CN103075319A - 供水装置和供水装置的运转方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供系统结构和泵运转的控制简单、低价格的供水装置和供水装置的运转方法。其特征在于：设置有多台泵装置，上述泵装置包括：具有微处理器、操作面板、存储各设定值的存储部的可变速控制装置；由该可变速控制装置驱动的泵；和安装于该泵的排出侧的压力传感器，各泵装置分别独立运转，以使该压力传感器检测到的泵排出侧压力为规定压力，其中上述各泵装置的可变速控制装置具有通信端子，多台泵装置中的在上述通信端子连接有线缆的n台泵装置独立运转。

Description

供水装置和供水装置的运转方法

技术领域

本发明涉及设置有多台泵装置的供水装置和供水装置的运转方法。

背景技术

供水装置单独设置或设置多台由可变速驱动单元驱动的泵装置来使用。可变速驱动单元，在驱动感应电动机的情况下使用逆变器，在驱动永磁铁电动机的情况下使用控制器。该控制器是以逆变器为基础的。

能够列举专利文献1和专利文献2作为上述供水装置的现有技术。专利文献1中，由分别装载有微处理器的逆变器主体、控制基板和泵、电机构成n重系统。由对其共用的装载有微处理器的接口基板构成的自主分散供水控制系统中：

（1）n重的控制基板从接口基板发出指令，压力控制由各控制基板进行。（2）如果接通电源时发生通信异常则通过各控制基板的初始化处理成为手动运转，在运转中发生通信异常的情况下，将刚发生通信异常前的接口基板的运转模式信号（手动运转模式、关闭或自动运转模式）存储到控制基板的EEPROM，该模式为关闭时执行关闭的处理，为手动时执行手动的处理，为自动时执行自动的处理。（3）在接口基板与n重控制基板之间发生通信异常的情况下，基于判定各控制基板是手动运转还是自动运转的参数，进行手动运转或自动运转，通信异常复原时进行自动运转。（4）在接口基板与n重控制基板之间发生通信异常的情况下，通信异常的控制基板设定为比通常的启动压力参数-3m而避免同时运转等。

专利文献2中，在用分别装载有微处理器的逆变器主体、控制基板、泵、电极构成n重系统，具有对其共用的装载有微处理器的接口基板，控制供水装置的运转的n重系统中，（1）n重控制基板具有选择主机或从机并设定的设定单元，预先对n重控制基板中仅1台主机和其他从机分别设定，主机进行自运转，对其他所有从机发出运转控制指令。（2）主机与接口基板进行信号的传递，从机停止与接口基板传递信号。（3）主机故障时将从机中的1台替换设定为主机等。

先行技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-228649号公报

专利文献2：日本特开2008-202556号公报

专利文献3：日本特开2000-145651号公报

专利文献4：日本特开平9-025874号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，这些专利文献所示的现有技术中，在上级需要控制使设置多台的泵装置以怎样的方式进行运转控制的控制系统，此外，多重系统的系统中需要发生异常时的备用的结构及其控制，二者的结构/配线/控制均较为复杂，不是具有专业知识的熟练者就不能应对，有可能在成本上不利。

此外，专利文献3和专利文献4中，是将控制器之一用作主机、将其他控制器用作从机的主从机方式，控制变得复杂，存在与上游同样的问题。

于是，本发明鉴于上述以往的问题，提供系统结构和泵运转的控制简单、低价格的供水装置和供水装置的运转方法。

用于解决课题的方法

为了解决上述课题，本发明的供水装置，其特征在于：设置有多台泵装置，上述泵装置包括：具有微处理器、操作面板、存储各设定值的存储部的可变速控制装置；由该可变速控制装置驱动的泵；和安装于该泵的排出侧的压力传感器，各泵装置分别独立运转，以使该压力传感器检测到的泵排出侧压力为规定压力，其中上述各泵装置的可变速控制装置具有通信端子，多台泵装置中的在上述通信端子连接有线缆的n台泵装置独立运转。

