JP2008274761A - ポンプ制御装置、ポンプ制御方法、およびポンプ制御プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】複数の並列ポンプによる配水圧力制御中に停止しているポンプを追起動した際、配水圧力の変動を抑制することができるポンプ制御装置を提供する。
【解決手段】ポンプ制御装置１は、既にポンプが運転中に少なくとも１つのポンプを追起動制御する際に、目標とする配水圧力設定値と配水圧力計測値との配水圧力偏差値を監視し、配水圧力偏差値が規定した配水圧力偏差設定値を超えるか否かを判定し、配水圧力偏差値が配水圧力偏差設定値を超えないとき追起動ポンプの回転速度を現状よりも増加させ、配水圧力偏差値が配水圧力偏差設定値を超えるとき追起動ポンプの回転速度を現状維持とする追起動ポンプ回転速度制御部７を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、配水池からポンプにより配管を通して需要家などへ上水を供給するために設置される複数の並列ポンプの運転制御をするポンプ制御装置、ポンプ制御方法、およびポンプ制御プログラムに関する。

ポンプ制御装置は、需要家などへ安定的に配水するために、配水圧力を一定制御することが重要となっている。複数の並列ポンプによる圧力制御中にメンテナンスなどを目的としたポンプの掛け替えや台数制御などによるポンプ運転台数の増減をすると、配水圧力が大きく変動する場合がある。このため、従来では、複数のポンプが運転中にポンプを追起動する際に、急激な圧力変動を抑止するように、追起動したポンプの回転速度（回転数ともいい、単位時間当たりに物体が回転する速さをいう。）を徐々にあげる方法や、圧力制御による演算結果を通常時の何倍かで制御させる方法などがとられる。

また、ポンプ制御装置は、停電などが発生した際に、配水圧力の急激な変動を抑止しながら停電前の状態に復旧する場合には、当初ポンプを１台運転し、所定時間内ではポンプの配水圧力の目標値を下げる方法（例えば、特許文献１参照）、停電前の状態を予め記憶しておき、復電後停電前の状態を目標値として制御する方法（例えば、特許文献２参照）の技術が開示されている。
特開２０００−９７１６０号公報 特開２００６−６３８４２号公報

複数の並列ポンプによる圧力制御中に停止しているポンプを追起動した際、追起動したポンプの回転速度を徐々にあげる方法においても、目標回転速度への設定時間によっては圧力変動が大きくなることがある。また、すでに運転している他ポンプの圧力制御で抑制することができないことがある。

本発明は、前記の課題を解決するための発明であって、複数の並列ポンプによる配水圧力制御中に、停止しているポンプを追起動した際に、または、運転しているポンプを停止動作した際に、配水圧力の変動を抑制することができるポンプ制御装置、ポンプ制御方法、およびポンプ制御プログラムを提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、ポンプ制御装置は、少なくとも１つのポンプを追起動制御する際に、配水圧力計測値と目標とする配水圧力設定値との配水圧力偏差値を監視し、配水圧力偏差値が規定した配水圧力偏差設定値を超えるか否かを判定し、配水圧力偏差値が配水圧力偏差設定値を超えないとき追起動ポンプの回転速度を現状よりも増加させ、配水圧力偏差値が配水圧力偏差設定値を超えるとき追起動ポンプの回転速度を現状維持とする回転速度制御部（例えば、追起動ポンプ回転速度制御部７）を有することを特徴とする。

このような構成によれば、複数の並列ポンプによる圧力制御中に停止しているポンプを追起動した際、追起動したポンプ回転速度を起動回転速度から制御目標回転速度に向け徐々に増加させていくと同時に目標圧力設定値と実圧力計測値の圧力偏差がある規定した圧力偏差設定値を超えた場合、追起動したポンプ回転速度の増加を一旦止め現状の回転速度で固定し、圧力調節器にてもともと運転しているポンプの回転速度制御により偏差が回復したのを確認し、追起動したポンプ回転速度の増加を再開させることができる。

