JP2005083367A - ポンプの台数制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】 複数台数のポンプ群の運転に際し、効率よくポンプ群を稼働させるポンプの台数制御システムを得る。
【解決手段】 インバータポンプ、複数台数の定速ポンプとからなるポンプ群の圧力を伝送する圧力伝送器２と、圧力のＰＩＤ調節計４と、インバータの出力やポンプ群の現在圧力値を受けてＰＩＤ調節計４の設定圧力値を演算するとともに、インバータポンプの回転数制御により常時容量調整を行い、定速ポンプの運転台数を制御するコントローラ６とを備え、コントローラ６は現在圧力値がＰＩＤ調節計４の設定圧力値を比較しインバータポンプの回転数を制御することによりインバータポンプを常時容量調整用として運転するよう制御し、圧力値が回転停止圧力値以上でかつ回転数が回転起動設定回転数以上に上がっていれば次号の定速ポンプを起動し、圧力値が回転停止設定圧力以上でかつ回転数が回転停止設定回転数以下に下がっていれば次号の定速ポンプを停止しる。
【選択図】 図１

Description

本発明は複数台数のポンプの運転に際し、圧力を監視するだけでなく、特にインバータポンプの駆動回転数可変を併用して、ポンプ群の需要機器の様々な負荷変動に応じて最適の運転パターンに切り換えるものとして、効率よくポンプを稼働させるポンプの台数制御システムに関するものである。

工場、ビル、公園、遊園地、排水・揚水機場等、複数台のポンプを併用して吐出圧力を発生させ、必要な圧力を確保しながら流量を調整して水を効率よく確保するには、必要な圧力を維持することが重要であり、需要機器変動に応じてポンプの運転台数を制御するものがあり、回転数を監視対象としてポンプの起動又は停止を制御するものとして、例えば特公平７−９２６８１号公では各ポンプの回転数のＰＩＤ調節計の操作量を検出する操作量検出器群と、ＰＩＤ調節計の設定値と現在の値との偏差を検出する偏差検出器群と、運転中のポンプの操作量と偏差とを入力し、これら運転中のポンプのＰＩＤ調節計のすべてが最高の操作量を出力し、かつ現在の値が設定値に追いつかない状態を条件としてポンプの１台追加起動の指令を出力し、また、運転中のポンプのＰＩＤ調節計のすべてが最低の操作量を出力し、かつ現在の値が設定値を上回っている状態を条件としてポンプの１台運転停止の指令を出力する演算装置を備え、実際のポンプ能力、かつ吸込み側および吐出し側の変化等の実際の運転に即した運転が可能になるものがある。また、特開平８−２６１１９０号公報に示すごとく、回転数の制御可能な複数台のポンプを備え、送水圧力を一定に保ちながらポンプの運転台数を制御するもので、稼動中のポンプの消費エネルギー（具体的には電流値）をチェックし、ポンプの少なくとも１つが設定値以上の消費エネルギーで運転されていたら運転台数を増段させ、消費エネルギーの和が所定の値よりも小さいと運転台数を減段させるものとし、送水圧力可変による省エネ効果を有し、定格以上のポンプ能力範囲の流量で運転可能とし、少ない台数でのポンプ運転による省エネ効果も得るようにしたものがある。

従来の欠点として、特公平７−９２６８１号公報では、すべてのポンプが回転数制御器付きであり、ポンプの能力が十分に発揮される前に次号機が、追従起動したり、停止したりと回転数監視だけの為、圧力と回転数を併用していないことによる無駄な動きが起きうることが有った。また、特開平８−２６１１９０号公報でもすべてのポンプがインバータ付きで、電流のみの監視をしている事によりインバータの回転数に余裕のある状況で運転台数を増加させたり、運転台数を減少させたりとのインバータによる省エネ効果が十分に満足されない場合があった。従って、インバータの出力回転数と圧力を併用しては監視していないという欠点は共通である。

