JP3569115B2 - 給水システムの末端圧力一定制御装置 - Google Patents
給水システムの末端圧力一定制御装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給水システムのポンプ制御装置に係り、特にインバータにより可変速駆動されるポンプを備えた給水システムの末端圧力一定制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
可変速駆動型のポンプによる給水圧力の制御方式には、大別して、ポンプの吐出し側の圧力を一定に保つ吐出し圧力一定制御方式と、給水管路の抵抗曲線に沿って圧力制御を行う末端圧力一定制御方式の２種がある。
ここで、前者の吐出し圧力一定制御方式は、後者の末端圧力一定制御方式における抵抗曲線の傾きを０としたものに相当する。
【０００３】
ところで、この末端圧力一定制御方式は、例えば特開昭６１−２４７８９１号公報に記載されているものであるが、この方式では、圧力制御時の目標値となる抵抗曲線を関数として、又はデータテーブル化して、予め制御装置のメモリに記憶させておく必要がある。
【０００４】
例えば関数を記憶する方式の場合、図１２に示すように、水量０のときの所要圧力ＨＩ と、ポンプ１台フル運転時の所要圧力ＨＫ、それにポンプ２台同時運転時の所要圧力ＨＴ とを結ぶ曲線Ｆが目標圧力特性になっているので、これを記憶し、さらに、先発ポンプの始動圧力ＨＯＮ、停止圧力ＨＯＦＦ、追従ポンプの始動圧力Ｈ１、同停止圧力Ｈ２、１台運転時ＮＭＩＮ、停止速度ＮＯＦＦ、……など、ポンプを運転する上で複数のデータが必要になる。
そこで、従来技術では、これらを予め制御装置のメモリに記憶していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術には、以下の問題があった。
まず、目標とする抵抗曲線がポンプの運転速度と圧力に基づいて決められているため、経年劣化によりポンプ性能が低下した場合、或いはポンプ吸込側圧力が大きく変動した場合には、前述の圧力と速度との関係が崩れ、変更しなければならなくなるが、従来技術では、メモリに即値データとして記憶しているため、変更しようとすると、新にデータを書込んだものと制御装置を交換しなければならず、面倒であり、コスト高となってしまう。
【０００６】
次に、基準となる圧力、基準となる速度の２点をスイッチで設定し、他の前述した圧力及び速度の各データは、基準値に対して所定の値を加減演算して自動的に設定されるようになっているため、前述した特定のデータに対する変更の要求が生じた場合でも、前述の基準値をスイッチで変更するところまでしかできず、結果として平行移動でしか設定変更ができない。
つまり、抵抗曲線の傾きを変えたり、ポンプを始動させる最低圧力ＨＯＮ や、ポンプを停止させる最大圧力ＨＯＦＦ などのデータを個々に変更しようとしてもできなない。
【０００７】
さらに、基準となるデータとして運転速度を用いた場合には、最高運転速度をＮＭＡＸ、その時の締切圧力をＨ３ とすると、基準速度ＮＭＩＮ について、
ＮＭＩＮ＝ＮＭＡＸ √（Ｈ２／Ｈ３）
として、設定前に予め演算して求めておく必要があるが、これが大変に面倒であり、設定の簡素化が強く要求されているが、これが満たされず、さらには設定点数の削減や設定手段の操作の簡略化が望まれて来ているが、これらも満たされていない。
【０００８】
本発明の目的は、上記問題点を解消し、市場で要求されている簡素化に応えることができるようにした給水システムの末端圧力一定制御装置を提供することにある。
具体的には、以下の点が目標となるようにしたものである。
【０００９】
まず、圧力制御時の目標となる抵抗曲線に応じた制御定数（パラメータ）の設定及び変更が自由に簡単に出来るようにし、且つ、末端圧力一定制御時の目標となる演算式が自動生成できるようにすること。
次に、演算式の自動生成に必要な、例えば、上記したＨＯＮ、ＨＯＦＦ、Ｈ１、Ｈ２ などの作動点データと、始動時速度ｆ００、ｆ００’などの作動点データが、速度データを用いずに自動設定できるようにすること。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、ポンプ吐出し側の圧力が、予め設定してある管路抵抗曲線上に位置するように、ポンプの運転速度を制御することにより、末端圧力一定制御が得られるようにした給水システムの末端圧力一定制御装置において、ポンプの運転速度を決めることにより、前記管路抵抗曲線に対応した制御目標値が決定されるようにして達成される。
【００１１】
また、上記目的は、ポンプ吐出し側の圧力が、予め設定してある管路抵抗曲線上に位置するように、ポンプの運転速度を制御することにより、末端圧力一定制御が得られるようにした給水システムの末端圧力一定制御装置において、前記管路抵抗曲線の少なくとも２点における運転速度と吐出し圧力をティーチングにより設定する手段を設け、これにより設定された運転速度と吐出し圧力から制御目標値が決定されるようにして達成される。
【００１２】
このため、本発明の或る実施形態では、まず、制御定数（パラメータ）設定手段と、手動運転モード、自動運転モード、パラメータ設定モード等のモード設定手段、それにインバータの出力周波数を指令する指令手段（例えば可変抵抗器）を設ける。
【００１３】
パラメータは、設定手段を用い、前述した各作動点をティーチングにより試行し、同作動点の圧力、周波数(運転速度と同意)をメモリ(不揮発性のメモリが望ましい)に記憶しておき、末端圧力一定制御を行う際の演算式を自動生成し、さらに、自動運転する上での各作動点もティーチングにより自動設定するようになっている。
【００１４】
これにより、例えば従来技術で必要であった最低速度ＮＭＩＮ、ＮＭＩＮ’などの事前での計算が不要になり、この結果、目的が達成されることになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による給水システムの末端圧力一定制御装置について、図示の実施形態により詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態が適用された給水システムの一例で、図示してないインバータにより可変速運転される電動機４と、これによって駆動されるポンプ３を備え、吸込管１と仕切弁２−１を介して、図示してない外部の給水系統から導入されてくる水をポンプ３で加圧し、逆止め弁５を介して配水管６に送り出し、仕切弁２−２を介して配管に接続されている水栓（蛇口）などに対する給水が得られるようになっている。
【００１６】
そして、ポンプ３の吐き出し側には、過少水量を検出して出力を発生する流量スイッチ１０が設けてあり、これにより過少水量状態が検出されるようになっている。
次に配水管６には、内部に空気溜りを有する圧力タンク７と圧力センサ８、それに圧力計９が設けてあり、圧力タンク７により給水圧力の変動が緩和され、圧力センサ８により給水圧力が検出され、このとき、圧力計９により圧力が監視できるようになっている。
【００１７】
図３は、この給水システムの制御装置で、例えば商用電源から端子Ｒ、Ｓ、Ｔと漏電遮断器ＥＬＢ、さらに入力端子Ｒ１、Ｓ１、Ｔ１ を介して３相交流電力が給電されるインバータ装置１００を備え、これにより可変電圧可変周波数の３相交流電力を出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗに発生し、これを電動機４に供給してポンプ３を可変速運転するように構成されている。
【００１８】
このため、インバータ装置１００は、コンバータ部ＣＮＶ、インバータ部ＩＮＶ、電源投入時の突入電流抑制用抵抗ＲＳ、平滑コンデンサＣＢ、負荷状態を検出するシャント抵抗ＳＨ、安定化電源ＡＶＲ、演算処理装置ＣＰＵ、負荷電流を検出するカレントセンサＣＴ１、ＣＴ２、点弧回路、電流制御回路Ｇ、ディジタルスイッチＳＷ、ボリューム（可変抵抗器）ＶＲなどを備えている。
【００１９】
そして、図示されていないが、演算処理装置ＣＰＵには、所定の記憶容量をＵするメモリが設けてあり、これに、後述するようにして自動生成した各種のパラメータが格納されるように構成されている。なお、このメモリとしては、例えば不揮発性のメモリや電源バックアップメモリなど、電源が切られたときでもデータが保存されるメモリの方が望ましい。
【００２０】
ここで、ディジタルスイッチＳＷは、手動運転、自動運転及びパラメータ設定などの各種のモードを設定する手段であり、ボリュームＶＲは、手動運転時、或いはパラメータ設定時でのインバータ周波数を設定する手段である。
【００２１】
さらに、このインバータ装置１００には、始動用のスイッチＳＳを演算処理装置ＣＰＵに接続するための端子ＦＷ、ＣＯＭ１と、流量スイッチ１０を接続するための端子ＳＴＯＰ、ＣＯＭ２、圧力センサ８を接続するための端子ＡＮ、ＣＯＭ３を備えており、その他、フォトカプラＦＴＣ、抵抗Ｒ１、Ｒ２、ダイオードＤ１、Ｄ２、コンデンサＣ１などが設けられている。
