JP2013256869A - 給水ポンプ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過少水量停止、再始動時の圧力変動を抑制した給水ポンプ装置を提供する。
【解決手段】給水管の圧力を所定圧力に制御する給水ポンプ装置において、ポンプ運転時速度（インバータ周波数）が過少水量域対応速度以下、または該速度以下で且つ所定時間が経過したとき、ポンプ運転速度を過少水量域対応速度に固定して運転し、この固定の速度において圧力センサの検出した給水圧力が停止圧力以上、又は停止圧力以上で且つ所定時間が経過したとき、ポンプ運転速度を最低速度に下げて所定時間運転し、最低速度の運転において圧力センサの検出した給水圧力が過少水量対応圧力以上、またはこの圧力以上で所定時間経過したとき、ポンプの停止処理を実行し、ポンプの停止後、圧力センサの検出した給水圧力が再始動圧力以下に達したとき、ポンプを再始動するように制御することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、水の使用が過少水量となった場合に流量スイッチを用いることなく確実に停止し、次の水使用で再始動し、且つ、ポンプ及びこれの駆動系の始動頻度を抑制するのに好適な給水ポンプ装置に関する。

給水ポンプ装置は、可変速駆動手段（誘導電動機を駆動する場合はインバータが使用され、永久磁石電動機を駆動する場合は専用のコントローラが使用されるが、このコントローラもインバータをベースにしたものである。）によって駆動されるポンプ装置を、単独又は複数台使用している。これらの給水ポンプ装置は、無駄な運転を排除する観点から水の使用が極少ない場合には停止して、次の水使用時には再起動する機能を備える必要がある。水の使用が極少ない状態を検出する手段として、流量スイッチを用いる方式と流量スイッチを用いない方式とがある。流量スイッチは水垢により稼働部が付着してロックする不具合や、磨耗劣化等の不具合がある。そこで、本発明は流量スイッチを用いない方式を対象としている。これの従来技術として、特許文献１、特許文献２等がある。

特許文献１は、ポンプ運転速度が予め定めた低速度（インバータ周波数）に達した時探索運転を行い、その吐出圧力がポンプの過少水量域特有の変化になった時、ポンプの運転を止め、過少水量を検出しポンプの運転制御を行い得る様にしたものである。

特許文献２は、ポンプの運転速度変化（インバータ周波数）が予め定めた過少水量特有の関係である速度ヒステリシス内にあった場合に、この状態で吐出圧力が停止命令圧力以上に達したとき運転を止めることにより、過少水量を確実に検出してポンプを停止するようにしたものである。

特開昭５９−２０００９４号公報 特開昭６１−０２８７８０号公報

しかしながら、特許文献１に示す従来技術では、探索運転時に下限圧力付近より給水圧力を上昇させる処理があるため、圧力変動が生じる問題があり、この圧力変動は、需要側での使用機器に悪影響を与える恐れがある。特許文献２に示す従来技術では、ポンプ吸い込み側の圧力が変動した時に予め定めた過少水量特有の関係である速度が変化し、過少水量を確実に検出することが出来ないという問題があった。

そこで、本発明は、従来技術の課題である過少水量停止、再始動時の圧力変動を抑制した給水ポンプ装置を提供することを目的とする。

具体的には、駆動系を構成するマイクロプロセッサを搭載した可変速制御装置及びポンプ、モータと、前記ポンプの吐出側給水管に設けた圧力タンクと圧力検出手段とで構成した給水ポンプ装置において、前記可変速制御装置は過少水量時停止、再起動する機能を備えており、ポンプの運転速度が過少水量域対応速度以下に低下したときより、これに対応した速度で固定し過少水量時停止、再起動する機能を作用させる。

本発明は、上記課題を解決するため、駆動系を構成するマイクロプロセッサを搭載した可変速制御装置と、可変速駆動されるモータ及びポンプと、前記ポンプの吐出側に設けた給水管と、該給水管に設けた圧力タンクと、該給水管の給水圧力を検出する圧力センサとで構成し、給水管の圧力を所定圧力に制御する給水ポンプ装置において、
前記可変速制御装置は、制御パラメータとして、過少水量域対応速度と、該速度で運転している時の停止圧力とこれより低い復帰圧力と、前記停止圧力と復帰圧力の間に設定された過少水量対応圧力と、再始動圧力と、前記過少水量域対応速度より低く設定された最低速度とを有し、
ポンプ運転時速度（インバータ周波数）が過少水量域対応速度以下、または該速度以下で且つ所定時間が経過したとき、ポンプ運転速度を過少水量域対応速度に固定して運転し、
この固定の速度において圧力センサの検出した給水圧力が停止圧力以上、又は停止圧力以上で且つ所定時間が経過したとき、ポンプ運転速度を最低速度に下げて所定時間運転し、
最低速度の運転において圧力センサの検出した給水圧力が過少水量対応圧力以上、またはこの圧力以上で所定時間経過したとき、ポンプの停止処理を実行し、
ポンプの停止後、圧力センサの検出した給水圧力が再始動圧力以下に達したとき、ポンプを再始動するように制御することを特徴とする。

