JP2005344536A - ポンプ並列運転制御装置および制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ポンプの並列投入時や解列時の過度的圧力変動を抑えた並列ポンプ制御装置および制御方法を提供する。
【解決手段】 ポンプのＱ−Ｈ特性を使用し、並列投入時、解列時の過度的圧力変動発生メカニズムを明らかにして数値化し、並列投入完了時、解列完了時に到達すべき目標周波数を予め演算しておき、並列投入時または解列開始時に、この目標周波数を調整可能な過減速時間を介して圧力制御用ＰＩ制御器の積分値に加算するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、吐出圧力一定制御、或いは、推定末端圧力一定制御によって制御されているインバータで駆動されている複数ポンプの並列運転制御装置に於いて、運転中のポンプに待機中のポンプ１台を並列投入する場合、および並列運転中の複数ポンプから任意の１台のポンプを解列する場合、その並列投入時、或いは、解列時に発生する過度的圧力変動を抑制するポンプ並列運転制御装置と制御方法に関する。

複数台のポンプが並列に運転出来る様に構成され、吐出圧力一定、または、推定末端圧力一定の圧力制御を行うポンプ並列運転制御装置に於いて、運転中のポンプに、待機中のポンプ１台を並列投入して並列運転を行う場合、または、複数台のポンプが並列運転中に、任意の１台のポンプを並列運転から解列する解列運転を行う場合、並列運転条件や解列運転条件が成立すれば直ちに、ポンプの並列運転、解列停止を行っている。このために、圧力制御系の応答遅れのために、並列投入時、または、解列時に過度的に圧力変動を生じていた。これを改善するための従来技術としては特許文献１がある。
図８は従来技術の給水装置の概略構成図である。図８において、１０１は第１ポンプ、１０２は第２ポンプ、１０３は第１モータ、１０４は第２モータ、１０５、１０６、１１０は逆止弁、１０７、１０８は仕切弁、１０９は圧力タンクまたはダイヤフラム、１１１は圧力センサ、１１２は制御装置である。また、図９は従来技術の運転手順を示すフローチャートである。図９においてステップＳ７０１で初期設定をし、ステップＳ７０２で圧力を検出する。ステップＳ７０３で使用量が少なくなったときに減速し、ステップＳ７０４て極低速度スタンバイへ移行して運転を続ける。ステップＳ７０５で一定時間タイミングをとる。ステップＳ７０６で圧力がＨ０以下かを確認し、もし以下になっていたら、ステップＳ７０７で追従器を極低速で始動準備をする。ステップＳ７０８でスタンバイ機をオフさせ、ステップＳ７０９で圧力が規定圧力以下かどうかを確認する。以上であればステップ７０７の状態で待機し、以下であれば追従機をＮｍｉｎから始動する。
このように従来技術では追従機を極低速度運転しその後１００％速度に向かって増速するという方法を用いている。
特許第２８７２４７５号

しかしながら従来の方法では、吐出圧力一定制御や推定末端圧力一定制御の制御ループにこの極低速度から１００％速度に向かって増速するまでの遅れ時間が直列に挿入されるため、並列投入時および解列時のポンプの圧力変動が大きくなり性能が低下する欠点があった。
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ポンプの並列投入時や解列時の過度的圧力変動を抑えた並列ポンプ制御装置および制御方法を提供する。本発明は、長配管長のポンプや大容量ポンプに対しても並列投入時および解列時の圧力変動を抑えることができると共に、滑らか切替により滑らかな切替をすることもできる。

請求項１記載の本発明は、並列に接続されたポンプのモータを駆動するインバータへ指令を生成するポンプ並列運転制御装置であって、圧力制御部と並列運転制御部で構成され、、圧力制御部は圧力指令とポンプ圧力の偏差をＰＩ制御器でＰＩ制御処理をして圧力指令どおりの圧力になるようにインバータを制御し、並列運転制御部は、運転中の第１ポンプに待機中の第２ポンプを並列投入する場合、および並列運転中のポンプから任意のポンプ1台を解列する場合に、あらかじめ計算で求めておいた並列投入完了後または解列完了後に到達するポンプ周波数と並列投入前または解列前の運転（並列運転性御時）または減算（解列運転制御時）周波数の差を、時間調整が可能な第１加減速手段を介してＰＩ制御の積分値に加算するようにしたものである。
請求項２記載の本発明は、請求項１記載のポンプの並列運転制御装置において、並列運転制御部は、並列投入されるポンプを第２加減速手段を解して締切り周波数まで加速する手段と、第３加減速手段を介して締切り周波数から並列投入完了後に到達するポンプ周波数（並列目標周波数）まで加速する手段と、並列投入完了後前記第２ポンプの制御を第１ポンプの圧力制御に切替える手段とを有し、第２ポンプを第２加減速手段を介して締切り周波数まで加速して待機させ、第３加減速手段を介して並列目標周波数まで加速すると同時に記第１ポンプは並列目標周波数まで減速させ、並列目標周波数に減速が完了後、第２ポンプの制御を第１ポンプの制御に切替えるようにしたものである。
請求項３記載の本発明は、請求項１記載のポンプの並列運転制御装置において、並列運転制御部は、ＰＩ制御器の並列運転中の出力値である並列運転出力値を記憶する手段と、 第２ポンプの指令周波数を前記並列運転出力値に切替える手段と、並列運転出力値を調整可能な前記第３加減速手段を介して締切り周波数まで減速させる手段とを有し、第３加減速手段で第２ポンプを締切り周波数まで減速すると同時に、第１ポンプを解列完了後に到達するポンプ周波数（解列目標周波数）まで加速するようにしたものである。
請求項４記載の本発明は、請求項２および請求項３記載のポンプの並列運転制御装置において、第１〜第３の加減速手段はあらかじめシミュレーションで求めた最適な値を使用し、切替えるようにしたものである。
請求項５記載の本発明は、並列に接続されたポンプのモータを駆動するインバータへの指令を生成するポンプ並列運転制御装置の制御方法において、設定圧力とポンプ圧力の偏差をＰＩ制御処理をするステップと、ＰＩ制御処置結果に基づいてインバータの第１目標周波数を生成するステップと、運転中の第１ポンプに待機中の第２ポンプを並列投入して並列運転をする場合、および並列運転中のポンプから任意のポンプ1台を解列する場合に、あらかじめ計算で求めておいた周波数と並列投入前または解列前の運転周波数の差を、時間調整が可能な第１加減速手段を介してＰＩ制御の積分値に加算（並列運転制御時）または減算（解列運転制御時）するステップを備えるようにしたものである。