また、ポンプ制御装置は、複数のポンプが運転中に少なくとも１つのポンプを停止制御する際に、目標とする配水圧力設定値と配水圧力計測値との配水圧力偏差値を監視し、配水圧力偏差値が規定した配水圧力偏差設定値を超えるか否かを判定し、配水圧力偏差値が配水圧力偏差設定値を超えないとき停止制御中のポンプの回転速度を現状よりも減少させ、配水圧力偏差値が配水圧力偏差設定値を超えるとき、停止制御中のポンプの回転速度を現状維持とする回転速度制御部を有することを特徴とする。
その他の手段については、後記する。

本発明によれば、複数の並列ポンプによる配水圧力制御中に、停止しているポンプを追起動した際に、または、運転しているポンプを停止動作した際に、配水圧力の変動を抑制することができる。

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明のポンプ制御装置を示す構成図である。図１に示すように、上水供給システムは、配水池１１から需要家に上水を供給する配水網１０に可変速駆動装置８を備える複数台の並列接続されたポンプ２０を設け、各ポンプ２０の運転制御を行うポンプ制御装置１を備える。

ポンプ制御装置１は、目標圧力設定器２の設定値と圧力計９の圧力計測値との偏差から制御目標回転速度Ｎｓ（図２参照）を演算する圧力調節器３と、追起動するポンプの回転速度を制御する追起動ポンプ回転速度制御部７と、圧力調節器３および追起動ポンプ回転速度制御部７からの制御系統を切替える目標回転速度切替器５と、目標回転速度切替器５で切替えられた回転速度を制御する回転速度制御器６とを備える。

目標回転速度切替器５は、通常の圧力制御のときには圧力調節器３で演算された制御目標回転速度Ｎｓを、回転速度制御器６に与え、追起動ポンプ回転速度制御のときには追起動ポンプ回転速度制御部７による目標回転速度を回転速度制御器６に与える切替え機能を有する。

追起動ポンプ回転速度制御部７は、目標圧力設定器２の目標圧力値Ｐｓｖ（図２参照）と圧力計９の圧力計測値Ｐ（図２参照）の圧力偏差を算出する圧力偏差部７１と、規定の圧力偏差を設定する規定圧力偏差設定部７２と、圧力偏差部７１と規定圧力偏差設定部７２とに基づいて追起動ポンプ回転速度を設定する追起動ポンプ回転速度設定部７３を備える。

追起動ポンプ回転速度制御部７は、圧力制御中に停止しているポンプ２０を起動した際、追起動したポンプ回転速度を起動回転速度から制御目標回転速度Ｎｓと同等の回転速度になるまでの間に実行される追起動ポンプの回転速度を制御する。なお、追起動ポンプ回転速度制御部７は、具体的には、プログラムに従って動作する情報処理装置のＣＰＵ（Central Processing Unit）によって実現してもよい。

図２は、追起動ポンプ回転速度制御処理を含むポンプ制御処理を示すフローチャートである。図１を参照して説明する。図２には、ポンプ制御処理として、ポンプ２０の圧力制御処理（ステップＳ３０，Ｓ３６）と、追起動ポンプ回転速度制御処理（ステップＳ３１〜ステップＳ３５）とが含まれている。追起動ポンプ回転速度制御処理は、追起動ポンプ回転速度制御部７により、追起動ポンプによる圧力変動を抑制しながら制御目標回転速度Ｎｓまで、一定の時間変化幅ΔＴおよび一定の回転速度変化幅ΔＮに従いポンプ２０の回転速度を増加させる処理である。なお、ステップＳ３０のポンプ２０の圧力制御処理は既存の圧力制御処理である。以下、図１を随時参照して説明する。

圧力調節器３が、ポンプ２０（例えば、Ｐ１）の起動を指令すると、起動するポンプ以外に他のポンプ２０（例えば、Ｐ２〜Ｐ５）による圧力制御中（他ポンプ運転中）であるか否かを判定する（ステップＳ３０）。他のポンプ２０（例えば、Ｐ２〜Ｐ５）が運転中であれば（ステップＳ３０，Ｙｅｓ）、ステップＳ３１へ進む。他のポンプ２０（例えば、Ｐ２〜Ｐ５）が運転中でなければ（ステップＳ３０，Ｎｏ）、ポンプ２０（例えば、Ｐ２〜Ｐ５）の圧力制御処理をする（ステップＳ３６）。