また、上記に記載の給水ポンプ装置において、前記可変速制御装置は、さらに、前記過少水量域対応速度の固定運転において、圧力センサの検出した給水圧力が停止圧力以上のとき、ポンプ運転速度を固定から解除して所定圧力制御運転に戻すように制御することを特徴とする。

また、上記に記載の給水ポンプ装置において、前記可変速制御装置は、前記過少水量域対応速度、停止圧力、復帰圧力、過少水量対応圧力、始動圧力、および最低速度の制御パラメータを設定する設定手段と、前記設定手段で設定した設定値を記憶する記憶部とを備えていることを特徴とする。

また、上記に記載の給水ポンプ装置において、前記可変速制御装置は、前記過少水量域対応速度、停止圧力、復帰圧力、過少水量対応圧力、および始動圧力とを前記設定手段で設定した所定圧力に基づいて自動設定し、過少水量域対応速度を前記設定手段で設定した所定圧力に基づいて求められた所定速度から自動設定するようにしたことを特徴とする。

また、上記に記載の給水ポンプ装置において、前記可変速制御装置は、インバータ制御系と給水ポンプ制御系とに分かれていることを特徴とする。

また、上記に記載の給水ポンプ装置において、前記可変速制御装置は、停止、再始動時のポンプ制御系の始動頻度抑制機能として、タイマー時間を備えていることを特徴とする。

また、上記に記載の給水ポンプ装置において、前記可変速制御装置は、復帰圧力と過少水量対応圧力を、始動圧力として設定したことを特徴とする。

また、上記に記載の給水ポンプ装置において、前記可変速制御装置は、前記停止圧力と再始動圧力の差が３〜５ｍとなるよう設定したことを特徴とする。

また、上記に記載の給水ポンプ装置において、前記圧力タンクの容量と、前記過少水量時の停止後の再始動時の再始動圧力、停止圧力との関係が停止時の使用水量のもとで、ポンプの停止時間が数秒となるよう設定されたことを特徴とする給水ポンプ装置。

本発明によれば、流量スイッチを用いることなく、確実に過少水量時の停止、再始動を行うことが出来、この時に生じる圧力変動を抑制することが出来る。又、これに伴うポンプ駆動系の始動頻度を十分に抑制することが出来る。

本発明実施例のポンプ運転特性図。 本発明実施例１のインバータの上位に上位制御装置を備えるシステム構成図。 本発明実施例２のインバータのシステム構成図。 本発明実施例の動作のメインフローチャート。 同じく割込み処理の動作フローチャート。 同じく過少水量処理の動作フローチャート。 同上メモリマップ。

以下、本発明の実施例について、図１〜図７を用いて説明する。

本実施例１の詳細構成は後述するが、駆動系を構成するマイクロプロセッサを搭載した可変速制御装置と、前記可変速制御装置によって可変速駆動されるポンプと、前記ポンプの吐出側に設けた給水管の給水圧力を検知する圧力センサを備えて、給水管の圧力を所定圧力に制御するように構成される。

図１は、ポンプ２台を交互運転した場合を例にしたポンプ運転特性図であり、横軸に水量、縦軸に全揚程を取って示している。ここで、曲線Ｂはポンプ１台を最高回転数（インバータのｆ００周波数に対応、表示はｆ００）で運転した際のＱ−Ｈ性能曲線を示す。後で述べるフローチャート図及びその説明ではｆｍａｘ（＝ｆ００）という記号を用いている。曲線Ａは最低回転数（インバータのｆ０１周波数に対応、表示はｆ０１）で運転時した際のＱ−Ｈ性能曲線を示す。後述するフローチャート図及びその説明ではｆｍｉｎ（＝ｆ０１）という記号を用いている。尚、前記曲線Ｂは、仕様点（需要側が所望な水量、全揚程である。）の水量Ｑ０、全揚程Ｈ０（後で述べるフローチャート図及びその説明ではＨ０＝ＰＡという記号を用いている。）を満足するＱ−Ｈ性能曲線であり、ｆ００回転数（周波数表示はｆ００）で運転した際に得られる。

曲線Ｆは、ポンプで揚水した場合に生ずる弁類、配管等の配管抵抗曲線であり、ポンプの吐出し側圧力を制御する際の目標値となる。ＰＢは水量０の点での下限側目標圧力でポンプの始動圧力ともなっており、前述した配管抵抗曲線Ｆとポンプｆ０１回転数運転時Ｑ−Ｈ性能曲線Ａとの交点で示される。同様にＰＡはポンプｆ００回転数運転時の上限側目標圧力であり、曲線Ｂ、曲線Ｆの交点で示される。

