JP2670042B2 - 給水システムの制御装置 - Google Patents
給水システムの制御装置Info
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- Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、可変速駆動型のポンプを用いて給水システ
ムに係り、特に、マイクロコンピュータを用いてポンプ
の可変速制御を行なうようにしたシステムに好適な制御
装置に関する。 〔従来の技術〕 従来から、ポンプの運転に可変速駆動手段を用い、ポ
ンプ吐出し側の圧力を或る一定の関係（たとえば末端圧
力一定制御など）に保って給水するシステムが知られて
いる。 しかして、この吐出し圧力を一定の関係に保つため
に、従来は圧力センサ、流量センサ、及び関数演算器な
どが必要であったが、近年、マイクロエレクトロニクス
の発展に伴い、予めマイコン（マイクロコンピュータ）
に配管抵抗を記憶させておき、需要水量の変動に応じて
目標値が適正なこの配管抵抗特性上にくるように制御す
ることが、例えば特開昭60−142097号公報などによって
提案されている。 しかし、この従来例では、上記した配管での抵抗特性
の変化に対しては、特に配慮されていなかった。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記従来技術では、予め設定してある管路抵抗特性の
変化について配慮されておらず、上記した配管抵抗特性
についても、その曲線の傾き、締切点（水量０の点）の
圧力、仕様点（給水系が要求する所望の水量、圧力）な
どの緒元を、単に一定値としてマイコンのメモリに記憶
させておくだけとなっていた。 従って、従来技術では、計画変更などにより、給水シ
ステムの設置後、これらの値を変更する必要が生じた場
合、書き替え可能なメモリ（RAM）にデータを入れてい
るものではデータの書き直しが、そして、書き替え不能
なメモリ（ROM）にデータを入れているものでは新しい
データを書き込んだメモリ（ROM）への交換がそれぞれ
必要になり、変更に手間がかかり、大変不便であるとい
う問題があった。 本発明の目的は、上記した従来技術の問題点に充分に
対処でき、給水システム設置での配管抵抗特性の変更に
も簡単に対応でき、常に所望の給水特性が容易に与えら
れるようにした、給水システムの制御装置を提供するこ
とにある。 〔問題点を解決するための手段〕 上記目的は、可変速駆動型のポンプを備え、該ポンプ
の吐出し側の圧力が給水管路の抵抗特性に従って変化す
るように、上記ポンプの回転速度を制御して給水量制御
を行なうようにした給水システムの制御装置において、
上記給水管路の抵抗特性を流量Ｑと回転速度Ｎの関数と
して近似演算するのに必要なデータ、或いは上記給水管
路の抵抗特性をポンプの各運転点での吐出し側の圧力変
化分ΔＨと回転速度変化分ΔＮ（ΔH/ΔＮ）の関係から
近似演算するのに必要なデータ、又は上記給水管路の抵
抗特性をポンプの運転範囲で直線近似演算するのに必要
なデータの何れかのデータを外部で設定するデータ設定
手段と、ポンプ運転中、上記データ設定手段から上記デ
ータを取り込んで上記給水管路の抵抗特性を近似演算す
る処理を繰返し実行する演算手段とを設け、該演算手段
により順次新たに近似演算されてゆく給水管路の抵抗特
性に従って上記ポンプの回転速度制御を行なうようにし
て達成される。 〔作用〕 データ設定手段は、例えばディジタルスイッチなどで
構成され、給水管路の抵抗特性を流量Ｑと回転速度Ｎの
関数として近似演算するのに必要なデータ、或いは上記
給水管路の抵抗特性をポンプの各運転点での吐出し側の
圧力変化分ΔＨと回転速度変化分ΔＮ（ΔH/ΔＮ）の関
係から近似演算するのに必要なデータ、又は上記給水管
路の抵抗特性をポンプの運転範囲で直線近似演算するの
に必要なデータの何れかのデータを外部で設定すること
ができるように働く。 そして、このデータ設定手段から入力されたデータに
より制御が実行されることになるので、いつでも、容易
に動作条件の新たな設定を行なうことができ、従って、
例えば、配管抵抗特性など、給水系が仕様として要求す
るどのような変更にも簡単に対応できる。 〔実施例〕 以下、本発明による給水システムの制御装置につい
て、図示の実施例により詳細に説明する。 第２図は本発明の一実施例で、図において、１はポン
プ、２は逆止め弁、３は仕切弁、４は給水管、５は圧力
タンク、６は圧力センサ、７は流量センサ、８は制御装
置、９はデータ設定装置であり、Ｍはポンプ１のモータ
である。 圧力センサ６及び流量センサ７は給水管４の圧力及び
流量を検出し、その信号を制御装置８内のマイコンに送
る。一方、ディップスイッチ又はキーボードなどからな
るデータ設定装置９は給水系に所望な圧力、速度、抵抗
曲線の傾きなどのデータを設定し、上記したマイコンに
送る。 そこで、制御装置８内のマイコンはこれらのデータを
メモリに格納するとともに、これらのデータと予めプロ
グラムしてある制御手順により、需要水量に応じて、可
変速駆動手段に速度指令を発し、ポンプ１及びモータＭ
はこの指令された速度で運転を行なう。 さらに前述した、マイコンのプログラムは、予め初期
設定時だけでなく運転中にもディップスイッチやキーボ
ードの設定変更が可能に構成してあるので、計画変更に
