JPS6111497A - 給水装置 - Google Patents

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】 〔発明の利用分野〕 本発明は給水装置に係り、特に負荷変動に伴い給水管路
の抵抗曲線に沿って連続的にポンプの回転数を制御して
、給水末端での圧力を一定に保って給水を行うのに好適
なポンプ装置の制御方式に関する。

〔発明の背景〕

ポンプの給水方式には種々あるが、エレクトロニクスの
発展に伴なって、ポンプを駆動するモータの速度制御技
術が高′１シ、又、価格的にも安くなって来たため、給
水装置にポンプの速度制御力式がさかんに採用されてい
る。この速度制御方式は用途や目的によって袖々の方式
がある。比較的に安価で制御が簡単という点でポンプの
吐出し圧カ一定制御が多く用いられている。これは使用
水素の変動に応じて、ポンプの回転数を変えながらポン
プの吐出し側の圧力を一定に保って給水を行ってゆくも
ので、ポンプの実揚程に対して管路抵抗が小さい場合を
除き、変速範囲が狭くなる場合、省エネルギーの点で不
十分である。より省エネルギー図る方式として給水末端
での圧力を一定に保つ末端圧カ一定制御方式がある。こ
の方式を第１〜第２図を使用して説明する。第１図は末
端圧カ一定制御のシステム系統を示すブロック図であり
、ｌは受水槽、２け吸込管、ＰはモーターＭによって駆
動されるポンプ、４け逆止め弁、５は仕切弁、６は給水
管、７は給水圧力に比例した電気信号を発する圧力セン
サー、８は同じく給水流量に比例した電気信号を発する
流量センサーである。又、Ｘは流量センサー８から発せ
られた信号を与えられた後で述べる関数Ｈｏ”Ｈａ十　
Ｑ”の関係により目標圧力に変換する関数演算器、Ｃは
変換された目標圧カドｏＩと圧力センサー７にて検出さ
れた給水圧力１１とを比較し、その偏差Ｈｏ−Ｈを増幅
する比較器、Ｙは比較器Ｃによって発せられた信号を設
定されたゲインと積分時間とにより速度指令信号を発す
る比例積分器である。さらに、Ｚは比例積分器Ｙの発し
た速度指令信号により、モーターＭを回転制御する速度
制御手段である。第２図は末端圧カ一定制御を行った場
合のポンプの運転点の変化を示すポンプ運転特性図であ
シ、縦軸に圧力（全揚程）Ｈ１横軸に水量Ｑを取って示
す。曲ｆｉＩＡはポンプの運転速度が最高速度（ＮＭＡ
Ｘ）の時のＱ−Ｈ性能を、同様にＢ、Ｃ，Ｄ、Ｅはそれ
ぞれ、ポンプの運転速度がＮｌ　、Ｉ’Ｇ　、Ｎ８　、
Ｎ４の時のＱ−Ｈ性能を示す。又、Ｈａはポンプの実揚
程に末端での所要圧力を加えた圧力を示し、曲線Ｆは主
に給水管路の抵抗曲線を示す。この抵抗曲線Ｆは使用す
る管材、直径、形状などの定数によって決まシ、抵抗分
はｉＱｎで与えられる。

ここで　ａ：管路係数 ｎ：定数である。（一般的にはｎ−２）即ち、管理抵抗
は給水量の増加に伴って、増加する。たとえば、給水量
０４点に於ける管路抵抗はＨＴ−Ｈａであり、給水量０
では抵抗は０である。

従って、目標圧力ＨＯは）Ｉａ　＋　ａＱ”で与えられ
る。

今、使用水量がＱイからＱホに変動すると、この管路抵
抗曲線Ｆ上にそって、イ〜ホの順に圧力制御を行いポン
プの運転速度をＮＭＡＸ”Ｎ、〜Ｎ４へ制御すれば、管
路末端に於いて給水圧力を一定に保つことができる。こ
の末端圧カ一定制御方式によると吐出し圧カ一定制御方
式よりも、運転速度を下げることができ、速度制御の範
囲が広くとれるため省エネルギーの点で大きなメリット
となる。

