JP2004360704A - Control device integrated rotary machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、制御装置一体型回転機械に係り、特にポンプ及びファン等の回転機械と該回転機械の回転速度を制御するインバータ装置等の各種の運転制御装置を一体的に配設した制御装置一体型回転機械に関する。 The present invention relates to a rotary machine integrated with a control device, and more particularly to a control device integrally provided with a rotary machine such as a pump and a fan and various operation control devices such as an inverter device for controlling the rotation speed of the rotary machine. The present invention relates to a body rotating machine.
ポンプ及びファン等の回転機械に、商用交流電源の周波数及び電圧を任意の周波数及び電圧に変換するインバータ装置を用いることにより、ポンプやファン等の回転機械を可変速運転することが広く行われている。インバータ装置は、ポンプやファンを駆動するモータの回転速度を任意に変えられるため、ポンプやファン等の負荷に対応した最適な回転速度で運転することにより、定格速度で運転するのと比較して省エネルギー化が計れる。 By using an inverter device that converts the frequency and voltage of a commercial AC power supply into an arbitrary frequency and voltage for a rotating machine such as a pump and a fan, it is widely performed to operate the rotating machine such as a pump and a fan at a variable speed. I have. Inverter devices can change the rotation speed of the motor that drives the pump or fan arbitrarily, so operating at the optimum rotation speed corresponding to the load of the pump, fan, etc., compared to operating at the rated speed Energy saving can be achieved.
又、各種の給水装置等においては、ポンプ吐出側に圧力センサを取り付け、検出された圧力信号が圧力設定値と一致するようにPI制御部から回転速度信号をインバータ装置に送ることにより、ポンプの回転速度を制御し、ポンプの吐出圧力を一定に制御する吐出圧力一定制御運転を行うことが知られている。更に、流量センサあるいは回転速度から逐次ポンプ吐出目標圧力を適切に変化させることにより、末端の需要家における供給水圧を一定に制御する推定末端圧力一定制御運転を行うことが知られている。 Also, in various water supply devices, a pressure sensor is attached to the pump discharge side, and a rotation speed signal is sent from the PI control unit to the inverter device so that the detected pressure signal coincides with the pressure set value. 2. Description of the Related Art It is known to perform a constant discharge pressure control operation in which a rotation speed is controlled and a discharge pressure of a pump is controlled to be constant. Further, it is known to perform an estimated terminal pressure constant control operation for controlling the supply water pressure at a terminal consumer to a constant value by appropriately changing the pump discharge target pressure sequentially from a flow rate sensor or a rotation speed.
又、空調装置等においては、ファン吐出側に温度センサを取り付け、ファンが送風する空気温度が予め定められた温度設定値と一致するようにPI制御部からファンの回転速度をインバータにより制御する温度一定制御運転を行うことが知られている。 In an air conditioner or the like, a temperature sensor is attached to a fan discharge side, and a temperature at which a rotation speed of the fan is controlled by an inverter from an PI control unit so that an air temperature blown by the fan matches a predetermined temperature set value. It is known to perform a constant control operation.
ところでこの様なインバータを備えた可変速ポンプあるいは可変速ファンは、給水装置或いは空調装置に組み入れられる場合には、各種の運転制御が必要となる。例えば給水装置に用いられる場合には、ポンプから離れた場所にある制御ステーションからの運転、停止指令に基づいて可変速ポンプの発停制御が行われる。そしてこれらの運転状態の表示も必要である。又、吐出圧力を一定に保つ自動運転の場合には、ポンプ吐出口に備えられた圧力センサの信号を給水装置内の制御装置に取込み、吐出圧力を一定に保つように回転数を可変速制御する必要がある。更に、ポンプの負荷である給水量が極めて少なくなった場合には、ポンプは締切状態で運転することになるので、ポンプの吐出口側に設けた圧力タンクに水を蓄圧して、ポンプを停止する等の運転制御も必要である。 When a variable speed pump or a variable speed fan having such an inverter is incorporated in a water supply device or an air conditioner, various operation controls are required. For example, when used for a water supply device, the start / stop control of the variable speed pump is performed based on an operation / stop command from a control station located away from the pump. It is also necessary to display these operating conditions. In the case of automatic operation that keeps the discharge pressure constant, the signal of the pressure sensor provided at the pump discharge port is taken into the control device in the water supply device, and the rotation speed is controlled at a variable speed so that the discharge pressure is kept constant. There is a need to. Furthermore, when the amount of water supply, which is the load of the pump, becomes extremely small, the pump operates in a shut-off state, so water is accumulated in the pressure tank provided on the discharge port side of the pump, and the pump is stopped. It is also necessary to perform operation control such as performing.
