JP2014109220A - 給水装置および給水方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプの運転制御に必要な物理量検出器およびこれに接続される信号線の数を必要最小限に抑えることで、配線が容易で、かつ低コストの給水装置を提供する。
【解決手段】給水装置は、物理量検出器１２を第１の制御基板６０ａまたは第２の制御基板６０ｂのいずれか一方に選択的に接続する切り替えスイッチ１２０を備える。制御部６は、第２の制御基板６０ｂが第１の制御基板６０ａに代わって複数のインバータ５を制御するバックアップ機能を有しており、バックアップ機能が作動すると、切り替えスイッチ１２０は、物理量検出器１２と第１の制御基板６０ａとの接続を遮断するとともに、物理量検出器１２と第２の制御基板６０ｂとを接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、給水装置および給水方法に係り、特にインバータ駆動されるポンプにより集合住宅などの建物に水を供給する給水装置および給水方法に関するものである。

給水装置などの回転機械装置においては、商用交流電源の周波数および電圧を任意の周波数および電圧に変換するインバータを用いることにより、ポンプを可変速運転することが広く行われている。インバータは、ポンプを駆動するモータの回転速度を任意に変えられるため、ポンプの負荷に対応した最適な回転速度で運転することが可能となり、定格速度で運転する場合に比較して省エネルギー化を図ることができる。

給水装置には複数のポンプを複数のインバータを用いて駆動するものがあり、これらインバータは制御部によって制御される。このような複数のポンプおよびインバータを備えた給水装置においては、あるポンプが故障（漏電、過電流、欠相など）した場合には、自動的に他のポンプに切り替えることによって、断水を回避することができる。

しかしながら、制御部に設けられた制御基板が何らかの不具合によって正常に動作しなくなった場合には、すべてのポンプが運転不能となってしまい、故障した制御基板を交換するまで断水状態が続くこととなる。

このような観点から、ポンプを駆動するすべてのインバータを複数の制御基板により制御することによりポンプを運転することもなされている。それぞれの制御基板は、圧力センサ、フロースイッチ、受水槽の水位検出器などのポンプの運転制御に必要な物理量検出器に信号線を通じて接続されており、各制御基板はこれら物理量検出器の出力信号に基づいて動作する。このような制御システムによれば、１つの制御基板が故障しても、他の制御基板によって給水を継続することが可能となる。しかしながら、物理量検出器の数が増えるに従って信号線の数が多くなり、給水装置の設置現場での配線が煩雑となり、さらにコストが上昇するという問題がある。この問題について図１０を参照して説明する。

図１０は従来の給水装置を示す図である。給水装置は、受水槽４０２と、受水槽４０２に貯水された水を建物内の末端の需要先に供給する複数のポンプ４０４と、これらポンプ４０４を駆動する複数のモータ４０５と、これらモータ４０５に可変周波数の電圧を印加する複数のインバータ４０６と、インバータ４０６を制御する制御部４０７とを備えている。制御部４０７は２つの制御基板４０９，４１０を備えている。受水槽４０２内には、受水槽４０２の水位を検出する２つの水位検出器４１２，４１２が設けられている。各水位検出器４１２は、複数の電極棒４１２ａから構成されている。

各電極棒４１２ａは、信号線４１４を介して制御基板４０９または制御基板４１０のいずれかに接続される。より具体的には、２つの水位検出器４１２，４１２のうちの一方の電極棒４１２ａは、信号線４１４により第１の制御基板４０９に接続されており、２つの水位検出器４１２，４１２のうちの他方の電極棒４１２ａは信号線４１４により第２の制御基板４１０に接続されている。

このように、従来の給水装置では、１つの受水槽４０２の水位を検出する場合でも、２つの制御基板４０９，４１０用に２つの水位検出器４１２，４１２を受水槽４０２に設置していた。このため、電極棒４１２ａと制御基板４０９，４１０とを接続する信号線の数が非常に多かった。例えば、各水位検出器４１２が８本の電極棒４１２ａを備える場合には、合計１６本の信号線が必要となる。さらに、２つの受水槽４０２が設けられる場合には、合計３２本の信号線が必要となる。このように信号線の数が増えると、配線を誤ったり、信号線を誤って切断してしまうという問題が生じる。また、配線に必要な材料のコストが増大するという問題がある。

特開２００９−１９７７９２号公報

本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、ポンプの運転制御に必要な物理量検出器およびこれに接続される信号線の数を必要最小限に抑えることで、配線が容易で、かつ低コストの給水装置および給水方法を提供することを目的とする。

上述した本発明の目的を達成するために、本発明の第一の態様は、複数のポンプと、前記複数のポンプにそれぞれ連結された複数のモータと、前記モータに可変周波数の電圧を印加する複数のインバータと、それぞれが前記複数のインバータを単独で制御可能な第１の制御基板および第２の制御基板を含む制御部と、前記複数のポンプの運転制御に必要な物理量を検出する物理量検出器と、前記物理量検出器を前記第１の制御基板または前記第２の制御基板のいずれか一方に選択的に接続する切り替えスイッチとを備え、前記制御部は、前記第２の制御基板が前記第１の制御基板に代わって前記複数のインバータを制御するバックアップ機能を有しており、前記バックアップ機能が作動すると、前記切り替えスイッチは、前記物理量検出器と前記第１の制御基板との接続を遮断するとともに、前記物理量検出器と前記第２の制御基板とを接続することを特徴とする給水装置である。