しかし、以上の末端圧カ一定制御方式では次のような問
題点がある。

１、目標圧力を求めるのに流量センサーが必要であり、
この流量センサーは信頼性が不十分で、極めて高価であ
る。

２　制御が複雑でシステム全体が大がかりとなり、価格
的に高価となっていた。

〔発明の目的〕

本発明の目的はマイクロコンピュータを使用して、流ｌ
″センサー用いることなく、圧力センサーの信号により
負荷変動に伴い、予じめ定めた給水管路の抵抗曲線にそ
って、ポンプの予測末端圧カ一定制御を行い、制御系統
を簡単で安価とし、高機能でより信頼性が高く、省エネ
ルギーとなる給水装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

流１センサーを使用すると価格アップとなυ、制御が複
雑となるため、これを使用しないがわりに、給水管の抵
抗曲線を予じめ予測し速度指令信号を発した後、この予
測した抵抗曲線に応じて、目標圧力を逐次更新していく
ことにある。つまυ、マイクロコンピュータによる速度
制御の逐次加減法により、比較的簡単に末端圧カ一定制
御を可能としたことにある。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第３〜第７図により説明する
。第８図は実施例の給水装置の概略構成図を示し、第１
図に対し、流量センサー８、関数演算器Ｘ１比例積分器
Ｙを省略したものである。

第４図はマイクロコンピュータを使用した実施例の制御
回路を示し、ＰＷは電源、ＭＣＢはしゃ断器、ＩＮＶは
可変周波インバータ装置（本実施例ではインバータを使
用したがモーターの速度制御としては他の方式でも良い
。）Ｍｃａは電磁開閉器ＭＣの接点、【ｈはサーマルリ
レー、Ｍはモーター、μｃｏｎ　ｌｄマイクロコンピュ
ータであり、中央演算処理装置ＣＰＵ、メモＩＪＭ１電
源端子Ｅ１人出カポ−）Ｐ、Ａ−Ａ％Ｐ、Ａ−Ｂ、　Ｐ
、Ａ−Ｃなどから成る。同マイクロコンピュータは周辺
装置として、インター２エースＦ、、Ｆ、、Ｃを持つ。

即ち、圧力センサ−７の検出した信号はインタレエース
ｈを介して入出力ポートｐ、Ａ−Ａより読込む。又、ポ
ンプの運転速度指令信号は入出力ボートＰ、Ａ−Ｂより
インターフェースＦ、を介して、前記した可変周波イン
バータ装置ＩＮＶへ送り、所望の運転速度を指令する。

さらに、ポンプの運転指令する信号を入出カポ−）Ｐ、
Ａ−ＣよりインターフェースＣへ出力する。たとえば、
トランジスタＴｒのベースは抵抗Ｒ１を介して信号線に
よって、入出カポ−）ＰＩＡ−Ｃのあるビットと接続し
であるものとし、スイッチＳＳが閉じているものとする
と、このビットに１の信号を出力すると、前記トランジ
スタＴｒが噂通し、リレーＸが付勢し、電磁開閉器ＭＣ
が付勢して、前記インバータＩＮＶを介してモーターＭ
が駆動する。同、マイクロコンピュータμｃａｎの電源
端子ＥにはトランスＴを介して、安定化電源ユニツ）Ｚ
から給供されるものである。

第５図は本実施例の予測末端圧カ一定制御方式を説明す
るためのポンプの運転特性図であシ、第２図と同一符号
で示す記号は同様の意味を持つ。ここで曲線Ｇはポンプ
の運転速度が最低速度ＮＭＩＮの時のＱ　−Ｈ性能を示
す。又、抵抗曲線Ｆは使用する給水管の材質、形状、寸
法などから予じめ予測しておくものである。さらにΔＨ
は目標圧力の増減幅、ΔＮは指令速度の増減幅を示し、
曲線Ａと抵抗面＠Ｆとの交点イにおける圧力をＨＢ１最
高速度をＮＭＡＸｓ最低速度をＮＭ　ＩＮとすれば、こ
の関係は次の０式で与えることができる。

