JP2015130146A - インバータ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明はポンプ制御時ポンプ内部に急な圧力の変化によってポンプが損傷することを防止するインバータ制御方法を提供する。
【解決手段】本発明の方法は、プレ−ＰＩＤ終了時圧力センサーからフィードバックされる圧力データを第１レファランスに設定して、第１レファランスを所定ステップ増加した第２レファランスに更新し、第２レファランスを利用して比例積分微分（ＰＩＤ）制御を行って、第２レファランスまたはフィードバックされる圧力データが予め設定された設定値と同じになる場合、ユーザーの設定による第３レファランスを利用してＰＩＤ制御を行う。
【選択図】図７

Description

本発明は、インバータの制御方法に関するものである。

一般に、ポンプ制御において、ポンプを直入起動する等の場合、瞬間的にポンプ管に圧力が過度に印加されて、ポンプが損傷したり、またはポンプから水タンクまで繋がっている管が損傷する場合がある。

このような問題点を解決するために、プレ（ｐｒｅ）−比例積分微分（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ Ｉｎｔｅｇｒａｌ Ｄｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ、ＰＩＤ）周波数まで定常加減速時間の間に加速して、プレ−ＰＩＤ遅延時間だけプレ−ＰＩＤ周波数で維持する方法が用いられている。

プレ−ＰＩＤ周波数でプレ−ＰＩＤ遅延時間を維持する間、圧力に対するフィードバックがユーザーが設定したプレ−ＰＩＤ中断（ｅｘｉｔ）より小さいと、プレ−ＰＩＤ時間が過ぎた後、定常的なＰＩＤ制御を行う。プレ−ＰＩＤ周波数に到達して、プレ−ＰＩＤ遅延時間（ソフトフィール（ｓｏｆｔ ｆｉｌｌ）時間ともいう）を維持する間にはＰＩＤ制御を行わない。

図１Ａ及び図１Ｂは、従来のインバータ制御を説明するための例示図であり、図１Ａは、プレ−ＰＩＤ周波数でプレ−ＰＩＤ遅延時間が経過する前にフィードバックにプレ−ＰＩＤ中断値に到達した場合であり、図１Ｂは、プレ−ＰＩＤ周波数でプレ−ＰＩＤ遅延時間を維持した後にもフィードバックがプレ−ＰＩＤ中断値より小さい場合を示す。

図１Ａの場合、プレ−ＰＩＤ周波数でプレ−ＰＩＤ遅延時間が終了する前にフィードバックされる圧力データがプレ−ＰＩＤ中断値に到達した場合、定常ＰＩＤが実行されることがわかる。

しかし、図１Ｂに示したように、プレ−ＰＩＤ遅延時間が過ぎてもフィードバックされる圧力データがプレ−ＰＩＤ中断値と差が大きく生じる場合、定常ＰＩＤが始まるとＰＩＤ制御負担率が大きくなるので、ＰＩＤ出力が瞬間的に大きくなるにつれ、突然ポンプ圧力変動によるポンプ損傷を防止できなくなることがある問題点がある。

本発明が解決しようとする技術的課題は、ポンプ制御時ポンプ内部に急な圧力の変化によってポンプが損傷することを防止するインバータ制御方法を提供することである。

さらに、本発明は、圧力のフィードバックとユーザーが設定したポンプが定常運転可能な圧力の差が大きく生じないため、ポンプの損傷を防止するインバータ制御方法を提供することである。

前記技術的課題を解決するために、ポンプによる圧力を検出する圧力センサーと、前記ポンプを駆動する電動機、及び前記電動機を駆動するインバータを含むシステムにおいて、前記インバータを制御する本発明の一実施形態の制御方法は、プレ−ＰＩＤ終了時に前記圧力センサーからフィードバックされる圧力データを第１レファランスに設定する段階と、前記第１レファランスを所定ステップ増加した第２レファランスに更新する段階と、前記第２レファランスを利用して比例積分微分（ＰＩＤ）制御を行って、前記インバータの出力周波数を決める段階と、前記第２レファランスまたはフィードバックされる圧力データが予め設定された設定値と同じとなる場合、ユーザーの設定による第３レファランスを利用してＰＩＤ制御を行って前記インバータの出力周波数を決める段階と、を含んでもよい。