そして、給水ポンプ装置は需要側使用水量の変動に伴い、圧力センサの検出した給水圧力が、目標圧力即ち、前記抵抗曲線Ｆ上にくるようにインバータ周波数を制御する。これを末端圧力一定制御と呼んでいる。ＰＡ、ＰＢ、ｆ００（＝ｆｍａｘ）、及びｆ０１（＝ｆｍｉｎ）はパラメータとして、設定手段（後述）により前記可変速制御装置の記憶部（後述）に予め設定され記憶されている。尚、図１では、Ｑ−Ｈ性能曲線を代表の曲線Ａ（周波数ｆ０１）〜曲線Ｂ（周波数ｆ００）で示しているが、配管抵抗曲線Ｆ上で周波数を制御すれば、この周波数に対応したポンプ性能曲線が生ずるが明らかなので省略している。

前記した末端圧力一定制御を実行するのに、前述のパラメータＰＡ、ＰＢ、ｆ００（＝ｆｍａｘ）、ｆ０１（＝ｆｍｉｎ）を用いて関数化し、この関数に現在周波数を入力して、この周波数における目標圧力を求める等の方法が用いられている。

さて、給水ポンプ装置は、昼間や夜間の極少ない水使用の時間帯において、無駄な運転を避けるために停止し、次の水使用に際し再始動する機能を備えている。以下、この機能を過少水量停止、再始動機能と呼ぶ。前記、ポンプ運転特性（図１）において、使用水量の少ないと判断される水量をＱ１、使用水量の極少ない状態である水量、即ち過少水量をＱｍ（例えば、５〜１０Ｌ／ｍｉｎ、）とする。

即ち、使用水量がＱ１からＱ０の領域は、前記した末端圧力一定制御運転を行い、停止せず運転を続ける領域である。水量Ｑ１以下の領域は、水の使用が極少ない状態か否かを判定し、ほぼ使用水量の極少ない状態である過少水量Ｑｍをインバータ周波数によって検出し、ポンプを停止、その後再始動させる領域である。更に、この過少水量停止、再始動機能にタイマーを設け、ポンプ駆動系の始動頻度抑制する機能を有している。

ここで、この過少水量停止、再始動機能に関連するパラメータ（記号）について説明する。曲線Ｃは、前記使用水量の少ないと判断される水量Ｑ１と前記抵抗曲線Ｆと点Ｏ１において、インバータ周波数ｆ０２（以下、過少水量域対応速度と表現する）のもとで、交わるポンプＱ−Ｈ性能曲線である。Ｈｏｆｆは、前記曲線Ｃ上にある少水量判定圧力（停止圧力）であり、前記曲線Ｃ上でポンプの停止と再始動の一方の処理のどちらに移行させるかを判定する圧力である。この圧力Ｈｏｆｆに対応する水量はＱ１以下になる。Ｈｏｆｆ´は、Ｈｏｆｆ検出後運転を継続している際の最高圧力である。

ＨＨｎは、ポンプを停止させるか否かを判定する圧力（過少水量対応圧力）、ｆｍは給水圧力の変化がＨＨｎ状態を作り出すためのインバータ周波数（最低速度）であり、ｆ０１（＝ｆｍｉｎ）以下に設定される。又、ＨＨｆは停止させず運転を継続させるか否かを判定する復帰圧力、Ｈｏｎは再始動圧力である。

過少水量域対応速度ｆ０２で運転している時の停止圧力Ｈｏｆｆは復帰圧力ＨＨｆより高く、過少水量対応圧力ＨＨｎは停止圧力Ｈｏｆｆと復帰圧力ＨＨｆの間に設定され、再始動圧力Ｈｏｎは復帰圧力ＨＨｆより低く、下限側目標圧力ＰＢより僅かに高く設定され、最低速度ｆｍは過少水量域対応速度ｆ０２より低く設定される。

これらの圧力Ｈｏｎ、Ｈｏｆｆ、ＨＨｎ、ＨＨｆ、および周波数ｆ０２、ｆｍは、パラメータとして設定手段により前記可変速制御装置の記憶部に記憶されている。尚、ＨＨｎとＨＨｆ、あるいはｆ０１とｆｍを等しい値として、どちらかを省略しても良い。更に、再始動圧力ＨｏｎをＰＢと同じ値とし、Ｈｏｎを省略しても良い。

