JP2007187067A - Water supply device for automatically adjusting pump stop rotating speed - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ポンプ回転速度を変化させて圧力制御を行う給水装置における運転制御の技術に関する。 The present invention relates to a technique for operation control in a water supply apparatus that performs pressure control by changing a pump rotation speed.
給水装置においては、インバータ等を用いてポンプ回転速度を変化させ、圧力制御(圧力一定制御)を行う手法がある。この場合、水量が少なくなったときのポンプ停止判断をフロースイッチ等の機械的接点にて過少水量を検知してポンプを停止させる方法が一般的である。しかし、機械的接点では、接点間への異物の混入や劣化等により、過少水量であるにもかかわらずポンプが停止しないで、水温が過熱し事故を引き起こす例が出ている。 In the water supply apparatus, there is a method of performing pressure control (constant pressure control) by changing the pump rotation speed using an inverter or the like. In this case, a general method for determining whether to stop the pump when the amount of water is low is to stop the pump by detecting an insufficient amount of water using a mechanical contact such as a flow switch. However, with mechanical contacts, there are cases where the pump does not stop even though the amount of water is too small due to foreign matter mixing or deterioration between the contacts, and the water temperature overheats causing an accident.
そこで、フロースイッチを利用するのではなく、ポンプ回転速度により停止判断を行う方法が取られている。圧力一定制御を行う場合、水量が少なくなると、それに従いポンプ回転速度が低くなるので、ある回転速度以下になると過少水量と判断してポンプを停止させる方法である。 Therefore, a method is adopted in which stop determination is made based on pump rotation speed instead of using a flow switch. When performing constant pressure control, the pump rotation speed decreases as the water volume decreases. Therefore, when the rotation speed is lower than a certain rotation speed, it is determined that the water volume is too low and the pump is stopped.
例えば、特許文献1には、高価なフロースイッチを用いることなく、水量ゼロの締切運転状態を検出して、小水量停止動作に入ることのできる給水装置が開示されている。また、特許文献2には、ポンプ運転周波数と配管圧力とを判断するだけで少水量停止を行う給水システムが開示されている。特許文献3には、ポンプの始動圧力及び停止圧力を一度設定すれば、ポンプの磨耗等によって供給圧力が停止圧力より低下しても自動的に調節することができる自動給水方法が開示され、特許文献4には、ポンプの始動圧を一度設定すれば、ポンプの磨耗等によって停止圧力が変化しても、停止圧力と始動圧力との差圧を自動的に調整する自動給水装置が開示されている。
しかし、上記のポンプ回転速度により停止判断を行う方法だとポンプの据付状況(ポンプ吸込み側の条件等)により、停止判断を行うポンプ回転速度は違ってくるので、現地据付後に調整を行うことが必要であり、また、ポンプの経年劣化によってもポンプ回転速度が違ってくるので一定期間経過後に再調整を行う必要があり、調整に手間のかかるものとなっている。また、調整ミスが生じた場合は過熱事故を引き起こしてしまう。 However, with the above method for determining stoppage based on the pump rotation speed, the pump rotation speed at which stop determination is made depends on the pump installation status (conditions on the pump suction side, etc.). In addition, since the pump rotational speed varies depending on the deterioration of the pump over time, it is necessary to readjust after a certain period of time, and adjustment takes time. Also, if an adjustment error occurs, an overheating accident will occur.
本発明の目的は、停止判定をポンプ回転速度により行う給水装置において、現地据付後および一定期間後に行う停止回転速度の調整を行わなくても良いようにし、停止判定の信頼性を向上させることである。 An object of the present invention is to improve the reliability of stop determination by making it unnecessary to adjust the stop rotation speed performed after on-site installation and after a certain period in a water supply apparatus that performs stop determination at the pump rotation speed. is there.
上記目的を達成する為に、本発明では、ポンプと、該ポンプの吐出側の圧力を検知する圧力センサと、該圧力センサの信号を入力し、ポンプ回転速度を変化させて圧力制御を行う制御盤とからなる給水装置において、該制御盤は、該圧力制御に使用する目標圧力値を入力する圧力設定器と、該圧力センサの入力値から圧力を計算する圧力計算器と、該目標圧力値になるように該ポンプ回転速度を変化させる回転速度変換器と、該ポンプ回転速度と停止回転速度とを比較しポンプ停止を判断する運転制御器とを有し、該ポンプの据付状況に対応させて該停止回転速度を自動で調整するオートチューニング機能を備えていることを特徴とする。 In order to achieve the above object, in the present invention, a pump, a pressure sensor for detecting the pressure on the discharge side of the pump, and a control for performing pressure control by inputting a signal of the pressure sensor and changing a pump rotation speed In the water supply apparatus comprising a panel, the control panel includes a pressure setter for inputting a target pressure value used for the pressure control, a pressure calculator for calculating a pressure from the input value of the pressure sensor, and the target pressure value A rotation speed converter that changes the pump rotation speed so that the pump rotation speed is compared, and an operation controller that compares the pump rotation speed and the stop rotation speed to determine whether the pump is stopped. And an automatic tuning function for automatically adjusting the stop rotational speed.