伴って、給水系の所望な圧力、速度、抵抗曲線の傾きな
どの緒元を必要に応じて自由自在に設定変更が可能であ
る。又、電源を切っても、これらのデータを常にディッ
プスイッチやキーボードから読込むようにしてあるので
不都合の生じることがない。 第１図に制御装置８の詳細に示す。 この第１図において、PWは電源、MCBは配線用しゃ断
器、MCaは電磁開閉時で、コイルMCが付勢されたときに
閉じる接点、INVは可変周波インバータ（本実施例では
変速駆動手段として可変周波インバータを用いている
が、他の手段を用いても良い。直、これは以下、インバ
ータと略称する。）、Ｍは上記したようにポンプ１を駆
動するモータ、PWCは制御電源であり、Ｒ、Ｓはその制
御母線である。 また、SSはスイッチで、これを閉じるとポンプ１が始
動し、開くと停止する。さらに、TRはトランス、Ｚはマ
イコンMCONに電源を供給するための安定化電源である。 前述したマイコンMCONの主要部は、中央演算処理装置
CPU、ROM、RAMを有するメモリＭ、周辺素子との信号の
やりとりをする入出力ポートPIO−１〜PIO−６から成
る。 一方、周辺素子としては、水量０の時での所望な圧力
Hi（初期値）を設定するためのスイッチDIP1（たとえば
8bitのデジタルスイッチ）と、同じく使用水量が０の時
での所望な圧力Hiと交わるＱ−Ｈ性能を与える最低速度
NMINを設定するためのスイッチDIP2、それに給水圧力を
需要水量の変動に伴って管路の抵抗曲線上に沿って運転
させる時、これの傾きを指定するスイッチDIP3を有し、
これらの設定値はそれぞれマイコンMCONの入出力ポート
PIO−３〜PIO−５から読み込まれ、メモリＭのRAMの番
地の記憶される。 さらに、この他の周辺素子として圧力センサ６があ
り、この信号を読み込むためのインターフェースI/O−
２を備え、これにより、入出力ポートPIO−２を通じて
同様にメモリＭのRAMの番地に記憶される。 次に、電磁開閉器のMCを付勢する信号は、マイコンMC
ONが初期値の設定を終り、始動条件が確立されたあと、
入出力ポートPIO−６からインターフェースI/O−３を介
して信号を発し、同開閉器MCが励磁され、その接点MCa
が閉じる。 同時にマイコンMCONは同じく入出力ポートPIO−１か
らインターフェースI/O−１（たとえばD/A変換器で構成
される）を介してインバータINVの速度入力端子へ需要
水量に見合った速度指令信号を発する。このようにこの
制御回路は構成してある。 第３図はポンプの運転特性図で、横軸に水量Ｑ、縦軸
に圧力Ｈを取ったものであり、同図に於いて、曲線Ａは
ポンプの運転速度が最高速度NMAXの時のＱ−Ｈ性能を示
し、同じく曲線Ｂ、Ｃは運転速度がＮ′及び最低速度N
MINの時のＱ−Ｈ性能を示す。 また、直線Ｄは使用水量が０の時の給水系に所望な圧
力H1で、吸水面を基準に最高位水栓までの実高さ、即
ち、実揚程Haに末端水栓位置で所望な圧力（所要末端圧
力）Hpを加えた圧力である。 そして、曲線Ｆは給水設備を設計する際に、計画最大
水量Q1とこの水量を流した時での給水系が所望な圧力
（全揚程）HTとの交点Q1と、直線Ｄの水量０の点O0とを
結んだ管路の抵抗曲線であり、曲線Ｆ′、Ｆ″は計画変
更などにより管路の抵抗（傾き）が変わった場合の抵抗
曲線を示したものである。 第４図はポンプ吐出し側の圧力をある一定の関係に保
つことにより給水制御するのに必要な給水管路の抵抗特
性を近似演算する方法のいくつかを示したもので、ま
ず、同図（ａ）は、目標値である管路の抵抗曲線を予め
次の（１）、（２）式で示すように、流量Ｑ及び回転数
Ｎの関数として与えられたものである。 H0＝ｆ（Ｑ）＝K1Qa1＋Hi ……（１） H0＝ｆ（Ｎ）＝K2Na2＋Hi ……（２） ここで、K1、K2は定数を示し、Ｑは水量、Ｎは回転数
（回転速度）、a1、a2はそれぞれ曲線の次数を示す。な
お、この（１）式の制御を行なうためには、第２図に示
す流量センサ７が必要である。 これの制御方法の概略は次の通りである。 １） メモリに（１）式を記憶しておく。 ２） ポンプ１を運転しながら、給水圧力Ｈを圧力セン
サ６により検出し、今の目標圧力H0と比較し、両者が等
しくなるまでポンプ１の運転速度を増減させる。 ３） 次に、この時の流量を流量センサ７により検出
し、この流量信号によりメモリに記憶している（１）式
から新しい目標圧力H0を求め、現在の目標圧力H0をこの
新しい目標圧力に更新し、以下、１）〜３）を繰り返し
実行することにより実現することができる。 なお、（２）式はポンプの揚水量Ｑと回転速度Ｎとの
間に比例関係があることを利用して、目標圧力H0をＮの
関係で表わしたもので、水量Ｑを回転数Ｎに置き変えれ
ば同様に実現できる。 次に、第４図（ｂ）は、例えば特願昭59−131010号の
出願に係る明細書（特開昭61−11497号公報参照）に示
されている方法で、大略は次の通りである。 ポンプ１の運転速度をNMINからNMAXまで変化させた時
の変化幅ΔＮに対し、この時のポンプの回転速度に応じ
た目標圧力のHiからHTまでの変化ΔＨとの比ΔN/ΔＨ
（≒1/n）を予め管路の抵抗曲線によって求めておき、
前述と同様に速度制御の過程で、回転速度がｎだけ変化
した時に、目標圧力を今の目標圧力から最小単位（たと
えば1bit）だけ加減するようにしたものである。 同じく第４図（ｃ）は、例えば特願昭59−245932号の
