CN1755111A - 供水装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种即使在控制换流器的基板上产生了异常，也能够不对需求方的利用者产生不适而继续运转的供水装置。供水装置(1)具有多个泵(3)、可变控制对应的泵的旋转频率的多个换流器(5)和控制多个换流器(5)的控制部(6)。控制部(6)分别具有可单独控制多个换流器(5)的多个控制基板(60a、60b)，在运转中一个控制基板(60a或60b)发生了异常的情况下，待机中的其他控制基板(60b或60a)进行支援，控制多个换流器(5)。

Description

供水装置

技术领域

本发明涉及供水装置，特别是涉及通过换流器控制泵向公共住宅进行供水的供水装置。

背景技术

例如，在供水装置等的旋转式机械装置中，广泛进行通过使用将工业交流电源的频率和电压变换为任意的频率和电压的换流器来变速运转泵。由于换流器任意地改变驱动泵的电动机的转速，因此，就能用与泵的负载相对应的最佳的转速进行运转，与用额定速度进行运转的情况相比，能够实现节省能源化。

在这样的供水装置中，有使用多个换流器控制多个泵的情况，在该情况下，设置控制这些泵和换流器的控制部。在使用这样的多个泵和换流器的供水装置中，在某个泵发生了故障(漏电、过流、缺相等)的情况下，自动地转换为其他泵，能够避免断水。

但是，在由于某种不适合而控制泵和换流器的控制部(控制基板)不正常地工作了的情况下，全部的泵就不能运转而持续断水状态，直到更换了故障的控制基板。

从这样的观点出发，将全部的泵每几台划分为一个组，对几台泵设置1个控制基板，利用多个控制基板进行控制。根据该方法，即使1个控制基板发生了故障，利用其他控制基板也能继续供水。但是，在该方法中，由于除了故障的控制基板以外的控制基板不具有充足的输入端子，不能够控制全部的泵，因此就有能供给的供水量减少了的问题。从而，该情况下，也有可能在直到更换故障控制基板期间，对需求方的使用者产生了不适。

发明内容

本发明鉴于这样的现有技术的问题点，其目的在于提供一种即使在控制换流器的基板上产生了异常，也能够不对需求方的利用者产生不适而继续运转的供水装置。

为了达到上述目的，根据本发明的一个方式，提供一种具有多个泵、可变控制对应的泵的旋转频率的多个换流器和控制上述多个换流器的控制部的供水装置。上述控制部分别具有可单独控制上述多个换流器的多个控制基板。在该情况中，在运转中一个控制基板发生了异常的情况下，最好待机中的其他控制基板支援上述那个控制基板来控制上述多个换流器。此外，上述多个控制基板也可以具有相同的结构。或者，上述多个控制基板也可以至少包含一个支援运转用的控制基板，该支援运转用的控制基板具有控制上述多个换流器所需的最低限度的结构。

根据这样的结构，即使一个控制基板发生了异常，通过用待机中的其他控制基板进行支援，就能够用供水装置的最大水量继续运转，能够避免断水。

如上所述，根据本发明，即使在控制换流器的基板上产生了异常，也能够不对需求方的利用者产生不适而继续运转。

附图说明

图1是示出本发明的第一实施方式中的供水装置的概略图。

图2是示出图1的换流器的概略图。

图3是示出图1的控制部的概略图。

图4是示出图3的控制基板与图1的换流器的关系的方框图。

图5是示出图3的控制基板的其他例子的概略图。

图6是示出本发明的第二实施方式中的供水装置的概略图。

附图标记的说明

1、101  供水装置

2  受水槽

3  泵

4  电动机

5  换流器

6  控制部

10  管道

12  水位探测器

14  供水管

16  电磁阀

18  管道

20  排水管

22  止回阀

24  流量开关

26、103  压力传感器

28  高压罐

30  串行通信电缆

50  主基板

52、62  操作面板

54  I/O基板(输入输出基板)

56  漏电断路器

60  控制基板

102  水管主管

104  进水管道

105  防逆流装置

500  整流器

501  开关元件(电力部)