本発明の一実施形態の制御方法は、所定周期経過後、前記第２レファランスと該当時点におけるフィードバックされる圧力データとの差が、所定値未満の場合、前記第２レファランスを前記所定ステップ増加した第４レファランスに更新する段階をさらに含んでもよい。

本発明の一実施形態の制御方法は、前記第４レファランスを利用してＰＩＤ制御を行って、前記インバータの出力周波数を決める段階をさらに含んでもよい。

本発明の一実施形態の制御方法は、所定周期経過後、前記第２レファランスと該当時点におけるフィードバックされる圧力データの差が所定値以上の場合、前記第２レファランスを該当周期におけるレファランスに更新する段階をさらに含んでもよい。

本発明の一実施形態の制御方法は、前記第２レファランスを利用してＰＩＤ制御を行って、前記インバータの出力周波数を決める段階をさらに含んでもよい。

本発明の一実施形態において、前記設定値は、前記第３レファランスより小さくてもよい。

本発明は、プレ−ＰＩＤ遅延以後フィードバックされる圧力データがソフトフィール設定値に到達できない場合、ソフトフィールＰＩＤを行う。

即ち、初期ソフトフィールＰＩＤレファランスに所定ステップを周期的に増加させて更新し、ソフトフィールＰＩＤレファランスとフィードバックされる圧力データとの差が所定値以下の場合に限って増加させることによって、ポンプが定常運転可能な圧力に到達するまで急激な圧力の変化なしに運転可能であり、ポンプの損傷を防止する効果がある。

従来のインバータ制御を説明するための例示図である。 従来のインバータ制御を説明するための例示図である。 本発明が適用されるインバータシステムの構成図である。 図２の制御部の一実施形態詳細構成図である。 本発明のインバータ制御方法を説明するための一例示図である。 本発明のインバータ制御方法を説明するための他の一例示図である。 本発明のインバータ制御方法を説明するための他の一例示図である。 本発明の一実施形態に係るインバータ制御方法を説明するためのフローチャートである。

本発明は、多様な変更を加えることができて、多様な実施形態を有することができ、特定実施形態を図面に例示して詳細な説明において詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の実施形態に対して限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるいずれの変更、均等物乃至代替物を含むものと理解されなければならない。

以下、添付図面を参照して本発明に係る好ましい一実施形態を詳細に説明する。

図２は、本発明が適用されるインバータシステムの構成図である。

図面に示したように、本発明のシステムは、インバータ１と、インバータ１から所定の大きさ及び周波数の電圧の印加を受ける電動機２とで構成され、電動機２に連結されたポンプ３は、電動機２によって駆動される。

一般に、ポンプ３は、入口を介して液体などを吸入して吐出口から吐き出すように構成される機械であり、電動機２によって駆動される。ポンプ３の構成については、本発明と大きくは関連しないので、その説明については省略する。

圧力センサー４は、ポンプ３に連結された流路に設置されて、圧力センサー４が設置される位置は、例えば吐出口であるが、これに限定されるものではない。即ち、流路の種々の位置に圧力センサー４が配置されてもよい。圧力センサー４が検出する流路の圧力は、本発明のインバータ制御にフィードバックとして用いられる。

一方、本発明において、流路の状態に対するフィードバックとして、例えば、圧力センサー４が検出する流路の圧力を挙げて説明するが、これに限定されるものではなく、流量センサーなどの種々のセンサーが流路の状態を示す値を検出して、これをフィードバックとして用いてもよい。

本発明のインバータ１は、制御部１１、入出力部１２、及びパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ−Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、ＰＷＭ）実行部１３を含んでもよい。本発明のインバータ１は、前記構成要素以外に様々な構成要素を有してもよいが、本発明と関係がない構成要素についてはその説明は省略する。

入出力部１２は、圧力センサー４の出力を受信して、これをデジタルデータに変換して、制御部１１に伝達することができる。これのために、入出力部１２は、アナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）を含んでもよい。

