JP3533424B2 - 可変速給水装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、２台以上のポンプ
を並列運転可能な可変速給水装置に係り、特に並列運転
するポンプの追加・解列時の吐出圧力の変動を低減する
ことができる制御系の構成に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１は、２台のポンプを備えた可変速給
水装置のシステム概要を示す。例えば、水道の本管であ
る配水管１１には流入管１２が接続され、２台のポンプ
１３ａ，１３ｂがこの流入管１２に接続されている。流
入管１２には、量水器（図示せず）が接続されて、使用
水量が計測される。各ポンプ１３ａ，１３ｂの吐出側に
は、末端給水機器１４へと連結された吐出管１５が接続
されている。

【０００３】前記吐出管１５には、圧力タンク１６が接
続されている。また、ポンプ１３ａ，１３ｂの吐出側に
は、吐出管１５におけるポンプの吐出圧力を検出してこ
の圧力信号を制御手段１７に送る吐出圧力検出器１８が
備えられている。このポンプ１３ａ，１３ｂは、それぞ
れ例えば三相２００Ｖの商用電源に接続された周波数・
電圧変換装置（インバータ）を備えた電動機からなる可
変速手段１９ａ，１９ｂを備え、可変速で駆動される。

【０００４】前記制御手段１７は、吐出圧力検出器１８
の信号に基づき、各可変速手段１９ａ，１９ｂに信号を
送り、各ポンプ１３ａ，１３ｂの回転速度を所定の制御
目標圧力となるようにフィードバック制御する。この速
度制御は、通常制御の安定性等からＰＩ（比例積分）制
御が用いられている。

【０００５】更に、前記吐出管１５には、各ポンプ１３
ａ，１３ｂの吐出側に位置して、例えばフロースイッチ
からなる少水量検出手段２０ａ，２０ｂと、逆流防止用
の逆止弁２１ａ，２１ｂとがそれぞれ介装され、前記各
少水量検出手段２０ａ，２０ｂからの信号が、前記制御
手段１７に送られるようになっている。少水量検出手段
により、需要家側１４で水の使用量がほとんど無い状態
が検出されると、ポンプの締切運転を防止し省エネルギ
化を図るため、ポンプ停止等の制御が制御手段１７によ
り行なわれる。

【０００６】ところで２台のポンプ１３ａ，１３ｂは、
送水水量に応じて１台又は２台で制御目標圧力を保つよ
うに回転速度が制御されて運転される。使用水量が少な
い時は１台のみが運転され、使用水量が増加し、ポンプ
１台の運転では足りず制御目標圧力を維持できなくなっ
た時、即ち運転中の１台のポンプ１３ａの回転速度が最
高回転速度に達した時に、２台目のポンプ１３ｂの運転
を開始（追加投入）する。そして、その後、需要家側で
の使用水量が少なくなり、ポンプ１３ｂの回転速度が低
下して、１台のポンプで制御目標圧力を維持できるよう
になった時に、２台の内の１台のポンプ１３ａ又は１３
ｂを解列停止するようになっている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】図７はポンプの追加投
入時の制御フローを示す。運転中の１台目のポンプ１３
ａに対して、２台目のポンプ１３ｂの追加投入が決定さ
れると、目標圧力値（ＳＶ）と実際圧力値（ＰＶ）との
偏差（ＥＮ）が算出され、この偏差によりＰＩ演算が行
われた後、この演算結果（ＤＭＶ）が前回の回転速度指
令（ＭＶ）に加えられて新たな回転速度指令ＭＶが出力
される。この時の前回の回転速度指令（ＭＶ）は、運転
中のポンプは、最高回転速度で運転しているので、追加
投入されるポンプに対する速度指令も最高回転速度が出
力される。

【０００８】図８は、追加投入時のポンプ吐出圧力の変
動の状況を示す。図示するように追加投入時に高い回転
速度が出力され、吐出圧力が一瞬上昇した後に下ってく
る現象が発生する。

