜２７ステツプで目標圧力H₀と給水管１０内の
圧力Ｈとの差H₀−Ｈを求め、この差が０か否か
判定する。判定した結果０でない場合には９ステ
ツプにもどり、これ以降の処理を続ける。０の場
合には２８〜３３ステツプの命令を実行し探索運
転を行なう。すなわち、今運転している速度の２
進データを３〜５回デクリメントすることにより
ポンプ４の運転速度を微小幅減じてみる。従つて
２８ステツプのＮは３〜５回程度とする。この２
８〜３３ステツプの探索運転開始の前後の圧力関
係がポンプの過少水量域特有のものであるかどう
かを次の３４ステツプで判定する。実施例では圧
力タンンク７とポンプ４との間の給水管１０に逆
止め弁６が接続されていることから、逆止め弁６
より下流側の管路内圧力は圧力タンク７の働きに
より保圧されており、ポンプの運転速度を下げて
も、このポンプが過少水量域ｑで運転されていれ
ば、管路内の圧力は低下しない。また低下したと
しても極めてわずかであるから、通常の運転領域
とは容易に区別することができる。すなわち、ス
テツプ３４で目標圧力H₀と給水管１０内の圧力
Ｈとの差が０であればポンプ４は過少水量域ｑで
運転していると判断できる。さらに、３５〜３９
ステツプでもう一度、圧力差H₀−Ｈであるか判
定し、０でない場合には再々度９ステツプへもど
り、これ以降の処理命令を実行する。０の場合に
は、前述により使用水量が安定して過少水量域で
あると判断されるので、次の４０ステツプでメモ
リM₅に格納してある探索運転前の速度Nxを真の
最低速度NminとしてメモリM₂に転送しこれを
更新し、この真の最低速度Nminで一定時間ｔだ
け運転した後、４４〜４５ステツプで運転速度を
停止時速度Nstまで増速し、吐出し圧力を再始動
時圧力H₂以上に高め、圧力タンク７内に貯水を
行なつた上で、４７〜４８ステツプを実行し、
PIAcを通じて運転停止信号を出力することによ
りポンプ・モートル４，５を停止させる。

ポンプ４停止の後は、４９ステツプ以下の処理
を実行し、圧力センサーにより検出した吐出し圧
力ＨとメモリM₁₁に記憶した再始動時圧力H₂を
常時比較し、吐出し圧力Ｈが再始動時圧力H₂よ
り降下したと判断されたときは、ステツプ４以下
の処理を再度行ない、ポンプ４を初期速度Ninで
再始動してゆくものである。

なお、実施例ではポンプ４を停止させる際の一
つの判断基準として、３５〜３９ステツプで目標
圧力H₀と給水管内の圧力Ｈとの圧力差を計算し
たが、これは給水管１０内の圧力Ｈが目標圧力
H₀に達しているかどうかを確認することにより、
安定した過少水量域ｑでの運転であると判断する
こともできる。

このような給水装置によると、流量センサーに
よらずとも、過少水量を検出し、確実にポンプを
止めてゆくことができる。

以上の実施例では、ポンプの運転速度があらか
じめ定めた低速度Ns以下になつたとき、探索運
転を行ない、過少水量の判定を行なつたが、この
場合、各給水系に応じて適切な低速度Nsの設定
を行なわなければならないので、初期設定に若干
の工夫を要する。また、給水装置の設置後、給水
系の変更、あるいはポンプの吸水条件の変動など
があつた場合、適切なポンプの運転を続けるには
再度、低速度Nsの設定を行なう必要がある。こ
のような難点を解決して改良した実施例を第９図
に示す。この実施例は第７図，第８図で説明した
実施例の２３ステツプから２７ステツプを改良し
たものであり、低速度Ns以下になつても、ポン
プの可変速操作を続け、ポンプの運転速度が変化
しなくなつた場合に探索運転に移るように構成し
たものである。以下、この実施例を詳しく説明す
る。まず、１００ステツプでＤレジスターをクリ
アした後、１０１，１０２ステツプでＡ，Ｂレジ
スターに現在の吐出し圧力Ｈ、目標圧力H₀のデ
ータを読み込み、１０３ステツプで両データを比
較する。この比較により吐出し圧力Ｈが目標圧力
H₀を越えていると判断された場合は、１０４〜
１０９ステツプの処理を行ない第７図１３〜１８
ステツプで説明したと同様ポンプの減速処理を行
なう。逆に吐出し圧力Ｈが目標圧力H₀に満たな
い場合には１１１ステツプ以下の処理を続けポン
プの増速を行なう。この増速処理の後、１１２，
１１３ステツプでＢレジスターに低速度Nsのデ
ータを取り込み、Ａレジスターの増速処理後の新
運転速度と比較し、新運転速度が低速度Nsを越
えるような場合は、第７図ですでに説明した９ス
テツプ以下の処理を続けるようにする。また、１
０３ステツプで両圧力H₀，Ｈが等しいと判断さ
れた場合は１１５，１１６のソフトタイマー処理
によりＤレジスターをインクリメントし、ステツ
プ１１７の処理との関係で、これがあらかじめ定
めた時間（数分程度）に相当する数値Ｔ以上にな
つたとき第８図で説明した２８ステツプ以下の処
理を行ない探索運転を行なう。なお、増・減処理
を行なつた後は、１１０，１１４ステツプでＤレ
ジスターを０クリアし、また、１１６ステツプで
数値Ｔに達していない場合は、次の１１７ステツ
プで持ち時間ｔを実行した後、１０１以下の処理
を再度実行する。

