JP2017137849A - ポンプユニット及びポンプユニットの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】減台時の圧力低下を抑えることが可能なポンプユニット及びポンプユニットの制御方法を提供する。
【解決手段】本発明の一形態にかかるポンプユニットは、複数のポンプと、複数の前記ポンプの吐出圧力と目標圧力値に基づいて前記複数の前記ポンプの運転及び停止と、複数の前記ポンプのうちいずれかの圧力制御対象ポンプのモータの回転数と、を制御し、所定の増台条件を満たす場合に停止中の前記ポンプを運転させる増台処理と、所定の減台条件を満たす場合に運転中のいずれかの前記ポンプを減速して停止させる減台処理と、を行い、前記減台処理において、前記減台処理の開始後は減台前の目標圧力値を維持し、所定の減台終了条件を満たすと前記目標圧力値を減台前よりも低い値に切替える、制御部と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、複数のポンプを備えるポンプユニット及びポンプユニットの制御方法に関する。

流体を二次側に圧送する給水装置において、ポンプを複数台備え、制御部により複数台のポンプの制御を行うポンプユニットが知られている（例えば、特許文献１参照）。

複数台、例えばｎ台のポンプを有する給水装置において、例えば１台のポンプを圧力フィードバック制御し、他のｎ−１台のポンプを最大運転周波数で運転させ、増台条件を満たすことを検出すると、停止中のポンプを起動して増台し、減台条件を満たすことを検出すると、いずれかのポンプを停止して減台している。

増台条件は、例えば圧力制御対象のポンプの最大運転周波数での運転中に、吐出圧力が、増減基準圧力以下となった場合であり、減台条件は、例えば圧力制御対象のポンプの最低運転周波数での運転中に増減基準圧力以上となった場合である。

例えば、減台条件を満たすと、１台のポンプの運転周波数を低下させ、所定時間で停止させるとともに、増減基準圧力を、ｎ−１台運転時の目標に切替え、圧力制御対象のポンプの運転周波数を制御する。そして他の運転ポンプがある場合には他の運転ポンプは減台以降も引き続き最大運転周波数で運転する。

特開２００８−１１５８２２号公報

上述した技術では以下のような問題がある。すなわち、減台時には圧力が一時的に低下することになるが、例えば配管が長い場合などの理由から圧力の応答が遅くなると、減台時の圧力低下から回復するまでの時間が長くかかり、圧力の変動幅が大きくなる。圧力の変動幅が大きいと、不必要な増台処理や減台処理を繰り返す原因となる。

そこで、減台時の圧力低下を抑えることが可能なポンプユニット及びポンプユニットの制御方法が望まれている。

本発明の一形態にかかるポンプユニットは、複数のポンプと、複数の前記ポンプの吐出圧力と目標圧力値に基づいて前記複数の前記ポンプの運転及び停止と、複数の前記ポンプのうちいずれかの圧力制御対象ポンプのモータの回転数と、を制御し、所定の増台条件を満たす場合に停止中の前記ポンプを運転させる増台処理と、所定の減台条件を満たす場合に運転中のいずれかの前記ポンプを減速して停止させる減台処理と、を行い、前記減台処理において、前記減台処理の開始後は減台前の目標圧力値を維持し、所定の減台終了条件を満たすと前記目標圧力値を減台前よりも低い値に切替える、制御部と、を備える、ことを特徴とする。

本発明の他の一形態に係るポンプユニットの制御方法は、複数のポンプの動作を制御するポンプユニットの制御方法であって、複数の前記ポンプのいずれか１以上の前記ポンプの運転時において、複数の前記ポンプの吐出圧力を検出し、前記吐出圧力と目標圧力値に基づいて前記複数のポンプの運転及び停止と、複数の前記ポンプのうちいずれかの圧力制御対象ポンプのモータの回転数と、を制御し、所定の増台条件を満たす場合に停止中の前記ポンプを運転させる増台処理と、所定の減台条件を満たす場合に運転中のいずれかの前記ポンプを減速して停止させる減台処理と、を行い、前記減台処理において、前記減台処理の開始後は減台前の目標圧力値を維持し、所定の減台終了条件を満たすと前記目標圧力値を減台前よりも低い値に切替える、ことを特徴とする。