出願に係る明細書（特開昭61−126398号公報参照）に示
されている方法で、目標値を与える管路の抵抗曲線Ｆと
任意の運転速度Ｎの時のポンプＱ−Ｈ曲線Ｅを置き、こ
れと交鎖した交点Ｏ′で運転している時に、需要水量が
変化した場合、管路の抵抗曲線上にあるのに必要な目標
圧力とポンプの回転速度との変化の関係を次の（３）式
で求めておき、（４）式で運転速度を制御するようにし
たものである。 ΔＮ＝K3・ΔＨ ……（３） Ｎ＝Ｎ±ΔＮ ……（３）′ ΔH0＝ΔN/K3 ……（４） ここでK3は比例定数であり、その点に於ける傾きを示
す。つまり、予め（３）式により需要水量がＱからＱ′
に変化した時の給水圧力の変化から速度変化ΔＮを求め
ておき、現在の運転速度にこのΔＮを加減し、目標圧力
H0の更新は、このときのΔＮから（４）式で求めた圧力
変化分ΔH0を目標圧力H0に加減算することにより行なう
のである。 最後に、第４図（ｄ）は、管路の抵抗曲線Ｆを、O0、
O1を結ぶ直線Ｆで近似した例で、目標値H0を次の
（５）式で示すようにポンプの回転数Ｎの関数で与えた
ものである。 H0＝K4・Ｎ＋Hi ……（５） ここで、K4は比例定数で、直線Ｆの傾きを示す。 ところで、これらの方式においては、いずれの場合で
も、その特性を変えるには、それらの式の中での定数
ｎ、K1〜K4を変えれば良いことは明らかである。 しかして、従来技術では、これらの定数をマイコンの
メモリROMに書込んでいたため、変更の要望があったと
きでも、簡単に変更できず大変不便であったことは上記
した通りである。 次に、これらの制御方式に基づいて、第１図及び第２
図の本発明の一実施例による制御装置で運転した時の制
御の手順を第５図と第６図のフローチャートにより説明
する。ここで、第６図は第１図に示すディップスイッチ
DIP1〜DIP3のデータ読込みと圧力検出を行なうサブルー
チンで、第５図のS2及びS5における処理の詳細内容を示
したものである。なお、特に本発明と関係の無い部分に
ついては図示を省略してある。 これら第５図、第６図は、第４図（ａ）の（２）式を
用いる方法を例に作動の詳細を示したもので、まず、第
１図のしゃ断器MCB及びスイッチSSを投入すると、マイ
コンMCONは第５図のS1で全ての初期値の設定を行なう。
このとき、もちろん第４図で説明した（２）式も必要に
応じてメモリに記憶させておくものである。 次にS2で、第６図のサブルーチンを呼び出し、ディッ
プスイッチの設定データの読込み及び給水管の圧力を検
出する。即ち、S101で、水量０の時、所望の圧力Hiを設
定してあるディップスイッチDIP1（例えば8bit）のデー
タをマイコンMCONの入出力ポートPIO−３より読込み、S
102で同マイコンのメモリRAMの例えば800番地に格納す
る。同様にして、S103で水量０の時、所望のポンプの運
転速度NMINの設定してあるディップスイッチDIP2（例え
ば8bit）のデータを入出力ポートPIO−４より読込み、
次のS104で、メモリRAMの例えば8001番地に格納する。 S105では第４図で説明した定数ｎ又は傾きを示す係数
K1〜K4の値を設定してあるディップスイッチDIP3のデー
タを入出力ポートPIO−５より読込み、S106でメモリRAM
の例えば8002番地に格納する。さらにS107では圧力セン
サ６の検出した給水管４の圧力をインターフェースI/O
−２を介して、入出力ポートPIO−２より読込み、メモ
リRAMの例えば8003番地に格納するのである。 第５図に戻り、S3のステップで前記した給水圧力が、
例えば前記した圧力Hi以下に達しているか判定し、達し
ておれば次のS4へ進み、達していない場合にはS2のステ
ップへ戻り、達するまでループL1の処理を続ける。 S4ではポンプ１を始動させ、その運転速度Ｎを水量０
の時、所望な最低速度NMINにセットし、同じく、目標圧
力H0を水量０の時、所望な圧力HiにセットしH0＝Hiとす
る。 従って、ポンプ１は、給水圧力Hiで、運転速度NMINで
運転を始める。この後S5のステップへ進み、ここで、再
度、前述した第６図に示すサブムルーチンを実行し、給
水管４の圧力Ｈを検出する。次のS6のステップでは現在
の目標圧力H0と、いま検出した圧力Ｈとを比較する。比
較した結果、目標圧力H0と給水圧力ＨとがH0＜Ｈであれ
ば需要量減少を意味しているから、このときはS7のステ
ップへジャップする。 一方、H0＝Ｈであれば需要量変化のないことを意味し
ており、S11のステップへジャンプする。 また、H0＞Ｈであれば需要量増加を意味しており、S9
のステップへジャンプする。 そしてこれ以降の処理を実行する。 まず、S7のステップでは、現在の速度からΔＮだけ減
じて減速制御を行ない、次のS8へ進み、ここで（２）式
に基づいて目標圧力の更新を行ない、S11のステップへ
進む。 次に、S9のステップでは、前述のS7でのステップとは
逆に、今の速度からΔＮだけ増速制御を行ない、次のS1
0のステップへ進み、ここで（２）式に基づいて目標圧
力の更新を行ない、そのあとS11のステップへ進む。 S11のステップでは、使用水量が少ないかどうかを判
定し、判定した結果、使用水量があればS5ステップへ戻
り、ループL2の処理を繰返し実行する。 結果として、給水圧力を予め定めた管路の抵抗曲線上
