JP2009052403A

JP2009052403A - ポンプ装置の制御装置及びその方法

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Publication number: JP2009052403A
Application number: JP2007216936A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Miyamoto; 雅弘宮本; Akihiro Nishino; 彰宏西野
Original assignee: Nidec Shibaura Corp
Current assignee: Nidec Shibaura Corp
Priority date: 2007-08-23
Filing date: 2007-08-23
Publication date: 2009-03-12

Abstract

【課題】バルブの開閉状態に応じてポンプのモータの制御を適切に行なうことができるポンプ装置の制御装置を提供する。
【解決手段】送水側圧力が停止圧力値より低い状態で一定圧力が継続した場合にモータ１４の回転速度を記憶し、この記憶した時間から設定時間Ｔ２の間はモータ１４を減速させ、その設定時間Ｔ２の経過後の送水側圧力を検出し、その状態からバルブ１８の開閉状態を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、井戸ポンプ等に用いられるポンプ装置の制御装置及びその制御方法に関するものである。

従来より、井戸から水を汲み上げるためのポンプ装置が提案されている。

例えば、特許文献１のポンプ装置は、井戸の水中にポンプを入れて水を汲み上げるものであり、特許文献は地上部分にポンプを設置して、井戸から水を汲み上げるものである。
特開２００１−３１１１８３公報特開２００１−１２３４２公報

上記のような従来のポンプ装置においては、バルブを開閉することによりポンプを起動して井戸から水を汲み上げ、それをポンプから送水している。この場合に、ポンプからの送水側圧力を圧力センサによって検出し、送水側圧力が停止設定圧力よりも大きくなればモータを停止し、また、送水側圧力が起動設定圧力よりも小さくなればモータを起動する。

しかしながら、このような制御方法であるとバルブが閉まり切った状態で、モータを運転しても送水側圧力が停止設定圧力に到達せず、モータがいつまでも停止せずに発熱や消費電力が大きくなるという問題点がある。

そこで、本発明は上記問題点に鑑み、バルブの開閉状態に応じてポンプのモータの制御を適切に行なうことができるポンプ装置の制御装置を提供する。

本発明は、ポンプからの水の出力流量を調整するバルブと、前記ポンプを駆動するモータと、前記モータの回転速度を制御する速度制御部と、前記ポンプからの送水側圧力を検出する検出部と、前記検出した圧力が、前記モータを停止させるための停止圧力より低く、かつ、一定圧力であるか否かを判断する一定圧力判断部と、前記停止圧力より低く、かつ、前記一定圧力であると判断した時の前記モータの回転速度を記憶する記憶部と、前記記憶した時から減速設定時間の間、前記回転速度の減速を続ける減速部と、前記減速設定時間後において検出した圧力と、前記記憶時の圧力との差分を求める演算部と、前記差分が閾値より大きいときは前記バルブが開状態であると判断し、また、前記差分が前記閾値より小さいときは前記バルブが閉状態であると判断する判断部と、を有するポンプ装置の制御装置である。

本発明のによればバルブを閉状態にすると、その閉状態を判定してモータを停止させることができる。

以下、本発明の一実施形態のポンプ装置１０について図１〜図６に基づいて説明する。

このポンプ装置１０は、井戸１００から水を汲み上げる井戸ポンプである。

（１）ポンプ装置１０の構成
ポンプ装置１０の構成について図１に基づいて説明する。

ポンプ１２は、井戸３０に挿入された吸水管２８から水を揚水するものであり、モータ１４によって駆動する。

ポンプ１２によって吸水され、吐出された水は送水管１６を通じて送水される。この送水管１６の先には、水の出力流量を調整するための蛇口等のバルブ１８が設けられている。

また、送水管１６の途中には、アキュムレータの役割をするタンク２０と、送水管１６内部の水の圧力を検出する圧力センサ２２が設けられている。

モータ１４は、ブラシレス直流モータであって、モータ駆動回路２４からのＰＷＭ制御によってＯＮ／ＯＦＦ及び回転速度が制御される。

また、ポンプ１２の羽根車の回転軸付近には温度センサ２６が設けられている。

（２）モータ駆動回路２４の構成
モータ駆動回路２４は、上記したようにモータ１４を制御するものである。モータ１４は、上記したようにブラシレス直流モータであって、モータ駆動回路２４は、このモータ１４を、圧力センサ２２からの圧力信号と温度センサ２６からの検出温度に基づいてＯＮ／ＯＦＦ及び回転速度をＰＷＭ制御する。