次に、圧力タンクの容量と過少水量停止、再始動時の圧力及び停止時間との関係について示す。ここで、圧力タンク内空気の状態変化をＰＶ＝ＣＯＮＳＴとして計算する。図８参照
圧力タンクの有効容積Ｖ（L）（ＨＨｎからＨｏｎの間に溜まっている容積）は次の（１）式となる。
Ｖ＝（Ｐ０＋１）Ｖ０（ＨＨｎ−Ｈｏｎ）／（ＨＨｎ＋１）（Ｈｏｎ＋１） （１）
Ｐ０は、圧力タンク封入圧力（ｋｇ／ｃｍ２）、Ｖ０は圧力タンクの容積（Ｌ）である。
ポンプの停止時間ｔ（ｓ）は停止時水量をＱｍ（Ｌ／ｍｉｎ）とすれば次の（２）式となる。
ｔ＝６０Ｖ／Ｑｍ （２）
具体的な数値で示すと次の通りとなる。
（１）式より Ｖ＝（１＋１）１０（０．２）／（１．５＋１）（１．３＋１）
＝０．７（Ｌ）
ここで、Ｐ０＝１．０ｋｇ／ｃｍ２、Ｖ０＝１０Ｌ、ＨＨｎ＝１．５ｋｇ／ｃｍ２、
Ｈｏｎ＝１．３ｋｇ／ｃｍ２と例示した。
（２）式より ｔ＝６０＊０．７／１０
＝４．２（ｓ）
ここで、Ｑｍ＝１０Ｌ／ｍｉｎと例示した。

以上のように、停止時間が所定時間となるよう圧力タンク容量、封入圧力、停止圧力Ｈｏｆｆ、始動圧力Ｈｏｎを適宜決定すればよい。
次に、可変速制御装置が実行する過少水量停止、再始動動作のアルゴリズムについて説明する。

ステップ１
ポンプ運転時速度ｆ（インバータ現在周波数、ここではｆとする）が、過少水量域対応速度ｆ０２以下か、又は該速度ｆ０２以下で且つ所定時間ｔ１が経過したか判定し、真であればステップ２へ進む。否であれば、所定圧力制御運転（実施例では前記した末端圧力一定制御運転）を続ける。

ステップ２
ポンプ運転速度ｆ（インバータ現在周波数）を過少水量域対応速度ｆ０２に固定し、圧力センサの検出した給水圧力が、停止圧力Ｈｏｆｆ以上に達したか、又は停止圧力Ｈｏｆｆ以上で且つ所定時間ｔ２が経過したか判定し、真であればステップ３へ進む。否であれば、圧力センサの検出した給水圧力が、復帰圧力ＨＨｆ（ＨＨｆ以外の別のパラメータを設けても良い）以下に達したか、又は復帰圧力ＨＨｆ以下で且つ所定時間ｔ３が経過したか判定し、真であれば、過少水量域対応速度ｆ０２に固定しているポンプ運転速度ｆ（インバータ周波数）を固定から解除して所定圧力制御運転（実施例では前記した末端圧力一定制御運転）に戻す。否であれば、前記固定速運転による判定処理を続ける。

ステップ３
ポンプ運転速度ｆ（インバータ周波数）を最低速度ｆｍ（周波数ｆ１としても良い）に下げて、この速度ｆｍを所定時間ｔ４維持し、圧力センサの検出した給水圧力が過少水量対応圧力ＨＨｎ以上にあるか、又はこの圧力ＨＨｎ以上で且つ所定時間ｔ５が経過したか判定し、真であれステップ４に進む。否であれば、ステップ１に戻る。

ステップ４
ポンプの停止処理を実行する。停止後、圧力検出センサの検出した給水圧力が、再始動圧力Ｈｏｎ（下限側目標圧力ＰＢでもよい）以下に達したか判定し、真であればポンプを再始動する。否であれば、給水圧力ヘッドが始動圧力以下に達するまで停止して待機する。

ステップ１からステップ４で用いた各所定時間（タイマー時間）ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５は、ポンプ制御系の始動頻度を抑制するタイマーに設定される。そして、これらの中で所定時間ｔ１を最も長く設定され、ｔ１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４＋ｔ５の合計時間が始動頻度を抑制するのに十分な時間となるように設定される。例えば６０〜１８０秒程度に設定する。尚、所定時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５はパラメータとして設定手段により可変速制御装置の記憶部に記憶されている。

タイマー時間ｔ３、ｔ５は、動作を確実にするものであるが、これを省略するか、設定値を０にすることも出来る。タイマーｔ３を無効にすると、ｆ０２による固定速運転時間を更に短くすることが出来、所定圧力制御運転（末端圧力一定制御）から外れる運転時間を短くすることが出来る。タイマーｔ５を無効にすると、ポンプの停止が早くなり無駄な運転が短くなる。尚、図１において、Ｈｏｆｆ´は、Ｈｏｆｆ検出後運転を継続している際の最高圧力であり、Ｈｏｆｆ´と再始動圧力Ｈｏｎとの差圧を３〜５ｍ程度に選べば、停止、再始動時の圧力変動を小さく抑えることが出きる。