本発明の好ましい態様は、前記制御部は、前記複数のインバータを制御している前記第１の制御基板に関連する制御機能に異常があったときに、前記第２の制御基板が前記第１の制御基板に代わって前記複数のインバータを制御することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１の制御基板に関連する制御機能の異常は、前記第１の制御基板と前記複数のすべてのインバータとの間の通信異常、前記第１の制御基板自体の異常、前記第１の制御基板と前記第２の制御基板との間の通信異常、または、前記ポンプの吐出側圧力を測定する圧力センサの異常であることを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記物理量検出器は、前記ポンプに接続された受水槽の水位を検出する水位検出器であることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第２の制御基板が前記切り替えスイッチを操作して前記物理量検出器と前記第１の制御基板との接続を遮断するとともに、前記物理量検出器と前記第２の制御基板とを接続することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１の制御基板および前記複数のインバータは、通信線によって直列に接続されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記通信線に、前記第１の制御基板と前記複数のインバータとの通信を接続および遮断する接続スイッチを設け、前記接続スイッチは、前記バックアップ機能が作動したときに前記第１の制御基板と前記複数のインバータとの通信を遮断することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記接続スイッチは、前記切り替えスイッチの切替動作と同時に動作して前記第１の制御基板と前記複数のインバータとの通信を遮断することを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第２の制御基板が前記接続スイッチを操作して前記第１の制御基板と前記複数のインバータとの通信を遮断することを特徴とする。

本発明の好ましい態様は、前記複数の制御基板は、相互に通信監視するように互いに接続されていることを特徴とする。
本発明の好ましい態様は、前記第１の制御基板および該第２の制御基板が正常に動作しているか否かを監視する監視手段をさらに備えたことを特徴とする。

本発明の他の態様は、複数のポンプに連結された複数のモータを複数のインバータによりそれぞれ駆動することによって給水する方法であって、物理量検出器により前記複数のポンプの運転制御に必要な物理量を検出しながら、前記複数のインバータを第１の制御基板により単独で制御する工程と、前記第１の制御基板に代わって第２の制御基板により前記複数のインバータを制御するバックアップ運転工程と、前記バックアップ運転が開始されるときに、前記物理量検出器と前記第１の制御基板との接続を遮断するとともに、前記物理量検出器と前記第２の制御基板とを接続する工程とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、通常の運転時は物理量検出器は第１の制御基板に接続され、バックアップ機能が作動して第２の制御基板によりインバータが制御されるときは物理量検出器は切り替えスイッチにより第２の制御基板に接続される。このように、切り替えスイッチは物理量検出器を選択的に第１の制御基板または第２の制御基板に接続することができるので、物理量検出器およびこの物理量検出器に接続された信号線の数を必要最小限に減らすことができる。これにより、配線が容易になり、かつ配線に必要な材料のコストを低減することができる。

本発明の一実施形態における給水装置を示す概略図である。 操作表示器を示す図である。 制御基板とインバータとの通信を示すブロック図である。 制御基板を監視するための監視基板を備えた給水装置を示すブロック図である。 制御基板とインバータとの間の通信線に接続スイッチが取り付けられた図である。 接続スイッチが操作されて主制御基板とインバータとの通信が遮断され、かつ切り替えスイッチが操作されて水位検出器が予備制御基板に接続された状態を示す図である。 制御部のバックアップ機能の有無および水位検出器の設置数を設定するフローチャートである。 本発明のさらに他の実施形態における給水装置を示す概略図である。 接続スイッチが操作されて主制御基板とインバータとの通信が遮断され、かつ切り替えスイッチが操作されて水位検出器が予備制御基板に接続された状態を示す図である。 従来の給水装置を示す図である。

以下、本発明に係る給水装置の実施形態について図１から図９を参照して詳細に説明する。また、図１から図９において、同一または相当する構成要素には、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

図１は、本発明の一実施形態における給水装置を示す概略図である。図１に示すように、給水装置は、配管１０を介して受水槽２に接続される３つのポンプ３と、ポンプ３を駆動する３つのモータ４と、モータ４に可変周波数の電圧を印加する３つのインバータ５と、インバータ５をはじめとする各種機器を制御する制御部６とを備えている。

受水槽２内には、受水槽２の水位を検出する水位検出器１２が配置されている。水位検出器１２は複数の電極棒１２ａを備えており、複数の液面レベル（満水、減水、復帰、渇水を含む）を検出することが可能となっている。受水槽２には、水道本管（図示せず）に接続された給水管１４から電磁弁１６を介して水道水が導入されるようになっている。水位検出器１２により受水槽２の水位が検出され、水位の増減に応じて制御部６により電磁弁１６が開閉される。このような構成により、水道水は受水槽２にいったん貯水され、この貯水された水がポンプ３により住宅等の建物内の末端の需要先に供給される。

ポンプ３の吐出口には吐出管１８がそれぞれ接続されており、これら吐出管１８は集合管２０に接続されている。水道水は集合管２０を通って受水槽２内の末端の需要先に供給される。各吐出管１８にはチェッキ弁２２およびフロースイッチ２４が設けられている。チェッキ弁２２はポンプ３が停止した場合に吐出側から吸込側に水が逆流することを防止するための逆流防止弁であり、フロースイッチ２４は吐出管１８内の水量が少なくなったことを検出するための少水量検出器である。フロースイッチ２４の出力信号（少水量検出信号）は制御部６に入力される

集合管２０には、ポンプ３の吐出側圧力を検出する圧力センサ２６，２７が設置されている。これら圧力センサ２６，２７は互いに近接して配置されており、集合管２０の同じ箇所に配置されている。圧力センサ２６，２７の出力信号は制御部６に入力されるようになっている。さらに、集合管２０には圧力タンク２８が接続されており、フロースイッチ２４によって水量が少なくなったことが検出されると、ポンプ３の締切運転を防止するために、ポンプ３は圧力タンク２８に蓄圧してからその運転を停止するようになっている。また、図示しないが、それぞれのポンプ３には、ポンプ３の温度を測定するサーミスタが取り付けられている。各サーミスタの出力信号（ポンプ温度を示す信号）は、制御部６に送信されるようになっている。

インバータ５は、それぞれ図示しない漏電遮断器（Earth Leakage Circuit Breaker：ＥＬＢ）を介して電源（商用電源）に接続されており、この電源から漏電遮断器を通じて交流電圧がそれぞれのインバータ５に供給されるようになっている。各インバータ５は、入力された交流電圧を直流電圧に変換し、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのスイッチング素子を駆動して所望の周波数の交流電圧（制御部６から送られる情報に応じた周波数の電圧）に変換して、モータ４にこの電圧を印加し、モータ４を駆動する。漏電遮断器は、図示しない信号線を介して制御部６に接続されており、漏洩遮断器の動作（すなわち、電力供給の遮断）を示す信号が制御部６に送られるようになっている。