本発明によれば減台時の圧力低下を抑えることが可能なポンプユニット及びポンプユニットの制御方法を提供することができる。

本発明の第１実施形態にかかるポンプユニットの構成を示す説明図。 同実施形態にかかるポンプユニットの制御方法を示すフローチャート。 同実施形態にかかるポンプユニットと比較例に係るポンプユニットにおける駆動指令周波数及び圧力目標値と、時間との関係を示すグラフ。 本発明の第２実施形態にかかるポンプユニットの駆動指令周波数と時間との関係を示すグラフ。 本発明の他の実施形態にかかるポンプユニットの構成を示す説明図。

［第１実施形態］
以下、本発明の一実施形態にかかるポンプユニット１及びその制御方法について図１乃至図３を参照して説明する。図１は本実施形態に係るポンプユニット１の構成を示すブロック図であり、図２は、ポンプユニット１の制御方法を示すフローチャートである。

図１に示すポンプユニット１は、複数のポンプ１０と、複数のポンプ１０に接続された制御盤２０と、所定の流路を形成する配管３０と、を備えている。

ポンプユニット１は、例えば、複数のポンプ１０によって流体を増圧して二次側に圧送する給水装置である。

各ポンプ１０は、回転駆動されるモータ１０ａと、モータ１０ａの動作に応じて回転駆動するインペラと、インペラを収容するポンプ室を構成するとともにポンプ室に連通する吸入口、及び吐出口を備えるポンプケーシングと、を備え、吸入口から吐出口に至る所定の流路を形成する。

各ポンプ１０のモータ１０ａはそれぞれ、信号線１６によって制御盤２０に電気的に接続される。

図１に示すように、配管３０は、各ポンプ１０の吐出側にそれぞれ接続された複数の個別吐出管３１と、複数の個別吐出管３１の吐出側に接続される合流路３２ｂを備える共通吐出管３２と、各ポンプ１０の吸込み側にそれぞれ設けられた吸込管３３と、を備える。

複数の個別吐出管３１は、各ポンプ１０の吐出側にそれぞれ接続されている。個別吐出管３１には、各ポンプ１０の吐出側の流量を検出する流量検出部である流量センサ１１と逆止弁１２とが、それぞれ設けられている。

また、各ポンプ１０の二次側には、圧力を蓄えるためのアキュムレータ１３と、吐出口における圧力を検出する圧力検出部である圧力センサ１４と、が設けられている。

各流量センサ１１は信号線１６を介して制御盤２０に接続されている。流量センサ１１は、各ポンプ１０の吐出し口に接続された個別吐出管３１内に設けられている。流量センサ１１として、リードスイッチを内蔵し規定流量にてＯＮ／ＯＦＦ切替えを行うパドル式のセンサや、羽根車に磁石を備えホールＩＣにて流量検出を行う回転式のセンサを、用いることができる。

逆止弁１２は、配管３０において流量センサ１１の二次側に設けられる。

圧力センサ１４は、共通吐出管３２に設けられ吐出し圧力を検出する。圧力センサ１４は、信号線１６を介して制御盤２０に接続され、検出した圧力信号を制御盤２０に送信する。

制御盤２０は、制御部２１と、複数のポンプ１０にそれぞれ接続されたインバータ２２と、各種情報を記憶する記憶部としての記憶装置２３と、を備える。１台の制御部２１に対して、複数のポンプ１０が、複数のインバータ２２を介して、それぞれ接続されている。

記憶装置２３は、制御に必要な情報として、各種基準値や閾値を記憶する。例えば、記憶装置２３には、運転中のポンプ台数に応じた目標圧力の他、運転中のポンプ台数に対応して設定されたポンプ増減の切替え目標圧力等が記憶されている。

制御部２１は、予め記憶装置２３に記憶された各種プログラムに従って、複数のポンプ１０の動作を制御する。具体的には、制御部２１は、各インバータ２２に制御信号を送信し、個々のポンプ１０にそれぞれ対応する複数のインバータ２２を制御する。