この発明は圧力を監視するだけでは、インバータポンプが無駄な運転をするため、インバータポンプの回転数とポンプ群の圧力を併用してポンプの台数制御するものとした。

上記の課題を解決するために、本発明は駆動周波数が可変とされたインバータポンプと、複数台数の駆動周波数が一定とされた定速ポンプとからなるポンプ群の圧力を伝送する圧力伝送器と、この圧力伝送器が伝送する圧力のＰＩＤ調節計と、このＰＩＤ調節計の操作量を入力して前記インバータポンプの回転数制御を行うインバータと、このインバータの出力や前記圧力伝送器が伝送するポンプ群の現在圧力値を受けて前記ＰＩＤ調節計の設定圧力値を演算するとともに、インバータポンプの回転数制御により常時容量調整を行い、前記定速ポンプの運転台数を制御するコントローラとを備え、ポンプ群の需要機器に応じて最適の運転パターンに切り換えるものとした。

また、前記コントローラは前記圧力伝送器が伝送するポンプ群の現在圧力値がＰＩＤ調節計の設定圧力値より低くなればインバータポンプの回転数を上げ、設定圧力値より高くなればインバータポンプの回転数を下げることにより前記インバータポンプを常時容量調整用として運転するよう制御し、回転起動条件としてインバータ運転時に、インバータの制御回転数が設定値まで上昇してから次号機を起動する設定としておくと、前記現在圧力値が回転停止圧力値以上でかつ現在の回転数が回転起動設定回転数以上に上がっていれば次号の定速ポンプを起動し、非設定の場合は前記現在圧力値が回転起動設定圧力Ｌ以下となれば次号の定速ポンプを起動するするよう制御し、回転停止条件としてインバータ運転時に、インバータ回転数が設定値まで低下してから次号機を停止する設定としておくと、前記現在圧力値が回転停止設定圧力以上でかつ現在の回転数が回転停止設定回転数以下に下がっていれば次号の定速ポンプを停止し、非設定の場合は前記現在圧力値が回転起動設定圧力以上となれば次号の定速ポンプを停止するよう制御するものとすると、インバータの出力回転数を直接監視することにより圧力監視だけでは不可能であった、インバータの使用範囲を拡大し効率よくインバータの運転範囲を決めることが出来、無駄に定速ポンプを運転、停止させる事無く省エネ効果を上げることが出来る。

また、前記コントローラは予測先行起動条件として、回転起動設定圧力より高くＰＩＤ目標圧力値より低い設定圧力とし、通常の次起動可の設定回転数より低く現在の回転数が設定値以上で、設定時間内に設定圧力分の増加が無い、又は回転数は設定時間内に設定値以上の増加がある場合に起動させ、次に、予測先行停止条件として、設定圧力回転停止設定圧力より低くＰＩＤ目標圧力値より高い、通常の次停止可の設定回転数より高く現在の回転数が設定値以下、設定時間内に設定圧力分の減少が無い、又は回転数は設定時間内に設定値以上の減少がある場合に停止させるよう制御するものとし、消費水量が大きく変化し、インバータポンプ１台のＰＩＤの圧力制御範囲から外れていることを早く予測して、次号機を起動・停止することを目的として、予測先行運転、予測先行停止により、より省エネ効果を上げることが出来、圧力変動を抑えることにより安定した水圧を供給するものとするとよい。

また、前記コントローラはインバータ運転時次号機起動タイミング及び次号機停止タイミングのＩＮＶリセット、ＰＩＤリセットの時間を設定する事によりポンプ追従時、ポンプ停止時に発生していた圧力変動を減少させ安定した水圧を供給する事が出来るものとするとよい。

本発明は、以上の構成としたので、ポンプ群の需要機器の様々な負荷変動に応じて最適の運転パターンに切り換えるものとして、効率よくポンプを稼働させるポンプの台数制御システムが提供出来る。

また、インバータの出力回転数を直接監視することにより圧力監視だけでは不可能であった、インバータの使用範囲を直接設定する事により使用範囲がより拡大し効率よくインバータの運転範囲を決めることが出来、無駄に定速ポンプを運転、停止させる事無く省エネ効果を上げることが出来るポンプ群の台数制御システムが提供出来る。

また、消費水量が大きく変化し、インバータポンプのＰＩＤの圧力制御範囲から外れていることを早く予測して次号機を起動，停止することを目的とし、予測先行運転、予測先行停止により、より省エネ効果を上げることが出来るとともに、圧力変動を抑えることにより安定した水圧を供給することが出来るポンプの台数制御システムが提供出来る。

また、インバータ運転時次号機起動タイミング及び次号機停止タイミングのＩＮＶリセット、ＰＩＤリセットの時間を設定する事によりポンプ追従時、ポンプ停止時に発生していた圧力変動を減少させ安定した水圧を供給する事が出来るポンプの台数制御システムが提供出来る。

以下本発明の一実施例を図により説明する。図１は本発明の一実施形態に係るポンプの台数制御システムのブロック図であり、図２は同システムにおける２台目以降のポンプ追従条件の設定画面であり、図３は同じく予測先行起動・停止条件の設定画面であり、図４は同じくインバータ運転時の次号機起動タイミング設定や日時設定用の設定画面である。

図１において、１は駆動周波数が可変とされたインバータポンプ１−ＩＰ（ＩＰ１）と、複数台数（Ｎ台）の駆動周波数が一定とされた定速ポンプ１−Ｐ（Ｐ１、Ｐ２・・Ｐｎ）とからなるポンプ群であり、２はポンプ群１の吐出側の圧力を検出し伝送する圧力伝送器であり、３はこの圧力伝送器２が伝送する圧力信号（４〜２０ｍＡ）を２方向へ分割するアイソレータであり、４は圧力のＰＩＤ調節計であり、５はインバータポンプ１−ＩＰの回転数を制御するインバータであり、６はポンプ群１のインバータ制御と台数制御を行うコントローラである。

前記コントローラ６はアイソレータ３により分割され圧力伝送器２からの圧力信号（４〜２０ｍＡ）の現在の圧力値を受けるとともにインバータ５からインバータポンプ１−ＩＰへの回転数制御用周波数をフィードバックされ、ＰＩＤ目標圧力値を設定してＰＩＤ調節計４に送り、ＰＩＤ調節計４にこのＰＩＤ目標圧力値と圧力信号（４〜２０ｍＡ）の現在の圧力値より圧力操作量を出力させ、インバータ５にこの圧力操作量に基づき前記インバータポンプ１−ＩＰの回転数制御をさせるとともに定速ポンプ１−Ｐの台数制御を行う。通常はインバータポンプ１−ＩＰの駆動回転数を上昇させ、圧力信号Ｐが目標圧力より高い場合は回転数を減少させて圧縮圧力を低下させるよう２台のインバータポンプ１−ＩＰの駆動回転数を降下させることにより、常時容量調整を行う。

以下図２にて、２台目以降の定速ポンプ１−Ｐ追従条件の設定を示す。前記コントローラ６は回転起動条件として、インバータ５運転時に、インバータ回転数が設定値まで上昇してから次号機を起動する設定としておくと、図２右方に示す如く、現在の圧力値が回転起動設定圧力Ｌ以下でかつ現在の回転数が回転起動設定回転数（例えば９８％）以上に上がっていれば次号の定速ポンプ１−Ｐを起動する。非設定の場合は現在の圧力値が回転起動設定圧力Ｌ以下となれば次号の定速ポンプ１−Ｐを起動する。

次に回転停止条件として、インバータ５運転時に、インバータ回転数が設定値まで低下してから次号機を停止する設定としておくと、図２右上に示す如く、現在の圧力値が回転停止設定圧力Ｈ以上でかつ現在の回転数が回転停止設定回転数（例えば２％）以下に下がっていれば次号の定速ポンプ１−Ｐを停止する。非設定の場合は現在の圧力値が回転起動設定圧力Ｈ以上となれば次号の定速ポンプ１−Ｐを停止する。以上のごとく、インバータ５の出力回転数を台数制御コントローラ６に取り込む事により、上限回転数と下限圧力監視を併用する事により圧力が低下した状況でインバータ５の余力を残したまま定速ポンプ１−Ｐが追従する事無く、又、下限回転数と上限圧力監視を併用する事により圧力が上昇した状況でインバータ５の余力を残したまま定速ポンプ１−Ｐを停止させる事無く、定速ポンプの無駄な発停を防ぎ、起動頻度を少なくし、より省エネ効果を得るものとした。