ポンプ３の回転速度（回転周波数）は、フロースイッチ２４や圧力センサ２６（または圧力センサ２７）の出力信号に基づいて、インバータ５を用いて可変速制御される。一般的には、圧力センサ２６（または圧力センサ２７）により検出された吐出側圧力が設定された目標圧力と一致するようにポンプ３の回転速度を制御してポンプ３の吐出側圧力が一定になるように制御する吐出圧力一定制御や、ポンプ３の吐出側圧力の目標値を適切に変化させることにより末端の需要先における供給水圧を一定に制御する推定末端圧力一定制御などが行われる。これらの制御によれば、その時々の需要水量に見合った回転速度でポンプ３が駆動されるので、省エネルギーを達成することができる。

フロースイッチ２４がＯＮになると、水の使用のない、すなわち水量が少ない状態と判断され、ポンプ３の運転が停止される。圧力センサ２６（または圧力センサ２７）によって測定される吐出側圧力の低下から水の使用が検出されると、ポンプ３が再起動される。水量の少ないときにポンプ３を停止する場合には、一旦ポンプ３を加速して、圧力タンク２８に蓄圧してからポンプ３を停止する蓄圧運転が行われる。

制御部６は、インバータ５の制御を行う２つの制御基板６０ａ，６０ｂと、各種設定および表示を行う操作表示器７０ａ，７０ｂと、制御基板６０ａ，６０ｂに電源を供給する電源基板８０ａ，８０ｂとを備えている。電源基板８０ａおよび操作表示器７０ａは制御基板６０ａに接続され、電源基板８０ｂおよび操作表示器７０ｂは制御基板６０ｂに接続されている。電源基板８０ａ，８０ｂは互いに同一の構成を有しており、操作表示器７０ａ，７０ｂも互いに同一の構成を有している。本実施形態では、電源基板８０ａ，８０ｂは制御基板６０ａ，６０ｂとは別に設けられているが、これらの電源基板８０ａ，８０ｂをそれぞれ制御基板６０ａ，６０ｂと一体に設けてもよい。制御基板６０ａは、水位検出器１２、圧力センサ２６、フロースイッチ２４、サーミスタ、および漏電遮断器に接続され、同様に、制御基板６０ｂは、水位検出器１２、圧力センサ２７、フロースイッチ２４、サーミスタ、および漏電遮断器に接続されている。

水位検出器１２、圧力センサ２６，２７、フロースイッチ２４、およびサーミスタは、ポンプ３の運転制御に必要な物理量を検出する物理量検出器である。以下、これらを総称して、適宜、物理量検出器と呼ぶ。制御基板６０ａ，６０ｂは、これら物理量検出器から送られてくる物理量信号に基づいて、ポンプ３の運転を制御する。例えば、制御基板６０ａは、圧力センサ２６から送られてくる吐出側圧力の測定値に基づいて、ポンプ３の回転速度を制御する。さらに、制御基板６０ａは、水位検出器１２から送られてくる水位信号が渇水を示している場合には、ポンプ３の運転を停止させる。

制御基板６０ａ，６０ｂは同一の構成を有するものであるので、以下制御基板６０ａについてのみ説明する。制御基板６０ａは、インバータ５と接続される通信部（シリアルポート）６１と、各種のプログラムを記憶したメモリ（ＲＯＭや書換え可能な不揮発性記憶素子であるフラッシュメモリ等）６２と、メモリ６２に記憶されたプログラムに基づいて演算制御動作を行うＣＰＵ６３とを備えている。通信部６１を介してポンプ３の発停や回転速度、インバータ５のトリップ等の情報の授受が行われる。メモリ６２とＣＰＵ６３とは同一の半導体チップ上に搭載されたものであってもよい。なお、制御基板６０ａ，６０ｂはシリアル通信を使用してインバータ５を制御することなく、アナログ信号を使用してインバータ５を制御してもよい。

また、制御基板６０ａは、水位検出器１２、圧力センサ２６、フロースイッチ２４、サーミスタ、および漏電遮断器の出力信号が入力される入力端子と、外部に信号を出力する出力端子とを備えた入出力部（例えば、入出力基板）６５を有している。入力端子に入力される信号としては、受水槽２の水位信号、吐出側圧力信号、少水量検出信号、ポンプ３の温度信号、および漏電発生信号などである。出力端子から出力される信号としては、受水槽２の状態（満水・減水・渇水・故障など）を示す信号、故障または異常を知らせる信号、および電磁弁１６を操作するための信号が挙げられる。

制御基板６０ａは電源基板（電源部）８０ａに接続されている。制御基板６０ａのメモリ６２やＣＰＵ６３は、電源基板８０ａから直流電力の供給を受けて駆動するようになっている。ＣＰＵ６３は、メモリ６２に格納されている制御プログラムを実行して、操作表示器７０ａで設定された条件や物理量検出器からの信号に基づいて、各ポンプ３の発停（運転台数）および運転速度を決定し、インバータ５に指令を送信してポンプ３の回転速度制御を行う。さらに、ＣＰＵ６３は、物理量検出器からの信号やインバータ５からのトリップ信号により、ポンプ３の運転を停止する、あるいは他のポンプ３に運転を切り替えるなどの制御を行う。

操作表示器７０ａについて図２を参照して説明する。図２に示すように、操作表示器７０ａは、給水装置の状態を示すランプ７１と、給水装置の目標圧力等の運転条件を設定する操作ボタン７２と、給水装置に関する情報を表示するための液晶ディスプレイや７セグメント表示器などからなる表示部７３とを備えている。操作ボタン７２により、運転モードの選択や運転条件の設定を行う。また、表示部７３には、運転中の装置のパラメータなどが表示される。

制御部６の操作表示器７０ａは、上述したインバータ５に関する情報を表示する機能に加えて、操作ボタン７２の操作により、給水装置の運転中の吐出圧力や流入圧力等を選択的に表示させることができる機能を有している。また、操作ボタン７２の操作により、給水装置の目標圧力等の運転条件を設定することができる。また、この操作表示器７０ａは警報ブザーを備えており、警報が出されたときは、警報ブザーを鳴らすとともに、表示部７３に警報内容が表示されるようになっている。

