JPS6122149B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、水槽の水位変動に応じて上記水槽に
給水する複数台のポンプの運転台数を自動的に選
択するポンプの運転台数制御方法に関する。

〔発明の技術的背景〕

各種の建築物、特に中高層建築物等において
は、一般に地下などに設けられる１次水槽と、屋
上などに設けられる２次水槽と、上記１次水槽か
ら２次水槽に給水するための複数台のポンプを備
えており、これらポンプの運転台数を増減するこ
とにより２次水槽に対する給水量を可変制御する
ようにした給水系が多く用いられている。この種
の給水系においてポンプの運転台数を自動的に選
択制御する場合、従来は２次水槽にポンプ台数に
対応する複数段の水位を設定し、水槽水位が最下
段未満のときには全ポンプを運転するとともに、
水位が一段上昇するごとにポンプを１台づつ停止
し、最上段以上になつたときには全部を停止さ
せ、また反対に、水位が低下する場合には、水位
が１段低下するごとにポンプを１台づつを起動す
るようにしていた。このような従来方法において
は、ポンプ台数が多くなるほど多段の設定のため
に２次水槽が大容量となり、かつ検出端を含む制
御装置の構造が複雑となるので、設備費用が高額
になり、かつ保守上にも不利な的が多い。しかも
高水位に体応するポンプほど稼動時間が長くなる
ため、駆動機構を含むポンプ装置の寿命が不均等
になるという難点がある。

これに対し、一定の繰り返し周期ごとに水槽の
水位を検出し、所定の高水位を越える場合には運
転中のポンプを１台停止させ、また所定の低水位
を下まわる場合には停止中のポンプを１台起動さ
せるようなポンプの運転方法が考えられる。この
ようなポンプの運転方法についてさらに説明する
と、 一般に２次水槽の単位時間当り流出水量Ｑ_Cは
不定であり、また各ポンプの単位時間当り吐出量
ｑが同一であるとすれば水槽に対する単位時間当
り給水量n.qはポンプの運転台数ｎにより段階的
に変動する。したがつてn.q＝Ｑ_cの関係が成立す
る台数ｎを設定し得るような場合は殆んどなく、
ポンプを１台づつ増減する場合は一般に n.q′＞Ｑ_c＞（ｎ−１）．ｑ の関係が成立しているときこの給水系が準安定状
態にあるといえる。このような準安定状態におい
ては、水槽の断面積が一定であるとすれば、ｎ台
運転の場合の水位上昇率が（n.q−Ｑ_c）に比例
し、（ｎ−１）台運転の場合の水位降下率が｛Ｑ_C
−（ｎ−１・ｑ｝に比例する。したがつてｎ台運
転の時間t₀および（ｎ−１）台運転の時間t₁を、 ∫^ｔ０ _０（ｎ・ｑ−Ｑ_c）・dt ＝∫^ｔ１ _０｛Ｑ_c−（ｎ−１）・ｑ｝・dt……(1) が成立するように設定すれば平均水位を一定に維
持することができ、また時間t₀，t₁を短かくする
ほど水位変動幅を小さくすることができる。しか
し、上述したように単位時間当りの流出量Ｑ_cは
一般に不定であるから、時間t₀，t₁を予め設定し
ておくことは不可能である。

そこで、所定の高、低両水位を基準とし、ポン
プの運転台数ｎを所定の繰返し周期Ｔごとに１台
づつの割合で増減することにより、上記高、低両
水位において上記式(1)が最大誤差T.qの範囲内で
近似的に成立するようにすることができる。

このようなポンプの運転台数制御方法によれ
ば、所定の繰り返し周期Ｔを短かく設定すればポ
ンプの起動、停止の即応性を高めることができ、
かつポンプの起動、停止の順番を、最初に停止ま
たは起動したものから始めるようにすれば、特定
のポンプのみを稼動するような片寄り運転が防止
できることになる。