また、モータ駆動回路２４は、温度センサ２６の検出した温度が例えば３度以下になると、不図示のヒータを作動させ、ポンプ１２の羽根車の回転軸の凍結防止を行なう。

圧力センサ２２に基づくモータ１４の制御については後から説明する。

（３）一定圧力の検出方法
まず、図２に基づいてモータ駆動回路２４が、送水管１６から吐出される水の圧力が一定か否かを検出する場合について説明する
圧力センサ２２は、送水管１６内部の送水側圧力を、一定周期（数１０ｍ秒から数１００ｍ秒単位）で検出している。その検出状態の時間的変化を図２（ａ）に示す。

この検出した送水側圧力から、送水側圧力が増加または減少したかを示す圧力変化量を求める。その圧力変化量の時間的変化を示したものが図２（ｂ）に示す。

この圧力変化量の変化が±Ｐ１の範囲に所定時間Ｔ１の間収まる場合には、想定される送水側圧力が一定であるとして、一定圧検出フラグを立てる。その状態の時間的変化を図２（ｃ）に示す。

検出した一定圧力か否かは、下記で説明するバルブ１８の開閉状態における処理とは別のルーチンで一定周期毎に行っており、その利用方法については後から説明する。

（４）停止圧力Ｐ２に到達時の制御方法
まず、送水側圧力が、予め設定された停止圧力値Ｐ２に到達した場合には、従来通りモータ１４を停止させる。

（５）停止圧力値Ｐ２に未到達時の制御方法
次に、図３〜図５に基づいて、停止圧力値Ｐ２に未到達時の制御方法について説明する。

図３（ａ）は、バルブ１８の時間的な開閉状態を示し、（ｂ）は送水側圧力の時間的変化を示し、（ｃ）はモータ１４の回転速度の時間的な変化状態を示している。

（５−１）第１状態
時刻ｔ０において、ユーザがバルブ１８を開放状態にする。なお、開放状態とはバルブ１８を全開にした状態である。すると、送水側圧力は、開放前には停止圧力Ｐ２よりやや低い圧力で保持されているが、バルブ１８が開放状態になったため次第に下がり起動圧力Ｐ３よりも下がる。すると、起動圧力Ｐ３よりも下がったため、モータ駆動回路２４はモータ１４を起動させ、回転速度が次第に上昇してポンプ１２は送水する。

（５−２）第２状態
時刻ｔ１において、ユーザがバルブ１８を閉め切る。すると、送水側圧力は、次第に上昇し、また、回転速度は一定に保持されてポンプ１２は送水する。

（５−３）第３状態
時刻ｔ２において、ユーザがバルブ１８を閉め切け状態から再び開き状態にする。但し、全開状態までは至っていないとする。この状態で、送水側圧力は、停止圧力値Ｐ２までは至っていないため、モータ１４の回転が停止することなく、その送水側圧力が次第に下がりながら、ポンプ１２は一定の回転速度で送水を続ける。

（５−４）第４状態
時刻ｔ３において、ユーザがバルブ１８を閉め切る。すると、再び送水側圧力は上昇を始める。しかし、停止圧力Ｐ２までは上昇せず、その手前の圧力で一定となる。この時刻をｔ４とする。また、ポンプ１２は一定の回転速度で送水を続ける。