図２は、本発明実施例１の給水ポンプ装置を２台設置し、インバータの上位に制御装置ＣＵを備えたシステム構成図を示している。２−１〜２−４は仕切弁、３−１、３−２は逆止め弁、４−１、４−２はそれぞれモータで駆動されるポンプ（２台のポンプのうち４−１を１号ポンプ、４−２を2号ポンプ区別して表示）であり、これらのポンプの吸込み側はそれぞれ吸込み管１−１、１−２を介して水源側と接続される。水源側は、直結方式では図示していないが水道本管からの水の供給を受ける。受水槽方式では、図示していないが受水槽から水の供給を受ける。各ポンプは駆動モータ（ＩＭ１、ＩＭ２）とポンプ本体（Ｐ１、Ｐ２）で構成されている。

６は給水管、７は圧力タンクであり給水管６のポンプに近い部位に設ける。ＳＷ（８）はこの給水管６に備わり、ここの給水圧力に応じて電気信号を発する圧力センサ（圧力検出手段）である。このセンサ８の検出した給水圧力信号によりポンプの吐出し圧力を制御（例えば吐出し圧一定、または推定末端圧力一定、実施例では推定末端圧力一定）する。この圧力センサ８の信号は、ケーブルＳ０により後で説明する入力端子Ｉ／Ｏ−１を介して制御装置ＣＵに入力される。需要側はこの給水管６端末の先が直送式の場合には、需要側給水管と接続して例えば集合住宅等の水栓に給水する。高置水槽式の場合には、この需要側給水管と接続して高置水槽へ給水する。

ＩＮＶ１、ＩＮＶ２はそれぞれ前述のポンプモータ４−１、４−２を駆動するマイクロプロセッサＣＰＵ１、ＣＰＵ２を搭載した可変速制御装置（インバータ）の本体であり、給水ポンプ制御系を構成し、漏電遮断器ＥＬＢ１、漏電遮断器ＥＬＢ２を介して電源側より電源の供給を受ける。Ｃ０ＮＳ１、Ｃ０ＮＳ２はそれぞれ後で詳細に述べるが操作パネル（設定手段）であり、図示しない表示部、操作部を備えると共に、圧力制御動作のためのパラメータ等の設定、これらの設定値と圧力センサ８の検出した圧力信号等を記憶する記憶部Ｍ１、Ｍ２（例えばＥＥＰＲＯＭ、ＲＡＭ）を備えている。

更に、操作パネル（設定手段）Ｃ０ＮＳ１、Ｃ０ＮＳ２には、運転、停止、ＦＵＮＣキー（このキーが押されると押されるごとに、例えば表示機能とパラメータ設定機能とが切り替わる）、ＰＲＧキー（このキーが押されると、表示部とタクトスイッチ等によって設定されたパラメータが記憶部Ｍ１、Ｍ２に記憶される）、アップ、ダウン等の例えばタクトスイッチを備えている。尚、操作パネルは可変速制御装置（インバータ）と分離しても、これに装着しても良い。記憶部Ｍ１、Ｍ２に記憶されるパラメータとしては、前記ＰＡ、ＰＢ、ｆ００（＝ｆｍａｘ）、ｆ０１（＝ｆｍｉｎ）、Ｈｏｎ、Ｈｏｆｆ、ＨＨｎ、ＨＨｆ、ｆ２、ｆｍなどである。

Ｒ、Ｓは制御電源、ＣＵは上位の制御装置で、マイクロプロセッサＣＰＵ、記憶部Ｍ、操作パネル（設定手段）ＣＯＮＳ３、入力端子Ｉ／Ｏ−１、出力端子Ｉ／Ｏ−２から成る。ＴＲは前記制御電源Ｒ、Ｓから入力した電圧を低電圧に変圧して前記制御装置ＣＵに出力するトランス、ＳＳは前記制御装置ＣＵの入り、切スイッチ、Ｒun１、Ｒun２はそれぞれインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２の運転停止を指令するリレーであり、前記出力端子Ｉ／Ｏ−２に接続され、前記制御装置からの出力指令によって動作し、その接点Ｒun１、Ｒun２がＯＮしている時に前記インバータは運転する。

又、ｆ１、ｆ２はそれぞれインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２への周波数指令信号であり、出力端子は図示を省略しているが、前記制御装置ＣＵから出力が指令される。ｆ１０、ｆ２０はそれぞれインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２の周波数到達信号（指令した周波数ｆ１、ｆ２に到達したという意味）であり、入力端子は図示を省略しているが前記制御装置ＣＵへ出力される。尚、この周波数到達信号ｆ１０、ｆ２０は省略してそれぞれ周波数指令信号のｆ１、ｆ２と兼用しても良い。更に、それぞれの周波数指令信号ｆ１、ｆ２有無をインバータの運転停止信号とし、前記したリレーＲun１、Ｒun２を省略しても良い。