〔背景技術の問題点〕

しかしながら上記のように、繰り返し周期Ｔを
短かくしてポンプの起動、停止の応答性を高めた
場合、水槽の水位が高水位および低水位に近づい
た場合水面の波動（ノイズ）を拾つてポンプが起
動、停止され、いわゆるチヤタリング等の誤作動
をする惧れがある。またこのようなチヤタリング
等の誤動作を防止するため周期を長くすると、逆
にポンプ起動、停止の応答性が遅くなる欠点を生
じる。

〔発明の目的〕

本発明は上述の事情にもとづきなされたもの
で、その目的とするところは、水槽の水位変動に
順応して適正な運転台数を自動的に選択でき、ポ
ンプの起動、停止の即応性を高めるとともに、波
動等により誤作動することのないポンプに運転台
数制御方法を提供しようとするものである。

〔発明の概要〕

本発明は上記目的を達成するため、前述した所
定の繰返し周期ごとにその繰返し周期をこえない
範囲でサンプリング時間を設定し、上記サンプリ
ング時間内で、上記高水位および低水位に対応す
る各水位検出手段の出力信号をそれぞれ時間積分
した各積分値と、予め設定したしきい値とをそれ
ぞれ比較して、上記水槽の水位を判別し、かつ上
記サンプリング時間内で上記各水位検出手段の出
力信号を連続する２繰返し周期についてそれぞれ
記憶する記憶手段を設け、上記２繰返し周期にお
いて上記水槽の水位が上記水位以上に転じた場合
には上記比較判別に拘らず上記記憶手段により運
転中のポンプを１台停止させ、かつ上記低水位以
下に転じた場合には同じく上記比較判別に拘らず
上記記憶手段により停止中のポンプを１台起動さ
せるようにしたことを特徴とする。

上記記憶手段を設けることにより、この記憶手
段で水位の変動方向を見極めるようにし、このこ
とから周期時間を短かくしてもチヤタリング等の
誤作動が防止され、周期が短かくなる分応答性の
向上を可能とするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を図示の一実施例について説明す
る。第１図において、１は１次水槽、２は２次水
槽、３は流入管、４は流出管、５および６は高水
位および低水位検出器、P₁，P₂……Ｐ_Nは給水用
のポンプである。上記２次水槽（以下単に水槽と
いう）２には高水位Ｈおよび低水位Ｌが設定され
ており、高水位Ｈ以上の領域を過給域、低水位Ｌ
未満の領域を不足域、これらの中間領域を中間域
と呼ぶことにする。上記検出器５，６は、上記
高、低両水位Ｈ，Ｌにそれぞれ位置された検出端
７，８を備え、水槽２の水位ａがこれら検出端
７，８以上であるとき所定の出力信号（たとえば
ON信号）を発生するように構成されている。上
記ポンプP₁〜Ｐ_Nは、それぞれ独立して単独運転
可能に電動機等の駆動源に連結されている。

上記検出器５，６の各出力は、第２図に示すよ
うに、処理装置１０に含まれた判別回路１１，１
２および記憶器１３，１４を介して変台ロジツク
回路１５に導かれ、上記変台ロジツク回路１５の
出力は演算器１６および分配器１７を介して上記
ポンプP₁〜Ｐ_Nの各制御部（図示略）に導かれて
いる。また上記処理装置１０には、クロツク１８
からのクロツクパルス信号がタイミング設定器１
９を介して供給され、所定の繰返し周期Ｔごとに
所定のサンプリング時間ｔ（ｔＴ）が設定され
るように構成されている。上記演算器１６および
分配器１７には運転条件判定回路２０が接続され
ている。この条件判定回路２０には、自動／手動
別の制御モード情報、故障または定期点検等のた
め休止中のポンプの識別情報などが入力されてお
り、要すれば上記１次水槽１の水位情報その他、
上記水槽２の水位以外に、ポンプの運転に影響を
与える所定の各種情報が入力される。各ポンプの
起動、停止を手動制御する場合には、条件判定回
路２０からの信号により演算器１６の出力信号が
遮断され、分配器１７を介し、または介さずに各
ポンプの制御部の制御が行なわれる。また休止中
のポンプがある場合には、条件判定回路２０から
の信号により、運転可能なポンプのみが選択され
るように構成されている。