此外，以上记载的供水装置中，其特征在于：上述可变速控制装置判定与该通信端子的线缆连接状况，在非连接时和连接时分别在该存储部中存储单独运转和多台运转的选择参数。

此外，以上记载的供水装置中，其特征在于：在上述操作面板设置有自动、手动的运转模式开关，上述可变速控制装置基于上述操作面板上的自动运转模式和上述存储部的多台运转的选择参数，控制成使该多台泵装置同速运转。

此外，以上记载的供水装置中，其特征在于：设上述各泵装置的排出量为Q0（m³/min），从各泵装置供水的负载的最大水量是Q（m³/min）时，设置n台泵装置，其中n通过Q/Q0=n求出并将小数点以下1位四舍五入，通过上述各可变速控制装置使该泵同速运转。

此外，以上记载的供水装置中，其特征在于：用上述通信线缆连接的n台泵装置，在启动条件分别成立时，开始运转并进行同速运转。

为了解决上述课题，本发明的供水装置的运转方法，所述供水装置设置有多台泵装置，上述泵装置包括：具有微处理器、操作面板、存储各设定值的存储部的可变速控制装置；由该可变速控制装置驱动的泵；和安装于该泵的排出侧的压力传感器，各泵装置分别独立运转，以使该压力传感器检测到的泵排出侧压力为规定压力，上述供水装置的运转方法的特征在于：多台泵装置中的连接有线缆的n台泵装置独立运转。

发明效果

根据本发明，对供水负载设置多台独自进行运转和压力控制的泵装置而构建供水系统，所以不需要上级的控制系统，简单的系统能够构建低价格的供水系统。

附图说明

图1是本发明实施例的泵装置单体的泵运转特性图。

图2是本发明实施例的泵装置单体的系统结构图。

图3是本发明实施例的操作面板的说明图。

图4是本发明实施例的泵装置的运转功能说明图。

图5是表示本发明实施例的运转控制流程的流程图。

图6是表示本发明实施例的运转控制的中断（插入）处理的流程图。

图7是本发明实施例的存储部的存储器映射表的说明图。

图8是本发明实施例的2台设置的泵装置的泵运转特性图。

图9是本发明实施例的2台设置的泵装置的系统结构图。

符号说明

1……吸入管，2-1～2-2……闸阀，3、3-1、3-2……泵，4、4-1、4-2……电机，5……止回阀，6……供水管，7……压力罐，8、8-1、8-2……压力传感器，9、9-1、0-2……流量开关，37……自动、手动的运转模式开关，INV、INV1、INV2……可变速控制装置（逆变器），M、M1、M2……存储部，S2……通信端子，S5……线缆，CONS……操作面板，ELB是漏电断路器。

具体实施方式

以下，根据图1～图9说明本发明的实施例。

图1是本发明的泵装置单体的泵运转特性图，横轴表示水量，纵轴表示总扬程。此处，曲线A表示使1台泵以100%的转速（对应逆变器的频率f1，显示是f1）运转时的Q-H性能曲线。曲线E表示转速f4（频率显示是f4）运转时的Q-H性能曲线。同样，曲线B表示满足设计值（要求的水量、总扬程）水量Q0、总扬程H0的Q-H性能曲线，以f0转速（频率显示是f0）运转时获得。曲线C、D分别是以转速f2（频率显示是f2）、f3（频率显示是f3）运转时的Q-H性能曲线。