本発明は、並列投入後または解列後のポンプの目標周波数を求め、この値と並列投入前または解列前の運転周波数の差を調整可能な加減速手段を介して、ＰＩ制御器の積分値に加算しているため、ポンプ並列投入時、解列時の圧力変動を抑制することが出来るという効果がある。特に、配管長の長いポンプや大容量のポンプの並列、解列制御に於いて、並列投入されるポンプ、或いは解列されるポンプの制御に、圧力制御部とは別に、並列投入、解列制御を実行するポンプ並列運転制御装置を準備しているために、圧力制御ループ内に、並列投入または解列制御に必要な遅れ回路が直列に挿入されず、圧力制御の制御性能を低下させないようにする。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。

以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。図１は、可変電圧、可変周波数インバータで駆動される２台のポンプを並列に構成し、吐出圧力一定制御を行なっている受水槽式給水システムの全体構成図である。図２は、図１の構成に、本発明の並列運転制御装置を適用した場合の詳細と図１に示した公知の吐出圧力一定制御装置との繋ぎを、ブロック図にて示したものである。
図１において、１は第1ポンプ、２は第２ポンプ、３，４は逆止弁、５、６は締切り弁、７は受水槽、８，９は締切り弁、１０は圧力センサ、１１は第１モータ、１２は第２モータ、１３は第１インバータ、１４は第２インバータ、１５は圧力制御部、１６は本発明のポンプ並列運転制御装置である。また圧力制御部１５の内部の１５．１は圧力設定器、１５．２はＰＩ制御器、１５．３、１５．４はＤ／Ａ変換器である。

次に動作について説明する。図１において、第１インバータ１３と第２インバータ１４によってそれぞれ可変電圧、可変周波数制御される第１モータ１１と第２モータ１２で駆動される第１ポンプ、第２ポンプを示している。各ポンプは、図示の様に、その吐出側は、逆止弁３、４と締め切り弁５、６を介して吐出共通配管、また、吸込み側は、締切り弁８、９を介して吸込共通配管にてそれぞれ並列に接続されている。その吸込共通配管は、受水槽７に接続されている。給水量が深夜等の殆どゼロになる給水時間帯にポンプを停止させるために吐出共通配管に設けられる保圧用圧力タンクやその様な場合にポンプを停止するために設けられる小水量検出フロースイッチは、本発明の動作とは直接関係ないために図1では省略している。圧力センサ１０は、ポンプの吐出圧力をＨｉとして検出し、圧力設定器１５．１の設定値Ｈ_Ｓと比較され、その偏差は１５．２のＰＩ制御器に与えられる。ＰＩ制御器の出力はＤ／Ａ変換器１５．３、１５．４を介して、インバータ１３、１４に周波数指令を与える。つまり、各モータの速度を可変電圧、可変周波数のインバータによって制御する吐出圧力一定制御回路が構成されている。ここで、インバータに与えられている制御信号、１ＲＵＮ、２ＲＵＮは、インバータの運転、停止を制御する制御信号で、この信号がオンの場合のみ、Ｄ／Ａ変換器の出力が有効になりインバータが運転出来る様に構成されている。

図１のＰＩ制御器は、詳細を図２の１５．２に示す様に、比例増幅器１５．２１、積分器１５．２２、リミッタ１５．２３で構成され、比例・積分動作を行う。リミッタ１５．２３は、積分演算値の最大値をリミットする保護機能である。
次に、本発明では、第１ポンプ運転中に第２ポンプを並列投入する場合と、第１ポンプと第２ポンプが並列運転中に、第２ポンプが解列する場合の制御について図２を用いて説明する。図２において、１５．２１は比例増幅器、１５．２２は積分器、１５．２３はリミッタである。並列制御部１６のなかの、１６．１、１６．７、１６．１１、１６．１３はレジスタ、１６．２と１６．１４はリレーＰＳの接点、１６．５と１６．１６はリレーＰの接点、１６．６と１６．１２はリレーＩＮＤの接点、１６．８はリレーＰＰＳの接点、１６．２４はリレーＴＳの接点、１６．３は第１加減速手段、１６．９は第２加減速手段、１６．１５は第３加減速手段、１６．４と１６．１０は符号反転器、１６．１７はＤ／Ａ変換器、１６．１８はＳＥＱ、１６．１９は並列待機スタート／ストップリレーＰＰＳ、１６．２０は並列／解列制御スタートリレーＰＳ、１６．２１は並列運転選択リレー、１６．２２は解列運転選択リレーＩＮＤ、１６．２３は制御モード切替えを行う制御リレーＴＳである。