上記一方の判定回路１１は、図示しないが、上
記周期Ｔごとにサンプリング時間ｔ内で検出器５
が水位「有」の出力信号が供給された時間を積算
する積分器と、この積分器の積算値を、たとえば
サンプリング時間ｔの1/2等に設定されたしきい
値と比較する比較器とを備えている。また他方の
判別回路１２は、図示しないが上記一方の判別回
路１１とほぼ同様に、周期Ｔごとにサンプリング
時間ｔ内で検出器６が水位「無」を出力した時間
を積分する積分器と、この積分器の積分値と、上
記と同様なしきい値とを比較する比較器を備えて
いる。上記記憶器１３はたとえばシフトレジスタ
などを備え、検出器５が水位「有」または「無」
出力信号を出した瞬間があつたことを最近の２繰
返し周期について記憶するように構成されてい
る。また記憶器１４は記憶器１３とほぼ同様に構
成され、検出器６が水位「無」または「有」の出
力信号を出した瞬間があつたことを最近の２繰返
し周期について記憶するように構成されている。
これら各記憶器１３，１４はそれぞれの記憶内容
を変台ロジツク回路１５へ送出している。

上記変台ロジツク回路１５は、判別回路１１，
１２および記憶器１３，１４の各出力信号に応じ
て水位を判定し、演算器１６に減算、加算または
現状維持等の指令信号を送出する。

演算器１６は、変台ロジツク回路１５および運
転条件判定回路２０の出力信号に応じて１繰返し
周期Ｔごとに１台づつの割合でポンプの運転台数
を増台、減台または現状維持の指令信号を送出す
る。

分配器１７は運転中の各ポンプの起動順序と、
待機中の各ポンプの停止順序とを記憶する記憶器
を備え、増台する場合には上記停止順序に従い、
減台する場合には上記起動順序に従つて、それぞ
れ起動および停止させるポンプを選択するように
構成されている。

なお、上述のように起動順序および停止順序を
記憶する代りに、全ポンプの個別総稼動時間を記
憶させておき、これら個別総稼動時間の多少に応
じて起動、停止を選別するようにしてもよい。

また、図面には省略したが、たとえば上記１次
水槽１に設けられる水位検出器、上記水槽２に設
けられる異常水位検出器、これら検出器および上
記検出器５，６等と連係する水位表示器、異常警
報器、その他の各種機器および付属施設等は、そ
れぞれ必要に応じて設けられる。

このような構成によりポンプの運転台数を制御
する方法について説明する。

いま、水槽２の水位ａが第３図に示す周期に
おけるように高水位Ｈと低水位Ｌの中間域にあ
り、ポンプP₁〜Ｐ_Nのうちｎ台が運転状態にある
ものとする。この状態においては、水位ａが上位
検出端７に達していないので、検出器５の出力信
号ｂは連続して水位「無」であり、判別回路１１
における積算値（第１積算値という）ｄが各繰返
し周期Ｔごとに高水位に対するしきい値（第１し
きい値という）v₁未満であるから、判別回路１１
の出力信号も水位「無」である。またこのとき、
記憶器１３にあつては、繰返し周期の状態を水
位「無」と記憶する。一方下位検出端８は水面下
にあるので検出器６の出力信号ｃは連続して水位
「有」であり、判別回路１２における積算値（第
２積算値という）ｅは繰返し周期Ｔごとに低水位
に対するしきい値（第２しきい値という）v₂以下
であるから、判別回路１２の出力信号も水位
「有」である。また記憶器１４にあつても周期
の状態を水位「有」と記憶する。したがつて変台
ロジツク回路１５は、判別回路１１および記憶器
１３の各出力信号が上述のように水位「無」であ
り、かつ判別回路１２および記憶器１４の各出力
信号が水位「有」である場合には、水槽２の水位
ａが上記中間域にあるものと判定し、演算器１６
に対し加算および減算のいずれの指令信号をも送
出しない。したがつてｎ台のポンプはそのまま運
転を継続している。