例えば制御部２１は、圧力センサ１４で検出された圧力値と、例えば記憶装置２３に記憶された閾値や基準値との比較を行う。また、制御部２１は、各種の演算処理を行い、駆動するポンプ１０の台数及び駆動するポンプ１０を決定する。制御部２１は個々のポンプ１０にそれぞれ対応するインバータ２２の周波数制御により、モータ１０ａを変速運転または停止させる。

具体的には、制御部２１は、検出した吐出圧力と目標圧力値に基づいて複数のポンプ１０の運転及び停止と、複数のポンプ１０のうちいずれか１以上の圧力制御対象のポンプ１０のモータ１０ａの回転数とを制御する。

制御部２１は、検出した吐出圧力や運転周波数に基づいて、所定の増台条件を満たす場合に停止中のポンプ１０を運転させる増台処理を行う。また、制御部２１は、所定の減台条件を満たす場合に運転中のいずれかのポンプ１０を減速して停止させる減台処理を行う。

制御部２１は、減台処理において、減台処理の開始後は減台前の台数に対応した目標圧力値を維持し、減台終了条件を満たすと目標圧力値を減台後の台数に対応した目標圧力値に切替える。

インバータ２２は、信号線１６によって各ポンプ１０のモータに電気的に接続されている。インバータ２２は制御部２１からの制御信号に応じた所定の周波数を出力することで、ポンプ１０のモータを所定の回転速度で回転させる。

以上の様に構成されたポンプユニット１の制御方法について、図２及び図３のグラフを参照して説明する。図２は本実施形態にかかるポンプユニット１の制御手順を示すフローチャートであり、図３は目標圧力値及び運転周波数の時間との関係を示す説明図である。図３において、縦軸は目標圧力及び周波数を示し、横軸は時間を示す。

ｎは駆動するポンプ１０の台数である。ここで、例えば２台のポンプを備えるポンプユニット１において、ｎ＝１台であり、ｎ＋１は２台である場合を例示する。その場合、２台のポンプ１０のうち所定の１台である先発ポンプ１０Ａの単独運転を行う。また、本実施形態においては１台ずつ増台または減台処理を行う例を示す。

図３は２台のポンプ１０に接続されるインバータ２２の指令周波数と、圧力制御対象ポンプ１０の圧力目標値と、をそれぞれ時間軸に対応して示している。
例えば、第２基準周波数の一例としてモータ負荷に応じて最大周波数（Ｕ４２）が設定されている。一台運転時にポンプが停止する際の基準としてポンプの締め切り時の周波数であるＳｍｉｎ［Ｈｚ］が設定されている。またポンプが再加速するまでの基準値として下限補正値であるＳｍｉｎ−Ｕ１０９［Ｈｚ］が設定されている。第１基準周波数の一例として解列周波数（Ｕ３７）が設定されている。

また、圧力制御の目標値として、例えばｎ台運転時の目標圧力Ｐｎ、ｎ＋１台運転時の目標圧力Ｐｎ＋１、増台及び減台基準圧力Ｐｆ（ｎ）、が設定されている。例えばＰｎはＳｍｉｎを用いて所定の計算式で算出され、Ｐｎ＋１はＳｍｉｎを用いて他の計算式で算出される。増台及び減台の基準値であるＰｆｎは，Ｐｎより大きくＰｎ＋１より小さい値、として設定されている。なお、本実施形態では一例としてｎからｎ＋１台への増台切替え目標値と、ｎ＋１台からｎ台への減台切替え目標値をいずれもＰｆｎとして同じ値に設定したが、これに限られるものではなく、各種条件に応じて個別に設定してもよい。

本実施形態においては一例としてｎ＝１である例を示す。すなわち、図３に示すように、２台のポンプ１０を有し、ｔ１で１台のポンプを起動して単独運転を行い、ｔ４において２台目のポンプを起動して増台し、ｔ１０まで２台運転とした後、減台開始（ｔ１０）し、所定時間後に減台完了（ｔ１１）し、１台運転に切替える例について説明する。