【０００９】この場合、並列運転時は、１台のポンプを
最高回転速度付近で定速運転し、他の１台のポンプを送
水水量に応じて可変速運転する場合と、２台のポンプを
揃速で可変速運転する場合とが考えられる。その後、使
用水量が減少すると２台の内１台のポンプを解列停止す
る。その解列動作の条件は、使用水量が少なくなり可変
速ポンプの回転速度が低下して、所定の回転速度に達す
るとポンプ１台が解列停止する。

【００１０】図９はポンプの解列停止時の制御フローを
示す。運転中の２台のポンプ１３ａ，１３ｂに対して、
１台のポンプ１３ｂの解列が決定されると、目標圧力値
（ＳＶ）と実際圧力値（ＰＶ）との偏差（ＥＮ）が算出
され、この偏差によりＰＩ演算が行われた後、この演算
結果（ＤＭＶ）が前回の回転速度指令（ＭＶ）に加えら
れて新たな回転速度指令ＭＶが出力される。この時の前
回の回転速度指令（ＭＶ）は、運転中のポンプは、最低
回転速度で運転しているので、運転が継続されるポンプ
１３ａに対する速度指令も最低回転速度が出力される。

【００１１】図１０は、解列停止時のポンプ吐出圧力の
変動の状況を示す。解列時に最低回転速度が出力されそ
の後上昇するので、図示するように吐出圧力が一瞬下降
した後に上昇してくる現象が発生する。

【００１２】従来では、ポンプの追加又は解列動作を行
った時の圧力変動の発生をフォーシング制御で避けるこ
とが行われていた。このフォーシング制御は、ポンプの
追加動作時には、運転を継続するポンプの回転速度を下
げつつ他のポンプの追加投入を行うものであり、ポンプ
の解列動作時には、運転を継続するポンプの回転速度を
上げつつ、停止するポンプの解列を行うものである。

【００１３】フォーシング制御による圧力変動の抑制
は、そのタイミングと負荷状況により左右され、設定調
整が非常に難しい。つまり、フォーシング動作を先にス
タートさせるが、早すぎると圧力が低下してから上昇す
る、又は上昇してから低下するといった圧力変動幅が逆
に大きくなるといった問題がある。

【００１４】本発明は、上述した事情に鑑みて為された
もので、ポンプ追加投入時や解列停止時に過渡的に吐出
圧力が変動してしまうことを、フォーシング制御といっ
た複雑で困難な制御を行うことなく、簡単な制御で抑制
できるようにした可変速給水装置を提供することを目的
とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の可変速給水装置
は、電動機により回転駆動される複数のポンプと、該ポ
ンプの吐出側に設けた逆止弁と、該逆止弁の下流側に設
けた圧力検出器と、前記ポンプを可変速駆動する可変速
手段と、前記ポンプを可変速に運転制御すると共に追加
解列する制御手段とを備えた可変速給水装置において、
前記制御手段は、少なくとも１台のポンプ運転時に他の
停止中のポンプを追加投入する時に、この他の追加ポン
プのＰＩ制御を所定の回転速度から開始することを特徴
とする。また、前記所定の回転速度を、ポンプ締切時の
圧力と回転速度との関係から、締切時の制御目標圧力に
対応した回転速度に設定したことを特徴とする。

【００１６】このように構成した本発明によれば、追加
投入されるポンプは、その投入時に吐出圧力の変動に影
響のない所定の低い回転速度出力からＰＩ制御が開始さ
れる。これによって、追加投入時の回転速度出力の偏差
が小さくなり、吐出圧力が一瞬上昇してしまうことを防
止することができる。