に沿って制御することができる。 他方、S11のステップでの判定の結果、使用水量がご
く少ない場合にはステップ12へ進み、ここで、全ての出
力をしゃ断し、ポンプ１を停止させる。この後、ステッ
プ２へ戻り、これ以降の処理を続ける。 ところで、第４図（ａ）の方法で、（１）式を用いる
場合には、第２図に示した流量センサ７の信号を読込む
必要があり、そのために第１図における圧力センサ６、
インターフェースI/O−２と同様の回路を追加し、第６
図のサブルーチンにこの流量センサの信号を読込むため
の処理を追加すれば良い。 同じく第４図（ｂ）の方法を用いる場合には、第２図
に示したディップスイッチDIP3に目標圧力の最小変化単
位（例えば1bit）に対する速度の変化分ｎを設定すれば
良く、第５図のステップ８と10に於いて目標圧力H0を更
新する際に、速度の変化がｎだけ増加するごとに現在の
目標圧力の1bit加算し、ｎだけ減少するごとに今の目標
圧力に1bit減算するようにすれば良い。 一方、第４図（ｃ）の方法を用いる場合は、同図
（ａ）の方法の（２）式を用いた実施例とほぼ同様で、
第５図におけるステップ８、10で目標圧力を更新する際
に、（４）式を使用すれば良い。 さらに、第４図（ｄ）の方法を用いる場合も、同図
（ａ）の方法における（２）式を用いた場合とほぼ同じ
になり、第５図のステップ８、10における目標圧力の更
新処理を（５）式によって行なうようにすればよい。 従って、これらの実施例によれば、計画変更や経年変
化などにより配管の抵抗特性が変化したとき、或いは給
水条件が変更になった場合などでも、ディップステップ
の操作だけで簡単に対応でき、常に所望の給水制御を容
易に行なうことができる。 なお、以上の実施例においては、使用水量が０の点を
基準にしてHiとNMINを決めるようになっているが、これ
に代えて、最大水量QMAXを基準にして全揚程HTとNMAXを
定めるようにしてもよく、或いは任意の運転速度、圧力
を基準にするようにしてもよい。 また、上記実施例では、データ設定手段としてディジ
タルスイッチ（ディップスイッチ）を用いているが、こ
れに代えて、キーボードを用いるようにしてもよい。 〔発明の効果〕 本発明によれば、外部のスイッチなどにより管路の抵
抗特性が自由に設定できるので、給水配管が短く、ポン
プ吐出し側の圧力を一定にしたい場合には、管路の抵抗
特性の傾きを０にするだけで、簡単に吐出し圧力一定制
御が可能となる。 また、給水に所望な圧力及び速度のデータも、外部設
定だけで自由に変えられるので、これらの調整作業も極
めて簡単に行なうことができる。 さらに、従来は、これらのデータが全てメモリ（RO
M）に書込まれていたため、変更時にはROMを交換する必
要があったが、本発明によればROM交換の必要がなく、
これらの作業に伴うコストアップをなすすことができ、
かつ、運転中などでも自由に圧力、速度、傾きなどの設
定調整ができるなどの効果がある。
ムに係り、特に、マイクロコンピュータを用いてポンプ
の可変速制御を行なうようにしたシステムに好適な制御
装置に関する。 〔従来の技術〕 従来から、ポンプの運転に可変速駆動手段を用い、ポ
ンプ吐出し側の圧力を或る一定の関係（たとえば末端圧
力一定制御など）に保って給水するシステムが知られて
いる。 しかして、この吐出し圧力を一定の関係に保つため
に、従来は圧力センサ、流量センサ、及び関数演算器な
どが必要であったが、近年、マイクロエレクトロニクス
の発展に伴い、予めマイコン（マイクロコンピュータ）
に配管抵抗を記憶させておき、需要水量の変動に応じて
目標値が適正なこの配管抵抗特性上にくるように制御す
ることが、例えば特開昭60−142097号公報などによって
提案されている。 しかし、この従来例では、上記した配管での抵抗特性
の変化に対しては、特に配慮されていなかった。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記従来技術では、予め設定してある管路抵抗特性の
変化について配慮されておらず、上記した配管抵抗特性
についても、その曲線の傾き、締切点（水量０の点）の
圧力、仕様点（給水系が要求する所望の水量、圧力）な
どの緒元を、単に一定値としてマイコンのメモリに記憶
させておくだけとなっていた。 従って、従来技術では、計画変更などにより、給水シ
ステムの設置後、これらの値を変更する必要が生じた場
合、書き替え可能なメモリ（RAM）にデータを入れてい
るものではデータの書き直しが、そして、書き替え不能
なメモリ（ROM）にデータを入れているものでは新しい
データを書き込んだメモリ（ROM）への交換がそれぞれ
必要になり、変更に手間がかかり、大変不便であるとい
う問題があった。 本発明の目的は、上記した従来技術の問題点に充分に
対処でき、給水システム設置での配管抵抗特性の変更に
も簡単に対応でき、常に所望の給水特性が容易に与えら
れるようにした、給水システムの制御装置を提供するこ
とにある。 〔問題点を解決するための手段〕 上記目的は、可変速駆動型のポンプを備え、該ポンプ
の吐出し側の圧力が給水管路の抵抗特性に従って変化す
るように、上記ポンプの回転速度を制御して給水量制御
を行なうようにした給水システムの制御装置において、
上記給水管路の抵抗特性を流量Ｑと回転速度Ｎの関数と
して近似演算するのに必要なデータ、或いは上記給水管