制御部２１は、ポンプユニット１が始動され、運転開始の指示を検出すると（ＳＴ１）、あらかじめ設定されたプログラムに基づき、所定のｎ台のポンプ１０を起動し、運転する（ＳＴ２）。

ここでは例えば図３のｔ１に示すように、先発ポンプ１０Ａを所定の出力で駆動し、目標圧力はｎ台運転時の目標圧力Ｐｎとし、圧力制御を行いながら、吐出し圧力一定で運転する。

制御部２１は、運転中のｎ台のポンプ１０の吐出側にそれぞれ設けられた各流量センサ１１によって、吐出流量に比例するパルス周波数を一定時間毎に検出する（ＳＴ３）とともに、一定時間毎に、圧力センサ１４によって吐出圧力を検出する（ＳＴ４）。

図３に示すように、運転開始（ｔ１）の後、運転周波数が上昇し、ｔ２において運転周波数が予め設定されたＳｍｉｎに到達すると、制御部２１は、目標値をｎ台運転時における増台基準であるＰｆｎに切替える。

そして、制御部２１は、ｎ台での運転中に、圧力センサ１４で検出した吐出圧力に基づき、所定の増台条件を満たすか否かを判定する（ＳＴ５）。

具体的には、増台条件として、運転中のポンプのうち、圧力制御対象である先発ポンプ１０Ａが最大周波数に到達した（ｔ３）状況において、圧力センサ１４で検出した吐出圧力Ｐが予め設定された所定の増台圧力Ｐｆｎ以下となるか否かを判定する。

ＳＴ５において、増台条件を満たす、すなわち検出した吐出圧力Ｐが増台圧力Ｐｆｎ以下となる場合に（ＳＴ５のＹｅｓ）、制御部２１は、待機中の他のポンプ１０を起動して運転ポンプ数を増やす増台処理を行う（ＳＴ６）。

このとき、先発ポンプ１０Ａを最大周波数で運転し、２台目の後発ポンプ１０Ｂを圧力制御対象とする。具体的には、例えば図４のｔ４において、２台のうちもう一方のポンプ１０である後発ポンプ１０Ｂを起動し、並列運転に切替える。このとき、複数のポンプ１０の平準化のため、主機を切替えるロータリー制御を行う。すなわち、後発ポンプ１０Ｂを主機とし、圧力のフィードバック制御の対象とする。そして主機以外の先発ポンプ１０Ａは副機とし、最大周波数にて運転させる。

後発ポンプ１０Ｂはｔ４での起動後に周波数が上昇する。なお、ｎ＝ｎｍａｘである場合、すなわち全てのポンプが起動している状態にあっては、さらなる増台処理は行わずｎ台運転を継続する。

増台処理後、ｎの値を運転台数に対応する値に更新する（ＳＴ７）。その後、所定の停止条件を満たせば（ＳＴ８のＹｅｓ）停止し、停止条件を満たさなければ（ＳＴ８のＮｏ）、ＳＴ３に戻る。

一方、ＳＴ５において、増台条件を満たさない、すなわち検出した吐出圧力Ｐが増台圧力Ｐｆｎより大きい場合には（ＳＴ５のＮｏ）、ＳＴ１１に進む。

なお、制御部２１は、例えば図３に示すように、ｔ４における増台後、増台運転における圧力制御対象のポンプの周波数が最大となった時点（ｔ６）で、圧力目標をｎ＋１すなわち２台運転時の目標圧力Ｐｎ＋１に切替える。

後発ポンプ１０Ｂの周波数がｔ６にて最大周波数に到達し、２台とも最大運転周波数で運転される。

そしてｎ＋１台、すなわち２台運転中に圧力制御対象のポンプの周波数が下がり始めると（ｔ７）、目標値を下げる。そして、圧力制御対象の後発ポンプ１０Ｂの周波数がＳｍｉｎまで下がると（ｔ８）制御目標値を増減の基準値であるＰｆｎに切替える。