次に動作について説明する。１６．１は並列目標周波数と並列投入前の運転周波数の差の絶対値、または、解列目標周波数と解列前の運転周波数の差の絶対値を設定するレジスタで、周波数は、並列／解列制御スタートリレーＰＳ１６．２０の接点１６．２を介して、加減速手段１６．３に入力される。加減速手段１６．３は、加減速度が調整可能で、接点１６．２がオンになれば、１６．３の出力は、設定された時間で、１６．１で設定された周波数まで増加する。１６．５は、並列運転選択リレーＰ、１６．２１でＯＮＯＦＦする接点で、並列運転選択時にオンになる。解列運転選択リレーＩＮＤ１６．２２でＯＮＯＦＦする接点１６．６は解列選択時にオンになる。加減速手段１６．３の出力は、並列投入時には、符号変換器１６．４、並列運転選択リレー接点１６．５を介して、ＰＩ制御器の積分器の出力に加算される。この場合、ＰＩ制御器で取扱う数値は、実際の周波数の値を内部演算に便利な数値に変換した数値で演算が実行されるが、ここでは、簡単のために、この換算係数が１である場合として記述する。従って、ＰＩ制御器の積分器の出力は、レジスタ１６．１で設定された並列目標周波数まで設定された加減速度で減少することになる。

同様にして、解列時には、レジスタ１６．１に設定された解列目標周波数までＰＩ制御器の積分器の出力は、加減速手段１６．３で設定された加減速度で増加することになる。レジスタ１６．７からＤ／Ａ変換器１６．１７までは、配管長の長いポンプや大容量のポンプを並列投入する場合、解列する場合の過度的圧力変動を抑制すると共にその制御を滑らかに遂行するために準備した滑らか並列、解列制御回路である。
ここでレジスタ１６．７には、ポンプの締切り運転周波数が設定され、並列投入制御時に待機ポンプを締切り運転周波数迄加速するために使用する。また、解列時に於いては、締切り運転周波数からゼロ周波数迄減速させるのに使用する。
レジスタ１６．１１は、解列制御開始直前のＰＩ制御器１５．２の出力を転送、記憶し、レジスタ１６．１３は、並列目標周波数と締切り運転周波数の差、または、解列制御スタート直前のポンプ運転周波数と締め切り周波数の差をセットし、並列／解列制御スタートリレーＰＳ１６．２０の接点１６．１４を介して加減速手段１６．１５に入力される。加減速手段１６．１５の出力は、加減速手段１６．９の出力と加算される。ここに、１６．１５は、１６．３と同様な遅れ時定数が調整可能な一次遅れ回路である。Ｄ／Ａ変換器１６．１７は、並列、解列制御指令をインバータに与える。ＳＥＱ１６．１８は、並列、解列の制御シーケンスを実行する回路で、インバータのオンオフを行う制御信号１ＲＵＮ、２ＲＵＮと各制御リレー、ＰＰＳ、ＰＳ、Ｐ、ＩＮＤ、ＴＳを制御する。

制御リレーＴＳ１６．３の接点１６．２４は、制御リレーＴＳ１６．３がオンの時、接点１６．２４は、Ｃ−２側が閉になる。逆に、制御リレーＴＳ１６．３がオフの時、接点１６．２４は、Ｃ−１側が閉になる。この制御リレーＴＳ１６．３は、滑らか切替え制御を選択しない場合には、常にオフしており、接点１６．２４は、Ｃ−１側が閉になる状態にロックされる。つまり、“滑らか切替えなし”の場合の並列、解列運転の制御は、ＰＩ制御器の積分器の出力に加算される目標周波数と、インバータのオン、オフは制御信号１ＲＵＮ、２ＲＵＮによって遂行される。“滑らか切替え”の場合には、並列投入時には、制御リレーＴＳの接点１６．２４は、最初に接点Ｃ−２側が閉になり、並列投入完了で、接点Ｃ−１側に切替えられる。解列時には、解列制御開始時には、接点Ｃ−１側が閉なっており、解列制御時には、接点Ｃ−２側に切替えられる。

次に、本発明の並列投入制御、解列制御の動作を説明する。説明する前に、ポンプの並列投入時の圧力上昇、解列時の圧力降下が発生する理由を、図３を用いて説明する。図３にて、第１ポンプが運転中で、ポンプ特性は（i）で、流量はＤであるとする。この状態で並列運転条件が成立し、第２ポンプが並列に投入されるとする。ポンプが並列投入された直後は、圧力制御部が全く制御動作をしないと仮定すると、ポンプ速度は変わらないから、ポンプ特性は、（ii）の２台運転（並列投入直後）の特性になる。つまりポンプ動作点は、ＡからＢになる。つまり、圧力がＡからＢに跳ね上がる。流量がＤ点の値のままであると仮定すると、圧力制御によって、並列運転特性は（iii）の特性になって整定する。実際には、並列投入されるポンプ速度の立ち上がりは瞬間的ではなく、ある加速時間を要する。また、圧力制御によって先発ポンプの速度が下がってくるから、圧力上昇ピーク値は、Ａ−Ｂの中間値になる。

