JP4619052B2

JP4619052B2 - ポンプの制御方法

Info

Publication number: JP4619052B2
Application number: JP2004209690A
Authority: JP
Inventors: 郁夫石田; 勲有松
Original assignee: Tsurumi Manufacturing Co Ltd; Mizota Co Ltd
Current assignee: Tsurumi Manufacturing Co Ltd; Mizota Co Ltd
Priority date: 2004-07-16
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2011-01-26
Anticipated expiration: 2024-07-16
Also published as: JP2006029222A

Description

本発明は、ポンプの制御方法に関し、更に詳しくは、異物の噛み込み等の異常運転を早期に検知する方法および該検知された異物を取り除くための回転方向制御方法に関するものである。

ポンプの揚液中に異物が混入すると、羽根車とケーシングの間に異物が噛み込んでロックしたり、羽根車に異物が絡み付いた状態で回転して負荷値が上昇する等の現象が起きる。異物の除去を可能とするための対策として、ポンプを分解・清掃の容易な構造とすることは一般に行われているが、現実に異物の噛み込みロックを生じた場合にはポンプを地上へ引き上げて異物を人為的に除去しなければならないという煩わしさがある。

異物除去を自動的に行わせる方策としてはポンプモータの制御部に電源相を入れ替えることのできるブリッジ回路を搭載し、最大電流値となる電源相を判定し接続させ、通常運転時に起動電流と同じ電流が流れた場合にブリッジ回路でモータの交番運転により異物を粉砕除去させようとうの試みがある（例えば、特許文献１参照。）。しかし上記公知の技術では、通常運転時に起動時の電流値と同等レベルの電流が流れた場合に、制御部はロックと判断しブリッジ回路で電源相を入れ替えてモータを逆転させるため、羽根車ロックに至る重度の噛み込みとなるまで異常運転の検出ができず、早期の異物絡み付きや噛み込みの検出が難しい。また、回転数調整により過負荷を防止するポンプ制御を行っている状態において、ポンプに異物混入や絡み付きが発生した場合、異物の混入に対応した回転数の減少がなされ、電流値の顕著な電気的変化は発生しないため異常運転を検出することが困難となる。

別の従来技術として、羽根車とケーシングの間への異物噛み込み等で羽根車がロックし、駆動モータが過負荷状態になって停止する機会を低減し駆動モータの運転および停止を制御する水中ポンプ制御装置において、運転状態にある駆動モータが実質的に回転していないことを検出する回転速度検出手段と、この回転速度検出手段が運転状態にある駆動モータが実質的に回転していないことを検出したときには設定された時間の間駆動モータを逆転させるように運転したのちに再起動する正逆回転制御方式のものも公知である（例えば、特許文献２参照。）。この公知技術においては、実質的に回転していないことを検出していることより、ポンプ駆動中の異物絡み付きや噛み込みの検出がなされておらず、羽根車ロックに至る重度の噛み込みとなるまで異常運転の検出ができず、早期の異物絡み付きや異物噛み込みの検出が難しい。また、ロックするまで正逆回転制御がなされないため、重度なロック時には異物除去ができない可能性がある。更にまた、回転数調整により過負荷を防止するポンプ制御を行っている状態において、ポンプに異物混入や異物絡み付きが発生した場合、異物の混入に対応した回転数の減少がなされ、電流値の顕著な電気的変化は発生しないため異常運転を検出することが困難となる。

更に別の従来技術として、ポンプを駆動する直流モータの駆動電流を検出する電流検出部と、該直流モータ駆動電流の上限値を設定する設定部を設けると共に、前記電流検出部からの検出電流と前記設定部で設定した設定電流値を比較し、検出電流値が設定電流値以上となった場合に前記直流モータに供給する電圧を降下させて該直流モータの回転数を降下させ、モータ駆動電流を前記上限値以下にする出力電圧制御部を設けたポンプ装置において、過負荷防止を行い、また、検出電流値が設定電流値以上となった場合、外部に警報を出力する警報手段を設けたものも公知である（例えば、特許文献３参照。）。この公知技術では、過負荷とならないように回転数が低減されるため、動力上昇、トルク上昇、電流値上昇は防止され、異物除去がなされない状態では吐出し量が低下する。また、検出電流値が設定値以上となった場合に外部に警報出力させるため、揚程変化による負荷変動が大きい場合に、正常運転での電流値が小さい運転点では、多くの異物が混入するまで設定電流値以上とならない可能性があり、異物絡み付きや異物噛み込みの早期検出が難しい。
特開２００１−１５３０８５号公報（要約）特開平７−２１７５８４号公報（要約）特開平５−１０２７０号公報（要約）

解決しようとする課題は、電流計、電圧計、出力計、回転数計では異物絡み付きや異物噛み込み等による異常運転を検出し難い回転数調整による過負荷防止機能を備えたポンプ設備において、前記異常運転を早期に検知する方法および該検知された異物を取り除くためのポンプ制御方法を提供することである。