制御部２１は、図３におけるｔ４以降の増台運転時、すなわち２台の場合は並列運転中において、減台条件を満たすか否かを判定する（ＳＴ１１）。そして、減台条件を満たす場合には（ＳＴ１１のＹｅｓ）、制御部２１は、いずれかのポンプ１０を停止する減台処理を開始する（ＳＴ１２）。具体的には、減台条件として、制御ポンプの周波数が低下し、最低周波数であるＳｍｉｎ−Ｕ１０９となり（ｔ９）、その状態で圧力値がＰｆｎを上回ると（ｔ１０）、減台を開始する（ＳＴ１２）。このとき、減台対象のポンプとは別の、継続運転対象のポンプについては、すぐには目標圧力値を下げず、目標圧力値はＰｆｎのままとする。

そして減台開始後、一定時間、例えば５秒、経過すると（ｔ１１）、減台が完了したとして目標圧力をｎ台運転時の目標値Ｐｎに切替える（ＳＴ１４）。すなわち、減台が終了するまでは、後発ポンプである圧力制御対象のポンプを、減台前の台数に対応する圧力目標値として、運転を継続し、所定時間経過して減台が完了したときに、目標圧力減台後の台数に対応する目標値に切替える。

一方、ＳＴ１１で減台条件を満たさない場合には（ＳＴ１１のＮ０）、ＳＴ８に進み、停止指示によって停止するか、ＳＴ３に戻る。

本実施形態におけるポンプユニット１においては、減台が終了するまでは、圧力制御対象のポンプを、減台前の台数に対応する圧力目標値として運転を継続し、所定時間経過して減台が完了したときに、目標圧力減台後の台数に対応する目標値に切替えることとし、減台時の圧力低下を抑制することが可能である。

すなわち、減台中には目標圧力を高めに設定することになるため、ポンプ減台中における想定以上の圧力低下を防ぎ、減台完了後から目標圧力に到達するまで圧力低下からの回復を早め、圧力低下を抑えることができる。減台終了後に目標圧力を減台後の台数に対応する目標値に切替える本実施形態によれば、例えば減台中に目標圧力が切替わる比較例としてのポンプユニット１Ａにおける圧力低下の５０％程度に、圧力低下を抑制することができる。
［第２実施形態］
以下、本発明の第２実施形態にかかるポンプユニット２及びポンプユニット２の制御方法について、図４を参照して説明する。図４は第２実施形態に係るポンプユニット２の駆動指令周波数と時間との関係を示す説明図である。なお、第２実施形態に係るポンプユニット２は減台条件を満たした時点で運転の駆動指令周波数を上げる点を除いては、上記第１実施形態にかかるポンプユニット１と同様であるため共通する説明を省略する。

本実施形態にかかるポンプユニット２は、減台条件を満たした時点で運転の駆動指令周波数を上げる。例えば、図２のフローチャートにおけるＳＴ１２の減台開始処理において、減台対象のポンプ１０については駆動周波数を下げて回転数を減少し停止させる処理を開始する一方で、減台対象とは異なる圧力制御対象ポンプ１０については駆動周波数を上げモータ１０ａの回転数を上げる。

すなわち、減台条件を満たすと、ＳＴ１２において、減台対象である先発ポンプ１０Ａを減速停止させる。また、圧力制御対象とした後発ポンプ１０Ｂについては、すぐには圧力の目標圧力値を下げず、目標圧力値はＰｆｎのままとし、かつ、運転周波数を所定の値に上げる。例えば本実施形態においては、それまで周波数を抑制しているポンプの下限周波数Ｓｍｉｎ−Ｕ１０９［Ｈｚ］で運転していたものを、Ｓｍｉｎ［Ｈｚ］まで上げる。この場合、図４に示すように、圧力制御対象ポンプ１０の運転周波数を上げることにより吐出圧力が増加する。したがって、減台時に周波数を上げない比較例としてのポンプユニット１Ａと比べ、減台時の圧力低下を少なく抑制することが可能となる。

なお、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその
要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