502、600  通信部

503、601  存储器

504、602  CPU

505  电源部

506、523、544、545  接口

507、608  电源端子

520  运转转换开关

521、620  灯

522、622  操作按钮

540、541、603、604  输入端子

542、605、606  输出端子

543、607  下陷开关

624  显示部

具体实施方式

以下，参照图1至图6详细地说明本发明涉及的供水装置的实施方式。此外，在图1至图6中，在相同或等效的结构要素上标记相同的符号并省略重复的说明。

图1是示出本发明的第一实施方式中的供水装置1的概略图。如图1所示，供水装置1具有2个受水槽2、通过管道10与各受水槽2连接的2个泵3、驱动泵3的电动机4、控制电动机4的旋转频率的换流器5和控制以换流器5为首的各种设备的控制部6。

在各受水槽2中设置了利用电极棒12a探测受水槽2的水位的水位探测器12。本实施方式中的水位探测器12探测4个液面电平(满水、缺水、复位、枯水)。从与水管主管(无图示)连接的供水管14通过电磁阀16向各受水槽2导入自来水。由水位探测器12探测受水槽2的水位，根据水位的增减，由控制部6开关电磁阀16。根据这样的结构，受水槽2中一旦蓄存自来水，就利用泵3将该蓄存的水供给住宅等终端需求。

在各泵3的排水侧连接了管道18和排水管20，由泵3向住宅等终端需求对象供给受水槽2内的自来水。在管道18上分别设置了止回阀22和流量开关24，将流量开关24的输出输入到各换流器5。再有，止回阀22是防逆流阀，用于防止在泵3停止了的情况下水从排水侧向进水侧逆流，流量开关24用于检测管道18内的水量已减少。

在排水管20上设置了检测泵3的输出压力的压力传感器26，将该压力传感器26的输出信号输入到控制部6中。此外，与排水管20连接了高压罐28，在由流量开关24检测到水量减少了的情况下，为了防止泵3的断流运转，能够在高压罐28中储压后停止泵3的运转。

在该供水装置1中，基于流量开关24和压力传感器26等的输出信号，使用换流器5变速控制泵3的转速(旋转频率)。一般进行输出压力恒定控制和推断终端压力恒定控制等，所述输出压力恒定控制是指，将泵3的转速控制成由压力传感器26检测到的压力信号与设定的目标压力一致后，将泵3的输出压力控制得恒定，所述推断终端压力恒定控制是指，通过使泵3的输出压力的目标值适当地变化，来将给终端的需求方的供供水压控制得恒定。根据这些控制，由于按照与这时的需求水量相称的转速来驱动泵3，因此能够达到节省能源。

此外，流量开关24一变为ON，就判断为没使用水和水量少的状态，停止泵3的运转。根据输出压力的降低等一探测水的使用，就再启动泵。在水量少时停止泵3的情况下，也可以加速一次泵3后，进行在高压罐28中储压后停止泵3的储压运转。

本实施方式的供水装置1由于具有多个泵，因此，能够进行伴随附加解列的多台运转，或者在运转中探测到了特定的泵3和换流器5的异常的情况下，将运转转换为其他正常的泵3和换流器5后继续供水。

图2是示出图1的换流器5的概略图。如图2所示，换流器5具有主基板50、进行换流器5的设定(例如，加速时间和减速时间等的设定)等的操作面板52、进行各种信号的输入输出的I/O基板(输入输出基板)54。

主基板50具有：将通过漏电断路器(Earth Leakage Circuit Breaker：ELB)56输入的交流电力进行整流的整流器500；将由整流器500整流后的电力变换为期望频率的交流电力的开关元件(电力部)501；通过串行通信电缆30与控制部6和其他换流器5进行信息交换的通信部(串行端口)502、存储了各种程序的存储器(ROM和可重写的非易失性存储元件即快闪存储器等)503、基于存储在存储器503中的程序进行运算控制工作的CPU504。