従って、インバータを備えた可変速ポンプも、給水装置に組込んで用いる場合には、給水装置としての運転制御装置が必要となり、この運転制御装置には一般にCPUとメモリが用いられている。 Therefore, when a variable speed pump provided with an inverter is also incorporated in a water supply device and used, an operation control device as a water supply device is required, and the operation control device generally uses a CPU and a memory.
しかしながら例えば可変速ポンプを用いた給水装置の運転制御の仕様は、設置現場の状況により千差万別であり、従って給水装置の運転制御を行うメモリの記憶内容は、それぞれの設置現場の設備内容に対応してそれぞれ設定する必要がある。このためインバータ装置の制御用CPUとメモリと、ポンプを運転制御するためのCPUとメモリとが必要となり、これらを共用することは、上述の事情から困難であった。
また、給水装置等では、例えば給水量の増加等に伴い設備の増加、或いは変更があると、それに対応してメモリの内容を変更しなければならなかった。このような場合には、従来は制御内容がROM等に記憶されているため、この変更は容易ではなかった。
However, for example, the specifications of the operation control of a water supply device using a variable speed pump vary widely depending on the conditions of the installation site, and accordingly, the storage contents of the memory that controls the operation of the water supply device are the contents of the equipment at each installation site. Must be set for each. For this reason, a CPU and a memory for controlling the inverter device and a CPU and a memory for controlling the operation of the pump are required, and it is difficult to share these for the above-mentioned circumstances.
In addition, in a water supply device or the like, if the number of facilities is increased or changed due to, for example, an increase in the amount of water supplied, the contents of the memory must be changed accordingly. In such a case, the control contents have conventionally been stored in a ROM or the like, so that this change has not been easy.
本発明は上述した事情に鑑みて為されたもので、可変速ポンプ等を用いた給水装置等の製造コストを低減すると共に、設置現場で制御プログラムを容易に設定することができる制御装置一体型回転機械を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and reduces the manufacturing cost of a water supply device or the like using a variable speed pump or the like, and can easily set a control program at an installation site. It is intended to provide a rotating machine.
本発明の制御装置一体型回転機械は、ポンプ及びファン等の回転機械と、制御装置とからなる制御装置一体型回転機械であって、該制御装置は、前記回転機械を駆動するインバータと、制御プログラムを記憶したメモリと、該メモリのプログラムに従って動作するCPUと、前記回転機械の各部に配置されたセンサ等と接続する入出力部と、前記メモリに記憶された制御プログラムを書換える手段とを備え、該制御装置一体型回転機械を複数台用い、各機械間で無線を用いて通信を行い、追加解列運転、交互運転、故障時切替等の相互協調運転が可能なことを特徴とする。 The control device-integrated rotary machine of the present invention is a control device-integrated rotary machine including a rotary machine such as a pump and a fan, and a control device, wherein the control device includes an inverter that drives the rotary machine, A memory that stores a program, a CPU that operates according to the program of the memory, an input / output unit that connects to a sensor or the like disposed in each unit of the rotating machine, and a unit that rewrites a control program stored in the memory. It is characterized by using a plurality of rotary machines integrated with the control device, performing wireless communication between the machines, and enabling mutual cooperative operation such as additional disconnection operation, alternate operation, switching at the time of failure, and the like. .