例えば、上記第１実施形態においては、２台のポンプ１０を有するポンプユニット１を例示したがこれに限られるものではなく、３台以上のポンプ１０を備えるポンプユニットにも適用できる。この場合ｎは１以上であってポンプの台数ｎｍａｘより小さい、いずれかの整数となる。例えば３台以上のポンプ１０を備える場合においても、上記第１実施形態及び第２実施形態と同様に、減台時に減台対象とは圧力制御対象ポンプについて目標圧力設定を減台前の目標圧力値のまま維持し、減台終了後に目標圧力値を切替えることで、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、３台以上のポンプを有するポンプユニット２において、第２実施形態と同様に減台開始時に、減台対象ではないポンプの運転周波数を上げることによって、圧力低下を小さく抑えることが可能となる。
また、各種基準値の設定も上記実施形態に限られるものではなく、適宜変更可能である。

さらに、上記実施形態の構成要件のうち一部を省略しても本発明を実現可能である。

１、２…ポンプユニット、１０…ポンプ、１０ａ…モータ、１１…流量センサ、１２…逆止弁、１３…アキュムレータ、１４…圧力センサ、１６…信号線、２０…制御盤、２１…制御部、２２…インバータ、２３…記憶装置、３０…配管。

Claims (5)

1. 複数のポンプと、
   複数の前記ポンプの吐出圧力と目標圧力値に基づいて前記複数の前記ポンプの運転及び停止と、複数の前記ポンプのうちいずれかの圧力制御対象ポンプのモータの回転数と、を制御し、所定の増台条件を満たす場合に停止中の前記ポンプを運転させる増台処理と、所定の減台条件を満たす場合に運転中のいずれかの前記ポンプを減速して停止させる減台処理と、を行い、前記減台処理において、前記減台処理の開始後は減台前の目標圧力値を維持し、所定の減台終了条件を満たすと前記目標圧力値を減台前よりも低い値に切替える、制御部と、
   を備えることを特徴とするポンプユニット。
2. 複数の前記ポンプの吐出圧力を検出する圧力検出部を備え、
   前記制御部は、前記圧力制御対象ポンプの運転周波数が第１基準周波数以上であって、前記吐出圧力が所定の増台基準圧力以下となる場合に、他の前記ポンプを起動して運転台数を増やす増台処理を行い、
   前記圧力制御対象ポンプの運転周波数が第２基準周波数以下であって、前記吐出圧力が所定の減台圧力以上となる場合に、前記減台処理を開始するとともに、
   前記減台処理の開始後は減台前の台数に対応した目標圧力値を維持し、所定の減台終了条件を満たすと前記目標圧力値を減台後の台数に対応した目標圧力値に切替える、
   ことを特徴とする請求項１記載のポンプユニット。
3. 前記制御部は、前記減台条件を満たすと、前記減台処理を開始するとともに、減台対象の前記ポンプとは異なる他の前記ポンプの運転周波数を上げることを特徴とする請求項１または２記載のポンプユニット。
4. 前記制御部は、前記増台処理の際に、圧力制御対象ポンプを後発ポンプに切替えるとともに、前記減台処理の開始から所定時間経過後に、前記圧力制御対象ポンプの前記目標圧力値の切替えを行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載のポンプユニット。
5. 複数のポンプの動作を制御するポンプユニットの制御方法であって、
   複数の前記ポンプのいずれか１以上の前記ポンプの運転時において、前記ポンプの吐出圧力を検出し、
   前記吐出圧力と目標圧力値に基づいて前記複数のポンプの運転及び停止と、複数の前記ポンプのうちいずれかの圧力制御対象ポンプのモータの回転数と、を制御し、
   所定の増台条件を満たす場合に停止中の前記ポンプを運転させる増台処理と、所定の減台条件を満たす場合に運転中のいずれかの前記ポンプを減速して停止させる減台処理と、を行い、
   前記減台処理において、前記減台処理の開始後は減台前の目標圧力値を維持し、所定の減台終了条件を満たすと前記目標圧力値を減台前よりも低い値に切替える、
   ことを特徴とする、ポンプユニットの制御方法。