路の抵抗特性をポンプの各運転点での吐出し側の圧力変
化分ΔＨと回転速度変化分ΔＮ（ΔH/ΔＮ）の関係から
近似演算するのに必要なデータ、又は上記給水管路の抵
抗特性をポンプの運転範囲で直線近似演算するのに必要
なデータの何れかのデータを外部で設定するデータ設定
手段と、ポンプ運転中、上記データ設定手段から上記デ
ータを取り込んで上記給水管路の抵抗特性を近似演算す
る処理を繰返し実行する演算手段とを設け、該演算手段
により順次新たに近似演算されてゆく給水管路の抵抗特
性に従って上記ポンプの回転速度制御を行なうようにし
て達成される。 〔作用〕 データ設定手段は、例えばディジタルスイッチなどで
構成され、給水管路の抵抗特性を流量Ｑと回転速度Ｎの
関数として近似演算するのに必要なデータ、或いは上記
給水管路の抵抗特性をポンプの各運転点での吐出し側の
圧力変化分ΔＨと回転速度変化分ΔＮ（ΔH/ΔＮ）の関
係から近似演算するのに必要なデータ、又は上記給水管
路の抵抗特性をポンプの運転範囲で直線近似演算するの
に必要なデータの何れかのデータを外部で設定すること
ができるように働く。 そして、このデータ設定手段から入力されたデータに
より制御が実行されることになるので、いつでも、容易
に動作条件の新たな設定を行なうことができ、従って、
例えば、配管抵抗特性など、給水系が仕様として要求す
るどのような変更にも簡単に対応できる。 〔実施例〕 以下、本発明による給水システムの制御装置につい
て、図示の実施例により詳細に説明する。 第２図は本発明の一実施例で、図において、１はポン
プ、２は逆止め弁、３は仕切弁、４は給水管、５は圧力
タンク、６は圧力センサ、７は流量センサ、８は制御装
置、９はデータ設定装置であり、Ｍはポンプ１のモータ
である。 圧力センサ６及び流量センサ７は給水管４の圧力及び
流量を検出し、その信号を制御装置８内のマイコンに送
る。一方、ディップスイッチ又はキーボードなどからな
るデータ設定装置９は給水系に所望な圧力、速度、抵抗
曲線の傾きなどのデータを設定し、上記したマイコンに
送る。 そこで、制御装置８内のマイコンはこれらのデータを
メモリに格納するとともに、これらのデータと予めプロ
グラムしてある制御手順により、需要水量に応じて、可
変速駆動手段に速度指令を発し、ポンプ１及びモータＭ
はこの指令された速度で運転を行なう。 さらに前述した、マイコンのプログラムは、予め初期
設定時だけでなく運転中にもディップスイッチやキーボ
ードの設定変更が可能に構成してあるので、計画変更に
伴って、給水系の所望な圧力、速度、抵抗曲線の傾きな
どの緒元を必要に応じて自由自在に設定変更が可能であ
る。又、電源を切っても、これらのデータを常にディッ
プスイッチやキーボードから読込むようにしてあるので
不都合の生じることがない。 第１図に制御装置８の詳細に示す。 この第１図において、PWは電源、MCBは配線用しゃ断
器、MCaは電磁開閉時で、コイルMCが付勢されたときに
閉じる接点、INVは可変周波インバータ（本実施例では
変速駆動手段として可変周波インバータを用いている
が、他の手段を用いても良い。直、これは以下、インバ
ータと略称する。）、Ｍは上記したようにポンプ１を駆
動するモータ、PWCは制御電源であり、Ｒ、Ｓはその制
御母線である。 また、SSはスイッチで、これを閉じるとポンプ１が始
動し、開くと停止する。さらに、TRはトランス、Ｚはマ
イコンMCONに電源を供給するための安定化電源である。 前述したマイコンMCONの主要部は、中央演算処理装置
CPU、ROM、RAMを有するメモリＭ、周辺素子との信号の
やりとりをする入出力ポートPIO−１〜PIO−６から成
る。 一方、周辺素子としては、水量０の時での所望な圧力
Hi（初期値）を設定するためのスイッチDIP1（たとえば
8bitのデジタルスイッチ）と、同じく使用水量が０の時
での所望な圧力Hiと交わるＱ−Ｈ性能を与える最低速度
NMINを設定するためのスイッチDIP2、それに給水圧力を
需要水量の変動に伴って管路の抵抗曲線上に沿って運転
させる時、これの傾きを指定するスイッチDIP3を有し、
これらの設定値はそれぞれマイコンMCONの入出力ポート
PIO−３〜PIO−５から読み込まれ、メモリＭのRAMの番
地の記憶される。 さらに、この他の周辺素子として圧力センサ６があ
り、この信号を読み込むためのインターフェースI/O−
２を備え、これにより、入出力ポートPIO−２を通じて
同様にメモリＭのRAMの番地に記憶される。 次に、電磁開閉器のMCを付勢する信号は、マイコンMC
ONが初期値の設定を終り、始動条件が確立されたあと、
入出力ポートPIO−６からインターフェースI/O−３を介
して信号を発し、同開閉器MCが励磁され、その接点MCa
が閉じる。 同時にマイコンMCONは同じく入出力ポートPIO−１か
らインターフェースI/O−１（たとえばD/A変換器で構成
される）を介してインバータINVの速度入力端子へ需要
水量に見合った速度指令信号を発する。このようにこの
制御回路は構成してある。 第３図はポンプの運転特性図で、横軸に水量Ｑ、縦軸
に圧力Ｈを取ったものであり、同図に於いて、曲線Ａは
ポンプの運転速度が最高速度NMAXの時のＱ−Ｈ性能を示
し、同じく曲線Ｂ、Ｃは運転速度がＮ′及び最低速度N
MINの時のＱ−Ｈ性能を示す。 また、直線Ｄは使用水量が０の時の給水系に所望な圧