また、前記メモリには、前記インバータの制御プログラムと前記回転機械の運転制御に関するプログラムとが記憶されたものであることを特徴とする。 The memory stores a control program for the inverter and a program for operation control of the rotating machine.
また、前記メモリは、フラッシュメモリであることを特徴とする。 Further, the memory is a flash memory.
また、制御装置一体型回転機械を複数台用い、各機械のシリアルポートを相互に接続することで、追加解列運転、交互運転、故障時切替等の相互協調運転が可能なことを特徴とする。 Also, by using a plurality of rotary machines integrated with a control device and interconnecting the serial ports of each machine, mutual cooperative operations such as additional disconnection operation, alternate operation, switching at the time of failure, etc. are possible. .
また、前記制御部のメモリ及びCPUを含む電子回路部分は樹脂によりモールド封止されたものであることを特徴とする。 The electronic circuit portion including the memory and the CPU of the control section is molded and sealed with resin.
本発明の制御装置一体型回転機械によれば、シリアルポートから入力される信号等に基づいてメモリの記憶内容を書き換える手段を備えることから、メモリにインバータの制御プログラムと回転機械の発停制御等を行う運転プログラムとの双方を書き込むことができる。これにより従来二組のメモリ及びCPUが必要であったのが一組で済むことになり、装置の製造コストを低減することが可能となる。 According to the rotary machine integrated with a control device of the present invention, since the memory is provided with means for rewriting the storage contents of the memory based on a signal or the like input from a serial port, the control program of the inverter and the start / stop control of the rotary machine are provided in the memory. And an operation program for performing the operation can be written. As a result, two sets of memory and CPU are conventionally required, but only one set is required, and the manufacturing cost of the apparatus can be reduced.
また、メモリは書き換え可能な手段を備えたものであることから、設置現場でその回転機械の運転状態に即した制御プログラムに変更することができ、ハードウェアとしては一組のものを準備することで、ソフトウェアで千差万別の運転状態に即した給水装置とすることができる。これによりハードウェアとしては大量生産が可能となり、装置の製造コストを低減させることができると共に、回転機械の使用者側においては、例えば給水装置における需要量の変化に伴い、ポンプを増設するような場合にも容易にその変更に対処することができ、システムの柔軟性が大幅に向上する。 In addition, since the memory has rewritable means, it can be changed to a control program that matches the operating state of the rotating machine at the installation site, and a set of hardware must be prepared Thus, it is possible to provide a water supply device adapted to various operating conditions by software. This makes it possible to mass-produce the hardware, reduce the manufacturing cost of the device, and, on the user side of the rotating machine, for example, add a pump in response to a change in the demand of the water supply device. In such a case, the change can be easily dealt with, and the flexibility of the system is greatly improved.
本発明によれば、インバータの制御プログラムと回転機械の運転制御プログラムとをシリアルポートを介して書き換え可能としたので、同一のハードウェア構成で千差万別の設置現場に対応した運転制御が可能な回転機械を提供することができる。これにより、ハードウェアは同一構成でよいので大量生産が可能となり、その製造コストを低減することができる。又ソフトウェアは各設置現場で制御装置に書込むことができるので、設置現場の設備構成に応じた最適な運転制御が行える回転機械とすることができる。又、設備設置後も設備の増設等に際して、その運転プログラムを容易に設置現場で変更することが可能となる。このように需用者側にとって極めてフレキシビリティの高い回転機械を提供することができる。 