【００２２】
コンバータ部ＣＮＶは、交流電力を直流電力に変換する回路モジュールで、インバータ部ＩＮＶはトランジスタモジュールなどからなり、点弧回路、電流制御回路Ｇの指令により、直流電力を所望の周波数、電圧に変換する回路モジュールである。
【００２３】
演算処理装置ＣＰＵは、例えばワンチップマイコンで構成され、以下のようにして、インバータ装置１００内の各部を監視し、制御する働きをする。
まず、スイッチＳＳにより端子ＦＷ、ＣＯＭ１間がショートされたとき、フォトカプラＦＴＣがＯＮすることにより信号レベルがＨからＬとなる信号ＰＮ５を読込むことにより、運転指令信号を取り込む。
【００２４】
また、信号端子ＣＮＯ、ＣＮＧから入力されるシャントＳＨ間の電圧により、負荷電流状態を検出する。なお、シャント抵抗ＳＨに代えて、ホール素子などを使用した電流検出器を用いるようにしてもよい。
さらに、圧力センサ８の信号は、その出力を端子ＡＮ、ＣＯＭ３に接続することにより入力端子ＰＮ７から読込み、流量スイッチ１０の接点のＯＮ、ＯＦＦ信号は、その出力を端子ＳＴＯＰ、ＣＯＭ２間に接続することにより読み込むようになっている。
【００２５】
一方、点弧回路には信号ＳＧ１を供給してインバータ周波数を指令し、電流制御回路Ｇからは信号ＳＧ２を取り込んでインバータ出力電圧を制御し、これにより電動機４に所定の周波数で所定の電圧の３相交流電力を供給し、ポンプ３を可変速運転させる。
【００２６】
次に、この実施形態の動作について説明するのであるが、その前提として、まず、図２により、この実施形態において用いている、末端圧力一定制御の目標値を与える演算式と、これを自動生成して運転する上で必要な作動点について説明する。
【００２７】
この図２において、Ｈ００ は水量が０のときの目標圧力、Ｈ０１ は同じく所定運転速度ｆ０１ のときの目標圧力、ｆ００ は前述した水量０のときの目標圧力Ｈ００ を与えるのに必要なインバータ最低周波数、ＨＯＮ はポンプの始動圧力、ＨＯＦＦ は同じく停止圧力、ＱＡ は瞬時最大水量である。
ここで、目標圧力Ｈ０１ は、通常、給水系の全揚程と同じで、従って給水系の仕様で決る値であり、最大水量ＱＡ も、同じく仕様で決る値である。
【００２８】
Ｆは給水系の管路抵抗曲線で、末端圧力一定制御を行う上での目標圧力となるものであり、この曲線上で、圧力とポンプの運転速度、すなわちインバータ出力周波数との関係に基づいて、演算式を次の（数１）式のように決めている。
目標圧力演算式＝ｆ（ｆ）…… ……（数１）
ここで、ｆは関数のことであり、従って、この（数１）式は、目標圧力が周波数の関数であることを表わしている。
なお、前述の仕様点ＱＡ、Ｈ０１は管路抵抗曲線Ｆ上にあり、所定周波数ｆ０１ で運転しているときのＱ−Ｈ特性Ａの左側にある。
【００２９】
ポンプ３は、給水圧力がＨＯＮ 以下になると始動し、始動した後は、給水圧力が前述の管路抵抗曲線Ｆ上にくるように運転する。
そして、使用水量が減少し、これによる水量ＱＭＩＮ の低下状態が前述した流量スイッチ１０で検出され、この状態が一定時間以上継続すると、ポンプ３は、運転速度をｆＯＦＦ、給水圧力をＨＯＦＦ まで高めてから停止させられる。
【００３０】
以下の実施形態は、末端圧力一定制御する際の目標圧力演算式について、次の（数２）式で示す近似式を用いるようにしたものであり、従って、このときの管路抵抗特性は、図２の直線近似Ｆ’で示すようになっている。
【００３１】
【数２】
【００３２】
ここで、既に説明したように、Ｈ００、Ｈ０１、ｆ００、ｆ０１ は設定値で、定数であり、他方、ｆｘ は現在のインバータ出力周波数で、これは変数である。
従って、このインバータ出力周波数ｆｘ を検出して、（数２）式に代入してやれば目標圧力が得られることになる。
そして、この実施形態では、これら定数であるパラメータＨ００、Ｈ０１、Ｆ００、ｆ０１ についても、それらをティーチングによって生成させるため、上記したように、ディジタルスイッチＳＷとボリュームＶＲが設けられているのである。
【００３３】
ここで、ディジタルスイッチＳＷは、上記したように、モード選択用で、スイッチの位置０〜７とモードの関係は以下の通りである。
０……手動運転モード
１……自動運転モード
２……パラメータ設定モード（１）
３……パラメータ設定モード（２）
４……パラメータ設定モード（３）
５……パラメータ設定モード（４）
６……パラメータ設定モード（５）
７……パラメータ設定モード（６）
【００３４】
次に、各モードの内容について説明する。
＜手動運転モード＞
ディジタルスイッチＳＷを“０”にセットすることにより得られるモードで、ボリュームＶＲを操作し、必要とする所定のポンプ特性を手動操作により決めて入力する。その後、この決められたポンプ特性に従って運転する。
【００３５】
＜パラメータ設定モード（１）＞
図２の点（１）でのパラメータＨ００、ｆ００ を設定するモードで、ディジタルスイッチＳＷを“２”にセットし、ポンプ出口側の仕切弁２−２を全閉にして、圧力計９の目盛が所定圧力Ｈ００ になるようボリュームＶＲを回す。
そして、ポンプ所定圧力が得られたときのインバータ出力周波数ｆ００ 及び圧力センサ１０が検出した圧力をＨ００ としてメモリに記憶させる。
【００３６】
＜パラメータ設定モード（２）＞
図２の点（２）でのパラメータＨ０１、ｆ０１ を設定するモードで、ディジタルスイッチＳＷを“３”にセットし、給水系の仕様で決るパラメータＨ０１ 及びｆ０１ をメモリに記憶させる。
こうして、メモリに対する４個のパラメータＨ００、ｆ００、Ｈ０１、ｆ０１ の記憶が終わると、演算処理装置ＣＰＵは、これらのパラメータを（数２）式に代入し、末端圧力一定制御に必要な演算式を自動生成する。
【００３７】
＜パラメータ設定モード（３）＞
図２の点（３）でのパラメータＨＯＮ を設定するモードで、ディジタルスイッチＳＷを“４”にセットし、ポンプ出口側の仕切弁２−２を全閉にしてポンプの締切運転を行い、ボリュームＶＲを下方から徐々に上げてゆく方向に回し、圧力計９が圧力ＨＯＮ を示すまでインバータ周波数を調整してやる。
そうすると、結果は周波数ｆＯＮ となる筈である。
そこで、このときの圧力センサ１０の検出圧力を、ＨＯＮ としてメモリに格納する。
【００３８】
＜パラメータ設定モード（４）＞
図２の点（４）でのパラメータＨＯＦＦ を設定するモードで、ディジタルスイッチＳＷを“５”に設定し、ポンプ出口側の仕切弁２−２を全閉にしてポンプの締切運転を行い、ボリュームＶＲを回し、下方から徐々に上げる操作をして、圧力計９が圧力ＨＯＦＦ を示すまでインバータ周波数を調整してやる。
そうすると、結果は周波数ｆＯＮ となる筈である。
そこで、このときの圧力センサ１０の検出圧力を、ＨＯＮ としてメモリに格納する。
【００３９】
＜パラメータ設定モード（５）＞
図２の点（５）でのパラメータＨＬ を設定するモードで、ディジタルスイッチＳＷを“６”に設定し、ポンプ出口側の仕切弁２−２を全閉にしてポンプの締切運転を行い、ボリュームＶＲを回し、下方から徐々に上げる操作をして、圧力計９が圧力ＨＬを示すまでインバータ周波数を調整してやる。
これで結果は周波数ｆＬとなる筈である。
そこで、このときの圧力センサ１０の検出圧力を、ＨＬとしてメモリに格納する。
【００４０】
＜パラメータ設定モード（６）＞
図２の点（６）でのパラメータＨ０３ を設定するモードで、ディジタルスイッチＳＷを“７”に設定し、ポンプ出口側の仕切弁２−２を全閉にしてポンプの締切運転を行い、ボリュームＶＲを回し、下方から徐々に上げる操作をして、圧力計９が圧力Ｈ０３ を示すまでインバータ周波数を調整してやる。
これで結果は周波数ｆ０１となる筈である。
そこで、このときの圧力センサ１０の検出圧力を、Ｈ０３ としてメモリに格納する。
【００４１】
＜自動運転モード＞
ディジタルスイッチＳＷを“１”に設定すると、以後、演算処理装置ＣＰＵにより自動運転が行われる状態になる。
ところで、上記したように、以上のアルゴリズムでは、直線近似特性Ｆ’を与える演算式になっているが、これに代えて、目標圧力を周波数ｆの関数として、例えば図２の管路抵抗カーブＦのように、周波数ｆの２乗になるようにしても良い。
【００４２】
この場合には、点（７）に示すように、周波数ｆ２０、圧力Ｈ２０ の点を追加し、これに応じてディジタルスイッチＳＷ１にもポジション“８”を設け、前述したティーチングにより、この点（７）での周波数ｆ２０、圧力Ｈ２０ を検出し、メモリに記憶しておき、演算式に代入して自動生成させれば良く、これによれば、さらに精度が向上される。
【００４３】
次に、以上の実施形態の動作について、フローチャートにより説明する。
図４は全体の処理である。
まず、ステップ１００でＭＣＵ（演算処理装置ＣＰＵ）の初期設定を行い、ステップ１０１でＴＩＭＩＮＴ（タイマ割込処理）を許可し、待機処理を行う。