本発明では、回転数調整による過負荷防止機能を備えたポンプ設備において、運転条件によるポンプ揚程曲線および抵抗曲線の交点となるポンプ運転点の正常運転時の回転数よりも低く予め設定された異常時の判定基準となる異常判定回転数よりも、回転数検出部により検出された実回転数が下回り、かつ、時間検出部で検出された実回転数が異常判定回転数を下回る連続時間が異常時の判定基準として予め設定された異常判定設定時間を上回る場合には、異物吸込みによる負荷が発生しているものと判断して、ポンプ回転方向指令部からの指令信号に基づき低速逆回転運転させることを最も主要な特徴とする。

本発明によれば、異物混入や絡み付きによるトルクの増加に対応して回転数が減少し、電流値の増加や制御機器のトリップなどの顕著な電気的変化が発生しないため、従来の技術では異物の検出が困難な「回転数調整により過負荷を防止する制御」においても、軽度の異物混入から精度良く、早期に異常運転を検知することが可能となる。また、ポンプの逆転運転程度で除去の可能な噛み込み異物に対しては、低速回転で逆転運転を行わせることで大きなトルクを発生させることができるため、異物除去効果がより高いものとなる。そして逆転運転が低速回転で行われることによる副次的効果として、羽根車取付用の締結部材（ボルト，ナット等）に弛みを生じることがなく、従って羽根車の脱落等による羽根車やシャフト等の損傷事故を防止し得るという利点もある。前述のような異物除去効果が得られる結果として、特別な破砕機構を装備させる必要がなく、また、人為的な異物除去作業を少なくすることができ、製造コストと共に維持コストを低減させることが可能となる。更にまた、緊急排水時に軽微な異物の除去よりも排水が優先されるべき場合には、異常運転から復帰できず警報出力された状態においても、ポンプを停止させることなくそのまま運転を継続させ、その後、異物混入が増大して排水能力が低下し排水自体が不可能となった時点で排水不可能警報を出力させることも可能となる。

回転数調整により過負荷を防止するポンプ制御装置と、ポンプの吸込み側に設置させた吸込み側水位センサと、吐出し側に設置された吐出し側水位センサと、回転数を検出する回転数検出部と、実回転数が異常時の判定基準として予め設定された正常運転時の回転数よりも低く設定された異常判定回転数を下回る連続時間を検出する時間検出部と、ポンプ回転方向指令部を備えたポンプ設備において、各センサからの信号をポンプ制御装置ヘ入力させ、吸込み側水位センサと吐出し側水位センサよりポンプ実揚程を算出し、この実揚程とポンプ揚程曲線および抵抗曲線の交点となるポンプ運転点の正常運転時の回転数よりも低く設定された該異常判定回転数よりも、回転数検出部により検出された実回転数が下回り、かつ、上記検出の連続時間が異常時の判定基準として予め設定された異常判定設定時間を上回る場合には、異物吸込みによる負荷が発生しているものと判断して、ポンプ回転方向指令部からの指令信号に基づき低速逆回転運転させる。

図１は本発明制御方法の実施対象となるポンプ設備であり、１はポンプ、２はポンプ制御装置、３は吸込み側水位センサ、４は吐出し側水位センサ、５は回転数センサ、６は回転数検出部である。回転数調整により過負荷を防止するポンプ制御装置２、回転数を検出する回転数検出部６を備えたポンプ設備において、吸込み側に設置させた吸込み側水位センサ３と吐出し側に設置された吐出し側水位センサ４および回転数センサ５の信号をポンプ制御装置２へ入力させ、吸込み側水位センサ３と吐出し側水位センサ４よりポンプ実揚程を算出する。そして、回転数調整により過負荷を防止する制御として例えば軸動力を一定に制御されたポンプに対し、ポンプ揚程曲線と抵抗曲線の交点となるポンプ運転点において正常運転時の回転数よりも低く異常時の判定基準となる異常判定回転数Ｎｉを予め設定する。ポンプの運転における実回転数Ｎを回転数センサ５にて常時監視させ、ポンプ制御装置２へ入力する。図２の回転数検出部６により実回転数Ｎを検知し、比較器ａにより該実回転数Ｎが異常判定回転数Ｎｉを下回り、かつ、異常判定回転数を下回る連続時間Ｔが、異常時の判定基準として予め設定された異常判定設定時間Ｔｉを上回って継続されたされたことを時間検出部ａおよび比較器ｂにて判断させ、異物混入による異常運転と判断させる（Ｎｉ＞Ｎ且つＴｉ＜Ｔ）。

次に異物除去運転が実施された回数について判断を行う。過去の異物除去運転繰り返し判定設定回数Ｃｉが、あらかじめ設定された回数Ｃ未満であることの判断をカウンタおよび比較器ｃにて行う（Ｃｉ＜Ｃ）。設定回数未満である場合には、正転方向の軸動力一定運転を解除し、回転方向指令部にて異物除去運転たる逆転運転へと移行され、水流方向もしくは圧力面を逆向きに発生させることにより異物除去を促す。逆転運転時に低速回転数で運転を行わせることで大きなトルクを発生させることができるため、異物除去効果がより高いものとなる。更に、逆転運転が低速で行われることによる副次的効果として、羽根車取付用の締結部材（ボルト，ナット等）に弛みを生じることなく、従って羽根車の脱落等よる羽根車やシャフト等の破損事故を防止し得るという利点もある。