ステップＳ３１において、追起動ポンプ回転速度設定部７３は、追起動したポンプ２０の回転速度（自回転速度）が制御目標回転速度Ｎｓとほぼ等しいか否か（所定の範囲内に入っているか否か）を判定する。追起動したポンプ２０の回転速度（自回転速度）が制御目標回転速度Ｎｓとほぼ等しくない場合は（ステップＳ３１，Ｎｏ）、ステップＳ３２へ進む。制御目標回転速度Ｎｓとほぼ等しい場合は（ステップＳ３１，Ｙｅｓ）、ステップＳ３６へ進む。なお、ほぼ等しいとは、所定の範囲内に入っていることを意味する。

ステップＳ３２において、追起動ポンプ回転速度設定部７３は、回転速度を設定する。回転速度は、図２の吹き出しに示すように、階段状に回転速度を増加する設定であり、一定の時間変化幅ΔＴ、一定の回転速度変化幅ΔＮに従いポンプ２０の回転速度を増加させる処理である。圧力制御中である場合、追起動したポンプ回転速度に対する出力値を回転速度変化幅ΔＮ増し、時間変化幅ΔＴ後、また回転速度変化幅ΔＮ増加させるように徐々に回転速度を増加させる。

そして、追起動ポンプ回転速度設定部７３は、圧力偏差（圧力計測値Ｐ−目標圧力値Ｐｓｖ）が規定圧力偏差設定部７２で設定された圧力偏差設定値ΔＰを超えるか否かを判定する（ステップＳ３３）。圧力偏差が圧力偏差設定値ΔＰを超える場合（ステップＳ３３，Ｙｅｓ）、ステップＳ３４へ進み、圧力偏差が圧力偏差設定値ΔＰを超えない場合（ステップＳ３３，Ｎｏ）、ステップＳ３１へ戻る。

ステップＳ３４において、追起動ポンプ回転速度設定部７３は、回転速度を現状に維持し、圧力偏差が復帰したか否か（圧力偏差が圧力偏差設定値ΔＰ以下であるか否か）を判定する（ステップＳ３５）。圧力偏差が復帰した場合（ステップＳ３５，Ｙｅｓ）、ステップＳ３１へ戻る。圧力偏差が復帰しない場合（ステップＳ３５，Ｎｏ）、ステップＳ３４へ戻る。

なお、制御目標回転速度Ｎｓ、圧力計測値Ｐ、および目標圧力値Ｐｓｖは、瞬時値でもよいし、制御の安定性の観点から移動平均を使用してもよい。

本実施形態では、まず追起動したポンプが他ポンプによる圧力制御中であるか否か判定し、圧力制御中である場合、追起動したポンプ回転速度に対する出力値をΔＮ増し、一定時間ΔＴ後、またΔＮ増させるように徐々に回転速度を増加させる。同時に、圧力計測値Ｐと目標圧力値Ｐｓｖとの圧力偏差値を監視し、圧力偏差値が規定された圧力偏差設定値を超えるか否かを判定し、圧力偏差値が圧力偏差設定値を超えたとき、すなわち圧力が上がった状態を判断し、追起動したポンプ回転速度出力値を現状維持とする。他ポンプの圧力制御により圧力偏差値が復帰した後、追起動したポンプ回転速度の増加を再開させる。本処理は、追起動したポンプ回転速度が制御目標回転速度と同等になるまで繰り返す。これにより、複数の並列ポンプによる圧力制御中に、停止しているポンプを追起動した際、配水圧力の変動を抑制することができる。