図３は、制御基板６０ａ，６０ｂとインバータ５との通信を示すブロック図である。複数のインバータ５は通信線１０４により直列に接続されている。さらに、制御基板６０ａは複数のインバータ５のうちの１台と通信線１０１により接続されている。したがって、制御基板６０ａと複数のインバータ５とは、通信線１０１，１０４によって直列に接続されている。同様に、制御基板６０ｂは複数のインバータ５のうちの１台と通信線１０２により接続され、制御基板６０ｂおよび複数のインバータ５は、通信線１０２，１０４によって直列に接続されている。

さらに、制御基板６０ａと制御基板６０ｂとは、通信線１０３によって接続されている。上述したように、制御基板６０ａ，６０ｂは同一の構成であり、互いにシリアル通信によって接続され相互に通信監視される。すなわち、制御基板６０ａは制御基板６０ｂによって通信監視され、制御基板６０ｂは制御基板６０ａによって通信監視される。それぞれの制御基板６０ａ，６０ｂは、単独ですべてのインバータ５を制御することができるようになっている。したがって、たとえ一方の制御基板６０ａに関連する制御機能に異常（制御基板６０ａのＣＰＵエラー、通信異常、圧力センサ２６の異常など）が発生しても、他方の待機中の制御基板６０ｂでバックアップすることで、給水装置の最大水量で運転を継続することができ、断水を回避することができる。

ここで、制御基板６０ａに関連する制御機能の異常としては、制御基板６０ａとインバータ５との間の通信異常、制御基板６０ａ自身の異常（例えば、ＣＰＵ６３の異常）、制御基板６０ａと制御基板６０ｂとの間の通信異常、および圧力センサ２６の異常が挙げられる。このような異常は、制御基板６０ａまたは制御基板６０ｂによって検出される。制御基板６０ａによって異常が検出されたときは、制御基板６０ａは通信線１０３を通じて制御基板６０ｂに異常検出信号を送信する。さらに、制御基板６０ａは、入出力部６５を介して外部に異常発生信号を出力し、表示操作器７０ａには異常が発生したことを示す警報が表示される。制御基板６０ｂは、制御基板６０ａに代わって複数のインバータ５を制御する。

このように、制御基板６０ａがすべてのインバータ５の制御を継続できなくなったときは、制御基板６０ｂが制御基板６０ａに代わってインバータ５の制御を継続する。このようなバックアップ機能により、給水装置はその給水動作を継続することが可能である。上述したように、圧力センサ２６は制御基板６０ａに接続され、圧力センサ２７は制御基板６０ｂに接続されている。これは、仮に圧力センサ２６が故障したために制御基板６０ａがインバータ５を制御できなくなっても、制御基板６０ｂが圧力センサ２７の出力信号に基づいてインバータ５を制御することで給水装置全体の運転を継続可能とするためである。

上述の説明では、制御基板６０ａが主制御基板として機能し、制御基板６０ｂがバックアップ用制御基板（予備制御基板）として機能しているが、制御基板６０ａをバックアップ用制御基板（予備制御基板）として機能させ、制御基板６０ｂを主制御基板として機能させてもよい。制御基板６０ａと制御基板６０ｂのどちらを優先させて使用するかは、任意に設定することができ、必要に応じて切り替えることができる。

上述した例では、制御基板６０ａと制御基板６０ｂとを同一の構成とした例について説明したが、バックアップ運転用制御基板（予備制御基板）は、インバータ５の制御に必要な最低限の構成を有していれば、必ずしも主制御基板と同一の構成を有する必要はない。例えば、制御基板６０ｂをバックアップ運転用の制御基板として用いて、インバータ５（ポンプ３）の制御に必要な最低限の構成を有するように機能を簡略化してもよい。このようにすることで、装置全体のコストを低減することができる。

制御基板６０ａに関連する制御機能の不具合によりバックアップ運転用の制御基板６０ｂが動作すると、制御基板６０ａが故障した旨の警報および通知を行う。これにより、メンテナンスのため作業者が現地に行って修理を行うことになる。このように、バックアップ運転用の制御基板６０ｂの運転時には作業者が現地に行っているので、バックアップ運転用の制御基板６０ｂに不具合があっても外部に必ずしも通報する必要はない。したがって、バックアップ運転用の制御基板６０ｂでは、故障および警報の外部通知用の出力端子を省略してもよい。

バックアップ機能が作動するための条件である制御基板６０ａに関連する制御機能の異常とは、以下に列挙するものである。
（１）制御基板６０ａとすべてのインバータ５との間での通信異常
例えば、制御基板６０ａからの指令信号に対して、すべてのインバータ５からの応答がない場合がこの通信異常に該当する。このタイプの通信異常の原因としては、通信線１０１の断線や、制御基板６０ａの通信部６１の故障などが挙げられる。制御基板６０ａとインバータ５との通信異常は制御基板６０ａによって検出される。制御基板６０ａがこの通信異常を検出すると、制御基板６０ａは通信線１０３を通じて制御基板６０ｂに異常信号を送信する。インバータ５のうちのいくつかとの通信が正常に行われている場合は、制御基板６０ａは通信異常と判断しない。これは、インバータ５自体が故障していると考えられるからである。したがって、この場合は、バックアップ動作は行われない。
（２）制御基板６０ａ自体の異常
例えば、制御基板６０ａのＣＰＵ６３が故障した場合は、制御基板６０ａ自体の異常に該当する。このような制御基板６０ａ自体の異常は、制御基板６０ａ自身によって検出される。制御基板６０ａが自身の異常を検出すると、制御基板６０ａは通信線１０３を通じて制御基板６０ｂに異常信号を送信する。しかしながら、制御基板６０ａが自身の異常を制御基板６０ｂに送信できない場合もありうる。このような場合は、制御基板６０ｂが通信線１０３を通じて制御基板６０ａの異常を検出する。
（３）制御基板６０ａと制御基板６０ｂとの間での通信異常
例えば、制御基板６０ａと制御基板６０ｂとを接続する通信線１０３が断線した場合がこれに該当する。この制御基板６０ａ，６０ｂ間の通信異常は、制御基板６０ｂによって検出される。例えば、制御基板６０ｂから制御基板６０ａへの指令信号に対して、制御基板６０ａが応答しない場合は、制御基板６０ｂは制御基板間に通信異常が発生したと判断する。
（４）圧力センサ２６の異常
圧力センサ２６が故障すると、制御基板６０ａ自体や通信が正常であっても、制御基板６０ａはインバータ５を正しく制御することができない。圧力センサ２６の異常は制御基板６０ａによって検出される。例えば、圧力センサ２６からの信号が既定の範囲内（例えば１Ｖから５Ｖの範囲）にない場合、制御基板６０ａは圧力センサ２６の異常発生を検出する。制御基板６０ａが圧力センサ２６の異常を検出すると、制御基板６０ａは通信線１０３を通じて制御基板６０ｂに異常信号を送信する。