このように、低需要水量域でポンプ速度がつり
合う（変化しなくなる）最低速度を検出すること
により、低速度Nsを過少水量検出の可能性があ
る一応の目安として設定すれば、給水系の変更、
あるいは吐込み圧力の変化などに影響されること
なく、ポンプを常に最低速度まで運転することが
できる。また、このように構成した後、最低速度
Nminの変化の状態を記録することにより、ポン
プの運転状態をある程度つかむことができる。す
なわち、最低速度が上昇した場合はポンプの吸込
側水位の降下、ポンプの劣化、管路系の漏水、最
低速度が降下した場合は吸水側水位の上昇などが
考えられる。したがつて、このような変化を捕ら
えて、給水系の保守・点検のためのアラームを出
すことができる。

さて、前記した実施例では過少水量検出のため
の探索運転を、ポンプの運転速度を一定幅引き下
げることによつて行なつたが、本発明はこの他に
も、ポンプの運転速度を増減するもの、あるいは
ポンプの運転を止めてしまう実施例が考えられ
る。

すなわち、ポンプの運転速度の変化によるポン
プの吐出し側の圧力変化は、ポンプの負荷曲線か
らも分かるように、吐出し流量が大きい程大きく
なるため、過少水量域でのポンプの運転速度の変
化と吐出し圧力の変化との関係をあらかじめ実
測、あるいは計算により求めて記憶する記憶装置
を設け、ポンプの運転速度があらかじめ定めた低
速度Ns以下になつたとき探索運転を行ない、こ
の結果生じた圧力変化をあらかじめ記憶装置に記
憶した値と比べ、これ以下であるときポンプが過
少水量で運転されていると判断し、ポンプを停止
するよう給水装置を構成することができる。

また、ポンプが小水量域Qsで運転している場
合は、ポンプを停止しても吐出し側の圧力降下が
緩やかであるから、この特性を利用し、ポンプを
過少水量域ｑまで運転し止めた場合の圧力降下の
度合、あるいは、一定幅の圧力降下が起きるまで
に要する時間をあらかじめ測定して記憶した記憶
装置を用意し、ポンプの運転速度があらかじめ定
めた低速度Ns以下になつたときポンプを止める
探索運転を行ない、この探索運転により生じた圧
力降下の度合、あるいは、一定幅の圧力降下が起
きるまでの時間を測定し、これら求めた値をあら
かじめ記憶した記憶値と比べて過少水量か否かの
判定を行ない、この結果によりポンプの停止、あ
るいは再始動を選択するよう給水装置を構成する
こともできる。

さて、すでに説明した実施例では、目標圧力と
吐出し圧力を比較した後、ポンプの運転速度を制
御系の最小分解能に相当する速度だけ増減速して
ゆくものについて説明したが、これは両圧力の差
に相当する速度幅だけ直接変速することも勿論可
能である。このような構成を取ると、需要水量の
急変に対し、制御系の応答性が向上する。また、
実施例では圧力変化に応じた可変速出力が得られ
る圧力センサーを利用するものを説明したが、本
発明はON−OFF信号の得られる圧力スイツチの
組み合わせによつても実現することができる。さ
らに、実施例では最低速度を、低速度Ns以下で
同一の運転速度が一定期間続くことにより判定し
たが、これは運転速度の変化が鈍くなつたこと、
すなわち、変化幅が小さくなつたことによつても
検出してゆくことができる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように本発明は可変速
ポンプを備えた給液装置において、ポンプの運転
速度があらかじめ定めた低速度に達したとき、ポ
ンプの運転速度を可変して探索運転を行ない、こ
の探索運転による吐出し圧力の変化が、ポンプの
過少水量域特有の変化になつたとき、ポンプの運
転を止める制御装置を設けた給液装置を提供する
ものであり、本発明によれば過少水量を確実に検
出し、ポンプの運転制御を行なつてゆくことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は給液装置の構成を説明するための図、
第２図は従来の給液装置を説明するための運転特
性図、第３図は本発明の一つの実施例を説明する
ための運転特性図、第４図は本発明の基本的な制
御動作を説明するためのフローチヤート、第５図
は実施例の制御装置の構成を説明するさためのブ
ロツク図、第６図は制御装置の構成の細部を説明
するための図、第７図・第８図は実施例の制御動
作を説明するためのフローチヤート、第９図はさ
らに改良した実施例の制御動作を説明するための
フローチヤートである。 ４……ポンプ、６……逆止め弁、７……圧力タ
ンク、８……圧力センサー、１０……給液管、
Ns……低速度、H₀……目標圧力、ｑ……過少水
量域。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ポンプと、このポンプを駆動する可変速駆動
   手段と、前記ポンプの吐出し側に連結した給液管
   と、この給液管に接続した圧力センサーとを備
   え、前記ポンプの吐出し圧力を目標圧力に保つよ
   うに前記可変速駆動手段の運転制御を行なう給液
   装置に於いて、前記ポンプの運転速度があらかじ
   め定めた速度まで低下したとき、前記ポンプの運
   転速度をあらかじめ定めてあつた幅だけ変化さ
   せ、その時の前記ポンプの吐出し側の圧力変化が
   所定値よりも小さいことを前記圧力センサの出力
   に関連して検知したことに基づいて、運転停止信
   号を出力し、前記ポンプの運転を止める制御装置
   を有することを特徴とする給液装置。