According to the present invention, since the control program for the inverter and the operation control program for the rotating machine can be rewritten via the serial port, operation control corresponding to various installation sites with the same hardware configuration is possible. It is possible to provide a simple rotating machine. Thus, since the hardware may have the same configuration, mass production is possible, and the manufacturing cost can be reduced. Also, since software can be written in the control device at each installation site, a rotary machine capable of performing optimal operation control according to the equipment configuration at the installation site can be provided. Further, even after the installation of the equipment, it is possible to easily change the operation program at the installation site when the equipment is added. In this way, a rotating machine with extremely high flexibility can be provided for the consumer side.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明の一実施形態の制御装置一体型回転機械の制御装置部分の構成を示すブロック図である。この制御装置10にはインバータ装置20が搭載されている。インバータ装置20は、三相交流商用電源入力21を整流するコンバータ部である。ダイオードブリッジ回路22と、そのダイオードブリッジ回路で整流された直流電力を蓄積すると共に平滑化するコンデンサ23と、コンデンサに蓄えられた直流電力を任意の周波数及び電圧の交流電力に変換するインバータ部であるパワー素子部24とから構成されている。インバータ装置20のパワー素子24は、パワーMOS、IGBT等の電力素子からなり、その開閉により任意の電圧及び周波数の交流電力出力が形成されるのであるが、このパワー素子の開閉は例えばパルス幅変調によって行われる。パルス幅変調は書き換え可能メモリ11のインバータ制御部のプログラム11aにより、CPU12及びドライバ回路13を介して行われる。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a control device portion of a control device-integrated rotary machine according to an embodiment of the present invention. The
制御装置10には、インバータ制御プログラム11a及び運転制御プログラム11bを内蔵した書き換え可能メモリ11と、これらのメモリに記憶したプログラムに基づいて演算制御動作を行うCPU12とを備えている。ここで本実施例では、メモリ11としてフラッシュメモリが用いられている。又、制御装置10にはシリアルポート14を備え、外部から通信線を介してCPU12に信号を取り込むことができる構成となっている。又、シリアルポート14は外部インターフェース回路15に接続され、外部インターフェース回路15は例えば給水装置であればポンプの吐き出し圧力を検出する圧力センサ等に接続してその信号を取り込めるようになっている。又、外部インターフェース回路15は、ポンプの自動運転及び手動運転の切替信号、各種異常を検出するセンサの入力信号、及び各種警報の表示等の出力信号端子を備えている。補助電源16は、CPU12及びシリアルポート14等を動作させるために5V程度の直流電力を供給する補助電源であり、コンデンサ23に形成される直流電圧からDC−DCコンバータ等により所要の低電圧を生成している。
The
図2は、図1に示す制御装置の実施例を示す図であり、給水装置に用いた例である。この給水装置30は、インバータ駆動による可変速ポンプ31を用いたものであり、インバータを内蔵した制御装置10が一体的に固接されている。制御装置10は、ポンプ31のケーシングに固設された密閉構造の箱体内に収納され、特にCPU、メモリ等を搭載した回路基板はモールド樹脂により封止されており、これにより結露等による電子部品の動作不良が防止される。
FIG. 2 is a diagram showing an embodiment of the control device shown in FIG. 1 and is an example used for a water supply device. The
可変速ポンプ31はその吸込側が流入管32を介して例えば図示しない水道の本管に接続されている。そして可変速ポンプ31の吐出側は、フロースイッチ35、チェッキ弁34、仕切弁37等を介して配管により、住宅等の末端の需要先に水道水を供給するように接続されている。尚、フロースイッチ35は小水量を検出するためのもので、チェッキ弁34はポンプが停止した場合に吐出側から流入側に水が逆流することを防止するための逆流防止弁である。
The suction side of the
吐出管33には蓄圧タンク36が接続されており、フロースイッチ35で小水量が検出された場合には、このタンクに蓄圧することで可変速ポンプの運転を停止し、ポンプの締切運転を防止するためのものである。又吐出管33にはその水圧を検出する圧力センサ38が備えられ、その出力信号は制御装置10に外部インターフェイス15を介して入力される。制御装置10には、吐出圧力の設定値又は末端における需要先の供給水圧の設定値が入力され、この目標圧力となるように可変速ポンプ31の回転速度が制御装置10により制御される。又、制御装置10には各種警報が入力され、これは例えば可変速ポンプに温度計を備え、可変速ポンプの温度が異常に上昇した場合には、直ちに運転を停止する、又は警報を発生して監視所に連絡するためのものである。
A pressure accumulation tank 36 is connected to the