図３は本発明実施例２の給水ポンプ装置２台設置例のシステム構成図を示している。図２に対して、インバータ上位の制御装置ＣＵを省略して、その制御機能をそれぞれのインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２に取込んだものである。即ち、図２に対し、制御装置ＣＵ、トランスＴＲ、スイッチＳＳ、リレーＲun１、Ｒun２を省略している。更に、周波数指令信号ｆ１、ｆ２、周波数到達信号ｆ１０、ｆ２０はインバータ内部状態量を使用することによりこれも省いている。

この構成によれば、制御系が簡素化され、コストダウンとなる。又、図２と同じ記号で示すものは同じ部品及び機能であり説明を省く。尚、圧力センサ８は、複数のポンプ駆動系に共通に利用し、ケーブルＳ１、Ｓ２によりそれぞれのインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２の入力端子Ｉ０、Ｉ１に接続している。

図４、図５、図６は給水ポンプ装置の運転制御手順を示したフローチャートであり、これがプログラムとして制御装置ＣＵ、又は可変速制御装置ＩＮＶ１、ＩＮＶ２のマイクロプロセッサＣＰＵ１、ＣＰＵ２に搭載されている。図７は制御パラメータ等が格納されたメモリマップである。

次に、可変速制御装置ＩＮＶ１、ＩＮＶ２による制御動作について説明する。使用開始に当たって図２、図３に示す電源側漏電遮断器ＥＬＢを投入すると、プログラムが作動する。プログラムが作動に伴い、図４の４０１ステップでイニシャル処理、４０２、４０３ステップでパラメータ設定処理を実行する。イニシャル処理では、レジスタ、割り込みベクタ、メモリ、スタックポインタなど各種の処理を実行し、パラメータ設定処理ではパラメータの初期値が設定され運転準備を行う。４０４ステップでは割り込みを許可し、図５に示す割り込み処理に備える。当然、割り込みが発生し、図５に示５００ステップ以降の処理が実行される。

５００ステップ以降のＩＮＴ０割り込み処理において、図５（Ａ）に示すように、５０１ステップで、図２又は図３のキースイッチ（ＣＯＮＳ１、２、３に備わる）が押されたか判定する。判定の結果、押されていなければ５０２ステップへ進み、例えば初期値で決定している圧力等の表示を行い、５０９ステップで割り込み処理から割り込み前の処理へ戻るＲＥＴ０処理を実行する。

５０１ステップの判定結果でキースイッチが押されていたら、５０３ステップへ進み、押されたキースイッチがパラメータ変更キーであるか判定する。パラメータ変更キーであった場合、５０５ステップへ進み、パラメータ設定（パラメータ変更を含む）処理、及び記憶部Ｍへ格納処理を実行する。その結果は図７に示すように格納される。このようにすれば、運転中でもパラメータの設定変更が可能となる。

５１０ステップ以降のＩＮＴ１割り込み処理においては、図５（Ｂ）に示すように、５１１ステップで故障のチエック・監視を行う。５１２ステップでは圧力センサ８の信号を検出し（アナログレジスタＡＮ０（圧力）に保存されている。）記憶部ＭのメモリＭ１２０に格納し、５１３ステップではインバータの現在周波数ｆ１、ｆ２、ｆ１０、ｆ２０のデータ（アナログレジスタＡＮ１ＡＮ２、ＡＮ３、ＡＮ４）に保存されている。）を記憶部のメモリＭ１１９、Ｍ１２０、Ｍ１２１、Ｍ１２２に格納しておく。そして，５１４ステップで割り込み処理から割り込み前のＲＥＴ１処理を実行する。

図４に戻って４０６ステップにおいて、圧力センサ８の検出した給水圧力が始動圧力ＰＢ（再始動時にはＨｏｎ）以下になったか判定する。ＰＢ以下であれば４０７ステップへ進み、１台目のポンプを始動する。続いて、４０８ステップで、目標圧力Ｈ０（初回は初期値のＰＢ、次からは４１２ステップで更新された目標圧力となる。）をメモリより読み出し、４０９ステップで給水圧力Ｈ（実際の給水圧力は圧力センサ８が検出した圧力データＡＮ０であり、Ｈ＝ＡＮ０、フロー図では説明の便宜上目標圧力を記号Ｈ０、圧力センサ８の検出した給水圧力を記号Ｈで表現。）を読み出し、両データを比較する。

比較した結果、「Ｈ０＋α＜Ｈ」ならば４０９Ａステップへ進み、ここでインバータ現在周波数ｆ１又はｆ２が最低周波数ｆ０１（ｆｍｉｎ）に到達しているか判定する。到達してなければ４１０ステップへ進み減速処理を実行する。４０９ステップの判定結果で、「Ｈ０−α＜＝Ｈ＜＝Ｈ０＋α」ならば、４１１ステップで所定時間ｔ０の待ち時間処理を実行し、その後４１２ステップの目標圧力更新処理を実行する。４０９ステップの判定結果で、「Ｈ０−α＞Ｈ」ならば、４０９Ｂステップへ進み、ここでインバータ現在周波数ｆ１又はｆ２が最高周波数ｆ００（ｆｍａｘ）に到達しているか判定する。到達していなければ４１８ステップで増速処理を実行する。