曲线F是用泵抽水的情况下阀类、配管等产生的配管阻力曲线，为控制泵的排出侧压力时的目标值。H4是在水量0的点的目标压力，表示为上述配管阻力曲线F与泵的转速f4运转时的Q-H性能曲线E的交点。同样H1是泵的转速f1运转时的目标压力，表示为曲线A与曲线F的交点。此时的水量是Q1。而且，泵装置控制逆变器频率，以使随着需要侧使用水量的变动，压力传感器检测到的供水压力即目标压力符合上述阻力曲线F。将其称为末端压力固定控制。当然，H1、H4作为参数如上所述地预先设定并存储到存储部。其中，图示中，用代表性的曲线A（频率f1）～曲线E（频率f4）表示Q-H性能曲线，而如果在配管阻力曲线F上控制频率，则会产生与该频率对应的泵性能曲线，这一点是明确的，所以省略。

此外，H4也用作泵从停止状态启动时的启动压力。即，在自动运转中，如果压力传感器检测到的供水压力是初始压力H4以下则泵开始运转，以伴随使用水量的变动保持配管阻力曲线F上的压力的方式进行供水。使用水量不是极少，流量开关检测到小水量使用状态时泵停止。

图2表示本发明实施例的泵装置单体的系统结构图。2-1、2-2是闸阀，3是由电机4驱动的泵，该泵3的吸入侧通过吸入管1与水源侧连接。水源侧在直连方式下接受来自自来水总管道（未图示）的水的供给，在水箱方式下从水箱（未图示）接受水的供给。5是止回阀，6是供水管，7是压力罐，设置在供水管6的靠近泵的部位。8是该供水管6具有的与该处的压力相应地发出电信号的压力传感器。通过该压力传感器8控制（例如排出压力固定、推定末端压力固定）泵3的排出压力。

进而，需要侧在该供水管6的终端的前端是直送式的情况下，与需要侧供水管连接，例如对集合住宅等的水龙头供水。在高位水箱式的情况下，与该需要侧供水管连接对高位水箱供水。9是流量开关，配置在比止回阀5靠泵3一侧，检测出小水量使用状态（例如5～10L/min）并发出使泵停止的信号。

INV是使上述电机4驱动的装载有微处理器的可变速控制装置（逆变器）的主体，通过漏电断路器ELB从电源侧PW接受电源的供给。

CONS是上述可变速控制装置INV中设置的操作面板。具有显示部、操作部（后述），并且具有用于存储运转模式（手动、自动）判定功能、单独运转（本机的运转）、多台运转（连接线缆的n台的运转）选择功能、启动停止/压力控制的参数等的设定输入、其设定值和压力传感器检测到的压力信号等的存储部M（例如，EEPROM、RAM）。

图3表示操作面板CONS的详情，图4表示其功能。30是显示部，31是RUN（运转）按键开关，32是STOP（停止）按键开关，33是PRG（将设定参数存储到存储器）按键开关，34是向上的触摸按键开关，35是向下的触摸按键开关，36是FUNC（功能）按键开关，37是手动和自动的切换按键开关。FUNC（功能）按键开关36例如每次被按下时在显示功能与参数设定功能之间切换。PRG按键开关被按下时将通过显示部和触摸开关等设定的参数存储到存储器M。其中，操作面板CONS可以与可变速控制装置INV（逆变器）分离也可以安装在其上。

如图4所示手动运转时，按下RUN按键开关31时开始运转，按下STOP按键开关32时停止运转。逆变器频率通过向上按键开关34和向下按键开关的操作而设定。手动运转时，频率预先存储初始值作为参数，通过上述操作从初始值设定为规定的频率。此外，自动运转时，按下RUN（运转）按键开关31时开始自动运转，按下STOP（停止）按键开关32时停止运转。其中，即使自动运转开始，如果供水压力为启动压力（预先在参数中设定）以下、启动条件不成立，则不开始运转动作。手动运转、自动运转的模式设定，通过切换按键开关（MAN/AUTO按键开关）37，在每次按下该开关时状态在自动、手动之间切换。初始值在手动运转（MAN）时（预先在参数中设定）设定。

