JP2005307784A - Control device for submerged pump - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば温泉から温水を汲み上げる水中ポンプの運転を制御する水中ポンプ用制御装置に関する。 The present invention relates to a submersible pump control device that controls the operation of a submersible pump that pumps hot water from a hot spring, for example.
温泉の井戸内に水中ポンプを入れて、温泉を汲み上げるようにした制御装置が広く知られている(例えば、特許文献1参照)。
温泉はガスや蒸気を含むため圧力が安定していない。このため、温泉を安定した圧力で汲み上げることは難しかった。 Hot springs contain gas and steam, so the pressure is not stable. For this reason, it was difficult to pump up the hot spring at a stable pressure.
温泉は全国に散在している。このため、水中ポンプ用制御装置に供給される電源電圧の周波数あるいは電源電圧の大きさは地域によって異なる。従って、水中ポンプ用制御装置もこのような状況に順応することが望まれている。 Hot springs are scattered throughout the country. For this reason, the frequency of the power supply voltage supplied to the submersible pump controller or the magnitude of the power supply voltage differs depending on the region. Accordingly, it is desired that the submersible pump control device also adapts to such a situation.
また、水中ポンプは陸上に設置されている制御装置からモータケーブルを介して接続されている。従って、水中ポンプに使用されるモータケーブルは長くなり、それに起因してノイズやサージの影響が大きいという問題点が発生する。 Moreover, the submersible pump is connected via a motor cable from a control device installed on land. Therefore, the motor cable used for the submersible pump becomes long, resulting in a problem that the influence of noise and surge is large.
本発明は上記のように鑑みてなされたもので、その目的は、温泉を安定した圧力で汲み上げることができ、電源電圧の周波数あるいは大きさに順応でき、さらにノイズやサージの影響を抑制することができる水中ポンプ用制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above, and its purpose is to pump hot springs at a stable pressure, adapt to the frequency or magnitude of the power supply voltage, and further suppress the effects of noise and surge. An object of the present invention is to provide a control device for a submersible pump.
請求項1記載の発明は、水中ポンプと、入力される交流電圧を変圧する変圧手段と、
この変圧手段の出力電圧が入力され、前記水中ポンプの運転速度を可変速制御する可変速手段と、前記可変速手段の運転を制御する制御手段とを具備し、前記可変速手段と前記水中ポンプとの間を接続するモータケーブルにはモータサージ抑制フィルタを備えたことを特徴とする。
The invention of
An output voltage of the transformer means is input, and variable speed means for variablely controlling the operation speed of the submersible pump, and control means for controlling the operation of the variable speed means, the variable speed means and the submersible pump are provided. The motor cable connecting between the two is provided with a motor surge suppression filter.
請求項2記載の発明は、請求項1記載の制御手段は、プログラムが書き換え可能なメモリを有し、このプログラムにより前記水中ポンプの運転を制御するようにしたことを特徴とする。
The invention according to
請求項3記載の発明は、請求項1記載の制御手段にはディスプレイ装置が接続され、このディスプレイ装置には、前記制御手段からの指令に応じて表示状態が可変されることを特徴とする。 A third aspect of the invention is characterized in that a display device is connected to the control means according to the first aspect, and the display state of the display device is variable according to a command from the control means.
請求項4記載の発明は、請求項1〜3のいずれか一記載の前記可変速手段はインバータであることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the invention, the variable speed means according to any one of the first to third aspects is an inverter.
請求項1記載の発明によれば、水中ポンプの可変速手段により可変速制御するようにしたので、例えば水中ポンプで温泉を汲み上げる場合に、圧力が安定しない温泉を安定した圧力で汲み上げて目的地まで給湯させることができる。さらに、モータサージ抑制フィルタにより放射ノイズやマイクロサージを抑制することができる。
According to the invention described in
請求項2記載の発明によれば、可変速手段を制御するプログラムを書き換え可能なメモリに記憶されておくようにしたので、制御手段に入力される外部センサが増設された場合でも簡単にプログラムを変更することにより対処することができる。
According to the invention described in
請求項3記載の発明によれば、制御手段からの指令によりディスプレイ装置に本水中ポンプ制御装置の運転状態を表示することができる。 According to the third aspect of the present invention, the operation state of the submersible pump control device can be displayed on the display device by a command from the control means.