規定時間逆転運転を継続すれば、自動的に正転運転へ移行させ、再度、運転回転数Ｎの監視へ戻す。既に設定回数を超えていれば、異常運転が復帰できないものとして、警報出力部ａの出力を行う（図３，図４）。また、上述の異常運転復帰不可能時の警報出力後、吸込み側水位センサ３と吐出し側水位センサ４より算出されたポンプ実揚程と回転数調整により過負荷を防止する制御として軸動力を一定に制御されたポンプに対し、この実揚程において排水が不可能となる回転数を設定しておき、実回転数Ｎが排水不可能な上記設定回転数Ｎｊを下回り、かつ、排水不能回転数を下回る時間Ｔが、予め設定された異常判定設定時間Ｔｊ以上継続されたことを時間検出部ｂおよび比較器ｄにて判定させ、異物混入による排水不可能と判断し、警報出力部ｂにて排水不能警報出力を出す（Ｎｊ＞Ｎ且つＴｊ＜Ｔ）。

例えば、緊急の排水が必要となる場合には、人為的な異物除去作業よりも排水が優先されることになり、このときは異常運転が復帰できなく警報出力された状態においてもポンプを停止させず、そのまま運転を継続させる。既に異物絡み付きが発生しており、更に多量の付着が想定され、異物の混入によるトルクの増加で回転負荷が更に大きくなり，ポンプの回転数が低下して排水能力が低下し、排水自体が不可能となった場合に排水不可能警報を出力させる（排水能力が低下しない場合には、その状態において運転継続させる）。また、内外水位差が図５のＨ１の場合、回転数調整により過負荷を防止するポンプ制御運転を行った際、異物混入しない正常時にはＱ１の吐出し量が得られるが、異物混入による負荷によりポンプ性能が低下するとＱ２の吐出し量しか得られなくなり、更に異物混入が進行しＡ点付近での運転となれば排水能力が得られなくなる。この場合、運転時に排水しないと判断して排水不能警報を出力させる。実際には図５のＡ点のように実揚程に対し排水が可能となる回転数を設定しておき、水位センサで実際の実揚程を常時監視することにより、運転回転数が排水可能な回転数以下であれば排水不能出力を出す。これにより、異常運転が復帰できないものとして、異常運転復帰不可能警報が出力されていたとしても、緊急の排水が必要となる場合には人為的な異物除去作業よりも排水が優先されることになる。

本発明制御方法の実施対象とされるポンプ設備の系統構成図である。本発明制御方法の実施に用いられる制御装置のブロック図である。本発明制御方法実施のフローチャートである。本発明制御方法によるポンプ運転のタイムチャートである。本発明制御方法による異物混入時のポンプ性能推移を示す線図である。

符号の説明

１ポンプ
２ポンプ制御装置
３吸込み側水位センサ
４吐出し側水位センサ
５回転数センサ
６回転数検出部
Ｎ実回転数
Ｎｉ異常判定回転数
Ｔ連続時間
Ｔｉ異常判定設定時間

Claims

回転数調整により過負荷を防止するポンプ制御装置と、回転数を検出する回転数検出部と、実回転数が異常時の判定基準として予め設定された正常運転時の回転数よりも低く設定された異常判定回転数を下回る連続時間を検出する時間検出部と、ポンプ回転方向指令部を備えたポンプ設備において、運転条件によるポンプ揚程曲線および抵抗曲線の交点となるポンプ運転点の正常運転時の回転数よりも低く設定された該異常判定回転数よりも、回転数検出部により検出された実回転数が下回り、かつ、上記検出の連続時間が異常時の判定基準として予め設定された異常判定設定時間を上回る場合には、異物吸込みによる負荷が発生しているものと判断して、ポンプ回転方向指令部からの指令信号に基づき低速逆回転運転させることを特徴とするポンプの制御方法。
回転数調整により過負荷を防止するポンプ制御装置と、ポンプの吸込み側に設置させた吸込み側水位センサと、吐出し側に設置された吐出し側水位センサと、回転数を検出する回転数検出部と、実回転数が異常時の判定基準として予め設定された正常運転時の回転数よりも低く設定された異常判定回転数を下回る連続時間を検出する時間検出部と、ポンプ回転方向指令部を備えたポンプ設備において、各センサからの信号をポンプ制御装置ヘ入力させ、吸込み側水位センサと吐出し側水位センサによりポンプ実揚程を算出し、この実揚程とポンプ揚程曲線および抵抗曲線の交点となるポンプ運転点の正常運転時の回転数よりも低く設定された該異常判定回転数よりも、回転数検出部により検出された実回転数が下回り、かつ、上記検出の連続時間が異常時の判定基準として予め設定された異常判定設定時間を上回る場合には、異物吸込みによる負荷が発生しているものと判断して、ポンプ回転方向指令部からの指令信号に基づき低速逆回転運転させることを特徴とするポンプの制御方法。