逆にポンプ２台並列運転中、流量がＤ迄低下したとする。この時のポンプ並列特性は、（iii）の第１＋第２の特性になっている。ここで、ポンプ１台を解列すると、ポンプ特性は（iv）の１台運転（解列直後）になり、圧力がＡからＣに落下する。その後、圧力制御によって、（i）の１台運転の特性になって落ち着く。同様に圧力降下のピーク値の実際値は、Ａ−Ｃの中間値になる。以上がポンプを並列投入した場合の圧力上昇とポンプを解列した場合の圧力降下発生の理由である。

本発明では、図３に示した並列投入後、解列後に整定するＱ−Ｈ特性、つまり、並列投入の場合には、ポンプ並列で（iii）の特性となるポンプ速度を目標速度として決定し、解列の場合には、１台運転で（i）の特性となるポンプ速度を目標速度として決定する。そして、それぞれ、この目標速度を加減速手段を介してＰＩ制御器の積分値に加算する。加えて、本発明では、配管長の長いポンプや大容量ポンプを対象に、並列投入時あるいは、解列時の過度的圧力変動を抑える共に、その制御を滑らかに遂行するために、滑らか投入、解列制御方法を提案している。この制御方法では、並列投入時には、並列投入されるポンプを締切り運転周波数迄予め加速しておき、その後に並列投入する。また解列時には、並列運転中のＰＩ制御器の出力の現在値を記憶する手段をおき、解列されるポンプの指令をＰＩ制御器からこの記憶手段の出力に切替えると共に、この記憶手段の出力を調整可能な加減速手段を介して低下させることにより、ポンプを締切り周波数まで減速せしめ、他方、運転を継続するポンプは、その速度を目標周波数まで加速することにより圧力変動の少ない解列制御を達成する。その後に解列されたポンプを締切り周波数からゼロ周波数まで低下させ停止する。

以下、図２によって本発明の動作を説明する。最初に、“滑らか切替えなし”を説明する。前述の様に、制御モード切替えリレーＴＳ１６．２３は接点Ｃ−１側が閉となり、ロックされる。今、第１ポンプが吐出圧力一定制御装置１５とインバータ１３によって吐出圧力一定制御を行っており、第２ポンプを並列投入する場合、ＳＥＱ１６．１８は、インバータ運転指令１ＲＵＮをオンにしている。一般に、並列投入条件としては、並列投入するポンプの運転準備完了しており、運転中のポンプの周波数が予め設定れた周波数以上であり、かつこの状態が一定時間継続したと云う三つのＡＮＤ条件が用いられる。図示していないが、今ＳＥＱ１６．１８の中の並列投入条件リレーがオンしたとすると、並列運転選択リレー１６．２１、Ｐをオンにし、同時にレジスタ１６．１には、式（１）で演算した並列運転目標速度と現在速度の差に相当する周波数の絶対値が設定される。
ｎ_Ｐ＝（（ｈ_Ｓ＋（ｂ／４）ｑ_１ ^２）／ａ）^１／２ ・・・（１）
但し ｎ_Ｐ＝並列目標速度 ｐ．ｕ．≒ｆ_Ｐ 並列目標周波数 ｐ．ｕ．＝Ｆ_Ｐ／Ｆ_Ｎ
Ｆ_Ｐ＝並列目標インバータ周波数 Ｈｚ
Ｆ_Ｎ＝定格インバータ周波数 Ｈｚ
ｈ_Ｓ＝圧力設定 ｐ．ｕ．＝Ｈ_Ｓ／Ｈ_Ｎ
Ｈ_Ｓ＝圧力設定 ｍ
Ｈ_Ｎ＝ポンプ定格圧力 ｍ
ｑ_１＝並列要求流量 ｐ．ｕ．＝Ｑ_１／Ｑ_Ｎ
Ｑ_１＝並列要求流量 ｍ^３／ｍｉｎ
Ｑ_Ｎ＝ポンプの定格流量 ｍ^３／ｍｉｎ
ａ＝ポンプ定数
ｂ＝ポンプ定数
である。ここで、ポンプの圧力ｈ_Ｐは、式（２）で近似出来ることは、公知である。
ｈ_Ｐ≒ａｎ^２−ｂｑ^２ ・・・（２）
但し、 ｎ＝ポンプ速度 ｐ．ｕ．＝Ｎ／Ｎ_Ｎ
Ｎ＝ポンプ速度 ｒｐｍ Ｎ_Ｎ＝ポンプ定格速度 ｒｐｍ
ｑ＝流量 ｐ．ｕ．＝＝Ｑ／Ｑ_Ｎ
Ｑ＝流量 ｍ^３／ｍｉｎ
吐出圧力一定制御を行っている時には、ポンプの圧力ｈ_Ｐ≒ｈ_Ｓとなっているから、流量ｑ_１で運転中に並列投入する時の並列目標速度が式（１）で計算出来る。例えば、ａ＝１．４６、ｂ＝０．４６、ｑ_１＝１．０、ｈ_Ｓ＝１．０とすれば、ｎ_Ｐ＝０．８７４ ｐ．ｕ．となる。この様に、圧力設定値ｈ_Ｓ、並列投入時の流量ｑ_１とポンプａ、ｂ定数が分かれば、並列目標速度ｎ_Ｐ、従って、並列目標インバータ周波数ｆ_Ｐが計算出来る。他方、並列投入時のインバータ周波数の現在値、ｆ_１ ｐ．ｕ．＝Ｆ_１／Ｆ_Ｎは、コントローラの内部で検出可能であるから、ｆ_Ｐ−ｆ_１＝Δｆ_Ｐが求まる。並列投入条件リレーがオンすれば、レジスタ１６．１に、このΔｆ_Ｐの絶対値を設定する。この設定が完了すると、ＳＥＱ１６．１８は、シーケンスのステップを一つ進めて、並列／解列制御スタートリレーＰＳ１６．２０をオンにする。