流出管４からの流出量が減少して水位ａが上昇
し、水面が検出端７に近づくと、水面には一般に
波動が存在しているので、検出端７は間欠的に水
面に接し始め、水面の上昇に伴なつてサンプリン
グ時間ｔ内における合計接触時間が長くなる。こ
のようにしてたとえば周期において、第１積算
値ｄは第１しきい値v₁に達していないが、高水位
検出器５の検出記録は水位「有」として出現す
る。このとき、前の周期における記憶器１３の
記憶は水位「無」であつたので、変台ロジツク回
路１５は判別回路１１の水位「無」の判定に拘ら
ず、水位が過給域に移行したと判定し、演算器１
６に減算指令信号を送出する。これにより演算
器１６および分配器１７が運転中のｎ台のポンプ
のうち最初に起動された１台を選択して停止さ
せ、運転台数を（ｎ−１）台にする。

周期において第１積算値ｄが第１しきい値v₁
以上になると、判別回路１１の出力信号が水位
「有」となる。記憶器１３の出力信号は上記周期
のとき水位「有」でありかつ同期のとき水位
「有」のままであるから、変台ロジツク回路１５
は水位が連続して過給域にあると判定して減算指
令信号を送出し、さらに次の１台を停止させ
る。

このようなポンプの減台により水槽水面が上昇
を停止するかまたは降下しても、上記高水位Ｈよ
り上方に位置している間は、各繰返し周期Ｔごと
に上述同様な減台操作が自動的に行なわれ、最終
的には全ポンプの運転が停止されることになる。
また、上述のような減台操作が行なわれた結果、
たとえば周期Ｖにおいて水槽水面が高水位Ｈより
降下すれば、判別回路１１の出力信号が水位
「無」となり、記憶器１３は水位「有」の次に水
位「無」を記憶し、この場合はポンプの運転台数
ｎは増減が行なわれず、たとえば（ｎ−２）に維
持される。

上述のような状態から水位がさらに低下してた
とえば第３図に示す周期において低水位Ｌを下
方に通過したときには、検出器６の出力信号ｃが
水位「無」になつてからの第２積算値ｅが第２し
きい値v₂未満であつても、記憶器１４は前回の記
憶が水位「有」、つまり中間域であつたため、今
回の周期において水位「無」の記憶が生じ、こ
れにより変台ロジツク回路１５では水位ａが不足
域に移行したと判定して演算器１６に加算指令信
号ｇを送出する。これにより演算器１６および分
算器１７が、停止中のポンプのうち最後に起動し
たポンプの次位にあるポンプまたは最初に停止し
たポンプを１台起動させる。

周期においては、水位「無」の積算値ｅが第
２しきい値v₂を越えるので、判別回路１２は水位
「無」を判定し、かつ記憶器１４は連続して水位
「無」を記憶するため変台ロジツク回路１５が不
足域の判定をし、さらに停止中のポンプを１台起
動させるための加算指令ｇを送出する。

このような運転台図の増加は水位が不足域にあ
る間続けられ、この状態が続けば運転可能な全ポ
ンプが運転状態となる。また、運転台数の増加に
より水位が上昇し、周期のように低水位Ｌを上
方に通過して、第２積算値ｅが再び第２しきい値
v₂以下となれば演算器１６が増台指令信号を出す
ことがなく、ポンプの運転台数は不変に維持され
る。すなわち水槽の水位が上記不足減にある間は
ポンプの運転台数が１周期ごとに１台づつ漸増さ
れ、水位が上記中間域に上昇すれば運転台数は不
変に維持される。