力H1で、吸水面を基準に最高位水栓までの実高さ、即
ち、実揚程Haに末端水栓位置で所望な圧力（所要末端圧
力）Hpを加えた圧力である。 そして、曲線Ｆは給水設備を設計する際に、計画最大
水量Q1とこの水量を流した時での給水系が所望な圧力
（全揚程）HTとの交点Q1と、直線Ｄの水量０の点O0とを
結んだ管路の抵抗曲線であり、曲線Ｆ′、Ｆ″は計画変
更などにより管路の抵抗（傾き）が変わった場合の抵抗
曲線を示したものである。 第４図はポンプ吐出し側の圧力をある一定の関係に保
つことにより給水制御するのに必要な給水管路の抵抗特
性を近似演算する方法のいくつかを示したもので、ま
ず、同図（ａ）は、目標値である管路の抵抗曲線を予め
次の（１）、（２）式で示すように、流量Ｑ及び回転数
Ｎの関数として与えられたものである。 H0＝ｆ（Ｑ）＝K1Qa1＋Hi ……（１） H0＝ｆ（Ｎ）＝K2Na2＋Hi ……（２） ここで、K1、K2は定数を示し、Ｑは水量、Ｎは回転数
（回転速度）、a1、a2はそれぞれ曲線の次数を示す。な
お、この（１）式の制御を行なうためには、第２図に示
す流量センサ７が必要である。 これの制御方法の概略は次の通りである。 １） メモリに（１）式を記憶しておく。 ２） ポンプ１を運転しながら、給水圧力Ｈを圧力セン
サ６により検出し、今の目標圧力H0と比較し、両者が等
しくなるまでポンプ１の運転速度を増減させる。 ３） 次に、この時の流量を流量センサ７により検出
し、この流量信号によりメモリに記憶している（１）式
から新しい目標圧力H0を求め、現在の目標圧力H0をこの
新しい目標圧力に更新し、以下、１）〜３）を繰り返し
実行することにより実現することができる。 なお、（２）式はポンプの揚水量Ｑと回転速度Ｎとの
間に比例関係があることを利用して、目標圧力H0をＮの
関係で表わしたもので、水量Ｑを回転数Ｎに置き変えれ
ば同様に実現できる。 次に、第４図（ｂ）は、例えば特願昭59−131010号の
出願に係る明細書（特開昭61−11497号公報参照）に示
されている方法で、大略は次の通りである。 ポンプ１の運転速度をNMINからNMAXまで変化させた時
の変化幅ΔＮに対し、この時のポンプの回転速度に応じ
た目標圧力のHiからHTまでの変化ΔＨとの比ΔN/ΔＨ
（≒1/n）を予め管路の抵抗曲線によって求めておき、
前述と同様に速度制御の過程で、回転速度がｎだけ変化
した時に、目標圧力を今の目標圧力から最小単位（たと
えば1bit）だけ加減するようにしたものである。 同じく第４図（ｃ）は、例えば特願昭59−245932号の
出願に係る明細書（特開昭61−126398号公報参照）に示
されている方法で、目標値を与える管路の抵抗曲線Ｆと
任意の運転速度Ｎの時のポンプＱ−Ｈ曲線Ｅを置き、こ
れと交鎖した交点Ｏ′で運転している時に、需要水量が
変化した場合、管路の抵抗曲線上にあるのに必要な目標
圧力とポンプの回転速度との変化の関係を次の（３）式
で求めておき、（４）式で運転速度を制御するようにし
たものである。 ΔＮ＝K3・ΔＨ ……（３） Ｎ＝Ｎ±ΔＮ ……（３）′ ΔH0＝ΔN/K3 ……（４） ここでK3は比例定数であり、その点に於ける傾きを示
す。つまり、予め（３）式により需要水量がＱからＱ′
に変化した時の給水圧力の変化から速度変化ΔＮを求め
ておき、現在の運転速度にこのΔＮを加減し、目標圧力
H0の更新は、このときのΔＮから（４）式で求めた圧力
変化分ΔH0を目標圧力H0に加減算することにより行なう
のである。 最後に、第４図（ｄ）は、管路の抵抗曲線Ｆを、O0、
O1を結ぶ直線Ｆで近似した例で、目標値H0を次の
（５）式で示すようにポンプの回転数Ｎの関数で与えた
ものである。 H0＝K4・Ｎ＋Hi ……（５） ここで、K4は比例定数で、直線Ｆの傾きを示す。 ところで、これらの方式においては、いずれの場合で
も、その特性を変えるには、それらの式の中での定数
ｎ、K1〜K4を変えれば良いことは明らかである。 しかして、従来技術では、これらの定数をマイコンの
メモリROMに書込んでいたため、変更の要望があったと
きでも、簡単に変更できず大変不便であったことは上記
した通りである。 次に、これらの制御方式に基づいて、第１図及び第２
図の本発明の一実施例による制御装置で運転した時の制
御の手順を第５図と第６図のフローチャートにより説明
する。ここで、第６図は第１図に示すディップスイッチ
DIP1〜DIP3のデータ読込みと圧力検出を行なうサブルー
チンで、第５図のS2及びS5における処理の詳細内容を示
したものである。なお、特に本発明と関係の無い部分に
ついては図示を省略してある。 これら第５図、第６図は、第４図（ａ）の（２）式を
用いる方法を例に作動の詳細を示したもので、まず、第
１図のしゃ断器MCB及びスイッチSSを投入すると、マイ
コンMCONは第５図のS1で全ての初期値の設定を行なう。
このとき、もちろん第４図で説明した（２）式も必要に
応じてメモリに記憶させておくものである。 次にS2で、第６図のサブルーチンを呼び出し、ディッ
プスイッチの設定データの読込み及び給水管の圧力を検
出する。即ち、S101で、水量０の時、所望の圧力Hiを設
定してあるディップスイッチDIP1（例えば8bit）のデー
タをマイコンMCONの入出力ポートPIO−３より読込み、S
102で同マイコンのメモリRAMの例えば800番地に格納す