Ｂ−Ｈａ ΔＨ＝ΔＮ（ＮＭＡＸ　−ＮＭＩＮ　）・・・・・・・
・・■この△Ｈ１ΔＮは０式の関係より必要に応じて適
正にその精度を決めることができる。

第６図は本実施例の末端圧カ一定制御の概念を示すフロ
ーチャートである。即ち、１ステツプで初期目標圧力Ｈ
ｏを設定し、２ステツプで給水管の給水圧力Ｈを測定し
、８ステツプで目標圧力と測定した給水圧力を比較し、
この結果、給水圧力Ｈが目標圧力Ｈｏよりも大きい場合
には４ステツプ以降の処理を実行する。この４ステツプ
で、今運転している運転速度Ｎよυ変速幅ΔＮだけ減じ
、この値で速度指令を行い次の５ステツプで一つ前に設
定した目標圧力Ｈｏより□圧力の増減幅ΔＨだけ減じ、
これを新しい目標圧力とし、８ステップでモーターが指
令された速度に達するのに必要な待ち時間Δｔを実行し
て２ステツプへもどり、祠度、これ以降の処理を実行す
る。又、３ステツプで比較した結果、給水圧力Ｈが目標
圧力Ｈｏより小さい場合には、今度は６ステツプで今運
転している速度Ｎより変速幅ΔＮだけ加算し、との仙で
速度指令を行い、次の７ステツプで一つ前に設定した目
標圧力Ｈｏに圧力の増減幅△Ｈを加え、これを新しい目
標圧力とし、８ステツプで前述した待ち時間Δｔを実行
して２ステツプへもどり、これ以降の処理を繰返し実行
する。このように制御すれば前述の０式の関係によυ給
水管路の抵抗曲線Ｆにそって給水圧力を制御することが
できる。

向、目標圧力及び速度の増減幅ΔＨ１ΔＮは第６図の途
中のステップで０式の関係から計算して求めても良いし
、予じめ計算しておいて定数として与えても良い。

それでは以上の作動をさらに具体的に説明する。

第７図は第５図運転特性をさらに拡大して示したもので
あシ、第８図は具体的な作動説明するためのフローチャ
ートである。

マイクロコンピュータは同図に於ける２０〜２１ステツ
プで示す初期設定を完了しているものとし、今、２３〜
２５ステツプを実行してポンプが始動し、運転速度がＮ
ＭＩＮで運転点が性能曲線Ｇ上の０点にあるものとする
。岡、ここでΔ１．はポンプの運転速度が指令速度に立
上ってくるのに必要な時間を設定しである。又、０式の
関係がΔ１１−２ΔＮ〜■の関係にあるものとする。さ
らに、説明を簡単にするため、仮りにマイクロコンピュ
ータは８　ｂｉｔマイコンとすると速度変化の最小値は
１ｂｉｔであるから０式より増減幅ΔＮが２　ｂｉｔ変
化すると目標圧力ΔＨは１ｂｉｔ変化する関係にある。

次に、２７〜２８ステツプで０点に於ける目標圧力とし
てＨｏ＝Ｈａを設定する。

この状態から、使用水量がＱイに増加すると圧力が低下
し運転点がへに移る。この時、２９ステツプでこの給水
管６内の圧力を６１す定して、マイクロコンピュータ（
Ａレジスター）に読込み、８０ステツプで前記設定した
目標圧力ＨＯと測定した給水管内圧力Ｈと比較する。自
然、給水管内の圧力が目標値より低下しているので３９
ステツプの処理へ進む。ここと、次の４０〜４１ステツ
プで、今運転している速度が最高速度ＮＭＡＸに達して
いるか判定し、最高速度に達している場合には変速せず
、４６ステツプで目標圧力ＨｏをＨｏ＝Ｈａ＋Ｈｂ（イ
点の目標値）と袖正し、４７ステツプで指令した速度に
達するに必要な待ち時間Δｔ２を実行する。４１ステツ
プでの判定結果が最高速度ＮＭＡＸ以下ならば４２〜４
４ステツプで今、運転している速度Ｋｌｂｉｔ（ΔＮを
１　ｂｉｔとした場合）だけ加算して、これを新しい速
度データとしてメモＩＪＭ、。

に格納するとともに、この信号を入出力ボートＰＩＡ−
ＢよりインターフェースＦ２を介して、インバータＩＮ
Ｖの速度入力端子（図示せず）に送る。

この結果、連転速度はＮＭＩＮよりΔＮ祇本例の場合は
ｉｂ口）だけ増速し、ＱＨ性能は曲線■となり、需要水
量がＱ（の状態にあれば、運転点はｑへ移る。さらに、
４５ステツプでは給水管の抵抗曲線Ｆにそって、目標圧
力を一つ前の値に１ｂｉｔだけ、１１　。