次に図３にて、消費水量が大きく変化し、のＰＩＤの圧力制御範囲から外れていることを早く予測して、次号機を起動・停止することを目的とする予測先行起動・停止条件の設定を示す。消費水量が大きく変化し、インバータポンプ１台のＰＩＤの圧力制御範囲から外れていることを早く予測して次号機を起動，停止することを目的とした設定値であり、以下の項目を設定する。
（１）予測先行起動（タッチして先行起動有で有効）
・目標値より低い設定値（圧力Ｌよりも高い）
・現在の回転数が設定値％以上（通常の次起動可の設定回転数より低い）
・設定時間内に設定圧力分の増加が無い
・回転数は設定時間内に設定％以上の増加
（２）予測先行停止（タッチして先行停止有で有効）
・目標値より高い設定値（圧力Ｈよりも低い）
・現在の回転数が設定値％以下（通常の次停止可の設定回転数より高い）
・設定時間内に設定圧力分の減少が無い
・回転数は設定時間内に設定％以上の減少

即ち、前記コントローラ６は予測先行起動条件として、ＰＩＤ目標圧力値より低い設定圧力（回転起動設定圧力Ｌより高い）、現在の回転数が設定値（例えば９３％）以上（通常の次起動可の設定回転数（例えば９８％）より低い）、設定時間内に設定圧力分の増加が無い、又は回転数は設定時間内に設定値以上の増加がある場合とする。

次に、予測先行停止条件として、ＰＩＤ目標圧力値より高い設定圧力（回転停止設定圧力Ｈより低い）、現在の回転数が設定値（例えば７％）以下（通常の次停止可の設定回転数（例えば２％）より高い）、設定時間内に設定圧力分の減少が無い、又は回転数は設定時間内に設定値以上の減少がある場合とする。以上、予測先行起動、予測先行停止機能を追加することにより更なる圧力変動の抑制及び省エネ効果を生み出せる。

図４にてインバータ５運転時の次号機起動タイミング設定や日時設定を示す。（１）次号運転では、圧力Ｌ検出にて次号機への起動信号を遅延出力する時間。（２）ＩＮＶ運転では、圧力Ｌ検出にてインバータ５を左設定時間で停止出力、右時間で再度起動。（３）ＩＮＶリセットをインバータ５停止時に「有効」にするとフリーランになる。（４）ＰＩＤリセットを「有効」にすると設定時間でＰＩＤにリセットがかかり、この出力時間内はインバータ５への回転数指令出力が０になり、このときインバータ５が運転していれば、最低周波数で回転する。（５）目標値変更では、設定時間目標圧力値からこの設定圧力値分加算し、ＰＩＤへ出力する。（６）日時設定では、変更スイッチを押すと現在時刻が呼び出される。以上により、インバータ５運転時の次号機起動タイミング及び次号機停止タイミングのＩＮＶリセット、ＰＩＤリセットの時間を設定する事によりポンプ追従時、ポンプ停止時に発生していた圧力変動を減少させ安定した水圧を供給する事が出来る。

なお、上記実施の形態ではインバータ５はインバータポンプ１−ＩＰの回転数を制御するものとし、コントローラはポンプ群１のインバータ制御と台数制御を行うものとしたが、本発明はこれに限定されず周波数を制御するものなども、同様の作用効果があり含まれる。

本発明の一実施例を示すポンプの台数制御システムのブロック図である。 同システムにおける２台目以降のポンプ追従条件の設定画面である。 同じく予測先行起動・停止条件の設定画面である。 同じくインバータ運転時の次号機起動タイミング設定や日時設定画面である。