主基板50用整流器500将通过漏电断路器56输入的电力变换为直流电力，驱动IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等开关元件501后，变换为期望频率的交流电力(根据从控制部6通过通信部502发送的信息的频率的电力)，将该电力供给到驱动泵3的电动机4中。

在存储器503中存储着用于进行开关元件501的控制、通过通信部502的信息交换、与I/O基板54和操作面板52的信息交换的程序和各种换流器控制及运转控制程序。利用CPU504执行这些程序。再有，存储器503和CPU504也可以搭载在同一半导体芯片上。为了用直流电力驱动存储器503和CPU504等，在换流器5的主基板50上设置了向主基板50供给直流电力的电源部505。该电源部505由变压器、整流器和电容器等构成。再有，该电源部505也向操作面板52和I/O基板54供给电力。

I/O基板54具有可根据换流器5的使用用途自由改变的各种输入端子和输出端子。在图2中示出的I/O基板54中设置了：模拟输入端子540，输入来自设置在各泵3上的探测泵温度的热敏电阻的信号；数字输入端子541，输入设置在换流器5的一次侧上的漏电断路器56的断开信号和设置在泵3的排水侧上的流量开关24的ON/OFF信号；数字输出端子542，用于向装置外部输出示出泵3是否运转中(泵的启停)的ON/OFF信号即运转信号和通知泵3和换流器5等的故障的故障信号。

此外，在I/O基板54上设置了下陷开关543，该下陷开关543使用于具有多个换流器的供水装置中的换流器号码(泵号码)的设定等。

象这样地，I/O基板54具有所谓的热敏电阻和漏电断路器56、流量开关24等的泵的各系列所需的信号(依存于泵的输入信号)的输入端子，同样地，也具有所谓的运转和故障的泵的各系列所需的信号(依存于泵的输出信号)的输出端子。从而，不需要如现有技术这样地在控制部6中设置这些输入端子，在泵的台数增加的情况下，不需要另外准备用于这些信号的输入输出的基板。

I/O基板54和主基板50通过接口544、506相互连接。根据存储在主基板50的存储器503中的程序，从通信部502向控制部6发送从I/O基板54的输入端子540、541输入的信号。此外，基于控制部6和主基板50的CPU504的判断，通过接口506、544，从输出端子542向外部输出故障信号。

如图2所示，操作面板52具有：运转转换开关(操作部)520，选择被换流器5驱动的泵3的试验、停止和自动运转；灯521，示出运转和故障；所需最低数量的操作按钮(操作部)522，用于进行换流器5的设定等。该操作面板52与现有的换流器的操作面板不同，具有用于显示有关换流器5的信息的由液晶显示器和7段显示器等构成的显示部。

操作面板52通过接口523、545与I/O基板54连接。通过转换运转转换开关520，就能够转换泵3的运转状态，通过操作操作按钮522，就能够变更(转换)换流器5的设定(例如加速时间和减速时间等的设定)和显示部中显示的内容。再有，在本实施方式中，与主基板50另外形成操作面板52，通过接口523、545与I/O基板54连接着操作面板52，但也可以与I/O基板54一体地形成操作面板52。

一将操作面板52的运转转换开关520设为“自动”，就按照来自控制部6的指令变速控制泵3。一将运转转换开关520设为“停止”，就与控制部6的指令无关，换流器5停止泵3的驱动。此外，一将运转转换开关520设为“试验”，就能够用手动试验运转(试运转)换流器5、电动机4和泵3。在供水装置1中，在装置的装配时和进行了泵3和电动机4的维修时，进行泵3的该试验运转。在该试验运转中，检验装置是否工作，或者泵的旋转方向是否正确。

由于在各换流器5上设置了这样的运转转换开关520，因此，在想强制停止和运转任意泵的情况下，能够容易地达到其目的。再有，一将运转转换开关520转换为“停止”或“试验”，换流器5就向控制部6传递已转换为停止状态或试验状态的信息，控制部6能够进行考虑了这些信息的控制。