加算してこの値を新しい目標圧力のデータとしてメモリ
にに格納し、４７ステツプへ進む。ここで前述した待ち
時間Δｔ、を実行して２８ステツプへもどυ、これ以降
の処理を実行する。以下、ＳＵ述の作動を繰返し、使用
水量がＱＨ−＋　Ｑ、、と変化するのに伴なって、運転
速度を１　ｂｉｔずつ増速しで、Ｑ−Ｈ性能はＪ　−＋
　Ｋ　−＋　Ｌと変化し、運転点は０．→０４−ＩＯ！
→０６→０．→０．と移動し、目標圧力も抵抗曲線にそ
って１ｂｉｔずつ高く設定してゆく。このようにして給
水圧力をほぼこの抵抗曲線上の飴にすることができる。

又、使用水量が減少した場合にも、前述と同様の動作を
３１〜８８ステツプで実行し、給水圧力を抵抗曲線上で
制御することができる。ただし、３１〜３８ステツプで
の処理は前述の８９〜４１ステツプでの処理とは逆に、
今、運転している速度が最低速度ＮＭＩＮに達している
か判定し、達している場合には３４ステツプで０点に於
ける目標圧力としてＨａを与えて補正し、メそりＭ、ｔ
Ｋ格納する。最低速度ＮＭＩＨに達していない場合には
１２　。

８５〜８７ステツプで、前述の４２〜４４ステツプの処
理とは逆に、今運転している速度より１ｂｉｔだけ減じ
てこれを新しい速度指令信号としてメモリＭｌ、に格納
すると共に、この信号をインバータＩＮＶの入力端子へ
送って、減速指令を行う。又、次の８８ステツプで、目
標圧力を一つ前の値より１　ｂｉｔたけ減じて、これを
新しい目標圧力のデータとしてメモリＭｔに格納し、４
７ステツプへ進明する。本実施例は前述した、目標圧力
の増減幅ΔＨと指令速度の増減幅ΔＮとの関係がで与え
られた時、ｎ＝ａｂｉｔで一般化したものの例を示す。

第９図は運転特性図の一部分を拡大して示したもので、
運転速度ＮｉからＮｇまでをａｂｉｔに等分したときの
ポンプのＱ−Ｈ性能と目標圧力増減分ΔＨ（ΔＨ＝１ｂ
ｉｔ）の関係を示したものである。又、第１θ図はこれ
の作動を示すフローチャートであシ、第８図に於けるル
ー１５１部分がこれにかわるものである。さらに同第８
図のルー１５１部分は本実施例の第１Ｏ図の逆の作動を
すれば良い。又、これら以外の作動は同様であるので説
明は省く。

今、第９図に於いて、目標圧力がＨｌで、運転連破がＮ
ｉで、Ｑ−Ｈ性能は曲線Ｉで、運転点は０４１点にある
ものとする。この状態で圧力が川。

に低下した場合を考える。まず第１０図に於ける１０１
ステツプで運転速度Ｎｉを前の状態の速度としてメモＩ
ＪＭ、ｊに格納し、次の１０２ステツプでΔｔ。

時間だけ給水圧力が目標圧力Ｈｉ　と一致するように１
　ｂｉｔずつ増速してゆく。この結果、運転点がＯｌ、
→Ｏ４３→引、と移動する。そして、次の１０８〜１０
５ステツプで前の状態の速度と今指令した速度の差つま
り速度変化を求めて、１０６ステツプでこの速度変化が
ａ−１ビツトより大きいか小さいかを判断し、大きい場
合には１０７ステツプで目標圧力を今の目標圧力にΔＨ
（１・ｂｉｔ　）だけ加算してＨｉ＋ΔＨとし、これを
新しい目標圧力としてメモリＭ、に格納する。小さい場
合には目標圧力は変更せず第８図に於ける２８ステツプ
へもどり、これ以降の処理を繰返し実行する。以上のよ
うに△ＨとΔＮが０式の関係にある場合には速度変化が
ａ−１ビツトと越える都度、目標圧力を±ΔＨ（ｌｂｉ
ｔ）ずつ更新してゆくことにより、給水圧力が抵抗曲線
上にあるように速度制御を行うことができる。