請求項4記載の発明によれば、可変速手段としてインバータを用いることにより、例え電源電圧の大きさあるいは周波数が変化した場合でも、例えば水中ポンプで温泉を汲み上げる場合に、圧力が安定しない温泉を安定した圧力で汲み上げて目的地まで給湯させることができる。また、水中ポンプの運転を開始するときには水中ポンプに供給する運転周波数を徐々に上げることにより水中ポンプの始動電流の抑制と始動時の機械的な磨耗を抑制することができる。一方、水中ポンプの運転を停止するときには、水中ポンプに供給する運転周波数を徐々に下げることにより水中ポンプに発生するウォータハンマを抑制して配管やポンプユニットの寿命を延ばすことができる。 According to the invention described in claim 4, by using an inverter as the variable speed means, even when the magnitude or frequency of the power supply voltage changes, for example, when the hot spring is pumped up with a submersible pump, It can be pumped up at a stable pressure and heated to the destination. Further, when starting the operation of the submersible pump, it is possible to suppress the starting current of the submersible pump and mechanical wear during starting by gradually increasing the operating frequency supplied to the submersible pump. On the other hand, when stopping the operation of the submersible pump, the operating frequency supplied to the submersible pump can be gradually lowered to suppress the water hammer generated in the submersible pump and extend the life of the piping and the pump unit.
以下図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。図1(A)は本発明の一実施の形態に係る水中ポンプ制御盤の正面図、図1(B)は同実施の形態に係る水中ポンプ制御盤の正面扉を開けた状態での正面図である。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1A is a front view of a submersible pump control panel according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a front view of the submersible pump control panel according to the embodiment with the front door opened. It is.
図1(A)において、11,12はそれぞれ水中ポンプ制御盤の前面を覆うための前扉である。前扉11の上部には表示窓13が設けられている。この表示窓13の内側には、後述するインバータ21に接続される表示部14、液晶より構成される第1のディスプレイ15及び第2のディスプレイ16、後述する運転スイッチ23が設けられている。
In FIG. 1A, 11 and 12 are front doors for covering the front surface of the submersible pump control panel. A
図1(B)において、21は可変速手段としてのインバータ(INV)、22は制御手段としてのPC(プログラマブル・シーケンサ)、X2はコンセントである。 In FIG. 1B, 21 is an inverter (INV) as variable speed means, 22 is a PC (programmable sequencer) as control means, and X2 is an outlet.
次に、図2〜図6を参照して水中ポンプ制御盤の詳細の詳細な回路図について説明する。図2において、PC22はCPU22aを中心に構成されている。このCPU22aにはフラッシュROM(リード・オンリ・メモリ)22b、RAM(ランダム・アクセス・メモリ)22cが接続されている。フラッシュROM22bには、水中ポンプの運転を制御する図8のフローチャートに示す制御プログラムが記憶されている。従って、フラッシュROM22aに記憶されるプログラムが書き換え可能である。
Next, a detailed circuit diagram of the submersible pump control panel will be described with reference to FIGS. In FIG. 2, the PC 22 is configured around a
このPC22には、前述した第1のディスプレイ15及び第2のディスプレイ16が接続される。23は水中ポンプ制御盤の操作スイッチであり、23aはポンプの運転を『自動』にするか『手動』にするか『停止』にするかを選択する運転スイッチ、23bは水中ポンプの起動圧力を検出する圧力スイッチである。ところで、運転スイッチ23aが『自動』に設定されると、圧力スイッチ23bがオンすると水中ポンプ32が起動され、圧力スイッチ23bがオフすると水中ポンプ32が停止されるように自動運転される。運転スイッチ23aが『手動』に設定されると水中ポンブ32が強制的に起動される。
The PC 22 is connected to the
なお、23cは井戸42の満水、渇水等の信号を出力する端子である。
PC22は信号ライン24を介してインバータ21が接続される。PC22はこの信号ライン24を介してインバータ21の運転周波数を出力する。
The
25はAC200Vで50Hzあるいは60Hzの3相交流電源である。この3相交流電源25のR、S、T相は小型サーキットブレーカ26を介して避雷器であるLA1及びLA2に接続される。
さらに、3相交流電源25のR相、S相、T相は、第1のトランス27、第2のトランス28、第3のトランス29の一次側に接続されている。なお、第1のトランス27をインバータ21の2次側に接続するようにしても良い。
Further, the R phase, S phase, and T phase of the three-phase
第1のトランス27は一次側に入力されるAC200VをAC400Vに昇圧して2次側に出力する。
The
第2のトランス28は一次側に入力されるAC200VをAC200Vに2次側に同圧変換してPC22のL−N端子間に出力する。
The
第3のトランス29は一次側に入力されるAC200VをAC100Vに降圧して2次側に接続されたコンセントX2に出力する。 The third transformer 29 steps down the AC200V input to the primary side to AC100V and outputs it to the outlet X2 connected to the secondary side.
前記第1のトランス27の2次側は漏電ブレーカELB、フィルタNF01を介してインバータ21のR、S、T端子に接続される。
The secondary side of the
このインバータ21は図示しないマイクロプロセッサを中心に構成されており、このマイクロプロセッサにより図9のフローチャートに示す処理を実行している。このインバータ21には、前述した表示部14及びインバータ21の周囲温度を検出するための温度センサ30が接続されている。
The
さらに、このインバータ21のU、V、W端子はフィルタNF02、モータサージ抑制用フィルタ31を介して水中ポンプ32のX、Y、Z端子に接続される。また、インバータ21には直流リアクトルDCLが接続されている。この水中ポンプ32は例えば温泉を汲み上げるためのポンプである。
Further, the U, V, and W terminals of the
次に、図2を参照してモータサージ抑制用フィルタ31の詳細な構成について説明する。モータサージ抑制用フィルタ31は各相毎にサージ抑制用のリアクトルLが接続されている。そして、各相間には抵抗RとコンデンサCとの直列回路が接続されている。
Next, a detailed configuration of the motor
図3に示した第2のトランス28の二次側出力は図4の端子a,b間に出力される。この図3の回路はオプションの機能を有する。つまり、オプションの機能としてFAN1〜FAN4からなる温度検出式換気ファン41や、井戸42の満水、渇水を検出したり、貯湯槽43の満水、渇水を検出する。
The secondary output of the
井戸42の満水、渇水信号はインタフェース44に出力され、貯湯槽43の満水、渇水信号はインタフェース45に出力される。
The full / dry signal of the well 42 is output to the
温度検出式換気ファン41の一端は端子bに接続され、他端は電子サーマルTHRを介して端子aに接続されている。
One end of the temperature detection
なお、図5〜図7は本水中ポンプ制御盤に設けられている端子を示すものである。 5 to 7 show terminals provided in the submersible pump control panel.
図5において、R、S、T端子にはAC200V電源が入力される。また、インバータ21のU、V、W端子にはモータサージ抑制用フィルタ31が接続されている。
In FIG. 5, 200V AC power is input to the R, S, and T terminals. A motor
図6は本水中ポンプ制御盤に設けられた圧力スイッチ入力端子PS1、PS2、共通端子A1、故障端子A2、渇水端子A3端子を示す図である。 FIG. 6 is a diagram showing pressure switch input terminals PS1 and PS2, a common terminal A1, a failure terminal A2, and a drought terminal A3 terminal provided in the submersible pump control panel.