图3是示出图1的控制部6的概略图。如图3所示，控制部6具有进行信号的输入输出和装置的控制的2个控制基板60a、60b、进行各种设定的操作面板62。由于控制基板60a、60b具有同一结构，因此在此仅说明控制基板60a。

控制基板60a具有与换流器5的通信部502连接的通信部(串行端口)600、存储了各种程序的存储器(ROM和可重写的非易失性存储元件即快闪存储器等)601、基于存储在存储器601中的程序进行运转控制工作的CPU602。通过通信部600进行泵3的启停和旋转频率、换流器5的断开等的信息交换。再有，存储器601和CPU602也可以搭载在同一半导体芯片上。

此外，控制基板60a具有：输入端子603，输入有关受水槽2的液面的信号(水位探测器12的输出信号)等；输入端子604，输入来自压力传感器26的输出信号；输出端子605，用于输出对电磁阀16的输出信号；输出端子606，用于向外部输出受水槽2的状态(满水、缺水、枯水、故障等)。这样地，向输入端子603、604输入不依存于泵的输入信号，从输出端子605、606输出不依存于泵的输出信号。此外，控制基板60a具有下陷开关607。

这样地，在控制基板60a上设置了有关受水槽2的液面的信号、输出压力和流入压力等不需要设置在各泵上的输入输出端子(不依存于泵的输入输出端子)，但如上所述地，关于各泵系列所需的输入输出端子(依存于泵的输入输出端子)，由于被设置在换流器5的I/O基板54上，因此，就能够从控制基板60a减少输入输出端子而小型化。随之实现了成本的降低。

控制基板60a执行存储器601中存储的控制程序，基于在操作面板62中设定的条件和来自各并种传感器的信号，决定各泵3的启停(运转台数)和运转频率，将它们发送到换流器5后进行泵3的旋转频率控制。此外，控制基板60a根据来自各种传感器的信号和来自换流器5的断开信号，进行停止泵3的运转或将运转转换为其他的泵3等的控制。

在此，在装置的装配时和泵3和电动机4的维修时进行泵3的试验运转(试运转)。通过用手动将换流器5的操作面板52的运转转换开关520转换为“试验”来进行该试验运转。可以利用操作面板52的操作按钮(上下按钮)522，将试验运转时的电动机4的旋转频率变更为任意的旋转频率。但是，若用高频进行试验运转，在没有水的使用的情况下，供水装置1的二次侧的管道内的压力就大幅上升，就产生了从管道接头漏水等的问题。

为了回避这样的问题，在试验运转时将换流器5的最高运转频率控制得低于正常运转时。具体地说，在换流器5的设定中设定试验运转时的最高运转频率自身。或者，可以设定试验运转时的最高运转频率，作为对于正常运转时的最高运转频率的比率。这样，就能够防止供水装置1的二次侧的管道内的压力过度上升。

此外，在各换流器5中能够自由地进行试验运转。即，能够在其他泵自动运转中试验运转任意的另外的泵。该情况下，为了被压力传感器26检测由试验运转中的泵所加压的部分，除非试验运转中的泵的转速(旋转频率)非常大，否则也可以进行通常的压力控制。但是，在超过这样的转速后手动使转速上升了的情况下，即使停止其他泵，输出压力也变为目标压力以上。从而，控制基板60a能够对试验运转状态的换流器5进行控制，使得在输出压力上升到了目标压力以上的情况下，不使转速上升到它以上，或者使转速降低。即，通过自动地对泵3的运转频率加以限制，使得在泵3的试验运转时输出压力不上升到一定以上的压力，就能够安全且简单地进行泵3的试验运转。

再有，控制基板60a、60b的存储器601和CPU602从换流器5的主基板50的电源部505通过电源端子507(参照图2)接受直流电力的供给后进行驱动。这样地，通过从换流器5供给控制部6的控制基板60a、60b用的电力，就不需要另外设置控制基板60a、60b用的直流电源。从而，能够降低供水装置的制造成本，也能够减小控制基板60a、60b的大小。此外，稳定的电源的开发需要相当的时间和费用，但根据本实施方式，由于可以仅开发搭载在换流器上的电源部，因此，能够实现装置的成本降低。

再有，不仅从全部的换流器5的电源端子507向两方的控制基板60a、60b供给电力，也可以划分为向控制基板60a供给电力的换流器群和向控制基板60b供给电力的换流器群。该情况下，与控制基板是1个的情况相比，不需要增大换流器5的电源部505的容量。

如图3所示，控制部6的操作面板62具有示出装置状态的灯620、设定供水装置1的目标压力等运转条件的操作按钮622和用于显示有关装置的信息的显示部624，该显示部624由液晶显示器和7段显示器等构成。利用操作按钮622进行运转模式的选择和运转条件的设定。此外，在显示部624上显示运转中的装置的参数等。

如上所述地，与现有的换流器的操作面板不同，各换流器5的操作面板52上没设置显示部。在设置在控制部6的操作面板62上的显示部624上显示有关电流和运转频率等的换流器5的信息。即，一按下换流器5的操作面板52的操作按钮522，就在控制部6的操作面板62上的显示部624上显示有关换流器5的信息。该情况中，可以一按下操作按钮522中的某一个按钮，就转换显示部624，或者，也可以在操作按钮522上设置显示转换用的按钮。

这样地，根据本实施方式，由于不需要在换流器5上设置液晶等的显示部，因此，能够实现装置的成本降低。此外，由于在控制部6上集约设置显示部，因此，操作者能够容易理解显示内容，能够提高操作性。

另一方面，由于在换流器5的操作面板52上剩余有必要的最小限度的操作按钮522，因此，能够利用换流器5的操作面板52中的操作来转换显示。从而，与利用控制部6的操作面板62中的操作转换显示的情况相比，显示的转换操作简便，在有泵3和换流器5的增减的情况下，也不需要变更控制部6的操作面板62的显示部624的结构。再有，在用于显示的操作有点儿复杂的情况下，也可以利用控制部6的操作面板62中的操作转换显示后来显示各换流器5的信息。

控制部6的操作面板62在显示有关上述换流器5的信息的功能的基础上，加之具有能够根据操作按钮622的操作选择性地显示供水装置1的运转中的输出压力和流入压力等的功能。此外，能够利用操作按钮622的操作来设定供水装置1的目标压力等的运转条件。此外，该操作面板62具有警报蜂鸣器，在发出了警报时，就在显示部624上显示警报内容。

图4是示出图3的控制基板60a、60b与图1的换流器5的关系的方框图。如上所述地，控制基板60a、60b是同一结构，相互利用串行通信进行连接并相互进行通信监视。各自的控制基板能够单独控制全部的换流器5。从而，即使例如一方的控制基板60a或60b发生了异常(CPU错误、通信异常、系统异常等)，通过用另一方的待机中的控制基板60b或60a进行支援，就能够用供水装置的最大水量继续进行运转，能够避免断水。再有，这时，通过输出端子606向外部输出异常发生信号。

此外，如上所述，由于在换流器5上设置了各泵系列所需的信号的输入端子和所谓的运转和故障的泵的各系列所需的信号的输出端子，因此，即使在控制基板60a、60b上具有运转全部的泵的能力，也能够与泵3的台数无关而使控制基板60a、60b的大小为必要的最小限度。

在此，能够任意地设定使控制基板60a和60b的某一方优先进行使用，也可以根据需要进行转换。例如，在需要更新装置的驱动程序的情况下，在向待机中的控制基板60a或60b的存储器601导入新的程序后，将使用的控制基板转换为控制基板60a或60b，设刚才使用过的控制基板60b或60a设为待机状态，也可以重写控制基板60b或60a的程序。这样，就能不停止供水装置1的运转而将程序重写为新程序。

在上述例子中，关于控制基板60a和控制基板60b为同一结构的例子进行了说明，但控制基板60a和控制基板60b只要具有换流器5的控制所需的最低限度的结构，就未必需要具有同一结构。例如，如图5所示，也可以使用控制基板60b作为支援运转用的基板，简化功能，使得具有换流器5(泵)的控制所需的最低限度的结构。这样做，就能够降低装置整体的成本。

若由于主控制基板60a的不妥而支援运转用的控制基板60b进行工作，主控制基板60a就进行有故障的警报和通知。这样，操作者就现场进行维修。这样地，由于在支援运转用的控制基板60b的运转时操作者现场进行维修，因此，即使支援运转用的控制基板60b有不妥，也不需要向外部通报，从而，在图5中示出的报支援运转用的控制基板60b中，省略了图3中示出的控制基板60a中的输入端子603中的故障和警报的外部通知用的输出端子606。此外，由于输入端子603中的满水、缺水、复位的输入在泵的控制中不一定需要，因此，省略这些端子后简化了输入端子603。

这样地，支援运转用控制基板60b是简化了主控制基板60a的结构，若构成为泵的控制所需的最低限度的结构，就能在修理主控制基板60a期间充分地进行泵的控制。这样，能够降低装置全体的成本。再有，也考虑了从主控制基板60a的输出端子606(参照图3)不能输出主控制基板60a自身的故障的情况，但利用来自换流器5的输出端子542(参照图2)的故障信号，就能向外部通知主控制基板60a的故障。

图6是示出本发明的第二实施方式中的供水装置101的概略图。图6中示出的供水装置101是与水管主管102直接连结泵3，利用水管主管102的压力进行供水的直接连结型的供水装置。在该供水装置101中，在进水管道104上设置了用于探测水管主管102的水压的进水侧压力传感器103，向控制部6输入该输出。此外，在进水管道104上设置了防逆流装置105。

在上述实施方式中，关于在供水装置1中适用了换流器5的例子进行了说明，但不限于此。可以将换流器5的操作面板52和I/O基板54适当地变更，重写存储器503内的程序，将上述换流器5适用于除了供水装置以外的各种各样的装置。从而，由于不变更换流器5的主基板50的硬件结构，而能够在各种各样的装置中适用本发明，因此能够实现装置的成本降低。

此外，许多情况下一般都将用于控制驱动DC无刷电动机的电源频率的机器称作驱动器，但在整流交流电源后利用开关元件设定为期望频率的电力的观点上来说，驱动器也与用于驱动感应电动机的换流器相同。从而，也可以使用上述结构的换流器来驱动DC无刷电动机。再有，在使用DC无刷电动机的情况下，也可以向换流器5的I/O基板54输入电动机的旋转信号和电流信号。

受水槽2、泵3、电动机4、换流器5、控制部6和控制基板60a、60b等的数量不限于图示所示的。此外，换流器5的通信部502与控制基板60a、60b的通信部600之间的通信不仅是串行通信，也可以用无线通信。此外，在上述实施方式中，以供水装置为例进行了说明，但本发明不限于供水装置。例如，可以适用于在需要转速控制的风扇和压缩机等的旋转式机械装置中所使用的换流器。即，设泵为风扇和压缩机，通过将压力传感器变更为温度传感器等检测装置的负载的装置，就能够适用在使用了风扇和压缩机的各种各样的装置中。

到此为止关于本发明的一个实施方式进行了说明，但本发明不限定于上述实施方式，可以在其技术思想范围内实施各种各样的变形。

Claims (4)

1、一种供水装置，其特征在于包括：

多个泵；

可变控制对应的泵的旋转频率的多个换流器；和

控制上述多个换流器的控制部，

上述控制部分别具有可单独控制上述多个换流器的多个控制基板。

2、如权利要求1所述的供水装置，其特征在于，在运转中一个控制基板发生了异常的情况下，待机中的另一控制基板支援上述一个控制基板来控制上述多个换流器。

3、如权利要求1或2所述的供水装置，其特征在于，上述多个控制基板具有同一结构。

4、如权利要求1或2所述的供水装置，其特征在于，上述多个控制基板至少包含一个支援运转用的控制基板，该支援运转用的控制基板具有控制上述多个换流器所需的最低限度的结构。

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