図３では、制御基板６０ａと制御基板６０ｂとは通信線１０３を通じて相互に通信監視しているが、制御基板６０ａ，６０ｂとは別に設けられた監視手段（例えば、監視基板）によりこれら制御基板６０ａ，６０ｂを監視してもよい。図４は、制御基板６０ａ，６０ｂを監視するための監視基板４０を備えた給水装置を示すブロック図である。監視基板４０は、制御基板６０ａおよび制御基板６０ｂと接続可能な通信ポート（図示せず）を備えている。監視基板４０は、通信線４１により制御基板６０ａに接続され、さらに通信線４２により制御基板６０ｂに接続されている。監視基板４０はこれらの通信線４１，４２を介して制御基板６０ａおよび制御基板６０ｂがそれぞれ正常に動作しているかどうかを監視し、制御基板６０ａおよび制御基板６０ｂのうちの一方に異常があった場合には、制御基板６０ａおよび制御基板６０ｂのうちの他方に異常検出信号を送信するように構成されている。このように、両方の制御基板６０ａ，６０ｂの異常を一括して監視する監視基板（監視手段）４０を設けることもできる。

上述したように、圧力センサ２６の出力信号は制御基板６０ａに入力され、圧力センサ２７の出力信号が制御基板６０ｂに入力される。図１に示すように、圧力センサ２６，２７は、集合管２０の同じ箇所に配置されているので、これら圧力センサ２６，２７によって測定された圧力値は、通常は互いに等しくなる。しかしながら、圧力センサ２６，２７の個体差に起因して、測定された圧力値が異なることがある。そこで、ポンプ３の通常運転時は、圧力センサ２６によって取得された圧力値が操作表示器７０ａおよび操作表示器７０ｂの両方に表示される。

バックアップ運転中は、制御基板６０ｂが圧力センサ２７の出力値に基づいてインバータ５を制御し、圧力センサ２７の出力値は操作表示器７０ｂに表示される。

制御基板６０ａがインバータ５を制御している間に制御基板６０ｂが圧力センサ２７の異常を検出すると、操作表示器７０ｂには圧力センサ２７に異常が発生したことを示す警報が表示される。

制御基板６０ａがインバータ５を制御している間に制御基板６０ａが圧力センサ２６の異常を検出すると、制御基板６０ｂによるバックアップ動作が行われる。このとき、操作表示器７０ｂに表示される圧力値は、圧力センサ２６の出力値から圧力センサ２７の出力値に切り替えられる。さらに、操作表示器７０ａには圧力センサ２６に異常が発生したことを示す警報が表示される。

水位検出器１２は複数の電極棒１２ａから構成される。これら電極棒１２ａは複数の第１の水位信号線１２５にそれぞれ接続されている。複数の第１の水位信号線１２５は複数の電極棒１２ａに対応して設けられている。電極棒１２ａはこれら第１の水位信号線１２５を通じて切り替えスイッチ１２０に接続されている。さらに、切り替えスイッチ１２０は、第２の水位信号線１２６および第３の水位信号線１２７により制御基板６０ａ，６０ｂにそれぞれ接続されている。すなわち、切り替えスイッチ１２０は、第２の水位信号線１２６を通じて制御基板６０ａに接続されるとともに、第３の水位信号線１２７を通じて制御基板６０ｂに接続されている。

切り替えスイッチ１２０は、水位検出器１２を制御基板６０ａまたは制御基板６０ｂのいずれかに選択的に接続する。通常の運転時には、切り替えスイッチ１２０は、第１の水位信号線１２５を第２の水位信号線１２６に接続している。したがって、水位検出器１２は、切り替えスイッチ１２０を介して制御基板６０ａに接続されている。制御基板６０ａに関連する制御機能に異常が起こると、制御基板６０ｂによるバックアップ動作が行われる。制御基板６０ｂは切り替えスイッチ１２０を操作して、制御基板６０ａと水位検出器１２との接続を遮断するとともに、制御基板６０ｂと水位検出器１２との接続を確立する。これにより、水位検出器１２の出力信号（水位信号）は、制御基板６０ａには送信されず、制御基板６０ｂに送信される。

このような切り替えスイッチ１２０を設けることにより、１つの水位検出器１２を制御基板６０ａおよび制御基板６０ｂの両方に共通して使用することが可能となる。すなわち、従来の給水装置のように、主制御基板用と予備制御基板用に２つの水位検出器を設ける必要がない。したがって、水位検出器１２およびこれに接続される信号線の数を必要最小限に少なくすることができる。これにより、配線が容易になり、かつ配線に必要な材料のコストを低減することができる。

切り替えスイッチ１２０を設けずに、水位検出器１２から延びる信号線を２つの信号線に分岐させ、一方を制御基板６０ａに、他方を制御基板６０ｂに接続することも考えられるが、このような構成では次のような問題が生じる可能性がある。すなわち、何らかの原因で一方の制御基板内で短絡が起こると、他方の制御基板はその短絡を電極棒１２ａ間の導通と誤認し、液面レベルを誤検出する可能性がある。また、落雷などにより、水位検出器１２に大電流（サージ電流）が流れると、信号線を通じて制御基板６０ａおよび制御基板６０ｂにサージ電流が流れ、制御基板６０ａ，６０ｂが同時に故障するおそれがある。また、制御基板６０ａ，６０ｂにサージ対策を施してもこれらの制御基板が故障するおそれを完全になくすことが困難である。