図7は本水中ポンプ制御盤に設けられたU、V、W、X、Y、Z端子と水中ポンプ32、制御盤との関係を示している。
FIG. 7 shows the relationship between the U, V, W, X, Y, and Z terminals provided on the submersible pump control panel, the
次に、上記のように構成された本発明の一実施の形態の動作について説明する。まず、オペレータは本水中ポンプ用制御装置を起動する場合には、運転スイッチ23aを『停止』位置から『自動』位置あるいは『手動』位置にセットする。
Next, the operation of the embodiment of the present invention configured as described above will be described. First, when the operator activates the submersible pump control device, the operator sets the
PC22は図8のフローチャートに示す処理を行う。つまり、運転スイッチ23aがオンされたか否かを判定する(ステップS1)。ここで、運転スイッチ23aがオンとは、運転スイッチ23aが『自動』位置あるいは『手動』位置にセットされたことを意味する。
The
このステップS1の判定で「YES」と判定された場合には、インバータ21に運転指令が出力される(ステップS2)。 If “YES” is determined in the determination in step S1, an operation command is output to the inverter 21 (step S2).
つまり、インバータ21は運転スイッチ23aで設定された『自動』あるいは『手動』運転を行う制御を行う。例えば、運転スイッチ23aにより『自動』運転が設定されると以下のような自動運転制御が行われる。つまり、圧力センサ23bがオンしている場合に水中ポンプ32が起動され、圧力センサ23bがオフしている場合には水中ポンプ32の起動が停止される。水中ポンプ32が起動される場合には、インバータ21の運転周波数が可変制御される。ここで、最初にこのステップS2に処理が移行したときは、インバータ21の運転周波数は目標とする運転周波数に徐々に上昇される。従って、水中ポンプ32をソフトに起動することができる。これにより、水中ポンプ32の始動電流の抑制と始動時の機械的な磨耗を抑制することができる。
That is, the
また、PC22にはレベルセンサ22aから出力される満水、渇水信号が入力されている。そして、PC22はこのレベルセンサ22aから出力される信号に異常があれば、
第1のディスプレイ15あるいは第2のディスプレイ16に警報を表示するようにしている。この際、警報の重度に応じて第1のディスプレイ15あるいは第2のディスプレイ16の表示色を変化させるようにしても良い。PC22はこのような表示制御を行っている(ステップS3)。
In addition, the
An alarm is displayed on the
ところで、本水中ポンプ制御装置を停止させる場合には、運転スイッチ23aを『停止』位置に設定する。この場合には、ステップS1の判定で「NO」と判定されて、ソフトに停止処理が行なわれる(ステップS4)。つまり、運転スイッチ23aが『停止』位置に設定される前にインバータ21に出力されていた運転周波数が徐々に小さくされ、最終的に運転周波数が「0」とされる。
By the way, when stopping this submersible pump control apparatus, the
このように、運転スイッチ23aが『停止』位置に設定されると、水中ポンプ32は徐々に運転周波数が低くされるので、水中ポンプ32をソフトに停止させることができる。
Thus, when the
これにより、水中ポンプ32に発生するウォータハンマを抑制して配管やポンプユニットの寿命を延ばすことができる。
Thereby, the water hammer which generate | occur | produces in the
ところで、インバータ21は図9のフローチャートに示す処理を行う。つまり、インバータ21はPC22からの運転指令に基づいて水中用ポンプ32を定速及び可変速運転を行う(ステップS11)。
Incidentally, the
そして、温度センサ30で検出されるインバータ21の周囲温度が異常であるかが判定される(ステップS12)。
Then, it is determined whether the ambient temperature of the
このステップS12の判定で「NO」と判定されている間は、ステップS11の処理が繰り返し行なわれる。 While it is determined “NO” in the determination in step S12, the process in step S11 is repeatedly performed.