（５−５）第５状態
時刻ｔ４において、送水側圧力が一定となる。ここで上記で説明したように、（５−１）〜（５−５）とは別のルーチンで、一定周期毎に一定圧力であるか否かを測定しているので、この時刻ｔ４から一定圧力であるかの測定を開始し、時刻ｔ４から所定時間Ｔ１継続した場合に一定圧力であると判断する。

（５−６）第６状態
時刻ｔ５において、一定圧力であると判断して、その時刻ｔ５の回転速度Ｖ０を記憶する。そして、回転速度をＶ０からＶ１に減速する。例えば、−２００ｍｉｎ^−１程度減速させ、この減速した回転速度Ｖ１を、予め設定した減速設定時間Ｔ２（例えば約２秒）継続する。この減速設定時間Ｔ２の間において、送水側圧力は回転速度が減速されたため次第に下がってくる。

（５−７）第７状態
時刻ｔ５から減速設定時間Ｔ２後の時刻ｔ６において、時刻ｔ５の送水側圧力と、時刻ｔ６の送水側圧力の圧力差分Ｓを計算する。これ以降の説明は、図４及び図５を用いて説明する。

（５−７−１）バルブ１８が開かれた場合
まず、バルブ１８がユーザによって開かれた場合について、図４に基づいて説明する。

ユーザによってバルブ１８が開かれると、送水側圧力が急激に下がるため、時刻ｔ５における送水側圧力と、時刻ｔ６における送水側圧力との差が大きくなる。この圧力差分Ｓが、閾値０．１ｋｇ／ｃｍ^２以上であると、バルブ１８が開いていると判断し、回転速度Ｖ１からＶ０に復帰させる。

（５−７−２）バルブ１８が閉め切られた場合
次に、バルブ１８がユーザによって閉め切られた場合について、図５に基づいて説明する。

バルブ１８がユーザによって閉め切られた状態が続くと、時刻ｔ５における送水側圧力と時刻ｔ６における送水側圧力の圧力差分Ｓが、閾値０．１ｋｇ／ｃｍ^２以下であるため、バルブ１８が閉じていると判断し、回転速度Ｖ１をさらに減速させ、モータ１４を停止させる。そのため、従来のようにバルブ１８が閉まり切った状態で、モータ１４がいつまでも停止せずに発熱や消費電力が大きくなるという問題点が発生しない。

（６）処理内容
図６のフローチャートに基づいて、上記で説明した処理内容を順番に説明する。

まず、ステップ１において、ローカル変数宣言を行ない、送水側圧力の開始や、終了圧、モータの開始速度を記憶させる。

次に、ステップ２において、所定の経過時間毎に場合分けを行なう。すなわち、一定周期（数１０ｍ秒から数１００ｍ秒単位）で送水側圧力を測定し、次の処理を行なう。

ステップ３において、初期値を記憶する。減速前の送水側圧力、すなわち、時刻ｔ５における送水側圧力と、減速前の回転速度、すなわち、時刻ｔ５におけるモータ１４の回転速度Ｖ０を記憶する。

ステップ４において、時刻ｔ５から時刻ｔ６における減速処理を行なう。

ステップ５において、時刻ｔ６における送水側圧力を記憶する。

ステップ６において、時刻ｔ５と時刻ｔ６における送水側圧力の圧力差分Ｓを求める。

ステップ７において、上記で説明したように圧力差分Ｓによって場合分けを行ない、圧力差分Ｓが閾値以上であればステップ８において、モータ１４の起動を継続し、閾値以内であればバルブ１８が閉め切りであると判断しモータ１４を停止させる。

（７）効果
本実施形態のポンプ装置１０は、一定周期で送水側圧力を測定し、圧力変化が一定圧力かどうかを判定する。そして、送水側圧力が停止圧力値に到達しない状態で一定圧力であると判断した場合には回転速度を低下させる。そして、速度低下状態で減速設定時間Ｔ２を経過した後、回転速度の低下前の送水側圧力と設定時間Ｔ２経過後の送水側圧力とを比較し、その圧力差分が閾値以上であればモータ１４の回転を継続し、閾値以下であればモータ１４を停止させる。