本実施形態によれば、予備制御基板６０ｂによるバックアップ運転が開始されるとき、制御基板６０ｂにより切り替えスイッチ１２０が操作され、制御基板６０ａと水位検出器１２との間の接続が遮断され、同時に制御基板６０ｂと水位検出器１２とが接続される。すなわち、水位検出器１２が同時に制御基板６０ａおよび制御基板６０ｂの両方に接続されることがない。したがって、一方の制御基板内で短絡した場合でも他の制御基板が受水槽２内の液面レベルを誤検出することはない。また、水位検出器１２に大電流が流れた場合でも制御基板６０ａおよび制御基板６０ｂが同時に故障することはない。

ポンプ３の通常運転時は、図１に示すように、第１の水位信号線１２５と第２の水位信号線１２６とが接続され、水位検出器１２からの出力信号は制御基板６０ａに入力される。制御部６は、上述したように、制御基板６０ａに関連する制御機能に異常が起こると、待機中の制御基板６０ｂが制御基板６０ａをバックアップしてすべてのインバータ５を制御するバックアップ機能を有している。制御基板６０ｂが待機している（待機中の）ときは、その制御基板６０ｂ自体はインバータ５を制御しないが、接続された圧力センサ２７やインバータ５の制御を行っている制御基板６０ａを監視し、それらの状態を示す信号を他の機器に出力できる状態となっている。通常の運転では、制御基板６０ａによってすべてのインバータ５の運転が制御され、制御基板６０ｂは待機している。制御基板６０ａに関連する制御機能に異常が発生したときに、バックアップ機能が作動して制御基板６０ｂによるバックアップ運転が行われる。バックアップ運転中は制御基板６０ｂによりすべてのインバータ５が制御される。したがって、給水装置はその最大水量で運転を継続することができ、断水を回避することができる。バックアップ運転が行われるときに、切り替えスイッチ１２０により水位検出器１２の接続先は、制御基板６０ａから制御基板６０ｂに切り替えられる。

図５は、制御基板６０ａとインバータ５との間の通信線１０１に接続スイッチ１３０が設けられた図である。図５に示すように、通信線１０１には、接続スイッチ１３０が設けられている。この接続スイッチ１３０は、制御基板６０ａと３台のインバータ５との間の通信を接続および遮断するＯＮ−ＯＦＦスイッチである。接続スイッチ１３０をＯＮにすると、制御基板６０ａとインバータ５との間の通信が確立される。一方、接続スイッチ１３０をＯＦＦにすると、通信線１０１が電気的に切断され、制御基板６０ａとインバータ５との間の通信が遮断される。図５は接続スイッチ１３０がＯＮであり、制御基板６０ａがインバータ５に接続されている状態を示している。したがって、インバータ５は制御基板６０ａによって制御されている。

制御基板６０ｂは、バックアップ機能が作動するときに、接続スイッチ１３０をＯＦＦにし、制御基板６０ａと複数のインバータ５との間の通信を遮断する。これにより、制御基板６０ａはインバータ５を制御することができなくなり、代わりに制御基板６０ｂが３台のインバータ５を制御する。このように接続スイッチ１３０によって制御基板６０ａと複数のインバータ５との間の通信が強制的に遮断されるので、異常が発生した制御基板６０ａから誤った指令が複数のインバータ５に送られることがない。したがって、インバータ５は、制御基板６０ｂによって正常に制御される。

制御基板６０ａに関連する制御機能に異常が起きたとき、制御基板６０ｂは接続スイッチ１３０をＯＦＦにして制御基板６０ａとインバータ５との通信を遮断し、さらに切り替えスイッチ１２０を操作して水位検出器１２と制御基板６０ａとの接続を遮断するとともに水位検出器１２と制御基板６０ｂを接続させるように構成されている。

図６は、接続スイッチ１３０が操作されて制御基板６０ａとインバータ５との通信が遮断され、かつ切り替えスイッチ１２０が操作されて水位検出器１２が制御基板６０ｂに接続された状態を示す図である。制御基板６０ａに関連する制御機能に異常（制御基板６０ａのＣＰＵエラー、通信異常、圧力センサ２６の異常など）が発生した場合、図６に示すように、制御基板６０ｂは、接続スイッチ１３０をＯＦＦにし、制御基板６０ａと複数のインバータ５との間の通信を遮断する。さらに、制御基板６０ｂは、切り替えスイッチ１２０を操作して、水位検出器１２と制御基板６０ａとの接続を遮断するとともに、水位検出器１２と制御基板６０ｂとの接続を確立する。接続スイッチ１３０および切り替えスイッチ１２０は、リレー回路や半導体スイッチから構成することができる。また、切り替えスイッチ１２０と接続スイッチ１３０を同時に動作させることが好ましい。これらのスイッチ１２０，１３０を同時に動作させることで、異常が発生した制御基板６０ａから誤った指令が送られることをより確実に防止することができる。

図７は、制御部６のバックアップ機能の有無および水位検出器１２の設置数を設定するフローチャートである。図７に示すフローチャートは、表示操作器７０ａを通じて作業員によって入力された設定信号に従って、制御基板６０ａ内のＣＰＵ６３が実行する。