この結果、図６のタイマ割込処理ステップ２００にジャンプし、ステップ２０１では、これ以降のタイマ割込処理内にアナログ割込処理が割込んでこないようにするため、ＡＮＩＮＴ（アナログ入力割込）を禁止し、次のステップ２０２で、ディジタルスイッチＳＷの設定データを読込み、ステップ２０４〜２０８で示すように、そのデータをフラグとしてメモリＳＷＦに格納する。
【００４４】
例えば、次の通りである。
ＳＷ＝０……ＳＷＦ＝００Ｈ（手動運転を意味するデータ）
ＳＷ＝１……ＳＷＦ＝０１Ｈ（自動運転を意味するデータ）
ＳＷ＝２……ＳＷＦ＝０２Ｈ（パラメータ設定モード（１）を意味するデータ）
ＳＷ＝３……ＳＷＦ＝０３Ｈ（パラメータ設定モード（２）を意味するデータ）
・
・
ＳＷ＝８……ＳＷＦ＝０８Ｈ（パラメータ設定モード（７）を意味するデータ）
【００４５】
ステップ２０９では、禁止していたアナログ入力割込を許可し、ステップ２１０で割込前のステップ１０１に戻るが、このときのアナログ入力割込の許可により、今度は図７のステップ３００にジャンプする。
そして、まずステップ３０１で、ＴＩＭＩＮＴ及びＩＮＴ１（初期処理１）の割込を禁止し、ステップ３０２では圧力センサ１０が検出したデータを入力し、その結果をメモリＰＳに格納する。そして、ステップ３０３でＩＮＴ１の割込を許可した後、ステップ３０４でアナログ入力割込処理から復帰する。
【００４６】
そこで、今度はＩＮＴ１からの割込要求により、図８のステップ４００にジャンプし、まずステップ４０１でＴＩＭＩＮＴ及びＡＮＩＮＴの割込を禁止し、ステップ４０２で演算処理装置ＣＰＵのポートＰＮ５が“０”か否かを判定する。そして、“０”ならステップ４０５で、起動指令フラグとしてメモリＳＳにＯＦＦのデータをセットし、そうでなければステップ４０３で起動不可指令フラグとしてメモリＳＳに００Ｈのデータをセットする。
【００４７】
次に、同様にして、ステップ４０６〜４０８では演算処理装置ＣＰＵのポートＰＮ６のレベルを調べ、使用水量が少なく流量スイッチ１０がＯＮして停止可能状態か否かを判定する。
その結果、流量スイッチ１０がＯＮしていればメモリＦＳにＯＦＦＨをセットし、ＯＦＦしていればメモリＦＳに００Ｈをセットする。
そして、ステップ４０９でＴＩＭＩＮ割込の禁止だけを解除し、このステップ４００の処理から復帰し、図４のステップ１０２に戻る。
【００４８】
このステップ１０２では、メモリＳＳのデータがＯＦＦＨになっているか否かを判定する。
起動スイッチＳＳが閉じているとメモリＳＳのデータはＯＦＦＨであり、このときは図５のステップ１１０にジャンプする。
そして、メモリＳＷＦが００Ｈか否かを判定し、００Ｈならば手動運転モードなので、ステップ１１８とステップ１１９により手動運転に必要な処理を実行してからステップ１１０に戻る。
【００４９】
一方、ステップ１１０での判定結果が００Ｈでなければ、次のステップ１１１に進み、ここで、メモリＳＷＦが０１Ｈか否かを判定する。
そして、０１Ｈならば自動運転モードであり、１０３ステップ以降の処理にジャンプする。
【００５０】
一方、０１Ｈでなければ、次のステップ１１２に進み、ここでメモリＳＷＦが０２Ｈか否かを判定し、判定結果が０２Ｈであれば、図２の点（１）でのパラメータ設定モードなので、ステップ１２０で、前述の通りにして得られたデータｆ００とＨ０１がメモリに格納される。
以下、これに続く、これ以外のＳＷＦ＝０３Ｈから０８Ｈまでの処理も、前述と同様なので、説明は省略する。
【００５１】
こうしてステップ１１５に進んだら、ここではパラメータ設定モード、すなわちティーチングにより得られたデータが設定されているかチェックし、設定されているときにはステップ１１７に進み、これらのデータを、次の（数３）式に代入し、演算式を自動生成してからステップ１０３にジャンプする。
【００５２】
【数３】
【００５３】
一方、ステップ１１５でパラメータが設定されていないと判断されたときは、ステップ１１６で、（数３）式にデフォルト値（初期値）を設定して、ステップ１０３にジャンプし、スイッチＳＷの設定が０１Ｈであればステップ１０３以降の処理を実行する。
すなわち、まずステップ１０３では、圧力センサ８で検出した圧力データＰＳが始動圧力ＨＯＮ 以下に達しているか否かを判定し、達していなければステップ１０２に戻り、達するまでこのループの処理を実行する。
【００５４】
給水圧力がＨＯＮ 以下であれば次のステップ１０４に進み、ここで図９のＣＮＴ１の処理を呼び出す。
まずステップ５０１では、ポンプが運転している状態にあるか判定し、初回であればステップ５０９で、最低周波数ｆ＝ｆ００ をインバータ周波数としてセットし、ステップ５０２に進む。
一方、ステップ５０１での判定が運転中だった場合は、そのままステップ５０２に進む。
【００５５】
ステップ５０２では、設定周波数ｆと現在周波数ｆＧ と比較し、指示速度に到達したか否かをチェックする。
そして、現在周波数ｆＧ が設定周波数ｆより低い（ｆ＞ｆＧ）ときは、ステップ５０３に進み、ここで目標圧力Ｈ０ と給水圧力Ｈと比較する。
そして、｜Ｈ０−Ｈ｜≦ΔＨ（ΔＨ：ヒステリシスを与えるための所定値）の状態であれば、給水圧力が目標圧力に一致していることを意味しているので、そのままステップ５１３に抜け、そうでなければステップ５０４とステップ５０５でインバータを増速処理（現在周波数ｆＧ をΔｆ１ だけ上げる処理）してからステップ５１３に抜ける。
【００５６】
一方、ステップ５０２での判定結果がｆ＝ｆＧ のときは、ステップ５０２Ａに進み、ここで目標圧力Ｈ０ と給水圧力Ｈを比較し、一致していればステップ５０９で、上記の自動生成した演算式を用いて目標圧力を更新する。
しかして、一致していない場合は、ステップ５０６で再び目標圧力Ｈ０ と給水圧力Ｈを比較し、比較した結果、Ｈ０＞Ｈのときはステップ５０７で設定周波数を１ビット上げ、反対にＨ０＜Ｈのときは、ステップ５０８で設定周波数を１ビット下げる。
そして、これらの後でステップ５１３に抜けるのである。
【００５７】
また、ステップ５０２での判定結果がｆ＜ｆＧのときは、ステップ５１０に進み、ここで目標圧力Ｈ０ と給水圧力Ｈと比較する。
そして、Ｈ０＝Ｈの状態であれば、給水圧力が目標圧力に一致していることを意味しているので、ステップ５１３に抜け、そうでなければステップ５１１とステップ５１２でインバータを減速処理（現在周波数ｆＧ をΔｆ２ だけ下げる処理）してステップ５１３に抜け、ステップ１０５に戻る。
【００５８】
ステップ１０５〜ステップ１０９では、使用水量が少なくて流量スイッチ１０が閉じており、この状態で一定時間が経過したとき、ステップ１０９でインバータ周波数をｆＯＦＦ まで増速させ、給水圧力をＨＯＦＦ まで高めて停止させる処理を実行する。
そして、この後、ステップ１０２に戻り、以下、これらの処理を繰返し実行するのである。
【００５９】
従って、この実施形態によれば、圧力制御時の目標となる抵抗曲線に応じた制御定数（パラメータ）の設定及び変更が自由に簡単にでき、且つ、末端圧力一定制御時の目標となる演算式が自動生成でき、しかもこのとき、その演算式の自動生成に必要なＨＯＮ、ＨＯＦＦ、Ｈ１、Ｈ２、ｆ００、ｆ００’などの作動点データが、速度データを用いずに自動設定できることになる。
【００６０】
次に、ポンプを２台用いた給水システムに、本発明を適用した場合の実施形態のアルゴリズムについて、図９により説明する。
この実施形態では、ポンプ２台並列運転時の目標圧力は、次の（数４）式により与えられる。
【００６１】
【数４】
【００６２】
ここで、図１０に示すように、ｆ０１ はポンプ２台運転時での所定周波数で、Ｈ０２ はポンプ２台運転時で所定周波数ｆ０１ のときの目標圧力、ｆ００’はポンプ１台を所定周波数ｆ０１ で運転しながら、もう１台のポンプを運転したとき、目標圧力Ｈ０１ を得るのに必要な周波数で、並列運転時の最低周波数と同じで定数となり、ｆｘが変数となる。
そして、これらのポンプ１台分のパラメータであるＨ００、Ｈ０１、ｆ００、ｆ０１、ＨＯＮ、ＨＯＦＦ、Ｈ０３、ＨＬについては、前述のポンプ１台運転時の実施形態におけるアルゴリズムと同じである。
【００６３】
次に、この実施形態では、モード選択用のディジタルスイッチＳＷに次の設定モードを追加する。
９……パラメータ設定モード（９）
Ａ……パラメータ設定モード（１０）
Ｂ……パラメータ設定モード（１１）
Ｃ……パラメータ設定モード（１２）
そして、これら各モードの内容は以下の通りである。
【００６４】
＜パラメータ設定モード（９）＞
図１０の（９）点でのパラメータＨＴＯＮ の設定モードで、ディジタルスイッチＳＷ１を“９”に合わせ、仕切弁２−２を全閉にし、一方のポンプについて、周波数が低い方より徐々に圧力が上昇するようボリュームＶＲを調整し、圧力計９の目盛がＨＴＯＮ となった所でボリュームＶＲをそのままに維持し、そのときの圧力をＨＴＯＮ としてメモリに格納しておく。
【００６５】
＜パラメータ設定モード（１０）＞
図１０の（１０）点でのパラメータＨＴＯＦＦ の設定モードで、ディジタルスイッチＳＷ１を“Ａ”に設定し、上記パラメータ設定モード（９）と同じ要領でパラメータＨＴＯＦＦ を求め、メモリに格納する。
【００６６】
＜パラメータ設定モード（１１）＞
図１０の（１１）点でのパラメータＨ０１ とｆ００’の設定モードで、ディジタルスイッチＳＷを“Ｂ”に合わせ、一方のポンプを運転し、仕切弁２−２を操作して圧力計９の目盛がＨ０１ になるように開度を調整する。そして、この状態でボリュームＶＲを調整して周波数をｆ０１ とする。
【００６７】
次に、他方のポンプを最低周波数で運転し、ボリュームＶＲを調整して圧力計９の目盛がＨ０１ を越えるまで調整し、その後、Ｈ０１ に戻すようにボリュームＶＲを調整する。
そして、このときのデータＨ０１ とｆ００’をメモリに記憶しておく。
次に、これが終わったらポンプの号機を入れ替えて同じ操作調整を行い、同様にメモリに記憶しておく。
【００６８】
＜パラメータ設定モード（１２）＞
図１０の（１２）点でのパラメータＨ０２ とｆ０１ の設定モードで、ディジタルスイッチＳＷ１を“Ｃ”に合わせ、前述のパラメータ設定モード（１１）と同じ要領でパラメータｆ０１、Ｈ０２ を求め、メモリに記憶しておく。
このようして、（１１）点でのパラメータＨ０１、ｆ００’と、（１２）点でのパラメータＨ０２、ｆ０１ を獲得したら、これらのデータを（数４）式に代入し、目標値である演算式を自動生成する。
【００６９】
この実施形態の具体的な処理内容は、大筋では図４〜図９の場合と同じで、ステップ１１４ステップと１１５ステップの間に、ＳＷＦについて９〜Ｃの処理を追加し、パラメータを各メモリに格納する処理をそれぞれ設ければ良い。
【００７０】
さらに、本発明の実施形態として、ティーチングによるパラメータの設定と演算による応用例を次に説明する。
上記したパラメータ設定処理で、各パラメータＨ００、ｆ００、Ｈ０１、ｆ０１ をティーチングにより設定した後、ＨＯＮ、ＨＯＦＦ、Ｈ１、Ｈ２、ＨＬ の値を演算により自動設定する。
ＨＯＮ ＝Ｈ００＋ａ……メモリに格納
ＨＯＦＦ＝Ｈ００＋ｂ……メモリに格納
Ｈ１ ＝Ｈ０１−ｃ……メモリに格納
Ｈ２ ＝Ｈ０１＋ａ……メモリに格納
ＨＬ ＝Ｈ００×ｅ
なお、Ｈ００の代りにＨ０１を基準としても良い。
【００７１】
また、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅはパラメータとして予めメモリに記憶しておく。
【００７２】
ここでも、前述した実施形態と同様に、具体的な処理は図４のフローチャートにおけるステップ１１４とステップ１１５の間に、これらの演算式を追加し、結果をメモリに記憶させれば良い。
【００７３】
この実施形態によれば、パラメータの内で経年変化やポンプ吸込側の圧力変動に影響を受けるパラメータについては、ティーチングによりデータを獲得し、他のパラメータは自動演算されるので、全体としてのパラメータの設定を、さらに効率よく処理することができる。
【００７４】
図１１は、上記実施形態におけるポンプを２台用いた給水システムの一例で、図１と図３で説明した実施形態と同一符号を付した部分は、ここでも同じものであるから、説明は省略してあり、その他、特に関係のない部分についての説明も省略してある。
図１１において、１−１、１−２は吸込管、２−１Ａ、２−１Ｂ、２−２Ａ、２−２Ｂは仕切弁、３−１、３−２はポンプ、４−１、４−２は電動機、５−１、５−２は逆止め弁であり、その他は図１と同じである。
【００７５】
次に、ＣＮＵは制御装置で、２台の漏電遮断器ＥＬＢ１、ＥＬＢ２、同じく２台のインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２及びノイズフィルタＺＣＬ０、ＺＣＬ１、ＺＣＬ２を備えている。
従って、この実施形態は、図３の実施形態における漏電遮断器ＥＬＢが、各々２台のインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２に組込まれた形になっており、さらに、これらのインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２に、ソフトウェアも含めて演算処理装置ＣＰＵが組込まれている形になっているものである。
【００７６】
そして、各インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２は、漏電遮断器ＥＬＢ１、ＥＬＢ２からのトリップ信号ＡＬは、それぞれ信号線Ｓ１、Ｓ２を介して端子ＤＩ３、ＤＩ４から入力し、圧力センサ８からの信号は、それぞれ信号線Ｓ６、Ｓ７を介して端子ＡＮ０、ＡＮ１、Ｌから入力し、流量スイッチ１０−１、１０−２からの信号は、それぞれ信号線Ｓ４、Ｓ５を介して端子ＦＷ−ＣＯＭから入力する。
【００７７】
このとき、圧力センサ８は、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２で共通に使用されるため、両者間は信号線Ｓ８により接続されている。
そして、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２の端子ＤＩ１、ＤＩ２、ＤＯ１、ＤＯ２間を信号線Ｓ３で接続し、運転状態、故障状態、運転要求などの信号のやり取りを行なう。
ここで、信号線Ｓ９、Ｓ１０は、装置全体の運転状態を中央の監視盤等へ出力するための信号伝達用であり、故障が発生したときの状態も、これにより伝達されるようになっている。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果がある。
制御装置の一部を交換することなく、特定のパラメータ設定及び末端圧力一定制御時の目標値の設定が実際の現場状況に合わせ、ティーチングにより設定できるので、コストの低減と共に、ポンプの運転に必要なデータの設定作業を簡単且つ容易に行うなうことができ、設定変更にも簡単に、しかも容易に対応することができる。
【００７９】
また、このとき、速度パラメータはティーチング又は自動演算で決められ、予め速度パラメータを演算して求めておく必要がなく、このため、難しくて手間のかかる作業から解消され、この結果、設定作業のスピードアップ化を充分に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による給水システムの末端圧力一定制御装置の一実施形態が適用された給水システムの一例を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態の動作を説明するための給水特性図である。
【図３】本発明の一実施形態が適用された給水システムにおける制御系のブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態の動作を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態の動作を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態の動作を説明するフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態の動作を説明するフローチャートである。
【図８】本発明の一実施形態の動作を説明するフローチャートである。
【図９】本発明の一実施形態の動作を説明するフローチャートである。
【図１０】本発明の他の一実施形態の動作を説明するための給水特性図である。
【図１１】本発明の他の一実施形態が適用された給水システムの一例を示す構成図である。
【図１２】従来技術による給水システムの動作を説明するための給水特性図である。
【符号の説明】
１ 吸込管
２−１、２−２ 仕切弁
３ ポンプ
４ 電動機
５ 逆止め弁
６ 送水管
７ 圧力タンク
８ 圧力センサ
９ 圧力計
１０ 流量スイッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、給水システムのポンプ制御装置に係り、特にインバータにより可変速駆動されるポンプを備えた給水システムの末端圧力一定制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
可変速駆動型のポンプによる給水圧力の制御方式には、大別して、ポンプの吐出し側の圧力を一定に保つ吐出し圧力一定制御方式と、給水管路の抵抗曲線に沿って圧力制御を行う末端圧力一定制御方式の２種がある。
ここで、前者の吐出し圧力一定制御方式は、後者の末端圧力一定制御方式における抵抗曲線の傾きを０としたものに相当する。
【０００３】