る。同様にして、S103で水量０の時、所望のポンプの運
転速度NMINの設定してあるディップスイッチDIP2（例え
ば8bit）のデータを入出力ポートPIO−４より読込み、
次のS104で、メモリRAMの例えば8001番地に格納する。 S105では第４図で説明した定数ｎ又は傾きを示す係数
K1〜K4の値を設定してあるディップスイッチDIP3のデー
タを入出力ポートPIO−５より読込み、S106でメモリRAM
の例えば8002番地に格納する。さらにS107では圧力セン
サ６の検出した給水管４の圧力をインターフェースI/O
−２を介して、入出力ポートPIO−２より読込み、メモ
リRAMの例えば8003番地に格納するのである。 第５図に戻り、S3のステップで前記した給水圧力が、
例えば前記した圧力Hi以下に達しているか判定し、達し
ておれば次のS4へ進み、達していない場合にはS2のステ
ップへ戻り、達するまでループL1の処理を続ける。 S4ではポンプ１を始動させ、その運転速度Ｎを水量０
の時、所望な最低速度NMINにセットし、同じく、目標圧
力H0を水量０の時、所望な圧力HiにセットしH0＝Hiとす
る。 従って、ポンプ１は、給水圧力Hiで、運転速度NMINで
運転を始める。この後S5のステップへ進み、ここで、再
度、前述した第６図に示すサブムルーチンを実行し、給
水管４の圧力Ｈを検出する。次のS6のステップでは現在
の目標圧力H0と、いま検出した圧力Ｈとを比較する。比
較した結果、目標圧力H0と給水圧力ＨとがH0＜Ｈであれ
ば需要量減少を意味しているから、このときはS7のステ
ップへジャップする。 一方、H0＝Ｈであれば需要量変化のないことを意味し
ており、S11のステップへジャンプする。 また、H0＞Ｈであれば需要量増加を意味しており、S9
のステップへジャンプする。 そしてこれ以降の処理を実行する。 まず、S7のステップでは、現在の速度からΔＮだけ減
じて減速制御を行ない、次のS8へ進み、ここで（２）式
に基づいて目標圧力の更新を行ない、S11のステップへ
進む。 次に、S9のステップでは、前述のS7でのステップとは
逆に、今の速度からΔＮだけ増速制御を行ない、次のS1
0のステップへ進み、ここで（２）式に基づいて目標圧
力の更新を行ない、そのあとS11のステップへ進む。 S11のステップでは、使用水量が少ないかどうかを判
定し、判定した結果、使用水量があればS5ステップへ戻
り、ループL2の処理を繰返し実行する。 結果として、給水圧力を予め定めた管路の抵抗曲線上
に沿って制御することができる。 他方、S11のステップでの判定の結果、使用水量がご
く少ない場合にはステップ12へ進み、ここで、全ての出
力をしゃ断し、ポンプ１を停止させる。この後、ステッ
プ２へ戻り、これ以降の処理を続ける。 ところで、第４図（ａ）の方法で、（１）式を用いる
場合には、第２図に示した流量センサ７の信号を読込む
必要があり、そのために第１図における圧力センサ６、
インターフェースI/O−２と同様の回路を追加し、第６
図のサブルーチンにこの流量センサの信号を読込むため
の処理を追加すれば良い。 同じく第４図（ｂ）の方法を用いる場合には、第２図
に示したディップスイッチDIP3に目標圧力の最小変化単
位（例えば1bit）に対する速度の変化分ｎを設定すれば
良く、第５図のステップ８と10に於いて目標圧力H0を更
新する際に、速度の変化がｎだけ増加するごとに現在の
目標圧力の1bit加算し、ｎだけ減少するごとに今の目標
圧力に1bit減算するようにすれば良い。 一方、第４図（ｃ）の方法を用いる場合は、同図
（ａ）の方法の（２）式を用いた実施例とほぼ同様で、
第５図におけるステップ８、10で目標圧力を更新する際
に、（４）式を使用すれば良い。 さらに、第４図（ｄ）の方法を用いる場合も、同図
（ａ）の方法における（２）式を用いた場合とほぼ同じ
になり、第５図のステップ８、10における目標圧力の更
新処理を（５）式によって行なうようにすればよい。 従って、これらの実施例によれば、計画変更や経年変
化などにより配管の抵抗特性が変化したとき、或いは給
水条件が変更になった場合などでも、ディップステップ
の操作だけで簡単に対応でき、常に所望の給水制御を容
易に行なうことができる。 なお、以上の実施例においては、使用水量が０の点を
基準にしてHiとNMINを決めるようになっているが、これ
に代えて、最大水量QMAXを基準にして全揚程HTとNMAXを
定めるようにしてもよく、或いは任意の運転速度、圧力
を基準にするようにしてもよい。 また、上記実施例では、データ設定手段としてディジ
タルスイッチ（ディップスイッチ）を用いているが、こ
れに代えて、キーボードを用いるようにしてもよい。 〔発明の効果〕 本発明によれば、外部のスイッチなどにより管路の抵
抗特性が自由に設定できるので、給水配管が短く、ポン
プ吐出し側の圧力を一定にしたい場合には、管路の抵抗
特性の傾きを０にするだけで、簡単に吐出し圧力一定制
御が可能となる。 また、給水に所望な圧力及び速度のデータも、外部設
定だけで自由に変えられるので、これらの調整作業も極
めて簡単に行なうことができる。 さらに、従来は、これらのデータが全てメモリ（RO
M）に書込まれていたため、変更時にはROMを交換する必
要があったが、本発明によればROM交換の必要がなく、
これらの作業に伴うコストアップをなすすことができ、