まず、バックアップ機能の有無が選択される。表示操作器７０ａを通じて入力された設定信号がバックアップ機能なしを示す信号である場合には、ＣＰＵ６３はバックアップ機能がない条件でインバータ５の制御プログラムを実行する。表示操作器７０ａを通じて入力された設定信号がバックアップ機能ありを示す信号である場合には、次に水位検出器１２の設置数が選択される。入力された設定信号が、水位検出器１２の設置数が２つであることを示す信号である場合は、ＣＰＵ６３はバックアップ機能があり、かつ２つの水位検出器１２がある条件でインバータ５の制御を実行する。この場合は、図１０に示すように、２つの水位検出器１２はそれぞれ２つの制御基板６０ａ，６０ｂに接続される。入力された設定信号が、水位検出器１２の設置数が１つであることを示す信号である場合は、ＣＰＵ６３はバックアップ機能があり、かつ１つの水位検出器１２がある条件でインバータ５の制御を実行する。この場合は、切り替えスイッチ１２０により、水位検出器１２は制御基板６０ａまたは制御基板６０ｂのどちらかに選択的に接続される。図７に示すように、給水装置の仕様に応じて制御部６の動作条件を変更することにより、様々な仕様の給水装置に制御基板を共通に使用することができる。制御部６の動作条件は操作表示器７０ａ，７０ｂを操作することで変更できる。

図８は、本発明のさらに他の実施形態における給水装置を示す概略図である。特に説明しない本実施形態の構成および動作は、図１に示す構成および動作と同じであるので、その重複する説明を省略する。なお、図８では給水装置の一部が省略されており、圧力センサ２６，２７の配置は模式的に描かれている。

図８に示す給水装置は、図１に示す給水装置を２台連結した構成を有している。すなわち、図８に示す給水装置は、並列に並ぶ６台のポンプ３と、これらポンプ３を駆動する６台のモータ４と、これらモータ４に可変周波数の電圧を印加する６台のインバータ５とを備えている。制御部６は、主制御基板として機能する制御基板６０ａ，６０ｃと、バックアップ用の予備制御基板として機能する制御基板６０ｂ，６０ｄとを備えている。制御基板６０ｂ，６０ｄは制御基板６０ａ，６０ｃをバックアップするための予備制御基板である。これら制御基板６０ａ〜６０ｄは同一の構成を有しているが、上述したようにバックアップ運転用の制御基板６０ｂ，６０ｄは、インバータ５（ポンプ３）の制御に必要な最低限の構成のみを有してもよい。

６台のインバータ５のうちの３台（符号５ａ，５ｂ，５ｃで示す）は通信線１０４により直列に接続されており、残りの３台のインバータ５ｄ，５ｅ，５ｆは通信線２０４により直列に接続されている。制御基板６０ａは通信線１０１によってインバータ５ａに接続されている。したがって、制御基板６０ａは通信線１０１，１０４によって３台のインバータ５ａ，５ｂ，５ｃに直列に接続され、これら３台のインバータ５ａ，５ｂ，５ｃの運転を制御する。制御基板６０ｃは通信線２０１によってインバータ５ｄに接続されている。したがって、制御基板６０ｃは通信線２０１，２０４によって３台のインバータ５ｄ，５ｅ，５ｆに直列に接続され、これら３台のインバータ５ｄ，５ｅ，５ｆの運転を制御する。

同様に、制御基板６０ｂは通信線１０２によってインバータ５ｃに接続されている。したがって、制御基板６０ｂは通信線１０２，１０４によって３台のインバータ５ａ，５ｂ，５ｃに直列に接続されている。制御基板６０ｄは通信線２０２によってインバータ５ｆに接続されている。したがって、制御基板６０ｄは通信線２０２，２０４によって３台のインバータ５ｄ，５ｅ，５ｆに直列に接続されている。さらに、制御基板６０ａと制御基板６０ｃとは通信線１５１によって接続され、制御基板６０ｂと制御基板６０ｄとは通信線１５２によって接続されている。

制御基板６０ｃと制御基板６０ｄとは通信線１５３によって接続されており、制御基板６０ａ，６０ｃと制御基板６０ｂ，６０ｄとは通信により相互監視されている。図４に示すように監視手段（例えば監視基板）によって制御基板６０ａ，６０ｃと制御基板６０ｂ，６０ｄの両方を監視してもよい。

圧力センサ２６や水位検出器１２などの物理量検出器の出力信号は制御基板６０ａに入力され、さらに通信線１５１を通じて制御基板６０ｃに送信される。同様に、圧力センサ２７や水位検出器１２などの物理量検出器の出力信号は制御基板６０ｂに入力され、さらに通信線１５２を通じて制御基板６０ｄに送信される。水位検出器１２、切り替えスイッチ１２０、第１の水位信号線１２５、第２の水位信号線１２６、および第３の水位信号線１２７の配置は、図１に示す給水装置と同じである。

通信線１０１には、接続スイッチ１３０が設けられている。接続スイッチ１３０をＯＦＦにすると、通信線１０１が電気的に切断され、制御基板６０ａとインバータ５ａ，５ｂ，５ｃとの間の通信が遮断される。通信線２０１には接続スイッチ２３０が設けられている接続スイッチ２３０をＯＦＦにすると、通信線２０１が電気的に切断され、制御基板６０ｃとインバータ５ｄ，５ｅ，５ｆとの間の通信が遮断される。

制御部６は、待機中の予備制御基板６０ｂ，６０ｄが主制御基板６０ａ，６０ｃをバックアップしてすべてのインバータ５ａ〜５ｆを制御するバックアップ機能を有している。すなわち、制御基板６０ａ，６０ｃに関連する制御機能に異常が発生すると、制御基板６０ａ，６０ｃに代わって制御基板６０ｂ，６０ｄがすべてのインバータ５ａ〜５ｆを制御する。

制御基板６０ｂ，６０ｄによるバックアップ動作が行われる条件は、図１に示す給水装置と基本的に同じである。すなわち、主制御基板として機能する制御基板６０ａ，６０ｃに関連する制御機能に異常が起きたときに、バックアップ機能が作動して制御基板６０ｂ，６０ｄによるバックアップ運転が開始される。制御基板６０ａ，６０ｃに関連する制御機能の異常としては、次のようなものが挙げられる。
（１）制御基板６０ａとすべてのインバータ５ａ〜５ｃとの通信異常
（２）制御基板６０ｃとすべてのインバータ５ｄ〜５ｆとの通信異常
（３）制御基板６０ｃと制御基板６０ｄとの間の通信異常
（４）制御基板６０ａと制御基板６０ｃとの間の通信異常
（５）制御基板６０ａおよび／または制御基板６０ｃ自体の異常
（６）制御基板６０ａに接続されている圧力センサ２６の異常