次に、別の実施例を第１１図によ如説明する。

本実施例では目標圧力の増減幅ΔＨと指令速度の増減幅
ΔＮとの関係が ΔＨ＝　ｎ、　　ΔＮ（ｎ＝１ビツト、２ビツト、８ビ
ツト、４ビツト、・・・・・・）・・・・・・・・・■
で与えられた時、ｎ＝Ｃピットで一般化したものの例を
示す。第１１図は第９図の拡大図を示す。

これは速度変化４質が１ビツトに対し、目標圧力Ｈｏの
変化ΔＨがＣビットである場合を例示しだものである。

具体的な作動は前述した第８図に於ける８８．４５ステ
ツプの処理をＣビットで加減して、新しい目標圧力を与
えてやれば良い。

以上のように本実施例によれば予しめ定めた給・　１５
　・ 水管路の抵抗曲線にそって、ポンプの吐出し圧力を制御
するので、給水末端での圧力をほぼ一定にできる効果が
ある他ポンプの変速範囲が大きくとれるため、ポンプ消
費動力は回転数の８乗に比例することから、省エネルギ
ーに対して大きな効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば流量センサーや関数演算器などの複雑な
制御回路を設けることなく、マイクロコンピュータによ
り、予じめ定めた給水管路の抵抗曲線にそって目標圧力
を与え、これに応じてポンプの吐出し圧力を制御するた
め、給水末端での圧力をほぼ一定にできるばかりでなく
、制御装置を単純で簡単に構成できるため信頼性が向上
し、末端圧カ一定制御を行う従来の給水装置と比較し、
著しく価格低減を行うことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は推定末端圧カ一定制御を行う従来のポンプシス
テム系統を示すブロック図、第２図は第１＠のポンプシ
ステム系統の動作を説明するための運転特性図、第３図
は本発明の実施例のポンプシステム系統を示すブロック
図、第４図は本発明の実施例の制御回路を説明するブロ
ック図、第５図は本発明の実施例の予測末端圧カ一定制
御方式を説明するポンプの運転特性図、第６図は本発明
の実施例の概念を示すフローチャートでおる、第７図は
第５図の要部を拡大して示す運転特性図、第８図は本発
明の実施例を具体的な作動説明するためのフローチャー
トである、第９図は本発明の他の実施例を説明するだめ
の要部を拡大して示すポンプの運転蒔性図、第１０図は
第９図の作動を示すフローチャート、第１１図は本発明
の他の実施例を説明するポンプの運転特性図である。 第１　図 第２Ｉ２］ ０　　　　θ□ 第　３　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、ポンプと、このポンプを駆動する可変速駆動手段と
   、これらを制御する制御装置と、ポンプに連結した給水
   管路と、この管路に備えた圧力センサーとによつて構成
   され、使用水量に応じてポンプの運転速度を変えて給水
   を行つてゆくものに於いて、予じめ定めた前記給水管路
   の抵抗曲線とある基準とした運転速度におけるポンプの
   Ｑ−Ｈ性能曲線と、これらの交点で定まる目標圧力を、
   目標圧力の変化幅をΔＨ、指令速度の変化幅をΔＮとし
   たとき、前記目標圧力の変化幅ΔＨを前記指令速度変化
   幅ΔＮの一定な関係で求めて、記憶するとともに、初め
   に、ある基準とした運転速度を指令した後、初めの目標
   圧力と、測定した給水管内圧力とを比較した結果、両者
   が等しい場合には、速度指令信号と目標圧力を初期値の
   ままとし、測定した給水管内圧力が目標圧力より低い場
   合には、前述の関係により増速指令を発し、この後、目
   標圧力を前述の関係で抵抗曲線と一致するよう更新し、
   又、給水管内の圧力より高い場合は前述の関係により減
   速指令を発し、この後、目標圧力を前述の関係で抵抗曲
   線と一致するよう更新し、ポンプの吐出し圧力がほぼ抵
   抗曲線上にあるようにしたことを特徴とする給水装置の
   制御方式。 ２、特許請求範囲の第１項に於いて、目標圧力を予じめ
   定めた最低速度に於ける値と、最高速度に於ける値に、
   それぞれの運転速度の時に補正するようにしたことを特
   徴とする給水装置の制御方式。