制御部１１は、入出力部１２からデータを受信して、ＰＩＤ制御を介して出力周波数を生成し、該当出力周波数をＰＷＭ実行部１３に伝達する。

ＰＷＭ実行部１３は、制御部１１から受信した出力周波数を利用してＰＷＭを行って、その出力を電動機２に提供すると、電動機２はこれに従って駆動される。出力周波数を利用したＰＷＭ実行は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者には自明な事項であるため、その詳細な説明は省略する。

図３は、図２の制御部１１の一実施形態の詳細構成図であり、ＰＩＤ制御を行う部分を示した図である。

図面に示したように、制御部１１は、エラー生成部（１１Ａ）及びＰＩＤ制御部（１１Ｂ）を含んでもよい。

エラー生成部１１Ａは、ＰＩＤレファランス（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）と入出力部１２から受信した圧力データのエラーを生成して、ＰＩＤ制御部１１Ｂに提供し、ＰＩＤ制御部１１Ｂは、ＰＩＤ制御を行って、ＰＷＭ実行部１３の出力周波数を出力することができる。

ＰＩＤレファランスは、ユーザーによって設定されるもので、ユーザーが入力部（図示せず）を介して入力することができ、普通「圧力指令」ともいう。

以下、図面を参照して本発明の制御部１１の動作を説明する。

図４は、本発明のインバータ制御方法を説明するための一例示図であり、（ａ）は、時間に伴って圧力センサー４を介して入力される圧力データのフィードバックを説明するための図であり、（ｂ）は、時間に伴ってＰＩＤレファランスの変化を説明（変化しない）するための図であり、（ｃ）は、制御部１１の出力周波数を示した図である。図４の一実施形態は、プレ−ＰＩＤ遅延中にフィードバックされる圧力データが、所定設定値（ソフトフィール（ｓｏｆｔ ｆｉｌｌ）設定値）以上の場合を示した図である。

図面に示したように、制御部１１は、初期（０からｔ１まで）にプレ−ＰＩＤ周波数に到達する時まで周波数を増加させて、プレ−ＰＩＤ遅延時間（ｔ１からｔ３）の間プレ−ＰＩＤ周波数を維持する。これは、ポンプ３運転時、ポンプ３が運転可能な圧力に到達するようにするためである。

この時、制御部１１はセンサーデータのフィードバックを確認して、ソフトフィール設定値にセンサーデータが到達する場合、ＰＩＤ遅延時間が終了しなかった場合にも定常ＰＩＤを始めることができる（即ち、ｔ３より早いｔ２で定常ＰＩＤ実行開始）。

一方、本発明の制御部１１は、プレ−ＰＩＤ遅延時間が終了した場合にも圧力データのフィードバックがソフトフィール設定値より小さい場合、これをソフトフィール設定値に上昇させるためにＰＩＤ制御を行うが、これを「ソフトフィールＰＩＤ」とする。即ち、ソフトフィールＰＩＤは、プレ−ＰＩＤ遅延時間の終了後、ポンプ３からフィードバックされる圧力データをソフトフィール設定値まで上昇するために用いられるＰＩＤ制御である。

図５及び図６は、本発明のインバータ制御方法を説明するための他の一例示図であり、図５及び図６において、（ａ）は、フィードバックされる圧力データを示し、（ｂ）は、制御部１１の出力周波数を示す図である。

本発明の一実施形態において、プレ−ＰＩＤが終了した場合にも圧力データのフィードバックがソフトフィール設定値より小さい場合、プレ−ＰＩＤ終了時点での圧力データを「ソフトフィールＰＩＤレファランス」と定義する。本発明の制御部１１は、この時ＰＩＤレファランスを制御して、フィードバックされる圧力データをソフトフィール設定値まで徐々に上昇するように制御することができ、この時のＰＩＤ制御をソフトフィールＰＩＤと定義したものである。

プレ−ＰＩＤ終了後、フィードバックされる圧力データがソフトフィール設定値に到達しなかった場合、本発明のソフトフィールＰＩＤ制御が始まる。

制御部１１は、ソフトフィールＰＩＤレファランスを初期値としてＰＩＤ制御を行う。即ち、制御部１１は、ソフトフィールＰＩＤレファランスに所定時間（Ｂ）毎に所定ステップ（Ａ）増加したレファランスを新しいソフトフィールＰＩＤレファランスとして指定することができる。