一方、このステップS12の判定で「YES」と判定された場合には、インバータ21の運転を停止する処理がなされる(ステップS13)。
On the other hand, when it is determined “YES” in the determination in step S12, a process for stopping the operation of the
そして、インバータ21を停止したときの、水中ポンプ32の運転電圧V、運転電流I、運転周波数Hzが表示部14に表示される。
Then, the operating voltage V, operating current I, and operating frequency Hz of the
このように、制御盤は独自に温度センサ30を有し、この温度センサ30で検出されるインバータ21の周囲温度が異常温度となった場合には、冷却ファンを運転したりインバータ21の運転を停止するようにしたので、インバータ21の故障を未然に防止することができる。
In this way, the control panel has its
ところで、入力される3相交流電源(AC200V)は、第1のトランス27でAC400Vに昇圧された後、漏電ブレーカELB、フィルタNF01を介してインバータ21のR、S、T端子に入力される。そして、このインバータ21内において、一度直流電圧に変換されて後、PC22から出力される運転指令に応じた運転周波数で水中用ポンプ32が駆動される。
By the way, the input three-phase AC power supply (AC200V) is boosted to AC400V by the
従って、入力される3相交流電源(AC200V)は50Hzであろうが、60Hzであろうが、インバータ21に入力させるようにしたので、3相交流電源の周波数に関係なく水中用ポンプ32の運転を制御することができる。
Therefore, the input three-phase AC power supply (AC200V) is 50 Hz or 60 Hz. However, since it is input to the
また、オプションとして図3に示す回路を図1のa,b間に接続することにより水中用ポンプの圧力制御だけではなく、液面制御を行ったり、温度検出式換気ファン41を増設したりすることができる。このように、客先の要望に応じて回路を追加することができる。
Further, by connecting the circuit shown in FIG. 3 between a and b in FIG. 1 as an option, not only the pressure control of the submersible pump but also the liquid level control or the temperature detection
さらに、インバータ21の出力は、フィルタNF02、モータサージ抑制用フィルタ31を介して水中ポンプ32のX、Y、Z端子に接続されている。このモータサージ抑制用フィルタ31は高周波成分を除去するためのコイルLとコンデンサCに加えて大容量の抵抗Rを組み合わせている。この抵抗Rは、モータ騒音防止のためインバータ21のキャリア周波数を高く設定して使用する場合でもコンデンサCでは吸収しきれない高周波成分を熱に変換するように機能する。
Further, the output of the
このように、インバータ21と水中ポンプ32との間に前述のようにモータサージ抑制用フィルタ31を接続するようにしたので、400V級の水中ポンプ32を駆動する時に、インバータ21と水中ポンプ32とを接続するモータケーブルを長距離にわたって引き回す際に問題となるマイクロサージを抑制することができる。
Thus, since the motor
なお、上記した実施の形態では、交流電源として200Vを用いたが、それに限るものではない。 In the above-described embodiment, 200 V is used as the AC power supply, but the present invention is not limited to this.
11,12…前扉、14…第1のディスプレイ、15…第2のディスプレイ、
22…PC、22a…フラッシュROM、22b…RAM、25…3相交流電源。
11, 12 ... Front door, 14 ... First display, 15 ... Second display,
22 ... PC, 22a ... flash ROM, 22b ... RAM, 25 ... 3-phase AC power supply.
Claims (4)
入力される交流電圧を変圧する変圧手段と、
この変圧手段の出力電圧が入力され、前記水中ポンプの運転速度を可変速制御する可変速手段と、
前記可変速手段の運転を制御する制御手段とを具備し、
前記可変速手段と前記水中ポンプとの間を接続するモータケーブルにはモータサージ抑制フィルタを備えたことを特徴とする水中ポンプ用制御装置。 Submersible pumps,
Transform means for transforming the input AC voltage;
An output voltage of the transformer means is input, variable speed means for variable speed control of the operation speed of the submersible pump,
Control means for controlling the operation of the variable speed means,
A submersible pump control apparatus, wherein a motor surge suppression filter is provided in a motor cable connecting between the variable speed means and the submersible pump.
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