かつ、運転中などでも自由に圧力、速度、傾きなどの設
定調整ができるなどの効果がある。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明により制御装置の一実施例を示すブロッ
ク図、第２図は同じく一実施例の全体構成図、第３図は
給水システムの運転特性図、第４図（ａ）〜（ｄ）は給
水システムの運転制御例を示す特性図、第５図及び第６
図は本発明の一実施例の動作を示すフローチャートであ
る。 １……ポンプ、２……逆止め弁、３……仕切弁、４……
給水管、５……圧力タンク、６……圧力センサ、７……
流量センサ、８……制御装置、９……データ設定装置。
ク図、第２図は同じく一実施例の全体構成図、第３図は
給水システムの運転特性図、第４図（ａ）〜（ｄ）は給
水システムの運転制御例を示す特性図、第５図及び第６
図は本発明の一実施例の動作を示すフローチャートであ
る。 １……ポンプ、２……逆止め弁、３……仕切弁、４……
給水管、５……圧力タンク、６……圧力センサ、７……
流量センサ、８……制御装置、９……データ設定装置。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．可変速駆動型のポンプを備え、該ポンプの吐出し側
の圧力が給水管路の抵抗特性に従って変化するように、
上記ポンプの回転速度を制御して給水量制御を行なうよ
うにした給水システムの制御装置において、 上記給水管路の抵抗特性を流量Ｑと回転速度Ｎの関数と
して近似演算するのに必要なデータ、或いは上記給水管
路の抵抗特性をポンプの各運転点での吐出し側の圧力変
化分ΔＨと回転速度変化分ΔＮ（ΔH/ΔＮ）の関係から
近似演算するのに必要なデータ、又は上記給水管路の抵
抗特性をポンプの運転範囲で直線近似演算するのに必要
なデータの何れかのデータを外部で設定するデータ設定
手段と、 ポンプ運転中、上記データ設定手段から上記データを取
り込んで上記給水管路の抵抗特性を近似演算する処理を
繰返し実行する演算手段とを設け、 該演算手段により順次新たに近似演算されてゆく給水管
路の抵抗特性に従って上記ポンプの回転速度制御を行な
うように構成したことを特徴とする給水システムの制御
装置。 ２．特許請求の範囲第１項において、 上記データ設定手段がディジタル・スイッチであること
を特徴とする給水システムの制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62008349A JP2670042B2 (ja) | 1987-01-19 | 1987-01-19 | 給水システムの制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62008349A JP2670042B2 (ja) | 1987-01-19 | 1987-01-19 | 給水システムの制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63176693A JPS63176693A (ja) | 1988-07-20 |
| JP2670042B2 true JP2670042B2 (ja) | 1997-10-29 |
Family
ID=11690746
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62008349A Expired - Lifetime JP2670042B2 (ja) | 1987-01-19 | 1987-01-19 | 給水システムの制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2670042B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101372980B (zh) * | 2007-08-22 | 2012-11-28 | 株式会社日立产机系统 | 给水装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5941687A (ja) * | 1982-09-02 | 1984-03-07 | Toshiba Corp | ポンプ制御装置 |
| US4462651A (en) * | 1982-12-10 | 1984-07-31 | Raychem Corporation | Reusable heat-recoverable connecting device |
| JP2549088B2 (ja) * | 1985-04-26 | 1996-10-30 | 株式会社日立製作所 | ポンプの運転制御装置 |
-
1987
- 1987-01-19 JP JP62008349A patent/JP2670042B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101372980B (zh) * | 2007-08-22 | 2012-11-28 | 株式会社日立产机系统 | 给水装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63176693A (ja) | 1988-07-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |