JP2022049258A - 給水装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 給送装置の信頼性を大きく低下させることなく、製造原価上昇及び制御盤の大型化を抑制可能な給水装置の一例を開示する。【解決手段】 異常の発生する可能性が高い部品であるＣＰＵ回路を２つ設け、一方のＣＰＵ回路に異常が発生したときに、電動ポンプ２の制御を他方のＣＰＵ回路に切り替える。したがって、２つの制御基板を設けた給水装置に比べて、給送装置１の信頼性を大きく低下させることなく、製造原価上昇及び制御盤の大型化を抑制可能となり得る。【選択図】 図１

Description

本開示は、給水装置に関する。

例えば、特許文献１に記載の給水装置は、同一の制御基板を少なくとも２枚備え、給水装置の運転中に、使用する第１の制御基板に異常が発生した場合、待機中の第２の制御基板が使用する制御基板に切り替わる。

特許第５５６８１１３号公報

特許文献１に記載の給水装置では、異常が発生した制御基板全体を交換又は修理する必要がある。しかし、発明者等の過去の経験及び試験等によると、制御基板に発生する異常の多くは、ＣＰＵ等の演算ユニットの不具合に起因する異常である。つまり、制御基板に発生する異常の多くの場合、制御基板全体を交換する必要がない。

また、当該制御基板は、給水装置（特に、電動ポンプ）を制御するための機能を兼ね備えている。このため、そのような制御基板を２枚備えることは、給送装置の製造原価上昇及び制御盤の大型化を招いてしまう。

本開示は、上記点に鑑み、給送装置の信頼性を大きく低下させることなく、製造原価上昇及び制御盤の大型化を抑制可能な給水装置の一例を開示する。

給水装置は、給水用の電動ポンプ（２）と、電動ポンプ（２）を制御するためのプログラムを実行可能な第１演算ユニット（３１Ａ）及び第２演算ユニット（３２Ａ）を有する１枚の制御基板（３）と、第１演算ユニット（３１Ａ）及び第２演算ユニット（３２Ａ）のうちいずれか一方の演算ユニットが電動ポンプ（２）を制御している場合、他方の演算ユニットは当該電動ポンプ（２）を制御しておらず、さらに、一方の演算ユニットが電動ポンプ（２）を制御している場合に当該一方の演算ユニットに異常が発生したときに、電動ポンプ（２）の制御が他方の演算ユニットによる制御に切り替わることが望ましい。

これにより、当該給水装置では、給送装置の信頼性を大きく低下させることなく、製造原価上昇及び制御盤の大型化を抑制可能となり得る。

因みに、上記各括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的構成等との対応関係を示す一例であり、本開示は上記括弧内の符号に示された具体的構成等に限定されない。

第１実施形態に係る給水装置を示す図である。 主制御ＣＰＵの作動を示すフローチャートである。 副制御ＣＰＵの作動を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る給水装置を示す図である。

以下の「発明の実施形態」は、本開示の技術的範囲に属する実施形態の一例を示すものである。つまり、特許請求の範囲に記載された発明特定事項等は、下記の実施形態に示された具体的構成や構造等に限定されない。

少なくとも符号が付されて説明された部材又は部位は、「１つの」等の断りがされた場合を除き、少なくとも１つ設けられている。つまり、「１つの」等の断りがない場合には、当該部材は２以上設けられていてもよい。本開示に示された給水装置は、少なくとも符号が付されて説明された部材又は部位等の構成要素、図示された構造部位、及び制御装置等を備える。

（第１実施形態）
＜１．給水装置の概要＞
＜１．１ 給水装置の構成＞
本実施形態は、例えば、マンションや商業ビル等の建物に適用される給水装置に本開示に係る給水装置の一例が適用されたものである。図１に示されるように、本実施形態に係る給水装置１は、給水用の電動ポンプ２、及び１枚の制御基板３等を少なくとも備える。

制御基板３は制御盤（図示せず。）に収納されている。電動ポンプ２は、ポンプ部及び当該ポンプ部を駆動する電動モータ部を有する。そして、制御基板３は、電動ポンプ２の作動を制御する。

すなわち、電動ポンプ２（電動モータ部）は、駆動部２Ａにより駆動される。駆動部２Ａは、インバータ方式の駆動部である。制御基板３は、駆動部２Ａが電動ポンプ２に供給する駆動電流の周波数（以下、駆動周波数という。）を制御する。

本実施形態に係る給水装置１は、電動ポンプ２及び制御基板３に加えて、入出力基板４、圧力センサＰｓ１及び流量センサＦｓ１等も備える。入出力基板４は、制御基板３と通信可能に接続された基板であって、制御基板３に対して独立した別の基板である。なお、入出力基板４は、制御基板３が収納された制御盤内に収納されている。

圧力センサＰｓ１は、給水装置１の給水圧を検出する。流量センサＦｓ１は、電動ポンプ２の吐出し流量を検出する。制御基板３は、圧力センサＰｓ１の検出信号及び流量センサＦｓ１の検出信号を利用して電動ポンプ２、つまり駆動周波数を制御する。

＜１．２ 入出力基板＞
入出力基板４は、センサ入力回路４Ａ、水位検出回路４Ｂ、電源回路４Ｃ及び警報出力回路４Ｄ等を少なくとも有する。センサ入力回路４Ａは、圧力センサＰｓ１の検出信号及び流量センサＦｓ１の検出信号が入力されるとともに、その入力された検出信号を制御基板３に送信する。

水位検出回路４Ｂは、受水槽（図示せず。）内の水位を検出する。具体的には、当該水位検出回路４Ｂは、受水槽内に配置された複数の電極間の導通状態を利用して水位を検出する。電源回路４Ｃは、制御基板３及び入出力基板４等に電力を供給する。

なお、電源回路４Ｃには、漏電しゃ断器（図示せず。）が設けられている。漏電しゃ断器は、漏電を検出すると、電力の供給を遮断するとともに、その旨の信号を制御基板３に送信する。

警報出力回路４Ｄは、警報を発する警報器（図示せず。）を稼働させる。具体的には、警報出力回路４Ｄは、制御基板３に実装された機器・回路、又は入出力基板４に実装された機器・回路等に異常が発生したときに、警報器を稼働させる。

＜２．制御基板＞
＜２．１ 制御基板の構成（図１参照）＞
制御基板３は、少なくとも２つのＣＰＵ回路３１、３２を有している。ＣＰＵ回路３１とＣＰＵ回路３２とは同一の構成である。具体意的には、ＣＰＵ回路３１は、ＣＰＵ等の演算ユニット（以下、第１ＣＰＵ３１Ａという。）等を少なくとも有する。ＣＰＵ回路３２は、ＣＰＵ等の演算ユニット（以下、第２ＣＰＵ３２Ａという。）等を少なくとも有する。

第１ＣＰＵ３１Ａ及び第２ＣＰＵ３２Ａは、電動ポンプ２、つまり駆動部２Ａを制御するためのプログラムを実行する演算部である。当該プログラムは、不揮発性記憶部（図示せず。）に予め記憶されている。

以下、給水装置１の電源スイッチ（図示せず。）の投入時に駆動部２Ａの制御を開始するＣＰＵを主制御ＣＰＵとし、他方のＣＰＵを副制御ＣＰＵという。そして、上記不揮発性記憶部には、主制御ＣＰＵ用のプログラム及び副制御ＣＰＵ用のプログラムが記憶されている。

因みに、第１ＣＰＵ３１Ａ及び第２ＣＰＵ３２Ａのうちいずれが主制御ＣＰＵであるかは不問である。例えば、本実施形態では、給水装置１の据え付け時や修理時等において、作業員がいずれのＣＰＵを主制御ＣＰＵとするかを設定する。

本実施形態に係る制御基板３は、第１通信部３１Ｂ及び第２通信部３２Ｂ、並びに第１表示回路３１Ｃ、第２表示回路３２Ｃ、第１操作回路３１Ｄ及び第２操作回路３２Ｄ等も有している。

第１通信部３１Ｂは、第１ＣＰＵ３１Ａ、つまりＣＰＵ回路３１と駆動部２Ａと通信可能に接続する通信回路である。第２通信部３２Ｂは、第２ＣＰＵ３２Ａ、つまりＣＰＵ回路３１と駆動部２Ａと通信可能に接続する通信回路である。

第１表示回路３１Ｃ及び第２表示回路３２Ｃは、警報情報、各種設定情報及び運転状態を示す情報を表示するための回路である。第１操作回路３１Ｄ及び第２操作回路３２Ｄは、操作部を構成する。当該操作部は、各種の設定値の入力及び給水装置の運転設定等を行う際に作業員により操作される。

なお、第１表示回路３１Ｃ及び第１操作回路３１Ｄは、第１ＣＰＵ３１Ａ、つまりＣＰＵ回路３１により制御される。第２表示回路３２Ｃ及び第２操作回路３２Ｄは、第２ＣＰＵ３２Ａ、つまりＣＰＵ回路３２により制御される。

＜２．２ 制御基板の作動概要＞
第１ＣＰＵ３１Ａ及び第２ＣＰＵ３２Ａのうちいずれか一方のＣＰＵ、つまり主制御ＣＰＵが電動ポンプ２の停止及び回転数等を制御（以下、単に、「制御」という。）している場合、副制御ＣＰＵは電動ポンプ２を制御していない。

そして、主制御ＣＰＵが電動ポンプ２を制御している場合に主制御ＣＰＵに異常が発生したときに、主制御ＣＰＵによる電動ポンプ２の制御が停止し、かつ、副制御ＣＰＵによる電動ポンプ２の制御に切り替わるとともに、副制御ＣＰＵは、主制御ＣＰＵへの電力供給を停止させる。

本実施形態では、主制御ＣＰＵに直接的に関連する通信部（以下、駆動通信部という。）に通信異常が発生したときも、電動ポンプ２の制御が主制御ＣＰＵから副制御ＣＰＵによる制御に切り替わる。因みに、主制御ＣＰＵが第１ＣＰＵ３１Ａであるときには、第１通信部３１Ｂが駆動通信部となる。

なお、本実施形態では、第１ＣＰＵ３１Ａは第２ＣＰＵ３２Ａを監視可能であり、第２ＣＰＵ３２Ａは第１ＣＰＵ３１Ａを監視可能である。つまり、２つのＣＰＵ回路は、互いに相手のＣＰＵ回路を監視可能である。

＜２．３ 制御基板の詳細作動＞
図２は主制御ＣＰＵにて実行される制御の一例である。図３は副制御ＣＰＵにて実行される制御の一例である。当該制御を実行するためのプログラムは、不揮発性記憶部に予め記憶されている。

給水装置１の電源スイッチ（図示せず。）が投入されると、第１ＣＰＵ３１Ａ及び第２ＣＰＵ３２Ａそれぞれは、予め設定された内容に従って、自らが主制御ＣＰＵであるか副制御ＣＰＵであるかを判断する。

そして、主制御ＣＰＵは、駆動通信部に通信異常が発生したか否かを判断する（Ｓ１０）。主制御ＣＰＵは、通信異常が発生したと判断した場合には（Ｓ１０：ＹＥＳ）、副制御ＣＰＵにその旨の信号を送信する（Ｓ１１）。なお、主制御ＣＰＵは、通信異常が発生していないと判断した場合には（Ｓ１０：ＮＯ）、再び、Ｓ１０を実行する。

一方、副制御ＣＰＵは、主制御ＣＰＵからの異常信号を受信したか否かを判断する（Ｓ２０）。そして、副制御ＣＰＵは、異常信号を受信した場合には（Ｓ２０：ＹＥＳ）、主制御ＣＰＵ（ＣＰＵ回路）への電力供給を遮断するとともに（Ｓ２１）、駆動部２Ａに駆動周波数を指示する（Ｓ２２）。

つまり、副制御ＣＰＵが異常信号を受信した場合には（Ｓ２０：ＹＥＳ）、主制御ＣＰＵによる電動ポンプ２の制御が停止し、かつ、副制御ＣＰＵによる電動ポンプ２の制御に切り替わる
副制御ＣＰＵは、主制御ＣＰＵからの異常信号を受信しなかった場合には（Ｓ２０：ＮＯ）、主制御ＣＰＵと副制御ＣＰＵとの間で通信異常が発生しているか否かを判断する（Ｓ２３）。つまり、副制御ＣＰＵは、当該通信異常の有無により、主制御ＣＰＵで異常が発生したか否かを判断する。

そして、副制御ＣＰＵは、通信異常が発生していると判断した場合には（Ｓ２３：ＹＥＳ）、Ｓ２１を実行する。副制御ＣＰＵは、通信異常が発生していないと判断した場合には（Ｓ２３：ＮＯ）、再び、Ｓ２０を実行する。

＜３．本実施形態に係る給水装置の特徴＞
主制御ＣＰＵが電動ポンプ２を制御している場合に主制御ＣＰＵに異常が発生したときに、電動ポンプ２の制御が副制御ＣＰＵによる制御に切り替わる。つまり、本実施形態では、異常が発生したときに、制御基板全体を交換・修理する必要がない。

換言すれば、本実施形態では、異常の発生する可能性が高い部品であるＣＰＵ回路が２つ設けられ、一方のＣＰＵ回路に異常が発生したときに、電動ポンプ２の制御を他方のＣＰＵ回路に切り替える。したがって、２つの制御基板を設けた給水装置に比べて、給送装置１の信頼性を大きく低下させることなく、製造原価上昇及び制御盤の大型化を抑制可能となり得る。

当該給水装置１に係る副制御ＣＰＵは、主制御ＣＰＵに異常が発生したときに、主制御ＣＰＵへの電力供給を停止させる。これにより、副制御ＣＰＵによる制御に移行後、主制御ＣＰＵが作動し続けることに起因する不具合の発生を抑制できる。

入出力基板４は、センサ入力回路４Ａ、水位検出回路４Ｂ、電源回路４Ｃ及び警報出力回路４Ｄ等を少なくとも有する。これにより、制御基板３の大型化及び複雑化を抑制できる。延いては、制御基板３を交換・修理せざるを得ない場合であって、作業者は、容易に交換・修理作業を行うことが可能となり得る。

なお、入出力基板４のレイアウトを従来の制御基板と同じにすれば、入出力基板４の製造原価上昇を抑制でき得る。なお、従来の制御基板とは、１つのＣＰＵ回路を有し、かつ、入出力基板４に実装された各回路が実装された制御基板をいう。

（第２実施形態）
上述の実施形態に係る制御基板３は、各ＣＰＵ回路３１、３２が通信部、表示回路及び操作回路を備える構成であった。つまり、通信部、表示回路及び操作回路それぞれが２つ設けられていた。

これに対して、本実施形態に係る制御基板３は、図４に示されるように、１つの通信部３３Ａ、１つの表示回路３３Ｂ及び１つの操作回路３３Ｃを備え、それら通信部３３Ａ、表示回路３３Ｂ及び操作回路３３Ｃが主制御ＣＰＵにより制御される構成である。

つまり、第１ＣＰＵ３１Ａと第２ＣＰＵ３２Ａとで、通信部３３Ａ、表示回路３３Ｂ及び操作回路３３Ｃを共用する。これにより、本実施形態に係る給水装置１では、製造原価低減が可能となる。

本実施形態に係る給水装置１では、表示回路３３Ｂ及び操作回路３３Ｃが１つであるので、表示回路３３Ｂ及び操作回路３３Ｃが２つである構成に比べて、作業者は戸惑うことなく、設定等の操作を行うことができる。

なお、上述の実施形態と同一の構成要件等は、上述の実施形態と同一の符号が付されている。このため、本実施形態では、重複する説明は省略されている。

（その他の実施形態）
上述の実施形態では、主制御ＣＰＵに異常が発生したときに、電動ポンプ２の制御が副制御ＣＰＵに移行する構成であった。しかし、本開示はこれに限定されない。

すなわち、当該開示では、第１ＣＰＵ３１Ａと第２ＣＰＵ３２Ａとの間で相互に監視可能であるので、例えば、主制御ＣＰＵにて副制御ＣＰＵに異常が発生したことを判断したときに、主制御ＣＰＵが、副制御ＣＰＵによる電動ポンプ２の制御、つまりバックアップ運転が不能となった旨の表示及び警告を発する構成であってもよい。

上述の実施形態では、センサ入力回路４Ａ、水位検出回路４Ｂ、電源回路４Ｃ及び警報出力回路４Ｄ等が入出力基板４に設けられていた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、例えば、電源回路４Ｃが制御基板３及び入出力基板４とは別の基板に設けられていてもよい。これにより、電源回路４Ｃの修理・交換の作業性が向上する。

上述の実施形態では、給水装置１に係る副制御ＣＰＵは、主制御ＣＰＵに異常が発生したときに、主制御ＣＰＵへの電力供給を停止させた。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、駆動通信部に異常が発生した場合には、電動ポンプ２の制御のみ副制御ＣＰＵに移行させ、主制御ＣＰＵへの電力供給を継続してもよい。

上述の実施形態では、ＣＰＵ回路が制御基板３にハンダ付け等で実装された構成であった。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、ＣＰＵ回路（ＣＰＵ）がソケットを介して制御基板３に実装された構成であってもよい。つまり、ＣＰＵがソケットに着脱自在に装着されていれば、ＣＰＵのみ交換できるからである。

上述の実施形態に係る給水装置１は、１つの電動ポンプ２を備える構成であった。しかし、本開示はこれに限定されない。すなわち、当該開示は、例えば、２以上の電動ポンプ２を備える構成であってもよい。なお、流量センサは、電動ポンプ２と同数とすることが望ましい。駆動部２Ａの個数は、電動ポンプ２と同数又は異なる個数のいずれであってもよい。

さらに、本開示は、上述の実施形態に記載された開示の趣旨に合致するものであればよく、上述の実施形態に限定されない。したがって、上述した複数の実施形態のうち少なくとも２つの実施形態が組み合わせられた構成、又は上述の実施形態において、図示された構成要件もしくは符号を付して説明された構成要件のうちいずれかが廃止された構成であってもよい。

１…給水装置 ２…電動ポンプ ３１、３２…ＣＰＵ回路
２Ａ…駆動部 ３１Ｂ、３２Ｂ…通信部
４…入出力基板 ４Ａ…センサ入力回路

Claims (6)

1. 給水用の電動ポンプと、
   前記電動ポンプを制御するためのプログラムを実行可能な第１演算ユニット及び第２演算ユニットを有する１枚の制御基板と、
   前記第１演算ユニット及び前記第２演算ユニットのうちいずれか一方の演算ユニットが前記電動ポンプを制御している場合、他方の演算ユニットは当該電動ポンプを制御しておらず、
   さらに、前記一方の演算ユニットが前記電動ポンプを制御している場合に当該一方の演算ユニットに異常が発生したときに、前記電動ポンプの制御が前記他方の演算ユニットによる制御に切り替わる給水装置。
2. 前記第１演算ユニット及び前記第２演算ユニットのうちいずれか一方の演算ユニットは、他方の演算ユニットを監視可能であり、当該他方の演算ユニットは、当該一方の演算ユニットを監視可能である請求項１に記載の給水装置。
3. 前記電動ポンプの吐出し圧力を検出する圧力センサと、
   前記圧力センサの検出信号が入力される入力回路が設けられた入出力基板とを備え、
   前記制御基板と前記入出力基板とが通信可能に接続されている請求項１又は２に記載の給水装置。
4. 前記第１演算ユニット及び前記第２演算ユニットのうちいずれか一方の演算ユニットが前記電動ポンプを制御している場合に当該一方の演算ユニットに異常が発生したときには、他方の演算ユニットは、当該一方の演算ユニットへの電力供給を停止させる請求項１ないし３のいずれか１項に記載の給水装置。
5. 前記電動ポンプを駆動するインバータ方式の駆動部と、
   前記第１演算ユニットと前記駆動部と通信可能に接続する第１通信部と、
   前記第２演算ユニットと前記駆動部と通信可能に接続する第２通信部とを備え、
   前記制御基板は、前記駆動部の駆動周波数を制御可能であり、
   前記一方の演算ユニットは、通信異常が発生したときに、その旨を示す信号を前記他方の演算ユニットに送信し、
   さらに、前記他方の演算ユニットが前記信号を受信したときに、前記電動ポンプの制御が当該他方の演算ユニットによる制御に切り替わる請求項１ないし４のいずれか１項に記載の給水装置。
6. 情報を表示する表示部と、
   作業員に入力操作される設定部とを備え、
   前記表示部及び前記設定部は、前記第１演算ユニット及び前記第２演算ユニットのうち前記電動ポンプの制御を実行している演算ユニットによって制御される請求項１ないし５のいずれか１項に記載の給水装置。

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