並列投入条件が成立し、Ｐ、ＰＳがオンすると、インバータ１４の運転指令２ＲＵＮがオンする。つまり、ＰＩ制御器の出力には、レジスタ１６．１に設定されたΔｆ_Ｐが、加減速手段を介して、符号変換されてＦＤＣとして加算される。従って第１ポンプは、並列目標周波数に向かって設定された加減速度で減速する。同時に、第２ポンプは、ゼロから並列目標周波数に向かってインバータ内部に設定された直線指令器の加速時間で加速する。つまり、インバータ内部に設定された直線指令器の加速時間と１６．３に設定された時間を調整することにより、並列投入時の過度的圧力変動を抑制することが出来る。

次に、第１ポンプと第２ポンプが並列運転している時、第２ポンプを解列する場合を説明する。
解列条件としては、通常、解列準備が完了し、ポンプ運転周波数が予め設定された周波数以下であり、この状態が設定された時間継続した三つのＡＮＤ条件が用いられる。図示していないが、今、ＳＥＱ１６．１８の中の解列条件リレーがオンしたとすると、解列選択リレーＩＮＤ１６．２２をオンにし、同時に、レジスタ１６．１には、式（３）で演算した解列目標速度と現在速度の差の絶対値が周波数で設定される。
ｎ_Ｉ＝（（ｈ_Ｓ＋４ｂｑ_２ ^２）／ａ）^１／２ ・・・（３）
但し ｎ_Ｉ＝解列目標速度 ｐ．ｕ．≒ｆ_Ｉ 解列目標周波数 ｐ．ｕ．＝Ｆ_Ｉ／Ｆ_Ｎ
Ｆ_Ｉ＝解列目標インバータ周波数 Ｈｚ
ｑ_２＝解列要求流量 ｐ．ｕ．＝Ｑ_２／Ｑ_Ｎ
Ｑ_２＝解列要求流量 ｍ^３／ｍｉｎ
吐出圧力一定制御を行っている場合には、ポンプの圧力ｈ_Ｐ≒ｈ_Ｓとなっているから、式（３）から、２台のポンプがそれぞれ流量ｑ_２で運転中に、１台のポンプが解列する時、運転継続するポンプの速度、つまり解列目標周波数が式（３）で計算出来る。例えば、ａ＝１．４６、ｂ＝０．４６、ｑ_２＝０．５、ｈ_Ｓ＝１．０とおけるので、ｎ_Ｉ＝１．０ ｐ．ｕ．と計算され、ｎ_Ｉ≒ｆ_Ｉが求まる。他方、並列運転中のインバータ周波数の現在値ｆ_２ ｐ．ｕ．＝Ｆ_２／Ｆ_Ｎは、コントローラの内部で検出可能であるから、ｆ_Ｉ−ｆ_２＝Δｆ_Ｉが求まる。１６．１８の内部に置かれた解列条件リレー（図示していない）がオンすれば、このΔｆ_Ｉの絶対値をレジスタ１６．１に設定する。この設定が完了すると、ＳＥＱ１６．１８は、シーケンスのステップを一つ進めて、並列／解列制御スタートリレーＰＳ１６．２０をオンにする。

解列条件が成立し、ＩＮＤ、ＰＳがオンすると、インバータ１４の運転指令２ＲＵＮがオフする。同時にＰＩ制御器の出力には、１６．１に設定されたΔｆ_Ｉが、加減速手段を介して、ＦＤＣとして加算される。よって、第１ポンプは、解列目標周波数に向かって設定された時定数で上昇し加速する。同時に第２ポンプは２ＲＵＮのオフによって、インバータ内部に設定された直線指令器の加減速時間で減速する。つまり、インバータ内部に設定された減速時間と加減速手段１６．３に設定された値を調整することにより、解列時の過度的圧力変動を抑制することが出来る。

以上、本発明の実施例としては、式（１）、式（３）で目標速度を演算する方法を示した。この計算には、並列投入時、または、解列時のポンプ流量を知る必要がある。このために、並列制御部１６には、図示していないが、式（２）より現在流量を推定する演算回路を内蔵している。
この演算回路を使用しない場合には、ポンプの並列投入時、または、解列時の周波数の現在値ｆ_１、ｆ_２とによって、流量の近似値を求める。当然のことながらこの場合、圧力設定のｈ_Ｓの値を考慮する。この結果を、式（１）、式（３）に代入することにより、目標速度を演算する。