自动运转，如图4所示设置有单独运转和多台运转的模式。即，图2的可变速控制装置INV中设置有通信用端子S2，可变速控制装置INV，在通信用端子S2未连接线缆S5而断开时判断为单独运转模式，连接有线缆S5时判断为多台运转模式。其中，该通信不论有线、无线。也可以用参数代替连接线缆。

进而，可变速控制装置（逆变器）INV具有端子I0、I1和I2、I3，通过线缆S0与上述排出侧压力传感器8连接，通过线缆S1与流量开关9连接。

泵装置由上述结构构成，单独地接受来自压力传感器8和流量开关9的信号，独立地进行压力控制的运转。

图5、图6是表示泵装置的运转控制流程的流程图，其作为运转控制程序，装载于可变速控制装置INV的微处理器。图7是用于保存上述各种参数等的存储部M的存储器映射表。

使用开始时，接通图2所示的电源侧漏电断路器ELB时，动作控制程序启动。首先，在步骤501执行初始处理，在步骤502执行参数设定处理。在初始处理中，执行寄存器、中断向量、存储器、栈指针等各种处理，在参数设定处理中，设定上述初始值进行运转准备。在步骤503、504中允许中断（插入），包含在图6所示的中断处理中。当然，发生中断，执行步骤600以后的中断处理。

步骤600（INT0）以后的中断处理中，如图6（A）所示，在步骤601，用可变速控制装置INV判定是否用图2或图3的操作面板CONS按下了按键开关。判定的结果，如果未按下则前进至步骤602，例如进行初始值确定的压力等的显示，在步骤609执行从中断处理返回中断前的处理（步骤504）的RETI处理。

如果步骤601的判定结果为按下了按键开关，则前进至步骤603，判定按下的按键开关（图3）是否为参数变更按键（FUNC按键开关36）。在是参数变更按键的情况下，前进至步骤605，在以后的步骤中执行参数设定（表示能够变更）处理、和保存到存储器M的处理。保存处理的结果，如图7所示地保存。这样，运转中也能够进行参数的设定变更。

步骤610（INT1）以后的中断处理中，如图6（B）所示，在步骤611通过可变速控制装置INV进行故障的检查、监视。步骤612中通过可变速控制装置INV执行通信端子S2是与线缆S5连接、或是断开的判定，在连接的情况下通过线缆S5执行发送接收处理，如果是自动运转模式则将数据设置（存储）到作为存储部的RAM存储器103（M103）的TAN/FUK参数中。可变速控制装置INV对与通信端子S2的线缆的连接状况的判断，通过通信端子S2的电平（高电平、低电平）而进行。

例如，如果通信端子S2上未连接线缆S5，则设置数据00H。其表示单独运转即本机运转。如果通信端子S2上连接了线缆S5，则设置数据0FFH。其表示多台运转、即图4所示的n台的运转。步骤613中，检测压力传感器和频率的信号，将模拟寄存器AN0（压力）、当前频率fANS的数据保存到存储器M108、M111。然后，在步骤614从中断处理返回中断前的处理（步骤504）。

现在，运转模式参数MAN/AUTO设定为MAN、即手动。

图5的步骤505中判定为MAN，前进至步骤506，执行手动运转处理并返回步骤505。此处手动运转处理指的是按下上述RUN按键开关31时运转开始，按下STOP按键开关32时运转停止，逆变器频率用向上、向下按键开关34、35设定的处理。

接着，说明将运转模式参数MAN/AUTO设定为AUTO，或变更的情况。

步骤505的判定成为AUTO，前进至步骤507。在步骤507判定是否按下了RUN按键开关。如果为YES则前进至下一个步骤508，开始自动运转。如果为NO则在变为YES之前执行此处的处理。步骤508中，判定压力传感器检测到的供水压力是否变为启动压力（H4）以下。如果是H4以下则前进至步骤509并启动泵。接着，在步骤510从存储器M读出目标压力H0（初次为初始值H4，下一次开始为步骤517中更新后的目标压力），在步骤511读出供水压力H（实际的供水压力是压力传感器检测到的压力数据AN0，H0＝AN0，流程图中为了便于说明而使用符号H），在步骤512中比较两个数据。