ところで、この末端圧力一定制御方式は、例えば特開昭６１−２４７８９１号公報に記載されているものであるが、この方式では、圧力制御時の目標値となる抵抗曲線を関数として、又はデータテーブル化して、予め制御装置のメモリに記憶させておく必要がある。
【０００４】
例えば関数を記憶する方式の場合、図１２に示すように、水量０のときの所要圧力ＨＩ と、ポンプ１台フル運転時の所要圧力ＨＫ、それにポンプ２台同時運転時の所要圧力ＨＴ とを結ぶ曲線Ｆが目標圧力特性になっているので、これを記憶し、さらに、先発ポンプの始動圧力ＨＯＮ、停止圧力ＨＯＦＦ、追従ポンプの始動圧力Ｈ１、同停止圧力Ｈ２、１台運転時ＮＭＩＮ、停止速度ＮＯＦＦ、……など、ポンプを運転する上で複数のデータが必要になる。
そこで、従来技術では、これらを予め制御装置のメモリに記憶していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術には、以下の問題があった。
まず、目標とする抵抗曲線がポンプの運転速度と圧力に基づいて決められているため、経年劣化によりポンプ性能が低下した場合、或いはポンプ吸込側圧力が大きく変動した場合には、前述の圧力と速度との関係が崩れ、変更しなければならなくなるが、従来技術では、メモリに即値データとして記憶しているため、変更しようとすると、新にデータを書込んだものと制御装置を交換しなければならず、面倒であり、コスト高となってしまう。
【０００６】
次に、基準となる圧力、基準となる速度の２点をスイッチで設定し、他の前述した圧力及び速度の各データは、基準値に対して所定の値を加減演算して自動的に設定されるようになっているため、前述した特定のデータに対する変更の要求が生じた場合でも、前述の基準値をスイッチで変更するところまでしかできず、結果として平行移動でしか設定変更ができない。
つまり、抵抗曲線の傾きを変えたり、ポンプを始動させる最低圧力ＨＯＮ や、ポンプを停止させる最大圧力ＨＯＦＦ などのデータを個々に変更しようとしてもできなない。
【０００７】
さらに、基準となるデータとして運転速度を用いた場合には、最高運転速度をＮＭＡＸ、その時の締切圧力をＨ３ とすると、基準速度ＮＭＩＮ について、
ＮＭＩＮ＝ＮＭＡＸ √（Ｈ２／Ｈ３）
として、設定前に予め演算して求めておく必要があるが、これが大変に面倒であり、設定の簡素化が強く要求されているが、これが満たされず、さらには設定点数の削減や設定手段の操作の簡略化が望まれて来ているが、これらも満たされていない。
【０００８】
本発明の目的は、上記問題点を解消し、市場で要求されている簡素化に応えることができるようにした給水システムの末端圧力一定制御装置を提供することにある。
具体的には、以下の点が目標となるようにしたものである。
【０００９】
まず、圧力制御時の目標となる抵抗曲線に応じた制御定数（パラメータ）の設定及び変更が自由に簡単に出来るようにし、且つ、末端圧力一定制御時の目標となる演算式が自動生成できるようにすること。
次に、演算式の自動生成に必要な、例えば、上記したＨＯＮ、ＨＯＦＦ、Ｈ１、Ｈ２ などの作動点データと、始動時速度ｆ００、ｆ００’などの作動点データが、速度データを用いずに自動設定できるようにすること。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、ポンプ吐出し側の圧力が、予め設定してある管路抵抗曲線上に位置するように、ポンプの運転速度を制御することにより、末端圧力一定制御が得られるようにした給水システムの末端圧力一定制御装置において、ポンプの運転速度を決めることにより、前記管路抵抗曲線に対応した制御目標値が決定されるようにして達成される。
【００１１】
また、上記目的は、ポンプ吐出し側の圧力が、予め設定してある管路抵抗曲線上に位置するように、ポンプの運転速度を制御することにより、末端圧力一定制御が得られるようにした給水システムの末端圧力一定制御装置において、前記管路抵抗曲線の少なくとも２点における運転速度と吐出し圧力をティーチングにより設定する手段を設け、これにより設定された運転速度と吐出し圧力から制御目標値が決定されるようにして達成される。
【００１２】
このため、本発明の或る実施形態では、まず、制御定数（パラメータ）設定手段と、手動運転モード、自動運転モード、パラメータ設定モード等のモード設定手段、それにインバータの出力周波数を指令する指令手段（例えば可変抵抗器）を設ける。
【００１３】
パラメータは、設定手段を用い、前述した各作動点をティーチングにより試行し、同作動点の圧力、周波数(運転速度と同意)をメモリ(不揮発性のメモリが望ましい)に記憶しておき、末端圧力一定制御を行う際の演算式を自動生成し、さらに、自動運転する上での各作動点もティーチングにより自動設定するようになっている。
【００１４】
これにより、例えば従来技術で必要であった最低速度ＮＭＩＮ、ＮＭＩＮ’などの事前での計算が不要になり、この結果、目的が達成されることになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による給水システムの末端圧力一定制御装置について、図示の実施形態により詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態が適用された給水システムの一例で、図示してないインバータにより可変速運転される電動機４と、これによって駆動されるポンプ３を備え、吸込管１と仕切弁２−１を介して、図示してない外部の給水系統から導入されてくる水をポンプ３で加圧し、逆止め弁５を介して配水管６に送り出し、仕切弁２−２を介して配管に接続されている水栓（蛇口）などに対する給水が得られるようになっている。
【００１６】
そして、ポンプ３の吐き出し側には、過少水量を検出して出力を発生する流量スイッチ１０が設けてあり、これにより過少水量状態が検出されるようになっている。
次に配水管６には、内部に空気溜りを有する圧力タンク７と圧力センサ８、それに圧力計９が設けてあり、圧力タンク７により給水圧力の変動が緩和され、圧力センサ８により給水圧力が検出され、このとき、圧力計９により圧力が監視できるようになっている。
【００１７】
図３は、この給水システムの制御装置で、例えば商用電源から端子Ｒ、Ｓ、Ｔと漏電遮断器ＥＬＢ、さらに入力端子Ｒ１、Ｓ１、Ｔ１ を介して３相交流電力が給電されるインバータ装置１００を備え、これにより可変電圧可変周波数の３相交流電力を出力端子Ｕ、Ｖ、Ｗに発生し、これを電動機４に供給してポンプ３を可変速運転するように構成されている。
【００１８】
このため、インバータ装置１００は、コンバータ部ＣＮＶ、インバータ部ＩＮＶ、電源投入時の突入電流抑制用抵抗ＲＳ、平滑コンデンサＣＢ、負荷状態を検出するシャント抵抗ＳＨ、安定化電源ＡＶＲ、演算処理装置ＣＰＵ、負荷電流を検出するカレントセンサＣＴ１、ＣＴ２、点弧回路、電流制御回路Ｇ、ディジタルスイッチＳＷ、ボリューム（可変抵抗器）ＶＲなどを備えている。
【００１９】
そして、図示されていないが、演算処理装置ＣＰＵには、所定の記憶容量をＵするメモリが設けてあり、これに、後述するようにして自動生成した各種のパラメータが格納されるように構成されている。なお、このメモリとしては、例えば不揮発性のメモリや電源バックアップメモリなど、電源が切られたときでもデータが保存されるメモリの方が望ましい。
【００２０】
ここで、ディジタルスイッチＳＷは、手動運転、自動運転及びパラメータ設定などの各種のモードを設定する手段であり、ボリュームＶＲは、手動運転時、或いはパラメータ設定時でのインバータ周波数を設定する手段である。
【００２１】
さらに、このインバータ装置１００には、始動用のスイッチＳＳを演算処理装置ＣＰＵに接続するための端子ＦＷ、ＣＯＭ１と、流量スイッチ１０を接続するための端子ＳＴＯＰ、ＣＯＭ２、圧力センサ８を接続するための端子ＡＮ、ＣＯＭ３を備えており、その他、フォトカプラＦＴＣ、抵抗Ｒ１、Ｒ２、ダイオードＤ１、Ｄ２、コンデンサＣ１などが設けられている。
【００２２】
コンバータ部ＣＮＶは、交流電力を直流電力に変換する回路モジュールで、インバータ部ＩＮＶはトランジスタモジュールなどからなり、点弧回路、電流制御回路Ｇの指令により、直流電力を所望の周波数、電圧に変換する回路モジュールである。
【００２３】
演算処理装置ＣＰＵは、例えばワンチップマイコンで構成され、以下のようにして、インバータ装置１００内の各部を監視し、制御する働きをする。
まず、スイッチＳＳにより端子ＦＷ、ＣＯＭ１間がショートされたとき、フォトカプラＦＴＣがＯＮすることにより信号レベルがＨからＬとなる信号ＰＮ５を読込むことにより、運転指令信号を取り込む。
【００２４】
また、信号端子ＣＮＯ、ＣＮＧから入力されるシャントＳＨ間の電圧により、負荷電流状態を検出する。なお、シャント抵抗ＳＨに代えて、ホール素子などを使用した電流検出器を用いるようにしてもよい。
さらに、圧力センサ８の信号は、その出力を端子ＡＮ、ＣＯＭ３に接続することにより入力端子ＰＮ７から読込み、流量スイッチ１０の接点のＯＮ、ＯＦＦ信号は、その出力を端子ＳＴＯＰ、ＣＯＭ２間に接続することにより読み込むようになっている。
【００２５】
一方、点弧回路には信号ＳＧ１を供給してインバータ周波数を指令し、電流制御回路Ｇからは信号ＳＧ２を取り込んでインバータ出力電圧を制御し、これにより電動機４に所定の周波数で所定の電圧の３相交流電力を供給し、ポンプ３を可変速運転させる。
【００２６】
次に、この実施形態の動作について説明するのであるが、その前提として、まず、図２により、この実施形態において用いている、末端圧力一定制御の目標値を与える演算式と、これを自動生成して運転する上で必要な作動点について説明する。
【００２７】
この図２において、Ｈ００ は水量が０のときの目標圧力、Ｈ０１ は同じく所定運転速度ｆ０１ のときの目標圧力、ｆ００ は前述した水量０のときの目標圧力Ｈ００ を与えるのに必要なインバータ最低周波数、ＨＯＮ はポンプの始動圧力、ＨＯＦＦ は同じく停止圧力、ＱＡ は瞬時最大水量である。
ここで、目標圧力Ｈ０１ は、通常、給水系の全揚程と同じで、従って給水系の仕様で決る値であり、最大水量ＱＡ も、同じく仕様で決る値である。
【００２８】
Ｆは給水系の管路抵抗曲線で、末端圧力一定制御を行う上での目標圧力となるものであり、この曲線上で、圧力とポンプの運転速度、すなわちインバータ出力周波数との関係に基づいて、演算式を次の（数１）式のように決めている。
目標圧力演算式＝ｆ（ｆ）…… ……（数１）
ここで、ｆは関数のことであり、従って、この（数１）式は、目標圧力が周波数の関数であることを表わしている。
なお、前述の仕様点ＱＡ、Ｈ０１は管路抵抗曲線Ｆ上にあり、所定周波数ｆ０１ で運転しているときのＱ−Ｈ特性Ａの左側にある。
【００２９】
ポンプ３は、給水圧力がＨＯＮ 以下になると始動し、始動した後は、給水圧力が前述の管路抵抗曲線Ｆ上にくるように運転する。
そして、使用水量が減少し、これによる水量ＱＭＩＮ の低下状態が前述した流量スイッチ１０で検出され、この状態が一定時間以上継続すると、ポンプ３は、運転速度をｆＯＦＦ、給水圧力をＨＯＦＦ まで高めてから停止させられる。
【００３０】
以下の実施形態は、末端圧力一定制御する際の目標圧力演算式について、次の（数２）式で示す近似式を用いるようにしたものであり、従って、このときの管路抵抗特性は、図２の直線近似Ｆ’で示すようになっている。
【００３１】
【数２】
ここで、既に説明したように、Ｈ００、Ｈ０１、ｆ００、ｆ０１ は設定値で、定数であり、他方、ｆｘ は現在のインバータ出力周波数で、これは変数である。
従って、このインバータ出力周波数ｆｘ を検出して、（数２）式に代入してやれば目標圧力が得られることになる。
そして、この実施形態では、これら定数であるパラメータＨ００、Ｈ０１、Ｆ００、ｆ０１ についても、それらをティーチングによって生成させるため、上記したように、ディジタルスイッチＳＷとボリュームＶＲが設けられているのである。
【００３３】
ここで、ディジタルスイッチＳＷは、上記したように、モード選択用で、スイッチの位置０〜７とモードの関係は以下の通りである。
０……手動運転モード
１……自動運転モード
２……パラメータ設定モード（１）
３……パラメータ設定モード（２）
４……パラメータ設定モード（３）
５……パラメータ設定モード（４）
６……パラメータ設定モード（５）
７……パラメータ設定モード（６）
【００３４】
次に、各モードの内容について説明する。
＜手動運転モード＞
ディジタルスイッチＳＷを“０”にセットすることにより得られるモードで、ボリュームＶＲを操作し、必要とする所定のポンプ特性を手動操作により決めて入力する。その後、この決められたポンプ特性に従って運転する。
【００３５】
＜パラメータ設定モード（１）＞
図２の点（１）でのパラメータＨ００、ｆ００ を設定するモードで、ディジタルスイッチＳＷを“２”にセットし、ポンプ出口側の仕切弁２−２を全閉にして、圧力計９の目盛が所定圧力Ｈ００ になるようボリュームＶＲを回す。
そして、ポンプ所定圧力が得られたときのインバータ出力周波数ｆ００ 及び圧力センサ１０が検出した圧力をＨ００ としてメモリに記憶させる。
【００３６】
＜パラメータ設定モード（２）＞
図２の点（２）でのパラメータＨ０１、ｆ０１ を設定するモードで、ディジタルスイッチＳＷを“３”にセットし、給水系の仕様で決るパラメータＨ０１ 及びｆ０１ をメモリに記憶させる。
こうして、メモリに対する４個のパラメータＨ００、ｆ００、Ｈ０１、ｆ０１ の記憶が終わると、演算処理装置ＣＰＵは、これらのパラメータを（数２）式に代入し、末端圧力一定制御に必要な演算式を自動生成する。
【００３７】
＜パラメータ設定モード（３）＞
図２の点（３）でのパラメータＨＯＮ を設定するモードで、ディジタルスイッチＳＷを“４”にセットし、ポンプ出口側の仕切弁２−２を全閉にしてポンプの締切運転を行い、ボリュームＶＲを下方から徐々に上げてゆく方向に回し、圧力計９が圧力ＨＯＮ を示すまでインバータ周波数を調整してやる。
そうすると、結果は周波数ｆＯＮ となる筈である。
そこで、このときの圧力センサ１０の検出圧力を、ＨＯＮ としてメモリに格納する。
【００３８】
＜パラメータ設定モード（４）＞
図２の点（４）でのパラメータＨＯＦＦ を設定するモードで、ディジタルスイッチＳＷを“５”に設定し、ポンプ出口側の仕切弁２−２を全閉にしてポンプの締切運転を行い、ボリュームＶＲを回し、下方から徐々に上げる操作をして、圧力計９が圧力ＨＯＦＦ を示すまでインバータ周波数を調整してやる。
そうすると、結果は周波数ｆＯＮ となる筈である。
そこで、このときの圧力センサ１０の検出圧力を、ＨＯＮ としてメモリに格納する。
【００３９】
＜パラメータ設定モード（５）＞
図２の点（５）でのパラメータＨＬ を設定するモードで、ディジタルスイッチＳＷを“６”に設定し、ポンプ出口側の仕切弁２−２を全閉にしてポンプの締切運転を行い、ボリュームＶＲを回し、下方から徐々に上げる操作をして、圧力計９が圧力ＨＬを示すまでインバータ周波数を調整してやる。
これで結果は周波数ｆＬとなる筈である。
そこで、このときの圧力センサ１０の検出圧力を、ＨＬとしてメモリに格納する。
【００４０】
＜パラメータ設定モード（６）＞
図２の点（６）でのパラメータＨ０３ を設定するモードで、ディジタルスイッチＳＷを“７”に設定し、ポンプ出口側の仕切弁２−２を全閉にしてポンプの締切運転を行い、ボリュームＶＲを回し、下方から徐々に上げる操作をして、圧力計９が圧力Ｈ０３ を示すまでインバータ周波数を調整してやる。
これで結果は周波数ｆ０１となる筈である。
そこで、このときの圧力センサ１０の検出圧力を、Ｈ０３ としてメモリに格納する。
【００４１】
＜自動運転モード＞
ディジタルスイッチＳＷを“１”に設定すると、以後、演算処理装置ＣＰＵにより自動運転が行われる状態になる。
ところで、上記したように、以上のアルゴリズムでは、直線近似特性Ｆ’を与える演算式になっているが、これに代えて、目標圧力を周波数ｆの関数として、例えば図２の管路抵抗カーブＦのように、周波数ｆの２乗になるようにしても良い。
【００４２】
この場合には、点（７）に示すように、周波数ｆ２０、圧力Ｈ２０ の点を追加し、これに応じてディジタルスイッチＳＷ１にもポジション“８”を設け、前述したティーチングにより、この点（７）での周波数ｆ２０、圧力Ｈ２０ を検出し、メモリに記憶しておき、演算式に代入して自動生成させれば良く、これによれば、さらに精度が向上される。
【００４３】
次に、以上の実施形態の動作について、フローチャートにより説明する。
図４は全体の処理である。
まず、ステップ１００でＭＣＵ（演算処理装置ＣＰＵ）の初期設定を行い、ステップ１０１でＴＩＭＩＮＴ（タイマ割込処理）を許可し、待機処理を行う。
この結果、図６のタイマ割込処理ステップ２００にジャンプし、ステップ２０１では、これ以降のタイマ割込処理内にアナログ割込処理が割込んでこないようにするため、ＡＮＩＮＴ（アナログ入力割込）を禁止し、次のステップ２０２で、ディジタルスイッチＳＷの設定データを読込み、ステップ２０４〜２０８で示すように、そのデータをフラグとしてメモリＳＷＦに格納する。
【００４４】
例えば、次の通りである。
ＳＷ＝０……ＳＷＦ＝００Ｈ（手動運転を意味するデータ）
ＳＷ＝１……ＳＷＦ＝０１Ｈ（自動運転を意味するデータ）
ＳＷ＝２……ＳＷＦ＝０２Ｈ（パラメータ設定モード（１）を意味するデータ）
ＳＷ＝３……ＳＷＦ＝０３Ｈ（パラメータ設定モード（２）を意味するデータ）
・
・
ＳＷ＝８……ＳＷＦ＝０８Ｈ（パラメータ設定モード（７）を意味するデータ）
【００４５】
ステップ２０９では、禁止していたアナログ入力割込を許可し、ステップ２１０で割込前のステップ１０１に戻るが、このときのアナログ入力割込の許可により、今度は図７のステップ３００にジャンプする。