このようにすることで、バルブ１８の閉め切り状態で送水側圧力が停止圧力に到達しない場合でも、バルブ１８の閉め切りを判定し、モータ１４を停止させることができる。

また、モータ１４を起動及び停止を繰り返さない方法で閉め切りを判定することができるので、判断中に急激な圧力低下が生じることがなく、モータ１４の回転数の変化による音が小さい、
本発明は上記各実施形態に限らず、その主旨を逸脱しない限り種々に変更することができる。

本発明の一実施形態を示すポンプ装置のブロック図である。一定圧力値を測定するときのグラフである。（ａ）はバルブの開閉状態の時間的変化、（ｂ）は送水側圧力の時間的変化、（ｃ）は回転速度の時間的変化を示すグラフである。同じくバルブが開いた状態のグラフである。同じくバルブが閉め切られた状態のグラフである。ポンプ装置の動作状態を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ポンプ装置
１２ポンプ
１４モータ
１６送水管
１８バルブ
２０タンク
２２圧力センサ
２４モータ駆動回路
２６温度センサ
１００井戸
１０２吸水管

Claims

ポンプからの水の出力流量を調整するバルブと、
前記ポンプを駆動するモータと、
前記モータの回転速度を制御する速度制御部と、
前記ポンプからの送水側圧力を検出する検出部と、
前記検出した圧力が、前記モータを停止させるための停止圧力より低く、かつ、一定圧力であるか否かを判断する一定圧力判断部と、
前記停止圧力より低く、かつ、前記一定圧力であると判断した時の前記モータの回転速度を記憶する記憶部と、
前記記憶した時から減速設定時間の間、前記回転速度の減速を続ける減速部と、
前記減速設定時間後において検出した圧力と、前記記憶時の圧力との差分を求める演算部と、
前記差分が閾値より大きいときは前記バルブが開状態であると判断し、また、前記差分が前記閾値より小さいときは前記バルブが閉状態であると判断する判断部と、
を有するポンプ装置の制御装置。
前記判断部が、前記バルブが開状態であると判断したときに、前記回転速度を前記記憶時の回転速度に復帰させる、
請求項１記載のポンプ装置の制御装置。
前記判断部が、前記バルブが閉状態であると判断したときに、前記モータを停止させる、
請求項１記載のポンプ装置の制御装置。
前記一定圧力判断部は、前記検出した圧力の変化量が、任意時間の間、任意の圧力範囲にある場合に一定圧力であると判断する、
請求項１記載のポンプ装置の制御装置。
ポンプからの水の出力流量を調整するバルブと、
前記ポンプを駆動するモータと、
前記モータの回転速度を制御する速度制御部と、
を有するポンプ装置の制御方法において、
前記ポンプからの送水側圧力を検出する検出ステップと、
前記検出した圧力が、前記モータを停止させるための停止圧力より低く、かつ、一定圧力であるか否かを判断する一定圧力判断ステップと、
前記停止圧力より低く、かつ、前記一定圧力であると判断した時の前記モータの回転速度を記憶する記憶ステップと、
前記記憶した時から減速設定時間の間、前記回転速度の減速を続ける減速ステップと、
前記減速設定時間後において検出した圧力と、前記記憶時の圧力との差分を求める演算ステップと、
前記差分が閾値より大きいときは前記バルブが開状態であると判断し、また、前記差分が前記閾値より小さいときは前記バルブが閉状態であると判断する判断ステップと、
を有するポンプ装置の制御方法。
前記判断ステップが、前記バルブが開状態であると判断したときに、前記回転速度を前記記憶時の回転速度に復帰させる、
請求項５記載のポンプ装置の制御方法。
前記判断ステップが、前記バルブが閉状態であると判断したときに、前記モータを停止させる、
請求項５記載のポンプ装置の制御方法。
前記一定圧力ステップは、前記検出した圧力の変化量が、任意時間の間、任意の圧力範囲にある場合に一定圧力であると判断する、
請求項５記載のポンプ装置の制御方法。