比较的结果，如果H0+α<H，则前进至步骤513执行减速处理。如果H0-α≤H≤H0+α，则执行步骤517的目标压力更新处理。如果H0-α>H，则前进至步骤520执行增速处理。此处，变速处理的频率f与存储器M的M109的fxAUTO相同，在流程图中为了便于说明而使用f。

步骤513的减速处理结束时，前进至步骤514，确认是否到达指示的频率直到到达为止。到达后前进至步骤515，此处，如上所述地判定流量开关是否打开。判定的结果，如果是YES则执行停止处理并返回步骤510。如果是NO则前进至步骤519。在步骤517中，根据当前频率求出新的目标压力并更新。求出目标压力的方法，使用压力参数和频率参数的运算式或表。执行后，在步骤518中发出变更频率指令，执行供水压力稳定所需的等待时间Δt，前进至步骤519。

执行步骤520的增速处理后，在步骤521确认是否到达指令频率直到到达为止。到达后前进至步骤519。

在步骤519中判定是否按下了STOP按键开关。如果判定为YES则执行步骤516的停止处理并返回步骤505从该处继续处理。如果判定为NO则返回步骤510从该处继续处理。

接着，说明设置有n台上述泵装置的情况下的实施例。为了便于说明，n台以2台为例。

在规划设备时，计划对于供水设备供水负载的使用最大水量，设置n台泵装置，n台泵装置分别独自进行运转和压力控制。具体而言，在该供水系统中，设泵装置的排出量是Q0（m³/min），负载的最大水量是Q（m³/min）时，进行Q/Q0=n的运算，将小数点以下1位四舍五入，确定n，设置n台。这样，无需设计制造与使用最大水量相应的供水设备专用的供水系统，能够使泵装置的标准产品n倍化构建系统，所以能够缩短设计工时和专用供水系统的制造时间，因为使用标准产品，所以能够使其低价。

图8表示设置2台上述泵装置并同时运转的情况的泵性能曲线。点划线表示的性能，是图1所示的泵装置的性能曲线。使该性能曲线的压力固定并使水量为2倍显示的是实线表示的性能曲线，是使2台并行运转的情况下的合成性能曲线。此处未图示，显然，在设置n台的情况下为n台并行运转合成性能曲线。

图8中，阻力曲线J是对使O3点的压力H3固定并使水量Q3为2倍的O5点、同样使O2点的压力H2固定并使水量Q2为2倍的O6点、使O0点的压力H0固定并使水量Q0为2倍的O0点、使O1点的压力H1固定并使水量Q1为2倍的O7点绘图并在该点上画出的线段。

此外，泵性能曲线G是使泵性能曲线C（频率f2运转时）2台并行运转的合成性能。泵性能曲线H是使泵性能曲线B（频率f0运转时）2台并行运转时的合成性能。泵性能曲线I是使泵性能曲线A（频率f1运转时）2台并行运转时的合成性能。即，2台同时运转时，伴随使用水量的变动，在阻力曲线J上运转。并且，因为是2台相同的泵装置，所以以大致相同的频率控制，供水压力成为阻力曲线J上的压力。因为供水压力控制为阻力曲线J上的压力，2台的频率大致相等，所以此处称为同速运转。进行同速运转时，2台泵装置分别独自进行运转和压力控制并以大致相等的速度运转，所以能够实现防止使用水量变动时的压力变动。此外，以往是1台进行变速运转，其他进行定速运转。

图9是设置2台相同的泵装置的情况的系统结构图。是对于泵装置的系统结构图即图2设置2台的图，相同符号表示的部分性能、功能相同。此外后缀、副编号的1表示1号机，2表示2号机。吸入管1和供水管6为1号机2号机汇合。将可变速控制装置INV1和INV2的通信端子S2用线缆S5连接。由此，如上所述地自动运转选择时，判定可变速控制装置INV1、INV2多台运转，同速运转功能发挥作用。

