JP4381252B2 - 制御装置一体型回転機械 - Google Patents

Description

本発明は、制御装置一体型回転機械に係り、特にポンプ及びファン等の回転機械と該回転機械の回転速度を制御するインバータ装置等の各種の運転制御装置を一体的に配設した制御装置一体型回転機械に関する。

ポンプ及びファン等の回転機械に、商用交流電源の周波数及び電圧を任意の周波数及び電圧に変換するインバータ装置を用いることにより、ポンプやファン等の回転機械を可変速運転することが広く行われている。インバータ装置は、ポンプやファンを駆動するモータの回転速度を任意に変えられるため、ポンプやファン等の負荷に対応した最適な回転速度で運転することにより、定格速度で運転するのと比較して省エネルギー化が計れる。

又、各種の給水装置等においては、ポンプ吐出側に圧力センサを取り付け、検出された圧力信号が圧力設定値と一致するようにＰＩ制御部から回転速度信号をインバータ装置に送ることにより、ポンプの回転速度を制御し、ポンプの吐出圧力を一定に制御する吐出圧力一定制御運転を行うことが知られている。更に、流量センサあるいは回転速度から逐次ポンプ吐出目標圧力を適切に変化させることにより、末端の需要家における供給水圧を一定に制御する推定末端圧力一定制御運転を行うことが知られている。

又、空調装置等においては、ファン吐出側に温度センサを取り付け、ファンが送風する空気温度が予め定められた温度設定値と一致するようにＰＩ制御部からファンの回転速度をインバータにより制御する温度一定制御運転を行うことが知られている。

ところでこの様なインバータを備えた可変速ポンプあるいは可変速ファンは、給水装置或いは空調装置に組み入れられる場合には、各種の運転制御が必要となる。例えば給水装置に用いられる場合には、ポンプから離れた場所にある制御ステーションからの運転、停止指令に基づいて可変速ポンプの発停制御が行われる。そしてこれらの運転状態の表示も必要である。又、吐出圧力を一定に保つ自動運転の場合には、ポンプ吐出口に備えられた圧力センサの信号を給水装置内の制御装置に取込み、吐出圧力を一定に保つように回転数を可変速制御する必要がある。更に、ポンプの負荷である給水量が極めて少なくなった場合には、ポンプは締切状態で運転することになるので、ポンプの吐出口側に設けた圧力タンクに水を蓄圧して、ポンプを停止する等の運転制御も必要である。

従って、インバータを備えた可変速ポンプも、給水装置に組込んで用いる場合には、給水装置としての運転制御装置が必要となり、この運転制御装置には一般にＣＰＵとメモリが用いられている。

しかしながら例えば可変速ポンプを用いた給水装置の運転制御の仕様は、設置現場の状況により千差万別であり、従って給水装置の運転制御を行うメモリの記憶内容は、それぞれの設置現場の設備内容に対応してそれぞれ設定する必要がある。このためインバータ装置の制御用ＣＰＵとメモリと、ポンプを運転制御するためのＣＰＵとメモリとが必要となり、これらを共用することは、上述の事情から困難であった。
また、給水装置等では、例えば給水量の増加等に伴い設備の増加、或いは変更があると、それに対応してメモリの内容を変更しなければならなかった。このような場合には、従来は制御内容がＲＯＭ等に記憶されているため、この変更は容易ではなかった。

本発明は上述した事情に鑑みて為されたもので、可変速ポンプ等を用いた給水装置等の製造コストを低減すると共に、設置現場で制御プログラムを容易に設定することができる制御装置一体型回転機械を提供することを目的とする。

本発明は、ポンプと、制御装置とを有する制御装置一体型回転機械を複数台並列に設けた給水装置であって、前記制御装置は、前記ポンプに固設されており、前記ポンプを駆動するインバータと、前記インバータの制御プログラムおよび前記給水装置の運転制御プログラムを記憶した書き換え可能なメモリと、前記給水装置の各部に配置されたセンサ等と接続する入出力部と、前記書き換え可能なメモリに記憶された運転制御プログラムを設置現場の設備構成に応じた最適なプログラムに書換える手段とを備え、前記書き換え可能なメモリはフラッシュメモリまたはＥ^２ＰＲＯＭであり、前記複数台の制御装置一体型回転機械は前記制御装置を通じて各機械間で無線を用いて通信を行うように構成され、前記複数台の制御装置一体型回転機械のうちの１台が備える制御装置は、前記運転制御プログラムに基づき、ポンプの追加や解列を行う追加解列運転、１つのポンプが少水量により停止したときに次に他のポンプを起動させる交互運転、１つのポンプが故障したときに他のポンプを起動させる故障切替運転を含む相互協調運転を行わせることを特徴とする。

また、前記制御装置のメモリ及びＣＰＵを含む電子回路部分は樹脂によりモールド封止されたものであることが好ましい。

本発明によれば、シリアルポートから入力される信号等に基づいてメモリの記憶内容を書き換える手段を備えることから、メモリにインバータの制御プログラムと回転機械の発停制御等を行う運転プログラムとの双方を書き込むことができる。これにより従来二組のメモリ及びＣＰＵが必要であったのが一組で済むことになり、装置の製造コストを低減することが可能となる。

また、メモリは書き換え可能な手段を備えたものであることから、設置現場でその回転機械の運転状態に即した制御プログラムに変更することができ、ハードウェアとしては一組のものを準備することで、ソフトウェアで千差万別の運転状態に即した給水装置とすることができる。これによりハードウェアとしては大量生産が可能となり、装置の製造コストを低減させることができると共に、回転機械の使用者側においては、例えば給水装置における需要量の変化に伴い、ポンプを増設するような場合にも容易にその変更に対処することができ、システムの柔軟性が大幅に向上する。

本発明によれば、インバータの制御プログラムと回転機械の運転制御プログラムとをシリアルポートを介して書き換え可能としたので、同一のハードウェア構成で千差万別の設置現場に対応した運転制御が可能な回転機械を提供することができる。これにより、ハードウェアは同一構成でよいので大量生産が可能となり、その製造コストを低減することができる。又ソフトウェアは各設置現場で制御装置に書込むことができるので、設置現場の設備構成に応じた最適な運転制御が行える回転機械とすることができる。又、設備設置後も設備の増設等に際して、その運転プログラムを容易に設置現場で変更することが可能となる。このように需用者側にとって極めてフレキシビリティの高い回転機械を提供することができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施形態の制御装置一体型回転機械の制御装置部分の構成を示すブロック図である。この制御装置１０にはインバータ装置２０が搭載されている。インバータ装置２０は、三相交流商用電源入力２１を整流するコンバータ部である。ダイオードブリッジ回路２２と、そのダイオードブリッジ回路で整流された直流電力を蓄積すると共に平滑化するコンデンサ２３と、コンデンサに蓄えられた直流電力を任意の周波数及び電圧の交流電力に変換するインバータ部であるパワー素子部２４とから構成されている。インバータ装置２０のパワー素子２４は、パワーＭＯＳ、ＩＧＢＴ等の電力素子からなり、その開閉により任意の電圧及び周波数の交流電力出力が形成されるのであるが、このパワー素子の開閉は例えばパルス幅変調によって行われる。パルス幅変調は書き換え可能メモリ１１のインバータ制御部のプログラム１１ａにより、ＣＰＵ１２及びドライバ回路１３を介して行われる。

制御装置１０には、インバータ制御プログラム１１ａ及び運転制御プログラム１１ｂを内蔵した書き換え可能メモリ１１と、これらのメモリに記憶したプログラムに基づいて演算制御動作を行うＣＰＵ１２とを備えている。ここで本実施例では、メモリ１１としてフラッシュメモリが用いられている。又、制御装置１０にはシリアルポート１４を備え、外部から通信線を介してＣＰＵ１２に信号を取り込むことができる構成となっている。又、シリアルポート１４は外部インターフェース回路１５に接続され、外部インターフェース回路１５は例えば給水装置であればポンプの吐き出し圧力を検出する圧力センサ等に接続してその信号を取り込めるようになっている。又、外部インターフェース回路１５は、ポンプの自動運転及び手動運転の切替信号、各種異常を検出するセンサの入力信号、及び各種警報の表示等の出力信号端子を備えている。補助電源１６は、ＣＰＵ１２及びシリアルポート１４等を動作させるために５Ｖ程度の直流電力を供給する補助電源であり、コンデンサ２３に形成される直流電圧からＤＣ−ＤＣコンバータ等により所要の低電圧を生成している。

図２は、図１に示す制御装置の実施例を示す図であり、給水装置に用いた例である。この給水装置３０は、インバータ駆動による可変速ポンプ３１を用いたものであり、インバータを内蔵した制御装置１０が一体的に固接されている。制御装置１０は、ポンプ３１のケーシングに固設された密閉構造の箱体内に収納され、特にＣＰＵ、メモリ等を搭載した回路基板はモールド樹脂により封止されており、これにより結露等による電子部品の動作不良が防止される。

可変速ポンプ３１はその吸込側が流入管３２を介して例えば図示しない水道の本管に接続されている。そして可変速ポンプ３１の吐出側は、フロースイッチ３５、チェッキ弁３４、仕切弁３７等を介して配管により、住宅等の末端の需要先に水道水を供給するように接続されている。尚、フロースイッチ３５は小水量を検出するためのもので、チェッキ弁３４はポンプが停止した場合に吐出側から流入側に水が逆流することを防止するための逆流防止弁である。

吐出管３３には蓄圧タンク３６が接続されており、フロースイッチ３５で小水量が検出された場合には、このタンクに蓄圧することで可変速ポンプの運転を停止し、ポンプの締切運転を防止するためのものである。又吐出管３３にはその水圧を検出する圧力センサ３８が備えられ、その出力信号は制御装置１０に外部インターフェイス１５を介して入力される。制御装置１０には、吐出圧力の設定値又は末端における需要先の供給水圧の設定値が入力され、この目標圧力となるように可変速ポンプ３１の回転速度が制御装置１０により制御される。又、制御装置１０には各種警報が入力され、これは例えば可変速ポンプに温度計を備え、可変速ポンプの温度が異常に上昇した場合には、直ちに運転を停止する、又は警報を発生して監視所に連絡するためのものである。

このように制御装置１０は、インバータの制御プログラムと給水装置の運転制御プログラムとを内蔵しているので、一個の制御装置１０で双方の制御を行うことができる。更に制御装置１０を備えた可変速ポンプ３１を２台並列に流入管３２及び吐出管３３に接続し、相互のシリアルポートを通信線で連結する。これにより、１台のポンプで容量が足りなくなると２台目のポンプを追加したり、２台運転で容量が余ると１台を解列したりする追加解列運転を片側の制御装置１０の運転プログラムにより行うことができる。同様に、１台のポンプが小水量等で停止すると、次にもう一方のポンプが起動する交互動作をしたり、一方のポンプが故障時等で停止すると、故障信号を受けて自動的にもう一方のポンプが起動する故障切替動作も可能である。尚、このシリアルポートを使った通信は、無線で行うことも可能である。

図３は、図１に示す制御装置の実施例を示す図であり、空調装置に用いた例である。空調装置４０は可変速ファン４１を備え、このファンが制御装置１０により制御される。ファン４１は、流入ダクト４２及び吐出側ダクト４３に接続され、例えば冷却された又は加熱された空気を吐出側である図示しない室内側に供給するためのものである。例えば、室内側の温度を一定に保つために、ファン４１の吐出側には温度センサ４４を備え、吐出側ダクト４３における空気温度が検出される。温度設定値は予め外部インターフェース１５を介して制御装置１０に入力され、この温度設定値と実際に測定された温度センサ４４の検出温度とが比較され、この温度が一致するようにファン４１の回転速度が制御される。

回転速度の制御は、メモリ１１の運転制御部１１ｂのプログラムにより行われ、ＰＩ制御により温度設定値と検出温度との偏差がゼロとなるように回転速度が増減される。ここで運転制御部のプログラム１１ｂより求められた回転速度は、インバータ制御部１１ａのプログラムによりその回転速度に対応したパスル幅が与えられ、パルス幅変調信号が出力される。パルス幅変調信号は、ドライバ回路１３を介して各パワー素子２４のＯＮ／ＯＦＦを行い、モータに所要の周波数及び電圧の交流電力を供給する。

又、ファン４１には図示しないが例えば温度センサが備えられ、ファンが異常に加熱したような場合には、この温度センサの出力が外部インターフェース１５を介して取り込まれ、運転制御部のプログラム１１ｂによりファンの運転停止、或いは外部への警報出力が行われる。

図４は、フラッシュメモリを書き換えるためのハードウェアの構成例を示す。例えば設置現場に据え付けられた制御装置１０を備えた可変速ポンプ３１に、パーソナルコンピュータ１８を通信ケーブル１９を介して接続する。パーソナルコンピュータ１８と制御装置１０との間は、例えばＲＳ２３２Ｃ等の通信規格のケーブルを用いて接続する。通信ケーブル１９は制御装置１０のシリアルポート１４に接続する。パーソナルコンピュータ１８は、各種仕様のインバータ制御プログラムと同様に各種仕様の給水装置の制御プログラム等が予め記憶されており、その中から設置現場の設備構成等に応じた最適なプログラムを選択して、制御装置１０のフラッシュメモリ１１にその内容を書き込む。

図５は、フラッシュメモリを書換えるフローチャートを示す。最初にフラッシュメモリ書き込みモードを起動する。これはリセット状態でＣＰＵの電源端子に直流１２Ｖを印加し、リセットを解除する。次にＲＡＭ転送プログラムを起動する。そして書込み／消去プログラムの転送処理を行う。これは書込み／消去プログラムをＣＰＵの内蔵ＲＡＭ又は外付ＲＡＭへ転送し、起動させる。次に、フラッシュメモリの消去処理を行う。これはフラッシュメモリをブロックエリア毎又は全エリアの一括消去を行う。そしてアプリケーションプログラムの転送処理を行う。これはアプリケーションプログラムを消去したフラッシュメモリのブロックエリアへ、前述したパーソナルコンピュータで予め準備した内容のプログラムを転送する。次にアプリケーションプログラムの起動処理を行う。これはＣＰＵの電源端子の１２Ｖ印加を解除し、リセットスタートをすることでアプリケーションプログラムが起動する。

尚、上記実施の形態においては書き換え可能なメモリとしてフラッシュメモリを用いた例について説明したが、フラッシュメモリに限らずＥ²ＰＲＯＭ等の電気的に書換え可能なメモリについても本発明の趣旨を同様に適用できることは勿論である。又、上記実施例はＣＰＵと電気的書換え可能なメモリとを組合せた例について説明したが、メモリを予めソケットに挿脱可能に装填しておいて、プログラム内容の変更に対応したメモリを準備し、これを差し替えるようにしてもよい。
又、制御装置の制御対象として可変速ポンプ及び可変速ファンの例について説明したが、本発明の趣旨はこれらに限定されるものでなく、インバータにより回転制御される回転機械と、これらの回転機械を運転制御する制御装置に広く適用可能である。

本発明の一実施形態の制御装置のブロック図。 本発明の一実施形態の制御装置付回転機械の使用例を示す説明図。 本発明の他の実施形態の制御装置付回転機械の使用例を示す説明図。 フラッシュメモリを書き換えるためのハードウェア構成の説明図。 フラッシュメモリを書き換えるためのフローチャート。

符号の説明

１０ 制御装置
１１ 書換え可能メモリ
１１ａ インバータ制御用プログラム
１１ｂ 運転制御用プログラム
１２ ＣＰＵ
１３ ドライバ回路
１４ シリアルポート
１５ 外部インターフェース
１６ 補助電源
２０ インバータ装置
２２ ダイオードブリッジ整流回路
２３ コンデンサ
２４ パワー素子

Claims (2)

1. ポンプと、制御装置とを有する制御装置一体型回転機械を複数台並列に設けた給水装置であって、
   前記制御装置は、前記ポンプに固設されており、前記ポンプを駆動するインバータと、前記インバータの制御プログラムおよび前記給水装置の運転制御プログラムを記憶した書き換え可能なメモリと、前記給水装置の各部に配置されたセンサ等と接続する入出力部と、前記書き換え可能なメモリに記憶された運転制御プログラムを設置現場の設備構成に応じた最適なプログラムに書換える手段とを備え、
   前記書き換え可能なメモリはフラッシュメモリまたはＥ^２ＰＲＯＭであり、
   前記複数台の制御装置一体型回転機械は前記制御装置を通じて各機械間で無線を用いて通信を行うように構成され、
   前記複数台の制御装置一体型回転機械のうちの１台が備える制御装置は、前記運転制御プログラムに基づき、ポンプの追加や解列を行う追加解列運転、１つのポンプが少水量により停止したときに次に他のポンプを起動させる交互運転、１つのポンプが故障したときに他のポンプを起動させる故障切替運転を含む相互協調運転を行わせることを特徴とする給水装置。
2. 前記制御装置は前記メモリのプログラムに従って動作するＣＰＵを備えることを特徴とする請求項１に記載の給水装置。

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