【００１７】

【００１８】また、前記制御手段は、前記追加ポンプの
追加後１回目は該ポンプの回転速度として前記所定の回
転速度を出力してＰＩ制御を開始することを特徴とす
る。また、前記所定の回転速度を、前記追加ポンプ締切
時の制御目標圧力に対応した回転速度に設定したことを
特徴とする。また、前記所定の回転速度は、前記追加ポ
ンプが締切で運転するような状態になる低い回転速度で
あることを特徴とする。また、前記所定の回転速度は、
前記追加ポンプの締切時の圧力と回転速度の関係に基づ
いて設定された回転速度であることを特徴とする。ま
た、前記複数のポンプは配水管に接続された流入管に接
続されていることを特徴とする。また、推定末端圧力一
定制御を行うことを特徴とする。また、前記可変速手段
は前記複数のポンプそれぞれを可変速駆動することを特
徴とする。また、前記ポンプは３台以上あることを特徴
とする。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。なお、以下の各実施例におけるポンプ
運転制御の前提となるシステムの概要は、図１に示す通
りである。配水管１１に接続された流入管１２と、この
流入管１２に接続された複数のポンプ１３ａ，１３ｂ
と、この各ポンプ１３ａ，１３ｂの吐出側に接続され末
端給水機器１４へと連結された吐出管１５と、この吐出
管１５に設けられ前記ポンプ１３ａ，１３ｂの吐出圧力
を検出する吐出圧力検出器１８と、前記各ポンプ１３
ａ，１３ｂをそれぞれ可変速駆動する可変速手段１９
ａ，１９ｂと、前記各ポンプ１３ａ，１３ｂをＰＩ制御
で可変速に運転制御すると共に追加解列する制御手段１
７とが備えられている。

【００２０】更に、前記吐出管１５には、各ポンプ１３
ａ，１３ｂの吐出側に位置して少水量検出手段２０ａ，
２０ｂと逆止弁２１ａ，２１ｂとが介装され、この各少
水量検出手段２０ａ，２０ｂからの信号が、前記制御手
段１７に送られるようになっている。

【００２１】図２乃至図４は、本発明の第１実施例を示
すもので、図２は、制御フロー図、図３は、ポンプ締切
時圧力と回転速度との関係を示す図、図４は、圧力変動
測定結果を示すグラフである。

【００２２】この実施例は、前記図１に示す制御手段１
７に、１台のポンプ１３ａの運転時に他の停止中のポン
プ１３ｂを追加運転させる時に、１台のポンプ１３ａの
回転速度を固定し、他のポンプ１３ｂのＰＩ制御を所定
の回転速度出力から開始する手段を備えたものである。
この実施例では、追加運転するポンプ１３ｂの所定の回
転速度出力をポンプ締切時の圧力と回転速度との関係か
ら、締切時の制御目標圧力に対応した回転速度に設定す
るようにしている。

【００２３】即ち、１台のポンプ１３ａが可変速で運転
中に使用水量が増加し、この回転速度が最高回転速度に
達して所定時間が経過すると、送水水量を補うため、図
２に示すように、他のポンプ１３ｂの追加始動を決定
し、１台目のポンプ１３ａの回転速度を固定する。

【００２４】そして、追加運転するポンプ１３ｂを可変
速にＰＩ制御するのであるが、この時、図２に示すよう
に、追加後１回目の計算の時には、回転速度指令ＭＶに
所定回転速度ＨｚＢを代入し、この回転速度を出力し
て、追加ポンプ１３ｂのＰＩ制御を行う。その後、追加
後２回目以降は、従来例と同様に、目標値（ＳＶ）と実
際値（ＰＶ）との偏差（ＥＮ）を算出し、この偏差によ
りＰＩ演算を行った後、この演算結果（ＤＭＶ）を前回
の回転速度指令（ＭＶ）に加えて新たな回転速度指令Ｍ
Ｖを出力する。

【００２５】ここに、前記ポンプ１３ｂの最初の出力で
ある所定回転速度ＨｚＶは、ポンプ始動直後の圧力上昇
に影響がないように決定されるのであり、図３に示すよ
うに、ポンプ締切時（流量０）の制御目標カーブ上の目
標圧力（ＰB）を発生させる最低回転速度（ＮB）として
いる。