上述したように高、低両水位Ｈ，Ｌを基準とし
１繰返し周期に１台の割合でポンプ台数の増減が
行なわれるので、ポンプ全台数の多少に拘りなく
適正運転台数を得ることができ、その合計吐出量
すなわち水槽２への流入量が流出量に最も近い状
態となるようにすることができる。また、検出器
５，６の検出信号が存在する時間をサンプリング
時間ごとにそれぞれ積算してしきい値と比較する
ようにしたので、水面波動などがあつてもチヤタ
リングを生ずることがなく、かつ水面が上記高水
位Ｈおよび低水位Ｌ通過するとき通過方向による
ヒシテリシス現象を判なうことがないので、水位
変動に即応した運転台数の自動制御が行なわれ
る。

上述した記憶器１３，１４を備えない場合には
水位ａが中間域から過給域に移行する場合、たと
えば第３図に示す周期におけるように、第１積
算値ｄが第１しきい値値v₁未満であれば、判別回
路１１の出力信号が水位「無」の状態であり、演
算器１６は減算指令信号ｆを送出しないことにな
る。また水位ａが中間域から不足域に移行する場
合にも、つまり周期においても上述同様にして
加算指令信号ｇが送出されない場合がある。この
ような応答遅れは、繰返し周期Ｔを短かく設定す
ることにより対応できるが、繰返し周期Ｔを短か
くすると水面の波動等（ノイズ）を拾つてポンプ
が起動、停止されるので好ましくない。

しかしながら記憶器１３，１４を設けた場合、
水位ａが中間域から過給域に移行する場合には、
上記記憶器１３の記憶内容により、検出器５の出
力信号がたとえば１つの周期においては１回も水
位「有」と記憶されておらず、つぎの周期におい
て１回でも水位「有」の記憶がされた場合には、
判別回路１１の出力信号が水位「無」であつても
変台ロジツク回路１５においては水位が過給域に
移行したと判定し、演算器１６に減算指令信号
を送出するようにしている。また水位ａが中間域
から不足域に移行する場合には、上記記憶器１４
の記憶内容により、検出器６の出力信号がたとえ
ば１つの周期においては１回も水位「無」と記憶
されておらず、つぎの周期において１回でも水位
「無」の記憶がされた場合には、判別回路１２の
出力信号が水位「有」であつても変台ロジツク回
路１５においては水位が不足域に移行したと判定
し、演算器１６に加算指令信号ｇを送出するよう
にする。

上述のように記憶器１３，１４の記憶内容によ
り、判別回路１１，１２の出力に優先して変台制
御を行なうようにしたから、上記記憶器１３，１
４の出力信号にもとづき演算器１６による加算ま
たは減算が行われる。つまり、周期の場合は、
周期を待つことなく減台が行われ、かつ周期
の場合も周期に至る前に増台が行われる。この
ためポンプの運転台数増減の即応性が向上する。

このように、記憶器１３，１４は、高水位Ｈお
よび低水位Ｌに対して水面の変動具合を監視し、
高水位Ｈおよび低水位Ｌに対して変動がない場合
は変台ロジツク回路１５は機能しないよう制御し
ている。いずれにしても、上記記憶器１３，１４
を設けることにより、繰返し周期Ｔを比較的長く
設定して水面の波動による影響を受けることのな
いようにし、かつ給水系の即応性が損なわれるこ
とがなくなる。

なお、以上においては水位が中間域から過給域
または不足域に移行する場合について述べたが、
これらの逆の場合にも判別回路１１，１２の出力
より優先して上述とほぼ同様に記憶器１３，１４
の記憶内容により変台制御を行なうようにしても
よい。