このように制御装置10は、インバータの制御プログラムと給水装置の運転制御プログラムとを内蔵しているので、一個の制御装置10で双方の制御を行うことができる。更に制御装置10を備えた可変速ポンプ31を2台並列に流入管32及び吐出管33に接続し、相互のシリアルポートを通信線で連結する。これにより、1台のポンプで容量が足りなくなると2台目のポンプを追加したり、2台運転で容量が余ると1台を解列したりする追加解列運転を片側の制御装置10の運転プログラムにより行うことができる。同様に、1台のポンプが小水量等で停止すると、次にもう一方のポンプが起動する交互動作をしたり、一方のポンプが故障時等で停止すると、故障信号を受けて自動的にもう一方のポンプが起動する故障切替動作も可能である。尚、このシリアルポートを使った通信は、無線で行うことも可能である。
As described above, since the
図3は、図1に示す制御装置の実施例を示す図であり、空調装置に用いた例である。空調装置40は可変速ファン41を備え、このファンが制御装置10により制御される。ファン41は、流入ダクト42及び吐出側ダクト43に接続され、例えば冷却された又は加熱された空気を吐出側である図示しない室内側に供給するためのものである。例えば、室内側の温度を一定に保つために、ファン41の吐出側には温度センサ44を備え、吐出側ダクト43における空気温度が検出される。温度設定値は予め外部インターフェース15を介して制御装置10に入力され、この温度設定値と実際に測定された温度センサ44の検出温度とが比較され、この温度が一致するようにファン41の回転速度が制御される。
FIG. 3 is a diagram showing an embodiment of the control device shown in FIG. 1 and is an example used for an air conditioner. The
回転速度の制御は、メモリ11の運転制御部11bのプログラムにより行われ、PI制御により温度設定値と検出温度との偏差がゼロとなるように回転速度が増減される。ここで運転制御部のプログラム11bより求められた回転速度は、インバータ制御部11aのプログラムによりその回転速度に対応したパスル幅が与えられ、パルス幅変調信号が出力される。パルス幅変調信号は、ドライバ回路13を介して各パワー素子24のON/OFFを行い、モータに所要の周波数及び電圧の交流電力を供給する。
The rotation speed is controlled by a program of the operation control unit 11b of the
又、ファン41には図示しないが例えば温度センサが備えられ、ファンが異常に加熱したような場合には、この温度センサの出力が外部インターフェース15を介して取り込まれ、運転制御部のプログラム11bによりファンの運転停止、或いは外部への警報出力が行われる。
Further, although not shown, the
図4は、フラッシュメモリを書き換えるためのハードウェアの構成例を示す。例えば設置現場に据え付けられた制御装置10を備えた可変速ポンプ31に、パーソナルコンピュータ18を通信ケーブル19を介して接続する。パーソナルコンピュータ18と制御装置10との間は、例えばRS232C等の通信規格のケーブルを用いて接続する。通信ケーブル19は制御装置10のシリアルポート14に接続する。パーソナルコンピュータ18は、各種仕様のインバータ制御プログラムと同様に各種仕様の給水装置の制御プログラム等が予め記憶されており、その中から設置現場の設備構成等に応じた最適なプログラムを選択して、制御装置10のフラッシュメモリ11にその内容を書き込む。
FIG. 4 shows a configuration example of hardware for rewriting a flash memory. For example, the
図5は、フラッシュメモリを書換えるフローチャートを示す。最初にフラッシュメモリ書き込みモードを起動する。これはリセット状態でCPUの電源端子に直流12Vを印加し、リセットを解除する。次にRAM転送プログラムを起動する。そして書込み/消去プログラムの転送処理を行う。これは書込み/消去プログラムをCPUの内蔵RAM又は外付RAMへ転送し、起動させる。次に、フラッシュメモリの消去処理を行う。これはフラッシュメモリをブロックエリア毎又は全エリアの一括消去を行う。そしてアプリケーションプログラムの転送処理を行う。これはアプリケーションプログラムを消去したフラッシュメモリのブロックエリアへ、前述したパーソナルコンピュータで予め準備した内容のプログラムを転送する。次にアプリケーションプログラムの起動処理を行う。これはCPUの電源端子の12V印加を解除し、リセットスタートをすることでアプリケーションプログラムが起動する。 FIG. 5 shows a flowchart for rewriting the flash memory. First, the flash memory write mode is started. In this state, DC 12 V is applied to the power supply terminal of the CPU in the reset state, and the reset is released. Next, the RAM transfer program is started. Then, a transfer process of the write / erase program is performed. This transfers the program / erase program to the internal or external RAM of the CPU and activates it. Next, the flash memory is erased. In this method, the flash memory is collectively erased for each block area or all areas. Then, the application program is transferred. In this method, the program prepared in advance by the personal computer is transferred to the block area of the flash memory from which the application program has been erased. Next, the application program is started. In this case, the application program is started by releasing the application of 12 V to the power supply terminal of the CPU and performing a reset start.