【００２６】このように構成することにより、追加する
ポンプ１３ｂのＰＩ制御を、例えば、ポンプが締切（フ
ロースイッチが閉じる状態）で運転する状態になるよう
な吐出圧に影響がない低い回転速度の出力から開始し
て、過渡的な吐出圧力の上昇を抑制することができる。

【００２７】この実施例の圧力変動測定結果を図４に示
す。この測定結果から明らかなように、本実施例によれ
ば、ポンプの追加運転時に吐出圧力が上昇してしまった
り、応答遅れが生じてしまうことを防止して、常時安定
した吐出圧力を保つことができる。

【００２８】なお、ポンプ締切時の吐出圧力と回転速度
との関係は、予めデータテーブルとして記憶しておいて
もよく、ポンプ試運転時などに自動的に測定して記憶す
るようにしてもよい。また、圧力制御方法としては、吐
出圧力一定制御または需要先の圧力を一定とする推定末
端圧力一定制御のどちらを採用しても良い。

【００２９】図５及び図６は、第２実施例であるポンプ
の解列の場合を示すもので、図５は、制御フロー図、図
６は、その圧力変動の測定結果を示すグラフである。こ
の実施例は、前記図１に示す制御手段１７に、運転中の
複数のポンプの内の１台を解列停止した時に、運転中の
他のポンプのＰＩ制御を該ポンプの最高回転速度付近の
回転速度出力から開始する手段を備えたものである。

【００３０】即ち、２台のポンプ１３ａ，１３ｂの並列
運転に際して、１台目のポンプ１３ａを固定回転速度で
運転し、２台目のポンプ１３ｂを可変速で運転させてお
く。そして、この状態から使用水量が少なくなり、２台
目のポンプ１３ｂの回転速度が減少し、所定の回転速度
に達した時、図５に示すように、ポンプ１３ａの解列停
止の決定を行う。この時、運転を継続する解列直前の１
台目のポンプ１３ａは、最高回転速度またはそれに近い
速度に固定して運転を行っている。

【００３１】そして、ポンプ１３ｂを解列停止するとと
もに、ポンプ１３ａを可変速にＰＩ制御しつつその運転
を継続する。この時、図５に示すように、解列後１回目
の計算の時には、回転速度指令ＭＶに最高回転速度を代
入し、この回転速度を出力して、ポンプ１３ａのＰＩ制
御を行う。その後、解列後２回目以降は、従来例と同様
に、目標値（ＳＶ）と実際値（ＰＶ）との偏差（ＥＮ）
を算出し、この偏差によりＰＩ演算を行った後、この演
算結果（ＤＭＶ）を前回の回転速度指令（ＭＶ）に加え
て新たな回転速度指令ＭＶを出力しつつ回転速度制御を
行うようになっている。

【００３２】このように構成することにより、運転を継
続するポンプ１３ａの回転速度を、実際に必要な回転速
度と近い出力とするため、速やかにＰＩ制御で追従して
必要回転速度になり、応答遅れによる圧力の一時的低下
を防止することができる。この実施例の圧力変動測定結
果を図６に示す。この測定結果から明らかなように、本
実施例によれば、並列運転中の１台のポンプの解列停止
時に、吐出圧力が一時的に低下してしまうことを防止し
て、常時安定した吐出圧力を保つことができる。

【００３３】なお、この実施例では、解列後の１回目の
計算の時に、回転速度指令ＭＶに最高回転速度を代入し
ているが、この最高回転速度に近い値を代入してもよ
く、システムの個別の状況に応じて適宣決定すればよ
い。

【００３４】尚、上記実施例では１台のポンプの解列停
止前に、運転を継続するポンプを最大回転速度近くで運
転していたが、揃速で運転していてもよい。この場合
は、解列直前に運転を継続するポンプの回転速度が低下
しているので、より効果的に吐出圧力の変動を抑制する
ことができる。

【００３５】また、上記各実施例においては、２台のポ
ンプを備えた可変速給水装置に適用した例を示している
が、３台以上のポンプを備えた可変速給水装置にも同様
に適用できることは勿論である。また、上記各実施例は
水道の本管等に直結した可変速給水装置の例について説
明したが、貯水槽等に一旦水を貯留して需要先に供給す
る可変速給水装置についても同様に適用できることも、
勿論のことである。