如上所述，由于2台的启动压力、目标压力等所有参数、泵的性能、压力控制方式相同，使用水时大致同时开始运转，进行沿着阻力曲线的末端压力固定控制的同速运转，停止使用水时大致同时停止运转。其中，同时启动、同时停止发生错误的情况省略说明，只要对一方的泵装置变更启动压力确认计时器参数、停止计时器参数就能够消除该错误。

进而，在自动运转中进行维护的情况下，还能够适当通过按下STOP按键而停止。当然，也能够通过按下RUN按键再次运转。

以上说明以2台为例，显然，2台以上的n台设置也能够实现n台的末端压力固定控制的同速运转，能够供给n倍的水量。

Claims (10)

1.一种供水装置，其特征在于：

设置有多台泵装置，所述泵装置包括：具有微处理器、操作面板、存储各设定值的存储部的可变速控制装置；由该可变速控制装置驱动的泵；和安装于该泵的排出侧的压力传感器，各泵装置分别独立运转，以使该压力传感器检测到的泵排出侧压力为规定压力，其中

所述各泵装置的可变速控制装置具有通信端子，多台泵装置中的在所述通信端子连接有线缆的n台泵装置独立运转。

2.如权利要求1所述的供水装置，其特征在于：

所述可变速控制装置判定与该通信端子的线缆连接状况，在非连接时和连接时分别在该存储部中存储单独运转和多台运转的选择参数。

3.如权利要求2所述的供水装置，其特征在于：

在所述操作面板设置有自动、手动的运转模式开关，所述可变速控制装置基于所述操作面板上的自动运转模式和所述存储部的多台运转的选择参数，控制成使该多台泵装置同速运转。

4.如权利要求1～3中任一项所述的供水装置，其特征在于：

设所述各泵装置的排出量为Q0（m³/min），从各泵装置供水的负载的最大水量是Q（m³/min）时，设置n台泵装置，其中n通过Q/Q0=n求出并将小数点以下1位四舍五入，通过所述各可变速控制装置使该泵同速运转。

5.如权利要求1～3中任一项所述的供水装置，其特征在于：

用所述通信线缆连接的n台泵装置，在启动条件分别成立时，开始运转并进行同速运转。

6.一种供水装置的运转方法，所述供水装置设置有多台泵装置，所述泵装置包括：具有微处理器、操作面板、存储各设定值的存储部的可变速控制装置；由该可变速控制装置驱动的泵；和安装于该泵的排出侧的压力传感器，各泵装置分别独立运转，以使该压力传感器检测到的泵排出侧压力为规定压力，所述供水装置的运转方法的特征在于：

多台泵装置中的连接有线缆的n台泵装置独立运转。

7.如权利要求6所述的供水装置的运转方法，其特征在于：

所述可变速控制装置判定线缆连接状况，在非连接时和连接时分别在该存储部中存储单独运转和多台运转的选择参数。

8.如权利要求7所述的供水装置的运转方法，其特征在于：

在所述操作面板设置有自动、手动的运转模式开关，基于所述操作面板上的自动运转模式和所述存储部的多台运转的选择参数，通过可变速控制置使该泵装置同速运转。

9.如权利要求6～8中任一项所述的供水装置的运转方法，其特征在于：

设所述各泵装置的排出量为Q0（m³/min），从各泵装置供水的负载的最大水量是Q（m³/min）时，设置n台泵装置，其中n通过Q/Q0=n求出并将小数点以下1位四舍五入，通过所述各可变速控制装置使该泵独立地同速运转。

10.如权利要求6～8中任一项所述的供水装置的运转方法，其特征在于：

用所述通信线缆连接的n台泵装置，在启动条件分别成立时，开始运转并进行同速运转。

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