そして、まずステップ３０１で、ＴＩＭＩＮＴ及びＩＮＴ１（初期処理１）の割込を禁止し、ステップ３０２では圧力センサ１０が検出したデータを入力し、その結果をメモリＰＳに格納する。そして、ステップ３０３でＩＮＴ１の割込を許可した後、ステップ３０４でアナログ入力割込処理から復帰する。
【００４６】
そこで、今度はＩＮＴ１からの割込要求により、図８のステップ４００にジャンプし、まずステップ４０１でＴＩＭＩＮＴ及びＡＮＩＮＴの割込を禁止し、ステップ４０２で演算処理装置ＣＰＵのポートＰＮ５が“０”か否かを判定する。そして、“０”ならステップ４０５で、起動指令フラグとしてメモリＳＳにＯＦＦのデータをセットし、そうでなければステップ４０３で起動不可指令フラグとしてメモリＳＳに００Ｈのデータをセットする。
【００４７】
次に、同様にして、ステップ４０６〜４０８では演算処理装置ＣＰＵのポートＰＮ６のレベルを調べ、使用水量が少なく流量スイッチ１０がＯＮして停止可能状態か否かを判定する。
その結果、流量スイッチ１０がＯＮしていればメモリＦＳにＯＦＦＨをセットし、ＯＦＦしていればメモリＦＳに００Ｈをセットする。
そして、ステップ４０９でＴＩＭＩＮ割込の禁止だけを解除し、このステップ４００の処理から復帰し、図４のステップ１０２に戻る。
【００４８】
このステップ１０２では、メモリＳＳのデータがＯＦＦＨになっているか否かを判定する。
起動スイッチＳＳが閉じているとメモリＳＳのデータはＯＦＦＨであり、このときは図５のステップ１１０にジャンプする。
そして、メモリＳＷＦが００Ｈか否かを判定し、００Ｈならば手動運転モードなので、ステップ１１８とステップ１１９により手動運転に必要な処理を実行してからステップ１１０に戻る。
【００４９】
一方、ステップ１１０での判定結果が００Ｈでなければ、次のステップ１１１に進み、ここで、メモリＳＷＦが０１Ｈか否かを判定する。
そして、０１Ｈならば自動運転モードであり、１０３ステップ以降の処理にジャンプする。
【００５０】
一方、０１Ｈでなければ、次のステップ１１２に進み、ここでメモリＳＷＦが０２Ｈか否かを判定し、判定結果が０２Ｈであれば、図２の点（１）でのパラメータ設定モードなので、ステップ１２０で、前述の通りにして得られたデータｆ００とＨ０１がメモリに格納される。
以下、これに続く、これ以外のＳＷＦ＝０３Ｈから０８Ｈまでの処理も、前述と同様なので、説明は省略する。
【００５１】
こうしてステップ１１５に進んだら、ここではパラメータ設定モード、すなわちティーチングにより得られたデータが設定されているかチェックし、設定されているときにはステップ１１７に進み、これらのデータを、次の（数３）式に代入し、演算式を自動生成してからステップ１０３にジャンプする。
【００５２】
【数３】
一方、ステップ１１５でパラメータが設定されていないと判断されたときは、ステップ１１６で、（数３）式にデフォルト値（初期値）を設定して、ステップ１０３にジャンプし、スイッチＳＷの設定が０１Ｈであればステップ１０３以降の処理を実行する。
すなわち、まずステップ１０３では、圧力センサ８で検出した圧力データＰＳが始動圧力ＨＯＮ 以下に達しているか否かを判定し、達していなければステップ１０２に戻り、達するまでこのループの処理を実行する。
【００５４】
給水圧力がＨＯＮ 以下であれば次のステップ１０４に進み、ここで図９のＣＮＴ１の処理を呼び出す。
まずステップ５０１では、ポンプが運転している状態にあるか判定し、初回であればステップ５０９で、最低周波数ｆ＝ｆ００ をインバータ周波数としてセットし、ステップ５０２に進む。
一方、ステップ５０１での判定が運転中だった場合は、そのままステップ５０２に進む。
【００５５】
ステップ５０２では、設定周波数ｆと現在周波数ｆＧ と比較し、指示速度に到達したか否かをチェックする。
そして、現在周波数ｆＧ が設定周波数ｆより低い（ｆ＞ｆＧ）ときは、ステップ５０３に進み、ここで目標圧力Ｈ０ と給水圧力Ｈと比較する。
そして、｜Ｈ０−Ｈ｜≦ΔＨ（ΔＨ：ヒステリシスを与えるための所定値）の状態であれば、給水圧力が目標圧力に一致していることを意味しているので、そのままステップ５１３に抜け、そうでなければステップ５０４とステップ５０５でインバータを増速処理（現在周波数ｆＧ をΔｆ１ だけ上げる処理）してからステップ５１３に抜ける。
【００５６】
一方、ステップ５０２での判定結果がｆ＝ｆＧ のときは、ステップ５０２Ａに進み、ここで目標圧力Ｈ０ と給水圧力Ｈを比較し、一致していればステップ５０９で、上記の自動生成した演算式を用いて目標圧力を更新する。
しかして、一致していない場合は、ステップ５０６で再び目標圧力Ｈ０ と給水圧力Ｈを比較し、比較した結果、Ｈ０＞Ｈのときはステップ５０７で設定周波数を１ビット上げ、反対にＨ０＜Ｈのときは、ステップ５０８で設定周波数を１ビット下げる。
そして、これらの後でステップ５１３に抜けるのである。
【００５７】
また、ステップ５０２での判定結果がｆ＜ｆＧのときは、ステップ５１０に進み、ここで目標圧力Ｈ０ と給水圧力Ｈと比較する。
そして、Ｈ０＝Ｈの状態であれば、給水圧力が目標圧力に一致していることを意味しているので、ステップ５１３に抜け、そうでなければステップ５１１とステップ５１２でインバータを減速処理（現在周波数ｆＧ をΔｆ２ だけ下げる処理）してステップ５１３に抜け、ステップ１０５に戻る。
【００５８】
ステップ１０５〜ステップ１０９では、使用水量が少なくて流量スイッチ１０が閉じており、この状態で一定時間が経過したとき、ステップ１０９でインバータ周波数をｆＯＦＦ まで増速させ、給水圧力をＨＯＦＦ まで高めて停止させる処理を実行する。
そして、この後、ステップ１０２に戻り、以下、これらの処理を繰返し実行するのである。
【００５９】
従って、この実施形態によれば、圧力制御時の目標となる抵抗曲線に応じた制御定数（パラメータ）の設定及び変更が自由に簡単にでき、且つ、末端圧力一定制御時の目標となる演算式が自動生成でき、しかもこのとき、その演算式の自動生成に必要なＨＯＮ、ＨＯＦＦ、Ｈ１、Ｈ２、ｆ００、ｆ００’などの作動点データが、速度データを用いずに自動設定できることになる。
【００６０】
次に、ポンプを２台用いた給水システムに、本発明を適用した場合の実施形態のアルゴリズムについて、図９により説明する。
この実施形態では、ポンプ２台並列運転時の目標圧力は、次の（数４）式により与えられる。
【００６１】
【数４】
ここで、図１０に示すように、ｆ０１ はポンプ２台運転時での所定周波数で、Ｈ０２ はポンプ２台運転時で所定周波数ｆ０１ のときの目標圧力、ｆ００’はポンプ１台を所定周波数ｆ０１ で運転しながら、もう１台のポンプを運転したとき、目標圧力Ｈ０１ を得るのに必要な周波数で、並列運転時の最低周波数と同じで定数となり、ｆｘが変数となる。
そして、これらのポンプ１台分のパラメータであるＨ００、Ｈ０１、ｆ００、ｆ０１、ＨＯＮ、ＨＯＦＦ、Ｈ０３、ＨＬについては、前述のポンプ１台運転時の実施形態におけるアルゴリズムと同じである。
【００６３】
次に、この実施形態では、モード選択用のディジタルスイッチＳＷに次の設定モードを追加する。
９……パラメータ設定モード（９）
Ａ……パラメータ設定モード（１０）
Ｂ……パラメータ設定モード（１１）
Ｃ……パラメータ設定モード（１２）
そして、これら各モードの内容は以下の通りである。
【００６４】
＜パラメータ設定モード（９）＞
図１０の（９）点でのパラメータＨＴＯＮ の設定モードで、ディジタルスイッチＳＷ１を“９”に合わせ、仕切弁２−２を全閉にし、一方のポンプについて、周波数が低い方より徐々に圧力が上昇するようボリュームＶＲを調整し、圧力計９の目盛がＨＴＯＮ となった所でボリュームＶＲをそのままに維持し、そのときの圧力をＨＴＯＮ としてメモリに格納しておく。
【００６５】
＜パラメータ設定モード（１０）＞
図１０の（１０）点でのパラメータＨＴＯＦＦ の設定モードで、ディジタルスイッチＳＷ１を“Ａ”に設定し、上記パラメータ設定モード（９）と同じ要領でパラメータＨＴＯＦＦ を求め、メモリに格納する。
【００６６】
＜パラメータ設定モード（１１）＞
図１０の（１１）点でのパラメータＨ０１ とｆ００’の設定モードで、ディジタルスイッチＳＷを“Ｂ”に合わせ、一方のポンプを運転し、仕切弁２−２を操作して圧力計９の目盛がＨ０１ になるように開度を調整する。そして、この状態でボリュームＶＲを調整して周波数をｆ０１ とする。
【００６７】
次に、他方のポンプを最低周波数で運転し、ボリュームＶＲを調整して圧力計９の目盛がＨ０１ を越えるまで調整し、その後、Ｈ０１ に戻すようにボリュームＶＲを調整する。
そして、このときのデータＨ０１ とｆ００’をメモリに記憶しておく。
次に、これが終わったらポンプの号機を入れ替えて同じ操作調整を行い、同様にメモリに記憶しておく。
