JPH04362293A

JPH04362293A - 給水装置

Info

Publication number: JPH04362293A
Application number: JP13625891A
Authority: JP
Inventors: Koichi Sato; 幸一佐藤; Masao Yoshida; 吉田　政雄
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-06-07
Filing date: 1991-06-07
Publication date: 1992-12-15
Anticipated expiration: 2013-09-10
Also published as: JP2794983B2

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動ポンプと圧力タン
クを備えた給水装置に係り、特にポンプ異常その他の原
因による電動機の過負荷運転を防止するシステムに好適
な給水装置の保護装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より電動機の運転電流により、ポン
プの無水運転や過負荷を検知することは行われている。この種の装置として、実開昭５２−９８２０２号がある
。この装置は接点付き電流計により一定時間、低運転電
流が続いたとき無水運転と見なし、電動機を停止させる
ものである。又、電動機の過負荷保護は従来から一般に
、サーマルリレー（熱動形）が使用されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は落水時
に電動機を停止することを目的としており、落水そのも
のの防止や、落水からの回復について配慮がされていな
い。加えて、サーマルリレーによる電動機の過負荷保護
方法ではバイメタル方式のため保護動作が緩慢であり、
リレー接点を利用しての保護のため確実でない。

【０００４】そこで、本発明は給水装置の電子式（無接
点形）の過負荷故障防止を行う給水装置の保護装置を提
供することを目的としており、さらには、一旦、保護装
置が動作したら、停電（電源リセットも含む）しょうと
も、人為的にリセットしない限りこの状態を保持し、安
全性を確保することを目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的は、ポンプとこ
れを駆動する電動機と、ポンプ吐出し側に配設した給水
管とこれに備わる圧力タンクと、給水系が所望する圧力
又は流量を検出する手段と、前記電動機の負荷状態を検
出する手段（変流器又は電力計など）と、予め定めた手
順に従って制御・記憶演算処理するとともに、前記電動
機の許容負荷率とこの負荷率で運転する許容時間とを記
憶する記憶手段あるいはこれらの設定手段と、前記許容
時間を計時する計時手段と、過負荷故障動作表示部と、
同じくこれの動作保持部とリセット手段を有する制御装
置（マイコン）から成る給水装置の保護装置において、
上記負荷状態を、上記、制御装置で監視し、これが予め
設定してある許容負荷率を許容運転時間だけ計時した時
、ポンプを緊急停止させ、過負荷故障動作表示部及び保
持部にその信号を出力することにより達成される。

【０００６】

【作用】制御装置は運転電流を常に監視し、異常電流が
一定時間（必要によっては、電流の上昇、低下割合によ
って時間を変える）続いた場合はポンプの停止を行う。

【０００７】即ち、制御・記憶演算処理部は予め、ポン
プ・電動機保護特性を記憶し、電動機許容負荷率設定手
段ＳＷ２とポンプ・電動機許容停止動作時間設定手段に
より、前記保護特性を必要に応じて修正する。さらに、
入力ポートＰｃｏの値が“１”か判定し、“１”でない
場合にはポンプ・電動機は正常とみなして通常の運転を
行う。電動機の負荷状態を負荷状態検出手段の変流器Ｃ
Ｔ１〜ＣＴ３により検出し、この値が前述の負荷率を越
えて、前述の動作時間が経過したら、入力ポートＰｃｏ
を出力モードに切り替えを“１”のデータを出力する。

【０００８】これに伴って、過負荷故障動作表示及び保
持部のトランジスタＱがＯＮし、キープリレーＫＳがセ
ットされるとともに発光ダイオードＬＤ１が点灯する。さらに、キープリレーがセットされたことによりその接
点Ｓａが閉じ、スリーステートバッファＩＣ１の出力“
１”となる。次に、Ｐｃｏを入力モードに切替えて、こ
このデータを読む。

【０００９】結果としてＰｃｏからの入力は“１”とな
っているので、ポンプ・電動機と緊急停止させる。

【００１０】配線用遮断器ＭＣＢをＯＦＦし、再投入し
ても、キープリレーＳは機械的保持のためセットされた
ままであり、その接点Ｓａは閉じたままになっている。従って、前述した通りＩＣ１の出力は“１”であり、保
護動作状態にある。

【００１１】この状態でリセット手段ＳＷ４を押すとリ
セットされ、その接点Ｓａは開き、ＩＣ１の出力はハイ
インピーダンスの状態となる。Ｐｃｏの入力結果は“１
”ではないので通常運転に復帰する。

【００１２】

【実施例】以下に本発明の一実施例を図１から図１０に
までの図面により説明する。

【００１３】図１、図２は本発明の一実施例における給
水装置の構成図である。

【００１４】図１において、Ｒ，Ｓ，Ｔは電源、ＭＢは
配線用遮断器、ＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ３は主回路を流れ
る電流を検出して適正な微小電流値に変流する変流器、
ＭＣは電磁接触器のコイル、Ｍｃａはその接点、３は電
動機である。

【００１５】Ｒ１、Ｓは配線用遮断器ＭＢの２次側より
取った制御電源、ＳＷ１は自動運転、停止・手動運転切
替用のスイッチ、Ｔはトランス、Ｚは例えばＡＣ２００
Ｖ交流を定電圧の直流（５Ｖ）に変換して供給する安定
化電源ユニットである。

【００１６】ＰＣＢは制御・記憶演算処理部などを搭載
したプリント基板、ＭＰＵは一般にワンチップマイコン
と称されるマイクロプロセッサ（以下にマイコンと略称
する）、中央演算処理装置、メモリ、入出力ポートＰＡ
〜ＰＦ、Ａ／Ｄ変換器などを内蔵している。また、Ｂは
クロックゼネレータであり、水晶ＣＬ、抵抗Ｒ１、コン
デンサＣ３，Ｃ４より成る。

【００１７】さらに、Ｆ１〜Ｆ３は前記した入出力ポー
トと接続するためのインターフェース部であり、ＳＷ２
は電動機の定格電流を設定する設定手段で例えば８ビッ
トのディップスイッチ、同様にＳＷ３は保護特性修正値
設定用設定手段であり、たとえば８ｂｉｔのディップス
イッチである。

【００１８】前記したインターフェースＦ１は変流器Ｃ
Ｔの検出した電動機３の運転電流Ｉをマイコンのアナロ
グ入力ポートＡＮ０〜ＡＮ２に入力するために直流電圧
に変換するとともに、その値を読み込みメモリに格納す
る。

【００１９】ＰＳは圧力スイッチ８（図２）の接点であ
り、インターフェースＦ２を介して、入出力ポートＰＡ
０より読み込みメモリに格納する。さらに入出力ポート
ＰＢ０からインターフェースＦ３を介して電磁接触器Ｍ
ＣをＯＮ−ＯＦＦ制御するためのデータを出力する。

【００２０】また、Ｍは過負荷故障動作表示及び保持部
であり、キープリレーＫＲ、トランジスタＱ、抵抗Ｒ２
，Ｒ３，Ｒ４、ダイオードＤ１，Ｄ２、発光ダイオード
ＬＤ１、スリーステートバッファＩＣ１、リセットスイ
ッチＳＷ４から成る。このリセットスイッチＳＷ４はキ
ープリレーＫＲ（機械的保持）をリセットするためのも
のであり、バッファＩＣ１は０、１及びハイインピーダ
ンスの３状態を出力する。

【００２１】図２において、１は受水槽、２は吸水管、
３は電動機、４はポンプ、５は仕切弁、６は逆止め弁、
７は内部に空気溜まりを有する圧力タンク、８は圧力ス
イッチ、９は給水管、１０は図１で示した制御回路であ
る。

【００２２】図３は、本実施例の給水装置のポンプ運転
特性図であり、縦軸に圧力Ｈ、横軸に水量Ｑを取って示
す。同図において、曲線ＡはポンプのＱ−Ｈ特性、曲線
Ｂは電動機の負荷カーブ即ち電流曲線、Ｐ１はポンプの
始動圧力でＱ１はその時の揚水量を表している。前述し
た圧力スイッチ８はＰ１で閉じ、復帰圧力Ｐ２で開くよ
うに設定してある。またＩｔは電動機の定格電流であり
、後述するが、予めマイコンのメモリに設定するか、図
示していないがたとえばディップスイッチで外部設定し
てある。

【００２３】図４は電動機の保護特性図の一例を示し、
縦軸に電動機許容負荷率、横軸にポンプ電動機許容停止
動作時間を取って示す。曲線イはその保護特性であり、
初期値として予めマイコンのメモリに格納してある。外
気温度などにより保護特性を修正する場合はたとえば許
容負荷率座標上に任意の修正線を設ける。これを予めメ
モリに記憶させておくか、図示していないがディップス
イッチなどにより設定しても良い。

【００２４】本実施例では３００％の点を保護修正線と
して示している。ＳＷ３の初期設定値はｔ３であるがこ
れをｔ３´に変更すれば００から０１点にずれて曲線イ
が曲線ロとなる。

【００２５】図５〜図１０は本発明の実施例図１に示し
た制御装置の動作手順を示したフローチャートであり、
この図面により給水装置の作動を詳細に説明する。

【００２６】図１において、配線遮断器ＭＢを投入する
とマイコン電源がＴ→Ｚの順に立上がり、動作を開始し
て、まず、図５の５０１ステップのスタックポインタ、
入出力ポート、タイマ割込、アナログ割込などの初期設
定を行う。

【００２７】５０２ステップでは図４に示す保護特性を
曲線イとして、たとえば関数としてメモリに格納する。さらに前述したように設定手段ＳＷ２、ＳＷ３のデータ
が格納されているメモリＭＳＷ２，ＭＳＷ３からデータ
を読み出し、曲線イを修正する。そして、電動機負荷率
の定格値を設定するスイッチＳＷ２のデータより例えば
１．３倍、２．０倍、３．０倍、６．０倍の演算を行っ
て、その結果をメモリＭＳＷ４〜ＭＳＷ７に格納し、許
容停止動作時間は、修正後の関数を用いて、負荷率１３
０％、２００％、３００％、６００％の値を代入して逆
関数を求めることにより自動的に設定する。

【００２８】この結果、ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４をメモ
リＭＴＩＭＥ０〜ＭＴＩＭＥ６に格納する。そして、５
０２ステップでソフトタイマ（たとえば１００ｍｓ）を
実行し、タイマ及びアナログ割込処理に備える。

【００２９】たとえば初期設定時にタイマ割込の周期を
２０ｍｓと設定しているとすればソフトタイマ処理中に
、タイマ割込が発生し、図６の処理を実行する。即ち６
０２ステップではアナログ割込が発生しないよう禁止し
て、６０３ステップで前述したＳＷ２、ＳＷ３のデータ
を読込み、たとえばメモリＭＳＷ２、ＭＳＷ３に格納す
る。

【００３０】６０４ステップでは、図８に示すＳＷ１、
ＰＳ判定のためのサブルーチンをコールして、ＳＷ１の
ポジション、圧力スイッチＰＳのＯＮ、ＯＦＦ判定を行
う。この結果をメモリＭＳＷ１、ＭＳＷ２にたとえば次
の如く格納する。ＭＳＷ１：ＯＯＨ……手動ＦＦＨ……自動ＭＳＷ２：ＯＯＨ……ＯＦＦＦＦＨ……ＯＮ同様に６０５ステップでは図９、図１０に示すポンプ・
電動機の負荷率及びこれの動作時間を調べて、過負荷故
障か正常かを判定するサブルーチンを実行する。

【００３１】図９〜図１０において、９０２ステップで
入出力ポートＰｃｏを入力モードに設定する。そして、
９０３ステップでＰｃｏか“１”かどうか判定する。 “１”ならば異常ということで９１４ステップへジャン
プし、メモリＭＮＧＰにＦＦＨ（異常の意味）をセット
する。

【００３２】“１”でない場合は９０４ステップへ進み
、ここと〜９１０ステップで変流器ＣＴ１〜ＣＴ３にて
検出した電流値の最小値を求め、１０Ｈ（欠相状態でア
ナログ入力した場合、配線他浮遊容量により００Ｈとな
らないので、ここでは余裕を見て１０Ｈとした）と比較
する。これより小さいと欠相（３相のいずれか）を意味
するので９１０ステップでこの状態の継続時間をカウン
トする。

【００３３】たとえば、後でも述べるがタイマ起動、停
止用のフラグとしてメモリＭＴＩＭＦ（８ｂｉｔ）を準
備しておく、当然、この値は初期設定において００Ｈに
セットしてある。ここではｂｏを“１”にして欠相動作
タイマＭＴＩＭＥ０を起動させる。図６の６０６〜６０
８ステップで、このフラグｂｏビットを“１”かチェッ
クして、カウントダウン（６０７ステップ）する。

【００３４】即ち、このタイマは割込周期（本例では２
０ｍｓ）をカウントすることとなる。従って、タイマＭ
ＴＩＭＥ０〜ＭＴＩＭＥ６は２バイトのメモリで構成し
ている。

【００３５】９１１ステップではカウントダウンした結
果が“０”か判定する。“０”ならば、欠相運転が所定
時間経過したことを意味するので、９１２ステップでは
入出力ポートＰｃｏを出力モードに切替え、９１３ステ
ップで入出力ポートＰｃｏに“１”を出力するとともに
、メモリＭＮＧＰにＦＦＨをセットして、９１７〜９１
８ステップを通りこのループより抜ける。

【００３６】以上のループを通らなかった場合は、９１
５ステップへ進み、逆相、過負荷の判定を行う。９１５
ステップへ通って来た電流のデータをＡレジスタに転送
し、９１６ステップで負荷率が１３％（メモリＭＳＷ４
に入っている）より小さいか大きいか判定し、小さい場
合は正常動作なので９１７ステップへ以降ヘ抜ける。大
きい場合には９１９（図１０）ステップに進み、今度は
負荷率が２００％以上か以下か判定する。小さい場合は
９２０ステップでその負荷率で運転する時間を測定する
タイマを起動する。

【００３７】９２１ステップではそのタイマがカウント
ダウンされて“０”になっているか判定し０でなければ
９１７〜９１８ステップを通りこのループより抜ける。０ならば９１２ステップへ進み前述の動作を実行する。

【００３８】説明を省くが、負荷率が３００％、６００
％の場合も９２２ステップ以降の処理により同様の動作
を行う。以上の処理を実行して図６のタイマ割込の６１
５ステップで割込を許可して抜ける。従って、次にアナ
ログ割込を実行する。

【００３９】図７おいて、７０３ステップで負荷電流を
ＣＴ１〜ＣＴ３により検出し、メモリＭＡＮ０〜ＭＡＮ
２に格納する。

【００４０】５０３ステップのソフトタイマ処理を実行
したら、５０４ステップへ進み、ＳＷ１がＫ側に閉じて
いるか判定する。Ｋ側に閉じていればメモリＭＳＷ１の
データはＦＦＨとなっているので次の５０５ステップへ
進む。閉じていなければ５０４ステップの間を“自動”
（Ｋ側）にセットされるまで繰返し実行する。さらに、
５０５ステップでは圧力スイッチＰＳの接点が閉じてい
るか判定する。閉じている場合にはメモリＭＳＷ２のデ
ータはＦＦＨとなっている。従って、ＦＦＨならば次の
５０７ステップへ進む。メモリＭＳＷ２のデータがＦＦ
Ｈでない場合には、５０４ステップへもどり、ここから
再度実行する。

【００４１】５０７ステップでは前述したように、タイ
マ割込処理に於いて、電動機の負荷電流を検出し、予め
定めた負荷率と動作時間との関係に基いて、過負荷故障
状態になっているかどうかを判定し、過負荷故障状態に
なっている場合はメモリＮＧＰのデータが００Ｈに設定
されているので、このＮＧＰのデータが００Ｈの場合に
は５０６ステップへジャンプして、ポンプ停止指令を発
行して、ポンプを始動させない。ＦＦＨならば次の５０
８ステップでポンプを始動させる。

【００４２】次に５０９ステップで圧力スイッチがＯＦ
Ｆしているか判定し、ＯＮの状態であれば５０７ステッ
プへもどり、ポンプは継続して、運転を続ける。もし、
このループ中に、前述したタイマ割込処理に於いて、過
負荷を検出しメモリＮＧＰが００Ｈにセットされると５
０６ステップへ進み、ここでポンプは非常停止する。以
下、５０４ステップへもどり、これ以降の処理を実行し
、メモリＮＧＰの値がＦＦＨ（リセット）されるまで繰
返す。

【００４３】この状態で万一、誤って電源をリセットさ
れても、前述したように、図１のキープリレーＫＰがセ
ットされその接点ｓａが閉じた状態になっているので、
入力ポートＰｃｏから入力した値は“１”となっており
過負荷故障の状態が保持されている。この状態でリセッ
トスイッチＳＷ４を押せばリセットコイルＲが励磁され
、接点ｓａは開き、入出力ポートＰｃｏの入力はハイイ
ンピーダンス状態となり、過負荷故障はリセットされる
ことになる。次に、５０９ステップでの判定結果、圧力
スイッチがＯＦＦして、ＭＳＷ２のデータが“０”にな
っていれば５１０ステップに進み、ポンプは停止する。そして、５０３ステップへもどり、以下、前述の動作を
繰返し実行する。

【００４４】次に本発明の他の実施例を図１１〜図１３
により説明する。本実施例は給水装置を、それぞれ電動
機により駆動される複数台のポンプと、上記電動機の負
荷状態を検出する検出手段と、この検出手段の出力に基
づいて上記電動機の負荷率を演算するとともに、この負
荷率と運転許容時間との関係で定まる保護特性に基づい
て上記電動機の保護動作を行う保護手段を備え、上記保
護手段は異常発生時に一旦上記ポンプの運転を停止させ
、他方のポンプに切り替えて運転を行うよう構成したも
のである。

【００４５】本実施例ではポンプ１とポンプ２とにそれ
ぞれ電動機が接続され、ポンプ１、ポンプ２の電動機の
電流をそれぞれＣＴ１およびＣＴ２、ＣＴ３およびＣＴ
４で検出し、図１３に示されるようにこの出力に基づい
て保護手段としてのコントローラが負荷率を演算し、こ
の負荷率と予め設定された定格電流により定まる運転許
容時間との関係で定まる保護特性に基づいて上記電動機
の保護動作を行う。

【００４６】この保護動作は図１２に示されるようにリ
トライ動作、即ち、完全にダウンする前に一旦ポンプの
運転を停止させ、他方のポンプに切り替えて運転する動
作が行なわれ、このリトライ動作が３回行なわれると異
常とみなして非常停止を行なう。

【００４７】これにより過負荷、落水を電気的に検出し
て電動機の保護を行なうことができる。

【００４８】なお、安全上の措置として上記実施例と同
様に、一度保護装置が動作したら人為的にリセットしな
い限り、そのポンプを運転不能とし、電源断でもその状
態を保持するよう構成される。

【００４９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているので、電動機の負荷状態を検出してポンプを停止
させるので、確実に、ポンプ電動機の保護できるばかり
でなく、一旦、保護回路が動作すると機械的に保持する
ので、誤ってリセットされることがなく安全である。さ
らに、周囲環境や使用条件によって、保護特性を外部設
定により修正できるので、使い勝手が向上する効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における給水装置の制御回路
図。

【図２】本実施例の給水装置の系統図。

【図３】本実施例のポンプの運転特性図。

【図４】電動機の一例の保護特性図。

【図５】本実施例の給水装置の制御回路の制御手順を示
すフローチャート。

【図６】本実施例の給水装置の制御回路の制御手順を示
すフローチャート。

【図７】本実施例の給水装置の制御回路の制御手順を示
すフローチャート。

【図８】本実施例の給水装置の制御回路の制御手順を示
すフローチャート。

【図９】本実施例の給水装置の制御回路の制御手順を示
すフローチャート。

【図１０】本実施例の給水装置の制御回路の制御手順を
示すフローチャート。

【図１１】本発明の第２実施例の構成を示すブロック図
。

【図１２】本実施例の動作範囲を示す図。

【図１３】本実施例の動作フローを示すフローチャート
。

【符号の説明】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポンプと、このポンプを駆動する電動機と
、上記ポンプの吐出側に接続された給水管と、この給水
管に設けられた圧力検出手段、前記圧力検出手段の信号
に基き、給水量の変動に応じて定められた順序に従って
上記電動機の運転を制御する制御手段を備えた給水装置
において、上記電動機の負荷状態を検出する検出手段と
、上記電動機の許容負荷率およびこの負荷率における運
転許容時間を記憶する記憶手段と、上記運転許容時間を
計時する計時手段を有し、上記電動機の運転電流が上記
許容負荷率における運転許容時間を経過したとき上記制
御手段が上記電動機の過負荷故障を予知して上記電動機
を停止することを特徴とする給水装置。
【請求項２】上記電動機の許容負荷率と上記許容時間を
外部設定可能な設定手段を設けたことを特徴とする請求
項１記載の給水装置。
【請求項３】上記制御手段はマイクロコンピュ−タと、
過負荷故障動作の保持手段と、過負荷故障動作のリセッ
ト手段と、過負荷故障動作の表示手段により構成されて
いることを特徴とする請求項１記載の給水装置。
【請求項４】上記過負荷故障動作の保持手段は上記マイ
クロコンピュ−タの入出力ポートの一つに接続されたデ
ータバスに接続され、上記制御手段は上記電動機の過負
荷故障の有無を判定して上記入出力ポートをそれぞれ出
力モードと入力モードのいずれか一方に選択的に切替え
ることを特徴とする請求項３記載の給水装置。
【請求項５】ポンプと、このポンプを駆動する電動機と
、上記ポンプの吐出側に接続された給水管と、この給水
管に設けられた圧力検出手段、前記圧力検出手段の信号
に基き、給水量の変動に応じて定められた順序に従って
上記電動機の運転を制御する制御手段を備えた給水装置
において、上記電動機の負荷状態を検出する検出手段と
、上記電動機の許容負荷率およびこの負荷率における運
転許容時間この負荷率で運転を許容する許容時間との関
係で定まる保護特性を記憶するを記憶する記憶手段と、
上記運転許容時間を計時する計時手段と、上記電動機の
定格負荷値と許容時間を設定する設定手段を有し、上記
保護特性の負荷率の任意の点を予め設定基準点と定めて
おき、上記定格負荷設定手段の設定値に基いて上記特性
を修正可能としたことを特徴とする給水装置。
【請求項６】それぞれ電動機により駆動される複数台の
ポンプと、上記電動機の負荷状態を検出する検出手段と
、この検出手段の出力に基づいて上記電動機の負荷率を
演算するとともに、この負荷率と運転許容時間との関係
で定まる保護特性に基づいて上記電動機の保護動作を行
う保護手段を備え、上記保護手段は異常発生時に一旦上
記ポンプの運転を停止させ、他方のポンプに切り替えて
運転を行うよう構成されたことを特徴とする給水装置。