本発明を用いれば、停止判定にフロースイッチ等の機械的接点を使用しないので信頼性を向上させることができ、かつ、停止判定回転速度の調整などの手間を省き、調整ミスや定期調整忘れ等の人為的ミスを防ぐことができる。 By using the present invention, reliability is improved because a mechanical contact such as a flow switch is not used for stop determination, and trouble such as adjustment of stop determination rotation speed is omitted, adjustment errors, forgetting periodic adjustment, etc. Can prevent human error.
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
本発明の実施の形態では、ポンプの回転速度を変えるためにインバータを使用する。インバータに使用しているマイクロコンピュータにポンプ吐出側に設置した圧力センサの信号を入力し、該マイクロコンピュータにて該ポンプの吐出圧力と回転速度を制御させる。オートチューニングのアルゴリズムは、プログラム化して該マイクロコンピュータに搭載させる。また、調整した停止回転速度を保持させるための記憶素子を使用し、マイクロコンピュータは、該停止回転速度を更新すると該記憶素子に調整値を書込み、電源遮断時でも調整値は保持できるようにする。以下に、本発明の実施例を図1〜図4により説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
In the embodiment of the present invention, an inverter is used to change the rotational speed of the pump. A signal from a pressure sensor installed on the pump discharge side is input to the microcomputer used in the inverter, and the discharge pressure and rotation speed of the pump are controlled by the microcomputer. The auto-tuning algorithm is programmed and installed in the microcomputer. Further, a memory element for holding the adjusted stop rotation speed is used, and the microcomputer writes the adjustment value to the storage element when the stop rotation speed is updated so that the adjustment value can be held even when the power is shut off. . Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.
図1に、本発明の実施例1の給水装置の構成図を示す。1は商用電源で電源を供給する。2,3はポンプコントロール機能を内蔵したインバータでポンプ6,8の駆動し、周波数を変えることにより自在に該ポンプ回転数を変化させることができる。給水装置は、通常1台故障した場合の予備として2台のポンプで構成しており、ポンプ6,8より送られる水は逆止弁7,9を介して合流管10を通して給水される。合流管10には、圧力脈動吸収およびポンプ始動時の圧力低下を抑えるため、圧力タンク11を取り付けている。また、圧力を検知するため、圧力センサ12を取り付け、その圧力信号は、ケーブル4により各インバータへ伝送する。5は、該インバータの状態を相手側へ送るための配線であり、該配線5により相手側の状態を監視して自ポンプの運転判断および故障時には自動バックアップを行う。
In FIG. 1, the block diagram of the water supply apparatus of Example 1 of this invention is shown. 1 is a commercial power supply.
図2に、該インバータの構成図を示す。該インバータには、出力周波数や電流値などを表示し、目標圧力などを設定するためのオペレータ13を装備させる。該オペレータ13は、MCU(マイクロコンピュータユニット)15により操作し、オペレータ13より設定値の変更があると、該MCU15は記憶素子であるEEPROM14に設定値を記憶させ保存する。その他、記憶させたい値があった場合には、該EEPROM14に、その値を記憶させることができる。該MCU15は、装備しているA/D変換器に圧力センサの圧力信号を入力して圧力値を計算して圧力値が該目標圧力で一定となるように自ポンプの回転数を制御し、相手側インバータの状態を監視しながら自ポンプの運転を制御する。また、同時に相手側インバータへ自インバータの状態を出力する。該インバータのパワー部は、商用電源からの交流波形をコンバータ部16にて整流してコンデンサ17によりリプルを吸収し直流を生成したのち、該MCU15がスイッチング素子(トランジスタ)18をオン/オフさせることによって任意の周波数を生成し、該ポンプの回転速度を変化させることができる構成である。
FIG. 2 shows a configuration diagram of the inverter. The inverter is equipped with an
使用水量が少なくなれば運転を停止させるが、この過少水量停止の判断にはポンプの回転速度を用いている。その他、水量計やフロースイッチを用いる方法があるが、水量計は高価であり、フロースイッチは機械的接点の為、故障の可能性が高い。図3にポンプ特性(水量と吐出圧力の関係図)のポンプ回転数による変化を示す。図中の仕様点は顧客の要求仕様(水量Qmax、圧力Haim)であり、該仕様点より、それを満足するポンプ回転速度Nmaxが決定される。このHaimを目標圧力と設定し、吐出圧力がHaimとなるように水量に応じてポンプ回転速度を変化させる。図中に示している通り、ポンプ特性カーブは、NmaxからN1、N2と変化するにつれて一様に下がる傾向にある。この場合の運転点は、目標圧力Haimの吐出圧力一定制御を行っているので図中の特性カーブとHaimの交点になる。よって、水量がQmaxからQ1、Q2と少なくなるにつれ、ポンプ回転速度は下がっていくことになる。この特性を利用し、ポンプ回転速度がNsまで下がった場合は、過少水量Qsであると判断してポンプを停止させる。 The operation is stopped when the amount of water used decreases, but the rotational speed of the pump is used to determine the stop of the excessive water amount. In addition, there is a method using a water meter or a flow switch, but the water meter is expensive and the flow switch is a mechanical contact point, so there is a high possibility of failure. FIG. 3 shows changes in pump characteristics (relationship between water volume and discharge pressure) depending on the pump rotation speed. The specification point in the figure is the customer's required specification (water quantity Qmax, pressure Haim), and the pump rotational speed Nmax that satisfies the specification point is determined from the specification point. This Haim is set as a target pressure, and the pump rotation speed is changed according to the amount of water so that the discharge pressure becomes Haim. As shown in the figure, the pump characteristic curve tends to decrease uniformly as Nmax changes from N1 to N1. The operating point in this case is the intersection of the characteristic curve and Haim in the figure because the discharge pressure constant control of the target pressure Hai is performed. Therefore, as the amount of water decreases from Qmax to Q1 and Q2, the pump rotation speed decreases. Using this characteristic, when the pump rotation speed falls to Ns, it is determined that the amount of water is too small Qs and the pump is stopped.
このようにポンプ回転速度を過少水量停止判断に用いる場合、その停止回転速度Nsを決定し、設定しておくことが必要になる。しかし、ポンプ特性曲線は、現地でのポンプ据付状況(吸込揚程)により異なってくるため、Nsの決定は現地で行うことになり、さらにポンプの経年劣化を考慮して一定期間後には再調整を行う必要があるなど、非常に手間のかかるものとなる。また、Nsの決定を間違うと過少水量にも関わらずポンプが停止せず、水が過熱して過熱事故を生じてしまうなどの危険を含んでいる。 Thus, when the pump rotation speed is used for the determination of the stop of the excessive water amount, it is necessary to determine and set the stop rotation speed Ns. However, since the pump characteristic curve varies depending on the pump installation situation (suction lift) at the site, Ns must be determined locally, and after a certain period of time, readjustment should be made in consideration of pump aging. It will be very time-consuming to do. In addition, if Ns is wrongly determined, there is a risk that the pump will not stop in spite of the insufficient amount of water and the water will overheat causing an overheating accident.
上記問題を解決するため、該停止回転速度のオートチューニング機能をプログラム化して該MCUに搭載する。そのフローチャートを図4に示す。特徴は過少水量探索運転を用いることである。過少水量探索運転とは、ポンプ回転速度を吐出圧力一定制御とは関係なく意図的に上下させ、そのときの圧力の低下具合を見ることにより水の使用量を推測する方法である。具体的には、ポンプ回転速度を一旦上げて吐出圧力を少しだけ上昇させ、その後、上げる前の回転速度まで落とし、ある一定時間(数秒)の間に圧力低下が規定値以内であれば、過少水量と判断し、ポンプを停止させる方法である。圧力の低下度合と水の使用度合は相関しているので、この方法による過少水量判断は有効であると考える。 In order to solve the above problem, the auto-tuning function of the stop rotational speed is programmed and installed in the MCU. The flowchart is shown in FIG. A feature is to use a search operation with a low water amount. The excessive water amount search operation is a method of estimating the amount of water used by intentionally increasing or decreasing the pump rotation speed regardless of the constant discharge pressure control and observing the pressure drop at that time. Specifically, once the pump rotation speed is increased to slightly increase the discharge pressure, then the discharge pressure is decreased to the rotation speed before the increase, and if the pressure drop is within the specified value within a certain time (several seconds), it is too low. This is a method of judging the amount of water and stopping the pump. Since the degree of pressure drop and the degree of water use are correlated, it is considered effective to determine the amount of water under this method.
この過少水量探索運転を、過熱を生じない時間間隔で常に行えば良いのだが、この過少水量探索運転中は圧力変動を生じることになるので頻繁には行えない。よって、過少水量探索運転を利用して停止回転速度の調整を行う。
据付後の初期運転開始時(ステップ4000)は、停止回転速度が決まっていない状態である(ステップ4010)。この場合、時間を計測し(ステップ4030)、ある一定時間T(過熱を生じない時間に設定)だけ経過後に(ステップ4050)必ず過少水量探索運転を行い(ステップ4060)、このときの結果を用いて、とりあえず停止回転速度を設定する。過少水量判定で(ステップ4070)過少水量と判断されれば、その過少水量探索運転を行った[ポンプ回転速度+α]を停止回転速度と設定し(ステップ4080)、過少水量と判断されなければ[該ポンプ回転速度−α]を停止回転速度に設定する(ステップ4090)。このαは裕度であり、使用するポンプの最高回転速度により決まる値である。なお、このとき設定する停止回転速度は商用電源が遮断されたときでも記憶しておくようにEEPROMに保存させる(ステップ4100)。次回に過少水量探索運転を行う契機は、ポンプ回転速度が該停止回転速度以下である時間を計測して(ステップ4020)該計測時間が時間Tだけ経過することとし(ステップ4040)、該停止回転速度以上では過少水量探索運転をしないようにする。この方法を用いることにより、最初に止まるまでは過少水量探索運転を頻繁に行うようになるが、それ以後は停止回転速度が決定するので過少水量探索運転は過少水量時のみ行うこととなる。
It is sufficient to always perform the underwater amount search operation at a time interval that does not cause overheating. However, during this underwater amount search operation, pressure fluctuation occurs, and therefore it cannot be performed frequently. Therefore, the stop rotational speed is adjusted using the excessive water amount search operation.
At the start of initial operation after installation (step 4000), the stop rotational speed is not determined (step 4010). In this case, the time is measured (step 4030), and after a certain period of time T (set to a time that does not cause overheating) has elapsed (step 4050), an excessive water amount search operation is always performed (step 4060), and the result at this time is used. Set the stop rotation speed for the time being. If it is determined that the amount of water is too small (step 4070), [pump rotation speed + α] in which the water amount search operation is performed is set as the stop rotation speed (step 4080). The pump rotation speed -α] is set to the stop rotation speed (step 4090). This α is a tolerance and is a value determined by the maximum rotation speed of the pump to be used. Note that the stop rotational speed set at this time is stored in the EEPROM so as to be stored even when the commercial power supply is shut off (step 4100). The next opportunity to perform the search operation for the insufficient water amount is to measure the time when the pump rotation speed is equal to or lower than the stop rotation speed (step 4020), and the measurement time is elapsed for the time T (step 4040). Do not search for too little water at higher speeds. By using this method, the underwater amount search operation is frequently performed until it stops for the first time. However, since the stop rotational speed is determined thereafter, the underwater amount search operation is performed only at the time of the underwater amount.
また、ポンプの経年劣化により停止回転速度が変化する問題においては、次のように解決する。プログラムでポンプの回転速度を常時監視してポンプの最低回転数を記憶させるようにする。ポンプが経年劣化すればポンプの特性は落ちる為、該最低回転数での運転は行えなくなる。そこで、ポンプ回転速度が該最低回転数にならない時間が一定時間Tr(例えば24時間)だけ経過すれば経年劣化の可能性有りとみなして該停止回転速度を+αするプログラムを構築する。 Moreover, the problem that the stop rotational speed changes due to deterioration of the pump over time is solved as follows. The program constantly monitors the pump speed so that the minimum pump speed is memorized. If the pump deteriorates over time, the characteristics of the pump will deteriorate, so operation at the minimum rotational speed cannot be performed. Therefore, if a time during which the pump rotational speed does not reach the minimum rotational speed has elapsed for a certain time Tr (for example, 24 hours), a program is constructed that considers that there is a possibility of deterioration over time and increases the stop rotational speed by + α.