【００６８】
＜パラメータ設定モード（１２）＞
図１０の（１２）点でのパラメータＨ０２ とｆ０１ の設定モードで、ディジタルスイッチＳＷ１を“Ｃ”に合わせ、前述のパラメータ設定モード（１１）と同じ要領でパラメータｆ０１、Ｈ０２ を求め、メモリに記憶しておく。
このようして、（１１）点でのパラメータＨ０１、ｆ００’と、（１２）点でのパラメータＨ０２、ｆ０１ を獲得したら、これらのデータを（数４）式に代入し、目標値である演算式を自動生成する。
【００６９】
この実施形態の具体的な処理内容は、大筋では図４〜図９の場合と同じで、ステップ１１４ステップと１１５ステップの間に、ＳＷＦについて９〜Ｃの処理を追加し、パラメータを各メモリに格納する処理をそれぞれ設ければ良い。
【００７０】
さらに、本発明の実施形態として、ティーチングによるパラメータの設定と演算による応用例を次に説明する。
上記したパラメータ設定処理で、各パラメータＨ００、ｆ００、Ｈ０１、ｆ０１ をティーチングにより設定した後、ＨＯＮ、ＨＯＦＦ、Ｈ１、Ｈ２、ＨＬ の値を演算により自動設定する。
ＨＯＮ ＝Ｈ００＋ａ……メモリに格納
ＨＯＦＦ＝Ｈ００＋ｂ……メモリに格納
Ｈ１ ＝Ｈ０１−ｃ……メモリに格納
Ｈ２ ＝Ｈ０１＋ａ……メモリに格納
ＨＬ ＝Ｈ００×ｅ
なお、Ｈ００の代りにＨ０１を基準としても良い。
【００７１】
また、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅはパラメータとして予めメモリに記憶しておく。
【００７２】
ここでも、前述した実施形態と同様に、具体的な処理は図４のフローチャートにおけるステップ１１４とステップ１１５の間に、これらの演算式を追加し、結果をメモリに記憶させれば良い。
【００７３】
この実施形態によれば、パラメータの内で経年変化やポンプ吸込側の圧力変動に影響を受けるパラメータについては、ティーチングによりデータを獲得し、他のパラメータは自動演算されるので、全体としてのパラメータの設定を、さらに効率よく処理することができる。
【００７４】
図１１は、上記実施形態におけるポンプを２台用いた給水システムの一例で、図１と図３で説明した実施形態と同一符号を付した部分は、ここでも同じものであるから、説明は省略してあり、その他、特に関係のない部分についての説明も省略してある。
図１１において、１−１、１−２は吸込管、２−１Ａ、２−１Ｂ、２−２Ａ、２−２Ｂは仕切弁、３−１、３−２はポンプ、４−１、４−２は電動機、５−１、５−２は逆止め弁であり、その他は図１と同じである。
【００７５】
次に、ＣＮＵは制御装置で、２台の漏電遮断器ＥＬＢ１、ＥＬＢ２、同じく２台のインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２及びノイズフィルタＺＣＬ０、ＺＣＬ１、ＺＣＬ２を備えている。
従って、この実施形態は、図３の実施形態における漏電遮断器ＥＬＢが、各々２台のインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２に組込まれた形になっており、さらに、これらのインバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２に、ソフトウェアも含めて演算処理装置ＣＰＵが組込まれている形になっているものである。
【００７６】
そして、各インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２は、漏電遮断器ＥＬＢ１、ＥＬＢ２からのトリップ信号ＡＬは、それぞれ信号線Ｓ１、Ｓ２を介して端子ＤＩ３、ＤＩ４から入力し、圧力センサ８からの信号は、それぞれ信号線Ｓ６、Ｓ７を介して端子ＡＮ０、ＡＮ１、Ｌから入力し、流量スイッチ１０−１、１０−２からの信号は、それぞれ信号線Ｓ４、Ｓ５を介して端子ＦＷ−ＣＯＭから入力する。
【００７７】
このとき、圧力センサ８は、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２で共通に使用されるため、両者間は信号線Ｓ８により接続されている。
そして、インバータＩＮＶ１、ＩＮＶ２の端子ＤＩ１、ＤＩ２、ＤＯ１、ＤＯ２間を信号線Ｓ３で接続し、運転状態、故障状態、運転要求などの信号のやり取りを行なう。
ここで、信号線Ｓ９、Ｓ１０は、装置全体の運転状態を中央の監視盤等へ出力するための信号伝達用であり、故障が発生したときの状態も、これにより伝達されるようになっている。
【００７８】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果がある。
制御装置の一部を交換することなく、特定のパラメータ設定及び末端圧力一定制御時の目標値の設定が実際の現場状況に合わせ、ティーチングにより設定できるので、コストの低減と共に、ポンプの運転に必要なデータの設定作業を簡単且つ容易に行うなうことができ、設定変更にも簡単に、しかも容易に対応することができる。
【００７９】
また、このとき、速度パラメータはティーチング又は自動演算で決められ、予め速度パラメータを演算して求めておく必要がなく、このため、難しくて手間のかかる作業から解消され、この結果、設定作業のスピードアップ化を充分に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による給水システムの末端圧力一定制御装置の一実施形態が適用された給水システムの一例を示す構成図である。
【図２】本発明の一実施形態の動作を説明するための給水特性図である。
【図３】本発明の一実施形態が適用された給水システムにおける制御系のブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態の動作を説明するフローチャートである。
【図５】本発明の一実施形態の動作を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の一実施形態の動作を説明するフローチャートである。
【図７】本発明の一実施形態の動作を説明するフローチャートである。
【図８】本発明の一実施形態の動作を説明するフローチャートである。
【図９】本発明の一実施形態の動作を説明するフローチャートである。
【図１０】本発明の他の一実施形態の動作を説明するための給水特性図である。
【図１１】本発明の他の一実施形態が適用された給水システムの一例を示す構成図である。
【図１２】従来技術による給水システムの動作を説明するための給水特性図である。
【符号の説明】
１ 吸込管
２−１、２−２ 仕切弁
３ ポンプ
４ 電動機
５ 逆止め弁
６ 送水管
７ 圧力タンク
８ 圧力センサ
９ 圧力計
１０ 流量スイッチ
Claims (5)
- ポンプ吐出し側の圧力が、予め設定してある管路抵抗曲線上に位置するように、ポンプの運転速度を制御することにより、末端圧力一定制御が得られるようにした給水システムの末端圧力一定制御装置において、
前記設定手段と前記圧力計を用い、複数の運転モードの中から選択したモードに従ってティーチングを行い、
末端圧力を一定に制御するのに必要な演算式を生成し、
この演算式に基づいてポンプの運転速度を決めることにより、前記管路抵抗曲線に対応した制御目標値が決定されるように構成したことを特徴とする給水システムの末端圧力一定制御装置。 - ポンプ吐出し側の圧力が、予め設定してある管路抵抗曲線上に位置するように、ポンプの運転速度を制御することにより、末端圧力一定制御が得られるようにした給水システムの末端圧力一定制御装置において、
前記設定手段と前記圧力計を用い、前記管路抵抗曲線の少なくとも２点における運転速度と吐出し圧力を複数の前記運転モードの中から選択したモードに従ってティーチングにより設定する手段を設け、
これにより設定された運転速度と吐出し圧力から制御目標値が決定されるように構成したことを特徴とする給水システムの末端圧力一定制御装置。 - 請求項２の発明において、
前記設定された運転速度と吐出し圧力から、前記制御目標値の演算式が自動的に生成されるように構成したことを特徴とする給水システムの末端圧力一定制御装置。 - 請求項２の発明において、
ポンプの始動圧力と停止圧力を含むポンプの作動点をティーチングにより獲得し、記憶する手段が設けられていることを特徴とする給水システムの末端圧力一定制御装置。 - 請求項４の発明において、
前記ティーチングにより獲得した圧力データを基準にし、これと、所望のポンプ作動点との差を表わすデータを予め設定して記憶する外部設定手段を設け、
制御に使用するポンプの作動点を、前記ティーチングにより獲得した圧力データと前記記憶してある差を表わすデータから演算して求めるように構成したことを特徴とする給水システムの末端圧力一定制御装置。
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