次に、本発明の方式を簡単化した実施例として、式（１）、式（３）を使用しない方法について説明する。
第１ポンプが周波数ｆ_１で運転している時、ＰＩ制御器の積分器の出力は、ポンプ運転速度の現在値ｎ_１に対応した周波数の値Ｍ_１になっている。ここで、圧力設定ｈ_Ｓにおいて流量がゼロになる速度ｎ_０は、式（４）で計算出来る。
ｎ_００＝（ｈ_Ｓ／ｈ_０）^１／２ ・・・（４）
ここに、ｈ_０＝ポンプ定格速度に於けるポンプの締切り揚程ｐ．ｕ．＝Ｈ_０／Ｈ_Ｎ
Ｈ_０＝ポンプ定格速度に於けるポンプの締切り揚程 ｍ
ポンプの締切り揚程Ｈ_０は、ポンプ性能表としてポンプメーカから提示される。
一般に、吐出圧力一定制御を行っている場合、ポンプ流量とポンプ速度の間には、正確な比例関係はないことは知られている。しかし、締切り速度から定格速度迄の範囲に限定すれば、この範囲に於いては、速度∝流量が近似的に成立する。本発明ではこの特性を利用して、ｎ_０からｎ_１に迄ポンプ速度が変化するとき、流量はゼロからｑ_１まで変化すると推定する。つまり、速度ｎ_１に対応したＰＩ制御器の積分器の出力Ｍ_１が分かっているから、速度ｎ_０に対する積分器の出力Ｍ_２は、Ｍ_１×（ｎ_０／ｎ_１）として求めることが出来る。従って並列投入する時の目標周波数は、積分器の出力で、（Ｍ_２＋Ｍ_１）／２として求めることが出来るこの値と積分器の現在値の差を前述の様な方法でＰＩ制御器の積分器に、加減速手段もって代数的に加算する様に構成すれば、並列投入時の圧力変動を抑制する制御が可能になる。この方法によれば、前述の方法よりもその精度は低下するが、構成が簡単になる。また、式（４）は前もって計算出来、また、式（１）、式（３）の様な平方根演算の必要がなくなるので演算処理が簡単になる。

以上は、並列投入の場合について述べたが、解列の場合にも、同様に可能であることは明かである。
然しながら、この簡単化した方法もまた、並列時、解列時の目標速度を求め、この目標速度と現在速度の差の周波数をＰＩ制御器の積分器の出力に加算することにより並列投入時や解列時の圧力変動を抑制すると云う原理に於いては、全く同一である。

次に、滑らか並列投入、滑らか解列制御について説明する。
この場合、前述の様に、並列投入制御時には、リレーＴＳの接点１６．２４は、最初に接点Ｃ−２側が閉になり、並列投入完了で、接点Ｃ−１側に切替えられる。解列制御時に於いては、解列前に、接点Ｃ−１側が閉なっており、解列開始時には、接点Ｃ−２側が閉になる様に切替えられる。
“滑らか切替え”が選択されると、ＳＥＱ１６．１８が制御モード切替えリレーＴＳ１６．２３のロックを解除し、ＴＳが動作可能の状態にする。今、第１ポンプが吐出圧力一定制御装置１５とインバータ１３によって吐出圧力一定制御を行っている場合、第２ポンプを並列投入する場合を説明する。この場合、ＳＥＱ１６．１８は、インバータ運転指令１ＲＵＮをオンにする。
今、図示していないが、ＳＥＱ１６．１８の中の並列投入条件リレーがオンしたとすると、並列選択リレーＰ１６．２１をオンにし、制御モード切替えリレー１６．２３がオンになり、接点１６．２４がＣ−２側に切替えられる。同時に、レジスタ１６．１には、式（１）で演算した並列目標速度と現在速度の差の周波数Δｆ_Ｐの絶対値が設定される。また、レジスタ１６．７には、締切り運転周波数ｆ_０が設定される。また、レジスタ１６．１３には、式（１）で求めた目標速度の周波数ｆ_Ｐとｆ_０の差の周波数が設定される。これ等の設定が完了すると、ＳＥＱ１６．１８は、シーケンスのステップを一つ進めて、待機スタート／ストップリレーＰＰＳ１６．１９をオンにする。Ｐ、ＰＰＳがオンすると、インバータ１４の運転指令２ＲＵＮがオンする。つまり第２ポンプは、１６．９で設定された加減速度とインバータ内部の直線指令器の加速時間の和に相当する遅れ時間で締切り運転周波数まで加速される。この制御モードの場合、インバータ内部の直線指令器の加速時間は、最小値の例えば０．５ｓｅｃに設定しておく。第２ポンプが締切り運転周波数迄加速完了しても、第２ポンプの逆止弁４が閉塞しているため、第２ポンプの流量はゼロのままである。ここで、ＳＥＱ１６．１８が第２ポンプが締切り運転周波数迄加速完了したことを検出すると、シーケンスステップを更に１つ進める。ここで、並列／解列制御スタートリレーＰＳ１６．２１がオンする。この結果、ＰＩコントローラの出力には、１６．１に設定されたΔｆ_Ｐが、加減速手段、符号変換器を介して、ＦＤＣとして加算される。第１ポンプは並列目標周波数ｆ_Ｐに向かって設定された加減速度で低下し減速する。同時に第２ポンプは、ｆ_０から並列目標周波数にｆ_Ｐに向かって、加減速手段１６．１５に設定された加減速度とインバータ内部の直線指令器の加速時間の和に相当する加速時間で加速する。ここで、図示していないが、Ｄ／Ａ変換器１６．１７の出力とＤ／Ａ変換器１５．４の出力は、常時比較されている。両者の差が予め設定された値以下に小さくなると、ＳＥＱ１６．１８のは、制御モード切替えリレー１６．２３をオフにする。その結果、その接点１６．２４は、Ｃ−１側が閉になる様に切替えられ、第２ポンプは吐出圧力一定制御回路の周波数で制御される様になり第２ポンプの並列投入制御が完了する。即ち、加減速手段１６．３に設定された加減速度と加減速手段１６．１５に設定された加減速度を長めに調整することにより、並列投入時の過度的圧力変動を小さく抑制すると共に第２ポンプの滑らか並列投入制御が達成される。

次に解列の動作を説明する。
今、ＳＥＱ１６．１８の中の解列条件リレーがオンしたとすると、解列選択リレーＩＮＤ１６．２２をオンにし、レジスタ１６．１には、式（３）で演算した解列目標速度ｎ_Ｉ≒ｆ_Ｉと現在速度ｎ_２≒ｆ_２の差Δｆ_Ｉの絶対値が設定される。同時に、レジスタ１６．１１には、ＰＩ制御器の出力、Ｄ／Ａ変換器１５．４の入力データが転送され、その時の値が記憶される。また、レジスタ１６．１３には、現在のポンプ運転周波数ｆ_２と締切り周波数ｆ_０との差、ｆ_２−ｆ_０の周波数が設定される。データ転送、データ設定が完了すると、ＳＥＱ１６．１８はシーケンスステップを１つ進める。この結果、制御モード切替えリレー１６．２３がオンし、接点１６．２４をＣ−２側が閉になる様に切替える。同時に、並列／解列制御スタートリレーＰＳ１６．２０がオンになる。その結果、第１ポンプは、解列目標周波数に向かって設定された時定数で加速する。同時に、第２ポンプは、現在周波数ｆ_２から締切り周波数に向かって、１６．１５に設定された遅れ時定数とインバータ内部の直線指令器の加減速時間の和に相当する減速時間で締切り周波数迄減速する。ここで、インバータ内部の直線指令器の減速時間は最短時間の例えば０．５ｓｅｃに設定しておく。 ＳＥＱ１６．１８が、第２ポンプが締切り周波数迄減速したことを検出すると、待機運転スタート／ストップリレーＰＰＳ１６．１９をオンにする。その結果、その接点１６．８が閉じ、第２ポンプは、締切り周波数からゼロ周波数迄低下される。
図示していないが、Ｄ／Ａ変換器１６．１７の出力は、１６．１８のＳＥＱに内蔵されたゼロ周波数検知器で監視されている。よって、Ｄ／Ａ変換器１６．１７の出力が、殆どゼロになるとＳＥＱ１６．１８が、第２インバータ運転指令２ＲＵＮをオフにする。これによって、解列制御が完了する。つまり、加減速手段１６．３に設定された加減速度１６．１５に設定された時定数を長めに調整することにより、解列時の過度的圧力変動を小さく抑制すると共に第２ポンプの滑らか解列制御が達成される。
以上の本発明の説明では、並列投入制御の場合、第１ポンプが運転中に、第２ポンプを並列投入する例を述べたが、逆の第１ポンプを並列投入することも可能である。また、解列制御に於いては、第１ポンプと第２ポンプが並列運転している時、第２ポンプを解列する場合について述べたが、この逆の先発第１ポンプを解列する場合についても同様に適用出来ることは、明白である。

また、３台以上のポンプが並列運転する場合に於いて、ポンプが順次１台ずつ並列投入され台数が増していく場合、或いは順次１台ずつ解列され台数が減少していく場合にも、各ポンプのインバータ制御入力を本発明の制御方法に従って順次切替えることにより適用可能である。

以上説明したように、滑らか並列、解列制御は、インバータ内部の直線指令器の加減速時間を長くする対策では、圧力制御の性能が低下するために採用出来ない。また、並列ポンプ、解列ポンプの加速時間、減速時間を単に長くする対策では、並列／解列制御時間が延びるだけである。本発明で提示した様に、並列投入時には、ポンプを締切り運転周波数まで加速しておき、その後、締切り運転周波数より目標周波数までゆっくり加速する制御により、並列投入ポンプがゆっくり流量を分担することが可能になる。解列時には、締切り運転周波数までゆっくり減速する制御により運転継続ポンプが解列するポンプの分担流量をスムースに負担することが可能になる。

ここで、締切り運転周波数が、一般にかなり高い値になることを示しておきたい。例えば、ポンプ定数ａ＝１．４６、ｂ＝０．４６で、ｈ_Ｓ＝１．０の設定とすれば、締切り速度ｎ_０＝０．８２８ ｐ．ｕ．となり、並列投入制御開始前の待機周波数は０．８２８ｐ．ｕ．と云う高い周波数となる。つまり、並列投入制御時間に制限がある場合、締切り周波数迄予め加速しておく本発明の方法によって、滑らか並列投入のための加速時間を長めに設定することが可能になることが分かる。
次に、以上に説明した本発明の特性を図４、図５、図６、図７にて説明する。
図４は従来方式での並列投入特性である。図では第２ポンプが運転中に第１ポンプを並列投入された場合の特性を示している。この例では、設定圧力０．２４５ＭＰａに対して、並列投入時に０．３８１ＭＰａの圧力上昇が発生している。図５は、このことをシミュレーションで確かめたものである。但し、ポンプ諸元は、図４とは異なっている。然し、同様な特性になることが示されている。図６は、本発明の“滑らか切替えなし”を選択した場合のシミュレーション結果である。図５に比べ、性能が大きく改善されていることが分かる。図７は、本発明の“滑らか切替え”を選択した場合のシミュレーション結果である。並列投入制御時の圧力変動が少なく、且つ、その制御が滑らかに遂行されていることが示されている。尚、図５、図６、図７の自乗誤差は圧力制御誤差の自乗の積分値を示している。