なお、ポンプが停止して停止回転速度が決定した後は、停止回転速度以下では過少水量探索運転をしないで止めても良いのだが、経年劣化時の停止回転速度の更新や停止回転速度の計算に裕度αを持たせていることを考えると、過少水量探索運転を行った方が確実である。(間違って更新してしまっても、過少水量探索運転により再度修正される)
これらの機能は、設定値および計測時間保存用のEEPROMおよび上記プログラムが搭載されたMCUを用いることにより実現可能である。
After the pump is stopped and the stop rotational speed is determined, it may be stopped without searching for an insufficient amount of water below the stop rotational speed, but updating of the stop rotational speed and calculation of the stop rotational speed during aged deterioration are possible. Considering that the margin α has a tolerance α, it is more certain that the underwater search operation is performed. (Even if it is updated by mistake, it will be corrected again by the low water volume search operation)
These functions can be realized by using an EEPROM for storing set values and measurement time and an MCU in which the above program is mounted.
1 インバータを駆動させるための商用電源
2 インバータ(ポンプコントロール機能内蔵)
3 インバータ(ポンプコントロール機能内蔵)
4 圧力信号伝送ケーブル
5 インバータ運転状態伝送ケーブル
6 ポンプ
7 水の逆流を防ぐ為の逆止弁
8 ポンプ
9 水の逆流を防ぐ為の逆止弁
10 合流管
11 圧力タンク
12 圧力センサ
13 インバータの状態をモニタし、目標圧力などを設定する為のオペレータ
14 設定や計測時間を保存する為の記憶素子(EEPROM)
15 マイクロコンピュータ
16 コンバータ部
17 コンデンサ
18 インバータ部
1 Commercial power supply to drive the
3 Inverter (Built-in pump control function)
4 Pressure signal transmission cable 5 Inverter operation state transmission cable 6 Pump 7 Check valve to prevent backflow of water 8 Pump 9 Check valve to prevent backflow of
15
Claims (4)
該ポンプの吐出側の圧力を検知する圧力センサと、
該圧力センサの信号を入力し、ポンプ回転速度を変化させて圧力制御を行う制御盤とを備えた給水装置において、
該制御盤は、該圧力制御に使用する目標圧力値を入力する圧力設定器と、該圧力センサの入力値から圧力を計算する圧力計算器と、該目標圧力値になるように該ポンプ回転速度を変化させる回転速度変換器と、該ポンプ回転速度と停止回転速度とを比較しポンプ停止を判断する運転制御器とを有し、
該ポンプの据付状況に対応させて該停止回転速度を自動で調整するオートチューニング機能を備えていることを特徴とする給水装置。 A pump,
A pressure sensor for detecting the pressure on the discharge side of the pump;
In a water supply apparatus including a control panel that inputs a signal of the pressure sensor and performs pressure control by changing a pump rotation speed,
The control panel includes a pressure setter for inputting a target pressure value used for the pressure control, a pressure calculator for calculating a pressure from the input value of the pressure sensor, and the pump rotation speed so as to be the target pressure value. A rotation speed converter that changes the pressure, and an operation controller that compares the pump rotation speed and the stop rotation speed to determine pump stop,
A water supply apparatus comprising an auto-tuning function for automatically adjusting the stop rotation speed in accordance with the installation state of the pump.
該オートチューニング機能は、ポンプの経年劣化に応じ、該停止回転速度を自動で調整する機能を備えていることを特徴とする給水装置。 In the water supply apparatus of Claim 1,
The auto-tuning function is provided with a function of automatically adjusting the stop rotation speed in accordance with deterioration of the pump over time.
該制御盤は、ある一定時間ごとに該ポンプの回転速度を目標圧力とは関係なく意図的に上下させることにより水量の使用度合を推定してポンプ停止を判断する過少水量探索機能を有し、
該オートチューニング機能は、該過少水量探索機能を行ったポンプ回転速度と該ポンプ停止の判断により該停止回転速度を調整することを特徴とする給水装置。 In the water supply apparatus of Claim 1 or Claim 2,
The control panel has a function of searching for a small amount of water to estimate pump use stoppage by estimating the degree of use of the amount of water by intentionally raising and lowering the rotation speed of the pump regardless of the target pressure at certain time intervals,
The water supply device characterized in that the auto tuning function adjusts the stop rotation speed based on the pump rotation speed at which the underwater amount search function is performed and the determination of the pump stop.
該オートチューニング機能は、該圧力制御を行っているときの該ポンプ回転速度の最小値を記憶する機能を有し、
該ポンプ回転速度が最小値にならない時間を計測して該時間がある時間だけ継続すると経年劣化と判断し、該停止回転速度を再調整する機能を有することを特徴とする給水装置。 In the water supply apparatus of Claim 2,
The auto tuning function has a function of storing the minimum value of the pump rotation speed when the pressure control is performed,
A water supply apparatus having a function of measuring a time when the pump rotation speed does not become a minimum value and determining that the pump rotation speed is continued for a certain period of time, and re-adjusting the stop rotation speed.
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