符号の説明

１ ポンプ群
１−ＩＰ、（ＩＰ１） インバータポンプ
１−Ｐ、（Ｐ１、Ｐ２・・Ｐｎ） 定速ポンプ
２ 圧力伝送器
３ アイソレータ
４ ＰＩＤ調節計
５ インバータ
６ コントローラ

Claims (4)

1. 駆動周波数が可変とされたインバータポンプと、複数台数の駆動周波数が一定とされた定速ポンプとからなるポンプ群の圧力を伝送する圧力伝送器と、この圧力伝送器が伝送する圧力のＰＩＤ調節計と、このＰＩＤ調節計の操作量を入力して前記インバータポンプの回転数制御を行うインバータと、このインバータの出力や前記圧力伝送器が伝送するポンプ群の現在圧力値を受けて前記ＰＩＤ調節計の設定圧力値を演算するとともに、インバータポンプの回転数制御により常時容量調整を行い、前記定速ポンプの運転台数を制御するコントローラとを備え、ポンプ群の需要機器に応じて最適の運転パターンに切り換えるものとしたことを特徴とするポンプの台数制御システム。
2. 前記コントローラは前記圧力伝送器が伝送するポンプ群の現在圧力値がＰＩＤ調節計の設定圧力値より低くなればインバータポンプの回転数を上げ、設定圧力値より高くなればインバータポンプの回転数を下げることにより前記インバータポンプを常時容量調整用として運転するよう制御し、回転起動条件としてインバータ運転時に、インバータの制御回転数が設定値まで上昇してから次号機を起動する設定としておくと、前記現在圧力値が回転停止圧力値以上でかつ現在の回転数が回転起動設定回転数以上に上がっていれば次号の定速ポンプを起動し、非設定の場合は前記現在圧力値が回転起動設定圧力Ｌ以下となれば次号の定速ポンプを起動するするよう制御し、回転停止条件としてインバータ運転時に、インバータ回転数が設定値まで低下してから次号機を停止する設定としておくと、前記現在圧力値が回転停止設定圧力以上でかつ現在の回転数が回転停止設定回転数以下に下がっていれば次号の定速ポンプを停止し、非設定の場合は前記現在圧力値が回転起動設定圧力以上となれば次号の定速ポンプを停止するよう制御し、インバータの出力回転数を直接監視することにより圧力監視だけでは不可能であった、インバータの使用範囲を拡大し効率よくインバータの運転範囲を決めることが出来、無駄に定速ポンプを運転、停止させる事無く省エネ効果を上げるものとした請求項１記載のポンプの台数制御システム。
3. 前記コントローラは予測先行起動条件として、回転起動設定圧力より高くＰＩＤ目標圧力値より低い設定圧力とし、通常の次起動可の設定回転数より低く現在の回転数が設定値以上で、設定時間内に設定圧力分の増加が無い、又は回転数は設定時間内に設定値以上の増加がある場合に起動させ、次に、予測先行停止条件として、設定圧力回転停止設定圧力より低くＰＩＤ目標圧力値より高い、通常の次停止可の設定回転数より高く現在の回転数が設定値以下、設定時間内に設定圧力分の減少が無い、又は回転数は設定時間内に設定値以上の減少がある場合に停止させるよう制御するものとし、消費水量が大きく変化し、インバータポンプ１台のＰＩＤの圧力制御範囲から外れていることを早く予測して、次号機を起動・停止することを目的として、予測先行運転、予測先行停止により、より省エネ効果を上げることが出来、圧力変動を抑えることにより安定した水圧を供給するものとした請求項１又は２記載のポンプの台数制御システム。
4. 前記コントローラはインバータ運転時次号機起動タイミング及び次号機停止タイミングのＩＮＶリセットの時間、ＰＩＤリセットの時間を設定する事によりポンプ追従時、ポンプ停止時に発生していた圧力変動を減少させ安定した水圧を供給する事が出来るものとした請求項１、２又は３記載のポンプの台数制御システム。

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