図３は、追起動時の動作例を示すタイムチャートである。図３には、追起動したポンプ回転速度を起動回転速度から圧力制御ＰＩ演算結果である揃速の制御目標回転速度Ｎｓに接続するまでの「圧力−時間」及び「回転速度−時間」を示しており、図３（ａ）は圧力偏差を監視せず回転速度を徐々に増加させた場合の比較例の動作例のタイムチャートであり、図３（ｂ）は、本発明による回転速度制御方法を用いた場合の動作例のタイムチャートである。なお、ＰＩ演算とは、比例動作と積分動作を組み合わせた演算をいう。また、圧力は、揚程（単位：ｍ）で表し、上水を供給する圧力（水圧）を意味する。

図３（ａ）に示すように、追起動ポンプ回転速度制御を、回転速度を徐々に増加させたとき、制御圧力変動は大きく変動している。これに対して、図３（ｂ）に示すように、圧力偏差（圧力計測値Ｐ−目標圧力値Ｐｓｖ）が圧力偏差設定値ΔＰを超える場合に、追起動ポンプの回転速度を現状維持し、圧力偏差が圧力偏差設定値ΔＰ以下になると、回転速度を徐々に増加させる。これにより、比較例の手法に比べて圧力変動が抑制されている。

本発明の実施形態によれば、追起動したポンプ回転速度を増加させた際に圧力制御による他ポンプ回転速度制御で抑えられない圧力変動を早期に認識し、更なる圧力変動の要因となる追起動したポンプ回転速度の増加を止め、圧力制御の外乱を極力少なくすることで、比較例の手法に比べて圧力変動及び圧力制御によるハンチング(制御応答結果が振動すること)を極力抑えることができる。

図４は、追停止時の動作例を示すタイムチャートである。図４は、本発明による追起動ポンプの回転速度制御方法を停止時に適用した場合であり、ポンプ追起動時だけでなくポンプ停止時においても有効な手段となる。図４に示すように、圧力偏差を監視せず回転速度を徐々に増加させた場合の比較例（点線）の動作例とともに、本発明による動作例のタイムチャートを示している。圧力偏差（目標圧力値Ｐｓｖ−圧力計測値Ｐ）が、圧力偏差設定値ΔＰを超える場合に追停止ポンプの回転速度を現状維持し、圧力偏差が圧力偏差設定値ΔＰ以下になると回転速度を徐々に減少させる。これにより、比較例の手法に比べて圧力変動が抑制されている。

本発明の実施形態によれば、追停止するポンプ回転速度を減少させた際に圧力制御による他ポンプ回転速度制御で抑えられない圧力変動を早期に認識し、更なる圧力変動の要因となる追停止するポンプ回転速度の減少を止め、圧力制御の外乱を極力少なくすることで、比較例の手法に比べて圧力変動及び圧力制御によるハンチングを極力抑えることができる。

本発明による回転速度制御方法は、複数の並列ポンプの運転制御を実施するポンプ制御装置に適用することができ、特に圧力変化が予想できない需要家への直接配水を担うプラントでの効果が最も期待できる。

本発明のポンプ制御装置を示す構成図である。 追起動ポンプ回転速度制御処理を含むポンプ制御処理を示すフローチャートである。 追起動時の動作例を示すタイムチャートである。 追停止時の動作例を示すタイムチャートである。

符号の説明

１ ポンプ制御装置
２ 目標圧力設定器
３ 圧力調節器
５ 目標回転速度切替器
６ 回転速度制御器
７ 追起動ポンプ回転速度制御部
７１ 圧力偏差部
７２ 規定圧力偏差設定部
７３ 追起動ポンプ回転速度設定部
８ 可変速駆動装置
９ 圧力計
１０ 配水網
１１ 配水池
２０ ポンプ

Claims (6)

1. 配水池から需要家に上水を供給する配水網に設置された複数のポンプを制御するポンプ制御装置であって、
   少なくとも１つのポンプを追起動制御する際に、配水圧力計測値と目標とする配水圧力設定値との配水圧力偏差値を監視し、前記配水圧力偏差値が規定した配水圧力偏差設定値を超えるか否かを判定し、前記配水圧力偏差値が前記配水圧力偏差設定値を超えないとき追起動ポンプの回転速度を現状よりも増加させ、前記配水圧力偏差値が前記配水圧力偏差設定値を超えるとき前記追起動ポンプの回転速度を現状維持とする回転速度制御部を有する
   ことを特徴とするポンプ制御装置。
2. 配水池から需要家に上水を供給する配水網に設置された複数のポンプを制御するポンプ制御装置であって、
   複数のポンプが運転中に少なくとも１つのポンプを停止制御する際に、目標とする配水圧力設定値と配水圧力計測値との配水圧力偏差値を監視し、前記配水圧力偏差値が規定した配水圧力偏差設定値を超えるか否かを判定し、前記配水圧力偏差値が前記配水圧力偏差設定値を超えないとき停止制御中のポンプの回転速度を現状よりも減少させ、前記配水圧力偏差値が前記配水圧力偏差設定値を超えるとき、前記停止制御中のポンプの回転速度を現状維持とする回転速度制御部を有する
   ことを特徴とするポンプ制御装置。
3. 配水池から需要家に上水を供給する配水網に設置された複数のポンプを制御するポンプ制御装置を用いたポンプ制御方法であって、
   前記ポンプ制御装置は、少なくとも１つのポンプを追起動制御する際に、配水圧力計測値と目標とする配水圧力設定値との配水圧力偏差値を監視し、前記配水圧力偏差値が規定した配水圧力偏差設定値を超えるか否かを判定し、前記配水圧力偏差値が前記配水圧力偏差設定値を超えないとき追起動ポンプの回転速度を現状よりも増加させ、前記配水圧力偏差値が前記配水圧力偏差設定値を超えるとき前記追起動ポンプの回転速度を現状維持とする
   ことを特徴とするポンプ制御方法。
4. 配水池から需要家に上水を供給する配水網に設置された複数のポンプを制御するポンプ制御装置を用いたポンプ制御方法であって、
   前記ポンプ制御装置は、複数のポンプが運転中に少なくとも１つのポンプを停止制御する際に、目標とする配水圧力設定値と配水圧力計測値との配水圧力偏差値を監視し、前記配水圧力偏差値が規定した配水圧力偏差設定値を超えるか否かを判定し、前記配水圧力偏差値が前記配水圧力偏差設定値を超えないとき停止制御中のポンプの回転速度を現状よりも減少させ、前記配水圧力偏差値が前記配水圧力偏差設定値を超えるとき前記停止制御中のポンプの回転速度を現状維持とする
   ことを特徴とするポンプ制御方法。
5. 配水池から需要家に上水を供給する配水網に設置された複数のポンプを制御するポンプ制御プログラムであって、
   コンピュータに、少なくとも１つのポンプを追起動制御する際に、配水圧力計測値と目標とする配水圧力設定値との配水圧力偏差値を監視するステップと、前記配水圧力偏差値が規定した配水圧力偏差設定値を超えるか否かを判定するステップと、前記配水圧力偏差値が前記配水圧力偏差設定値を超えないとき追起動ポンプの回転速度を現状よりも増加するステップと、前記配水圧力偏差値が前記配水圧力偏差設定値を超えるとき前記追起動ポンプの回転速度を現状維持するステップとを
   実行させるためのポンプ制御プログラム。
6. 配水池から需要家に上水を供給する配水網に設置された複数のポンプを制御するポンプ制御プログラムであって、
   コンピュータに、複数のポンプが運転中に少なくとも１つのポンプを停止制御する際に、目標とする配水圧力設定値と配水圧力計測値との配水圧力偏差値を監視するステップと、前記配水圧力偏差値が規定した配水圧力偏差設定値を超えるか否かを判定するステップと、前記配水圧力偏差値が前記配水圧力偏差設定値を超えないとき停止制御中のポンプの回転速度を現状よりも減少するステップと、前記配水圧力偏差値が前記配水圧力偏差設定値を超えるとき前記停止制御中のポンプの回転速度を現状維持とするステップとを
   実行させるためのポンプ制御プログラム。

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