可変速ポンプポンプ２台の並列運転構成にて、吐出圧力一定制御を行っている場合の本発明の全体構成図 本発明の並列制御部のブロック線図と吐出圧力一定制御装置との繋ぎを示すブロック線図 ポンプ並列投入時の圧力上昇と解列時の圧力降下を説明するためのポンプのＱ−Ｈ特性図 従来方式によるポンプ並列投入時の圧力上昇特性例 従来方式によるポンプ並列投入時の圧力上昇シミュレーション例 “滑らか切替えなし”を選択した場合の本発明のポンプ並列投入時の圧力上昇シミュレーション例 “滑らか切替え”を選択した場合の本発明のポンプ並列投入時の圧力上昇シミュレーション例 従来技術の給水装置の概略構成図 従来技術の運転手順を示すフローチャート

符号の説明

１ 第１ポンプ
２ 第２ポンプ
３、４ 逆止弁
５、６ 締切り弁 ７ 受水槽
８、９ 締切り弁
１０ 圧力センサ
１１、１２ モータ
１３、１４ インバータ
１５ 圧力一定制御部
１５．１ 圧力設定器
１５．２ ＰＩ制御器
１５．３、１５．４、１６．１７ Ｄ／Ａ変換器
１５．２１ 比例増幅器
１５．２２ 積分器
１５．２３ リミッタ
１６ 並列制御部
１６．１、１６．７、１６．１１、１６．１３ レジスタ
１６．２ リレーＰＳの接点
１６．３、１６．７、１６．１１、１６．１５ 加減速手段
１６．４、１６．１０ 符号変換器
１６．５ リレーＰの接点
１６．６ リレーＩＮＤの接点
１６．８ リレーＰＰＳの接点
１６．１２ リレーＩＮＤの接点
１６．１４ リレーＰＳの接点
１６．１６ リレーＰの接点
１６．１８ ＳＥＱ
１６．１９ 並列待機スタート／ストップリレーＰＰＳ
１６．２０ 並列／解列制御スタートリレーＰＳ
１６．２１ 並列運転選択リレーＰ
１６．２２ 解列運転選択リレーＩＮＤ
１６．２３ 制御モード切り替えを行う制御リレーＴＳ
１６．２４ リレーＴＳの接点

Claims (5)

1. 並列に接続されたポンプのモータを駆動するインバータへ指令を生成するポンプ並列運転制御装置であって、
   圧力制御部と並列運転制御部で構成され、
   前記圧力制御部は圧力指令とポンプ圧力の偏差をＰＩ制御器でＰＩ制御処理をして圧力指令どおりの圧力になるようにインバータを制御し、
   前記並列運転制御部は、運転中の第１ポンプに待機中の第２ポンプを並列投入する場合、および並列運転中のポンプから任意のポンプ1台を解列する場合に、あらかじめ計算で求めておいた並列投入完了後または解列完了後に到達するポンプ周波数と並列投入前または解列前の運転（並列運転性御時）または減算（解列運転制御時）周波数の差を、時間調整が可能な第１加減速手段を介して前記ＰＩ制御の積分値に加算することを特徴とするポンプ並列運転制御装置。
2. 前記並列運転制御部は、並列投入されるポンプを第２加減速手段を解して締切り周波数まで加速する手段と、
   第３加減速手段を介して締切り周波数から並列投入完了後に到達するポンプ周波数（並列目標周波数）まで加速する手段と、
   並列投入完了後前記第２ポンプの制御を第１ポンプの圧力制御に切替える手段とを有し、
   前記第２ポンプを前記第２加減速手段を介して締切り周波数まで加速して待機させ、第３加減速手段を介して並列目標周波数まで加速すると同時に前記記第１ポンプは並列目標周波数まで減速させ、
   並列目標周波数に減速が完了後、第２ポンプの制御を第１ポンプの制御に切替えることを特徴とする請求項１記載のポンプ並列運転制御装置。
3. 前記並列運転制御部は、前記ＰＩ制御器の並列運転中の出力値である並列運転出力値を記憶する手段と、
   第２ポンプの指令周波数を前記並列運転出力値に切替える手段と、
   前記並列運転出力値を調整可能な前記第３加減速手段を介して締切り周波数まで減速させる手段とを有し、
   前記第３加減速手段で第２ポンプを締切り周波数まで減速すると同時に、第１ポンプを解列完了後に到達するポンプ周波数（解列目標周波数）まで加速することを特徴とする請求項１記載のポンプ並列運転制御装置。
4. 前記第１〜第３の加減速手段はあらかじめシミュレーションで求めた値を使用し、切替えることを特徴とする請求項２記載のポンプ並列運転制御装置。
5. 圧力を設定圧力になるようＰＩ制御する圧力制御部と、並列投入および解列を制御する並列運転制御で構成され、並列に接続されたポンプのモータを駆動するインバータへの指令を生成するポンプ並列運転制御装置の制御方法において、
   設定圧力とポンプ圧力の偏差をＰＩ制御処理をするステップと、
   前記ＰＩ制御処理の結果に基づいてインバータの第１目標周波数を生成するステップと、
   運転中の第１ポンプに待機中の第２ポンプを並列投入して並列運転をする場合、および並列運転中のポンプから任意のポンプ1台を解列する場合に、あらかじめ計算で求めておいた周波数と並列投入前または解列前の運転周波数の差を、時間調整が可能な第１加減速手段を介して前記ＰＩ制御の積分値に加算（並列運転制御時）または減算（解列運転制御時）するステップを備えたことを特徴とするポンプ並列運転制御装置の制御方法。

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