この時、所定時間（Ｂ）経過時、制御部１１は、該当ソフトフィールＰＩＤレファランスと実際のフィードバックされる圧力データとの差（Ｃ）を確認して、所定値未満の場合に限ってＡステップ増加したソフトフィールＰＩＤレファランスを新しく指定する。

即ち、ｔ０において初期ソフトフィールＰＩＤレファランスが指定されると、ｔ０ではＡだけ増加したソフトフィールＰＩＤレファランスをｔ１まで（即ち、Ｂの間）用いる。ｔ１において該当ソフトフィールＰＩＤレファランス（即ち、ソフトフィールＰＩＤレファランスでＡだけ増加した値）とフィードバックされる圧力データとの差（Ｃ）が所定値未満の場合、ｔ１で再度Ａステップだけ増加した新しいソフトフィールＰＩＤレファランスを指定することができる。

このように、周期毎にソフトフィールＰＩＤレファランスを再度指定して、例えば、ｔ５でのようにＰＩＤレファランスとフィードバックデータとの差が所定値を越える場合、次の周期でＡステップ増加しないで、次の周期まで該当周期でのソフトフィールＰＩＤレファランスをそのまま用いることができる。

以後、ｔ６でのようにフィードバックされる圧力データがソフトフィール設定値に到達した場合、制御部１１は、ＰＩＤレファランスに変更して、定常ＰＩＤ制御を行うことができる。

即ち、図５は、ソフトフィールＰＩＤ制御中にフィードバックされる圧力データがソフトフィール設定値に到達した場合である。一方、図６は、ソフトフィールＰＩＤ制御中、ソフトフィールＰＩＤレファランスがソフトフィール設定値に到達した場合を示す。

図６に示したように、制御部１１は、初期ソフトフィールＰＩＤレファランスから所定周期（Ｂ）毎に所定ステップ（Ａ）増加してソフトフィールＰＩＤレファランスを更新し、ソフトフィールＰＩＤレファランスがソフトフィール設定値に到達した場合、定常ＰＩＤ制御を行うことができる。

図７は、本発明の一実施形態に係るインバータ制御方法を説明するためのフローチャートである。この時、ＰＩＤレファランスは、ユーザーによって予め設定されて、本発明の制御部１１は、フィードバックされる圧力データがソフトフィール設定値より小さい場合、プレ−ＰＩＤが終了した場合にもソフトフィールＰＩＤを行う。

図面に示したように、本発明の制御部１１は、プレ−ＰＩＤ実行中（Ｓ１０）に、フィードバックされる圧力データがソフトフィール設定値より大きくなる場合には（Ｓ１５）、直ちに定常ＰＩＤ制御を行うことができる（Ｓ５０）。この時、プレ−ＰＩＤとは、図１Ａ及び図１Ｂに示したように、周波数の下限まで出力周波数を増加させて、周波数の下限に到達する場合、プレ−ＰＩＤ周波数まで定常加減速時間を経過した後、プレ−ＰＩＤ周波数が維持されるプレ−ＰＩＤ遅延時間を経過することをいう。これについては、本発明が属する技術分野において自明な事項であるため、それ以上詳細な説明は省略する。本発明の制御方法においては、ＰＩＤレファランスより所定量小さいソフトフィール設定値を定義することにする。

一方、プレ−ＰＩＤ実行を完了しても、フィードバックされる圧力データがソフトフィール設定値より小さい場合（Ｓ１５）には、制御部１５は、プレ−ＰＩＤが終了する時点のフィードバックされる圧力データの値を「初期ソフトフィールＰＩＤレファランス」に設定し（Ｓ２０）、プレ−ＰＩＤが終了する時点で、初期ソフトフィールＰＩＤレファランスを所定ステップ（Ａ）増加して該当周期でのソフトフィールＰＩＤレファランスで更新する（Ｓ２５）。