上述のように構成された装置においては、所定
の繰返し周期Ｔごとに所定のサンプリング時間ｔ
を設定し、このサンプリング時間内における水位
信号検出時間の積算値に基づいてポンプの台数制
御を行なうようにした処理装置１０を設けたの
で、水面波動等に基づくチヤタリングなどを生ず
ることがなく、またヒシテリシス現象を伴なうこ
ともなく、ポンプの起動、停止を上記繰返し周期
ごとに１台づつ行なうようにしたことと相まつ
て、水槽水位の変動に順応して適正な運転台数を
自動的に設定することができる。また水位信号を
つぎの１繰返し周期まで記憶する記憶器１３，１
４を設けたので、給水系の即応性を向上させるこ
とができる。さらに、各ポンプの個別稼動時間ま
たは、運転中のポンプの起動順序および待機中の
ポンプの停止順序等を記憶可能な分配器１７を設
けることにより、総数Ｎ台のポンプP₁，P₂…Ｐ_N
のそれぞれの最大起動頻度を１／NTとすること
ができ、かつ稼動時間の配分を適正化することが
できる。しかも、上記水位検出器５，６、クロツ
ク１８、タイミング設定器１９および処理装置１
０等は、ポンプの台数とは無関係に構成すること
ができるから、上記処理装置１０が主として電子
部品から構成されることと相まつて、装置の標準
化、小型化に資するところが極めて大である。ま
た制御用水位検出器は高低一対のみでよいから装
備工事を簡単かつ容易に行なうことができ、各部
の保守に要する手数も少なくてすむなど、多くの
優れた効果を奏することができる。

なお、本発明は上記実施例のみに限定されるも
のでなく、その要旨とするところの範囲内で種々
の偏更をなし得ることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、上述したように所定の繰返し
周期ごとに所定のサンプリング時間を設定し、こ
のサンプリング時間内で高低両水位に対応する水
位検出手段の出力信号を時間積分するとともに、
これら積分値と予め設定したしきい値との差異に
応じて上記繰返し周期ごをに１台づつの割合でポ
ンプの起動および停止を自動制御する場合に、記
憶手段を設けて上記積分値の大きさに拘らず２繰
返し周期において上記水槽の水位が高水位以上お
よび低水位以下に転じた場合にポンプの起動およ
び停止を自動制御するようにしたので、水槽水位
の変動に順応して適正な運転台数を自動的に設定
でき、ポンプ台数の多少に拘らずその制御装置の
構造が簡単ですみ、さらに繰返し周期を短かくす
ることなくポンプ起動、停止の即応性を高めるこ
とができて、波動による誤作動も防止することが
できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は配置
図、第２図は制御回路のブロツク図、第３図は動
作を説明するためのタイミングチヤートである。 １……１次水槽、２……２次水槽、５，６……
水位検出器、Ｈ……高水位、Ｌ……低水位、P₁〜
Ｐ_N……ポンプ、１０……処理装置、１１，１２
……判別回路、１３，１４……記憶器、１５……
変台ロジツク回路、１６……演算器、１７……分
配器、１８……クロツク、１９……タイミング設
定器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 水槽およびこの水槽に給水する複数台のポン
   プを有する給水系であつて、上記水槽の所定の高
   水位および低水位をそれぞれ検出する水位検出手
   段を設けるとともに、所定の繰返し周期を設定
   し、上記高水位検出手段が上記所定の高水位を検
   出した場合には運転中のポンプを上記繰返し周期
   ごとに１台づつ停止させるとともに上記低水位検
   出手段が上記所定の低水位を検出した場合には停
   止中のポンプを上記繰返し周期ごとに１台づつ起
   動させるようにしたポンプの運転台数制御方法に
   おいて、上記所定の繰返し周期ごとにその繰返し
   周期をこえない範囲でサンプリング時間を設定
   し、上記サンプリング時間内で、上記高水位およ
   び低水位に対応する各水位検出手段の出力信号を
   それぞれ時間積分した各積分値と、予め設定した
   しきい値とをそれぞれ比較して上記水槽の水位を
   判別し、かつ上記サンプリング時間内で上記各水
   位検出手段の出力信号を連続する２繰返し周期に
   ついてそれぞれ記憶する記憶手段を設け、上記２
   繰返し周期において上記水槽の水位が上記高水位
   以上に転じた場合には上記比較判別に拘らず上記
   記憶手段の出力により運転中のポンプを１台停止
   させ、かつ上記低水位以下に転じた場合には上記
   比較判別に拘らず上記記憶手段の出力により停止
   中のポンプを１台起動させるようにしたことを特
   徴とするポンプの運転台数制御方法。