ここで、変速処理の周波数ｆは、メモリＭ１１８のｆｘと同じものであり、フロー図では説明の便宜上ｆを使用している。４１０ステップの減速処理が終わったら、４１４ステップへ進み指令した周波数に到達したか到達するまで確認する。到達したら４１５ステップへ進み、ここで、前述の４１２ステップと同様の目標圧力更新処理を実行する。この後、図６に示す過少水量停止、再始動処理へ進む。

図６の６００ステップにおいて、インバータの現在周波数がｆ０２以下か判定する。判定の結果ＹＥＳであれば６０２ステップへ進み、ＮＯであれば６０１ステップでタイマー時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５をリセットして図４の４０９ステップの処理に戻る。尚、６０１ステップのタイマーリセット処理を省略しても良い。このようにすると各タイマーは累計タイマーとなる。

６０２ステップでは、インバータ現在周波数のｆ０２以下の状態が、所定時間ｔ１を経過したか判定する。ＮＯであれば６００ステップに戻り、ｆ０２以下の状態がｔ１を経過するまで６００、６０２ステップの処理を繰り返す。ＹＥＳであれば、６０３ステップでインバータ現在周波数をｆ０２に固定する処理を実行して６０４ステップへ進む。ここで、圧力センサ８の検出した圧力がＨｏｆｆ以上に上昇したかを判定する。ＹＥＳであれば、次の６０５ステップへ進み、ＮＯであれば６０６ステップへ進む。

６０５ステップでは所定時間ｔ２のタイマー処理を実行し、ｆ０２の固定速運転が所定時間のｔ２を経過したか判定する。所定時間のｔ２が経過すると、使用水量が少ない状態であることを意味するので、６０８ステップへ進み、これ以降の水使用の極少ない状態である過少水量判定に進む。

６０５ステップの判定がＮＯであれば、６０６ステップへ進む。６０６ステップでは圧力センサ８の検出した給水圧力が復帰圧力ＨＨｆ以下か判定し、ＮＯであれば６０３ステップへ戻り、ｆ０２固定速運転を続ける。ＹＥＳであれば６０７ステップで所定時間ｔ３のタイマー処理を実行する。６０７ステップではＹＥＳであれば、使用水量が増えたことを意味しており、６００ステップに戻り再処理を実行し、ｆ０２の固定速運転から解除する。即ち、６０１、４０９ステップと処理が進んでいくと、ｆ０２の固定速運転から解除された所定圧力制御運転(水量Ｑ１〜Ｑ０領域での運転)戻っていく。このようにして、ｆ０２固定速運転による末端圧一定制御から外れた運転が長く続くのを回避する。

過少水量判定では、６０８ステップにおいて、インバータ現在周波数をｆｍに下げる処理を実行して、次の６０９ステップで所定時間ｔ４のタイマー処理を実行する。判定の結果ＮＯの場合、６０８ステップへ戻りｔ４が経過するまでｆｍに固定速運転を続ける。ＹＥＳと判定すると６１０ステップへ進み、給水圧力が過少水量対応圧力ＨＨｎ以上か判定する。ここでＮＯと判定すると６００ステップへ戻り、ＹＥＳと判定すると６１１ステップへ進む。ここで、所定時間ｔ５のタイマー処理を実行する。

６１１ステップで判定の結果、ＮＯであれば６００ステップへ戻る。ＹＥＳであれば６１２ステップへ進み、ここで１台目ポンプの過少水量による停止処理を実行し、図４の４１７ステップの処理に進む。

図４の４１７ステップでは、交互切替処理（停止したポンプが１号機であれば、再始動に運転するポンプを２号機に設定する処理）を実行して４０５ステップへ戻る。以下、再始動条件が成立すると、今度は２号機が再始動運転する。以上の動作を過少水量停止、再始動機能と言う。

本実施例によれば、上記のように、流量センサを用いることなく、正確に過少水量を検出してポンプを停止することができ、この停止の際に、給水圧力が変動することが無い。

図４に戻って、４１８ステップでは増速処理を実行する。この後、４１９ステップへ進み、指令した周波数に到達したかを到達するまで確認する。到達したら４２０ステップへ進み、ここで、前述の４１２ステップと同様の目標圧力更新処理を実行して４０９ステップへ戻り、これ以降の処理を続ける。４１２、４１５、４２０の目標圧力更新処理は、現在周波数から新たな目標圧力を求めて更新する。目標圧力を求める方法は、圧力パラメータと周波数パラメータによる演算式、又はテーブルを用いる等である。又、４０９ステップの判定に用いたαは例えば１〜２ｍ程度であり不感帯を示す。