以後、所定周期（Ｂ）が経過した場合（Ｓ３０）、以前の周期（周期が経過したので）のソフトフィールＰＩＤレファランスと周期経過時フィードバックされる圧力データとの差が所定値未満の場合に限って（Ｓ３５）、以前の周期ソフトフィールＰＩＤレファランスを所定ステップ（Ａ）増加して該当周期でのソフトフィールＰＩＤレファランスに更新することができる（Ｓ４０）。もし、Ｓ３５の確認結果、以前の周期のソフトフィールＰＩＤレファランスと周期経過時フィードバックされる圧力データとの差が、所定値以上の場合には、所定ステップを増加することなく、以前の周期でのソフトフィールＰＩＤレファランスを該当周期でのソフトフィールＰＩＤレファランスに更新することができる。制御部１１は、更新されたソフトフィールＰＩＤレファランスを利用して、ＰＩＤ制御（ソフトフィールＰＩＤ）を行って、出力周波数を出力することができる。

この時、フィードバックされる圧力データとソフトフィール設定値が同じになる場合（Ｓ４５）、定常ＰＩＤ制御を行うことができる（Ｓ５５）。または、該当周期でのソフトフィールＰＩＤレファランスとソフトフィール設定値が同じになる場合（Ｓ５０）にも、定常ＰＩＤ制御を行って、電動機２を制御する出力周波数を出力することができる（Ｓ５５）。

このように、本発明は、プレ−ＰＩＤ遅延以後、フィードバックされる圧力データがソフトフィール設定値に到達できない場合、ソフトフィールＰＩＤを行う。

即ち、初期ソフトフィールＰＩＤレファランスに所定ステップを周期的に増加させて更新するが、ソフトフィールＰＩＤレファランスとフィードバックされる圧力データとの差が、所定値以下の場合に限って増加させることによって、ポンプ３が定常運転可能な圧力に到達するまで急激な圧力の変化なしに運転可能で、ポンプ３の損傷を防止することができる。

以上、本発明に係る実施形態が説明されたが、これは例示的なものに過ぎず、当分野で通常の知識を有する者であれば、これらから多様な変形及び均等な範囲の実施形態が可能であることを理解するであろう。従って、本発明の真の技術的保護範囲は、特許請求の範囲によって定まらなければならない。

１ インバータ
２ 電動機
３ ポンプ
４ 圧力センサー
１１ 制御部

Claims (6)

1. ポンプによる圧力を検出する圧力センサーと、前記ポンプを駆動する電動機、及び前記電動機を駆動するインバータを含むシステムでの前記インバータを制御する方法において、
   プレ−ＰＩＤ終了時前記圧力センサーからフィードバックされる圧力データを第１レファランスに設定する段階と、
   前記第１レファランスを所定ステップ増加した第２レファランスで更新する段階と、
   前記第２レファランスを利用して比例積分微分（ＰＩＤ）制御を行って、前記インバータの出力周波数を決める段階と、
   前記第２レファランスまたはフィードバックされる圧力データが予め設定された設定値と同じになる場合、ユーザーの設定による第３レファランスを利用してＰＩＤ制御を行って、前記インバータの出力周波数を決める段階と、を含むことを特徴とする、インバータ制御方法。
2. 所定周期経過後、前記第２レファランスと該当時点におけるフィードバックされる圧力データの差が所定値未満の場合、前記第２レファランスを前記所定ステップ増加した第４レファランスに更新する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載のインバータ制御方法。
3. 前記第４レファランスを利用してＰＩＤ制御を行って、前記インバータの出力周波数を決める段階をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載のインバータ制御方法。
4. 所定周期経過後、前記第２レファランスと該当時点におけるフィードバックされる圧力データの差が所定値以上の場合、前記第２レファランスを該当周期でのレファランスに更新する段階をさらに含むことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のインバータ制御方法。
5. 前記第２レファランスを利用してＰＩＤ制御を行って、前記インバータの出力周波数を決める段階をさらに含むことを特徴とする、請求項４に記載のインバータ制御方法。
6. 前記設定値は、
   前記第３レファランスより小さいことを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のインバータ制御方法。

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