上述した異常のうちのいずれかが起こると、図９に示すように、制御基板６０ｂは切り替えスイッチ１２０を操作して、水位検出器１２と制御基板６０ａとの接続を遮断するとともに、水位検出器１２と制御基板６０ｂとを接続する。また、この切り替えスイッチ１２０の動作とともに制御基板６０ｂは接続スイッチ１３０をＯＦＦにすることで制御基板６０ａとインバータ５ａ，５ｂ，５ｃとの通信を遮断し、制御基板６０ｄは接続スイッチ２３０をＯＦＦにすることで制御基板６０ｃとインバータ５ｄ，５ｅ，５ｆとの通信を遮断する。バックアップ運転中は、制御基板６０ｂ，６０ｄは、制御基板６０ａ，６０ｃに代わって、すべてのインバータ５ａ〜５ｆを制御する。したがって、給水装置は、その最大給水能力を維持したまま給水を継続することができる。

本実施形態では、４台の制御基板６０ａ〜６０ｄが設けられているが、水位検出器１２は１つのみである。切り替えスイッチ１２０を設けることにより、１つの水位検出器１２（１セットの電極棒１２ａ）で制御基板６０ａ，６０ｃおよび制御基板６０ｂ，６０ｄはそれぞれすべてのインバータ５ａ〜５ｆを制御することが可能である。

これまで本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されず、その技術的思想の範囲内において種々異なる形態にて実施されてよいことは言うまでもない。

２ 受水槽
３ ポンプ
４ モータ
５，５ａ〜５ｆ インバータ
６ 制御部
１０ 配管
１２，４１２ 水位検出器（物理量検出器）
１２ａ 電極棒
１４ 給水管
１６ 電磁弁
１８ 吐出管
２０ 集合管
２２ チェッキ弁
２４ フロースイッチ
２６，２７ 圧力センサ
２８ 圧力タンク
４０ 監視基板（監視手段）
４１，４２ 通信線
６０ａ，６０ｂ，６０ｃ，６０ｄ 制御基板
６１ 通信部
６２ メモリ
６３ ＣＰＵ
６５ 入出力部
７０ａ，７０ｂ 操作表示器
７１ ランプ
７２ 操作ボタン
７３ 表示部
８０ａ，８０ｂ 電源基板（電源部）
１０１，１０２，１０３ 信号線
１２０ 切り替えスイッチ
１２５，１２６，１２７，１５１，１５２，１５３，２０１，２０２ 信号線
１３０，２３０ 接続スイッチ

Claims (12)

1. 複数のポンプと、
   前記複数のポンプにそれぞれ連結された複数のモータと、
   前記モータに可変周波数の電圧を印加する複数のインバータと、
   それぞれが前記複数のインバータを単独で制御可能な第１の制御基板および第２の制御基板を含む制御部と、
   前記複数のポンプの運転制御に必要な物理量を検出する物理量検出器と、
   前記物理量検出器を前記第１の制御基板または前記第２の制御基板のいずれか一方に選択的に接続する切り替えスイッチとを備え、
   前記制御部は、前記第２の制御基板が前記第１の制御基板に代わって前記複数のインバータを制御するバックアップ機能を有しており、
   前記バックアップ機能が作動すると、前記切り替えスイッチは、前記物理量検出器と前記第１の制御基板との接続を遮断するとともに、前記物理量検出器と前記第２の制御基板とを接続することを特徴とする給水装置。
2. 前記制御部は、前記複数のインバータを制御している前記第１の制御基板に関連する制御機能に異常があったときに、前記第２の制御基板が前記第１の制御基板に代わって前記複数のインバータを制御することを特徴とする請求項１に記載の給水装置。
3. 前記第１の制御基板に関連する制御機能の異常は、前記第１の制御基板と前記複数のすべてのインバータとの間の通信異常、前記第１の制御基板自体の異常、前記第１の制御基板と前記第２の制御基板との間の通信異常、または、前記ポンプの吐出側圧力を測定する圧力センサの異常であることを特徴とする請求項２に記載の給水装置。
4. 前記物理量検出器は、前記ポンプに接続された受水槽の水位を検出する水位検出器であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の給水装置。
5. 前記第２の制御基板が前記切り替えスイッチを操作して前記物理量検出器と前記第１の制御基板との接続を遮断するとともに、前記物理量検出器と前記第２の制御基板とを接続することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の給水装置。
6. 前記第１の制御基板および前記複数のインバータは、通信線によって直列に接続されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の給水装置。
7. 前記通信線に、前記第１の制御基板と前記複数のインバータとの通信を接続および遮断する接続スイッチを設け、
   前記接続スイッチは、前記バックアップ機能が作動したときに前記第１の制御基板と前記複数のインバータとの通信を遮断することを特徴とする請求項６に記載の給水装置。
8. 前記接続スイッチは、前記切り替えスイッチの切替動作と同時に動作して前記第１の制御基板と前記複数のインバータとの通信を遮断することを特徴とする請求項７に記載の給水装置。
9. 前記第２の制御基板が前記接続スイッチを操作して前記第１の制御基板と前記複数のインバータとの通信を遮断することを特徴とする請求項７または８に記載の給水装置。
10. 前記複数の制御基板は、相互に通信監視するように互いに接続されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の給水装置。
11. 前記第１の制御基板および該第２の制御基板が正常に動作しているか否かを監視する監視手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の給水装置。
12. 複数のポンプに連結された複数のモータを複数のインバータによりそれぞれ駆動することによって給水する方法であって、
    物理量検出器により前記複数のポンプの運転制御に必要な物理量を検出しながら、前記複数のインバータを第１の制御基板により単独で制御する工程と、
    前記第１の制御基板に代わって第２の制御基板により前記複数のインバータを制御するバックアップ運転工程と、
    前記バックアップ運転が開始されるときに、前記物理量検出器と前記第１の制御基板との接続を遮断するとともに、前記物理量検出器と前記第２の制御基板とを接続する工程とを含むことを特徴とする給水方法。

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