１…吸込み管、２−１〜２−４…仕切弁、３−１，３−２…逆止め弁、４−１、４−２…１号及び２号ポンプ、６…給水管、７…圧力タンク、８…圧力検出手段（圧力センサ）、ＩＮＶ１、ＩＮＶ２…可変速制御装置（インバータ）、ＣＰＵ、ＣＰＵ１、ＣＰＵ２…マイクロプロセッサ、ＥＬＢ１、ＥＬＢ２…漏電遮断器、Ｆ…配管抵抗曲線、ＣＯＮＳ１、ＣＯＮＳ２、ＣＯＮＳ３…設定手段（操作パネル）、ＰＡ…上限目標圧力、ＰＢ…始動圧力（下限目標圧力）、ｆ０２…過少水量域対応速度、Ｈｏｆｆ…停止圧力、ＨＨｆ…復帰圧力、ＨＨｎ…過少水量対応圧力、Ｈｏｎ…再始動圧力、ｆｍ…最低圧力、Ｑｍ…過少水量、ｔ１〜ｔ５…所定時間（ポンプ始動頻度を抑制するのに十分な所定時間）、Ｒｕｎ１、Ｒｕｎ２…リレー。

Claims (9)

1. 駆動系を構成するマイクロプロセッサを搭載した可変速制御装置と、可変速駆動されるモータ及びポンプと、前記ポンプの吐出側に設けた給水管と、該給水管に設けた圧力タンクと、該給水管の給水圧力を検出する圧力センサとで構成し、給水管の圧力を所定圧力に制御する給水ポンプ装置において、
   前記可変速制御装置は、制御パラメータとして、過少水量域対応速度と、該速度で運転している時の停止圧力とこれより低い復帰圧力と、前記停止圧力と復帰圧力の間に設定された過少水量対応圧力と、再始動圧力と、前記過少水量域対応速度より低く設定された最低速度とを有し、
   ポンプ運転時速度（インバータ周波数）が過少水量域対応速度以下、または該速度以下で且つ所定時間が経過したとき、ポンプ運転速度を過少水量域対応速度に固定して運転し、
   この固定の速度において圧力センサの検出した給水圧力が停止圧力以上、又は停止圧力以上で且つ所定時間が経過したとき、ポンプ運転速度を最低速度に下げて所定時間運転し、
   最低速度の運転において圧力センサの検出した給水圧力が過少水量対応圧力以上、またはこの圧力以上で所定時間経過したとき、ポンプの停止処理を実行し、
   ポンプの停止後、圧力センサの検出した給水圧力が再始動圧力以下に達したとき、ポンプを再始動するように制御することを特徴とする給水ポンプ装置。
2. 請求項１に記載の給水ポンプ装置において、
   前記可変速制御装置は、さらに、前記過少水量域対応速度の固定運転において、圧力センサの検出した給水圧力が停止圧力以上のとき、ポンプ運転速度を固定から解除して所定圧力制御運転に戻すように制御することを特徴とする給水ポンプ装置。
3. 請求の項１または２に記載の給水ポンプ装置において、
   前記可変速制御装置は、前記過少水量域対応速度、停止圧力、復帰圧力、過少水量対応圧力、始動圧力、および最低速度の制御パラメータを設定する設定手段と、前記設定手段で設定した設定値を記憶する記憶部とを備えていることを特徴とする給水ポンプ装置。
4. 請求項３に記載の給水ポンプ装置において、
   前記可変速制御装置は、前記過少水量域対応速度、停止圧力、復帰圧力、過少水量対応圧力、および始動圧力とを前記設定手段で設定した所定圧力に基づいて自動設定し、過少水量域対応速度を前記設定手段で設定した所定圧力に基づいて求められた所定速度から自動設定するようにしたことを特徴とする給水ポンプ装置。
5. 請求項１〜３に記載の給水ポンプ装置において、
   前記可変速制御装置は、インバータ制御系とポンプ制御系とに分かれていることを特徴とする給水ポンプ装置。
6. 請求項１〜５いずれかに記載の給水ポンプ装置において、
   前記可変速制御装置は、停止、再始動時のポンプ制御系の始動頻度抑制機能として、タイマ時間を備えていることを特徴とする給水ポンプ装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の給水ポンプ装置において、
   前記可変速制御装置は、復帰圧力と過少水量対応圧力を、始動圧力として設定したことを特徴とする給水ポンプ装置。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の給水ポンプ装置において、
   前記可変速制御装置は、前記停止圧力と再始動圧力の差が３〜５ｍとなるよう設定したことを特徴とする給水ポンプ装置。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の給水ポンプ装置において、
   前記圧力タンクの容量と、前記過少水量時の停止後の再始動時の再始動圧力、停止圧力との関係が停止時の使用水量のもとで、ポンプの停止時間が数秒となるよう設定されたことを特徴とする給水ポンプ装置。

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