尚、上記実施の形態においては書き換え可能なメモリとしてフラッシュメモリを用いた例について説明したが、フラッシュメモリに限らずE2PROM等の電気的に書換え可能なメモリについても本発明の趣旨を同様に適用できることは勿論である。又、上記実施例はCPUと電気的書換え可能なメモリとを組合せた例について説明したが、メモリを予めソケットに挿脱可能に装填しておいて、プログラム内容の変更に対応したメモリを準備し、これを差し替えるようにしてもよい。
又、制御装置の制御対象として可変速ポンプ及び可変速ファンの例について説明したが、本発明の趣旨はこれらに限定されるものでなく、インバータにより回転制御される回転機械と、これらの回転機械を運転制御する制御装置に広く適用可能である。
In the above embodiment, an example in which a flash memory is used as a rewritable memory has been described. However, the gist of the present invention is not limited to a flash memory but may be applied to an electrically rewritable memory such as an E 2 PROM. Of course, it can be applied. Although the above embodiment has been described with respect to an example in which a CPU and an electrically rewritable memory are combined, the memory is previously mounted in a socket so that it can be inserted and removed, and a memory corresponding to a change in program contents is prepared. , May be replaced.
Further, although examples of the variable speed pump and the variable speed fan have been described as the control targets of the control device, the gist of the present invention is not limited to these, and a rotating machine whose rotation is controlled by an inverter, and a rotating machine The present invention can be widely applied to a control device for controlling the operation of a vehicle.
10 制御装置
11 書換え可能メモリ
11a インバータ制御用プログラム
11b 運転制御用プログラム
12 CPU
13 ドライバ回路
14 シリアルポート
15 外部インターフェース
16 補助電源
20 インバータ装置
22 ダイオードブリッジ整流回路
23 コンデンサ
24 パワー素子
13 Driver circuit 14
Claims (1)
該制御装置は、前記回転機械を駆動するインバータと、制御プログラムを記憶したメモリと、該メモリのプログラムに従って動作するCPUと、前記回転機械の各部に配置されたセンサ等と接続する入出力部と、前記メモリに記憶された制御プログラムを書換える手段とを備え、
該制御装置一体型回転機械を複数台用い、各機械間で無線を用いて通信を行い、追加解列運転、交互運転、故障時切替等の相互協調運転が可能なことを特徴とする制御装置一体型回転機械。 A rotary machine such as a pump and a fan, and a control device-integrated rotary machine including a control device,
The control device includes an inverter that drives the rotating machine, a memory that stores a control program, a CPU that operates according to the program of the memory, and an input / output unit that connects to sensors and the like disposed in each unit of the rotating machine. Means for rewriting the control program stored in the memory,
A control device characterized by using a plurality of the control device-integrated rotary machines, performing wireless communication between the respective machines, and enabling mutual cooperative operation such as additional disconnection operation, alternate operation, and switching upon failure. Integrated rotary machine.
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