【００３６】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、フォーシング制御といった複雑で困難な制御を行う
ことなく、ポンプ追加運転時や解列停止時に過渡的に吐
出圧力が変動してしまうことを簡単な制御で抑制するこ
とができる。従って、本発明の可変速給水装置によれば
安定に圧力変動の無い水を供給できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】可変速給水装置のシステム構成の概要図。

【図２】本発明の第１実施例の制御フロー図。

【図３】ポンプ締切時圧力と回転速度との関係を示す
図。

【図４】第１実施例の圧力変動の測定結果を示すグラ
フ。

【図５】本発明の第２実施例の制御フロー図。

【図６】同じく、圧力変動の測定結果を示すグラフ。

【図７】従来例のポンプ追加運転時の制御フロー図。

【図８】図７における圧力変動の測定結果を示すグラ
フ。

【図９】従来例のポンプ解列停止時の制御フロー図。

【図１０】図９における圧力変動の測定結果を示すグラ
フ。

【符号の説明】

１２ 流入管 １３ａ，１３ｂ ポンプ １５ 吐出管 １６ 圧力タンク １７ 制御手段 １８ 吐出圧力検出器 １９ａ，１９ｂ 可変速手段 ２０ａ，２０ｂ 少水量検出手段（フロースイッチ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 手嶋 友治 神奈川県藤沢市本藤沢４丁目１番１号 株式会社 荏原電産内 (56)参考文献 特開 平２−64294（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−145784（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−180169（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−811836（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−81183（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04B 49/06 321

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動機により回転駆動される複数のポン
   プと、該ポンプの吐出側に設けた逆止弁と、該逆止弁の
   下流側に設けた圧力検出器と、前記ポンプを可変速駆動
   する可変速手段と、前記ポンプを可変速に運転制御する
   と共に追加解列する制御手段とを備えた可変速給水装置
   において、 前記制御手段は、少なくとも１台のポンプ運転時に他の
   停止中のポンプを追加投入する時に、この他の追加ポン
   プのＰＩ制御を所定の回転速度から開始することを特徴
   とする可変速給水装置。
2. 【請求項２】 前記所定の回転速度を、ポンプ締切時の
   圧力と回転速度との関係から、締切時の制御目標圧力に
   対応した回転速度に設定したことを特徴とする請求項１
   記載の可変速給水装置。
3. 【請求項３】 前記制御手段は、前記追加ポンプの追加
   後１回目は該ポンプの回転速度として前記所定の回転速
   度を出力してＰＩ制御を開始することを特徴とする請求
   項１記載の可変速給水装置。
4. 【請求項４】 前記所定の回転速度を、前記追加ポンプ
   締切時の制御目標圧力に対応した回転速度に設定したこ
   とを特徴とする請求項３記載の可変速給水装置。
5. 【請求項５】 前記所定の回転速度は、前記追加ポンプ
   が締切で運転するような状態になる低い回転速度である
   ことを特徴とする請求項１記載の可変速給水装置。
6. 【請求項６】 前記所定の回転速度は、前記追加ポンプ
   の締切時の圧力と回転速度の関係に基づいて設定された
   回転速度であることを特徴とする請求項１記載の可変速
   給水装置。
7. 【請求項７】 前記複数のポンプは配水管に接続された
   流入管に接続されていることを特徴とする請求項１乃至
   ６のいずれか１項に記載の可変速給水装置。
8. 【請求項８】 推定末端圧力一定制御を行うことを特徴
   とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の可変速給
   水装置。
9. 【請求項９】 前記可変速手段は前記複数のポンプそれ
   ぞれを可変速駆動することを特徴とする請求項１乃至８
   のいずれか１項に記載の可変速給水装置。
10. 【請求項１０】 前記ポンプは３台以上あることを特徴
    とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の可変速給
    水装置。