JPH06100936B2 - 圧送給水装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、ポンプを変速運転し圧送給水する圧送給水
装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、この種の圧送給水装置として、例えば『住宅と設
備』（1984年７月号、日本工業出版、P74〜78）と『電
気と管理』（1982年９月号、電気書院、P53〜57）に示
されるように、各戸の蛇口での使用水量が増加して水圧
が低下すると、圧力伝送器でその水圧を検出して電気信
号に変換し、シーケンスにより予め設定した水圧と検出
信号を比較して偏差を求め、その偏差をインバータへの
速度信号として伝送し、それによって電動機を加速制御
することにより、水圧を一定に保つ制御、すなわち、使
用水量の増加または減少に応じてフィードバック制御を
行い圧力伝送器設置位置の水圧を一定に制御する圧力一
定制御及び電動機の可変速制御が知られている。

第３図はこのような従来装置を示すもので、ポンプ回り
の主配管およびポンプを回転数制御して圧力制御を行う
制御系統を構成するものである。図において、（１）は
ポンプを駆動する可変速運転が可能な電動機、（２）は
電動機（１）の駆動力を受けて回転するポンプ、（３）
はポンプ（２）で加圧された水を目的地まで配水する配
管であり、配管中の圧力をプロセス圧力と称する。
（４）は配管（３）中のプロセス圧力を４−20［mA］等
の電気信号に変換する圧力伝送器、（５）は圧力伝送器
（４）で検知された配管（３）の水圧であるプロセス圧
力の信号と設定した圧力信号とを比較後、比例制御、積
分制御、微分制御の全て、またはいくつかを組合わせた
自動制御を行い、その結果を操作量として出力する圧力
調節計、（６）は可変速電動機（１）に所要の動力（電
源）を供給する可変速制御装置で、可変電圧可変周波数
インバータや一次電圧制御電動機用制御機器等でなる。

しかして、（７）は可変速制御装置（６）の出力を開閉
する変速運転用開閉器、（８）は可変速制御装置（６）
を停止、バイパスして電動機（１）を駆動するための定
速運転用開閉器、（９）は開閉器（７）や（８）の開閉
を指令する制御器、（10）は開閉器（７）や（８）から
電動機（１）へ電力を供給する配線、（11）は圧力伝送
器（４）の出力信号、（12）は圧力低下警報のための下
限圧力P_Lを設定する圧力低下警報設定器であり、出力信
号（11）と同一レベルの電気信号が出力されるものであ
る。（13）は信号（11）と設定器（12）からの下限圧力
P_Lとを比較する比較器、（14）はプロセス圧力信号（1
1）が下限圧力P_Lより小さい場合に設定時限後警報を発
し、ポンプを停止する等の制御を行う警報回路、（15）
は本装置の電源である。

上記構成において、ポンプ（２）からの吐出圧力一定制
御では、使用流量が変化しても圧力伝送器（４）を取り
付けた配管（３）部のプロセス圧力が一定になるように
ポンプ（２）の回転速度を調整する。

今、設定圧力P_Sと圧力伝送器（４）で検知したプロセス
圧力P_Pが同一であり、ポンプ（２）はある回転速度で運
転していたとする。

その後、使用流量が増加すると、圧力伝送器（４）の受
圧圧力が低下するのでこの圧力に比例するプロセス圧力
信号（11）も低下し、圧力調節計（５）では比例制御
（Ｐ）、積分制御（Ｉ）、微分制御（Ｄ）等を行った
後、出力信号を今までより大きくした操作量として可変
速制御装置（６）へ送る。

しかして、可変速制御装置（６）が可変電圧可変周波数
インバータ（以下、インバータと略する）で構成されて
いるならば、上記圧力調節計（５）の出力信号に見合っ
た周波数を出力するので、この場合は周波数と電圧が増
加し、開閉器（７）、配線（10）を経由して電動機
（１）へ給電する。該電動機（１）は誘導電動機である
ので、周波数に比例した回転となり、そこで、周波数が
増加すれば電動機（１）の回転速度は増加し、その出力
がポンプ（２）へ伝達されてポンプ（２）の回転速度が
上昇し、圧力が上昇する。

そして、圧力が上昇すれば、同じく配管（３）→圧力伝
送器（４）の経路でプロセス圧力が電気信号として伝達
されて圧力調節計（５）で操作量の制御を行い、圧力が
一定になる。

また、使用流量が減少して圧力が上昇した場合も同様の
閉ループ、圧力伝送器（４）→圧力調節計（５）→可変
速制御装置（６）→開閉器（７）→電動機（１）→ポン
プ（２）→圧力伝送器（４）の経路において、圧力調節
計（５）が減速信号となり、可変速制御装置（６）の出
力周波数と電圧が低下するのでポンプ（２）の回転速度
が低下し、そして圧力が一定になるように制御する。

次に、上記の如き圧力一定制御を実行中に圧力低下警報
が出力される場合の動作を第４図に示すフローチャート
と、第５図に示す使用流量−全揚程曲線を用いて説明す
る。なお、第５図はポンプ（２）が遠心力を利用したう
ず巻ポンプにおける使用流量−全揚程曲線であり、この
内曲線（16）は100［％］回転、曲線（17），曲線（1
8）はポンプの回転速度を低下した場合の流量−全揚程
曲線を示し、また（19）は圧力一定制御における設定圧
力P_Sを示す。

まずはじめに、第４図のステップS1で設定圧力P_Sとなる
よう圧力一定制御の運転指令を行なうと、使用流量の増
減に応じた運転指令が出力され、ステップS2でポンプ
（２）の変速運転が実行され圧力一定制御が行なわれ
る。なお、この正常な場合は、常にステップS3の判別P_P
＜P_LはNOとなり圧力低下警報は出力されない。

ここでP_Pはプロセス圧力を示している。

次に、第５図において、使用流量がQ₁の場合、流量Q₁と
設定圧力P_S（19）との交点A₁を通る曲線（17）が圧力一
定制御の曲線となり、この曲線（17）に対応した回転速
度でポンプ（２）は運転し、このとき、使用流量がQ₂ま
で増加しても、何らかの原因でポンプ（２）の回転速度
が増加しなかったとするならば、プロセス圧力P_Pは圧力
低下警報を出すべき下限圧力P_L以下となり第４図のステ
ップS3にてYESが出力される。この圧力P_P＜P_Lを第３図
の比較器（13）内で検知し、第４図のステップS4にて制
御ループの遅れを考慮した検知時間t₁後に、ステップS5
により警報回路（14）より圧力低下警報を行うものであ
る。

また、使用流量がQ₃まで異常に増加した場合は、ポンプ
（２）が100［％］回転してもプロセス圧力P_Pを圧力低
下警報を出力すべき下限圧力P_Lまで上げることはでき
ず、同様に圧力低下を警報する警報回路（14）が第４図
のステップS1〜S5に従って動作し、圧力低下警報とな
る。

［発明が解決しようとする課題］ 以上説明したように、従来の圧送給水装置においては、
プロセス圧力P_Pが設定された下限圧力P_Lより低下したと
き、警報を発することはできるが、その圧力低下がどの
ような原因によるものかを判別する術がなく、その原因
究明に時間を要したり、また軽微な故障の場合でも警報
を発してポンプを停止させるので、断水してしまうとい
った問題点があつた。

この発明は、実際のプロセス圧力の状態から圧力低下の
原因を判別することにより、その原因を迅速に特定でき
るようにしたことを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る圧送給水装置は、そのプロセス圧力が低
下したとき、ポンプの運転を一旦変速運転から直接電源
に接続する定速運転に切り換え、この時のプロセス圧力
の状態を検出することにより、その圧力の大きさによっ
て圧力低下の原因を判別するものである。

［作用］ 圧力低下判別手段は、配管内のプロセス圧力が予め設定
された下限圧力以下に低下したことを検出すると制御器
を介して変速用開閉手段を開放すると同時に定速用開閉
手段を閉成し、ポンプの運転を直接電源に接続した定速
で運転する。更に、圧力低下判別手段は、ポンプの運転
が直接電源に接続した定速で運転されているときのプロ
セス圧力の状態を検出し、この時の圧力の状態が下限圧
力よりも高く回復したか否かに基づいてポンプを変速運
転に復帰するか、または第１の圧力低下警報を発する。
更に、圧力低下判別手段は、上記回復後再び所定時間以
内にプロセス圧力が上記下限圧力よりも低くなった時に
第２の圧力低下警報を発する。

［実施例］ 以下この発明の一実施例を図に基づき説明すると、第１
図において、（１）〜（13）は従来と同一構成のものを
示し、（20）は圧力低下判別回路である。この圧力低下
判別回路（20）は配管（３）中のプロセス圧力P_Pを電気
信号に変換する圧力伝送器（４）を入力側に接続し、出
力側に開閉器（７）（８）の開閉動作を制御する制御器
（９）を接続している。

次に第２図のフローチャートを用いてこの発明の動作を
説明する。第２図において、正常動作時は第４図のステ
ップS1〜S3同様に運転指令、変速運転、第１の比較手段
のステップ（13）が実行され、第１図のものの動作は変
速用開閉器（７）が閉じられているから、ポンプ（１）
は可変速制御装置（６）を介して電源（15）に接続さ
れ、たとえば吐出圧力一定制御では、所定範囲の使用流
量の変化については、圧力伝送器（４）がこの圧力変化
を検出して可変速制御装置（６）の出力周波数と電圧を
変化させることによりポンプ（２）を駆動する電動機
（１）の回転速度を変化させて配管（３）部の圧力が一
定になるようにポンプ（２）の回転速度を調整する。従
って、プロセス圧力P_Pは下限圧力P_L以上に保たれ正常な
動作を続けることになる。このとき、例えば使用流量が
異常に増加し、プロセス圧力P_Pがあらかじめ設定された
警報を発すべき下限圧力P_L以下に低下すると、第２図の
ステップ（13）の第１の比較手段がYESとなり第１図の
比較器（13）より比較出力が判別回路（20）に入力さ
れ、該判別回路（20）では第２図のステップ（21）によ
り初めての圧力低下であるため所定時間t₃経過したもの
と判断されYESとなり次のステップS4に進む。更に、第
４図の検知時間t₁のステップS4と同様なステップにてこ
の圧力低下から制御ループの遅れを考慮した検知時間t₁
後第１図の判別回路（20）は制御器（９）に信号を送
り、第２図の定速運転に切換えるためのステップ（22）
を実行する。即ち、このステップ（22）では変速用開閉
器（７）を「開」にするとともに定速用開閉器（８）を
「閉」にして商用電源を直接接続し、電動機（１）を商
用電源で駆動してポンプ（２）を商用電源により定めら
れる最高速度の定速運転で運転制御する。ここで、圧力
低下を生じたときのポンプ使用流量が第５図に示すQ₂で
あり、ポンプの使用流量−全揚程曲線が曲線（17）であ
ったとすれば、その結果プロセス圧力P_PはA₂からA₃に上
昇することになる。ただし、蛇口の開度が一定ならば圧
力の上昇により、蛇口を通過する流量は増加するので実
際の圧力はA₄となる。第２図のステップ（23）で定速運
転時間t₂を実行した後における配管（３）中のプロセス
圧力P_Pを圧力伝送器（４）で再度検知し、この時のプロ
セス圧力P_Pを下限圧力P_Lと比較するために第２図のステ
ップ（24）の第２の比較手段を実行する。その結果、該
プロセス圧力P_Pが設定された下限圧力P_Lよりも高けれ
ば、変速運転に復帰するためのステップ（25）を実行
し、判別回路（20）は制御器（９）を介して定速用開閉
器（８）を開くとともに変速用開閉器（７）を閉じてポ
ンプ（２）を変速運転の状態に復帰させ、平常運転に戻
す。したがって、この場合には断水は起こらず、しかも
圧力低下の警報表示は行われない。この場合、定速運転
を行うことにより、圧力が設定圧力以上になる原因とし
ては、可変速制御装置（６）の運転指令接点の接触不良
により電動機（１）及びポンプ（２）の回転速度が上昇
しなかった場合等が上げられる。

次に、第２図のステップ（24）で定速運転に切り換えた
状態でもプロセス圧力P_Pが設定された下限圧力P_Lよりも
低い場合は、比較器（13）がその状態を検知して判別回
路（20）に信号を入力し、第２図の圧力低下警報（Ａ）
を出力するためのステップ（26）を実行し、判別回路
（20）は第１の圧力低下の警報を発すると同時に定速用
開閉器（８）を開いてポンプ（２）の運転を停止する。

この場合の圧力低下の原因としては、圧力伝送器（４）
やその出力信号（11）の配線の断線、使用流量がQ₃また
はそれ以上となり、ポンプ（２）の供給量以上の水を使
った過大流量等が考えられる。

また、ステップ（25）で変速運転に復帰させた状態にお
いて、正常運転に戻った場合はステップ（13）は常にNO
となりステップ（21）は実行されることはない。しかし
ながら、復帰後設定時間３〜30分程度以内に圧力低下が
再度発生したときはステップ（21）により前にP_P＜P_Lと
なった後、所定時間t₃経過していないと判断されNOとな
り、第２図の圧力低下警報（Ｂ）を出力するためのステ
ップ（27）が実行され、判別回路（20）は第２の圧力低
下の警報を発し、同時にポンプ（２）を停止させる。こ
の場合の、圧力低下の原因としては、圧力調節計（５）
の故障、可変速制御装置（６）の故障等が考えられる。

なお、接点の接触不良の場合、変速運転を再度行う際、
接触不良を起こした電磁リレーも動作を行うので、接点
がこすりあって接触不良が解消されることがある。

上記実施例においては、圧力制御では吐出圧力一定制御
の場合について説明したが、多段階吐出圧力一定制御、
末端圧力一定制御等圧力の制御方法はいずれでも良い。
また、圧力低下の判別はプログラムで実施したもので説
明したが、電磁リレーとアナログ回路との組み合わせで
も良い。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、配管中に所定圧力以
下の圧力低下が生じた場合、ポンプの運転を一旦変速運
転から商用電源駆動の定速運転に切り換え、この時の圧
力変化状態により、圧力低下の原因の判別を可能にする
圧力低下判別手段を備えたものであるから、圧力の低下
した原因究明と復旧が早くなり、無用なポンプ停止や断
水が少なくなるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の全体構成を示す構成図、第２図は第
１図の部分詳細構成を示すフローチャート、第３図は従
来の全体構成を示す構成図、第４図は第２図に対応する
従来のフローチャート、第５図はポンプの特性曲線と各
圧力を示す曲線図である。 図において、（１）は電動機、（２）はポンプ、（３）
は配管、（４）は圧力検出器、（５）は圧力調節器、
（６）は可変速制御装置、（７）は変速用開閉器、
（８）は定速用開閉器、（９）は制御器、（13）は比較
器、（15）は電源、（20）は圧力低下判別回路である。 なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示すものとす
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−14984（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−26501（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−123020（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−165593（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−51193（ＪＰ，Ａ) 実開 昭52−19001（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭55−40472（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ポンプを変速運転制御して配管中のプロセ
   ス圧力を制御する圧送給水装置において、 上記配管中の上記プロセス圧力を検出する圧力検出手段
   と、 上記圧力検出手段が検出した上記プロセス圧力に応動し
   て上記ポンプを変速運転する可変速運転制御装置と、 上記ポンプを上記可変速運転制御装置を介して電源に接
   続する変速用開閉手段と、 上記ポンプを電源に直接接続する定速用開閉手段と、 上記圧力検出手段が検出した上記プロセス圧力と所定の
   下限圧力とを比較する比較手段と、 上記比較手段の出力が入力される圧力低下判別手段とを
   備え、 上記圧力低下判別手段は、上記プロセス圧力が上記下限
   圧力よりも低いとき、上記変速用開閉手段を開放し、上
   記定速用開閉手段を閉成して上記ポンプの運転を変速運
   転から定速運転に切り換え、 この切換の後、第１の所定時間経過しても上記プロセス
   圧力が上記下限圧力以上に回復しないときは第１の圧力
   低下警報を発し、 上記切換の後、上記第１の所定時間経過するまでに上記
   プロセス圧力が上記下限圧力以上に回復していれば上記
   定速用開閉手段を開放し、上記変速用開閉手段を閉成し
   て上記ポンプの運転を定速運転から変速運転に復帰さ
   せ、 この復帰の後、第２の所定時間以内に上記プロセス圧力
   が再度上記下限圧力よりも低くなったときは第２の圧力
   低下警報を発することを特徴とする圧送給水装置。